JP2009503401A - 一体的流量制御を有する電気油圧式計量弁 - Google Patents

Abstract

作業機械油圧システム２２用の計量弁（４０）が開示されている。計量弁は、入口（８６）と出口（８８）とを有する弁本体（６８）を有する。計量弁はまた、入口と出口との間の弁本体内に配置された主ポペット（７６）を有する。主ポペットは、ノーズ端部（７６ａ）とチャンバ端部（７６ｂ）とを有し、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。計量弁はまた、主ポペットのチャンバ端部をドレン部と選択的に連通させ、これによって、流れ通過位置と流れ遮断位置との間の主ポペットの移動に作用するように移動可能なパイロット要素（７４）を有する。さらに、計量弁は、パイロット要素を移動するように動作可能なソレノイド機構（７２）を有する。パイロット要素の位置は入口の流体圧力によって作用される。

Description

本開示は一般に電気油圧式の計量弁に関し、より詳しくは流量制御を有する電気油圧式計量弁に関する。

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提供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及び方向を制御する。アクチュエータのチャンバ内へのまたそこからの流体流量は、アクチュエータの速度に直接関係する。

多数のアクチュエータを共通のポンプに流体連結する作業機械の油圧回路は、アクチュエータの作動中に回路内の望ましくない圧力変動を経験するかもしれない。特に、１つのアクチュエータに供給される流体の圧力は、同一の油圧回路からの流体を消費するか又は流体を当該油圧回路に排出する異なるアクチュエータに応答して変動することがあり、望ましくない。これらの圧力変動は、電気油圧弁装置が領域制御される場合、一貫しない及び／又は予想外のアクチュエータの運動を引き起こす可能性がある。特に、所望の速度でアクチュエータを移動するために、電気油圧弁装置の要素を移動して、流体通路を特定の開口領域に開放することが可能である。特定の開口部領域は、所望の流量及び結果として得られるアクチュエータ速度に対応する想定された供給圧力に基づいている。電気油圧弁装置に供給された流体の圧力が想定圧力からそれると、アクチュエータの流量及び結果として得られる速度は、所望の流量と速度から比例してそれる。

アクチュエータに供給された流体流量の制御を改良する１つの方法は、１９９９年３月９日にウィルケ（Ｗｉｌｋｅ）らに交付された米国特許公報（特許文献１）に記載されている。米国特許公報（特許文献１）の特許は、２つの供給弁と、可変容量型ポンプと、油圧アクチュエータとを有する油圧回路を記載している。供給弁は、可変容量型ポンプを油圧アクチェータのヘッド端又はロッド端に連結して、油圧アクチュエータの移動を引き起こす。これらの供給弁の各々は圧力補償機構を含み、この機構は、供給弁の出口の圧力を感知して、それらの圧力の内の最大圧力を可変容量型ポンプの制御入力に提供し、可変容量型ポンプの動作に作用する。可変容量型ポンプの動作に作用して、供給弁の各々にわたる圧力降下をほぼ一定にさせ、これによって、ソレノイド弁の各々を通した流体の供給圧力及び得られる流体流量を想定圧力及び所望の流量により近づけることが可能である。

米国特許公報（特許文献１）に記載された圧力補償機構は、油圧回路内の圧力変動を低減し得るが、それらは、応答が遅く、高価であり、また油圧回路の非信頼性を増す可能性がある。具体的に、米国特許公報（特許文献１）の圧力補償機構は、供給弁にわたる望ましくない圧力降下を感知した後にのみ供給弁を通して導かれる流体の圧力に作用するように機能する。さらに、圧力補償機構がポンプ性能を変更した後にも、変化の効果は直ちに実現されない可能性がある。望ましくない圧力降下が想定圧力降下に合うように調整されたときには、アクチュエータに供給される流体流量は、相当の時間、所望の流量からすでにそれている可能性がある。さらに、圧力補償機構の追加の構成要素は、油圧回路のコスト及び非信頼性を高めることがある。

米国特許第５，８７８，６４７号明細書

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向けられる。

一形態において、本発明の開示は計量弁に関する。計量弁は入口と出口を有している弁本体を含む。計量弁はまた、入口と出口との間の弁本体内に配置された主ポペットを有する。主ポペットは、ノーズ端部とチャンバ端部とを有し、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。計量弁はまた、主ポペットのチャンバ端部をドレン部と選択的に連通させ、これによって、流れ通過位置と流れ遮断位置との間の主ポペットの移動に作用するように移動可能なパイロット要素を有する。さらに、計量弁は、パイロット要素を移動するように動作可能なソレノイド機構を有する。パイロット要素の位置は入口の流体圧力によって作用される。

他の形態において、本発明の開示は、計量弁を作動する方法に関する。本方法は、加圧流体流を計量弁の主ポペットに導くステップを含む。さらに、本方法は、電子的にパイロット要素を移動させて、主ポペットを所定位置に油圧式に移動させ、加圧流体が所望の量で計量弁を通って流れることを可能にするステップを含む。本方法はまた、流体の圧力に応答してパイロット要素の位置を自動的に油圧調整して、計量弁を通る所望の流量を維持するステップを含む。

図１は、模範的な作業機械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いずれ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、又は他のいずれ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機械、又は作業を実行する適切な他のいずれ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。望むなら、油圧シリンダ１６を省略し、代わりに油圧モータを含めてもよいことが考えられる。

フレーム１２は、作業機械１０の移動を補助する任意の構造ユニットを含んでもよい。フレーム１２は、例えば、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。

作業器具１４は、仕事の実行に使用される任意の装置を具現し得る。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。

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内の様々な構成要素の１つであり得る。油圧システム２２は、タンク２４、加圧流体源２６、ヘッド端部圧力リリーフ弁２８、ヘッド端部補給弁３０、ロッド端部圧力リリーフ弁３２、ロッド端部補給弁３４、ヘッド端部ドレン弁３６、ロッド端部ドレン弁３８、ヘッド端部フロー供給弁４０、及びロッド端部フロー供給弁４２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。

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に固定連結可能であることが考えられる。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。

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により、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い第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。

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。

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、加圧流体の流れを生じるように構成可能であり、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含んでもよい。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。

ヘッド端部圧力リリーフ弁２８は、流体通路６０を介して第１のチャンバ５０をタンク２４に流体連結して、油圧システム２２からの圧力を逃すことが可能である。特に、ヘッド端部圧力リリーフ弁２８は、閉又は流体遮断位置に向かってばね付勢され、かつ所定圧力を超える流体通路６０内の圧力に応答して開又は流体通過位置に向かって移動可能である弁要素を含んでもよい。このようにして、ヘッド端部圧力リリーフ弁２８は、作業器具１４及びピストン５４に作用する外力によって引き起こされる油圧システム２２内の圧力スパイクを低減するように構成可能である。望むなら、ヘッド端部圧力リリーフ弁２８を省略してもよいことが考えられる。

ヘッド端部補給弁３０は、タンク２４からの流体が流体圧力に応答して第１のチャンバ５０に流れることを可能にするように構成可能である。具体的に、ヘッド端部補給弁３０は、タンク２４内の流体の圧力未満に低下する流体通路６０内の流体圧力に応答してタンク２４から第１のチャンバ５０内への流体を可能にするように、閉又は流体遮断位置から開又は流体通過位置に向かって移動可能である弁要素を含んでもよい。このようにして、ヘッド端部補給弁３０は、作業器具１４及びピストン５４に作用する外力によって引き起こされる油圧システム２２内の圧力低下を低減し得る。望むなら、ヘッド端部補給弁３０を省略してもよいことが考えられる。

ロッド端部圧力リリーフ弁３２は、流体通路６２を介して第２のチャンバ５２をタンク２４に流体連結して、油圧システム２２からの圧力を逃すことが可能である。特に、ロッド端部圧力リリーフ弁３２は、閉又は流体遮断位置に向かってばね付勢され、かつ所定圧力を超える流体通路６２内の圧力に応答して開又は流体通過位置に向かって移動可能である弁要素を含んでもよい。このようにして、ロッド端部圧力リリーフ弁３２は、作業器具１４及びピストン５４に作用する外力によって引き起こされる油圧システム２２内の圧力スパイクを低減するように構成可能である。望むなら、ロッド端部圧力リリーフ弁３２を省略してもよいことが考えられる。

ロッド端部補給弁３４は、タンク２４からの流体が流体圧力に応答して第２のチャンバ５２に流れることを可能にするように構成可能である。具体的に、ロッド端部補給弁３４は、タンク２４内の流体の圧力未満に低下する流体通路６２内の流体圧力に応答してタンク２４から第２のチャンバ５２内への流体を可能にするように、閉又は流体遮断位置から開又は流体通過位置に向かって移動可能である弁要素を含んでもよい。このようにして、ロッド端部補給弁３４は、作業器具１４及びピストン５４に作用する外力によって引き起こされる油圧システム２２内の圧力低下を低減し得る。望むなら、ロッド端部補給弁３４を省略してもよいことが考えられる。

ヘッド端部及びロッド端部のドレン弁及び供給弁３６〜４２は、相互に流体連結することが可能である。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に対し平行に連結可能である。ヘッド端部及びロッド端部フロー供給弁４０、４２は、上流の共通流体通路６６に対し平行に連結可能である。ヘッド端部ドレン弁及びフロー供給弁３６、４０は、流体通路６０に対し平行に連結可能である。ロッド端部ドレン弁及び供給弁３８、４２は、流体通路６２に対し平行に連結可能である。

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からタンク２４への加圧流体流を調整するように構成可能である。具体的に、ヘッド端部ドレン弁３６は、第１のチャンバ５０から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からの流体の流れが遮断される第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。代わりに、ヘッド端部ドレン弁３６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も考えられる。

ロッド端部ドレン弁３８は、第２のチャンバ５２とタンク２４との間に配置して、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構成可能である。具体的に、ロッド端部ドレン弁３８は、第２のチャンバ５２から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からの流体の流れが遮断される第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。代わりに、ロッド端部ドレン弁３８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も考えられる。

ヘッド端部フロー供給弁４０は、加圧流体源２６と第１のチャンバ５０との間に配置され、加圧流体源２６から第１のチャンバ５０への加圧流体の流れ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、ヘッド端部フロー供給弁４０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、及び複数の付勢ばね７８、８０と８２を含むことが可能である。ばね７８と８０の一方のバイアスを低減するか、あるいは望むなら、完全に省略してもよいことが考えられる。

弁本体６８は、中央ボア８４、入口ポート８６、及び出口ポート８８を含むことが可能である。環状部９０は、中央ボア８４、入口ポート８６、及び出口ポート８８を連結してもよい。弁本体６８は、ヘッド端部フロー供給弁４０の収納専用でもよく、あるいはヘッド端部ドレン弁３６、ロッド端部ドレン弁３８、及びロッド端部フロー供給弁４２の１つ以上をさらに収納してもよい。

アダプタ要素７０は、中央ボア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央ボア９１と、パイロット要素７４を収納するためのカウンタボア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つ以上の封止装置（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、及びアダプタ要素７０と主ポペット７６との間の漏れをそれぞれ最小にし得ることが考えられる。

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のバイアス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を有する電機子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のバイアスに対抗して、電機子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、電機子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、電機子１００及びピン１１０がアダプタ要素７０内で移動するとき、ヘッド端部フロー供給弁４０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、中央ボア１１２を含み得る。

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、流体通路１１４を開閉するゼロリーク型弁（ｚｅｒｏ−ｌｅａｋ ｔｙｐｅ ｖａｌｖｅ）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。ピン１１０は、電機子１００及びパイロットステム１１６と関連して、アダプタ要素７０内のチェック要素１１８の相対位置を調整するように機能することが可能である。中央ボア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、中央ボア１１２と流体連通し得る。パイロットステム１１６は、Ｏリングのようなシール要素を保持して、パイロット要素７４とカウンタボア９２との間の流体の漏れを最小にするように構成された外側溝１２１を含んでもよい。チェック要素１１８は、アダプタ要素７０の座部１２４に係合するように構成された表面１２２と、入口ポート８６から流体通路１１４への流体流を制限するオリフィス１２７とを含んでもよい。オリフィス１２７は、直径方向装着部（ｄｉａｍｅｔｒａｌ ｆｉｔ）、ノッチ、又は穿孔通路であり得る。表面１２２及び座部１２４が係合されるとき、入口ポート８６からの流体は、オリフィス１２７を介して流体通路１１４から流れることが防止され得る。ソレノイドで機構７２が通電されて、電機子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、オリフィス１２７を介して入口ポート８６と流体通路１１４とを流体連結し得る。流体通路１１４は出口ポート８８と流体連通し得る。望むなら、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体化してもよいことが考えられる。

チェック要素１１８の１つ以上の液圧面１２５ａ、ｂで生成された力は、パイロット要素７４の移動に作用し得る。液圧面１２５ａの力面積は、オリフィス１２７の又はその近くの摺動直径によって形成される面積と、パイロット表面１２２と座部１２４との接触によって形成される面積との差であり得る。また、液圧面１２５ｂの力面積は、オリフィス１２７の又はその近くの摺動直径によって形成される面積と、ピン１１０の対向端部で又はその近くに形成される移動直径との差であり得る。液圧面１２５ａと１２５ｂの記載した２つの力面積は、ほとんど等しいかもしれない。入口ポート８６からの流体が、オリフィス１２７を通して流体通路１１４に流れているとき、液圧面１２５ａ、ｂに作用する流体の圧力は、パイロット要素７４のソレノイド機構７２によって付与される力と合わさるか又は対抗して、チェック要素１１８を移動させ得る。例えば、液圧面１２５ｂに作用する入口ポート８６からの流体の供給圧力が増加するとき、表面１２２及び座部１２４が互いに向かって移動され、これによって、流体通路１１４を通した流体流を制限することが可能である。逆に、液圧面１２５ｂに作用する流体の圧力が減少するとき、液圧面１２５ａに作用する流体は、座部１２４から離してチェック要素１１８の表面１２２を移動させ、これによって、流体通路１１４を通して流れる制限流体を減少させることが可能である。

主ポペット７６は、入口ポート８６から出口ポート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の表面１２８は、弁本体６８の座部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、入口ポート８６から出口ポート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、入口ポート８６から出口ポート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、主ポペット７６のノーズ端部７６ａにおける圧力と結合して、入口ポート８６から出口ポート８８への流体流量を決定し得る。

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発生される力は、主ポペット７６のチャンバ端部７６ｂに作用する制御チャンバ１２６内の流体によって発生される力と、付勢ばね８０と８２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、流体を制御チャンバ１２６から排出し得る。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と８２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と８２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を閉じるように（例えば、表面１２８を移動して座部１３０と係合させるように）働く圧力が制御チャンバ１２６内に形成され得る。

入口ポート８６における供給圧力の変動は、主ポペット７６の移動に作用する可能性がある。特に、上述のように、入口ポート８６からの供給圧力の増加は、流体通路１１４を通した流体流を制限するパイロット要素７４の移動を引き起こすことがあり、一方、供給圧力の減少は、流体通路１１４を通した流体流の制限を減少させるパイロット要素７４の移動を引き起こすことがある。通路１１４を通した制限の増加は、ばね８２の付勢及び閉鎖流力のため、流体遮断位置に向かう主ポペット７６の移動（例えば、座部１３０に向かう表面１２８の移動）を可能にする制御チャンバ１２６内の圧力の増加をもたらし、これによって、供給圧力の増加中に入口ポート８６から出口ポート８８への実質的に同一の流体流量を維持することが可能である。通路１１４を通した制限の減少は、ばね８２の付勢及び閉鎖流力のため、流体通過位置に向かう主ポペットの移動（例えば、座部１３０から離れる表面１２８の移動）を可能にする制御チャンバ１２６内の圧力の減少をもたらし、これによって、供給圧力の減少中に入口ポート８６から出口ポート８８への実質的に同一の流体流量を維持することが可能である。

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７８〜８２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。

逆止弁要素１３６を主ポペット７６の中央ボア１３８内に配置して、入口ポート８６から主ポペット７６を通した一方向の流れを促進することが可能である。望むなら、チェック弁要素１３６を省略してもよいことが考えられる。逆止弁要素１３６が存在する場合、パイロット要素ヒステリシスを低減するために、外側溝１２１に通常配置されるシール要素を省略してもよいことも考えられる。望むなら、逆止弁要素１３６を制限オリフィス（図示せず）に置き換えてもよいことがさらに考えられる。制限オリフィスがロッド端部フロー供給弁４２内に含まれる場合、ロッド端部フロー供給弁４２を面積制御又は流量制御し得るように、制限量を調整できるであろう。

ロッド端部フロー供給弁４２（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、かつ加圧流体源２６から第２のチャンバ５２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。ロッド端部フロー供給弁４２の構成要素及び操作は、ヘッド端部フロー供給弁４０と実質的に同様であるので、ロッド端部フロー供給弁４２の説明は本開示では省略する。

開示した油圧システムは、流体アクチュエータに供給される流体圧力及び／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。

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フロー供給弁４０と４２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４０と４２の適切な供給弁のソレノイド機構７２を通電して、電機子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。電機子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、制御チャンバ１２６を適切な量で排出させるように移動可能である。制御チャンバ１２６が排出されるとき、ばね８０と８２のバイアスを克服し、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にわたって生成され、これによって、入口ポート８６を出口ポート８８に流体連結し、次に、第１及び第２のチャンバ５０、５２の一方に所望の量で加圧流体を充填することが可能である。

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にわたる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入口ポート８６から出口ポート８８への所定の流体流量を容易にし得る。印加電流とばね７８〜８２の圧縮との関係、液圧面１２５ａ、ｂの面積、オリフィス１２７の流れ面積、及び所望の流れ面積が得られる主計量供給流の力は、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。

ヘッド端部及びロッド端部フロー供給弁４０、４２は、ノーズ端部７６ａに供給された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、多数のアクチュエータを加圧流体源２６に流体連結し得るので、アクチュエータの１つの操作により、油圧シリンダ１６に向けられる流体圧力及び引き続く流体流に作用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、油圧システム２２内の流体圧力及び表面１２８に作用する結果として得られる流力に応答して、パイロット要素７４を比例して移動させるように液圧面１２５ａ、ｂが作用し、これによって、入口ポート８６から出口ポート８８への実質的に一定の流体流を供給することによって考慮し得る。例えば、入口ポート８６に供給される圧力が増加するとき、液圧面１２５ｂで発生される力が同様に増加して、ソレノイド機構７２の引きつけに対抗して座部１２４に向かって表面１２２を移動させ、これによって、表面１２２と座部１２４との間の有効流れ面積を減少させる。制御チャンバ１２６を離れる流体に対するこの制限の増大は、チャンバ端部７６ｂに作用する制御チャンバ１２６内の流体の圧力を増加させ、座部１３０に向かう表面１２８の移動をもたらし得る。座部１３０に向かう表面１２８の移動は、入口ポート８６と出口ポート８８との間の有効流れ面積を減少させ、これによって、圧力増加前のより大きな流れ面積で経験されたものと実質的に同一の流量を提供する。逆に、入口ポート８６に供給される圧力が減少するとき、液圧面１２５ｂに発生され、かつソレノイド機構７２の引きつけに対抗する力は、液圧面１２５ａに発生される力が表面１２２を座部１２４から移動させるように作用するように、同様に減少し得る。制御チャンバ１２６を離れる流体に対するこの制限の減少は、チャンバ端部７６ｂに作用する制御チャンバ１２６内の流体の圧力を減少させ、座部１３０から離れる表面１２８の移動をもたらし得る。座部１３０から離れる表面１２８の移動は、入口ポート８６と出口ポート８８との間の有効流れ面積を増加させ、これによって、圧力減少前のより小さな流れ面積で経験されたものと実質的に同一の流量を提供する。

開示した計量弁及び油圧回路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回路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ドレン弁３６、３８（図２を参照）は、構造及び機能において、ヘッド端部及びロッド端部フロー供給弁４０、４２と実質的に同様であると考えられる。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。

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１の作業機械用の開示した典型的な油圧回路の概略図である。 図２の油圧回路用の開示した典型的な弁の断面図である。

Claims (10)

1. 計量弁（４０）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、ノーズ端部（７６ａ）とチャンバ端部（７６ｂ）とを有し、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、主ポペット（７６）と、
   主ポペットのチャンバ端部をドレン部（３４）と選択的に連通させ、これによって、流れ通過位置と流れ遮断位置との間の主ポペットの移動に作用するように移動可能なパイロット要素（７４）と、
   パイロット要素を移動するように動作可能なソレノイド機構（７２）とを備え、
   パイロット要素の位置が、入口の流体圧力によって作用される、計量弁。
2. ソレノイド機構が、パイロット要素を所定値だけ移動させ、これによって、主ポペットを所定値だけ移動させるように動作可能であり、
   所定値が入口の想定流体圧力に基づく、請求項１に記載の計量弁。
3. パイロット要素が、入口から出口への略一定の流体流量を維持するように、入口の流体圧力に応答して移動可能である、請求項２に記載の計量弁。
4. パイロット弁要素を通して延在する中心穴（１２０）をさらに含む、請求項１に記載の計量弁。
5. ソレノイド機構が、
   電磁石コイル（９８）と、
   電機子（１００）と、
   電機子に接続されたピン要素（１１０）と、
   電機子とピン要素とを通して延在し、かつパイロット弁要素の中心穴と連通する中心穴（１１２）と、
   を含む請求項４に記載の計量弁。
6. 主ポペットを通して延在し、かつパイロット弁要素の中心穴と連通する中心穴（１３８）と、
   主ポペットの中心穴内に配置された逆止弁要素（１３６）と、
   をさらに含む、請求項５に記載の計量弁。
7. 計量弁（４０）を作動する方法であって、
   加圧流体流を計量弁の主ポペット（７６）に導くステップと、
   電子的にパイロット要素（７４）を移動させて、主ポペットを所定位置に油圧式に移動させ、加圧流体が所望の量で計量弁を通って流れることを可能にするステップと、
   流体の圧力に応答してパイロット要素の位置を自動的に油圧調整して、計量弁を通る所望の流量を維持するステップと、
   を含む方法。
8. 所定位置が想定流体圧力に基づく、請求項７に記載の方法。
9. パイロット弁要素の移動中に、流体がパイロット弁要素を通過することを可能にするステップと、
   流体が主ポペットを通過することを可能にするステップと、
   主ポペットを通る流体流を単一の流れ方向に制限するステップと、
   をさらに含む、請求項７に記載の方法。
10. 作業機械（１０）であって、
    作業器具（１４）と、
    作業器具を移動させるように動作的に連結され、かつ少なくとも１つのチャンバ（５０）を有する油圧シリンダ（１６）と、
    少なくとも１つのチャンバと連通する加圧流体源（２４）と、
    加圧流体を少なくとも１つのチャンバ内に計量供給するように構成される請求項１〜６のいずれか１項に記載の計量弁（４０）と
    を備えた作業機械。

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