JPH0348389B2 - - Google Patents
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- JPH0348389B2 JPH0348389B2 JP59124399A JP12439984A JPH0348389B2 JP H0348389 B2 JPH0348389 B2 JP H0348389B2 JP 59124399 A JP59124399 A JP 59124399A JP 12439984 A JP12439984 A JP 12439984A JP H0348389 B2 JPH0348389 B2 JP H0348389B2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
- F16K31/04—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)
Description
〔発明の技術分野〕
本発明は、ダイカストマシンなどの油圧回路内
にあつて油圧シリンダへ供給する作動油の流量を
制御する流量制御弁に関する。
〔従来技術〕
ダイカストマシンやプラスチツク用射出成形機
などの射出成形装置は溶湯または樹脂を金型キヤ
ビテイ内へ射出する射出シリンダを備えており、
この射出シリンダの油圧回路内には、作動油の流
量を調整して射出速度を制御する流量制御弁が設
けられている。
第3図は従来この種の流量制御弁の概略構造を
示すものであつて、これを同図に基いて説明する
と、流量制御弁1のケーシング2に装着されたパ
ルスモータ3には、ケーシング2内に軸支された
ボールねじ4のねじ軸4aがカツプリング5で連
結されており、またボールねじ4のボール4bを
介してねじ軸4aと螺合するナツト4cには、連
結軸4dを介してスプール6が一体に形成されて
いる。スプール6は、ケーシング2に連結するバ
ルブボデイ7内に軸方向へ進退自在に軸支されて
おり、バルブボデイ7には作動油の流入口7aと
作動油の流出口7bとが開口されている。また、
スプール6にはバルブボデイ7の前室7cと後室
7dとを連通する複数個の連通孔6aが設けられ
ており、さらにバルブボデイ7には、環状に形成
されて流出口7bと連通する一対の連通溝7e,
7fが軸方向に並列して設けられているととも
に、スプール6の連通孔6aには、スプール6の
移動によつて連通孔6aと連通溝7fとを連通さ
せる溝6bが設けられている。8はケーシング2
に装着された位置検出器、9はナツト4cの外周
部に設けられた永久磁石、10はナツト4cの回
動を規制するキーである。
以上のように構成された流量制御弁の動作をダ
イカストマシンにおける射出シリンダ用作動油の
流量制御を例にとつて説明すると、ダイカストマ
シンの射出開始前においては、ナツト4cが図示
の位置よりもねじ軸4aから抜け出していてスプ
ール6が図示の位置よりも左方に前進しており、
スプール6が連通溝7e,7fを閉塞している。
この状態から射出開始の指令が出てパルスモータ
3が所定角度だけ回動すると、カツプリング5で
連結されたねじ軸4aが回動してこれと螺合する
ナツト4cおよび一体のスプール6が図の右方へ
後退する。したがつて前室7aと連通溝7eおよ
び溝6bと連通溝7fがそれぞれ連通し、流入口
7aからの作動油は、流出口7bから射出シリン
ダへ供給される。そして、射出初期においては、
連通溝7e,7fの開度が小さく作動油の流量が
小さくて射出速度が低速であるが、射出が読けら
れて所定時間後にパルスモータ3に高速射出の指
令がくると、パルスモータ3が再び回動し、スプ
ール6がさらに後退して連通溝7e,7fの開度
が大きくなることにより、作動油の流量が大きく
なり射出速度が高速となるように構成されてい
る。
このような流量制御動作においては、スプール
6の移動位置による連通溝7e,7fでの開度
(弁開度)の変化に伴なう前室7c内の油圧と後
室7d内の油圧との圧力差によつて、スプール6
とナツト4cとの間の連結軸4dに対し作用する
圧縮応力(弁開方向への応力)が変化するもので
あり、さらにその弁開度位置によつては引張応力
(弁閉方向への応力)が作用するものであつた。
このようなスプール6の動きに伴なう弁開度と
圧縮、引張応力との関係線図を、第4図に示して
おり、横軸に第3図中符号Sで示した連通孔7
e,7fの弁開度(mm)をとり、縦軸に連結軸4
d(スプール6)への軸線方向での応力をとつて
示している。なお、この応力は0点から上側が引
張応力(弁閉方向への応力)+σであり、0点か
ら下側が圧縮応力(弁開方向への応力)−σであ
つて、0点から離れるほど絶対数値が大きいこと
を示している。同図において、弁開度が0である
ときには、圧縮応力−σが最も大きく、作動油の
供給圧力P0に等しい。この状態からスプール6
が後退して連通溝7e,7fが開き始めると、前
室7cから連通溝7e,7fへ向つて図中矢印A
で示すように作動油が絞られて流れ、この絞り部
分で流速が速くなるために、作動油の圧力が下が
つてスプール6が前室7c側へ引張られることに
なり、これにより第4図に示すように弁開度Sが
徐々に大きくなるにしたがつて圧縮応力−σは小
さくなる。また、この弁開度Sの全開状態を例え
ば10〜12mmとした場合に弁開度5mm程度になると
圧縮応力−σが最小になり、このあとは弁開度S
が大きくなると、全開に至るまでは再び圧縮応力
−σが増大するという全体がほぼ山形の形状をも
つ特性を有するものであつた。
そして、このような弁開度−応力特性において
圧縮応力−σが最小である場合に、図示のように
これが引張応力+σに転じることがある。このよ
うな現象はスプール6の形状、特にバルブボデイ
7側の連通溝7e,7fを開閉するスプール6の
前室側端部の端縁部分や溝6bの端縁部分による
絞り部の形状によつては多少は変化するが、どの
ような形状であつても、ほぼ同様の傾向となるも
のであつた。すなわち、このような絞り部を形成
する形状としては、単純な角部形状によるスプー
ル端縁によるものを始め、この端縁部分に面取り
部やノツチ部、さらに湾曲溝等を適宜形成したも
の等があるが、いずれの場合にも応力幅の大きさ
に多少の違いはあつても、ほぼ同様の特性をもつ
ものであつた。
ところで、上述したような流量制御弁1におい
て、上述した応力幅は第4図中に符号Pで示す値
となり、またこの特性における最大応力は前述し
た作動油の供給圧力P0にほぼ等しい値となるた
めに、このような応力を受けるスプール6を連結
軸4d、ボールねじ4を介して駆動するパルスモ
ータ3には、これに見合うだけの容量を考慮して
おく必要があつて、設備費と動力費が嵩むという
欠点があつた。すなわち、モータ3に必要とされ
る容量は、上述したように最大応力となるP0に
抗してスプール6を所定位置に維持し得る程度の
駆動力をもつことが必要とされる。特に、このよ
うな条件を満足するために現実には、パルスモー
タ3は上述した最大応力(P0)に抗するに必要
とする力の約10倍程度にも近い容量が必要とされ
るものであつた。これは、パルスモータ3を起動
時に加速するトルクが必要とされるためで、回転
数が増加し一定の発生トルクとなつたときでも、
前述した最大応力に抗する程度の力を確保しなけ
ればならないものであつた。したがつて、このよ
うなモータ3の容量に影響する最大応力に対向す
る作用力を得るための支持トルクを、可能な限り
軽減し得る何らかの対策を講じることが望まれて
いる。
また、このような流量制御弁1を、前述したよ
うなダイカストマシンにおける油圧シリンダへの
油圧回路内に組込んだ際に解決することが望まれ
ることに、次のような問題がある。すなわち、通
常は低速射出から高速射出に移行する際に、弁ス
プールが開き方向に移動して高速射出の弁開度位
置で停止するときを、連結軸4dに引張応力+σ
が作用するときになるように設定しているが、前
述したような従来装置ではこのときの引張応力+
σが小さく、開くために移動している弁スプール
を停止させるときのブレーキとしての作用する力
は小さく、弁スプールが開き始めてから所望の高
速開度位置で停止するまでの時間が若干長くなる
欠点があつた。これは、ダイカストマシンのよう
に100分の数秒というきわめて短時間の間に低速
射出から高速射出に切替える必要があつたり、高
速射出へ切替えたときにできるだけ速く振動を収
める必要があつたりする場合等に欠点となるもの
で、このような点をも解決し得ることが望まれて
いる。
〔発明の概要〕
本発明は以上のような点に鑑みてなされたもの
で、モータによりねじ機構を介して駆動されて筐
体内で進退する流体通路開閉用の弁スプールを、
ねじ機構側の連結軸と流体流入口側の端軸とで筐
体に軸支させるとともに、端軸の径dを、弁スプ
ール作動時に連結軸上で軸線方向に生じる応力幅
Pと作動油に供給圧力P0とに基づく一定の関係
を満足するようにして、連結軸の径Dよりも小さ
く形成することにより、連結軸に作用する最大引
張応力と最大圧縮応力とをほぼ等しくすることを
可能とし、その結果としてモータの小容量化を計
り、これによる設備費、動力費を低減するととも
に、弁開き時の作動性をも向上させ得るようにし
てなる流量制御弁を提供するものである。
〔実施例〕
本実施例は本発明に係る流量制御弁をダイカス
トマシンに実施した例を示し、第1図はその縦断
面図である。同図において、ダイカストマシンの
射出シリンダとその作動油を蓄えるアキユムレー
タとの間には、全体を符号11で示す流量制御弁
が配設されており、この流量制御弁11の筐体1
2は有底円筒状に形成されたバルブボデイ13
と、その内孔に嵌着されたケーシング14と、こ
れにフランジ接合されたモータ台15とで同芯一
体状に形成されている。モータ台15には、制御
装置からの回転指令によつて指令パルス数に相当
する量だけ回転するパルスモータ16が装着され
ており、そのモータ軸17は、モータ台15の中
空部内へ突設されている。
全体を符号18で示すものは、モータ軸17の
回転を軸方向への運動に変換させるねじ機構とし
てのボールねじであつて、モータ台15に軸支さ
れたねじ軸19を備えており、このねじ軸19と
モータ軸17とは、そのテーパ部をカツプリング
20のテーパ孔に嵌入させてナツト締めすること
により連結されている。ボールねじ18は、ケー
シング14の内孔内に臨むねじ軸19のねじ部に
ボール21を介して螺合された有底円筒状のナツ
ト22を備えており、ねじ軸19が正方向と逆方
向とへそれぞれ回動することにより、ナツト22
がバルブボデイ13方向へ前進したりモータ16
方向へ後退したりするように構成されている。2
3はエアフリーザ、24はナツト22の周面に装
着された永久磁石、25は永久磁石24の移動に
感応する近接スイツチからなりナツト22および
後述するスプール27の軸線方向への移動距離を
正確に検出して制御装置へフイードバツクする位
置検出器、26はケーシング14側に固定されて
ナツト22のキー溝と嵌合しナツト22の回動を
規制するキーである。
全体を符号27で示すものは、円柱状のスプー
ル本体28とその中心を貫通するスプール軸29
とで一体的に形成されたスプールであつて、スプ
ール軸29は、中央部の貫通軸29aと、ボール
ねじ18側の連結軸29bと、その反対側端部の
端軸29cとで同芯状に一体に形成されており、
このうち連結軸29bは、先端鍔部を締付具30
によつてナツト22の端面に同芯状に固定されて
いる。そして、連結軸29bはケーシング14に
軸受31を介して摺動自在に軸支されており、ま
た端軸29cはバルブボデイ13の端板に軸受3
2を介して摺動自在に軸支されている。スプール
本体28は、ケーシング14の内孔に進退自在に
軸支されており、その軸線方向両端側には、端軸
29cが貫通する前室33と、連結軸29bが貫
通する後室34とが形成されている。また、スプ
ール本体28には、前室33と後室34との間を
連通させる複数個の連通孔35が設けられてお
り、さらにスプール本体28の長手方向中央部に
は、連通孔35とスプール本体28の外部とを連
通させる環状溝36が設けられている。一方、ス
プール本体28の軸支部には深さがバルブボデイ
13に及び前後一対の連通溝37,38が環状に
形成されて設けられており、これら両連通溝3
7,38は、連結路39によつて一部を連通され
ている。
このように構成された流量制御弁11は、前室
33に開口された作動油の流入口40を油圧配管
内に設けたアキユムレータに接続されており、ま
た、連結路39に設けた作動油の流出口41をダ
イカストマシンの射出シリンダに接続されてい
る。そして、パルスモータ16の回転でボールね
じ18を介してスプール27を図の右方へ後退さ
せることにより、前室33と連通溝37および環
状溝36と連通溝38とが同時に連通し、流入口
40から流入する作動油が流出口41から射出シ
リンダへ送られるとともに、スプール27による
連通溝37,38の開度によつて送油量が変化し
射出シリンダによる溶湯の射出速度が制御される
ように構成されている。
そして、この流量制御弁11においては、前述
したようにスプール27には、前室33を貫通す
る端軸29cと後室34を貫通する連結軸29b
とが両端側に設けられているとともに、図中符号
dで示す端軸29cの径が、図中符号Dで示す連
結軸29bの径よりも小さく形成されている。
次に、このような端軸29cを、スプール27
の連結軸29bと反対側の端部に備えている場合
の作用力関係等について述べる。
まず、上述した構成による流量制御弁11にお
いて、弁スプール27による弁開度が0点(弁閉
時)での平衡状態を考慮すると、前室33、後室
34での圧力は、スプール27の連通孔35の存
在によつて、共に作動油の供給圧力P0となつて
いる。したがつて、第1図において弁スプール2
7に作用する右側の作用力をFA、左側への作用
力をFB、モータ3からの図中左側への作用力を
F、さらに弁スプール27を保持する筐体12の
内孔部分の径をQとすると、
FA=(π/4Q2−π/4d2)P0
FB=(π/4Q2−π/4D2)P0
であり、またこの弁閉状態を維持するためには、
FA=FB+Fによつて導かれるF(=FA−FB)
の分だけ、モータ3のトルクTをねじ機構18で
直線力に変換して支持することが必要とされる。
そして、この力Fにより連結軸29bに作用す
る圧縮応力または引張応力の絶対応力値をσとす
ると、Fは、
F=π/4D2σ
となる。そして、これらの式をまとめると、
F=FA−FB
=(π/4Q2−π/4d2)P0−(π/4Q2−π/4D2
)P0
=π/4D2σ
となり、その結果前述した絶対応力値σおよび作
動油の供給圧力P0と、両軸29b,29cの断
面積との関係は、
π/4D2σ=π/4D2P0−π/4d2P0
D2σ=(D2−d2)P0
で表わされる。なお、上述した式から、
σ=D2−d2/D2P0
が導かれ、この絶対応力値σは、弁スプール27
のストローク位置による弁開度Sとは関係なく、
成り立つて定められるものである。これは、この
式においてd=0を代入することで、端軸29c
のない従来例における絶対応力値σが、作動油の
供給圧力P0となることからも明らかであろう。
そして、上述した条件において、モータ16の
容量としては、その最大応力値(第4図に示す例
では弁開度Sが0であるときのP0が該当する)
は最低必要であり、仮にこの容量がないと圧力に
よりモータ16側が逆に回されてしまう。
本発明は上述した各種条件を考慮し、モータ1
6の所要動力すなわち応力の絶対値σを小さくす
るために、第4図に示される弁開度−応力特性
を、全体に平行移動させて応力幅Pが、第2図に
示されるように、引張応力+σ側と圧縮応力−σ
側とに二等分されるようにし、+側と−側とで同
じ振幅を有するようにしたものである。
このため、前述した式において、σにP/2を代
入し、これを展開して端軸29cの径dを求める
とよいことになる。
ここで、上述した応力幅Pは、弁スプール27
が開度0から最大開度までの間で流体通路を開閉
するように作動したときにおいて、流体の流れに
よる作用力によつて該弁スプール27を介して連
結軸29bの軸線方向で生じる力を応力に換算し
て求めた最大変化幅、つまり最大圧縮応力値と最
大引張応力値とを合計した値に相当し、これは弁
スプール27にて開閉される流体通路の絞り部で
の流れの状態による圧力変化によつて決定される
ものであり、端軸29cのない従来モデルを用い
て実験により求めるとよい。また、作動油の供給
圧力P0はその用途によつて定まるものであり、
さらにモータ16側との連結軸29bの径Dは、
その強度等を考慮して構造面からある一定値に定
められるもので、これらを上述した式に代入し、
この式を満足する端軸29cの径dを決定すると
よい。
以上のように構成された流量制御弁の動作を、
説明する。
まず、ダイカストマシンの鋳込作業開始前にお
いては、スプール27が図示の位置にあつてスプ
ール本体28の外周面で連通溝37,38を閉塞
している。この状態から射出開始の指令が出てパ
ルスモータ16が所定角度だけ回動すると、カツ
プリング20で連結されたねじ軸19が回動して
これと螺合するナツト22および一体のスプール
27が図の右方へ後退する。したがつて前室33
と連通溝37、および環状溝36と連通溝38が
それだれ連通し、流入口40からの作動油は、連
通孔35を通つて後室34へ向うとともに、連通
溝37,38と連結路39とをぎ経て流出口41
から射出シリンダへ供給され、溶湯の鋳込が行な
われる。そして、射出初期においては連通溝3
7,38の開度が小さく作動油の流量が小さくて
射出速度が低速であるが、射出が続けられて所定
時間後にパルスモータ16に高速射出の指令がく
ると、パルスモータ16が再び回動し、スプール
27がさらに後退して連通溝37,38の開度が
大きくなることにより、作動油の流量が大きくな
り射出速度が高速となる。この場合、位置検出器
25は、永久磁石24の移動に感応しスプール2
7の軸線方向への移動距離を正確に検出して制御
装置へフイードバツクするので、パルスモータ1
6の回動角度すなわち、スプール27の開度によ
る射出速度が正しく制御される。
このような流量制御動作において、従来のよう
に端軸29cが設けられていない場合には、第4
図において説明したように応力幅Pが発生してこ
れに見合う動力が必要であるが、端軸29cを設
けてその径dを0から次第に大きくしていくと仮
定すれば、第4図における開度、応力曲線が応力
幅Pのまゝ次第に引張応力+σ側へ移動し、前述
したように
[Technical Field of the Invention] The present invention relates to a flow control valve for controlling the flow rate of hydraulic fluid supplied to a hydraulic cylinder in a hydraulic circuit of a die-casting machine or the like. [Prior art] Injection molding equipment such as die casting machines and plastic injection molding machines is equipped with an injection cylinder that injects molten metal or resin into a mold cavity.
A flow control valve that adjusts the flow rate of hydraulic oil to control the injection speed is provided in the hydraulic circuit of the injection cylinder. FIG. 3 shows a schematic structure of a conventional flow control valve of this type. This will be explained based on the figure. The pulse motor 3 attached to the casing 2 of the flow control valve 1 has a A screw shaft 4a of a ball screw 4 rotatably supported therein is connected by a coupling 5, and a nut 4c that is threadedly engaged with the screw shaft 4a via a ball 4b of the ball screw 4 is connected to a nut 4c via a connection shaft 4d. A spool 6 is integrally formed. The spool 6 is supported in a valve body 7 connected to the casing 2 so as to be able to move forward and backward in the axial direction, and the valve body 7 has a hydraulic oil inlet 7a and a hydraulic oil outlet 7b. Also,
The spool 6 is provided with a plurality of communication holes 6a that communicate with the front chamber 7c and the rear chamber 7d of the valve body 7, and the valve body 7 is further provided with a pair of communication holes 6a that are formed in an annular shape and communicate with the outlet 7b. Groove 7e,
7f are provided in parallel in the axial direction, and the communication hole 6a of the spool 6 is provided with a groove 6b that allows communication between the communication hole 6a and the communication groove 7f as the spool 6 moves. 8 is casing 2
9 is a permanent magnet provided on the outer periphery of the nut 4c, and 10 is a key for regulating rotation of the nut 4c. To explain the operation of the flow rate control valve configured as above, taking as an example the flow rate control of injection cylinder hydraulic oil in a die-casting machine, before the start of injection of the die-casting machine, the nut 4c is screwed up from the position shown in the figure. It has come out of the shaft 4a and the spool 6 has moved forward to the left from the position shown in the diagram.
The spool 6 closes the communication grooves 7e and 7f.
When a command to start injection is issued from this state and the pulse motor 3 rotates by a predetermined angle, the screw shaft 4a connected by the coupling spring 5 rotates, and the nut 4c and the integral spool 6 screwed together rotate. Move back to the right. Therefore, the front chamber 7a communicates with the communication groove 7e, and the groove 6b communicates with the communication groove 7f, and the hydraulic oil from the inlet 7a is supplied to the injection cylinder from the outlet 7b. At the initial stage of injection,
The opening degree of the communication grooves 7e and 7f is small, the flow rate of the hydraulic oil is small, and the injection speed is low. However, when the injection is read and a command for high-speed injection is sent to the pulse motor 3 after a predetermined time, the pulse motor 3 starts. When the spool 6 rotates again, the spool 6 further retreats and the opening degree of the communication grooves 7e and 7f increases, thereby increasing the flow rate of the hydraulic oil and increasing the injection speed. In such a flow rate control operation, the hydraulic pressure in the front chamber 7c and the hydraulic pressure in the rear chamber 7d change due to changes in the opening degree (valve opening degree) of the communication grooves 7e and 7f depending on the movement position of the spool 6. Due to the pressure difference, spool 6
The compressive stress (stress in the valve opening direction) acting on the connecting shaft 4d between the and the nut 4c changes, and depending on the valve opening position, the tensile stress (stress in the valve closing direction) changes. ) was in effect. A diagram showing the relationship between the valve opening degree and compression and tensile stress caused by the movement of the spool 6 is shown in FIG. 4, and the horizontal axis represents the communication hole 7 indicated by the symbol S in FIG.
Take the valve opening degree (mm) of e, 7f, and connect the connecting shaft 4 on the vertical axis.
d (spool 6) in the axial direction. Note that this stress is tensile stress (stress in the valve closing direction) + σ above the 0 point, and compressive stress (stress in the valve opening direction) - σ below the 0 point, and the further away from the 0 point, the more This indicates that the absolute value is large. In the figure, when the valve opening degree is 0, the compressive stress -σ is the largest and equal to the hydraulic oil supply pressure P 0 . From this state, spool 6
When it retreats and the communication grooves 7e and 7f begin to open, the arrow A in the figure moves from the front chamber 7c to the communication grooves 7e and 7f.
As shown in Fig. 4, the hydraulic oil flows in a constricted manner, and the flow speed increases at this constricted portion, so the pressure of the hydraulic oil decreases and the spool 6 is pulled toward the front chamber 7c. As shown in the figure, as the valve opening degree S gradually increases, the compressive stress -σ decreases. In addition, when the fully open state of the valve opening S is set to 10 to 12 mm, for example, when the valve opening reaches about 5 mm, the compressive stress -σ becomes minimum, and after this, the valve opening S
As the pressure increases, the compressive stress -σ increases again until the cylinder is fully opened, and the entire cylinder has a characteristic that the cylinder has a substantially chevron-shaped configuration. When compressive stress -σ is the minimum in such a valve opening degree-stress characteristic, this may turn into tensile stress +σ as shown in the figure. This phenomenon is caused by the shape of the spool 6, especially the shape of the constricted portion formed by the edge of the front chamber side end of the spool 6 that opens and closes the communication grooves 7e and 7f on the valve body 7 side, and the edge of the groove 6b. Although it changes somewhat, the tendency is almost the same regardless of the shape. In other words, shapes for forming such a constricted portion include a simple corner-shaped spool edge, as well as a chamfered portion, a notch portion, a curved groove, etc. formed on the edge portion as appropriate. However, in all cases, although there were some differences in the magnitude of the stress width, they had almost the same characteristics. By the way, in the flow rate control valve 1 as described above, the stress width described above is a value indicated by the symbol P in FIG . Therefore, the pulse motor 3 that drives the spool 6, which is subject to such stress, via the connecting shaft 4d and the ball screw 4 must have a capacity commensurate with this, which reduces equipment costs and The disadvantage was that power costs increased. That is, the capacity required for the motor 3 is required to have a driving force sufficient to maintain the spool 6 at a predetermined position against the maximum stress P 0 as described above. In particular, in order to satisfy these conditions, the pulse motor 3 is actually required to have a capacity close to about 10 times the force required to resist the maximum stress (P 0 ) mentioned above. It was hot. This is because torque is required to accelerate the pulse motor 3 at startup, and even when the rotational speed increases and the generated torque becomes constant,
It was necessary to secure a force sufficient to withstand the maximum stress mentioned above. Therefore, it is desired to take some measures that can reduce as much as possible the supporting torque required to obtain an acting force that opposes the maximum stress that affects the capacity of the motor 3. Further, when such a flow control valve 1 is incorporated into a hydraulic circuit connected to a hydraulic cylinder in a die-casting machine as described above, there are the following problems that are desired to be solved. That is, when the valve spool moves in the opening direction and stops at the valve opening position for high-speed injection when transitioning from low-speed injection to high-speed injection, a tensile stress +σ is normally applied to the connecting shaft 4d.
However, in the conventional equipment as mentioned above, the tensile stress +
When σ is small, the force acting as a brake when stopping the valve spool that is moving to open is small, and the disadvantage is that the time from when the valve spool starts to open until it stops at the desired high-speed opening position is slightly longer. It was hot. This is the case when it is necessary to switch from low-speed injection to high-speed injection in an extremely short period of several hundredths of a second, such as in a die-casting machine, or when it is necessary to suppress vibrations as quickly as possible when switching to high-speed injection. However, it is desirable to be able to solve these problems as well. [Summary of the Invention] The present invention has been made in view of the above points, and includes a valve spool for opening and closing a fluid passage that is driven by a motor through a screw mechanism and moves back and forth within a housing.
The connecting shaft on the screw mechanism side and the end shaft on the fluid inlet side are pivotally supported in the housing, and the diameter d of the end shaft is determined by the stress width P generated in the axial direction on the connecting shaft when the valve spool is operated and the hydraulic oil. By satisfying a certain relationship based on the supply pressure P0 and forming the connecting shaft smaller than the diameter D, it is possible to make the maximum tensile stress and the maximum compressive stress acting on the connecting shaft almost equal. As a result, the present invention provides a flow control valve which is capable of reducing the capacity of the motor, thereby reducing equipment costs and power costs, and improving operability when opening the valve. [Example] This example shows an example in which a flow control valve according to the present invention is implemented in a die-casting machine, and FIG. 1 is a longitudinal sectional view thereof. In the figure, a flow control valve, generally designated by reference numeral 11, is disposed between the injection cylinder of the die-casting machine and an accumulator that stores its hydraulic oil.
2 is a valve body 13 formed into a cylindrical shape with a bottom.
A casing 14 fitted into the inner hole of the casing 14 and a motor base 15 flanged to the casing 14 are integrally formed concentrically. A pulse motor 16 is mounted on the motor stand 15 and rotates by an amount corresponding to the number of command pulses in response to a rotation command from the control device, and the motor shaft 17 is provided to protrude into the hollow part of the motor stand 15. ing. The ball screw, which is generally designated by the reference numeral 18, is a screw mechanism that converts the rotation of the motor shaft 17 into motion in the axial direction. The screw shaft 19 and the motor shaft 17 are connected by fitting their tapered portions into the tapered holes of the coupling ring 20 and tightening them with nuts. The ball screw 18 includes a bottomed cylindrical nut 22 that is screwed through a ball 21 to a threaded portion of a screw shaft 19 facing into the inner hole of the casing 14, and the screw shaft 19 is rotated in the forward direction and in the reverse direction. By rotating to and fro, the nut 22
moves forward in the direction of the valve body 13 and the motor 16
It is configured to move backward in the direction. 2
3 is an air freezer, 24 is a permanent magnet attached to the circumferential surface of the nut 22, and 25 is a proximity switch that is sensitive to the movement of the permanent magnet 24. The movement distance in the axial direction of the nut 22 and a spool 27, which will be described later, is accurately controlled. A position detector 26 which detects and feeds back to the control device is a key fixed to the casing 14 side and fitted into a key groove of the nut 22 to restrict rotation of the nut 22. What is generally designated by the reference numeral 27 is a cylindrical spool body 28 and a spool shaft 29 passing through the center of the spool body 28.
The spool shaft 29 is a spool integrally formed with a through shaft 29a in the center, a connecting shaft 29b on the ball screw 18 side, and an end shaft 29c at the opposite end, which are concentric. It is integrally formed with
Of these, the connecting shaft 29b has a tip end flange attached to a tightening tool 30.
It is concentrically fixed to the end face of the nut 22 by the screws. The connecting shaft 29b is slidably supported by the casing 14 via a bearing 31, and the end shaft 29c is supported by a bearing 31 on the end plate of the valve body 13.
2, and is slidably supported. The spool body 28 is pivotally supported in the inner hole of the casing 14 so as to be able to move forward and backward, and has a front chamber 33, through which the end shaft 29c passes, and a rear chamber 34, through which the connecting shaft 29b passes, at both ends in the axial direction. It is formed. Further, the spool body 28 is provided with a plurality of communication holes 35 for communicating between the front chamber 33 and the rear chamber 34, and furthermore, the communication holes 35 and the spool body 28 are provided in the longitudinal center of the spool body 28. An annular groove 36 is provided that communicates with the outside of the main body 28. On the other hand, a pair of annular communication grooves 37 and 38 are provided in the shaft portion of the spool body 28, and the depth is the same as that of the valve body 13.
7 and 38 are partially communicated by a connecting path 39. The flow rate control valve 11 configured in this manner has a hydraulic oil inlet 40 opened in the front chamber 33 connected to an accumulator provided in the hydraulic piping, and a hydraulic oil inlet 40 provided in the connecting passage 39. The outlet 41 is connected to the injection cylinder of the die casting machine. Then, by retracting the spool 27 to the right in the figure via the ball screw 18 by the rotation of the pulse motor 16, the front chamber 33 and the communication groove 37 and the annular groove 36 and the communication groove 38 are brought into communication at the same time, and the inflow port The hydraulic oil flowing in from 40 is sent to the injection cylinder from the outlet 41, and the amount of oil sent changes depending on the opening degree of the communication grooves 37 and 38 by the spool 27, so that the injection speed of the molten metal by the injection cylinder is controlled. It is composed of In this flow rate control valve 11, as described above, the spool 27 has an end shaft 29c passing through the front chamber 33 and a connecting shaft 29b passing through the rear chamber 34.
are provided on both end sides, and the diameter of the end shaft 29c indicated by the symbol d in the figure is smaller than the diameter of the connecting shaft 29b indicated by the symbol D in the figure. Next, such an end shaft 29c is attached to the spool 27.
The relationship between the acting forces and the like when the connecting shaft 29b is provided at the end opposite to the connecting shaft 29b will be described. First, in the flow control valve 11 configured as described above, considering the equilibrium state when the valve opening degree by the valve spool 27 is 0 point (when the valve is closed), the pressure in the front chamber 33 and the rear chamber 34 is Due to the presence of the communication hole 35, the supply pressure of hydraulic oil is P 0 in both cases. Therefore, in FIG.
The acting force on the right side acting on valve 7 is FA, the acting force on the left side is FB, the acting force from the motor 3 on the left side in the figure is F, and the diameter of the inner hole of the housing 12 that holds the valve spool 27 is If Q, then FA=(π/4Q 2 −π/4d 2 )P 0 FB=(π/4Q 2 −π/4D 2 )P 0 , and in order to maintain this valve closed state,
F derived by FA=FB+F (=FA−FB)
It is necessary to convert the torque T of the motor 3 into a linear force and support it by the screw mechanism 18. Then, if the absolute stress value of the compressive stress or tensile stress acting on the connecting shaft 29b due to this force F is σ, F becomes F=π/4D 2 σ. And to summarize these formulas, F=FA−FB=(π/4Q 2 −π/4d 2 )P 0 −(π/4Q 2 −π/4D 2
) P 0 = π/4D 2 σ, and as a result, the relationship between the absolute stress value σ and the hydraulic oil supply pressure P 0 mentioned above and the cross-sectional area of both shafts 29b and 29c is π/4D 2 σ = π/ It is expressed as 4D 2 P 0 −π/4d 2 P 0 D 2 σ=(D 2 −d 2 )P 0 . Note that from the above formula, σ=D 2 −d 2 /D 2 P 0 is derived, and this absolute stress value σ is
Regardless of the valve opening degree S depending on the stroke position of
It is established and determined. By substituting d=0 in this equation, the end shaft 29c
It is also clear from the fact that the absolute stress value σ in the conventional example without is the hydraulic oil supply pressure P 0 . Under the above conditions, the capacity of the motor 16 is its maximum stress value (in the example shown in FIG. 4, P 0 when the valve opening degree S is 0)
is required at least, and if this capacity is not present, the motor 16 side will be rotated in the opposite direction due to pressure. The present invention takes into consideration the various conditions mentioned above, and the motor 1
In order to reduce the required power, that is, the absolute value σ of the stress, the valve opening degree-stress characteristic shown in FIG. 4 is entirely translated in parallel, and the stress width P is changed as shown in FIG. Tensile stress + σ side and compressive stress - σ
It is divided into two equal parts, and the positive and negative sides have the same amplitude. Therefore, in the above-mentioned equation, it is preferable to substitute P/2 for σ and expand this to obtain the diameter d of the end shaft 29c. Here, the stress width P mentioned above is the value of the valve spool 27
When the valve operates to open and close the fluid passage between the opening degree of 0 and the maximum opening degree, the force generated in the axial direction of the connecting shaft 29b through the valve spool 27 due to the acting force due to the fluid flow is This corresponds to the maximum change width calculated in terms of stress, that is, the sum of the maximum compressive stress value and the maximum tensile stress value, and this corresponds to the flow state at the throttle part of the fluid passage opened and closed by the valve spool 27. It is determined by the pressure change caused by the change in pressure, and can be determined by experiment using a conventional model without the end shaft 29c. In addition, the hydraulic oil supply pressure P 0 is determined by the application,
Furthermore, the diameter D of the connecting shaft 29b with the motor 16 side is
It is set to a certain value from a structural standpoint, taking into consideration its strength, etc., and by substituting these into the above formula,
It is preferable to determine the diameter d of the end shaft 29c that satisfies this equation. The operation of the flow control valve configured as above is as follows.
explain. First, before the casting operation of the die-casting machine starts, the spool 27 is in the position shown in the figure, and the communication grooves 37 and 38 are closed by the outer peripheral surface of the spool body 28. When a command to start injection is issued from this state and the pulse motor 16 rotates by a predetermined angle, the screw shaft 19 connected by the coupling ring 20 rotates, and the nut 22 and the integral spool 27 that are screwed together rotate. Move back to the right. Therefore, the front chamber 33
The communication groove 37 and the annular groove 36 communicate with the communication groove 38, and the hydraulic oil from the inflow port 40 passes through the communication hole 35 to the rear chamber 34, and the communication grooves 37 and 38 communicate with the connection path 39. Outlet 41 after Tonogi
The molten metal is supplied to the injection cylinder from where the molten metal is poured. At the initial stage of injection, the communication groove 3
7 and 38 are small, the flow rate of hydraulic oil is small, and the injection speed is low. However, when injection continues and a command for high-speed injection is sent to the pulse motor 16 after a predetermined time, the pulse motor 16 rotates again. However, as the spool 27 moves further back and the opening degree of the communication grooves 37 and 38 increases, the flow rate of the hydraulic oil increases and the injection speed increases. In this case, the position detector 25 is sensitive to the movement of the permanent magnet 24 and the spool 2
Since the movement distance of the pulse motor 7 in the axial direction is accurately detected and fed back to the control device, the pulse motor 1
6, that is, the injection speed by the opening degree of the spool 27 is correctly controlled. In such a flow rate control operation, if the end shaft 29c is not provided as in the conventional case, the fourth
As explained in the figure, a stress width P is generated and power corresponding to this is required, but if we assume that the end shaft 29c is provided and its diameter d is gradually increased from 0, then the opening shown in FIG. , the stress curve gradually moves to the tensile stress +σ side while maintaining the stress width P, and as mentioned above,
【式】を満足するよう
に径D、dを設定した場合、この曲線が第2図に
示すようになる。すなわち、第2図は第4図に対
応して示すWhen the diameters D and d are set so as to satisfy [Formula], this curve becomes as shown in FIG. That is, FIG. 2 is shown in correspondence with FIG.
以上の説明から明らかなように本発明に係る流
量制御弁によれば、モータによりねじ機構を介し
て駆動されて筐体内で進退動作される流体通路開
閉用の弁スプールの軸線方向両端部を、ねじ機構
側の連結軸と流体流入口側の端軸とで筐体側に軸
支させるとともに、この端軸の径dを、弁スプー
ルによる流体通路絞り部の形状により決定されて
弁スプール作動時に連結軸上で軸線方向に生じる
応力幅Pと作動油の供給圧力P0とに基づく一定
の関係をもつて、連結軸の径Dよりも小さく形成
するようにしたので、連結軸に作用する最大引張
応力と最大圧縮応力とがほぼ等しくなるように構
成することができ、これにより弁スプールをねじ
機構側でのみ軸支した従来のものと比べて弁スプ
ールを進退動作させる動力を大幅に減少させるこ
とができるため、駆動用モータの容量を小さくす
ることが可能で、設備費と動力費の節減を計るこ
とができるという種々優れた効果がある。さら
に、本発明によれば、弁スプールを所定の弁開度
位置で停止させる際にブレーキ力として作用する
引張応力を大きくすることができるため、弁スプ
ールの停止時期を従来に比べて速めることが可能
で、たとえばダイカストマシン等に用いることに
より、低速射出から高速射出への切替えを速く
し、その分だけ速く安定した高速射出への移動が
可能となり、これにより良品質の製品を得やすく
なるという利点を奏する。
As is clear from the above description, according to the flow control valve according to the present invention, both ends in the axial direction of the valve spool for opening and closing the fluid passage, which is driven by the motor via the screw mechanism and moved forward and backward within the housing, The connecting shaft on the screw mechanism side and the end shaft on the fluid inlet side are pivotally supported on the housing side, and the diameter d of this end shaft is determined by the shape of the fluid passage constriction part by the valve spool, and the connection is made when the valve spool is operated. With a certain relationship based on the stress width P generated in the axial direction on the shaft and the hydraulic oil supply pressure P0 , the diameter D of the connecting shaft is made smaller than the diameter D, so that the maximum tensile force acting on the connecting shaft is It can be configured so that the stress and the maximum compressive stress are almost equal, and this greatly reduces the power required to move the valve spool forward and backward compared to the conventional system in which the valve spool is pivotally supported only on the screw mechanism side. Therefore, it is possible to reduce the capacity of the drive motor, which has various excellent effects such as reducing equipment costs and power costs. Furthermore, according to the present invention, it is possible to increase the tensile stress that acts as a braking force when stopping the valve spool at a predetermined valve opening position, so the timing of stopping the valve spool can be made earlier than in the past. For example, by using it in a die-casting machine, etc., it is possible to quickly switch from low-speed injection to high-speed injection, and it is possible to move to stable high-speed injection that much faster, making it easier to obtain high-quality products. Play advantage.
第1図および第2図は本発明に係る流量制御弁
の一実施例を示し、第1図はその縦断面図、第2
図はスプール開度とスプール軸の応力との関係線
図、第3図は従来の流量制御弁の概略断面図、第
4図は同じく従来構造でのスプール開度とスプー
ル軸の応力との関係線図である。
11……流量制御弁、12……筐体、13……
バルブボデイ、14……ケーシング、16……パ
ルスモータ、18……ボールねじ、27……スプ
ール、28……スプール本体、29……スプール
軸、29b……連結軸、29c……端軸、33…
…前室、34……後室、35……連通孔、36…
…環状溝、37,38……連通溝、40……流入
口、41……流出口、D……連結軸の径、d……
端軸の径。
1 and 2 show an embodiment of the flow control valve according to the present invention, FIG. 1 is a longitudinal sectional view thereof, and FIG.
The figure is a diagram showing the relationship between the spool opening and the stress on the spool shaft, Figure 3 is a schematic cross-sectional view of a conventional flow control valve, and Figure 4 is the relationship between the spool opening and the stress on the spool shaft in the same conventional structure. It is a line diagram. 11...Flow control valve, 12...Casing, 13...
Valve body, 14...Casing, 16...Pulse motor, 18...Ball screw, 27...Spool, 28...Spool body, 29...Spool shaft, 29b...Connection shaft, 29c...End shaft, 33...
...front chamber, 34...rear chamber, 35...communication hole, 36...
...Annular groove, 37, 38...Communication groove, 40...Inflow port, 41...Outflow port, D...Diameter of connecting shaft, d...
Diameter of end shaft.
Claims (1)
対しその回転を軸線方向の運動に変換するねじ機
構を介して連結された弁スプールと、この弁スプ
ールを軸線方向へ進退自在に軸支するとともに弁
スプールの軸線方向両端側に前室と後室とを形成
する筐体と、前記前室、後室間を連通させる連通
路と、前記前室に開口された流体流入口と、前記
弁スプールの進退動作で開閉される流体通路によ
り流体流入口との間が連通される前記筐体に開口
された流体流出口とを備えた流量調節弁におい
て、前記弁スプールを、前記ねじ機構との間の連
結軸と前記前室側の端軸とで筐体側に軸支させる
とともに、前記端軸の径dを、連結軸の径Dに比
べて ここで、P:弁スプールの流体通路開閉時に連
結軸上で軸線方向に生じる応力幅 P0:作動油の供給圧力 の関係が成り立つように、連結軸の径Dよりも小
さく形成したことを特徴とする流量制御弁。[Scope of Claims] 1. A motor that can control the amount of rotation, a valve spool connected to the motor via a screw mechanism that converts the rotation into axial movement, and a motor that can move the valve spool back and forth in the axial direction. A casing that is freely pivoted and forms a front chamber and a rear chamber on both ends of the valve spool in the axial direction, a communication passage that communicates between the front chamber and the rear chamber, and a fluid flow opening in the front chamber. A flow rate regulating valve comprising an inlet and a fluid outlet opened in the casing that communicates with the fluid inlet by a fluid passage that is opened and closed by the forward and backward movement of the valve spool, the valve spool comprising: The connecting shaft with the screw mechanism and the end shaft on the front chamber side are pivotally supported on the housing side, and the diameter d of the end shaft is made smaller than the diameter D of the connecting shaft. Here, P: Stress width generated in the axial direction on the connecting shaft when opening and closing the fluid passage of the valve spool P0 : The diameter of the connecting shaft is formed smaller than D so that the relationship of hydraulic oil supply pressure holds. flow control valve.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12439984A JPS616473A (en) | 1984-06-19 | 1984-06-19 | Flow-rate control valve |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12439984A JPS616473A (en) | 1984-06-19 | 1984-06-19 | Flow-rate control valve |
Publications (2)
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|---|---|
| JPS616473A JPS616473A (en) | 1986-01-13 |
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Family Applications (1)
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Family Cites Families (2)
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-
1984
- 1984-06-19 JP JP12439984A patent/JPS616473A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS616473A (en) | 1986-01-13 |
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