(57)【要約】  作業機械油圧システム（２２）用の計量弁（３６）が開示されている。計量弁は、入口（８６）及び出口（８８）と、主ポペット（７６）と、ソレノイド作動のパイロット要素（７４）とを有する。主ポペットは、入口から出口に流体を通過させ、入口から出口への流体を遮断するように移動可能である。ソレノイド作動のパイロット要素は、入口からの加圧流体が主ポペットの制御端部（７６ｂ）と連通している制御チャンバ（１２６）を加圧して、主ポペットを流れ遮断位置に向かって付勢する第１の位置と、制御チャンバがドレン部（２４）と連通して主ポペットを流れ通過位置に向かって移動させる第２の位置との間で移動可能である。計量弁はまた、加圧流体を制御チャンバから排出して、所定の圧力を超える入口の圧力に応答して主ポペットを流れ通過位置に向かって移動させるように構成されたリリーフ弁要素（７７）を有する。
2009506282.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計量弁（３６）であって、
入口（８６）と出口（８８）とを有する弁本体（６８）と、
入口と出口との間の弁本体内に配置され、かつ流体が入口から出口に流れる流れ通過位置と、入口と出口との間の流体流が遮断される流れ遮断位置との間で移動可能である、ノーズ端部（７６ａ）と制御端部（７６ｂ）とを有する主ポペット（７６）と、
入口からの加圧流体が、主ポペットの制御端部と連通している制御チャンバを加圧して、主ポペットを流れ遮断位置に向かって付勢する流れ遮断位置と、制御チャンバがドレン部と連通して主ポペットを流れ通過位置に向かって移動させる流れ通過位置との間で移動可能であるソレノイド作動のパイロット要素（７４）と、
加圧流体を制御チャンバから排出して、所定の圧力を超える入口の圧力に応答して主ポペットを流れ通過位置に向かって移動させるように構成されたリリーフ弁要素（７７）と、
を備える計量弁。
【請求項２】
出口の圧力が入口の圧力を超えたとき、流体が出口から入口に流れることを可能にするために、主ポペットが流れ通過位置に向かって自動的に移動可能である、請求項１に記載の計量弁。
【請求項３】
リリーフ弁要素が、主ポペットの中心穴（１３６）内に配置される、請求項１に記載の計量弁。
【請求項４】
リリーフ弁要素内に配置され、かつリリーフ弁要素を通して排出する流体の圧力変動を減衰するように構成された制限オリフィス（１５６）と、
主ポペットの中心穴内に配置され、かつリリーフ弁要素を流れ遮断位置に向かって付勢するように構成されたリリーフばね（１３８）と、
主ポペットを流れ遮断位置に向かって付勢するために、パイロット要素と主ポペットとの間に配置された力フィードバックばね（８０）と、
パイロット要素を流れ遮断位置に向かって付勢するように構成されたパイロットばね（７８）と、
をさらに含む、請求項３に記載の計量弁。
【請求項５】
主ポペットが、流れ通過位置に向かって主ポペットが移動するときに増加する加圧流体流を入口から制御チャンバに供給するように構成された外部流路（１３１）を含み、
入口からの加圧流体の少なくとも一部分が、外部流路を介して制御チャンバと常に連通している、請求項１に記載の計量弁。
【請求項６】
計量弁（３６）を作動する方法であって、
アクチュエータ（１６）のチャンバ（５０）からの加圧流体が、主ポペット（７６）を流れ遮断位置に保持してチャンバからの流体の流れを遮断する流れ遮断位置と、主ポペットの制御端部（７６ｂ）がドレン部（２４）と連通して、主ポペットを流れ通過位置に向かって移動させてチャンバの流体排出を行う流れ通過位置との間でパイロット要素（７４）を移動させるステップと、
所定値を超えるチャンバ内の流体の圧力に応答して、主ポペットを流れ通過位置に向かって自動的に移動させて、チャンバからの流体の排出を可能にするステップと、
を含む方法。
【請求項７】
所定値未満に低下するチャンバ内の流体の圧力に応答して、主ポペットを流れ通過位置に向かって自動的に移動させて、チャンバ内への流体の流れを可能にするステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
チャンバから排出する流体の少なくとも一部分の流れを制限して、主ポペットの自動的な移動中に圧力変動を減衰するステップと、
チャンバ内の流体の少なくとも一部分と主ポペットの制御端部とを常に連通させるステップと、
主ポペットが流れ通過位置に向かって移動されるときに、チャンバから主ポペットの制御端部への流体流量を増すステップと、
をさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
所定値を変更するステップをさらに含み、変更するステップが、ソレノイド機構（１５８）に通電してリリーフ弁要素（７７）を直接付勢するステップを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
作業器具（１４）と、
作業工具を移動させるように構成された油圧シリンダ（１６）と、
油圧シリンダのチャンバ（５０）の流体排出を行うように構成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の弁（３６）と
を備える作業機械（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に、電気油圧式計量弁に関し、より詳しくは、一体のリリーフ機能及び補給機能を有する電気油圧式計量弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、掘削機、ローダ、ブルドーザ、モータグレーダのような作業機械、及び他の種類の重機は、様々な仕事を達成するために１つ以上の油圧アクチュエータを使用する。これらのアクチュエータは、加圧流体をアクチュエータ内のチャンバに供給する作業機械のポンプに流体連結される。電気油圧弁装置は、典型的に、ポンプとアクチュエータとの間の油圧回路内に流体連結されて、アクチュエータのチャンバへのまたそこからの加圧流体の流量を制御し、アクチュエータの運動を容易にする。多数の別個の補給弁及び圧力リリーフ弁は、一般に、油圧回路内の必要な圧力レベルを維持するために電気油圧弁装置と関連付けられる。しかし、これらの多数の補給弁及び圧力リリーフ弁は、油圧回路のコストを上昇させ、油圧回路の信頼性を低める。
【０００３】
コストを低減しかつ油圧回路の信頼性を高める１つの方法が、１９９９年２月９日にスミス（Ｓｍｉｔｈ）に交付された（特許文献１）に記載されている。（特許文献１）は、関連の油圧アクチュエータの排出及び充填機能を制御するための４つの独立計量弁を有する油圧回路について記載している。独立計量弁のそれぞれは、アクチュエータのチャンバと排出ポート又は供給ポートとを連通させるように移動可能な主弁要素を含む。制御チャンバは、外部の加圧パイロット流体源と選択的に連通するか、あるいは制御チャンバから加圧パイロット流体が排出され、主弁要素の移動を開始する。排出機能と関連付けられた独立計量弁のそれぞれは、一体のリリーフ弁手段と、一体の補給弁手段とを含む。リリーフ弁手段は、回路内の圧力が所定値を超えた場合、油圧回路から流体を排出するように機能する。補給弁手段は、回路内の圧力が所定値未満に低下した場合、加圧流体を油圧回路に導くように機能する。
【０００４】
（特許文献１）に記載された油圧回路は、リリーフ機能及び補給機能を独立計量弁に組み込むことによってコストを低減しかつ信頼性を改善し得るが、油圧回路はなお高価であり、効率を欠く可能性があり、また設計の柔軟性を制限する可能性がある。具体的に、（特許文献１）の独立計量弁は外部の加圧パイロット流体源を必要とするので、システム全体のコストは大きくなる可能性がある。さらに、外部の加圧パイロット流体源を操作するためにエネルギが費やされなければならず、このことが、油圧回路の効率を低める可能性がある。さらに、（特許文献１）のシステムの油圧回路は、外部パイロット源への連結を必要とするので、計量弁の位置は限定される可能性があり、また弁とパイロット源との間の関連の配管は、システムのコストをさらに増加させるおそれがある。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５，８６８，０５９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
開示した計量弁は、上述の問題の１つ以上を克服することに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一形態において、本開示は計量弁に関する。計量弁は、入口及び出口を有する弁本体と、主ポペットと、ソレノイド作動のパイロット要素とを含む。主ポペットは、入口と出口との間の弁本体内に配置され、ノーズ端部及び制御端部を有し、また流体が入口から出口に流れる流れ通過位置と、入口と出口との間の流体流が遮断される流れ遮断位置との間で移動可能である。ソレノイド作動のパイロット要素は、入口からの加圧流体が主ポペットの制御端部と連通している制御チャンバを加圧して、主ポペットを流れ遮断位置に向かって付勢する流れ遮断位置と、制御チャンバがドレン部と連通して主ポペットを流れ通過位置に向かって移動させる流れ通過位置との間で移動可能である。計量弁はまた、加圧流体を制御チャンバから排出して、所定の圧力を超える入口の圧力に応答して主ポペットを流れ通過位置に向かって移動させるように構成されたリリーフ弁要素を含む。
【０００８】
他の形態において、本開示は、計量弁を作動する方法に関する。本方法は、アクチュエータのチャンバからの加圧流体が主ポペットを流れ遮断位置に保持してチャンバからの流体の流れを遮断する流れ遮断位置と、主ポペットの制御端部がドレン部と連通して、主ポペットを流れ通過位置に向かって移動させてチャンバの流体排出を行う流れ通過位置との間で、パイロット要素を移動させるステップを含む。本方法はまた、所定値を超えるチャンバ内の流体の圧力に応答して、主ポペットを流れ通過位置に向かって自動的に移動させて、チャンバからの流体の排出を可能にするステップを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、典型的な作業機械１０を示している。作業機械１０は、採鉱、建設、農業、輸送のような産業、又は当該技術分野で知られている他の任意の産業と関連するある種類の作業を実行する移動機械を具現し得る。例えば、作業機械１０は、掘削機、ブルドーザ、ローダ、バックホー、モータグレーダ、ダンプトラックのような土工機械、又は他の任意の土工機械であり得る。作業機械１０はまた、発電設備、ポンプのような固定又は静止機械、又は作業を実行する適切な他の任意の作業機械を具現し得る。作業機械１０は、フレーム１２、少なくとも１つの作業器具１４、及び作業器具１４をフレーム１２に連結する油圧シリンダ１６を含んでもよい。必要に応じて、油圧シリンダ１６を省略し、代わりに油圧モータ又は他の同様のアクチュエータを含めてもよいことが考えられる。
【００１０】
フレーム１２は、作業機械１０の移動を補助する構造ユニットを含んでもよい。例えば、フレーム１２は、電源（図示せず）を牽引装置１８に連結する固定ベースフレーム、リンケージシステムの移動可能なフレーム部材、又は当該技術分野で知られている他の任意のフレームを具現し得る。
【００１１】
作業器具１４は、仕事の実行に使用される装置を具現し得る。例えば、作業器具１４は、ブレード、バケット、シャベル、リッパ、ダンプベッド、推進装置、又は当該技術分野で知られている他の任意の仕事実行装置を具現し得る。作業器具１４は、直接旋回軸２０を介して、リンケージシステムの１つの部材を形成する油圧シリンダ１６を有するリンケージシステムを介して、又は他の任意の適切な方法でフレーム１２に連結可能である。作業器具１４は、当該技術分野で知られている他の任意の方法で、フレーム１２に対し旋回、回転、摺動、揺動、又は移動するように構成可能である。
【００１２】
図２に示したように、油圧シリンダ１６は、作業器具１４を移動するために協働する油圧システム２２内に含まれる様々な構成要素の１つであり得る（図１を参照）。油圧システム２２は、タンク２４、加圧流体源２６、ヘッド端部供給弁３２、ロッド端部供給弁３４、ヘッド端部ドレン弁３６、及びロッド端部ドレン弁３８を含んでもよい。油圧システム２２は、例えば、圧力センサ、温度センサ、位置センサ、制御器、アキュムレータ、及び当該技術分野で知られている他の油圧システム構成要素のような追加及び／又は異なる構成要素を含み得ることが考えられる。
【００１３】
油圧シリンダ１６は、管４６と、管４６内に配置されたピストン組立体４８とを含むことが可能である。管４６及びピストン組立体４８の一方は、フレーム１２に旋回可能に連結してもよく、管４６及びピストン組立体４８の他方は、作業器具１４に旋回可能に連結してもよい。代わりに、管４６及び／又はピストン組立体４８は、フレーム１２又は作業器具１４に固定連結してもよいことが考えられる。油圧シリンダ１６は、ピストン組立体４８によって分離された第１のチャンバ５０及び第２のチャンバ５２を含むことが可能である。加圧流体源２６によって加圧された流体を第１及び第２のチャンバ５０、５２に選択的に供給し、またこれらのチャンバをタンク２４と流体連結して、ピストン組立体４８を管４６内で変位させ、これによって、油圧シリンダ１６の有効長を変更し得る。油圧シリンダ１６の伸張及び収縮は、作業器具１４の移動を補助するように機能し得る。
【００１４】
ピストン組立体４８は、管４６と軸方向に整列されかつ管４６内に配置されたピストン５４と、フレーム１２及び作業器具１４の一方に連結可能なピストンロッド５６とを含み得る（図１参照）。ピストン５４は、第１の液圧面５８と、第１の液圧面５８と反対側の第２の液圧面５９とを含むことが可能である。第１及び第２の液圧面５８、５９の流体圧力によって引き起こされる力の不均衡が、管４６内のピストン組立体４８の移動をもたらす可能性がある。例えば、第２の液圧面５９に対する力よりも大きな第１の液圧面５８に対する力は、ピストン組立体４８を変位させて、油圧シリンダ１６の有効長を増す可能性がある。同様に、第２の油圧面５９に対する力が第１の油圧面５８に対する力よりも大きい場合、ピストン組立体４８は管４６内で収縮して、油圧シリンダ１６の有効長を減少させる可能性がある。Ｏリングのような封止部材（図示せず）は、管４６の内壁とピストン５４の外筒面との間の流体流を制限するようにピストン５４に連結し得る。
【００１５】
タンク２４は、流体供給を保持するように構成されたリザーバを構成し得る。流体は、例えば、専用の油圧オイル、エンジン潤滑油、変速機潤滑油、又は当該技術分野で知られている他の任意の流体を含んでもよい。作業機械１０内の１つ以上の油圧システムは、タンク２４から流体を引き、またタンク２４に流体を戻すことが可能である。油圧システム２２を多数の別個の流体タンクに連結してもよいことも考えられる。
【００１６】
加圧流体源２６は、タンク２４から流体を引いて、油圧システム２２を通して向けられる加圧流体流を生成するように構成可能である。加圧流体源２６は、例えば、可変容量型ポンプ、固定容量型ポンプのようなポンプ、又は当該技術分野で知られている他の任意の加圧流体源を具現し得る。加圧流体源２６は、例えば、カウンタシャフト（図示せず）、ベルト（図示せず）、電気回路（図示せず）によって、又は他の任意の適切な方法で、作業機械１０の電源（図示せず）に駆動可能に連結してもよい。加圧流体源２６は、油圧システム２２のみへの加圧流体の供給専用であってもよいか、代わりに、作業機械１０内の追加の油圧システム５５に加圧流体を供給してもよい。
【００１７】
ヘッド端部及びロッド端部供給弁及びヘッド端部及びロッド端部ドレン弁３２〜３８は、流体的に相互連結可能である。特に、ヘッド端部及びロッド端部のドレン弁３６、３８は、共通ドレン通路６４に対し平行に連結してもよい。ヘッド端部及びロッド端部の供給弁３２、３４は、上流の共通流体通路６６に対し平行に連結してもよい。ヘッド端部供給弁及びドレン弁３２、３６は、流体通路６０に対し平行に連結してもよい。ロッド端部ドレン弁及び供給弁３８、３４は、流体通路６２に対し平行に連結してもよい。
【００１８】
ヘッド端部供給弁３２は、加圧流体源２６と第１のチャンバ５０との間に配置して、命令速度に応答して第１のチャンバ５０内への加圧流体の流れを調整するように構成可能である。具体的に、ヘッド端部供給弁３２は、第１のチャンバ５０内への流体の流れが可能である第１の位置と、第１のチャンバ５０からの流体が遮断される第２の位置との間で移動するようにソレノイド作動されるばね付勢の比例弁機構を含んでもよい。ヘッド端部供給弁３２は、第１の位置と第２の位置との間の任意の位置に移動して、第１のチャンバ５０内への流量を変更し、これによって、油圧シリンダ１６の速度に作用することが可能である。代わりに、ヘッド端部供給弁３２は、油圧式に作動し、機械式に作動し、空圧式に作動し、又は他の任意の適切な方法で作動してもよいことが考えられる。さらに、ヘッド端部供給弁３２は、第１のチャンバ５０内の圧力が加圧流体源２６からヘッド端部供給弁３２に向けられた圧力を超える再生事象中に、第１のチャンバ５０からの流体のヘッド端部供給弁３２を通した流れを可能にし得ることが考えられる。
【００１９】
ロッド端部供給弁３４は、加圧流体源２６と第２のチャンバ５２との間に配置し、命令速度に応答して第２のチャンバ５２への加圧流体の流れを調整するように構成可能である。具体的に、ロッド端部供給弁３４は、第２のチャンバ５２内への流体の流れが可能である第１の位置と、第２のチャンバ５２からの流体が遮断される第２の位置との間で移動するようにソレノイド作動されるばね付勢の比例弁機構を含んでもよい。ロッド端部供給弁３４は、第１の位置と第２の位置との間の任意の位置に移動して、第２のチャンバ５２内への流体流量を変更し、これによって、油圧シリンダ１６の速度に作用することが可能である。代わりに、ロッド端部供給弁３４は、油圧式に作動し、機械式に作動し、空圧式に作動し、又は他の任意の適切な方法で作動してもよいことが考えられる。さらに、ロッド端部供給弁３４は、第２のチャンバ５２内の圧力が加圧流体源２６からロッド端部供給弁３４に向けられた圧力を超える再生中に、第２のチャンバ５２からの流体のロッド端部供給弁３４を通した流れを可能にし得ることが考えられる。
【００２０】
ヘッド端部ドレン弁３６は、第１のチャンバ５０とタンク２４との間に配置して、第１のチャンバ５０からの加圧流体流を調整するように協働する構成要素を含むことが可能である。特に、図３に示したように、ヘッド端部ドレン弁３６は、弁本体６８、アダプタ要素７０、ソレノイド機構７２、パイロット要素７４、主ポペット７６、リリーフ弁要素７７、及び複数の付勢ばね７８、８０を含んでもよい。必要に応じて、ばね７８の付勢を低減するか又は完全に省略してもよいことが考えられる。
【００２１】
弁本体６８は、中心穴８４、シリンダポート８６、及びドレンポート８８を含むことが可能である。環状部９０は、中心穴８４、シリンダポート８６、及びドレンポート８８を連結してもよい。ドレン通路９３も、中心穴８４及びドレンポート８８を連結してもよい。弁本体６８は、ヘッド端部ドレン弁３６の収納専用でもよく、あるいはヘッド端部供給弁３２、ロッド端部ドレン弁３８、及びロッド端部供給弁３４の１つ以上をさらに収納してもよい。
【００２２】
アダプタ要素７０は、中心穴８４内に配置して、ソレノイド機構７２及びパイロット要素７４を収納するように構成可能である。特に、アダプタ要素７０は、ソレノイド機構７２を収納するための中心穴９１と、パイロット要素７４を収納するためのカウンタ穴９２とを含んでもよい。プラグ９４は、アダプタ要素７０にねじ係合して、弁本体６８から延在するアダプタ要素７０の端部を覆うことが可能である。例えば、Ｏリング又はこのような他の封止装置のような１つ以上の封止部材（図示せず）をアダプタ要素７０の溝９７及び溝９９内に配置して、弁本体６８とアダプタ要素７０との間の漏れを最小にし得ることが考えられる。
【００２３】
ソレノイド機構７２は、アダプタ要素７０内に配置し、印加電流に応答してばね７８と８０の付勢に対抗してパイロット要素７４を比例して移動させるように構成可能である。具体的に、ソレノイド機構７２は、電磁コイル９８と、パイロット要素７４にねじ連結されたピン１１０を有するアーマチュア１００を含んでもよい。電流が電磁コイル９８に印加されるとき、ばね７８と８０の付勢に対抗して、アーマチュア１００を電磁コイル９８に向かって引きつけることが可能である。電磁コイル９８に印加される電流の大きさにより、ばね７８と８０の圧縮が決定され、次に、アーマチュア１００が電磁コイル９８にどの程度近くに引きつけられるかが決定され得る。ピン１１０は、アーマチュア１００及びピン１１０がアダプタ要素７０内で移動するとき、ヘッド端部ドレン弁３６内の抵抗及び望ましくない圧力変動の生成を最小にするために、中心穴１１２を含み得る。
【００２４】
パイロット要素７４は、アダプタ要素７０内で摺動可能に配置されて、一連の半径方向に配置された流体通路１１４を開閉するゼロリーク型（ｚｅｒｏ−ｌｅａｋ  ｔｙｐｅ）弁であり得る。特に、パイロット要素７４は、チェック要素１１８及びピン１１０にねじ連結されたパイロットステム１１６を含んでもよい。必要に応じて、パイロットステム１１６及びチェック要素１１８は、代わりに単一の一体構成要素を具現し得ることが考えられる。チェック要素１１８は、アダプタ要素７０の雌円錐座部１２４に係合するように構成された雄円錐面１２２を含んでもよい。表面１２２及び座部１２４が係合されるとき、パイロット流体は、カウンタ穴９２を介して流体通路１１４に流れることが防止され得る。ソレノイド機構７２が通電されて、アーマチュア１００及びピン１１０を電磁コイル９８に向かって引きつけるとき、表面１２２及び座部１２４が互いに離して移動され、これによって、カウンタ穴９２を介した流体通路１１４内へのパイロット流体流を可能にし得る。流体通路１１４は、流体通路１１４を通して流れるパイロット流体がタンク２４に排出するように、ドレン通路９３を介して共通のドレン通路６４と流体連通し得る。表面１２２と座部１２４との間の面積は、シリンダポート８６内の流体の圧力と結合して、シリンダポート８６から流体通路１１４を介したタンク２４への流体流量を決定し得る。パイロットステム１１６は、Ｏリングのようなシール部材（図示せず）を保持して、パイロット要素７４とカウンタ穴９２との間のパイロット流体の漏れを最小にする外側溝１２１を含んでもよい。中心穴１２０は、パイロットステム１１６及びチェック要素１１８の両方を通して延在して、中心穴１１２と流体連通し、これによって、パイロット要素７４が軸方向に移動して、座部１２４から表面１２２を係合及び解放するとき、望ましくない圧力変動の抵抗及び生成を最小にし得る。
【００２５】
主ポペット７６は、シリンダポート８６からドレンポート８８への流体流を選択的に可能にするように構成されるゼロリーク型弁であり得る。具体的に、主ポペット７６の雄円錐面１２８は、弁本体６８の雌円錐座部１３０に係合するように配置してもよい。表面１２８及び座部１３０が係合されるとき、シリンダポート８６からドレンポート８８への流体流を防止し得る。逆に、表面１２８及び座部１３０が互いに離れているとき、流体は、シリンダポート８６からドレンポート８８に流れることが可能である。表面１２８と座部１３０との間の面積は、シリンダポート８６の流体の圧力と結合して、シリンダポート８６からドレンポート８８への流体流量を決定し得る。
【００２６】
表面１２８は、パイロット要素７４の移動に応答して、座部１３０に選択的に係合及び解放し得る。特に、主ポペット７６は、弁本体６８、アダプタ要素７０、及びパイロット要素７４と共に、制御チャンバ１２６を形成し得る。主ポペット７６のノーズ端部７６ａに作用する流体によって、またディファレンシャル領域（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ａｒｅａ）７６ｃに作用する流体によって発生される力は、主ポペット７６の制御端部７６ｂに作用する制御チャンバ１２６内のパイロット流体によって発生される力と、付勢ばね８０の圧縮によって発生される力とに対抗し得る。主ポペット７６を開くために、表面１２２を座部１２４から移動させて、カウンタ穴９２と流体通路１１４とドレン通路９３とを介して、パイロット流体を制御チャンバ１２６から排出し得る。パイロット流体が制御チャンバ１２６から排出されるとき、主ポペット７６のノーズ端部７６ａに作用する流体は、付勢ばね８０によって発生される力を克服して、主ポペット７６をパイロット要素７４に向かって移動させることが可能である。主ポペット７６を閉じるために、ソレノイド機構７２を非通電して、付勢ばね８０がパイロット要素７４を流体遮断位置（例えば、表面１２２が座部１２４に係合する位置）に戻すことを可能にし得る。パイロット要素７４が流体遮断位置にあるとき、主ポペット７６を閉じる（例えば、表面１２８を移動して座部１３０と係合させる）圧力が制御チャンバ１２６内に形成され得る。
【００２７】
制御チャンバ１２６内の加圧パイロット流体は、シリンダポート８６を介して油圧シリンダ１６の第１のチャンバ５０によって供給し得る。特に、主ポペット７６は、アダプタ要素７０内に配置された１対のオリフィス１３３を介してシリンダポート８６を制御チャンバ１２６に流体的に連結する１つ以上の外部に配置された流路１３１を含んでもよい。それぞれの流路１３１は、シリンダポート８６からの少なくともある流体が制御チャンバ１２６に常に流れることが可能にされるように設計してもよく、また主ポペット７６が流れ通過位置に向かって移動するときに、流路１３１の流れ領域は比例して増加し、これによって、シリンダポート８６から制御チャンバ１２６へのより大きな流体流量を可能にする。
【００２８】
パイロット面１２２と座部１２４との間の開口面積は、チャンバ１２６からの流体流量を制御し、当該チャンバ内の圧力に作用し得る。具体的に、この開口面積は、パイロットチェック要素の移動に比例することが可能であり、次に、この移動はソレノイド機構７２によって及ぼされる力に比例する。言い換えれば、主ポペット７６の位置は、ソレノイド機構７２によって比例制御し得る。この同一の開口面積は、シリンダポート８６の圧力、及びドレンポート８８の圧力及び開口面積と結合して、制御チャンバ１２６の圧力を決定し得る。
【００２９】
第１のチャンバ５０による圧力がシリンダ負荷のシフトのため変化するとき、主ポペット７６を通した流れも変化する。特に、これらの急速な変化は、主ポペット７６に作用する流力に影響を及ぼし、命令していない主ポペット７６の僅かな移動を引き起こすことがある。例えば、主ポペット７６を通した流れが増加すると、主ポペット７６に作用する閉鎖流体力は、主ポペット７６を僅かに閉じる傾向を有し得る。この結果、流路１３１を通した流れ面積は、チェック要素１１８に作用する付勢と共に減少し得る。これらの作用は、パイロット面１２２と座部１２４との間の開口領域の僅かな開口を引き起こし、これによって、ドレン通路９３及び共通のドレン通路６４を介して制御チャンバ１２６からタンク２４に流体を排出することが可能である。この状態では、制御チャンバ１２６の入口流面積が減少し、出口流面積が増加するので、制御チャンバ１２６内の圧力が急速に反応し、これによって、圧力外乱（ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ）によって起こされる主ポペット移動量（例えば、不安定性）を低減し得る。
【００３０】
主ポペット７６は、カートリッジ型の弁として弁本体６８内に組み立てるためにアダプタ要素７０に動作的に連結してもよい。一実施例において、主ポペット７６は、主ポペット７６をアダプタ要素７０に組み立てた後にアダプタ要素７０のランド１３４に係合するピン部材１３２を含んでもよい。このようにして、アダプタ要素７０、パイロット要素７４、主ポペット７６、及びばね７８及び８０から構成される副組立体を形成し得る。弁本体６８内に組み立てた後、ピン部材１３２とアダプタ要素７０との間に空間を維持してもよい。
【００３１】
作業器具１４の所望の移動に関連する表面１２８と座部１３０との間の主ポペット７６の意図する移動及び関連の開口面積の調整に加えて（図１を参照）、主ポペット７６はまた、流体補給機能を提供することが可能である。特に、第１のチャンバ５０内の空隙化の可能性を最小にするために（図１を参照）、主ポペット７６は、所定圧力未満に低下するシリンダポート８６内の流体の圧力に応答して自動的に移動し得る。例えば、シリンダポート８６内の流体の圧力が減少するとき、制御チャンバ１２６内のパイロット流体の圧力は、流路１３１を介した流体連通のために同様に低下し得る。制御チャンバ１２６内の圧力が所定値（ばね８０の付勢及びタンク２４内の流体の圧力によって決定される）未満に低下するとき、主ポペット７６のノーズ端部７６ａに作用するドレンポート８８内の流体の力は、ばね８０の付勢に対抗して主ポペット７６をパイロット要素７４に向かって付勢し、これによって、表面１２８を座部１３０から分離し得る。表面１２８が座部１３０から分離されるとき、流体は、タンク２４からドレンポート８８及びシリンダポート８６を介して第１のチャンバ５０に流れることが可能である。第１のチャンバ５０及びシリンダポート８６内の圧力は流体の流入と共に増加するので、制御チャンバ１２６内の関連の増加する圧力は、最終的に主ポペット７６をその流れ遮断位置に戻るように付勢し得る。
【００３２】
リリーフ弁要素７７は、過度の圧力から油圧システム２２を緩和するように機能することが可能である。具体的に、リリーフ弁要素７７は、主ポペット７６の中心穴１３６内に配置してもよく、また制御チャンバ１２６からのパイロット流体がリリーフ弁要素７７を介してドレンポート８８に流れることが遮断される流れ遮断位置から、リリーフばね１３８の付勢に対抗して、制御チャンバ１２６からのパイロット流体がドレンポート８８に通過させられる流れ通過位置に向かって移動して、シリンダポート８６内の圧力を間接的に緩和することが可能である。例えば、リリーフ弁要素７７は、中心穴１３６内に配置された雌円錐座部１５０に係合するように構成された雄円錐面１４８を含んでもよい。表面１４８が座部１５０から離れている場合、パイロット流体は、主ポペット７６の制御端部７６ｂに軸方向に配置された複数の流体通路１５２を通して、リリーフ弁要素７７の中心穴１５４を通して、ドレンポート８８に通過することが可能である。しかし、表面１４８が座部１５０と係合している場合、制御チャンバ１２６からのパイロット流体は、流体通路１５２及び中心穴１５４を介してドレンポート８８に流れることが防止され得る。
【００３３】
リリーフばね１３８の付勢に対抗して、流れ遮断位置から流れ通過位置にリリーフ弁要素７７を移動させるために、主ポペット７６内の複数の半径方向に配置されたリリーフ通路１４０を介して、シリンダポート８６からのパイロット流体をリリーフ弁要素７７と連通させることが可能である。シリンダポート８６からリリーフ弁要素７７に向けられたパイロット流体は、シリンダポート８６内の圧力が所定圧力（リリーフばね１３８の付勢力及びドレンポート８８の流体の圧力によって決定される）を超えたとき、リリーフ弁要素７７の液圧面１４２に作用して、リリーフ弁要素７７を流れ通過位置に向かって移動させることが可能である。リリーフ弁要素７７が流れ通過位置に向かって移動されて、パイロット流体を制御チャンバ１２６からドレンポート８８に通過させるとき、主ポペット７６に作用する開口力は、制御チャンバ１２６内の閉鎖流体力を克服して、主ポペット７６を流れ通過位置に向かって付勢し、これによって、追加の流体がタンク２４に排出することを可能にし、かつ圧力スパイクを直接緩和することが可能である。制限オリフィス１５６は、中心穴１５４と関連付けて、中心穴１５４を通した流体流量を制限してもよい。シール１４４は、リリーフ弁要素７７の溝１４６内に配置して、リリーフ弁要素７７の外面と中心穴１３６の内面との間の漏れを最小にし得る。
【００３４】
ロッド端部ドレン弁３８（図２を参照）は、加圧流体源２６と第２のチャンバ５２との間に配置し、かつ第２のチャンバ５２からタンク２４への加圧流体流を調整するように協働する構成要素を含むことが可能である。ロッド端部ドレン弁３８の構成要素及び動作は、ヘッド端部ドレン弁３６とほぼ同様であるので、ロッド端部ドレン弁３８の説明は本開示では省略する。
【００３５】
図４は、ヘッド端部ドレン弁３６の代替実施形態を示している。図３の実施形態と同様に、図４のヘッド端部ドレン弁３６は、弁本体６８、主ポペット７６、パイロット要素７４、ソレノイド機構７２、及びリリーフ弁要素７７を含み得る。しかし、図３のリリーフ弁要素７７と対照的に、図４のリリーフ弁要素７７は可変のリリーフ設定値を有してもよい。具体的に、リリーフソレノイド機構１５８は、図４のリリーフ弁要素７７と関連付けて、リリーフばね１３８の付勢により、又はそれに対抗して選択的にまた直接的にリリーフ弁要素７７を付勢し得る。このようにして、リリーフ弁要素７７を移動させるために必要な力は、リリーフソレノイド機構１５８に印加される電流を変更することによって、増加又は減少されることが可能である。
【００３６】
図５は、ヘッド端部ドレン弁３６の他の代替実施形態を示している。図４の実施形態と同様に、図５のヘッド端部ドレン弁３６は、弁本体６８、主ポペット７６、パイロット要素７４、ソレノイド機構７２、リリーフ弁要素７７、及び可変のリリーフ機能を提供するリリーフソレノイド機構１５８を含み得る。しかし、図４のリリーフソレノイド機構１５８と対照的に、図５に示したリリーフソレノイド機構１５８は、リリーフ弁要素７７に間接的に作用し得る。特に、図５の実施形態では、直接作用してリリーフ弁要素７７を移動させる代わりに、リリーフソレノイド機構１５８は、リリーフパイロット弁ばね１６２により、又はそれに対抗してリリーフパイロット弁要素１６０を移動させるように作用し得る。リリーフパイロット弁要素１６０は、シリンダポート８６からのパイロット流体がリリーフばね１３８の付勢により作用し得る流れ遮断位置から、シリンダポート８６からのパイロット流体がタンク２４に排出される流れ通過位置に移動可能であり得る。シリンダポート８６からのパイロット流体がリリーフばね１３８の付勢により作用する場合、リリーフ弁要素７７を流れ通過位置に向かって移動させるために必要な力は、シリンダポート８６からのパイロット流体がリリーフばね１３８の付勢により作用しない場合よりも大きい可能性がある。このようにして、リリーフ弁要素７７のリリーフ設定値を提供するために必要なリリーフソレノイド機構１５８の力及び対応する大きさは、図４の実施形態と比較して小さくすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
開示した油圧システムは、アクチュエータと関連する流体圧力及び／又は流体流の精密な制御が望まれる流体アクチュエータを含む任意の作業機械に適用可能であり得る。開示した油圧システムは、低コストの簡単な構造の一貫した予測可能なアクチュエータ性能が得られる高感度の圧力調整を提供することが可能である。次に、油圧システム２２の操作について説明する。
【００３８】
油圧シリンダ１６は、オペレータ入力に応答して流体圧力によって移動可能であり得る。流体は、加圧流体源２６によって加圧して、ヘッド端部及びロッド端部供給弁３２と３４に向けることが可能である。管４６に対しピストン組立体４８を伸長又は後退させるためのオペレータ入力に応答して、ヘッド端部及びロッド端部の供給弁３２と３４の適切な一方を作動して、所望の作業工具速度に対応する速度で第１及び第２のチャンバ５０、５２の一方に加圧流体を充填することが可能である。ほぼ同時に、ヘッド端部及びロッド端部のドレン弁３６と３８の適切な一方のソレノイド機構７２を通電して、アーマチュア１００を電磁コイル９８に向かって引きつけることが可能である。アーマチュア１００が電磁コイル９８に向かって引きつけられるとき、連結されたパイロット要素７４は、表面１２２を座部１２４から適切な量だけ解放し、これによって、パイロット流体を制御チャンバ１２６から適切な速度で排出するように移動可能である。制御チャンバ１２６の流体排出が行なわれるとき、ばね８０の付勢を克服し、かつ主ポペット７６の表面１２８が弁本体６８の座部１３０を適切な量だけ解放するようにさせる圧力差が主ポペット７６を隔てて生成され、これによって、シリンダポート８６をドレンポート８８に流体連結し、次に、第１及び第２のチャンバ５０、５２の一方から加圧流体を排出することが可能である。第１及び第２のチャンバ５０、５２の一方の充填及び第１及び第２のチャンバ５０、５２の他方の排出は、管４６内のピストン組立体４８の移動、及び作業器具１４の対応する移動を促進し得る。
【００３９】
ソレノイド機構７２に供給される電流量は、制御チャンバ１２６内の流体の想定圧力及び制御チャンバ１２６からの所望の流体流量に基づくことが可能である。特に、電磁コイル９８に向けられた電流量は、表面１２２と座部１２４との間の所定の流れ面積が得られるばね７８と８０の圧縮に対応してもよい。表面１２２と座部１２４との間の所定の流れ面積は、制御チャンバ１２６からの所定のパイロット流体流量と、表面１２８と座部１３０との間の所定の流れ面積を形成する主ポペット７６を隔てた引き続く圧力差とを容易にし得る。同様に、表面１２８と座部１３０との間の所定の流れ面積は、油圧シリンダ１６の所望の作動速度が得られるシリンダポート８６からドレンポート８８への所定の流体流量を容易にし得る。印加電流、ばね７８と８０の圧縮、及び所望の流れ面積が得られる主配量流力の間の関係は、分析の実施、実験室試験、実地試験を通して、及び／又は公知の他の方法を通して決定し得る。
【００４０】
ヘッド端部及びロッド端部のドレン弁３６、３８は、油圧システム２２内の流体の圧力が想定圧力からそれる状態に対応し得る。具体的に、油圧シリンダ１６の作動中、油圧シリンダ１６内の圧力は、想定圧力を超えるか又はそれ未満に減少することが可能である。調整されないままであると、これらの圧力変動により、油圧シリンダ１６及び作業器具１４の一貫しない及び／又は予想しない運動をもたらす可能性がある。これらの作用は、圧力降下中の主ポペット７６の移動、及び圧力スパイク中のリリーフ弁要素７７の移動によって考慮し得る。例えば、油圧シリンダ１６内の圧力が所定圧力値未満に低下するとき、主ポペット７６のノーズ端部７６ａで発生される力は、ばね８０の付勢力及び制御チャンバ１２６内の閉鎖力を克服して、主ポペット７６を流れ通過位置に移動させることが可能である。流れ通過位置にあるとき、タンク２４からの流体は、シリンダポート８６を介して第１のチャンバ５０に入り、これによって、第１のチャンバ５０内の空隙化の可能性を最小にし得る。制御流路１３１の面積は、完全なポペット行程の近くに面積利得増加（ａｒｅａ  ｇａｉｎ  ｉｎｃｒｅａｓｅ）を有し、この補給機能によって発生されることがある急速シフトの減衰を補助し得る。逆に、第１のチャンバ５０及びシリンダポート８６内の圧力が所定圧力値を超えて増加するとき、シリンダポート８６からリリーフ通路１４０を介して液圧面１４２に連通するパイロット流体は、リリーフ弁要素７７を流れ通過位置に向かって付勢し得る。流れ通過位置にあるとき、制御チャンバ１２６からのパイロット流体は、軸方向通路１５２、中心穴１５４、及びドレンポート８８を介してタンク２４に排出し、これによって、第１のチャンバ５０及びシリンダポート８６内の圧力スパイクを間接的に緩和し得る。パイロット流体が制御チャンバ１２６から排出するとき、主ポペット７６は、流れ通過位置に移動して追加の流体をタンク２４に通過させ、これによって、圧力スパイクを直接緩和し得る。流路１３１の流れ面積は、ある流体をシリンダポート８６からチャンバ１２６に常に連通させる小さな流れ面積を有することが可能であり、これによって、このリリーフ機能の速い応答を可能にし、これにより、圧力オーバシュートの防止を補助し得る。上述の制御流路１３１の面積利得は、このリリーフ機能によって発生されることがある迅速なシフトの減衰を補助し得る。
【００４１】
ヘッド端部及びロッド端部のドレン弁３６、３８は、第１及び第２のチャンバ５０、５２からの加圧パイロット流体をそれぞれ使用して作動することが可能であるので、油圧システム２２のコストを低減し、かつ設計柔軟性を高めることが可能である。具体的に、ヘッド端部及びロッド端部のドレン弁３６、３８を作動する加圧パイロット流体は油圧シリンダ１６から来るので、油圧システム２２の構成要素コスト及び運転コストは、外部供給源がパイロット流体を供給する場合よりも低くなり得る。さらに、パイロット流体の供給源は、外部に配置された供給源よりむしろ油圧シリンダ１６であるので、ヘッド端部及びロッド端部のドレン弁３６、３８は、遠くに配置することが可能であり、また最小の配管で済む。
【００４２】
開示した計量弁及び油圧システムに様々な修正及び変更を行うことができることが、当業者には明らかであろう。開示した計量弁及び油圧システムの説明と実施を考慮することにより、他の実施形態が当業者には明白であろう。例えば、ヘッド端部及びロッド端部の供給弁３２、３４（図２を参照）の構造及び機能は、ヘッド端部及びロッド端部のドレン弁３６、３８とほぼ同様であり得ることが考えられる。説明及び実施例は模範的なものに過ぎないと考えられ、真の範囲は、次の特許請求の範囲及びそれらの等価物によって示されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】開示した典型的な実施形態による作業機械の概略側面図である。
【図２】図１の作業機械用の開示した典型的な油圧システムの概略図である。
【図３】図２の油圧システム用の開示した典型的な弁の断面図である。
【図４】図２の油圧システム用の開示した他の典型的な弁の概略図である。
【図５】図２の油圧システム用の開示した他の典型的な弁の概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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