二段ポペット弁を有するパイロット動作型制御バルブ
【課題】 本発明は改良されたパイロット動作型油圧バルブに関する。
【解決手段】
油圧バルブは流入部と流出部間の流量を制御するためバルブと係合し且つ分離する主ポペット弁を有する。主ポペット弁の動きは主ポペット弁のパイロット通路を開閉するパイロットバルブ素子により制御される。パイロットバルブ素子は電機子内の穿孔部で滑動的に受止められる。電機子は第１バネにより主ポペット弁に向けて偏倚され、第２バネは電機子から外方向に且つ主ポペット弁に向けてパイロットバルブ素子を偏倚する。第２バネは第１バネより小さいバネ率を有する。パイロットバルブ素子が主ポペット弁と係合すると、係合力を継続的に加えることにより第２バネが座屈し、且つパイロットバルブ素子が電機子内を滑動し、バルブに悪影響を与える力の一部を吸収する。
【解決手段】
油圧バルブは流入部と流出部間の流量を制御するためバルブと係合し且つ分離する主ポペット弁を有する。主ポペット弁の動きは主ポペット弁のパイロット通路を開閉するパイロットバルブ素子により制御される。パイロットバルブ素子は電機子内の穿孔部で滑動的に受止められる。電機子は第１バネにより主ポペット弁に向けて偏倚され、第２バネは電機子から外方向に且つ主ポペット弁に向けてパイロットバルブ素子を偏倚する。第２バネは第１バネより小さいバネ率を有する。パイロットバルブ素子が主ポペット弁と係合すると、係合力を継続的に加えることにより第２バネが座屈し、且つパイロットバルブ素子が電機子内を滑動し、バルブに悪影響を与える力の一部を吸収する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパイロット動作型油圧バルブに関し、特に、バルブ間の圧力差の変化がバルブに流れる流量に作用する効果を補償する機構を内蔵したバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧システムの現在の傾向は電気制御及び電気動作型油圧バルブを使用することである。この型の制御は制御バルブがオペレータ運転席の近くに配置する必要がないので油圧の配管を単純にし、種々の機械機能のコンピュータ化された動作を可能にする。
【０００３】
ソレノイド駆動型のパイロットバルブは作動液流量を制御する周知の電気動作型装置である。この種のバルブは穿孔部の端部のノーズポートと、穿孔部内に横方向に開く側部ポートと、ポート間に置かれたバルブシートとを有する。ポペット弁はバルブシートに係合及び離脱して、２つのポート間の流路を開閉する。流体は前進方向で、且つバルブを介して側部ポートからノーズポートに流れる。双方向バルブはまた逆方向で、ノーズポートから側部ポートに流れる流量を制御できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ポペット弁の動きはバルブシートからポペット弁の遠方の側に作用する制御チャンバー内の圧力により制御される。電磁コイルを通電することによりポペット弁を貫通するパイロット通路を開くパイロットバルブ素子を移動させ、制御チャンバー内の圧力を解放するので、ポペット弁はバルブシートから離脱する。ある型のパイロット動作型ポペットバルブに流れる流体は電磁コイルに流れる電流レベル及びポペット弁がバルブシートから離脱する距離を制御することにより変化する。得られた流量は電流レベルに関連し、これらのバルブは比例バルブと称される。電磁コイルが非通電になると、バネがパイロットバルブ素子を偏倚させ、パイロット通路を遮断するので、圧力が制御チャンバー内で上昇し、ポペット弁をバルブシートに抗して強制し、バルブを遮断する。
【０００５】
従来のパイロット動作型ポペットバルブが遮断するように命令され且つ電流がソレノイドコイルから除去されると、電磁気力がすばやく消滅する。これによりパイロットバルブ素子はポペット弁がバルブシートに向かって動く速度よりバネ力に反応してより早く動く。したがって、パイロットバルブ素子はパイロットバルブ素子及びパイロット通路の開口部に時間と共に悪影響を与えるポペット弁内のパイロット通路の開口部に強制的に押し込められる。
【０００６】
流体がバルブを貫通して逆方向に流れている場合、フロー力がパイロットバルブ素子に作用するバネを座屈させるパイロットバルブ素子に抗してポペット弁を押し付ける。この動作はバルブの寿命に悪影響を与えるポペット弁内のパイロット通路にパイロットバルブを駆動させる。
【０００７】
したがって、パイロットバルブ素子をポペット弁のパイロット通路内に駆動するこれらの力を平衡させ又は減少させる機構を提供することが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
油圧制御バルブはその内部に形成されたバルブシート付の第１穿孔部を有する本体を具備している。第１ポートはバルブシートの片側の第１穿孔部に横方向に開き、第２ポートはバルブシートの他方の第１穿孔部と連通する。主ポペット弁は第１及び第２ポート間の流量を制御するためバルブシートと選択的に係合し且つ分離し、制御チャンバーは主ポペット弁の片側の第１穿孔部内で形成される。主ポペット弁は制御チャンバーと第２ポート内の開口部を有するパイロット通路を有する。
【０００９】
アクチュエータは本体内で動き且つ第２穿孔部を有する電機子を有する。第１バネは本体に対して電機子を偏倚させる。パイロットバルブ素子は電機子の移動と共にパイロットオリフィスを選択的に開閉するため第２穿孔部内に滑動的に受止められる。この開閉動作で従来のパイロット動作型バルブで使用される従来の方法で制御チャンバー内の圧力を制御する。第２バネは電機子に対してパイロットバルブ素子を偏倚させる。第２バネは第１バネより少ないバネ率を有し、パイロットバルブ素子を主ポペット弁と係合すると、パイロットバルブ素子と主ポペット弁を押す力を更に加えることにより第２バネが座屈し、パイロットバルブ素子が電機子内で滑動する。後者の滑動動作によりバルブの寿命に悪影響を与える力の一部を吸収する。
【００１０】
油圧制御バルブの好ましい実施例において、パイロットバルブ素子はパイロットバルブ素子が主ポペット弁に向かって電機子内を滑動可能な量を制限する部材を有する。
【００１１】
本発明を内蔵する油圧バルブの双方向のタイプも開示されている。このバルブパイロット通路も第１ポート内に開き、チェックバルブは両ポートのパイロット通路開口部に配置される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１を参照すると、ソレノイド動作型油圧バルブ１０はバルブマニホールド１２の縦方向第１穿孔部１６内に取り付けられた円筒形カートリッジ型本体１４を具備している。バルブマニホールド１２は第１穿孔部１６の側部で第１ポート１８に開く横方向第１導管１５を有する。第２導管１９はバルブマニホールド１２を貫通して伸び、第 １穿孔部１６の内部端部で第２ポート２０と連通する。バルブシート２２は第１及び第２ポート１８及び２０間の第１穿孔部１６内に形成される。
【００１３】
主ポペット弁２４はバルブシート２２に対して第１穿孔部１６内を滑動し、第１及び第２ポート１８及び２０間の流体の量を選択的に制御する。開口部２６は主ポペット弁２４内の中央に設けられ、第２ポート２０の第１開口部から主ポペット弁の遠方の側の制御チャンバー２８への第２開口部に伸びている。ポペット開口部２６は第１開口部から離間した肩部３３を有する。
【００１４】
主ポペット弁２４のノーズはバルブの閉鎖状態でバルブシート２２と係合する切頭円錐状表面２３を有する。この円錐状表面２３は第２ポート２３に突出する円筒ノーズ２１で終端する。
【００１５】
第１チェックバルブ３４は肩部３３と第１開口部間の主ポペット弁２４内の第１圧力通路２５内に配置された流量制御素子を形成し、流体がポペット開口部２６から第２ポート２０のみに流れるようにする。流量制御素子は第２チェックバルブ３７から形成され、第１ポート１８と肩部３３の近傍のポペット開口部２６間に延びる横方向第２圧力通路３８内の主ポペット弁２４内に配置される。第２チェックバルブ３７はポペット弁開口部２６から第１ポート１８への方向のみに流れる通路３８内の流量を制限する。第１及び第２チェックバルブ３４及び３７により制御される２つの流量通路は主ポペット弁２４内の開口部２６と一定の連通状態にある。
【００１６】
制御チャンバー２８内へのポペット弁開口部２６の開口によりパイロット開口部２７を有する柔軟性のパイロットシート３０により閉じられる。パイロットシート３０はスナップリング３１により適切な位置に保持される。ポペット弁２４内の二重螺旋ばね３２はポペット弁開口部２６の肩部３３に対してパイロットシート３０を偏倚する。パイロットシート３０の反対側は制御チャンバー２８内の圧力に露出され、パイロット通路３５は主ポペット弁２４内の二重螺旋ばね３２を貫通して伸びる。
【００１７】
バルブマニホールド１２は制御チャンバー２８と第１ポート１８間に伸びる第１制御通路５２を有し、流体制御素子が通路５２内の第３チェックバルブ５０から形成される。第３チェックバルブ５０は流体を第１ポート１８から制御チャンバー２８の方向のみに流すことができる。第２制御通路５６はバルブマニホールド１２内に形成され、他の流量制御素子、具体的には、第２ポート２０から制御チャンバー２８内のみに流れる流量を制限する第４チェックバルブ５４を有する。これらの制御通路５２と５６はそれぞれ第１及び第２流量制限オリフィス５３及び５７を有する。制御チャンバー２８は外部装置が後述の制御チャンバーに接続されるのを可能にするバルブマニホールド１２内の制御ポート５９に直接接続されることを留意すべきである。
【００１８】
主ポペット弁２４の動作は電磁コイル３９、電機子４２、及びパイロットバルブ素子４４からなるソレノイドアクチュエータ３６により制御される。電機子４２はバルブ本体１４を貫通する穿孔部４０内に位置決めされ、カートリッジ穿孔部４０の露出端部内にネジ切りされた調整ネジ４１により変更可能な力を作用させる第１、又は、調整ばね４５により主ポペット弁２４の方向に偏倚される。電磁コイル３９はバルブ本体１４の周囲に配置され且つ固定される。電機子４２は電磁コイル３９に電流を流すことにより発生する電磁界に反応して主ポペット弁２４から離間するようにカートリッジ穿孔部４０内を滑動する。
【００１９】
パイロットバルブ素子４４は管状電機子４２の第２穿孔部４６内に滑動的に受止められる。パイロットバルブ素子に固定されたスナップリング５１と係合する第２バネ４８は第２穿孔部４６から外方向にパイロットバルブ素子４４を偏倚するので、円錐先端６２を有する近接端部がパイロット開口部２７に入る。パイロットバルブ素子４４の遠方端部４３は、油圧バルブ１０が図示された閉鎖状態にある場合、電機子４２の近傍の端部から第２穿孔部４６内に引き込まれる。パイロットバルブ素子遠方端部４３はプルピン４７が圧入される開口部を有する。プルピン４７は電機子４２の端部と第１バネ４５間で保持されるワッシャ４９と係合する外部ヘッドを有する。間隙はワッシャ４９と、パイロットバルブ素子が第２バネ４８の力に抗して電機子４２内を上方に滑動させるパイロットバルブ素子４４の近傍端部４３との間に形成される。第１バネ４５は第２バネ４８より相当に大きなバネ率を有するので、パイロットバルブ素子４４の先端に加えられる力は電機子４２が後述のように第１バネを圧縮させる前に滑動動作を発生させる。
【００２０】
電磁コイル３９の非通電状態において、第１バネ４５は電機子４２を主ポペット弁２４方向に強制し、第２バネ４８は電機子から外方向にパイロットバルブ素子４４を強制するので、円推先端６２はパイロット開口部２７を開閉する。この合成作用によりパイロットバルブ素子先端部６２がパイロット通路３５を閉じ、制御チャンバー２８と第１及び第２ポート１８及び２０間の流体の連通を阻止する。同時に、第３及び第４チェックバルブ５０及び５４も流体が制御チャンバー２８から排出するのを阻止し、制御チャンバー内の圧力が少なくとも第１及び第２ポートの高圧力と同等の大きさになる。結果として、制御チャンバー２８内の圧力は主バルブシート２２から主ポペット弁２４を動かし油圧バルブ１０を開かせる力に抗する。
【００２１】
ソレノイドアクチュエータ３６の通電は油圧バルブ１０が第１及び第２ポート１８及び２０間の作動液の流量を比例制御するのを可能にする。電磁コイル３９に加えられた電流は電機子４２をソレノイドアクチュエータ３６内に且つ主ポペット弁２４から離間するように引き込む電磁界を発生する。電流の大きさはバルブが開く程度を決定し、且つバルブに流れる流量は電流に比例する。バルブは双方向であり、ポート間のいずれかの方向の流量を制御できる。
【００２２】
第１ポート１８の圧力が第２ポート２０の圧力を超えると、より高い圧力がオリフィス５３、第１圧力通路５２、及び第３チェックバルブ５０を介して制御チャンバー２８に伝達される。ソレノイドアクチュエータの電磁界により電機子４２がプルピン４７とパイロットバルブ素子４４を上方向に引き込む図１の上方向に移動する。この動作はパイロットバルブ素子先端部６２を主ポペット弁２４から離間するように動き、パイロット開口部２７を開口し、この例において、より低い相対圧力を有する第２ポート２０に制御チャンバー２８内の圧力を解放する。結果として、第１ポート１８からのより大きな圧力は制御チャンバー２８内の主ポペット表面に作用する主ポペット弁の表面５８に作用する。この圧力差はバルブシート２２から離間するように切頭円錐表面２３を強制し、第１及び第２ポート１８及び２０間の直接の連通を開く。得られた開口部により、流体は第１ポート１８から第２ポート２０に油圧バルブ１０を介して前進方向に流れるのを可能にする。
【００２３】
主ポペット弁２４の動きは圧力／力平衡がパイロット開口部２７の有効な開口部を介して流れる一定の流量により主ポペット弁間に確立されるまで継続する。このようにして、このバルブ開口部の大きさと作動液の流速は電磁コイル３９の電流の大きさにより制御される電機子４２とパイロットバルブ素子４４の位置により決定される。
【００２４】
負荷と供給圧力の変動はバルブを動作させるために要求される電流の大きさに影響を与えるバルブ間の変動圧力差を発生する。油圧バルブ１０において、圧力差が主ポペット弁２４に作用する効果は二重螺旋ばね３２により偏倚される柔軟性パイロットシート３０により平衡化される。二重螺旋ばね３２はパイロットシート３０が主ポペット弁２４間の圧力差の変化に応答して動くのを可能にする。このような動作はパイロットシート３０の軸方向位置を効果的に変更し、パイロットバルブの圧力差変化の効果を相殺する。パイロットシートの設計の柔軟性は二重螺旋ばね３２のバネ率に基いて決定される。
【００２５】
ソレノイドアクチュエータ３６が油圧バルブ１０を閉じるために非通電されると、高率調整第１バネ４５は電機子４２を主ポペット弁２４に向けて駆動する。パイロットバルブ素子４４は円錐先端部６２が主ポペット弁２４のパイロットシート３０と係合するまで電機子４２の動きと共に運ばれる。この係合動作はパイロットバルブ素子４４の更なる動きに抵抗し、第２バネ４８を座屈させ、電機子４２がパイロットバルブ素子上を滑動するのを可能にする。したがって、従来のバルブにおいて主ポペット弁２４内のパイロット開口部２７の壁に伝達される力の一部は第２バネ４８の座屈により吸収される。
【００２６】
油圧バルブ１０が逆方向の流量を制御すると、第２ポート２０の圧力は第１ポート１８の圧力を超過する。この場合、より高い第２ポート圧力はオリフィス５７、第２制御通路５６、及び第４チェックバルブ５４を介して制御チャンバー２８内に伝達される。電磁コイル３９が通電されると、パイロットバルブ素子４４は制御チャンバー２８内の圧力を解放するパイロット開口部２７から転出し、第２ポート圧力がバルブシート２２から離間するように主ポペット弁２４を移動させる。この比例流量制御は前方向の流量のための前述の制御と類似している。
【００２７】
しかしながら、第２ポート２０の圧力がパイロットバルブ素子先端部６２に抗して主ポペット弁２４を駆動するにつれて、第１バネ４５は力の一部を吸収するように座屈し、パイロットバルブ素子先端部及びパイロット開口部２７の潜在的悪影響を緩和する。
【００２８】
更に、二重バネ４５と４８を有する座屈パイロットバルブ素子設計は主ポペット弁２４がソレノイドアクチュエータ３６の電機子４２の移動可能な量より第１穿孔部内でより大きな距離を移動するのを可能にする。主ポペット弁２４が移動する制御チャンバー２８内の間隙は電機子４２の上端部上方の間隙以上である。したがって、電機子４２がその移動距離の極端な上方終端に到達すると、パイロットバルブ素子４４は主ポペット弁２４がバルブシート２２から離間するように更なる上方向に移動するのを可能にする電機子の第２穿孔部内の更なる上方移動を可能にする。この主ポペット弁２４の増加した移動距離はバルブを流れる流量を増加させる。
【００２９】
例えば、油圧バルブ１０が第２ポートから第１ポート１８に流れる流量を制御中、圧力は第２ポート内でより大きい。このより大きい圧力は主ポペット弁２４のノーズ２１の比較的大きい表面積に加えられる。電機子はその移動距離の極端な上方終端にあるが、主ポペット弁はまだパイロットバルブ素子が第２バネ４８を座屈させる電機子内で上方向に移動するに連れて主ポペット弁を更に強制的に開口させる。
【００３０】
図２は本発明を内蔵する第２油圧バルブ７０を示す。この第２油圧バルブ７０は第１及び第２流量通路７６及び７８を有するマニホールド７４の開口部内に搭載された円筒バルブ本体７２を有する。第１流量通路はバルブ本体７２内の第１ポート８０を介して開き、バルブ本体のノーズは第２通路７８と連通する第２ポート８２を有する。バルブ本体７２は主ポペット弁８６が滑動的に動いてバルブシート８８を第１及び第２ポート８０及び８２間の連通を選択的に開閉する内部穿孔部８４を有する管状構成を有する。
【００３１】
バルブシートから遠方の端部にあるポペット弁８６の端部はバルブピストン８７を受ける凹部を有し、中間チャンバー８９を画成する。流体通路９１はポペット弁８６の反対側の中間チャンバー８９と制御チャンバー９２間でバルブピストン８７を介して伸びている。中間及び制御チャンバー８９及び９２は互いに一定の流体で連通している。制御ポート９５は、後述するように、制御チャンバー９２が外部装置に接続されるのを可能にする。
【００３２】
主ポペット弁８６はバルブシート８８から反対側の第２ポート８２と中間チャンバー８９間にパイロット通路９０を有する。分岐通路内の第１チェックバルブ９３はパイロット通路９０から第１ポート８０のみに流れる流量を可能にする。第２チェックバルブ９４はパイロット通路９０から第２ポート８２のみに流れる流量を可能にする。第１制御通路９６は第１ポート８０から中間チャンバー８９に且つ制御チャンバー９２に延びており、制御チャンバーの方向のみに通路を介して流れる流量を可能にする第３チェックバルブ９８を有する。第２制御通路１００は第２ポート８２と中間及び制御チャンバー８９及び９２間に延び、且つ流量が第２ポートからこれらのチャンバーに流れるのを可能にする第４チェックバルブ１０２を有する。
【００３３】
第２油圧バルブ７０は電機子１１０を滑動的に受ける電磁コイル１０８付のソレノイドアクチュエータ１０６を有する。第１バネ１１８は電機子１１０の端部表面に抗してワッシャ１２０を押し付け、電機子を主ポペット弁８６の方向に偏倚させる。ソレノイドアクチュエータ１０６は個別部品または単一部品から形成可能なパイロットポペット弁１１４に取り付けられたパイロットピン１１２からなるパイロットバルブ素子１１１を有する。細長い管状パイロットピン１１２は電機子１１０の穿孔部を貫通し且つバルブピストン８７内の開口部に伸びている。ソレノイドアクチュエータ１０６内であるパイロットピン１１２の端部は図示状態のバルブ内のワッシャ１２０に突き当たりパイロットピンの下方向の移動距離を制限する環状リブ１２１を有する。ピストン８７内に伸びるピストンピン１１２の反対端部はパイロット通路９０が中間チャンバー８９内に開くパイロット開口部１１６と選択的に係合するパイロットポペット弁１１４に取り付けられている。第２バネ１２２は電機子１１０の反対側の端部から離間させパイロット開口部１１６内に偏倚させ開口部を閉鎖する。第３バネ１２３はソレノイドアクチュエータ１０６から離間するようにバルブピストン８７及び主ポペット弁８６を偏倚させる。
【００３４】
図１の第１バルブ１０のように、第２ポート８２の圧力は主ポペット弁８６と、パイロットバルブ素子１１１を電機子１１０内で滑動させるバルブピストン８７とに力を作用させ、且つパイロットポペット弁１１４とパイロット開口部１１６の封止表面を損傷させる力を吸収できる。電機子１１０の位置に対して移動するためのパイロットバルブ素子１１１の能力は主ポペット弁８６を電機子１１０が移動可能な距離以上の主バルブシート８８に対する距離を移動するのを可能にする
。
【００３５】
図３は油圧バルブ１０又は７０が利用される掘削機用の例示的な油圧回路２００を示す。油圧回路２００はブームシリンダー２０６をポンプ供給ライン２０８とタンク戻りライン２１０に結合する４個の制御バルブ２０１−２０４のような４個のバルブを採用している。シリンダー２０６はヘッドチャンバー２１１とロッドチャンバー２１２を有する。第１制御バルブ２０１はポンプ供給ライン２０８をロッドチャンバー２１２に接続し、第２制御バルブ２０２はポンプ供給ラインとヘッドチャンバー２１１間を接続する。第３制御バルブ２０３はロッドチャンバー２１２をタンク戻りライン２１０に結合し、第４制御バルブ２０４はヘッドチャンバー２１１とタンク戻りライン２１０間に同様な接続を与える。
【００３６】
第１圧力リリーフバルブ２１４はシリンダー２０６のロッドチャンバー２１２内の圧力が所定の閾値を超えると第３制御バルブ２０３の制御ポート５９又は９５をタンク戻りライン２１０に接続する。この動作は第３制御バルブ２０３の制御チャンバー２８又は９２の圧力を逃がし、その主ポペット弁２４又は８６がロッドチャンバー２１２内の圧力に応答して開くのを可能にする。ロッドチャンバー２１２とタンク戻りライン２１０間に形成された通路はチャンバー内の過大な圧力を解放する。この構成は比較的小さい流量及び物理的に小さい圧力リリーフバルブ２１４を利用し、第３制御バルブ２０３が主圧力リリーフ導管として作用するのを可能にする。同様の圧力リリーフバルブ２１６がシリンダー２０６のヘッドチャンバー２１１内の過大な圧力に応答して制御バルブを開くため第４制御バルブ２０４の制御ポート５９又は９５に設けられる。
【００３７】
掘削機のブーム用のシリンダー２０６は比較的大きな直径を有するピストンロッド２５５を有する。したがって、ヘッドチャンバー２１１はピストンがシリンダー内の中央部に来るとロッドチャンバー２１２よりきわめて大きい体積を有する。結果として、流体はピストンロッドを両方向に同速度で動かすためロッドチャンバー２１２から排出される流体以上の速度でヘッドチャンバー２１１を出入りしなければならない。したがって、ヘッドチャンバー２１１用の制御バルブ２０２及び２０４はロッドチャンバー２１２用の制御バルブ２０１及び２０３より大きい流路を与えなければならない。これは主ポペット弁２４及び８６が各ソレノイド電機子４２及び１１０より長い距離を走行するのを可能にする第１及び第２油圧バルブ１０及び７０の能力を利用することにより達成される。
【００３８】
この追加の動きは高流量オン／オフ型バルブである第１及び第２圧力リリーフバルブ２２０及び２２２により達成されるバルブの制御チャンバー２８又は９２内の圧力を解放することにより得られる。具体的には、第１圧力リリーフバルブ２２０は第２制御バルブ２０２の制御ポート５９又は９５間に接続され、開口すると、付随の制御チャンバー２８又は９２内の圧力をタンク戻りライン２１０に解放する。電機子が図１及び図２に示す移動距離の極端な上方終端に到達し、主ポペット弁２４又は８６がパイロット通路３５又は９０を閉鎖するパイロットバルブ素子４４又は１１１と係合した後でも、制御チャンバー圧力は第１圧力リリーフバルブ２２０を介してタンクに解放される。制御チャンバー２８又は９２の圧力が解放すると、第２ポート２０又は８２の流体圧力はパイロットバルブ素子４４又は１１１が滑動させ座屈させる力を電機子４２又は１１０内に与える。この運動は主ポペット弁２４又は８６がソレノイドアクチュエータの電機子により許容されるよりさらに遠くに開口するのを可能にする。したがって、第２制御バルブ２０２は高速なピストン移動が要求されると流量を供給ラインからヘッドチャンバー２１１内に搬送できる。
【００３９】
同様に、第２圧力リリーフバルブ２２２は第４制御バルブ２０４の制御ポート５９又は９５をタンク戻りライン２１０に結合し、各制御チャンバー２８又は９２内の圧力を解放し、付随の主ポペット弁２４又は８６が更なる開口位置に移動するのを可能にする。これにより、高速ピストン運動が逆方向で要求されると、第４制御バルブ２０４がヘッドチャンバー２１１からタンク戻りライン２１０により多くの流量を搬送するのを可能にする。
【００４０】
前述の記載は主に本発明の好ましい実施例に向けられた。本発明の範囲内で種々の変形例に注目したが、当業者が本発明の実施例の開示から明らかである追加の代案を実現するであろう事が予期される。したがって、本発明の範囲は特許請求の範囲から決定されるべきであり、上記開示により限定されるものでない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は本発明によるソレノイド動作型油圧バルブの断面図である。
【図２】図２はソレノイド動作型油圧バルブの第２実施例の断面図である。
【図３】図３は本発明による油圧バルブを利用する油圧回路の概略図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０ ソレノイド動作型油圧バルブ
１２ バルブマニホールド
１４ シリンダーカートリッジ型本体
１５、１９ 導管
１６ 第１穿孔部
１８、２０、５９ ポート
２１ 円筒ノーズ
２２ バルブシート
２３ 切頭円錐形表面
２４ 主ポペット弁
２５ 圧力通路
２６ 開口部
２８ 制御チャンバー
３０ パイロットシート
３２ 二重螺旋ばね
３３ 肩部
３４、３７、５０、５４ チェックバルブ
３５、３８ 通路
３６ ソレノイドアクチュエータ
３９ 電磁コイル
４１ 調整ネジ
４２ 電機子
４４ パイロットバルブ素子
４５ バネ
５２、５６ 通路
５３、５７ オリフィス
５１ スナップリング
【技術分野】
【０００１】
本発明はパイロット動作型油圧バルブに関し、特に、バルブ間の圧力差の変化がバルブに流れる流量に作用する効果を補償する機構を内蔵したバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧システムの現在の傾向は電気制御及び電気動作型油圧バルブを使用することである。この型の制御は制御バルブがオペレータ運転席の近くに配置する必要がないので油圧の配管を単純にし、種々の機械機能のコンピュータ化された動作を可能にする。
【０００３】
ソレノイド駆動型のパイロットバルブは作動液流量を制御する周知の電気動作型装置である。この種のバルブは穿孔部の端部のノーズポートと、穿孔部内に横方向に開く側部ポートと、ポート間に置かれたバルブシートとを有する。ポペット弁はバルブシートに係合及び離脱して、２つのポート間の流路を開閉する。流体は前進方向で、且つバルブを介して側部ポートからノーズポートに流れる。双方向バルブはまた逆方向で、ノーズポートから側部ポートに流れる流量を制御できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ポペット弁の動きはバルブシートからポペット弁の遠方の側に作用する制御チャンバー内の圧力により制御される。電磁コイルを通電することによりポペット弁を貫通するパイロット通路を開くパイロットバルブ素子を移動させ、制御チャンバー内の圧力を解放するので、ポペット弁はバルブシートから離脱する。ある型のパイロット動作型ポペットバルブに流れる流体は電磁コイルに流れる電流レベル及びポペット弁がバルブシートから離脱する距離を制御することにより変化する。得られた流量は電流レベルに関連し、これらのバルブは比例バルブと称される。電磁コイルが非通電になると、バネがパイロットバルブ素子を偏倚させ、パイロット通路を遮断するので、圧力が制御チャンバー内で上昇し、ポペット弁をバルブシートに抗して強制し、バルブを遮断する。
【０００５】
従来のパイロット動作型ポペットバルブが遮断するように命令され且つ電流がソレノイドコイルから除去されると、電磁気力がすばやく消滅する。これによりパイロットバルブ素子はポペット弁がバルブシートに向かって動く速度よりバネ力に反応してより早く動く。したがって、パイロットバルブ素子はパイロットバルブ素子及びパイロット通路の開口部に時間と共に悪影響を与えるポペット弁内のパイロット通路の開口部に強制的に押し込められる。
【０００６】
流体がバルブを貫通して逆方向に流れている場合、フロー力がパイロットバルブ素子に作用するバネを座屈させるパイロットバルブ素子に抗してポペット弁を押し付ける。この動作はバルブの寿命に悪影響を与えるポペット弁内のパイロット通路にパイロットバルブを駆動させる。
【０００７】
したがって、パイロットバルブ素子をポペット弁のパイロット通路内に駆動するこれらの力を平衡させ又は減少させる機構を提供することが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
油圧制御バルブはその内部に形成されたバルブシート付の第１穿孔部を有する本体を具備している。第１ポートはバルブシートの片側の第１穿孔部に横方向に開き、第２ポートはバルブシートの他方の第１穿孔部と連通する。主ポペット弁は第１及び第２ポート間の流量を制御するためバルブシートと選択的に係合し且つ分離し、制御チャンバーは主ポペット弁の片側の第１穿孔部内で形成される。主ポペット弁は制御チャンバーと第２ポート内の開口部を有するパイロット通路を有する。
【０００９】
アクチュエータは本体内で動き且つ第２穿孔部を有する電機子を有する。第１バネは本体に対して電機子を偏倚させる。パイロットバルブ素子は電機子の移動と共にパイロットオリフィスを選択的に開閉するため第２穿孔部内に滑動的に受止められる。この開閉動作で従来のパイロット動作型バルブで使用される従来の方法で制御チャンバー内の圧力を制御する。第２バネは電機子に対してパイロットバルブ素子を偏倚させる。第２バネは第１バネより少ないバネ率を有し、パイロットバルブ素子を主ポペット弁と係合すると、パイロットバルブ素子と主ポペット弁を押す力を更に加えることにより第２バネが座屈し、パイロットバルブ素子が電機子内で滑動する。後者の滑動動作によりバルブの寿命に悪影響を与える力の一部を吸収する。
【００１０】
油圧制御バルブの好ましい実施例において、パイロットバルブ素子はパイロットバルブ素子が主ポペット弁に向かって電機子内を滑動可能な量を制限する部材を有する。
【００１１】
本発明を内蔵する油圧バルブの双方向のタイプも開示されている。このバルブパイロット通路も第１ポート内に開き、チェックバルブは両ポートのパイロット通路開口部に配置される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１を参照すると、ソレノイド動作型油圧バルブ１０はバルブマニホールド１２の縦方向第１穿孔部１６内に取り付けられた円筒形カートリッジ型本体１４を具備している。バルブマニホールド１２は第１穿孔部１６の側部で第１ポート１８に開く横方向第１導管１５を有する。第２導管１９はバルブマニホールド１２を貫通して伸び、第 １穿孔部１６の内部端部で第２ポート２０と連通する。バルブシート２２は第１及び第２ポート１８及び２０間の第１穿孔部１６内に形成される。
【００１３】
主ポペット弁２４はバルブシート２２に対して第１穿孔部１６内を滑動し、第１及び第２ポート１８及び２０間の流体の量を選択的に制御する。開口部２６は主ポペット弁２４内の中央に設けられ、第２ポート２０の第１開口部から主ポペット弁の遠方の側の制御チャンバー２８への第２開口部に伸びている。ポペット開口部２６は第１開口部から離間した肩部３３を有する。
【００１４】
主ポペット弁２４のノーズはバルブの閉鎖状態でバルブシート２２と係合する切頭円錐状表面２３を有する。この円錐状表面２３は第２ポート２３に突出する円筒ノーズ２１で終端する。
【００１５】
第１チェックバルブ３４は肩部３３と第１開口部間の主ポペット弁２４内の第１圧力通路２５内に配置された流量制御素子を形成し、流体がポペット開口部２６から第２ポート２０のみに流れるようにする。流量制御素子は第２チェックバルブ３７から形成され、第１ポート１８と肩部３３の近傍のポペット開口部２６間に延びる横方向第２圧力通路３８内の主ポペット弁２４内に配置される。第２チェックバルブ３７はポペット弁開口部２６から第１ポート１８への方向のみに流れる通路３８内の流量を制限する。第１及び第２チェックバルブ３４及び３７により制御される２つの流量通路は主ポペット弁２４内の開口部２６と一定の連通状態にある。
【００１６】
制御チャンバー２８内へのポペット弁開口部２６の開口によりパイロット開口部２７を有する柔軟性のパイロットシート３０により閉じられる。パイロットシート３０はスナップリング３１により適切な位置に保持される。ポペット弁２４内の二重螺旋ばね３２はポペット弁開口部２６の肩部３３に対してパイロットシート３０を偏倚する。パイロットシート３０の反対側は制御チャンバー２８内の圧力に露出され、パイロット通路３５は主ポペット弁２４内の二重螺旋ばね３２を貫通して伸びる。
【００１７】
バルブマニホールド１２は制御チャンバー２８と第１ポート１８間に伸びる第１制御通路５２を有し、流体制御素子が通路５２内の第３チェックバルブ５０から形成される。第３チェックバルブ５０は流体を第１ポート１８から制御チャンバー２８の方向のみに流すことができる。第２制御通路５６はバルブマニホールド１２内に形成され、他の流量制御素子、具体的には、第２ポート２０から制御チャンバー２８内のみに流れる流量を制限する第４チェックバルブ５４を有する。これらの制御通路５２と５６はそれぞれ第１及び第２流量制限オリフィス５３及び５７を有する。制御チャンバー２８は外部装置が後述の制御チャンバーに接続されるのを可能にするバルブマニホールド１２内の制御ポート５９に直接接続されることを留意すべきである。
【００１８】
主ポペット弁２４の動作は電磁コイル３９、電機子４２、及びパイロットバルブ素子４４からなるソレノイドアクチュエータ３６により制御される。電機子４２はバルブ本体１４を貫通する穿孔部４０内に位置決めされ、カートリッジ穿孔部４０の露出端部内にネジ切りされた調整ネジ４１により変更可能な力を作用させる第１、又は、調整ばね４５により主ポペット弁２４の方向に偏倚される。電磁コイル３９はバルブ本体１４の周囲に配置され且つ固定される。電機子４２は電磁コイル３９に電流を流すことにより発生する電磁界に反応して主ポペット弁２４から離間するようにカートリッジ穿孔部４０内を滑動する。
【００１９】
パイロットバルブ素子４４は管状電機子４２の第２穿孔部４６内に滑動的に受止められる。パイロットバルブ素子に固定されたスナップリング５１と係合する第２バネ４８は第２穿孔部４６から外方向にパイロットバルブ素子４４を偏倚するので、円錐先端６２を有する近接端部がパイロット開口部２７に入る。パイロットバルブ素子４４の遠方端部４３は、油圧バルブ１０が図示された閉鎖状態にある場合、電機子４２の近傍の端部から第２穿孔部４６内に引き込まれる。パイロットバルブ素子遠方端部４３はプルピン４７が圧入される開口部を有する。プルピン４７は電機子４２の端部と第１バネ４５間で保持されるワッシャ４９と係合する外部ヘッドを有する。間隙はワッシャ４９と、パイロットバルブ素子が第２バネ４８の力に抗して電機子４２内を上方に滑動させるパイロットバルブ素子４４の近傍端部４３との間に形成される。第１バネ４５は第２バネ４８より相当に大きなバネ率を有するので、パイロットバルブ素子４４の先端に加えられる力は電機子４２が後述のように第１バネを圧縮させる前に滑動動作を発生させる。
【００２０】
電磁コイル３９の非通電状態において、第１バネ４５は電機子４２を主ポペット弁２４方向に強制し、第２バネ４８は電機子から外方向にパイロットバルブ素子４４を強制するので、円推先端６２はパイロット開口部２７を開閉する。この合成作用によりパイロットバルブ素子先端部６２がパイロット通路３５を閉じ、制御チャンバー２８と第１及び第２ポート１８及び２０間の流体の連通を阻止する。同時に、第３及び第４チェックバルブ５０及び５４も流体が制御チャンバー２８から排出するのを阻止し、制御チャンバー内の圧力が少なくとも第１及び第２ポートの高圧力と同等の大きさになる。結果として、制御チャンバー２８内の圧力は主バルブシート２２から主ポペット弁２４を動かし油圧バルブ１０を開かせる力に抗する。
【００２１】
ソレノイドアクチュエータ３６の通電は油圧バルブ１０が第１及び第２ポート１８及び２０間の作動液の流量を比例制御するのを可能にする。電磁コイル３９に加えられた電流は電機子４２をソレノイドアクチュエータ３６内に且つ主ポペット弁２４から離間するように引き込む電磁界を発生する。電流の大きさはバルブが開く程度を決定し、且つバルブに流れる流量は電流に比例する。バルブは双方向であり、ポート間のいずれかの方向の流量を制御できる。
【００２２】
第１ポート１８の圧力が第２ポート２０の圧力を超えると、より高い圧力がオリフィス５３、第１圧力通路５２、及び第３チェックバルブ５０を介して制御チャンバー２８に伝達される。ソレノイドアクチュエータの電磁界により電機子４２がプルピン４７とパイロットバルブ素子４４を上方向に引き込む図１の上方向に移動する。この動作はパイロットバルブ素子先端部６２を主ポペット弁２４から離間するように動き、パイロット開口部２７を開口し、この例において、より低い相対圧力を有する第２ポート２０に制御チャンバー２８内の圧力を解放する。結果として、第１ポート１８からのより大きな圧力は制御チャンバー２８内の主ポペット表面に作用する主ポペット弁の表面５８に作用する。この圧力差はバルブシート２２から離間するように切頭円錐表面２３を強制し、第１及び第２ポート１８及び２０間の直接の連通を開く。得られた開口部により、流体は第１ポート１８から第２ポート２０に油圧バルブ１０を介して前進方向に流れるのを可能にする。
【００２３】
主ポペット弁２４の動きは圧力／力平衡がパイロット開口部２７の有効な開口部を介して流れる一定の流量により主ポペット弁間に確立されるまで継続する。このようにして、このバルブ開口部の大きさと作動液の流速は電磁コイル３９の電流の大きさにより制御される電機子４２とパイロットバルブ素子４４の位置により決定される。
【００２４】
負荷と供給圧力の変動はバルブを動作させるために要求される電流の大きさに影響を与えるバルブ間の変動圧力差を発生する。油圧バルブ１０において、圧力差が主ポペット弁２４に作用する効果は二重螺旋ばね３２により偏倚される柔軟性パイロットシート３０により平衡化される。二重螺旋ばね３２はパイロットシート３０が主ポペット弁２４間の圧力差の変化に応答して動くのを可能にする。このような動作はパイロットシート３０の軸方向位置を効果的に変更し、パイロットバルブの圧力差変化の効果を相殺する。パイロットシートの設計の柔軟性は二重螺旋ばね３２のバネ率に基いて決定される。
【００２５】
ソレノイドアクチュエータ３６が油圧バルブ１０を閉じるために非通電されると、高率調整第１バネ４５は電機子４２を主ポペット弁２４に向けて駆動する。パイロットバルブ素子４４は円錐先端部６２が主ポペット弁２４のパイロットシート３０と係合するまで電機子４２の動きと共に運ばれる。この係合動作はパイロットバルブ素子４４の更なる動きに抵抗し、第２バネ４８を座屈させ、電機子４２がパイロットバルブ素子上を滑動するのを可能にする。したがって、従来のバルブにおいて主ポペット弁２４内のパイロット開口部２７の壁に伝達される力の一部は第２バネ４８の座屈により吸収される。
【００２６】
油圧バルブ１０が逆方向の流量を制御すると、第２ポート２０の圧力は第１ポート１８の圧力を超過する。この場合、より高い第２ポート圧力はオリフィス５７、第２制御通路５６、及び第４チェックバルブ５４を介して制御チャンバー２８内に伝達される。電磁コイル３９が通電されると、パイロットバルブ素子４４は制御チャンバー２８内の圧力を解放するパイロット開口部２７から転出し、第２ポート圧力がバルブシート２２から離間するように主ポペット弁２４を移動させる。この比例流量制御は前方向の流量のための前述の制御と類似している。
【００２７】
しかしながら、第２ポート２０の圧力がパイロットバルブ素子先端部６２に抗して主ポペット弁２４を駆動するにつれて、第１バネ４５は力の一部を吸収するように座屈し、パイロットバルブ素子先端部及びパイロット開口部２７の潜在的悪影響を緩和する。
【００２８】
更に、二重バネ４５と４８を有する座屈パイロットバルブ素子設計は主ポペット弁２４がソレノイドアクチュエータ３６の電機子４２の移動可能な量より第１穿孔部内でより大きな距離を移動するのを可能にする。主ポペット弁２４が移動する制御チャンバー２８内の間隙は電機子４２の上端部上方の間隙以上である。したがって、電機子４２がその移動距離の極端な上方終端に到達すると、パイロットバルブ素子４４は主ポペット弁２４がバルブシート２２から離間するように更なる上方向に移動するのを可能にする電機子の第２穿孔部内の更なる上方移動を可能にする。この主ポペット弁２４の増加した移動距離はバルブを流れる流量を増加させる。
【００２９】
例えば、油圧バルブ１０が第２ポートから第１ポート１８に流れる流量を制御中、圧力は第２ポート内でより大きい。このより大きい圧力は主ポペット弁２４のノーズ２１の比較的大きい表面積に加えられる。電機子はその移動距離の極端な上方終端にあるが、主ポペット弁はまだパイロットバルブ素子が第２バネ４８を座屈させる電機子内で上方向に移動するに連れて主ポペット弁を更に強制的に開口させる。
【００３０】
図２は本発明を内蔵する第２油圧バルブ７０を示す。この第２油圧バルブ７０は第１及び第２流量通路７６及び７８を有するマニホールド７４の開口部内に搭載された円筒バルブ本体７２を有する。第１流量通路はバルブ本体７２内の第１ポート８０を介して開き、バルブ本体のノーズは第２通路７８と連通する第２ポート８２を有する。バルブ本体７２は主ポペット弁８６が滑動的に動いてバルブシート８８を第１及び第２ポート８０及び８２間の連通を選択的に開閉する内部穿孔部８４を有する管状構成を有する。
【００３１】
バルブシートから遠方の端部にあるポペット弁８６の端部はバルブピストン８７を受ける凹部を有し、中間チャンバー８９を画成する。流体通路９１はポペット弁８６の反対側の中間チャンバー８９と制御チャンバー９２間でバルブピストン８７を介して伸びている。中間及び制御チャンバー８９及び９２は互いに一定の流体で連通している。制御ポート９５は、後述するように、制御チャンバー９２が外部装置に接続されるのを可能にする。
【００３２】
主ポペット弁８６はバルブシート８８から反対側の第２ポート８２と中間チャンバー８９間にパイロット通路９０を有する。分岐通路内の第１チェックバルブ９３はパイロット通路９０から第１ポート８０のみに流れる流量を可能にする。第２チェックバルブ９４はパイロット通路９０から第２ポート８２のみに流れる流量を可能にする。第１制御通路９６は第１ポート８０から中間チャンバー８９に且つ制御チャンバー９２に延びており、制御チャンバーの方向のみに通路を介して流れる流量を可能にする第３チェックバルブ９８を有する。第２制御通路１００は第２ポート８２と中間及び制御チャンバー８９及び９２間に延び、且つ流量が第２ポートからこれらのチャンバーに流れるのを可能にする第４チェックバルブ１０２を有する。
【００３３】
第２油圧バルブ７０は電機子１１０を滑動的に受ける電磁コイル１０８付のソレノイドアクチュエータ１０６を有する。第１バネ１１８は電機子１１０の端部表面に抗してワッシャ１２０を押し付け、電機子を主ポペット弁８６の方向に偏倚させる。ソレノイドアクチュエータ１０６は個別部品または単一部品から形成可能なパイロットポペット弁１１４に取り付けられたパイロットピン１１２からなるパイロットバルブ素子１１１を有する。細長い管状パイロットピン１１２は電機子１１０の穿孔部を貫通し且つバルブピストン８７内の開口部に伸びている。ソレノイドアクチュエータ１０６内であるパイロットピン１１２の端部は図示状態のバルブ内のワッシャ１２０に突き当たりパイロットピンの下方向の移動距離を制限する環状リブ１２１を有する。ピストン８７内に伸びるピストンピン１１２の反対端部はパイロット通路９０が中間チャンバー８９内に開くパイロット開口部１１６と選択的に係合するパイロットポペット弁１１４に取り付けられている。第２バネ１２２は電機子１１０の反対側の端部から離間させパイロット開口部１１６内に偏倚させ開口部を閉鎖する。第３バネ１２３はソレノイドアクチュエータ１０６から離間するようにバルブピストン８７及び主ポペット弁８６を偏倚させる。
【００３４】
図１の第１バルブ１０のように、第２ポート８２の圧力は主ポペット弁８６と、パイロットバルブ素子１１１を電機子１１０内で滑動させるバルブピストン８７とに力を作用させ、且つパイロットポペット弁１１４とパイロット開口部１１６の封止表面を損傷させる力を吸収できる。電機子１１０の位置に対して移動するためのパイロットバルブ素子１１１の能力は主ポペット弁８６を電機子１１０が移動可能な距離以上の主バルブシート８８に対する距離を移動するのを可能にする
。
【００３５】
図３は油圧バルブ１０又は７０が利用される掘削機用の例示的な油圧回路２００を示す。油圧回路２００はブームシリンダー２０６をポンプ供給ライン２０８とタンク戻りライン２１０に結合する４個の制御バルブ２０１−２０４のような４個のバルブを採用している。シリンダー２０６はヘッドチャンバー２１１とロッドチャンバー２１２を有する。第１制御バルブ２０１はポンプ供給ライン２０８をロッドチャンバー２１２に接続し、第２制御バルブ２０２はポンプ供給ラインとヘッドチャンバー２１１間を接続する。第３制御バルブ２０３はロッドチャンバー２１２をタンク戻りライン２１０に結合し、第４制御バルブ２０４はヘッドチャンバー２１１とタンク戻りライン２１０間に同様な接続を与える。
【００３６】
第１圧力リリーフバルブ２１４はシリンダー２０６のロッドチャンバー２１２内の圧力が所定の閾値を超えると第３制御バルブ２０３の制御ポート５９又は９５をタンク戻りライン２１０に接続する。この動作は第３制御バルブ２０３の制御チャンバー２８又は９２の圧力を逃がし、その主ポペット弁２４又は８６がロッドチャンバー２１２内の圧力に応答して開くのを可能にする。ロッドチャンバー２１２とタンク戻りライン２１０間に形成された通路はチャンバー内の過大な圧力を解放する。この構成は比較的小さい流量及び物理的に小さい圧力リリーフバルブ２１４を利用し、第３制御バルブ２０３が主圧力リリーフ導管として作用するのを可能にする。同様の圧力リリーフバルブ２１６がシリンダー２０６のヘッドチャンバー２１１内の過大な圧力に応答して制御バルブを開くため第４制御バルブ２０４の制御ポート５９又は９５に設けられる。
【００３７】
掘削機のブーム用のシリンダー２０６は比較的大きな直径を有するピストンロッド２５５を有する。したがって、ヘッドチャンバー２１１はピストンがシリンダー内の中央部に来るとロッドチャンバー２１２よりきわめて大きい体積を有する。結果として、流体はピストンロッドを両方向に同速度で動かすためロッドチャンバー２１２から排出される流体以上の速度でヘッドチャンバー２１１を出入りしなければならない。したがって、ヘッドチャンバー２１１用の制御バルブ２０２及び２０４はロッドチャンバー２１２用の制御バルブ２０１及び２０３より大きい流路を与えなければならない。これは主ポペット弁２４及び８６が各ソレノイド電機子４２及び１１０より長い距離を走行するのを可能にする第１及び第２油圧バルブ１０及び７０の能力を利用することにより達成される。
【００３８】
この追加の動きは高流量オン／オフ型バルブである第１及び第２圧力リリーフバルブ２２０及び２２２により達成されるバルブの制御チャンバー２８又は９２内の圧力を解放することにより得られる。具体的には、第１圧力リリーフバルブ２２０は第２制御バルブ２０２の制御ポート５９又は９５間に接続され、開口すると、付随の制御チャンバー２８又は９２内の圧力をタンク戻りライン２１０に解放する。電機子が図１及び図２に示す移動距離の極端な上方終端に到達し、主ポペット弁２４又は８６がパイロット通路３５又は９０を閉鎖するパイロットバルブ素子４４又は１１１と係合した後でも、制御チャンバー圧力は第１圧力リリーフバルブ２２０を介してタンクに解放される。制御チャンバー２８又は９２の圧力が解放すると、第２ポート２０又は８２の流体圧力はパイロットバルブ素子４４又は１１１が滑動させ座屈させる力を電機子４２又は１１０内に与える。この運動は主ポペット弁２４又は８６がソレノイドアクチュエータの電機子により許容されるよりさらに遠くに開口するのを可能にする。したがって、第２制御バルブ２０２は高速なピストン移動が要求されると流量を供給ラインからヘッドチャンバー２１１内に搬送できる。
【００３９】
同様に、第２圧力リリーフバルブ２２２は第４制御バルブ２０４の制御ポート５９又は９５をタンク戻りライン２１０に結合し、各制御チャンバー２８又は９２内の圧力を解放し、付随の主ポペット弁２４又は８６が更なる開口位置に移動するのを可能にする。これにより、高速ピストン運動が逆方向で要求されると、第４制御バルブ２０４がヘッドチャンバー２１１からタンク戻りライン２１０により多くの流量を搬送するのを可能にする。
【００４０】
前述の記載は主に本発明の好ましい実施例に向けられた。本発明の範囲内で種々の変形例に注目したが、当業者が本発明の実施例の開示から明らかである追加の代案を実現するであろう事が予期される。したがって、本発明の範囲は特許請求の範囲から決定されるべきであり、上記開示により限定されるものでない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は本発明によるソレノイド動作型油圧バルブの断面図である。
【図２】図２はソレノイド動作型油圧バルブの第２実施例の断面図である。
【図３】図３は本発明による油圧バルブを利用する油圧回路の概略図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０ ソレノイド動作型油圧バルブ
１２ バルブマニホールド
１４ シリンダーカートリッジ型本体
１５、１９ 導管
１６ 第１穿孔部
１８、２０、５９ ポート
２１ 円筒ノーズ
２２ バルブシート
２３ 切頭円錐形表面
２４ 主ポペット弁
２５ 圧力通路
２６ 開口部
２８ 制御チャンバー
３０ パイロットシート
３２ 二重螺旋ばね
３３ 肩部
３４、３７、５０、５４ チェックバルブ
３５、３８ 通路
３６ ソレノイドアクチュエータ
３９ 電磁コイル
４１ 調整ネジ
４２ 電機子
４４ パイロットバルブ素子
４５ バネ
５２、５６ 通路
５３、５７ オリフィス
５１ スナップリング
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間にバルブシートを有する第１ポート及び第２ポートを有する本体と、
前記第１ポートと前記第２ポート間の流量を制御するため前記バルブシートを選択的に係合し且つ分離し主ポペット弁の片側の制御チャンバーを形成する主ポペット弁であり、且つ前記制御チャンバー内に開き且つ前記第２ポートに接続されたパイロット通路を含む主ポペット弁と；
内部に穿孔部を有する可動電機子を含むアクチュエータと；
前記電機子を前記主ポペット弁に向けて偏倚させる第１バネと；
前記電機子の前記穿孔部内で滑動的に受止められ、且つ前記電機子の動きと共に前記パイロット通路を選択的に開閉するパイロットポペット弁と；
前記パイロット通路を閉じる位置に向けて前記ポペット弁を偏倚させ、且つ前記第１バネより小さいバネ率を有する第２バネと；
を具備することを特徴とする油圧制御バルブ。
【請求項２】
前記パイロットポペット弁と前記主ポペット弁を押す力を与えると、前記第２バネが前記パイロットポペット弁を前記電機子内で動かすことを特徴とする請求項１記載の油圧制御バルブ。
【請求項３】
前記パイロットポペット弁は前記パイロットポペット弁が前記主ポペット弁に向けて前記電機子内で滑動可能な量を制限する部材を有することを特徴とする請求項１記載の油圧制御バルブ。
【請求項４】
前記パイロットポペット弁は前記電機子の前記穿孔部内で受止められるステムと、前記ステムに取り付けられたヘッドを具備し、前記パイロット通路を開閉するため前記主ポペット弁と選択的に係合することを特徴とする請求項１記載の油圧制御バルブ。
【請求項５】
前記ポペット弁の凹部で受止められ且つ前記パイロットポペット弁を滑動的に受止める開口部を有するバルブピストンを更に具備することを特徴とする請求項１記載の油圧制御バルブ。
【請求項６】
前記パイロット通路と前記第２ポート間の第１圧力通路と；
流体がパイロット通路から前記第２ポートのみに流れるのを可能にする前記第１圧力通路内の第１流量制御素子と；
前記パイロット通路と前記第１ポート間に伸びる前記主ポペット弁内の第１圧力通路と；
流体が前記パイロット通路から前記第１ポートのみに流れるのを可能にする前記第２圧力通路内の第２流量制御素子と；
前記第１ポートと前記第２制御チャンバー間を連通させる第１制御通路と；
流体が前記第１ポートから前記制御チャンバーのみに流れるのを可能にする前記第１制御通路内の第３流量制御素子と；
前記第２ポートと前記制御チャンバー間に伸びる第２制御通路と；
流体が前記第２ポートから前記制御チャンバーのみに流れるのを可能にする前記第２制御通路内の第４流量制御素子と；
をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の油圧制御バルブ。
【請求項７】
前記第１制御通路と前記第２制御通路が前記主ポペット弁内にあることを特徴とする請求項６記載の油圧制御バルブ。
【請求項８】
前記パイロットポペット弁の動作で前記パイロット通路と前記制御チャンバー間の圧力差により発生する効果を補償する圧力補償機構を更に具備することを特徴とする請求項１記載の油圧制御バルブ。
【請求項９】
前記圧力補償機構が前記パイロット通路と前記制御チャンバー間のパイロットバルブシートを具備し、前記主ポペット弁に対して可動であり、前記パイロットバルブシートは前記パイロットポペット弁が前記パイロットバルブシートと係合する場合閉鎖されるパイロットオリフィスを有することを特徴とする請求項８記載の双方向パイロット動作型バルブ。
【請求項１０】
前記制御チャンバーに接続された圧力リリーフバルブを更に具備し、前記圧力リリーフバルブは、開くと、前記主ポペット弁が前記アクチュエータの動作により許容されるより前記バルブシートからより遠くに動くのを可能にする前記制御チャンバー内の圧力を解放することを特徴とする請求項１記載の油圧制御バルブ。
【請求項１１】
内部に形成されたバルブシート付の第１穿孔部と、前記バルブシートの片側で前記第１穿孔部に横方向に開いた第１ポートと、前記バルブシートの他方の前記第１穿孔部の端部と連通する第２ポートとを有する本体と；
前記第１ポートと前記第２ポート間の流量を制御するため前記バルブシートに選択的に係合及び離脱し、主ポペット弁の片側に前記本体内で制御チャンバーを形成し、且つ前記制御チャンバーへの開口部及び前記第２ポートへの接続部を有するパイロット通路を有する主ポペット弁と；
前記本体内で移動し且つ内部に第２穿孔部を有する電機子を有するアクチュエータと；
前記電機子を前記主ポペット弁の方向に偏倚する第１バネと；
前記電機子の移動と共に前記パイロット通路を選択的に開閉するため前記第２穿孔部内で滑動的に受止められるパイロットポペット弁と；
前記パイロットポペット弁を前記電機子から外方向に且つ前記主ポペット弁の方向に偏倚させる第２バネと；
を具備し、前記パイロットポペット弁と前記主ポペット弁の係合で、前記パイロットポペット弁と前記主ポペット弁を共に押す力を更に加えることにより前記第２バネが座屈させ、且つ前記パイロットポペット弁を前記電機子内で滑動させることを特徴とする油圧制御バルブ。
【請求項１２】
前記第１バネが前記第２バネより大きいバネ率を有することを特徴とする請求項１１記載の油圧制御バルブ。
【請求項１３】
前記パイロットポペット弁は前記ポペット弁が前記主ポペット弁に向かって前記電機子内を移動可能である量を制限する部材を有することを特徴とする請求項１１記載の油圧制御バルブ。
【請求項１４】
前記パイロットポペット弁は前記電機子の穿孔部内で受止められるステムと、前記ステムに取り付けられ且つ前記パイロット通路を開閉するために前記主ポペット弁と選択的に係合するヘッドとを具備することを特徴とする請求項１１記載の油圧制御バルブ。
【請求項１５】
間にバルブシートを有する第１ポートと第２ポートを有する本体と；
前記第１ポートと前記第２ポート間の流量を制御するため前記バルブシートに選択的に係合及び離脱し、主ポペット弁の片側で制御チャンバーを形成する主ポペット弁であり、且つ前記制御チャンバー内に開き且つ前記第２ポートに接続されたパイロット通路を有する主ポペット弁と；
内部に穿孔部を有する可動電機子を有するアクチュエータと；
前記電機子を前記主ポペット弁の方向に偏倚する第１バネと；
前記電機子の前記穿孔部内で滑動的に受止められ、且つ前記電機子の移動と共に前記パイロット通路を選択的に開閉するパイロットポペット弁と；
前記パイロットポペット弁をパイロット通路を閉鎖する位置に向けて偏倚させる第２バネであり、前記第１バネより小さいバネ率を有する第２バネと；
前記制御チャンバーに接続された圧力リリーフバルブと；
を具備し、圧力リリーフバルブが開くと、圧力を前記制御チャンバーに逃がし、前記主ポペット弁を前記アクチュエータの動作により得られるよりバルブシートから遠方に移動させることを特徴とする油圧制御バルブアセンブリ。
【請求項１６】
前記圧力リリーフバルブが電気的に動作することを特徴とする請求項１５記載の油圧制御バルブ。
【請求項１７】
前記パイロットポペット弁と前記主ポペット弁を押す力を加えると前記第２バネが前記パイロットポペット弁を前記電機子内で動かすことを特徴とする請求項１５記載の油圧制御バルブ。
【請求項１８】
前記パイロットポペット弁は前記電機子の穿孔部内で受止められるステムと、前記ステムに接続され且つ前記パイロット通路を開閉するため前記主ポペット弁と選択的に係合するヘッドを具備することを特徴とする請求項１５記載の油圧制御バルブ。
【請求項１９】
前記主ポペット弁の凹部で受止められ且つパイロットポペット弁を滑動的に受止める開口部を有するバルブピストンを更に具備することを特徴とする請求項１５記載の油圧制御バルブ。
【請求項２０】
前記パイロット通路と前記第２ポート間の第１圧力通路と；
パイロット通路から前記第２ポートへ流れる流量のみを許容する前記第１圧力通路内の第１流量制御素子と；
前記パイロット通路と前記第１ポート間に伸びる前記主ポペット弁内の第２圧力通路と；
前記パイロット通路から前記第１ポートへ流れる流量のみを許容する前記第２圧力通路内の第２流量制御素子と；
前記第１ポートと前記制御チャンバー間の連通を与える第１制御通路と；
前記第１ポートから前記制御チャンバーへ流れる流量のみを許容する前記第１制御通路内の第３流量制御素子と；
前記第２ポートと前記制御チャンバー間に伸びる第２制御通路と；
前記第２ポートから前記制御通路へ流れる流量のみを許容する前記第２制御通路内の第４流量制御素子と；
を更に具備することを特徴とする請求項１５記載の油圧制御バルブ。
【請求項２１】
前記パイロット通路と前記制御チャンバー間で且つ前記主ポペット弁に対して可動するパイロットバルブシートを具備し、前記パイロットバルブシートは前記パイロットポペット弁が前記パイロットバルブシートと係合すると閉じるパイロットオリフィスを有することを特徴とする請求項１５記載の油圧制御バルブ。
【請求項１】
間にバルブシートを有する第１ポート及び第２ポートを有する本体と、
前記第１ポートと前記第２ポート間の流量を制御するため前記バルブシートを選択的に係合し且つ分離し主ポペット弁の片側の制御チャンバーを形成する主ポペット弁であり、且つ前記制御チャンバー内に開き且つ前記第２ポートに接続されたパイロット通路を含む主ポペット弁と；
内部に穿孔部を有する可動電機子を含むアクチュエータと；
前記電機子を前記主ポペット弁に向けて偏倚させる第１バネと；
前記電機子の前記穿孔部内で滑動的に受止められ、且つ前記電機子の動きと共に前記パイロット通路を選択的に開閉するパイロットポペット弁と；
前記パイロット通路を閉じる位置に向けて前記ポペット弁を偏倚させ、且つ前記第１バネより小さいバネ率を有する第２バネと；
を具備することを特徴とする油圧制御バルブ。
【請求項２】
前記パイロットポペット弁と前記主ポペット弁を押す力を与えると、前記第２バネが前記パイロットポペット弁を前記電機子内で動かすことを特徴とする請求項１記載の油圧制御バルブ。
【請求項３】
前記パイロットポペット弁は前記パイロットポペット弁が前記主ポペット弁に向けて前記電機子内で滑動可能な量を制限する部材を有することを特徴とする請求項１記載の油圧制御バルブ。
【請求項４】
前記パイロットポペット弁は前記電機子の前記穿孔部内で受止められるステムと、前記ステムに取り付けられたヘッドを具備し、前記パイロット通路を開閉するため前記主ポペット弁と選択的に係合することを特徴とする請求項１記載の油圧制御バルブ。
【請求項５】
前記ポペット弁の凹部で受止められ且つ前記パイロットポペット弁を滑動的に受止める開口部を有するバルブピストンを更に具備することを特徴とする請求項１記載の油圧制御バルブ。
【請求項６】
前記パイロット通路と前記第２ポート間の第１圧力通路と；
流体がパイロット通路から前記第２ポートのみに流れるのを可能にする前記第１圧力通路内の第１流量制御素子と；
前記パイロット通路と前記第１ポート間に伸びる前記主ポペット弁内の第１圧力通路と；
流体が前記パイロット通路から前記第１ポートのみに流れるのを可能にする前記第２圧力通路内の第２流量制御素子と；
前記第１ポートと前記第２制御チャンバー間を連通させる第１制御通路と；
流体が前記第１ポートから前記制御チャンバーのみに流れるのを可能にする前記第１制御通路内の第３流量制御素子と；
前記第２ポートと前記制御チャンバー間に伸びる第２制御通路と；
流体が前記第２ポートから前記制御チャンバーのみに流れるのを可能にする前記第２制御通路内の第４流量制御素子と；
をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の油圧制御バルブ。
【請求項７】
前記第１制御通路と前記第２制御通路が前記主ポペット弁内にあることを特徴とする請求項６記載の油圧制御バルブ。
【請求項８】
前記パイロットポペット弁の動作で前記パイロット通路と前記制御チャンバー間の圧力差により発生する効果を補償する圧力補償機構を更に具備することを特徴とする請求項１記載の油圧制御バルブ。
【請求項９】
前記圧力補償機構が前記パイロット通路と前記制御チャンバー間のパイロットバルブシートを具備し、前記主ポペット弁に対して可動であり、前記パイロットバルブシートは前記パイロットポペット弁が前記パイロットバルブシートと係合する場合閉鎖されるパイロットオリフィスを有することを特徴とする請求項８記載の双方向パイロット動作型バルブ。
【請求項１０】
前記制御チャンバーに接続された圧力リリーフバルブを更に具備し、前記圧力リリーフバルブは、開くと、前記主ポペット弁が前記アクチュエータの動作により許容されるより前記バルブシートからより遠くに動くのを可能にする前記制御チャンバー内の圧力を解放することを特徴とする請求項１記載の油圧制御バルブ。
【請求項１１】
内部に形成されたバルブシート付の第１穿孔部と、前記バルブシートの片側で前記第１穿孔部に横方向に開いた第１ポートと、前記バルブシートの他方の前記第１穿孔部の端部と連通する第２ポートとを有する本体と；
前記第１ポートと前記第２ポート間の流量を制御するため前記バルブシートに選択的に係合及び離脱し、主ポペット弁の片側に前記本体内で制御チャンバーを形成し、且つ前記制御チャンバーへの開口部及び前記第２ポートへの接続部を有するパイロット通路を有する主ポペット弁と；
前記本体内で移動し且つ内部に第２穿孔部を有する電機子を有するアクチュエータと；
前記電機子を前記主ポペット弁の方向に偏倚する第１バネと；
前記電機子の移動と共に前記パイロット通路を選択的に開閉するため前記第２穿孔部内で滑動的に受止められるパイロットポペット弁と；
前記パイロットポペット弁を前記電機子から外方向に且つ前記主ポペット弁の方向に偏倚させる第２バネと；
を具備し、前記パイロットポペット弁と前記主ポペット弁の係合で、前記パイロットポペット弁と前記主ポペット弁を共に押す力を更に加えることにより前記第２バネが座屈させ、且つ前記パイロットポペット弁を前記電機子内で滑動させることを特徴とする油圧制御バルブ。
【請求項１２】
前記第１バネが前記第２バネより大きいバネ率を有することを特徴とする請求項１１記載の油圧制御バルブ。
【請求項１３】
前記パイロットポペット弁は前記ポペット弁が前記主ポペット弁に向かって前記電機子内を移動可能である量を制限する部材を有することを特徴とする請求項１１記載の油圧制御バルブ。
【請求項１４】
前記パイロットポペット弁は前記電機子の穿孔部内で受止められるステムと、前記ステムに取り付けられ且つ前記パイロット通路を開閉するために前記主ポペット弁と選択的に係合するヘッドとを具備することを特徴とする請求項１１記載の油圧制御バルブ。
【請求項１５】
間にバルブシートを有する第１ポートと第２ポートを有する本体と；
前記第１ポートと前記第２ポート間の流量を制御するため前記バルブシートに選択的に係合及び離脱し、主ポペット弁の片側で制御チャンバーを形成する主ポペット弁であり、且つ前記制御チャンバー内に開き且つ前記第２ポートに接続されたパイロット通路を有する主ポペット弁と；
内部に穿孔部を有する可動電機子を有するアクチュエータと；
前記電機子を前記主ポペット弁の方向に偏倚する第１バネと；
前記電機子の前記穿孔部内で滑動的に受止められ、且つ前記電機子の移動と共に前記パイロット通路を選択的に開閉するパイロットポペット弁と；
前記パイロットポペット弁をパイロット通路を閉鎖する位置に向けて偏倚させる第２バネであり、前記第１バネより小さいバネ率を有する第２バネと；
前記制御チャンバーに接続された圧力リリーフバルブと；
を具備し、圧力リリーフバルブが開くと、圧力を前記制御チャンバーに逃がし、前記主ポペット弁を前記アクチュエータの動作により得られるよりバルブシートから遠方に移動させることを特徴とする油圧制御バルブアセンブリ。
【請求項１６】
前記圧力リリーフバルブが電気的に動作することを特徴とする請求項１５記載の油圧制御バルブ。
【請求項１７】
前記パイロットポペット弁と前記主ポペット弁を押す力を加えると前記第２バネが前記パイロットポペット弁を前記電機子内で動かすことを特徴とする請求項１５記載の油圧制御バルブ。
【請求項１８】
前記パイロットポペット弁は前記電機子の穿孔部内で受止められるステムと、前記ステムに接続され且つ前記パイロット通路を開閉するため前記主ポペット弁と選択的に係合するヘッドを具備することを特徴とする請求項１５記載の油圧制御バルブ。
【請求項１９】
前記主ポペット弁の凹部で受止められ且つパイロットポペット弁を滑動的に受止める開口部を有するバルブピストンを更に具備することを特徴とする請求項１５記載の油圧制御バルブ。
【請求項２０】
前記パイロット通路と前記第２ポート間の第１圧力通路と；
パイロット通路から前記第２ポートへ流れる流量のみを許容する前記第１圧力通路内の第１流量制御素子と；
前記パイロット通路と前記第１ポート間に伸びる前記主ポペット弁内の第２圧力通路と；
前記パイロット通路から前記第１ポートへ流れる流量のみを許容する前記第２圧力通路内の第２流量制御素子と；
前記第１ポートと前記制御チャンバー間の連通を与える第１制御通路と；
前記第１ポートから前記制御チャンバーへ流れる流量のみを許容する前記第１制御通路内の第３流量制御素子と；
前記第２ポートと前記制御チャンバー間に伸びる第２制御通路と；
前記第２ポートから前記制御通路へ流れる流量のみを許容する前記第２制御通路内の第４流量制御素子と；
を更に具備することを特徴とする請求項１５記載の油圧制御バルブ。
【請求項２１】
前記パイロット通路と前記制御チャンバー間で且つ前記主ポペット弁に対して可動するパイロットバルブシートを具備し、前記パイロットバルブシートは前記パイロットポペット弁が前記パイロットバルブシートと係合すると閉じるパイロットオリフィスを有することを特徴とする請求項１５記載の油圧制御バルブ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−１８７３１５（Ｐ２００７−１８７３１５Ａ）
【公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００７−１９６７（Ｐ２００７−１９６７）
【出願日】平成１９年１月１０日（２００７．１．１０）
【出願人】（５９８０９６１３１）フスコ インターナショナル インコーポレイテッド (21)
【氏名又は名称原語表記】ＨＵＳＣＯ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ， ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】Ｐ．Ｏ． Ｂｏｘ ２５７， Ｗａｕｋｅｓｈａ， Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ ５３１８７−０２５７ ＵＳ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１９６７（Ｐ２００７−１９６７）
【出願日】平成１９年１月１０日（２００７．１．１０）
【出願人】（５９８０９６１３１）フスコ インターナショナル インコーポレイテッド (21)
【氏名又は名称原語表記】ＨＵＳＣＯ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ， ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】Ｐ．Ｏ． Ｂｏｘ ２５７， Ｗａｕｋｅｓｈａ， Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ ５３１８７−０２５７ ＵＳ
【Ｆターム（参考）】
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