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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    • F15B13/01Locking-valves or other detent i.e. load-holding devices
    • F15B13/015Locking-valves or other detent i.e. load-holding devices using an enclosed pilot flow valve
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00Actuating devices; Operating means; Releasing devices
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    • F16K31/408Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid in which fluid from the circuit is constantly supplied to the fluid motor with electrically-actuated member in the discharge of the motor acting on a piston the discharge being effected through the piston and being blockable by an electrically-actuated member making contact with the piston

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。
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