(57)【要約】【課題】  流量制御状態と圧力制御状態との切り換えが円滑に短時間で実現でき、且つ構成が簡便でその調整が簡単に行え、良好な制御特性を得ることができる液圧ポンプ制御装置を提供すること。【解決手段】  液圧ポンプ制御装置１において、回転数制御手段４０に回転数指令信号ＩＲを出力する制御演算部１０の構成を、吐出圧力指令値Ｐｃと吐出圧力検出値Ｐとの偏差の積分増幅部１６と、吐出圧力検出値Ｐの零次以上の微分要素を並列に結合したフィードバック増幅部１９との並列回路を備えて構成される第１の演算要素１１と、第２の演算要素１２と、第１の演算要素１１から出力される第１の信号と第２の演算要素１２から出力される第２の信号とを入力して第１の信号を第２の信号で制限して回転数指令信号ＩＲを出力する制限回路２０と、を備えた構成とした。【選択図】図１
2005233050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液圧ポンプと、該液圧ポンプの回転数が回転数指令信号と一致するように制御する回転数制御手段と、前記液圧ポンプの吐出圧力を検出する圧力検出手段と、前記回転数指令信号を出力する制御演算部とを備えた、前記液圧ポンプの吐出圧力と前記液圧ポンプの吐出流量、又は前記液圧ポンプの吐出圧力と前記液圧ポンプに接続された負荷の速度を制御する液圧ポンプ制御装置であって、
前記制御演算部は、前記圧力検出手段による吐出圧力の検出値と変更可能な圧力指令値から前記回転数制御手段に入力される回転数指令信号に対応する信号を出力する第１の演算要素と、負荷の速度指令値又は液圧ポンプの吐出流量指令値から前記液圧ポンプの１回転あたりの吐出量を基準として前記回転数制御手段に入力される回転数指令信号に対応する信号を出力する第２の演算要素と、前記第１の演算要素の出力を前記第２の演算要素の出力で制限して回転数指令信号を出力する制限回路とを備え、
前記第１の演算要素は、吐出圧力検出値と吐出圧力指令値との偏差の積分増幅部と、吐出圧力検出値自体の零次以上の微分要素を並列に結合したフィードバック増幅部と、の並列回路を備えて構成されたことを特徴とする液圧ポンプ制御装置。
【請求項２】
液圧ポンプと、該液圧ポンプの回転数が回転数指令信号と一致するように制御する回転数制御手段と、前記液圧ポンプに接続された負荷の発生力を検出する力検出手段と、前記回転数指令信号を出力する制御演算部とを備えた、前記液圧ポンプに接続された負荷の発生力と前記液圧ポンプの吐出流量、又は前記液圧ポンプに接続された負荷の発生力と前記液圧ポンプに接続された負荷の速度を制御する液圧ポンプ制御装置であって、
前記制御演算部は、前記力検出手段による負荷の発生力の検出値と変更可能な力指令値から前記回転数制御手段に入力される回転数指令信号に対応する信号を出力する第１の演算要素と、負荷の速度指令値又は液圧ポンプの吐出流量指令値から前記液圧ポンプの１回転あたりの吐出量を基準として前記回転数制御手段に入力される回転数指令信号に対応する信号を出力する第２の演算要素と、前記第１の演算要素の出力を前記第２の演算要素の出力で制限して前記回転数指令信号を出力する制限回路とを備え、
前記第１の演算要素は、負荷の発生力検出値と負荷の力指令値との偏差の積分増幅部と、負荷の発生力の検出値自体の零次以上の微分要素を並列に結合したフィードバック増幅部と、の並列回路を備えて構成されたことを特徴とする液圧ポンプ制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の液圧ポンプ制御装置において、
前記制限回路は、前記第２の演算要素の出力を、前記圧力検出手段の吐出圧力検出値又は前記力検出手段の発生力検出値により補正することを特徴とする液圧ポンプ制御装置。
【請求項４】
請求項１又は２又は３のいずれか１項に記載の液圧ポンプ制御装置において、
前記圧力指令値又は前記負荷の力指令値の変化を検出する切換検出手段を具備すると共に、前記回転数指令信号の変化率を設定する変化率設定手段と、前記切換検出手段によって圧力指令値又は力指令値の変化が検出された後、予め設定された遅延時間の間は前記回転数指令信号を前記変化率設定手段により設定された変化率で変化させる遅延手段と、を備えたことを特徴とする液圧ポンプ制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の液圧ポンプ制御装置において、
少なくとも液圧ポンプに接続された負荷の容積を推定する適応同定器と、該適応同定器の出力に基づき前記遅延手段の遅延時間を変化させる遅延時間変化手段と、を備えたことを特徴とする液圧ポンプ制御装置。
【請求項６】
請求項４に記載の液圧ポンプ制御装置の制御方法であって、
前記遅延手段において、前記圧力検出手段の吐出圧力検出値又は前記力検出手段の負荷の発生力検出値の変化率と前記回転数指令信号とに基づいて、前記回転数指令信号の変化率を算出し、予め設定された遅延時間の間は、前記算出された変化率で前記回転数指令信号の変化率を制限することを特徴とする液圧ポンプ制御装置の制御方法。
【請求項７】
請求項６に記載の液圧ポンプ制御装置の制御方法において、
前記圧力検出手段の吐出圧力検出値又は前記力検出手段の負荷の発生力検出値の変化率とに基づいて、少なくとも液圧ポンプに接続された負荷の容積を推定してその推定値を算出し、該推定値に基づき予め設定された遅延時間を変化させることを特徴とする液圧ポンプ制御装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液圧ポンプの吐出流量、液圧ポンプの吐出圧力、液圧ポンプに接続された負荷の速度、液圧ポンプに接続された負荷の発生力等を制御する液圧ポンプ制御装置、及び該液圧ポンプ制御装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液圧ポンプは、その小型で大出力であるという特徴から、プレス装置や射出成形機を始めとする各種産業機械の動力源として広く用いられている。この場合、液圧ポンプで発生した液圧エネルギーが、産業機械に組み込まれたシリンダーやモーター等（以下これらをアクチュエーターと総称する。）を介して運動エネルギーや動力エネルギーに変換されることで、産業機械の各種動作が行われている。即ち、液圧ポンプで発生した液体の圧力は、アクチュエーターの発生力や発生トルクに変換され、液圧ポンプで発生した液体の流量（流速）はアクチュエーターの直進速度や回転速度に変換される。したがって、液圧ポンプで発生する液体の圧力や液体の流量（流速）を制御することにより、産業機械の動作を制御することができる。
【０００３】
プレス装置や射出成形機のような産業機械を制御する場合には、アクチュエーターで加工対象物や金型等の移動速度を制御する場合と、加工対象物や金型等に加える力を制御する場合があり、それぞれ速度あるいは流量制御（以下これらを総称して流量制御という）の状態と、力あるいは圧力制御（以下これらを総称して圧力制御という）の状態に対応する。そして例えば、金型をある速度で駆動している状態において、金型が固定側の部材等に突き当たって停止した場合には、流量制御から圧力制御に速やかに切り換える必要がある。このように、液圧ポンプで産業機械を動作させる場合には、液圧ポンプの制御において、流量制御状態と圧力制御状態とを連続的かつ円滑に切り換える必要がある。
【０００４】
そのため従来から、液圧ポンプの流量・圧力制御方式について多数の提案や実用化がなされている。これら従来の液圧ポンプ制御装置の多くは、電動機で一定回転数に運転された可変容量形液圧ポンプの吐出容量（即ちポンプ１回転あたりの理論吐出容積）を変化させることにより、液圧ポンプから吐出される液体の流量・圧力を制御する方式がとられている。この方式によれば、流量制御と圧力制御の切り換えを液圧ポンプの１回転あたりの理論吐出容積という一つの手段（要素）によって切り換えるため、流量制御状態と圧力制御状態の間の制御状態の切り換えがスムーズに行えるという利点がある。しかしながら、可変容量型液圧ポンプの構造自体が複雑な上に、吐出容量の変化手段を構成する制御系の構成が複雑なことや、低圧領域での流量制御特性に劣ることや、液圧ポンプの動作中はその吐出容量の有無にかかわらず電動機が回転し続けなければならないため省エネルギー性に劣ること、等の問題点がある。そこで、これらの問題点を解決するため、固定容量形液圧ポンプを用いて、その回転数を制御することで、液圧ポンプの吐出流量及び吐出圧力の制御が行われている。
【０００５】
ところが、この固定容量形の液圧ポンプの回転数を制御することによる吐出圧力及び吐出流量の制御においては、圧力制御状態と流量制御状態の間の制御状態の切り換えの際に制御量が不連続となり、しばしば不安定な挙動を示すことが知られている。このため、液圧ポンプの回転数制御において、圧力制御と流量制御との間の円滑な切り換えを実現する手法が各種提案されており、その例として特許文献１乃至特許文献４に記載された技術があった。
【０００６】
例えば特許文献１に記載の制御装置は、図６に示すように、圧力指令値Ｐｃと圧力検出手段１０７で検出された液圧ポンプ１０６の吐出圧力の圧力検出値Ｐとの偏差ΔＰ、および流量指令値Ｑｃとサーボモータ１０５の回転数を検出する回転数検出手段１０８で検出された流量検出値Ｑとの偏差ΔＱを、それぞれ圧力制御補償要素１０１及び流量制御補償要素１０２に入力し、これら圧力制御補償要素１０１と流量制御補償要素１０２からの出力のうち、いずれか小さい方の出力が最小値選択回路１０３により選択されてサーボ増幅器１０４に出力される構成となっている。なお、圧力制御補償要素１０１と流量制御補償要素１０２は、それぞれ比例増幅器・積分増幅器・微分増幅器の並列回路で構成されている。この図６に示す制御装置１００では、圧力制御と流量制御の切換時には、圧力制御補償要素１０１の出力と流量制御補償要素１０２の出力とが一致するため、圧力制御状態と流量制御状態との間の円滑な切り換えが実現されることに加えて、圧力制御補償要素１０１と流量制御補償要素１０２のゲインをそれぞれ独立に設定できるので、良好な制御特性が得られることを特徴としている。
【０００７】
また、特許文献２に記載された制御装置では、最小値選択回路を用いる代わりに、流量制御補償要素部（速度ＦＢ演算部）からの出力と圧力制御補償要素部（圧力ＦＢ演算部）からの出力とを任意に切り換える選択回路を用い、速度制御と圧力制御の切り換え時に、切り換え前の一方の補償要素部の出力を基にＰＩＤ補償器の偏差の積分項の変数を求めて、これを切り換え後の他方の補償要素部のＰＩＤ補償器の積分項の初期値としてセットする方式とすることで、圧力制御と速度制御の切り換え時に出力が不連続とならないようにしている。
【０００８】
また、特許文献３に記載された制御装置では、図７に示すように、圧力制御補償要素１１１に圧力指令値Ｐｃと圧力検出値Ｐとの偏差ΔＰを入力し、圧力制御補償要素１１１からの出力と非比例関数部１１８を介した回転数検出手段１１５の検出値とを加算した値と、流量指令値Ｑｃとを最小値選択回路１１２で比較して、これらの値のうちいずれか小さい方を選択して回転数指令信号ＩＲとして出力し、この回転数指令信号ＩＲと回転数検出手段１１５からの回転数検出信号Ｉとを比較して増幅器（及びそれに含まれる回転数制御補償回路）１１４に印加する構成としている。この制御装置１１０においては、非比例関数部１１８の非比例関数は入力がゼロ近傍の部分に不感帯を持ち、それ以外の部分のゲインは１に近い関数であるので、液圧ポンプ１１７の吐出圧力（圧力検出値）Ｐが圧力指令値Ｐｃの近傍に達して液圧ポンプ１１７の制御が圧力制御状態に切り換わる時点では、最小値選択回路１１２の出力値の連続性が保たれ、これにより円滑な制御状態の切り換えが実現できる。
【０００９】
一方、特許文献４に記載された制御装置では、図８に示すように、圧力検出手段１２５による圧力検出値Ｐと圧力指令値Ｐｃとの偏差ΔＰが予め定められた一定の制限レベル以上の場合には、圧力制御補償要素１２１が一定レベルの出力信号を生じるようにリミッタ手段１２２を設け、リミッタ手段１２２の出力と流量指令値Ｑｃとの和または積を優先的に回転数制御手段１２４へ出力するように選択回路１２３を構成している。この制御装置１２０によれば、回転数制御手段１２４への回転数指令信号ＩＲに常に圧力制御補償要素１２１の出力が含まれるため、流量制御と圧力制御の切り換え時に、回転数指令信号ＩＲが不連続とならない。
【００１０】
このように従来の液圧ポンプ制御装置においては、流量制御と圧力制御を円滑に切り換え、かつ良好な流量・圧力特性を得るために、選択回路と補償要素の構成に工夫が施されている。そして、これら従来の液圧ポンプの回転数制御による流量・圧力制御装置では、圧力指令値とポンプ吐出圧力との偏差に基づいて、比例・積分・微分補償（ＰＩＤ補償）によって圧力制御を実現している。
【００１１】
ここで、実際に圧力制御が行われている領域での運転制御の具体的な例を説明する。なお以下では圧力制御及び流量制御に関して説明するが、実際の液圧ポンプによる駆動では、液圧ポンプの吐出圧力はアクチュエーターの発生力に、吐出流量はアクチュエーターの速度に変換されるため、以下の説明は、吐出圧力の制御をアクチュエーターの発生力の制御に置き換えて、吐出流量の制御をアクチュエーターの速度の制御に置き換えても成り立つものである。
【００１２】
実際に圧力制御が行われている領域では、液圧ポンプの吐出しが制約されて作動流体が圧縮されることによりその圧力が上昇している。この典型的な例は、負荷であるシリンダーがストローク終端に到達し、液圧ポンプの吐出しが閉塞されて負荷がシリンダーや配管内部の容積だけになった場合である。このとき、ポンプ吐出圧力Ｐ，ポンプ１回転当たりの吐出容積Ｄ，ポンプ回転数ｎ，ポンプ漏れ係数ＫＬ，ポンプの吐出部以後の配管及び負荷の容積ＶＴ，等価体積弾性係数κ，とすると、流量の連続の式から〔数１〕が成り立つ。
【数１】
2005233050.tif 000003
一方、圧力指令値と検出された実際の圧力検出値との偏差のＰＩＤ補償により圧力制御を行う場合には、ＰＩＤ補償器の出力ｎＣは、圧力指令値Ｐｃ，比例ゲインＫＰ，積分ゲインＫＩ，微分ゲインＫＤとすると、
【数２】
2005233050.tif 000004
となる。ここで、ＰＩＤ補償器の出力ｎＣは圧力制御時のポンプ回転数ｎと略一致するから、ｎＣ＝ｎとおいて、〔数２〕を〔数１〕に代入してラプラス変換を行い、圧力制御系の伝達関数Ｆ（ｓ）をラプラス演算子ｓを用いて表すと、
【数３】
2005233050.tif 000005
となる。
【００１３】
ところが、〔数３〕から明らかなように、この圧力制御系は伝達関数Ｆ（ｓ）にＰＩＤ補償ゲインに起因する零点を有する（即ち、伝達関数Ｆ（ｓ）の分子にｓの多項式を有する）。したがって、比例・積分・微分の各ゲインを調整すると、伝達関数Ｆ（ｓ）の分母多項式の係数も分子多項式の係数も変化するが、圧力制御系の応答は伝達関数の極と零点の両方に影響されるから、各ゲインの調整の際に圧力制御系の応答が複雑に変化する。このため、ＰＩＤ補償のゲインの調整が困難になる、という問題があった。
【００１４】
本来、圧力制御系の応答を調整するためには、伝達関数の分子多項式のみを調整すれば済む。この観点からすれば、従来のＰＩＤ補償による圧力制御系は、伝達関数Ｆ（ｓ）における分子多項式の項数が多い。このため、圧力制御系の特性を調整するために必要な入力に対して、前向きの制御入力が過大となっていた。このように従来の圧力制御系では、過剰な入力を与えていたため、安定動作をさせるためには、各制御ゲインを低く設定する必要があり、結局、良好な制御特性を得ることが困難となっていた。なお、補償要素を比例補償のみにすればこの問題は発生しないが、積分補償を用いない場合には定常偏差が残るという別の問題が生じていた。
【００１５】
一方、これら従来の液圧ポンプ制御装置は、液圧ポンプの回転数を制御要素に取り込むことや、複雑な選択制御機構を実装することが必要であった。このため、液圧ポンプ制御装置の構成が複雑で高価となることに加えて、液圧ポンプの回転数に基づく制御パラメータの設定や圧力の偏差による切換幅の設定等が、圧力制御系の特性や圧力制御と流量制御の切り換え時の特性と相互に干渉するため、液圧ポンプ制御装置の構成が複雑になり、その調整がより一層困難になるという問題があった。
【００１６】
また、従来の液圧ポンプ制御装置においては、圧力指令値がステップ状に増大した場合には、圧力制御状態から流量制御状態に切り換わってしまう場合があった。即ち、圧力制御状態においては、負荷として接続されたアクチュエーターにより液圧ポンプの吐出流量が制約されることで液圧ポンプの吐出圧力が発生しており、液圧ポンプの実際の吐出流量は、流量指令値による吐出流量よりも必ず小さな値となっている。従って、圧力指令値がステップ状に増大した場合には、圧力制御補償要素の出力が急増し、流量制御補償要素の出力を上回ってしまうことが起こり得る。これにより圧力制御状態から流量制御状態に切り換わると、低い回転数で回転していたサーボモータが、急激に大量の流量を吐出する回転数に変化することになるが、液圧ポンプの回転数が急上昇しても接続された負荷が閉塞状態のままであれば、吐出圧力が急峻に上昇し、場合によっては高いサージ圧力が発生し、負荷として接続されたアクチュエーターにも衝撃的な力が発生してしまうという問題があった。
【００１７】
さらに、負荷の圧力又は負荷の発生力が急峻に増大し、圧力検出値が圧力指令値と同じかそれ以上となると、圧力制御補償要素の出力が急速に減少し、再度圧力制御状態に復帰する。すると、液圧ポンプの回転数が急速に低下するために、負荷の圧力が減少し、再度流量制御状態に突入し、液圧ポンプ回転数を急激に上昇させて、負荷圧力が急上昇する、といういわゆるチャタリング現象が発生してしまう場合があった。特に、圧力制御のゲインが高い場合には、このような不安定な動作を起こしやすいことが問題となっていた。
【００１８】
また、例えば特許文献４に示す制御装置のように、圧力指令値と圧力検出値の偏差等を用いて制御状態を切り換えている制御装置では、偏差の幅によって制御状態の切り換えを行っているため、圧力の偏差が急増することに伴って圧力制御補償要素の出力が急激に増大し、流量制御状態に移行してしまう。従って、この種の従来の制御装置では、圧力指令値のステップ状の変化に対しては、増大・減少のいずれの場合でも、圧力制御状態と流量制御状態との切り換えに伴う不安定な挙動を示す可能性があるという問題があった。
【００１９】
また、圧力指令値がステップ状に増大した際に、圧力サージが発生することを抑制するためには、液圧ポンプの回転数の変化率を制限することが有効である。しかし、液圧ポンプの回転数の変化率を一定にすると、負荷の容積が小さい場合には圧力の変化が早くなり、負荷の容積が大きい場合には圧力の変化は遅くなるので、負荷の容積が小さい場合に圧力サージの発生を抑制するためには、回転数の変化率を小さな値で一定に保つよう設定する必要がある。ところが、回転数の変化率を小さな値に設定すると、液圧ポンプに容積が大きな負荷を接続した場合には圧力の上昇に極めて長い時間が必要となる。このため、適切な回転数の変化率を設定することは困難であり、従来は、液圧ポンプの回転数の変化率を制限することは行われていなかった。
【特許文献１】特許第３１７１４７３号公報
【特許文献２】特許第３２５３３８７号公報
【特許文献３】特開平１０−１３１８６号公報
【特許文献４】国際出願特許ＷＯ０１／００６１２６Ａ１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は、これら従来の液圧ポンプ制御装置の問題点に着目してなされたもので、流量制御状態と圧力制御状態との間の制御状態の切り換えが円滑に短時間で実現でき、且つ構成が簡便でその調整が簡単に行え、良好な制御特性を得ることができる液圧ポンプ制御装置及び液圧ポンプ制御装置の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記問題点を解決するため本願請求項１に記載の発明は、液圧ポンプと、該液圧ポンプの回転数が回転数指令信号と一致するように制御する回転数制御手段と、液圧ポンプの吐出圧力を検出する圧力検出手段と、回転数指令信号を出力する制御演算部とを備えた、液圧ポンプの吐出圧力と液圧ポンプの吐出流量、又は液圧ポンプの吐出圧力と液圧ポンプに接続された負荷の速度を制御する液圧ポンプ制御装置であって、制御演算部は、圧力検出手段による吐出圧力の検出値と変更可能な圧力指令値から回転数制御手段に入力される回転数指令信号に対応する信号を出力する第１の演算要素と、負荷の速度指令値又は液圧ポンプの吐出流量指令値から液圧ポンプの１回転あたりの吐出量を基準として回転数制御手段に入力される回転数指令信号に対応する信号を出力する第２の演算要素と、第１の演算要素の出力を第２の演算要素の出力で制限して回転数指令信号を出力する制限回路とを備え、第１の演算要素は、吐出圧力検出値と吐出圧力指令値との偏差の積分増幅部と、吐出圧力検出値自体の零次以上の微分要素を並列に結合したフィードバック増幅部と、の並列回路を備えて構成されたことを特徴とする。
【００２２】
また、請求項２に記載の発明は、液圧ポンプと、該液圧ポンプの回転数が回転数指令信号と一致するように制御する回転数制御手段と、液圧ポンプに接続された負荷の発生力を検出する力検出手段と、回転数指令信号を出力する制御演算部とを備えた、液圧ポンプに接続された負荷の発生力と液圧ポンプの吐出流量、又は液圧ポンプに接続された負荷の発生力と液圧ポンプに接続された負荷の速度を制御する液圧ポンプ制御装置であって、制御演算部は、力検出手段による負荷の発生力の検出値と変更可能な力指令値から回転数制御手段に入力される回転数指令信号に対応する信号を出力する第１の演算要素と、負荷の速度指令値又は液圧ポンプの吐出流量指令値から液圧ポンプの１回転あたりの吐出量を基準として回転数制御手段に入力される回転数指令信号に対応する信号を出力する第２の演算要素と、第１の演算要素の出力を第２の演算要素の出力で制限して回転数指令信号を出力する制限回路とを備え、第１の演算要素は、負荷の発生力検出値と負荷の力指令値との偏差の積分増幅部と、負荷の発生力の検出値自体の零次以上の微分要素を並列に結合したフィードバック増幅部と、の並列回路を備えて構成されたことを特徴とする。
【００２３】
このように、請求項１及び請求項２に記載の発明では、制限回路において、第２の演算要素から液圧ポンプの１回転あたりの吐出量を基準として出力される回転数指令信号に対応する信号（第２の信号）によって、第１の演算要素から出力される回転数指令信号に対応する信号（第１の信号）が制限されるよう構成した。これにより、液圧ポンプの吐出圧力が吐出圧力指令値より大きく下回る場合（即ち、負荷の圧力が吐出圧力指令値に達しておらず、流量制御を行いたい場合）には、吐出圧力指令値と吐出圧力検出値の偏差の積分増幅部の働きにより、第１の演算要素の出力が大きくなるが、その場合でも、制限回路からは第２信号が出力され、液圧ポンプ制御装置の制御状態は流量制御状態になる。
【００２４】
一方で、吐出圧力指令値と吐出圧力検出値との偏差が小さくなった場合には、第１の信号が小さくなるので第１の信号がそのまま制限回路から出力され、圧力制御状態に移行する。また、圧力制御状態と流量制御状態の間の切り換え時には、第１の信号の出力が減少して行き、第２の信号の出力と一致した時点で、制限回路からの出力が第２信号から第１信号へと切り換わるので、制限回路の出力の連続性が保たれる。このように、流量制御状態と圧力制御状態との円滑な切り換えが実現できる。
【００２５】
また、請求項１及び請求項２に記載の発明では、第１の演算要素を、吐出圧力指令値又は負荷の力指令値と吐出圧力検出値又は負荷の発生力検出値との偏差の積分増幅部と、力検出値の零次以上の微分要素を並列に結合したフィードバック増幅部と、の並列回路を備えた構成としたことにより、液圧ポンプの圧力制御において各種特性の調整が容易になる。以下、この点について詳細に説明する。
【００２６】
まず、簡単のために第１の演算要素のフィードバック増幅部を零次の微分要素（ゲインをＫＰとする）のみで構成した場合を考える。積分増幅部とフィードバック増幅部との並列回路を備えて構成された第１の演算要素の出力（第１の信号）は、
【数４】
2005233050.tif 000006
となる。ここで、〔数４〕の右辺の第１項が積分増幅部の出力に相当し、第２項がフィードバック増幅部の出力に相当する。〔数４〕をラプラス変換して、ｎC＝ｎとおいて〔数１〕に代入した圧力制御系は、
【数５】
2005233050.tif 000007
で表される零点を有しない２次の伝達関数となる。この〔数５〕から、この圧力制御系において、圧力の応答速度と定常特性を改善するためには積分増幅部のゲインＫＩを調整し、安定性を改善するためにはフィードバック増幅部の零次ゲインＫＰを調整すればよいことがわかる。また、この圧力制御系は偏差の積分補償を含むため、〔数５〕の分子と分母の０次の項は一致しており、定常偏差を除去する特性は維持されている。
【００２７】
さらに、第１の演算要素のフィードバック増幅部に１次の微分要素（ゲインをＫＤとする）を付加すれば、〔数４〕は、
【数６】
2005233050.tif 000008
となり、〔数５〕は、分母第１項にゲインＫＤが付加された、
【数７】
2005233050.tif 000009
で表される伝達関数となる。上記のようにフィードバック増幅部に１次の微分要素を付加することで分母第１項をゲインＫＤにより調整できるため、この圧力制御系の時定数の調整も容易に実現することができる。
【００２８】
上記の例は、液圧ポンプの回転数と回転数指令信号とが一致するものとして導いたものであるが、実際に回転数制御手段により制御される液圧ポンプの回転数と回転数指令信号との間にはある程度の遅れを有する場合もある。この場合にも、回転数指令信号から液圧ポンプ回転数までの遅れに相当する分母多項式の更に高次の係数を補償するためには、それに対応した次数の微分要素をフィードバック増幅部に付加すればよい。このように、圧力の偏差の積分増幅部に、圧力の零次以上の微分要素を並列に結合したフィードバック増幅部を並列に接続した構成としたことで、伝達関数における分母多項式の係数のみを任意に調整することができ、圧力制御系をその調整が簡単な構成としている。
【００２９】
つまり、請求項１及び請求項２に記載の液圧ポンプ制御装置では、フィードバック増幅部の構成を、液圧ポンプ吐出圧力の零次以上の微分要素を並列に接続した構成としているため、フィードバック増幅部には吐出圧力指令信号による前向きの過剰な入力が加わらない形となり、従来の液圧ポンプ制御装置よりも圧力制御系全体のゲインを高めることが可能となる。従って、単に圧力制御系の調整が容易になるだけでなく、更に良好な圧力制御特性を得ることができる液圧ポンプ制御装置となる。
【００３０】
なお、請求項２に記載の発明では、液圧ポンプに接続された負荷の発生力を直接検出して液圧ポンプの制御に用いているため、上記の説明においては、液圧ポンプの吐出圧力の制御をアクチュエーターの発生力の制御に置き換えることが可能である。
【００３１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の液圧ポンプ制御装置において、制限回路は、第２の演算要素の出力を、圧力検出手段の吐出圧力検出値又は力検出手段の発生力検出値により補正することを特徴とする。
【００３２】
このような構成を採用したことにより、流量制御状態において液圧ポンプの漏れ特性に起因する吐出流量の低減を補償できるばかりでなく、例えば、吐出圧力に依存して少しずつ吐出流量が低減したり吐出流量が増加したりする圧力・流量特性を任意に作り出すことが可能となる。
【００３３】
また、請求項４に記載の液圧ポンプ制御装置は、請求項１又は２又は３のいずれか１項に記載の液圧ポンプ制御装置において、圧力指令値又は負荷の力指令値の変化を検出する切換検出手段を具備すると共に、回転数指令信号の変化率を設定する変化率設定手段と、切換検出手段によって圧力指令値又は力指令値の変化が検出された後、予め設定された遅延時間の間は回転数指令信号を変化率設定手段により設定された変化率で変化させる遅延手段と、を備えたことを特徴とする。
【００３４】
このような構成を採用することにより、圧力指令値がステップ状に増加した場合でも、遅延時間の間は回転数指令信号を予め設定した変化率で変化させることができるので、液圧ポンプの回転数の急上昇を抑制することができる。
【００３５】
また、圧力指令値がステップ状に低減した場合でも、第１の演算要素に含まれる積分増幅部の出力が減少するのみで、圧力検出値の急変が生じなければ、第１の演算要素が備えたフィードバック増幅部の出力は大きく変化せず、液圧ポンプ制御装置の制御状態は圧力制御状態にとどまる。したがって、圧力指令値のステップ状の変化に対しては構造的に安定であるため、不安定化の要因が少ない。
【００３６】
請求項５に記載の液圧ポンプ制御装置は、請求項４に記載の液圧ポンプ制御装置において、少なくとも液圧ポンプに接続された負荷の容積を推定する適応同定器と、該適応同定器の出力に基づき前記遅延手段の遅延時間を変化させる遅延時間変化手段と、を備えたことを特徴とする。なおここでは、適応同定器は、少なくとも液圧ポンプに接続された負荷の容積を推定するものとしたが、適応同定器の機能はこれに限定されず、例えば液圧ポンプ制御装置に入力される要素（例えば負荷の速度等）を用いて、等価な体積弾性係数や負荷の容積と体積弾性係数の比なども推定できるように構成してもよい。
【００３７】
このような構成を採用することにより、適応同定器の出力を基に遅延時間を変化させることができるため、液圧ポンプに接続した負荷の容積に応じた適切な遅延時間を設定することができ、圧力制御状態から流量制御状態へ切換えが短時間で行える。
【００３８】
また、請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の液圧ポンプ制御装置の制御方法であって、遅延手段において、圧力検出手段の吐出圧力検出値又は力検出手段の発生力検出値の変化率と回転数指令信号とに基づいて、回転数指令信号の変化率を算出し、予め設定された遅延時間の間は、算出された変化率で前記回転数指令信号の変化率を制限することを特徴とする。
【００３９】
圧力指令値又は力指令値が急増して、液圧ポンプ制御装置が圧力制御状態から流量制御状態に移行する場合には、液圧ポンプの吐出圧力又は液圧ポンプに接続した負荷の発生力の変化率は、液圧ポンプに接続した負荷の容積によって異なるが、同時にその時点での液圧ポンプの回転数にも依存する。従って、上記のように吐出圧力又は負荷の発生力の変化率と回転数指令信号を基に、遅延時間の間の液圧ポンプの回転数の変化率を算出することで、適切な回転数で液圧ポンプを運転することができる。
【００４０】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の液圧ポンプ制御装置の制御方法において、圧力検出手段の吐出圧力検出値又は力検出手段の負荷の発生力検出値の変化率とに基づいて、少なくとも液圧ポンプに接続された負荷の容積を推定してその推定値を算出し、該推定値に基づき予め設定された遅延時間を変化させることを特徴とする。
【００４１】
液圧ポンプの吐出圧力の変化率は、液圧ポンプに接続した負荷の容積や液圧ポンプの回転数によって変化する。従って、吐出圧力の変化率と液圧ポンプの回転数を基に、液圧ポンプに接続した負荷の容積を逆算してその推定値を算出することが可能であり、この負荷の推定値を基に、遅延時間を決定することで、負荷の容積が大きな場合でも適切な遅延時間を設定することが可能となる。
【発明の効果】
【００４２】
各請求項に記載の発明によれば、下記のような優れた効果が得られる。
請求項１及び請求項２に記載の発明によれば、制御演算部は、圧力検出手段による吐出圧力の検出値と変更可能な圧力指令値から回転数制御手段に入力される回転数指令信号に対応する信号を出力する第１の演算要素と、負荷の速度指令値又は液圧ポンプの吐出流量指令値から液圧ポンプの１回転あたりの吐出量を基準として回転数制御手段に入力される回転数指令信号に対応する信号を出力する第２の演算要素と、第１の演算要素の出力を第２の演算要素の出力で制限して回転数指令信号を出力する制限回路とを備えた構成としたので、制御演算部からの出力の連続性が保たれることで、流量／速度制御状態と、圧力／力制御状態との間の円滑な切り換えが実現でき、液圧ポンプを安定した状態で動作させる優れた特性を備えた液圧ポンプ制御装置を提供することができる。
【００４３】
また、請求項１及び請求項２に記載の発明によれば、第１の演算要素を、吐出圧力／力指令値と吐出圧力／力検出値との偏差の積分増幅部と、吐出圧力／力検出値の零次以上の微分要素を並列に結合したフィードバック増幅部と、の並列回路を備えた構成としたことで、調整が簡単で且つ良好な圧力／力制御特性を備えた液圧ポンプ制御装置を提供することができる。
【００４４】
また、請求項１及び請求項２に記載の発明によれば、制御演算部に液圧ポンプの回転数をフィードバックする必要がないので、液圧ポンプ制御装置の構成が簡単になり、安価で信頼性の高い液圧ポンプ制御装置を提供することができる。
【００４５】
請求項３に記載の発明によれば、第２の演算要素の出力を、圧力検出手段の吐出圧力検出値又は力検出手段の発生力検出値により補正するよう構成したので、正確な圧力／力制御及び流量／速度制御が行え、且つ任意の圧力／力特性、流量／速度特性を作り出すことができる液圧ポンプ制御装置を提供することができる。
【００４６】
請求項４に記載の発明によれば、圧力指令値又は前記負荷の力指令値の変化を検出する切換検出手段と、回転数指令信号の変化率を設定する変化率設定手段と、切換検出手段によって圧力指令値又は力指令値の変化が検出された後、予め設定された遅延時間の間は回転数指令信号を変化率設定手段により設定された変化率で変化させる遅延手段とを備えたことにより、圧力／力指令値がステップ状に変化した場合でも、液圧ポンプの回転数の急変を抑制することができ、負荷に圧力サージや衝撃的な力が発生することを防止できる。従って、指令信号の突然の変化に対しても構造的に安定であり、信頼性の高い液圧ポンプ制御装置を提供することができる。このため、液圧ポンプや、液圧ポンプが駆動する産業装置の損傷や振動、騒音などを防止することができ、さらには液圧ポンプが駆動する射出成形機やプレス装置などの生産機械の製品の歩留まり向上や、装置の寿命向上が望める。
【００４７】
請求項５に記載の発明によれば、少なくとも液圧ポンプに接続された負荷の容積を推定する適応同定器と、該適応同定器の出力に基づき前記遅延手段の遅延時間を変化させる遅延時間変化手段とを備えたので、液圧ポンプに接続した負荷の容積に応じた適切な遅延時間を設定することができる。従って、容積の異なる複数の負荷を１つの液圧ポンプで駆動する場合にも、液圧ポンプ制御装置の調整が容易となる。
【００４８】
上記各請求項に記載の液圧ポンプ制御装置により、液圧ポンプ及び液圧ポンプが駆動する産業装置の立ち上げ時の調整時間を短縮でき、また、これら装置を入れ替える場合や故障などのトラブルが発生した場合でも、その設置現場で容易に調整を行うことが可能である。また、液圧ポンプが駆動する産業装置の停止時間を短くできるので、産業装置の生産性が向上する。
【００４９】
また、請求項６に記載の発明によれば、液圧ポンプの吐出圧力又は液圧ポンプに接続された負荷の発生力の変化率と液圧ポンプの回転数を基に、液圧ポンプの回転数の変化率を算出するので、適切な回転数で液圧ポンプを運転する液圧ポンプ制御装置の制御方法を提供することができる。従って、大容積の負荷を接続した場合でも圧力制御状態から流量制御状態へ切換えが短時間で行え、液圧ポンプが駆動する生産機械の運転サイクルを短くすることができ、その生産性を向上させることができる。
【００５０】
また、請求項７に記載の発明によれば、吐出圧力検出値又は負荷の発生力の検出値に基づき、液圧ポンプに接続された負荷の容積の推定値を算出し、該推定値に基づき遅延時間を決定するので、負荷の容積が大きな場合でも適切な遅延時間を確保することができ、遅延時間が短すぎることで急激に圧力制御状態から流量制御状態に切り換わることに起因する圧力サージの発生を防止することができ、安定した状態で液圧ポンプを運転する液圧ポンプ制御装置の制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。
（第一実施例）
図１は本発明の一実施形態に係る液圧ポンプ制御装置１のブロック線図であり、図２は、図１に示す制限回路２０の構成を詳細に示したブロック線図である。図１に示す液圧ポンプ制御装置１は、固定容量の液圧ポンプ５０と、液圧ポンプ５０の吐出圧力を検出する圧力検出手段５１と、液圧ポンプ５０の回転数を制御する回転数制御手段４０と、回転数制御手段４０に回転数指令信号ＩＲを送る制御演算部１０とを備えて構成されている。制御演算部１０は、圧力指令値Ｐｃと圧力検出手段５１による圧力検出値Ｐとを入力し、回転数指令信号ＩＲに相当する信号（第１の信号）を出力する第１の演算要素１１と、負荷の速度指令値もしくは液圧ポンプの吐出流量指令値Ｑｃ（以下、本実施例の説明では流量指令値Ｑｃと記す）を入力し、回転数指令信号ＩＲに相当する信号（第２の信号）を出力する第２の演算要素１１と、これら第１の信号と第２の信号とを入力して回転数指令信号ＩＲを出力する制限回路２０とを備えている。さらに、第１の演算要素１１は、圧力指令値Ｐｃと圧力検出値Ｐとの偏差の積分増幅部（デジタル積分器）１６と、圧力検出値Ｐの零次以上の微分要素（微分器）１８を並列に結合したフィードバック増幅部１９との並列回路で構成されている。また、上記の回転数制御手段４０は、サーボ増幅器４１とサーボモータ（ＡＣサーボモータ）４５とエンコーダ（絶対値エンコーダ）４６とを具備して構成されている。
【００５２】
液圧ポンプ５０の回転軸は回転数制御手段４０に設けられたサーボモータ４５の駆動軸と連結されており、サーボモータ４５はサーボ増幅器４１の出力電流によって駆動される。サーボモータ４５にはその駆動軸の回転角を検出するエンコーダ４６が取り付けられている。このエンコーダ４６からの出力信号はサーボ増幅器４１にフィードバックされ、サーボ増幅器４１に設けられた回転数検出手段４４によりサーボモータ４５の回転数が検出される。サーボ増幅器４１は、回転数検出手段４４による検出信号と回転数指令信号ＩＲとの偏差信号を基にしてこれを増幅・変形する比較制御増幅部４２と、比較制御増幅部４２の出力を基にトルク（電流）を制御しサーボモータ４５を駆動するパワー増幅部４３とで構成される回転数制御回路４７を具備しており、これによりサーボモータ４５の回転数（即ち、液圧ポンプ５０の回転数）は制御演算部１０からの回転数指令信号ＩＲによる回転数と概ね一致するように制御される。
【００５３】
液圧ポンプ５０の吐出管路には、半導体圧力センサからなる圧力検出手段５１が設けられており、圧力検出手段５１で検出された液圧ポンプ５０の吐出圧力は、圧力検出信号Ｐとして制御演算部１０にフィードバックされる。この圧力検出信号Ｐは１２ｂｉｔのアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１５を介して制御演算部１０に取り込まれ、制御演算部１０の内部で、第１の演算要素１１、第２の演算要素１２、制限回路２０にそれぞれ入力される。一方、制御演算部１０に入力された圧力指令値Ｐｃは、１２ｂｉｔのＡ／Ｄ変換器１４を介して第１の演算要素１１、第２の演算要素１２、制限回路２０に入力され、制御演算部１０に入力された流量指令値Ｑｃは、１２ｂｉｔのＡ／Ｄ変換器１３を介して第２の演算要素１２に入力される。
【００５４】
第１の演算要素１１は、入力された圧力指令値Ｐｃと圧力検出信号Ｐとを比較して圧力の偏差ΔＰを演算し、この偏差ΔＰの積分量にあらかじめプログラムされた積分ゲインＫＩを乗じた値を出力するデジタル積分器１６の出力から、圧力検出信号Ｐに予めプログラムされた比例ゲインＫＰを乗じた値を出力する比例器１７の出力を減算し、圧力検出信号Ｐの１次微分に予めプログラムされた微分ゲインＫＤを乗じた値を出力する微分器１８の出力を加算したものを第１の信号として出力する。このように本実施例では、デジタル積分器１６の出力に、圧力検出値Ｐの１次微分に微分ゲインＫＤを乗じた値である微分器１８からの出力を加算することで圧力制御系の時定数を小さくしてその応答性を改善し、同時に圧力検出値Ｐに比例ゲインＫＰを乗じた値である比例器１７からの出力を減算することで減衰係数を大きく設定してその安定性を改善している。一方で、これとは逆に時定数を大きくとりたければ、デジタル積分器１６の出力から、微分器１８の出力を減算すればよく、また圧力制御系の減衰係数が大きすぎる場合には、デジタル積分器１６の出力に、比例器１７からの出力を加算すればよい。また、制限回路２０の出力は第１の演算要素１１にフィードバックされ、第１の演算要素１１の出力は常に制限回路２０の出力と一致するように変更される。
【００５５】
第２の演算要素１２は、流量指令値Ｑｃに、圧力検出値Ｐに予めプログラムされたゲインＫ１を乗じた値（補正値）加算し、さらにこの値にゲインＫ２を乗じたものを第２の信号として出力する。ここで、予めプログラムされたゲインＫ１は、圧力検出信号Ｐが、圧力指令値Ｐｃから予めプログラムされた値Ｐｗを減算した値よりも小さいとき、即ちＰ＜（Ｐｃ−Ｐｗ）であるときはポンプ漏れ係数に相当する傾きを持ち、一方、圧力検出信号Ｐが、圧力指令値Ｐｃから予めプログラムされた値Ｐｗを減算した値以上の時、即ちＰ＞（Ｐｃ−Ｐｗ）であるときは一定値となる非線形なゲインである。このゲインＫ１を非線形なゲインとすることで、液圧ポンプ５０の圧力・流量特性を任意に設定することができる。また、ゲインＫ２は、入力された値を、液圧ポンプ５０の１回転あたりの吐出量を基準としてサーボ増幅器４１に入力される回転数指令信号ＩＲに相当する値に変換するゲインである。
【００５６】
ここで、図１に示す本発明の実施形態にかかる液圧ポンプ制御装置１と、図６に示す従来の液圧ポンプ制御装置１００と、図７に示す従来の液圧ポンプ制御装置１１０の圧力―流量特性を図３に示す。図３において、液圧ポンプ制御装置１で上記の非線型なゲインＫ１を用いた場合の圧力―流量特性を実線で示し、図６に示す従来の液圧ポンプ制御装置１００の圧力―流量特性を一点鎖線で示し、図７に示す従来の液圧ポンプ制御装置１１０の圧力―流量特性を破線で示す。液圧ポンプ制御装置１では、液圧ポンプ５０の吐出圧力（圧力検出値）Ｐが、Ｐ＜（Ｐｃ−Ｐｗ）のときは流量制御状態であり、第２の演算要素１２の出力である第２の信号が有効であるから、吐出圧力Ｐが変化すると、ポンプ漏れ係数に相当する分だけ回転数指令信号ＩＲが大きくなる。このため、吐出圧力Ｐにかかわらず吐出流量Ｑは流量指令値Ｑｃに一致する一定流量となる。また吐出圧力Ｐが、（Ｐｃ−Ｗｐ）＞Ｐ＞（Ｐｃ−Ｐｗ）のときは、流量制御状態ではあるが、吐出圧力Ｐにかかわらず回転数指令信号ＩＲは一定の値を保持するため、吐出圧力Ｐが増大するにつれて、液圧ポンプ５０の吐出流量Ｑは漏れ流量に相当する分だけ低減する特性を持つ。さらに吐出圧力Ｐが上昇し、吐出圧力Ｐが圧力指令値Ｐｃをわずかに下回る値になると、第１の信号が第２の信号を下回り、流量制御状態から圧力制御状態に切り換わる。圧力制御状態に切り換わると、液圧ポンプ５０の吐出流量Ｑは急激に減少する。液圧ポンプ制御装置１では、高いゲインを設定することができるため、圧力指令値Ｐｃと圧力制御状態に切り換わる吐出圧力Ｐとの差（図３のＷｐ）を小さくすることができ、極めて急峻な吐出流量Ｑの低減特性を得ることができる。
【００５７】
一方，従来の制御装置１００及び従来の制御装置１１０の場合には、一定の回転数指令値ＩＲに対して液圧ポンプ１０６，１１７の回転数を一定に保つだけであるから、流量制御状態であっても、吐出圧力Ｐの増大に伴い、液圧ポンプ１０６，１１７の漏れ流量に相当する分だけ徐々に吐出流量Ｑは低減する。また、制御装置１００、制御装置１１０のいずれの制御装置においても、圧力制御状態に移行した場合に本発明にかかる液圧ポンプ制御装置１よりも急峻な吐出流量Ｑの低減特性を得ることはできない。
【００５８】
なお、液圧ポンプ制御装置１では、流量制御状態での特性として非線形のゲインＫ１（補正値）を用いているが、上記のように補正値の特性は目的とする応用に応じて任意に設定することが可能であり、例えば、Ｑ＝Ｑｃ−ｋＰなる特性、即ち、吐出圧力Ｐの増大に伴って一定の傾きで吐出流量Ｑが低減する特性を持つように設定することができる。ここで、ｋは任意の傾きを示すゲインである。また、従来の液圧ポンプ制御装置の特性を模擬したい場合には、圧力制御系の特性を支配する第１の演算要素１１の特性を調整するだけでなく、上記のような非線形のゲインを用いることで第２の演算要素１２の特性を調整することによってもある程度実現することができる。
【００５９】
第１の演算要素１１及び第２の演算要素１２の特性は、第１の演算要素１１の出力（第１の信号）をｎｐ、第２の演算要素１２の出力（第２の信号）をｎｑ、サンプリング周期をＴ、第ｉサンプリング時点での値をそれぞれの記号に付した〔ｉ〕で表すと、第１の信号ｎｐ〔ｉ〕、第２の信号ｎｑ〔ｉ〕は、〔数８〕、〔数９〕で表されるようなデジタル演算を行うことによって容易に実現することができる。
【数８】
2005233050.tif 000010
【数９】
2005233050.tif 000011
ただし〔数８〕では簡単のため、第１の演算要素１１のフィードバック増幅部１９に零次の微分要素１８のみを用いた場合を示している。
【００６０】
次に、図２に制限回路２０の構成を詳細に示したブロック線図を示す。同図に示すように制限回路２０は、第１選択回路２１と第２選択回路２２とを備えた２段の選択回路と、圧力検出値Ｐと圧力検出値Ｐの変化率と制限回路２０の出力（回転数指令信号ＩＲ）とから液圧ポンプ５０に接続された負荷の容積を推定する適応同定器２４、第１の信号と第２の信号の変化率を設定する変化率リミッター（変化率設定手段）２３、圧力指令値Ｐｃの変化を検出する切換検出器（切換検出手段）２６、切換検出器２６によって検出された圧力指令値Ｐｃの切換えの後、遅延時間の間は第１の信号と第２の信号とを変化率リミッター２３により設定された変化率で変化させる可変型の限時遅延復帰タイマー（遅延手段）２５、適応同定器２４の出力に基づき限時遅延復帰タイマー２５の遅延時間を変化させる遅延時間変化手段２８、適応同定器２４の出力に基づき変化率リミッター２３の変化率を変更する変化率調整手段２９とを備えて構成されている。そして、この制限回路２０で制限処理をした結果は、１２ｂｉｔデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器２７を介して回転数指令信号ＩＲとして出力される。
【００６１】
第１選択回路２１では、第１の信号ｎｐ〔ｉ〕と第２の信号ｎｑ〔ｉ〕とが比較され、第２の信号ｎｑ〔ｉ〕が小さいとき（即ち、ｎｐ〔ｉ〕＞ｎｑ〔ｉ〕のとき）には、第２の信号ｎｑ〔ｉ〕が選択される。第１選択回路２１の出力は第１の演算要素１１にフィードバックされ、第１の信号を第２の信号と一致するように変更する。
即ち、第１選択回路２１の出力をｎ１〔ｉ〕とすると、次の処理がなされる。
【数１０】
2005233050.tif 000012
【数１１】
2005233050.tif 000013
【００６２】
前述のように、圧力指令値Ｐｃと実際の吐出圧力Ｐとの差がわずかな値になるまでは、概ね、ｎｐ〔ｉ〕＜ｎｑ〔ｉ〕となるため、実際には第２の信号ｎｑ〔ｉ〕が優先的に出力される。〔数１１〕では選択の有無に関わらず第１の信号を制限しているように見えるが、第１選択回路２１で第１の信号ｎｐ〔ｉ〕が選択されている場合には、ｎ１〔ｉ〕とｎｐ〔ｉ〕とは同じ値であるから、実質的には第２の信号ｎｑ〔ｉ〕が選択されている場合にのみ、第１の信号ｎｐ〔ｉ〕が第２の信号ｎｑ〔ｉ〕に一致するように制限していることになる。第１の信号ｎｐ〔ｉ〕は第１の信号ｎｐ〔ｉ〕の次のサンプリング時点での演算に用いられるから、等価的には偏差の積分量が過大にならないように調整していることになる。このため、偏差が大きな場合（即ち流量制御の場合）に積分量が過大となってオーバーシュートが大きくなったり不安定となる、いわゆるワインドアップ現象を防止することができる。従って、この本発明にかかる液圧ポンプ制御装置１が特許文献２に示す従来の液圧ポンプ制御装置との大きく異なる点は、液圧ポンプ制御装置１は、ＰＩＤ制御ではないこと、及び積分増幅部１６の積分項の値を求める必要はないこと等であり、これにより液圧ポンプ５０の圧力制御が簡易に行え、液圧ポンプ制御装置１の操作性が向上することとなる。
【００６３】
第２選択回路２２は、圧力指令値Ｐｃをステップ状に増大させたときなど急激に変化させた場合にのみ作用するように構成されている。圧力指令値Ｐｃを適切なヒステリシスをもつシュミットトリガーゲート２６ａと微分回路２６ｂとを備えた切換検出器２６に入力して、圧力指令値Ｐｃの切り換えをパルス信号として検出し、その出力を遅延手段である可変型の限時遅延復帰タイマー２５で保持している。このため、圧力指令値Ｐｃを低速で変化させた場合には、切り換えは検出されずに、第１選択回路２１の出力がそのまま出力されるが、圧力指令値Ｐｃをステップ状に切り換えた場合には、第２選択回路２２が働いて変化率の制限が実行される。
【００６４】
限時遅延復帰タイマー２５による保持時間（遅延時間）は、適応同定器２４の出力を基に決定される。ここで適応同定器２４においては、圧力Ｐ〔ｉ〕と圧力の変化率ΔＰ＝Ｐ〔ｉ〕−Ｐ〔ｉ―１〕と制限回路の出力ｎＣ〔ｉ〕とから、〔数１２〕を用いて液圧ポンプ５０に接続された負荷の容積の推定値ｖ＾〔ｉ〕を求めた値を出力する。
【数１２】
2005233050.tif 000014
ここで、ｋ１は推定の収束速度を決定する｜ｋ１｜＜１なる任意のパラメータであり、遅延時間には、推定の収束速度を見込んで一定の下限が与えられている。また、実際の負荷が、容積だけでなくシリンダが運動するような場合には圧力が上昇しないためにｖ＾〔ｉ〕が過大な値になってしまうが、この場合にも適切な遅延時間で打ち切られるように上限が設けられている。負荷の容積の推定値ｖ＾〔ｉ〕は、流量制御状態に切り換わるごとに最小の容積に相当する予めプログラムされた初期値に初期化される。
【００６５】
一方で、適応同定器２４の出力は、変化率調整手段２９を介して、変化率リミッター２３にも入力され、圧力指令値Ｐｃの切り換えの際、制限回路２０の出力の変化率を調整する変化率リミッター２３の可変ゲインＫＲの調整にも用いられている。可変ゲインＫＲは、容積の推定値ｖ＾〔ｉ〕が小さい場合には変化せず、容積の推定値ｖ＾〔ｉ〕が大きな場合には変化率が大きくなる。可変ゲインＫＲには、限時遅延復帰タイマー２５の遅延時間と同じ理由で、１に近い一定の上限が設定されている。なお、本実施例では、圧力検出値Ｐの変化率と制限回路２０の出力（回転数指令信号ＩＲ）とから負荷の容積を推定し、その出力をもとに変化率リミッター２３の可変ゲインＫＲを調整しているが、圧力検出値Ｐの変化率が小さい場合や制限回路２０の出力が大きな場合には大きなゲインとなり、制限回路２０の出力が小さな場合や、圧力検出値Ｐの変化率が大きな場合には小さなゲインとなるような別の計算式を用いて変化率リミッター２３の可変ゲインＫＲの値を決定してもよい。
【００６６】
ところで、変化率リミッター２３では、第１選択回路２１の出力と１サンプル前の制限回路２０の出力との差分に可変ゲインＫＲを乗じた値を、１サンプル前の制限回路２０の出力と加算するようになっている。具体的な制限回路２０の出力は、変化率リミッター２３の可変ゲインの値をＫＲ、遅延時間をＴＤとすると、
【数１３】
2005233050.tif 000015
なる演算式で計算される。
【００６７】
上記の可変ゲインＫＲが１に近い値の場合には、制限回路２０の出力は、第１選択回路２１の出力と概ね一致する。また、可変ゲインＫＲの値が０に近い小さな値の場合には、制限回路２０の出力は、１サンプル前の出力に極めて近い値となる。変化率リミッター２３が作動する時間は、圧力指令値Ｐｃが急変した後の一定の期間（遅延時間）であるから、第１選択回路２１の出力は通常、流量指令値Ｑｃに対応する第２の演算要素１２の出力に概ね等しくなる。このように遅延時間の間でも実質的には流量制御状態に移行しているから、遅延時間を経過した後に流量制御状態に移行しても流量の急変は生じない。このような変化率リミッター２３の動作により、圧力制御状態から流量制御状態へのステップ状の切り換えに対しても、実質的な動作遅れが少なく安定した切り換えが実現できる。一方、負荷に流量が流れない場合には、圧力検出値Ｐが上昇し、適応同定器２４は小さな値を出力するから、変化率は小さくなり、サージ圧力の発生を抑制し、ポンプ吐出圧力Ｐが圧力指令値Ｐｃに達した場合には速やかに圧力制御状態に復帰できる。
【００６８】
以上説明したように、本発明の実施形態にかかる液圧ポンプ制御装置１は、簡単な制御演算と選択により良好な制御特性が得られるように構成されているが、本実施例に示した制御演算式は一例であり、適応同定器２４や変化率リミッター２３等の演算方法は、適切な推定や変化率の制限が可能であればどのような演算方法であっても良い。例えば、〔数１２〕の適応同定器２４は、負荷の容積のみを推定するように構成されているが、液圧ポンプ制御装置１に取り込まれている他の要素の変数（例えば負荷の速度）を用いて、等価な体積弾性係数や負荷の容積と体積弾性係数の比なども推定できるように構成すれば、より正確な制御が実現できる。
【００６９】
また、本発明の実施形態にかかる液圧ポンプ制御装置１では、固定容量型の液圧ポンプ５０を用いて良好な圧力制御と流量制御とが実現できるので、高級な制御装置や複雑な構造の可変容量型ポンプを用いることなく、省エネルギー性に優れた液圧ポンプ及び液圧ポンプ制御装置を安価に提供することができる。
【００７０】
（第２実施例）
次に、図４に液圧ポンプ制御装置１をプラスチック原料の射出成形機７８に取り付けた実施例を示す。図４に示す射出成形機７８は、プラスチック原料を加熱溶融しこれを金型に高温で注入し冷却固化させて、プラスチック製品を製造するもので、固定容量型のアキシャルピストンモータである計量モータ６０と、射出シリンダ６１と、型締めシリンダ７１と、移動金型６７ａと固定金型６７ｂとからなる金型６７とを備えている。そして射出成形機７８には、これを駆動する液圧ポンプ５０を備えた本発明にかかる液圧ポンプ制御装置１と、液圧ポンプ制御装置１に圧力指令値Ｐｃと流量指令値Ｑｃ及び電磁弁の動作信号を送る射出成形機コントローラ７６とを取り付けて構成されている。なお、図４では射出成形機７８及び液圧ポンプ制御装置１の構成を簡略化して示してある。この射出成形機７８による１サイクルの射出成形工程を以下で詳細に説明する。
【００７１】
〔型閉め工程〕
まず、射出成形機コントローラ７６は電磁弁７３の左側のソレノイド７３ｂを駆動することで型締めシリンダ７１の後端部７１ｂに接続された流路を開放し、大流量の流量指令値Ｑｃと高圧の圧力指令値Ｐｃとを与える。これにより、型締めシリンダ７１を前進させ、ダイバー７０でガイドされている移動ダイプレート６９と移動ダイプレート６９に取り付けられている移動金型６７ａを固定金型６７ｂ側に移動させて、金型６７を閉鎖する。このとき、実際には負荷は作用していないため、液圧ポンプ制御装置１の制御状態は流量制御状態となり、液圧ポンプ５０から大きな流量が吐出されるため、移動金型６７ａは高速で移動する。
【００７２】
移動金型６７ａが所定の位置（閉じきる手前の位置）に到達したことを射出成形機コントローラ７６が検知すると、金型６７への異物の噛み込みと金型６７の損傷を避けるために、圧力指令値Ｐｃと流量指令値Ｑｃとは共に小さな値に設定される。このため、移動金型６７ａは閉じきる手前で減速し、金型６７に異物を噛み込んだ場合には、液圧ポンプ制御装置１は低圧の圧力制御状態に移行するので、移動金型６７ａが固定金型６７ｂに接触する前に停止する。ここで、射出成形機コントローラ７６は図示しない近接スイッチにより金型６７の接触を検知しており、一定時間経過後に移動金型６７ａが固定金型６７ｂに接触しない場合は、異常状態を検知する。
【００７３】
金型６７に異物が噛み込むことなく移動金型６７ａが固定金型６７ｂに接触した場合にも、低圧の圧力制御状態に移行するが、射出成形機コントローラ７６が金型６７の接触を検知すると、金型６７に規定の加圧力を作用させるために大きな圧力指令値Ｐｃと流量指令値Ｑｃとが与えられる。このとき、圧力指令値Ｐｃがステップ状に増大するため、制限回路２０はそれを検知し、変化率リミッター２３（図２参照）が作用する。型締めシリンダ７１の容積は極めて大容積（大出力）であるので、適応同定器２４（図２参照）と変化率調整手段２９（図２参照）により液圧ポンプ５０の回転数変化率は比較的大きな値に設定され、型締めシリンダ７１の圧力は速やかに上昇する。型締めシリンダ７１の圧力が所定の加圧力に近づくと液圧ポンプ５０の制御状態が圧力制御状態に切り換わり、液圧ポンプ５０の回転数は必要な圧力を保持するための適切な値（比較的低い回転数）に維持される。そして型締めシリンダ７１に高圧を作用させた状態で、電磁弁７３のソレノイド７３ｂを消磁して、金型６７の圧力を保持したまま型締め工程が完了する。
【００７４】
型締めシリンダ７１は極めて大出力であるので、上記の金型６７の加圧の際に圧力の大きなサージが発生すると、金型６７を破損したり、大きな振動や騒音が発生したりする危険性があるが、液圧ポンプ制御装置１では、変化率リミッター２３の機能により液圧ポンプ５０の急激な回転数の変化が抑制されるので、大きな圧力サージが発生することはない。また、圧力サージの発生を抑制するために回転数の変化率を小さな値に固定してしまうと、圧力の上昇に長い時間が必要となり、生産性を損なうことになるが、液圧ポンプ制御装置１では、適応同定器２４と変化率調整手段２９の機能により、適切な変化率が設定されるため、速やかな圧力の上昇が得られる。
【００７５】
〔射出工程〕
型締め工程が完了すると、射出工程に移行する。射出スクリュー６２の先端には、下記する計量工程によって予め所定量に計量された溶融混錬された原料樹脂（プラスチック樹脂）が溜められ、射出シリンダ６１を前進させることによりこの樹脂が急速に金型６７内に注入される。射出工程では電磁弁７４の一方のソレノイド７４ａが励磁されて、液圧ポンプ５０から吐出された液体は射出シリンダ６１の後端部に導かれる。射出の開始時点では、液圧ポンプ制御装置１からは、高速の射出速度に相当する流量指令値Ｑｃと適切なリミット圧力に相当する圧力指令値Ｐｃとが与えられる。この場合、射出に対する抵抗は、樹脂が金型６７の細いノズルを通過する抵抗しかないので負荷は小さい。従って、液圧ポンプ制御装置１は流量制御状態となり、液圧ポンプ５０は一定の流量を吐出するため、射出シリンダ６１は概ね一定の速度で前進を開始する。樹脂が金型６７内に充填されるに従い、射出に対する抵抗が増加し、射出シリンダ６１に必要な駆動力（加圧力）も増大するが、圧力指令値Ｐｃで与えられたリミット圧力の近傍に達するまで、射出シリンダ６１の速度は維持される。
【００７６】
樹脂の充填が進み、金型６７内の狭隘な部分に樹脂が到達して、射出に対する抵抗が増大した場合は、樹脂の流動状態によっては負荷圧力が大きくなりリミット圧力に近づく。このような場合に過大な圧力が発生したり、射出シリンダ６１の速度が急激に変化したりすると、金型６７内に樹脂が均一に充填されない。そこで液圧ポンプ制御装置１は、図３に示すように、リミット圧力に近づくと液圧ポンプ５０の回転数を一定にすることで、圧力の上昇に伴い液圧ポンプの吐出流量Ｑを漸減させて過大な圧力の発生を防止し、更に圧力が増大した場合は、圧力制御状態に移行して圧力が過大になることを防止する。このとき、射出シリンダ６１はその速度を低下させながら前進し続けるので、金型６７内への樹脂の充填は進行する。すると金型６７内の樹脂の流動状態によっては射出シリンダ６１の負荷圧力が変化するが、この負荷圧力の変化の状況は金型６７内の形状、大きさによって異なる。そして負荷圧力が低下すれば、射出シリンダ６１の速度は元の速度に復帰し、負荷圧力が上昇すればリミット圧力に制御する圧力制御状態になる。このように、射出工程の前半では、圧力制御状態と流量制御状態の両方の制御状態の間を相互に移行する状態になる場合があるが、液圧ポンプ制御装置１では、流量制御状態と圧力制御状態との両者の間の安定な切り換えが実現されるため、樹脂の均一な充填が行われる。
【００７７】
射出シリンダ６１が規定の位置に達すると、射出成形機コントローラ７６は、圧力指令値Ｐｃを射出完了時の圧力まで上昇させる。これにより、液圧ポンプ制御装置１の制御状態は流量制御状態になり、樹脂が金型６７内に完全に充填される。樹脂が金型６７内に充填されると、射出シリンダ６１の圧力は上昇し、この時点で圧力制御状態に切り換わる。このため、規定の位置に達した時点（即ち、圧力指令値Ｐｃを射出完了時の圧力まで上昇させた時点）で圧力制御状態になっている場合には、圧力制御時の圧力指令値Ｐｃのステップ状の増大が発生する。この際に圧力サージが発生すると、樹脂の流動が不安定となり、良好な成形品が得られないが、液圧ポンプ制御装置１では、適応同定器２４と変化率調整手段２９の機能により適切な変化率が設定されるため、圧力サージの発生を防止しつつ、円滑に流量制御状態に移行することができる。また、樹脂が金型６７内に充填されたときに、射出スクリュー６２側のノズル部６５の面積に比べて移動金型６７ａ側の面積（即ち型締めシリンダ７１側の面積）が広いため、樹脂の圧力を適切に制限しないと型締めシリンダ７１の出力が不足して金型６７の間に隙間ができて、成形品にバリが生じるが、液圧ポンプ制御装置１では圧力制御状態への円滑な切り換えが可能であるため、このバリの発生も避けることができる。
【００７８】
射出シリンダ６１の背圧が所定の値を超え、射出スクリュー６２が射出完了時の位置に到達したことが検出されて樹脂の射出完了が検知されると、射出成形機コントローラ７６は電磁弁７４を消磁し、圧力指令値Ｐｃ、流量指令値Ｑｃを共にゼロにする。そして、金型６７を冷却してその内部の樹脂を冷却固化させることで、プラスチック製品（成形品）を成形する。この金型６７を冷却する冷却時間中に、次のサイクルで射出する原料樹脂の計量を行う。
【００７９】
〔計量工程〕
計量工程では、ホッパー７２から投入されたプラスチック材料（原料樹脂）は、計量モータ６０の回転により、バンドヒータ６４で加熱された加熱シリンダ６３内部に送り込まれ、射出スクリュー６２の先端部に溶融した原料樹脂が充填されるに伴い、射出スクリュー６２は後退し、この後退量によって、溶融した原料樹脂の容積が測定される。この際液圧ポンプ制御装置１には、射出成形機コントローラ７６から、計量モータ６０を適切な回転数で回転させるための流量指令値Ｑｃと、計量モータ６０を回転させるための負荷圧よりも大きな適切な圧力指令値Ｐｃと、電磁弁７５を励磁する励磁信号Ｐｘが与えられる。このため、負荷圧力にかかわらず液圧ポンプ５０は一定の流量を吐出し、計量モータ６０は前記した一定の回転数で回転する。原料樹脂の容積が規定の値になると、射出成形機コントローラ７６は電磁弁７５を消磁し、流量指令値Ｑｃと圧力指令値Ｐｃを共にゼロにすることで、計量モータ６０を停止する。
【００８０】
〔型開き工程〕
計量工程が完了した後、金型６７を開いて冷却された成形品を取り出す。この型開き工程では、電磁弁７３の右側のソレノイドコイル７３ａを励磁して、型締めシリンダ７１のロッド側７１ａ（金型６７側）に接続された流路を開く。型開き工程の最初の段階では、金型６７から樹脂を引き剥がす際に成型品の表面を損傷しないようにするため、大きな圧力で低速で開く必要があり、そのため高圧の圧力指令値Ｐｃと小さな流量指令値Ｑｃとが与えられる。このため、樹脂が金型６７に張り付いている間は高い負荷となり、場合によっては圧力制御状態になる。樹脂が金型６７から引き剥がされると負荷は小さくなり、流量制御状態に移行する。一定時間経過後（即ち、樹脂が金型６７から引き剥がされた後）に大きな流量指令値Ｑｃを与えることで高速に金型６７を開き、再度、停止位置の手前で小さな流量指令値Ｑｃを与えて減速した後、停止させる。このように型開き工程では、型締めシリンダ７１を低速移動状態から高速移動状態にし、その後再び低速移動状態にするという、多段の速度制御が行われるが、十分に高い圧力指令値Ｐｃが与えられているため、型締めシリンダ７１が移動している間は、液圧ポンプ５０の吐出流量Ｑは流量指令値Ｑｃに追従する。
【００８１】
型開き工程が終わると、図示しないエジェクタシリンダによって金型６７から成形品が押し出されて取り出される。成形品を取り出すことで、１サイクルの運転が完了し、引き続き上記の計量工程ですでに計量された原料樹脂を用いて、次の成形品製造サイクルが開始され、上記の型締め工程からの手順が実行される。
【００８２】
上記のように、射出成形機７８においては、圧力制御状態と流量制御状態との切り換えが極めて頻繁に行われ、駆動される負荷も大容積のものから小容積のものまで様々に変化するが、液圧ポンプ制御装置１を用いることにより、制御状態の切り換えの際も良好な制御特性を得ることができ、また、圧力制御状態から流量制御状態へ切換えが短時間で行え、射出成形機７８を適切に駆動することができる。
【００８３】
（第３実施例）
次に、液圧ポンプ制御装置１を、半導体ウエハー上に樹脂膜を形成するモールディング装置７９に取り付けた実施例を図５に示す。図５に示すモールディング装置７９は、下定盤８０と上定盤８１の間で上下に移動する可動定盤８２を具備し、上定盤８１の下面に取り付けた上金型８６ａと可動定盤８２の上面に取り付けた下金型８６ｂとで金型８６を構成している。可動定盤８２はリフトシリンダ８５によって上下に移動させられ、さらに下金型８６ｂはメインシリンダ８４によって上下に移動させられる。液圧ポンプ５０の負荷であるリフトシリンダ８５及びメインシリンダ８４の発生力は、モールディング装置７９のダイバー８３に設置された歪みゲージ９０の出力により検出され、この検出値が液圧ポンプ制御装置１にフィードバックされている。なお、実際のモールディング装置では、リフトシリンダ８５はメインシリンダ８４の両側に設置されているが、図示の都合上、図５では一方のリフトシリンダ８５のみを示しており、リフトシリンダ８５に接続された配管も一方のみを示している。モールディング装置７９による１サイクルのモールディング工程を以下で詳細に説明する。
【００８４】
〔高速型送り工程〕
上金型８６ａと下金型８６ｂとの間のキャビティ８７に、図示しないトランスファー装置により半導体ウエハーＷが載置され、この半導体ウエハーＷ上に円筒形の樹脂ペレットＰｔが載置される。トランスファー装置が金型８６の間から待避すると、モールディング装置コントローラ９８は液圧ポンプ制御装置１に、リフトシリンダ８５を駆動する速度指令値Ｓｃと金型８６への異物の噛み込みを防止するためのリミット力信号に対応する力指令値Ｗｃとを与え、同時に電磁弁９１の右側のソレノイド９１ａを励磁する。この時、大容量のメインシリンダ８４にはプレフィル弁９５を介してタンク９７内の作動流体が充填される。
【００８５】
リフトシリンダ８５が上昇すると、可動定盤８２とその上面に取り付けた下金型８６ｂが上昇して上金型８６ａに接近する。変位センサ８９の出力により、上金型８６ａと下金型８６ｂが接近して所定の位置に近づいたことが検出されると、モールディング装置コントローラ９８は液圧ポンプ制御装置１への速度指令値Ｓｃを低減させ、下金型８６ｂが所定の位置に達した時点で電磁弁９１のソレノイド９１ａを消磁して、リフトシリンダ８５を停止させ、同時に速度指令値Ｓｃの値をゼロにして液圧ポンプ５０を停止させる。この時点で、上金型８６ａと下金型８６ｂとの間に異物が噛み込まれていると、下金型８６ｂが所定の位置に達する前に歪みゲージ９０の出力が力指令値Ｗｃに達し、力制御状態となる。そして異物の噛み込みによりリフトシリンダ８５の上昇が停止して、モールディング装置コントローラ９８は、規定の時間内に下金型８６ｂが所定の位置に達しないことにより異常を検知する。
【００８６】
異物を噛み込んでいない場合、下金型８６ｂが所定の位置に到達すると、その時点では上金型８６ａと樹脂ペレットＰｔとはまだ接触していない。ここで、上下の金型８６は図示しない内蔵されたヒーターによって加熱されており、接近した金型８６間の雰囲気温度により樹脂ペレットＰｔが予熱される。そして、この状態で一定時間待つことで樹脂ペレットＰｔが十分に予熱された後、モールディング装置コントローラ９８は低速の速度指令値Ｓｃと異物の噛み込みのリミット力に対応する力指令値Ｗｃとを出力して液圧ポンプ５０を駆動すると同時に、電磁弁９２の左側のソレノイド９２ｂと電磁弁９３のソレノイドとを励磁する。これによって、メインシリンダ８４は低速で上昇を開始し、リフトシリンダ８５の作動流体は電磁弁９３を介してタンク９７から給排される。この時点で、上金型８６ａと下金型８６ｂとの間に異物が噛み込まれると、上記と同様に、下金型８６ｂが所定の位置に達する前に歪みゲージ９０の出力が力指令値Ｗｃに達して力制御状態となる。そして異物の噛み込みによりメインシリンダ８４の上昇が停止し、モールディング装置コントローラ９８は、規定の時間内に下金型８６ｂの位置が所定の位置に達しないことにより異常を検知する。
【００８７】
〔型締め工程〕
異物を噛み込んでおらず、上金型８６ａと下金型８６ｂとが互いに接近して樹脂ペレットＰｔが上金型８６ａに接触する直前の位置に達すると、モールディング装置コントローラ９８は、速度指令値Ｓｃを高速にし、力指令値Ｗｃを型締めに対応する力指令値に切り換える。これによりメインシリンダ８４が高速に上昇し始め、樹脂ペレットＰｔが上金型８６ａと接触して押しつぶされることで半導体ウエハーＷ上に広がる。樹脂ペレットＰｔが上金型８６ａと接触すると圧縮反力が作用して、ダイバー８３の歪みゲージ９０で発生力が検出される。この検出された発生力が液圧ポンプ制御装置１にフィードバックされるため、メインシリンダ８４の速度は力検出値によって補正され、設定速度に保たれる。半導体ウエハーＷ上で十分に樹脂ペレットＰｔが進展すると、樹脂ペレットＰｔの外径が大きくなるため、樹脂ペレットＰｔの進展速度が速くなり、同時に圧縮反力も増加する。モールディング装置コントローラ９８は、樹脂ペレットＰｔの流動状態を良好に保つため、上金型８６ａと下金型８６ｂとの間隔を基に、樹脂ペレットＰｔの外径が拡大する速度（樹脂の進展速度）がほぼ一定になるように速度指令値Ｓｃを漸減させていくが、この際にも力検出値によって液圧ポンプ５０の回転数を補正するので、メインシリンダ８４の上昇速度は、速度指令値Ｓｃによる設定速度に追従する。
【００８８】
半導体ウエハーＷ上に樹脂ペレットＰｔが十分に伸展して、上金型８６ａと下金型８６ｂとの間のキャビティ８７に樹脂が充填されると、上金型８６ａと下金型８６ｂとが接触して、ダイバー８３から検出される発生力は急速に増大する。これに伴って、液圧ポンプ制御装置１による制御状態が力制御状態に移行し、メインシリンダ８４の発生力を設定力に制御する。このとき、速度制御状態から力制御状態への移行が滑らかに行われないと、大容積のメインシリンダ８４による大きな発生力により、金型８６が破損したり、大きな振動・騒音が発生してしまう危険がある。しかし、液圧ポンプ制御装置１による制御によれば、速度制御状態から力制御常状態への滑らかな移行が実現できるので、このような問題が発生することはない。
【００８９】
〔圧抜き工程〕
メインシリンダ８４の発生力が規定の値に達すると、液圧ポンプ制御装置１は、図示しない信号経路を介して、モールディング装置コントローラ９８にメインシリンダ８４の発生力が規定の力に達したことを力制御完了信号として伝達する。モールディング装置コントローラ９８は、予め設定された時間だけ接続する力制御完了信号を受信することにより、型締め工程の完了を検知し、電磁弁９２と電磁弁９３のソレノイドを消磁して発生力を保持する。また、液圧ポンプ制御装置１には、速度指令値Ｓｃとしてゼロが与えられて液圧ポンプ５０が停止する。半導体ウエハーＷの上に伸展した樹脂ペレットＰｔは金型８６に内蔵されたヒーターによって加熱されて硬化し、半導体ウエハーＷを被覆する樹脂層となる。
【００９０】
この状態で、予め設定された保持時間（キュアタイム）が経過するのを待つ。このキュアタイムの長さは、使用する樹脂の種類によってそれぞれ異なる。キュアタイムの経過後、モールディング装置コントローラ９８は、電磁弁９２の右側のソレノイド９２ａを励磁し、これによりメインシリンダ８４内にある圧縮された流体は、絞り９６を介して排出されるため金型８６の圧力は緩やかに減少するが、金型８６は左右のリフトシリンダ８５によって支持されているためほとんど動かない。
【００９１】
〔型開き工程〕
圧抜き工程の後、モールディング装置コントローラ９８は、上金型８６ａを下降させる速度に相当する速度指令値Ｓｃと最大型開き力に対応する力指令値Ｗｃとを液圧ポンプ制御装置１に与えて液圧ポンプ５０を駆動し、それと同時に電磁弁９１の左側のソレノイド９１ｂと電磁弁９４のソレノイドとを励磁する。これにより、リフトシリンダ８５が下降することで、可動定盤８２と下金型８６ｂが下降し始めて、下金型８６ｂが上金型８６ａから離れ、上金型８６ａから樹脂が引き剥がされる。メインシリンダ８４内の作動流体は、電磁弁９４によって強制的に開かれたプレフィル弁９５を介してタンク９７へ排出される。このとき、過大な型開き力が作用すると、樹脂が皮膜された半導体ウエハーＷが破損してしまうが、リフトシリンダ８５の発生力は、液圧ポンプ制御装置１により半導体ウエハーＷが破損しない範囲に制限されている。そして、上金型８６ａから樹脂が引き剥がされると、金型８６には外力が作用しない状態となるので、下金型８６ｂは、それ以降は速度指令値Ｓｃで与えられた速度で下降する。金型８６が十分に開き、下金型８６ｂが所定の位置に近づいたことを変位センサ８９で検出すると、モールディング装置コントローラ９８は、速度指令値Ｓｃを低下させて、下金型８６ｂが所定の位置に達した時点で電磁弁９１を消磁してリフトシリンダ８５を停止させると同時に、液圧ポンプ制御装置１に速度指令値Ｓｃとしてゼロを出力して液圧ポンプ５０を停止させる。
【００９２】
金型８６が停止した時点で、図示しないトランスファー装置が、金型８６上にある皮膜された半導体ウエハーＷを取り出す。以上により、一回のモールディング工程が完了する。
【００９３】
以上述べたように、モールディング装置７９では、半導体ウエハーＷ上に樹脂を圧縮成型する際の金型８６への加圧力と樹脂の伸展速度とを正確に制御する必要があり、速度制御状態から力制御状態に迅速かつ円滑に移行する必要があるが、液圧ポンプ制御装置１による制御で、これらの要求を容易に実現することができる。
【００９４】
なお、上記各実施例では、液圧ポンプ装置の吐出圧力指令と吐出流量指令との組み合わせによる制御、又は負荷装置の速度指令と力指令との組み合わせによる制御を例として液圧ポンプの制御を示しているが、負荷の速度指令と液圧ポンプ装置の圧力指令との組み合わせ、あるいは液圧ポンプ装置の流量指令と負荷の力指令という別の組み合わせで液圧ポンプの制御を実現してもよい。
【００９５】
以上本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載のない何れの形状・構造・材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明にかかる液圧ポンプ制御装置１の構成を示すブロック線図である。
【図２】制限回路２０の構成を示すブロック線図である。
【図３】本発明にかかる液圧ポンプ制御装置１、従来の液圧ポンプ制御装置１００、従来の液圧ポンプ制御装置１１０のポンプ吐出圧力―流量特性を示す図である。
【図４】本発明にかかる液圧ポンプ制御装置１を取り付けた射出成形機７８の概略構成を示す図である。
【図５】本発明にかかる液圧ポンプ制御装置１を取り付けたモールディング装置７９の概略構成を示す図である。
【図６】従来の液圧ポンプ制御装置１００の構成を示すブロック線図である。
【図７】従来の液圧ポンプ制御装置１１０の構成を示すブロック線図である。
【図８】従来の液圧ポンプ制御装置１２０の構成を示すブロック線図である。
【符号の説明】
【００９７】
１          液圧ポンプ制御装置
１０        制御演算部
１１        第１の演算要素
１２        第２の演算要素
１３        Ａ／Ｄ変換器
１４        Ａ／Ｄ変換器
１５        Ａ／Ｄ変換器
１６        積分増幅部（デジタル積分器）
１７        比例器
１８        微分器
１９        フィードバック増幅部
２０        制限回路
２１        第１選択回路
２２        第２選択回路
２３        変化率リミッター（変化率設定手段）
２４        適応同定器
２５        限時遅延復帰タイマー（遅延手段）
２６        切換検出器（切換検出手段）
２７        Ｄ／Ａ変換器
２８        遅延時間変化手段
２９        変化率調整手段
４０        回転数制御手段
４１        サーボ増幅器
４２        比較制御増幅部
４３        パワー増幅部
４４        回転数検出手段
４５        サーボモータ（ＡＣサーボモータ）
４６        エンコーダ（絶対値エンコーダ）
４７        回転数制御回路
５０        液圧ポンプ
５１        圧力検出手段
６０        計量モータ
６１        射出シリンダ
６２        射出スクリュー
６３        加熱シリンダ
６４        バンドヒータ
６５        ノズル部
６７        金型
６９        移動ダイプレート
７０        ダイバー
７１        型締めシリンダ
７２        ホッパー
７３        電磁弁
７４        電磁弁
７５        電磁弁
７６        射出成形機コントローラ
７８        射出成形機
７９        モールディング装置
８０        下定盤
８１        上定盤
８２        可動定盤
８３        ダイバー
８４        メインシリンダ
８５        リフトシリンダ
８６        金型
８７        キャビティ
８９        変位センサ
９０        ゲージ
９１        電磁弁
９２        電磁弁
９３        電磁弁
９４        電磁弁
９５        プレフィル弁
９７        タンク
９８        モールディング装置コントローラ
Ｉ          回転数検出信号
ＩＲ        回転数指令信号
Ｐ          ポンプ吐出圧力
Ｐｃ        圧力指令値
Ｑ          ポンプ吐出流量
Ｑｃ        流量指令値
Ｓｃ        速度指令値
Ｗｃ        力指令値
【図１】
2005233050.tif 000016
【図２】
2005233050.tif 000017
【図３】
2005233050.tif 000018
【図４】
2005233050.tif 000019
【図５】
2005233050.tif 000020
【図６】
2005233050.tif 000021
【図７】
2005233050.tif 000022
【図８】
2005233050.tif 000023