JP2005147195A - 制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】射出シリンダから供給される作動油の圧力と、タンクへと導出する作動油の圧力とを好適に制御することにより、キャビテーションの発生を抑制する。
【解決手段】ボディ３６の内部にメインスプール３８を変位自在に設けると共に、前記ボディ３６の内周面３６ａとメインスプール３８との間にサブスプール４０を変位自在に設けている。そして、第２ポート５０に供給された作動油の一方が、第２圧力室９８に供給されると共に、他方がメインスプール３８の内部に形成された作動油供給通路９０等を介して第１圧力室８０へと供給され、前記第１圧力室８０の作動油の圧力と、前記第２圧力室９８の作動油の圧力との圧力差及びサブスプール４０における受圧面積の差によってサブスプール４０を軸線方向に沿って変位させ、第１ポート４６からタンクへと導出される作動油の流量を制御している。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば、シリンダ等から排出される作動油の圧力を制御する制御弁に関し、詳細には、キャビテーションの発生を抑制することを可能とした制御弁に関する。

従来から、ダイカストマシン等の射出機においては、鋳造製品に対する品質の悪影響を避けるために金型におけるキャビティの形状、容積及び前記金型の温度等に応じて溶湯の射出速度、射出圧力等の設定を行っている。

詳細には、射出ピストンを有する射出シリンダのピストン後室に接続された作動油流入回路に流量制御弁を設け、前記射出シリンダへと流入する作動油の流量を制御するメータイン回路、又は、ピストン前室に接続された作動油流出回路に流量制御弁を設け、前記射出シリンダから排出される作動油の流量を制御するメータアウト回路等により射出シリンダのピストン速度、すなわち、溶湯の射出速度を制御している（例えば、特許文献１参照）。

特公平４−５１２６０号

ところで、上記の特許文献１に係る従来技術においては、作動油の流量制御を行う際、前記作動油が高圧且つ大流量である場合に作動油の導入側と導出側とにおける圧力差及び流速によってキャビテーションが発生する。

そして、作動油中でキャビテーションが潰れる際に騒音や振動が発生すると共に、前記射出シリンダにおいて作動油を介して伝達される力がキャビテーションによって消費又は吸収されるため性能が低下することが懸念される。このキャビテーションの発生を抑制するためには、導入側と導出側とにおける作動油の圧力差を小さくして前記作動油の流速を低下させればよいことがわかっている。

しかしながら、作動油の流速を低下させた場合には、本来の射出シリンダのピストン速度、すなわち、溶湯の射出速度を得ることができず、鋳造製品の品質に悪影響を及ぼすことが懸念される。

また、上述の方法とは別に作動油の圧力差を小さくする方法として、前記作動油が導入又は導出される作動油ポートを略並列に複数に設け、前記複数の作動油ポートに対して作動油を段階的に流通させることにより該作動油を徐々に減圧させ、相互の作動油ポート間の圧力差（差圧）を小さくしてキャビテーションの発生を抑制する方法が知られている。

その場合、前記作動油ポートの形状を作動油の流量に応じて設定する必要があると共に、前記作動油の流量がばらついた場合にキャビテーションを確実に抑制することが困難であるという問題がある。

本発明は、前記の種々の問題等に鑑みてなされたものであり、シリンダから導入される作動油の圧力と、タンクへと導出する作動油の圧力との差圧を好適に制御することにより、キャビテーションの発生を抑制することが可能な制御弁を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、作動油が蓄えられたタンクと、前記作動油による押圧作用下に駆動するシリンダから導出される作動油の圧力を制御する制御弁において、
前記タンクに連通する第１ポートと、前記シリンダに連通する第２ポートと、前記作動油を供給するポンプに連通する第３ポートとが形成されたスリーブと、
前記スリーブの内部を摺動自在に変位するように設けられ、前記第１ポートと前記第２ポートとが連通する前記シリンダにおけるピストンの前進状態と、前記第２ポートと第３ポートとが連通する前記ピストンの後進状態と、前記第１ポート、第２ポート及び第３ポートの連通が遮断された弁閉状態とを切り換える第１スプールと、
前記第１ポートと対向し、且つ、前記スリーブと第１スプールとの間に軸線方向に沿って変位自在に設けられ、前記第１ポートと前記第２ポートとが連通した際に、前記第１ポートから導出される作動油の圧力を、前記第２ポートに供給される作動油の圧力に応じて制御する第２スプールと、
前記第２スプールを前記第２ポート側に向かって付勢する弾性部材と、
を備え、
前記スリーブには、前記第１スプールと第２スプールと共に、前記第２スプールの一端部側に形成され、前記第２ポートから供給された作動油が、前記第１スプールの内部に形成される通路を介して供給される第１圧力室と、
前記第１スプールの変位作用下に前記第１ポートと前記第２ポートとを連通し、前記第２スプールの他端部側に形成される第２圧力室と、
前記第１スプールの変位作用下に前記第２ポートと前記第３ポートとを連通する連通室と、
を設けることを特徴とする。

本発明によれば、シリンダから導出される作動油を前記シリンダと連通した第２ポートを介して制御弁に供給し、前記作動油を、前記制御弁の第２圧力室へと導入した後に第１ポートより導出している。その際、第２ポートから第２圧力室に導入される作動油と、第１スプールの通路を介して第１圧力室に導入される作動油とによって第２スプールを軸線方向に変位させ、第２圧力室から第１ポートを介して導出される作動油の圧力を制御している。

従って、シリンダから第２ポートを介して第２圧力室へと供給される作動油の圧力に応じて第２スプールを軸線方向に沿って変位させ、前記第２スプールと第１ポートとの間から導出される作動油の圧力を好適に制御することができる。その結果、シリンダから導出される作動油の圧力に応じて第２スプールを介して所望の圧力差を好適に発生させることができ、それに伴ってキャビテーションの発生を抑制することができる。

また、第２スプールは、該第２スプールの軸線と略直交する第１圧力室側端面の受圧面積と第２圧力室側端面の受圧面積との差と、前記第１圧力室に導入される作動油の圧力と前記第２圧力室に導入される作動油の圧力との差によって、軸線方向に沿った変位量及び変位方向を設定するとよい。これにより、第１圧力室側端面の受圧面積と第２圧力室側端面の受圧面積とを所望の比率で任意に設定し、前記第２圧力室に導入される作動油の圧力に応じて第２スプールの変位量及び変位方向を好適に制御することができる。そのため、第２スプールの軸線方向に沿った変位作用下にシリンダから第２圧力室へと導入された作動油を所望の圧力に制御してタンクへと導出することができる。

さらに、第２スプールを、第１圧力室側端面の受圧面積と前記第１圧力室に導入される作動油の圧力の積が、第２圧力室側端面の受圧面積と前記第２圧力室に導入される作動油の圧力との積より大きい場合に、前記第２圧力室側に変位させると共に、前記第１圧力室側端面の受圧面積と前記第１圧力室の作動油の圧力の積が、前記第２圧力室側端面の受圧面積と前記第２圧力室に導入される作動油の圧力との積より小さい場合に、前記第１圧力室側に変位させるとよい。

すなわち、第２圧力室へ導入される作動油の圧力が大きい場合には、第２スプールが第１圧力室側へと変位して、第２圧力室からタンクへと導出される作動油の圧力を大きくなるように制御することができる共に、第２圧力室へ導入される作動油の圧力が小さい場合には、第２スプールが第２圧力室側へと変位して、前記第２圧力室からタンクへと導出される作動油の圧力を小さくなるように制御することができる。

さらにまた、第２スプールを、第１圧力室側端面の受圧面積と前記第１圧力室に導入される作動油の圧力の積と、第２圧力室側端面の受圧面積と前記第２圧力室に導入される作動油の圧力の積との差分だけ軸線方向に沿って変位させるとよい。

これにより、第１圧力室側端面の受圧面積と第２圧力室側端面の受圧面積とを所望の比率で任意に設定することが可能となり、前記第２圧力室に導入される作動油の圧力に応じた量だけ第２スプールを軸線方向に変位させることにより、第２圧力室からタンクへと導出される作動油の圧力を簡便且つ高精度に制御することができる。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、シリンダから導出される作動油をタンクへと導出する際、第１スプールの通路を介して第１圧力室に供給される作動油の圧力と第２圧力室に供給される作動油の圧力との間に生じる圧力差によって第２スプールを軸線方向に沿って変位させ、前記第１ポートからタンクへと導出される作動油の圧力を制御することができる。そのため、制御弁において第２スプールによって所望の圧力差が生じ、この圧力差によりキャビテーションの発生を抑制することが可能となる。

本発明に係る制御弁について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。

図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係る制御弁１２が適用されたダイカストマシンの射出制御機構を示す。

この射出制御機構１０は、図１に示されるように、制御弁１２と、作動油が所定量だけ貯められたタンク１４と、前記タンク１４と第１油路１６を介して接続され、前記制御弁１２の第３ポート５４（後述する）及び圧力制御弁１８に向かって作動油を吐出するポンプ２０と、射出ピストン２２及び増圧ピストン２４がそれぞれ一体的に組み込まれた射出シリンダ２６とを有する。前記制御弁１２は、前記射出シリンダ２６から排出される作動油の流量を調整する。

ポンプ２０は、第１油路１６を介してタンク１４から作動油が供給される。また、制御弁１２の第３ポート５４との間に接続される第２油路２８を介して前記制御弁１２へと作動油を供給すると共に、第２油路２８とは別個に接続される第３油路３０を介して圧力制御弁１８に対して同様に作動油を供給している。

射出シリンダ２６における射出ピストン２２は、ピストンロッド３２を介して図示しない金型のキャビティに連通する射出スリーブ内に設けられた射出ヘッド（図示せず）に連結されている。そして、前記射出ピストン２２が内装されるシリンダ室５２には、図示しないポートを介して制御弁１２の第２ポート５０（後述する）と接続される第４油路３４が接続されている。

制御弁１２は、図２及び図３に示されるように、筒状のボディ（スリーブ）３６と、前記ボディ３６の内部に変位自在に設けられるメインスプール（第１スプール）３８と、前記ボディ３６の内周面３６ａとメインスプール３８との間に設けられ、軸線方向に沿って変位自在なサブスプール（第２スプール）４０と、前記ボディ３６の端部をそれぞれ閉塞する第１及び第２カバー部材４２、４４とからなる。

ボディ３６の外周面には、図１に示されるように、その一端部側に該ボディ３６の内部と連通する第１ポート４６が形成され、この第１ポート４６は、第５油路４８を介してタンク１４と接続されている。ボディ３６における略中央部の外周面には、前記第１ポート４６と所定間隔離間して第２ポート５０が形成され、前記第２ポート５０がボディ３６の内部と連通すると共に、第４油路３４を介して射出シリンダ２６のシリンダ室５２と連通している。

また、ボディ３６には、前記第２ポート５０と所定間隔離間し、第２油路２８を介してポンプ２０と接続される第３ポート５４が形成されている。

さらに、ボディ３６の他端部側には、該ボディ３６の内部と連通する一組のパイロットポート５６及びドレンポート５８が形成され、前記パイロットポート５６は、パイロット通路６０を介して圧力制御弁１８の図示しないポートと接続されると共に、前記ドレンポート５８は、ドレン通路６２を介してタンク１４に接続されている。

すなわち、ポンプ２０から第３油路３０を介して圧力制御弁１８に供給された作動油は、図示しないコントローラからの制御信号によって前記圧力制御弁１８において圧力制御され、パイロット通路６０を介してパイロットポート５６へと供給されている。

一方、メインスプール３８が変位可能に収容されるボディ３６の内周面３６ａは、前記メインスプール３８の直径と略同一の直径で形成されている。

このメインスプール３８は、図２及び図３に示されるように、シャフト状に形成され、一端部側に軸線方向に沿って所定長さだけ延在するように形成される第１軸部６４と、前記第１軸部６４より半径外方向に拡径した第２軸部６６と、前記メインスプール３８の他端部側に形成され、前記第２軸部６６より半径外方向に拡径し、且つその外周径がボディ３６の内周面３６ａと略同一直径に形成される軸本体６８と、前記軸本体６８から半径外方向に突出したフランジ部７０とからなる。前記フランジ部７０は、メインスプール３８の変位作用下にパイロットポート５６とドレンポート５８とを選択的に閉塞することが可能である。

第１軸部６４の端部には、該端部を覆うようにアダプタ７２がボルト７４を介して連結され、前記アダプタ７２と第１カバー部材４２との間には第１スプリング７５が介装されている。第１スプリング７５は、アダプタ７２が連結されたメインスプール３８を第２カバー部材４４側（矢印Ａ方向）へと付勢している。

アダプタ７２は、図４及び図６に示されるように、断面略コ字状に形成され、第１軸部６４の端部が挿入される凹部７６と、前記凹部７６より半径外方向に拡径した装填孔７８とを備える。そして、アダプタ７２が第１軸部６４に連結されることにより形成される装填孔７８と第１軸部６４の外周面との間の空間に、サブスプール４０の一端部側が挿入される。すなわち、アダプタ７２における装填孔７８と、メインスプール３８における第１軸部６４の外周面及びサブスプール４０の一端部とによって閉塞される空間は、第１圧力室８０として機能する。

さらに、拡径した第２軸部６６と第１軸部６４との境界部位には、係止面８２が形成されている。この係止面８２は、メインスプール３８の軸線と略直交するように形成され、サブスプール４０の他端面が当接することにより、前記サブスプール４０の変位を規制する。

第２軸部６６は、図２及び図３に示されるように、第１軸部６４側から略一定の直径で延在し、軸本体６８と隣接する部位には該軸本体６８に向かって徐々に拡径する円弧部８４が形成されている。この場合、第２軸部６６の円弧部８４から膨出部８５を挟んだ反対側に半径内方向に所定深さだけ窪んだ連通室８６が形成されている。

また、図５に示されるように、円弧部８４と膨出部８５との境界部位には境界線Ｃ１が形成され、メインスプール３８が軸線方向に沿って変位した際、第２ポート５０の内壁面とボディ３６の内周面３６ａとが交差して形成される境界線Ｃ２と前記境界線Ｃ１との離間距離Ｌ１に応じて第２ポート５０から第２圧力室９８へと作動油が導出される。

フランジ部７０は、ボディ３６の内周面３６ａに半径外方向に環状に窪んで形成されたパイロット室８８の内部に挿入され、メインスプール３８が軸線方向に沿って変位する際に前記パイロット室８８の内部を軸線方向に沿って変位する。なお、フランジ部７０の外周径は、パイロット室８８の内周径と略同等に形成され、前記パイロット室８８は、パイロットポート５６及びドレンポート５８とそれぞれ連通している。ドレンポート５８は、ドレン通路６２を介してタンク１４と接続されているため、パイロット室８８における前記ドレンポート５８側には、常に作動油が満たされている。

メインスプール３８の略中央部には、軸線方向に沿って作動油供給通路（通路）９０が延在し、前記作動油供給通路９０の一端部が第１軸部６４の端部まで貫通し、プラグ９６により閉塞される。作動油供給通路９０は、前記第１軸部６４の半径方向に延在して形成された第１連通路（通路）９２の一端部と交差して連通している。この場合、前記第１連通路９２の他端部は、第１圧力室８０に連通している。

一方、作動油供給通路９０の他端部は、軸本体６８に半径方向に延在して形成された第２連通路（通路）９４と交差するように連通し、結局、前記作動油供給通路９０、第１連通路９２及び第２連通路９４は相互に連通状態にある。

なお、図１〜図８に示されるように、第２連通路９４は、軸本体６８において第２軸部６６の円弧部８４と、前記軸本体６８の連通室８６との間となる位置に形成され、且つ、メインスプール３８におけるボディ３６の第２ポート５０と常に対向する位置にある。

さらに、メインスプール３８がボディ３６の内部に挿入された際、前記ボディ３６の第１ポート４６と第２ポート５０の間の内周面３６ａと第１及び第２軸部６４、６６の外周面との間に第２圧力室９８が画成される。前記第２圧力室９８には、第２ポート５０を介して射出シリンダ２６より作動油が供給される。

サブスプール４０は円筒状に形成され、一方の端部が第１軸部６４に連結されるアダプタ７２の装填孔７８に軸線方向に沿って変位自在に挿通されている。この場合、サブスプール４０の前記一端部側に略一定の外周径からなる本体部１００が形成されると共に、他端部側には、前記本体部１００より半径外方向に拡径した拡径部１０２と、該拡径部１０２の軸中心に指向して傾斜するテーパ部１０４が形成されている。

拡径部１０２は、その外周面がボディ３６の内周径と略同等の直径に形成されているため、前記サブスプール４０における拡径部１０２の外周面が、前記ボディ３６の内周面３６ａに沿って摺動しながら変位する。

さらに、サブスプール４０のテーパ部１０４の端面には、該サブスプール４０の軸線と略直交する鉛直面１０６が形成され、前記サブスプール４０がその変位作用下にメインスプール３８の係止面８２に当接して軸線方向に沿ったサブスプール４０の変位が規制される。

一方、サブスプール４０の内周面には、半径外方向に拡径した介装溝１０８を介して第２スプリング１１０が収容されている。前記第２スプリング１１０は、アダプタ７２の内壁面とサブスプール４０との間に介装され、前記サブスプール４０を前記アダプタ７２より離間する方向（矢印Ａ方向）に付勢している。

そして、サブスプール４０が軸線方向に沿って変位した際、、図５に示されるように、第１ポート４６の内壁面とボディ３６の内周面３６ａとが交差して形成される境界線Ｃ３と、前記境界線Ｃ３から前記サブスプール４０のテーパ面１１６に対して略直交する離間距離Ｌ２に応じて第２圧力室９８の内部の作動油が第１ポート４６より導出される。

本発明の実施の形態に係る制御弁１２は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。

先ず、射出シリンダ２６における射出ピストン２２の変位作用下に図示しない金型のキャビティ内に溶湯が供給され、前記射出シリンダ２６のシリンダ室５２から排出された作動油を制御弁１２を介してタンク１４へと導出する場合について説明する。なお、制御弁１２において、メインスプール３８がパイロットポート５６に供給される作動油によって矢印Ｂ方向に変位し、第１スプリング７５の弾発力と釣り合って第１ポート４６、第２ポート５０及び第３ポート５４のいずれかのポート間における連通が遮断されると共に、第２ポート５０から作動油供給通路９０等を介して第１圧力室８０に作動油が供給されている状態とする。

最初に、図示しないコントローラからの制御信号が圧力制御弁１８へと出力され、パイロット通路６０を介して前記圧力制御弁１８からパイロットポート５６へと供給されている作動油の圧力が低下する。

そこで、パイロットポート５６からパイロット室８８へと供給された作動油によってフランジ部７０に付与されていた矢印Ｂ方向への押圧力が減少し、第１スプリング７５の弾発力が相対的に前記押圧力より大きくなるため、メインスプール３８が第２カバー部材４４側へと所定量だけ変位する（図３参照）。

この場合、メインスプール３８の変位量は、圧力制御弁１８からパイロットポート５６へと供給される作動油の圧力によって決まる。

なお、この場合、メインスプール３８は、フランジ部７０がパイロット室８８のパイロットポート５６側の壁面に当接するまで変位している。

このように、第１スプリング７５の弾発力によってメインスプール３８が第２カバー部材４４側（矢印Ａ方向）へと変位することにより、前記メインスプール３８の円弧部８４と第２ポート５０の内壁面とが所定間隔離間して第２圧力室９８と第２ポート５０とが連通した状態となる（図３及び図４参照）。

そして、射出シリンダ２６において射出ピストン２２の矢印Ｂ方向への変位作用下にシリンダ室５２の内部に充填された作動油が、第４油路３４を介して制御弁１２の第２ポート５０へと排出される。この第２ポート５０へと排出された作動油が、メインスプール３８の第２連通路９４、作動油供給通路９０及び第１連通路９２を介して第１圧力室８０へと供給されると共に、同時に、前記メインスプール３８の第２ポート５０と連通した第２圧力室９８へと供給される。

その際、図４及び図６に示されるように、サブスプール４０には、第１圧力室８０に供給された作動油の圧力Ｐ１（図６参照）によって第２ポート５０（図４参照）側（矢印Ａ方向）に向かって押圧する押圧力が付与されると共に、同時に、第２圧力室９８に供給された作動油の圧力Ｐ２（図６参照）によって第１ポート４６側（矢印Ｂ方向）に向かって押圧する押圧力が付与されている。

詳細には、図６に示されるように、第１圧力室８０に供給される作動油の圧力Ｐ１は、サブスプール４０の本体部１００のアダプタ７２側の端面１１２と、介装溝１０８の端面１１４とに加えられる。

一方、第２圧力室９８に供給される作動油の圧力Ｐ２が、サブスプール４０のテーパ面１１６と、鉛直面１０６とに与えられている。詳細には、前記作動油の圧力Ｐ２は、テーパ面１１６を仮想の略鉛直面へと投影した際の表面積Ｓ２ａと、鉛直面１０６の表面積Ｓ２ｂとからなる第２受圧面の表面積Ｓ２（Ｓ２ａ＋Ｓ２ｂ）に付勢されている。

また、サブスプール４０の第１受圧面の表面積Ｓ１は、サブスプール４０の第２受圧面の表面積Ｓ２より小さく形成されている（Ｓ１＜Ｓ２）。

そのため、第１受圧面の表面積Ｓ１と第１圧力室８０に導入された作動油の圧力Ｐ１との積（Ｓ１×Ｐ１）と、第２受圧面の表面積Ｓ２と第２圧力室９８に導入された作動油の圧力Ｐ２との積（Ｓ２×Ｐ２）の差分だけサブスプール４０が軸線方向に沿って変位する。

例えば、サブスプール４０の本体部１００側に導入される第１圧力室８０の圧力Ｐ１と、サブスプール４０の本体部１００側に形成される第１受圧面の表面積Ｓ１との積（Ｓ１×Ｐ１）が、サブスプール４０の拡径部１０２側に導入される第２圧力室９８の圧力Ｐ２と、サブスプール４０の本体部側に形成される第２受圧面の表面積Ｓ２との積（Ｓ２×Ｐ２）より大きい場合｛（Ｓ１×Ｐ１）＞（Ｓ２×Ｐ２）｝には、サブスプール４０を第２ポート５０側（矢印Ａ方向）へと押圧する押圧力の方が、前記サブスプール４０を第１ポート４６側（矢印Ｂ方向）へと押圧する押圧力より大きくなるため、サブスプール４０が矢印Ａ方向へと変位する。

また、反対に、サブスプール４０の本体部１００側に導入される第１圧力室８０の圧力Ｐ１と、サブスプール４０の本体部１００側に形成される第１受圧面の表面積Ｓ１との積（Ｓ１×Ｐ１）が、第２圧力室９８の圧力Ｐ２と第２受圧面の表面積Ｓ２との積（Ｓ２×Ｐ２）より小さい場合｛（Ｓ１×Ｐ１）＜（Ｓ２×Ｐ２）｝には、サブスプール４０を第１ポート４６側（矢印Ｂ方向）へと押圧する押圧力の方が、前記サブスプール４０を第２ポート５０側（矢印Ａ方向）へと押圧する押圧力より大きくなるため、サブスプール４０が矢印Ｂ方向へと変位する。

このように、サブスプール４０における第１受圧面の表面積Ｓ１と第２受圧面の表面積Ｓ２との関係が所望の比率となるように予め設定された制御弁１２では、射出ピストン２２（図１参照）が矢印Ｂ方向に変位して図示しない金型へと溶湯を供給し始める際に、メインスプール３８の円弧部８４と膨出部８５とからなる境界線Ｃ１と、第２ポート５０の内壁面とボディ３６の内周面３６ａとが交差して形成される境界線Ｃ２との離間距離Ｌ１（図５参照）が大きくなるようにメインスプール３８が第２カバー部材４４側（矢印Ａ方向）へと変位する。

そのため、第２ポート５０から第１圧力室８０に供給される作動油の圧力Ｐ１に対して、第２圧力室９８に供給される作動油の圧力Ｐ２の方が大きい状態となり（Ｐ１＜Ｐ２）、且つ、サブスプール４０における第２圧力室９８側の第２受圧面の表面積Ｓ２の方が、第１圧力室８０側の第１受圧面の表面積Ｓ１より大きい状態となる（Ｓ２＞Ｓ１）。従って、第１圧力室８０に導入される作動油の圧力Ｐ１と第１受圧面の表面積Ｓ１との積（Ｓ１×Ｐ１）より第２圧力室９８に導入される作動油の圧力Ｐ２と第２受圧面の表面積Ｓ２の積（Ｓ２×Ｐ２）の方が大きくなり、それに伴ってサブスプール４０は第２スプリング１１０の弾発力及び第１圧力室８０に導入された作動油による押圧力に抗して差分｛（Ｓ２×Ｐ２）−（Ｓ１×Ｐ１）｝だけ第１カバー部材４２側（矢印Ｂ方向）へと変位する。

その結果、第１ポート４６の内壁面とボディ３６の内周面３６ａとが交差して形成された境界線Ｃ３とサブスプール４０のテーパ面１１６との離間距離Ｌ２（図５参照）が大きくなるため、第２圧力室９８から第１ポート４６へと導出される作動油の流量が増大する。これにより、前記第１ポート４６から第５油路４８（図１参照）を介してタンク１４（図１参照）へと排出される作動油の流量が大きくなる。

そして、射出ピストン２２（図１参照）が上述の状態より矢印Ｂ方向に変位するのに伴い、図示しないコントローラからの制御信号に基づいて圧力制御弁１８からパイロットポート５６へ供給される作動油の圧力を上昇させることにより、メインスプール３８を第１スプリング７５の弾発力に抗して所定量だけ第１カバー部材４２側（矢印Ｂ方向）へと変位させる。その結果、メインスプール３８の矢印Ｂ方向への変位作用下に該メインスプール３８の境界線Ｃ１と第２ポート５０とボディ３６の内周面３６ａとからなる境界線Ｃ２との離間距離Ｌ１（図５参照）が小さくなり、それに伴って第２ポート５０から第２圧力室９８へと導入される作動油の流量が減少する。なお、その場合においても、第２ポート５０に連通する第２連通路９４を介して第１圧力室８０に導入される作動油の流量は変化することがない。

これにより、作動油の圧力Ｐ１が、作動油の圧力Ｐ２より大きくなる（Ｐ１＞Ｐ２）と共に、サブスプール４０における第１圧力室８０側の第１受圧面の表面積Ｓ１は、第２圧力室９８側の第２受圧面の表面積Ｓ２より小さい（Ｓ１＜Ｓ２）ため、前記作動油の圧力Ｐ１と第１受圧面の表面積Ｓ１との積と、前記作動油の圧力Ｐ２と第２受圧面の表面積Ｓ２の積との差が徐々に減少し、略同等｛（Ｓ１×Ｐ１）≒（Ｓ２×Ｐ２）｝に近い状態となる。

その結果、第１圧力室８０に導入された作動油によりサブスプール４０に付与される押圧力と、第２圧力室９８に導入された作動油によりサブスプール４０に付与される押圧力とが略均衡して、サブスプール４０の軸線方向に沿った変位が停止してバランスした状態となる。そのため、第１ポート４６の内壁面とボディ３６の内周面３６ａとが交差して形成された境界線Ｃ３とサブスプール４０のテーパ面１１６との離間距離Ｌ２（図５参照）が略一定に保持され、それに伴って、前記第１ポート４６から第５油路４８（図１参照）を介してタンク１４（図１参照）へと排出される作動油の流量が略一定となる。

また、サブスプール４０は、第１圧力室８０に導入される作動油の圧力Ｐ１と第１受圧面の表面積Ｓ１との積（Ｓ１×Ｐ１）と、第２圧力室９８に導入される作動油の圧力Ｐ２と第２受圧面の表面積Ｓ２の積（Ｓ２×Ｐ２）とが完全に同等（Ｓ１×Ｐ１＝Ｓ２×Ｐ２）となった場合には、サブスプール４０を矢印Ａ方向に押圧する押圧力と矢印Ｂ方向に押圧する押圧力とが相殺されてバランスした状態となり、前記サブスプール４０の軸線方向に沿った変位が完全に停止した状態となる。

次に、さらに射出ピストン２２（図１参照）が矢印Ｂ方向に変位すると、図示しないコントローラからの制御信号に基づいて圧力制御弁１８からパイロットポート５６へ供給される作動油の圧力をさらに上昇させる。

これにより、パイロット室８８に導入された作動油による押圧作用下に、メインスプール３８が第１スプリング７５の弾発力に抗してさらに第１カバー部材４２側（矢印Ｂ方向）へと変位し（図７参照）、メインスプール３８のさらなる矢印Ｂ方向への変位作用下に該メインスプール３８の境界線Ｃ１と第２ポート５０とボディ３６の内周面３６ａとからなる境界線Ｃ２との離間距離Ｌ１（図５参照）がさらに小さくなり、結局、第２ポート５０から第２圧力室９８へと導入される作動油の流量がさらに減少する。なお、その場合においても、第２ポート５０に連通する第２連通路９４を介して第１圧力室８０に導入される作動油の流量は変化することがない。

そのため、作動油の圧力Ｐ１が、作動油の圧力Ｐ２よりさらに大きくなり（Ｐ１＞Ｐ２）、第１圧力室８０に導入される作動油の圧力Ｐ１と第１受圧面の表面積Ｓ１との積（Ｓ１×Ｐ１）が、第２圧力室９８に導入される作動油の圧力Ｐ２と第２受圧面の表面積Ｓ２の積（Ｓ２×Ｐ２）より大きくなるため｛（Ｓ１×Ｐ１）＞（Ｓ２×Ｐ２）｝、上述のサブスプール４０の軸線方向に沿った変位が停止してバランスした状態から、サブスプール４０が第２圧力室９８に導入された作動油による押圧力に抗して差分｛（Ｓ１×Ｐ１）−（Ｓ２×Ｐ２）｝だけ第２カバー部材４４側（矢印Ａ方向）へと変位する。

その結果、第１ポート４６の内壁面とボディ３６の内周面３６ａとが交差して形成された境界線Ｃ３とサブスプール４０のテーパ面１１６との離間距離Ｌ２がさらに小さくなり、第２圧力室９８から第１ポート４６へと導出される作動油の流量がさらに減少する。それに伴って、前記第１ポート４６から第５油路４８（図１参照）を介してタンク１４（図１参照）へと排出される作動油の流量がさらに減少し、これにより、射出シリンダ２６における射出ピストン２２の矢印Ｂ方向への変位速度がさらに低下する。

最後に、圧力制御弁１８による制御作用下にパイロットポート５６へと供給される作動油の圧力をさらに上昇させることにより、メインスプール３８を第１カバー部材４２側（矢印Ｂ方向）へとさらに変位させ、第２ポート５０をメインスプール３８の膨出部８５によって閉塞することにより前記第２ポート５０から第２圧力室９８への作動油の流通が遮断される。

その際、サブスプール４０は、第２スプリング１１０の弾発力によって第２ポート５０側（矢印Ａ方向）へと押圧され、前記サブスプール４０の鉛直面１０６が係止面８２に係止された状態となる。

これにより、パイロットポート５６に供給される作動油によってメインスプール３８を矢印Ｂ方向へと変位させる押圧力と、第１スプリング７５の弾発力とが釣り合って、再び第１ポート４６、第２ポート５０及び第３ポート５４のいずれかのポート間における連通が遮断された状態となる（図２参照）。

次に、射出シリンダ２６（図１参照）の射出ピストン２２（図１参照）を再び矢印Ａ方向に変位させ、前記射出シリンダ２６を初期位置へと復帰させる場合には、図示しないコントローラから制御信号を圧力制御弁１８へと出力し、前記制御信号によって前記圧力制御弁１８からパイロットポート５６へと供給されている作動油の圧力を上昇させる。

これにより、図８に示されるように、パイロット室８８に導入された作動油によるフランジ部７０への押圧作用下にメインスプール３８が第１スプリング７５の弾発力に抗して第１カバー部材４２側（矢印Ｂ方向）へと変位し、前記フランジ部７０の端面がパイロット室８８におけるドレンポート５８側の壁面に当接する。そのため、パイロット室８８の内部においてドレンポート５８側に導入されていた作動油は、ドレン通路６２を介してタンク１４へと導出される。

そして、メインスプール３８の変位作用下に該メインスプール３８の外周に形成された連通室８６が、第２ポート５０と連通する位置まで変位し、第３ポート５４と第２ポート５０が連通した状態となり、ポンプ２０から第２油路２８を介して第３ポート５４に供給されていた作動油が、連通室８６を介して第２ポート５０から射出シリンダ２６のシリンダ室５２（図１参照）へと導入される。

その結果、射出ピストン２２及びピストンロッド３２が、シリンダ室５２に供給された作動油の押圧作用下に矢印Ａ方向に変位して初期位置に復帰する。

その際、メインスプール３８の膨出部８５によって第２ポート５０と第２圧力室９８との連通が遮断されているため、第１ポート４６から作動油が導出されることがない。

なお、上述の実施例においては、制御弁１２が、射出シリンダ２６から排出される作動油の流量の制御を行うことにより、射出ピストン２２の速度制御を行うメータアウト回路に適用された場合について説明したが、これに限定されるものではなく、前記制御弁１２を、前記射出シリンダ２６に供給される作動油の流量の制御を行うことにより射出ピストン２２の速度制御を行うメータイン回路に適用してもよい。

以上のように、本発明の実施の形態では、射出シリンダ２６のシリンダ室５２から排出される作動油の流量に基づいて、圧力制御弁１８からパイロットポート５６へと供給される作動油の圧力を制御し、メインスプール３８の軸線方向に沿った変位量を制御している。

そして、前記メインスプール３８の変位作用下に射出シリンダ２６から第２ポート５０へと供給される作動油の第２圧力室９８への流量を制御すると共に、メインスプール３８の作動油供給通路９０等を介して第１圧力室８０に導入される作動油によってサブスプール４０を軸線方向に沿って変位させている。

その際、サブスプール４０における第１受圧面の表面積Ｓ１と第１圧力室８０に導入される作動油の圧力Ｐ１と、サブスプール４０における第２受圧面の表面積Ｓ２と第２圧力室９８に導入される作動油の圧力Ｐ２との間の関係により、前記サブスプール４０を変位させ、第２ポート５０から第２圧力室９８へと導入される作動油の流量に応じて第１ポート４６からタンク１４へと導出される作動油の流量を制御することができる。すなわち、第２圧力室９８から第１ポート４６へと導出される作動油の流量は、サブスプール４０の軸線方向に沿った変位量及び変位方向によって制御されている。

このサブスプール４０の軸線方向に沿った変位量及び変位方向は、サブスプール４０における第１受圧面の表面積Ｓ１と第１圧力室８０の作動油の圧力Ｐ１との積（Ｓ１×Ｐ１）と、第２受圧面の表面積Ｓ２と第２圧力室９８の作動油の圧力Ｐ２との積（Ｓ２×Ｐ２）との大小関係によって決まる。

このため、サブスプール４０における第１受圧面の表面積Ｓ１と、第２受圧面の表面積Ｓ２とが所望の比率となるように任意に設定することにより、第１及び第２圧力室８０、９８に導入される作動油の圧力Ｐ１、Ｐ２に応じてサブスプール４０の軸線方向に沿った変位量及び変位方向を好適に制御することができる。

従って、射出シリンダ２６のシリンダ室５２から第２ポート５０を介して第２圧力室９８に供給される作動油の圧力に対して、前記第２圧力室９８の内部から第１ポート４６を介して導出する際にサブスプール４０の変位作用下に所望の圧力差を生じさせることができる。そのため、射出シリンダ２６における射出ピストン２２の変位速度を好適に制御することができると共に、その際に生じるおそれのあったキャビテーションを確実且つ好適に抑制することができる。

なお、本発明に係る制御弁１２は、射出シリンダ２６から排出される作動油の圧力を制御することにより，射出ピストン２２の変位速度を制御する射出制御機構１０に適用した場合について説明したが、上述の実施の形態に限らず、流体圧によって駆動するアクチュエータ等に接続し、前記アクチュエータに供給する作動油、又は、前記アクチュエータから排出される作動油を制御弁に導入して、前記アクチュエータ等の変位速度の制御を行うようにしてもよい。

本発明の実施の形態に係る制御弁が組み込まれた射出制御機構のブロック説明図である。 本発明の実施の形態に係る制御弁においてメインスプールが変位して、第１、第２及び第３ポートの互いの連通が遮断された弁閉状態を示す縦断面図である。 図２の状態からメインスプールが変位して第１ポートと第２ポートとが連通した状態を示す縦断面図である。 図２における第１及び第２ポート近傍を示す拡大縦断面図である。 図２におけるメインスプールと第２ポートとの離間距離及びサブスプールと第１ポートとの離間距離との関係を示す説明図である。 図４の状態からメインスプール及びサブスプールが変位して第１及び第２ポートとの間を流通する作動油の流量が減少した状態を示す拡大縦断面図である。 サブスプールにおける第１受圧面と第２受圧面とを示す第１及び第２ポート近傍の一部省略拡大縦断面図である。 図３の状態からメインスプールが変位して第２ポートと第３ポートとが連通した状態を示す縦断面図である。

符号の説明

１０…射出制御機構 １２…制御弁
１４…タンク １８…圧力制御弁
２０…ポンプ ２２…射出ピストン
２６…射出シリンダ ３６…ボディ
３８…メインスプール ４０…サブスプール
４６…第１ポート ５０…第２ポート
５４…第３ポート ５６…パイロットポート
５８…ドレンポート ６４…第１軸部
６６…第２軸部 ６８…軸本体
７０…フランジ部 ７２…アダプタ
７５…第１スプリング ８０…第１圧力室
８６…連通室 ８８…パイロット室
９０…作動油供給通路 ９２…第１連通路
９４…第２連通路 ９８…第２圧力室
１１０…第２スプリング

Claims (4)

1. 作動油が蓄えられたタンクと、前記作動油による押圧作用下に駆動するシリンダから導出される作動油の圧力を制御する制御弁において、
   前記タンクに連通する第１ポートと、前記シリンダに連通する第２ポートと、前記作動油を供給するポンプに連通する第３ポートとが形成されたスリーブと、
   前記スリーブの内部を摺動自在に変位するように設けられ、前記第１ポートと前記第２ポートとが連通する前記シリンダにおけるピストンの前進状態と、前記第２ポートと第３ポートとが連通する前記ピストンの後進状態と、前記第１ポート、第２ポート及び第３ポートの連通が遮断された弁閉状態とを切り換える第１スプールと、
   前記第１ポートと対向し、且つ、前記スリーブと第１スプールとの間に軸線方向に沿って変位自在に設けられ、前記第１ポートと前記第２ポートとが連通した際に、前記第１ポートから導出される作動油の圧力を、前記第２ポートに供給される作動油の圧力に応じて制御する第２スプールと、
   前記第２スプールを前記第２ポート側に向かって付勢する弾性部材と、
   を備え、
   前記スリーブには、前記第１スプールと第２スプールと共に、前記第２スプールの一端部側に形成され、前記第２ポートから供給された作動油が、前記第１スプールの内部に形成される通路を介して供給される第１圧力室と、
   前記第１スプールの変位作用下に前記第１ポートと前記第２ポートとを連通し、前記第２スプールの他端部側に形成される第２圧力室と、
   前記第１スプールの変位作用下に前記第２ポートと前記第３ポートとを連通する連通室と、
   を設けることを特徴とする制御弁。
2. 請求項１記載の制御弁において、
   前記第２スプールは、該第２スプールの軸線と略直交する第１圧力室側端面の受圧面積と第２圧力室側端面の受圧面積との差と、前記第１圧力室に導入される作動油の圧力と前記第２圧力室に導入される作動油の圧力との差によって、軸線方向に沿った変位量及び変位方向が設定されることを特徴とする制御弁。
3. 請求項２記載の制御弁において、
   前記第２スプールは、前記第１圧力室側端面の受圧面積と前記第１圧力室に導入される作動油の圧力の積が、前記第２圧力室側端面の受圧面積と前記第２圧力室に導入される作動油の圧力との積より大きい場合に、前記第２圧力室側に変位すると共に、前記第１圧力室側端面の受圧面積と前記第１圧力室の作動油の圧力の積が、前記第２圧力室側端面の受圧面積と前記第２圧力室に導入される作動油の圧力との積より小さい場合に、前記第１圧力室側に変位することを特徴とする制御弁。
4. 請求項２又は３記載の制御弁において、
   前記第２スプールは、前記第１圧力室側端面の受圧面積と前記第１圧力室に導入される作動油の圧力の積と、前記第２圧力室側端面の受圧面積と前記第２圧力室に導入される作動油の圧力の積との差分だけ軸線方向に沿って変位することを特徴とする制御弁。
   
   

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