JP3382207B2 - 圧力感知ダイアフラムを有するパイロットソレノイド制御バルブ - Google Patents

圧力感知ダイアフラムを有するパイロットソレノイド制御バルブ

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JP3382207B2 JP2000131893A JP2000131893A JP3382207B2 JP 3382207 B2 JP3382207 B2 JP 3382207B2 JP 2000131893 A JP2000131893 A JP 2000131893A JP 2000131893 A JP2000131893 A JP 2000131893A JP 3382207 B2 JP3382207 B2 JP 3382207B2
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    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
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    • F15B13/01—Locking-valves or other detent i.e. load-holding devices
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はパイロット作動型液
圧バルブおよび圧力平衡されるパイロットバルブに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】建設および農業機械は液圧シリンダとピ
ストンの構成により動作する可動部品を有する。従来、
作動液をシリンダに作用させることは、米国特許第５，
５７９，６４２号で開示されたような手動バルブにより
制御された。この型のバルブにおいて、手動オペレータ
レバーはバルブ内のスプールに機械的に接続される。バ
ルブ本体内の空洞部に対してスプールが種々の位置に動
くことより、加圧された作動液がポンプからシリンダチ
ャンバ（室）の一つに流れ、他のシリンダチャンバから
排出される。スプールが移動する程度を変えることによ
り、関連するシリンダチャンバへ流入する流量が変更さ
れ、比例的に異なる速度でピストンを移動させる。
【０００３】建設および農業機械に関して、手動作動型
バルブを使用せずに、電気的に制御しさらにソレノイド
バルブを使用するのが最近の傾向である。この種の制御
は、オペレータの操縦席に制御バルブ類を配置する必要
がないので液圧配管設備を簡単化することが可能であ
る。この技術の変化により、種々の機械機能のコンピュ
ータ化された制御が容易となる。
【０００４】ソレノイド作動型パイロットバルブは作動
液の流れを制御するためによく知られており、バルブを
開くために電機子を一方向に動かす電磁コイルを採用し
ている。電機子は主バルブポペット弁内のパイロット通
路を介して液体の流れを制御するパイロットポペット弁
に作用する。バルブの開く量は電磁コイルに流れる電流
の大きさに直接関係し、作動液の流れの比例制御を可能
にする。電機子または別のバルブ部材は、電流がソレノ
イドコイルから除去されるときバルブを閉鎖するために
ばねにより負荷をかけられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来のソレノイド作動
型パイロットバルブの欠点は閉状態のバルブ間に発生す
る圧力差により生じる効果に起因する。圧力差はバルブ
から作動液により作動する装置部品に加えられた負荷の
変化により変化する。負荷と供給圧力変化はバルブ間に
圧力差を発生するバルブ流出部の圧力に影響を与える。
閉状態において、圧力差はバルブを開くために要求され
かつ任意の流量の作動液を発生するために要求される力
の大きさに影響を与える。したがって、ソレノイド作動
型バルブにおいて、この圧力差の変化はバルブを作動さ
せるために要求される電流の大きさに影響を与える。
【０００６】この問題は、米国特許第５，８７８，６４
７号に示されるように、圧力平衡ステムをパイロットバ
ルブ通路に設けることにより対処される。これにより圧
力を平衡させ、パイロットポペット弁に作用する力は戻
りばねと電磁コイルからの力のみである。これにより他
の設計の圧力不平衡による効果を克服したが、液漏れが
平衡ステムに沿ってしばしば発生した。液漏れに対して
良好な封じを設ける試みはステムに作用する摩擦を増加
させ、円滑なバルブ動作に悪影響を及ぼした。
【０００７】本発明の目的は上述した問題点を解消する
電子装置を提供することにある。さらに、本発明の目的
は作動液の流れを比例制御するソレノイド作動型パイロ
ットバルブを提供することである。本発明の他の目的は
パイロットバルブ内の圧力差を補償する補償機構を提供
することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的およびその他の
目的は流入通路と流出通路を形成するパイロット作動型
バルブにより達成される。主バルブポペット弁は流入通
路と流出通路間の液体の流れを制御するためのバルブシ
ート（座）と係合する。制御室はバルブシートの設けら
れた一端側から離間している主バルブポペット弁の他端
側の本体内に画成される。
【０００９】チャネル（通路）は主バルブポペット弁を
介して流入通路と制御室間に延びる。ダイアフラムは主
バルブポペット弁に動作可能に結合され、パイロット通
路を有する対向する第１および第２側部を持っている。
制御室内の第１圧力はダイアフラムの第１側部に対して
加えられ、流出通路の第２圧力はダイアフラムの第２側
部に対して加えられる。第１圧力と第２圧力間の差がダ
イアフラムの撓みを発生させる。
【００１０】パイロットポペット弁はパイロット通路を
開閉するためにダイアフラムに対して可動であり、アク
チュエータ、好ましくは、ソレノイドはダイアフラムに
対してパイロットポペット弁を移動させるように設けら
れる。
【００１１】ダイアフラムは主バルブポペット弁と一体
の単一部品として形成されるか、ダイアフラムが主バル
ブポペット弁に機械的に取り付けられた分離部品であ
る。種々の型の材料がダイアフラムのために開示され
る。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１を参照すると、ソレノイドバ
ルブ１０はバルブ本体１２内の縦方向の穿孔１６に搭載
された円筒バルブカートリッジ１４から構成される。バ
ルブ本体１２は穿孔１６と連通する横断流入通路１８を
有する。流出通路２０はバルブ本体１２を介して延在
し、穿孔１６の内部端部と連通する。バルブシート２２
は流入通路１８と流出通路２０間に形成される。
【００１３】主バルブポペット弁２４は流入通路と流出
通路間の液体の流れを制御するためにバルブシート２２
に対して穿孔１６内を摺動する。主バルブポペット弁２
４は、好ましくは、Ｔｏｒｌｏｎ（ＢＰＡｍｏｃｏ Ｐ
ｌｃ社の商標）のようなガラスファイバで強化された熱
可塑性材料から形成される。中央空洞部２６は主バルブ
ポペット弁２４内に形成され、流出通路２０の開口部か
ら閉鎖端部２７に延在する。閉鎖端部２７の壁部の厚み
は撓みダイアフラム２９を形成し、パイロット通路３０
はダイアフラムを介して延在する。主バルブポペット弁
２４は中央空洞部２６からダイアフラム２９の離れた側
部の穿孔１６内の制御室２８を画成する。ダイアフラム
２９の両側は制御室２８とポペット弁の中央空洞部２６
の圧力に曝される。供給チャネル３２は主バルブポペッ
ト弁２４を介して流入通路１８から制御室２８に延在す
る。
【００１４】主バルブポペット弁２４の動きは電磁コイ
ル３８，電機子４２，パイロットポペット弁４４からな
るソレノイド３６により制御される。電機子４２はカー
トリッジ１４を介して穿孔４０内に位置決めされ、第１
ばね４５は電機子から離間するように主バルブポペット
弁２４を偏倚させる。パイロットポペット弁４４は環状
電機子４２の穿孔４６内に配置され、カートリッジ穿孔
４０内にねじ止めされた調整ねじ５０と係合する第２ば
ね４８により電機子の方向に偏倚される。電磁コイル３
８はカートリッジ１４の周りに配置され固定される。電
機子４２は電流を流して電磁コイル３８を通電すること
により発生した電磁界に応答してカートリッジ穿孔４０
内を主バルブポペット弁２４から離間するように摺動す
る。
【００１５】電磁コイル３８の非通電状態において、第
２ばね４８はパイロットポペット弁４４を電機子４２の
端部５２に対して力を与え、電機子とパイロットポペッ
ト弁を主バルブポペット弁２４方向に押しやる。この結
果、パイロットポペット弁４４の円錐状先端５４は主バ
ルブポペット弁内のパイロット通路３０に入りかつ閉鎖
させ、制御室２８と流出通路２０間の非連通状態を終了
させる。
【００１６】ソレノイドバルブ１０は流入通路１８と流
出通路２０間の作動液の流れを比例的に制御する。バル
ブを介して流れる作動液の流量はコイル３８に加えられ
る電流の大きさに比例する。電流は電機子４２を主バル
ブポペット弁２４から離間するようにソレノイドコイル
３８内に引き込む電磁界を発生させる。電機子４２の端
部５２がパイロットポペット弁４４の肩部５６と係合す
るので、パイロットポペット弁４４が主バルブポペット
弁２４から離間するように移動し、作動液が流入通路１
８から制御室２８、パイロット通路３０、流出通路２０
を経由して流れる。
【００１７】パイロット通路３０を流れる作動液の流量
は制御室２８の圧力を流出通路の圧力に減少させる。表
面５８に加えられる流入通路のより高い圧力は主バルブ
ポペット弁２４をバルブシート２２から離間するように
強制し、流入通路１８と流出通路２０間に直接の連通を
開く。接点がパイロットポペット弁４４の円錐状先端５
４に接触するまで、主バルブポペット弁２４の動きが継
続する。このバルブ開口部のサイズと作動液の流量は電
機子４２とパイロットポペット弁４４の位置により決定
される。これらの位置は電磁コイル３８を介して流れる
電流の大きさにより制御される。
【００１８】圧力差がパイロットポペット弁４４に作用
する効果は圧力差に応答して主バルブポペット弁２４の
ダイアフラム２９の撓みにより相殺される。このような
動きはパイロットバルブの圧力変化をオフセットするよ
うにパイロット通路３０の位置を効果的に変化させる。
ダイアフラムの設計された撓み性はパイロットばね率に
基づいて決定される。
【００１９】本ダイアフラム補償技術は平衡ステム解決
法以上のいくつかの利点を提供する。部品を機械加工す
るコストは改良された生産性により減少する。バルブの
動作はより良好な制御性を提供している。平衡ステムの
動作上の問題であるヒステリシスを減少させることがで
きる。
【００２０】図２は主バルブポペット弁の別の実施例を
例示する。第２主バルブポペット弁６０は流出通路端部
６６から制御室端部６８に完全に突き抜ける中央空洞部
６４を有するスチール本体６２を持っている。供給チャ
ネル７０は流入通路１８と連通する横断開口部７２から
制御室端部６８の別の開口部７４に延びている。
【００２１】制御室端部６８の中央空洞部６４の開口部
は拡大された直径を有し、主バルブポペット弁６０の端
部に凹部を形成する。別体の円盤状ダイアフラム７６は
液漏れ防止のためにダイアフラムと本体６２間に弾性材
料のリング７８を設けるように凹部内で受け止められ
る。例えば、ダイアフラム７６は銅ベリリウム合金また
はガラスファイバで強化された熱可塑性材料から製造さ
れる。中央空洞部開口部の本体６２の端部は、ダイアフ
ラムを正規の位置にかつ封じリング７８との接触を保持
するために、図示点８０で示されるようにダイアフラム
７６の周囲で圧着される。パイロット通路８２はダイア
フラムを貫通し、主バルブポペット弁６０がバルブ本体
１２内に装着された場合、パイロットポペット弁４４の
円錐台形先端５４を受ける。
【００２２】
【発明の効果】以上の説明から、本発明によれば、液漏
れを防止し、作動液の流れを比例的に制御するソレノイ
ド作動型パイロットバルブを提供することができる。さ
らに、本発明は、液漏れを防止した、パイロットバルブ
内の圧力差用の補償機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明によるソレノイド作動型パイロッ
トバルブの断面図である。
【図２】図２は図１のバルブに使用される主バルブポペ
ット弁の他の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１２ バルブ本体 １４ 円筒バルブカートリッジ １６、４０、４６ 穿孔 １８ 横断流入通路 ２０ 流出通路 ２２ バルブシート ２４ 主バルブポペット弁 ２８ 制御室 ２９ 撓みダイアフラム ３０ パイロット通路 ３６ ソレノイド ３８ 電磁コイル ４２ 電機子 ４４ パイロットポペット弁 ４８ ばね ５０ 調整ねじ ５４ 円錐状先端 ５６ 肩部 ６４ 中央空洞部 ７０ 供給通路 ７６ 円盤ダイアフラム ７８ リング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シャオロン ヤン アメリカ合衆国 53202 ウィスコンシ ン州 ジャーマンタウン， ダブリュ 144 エヌ10222 レインツリー ドライ ブ (56)参考文献 特開 平７−332530（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−72102（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−58415（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−42490（ＪＰ，Ａ) 特表 平10−508932（ＪＰ，Ａ) 米国特許5370354（ＵＳ，Ａ) 米国特許2705608（ＵＳ，Ａ) 米国特許1826343（ＵＳ，Ａ) 米国特許2888234（ＵＳ，Ａ) 米国特許2936780（ＵＳ，Ａ) 米国特許2946551（ＵＳ，Ａ) 米国特許3100103（ＵＳ，Ａ) 米国特許3391900（ＵＳ，Ａ) 米国特許3512749（ＵＳ，Ａ) 米国特許3544062（ＵＳ，Ａ) 米国特許3768771（ＵＳ，Ａ) 米国特許5878647（ＵＳ，Ａ) 米国特許5926955（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16K 31/06 305 F16K 1/34

Claims (18)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流入通路と流出通路を形成する本体と、
    前記本体内において一端側に設けられたバルブシートと
    係合・離脱することにより前記流入通路と前記流出通路
    間の液体の流れを制御する主バルブポペット弁と、前記
    主バルブポペット弁の他端側にある制御室とを有するパ
    イロット作動型制御バルブにおいて、前記流入通路と前
    記制御室の間を連通するように前記主バルブポペット弁
    内に延在するチャネルと； 前記主バルブポペット弁内の中央空洞部を横切るように
    設けられ、かつ、前記制御室の第１圧力が加えられる第
    １側部と、前記流出通路の第２圧力が加えられる第２側
    部と、前記第１側部と第２側部間を通るパイロット通路
    を有し、前記第１圧力と前記第２圧力間の圧力差で撓め
    られるダイアフラムと； 前記ダイアフラムに係合・離脱して前記パイロット通路
    を開閉するパイロットポペット弁と； 前記ダイアフラムに対して前記パイロットポペット弁を
    移動させるために動作可能に結合されたアクチュエータ
    とを有することを特徴とするパイロット作動型制御バル
    ブ。
  2. 【請求項２】 前記アクチュエータが前記パイロットポ
    ペット弁を作動させる電機子を有するソレノイドである
    ことを特徴とする請求項１記載のパイロット作動型制御
    バルブ。
  3. 【請求項３】 前記アクチュエータが電磁コイルと； 前記電磁コイル内にあり、前記パイロットポペット弁が
    延在する開口部を有する電機子と； 前記パイロットポペット弁を前記電機子に偏倚させるば
    ねと； から構成されるソレノイドであることを特徴とする請求
    項１記載のパイロット作動型制御バルブ。
  4. 【請求項４】 前記主バルブポペット弁が前記制御室と
    前記流出通路の一つに開口部を有する第１端部と、前記
    ダイアフラムにより閉鎖される第２端部とを有する空洞
    部から構成されることを特徴とする請求項１記載のパイ
    ロット作動型制御バルブ。
  5. 【請求項５】 前記ダイアフラムが主バルブポペット弁
    と一体の単一部品として形成されることを特徴とする請
    求項１記載のパイロット作動型制御バルブ。
  6. 【請求項６】 前記ダイアフラムと前記主バルブポペッ
    ト弁が熱可塑性材料から構成されることを特徴とする請
    求項５記載のパイロット作動型制御バルブ。
  7. 【請求項７】 前記ダイアフラムが前記主バルブポペッ
    ト弁内の前記制御室に開口する凹部内に配置されること
    を特徴とする請求項１記載のパイロット作動型制御バル
    ブ。
  8. 【請求項８】 前記ダイアフラムと前記主バルブポペッ
    ト弁との間に弾性封じ部をさらに設けることを特徴とす
    る請求項１記載のパイロット作動型制御バルブ。
  9. 【請求項９】 前記ダイアフラムが熱可塑性材料又は銅
    ベリリウム合金から形成されることを特徴とする請求項
    １記載のパイロット作動型制御バルブ。
  10. 【請求項１０】 流入通路と流出通路を有する本体と、
    前記本体内において一端側に設けられたバルブシートと
    係合・離脱することにより前記流入通路と前記流出通路
    間の液体の流れを制御する主バルブポペット弁と、前記
    主バルブポペット弁の他端側にある制御室とを有する制
    御バルブにおいて、 前記流入通路と前記制御室の間を連通するように前記主
    バルブポペット弁内に延在するチャネルと； 前記主バルブポペット弁に設けられ、かつ、前記制御室
    の第１圧力が加えられる第１側部と、前記流出通路の第
    ２圧力が加えられる第２側部と、前記第１側部と第２側
    部間を通るパイロット通路を有し、前記第１圧力と前記
    第２圧力間の圧力差の変動が前記主バルブポペット弁に
    対して作動させる圧力平衡部材と； 前記圧力平衡部材に係合・離脱して前記パイロット通路
    を開閉するパイロットポペット弁と； 前記圧力平衡部材に対して前記パイロットポペット弁を
    移動させるために動作可能に結合されたアクチュエータ
    とを有することを特徴とする制御バルブ。
  11. 【請求項１１】 前記アクチュエータが前記パイロット
    ポペット弁を動作させる電機子を有するソレノイドであ
    ることを特徴とする請求項１０記載の制御バルブ。
  12. 【請求項１２】 前記アクチュエータが電磁コイルと； 前記電磁コイル内にあり、前記パイロットポペット弁が
    延在する開口部を有する電機子と； 前記パイロットポペット弁を前記電機子に偏倚させるば
    ねと； から構成されるソレノイドであることを特徴とする請求
    項１０記載の制御バルブ。
  13. 【請求項１３】 前記主バルブポペット弁が前記制御室
    と前記流出通路の一つに開口する第１端部と、前記圧力
    平衡部材により閉鎖される第２端部とを有する空洞部か
    ら構成されることを特徴とする請求項１０記載の制御バ
    ルブ。
  14. 【請求項１４】 前記圧力平衡部材が主バルブポペット
    弁と一体の単一部品として形成されることを特徴とする
    請求項１０記載の制御バルブ。
  15. 【請求項１５】 前記圧力平衡部材と前記主バルブポペ
    ット弁が熱可塑性材料から構成されることを特徴とする
    請求項１０記載の制御バルブ。
  16. 【請求項１６】 前記圧力平衡部材が前記主バルブポペ
    ット弁内の前記制御室に開口する凹部内に配置されるこ
    とを特徴とする請求項１０記載の制御バルブ。
  17. 【請求項１７】 前記圧力平衡部材と前記主バルブポペ
    ット弁との間に弾性封じ部をさらに設けることを特徴と
    する請求項１０記載の制御バルブ。
  18. 【請求項１８】 前記圧力平衡部材が熱可塑性材料又は
    銅ベリリウム合金から形成されることを特徴とする請求
    項１０記載の制御バルブ。
JP2000131893A 1999-05-03 2000-05-01 圧力感知ダイアフラムを有するパイロットソレノイド制御バルブ Expired - Fee Related JP3382207B2 (ja)

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