JP3554833B2 - 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

Description

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、前記加圧流体とは異なる別の圧力媒体の圧力で操作される、流体により連結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に伝達す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すものである。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にバルブを操作する。
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、第１の圧力を有する加圧流体を制御して、この加圧流体を第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を有する第２のバルブが含まれている。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通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通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、各バルブはパイロット式に操作される圧力式のバルブであり、平衡装置はバルブの開閉を制御し、それにより加圧流体の圧力を制御するために、制御用電気シグナルに応じて圧力式制御シグナルを各バルブに伝達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、圧力流体とは異なる別の圧力媒体の圧力で操作され、流体により連結され、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によりパイロット式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、注入口25と排出口27とサーボバルブ14からの制御シグナルを受ける制御口29とが含まれている。第１のバルブ16の注入口25は、制御口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、制御口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、パイロット式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とを流体で連通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と流体により連結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と流体により連結される。
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、接続ブロック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。
接続ブロック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、接続ブロック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、複数のガス補助式の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 (18)

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、
   前記加圧流体とは異なる別の圧力媒体の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開閉する電子式平衡装置とを提供し、
   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、該バルブにより制御された該加圧流体の圧力を制御するために、該平衡装置に伝達させ、
   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、該平衡装置が、バルブの開閉を制御して、加圧流体の圧力を制御するために、基準制御シグナルをエラー制御シグナルとに応じて、それぞれのバルブに圧力式制御シグナルを伝達す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に、制御された加圧流体の実際の圧力を圧力変換器により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パイロット式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、
   前記加圧流体とは異なる別の圧力媒体の圧力で作動し、流体で連結された一対のバルブと、
   該バルブにより制御された加圧流体の圧力を制御するために、制御シグナルの関数に基づいて該バルブを開閉するための該バルブと連結さ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化量を表す手段と、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に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、該平衡装置が、バルブの開閉を制御して、加圧流体の圧力を制御するために基準制御シグナルとエラー制御シグナルとに応じて、それぞれのバルブに圧力式制御シグナルを伝達す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パイロット式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７記載の制御システム。
10. 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、
    加圧流体とは異なる別の圧力媒体の圧力により作動される第１のバルブと第２のバルブを有し、
    前記第１のバルブは、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ことを特徴とし、
    前記第２のバルブは、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ことを特徴とし、該バルブの組み合わせは、更に、
    第１のバルブの排出口を第２の注入口に流体により連通させる手段であって、流体により連通させる該手段が、制御された加圧流体と連通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、流体により連通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のバルブの開閉をそれぞれ制御するための第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、パイロット式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. 流体により連通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。

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