(57)【要約】      （修正有）【課題】油圧アクチュエータを用いる際に生じる高流速を迅速に制御できる制御弁を提供。【解決手段】制御弁１００は、第１制御チャンバ１１２における圧力に応答して動いて、第１ポート１０４と第２ポート１０６との間に設けられた弁座１０８を通じての液体の流れを制御する第１ポペット１１０を含む。通路は第２ポート１０６と第１制御チャンバ１１２との間で延び、かつ、第１ポペット１１０が弁座１０８から離れる方向に動くのにつれて、制限を緩和する可変流量制限部材を含む。電気油圧パイロット弁１３０は、パイロット制御チャンバにおける圧力に応答して、第１の制御チャンバ１１２から第１ポート１０４への液体の流れを制御するパイロットポペット２４を有する。サブパイロット弁は、パイロット制御チャンバの内圧を選択的に放出して、パイロットポペット２４が入口１３４と出口１３６間の通路を開閉し、第１ポペット１１０をより迅速に操作できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ポート及び第２ポートに通じる第１ボア、並びに、前記第１ポートと前記第２ポートとの間に設けられた弁座を有する本体と、
前記第１ポートに通じる放出路と、
前記第１ボア内に移動自在に収容されて、前記弁座に選択的に係合し、かつ、前記弁座から離れることができ、かつ、前記弁座から離れた側にある前記第１ボア内に第１制御チャンバを形成する第１ポペットと、
前記第２ポートと前記第１制御チャンバとの間に延設された第１通路と、
前記第１の制御チャンバと前記放出路間における液体の流れを制御する電気油圧パイロット弁と、
を備えた液体の流れを制御するための制御弁であって、
前記第１通路には、前記第１ポペットが前記弁座から離れる方向に動くのにつれて、制限を緩和する可変流量制限部材が設けられ、
前記電気油圧パイロット弁には、前記第１制御チャンバに接続された入口と、前記放出路に接続された出口と、パイロット制御チャンバの内圧に応答して、前記入口と前記出口間における液体の流れを制御するパイロットポペットと、前記パイロット制御チャンバの内圧を選択的に制御して、前記入口及び前記出口間の流路を開閉するように前記パイロットポペットを動かす電気操作サブパイロット弁と、が設けられている
ことを特徴とする制御弁。
【請求項２】
前記第１通路が、前記第１ポペットに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【請求項３】
前記第１通路に設けられた前記可変流量制限部材が、前記第１ポペットが前記弁座から離れる方向に動くのにつれて、大きくなるオリフィスを含むことを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【請求項４】
前記電気油圧パイロット弁が、前記入口と前記パイロット制御チャンバとの間に延設された制御通路を含むことを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【請求項５】
前記制御通路が、前記パイロットポペットに形成されていることを特徴とする請求項４に記載の制御弁。
【請求項６】
前記制御通路が、固定サイズのオリフィスを含むことを特徴とする請求項４に記載の制御弁。
【請求項７】
前記電気油圧パイロット弁が、前記サブパイロット弁による前記パイロットチャンバの内圧の制御を変更することによって、前記パイロット制御チャンバと前記出口間の圧力差の変化に応答する圧力補償器を含むことを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【請求項８】
前記電気油圧パイロット弁が、前記パイロット制御チャンバと前記出口との間にある前記パイロットポペット内に延設されたパイロット通路を含み、そして、前記サブパイロット弁が、ソレノイドアクチュエータと、前記ソレノイドアクチュエータによって移動できるように前記ソレノイドアクチュエータに接続されて、前記パイロット通路を選択的に開閉するパイロット体と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【請求項９】
前記パイロット通路が、前記パイロット体と選択的に係合され、かつ、前記パイロット体から離れるパイロットシートを有し、かつ、
前記制御弁が、前記パイロット制御チャンバと前記出口間の圧力差に応答して、前記パイロットポペットに対する前記パイロットシートの位置を変える圧力補償器を含むことを特徴とする請求項８に記載の制御弁。
【請求項１０】
前記制御弁が、
液体が前記第１ポートから前記第１通路に向かう方向にのみ流れる通路を提供する第１入口逆止め弁と、
前記第１通路を通じての前記第１制御チャンバから前記第２ポートへの液体の流れを防止する第２入口逆止め弁と、
前記放出路を通じての前記第１ポートから前記電気油圧パイロット弁への液体の流れを防止する第１放出逆止め弁と、
液体が前記放出路から前記第２ポートに向かう方向にのみ流れる別の通路を提供する第２放出逆止め弁と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【請求項１１】
前記制御弁が、前記放出路を通じての前記第１ポートから前記電気油圧パイロット弁への液体の流れを防止する放出逆止め弁を含むことを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【請求項１２】
前記制御弁が、
前記第１通路を通じての前記第１制御チャンバから前記第２ポートへの液体の流れを防止する第１逆止め弁と、
前記第１ポートと前記第１制御チャンバとの間に延設された第２通路と、
前記第２通路を通じての前記第１制御チャンバから前記第１ポートへの液体の流れを防止する第２逆止め弁と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【請求項１３】
第１ポート及び第２ポートに通じる第１ボア、前記第１ポートと前記第２ポートとの間に設けられた弁座、並びに、前記第１ポートに通じる放出路を有する本体と、
前記第１ボア内に移動自在に収容されて、前記弁座に選択的に係合し、かつ、前記弁座から離れることができ、かつ、前記弁座から離れた側にある前記第１ボア内に第１制御チャンバを形成するとともに、前記第２ポートと前記第１制御チャンバとの間に延設された第１通路を形成する第１ポペットと、
前記第１制御チャンバに接続された入口、前記放出路に接続された出口、並びに、前記パイロット制御チャンバの内圧に応答して前記入口と前記出口間の液体の流れを制御するパイロットポペットを有する電気油圧パイロット弁と、
を備えた液体の流れを制御するための制御弁であって、
前記第１通路には、前記第１ポペットが弁座から離れる方向に動くのにつれて、制限を緩和する可変流量制限部材が設けられ、
前記パイロットポペットには、前記入口と前記パイロット制御チャンバ間に延設された制御通路、及び、前記パイロット制御チャンバと前記出口間に延設されたパイロット通路が設けられ、そして、
前記電気油圧パイロット弁には、ソレノイドアクチュエータ、及び、前記ソレノイドアクチュエータに接続されて前記パイロット通路を選択的に開閉するパイロット体が設けられている
ことを特徴とする制御弁。
【請求項１４】
前記第１通路に設けられた前記可変流量制限部材が、前記第１ポペットが前記弁座から離れる方向に動くのにつれて、大きくなるオリフィスを含むことを特徴とする請求項１３に記載の制御弁。
【請求項１５】
前記電気油圧パイロット弁が、前記パイロット体の動作を変えて、前記パイロット通路を選択的に開閉することによって、前記パイロットチャンバと前記出口間の圧力差の変化に応答する圧力補償器を含むことを特徴とする請求項１３に記載の制御弁。
【請求項１６】
前記パイロット通路が、前記パイロット体と選択的に係合され、かつ、前記パイロット体から離れるパイロットシートを有し、かつ、
前記制御弁が、前記パイロット制御チャンバ及び前記出口間の圧力差に応答して、前記パイロットポペットに対する前記パイロットシートの位置を変える圧力補償器を含むことを特徴とする請求項１３に記載の制御弁。
【請求項１７】
前記制御弁が、
液体が前記第１ポートから前記第１通路に向かう方向にのみ流れる通路を提供する第１入口逆止め弁と、
前記第１通路を通じての前記第１制御チャンバから前記第２ポートへの液体の流れを防止する第２入口逆止め弁と、
前記放出路を通じての前記第１ポートから前記電気油圧パイロット弁への液体の流れを防止する第１放出逆止め弁と、
液体が前記放出路から前記第２ポートに向かう方向にのみ流れる別の通路を提供する第２放出逆止め弁と、
を備えたことを特徴とする請求項１３に記載の制御弁。
【請求項１８】
前記制御弁が、前記放出路を通じての前記第１ポートから前記電気油圧パイロット弁への液体の流れを防止する放出逆止め弁を含むことを特徴とする請求項１３に記載の制御弁。
【請求項１９】
前記制御弁が、
前記第１通路を通じての前記第１制御チャンバから前記第２ポートへの液体の流れを防止する第１逆止め弁と、
前記第１ポートと前記第１制御チャンバとの間に延設された第２通路と、
前記第２通路を通じての前記第１制御チャンバから前記第１ポートへの液体の流れを防止する第２逆止め弁と、
を含むことを特徴とする請求項１３に記載の制御弁。
【請求項２０】
第１ポート及び第２ポートに通じる第１ボア、前記第１ポートと前記第２ポートとの間に設けられた弁座、並びに、前記第1ポートに通じる放出路を有する本体と、
前記第１ボア内に移動自在に収容されて、前記弁座に選択的に係合し、かつ、前記弁座から離れることができ、かつ、前記弁座から離れた側にある前記第１ボア内に第１制御チャンバを形成する第１ポペットと、
前記第２ポートと前記第１制御チャンバとの間に延設された第１通路と、
前記第１制御チャンバと前記放出路間の液体の流れを制御する電気油圧パイロット弁と、
を備えた制御弁であって、
前記第１通路には、前記第１ポペットが前記弁座から離れる方向に動くのにつれて制限を緩和する可変流量制限部材が設けられ、
前記電気油圧パイロット弁には、前記第１制御チャンバに通じる入口と、前記放出路に通じる出口と、パイロット制御チャンバの内圧に応答して、前記入口と前記出口間の液体の流れを制御するパイロットポペットと、前記パイロット制御チャンバの内圧を選択的に制御して、前記入口及び前記出口間の流路を開閉するように前記パイロットポペットを動かす電気操作サブパイロット弁と、前記サブパイロット弁による前記パイロット制御チャンバの内圧の制御を変更することによって、前記パイロット制御チャンバと前記出口間の圧力差の変化に応答する圧力補償器と、が設けられている
ことを特徴とする制御弁。
【請求項２１】
前記パイロットポペットには、前記入口と前記パイロット制御チャンバとの間に延設された制御通路、及び、前記パイロット制御チャンバと出口との間に延設された、パイロットシートを有する、パイロット通路が設けられ、
前記サブパイロット弁には、前記パイロットシートと選択的に係合し、かつ、前記パイロットシートから離れて、前記パイロット通路を開閉するパイロット体が設けられ、そして、
前記圧力補償器が、前記パイロット制御チャンバと前記出口間の圧力差に応答して、前記パイロットポペットに対するパイロットシートの位置を変えるようにされている
ことを特徴とする請求項２０に記載の制御弁。
【請求項２２】
前記制御弁が、
液体が前記第１ポートから前記第１通路に向かう方向にのみ流れる通路を提供する第１入口逆止め弁と、
前記第１通路を通じての前記第１制御チャンバから前記第２ポートへの液体の流れを防止する第２入口逆止め弁と、
前記放出路を通じての前記第１ポートから前記電気油圧パイロット弁への液体の流れを防止する第１放出逆止め弁と、
液体が前記放出路から前記第２ポートに向かう方向にのみ流れる別の通路を提供する第２放出逆止め弁と、
を備えたことを特徴とする請求項２０に記載の制御弁。
【請求項２３】
前記制御弁が、前記放出路を通じての前記第１ポートから前記電気油圧パイロット弁への液体の流れを防止する放出逆止め弁を含むことを特徴とする請求項２０に記載の制御弁。
【請求項２４】
前記制御弁が、
前記第１通路を通じての前記第１制御チャンバから前記第２ポートへの液体の流れを防止する第１逆止め弁と、
前記第１ポートと前記第１制御チャンバとの間に延設された第２通路と、
前記第２通路を通じての前記第１制御チャンバから前記第１ポートへの液体の流れを防止する第２逆止め弁と、
を含むことを特徴とする請求項２０に記載の制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パイロット操作油圧弁（pilot operated hydraulic valve）、より具体的に、電気作動のパイロット弁（electrically operated pilot valve）に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な機械類は、油圧アクチュエータ（hydraulic actuator）によって作動する可動部品、例えば、油圧弁によって制御されるピストン配置（piston arrangement）及びシリンダを有している。従来の油圧弁は、機械の操作者によって手動的に操作されてきた。こうした手動操作弁から電機制御弁に向かうと共に、ソレノイド弁を用いることが現在のトレントといえる。
【０００３】
ポンプからアクチュエータまでの加圧油圧油（pressurized hydraulic fluid）の適用は、ホイートストン・ブリッジ（Wheatstone bridge）に配置された一組の比例パイロット操作制御弁（proportional pilot operated control valve）によって制御されて、油圧シリンダ内へ流れ込み、かつ、そこから流れ出る液体を計量することができる（米国特許第６，１４９，１２４号参照）。各制御弁は、弁座に係合し、かつ、そこから離れる（外れる）ポペット（poppet）を有して、弁の入口と出口間における液体の流れを制御する。制御チャンバ（control chamber）は、弁座から離れた側（面）のポペット上に形成されていて、そして、制御通路は、入口と制御チャンバとの間に設けられている。制御チャンバに加えられる入口からのより大きい圧力は、出口におけるより低い圧力に起因して、ポペットを弁座に押し付ける。全体のソレノイド操作パイロット弁は、ポペットを弁座から離れる方向に動かして制御弁を開放しようとするときに、活性化される。パイロット弁の活性化によって、パイロット通路が開放され、制御チャンバ内の圧力が出口の方へ放出され、それにより、ポペットが弁座から離れる方向に動く。パイロット弁を閉めると、パイロット通路が制御チャンバの内圧を増加させて、ポペットを弁座に押し付ける。
【０００４】
したがって、ソレノイドによってパイロット弁に加えられた比較的小さな力によって、ポペットを操作することができる。ここで、このポペットには、供給ポンプ又は油圧アクチュエータからの圧力に基づいて非常に大きな力がはたらく。
【０００５】
このタイプの電気油圧弁の機能性は、ソレノイドの力と制御チャンバの流れとの関係によって制限される。より小さい制御チャンバの流れが実質的に大きいポペットを位置付けるのに依然として十分ではあるものの、ポペットの速度は、ポペットサイズの増加に伴って急激に減少される。もう一つの欠点は、ポペットのストロックの方が、ソレノイドのストロックよりも徐々に小さくなることである。ソレノイドが、より大きい力及びより大きいストロック（大きいポペットストロックを得るために）の両方を提供して、ソレノイド機構がこのタイプの電気油圧弁のスケーラビリティ（scalability）を大きく制限することができれば、望ましい。
【０００６】
その解決策として、より大きい流れ（流量）及び迅速な反応時間を得るために、入口と制御チャンバとの間にある制御通路においてポペットストロックに比例する大きい可変オリフィスを設けることが提案された。このパイロット弁は、バランスパイロット（balanced pilot）又はスプール弁（spool valve）のいずれかを通じて低圧の出口の方へ制御チャンバ圧力を放出する。こうした弁の設計は、比較的に迅速で、かつ、比例的であるが、制御チャンバにおける比較的大きい制御通路オリフィスを通じての高流量に起因して、弁をより大きいサイズに拡大するために、更なる圧力補償器（pressure compensator）が必要とされる。また、制御オリフィスを拡大させることによって、第１圧力及び流量とソレノイドに加えられた電流との間に非線形関係が成立することになる。こうした非線形関係は、正確な制御に悪影響を与える。
【０００７】
したがって、大型油圧アクチュエータに起こり得る高流速（高流量）を迅速に制御できる電気油圧ポペット弁に対するニーズが依然として存在していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６，１４９，１２４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、油圧アクチュエータを用いる際に生じる高流速（高流量）を迅速に制御できる制御弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
制御弁は、第１ポート及び第２ポートに通じる第１ボア、前記第１ポートと前記第２ポートとの間に設けられた弁座、並びに、前記第１ポートに通じる放出路と、を有する本体を含む。第１ポペットは、前記第１ボア内に移動自在に収容されて、前記弁座に選択的に係合し、かつ、前記弁座から離れることができ、かつ、前記弁座から離れた側（面）の前記ポペット上の前記第１ボア内に第１制御チャンバを形成する。通路は、前記第２ポートと前記第１制御チャンバとの間に延び、かつ、前記第１ポペットが前記弁座から離れる方向に動くのにつれて、制限を緩和する可変流量制限部材を含む。
【００１１】
電気油圧パイロット弁は、前記第１の制御チャンバと前記放出路間における液体の流れを制御し、かつ、前記第１制御チャンバに接続された入口と、前記放出路に接続された出口と、を有する。電気油圧パイロット弁は、パイロット制御チャンバの内圧に応答して、前記入口と前記出口間における液体の流れを制御するパイロットポペットを含む。電気操作サブパイロット弁は、選択的に開いて、前記パイロット制御チャンバの内圧を減少させ、よって、前記パイロットポペットが前記入口と前記出口間の通路を開閉するようになる。
【００１２】
電気油圧パイロット弁の一の具体例によれば、パイロット通路は、前記パイロット制御チャンバと前記出口との間において前記パイロットポペット内に延設されている。また、前記サブパイロット弁は、ソレノイドアクチュエータと、前記ソレノイドアクチュエータによって移動できるように前記ソレノイドアクチュエータに接続されて、前記パイロット通路を選択的に開閉するパイロット体と、を含む。
【００１３】
本発明の別の特徴によれば、パイロット体は、前記パイロット制御チャンバに通じる前記パイロット通路の開口に選択的に係合し、かつ、そこから離れることができる。圧力補償器によって、前記パイロット制御チャンバと前記出口間の圧力差に応答して、前記パイロットポペットに対する前記開口の位置を変えることができる。
【００１４】
前記制御弁が双方向制御弁である場合、第１入口逆止め弁は、液体が前記第１ポートから前記通路（passageway）に向かう方向にのみ流れる経路（path）を提供し、そして、第２入口逆止め弁は、液体が前記第２ポートから前記通路に向かう方向にのみ流れるようにする。また、第１放出逆止め弁は、液体が前記放出路から前記第１ポートに向かう方向にのみ流れるようにし、そして、第２放出逆止め弁は、前記放出路から前記第２ポートへ流れる液体のための通路を提供する。
【００１５】
別の形態の制御弁は、自由流れモードを有する。弁を横切っての圧力差が一極性（one polarity）を有するとき、弁を通る流れは比例的に制御され得る。この弁は、圧力差が少なくとも予め定められた大きさの圧力異極性（opposite pressure polarity）を有するときに自動的に開かれて、液体の自由な流れを可能にする。
【００１６】
また、さらなる別の形態の制御弁は、流れ点検モードを有する。この弁は、圧力差が一極性（又は、単極性）を有するときに選択的に開かれ、かつ、圧力差が異極性を有するときには開かれない。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の制御弁を用いることで、大型油圧アクチュエータに起こり得る高流速（高流量）を迅速に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の双方向油圧制御弁の断面図である。
【図２】図２は、油圧弁アセンブリに用いられる電気油圧ポペットパイロット弁の断面図である。
【図３】図３は、自由流れモードを有する一方向油圧制御弁の断面図である。
【図４】図４は、流量点検モードを有する一方向油圧制御弁の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１によれば、双方向制御弁（bidirectional control valve）１００は、第１ボア１０７内へ開口する第１ポート１０４及び第２ポート１０６を備えた本体１０２を有している。弁座１０８は、第１ポート１０４と第２ポート１０６との間に配置されている。第１ポペット１１０は、本体１０２内にスライド自在に収容され、かつ、弁座１０８と係合して第１ポートと第２ポート間の流路を閉じる。第１ポペット１１０は、弁座１０８と係合した状態から離れる方向にスライドすることによって、第１ポートと第２ポート間の流路を開く。こうした第１ポペットの動きは、第１ばね１１５、並びに、第１ポート１０４及び第２ポート１０６における圧力と、弁座１０８から離れた側の第１ポペット１１０上に配置された第１制御チャンバ１１２との関係によって決定される。この動きについては、後述する。
【００２０】
第１ポペット１１０は、第１ポートに通じる第１開口１１６と、第２ポート１０６に通じる第２開口１１８と、を備えた通路１１４を有している。第１入口逆止め弁（first inlet check valve）１２０によって、流体は専ら第１ポート１０４から通路１１４の方に流れるようになり、そして、第２入口逆止め弁１２２によって、流体は、専ら第２ポート１０６から通路１１４の方に流れるようになる。ポペット通路１１４は、その端部が第１制御チャンバ１１２に面する第１ポペット１１０の側壁に対し第３開口１２４を有している。この第３開口１２４は、テーパー状であるので、第１ポペット１１０が本体１０２内にスライドするにつれて、通路１１４から第１制御チャンバ１１２へ流れる液体の流量を適宜制限できる可変オリフィスを形成する。具体的に、第１ポペット１１０が弁座１０８と接触しているとき（図１）、第３開口１２４におけるオリフィスの大きさは比較的小さい。そのオリフィスは、第１ポペット１１０が弁座１０８から離れる方向に移動するにつれて、大きくなり、つまり、流量の制限が緩和されるようになる。
【００２１】
電気油圧パイロット弁１３０は、弁本体１０２において、第１制御チャンバ１１２と放出路（release passage）１３２との間で流体の流れを制御する。特に、パイロット弁１３０は、第１制御チャンバ１１２との間に流体が流れる入口１３４と、放出路１３２との間に流体が流れる出口１３６と、を有している。この放出路１３２は、第１ポート１０４に通じる第１放出路１３８と、第２ポート１０６に通じる第２放出路１４０と、を有している。第１放出逆止め弁１４２によって、流体は専ら放出路１３２から第１ポート１０４に向かう方向にのみ流れ、そして、第２放出逆止め弁１４４によって、流体は専ら放出路１３２から第２ポート１０６に向かう方向にのみ流れるようになる。
【００２２】
図２によれば、電気油圧パイロット弁１３０は、弁本体１２の孔１１内に取り付けられた円筒状の弁スリーブ１４を含む。この弁スリーブ１４は、弁スリーブの側面に入口１３４を有し、かつ、第１制御チャンバ１１２に通じる長手方向の第１ボア１６を有している。弁スリーブ１４の一端に配された出口１３６は、放出路１３２に開口している。パイロットポペットシート（pilot poppet seat）２２は、第１ボア１６内に入口１３４と出口１３６との間に形成されている。
【００２３】
パイロットポペット２４は、第１ボア１６内でスライドし、パイロットポペットシート２２と係合し、かつ、そこから離れて、入口１３４と出口１３６との間における流体の流れを制御する。そのために、パイロットポペット２４のノーズ（nose）２１は、電気油圧パイロット弁１３０が閉じられた状態においてパイロットポペットシート２２に当接する 円錐台形状（frustoconical）の面２３を有している。制御路２５は、入口１３４をパイロット制御チャンバ２８につなげ、かつ、そこに固定サイズのオリフィス２９を有する。このオリフィス２９によって、前記制御路２５を通る流体の流れ（流路）を制御することができる。
【００２４】
孔２６は、パイロット制御チャンバ２８から出口１３６まで延設されたパイロットポペット２４を通して中央に位置している。この孔２６を通る流れは、電気操作サブ−パイロット弁４０（ソレノイドアクチュエータ３８と、パイロット体（pilot element）４４と、を含む。）によって制御される。好ましくは、パイロット体４４は、電気油圧パイロット弁１３０を横切っての圧力差の変化に基づく効果を打ち消す圧力補償器３０に係合する。この圧力補償器３０は、パイロットポペット２４の孔２６にスライド自在に収容されて、出口１３６との間に液体が流れるパイロット空洞３３を形成するパイロットピストン３１を含む。パイロット通路３６は、パイロット制御チャンバ２８とパイロット空洞３３との間でパイロットピストン３１を通って延設され、かつ、パイロット制御チャンバへの開口においてパイロットシート５５を有する。パイロット体４４は、パイロットシート５５に係合し、かつ、そこから離れて、パイロット通路を選択的に開閉する。パイロットピストン３１は、パイロット制御チャンバ２８と向かい合うその端部において拡大ヘッド（enlarged head）３２を有し、そして、ベルビル（Belleville）ばね３４は、パイロットピストン３１の周囲に配されて、パイロットポペット２４から離れてヘッド３２を偏向させる（即ち、付勢する）。パイロットピストン３１の反対側は、パイロット制御チャンバ２８の圧力及び出口１３６の圧力に露出されている。出口１３６よりも大きいパイロット制御チャンバ２８の圧力は、パイロットピストン３１をさらにパイロットポペット２４の方に押し進め、かつ、ベルビルばね３４を押し付ける（即ち、圧縮する）。パイロットポペット２４に対するパイロットピストン３１のこうした動きは、パイロットシート５５の有効位置（effective position）を変えて、パイロットポペットを横切っての圧力差における変化に起因した弁動作（valve operation）の変化を補償する。
【００２５】
パイロットポペット２４の動きは、電磁コイル３９及び電機子４２を含むソレノイドアクチュエータ３８のようなアクチュエータによって制御される。この電磁子４２は、弁スリーブ１４を通って第１ボア１６内に配置され、かつ、調整ばね（modulating spring）４５によってパイロットポペット２４に向かって付勢されている。ここで、調節ばね４５の付勢力は、第１ボア１６の露出された端部内へ挿入される調整ねじ４１によって異なり得る。電磁コイル３９は、弁スリーブ１４の周りに固定されている。電機子４２は、電磁コイル１９に電流を加えることによって生じた磁場に応答して、パイロットポペット２４から離れて第１ボア１６内にスライドする。
【００２６】
棒状のパイロット体４４は、管状の電機子４２における第２ボア内にスライド自在に収容される。第２ばね４８は、パイロット体４４に固定されたスナップ・リング（snap ring）５１に係合して、第２ボア４６から外向きにパイロット体４４を付勢し、それにより、脱励起状態（de-energized state）のソレノイドアクチュエータ３８において、パイロット体の円錐形の先端５２がパイロット通路３６に入るようになる。この円錐形の先端５２は、形成されたパイロットシート５４（ここで、パイロット通路３６がパイロット制御チャンバ２８の方に通じる。）においてパイロットポペットと係合する。パイロット体４４の離れた端部４３は、電気油圧パイロット弁１３０が閉じた状態（図参照）にあるときに、第２ボア内に電磁子４２に隣接した端部より凹んだ部分を有する。パイロット体の離れた端部４３は、プルピン（pull pin）４７が圧入される孔を有している。このプルピン４７は、ワッシャ４９に係合する外部ヘッド（exterior head）を有している。ここで、ワッシャ４９は、電磁子４２の端部と、調整ばね４５との間に保持されている。このワッシャ４９とパイロット体４４の隣接する端部との間にはギャップが存在する。そのギャップによって、パイロット体が電磁子４２内で上方にスライドされ、かつ、調整ばね４５がパイロット体の別の端部において第２ばね４８の力に逆らって付勢する。この調整ばね４５は、第２ばね４８よりも有意に大きいばね定数（spring rate）を有するので、電機子４２が第１ばねを押し付ける前に、パイロット体４４の先端に加えられた力が前記スライド動作を生じさせる。
【００２７】
別の形態の制御弁１００においては、圧力補償式電気油圧パイロット弁１３０が不要である。この場合、パイロットピストン３１及びベルビルばね３４を省くことができるので、パイロット通路３６は孔２６の代わりにパイロットポペット２４に直接的に形成され得る。ここで、パイロット体４４は、パイロットポペット２４におけるパイロット通路３６の固定された開口に選択的に係合する。
【００２８】
図１及び２によれば、電気油圧パイロット弁１３０の動作によって、第１制御チャンバ１１２の内圧が制御され、それにより、第１ポペット１１０の動きが制御される。具体的に、第１制御チャンバ１１２の内圧は、パイロット弁入口１３４及び制御路２５を通じてパイロット制御チャンバ２８（図２）の方に通じている。脱励起状態の電磁コイル３９では、調整ばね４５がパイロットポペット２４に向かって電機子４２を付勢する一方で、第２ばね４８はパイロットポペットに向かって電機子から外向きにパイロット体４４を付勢する。こうした組み合わせによって、パイロット体の円錐形の先端５２がパイロット通路３６を閉じて、パイロット制御チャンバ２８と出口１３６間における液体の流れを遮断する。その結果として、パイロット制御チャンバ２８の内圧が放出路１３２を通じて放出されず、こうして閉じ込められた圧力は、パイロットポペット２４をパイロットポペットシート２２に押し付ける。そこで、電機油圧パイロット弁１３０の入口と出口間の流れが遮断される。このパイロット制御チャンバ２８に閉じ込められた圧力は、パイロットポペットシート２２から離れる方向にパイロットポペット２４を動かして、電気油圧パイロット弁１３０を開くように働く力に抵抗する。
【００２９】
閉鎖状態の電気油圧パイロット弁１３０では、第１ポート１０４又は第２ポート１０６（図１）のいずれかにおけるより大きい圧力は、第１入口逆止め弁１２０又は第２入口逆止め弁１２２を通じて第１ポペット通路１１４に通じ、かつ、上方では第１制御チャンバ１１２に通じる。この圧力は電気油圧パイロット弁１３０を通じて運ばれないために、第１ポペット１１０を第１弁座１０８に押し付けて、第１ポート１０４と第２ポート間の第１流路を閉鎖する。
【００３０】
図２によれば、電気油圧パイロット弁１３０のソレノイドアクチュエータ３８を励起させることによって、入口１３４及び出口１３６間の油圧油（hydraulic fluid）の流れを比例的に制御することができる。電磁コイル３９に加えられた電流は、磁場を生じさせる。この磁場は、電機子４２をソレノイドアクチュエータ３８の方に上方に引く。この作用は、プルピン４７及びパイロット体４４を上方にけん引する。この動きは、パイロットポペット２４から離れる方向にパイロット体４４を引いて、パイロット通路３６を開くとともに、出口１３６を通じて放出路（図１）１３２の方へパイロット制御チャンバ２８内の圧力を放出する。その後、比較的高い圧力は、放出路１３２における第１又は第２放出逆止め弁１４２又は１４４のいずれかを開いて、より圧力の低い第１又は第２ポート１４２又は１４４のいずれかの方にパイロット制御チャンバ２８内の圧力を放出する。制御路２５における固定サイズのオリフィス２９は、第１制御チャンバ１１２からの流れが急激にパイロット制御チャンバ２８に入ることや、そこに圧力が溜まる現象を防止する。
【００３１】
パイロット制御チャンバ２８とパイロット通路３６（図２）間の開口が、予め定められたサイズ（パイロットポペット２４の静圧域（static pressure area）によって定められる。）に達すると、パイロットポペット２４は、パイロット体４を追ってパイロットポペットシート２２から離れる方向に動く。この動きは、パイロット体の先端５２をパイロット通路３６の方に戻して、そこを通る流れを減少させる。パイロット通路の流れが、制御路２５における固定サイズのオリフィス２９を通る流れと同じであれば、平衡状態となり、パイロットポペット２４はその動きを止めて、開放位置を維持する。電磁コイル３９に加えられた電流の大きさによって、パイロット体４４の移動距離、ひいては、パイロットポペット２４がパイロットシート２２から移動した距離が決定される。したがって、電流を選択的に制御することによって、電気油圧パイロット弁１３０を通過する液体の流れを比例的に制御することができる。
【００３２】
入口１３４及び出口１３６における圧力の変動は、電気油圧パイロット弁１３０全域における圧力差を変える。ここで、電気油圧パイロット弁１３０は、圧力補償器なしに、望むとおり弁を操作するのに必要とされる電流の大きさを変えることができる。電気油圧パイロット弁１３０の好ましい具体例によれば、圧力差の変化がパイロットポペット２４の動作（operation）に与える影響は、パイロットピストンに形成されたパイロットシート５５の動きによって釣り合いが取れる。ベルビルばね３４は、パイロットポペット２４に亘っての圧力差の変化に応答して、パイロットポペット２４に対してパイロットシート５５を動かせることができる。こうした動きは、パイロットシート５４の軸方向の位置を効果的に変えて、電気油圧パイロット弁１３０に対する圧力差の変化を相殺する。この動きは、アクチュエータ力均衡（modulation spring force）までに、パイロット体４４上の油圧不均衡（hydraulic imbalance）及び調整ばね力を補償する。
【００３３】
図１によれば、電気油圧パイロット弁１３０が閉じられたとき、第１制御チャンバ１１２の内圧は、第１又は第２ポート１０４又は１０６のうちより圧力の高いいずれかと同じである。このとき、より大きい圧力はそれに関連した第１又は第２入口逆止め弁１２０又は１２２を開いて、第１ポペット１１０における通路１１４を通して第１制御チャンバ１１２の方に圧力を運ぶ。そこで、その第１及び第２入口逆止め弁１２０及び１２２のうち他方、及び、電気油圧パイロット弁１３０は、閉じられて、第１制御チャンバ圧力を保持する。したがって、第１制御チャンバ１１２の内圧は、第１及び第２ポート１０４及び１０６のうちより圧力の高い方と同じであるか、それより高くなる。
【００３４】
電気油圧パイロット弁１３０が開くと、制御チャンバの内圧は、放出路１３２を通じて、圧力のより低い第１又は第２ポート１４０又は１０６のいずれかの方に減少される。こうして第１ポペット１１０に亘っての圧力差が生じ、それにより、第１ポペットが弁座１０８から離れ、第１及び第２ポート１０４及び１０６間の流路が開かれる。こうした動きに起こると、第３開口１２４によって形成されたオリフィスのテーパー状の形状は、ポペット通路１１４から第１制御チャンバ１１２へ流れる液体が通過する領域（面積）を増加させて、流量制限を減らす（即ち、制限を緩和する）。電気油圧パイロット弁１３０は、第１制御チャンバ１１２からの流れを比例的に制御する。ポペット通路における第３開口１２４を通る流れが、電気油圧パイロット弁を通る流れと同じであるとき、第１ポペット１１０は弁座１０８から離れる方向への動きを止める。この時点における弁座から第１ポペット１１０までの距離、及び、圧力差は、双方向制御弁１００を通る流量（flow rate）を決定する。
【００３５】
したがって、電気油圧パイロット弁１３０は、第１制御チャンバ１１２から放出される液体の流速（rate）、ひいては、第１ポペット１１０がその弁座１０８から離れた距離を比例的に制御又は調整するために用いられる。それにより、双方向制御弁１００を通る流速（流量）を制御することができる。電気油圧パイロット弁１３０として電気油圧パイロット操作ポペット弁を使用することによって、制御弁１００を通る高流量を定める別途の第１ポペット１１０の比較的迅速な制御が可能となる。
【００３６】
油圧システムによっては、図１に示した第１制御弁によって提供されるこうした双方向流量制御を必要としないものもある。例えば、弁を横切っての圧力差が専ら一極性（one polarity）を有する場合、ポペットを位置付ける制御装置を設けた方が有利であろう。圧力差が異極性（opposite polarity）を有する場合、制御弁は、自動的に開かれるが、これを「自由流れ（free flow）」モードと呼ぶ。この「自由流れ」モードは、油圧コンシューマー（hydraulic consumer）及びタンク戻り管（tank return line）間の流路においてしばしば望まれるが、その自由流れモードを採用することによって、タンク戻り管の圧力が油圧コンシューマーよりも高いときに、制御弁が自動的に開き、コンシューマーにおけるキャビテーション（cavitation）の可能性を減らす。この自由流れモードは、第２入口逆止め弁１２２を除去するとともに、通路１１４の第１開口１１６及び第２放出口（release outlet）１４０の両方を閉じること（即ち、第１放出逆止め弁１４２のみを残す。）によって実施される。
【００３７】
こうした変形によって、図３に示した第２制御弁３００がもたらされる。図３において、本体３０２には、第１及び第２ポート３０４及び３０６が設けられ、そして、それらのポート間には弁座３０８が設けられている。第１ポペット３１０は、弁座３０８と係合して、第１及び第２ポート間の液体の流れを制御する。第１ポペット３１０の動きは、第１制御チャンバ３１２の内圧によって制御される。第1ポペット３１０は、第２ポート３０６からテーパー状の開口３２４（この開口３２４は、第1制御チャンバ３１２の方に通じる。）まで延設された通路３１４を有している。テーパー状の開口３２４は、前記通路から第1制御チャンバに向かって流れる液体の可変制限部材（variable restriction）としてはたらく。第１ポペット３１０が弁座３０８から離れるにつれて、その流量制限は減少し（即ち、制限が緩和される。）、それにより、流量が増加する。
【００３８】
電気油圧パイロット弁１３０（例えば、図２に示したタイプ）は、第１制御チャンバ３１２と、第１ポート４０４に通じる放出路３３２間の液体の流れを制御する。放出逆止め弁（release check valve）３４２は、液体が放出路３３２を通って専ら電気油圧パイロット弁１３０から第１ポート３０４に向かう方向にのみ流れることを許す。
【００３９】
第２ポート３０６における圧力が、第１ポート３０４における圧力よりも高いときに、第２制御弁３００は、前述した双方向第１制御弁１００と同様に、液体の流れを調整する。この場合、第２ポート３０６における圧力は通路３１４を通じて第１制御チャンバ３１２の方に運ばれる。こうした第１制御チャンバ３１２における圧力に基づいて、第１ポペット３１０は弁座３０８に対し閉じられた状態を保持する。第２制御弁３００を開くために、電気油圧パイロット弁１３０が開いて、第１制御チャンバ３１２の内圧を減少させる放出路３３２を通る道（経路）を提供する。通路３１４におけるテーパー状の開口３２４によって提供された可変オリフィスによって、第１制御チャンバ３１２は第２ポート３０６よりも低い圧力を有するようになる。したがって、第２ポート３０６におけるより大きい圧力によって第１ポペット３１０を弁座３０８から離れる方向に動かして、２つのポート３０４及び３０６間の第１流路を開放する。
【００４０】
その後、電気油圧パイロット弁１３０を閉じると、第１制御チャンバ３１２の内圧が第２ポート３０６のレベルまで上昇する。その結果、油圧力及びばね３１５からの力によって、弁座３０８に対して第１ポペット３１０を動かして、第１及び第２ポート３０４及び３０６間の第１流路を閉じることができる。
【００４１】
別の状況下では、第１ポート３０４における圧力が第２ポート３０６よりも大きいときに、第２制御弁３００は、電流がソレノイドアクチュエータ３８に加えられるか否かに関係なく、自動的に開く。そこで、第１ポート３０４の圧力は、ばね３１５及び第１制御チャンバ３１２の内圧からの対抗力（counter force）を克服する第１ポペット３１０のノーズに力を及ぼして、弁座３０８から離れる方向に第１制御チャンバ３１０を動かす。この動きによって、第１制御チャンバ３１２内の液体が、テーパー状の開口３２４及び通路３１４を通じて第２ポートの方に流れる。こうした動き（作用）を自由流れモードと呼ぶ。
【００４２】
自由流れモード及び流れ調整モードが起こる圧力差の極性（polarity）は、通路３１４及び放出路３３２に通じるポート３０４、及び３０６を逆転させることによって、逆転させることができる。
【００４３】
その他の油圧システムにおいて、圧力差が予め定められた極性を有するときに限って、第１ポペットが開くようにするのが望ましい。圧力異極性（opposite pressure polarity）が存在するときに、弁は、ソレノイドアクチェイータの活性化状態に関係なく閉じられる。これを、「流れ点検（flow checking）」モードと呼び、流れが油圧コンシューマーからポンプではなく、ポンプから消費装置に向かう方向に制限されるべき油圧コンシューマー通路に通じるポンプ出口に使用されることがしばしばある。
【００４４】
図４は、流れ点検モードを有する第３制御弁４００を示す。この制御弁は、第１及び第２ポート４０４及び４０６を備えた本体４０２を有している。ここで、前記第１及び第２ポート４０４及び４０６の間に弁座４０８が存在する。第１ポペット４１０は、選択的に弁座４０８に係合して、第１及び第２ポートの間の流量（即ち、液体の流れ）を制御する。この第１ポペット４１０の動きは、第１制御チャンバ４１２の内圧によって制御される。この第１ポペット４１０は、第２ポート４０６からテーパー状の開口４２４（第１制御チャンバ４１２の方に開口している。）まで延設された第１通路を有している。このテーパー状の開口４２４は、第１通路４１４から第１制御チャンバ４１２への液体の流れに対し、その流量を可変的に制限する可変オリフィスを形成する。第１ポペット４１０が弁座４０８から離れるにつれて、その流量制限は、減少される（即ち、制限が緩和される。）。第１逆止め弁４２２は、第１通路４１４に配置され、かつ、専ら第２ポート４０６から第１制御チャンバ４１２に向かう方向にのみ液体が流れることを許すことによって、流れ点検機能に寄与する。第２通路４２６は、第１制御チャンバと第１ポート４０４との間において第１ポペット４２８を通って延設されている。第２逆止め弁４２８は、液体が第２通路４２６を通って、第１ポート４０４から第１制御チャンバ４１２に向かう方向にのみ流れることを許す。
【００４５】
電気油圧パイロット弁１３０（例えば、図２に記載されたタイプのもの）は、第１制御チャンバ３１２と放出路４３２間における液体の流れを制御する。この放出路４３２は、電気油圧パイロット弁から第１ポート４０４までの制限されない流路を提供する。
【００４６】
第３制御弁４００に関して、第１ポート４０４の内圧が第２ポート４０６よりも大きいとき、第１ポペット４１０は、予測できる圧力レベルの下で、ソレノイドアクチュエータ３８の動作状態にかかわらず、閉鎖状態を保持する。そのとき、第１ポート４０４における高圧が、第２逆止め弁４２８を通じて第１制御チャンバ４１２の方に運ばれる。すると、第１逆止め弁４２２が閉鎖状態にあるので、圧力が第１制御チャンバ４１２に閉じ込められる。第１制御チャンバ４１２の内圧が、第１ポートと同じであるために、第１ばね４１５によって加えられた力によって、第１ポペット４１０が弁座４０８に押し付けられる。
【００４７】
第２ポート４０６における圧力が、第１ポート４０４よりも大きいときに、電気油圧パイロット弁１３０の動作によって、第３制御弁４００は、前述した第１制御弁１００の圧力条件と同様に、機能するようになる。つまり、第３制御弁４００は、ソレノイドアクチェエータ３８に加えられた電流のレベルによって調整される。
【００４８】
自由流れモード及び流れ調整モードが起こる圧力差の極性は、通路４１４及び放出路４３２が開口しているポート４０４及び４０６を逆転させることによって、逆転させることができる。
【００４９】
以上の説明は、主に本発明の好ましい具体例に関するものである。本明細書に記載された具体例の記載から明らかな様々な具体例は、当業者にとって明らかであるので、本発明の範囲に含まれると解すべきである。したがって、本発明の範囲は、前述の発明の詳細な説明の記載ではなく、特許請求の範囲によって定められる。
【符号の説明】
【００５０】
１４          弁スリーブ
１６          第１ボア
２２          パイロットポペットシート
２４          パイロットポペット
２５          制御路
２６          孔
２８          パイロット制御チャンバ
２９          オリフィス
３０          圧力補償器
３１          パイロットピストン
３６          パイロット通路
３９          電磁コイル
４２          電機子
４４          パイロット体
４５          調整ばね
４６          第２ボア
４８          第２ばね
５５          パイロットシート
１００        双方向制御弁
１０２        本体
１０４        第1ポート
１０６        第２ポート
１０７        第１ボア
１０８        弁座
１１０        第1ポペット
１１２        第1制御チャンバ
１１４        通路
１１５        第1ばね
１１８        第２開口
１２０        第１入口逆止め弁
１２２        第２入口逆止め弁
１２４        第３開口
１３０        電気油圧パイロット弁
１３２        放出路
１３４        入口
１３６        出口
１３８        第１放出路
１４０        第２放出路
１４２        第１放出逆止め弁
１４４        第２放出逆止め弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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