JP2006308102A - 圧力信号を徐々に連通させる弁 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力信号を徐々に連通させる弁を提供する。
【解決手段】加圧流体源と流体アクチュエータと比例圧力補償弁とを有する液圧システム用の弁が提供される。弁は、流体源と流体アクチュエータとに流体連通するボアを有する。弁は、ボアに配置され、かつ流体源を流体アクチュエータに選択的に流体連通させるために流通遮断位置と流通位置との間で移動可能な弁体も有する。弁は、弁体内に配置され、かつ流体アクチュエータに供給される圧力を示す信号圧力を有する加圧流体と流体連通するように構成された弁信号通路も有する。弁は、弁信号通路とボアとに流体連通する弁体内に配置された第１および第２のオリフィスをさらに有する。弁信号通路は、信号圧力を第１および第２のオリフィスに連通させるように構成される。流通遮断位置から流通位置への弁体の移動により、第２のオリフィスの前に、第１のオリフィスがシステム信号通路に流体連通され、弁体が流通位置にあるときに、第１および第２のオリフィスの両方がシステム信号通路に流体連通される。
【選択図】図１

Description

本開示は、一般に、弁、より詳しくは、圧力信号を徐々に連通させる弁に関する。

液圧回路は、作業機械の油圧アクチュエータの作動を制御するために頻繁に使用される。これらの液圧回路は、典型的に、アクチュエータのチャンバへのおよびそこからの加圧流体の流量および方向を制御するためにポンプとアクチュエータとの間で流体接続される弁を含む。いくつかの例では、多数のアクチュエータが共通のポンプに接続される場合があり、アクチュエータの作動中に、望ましくない圧力変動が液圧回路内に生じる。特に、１つのアクチュエータに供給される流体の圧力が、同一のポンプに流体接続された異なるアクチュエータの作動に応答して望ましくなく変動する可能性がある。これらの圧力変動により、アクチュエータの一貫しないおよび／または予期せぬ動作が生じることがある。さらに、圧力変動は、液圧回路構成部材の誤動作または早期故障を引き起こすのに十分なほど危険でありかつ／または圧力変動は上記誤動作または早期故障を引き起こすのに十分なほど頻繁に生じる可能性がある。

油圧アクチュエータに供給される流体内のこれらの圧力変動を低減する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（特許文献１）に記載されている。（特許文献１）は、２対のソレノイド弁と可変容量形ポンプとリザーバタンクと油圧アクチュエータとを有する液圧回路を記載している。ソレノイド弁の一方の対は、ヘッド端部供給弁とヘッド端部戻り弁とを含み、また油圧アクチュエータのヘッド端部を可変容量形ポンプまたはリザーバタンクに接続する。ソレノイド弁の他方の対は、ロッド端部供給弁とロッド端部戻り弁とを含み、また油圧アクチュエータのロッド端部を可変容量形ポンプまたはリザーバタンクに接続する。これらのそれぞれの４つのソレノイド弁は、異なる圧力補償逆止弁と関連付けられる。それぞれの圧力補償逆止弁は、関連付けられた弁とアクチュエータとの間の流体圧力を制御するために、個々のソレノイド弁とアクチュエータとの間に接続される。

（特許文献１）に記載されている液圧回路の多数の圧力補償弁は、液圧回路内の圧力変動を低減し得るが、これらの圧力補償弁により、液圧回路のコストおよび複雑さが増大する場合がある。さらに、（特許文献１）の圧力補償弁は、関連付けられたアクチュエータの最適な性能に関して十分に正確に、液圧回路内の圧力を制御できないかもしれない。

その上、液圧作動式圧力補償弁は、著しく低い圧力信号によって付勢された場合に、望ましくない圧力変動を液圧回路内に生じさせることがある。このような圧力信号は、著しく低い圧力パルスを圧力補償弁に連通させる場合があり、このことにより、圧力補償弁体の急速移動が生じる可能性がある。この急速移動は、液圧回路を通して圧力サージを生じさせることがあり、アクチュエータに連通された場合に、アクチュエータの望ましくないおよび／またはぎくしゃくした動作を生じさせる可能性がある。

米国特許第５，８７８，６４７号明細書

開示される弁は、上述の課題の１つ以上を克服することに関する。

一態様では、本開示は、加圧流体源と流体アクチュエータと比例圧力補償弁（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ ｖａｌｖｅ）とを含む液圧システム用の弁に関する。弁は、流体源と流体アクチュエータとに流体連通するボアを含む。弁は、ボアに配置され、かつ流体源を流体アクチュエータに選択的に流体連通させるために流通遮断位置と流通位置との間で移動可能な弁体も含む。弁は、弁体内に配置され、かつ流体アクチュエータに供給される圧力を示す信号圧力を有する加圧流体と流体連通するように構成された弁信号通路も含む。弁は、弁信号通路とボアとに流体連通する弁体内に配置された第１および第２のオリフィスをさらに含む。弁信号通路は、信号圧力を第１および第２のオリフィスに連通させるように構成される。流通遮断位置から流通位置への弁体の移動により、第２のオリフィスの前に、第１のオリフィスがシステム信号通路に流体連通され、弁体が流通位置にあるときに、第１および第２のオリフィスの両方がシステム信号通路に流体連通される。

他の態様では、本開示は、弁を作動させる方法に関する。本方法は、流体を加圧するステップと、加圧された流体を弁に導くステップと、流通遮断位置と流通位置との間で弁体を移動させて、加圧流体を流体アクチュエータに選択的に連通させるステップとを含む。本方法は、弁体内に配置された弁信号通路を通して流体アクチュエータに供給される圧力を示す信号圧力を有する加圧流体を導くステップも含む。本方法は、弁体が流通遮断位置から流通位置に移動するときに、加圧流体を、弁体内に配置された第２のオリフィスを通してシステム信号通路に連通させる前に、弁体が流通遮断位置から流通位置に移動するときに、加圧流体を、弁体内に配置された第１のオリフィスを通してシステム信号通路に連通させるステップをさらに含む。

図１は、例えば、リンク機構（図示せず）、作業器具（図示せず）、および／またはフレーム（図示せず）のような種々の作業機械構成部材に連結可能である油圧シリンダ１６を示している。液圧システム２２は、油圧シリンダ１６を作動させるように協働する種々の構成部材を含み得る。液圧システム２２は、加圧流体源２４、ヘッド端部供給弁２６、ヘッド端部ドレン弁２８、ロッド端部供給弁３０、ロッド端部ドレン弁３２、ヘッド端部圧力リリーフ弁３８、ヘッド端部補給弁（ｍａｋｅｕｐ ｖａｌｖｅ）４０、ロッド端部圧力リリーフ弁４２、ロッド端部補給弁４４、シャトル弁７４、タンク３４、および比例圧力補償弁３６を含むことが可能である。液圧システム２２は、圧力センサ、温度センサ、位置センサ、制御装置、アキュムレータ、および公知の他の構成部材のような追加のおよび／または異なる構成部材を含み得ることが考えられる。

油圧シリンダ１６は、管４６と、その中に配置されたピストンアセンブリ４８とを含み得る。管４６およびピストンアセンブリ４８の一方は第１の機械構成部材（図示せず）に旋回可能に連結することが可能であり、一方、管４６およびピストンアセンブリ４８の他方は第２の機械構成部材（図示せず）に旋回可能に連結することが可能である。油圧シリンダ１６は、ピストンアセンブリ４８によって分割された第１のチャンバ５０および第２のチャンバ５２を含み得る。第１のチャンバ５０および第２のチャンバ５２に、流体源２４によって加圧された流体を選択的に供給し、第１のチャンバ５０および第２のチャンバ５２をタンク３４に流体接続して、ピストンアセンブリ４８を管４６内で移動させることが可能であり、これによって、油圧シリンダ１６の有効な長さが変化させられる。油圧シリンダ１６の伸長および後退は、油圧シリンダ１６に連結された機械構成部材の一方または両方を移動させるのを補助するように機能することが可能である。

ピストンアセンブリ４８は、管４６と軸方向に整列されかつその中に配置されたピストン５４と、第１および第２の機械構成部材の一方に連結可能なピストンロッド５６とを含み得る。ピストン５４は、第１の油圧面５８と、その反対側にある第２の油圧面５９とを含むことが可能である。第１の油圧面５８および第２の油圧面５９に対する流体圧力によって生じる力の不均衡により、管４６内におけるピストンアセンブリ４８の移動を生じさせることが可能になる。例えば、第２の油圧面５９に対する力よりも大きな第１の油圧面５８に対する力により、ピストンアセンブリ４８を移動させて、油圧シリンダ１６の有効な長さを増加させることが可能になる。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ときに、ピストンアセンブリ４８が管４６内で後退して、油圧シリンダ１６の有効な長さを減少させる。Ｏリングのようなシール用部材（図示せず）をピストン５４に連結して、管４６の内壁とピストン５４の円筒外面との間の流体の流れを制限することが可能である。

流体源２４は、加圧流体の流れを生成するように構成することが可能であり、例えば、可変容量形ポンプ、固定容量形ポンプ、または公知の他の任意の加圧流体源のようなポンプを含むことが可能である。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、または他の任意の適切な方法で、流体源２４を作業機械の動力源（図示せず）に駆動可能に連結してもよい。流体源２４は、加圧流体を液圧システム２２にのみ供給することを専用に行い得るか、代わりに、加圧流体を作業機械内の追加の液圧システム５５に供給し得る。

ヘッド端部供給弁２６は流体源２４と第１のチャンバ５０との間に配置し、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構成することが可能である。具体的には、ヘッド端部供給弁２６は、ボア２０８に支持された２位置バネ付勢式段階流量弁体（ｇｒａｄｕａｌ ｆｌｏｗ ｖａｌｖｅ ｅｌｅｍｅｎｔ）２００を含み得る。段階流量弁体２００は、ソレノイド作動式であり、また流体が第１のチャンバ５０に流れることを阻止する第１の位置と、流体の流れが第１のチャンバ５０に流れることを許容する第２の位置との間で移動するように構成することが可能である。ヘッド端部供給弁２６は、代わりに、液圧作動式、機械作動式、空気圧作動式であるか、または他の任意の適切な方法で作動させ得ることが考えられる。

ヘッド端部ドレン弁２８は第１のチャンバ５０とタンク３４との間に配置し、第１のチャンバ５０からタンク３４への加圧流体の流れを調整するように構成することが可能である。具体的には、ヘッド端部ドレン弁２８は、２位置バネ付勢式弁機構を含むことが可能であり、この弁機構は、ソレノイド作動式であり、また流体が第１のチャンバ５０から流れることを許容する第１の位置と、流体が第１のチャンバ５０から流れることを阻止する第２の位置との間で移動するように構成される。ヘッド端部ドレン弁２８は、例えば、比例弁体（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｖａｌｖｅ）または公知の他の任意の弁機構のような追加のまたは異なる弁機構を含み得ることが考えられる。ヘッド端部ドレン弁２８は、代わりに、液圧作動式、機械作動式、空気圧作動式であるか、または他の任意の適切な方法で作動させ得ることも考えられる。

ロッド端部供給弁３０は流体源２４と第２のチャンバ５２との間に配置し、第２のチャンバ５２への加圧流体の流れを調整するように構成することが可能である。具体的には、ロッド端部供給弁３０は、ボア２１８に支持された２位置バネ付勢式段階流量弁体２１０を含み得る。段階流量弁体２１０は、ソレノイド作動式であり、流体が第２のチャンバ５２に流れることを阻止する第１の位置と、流体が第２のチャンバ５２に流れることを許容する第２の位置との間で移動するように構成することが可能である。ロッド端部供給弁３０は、代わりに、液圧作動式、機械作動式、空気圧作動式であるか、または他の任意の適切な方法で作動させ得ることが考えられる。

ロッド端部ドレン弁３２は第２のチャンバ５２とタンク３４との間に配置し、第２のチャンバ５２からタンク３４への加圧流体の流れを調整するように構成することが可能である。具体的には、ロッド端部ドレン弁３２は、２位置バネ付勢式弁機構を含むことが可能であり、この弁機構は、ソレノイド作動式であり、流体が第２のチャンバ５２から流れることを許容する第１の位置と、流体が第２のチャンバ５２から流れることを阻止する第２の位置との間で移動するように構成される。ロッド端部ドレン弁３２は、例えば、比例弁体または公知の他の任意の弁機構のような追加のまたは異なる弁機構を含み得ることが考えられる。ロッド端部ドレン弁３２は、代わりに、液圧作動式、機械作動式、空気圧作動式であるか、または他の任意の適切な方法で作動させ得ることも考えられる。

ヘッド端部供給弁２６とヘッド端部ドレン弁２８とロッド端部供給弁３０とロッド端部ドレン弁３２とが流体的に相互接続し得る。特に、ヘッド端部供給弁２６およびロッド端部供給弁３０は、上流の共通の流体供給通路６０に並列に接続し、下流のシステム信号流体通路６２に接続することが可能である。ヘッド端部ドレン弁２８およびロッド端部ドレン弁３２は、共通のドレン通路６４に並列に接続し得る。ヘッド端部供給弁２６およびヘッド端部戻り弁２８は、第１のチャンバへの流体通路６１に並列に接続することが可能であり、またロッド端部供給弁３０およびロッド端部戻り弁３２は、第２のチャンバへの共通の流体通路６３に並列に接続することが可能である。

ヘッド端部圧力リリーフ弁３８は、第１のチャンバ５０とヘッド端部供給弁２６およびヘッド端部ドレン弁２８との間の第１のチャンバへの流体通路６１に流体接続し得る。ヘッド端部圧力リリーフ弁３８は、弁閉位置に向かってバネ付勢され、かつ所定の圧力よりも高い第１のチャンバへの流体通路６１内の圧力に応答して弁開位置に移動可能な弁体を有することが可能である。このようにして、ヘッド端部圧力リリーフ弁３８は、流体が第１のチャンバ５０からタンク３４に流出することを許容することによって作業器具１４とピストン５４とに作用する外力により生じる液圧システム２２内の圧力スパイクを低減するように構成し得る。

ヘッド端部補給弁４０は、第１のチャンバ５０とヘッド端部供給弁２６およびヘッド端部ドレン弁２８との間の第１のチャンバへの流体通路６１に流体接続し得る。ヘッド端部補給弁４０は、タンク３４内の流体圧力よりも低い第１のチャンバへの流体通路６１内の流体圧力に応答して、流体がタンク３４から、第１のチャンバへの流体通路６１に流入することを許容するように構成された弁体を有することが可能である。このようにして、ヘッド端部補給弁４０は、タンク３４からの流体が第１のチャンバ５０を充填することを許容することによって作業器具１４とピストン５４とに作用する外力により生じる液圧システム２２内の圧力低下を低減するように構成し得る。

ロッド端部圧力リリーフ弁４２は、第２のチャンバ５２とロッド端部供給弁３０およびロッド端部ドレン弁３２との間の第２のチャンバへの流体通路６３に流体接続し得る。ロッド端部圧力リリーフ弁４２は、弁閉位置に向かってバネ付勢され、かつ所定の圧力よりも高い第２のチャンバへの流体通路６３内の圧力に応答して弁開位置に移動可能な弁体を有することが可能である。このようにして、ロッド端部圧力リリーフ弁４２は、第２のチャンバ５２からの流体がタンク３４に流出することを許容することによって作業器具１４とピストン５４とに作用する外力により生じる液圧システム２２内の圧力スパイクを低減するように構成し得る。

ロッド端部補給弁４４は、第２のチャンバ５２とロッド端部供給弁３０およびロッド端部ドレン弁３２との間の第２のチャンバへの流体通路６３に流体接続し得る。ロッド端部補給弁４４は、タンク３４内の流体圧力よりも低い第２のチャンバへの流体通路６３内の流体圧力に応答して、流体がタンク３４から、第２のチャンバへの流体通路６３に流入することを許容するように構成された弁体を有することが可能である。このようにして、ロッド端部補給弁４４は、タンク３４からの流体が第２のチャンバ５２を充填することを許容することによって作業器具１４とピストン５４とに作用する外力により生じる液圧システム２２内の圧力低下を低減するように構成し得る。

シャトル弁７４はシステム信号流体通路６２内に配置することが可能である。シャトル弁７４は、ヘッド端部供給弁２６およびロッド端部供給弁３０のうちの一方からのより高い流体圧力に応答して、より低い流体圧力を有するヘッド端部供給弁２６またはロッド端部供給弁３０の他方を比例圧力補償弁３６に流体接続するように構成し得る。このようにして、シャトル弁７４が、ヘッド端部供給弁２６およびロッド端部供給弁３０からの圧力信号を分析して、２つの弁のより低い出口圧力が比例圧力補償弁３６の移動に影響を与えることを許容し得る。

タンク３４は、流体の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、専用の液圧オイル、エンジン潤滑オイル、変速機潤滑オイル、または公知の他の任意の流体を含んでもよい。作業機械内の１つ以上の液圧システムにより、流体をタンク３４から引き出しまた流体をタンク３４に戻すことが可能になる。液圧システム２２は多数の別個の流体タンクに連結し得ることも考えられる。

比例圧力補償弁３６は、上流の共通の流体通路６０と流体源２４との間に配置される流体力学的な機械作動式比例制御弁であることが可能であり、また上流の共通の流体通路６０に供給される流体圧力を制御するように構成することが可能である。具体的には、比例圧力補償弁３６は、流通位置に向かってバネ付勢および液圧的に付勢されかつ液圧により流通遮断位置に向かって付勢される比例弁体を含むことが可能である。一実施形態では、比例圧力補償弁３６は、それと逆止弁７６との間の箇所から流体通路７８を介して導かれる流体により、流通遮断位置に向かって移動可能であり得る。制限オリフィス８０を流体通路７８内に配置して、流体通路７８内の圧力および／または流動振動を最小にすることが可能である。比例圧力補償弁３６は、シャトル弁７４から流体通路８２を介して導かれる流体により、流通位置に向かって移動可能であり得る。制限オリフィス８４を流体通路８２内に配置して、流体通路８２内の圧力および／または流動振動を最小にすることが可能である。比例圧力補償弁３６の比例弁体は、代わりに、流通遮断位置に向かってバネ付勢され得ること、通路８２からの流体が、代わりに、比例圧力補償弁３６の弁体を流通遮断位置に向かって付勢し得ること、および／または通路７８からの流体が、代わりに、比例圧力補償弁３６の比例弁体を流通位置に向かって移動させ得ることが考えられる。比例圧力補償弁３６は、代わりに、ヘッド端部供給弁２６およびロッド端部供給弁３０の下流にまたは他の任意の適切な位置に配置し得ることも考えられる。所望ならば、制限オリフィス８０と８４を省略し得ることがさらに考えられる。

液圧システム２２は、液圧システム２２内の流体圧力および／または流れを制御するための追加の構成部材を含むことが可能である。具体的には、液圧システム２２は、液圧システム２２内の流体圧力および／または流れを制御するように構成された圧力バランシング通路（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｂａｌａｎｃｉｎｇ ｐａｓｓａｇｅｗａｙ）６６、６８を含み得る。圧力バランシング通路６６、６８は、上流の共通の流体供給通路６０と下流のシステム信号流体通路６２とを流体接続することが可能である。圧力バランシング通路６６、６８は、流体通路６６、６８内の圧力および／または流動振動を最小にするための制限オリフィス７０、７２をそれぞれ含み得る。所望ならば、制限オリフィス７０、７２を省略し得ることが考えられる。液圧システム２２は、比例圧力補償弁３６と上流の流体通路６０との間に配置される逆止弁７６も含むことが可能である。

図２〜図４は、ヘッド端部供給弁２６のボア２０８内の段階流量弁体２００の実施例を示している。ヘッド端部供給弁２６の段階流量弁体２００の説明および作動は、ロッド端部供給弁３０の段階流量弁体２１０と同様であり、弁体２００の詳細な説明のみが以下に示されている。段階流量弁体２００は、弁信号通路２０２と、それと流体連通するように構成された第１のオリフィス２０４および第２のオリフィス２０６とを含み得る。弁信号通路２０２は、第１のチャンバ５０に供給される圧力を示す信号圧力を第１のオリフィス２０４と第２のオリフィス２０６とに連通させるように構成することが可能である。第１のオリフィス２０４は、第２のオリフィス２０６が、弁信号通路２０２の信号圧力をシステム信号通路６２に連通させる前に、弁信号通路２０２の信号圧力をシステム信号通路６２に連通させるように構成し得る。例えば、段階流量弁体２００が移動位置にあるときに、第２のオリフィス２０６がシステム信号通路６２に流体連通され得る前に、第１のオリフィス２０４がシステム信号通路６２に流体連通されることが可能である。段階流量弁体２００が流通遮断位置から流通位置に移動するときに、段階流量弁体２００は移動位置にあることが可能である。第１のオリフィス２０４および第２のオリフィス２０６は、それらの中の圧力および／または流動振動を低減するように制限し得ることが考えられる。弁信号通路２０２は、第１のチャンバ５０に供給される流体圧力を示す信号圧力を連通させるため共通の供給通路６１に流体連通するように構成し得ることも考えられる。第１のオリフィス２０４および第２のオリフィス２０６は、代わりに、溝、切欠、または公知の他の任意のタイプの流体連通要素を具体化し得ることがさらに考えられる。

図２は、流通遮断位置にある段階流量弁体２００を示している。流通遮断位置では、弁信号通路２０２は、第１のチャンバ５０に供給される圧力を示す圧力と流体連通するように構成し得る。また、段階流量弁体２００により、流体が上流の共通の流体供給通路６０から、第１のチャンバへの流体通路６１に流れることを阻止することによって、流体が流体源２４から第１のチャンバ５０に流れることを阻止することが可能になる。

図３は、流通遮断位置と流通位置との間の模範的な移動位置にある段階流量弁体２００を示している。移動位置では、第１のオリフィス２０４は、第２のオリフィス２０６が、弁信号通路２０２の信号圧力をシステム信号通路６２に連通させ得る前に、弁信号通路２０２の信号圧力をシステム信号通路６２に連通させるように構成し得る。具体的には、第１のオリフィス２０４は、信号通路２０２とシステム信号通路６２とを流体接続するように構成することが可能であり、これによって、最初の大きさの信号圧力がシステム信号通路６２に流体連通され、また第２のオリフィス２０６は、信号通路２０２とシステム信号通路６２とを流体連通させるように構成しなくてもよい。さらに、段階流量弁体２００により、流体が上流の共通の流体供給通路６０から、第１のチャンバへの流体通路６１に流れることを阻止することによって、流体が流体源２４から第１のチャンバ５０に流れることを阻止することが可能になる。流体が第１のチャンバ５０に流れることを阻止する流通遮断位置と、流体が第１のチャンバ５０に流れることを許容する流通位置との間の段階流量弁体２００の任意の位置が、移動位置であり得ることが考えられる。第２のオリフィス２０６は、第１のオリフィス２０４が信号通路２０２とシステム信号通路６２とを流体接続する移動位置に続く移動位置において、信号通路２０２とシステム信号通路６２とを流体接続するように構成し得ることがさらに考えられる。すなわち、段階流量弁体２００が流通遮断位置から移動位置に移動するときに、第１のオリフィスは、弁信号通路２０２をシステム信号通路６２に流体接続することが可能であり、また段階流量弁体２００が、引き続く移動位置に移動し続けるときに、第１のオリフィス２０４および第２のオリフィス２０６は、弁信号通路２０２をシステム信号通路６２に流体接続することが可能である。

図４は、流通位置にある段階流量弁体２００を示している。流通位置では、第１のオリフィス２０４および第２のオリフィス２０６は、信号通路２０２の信号圧力をシステム信号通路６２に連通させるように構成し得る。具体的には、第１のオリフィス２０４および第２のオリフィス２０６は、増加した大きさの信号圧力をシステム信号圧力通路６２に流体連通させるように構成することが可能である。さらに、段階流量弁体２００により、流体が上流の共通の流体供給通路６０から、第１のチャンバへの流体通路６１に流れることを許容することによって、流体が流体源２４から第１のチャンバ５０に流れることが許容され得る。

開示される弁は、補償弁に徐々に連通される信号圧力が望まれる流体アクチュエータを含む任意の液圧システムに適用でき得る。開示される弁は、液圧システムの構成部材を保護し、かつ低コストの簡単な構造で一貫したアクチュエータ性能を提供する高応答の圧力調整を行うことが可能である。さらに、開示される弁、特に、徐々に連通される信号圧力は、液圧回路２２内の圧力サージを低減し得る。液圧システム２２の動作について以下に説明する。

油圧シリンダ１６は、操作者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、流体源２４によって加圧して、ヘッド端部供給弁２６およびロッド端部供給弁３０に導くことが可能である。操作者入力に応答して、管４６に対してピストンアセンブリ４８を伸長または後退させるために、ヘッド端部供給弁２６およびロッド端部供給弁３０の一方の段階流量弁体２００、２１０の一方を開位置に移動させて、加圧流体を第１のチャンバ５０および第２のチャンバ５２の適切な一方に導くことが可能である。実質的に同時に、ヘッド端部ドレン弁２８およびロッド端部ドレン弁３２の一方の弁体の一方を開位置に移動させ、流体を第１のチャンバ５０および第２のチャンバ５２の適切な一方からタンク３４に導いて、ピストンアセンブリ４８を移動させるピストン５４を横切る圧力差を発生させることが可能である。例えば、油圧シリンダ１６の伸長が要求された場合、ヘッド端部供給弁２６を開位置に移動させて、加圧流体を流体源２４から第１のチャンバ５０に導いてもよい。加圧流体を第１のチャンバ５０に導くのと実質的に同時に、ロッド端部ドレン弁３２を開位置に移動させて、流体が第２のチャンバ５２からタンク３４に流出することを許容し得る。油圧シリンダ１６の後退が要求された場合、ロッド端部供給弁３０を開位置に移動させて、加圧流体を流体源２４から第２のチャンバ５２に導いてもよい。加圧流体を第２のチャンバ５２に導くのと実質的に同時に、ヘッド端部ドレン弁２８を開位置に移動させて、流体が第１のチャンバ５０からタンク３４に流出することを許容し得る。

多数のアクチュエータが流体源２４に流体接続され得るので、１つのアクチュエータの作動が、油圧シリンダ１６に導かれる圧力および／または流体の流れに影響を与える可能性がある。調整されないままである場合、これらの影響により、油圧シリンダ１６の一貫しないおよび／または予期せぬ動作が生じることがあり、おそらく、液圧システム２２の構成部材の寿命が短くなるであろう。比例圧力補償弁３６は、液圧システム２２内の流体圧力に応答して、流通位置と流通遮断位置との間で比例圧力補償弁３６の比例弁体を比例して移動させて、液圧システム２２のすべての供給弁にわたって、実質的に一定の所定の圧力低下を行うことによって、これらの影響に対処し得る。

流体源２４からの圧力が低下したときに、比例圧力補償弁３６が流通位置に向かって移動し、これによって、上流の共通の流体通路６０内の圧力を維持することが可能になる。同様に、流体源２４からの圧力が上昇したときに、比例圧力補償弁３６が流通遮断位置に向かって移動し、これによって、上流の共通の流体通路６０内の圧力を維持することが可能になる。比例圧力補償弁３６は、それに作用する押圧力が均衡した結果として、流通位置と流通遮断位置との間で付勢されることが可能である。例えば、システム信号通路６２からシャトル弁７４を介して連通されるような流体通路８２からの信号圧力、および比例圧力補償弁バネにより、比例圧力補償弁３６を流通位置に向かって付勢することが可能になり、流体通路７８からの流体圧力により、比例圧力補償弁３６を流通遮断位置に向かって付勢することが可能になる。このようにして、比例圧力補償弁３６が液圧システム２２内の流体圧力を調整して、液圧システム内の所望の圧力を維持することが可能である。上述の説明は、ヘッド端部弁２６およびロッド端部弁３０の一方が完全に流通位置にある液圧システム２２の完全動作モードを示している。完全動作モードでは、液圧システム２２は、流体源２４から液圧システム２２に供給される圧力を変化させまた液圧システム２２内の圧力を変化させる動的システムであることが理解される。

比例圧力補償弁３６は流体力学的な機械作動式であるので、液圧システム２２内の圧力変動が、油圧シリンダ１６の移動または液圧システム２２内の構成部材の寿命に大きな影響を与えようとする前に、液圧システム２２内の圧力変動に迅速に対応し得る。特に、いくつかの例では、比例圧力補償弁３６の応答時間を、典型的なソレノイド作動弁よりもはるかに速くすることが可能である。さらに、比例圧力補償弁３６は、電子制御式ではなく、流体力学的な機械作動式であり得るので、液圧システム２２のコストを最小にし得る。

その上、比例圧力補償弁３６は、システム信号通路６２からの信号圧力に応答して移動するので、比例圧力補償弁３６に連通される著しく低い信号圧力は、アクチュエータ１６の作動に影響を与えることがある。調整されないままである場合、これらの影響により、アクチュエータ１６の望ましくないおよび／またはぎくしゃくした動作が生じることがある。段階流量弁体２００、２１０は、信号圧力を比例圧力補償弁３６に徐々に連通させることによって、著しく低い圧力信号の影響を低減し得る。

ヘッド端部供給弁２６およびロッド端部供給弁３０の一方が、流通遮断位置から流通位置に移動するときに、徐々に連通される信号圧力なしに、著しく低い信号圧力を比例圧力補償弁３６に連通させることが可能である。著しく低いこの信号圧力は、第１のチャンバへの流体通路６１から連通し得る。第１のチャンバへの流体通路６１内の圧力は、ヘッド端部圧力リリーフ弁３８によって所定の圧力よりも低く、ヘッド端部補給弁４０によってタンク３４内の流体圧力よりも高く制御することが可能であり、また流体源２４によって液圧システム２２に供給される流体圧力よりも著しく低くてもよい。

著しく低いこの信号圧力は、シャトル弁７４を介して比例圧力補償弁３６に連通することが可能であり、また流体通路７８からの圧力に対抗する比例圧力補償弁バネの力と共に作用して、比例圧力補償弁３６の比例弁体を付勢することが可能である。著しく低い信号圧力は、流体通路７８内の流体圧力よりも著しく低くてもよく、また比例圧力補償弁３６の比例弁体に対する力の著しい不均衡を生じさせることが可能であり、この結果、流通遮断位置に向かって比例弁体の急速移動が生じる。この急速移動により、通路８２を通して、開放されたシャトル弁７４を通して、流通している弁を通して、また流体アクチュエータ１６に圧力サージが発生する可能性があり、この結果、アクチュエータ１６の望ましくないおよび／またはぎくしゃくした動作が生じる。この圧力サージは、ヘッド端部供給弁２６およびロッド端部供給弁３０の一方が流通位置に移動するときに、信号圧力を比例圧力補償弁３６に徐々に連通させることによって低減し得る。

以下に説明するような段階流量弁２００および液圧システム２２の動作は、説明の目的のためにのみ、液圧システム２２の模範的な動作に基づいている。以下に説明することは、異なるシステム圧力で液圧システム２２の種々の動作状態に適用することが可能であるが、限定的なものと解釈されるわけではないことが理解される。

ヘッド端部弁２６およびロッド端部弁３０のそれぞれが閉位置（図１）にあるときに、システム信号通路６２に連通された圧力が、圧力バランシング通路６６、６８を介したシャトル弁７４の両側で均衡することにより、シャトル弁７４は閉位置にあり得る。ヘッド端部弁２６およびロッド端部弁３０のそれぞれは、操作者が流体アクチュエータ１６の固定位置を維持しようとする場合に閉位置にあり得る。したがって、シャトル弁７４は、信号圧力をシステム信号通路６２から比例圧力補償弁３６に連通させることはない。しかし、流体通路８２内に維持される信号圧力は、流体源２４から供給される圧力の変化に応答して、流体通路７８内の流体に対抗する比例圧力補償弁３６を所望の流通位置になお付勢することが可能である。

ヘッド端部弁２６が流通遮断位置から流通位置に移動するときに、段階流量弁体２００は流通遮断位置（図２）から移動位置（図３）に、最後に流通位置（図４）に移動する。ヘッド端部弁２６は、操作者が流体アクチュエータ１６を伸長させようとする場合に、流通遮断位置から流通位置に移動し得る。段階流量弁体２００が流通遮断位置（図２）から移動位置（図３）に移動するときに、第１のオリフィス２０４が弁信号通路２０２とシステム信号通路６２とを流体連通させ、これによって、最初の信号圧力をシャトル弁７４の流通している弁側に連通させることが可能になる。上述と同様に、弁信号通路２０２は、第１のチャンバへの流体通路６１と流体連通することが可能であり、また第１のチャンバへの流体通路６１内の流体圧力は、圧力バランシング通路６６を介してシステム信号通路６２に連通される圧力よりも低くてもよい。

最初の信号圧力は、圧力バランシング通路６６を介して連通された流体圧力と組み合わさり、これによって、圧力バランシング通路６８を介して、シャトル弁７４の流通を遮断している弁側に供給される圧力よりも低くてもよい合成した第１の信号圧力に均等化することが可能になる。それに応じて、シャトル弁７４を第１の信号圧力によって付勢して、第１の信号圧力を流体通路８２を介して比例圧力補償弁３６に流体連通させることが可能である。連通されたこの第１の信号圧力は、通路８２を通して比例圧力補償弁３６に予め作用する流体圧力よりも低くてもよく、したがって、比例圧力補償弁３６の比例弁体に対する第１の圧力の不均衡を生じさせることが可能であり、この結果、流通遮断位置に向かって比例圧力補償弁３６の最初の移動が生じる。結果として生じた第１の信号圧力が、流体通路７８内の流体圧力よりも著しく低くはなく、したがって、流通遮断位置に向かって比例圧力補償弁３６の比較的小さな移動を生じさせ得るように、システム信号通路６２に連通される最初の信号圧力を制御可能であることが考えられる。

段階流量弁体２００が流通位置（図４）に向かって移動し続けるときに、第１のオリフィス２０４および第２のオリフィス２０６が、弁信号通路２０２とシステム信号通路６２とを流体連通させ、これによって、引き続く信号圧力を、シャトル弁７４の流通している弁側に連通させることが可能になる。最初の信号圧力と同様に、引き続く信号圧力は、圧力バランシング通路６６を介してシステム信号通路６２に連通される圧力よりも低くてもよい。

引き続く信号圧力は、圧力バランシング通路６６を介して連通された流体圧力と組み合わさり、これによって、圧力バランシング通路６８を介して、シャトル弁７４の流通を遮断している弁側に連通される圧力よりも低くてもよい合成した第２の信号圧力に均等化することが可能になる。それに応じて、シャトル弁７４を第２の信号圧力によって付勢して、第２の信号圧力を流体通路８２を介して比例圧力補償弁３６に流体連通させ続けることが可能である。この第２の信号圧力も、流体通路７８内の流体圧力よりも低くてもよく、また比例圧力補償弁３６の比例弁体に対する第２の圧力の不均衡を生じさせることが可能であり、この結果、流通遮断位置に向かって比例圧力補償弁３６のさらなる移動が生じる。結果として生じた第２の圧力の不均衡が、第１の信号圧力の不均衡よりも大きくてもよく、これによって、流通遮断位置に向かって比例圧力補償弁３６のより大きな移動が生じるように、システム信号通路６２に連通される引き続く信号圧力を制御可能であることが考えられる。

段階流量弁体２００が完全に流通位置（図４）にあるときに、第１のオリフィス２０４および第２のオリフィス２０６は、引き続く信号圧力をシステム通路６２に流体連通させ続けることが可能である。上述と同様に、引き続く信号圧力は、圧力バランシング通路６６を介して連通された流体圧力と組み合わさり続けて、シャトル弁７４を介して比例圧力補償弁３６に連通すべき合成した第２の信号圧力に均等化することが可能である。段階流量弁体２００が完全に流通位置（図４）にあるときに、液圧システム２２は完全動作モードであることが可能であり、また比例圧力補償弁体３６への第２の信号圧力の引き続く連通により、液圧システム２２内における流体圧力の所望の調整を行うことが可能になる。段階流量弁体２００が完全に流通位置（図４）にあるときに、流体源２４から液圧システムに供給される圧力の変化の結果として、また液圧システム２２内の圧力の変化により、第２の信号圧力の圧力が変化し、それに応じて、流通位置と流通遮断位置との間で比例圧力補償弁３６を移動させ得ることが考えられる。

段階流量弁体２００は、最初のおよび引き続く信号圧力をシステム信号通路６２に連通させるので、徐々に連通される信号圧力は、比例圧力補償弁３６に連通することが可能であり、またヘッド端部供給弁２６が流通遮断位置から流通位置に移動するときに、比例圧力補償弁３６の移動は緩やかになり得る。徐々に連通されるこの信号圧力は、比例圧力補償弁３６の比例弁体の移動を容易にするように作用することが可能であり、また比例圧力補償弁３６の比例弁体の急速作動によって生じるアクチュエータ１６の望ましくないおよび／またはぎくしゃくした移動を低減することが可能である。システム信号通路６２に連通される信号圧力の大きさが増加し得ること、または代わりに、システム信号通路６２に連通される信号圧力の圧力が減少して、徐々に連通される信号圧力を比例圧力補償弁３６に付与し得ることが考えられる。ヘッド端部供給弁２６の段階流量弁体２００の第２のオリフィスの直径、およびロッド端部供給弁３０の段階流量弁体２１０の第２のオリフィスの直径は、ヘッド端部供給弁２６の段階流量弁体２００の第１のオリフィスの直径、およびロッド端部供給弁３０の段階流量弁体２１０の第１のオリフィスの直径よりも大きくてもよいことがさらに考えられる。

開示される弁および液圧システムに種々の修正および変更をなし得ることが当業者には明白であろう。他の実施形態は、開示される弁および液圧システムの仕様および実施を考慮すれば当業者には明白であろう。仕様および実施例は模範的なものに過ぎないと考えるべきであり、真の範囲は、特許請求の範囲およびそれらの等価物によって示されることが意図される。

開示される模範的な液圧回路の概略図である。 図１の液圧システム用の開示される模範的な弁の流通遮断位置における概略断面図である。 図１の液圧システム用の開示される模範的な弁の移動位置における概略断面図である。 図１の液圧システム用の開示される模範的な弁の流通位置における概略断面図である。

符号の説明

１６ 油圧シリンダ
２２ 液圧システム
２４ 流体源
２６ ヘッド端部供給弁
２８ ヘッド端部ドレン弁
３０ ロッド端部供給弁
３２ ロッド端部ドレン弁
３４ タンク
３６ 比例圧力補償弁
３８ ヘッド端部圧力リリーフ弁
４０ ヘッド端部補給弁
４２ ロッド端部圧力リリーフ弁
４４ ロッド端部補給弁
４６ 管
４８ ピストンアセンブリ
５０ 第１のチャンバ
５２ 第２のチャンバ
５４ ピストン
５５ 追加の液圧システム
５６ ピストンロッド
５８ 第１の油圧面
５９ 第２の油圧面
６０ 上流の共通の流体通路
６１ 第１のチャンバへの流体通路
６２ システム信号流体通路
６３ 第２のチャンバへの流体通路
６４ 共通のドレン通路
６６ 圧力バランシング通路
６８ 圧力バランシング通路
７０ 制限オリフィス
７２ 制限オリフィス
７４ シャトル弁
７６ 逆止弁
７８ 流体通路
８０ 制限オリフィス
８２ 流体通路
８４ 制限オリフィス
２００ 段階流量弁体
２０２ 流体通路
２０４ 流体オリフィス
２０６ 流体オリフィス
２０８ 弁ボア
２１０ 段階流量弁体
２１８ 弁ボア

Claims (5)

1. 加圧流体源と流体アクチュエータと比例圧力補償弁（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ ｖａｌｖｅ）とを有する液圧システム用の弁であり、
   流体源と流体アクチュエータとに流体連通するボアと、
   ボア内に配置され、かつ流体源を流体アクチュエータに選択的に流体連通させるために流通遮断位置と流通位置との間で移動可能な弁体と、
   弁体内に配置され、かつ流体アクチュエータに供給される圧力を示す信号圧力を有する加圧流体と流体連通するように構成された弁信号通路と、
   弁体に配置されかつ弁信号通路と流体連通する第１および第２のオリフィスと、
   を備える弁であって、
   弁信号通路が、信号圧力を第１および第２のオリフィスに連通させるように構成され、
   流通遮断位置から流通位置への弁体の移動により、第２のオリフィスの前に、第１のオリフィスがシステム信号通路に流体連通され、弁体が流通位置にあるときに、第１および第２のオリフィスの両方がシステム信号圧力通路に流体連通される弁。
2. 第２のオリフィスが、第１のオリフィスよりも大きな信号圧力の流れを通すように構成される請求項１に記載の弁。
3. 第２のオリフィスの直径が、第１のオリフィスの直径よりも大きいように構成される請求項２に記載の弁。
4. 弁を作動させる方法であって、
   流体を加圧するステップと、
   加圧された流体を弁に導くステップと、
   流通遮断位置と流通位置との間で弁体を移動させて、加圧流体を弁を介して流体アクチュエータに選択的に連通させるステップと、
   弁体内に配置された弁信号通路を通して流体アクチュエータに供給される圧力を示す信号圧力を有する加圧流体を導くステップと、
   弁体が流通遮断位置から流通位置に移動するときに、加圧流体を、弁体内に配置された第２のオリフィスを通してシステム信号通路に連通させる前に、弁体が流通遮断位置から流通位置に移動するときに、加圧流体を、弁体内に配置された第１のオリフィスを通してシステム信号通路に連通させるステップと、
   を含む方法。
5. 液圧システムであり、
   加圧流体源と、
   第１のチャンバと第２のチャンバとを有する流体アクチュエータと、
   第１および第２のチャンバに供給される流体の圧力を制御するように構成された比例圧力補償弁と、
   流体源を第１のチャンバに選択的に流体連通させるように構成された少なくとも１つの弁と、
   を備える液圧システムであって、
   少なくとも１つの弁が、
   流体源と第１のチャンバとに流体連通するボアと、
   ボア内に配置され、かつ流体源を流体アクチュエータに選択的に流体連通させるために流通遮断位置と流通位置との間で移動可能な弁体と、
   弁体内に配置され、かつ第１のチャンバに供給される圧力を示す信号圧力を有する加圧流体と流体連通するように構成された弁信号通路と、
   弁体に配置されかつ弁信号通路と流体連通する第１および第２のオリフィスと、
   を有し、
   弁信号通路が、信号圧力を第１および第２のオリフィスに連通させるように構成され、
   流通遮断位置から流通位置への弁体の移動により、第２のオリフィスの前に、第１のオリフィスがシステム信号通路に流体連通され、弁体が流通位置にあるときに、第１および第２のオリフィスの両方がシステム信号圧力通路に流体連通される液圧システム。
   

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