(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
双方向パイロット作動制御弁であって、
流体を双方向パイロット作動制御弁に出入りさせる第１のポート及び第２のポートを有するとともに、第１のポートと第２のポートとの間にバルブシートを有する本体と、
バルブシートと選択的に係合して第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メインポペットであって、メインポペットのバルブシートから離隔した側に制御室を形成するとともに、第１のポート、第２のポート及び制御室と連通するパイロット通路を内部に形成するメインポペットと、
流体がパイロット通路から第２のポートの中へのみ流れることができるようにした第１の逆止弁と、
流体がパイロット通路から第１のポートの中へのみ流れることができるようにした第２の逆止弁と、
パイロット通路の制御室に臨む開口に配置されかつ制御室の圧力に曝される第１の側とパイロット通路の圧力に曝される第２の側とを有し、制御室とパイロット通路との間の圧力差により撓むフレキシブルシートと、
フレキシブルシートを貫通する孔を介してパイロット通路を選択的に閉止するパイロットポペットと、
パイロットポペットをメインポペットに対して動かすように作動連結されたアクチュエータと、
制御室と第２のポートとの間を延びる第１の通路と
流体が第１の通路を介して第２のポートから制御室の方向にのみ流れることができるようにした第３の逆止弁と、
制御室と第１のポートとの間を延びる第２の通路と、
流体が第２の通路を介して第１のポートから制御室の方向にのみ流れることができるようにした第４の逆止弁とを備えることを特徴とする双方向パイロット作動制御弁。
【請求項２】
パイロット通路は制御室に臨む開口を有し、パイロットポペットはパイロット通路を選択的に開放することを特徴とする請求項１に記載の双方向パイロット作動制御弁。
【請求項３】
第１の逆止弁及び第２の逆止弁は、メインポペット内にあることを特徴とする請求項１に記載の双方向パイロット作動制御弁。
【請求項４】
フレキシブルシート及びメインポペットは、単一の部材として形成されることを特徴とする請求項１に記載の双方向パイロット作動制御弁。
【請求項５】
フレキシブルシートとメインポペットは、熱可塑性樹脂材料から形成されることを特徴とする請求項１に記載の双方向パイロット作動制御弁。
【請求項６】
フレキシブルシートは、パイロット通路の一方の端部においてメインポペットの凹部に形成されることを特徴とする請求項１に記載の双方向パイロット作動制御弁。
【請求項７】
アクチュエータは、パイロットポペットと係合する電機子を有するソレノイドを使用することを特徴とする請求項１に記載の双方向パイロット作動制御弁。
【請求項８】
第１の通路及び第２の通路は、本体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の双方向パイロット作動制御弁。
【請求項９】
双方向パイロット作動制御弁であって、
第１のポート、第２のポート及び第１のポートと第２のポートの間にバルブシートを画成する本体と、
バルブシートと選択的に係合して第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メインポペットであって、メインポペットのバルブシートから離隔した側で本体に制御室を形成するとともに、第１のポート、第２のポート及び制御室に接続するパイロット通路を内部に形成するメインポペットと、
流体がパイロット通路から第２のポートの中へのみ流れることができるようにメインポペット内に配置された第１の逆止弁と、
流体がパイロット通路から第１のポートの中へのみ流れることができるようにメインポペット内に配置された第２の逆止弁と、
パイロット通路の制御室に臨む開口に配置されかつ制御室の圧力に曝される第１の側とパイロット通路の圧力に曝される第２の側とを有し、制御室とパイロット通路との間の圧力差により撓むフレキシブルシートと、
フレキシブルシートを貫通する孔を介してパイロット通路を選択的に開放するパイロットポペットと、
パイロットポペットをメインポペットに対して動かすように作動連結されたアクチュエータと、
制御室と第２のポートとの間を延びる第１の通路と
流体が第１の通路を介して第２のポートから制御室の方向にのみ流れることができるようにした第３の逆止弁と、
制御室と第１のポートとの間を延びる第２の通路と、
流体が第２の通路を介して第１のポートから制御室の方向にのみ流れることができるようにした第４の逆止弁とを備えることを特徴とする双方向パイロット作動制御弁。
【請求項１０】
パイロット通路は制御室からの開口を有し、パイロットポペットはパイロット通路を選択的に開放することを特徴とする請求項９に記載の双方向パイロット作動制御弁。
【請求項１１】
パイロット作動制御弁であって、
流体を双方向パイロット作動制御弁に出入りさせる第１のポート及び第２のポートとを有するとともに、第１のポートと第２のポートとの間にバルブシートを有する本体と、
バルブシートと選択的に係合して第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メインポペットであって、メインポペットのバルブシートから離隔した側に制御室を形成するとともに、第１のポート、第２のポート及び制御室と連通するパイロット通路を内部に形成するメインポペットと、
流体がパイロット通路から第１のポート及び第２のポートの一方のみの中へ流れることができるようにした第１の逆止弁と、
パイロット通路の制御室に臨む開口に配置されかつ制御室の圧力に曝される第１の側とパイロット通路の圧力に曝される第２の側とを有し、制御室とパイロット通路との間の圧力差により撓むフレキシブルシートと、
フレキシブルシートを貫通する孔を介してパイロット通路を選択的に閉止するパイロットポペットと、
パイロットポペットをメインポペットに対して動かすように作動連結されたアクチュエータと、
制御室と第２のポートとの間を延びる第１の通路と
流体が第１の通路を介して第２のポートから制御室の方向にのみ流れることができるようにした第３の逆止弁と、
制御室と第１のポートとの間を延びる第２の通路と、
流体が第２の通路を介して第１のポートから制御室の方向にのみ流れることができるようにした第４の逆止弁とを備えることを特徴とするパイロット作動制御弁。
【請求項１２】
流体がパイロット通路から第１のポート及び第２のポートの他方の中にのみ流れることができるようにした第４の逆止弁を更に備えることを特徴とする請求項１１に記載のパイロット作動制御弁。
【請求項１３】
パイロット通路は制御室に臨む開口を有し、パイロットポペットはパイロット通路を選択的に開放することを特徴とする請求項１１に記載のパイロット作動制御弁。
【請求項１４】
第１の逆止弁はメインポペット内にあることを特徴とする請求項１１に記載のパイロット作動制御弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力バランスがとれたパイロット作動油圧弁、特に双方向のパイロット作動油圧弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建設及び農業機械は、油圧弁により制御される油圧シリンダ／ピストン構成体のようなアクチュエータにより作動される可動部材を有している。建設及び農業機械については、現在、手動操作の油圧弁から電子制御及びソレノイドバルブの使用に移る傾向がある。この種の制御は、制御バルブをオペレータキャブに配置する必要がないので、油圧配管系を簡単にすることができる。このような技術の変化はまた、種々の機械の機能のコンピュータ化された制御を容易にすることができる。
【０００３】
ポンプからアクチュエータへの加圧された作動油の供給は、米国特許第５，８７８，６４７号に記載のタイプの一組の比例ソレノイドバルブにより制御することができる。オペレータが機械の部材を動かすことを所望する場合には、制御レバーを操作して、部材と連係されているシリンダのソレノイドバルブに信号を送る。一方のソレノイドバルブが開放されて、加圧流体をピストンの一方の側のシリンダ室に供給するとともに、他方のソレノイドバルブが開放して、反対のシリンダ室から付勢されている流体を、リザーバまたはタンクに排出することができるようになっている。ソレノイドバルブが開放される程度を変えることにより、連係するシリンダ室へ流れ込む流量を変えることができので、ピストンを比例した異なる速度で動かすことができる。
【０００４】
作動油の流れを制御するソレノイド作動パイロットバルブが周知となっており、このバルブは、電機子を一方の方向に動かして、バルブを開放する電磁石コイルを使用している。電機子は、メインバルブポペットのパイロット通路を通る流体の流れを制御するパイロットポペットに作用する。バルブが開く程度は、電磁石コイルに印加される電流の大きさに直接関係するので、作動油の流れを比例制御することができる。電機子または他のバルブ部材は、ばね付勢されていて、電流がソレノイドコイルから除去されると、バルブを閉じる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のソレノイド作動パイロットバルブの欠点は、閉止状態にあるバルブを介して形成される圧力差による影響により生ずる。この圧力差は、バルブからの作動油により作動される装置の構成部材に付加される負荷の変動とともに変化する。負荷及び供給圧力の変動は、バルブの出口の圧力に影響を及ぼすとともに、圧力差をバルブを介して形成する。閉止状態においては、圧力差は、バルブを開放するのに必要とされ、かつ、作動油の所定の流量を形成するのに必要とされる力の大きさに影響を及ぼす。従って、ソレノイド作動バルブにおいては、この圧力差の変動は、バルブを作動するのに必要な電流の大きさに影響を及ぼす。
【０００６】
この問題は、米国特許第５，８７８，６４７号に示すように、圧力バランスのとれたステムをパイロットバルブ通路に配設することにより対処されていた。このように構成すると、パイロットポペットに作用する力が戻しばね及び電磁石コイルからの力であるように、圧力がバランスされる。かかる構成は、他の構造体においては、圧力の不釣り合いによる影響をなくすことができるが、流体の漏れが、バランスのとれたステムに沿ってしばしば生ずる。このような漏れに対してより良いシールを提供する試みがなされているが、かかる試みは、ステムに作用する摩擦を増加させるとともに、滑らかなバルブ動作に悪影響を及ぼす面倒な問題を生ずる。
【０００７】
従来のパイロット作動ポペットバルブは、一方向性である。バルブの入口ポート及び出口ポートがあり、入口ポートの圧力は、パイロット制御室と通じているので、入口ポートの圧力が出口ポートの圧力よりも大きいときにバルブを開放することができる。これにより、流体は、入口ポートから出口ポートへ流れることができる。かかる構成とすることにより、バルブは、出口ポートから入口ポートへの逆方向の流体の流れを制御するのに使用することができない。幾つかの油圧システムにおいては、双方向の流れを制御することが、所望されている。双方向の流れに適応させるためには、第１のバルブと逆平行に接続された第２のバルブが必要となる。従って、双方向パイロット作動ポペットバルブが提供されることが所望されている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、双方向パイロット作動制御バルブが提供されている。この制御バルブは、第１のポートと、第２のポートと、第１のポートと第２のポートとの間に配設されたバルブシートとを有する本体を備えている。メインバルブポペットが、本体内においてバルブシートと選択的に係合して、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ように配設されている。制御室が、バルブシートから離隔するメインバルブポペットの側で本体内に形成されている。メインバルブポペットは、第２のポートと制御室の間を延びるパイロット通路を有している。
【０００９】
第１の逆止弁が、メインバルブポペットに配置されていて、流体が、パイロット通路から第２のポートの中へのみ流れることができるようになっている。第２の逆止弁が、メインバルブポペットに配置されていて、流体が、パイロット通路から第１のポートの中へのみ流れることができるようにしている。
【００１０】
パイロットポペットが、このパイロットポペットをメインポペットに対して動かすアクチュエータによって作動されるときに、パイロット通路を選択的に封止するように設けられている。
【００１１】
第１の通路が、制御室と第２のポートとの間を延びるように形成されている。第３の逆止弁が、流体が第１の通路を介して第２のポートから制御室の方向にのみ流れることができるように設けられている。第２の通路が、制御室と第１のポートとの間を延びるように形成されている。第４の逆止弁が、流体が第２の通路を介して第１のポートから制御室の方向にのみ流れることができるように設けられている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
先ず、図１について説明すると、装置アクチュエータを制御する上で有用なソレノイドバルブ１０が示されており、このソレノイドバルブ１０は、バルブ本体１２の長手方向に延びる孔１６に取着された円筒状バルブカートリッジ１４を備えている。バルブ本体１２は、長手方向に延びる孔１６と連通する側方に延びる第１のポート１８を有する。第２のポート２０が、バルブ本体１２を介して延びるとともに長手方向に延びる孔１６の内端部と連通するように設けられている。バルブシート２２が、第１のポート１８と第２のポート２０との間に形成されている。
【００１３】
メインバルブポペット２４が、バルブシート２２に対して長手方向に延びる孔１６内において摺動して、第１のポートと第２のポートとの間の作動油の流れを選択的に制御するように設けられている。メインバルブポペット２４は、トルロン（Ｔｏｒｌｏｎ）ビーピ・アモコ・ピーエルシー（ＢＰ  Ａｍｏｃｏ  Ｐｌｃ）の商標  ）のような、ガラス繊維で強化された熱可塑性樹脂から形成するのが好ましい。中央孔２６が、メインバルブポペット２４に形成されており、この孔は、第２のポート２０の開口から第２の開口へ延びるとともに、メインバルブポペットの離隔した側で制御室の中へ延びている。中央孔２６は、第２のポート２０の中へ開口する第１の端部から離隔配設された肩部３３を有している。第１の逆止弁３４が、肩部３３と第１の開口との間に位置するようにメインバルブポペットに配設され、流体がポペットの中央孔２６から第２のポート２０の中へのみ流れることができるようになっている。
【００１４】
第２の逆止弁３７が、第１のポート１８と肩部３３に隣接する中央孔２６との間を延びる通路３８においてメインバルブポペット２４内に配置されている。第２の逆止弁３７は、通路３８における流体の流れをポペットの孔２６から第１のポートの方向のみに制限している。第１の逆止弁３４及び第２の逆止弁３７により制御される双方の流路は、メインバルブポペット２４の孔２６と常時連通している。
【００１５】
メインバルブポペット２４の孔２６の第２の開口は、貫通するパイロット孔４１を有するフレキシブルシート２９により閉止されている。フレキシブルシート２９は、スナップリング３０により所定の位置に保持され、Ｏリング３１が、シートと中央孔２６の壁との間にシールを提供するように設けられている。メインバルブポペット２４と同じ材料からつくられた弾性管状カラム３２が、中央孔２６内に配置されていて、肩部３３に対してフレキシブルシート２９を付勢している。フレキシブルシート２９の両側は、制御室２８内の圧力及び管状カラムによりメインバルブポペット２４に形成されたパイロット通路３５の圧力に曝されている。
【００１６】
バルブ本体１２は、制御室２８と第２のポート２０との間を延びる通路５２に第３の逆止弁５０を有している。第３の逆止弁５０により、流体は、第２のポート２０から制御室２８の方向にのみ流れることができる。第４の逆止弁５４が、別の通路５６に配置されていて、この通路の流体流を第１のポート１８から制御室２８にのみ制限している。これらの逆止弁の通路５２及び５６の双方は、流れ制限オリフィス５３及び５７をそれぞれ有している。
【００１７】
メインバルブポペット２４の動きは、電磁石コイル３９、電機子４２及びパイロットポペット４４を備えるソレノイド３６により制御されるようになっている。電機子４２は、カートリッジ１４を通る孔４０内に配置され、第１のばね４５が、メインバルブポペット２４を電機子から離れるように付勢している。電磁石コイル３９は、カートリッジ１４の周囲に配置されるとともにカートリッジ１４に取着されている。電機子４２は、電流を電磁石コイル３９に印加することにより生じる電磁界に応答して、カートリッジ孔４０内でメインバルブポペット２４から離隔するように摺動する。パイロットポペット４４は、管状電機子４２の孔４６内に配置されているとともに、カートリッジ孔４０内に螺挿された調整ねじ６０と係合する第２のばね４８により電機子の中へ付勢されている。
【００１８】
電磁石コイル３９が消磁された状態にあるときには、第２のばね４８は、パイロットポペット４４を電機子４２の端部５２に抗して付勢し、電機子及びパイロットポペットの双方をメインバルブポペット２４へ向けて押す。これにより、パイロットポペット４４の円錐状の先端は、弾性のあるシート２９のパイロット孔４１及びパイロット通路３５に入り込んで閉止して、制御室２８と第２のポート２０との間の流体連通を閉じる。
【００１９】
ソレノイドバルブ１０は、第１のポート１８と第２のポート２０との間の作動油の流れを比例制御するようになっている。電流は、電機子４２をソレノイド３６に引き入れるとともにメインバルブポペット２４から引き離す電磁界を発生する。この電流の大きさが、バルブの開く量を決定し、バルブを通る作動油の流量は、この電流に比例する。即ち、第１のポート１８の圧力が第２のポート２０の圧力を越えると、この高い方の圧力は、第４の逆止弁５４を介して制御室２８に通じる。電機子４２が動くと、パイロットポペット４４のヘッド６６は、メインバルブポペット２４から離隔するように付勢されて、パイロット孔４１を開放する。この動作により、作動油は、第１のポート１８から制御室２８、パイロット通路３５及び第１の逆止弁３４を介して第２のポート２０へ流れることができる。
【００２０】
パイロット通路３５を通る作動油の流れにより、制御室２８内の圧力は、第２のポート２０の圧力まで下がる。かくして、面５８に付加される第１のポート１８の高い圧力が、メインバルブポペット２４をバルブシート２２から離れるように付勢するので、第１のポート１８と第２のポート２０とを直接連通させる。メインバルブポペット２４の動きは、オリフィス５７及びパイロット開口の有効オリフィスを介してのパイロット孔４１への一定の流れにより、圧力の力バランスがメインポペット２４を介して形成されるまで続く。かくして、バルブ開放の程度とこのバルブを通る作動油の流量は、電機子４２及びパイロットポペット４４の位置により定められる。これらの位置は、電磁石コイル３９を流れる電流の大きさにより順次制御される。
【００２１】
圧力差がパイロットポペット４４に及ぼす影響は、この圧力差に応答して撓むフレキシブルシート２９により相殺される（ｃｏｕｎｔｅｒ  ｂａｌａｎｃｅｄ）。かかる動きは、パイロットバルブの圧力の変化を相殺するようにフレキシブルシート２９の軸線方向の位置を有効に変える。シートの設計可撓性は、パイロットばね率に基づいて定められる。
【００２２】
比例制御バルブ１０は、ソレノイド３６の起動に応答してのみ開くことができ、第１のポート１８または第２のポート２０の高い圧力に応答しては開くことができない。第２のポート２０の圧力が制御室２８の圧力を越えると、第３の逆止弁５０が開いてこの高い圧力を制御室に連通させて、メインバルブポペット２４の両側の圧力を等しくする。これらの圧力は等しいので、メインバルブポペット２４は、制御室２８と第２のポート２０との間のポペット表面積の差及びパイロットポペット４４のばねの力により、閉止した状態に保持される。
【００２３】
第２のポート２０の圧力が第１のポート１８の圧力を越えると、出口ポートから入口ポートへの比例した流れが得られ、ソレノイド３６を起動する。この場合には、第２のポートの高い圧力は、第３の逆止弁５０を介して制御室２８に通じ、パイロットポペット４４がフレキシブルシート２９から離れるように動くと、流体は、制御室、パイロット通路３５及び第２の逆止弁３７から第１のポート１８へ流れる。これにより、メインバルブポペット２４は、底面に作用する高い圧力により開く。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成されているので、圧力バランスがとれた双方向のパイロット作動油圧弁を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従った双方向ソレノイド作動パイロット弁の断面図である。
【符号の説明】
１０  ソレノイドバルブ
１２  バルブ本体
１４  バルブカートリッジ
１６  孔
１８  第１のポート
２０  第２のポート
２２  バルブシート
２４  バルブポペット
２６  中央孔
２８  制御室
２９  シート
３２  弾性管状カラム
３３  肩部
３４  第１の逆止弁
３５  パイロット通路
３６  ソレノイド
３７  第２の逆止弁
３８  通路
３９  電磁石コイル
４０  孔
４１  パイロット孔
４２  電機子
４４  パイロットポペット
４５  第１のばね
４６  孔
４８  第２のばね
５０  第３の逆止弁
５２  流量制限オリフィス
５４  第４の逆止弁
５６  流量制限オリフィス
５７  オリフィス
６０  調整ねじ
【図１】
0003576507.tif 000002