(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力を掛けられた作動液の供給源と；
作動液のためのタンクと；
分配戻りラインと；
前記分配戻りラインを前記タンクに接続する戻りラインメータリングバルブと；
機械の機械部材を動作させるため、前記供給源及び前記分配戻りラインに接続された複数の油圧機能部であり、少なくとも一つがアクチュエータとバルブアセンブリとからなり、バルブアセンブリが前記アクチュエータと前記供給源と前記分配戻りラインとの間の作動液量を制御する複数の油圧機能部と；
前記バルブアセンブリ前後間の圧力差を検出する信号を発生するように配置されたセンサ機構と；
前記バルブアセンブリ前後間の圧力差を検出する前記センサ機構に接続された入力部と、前記バルブアセンブリと戻りラインメータリングバルブに接続された出力部を有し、前記戻りラインメータリングバルブを動作することにより前記分配戻りラインの圧力量を制御するため前記センサ機構からの信号に応答する制御部と；
を備えていることを特徴とする油圧システム。
【請求項２】
前記制御部が前記バルブアセンブリ前後間の圧力差を所望量に制御するため前記戻りラインメータリングバルブを動作させることを特徴とする請求項１記載の油圧システム。
【請求項３】
前記制御部が流体を前記ポンプから前記アクチュエータに送るため前記バルブアセンブリを動作させている間、前記制御部が前記分配戻りラインから前記複数の油圧機能部の少なくとも１つに直接作動液を流す前記戻りラインメータリングバルブを動作させていることを特徴とする請求項１記載の油圧システム。
【請求項４】
前記複数の油圧機能部の少なくとも一つが前記複数の油圧機能部の他の一つに比べて比較的低い負荷圧力を有し、且つ前記制御部が前記バルブアセンブリ前後間に比較的高い圧力差を発生させるために前記バルブアセンブリと前記戻りラインメータリングバルブを動作させることを特徴とする請求項１記載の油圧システム。
【請求項５】
圧力を掛けられた作動液の供給源と；
作動液のためのタンクと；
分配戻りラインと；
前記分配戻りラインを前記タンクに接続する戻りラインメータリングバルブと；
前記供給源からの作動液の圧力を示す信号を提供する供給源センサと；
前記分配戻りラインの作動液の圧力レベルを示す信号を提供する戻りラインセンサと；
機械の機械部材を動作させるため、前記供給源及び前記分配戻りラインに接続された複数の油圧機能部であり、少なくとも一つが、
（ａ）第１ポートと第２ポートを有するアクチュエータと、
（ｂ）前記供給源を前記アクチュエータの前記第１ポートに接続する第１制御バルブと、
（ｃ）前記アクチュエータの前記第１ポートを前記分配戻りラインに接続する第２制御バルブと、
（ｄ）前記供給源を前記アクチュエータの前記第２ポートに接続する第３制御バルブと、
（ｅ）前記アクチュエータの前記第２ポートを前記分配戻りラインに接続する第４制御バルブと、
（ｆ）前記第１ポートの作動液の圧力レベルを示す信号を発生する第１センサと、
（ｇ）前記第２ポートの作動液の圧力レベルを示す信号を発生する第２センサとを有する複数の油圧機能部と；
前記供給源センサ、戻りラインセンサ、第１センサ及び第２センサに接続された入力部と、前記第１制御バルブ、第２制御バルブ、第３制御バルブ、第４制御バルブ及び戻りラインメータリングバルブに接続された出力部を有し、前記分配戻りラインの圧力量を制御するために前記戻りラインメータリングバルブを動作させることにより前記センサ類の各々からの信号に応答する制御部と；
を備えていることを特徴とする油圧システム。
【請求項６】
前記１制御バルブ、第２制御バルブ、第３制御バルブ、及び第４制御バルブの各々が双方向比例制御バルブであることを特徴とする請求項５記載の油圧システム。
【請求項７】
前記制御部が作動液を前記第１及び第２ポートの１つから排出するために制御バルブ類の一つを動作させている間、前記制御部が前記１つの制御バルブ前後間の圧力差を所望量に制御するために前記戻りラインメータリングバルブを動作させていることを特徴とする請求項５記載の油圧システム。
【請求項８】
前記制御部が前記制御バルブ類の選択された複数の制御バルブを動作させている間、前記制御部が前記分配戻りラインから前記複数の油圧機能部の少なくとも一つに直接作動液を流す前記戻りラインメータリングバルブを動作させていることを特徴とする請求項５記載の油圧システム。
【請求項９】
前記制御部が非駆動計量後退モード動作を実行することにより、前記第２制御バルブが前記アクチュエータの前記第１ポートから排出される作動液量を調整するように動作され、前記第４制御バルブが排出された作動液を前記第２ポートに流入するように開放され、前記戻りラインメータリングバルブが作動液量を制限するように動作され、それにより、排出された作動液の一部がタンクに流れるのを防止することを特徴とする請求項５記載の油圧システム。
【請求項１０】
前記制御部が駆動再生伸張モード動作を実行することにより、前記第１制御バルブが前記アクチュエータの前記第１ポートに流入する作動液の流れを調整するように動作し、前記第３制御バルブが前記第２ポートから排出される作動液を前記第１ポートに送るように開放されることを特徴とする請求項５記載の油圧システム。
【請求項１１】
前記制御部が非駆動再生伸張モード動作を実行することにより、前記第１制御バルブが前記アクチュエータの前記第１ポートに流入する作動液のキャビテーションを防止するように動作され、前記第３制御バルブが前記アクチュエータの速度を調整するように動作されることを特徴とする請求項５記載の油圧システム。
【請求項１２】
前記制御部がタンクメイクアップモード動作を実行することにより、前記第２制御バルブが前記アクチュエータの前記第１ポートに作動液を送るように開放され、前記第４制御バルブが前記第２ポートから排出された作動液量を調整するように動作され、前記戻りラインメータリングバルブがタンクに流れる作動液量を制限するように動作され、それにより、複数の機能部の他の一つからの作動液が第１ポートに流れることを特徴とする請求項５記載の油圧システム。
【請求項１３】
前記供給源が容積式ポンプからなり、且つ前記制御部がタンクメイクアップモード動作を実行することにより、前記第２制御バルブが作動液を前記アクチュエータの前記第１ポートに送るために開放され、前記第４制御バルブが前記第２ポートから排出された作動液量を調整するように動作され、前記戻りラインメータリングバルブが前記タンクに流れる作動液量を制限するように動作され、それにより、容積式ポンプからの過剰な作動液が前記第１ポートに流れることを特徴とする請求項５記載の油圧システム。
【請求項１４】
前記制御部がタンク及びポンプメイクアップモード動作を実行することにより、前記第１制御バルブが前記供給源から前記アクチュエータの前記第１ポートに流れる作動液量を調整するように動作され、前記第２制御バルブが前記第１ポートに流れる他の作動液量を調整するように動作され、前記第４制御バルブが前記第２ポートから排出される作動液量を調整するように動作され、前記戻りラインメータリングバルブが前記タンクに流れる作動液量を制限するように動作されることを特徴とする請求項５記載の油圧システム。
【請求項１５】
機械の複数の油圧機能部のための油圧システムを動作させる方法であり、前記油圧機能部の一つが第１及び第２ポートを有するアクチュエータを有し、前記第１及び第２ポートの一方に選択的に供給源からの圧力を掛けられた作動液量並びに前記第１及び第２ポートの他方と複数の機能部のための分配戻りラインとの間の作動液量を制御する方法において、
前記供給源により提供された作動液の圧力を検出する工程と；
前記分配戻りラインの作動液の圧力を検出する工程と；
前記第１ポートの作動液の圧力を検出する工程と；
前記第２ポートの作動液の圧力を検出する工程と；
前記圧力を検出する工程に応答して、前記分配戻りラインの所望の圧力を決定する工程と；
前記分配戻りラインの圧力を前記所望の圧力に制御するため、前記分配戻りラインと前記油圧システムのタンクとの間に接続された戻りラインメータリングバルブを動作させる工程からなることを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記第１及び第２ポートの一つで検出された圧力が所定レベル以下であると、戻りラインメータリングバルブが前記分配戻りラインの圧力を増加させるように動作されることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
戻りラインメータリングバルブを動作させる工程が、前記第１ポートの作動液の圧力を検出する工程と、前記戻りラインメータリングバルブを通る作動液量を減少させることにより各ポートのキャビテーションを示す第２ポートの作動液の圧力を検出する工程の一つに応答する工程からなることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
前記アクチュエータに接続された負荷が前記アクチュエータにより駆動されることなく移動する場合の障害を検出する工程と、前記障害の検出に応答して前記戻りラインメータリングバルブを閉鎖する工程をさらに包含することを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
戻りラインメータリングバルブを動作させる工程が、前記第１ポートの作動液の圧力を検出する工程と、複数の油圧機能部の活性化を終了させることにより各ポートでのキャビテーションを示す第２ポートの作動液の圧力を検出する工程とを包含することを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項２０】
前記供給源と前記アクチュエータの前記第１ポートとの間に第１制御バルブを接続し；
前記アクチュエータの前記第１ポートと前記分配戻りラインとの間に第２制御バルブを接続し；
前記供給源と前記アクチュエータの前記第２ポートとの間に第３制御バルブを接続し；
前記アクチュエータの前記第２ポートと前記分配戻りラインとの間に第４制御バルブを接続する；
ことにより、バルブアセンブリを形成する工程をさらに包含することを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項２１】
前記アクチュエータの前記第１ポートから排出される作動液量を調整するため前記第２制御バルブを動作させ、
排出する作動液を前記第２ポートに流すため前記第４制御バルブを開放させ、
排出された作動液の一部が前記タンクに流れるのを防止するため作動液量を制限するように戻りラインメータリングバルブを作動させることにより、
非駆動計量後退モード動作を実行する工程をさらに包含することを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記アクチュエータの前記第１ポートに流入する作動液量を調整するために前記第１制御バルブを動作させ、
作動液を前記第２ポートから前記第１ポートへ送るため前記第３制御バルブを開放することにより、
駆動再生伸張モード動作を実行する工程をさらに包含することを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２３】
前記アクチュエータの前記第１ポートに流入する作動液量を調整するために前記第１制御バルブを動作させ、
前記第２ポートから前記第１ポートへの作動液量を調整するために前記第３制御バルブを動作させることにより、
非駆動再生伸張モード動作を実行する工程をさらに包含することを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２４】
前記アクチュエータの前記第１ポートに作動液を送るように前記第２制御バルブを開放させ、
前記第２ポートから排出する作動液量を調整するように前記第４制御バルブを開放させ、
前記タンクに流れる作動液量を制限するように前記戻りラインメータリングバルブを動作させ、それにより複数の油圧機能部の他の一つからの作動液が前記第１ポートに流れることにより、
タンクメイクアップモード動作を実行する工程をさらに包含することを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２５】
前記供給源から前記アクチュエータの前記第１ポートに流れる作動液量を調整するために前記第１制御バルブを動作させ、
前記第１ポートに流れる追加の作動液量を調整するために前記第２制御バルブを動作させ、
前記第２ポートから排出される作動液量を調整するために前記第４制御バルブを動作させ、
前記タンクに流れる作動液量を制限するために前記戻りラインメータリングバルブを動作させることにより、
タンク及びポンプメイクアップモード動作を実行する工程をさらに包含することを特徴とする請求項２０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
適用なし。
（連邦政府の援助を受けた研究開発に関する供述）
適用なし。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は機械類を動作させる油圧回路に関し、特に機械類のアクチュエータを駆動するために供給される作動液の圧力及び流れを制御することに関する。
【０００３】
【従来の技術】
多種多様な機械類は油圧シリンダ及びピストンアセンブリにより駆動される作動部材を有する。各シリンダはピストンにより２つの内部チャンバに分割され、いずれかのチャンバに対して加圧作動液を選択的に供給することによりピストンが対応する方向に動く。このような動作が生じている間、作動液が他のシリンダチャンバから油圧システムのタンクに流出又は排出されている。
【０００４】
従来、シリンダに流入・流出する作動液の流れは米国特許第５，５７９，６４２号に記載されているような手動バルブにより制御されていた。手動油圧バルブから電気で制御される電気油圧バルブに移行する傾向がある。この技術の変化は種々の機械機能部のコンピュータ化された制御を容易にしている。電気による制御は制御バルブ類を、オペレータステーションでなく、各シリンダ近傍に配置できるので、油圧システムの配管系統を単純化できる。従って、一組のポンプラインとタンクラインを機械全体を通して油圧アクチュエータまで配置するだけで済む。個別の電気配線を各バルブまで配置する必要はあるが、油圧ラインに比べ、より容易に配線し維持することが可能である。
【０００５】
流体の汚染によるメータリング素子間の障害がソレノイド電機子をハングアップさせるので、電気制御型メータリングバルブは命令時に閉鎖されないという潜在的な問題を持っている。このような状況下では、シリンダにより動作されるシリンダと機械部材の制御が損なわれる。これにより開放されたバルブによりシリンダから流体を排出させ機械部材を重力により降下させる潜在的な危険な状態を発生させてしまう。
【０００６】
単一のポンプが機械のいくつかの機能部に対して加圧流体を供給する他の状態が起こる。例えば、掘削機は離れた端部に可動バケットを有するアームに結合されたブームを有する、これらの３部品は各油圧シリンダーにより独立して操作される。複雑な動きをしている間、ブームはタンクに直接排出される排出作動液で重力により降下すると、その最中にアームがポンプから加圧流体により駆動される。このような状態で排出流体が失われ、アームや機械の他の機能部を動作させるための加圧流体を提供するため、追加の動力がポンプにより消費される。これがこれらの機能部の速度を制限し、作業機能サイクルタイムを遅らせる。従って、この動作にある程度の非効率さが存在する。
【０００７】
油圧システムに関するさらなる関心事はいくつかのバルブがこれらのメータリング素子間の圧力低下に敏感なことである。具体的には、計量の分解度は圧力低下が増すにつれて妥協して処理される。図１はバルブアクチュエータに流れる電流と、バルブ間の異なる圧力低下でのバルブに流れる流体の流量との間の代表的な関係を示している。図から理解されるように、レベルＩ１からより高いレベルＩ２へのアクチュエータ電流の変化は、圧力差が比較的低い、例えば、２０バールである時、比較的小さい流量変化を生じる。一方、２００バールのようなより大きい圧力差では、バルブアクチュエータ電流の同じ変化（Ｉ１からＩ２）がより大きな流量変化を起こす。換言すると、バルブ素子間の圧力差が低くなればなるほど、計量分解度がより細かくなる。
【０００８】
従って、アクチュエータ電流の制御における小さい誤差またはバルブ応答性の小さい変化がより高い圧力低下で流量に急激な影響を与えることになる。これによりバルブにより制御される機械部材の動きに顕著な差異を与える。もし細かい計量制御を要望する場合、バルブ間の圧力低下を比較的小さなレベルに維持する必要があり、即ちアクチュエータ電流を非常に精確に制御しなければならない。
【０００９】
本発明は上記関心事に向けられ、、その目的は改良された油圧システムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、油圧システムは圧力を受けている作動液供給源と、作動液を溜めるタンクを設けている。分配流体戻りラインは電気駆動型戻りラインバルブによりタンクに接続されている。供給源センサは供給源から流れる作動液の圧力を示す信号を発生する、タンクセンサは分配流体戻りラインの圧力を示す他の信号を発生する。
【００１１】
複数の油圧機能部は機械の機械部材を作動させるため加圧流体供給源と分配流体戻りラインに接続される。これらの油圧機能部の少なくとも一つは第１及び第２ポートを有する双方向油圧シリンダのようなアクチュエータを持っている。第１制御バルブは供給源をアクチュエータの第１ポートに接続する。第２制御バルブは第１ポートを分配戻りラインに接続する。第３制御バルブは供給源とアクチュエータの第２ポート間の流量を制御し、第４制御バルブは第２ポートを分配流体戻りラインに接続する。この機能部は第１ポートの油圧を示す信号を発生する第１センサを有し、第２ポートの圧力は第２センサからの信号により明示される。
【００１２】
電子制御部は供給部センサ、タンクセンサ、第１センサ、第２センサに接続された複数の出力部を有し、且つ第１制御バルブ、第２制御バルブ、第３制御バルブ、第４制御センサ及び戻りラインバルブに接続された複数の出力部を有する。制御部はアクチュエータの所望の動作量を発生するために複数の制御バルブの選択されたものを動作させる。制御部は分配流体戻りラインの圧力を制御するために戻りラインバルブを作用することによりセンサ類の選択されたセンサから出力される信号を示す圧力に反応する。
【００１３】
油圧システムはアクチュエータの１つのポートから排出される流体が他のアクチュエータポートに供給されるいくつかの再生モード動作を有する。この再生モードは供給源からアクチュエータに供給しなければならない作動液の量を除去しまたは急激に減少させる。これにより、加圧流体の供給源を駆動するために必要なエネルギー量と機能動作を達成するための時間が減少する。重力減少（位置エネルギー）または慣性ブレーキ（運動エネルギー）の再生モードにおいて、アクチュエータのポートに送るために、補償流体が分配流体戻りラインを介して機械の他の油圧機能部から得られる。これらの再生モードにおいて、制御部が流体が戻りラインバルブを動作させ、分配戻りラインからタンクに流れるのを制限するので、流体をアクチュエータポートに供給できる。
【００１４】
戻りラインバルブは分配流体の戻りラインを加圧し、制御バルブ間の圧力低下を減少させるように動作する。圧力低下を減少させることにより、制御バルブの計量分解度がアクチュエータのよりよい制御のために改善される。計量の改良は４方向バルブ内で調整可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図２を参照すると、油圧システム１０は共通供給ライン１１を介して加圧流体が供給される機械の２つの独立した機能部１２と１４を制御する。追加の機能部もこのシステムにより駆動される。第１機能部１２は、負荷１７により示されるように、機械の部材を駆動するためロッド１３により接続されたピストン１５を含む第１油圧シリンダ１６を有する。このピストンはシリンダ１６の内部キャビティをヘッドチャンバ１８とロッドチャンバ１９に分割し、これら２つのチャンバはソレノイドにより電気的に動作される４つの双方向比例制御バルブ２１、２２、２３、２４に接続されている。第１制御バルブ２１はポンプ２０からヘッドチャンバ１８に流れる作動液の流れを制御する。第２双方向比例制御バルブ２２はヘッドチャンバ１８と分配戻りライン２８間の流量を調整する。同様に、第３比例制御バルブ２３はポンプ２０からロッドチャンバ１９に流れる作動液の流れを制御し、第４比例バルブ２４はロッドチャンバ１９と分配戻りライン２８間の流量を調整する。制御バルブ２１−２４の異なる組合せを同時に動作させることにより、ポンプ２０から流出する作動液はシリンダチャンバ１８または１９の一方に供給され、他方のチャンバ１９または１８から分配戻りライン２８に排出される。４つの制御バルブ２１−２４の一組の選択された動作がピストン１５を２つの方向の一つ方向に駆動し、ピストンが接続される機械部材の対応する動きを生じさせる。
【００１６】
２つの圧力センサ２９及び３０はそれぞれヘッドチャンバ１８及びロッドチャンバ１９に結合された油圧ラインの圧力を示す電気信号を発生する。他の圧力センサ２５はポンプ２０の出口の圧力を示す電気信号を発生する。第４圧力センサ２７は分配戻りライン２８の圧力を示す信号を発生する。
【００１７】
他の圧力センサ５２はポンプ２０と供給ライン１１に接続された逆止バルブ５０間に配置され、ポンプの出力圧力を検出する。双方向フローバルブ５４は双方向逆止機能を与えるためポンプ出力と共通戻りライン間に接続される。
【００１８】
第２機能部１４は第２シリンダ３６とポンプ２０及び分配戻りライン２８の各々との間に流れる作動液の流れを選択的に制御する双方向比例制御バルブ３１、３２、３３、３４の同様のアレイを有する。シリンダ３６はヘッドチャンバ３８とロッドチャンバ３９を有する。第１機能部と同様に、第２機能部１４の制御バルブ３１−３４を作動させると、選択的に第２シリンダのシリンダチャンバ３８または３９の一方に加圧流体を供給し、他方のチャンバ３９または３８から流体を排出する。第２機能部１４はヘッドチャンバ３８の油圧ラインに接続された圧力センサ４０及び、ロッドチャンバ３９の油圧ラインに接続された他の圧力センサ４２を有する。
【００１９】
油圧システム１０はさらにこの油圧システム１０のための分配戻りライン２８をタンク４８に接続する比例戻りラインメータリングバルブ４６を有する。戻りラインメータリングバルブもソレノイドにより電気的に動作する。
【００２０】
種々の圧力センサ２５、２７、２９、３０、４０、及び４２からの信号は電子制御部４４に入力４３として接続され、この制御部は油圧システム１０を内蔵する機械のオペレータにより操縦される入力装置から出力されるライン４１の信号も受信する。例えば、入力装置は１つの軸に沿った動きが第１油圧シリンダ１６の動作を制御し、直交軸方向の動きが第２油圧シリンダ３６の動作を制御するジョイスティックでも良い。即ち、ジョイスティックがオペレータにより一つの軸に沿って動かされる方向と程度が対応するシリンダ１６または３６の移動の方向及び量を決定する。制御部４４は制御バルブ２１−２４、３１−３４、及び４６のソレノイドを動作させる出力部４５で適切な信号を発生することにより、ジョイスティックからくる入力信号に応答するソフトウエアプログラムを実行するマイクロコンピュータを有する。同時に、システム制御部４４は油圧システムが正しく動作していることを保証するために、種々のセンサからの圧力を監視する。
【００２１】
図３は油圧システム１０に使用される双方向比例制御バルブの詳細部を示している。代表的なバルブ１１０はバルブ本体１１２の縦方向穿孔１１６内に設けられた円筒バルブカートリッジ１１４を含んでいる。このバルブ本体１１２は縦方向穿孔１１６と連通する横方向第１ポート１１８を有する。第２ポート１２０はバルブ本体を貫通して延び、縦方向穿孔１１６の内端部と連通する。バルブシート１２２は第１ポート１１８と第２ポート１２０間に形成される。
【００２２】
主バルブポペット１２４は第１及び第２ポート間の作動液の流れを選択的に制御するためバルブシート１２２に対して縦方向穿孔１１６内で摺動する。中央穿孔１２６は主バルブポペット１２４内に形成され、第２ポート１２０の開口部から主バルブポペットを介した反対側の制御チャンバ１２８に開口する第２開口部に延びている。中央穿孔１２６は第２ポート１２０に開口する第１端部から間隔をあけた肩部１３３を有する。流体がポペットの中央穿孔１２６から第２ポート１２０にのみ流れるように、第１逆止バルブ１３４が主バルブポペット内の肩部１３３と第１開口部間に配置される。
【００２３】
第２逆止バルブ１３７は第１ポート１１８と肩部１３３に隣接する中央穿孔１２６間に延びる主バルブポペット１２４内の通路１３８内に配置される。第２逆止バルブ１３７は流体が通路１３８内を中央穿孔１２６から第１ポートの方向にのみ流れるように制限する。
【００２４】
主バルブポペット１２４内の穿孔１２６の第２開口部が内部を貫通して延びるパイロット開口部１４１を有するフレキシブルシート１２９により閉鎖される。中央穿孔１２６内の弾性管状柱１３２は肩部１３３に対してフレキシブルシート１２９を偏倚させる。フレキシブルシート１２９両側は制御チャンバ１２８及び管状柱１３２により主バルブポペット１２４に形成されたパイロット通路１３５の圧力を受ける。
【００２５】
バルブ本体１１２は制御チャンバ１２８と第２ポート１２０間に延びる通路１５２内の第３逆止バルブ１５０を内蔵する。第３逆止バルブ１５０は第２ポート１２０から制御チャンバ１２８にのみ流体が流れるようにする。第４逆止バルブ１５４は第１ポート１１８から制御チャンバ１２８にのみ流体が流れるように他の通路１５６に配置される。これらの逆止バルブ通路１５２及び１５６はそれぞれフロー制限オリフィス１５３及び１５７を有する。
【００２６】
主バルブポペット１２４の動きは電磁コイル１３９、電機子１４２及びパイロットポペット１４４からなるソレノイド１３６により制御される。電機子１４２はカートリッジ１１４を通って穿孔１１６内に位置決めされ、第１ばね１４５は電機子から離間するように主バルブポペットを偏倚させる。電磁コイル１３９はカートリッジ１１４の周囲に配置され、固定される。電機子１４２は電流を電磁コイル１３９に流すことにより生じる電磁界に反応して、主バルブポペット１２４から離間するようにカートリッジ穿孔１１６内を摺動する。パイロットポペット１４４は管状電機子１４２の穿孔１４６内に配置され、調整ねじ１６０を係合させる第２ばね１４８により電機子内に偏倚させる。
【００２７】
電磁コイル１３９の非通電状態において、第２バネ１４８は電機子１４２の端部１５２に向けてパイロットポペット１４４を押しつけ、電機子とパイロットポペットを主バルブポペット１２４方向に押しつける。これによりパイロットポペット１４４の円錐形尖端が弾性フレキシブルシート１２９内のパイロット開口部１４１とパイロット通路１３５に挿入され閉鎖し、制御チャンバ１２８と第２ポート１２０間の流体の連通を閉鎖する。
【００２８】
ソレノイドバルブ１１０は第１ポート１１８と第２ポート１２０間の作動液の流れを比例的に制御する。電流は電機子１４２をソレノイド１３６に引き込み主バルブポペット１２４から離間させるように電磁界を発生する。電流の大きさはバルブが開く量を決定し、バルブを流れる作動液の流量はこの電流に比例する。具体的に、第１ポート１１８の圧力が第２ポート１２０の圧力を越えると、より高い圧力が第４逆止バルブ１５４を介して制御チャンバ１２８にかけられる。電機子１４２が動くにつれて、パイロットポペット１４４のヘッド１６６は主バルブポペット１２４から離間するように押しつけられ、パイロット開口部１４１を開放する。この動作により、作動液が第１ポート１１８から制御チャンバ１２８、パイロット通路１３５、第１逆止バルブ１３４を介して第２ポート１２０に流れる。
【００２９】
パイロット通路１３５に流れる作動液の流れは制御チャンバ１２８の圧力を第２ポート１２０の圧力に減少させる。表面１５８に加えられた第１ポート１１８のより高い圧力がバルブシート１２２から離間するように主バルブポペット１２４を押しやり、第１ポート１１８と第２ポート１２０間を直接連通するように開放させる。オリフィス１５７とパイロット開口部１４１に開口するパイロットの有効オリフィスを通過する一定の流量により主バルブポペット１２４間に平衡させる圧力が確立されるまで、主バルブポペット１２４の動きが継続する。このようにして、このバルブ開口部のサイズ及び通過する作動液の流量は電機子１４２及びパイロットポペット１４４の位置により決定される。これらの位置は電磁コイル１３９を流れる電流の大きさにより制御される。
【００３０】
第２ポート１２０の圧力が第１ポート１１８の圧力を越えると、流出ポートから流入ポートに比例した流れがソレノイド１３６を動作することにより得られる。この場合、より高い第２ポート圧力が第３逆止バルブ１５０を介して制御チャンバ１２８と通じ、パイロットポペット１４４がフレキシブルシート１２９から離間するように移動すると、流体が制御チャンバ、パイロット通路１３５、第２逆止バルブ１３７を介して第１ポート１１８へ流れる。これにより、主バルブポペット１２４がその底部表面に作用するより高い圧力により開口する。
【００３１】
図２を参照すると、戻りラインメータリングバルブ４６は第２または第４制御バルブ２２または２４が例えば流体の汚染により開口位置に固定された場合、安全遮断器として作用する。このような場合、この膠着したバルブは第１シリンダ１６からの流体がタンク４８に排出させ、意図しない動きを生じさせることがある。この状態は、センサ２９により示されるような、ヘッドチャンバ１８の極めて高いまたは低いまたは負の圧力であるセンサ３０に示されるロッドチャンバ１９の圧力により明らかにされる。変形例として、アクチュエータの位置又は速度センサは膠着した開放バルブを明らかにする信号を発生する。
【００３２】
制御部４４は圧力センサ２９及び３０からの信号を周期的に監視し、制御部が第１シリンダ１６の動きを命じていない時でもこれらの圧力状態を検出可能である。このように、制御部はこれらの状態が生ずるべきでないこと及び障害があるはずであることを認識する。従って、制御部４４は流体がシリンダ１６からシステムタンク４８に流れるのを阻止するため、戻りラインメータリングバルブ４６を閉鎖することにより反応し、この作用が負荷１７がさらに降下するのを停止させる。これは緊急事態のため、システムタンクに通じる通路が全ての機能部において閉鎖された場合、制御部は他の油圧機能部も遮断する。
【００３３】
他の状態で、作用ポート制御バルブに対する供給のための主ポペットは汚染物質により開口を阻止される可能性がある。もしこの障害のあるバルブが中立状態にありさらに他のより低い圧力機能部が動作されると、このバルブの負荷が降下し、作動油を他の動作中の機能部に供給する。この意図しない負荷の降下を防止するため、制御部は中立状態にある機能部の反対側のチャンバの圧力低下やキャビテーションにより、または制御部に対する指示されていない動きを示す位置センサにより、または、供給ライン逆止バルブ５０と障害のあるバルブ作用ポート間の静圧により、障害を検出できる。この障害を検出すると、機能部及び供給ラインの逆止バルブに指示を与えることなく、負荷の降下が防止される。
【００３４】
図２に示される戻りラインメータリングバルブ４６付きの油圧システム１０は図４の表に示される複数動作モードを持っている。この表は第１機能部１２の各モードにおける４つの双方向比例制御バルブ２１−２４の状態を示している。この示された戻りラインメータリングバルブ４６の状態は異なる状態が第２機能部１４の動作により要求されていないものとして想定している。第１の３モード（伸張、後退、浮動）が通常の油圧システムで見られる。
【００３５】
これらのモードを説明する前に、左方向及び右方向のような動きの方向は図２に示されるように第１シリンダ１６の方向を参照しており、当業者は特有の機械では複数の他の方向が存在しうることを理解するであろう。例えば、第１シリンダ１６の方向に関して、負荷１７に作用する重力が油圧システムのいくつかの用途においてロッド１３をシリンダ内に後退させ、他の用途ではロッド１３をシリンダから伸張させる傾向にある。
【００３６】
伸張モード(EXTEND mode)は、ピストン１５が図２の右方向に移動し、ロッド１３を伸張させる場合に生じる。このとき、第１バルブ２１及び第４バルブ２４のメータリングオリフィスは制御器４４により調整、すなわち変更され、第１シリンダ１６に流入・流出する流体の流量及び動作速度を制御する。具体的には、ポンプからの加圧流体は第１制御バルブ２１を介してヘッドチャンバ１８に流入し、流体は第４制御バルブ２４を介してロッドチャンバ１９から流出する。他の制御バルブ２２及び２３は閉鎖状態にあり、戻りラインメータリングバルブ４６は全開状態にある。
【００３７】
後退モード(RETRACT mode)において、ピストン１５は図２の左方向に移動し、ロッド１３は第１シリンダ１６内に移動する。この場合、ロッドチャンバ１９は第３制御バルブ２３を介してポンプ２０から加圧流体を受け取り、一方、流体は第２制御バルブ２２を介してヘッドチャンバ１８から排出される。
【００３８】
浮動モード(FLOAT mode)において、ポンプ２０の出口に接続された制御バルブ２１及び２３は閉鎖され、一方、分配戻りライン２８に接続された２個の制御バルブ２２及び２４は全開状態にある。戻りラインメータリングバルブ４６は調整され、どのシリンダチャンバもキャビテーションを起こさないように保証する。これにより、外力がピストン１５に作用するとき流体がシリンダチャンバ１８または１９から排出される。
【００３９】
本発明の油圧システム１０は、第１シリンダ１６の方向は負荷１７に作用する重力はロッド１３を反応させる傾向にある非駆動計量後退モード(UNPOWERED METERED RETRACT mode)を有する。このモードにおいて、負荷力は流体をヘッドチャンバ１８から排出する。ヘッドチャンバ１８からタンク４８に全ての作動油を単に排出させるのでなく、この流体は伸張するロッドチャンバ１９を満たすために利用される。これを確立するために、第２制御バルブ２２は制御部４４により調整され、第１シリンダ１６のヘッドチャンバ１８から排出される流体を計量し、負荷１７の降下する流量を制御する。このとき、第４制御バルブ２４が全開されるので、排出流体が伸張するロッドチャンバ１９内に流入する。これらのシリンダチャンバ間の体積差により、ロッドチャンバ１９に収容できる量より多くの流体がヘッドチャンバ１８から排出される。この過剰の流体が分配戻りライン２８に流入する。
【００４０】
非駆動計量後退モードにおいて、負荷が降下する速度はヘッドチャンバ１８を流出する流体の流量を制御する第２制御バルブ２２を調節することにより制御される。これにより第２制御バルブ２２の前後間に比較的大きい圧力差を発生する。前述したように、比例バルブ間に高い圧力低下が生ずる場合、比較的粗い流量制御分解度が存在し、降下している負荷１７の速度の制御において重大な誤差になる。換言すると、バルブアクチュエータに対して流れる電流の小さい偏差が大きな流体の流れの変化を生じる（図１参照）。これは降下する負荷の実際の速度と制御部４４により命令される所望の速度間に重大な誤差を生じる。しかしながら、この速度誤差は第２制御バルブ２２の前後間の圧力差を減少させることにより減少させることが可能であり、流量制御の分解度を改善することができる。
【００４１】
これはタンク４８への流量を制限するために戻りラインメータリングバルブ４６のオリフィスを減少させることにより達成される分配戻りライン２８を加圧することにより本油圧システム１０で達成される。制御部４４は圧力センサ２９により示されるヘッドチャンバ１８からのラインの圧力と、分配戻りラインセンサ２７により測定される圧力を監視する。これらの圧力に反応して、第２制御バルブ２２の前後間で所望の圧力低下が得られるまで、制御部は戻りラインメータリングバルブ４６を部分的に閉鎖する。これにより、バルブのドリフト及びヒステリシスの効果を最小にする一方、速度制御においてより大きな精度を与える第２制御バルブ２２の動作領域が変更される。このように、第２制御バルブ２２と戻りラインメータリングバルブ４６により、降下する負荷１７のより高い精度の制御を可能にする改良された調整範囲のためにカスケード流量計量が行われる。
【００４２】
得られた流体の流れが結果として得られる中空部を満たすようにチャンバがより速く伸張する場合、キャビテーションがロッドチャンバ１９で生じる可能性がある。この状態はセンサ３０からの信号により示されるロッドチャンバの非常に低い圧力により示される。センサ２９が満足するレベルに増加したヘッドチャンバ１８の圧力を示すまで戻りラインメータリングバルブ４６を部分的に閉鎖することにより、制御部４４はシステムタンク４８に対する通路を制限するこの非常に低い圧力信号に応答する。この状態で、戻りラインメータリングバルブ４６により設けられたオリフィスにより、伸張するロッドチャンバ１９を満たすために要求される量を超過する量の流体のみがタンクに対して流れるのを可能にする。
【００４３】
図４の表の次のモード動作は駆動再生伸張モード(POWERED REGENERATION EXTEND mode)である。ここで、負荷１７は加圧流体をポンプ２０から第１シリンダ１６のヘッドチャンバ１８に加えることにより移動している。この流体の流れは制御部４４により所望される動作量を発生するため第１制御バルブ２１を調整することにより計量される。
【００４４】
しかしながら、ロッドチャンバ１９の流体をタンク４８に排出する代わりに、排出流体は要求されるポンプ流量を減少させるため伸張するヘッドチャンバ１８に供給される。具体的には、第３制御バルブ２３は全開され、流体とポンプ２０からの流体と混合される第１制御バルブ２１の流入部に排出された流体が運ばれる。ピストンの表面積はロッドチャンバ１９よりヘッドチャンバ１８でより大きいので、ピストンは駆動再生伸張モードで伸張する。このモードで、もしロッドチャンバから排出された流体がタンク４８に流れると、要求されるポンプ流体はより少ない。従って、より多くのポンプ流体が油圧システムの他の機能部を同時に駆動するため得られる。
【００４５】
動作中、機能部が負荷状態の駆動再生伸張モードから過剰運転負荷再生機能に変化する可能性がある。この状態が生じると、制限制御がロッドチャンバとポンプ間に一定のメータリング流体を有する従来のスプールバルブを使用して実施される。本システムは逆計量による計量をポンプで実施するためにロッドチャンバの再構成を可能にし、過剰運転負荷でも命令された速度制御を維持する。
【００４６】
ピストン１５に作用する負荷１７が第１シリンダ１６からロッド１３を伸張させる傾向にある場合、非駆動再生伸張モード(UNPOWERED REGENERATION EXTEND mode)が生じる。このモードは、ヘッドチャンバ１８の下方にロッドチャンバ１９があるように、シリンダが方向付けられる場合、負荷に作用する重力により生じる。これは、ロッドチャンバから排出された量が伸張するヘッドチャンバを満たすために要求される量以下であるので、追加の作動液が要求される点を除いて非駆動計量後退モードに類似である。
【００４７】
従って、第３制御バルブ２３はロッドチャンバ１９から排出される流体の逆流を制限するためそして負荷１７の降下速度を制御するために調整される。第１制御バルブ２１はヘッドチャンバ１８への流量を計量するために調整される。ポンプ２０からのエネルギーは負荷を降下させるためにほとんどまたは全く持続的に用いるために必要とされないが、追加の流体が伸張するヘッドチャンバ１８を満たすため要求される。これにより、第１制御バルブ２１は充分な流体をロッドチャンバとポンプ２０から流すため及びキャビテーションを防止するためヘッドチャンバに流すために充分な量だけ開放される。第１制御バルブの調節は圧力センサ２９により発生する信号により決定されるので、ヘッドチャンバの圧力は所望のレベル以上になる。
【００４８】
戻りラインメータリングバルブ４６はチャンバ体積の差を保証するための追加の流体が分配戻りライン２８から流入する非駆動再生伸張モードの変形を可能にする。これは他の油圧機能部（例えば、機能部１４）が分配戻りライン２８に流体を排出している場合に生じる。これはタンクメイクアップモード(TANK MAKE UP mode)と称される。ここで、第４制御バルブ２４はロッドチャンバ１９からの流量を調整し、負荷１７の降下速度を制御するように操作される。第２制御バルブ２２は制御部４４により全開され、流体が伸張するヘッドチャンバ１８に自由に流入可能となる。
【００４９】
同時に、戻りラインメータリングバルブ４６は分配戻りライン２８に圧力を掛けるため部分的に閉鎖される。これにより、他の機能部１４から排出される流体または定容量型ポンプの過剰流量が第２制御バルブ２２を介して第１機能部１２に流れ、伸張するヘッドチャンバ１８を満たすために必要な流体量の不足を保証する。この動作が生じている間、制御部４４はヘッドチャンバ圧力センサ２９から出力される信号を監視する。任意の閾値以下の圧力低下で、戻りラインメータリングバルブ４６は閉鎖し、分配戻りライン２８の圧力をさらに増加させ、より多くの流体を第１機能部に送る。
【００５０】
ピストン１５に作用する負荷１７がロッド１３を第１シリンダ１６から伸張させる傾向にある場合に生じる制御問題を扱うために、非駆動再生伸張モードの他の変形例が使用可能である。降下する負荷の速度を制御するために、第４制御バルブ２４は比較的小さいメータリングオリフィスを設けなければならない。しかしながら、オリフィス間の高い流体圧力低下のため、他の要因間のヒステリシスとバルブの変移が拡大し、速度誤差を増大させる（図１参照）。
【００５１】
この問題は分配戻りライン２８に圧力を掛けるため戻りラインメータリングバルブ４６を制御することにより解決される。第２制御バルブ２２はヘッドチャンバ１８に流れる流量を制御し、負荷の速度を調整するために動作し、一方、第４制御バルブ２４がロッドチャンバ１９で圧力を制御するために動作する。この状態で、第２制御バルブ２２の動作領域はヒステリシスとバルブの変移による効果を最小化し、より正確な速度制御を提供する。
【００５２】
最後のモードである、タンク及びポンプメイクアップ(TANK AND PUMP MAKE UP)は補償のための流体がポンプ２０と分配戻りライン２８から得られる非駆動再生伸張モードの他の変形例である。このタンク及びポンプメイクアップモードにおいて、戻りラインメータリングバルブ４６が完全に閉鎖状態にある。ここで、ロッド１３は第１シリンダ１６から伸張しているので、流体がロッドチャンバ１９から排出されている。流体は制御部４４の制御下で流体の流れを調整する第４制御バルブ２４を通じて流れる。戻りラインメータリングバルブ４６は閉鎖されているので、この流体は、タンク４８に流れず、負荷の移動速度を調整するため制御部４４により全開するか調整される第２制御バルブ２２を通じて強制的に流れる。これにより分配戻りライン２８を介して第２機能部１４から第１機能部１２に排出される流体を排出する。しかしながら、第１制御バルブ２１を調整することによりポンプ２０から流入する加圧流体を使用して、分配戻りラインから得られる流量を補償する必要がある。それにも関わらず、タンク及びポンプメイクアップモードは従来の伸張モードでの流量に比べほとんどポンプからの流量を消費しない。さらに、従来の負荷検出機構により制御される可変容量型ポンプは第１機能部に対して最小圧力を加えるため伸張モードで動作し、それによりエネルギーの節約が可能である。
【００５３】
【００５４】
【発明の効果】
以上の説明から、本発明の油圧システムによれば、高精度の制御を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１はアクチュエータ電流と異なる圧力下でのバルブに流れる流量との関係を示すグラ
フである。
【図２】  図２は本発明を実施している油圧システムの概略図である。
【図３】  図３は油圧システムに使用される双方向比例メータリングバルブの断面図である。
【図４】  図４は油圧システムの異なる動作モードを示す表である。
【符号の説明】
１０      油圧システム
１２、１４      機能部
１３      ロッド
１５      共通供給ライン
１６      油圧シリンダ
１７      負荷
１８      ヘッドシリンダ
１９      ロッドシリンダ
２０      ポンプ
２１、２２、２３、２４      比例制御バルブ
２８      分配戻りライン
２５、２７、２９、３０、４０、４２、５２      圧力センサ
３１、３２、３３、３４        比例制御バルブ
３６      シリンダ
３８      ヘッドチャンバ
３９      ロッドチャンバ
４６      比例戻りラインメータリングバルブ
５０      逆止バルブ
５４      双方向フローバルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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