双方向力フィードバックポペット弁
弁は、第１のポート（１６）および第２のポート（１８）を有する主室を含む弁本体（１４）と、主室内に配置された主ポペット（２０）とを有する。主ポペットは、主室内に制御室（３０）を形成する第１の表面（２８）を含む。弁は、制御室を第１のポートに連通する第１の通路（４０）と、制御室を第２のポートに連通する第２の通路（５０）とを有する。さらに、弁は、制御室からの流体の流れを、第３の通路（９６）を通って第１のポートに、また第４の通路（１０２）を通って第２のポートに、それぞれ制御するためのパイロットポペット（８２）を有するパイロット弁（８０）を含む。その上、弁は、主ポペットとパイロットポペットとの間の距離に対して力を与えるために、主ポペットとパイロットポペットとの間に結合されたフィードバックバネ（９０）を有することが可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に力フィードバックポペット弁に関し、より詳しくは、双方向力フィードバックポペット弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
建設機械および農業機械は、油圧シリンダピストン構成を含む油圧構造を使用する可動部材を有する。これらの構造は、それらへの作動油の流れを制御する１つ以上のポペット弁によって制御されることができる。いくつかのポペット弁は、メータインオリフィスを介して入口ポートにまたメータアウトオリフィスを介して出口ポートに接続された制御室を含む。制御圧力が入口ポート内の入口圧力未満に低下した場合に、入口圧力がポペット弁のポペットを弁座から離れるように付勢するように、メータアウトオリフィスを介した流体の流れを制御して制御室内の制御圧力を低減することにより、ポペット弁の開放が制御される。パイロット弁に接続されたアクチュエータに電流を印加することによって選択的に開放できるパイロット弁により、メータアウトオリフィスが制御される。
【０００３】
上述のポペット弁構造に関連する問題の１つは、入口ポート内の圧力が出口ポート内の圧力よりも高い場合にのみ、ポペット弁を開放できるということである。出口ポート内の圧力が入口ポート内の圧力よりも高い場合には、ポペット弁を開放できない。両方の状態で開放可能なポペット弁を有することが望ましい。
【０００４】
ヤン（Ｙａｎｇ）らに交付された（特許文献１）は、２つのポート間の双方向の流体の流れを制御するためのパイロット作動ポペット弁を開示している。（特許文献１）に開示されているポペット弁は、制御室と第１のポートとの間に延びる第１の通路を含む。チェック弁により、流体が第１の通路を通って第１のポートから制御室への方向にのみ流れることが許容される。第２の通路は制御室と第２のポートとの間に延びる。他のチェック弁により、流体が第２の通路を通って第２のポートから制御室への方向にのみ流れることが許容される。
【０００５】
（特許文献１）のシステムは、双方向パイロット作動制御弁を提供し得るが、（特許文献１）のシステムは、パイロットポペットの移動によってポペット弁の最大開放が制限される直接フィードバック機構を使用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，３２８，２７５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
開示されるシステムは、上述の課題の１つ以上を克服することに向けられる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一形態では、本開示は力フィードバックポペット弁に関する。力フィードバックポペット弁は、第１のポートおよび第２のポートを有する主室を含む弁本体と、主室内に配置された主弁ポペットとを含み得る。主弁ポペットは、第１のポートと第２のポートとの間の流体の流れを制御するために開放位置と閉鎖位置との間で摺動可能であり、また主室内に制御室を形成する第１の表面を含むことが可能である。さらに、力フィードバックポペット弁は、制御室を第１のポートに連通させる第１の通路と、制御室を第２のポートに連通させる第２の通路とを含み得る。第１の通路は、流体が第１のポートから制御室に流れることを許容するチェック弁を有することが可能であり、また第２の通路は、流体が第２のポートから制御室に流れることを許容するチェック弁を有することが可能である。その上、力フィードバックポペット弁は、第３の通路を通した制御室と第１のポートとの間の流体の流れを制御するための、および第４の通路を通した制御室と第２のポートとの間の流体の流れを制御するためのパイロット弁ポペットを有するパイロット弁を含み得る。さらに、力フィードバック弁は、主ポペットとパイロットポペットとの間の距離に対してフィードバック力を与えるために、主弁ポペットとパイロット弁ポペットとの間に結合されたフィードバックバネを含むことが可能である。
【０００９】
他の形態では、本開示は、主室内に摺動可能に収容された主弁ポペットを有する主室によって画成された第１のポートと第２のポートとの間の流体連通を制御する方法に関する。閉鎖位置で第１のポートと第２のポートとの間の流体連通を遮断し、そして開放位置で第１のポートと第２のポートとの間の流体連通を許容するように、主弁ポペットを適合させ得る。主弁ポペットは、主室内に制御室を形成する第１の表面を有することが可能である。本方法は、パイロット弁を開放して、制御室から、より低い圧力を有する第１のポートおよび第２のポートの一方への流体の流れを許容するステップを含み得る。さらに、本方法は、より高い圧力を有する第１のポートおよび第２のポートの一方から制御室に流体の流れを導くステップを含み得る。弁開放方向の主ポペットに作用する組み合わされた力が、弁閉鎖方向の主ポペットに作用する組み合わされた力よりも大きい場合、主ポペットを弁開放方向に移動させて、第１のポートと第２のポートとの間の流体連通を許容することが可能である。その上、本方法は、主ポペットとパイロット弁との間の距離に対して力を加えて、パイロット弁を閉鎖するステップを含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の一実施形態による例示的な力フィードバックポペット弁の断面図である。
【図２】本開示の他の実施形態による例示的な力フィードバックポペット弁の断面図である。
【図３】本開示のさらに他の実施形態による例示的な力フィードバックポペット弁の断面図である。
【図４】本開示のさらに他の実施形態による例示的な力フィードバックポペット弁の断面図である。
【図５】本開示の一実施形態による例示的なニードル弁の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、例示的な力フィードバックポペット弁１０を示している。力フィードバックポペット弁１０は、主室１４を有する弁本体１２を含み得る。主室１４は、主室１４の側壁の第１のポート１６と主室１４の底部の第２のポート１８とを含むことが可能である。力フィードバックポペット弁１０は、主室１４内に摺動可能に配置された主ポペット２０を含み得る。主ポペット２０は、第１の端部２０Ａと、第２の端部２０Ｂと、第１の端部２０Ａを第２の端部２０Ｂに接続する中央部２０Ｃとを含むことが可能である。
【００１２】
主ポペット２０の第１の端部２０Ａは、主室１４の内壁と共に制御室３０を形成する上面２８（第１の表面）を含み得る。上面２８は、制御室３０内の流体に露出された有効表面積値Ａｃを有することが可能である。さらに、主ポペット２０の第１の端部２０Ａは、第１のポート１６に収容された流体に接触するように適合された下面３２（第２の表面）を含み得る。その上、主ポペット２０は、流体が主ポペット２０の側壁に沿って制御室３０と第１のポート１６との間に漏れることを防止するために、主ポペット２０の側壁に取り付けられたシールリング３４を含むことが可能である。
【００１３】
第２の端部２０Ｂは、端面２４（第３の表面）と座面２６とを含み得る。座面２６は、図１に示したような円錐形状、または他の任意の適切な形状であり得る。制御室３０内の流体に露出された主ポペット２０の上面２８は、有効表面積Ａｃを有することが可能である。第２のポート１８内の流体に露出された端面２４の領域および座面２６の領域は、有効表面積値Ａ２を有することが可能である。下面３２の有効表面積Ａ１はＡ１＝Ａｃ−Ａ２と定義され得る。一実施形態では、有効表面積Ａ１は有効表面積Ａ２に実質的に等しく、また主ポペット２０の上面２８の表面積Ａｃは、有効表面積Ａ２を加えた有効表面積Ａ１に等しい（Ａｃ＝Ａ１＋Ａ２＝２Ａ１＝２Ａ２）。座面２６は、主ポペット２０が閉鎖位置にある場合に第２のポート１８の弁座２２に封止係合するように適合されることが可能であり、このようにして、第１のポート１６と第２のポート１８との間の流体連通を遮断することが可能である。座面２６が弁座２２から移動された場合、流体はメータアウトオリフィス１１３を通って第１のポート１６と第２のポート１８との間に流れ得る。
【００１４】
第１の通路４０は第１のポート１６から制御室３０に延び得る。第１の通路４０は、流体が第１のポート１６から制御室３０に流れることのみを許容するチェック弁４２を含むことが可能である。さらに、第１の通路４０は、それへの流体の流れを制限するためのメータインオリフィス４４を含むことが可能である。第２の通路５０は第２のポート１８から制御室３０に延び得る。第２の通路５０は、流体が第２のポート１８から制御室３０に流れることのみを許容するチェック弁５２を含むことが可能である。さらに、第２の通路５０は、それへの流体の流れを制限するためのメータインオリフィス５４を含むことが可能である。第１の通路４０および第２の通路５０は主ポペット２０（図１に示したような）に形成され得るかまたは弁本体１２（図示せず）に形成され得る。上述のオリフィス４４、５４は可変オリフィスまたは固定オリフィスであり得る。
【００１５】
さらに、図１に示したように、力フィードバックポペット弁１０はパイロット弁８０を含むことが可能である。パイロット弁８０は、その中に画成されたボア８４に摺動可能に配置されたパイロットポペット８２を含み得る。パイロットポペット８２はその下端に弁座部８６を含むことが可能である。パイロットポペット８２の弁座部８６を受け止めるため、ボア８４の下端に弁座８８を形成し得る。弁座部８６を弁座８８に封止係合するように適合させることが可能である。圧縮フィードバックバネ９０を主ポペット２０とパイロットポペット８２との間に結合し得る。
【００１６】
図１に示したように、パイロットポペット８２は、その側壁で画成された環状室１１０を含むことが可能である。弁本体１２に形成された第３の通路９６は第１のポート１６から環状室１１０に延び得る。第３の通路９６は、流体が環状室１１０から第１のポート１６に流れることのみを許容し得る第３のチェック弁９８を第３の通路９６内に含むことが可能である。弁本体１２に形成された第４の通路１０２は第２のポート１８から環状室１１０に延び得る。第４の通路１０２は、流体が環状室１１０から第２のポート１８に流れることのみを許容し得る第４のチェック弁１０４を第４の通路１０２内に含むことが可能である。パイロットポペット８２が閉鎖位置にある（パイロットポペット８２の弁座部８６が弁座８８に封止しながら受け止められた）場合、制御室３０と環状室１１０との間の流体連通が遮断される。パイロットポペット８２が開放位置にある場合、環状室１１０はメータアウトオリフィス１１１を介して制御室３０に流体連通する。
【００１７】
さらに、図１に示したように、力フィードバックポペット弁１０は、パイロット弁８０を制御するためのアクチュエータ１２０を含むことが可能である。一実施形態では、アクチュエータ１２０は、電磁コイル１２２とアーマチュア１２４とを含むソレノイドアクチュエータであり得る。電磁コイル１２２をカートリッジまたはハウジング１２６の周りに配置して固定することが可能である。カートリッジ１２６内に画成された管１２８内にアーマチュア１２４を位置決めし得る。下向きの力を加えてパイロットポペット８２を移動させるように、アーマチュア１２４を適合させることが可能である。電流が電磁コイル１２２に印加された場合、電磁界が形成され、これに応じて、アーマチュア１２４がカートリッジ管１２８内でパイロットポペット８２に向かって摺動する。アーマチュア１２４は、パイロットポペット８２を主ポペット２０に向かって移動させることが可能である。このことにより、パイロットポペット８２が弁座８８から移動され、これによって、制御室３０と環状室１１０との間の流体連通が開放される。アクチュエータ１２０が非作動にされた場合、フィードバックバネ９０はパイロットポペット８２を弁座８８に向かって付勢し、ボア８４の底端を閉鎖する。この状態において、環状室１１０と制御室３０との間には流体の流れがない。さらに、力フィードバックポペット弁１０は、フィードバックバネ９０によって加えられた力をパイロットポペット８２に付勢するために、その上端に結合されている安定バネ１６０を含むことが可能である。
【００１８】
図１に示したように、力フィードバックポペット弁１０はパイロットポペット８２の上端にアーマチュア室１３８を含み得る。パイロットポペット８２は、制御室３０に接続される一端の第１の開口部１３２と、アーマチュア室１３８に接続される他端の第２の開口部１３４とを有するパイロット通路１３０を含むことが可能である。さらに、力フィードバックポペット弁１０はニードル弁１３６を含み得る。ニードル弁１３６は、アーマチュア１２４によって押し下げられた場合にパイロット通路１３０の第２の開口部１３４を選択的に開放するように適合される。一実施形態では、第２の開口部１３４は比較的小さい開口部であり得る。
【００１９】
図２に示したような一代替実施形態では、共通の部分（共通の通路６０として図示）を介して、制御室３０に延びる第１の通路４０および第２の通路５０を制御室３０に接続することが可能である。第１の通路４０および第２の通路５０は共通のメータインオリフィス６２を有し得る。環状室１１０に延びる第３の通路９６および第４の通路１０２は、それらの交差部に共通の通路１１２と共通のチェック弁１０６とを有することが可能である。図３に示したような他の代替実施形態では、第１の通路４０および第２の通路５０は、共通の通路６０’、共通のメータインオリフィス６２’、および第１の通路４０と第２の通路５０と共通の通路６０’との交差部の共通のチェック弁６４を有し得る。
【００２０】
共通のメータインオリフィス６２または６２’は固定オリフィスまたは可変オリフィスであり得る。可変オリフィスは圧力差の関数で前記可変オリフィスの開口面積を変化させることが可能であり、このことにより、主ポペット２０が開放位置にある場合に制御室３０へのメータイン流量の制御が許容される。オリフィスの開口面積は、低い圧力差でより大きくなることが可能であり、このことによって、主ポペット２０が、低い圧力差で閉鎖方向に応答することが許容される。図４に示した実施形態では、可変オリフィス６２は流量調整装置１５０であり得る。流量調整装置１５０は、メータイン流量を実質的に一定に維持し、したがって、主ポペット２０の実質的に一定の速度を維持することが可能である。
【００２１】
図５は、ニードル弁１３６の拡大図を示している。図５に示したように、アクチュエータ１２０が非作動にされ、アーマチュア１２４が解放位置にある場合、パイロットポペット８２の上面１４０とアーマチュア１２４の下面１４２との間にはギャップＧがある。パイロットポペット８２の上面１４０は、通路１３０をアーマチュア室１３８に流体接続する開口部１３４を含む。漏出経路は、制御室３０からパイロット通路１３０を介してアーマチュア室１３８に、そこからパイロット弁８０のパイロットポペット８２の側壁に沿って環状室１１０に存在することが可能である。ニードル弁１３６は、パイロット通路１３０の開口部１３４を選択的に開閉するように適合された円錐状先端１４４を含み得る。円錐状先端１４４を弾性部材１４６に取り付けることが可能である。弾性部材１４６は、リーフバネまたはコイルバネであることが可能であり、また開口部１３４に対して円錐状先端１４４を付勢して開口部１３４を封止するように適合される。閉鎖位置にある場合、円錐状先端１４４は、開口部１３４を通ってパイロットポペット８２の上面１４０の上方の箇所に延びることが可能であり、開口部１３４を封止することが可能であり、したがって、漏出経路に沿った望ましくない漏れを防止することが可能である。
【００２２】
低い電流が電磁コイル１２２に印加された場合、アーマチュア１２４が下方に押し付けられ、円錐状先端１４４を下方に移動させて開口部１３４を開放し、この結果、流体は制御室３０から通路１３０を通って開口部１３４からアーマチュア室１３８に流れることができ、このことにより、アーマチュア室１３８に露出されたパイロットポペット８２の上端に対する圧力が、制御室３０に露出されたパイロットポペット８２の下端に対する圧力に実質的に等しくなる。パイロットポペット８２の上端および下端に対する圧力を等しくすることによって、パイロット弁８０を開放するための力が非常に小さくて済む。コイル１２２の電流が増加した場合、アーマチュア１２４が下方に移動し、パイロットポペット８２を主ポペット２０に向かって押してパイロット弁８０を開放し、流体が制御室３０から環状室１１０に流れ、次に、それを通って第３の通路９６と第４の通路１０２とに流れることを許容する。以下のこと、すなわち、コイルの作動電流を増加させた状態で、アーマチュア１２４が、最初に、システム圧力に抗して円錐状先端１４４を押し下げ、次に、パイロットポペット８２を徐々に下方に移動させ得ることを許容するように、開口部１３４およびニードル弁１３６を寸法決めし得る。
【００２３】
他の実施形態では、開口部１３４は、比較的大きいことが可能であり、最大システム圧力に抗した開放をなお許容することが可能であるが、パイロットポペット８２の漸次開放を可能にするために、特別な開放電流方式を必要とする場合がある。パイロットポペット８２の完全開放調整範囲を用いるために、ニードル弁１３６を開放した後に電流を正確に低減する必要があり得る。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
開示される力フィードバックポペット弁は、アクチュエータに関連する圧力および／または流体の流れの正確な制御が望まれる任意の流体アクチュエータに適用でき得る。開示される弁は、低コストで簡単な構成の一貫した予測可能なアクチュエータ性能によって得られる高応答の圧力調整を提供し得る。次に、力フィードバックポペット弁１０の動作について説明する。
【００２５】
力フィードバックポペット弁１０の通常の用途は、第１のポート１６と第２のポート１８との間の流体の流れを制御することである。図１に示したように、このような用途の一例は、より高い流体圧力を有する第１の圧力源２０２および第２の圧力源２０４の一方から、より低い流体圧力を有する他方の圧力源への加圧流体の流れを制御するために、第１の圧力源２０２に接続された第１のポート１６および第２のポート１８の一方と、第２の圧力源２０４に接続された他方のポートとを有している。一実施形態では、第１のポート１６および第２のポート１８の一方はポンプに接続され、他方のポートは油圧アクチュエータに接続される。他の例は、油圧アクチュエータに接続された第１のポート１６および第２のポート１８の一方と、低圧源またはタンクに接続された他方のポートとを有している。油圧アクチュエータは、例えばシリンダまたは流体モータであり得る。
【００２６】
第１のポート１６内の流体に露出された表面に作用する第１のポート１６内の流体圧力Ｐ１を有する加圧流体と、第２のポート１８内の流体に露出された表面に作用する第２のポート１８内の流体圧力Ｐ２を有する加圧流体とによって、主ポペット２０をパイロット弁８０に向かって弁開放方向に連続的に付勢することが可能である。制御室３０内の流体は、上面２８に作用する圧力Ｐｃを有し得る。上述したように、制御室３０内の流体に露出された主ポペット２８の上面は、有効表面積Ａｃを有することが可能である。第２のポート１８内の流体に露出された端面２４の領域および座面２６の領域は、有効表面積値Ａ２を有し得る。下面３２の有効表面積Ａ１はＡ１＝Ａｃ−Ａ２と定義され得る。
【００２７】
平衡状態において、主ポペット２０の上方方向に加えられた弁開放力Ｆｏは、主ポペット２０の下方方向に加えられた弁閉鎖力Ｆｃに等しい。弁閉鎖力Ｆｃは、フィードバックバネ９０によって加えられた力Ｆｓと組み合わされた制御室３０内の流体圧力Ｐｃにより上面２８に加えられた力Ｆｐに等しい。弁開放力Ｆｏは、第２のポート１８内の流体圧力Ｐ２によって有効表面積Ａ２に加えられた力Ｆ２を加えた、第１のポート１６内の流体圧力Ｐ１により有効表面積Ａ１に加えられた力Ｆ１に等しい。主ポペット２０に加えられる力は、以下の方程式によって表すことができる（主ポペット２０に対する摩擦力および減衰力は無視される）。
Ｆｐ＝Ｐｃ*Ａｃ
Ｆ１＝Ｐ１*Ａ１
Ｆ２＝Ｐ２*Ａ２
Ｆｃ＝Ｆｐ＋Ｆｓ
Ｆｏ＝Ｆ１＋Ｆ２
Ｆｃ＝Ｆｏ（平衡状態において）
【００２８】
電気信号をアクチュエータ１２０のコイル１２２に印加して、アーマチュア１２４を下方に移動させることにより、第１のポート１６と第２のポート１８との間の流体連通を開始することが可能であり、この結果、ニードル弁１３６の円錐状先端１４４に対して下方方向または弁開放方向に制御力が加えられる。アーマチュア１２４の下方移動により、最初にニードル弁１３６が開放され、流体が制御室３０から通路１３０を通ってアーマチュア室１３８に流れることが許容され、パイロットポペット８２の上端および下端に対する圧力が等しくなる。アクチュエータ１２０のコイル１２２の電流が増加した場合、アーマチュア１２４が制御力Ｆｃｐを加え、パイロットポペット８２を主ポペット２０に向かって移動させてパイロットポペット８２を開放し、それに続いて、流体が制御室３０からメータアウトオリフィス１１１を通って環状室１１０に流れることを許容する。次に、流体は環状室１１０から、より低い圧力を有する第１のポート１６または第２のポート１８に流れ得る。
【００２９】
第１のポート１６内の圧力Ｐ１が第２のポート１８内の圧力Ｐ２よりも高い状態では、制御室３０内の圧力Ｐｃは第１のポート１６内の圧力Ｐ１よりも低く、第２のポート１８内の圧力Ｐ２よりも高く、また流体は第１のポート１６から第１の通路４０を通って制御室３０に流れることが可能である。Ｐ２がＰ１よりも高い状態では、制御室３０内の圧力ＰｃはＰ１よりも高いが、Ｐ２よりも低く、また流体は第２のポート１８から第２の通路５０を通って制御室３０に流れることが可能である。第１の通路４０のメータインオリフィス４４および第２の通路５０のメータインオリフィス５４の直径を予め決定して、主ポペット２０の所望の応答時間を提供し得る。
【００３０】
第１のポート１６内の圧力と第２のポート１８内の圧力とによって主ポペット２０に作用する組み合わされた上向きの力が、制御室３０内の圧力とフィードバックバネ９０とによって主ポペット２０に作用する組み合わされた下向きの力よりも大きい場合、主ポペット２０は、最初に、座面２６を弁座２２から移動させるように弁開放方向に上方に押し付けられることが可能であり、次に、第１のポート１６と第２のポート１８との間に流体連通を確立することが可能である。弁開放方向の主ポペット２０の上方移動により、フィードバックバネ９０が圧縮され、このフィードバックバネが、パイロットポペット８２に対してフィードバック力Ｆｓｐを加えて、コイル１２２の電流により生じた制御力Ｆｃｐを相殺する。さらに、フィードバックバネ９０が、主ポペット２０の上面２８に対して、力Ｆｓｐに等しい力Ｆｓを加える。主ポペット２０の上方移動中に、パイロットポペット８２が釣り合わされるまで、フィードバックバネ９０の圧縮が増加する。
【００３１】
主ポペット２０の上方移動中に、フィードバックバネ９０によってパイロットポペット８２に加えられたフィードバック力Ｆｓｐは増加し続けることが可能である。パイロットポペット８２が平衡状態に達した場合、フィードバック力Ｆｓｐはパイロットポペット８２の制御力Ｆｃｐに等しい。この状態では、主ポペット２０の変位は、アーマチュア１２４によってパイロット弁８０に加えられた制御力Ｆｃｐのレベルに比例する。アクチュエータ１２０に印加される電流を制御することによって、主ポペット２０の上述の変位と、主ポペット２０によって制御される弁の開口度とを変化させ得る。ソレノイドコイル１２２に印加される電流を増加または減少させることによって、主ポペット２０の新しい位置を得ることが可能である。電流を完全に除去することにより、パイロットポペット８２が閉鎖位置に移動される。第１のポート１６または第２のポート１８内の流体圧力が減少した場合、これにより、第１のポート１６内の圧力と第２のポート１８内の圧力とによって主ポペット２０に作用する組み合わされた上向きの力が、制御室３０内の圧力とフィードバックバネ９０とによって主ポペット２０に作用する組み合わされた下向きの力よりも小さくなることが可能であり、主ポペット２０を閉鎖位置に移動させて戻すことが可能であり、第１のポート１６と第２のポート１８との間の流体連通が遮断される。
【００３２】
第２のポート１８内の圧力Ｐ２が第１のポート１６内の圧力Ｐ１よりも大きい状態では、流体が反対方向に流れ得ることを除いて、同様のプロセスが行われ得る。この状態では、制御室３０内の流体は第１のポート１６に流れることが可能であり、また制御室３０内の流体圧力Ｐｃを低減することが可能である。上述したように、制御室３０内の流体圧力Ｐｃを低減することにより、主ポペット２０に加えられる弁閉鎖力Ｆｃを低減することが可能になり、最終的には、弁開放力Ｆｏが弁閉鎖力Ｆｃよりも大きくなり、これにより、主ポペット２０が上方に移動されて、第１のポート１６と第２のポート１８との間の流体連通を開放する。
【００３３】
従来技術に関する複数の利点を、開示される弁システムに関連させることが可能である。開示される弁システムは、力フィードバック弁を提供し、力フィードバック弁の双方向制御を許容する。さらに、開示される弁システムは、小さな電流を用いて力フィードバック弁の開放を制御することを許容する機構を提供する。その上、開示される弁システムは、力フィードバック弁の開口度を監視して制御するための機構を提供する。
【００３４】
力フィードバックポペット弁に種々の修正および変更をなし得ることが当業者には明らかであろう。他の実施形態は、開示される力フィードバックポペット弁の仕様および実施を考慮すれば当業者には明らかであろう。仕様および実施例は例示的なものに過ぎないと考えるべきであり、真の範囲は、以下の特許請求の範囲およびそれらの等価物によって示されることが意図される。
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に力フィードバックポペット弁に関し、より詳しくは、双方向力フィードバックポペット弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
建設機械および農業機械は、油圧シリンダピストン構成を含む油圧構造を使用する可動部材を有する。これらの構造は、それらへの作動油の流れを制御する１つ以上のポペット弁によって制御されることができる。いくつかのポペット弁は、メータインオリフィスを介して入口ポートにまたメータアウトオリフィスを介して出口ポートに接続された制御室を含む。制御圧力が入口ポート内の入口圧力未満に低下した場合に、入口圧力がポペット弁のポペットを弁座から離れるように付勢するように、メータアウトオリフィスを介した流体の流れを制御して制御室内の制御圧力を低減することにより、ポペット弁の開放が制御される。パイロット弁に接続されたアクチュエータに電流を印加することによって選択的に開放できるパイロット弁により、メータアウトオリフィスが制御される。
【０００３】
上述のポペット弁構造に関連する問題の１つは、入口ポート内の圧力が出口ポート内の圧力よりも高い場合にのみ、ポペット弁を開放できるということである。出口ポート内の圧力が入口ポート内の圧力よりも高い場合には、ポペット弁を開放できない。両方の状態で開放可能なポペット弁を有することが望ましい。
【０００４】
ヤン（Ｙａｎｇ）らに交付された（特許文献１）は、２つのポート間の双方向の流体の流れを制御するためのパイロット作動ポペット弁を開示している。（特許文献１）に開示されているポペット弁は、制御室と第１のポートとの間に延びる第１の通路を含む。チェック弁により、流体が第１の通路を通って第１のポートから制御室への方向にのみ流れることが許容される。第２の通路は制御室と第２のポートとの間に延びる。他のチェック弁により、流体が第２の通路を通って第２のポートから制御室への方向にのみ流れることが許容される。
【０００５】
（特許文献１）のシステムは、双方向パイロット作動制御弁を提供し得るが、（特許文献１）のシステムは、パイロットポペットの移動によってポペット弁の最大開放が制限される直接フィードバック機構を使用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，３２８，２７５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
開示されるシステムは、上述の課題の１つ以上を克服することに向けられる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一形態では、本開示は力フィードバックポペット弁に関する。力フィードバックポペット弁は、第１のポートおよび第２のポートを有する主室を含む弁本体と、主室内に配置された主弁ポペットとを含み得る。主弁ポペットは、第１のポートと第２のポートとの間の流体の流れを制御するために開放位置と閉鎖位置との間で摺動可能であり、また主室内に制御室を形成する第１の表面を含むことが可能である。さらに、力フィードバックポペット弁は、制御室を第１のポートに連通させる第１の通路と、制御室を第２のポートに連通させる第２の通路とを含み得る。第１の通路は、流体が第１のポートから制御室に流れることを許容するチェック弁を有することが可能であり、また第２の通路は、流体が第２のポートから制御室に流れることを許容するチェック弁を有することが可能である。その上、力フィードバックポペット弁は、第３の通路を通した制御室と第１のポートとの間の流体の流れを制御するための、および第４の通路を通した制御室と第２のポートとの間の流体の流れを制御するためのパイロット弁ポペットを有するパイロット弁を含み得る。さらに、力フィードバック弁は、主ポペットとパイロットポペットとの間の距離に対してフィードバック力を与えるために、主弁ポペットとパイロット弁ポペットとの間に結合されたフィードバックバネを含むことが可能である。
【０００９】
他の形態では、本開示は、主室内に摺動可能に収容された主弁ポペットを有する主室によって画成された第１のポートと第２のポートとの間の流体連通を制御する方法に関する。閉鎖位置で第１のポートと第２のポートとの間の流体連通を遮断し、そして開放位置で第１のポートと第２のポートとの間の流体連通を許容するように、主弁ポペットを適合させ得る。主弁ポペットは、主室内に制御室を形成する第１の表面を有することが可能である。本方法は、パイロット弁を開放して、制御室から、より低い圧力を有する第１のポートおよび第２のポートの一方への流体の流れを許容するステップを含み得る。さらに、本方法は、より高い圧力を有する第１のポートおよび第２のポートの一方から制御室に流体の流れを導くステップを含み得る。弁開放方向の主ポペットに作用する組み合わされた力が、弁閉鎖方向の主ポペットに作用する組み合わされた力よりも大きい場合、主ポペットを弁開放方向に移動させて、第１のポートと第２のポートとの間の流体連通を許容することが可能である。その上、本方法は、主ポペットとパイロット弁との間の距離に対して力を加えて、パイロット弁を閉鎖するステップを含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の一実施形態による例示的な力フィードバックポペット弁の断面図である。
【図２】本開示の他の実施形態による例示的な力フィードバックポペット弁の断面図である。
【図３】本開示のさらに他の実施形態による例示的な力フィードバックポペット弁の断面図である。
【図４】本開示のさらに他の実施形態による例示的な力フィードバックポペット弁の断面図である。
【図５】本開示の一実施形態による例示的なニードル弁の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、例示的な力フィードバックポペット弁１０を示している。力フィードバックポペット弁１０は、主室１４を有する弁本体１２を含み得る。主室１４は、主室１４の側壁の第１のポート１６と主室１４の底部の第２のポート１８とを含むことが可能である。力フィードバックポペット弁１０は、主室１４内に摺動可能に配置された主ポペット２０を含み得る。主ポペット２０は、第１の端部２０Ａと、第２の端部２０Ｂと、第１の端部２０Ａを第２の端部２０Ｂに接続する中央部２０Ｃとを含むことが可能である。
【００１２】
主ポペット２０の第１の端部２０Ａは、主室１４の内壁と共に制御室３０を形成する上面２８（第１の表面）を含み得る。上面２８は、制御室３０内の流体に露出された有効表面積値Ａｃを有することが可能である。さらに、主ポペット２０の第１の端部２０Ａは、第１のポート１６に収容された流体に接触するように適合された下面３２（第２の表面）を含み得る。その上、主ポペット２０は、流体が主ポペット２０の側壁に沿って制御室３０と第１のポート１６との間に漏れることを防止するために、主ポペット２０の側壁に取り付けられたシールリング３４を含むことが可能である。
【００１３】
第２の端部２０Ｂは、端面２４（第３の表面）と座面２６とを含み得る。座面２６は、図１に示したような円錐形状、または他の任意の適切な形状であり得る。制御室３０内の流体に露出された主ポペット２０の上面２８は、有効表面積Ａｃを有することが可能である。第２のポート１８内の流体に露出された端面２４の領域および座面２６の領域は、有効表面積値Ａ２を有することが可能である。下面３２の有効表面積Ａ１はＡ１＝Ａｃ−Ａ２と定義され得る。一実施形態では、有効表面積Ａ１は有効表面積Ａ２に実質的に等しく、また主ポペット２０の上面２８の表面積Ａｃは、有効表面積Ａ２を加えた有効表面積Ａ１に等しい（Ａｃ＝Ａ１＋Ａ２＝２Ａ１＝２Ａ２）。座面２６は、主ポペット２０が閉鎖位置にある場合に第２のポート１８の弁座２２に封止係合するように適合されることが可能であり、このようにして、第１のポート１６と第２のポート１８との間の流体連通を遮断することが可能である。座面２６が弁座２２から移動された場合、流体はメータアウトオリフィス１１３を通って第１のポート１６と第２のポート１８との間に流れ得る。
【００１４】
第１の通路４０は第１のポート１６から制御室３０に延び得る。第１の通路４０は、流体が第１のポート１６から制御室３０に流れることのみを許容するチェック弁４２を含むことが可能である。さらに、第１の通路４０は、それへの流体の流れを制限するためのメータインオリフィス４４を含むことが可能である。第２の通路５０は第２のポート１８から制御室３０に延び得る。第２の通路５０は、流体が第２のポート１８から制御室３０に流れることのみを許容するチェック弁５２を含むことが可能である。さらに、第２の通路５０は、それへの流体の流れを制限するためのメータインオリフィス５４を含むことが可能である。第１の通路４０および第２の通路５０は主ポペット２０（図１に示したような）に形成され得るかまたは弁本体１２（図示せず）に形成され得る。上述のオリフィス４４、５４は可変オリフィスまたは固定オリフィスであり得る。
【００１５】
さらに、図１に示したように、力フィードバックポペット弁１０はパイロット弁８０を含むことが可能である。パイロット弁８０は、その中に画成されたボア８４に摺動可能に配置されたパイロットポペット８２を含み得る。パイロットポペット８２はその下端に弁座部８６を含むことが可能である。パイロットポペット８２の弁座部８６を受け止めるため、ボア８４の下端に弁座８８を形成し得る。弁座部８６を弁座８８に封止係合するように適合させることが可能である。圧縮フィードバックバネ９０を主ポペット２０とパイロットポペット８２との間に結合し得る。
【００１６】
図１に示したように、パイロットポペット８２は、その側壁で画成された環状室１１０を含むことが可能である。弁本体１２に形成された第３の通路９６は第１のポート１６から環状室１１０に延び得る。第３の通路９６は、流体が環状室１１０から第１のポート１６に流れることのみを許容し得る第３のチェック弁９８を第３の通路９６内に含むことが可能である。弁本体１２に形成された第４の通路１０２は第２のポート１８から環状室１１０に延び得る。第４の通路１０２は、流体が環状室１１０から第２のポート１８に流れることのみを許容し得る第４のチェック弁１０４を第４の通路１０２内に含むことが可能である。パイロットポペット８２が閉鎖位置にある（パイロットポペット８２の弁座部８６が弁座８８に封止しながら受け止められた）場合、制御室３０と環状室１１０との間の流体連通が遮断される。パイロットポペット８２が開放位置にある場合、環状室１１０はメータアウトオリフィス１１１を介して制御室３０に流体連通する。
【００１７】
さらに、図１に示したように、力フィードバックポペット弁１０は、パイロット弁８０を制御するためのアクチュエータ１２０を含むことが可能である。一実施形態では、アクチュエータ１２０は、電磁コイル１２２とアーマチュア１２４とを含むソレノイドアクチュエータであり得る。電磁コイル１２２をカートリッジまたはハウジング１２６の周りに配置して固定することが可能である。カートリッジ１２６内に画成された管１２８内にアーマチュア１２４を位置決めし得る。下向きの力を加えてパイロットポペット８２を移動させるように、アーマチュア１２４を適合させることが可能である。電流が電磁コイル１２２に印加された場合、電磁界が形成され、これに応じて、アーマチュア１２４がカートリッジ管１２８内でパイロットポペット８２に向かって摺動する。アーマチュア１２４は、パイロットポペット８２を主ポペット２０に向かって移動させることが可能である。このことにより、パイロットポペット８２が弁座８８から移動され、これによって、制御室３０と環状室１１０との間の流体連通が開放される。アクチュエータ１２０が非作動にされた場合、フィードバックバネ９０はパイロットポペット８２を弁座８８に向かって付勢し、ボア８４の底端を閉鎖する。この状態において、環状室１１０と制御室３０との間には流体の流れがない。さらに、力フィードバックポペット弁１０は、フィードバックバネ９０によって加えられた力をパイロットポペット８２に付勢するために、その上端に結合されている安定バネ１６０を含むことが可能である。
【００１８】
図１に示したように、力フィードバックポペット弁１０はパイロットポペット８２の上端にアーマチュア室１３８を含み得る。パイロットポペット８２は、制御室３０に接続される一端の第１の開口部１３２と、アーマチュア室１３８に接続される他端の第２の開口部１３４とを有するパイロット通路１３０を含むことが可能である。さらに、力フィードバックポペット弁１０はニードル弁１３６を含み得る。ニードル弁１３６は、アーマチュア１２４によって押し下げられた場合にパイロット通路１３０の第２の開口部１３４を選択的に開放するように適合される。一実施形態では、第２の開口部１３４は比較的小さい開口部であり得る。
【００１９】
図２に示したような一代替実施形態では、共通の部分（共通の通路６０として図示）を介して、制御室３０に延びる第１の通路４０および第２の通路５０を制御室３０に接続することが可能である。第１の通路４０および第２の通路５０は共通のメータインオリフィス６２を有し得る。環状室１１０に延びる第３の通路９６および第４の通路１０２は、それらの交差部に共通の通路１１２と共通のチェック弁１０６とを有することが可能である。図３に示したような他の代替実施形態では、第１の通路４０および第２の通路５０は、共通の通路６０’、共通のメータインオリフィス６２’、および第１の通路４０と第２の通路５０と共通の通路６０’との交差部の共通のチェック弁６４を有し得る。
【００２０】
共通のメータインオリフィス６２または６２’は固定オリフィスまたは可変オリフィスであり得る。可変オリフィスは圧力差の関数で前記可変オリフィスの開口面積を変化させることが可能であり、このことにより、主ポペット２０が開放位置にある場合に制御室３０へのメータイン流量の制御が許容される。オリフィスの開口面積は、低い圧力差でより大きくなることが可能であり、このことによって、主ポペット２０が、低い圧力差で閉鎖方向に応答することが許容される。図４に示した実施形態では、可変オリフィス６２は流量調整装置１５０であり得る。流量調整装置１５０は、メータイン流量を実質的に一定に維持し、したがって、主ポペット２０の実質的に一定の速度を維持することが可能である。
【００２１】
図５は、ニードル弁１３６の拡大図を示している。図５に示したように、アクチュエータ１２０が非作動にされ、アーマチュア１２４が解放位置にある場合、パイロットポペット８２の上面１４０とアーマチュア１２４の下面１４２との間にはギャップＧがある。パイロットポペット８２の上面１４０は、通路１３０をアーマチュア室１３８に流体接続する開口部１３４を含む。漏出経路は、制御室３０からパイロット通路１３０を介してアーマチュア室１３８に、そこからパイロット弁８０のパイロットポペット８２の側壁に沿って環状室１１０に存在することが可能である。ニードル弁１３６は、パイロット通路１３０の開口部１３４を選択的に開閉するように適合された円錐状先端１４４を含み得る。円錐状先端１４４を弾性部材１４６に取り付けることが可能である。弾性部材１４６は、リーフバネまたはコイルバネであることが可能であり、また開口部１３４に対して円錐状先端１４４を付勢して開口部１３４を封止するように適合される。閉鎖位置にある場合、円錐状先端１４４は、開口部１３４を通ってパイロットポペット８２の上面１４０の上方の箇所に延びることが可能であり、開口部１３４を封止することが可能であり、したがって、漏出経路に沿った望ましくない漏れを防止することが可能である。
【００２２】
低い電流が電磁コイル１２２に印加された場合、アーマチュア１２４が下方に押し付けられ、円錐状先端１４４を下方に移動させて開口部１３４を開放し、この結果、流体は制御室３０から通路１３０を通って開口部１３４からアーマチュア室１３８に流れることができ、このことにより、アーマチュア室１３８に露出されたパイロットポペット８２の上端に対する圧力が、制御室３０に露出されたパイロットポペット８２の下端に対する圧力に実質的に等しくなる。パイロットポペット８２の上端および下端に対する圧力を等しくすることによって、パイロット弁８０を開放するための力が非常に小さくて済む。コイル１２２の電流が増加した場合、アーマチュア１２４が下方に移動し、パイロットポペット８２を主ポペット２０に向かって押してパイロット弁８０を開放し、流体が制御室３０から環状室１１０に流れ、次に、それを通って第３の通路９６と第４の通路１０２とに流れることを許容する。以下のこと、すなわち、コイルの作動電流を増加させた状態で、アーマチュア１２４が、最初に、システム圧力に抗して円錐状先端１４４を押し下げ、次に、パイロットポペット８２を徐々に下方に移動させ得ることを許容するように、開口部１３４およびニードル弁１３６を寸法決めし得る。
【００２３】
他の実施形態では、開口部１３４は、比較的大きいことが可能であり、最大システム圧力に抗した開放をなお許容することが可能であるが、パイロットポペット８２の漸次開放を可能にするために、特別な開放電流方式を必要とする場合がある。パイロットポペット８２の完全開放調整範囲を用いるために、ニードル弁１３６を開放した後に電流を正確に低減する必要があり得る。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
開示される力フィードバックポペット弁は、アクチュエータに関連する圧力および／または流体の流れの正確な制御が望まれる任意の流体アクチュエータに適用でき得る。開示される弁は、低コストで簡単な構成の一貫した予測可能なアクチュエータ性能によって得られる高応答の圧力調整を提供し得る。次に、力フィードバックポペット弁１０の動作について説明する。
【００２５】
力フィードバックポペット弁１０の通常の用途は、第１のポート１６と第２のポート１８との間の流体の流れを制御することである。図１に示したように、このような用途の一例は、より高い流体圧力を有する第１の圧力源２０２および第２の圧力源２０４の一方から、より低い流体圧力を有する他方の圧力源への加圧流体の流れを制御するために、第１の圧力源２０２に接続された第１のポート１６および第２のポート１８の一方と、第２の圧力源２０４に接続された他方のポートとを有している。一実施形態では、第１のポート１６および第２のポート１８の一方はポンプに接続され、他方のポートは油圧アクチュエータに接続される。他の例は、油圧アクチュエータに接続された第１のポート１６および第２のポート１８の一方と、低圧源またはタンクに接続された他方のポートとを有している。油圧アクチュエータは、例えばシリンダまたは流体モータであり得る。
【００２６】
第１のポート１６内の流体に露出された表面に作用する第１のポート１６内の流体圧力Ｐ１を有する加圧流体と、第２のポート１８内の流体に露出された表面に作用する第２のポート１８内の流体圧力Ｐ２を有する加圧流体とによって、主ポペット２０をパイロット弁８０に向かって弁開放方向に連続的に付勢することが可能である。制御室３０内の流体は、上面２８に作用する圧力Ｐｃを有し得る。上述したように、制御室３０内の流体に露出された主ポペット２８の上面は、有効表面積Ａｃを有することが可能である。第２のポート１８内の流体に露出された端面２４の領域および座面２６の領域は、有効表面積値Ａ２を有し得る。下面３２の有効表面積Ａ１はＡ１＝Ａｃ−Ａ２と定義され得る。
【００２７】
平衡状態において、主ポペット２０の上方方向に加えられた弁開放力Ｆｏは、主ポペット２０の下方方向に加えられた弁閉鎖力Ｆｃに等しい。弁閉鎖力Ｆｃは、フィードバックバネ９０によって加えられた力Ｆｓと組み合わされた制御室３０内の流体圧力Ｐｃにより上面２８に加えられた力Ｆｐに等しい。弁開放力Ｆｏは、第２のポート１８内の流体圧力Ｐ２によって有効表面積Ａ２に加えられた力Ｆ２を加えた、第１のポート１６内の流体圧力Ｐ１により有効表面積Ａ１に加えられた力Ｆ１に等しい。主ポペット２０に加えられる力は、以下の方程式によって表すことができる（主ポペット２０に対する摩擦力および減衰力は無視される）。
Ｆｐ＝Ｐｃ*Ａｃ
Ｆ１＝Ｐ１*Ａ１
Ｆ２＝Ｐ２*Ａ２
Ｆｃ＝Ｆｐ＋Ｆｓ
Ｆｏ＝Ｆ１＋Ｆ２
Ｆｃ＝Ｆｏ（平衡状態において）
【００２８】
電気信号をアクチュエータ１２０のコイル１２２に印加して、アーマチュア１２４を下方に移動させることにより、第１のポート１６と第２のポート１８との間の流体連通を開始することが可能であり、この結果、ニードル弁１３６の円錐状先端１４４に対して下方方向または弁開放方向に制御力が加えられる。アーマチュア１２４の下方移動により、最初にニードル弁１３６が開放され、流体が制御室３０から通路１３０を通ってアーマチュア室１３８に流れることが許容され、パイロットポペット８２の上端および下端に対する圧力が等しくなる。アクチュエータ１２０のコイル１２２の電流が増加した場合、アーマチュア１２４が制御力Ｆｃｐを加え、パイロットポペット８２を主ポペット２０に向かって移動させてパイロットポペット８２を開放し、それに続いて、流体が制御室３０からメータアウトオリフィス１１１を通って環状室１１０に流れることを許容する。次に、流体は環状室１１０から、より低い圧力を有する第１のポート１６または第２のポート１８に流れ得る。
【００２９】
第１のポート１６内の圧力Ｐ１が第２のポート１８内の圧力Ｐ２よりも高い状態では、制御室３０内の圧力Ｐｃは第１のポート１６内の圧力Ｐ１よりも低く、第２のポート１８内の圧力Ｐ２よりも高く、また流体は第１のポート１６から第１の通路４０を通って制御室３０に流れることが可能である。Ｐ２がＰ１よりも高い状態では、制御室３０内の圧力ＰｃはＰ１よりも高いが、Ｐ２よりも低く、また流体は第２のポート１８から第２の通路５０を通って制御室３０に流れることが可能である。第１の通路４０のメータインオリフィス４４および第２の通路５０のメータインオリフィス５４の直径を予め決定して、主ポペット２０の所望の応答時間を提供し得る。
【００３０】
第１のポート１６内の圧力と第２のポート１８内の圧力とによって主ポペット２０に作用する組み合わされた上向きの力が、制御室３０内の圧力とフィードバックバネ９０とによって主ポペット２０に作用する組み合わされた下向きの力よりも大きい場合、主ポペット２０は、最初に、座面２６を弁座２２から移動させるように弁開放方向に上方に押し付けられることが可能であり、次に、第１のポート１６と第２のポート１８との間に流体連通を確立することが可能である。弁開放方向の主ポペット２０の上方移動により、フィードバックバネ９０が圧縮され、このフィードバックバネが、パイロットポペット８２に対してフィードバック力Ｆｓｐを加えて、コイル１２２の電流により生じた制御力Ｆｃｐを相殺する。さらに、フィードバックバネ９０が、主ポペット２０の上面２８に対して、力Ｆｓｐに等しい力Ｆｓを加える。主ポペット２０の上方移動中に、パイロットポペット８２が釣り合わされるまで、フィードバックバネ９０の圧縮が増加する。
【００３１】
主ポペット２０の上方移動中に、フィードバックバネ９０によってパイロットポペット８２に加えられたフィードバック力Ｆｓｐは増加し続けることが可能である。パイロットポペット８２が平衡状態に達した場合、フィードバック力Ｆｓｐはパイロットポペット８２の制御力Ｆｃｐに等しい。この状態では、主ポペット２０の変位は、アーマチュア１２４によってパイロット弁８０に加えられた制御力Ｆｃｐのレベルに比例する。アクチュエータ１２０に印加される電流を制御することによって、主ポペット２０の上述の変位と、主ポペット２０によって制御される弁の開口度とを変化させ得る。ソレノイドコイル１２２に印加される電流を増加または減少させることによって、主ポペット２０の新しい位置を得ることが可能である。電流を完全に除去することにより、パイロットポペット８２が閉鎖位置に移動される。第１のポート１６または第２のポート１８内の流体圧力が減少した場合、これにより、第１のポート１６内の圧力と第２のポート１８内の圧力とによって主ポペット２０に作用する組み合わされた上向きの力が、制御室３０内の圧力とフィードバックバネ９０とによって主ポペット２０に作用する組み合わされた下向きの力よりも小さくなることが可能であり、主ポペット２０を閉鎖位置に移動させて戻すことが可能であり、第１のポート１６と第２のポート１８との間の流体連通が遮断される。
【００３２】
第２のポート１８内の圧力Ｐ２が第１のポート１６内の圧力Ｐ１よりも大きい状態では、流体が反対方向に流れ得ることを除いて、同様のプロセスが行われ得る。この状態では、制御室３０内の流体は第１のポート１６に流れることが可能であり、また制御室３０内の流体圧力Ｐｃを低減することが可能である。上述したように、制御室３０内の流体圧力Ｐｃを低減することにより、主ポペット２０に加えられる弁閉鎖力Ｆｃを低減することが可能になり、最終的には、弁開放力Ｆｏが弁閉鎖力Ｆｃよりも大きくなり、これにより、主ポペット２０が上方に移動されて、第１のポート１６と第２のポート１８との間の流体連通を開放する。
【００３３】
従来技術に関する複数の利点を、開示される弁システムに関連させることが可能である。開示される弁システムは、力フィードバック弁を提供し、力フィードバック弁の双方向制御を許容する。さらに、開示される弁システムは、小さな電流を用いて力フィードバック弁の開放を制御することを許容する機構を提供する。その上、開示される弁システムは、力フィードバック弁の開口度を監視して制御するための機構を提供する。
【００３４】
力フィードバックポペット弁に種々の修正および変更をなし得ることが当業者には明らかであろう。他の実施形態は、開示される力フィードバックポペット弁の仕様および実施を考慮すれば当業者には明らかであろう。仕様および実施例は例示的なものに過ぎないと考えるべきであり、真の範囲は、以下の特許請求の範囲およびそれらの等価物によって示されることが意図される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のポート（１６）と第２のポート（１８）とを有する主室（１４）を含む弁本体（１２）と、
主室内に配置され、かつ第１のポートと第２のポートとの間の流体の流れを制御するために開放位置と閉鎖位置との間で摺動可能な主ポペット（２０）であって、主室内に制御室（３０）を形成する第１の表面（２８）を有する主ポペット（２０）と、
制御室を第１のポートに連通させる第１の通路（４０）であって、流体が第１のポートから制御室に流れることを許容するチェック弁（４２）を有する第１の通路（４０）、および制御室を第２のポートに連通させる第２の通路（５０）であって、流体が第２のポートから制御室に流れることを許容するチェック弁（５２）を有する第２の通路（５０）と、
第３の通路（９６）を通した制御室と第１のポートとの間の流体の流れを制御するための、および第４の通路（１０２）を通した制御室と第２のポートとの間の流体の流れを制御するためのパイロットポペット（８２）を有するパイロット弁（８０）と、
主ポペットとパイロットポペットとの間の距離に対して力を与えるために、主ポペットとパイロットポペットとの間に結合されたバネ（９０）と、
を備える弁。
【請求項２】
第１の通路が、第１のポートから制御室への流体の流れを制限するためのオリフィス（４４）を含み、また第２の通路が、第２のポートから制御室への流体の流れを制限するためのオリフィス（５４）を含む請求項１に記載の弁。
【請求項３】
第１の通路および第２の通路が、第１および第２の通路の流体の流れを制御するための共通のオリフィス（６２）を含む請求項１に記載の弁。
【請求項４】
共通のオリフィスが、可変オリフィスを横切る圧力差に応じて、第１および第２の通路を通した制御室への流体流量を調整するように適合された可変オリフィスである請求項３に記載の弁。
【請求項５】
パイロットポペットが、制御室をアーマチュア室（１３８）に流体連通させるパイロット通路（１３０）を含む請求項１に記載の弁。
【請求項６】
主室（１４）に連通する第１のポート（１６）と第２のポート（１８）との間の流体連通を制御する方法であって、主室が、主室内に摺動可能に収容される主ポペット（２０）を有し、主ポペットが、閉鎖位置で第１のポートと第２のポートとの間の流体連通を遮断しまた開放位置で第１のポートと第２のポートとの間の流体連通を許容するように適合され、主ポペットが、主室内に制御室（３０）を形成する第１の表面を有し、制御室内の流体が弁閉鎖方向で主ポペットに圧力を加えるように適合され、第１および第２のポート内の流体が弁開放方向で主ポペットに圧力を加えるように適合される方法において、
パイロット弁（８０）を開放して、制御室から、より低い圧力を有する第１のポートおよび第２のポートの一方への流体の流れを許容するステップと、
より高い圧力を有する第１のポートおよび第２のポートの一方から制御室に流体の流れを導くステップと、
弁開放方向で主ポペットに作用する組み合わされた力が、弁閉鎖方向で主ポペットに作用する組み合わされた力よりも大きい場合、弁開放方向に主ポペットを移動させて、第１のポートと第２のポートとの間の流体連通を許容するステップと、
主ポペットとパイロット弁との間の距離に対して力を加えて、パイロット弁を閉鎖するステップと、
を含む方法。
【請求項７】
力を加えるステップが、主ポペットとパイロット弁との間に配置されたバネ（９０）によってパイロット弁に力を加えるステップを含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
より高い圧力を有する第１のポートおよび第２のポートの一方から制御室に流体の流れを導くステップが、より高い圧力を有する第１のポートおよび第２のポートの一方から、第１のポートを制御室に接続する第１の通路（４０）、または第２のポートを制御室に接続する第２の通路（５０）を通して制御室に流体の流れを導くステップを含み、それぞれの通路が、第１のポートまたは第２のポートから制御室への流体の流れを制御するためのオリフィス（４４、５４）を含む請求項６に記載の方法。
【請求項９】
パイロット弁を開放して、制御室から、より低い圧力を有する第１のポートおよび第２のポートの一方への流体の流れを許容するステップが、制御室を第１のポートに接続する第３の通路（９６）、または制御室を第２のポートに接続する第４の通路（１０２）を通した制御室から、より低い圧力を有する第１のポートおよび第２のポートの一方への流体の流れを許容するように、パイロット弁を開放するステップを含み、それぞれの通路が、制御室から第１のポートまたは第２のポートに流体が流れることをそれぞれ許容するチェック弁（９８、１０４）を含む請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
第１および第２の通路を通した第１のポートおよび第２のポートの一方から制御室への実質的に一定の流体流量を維持するステップをさらに含む請求項６に記載の方法。
【請求項１】
第１のポート（１６）と第２のポート（１８）とを有する主室（１４）を含む弁本体（１２）と、
主室内に配置され、かつ第１のポートと第２のポートとの間の流体の流れを制御するために開放位置と閉鎖位置との間で摺動可能な主ポペット（２０）であって、主室内に制御室（３０）を形成する第１の表面（２８）を有する主ポペット（２０）と、
制御室を第１のポートに連通させる第１の通路（４０）であって、流体が第１のポートから制御室に流れることを許容するチェック弁（４２）を有する第１の通路（４０）、および制御室を第２のポートに連通させる第２の通路（５０）であって、流体が第２のポートから制御室に流れることを許容するチェック弁（５２）を有する第２の通路（５０）と、
第３の通路（９６）を通した制御室と第１のポートとの間の流体の流れを制御するための、および第４の通路（１０２）を通した制御室と第２のポートとの間の流体の流れを制御するためのパイロットポペット（８２）を有するパイロット弁（８０）と、
主ポペットとパイロットポペットとの間の距離に対して力を与えるために、主ポペットとパイロットポペットとの間に結合されたバネ（９０）と、
を備える弁。
【請求項２】
第１の通路が、第１のポートから制御室への流体の流れを制限するためのオリフィス（４４）を含み、また第２の通路が、第２のポートから制御室への流体の流れを制限するためのオリフィス（５４）を含む請求項１に記載の弁。
【請求項３】
第１の通路および第２の通路が、第１および第２の通路の流体の流れを制御するための共通のオリフィス（６２）を含む請求項１に記載の弁。
【請求項４】
共通のオリフィスが、可変オリフィスを横切る圧力差に応じて、第１および第２の通路を通した制御室への流体流量を調整するように適合された可変オリフィスである請求項３に記載の弁。
【請求項５】
パイロットポペットが、制御室をアーマチュア室（１３８）に流体連通させるパイロット通路（１３０）を含む請求項１に記載の弁。
【請求項６】
主室（１４）に連通する第１のポート（１６）と第２のポート（１８）との間の流体連通を制御する方法であって、主室が、主室内に摺動可能に収容される主ポペット（２０）を有し、主ポペットが、閉鎖位置で第１のポートと第２のポートとの間の流体連通を遮断しまた開放位置で第１のポートと第２のポートとの間の流体連通を許容するように適合され、主ポペットが、主室内に制御室（３０）を形成する第１の表面を有し、制御室内の流体が弁閉鎖方向で主ポペットに圧力を加えるように適合され、第１および第２のポート内の流体が弁開放方向で主ポペットに圧力を加えるように適合される方法において、
パイロット弁（８０）を開放して、制御室から、より低い圧力を有する第１のポートおよび第２のポートの一方への流体の流れを許容するステップと、
より高い圧力を有する第１のポートおよび第２のポートの一方から制御室に流体の流れを導くステップと、
弁開放方向で主ポペットに作用する組み合わされた力が、弁閉鎖方向で主ポペットに作用する組み合わされた力よりも大きい場合、弁開放方向に主ポペットを移動させて、第１のポートと第２のポートとの間の流体連通を許容するステップと、
主ポペットとパイロット弁との間の距離に対して力を加えて、パイロット弁を閉鎖するステップと、
を含む方法。
【請求項７】
力を加えるステップが、主ポペットとパイロット弁との間に配置されたバネ（９０）によってパイロット弁に力を加えるステップを含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
より高い圧力を有する第１のポートおよび第２のポートの一方から制御室に流体の流れを導くステップが、より高い圧力を有する第１のポートおよび第２のポートの一方から、第１のポートを制御室に接続する第１の通路（４０）、または第２のポートを制御室に接続する第２の通路（５０）を通して制御室に流体の流れを導くステップを含み、それぞれの通路が、第１のポートまたは第２のポートから制御室への流体の流れを制御するためのオリフィス（４４、５４）を含む請求項６に記載の方法。
【請求項９】
パイロット弁を開放して、制御室から、より低い圧力を有する第１のポートおよび第２のポートの一方への流体の流れを許容するステップが、制御室を第１のポートに接続する第３の通路（９６）、または制御室を第２のポートに接続する第４の通路（１０２）を通した制御室から、より低い圧力を有する第１のポートおよび第２のポートの一方への流体の流れを許容するように、パイロット弁を開放するステップを含み、それぞれの通路が、制御室から第１のポートまたは第２のポートに流体が流れることをそれぞれ許容するチェック弁（９８、１０４）を含む請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
第１および第２の通路を通した第１のポートおよび第２のポートの一方から制御室への実質的に一定の流体流量を維持するステップをさらに含む請求項６に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公表番号】特表２００９−５４０２５１（Ｐ２００９−５４０２５１Ａ）
【公表日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５１５４１７（Ｐ２００９−５１５４１７）
【出願日】平成１９年６月１日（２００７．６．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０１２９８８
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１４９１９７
【国際公開日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【出願人】（３９１０２０１９３）キャタピラー インコーポレイテッド (296)
【氏名又は名称原語表記】ＣＡＴＥＲＰＩＬＬＡＲ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【出願人】（０００１９０２９７）キャタピラージャパン株式会社 (1,189)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１日（２００７．６．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０１２９８８
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１４９１９７
【国際公開日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【出願人】（３９１０２０１９３）キャタピラー インコーポレイテッド (296)
【氏名又は名称原語表記】ＣＡＴＥＲＰＩＬＬＡＲ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【出願人】（０００１９０２９７）キャタピラージャパン株式会社 (1,189)
【Ｆターム（参考）】
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