JPH03292403A - 多機能弁 - 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、射出成型機などの産業機械や遊園地に設置さ
れる遊戯機械を駆動する油圧７クチユエータの制御に関
する。

（従来の技術） 射出成型機等の産業機械や遊園地の遊戯機械には、油圧
シリンダと油圧モータを組み合わせた駆動？ｆｉ構を備
えるものがあり、これらを作動させるために、例えば電
磁式の比例流量制御弁や＋７　＋７−７弁、切換弁など
を組み合わせた油圧回路が用いられている。

（発明の課ｊ！り しかしながら、この場合に例えば油圧シリンダと油圧モ
ータのそれぞれについて作動油の流量や圧力の制御がで
島るようにし、あるいはこれらのメータイン制御とメー
タアウト制御ができるようにするには、回路上に数多く
のバルブが必要になり、回路構成が複雑化し、回路中の
圧力損失も大きくなるという問題があった。

本発明は、以上の問題点を解決すべく流体圧シリンダと
流体圧モータの各種の制御を並行して行える簡易な構成
のバルブを提供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、パイロット圧力に応動するスプールが流体圧
シリンダに連通する作動ポートにポンプポートとタンク
ポートを輪方向位置に応じた流通断面積で選択的に接続
する＄１のバルブと、パイロット圧力に応動するポペッ
トが流体圧モータに連通する流体通路の断面積を輪方向
位置に応じて変化させる第２のバルブとを組み合わせる
とともに、これらのスプールとポペットの各受圧部に各
々入力信号に応じたパイロット圧力を作用させる電油変
換弁と、スプールとポペットの各軸方向位置を検出する
位置センサと、第１のバルブの作動ポートとポンプポー
ト及び第２のバルブの上下流の各圧力を検品する圧力セ
ンサと、これらのセンサの検出圧力及び検出位置に基づ
き前記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） コントローラが第１のバルブの作動ポートとポンプポー
トの検出圧力に応じて電油変換弁に制御信号を出力し、
対応するパイロット圧力でスプールを駆動することによ
り、第１のバルブの作動ポートの圧力、すなわち流体圧
シリンダの支持力の制御が行われる。

また、コントａ−フがこれらの検出圧力と位置センサの
検出するスプールの軸方向位置から、第１のバルブの作
動ポートの流量を演算し、この演算結果に基づき電油変
換弁に制御信号を出力し、対応するパイロット圧力でス
プールを駆動することにより、第１のバルブの作動ポー
トの流量、すなわち流体圧シリンダの作動速度の制御が
行われる。

一方、コントローラが＃２のバルブの上下流の検出圧力
に応じて電油変換弁に制御信号を出方し、対応するパイ
ロット圧力でポペットを駆動することにより、第２のバ
ルブを介して流体圧モータに供給される圧力、すなわち
流体圧モータのトルクの制御が行われる。

また、コントローラがこれらの上下流の検出圧力とポペ
ットの検出位置とから第２のバルブの流量を演算し、演
算結果に基づき電油変換弁に制御信号を出力し、対応す
るパイロット圧力でポペットを駆動することにより、第
２のバルブを介して流体圧モータに供給される流体流量
、すなわち流体圧モータの作動速度の１ｌＩＩＪＩｆが
行われる。

（実施例） 第１図及び第２図に本発明の実施例を示す。

Ｉ！Ｊ１図において、Ａは単動型の油圧シリンダ３の駆
動を制御する第１のバルブ、Ｂは油圧モータ４の駆動を
制御する第２のバルブであり、ともに共通のハウジング
５の内側に構成される。

第１のバルブＡはハウジング５の内側に軸方向に変位自
由に収装されたスプール１を備え、第２のバルブＢはス
プール１と同軸上で同じくハウジング５の内側に軸方向
に変位自由に収装されたポペット４を備える。

ハウジング５にはスプール１の側面に臨んで油圧シリン
ダ３に連通する作動ポート６と、タンクに接続するタン
クポート８が形成される。また、ポペット２の側面に臨
んで油圧モータ４に連通ずる作動ポート９が形成される
。さらに、ハウジング５には相対するスプール１とポペ
ット２の各端面に面してメインポンプに接続するポンプ
ポート７が形成される。

このポンプポート７に臨むスプール１とポペット４の各
端部には■／ツチＩＡと４Ａが形成される。■７ツチＩ
Ａはスプール１の軸方向変位に応じた流通断面積でポン
プポート７を作動ポート６に連通し、Ｖ　／−／チ４Ａ
はポペット４の軸方向変位に応じた流通断面積でポンプ
ポート７を作動ポート９に連通する。

スプール１には軸方向変位に応じて作動ポート６とタン
クポート８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。なお
、スプールランドＩＣは作動ポート６の幅より僅かに小
さく形成され、スブ−ル１の中立位置においては、作動
ポート６はポンプポート７及びタンクポート８の双方に
微小断面積で連通し、ポンプポート７から作動ポート６
への流入流量と作動ポート６からタンクポート８への流
出流量とのつり合いにより、油圧シリンダ３は作動油の
出入りのない状態に保たれる。

スプール１にはまたパイロット圧の受圧部１０と１１が
逆向きに形成される。これらの受圧部１０と１１のうち
一方の受圧部１０にはハウジング５に形成された通路２
５を介してサブポンプ４０から供給される圧力が常時作
用し、もう一方の受圧部１１には電油変換弁１２を介し
たパイロット圧力が作用する。電油変換弁１２は受圧部
１１に通路２５とタンクポート８を選択的に接続する三
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
たパイロット圧力な受圧部１１に作用させる。

ハウジング５とスプール１の開には受圧部１０に作用す
る圧力に抗してスプール１を弾性支持するスプリング１
５が配設される。

一方、ポペット４にも同様の受圧部２１と２２が形成さ
れ、受圧部２１には通路２５の圧力が常時作用し、受圧
部２２には電油変換弁１２と同様に構成された電油変換
弁２３を介したパイロット圧力が作用する。この電油変
換弁２４は後述のコントローラ３０と信号回路で接続さ
れる。さらにハウジング５とポペット４の間には受圧１
２１に作用する圧力に抗してボベツ）４を弾性支持する
スプリング２６が配設される。

スプール１とポペット４には着方向に墓びるａラド１６
と１７が各々付設され、ａ７に１６（１７）の軸方向変
位に応じた位置信号をコントローラ２０（３０）に出力
する位置センサ１８（１９）がロッド１６（１７）に臨
んで設けられる。

作動ポート６と９及びポンプポート７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と３０に出力す
る圧力センサ１３．１４及び２６が設けられる。

コントローラ２０と３０は例えばマイクロコンピュータ
で構成される。コントローラ２０は圧力センサ１３と２
６から入力される圧力信号に基づき、作動ポート６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１２に制御信号を出力し、制御信号に比例し
たパイロット圧力を受圧部１１に作用させてスプール１
を軸方向に変位させる。

また、コントロー−７２０にはポンプポート７と作動ポ
ート６の間の流通断面積と、タンクボー　ト８と作動ポ
ート６との間の流通断面積とが、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２０は位置センサ１８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１３と２６から入力される圧力信号とから作動ポ
ート６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１２に制御信号を出力し、制御信号に応じたパイロッ
ト圧力を受圧部１１に作用させてスプール１を軸方向に
変位させる。

一方、コントローラ３０にはポンプポート７と作動ポー
ト９の闇の流通断面積がポペット４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３０は位置セ
ンサ１９から位置信号が入力されると直ちにこの流通断
面積を求め、求めた断面積と圧力センサ１４がら入力さ
れる圧力信号とから作動ポート７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２４に制御信号を出力し、
制御信号に応じたパイロット圧力を受圧部２３に作用さ
せてポペット４を軸方向に変位させる。

なお、コントローラ２０は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、
コントローラ３ｏは制御圧力及び制御流量の設定を行う
ための入力手段を備える。

次に作用を説明する。

この多機能弁は第１のバルブＡにより油圧シリンダ３の
伸張、収縮速度と支持力の制御のうちのいずれかを行い
、並行して第２のバルブＢにより油圧モータ４の作動速
度の制御を行う。

第１のバルブＡにより油圧シリンダ３の伸張速度を制御
する時は、コントローラ２０に備えた入力手段により流
量のメータイン制御を選択し、制御流量を設定する。

すると、コントローラ２０は電油変換弁１２に対して受
圧部１１に作用するパイロット圧力を低下させる初期制
御信号を出力し、スプール１を中立状態から図の左方向
へと駆動する。これにより、ポンプポート７と作動ポー
ト６を連通する■ノ７チＩＡの開度が増す一方、スプー
ルランドＩＣが作動ポート６とタンクポート８の連通を
連断するので、ポンプポート７の作動油がＶノγチＩＡ
と作動ポート６を介して油圧シリンダ３に流入し、油圧
シリンダ３を伸張させる。

同時に、コントローラ２０に圧力センサ１３と２６及び
位置センサ１８からポンプポート７と作動ポート８の各
圧力及びスプール１の軸方向位置が信号入力されるので
、コントローラ２０はこれらの信号から作動ポート６の
メータイン流量を演算し、演算した流量が設定流量を下
回る時は、受圧部１１のパイロット圧力を更に低下させ
る制御信号を電油変換弁１２に出力し、スプール１を図
の左方向へと駆動する。これにより、■ノツチＩＡの開
口面積が増加し、作動ポート６から油圧シリンダに供給
される作動油の流量が増加する。

また、演算した流量が設定流量を上回る場合には、受圧
部１１のパイロット圧を上昇させる制御信号を電油変換
弁１２に出力し、スプールを図の右方向へと駆動する。

この結果、■／ツチＩＡの開口面積が減少し、作動ポー
ト６から油圧シリンダ３に供給される作動油の流量が減
少する。

この制御動作は反復的に行われ、作動ポート６の流量は
短時間で設定流量へと制御され、油圧シリンダ３は設定
流量に対応した速度で伸張する。

第１のバルブＡにより油圧シリンダ３の収縮速度を制御
する時は、入力手段によりメータアウト制御を選択し、
制御流量を設定すると、コントローラ２０が受圧部１１
のパイロット圧力を上昇させる初期制御信号を電油変換
弁１２に出力し、スプール１を中立状態から図の右方向
へと駆動する。

これにより、タンクポート８と作動ポート６との流通断
面積が拡大する一方、作動ポート６とタンクポート７を
連通するＶ　／−／チＩＡが遮断されるので、油圧シリ
ンダ３は負荷に応じて作動油を作動ポート６からタンク
ポート８へと流出させつつ収縮し始める。

同時に、コントローラ２０に圧力センサ１３及び位置セ
ンサ１８から作動ポート６の圧力とスプール１の軸方向
位置が信号入力されるので、コントローラ２０はこれら
の信号から作動ポート６のメータアウト流量を演算し、
演算した流量が設定流量を下回る時は、受圧部１１のパ
イロット圧力を更に上昇させる制御信号を電油変換弁１
２に出力し、スプール１を図の右方向へと駆動する。こ
れにより、作動ポート６とタンクポート８の間の流通断
面積が増加し、油圧シリンダ３からタンクポート８へ流
出する作動油の流量が増加する。

また、演算した流量が設定流量を上回る場合には、受圧
部１１のパイロット圧力を低下させる制御信号を電油変
換弁１２に出力し、スプールを図の左側へと駆動する。

この結果、作動ポート６とタンクポート８の間の流通断
面積が減少し、油圧シリンダ３からタンクポート８へ流
出する作動油流量が減少する。

この制御動作は反復的に行われ、作動ポート６の流量は
短時間で設定流量へと制御される。これにより、油圧シ
リンダ３は設定流量に対応した速度で収縮する。

また、第１のバルブＡにより油圧シリンダ３の支持力を
制御する場合には、油圧シリンダ３の作動方向に応じて
作動ポート６の圧力のメータイン制御またはメータアウ
ト制御を選択すると、コントローラ２０は流量のメータ
イン、メータアウト制御時と同様の初期制御信号を電油
変換弁１２に出力することによりスプール１を駆動し、
油圧シリンダ３をメータイン制御においては伸張させ、
メータアウト制御では負荷に応じて収縮させる。

同時に、コントローラ２０は圧力センサ１３から入力さ
れる作動ポート６の圧力を設定圧力と比較し、メータイ
ン、メータアウト制御とも検出圧力が設定圧力を上回る
時は受圧部１１に作用するパイロット圧力を高めてスプ
ール１を図の右方向に、下回る時はこのパイロット圧を
低下させてスプール１を図の左方向に駆動する制御信号
を電油変換弁１２に出力することにより、作動ポート６
の圧力を設定圧力へと制御する。

このようにして、第１のバルブＡにおいては入力手段を
介したコントローラ２０への制御条件の設定により、油
圧シリンダ３の流入、流出作動油の流量と圧力を制御す
ることができる。

一方、第２のバルブＢによる油圧モー２４の制御は次の
ように行われる。すなわち、入力手段によりコントロー
ラ３０に制御流量を設定すると、コントローラ３０はま
ず電油変換弁２４に初期制御信号を出力してポペット４
の受圧部２３に作用するパイロット圧を低下させ、ポペ
ット４を図の右方向へと駆動する。これにより、ポンプ
ポート７と作動ポート９が連通し、ポンプポート７の作
動油が油圧モータ４に供給される。

作動ポート９を作動油が流通し始めると、コントローラ
３０には圧力センサ１３と２６から作動ポート９とポン
プポート７の圧力が信号入力され、位置センサ１９から
ポペット２の軸方向位置が信号入力される。そこで、コ
ントローラ３０はこれらの信号から作動ポート９の流量
を演算し、演算した流量が設定流量を下回る時は、受圧
部２３に作用するパイロット圧力を低下させる制御信号
を電油変換弁２４に出力し、ポペット４を図の右方向へ
と駆動する。これにより、ポンプポート７と作動ポート
９の間の流通断面積が拡大し、油圧モータ４に供給され
る流量が増加する。

また、演算した流量が設定流量を上回る場合には、この
パイロット圧を増加させる制御信号を電油変換弁２４に
出力し、スプールを図の左方向へと駆動する。この結果
、ポンプポート７と作動ポート９の間の流通断面積が縮
小し、油圧モータ４に供給される流量が減少する。

この制御動作は反復的に行われ、作動ポート９の流量は
短時間で設定流量へと制御され、油圧モータ４は設定流
量に対応した速度で作動する。

以上のようにしで、第１のバルブＡによる油圧シリンダ
３の制御と第２のバルブ已による油圧モータ４の制御と
が並行して行われるが、いずれの制御においても圧力セ
ンサ１３．１４及び２６や位置センサ１８と１９の検出
値に基づく実際の流量や圧力が制御動作にフィードバッ
クされるので、精度の高い流量並びに圧力制御が行える
。

また、油圧シリンダ３とポンプポート７の間及び油圧モ
ータ４とポンプポート７の間にはスプール１とポペット
２がそれぞれ介在するのみであるため、油圧シリンダ３
と油圧モータ４に供給される作動油の圧力損失は小さく
、メインポンプの吐出油を効率良く利用することができ
る。

第２図は第２のバルブＢが油圧モータ４へ供給する作動
油の圧力制御（減圧制御）を行うように、作動ポート９
とタンクポート８を通路３１で接続し、その途中にオリ
フィス３２を介装した別の実施例を示す。

この場合には、入力手段を介してコントａ−２３０に制
御圧力を設定すると、コントローラ３０は電油圧変換弁
２４への初期制御信号の出力によりポペット４を駆動し
てポンプポート７と作動ポート９を連通する。これによ
り、ポンプポート７の作動油が作動ポート９を介して油
圧モータ４に供給されるとともに、一部の作動油は作動
ポート９からオリフィス３２を通ってタンクポート８に
流出する。

ところで、ポペット４の■／ノチ４Ａの流通断面積が増
加すると、駆動ポート９へ供給される作動油の流量が増
えるが、作動ポート９がら通路３１を通ってタンクポー
ト８へ流出する作動油の流量は途中のオリフィス３２の
流量特性のために作動ポート９の流量はどは増加せず、
■ノツチ４Ａの流量に対して作動ポート９の流量の比率
が高まるため、作動ポート９の圧力が上昇する。

逆に、Ｖノツチ４Ａの流通断面積が減少しても、通路３
１を通って流出する作動油は作動ポート９の流量はど減
少しないので、■７ツチ４Ａのｉｔに対して作動ポート
９の流量の比率が低下し、作動ポート９の圧力は低下す
る。

そこで、コントローラ３０は圧力センサ１４から信号入
力される作動油ポート９の圧力が設定圧力を下回る場合
には、受圧部２３に作用するノ（イロット圧を低下させ
る制御信号を電油変換弁２４に出力してポペット４を図
の右方向へ駆動し、作動油ポート９の圧力が設定圧力を
上回る場合にはこのパイロット圧を上昇させる制御信号
を電油変換弁２４に出力してポペット４を図の左方向へ
駆動することで、作動ポート９の圧力を設定圧力へと制
御する。このようにして、油圧モータ４のトルクも制御
することができる。

（発明の効果） 以上のように、本発明は流体圧シリンダとモータの流量
及び圧力制御をパイロット圧力に応動するスプールとポ
ペットを備えた第１及び第２のノぐルブにより各々行う
とともに、これらのパイロット圧力をコントローラが位
置センサの検出するスプールとポペットの位置及び圧力
センサの検出する作動ポートやポンプポートの圧力に応
じて制御するようにしたので、流体圧シリンダとモータ
の作動流体の流量や圧力が実際の検出値に基づき正確に
制御され、並行して駆動されるこれらのアクチュエータ
を簡単な構成で精度良く制御することができる。

また、流体圧シリンダ及びモータとポンプポートとの間
に介在するがスプールとポペットのみであるため、途中
の圧力損失が小さく、流体エネルギーを効率良く利用す
ることができる。

【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機
能弁の概略構造図と回路図の合成図である。 １・・・スプール、ＩＡ、４Ａ・・・Ｖ７ツチ、２・・
−ポペット、３・・・油圧シリンダ、４・−・油圧モー
タ、５・・・ハウジング、６，９・・・作動ポート、７
・・・ポンプポート、８・−・タンクポート、１０，１
１，２２．２３・・・受圧部、１２，２４・・・電油変
換弁、１３．１４゜２６・・・圧力センサ、 １８．１９−・・位置センサ、２ ０．３０・・・コントローラ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　パイロット圧力に応動するスプールが流体圧シリンダ
   に連通する作動ポートにポンプポートとタンクポートを
   軸方向位置に応じた流通断面積で選択的に接続する第１
   のバルブと、パイロット圧力に応動するポペットが流体
   圧モータに連通する流体通路の断面積を軸方向位置に応
   じて変化させる第２のバルブとを組み合わせるとともに
   、これらのスプールとポペットの各受圧部に各々入力信
   号に応じたパイロット圧力を作用させる電油変換弁と、
   スプールとポペットの各軸方向位置を検出する位置セン
   サと、第１のバルブの作動ポートとポンプポート及び第
   ２のバルブの上下流の各圧力を検出する圧力センサと、
   これらのセンサの検出圧力及び検出位置に基づき前記電
   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弁。