(57)【要約】【課題】主機油圧回路(1)への作動油の供給通路(5)に電磁比例弁(6)を介設し、作動油の供給流量及び圧力を調整するようにした油圧回路装置(2,20)において、コストの増大を抑制しながら、作動油の供給流量及び圧力の制御性を高めるとともに、特に圧力についてはその制御可能領域をゼロ点まで拡大する。【解決手段】電磁比例弁(6)に、主機側へ作動油を供給する供給位置と、主機側から作動油を排出する排出位置と、作動油の給排を停止する停止位置とを設ける。下流側供給通路(5b)の作動油の圧力を検出する圧力センサ(10)と、電磁比例弁(6)のスプール位置（開度）を検出する位置センサ(11)とを設け、圧力センサ(10)及び位置センサ(11)からの信号に基づいて、主機側への作動油の供給流量Ｑないし供給圧力Ｐが指令値Ｑｉ，Ｐｉになるよう、デジタルコントローラ(12)により電磁比例弁(6)の開度をフィードバック制御する。【選択図】    図１
2006132783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液圧アクチュエータへの作動液の供給通路(5)に、作動液の供給流量を調整する電磁比例弁(6)を介設するとともに、該電磁比例弁(6)の上流側及び下流側からそれぞれパイロット圧を受けて、それらの差圧が一定になるよう上流側の供給通路(5a)からタンク(4)に作動液をバイパスさせる差圧補償弁(7)を設けた液圧回路装置(2,20)において、
前記電磁比例弁(6)は、アクチュエータに作動液を供給する供給位置のほかに、該アクチュエータから作動液を排出する排出位置を少なくとも有し、
前記下流側の供給通路(5b)の作動液圧を検出して電気信号を出力する圧力センサ(10)と、
前記電磁比例弁(6)のスプール位置を検出して電気信号を出力する位置センサ(11)と、
前記圧力センサ(10)及び位置センサ(11)から出力される信号をそれぞれ受けて、前記アクチュエータへの作動液の供給流量ないし供給液圧が制御指令値になるように、前記電磁比例弁(6)の開度をフィードバック制御するコントローラ(12)とを備えたことを特徴とする液圧回路装置。
【請求項２】
請求項１の液圧回路装置(2,20)において、
コントローラ(12)は、
位置センサ(11)からの信号に基づいてアクチュエータへの作動液の実供給流量を求めるとともに、この実供給流量を流量指令値から減算して流量偏差を演算する流量偏差演算部(12b)と、
圧力センサ(10)からの信号に基づいてアクチュエータへの作動液の実供給液圧を求めるとともに、この実供給液圧を圧力指令値から減算して圧力偏差を演算する圧力偏差演算部(12a)と、
前記流量偏差及び圧力偏差のうちの値の小さい方の偏差を選択し、この選択した偏差に基づいて電磁比例弁(6)の目標スプール位置を演算するＰＱ選択部(12c)と、
前記ＰＱ選択部(12c)により演算された目標位置になるように、電磁比例弁(6)のスプール(6a)のソレノイド(6b)に電流を印加する電流ドライバ(12d)とを備えていることを特徴とする液圧回路装置。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれかの液圧回路装置(2,20)において、
差圧補償弁(7)は、その弁体(7a)を閉じる側に付勢するばね部材(7b)を有し、該弁体(7a)が閉じる側に電磁比例弁(6)の下流側からのパイロット圧を受ける一方、弁体(7a)が開く側に電磁比例弁(6)の上流側からのパイロット圧を受けており、
前記電磁比例弁(6)の下流側から差圧補償弁(7)にパイロット圧を導く下流側のパイロット通路(15)には、作動液の流れを絞るオリフィス(17)が配設され、さらに、該オリフィス(17)と差圧補償弁(7)との間のパイロット通路(15)にパイロットリリーフ弁(18)が接続されていることを特徴とする液圧回路装置。
【請求項４】
請求項３の液圧回路装置(20)において、
下流側のパイロット通路(15)には、第１のオリフィス(21)とそれよりも絞り度合いの強い第２のオリフィス(22)とが直列に配置され、
前記第２のオリフィス(22)をバイパスする通路(23)に、差圧補償弁(7)へ向かう作動液の流れを許容する一方、その逆の流れを阻止する逆止弁(24)が配設されていることを特徴とする液圧回路装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つの液圧回路装置(20)において、
液圧アクチュエータは、射出成形機を駆動するためのものであることを特徴とする液圧回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば射出成形機のような機械装置の液圧アクチュエータを駆動するための液圧回路装置に関し、特に、該アクチュエータの動作速度及び作動力を適正に制御するための作動液の流量及び圧力制御の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の液圧回路装置として、アクチュエータへの作動油の供給流量を制御するための電磁比例弁（以下、単に流量比例弁ともいう）と圧力を調整するための電磁比例弁（以下、単に圧力比例弁ともいう）とを内蔵し、それぞれの比例弁を専用のドライバ回路により制御するようにした電磁比例式リリーフ弁付流量調整弁装置がある。
【０００３】
このものでは、図６に一例を示すように、主機油圧回路(1)の油圧アクチュエータへの作動油の供給通路(5)に流量比例弁(6)が介設され、この流量比例弁(6)の下流側のＡポートに前記アクチュエータが接続される一方、上流側のＰポートには例えば定容量型ポンプ(3)が接続される。また、前記流量比例弁(6)の上流側及び下流側からそれぞれパイロット圧を受けて、それらの差圧が略一定になるように上流側の供給通路(5a)から作動油をＴポートにバイパスさせる差圧補償弁(7)が設けられている。
【０００４】
さらに、前記差圧補償弁(7)に対して流量比例弁(6)の下流側からパイロット圧を導く下流側のパイロット通路(15)にはオリフィス(17)が設けられていて、該オリフィス(17)と差圧補償弁(7)との間のパイロット通路(15)には、そこから作動油をリリーフさせて下流側のパイロット圧を調整する圧力比例弁(8)が接続されている。そして、前記流量比例弁(6)及び圧力比例弁(8)の開度がそれぞれ別個の電流ドライバ(9,9)により制御されるようになっている。
【０００５】
このような構成の従来の流量圧力調整弁装置の作動は、アクチュエータの動作状態に応じて自動的に流量制御モードと圧力制御モードとに切り替わる。すなわち、例えば、主機の油圧シリンダに作動油を供給する場合について説明すると、該油圧シリンダがストロークするときには、流量比例弁(6)の前後差圧が差圧補償弁(7)により略一定に維持された状態で、該流量比例弁(6)の開度を制御することにより、油圧シリンダへの供給油量を調整してその動作速度を制御することができる（流量制御モード）。この際、ポンプ(3)から吐出された作動油はＰポート、流量比例弁(6)、Ａポートを介して油圧シリンダに供給されるとともに、余剰の作動油は差圧補償弁(7)からＴポートを介して油タンク(4)にバイパスされる。
【０００６】
そして、シリンダがストロークエンドに達すると、負荷の急激な増大に伴い下流側の供給通路(5b)の油圧が高まり、この油圧力が圧力比例弁(8)の設定圧力を超えると、該圧力比例弁(8)と差圧補償弁(7)とオリフィス(17)とがいわゆるパイロット式電磁比例リリーフ弁として機能して、それ以上の油圧の増大が阻止される。その際、前記下流側パイロット通路(15)のパイロット圧は、圧力比例弁(8)のリリーフ圧の制御によって変更でき、これにより差圧補償弁(7)のリリーフ圧を変更して、ポンプ(3)の吐出圧ひいては油圧シリンダへの供給圧力を制御することができる（圧力制御モード）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、前記のような従来の流量圧力調整弁装置の場合、アクチュエータへの作動油の供給流量及び圧力がいずれも電磁弁(6,8)のソレノイドの特性をそのまま反映したものとなるから、電流ドライバ(9)からの出力電流値に対する作動油の流量や圧力の変化は非線形でヒステリシスを有するものとなる（図４の破線のグラフを参照）。このため、作動油の流量及び圧力の制御において十分な精度を得ることが困難であり、また、電気センサを使用しないオープン制御のため、指令値の変化に対する応答速度をあまり高くすることができないという問題がある。
【０００８】
さらに、特に作動油の供給圧力の制御については、圧力比例弁(8)への電流値をゼロまで下げたとしても、差圧補償弁(7)のリリーフ圧は、ばね部材の付勢力に相当する所定圧までしか下がらないから、アクチュエータへの供給圧は前記所定圧よりも低くすることはできない。言い換えると、従来例の構造では、リリーフ弁による圧力制御のため供給油圧の最低制御圧力が発生し、これ以下の低圧での圧力制御ができなかった。この点について、例えば射出成形機では金型の保護のために設定される低圧型締め工程があり、低圧での圧力制御についても非常に改善が望まれている。
【０００９】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、液圧アクチュエータへの作動液の供給通路(5)に電磁比例弁(6)を設けて、作動液の供給流量及び圧力を制御するようにした液圧回路装置(2,20)において、その制御精度や応答性を改善するとともに、特に供給液圧についてはその最低制御圧力をなくして制御範囲をゼロ圧力まで拡大することにあり、加えて、コストアップを抑制できる弁構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明の液圧回路装置(2,20)は、アクチュエータへの作動液の供給流量を調整する電磁比例弁(6)に、該アクチュエータから作動液を排出する排出位置を追加するとともに、その電磁比例弁(6)の下流側の供給通路(5b)の作動液圧を検出する圧力センサ(10)と、電磁比例弁(6)のスプール位置を検出する位置センサ(11)とを設け、それらのセンサからの出力信号に基づいて電磁比例弁(6)のスプール位置をフィードバック制御するようにした。
【００１１】
具体的に、請求項１の発明では、液圧アクチュエータへの作動液の供給通路(5)に、作動液の供給流量を調整する電磁比例弁(6)を介設するとともに、該電磁比例弁(6)の上流側及び下流側からそれぞれパイロット圧を受けて、それらの差圧が一定になるように上流側の供給通路(5a)からタンク(4)に作動液をバイパスさせる差圧補償弁(7)を設けた液圧回路装置(2,20)を前提とする。そして、前記電磁比例弁(6)を、アクチュエータに作動液を供給する供給位置のほかに、該アクチュエータから作動液を排出する排出位置を少なくとも有するものとし、前記下流側の供給通路(5b)の作動液圧を検出して電気信号を出力する圧力センサ(10)と、前記電磁比例弁(6)のスプール位置を検出して電気信号を出力する位置センサ(11)と、前記圧力センサ(10)及び位置センサ(11)から出力される信号をそれぞれ受けて、前記アクチュエータへの作動液の供給流量ないし供給液圧が制御指令値になるように、前記電磁比例弁(6)の開度をフィードバック制御するコントローラ(12)とを備ええる構成する。
【００１２】
この構成によれば、アクチュエータの動作中に、電磁比例弁(6)の前後差圧が差圧補償弁(7)の機能により略一定に維持された状態で、コントローラ(12)により該電磁比例弁(6)のスプール位置が制御され、これによりアクチュエータへの供給流量が制御される（流量制御モード）。その際、電磁比例弁(6)の実際のスプール位置が位置センサ(11)により検出され、その検出結果に基づくフィードバック制御が行われるので、作動液の流量制御は精度、応答性ともに非常に改善される。また、フィードバック制御によってソレノイドの非線形特性を見かけ上、吸収することができるので、作動液の流量制御の特性を線形化しかつヒステリシスをなくすことができる。
【００１３】
一方、アクチュエータがストロークエンドに達して殆ど動作しない状態になれば、その負荷の増大に伴い下流側の供給通路(5b)の液圧が増大し、そのことが圧力センサ(10)により検出されて、この検出値に応じてコントローラ(12)により電磁比例弁(6)のフィードバック制御が行われる。すなわち、電磁比例弁(6)が供給位置にあるときには、圧力センサ(10)による検出値と圧力指令値との偏差に基づいて電磁比例弁(6)の開度（スプール位置）の制御により供給流量を調整する一方、電磁比例弁(6)が排出位置にあるときには下流側の供給通路(5b)からの排出量を調整することにより、最終的には該供給通路(5b)の液圧が圧力指令値を維持できるように、スプール位置を制御する。このような圧力制御モードにおいても前記の流量制御モードと同様に、フィードバック制御によって制御精度、応答性、ソレノイドの非線形特性等の改善が図られる。また、前記のように電磁比例弁(6)を排出位置に切換えて、アクチュエータから作動液を排出することで、該アクチュエータへの供給液圧をゼロにまで低下させることができる。
【００１４】
しかも、前記の構成によれば、従来までの構成と比べて、新たに圧力センサ(10)や位置センサ(11)が必要になる一方で、圧力比例弁(8)とそのための電流ドライバ回路が不要になるので、電気センサを採用することによるコストアップは相殺される。
【００１５】
請求項２の発明では、液圧回路装置(2,20)のコントローラ(12)として、位置センサ(11)からの信号に基づいてアクチュエータへの作動液の実供給流量を求めるとともに、この実供給流量を流量指令値から減算して流量偏差を演算する流量偏差演算部(12b)と、圧力センサ(10)からの信号に基づいてアクチュエータへの作動液の実供給液圧を求めるとともに、この実供給液圧を圧力指令値から減算して圧力偏差を演算する圧力偏差演算部(12a)と、前記流量偏差及び圧力偏差のうちの値の小さい方の偏差を選択し、この選択した偏差に基づいて電磁比例弁(6)の目標スプール位置を演算するＰＱ選択部(12c)と、前記ＰＱ選択部(12c)により演算された目標位置になるように電磁比例弁(6)のスプール(6a)のソレノイド(6b)に電流を印加する電流ドライバ(12d)とを備える構成とする。
【００１６】
この構成では、流量偏差演算部(12b)により作動液の実供給流量と流量指令値との間の流量偏差が演算されるとともに、圧力偏差演算部(12a)により作動液の実供給液圧と圧力指令値との間の圧力偏差が演算される。そして、その実供給流量ないし実供給液圧が制御指令値を超えたときには、より大きく超えた方が、また、いずれも指令値以下ならば、より指令値に近い方がＰＱ選択部(12c)により選択される。すなわち、ＰＱ選択部(12c)は、圧力ないし流量の指令値を超えることが危険な状態であると判断し、その危険の度合いを流量及び圧力のそれぞれの偏差から判断して、より危険の度合いの大きい方の偏差を選択することにより、請求項１の発明の作用効果を実現するものである。
【００１７】
請求項３の発明では、液圧回路装置(2,20)の差圧補償弁(7)を、その弁体(7a)を閉じる側に付勢するばね部材(7b)を有し、該弁体(7a)が閉じる側に電磁比例弁(6)の下流側からのパイロット圧を受ける一方、弁体(7a)が開く側に電磁比例弁(6)の上流側からのパイロット圧を受けるものとする。そして、前記電磁比例弁(6)の下流側から差圧補償弁(7)にパイロット圧を導く下流側のパイロット通路(15)に、作動液の流れを絞るオリフィス(17)を配設し、さらに、該オリフィス(17)と差圧補償弁(7)との間のパイロット通路(15)にパイロットリリーフ弁(18)を接続する構成とする。
【００１８】
この構成では、仮に、電磁比例弁(6)のスプール(6a)がコントローラ（12)の電気的故障や作動液のゴミ等により供給位置のままで動かなくなったとしても、下流側供給通路(5b)の液圧がパイロットリリーフ弁(18)の設定圧を超えたときには、パイロットリリーフ弁(18)と差圧補償弁(7)とオリフィス(17)とがいわゆるパイロット式リリーフ弁として機能して、前記下流側供給通路(5b)における液圧の増大が阻止される。また、その差圧補償弁(7)の弁体(7a)の開閉動作に際し、下流側のパイロット通路(15)における作動液の流れがオリフィス(17)から通過抵抗を受けることで、前記弁体(7a)の動作に適度なダンピングが付与されて、安定化が図られる。
【００１９】
ところで、そのようにパイロット通路(15)にオリフィス(17)を配設して作動液の流れを制限すると、そのことが差圧補償弁(7)の弁体(7a)の動作速度を低下させることになるので、アクチュエータへの作動液の供給流量を増大させるときに応答性の低下を招くことがある。すなわち、アクチュエータへの作動液の供給流量を増やすために電磁比例弁(6)の開度を大きくすると、そのことによって該電磁比例弁(6)の前後差圧が一時的に小さくなり、差圧補償弁(7)の弁体(7a)が閉じられることになる。このときには下流側のパイロット通路(15)において差圧補償弁(7)に向かって作動液が流れ、該差圧補償弁(7)の弁体(7a)を閉じる側に移動させることになるのだが、そもそも弁体(7a)を閉じようとする力はばね部材(7b)の付勢力程度のものであり、その上に前記のように作動液の流れがオリフィス(17)によって制限されると、差圧補償弁(7)の弁体(7a)の閉動作が遅れてしまい、このことで、電磁比例弁(6)への供給流量の増大に応答遅れが生じるのである。
【００２０】
このような過渡的な現象を考慮して、本願の請求項４の発明では、前記請求項３の発明の液圧回路装置(20)において、下流側のパイロット通路(15)に、第１のオリフィス(21)とそれよりも絞り度合いの強い第２のオリフィス(22)とを直列に配置するとともに、該第２のオリフィス(22)をバイパスする通路(23)に、差圧補償弁(7)へ向かう作動液の流れを許容する一方、その逆の流れを阻止する逆止弁(24)を配設した。
【００２１】
この構成では、例えば、アクチュエータへの作動液の供給流量を増大させるために、電磁比例弁(6)の開度を大きくしたときには、下流側パイロット通路(15)において作動液が差圧補償弁(7)へ向かって流れることになるが、この作動液の流れは、絞り度合いの小さい第１のオリフィス(21)を通過するものの、絞り度合いの強い第２のオリフィス(22)はバイパスすることになるから、通過抵抗を相対的に小さくして差圧補償弁(7)の弁体(7a)を速やかに閉じることが可能になり、これにより、アクチュエータへの作動液の供給流量を速やかに増大させることができる。
【００２２】
一方、アクチュエータへの作動液の供給流量を減らすときには、電磁比例弁(6)の開度を小さくすることになるが、このときには該電磁比例弁(6)の上流側の液圧は急激に高くなり、極めて高い液圧が差圧補償弁(7)の弁体(7a)に作用し、この弁体(7a)を開作動させることになる。この際、下流側パイロット通路(15)では差圧補償弁(7)から下流側供給通路(5b)に向かって作動液が流れ、この流れは前記第１及び第２の両方のオリフィス(21,22)から通過抵抗を受けることになる。しかし、前記のように差圧補償弁(7)の弁体(7a)に極めて高い上流側のパイロット圧が作用しているので、下流側パイロット通路(15)において作動液の流れが制限されていても、差圧補償弁(7)の弁体(7a)は十分に速く開作動され、結局、供給流量の減少時には応答遅れが問題となることはなく、むしろ、下流側パイロット通路(15)の流れが第２のオリフィス(22)により十分に絞られることで、差圧補償弁(7)の安定動作が保たれるのである。
【００２３】
つまり、この発明では、下流側パイロット通路(15)に配設したオリフィス(21,22)によって、差圧補償弁(7)の弁体(7a)開動作は応答性を損なわない程度に制限して安定性を確保し、一方、その弁体(7a)の閉動作は制限しないで応答性を確保することができ、これにより、アクチュエータへの作動液の供給流量の安定性と応答性とをより高いレベルで両立することができる。
【００２４】
請求項５の発明では、液圧アクチュエータは、射出成形機を駆動するためのものとする。すなわち、一般的に、射出成形機のアクチュエータの場合、成型品の形状や材料の相違に応じて幅広い成形条件に対応しながら、尚かつ高い再現性が求められるものであるから、本発明の液圧回路装置(2,20)によって、アクチュエータの動作速度及び作動力の制御の精度を向上できることが極めて有効であり、このことで、成形品質の大幅な向上を実現できる。
【００２５】
また、本発明によれば、アクチュエータへの作動液の供給圧力をゼロまで下げて制御することができるので、射出成形機における低圧型締め工程での要求にも十分に対応でき、加えて、特に請求項４の発明のように作動液の供給流量を応答性良く増大できることで、射出成形機による薄肉の成形品の成形が容易になり、その上さらに成形サイクルの短縮も可能になるから、このような観点からも本発明の作用効果は極めて有効なものとなる。
【発明の効果】
【００２６】
以上、説明したように、請求項１の発明に係る液圧回路装置(2,20)によると、液圧アクチュエータへの作動液の供給通路(5)に電磁比例弁(6)を介設するとともに、該電磁比例弁(6)の上流側及び下流側からそれぞれパイロット圧を受けて、それらの差圧が一定になるように上流側の供給通路(5a)から作動液をバイパスさせる差圧補償弁(7)を設ける場合に、前記電磁比例弁(6)に、アクチュエータから作動液を排出する排出位置を追加するとともに、該電磁比例弁(6)の下流側の供給通路(5b)の作動液圧を検出する圧力センサ(10)と、電磁比例弁(6)のスプール位置を検出する位置センサ(11)とを設け、それらのセンサからの出力信号に基づいて電磁比例弁(6)のスプール位置（開度）をフィードバック制御するようにしたので、作動液の供給流量及び圧力の制御を極めて高精度のものとすることができる。
【００２７】
しかも、フィードバック制御によってソレノイドの非線形特性を見かけ上、打ち消すことができるので、作動液の供給流量及び圧力の制御特性を線形化でき、さらに、電磁比例弁(6)の開閉速度を従来よりも高くして、流量応答性も改善できる。また、電磁比例弁(6)を排出位置に切換えれば、アクチュエータから作動液を排出することもできるから、制御圧をゼロまで下げて制御不能領域をなくすことができる。
【００２８】
従って、例えば射出成形機に適用した場合には、サイクルタイムの短縮により生産性を向上できるとともに、成形品質の大幅な向上を実現でき、また、薄肉の成型品の成形が容易になり、さらに、低圧型締め工程での要求にも十分に対応可能となる。
【００２９】
加えて、従来まで必要だった圧力比例弁(8)とそのための電流ドライバ回路が不要になるから、センサの追加によるコストアップは相殺される。
【００３０】
請求項２の発明によると、液圧回路装置(2,20)のコントローラ(12)に設けた流量偏差演算部(12b)、圧力偏差演算部(12a)、ＰＱ選択部(12c)等により、作動液の実際の供給状態に応じて電磁比例弁(6)のフィードバック制御を行い、請求項１の発明の効果を十分に得ることができる。
【００３１】
請求項３の発明によると、液圧回路装置(2,20)の差圧補償弁(7)に対して電磁比例弁(6)の下流側からパイロット圧を導く下流側のパイロット通路(15)に、作動液の流れを絞るオリフィス(17)とパイロットリリーフ弁(18)とを設けたので、コントローラ(12)や電磁比例弁(6)の万一の故障時にも十分な安全性が得られるとともに、前記差圧補償弁(7)の弁体(7a)の動作に適度なダンピングを付与して、その動作を安定化できる。
【００３２】
請求項４の発明によると、前記請求項３の発明のオリフィスとして、互いに絞り度合いの異なる第１及び第２のオリフィス(21,22)を直列に配置し、そのうちの絞り度合いの強い第２のオリフィス(22)をバイパスする通路(23)に逆止弁(24)を配設することで、差圧補償弁(7)の動作の安定性を確保しながら、その弁体(7a)の閉動作を高速化して、アクチュエータへの作動液の供給量を増大させるときにその流量応答性をより一層、向上できる。
【００３３】
請求項５の発明によると、液圧アクチュエータが射出成形機を駆動するためのものである場合に、本発明の液圧回路装置(2,20)によってその作動速度及び作動力の制御性を向上できることが極めて有効なものとなり、このことで、成形品質の大幅な向上を実現できる。特に、請求項４の発明のように作動液の供給流量の応答性を向上できることと、請求項１の発明のように制御圧をゼロまで下げられることとが相俟って、低圧型締め工程での要求にも十分に対応可能となり、かつコスト低減も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明に係る液圧回路装置を、射出成形機等の油圧（液圧）シリンダを駆動するサーボ弁装置に適用した実施形態について、図面に基いて説明する。
【００３５】
（実施形態１）
図１は、射出成形機等の主機の油圧回路(1)に接続されて、図示しない油圧シリンダ等のアクチュエータへ作動油を供給するとともに、その供給流量Ｑ及び供給圧力Ｐを調整して、該アクチュエータの動作速度及び作動力を制御する圧力流量サーボ弁装置(2)（以下、ＰＱＳ弁という）を示す。このＰＱＳ弁(2)には、主機油圧回路(1)へ接続されるＡポートと、固定容量型ポンプ(3)に接続されるＰポートと、それぞれ油タンク(4)に接続されるＴポート及びＹポートとが設けられていて、ＰポートからＡポートに至る作動油の供給通路(5)の途中にその供給流量を調整する電磁比例弁(6)が介設されるとともに、該電磁比例弁(6)の上流側(5a)及び下流側(5b)の供給通路からそれぞれパイロット圧を受けて、それらの差圧が略一定になるように上流側の供給通路(5a)から油タンク(4)へ作動油をバイパスさせる差圧補償弁(7)が配設されている。
【００３６】
また、このＰＱＳ弁(2)には、電磁比例弁(6)よりも下流側の供給通路(5b)の作動油圧Ｐを検出して電気信号を出力する圧力センサ(10)と、電磁比例弁(6)のスプール(6a)の位置を検出して電気信号を出力する位置センサ(11)とが配設されており、さらに、それらの各センサ(10)，(11)から出力される信号を受けて、主機油圧回路(1)へ供給する作動油の供給流量Ｑ及び供給圧力Ｐが各々指令値Ｑｉ，Ｐｉになるように、前記電磁比例弁(6)のスプール(6a)の位置、即ち電磁比例弁(6)の開度をフィードバック制御するコントローラ(12)が配設されている。
【００３７】
詳しくは、前記電磁比例弁(6)は、コントローラ(12)からの制御信号（電流）によってソレノイド(6b)が作動し、スプリング(6c)による押圧付勢力に抗してスプール(6a)の位置が制御されて、主機側へ作動油を供給する供給位置と、主機側から作動油を排出する排出位置と、その作動油の給排を停止する停止位置との何れかに切換えられるとともに、該供給位置又は排出位置においては作動油の通過断面積を連続的に制御するように構成されている。そして、図示の如く、電磁比例弁(6)のスプール(6a)はスプリング(6c)により排出位置に向かうよう図の右側に押圧付勢されており、この排出位置においては、電磁比例弁(6)は、上流側の供給通路(5a)を閉止するとともに、下流側の供給通路(5b)を排出通路(13)に連通させて、主機側の作動油を油タンク(4)に戻すようになる。この際、スプール(6a)の位置の連続的な変化により戻り油の通過断面積が連続的に制御される。
【００３８】
また、図２に示すように、ソレノイド(6b)の作動によってスプール(6a)がスプリング(6c)による付勢力に抗して図の左側に移動して、供給位置になると、電磁比例弁(6)は、排出通路(13)を閉止するとともに、供給通路(5)の上流側及び下流側を連通させて、ポンプ(3)から吐出される作動油を主機側に供給するようになる。この際、スプール(6a)の位置の連続的な変化により作動油の通過断面積も連続的に変化されて、ポンプ(3)から主機側への作動油の供給流量Ｑが連続的に制御される。さらに、スプール(6a)が前記供給位置及び排出位置の中間の停止位置にあるときには、電磁比例弁(6)は、供給通路(5)の上流側及び下流側、並びに排出通路(13)をそれぞれ閉止するようになる。
【００３９】
そして、前記電磁比例弁(6)への位置センサ(11)の取り付けは、該電磁比例弁(6)のスプール(6a)が中央の停止位置にあるときにセンサ出力がゼロになり、スプール(6a)が図の右側の供給位置にあるときには、該スプール(6a)の位置の変化により作動油の通過断面積が大きくなるに従って、正値のセンサ出力が増大するように、一方、スプール(6a)が図の左側の排出位置にあるときには、該スプール(6a)の位置の変化により作動油の通過断面積が大きくなるに従って、負値のセンサ出力が減少するようになっている。
【００４０】
前記差圧補償弁(7)は、ポペット等からなる弁体(7a)がスプリング(7b)（ばね部材）により閉じる側に付勢されているリリーフ弁であって、上流側の供給通路(5a)から分岐する分岐路(14)に、この分岐路(14)を前記排出通路(13)に対してバイパスできるように配設されている。すなわち、差圧補償弁(7)の弁体(7a)には、下流側の供給通路(5b)から分岐する下流側のパイロット通路(15)がスプリング(7b)と同じ側に接続されていて、その下流側のパイロット圧を弁体(7a)の閉じる側に受ける一方、反対側には、前記分岐路(14)を介して上流側供給通路(5a)の油圧（上流側パイロット圧）を弁体(7a)の開く側に受けている。
【００４１】
そして、前記差圧補償弁(7)は、上流側パイロット圧により弁体(7a)に作用する押圧力が、下流側パイロット圧により弁体(7a)に作用する押圧力に比べてスプリング(7b)の付勢力よりも大きくなったときに開作動し、分岐路(14)を介して上流側供給通路(5a)の作動油を排出通路(13)にバイパスさせる。これにより上流側パイロット圧が低下すれば、弁体(7a)が閉じて作動油のバイパスが中断し、再び上流側パイロット圧が上昇する。そして、このような弁体(7a)の開閉動作が繰り返されることにより、電磁比例弁(6)の前後差圧が略一定に維持される。このように電磁比例弁(6)の前後差圧が一定に補償されることで、上流側供給通路(5a)から下流側供給通路(5b)へ連通する電磁比例弁(6)の開度、即ち作動油の通過断面積に対応するスプール位置が実供給流量と一定の対応関係を持つことになり、このことで、スプール位置に基づいて実供給流量を求めることが可能になる。
【００４２】
前記下流側パイロット通路(15)には、作動油の流れを絞るオリフィス(17)が配設されるとともに、このオリフィス(17)と差圧補償弁(7)との中間に分岐路(15a)が接続され、この分岐路(15a)に安全弁(18)（パイロットリリーフ弁）が配設されている。該安全弁(18)は、分岐路(15a)の油圧がスプリングの設定圧よりも高くなったときに開作動し、分岐路(15a)を介して下流側パイロット通路(15)の油圧をリリーフさせるものであって、これによりオリフィス(17)の前後差圧が発生し、下流側パイロット通路(15)の油圧が低下して差圧補償弁(7)が開作動される。そして、その差圧補償弁(7)の開作動により、供給通路(5)の作動油がＴポートから油タンク(4)に排出される。つまり、前記差圧補償弁(7)は、供給通路(5)の油圧力が過度に上昇したときに安全弁(18)と協動して、いわゆるパイロット式リリーフ弁として油圧を開放する機能も有している。
【００４３】
また、前記オリフィス(17)は、例えば直径約１ｍｍの円形断面を有するものであり、下流側パイロット通路(15)における作動油の流れを絞って通過抵抗を与えることにより、差圧補償弁(7)の弁体(7a)の開閉動作に適度なダンピングを付与して、該差圧補償弁(7)の動作を安定化させ、これにより、供給通路(5)における作動油の流量や圧力の振動現象を抑制する機能も有している。
【００４４】
前記コントローラ(12)は、図示しないメモリに電子的に格納されている制御プログラムをＣＰＵにより所定の時間間隔で読み出して実行するデジタルコントローラであって、圧力センサ(10)からの信号に基づいて、主機側への作動油の実際の供給圧力Ｐ（実供給圧力）を求め、これを圧力指令値Ｐｉ（目標圧力）から減算して圧力偏差を演算する圧力偏差演算部(12a)と、同様に、位置センサ(11)からの信号に基づいて、主機側への作動油の実際の供給流量Ｑ（実供給流量）を求め、これを流量指令値Ｑｉ（目標流量）から減算して流量偏差を演算する流量偏差演算部(12b)とを備えている。言い換えると、コントローラ(12)のメモリには、前記圧力偏差演算部(12a)及び流量偏差演算部(12b)の機能をソフトウエア的に実現する制御プログラムが格納されている。
【００４５】
また、前記コントローラ(12)には、前記圧力偏差演算部(12a)及び流量偏差演算部(12b)によりそれぞれ演算された圧力偏差及び流量偏差を対比して、それらのうちの値の小さい方を選択し、この選択した偏差に基づいていわゆるＰＩＤ制御則により電磁比例弁(6)の目標開度、即ちスプール(6a)の位置を演算するＰＱ選択部(12c)が設けられている。そして、このＰＱ選択部(12c)からの出力を受けた電流ドライバ回路(12d)から電磁比例弁(6)のソレノイド(6b)に対して、該電磁比例弁(6)の目標開度に移動するための電流が印加されるようになっている。
【００４６】
尚、前記ＰＱ選択部(12c)による演算処理もメモリに格納された制御プログラムの実行により実現されるものであり、圧力偏差と流量偏差のうち、値の小さい方を選択するようになっている。具体的には、圧力偏差及び流量偏差がいずれも正の値ならば、絶対値の小さな方を選択し、また、それらの両偏差の何れか一方が正の値でかつ他方が負の値ならば、負の値の方を選択する。さらに、圧力偏差及び流量偏差がいずれも負の値ならば、絶対値の大きな方を選択する。言い換えると、前記ＰＱ選択部(12c)の制御ロジックは、実供給流量Ｑや実供給圧力Ｐが指令値Ｑｉ，Ｐｉを超える状態を危険な状態と判断し、その危険の度合いを流量及び圧力のそれぞれの偏差から判断して、より危険の度合いの大きい方の偏差に基づいて、電磁比例弁(6)の制御を行えるようにしたものである。
【００４７】
（ＰＱＳ弁の動作）
次に、上述の如き構成のＰＱＳ弁(2)の動作を説明する。
【００４８】
例えば、主機である射出成形機の型締め装置において金型を移動及び締め付ける油圧シリンダを作動させる場合には、まず、電磁比例弁(6)を供給位置に移動させて、ポンプ(3)から吐出される作動油を主機側に供給する。この際、シリンダがストロークエンドに達するまでは、一般に、必要な実供給圧力Ｐよりも大きな値に圧力指令Ｐｉが設定されるので、コントローラ(12)は、実供給流量Ｑが流量指令値Ｑｉを超えるまで電磁比例弁(6)を開作動させ、該電磁比例弁(6)の前後差圧が差圧補償弁(7)の機能により略一定に維持された状態で、主機側への供給油量が流量指令値Ｑｉに相当する略一定量になるようにスプール(6a)の位置をフィードバック制御する（流量制御モード）。これにより、図３に示すように、実供給油量Ｑはおおよそ流量指令値Ｑｉに相当するものとなり、油圧シリンダが定速動作される。
【００４９】
その際、電磁比例弁(6)のスプール位置が位置センサ(11)により検出され、その検出結果に基づくフィードバック制御が行われるので、電磁比例弁(6)の制御ひいては作動油の流量の制御が極めて精度の高いものとなる。すなわち、印加される電流値に対するソレノイド(6b)の吸引力特性の非線形性、ヒステリシス、ばらつき等は、位置センサ(11)からの信号に基づくフィードバック制御によって完全に補正され、図４(a)に実線で示すように、流量制御における静特性が大幅に向上する。また、フィードバック制御であるから、オープン制御に比べてスプール(6a)の動作速度を格段に高くすることができ、これにより流量制御の応答性も向上する。
【００５０】
加えて、前記の流量制御モードにおいて、ポンプ(3)から吐出された作動油のうちの余剰のものは差圧補償弁(7)の機能により一定差圧でバイパスされ、このことで、ポンプ(3)の吐出圧を主機側の負荷に対して僅かに高い程度に留めることができるから、ポンプ(3)の運転負荷を軽減して、省エネルギ化を実現できる。
【００５１】
次に、主機の油圧シリンダがストロークエンドに達して、それ以上、移動しないようになると（前記図３の時刻ｔ１）、その後、ＰＱＳ弁(2)における下流側供給通路(5b)の圧力Ｐが徐々に上昇し、この圧力Ｐが圧力センサ(10)により検出されてコントローラ(12)にフィードバックされる。そして、その検出圧力Ｐが圧力指令値Ｐｉを超えると（図の時刻ｔ２）、コントローラ(12)のＰＱ選択部(12c)によって、圧力偏差演算部(12a)による演算値、即ち圧力偏差が選択され、この圧力偏差に基づいて、主機側への供給圧力Ｐが圧力指令値Ｐｉに一致するように、電磁比例弁(6)の開度がフィードバック制御されるようになる（圧力制御モード）。
【００５２】
その際、主機側への供給流量Ｑが直ちに零になるわけではなく、まず、供給位置にある電磁比例弁(6)のスプール(6a)が徐々に移動して作動油の通過断面積が絞られることにより、図示の如く作動油の供給流量Ｑが徐々に減少し（ｔ２〜ｔ３）、さらに該電磁比例弁(6)が停止位置に切り替わって、供給流量Ｑが零になる（ｔ３）。この間、作動油は油圧シリンダに供給され続けるから、供給流量Ｑが零になった時点で油圧シリンダの圧力（≒Ｐ）は最大になる。その後、電磁比例弁(6)のスプール(6a)がさらに移動して排出位置に切換えられ、油圧シリンダから作動油が排出されると、圧力Ｐが圧力指令値Ｐｉまで低下し、ここで整定する（ｔ４）。尚、実際には、主機油圧回路からの作動油の漏れに応じて、電磁比例弁(6)から主機側への作動油の供給及び停止が繰り返されることになる。
【００５３】
このような圧力制御モードにおいても前記の流量制御モードと同様に、フィードバック制御によって図４(b)に実線で示すように静特性が向上する。また、圧力制御モードにおいて前記の如く電磁比例弁(6)を排出位置に切換えることで、主機側への供給圧力Ｐの最低制御圧力（Ｐmin）をなくして、供給圧力Ｐを０点まで制御することができる。
【００５４】
したがって、この実施形態１に係るＰＱＳ弁(2)（液圧回路装置）によると、主機油圧回路(1)への作動油の供給流量を調整する電磁比例弁(6)に、主機側から作動油を排出可能な排出位置を追加するとともに、該電磁比例弁(6)の下流側の供給通路(5b)の圧力Ｐを検出する圧力センサ(10)と、電磁比例弁(6)のスプール位置を検出する位置センサ(11)とを設けて、それらセンサ(10)，(11)からの信号に基づいてスプール位置を制御することで、主機側への作動油の供給流量Ｑ及び供給圧力Ｐをフィードバック制御するようにしたので、その制御性、即ち、線形性やヒステリシス等の静特性及び応答性等の動特性を従来までと比べて大幅に向上できる。
【００５５】
これにより、前記ＰＱＳ弁(2)を例えば射出成形機に適用した場合には、成型品の形状や材料の相違に応じて幅広い成形条件に対応しながら、尚かつ高い再現性を得ることができ、もって成形品質の大幅な向上が実現できる。
【００５６】
また、前記の如く電磁比例弁(6)に排出位置を設けて、その開度を圧力センサ(10)からの信号に基づいてフィードバック制御するようにしているので、主機側への供給圧力Ｐについてその最低制御圧力Ｐminをなくして、ゼロ圧力までの制御が可能となり、これにより、射出成形機における低圧型締め工程等の要求にも十分に対応できる。
【００５７】
しかも、前記ＰＱＳ弁(2)の構成は、従来までの比例電磁式リリーフ弁付流量調整弁装置（図６参照）と比較しても、新たに圧力センサ(10)や位置センサ(11)が必要になる一方で、従来まで必要であった圧力比例弁(8)とそのための電流ドライバ回路(9)とが不要になるから、センサ(10,11)のコストアップは相殺される。
【００５８】
（実施形態２）
図５は、本願発明の実施形態２に係るＰＱＳ弁(20)（液圧回路装置）の構成を示す。このＰＱＳ弁(20)は、実施形態１のＰＱＳ弁(2)とは下流側パイロット通路(15)におけるオリフィスの構成が異なるのみで、それ以外の構成は前記実施形態１のものと同じなので、以下、同一部材には同一の符号を付してその説明は省略する。そして、この実施形態２のＰＱＳ弁(20)は、差圧補償弁(7)の開閉作動時にその弁体(7a)の動作に対して前記実施形態１と同様に適度なダンピングを付与しながら、弁体(7a)の閉作動速度だけはさらに高速化するようにしたものである。
【００５９】
すなわち、前記実施形態１のものでは、下流側パイロット通路(15)のオリフィス(17)は、安全弁(18)や差圧補償弁(7)とともにパイロット式リリーフ弁として機能するときの差圧発生源であると同時に、差圧補償弁(7)の弁体(7a)の動作に適度なダンピングを付与し、この弁体(7a)の動作を安定化するようにも働いているが、結果として、該差圧補償弁(7)の閉作動時に弁体(7a)の動作が遅くなってしまい、上述の如く、電磁比例弁(6)のスプール(6a)の動作速度を高めても、主機側への流量立上げの応答があまり高速化しない原因となる。
【００６０】
この点について詳しく説明すると、実施形態１のＰＱＳ弁(2)において、流量制御モードのときに主機側への作動油の供給流量を増やすためには、流量指令値Ｑｉを変更して電磁比例弁(6)の開度を増大させるとともに、ポンプ(3)から電磁比例弁(6)に向かう作動油の流量を増やす必要がある。このときには、まず、コントローラ(12)からの信号により供給位置にある電磁比例弁(6)の開度が増大され、そのことによって該電磁比例弁(6)の前後差圧が一時的に小さくなると、上流側及び下流側パイロット圧をそれぞれ受ける差圧補償弁(7)の弁体(7a)が閉じられることになる。
【００６１】
この際、下流側のパイロット通路(15)では作動油が差圧補償弁(7)に向かって流れることになるが、そもそも差圧補償弁(7)の弁体(7a)を閉じる力は、せいぜいスプリング(7b)の付勢力程度のものであるから、前記のようにオリフィス(17)によって作動油の流れが絞られていると、弁体(7a)の閉動作が遅れてしまい、ポンプ(3)から吐出される作動油を速やかに電磁比例弁(6)に振り向けることができなくなる。つまり、電磁比例弁(6)の開動作自体は高速化できても、そこから主機側への作動油の供給流量を狙い通り増大させることができないから、流量応答については改善の余地が残ることになる。
【００６２】
このような過渡的な現象を考慮して、この実施形態２のＰＱＳ弁(20)では、図示の如く、下流側パイロット通路(15)に、実施形態１のオリフィス(17)よりも作動油の通過断面積が大きい第１のオリフィス(21)と、この第１のオリフィス(21)よりも絞り度合いの強い、即ち通過断面積が小さい第２のオリフィス(22)とを直列に配設するとともに、その第２のオリフィス(22)をバイパスするバイパス通路(23)に、差圧補償弁(7)へ向かう作動油の流れを許容する一方、その逆の流れを阻止する逆止弁(24)を配設した。
【００６３】
より具体的に、前記第１のオリフィス(21)は、例えば直径約２ｍｍの円形断面を有するものであり、また、前記第２のオリフィス(22)は、前記実施形態１のオリフィス(17)と同じく直径約１ｍｍの円形断面を有するものである。そして、作動油が下流側パイロット通路(15)を差圧補償弁(7)から下流側供給通路(5b)に向かって流れるときには、その作動油の流れは第１及び第２の両方のオリフィス(21)，(22)により絞られて、特に第２のオリフィス(22)によって前記実施形態１の場合と同様の通過抵抗を受ける。一方、作動油が下流側パイロット通路(15)を差圧補償弁(7)に向かって流れるときには、その作動油の流れは相対的に絞り度合いの弱い第１のオリフィス(21)のみから通過抵抗を受けることになり、流れの通過速度は相対的に高くなる。
【００６４】
このことで、主機側への作動油の供給流量を増大させるために電磁比例弁(6)の開度を大きくしたときに、下流側パイロット通路(15)において差圧補償弁(7)へ向かって流れる作動油の流れが実施形態１のものよりも速くなり、その分、差圧補償弁(7)の弁体(7a)がより高速に閉動作するようになる。このため、電磁比例弁(6)の開作動に対する差圧補償弁(7)の閉作動の遅れが大幅に軽減され、ポンプ(3)から電磁比例弁(6)に向かう作動油の流量が直ちに増大することになるから、作動油の供給流量の増大時にその応答性をさらに高めることができる。
【００６５】
しかも、差圧補償弁(7)の弁体(7a)が開作動するときには、下流側パイロット通路(15)を通過する作動油が第１及び第２のオリフィス(21)，(22)から相対的に大きな通過抵抗を受けることになるので、該弁体(7a)の動作に対して適度なダンピングが付与されることは前記実施形態１と同様である。
【００６６】
また、主機側への作動油の供給流量を減らすときには、コントローラ(12)により電磁比例弁(6)の開度を小さくなるように制御するが、このときには該電磁比例弁(6)の上流側の油圧が急激に高くなり、分岐路(14)を介して差圧補償弁(7)の弁体(7a)に作用することになる。このときには、弁体(7a)の開作動に伴い下流側パイロット通路(15)において作動油が差圧補償弁(7)から下流側供給通路(5b)に向かって流れ、この作動油の流れが第１及び第２の両方のオリフィス(21)，(22)から通過抵抗を受けることになるが、前記の如く弁体(7a)に対して極めて高い上流側パイロット圧が作用しているから、この弁体(7a)の開動作は十分に高速なものとなり、結局、供給流量の減少時には応答遅れが問題となることはない。
【００６７】
したがって、この実施形態２に係るＰＱＳ弁(20)によれば、前記実施形態１のものと同様の作用効果が得られるとともに、下流側パイロット通路(15)に配設した２つのオリフィス(21)，(22)と逆止弁(24)とによって、差圧補償弁(7)の動作の安定性を確保しながら、その弁体(7a)の閉動作をさらに高速化することができ、これにより、主機側への作動油の供給流量を増加させるときにもその応答性を十分に高くすることができる。
【００６８】
このことで、射出成形機に適用した場合には従来までと比べて薄肉の成型品の成形が容易になり、その上に成形サイクルの短縮によりコスト低減が図られる。この点について、射出成形による薄肉成型品は、射出された樹脂が金型内部に行き渡る途中で冷えて固まってしまうことがあり、このことを防ぐために特に高速の流量立ち上げ応答が要求されるから、この実施形態に係るＰＱＳ弁のように応答性を向上できることが特に有効なものとなる。
【００６９】
（他の実施形態）
本発明は前記実施形態１、２の構成に限定されるものではなく、その他の種々の実構成を包含するものである。すなわち、前記実施形態１、２では、いずれも本願発明に係る液圧回路装置を１個のＰＱＳ弁(2,20)としているが、本願発明の液圧回路を必ずしも一体型複合弁として構成する必要はない。また、主機は、射出成形機に限らず、液圧シリンダや液圧モータ等の液圧アクチュエータを有する種々の機械装置に適用可能である。
【００７０】
また、コントローラの構成も前記各実施形態のデジタルコントローラ(12)に限定されることはなく、例えば、コンパレータやオペアンプ等を用いて同様の機能を有するアナログコントローラを構成してもよい。
【００７１】
さらに、本発明の電磁比例弁は、前記各実施形態のものに限定されず、Ａポート、Ｐポート及びＴポートを有する電気的に絞り量の可変な絞り弁であればよい。すなわち、スプール(6a)をソレノイド(6b)で直接に押圧する直動タイプであっても、また、小型のパイロット弁でスプールを間接的に動作させるパイロット式であってもよい。さらに、パイロット式の場合、パイロット弁として比例弁を用いるタイプとノズルフラッパ等のサーボ弁を使用するタイプのいずれでもよい。また、本発明は、スプール位置のセンサを設けているので、電磁比例弁(6)をサーボ弁と読み替えることも一般的である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施形態１に係るＰＱＳ弁の構成を示す図である。
【図２】電磁比例弁が供給位置にあるときの図１相当図である。
【図３】射出成形機の型締めシリンダを動作させるときの作動油の供給流量及び供給圧力の変化を示すタイムチャート図である。
【図４】電磁比例弁に入力する制御信号（電流値）と作動油の供給流量ないし供給圧力との相関関係を、従来例と対比して示す特性図である。
【図５】実施形態２に係る図１相当図である。
【図６】従来の液圧回路装置の一例を示す図１相当図である。
【符号の説明】
【００７３】
１            主機油圧回路
２            ＰＱＳ弁（液圧回路装置）
５            供給通路
５ａ          上流側供給通路
５ｂ          下流側供給通路
６            電磁比例弁
６ａ          スプール
６ｂ          ソレノイド
７            差圧補償弁
７ａ          弁体
７ｂ          スプリング（ばね部材）
１０          圧力センサ
１１          位置センサ（位置センサ）
１２          コントローラ
１２ａ        圧力偏差演算部
１２ｂ        流量偏差演算部
１２ｃ        ＰＱ選択部
１２ｄ        電流ドライバ
１５          下流側パイロット通路
１７，２１，２２    オリフィス
２３          バイパス通路
２４          逆止弁
【図１】
2006132783.tif 000003
【図２】
2006132783.tif 000004
【図３】
2006132783.tif 000005
【図４】
2006132783.tif 000006
【図５】
2006132783.tif 000007
【図６】
2006132783.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成18年2月15日(2006.2.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定容量形ポンプ(3)から液圧アクチュエータへの作動液の供給通路(5)に、作動液の供給流量を調整する電磁比例弁(6)を介設するとともに、該電磁比例弁(6)の上流側及び下流側からそれぞれパイロット圧を受けて、それらの差圧が一定になるよう上流側の供給通路(5a)からタンク(4)に作動液をバイパスさせる差圧補償弁(7)を設けた液圧回路装置(2,20)において、
前記電磁比例弁(6)は、アクチュエータに作動液を供給する供給位置のほかに、該アクチュエータから作動液を排出する排出位置を少なくとも有し、
前記電磁比例弁(6)の下流側から前記差圧補償弁(7)にパイロット圧を導く下流側のパイロット通路(15)には、作動液の流れを絞るオリフィス(17)が配設され、
前記下流側の供給通路(5b)の作動液圧を検出して電気信号を出力する圧力センサ(10)と、
前記電磁比例弁(6)のスプール位置を検出して電気信号を出力する位置センサ(11)と、
前記圧力センサ(10)及び位置センサ(11)から出力される信号をそれぞれ受けて、前記アクチュエータへの作動液の供給流量ないし供給液圧が制御指令値になるように、前記電磁比例弁(6)の開度をフィードバック制御するコントローラ(12)とを備え、
該コントローラ(12)は、前記下流側供給通路(5b)の供給流量を制御するときには前記電磁比例弁(6)を供給位置とし、その開度を調整する一方、下流側供給通路(5b)の供給液圧を制御するときには電磁比例弁(6)を供給位置と排出位置とに切換えるように構成されていることを特徴とする液圧回路装置。
【請求項２】
請求項１の液圧回路装置(2,20)において、
コントローラ(12)は、
位置センサ(11)からの信号に基づいてアクチュエータへの作動液の実供給流量を求めるとともに、この実供給流量を流量指令値から減算して流量偏差を演算する流量偏差演算部(12b)と、
圧力センサ(10)からの信号に基づいてアクチュエータへの作動液の実供給液圧を求めるとともに、この実供給液圧を圧力指令値から減算して圧力偏差を演算する圧力偏差演算部(12a)と、
前記流量偏差及び圧力偏差のうちの値の小さい方の偏差を選択し、この選択した偏差に基づいて電磁比例弁(6)の目標スプール位置を演算するＰＱ選択部(12c)と、
前記ＰＱ選択部(12c)により演算された目標位置になるように、電磁比例弁(6)のスプール(6a)のソレノイド(6b)に電流を印加する電流ドライバ(12d)とを備えていることを特徴とする液圧回路装置。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれかの液圧回路装置(2,20)において、
差圧補償弁(7)は、その弁体(7a)を閉じる側に付勢するばね部材(7b)を有し、該弁体(7a)が閉じる側に電磁比例弁(6)の下流側からのパイロット圧を受ける一方、弁体(7a)が開く側に電磁比例弁(6)の上流側からのパイロット圧を受けており、
前記電磁比例弁(6)の下流側から差圧補償弁(7)にパイロット圧を導く下流側のパイロット通路(15)には、オリフィス(17)と差圧補償弁(7)との間にパイロットリリーフ弁(18)が接続されていることを特徴とする液圧回路装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば射出成形機のような機械装置の液圧アクチュエータを駆動するための液圧回路装置に関し、特に、該アクチュエータの動作速度及び作動力を適正に制御するための作動液の流量及び圧力制御の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の液圧回路装置として、アクチュエータへの作動油の供給流量を制御するための電磁比例弁（以下、単に流量比例弁ともいう）と圧力を調整するための電磁比例弁（以下、単に圧力比例弁ともいう）とを内蔵し、それぞれの比例弁を専用のドライバ回路により制御するようにした電磁比例式リリーフ弁付流量調整弁装置がある。
【０００３】
このものでは、図６に一例を示すように、主機油圧回路(1)の油圧アクチュエータへの作動油の供給通路(5)に流量比例弁(6)が介設され、この流量比例弁(6)の下流側のＡポートに前記アクチュエータが接続される一方、上流側のＰポートには例えば定容量型ポンプ(3)が接続される。また、前記流量比例弁(6)の上流側及び下流側からそれぞれパイロット圧を受けて、それらの差圧が略一定になるように上流側の供給通路(5a)から作動油をＴポートにバイパスさせる差圧補償弁(7)が設けられている。
【０００４】
さらに、前記差圧補償弁(7)に対して流量比例弁(6)の下流側からパイロット圧を導く下流側のパイロット通路(15)にはオリフィス(17)が設けられていて、該オリフィス(17)と差圧補償弁(7)との間のパイロット通路(15)には、そこから作動油をリリーフさせて下流側のパイロット圧を調整する圧力比例弁(8)が接続されている。そして、前記流量比例弁(6)及び圧力比例弁(8)の開度がそれぞれ別個の電流ドライバ(9,9)により制御されるようになっている。
【０００５】
このような構成の従来の流量圧力調整弁装置の作動は、アクチュエータの動作状態に応じて自動的に流量制御モードと圧力制御モードとに切り替わる。すなわち、例えば、主機の油圧シリンダに作動油を供給する場合について説明すると、該油圧シリンダがストロークするときには、流量比例弁(6)の前後差圧が差圧補償弁(7)により略一定に維持された状態で、該流量比例弁(6)の開度を制御することにより、油圧シリンダへの供給油量を調整してその動作速度を制御することができる（流量制御モード）。この際、ポンプ(3)から吐出された作動油はＰポート、流量比例弁(6)、Ａポートを介して油圧シリンダに供給されるとともに、余剰の作動油は差圧補償弁(7)からＴポートを介して油タンク(4)にバイパスされる。
【０００６】
そして、シリンダがストロークエンドに達すると、負荷の急激な増大に伴い下流側の供給通路(5b)の油圧が高まり、この油圧力が圧力比例弁(8)の設定圧力を超えると、該圧力比例弁(8)と差圧補償弁(7)とオリフィス(17)とがいわゆるパイロット式電磁比例リリーフ弁として機能して、それ以上の油圧の増大が阻止される。その際、前記下流側パイロット通路(15)のパイロット圧は、圧力比例弁(8)のリリーフ圧の制御によって変更でき、これにより差圧補償弁(7)のリリーフ圧を変更して、ポンプ(3)の吐出圧ひいては油圧シリンダへの供給圧力を制御することができる（圧力制御モード）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、前記のような従来の流量圧力調整弁装置の場合、アクチュエータへの作動油の供給流量及び圧力がいずれも電磁弁(6,8)のソレノイドの特性をそのまま反映したものとなるから、電流ドライバ(9)からの出力電流値に対する作動油の流量や圧力の変化は非線形でヒステリシスを有するものとなる（図４の破線のグラフを参照）。このため、作動油の流量及び圧力の制御において十分な精度を得ることが困難であり、また、電気センサを使用しないオープン制御のため、指令値の変化に対する応答速度をあまり高くすることができないという問題がある。
【０００８】
さらに、特に作動油の供給圧力の制御については、圧力比例弁(8)への電流値をゼロまで下げたとしても、差圧補償弁(7)のリリーフ圧は、ばね部材の付勢力に相当する所定圧までしか下がらないから、アクチュエータへの供給圧は前記所定圧よりも低くすることはできない。言い換えると、従来例の構造では、リリーフ弁による圧力制御のため供給油圧の最低制御圧力が発生し、これ以下の低圧での圧力制御ができなかった。この点について、例えば射出成形機では金型の保護のために設定される低圧型締め工程があり、低圧での圧力制御についても非常に改善が望まれている。
【０００９】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、液圧アクチュエータへの作動液の供給通路(5)に電磁比例弁(6)を設けて、作動液の供給流量及び圧力を制御するようにした液圧回路装置(2,20)において、その制御精度や応答性を改善するとともに、特に供給液圧についてはその最低制御圧力をなくして制御範囲をゼロ圧力まで拡大することにあり、加えて、コストアップを抑制できる弁構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明の液圧回路装置(2,20)は、アクチュエータへの作動液の供給流量を調整する電磁比例弁(6)に、該アクチュエータから作動液を排出する排出位置を追加するとともに、その電磁比例弁(6)の下流側の供給通路(5b)の作動液圧を検出する圧力センサ(10)と、電磁比例弁(6)のスプール位置を検出する位置センサ(11)とを設け、それらのセンサからの出力信号に基づいて電磁比例弁(6)のスプール位置をフィードバック制御するようにした。
【００１１】
具体的に、請求項１の発明では、固定容量形ポンプ(3)から液圧アクチュエータへの作動液の供給通路(5)に、作動液の供給流量を調整する電磁比例弁(6)を介設するとともに、該電磁比例弁(6)の上流側及び下流側からそれぞれパイロット圧を受けて、それらの差圧が一定になるように上流側の供給通路(5a)からタンク(4)に作動液をバイパスさせる差圧補償弁(7)を設けた液圧回路装置(2,20)を前提とする。そして、前記電磁比例弁(6)を、アクチュエータに作動液を供給する供給位置のほかに、該アクチュエータから作動液を排出する排出位置を少なくとも有するものとし、その電磁比例弁(6)の下流側から差圧補償弁(7)にパイロット圧を導く下流側のパイロット通路(15)には、作動液の流れを絞るオリフィス(17)を配設するとともに、当該下流側の供給通路(5b)の作動液圧を検出して電気信号を出力する圧力センサ(10)と、前記電磁比例弁(6)のスプール位置を検出して電気信号を出力する位置センサ(11)と、前記圧力センサ(10)及び位置センサ(11)から出力される信号をそれぞれ受けて、前記アクチュエータへの作動液の供給流量ないし供給液圧が制御指令値になるように、前記電磁比例弁(6)の開度をフィードバック制御するコントローラ(12)とを備える。
【００１２】
そうして、前記コントローラ(12)は、前記下流側供給通路(5b)の供給流量を制御するときには前記電磁比例弁(6)を供給位置とし、その開度を調整する一方、下流側供給通路(5b)の供給液圧を制御するときには電磁比例弁(6)を供給位置と排出位置とに切換えるように構成する。
【００１３】
この構成によれば、アクチュエータの動作中に、電磁比例弁(6)の前後差圧が差圧補償弁(7)の機能により略一定に維持された状態で、コントローラ(12)により該電磁比例弁(6)のスプール位置が制御され、これによりアクチュエータへの供給流量が制御される（流量制御モード）。その際、電磁比例弁(6)の実際のスプール位置が位置センサ(11)により検出され、その検出結果に基づくフィードバック制御が行われるので、作動液の流量制御は精度、応答性ともに非常に改善される。また、フィードバック制御によってソレノイドの非線形特性を見かけ上、吸収することができるので、作動液の流量制御の特性を線形化しかつヒステリシスをなくすことができる。
【００１４】
一方、アクチュエータがストロークエンドに達して殆ど動作しない状態になれば、その負荷の増大に伴い下流側の供給通路(5b)の液圧が増大し、そのことが圧力センサ(10)により検出されて、この検出値に応じてコントローラ(12)により電磁比例弁(6)のフィードバック制御が行われる。すなわち、電磁比例弁(6)が供給位置にあるときには、圧力センサ(10)による検出値と圧力指令値との偏差に基づいて電磁比例弁(6)の開度（スプール位置）の制御により供給流量を調整する一方、電磁比例弁(6)が排出位置にあるときには下流側の供給通路(5b)からの排出量を調整し、そうして電磁比例弁(6)を供給位置と排出位置とに切換えることにより、最終的には該下流側供給通路(5b)の液圧が圧力指令値を維持できるように、スプール位置を制御する。このような圧力制御モードにおいても前記の流量制御モードと同様に、フィードバック制御によって制御精度、応答性、ソレノイドの非線形特性等の改善が図られる。また、前記のように電磁比例弁(6)を排出位置に切換えて、アクチュエータから作動液を排出することで、該アクチュエータへの供給液圧をゼロにまで低下させることができる。
【００１５】
さらに、前記流量制御モード及び圧力制御モードにおいてそれぞれ前記電磁比例弁(6)の前後差圧に応じて差圧補償弁(7)が開閉動作するときには、下流側パイロット通路(15)における作動液の流れがオリフィス(17)から通過抵抗を受けることで、前記弁体(7a)の動作に適度なダンピングが付与されて、安定化が図られる。
【００１６】
加えて、前記の構成によれば、従来までの構成と比べて、新たに圧力センサ(10)や位置センサ(11)が必要になる一方で、圧力比例弁(8)とそのための電流ドライバ回路が不要になるので、電気センサを採用することによるコストアップは相殺される。
【００１７】
請求項２の発明では、液圧回路装置(2,20)のコントローラ(12)として、位置センサ(11)からの信号に基づいてアクチュエータへの作動液の実供給流量を求めるとともに、この実供給流量を流量指令値から減算して流量偏差を演算する流量偏差演算部(12b)と、圧力センサ(10)からの信号に基づいてアクチュエータへの作動液の実供給液圧を求めるとともに、この実供給液圧を圧力指令値から減算して圧力偏差を演算する圧力偏差演算部(12a)と、前記流量偏差及び圧力偏差のうちの値の小さい方の偏差を選択し、この選択した偏差に基づいて電磁比例弁(6)の目標スプール位置を演算するＰＱ選択部(12c)と、前記ＰＱ選択部(12c)により演算された目標位置になるように電磁比例弁(6)のスプール(6a)のソレノイド(6b)に電流を印加する電流ドライバ(12d)とを備える構成とする。
【００１８】
この構成では、流量偏差演算部(12b)により作動液の実供給流量と流量指令値との間の流量偏差が演算されるとともに、圧力偏差演算部(12a)により作動液の実供給液圧と圧力指令値との間の圧力偏差が演算される。そして、その実供給流量ないし実供給液圧が制御指令値を超えたときには、より大きく超えた方が、また、いずれも指令値以下ならば、より指令値に近い方がＰＱ選択部(12c)により選択される。すなわち、ＰＱ選択部(12c)は、圧力ないし流量の指令値を超えることが危険な状態であると判断し、その危険の度合いを流量及び圧力のそれぞれの偏差から判断して、より危険の度合いの大きい方の偏差を選択することにより、請求項１の発明の作用効果を実現するものである。
【００１９】
請求項３の発明では、液圧回路装置(2,20)の差圧補償弁(7)を、その弁体(7a)を閉じる側に付勢するばね部材(7b)を有し、該弁体(7a)が閉じる側に電磁比例弁(6)の下流側からのパイロット圧を受ける一方、弁体(7a)が開く側に電磁比例弁(6)の上流側からのパイロット圧を受けるものとする。そして、前記電磁比例弁(6)の下流側から差圧補償弁(7)にパイロット圧を導く下流側のパイロット通路(15)には、オリフィス(17)と差圧補償弁(7)との間にパイロットリリーフ弁(18)を接続する構成とする。
【００２０】
この構成では、仮に、電磁比例弁(6)のスプール(6a)がコントローラ（12)の電気的故障や作動液のゴミ等により供給位置のままで動かなくなったとしても、下流側供給通路(5b)の液圧がパイロットリリーフ弁(18)の設定圧を超えたときには、パイロットリリーフ弁(18)と差圧補償弁(7)とオリフィス(17)とがいわゆるパイロット式リリーフ弁として機能して、前記下流側供給通路(5b)における液圧の増大が阻止される。
【００２１】
ところで、前記のようにパイロット通路(15)にオリフィス(17)を配設して作動液の流れを制限すると、そのことが差圧補償弁(7)の弁体(7a)の動作速度を低下させることになるので、アクチュエータへの作動液の供給流量を増大させるときに応答性の低下を招くことがある。すなわち、アクチュエータへの作動液の供給流量を増やすために電磁比例弁(6)の開度を大きくすると、そのことによって該電磁比例弁(6)の前後差圧が一時的に小さくなり、差圧補償弁(7)の弁体(7a)が閉じられることになる。このときには下流側のパイロット通路(15)において差圧補償弁(7)に向かって作動液が流れ、該差圧補償弁(7)の弁体(7a)を閉じる側に移動させることになるのだが、そもそも弁体(7a)を閉じようとする力はばね部材(7b)の付勢力程度のものであり、その上に前記のように作動液の流れがオリフィス(17)によって制限されると、差圧補償弁(7)の弁体(7a)の閉動作が遅れてしまい、このことで、電磁比例弁(6)への供給流量の増大に応答遅れが生じるのである。
【００２２】
このような過渡的な現象を考慮した場合に好ましいのは、前記請求項３の発明の液圧回路装置(20)において、下流側のパイロット通路(15)に、第１のオリフィス(21)とそれよりも絞り度合いの強い第２のオリフィス(22)とを直列に配置するとともに、該第２のオリフィス(22)をバイパスする通路(23)に、差圧補償弁(7)へ向かう作動液の流れを許容する一方、その逆の流れを阻止する逆止弁(24)を配設することである。
【００２３】
この構成では、例えば、アクチュエータへの作動液の供給流量を増大させるために、電磁比例弁(6)の開度を大きくしたときには、下流側パイロット通路(15)において作動液が差圧補償弁(7)へ向かって流れることになるが、この作動液の流れは、絞り度合いの小さい第１のオリフィス(21)を通過するものの、絞り度合いの強い第２のオリフィス(22)はバイパスすることになるから、通過抵抗を相対的に小さくして差圧補償弁(7)の弁体(7a)を速やかに閉じることが可能になり、これにより、アクチュエータへの作動液の供給流量を速やかに増大させることができる。
【００２４】
一方、アクチュエータへの作動液の供給流量を減らすときには、電磁比例弁(6)の開度を小さくすることになるが、このときには該電磁比例弁(6)の上流側の液圧は急激に高くなり、極めて高い液圧が差圧補償弁(7)の弁体(7a)に作用し、この弁体(7a)を開作動させることになる。この際、下流側パイロット通路(15)では差圧補償弁(7)から下流側供給通路(5b)に向かって作動液が流れ、この流れは前記第１及び第２の両方のオリフィス(21,22)から通過抵抗を受けることになる。しかし、前記のように差圧補償弁(7)の弁体(7a)に極めて高い上流側のパイロット圧が作用しているので、下流側パイロット通路(15)において作動液の流れが制限されていても、差圧補償弁(7)の弁体(7a)は十分に速く開作動され、結局、供給流量の減少時には応答遅れが問題となることはなく、むしろ、下流側パイロット通路(15)の流れが第２のオリフィス(22)により十分に絞られることで、差圧補償弁(7)の安定動作が保たれるのである。
【００２５】
つまり、下流側パイロット通路(15)に配設したオリフィス(21,22)によって、差圧補償弁(7)の弁体(7a)開動作は応答性を損なわない程度に制限して安定性を確保し、一方、その弁体(7a)の閉動作は制限しないで応答性を確保することができ、これにより、アクチュエータへの作動液の供給流量の安定性と応答性とをより高いレベルで両立することができる。
【００２６】
前記液圧アクチュエータは、射出成形機を駆動するためのものとして好適である。すなわち、一般的に、射出成形機のアクチュエータの場合、成型品の形状や材料の相違に応じて幅広い成形条件に対応しながら、尚かつ高い再現性が求められるものであるから、本発明の液圧回路装置(2,20)によって、アクチュエータの動作速度及び作動力の制御の精度を向上できることが極めて有効であり、このことで、成形品質の大幅な向上を実現できる。
【００２７】
また、本発明によれば、アクチュエータへの作動液の供給圧力をゼロまで下げて制御することができるので、射出成形機における低圧型締め工程での要求にも十分に対応でき、加えて、作動液の供給流量を応答性良く増大できることで、射出成形機による薄肉の成形品の成形が容易になり、その上さらに成形サイクルの短縮も可能になるから、このような観点からも本発明の作用効果は極めて有効なものとなる。
【発明の効果】
【００２８】
以上、説明したように、請求項１の発明に係る液圧回路装置(2,20)によると、液圧アクチュエータへの作動液の供給通路(5)に電磁比例弁(6)を介設するとともに、該電磁比例弁(6)の上流側及び下流側からそれぞれパイロット圧を受けて、それらの差圧が一定になるように上流側の供給通路(5a)から作動液をバイパスさせる差圧補償弁(7)を設ける場合に、前記電磁比例弁(6)に、アクチュエータから作動液を排出する排出位置を追加するとともに、該電磁比例弁(6)の下流側の供給通路(5b)の作動液圧を検出する圧力センサ(10)と、電磁比例弁(6)のスプール位置を検出する位置センサ(11)とを設け、それらのセンサからの出力信号に基づいて電磁比例弁(6)のスプール位置（開度）をフィードバック制御するようにしたので、作動液の供給流量及び圧力の制御を極めて高精度のものとすることができる。
【００２９】
しかも、フィードバック制御によってソレノイドの非線形特性を見かけ上、打ち消すことができるので、作動液の供給流量及び圧力の制御特性を線形化でき、さらに、電磁比例弁(6)の開閉速度を従来よりも高くして、流量応答性も改善できる。また、電磁比例弁(6)を排出位置に切換えれば、アクチュエータから作動液を排出することもできるから、制御圧をゼロまで下げて制御不能領域をなくすことができる。
【００３０】
従って、例えば射出成形機に適用した場合には、サイクルタイムの短縮により生産性を向上できるとともに、成形品質の大幅な向上を実現でき、また、薄肉の成型品の成形が容易になり、さらに、低圧型締め工程での要求にも十分に対応可能となる。
【００３１】
加えて、従来まで必要だった圧力比例弁(8)とそのための電流ドライバ回路が不要になるから、センサの追加によるコストアップは相殺される。
【００３２】
請求項２の発明によると、液圧回路装置(2,20)のコントローラ(12)に設けた流量偏差演算部(12b)、圧力偏差演算部(12a)、ＰＱ選択部(12c)等により、作動液の実際の供給状態に応じて電磁比例弁(6)のフィードバック制御を行い、請求項１の発明の効果を十分に得ることができる。
【００３３】
請求項３の発明によると、液圧回路装置(2,20)の差圧補償弁(7)に対して電磁比例弁(6)の下流側からパイロット圧を導く下流側のパイロット通路(15)に、パイロットリリーフ弁(18)を設けたので、コントローラ(12)や電磁比例弁(6)の万一の故障時にも十分な安全性が得られる。
【００３４】
尚、前記請求項３の発明のオリフィスとして、互いに絞り度合いの異なる第１及び第２のオリフィス(21,22)を直列に配置し、そのうちの絞り度合いの強い第２のオリフィス(22)をバイパスする通路(23)に逆止弁(24)を配設すれば、差圧補償弁(7)の動作の安定性を確保しながら、その弁体(7a)の閉動作を高速化して、アクチュエータへの作動液の供給量を増大させるときにその流量応答性をより一層、向上できる。
【００３５】
また、液圧アクチュエータが射出成形機を駆動するためのものである場合に、本発明の液圧回路装置(2,20)によってその作動速度及び作動力の制御性を向上できることが極めて有効なものとなり、このことで、成形品質の大幅な向上を実現できる。特に、作動液の供給流量の応答性を向上できることと制御圧をゼロまで下げられることとが相俟って、低圧型締め工程での要求にも十分に対応可能となり、かつコスト低減も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明に係る液圧回路装置を、射出成形機等の油圧（液圧）シリンダを駆動するサーボ弁装置に適用した実施形態について、図面に基いて説明する。
【００３７】
（実施形態１）
図１は、射出成形機等の主機の油圧回路(1)に接続されて、図示しない油圧シリンダ等のアクチュエータへ作動油を供給するとともに、その供給流量Ｑ及び供給圧力Ｐを調整して、該アクチュエータの動作速度及び作動力を制御する圧力流量サーボ弁装置(2)（以下、ＰＱＳ弁という）を示す。このＰＱＳ弁(2)には、主機油圧回路(1)へ接続されるＡポートと、固定容量型ポンプ(3)に接続されるＰポートと、それぞれ油タンク(4)に接続されるＴポート及びＹポートとが設けられていて、ＰポートからＡポートに至る作動油の供給通路(5)の途中にその供給流量を調整する電磁比例弁(6)が介設されるとともに、該電磁比例弁(6)の上流側(5a)及び下流側(5b)の供給通路からそれぞれパイロット圧を受けて、それらの差圧が略一定になるように上流側の供給通路(5a)から油タンク(4)へ作動油をバイパスさせる差圧補償弁(7)が配設されている。
【００３８】
また、このＰＱＳ弁(2)には、電磁比例弁(6)よりも下流側の供給通路(5b)の作動油圧Ｐを検出して電気信号を出力する圧力センサ(10)と、電磁比例弁(6)のスプール(6a)の位置を検出して電気信号を出力する位置センサ(11)とが配設されており、さらに、それらの各センサ(10)，(11)から出力される信号を受けて、主機油圧回路(1)へ供給する作動油の供給流量Ｑ及び供給圧力Ｐが各々指令値Ｑｉ，Ｐｉになるように、前記電磁比例弁(6)のスプール(6a)の位置、即ち電磁比例弁(6)の開度をフィードバック制御するコントローラ(12)が配設されている。
【００３９】
詳しくは、前記電磁比例弁(6)は、コントローラ(12)からの制御信号（電流）によってソレノイド(6b)が作動し、スプリング(6c)による押圧付勢力に抗してスプール(6a)の位置が制御されて、主機側へ作動油を供給する供給位置と、主機側から作動油を排出する排出位置と、その作動油の給排を停止する停止位置との何れかに切換えられるとともに、該供給位置又は排出位置においては作動油の通過断面積を連続的に制御するように構成されている。そして、図示の如く、電磁比例弁(6)のスプール(6a)はスプリング(6c)により排出位置に向かうよう図の右側に押圧付勢されており、この排出位置においては、電磁比例弁(6)は、上流側の供給通路(5a)を閉止するとともに、下流側の供給通路(5b)を排出通路(13)に連通させて、主機側の作動油を油タンク(4)に戻すようになる。この際、スプール(6a)の位置の連続的な変化により戻り油の通過断面積が連続的に制御される。
【００４０】
また、図２に示すように、ソレノイド(6b)の作動によってスプール(6a)がスプリング(6c)による付勢力に抗して図の左側に移動して、供給位置になると、電磁比例弁(6)は、排出通路(13)を閉止するとともに、供給通路(5)の上流側及び下流側を連通させて、ポンプ(3)から吐出される作動油を主機側に供給するようになる。この際、スプール(6a)の位置の連続的な変化により作動油の通過断面積も連続的に変化されて、ポンプ(3)から主機側への作動油の供給流量Ｑが連続的に制御される。さらに、スプール(6a)が前記供給位置及び排出位置の中間の停止位置にあるときには、電磁比例弁(6)は、供給通路(5)の上流側及び下流側、並びに排出通路(13)をそれぞれ閉止するようになる。
【００４１】
そして、前記電磁比例弁(6)への位置センサ(11)の取り付けは、該電磁比例弁(6)のスプール(6a)が中央の停止位置にあるときにセンサ出力がゼロになり、スプール(6a)が図の右側の供給位置にあるときには、該スプール(6a)の位置の変化により作動油の通過断面積が大きくなるに従って、正値のセンサ出力が増大するように、一方、スプール(6a)が図の左側の排出位置にあるときには、該スプール(6a)の位置の変化により作動油の通過断面積が大きくなるに従って、負値のセンサ出力が減少するようになっている。
【００４２】
前記差圧補償弁(7)は、ポペット等からなる弁体(7a)がスプリング(7b)（ばね部材）により閉じる側に付勢されているリリーフ弁であって、上流側の供給通路(5a)から分岐する分岐路(14)に、この分岐路(14)を前記排出通路(13)に対してバイパスできるように配設されている。すなわち、差圧補償弁(7)の弁体(7a)には、下流側の供給通路(5b)から分岐する下流側のパイロット通路(15)がスプリング(7b)と同じ側に接続されていて、その下流側のパイロット圧を弁体(7a)の閉じる側に受ける一方、反対側には、前記分岐路(14)を介して上流側供給通路(5a)の油圧（上流側パイロット圧）を弁体(7a)の開く側に受けている。
【００４３】
そして、前記差圧補償弁(7)は、上流側パイロット圧により弁体(7a)に作用する押圧力が、下流側パイロット圧により弁体(7a)に作用する押圧力に比べてスプリング(7b)の付勢力よりも大きくなったときに開作動し、分岐路(14)を介して上流側供給通路(5a)の作動油を排出通路(13)にバイパスさせる。これにより上流側パイロット圧が低下すれば、弁体(7a)が閉じて作動油のバイパスが中断し、再び上流側パイロット圧が上昇する。そして、このような弁体(7a)の開閉動作が繰り返されることにより、電磁比例弁(6)の前後差圧が略一定に維持される。このように電磁比例弁(6)の前後差圧が一定に補償されることで、上流側供給通路(5a)から下流側供給通路(5b)へ連通する電磁比例弁(6)の開度、即ち作動油の通過断面積に対応するスプール位置が実供給流量と一定の対応関係を持つことになり、このことで、スプール位置に基づいて実供給流量を求めることが可能になる。
【００４４】
前記下流側パイロット通路(15)には、作動油の流れを絞るオリフィス(17)が配設されるとともに、このオリフィス(17)と差圧補償弁(7)との中間に分岐路(15a)が接続され、この分岐路(15a)に安全弁(18)（パイロットリリーフ弁）が配設されている。該安全弁(18)は、分岐路(15a)の油圧がスプリングの設定圧よりも高くなったときに開作動し、分岐路(15a)を介して下流側パイロット通路(15)の油圧をリリーフさせるものであって、これによりオリフィス(17)の前後差圧が発生し、下流側パイロット通路(15)の油圧が低下して差圧補償弁(7)が開作動される。そして、その差圧補償弁(7)の開作動により、供給通路(5)の作動油がＴポートから油タンク(4)に排出される。つまり、前記差圧補償弁(7)は、供給通路(5)の油圧力が過度に上昇したときに安全弁(18)と協動して、いわゆるパイロット式リリーフ弁として油圧を開放する機能も有している。
【００４５】
また、前記オリフィス(17)は、例えば直径約１ｍｍの円形断面を有するものであり、下流側パイロット通路(15)における作動油の流れを絞って通過抵抗を与えることにより、差圧補償弁(7)の弁体(7a)の開閉動作に適度なダンピングを付与して、該差圧補償弁(7)の動作を安定化させ、これにより、供給通路(5)における作動油の流量や圧力の振動現象を抑制する機能も有している。
【００４６】
前記コントローラ(12)は、図示しないメモリに電子的に格納されている制御プログラムをＣＰＵにより所定の時間間隔で読み出して実行するデジタルコントローラであって、圧力センサ(10)からの信号に基づいて、主機側への作動油の実際の供給圧力Ｐ（実供給圧力）を求め、これを圧力指令値Ｐｉ（目標圧力）から減算して圧力偏差を演算する圧力偏差演算部(12a)と、同様に、位置センサ(11)からの信号に基づいて、主機側への作動油の実際の供給流量Ｑ（実供給流量）を求め、これを流量指令値Ｑｉ（目標流量）から減算して流量偏差を演算する流量偏差演算部(12b)とを備えている。言い換えると、コントローラ(12)のメモリには、前記圧力偏差演算部(12a)及び流量偏差演算部(12b)の機能をソフトウエア的に実現する制御プログラムが格納されている。
【００４７】
また、前記コントローラ(12)には、前記圧力偏差演算部(12a)及び流量偏差演算部(12b)によりそれぞれ演算された圧力偏差及び流量偏差を対比して、それらのうちの値の小さい方を選択し、この選択した偏差に基づいていわゆるＰＩＤ制御則により電磁比例弁(6)の目標開度、即ちスプール(6a)の位置を演算するＰＱ選択部(12c)が設けられている。そして、このＰＱ選択部(12c)からの出力を受けた電流ドライバ回路(12d)から電磁比例弁(6)のソレノイド(6b)に対して、該電磁比例弁(6)の目標開度に移動するための電流が印加されるようになっている。
【００４８】
尚、前記ＰＱ選択部(12c)による演算処理もメモリに格納された制御プログラムの実行により実現されるものであり、圧力偏差と流量偏差のうち、値の小さい方を選択するようになっている。具体的には、圧力偏差及び流量偏差がいずれも正の値ならば、絶対値の小さな方を選択し、また、それらの両偏差の何れか一方が正の値でかつ他方が負の値ならば、負の値の方を選択する。さらに、圧力偏差及び流量偏差がいずれも負の値ならば、絶対値の大きな方を選択する。言い換えると、前記ＰＱ選択部(12c)の制御ロジックは、実供給流量Ｑや実供給圧力Ｐが指令値Ｑｉ，Ｐｉを超える状態を危険な状態と判断し、その危険の度合いを流量及び圧力のそれぞれの偏差から判断して、より危険の度合いの大きい方の偏差に基づいて、電磁比例弁(6)の制御を行えるようにしたものである。
【００４９】
（ＰＱＳ弁の動作）
次に、上述の如き構成のＰＱＳ弁(2)の動作を説明する。
【００５０】
例えば、主機である射出成形機の型締め装置において金型を移動及び締め付ける油圧シリンダを作動させる場合には、まず、電磁比例弁(6)を供給位置に移動させて、ポンプ(3)から吐出される作動油を主機側に供給する。この際、シリンダがストロークエンドに達するまでは、一般に、必要な実供給圧力Ｐよりも大きな値に圧力指令Ｐｉが設定されるので、コントローラ(12)は、実供給流量Ｑが流量指令値Ｑｉを超えるまで電磁比例弁(6)を開作動させ、該電磁比例弁(6)の前後差圧が差圧補償弁(7)の機能により略一定に維持された状態で、主機側への供給油量が流量指令値Ｑｉに相当する略一定量になるようにスプール(6a)の位置をフィードバック制御する（流量制御モード）。これにより、図３に示すように、実供給油量Ｑはおおよそ流量指令値Ｑｉに相当するものとなり、油圧シリンダが定速動作される。
【００５１】
その際、電磁比例弁(6)のスプール位置が位置センサ(11)により検出され、その検出結果に基づくフィードバック制御が行われるので、電磁比例弁(6)の制御ひいては作動油の流量の制御が極めて精度の高いものとなる。すなわち、印加される電流値に対するソレノイド(6b)の吸引力特性の非線形性、ヒステリシス、ばらつき等は、位置センサ(11)からの信号に基づくフィードバック制御によって完全に補正され、図４(a)に実線で示すように、流量制御における静特性が大幅に向上する。また、フィードバック制御であるから、オープン制御に比べてスプール(6a)の動作速度を格段に高くすることができ、これにより流量制御の応答性も向上する。
【００５２】
加えて、前記の流量制御モードにおいて、ポンプ(3)から吐出された作動油のうちの余剰のものは差圧補償弁(7)の機能により一定差圧でバイパスされ、このことで、ポンプ(3)の吐出圧を主機側の負荷に対して僅かに高い程度に留めることができるから、ポンプ(3)の運転負荷を軽減して、省エネルギ化を実現できる。
【００５３】
次に、主機の油圧シリンダがストロークエンドに達して、それ以上、移動しないようになると（前記図３の時刻ｔ１）、その後、ＰＱＳ弁(2)における下流側供給通路(5b)の圧力Ｐが徐々に上昇し、この圧力Ｐが圧力センサ(10)により検出されてコントローラ(12)にフィードバックされる。そして、その検出圧力Ｐが圧力指令値Ｐｉを超えると（図の時刻ｔ２）、コントローラ(12)のＰＱ選択部(12c)によって、圧力偏差演算部(12a)による演算値、即ち圧力偏差が選択され、この圧力偏差に基づいて、主機側への供給圧力Ｐが圧力指令値Ｐｉに一致するように、電磁比例弁(6)の開度がフィードバック制御されるようになる（圧力制御モード）。
【００５４】
その際、主機側への供給流量Ｑが直ちに零になるわけではなく、まず、供給位置にある電磁比例弁(6)のスプール(6a)が徐々に移動して作動油の通過断面積が絞られることにより、図示の如く作動油の供給流量Ｑが徐々に減少し（ｔ２〜ｔ３）、さらに該電磁比例弁(6)が停止位置に切り替わって、供給流量Ｑが零になる（ｔ３）。この間、作動油は油圧シリンダに供給され続けるから、供給流量Ｑが零になった時点で油圧シリンダの圧力（≒Ｐ）は最大になる。その後、電磁比例弁(6)のスプール(6a)がさらに移動して排出位置に切換えられ、油圧シリンダから作動油が排出されると、圧力Ｐが圧力指令値Ｐｉまで低下し、ここで整定する（ｔ４）。尚、実際には、主機油圧回路からの作動油の漏れに応じて、電磁比例弁(6)から主機側への作動油の供給及び停止が繰り返されることになる。
【００５５】
このような圧力制御モードにおいても前記の流量制御モードと同様に、フィードバック制御によって図４(b)に実線で示すように静特性が向上する。また、圧力制御モードにおいて前記の如く電磁比例弁(6)を排出位置に切換えることで、主機側への供給圧力Ｐの最低制御圧力（Ｐmin）をなくして、供給圧力Ｐを０点まで制御することができる。
【００５６】
したがって、この実施形態１に係るＰＱＳ弁(2)（液圧回路装置）によると、主機油圧回路(1)への作動油の供給流量を調整する電磁比例弁(6)に、主機側から作動油を排出可能な排出位置を追加するとともに、該電磁比例弁(6)の下流側の供給通路(5b)の圧力Ｐを検出する圧力センサ(10)と、電磁比例弁(6)のスプール位置を検出する位置センサ(11)とを設けて、それらセンサ(10)，(11)からの信号に基づいてスプール位置を制御することで、主機側への作動油の供給流量Ｑ及び供給圧力Ｐをフィードバック制御するようにしたので、その制御性、即ち、線形性やヒステリシス等の静特性及び応答性等の動特性を従来までと比べて大幅に向上できる。
【００５７】
これにより、前記ＰＱＳ弁(2)を例えば射出成形機に適用した場合には、成型品の形状や材料の相違に応じて幅広い成形条件に対応しながら、尚かつ高い再現性を得ることができ、もって成形品質の大幅な向上が実現できる。
【００５８】
また、前記の如く電磁比例弁(6)に排出位置を設けて、その開度を圧力センサ(10)からの信号に基づいてフィードバック制御するようにしているので、主機側への供給圧力Ｐについてその最低制御圧力Ｐminをなくして、ゼロ圧力までの制御が可能となり、これにより、射出成形機における低圧型締め工程等の要求にも十分に対応できる。
【００５９】
しかも、前記ＰＱＳ弁(2)の構成は、従来までの比例電磁式リリーフ弁付流量調整弁装置（図６参照）と比較しても、新たに圧力センサ(10)や位置センサ(11)が必要になる一方で、従来まで必要であった圧力比例弁(8)とそのための電流ドライバ回路(9)とが不要になるから、センサ(10,11)のコストアップは相殺される。
【００６０】
（実施形態２）
図５は、本願発明の実施形態２に係るＰＱＳ弁(20)（液圧回路装置）の構成を示す。このＰＱＳ弁(20)は、実施形態１のＰＱＳ弁(2)とは下流側パイロット通路(15)におけるオリフィスの構成が異なるのみで、それ以外の構成は前記実施形態１のものと同じなので、以下、同一部材には同一の符号を付してその説明は省略する。そして、この実施形態２のＰＱＳ弁(20)は、差圧補償弁(7)の開閉作動時にその弁体(7a)の動作に対して前記実施形態１と同様に適度なダンピングを付与しながら、弁体(7a)の閉作動速度だけはさらに高速化するようにしたものである。
【００６１】
すなわち、前記実施形態１のものでは、下流側パイロット通路(15)のオリフィス(17)は、安全弁(18)や差圧補償弁(7)とともにパイロット式リリーフ弁として機能するときの差圧発生源であると同時に、差圧補償弁(7)の弁体(7a)の動作に適度なダンピングを付与し、この弁体(7a)の動作を安定化するようにも働いているが、結果として、該差圧補償弁(7)の閉作動時に弁体(7a)の動作が遅くなってしまい、上述の如く、電磁比例弁(6)のスプール(6a)の動作速度を高めても、主機側への流量立上げの応答があまり高速化しない原因となる。
【００６２】
この点について詳しく説明すると、実施形態１のＰＱＳ弁(2)において、流量制御モードのときに主機側への作動油の供給流量を増やすためには、流量指令値Ｑｉを変更して電磁比例弁(6)の開度を増大させるとともに、ポンプ(3)から電磁比例弁(6)に向かう作動油の流量を増やす必要がある。このときには、まず、コントローラ(12)からの信号により供給位置にある電磁比例弁(6)の開度が増大され、そのことによって該電磁比例弁(6)の前後差圧が一時的に小さくなると、上流側及び下流側パイロット圧をそれぞれ受ける差圧補償弁(7)の弁体(7a)が閉じられることになる。
【００６３】
この際、下流側のパイロット通路(15)では作動油が差圧補償弁(7)に向かって流れることになるが、そもそも差圧補償弁(7)の弁体(7a)を閉じる力は、せいぜいスプリング(7b)の付勢力程度のものであるから、前記のようにオリフィス(17)によって作動油の流れが絞られていると、弁体(7a)の閉動作が遅れてしまい、ポンプ(3)から吐出される作動油を速やかに電磁比例弁(6)に振り向けることができなくなる。つまり、電磁比例弁(6)の開動作自体は高速化できても、そこから主機側への作動油の供給流量を狙い通り増大させることができないから、流量応答については改善の余地が残ることになる。
【００６４】
このような過渡的な現象を考慮して、この実施形態２のＰＱＳ弁(20)では、図示の如く、下流側パイロット通路(15)に、実施形態１のオリフィス(17)よりも作動油の通過断面積が大きい第１のオリフィス(21)と、この第１のオリフィス(21)よりも絞り度合いの強い、即ち通過断面積が小さい第２のオリフィス(22)とを直列に配設するとともに、その第２のオリフィス(22)をバイパスするバイパス通路(23)に、差圧補償弁(7)へ向かう作動油の流れを許容する一方、その逆の流れを阻止する逆止弁(24)を配設した。
【００６５】
より具体的に、前記第１のオリフィス(21)は、例えば直径約２ｍｍの円形断面を有するものであり、また、前記第２のオリフィス(22)は、前記実施形態１のオリフィス(17)と同じく直径約１ｍｍの円形断面を有するものである。そして、作動油が下流側パイロット通路(15)を差圧補償弁(7)から下流側供給通路(5b)に向かって流れるときには、その作動油の流れは第１及び第２の両方のオリフィス(21)，(22)により絞られて、特に第２のオリフィス(22)によって前記実施形態１の場合と同様の通過抵抗を受ける。一方、作動油が下流側パイロット通路(15)を差圧補償弁(7)に向かって流れるときには、その作動油の流れは相対的に絞り度合いの弱い第１のオリフィス(21)のみから通過抵抗を受けることになり、流れの通過速度は相対的に高くなる。
【００６６】
このことで、主機側への作動油の供給流量を増大させるために電磁比例弁(6)の開度を大きくしたときに、下流側パイロット通路(15)において差圧補償弁(7)へ向かって流れる作動油の流れが実施形態１のものよりも速くなり、その分、差圧補償弁(7)の弁体(7a)がより高速に閉動作するようになる。このため、電磁比例弁(6)の開作動に対する差圧補償弁(7)の閉作動の遅れが大幅に軽減され、ポンプ(3)から電磁比例弁(6)に向かう作動油の流量が直ちに増大することになるから、作動油の供給流量の増大時にその応答性をさらに高めることができる。
【００６７】
しかも、差圧補償弁(7)の弁体(7a)が開作動するときには、下流側パイロット通路(15)を通過する作動油が第１及び第２のオリフィス(21)，(22)から相対的に大きな通過抵抗を受けることになるので、該弁体(7a)の動作に対して適度なダンピングが付与されることは前記実施形態１と同様である。
【００６８】
また、主機側への作動油の供給流量を減らすときには、コントローラ(12)により電磁比例弁(6)の開度を小さくなるように制御するが、このときには該電磁比例弁(6)の上流側の油圧が急激に高くなり、分岐路(14)を介して差圧補償弁(7)の弁体(7a)に作用することになる。このときには、弁体(7a)の開作動に伴い下流側パイロット通路(15)において作動油が差圧補償弁(7)から下流側供給通路(5b)に向かって流れ、この作動油の流れが第１及び第２の両方のオリフィス(21)，(22)から通過抵抗を受けることになるが、前記の如く弁体(7a)に対して極めて高い上流側パイロット圧が作用しているから、この弁体(7a)の開動作は十分に高速なものとなり、結局、供給流量の減少時には応答遅れが問題となることはない。
【００６９】
したがって、この実施形態２に係るＰＱＳ弁(20)によれば、前記実施形態１のものと同様の作用効果が得られるとともに、下流側パイロット通路(15)に配設した２つのオリフィス(21)，(22)と逆止弁(24)とによって、差圧補償弁(7)の動作の安定性を確保しながら、その弁体(7a)の閉動作をさらに高速化することができ、これにより、主機側への作動油の供給流量を増加させるときにもその応答性を十分に高くすることができる。
【００７０】
このことで、射出成形機に適用した場合には従来までと比べて薄肉の成型品の成形が容易になり、その上に成形サイクルの短縮によりコスト低減が図られる。この点について、射出成形による薄肉成型品は、射出された樹脂が金型内部に行き渡る途中で冷えて固まってしまうことがあり、このことを防ぐために特に高速の流量立ち上げ応答が要求されるから、この実施形態に係るＰＱＳ弁のように応答性を向上できることが特に有効なものとなる。
【００７１】
（他の実施形態）
本発明は前記実施形態１、２の構成に限定されるものではなく、その他の種々の実構成を包含するものである。すなわち、前記実施形態１、２では、いずれも本願発明に係る液圧回路装置を１個のＰＱＳ弁(2,20)としているが、本願発明の液圧回路を必ずしも一体型複合弁として構成する必要はない。また、主機は、射出成形機に限らず、液圧シリンダや液圧モータ等の液圧アクチュエータを有する種々の機械装置に適用可能である。
【００７２】
また、コントローラの構成も前記各実施形態のデジタルコントローラ(12)に限定されることはなく、例えば、コンパレータやオペアンプ等を用いて同様の機能を有するアナログコントローラを構成してもよい。
【００７３】
さらに、本発明の電磁比例弁は、前記各実施形態のものに限定されず、Ａポート、Ｐポート及びＴポートを有する電気的に絞り量の可変な絞り弁であればよい。すなわち、スプール(6a)をソレノイド(6b)で直接に押圧する直動タイプであっても、また、小型のパイロット弁でスプールを間接的に動作させるパイロット式であってもよい。さらに、パイロット式の場合、パイロット弁として比例弁を用いるタイプとノズルフラッパ等のサーボ弁を使用するタイプのいずれでもよい。また、本発明は、スプール位置のセンサを設けているので、電磁比例弁(6)をサーボ弁と読み替えることも一般的である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施形態１に係るＰＱＳ弁の構成を示す図である。
【図２】電磁比例弁が供給位置にあるときの図１相当図である。
【図３】射出成形機の型締めシリンダを動作させるときの作動油の供給流量及び供給圧力の変化を示すタイムチャート図である。
【図４】電磁比例弁に入力する制御信号（電流値）と作動油の供給流量ないし供給圧力との相関関係を、従来例と対比して示す特性図である。
【図５】実施形態２に係る図１相当図である。
【図６】従来の液圧回路装置の一例を示す図１相当図である。
【符号の説明】
【００７５】
１            主機油圧回路
２            ＰＱＳ弁（液圧回路装置）
５            供給通路
５ａ          上流側供給通路
５ｂ          下流側供給通路
６            電磁比例弁
６ａ          スプール
６ｂ          ソレノイド
７            差圧補償弁
７ａ          弁体
７ｂ          スプリング（ばね部材）
１０          圧力センサ
１１          位置センサ（位置センサ）
１２          コントローラ
１２ａ        圧力偏差演算部
１２ｂ        流量偏差演算部
１２ｃ        ＰＱ選択部
１２ｄ        電流ドライバ
１５          下流側パイロット通路
１７，２１，２２    オリフィス
２３          バイパス通路
２４          逆止弁