JPS58196375A - 流量制御装置 - 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】 本発明は流量制御装置、詳しくは液圧ポンプとアクチュ
エーターとを結ぶシステムラインに介装し、ＭＵ記アク
チュエータに供給する流体の流−を制御して前記アクチ
ュエータの動作速度を変速するごとくした流量制御装置
に関する。

従来、流量制御を行なう場合、トルクモータやホースモ
ータを用いて流量制御弁を駆動して行なっているが、こ
れら各モータはアナログ形のもので、例えば射出成形機
におけるシリンダなどの速度をコンピュータを用いて嶋
精良に制御する場合、ＤＡ変換器が必要になるなど制御
系が９雑になるし、また、前記流量制御弁にはフィード
バック機構が必要となり、コストアップになると共に、
前記流量制御弁の動きで絞り制御部を制卸するものであ
るから、制御の委定性が悪く、オーバーシュートやアン
ダーシュートが生ずる問題があるまた、一方、パルス電
圧により回転角や、＋度を制卸できるデジタル形式のパ
ルスモータが、コンピュータによる柔軟性の大きい制卸
性と比較的大きな出力トルクと良好な再現性とが得られ
る特徴を有していることは知られており、トルクモ−タ
などのアナログ形式の代りに用いることも実公昭５６−
１１５２０１号公報に示されている通り知られている。

この従来例は、第１図に示したごとく、本体（Ａ）のシ
リンダ孔（ＩＩ）内に、ピストン（０）を摺動自由に支
持し、このピストン（０）の両側に面積の異なる外部ロ
ッド（Ｉｌ）と内部通路（冨）をもった内部ロッド（Ｆ
）を突出して、その先端をドレン室ＣＧ）に位置させる
と共に、この内部ロッド（Ｆ）の先端にノズル（Ｈ）を
設けて、棒体（１）の端ｔｈｉ（Ｊ）に対向し該端面（
コ）Ｋ−より前記ノズル（）Ｉ）を開閉させるごとく成
す一方、前記棒体（Ｉ）を、ビニオン（Ｋ）を介してデ
ジタル信号で動作するステップモータで駆動するごとく
成し、そして、前記ピストン（０）の両側に設ける面積
の異なるシリンダ室（Ｌ）＃（Ｍ）のうち、小向権側の
シリンダ室（Ｌ）に圧力流体を導き、大向検測のシリン
ダ室いりに圧力流体を絞り（Ｗ）を介して導くようにし
たものである。

即ち、以上の斯く構成する従来例は、前記ステラ１モー
タの駆動で前記棒体（１）を作動させて、前記端面〔コ
〕とノズル（１１）との間隔を変更することにより、前
記シリンダ室（Ｍ）の圧力を変更し、前記ピストン（０
）を、前記圧力で増幅された大きな力で移動させて前記
ピストン（Ｃ）の位置を制御可能としたものである。つ
まり、前記ノズル（Ｈ）と棒体（１）とによりノズルフ
ラッパ式増幅機構を構成するもので、デジタル信号で駆
動できながら小さな出方トルクでも前記ピストン（０）
の位置制御が行なえるようにしたものである。

所が以上の如く構成するノズル７ラツパ式増幅機構によ
ると、前記ノズル（Ｈ）からは常時ドレン室（Ｇ）への
漏れ流量かあり、動力損失になると共に、前記ノズル（
Ｈ）に塵埃が付着して精度が低下したり、温度変化によ
る流体特に油の粘度が変化して前記ピストン（０）の位
置制御が変動するなどの問題がある。

本発明は、パルス信号で動作するパルスモータなどの駆
動手段を利用しながら、前記した従来例の問題を解決す
べく成したもので、目的はピストンとスプールとを用い
、該スプールを前記駆動手段により連動させて摺動させ
、このスプールの動きに前記ピストンを追従させて、前
記スプールの位置に応じた位置に前記ピストンを制御で
きるようにし、出力変位や負荷変動或いは塵埃やｍ震度
化などの外乱に対し影響少なく、高精度に流量制御が行
なえるよう番こしたものである。

しかして、本発明の構成は、本体にスプール孔をもった
ピストンを、また、前記スプール孔にスプールを、それ
ぞれ摺動自由に支持し、前記スプールを、前記本体外に
突出してパルス信号で動作する駆動手段に連動させると
共に、前記ピストンの摺勧方同−側と他側とに第１及び
第２圧力室を設けて、前記第１圧力室を、前記スプール
を介して圧力通路とドレン通路とに選択的に連通するご
と（成す一方、前記本体に流体通路に連通ずる一次ボー
トと二次ポートとをもつ流量制御部を設け、該流量制御
部にｌ￥ｉＩ記ピストンとともに摺動する＠御井部を設
番すたことにより、前記駆動手段により動作する前記ス
プールの位置に応じた位置に前記ピストンを正確に制御
できるようにしたのである。

次に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２因に示したものは、代表的な実施例であって、本体
（１）にピストンＭ（２）を設けて、該ピストン室（２
）にスプール孔（６）をもったヒストン（４）を、また
、前記スプール−１１１５）Ｋスプール（５〕をそれぞ
れ摺動自由に支持し、前記スプール（５）を前記本体（
１）の外部に突出して、この突出部にラック（６）を形
成し、パルス信号で動作するパルスモータ（７）で駆動
するビニオン（８）に噛合わせて前記スプール（５）を
前記パルスモータ（７）にＳ動させると共に、前記ピス
トン（６）の摺動方向一端と他端とに、第１及び第２圧
力室（９）、（１０）を設けて、前記第１圧力室（９〕
を０り記スプール（５）を介して圧力通路（１１）とド
レン通路（１２）とに選択的に連通させ、そして、前記
本体（１）に、ポンプ（Ｐ）と連通する流体通路（１６
）と、アクチュエータ（８）と連通する流体通路（１４
）とに接続の一次ポート（１５）と二次ボート（１６）
とをもった流量制御１部（１７）を設け、前記ピストン
（３）に、前記各ポー）（１５）、（１６）間ζこ可変
絞り（０）を形成する制御弁部（４１）を形成したもの
である。

前記ピストン（４）は、前記スプール孔（３）を設ける
ピストン本体（４０）と該本体（４０）から一体に延び
る前記制御弁部（４１）とから構成するのであって、前
記ピストン本体（４０）には、前記圧力通路（１１）に
連通ずる千カポ−）（４２）と、前記ピストン（４）に
おける制御弁部（４１）の端内、外方に形成する前記Ｗ
１１圧力室（９〕と連通のｊｌｌ及び第２切換ポート（
４３）、（４４）及び前記ドレンライン（１２）に連通
するドレンボート（４５）を形成し、前記ピストン本体
（４０）４Ｃ内装する１記スプール（５〕の動作により
、前記第１圧力室（９）を、前記圧力通路（１１）とド
レン通路（１２）との一方に選択的に連通させるのであ
る。

前記スプール（５）は、６ランド形式のものを用い、中
間ランド（５１）により前記圧カポ−）（４２）を前記
第１切換ポート（４５）にｉ！ＩｉＡ遮断すると集に、
前記第２切換ボート（４４）をドレンボート（４５＼へ
ＩＸ歳歳阪嶌＼べ＾へ＼閥へ篇＼彎鵜曵＼＼−鴇く入（
＼＼＼曵＼＼〜く＼）に連通遮断するのである。尚、前
記中間ランド（５１）は、前記圧カポ−）（４２）及び
第２切換ボート（４４）Ｋ対しＤラップとするのが好ま
しい。

又、第１図において（１８）は、前記スプール（５）の
外部突出部をｍｌカバーで、底部・Ｃはドレン孔（１８
＆）をもって怠り、また、側部には、前記スプール（５
）の突出端面に対向する位置＃ｌＩ［！可能としたスト
ッパー（１９）を設ケテイる。

このストッパー（１９）は、前記スプール（５）の原点
を設定するものであって、この原点は前記制御弁部（４
１）の前記二次ポー）（１６）に対する０ラック位厘又
はオーバーラツプ位置とするのである。

又、（２０）は前記スプール（５）の内側端面と前記ス
プール孔（３）の端面との間に介装する前記スプール（
５）の原点４ｊＩＩ＃用ばねであり、（２１）は前記１
１圧力室（９）に内装し、前記ピストン（４）を原点に
復帰させる原点復帰用ばねであって、前記パルスモータ
（７）の出力がない場合、前記スプール（５〕は、前記
はね（２０）により前記ストッパー（１９）に接触する
位置に移動すると共に、前記ピストンψ）は、前記ばね
（２１）の作用により、前記本体（１）にお番する第２
圧力室（１０）の端向に接触する位置に移動し、前記圧
力ボート（４２）及び＄２切換ポー）（４４）か中間ラ
ンド（５１）で閉じられ、前記二次ボート（１６〕がｌ
ｉｊ記制御弁ＩＩ（４１）により閉じられることになる
。

改番こ、以上説明した実施例の作用を説明する、前記ピ
ストン（４）及びスプール（５）が原点復帰している状
態で、前記パルスモータ（７）にパルス信号を入力して
該モータ（７）を駆動すると、前記ビニオン（８）及び
ラック（６）を介して前記スプール（５〕が右方に所定
ｉｔｓ勧する。

このスプール（５）の移動量は、前記パルス信号に対応
して駆−する前記モータ（７）の回転角により決るもの
で、前記スプール（５）　（７）移ａにより、前記第２
切換ポート（４４）がドレンポー）（４５）に連通し、
前記第１圧力室（９）がドレン通路（１２）を介してタ
ンク（Ｔ）に開放する。

この結果、前記ピストン（４）の内端に作用する流体圧
力が変化し、前記圧力通路（１１）を介して前記第２圧
力室（１０〕に導入される圧力流体の作用により前記ピ
ストン（４〕が右方に移動するのである。

このピストン（４）の移動は、前記スプール（５）の移
ｗＪに追従するのであって、この移動蓋は前記スプール
（５）の移動蓋に相当する。即ち、前記ピストン（４）
の右方への移動は、前記第１及び第２圧力室（９）、（
１０）を介して、前記ピストン（４）の両端に作用する
圧力の変化により行われるもので、静止釣合い位ｗ１即
ち、前記第２切換ポート（４４）のドレンポート（４５
）への連通が遮断される位置まで移動するのである以上
の如く、前記ピストン（４）は、該ピストン（４）に作
用する流体圧力により増幅された大きな力で右方へ移動
し、静止釣合い位置、つまり前記スプール〔５〕の位置
に対応する位置で止まるのであり、このピストン（４）
の移動により前記制御弁ＷＢ（４１）と二次ポート（１
６）との間に形成する可変オリフィス（０）が、前記ピ
ストン（４）の移動量に見合う開口量で開き、−次ボー
）（１５）から前記オリフィス（０）を経て二次ボート
（１６）に流れる流量を制御できるのである。

また、以上の如く前記オリスイス（０）が開いた状態で
、前記モータ（７）を逆方向に駆動して前記スプール（
５）を左方に所定蓋移動すると、前記第１切換ボー）（
４３）が、圧力ポート（４２）に連通し、前記第１圧力
室（９）が前記圧力ポート（４２）を・介して圧力通路
Ｃ１１）４こ連通するのである。

この結果、第１圧力室（９）内の圧力は、第２圧力室（
１０）の圧力と同圧となり、前記各圧力室（９）、（１
０）に臨む作用向の自積差により前記ピストン（４）が
左方に１＃動するのであるこのピストン（４〕の移動も
、前記スプール（５）の移動に追従するのであって、こ
の移動蓋も前記ス１−ル（５）の移動量に相当する。即
ち、前記ピストン（４）の左方への移動は、前記各圧力
室（９）、（１０）に対向する作用向の曲檀差番こより
行なわれるもので、静止釣合い位置、即ち前記第１切換
ポート（４６）の圧力ポート（４２）への連通が遮断さ
れる位置まで移動するのである。

この場合も、前記ピストン（４）は、該ピストン（４）
に作用する流体圧力により増幅された大きな力により左
方へ移動し、がっ、静止釣合い位置、つまり、前記スプ
ールｒ５）の位置に対応する位置で止まるのであって、
このピストン（４）の左方への所定移動量により、前記
オリフィス（０）の開口量が小さくなり、該オリフィス
（Ｏ）を介して二次ボート（１６）へ流れる流量の制御
が行なえるのである。

以上の如く、前記ピストン（４）は、スプール（５）の
移動に追従し、前記スプール（５）の移動量に見合う移
動１１ｔに制御できるから、前記スプール（５）を、パ
ルスモータ（７）で正確に動作させることにより、流量
制卸を正確にできるのであり、しかも、前記ピストン（
４）の移動は、流体圧力により増幅した大きな力で行な
えるから、前記モータ（７）の出力を大きくする必要も
な（、小さな出力で強力にかつ正確に前記ピストン（４
）の制御が行なえるのである。

その上、前記ピストン（４）の位置は、スプール（５）
の位置で決まるので、前記ピストン（４〕を作動させる
ため前記各圧力室（９）　、　（１ＬＩＸ−導入する圧
力流体＃温度変化によりその粘性が変わったり、また、
塵埃が摺動部に介入したりして、前記ピストン（４）に
作用する押圧力が変化しても、制御精度に与える影響は
少なくできるのである。

更に、以上の実施例においては、前記モータ（７）への
入力を解除すると、前記ばね（２ｏ）、（２１）の働ら
きで自動的に原点復帰させられるのである。

以上説明した実施例は、前記−次ポート（１５）と二次
ポー）（１６）とを備えた流蓋制御部（１７）に、前記
ピストン〔４〕とともに摺動する制御弁ＩＩ（４１）を
１体に形成したか、別部材としてピストン（４）に連動
させてもよい。

又、前記ピストン（４）は、前記本体（１）に内蔵させ
たが、第３図のごとくスリーブ（４６）を一体に形成し
て、該スリーブ（４６）を１配本体（１）の外方に突出
させてもよい、この場合前記本体（１）に、前記ピスト
ン（４）のスプール孔（３）と同心状にスプール孔を形
成しなくともよく、単にスリーブ孔（２２）を形成する
だけでよいから、加工精度を低くでき、それだけ加工を
楽に行なえる。

また、第２．３図に示した実ｍ例では、前記圧力通路（
１１）を、前記ポンプ（Ｐ）ｉ！ｌの流体通路（１３）
と連通する一次ポー）（１５）に接続して、前記ポンプ
（Ｐ）の吐出流体を導入させているが、第４図のごと（
前記ポンプＣＰ）とは別に設けるチャージポンプ（ＯＰ
）の流体通路（２３）に接続し、この流体通路（２６）
に減圧弁（２４）を介装してもよい。

この場合、前記ポンプＣＰ）の吐出圧が負荷の変動によ
り変化しても、前記ピストン（４）に作用する流体圧力
を一定にでき、前記ポンプ（Ｐ）の吐出圧が変化するこ
とによりピストン（４）が影響を受けて振動することを
防止できると共に、前記ピストン（４）に作用する□流
“”体圧力を低圧にできるから、シール性を改良できる
し、またハイドロロックの問題もなくし得るのである。

更に、第５図及び第６図のごとく、前記制御弁部（４１
）に、筒状部（４１＆）を形成し、この筒状部（４１＆
）に前記ピストン（４）の摺動方向と直受する表敷の貫
通孔（４１ｂ）を形成してもよい、この場合−次ポート
（１５）から二次ポート（１６）に流れる流体の流れが
前記ピストン（４）の半径方向になり、第２図乃至ｆＩ
８４図に示した構造のごとく、斜めに流れる場合に比較
して、前記ピストン（４）を軸方向（図面では右方向）
に押圧する成分をな（し得ることになり、それだけ外乱
の原因を取除けるので、より精密な流量制御が可能とな
るのである。

また、第４図に示したものは、減圧弁（２４）を用いた
が、第７図のごと（前記アクチュエータ（８）を動作さ
せる前記ポンプ（Ｐ）の吐出流体を用い、この流体を前
記スプール（５）のランドと前記ピストン〔４〕のポー
トとの間で減圧させて、前記各圧力差（φ）、（１０）
に導入させるとと（してもよい。

この場合、前記スプール（５）の中間ランド（５１）を
、前記第２切換ポート（４４）に、また内側ランド（５
２）を前記１１切換ポート（４３）に対応させ、内側ラ
ンド（５２）と中間ランド（５１）との間に圧力ポート
（４２〕を、また中間ランド（５１）と外側ランド（５
６）との間にドレンポート（４５）を開口させるごとく
成すと共に、繭記第２切換ポー）（４４）を前記第１圧
力室（９）に、また、前記第１切換ポート（４３）を前
記第２圧力室（１０）にそれぞれ連通するのであって、
前記各圧力室（９）、（１０）には、前記吐出圧を減圧
した中間圧の流体が導入され、中間圧の流体圧力で前記
ピストン（４）を作動できるので、第４図に示した実施
例と同様シール性を改良できるし、ハイドロロックの８
膣もなくし得るのである。

また、第７図に示した実施例の代りに第７図の如く構成
してもよい、第８図の実施例は、基本的にはｊ！７図の
実施例と同じであるが、中間ランド（５１）を圧力ポー
ト（４２）に対応させて、前記中間ランド（５１）と内
側ランド（５２）との間を第１圧力室（９）にｉ！１Ｊ
ｌｌさせると共に、前記中間ランド（５１）と外側ラン
ド（５６）との間を第２圧力室（１０）に連通させ、そ
して二つのドレンポート（４７）、（４８）を設けて、
これら各ポート（４７）、（４８）を、前記内側及び外
側ポート（５２）、（５３）に対応させたものである。

尚、第７．８図に示した実施例において、前記ピストン
（４）に、第３図のごとくスリーブを設けることは可能
であり、斯くすることにより加工性を向上できる。

又、第２図乃至第８図に示した実施例は、前記ピストン
（４）に各ポートを設け、これら各ポートを前記本体（
１）に形成する通路を介して前記各圧力室（９）、（１
０）に連通させ、また、前記ピストン（４）を延長して
前記制御弁部（４１）を形成したが、第９図のごと（前
記ピストン（４）に、前記各圧力室（９）、（１０）に
連通する通路（４ム）、（４Ｂ）を形成してもよいし、
前記制御弁部（４１）を、前記スプール（５）を内装す
るピストン本体（４０）に形成してもよい。

尚、第９図において、圧力通路（１１）は前記制御弁部
（４１）を形成する前記ピストン（４）に設けている。

第９図のこと（制御弁部（４１〕をピストン本体（４０
）に形成する場合、軸方向の長さを短くできピストン（
４）にスプール（５）を套嵌する構成を相俟って一層コ
ンパクトにできる。

また、第２図乃至第９図の実施例は流量制御部（１７）
を一つの一次ポート（１５）と一つの二次ポート〔１６
〕とにより構成したが、第１０図のごとく一つの一次ポ
ート（１５）と、二つの二次ポート（１６Ａ）、（１６
１１）及び二つのタンクボート（Ｔム）＊　（ＴＢ）と
により形成し、制御弁部（４１）を３ランド形式の切換
弁とし方向流量制御弁を構成してもよい。

第１０図のものは、第６図のものを応用したもので、基
本構造は第３図と同じであるが、前記第１及び第２圧力
室（９）、（１０）に、前記制御弁Ｉ！（４１）を中立
に保つためのばね（２５）、（２６）を介装しており、
また、前記スプール（５）の突出部分には、１記スプー
ル（５）の原点位置を設定する位置決め機構を用いてい
る。

この位置決め機構は、前記スプール（５）の突出部分に
アーム（５４〕を突設して、該Ｔ−ム（５４）を、第２
図に示したカバーなどの静止部材に設ける１対の支持体
（２７）、（２８）間に介装して前記アーム（５４〕の
両側と前記支持体（２７）、（２８）との間に中立ばね
（２９）。

（３０）を介装したものであって、第１０因に示したも
のは前記支持体（２８）に調節ねじ（３１）を設けて原
点位置を変更でき番ようにしている又、第１０図におい
て（６２）は前記第１田力室（９）に介装するばね（２
５）のばね受で、前記制御弁部（４１）におけるランド
より大径な７ランジを形成して、前記Ｉ８１圧カ室（９
）の端面に接触して静止するごと（成したもので、この
ばね受（３２〕を設けると共に、前記ばね（２５）を、
−Ｊ記第２圧力室（１ｏ）に介装する前記ばｒｗ　（２
６）より強くすることにより、前記制側弁ｆｆ１（４１
）をより確実に中立に保持できる。

以上の如く本発明は、ピストンとスプールとを用い、前
記ピストンに制御弁１部を設けると共に前記スプールを
前記ピストンに摺動自由に支持してパルス信号で動作す
る駆動手段に連動させ、このスプールの動作に前記ピス
トンを追従させて、前記ピストンの位置に対応した位置
に前記ピストンを制御するとと（したのであるから、コ
ンピュータを用いて高精度に流量制御する場合でも、簡
単な制御系で制御できるし、また安定性よ（正確に流量
制御が行なえ、しかも、前記した従来のノズルフラッパ
式の増幅機構に比較して、コンパクトにできると共に漏
れ量を少なくできると共に、−良度化や塵埃の介入など
の外乱ｌこよる影響を少な（できるし、出力変位や負荷
変動に対しても影響少なく高精度に流量制御が行なえる
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す概略断面説明図、第２図は本発明
の一実施例を示す概略ｌｌＦｒ＃ｉ図、第６図乃至第５
図は第２図に財応し、カバーを省略した別の実施例の概
略断面図、第６図は第５図における制御弁部のみの正面
図、第７図乃至第１０図は更に別の実施例を示す概略＃
面図である。 （１）一本体 （３）−スプール孔 （４）−ピストン （５〕・−スプール （７）−パルスモータ （９〕−・第１圧力室 （１０〕−第２圧力室 （１１）−圧力通路 （１２）−・ドレン通路 （１５）−一次ボート （１６）−二次ポート （１７）　−・流量制御部 （４１〕−制御弁部 代理人　弁理士　　津　１）直　久

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　本体にスプール孔をもったピストンを、また
   、前記スプール孔にスプールを、それぞれ摺動自由に支
   持し、前記スプールを、前記本体外に突出して、パルス
   信号で動作する駆動手段に連動させると共に、前記ピス
   トンの摺勧方同−側と他側とに第１及び第２圧力室を設
   けて、前記第１圧力室を、前記スプールを介して圧力通
   路とドレン通路とに選択的に連通するごとく成す一万、
   前記本体に流体通路に連通する一次ポートと二次ボート
   とをもつ流量制御部を設け、該流蓋制碕部に前記ピスト
   ンとともに摺動する制卸弁部を設けたことを特徴とする
   流量制御装置