JP7424322B2 - 流体圧力制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体供給源と流体アクチュエータとの間に設けられ、流体アクチュエータに供給する流体圧力を制御する流体圧力制御装置に関する。

従来から、流体供給源からの圧力流体を所望の圧力に調整して流体アクチュエータに供給する流体圧力制御装置が知られている。例えば、特許文献１には、給気用電磁弁と排気用電磁弁を用いてダイヤフラムに作用するパイロット圧を制御し、該ダイヤフラムと一体的に設けられたロッド部材を変位させることで、供給用弁体と排気用弁体を開閉する流体圧力調整装置が記載されている。この流体圧力調整装置では、供給用弁体が開状態になると、流体供給源に接続される供給ポートと流体圧機器に接続される調圧ポートとが連通し、排気用弁体が開状態になると、調圧ポート側の圧力流体が排気ポートを介して外部に排気される。

また、流体アクチュエータの動作状況に応じて、流体アクチュエータに供給する流体圧力の目標値を変更する流体制御装置も知られている。例えば、特許文献２には、流量が一定以上減少したことを検出したとき、通常運転からスタンバイモードに移行し、スタンバイモード時には通常運転時よりも低い圧力に設定された流体を流体アクチュエータに供給する流体制御装置が記載されている。この流体制御装置は、比例圧力調整弁の下流側に遮断弁を直列に接続した構成となっている。

特開２００２－２４３０５９号公報 米国特許第１０７３１６７９号明細書

特許文献１の流体圧力調整装置に見られるように、流体圧機器に接続されるポート側（二次ポート側）の圧力を高圧から低圧に制御するためには、排気用弁体を用いるのが技術常識である。この場合、流体供給源からの圧力流体の一部が流体圧機器で使われることなく捨てられるのが避けられない。特許文献２の比例圧力調整弁も、二次側の流体を排出するポートを備えており、同様の事象が生じる。

また、特許文献２の流体制御装置では、比例圧力調整弁の下流側に遮断弁を直列に接続する構成を必要としており、大流量の流路に遮断弁を設けることとなるため、装置が大型化するおそれがある。さらに、特許文献２の流体制御装置では、圧力センサの他に流量センサを必要としている。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、スタンバイモード時に流体アクチュエータに供給する流体圧力をノーマルモード時（通常運転時）よりも低い設定圧力にする流体圧力制御装置において、圧力流体のロスを最小限に抑えるとともに、大流量の流路に設ける遮断弁を不要として装置を小型化することを目的とする。

本発明に係る流体圧力制御装置は、流体供給源と流体アクチュエータとの間に設けられ、流体アクチュエータに供給する流体圧力を稼働圧力に設定するノーマルモードから同流体圧力を稼働圧力よりも低いスタンバイ圧力に設定するスタンバイモードに移行することが可能なものであって、流体供給源に接続される入口ポートと、流体アクチュエータに接続される出口ポートと、入口ポートと出口ポートを連絡する流路の面積を調整可能な供給弁と、供給弁の弁体を変位させるためのダイヤフラムとを備える。

そして、ダイヤフラムの一方側にはパイロット室が形成され、ダイヤフラムの他方側には出口ポートと連通するフィードバック室が形成され、入口ポートとパイロット室を接続する流路にパイロット圧供給用電磁弁が設けられ、パイロット室の圧力流体を外部に排出する流路にパイロット圧排出用電磁弁が設けられ、パイロット圧供給用電磁弁およびパイロット圧排出用電磁弁を制御する制御部が設けられる。供給弁を通過した圧力流体が外部に排出される流路は有していない。

上記流体圧力制御装置によれば、供給弁を通過した圧力流体はすべて流体アクチュエータに供給されることになり、圧力流体のロスを最小限に抑えることができる。また、流体アクチュエータに供給する流体圧力の目標値（設定圧力）を高圧の稼働圧力から低圧のスタンバイ圧力に変更する制御を行うものでありながら、供給弁を通過した圧力流体を外部に排出する流路を有していないので、別途遮断弁を設ける必要がなく、装置全体を小型化することができる。

本発明に係る流体圧力制御装置は、ノーマルモードからスタンバイモードに移行する際に流体アクチュエータに供給する流体圧力の目標値を高圧の稼働圧力から低圧のスタンバイ圧力に変更する制御を行うものでありながら、供給弁を通過した圧力流体を外部に排出する流路を有していないので、圧力流体のロスを最小限に抑えることができるほか、別途遮断弁を設ける必要がなく、装置全体を小型化することができる。

本発明の実施形態に係る流体圧力制御装置の概略図である。 ノーマルモードからスタンバイモードへの移行を自動で行う場合の図１の流体圧力制御装置の動作を示すタイミングチャートである。 図１の流体圧力制御装置における差圧（Ｐ１－Ｐ２）と流量Ｑとの関係を表すグラフである。 ノーマルモードからスタンバイモードへの移行を手動で行う場合の図１の流体圧力制御装置の動作を示すタイミングチャートである。 ノーマルモードからスタンバイモードへの移行を自動で行い、ノーマルモードへの復帰をスタンバイ解除信号によって行う場合の図１の流体圧力制御装置による制御を示すフローチャートである。 ノーマルモードからスタンバイモードへの移行を自動で行い、ノーマルモードへの復帰を流量に基づいて自動で行う場合の図１の流体圧力制御装置による制御を示すフローチャートである。 ノーマルモードからスタンバイモードへの移行を手動で行う場合の図１の流体圧力制御装置による制御を示すフローチャートである。

本発明に係る流体圧力制御装置について、好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。本発明で使用される流体は、圧縮空気等の圧力流体である。以下の説明において、上下の方向に関する言葉を用いたときは、便宜上、図面における方向をいうものであり、部材等の実際の配置を限定するものではない。

流体圧力制御装置１０は、流体供給源と流体アクチュエータ（いずれも図示せず）との間に設けられる。流体圧力制御装置１０は、流体アクチュエータに向かって流れる流量が所定時間継続して所定値を下回ると、流体アクチュエータに供給する流体圧力を稼働圧力よりも低いスタンバイ圧力に設定することができるものである。まず、流体圧力制御装置１０がそのような制御を行うために備える構成ないし機能について説明する。

図１に示すように、流体圧力制御装置１０は、供給弁２６を内蔵するバルブボデイ１２と、バルブボデイ１２の上部に連結されパイロット圧供給用電磁弁３６およびパイロット圧排出用電磁弁３８を内蔵する制御ハウジング１４を含む。

バルブボデイ１２には、流体供給源（エアコンプレッサ）に接続される入口ポート１６とエアシリンダ等の流体アクチュエータに接続される出口ポート１８が同軸状に設けられている。入口ポート１６と出口ポート１８を連絡する接続通路２０には、端部に弁座２２ａを有する円筒状の壁部２２が接続通路２０に交差するように設けられている。また、該壁部２２と対向する位置において、接続通路２０から下方に拡がるように円形の凹部２４が設けられている。

弁座２２ａとともに供給弁２６を構成する弁体２８は、弁座２２ａに当接可能な円板状のプレート部２８ａと、プレート部２８ａの下面から下方に延びる円筒状のガイド部２８ｂとからなる。プレート部２８ａの上部側の外周には、ゴム等の弾性材料によって形成されるとともに弁座２２ａに当接するシール部材２８ｃが装着されている。

弁体２８のガイド部２８ｂは、バルブボデイ１２の凹部２４内で上下方向に摺動自在となるように支持され、ガイド部２８ｂの外周には、凹部２４の壁面に摺接するシールリング３０ａが装着されている。ガイド部２８ｂの内側の空間において、プレート部２８ａの下面と凹部２４の底面との間に、弁体２８を弁座２２ａに向けて付勢する第１スプリング３２が配設されている。プレート部２８ａには、ガイド部２８ｂの内側の空間をプレート部２８ａの上方の空間と連通せしめる複数の孔２８ｄが形成されている。

バルブボデイ１２の中央部には、上下方向に延在する長尺なロッド４０がその軸方向に移動自在となるように支持されている。バルブボデイ１２には、ロッド４０の外周に摺接するシールリング３０ｂが配置されている。ロッド４０の上端には、水平方向に延びるディスク状のフランジ部４０ａが一体的に設けられている。ロッド４０の下端部は、接続通路２０内に突出し、弁体２８のプレート部２８ａの上面に当接可能である。

第１スプリング３２の付勢力により弁体２８のシール部材２８ｃが弁座２２ａに圧接した状態にあるとき、入口ポート１６と出口ポート１８との連通が遮断される。一方、後述するように、第１スプリング３２の付勢力に抗して弁体２８を下方に駆動せしめる力がロッド４０に作用すると、弁体２８のシール部材２８ｃが弁座２２ａから離れ、入口ポート１６と出口ポート１８が連通する。この場合、ロッド４０に作用する駆動力に応じて、入口ポート１６と出口ポート１８を連絡する流路の面積（供給弁２６の開度Ｖ）が調整される。

バルブボデイ１２の上部には、フランジ部４０ａを含むロッド４０の上方部分および可撓性材料からなるダイヤフラム４４を収容するダイヤフラム室４６が形成されている。ダイヤフラム４４の外周部は、バルブボデイ１２に形成された溝部に取り付けられている。ダイヤフラム４４の内周部は、ロッド４０のフランジ部４０ａとロッド４０に挿通・固定されるディスク部材４２との間で挟持されることにより、ロッド４０に固定されている。

ダイヤフラム室４６は、ダイヤフラム４４およびフランジ部４０ａの上側に形成されるパイロット室４８と、ダイヤフラム４４およびディスク部材４２の下側に形成されるフィードバック室５０とに区画される。フィードバック室５０は、バルブボデイ１２に形成された第１通路５２ａを介して出口ポート１８に連通している。フィードバック室５０には、両端がそれぞれディスク部材４２とバルブボデイ１２に当接する第２スプリング３４が配設されている。

ロッド４０には、ダイヤフラム４４およびフランジ部４０ａの上面に作用するパイロット室４８の流体圧により、下方に押し下げる力が作用するほか、ダイヤフラム４４およびディスク部材４２の下面に作用するフィードバック室５０の流体圧および第２スプリング３４の付勢力により、上方に押し上げる力が作用する。前者の力が後者の力を上回ると、ロッド４０は、第１スプリング３２の付勢力に抗して弁体２８を下方に駆動し、第１スプリング３２の反力とバランスする位置まで弁体２８を下方に変位させる。パイロット室４８の圧力Ｐ１を大きくすれば、供給弁２６の開度Ｖが大きくなる。

バルブボデイ１２には、第１通路５２ａから分岐してバルブボデイ１２の上面に至る第２通路５２ｂが形成されている。また、バルブボデイ１２には、下端が入口ポート１６側に接続され上端がバルブボデイ１２の上面に至る第３通路５２ｃ、および、下端がパイロット室４８側に接続され上端がバルブボデイ１２の上面に至る第４通路５２ｄが形成されている。制御ハウジング１４には、第３通路５２ｃの上端と第４通路５２ｄの上端とを相互に接続する第５通路５２ｅが形成されており、パイロット圧供給用電磁弁３６が第５通路５２ｅに介設されている。パイロット圧供給用電磁弁３６は、第３通路５２ｃと第４通路５２ｄを連通する位置と、第３通路５２ｃと第４通路５２ｄの連通を遮断する位置との間で切り換え可能なノーマルクローズタイプの二方弁である。

したがって、パイロット圧供給用電磁弁３６は、パイロット室４８に入口ポート１６側の圧力流体を導入する連通位置と、パイロット室４８を入口ポート１６から遮断する遮断位置との間で切り換え可能となっている。パイロット圧供給用電磁弁３６は、入口ポート１６とパイロット室４８を接続する流路に設けられるものであって、大流量の流路に介在するものではないから、小型の電磁弁で済む。

制御ハウジング１４は、大気に開放される排出ポート５４を備えている。制御ハウジング１４には、第４通路５２ｄの上端と排出ポート５４とを接続するために第５通路５２ｅの途中から分岐して排出ポート５４に至る第６通路５２ｆが形成されており、パイロット圧排出用電磁弁３８が第６通路５２ｆに介設されている。パイロット圧排出用電磁弁３８は、第４通路５２ｄと排出ポート５４を連通する位置と、第４通路５２ｄと排出ポート５４の連通を遮断する位置との間で切り換え可能なノーマルクローズタイプの二方弁である。

したがって、パイロット圧排出用電磁弁３８は、パイロット室４８の圧力流体を排出する連通位置と、パイロット室４８を排出ポート５４から遮断する遮断位置との間で切り換え可能となっている。パイロット圧排出用電磁弁３８は、パイロット室４８の圧力流体を外部に排出する流路に設けられるものであって、大流量の流路に介在するものではないから、小型の電磁弁で済む。また、容積が限定されたパイロット室４８の圧力流体が外部に排出される量は極めて少ないので、圧力流体のロスを最小限に留めることができる。

制御ハウジング１４には、集積回路（ＩＣ）からなる制御部５６が設けられている。パイロット圧供給用電磁弁３６およびパイロット圧排出用電磁弁３８は、制御部５６からの信号に基づいて制御される。パイロット圧供給用電磁弁３６が連通位置に切り換えられるとともにパイロット圧排出用電磁弁３８が遮断位置に切り換えられると、入口ポート１６側の圧力流体がパイロット室４８に導入され、パイロット室４８の圧力Ｐ１が大きくなって供給弁２６の開度Ｖが大きくなる。パイロット圧供給用電磁弁３６が遮断位置に切り換えられるとともにパイロット圧排出用電磁弁３８が連通位置に切り換えられると、パイロット室４８の圧力流体が外部に排出され、パイロット室４８の圧力Ｐ１が小さくなって供給弁２６の開度Ｖが小さくなる。

パイロット圧供給用電磁弁３６およびパイロット圧排出用電磁弁３８をＰＷＭ制御する場合は、それらに対する通電時間を制御することで、パイロット室４８の圧力Ｐ１をきめ細かく制御することができ、それにより供給弁２６の開度Ｖを無段階に調整することができる。

制御ハウジング１４には、第５通路５２ｅの途中から分岐する第７通路５２ｇが形成されており、パイロット室４８の圧力Ｐ１を検出する第１圧力センサ５８が第７通路５２ｇに臨んで配置されている。また、制御ハウジング１４には、バルブボデイ１２の第２通路５２ｂに接続される第８通路５２ｈが形成されており、出口ポート１８の圧力Ｐ２を検出する第２圧力センサ６０が第８通路５２ｈに臨んで配置されている。第１圧力センサ５８および第２圧力センサ６０によって検出された信号は、制御部５６に入力される。

制御部５６には、ノーマルモード時（通常運転時）の設定圧力である稼働圧力Ｐｓ１、スタンバイモード時の設定圧力であるスタンバイ圧力Ｐｓ２、流量閾値Ｌおよび監視時間Ｔが記憶されている。これらの値は、ユーザが任意に設定・変更することができ、入力信号Ｇ１として制御部５６に取り込まれる。稼働圧力Ｐｓ１は、流体アクチュエータが稼働しているときに流体アクチュエータに供給する流体圧力の目標値（設定圧力）であり、スタンバイ圧力Ｐｓ２は、流体アクチュエータが休止状態にあるときに流体アクチュエータに供給する流体圧力の目標値（設定圧力）である。スタンバイ圧力Ｐｓ２は、稼働圧力Ｐｓ１よりも低い。

制御部５６には、スタンバイモードからノーマルモードに復帰させるためのスタンバイ解除信号Ｇ２がパルス信号として外部から入力される。ノーマルモードからスタンバイモードへの変更を手動によって行うことができるようにする場合、制御部５６には、モード切替信号Ｇ３が外部から入力される。また、制御部５６には、設定されている稼働圧力Ｐｓ１とスタンバイ圧力Ｐｓ２を表示するとともに出口ポート１８の圧力Ｐ２を表示することができる圧力表示部６２が接続されている。なお、制御部５６は、出口ポート１８の圧力Ｐ２や後述する推定流量Ｑｅを出力信号Ｇ４として外部に出力することができる。

本実施形態に係る流体圧力制御装置１０は、以上の構成ないし機能を備えるものであり、次に、ノーマルモードからスタンバイモードへの移行を自動で行う場合の制御について、図１～図３を参照しながら説明する。流体アクチュエータが稼働状態にあり、流体圧力制御装置１０がノーマルモードで動作している状態を初期状態とする。図２で言えば、例えば時刻ｔ２における状態がこの初期状態にあたる。

流体圧力制御装置１０がノーマルモードで動作しているとき、制御部５６は、稼働圧力Ｐｓ１を目標値として、第２圧力センサ６０によって検出される出口ポート１８の圧力Ｐ２が当該目標値に一致するように、パイロット圧供給用電磁弁３６およびパイロット圧排出用電磁弁３８の動作を制御し、供給弁２６の開度Ｖを調整している。これにより、出口ポート１８の圧力Ｐ２は、設定された稼働圧力Ｐｓ１に保持される。流体アクチュエータが稼働状態にあるとき、パイロット室４８の圧力Ｐ１は、稼働圧力Ｐｓ１に保持されている出口ポート１８の圧力Ｐ２を大きく上回り、供給弁２６の開度Ｖも十分に大きくなっている（時刻ｔ１から時刻ｔ２まで）。

ノーマルモードで動作しているときであっても、出口ポート１８の圧力Ｐ２が稼働圧力Ｐｓ１よりも大きく、かつ、パイロット室４８の圧力Ｐ１が所定値以下となっている場合は、パイロット圧排出用電磁弁３８を遮断位置にする。その理由は、次のとおりである。

流体アクチュエータの動作状況によっては、パイロット圧排出用電磁弁３８を連通位置に保持しても、出口ポート１８の圧力Ｐ２が稼働圧力Ｐｓ１以下とならないことがある。また、パイロット室４８の圧力Ｐ１は、パイロット圧排出用電磁弁３８を連通位置に保持しても、大気圧まで下がらないことがある。したがって、大気圧より僅かに大きい値（例えばゲージ圧で５ｋＰａ）を所定値Ｐｋとして、Ｐ２＞Ｐｓ１かつＰ１≦Ｐｋの場合、パイロット圧排出用電磁弁３８に電力を供給して連通位置に保持するのでは電力を無駄に消費することになるので、パイロット圧排出用電磁弁３８を遮断位置にする。なお、図２のタイミングチャートには、この状況は描かれていない。

流体圧力制御装置１０がノーマルモードで動作しているとき、制御部５６は、第１圧力センサ５８および第２圧力センサ６０によって検出される信号に基づいて、流体アクチュエータに向かって流れる流体の流量、すなわち、供給弁２６を通過する流体の流量Ｑを推定している。流量Ｑの推定方法は次のとおりである。

流量Ｑは、パイロット室４８の圧力Ｐ１と出口ポート１８の圧力Ｐ２との差圧が大きいほど大きくなる。また、流量Ｑは、パイロット室４８の圧力Ｐ１と出口ポート１８の圧力Ｐ２との差圧が同じでも設定圧力によって異なる。図３は、設定圧力をパラメータとして、パイロット室４８の圧力Ｐ１と出口ポート１８の圧力Ｐ２との差圧（Ｐ１－Ｐ２）と、流量Ｑとの関係を表すグラフである。具体的には、設定圧力をＰｓＡおよびＰｓＢ（ＰＡ＜ＰＢ）の２通りとして、圧力センサと流量センサを用いてパイロット室４８の圧力Ｐ１、出口ポート１８の圧力Ｐ２および流量Ｑを実測し、得られたデータに基づいて表したものである。同図から理解されるように、差圧（Ｐ１－Ｐ２）と流量Ｑとの関係は直線で近似され、その傾きは設定圧力によって異なる。

そこで、供給弁２６を通過する流体の流量Ｑについて、以下の式により推定流量Ｑｅを求める。ただし、Ｋは、設定圧力に応じた定数、すなわち、稼働圧力Ｐｓ１の設定値に応じた定数である。
Ｑｅ＝Ｋ（Ｐ１－Ｐ２）
制御部５６は、設定圧力ごとに決められた定数Ｋに関するテーブル（表）を記憶しており、第１圧力センサ５８および第２圧力センサ６０から入力される信号に基づいて、推定流量Ｑｅを算出する。

このように、流体圧力制御装置１０は、第１圧力センサ５８のほかに第２圧力センサ６０を備えることで、流体アクチュエータに向かって流れる流体の流量を推定することができ、流量センサを必要としない。流量の推定精度を高くしたい場合は、入口ポート１６の圧力を検出する圧力センサや供給弁２６を通過する流体の温度を検出する温度センサを追加し、設定圧力のほかに、入口ポート１６の圧力や流体の温度も考慮した定数（Ｋ´）に関するテーブルを用いるとよい。

制御部５６は、ノーマルモードにおいて、推定流量Ｑｅが監視時間Ｔ（所定時間）継続して所定の流量閾値Ｌを下回ったことを判定すると、流体アクチュエータが休止状態に入ったものとみなして、スタンバイモードへの移行を決定する（時刻ｔ３）。スタンバイモードでは、制御部５６は、スタンバイ圧力Ｐｓ２を目標値として、第２圧力センサ６０によって検出される出口ポート１８の圧力Ｐ２が当該目標値に一致するように、パイロット圧供給用電磁弁３６およびパイロット圧排出用電磁弁３８の動作を制御し、供給弁２６の開度Ｖを調整する。これにより、出口ポート１８の圧力Ｐ２は、稼働圧力Ｐｓ１よりも低いスタンバイ圧力Ｐｓ２に設定される。ノーマルモードからスタンバイモードへの移行は、このように自動で行われる。

ノーマルモードからスタンバイモードに移行した直後であって、少なくとも出口ポート１８の圧力Ｐ２が稼働圧力Ｐｓ１からスタンバイ圧力Ｐｓ２まで低下する間（時刻ｔ３から時刻ｔ４の直前まで）、供給弁２６は、閉じた位置を維持するように制御され、入口ポート１６と出口ポート１８の連通が遮断される。第２圧力センサ６０によって検出される出口ポート１８の圧力Ｐ２が目標値であるスタンバイ圧力Ｐｓ２よりも高い状態が続くからである。したがって、流体供給源から流体アクチュエータに向けて新たに圧力流体が供給されることはなく、圧力流体の消費量はゼロとなる。このとき、流体アクチュエータに溜まっていた流体は、徐々に抜けていく。

スタンバイモードは、休止状態にある流体アクチュエータが稼働状態に復帰するための準備をしておくモードである。流体アクチュエータは、休止状態のときは圧力流体の供給を必要としないのであるが、予めスタンバイ圧力Ｐｓ２の流体を供給しておくことで、迅速かつ円滑に稼働状態に復帰せしめることができる。なお、休止状態にある流体アクチュエータにスタンバイ圧力Ｐｓ２の流体を供給している間、流体アクチュエータでは流体の一定のリークが生じている。このリーク量は、休止状態にある流体アクチュエータに稼働圧力Ｐｓ１の流体を供給する場合に生じるリーク量よりも少ない。

スタンバイモードで動作しているときであっても、出口ポート１８の圧力Ｐ２がスタンバイ圧力Ｐｓ２よりも大きく、かつ、パイロット室４８の圧力Ｐ１が所定値以下となっている場合は、パイロット圧排出用電磁弁３８を遮断位置にする。ノーマルモードで動作しているときと同様に、パイロット圧排出用電磁弁３８を連通位置に保持しても、出口ポート１８の圧力Ｐ２がスタンバイ圧力Ｐｓ２以下とならないことがあり、また、パイロット室４８の圧力Ｐ１は大気圧まで下がらないことから、パイロット圧排出用電磁弁３８の無駄な動作を抑制する。なお、図２のタイミングチャートには、この状況は描かれていない。

スタンバイモードからノーマルモードへの復帰は、スタンバイ解除信号Ｇ２により行われる（時刻ｔ５）。スタンバイ解除信号Ｇ２は、休止状態にある流体アクチュエータを稼働状態に復帰せしめるために外部から制御部５６に入力されるパルス信号である。例えば、ユーザがタッチパネルで行う操作によって入力される信号でもよいし、流体アクチュエータの再稼働のためにユーザにより設定された時刻になると自動的に入力される信号でもよい。スタンバイモードからノーマルモードへの復帰に際して、ソフトスタートを実現するため、スタンバイ圧力Ｐｓ２から稼働圧力Ｐｓ１まで段階的に設定圧力を変更してもよい。また、ノーマルモードへの復帰をスタンバイ解除信号Ｇ２によって行うのではなく、推定流量Ｑｅが流量閾値Ｌより大きくなったときに行うようにしてもよい。

ところで、流体圧力制御装置１０は、ノーマルモードからスタンバイモードに移行する際に、出口ポート１８の設定圧力が高圧の稼働圧力Ｐｓ１から低圧のスタンバイ圧力Ｐｓ２に変更されるものであるところ、高圧から低圧に制御する弁（出口ポート１８側の流体を排出する弁）を備えていない。流体アクチュエータが休止状態に入ったとき、出口ポート１８の圧力Ｐ２をスタンバイ圧力Ｐｓ２まで迅速に低下させる必要はなく、流体アクチュエータに溜まっていた流体がある程度抜けることで、出口ポート１８の圧力Ｐ２がスタンバイ圧力Ｐｓ２まで自然に低下するのを待てばよいからである。このように、流体圧力制御装置１０は、出口ポート１８側の流体を排出する弁を備えていないので、圧力流体のロスを抑制できる。

次に、ノーマルモードからスタンバイモードへの移行を手動で行う場合の制御について、図４を参照しながら説明する。

ノーマルモードからスタンバイモードへの移行を自動で行う場合と同様に、流体圧力制御装置１０がノーマルモードで動作しているとき、制御部５６は、推定流量Ｑｅを算出している。そして、時刻ｔ３において推定流量Ｑｅが監視時間Ｔ継続して流量閾値Ｌを下回ったことを判定すると、外部から入力される手動によるモード切替信号Ｇ３の変化を待つ。制御部５６は、時刻ｔ３´においてモード切替信号Ｇ３がＯＦＦからＯＮになると、ノーマルモードからスタンバイモードへの移行を決定する。スタンバイモードからノーマルモードへの復帰は、モード切替信号Ｇ３がＯＮからＯＦＦに変化することによって行われる（時刻ｔ５´）。

上記のとおり、推定流量Ｑｅが監視時間Ｔ継続して流量閾値Ｌを下回った後にモード切替信号Ｇ３が変化することを条件として、ノーマルモードからスタンバイモードに移行するのであるが、モード切替信号Ｇ３が変化することのみを条件として、ノーマルモードからスタンバイモードに移行するようにしてもよい。

以上の制御を実現するためのフローチャートが図５～図７に示されている。図５は、ノーマルモードからスタンバイモードへの移行を自動で行い、ノーマルモードへの復帰をスタンバイ解除信号Ｇ２によって行う場合のフローチャートであり、図６は、ノーマルモードからスタンバイモードへの移行を自動で行い、ノーマルモードへの復帰を流量に基づいて自動で行う場合のフローチャートである。図７は、ノーマルモードからスタンバイモードへの移行を手動で行う場合のフローチャートである。

図５に示すステップＳ１において、制御部５６は、第１圧力センサ５８および第２圧力センサ６０から入力された最新の信号を読み取って、パイロット室４８の圧力Ｐ１および出口ポート１８の圧力Ｐ２を取得する。そして、出口ポート１８の圧力Ｐ２を稼働圧力Ｐｓ１と比較し、出口ポート１８の圧力Ｐ２が稼働圧力Ｐｓ１より小さいときは供給弁２６の開度Ｖが大きくなるように、また、出口ポート１８の圧力Ｐ２が稼働圧力Ｐｓ１より大きいときは供給弁２６の開度Ｖが小さくなるように、パイロット圧供給用電磁弁３６およびパイロット圧排出用電磁弁３８に対して制御信号を出力する。

次に、ステップＳ２に進み、制御部５６は、ステップＳ１で取得した出口ポート１８の圧力Ｐ２が稼働圧力Ｐｓ１より大きく、かつ、ステップＳ１で取得したパイロット室４８の圧力Ｐ１が所定値Ｐｋ以下であるか否かを判定する。この判定結果がＹＥＳの場合は、制御部５６は、パイロット圧排出用電磁弁３８に対して遮断位置に切り換える信号を出力し、ステップＳ３に進む。判定結果がＮＯの場合は、そのままステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、制御部５６は、定数Ｋに関するテーブルを参照しながら、ステップＳ１で取得したパイロット室４８の圧力Ｐ１および出口ポート１８の圧力Ｐ２に基づいて推定流量Ｑｅを求め、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、制御部５６は、ステップＳ３で求めた推定流量Ｑｅを流量閾値Ｌと比較し、推定流量Ｑｅが流量閾値Ｌ以下である場合は、ステップＳ５に進み、推定流量Ｑｅが流量閾値Ｌより大きい場合は、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ５では、制御部５６は、推定流量Ｑｅが流量閾値Ｌ以下となってから監視時間Ｔ以上経過したか否か、すなわち、推定流量Ｑｅが流量閾値Ｌ以下である状態が監視時間Ｔ以上継続したか否かを判定する。推定流量Ｑｅが流量閾値Ｌ以下である状態が監視時間Ｔ以上継続した場合は、ステップＳ６に進み、推定流量Ｑｅが流量閾値Ｌ以下である状態が監視時間Ｔ以上継続していない場合は、ステップＳ１に戻る。ステップＳ６では、制御部５６は、ノーマルモードからスタンバイモードに移行するため、設定圧力を稼働圧力Ｐｓ１からスタンバイ圧力Ｐｓ２に変更し、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７において、制御部５６は、第１圧力センサ５８および第２圧力センサ６０から入力された最新の信号を読み取って、パイロット室４８の圧力Ｐ１および出口ポート１８の圧力Ｐ２を取得する。そして、出口ポート１８の圧力Ｐ２をスタンバイ圧力Ｐｓ２と比較し、出口ポート１８の圧力Ｐ２がスタンバイ圧力Ｐｓ２より小さいときは供給弁２６の開度Ｖが大きくなるように、また、出口ポート１８の圧力Ｐ２がスタンバイ圧力Ｐｓ２より大きいときは供給弁２６の開度Ｖが小さくなるように、パイロット圧供給用電磁弁３６およびパイロット圧排出用電磁弁３８に対して制御信号を出力する。

次に、ステップＳ８に進み、制御部５６は、ステップＳ７で取得した出口ポート１８の圧力Ｐ２がスタンバイ圧力Ｐｓ２より大きく、かつ、ステップＳ７で取得したパイロット室４８の圧力Ｐ１が所定値Ｐｋ以下であるか否かを判定する。この判定結果がＹＥＳの場合は、パイロット圧排出用電磁弁３８に対して遮断位置に切り換える信号を出力し、ステップＳ９に進む。判定結果がＮＯの場合は、そのままステップＳ９に進む。

ステップＳ９では、制御部５６は、スタンバイモードからノーマルモードに復帰させるためのスタンバイ解除信号Ｇ２が外部から入力されたか否かを判定する。スタンバイ解除信号Ｇ２が外部から入力された場合は、ステップＳ１に戻り、スタンバイ解除信号Ｇ２が外部から入力されない場合は、ステップＳ７に戻る。

図６に示すように、ノーマルモードへの復帰を流量に基づいて行う場合のフローチャートは、図５のフローチャートにおいて、ステップＳ９の代わりにステップＳ９１とステップＳ９２を設けたものである。以下、この変更部分を中心に説明する。

ステップＳ９１では、制御部５６は、定数Ｋに関するテーブルを参照しながら、ステップＳ７で取得したパイロット室４８の圧力Ｐ１および出口ポート１８の圧力Ｐ２に基づいて推定流量Ｑｅを求め、ステップＳ９２に進む。ステップＳ９２では、制御部５６は、ステップＳ９１で求めた推定流量Ｑｅを流量閾値Ｌと比較し、推定流量Ｑｅが流量閾値Ｌより大きい場合は、ステップＳ１に戻り、推定流量Ｑｅが流量閾値Ｌ以下である場合は、ステップＳ７に戻る。

図７に示すように、ノーマルモードからスタンバイモードへの移行を手動で行う場合のフローチャートは、図５のフローチャートにおいて、ステップＳ５とステップＳ６との間にステップＳＡを追加するとともに、ステップＳ９をステップＳ９´に変更したものである。以下、これらの追加・変更部分を中心に説明する。

ステップＳ５では、制御部５６は、推定流量Ｑｅが流量閾値Ｌ以下である状態が監視時間Ｔ以上継続したか否かを判定する。推定流量Ｑｅが流量閾値Ｌ以下である状態が監視時間Ｔ以上継続した場合は、ステップＳＡに進み、推定流量Ｑｅが流量閾値Ｌ以下である状態が監視時間Ｔ以上継続していない場合は、ステップＳ１に戻る。

ステップＳＡでは、制御部５６は、モード切替信号Ｇ３がＯＦＦからＯＮに変化したか否かを判定する。モード切替信号Ｇ３がＯＦＦからＯＮに変化した場合は、ステップＳ６に進み、モード切替信号Ｇ３がＯＦＦのままである場合は、ステップＳ１に戻る。ステップＳ６では、制御部５６は、ノーマルモードからスタンバイモードに移行するため、設定圧力を稼働圧力Ｐｓ１からスタンバイ圧力Ｐｓ２に変更し、ステップＳ７に進む。

ステップＳ９´では、制御部５６は、モード切替信号Ｇ３がＯＮからＯＦＦに変化したか否かを判定する。モード切替信号Ｇ３がＯＮからＯＦＦに変化した場合は、ステップＳ１に戻り、モード切替信号Ｇ３がＯＮのままである場合は、ステップＳ７に戻る。

本実施形態に係る流体圧力制御装置１０によれば、ノーマルモードからスタンバイモードに移行する際に流体アクチュエータに供給する流体圧力の目標値を高圧の稼働圧力Ｐｓ１から低圧のスタンバイ圧力Ｐｓ２に変更する制御を行うものでありながら、供給弁２６を通過した圧力流体を外部に排出する流路を有していないので、圧力流体のロスを最小限に抑えることができるほか、別途遮断弁を設ける必要がなく、装置全体を小型化することができる。また、パイロット室４８の圧力Ｐ１を検出する第１圧力センサ５８および出口ポート１８の圧力Ｐ２を検出する第２圧力センサ６０の検出信号に基づいて、流体アクチュエータに向かって流れる流量を推定するので、流量センサを設ける必要がなく、装置全体を小型化することができる。

本発明に係る流体圧力制御装置は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することのない範囲で、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…流体圧力制御装置 １６…入口ポート
１８…出口ポート ２６…供給弁
２８…弁体 ３６…パイロット圧供給用電磁弁
３８…パイロット圧排出用電磁弁 ４４…ダイヤフラム
４８…パイロット室 ５０…フィードバック室
５６…制御部 ５８…第１圧力センサ
６０…第２圧力センサ Ｇ２…スタンバイ解除信号
Ｇ３…モード切替信号

Claims (9)

1. 流体供給源と流体アクチュエータとの間に設けられ、前記流体アクチュエータに供給する流体圧力を稼働圧力に設定するノーマルモードから同流体圧力を前記稼働圧力よりも低いスタンバイ圧力に設定するスタンバイモードに移行することが可能な流体圧力制御装置であって、
   前記流体供給源に接続される入口ポートと、前記流体アクチュエータに接続される出口ポートと、前記入口ポートと前記出口ポートを連絡する流路の面積を調整可能な供給弁と、前記供給弁の弁体を変位させるためのダイヤフラムとを備え、前記ダイヤフラムの一方側にはパイロット室が形成され、前記ダイヤフラムの他方側には前記出口ポートと連通するフィードバック室が形成され、前記入口ポートと前記パイロット室を接続する流路にパイロット圧供給用電磁弁が設けられ、前記パイロット室の圧力流体を外部に排出する流路にパイロット圧排出用電磁弁が設けられ、前記パイロット圧供給用電磁弁および前記パイロット圧排出用電磁弁を制御する制御部が設けられ、前記供給弁を通過した圧力流体が外部に排出される流路を有さず、
   前記流体アクチュエータに向かって流れる流量が所定時間継続して所定値を下回ると、前記ノーマルモードから前記スタンバイモードに移行するか、または、前記流体アクチュエータに向かって流れる流量が所定時間継続して所定値を下回った後、外部から入力されるモード切替信号が変化することにより、前記ノーマルモードから前記スタンバイモードに移行し、
   前記出口ポートの圧力を検出する第１圧力センサを備え、前記制御部は、前記第１圧力センサによって検出される前記出口ポートの圧力が前記稼働圧力または前記スタンバイ圧力となるように前記パイロット圧供給用電磁弁および前記パイロット圧排出用電磁弁を制御し、
   前記パイロット室の圧力を検出する第２圧力センサを備え、前記制御部は、前記第１圧力センサおよび前記第２圧力センサの検出信号に基づいて前記流体アクチュエータに向かって流れる流量を推定する流体圧力制御装置。
2. 請求項１記載の流体圧力制御装置において、
   前記流体アクチュエータに向かって流れる流量を以下の式により推定する流体圧力制御装置。
   Ｑｅ＝Ｋ（Ｐ１－Ｐ２）
   ただし、Ｑｅは推定流量、Ｐ１は前記パイロット室の圧力、Ｐ２は前記出口ポートの圧力、Ｋは前記稼働圧力の設定値に応じた定数である。
3. 請求項１記載の流体圧力制御装置において、
   前記流体アクチュエータに向かって流れる流量を以下の式により推定する流体圧力制御装置。
   Ｑｅ＝Ｋ´（Ｐ１－Ｐ２）
   ただし、Ｑｅは推定流量、Ｐ１は前記パイロット室の圧力、Ｐ２は前記出口ポートの圧力、Ｋ´は前記稼働圧力の設定値と前記入口ポートの圧力と前記供給弁を通過する圧力流体の温度とに応じた定数である。
4. 請求項１記載の流体圧力制御装置において、
   前記ノーマルモードで動作しているとき、前記出口ポートの圧力が前記稼働圧力よりも大きく、かつ、前記パイロット室の圧力が大気圧よりも僅かに大きい所定値以下となっている場合は、前記パイロット圧排出用電磁弁を遮断位置にする流体圧力制御装置。
5. 請求項１記載の流体圧力制御装置において、
   前記スタンバイモードで動作しているとき、前記出口ポートの圧力が前記スタンバイ圧力よりも大きく、かつ、前記パイロット室の圧力が大気圧よりも僅かに大きい所定値以下となっている場合は、前記パイロット圧排出用電磁弁を遮断位置にする流体圧力制御装置。
6. 請求項１記載の流体圧力制御装置において、
   前記スタンバイモードから前記ノーマルモードへの復帰は、スタンバイ解除信号により、または、モード切替信号の変化により行われる流体圧力制御装置。
7. 請求項１記載の流体圧力制御装置において、
   前記スタンバイモードから前記ノーマルモードへの復帰は、前記流体アクチュエータに向かって流れる流量が前記所定値より大きくなったときに行われる流体圧力制御装置。
8. 請求項１記載の流体圧力制御装置において、
   前記スタンバイモードから前記ノーマルモードへの復帰は、前記スタンバイ圧力から前記稼働圧力まで段階的に設定圧力を変更することによって行われる流体圧力制御装置。
9. 請求項１記載の流体圧力制御装置において、
   前記稼働圧力および前記スタンバイ圧力の設定値を任意に変更することができる流体圧力制御装置。

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