JP3150980B2 - 圧力補償液圧制御装置 - Google Patents

圧力補償液圧制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は液圧駆動型の機械類を制御するバルブ装置に
関する。
背景技術 機械の液圧駆動作動部材の移動速度は装置の細く絞ら
れた主オリフィスの断面積およびこれらのオリフィス間
の圧力低下に依存する。制御を容易にするために、圧力
補償液圧制御装置はそれらの機能の一つである圧力低下
を除去するように設計されている。これらの装置には加
圧された液圧流体を機械の作動部材を駆動するアクチュ
エータに可変容量型液圧ポンプの入力部に一つまたは複
数の作用口の圧力を伝達する感知ラインがある。得られ
たポンプ出力の自己調整により、断面積が機械のオペレ
ータにより制御される制御オリフィス間の圧力がほぼ一
定に低下する。これが制御を容易にしている。なぜな
ら、圧力低下が一定に維持されるので、作動部材の移動
速度がオリフィスの断面積により決定されるからであ
る。このような装置は1987年９月15日にウイルケ（Wilk
e）に発行された米国特許第4,693,272号に開示されてお
り、この開示物が参考として含まれる。
このような装置において、制御バルブと液圧ポンプは
正常状態では互いに隣接していないので、変動する負荷
圧力情報を比較的延長可能なホースまたは導管を通じて
離れた位置にあるポンプ入口に伝達しなければならな
い。機械が停止された、ニュートラル状態にある間、オ
イルの一部がこれらの導管から漏れ出る傾向にある。オ
ペレータが再度動作させる場合、圧力補償装置が十分に
有効になる前にこれらの導管に油を補給する必要があ
る。これらの導管が長いので、ポンプの反応が遅れ、わ
ずかな負荷の低下が生じうる。これらは“遅延時間”お
よび“始動低下”問題と呼ばれる。
ある型の装置では、負荷を駆動するピストンの“着
底”により装置全体が“ハングアップ”（膠着状態）を
生じる。このような現象は最高作用口圧力を使用して圧
力補償装置を動かす装置に生ずる。負荷の着底は最高作
用口圧力になっており、ポンプはより高い圧力を与える
ことができず、すでに制御オリフィス間には圧力の低下
がない。救済措置として、このような装置には液圧制御
装置の負荷検出回路に圧力開放（リリーフ）バルブがあ
る。着底状態において、圧力開放バルブが開放して、感
知された圧力を負荷検出開放圧力に落とす。この動作に
より、ポンプは制御オリフィス間の圧力を低下させる。
この解法は有効であるが、制御オリフィス間の圧力低
下をほぼ一定にする手段の一部として作用する圧力補償
逆止バルブを使用する装置に望ましくない副次効果を生
じることになる。作用口圧力が負荷検出開放バルブの設
定値を越えると、ピストンが着底しなくともこの圧力開
放バルブが開放してしまうことがある。そのような場
合、流体の一部は作用口から、圧力補償逆止バルブを介
して、ポンプ室に逆流する。その結果、圧力が低下す
る。これは“逆流”問題と言われている。
以上の理由により、ある用途では遅延時間、始動低
下、および逆流問題を減少または除去する手段が求めら
れている。
本発明は、以上の問題を解決するため、改良された圧
力補償型液圧制御装置を提供することを目的とする。
発明の開示 このため本発明によれば、常にポンプ入力圧力と一定
の限界圧力の和である可変出力圧力を発生する型のポン
プから負荷に液圧流体を供給するための液圧バルブアセ
ンブリにおいて、前記液圧装置が、（ａ）前記ポンプか
ら前記負荷へメータリングオリフィスを介して流体を供
給し、前記メータリングオリフィス間の一定の圧力低下
を与えるようにし、第１負荷依存圧力をアイソレータに
連通し、第２負荷依存圧力を前記アイソレータから前記
メータリングオリフィスに連通する負荷検出回路を有
し、前記メータリングオリフィス間の圧力低下が前記ポ
ンプ出力圧力と第２負荷依存圧力の差である圧力補償バ
ルブ装置と；（ｂ）前記アイソレータは一つまたは複数
の表面で画成された内腔内を往復摺動するスプールから
なり、前記スプールが複数のランドと細く絞られた領域
を有し、一つまたは複数の内腔表面で、前記負荷検出回
路と連通して、第１負荷依存圧力が前記スプールを第１
の方向に動かす第１の力を発生する入力室と；前記ポン
プ出力圧力と連通し、前記スプールが前記第１の方向に
動くにつれて前記ポンプ出力圧力を内腔内部表面のアイ
ソレータ出力口に接続し、かつ前記スプールが前記第１
の方向と逆の第２の方向に動くにつれて接続を解除する
ようにされた接続室と；リザーバと連通し、前記スプー
ルが第２の方向に移動するとともに前記アイソレータ出
力口と前記リザーバ間に連通を確立し、かつ前記スプー
ルが前記第１の方向に移動するにつれて前記接続が解除
されるようにされたリザーバ室と；前記スプール内の帰
還内腔を介して前記アイソレータ出力口と連通し、前記
帰還室の圧力が前記スプールを前記第２の方向に動かす
帰還力を発生する帰還室とを画成し、それにより、ポン
プ出力圧力が前記帰還室に連通し、前記スプールを前記
第２の方向に動かし、前記第２の方向の連続した移動は
前記ポンプ出力圧力と前記アイソレータ出力口間の接続
を解除し、前記リザーバと前記アイソレータ出力口かつ
前記帰還室間の接続を確立し；前記スプールはアイソレ
ータ出力口の第２負荷依存圧力が常に第１負荷依存圧力
の関数である平衡位置になる傾向があり；前記アイソレ
ータ出力口はポンプ入力口におよび第２負荷依存圧力を
前記圧力補償バルブ装置のメータリングオリフィスに連
通する前記負荷検出回路と連通し；（ｃ）前記ポンプ入
力口が第２負荷依存圧力を受けるが、前記負荷検出回路
から流体流を受けず、かつ圧力補償圧力アセンブリのメ
ータリングオリフィス間の一定の圧力低下が前記限界圧
力であることを特徴としている。
液圧バルブアセンブリにおいて、前記第１および第２
負荷依存圧力が相互にほぼ等しいことを特徴としてい
る。
さらに、本発明によれば、オペレータが可変容量型液
圧ポンプから負荷圧力を発生する負荷力を受ける液圧ア
クチュエータまでの流路における加圧流体の流れを制御
でき、前記ポンプは負荷検出入力部を持ち、ポンプ入力
圧力以上の一定量である出力圧力を発生する負荷検出圧
力補償液圧バルブアセンブリであり、前記液圧バルブア
センブリが（ａ）流路中のメータリングオリフィス間に
置くように並置され、少なくとも一方はオペレータの制
御によりメータリングオリフィスのサイズを変化させ、
前記液圧アクチュエータへの流体の流れを制御するよう
に動く第１バルブ素子および第２バルブ素子と；（ｂ）
前記液圧アクチュエータの前記負荷圧力を検出するセン
サと；（ｃ）前記センサと連通し、前記負荷圧力を前記
負荷検出入力部に伝達し、同時に前記センサから前記負
荷検出入力部への流体の流れを阻止するアイソレータで
あって、前記アイソレータは内腔内を往復摺動するバル
ブ素子を備え、ポンプ出力圧力と連通する第１のポート
と、流体リザーバと連通する第２のポートと、負荷検出
部のバルブ素子と連結する出力口とを有し、前記内腔は
前記センサと連通し、前記負荷圧力が前記バルブ素子を
第１の方向に動かす圧力を発生し、前記ポンプ出力圧力
をアイソレータ出力口に加えて流体リザーバとアイソレ
ータ出力口間の連通を遮断するための第１室を有し、前
記内腔はまた前記出力口と連結し、前記出力口の圧力が
前記バルブ素子を第２の方向へ動かす帰還力を発生し、
流体リザーバとアイソレータ出力口間を連通し、ポンプ
出力圧力をアイソレータ出力口に加えるのを終了させる
ための第２室とを備えるアイソレータと；（ｄ）前記ア
イソレータにより伝達される負荷圧力と連通し、前記メ
ータリングオリフィス間の圧力低下を一定の量に維持す
る圧力補償要素とからなることを特徴としている。
さらに、本発明によれば、ポンプから一つまたは複数
の作用口を有する圧力補償液圧バルブ区画のアレイを介
して前記作用口の圧力と導通する複数の液圧アクチュエ
ータに流体を供給し、前記ポンプは前記ポンプ流入口以
上の一定量である出力圧力を発生する型であり、前記ア
レイが全作用口の最高圧力が各バルブ区画の圧力開放バ
ルブおよび圧力補償バルブに（ａ）前記圧力開放バルブ
の設定圧力の低圧力および（ｂ）最高作用口圧力に等し
い負荷検出圧力を検出されかつ伝達され、かつ各圧力補
償バルブが他方で前記ポンプ出力圧力を受けるメータリ
ングオリフィスの一方に前記負荷検出圧力を与え、前記
メータリングオリフィス間の圧力低下が一定量になる液
圧装置において、少なくとも一つのバルブ区画におい
て、前記開放バルブと前記圧力補償バルブ間に切替バル
ブを含み、前記切替バルブは前記少なくとも一つのバル
ブ区画の圧力補償バルブに（ａ）前記負荷検出圧力の高
圧力または（ｂ）少なくとも一つのバルブ区画の最高作
用口圧力を伝達し、前記圧力補償バルブが前記圧力開放
バルブが開放すると常に逆流を防止するように閉められ
ることを特徴としている。
液圧装置において、前記切替バルブがシャトルバルブ
であることを特徴としている。
負荷に液圧流体を供給する液圧バルブアセンブリは、
常時ポンプ入力口の入力圧力と一定の限界（マージン）
圧力の和である可変出力圧力を発生する型のポンプを有
する。この液圧バルブアセンブリに含まれるものは、流
体をポンプから負荷へメータリングオリフィスを介して
供給し、かつメータリングオリフィス間に一定の圧力低
下を与えるようにする圧力補償バルブ装置である。この
バルブ装置には第１負荷依存圧力をアイソレータに、か
つ第２負荷依存圧力をアイソレータからメータリングオ
リフィスに伝達する負荷検出回路がある。メータリング
オリフィス間の圧力低下はポンプ出力圧力と第２負荷依
存圧力の差である。
アイソレータには、一つまたは複数の内腔表面により
画成される内腔内を往復摺動するスプールがある。この
スプールは、一つまたは複数の表面で後述の室（チャン
バ）を画成する複数のランドと細く絞られた領域を有す
る。入力室は負荷検出回路と連通し、第１負荷依存圧力
がスプールを第１の方向に押すような入力を発生させ
る。接続室はポンプ出力圧力を伝達し、且つスプールが
第１の方向に動くと、ポンプ出力圧力を内腔内表面のア
イソレータ出力口に接続し、スプールが第１の方向と反
対の第２の方向に動くと、接続を切り離す。リザーバ室
はリザーバとつながり、スプールが第２の方向に動く
と、アイソレータ出力口とリザーバ間を連通させ、スプ
ールが第１の方向に動くと、断路させるように作用す
る。帰還室はスプール内の帰還内腔を介してアイソレー
タ出力口と連通する。帰還室の圧力は第２の方向にスプ
ールを押す帰還力を発生する。
ポンプ出力圧力は帰還室に連通し、スプールを第２の
方向に動かす。第２の方向に移動を続行すると、ポンプ
出力圧力とアイソレータ出力口間が断路し、それにより
リザーバとアイソレータ出力口と帰還室間が接続され
る。その結果、スプールは、アイソレータ出力口の第２
負荷依存圧力が第１負荷依存圧力の関数である平衡位置
に常に収まろうとする。第１及び第２負荷依存圧力は相
互に等しいか、または異なる。
アイソレータ出力口はポンプ入力口、および第２負荷
依存圧力を圧力補償バルブ装置のメータリングオリフィ
スに伝達する負荷検出回路とつながる。したがって、ポ
ンプ入力口は第２負荷依存圧力を受け、負荷検出回路か
ら液体の流れを受けない。圧力補償バルブアセンブリの
メータリングオリフィス間の一定の圧力低下は限界圧力
である。
液圧バルブ装置はポンプから複数の液圧アクチュエー
タに液圧流体を供給する、バルブ区画の作用口の圧力を
伝達する圧力補償バルブ区画のアレイから構成してもよ
い。ポンプはポンプ入力圧力以上の一定量である出力圧
力を発生する型のポンプである。アレイは、すべての作
用口の最高圧力が検出され、（ａ）圧力開放バルブの設
定値圧力と（ｂ）最高作用口圧力の低い圧力に等しい負
荷検出圧力を各バルブ区画の圧力開放バルブおよび圧力
補償バルブに伝達される型のバルブである。各圧力補償
バルブは他方側でのポンプ出力圧力を受けるメータリン
グオリフィスの一方側の負荷検出圧力をかけることによ
り、メータリングオリフィス間の圧力低下は一定量にな
る。少なくとも一つのバルブ区画において、開放バルブ
と圧力補償バルブ間に切替バルブがある。切替バルブは
シャトルバルブでもよい。この切替バルブは（ａ）負荷
検出圧力または（ｂ）少なくとも一つのバルブ区画の最
高作用口圧力の高い圧力をバルブ区画の圧力補償バルブ
に伝達する。その結果、圧力補償バルブは閉塞され、圧
力開放バルブが開放状態にあれば、常に逆流を防止す
る。
特許請求された本発明はいくつかの利点を有すること
がわかる。遅延時間や始動低下問題が負荷検出圧力補償
バルブ内の流体を遠隔のポンプ入力部から分離し負荷圧
力情報をポンプ入力部に伝達する回路及び構造体で実質
的に緩和される。逆流は流れが圧力補償逆止バルブを介
して逆に流れるのを防止する回路兼構造体により実質的
に減少する。
本発明のこれら及び他の特徴、および様態、および利
点は本発明の好ましい実施例の後述する記載および図面
を参照してより理解されるであろう。しかしながら、本
発明は実施例に限定されるものではない。
図面の簡単な説明 第１図は本発明を実施しているバルブの一部概略、一
部断面を含む図である。
第２図は本発明を実施している複数のバルブアセンブ
リの一部断面を含む平面図である。
第３図は特許請求された発明を実施している液圧回路
の一例を示す図である。
第４図は正常では開放状態にある特許請求されたアイ
ソレータの実施例を示す断面図である。
第５図は計量状態にあるアイソレータを示す断面図で
ある。
第６図はアイソレータの一実施例を示す図である。
発明を実施するための最良の形態 （１）圧力補償液圧制御装置 第１図において、バルブ２は機械における液圧駆動型
作用部材の動きの程度を制御するのに使用される型のバ
ルブである。第２図及び第３図は機械における単一また
は複数の作用部材のすべての動きを制御できるマルチバ
ルブアセンブリを構成するように相互に接続された３個
のバルブを示す。ポンプ４は典型的にはバルブアセンブ
リから遠隔的に配置され、ポンプ出力導管またはホース
６に接続されている。
特許請求された発明をより理解しやすくするために、
図に示されている実施例に基本的な流体の流路を説明す
るのが有益である。
第１図において、バルブ２にはオペレータが遠隔装置
（図示せず）により一方の方向に動かすことができる制
御スプール８がある。このスプールの動く向きにより、
液圧流体（ここでは、オイル）はシリンダー容器14の下
室10または上室12に向けられ、作用部材（図示せず）に
接続されたピストン16を上下に駆動する。オペレータが
制御スプールを動かす範囲は作用部材の動きの速度を決
める。アセンブリのバルブの各々は同様に動き、以下の
説明が各バルブに適用できる。
ピストン16を（第１図の方向で）上方に動かすため
に、オペレータは制御スプール８を（第１図の方向で）
左方向に動かす制御装置（図示せず）を動かす。これに
より、ポンプ４が（後述する負荷検出ネットワークの制
御の元で）リザーバ18からオイルを引くように通路を開
く。さらに、ポンプ４はポンプ出力導管６を介してバル
ブの供給通路20に、且つ制御オリフィス（制御スプール
８のメータリングノッチ22（第１図））、供給通路24
（第１図及び第２図）、（後述される）圧力補償逆止バ
ルブ28の可変オリフィス26（第２図）、ブリッジ通路3
0、制御スプール８の通路32、作用口通路34を介して、
且つ作用口36から外部作用口導管38を介して、且つシリ
ンダー容器14の下室10内に、オイルを強制的に流し込
む。ピストン16の下室に伝達された圧力はピストンを上
方向に動かし、オイルをシリンダー容器14の上室12から
強制的に排出する。
排出されたオイルは導管40を介して、さらに作用口44
を介して中間バルブ42に、さらに作用口通路46、通路48
を介して往復制御スプール８、さらにリザーバコア50を
介してオイルリザーバ18に接続されたリザーバ口52（第
３図）に流入する。
ピストン16を（第１図の方向で）下方に動かすため
に、オペレータは往復制御スプール８を（第１図の方向
で）右方向に動かすために制御装置を逆方向に動かす。
制御装置が該当する組の通路を開くことにより、ポンプ
４は強制的にオイルを上室12に流入させ、かつシリンダ
ー容器14の下室10から流出させるようにして、ピストン
16を下方に動かす。
圧力補償装置がないと、オペレータはピストン16の動
きの速さを制御するのが困難になるであろう。この困難
はピストンの動きの速さがオイルの流量に直接関係する
ことにある。この流量は主に２つの変数（すなわち、流
通路にあるもっとも制約を受けるオリフィスの断面積お
よびオリフィス間の圧力低下）により決まる。もっとも
制約を受けるオリフィスは往復制御スプール８のメータ
リングノッチ22である。操作者は制御スプール８を動か
すことによりメータリングノッチ22の断面積を変えられ
る。メータリングノッチが流量を決定する一つの変数を
制御している間に、制御を不十分にする。なぜならば、
流量が主にオリフィス間で生じる装置の全圧力低下の平
方根に比例するからである。たとえば、フロントエンド
ローダのバケツトに材料を追加することによりシリンダ
ー容器14の下室10の圧力が上昇する。その圧力とポンプ
４により与えられる圧力の差を減少させてしまう。圧力
補償がないと、全圧力低下の減少が流量を低下させ、そ
の結果、オペレータがメータリングノッチ22を一定断面
積に保持してもピストン16の速度が低下する。
前述したように、米国特許第4,693,272号は一つの変
数（メータリングノッチ22の面積）のみを扱うことによ
り操作者がピストン速度を制御できる装置を開示してい
る。この装置では、（装置の圧力低下のほとんどが生ず
る）メータリングノッチ22間の圧力低下をバルブアセン
ブリの各バルブが遭遇する種々の負荷圧力の連続する変
化に関わらずほぼ一定に維持する圧力補償装置を使用し
ている。ここで述べられる実施例は本質的に米国特許第
4,693,272号の圧力補償装置を採用しており、その改良
である。しかしながら、特許請求された改良発明はここ
に記載されたバルブ、または米国特許第4,693,272号の
バルブの使用のみに限定されるものではない。
圧力補償装置は圧力補償逆止バルブ28に基づいてい
る。バルブ28はピストン54を持ち、ピストンは内腔内を
密閉するように往復摺動し、内腔を共通通路24と連通す
る上室56（第１図及び第２図の方向で）と下室58に分割
する。ピストン54は下室58に配置されたバネ60で上方に
押し付けられている。ピストン54の上辺62と底辺64は面
積が等しい。ピストン54が下方に動くにつれて、上室56
とブリッジ通路30間の通路を開放させる。この通路が既
述されたオリフィス26である。
この圧力補償装置はアセンブリの各バルブの駆動作用
口の圧力を検出し、これらの作用口の圧力の最高圧を
（後述されるシャトルバルブにより）選択し、選択され
た圧力をポンプ４の入力部を制御するのに使用する。ポ
ンプ４は出力部が入力部66の圧路と一定の圧力の和（マ
ージンとして既知）であるように設計されている可変容
量型ポンプである。ここでは、術語「入力部（INPUT）6
6」と「入力口（INPUT PORT）66」は参照のため「容量
制御口」として記載される場合がある。以下に記載され
るように、圧力補償逆止バルブ28はマージン圧力がメー
タリングノッチ22間でほぼ一定の圧力低下であるように
作動する。
アレイの各バルブ（42、68、70）の（ここで述べられ
るマルチバルブアレイにおいて、負荷検出回路の一部で
ある）シャトルバルブ装置は中間バルブ42によって説明
される。
バルブ42（バルブ68、70も同様）は検出シャトルバル
ブ72を有する。それらの入力部は（ａ）作用口36または
44の駆動される口の圧力（またはスプール８が中立であ
ればリザーバコア50の圧力）を受ける（シャトル通路74
を介する）ブリッジ通路30と（ｂ）中間バルブ42から下
流のバルブの駆動される作用口の圧力の最高圧力を持つ
次段の下流のバルブ70の貫通通路76である。検出シャト
ルバルブ72は中間バルブ42の貫通通路76を介して圧力
（ａ）および（ｂ）のより高い方の圧力を隣接する上流
のバルブ68の検出シャトルバルブ72に伝達するように動
作する。
バルブ68の貫通通路76はアイソレータ80の入力通路78
に通じる。したがって、説明した方法では、バルブアセ
ンブリの駆動される全作用口圧力の最高圧力は（以下に
説明される方法で）出力部82で最高作用口圧力を発生す
るアイソレータ80の入力通路78に伝達される。（米国特
許第4,693,272号の装置にはアイソレータがなく、最高
作用口圧力がポンプ４の入力部66に直接かけられる。）
アイソレータの入力通路78に伝達された圧力は第１負荷
依存圧力であり、アイソレータの出力部82から伝達され
る圧力は第２負荷依存圧力である。
アイソレータ80の出力部82の圧力は隣接する各バルブ
内の該当する移送通路84と通じる各バルブの移送通路84
によりポンプ４の入力部66に加えられる。さらに、各バ
ルブの交差通路86により、（もし（後述の）逆流防止シ
ャトルバルブ88が開放すると）アイソレータ80の出力部
82の圧力が圧力補償逆止バルブの下室58に加えられ、圧
力をピストン54の底辺64に及ぼす。（米国特許第4,693,
272号の装置では、逆流防止シャトルバルブ88はなく、
最高作用口圧力は常に圧力補償逆止バルブのピストン54
の底辺64に加えられる。） 逆流防止シャトルバルブ88が開くとすると、圧力補償
逆止バルブの下室58は最高作用口圧力になる。ピストン
54の底辺64と上辺62の面積は等しいので、流体の流れは
オリフィス26で絞られ、補償バルブ28の上室56の圧力は
ほぼ最高作用口圧力に等しい。［これは「第２負荷依存
圧力」である。他の実施例では、第２負荷依存圧力は最
高作用口圧力の他の関数である。］この圧力は供給通路
24を介してメータリングノッチ22の片側に伝達される。
メータリングノッチ22の他の側は供給通路20に通じ、ポ
ンプ出力圧力を有し、最高作用口圧力と限界圧力（マー
ジン）の和に等しい。結果として、メータリングノッチ
22間の圧力低下は限界値に等しい。最高作用口圧力の変
化がメータリングノッチ22の供給側（通路20）と圧路補
償ピストン54の底辺64で生じる。このような変化に応答
して、圧力補償ピストン54は平衡位置になり、負荷検出
限界がメータリングノッチ22間で維持される。
（２）アイソレータの構造及び動作 米国特許第4,693,272号の装置との比較において、ア
イソレータ80の役目は、ホース90を通して流体を遠隔の
外部ポンプ入力部66に向けるのではなく、流体をバルブ
アセンブリ内の負荷検出シャトルネットワークに収める
ことにある。
第４図及び第５図に示されるように、アイソレータ80
は、流入側のバルブアセンブリの最外部バルブ68に取付
けられ、且つそれと通じるバルブアセンブリの流入部96
内に形成された内腔94内に配置されたアイソレータスプ
ール92からなる。アイソレータスプール92は第１ランド
100を第２ランド102から分離する第１の細く絞られた区
画98と第２スプールランド102を第３ランド106から分離
する第２の細く絞られた区画104を有する。この構造体
は内腔94をランド100の外側部にある流入室108、第１ラ
ンド100と第２ランド102間の接続室110、第２ランド102
と第３ランド106間のリザーバ室112、第３ランド106の
外側部の帰還室114に分割している。内腔94は入力通路7
8のための負荷検出信号入力口116と、ポンプ出力通路12
0のためのポンプ入力口118と、リザーバ通路124のため
のリザーバ口122と、アイソレータ出力通路82の出力口1
26を有する。スプール92には第３ランド106と第２の細
く絞られた区画104を介して帰還室114から第２ランド10
2に延長する縦方向部分128からなるＬ型通路（“帰還口
径”）がある。そこで、スプールは第２ランド102にス
プール表面がある横方向部分130と交差し、常に出力口1
26を介して出力通路82につながる。追加のバネ132は帰
還室114に向けてスプール92を押し付け、バネ保持具134
はその方向への移動を制限する。制限オリフィス136は
出力通路82を移送通路84から分離する。
この装置が負荷が動かない中立状態（第４図）にある
と、アイソレータ80の入力通路78の最高作用口圧力はゼ
ロと見られるリザーバ18の圧力に等しい。ポンプ出力圧
力はポンプ出力通路120およびポンプ入力口118を介して
アイソレータ80の接続室110、且つ出力口126から出力通
路82に伝達される。この圧力もスプールの内部通路130
と128を介して帰還室114で検出され、スプール92を流入
室108方向に（たとえば、第４図及び第５図で左方向
に）押圧する傾向にある。スプールがその方向に動く
と、接続室110を介してアイソレータ出力口126と出力通
路82に通じる流路は出力口126をふさぐランド102により
遮断され始める。第５図参照のこと。もし帰還室114の
圧力がスプール92を左方向に押し続けるほど十分に高く
なれば（ポンプ出力圧力が増加するにつれて）、アイソ
レータ出力口、ひいては出力通路82はリザーバ室112に
つながるようになる。出力通路82と帰還室114の圧力は
溜室口122を介して漏れる。これにより流出通路82と帰
還室114の圧力が平衡値に調整される。本発明におい
て、スプール92の両端は同一断面積を有するので、（出
力通路82と連通する）帰還室114の圧力が流入室108の圧
力（第１負荷依存圧力）とバネ132の圧力（たとえば、
スプール92の断面積により割算された（追加）バネ132
の力）の和になると平衡状態が得られる。第５図参照の
こと。
本発明において、バネ値は非常に軽い（ほぼゼロ）で
ある。この場合では、帰還室114の圧力が（最高作用口
圧力である）流入室108の圧力に達すると平衡状態にな
る。帰還室114の圧力は出力通路82から出力口126を介し
て伝達される。出力通路82から、この圧力（第２負荷依
存圧力）はポンプ負荷検出入力部66に伝達される。ポン
プ出力は最高作用口圧力と限界（マージン）圧力の和と
なる。
結果として、ポンプ入力部66は最高作用口圧力（第２
負荷依存圧力）を受けるが、負荷検出シャトル装置内は
オイルはバルブアセンブリ内に残る。オイルはバルブア
センブリの流入口区画96に配置されたアイソレータ入力
通路78で阻止される。ポンプ４はアイソレータ80（経路
６、120、118、110、126、82、84、90、66）を介して自
身の一定オイル供給源となり、ポンプ４に接続されるホ
ース90をオイルで満たす。負荷検出圧力が変化すると、
バルブ作用口から供給されるオイルを必要とせずに、新
しい圧力が負荷検出入力部66に伝達され、実質的に負荷
のゆるみ（load dipping）が減少する。通路90はポンプ
４から供給されるオイルで満たされるので、装置の反応
時間も同様に改善される。
本実施例では、第１及び第２負荷依存圧力が相互にほ
ぼ等しく、最高作用口圧力にもほぼ等しい。ただし、本
発明はこれに限定されるものではない。他の実施例で
は、装置の部品のバリエーションが二つの負荷依存圧力
を互いに異なるように、および／または最高作用口圧力
と異なるようにできる。たとえば、スプール92の両端が
異なる面積を有し、バネ132が無視し得る以上の値を有
すると、圧力差が生じる。そうすると、第２負荷依存圧
力は第１負荷依存圧力の関数である。
アイソレータは上述のバルブアセンブリでの使用に限
定されるものではない。むしろ、アイソレータは圧力補
償バルブ装置でない多くの他の実施例で使用される。ア
イソレータは、流体を他の部分に流さずに、可変圧力を
液圧回路の別の部分に伝達するのに有益であればどこで
も採用される。
（３）逆流防止装置の構造および動作 上述したように、逆流を防止する装置の必要性が“着
底”問題を解決するために生じる。着底問題は負荷を駆
動するピストンがシリンダ内での動きを制限されると、
流体の流れが止まり、メータリングノッチ22間に圧力低
下がなくなる。着底した作用口は最高作用口圧力を有
し、ポンプ圧力に等しい。上述の圧力補償装置がバルブ
アセンブリの往復制御スプールの各々のメータリングノ
ッチ22で同一の圧力低下を生じるので、負荷は流れに会
合せず、何も動かない。この装置は膠着状態になる。
この膠着状態問題を解決するために、負荷検出開放バ
ルブ138が移送通路84に配置され、ポンプ補償器を設定
する負の限界（マージン）以下の圧力で開放する。検出
開放バルブ138を使用しているが、逆流防止装置を欠く
従来のバルブにおいて、開放バルブ138はアセンブリ内
の各圧力補償逆止バルブ28のピストン54の底辺64に直接
連通する。設定値を越える圧力により駆動されると、検
出開放バルブ138はリザーバ18に通じ、ピストン54の底
辺64の圧力を制限し、圧力低下が各メータリングノッチ
22に起こる。実際には、負荷検出開放バルブ138は着底
した負荷を圧力補償装置から取り去り、装置が着底しな
い負荷の動きを回復させる負荷検出開放バルブ138で補
修されるようにする。
上述のように、この解決法は別の問題を生じる。アク
チュエータの配置に適用された外力により、作用口が負
荷検出開放設定より高い圧力に上昇する場合好ましくな
い逆流が生じる。たとえば、もしバックホーブームが重
い重り上に延びる場合、逆流が生じる。重りは鎖でバケ
ットに取り付けられ、バケットを外方に湾曲させること
により地面から吊り上げられる。これによりブームシリ
ンダ室10に接続されたバルブ作用口36内の圧力を上昇さ
せることができる。作用口圧力がポンプ出力導管６の圧
力より大きいと、圧力補償ピストン54がオリフィス26に
開放し、メータリングノッチ22を介してポンプ４方向の
逆流を生じ、作用口36の圧力が負荷検出開放バルブ138
の設定レベルに減少するまで、負荷を低下させる。実際
には、この条件では、圧力補償逆止バルブ28の逆止バル
ブとしての機能は失われる。
この問題を解決するために、逆流防止切替バルブがブ
リッジ通路30とバルブの通路84間の一または複数のバル
ブ（68、42、70）に配置される。本実施例では、逆流防
止切替バルブはシャトルバルブ88であるが、本発明はこ
れに限定されるものではない。逆流防止シャトルバルブ
88の出力部は圧力補償ピストン54の底辺64に引き回され
る。逆流防止シャトルバルブ88は（最高作用口圧力また
は負荷検出開放バルブ138の設定値圧力である）通路84
の圧力を（特定のバルブ用の駆動された作用口圧力であ
る）ブリッジ通路30の圧力と比較する。シャトルバルブ
88は通路84または通路30のより高い圧力を圧力補償ピス
トン54の底辺64に伝達する。負荷検出開放バルブ138が
開放されないと、通路84の圧力が最高作用口圧力とな
り、圧力補償装置が上述のように動作する。負荷検出開
放バルブ138が開放すると、通路30の圧力が通路84の圧
力より高くなる。そうなると、逆流防止シャトルバルブ
88が圧力を圧力補償ピストン54の底辺64に伝達する。後
者の状態は作用口36の圧力が（圧力補償ピストン54の上
辺62に生じる）ポンプ出力圧力より大きいときのみ生じ
るので、ピストン54は上昇し、オリフィス26を閉じる。
それにより、上述の逆流が防止される。
本発明の好ましい実施例が上述のごとく開示された
が、特許請求された発明は実施例に限定されるものでは
ない。本発明の範囲内で実施例に種々の他の変更を加え
ることができる。本発明は上記の特定の説明により制限
されるものでなく、以下の特許請求の範囲で判断される
べきである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハムキンス， エリック ピー. アメリカ合衆国 53186 ウィスコンシ ン州，ワウケシャ， ウエストブルック パークウェイ 995 (72)発明者 レイン， ミカエル シー. アメリカ合衆国 53185 ウィスコンシ ン州，ウォーターフォード， ドーバー ライン ロード 25080 (72)発明者 ペダーセン， レイフ アメリカ合衆国 53188 ウィスコンシ ン州，ワウケシャ， ホーソーン ドラ イブ 1414 (72)発明者 ラッセル，リン エイ. アメリカ合衆国 53119 ウィスコンシ ン州， イーグル，オルデ プロスペク ターズ トレイル 604 (56)参考文献 特開 平５−172112（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−220708（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F15B 11/00 - 11/22

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】常にポンプ入力圧力と一定の限界圧力の和
    である可変出力圧力を発生する型のポンプから負荷に液
    圧流体を供給するための液圧バルブアセンブリにおい
    て、前記液圧装置が （ａ）前記ポンプから前記負荷へメータリングオリフィ
    スを介して流体を供給し、前記メータリングオリフィス
    間の一定の圧力低下を与えるようにし、第１負荷依存圧
    力をアイソレータに連通し、第２負荷依存圧力を前記ア
    イソレータから前記メータリングオリフィスに連通する
    負荷検出回路を有し、前記メータリングオリフィス間の
    圧力低下が前記ポンプ出力圧力と第２負荷依存圧力の差
    である圧力補償バルブ装置と； （ｂ）前記アイソレータは一つまたは複数の表面で画成
    された内腔内を往復摺動するスプールからなり、前記ス
    プールが複数のランドと細く絞られた領域を有し、一つ
    または複数の内腔表面で、 前記負荷検出回路と連通して、第１負荷依存圧力が前記
    スプールを第１の方向に動かす第１の力を発生する入力
    室と； 前記ポンプ出力圧力と連通し、前記スプールが前記第１
    の方向に動くにつれて前記ポンプ出力圧力を内腔内部表
    面のアイソレータ出力口に接続し、かつ前記スプールが
    前記第１の方向と逆の第２の方向に動くにつれて接続を
    解除するようにされた接続室と； リザーバと連通し、前記スプールが第２の方向に移動す
    るとともに前記アイソレータ出力口と前記リザーバ間に
    連通を確立し、かつ前記スプールが前記第１の方向に移
    動するにつれて前記接続が解除されるようにされたリザ
    ーバ室と； 前記スプール内の帰還内腔を介して前記アイソレータ出
    力口と連通し、前記帰還室の圧力が前記スプールを前記
    第２の方向に動かす帰還力を発生する帰還室と を画成し、 それにより、ポンプ出力圧力が前記帰還室に連通し、前
    記スプールを前記第２の方向に動かし、前記第２の方向
    の連続した移動は前記ポンプ出力圧力と前記アイソレー
    タ出力口間の接続を解除し、前記リザーバと前記アイソ
    レータ出力口かつ前記帰還室間の接続を確立し； 前記スプールはアイソレータ出力口の第２負荷依存圧力
    が常に第１負荷依存圧力の関数である平衡位置になる傾
    向があり； 前記アイソレータ出力口はポンプ入力口におよび第２負
    荷依存圧力を前記圧力補償バルブ装置のメータリングオ
    リフィスに連通する前記負荷検出回路と連通し； （ｃ）前記ポンプ入力口が第２負荷依存圧力を受ける
    が、前記負荷検出回路から流体の流れを受けず、かつ圧
    力補償バルブアセンブリのメータリングオリフィス間の
    一定の圧力低下が前記限界圧力であることを特徴とする
    液圧バルブアセンブリ。
  2. 【請求項２】前記第１および第２負荷依存圧力が相互に
    ほぼ等しいことを特徴とする請求の範囲第１項記載の液
    圧バルブアセンブリ。
  3. 【請求項３】オペレータが可変容量型液圧ポンプから負
    荷圧力を発生する負荷力を受ける液圧アクチュエータま
    での流路における加圧流体の流れを制御でき、前記ポン
    プは負荷検出入力部を持ち、ポンプ入力圧力以上の一定
    量である出力圧力を発生する負荷検出圧力補償液圧バル
    ブアセンブリであり、前記液圧バルブアセンブリが （ａ）流路中のメータリングオリフィス間に置くように
    並置され、少なくとも一方はオペレータの制御によりメ
    ータリングオリフィスのサイズを変化させ、前記液圧ア
    クチュエータへの流体の流れを制御するように動く第１
    バルブ素子および第２バルブ素子と； （ｂ）前記液圧アクチュエータの前記負荷圧力を検出す
    るセンサと； （ｃ）前記センサと連通し、前記負荷圧力を前記負荷検
    出入力部に伝達し、同時に前記センサから前記負荷検出
    入力部への流体の流れを阻止するアイソレータであっ
    て、前記アイソレータは内腔内を往復摺動するバルブ素
    子を備え、ポンプ出力圧力と連通する第１のポートと、
    流体リザーバと連通する第２のポートと、負荷検出部の
    バルブ素子と連結する出力口とを有し、前記内腔は前記
    センサと連通し、前記負荷圧力が前記バルブ素子を第１
    の方向に動かす圧力を発生し、前記ポンプ出力圧力をア
    イソレータ出力口に加えて流体リザーバとアイソレータ
    出力口間の連通を遮断するための第１室を有し、前記内
    腔はまた前記出力口と連結し、前記出力口の圧力が前記
    バルブ素子を第２の方向へ動かす帰還力を発生し、流体
    リザーバとアイソレータ出力口間を連通し、ポンプ出力
    圧力をアイソレータ出力口に加えるのを終了させるため
    の第２室とを備えるアイソレータと； （ｄ）前記アイソレータにより伝達される負荷圧力と連
    通し、前記メータリングオリフィス間の圧力低下を一定
    の量に維持する圧力補償装置と からなることを特徴とする負荷検出圧力補償流体バルブ
    アセンブリ。
  4. 【請求項４】ポンプから一つまたは複数の作用口を有す
    る圧力補償液圧バルブ区画のアレイを介して前記作用口
    の圧力と導通する複数の液圧アクチュエータに流体を供
    給し、前記ポンプは前記ポンプ入力圧力以上の一定量で
    ある出力圧力を発生する型であり、前記アレイが全作用
    口の最高圧力が各バルブ区画の圧力開放バルブおよび圧
    力補償バルブに（ａ）前記圧力開放バルブの設定圧力の
    低圧力および（ｂ）最高作用口圧力に等しい負荷検出圧
    力を検出されかつ伝達され、かつ各圧力補償バルブが他
    方で前記ポンプ出力圧力を受けるメータリングオリフィ
    スの一方に前記負荷検出圧力を与え、前記メータリング
    オリフィス間の圧力低下が一定量になる液圧装置におい
    て、 少なくとも一つのバルブ区画において、前記開放バルブ
    と前記圧力補償バルブ間の切替バルブを含み、前記切替
    バルブは前記少なくとも一つのバルブ区画の圧力補償バ
    ルブに（ａ）前記負荷検出圧力の高圧力または（ｂ）少
    なくとも一つのバルブ区画の最高作用口圧力を伝達し、
    前記圧力補償バルブが前記圧力開放バルブが開放すると
    常に逆流を防止するように閉められることを特徴とする
    液圧装置。
  5. 【請求項５】前記切替バルブがシャトルバルブであるこ
    とを特徴とする請求の範囲第４項記載の液圧装置。
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