(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の油圧アクチュエータを動作させるために、可変排出ポンプからの流体が供給導管に供給され、前記複数の油圧アクチュエータからの流体が戻し導管に流入される、油圧アクチュエータの制御バルブ組立体であって、
前記制御バルブ組立体には、前記可変排出ポンプの制御入力ポートと流体的に連通する流量を加算する接点と、それぞれが前記複数の油圧アクチュエータの１つに関連された複数のバルブユニットと、が設けられ、
前記複数のバルブユニットには、前記流量を加算する接点と前記関連する油圧アクチュエータとの間に接続されてその間の流量を可変させる計量オリフィスと、可変流量供給オリフィスと、が設けられ、かつ、
前記複数のバルブユニットの前記可変流量供給オリフィスが、前記可変排出ポンプと前記流量を加算する接点との間に並列接続されている
ことを特徴とする制御バルブ組立体。
【請求項２】
前記複数のバルブユニットそれぞれにおいて、前記計量オリフィスが拡径するにつれて前記可変流量供給オリフィスも拡径され、そして、前記計量オリフィスが縮径するにつれて前記可変流量供給オリフィスも縮径されることを特徴とする請求項１に記載の制御バルブ組立体。
【請求項３】
前記複数のバルブユニットには、前記流量を加算する接点と前記戻り導管との間に接続された可変バイパスオリフィスが、それぞれ設けられていて、前記計量オリフィスが拡径するにつれて前記可変バイパスオリフィスが縮径され、そして、前記計量オリフィスが縮径するにつれて前記可変バイパスオリフィスが拡径されることを特徴とする請求項２に記載の制御バルブ組立体。
【請求項４】
前記複数のバルブユニットには、前記流量を加算する接点と前記戻り導管との間に接続された可変バイパスオリフィスが、それぞれ、さらに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の制御バルブ組立体。
【請求項５】
前記流量を加算する接点と戻り導管との間に直列接続された、前記複数のバルブユニットにおける前記可変バイパスオリフィスが設けられていることを特徴とする請求項４に記載の制御バルブ組立体。
【請求項６】
前記バルブユニットそれぞれにおいて、前記可変流量供給オリフィス、前記計量オリフィスおよび前記可変バイパスオリフィスが、１つの制御バルブに統合されていることを特徴とする請求項４に記載の制御バルブ組立体。
【請求項７】
前記制御バルブがスプールバルブとされていることを特徴とする請求項６に記載の制御バルブ組立体。
【請求項８】
前記制御バルブには、第１のワークポートが設けられ、そして、前記ワークポートが閉じられる第１の位置と、前記第１のワークポートが前記計量オリフィスによって前記流量を加算する接点に接続される第２の位置と、が設けられ、
前記第１のワークポートには、前記複数の油圧アクチュエータの１つが接続され、
前記第１の位置で、前記可変流量供給オリフィスが第１の寸法とされ、前記可変バイパスオリフィスが第２の寸法とされ、かつ、
前記第２の位置で、前記可変流量供給オリフィスが前記第１の寸法より大きい第３の寸法とされて、前記可変バイパスオリフィスが前記第２の寸法より小さい第４の寸法とされている
ことを特徴とする請求項６に記載の制御バルブ組立体。
【請求項９】
前記制御バルブには、第２のワークポートがさらに設けられ、そして、前記第２のワークポートが前記計量オリフィスによって前記流量を加算する接点に接続される第３の位置が設けられ、
前記第２のワークポートには、前記複数の油圧アクチュエータの１つが接続され、かつ、
前記第３の位置で、可変流量供給オリフィスが前記第１の寸法より大きい第５の寸法とされて、前記可変バイパスオリフィスが前記第２の寸法より小さい第６の寸法とされている
ことを特徴とする請求項８に記載の制御バルブ組立体。
【請求項１０】
前記複数のバルブユニットには、前記計量オリフィスから前記供給導管に向かう方向の流体の流量を防ぐ逆止め弁が、それぞれ、設けられていることを特徴とする請求項１に記載の制御バルブ組立体。
【請求項１１】
複数の油圧アクチュエータからタンクへ続く戻り導管に流量が流入する可変排出ポンプから複数の油圧アクチュエータへの流量を制御する用途の制御バルブ組立であって、
前記可変排出ポンプの制御入力ポートに流体的に連通する流量を加算する接点と、操作可能に接続された複数の制御バルブと、が設けられ、かつ、
前記複数の制御バルブの何れか１つを開くことによって、前記可変排出ポンプから前記流量を加算する接点へ流体の流量が増加する通路が制御され、前記流量を加算する接点から前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれへの流体通路が提供され、そして、前記流量を加算する接点から前記戻り導管への流体の流量が減少される
ことを特徴とする制御バルブ組立体。
【請求項１２】
前記複数の制御バルブには、流体がそれぞれの油圧アクチュエータから戻り導管に貫流する可変通路がそれぞれさらに設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の制御バルブ組立体。
【請求項１３】
前記複数の制御バルブには、可変流量供給オリフィスが設けられていて、前記制御バルブが開くにつれて前記可変排出ポンプから前記流量を加算する接点への流体の流量が増加されることを特徴とする請求項１１に記載の制御バルブ組立体。
【請求項１４】
前記複数の制御バルブには、前記流量を加算する接点から供給される流体が、そこを通って前記複数の油圧アクチュエータのそれぞれに流される可変計量オリフィスが設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の制御バルブ組立体。
【請求項１５】
前記複数の制御バルブには、前記制御バルブが開くにつれて前記可変排出ポンプから前記戻り導管への流体の流量が減少される可変バイパスオリフィスが設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の制御バルブ組立体。
【請求項１６】
前記複数の制御バルブには、前記可変排出ポンプおよび流量を加算する接点の両方が流体的に連通される可変流量供給オリフィスと、前記流量を加算する接点および前記それぞれの油圧アクチュエータと流体的に連通する計量オリフィスと、前記流量を加算する接点および前記戻り導管に流体的に連通する可変バイパスオリフィスと、がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の制御バルブ組立体。
【請求項１７】
前記複数の制御バルブには、第１のワークポートが閉じられる第１の状態と、前記複数の油圧アクチュエータの１つが前記計量オリフィスによって前記流量を加算する接点に接続される第２の状態と、が設けられ、
前記第１の状態で、前記可変流量供給オリフィスが第１の寸法とされ、前記可変バイパスオリフィスが第２の寸法とされ、かつ、
前記第２の状態で、前記可変流量供給オリフィスが前記第１の寸法より大きい第３の寸法とされ、可変バイパスオリフィスが前記第２の寸法より小さい第４の寸法とされる
ことを特徴とする請求項１６に記載の制御バルブ組立体。
【請求項１８】
油圧アクチュエータを動作させるために、可変排出ポンプからの流体が供給導管に供給され、前記油圧アクチュエータからの流体がタンクに接続されている戻し導管に流入される油圧アクチュエータの制御バルブ組立体であって、
前記可変排出ポンプの制御入力ポートと流体的に連通する流量を加算する接点と、
前記供給導管と前記流量を加算する接点との間に接続された可変流量供給オリフィス、前記流量を加算する接点と前記油圧アクチュエータとの間に接続されていてそれらの間の流量を可変させる計量オリフィス、および、前記流量を加算する接点と前記戻り導管との間に接続された可変バイパスオリフィス、を備えた制御バルブと、
が設けられ、かつ、
前記計量オリフィスが拡径するにつれて、前記可変流量供給オリフィスも拡径されて、前記可変バイパスオリフィスが縮径され、そして、前記計量オリフィスが縮径するにつれて、前記可変流量供給オリフィスも縮径されて、前記可変バイパスオリフィスが拡径される
ことを特徴とする制御バルブ組立体。
【請求項１９】
前記制御バルブがスプールバルブとされていることを特徴とする請求項１８に記載の制御バルブ組立体。
【請求項２０】
前記制御バルブには、第１のワークポートが設けられ、そして、前記ワークポートが閉じられる第１の位置と、前記第１のワークポートが前記計量オリフィスによって前記流量を加算する接点に接続される第２の位置と、が設けられ、
前記第１のワークポートには、前記油圧アクチュエータの１つが接続され
前記第１の位置で、前記可変流量供給オリフィスが第１の寸法とされ、前記可変バイパスオリフィスが第２の寸法とされ、かつ、
前記第２の位置で、前記可変流量供給オリフィスが前記第１の寸法より大きい第３の寸法とされ、可変バイパスオリフィスが前記第２の寸法より小さい第４の寸法とされている
ことを特徴とする請求項１８に記載の制御バルブ組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は油圧力機械の動作させるためのバルブ組立に関し、詳細には、可変排出油圧ポンプを制御する圧力信号を生成するバルブ組立に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械の油圧式駆動操作部材の速度は、油圧システムの主要な狭隘オリフィスの断面積およびこれらオリフィス両端の圧力差に依存する。圧力補償油圧制御システムは、制御を容易にするため、圧力差を無くすように設計されてきた。この従来の制御システムには、バルブワークポートでの圧力をシステムの圧力油圧流量を供給する可変排出油圧ポンプの入力に伝達する負荷検知導管が設けられている。ポンプ出力が自己調節される結果、制御オリフィスの両端を略一定圧力差にされ、その断面積が機械操作者に制御される。このことによって制御が容易になるのは、圧力差が一定に保持されると、動作部材の移動速度がオリフィスの断面積によってのみ決定されるからである。
【０００３】
そのようなシステムの１つに米国特許第５，７１５，８６５号の「Pressure  Compensating  Hydraulic  Control  Valve  System」があり、個々のバルブ部が、ポンプから動作部材を駆動する各油圧アクチュエータへの油圧流を制御する。バルブ部は、ポンプの制御入力ポートに伝達される負荷検知圧を供給するために油圧アクチュエータにかかる最大負荷圧が検知される形式である。最大負荷圧が、全バルブ部からの負荷圧を受けるシャトルバルブのデイジーチェーンによって決定される。
【０００４】
各バルブ部には、可変計量オリフィスのある制御バルブおよび個別圧力補償バルブが設けらている。ポンプからの出力圧が、計量オリフィスの一方の側、および計量オリフィスの他方の側での圧力補償バルブに提供され、そして負荷検知圧に応答し、その結果、計量オリフィスの両端の圧力差が実質的に一定に保持される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このシステムが効果的である一方で、各バルブ部に個々の圧力補償バルブおよびシャトルバルブが計量オリフィスを有する制御バルブに加えて必要とされる。これらの追加の要素によって、コストがかかり、油圧システムが複雑になり、これらはより廉価の装置を検討する上で、重大である。この機能を実行するためには、したがって、より廉価で複雑とされない技術が求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
制御バルブ組立は、複数の油圧アクチュエータを操作するために可変排出ポンプからの流量が供給導管に供給される油圧システムに提供される。複数の油圧アクチュエータからの流量が戻り導管に入って、これを経由して流量がタンクに流れる。
【０００７】
制御バルブ組立は、流量を加算する接点および複数の制御バルブを備える。流量を加算する接点が可変排出ポンプの制御入力ポートに接続される。複数の制御バルブが、それぞれ動作可能に接続されていて、それが開かれると可変排出ポンプから流量を加算する接点への流体の流量が増加し、流量を加算する接点から複数の油圧アクチュエータのそれぞれへの流体の流量が増加し、流量を加算する接点から戻り導管への流体の流量が減少する。この動作によって、可変排出ポンプの制御入力ポートへの供給される圧力が変化し、それぞれの油圧アクチュエータを操作するために増加した流体要求を満たすように供給導管へ供給される流体を増やして応答する。
【０００８】
本発明の１つの態様では、制御バルブがそれぞれさらに可変流量通路を備え、そこを通って流体が関連する油圧アクチュエータから戻り導管に流体が流れる。
【０００９】
本発明の別の態様では、制御バルブがそれぞれ（１）可変排出ポンプと流量を加算する接点との間に接続された可変流量供給オリフィスと、（２）流量を加算する接点と関連の油圧アクチュエータとの間に、その間の流体の流量を変化させるために接続された計量オリフィスと、（３）流量を加算する接点と戻り導管との間に接続された可変バイパスオリフィスと、が備えられる。任意の制御バルブに対して、計量オリフィスが拡径すると、そのバルブにおいて、可変流量供給オリフィスも拡径し、可変バイパスオリフィスが縮径し、計量オリフィスが縮径すると、可変流量供給オリフィスも縮径し、可変バイパスオリフィスが拡径する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明を組み込んだ油圧システムの概略図である。
【図２】図１の油圧システムの概略図であって、機能的な関係がさらに良く分かるように、ある内部構成要素が制御バルブから分離され、再配置される図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
「直接接続される」という用語は、ここでは関連の構成要素が何れの介在する要素も無く導管によって共に接続される、バルブ、オリフィス、または他のデバイスなどを意味して使用され、これらは、何れの導管の固有の制限を超えて、流体の流量を制限し制御する。構成要素が２つの点または要素の間に「直接接続される」ように説明されている場合、その構成要素はそのような点または要素に直接に接続されている。
【００１２】
図１を最初に参照すると、油圧システム１０が３つの油圧機能１１，１２および１３を有るが、油圧機能の数の多少は本発明を実施する他の油圧システムにおいて使用され得るものである。油圧機能１１、１２および１３はそれぞれバルブユニット１４，１５および１６と、ピストンシリンダ装置のような、しかしながら他の形式のアクチュエータも使用できる、油圧アクチュエータ２１、２２および２３と、を備える。３つのバルブユニット１４、１５および１６が結合して制御バルブ組立１７を形成する。バルブユニットは物理的に分離されている組立か、単一の組立になっている。第１のバルブユニット１４は第１の制御バルブ２４、第２のバルブ１５は第２の制御バルブ２５、第３のバルブは第３の制御バルブ２６を有している。制御バルブ２４、２５および２６はそれぞれ関連の油圧アクチュエータ２１、２２または２３と可変排出ポンプ２０、タンク１８の両方との間の流体の流量を制御する。ポンプ２０は、圧力流体を供給導管２８に供給し、出力圧が制御入力ポート１９に供給される圧力に固定所定量、「ポンプマージン」と呼ぶ、を加えたものに等しくなるような形式である。ポンプ２０が、「ポンプマージン」を保持するように排出を増減する。一例として、出力圧と制御入力ポート圧との間の差がポンプマージンより小さい場合、ポンプは排出を増やす。出力圧と制御入力ポート圧との間の差がポンプマージンより大きい場合、ポンプは排出を減らす。オリフィスを貫流する流量は流量面積および差圧の平方根に比例するとして表わされることは一般に知られている。このポンプ制御方法はポンプマージンという一定の差圧を提供するので、ポンプ２０の流量出力はポンプ出力と制御入力ポート１９との間の流量面積に直線的に比例する。流体はまた戻り導管３０を介してタンク１８に流入される。供給導管２８および戻り導管３０はバルブユニット１４〜１６それぞれに延在する。
【００１３】
制御バルブ２４、２５および２６はそれぞれオープンセンター、３ポジションバルブで、たとえばスプール形式でもよい。例示の油圧システム１０において、制御バルブ２４〜２６はソレノイドで動作するように示されているが、それの１つまたは複数がパイロット圧または機械式レバーまたはリンクによって操作されてよい。
【００１４】
第１の制御バルブ２４について詳細に説明するが、２つの制御バルブ２５および２６にもこの説明が当てはまることが理解できるであろう。第１の制御バルブ３４がポンプ２０から供給導管２８に接続される供給ポート３２を有する。制御バルブ内の可変流量供給オリフィス３４が供給ポート３２と流量出口３６との間を流体的に連通する。油圧システム１０の連続する操作説明を容易に理解するため、制御バルブ２４、２５および２６のそれぞれの可変流量供給オリフィスはそれぞれ符号３４ａ、３４ｂおよび３４ｃで特定される。第１の制御バルブの流量導管３６がバルブユニット１４〜１６すべてにおいて流量出口に接続される導管に直接接続され、流量を加算する接点４４を形成する。このように、制御バルブ内の可変流量供給オリフィス３４ａ、ｂおよびｃが、供給導管２８と流量を加算する接点４４との間に直接接続され、かつ、その間の分離可変流体通路を提供する。
【００１５】
流出口３６は、従来の負荷逆止め弁３８によって制御バルブの計量オリフィス入口４０に接続され、その結果、関連の油圧アクチュエータ２１に大きな負荷が発生したときでも、流体が計量オリフィス入口から供給導管に逆流することができない。第１の制御バルブ２４内の可変計量オリフィス４５が、流量出口３６を、第１の制御バルブがセンター、すなわちニュートラル位置から動かされた方向によって、２つのワークポート４６および４８の１つに連結する。２つのワークポート４６および４８は第１の油圧機能１１の第１の油圧アクチュエータ２１の異なるポートに接続される。制御バルブ２４は通常センター位置に偏倚され、この位置でワークポート４６および４８は閉じている。
【００１６】
第１の制御バルブ２４はまた、その制御バルブのバイパス入口５１とバイパス出口５２との間を直接接続するバイパスオリフィス５０ａを備える。他の制御バルブ２５および２６それぞれのバイパスオリフィスが５０ｂおよび５０ｃの符号でそれぞれ特定される。バイパスオリフィス５０ａ、５０ｂおよび５０ｃが、直列に接続されて総和ノード４４と戻り導管３０との間で流体的に連通される。具体的には、例示の油圧システム１０において、第３の制御バルブ２６のバイパス出口５２が総和ノード４４に直接接続される。制御バルブ２６のバイパス入口５１が第２の制御バルブ２５のバイパス入口５１に直接接続され、第２の制御バルブ２５バイパス出口が第１の制御バルブ２４のバイパス入口５１に直接接続される。第１の制御バルブ２４のバイパス出口５２が戻り導管３０に直接接続される。このようにバイパスオリフィス５０ａ、５０ｂおよび５０ｃの直列が総和ノード４４と戻り導管３０との間で直接接続される。
【００１７】
図２は油圧システムの概略図であり、可変流量供給オリフィス３４ａ、ｂおよびｃ、ならびにバイパスオリフィス５０ａ、ｂおよびｃが、それぞれのオリフィスとさらに機能的なグループに配置され、オリフィスは、対応する制御バルブ２４、２５および２６が実際に位置されるその外側にある。この機能図では、３つの可変流量供給オリフィス３４ａ、ｂおよびｃがポンプ２０からの供給導管２８と流量を加算する接点４４との間に直接に並列接続される。この並列接続は可変流量部５６を形成する。３つのバイパスオリフィス５０ａ、ｂおよびｃが、流量を加算する接点４４とタンク１８への戻り導管３０との間で直列接続され、油圧システム１０のバイパス部５８を形成する。
【００１８】
最初に制御バルブ２４〜２６が、すべてワークポート４６および４８の両方が閉じているセンター位置にあると仮定する。この状態で、ポンプ２０から供給導管２８に供給された出力が、可変流量供給オリフィス３４ａ〜ｃ、今はすべて比較的小さな流体面積に縮径されているが、を貫流する。したがって、比較的少量の流体が、ポンプ２０から可変流量部５６を介して総和ノード４４に流れる。このとき、バイパス部５８のバイパスオリフィス５０ａ〜ｃがすべて拡径されて比較的大きい流体面積を提供し、これによって、流体が総和ノード４４に流入し戻り導管３０に容易に貫流できる。その結果、流体総和ノード４４での圧力は比較的低い程度であり、ポンプ制御導管６０を介して可変排出ポンプ２０の制御入力ポート１９に伝達される。
【００１９】
別法では、制御バルブ２４、２５または２６がセンター位置にあるとき、その可変流量供給オリフィス３４ａ、ｂまたはｃが完全に閉じることによって、流体は供給導管２８と流量を加算する接点４４との間の制御バルブを貫流しない。このシステムの形式では、分離の小さい固定オリフィス３５を追加して、供給導管２８を可変流量部５６の流量を加算する接点４４に接続してもよく、その結果、制御バルブがすべてセンター位置にあるとき、供給導管から流量を加算する接点に流入する流量がある。
【００２０】
第１の油圧機能１１に対して本制御技術の操作を説明するが、他の油圧機能１２、１３の操作も同様であることは理解されよう。センター位置から何れかの方向に移動して第１の制御バルブ２４が開くと、その移動の方向によって、計量オリフィス入口４０が、可変計量オリフィス４５を介してワークポート４６または４８の１つに接続される。第１の制御バルブ２４を開くことにより、他のワークポート４８または４６が、戻り導管３０に繋がる出口ポート４２にも接続される。同時に、可変流量供給オリフィス３４ａが、制御バルブの移動する距離に関連した量だけ拡径し、これによって、ポンプが、供給導管２８から流量を加算する接点４４への流体の流量を増加させて、前述のように「ポンプマージン」を保持する。同時に、バイパスオリフィス５０ａが縮径し、総和ノード４４での圧力を増加させる。このように第１の制御バルブ２４が、第１の油圧アクチュエータ２１に供給される流体の貫流する通路を開き、可変流量部５６を通って総和ノード４４に貫流して流量が増加し、そのノードからタンク戻り導管３０へ発生する流量へのバイパスオリフィス５０ａによって生成される制限も増加し、その結果、流量を加算する接点４４での圧力が増加する。
【００２１】
総和ノード圧力が、第１のアクチュエータ２１に起きる負荷力に超えるほどに十分に高いと、流量が第１の制御バルブ２４での計量オリフィスを貫流して第１のアクチュエータを駆動する。
【００２２】
第１の制御バルブ２４が開くと同時に、１つまたは複数の他の制御バルブ２５または２６も開く。それぞれの可変流量オリフィス３４ｂおよび３４ｃも、供給導管２８からの流量を流量を加算する接点４４へ流入させる。３つの可変流量供給オリフィス３４ａ〜３４ｃが並列接続されているので、同じ差圧がそれらオリフィスの両端にかかる。それぞれの流量供給オリフィスの差圧および断面積はそのオリフィスを貫流する量を決定する。流量を加算する接点への総流量は、可変流量オリフィス３４ａ〜３４ｃを貫流するそれぞれの流量の総和である。その結果、それぞれの可変流量供給オリフィスが開いている面積の総和が流量を加算する接点４４への総合流量を決定し、したがって可変排出ポンプ２０からの出力流量が制御される。それぞれの制御バルブ２４、２５および２６における計量オリフィス４５のそれぞれの流量面積、ならびにアクチュエータ２１、２２および２３への負荷力それぞれが、流量を加算する接点４４から受けるアクチュエータそれぞれの流量を決定する。
【００２３】
第１の油圧アクチュエータ２１が所望の位置に達したとき、第１の制御バルブ２４がそのバルブを制御している何れの装置によってセンター位置に戻される。センター位置では、２つのワークポートが再び閉じて、流量を加算する接点４４から第１の油圧アクチュエータ２１への流体の流量を停止させる。さらに、可変流量供給オリフィス３４ａが比較的小さい径まで縮径し、供給導管２８から流量を加算する接点４４への流量が減少する。第１の制御バルブ２４をセンター位置に戻すことで、さらにバイパスオリフィス５０ａの開口径が拡径する。今、他の制御バルブ２５および２６がやはりセンター位置にある場合、バイパスオリフィス５０ａ〜ｃがすべて比較的大きくなり、その結果、流量を加算する接点の圧力を戻り導管３０へ解放する。
【００２４】
別法では、単一の比較的小さい固定オリフィスがバルブユニット１１〜１３それぞれの可変バイパスオリフィス５０ａ〜ｃの場所で利用される。その単一固定バイパスオリフィスは、制御バルブ２４、２５または２６の１つまたは複数が開口しても流量を加算する接点で圧力の増加に明らかに影響しないように選択され、かつ、すべての制御バルブが閉じたときでも、そのノードの圧力が未だ解放される。
【００２５】
前述の説明は主に発明の好適な実施形態を指している。特許請求の範囲内の様々な別の態様に注目される場合があっても、本発明の実施形態の開示から明らかになった別の代替を当業者が実現するであろうことは理解される。したがって、特許請求の範囲は次の請求項から決定され、前述の開示によって限定されない。
【図１】
0005938187.tif 000002
【図２】
0005938187.tif 000003