JP4917882B2 - 無限可変方向切換弁 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文に係る無限可変（ｉｎｆｉｎｉｔｅｌｙ ｖａｒｉａｂｌｅ）方向切換弁に関する。

比例可変方向切換弁は、例えば、バルブメインステージのパイロット制御のためのパイロット弁または油圧装置の独立制御要素として使用することができる。この場合、コンシューマ（ｃｏｎｓｕｍｅｒ；消費器）への圧力配管をリークが発生しないように遮断することが必要である。リークが発生しなければ、作動機械に対して所定の相対位置で負荷を維持することができる。しかし、弁スライドの周囲表面から流体のリークが発生するため、比例弁のみではリークの発生を完全に防止することはできない。

例えば、アームによって配管を配置し、溶接するまで当該位置に配管を維持する掘削機を使用して配管を設置する場合には、リークを発生させることなくコンシューマをクランプすることが必要である。リークが発生すると、既に設置した配管に対する相対位置が変化してしまう。

例えば、本願出願人のデータシートＲＤ６４ １２７（移動用途のための油圧弁）に記載されている従来の移動制御ブロックでは、リークを発生させることなくコンシューマと比例可変方向切換弁との間を遮断するために負荷保持弁が設けられている。

ドイツ特許出願第１９６ ２７ ３０６ Ａ１号は、入口流路と、コンシューマ流路と、排出流路とを含む無限可変方向切換弁を開示しており、流路間の接続は弁スライドによって開閉制御することができる。コンシューマ流路には、弁円錐部が弁座に保持される止め弁が配置されている。弁円錐部では、パイロット制御弁本体がパイロット制御弁座に保持される。流体をコンシューマ流路を介してコンシューマから弁装置の排出流路に流す場合には、弁スライドを作動させる。その結果、弁スライドと相互に作用するタペットによってパイロット制御弁本体が弁座から引き離され、止め弁の弁本体の圧力が補償される。弁スライドおよびタペットの次のストロークが発生すると、弁スライドの小さな排出オリフィスによって圧力補償がほぼ維持され、弁本体を弁座から引き離すことができる。

上述した解決手段の欠点は、追加に設けられた止め弁によって装置コストが増加するとともに、弁装置の構造スペースが増加することである。

本発明の目的は、最小の装置コストでリークを発生させることなく排出ポートと相対する供給ポートを遮断することができる無限可変方向切換弁を提供することにある。

上記目的は、請求項１に記載する特徴を有する無限可変方向切換弁によって達成される。

本発明によれば、無限可変方向切換弁は弁座スライドを含み、弁座スライドの閉鎖円錐部（ｃｏｎｅ；コーン）が弁座に保持され、入口ポートから排出ポートへの接続はスライドの制御エッジによって開制御される。本発明に係る解決手段では、パイロット制御弁座が閉鎖円錐部の領域に設けられている。パイロット制御装置を開くためにパイロット制御弁座から引き離されるパイロット制御弁本体が、パイロット制御弁座に保持される。

本発明によれば、リークを発生させることなく遮断する止め弁の機能が方向切換弁の弁座スライドに統合され、本発明に係る２／２ポート比例弁は止め弁および比例弁として機能する。

本発明の特に好ましい変形では、閉鎖円錐部の初期位置で弁座スライドの圧力を補償するためにパイロット制御弁本体をパイロット制御弁座から引き離すことができる。すなわち、本発明によれば、パイロット制御装置を開くために弁座スライドを軸方向に移動させる必要はない。これは、ドイツ特許出願第１９６ ２７ ３０６ Ａ１号の解決手段との大きな違いである。すなわち、ドイツ特許出願第１９６ ２７ ３０６ Ａ１号によるパイロット制御装置を開くための解決手段では、排出断面が方向制御弁によって開制御されるように弁スライドを作動させなければならなかった。

本発明によれば、弁座から引き離されたパイロット制御弁本体は所定のストローク後に弁座スライドの駆動ショルダーに当接し、弁座スライドはパイロット制御弁本体によって駆動され、その結果、方向制御弁機能がパイロット制御弁本体のストロークに依存することになる。

特に単純な実施形態では、弁座スライドは、端部に形成された閉鎖円錐部から離れた制御切欠部を含む制御カラーと、閉鎖円錐部の領域においてパイロット制御弁座となり、弁座スライドを貫通する軸穴とを含む。方向制御弁機能時には、排出断面は制御切欠部によって形成される制御エッジによって決定される。

この好ましい実施形態では、弁座スライドの交差穴を介して軸穴に接続されたオーバーフローチャンバが、閉鎖円錐部と制御カラーとによって軸方向で制限されている。

また、パイロット制御弁本体は弁座スライドの外部を移動することが好ましい。

特に、後者の変形では、タペットがパイロット制御弁本体に接続された比例磁石によってパイロット制御弁本体を作動させることができる。この場合、比例磁石は引寄磁石として設計されている。

具体的な解決手段では、弁座スライドはパイロット制御弁本体の端部が係合する係合保持部を有し、閉じたパイロット制御装置の初期位置では、駆動ショルダーとなる係合保持部の後部壁がパイロット制御弁本体の放射状ショルダーから適当な距離をおいて形成されている。放射状ショルダーは、パイロット制御弁本体の軸方向の移動時に駆動ショルダーに当接し、弁座スライドが駆動される。

方向制御弁機能時には、弁座スライドの軸方向の移動は、所定のストロークの後にのみアクティブとなる制御ばねの力に抗して行われる。

制御ばねに加えて、低いばね率を有するトラッキングばねを設けることができ、パイロット制御弁本体と弁座スライドはトラッキングばねによって初期位置に保持される。

本発明の実施形態のその他の利点はさらなる従属請求項の主題である。

以下、本発明の好適な実施形態を図面を参照して詳細に説明する。

図１は、入口ポート２と排出ポート４を有する無限可変方向切換弁１の部分断面を示す。以下の説明では、入口ポート２はコンシューマに接続されて負荷圧力が印加されるものとし、排出ポート４は油タンク等に接続されているものとする。方向切換弁１はカートリッジ状に設計され、ポート２、４が形成された弁ライナー６を有し、弁ライナー６の穴８には弁座スライド１０が軸方向に移動できるように設けられている。弁座スライド１０は、図示する実施形態では引寄磁石（ｄｒａｗｉｎｇ ｍａｇｎｅｔ）である比例磁石（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｍａｇｎｅｔ）１２によって作動する。比例磁石１２は弁ライナー６にねじで取り付けられている。次に、図２の拡大図によって方向切換弁１を詳細に説明する。

弁ライナー６の穴８は、排出チャンバ１４、オーバーフローチャンバ１６、入口チャンバ１８に向かって放射方向に広がっており、排出チャンバ１４は、星形の穴として設計された放射状に開口する排出ポート４に開口しており、入口チャンバ１８は、同様に星形の穴として設計された入口ポート２に開口している。オーバーフローチャンバ１６と入口チャンバ１８との間の弁ライナー６のブリッジ２０には弁座２２が形成されている。オーバーフローチャンバ１６は、弁ライナー６の制御ブリッジ２４によって排出チャンバ１４と分離されており、制御ブリッジ２４は、以下に詳述する弁座スライド１０とともに方向制御弁機能における排出断面を定めている。

図２において、放射状ショルダー２８を介して入口チャンバ１８と相対して放射方向に広がるばねチャンバ２６が、入口チャンバ１８の左側に接続されている。

制御ばね３０が、弁ばね押え３２によって放射状ショルダー２８に支持されている。

弁座スライド１０は、弁座２２とは反対側の端部に、穴８の内周面と密閉接触するガイドカラー３４を含む。

弁座スライド１０は、ガイドカラー３４から距離を置いて、図示する初期位置ではほぼブリッジ２４の領域に形成された制御カラー３６を含む。制御カラー３６には排出チャンバ１４に向かって制御切欠部３８が設けられ、制御切欠部３８によって制御エッジ４０が形成されている。制御エッジ４０は、図示する初期位置において制御ブリッジ２４の周囲領域によって覆われ、オーバーフローチャンバ１６と排出チャンバ１４との間の接続が遮断されている。オーバーフローチャンバ１６と排出チャンバ１４との間の接続は、弁座スライド１０の初期ストロークが発生するまでは開かれることはない。

弁座スライド１０の左側端部の領域には閉鎖円錐部４２が設けられ、閉鎖円錐部４２は初期位置において円錐面によって弁座２２に支持され、弁座２２が閉じられている。

閉鎖円錐部４２の前面４４には、一方側に開口した放射状に広がる保持凹部４８を有する係合保持部４６が形成されている。係合保持部４６は、図示する端部において環状溝を有するタペット５０と係合しており、溝は２つの環状ショルダー５２，５４で終端している。図２における右側の環状ショルダー５４は環状ブリッジによって形成されており、パイロット制御弁円錐部５６が接続されている。係合保持部４６は、図示する初期位置においてタペット５０の環状ショルダー５４から軸方向に離れて配置された駆動ショルダー５８を有する。

タペット５０は、比例磁石１２の極チューブ６２の接極子６０によって軸方向に移動できるように設けられ、比例磁石１２のコイル（図示せず）に電流を印加することによって、図１において初期位置から左へと移動させることができる。パイロット制御弁円錐部５６を含むタペット５０と接極子６０は、トラッキングばね６４によって図示する初期位置に保持されている。初期位置では、パイロット制御弁円錐部５６は、弁座スライド１０の前面４４に開口するパイロット制御弁座６６に支持されている。図２では、パイロット制御弁座は弁座スライド１０の軸穴６８に向かって右に延びている。軸穴は、図２の右側において弁座スライド１０の後面に開口している。閉鎖円錐部４２と制御カラー３６との間の領域における弁座スライド１０のジャケットにはジャケット穴７０が設けられ、軸穴６８はジャケット穴７０を介してオーバーフローチャンバ１６に接続されている。

上述したように、本発明に係る方向切換弁の初期位置では、比例磁石１２には電流が供給されず、パイロット制御弁円錐部５６はパイロット制御弁座６６に固定されている。閉鎖円錐部４２は弁座２２に固定され、制御エッジ４０は排出チャンバ１４とオーバーフローチャンバ１６との間の接続を閉制御している。負荷圧力が入口ポート２に印加される場合、２つの弁座（閉鎖円錐部４２／弁座２２；パイロット制御弁円錐部５６／パイロット制御弁座６６）によって負荷が油タンクにリークすることはない。パイロット制御弁円錐部５６と閉鎖円錐部４２は、負荷圧力に依存する力とトラッキングばね６４の力によって弁座６６、２２に保持されている。

負荷を減少させるために、すなわち、排出ポートに向かって入口ポートを開くために、電流を比例磁石に印加する。電流の強さは、負荷圧力に対応する力に抗してタペット５０をパイロット制御弁円錐部５６とともにパイロット制御弁座６６から引き離すことができるように選択される。磁力は、最大負荷圧力（例えば４５０バール）の場合でもパイロット制御円錐部５６を確実にパイロット制御弁座６６から引き離すことができるように選択される。図３は、パイロット制御装置が開いた状態の方向切換弁１を示す。

パイロット制御弁円錐部５６が引き離されると、圧力流体が入口チャンバ１８から軸穴６８に入ることができるようにパイロット制御弁座６６が開かれ、図３の右側において負荷圧力が弁座スライド１０の前面に印加される。負荷圧力はジャケット穴７０を介してオーバーフローチャンバ１６にも供給され、閉鎖円錐部４２の後面にも負荷圧力が印加される。図３に示すように、弁座２２の直径は、ガイドカラー３４、すなわち、弁座スライド１０の穴８内を移動する部分の直径よりも大きい。したがって、弁座スライド１０内の圧力が補償され、軸方向の移動には比例磁石によって印加することができる比較的小さな力で十分である。

オーバーフローチャンバ１６への負荷圧力の導入は、方向切換弁１の使用期間中に弁座の直径が変化したとしても、オーバーフローチャンバ１６に負荷圧力を導入することによって弁座スライド１０の圧力を解放することができるという利点があり、その結果として摩耗の発生に対応することができる。

タペット５０がさらに移動すると、図３に示すように、タペット５０の環状ショルダー５４が係合保持部４６の駆動ショルダー５８に当接し、次に弁座スライド１０がタペット５０によって移動して弁座２２から引き離される。この場合、排出チャンバ１４とオーバーフローチャンバ１６との間の接続は制御エッジ４０によって閉じられたままである。弁座スライド１０の初期ストロークは、比例磁石に印加する電流を増加させることなく行われる。

所定のストロークの後、係合保持部４６のショルダー７２が弁ばね押え３２に当接し、比較的強い制御ばね３０の力に抗してさらなる軸方向の移動が発生する。この位置では、閉鎖円錐部４２が弁座２２から引き離され、入口チャンバ１８からオーバーフローチャンバ１６への接続が弁座２２によって開制御される。ここで、オーバーフローチャンバ１６から排出チャンバ１４への接続は、制御エッジ４０によってほぼ完全閉じられたままである。制御ばね３０の力は、上述したようにタペット５０を弁座スライド１０とともに弁ばね押え３２との接触位置に引き寄せた磁力によって、方向制御弁機能を行うために弁座スライド１０をさらに軸方向に移動させることができないように設定される。

方向制御弁機能を開始させるためには、タペット５０と弁座スライド１０を制御ばね３０の力に抗して移動させることができるように比例磁石に印加する電流の強さをさらに増加させる必要がある。図５は、この動作状態（方向制御弁機能）を示す。タペット５０をさらに軸方向に移動させると、弁ばね押え３２が弁ライナー６の放射状ショルダー２８から離れるとともに、制御カラー３６の制御エッジ４０と制御切欠部３８によって排出断面が開制御され、圧力流体は、入口ポート２、入口チャンバ１８、開かれた弁座２２、オーバーフローチャンバ１６、制御ブリッジ２４と制御カラー３６との間の開かれた排出断面を介して排出チャンバ１４に流れ、排出チャンバ１４から排出ポート４を介して油タンクに流れる。閉鎖円錐部４２は、圧力流体の流れに影響を与えない程度に弁座２２から引き離される。

測定によって、本発明に係る方向切換弁１は、負荷圧力からある程度独立した流れ挙動を有することが明らかとなった。弁座スライド１０には、印加負荷圧力に従って、比例磁石１２によって予め定められた移動方向に抗する流れの力によって閉方向の圧力が加わり、制御切欠部３８によって開制御された排出断面が負荷圧力とは独立して排出量がほぼ同一であるように減少する。このようにして負荷圧力とは独立して流れ体積を一定に維持することはカスタムメイドの圧力維持弁ほどには高精度に機能しないが、多くの用途ではその精度は十分である。

方向切換弁１を図１に示す初期位置に戻すためには、上述した制御を逆の順序で行う。すなわち、弁ばね押え３２が放射状ショルダー２８に接触するように制御ばね３０を位置合わせし、次に閉鎖円錐部４２を弁座２２に固定する。その後、パイロット制御弁座６６をパイロット制御弁円錐部５６によって閉じ、トラッキングばね６４の力によってタペット５０と弁座スライド１０を初期位置に戻す。

図６に上述した方向切換弁の特性曲線を示す。必要な磁力はタペット５０のストロークの上方に示している。初期位置では、方向切換弁が閉じ、タペット５０が最大に延ばされる。パイロット制御装置を開く時、すなわち、パイロット制御弁円錐部５６がパイロット制御弁座６６から最初に引き離される時、弁座スライド１０は初期位置のままである。印加される負荷圧力に応じて、対応する最小の力を比例磁石によって印加し、タペット５０の初期ストロークを発生させる。磁力が大きいほど、印加負荷圧力は高い。したがって、図６では複数の負荷圧力の特性曲線を示している。所定の初期ストロークｓ１の後、係合保持部４６のショルダー７２が弁ばね押え３２に当接し、タペット５０のさらなる移動および弁座スライド１０の軸方向の移動は磁力を増加させることによってのみ可能となる。すなわち、ストロークｓ１の後に磁力を再び増加させ、弁座スライド１０は制御ばね３０の力に抗して移動する。タペット５０および弁座スライド１０のストロークは、この方向切換弁機能において磁力Ｆに実質的に比例する。

開放動作の開始時に磁力Ｆ１が選択されている場合には、パイロット制御装置は考えられ得る最大負荷圧力（例えば４５０バール）でも開くことができる。

弁円錐部が形成された弁座スライドを含む無限可変方向切換弁を開示する。方向切換弁の初期位置において弁円錐部は弁座に対して保持される。方向切換弁はパイロット制御装置を備えて構成され、パイロット制御弁円錐部と相互に作用するパイロット制御弁座が閉鎖円錐部の内部に設けられている。

本発明に係る２つのポートを有する無限可変方向切換弁の部分切断側面図である。 図１に示す弁の弁ライナーに沿った断面を示す。 パイロット制御弁座が開いた状態の図１の方向切換弁を示す。 パイロット制御弁座が完全に開き、方向制御弁機能の開始時における図１の方向切換弁を示す。 方向制御弁機能時の図１の方向切換弁を示す。 無限可変方向切換弁の特性曲線である。

符号の説明

１ 無限可変方向切換弁
２ 入口ポート
４ 排出ポート
６ 弁ライナー
８ 穴
１０ 弁座スライド
１２ 比例磁石
１４ 排出チャンバ
１６ オーバーフローチャンバ
１８ 入口チャンバ
２０ ブリッジ
２２ 弁座
２４ 制御ブリッジ
２６ ばねチャンバ
２８ 放射状ショルダー
３０ 制御ばね
３２ 弁ばね押え
３４ ガイドカラー
３６ 制御カラー
３８ 制御切欠部
４０ 制御エッジ
４２ 閉鎖円錐部
４４ 前面
４６ 係合保持部
４８ 保持凹部
５０ タペット
５２ 環状ショルダー
５４ 環状ショルダー
５６ パイロット制御弁円錐部
５８ 駆動ショルダー
６０ 接極子
６２ 極チューブ
６４ トラッキングばね
６６ パイロット制御弁座
６８ 軸穴
７０ ジャケット穴
７２ ショルダー

Claims (13)

1. 入口ポート（２）から排出ポート（４）への接続を開制御することができる弁本体と、実質的にリークを発生させることなく入口ポート（２）を遮断するための遮断手段と、
   を含み、
   前記遮断手段は、パイロット制御弁本体（５０，５６）を含み、
   前記弁本体は、弁座スライド（１０）として形成され、
   前記弁座スライド（１０）は、
   弁座（２２）に保持される閉鎖円錐部（４２）と、
   徐々に前記入口ポート（２）と前記排出ポート（４）との間の接続を開くことができる制御エッジ（４０）と、
   を有し、
   前記閉鎖円錐部（４２）には、前記パイロット制御弁本体（５０，５６）が保持されるパイロット制御弁座（６６）が形成され、
   前記パイロット制御弁本体（５０，５６）は、前記弁座スライド（１０）における圧力補償のため、比例磁石（１２）に電流が印加されることによってパイロット制御弁座（６６）から引き離され、
   前記弁座スライド（１０）が前記パイロット制御弁本体（５０，５６）によって駆動されることにより、前記閉鎖円錐部（４２）は、前記弁座（２２）から引き離されることを特徴とする無限可変方向切換弁。
2. 請求項１において、
   前記弁座スライド（１０）は、所定のストローク（ｓ１）の後に制御ばね（３０）の力に抗して移動するように形成されていることを特徴とする方向切換弁。
3. 請求項２において、
   前記弁座スライド（１０）側の前記制御ばね（３０）の端部は、前記ストローク（ｓ１）によって前記弁座スライド（１０）が当接する弁ばね押え（３２）に支持されていることを特徴とする方向切換弁。
4. 請求項１において、
   前記弁座スライド（１０）における圧力は、前記入口ポート（２）における圧力によって補償されることを特徴とする方向切換弁。
5. 請求項１において、
   前記パイロット制御弁本体（５０，５６）は、
   タペット（５０）と、パイロット制御弁円錐部（５６）とを含み、
   前記閉鎖円錐部（４２）の閉鎖位置において、前記パイロット制御弁座（６６）から離脱可能に形成されていることを特徴とする方向切換弁。
6. 請求項１において、
   前記パイロット制御弁本体（５０，５６）は、
   タペット（５０）と、パイロット制御弁円錐部（５６）とを含み、
   前記弁座スライド（１０）とは異なる部材によって支持されていることを特徴とする方向切換弁。
7. 請求項５または請求項６において、
   前記弁座スライド（１０）が方向制御弁機能が有効になる位置に移動できるように、所定のストロークによって前記パイロット制御弁本体（５０，５６）が前記弁座スライド（１０）の駆動ショルダー（５８）に接するように前記パイロット制御弁本体（５０，５６）が形成されていることを特徴とする方向切換弁。
8. 請求項７において、
   前記弁座スライド（１０）は、前記パイロット制御弁円錐部（５６）または前記タペット（５０）の端部が前記弁座側で係合する係合保持部（４６）を有し、
   初期位置では、前記駆動ショルダー（５８）を形成する前記係合保持部（４６）の後部壁が前記パイロット制御弁円錐部（５６）および前記タペット（５０）の環状ショルダー（５４）から前記ストロークに対応する距離をおいて形成されていることを特徴とする方向切換弁。
9. 請求項１において、
   前記弁座スライド（１０）は、制御切欠部（３８）を有する制御カラー（３６）を含み、
   前記制御カラー（３６）は、前記閉鎖円錐部（４２）から距離をおいて設けられるとともに軸穴（６８）が内部を貫通しており、前記軸穴（６８）は前記閉鎖円錐部（４２）の領域において前記パイロット制御弁座（６６）となることを特徴とする方向切換弁。
10. 請求項９において、
    前記閉鎖円錐部（４２）および前記制御カラー（３６）は、前記弁座スライド（１０）の少なくとも１つのジャケット穴（７０）によって前記軸穴（６８）に接続されたオーバーフローチャンバ（１６）を軸方向で制限していることを特徴とする方向切換弁。
11. 請求項９または請求項１０において、
    前記比例磁石（１２）を含み、
    前記比例磁石（１２）のタペット（５０）が前記パイロット制御弁円錐部（５６）に接続されていることを特徴とする方向切換弁。
12. 請求項１１において、
    前記比例磁石（１２）は引寄磁石であることを特徴とする方向切換弁。
13. 請求項１において、
    パイロット制御弁円錐部（５６）が、トラッキングばね（６４）によって前記弁座スライド（１０）の方向に押圧されていることを特徴とする方向切換弁。

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