(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口ポートと、出口ポートと、ボアと、入口ポートと出口ポートとの間の流量を制御するためにボア内において開放位置と閉鎖位置との間で摺動自在に配設され、第１の作用面とより大きな第２の作用面とを有する弁体と、第１の作用面により一部が形成され入口ポートと連通する作用室と、第２の作用面により一部が形成される制御室とを有するフィードバックポッペト弁において、
入口ポートに連通する第１の通路と、
出口ポートに連通する第２の通路と、
制御室と第１および第２の通路との間に配設され、第１の通路を制御室に連通させるように設けられた可変式のメータインオリフィスと、制御室を第２の通路に連通させるように設けられた可変式のメータアウトオリフィスとを形成する弁スプールを具備するパイロット弁であって、弁スプールが、メータアウトオリフィスを通過する流体の流れを遮断する第１の位置を有し、かつ、メータアウトオリフィスを開くために第１の位置から第１の方向に移動可能に構成されているパイロット弁と、
弁スプールを第１の方向に付勢する可変の制御力を選択的に負荷する手段と、弁体の変位に比例するフィードバック力をパイロット弁に負荷するために弁体と弁スプールとの間に配設されたフィードバックバネと、
第１の通路に配設され第２の通路に接続されて、前記入口ポートの圧力が所定値よりも低い通常時には第１の通路第２の通路から遮断し、前記所定値を超過する前記入口ポートの圧力に応答して、圧力を低減する位置へ向けて移動し、前記第１と第２の通路の間に可変オリフィスを形成して、前記制御室の流体の圧力を低減可能なリリーフ弁とを具備するフィードバックポッペト弁。
【請求項２】
リリーフ弁が第１の位置を有する弁スプールを具備しており、第１の位置において第１の通路を通して流体が流通することができ、かつ、第２の通路が遮断される請求項１に記載のフィードバックポッペト弁。
【請求項３】
前記リリーフ弁の弁スプールが第２の位置を有しており、第２の位置において、固定されたサイズのオリフィスが第１の通路に確立され、かつ、可変オリフィスが第１と第２の通路の間に確立される請求項２に記載のフィードバックポッペト弁。
【請求項４】
更に、前記リリーフ弁の弁スプールを弾性作用により第１の位置へ向けて付勢するバネを具備する請求項３に記載のフィードバックポッペト弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はポッペト弁に関し、特に、力をフィードバックして制御するサーボタイプのポッペト弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流量を増幅するポッペト弁は、一般的に、制御室を有している。制御室は、オリフィスを介して入口ポートに接続され、かつ、パイロット通路を介して出口ポートに接続されている。制御室内の制御圧力が入口圧力よりも低下したときに、パイロット通路を流通する制御流体を制御して、メータインオリフィスを横断する圧力低下を生じさせて制御室の制御圧力を低下させて、入口圧力によりポッペトを付勢して弁座から離反させることによりポッペト弁の開度が制御される。ポッペトの開度は、パイロット弁を備えたパイロット通路を流通する流量を調整することにより選択的に制御される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近時のポッペト弁には、圧力状態が変化するとポッペトに作用する流れの力が変化してポッペトの開度が変動してしまうために、ポッペトの開度とパイロット弁の開度との間に関連がないという問題がある。
【０００４】
また、ポッペトの変位は、パイロット通路を流通するパイロット流れの体積に依存しているので、ポッペト弁の開度を大きくするとパイロット流れが増加するという他の問題もある。大型のポッペト弁では、パイロット流れはパイロット弁の構成に影響するほど重要である。特に、パイロット弁がソレノイドにより制御される場合、パイロット弁に作用する流れの力に対向してパイロット弁を動作させるためには、より強力なソレノイドが必要となる。
本発明は、こうした従来技術の欠点または問題点を解決することを技術課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、入口ポートと、出口ポートと、ボアと、入口ポートと出口ポートとの間の流量を制御するためにボア内において開放位置と閉鎖位置との間で摺動自在に配設され、第１の作用面とより大きな第２の作用面とを有する弁体と、第１の作用面により一部が形成され入口ポートと連通する作用室と、第２の作用面により一部が形成される制御室とを有するフィードバックポッペト弁において、入口ポートに連通する第１の通路と、出口ポートに連通する第２の通路と、制御室と第１および第２の通路との間に配設され、第１の通路を制御室に連通させるように設けられた可変式のメータインオリフィスと、制御室を第２の通路に連通させるように設けられた可変式のメータアウトオリフィスとを形成する弁スプールを具備するパイロット弁であって、弁スプールが、メータアウトオリフィスを通過する流体の流れを遮断する第１の位置を有し、かつ、メータアウトオリフィスを開くために第１の位置から第１の方向に移動可能に構成されているパイロット弁と、弁スプールを第１の方向に付勢する可変の制御力を選択的に負荷する手段と、弁体の変位に比例するフィードバック力をパイロット弁に負荷するために弁体と弁スプールとの間に配設されたフィードバックバネと、第１の通路に配設され第２の通路に接続されて、前記入口ポートの圧力が所定値よりも低い通常時には第１の通路第２の通路から遮断し、前記所定値を超過する前記入口ポートの圧力に応答して、圧力を低減する位置へ向けて移動し、前記第１と第２の通路の間に可変オリフィスを形成して、前記制御室の流体の圧力を低減可能なリリーフ弁とを具備するフィードバックポッペト弁を要旨とする。
【０００６】
本発明によりフィードバックポッペト弁が改良される。このフィードバックポッペト弁は、ポッペト弁の積極的な流れの遮断能力と、スプール弁の流量調整能力とを利用し、制御入力に対してポッペト弁の変位をより正確に関連させる。更に詳細には、制御入力は、制御室の圧力を制御するパイロット弁スプールに負荷される。制御室はフィードバックバネを備えている。フィードバックバネは、パイロット弁スプールと弁体との間に配設され、弁体とパイロット弁スプールとの間に機械的なフィードバックを提供する。フィードバック機構により、制御室内の流体の圧力のみを制御するよりも正確に弁体の変位を制御し、サーボタイプのポッペト弁として、このポッペト弁を機能させる。こうして、ポッペト弁に作用する流れの力や、その他の外部的な状態が変化してもポッペトの所望の変位が維持される。
【０００７】
【実施例】
フィードバックポッペト弁１０は複合弁胴１１を具備している。複合弁胴１１は一対の同心ボア１２、１３と、複数の流量調節ポート１６を介してボア１３に連通する入口ポート１４と、ボア１３に連通する出口ポート１７と、ボア１３と出口ポート１７との間に配設された便座１８とを具備している。ボア１２、１３には、段付きのポッペト弁体１９が摺動自在に配設されており、この弁体が入口ポート１４と出口ポート１７との間の流量調節ポート１６を通過する流量を制御する。弁体１９は端面２０と円錐面２１とを有している。円錐面２１は、弁体が閉鎖位置にあるとき、シールするように弁座１８と係合する。弁体に設けられた環状の作用面２２が弁胴１１と協働して作用室２３を形成する。作用室２３は、複数の通路２４を介して入口ポート１４と常に連通しており、弁体は、作用室２３内の加圧された流体により常に開放位置に付勢されている。弁体１９には他の作用面２６が設けられており、作用面２６は弁胴１１と協働して制御室２７を形成する。
【０００８】
パイロット弁２８がパイロット弁スプール２９を具備している。パイロット弁スプール２９はボア３１に摺動自在に配設されている。ボア３１は、その中心軸線がボア１２の中心軸線と一致するように配設されている。スプール２９は、圧縮フィードバックバネ３２の弾性作用により図示する位置に付勢されている。圧縮フィードバックバネ３２は、制御室２７において弁体１９と環状のフランジ３３との間に配設されている。環状のフランジ３３はスプール２９に連結されている。ボア３１は、半径方向に設けられた複数のポート３４（図面には２つのポートが図示されている）により出口ポート１７に連通している。スプール２９は、図示する位置においてポート３４による連通を閉塞している。スプール２９が弁体１９に向かって第１の方向に移動すると、後述するように、制御室２７と出口ポート１７との間に可変式のメータアウトオリフィス３８が確立される。スプール２９を貫通して延びる通路３９により、制御室２７は圧力均衡室４１と連通している。また、通路４３と制御室２７との間に、スプール２９により可変式のメータアウトオリフィス４２が形成されている。スプール２９が第１の方向に移動すると、メータインオリフィス４２のサイズが小さくなり、メータアウトオリフィス３８のサイズが大きくなる。この実施例のメータインオリフィス４２とメータアウトオリフィス３８は、メータインオリフィスが閉じる少し前にメータアウトオリフィスが開くように構成されている。代替的に、スプール２９は、メータインオリフィスが閉じるのと同時にメータアウトオリフィスが開くように構成し、或いは、メータアウトオリフィスが開く少し前にメータインオリフィスが閉じるように構成してもよい。
【０００９】
パイロット弁スプール２９を第１の方向に付勢する可変の制御力を選択的に発生させるために制御力発生手段４６が設けられている。制御力発生手段４６は弁胴に着脱自在に適宜に取着された比例ソレノイド４７を具備している。比例ソレノイド４７は、スプール２９と係合する可動式のステム４８を有している。
【００１０】
入口、出口ポート１４、１７とパイロット弁２８との間にリリーフ弁４９が配設されている。リリーフ弁４９は弁スプール５１を具備している。弁スプール５１は、圧縮バネ５２の弾性作用により、図示する位置に付勢されている。弁スプール５１は、この位置において、通路５３と通路３６との間を閉塞しながら、通路５３と通路４３との間の連通を図っている。通路５３は入口ポート１４に接続されている。通路５３は、オリフィス５６を介して制御室５４に連通している。弁スプール５１が下方に移動することにより、通路５３と通路４３との間が遮断され、次いで、通路５３と通路４３とはオリフィス５７を介して限定的に連通され、次いで、通路３６と通路４３との間に可変オリフィス５８が確立される。
【００１１】
代替的に、フィードバックポッペト弁の使用によってはリリーフ弁の機能は必要ない場合もある。従って、この場合には、リリーフ弁４９を除去して通路５３を通路４３に直接的に連通させることもできる。
【００１２】
本発明のフィードバックポッペト弁１０の他の実施例を図２に示す。図２ではにおいて、第１の実施例と同様の構成要素は、同じ参照番号を付して指示されている。然しながら、この実施例では、リリーフ弁４９は除去されており、かつ、パイロット弁２９は、可変式のメータインオリフィスが除去されるように変更されている。弁体１９の固定されたサイズのメータインオリフィス６１が、連続的に入口ポート１４を制御室２７に連通させている。固定されたサイズのメータインオリフィス６１のサイズは、スプール２９が下方に移動することにより形成されるメータアウトオリフィス３８の最大サイズよりも小さくなっている。代替的に、固定されたサイズのオリフィス６１を、弁胴１１に形成してもよい。
【００１３】
フィードバックポッペト弁１０は、入口ポート１４から出口ポート１７への流量を制御する。例えば、入口ポート１４を油圧ポンプに接続し、出口ポート１７を油圧モータに接続して、油圧モータへ供給される圧力流体の流量を制御するのに利用される。他の例では、入口ポート１４を油圧モータに接続し、出口ポート１７をタンクに接続して、油圧モータからタンクへの流体の流量を制御するのに利用される。どちらの場合でも、弁体１９は、作用面２２に作用する作用室２３内の加圧された流体と、端面２０に作用する出口ポート内の流体とにより、パイロット弁２８の方向に、つまり、弁を開く方向（弁開放方向）に連続的に付勢されている。然しながら、パイロット弁スプール２９が図示する位置にあるときは、加圧された流体がメータインオリフィス４２を介して制御室２７に供給されて弁を閉じる力（弁閉鎖力）を発生させる。そして、この弁閉鎖力は、フィードバックバネ３２による力と合わさって、作用面２０と端面２２に作用する弁を開く力（弁開放力）の合力に打ち勝ち、円錐面２１を弁座１８に対して押圧、係合させてシールする。
【００１４】
ソレノイド４７に電気信号を与え、ステム４８を下方に或いは弁開放方向に移動させてスプール２９に制御力を負荷することにより、入口ポート１４と出口ポート１７とが連通し始める。弁スプール２９が下方に移動することにより、先ず、メータインオリフィス４２の開度が制限され、次いで、制御室２７と出口ポート１７との間のメータアウトオリフィス３８が開く。これにより、制御室２７の圧力レベルが低下する。従って、弁体１９が上方に弁開放方向に移動して円錐面２１が弁座１８から離反し、次いで、入口ポート１４と出口ポート１７とが流量調節ポート１６を介して連通する。弁体１９が上方に弁開放方向に移動することにより、フィードバックバネ３２が圧縮され、フィードバック力が弁スプール２９へ負荷される。これは、弁スプール２９に負荷されているソレノイド４７の制御力に対して反対に作用する。そして、弁体１９の弁開放方向である上方への移動は、弁スプール２９に作用するフィードバック力と制御力とが均衡するまで継続される。この時点で、メータインオリフィス４２およびメータアウトオリフィス３８のサイズは、制御室２７の圧力が、弁体１９に負荷される弁閉鎖力と弁開放力とが同一となる圧力に維持されるように調整される。こうして、弁体１９の変位は、この弁体の変位がソレノイド４７によりパイロット弁２９に負荷される制御力のレベルに比例するように、弁スプール２９に作用するフィードバックバネによりフィードバックされる。フィードバックバネとパイロット弁スプールとを組み合わせることにより、弁体１９に作用する流れの力の変動またはその他の外部的な状態の変動が補正される。弁体を開放位置に維持するために必要な、メータインオリフィスおよびメータアウトオリフィスを通過する流量は非常に少量であるので、低出力のソレノイドを使用することが可能となる。ソレノイドへの電気信号の強度を低減または増加して、弁スプール２９に負荷される制御力のレベルを低下または増加させることにより、弁体１９の新たな位置へ移動させることが可能である。電気信号を遮断すると弁体は閉鎖位置に移動する。
【００１５】
リリーフ弁４９は、入口ポート１４の流体の圧力が、バネ５２に予め負荷された所定の値を超えたときに、弁体１０を介して入口ポート１４の圧力を逃がすように作用する。更に詳細には、入口ポート１４からの加圧された流体は、連続的に制御室５４に通じており、バネ５２の作用力に対向する力が弁スプール５１に負荷されている。制御室５４の加圧された流体により弁スプール５１に負荷される力が、バネ５２により弁スプール５１に負荷される力を超過すると、弁スプール５１はバネ５２の付勢力に対抗して下方に移動する。弁スプール５１が下方に移動すると、先ず、通路５３と通路４３との間の連通が遮断され、次いで、通路４３は、固定されたサイズのオリフィス５７を介してのみ連通する。更に、弁スプール５１が下方に移動すると、メータアウトオリフィス５８が開いて、固定されたサイズのオリフィス５７とメータアウトオリフィス５８とを通じて流体が流れる。メータアウトオリフィス５８のサイズが、オリフィス５７のサイズを超過すると、オリフィス５７を横断して圧力低下が生じ、制御室２７内の圧力が低下する。既述したように、制御室２７の流体の圧力が低下すると、弁体１９に作用する弁閉鎖力が低下し、結果的に、弁開放力が弁閉鎖力よりも大きくなり、弁体１９が上方に移動して入口ポート１４が出口ポート１７に連通し、入口ポート１４の圧力が逃がされる。入口ポート１４の流体の圧力が所定レベルよりも低下すると、バネ５２が再び弁５１を図示する位置に付勢し、入口ポート１４と制御室２７との間に連通が図られ、弁体１９が図示する閉鎖位置に付勢される。
【００１６】
以下、図２に示す第２の実施例の作用を説明するが、第２の実施例の作用は、制御室２７の流体の圧力の制御方法が異なる点を除いて、第１の実施例と概ね同一である。更に詳細には、ソレノイド４７が弁スプール２９を弁体１９の向かって付勢する所定の制御力をスプール２９に負荷するように、電気信号をソレノイド４７に与えることにより弁体１９が開き出す。これにより、メータアウトオリフィス３８が開いて、制御室２７と出口ポート１７との間の連通が調整される。メータインオリフィス６１とメータアウトオリフィス３８とが直列的に配設されているので、メータアウトオリフィス３８のサイズが開くと、メータインオリフィス６１を横断する圧力が低下する。これにより、制御室２７の流体の圧力が低下する。流体の圧力が、弁体に作用する弁閉鎖力が弁開放力よりも小さくなるまで充分に低下すると、弁体１９が上方に移動して、フィードバックバネ３２により、弁スプール２９にソレノイドにより負荷される制御力とは反対方向の弁閉鎖方向に力が作用する。フィードバックバネによる力が制御力と均衡して、弁体１９の変位が制御力と比例すると、弁体１９の弁開放方向への移動が停止する。
【００１７】
【発明の効果】
既述の説明から明らかなように、本発明によるフィードバックポッペト弁は、パイロット弁スプールに作用する制御力に比例してポッペトが変位し、サーボ弁と同様の機能を発揮することができる。これは、フィードバックバネを弁体とパイロット弁スプールとの間に配設して、弁開放方向への弁体の変位によりフィードバックバネを圧縮して、制御力とフィードバック力とが均衡したときに弁体の移動を停止させるように、パイロット弁スプールに中心力と反対方向にフィードバック力を作用させることにより達成される。本発明のフィードバックポッペト弁は、弁体に作用する流れの力の変動を補正する。更に、本発明のフィードバックポッペト弁は、リリーフ弁が一体的に構成されているので、別個にリリーフ管路を設けることなく、入口ポートの圧力が所定値よりも高くなったときに、安全に流体を出口ポート側に逃がすことができる。これにより、フィードバックポッペト弁の上流側に配設された機器を保護することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例の断面図である。
【符号の説明】
１０…フィードバックポッペト弁
１２…ボア
１３…ボア
１４…入口ポート
１６…流量調整ポート
１７…出口ポート
１８…弁座
１９…弁体
２２…第１の作用面
２３…作用室
２６…第２の作用面
２７…制御室
２８…パイロット弁
２９…パイロット弁スプール
３２…フィードバックバネ
３６…第２の通路
３８…メータアウトオリフィス
４２…メータインオリフィス
４６…制御力発生手段
４７…ソレノイド
４９…リリーフ弁
５３…第１の通路
【図１】
0003710836.tif 000002
【図２】
0003710836.tif 000003