JP2022540807A - 油圧システム構造及びシステム構造内で使用可能な双方向比例弁 - Google Patents

Abstract

本開示は、荷重の上昇及び下降を制御するために単一の比例弁を使用するシステムに関する。本開示は、比例弁を通って第１の流れ方向及び第２の反対の流れ方向に比例流量制御を提供する比例弁にも関する。

Description

本開示は、一般に油圧アクチュエータを制御して電力供給する際に使用するための油圧システム構造に関する。

油圧システム構造は、油圧シリンダなどの油圧アクチュエータに電力供給して制御するために存在する。このような油圧システム構造は、典型的には所与の油圧アクチュエータへ及び所与の油圧アクチュエータからの油圧流体流れを制御するために、油圧ポンプ、圧力逃し弁、及び比例弁などの油圧構成要素を含む。油圧システム構造によって電力供給されて制御された油圧アクチュエータは、一般に建設機器及び農業機器などのオフロード機器の部品として一体化された機械要素を運転するために使用される。

本開示の一態様は、油圧シリンダなどの油圧アクチュエータへ及び油圧アクチュエータからの油圧流体流れを制御するために、単一の比例弁を利用する油圧システム構造に関する。油圧システム構造は、単一の比例弁と組み合わせて使用する電磁弁、逆止弁及び圧力逃し弁などの他の型の弁も含むことができる。比例弁は、可変電気信号によって制御される弁である。可変電気信号は、１つ又は複数の計量ポートに関する弁部材（例えばスプール、ポペット、若しくは他の部材）のストロークを制御するために、電機子と組み合わせて作用する電磁コイルに提供される。典型的には、弁部材は無限に位置付けることができ、電磁コイルに提供された電気信号の大きさに比例して動く。弁を通る流量は、弁部材の位置、ひいては電磁コイルに提供された電気信号の大きさに依存する。計量ポートに対する弁部材の位置を制御する機能により、弁を通る油圧流体流れの速度を変えて制御することができ、次いで比例弁によって制御されるアクチュエータの速度を変える能力を提供する。

本開示の別の態様は、比例弁を通って第１の流れ方向及び第２の反対の流れ方向に比例流量制御を提供するように構成された弁に関する。

種々の追加の態様は、以下の記述で説明される。態様は、個別の特徴及び特徴の組み合わせに関する。前述の概要及び以下の詳述は、どちらも例及び説明に過ぎず、それに本明細書に開示した例が基づく幅広い発明の概念を制限しないことを理解されたい。

記載の一部に組み込まれ、説明の一部を構成する添付図面は、本開示のいくつかの態様を示す。図面の簡単な説明は以下の通りである。

本開示の原理による油圧システム構造を概略的に描く。 図１の油圧システム構造の制御装置のための位置制御グラフである。 図１の油圧システム構造内で使用できる比例弁のための例示的構成を示す断面図である。 本開示の原理による別の油圧システム構造を描き、システム構造はニュートラルの荷重保持状態で示されている。 上昇状態の図４の油圧システム構造を概略的に描く。 下降状態の図４の油圧システム構造を示す。 閉状態の本開示の原理による双方向比例弁を描く断面図である。 閉状態の図７の双方向比例弁の別の断面図である。 開状態の双方向比例弁を備えた図７の断面図である。 開状態の図８の双方向比例弁の断面図である。 図７～１０の双方向比例弁の内弁体の下端を描く。 図１１の内弁体の上端を描く。 図１１の内弁体の下端の斜視図である。 内弁体の側面及び下端を示す図１１の内弁体の別の斜視図である。 内弁体の下端内に載せたチェックシートの上側面を示す斜視図である。 図１５のチェックシートの下側面を示す斜視図である。 内弁体の下端で使用することができる、例示的流量制御ノッチ形状を描く。 内弁体の下端で使用することができる、別の例示的流量制御ノッチ形状を描く。 内弁体の下端で使用することができる、更なる例示的流量制御ノッチ形状を描く。 図７の弁のための流量に対する弁位置を表す例示的プロットを描くグラフであり、異なる例示的プロットは、内弁体の下端に提供された異なる流量制御ノッチ形状に対応する。 内弁体に加えられた間隙サイズ／弁位置に対する電磁力を示すグラフであり、内弁体は、電磁力がバネ力線３００と所与の制御コマンドに対応する電磁力との間の交点によって示されたように、内弁体に加えられたバネ力に等しい時に特定の間隙サイズで停止する。

図１は、本開示の原理による油圧システム構造２０を描く。油圧システム構造２０は、機械装置２４に結合したアクチュエータ２２（例えば油圧シリンダ）に電力供給して制御する。ある特定の例では、機械装置２４は、トラクター又は建設機械などのオフロード車両の部品として一体化することができる。ある特定の例では、機械装置２４は、アクチュエータ２２によって動かされる１つ又は複数の枢動結合部を含むことができる。ある特定の例では、機械装置２４は枢動アーム又はブームを含むことができ、枢動アーム又はブームは、ある特定の例ではバケツ、羽、シャベル、農業機器、若しくは同種のものに連結されてもよい。

図１を再度参照すると、油圧システム構造２０は電子制御装置２６を含み、電子制御装置２６は１つ又は複数のプロセッサを有することができ、ソフトウェア、ファームウェア及び／又はハードウェアと連動することができる。プロセッサはデジタル・アナログ処理機能を含むことができ、メモリ（例えばランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリ、又は他のデータ記憶装置）と連動することができる。ある特定の例では、プロセッサはプログラマブル論理制御装置、１つ若しくは複数のマイクロプロセッサ、又は同様の構造を含むことができる。

依然として図１を参照すると、電子制御装置２６は、機械装置２４の位置に関するフィードバック情報を提供する位置センサ２８と連動する。一例では、位置センサ２８は、機械装置２４の構成要素の回転位置を感知する回転センサ、又は機械装置の直線運動を感知することができるリニアセンサを含むことができる。

油圧システム構造２０は、油圧ポンプ３０、油圧タンク３２（例えば貯蔵器）、圧力逃し弁３４、一方向逆止弁３６、オリフィス３８、電磁弁４０、及び単一の比例弁４２も含む。ポンプ３０は、タンク３２に接続した入力側面、及びポンプ３０をアクチュエータ２２に油圧接続するための油圧流線４４に結合した出力側面を有する。オリフィス３８及び一方向逆止弁３６は、油圧流線４４に沿って位置付けられる。一方向逆止弁３６は、油圧流体をアクチュエータ２２に向かう方向に油圧流線４４を通って流すことができ、油圧流体がアクチュエータ２２から離れる方向に流線４４を通ってポンプ３０に向かって流れることを防ぐ。油圧システム構造２０は、ポンプ３０と一方向逆止弁３６との間の場所で油圧流線４４から分岐する再循環流線４６を更に含む。電磁弁４０は、再循環流線４６に沿って置かれ、開位置（図１参照）と閉位置との間で動くことができる。油圧システム構造２０は、一方向逆止弁３６とオリフィス３８との間の場所で油圧流線４４から分岐し、タンク３２に延在する分岐流線４８も含む。比例弁４２は、分岐流線４８に沿って位置付けられる。比例弁４２は閉位置（図１参照）にあることが可能であり、又は閉位置から比例弁４２を通る油圧流体の流量を変えるために複数の比例流量位置の１つに動かすことができる。

図３は、比例弁４２の例示的構成の断面図である。一例では、比例弁４２は、Ｍｏｄｅｌ Ｎｏ．ＥＳＶ１－１０－Ｃを有するＥａｔｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって販売されている比例弁であり、これは通電している時に比例流量制御を提供し、通電していない時に通常は閉じ、ポペット型構成を含む。図３に示されたように、比例弁４２は、パイロットポペット５２に結合した電機子５０を含む。コイル５４は電機子５０を包囲する。電機子５０及びパイロットポペット５２は、バネ５６によって下方に付勢される。パイロットポペット５２は、弁体６０内に置かれたメインポペット５８内に位置付けられる。弁体６０は、第１のポート６２及び第２のポート６４を画定する。比例弁４２が通電していない位置にある時に、第２のポート６４から第１のポート６２への流れは遮断され、第１のポート６２から第２のポート６４に流れることができる。比例弁４２が通電している時に、第２のポート６４から第１のポート６２に流れることができ、弁流れはコイル５４に加えた電気制御信号の大きさ（例えば電流の大きさ）に比例する。第１及び第２のポート６２、６４も図１に符号が付けられている。

弁体６０は、メインポペット５８の端部６３と接合する弁座６１を画定する。メインポペット５８の端部６３は、第１のポート６２とメインポペット５８の内部容積との間に流体連通を提供するための開口６５を画定する。メインポペット５８は、パイロットポペット５２が開口６５を開閉する機能をするように、パイロットポペット５２の端部６９と接合する内部弁座６７を画定する。メインポペット５８は、第２のポート６４とメインポペット５８の内部との間に流体連通を提供する側面オリフィス７１も画定する。

比例弁４２が通電していない時に、比例弁４２は、第１のポート６２から第２のポートの方向に弁４２を通って流れることができるが、第２のポート６４から第１のポート６２の方向に弁４２を通って流れることを防ぐ一方向逆止弁として作用する。詳細には第１のポート６２における圧力が第２のポート６４より高いことより、メインポペット５８をバネ５６の付勢に抗して弁座６１から上昇させる。これにより、油圧流体を弁座６１とメインポペット５８の端部６３との間で第１のポート６２から第２のポートに流すことができる。第２のポート６４の圧力がより高いことにより、側面オリフィス７１を介してメインポペット５８の内部を加圧し、それによってメインポペット５８を弁座６１に対して下端６３で閉位置に押し付ける。弁４２は通電していないので、バネ５６はパイロットポペット５２の端部６９を内部弁座６７に付勢するため、開口６５は遮断され、それによって油圧をメインポペット５８の内部に維持することができる。

弁４２が通電している時、電機子５０は、パイロットポペット５２を内部弁座６７から所定の距離だけ上昇させるために、電気制御信号の大きさに比例して動く。所定の距離は、制御信号の大きさによって決定される。第２のポート６４における圧力が第１のポート６２におけるより大きい場合、パイロットポペット５２を上昇することにより、メインポペット５８の内部の圧力は、オリフィス７１を通って圧力を補充できるより速く開口６５を通して軽減される。このことが起きた時に、メインポペット５８の外部に作用する第２のポート６４における油圧は、メインポペット５８を弁座６１から上昇させ、第１のポート６２と第２のポート６４との間の流体連通を開くのに十分な力を提供する。次いで第２のポート６４からメインポペット５８の下端と弁座６１との間に画定された領域を通って第１のポート６２への流れが起きる。メインポペット５８は、メインポペット５８がパイロットポペット５２の端部６９を再係合するまで上昇する。こうしてメインポペット５８が動く量は、パイロットポペット５２の動く量に依存し、パイロットポペット５２の動く量は、コイル５４に提供された制御信号の大きさに依存する。弁座６１及び／又はメインポペット５８は、メインポペット５８が弁座６１に対して上昇される量に基づいて、メインポペット５８の下端と弁座６１との間の流路の大きさを変える対向形状（例えばノッチ形状）を有する。こうして接合形状は、第２のポート６４から第１のポート６１への流量を弁座６１に対するメインポペット５８の位置に比例して制御することができる。異なる対向形状（例えば正方形のノッチ、丸いノッチ、三角形のノッチ、長方形のノッチ、及びそれらの組み合わせ）並びに形状の大きさを使用して、異なる比例流量特徴を提供することができる。上に示したように、メインポペット５８の位置は、コイル５４に提供された電気制御信号の大きさによって決定されるパイロットポペット５２の位置によって制御される。こうして第２のポート６４から第１のポート６２への流量は、コイル５４に提供された制御信号の大きさに基づいて制御することができる。

図１に戻って参照すると、圧力逃し線６６は、再循環流線４６とポンプ３０との間の場所で油圧流線４４から分岐する。圧力逃し線６６は、油圧流線４４からタンク３２に延在する。圧力逃し弁３４は圧力逃し線６６に沿って位置付けられる。油圧流線４４内の圧力が圧力逃し弁３４の圧力設定を超えると、圧力逃し弁３４は開いて、油圧流体が圧力逃し線６６を通ってタンク３２に放出することができる。そうでなければ圧力逃し弁３４は閉じて、油圧流線４４とタンク３２との間の流体連通を遮断する。

電子制御装置２６は、機械装置２４の位置に関するフィードバックを受信するために位置センサ２８と連動する。電子制御装置２６は、電磁弁４０及び比例弁４２とも連動してこれらの弁の作動を制御する。電子制御装置２６は、比例弁４２を通る流量を制御するために弁４２に提供された電流の大きさを制御することができることが認識されよう。電子制御装置２６は、電磁弁４０の開閉を制御することもできる。電磁弁４０は通常開くことができるが、通電している時に閉じることができる。

図２は、機械装置２４の位置付けを制御するために、電子制御装置２６によって使用された例示的運動制御グラフを示す。実線６８は、比例弁４２に提供された電流レベルに依存して経時的に機械装置２４の予想した位置を表す。機械装置２４の速度が線６９ａによって示されたように予測した速度より遅い場合、線６９ｂによって示されたように速度補償を提供するために、比例弁４２に増加した電流を提供することができる。これと対照的に機械装置２４の検知された速度が予想した速度より速い場合、比例弁４２に提供される電流は減らすことができる。線７０ａは予測した速度より速い検知した速度を表し、線７０ｂは比例弁４２への電流を減らすることによって生じた速度補償を示す。

油圧システム構造２０が荷重保持状態にある時、比例弁４２は閉じて電磁弁４０は開くので、ポンプ３０からの流れは再循環流線４６を通ってタンク３２に向けられる。一方向逆止弁３６及び閉じた比例弁４２は、アクチュエータ２２を油圧係止するために協同する。

油圧システム構造２０が、流れがアクチュエータ２２に向けられる上昇状態にある時、電磁弁４０は、ポンプ３０から線４６を介したタンク３２への流れを閉じるために通電される。同時に比例弁４２は制御信号で通電され、その大きさは弁４２を通ることができる流量を決定する。比例弁４２に提供された制御信号は、好ましくはアクチュエータ２２に、及びタンク３２に向けられるポンプからの流れの比を制御するために大きさが変わる。アクチュエータ２２への流量を低減するために、比例弁４２を通る比例流量は増加するので、タンク３２に向けられる流れは多くなり、アクチュエータに向けられる流れは少なくなる。これと対照的にアクチュエータ２２への流量を増やすために、比例弁４２を通る比例流量は低減されるので、タンクに向けられる流れは少なくなり、アクチュエータに向けられる流れは多くなる。このやり方で、上昇中のアクチュエータ２２の移動速度は、比例弁４２の位置に基づいて制御することができる。

油圧システム構造２０は、油圧流体がアクチュエータ２２から出される下降状態で作動することもできる。下降状態では、電磁弁４０は開くので、ポンプ３０からの流れはタンクに再循環される。更に比例弁４２は、弁４２を通ってタンク３２に流れる量を制御するために比例制御される。このやり方で、下降中のアクチュエータ２２の移動速度は、比例弁４２の位置に基づいて制御することができる。

図４～６は、本開示の原理による別の油圧システム構造１２０を描く。油圧システム構造１２０は、アクチュエータ１２２に電力供給してアクチュエータ１２２の速度及び方向を制御するために適応される。油圧システム構造２０はポンプ１３０、タンク１３２、高圧逃し弁１３４、パイロット操作圧力逃し弁１３６、電磁弁１４０、及び単一の双方向比例弁１４２を含む。主要油圧流線１４４は、ポンプ１３０の外側からアクチュエータ１２２に延在する。ポンプ１３０の入力側面はタンクに結合される。双方向比例弁１４２は、主要油圧流線１４４を通る流れを制御する。パイロット操作圧力逃し弁１３６は、主要油圧流線１４４からタンク１３２に延在する圧力逃し線１４６に沿って位置付けられる。圧力逃し線１４６は、双方向比例弁１４２とポンプ１３０との間の場所で主要油圧流線１４４に連結する。

油圧システム構造１２０は、再循環線１４８及び第２の圧力逃し線１５０も含む。電磁弁１４０は再循環線１４８に沿って位置付けられ、再循環線１４８を開閉するように適応される。線１４８は、電磁弁１４０が通電していない時に開き、電磁弁１４０が通電している時に閉じる。再循環線１４８は主要油圧流線１４４からタンク１３２に延在し、第１の圧力逃し線１４６とポンプ１３０との間の場所で油圧流線１４４に連結する。第２の圧力逃し線１５０は、主要油圧流線１４４からタンクに延在し、再循環線１４８とポンプ１３０との間の場所で主要油圧流線１４４に連結する。高圧逃し弁１３４は、第２の圧力逃し線１５０に沿って位置付けられる。高圧逃し弁１３４は、主要油圧流線１４４内の圧力が高圧逃し弁１３４の圧力設定を超えると、タンクと主要油圧流線１４４との間の流体連通を開くように構成される。そうでなければ高圧逃し弁１３４は閉じるので、第２の圧力逃し線１５０が閉じる。

図４は、アクチュエータ１２２とポンプ１３０との間の流体連通が遮断するように、双方向弁１４２が閉じた荷重保持状態にある油圧システム構造１２０を示す。この構成では、アクチュエータ１２２は適所で油圧係止される。この構成では、電磁弁１４０は、ポンプ１３０からの流体出力が再循環線１４８を通ってタンクに向けられることができる開位置にあるように通電されないことが可能である。

図５は、ポンプ１３０からアクチュエータ１２２に提供された油圧流体流れの量を制御するために双方向弁１４２が通電される、上昇モードにある油圧システム構造１２０を示す。こうしてアクチュエータ１２２に提供された流量、ひいてはアクチュエータ１２２の速度は、双方向比例弁１４２に提供された電流を変えることによって変えることができる。電流の量は、弁１４２を通る流路の大きさを制御し、弁を通る第１の状態方向に弁を通る流量を制御する。上昇モードで、電磁弁１４０は閉じ、ポンプ１３０からの超過流れはパイロット操作圧力逃し弁１３６を通ってタンク１３２に向けられる。効率性のために、パイロット操作圧力逃し弁１３６は、弁１３６のバネマージン圧力に依存してアクチュエータ１２２の作動圧力（例えば頭部圧力）の少し上に維持されるパイロット可変逃し圧力値を有する。上昇中に、位置センサはシステム制御装置に上昇速度を通信することができ、制御装置は、所望の上昇速度に達するために、弁を通る流量を調節するように弁１４２への制御コマンドを調節することができる。

図６は、油圧流線１４４を開くために双方向比例弁１４２が再度通電した下降状態における油圧システム構造１２０を示す。アクチュエータ１２２からの油圧流体は、双方向比例弁１４２を通り、電磁弁１４０を通ってタンク１３２に向けられる。電磁弁１４０は開状態のために通電されない。比例弁１４２は、双方向弁１４２に提供された電流を変えることにより、アクチュエータ１２２から出る流量、ひいてはアクチュエータ１２２の下降速度を制御することができる。双方向比例弁１４２への電流を変えることにより、アクチュエータ１２２が下降する際に弁１４２を通る流路の大きさ、ひいては双方向弁１４２を通る流量を制御できることが認識されよう。下降中に弁１４２を通る流量は、弁１４２によって制御され、第１の方向と反対の第２の方向である。下降中に位置センサは、システム制御装置に下降速度を通信することができ、制御装置は、所望の下降速度に達するために、弁を通る流量を調節するように弁１４２への制御コマンドを調節することができる。

図７及び８は、双方向比例弁１４２に対する例示的構成を示す。双方向弁１４２は、コイル２０２によって包囲された可動電機子２００を含むソレノイド配置を含む。可動電機子２００は、可動電機子２００とコイル２０２との間に置かれた非磁気コア管２０３内に位置付けられる。可動電機子２００は、バネ２０４によって下方に付勢され、軸２０７に沿ってコア管２０３内でコイル２０２に対して軸方向に可動である。可動電機子２００の上端は、固定電機子２０５から間隙ｇだけ軸方向に分離される。間隙ｇの大きさは、可動電機子２００が軸２０７に沿ってコイル２０２に対して動くにつれて変化する。固定電機子２０５は、コア管２０３の上端内に嵌合する。弁部材２０６（例えばバルブピン）は、弁部材２０６が軸２０７に沿って可動電機子２００と共に軸方向に動くように、可動電機子２００の下端に固定される。

ソレノイド配置は、第１のポート２１２及び第２のポート２１４を画定する外弁体２１０上に搭載される。外弁体２１０は、第１及び第２の弁体部２１０ａ、２１０ｂを含む。外部シール２１１は、外弁体２１０が弁マニホールドの開口の中に挿入された（例えば螺合された）時に、第２のポート２１４の上又は下を封止するために外弁体２１０上に搭載される。内弁体２１６は、外弁体２１０内に位置付けられる。内弁体２１６（例えばメインポペット）は、チェックボール２２０によってその下端で開閉することができる中央通路２１８（図７～１０参照）を画定する。チェックボール２２０は、油圧流体を通路２１０の下端から出すことができるが、油圧流体が通路の下端に入ることを防ぐ。こうしてチェックボール２２０は、内弁体２１６の頂部から中央通路２１８を通って第１のポート２１２に流れることを可能にし、反対方向に流れることを防ぐ。側部通路２１９（図７及び９参照）は、第２のポート２１４と中央通路２１８との間に流体連通を提供する。チェックボール２１５は、第２のポート２１４から側部通路２１９を通って中央通路２１８に流れることを可能にし、側部通路２１９を通って反対方向に流れることを防ぐ。

内弁体２１６は、第２のポート２１４と内弁体２１６の頂側面との間に流体連通を提供する通路２２２（図８及び１０参照）も画定する。通路２２２の上端は、第２のポート２１４から通路２２２を通って内弁体２１６の頂側面に流れることを可能にし、通路２２２を通って反対方向に流れることを防ぐ、逆止弁２２４によって開閉される。通路２２２はオリフィス２２３を含む。内弁体２１６は、内弁体２１６の底部から内弁体２１６の頂部に延在する通路２２６（図７及び９参照）も画定する。通路２２６の下端は、第１のポート２１２と流体連通する。通路２２６の頂端におけるチェックボール２２８は、第１のポート２１２から通路２２６を通って内弁体２１６の頂側面に流れることを可能にし、通路２２６を通って反対方向に流れることを防ぐ。通路２２６はオリフィス２２５を含む。保持リング４０９は、内弁体２１６（図１２参照）の頂部にチェックボール２２４、２２８を保持する。

チェックボール２２０は、スナップリング（図１３参照）などの保持リング３２３によって内弁体２１６の下端内に保持されたチェックシート３２１によって内弁体２１６内に保持される。チェックシート３２１は、油圧流体が中央通路から軸方向にチェックシート３２３を通って第１のポート２１２に流れることを可能にするため、及び流体が第１のポート２１２から軸方向チェックシート２２３を通って通路２２６に流れることを可能にするために、周辺ノッチ３２５（図１３、１５及び１６参照）を含む。Ｏリングなどのシール３２７は内弁体２１６の外部に搭載され、外弁体２１０の内部に対して封止するように適合される。シール３２７は、バックアップワッシャ４１１の間で軸方向に搭載され、第２のポート２１４と内弁体２１６の上側面の上に置かれた上部チャンバとの間で内弁体２１６の外部に沿って軸方向に油圧流体が漏れることを防ぐ機能をする。外弁体２１０は内弁座２３１を画定する。

チェックシート３２１は、中央部４２１及び中央部から半径方向外方に突起する複数の歯４２３を備えた、概して歯車形状の構成を有する。ノッチ３２５は歯４２３の間で周方向に画定され、第１のポート２１２における油圧が内弁体２１６の上のチャンバにおける油圧より高い時に、油圧流体を第１のポート２１２から通路２２６に流すことができるための流路を画定するように機能する。ノッチ３２５は、弁２０６が通路２１８を開き、内弁体２１６の上のチャンバにおける油圧が第１のポート２１２における圧力より高い時に、油圧流体を通路２１８から第１のポート２１２に流すこともできる。チェックボール２２０は、流体が第１のポート２１２から通路２１８の中に流れることを防ぐ。チェックシート３２１及びリング３２３は、内弁体２１６の下端内にチェックボール２２０を保持するために協同する。チェックシート３２１の頂側面は、チェックボール２２０が通路２１８からノッチ３２５を通って第１のポート２１２に流れることを可能にするために開位置に動く時に、チェックボール２２０を係合するように適合された中心軸突起４２５を含む。

内弁体２１６の上側面に画定された中央通路２１８の上端は、弁部材２０６の下端によって開閉することができる。ソレノイド配置が通電していない時、バネ２０４は、中央通路２１８の上端が遮断され／閉じるように、中央通路２１８の上端における弁座４０７に対して下方に弁部材２０６を付勢する。こうして通路２１８は通常閉じる。ソレノイド配置が通電していない時に、中央通路２１８は遮断され、弁１４２は閉じる（図７及び８参照）。弁１４２が閉じている時、リング部２３３は、内弁体２１６が第１のポート２１２と第２のポート２１４との間の流体連通を遮断し、流れが第１のポート２１２から弁１４２を通って第２のポート２１４に動くことを防止され、逆も同様に防止されるように、内弁座２３１に対して着座する。ソレノイドが通電していない状態で、バネ２０４は、内弁体２１６がバネ２０４により閉位置に向かって付勢されるように、内弁体２１６の頂側面に対して弁部材２０６を付勢する。追加として弁が通電されず中央通路２１８が遮断された状態で、第１のポート２１２であっても第２のポート２１４であっても弁１４２の高圧側は、内弁体２１６の上にパイロット圧力を発生し、これにより内弁体２１６を閉位置に保持する。

ソレノイド配置が通電している時、弁１４２は比例流量モードで作動し、比例流量モードでは、第１のポート２１２と第２のポート２１４との間で弁１４２を通る流れは、第１のポート２１２から第２のポート２１４の第１の方向に比例制御することができ、第２のポート２１４から第１のポート２１２の第２の方向に比例制御することができる。ソレノイド配置が通電している時、弁部材２０６は、ソレノイド配置を通電するために使用した制御信号の大きさに比例する距離だけ内弁体２１６から上昇し、間隙ｇは、弁部材２０６の動く距離に等しい距離だけ短くなる。弁部材２０６が内弁体２１６から上昇すると、中央通路２１８は開き、パイロット圧力により内弁体２１６が弁部材２０６に追従し、それによってリング部２３３が内弁座２３１から上昇し、それによって外弁体２１０の内部と内弁体２１６の外部領域２３５（図９及び１０参照）との間に画定された流路を介して、第１のポート２１２と第２のポート２１４との間の流体連通が開く。流路の断面積は、弁部材２０６の位置によって決定される内弁体２１６の位置によって変化し、弁部材２０６の位置は、内弁体２１６が弁座２３１から上昇する時に停止部として機能する。弁部材２０６の位置は、ソレノイド配置を通電するために使用した制御信号（例えば電流）の大きさに依存する。

内弁体２１６の外部領域２３５は、外弁体２１０と内弁体２１６との間に画定された流路の断面積を外弁体２１０に対して内弁体２１６の軸位置によって変化させる形状を有する。図１４に描かれたように、形状界面によりノッチ２３７が湾曲している。弁１４２の流量制御特性は、外部領域２３５に異なる形状及び大きさを有する流量制御形状を使用することによって変化することができることが認識されよう。例えば形状は、制御コマンド／弁位置と流量との間に異なる依存関係を提供するために、三角形のノッチ２３７ａ（図１７参照）、正方形若しくは長方形のノッチ（図１８参照）、組み合わせた形状を有するノッチ２３７ｃ（図１９参照）又は他の形状などの異なる形状のノッチを含むことができる。図２０は、流量と弁位置との間の異なる例示的依存関係２５０ａ、２５０ｂ、２５０ｃ、２５０ｄを示す。例示的依存関係は、直線関係、湾曲関係、異なる傾斜を有する直線関係、及びそれらの組み合わせであることが可能である。異なる関係は、弁通路断面積の異なる変化率、ひいては内弁体の直線運動の所与の距離に対する流量の異なる変化率を有する弁をもたらす。

図２１は、弁が通電して／比例流量制御モードで作動している時、制御信号の大きさ（例えばソレノイドのコイルに提供された電流の大きさ）と内弁体の位置との間の例示的比例関係を示す。詳細には、図２１は、バネ２０４により電機子２００に加えた軸力に対する間隙ｇの大きさとコイル２０２との間の関係を示す。間隙ｇの大きさは、電機子２００、弁部材２０６及び内弁体２１６の位置に対応する。電機子２００は、電機子に加えたバネ力が、電力がコイル２０２を通して加えられた時に発生した電磁力と等しく、対向する時に動きを停止する。図２１では、線３００はバネ２０４の力を描く。更に線３０１は、最高制御コマンドの２５パーセントの値を有する制御信号が加えられた時に、コイル２０２によって電機子２００に加えられた電磁力を描く。線３０２は、最高制御コマンドの５０パーセントの値を有する制御信号が加えられた時に、コイル２０２によって電機子２００に加えられた電磁力を描く。線３０３は、最高制御コマンドの７５パーセントの値を有する制御信号が加えられた時に、コイル２０２によって電機子２００に加えられた電磁力を描く。線３０４は、最高制御コマンドの１００パーセントの値を有する制御信号が加えられた時に、コイル２０２によって電機子２００に加えられた電磁力を描く。電機子の位置は、所与の制御コマンドの大きさに対応する力線がバネ力線３００と交差する場所で画定される。内弁体２１６の多数（例えば無限）の位置及び対応する複数の異なる流量は、制御コマンドの大きさ、ひいては電機子に加えた電磁力の大きさを変えることによって画定することができる。

上に示したように、弁１４２を通る流量は、第１のポート２１２から第２のポート２１４に延在する第１の方向、及び第２のポート２１４から第１のポート２１２への第２の反対方向に制御することができる。比例流量制御は、所望の流量に対応する大きさを有する制御信号で弁１４２のソレノイドを通電することによって提供される。制御信号の大きさを調節することによって、ポート２１２と２１４との間の弁通路の断面積の大きさを調節することができ、それによってポート２１２と２１４との間の流量を調節することができる。弁１４２によって制御される油圧アクチュエータの動きは監視することができ、油圧アクチュエータが所望の速度で動くことを確実にするように、制御信号を修正するためのフィードバックループを提供するために使用することができる。通路２１８、２１９、２２２、及び２２６は、ソレノイドが通電され、弁部材２０６が中心通路２１８から上昇すると、内弁体２１６が閉位置から、内弁体２１６が弁部材２０６に接触し、制御された流量が第１のポート２１２と第２のポート２１４との間で弁１４２を通ることができる比例流量位置にパイロット圧力によって動くように構成された弁パイロット流路を画定する。

弁１４２が通電していない時、弁部材２０６は、内弁体２１６の頂部と通路２１８との間の流体連通を遮断するために中央通路２１８の頂端を閉じる。更に弁１４２が通電していない状態で、内弁体２１６は、流体流れが第１のポート２１２と第２のポート２１４との間で両方向に流れることを内弁体２１６によって防止される閉位置にある。第１のポート２１２は第２のポート２１４より高圧を有する第１の条件では、内弁体２１６の上の領域は、第１のポート２１２から通路２２６を通るパイロット圧力によって加圧される。内弁体２１６の上の圧力は、内弁部材２１６を閉位置に保持するために内弁体２１６の頂部に作用する。この第１の条件では、第１のポート２１２から第２のポート２１４に比例制御された流量を提供するために、弁が通電することにより弁部材２０６が中央通路２１８の頂部から上昇する。これが起きると、内弁体２１６の上の領域は、中央通路２１８及び側部通路２１９を通る第２のポート２１４との流体連通を介して減圧する。オリフィス２２５は、第１のポート２１２から内弁体２１６の上の領域への流れを制限することにより、この減圧を支援する。内弁体２１６の上の領域が減圧した状態で、第１のポート２１２の圧力がより高いことによって内弁体が弁座２３１から上昇し、第１のポート２１２から第２のポート２１４に所望の流量に対応する弁位置で弁部材２０６と接触するように動く。弁が通電していない時、バネ２０４は、弁部材２０６を内弁体２１６の頂部と接触させたままにし、それによって中央通路２１８の遮断を維持する。これにより内弁体２１６の上の領域は再加圧して、内弁体２１６の頂部に作用するパイロット圧力を介して内弁体２１６を閉位置に戻して留まらせることができる。

第２のポート２１４が第１のポート２１２より高い圧力を有する第２の条件では、内弁体２１６の上の領域は、第２のポート２１４から通路２２２を通るパイロット圧力によって加圧される。内弁体２１６の上の圧力は、内弁体２１６を閉位置に保持するために内弁体２１６の頂部に作用する。この第２の条件では、第２のポート２１４から第１のポート２１２に比例制御された流量を提供するために、弁は通電して弁部材２０６が中央通路２１８の頂部から上昇する。これが起きると、内弁体２１６の上の領域は、中央通路２１８を通る第１のポート２１２との流体連通を介して減圧する。オリフィス２２３は、第２のポート２１４から内弁体２１６の上の領域への流れを制限することにより、この減圧を支援する。内弁体２１６の上の領域が減圧した状態で、第２のポート２１４のより高い圧力が内弁体２１６の外側に作用して、内弁体２１６が弁座２３１から上昇し、第２のポート２１４から第１のポート２１２に所望の流量に対応する弁位置で弁部材２０６と接触するように動く。弁が通電していない時、バネ２０４は、弁部材２０６を内弁体２１６の頂部と接触させたままにし、それによって中央通路２１８の遮断を維持する。これにより内弁体２１６の上の領域は再加圧して、内弁体２１６の頂部に作用するパイロット圧力を介して内弁体２１６を閉位置に戻して留まらせることができる。

前述の詳細から、修正及び変形が本開示の精神及び範囲から逸脱することなく行うことができることが明らかになろう。

Claims (14)

1. 油圧アクチュエータを介して構成要素を上昇及び下降させるための油圧システムであって、
   油圧ポンプと、
   前記構成要素を上昇中に前記アクチュエータへの流量を比例制御するため、及び前記構成要素を下降中に前記アクチュエータからの流量を比例制御するための単一の比例流量制御弁とを含む、油圧システム。
2. 前記単一の比例制御弁は、前記比例制御弁を通して双方向の比例流量制御を提供するように構成される、請求項１に記載の油圧システム。
3. 前記構成要素を下降中に、前記アクチュエータからの流れは、前記単一の比例制御弁を通ってタンクに向けられ、前記構成要素を上昇中に、前記単一の比例制御弁は、前記アクチュエータとタンクとの間で前記油圧ポンプからの流れを釣り合わせる、請求項１に記載の油圧システム。
4. 比例流量制御を第１の流れ方向及び第２の反対の流れ方向に前記比例弁を通って提供するように構成された比例弁を含む、油圧デバイス。
5. 前記比例弁は、外弁体及び前記外弁体内の内弁体を含み、前記内弁体は前記外弁体に対して軸に沿って動くことができる、請求項４に記載の油圧デバイス。
6. 前記外弁体は第１及び第２のポートを画定し、前記外弁体は内弁座を画定し、比例流量界面は、前記外弁体と前記内弁体との間に画定され、前記比例流量界面は、前記第１のポートと前記第２のポートとの間に主要流路を画定し、前記内弁体は、閉じた弁位置と複数の比例流量位置との間で前記外弁体に対して前記軸に沿って動くことができ、前記内弁体は、前記内弁体が前記閉位置にある時に、前記主要流路を介して前記第１のポートと前記第２のポートとの間の流体連通を遮断するために前記内弁座を係合し、前記比例流量界面は、前記比例流量位置のそれぞれに対応する異なる断面積を持つ前記主要流路を提供し、前記比例弁は、前記内弁体を前記閉位置及び前記複数の異なる比例流量位置に動かすためのソレノイド配置を含み、前記ソレノイド配置は、前記ソレノイド配置のコイルに提供された電流の大きさに依存して、前記軸に沿って複数の異なる電機子位置に移動されるバネ付勢式電機子を有し、前記異なる電機子位置は、前記閉位置及び前記異なる比例流量位置に対応する、請求項５に記載の油圧デバイス。
7. 前記内弁体は、前記第１のポートからの圧力を介して前記内弁体の上の領域を加圧するための第１の加圧路を画定し、前記内弁体は、前記第２のポートから前記内弁体の上の前記領域を加圧するための第２の加圧路を画定し、前記内弁体は、前記第２のポートとの流体連通を介して前記内弁体の上の前記領域を減圧するための第１の減圧路を画定し、前記内弁体は、前記第１のポートとの流体連通を介して前記内弁体の上の前記領域を減圧するための第２の減圧路を画定し、前記油圧デバイスは、前記第１及び第２の減圧路を開閉するために前記電機子に結合した弁部材を含む、請求項５又は６に記載の油圧デバイス。
8. 前記第１の加圧路、前記第２の加圧路、前記第１の減圧路、及び前記第２の減圧路のそれぞれは、一方向逆止弁を含む、請求項７に記載の油圧デバイス。
9. 前記第１の加圧路及び前記第２の加圧路のそれぞれは、オリフィスを含む、請求項７又は８に記載の油圧デバイス。
10. 前記弁部材は前記軸と同軸である、請求項９に記載の油圧デバイス。
11. 前記第１及び第２の減圧路は、前記弁部材によって開閉される通路を共有する、請求項７～１０のいずれか一項に記載の油圧デバイス。
12. 前記第１及び第２の減圧路によって共有された前記通路は、前記内弁体の頂端に上端を有し、前記弁部材は前記通路の前記上端を開閉するように適合され、前記弁部材と前記内弁体の前記頂端との間の接触は、前記内弁体の軸位置を制御する、請求項１１に記載の油圧デバイス。
13. 前記構成要素の位置を監視するため、及び運動補正を提供するために前記単一の比例制御弁を電子的に調節するために使用する位置フィードバックを提供するためのセンサを含む、制御システムを更に含む、請求項１に記載の油圧システム。
14. 前記構成要素を下降中に、前記電機子からの流れは、前記単一の比例制御弁を通ってタンクに向けられ、前記構成要素を上昇中に、前記油圧ポンプからの流れは、前記単一の比例制御弁を通って前記アクチュエータに向けられる、請求項１に記載の油圧システム。

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