JP2002106743A - 双方向パイロット作動制御弁 - Google Patents

双方向パイロット作動制御弁

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JP2002106743A JP2001175574A JP2001175574A JP2002106743A JP 2002106743 A JP2002106743 A JP 2002106743A JP 2001175574 A JP2001175574 A JP 2001175574A JP 2001175574 A JP2001175574 A JP 2001175574A JP 2002106743 A JP2002106743 A JP 2002106743A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 2つのポート間の流体の双方向の流れを制御
するパイロット作動バルブを提供する。 【解決手段】 メインポペットが、メインポペットの一
方の側の制御室の圧力に応答してポート間の流れを制御
する。メインポペットのパイロット通路が、第2のポー
トと制御室との間を延びている。第1の対をなす逆止弁
が設けられていて、流体が2つのポートからパイロット
通路にのみ流れ込むことができるようになっている。第
2の対をなす逆止弁が設けられていて、流体が2つのポ
ートから制御室にのみ流れ込むことができるようになっ
ている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧力バランスがと
れたパイロット作動油圧弁、特に双方向のパイロット作
動油圧弁に関する。
【0002】
【従来の技術】建設及び農業機械は、油圧弁により制御
される油圧シリンダ/ピストン構成体のようなアクチュ
エータにより作動される可動部材を有している。建設及
び農業機械については、現在、手動操作の油圧弁から電
子制御及びソレノイドバルブの使用に移る傾向がある。
この種の制御は、制御バルブをオペレータキャブに配置
する必要がないので、油圧配管系を簡単にすることがで
きる。このような技術の変化はまた、種々の機械の機能
のコンピュータ化された制御を容易にすることができ
る。
【0003】ポンプからアクチュエータへの加圧された
作動油の供給は、米国特許第5,878,647号に記
載のタイプの一組の比例ソレノイドバルブにより制御す
ることができる。オペレータが機械の部材を動かすこと
を所望する場合には、制御レバーを操作して、部材と連
係されているシリンダのソレノイドバルブに信号を送
る。一方のソレノイドバルブが開放されて、加圧流体を
ピストンの一方の側のシリンダ室に供給するとともに、
他方のソレノイドバルブが開放して、反対のシリンダ室
から付勢されている流体を、リザーバまたはタンクに排
出することができるようになっている。ソレノイドバル
ブが開放される程度を変えることにより、連係するシリ
ンダ室へ流れ込む流量を変えることができので、ピスト
ンを比例した異なる速度で動かすことができる。
【0004】作動油の流れを制御するソレノイド作動パ
イロットバルブが周知となっており、このバルブは、電
機子を一方の方向に動かして、バルブを開放する電磁石
コイルを使用している。電機子は、メインバルブポペッ
トのパイロット通路を通る流体の流れを制御するパイロ
ットポペットに作用する。バルブが開く程度は、電磁石
コイルに印加される電流の大きさに直接関係するので、
作動油の流れを比例制御することができる。電機子また
は他のバルブ部材は、ばね付勢されていて、電流がソレ
ノイドコイルから除去されると、バルブを閉じる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来のソレノイド作動
パイロットバルブの欠点は、閉止状態にあるバルブを介
して形成される圧力差による影響により生ずる。この圧
力差は、バルブからの作動油により作動される装置の構
成部材に付加される負荷の変動とともに変化する。負荷
及び供給圧力の変動は、バルブの出口の圧力に影響を及
ぼすとともに、圧力差をバルブを介して形成する。閉止
状態においては、圧力差は、バルブを開放するのに必要
とされ、かつ、作動油の所定の流量を形成するのに必要
とされる力の大きさに影響を及ぼす。従って、ソレノイ
ド作動バルブにおいては、この圧力差の変動は、バルブ
を作動するのに必要な電流の大きさに影響を及ぼす。
【0006】この問題は、米国特許第5,878,64
7号に示すように、圧力バランスのとれたステムをパイ
ロットバルブ通路に配設することにより対処されてい
た。このように構成すると、パイロットポペットに作用
する力が戻しばね及び電磁石コイルからの力であるよう
に、圧力がバランスされる。かかる構成は、他の構造体
においては、圧力の不釣り合いによる影響をなくすこと
ができるが、流体の漏れが、バランスのとれたステムに
沿ってしばしば生ずる。このような漏れに対してより良
いシールを提供する試みがなされているが、かかる試み
は、ステムに作用する摩擦を増加させるとともに、滑ら
かなバルブ動作に悪影響を及ぼす面倒な問題を生ずる。
【0007】従来のパイロット作動ポペットバルブは、
一方向性である。バルブの入口ポート及び出口ポートが
あり、入口ポートの圧力は、パイロット制御室と通じて
いるので、入口ポートの圧力が出口ポートの圧力よりも
大きいときにバルブを開放することができる。これによ
り、流体は、入口ポートから出口ポートへ流れることが
できる。かかる構成とすることにより、バルブは、出口
ポートから入口ポートへの逆方向の流体の流れを制御す
るのに使用することができない。幾つかの油圧システム
においては、双方向の流れを制御することが、所望され
ている。双方向の流れに適応させるためには、第1のバ
ルブと逆平行に接続された第2のバルブが必要となる。
従って、双方向パイロット作動ポペットバルブが提供さ
れることが所望されている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、双方向
パイロット作動制御バルブが提供されている。この制御
バルブは、第1のポートと、第2のポートと、第1のポ
ートと第2のポートとの間に配設されたバルブシートと
を有する本体を備えている。メインバルブポペットが、
本体内においてバルブシートと選択的に係合して、第1
のポートと第2のポートとの間の流体の流れを制御する
ように配設されている。制御室が、バルブシートから離
隔するメインバルブポペットの側で本体内に形成されて
いる。メインバルブポペットは、第2のポートと制御室
の間を延びるパイロット通路を有している。
【0009】第1の逆止弁が、メインバルブポペットに
配置されていて、流体が、パイロット通路から第2のポ
ートの中へのみ流れることができるようになっている。
第2の逆止弁が、メインバルブポペットに配置されてい
て、流体が、パイロット通路から第1のポートの中への
み流れることができるようにしている。
【0010】パイロットポペットが、このパイロットポ
ペットをメインポペットに対して動かすアクチュエータ
によって作動されるときに、パイロット通路を選択的に
封止するように設けられている。
【0011】第1の通路が、制御室と第2のポートとの
間を延びるように形成されている。第3の逆止弁が、流
体が第1の通路を介して第2のポートから制御室の方向
にのみ流れることができるように設けられている。第2
の通路が、制御室と第1のポートとの間を延びるように
形成されている。第4の逆止弁が、流体が第2の通路を
介して第1のポートから制御室の方向にのみ流れること
ができるように設けられている。
【0012】
【発明の実施の形態】先ず、図1について説明すると、
装置アクチュエータを制御する上で有用なソレノイドバ
ルブ10が示されており、このソレノイドバルブ10
は、バルブ本体12の長手方向に延びる孔16に取着さ
れた円筒状バルブカートリッジ14を備えている。バル
ブ本体12は、長手方向に延びる孔16と連通する側方
に延びる第1のポート18を有する。第2のポート20
が、バルブ本体12を介して延びるとともに長手方向に
延びる孔16の内端部と連通するように設けられてい
る。バルブシート22が、第1のポート18と第2のポ
ート20との間に形成されている。
【0013】メインバルブポペット24が、バルブシー
ト22に対して長手方向に延びる孔16内において摺動
して、第1のポートと第2のポートとの間の作動油の流
れを選択的に制御するように設けられている。メインバ
ルブポペット24は、トルロン(Torlon)ビーピ・アモコ
・ピーエルシー(BP Amoco Plc)の商標 )のような、ガラ
ス繊維で強化された熱可塑性樹脂から形成するのが好ま
しい。中央孔26が、メインバルブポペット24に形成
されており、この孔は、第2のポート20の開口から第
2の開口へ延びるとともに、メインバルブポペットの離
隔した側で制御室の中へ延びている。中央孔26は、第
2のポート20の中へ開口する第1の端部から離隔配設
された肩部33を有している。第1の逆止弁34が、肩
部33と第1の開口との間に位置するようにメインバル
ブポペットに配設され、流体がポペットの中央孔26か
ら第2のポート20の中へのみ流れることができるよう
になっている。
【0014】第2の逆止弁37が、第1のポート18と
肩部33に隣接する中央孔26との間を延びる通路38
においてメインバルブポペット24内に配置されてい
る。第2の逆止弁37は、通路38における流体の流れ
をポペットの孔26から第1のポートの方向のみに制限
している。第1の逆止弁34及び第2の逆止弁37によ
り制御される双方の流路は、メインバルブポペット24
の孔26と常時連通している。
【0015】メインバルブポペット24の孔26の第2
の開口は、貫通するパイロット孔41を有するフレキシ
ブルシート29により閉止されている。フレキシブルシ
ート29は、スナップリング30により所定の位置に保
持され、Oリング31が、シートと中央孔26の壁との
間にシールを提供するように設けられている。メインバ
ルブポペット24と同じ材料からつくられた弾性管状カ
ラム32が、中央孔26内に配置されていて、肩部33
に対してフレキシブルシート29を付勢している。フレ
キシブルシート29の両側は、制御室28内の圧力及び
管状カラムによりメインバルブポペット24に形成され
たパイロット通路35の圧力に曝されている。
【0016】バルブ本体12は、制御室28と第2のポ
ート20との間を延びる通路52に第3の逆止弁50を
有している。第3の逆止弁50により、流体は、第2の
ポート20から制御室28の方向にのみ流れることがで
きる。第4の逆止弁54が、別の通路56に配置されて
いて、この通路の流体流を第1のポート18から制御室
28にのみ制限している。これらの逆止弁の通路52及
び56の双方は、流れ制限オリフィス53及び57をそ
れぞれ有している。
【0017】メインバルブポペット24の動きは、電磁
石コイル39、電機子42及びパイロットポペット44
を備えるソレノイド36により制御されるようになって
いる。電機子42は、カートリッジ14を通る孔40内
に配置され、第1のばね45が、メインバルブポペット
24を電機子から離れるように付勢している。電磁石コ
イル39は、カートリッジ14の周囲に配置されるとと
もにカートリッジ14に取着されている。電機子42
は、電流を電磁石コイル39に印加することにより生じ
る電磁界に応答して、カートリッジ孔40内でメインバ
ルブポペット24から離隔するように摺動する。パイロ
ットポペット44は、管状電機子42の孔46内に配置
されているとともに、カートリッジ孔40内に螺挿され
た調整ねじ60と係合する第2のばね48により電機子
の中へ付勢されている。
【0018】電磁石コイル39が消磁された状態にある
ときには、第2のばね48は、パイロットポペット44
を電機子42の端部52に抗して付勢し、電機子及びパ
イロットポペットの双方をメインバルブポペット24へ
向けて押す。これにより、パイロットポペット44の円
錐状の先端は、弾性のあるシート29のパイロット孔4
1及びパイロット通路35に入り込んで閉止して、制御
室28と第2のポート20との間の流体連通を閉じる。
【0019】ソレノイドバルブ10は、第1のポート1
8と第2のポート20との間の作動油の流れを比例制御
するようになっている。電流は、電機子42をソレノイ
ド36に引き入れるとともにメインバルブポペット24
から引き離す電磁界を発生する。この電流の大きさが、
バルブの開く量を決定し、バルブを通る作動油の流量
は、この電流に比例する。即ち、第1のポート18の圧
力が第2のポート20の圧力を越えると、この高い方の
圧力は、第4の逆止弁54を介して制御室28に通じ
る。電機子42が動くと、パイロットポペット44のヘ
ッド66は、メインバルブポペット24から離隔するよ
うに付勢されて、パイロット孔41を開放する。この動
作により、作動油は、第1のポート18から制御室2
8、パイロット通路35及び第1の逆止弁34を介して
第2のポート20へ流れることができる。
【0020】パイロット通路35を通る作動油の流れに
より、制御室28内の圧力は、第2のポート20の圧力
まで下がる。かくして、面58に付加される第1のポー
ト18の高い圧力が、メインバルブポペット24をバル
ブシート22から離れるように付勢するので、第1のポ
ート18と第2のポート20とを直接連通させる。メイ
ンバルブポペット24の動きは、オリフィス57及びパ
イロット開口の有効オリフィスを介してのパイロット孔
41への一定の流れにより、圧力の力バランスがメイン
ポペット24を介して形成されるまで続く。かくして、
バルブ開放の程度とこのバルブを通る作動油の流量は、
電機子42及びパイロットポペット44の位置により定
められる。これらの位置は、電磁コイル39を流れる電
流の大きさにより順次制御される。
【0021】圧力差がパイロットポペット44に及ぼす
影響は、この圧力差に応答して撓むフレキシブルパイロ
ットシート29により相殺される(counter balanced)。
かかる動きは、パイロットバルブの圧力の変化を相殺す
るようにパイロットシート29の軸線方向の位置を有効
に変える。シートの設計可撓性は、パイロットばね率に
基づいて定められる。
【0022】比例制御バルブ10は、ソレノイド36の
起動に応答してのみ開くことができ、第1のポート18
または第2のポート20の高い圧力に応答しては開くこ
とができない。第2のポート20の圧力が制御室28の
圧力を越えると、第1の逆止弁50が開いてこの高い圧
力を制御室に連通させて、メインバルブポペット24の
両側の圧力を等しくする。これらの圧力は等しいので、
メインバルブポペット24は、制御室28と第2のポー
ト20との間のポペット表面積の差及びパイロットポペ
ット44のばねの力により、閉止した状態に保持され
る。
【0023】第2のポート20の圧力が入口ポート18
の圧力を越えると、出口ポートから入口ポートへの比例
した流れが得られ、ソレノイド36を起動する。この場
合には、第2のポートの高い圧力は、第3の逆止弁54
を介して制御室28に通じ、パイロットポペット44が
パイロットシート29から離れるように動くと、流体
は、制御室、パイロット通路35及び第2の逆止弁37
から第1のポート18へ流れる。これにより、メインバ
ルブポペット24は、底面に作用する高い圧力により開
く。
【0024】
【発明の効果】本発明は、以上のように構成されている
ので、圧力バランスがとれた双方向のパイロット作動油
圧弁を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従った双方向ソレノイド作動パイロッ
ト弁の断面図である。
【符号の説明】
10 ソレノイドバルブ 12 バルブ本体 14 バルブカートリッジ 16 孔 18 第1のポート 20 第2のポート 22 バルブシート 24 バルブポペット 26 中央孔 28 制御室 29 シート 32 弾性管状カラム 33 肩部 34 第1の逆止弁 35 パイロット通路 36 ソレノイド 37 第2の逆止弁 38 通路 39 電磁石コイル 40 孔 41 パイロット孔 42 電機子 44 パイロットポペット 45 第1のばね 46 孔 48 第2のばね 50 第3の逆止弁 52 流量制限オリフィス 54 第4の逆止弁 56 流量制限オリフィス 57 オリフィス 60 調整ねじ
フロントページの続き (71)出願人 598096131 P.O. Box 257, Waukes ha, Wisconsin 53187− 0257 US (72)発明者 シャオロン ヤン アメリカ合衆国 53022 ウィスコンシン 州 ジャーマンタウン, レインツリー ドライブ ダブリュ144 エヌ10222 (72)発明者 ドゥイト ビー. ステファンソン アメリカ合衆国 53018 ウィスコンシン 州 デラフィールド, ジェネシー スト リート エス. 360 (72)発明者 マイケル ジェイ. パイク アメリカ合衆国 53018 ウィスコンシン 州 デラフィールド, クッシング パー ク ロード エス. 822 Fターム(参考) 3H058 AA04 BB04 BB11 CA12 DD06 EE03 EE16 3H106 DA07 DA23 DB02 DB12 DB22 DB32 DC02 EE36 EE48 GB08 GC11 HH10 KK03

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 双方向パイロット作動制御弁であって、 流体を双方向パイロット作動制御弁に出入りさせる第1
    のポート及び第2のポートを有するとともに、第1のポ
    ートと第2のポートとの間にバルブシートを有する本体
    と、 バルブシートと選択的に係合して第1のポートと第2の
    ポートとの間の流体の流れを制御するメインポペットで
    あって、メインポペットのバルブシートから離隔した側
    に制御室を形成するとともに、第1のポート、第2のポ
    ート及び制御室と連通するパイロット通路を内部に形成
    するメインポペットと、 流体がパイロット通路から第2のポートの中へのみ流れ
    ることができるようにした第1の流れ制御素子と、 流体がパイロット通路から第1のポートの中へのみ流れ
    ることができるようにした第2の流れ制御素子と、 パイロット通路を選択的に閉止するパイロットポペット
    と、 パイロットポペットをメインポペットに対して動かすよ
    うに作動連結されたアクチュエータと、 制御室と第2のポートとの間を延びる第1の通路と流体
    が第1の通路を介して第2のポートから制御室の方向に
    のみ流れることができるようにした第3の流れ制御素子
    と、 制御室と第1のポートとの間を延びる第2の通路と、 流体が第2の通路を介して第1のポートから制御室の方
    向にのみ流れることができるようにした第4の流れ制御
    素子とを備えることを特徴とする双方向パイロット作動
    制御弁。
  2. 【請求項2】 パイロット通路は制御室に臨む開口を有
    し、パイロットポペットはパイロット通路を選択的に開
    放することを特徴とする請求項1に記載の双方向パイロ
    ット作動制御弁。
  3. 【請求項3】 第1の流れ制御素子及び第2の流れ制御
    素子は、メインポペット内にあることを特徴とする請求
    項1に記載の双方向パイロット作動制御弁。
  4. 【請求項4】 パイロット通路は制御室に臨む開口を有
    し、前記制御弁は開口を介して延びかつ貫通する孔を有
    するフレキシブルバルブシートを更に備え、パイロット
    ポペットはフレキシブルバルブシートと係合してパイロ
    ット通路を封止することを特徴とする請求項1に記載の
    双方向パイロット作動制御弁。
  5. 【請求項5】 フレキシブルバルブシートは制御室の圧
    力に曝される第1の側とパイロット通路の圧力に曝され
    る第2の側とを有し、制御室とパイロット通路との間の
    圧力差によりフレキシブルバルブシートが撓むことを特
    徴とする請求項4に記載の双方向パイロット作動制御
    弁。
  6. 【請求項6】 フレキシブルバルブシート及びメインポ
    ペットは、単一の部材として形成されることを特徴とす
    る請求項4に記載の双方向パイロット作動制御弁。
  7. 【請求項7】 フレキシブルバルブシートとメインポペ
    ットは、熱可塑性樹脂材料から形成されることを特徴と
    する請求項6に記載の双方向パイロット作動制御弁。
  8. 【請求項8】 フレキシブルバルブシートは、パイロッ
    ト通路の一方の端部においてメインポペットの凹部に形
    成されることを特徴とする請求項4に記載の双方向パイ
    ロット作動制御弁。
  9. 【請求項9】 アクチュエータは、パイロットポペット
    と係合する電機子を有するソレノイドを使用することを
    特徴とする請求項1に記載の双方向パイロット作動制御
    弁。
  10. 【請求項10】 第1の通路及び第2の通路は、本体に
    形成されていることを特徴とする請求項1に記載の双方
    向パイロット作動制御弁。
  11. 【請求項11】 双方向パイロット作動制御弁であっ
    て、 第1のポート、第2のポート及び第1のポートと第2の
    ポートの間にバルブシートを画成する本体と、 バルブシートと選択的に係合して第1のポートと第2の
    ポートとの間の流体の流れを制御するメインポペットで
    あって、メインポペットのバルブシートから離隔した側
    で本体に制御室を形成するとともに、第1のポート、第
    2のポート及び制御室に接続するパイロット通路を内部
    に形成するメインポペットと、 流体がパイロット通路から第2のポートの中へのみ流れ
    ることができるようにメインポペット内に配置された第
    1の逆止弁と、 流体がパイロット通路から第1のポートの中へのみ流れ
    ることができるようにメインポペット内に配置された第
    2の逆止弁と、 パイロット通路を選択的に開放するパイロットポペット
    と、 パイロットポペットをメインポペットに対して動かすよ
    うに作動連結されたアクチュエータと、 制御室と第2のポートとの間を延びる第1の通路と 流体が第1の通路を介して第2のポートから制御室の方
    向にのみ流れることができるようにした第3の逆止弁
    と、 制御室と第1のポートとの間を延びる第2の通路と、 流体が第2の通路を介して第1のポートから制御室の方
    向にのみ流れることができるようにした第4の逆止弁と
    を備えることを特徴とする双方向パイロット作動制御
    弁。
  12. 【請求項12】 パイロット通路は制御室に臨む開口を
    有し、前記制御弁は開口を介して延びかつ貫通する孔を
    有するフレキシブルバルブシートを更に備え、パイロッ
    トポペットはフレキシブルバルブシートと係合してパイ
    ロット通路を封止することを特徴とする請求項11に記
    載の双方向パイロット作動制御弁。
  13. 【請求項13】 フレキシブルバルブシートは、制御室
    の圧力に曝される第1の側とパイロット通路の圧力に曝
    される第2の側とを有し、制御室とパイロット通路との
    間の圧力差によりフレキシブルバルブシートが撓むこと
    を特徴とする請求項12に記載の双方向パイロット作動
    制御弁。
  14. 【請求項14】 パイロット通路は制御室からの開口を
    有し、パイロットポペットはパイロット通路を選択的に
    開放することを特徴とする請求項11に記載の双方向パ
    イロット作動制御弁。
  15. 【請求項15】 パイロット作動制御弁であって、 流体を双方向パイロット作動制御弁に出入りさせる第1
    のポート及び第2のポートとを有するとともに、第1の
    ポートと第2のポートとの間にバルブシートを有する本
    体と、 バルブシートと選択的に係合して第1のポートと第2の
    ポートとの間の流体の流れを制御するメインポペットで
    あって、メインポペットのバルブシートから離隔した側
    に制御室を形成するとともに、第1のポート、第2のポ
    ート及び制御室と連通するパイロット通路を内部に形成
    するメインポペットと、 流体がパイロット通路から第1のポート及び第2のポー
    トの一方のみの中へ流れることができるようにした第1
    の逆止弁と、 パイロット通路を選択的に閉止するパイロットポペット
    と、 パイロットポペットをメインポペットに対して動かすよ
    うに作動連結されたアクチュエータと、 制御室と第2のポートとの間を延びる第1の通路と 流体が第1の通路を介して第2のポートから制御室の方
    向にのみ流れることができるようにした第2の流れ制御
    素子と、 制御室と第1のポートとの間を延びる第2の通路と、 流体が第2の通路を介して第1のポートから制御室の方
    向にのみ流れることができるようにした第3の流れ制御
    素子とを備えることを特徴とするパイロット作動制御
    弁。
  16. 【請求項16】 流体がパイロット通路から第1のポー
    ト及び第2のポートの他方の中にのみ流れることができ
    るようにした第4の流れ制御素子を更に備えることを特
    徴とする請求項15に記載のパイロット作動制御弁。
  17. 【請求項17】 パイロット通路は制御室に臨む開口を
    有し、パイロットポペットはパイロット通路を選択的に
    開放することを特徴とする請求項15に記載のパイロッ
    ト作動制御弁。
  18. 【請求項18】 第1の流れ制御素子はメインポペット
    内にあることを特徴とする請求項15に記載のパイロッ
    ト作動制御弁。
  19. 【請求項19】 パイロット通路は制御室に臨む開口を
    有し、前記制御弁は、開口を介して延びかつ貫通する孔
    を有するフレキシブルバルブシートを更に備え、パイロ
    ットポペットはフレキシブルバルブシートと係合してパ
    イロット通路を封止することを特徴とする請求項15に
    記載のパイロット作動制御弁。
  20. 【請求項20】 フレキシブルバルブシートは制御室の
    圧力に曝される第1の側とパイロット通路の圧力に曝さ
    れる第2の側とを有し、制御室とパイロット通路との間
    の圧力差によりフレキシブルバルブシートが撓むことを
    特徴とする請求項19に記載のパイロット作動制御弁。
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