JPH09510804A - 加圧流体の制御方法及びその制御システムと該方法及び該システムに使用するバルブの組み合わせ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 当初、20,000psiもの高圧で保持される窒素ガスのような加圧流体を制御するための方法とシステムが開示されている。この方法とシステムでは、バルブの組み合わせが活用されており、圧力式サーボバルブ（14）等の電気式平衡装置と、加圧された窒素ガスの圧力を制御するために、サーボバルブ（14）により調整される圧力式で流体により連動された一対のバルブ（16及び18）を含む。この方法及びシステムでは、サーボバルブ（14）は、圧力変換器（40）等のフィードバック装置からのフィードバックを活用して閉回路的に作動する。この閉回路内の制御装置（46）は、サーボバルブ（14）にエラー制御シグナルを供給するためにこの圧力変換器（40）からの圧力シグナル及び予め設定された基準シグナルに応答する。

Description

【発明の詳細な説明】 加圧流体の制御方法及びその制御システムと 該方法及び該システムに使用するバルブの組み合わせ 技術分野 本発明は、加圧流体の制御方法及びその制御システムと該方法及び該システム に使用するバルブの組み合わせに関するものであり、特に、閉ループによる高圧 あるいは低圧の加圧流体の制御方法及びそのシステムと該方法及び該システムに 使用するバルブ・アセンブリー（以下「バルブの組み合わせ」という）に関する ものである。 背景技術 米国特許第5,114,660には、射出成型システムにおいて、高圧ガスを受け入れ る容器を有し、圧力により操作されるガスの圧縮装置を含む、プラスチック製品 を射出成型するための方法とシステムが開示されている。流体の圧力を減圧する バルブが、方向を制御するバルブと共に制御器で制御され、高圧窒素ガスの圧力 を低減し、かつ、ガスを受け入れる容器からの流体を射出成型システムにつなげ る。 要するに、ガス補助式射出成型は、Ａクラスの表面を有し、ひけによるマーク が実質的になくて、応力のない大型部品を製造するための熱可塑性のプラスチッ クの成型方法である。ガス補助式射出成型は、従来の射出成型と比較すると、低 圧射出成型プロセスである。このプロセスに於いては、窒素ガスのような不活性 ガスが、プラスチックがモールドの中に入った後でプラスチックの内部に注入さ れる。このガスの圧力とモールドの中に射出されたプラスチックの量（シ ョートショット）及びガスの流速を制御することにより、相互に連通した中空の チャネルの予め決められたネットワークが成型部品の内部に形成される。このガ ス圧は、この中空チャネルのネットワークの中で、成型する間、一定に保たれる 。 このことにより、成型部材の厚みが大きい部分でのプラスチックが収縮する傾 向に対して補償され、そりが防止され、応力が低減される。このガス圧は、モー ルドを開ける直前に開放される。比較的射出成型圧力が低いので、モールドの保 持圧力を大きく低減したままで、大きな部材を成型することが可能になる。従っ て、ガスを供給する装置は、圧力、タイミング、及び部材の内部に注入されるガ スの量を精密に制御できるものでなければならず、これら全てが、ガス補助式射 出成型の制御には重要である。 一般的に、従来技術によるバルブの組み合わせは、比較的応答が遅く、非常に 多くの電子部品を搭載しており、特に、多数の射出成型モールドあるいはモール ド部品を使用する場合に、複式バルブの組み合わせが必要な場合には非常に大き なスペースが必要である。 発明の開示 本発明の目的は、加圧流体の制御方法及びその制御システムと該方法及び該シ ステムに使用するバルブの組み合わせを提供することであり、本発明では、得ら れる制御された加圧流体が高圧あるいは低圧の高速応答の用途に使用可能となる 。 本発明の、更なる目的は、加圧流体の制御方法及びそのシステムと該方法及び 該システムに使用するバルブの組み合わせを提供することであり、本発明では、 バルブの組み合わせには比較的少ない数の電子部品が搭載されており、比較的低 コストであると同時に、比 較的狭いスペース内で複式バルブの組み合わせを使用できるように、小型の構造 を有する。 本発明の上述の目的と他の目的を達成するために、加圧流体を第１の圧力より も低く、所望の圧力に設定する第１の圧力を有する加圧流体を制御する方法が提 供されている。この方法には、圧力で操作される、流体により連動された一対の バルブ及び該バルブを操作する電子式の平衡用装置を提供するステップが含まれ ている。加圧された流体はこのバルブとつながっている。この方法には、また、 所望の圧力を示す基準シグナルを発生するステップと、そのシグナルに基づいて 基準制御シグナルを発生するステップと、バルブにより制御される加圧流体の圧 力を制御するためにその基準シグナルを平衡装置と連動させるステップも含まれ ている。この方法には、また、制御された加圧流体の実際の圧力の関数としての フィードバックシグナルを発生するステップと、基準シグナルとフィードバック シグナルとの差に基づいて、エラーシグナルを発生するステップも含まれている 。このエラーシグナルは、流体圧力の所望の変化量を表示するものである。この 方法には、最後に、平衡装置を制御するために、エラーシグナルの関数としてエ ラー制御用シグナルを発生するステップも含まれている。この平衡装置は、一方 、加圧流体を制御された所望の圧力に設定するためのバルブを操作する。 更に、本発明の上述の目的とその他の目的を達成するために、上述の各方法の ステップを行うためのシステムが提供されている。 また、加圧流体を第１の圧力よりも低く、制御された所望の圧力に設定する第 １の圧力を有する加圧流体を制御するためのバルブの組み合わせも提供されてい る。このバルブの組み合わせには、高圧流体を受けるように調整された注入口を 有する第１のバルブと、排出口と、 その注入口を選択的に開閉するために第１の圧力式制御シグナルを受けるように 調整された制御口とが含まれている。その組み合わせには、また、注入口を有す る第２のバルブと、排出口と、加圧流体を排出するために第２のバルブを選択的 に開閉するための第２の圧力式制御シグナルを受けるように調整された制御口と が含まれている。第１のバルブの排出口と第２のバルブの注入口とを流体により 連動させるためのメカニズムも、また、提供されている。このメカニズムには制 御された加圧流体を連結するための排出口もまた含まれている。 最後に、このバルブの組み合わせには、所望の圧力に制御された加圧流体が、こ のメカニズムの排出口のところで得られるように、それぞれ第１と第２のバルブ を制御用の電気シグナルに基づいて制御するための第１と第２の圧力式制御シグ ナルを提供する電子式平衡装置も含まれている。 好ましくは、各バルブは先ず最初に操作される圧力式のバルブであり、平衡装 置は加圧流体の圧力を制御するためのバルブの開閉を制御するために、制御用電 気シグナルに応じて圧力式制御シグナルと各バルブとを連動させるための圧力式 のサーボバルブである。また、好ましくは、一実施例においては、加圧流体は、 ガス補助式射出成型システムに使われるような1,000〜20,000psiの範囲の圧力を 有する窒素ガス等の高圧流体である。別の実施例では、加圧流体はロボットや駆 動装置を制御することの出来る圧力を有する。 本発明の方法、システム及びバルブの組み合わせによる長所は数多い。例えば 、この方法、システム及びバルブの組み合わせは、高速応答の高圧あるいは低圧 の圧力制御用途に使える。更に、このバルブの組み合わせは、競合するバルブの 組み合わせと比較して、搭載される電子部品が殆どなく、コストが大幅に低減で きる。最後に、 このバルブの組み合わせは、比較的小型で、比較的狭い場所で複数のバルブの組 み合わせを使用することができる。 本発明の上述の目的、特徴、及び長所は、添付の図面と共に、本発明を実施す る上での以下の最良の実施態様に関する詳細な説明から明らかである。 図面の簡単な説明 第１図は、本発明の方法、システム及びバルブの組み合わせを示すブロック図 の概略図である。 第２図は、本発明のバルブの組み合わせの前面立面略図である。 発明を実施するための最良の形態 以下、図面に基づいて説明する。第１図には、受け入れ容器10あるいは高圧空 気の供給源に保持された窒素ガス等の高圧流体を制御するための本発明の方法、 システム及びバルブの組み合わせがブロック図によって説明されている。この高 圧窒素ガスは、1,000〜20,000psiの圧力で米国特許第5,114,660号に説明されて いるようなガス圧を受ける容器に保持してもよい。米国特許第5,114,660号に開 示されているように、ガス補助式射出成型モールドあるいはシステムに使用され る高圧ガスが即座に供給できるようにこのガスは高圧で保持され、このことは、 第１図の12に示されており、米国特許第5,114,660号にも開示されている。しか しながら、ここでは、この方法、システム及びバルブの組み合わせはロボットや 駆動装置を制御するために使用される低圧の流体（即ち、約８０psi）を供給す るために使用できると理解されるべきである。この方法及びシステムにより、以 下に詳細に説明されているように、加圧流体を、ガス が保持される圧力よりも低く、制御された所望の圧力に設定できる。 一般的には、本発明のバルブの組み合わせには、一般的に14で示される圧力式 サーボバルブあるいは、空気あるいはガスで操作されるその他の平衡バルブが含 まれている。このバルブの組み合わせにはまた、圧力で操作され、流体により連 動され、それぞれ16及び18で一般的に示されている第１及び第２のバルブが含ま れる。バルブ16及び18はそれぞれ制御ライン20及び22でサーボバルブ14により最 初に操作あるいは制御される。取付具23は、制御ライン20及び22をサーボバルブ 14及びバルブ16と18に接続する。 圧力式バルブ16及び18のそれぞれには、対応する制御ラインの圧力制御シグナ ルに応答するダイアフラムを含む駆動部24及び26がそれぞれ含まれている。サー ボバルブ14からの制御シグナルは、バルブ16及び18の開閉を制御することにより 高圧窒素ガスの圧力を制御する。 圧力式バルブ16及び18のそれぞれには、また、サーボバルブ14からの制御シグ ナルを受ける注入口25と排出口27と制御口29とが含まれている。第１のバルブ16 の注入口25は、注入口29のところで受け取られた制御シグナルに応じて開閉する 。同様に、第２のバルブ18の排出口27は、注入口29のところで受け取られた制御 シグナルに応じて開閉する。 好ましくは、この圧力式サーボバルブは、型式番号第204PN500S／ＮＯ60のア チレー（Ａtchley）社の空気式サーボである。また、好ましくは、先ず最初に操 作される圧力式バルブは、型式番号85C053KVのドラゴン（Ｄragon）社の空気で 操作される双方向式のバルブである。 双方向式バルブ16及び18は、方法あるいは組み合わせ31により 圧力式バルブ16の排出口27と圧力式バルブ18の注入口25とを流体で連動させるた めに相互に配管で連結されている。組み合わせ31は、好ましくは、高圧用十字継 手32および、十字継手32をバルブ16及び18と圧力センサー40と流体により連動さ せるための複数のアダプター34を含むＨＩＰ式十字継手の組み合わせである。ア ダプター34により、また、十字継手32の排出口36がシステム12と流体により連動 される。 圧力式サーボバルブ14はガスあるいは空気で操作されるが、閉回路システムで は電子式に作動する。圧力センサーあるいはトランス40等のフィードバック用の メカニズムにより、十字継手の組み合わせ31のところでの、制御された高圧流体 の実際の圧力の関数としてフィードバック用のシグナルを発生させることができ る。圧力センサー40がライン42に沿ってシグナルを供給する。この流体圧力のシ グナルは、制御された高圧流体の実際の圧力を示すものである。この流体圧力の シグナルは、一般的に46で示される制御装置のアンプ44により、増幅されるのが 典型的である。次に、増幅されたシグナルは、ライン48に沿って設定され、接続 箱50で、基準シグナルから差し引かれる。典型的には、基準シグナルは制御装置 46を手動でセットする基準ブロック50のアウトプットである。この基準シグナル は、システム12により活用される高圧窒素ガスの所望の圧力を示している。 接続箱50は、一方、ライン54に制御装置46のサーボバルブを駆動する回路56に より活用されるエラーシグナルを発生する。このサーボバルブを駆動する回路56 は、圧力式サーボバルブ14に圧力式サーボバルブ14を駆動する適当なエラー制御 シグナルを送るために、ライン54に現れるこのエラーシグナルを活用する。 好ましくは、制御装置46はバルブの組み合わせから離れたところに設置するの がよい。 要するに、圧力式サーボバルブ14は、当初、基準ブロック52により設定される 値に基づいて制御装置46からの電気による基準制御シグナルを受ける。この制御 用の電気シグナルに応じて、圧力式サーボバルブ14により、比例した圧力量が、 それぞれバルブ16及び18の駆動部分24及び26に供給される。一方、この双方向式 バルブ16及び18は、高圧空気供給源10からバルブ16の注入口25に高圧が入るよう にしたり、あるいは、バルブ18の排出口から窒素ガスの形で圧力が排出されるよ うにするために、開閉する。システム12に送付される制御された高圧ガスの実際 の圧力は、フィードバック制御ができるように圧力センサー40により読まれ、制 御装置46にフィードバックされる。 次に、このフィードバックされたシグナルは、接続箱50においてエラーシグナ ルを発生させるために基準シグナルとともに活用される。このエラーシグナルは 、流体圧力の所望の変化量を表している。この駆動回路56は、サーボバルブ14を 駆動するエラーシグナルを使用する。 前述したように、この方法、システム及びバルブの組み合わせには、各種の長 所がある。例えば、制御用の電子部品はこのバルブの組み合わせには搭載されて いない。このことにより、信頼性を向上するために電子部品をより安全な環境で 搭載できる利点が得られる。更に、このバルブの組み合わせは、従来のバルブの 組み合わせよりもコスト的に有利である。最後に、このバルブの組み合わせは、 小型であるので、複数のバルブの組み合わせを、ガス補助式の多段式射出成型シ ステムに使用できるように、限られた空間内に搭載する ことが可能となる。 この発明を実施する上での最良の実施態様が詳細に説明されているが、本発明 が関与する技術分野の当業者には、以下に記載された発明を実施する上で、各種 の別のデザイン及び実施態様が考えられるであろう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１の圧力を有する加圧流体を制御して、加圧流体を第１の圧力よりも低 く制御された所望の圧力に設定する方法であり、該方法が、圧力により作動され 、流体により連結された一対のバルブと該バルブを操作する電子式平衡装置とを 有し、 該バルブに加圧流体が流れるようにし、 所望の圧力を表す基準シグナルを発生し、 該基準シグナルに基づいて基準制御シグナルを発生し、 該基準制御シグナルをバルブにより制御された該加圧流体を制御するため の該平衡装置と連動させ、 フィードバックシグナルを制御された加圧流体の実際の圧力の関数として 発生させ、 所望の流体圧力の変化量を表す、基準シグナルとフィードバックシグナル との差に基づいたエラーシグナルを発生させ、 かつ、 平衡装置を制御するためにエラーシグナルの関数としてエラー制御シグナ ルを発生させ、一方、平衡装置が加圧流体を制御された所望の圧力に設定するた めに該バルブを作動させることを特徴とする方法。 ２．フィードバック用のシグナルを発生させるステップが、流体の圧力シグナ ルを得るための圧力変換器により制御された加圧流体の実際の圧力を測定するス テップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。 ３．それぞれのバルブが先ず最初に作動される圧力式バルブであることを特徴 とする請求項１記載の方法。 ４．平衡装置が圧力式サーボバルブであり、該バルブの開閉を制 御するために、基準シグナル及びエラー制御シグナルに応じて、圧力式制御シグ ナルをそれぞれのバルブと連動させ、一方、該バルブが加圧流体の圧力を制御す ることを特徴とする請求項３記載の方法。 ５．加圧流体が、ガス補助式射出成型システムに使われる1,000〜20,000psiの 範囲の圧力を有する窒素ガスであることを特徴とする請求項１記載の方法。 ６．加圧流体がロボット及び駆動装置を制御できる圧力を有することを特徴と する請求項１記載の方法。 ７．加圧流体を、第１の圧力よりも低く、制御された所望の圧力に設定するた めの第１の圧力を有する加圧流体を制御する制御システムであり、該制御システ ムが、 圧力で作動し、流体で連動された一対のバルブと、 該バルブにより加圧流体の圧力を制御するために、制御シグナルの関数と して該バルブを作動するための該バルブと連動させられた電子式平衡装置と、 所望の圧力を表す基準シグナルを発生させるための手段と、 制御された加圧流体の実際の圧力の関数として、フィードバックシグナル を発生するためのフィードバック手段と、 該基準シグナルと該フィードバックシグナルとの差の関数としてエラーシ グナルを発生させ、該エラーシグナルが加圧流体の所望の変動値となる手段と、 及び、 基準シグナルに基づいて、制御用の基準シグナルを最初に発生させ、次に 、電子式平衡装置を制御するためのエラー制御シグナルをエラーシグナルの関数 として発生させる制御装置とを 有し、一方、該平衡装置が、加圧流体を所望の制御された圧力に設定するために 、該バルブを作動させることからなることを特徴とする制御システム。 ８．フィードバック手段が流体圧力シグナルを得るために、制御された加圧流 体の実際の圧力を測定するための圧力変換器を含むことを特徴とする請求項７記 載の制御システム。 ９．それぞれのバルブが先ず最初に作動する圧力式バルブであることを特徴と する請求項７記載の制御システム。 １０．制御シグナルに応じて、バルブの開閉を制御し、一方で、加圧流体の圧力 を制御する圧力式の制御シグナルをそれぞれのバルブに連動させるための平衡装 置が圧力式のサーボバルブであることを特徴とする請求項９に記載の制御システ ム。 １１．加圧流体が、ガス補助式射出成型システムにおいて使用される1,000〜20, 000psiの範囲の圧力を有する窒素ガスであることを特徴とする請求項７記載の制 御システム。 １２．加圧流体が、ロボット及び駆動装置を制御することのできる圧力を有する ことを特徴とする請求項７記載のシステム。 １３．第１の圧力よりも低く、制御された所望の圧力に加圧流体を設定するため に、第１の圧力を有する加圧流体を制御するためのバルブの組み合わせであり、 該バルブの組み合わせが、加圧流体を受けるように調整された注入口と、排出口 と、注入口を選択的に開閉するための第１の圧力式制御シグナルを受けるように 調整された制御口とを有する第１のバルブと、 注入口と、排出口と、加圧流体を排出するために第２のバルブの排出口を 選択的に開閉するための第２の油圧式制御シグナルを受けるように調整された制 御口とを有する第２のバルブと、 第１のバルブの排出口を第２の注入口に流体により連動させる手段で、流 体により連動させる該手段が、制御された加圧流体と連動させるための排出口を 有する手段と、 所望の圧力に制御された加圧流体が、流体により連動する手段の排出口に おいて得られるように、電気的な制御シグナルに基づいて第１と第２のバルブを それぞれ制御するための第１と第２の圧力式式制御シグナルを提供する電子式平 衡装置とを有することを特徴とするバルブの組み合わせ。 １４．それぞれのバルブが、先ず最初に作動させられる圧力式のバルブであるこ とを特徴とする請求項13記載のバルブの組み合わせ。 １５．平衡装置が、バルブの開閉を制御し、一方で、該バルブの開閉により加圧 流体の圧力を制御するための電気的制御シグナルに応じて、圧力式の制御シグナ ルをそれぞれのバルブに連動させるための圧力式のサーボバルブであることを特 徴とする請求項14記載の一連のバルブの組み合わせ。 １６．加圧流体が、ガス補助式射出成型システムにおいて使用される1,000〜20, 000psiの範囲の圧力を有する窒素ガスであることを特徴とする請求項1３記載の バルブの組み合わせ。 １７．流体により連動させるための手段が十字継手の組み合わせを有することを 特徴とする請求項13記載のバルブの組み合わせ。 １８．加圧流体が、ロボット及び駆動装置を制御することのできる圧力を有する ことを特徴とする請求項13記載のバルブの組み合わせ。