(57)【要約】  ４方向３位置直動タンデムセンター中立バルブは４方向３位置タンデムセンター中立バルブ機能を提供するように構成された２個の３方向２位置ポペットバルブを有し、直接作動し基本的にリークがゼロである。２個のソレノイド駆動型ポペットバルブはこれらの一方が圧力源に接続されたセンターポートを有し、他方のポペットバルブのセンターポートがタンクに接続されているような回路に組み込まれる。２つのポペットバルブの正常時開・ツー・センターポートが互いに接続され、パイロット超越圧力がない場合、流体が負荷からポペットバルブの正常時開ポートに逆流させない圧力駆動型正常時偏倚閉一方向バルブにより負荷に接続されている。
2008524526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対の３方向２位置ソレノイド駆動型ポペットバルブを具備し、
前記バルブの一方は油圧源と連通するセンターポートを有し、他方のバルブはタンク圧力と連通するセンターポートを有し、前記２つのポペットバルブの正常時開ポートは正常時に流体が前記第１負荷ポート方向に流れるのを可能にし且つ正常時に前記第１負荷ポートから離間する逆方向に流れる流体を阻止する１方向チェックバルブを介して４方向３位置油圧バルブの第１負荷ポートと連通し；
前記２つのポペットバルブの正常時閉ポートは前記バルブの第２負荷ポートと連通し、１方向チェックバルブの圧力ポートオーバーライドポートと連通するので、正常時閉ポートの圧力が充分である場合、１方向チェックバルブが開口し、前記第１負荷ポートから貫流させる；
ことを特徴とする４方向３位置油圧バルブ。
【請求項２】
前記負荷ポートが油圧アクチュエータの反対側の端部に接続されることを特徴とする請求項１記載のバルブ。
【請求項３】
前記１方向チェックバルブがボール型チェックバルブであることを特徴とする請求項１記載のバルブ。
【請求項４】
前記１方向チェックバルブは前記ポペットバルブの正常時閉ポートの圧力が前記１方向チェックバルブを開口するのに充分である場合に前記第１負荷ポートから貫流させるように開口されることを特徴とする請求項１記載のバルブ。
【請求項５】
前記１方向チェックバルブは閉位置に対してバネで偏倚されていることを特徴とする請求項１記載のバルブ。
【請求項６】
前記ポペットバルブの正常時開ポートは正常時に前記第２負荷ポートから前記ポペットバルブの正常時閉ポートに流れる流体を阻止する第２の１方向チェックバルブの圧力オーバーライドポートと連通しているので、正常時開ポートの圧力が充分である場合、第２の１方向チェックバルブが前記第２負荷ポートから貫流させるように開口されることを特徴とする請求項１記載のバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は２００４年１２月１５日に出願された米国仮特許出願第６０／６３６，１５０号の優先権の利益を主張する。
【０００２】
連邦政府委託研究に関する申立て   
適用なし
【０００３】
本発明は油圧制御バルブに関し、特に、４方向３位置バルブに関する。
【背景技術】
【０００４】
タンデムセンター中立油圧制御バルブにおいて、負荷、例えば、複動型油圧シリンダーはもしバルブに対する電力が切られると特定の位置に保持される。換言すると、負荷はバルブが遮断された位置に保持される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のタンデムセンター中立油圧制御バルブは典型的には４方向３位置ソレノイド駆動型スプールバルブを有する。スプールバルブは本来の趣旨が負荷を特定の位置に保持することであるので、タンデムセンター中立バルブで望ましくないリークになるクリアランスを本質的に持っている。他の従来のタンデムセンター中立バルブにおいて、マスターバルブがポペットバルブの閉状態を保持するため又はポペットバルブを開口するため、ポペットバルブであるスレーブバルブを制御するためのパイロット圧力を発生するスプールバルブであるマスター／スレーブ構成が使用された。このようなバルブ類はスプール区域で漏れを生じ且つ、マスター／スレーブバルブの場合、マスターバルブを制御するソレノイドがスレーブバルブを制御するパイロット圧力を発生するので直接作動しない。したがって、直動ゼロリーク４方向３位置（４／３）タンデムセンター中立制御バルブを求める需要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は４方向３位置タンデムセンター中立バルブの目的を達成するシステムにおいて１対の３方向２位置ポペットバルブを設けることにより改良された４方向３位置タンデムセンター中立直動バルブを提供する。
【０００７】
特に、２個のソレノイド駆動型ポペットバルブはこれらの１方が圧力源に接続されたセンターポートを有し、他方のポペットバルブのセンターポートがタンクに接続されているような回路に組み込まれる。２つのポペットバルブの正常時開・ツー・センターポートが互いに接続され、パイロット超越圧力がない場合、流体が負荷からポペットバルブの正常時開ポートに逆流させない圧力駆動型正常時偏倚閉１方向バルブにより負荷に接続されている。
【０００８】
ポペットバルブの正常時閉ポートはパイロット超越圧力のない場合、流体を負荷からポペットバルブの正常時開ポートに逆流させない圧力駆動型正常時偏倚閉１方向バルブにより負荷に接続できる。例えば、もし負荷が複動油圧シリンダーであれば、これらのポートはシリンダーのボア側に接続でき、他のポートは１方向バルブから下流のロッド側に接続できる。１方向バルブを動作させるパイロット圧力はポペットバルブの正常時閉ポートの圧力に依存する。もし設けられていると、他方の１方向バルブのためのパイロット圧力はポペットバルブの正常時開ポートの圧力に依存する。
【０００９】
この構成において、第２ポペットバルブを作動させることにより圧力源を正常時閉ポートに接続する。このポートは負荷からポペットバルブのセンターポートを介してタンクに接続される第１ポペットバルブの正常時開ポートに流れる流体を逆流させるために１方向バルブを開口するための超越圧力を与える。第２ポペットバルブが駆動されると、バルブの正常時開ポートが阻止される。充分な量の流体即ち圧力が第２ポペットバルブの作動により負荷に供給されると、ポペットバルブが遮断される。これにより第２ポペットバルブにより負荷に送られた圧力を保持し、第１バルブのセンターポートを介してタンクに接続された第２バルブの正常時開ポートを介してタンクに圧力源を導く。負荷の圧力は１方向バルブの正常時閉方向に流すため１方向バルブを開口状態に維持する。
【００１０】
第１ポペットバルブが通電され、同時に第２ポペットバルブを非通電に維持されると、第２ポペットバルブの正常時閉ポートは第１バルブのセンターポートを介してタンクに開口される。さらに、圧力源からの流量を遮断する第１バルブの正常時開ポートが遮断される。これは第２バルブを介して負荷に流れる圧力源からの流体を１方向バルブを介して送出する効果を有する。第２ポペットバルブの正常時閉ポートから到来する１方向バルブのパイロット圧力は第１ポペットバルブのこの通電状態で解放される。第１及び第２ポペットバルブの正常時開ポートから到達する他の１通路バルブの圧力は流体がシリンダーのボア側からタンクに流れるのを可能にするため他の１方向バルブを開口位置に保持する。もし第１ポペットバルブが非通電になると、第１方向チェックバルブはパイロット超越圧力が一旦、例えば、第２ポペットバルブを通電することにより第１の１方向チェックバルブに再度供給されるまで、負荷を保持する。もし第２ポペットバルブが通電され、且つ第１ポペットバルブを通電すると、ポンプ源からの流量はタンクに向けられ、負荷のロッド側からの流量は第１の１方向チェックバルブ及び両ポペットバルブにより阻止され、負荷のボア側からの流量は、もし設けられていれば、第２チェックバルブによりブロックされる。
【００１１】
本発明はソレノイド駆動される４方向３位置タンデムセンター中立バルブとして使用できる無リーク直動バルブを提供するものである。
【００１２】
本発明の他の目的及び利点は詳細な記載及び図面から明らかであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１−図９は本発明のバルブ４０を示し、図１０は油圧システムに組み込まれたバルブ４０の油圧回路である。通路とコンポーネントを同定するために図１０に示された数字は対応する通路とコンポーネントを同定するため図１−図９に使用された数字に相当する。
【００１４】
特に図１−図９を参照すると、バルブ４０は２個の同一の３方向２位置ソレノイド駆動型バネ復帰ポペットバルブ２４及び２５を有する。ポペットバルブ２４及び２５は１つの可能性である米国特許第５，１１１，８４０号に記載された構成とここに開示されたバルブを有する任意の適切な構成からなる。米国特許第５，１１１，８４０号に記載されたポペットバルブの構成と動作（第３欄第１０行−第４欄第６２行）の記載がここで充分に記述されているように参照されている。よく知られているように、ポペットバルブはポペットバルブ素子においてポペットバルブ素子の表面がバルブシートに対して軸方向に着座しているスプールバルブと異なり、スプールバルブにおいて、バルブスプールは必然的にあるリーク量になるバルブスプールの外形とバルブボアの内径間に小さいクリアランスがあることを要求する放射状シートを形成するためバルブボア内に軸方向に滑動可能である。バルブシートに対して軸方向に当接する表面を有するポペットバルブはリークがゼロであり、例えば負荷の保持が要望されるスプールバルブに関するある用途で好まれる。
【００１５】
各バルブ２４と２５はソレノイド駆動され、バネ復帰される。３方向２位置ポペットバルブで既知のように、共通ポートは一方の正常時開ポートとセンターポートの他方の正常時閉ポートを有するバルブの中央部にある。バルブのソレノイドが非通電されると、バネは非通電位置のポートを閉じる正常時閉ポートの近傍にあるシートに抗してポペットバルブシール素子を動かし、バルブの非通電位置の正常時開ポートを開口させる。ソレノイドが通電されると、ポペットバルブシール素子は、バネの動作に抗してソレノイドにより圧迫され、正常時開ポートを閉じ且つソレノイドバルブの正常時閉ポートを開くソレノイドバルブの正常時開ポートの近傍にあるシートに対して着座する。図１０を参照すると、バルブ２４のセンターポートは参照番号１６により特定され、正常時開ポートは参照番号６により特定され、正常時閉ポートは参照番号１７により特定される。バルブ２５において、センターポートは参照番号１９であり、正常時開ポートは参照番号４であり、正常時閉ポートは参照番号２０である。バルブ２４と２５は図１０において正常位置で示される。
【００１６】
圧力供給ラインは図において通路１であり、大気圧又はその近傍の気圧であるタンク又はリザーバ２２から流体を引出す加圧作動液のポンプ又は他の供給源Ｓにより供給されるように図１０に示される。参照番号２２はリザーバ又はタンク、例えば、タンクに接続された図７のポート２２に接続されたポート及び通路を示す。さらに、ポート２２により示されるタンク２２は通路７（図９）及び２１（図１０）を介してバルブ２４のセンターポート１６に接続され、これらの通路は大気圧又はその近傍の気圧であるタンク又はリザーバに接続されるポート２２に接続される。
【００１７】
ポンプＳからの加圧流体を受けるポート１は図７と図１０に示される通路２と連通し、通路２は図８の通路３と連通する。通路３は図８及び図１０に示されるようにバルブ２５のセンターポート１９と直接通じている。バルブ２５の正常時開ポート１８は図６に示される通路４を貫通して通路５と連通し、図６と図１０に示される通路６と連通する。通路６はバルブ２４の正常時開ポート１５と直接連通し、通路５は図７に示されるように圧力動作型正常時偏倚閉１方向チェックバルブ２６と連通する。通路５からチェックバルブ２６に流れる流体は大きな制限無しにチェックバルブ２６を介して通路９に流れるが、もしパイロット圧力が通路１３を介してバルブ２６に加えられなくても逆方向に流れない。ポート１８の圧力は１方向チェックバルブ２８のボールをシートから上昇させ、ポート１８からの圧力は流体をポートＡからバルブ２５の正常時閉ポート２０の方向に流れるのを可能にするため通路４、５及び８を介してバルブ２８のピストンチャンバー２７（図７）に伝達される。加圧通路２７はピンを押しチェックバルブ２８のボールをシートから上昇させるピストン３０を動かし、もしバルブ２４が通電されると流体が通路２９から通路１４、１１及び１２に流れるのを可能にする。もしバルブ２５のポート１８で大きな圧力が無いと、１方向チェックバルブ２８は閉鎖し、バネとポートＡからの圧力によりポートＡ からライン１４への方向に流体を流す。ポート１８の圧力は正常時閉方向に流すためバルブ２８を開口させるが、流体はポートＡからであり、顕著な流れ又はリークはポートＢから生じない。
【００１８】
通路９は図１０に示されるように負荷に接続できるポートＢ（図１及び図１０）に接続される。図示されたように、この負荷は油圧アクチュエータＨのロッド側である。バルブ４０のポートＡは図１０に示されるように油圧アクチュエータＨのボア側である他の負荷に接続される。ポートＡ及びＢに接続された２つの負荷は互いに独立しているが、図１０に示されるように、同一の油圧アクチュエータのピストンの対向する側である。バルブ２５のポート２０の圧力は、ポート２０からの圧力が通路１０、１１及び１３を介してバルブ２６のピストンチャンバー１４（図７）に伝達される状態で、１方向チェックバルブ２６のボールをシートから持ち上げ、流体がポートＢからバルブ２４の正常時開ポート１５の方向に流れるのを可能にする。加圧ピストンチャンバー１４は流体が通路９を介してボールの反対側から通路５及び６に流れるようにチェックバルブ２６のボールをシートから上昇させるピンを押すピストン３０を動かす。もしバルブ２５のポート２０に充分な圧力がないと、１方向チェックバルブ２６はバネとポートＢからバネに掛かる圧力によりポートＢからライン５の方向に流すために閉鎖される。１方向バルブ２６と２８のための特定のバルブが例示されたが、正常時閉方向に流すためパイロット圧力により開口される任意の型の１方向バルブはこれらのバルブに交換できる。ポートＢの圧力は正常時閉方向に流すためバルブ２６を開口するが、流体がポートＢから流れ、大きい流量又はリークがポートＡから流れない。
【００１９】
したがって、バルブ４０は以下のように作動する。両バルブ２４及び２５が非活性であると、作動液源Ｓからの圧力はバルブ２５によりバルブ２５のポート１８を介してタンク２２に接続されたバルブ２４の正常時開ポート１５に向けられる。シリンダーＨ（ポートＡ）のボア側からの流量と圧力は正常時偏倚閉１方向バルブ２８に向けられ、阻止される。このように、両バルブが非活性であると、アクチュエータＨの位置は更なる後退に対して一定状態を持続する。
【００２０】
もしアクチュエータＨを更に延長させたい場合、加圧流体流をアクチュエータＨの両側に与えるためポート２０とポートＡを圧力Ｓの圧力源と連通させるバルブ２５が活性化される。ポート２０の圧力は１方向チェックバルブ２６を開状態に保持させ、アクチュエータＨのロッド側からの流体がバルブＢの正常時開ポート１５に流れそこからタンク２２に流れるのを可能にする。したがって、アクチュエータＨのピストンは伸張する。アクチュエータＨの所望の新位置に到達すると、バルブ２５はその位置を保持するために非活性化できる。
【００２１】
アクチュエータＨを後退させたい場合、バルブ２４は活性化され、ポートＡを介してアクチュエータＨのボア側をタンク２２に連通させるバルブ２５は活性化されない。ボアからの流量は１方向チェックバルブ２８によりタンク２２に流れるのを阻止される。同様に、バルブ２４が活性化され、バルブ２５が非活性化されると、流体源からの流体は１方向チェックバルブ２６を介してポートＢに、且つバルブ２６を貫通して正常時開方向に、且つアクチュエータＨのロッド側に流れる。バルブ２４が活性化されるとバルブ２４のポート１５が遮断され、流体源からの圧力はバルブ２４を介してタンクに伝達されない。正常時閉位置に流れる流体を阻止するバルブ２８により通路５で圧力が増大するので、１方向バルブ２８のボールはシートから上昇する。ボア側からの流体はバルブ２４を介してタンクに直接流れる。所望の後退位置に到達すると、バルブ２４は非活性化され、ポートＡとＢの圧力を均等化させ、均等になると、バルブ２６はバルブ２６を介してポートＢからタンクの方向に流れる流体を遮断し（閉じたバルブ２６を偏倚させる軽量バネは図１０に示され、シリンダＨを正常位置に保持するバルブ間のほぼ均等化された圧力状態のバルブを閉じるのを支援するために設けられる）、バルブ２８はバルブ２８を貫通してポートＡからタンクの方向に流れる流体に抗して遮断する（バルブ２８を偏倚させる軽量バネはバルブ間のほぼ均一な圧力状態でバルブを閉じるのを支援する）。それとして、負荷がアクチュエータＨの更なる伸張に抗して維持される場合、バルブ２６を開くためのポートＡの圧力が存在せず、ポートＢからの流量はバルブ２６により阻止される。同様に、バルブ２８を開くためのポート１５の圧力がなく、したがって、ポートＡからの流体はバルブ２８により阻止される。このように、両バルブ２４及び２５が非活性化されると、アクチュエータＨは毎回適切な位置を保持し且つ作動のためのパイロット圧力を要求しない直動バルブで保持するように、必然的にリークがゼロの状態で、更に伸張する又は後退することから適正な位置に維持される。
【００２２】
バルブ４０はさらに、図５及び図１０に示されるように、任意の適切な構成の可調圧力リリーフバルブ２３を含んでも良い。圧力リリーフバルブ２３の目的はバルブ２５と圧力源Ｓ間のラインに生じる過剰圧力を逃がすことである。圧力リリーフバルブ２３はその流入部で通路２に接続され且つ通路２１によりタンク２２に接続される。
【００２３】
記載された好ましい実施例に対する多くの変更と変形は当業者にとって明らかであろう。したがって、本発明は記載された実施例に制限されるべきでなく、特許請求の範囲により規定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は本発明のバルブの前部平面図である。
【図２】図２は図１のバルブの上部平面図である。
【図３】図３はバルブの側部平面図である。
【図４】図４は図１のライン４−４に沿った面から見た断面図である。
【図５】図５は図１のライン５−５に沿った面から見た断面図である。
【図６】図６は図１のライン６−６に沿った面から見た断面図である。
【図７】図７は図２のライン７−７に沿った面から見た断面図である。
【図８】図８は図３のライン８−８に沿った面から見た断面図である。
【図９】図９は図３のライン９−９に沿った面から見た断面図である。
【図１０】図１０は、電磁油圧システムに組み込まれた、図１−図９のバルブの概略回路図である。
【符号の説明】
【００２５】
２、３、９、１２、１３、１４、２９    通路
４、６、１５、１８    正常時開ポート
１４    ライン
１６、１９    センターポート
１７、２０    正常時閉ポート
２２    タンク又はリザーバ
２３    圧力リリーフバルブ
２４、２５    ポペットバルブ
２６、２８    チェックバルブ
２７    ピストンチャンバー
４０    バルブ
【図１】
2008524526.tif 000003
【図２】
2008524526.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008524526.tif 000009
【図８】
2008524526.tif 000010
【図９】
2008524526.tif 000011
【図１０】
2008524526.tif 000012
【国際調査報告】
2008524526.tif 000013
2008524526.tif 000014