WO2000043674A1

WO2000043674A1 - Dispositif pour pressuriser un liquide

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Publication number: WO2000043674A1
Application number: PCT/JP2000/000080
Authority: WO
Inventors: Ryoji Muratsubaki; Osamu Honokidani; Masanori Takimae; Tadashi Sugimori
Original assignee: Sugino Machine Limited
Priority date: 1999-01-21
Filing date: 2000-01-11
Publication date: 2000-07-27
Also published as: DE60041937D1; TW499549B; DE60028550D1; EP1162372A4; KR100681624B1; EP1705376A1; US7080792B2; JP2000213466A; EP1162372B1; JP3995227B2; EP1705376B1; KR20010104331A; EP1162372A1; US20040217191A1

Description

明細書

液体加圧装置技術分野

本発明は、プランジャポンプ等の往復動ポンプを利用した液体加圧装置に関するものであり、特にポンプから吐出される高圧液体の圧力制御に関する。背景技術

サーボモータ等を駆動源にした電動方式往復動プランジャポンプから吐出される高圧液体の吐出圧力の制御は、シリンダ内を往復動するプランジャの送り速度を制御することにより行われるのが一般的である。このような高圧液体の圧力制御の第一の方法は、プランジャポンプに取り付けられた圧力センサにより検出された実吐出圧力値をフィードバックして目標値としての圧力設定値との偏差をとり、この偏差を速度信号に変換して、偏差に基づいた比例積分制御（P I D制御）によりサーボモータの回転速度、即ちプランジャの往復動の送り速度を調整することにより、実吐出圧力値を目標値に収束される方法が一般的に知られている。

又、第二の方法は、サーボモー夕の起動及び停止を繰り返しながら、プランジャの往復動の送り速度を変えて実吐出圧力値をフィードバックし、圧力設定値に収束させるという O N— O F F制御により行われる。

しかしながら、このような従来の圧力制御方法には次のような問題がある。 P I D制御により圧力制御を行う場合には、 P I D制御の性質により、外乱に敏感に反応するため、プランジャの往復動の加減速が激しくなる。特にプランジャポンプは、プランジャのストローク長が短いため、加減速を頻繁に行っても実吐出圧力値が安定状態に達するまで時間を要するという問題がある。また、外乱の影響を受けやすいため、実吐出圧力値が安定した後でも、変動しやすく、一定の圧力値を維持することが困難であるという問題がある。

一方、 O N— 0 F F制御による圧力制御方法では、サ一ボモー夕の起動及び停止によるプランジャのストロ一ク反転を煩雑に繰り返すため、圧力値が安定した後でも庄カ値を一定に保持できないという問題がある。また、煩雑なサ一ボモ一夕の起動及び停止により、ベルトゃプーリー等の駆動系に対する機械的負担が大きく、装置の寿命が短くなるという問題がある。

ところで、プランジャポンプのような往復動ポンプにおいては、高圧液体の吐出圧力は、ノズルの径が一定であれば、往復動するプランジャの送り速度によつて一意的に決定されるものである。このため、プランジャの送り速度を一定に維持できれば、吐出圧力値も安定した状態を保持できることになる。発明の開示

本発明は、上記問題点に鑑み、吐出圧力値を安定した動作で、短時間にかつ精度良く目標の圧力値に収束させることができる液体加圧装置を提供することを主な目的とする。また、本発明の別の目的は、吐出圧力を目標の圧力値に安定した状態で維持することができる液体加圧装置を提供することである。本発明の更に別の目的は、装置に対する機械的負担を減少させることができる液体加圧装置を提供することである。本発明の別の目的は、吐出圧力値の追従性を良好にして、目標の圧力設定値に安定した状態で維持することができる液体加圧装置を提供することである。本発明の別の目的は、複数のノズルを有する場合にも実吐出圧力値の制御を容易に行える液体加圧装置を提供することである。

本発明の一つの好適な態様によれば、吸入した液体をプランジャの往復動により加圧して吐出する往復動ポンプと、前記高圧液体の実吐出圧力値を計測する圧力計測手段と、前記ヷランジャの往復動の送り速度を調整することにより、前記圧力計測手段で計測された実吐出圧力値を目標値としての圧力設定値に収束させるように制御する圧力制御手段と、を備えた液体加圧装置において、

前記圧力制御手段は、プランジャを移動して前記実吐出圧力値を予め定められた閾値に到達させ、前記実吐出圧力値が前記閾値に到達した後に実吐出圧力値の制御を行って最適送り速度を決定し、その後は当該最適送り速度を一定に維持するものであることを特徴とする。

本発明では、予め吐出圧力の閾値を定め、圧力制御手段によって、初めに実吐出圧力値をこの閾値に到達させ、到達後に実吐出圧力値の制御を行っている。ここで、予め定められた閾値は、目標値としての圧力設定値の近傍の値である。即ち、本発明では、目標値に近い閾値まで実吐出圧力値を一気に到達させた後、目標値付近で実吐出圧力値のフイードバック制御を行って目標値に収束させることができるため、従来の P I D制御や O N— O F F制御によりプランジャの加減速ゃストロ一ク反転を繰り返す装置に比べて、短時間に吐出圧力値を目標値に到達させることができる。

閾値に到達させるまでのプランジャ移動の送り速度は、特に限定されるものではないが、圧力制御の速応性を向上させ、より短時間に吐出圧力値を目標値に収束させるため、プランジャの最高送り速度であることが好ましい。

尚、閾値は、目標値付近の圧力値であればよく、プランジャの送り速度、ストローク長等の条件によって任意に設定することが可能である。また、閾値として、下限値の他、上限値を定めておく。この場合には、徐々に減速されるプランジャが目標値としての圧力設定値に達しても移動しょうとするため、実吐出圧力値が目標値としての圧力設定値に達した時点で、プランジャの移動が停止してしまうことを防止できるという利点がある。

また、本発明では、圧力制御手段によって、実吐出圧力値が閾値に到達した後に実吐出圧力値の制御を行って最適送り速度を決定し、その後は当該最適送り速度を一定に維持する。

ここで、最適送り速度とは、目標値である圧力設定値にほぼ対応したプランジャの送り速度であり、目標値に完全に一致させるため、後に補正することができる。即ち、本発明でお、往復動ポンプの高圧液体の吐出圧力は、ノズルの径がー定であればプランジャの送り速度により決定されることを利用して、閾値に達した後の圧力制御により実吐出圧力を目標値に収束させた時点、若しくは目標値付近の圧力値となる送り速度を最適送り速度として決定し、この最適送り速度を一定に維持する。このため、実吐出圧力値は、目標値にほぼ収束した状態で一定値を保持することになり、従来の P I D制御による圧力制御を行う装置と異なり、外乱の影響に伴うプランジャの加減速は不要となり、また最適送り速度の再決定を行う必要がない。従って、実吐出圧力値を、精度良く円滑に目標値に到達させることが可能となる。また、実吐出圧力値を目標値に維持することが容易となり, 安定性を向上させることができる。

本発明の別の一つの態様によれば、上記液体加圧装置において、前記圧力制御手段は、比例要素を有し、前記実吐出圧力値が前記閾値に達した後、最初にブランジャの前進端に到達するまでの間に、実吐出圧力値を比例制御するものであることを特徴とする。

本発明では、実吐出圧力値が閾値に到達した後、最初にプランジャの前進端に到達するまでの間のプランジャの圧力制御を、外乱への反応が少ない比例制御で行うため、ストロ一ク長の短いプランジャの場合でもより短時間に圧力値を目標値付近に収束させることが可能となる。

本発明の別の一つの態様によれば、上記液体加圧装置において、前記圧力制御手段は、前記最適送り速度の決定後、前記プランジャの往復動の切換時に、実吐出圧力値と圧力設定値との偏差に基づいて送り速度を補正するものであることを特徴とする。

本発明では、最適送り速度の決定後、プランジャの送り速度を、往復動の切換時に、実吐出圧力値と圧力設定値との偏差に基づいて補正するため、最適送り速度が圧力設定値に完全に対応した送り速度でない場合でも、次第に送り速度を収束させることができる。即ち、目標値付近で送り速度の補正を繰り返すことにより、更に短時間に実吐出圧力値を目標値に収束させることが可能となる。また、補正前及び補正後の送り速度は一定に維持されるため、安定した動作を行わせることができ、装置の機械的負担も減少する。更に、往復動の切換により送り速度が変動して、高圧液体の実吐出圧力値が変動した場合でも、補正により最適送り速度に戻すことができ、実吐出圧力の定常特性を更に良好にすることができる。本発明の圧力制御手段における送り速度の補正は、往復動の切換時に行うものであればその構成は特に限定されるものではない。例えば、圧力設定値と実圧力設定値の偏差に基づき、予め定められた算出式により算出された補正値を送り速度に加減乗除して補正する他、偏差量に対して固定された補正値を送り速度に加減するように構成しても良い。

また、補正は、一方のストローク端での切換時で行う他、各ストローク端での切換時に別個に行っても良い。この場合には、プランジャの左行、右行の機械的ズレによる送り速度の誤差を解消して、良好な定常特性を維持することが可能となる。

本発明の別の一つの態様によれば、上記液体加圧装置において、前記圧力制御手段は、前記最適送り速度の決定後、前記プランジャの往復動の切換時に、送り速度を一時的に前記最適送り速度以上の速度に設定するものであることを特徴とする。

本発明では、圧力制御手段によって、最適送り速度の決定後プランジャの往復動の切換時に、送り速度を一時的に最適送り速度以上の速度に設定するので、往復動の切換時の脈動による実吐出圧力値の低下を防止して、減衰性を良好にし安定性を維持することが可能となる。このような設定速度としては、例えば、減衰性をより良好にするため、最大送り速度とすることができる。

以上説明しように本発明の液体加圧装置は、プランジャポンプの実吐出圧力値を短時間に目標の圧力設定値に収束させることができ、また収束後は安定状態を維持できる点で優れている。しかしながら、ノズルにオンオフバルブを取り付け、ノズルからの高圧液体のジエツト噴射及び停止を頻繁に切り換える場合には、圧力変動が大きくなつてしまう。即ち、圧力変動には、プランジャの移動による場合の他にノズルからの高圧水噴射による圧力変動もあるため、上限閾値はこれを考慮して目標の圧力設定値から十分な幅をとつて設定しなければならない。このため、プランジャの送り停止時には、圧力設定値と上限閾値との差が行過ぎ量となってしまい、圧力変動が大きくなる。

そこで、本発明の別の一つの好適な態様によれば、吸入した液体をプランジャの往復動により加圧して吐出する往復動ポンプと、前記高圧液体の実吐出圧力値を計測する圧力計測手段と、前記高圧液体を噴射するノズルと、前記プランジャの往復動の送り速度を調整することにより、前記圧力計測手段で計測された実吐出圧力値を目標値としての圧力設定値に収束させるように制御する圧力制御手段と、前記ノズルからの前記高庄液体の噴射及び噴射停止を検知する検知手段と、を備えた液体加圧装置であって、

前記圧力制御手段は、前記検知手段により噴射停止を検知した場合に、前記圧力設定値付近でプランジャの移動を停止させるものであることを特徴とするものである。

本発明では、検知手段により噴射停止を検知した場合に、圧力制御手段によつて圧力設定値付近でプランジャの移動を停止させるので、ノズルからの高圧液体の噴射停止時に実吐出圧力値が目標値としての圧力設定値より必要以上に超えることはなく、圧力設定値からの行過ぎ量を最小限とし追従性を良好にすることができる。このため、ノズルからの高圧液体の噴射圧力の影響により圧力変動が生じることもなく、吐出圧力値をより安定させることが可能となる。

ここで、圧力設定値付近とは、目標値としての圧力設定値の他、圧力設定値の近傍に設けた所定の闕値も含まれる。但し、吐出圧力値の追従性をより良好にすベく、圧力設定値との差はわずかであることが好ましい。

本発明の圧力制御手段は、噴射停止を検知した場合に圧力設定値付近でプランジャの移動を停止させるものであればその構成は特に限定されない。例えば、圧力制御手段として更に、検知手段により再噴射を検知した場合に、圧力設定値に到達するまでプランジャを最大送り速度で移動し、到達後は所定の最適送り速度でプランジャを移動させるように制御することは任意である。この場合には、圧力制御手段によって、目標値としての圧力設定値からの落ち込みを最小限にすることができる。

尚、本発明の検知手段としては、例えばノズルに取り付けたオンオフバルブの開閉検知するセンサ等が挙げられる。

本発明の別の一つの態様によれば、上記液体加圧装置において、前記圧力制御手段は、前記実吐出圧力値を予め定められた闞値に到達させ、到達後に実吐出圧力値の制御を行って最適送り速度を決定し、その後は当該最適送り速度を一定に維持するとともに、前記検知手段により噴射停止を検知した場合にはプランジャの移動を停止させ、前記検知手段により再噴射を検知した場合には前記最適送り速度でプランジャを移動させるように制御するものであることを特徴とするものである。

本発明は、予め定められた闕値を設け、実吐出圧力値が当該閾値に到達後に最適送り速度を決定し、これを一定に維持する液体加圧装置に適用したものである < 即ち、本発明では、短時間に実吐出圧力値を圧力設定値（目標値）に到達させ、その後は安定性を維持させることができるという利点に加え、圧力制御手段が検知手段により噴射停止を検知した場合に、吐出圧力値が閾値到達後の圧力設定値 (目標値）付近にあるときにプランジャの移動を停止する。このため、圧力設定値からの行過ぎ量を最小限とし追従性を良好にして噴射停止による圧力変動が少なくなり、吐出圧力値を更に安定させることが可能となる。

また、圧力制御手段は、検知手段により再噴射を検知した場合には最適送り速度でプランジャを移動させるので、再噴射後直ちにプランジャを最適送り速度に復帰させることができ、実吐出圧力値の圧力設定値（目標値）からの落ち込みを最小限として圧力変動がより少なくなり、実吐出圧力値の安定性を図ることがでさる。

閾値に到達させるまでのプランジャ移動の送り速度は、特に限定されるものではないが、圧力制御の速応性を向上させ、より短時間に実吐出圧力値を圧力設定値に収束させるため、プランジャの最高送り速度であることが好ましい。

尚、閾値は、圧力設定値付近の圧力値であればよいが、追従性を維持するため圧力設定値との差が少ないことが好ましい。また、閾値は上限値と下限値の両方を設定しても良い。

最適送り速度とは、目標値である圧力設定値にほぼ対応したプランジャの送り速度であり、圧力設定値に完全に一致させるため、後に補正できるように構成しても良い。

本発明の圧力制御手段で、閾値到達後に行う実吐出圧力値の制御は、プランジャの最適送り速度を決定できるものであればその構成は限定されるものではない。このような制御として P I D制御を用いることができるが、外乱の影響を少なくしてストロ一ク長の短いプランジャの場合でもより短時間に実吐出圧力値を圧力設定値付近に収束させるため、比例制御を行うことが好ましい。

また、実吐出圧力値が閾値に到達した後、最初にプランジャの前進端に到達するまでの間に、このような比例制御を行って最適送り速度を決定するように構成すれば、更に圧力設定値への収束を早めることができる。

本発明の別の一つの態様によれば、上記吸入した液体をプランジャの往復動により加圧して吐出する往復動ポンプと、前記高圧液体の実吐出圧力値を計測する圧力計測手段と、前記高圧液体を噴射する複数のノズルと、前記プランジャの往復動の送り速度を調整することにより、前記圧力計測手段で計測された実吐出圧力値を目標値としての圧力設定値に収束させるように制御する圧力制御手段と、各ノズルからの前記高圧液体の噴射及び噴射停止を検知する検知手段と、を備えた液体加圧装置において、前記圧力制御手段は、前記実吐出圧力値を予め定められた閾値に到達させ、到達後に実吐出圧力値の制御を行って前記複数のノズルの噴射又は噴射停止の状態に応じた最適送り速度を決定し、その後は当該最適送り速度を一定に維持するとともに、前記検知手段により前記複数のノズルの噴射及び噴射停止の状態が変化したことを検知した場合には、前記最適送り速度を当該変化後の前記複数のノズルの噴射及び噴射停止の状態に対応した最適送り速度に切り換えるものであることを特徴とするものである。

本発明は、複数のノズルを有し、各ノズルから高圧液体を噴射する液体加圧装置に適用したものである。

ノズルが複数ある場合には、各ノズルの噴射又は噴射停止の組合せにより圧力変動も異なるため、プランジャの最適送り速度も夫々の状態によって異なり、制御が困難になるが、本発明では、検知手段によって複数のノズルの噴射及び噴射停止の状態が変化したことを検知した場合には、圧力制御手段によって、現在の最適送り速度を当該変化後の前記複数のノズルの噴射及び噴射停止の状態に対応した最適送り速度に切り換えるので、常にノズルの噴射及び噴射停止の状態に適応したプランジャの最適送り速度を維持することができ、実吐出圧力値の圧力変動を防止して安定した状態を維持することが可能となる。

本発明における複数のノズルの噴射又は噴射停止の状態とは、例えば、 2個のノズルがある場合には、一方が噴射で他方が噴射停止の状態、その逆の状態、及び両方とも噴射の状態の 3通りがある。従って、この場合、 3通りの夫々の状態に適したプランジャの最適送り速度を定めることになる。

また、複数のノズルの噴射又は噴射停止の状態に応じた最適送り速度は、予め決定しておく他、実吐出圧力値が閾値に到達した後に行う制御によつて決定しても良い。この場合には、実際のノズルの噴射状況に応じた最適送り速度を決定することができるので、実吐出圧力値の制御の安定性がより向上するという利点がある。図面の簡単な説明

図 1は、第 1実施例の液体加圧装置の概略構成図である。

図 2は、第 1実施例の液体加圧装置の制御プロック図である。

図 3 aは、第 1実施例における実吐出圧力値の変動を示す状態図である。図 3 bは、第 1実施例におけるプランジャの送り速度の変動を示す状態図である。

図 4は、第 1実施例の液体加圧装置の各ストローク端における送り速度の変動を示す状態図である。

図 5は、第 1実施例の液体加圧装置における圧力制御処理のフローチヤ一卜である。

図 6は、第 1実施例におけるプランジャ送り速度 V及び実吐出圧力値 Vの測定結果を示す説明図である。

図 7は、第 2実施例の液体加圧装置の概略構成図である。

図 8は、第 2実施例の液体加圧装置の制御ブロック図である。

図 9は、第 2実施例の液体加圧装置における圧力制御処理のフローチヤ一卜である。

図 1 0 aは、第 2実施例における実吐出庄カ値の変動を示す状態図である。図 1 0 bは、第 2実施例におけるプランジャの送り速度の変動を示す状態図である。

図 1 1は、第 3実施例の液体加圧装匱における圧力制御処理のフローチャートである。

図 1 2 aは、第 3実施例における実吐出圧力値の変動を示す状態図である。図 1 2 bは，第 3実施例におけるプランジャの送り速度の変動を示す状態図である。

図 1 3 aは、従来例の液体加圧装置における実吐出圧力値の圧力変動を示す説明図である。

図 1 3 bは、第 3実施例の液体加圧装置における実吐出圧力値の圧力変動を示す説明図である。

図 1 3 cは、第 3実施例の液体加圧装匱において、バルブのオンオフを頻繁に行った場合の実吐出圧力値の圧力変動を示す説明図である。発明を実施するための最良の形態

以下実施例によりさらに詳細に本発明を説明する。図 1は、第 1実施例の液体加圧装置の概略構成図である。この実施例に係る液体加圧装置は、高圧液体噴射による材料切断等のためのノズル装置に適用したものである。

図 1は液圧回路図であり、この液体加圧装置は、給液部 8、往復動ポンプとしてのプランジャポンプ 1、圧力制御手段としての制御部 2 5、圧力計測手段としての圧力センサ 2 3、および噴射部 1 7とを主に備えている。

給液部 8は、プランジャポンプ 1に液体を供給するためのものであり、圧媒夕ンク 1 1、給水ポンプ 9からなる。

圧媒タンク 1 1の液体は、プランジャポンプ 1に送られ、加圧された後、噴射部 1 7から外部へ噴射されるものである。従って、液体の種類は、材料切断に使用される場合や食品の加圧処理に使用される場合に応じて適宜選択できる。給水ポンプ 9は、この液体を所定の圧力でプランジャポンプ 1に送るためのものであり、回転式ポンプでも往復動ポンプでも連続して供給できるものであれば良い。尚、給水ポンプ 9を設けないで、プランジャポンプ 1に圧媒タンク 1 1内の液体を自己吸引させることも可能である。

プランジャポンプ 1は、サーボモ一夕 7、及びサ一ボモータ 7によって駆動されるプランジャ 5 A , 5 Bを有する。両プランジャ 5 A , 5 Bは、互いに等しいストローク長さで可逆的に連動して一体的に往復運動し、これによつてプランジャポンプ 1の左右ポンプ室 3 A , 3 Bでは、一方が吸入行程にあるときに他方は吐出行程を行うように、いわゆるプッシュプル動作を行う。つまり、プランジャ 5 Bは、図示の矢印 A方向に移動することによりポンプ室 3 Bに液体を吸入し

(吸入行程）、逆に矢印 B方向に移動することにより前記吸入行程で吸入した液体を加圧して吐出する（吐出行程）。尚、プランジャ 5 Aでは、矢印 A , B方向での各行程が、プランジャ 5 Bの場合と逆になる。ここで、第 1実施例では、プランジャポンプ 1とサーボモー夕 7を採用しているので、制御が容易になる。

圧力センサ 2 3は、プランジャポンプ 1から吐出される高圧液体の実吐出圧力を計測するものであり、計測結果は電気信号として制御部 2 5に入力される。第 1実施例では、圧力センサは圧力計測手段を構成している。

プランジャポンプ 1は噴射部 1 7へ高圧液体を吐出するものであるが、高圧液体の吐出圧力は、プランジャ 5 A， 5 Bの吸入行程及び吐出行程における往復動の送り速度によって決定される。そしてこの送り速度は、サ一ボモ一夕 7の回転速度を制御する制御部 2 5によって、圧力センサから制御部 2 5に入力される信号に基づいたフィードバック制御により行われる。

図 2に第 1実施例の液体加圧装置の圧力制御系の制御ブロック図を示す。ここで、図 2中、 CTRLは制御部 2 5を、 S Mはサーボモータ 7を、 PLはプランジャ 5 A及び 5 Bを、 PGは圧力センサ 2 3を、 Vはサ一ボモータ（SM) 7への速度指令信号を、 P sは目標値としての圧力設定値を、 Pは実吐出圧力値を夫々示している。

制御部（CTRL) 2 5は、圧力設定値 P sと圧力センサ（PG) 2 3からフィードバックされてきた実吐出圧力値 Pとを入力する。そして、圧力設定値 P sと実吐出圧力値 Pとの偏差に基づいて後述する制御方法によってプランジャ（PL) 5 A， 5 Bの必要な速度が算出されて、サ一ボモータ（SM) 7に速度指令信号 Vとして出力される。そして、サーボモータ 7は、速度指令信号 Vに応じた回転速度によつて回転する。このため、制御部 2 5によって、実吐出圧力値に基づいたプランジャ 5 A , 5 Bの送り速度が制御され、この結果、高圧液体の吐出圧力の制御が行われるようになつている。

プランジャポンプ 1につながる流路の給液部 8側（上流部）には、チェック弁 1 3 a , 1 3 bが設けられており、さらに、噴射部 1 7側（下流部）には、チェック弁 1 5 a , 1 5 bが設けられている。チェック弁 1 3 a , 1 3 bは、給液部 8からプランジャポンプ 1への液体の流入のみを許容し、チェック弁 1 5 a , 1 5 bは、プランジャポンプ 1から噴射部 1 7への液体の流出のみを許容する。いずれも、下流側から上流側への逆流れを阻止する向きに配置されている。プランジャポンプ 1からの高圧液体は、チェック弁 1 5 a, 1 5 bを通って噴射部 1 7へ送られる。噴射部 1 7は、アキュムレータ 1 9、及びノズル 2 1からなる。

アキュムレ一夕 1 9は、ノズル 2 1に連結されており、ノズル 2 1からの高圧液体の吐出量や吐出圧力の瞬時的変動を緩和する。

次に、このように構成された液体加圧装置の制御部 2 5による高圧液体の圧力制御について説明する。図 5に、第 1実施例における圧力制御のフローチャート図を示す。また図 3 aは、時間と実吐出圧力値 Pの経時的変動の状態図、図 3 b は、プランジャ 5 A， 5 Bの送り速度 Vの経時的変動の状態図である。

まず、事前に、目標値として圧力設定値 P sと、閾値 α及び iSを決定し制御部 2 5に入力する。ここで、閾値 αは圧力値の上限値（P s +ひ）として、閾値は圧力値の下限値（P s— i3) として用いられる。尚、閾値として、下限値のみを設定するようにしてもよい。また、閾値 α及び /3は、目標値としての圧力設定値 P sの近傍の値であり、第 1実施例では、 αを 5MP a、）3を 2 0MP aとして設定している。尚、閾値 α及び J3の値はこれに限定されるものではなく、プランジャ 5 A， 5 Bのストローク長や、圧力設定値等の条件によって任意に決定することが可能である。

そして、サ一ボモータ 7を駆動してプランジャ 5 A， 5 Bを往復動させる。プランジャ 5 A, 5 Bの送り速度 Vは次の（ 1 ) (2) (3) 式で決定される。

V = Vmax (Pく Ps— i3のとき）（ 1 )

V = Vmax(Ps+ a -P)/(a + /3) (Ps— /3≤P<Ps+ aのとき）（2) V= 0 (Ps+ a≤Pのとき）（3) ここで、 Vmaxは、プランジャ 5 A， 5 Bの最大送り速度である。

このため、所定時間毎に実吐出圧力値 Pを圧力センサ 2 3で検出し、実吐出圧力値 Pが Ps— /3に達しているか否かを調べる（S 5 0 1 ) 。そして、実吐出圧力値 Pが Ps—（3に到達していなければ、プランジャ 5 A, 5 Bの送り速度が Vmax となる速度指令信号をサ一ボモータ 7に送出する（S 5 1 0) 。

実吐出圧力値 Pが Ps— /3に達したら、プランジャ 5 A, 5 Bがスト口一ク端 (STRK-End) に位置しているか否かを調べ（S 5 0 3 ) 、ストローク端（STRK - E nd) でなければプランジャ 5 A, 5 Bの送り速度を（1) 式で算出される値となる速度指令信号を送出する（S 5 1 1 ) 。ここで、プランジャ 5 A， 5 Bが最初にストローク端（STRK- End) に到達する間は、制御部 2 5で実吐出圧力値 Pの比例制御（P-ctrl) を行う（S 5 0 2 ) 。即ち、実吐出圧力は、圧力設定値 Ps (目標値）付近で比例制御が行われるため、目標値に収束していく。

次に、プランジャ 5 A， 5 Bが最初のストローク端に移動したら、プランジャ 5 A, 5 Bの方向切換時における送り速度を検出し、当該速度を最適送り速度 V 。として、送り速度 Vを V。に設定する（S 5 04) 。この時、最適送り速度 V。は、目標値の圧力設定値 Psに対応した送り速度に非常に近い値となっている。

最適送り速度 V。が決定されたら、比例制御を止め（STP P- Ctrl S 5 0 5) 、プランジャ 5A, 5 Bの送り速度 Vを V。で一定に維持する。但し、プランジャ 5 A, 5 Bのストローク端における往復動の切換時には、プランジャ 5 A， 5 Bの送り速度を最大送り速度 Vmaxに一時的に設定する。これは、プランジャ 5 A， 5 Bの方向切換時の脈動による実吐出圧力値 Pの低下を防止して、制御系の減衰性を良好にし安定性を向上させるためである。

具体的には、プランジャ 5 A, 5 Bの右行ストローク端における方向切換時

(R-STRK End)と左行ストローク端における方向切換時（L- STRK End)の夫々において、圧力センサ 2 3からの実吐出圧力値 Pと圧力設定値（目標値） Psとを比較して偏差（Ps— P) をとる（S 5 0 6、 S 5 0 8) 。また、そして、実吐出圧力値 Pが、圧力設定値 Psから圧力設定値 Ps— 2 MP aまでの範囲外にあるまでの間に、送り速度 Vが最大送り速度 Vmaxになるように送り速度を制御する。そして、実吐出圧力値 Pが、圧力設定値 Psから圧力設定値 Ps— 2 MP aまでの範囲内に戻ったことを圧力センサ 2 3で検出した後は、送り速度を最適送り速度 V。に戻す _c 尚、最大送り速度に設定すべき実吐出圧力値の範囲は、圧力設定値 Psから圧力設定値 Ps— 2 MP aまでの範囲外に限定されるものではなく、プランジャ 5 A, 5 Bのストロ一ク長や、圧力設定値等の条件によって任意に決定することが可能である。

また、プランジャ 5 A， 5 Bの左右の各ストローク端（L- STRK End, R-STRK E nd) においては、最適送り速度 V。の 1 Z 1 0 0の値を送り速度に加算するようにサ一ボモ一夕 7の回転速度を変更して、プランジャ 5 A, 5 Bの右行送り速度 V しと左行送り速度 V_Rとを補正する（MDFY VL S 5 0 7 、 MDFY V_R S 5 0 9 ) 。尚、このようにプランジャ 5 A, 5 Bの左右各ストローク端で、夫々別個に送り速度の補正を行っているのは、方向切換時におけるプランジャ 5 A, 5 Bの機械的ズレによる送り速度の誤差を解消するためである。

図 4は、プランジャ 5 A, 5 Bのストローク端における送り速度の変化の状態を示した図である。ここで、 V_Aは右行ストローク端における送り速度の目標値を、 VBは左行ストロ一ク端における送り速度の目標値を示している。図 4から解るように、方向切換時から一定時間だけ送り速度 Vが最大速度 Vmaxになっており、当該時間経過後次の方向切換時までの間は、最適送り速度 V。を補正した値 A。， A i, Bo, B となっている。

又、制御部 2 5では、送り速度を一定値に保持するが、この場合でも何らかの原因によって実吐出圧力値 Pが、圧力設定値 Ps+ α以上となった場合には、ブランジャ 5Α, 5 Βを停止させる。一方、圧力設定値 Ps— i3以下、若しくは圧力設定値 Ps - 2 /3以下に低下した場合には、再度比例制御を行い最適送り速度 V。を決定する。このため、実吐出圧力値 Pが大幅に変動した場合でも、直ちに定常状態に復帰させることができる。

尚、図 6に、ノズル径 0. 2 cm、圧力設定値 P sを 3 0 0 MP aとして圧力制御を行った場合のモータ回転数に換算したプランジャ送り速度 V及び実吐出圧力値 Pの測定結果を示す。ここで、 T_Aはブランジャの高速送りを行う期間を、 T Bは比例制御を行う期間を、 T_cはプランジャの定速送りを行う期間を示している。図 6から解るように、第 1実施例に係る液体加圧装置によれば、実吐出圧力値の定常特性、減衰性及び安定性がいずれも向上する。

次に第 2実施例の液体加圧装置について説明する。図 7は、第 2実施例の液体加圧装置の概略構成図である。

図 7に示すようにこの液体加庄装置は、給液部 8、往復動ポンプとしてのブランジャポンプ 1、圧力制御手段としての制御部 2 5、圧力計測手段としての圧力センサ 2 3、噴射部 1 7から構成されている。給液部 8、圧力センサ 2 3及びプランジャポンプ 1の構成は第 1実施例と同様なので説明を省略する。噴射部 1 7は、アキュムレータ 1 9と、オンオフバルブ 2 0と、ノズル 2 1とからなる。ここで、アキュムレ一夕 1 9、ノズル 2 1及びチェック弁 1 3 a , 1 3 b、 1 5 a , 1 5 bについては第 1実施例と同様なので説明を省略する。

オンオフバルブ 2 0は、ノズル 2 1からの高圧液体の噴射及び噴射停止を制御するもので、オン状態で高圧液体を噴射し、オフ状態で噴射を停止するようになつている。このオンオフバルブ 2 0のオンオフ状態は信号として制御部 2 5に入力される。このため、オンオフバルブ 2 0は本発明の検知手段を構成する。

図 8に第 2実施例の液体加圧装置の圧力制御系の制御ブロック図を示す。ここで、 b Vはオンオフバルブ 2 0からの ON/OFF信号を示している。制御部（CTRL)は第 1実施例の液体加圧装置の制御部と同様に実吐出圧力値に基づいたプランジャの送り速度を制御するものであるが、更にオンオフバルブ 2 0からの信号も入力するようになつている。他の構成は第 1実施例と同様であるので、図 2と同一符号で示し説明を省略する。

次に、このように構成された液体加圧装置の制御部 2 5による高圧液体の圧力制御について説明する。図 9に、本実施例における圧力制御のフローチャート図を示す。図 1 0 aは、時間 tと実吐出圧力値 Pの変動の状態図、図 1 0 bは、時間 tとプランジャ 5 A , 5 Bの送り速度 Vの変動を図 9の各ステップに対応づけて示したの状態図である。また、図 1 0 bにおいて、 b Vはオンオフバルブの ON /OFF状態の経時的変化を示している。ここで、図 1 0 b中、縦軸の PL- Lの方向はプランジャが左側ヘストロ一クしている場合を、 PL- Rの方向はプランジャが右側にストロークしている場合を示す。

第 1実施例と同様に、まず圧力設定値 P s、圧力値の上限値（P s +ひ）、圧力値の下限値（P s — ）を定め、前述の式（1 ) 、（2 ) 、 ( 3 ) の送り速度 Vでプランジャ 5 A， 5 Bを往復動させる。

そして、所定時間毎に実吐出圧力値 Pを圧力センサ 2 3で検出し、実吐出圧力値 Pが P s— j3に到達していなければ、プランジャ 5 A， 5 Bの送り速度を最大送り速度 Vmaxで移動させる（S 9 0 1、 9 0 2 ) 。

実吐出圧力値 Pが P s— 0に達したら、プランジャ 5 A , 5 Bを 1ストローク移動させ、最初のストローク端（FRST STRK- End) に到達するまではプランジャ 5 A， 5 Bの送り速度を式（2) で算出される値となるように比例制御を行う（S 9 0 3、 S 9 04) 。

プランジャ 5 A， 5 Bが最初のストローク端（FRST STRK-End) に到達したら、オンオフバルブの切り換えがない場合にはストロ一ク端での送り速度を検出し、これを最適送り速度 V。として決定する（def. V。 S 9 0 5 ) 。この時、最適送り速度 V。は、目標値の圧力設定値 P sに対応した送り速度に非常に近い値となつており、圧力設定値 Ps (目標値）付近で比例制御が行われるため、圧力設定値に収束していく。

次に、実吐出圧力値 Pが目標値としての圧力設定値 P sに達したか否かを調べ (S 9 0 6 ) 、達していない場合にはプランジャ 5 A, 5 Bの送り速度を式 ( 1 ) の式の Vmaxに設定する（S 9 0 7 ) 。そして、圧力設定値 P sに達した場合には最適送り速度 V。で運転する（S 9 0 8) 。

このような最適送り速度 V。でのプランジャ 5 A, 5 Bの運転中に、オンオフバルブがオフ状態となり噴射停止信号（STP SGNL) が入力されたか否かを判断し

(S 9 0 9 ) 、入力された場合には、プランジャ 5 A， 58の送り速度を0に設定し、プランジャの移動を停止する（S 9 1 0) 。

再度、オンオフバルブがオン状態となり噴射信号（JET SGNL) が入力され（S 9 1 1) 、実吐出圧力値 Pが圧力設定値 Ps に達している場合には、プランジャ 5 A, 5 Bの送り速度 Vを最適送り速度 V。で再運転する（S 9 0 6、 9 0 8 ) 。一方、実吐出圧力値 Pが圧力設定値 Ps に達していない場合には、プランジャ 5 A， 5 Bの送り速度 Vを最大送り速度 Vmaxで再運転し（S 9 0 7 ) 、圧力設定値 Ps に達した後最適送り速度 V。に維持して運転を続ける（S 9 0 6、 9 0 8 ) 。このように、本実施例の液体加圧装置では、噴射停止を検知した場合に、圧力設定値付近でプランジャの移動を停止させるので、ノズルからの高圧液体の噴射停止時に実吐出圧力値 Pが圧力設定値 P sより必要以上に超えることはない。このため、圧力設定値 P sからの行過ぎ量を最小限とし追従性を良好にすることができる。また、噴射停止の状態から噴射に切り換えた場合には、噴射検知と同時に、又はほぼ同時に最適送り速度でプランジャを移動させることにより、すぐさま圧力設定値に近い実吐出圧力を得ることができる。一方、ステップ 9 0 9でオンオフバルブがオン状態でノズルから高圧液体を噴射中の場合（噴射停止信号（STP SGNL) がない場合）には、プランジャ 5 A， 5 Bの送り速度は最適送り速度 V。に維持する（S 9 0 8 ) 。但し、プランジャ 5 A， 5 Bのストローク端における往復動の切換時には、プランジャ 5 A , 5 Bの送り速度を最大送り速度 V maxに一時的に設定する。これは、プランジャ 5 A , 5 Bの方向切換時の脈動による実吐出圧力値 Pの低下を防止して、制御系の追従性を良好にし安定性を向上させるためである。

尚、第 1実施例と同様に、実吐出圧力値 Pが、圧力設定値 P s + α以上となった場合には、プランジャ 5 Α , 5 Βを停止させ、圧力設定値 P s— /3以下に低下した場合には、再度比例制御を行い最適送り速度 V。を決定している。

次に、第 3実施例に係る液体加圧装置について説明する。第 3実施例の液体加圧装置は、 2個のノズル 2 1と夫々に対応したオンオフバルブ 2 0を有するものであり、その他の構成については図 7と同様なので説明を省略する。

第 3実施例の液体加圧装置は 2個のノズルを有するため、 3通りの噴射及び噴射停止状態の組合せがあり、各状態によってプランジャの最適送り速度は異なつている。ここで、第 1ノズルに対する第 1バルブがオンで、第 2ノズルに対する第 2バルブがオフの状態のプランジャの最適送り速度を V。_A、第 1バルブがオフで、第 2ノズルに対する第 2バルブがオンの状態の最適送り速度を V。_B、第 1バルブと第 2バルブが共にオンの状態の最適送り速度を V。_cとする。このときの制御部 2 5に圧力制御を、図 1 1に示すフローチャート図に基づいて、図 9のフロ —チャートと異なる部分についてのみ説明する。図 1 2 aは、時間 tと実吐出圧力値 Pの経時的変動の状態図、図 1 2 bは、時間 tとプランジャ 5 A , 5 Bの送り速度 Vの経時的変動を図 1 1の各ステップに対応づけて示した状態図である。また、図 1 2 ( b ) において、 b V 1は第 1バルブの ON/OFF状態の経時的変化を、 b V 2は第 2バルブの ON/OFF状態の経時的変化を夫々示している。

プランジャを最大送り速度 V maxで移動させて吐出圧力値が P s― βを超え、上述の比例制御の後、最適送り速度 V。を決定するとき（S 1 1 0 5 ) 、最適送り速度 V。としては、そのときのノズルの噴射及び噴射停止状態における最適送り速度

(ν «_Λ、 V _{u li}、 V。_c、のいずれか）が決定される。例えば、図 1 1を例にとると、第 1バルブと第 2バルブが共にオンであることから、最適送り速度は V。_cに決定されることになる。

次に第 2実施例と異なる点は、プランジャをその時点での最適送り速度で移動させているときに 2個のノズルに対応したバルブの状態（bv- STS) が変化したか否かを判断する（S 1 1 09 bv-STS CHNG)。そして変化した場合には、変化後のバルブの状態に対応するプランジャの最適送り速度（CHNG Vo) が既に決定しているか否かを判断し（S 1 1 1 0) 、既に決定している場合には、送り速度 Vをその変化後の最適送り速度（CHNG V。：)に切り換える（S 1 1 1 1 ) 。変化後のバルブの状態に対応するプランジャの最適送り速度（CHNG V。；)が未決定の場合には、上述の比例制御と同様に、プランジャを 1ストロ一ク移動させて最初のストロ一ク端（STRK-End)での送り速度を検出し、検出された速度に切り換えてこれを最適送り速度 V。とする（S 1 1 1 0、 S 1 1 03、 S 1 1 04、 S 1 1 05) 。

図 1 2の例では、バルブが共にオンの状態から、第 1バルブがオフでかつ、第 2バルブがオンの状態に切り替わつたので、比例制御により最適送り速度が V から V。_Aに切り替わることになる。

ここで、図 1 3に、従来装置の圧力制御による実吐出圧力値 Ρの圧力変動と、第 3実施例に係る液体加圧装置の圧力制御による実吐出圧力値 Ρの圧力変動とを比較した状態図を示す。図 1 3 aは、 2個のオンオフバルブ（b V 1、 b v 2) からの入力を行わない従来装置による状態図を示している。図 1 3 aからわかるように、両方のバルブが共に ONになったときの圧力降下と、両方のバルブが共に OFFになったときの圧力オーバ一シュ一卜が目立ち、圧力値が安定していないことがわかる。

これに対し、図 1 3 (b) と図 1 3 (c) は 2個のオンオフバルブ（b V 1、 b V 2) からの入力を行って圧力制御を行う第 3実施例の装置による圧力変動の状態図である。図 1 3 (c) も、第 3実施例の場合であるが、更にオンオフバルブ（b v l， b V 2) の開閉を頻繁に行った場合における圧力変動を示している。図 1 3 (b) と図 1 3 (c) からわかるように、本実施例に係る液体加圧装置では、ノズルが 2個ある場合でも、現在の最適送り速度を、再度比例制御して変化後の状態に対応した最適送り速度に切り換えるので、常にノズルの噴射及び噴射停止の状態に適応したプランジャの最適送り速度を維持することができ、実吐出圧力値の圧力変動を防止して安定した状態を維持することが可能となる。特に、図 1 3 ( c ) に示すように、オンオフバルブの開閉を頻繁に行った場合でも圧力変動は非常に少ないものとなる。

尚、以上説明した実施例の液体加圧装置は、いずれも高圧液体噴射による材料切断等のためのノズル装置に適用したものを示しているが、この他、例えば高圧液体が供給される一定容積の食品加圧処理用圧力容器内の食品を加圧処理するための装置等に適用することは任意である。

Claims

請求の範囲

1 . 吸入した液体をプランジャの往復動により加圧して吐出する往復動ポンプと、前記高圧液体の実吐出圧力値を計測する圧力計測手段と、前記プランジャの往復動の送り速度を調整することにより、前記圧力計測手段で計測された実吐出圧力値を目標値としての圧力設定値に収束させるように制御する圧力制御手段と、を備えた液体加圧装置において、

前記圧力制御手段は、プランジャを移動して前記実吐出圧力値を予め定められた閾値に到達させ、前記実吐出圧力値が前記閾値に到達した後に実吐出圧力値の制御を行って最適送り速度を決定し、その後は当該最適送り速度を一定に維持するものであることを特徴とする液体加圧装置。

2 . 前記圧力制御手段は、比例要素を有し、前記実吐出圧力値が前記閾値に達した後、最初にプランジャの前進端に到達するまでの間に、実吐出圧力値を比例制御するものであることを特徴とする請求項 1に記載の液体加圧装置。

3 . 前記圧力制御手段は、前記最適送り速度の決定後、前記プランジャの往復動の切換時に、実吐出圧力値と圧力設定値との偏差に基づいて送り速度を補正するものであることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の液体加圧装置。

4 . 前記圧力制御手段は、前記最適送り速度の決定後、前記プランジャの往復動の切換時に、送り速度を一時的に前記最適送り速度以上の速度に設定するものであることを特徴とする請求項 1 ~ 3のいずれか 1項に記載の液体加圧装置。

5 . 吸入した液体をプランジャの往復動により加圧して吐出する往復動ポンプと、前記高圧液体の実吐出圧力値を計測する圧力計測手段と、前記高圧液体を噴射するノズルと、前記プランジャの往復動の送り速度を調整することにより、前記圧力計測手段で計測された実吐出圧力値を目標値としての圧力設定値に収束させるように制御する圧力制御手段と、前記ノズルからの前記高圧液体の噴射及び噴射停止を検知する検知手段と、を備えた液体加圧装置であって、

前記圧力制御手段は、前記検知手段により噴射停止を検知した場合に、前記圧力設定値付近でプランジャの移動を停止させるものであることを特徴とする液体加圧装置。

6 . 前記圧力制御手段は、前記実吐出圧力値を予め定められた閾値に到達させ、到達後に実吐出圧力値の制御を行って最適送り速度を決定し、その後は当該最適送り速度を一定に維持するとともに、前記検知手段により噴射停止を検知した場合にはプランジャの移動を停止させ、前記検知手段により再噴射を検知した場合には前記最適送り速度でプランジャを移動させるように制御するものであることを特徴とする請求項 5に記載の液体加圧装置。

7 . 吸入した液体をプランジャの往復動により加圧して吐出する往復動ポンプと、前記高圧液体の実吐出圧力値を計測する圧力計測手段と、前記高圧液体を噴射する複数のノズルと、前記プランジャの往復動の送り速度を調整することにより、前記圧力計測手段で計測された実吐出圧力値を目標値としての圧力設定値に収束させるように制御する圧力制御手段と、各ノズルからの前記高圧液体の噴射及び噴射停止を検知する検知手段と、を備えた液体加圧装置であって、

前記圧力制御手段は、前記実吐出圧力値を予め定められた閾値に到達させ、到達後に実吐出圧力値の制御を行って前記複数のノズルの噴射又は噴射停止の状態に応じた最適送り速度を決定し、その後は当該最適送り速度を一定に維持するとともに、前記検知手段により前記複数のノズルの噴射及び噴射停止の状態が変化したことを検知した場合には、前記最適送り速度を当該変化後の前記複数のノズルの噴射及び噴射停止の状態に対応した最適送り速度に切り換えるものであることを特徴とする液加圧装置。