JPH03292402A - 多機能スプール弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、射出成型機なとの産業機械やクレーンなどの
建設機械において、油圧アクチエエータの駆動を制御す
る流量及び圧力制御弁の改良に関する。

（従来の技術） 射出成型機等の産業機械やクレーン等の建設機械におい
て使用される油圧アクチュエータの駆動制御装置として
、例えば特開平１−１０８４０２号が知られている。

これは、油圧シリングの伸張側と収縮側の油室に四方弁
を介してポンプポートとタンクポートを選択的に切り換
え接続するとともに、西方弁と各油室との開にポペット
弁を各々介装し、これらのポペット弁の開度を電油変換
弁を介して供給される油圧で個別に制御するようにした
ものである。

（発明の課題） この装置の場合には、電油変換弁はコントローラから送
られる制御信号により制御されるので、ポペット弁のり
７ト位置と上下流の圧力とをそれぞれ検出して、コント
ローラがこれらの検出値に基づき、制御信号を電油変換
弁に出力することにより、流量や圧力のメータイン、メ
ータアウト制御が行える。

本発明は、上記の機能を更に簡易な構成で実現すること
を目的とする。

（課題を達成するための手段） 本発明は、軸方向位置に応じた流通断面積で作動ポート
にポンプポートとタンクポートとを選択的に接続するス
プールと、このスプールを軸方向に駆動すべくスプール
受圧部に信号電流に比例した油圧を及ぼす電油変換弁と
、前記作動ポートとポンプポートの各圧力を検出する圧
力センサと、スプールの軸方向位置を検呂する位置セン
サと、これらのセンサの検出圧力及び検出位置に基づき
電油変換弁に制御信号を出力するコントローラとを備え
ている。

（作用） 電油変換弁はコントローラからの入力信号に比例した圧
力をスプール受圧部に及ぼして、スプールを軸方向に変
位させ、作動ポートにポンプポートとタンクポートを切
り換え接続するとともに、作動油の流通断面積を変化さ
せる。

コントローラは、圧力センサから入力される各ポートの
圧力信号が設定された圧力条件に合致するように電油変
換弁に制御信号を出力する。これにより、作動ポートの
圧力が制御される。

また、コントローラは位置センサから入力されるスプー
ルの軸方向位置を示す信号から作動油の流通断面積を求
め、この流通断面積と圧力センサから入力される圧力信
号とから流量を演算し、演算された流量が設定された流
量条件に合致するように電油変換弁に制御信号を出力す
る。これにより作動ポートの流量が制御される。

（実施例） 第１図及び第２図に本発明の実施例を示す。

第１図において、スプール１はスリーブ２の内側に軸方
向に摺動自由に収装され、スリーブ２に作動ポート３と
タンクポート４が形成される。

スプール１の一端はメインポンプ３０に接続されたポン
プポート５に臨み、スプール１の端部にはこのポンプポ
ート５に面して■７γチＩＡが形成される。Ｖノツチ１
Ａはスプール１の摺動位置に応じてポンプポート５を作
動ポート３に連通する。なお、作動ポート３は油圧アク
チュエータに、タンクポート４はタンク１５にそれぞれ
接続される。

スプール１には摺動位置に応じて作動ポート３とタンク
ポート４を連通する環状通路ＩＢと、この連通を遮断す
るスプールランドＩＣとが隣接して形成される。スプー
ルランドＩＣの幅は作動ポート３より僅かに小さく形成
され、スプール１の中立位置では、作動ポート３はスプ
ールランドＩＣの両側の■ノツチ１Ａと環状通路ＩＢの
双方に微小断面で連通する。

また、スプール１には受圧部８と９が逆向きに形成され
、これらの受圧部８と９に臨んでスリ＋１２の内側に油
室１０と１１が形成される。油室１１の内側には受圧部
８に作用する油室１０の油圧に抗してスプール１を弾性
支持するスプリング１２が配設される。

油室１０と１１は電油変換弁１３に接続される。

電油変換弁１３は油室１０と１１をサブポンプ１４とタ
ンク１５とに選択的に接続する四方弁であり、後述のコ
ントローラ２０と信号回路で接続され、この信号回路を
介して送られる制御信号に比例した圧力を油室１０また
は油室１１に供給する。

また、スプール１には軸方向に延びるａ７ド１９が付設
され、ロッド１９の軸方向変位に応じた位置信号をコン
トローラ２０に出力する位置センサ１６がロッド１３に
臨んで設けられる。

作動ポート３とポンプポート５にはそれぞれ圧力を検出
して圧力信号をコントローラ２０に出力する圧力センサ
１７と１８が設（すられる。

コントローラ２０は例えばマイクロコンピュータで構成
され、圧力センサ１７と１８から入力される圧力信号に
基づき、作動ポート３の圧力をあらかじめ設定された制
御圧力に一致させるように電油変換弁１３に信号を出力
し、信号に応じた圧力を油室１０または１１に供給して
スプール１を軸方向に変位させる。

また、コントローラ２０にはポンプポート５と作動ポー
ト３の間の流通断面積と、タンクポート４と作動ポート
３の闇の流通断面積とが、それぞれスプール１の変位位
置の関数として内部に設定されており、コントローラ２
０は位置センサ１６から位置信号が入力されると直ちに
これらの流通断面積を求め、求めた断面積と圧力センサ
１７と１８から入力される圧力信号とから作動ポート３
の流量を演算する。そして、演算した流量があらかじめ
設定された制御流量に一致するように、電油変換弁１３
に信号を出力し、信号に応じた圧力を油室１０または１
１に供給してスプール１を軸方向に変位させる。

なお、コントローラ２０は制御条件、すなわち圧力制御
と流量制御の選択及びメータイン制御とメータアウト制
御の選択と、制御圧力及び制御流量の設定とを行うため
の入力手段を備える。

次に作用を説明する。

スタンバイ時にはスプール１は第１図の位置よりも若干
右寄りの中立位置に位置している。この状態では、スプ
ールランドＩＣと作動ポート３との僅かなアンダーラッ
プのために、スリーブ２の内側にはポンプポート５から
作動ポート３へと、作動ポート３からタンクポート４へ
の微少な作動油の流れが存在している。

油圧アクチュエータへ供給される作動油流量の制御、す
なわち作動ポート３の流量のメータイン制御を行う場合
には、入力手段を通じて流量のメータイン制御を選択し
、制御流量Ｑｉを設定する。

すると、コントローラ２０は上記のスタンバイ状態から
電油変換弁１３に対して、油室１０にサブポンプ１４を
、油室１１にタンク１５を接続する初期信号を出力し、
スプール１を図の右方向へと駆動する。これにより、ポ
ンプポート５と作動ポート３を連通する■ノツチＩＡの
開度が増加し、スプールランドＩＣが作動ポート３とタ
ンクポート４の連通を遮断するので、ポンプポート５の
作動油がＶノツチＩＡと作動ポート３を介して油圧アク
チュエータに流入する。

この場合に、スプール１の軸方向変位を×１ポンプポー
ト５から作動ポート３への流通断面積をＡ　（ｘ）、ポ
ンプポート５の圧力をＰｌ、作動ポート３の圧力をＰ２
とすれば、作動ポート３の流量Ｑａは、 Ｑａ＝　Ｋ　−Ａ（Ｘ）、／７Ｔ”了］ただし、Ｋは流
量定数 で表される。ここでＰｌとＰ２は圧力センサ１７と１８
から圧力信号としてコントローラ２０に入力され、Ａ　
（ｘ）は位置センサ１６からコントローラ２０に入力さ
れる位置信号の関数となる。

そこで、コントローラ２０は入力されるこの位置信号か
らＡ　（ｘ）を計算し、さらに上式による演算を行って
流量Ｑａを求める。そして、求めた流量Ｑａが設定され
た制御流量Ｑｉに一致するように、電油変換弁１３への
信号出力を通じてスプール１の変位位置を制御する すなわち、Ｑａ＜Ｑｉの場合には、油室１０の圧力を上
昇させる制御信号を電油変換弁１３に出力する。これに
より、スプール１は油室１０の増加圧力により図の右側
へと変位し、流通断面積Ａ　（ｘ）を拡大して流量Ｑａ
を増加させる。逆にＱａ＞Ｑｉの場合には油室１１の圧
力を上昇させる制御信号が電油変換弁１３に出力され、
スプール１は図の左側へと移動して流通断面積Ａ　（ｘ
）を縮小し、流量Ｑａを減少させる。このようにしてＱ
ａをＱｉに一致させることで油圧アクチュエータへの供
給流量の制御が行われる。

また、油圧アクチュエータから流出する流量の制御、す
なわち作動ポート３の流量のメータアウト制御を行う場
合には、入力手段を介して流量のメータアウト制御を選
択し、制御流量Ｑｏを設定すると、コントローラ２０は
電油変換弁１３に対して、油室１１に高圧を、油室１０
に低圧を導く初期信号を出力し、スプール１を図の左方
向へと駆動する。

これにより、作動ポート３とタンクポート４の流通断面
積が拡大し、ポンプポート５と作動ポート３を連通する
Ｖノツチ１Ａが遮断され、油圧アクチュエータの作動油
が作動ポート３がらタンクポート４を介してタンク１５
へと流出する。

この場合に、作動ポート３とタンクポート４の闇の流通
断面積をＢ（×）とすると、作動ポート３の流量Ｑｂは Ｑｂ＝に−Ｂ（ｘ）ｆＴ〒 で表される。

油圧アクチュエータから流出する作動油の流量をメータ
アウト制御する場合には、コントローラ２０が位置セン
サ１６から構成される装置信号からＢ　（ｘ）を求め、
圧力センサ１７から入力される圧力信号Ｐ２と、内部に
設定された流量係数Ｋにより上記の演算を行ってＱｂを
求める。

そして、コントローラ２０はこの流量Ｑｂを設定された
制御流量ＱＯと比較し、Ｑｂ＜Ｑｏの場合は油室１１の
圧力上昇によりスプール１を図の左側へ駆動して流通断
面積Ｂ　（ｘ）拡大し、Ｑｂ＞Ｑ。

の場合は油室１０の圧力上昇によりスプール１を反対側
へ駆動して流通断面積Ｂ　（ｘ）を縮小するように電油
変換弁１３に制御信号を出力する。このようにして、Ｑ
ｂをＱＯに一致させることにより油圧７クチユエータか
らの流出流量の制御が行われる。

なお、タンクポート４の圧力Ｐｔが変動しやすく、大気
圧と見なし難い場合には、別途タンクポート４の圧力Ｐ
［を測定し、 Ｑｂ＝に−Ｂ（×）７丁７］］として計算する。

一方、油圧アクチュエータへ供給される作動油圧力のメ
ータイン制御を行う場合には、入力手段を介して制御条
件と１１　ＩＩ（目標）圧力Ｐａをコントローラ２０に
入力する。すると、コントローラ２０は前記の流量のメ
ータイン制御時と同様に油室１０に高圧を、油室１１に
低圧を導く初期信号を電油変換弁１３に出力する。そし
て、この初期信号に対応してスプール１が駆動した後、
圧力センサ１７から信号入力される作動油ポート３の圧
力Ｐ２と制御圧力Ｐａを比較し、Ｐ　２　＜　Ｐ　ａの
場合にはスプール１を図の右方向に駆動し、Ｐ　２　＞
　Ｐ　ａの場合には逆方向に駆動するように電油変換弁
１３に制御信号を出力する。このようにして、Ｐ２をＰ
ａに一致させることで油圧アクチュエータへ供給する圧
力の制御（減圧制御）が行われる。

さらに、油圧アクチュエータからタンクポート４に還流
する作動油圧力のメータアウト制御を行う場合は、入力
手段を介して制御条件と制御圧力Ｐｂをコントローラ２
０に入力すると、コントローラ２０は前記流量のメータ
アウト制御時と同様に油室１１に高圧を、油室１０に低
圧を導く初期信号を電油変換弁１３に圧力する。そして
、この初期信号に対応してスプール１が移動した後、圧
力センサ１７から信号入力される作動油ポート３の圧力
Ｐ２と制御圧力ｏｂを比較し、Ｐ２＜Ｐｂならスプール
１を図の右方向へ、Ｐ　２　＞　Ｐ　ｂなら逆方向へ駆
動するように電油変換弁１３に制御信号を出力する。こ
のようにして、Ｐ２をｐｂに一致させることで油圧７ク
チユエータからの還流作動油の圧力’Ｉ（Ｉｌｊが行わ
れる。なお、この制御は一般に作動ポート３の圧力Ｐ２
が過大に上昇するのを防止するリリーフ制御として行わ
れる。

以上のようにして、同一のバルブ装置で流量と圧力のメ
ータイン制御とメータアウト制御を行うことができる。

なお、第２図に示すように油室１０をタンク１４に開放
し、電油変換弁１３を３方弁として油室１１をサブポン
プ１４とタンク１５とに選択的に＃ｋｌ＆するようにし
ても良い。

（発明の効果） 以上のように、本発明は軸方向位置に応じて作動ポート
にポンプポートとタンクポートとを選択的に接続するス
プールと、このスプールを油圧的に駆動する電油変換弁
と、作動ポートとポンプポートの各圧力を検出する圧力
センサと、スプールの軸方向位置を検出する位置センサ
と、これらの検出値に基づき、作動ポートの圧力または
流量が設定された制御値に一致するように電油変換弁に
信号を出力するコントローラとを備えたので、作動ポー
トを流通する作動油の流量並びに圧力のメータイン制御
とメータアウト制御とを簡易な構成による一個のスプー
ル弁で行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す多機能スプール弁の概略
構造図と回路図の合成図、第２図は同じく別の実施例を
示す多情能スプール弁の概略構造図と回路図の合成図で
ある。 １・・・スプール、ＩＡ・・・Ｖ／ラッチＩＢ・・・環
状通路、ＩＣ・・・スプールランド、２・・・スリーブ
、３・・・作動ポート、４・・・タンクポート、５・・
・ポンプポート、８　、９−９．受圧部、ｔＯ，１１・
・・油室、１３・・・電油変換弁、１６・・・位置セン
サ、１７．１８・・・圧力センサ、２０・・・コントロ
ーラ。 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　軸方向位置に応じた流通断面積で作動ポートにポンプ
   ポートとタンクポートとを選択的に接続するスプールと
   、このスプールを軸方向に駆動すべくスプール受圧部に
   信号電流に比例した油圧を及ぼす電油変換弁と、前記作
   動ポートとポンプポートの各圧力を検出する圧力センサ
   と、スプールの軸方向位置を検出する位置センサと、こ
   れらのセンサの検出圧力及び検出位置に基づき電油変換
   弁に制御信号を出力するコントローラとを備えたことを
   特徴とする多機能スプール弁。