(57)【要約】  流体システム（１０）内の流体流を制御するための弁（２４）が開示されている。弁は、ハウジング（４４）、サーボスプール（４２）、及びピストン（４６）を含む。サーボスプールは、らせん溝（６２）とらせんランド（６４）とを画定する。ピストンは、加圧流体の供給部への流動連通を行うように構成されたオリフィス（７０）と、弁の外側の流体システムの部分への流動連通を行うように構成されたオリフィス（７２）とを画定する。さらに、弁は、ピストンに動作可能に結合された主スプール（４０）を含む。主スプールは、流体システム内の流体流を制御するように構成される。らせん溝及びらせんランドは、サーボスプールの角度変位の結果、力のアンバランスがピストンに生じるように構成され、これによって、第１の方向及び第２の方向の一方にピストンと主スプールとを移動させる。
2010513822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体システム（１０）内の流体流を制御するための弁（２４）であって、
ハウジング（４４）と、
ハウジング内に少なくとも部分的に位置付けられるサーボスプール（４２）であって、略円筒状の部分を含み、略円筒状の部分が、略円筒状の部分の周りに延びてらせんランド（６４）を画定するらせん溝（６２）を画定するサーボスプール（４２）と、
ハウジング内に少なくとも部分的に位置付けられかつサーボスプールの略円筒状の部分を少なくとも部分的に囲むピストン（４６）であって、加圧流体の供給部への流動連通を行うように構成されたオリフィス（７０）と、弁の外側の流体システムの部分への流動連通を行うように構成されたオリフィス（７２）とを画定するピストン（４６）と、
ピストンに動作可能に結合された主スプール（４０）であって、流体システム内の流体流を制御するように構成された主スプールと、
ハウジング、サーボスプール及びピストンの少なくとも１つによって少なくとも部分的に画定された第１のチャンバ（４８）と、
ハウジング、サーボスプール及びピストンの少なくとも１つによって少なくとも部分的に画定された第２のチャンバ（５０）とを備え、
第１のチャンバ内の流体圧力による力がピストンを第１の方向に移動させるべく構成されるように第１のチャンバが配置され、第２のチャンバ内の流体圧力による力がピストンを第２の方向に移動させるべく構成されるように第２のチャンバが配置され、
らせん溝及びらせんランドが、サーボスプールの角度変位の結果、オリフィスの一方を介して第１のチャンバと、弁の外側の流体システムの部分との間の、またオリフィスの他方を介して加圧流体の供給部と第２のチャンバとの間の流動連通が行われるように構成され、この結果、第１のチャンバ内の流体圧力が変更されかつ第２のチャンバ内の流体圧力が変更され、結果として力のアンバランスがピストンに生じ、これによって、第１の方向及び第２の方向の一方にピストンと主スプールとを移動させる弁。
【請求項２】
サーボスプールに動作可能に結合されたモータ（３６）であって、サーボスプールを角度をなして変位させるように構成された、ステップモータであるモータを含む、請求項１に記載の弁。
【請求項３】
サーボスプールが、サーボスプールの略円筒状の部分の直径方向に対向する側面に配置された少なくとも２つのらせん溝（６２ａ、６２ｂ）を含む、請求項１に記載の弁。
【請求項４】
サーボスプールが少なくとも２つのらせん溝を含み、またサーボスプールが、らせん溝の一方から加圧流体の供給部に延びる通路（６６）と、らせん溝の他方から弁の外側の油圧システムの部分に延びる通路（６８）とを含む、請求項１に記載の弁。
【請求項５】
通路がサーボスプールの外面によって画定された溝である、請求項４に記載の弁。
【請求項６】
サーボスプール及び主スプールが互いに堅固に結合されて、一体の構造を形成する、請求項１に記載の弁。
【請求項７】
サーボスプール及び主スプールが互いに堅固に連結されない、請求項１に記載の弁。
【請求項８】
油圧システム（１０）であって、
油圧システム内の流体を加圧するように構成された流体ポンプ（２０）と、
加圧流体の受け取りに応答して動作するように構成されたアクチュエータ（１４）と、
請求項１〜７のいずれか一項に記載の弁とを備え、
弁が、ポンプとアクチュエータとの間の加圧流体の流れを制御するように構成される油圧システム（１０）。
【請求項９】
ポンプが主ポンプであり、弁への加圧流体のパイロット供給を行うように構成されたパイロットポンプ（１８）をさらに含み、パイロットポンプがサーボスプールへの加圧流体の供給を行い、また主スプールが主ポンプとアクチュエータとの間の加圧流体の流れを制御する、請求項８に記載の油圧システム。
【請求項１０】
油圧システム（１０）内の流体流を制御するための方法であって、
サーボスプール（４２）とピストン（４６）とを少なくとも部分的に収容するハウジング（４４）を含む弁（２４）を提供するステップであって、ハウジング、サーボスプール及びピストンが、流体流と流動連通する第１のチャンバ（４８）と第２のチャンバ（５０）とを画定し、サーボスプールがらせん溝（６２）とらせんランド（６４）とを画定し、またピストンが、流体流と第１のチャンバとの間の流動連通を行うように構成されたオリフィス（７０）と、流体流と第２のチャンバとの間の流動連通を行うように構成されたオリフィス（７２）とを画定するステップと、
サーボスプールを角度をなして変位させることによって油圧システム内の流体流を制御するステップであって、らせん溝が、第１のチャンバと油圧システムとの間の流動連通と、第２のチャンバと油圧システムとの間の流動連通とを行い、結果として、第１のチャンバ及び第２のチャンバの一方の圧力降下及び第１のチャンバ及び第２のチャンバの他方の圧力増加を生じるステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の開示は、流体流を制御するための弁、より詳しくはロータリ作動の電気油圧弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧システムは、１つ以上の流体作動装置への作動油の流れを制御するための１つ以上の弁を含むことが可能である。例えば、機械は、作業を実行するための油圧システムによって制御可能である１つ以上の流体作動のアクチュエータを含んでもよい。弁は、シリンダ内にシリンダとスプールを含んでもよい。スプールとシリンダは、シリンダ内のスプールの移動により流路が開閉されるように構成可能である。流路の開閉は、例えば油圧アクチュエータのような１つ以上の流体作動の装置への流体流を制御するように選択的に制御可能である。
【０００３】
従来の弁は、いくつかの不都合を受けることがある。例えば、いくつかの従来の弁には、応答が遅いという不都合があり、弁によって制御されるアクチュエータの操作者の使用に悪影響を及ぼす可能性がある。さらに、いくつかの従来の弁には、操作者の命令に対する応答において分解能に欠ける不都合があり、この結果、アクチュエータの移動を正確に制御する操作者の機能に悪影響な及ぼす可能性がある。いくつかの従来の弁に関わる他のあり得る不都合は、一貫性のない操作に関係する。例えば、いくつかの従来の電気油圧弁には、ヒステリシスの不都合があるか、あるいは操作者の制御装置の運動に対するシリンダ内の一貫性のないスプールの位置付けの不都合がある。さらに、いくつかの従来の弁の動作は、弁を通して流れる流体の汚染によって悪影響を受けるおそれがある。
【０００４】
したがって、操作者の命令に対しより応答性の高い弁を使用して、油圧回路内の流体流を制御することが望ましいかもしれない。さらに、一貫した操作を示す弁を使用して、油圧システム内の流体流を制御することが望ましいかもしれない。さらに、汚染に対し感度のより低い弁を使用して、油圧システム内の流体流を制御することが望ましいかもしれない。
【０００５】
パイロット制御弁の１つの例は、１９８７年８月４日にスロート（Ｓｌｏａｔｅ）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、弁本体のランドの反対側に円筒形ボアと第１及び第２の半径方向ボアが設けられた弁本体を有するパイロット制御弁を記載している。弁本体は、弁ハウジングの軸方向ボア内で摺動可能である。弁ハウジングには、圧力入口ポートと、少なくとも１つのサービスポートと、少なくとも１つの圧力復帰ポートとが設けられ、それらは軸方向に離間している。弁ハウジングの中心位置に、弁本体のランドは、圧力復帰ポート及び／又はサービスポートから圧力入口ポートを隔て、半径方向ボアの一方は圧力入口ポートと流体連通し、他方の半径方向ボアは圧力復帰ポート又はサービスポートと流体連通している。回転可能な制御棒は弁本体の円筒形ボア内に位置付けられる。制御棒は、半径方向ボアを選択的に開放又は閉鎖して、弁本体にわたって圧力アンバランスを生成するように成形され、これによって、弁本体の軸方向シフトを引き起こす。
【０００６】
（特許文献１）に記載されたパイロット制御弁は、汚染に対する弁の感受性を低減するかもしれないが、（特許文献１）に記載された弁は、操作者の命令に応答する応答性及び分解能を高める弁を必ずしも提供しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第４，６８３，９１５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本文献に開示された典型的な弁は、上記の要求の１つ以上の達成に向けることが可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一形態では、本発明の開示は、流体システム内の流体流を制御するための弁を含む。弁は、ハウジングと、ハウジング内に少なくとも部分的に位置付けられたサーボスプールとを含む。サーボスプールは略円筒状の部分を含み、略円筒状の部分は、略円筒状の部分の周りに延びてらせんランドを画定するらせん溝を画定する。さらに、弁は、ハウジング内に少なくとも部分的に位置付けられかつサーボスプールの略円筒状の部分を少なくとも部分的に囲むピストンを含む。ピストンは、加圧流体の供給部への流動連通を行うように構成されたオリフィスと、弁の外側の流体システムの部分への流動連通を行うように構成されたオリフィスとを画定する。弁はまた、ピストンに動作可能に結合された主スプールを含む。主スプールは、流体システム内の流体流を制御するように構成される。さらに、弁は、ハウジング、サーボスプール及びピストンの少なくとも１つによって少なくとも部分的に画定された第１のチャンバと、ハウジング、サーボスプール及びピストンの少なくとも１つによって少なくとも部分的に画定された第２のチャンバとを含む。第１のチャンバは、第１のチャンバ内の流体圧力による力がピストンを第１の方向に移動させるべく構成されるように配置され、第２のチャンバは、第２のチャンバ内の流体圧力による力がピストンを第２の方向に移動させるべく構成されるように配置される。らせん溝及びらせんランドは、サーボスプールの角度変位の結果、オリフィスの一方を介して第１のチャンバと、弁の外側の流体システムの部分との間の、またオリフィスの他方を介して加圧流体の供給部と第２のチャンバとの間の流動連通が行われるように構成され、この結果、第１のチャンバ内の流体圧力が変更されかつ第２のチャンバ内の流体圧力が変更され、結果として力のアンバランスがピストンに生じ、これによって、第１の方向及び第２の方向の一方にピストンと主スプールとを移動させる。
【００１０】
他の形態によれば、本発明の開示は、油圧システム内の流体を加圧するように構成された流体ポンプと、加圧流体の受け取りに応答して動作するように構成されたアクチュエータとを含む油圧システムを含む。さらに、油圧システムは、ハウジングと、ハウジング内に少なくとも部分的に位置付けられたサーボスプールとを含む弁を含む。サーボスプールは略円筒状の部分を含み、略円筒状の部分は、略円筒状の部分の周りに延びてらせんランドを画定するらせん溝を画定する。さらに、弁は、ハウジング内に少なくとも部分的に位置付けられかつサーボスプールの略円筒状の部分を少なくとも部分的に囲むピストンを含む。ピストンは、加圧流体の供給部への流動連通を行うように構成されたオリフィスと、弁の外側の油圧システムの部分への流動連通を行うように構成されたオリフィスとを画定する。弁はまた、ピストンに動作可能に結合された主スプールを含む。主スプールは、アクチュエータへの流体流を制御するように構成される。さらに、弁は、ハウジング、サーボスプール及びピストンの少なくとも１つによって少なくとも部分的に画定された第１のチャンバと、ハウジング、サーボスプール及びピストンの少なくとも１つによって少なくとも部分的に画定された第２のチャンバとを含む。第１のチャンバは、第１のチャンバ内の流体圧力による力がピストンを第１の方向に移動させるべく構成されるように配置され、第２のチャンバは、第２のチャンバ内の流体圧力による力がピストンを第２の方向に移動させるべく構成されるように配置される。らせん溝及びらせんランドは、サーボスプールの角度変位の結果、オリフィスの一方を介して第１のチャンバと、弁の外側の流体システムの部分との間の、またオリフィスの他方を介して加圧流体の供給部と第２のチャンバとの間の流動連通が行われるように構成され、この結果、第１のチャンバ内の流体圧力が変更されかつ第２のチャンバ内の流体圧力が変更され、結果として力のアンバランスがピストンに生じ、これによって、第１の方向及び第２の方向の一方にピストンと主スプールとを移動させる。
【００１１】
別の形態によれば、本発明の開示は、油圧システム内の流体流を制御するための方法を含む。本方法は、サーボスプールとピストンとを少なくとも部分的に収容するハウジングを含む弁を提供することを含む。ハウジング、サーボスプール及びピストンは、流体流と流動連通する第１のチャンバと第２のチャンバとを画定する。サーボスプールは、らせん溝とらせんランドとを画定し、ピストンは、流体流と第１のチャンバとの間の流動連通を行うように構成されたオリフィスと、流体流と第２のチャンバとの間の流動連通を行うように構成されたオリフィスとを画定する。さらに、本方法は、らせん溝が、第１のチャンバと油圧システムとの間の流動連通と、第２のチャンバと油圧システムとの間の流動連通とを行うように、サーボスプールを角度をなして変位させることによって油圧システム内の流体流を制御するステップを含み、結果として、第１のチャンバ及び第２のチャンバの一方の圧力降下及び第１のチャンバ及び第２のチャンバの他方の圧力増加を生じる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】油圧システムの典型的な実施形態の概略ブロック図である。
【図２】弁の典型的な実施形態の部分概略図である。
【図３】弁の典型的な実施形態の部分概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、油圧システム１０の典型的な実施形態を概略的に示している。システム１０は、システム１０の少なくとも一形態、例えば油圧アクチュエータ１４の動作を制御するように構成された制御装置１２を含むことが可能である。システム１０は、例えば、１つ以上のアクチュエータ１４を介して操作されるように構成された１つ以上の作業器具を有する建設車両のような機械に組み込んでもよい。
【００１４】
いくつかの実施形態によれば、システム１０は、内燃機関（例えば、圧縮点火エンジン、火花点火エンジン、又はガスタービンエンジン）、あるいはモータ（例えば、電気モータ）のような動力源１６を含んでもよい。動力源１６は、例えば、パイロットポンプ１８及び／又は主ポンプ２０に動力を供給するように構成してもよい。例えば、パイロットポンプ１８及び／又は主ポンプ２０は、システム１０用のリザーバとして機能するタンク２２から流体を引いて、負圧下の流体を（例えば、それぞれパイロット供給及び主供給として）システム１０の様々な部分に圧送するように構成してもよい。パイロットポンプ１８及び／又は主ポンプ２０は、固定容量型ポンプ、可変容量型形ポンプ、又は固定容量型ポンプと可変容量型ポンプとの組み合わせでもよい。いくつかの実施形態によれば、パイロットポンプ１８を介してパイロット供給を行うよりもむしろ、又はそれに加えて、主ポンプ２０及び減圧弁を介してパイロット供給を供給することが可能である。
【００１５】
さらに、システム１０は、アクチュエータ１４への及び／又はそれからの流体流を制御するように構成された弁２４を含む。例えば、アクチュエータ１４は、シリンダ２６及びピストン２８を含んでもよい。ピストン２８は、ロッドチャンバ３０及びヘッドチャンバ３２を画定し、ピストン２８は、荷重Ｌ、例えば、作業を実行するように構成された機械のブーム又はバケットに結合されるロッド３４に結合することが可能である。弁２４は、ロッド３４がアクチュエータ１４から延びまたアクチュエータ１４内に後退するように、ロッドチャンバ３０及び／又はヘッドチャンバ３２内への及び／又はそれらからの流体流を制御するように構成可能である。いくつかの実施形態によれば、アクチュエータ１４は、当業者に公知の油圧モータ又は他の任意の油圧アクチュエータでもよい。
【００１６】
いくつかの実施形態によれば、弁２４は、弁２４の動作を制御するように構成されたモータ３６を含んでもよい。例えば、パイロットポンプ１８は、パイロット流体供給を弁２４のパイロット部分に行ってもよく、主ポンプ２０は、弁２４のパイロット部分によって制御される弁２４の主要部分に流体を供給してもよい。いくつかの実施形態によれば、モータ３６は、弁２４の主要部分が主ポンプ２０からアクチュエータ１４に所望の流体流を供給するように、弁２４内のパイロット供給の流れを制御するように動作する。例えば、ロッド３４を伸長させるために、パイロット供給は、加圧流体をヘッドチャンバ３２に供給すべく弁２４の主要部分が動作するように、弁２４のパイロット部分によって制御され、これによって、ピストン２８を移動させて、ロッド３４を伸長させる。ロッドチャンバ３０内の流体は、弁２４に押し戻され、ここで流体をタンク２２に排出するか及び／又は方向転換して、例えば再生方策に従って流体をシステム１０のヘッドチャンバ３２及び／又は他の部分に供給することが可能である。ロッド３４を後退させるために、パイロット供給は、加圧流体をロッドチャンバ３０に供給すべく弁２４の主要部分が動作するように、弁２４のパイロット部分によって制御され、これによって、ピストン２８を移動させて、ロッド３４を後退させる。ロッドチャンバ３２内の流体は、弁２４に押し戻され、ここで流体をタンク２２に排出し及び／又は方向転換して、例えば再生方策に従って流体をシステム１０のヘッドチャンバ３２及び／又は他の部分に供給することが可能である。
【００１７】
いくつかの実施形態によれば、システム１０は、制御装置１２の動作に従ってシステム１０の動作を少なくとも部分的に制御するように構成された制御器３８を含むことが可能である。例えば、制御器３８は、システム１０内の流体流を制御するための電子回路及び／又は油圧・機械回路を含んでもよい。制御器１０は、アクチュエータ１４が制御装置１２からの操作者の入力に従って反応するように、制御装置１２、動力源１６、パイロットポンプ１８、主ポンプ２０、及び／又はモータ３６の１つ以上に動作可能に結合してもよい。
【００１８】
図２は、弁２４の典型的な実施形態を示している。いくつかの実施形態によれば、弁２４は、ロータリ作動の電気油圧弁でもよい。例えば、図２は、例えば１つ以上の油圧アクチュエータ１４を含む油圧システム１０に使用するための電気油圧弁２４の部分を概略的に示している。典型的な電気油圧弁２４は、サーボスプール４２の動作によって制御される主スプール４０を含む。いくつかの実施形態によれば、主スプール４０は、主スプールチャンバ４１と動作可能に関連付けられ、主スプール４０の位置は、ばね４５を含むバイアスアセンプリ４３を介して付勢可能である。サーボスプール４２は、パイロット供給部及びタンク２２へのドレン部と流動連通している。弁２４はハウジング４４を含み、ハウジング４４はピストン４６とサーボスプール４２とを少なくとも部分的に収容する。サーボスプール４２、ピストン４６、及びハウジング４４は、第１のチャンバ４８（例えば、環状チャンバ）と、ピストン４６の反対側端部に配置された第２のチャンバ５０（例えば、環状チャンバ）とを画定する。第１のチャンバ４８内の流体圧力は、ピストン４６の表面５２に作用し、第２のチャンバ５０内の流体圧力は、ピストン４６のそれぞれの表面５２と５４に適用される力が互いに対抗する傾向を有するように、ピストン４６の表面５４に作用する。第１のチャンバ４８内の流体圧力による力が変わり、また第２のチャンバ５０内の流体圧力による力が変わるにつれ、第１のチャンバ４８内の圧力及び第２のチャンバ５０内の圧力により、ピストン４６がハウジング４４内で並進しなくなるまで、ピストン４６はハウジング４４内で並進する（すなわち、図２の矢印Ａで示したように左右に）
（例えば、ピストン４６の表面５２の面積がピストン４６の表面５４の面積に等しいときに、あるいは第１のチャンバ４８と第２のチャンバ５０との圧力差により、主スプール４０と関連付けられたばね４５によって付与されるばね力が釣り合わせられるときに、第１のチャンバ４８内の圧力及び第２のチャンバ５０内の圧力は互いに等しい）。ピストン４６は、ピストン４６の移動により、主スプール４０が適切に移動させられるように、主スプール４０に動作可能に結合される（例えば、ピストン４６は、主スプール４０に堅固に結合されて、一体の構造を形成する）。いくつかの実施形態によれば、主スプール４０の移動により、例えば、図１に概略的に示したような油圧システム１０の典型的な実施形態に関して以前に略述したように、油圧アクチュエータ１４への及び／又はそれからの流体流を制御することが可能である。
【００１９】
ピストン４６の移動は、第１のチャンバ４８内の圧力と第２のチャンバ５０内の圧力との差を制御するサーボスプール４２の動作によって制御可能である。サーボスプール４２は、サーボスプール４２がモータ３６を介してピストン４６内の角度変位にわたって回転され得るように、結合部５６（例えば、弾性結合部）を介して、モータ３６、例えばステップモータに動作可能に結合してもよい。例えば、サーボスプール４２は入力軸５８を含んでもよく、モータ３６は出力軸６０を含んでもよく、またサーボスプール４２の入力軸５８は、結合部５６を介してモータ３６の出力軸６０に直接結合してもよい。いくつかの実施形態によれば（図示せず）、ギヤアセンブリ、例えば、減速ギヤアセンブリをモータ３６とサーボスプール４２との間に設けてもよい。
【００２０】
いくつかの実施形態によれば、サーボスプール４２は、１つ以上のらせんランド６４を画定する１つ以上のらせん溝６２を含む。例えば、サーボスプール４２の反対側に配置されたらせん溝６２ａと６２ｂは、パイロット供給部に至る少なくとも１つの通路６６と、タンク２２へのドレン部に至る少なくとも１つの通路６８との流動連通を提供する（図２に概略的に示しているように、らせん溝６２ａは、サーボスプール４２の前側に示されており、らせん溝６２ｂはサーボスプール４２の裏側を示している隠された線によって示されている）。いくつかの実施形態によれば、通路６６及び／又は通路６８は、例えば、サーボスプール４２内で長手方向に延びる１つ以上の孔の形態でサーボスプール４２の内側にあってもよい。ピストン４６は、第１のチャンバ４８に流動連通を行い、またパイロット供給部に流動連通（例えば、永続的な流動連通）を行うオリフィス７０と、第２のチャンバ５０にまた基準圧力部（例えば、タンク２２へのドレン部）に流動連通（例えば、永続的な流動連通）を行うオリフィス７２（例えば、オリフィス７０に直径方向に対向するオリフィス）とを含む。
【００２１】
典型的な動作中、サーボスプール４２が中立位置（すなわち、ピストン４６及び／又は主スプール４０の移動を生じない位置）にあるとき、らせんランド６４ａと６４ｂは、ピストン４６のオリフィス７０と７２それぞれを覆う。（図２に概略的に示しているように、らせん溝６４ａは、サーボスプール４２の前側に示されており、らせん溝６４ｂはサーボスプール４２の裏側を示している隠された線によって示されている）。例えば、中立位置では、第１のチャンバ４８の圧力によりピストン４６の表面５２に作用する力は、第２のチャンバ５０の圧力によりピストン４６の表面５４に作用する力に略等しい。サーボスプール４２が回転するにつれ（矢印Ｂの方向Ｃに示したように、例えば図２の弁２４のモータ端部から観測して時計回り方向に）、サーボスプール４２のらせんランド６４ａと６４ｂが右に移動するにつれて（図２に示したように）、オリフィス７０と７２はますます露出され、この結果、らせん溝６２ａと６２ｂにより、パイロット供給部と第２のチャンバ５０との間の、また第１のチャンバ４８と基準圧力部（例えば、タンク２２へのドレン部）との間の流動連通が可能になる。これにより、第２のチャンバ５０内の圧力増加、及び第１のチャンバ４８内の圧力減少が引き起こされる。第２のチャンバ５０内の圧力と第１のチャンバ４８内の圧力との圧力差により、ピストン４６の右への移動が引き起こされる（図２に示したように）。ピストン４６が右に移動するにつれ、ピストン４６に動作可能に結合された主スプール４０は、同様に右に移動し（矢印Ｃの右端で示したように）、これによって、例えばシステム１０のような油圧システムの部分である例えばアクチュエータ１４への及び／又はそこからの流体流を制御する。第２のチャンバ５０内の圧力と第１のチャンバ４８内の圧力との差によりピストン４６が右に移動するにつれて、ピストン４６のオリフィス７０と７２がサーボスプール４２のらせんランド６４ａと６４ｂによって再び覆われるまで、ピストン４６の右方向の移動が継続する。
【００２２】
サーボスプール４２が反時計回り方向に回転するにつれ（すなわち、矢印Ｂの方向ＣＣに示したように、例えば図２の弁２４のモータ端部から観測して）、サーボスプール４２のらせんランド６４ａと６４ｂが左に移動するにつれて（図２に示したように）、オリフィス７０と７２がますます露出され、この結果、らせん溝６２ａと６２ｂにより、パイロット供給部と第１のチャンバ４８との間の、また第２のチャンバ５０と基準圧力部（例えば、タンク２２へのドレン部）との間の流動連通が可能になる。これにより、第１のチャンバ４８内の圧力増加、及び第２のチャンバ５０内の圧力減少が引き起こされる。第２のチャンバ５０内の圧力と第１のチャンバ４８内の圧力との圧力差により、ピストン４６の左への移動が引き起こされる（図２に示したように）。ピストン４６が左に移動するにつれ、ピストン４６に動作可能に結合された主スプール４０は、同様に左に移動し（矢印Ｃの左端の方向で示したように）、これによって、例えば油圧システムの部分である例えばアクチュエータ１４への及び／又はそこからの流体流を制御する。第２のチャンバ５０内の圧力と第１のチャンバ４８内の圧力との差によりピストン４６が左に移動するにつれて、ピストン４６のオリフィス７０と７２がサーボスプール４２のらせんランド６４ａと６４ｂによって再び覆われるまで、ピストン４６の左方向の移動が継続する。
【００２３】
いくつかの実施形態によれば、電気油圧弁２４のモータ３６はステップモータでもよい。例えば、ステップモータ３６は、出力軸６０の回転量が有限増分で生じるように動作すべく構成してもよく、これによって、角度変位の対応する有限増分でサーボスプール４２を回転させる。例えば、ステップモータ３６は、例えば、ステップモータ３６のステップ毎に約１．８度の増分で出力軸６０を回転させるように動作可能であり、次に、出力軸は、対応する１．８度の増分でサーボスプール４２を回転させ、この結果、例えば、主スプール４０が、サーボスプール４２の増分回転に対応する定常状態位置を達成すると、主スプール４０は対応する有限増分で直線的に移動する。いくつかの実施形態によれば、サーボスプール４２の角度変位は、例えば、モータ３６及びサーボスプール４２が減速ギヤアセンブリを介して動作可能に結合された場合、必ずしもモータ３６の角度変位に等しくなくてもよい。
【００２４】
いくつかの実施形態によれば、モータ３６は、主スプール４０の移動の分解能を高めるために機能し得るディザリング方策に従って作動されることが可能である。ディザリング方策の典型的な実施形態によれば、ステップモータ３６は、サーボスプール４２が２つの対応する角度増分位置の間で前後に迅速に回転するように、ステップモータ３６の２つの隣接する角度増分移動の間で繰り返して迅速に前進させまた戻すことが可能である。ピストン４６の応答は、ステップモータ３６の増分移動の繰り返し反転の応答より遅くてもよく、この結果、ピストン４６は、ステップモータ３６の隣接する角度増分ステップに対応するピストン４６の定常状態位置の間のハウジング４４の位置に位置付けられることが可能である。ステップモータ３６のこの典型的な動作は、主スプール４０の操作者の制御（すなわち、より微細な調整ステップを提供する）に応答してより高い分解能をもたらすことが可能であり、これにより、主スプール４０の移動の分解能及び／又は精度が高められる。このことは、弁２４によって作動されるアクチュエータのより正確な制御を操作者に提供し得る。
【００２５】
いくつかの実施形態は、主スプール４０及び／又はピストン４６がサーボスプール４２と共に回転するのを防止するためのアセンブリ７３を含んでもよい。例えば、アセンプリ７３は、ハウジング４４の壁部を通して、主スプール４０及び／又はピストン４６内に延びるピン７６を受容するための溝７４を含んでもよい。いくつかの実施形態によれば、アセンプリ７３は、ハウジング４４に対する主スプール４０及び／又はピストン４６の中立位置を確立するための較正アセンブリとして機能することが可能である。電気油圧弁２４の組立の際に、例えば、サーボスプール４２のらせんランド６４ａと６４ｂがピストン４６のオリフィス７０と７２の上方に位置付けられるまで、ピストン４６をサーボスプール４２に対し移動させることが可能である（すなわち、ピストン４６をサーボスプール４２に対し縦方向に回転させる及び／又は並進させることが可能である）。例えば、ピン７６は、らせんランド６４ａと６４ｂがオリフィス７０と７２を覆うまで、溝７４に係合して、ピン７６の回転によってハウジング４４に対するピストン４６の角度位置を調整するように構成された偏心延長部７８を含んでもよい。ピストン４６がこのようにして位置付けられると、中立位置がサーボスプール４２用に確立されるように、ピン７６の位置を固定し得る。いくつかの実施形態によれば、較正アセンプリはアセンプリ７３とは別個でもよい。
【００２６】
いくつかの実施形態によれば、電気油圧弁２４は、例えば、モータ３６に対する動力損失の際に、主スプール４０及び／又はサーボスプール４２を中立位置に戻すように構成された戻り機構８０を含んでもよい。いくつかの実施形態によれば、戻し機構８０は、らせんランド６４ａと６４ｂがオリフィス７０と７２を覆うように、サーボスプール４２をその中立位置に回転して戻すように構成されたトーションばね８２を含んでもよい。代わりに又は追加して、電気油圧２４は、主スプール４０に動作可能に結合されたばね４５を含むバイアスアセンプリ４３を含んでもよい。バイアスアセンプリ４３は、例えば、サーボスプール４２及び／又はモータ３６の位置（すなわち、サーボスプール４２又はステップモータ３６の角度）に関わらず、パイロット供給の損失の際に、主スプール４０を中立位置に移動させるように構成することが可能である。例えば、ばね４５は、オリフィス７０と７２を覆うらせんランド６４ａと６４ｂによりピストン４６が位置付けられるように、主スプール４０を移動させるように構成してもよい。戻し機構８０は、例えばアクチュエータ１４が荷重Ｌを落とさないように、動力損失の際に電気油圧弁２４によって制御されるアクチュエータ１４の意図しない動作を防止することが可能である。
【００２７】
いくつかの実施形態、例えば図３に概略的に示した弁２４の典型的な実施形態によれば、サーボスプール４２は、サーボスプール４２の内部に配置された通路を必ずしも含まなくてもよい。図３に示した典型的な実施形態によれば、弁２４は、ロータリ作動の電気油圧弁でもよい。図２に示した典型的な弁２４と同様に、図３に示した典型的な電気油圧弁２４は、サーボスプール４２の動作によって制御される主スプール４０を含む。いくつかの実施形態によれば、主スプール４０は、主スプールチャンバ４１と動作可能に関連付けられ、主スプール４０の位置は、ばね４５を含むバイアスアセンプリ４３を介して付勢可能である。ハウジング４４及びピストン４６は、表面５４（例えば、環状面）を有する第１のチャンバ４８を画定する。サーボスプール４２及びピストン４６は、表面８６を有する第２のチャンバ５０を画定する。ハウジング４４、ピストン４６及び主スプール４０は、オリフィス７１と７３及び通路６７を介して主スプールチャンバ４１と永続的に流動連通する第３のチャンバ８４を画定する。第３のチャンバ８４は表面５２を画定する。
【００２８】
いくつかの実施形態によれば、第１のチャンバ４８内の流体圧力は、表面５４に対する力がピストン４６を左に押圧するように（図３に示したように）、表面５４に作用する。ピストン４６は主スプール４０と動作可能に関連付けられるので、表面５４に対する力は、主スプール４０を左に移動させるように作用する。第２のチャンバ５０内の流体圧力は、表面８６に対する力がピストン４６を左に押圧するように（図３に示したように）、表面８６に作用する。ピストン４６は主スプール４０と動作可能に関連付けられるので、表面８６に対する力は、主スプール４０を左に移動させるように作用する。主スプールチャンバ４１は、例えばオリフィス７１と７３及び通路６７を介して、第２のチャンバ８４と流動連通（例えば、永続的な流動連通）する。主スプールチャンバ４１内の流体圧力は、表面４７に対する力が主スプール４１を右に押圧するように（図３に示したように）、表面４７に作用する。主スプール４０に作用する正味の有効な力は、主スプールチャンバ４１の表面４７に作用する力と、第２のチャンバ５０の表面８６に作用する力との差である。例えば、パイロット供給圧力は、第２のチャンバ５０及び主スプールチャンバ４１と流動連通しており（すなわち、主スプールチャンバ４１及び第２のチャンバ５０は流動連通しており、等しい流体圧力を有する）、また主スプール４０に作用する正味の力は、表面４７の面積と表面８６の面積との差である。中立位置では、主スプール４０に左に及び右に作用する力は、互いに釣り合う。
【００２９】
いくつかの実施形態、例えば図３に概略的に示した典型的な実施形態によれば、主スプール４０及びピストン４６は互いに剛性連結されない。図３に示したように、第１のチャンバ４８は基準圧力（例えば、タンク２２へのドレン部）と流動連通しており、また第１のチャンバ４８は基準圧力と流動連通しているので、ピストン４６及び主スプール４０は、互いに動作可能に連結されるように互いに向かって押圧される（例えば、ピストン４６及び主スプール４６は、互いに剛性連結されないが、一致して移動する傾向を有する）。このような構造は、主スプール４０及びピストン４６の整列を単純化し得る。
【００３０】
ピストン４６の移動は、第１のチャンバ４８内の圧力と第２のチャンバ５０内の圧力との差を制御するサーボスプール４２の動作によって制御することが可能である。サーボスプール４２は、サーボスプール４２がモータ３６を介してピストン４６内の角度変位にわたって回転され得るように、結合部５６（例えば、弾性結合部）を介して、モータ３６、例えばステップモータに動作可能に結合してもよい。例えば、サーボスプール４２は入力軸５８を含んでもよく、モータ３６は出力軸６０を含んでもよく、またサーボスプール４２の入力軸５８は、結合部５６を介してモータ３６の出力軸６０に直接結合してもよい。いくつかの実施形態によれば（図示せず）、ギヤアセンブリ、例えば、減速ギヤアセンブリをモータ３６とサーボスプール４２との間に設けることが可能である。
【００３１】
サーボスプール４２は、１つ以上のらせんランド６４を画定する１つ以上のらせん溝６２を含む。いくつかの実施形態によれば、１対のらせん溝６２をサーボスプール４２の直径方向に対向する側面に配置することが可能である。直径方向に対向するらせん溝６２を設けることによって、らせん溝６２内の流体圧力によるサーボスプール４２とピストン４６との間の力は、互いに対抗して実質的に相殺され、このことは、例えば、サーボスプール４２に対する正味の側面力を回避し及び／又はピストン４６に対しサーボスプール４２が運動の粘着性を示す傾向の低減に役立つことが可能である。
【００３２】
図３に示した典型的な実施形態によれば、サーボスプール４２は、サーボスプール４２の外側に配置された溝の形態の通路６６を含む。通路６６は、らせん溝６２ａと第２のチャンバ５０との間の流動連通を行う。さらに、サーボスプール４２は、サーボスプール４２の外側に配置された溝の形態の通路６８を含む。通路６８は、らせん溝６２ｂと第３のチャンバ８４との間の流動連通を行う。通路６６に対応するらせん溝６２ａは、１つ以上のオリフィス７０（例えば、直径方向に対向する１対のオリフィス７０）を介して第２のチャンバ５０とパイロット流体供給部との間の流動連通を行うように構成される。通路６８に対応するらせん溝６２ｂは、１つ以上オリフィス７２（例えば、直径方向に対向する１対のオリフィス７２）を介して第３のチャンバ８４と第１のチャンバ４８との間の流動連通を行うように構成され、次に、これらのオリフィスはタンク２２へのドレン部と流体連通する。オリフィス７０及びオリフィス７２は、ピストン４６によって画定される。オリフィス７０は、パイロット供給圧力との流動連通（例えば、永続的な流動連通）を行い、オリフィス７２は、基準圧力（例えば、タンク２２へのドレン部）との流動連通（例えば、永続的な流動連通）を行う。
【００３３】
図３に示した典型的な実施形態の典型的な動作中、サーボスプール４２が中立位置（すなわち、ピストン４６及び／又は主スプール４０の移動を生じない位置）にあるとき、らせんランド６４は、ピストン４６の１対のオリフィス７０と１対のオリフィス７２とを覆う。サーボスプール４２が回転するにつれ（例えば、図２の弁２４のモータ端部から観測して時計回り方向に）、サーボスプール４２のらせんランド６４が右に移動するにつれて（図３に示したように）、オリフィス７０とオリフィス７２はますます露出され、この結果、らせん溝６２ａと６２ｂにより、パイロット供給部と第２のチャンバ５０との間の、また第１のチャンバ４８とタンク２２へのドレン部との間の流動連通が可能になる。これにより、第２のチャンバ５０内の圧力増加、及び第１のチャンバ４８内の圧力減少が引き起こされる。第２のチャンバ５０内の圧力と第１のチャンバ４８内の圧力との圧力差により、ピストン４６の左への移動が引き起こされる（図３に示したように）。ピストン４６が左に移動するにつれ、主スプール４０も左に移動し（矢印Ｃの左端で示したように）、これによって、例えば油圧システムの部分である例えばアクチュエータ１４への及び／又はそこからの流体流を制御する。いくつかの実施形態によれば、主スプール４０及びピストン４６は、互いに動作可能に結合されるが、例えば組立の容易さのため互いに堅固に結合されない。それでも、主スプール４０及びピストン４６は、互いに一致して移動する傾向を有する。第２のチャンバ５０内の圧力と第１のチャンバ４８内の圧力との差により、ピストン４６が左に移動するにつれて、ピストン４６のオリフィス７０及びオリフィス７２がサーボスプール４２のらせんランド６４によって覆われるまで、ピストン４６の左方向の移動が継続する。
【００３４】
サーボスプール４２が反時計回り方向に回転するにつれて（すなわち、図３の弁２４のモータ端部から観測して）、サーボスプール４２のらせんランド６４が左に移動するにつれて（図３に示したように）、オリフィス７０及びオリフィス７２はますます露出され、この結果、らせん溝６２ａと６２ｂにより、パイロット供給部と第１のチャンバ４８との間の、また第２のチャンバ５０とタンク２２へのドレン部との間の流動連通が可能になる。これにより、第１のチャンバ４８内の圧力増加、及び第２のチャンバ５０内の圧力減少が引き起こされる。第２のチャンバ５０内の圧力と第１のチャンバ４８内の圧力との圧力差により、ピストン４６の右への移動が引き起こされる（図３に示したように）。ピストン４６が右に移動するにつれ、ピストン４６に動作可能に結合される主スプール４０は、同様に右に移動し（矢印Ｃの右端の方向で示したように）、これによって、例えば油圧システムの部分である例えばアクチュエータ１４への及び／又はそこからの流体流を制御する。第２のチャンバ５０内の圧力と第１のチャンバ４８内の圧力との差によりピストン４６が右に移動するにつれて、ピストン４６のオリフィス７０及びオリフィス７２がサーボスプール４２のらせんランド６４によって再び覆われるまで、ピストン４６の右方向の移動が継続する。
【００３５】
図３に示したように、サーボスプール４２は、ランド８８を含んでもよく、ハウジング４４は、サーボスプール４２の軸受９２とランド８８とを受容するように構成された凹部９０を含んでもよい。さらに、ハウジング４４は、サーボスプール４２の入力軸５８を受容するように構成された開口９４を含んでもよく、入力軸５８は、結合部５６（例えば、弾性結合部）を介してモータ３６の出力軸６０に動作可能に結合し得る。開口９４は、シール９６を受容するように構成可能である。いくつかの実施形態によれば、ランド８８は、第１のチャンバ４８を基準圧力部（例えば、タンク２２へのドレン部）からシールするために機能し得る。いくつかの実施形態によれば、ランド８８と組み合わせて、軸受９２は、例えば第１のチャンバ４８及び／又は第２のチャンバ５０内の流体圧力によるサーボスプール４２に対する軸荷重を吸収するために機能することが可能である。
【００３６】
図３に示した弁２４の典型的な実施形態は、例えばディザリング方策による動作を含む図２に関して本明細書に前述したのと同様の方法で動作可能であるステップモータを含むことが可能である。図３に示した典型的な実施形態は、同様に、例えば、少なくとも本明細書に前述したのと少なくとも同様の中立位置に主スプール４０及び／又はサーボスプール４２を戻すように構成されたアセンプリ７３（例えば、較正アセンブリを含む）及び／又は戻り機構８０を含むことが可能である。
【００３７】
いくつかの実施形態によれば、ハウジング４４は、主スプール４０及びサーボスプール４２用のハウジングを提供する一体構造の形態であり得る（すなわち、主スプール４０を含む弁２４の部分用の別個のハウジングと、サーボスプール４２を含む弁２４の部分用の別個のハウジングとを有する弁２４とは区別されるように）。いくつかの実施形態によれば、主スプール４０及びピストン４６が一体構造、例えば、略同一の外径を有する一体の構造を形成するように、主スプール４０とピストン４６とを一体化してもよい。いくつかの実施形態によれば、流体シールを提供するランド８８を含むサーボスプール４２よりも、むしろモータ３６が流体シールを提供してもよい（例えば、モータ３６は、一体化されたシール、例えば圧力抵抗性のシールを含むことが可能である）。いくつかの実施形態によれば、モータ３６の出力軸６０は、例えば、出力軸６０及びサーボスプール４２が一体構造を形成するように、サーボスプール４２と一体化してもよい（例えば、出力軸６０の外径及びサーボスプール４２の外径は略等しいことが可能である）。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
開示した典型的な弁は、流体流を制御するように構成された油圧システムを含む任意の種類の機械に適用可能であり得る。例えば、開示した典型的な弁は、作業を実行するように構成された１つ以上の油圧アクチュエータを有する油圧システムを含む車両と関連付けて使用してもよい。油圧アクチュエータのいくつかの例は、例えば、ロッド及びシリンダアクチュエータのようなリニアアクチュエータ、また例えば、油圧ポンプ及び油圧モータのようなロータリアクチュエータを含むが、それらに限定されない。このようなアクチュエータを含むことが可能な機械のいくつかの例は、建設車両及び農業用車両を含むが、それらに限定されない。このような車両は、履帯式車両及び車輪付き車両、例えば掘削、押出し、掻き取り、持ち上げ、投棄、及び／又は吊上げのような、例えば、作業機能を実行するように構成された作業器具を有する車両を含むが、それらに限定されない。このような機能は、例えば、油圧アクチュエータへの及び／又はそこからの流体流を制御することによって制御される。流体流は、本明細書に開示した典型的な弁の１つ以上によって少なくとも部分的に制御可能である。
【００３９】
弁２４のいくつかの実施形態によれば、弁２４は、ハウジング４４内に配置されたサーボスプール４２及びピストン４６を含む。サーボスプール４２は、ピストン４６の移動を制御するように構成可能であり、次に、ピストンは弁２４の主スプール４０の移動を制御する。主スプール４０の移動は、作業、例えば荷重に対する力の適用を実行するアクチュエータ１４への流体流を制御するように構成可能である。例えば、アクチュエータ１４は、ピストン２８によって画定された１つ以上のチャンバ内への選択的な流体流に応答してロッド３４を伸縮させるように構成された、例えば、ロッド及びシリンダアセンブリのようなリニアアクチュエータでもよい（例えば図１参照）。ロッド３４は、ロッド３４の伸縮により荷重Ｌに対する作業の実行が行われるように、荷重Ｌに動作可能に結合することが可能である。例えば、ロッド３４は、例えば作業を実行するように、例えば、荷重を持ち上げ、土壌を掻き取り、又は泥の荷重を運ぶように構成されたブーム、ブレード、又はバケットに動作可能に結合してもよい。アクチュエータ１４への流体流は、１つ以上の弁２４によって制御可能である。
【００４０】
いくつかの実施形態によれば、サーボスプール４２は、パイロット供給部と基準圧力部（例えば、タンク２２へのドレン部）との間の流動連通を行う１つ以上の通路６６と６８及びらせん溝６２の１つ以上と共に、１つ以上のらせん溝６２及びらせんランド６４を画定する。弁２４のいくつかの実施形態は、サーボスプール４２に動作可能に結合されかつサーボスプール４２を角度をなして変位させるように構成されるモータ３６を含んでもよく、この結果、らせんランド６４は、パイロット流体供給部及び基準圧力部への流動連通を行うオリフィス７０と７２を選択的に露出させまた覆う。サーボスプール４２、ピストン４６、及びハウジング４４は、チャンバ４８と５０を画定することが可能であり、サーボスプール４２の角度変位は、チャンバ４８と５０と、パイロット供給部及びタンク２２へのドレン部との間の流動連通を開放するために機能することが可能である。チャンバ４８と５０とパイロット供給部及びタンク２２へのドレン部との間の流体の流動連通を開放することにより、チャンバ４８と５０内の流体圧力の差により、力のアンバランスをピストン４６に生成するために役立つことが可能である。力のアンバランスは、ピストン４６の力アンバランスが散逸させられるようにオリフィス７０と７２がらせんランド６４によって略覆われるまで、ハウジング４４内のピストン４６の並進をもたらす。ピストン４６は主スプール４０に動作可能に結合されるので、主スプール４０の移動は、モータ３６の動作によって制御され得る。主スプール４０は、アクチュエータ１４への流体流を制御することが可能である。このように、モータ３６の動作を制御することによって、アクチュエータ１４への流体流を制御することが可能である。
【００４１】
弁２４の典型的な実施形態は、応答性の改良をもたらすことが可能である。例えば、弁２４の実施形態は、操作者の命令に対するより速い応答を提供し得る。さらに、弁２４の典型的な実施形態は、操作者の命令に応答してより高い分解能を提供する能力を示すことができる。このような応答の改良は、アクチュエータに対する制御の改良を操作者に可能にし得る。さらに、弁２４の典型的な実施形態は、ヒステリシス効果を実質的に除去することが可能であり、この結果、弁２４はより一貫した動作を示す。さらに、弁２４の典型的な実施形態は、流体汚染の悪影響に対し敏感でないことが可能である。
【００４２】
いくつかの実施形態によれば、典型的な弁２４は、時に「位置アクチュエータ」と称されるものとして動作し、このアクチュエータは、時に「圧力アクチュエータ」と称される例えば少なくともいくつかの従来の電気減圧弁とは時に区別される。弁２４の少なくともいくつかの例は、主スプール４０が、例えば、ステップモータの角度によって決定されるような所望の位置に配置されない場合、ピストン４６のオリフィス７０及びオリフィス７２は少なくとも部分的に露出されたままであり、また主スプール４０が所望の位置に達するまでパイロット供給による圧力アンバランスを生成するように操作され得る。この操作方法は、例えば、主スプール４０に作用する流れの力によって引き起こされる力の外乱のような力の外乱の排除をもたらすことが可能である。
【００４３】
開示したシステム及び方法に様々な修正及び変形を行うことができることが、当業者には明らかであろう。開示したシステム及び方法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。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１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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