(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械部材（１６）と、内部に穿孔（４６）を有する本体（４５）と、前記機械部材（１６）に機械的に接続され且つ前記穿孔（４６）内に配置されて対向側に第１制御室（４７）と第２制御室（４９）を画成し、前記第１及び第２制御室に対して加圧流体を供給することにより反対方向に移動するピストン（４２）であり、前記２つの制御室間に輪郭表面を持つ第１端部と第２端部を有し、前記輪郭表面が対向してテーパ付けされた第１及び第２テーパ部（５３、５４）を有するピストン（４２）とよりなる油圧装置（１０）において、
バルブ素子（７０）と前記バルブ素子（７０）を動かすために加えられる第１の力を発生させるアクチュエータ（６４）を有し、且つ加圧流体が前記第１制御室（４７）に接続された排出部に対して比例的に計量される第１状態と、前記排出部がタンク通路に接続される第２状態と、前記排出部が前記タンク通路と前記加圧流体から分離される第３状態を有する第１電磁油圧バルブ（６０）と；
前記第２制御室（４９）が前記タンク通路に接続される第４状態と、前記第２制御室（４９）が前記第１電磁油圧バルブ（６０）の排出部に接続される第５状態を有する第２電磁油圧バルブ（９５）と；
前記ピストン（４２）と前記第１電磁油圧バルブ（６０）に係合され、前記第１及び第２テーパ部（５３、５４）での動きが前記バルブ素子（７０）に第２の力を作用させるパイロットピン（８０）と；
を備えることを特徴とする油圧装置（１０）。
【請求項２】
前記第２の力が少なくとも部分的に前記第１の力を相殺することを特徴とする請求項１記載の油圧装置（１０）。
【請求項３】
前記パイロットピン（８０）により作用する前記第２の力が前記機械部材（１６）の動きに応答して変化することを特徴とする請求項１記載の油圧装置（１０）。
【請求項４】
前記パイロットピン（８０）により前記バルブ素子（７０）に作用する力が前記アクチュエータ（６４）により前記バルブ素子（７０）に作用する力と反対の方向を有することを特徴とする請求項１記載の油圧装置（１０）。
【請求項５】
前記本体（４５）は、
前記第１電磁油圧バルブ（６０）の前記バルブ素子（７０）を受け入れる第１穿孔（６２）と；
前記第２制御室（４９）と連通し、前記第２電磁油圧バルブ（９５）のバルブ部材（９８）を受け入れる第２穿孔（９２）と；
前記加圧流体を受け入れ、前記第１穿孔（６２）と連通するパイロット圧力通路（８５）と；
前記第１穿孔（６２）と、前記第２穿孔（９２）と、前記タンク通路と連通するパイロットタンク通路（８６）と；
前記第１電磁油圧バルブ（６０）の前記排出部を前記第１制御室（４７）に接続するブランチ通路（９０）と；
前記第１電磁油圧バルブ（６０）の前記排出部を前記第２穿孔（９２）に接続する横断通路（９１）と；
をさらに備えることを特徴とする請求項５記載の油圧装置（１０）。
【請求項６】
前記第１電磁油圧バルブ（６０）が前記第１状態で前記パイロット圧力通路（８５）を前記ブランチ通路（９０）と前記横断通路（９１）に接続し、前記第２状態で前記ブランチ通路を前記パイロットタンク通路（８６）に接続し、前記第２電磁油圧バルブ（９５）が前記第４状態で前記第２制御室（４９）を前記パイロットタンク通路（８６）に接続し、前記第５状態で前記第２制御室（４９）を前記横断通路（９１）に接続することを特徴とする請求項５記載の油圧装置（１０）。
【請求項７】
キャップ（７２）と、前記キャップ（７２）を前記バルブ素子（７０）から離間させるように偏倚させる第１ばね（７４）と、前記キャップを前記パイロットピン（８０）から離間させるように偏倚させる第２ばね（７６）をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の油圧装置（１０）。
【請求項８】
前記ピストン（４２）が前記第２制御室（４９）内の前記ピストン（４２）の第２表面積より小さい前記第１制御室（４７）内の第１表面積を有することを特徴とする請求項１記載の油圧装置（１０）。
【請求項９】
前記ピストン（４２）が円断面形状を有し、前記第１テーパ部（５３）と前記第２テーパ部（５４）は各々が第１端部と第２端部の異なる端部の近傍のより大きい直径の端部を備えた切頭円錐形状を有することを特徴とする請求項１記載の油圧装置（１０）。
【請求項１０】
前記第１テーパ部（５３）が第１端部から内側に離間するようにテーパを付けられ、前記第２テーパ部（５４）が第２端部から内側に離間するようにテーパを付けられていることを特徴とする請求項１記載の油圧装置（１０）。
【請求項１１】
前記ピストン（４２）は前記パイロットピン（８０）の端部が受け入れられる長手溝（５６）を有することを特徴とする請求項１記載の油圧装置（１０）。
【請求項１２】
前記バルブ素子（７０）が前記パイロットピン（８０）の端部を受け入れる開口部を有することを特徴とする請求項１記載の油圧装置（１０）。
【請求項１３】
前記本体（４５）が、各々前記穿孔（４６）と連通する作用ポート（１８、２０）と、供給通路（３０）と、タンク通路（２６、２７）をさらに備え、
前記機械部材（１６）が前記ピストン（４２）に接続され、前記作用ポートと前記供給通路間の第１流路と、前記作用ポートと前記タンク通路間の第２流路を画成するために前記穿孔（４６）内に動作可能に収容された流量制御部品を備えていることを特徴とする請求項１記載の油圧装置（１０）。
【請求項１４】
前記流量制御部品は、内部で往復運動するように前記スプール穿孔（４６）内に収容される制御スプール（１６）であり、前記第１作用ポートが前記供給通路に接続され、前記第２作用ポートが前記タンク通路に接続される第１位置と、前記第１作用ポートが前記タンク通路に接続され、前記第２作用ポートが前記供給通路に接続される第２位置と、前記第１作用ポートと前記第２作用ポートが前記供給通路と前記タンク通路から分離される第３位置を有する制御スプールを備えていることを特徴とする請求項１３記載の油圧装置（１０）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気動作型油圧アクチュエータに関し、特に、油圧システムにおいてリニア作動型制御バルブを動作させるのに特に適したフォースフィードバック型アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
建設および農業機械は複数の油圧シリンダとピストン構成により操作される複数の可動部材を備えている。シリンダはピストンにより２つの内室に分割され、各室に加圧作動液を交互に加えることによりピストンを反対の方向に移動させる。
【０００３】
従来から、シリンダに作動液を供給することはオペレータがバルブの穿孔内のスプールに機械的に接続されたレバーを動かす手動バルブにより制御されていた。このレバーの動きにより、ポンプ排出部、流体リザーバ、またはシリンダと連通する穿孔内の空洞部に対してスプールを種々の位置に移動させる。一方向にスプールを動かすことにより、ポンプからシリンダ室の一つに流れる加圧作動液の流量を制御し、他方のシリンダ室の流体がリザーバに流れるのを可能にする。逆方向にスプールを動かすことにより、シリンダ室に対する流体の供給および排出を逆転させる。スプールが妥当な方向に移動する量を変化させることにより、流体が関連するシリンダ室に流れる割合が変化し、それによりピストンを比例する異なる速度で移動させる。
【０００４】
さらに、いくつかの制御バルブが２つのシリンダ室がスプールを介して流体リザーバに同時に接続される浮動位置を与える。このピストンにより、シリンダにより駆動される機械部材が外力により自由に移動可能となる。例えば、除雪ブレードは表面形状の変化に順応させ、舗装道路を掘らないようにするため舗装道路に対して浮かせることが可能である。
【０００５】
建設、農業機械において、手動油圧バルブを避けて、電気制御ソレノイドバルブを使用する傾向がある。米国特許第５，９２１，２７９号は制御バルブを動作させるためにソレノイドをスプールの端部に結合することを記載している。ソレノイドは一方向にのみスプールを駆動することができるので、このようなソレノイド動作型スプールバルブの一対がバルブアセンブリの各作用ポートに必要とされる。これらのバルブの一つがピストンの動きを一方向に制御し、他方のバルブがピストンの動きを他方向に制御する。
【０００６】
所望の流量でバルブに流れる流体を計量するため、ソレノイドがスプールを正確に位置決めできることが重要である。理想的なバルブでは、スプールの位置はソレノイドに印加される電流の大きさに対して一定の関係を持っている。この理想的な状態はスプールに作用する他の力が制御バルブの寿命に至るまで一定であることを仮定している。実際の現場では、スプールの動きに影響を与える摩擦や他の力は装置の経年変化と共に変化するので、ソレノイドに流れる同一値の電流が長期に渡ってスプールを同一位置に移動させるとは限らない。ある電流レベルでバルブに流れる流量はバルブの寿命中に変化する。
【０００７】
任意の大きさの電流がソレノイドに流れる場合、スプールに作用する他の力が変化しても、スプールを常に同一位置に配置させる制御バルブアセンブリを提供することが望まれる。
本発明の目的は上記の問題を除去できる改良された比例油圧制御バルブを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
比例油圧制御バルブは内部に穿孔を有し、さらに各々が前記穿孔と連通する作用ポートと、供給通路と、タンク通路を有する。油圧モータは作用ポートに接続可能である。ポンプは供給通路に接続でき、油圧システムの流体リザーバはタンク通路から流れる流体を受け入れる。例えば、作用ポートと供給通路間の第１流路と、作用ポートとタンク通路間の第２流路を形成するため、バルブスプールのような流量制御部品が往復運動のための穿孔内に収容されている。
【０００９】
比例油圧制御バルブは流量制御部品に接続されたピストンを有するフォースフィードバックアクチュエータにより動作される。ピストンは、穿孔内のピストンの対向側に、第１制御室と第２制御室とを画成する。ピストンはその間に輪郭表面を形成する凹部を持つ対向端部を有する。好ましい実施例において、ピストンは砂時計状の形状（ｈｏｕｒｇｌａｓｓ  ｓｈａｐｅ）を有する。
【００１０】
フォースフィードバックアクチュエータは第１および第２制御室に対して選択的に加圧流体を計量し、ピストンを対向する方向に移動させるバルブ素子を有するバルブアクチュエータを有する。このピストンの動きにより、流量制御部品が第１流路および第２流路が形成される位置に移動する。このバルブアセンブリはバルブ素子を動かすために加えられる第１の力を発生させるバルブアクチュエータを含んでいる。パイロットピンはピストンとバルブアセンブリに係合し、ピストンの第１および第２テーパ部上でのパイロットピンの動きにより第２の力をバルブ素子に転送させる。
【００１１】
バルブアクチュエータからの第１の力は流量制御部品のための所望の位置に相当する。第２の力またはフィードバック力は流量制御部品の実際の位置を示し、制御スプールが所望の位置にある場合バルブ素子を閉止状態にする。
【００１２】
好ましい実施例において、リニアアクチュエータが第１および第２電磁油圧バルブを構成する。第１電磁油圧バルブはアクチュエータとバルブ素子を有する。第１電磁油圧バルブは加圧流体が第１制御室に接続されたバルブ排出部に比例的に計量される第１状態と、第１制御室がタンク通路に接続される第２状態と、第１制御室がタンク通路と加圧流体供給源から分離される第３状態を有する。第２電磁油圧バルブは第２制御室がタンク通路に接続される第４状態、および第２制御室が第１電磁油圧バルブに接続される第５状態を有する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、制御バルブ１０は内部に延在する穿孔１４を有するバルブブロック１２を構成している。制御スプール１６は流量制御部品を形成し、穿孔１４内に配置され、一対の作用ポート１８および２０に流れる作動液流量を制御するため長手方向に往復運動可能である。二重作用ばねアセンブリ１５はスプールを穿孔１４内の図示されたような中央の中立位置に戻すため制御スプール１６の第１端部に接続される。制御スプール１６は、後述するように、穿孔内の異なる空洞部と開口部間の作動液流量を制御するため穿孔１４と連動するランド間に配置された複数の軸方向に間隔を取った円周溝部を有する。
【００１４】
第１および第２作用ポート１８および２０はそれぞれ第１および第２作用ポート通路２２および２３により穿孔１４の周囲に延びる空洞部に接続される。個別の逆止めバルブ２４または２５は第１および第２作用ポート通路２２および２３の各々に配置される。作用ポート１８および２０はシリンダ２１とピストン１９の構成のような油圧モータに接続される。例示の油圧システムにおいて、第１作用ポート１８は油圧シリンダ２１のヘッド室に接続可能であり、第２作用ポート２０は同シリンダのロッド室に接続可能である。ピストン１９とシリンダ２１は油圧モータを構成し、本発明の制御バルブは単動シリンダまたは回転モータのような他の型の油圧モータと共に使用可能であることを理解すべきである。
【００１５】
バルブブロック１２は図１の断面図の面に直交して延びる複数の通路を有する。このような一対の通路２６および２７は制御バルブ１０が構成部品である油圧システムのタンクに接続される。タンク通路２６および２７はスプール穿孔１４の周囲に延びる異なる空洞部に開口する。バルブブロック１２はスプール穿孔１４に開口する供給通路３０を有し、油圧システムのポンプ（図示せず）の出力部に接続される。供給通路３０は従来の圧力補償器３４を含むバルブブロック１２内の別の穿孔３２に連通する。圧力補償器３４は供給通路３０からブリッジ通路３８により接続されたスプール穿孔１４の周囲の一対のポンプ空洞部３５および３６に流れる作動液の流量を制御する。
【００１６】
バルブブロック１２は好ましくは種々の穿孔部、通路、ポートを相互に接続するため共にボルト止めされた数個のセグメントから構成される。本発明では、ここに記載されている具体例の他に、他の型のスプール制御バルブに使用可能であることを理解すべきである。
【００１７】
図１は流体が作用ポート１８および２０に出入りしない中立、または中央位置の制御スプール１６を例示している。図面において右方向への制御スプール１６の移動により、第１作用ポート１８をタンク通路２６に接続し、第２作用ポート２０をブリッジ通路３８および圧力補償器３４を介して供給通路３０に接続する。この作用により、システムポンプからシリンダ２１のロッド室に加圧作動液を供給し、流体をシリンダのヘッド室からシステムタンクに排出する。その結果、ピストンロッド３９はシリンダ２１内で後退する。図面において左方向への制御スプール１６の移動により、第１作用ポート１８を供給通路３０に接続し、第２作用ポート２０をタンク通路２７に接続する。これにより、システムポンプからの加圧作動液がシリンダ２１のヘッド室に流れ、流体がロッド室から排出され、シリンダからピストンロッド３９を伸張させる。
【００１８】
ここでの上部下部、左右、上下のような方向関係および動きは、図面に示された方向の部品の関係および動きを言及しているが、本発明の他の実施例の部品の方向性ではない場合がある。
【００１９】
二重作用ばねアセンブリ１５から離間した制御スプール１６の第２端部はフォースフィードバックアクチュエータ４０に接続される。フォースフィードバックアクチュエータ４０はバルブブロック１２の片側に取り付けられた端部ブロック４８を有するので、端部ブロック内の穿孔４６はスプール穿孔１４と整合される。端部ブロック内の穿孔４６は制御スプール１６の第２端部に取り付けられたピストン４２を含む。代案として、制御スプール１６とピストン４２は単一部品として構成できる。どの構成においても、ピストン４２と制御スプール１６は共通ユニットとして往復運動する。第１および第２ピストン制御室４７および４９がピストン４２の対向側の穿孔４６内で画成される。端部ブロック４８はバルブブロック１２から分離されるが、この２つの部品は単一部品として構成可能であり、ここでは本体４５として集合的に示される。単一部品としての本体において、スプール穿孔１４とピストン穿孔４６は共通穿孔を構成する。
【００２０】
図２を参照すると、ピストン４２は一般的に円形端部５０および５１と、端部間に好ましくは環状ノッチ５２の形状である輪郭表面を形成する凹部とを持った砂時計状の形状をしている。環状ノッチ５２はそれぞれ比較的厚い端部５０および５１からノッチの底部でのより薄い中間ピストン部５５に延びる切頭円錐状のテーパ部５３および５４を有する。テーパ部５３および５４は端部からノッチの最小径領域に直線的にテーパを付けられた表面で示されるので、凸状または凹状表面のような他の表面輪郭を採用できる。長手溝５６はピストン４２の外表面に沿って一方の円形端部５０から他方の端部５１に延びている。代案として、ノッチ５２の代わりに、ピストン４２は溝５６の形状に対応する大きい凹状長手溝付きのシリンダ形状を備えることができる。
【００２１】
図１および図３を参照すると、比例第１電磁油圧（ＥＨ）バルブ６０は端部ブロック４６に延びる第１穿孔６２内に搭載され、ピストン穿孔４６と直角に交差する。第１ＥＨバルブ６０は通電されるとバルブ素子アセンブリ６８と選択的に係合する電機子６６の動きを発生させる第１ソレノイド６４からなる電気アクチュエータを持っている。図４を参照すると、バルブ素子アセンブリ６８はピストン４２に面する開口端部とソレノイド電機子６６が延びる小開口部７３を持った内端部を有する中央開口部７１を持っているバルブ素子７０から構成される。バルブ素子７０は外部環状溝７５と横開口部７７を持っている。後に説明されるように、第１ソレノイド６４による電機子６６の動作によりバルブ素子７０を動かし、第１および第２ピストン制御室４７および４９に流れる流量を比例的に制御する。
【００２２】
バルブ素子７０内のキャップ７２は中央開口部７１の内端部から離間するように第１ばね７４により偏倚される。第２ばね７６はキャップ７２と中央開口部７１の開放端部に面するディスク７８間に配置される。フィードバックピン８０はディスク７８を介して延び、キャップ７２と係合する第１端部を有する。パイロットピン上の肩部はディスク７８に突き当たっている。パイロットピン８０の大口径部８４は第１ＥＨバルブ６０から突出し、ピストン４２の長手溝５６内で受け止められる丸端部を有する（図２参照）。ピストン４２の溝５６とパイロットピン８０の丸端部の係合により、これらの部品間に線状接触を生じさせる。溝５６を設けない場合、パイロットピンは接触点で比較的大きなストレスを発生させるピストン４２の曲面で点接触になる。この２つの部品の線状の構成により、接触ストレスが減少する。
【００２３】
図１および図３を再度参照すると、後述するように、パイロット圧力通路８５は、第１穿孔６２と連通し、ピストン４２の動作を制御するため一定の制御されたパイロット圧力（ＰILOT）の流体を受け入れる。端部ブロック４８はバルブブロック１２内のタンク通路２７と連通するパイロットタンク通路８６を有する。パイロットタンク通路８６は第１ＥＨバルブ６０のためのピストン穿孔４６と第１穿孔６２を相互接続させる。従って、第１ＥＨバルブ６０とピストン穿孔４６間の空洞部８８は常にタンク通路２７と連通している。ブランチ通路９０はピストン４２のスプール側の第１ピストン制御室４７から第１穿孔６２に延びている。第１横断通路９１は端部ブロック４８内の第１穿孔に対して並列であり、第２制御室４９内に開口する第２穿孔９２を通過させるため第１穿孔６２から延びるブランチ通路９０の延長部である。第２横断通路９４は第１穿孔６２内の空洞部８８と第２穿孔９２間に延長している。
【００２４】
第２電磁油圧バルブ９５は第２穿孔９２内のバルブ部材９８を動かすために電機子９７を動作させる第２ソレノイド９６により形成される電気アクチュエータを持っている。第２ＥＨバルブ９５は２つの状態、即ち、通電状態および非通電状態を有するオン／オフ型バルブである。第２ＥＨバルブ９５が非通電状態になると、バルブ部材９８は第１横断通路９１を第２ピストン制御室４９に接続するように位置決めされる。交互に、第２ＥＨバルブ９５が通電されると、タンク通路８６および２７に接続された第２横断通路９４が第２ピストン制御室４９に接続される。しかしながら、当業者は第２ＥＨバルブ９５の通電および非通電状態での接続が第２ＥＨバルブの動作の次の説明において、第２ソレノイド９６の起動を相応に逆転させて入れ替えられることを理解するであろう。さらに、バルブ素子７０とバルブ部材９８の特定の設計が図面に示されているが、同じ機能を実行する他の型の構成部品が本発明の範囲内で検討される。例えば、バルブポペット類が採用できる。
【００２５】
第１電磁油圧バルブ６０はスプール１６の位置を制御するためパイロット圧力通路８５からの流体、従って流体が作用ポート１８と２０に供給される流量を計量する比例バルブである。第２電磁油圧バルブ９５の２つの状態はピストン４２、すなわち制御スプール１６の移動方向を決定する。制御スプール１６の移動方向はピストンロッド３９がシリンダ２１により形成される油圧アクチュエータから伸張するかまたは後退するかを決定する。
【００２６】
図１および図３は流体がシリンダ２１に出入りしない中立位置にある制御バルブ１０を示している。この動作モードにおいて、第１ＥＨバルブ６０は非通電状態に維持されるので、そのバルブ素子７０がパイロット圧力通路８５との連通を閉止する。従って、バルブ素子７０は第１ピストン制御室４７に開口するブランチ通路９０がパイロットタンク通路８６およびタンクに接続される位置にある。このように、第１ピストン制御室４７はタンク圧力にある。バルブ部材９８を第１横断通路９１を第２ピストン制御室４９に接続する位置にもたらすように、第２ＥＨバルブ９５も非通電状態になる。すでに述べたように、第１横断通路９１はシステムタンクに導くパイロットタンク通路８６に接続された比例第１ＥＨバルブ６０の排出部に接続される。従って、第２ピストン制御室４９もタンク圧力にある。たとえ第２ＥＨバルブ９５がこの状態で通電されても、そのバルブ部材９８が第１ＥＨバルブ６０の空洞部８８から後者の室をタンク圧力にする第２ピストン制御室４９に第２横断通路９４を接続することは注目される。従って、制御バルブ１０の中立状態で、ピストン制御室４７および４９は二重ばねアセンブリ１５が制御スプール１６を例示された位置に中心移動させるタンク圧力にある。この例示位置では２つの作用ポート通路２２および２３はスプール穿孔に接続された他の通路および空洞部から分離されている。
【００２７】
図５を参照すると、ピストンロッド３９をシリンダ２１から伸張させるため、第２ＥＨバルブ９５が通電されるので、バルブ部材９８は第２横断タンク通路９４を第２ピストン制御室４９に接続する。第１ＥＨバルブ６０もバルブ素子７０を環状溝７５がバルブの流入部８７と排出部８９間に延びる位置に動かすために通電され、パイロット圧力通路８５からブランチ通路９０および第１ピストン制御室４７に流れる流体を比例的に計量する。このように、第１ピストン制御室４７は、第２ピストン制御室４９の圧力に比べて、比較的高い圧力の流体を収容する。この圧力差がピストン４２を図面において左方に圧力を加え、流量制御部品であるスプール１６の対応する動きを発生させる。制御スプール１６の左方運動により第２作用ポート通路２３と第２作用ポート２０をタンク通路２７に接続させる。同時に、第１作用ポート１８とその通路２２がポンプ出力圧力にある流体を受け入れるブリッジ通路３８に接続される。従って、図１から明らかなように、シリンダ２１内のピストンが図面において左方向に移動し、ピストンロッド３９をシリンダから伸張させる。
【００２８】
フォースフィードバックアクチュエータ４０のピストン４２が図面において左方向に移動するにつれて、パイロットピン８０がピン８０を第１ＥＨバルブ６０内に強制するピストン上にテーパ部５４にずり上がる。これが第１ソレノイド６４からの下方向の力を相殺するバルブ素子７０に対する上方向フィードバック力を作用させ、スプールをパイロット圧力通路８５とブランチ通路９０間の連通を閉止させる傾向にある方向に移動させる。このパイロットピン８０の上方向運動はバルブ素子７０に上方向圧力を作用させる第１ばね７４（図４）を圧縮する。このパイロットピン８０とピストンのテーパ部５４との係合によるバルブ素子７０に対する上方向力の作用が第１ＥＶバルブ６０に作用するスプール位置フィードバック力が与えられる。
【００２９】
このように、第１ＥＶバルブ６０の第１ソレノイド６４に印加される電流の大きさは電機子６６を介してバルブ素子７０に加えられる下方向の力を発生させる。この下方向の力は制御スプール１６のための所望の位置に対応する。制御スプール１６が所望の位置に到達すると、パイロットピン８０によりバルブ素子７０に作用する上方向の力は第１ソレノイド６４により発生した下方向の力に一致する。フォースフィードバックアクチュエータ４０は、バルブ素子７０が閉止位置になり、パイロット圧力ＰILOTは第１ピストン制御室４７に加えられていない制御スプール１６の所望の位置で平衡状態になる。従って、二重作用ばねアセンブリ１５の摩擦や力の変化のような制御スプール１６に作用する他の力が長時間生じる場合、フォースフィードバックアクチュエータ４０はこれらの変化を補償する。具体的には、フォースフィードバックアクチュエータ４０は常にピストン４２のテーパ部５４上で動くパイロットピン８０により作用する力が第１ＥＨバルブ６０の第１ソレノイド６４に流れる電流により発生する力に対向する所望の位置に制御スプール１６を移動させる。この力の平衡はスプールが二重作用ばねアセンブリ１５の摩擦や力の変化に関わらず所望の位置に移動した時に生ずる。
【００３０】
図６を参照すると、ピストンロッド３９をシリンダ２１内に後退させたい場合、同様な作用が生じる。この動作モードにおいて、バルブ部材９８を第１横断通路９１と第２ピストン制御室４９間に接続する位置にもたらすように第２ＥＨバルブ９５が非通電にされる。このように、第１ＥＨバルブ６０がパイロット圧力通路８５からブランチ通路９０と第１横断通路９１に流れる流体を比例的に計量するために通電されるので、その圧力での流体が第１および第２ピストン制御室４７および４９に供給される。図面で理解されるように、第１ピストン制御室４７に露出されたピストン４２の表面は第２ピストン制御室４９に露出されたピストン表面積より小さい。好ましくは、第２ピストン制御室４９のピストン表面積は第１ピストン制御室４７に露出された面積の２倍である。この動作モードにおいて、より大きな油圧力が制御スプール１６から離れたピストンの端部に作用し、ピストン４２と制御スプールを図面の右方向に移動させる。この作用により、制御スプール１６を第１作用ポート１８と通路２２がタンク通路２６に接続される位置にも移動させる。さらに、制御スプール１６は第２作用ポート２０とその通路２３からポンプ供給圧力にあるブリッジ通路３８への通路を提供する。その結果、、シリンダ２１のピストンは図面の右方向に移動し、付属のロッド３９をシリンダ内に後退させる。
【００３１】
ピストン４２の右方向の動きはパイロットピン８０をテーパ部５３にずり上がらせ、パイロットピンを第１ＥＨバルブ６０内に押し込む。このパイロットピン８０の動きは上方向の力を第１ソレノイド６４が通電されると電機子６６から下方向の力を相殺するバルブ素子７０に作用する。制御スプール１６とピストン４２が第１ＥＨバルブ６０の第１ソレノイド６４に印加される電流の大きさに相当する所望の位置に移動すると、パイロットピン８０からの上方向の力がソレノイド電機子６６により作用する下方向の力と平衡状態になる。この状態が生じると、バルブ素子７０はパイロット圧力通路８５と、ブランチ通路９０と、第１横断通路９１間の連通を閉止する位置にセットされる。その時、加圧流体はすでにピストン制御室４７または４９に供給されておらず、ピストンおよび制御スプール１６の動きが終了する。
【００３２】
このように、後退モードにおいて、パイロットピン８０と係合するピストン４２は制御スプール１６が第１ソレノイド６４に印加される電流の大きさに相当する所望の位置に到達すると知らせるフォースフィードバック機構を提供する。バルブ素子７０は制御スプールがそれに作用する外力により左方向に動く場合に限りパイロット圧力通路８５と２つのピストン制御室４７および４９間の連通を再度開放する。この後退モードにおいて、フォースフィードバックアクチュエータ４０はたとえ制御スプール１６に作用する二重作用ばねアセンブリ１５の摩擦や力のような他の力が長時間変化する場合でも制御スプール１６を正確に位置決めする。
【００３３】
図７を参照すると、制御スプール１６は作用ポート１８および２０がタンク通路２６および２７に接続される浮動位置に配置される。制御バルブ１０が内蔵された機械のオペレータが浮動位置を指定する入力装置を動作すると、比較的高い電流レベルが第１ＥＨバルブ６０に入力される。第２ＥＨバルブ９５はバルブ部材９８が第１横断通路９１と第２ピストン制御室４９間の通路を形成する非通電状態にセットされる。第１ＥＨバルブ６０の第１ソレノイド６４に印加される電流はバルブ素子７０を強制的に下方に移動させ、パイロット圧力通路８５とブランチ通路９０および第１横断通路９１と間に比較的大きい通路を形成する。これにより、加圧流体を、各室のピストン表面積の差分により、ピストンとこれに接続された制御スプール１６を図面の右手に駆動する２つのピストン制御室４７および４９に加えられる。第１ソレノイド６４は比較的大きな下方向の力をバルブ素子７０に加えるので、長手溝５６上のピン８０の上方向移動はパイロット圧力通路８５と他の通路９０および９１間の連通を閉止しない。従って、アクチュエータピストン４２は右手方向に全ての利用可能な距離まで駆動され、第１および第２作用ポート１８および２０がそれぞれタンク通路２６および２７に接続された通路２２および２３を有する。この構成により、シリンダ２１のピストンがピストンロッド３９に作用する外力に応答した動きを浮動にするのを可能にする。
【００３４】
上記説明は主として本発明の好ましい実施例に適用される。本発明の範囲内で種々の変形例が考慮されるが、この技術の当業者が本発明の実施例の開示から明らかである他の変形例に気が付くであろうことが予測される。スプール型制御バルブを動作させるとの状況で、本発明のフォースフィードバックアクチュエータは説明されたが、アクチュエータは例えば可変容量形ポンプの斜板のような他の装置を動作させるために使用可能である。従って、本発明の範囲は上記開示に制限されることなく、特許請求の範囲により決定させるべきである。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明から、本発明の油圧システムの制御バルブアセンブリにおいて、所定の電流がソレノイドに流れると、スプールを常に同位置に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明によるソレノイド動作型スプール制御バルブの断面図である。
【図２】図２は制御バルブ内のピストンの斜視図である。
【図３】図３は中立位置にある制御バルブのリニアアクチュエータの断面図である。
【図４】図４は図３のリニアアクチュエータのバルブ素子及びピストンの拡大断面図である。
【図５】図５は制御バルブが伸張状態にある場合のリニアアクチュエータの断面図である。
【図６】図６は制御バルブが後退状態にある場合のリニアアクチュエータの断面図である。
【図７】図７は制御バルブが浮動状態にある場合のリニアアクチュエータの断面図である。
【符号の説明】
１０          制御バルブ
１２          バルブブロック
１４、３２、４６、６２          穿孔
１５          二重作用ばねアセンブリ
１６          制御スプール
１８、２０          作用ポート
１９、４２          ピストン
２１          シリンダ
２２、２３          作用ポート通路
２４、２５          逆止めバルブ
２６、２７          通路
３０          供給通路
３４          圧力補償器
３５、３６          ポンプ空洞部
３８          ブリッジ通路
３９          ピストンロッド
４０          フォースフィードバックアクチュエータ
４２          ピストン
４５          本体
４７、４９          ピストン制御室
４８          端部ブロック
５０、５１          円形端部
５２          環状ノッチ
５３、５４          切頭円錐形テーパ部
５５          ピストン区画
５６          溝
６０          ＥＨバルブ
６４          ソレノイド
６６          電機子
７２          キャップ
７６          ばね
８０          フィードバックピン
【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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【図６】
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【図７】
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