JP5250624B2 - 一体化された圧力補償器を有する力フィードバックポペット弁 - Google Patents

Description

本発明の開示は、一般に、力フィードバックポペット弁、より詳しくは、一体化された圧力補償器を有する力フィードバックポペット弁に関する。

例えば、ブルドーザ、ローダ、掘削機、モータグレーダなどの機械、及び他の種類の重機は、様々な仕事を達成するために１つ以上の油圧アクチュエータを使用する。これらのアクチュエータは、加圧流体をアクチュエータ内のチャンバに供給する機械のポンプに流体連結される。電気油圧弁装置は、典型的に、ポンプとアクチュエータとの間に流体連結されて、アクチュエータのチャンバへの、かつアクチュエータのチャンバからの加圧流体の流量及び方向を制御する。

多数のアクチュエータを共通のポンプに流体連結する機械の油圧回路には、アクチュエータの作動中に回路内の望ましくない圧力変動が認められるかもしれない。詳細に言えば、１つのアクチュエータに供給される流体の圧力が、同一の油圧回路に流体連結された異なるアクチュエータの動作に応答して不都合に変動し得る。これらの圧力変動は、一貫しない及び／又は予想外のアクチュエータの運動を引き起こす可能性がある。さらに、圧力変動は、油圧回路の構成要素の誤動作又は早期の故障を引き起こすほどに深刻なものであり得、及び／又はそれらを引き起こすほどに頻繁に生じ得る。

油圧アクチュエータに供給される流体内のこれらの圧力変動を補償する１つの方法が、１９９９年３月９日にウィルケ（Ｗｉｌｋｅ）らに交付された（特許文献１）に記載されている。（特許文献１）は、２対のソレノイド弁、可変容量型ポンプ、リザーバタンク、及び油圧アクチュエータを有する油圧回路を記載している。ソレノイド弁の一方の対は、ヘッド端部供給弁と、油圧アクチュエータのヘッド端部を可変容量型ポンプ又はリザーバタンクに連結するヘッド端部戻り弁とを含む。ソレノイド弁の他方の対は、ロッド端部供給弁と、油圧アクチュエータのロッド端部を可変容量型ポンプ又はリザーバタンクに連結するロッド端部戻り弁とを含む。これらの４つのソレノイド弁のそれぞれは、異なる圧力補償チェック弁と関連付けられる。それぞれの圧力補償チェック弁は、関連のソレノイド弁とアクチュエータとの間に連結されて、関連の弁とアクチュエータとの間の流体の圧力変動を制御する。

（特許文献１）に記載された油圧回路の多数の圧力補償弁は、油圧回路内の圧力変動の影響を低減し得るが、それらの個数ゆえ、油圧回路のコスト及び複雑さを増す可能性がある。さらに、（特許文献１）の圧力補償弁は、関連のアクチュエータの最適な性能のために十分に精密に、油圧回路内の圧力を制御し得ない。

米国特許第５８７８６４７号明細書

開示する力フィードバックポペット弁は、上述の問題の１つ以上を克服することを目的とする。

一形態では、本発明の開示は、一体化された圧力補償器を有する力フィードバックポペット弁に関する。力フィードバックポペット弁は、主チャンバを有する弁本体と、第１のポートと、第２のポートとを含む。さらに、力フィードバックポペット弁は、主チャンバ内に配置されかつ第１のポートと第２のポートとの間の流体流を制御するために開位置と閉位置との間で移動可能な主ポペットを含む。主ポペットは、主チャンバ内の制御チャンバを形成する。さらに、力フィードバックポペット弁は、制御チャンバと第２のポートとを連通する第１の通路と、制御チャンバと第１のポートとを連通する第２の通路と、第２の通路を通して制御チャンバと第１のポートとの間の流体流を制御するためのパイロットポペットを有するパイロット弁とを含む。さらに、力フィードバックポペット弁は、主ポペット内に配置されかつ第１の通路を介して第２のポートに流体連結された圧力補償器を含む。さらに、力フィードバックポペット弁は、主ポペットとパイロットポペットとの間に結合されて、主ポペットとパイロットポペットとの間の距離に比例して力を提供する第１のばねと、圧力補償器とパイロットポペットとの間に結合されて、圧力補償器とパイロットポペットとの間の距離に比例して力を提供する第２のばねとを含む。

他の形態では、本発明の開示は、一体化された圧力補償器を有する他の力フィードバックポペット弁に関する。力フィードバックポペット弁は、第１のポートと第２のポートとを有する主チャンバを含む弁本体を含む。さらに、力フィードバックポペット弁は、主チャンバ内に配置されかつ主チャンバ内の制御チャンバを形成する主ポペットを含む。さらに、力フィードバックポペット弁は、制御チャンバと第２のポートとを連通する第１の通路と、制御チャンバと第１のポートとを連通する第２の通路と含む。さらに、力フィードバックポペット弁は、制御チャンバと第１のポートとを連通する第３の通路と、制御チャンバと第２のポートとを連通する第４の通路とを含む。さらに、力フィードバックポペット弁は、第２の通路を通して制御チャンバと第１のポートとの間の、また第４の通路を通して制御チャンバと第２のポートとの間の流体流を制御するためのパイロットポペットを有するパイロット弁を含む。さらに、力フィードバックポペット弁は、主ポペットとパイロットポペットとの間に結合されて、主ポペットとパイロットポペットとの間の距離に比例して力を提供する第１のばねと、圧力補償器とパイロットポペットとの間に結合されて、圧力補償器とパイロットポペットとの間の距離に比例して力を提供する第２のばねとを含む。さらに、力フィードバックポペット弁は、主ポペット内に配置されかつ第１の通路を介して第２のポートに、また第３の通路を介して第１のポートに流体連結された圧力補償器を含む。

開示した例示的な油圧回路の概略図である。 本開示の一実施形態による例示的な力フィードバックポペット弁の断面図である。 本開示の他の実施形態による例示的な力フィードバックポペット弁の断面図である。 本開示の一実施形態による例示的なニードル弁の断面図である。

図１は、作業器具（図示せず）を制御するために移動可能な油圧アクチュエータ２１６を有する油圧システム２２２の図面である。油圧アクチュエータ２１６は、ヘッド端部チャンバ２５０及びロッド端部チャンバ２５２を含み得る。さらに、油圧システム２２２は、ヘッド端部供給弁２２６によってアクチュエータを移動させるように方向付けられた加圧流体供給部２２４、ヘッド端部ドレン弁２２８、ロッド端部供給弁２３０、及びロッド端部ドレン弁２３２を含み得る。さらに、油圧システム２２２は、タンク２３４、ヘッド端部圧力リリーフ弁２３８、ヘッド端部メイクアップ弁２４０、ロッド端部圧力リリーフ２４２、及び油圧システム２２２内の所望の圧力を維持するように協働するロッド端部メイクアップ弁２４４を含む。油圧システム２２２は、例えば、圧力センサ、温度センサ、位置センサ、制御器、アキュムレータ、及び当分野で知られている他の構成要素のような追加及び／又は異なる構成要素を含み得ることが考えられる。

加圧流体源２２４は、加圧流体流を生成することが可能であり、また例えば、可変容量型ポンプ、固定容量型ポンプなどのポンプ、又は当分野で知られている他の任意の加圧流体源を含んでもよい。加圧流体源２２４は、例えば、カウンタシャフト（図示せず）、ベルト（図示せず）、電気回路（図示せず）によって、又は他の任意の適切な方法で、エンジンなどの動力源（図示せず）に駆動可能に連結してもよい。加圧流体源２２４は、油圧システム２２２のみへの加圧流体の供給専用であってもよいか、代わりに、追加の油圧システムに加圧流体を供給し得る。

ヘッド端部及びロッド端部の供給弁２２８と２３２は、油圧アクチュエータ２１６とタンク２３４との間に配置して、油圧アクチュエータ２１６からタンク２３４への加圧流体流を調整することが可能である。ヘッド端部及びロッド端部の供給弁２２６と２３０は、加圧流体源２２４と油圧アクチュエータ２１６との間に配置して、加圧流体源２２４から油圧アクチュエータ２１６への加圧流体流を調整することが可能である。図２は、ヘッド端部及び／又はロッド端部の供給弁及び／又はドレン弁２２６〜２３２の任意のものとして利用可能な例示的な力フィードバックポペット弁１０を示している。力フィードバックポペット弁１０は、弁本体１２、主ポペット２０、及びアクチュエータ１２０を含み得る。

弁本体１２は主チャンバ１４を有することが可能である。主チャンバ１４は、主チャンバ１４の側壁に第１のポート１６及び主チャンバ１４の底部に第２のポート１８を含み得る。力フィードバックポペット弁１０がヘッド端部又はロッド端部の供給弁２２６又は２３０に組み込まれる場合、第１のポート１６は油圧アクチュエータ２１６と連通することが可能であり、他方、第２のポート１８は加圧流体源２４と連通し得る。代わりに、力フィードバックポペット弁１０がヘッド端部又はロッド端部のドレン弁２２８又は２３２に組み込まれる場合、第１のポート１６はタンク２３４と連通することが可能であり、他方、第２のポート１８は油圧アクチュエータ２１６と連通し得る。

主ポペット２０は、主チャンバ１４内で摺動可能に配置し、第１のポート１６と第２のポート１８とを選択的に連通させるために移動可能であり得る（すなわち、加圧流体源２４と油圧アクチュエータ２１６とを、あるいは油圧アクチュエータ２１６とタンク２３４とを選択的に連通させる）。主ポペット２０は、第１の端部２０Ａ、第２の端部２０Ｂ、及び第１の端部２０Ａと第２の端部２０Ｂとを連結する中央部２０Ｃを含み得る。

主ポペット２０の第１の端部２０Ａは、主チャンバ１４の内壁を有する制御チャンバ３０を形成する上面２８を含み得る。上面２８は、制御チャンバ３０内の流体に露出された有効表面積値Ａｃを有し得る。主ポペット２０の第１の端部２０Ａはまた、第１のポート１６を通して受容された流体に接触する下面３２を含み得る。さらに、主ポペット２０は、主ポペット２０の側壁に沿って制御チャンバ３０と第１のポート１６との間に流体が漏れることを防止するために、主ポペット２０の側壁に取り付けられたシールリング３４を含み得る。

第２の端部２０Ｂは、端面２４及び座面２６を含み得る。座面２６は、図２に示したような実質的に円錐形状、又は他の任意の適切な形状であり得る。第２のポート１８内の流体に露出された端面２４の面積及び座面２６の面積は、有効表面積値Ａ２を有し得る。下面３２の有効表面積Ａ１は、Ａ１＝Ａｃ−Ａ２と定義され得る。一実施形態では、有効表面積Ａ１は有効表面積Ａ２に実質的に等しく、また主ポペット２０の上面２８の表面積Ａｃは、有効表面積Ａ２を加えた有効表面積Ａ１に等しい（Ａｃ＝Ａ１＋Ａ２＝２Ａ１＝２Ａ２）。座面２６は、主ポペット２０が閉位置にあるときに第２のポート１８の弁座２２にシール係合するように適合されることが可能であり、したがって、第１のポート１６と第２のポート１８との間の流体連通を遮断し得る。座面２６が弁座２２から移動されるとき、流体は、第１のポート１６と第２のポート１８との間に流れることが可能である。

主ポペット２０内に形成された第１の通路５０は、第２のポート１８から制御チャンバ３０に延びることが可能である。第１の通路５０は、流体が第１の通路５０に流れることを制限するためのメータインオリフィス５４を含み得る。オリフィス５４は、可変オリフィス又は固定オリフィスであり得る。可変オリフィスは、オリフィスにわたる圧力差の関数として可変オリフィスの開口面積を変化させることが可能であり、これにより、主ポペット２０が開位置にあるときに制御チャンバ３０へのメータイン流量（ｍｅｔｅｒ−ｉｎ ｆｌｏｗ）の制御を可能にする。オリフィスの開口面積は、小さな圧力差でより大きくなることが可能であり、これにより、主ポペット２０は低い圧力差で閉方向に応答することが可能である。他の実施形態では、可変オリフィスは流量調整装置であり得る。流量調整装置は、メータイン流量を実質的に一定に維持し、したがって、主ポペット２０の実質的に一定の速度を維持し得る。さらに、主ポペット２０は、第２のポート１８からの圧力信号を弁別して、第１のポート１６と第２のポート１８との所定の圧力差を維持するために、第１の通路５０内に配置された内部補償器５２を含み得る。内部補償器５２は、主ポペット２０内に配置して、第２のポート１８と制御チャンバ３０との圧力差を感知し、補償器ばね９２を通してパイロットポペット８２に対し力を及ぼすことが可能である。内部補償器５２は、内部補償器５２が主ポペット２０と完全に係合されたときにメータインオリフィス５４を介してのみ流体が流れることを可能にする第１の通路５０と制御チャンバ３０との間のシールを形成し得る。第１の通路５０と制御チャンバ３０との圧力差が増大するとき、内部補償器を制御チャンバ３０に向かってかつ部分的に主ポペット２０から付勢し得る。

さらに、力フィードバックポペット弁１０はパイロット弁８０を含み得る。パイロット弁８０は、その中に画定されたボア８４に摺動可能に配置されたパイロットポペット８２を含み得る。パイロットポペット８２は、その下端に弁座部８６を含み得る。弁座８８は、パイロットポペット８２の弁座部８６を受容するためのボア８４の下端に形成し得る。弁座部８６は、弁座８８にシール係合し得る。圧縮フィードバックばね９０は、主ポペット２０とパイロットポペット８２との間に結合し得る。さらに、補償器ばね９２は、圧縮フィードバックばね９０内に配置してもよく、内部補償器５２とパイロットポペット８２との間に結合することが可能である。

パイロットポペット８２は、ボア８４の側壁に環状チャンバ１１０を画定し得る。弁本体１２内に形成された通路９６は、第１のポート１６から環状チャンバ１１０に延びて、環状チャンバ１１０と第１のポート１６とを流体連結することが可能である。パイロットポペット８２が閉位置にある（すなわち、パイロットポペット８２の弁着座部８６が弁座８８とシール係合される）とき、制御チャンバ３０と環状チャンバ１１０との間の流体連通を遮断し得る。パイロットポペット８２が開位置にあるとき、環状チャンバ１１０は、制御チャンバ３０と流体連通し得る。

アクチュエータ１２０は、パイロット弁８０の運動を制御することが可能である。一実施形態において、アクチュエータ１２０は、電磁コイル１２２とアーマチュア１２４とを含むソレノイド型のアクチュエータであり得る。電磁コイル１２２は、カートリッジ又はハウジング１２６の周りに配置し、それに固定することが可能である。アーマチュア１２４は、カートリッジ１２６内に画定された管１２８内に位置決めし、電流が電磁コイル１２２に与えられたときに下向きの力を及ぼして、パイロットポペット８２を開位置に向かって移動させるように適合し得る。アーマチュア１２４は、パイロットポペット８２を強制して、主ポペット２０に向かって移動させることが可能であり、この結果、パイロットポペット８２は弁座８８から移動し、これによって、制御チャンバ３０と環状チャンバ１１０との間の流体連通を開放する。アクチュエータ１２０が非作動にされたとき、フィードバックばね９０及び補償器ばね９２は、パイロットポペット８２を弁座８８に向かって付勢し、これによって、ボア８４の底端を閉鎖することが可能である。この状態において、環状チャンバ１１０と制御チャンバ３０との間には実質的に流体の流れがないことが可能である。さらに、力フィードバックポペット弁１０は、フィードバックバネ９０によって加えられた力をパイロットポペット８２に付勢するために、その上端に結合された安定ばね１６０を含み得る。

力フィードバックポペット弁１０は、パイロットポペット８２の上端にアーマチュアチャンバ１３８を含み得る。パイロットポペット８２は、制御チャンバ３０に連結される一方の端部の第１の開口部１３２と、アーマチュアチャンバ１３８に連結される他方の端部の第２の開口部１３４とを有するパイロット通路１３０を含み得る。さらに、力フィードバックポペット弁１０は、アーマチュア１２４によって押し下げられたときにパイロット通路１３０の第２の開口部１３４を選択的に開放するように適合されたニードル弁１３６を含み得る。

図３に示したような一代替実施形態では、主ポペット２０は、第１のポート１６から共通の通路６０に延びる通路４０をさらに含み得る。通路４０は、第１のポート１６から制御チャンバ３０のみに流体が流れることを可能にするチェック弁４２を含み得る。さらに、通路５０は、第２のポート１８から制御チャンバ３０のみに流体が流れることを可能にするチェック弁５１を含み得る。通路５０と４０は、共通の通路６０を通して制御チャンバ３０に連結されることが可能である。共通の通路６０は、共通のメータインオリフィス６２を有し得る。

通路９６は、流体が環状チャンバ１１０から第１のポート１６にのみ流れることを可能にするチェック弁９８を含み得る。さらに、通路１０２は、弁本体１２に形成されることが可能であり、第２のポート１８から環状チャンバ１１０に延びることが可能である。通路１０２はまた、流体が環状チャンバ１１０から第２のポート１８にのみ流れることを可能にするチェック弁１０４を含み得る。

共通のメータインオリフィス６２は、固定オリフィス又は可変オリフィスであり得る。可変オリフィスは、オリフィスにわたる圧力差の関数として可変オリフィスの開口面積を変化させることが可能であり、これにより、主ポペット２０が開位置にあるときに制御チャンバ３０へのメータイン流量の制御を可能にする。オリフィスの開口面積は、小さな圧力差でより大きくなることが可能であり、これにより、主ポペット２０は低い圧力差で閉方向に応答することが可能である。他の実施形態では、可変オリフィスは流量調整装置であり得る。流量調整装置は、メータイン流量を実質的に一定に維持し、したがって、主ポペット２０の実質的に一定の速度を維持し得る。

図３に示した実施形態では、内部補償器５２を主ポペット２０内に配置して、制御チャンバ３０と、第１のポート１６及び第２のポート１８の内のより高い圧力を有するポートとの間の圧力差を感知することが可能である。内部補償器５２は、補償器ばね９２を通してパイロットポペット８２に対し力を及ぼすことが可能である。

図４は、ニードル弁１３６の拡大図を示している。図４に示したように、アクチュエータ１２０が非作動にされ、アーマチュア１２４が解除位置にあるとき、パイロットポペット８２の上面１４０とアーマチュア１２４の底面１４２との間にギャップＧがあり得る。パイロットポペット８２の上面１４０は、通路１３０をアーマチュアチャンバ１３８に流体連結する第２の開口部１３４を含み得る。漏出経路は、制御チャンバ３０からパイロット通路１３０を通してアーマチュアチャンバ１３８に、またそこからパイロットポペット８２の側壁に沿って環状チャンバ１１０に存在し得る。ニードル弁１３６は、パイロット通路１３０の第２の開口部１３４を選択的に開閉するための円錐状先端１４４を含み得る。円錐状先端１４４は、コイルばね又はリーフばねのような弾性部材１４６に取り付けて、円錐状先端１４４を開口部１３４に対し付勢し、開口部１３４をシールすることが可能である。閉位置にあるとき、円錐状先端１４４は、開口部１３４を通してパイロットポペット８２の上面１４０の上方の箇所に延びることが可能であり、開口部１３４をシールして、漏出経路に沿った望ましくない漏れを防止することが可能である。

電流が電磁コイル１２２に与えられると、アーマチュア１２４が押し下げられ、第２の開口部１３４を通して円錐状先端１４４を下方に移動させ、この結果、流体は制御チャンバ３０から通路１３０を通して第２の開口部１３４からアーマチュアチャンバ１３８に流れることができ、これにより、パイロットポペット８２の上端に作用する圧力は、パイロットポペット８２の下端に対する圧力に実質的に等しくなることが可能である。パイロットポペット８２の上端及び下端に対する圧力を等しくすることによって、パイロット弁８０を開放するために必要な力は非常に小さくて済む。コイル１２２の電流が増加すると、アーマチュア１２４は下方に移動し、パイロットポペット８２を主ポペット２０に向かって押してパイロット弁８０を開放し、より多くの流体が制御チャンバ３０から環状チャンバ１１０に流れ、次に、それを通して通路９６と１０２に流れることを可能にする。

他の実施形態では、開口部１３４は比較的大きいことが可能であり、最大システム圧力に対抗して開放をなお可能にし得るが、パイロットポペット８２の漸次開放を可能にするために、特別な開放電流方式を必要とし得る。パイロットポペット８２の完全開放調整範囲を使用するために、ニードル弁１３６を開放した直後に電流を低減する必要があり得る。

内部圧力補償器を有する開示した力フィードバックポペット弁は、アクチュエータと関連する流体圧力及び／又は流体流の正確な制御が望まれる任意の流体アクチュエータに適用可能であり得る。開示した弁は、低コストで簡単な構造の一貫した予測可能なアクチュエータ性能が得られる高応答性の圧力調整を提供し得る。次に、力フィードバックポペット弁１０、１１の動作について説明する。

力フィードバックポペット弁１０、１１の通常の用途は、第１のポート１６と第２のポート１８との間の流体流を制御すること、及び２つのポートの間に一定の流れが維持されるように、内部補償器５２により２つのポートの間の圧力差を調整することである。図１に示したように、このような用途の一例は、ポンプ２２４に連結された第１のポート１６及び第２のポート１８の一方と、油圧アクチュエータ２１６に連結された他方のポートとを有している。他の実施例は、油圧アクチュエータ２１６に連結された第１のポート１６及び第２のポート１８の一方と、タンク２３４に連結された他方のポートとを有するであろう。

主ポペット２０は、第１のポート１６内の流体に露出される表面３２に作用する流体圧力Ｐ１を有する第１のポート１６内の加圧流体と、第２のポート１８内の流体に露出される表面２４と２６に作用する流体圧力Ｐ２を有する第２のポート１８内の加圧流体とによって、パイロット弁８０に向かう弁開放方向に連続的に付勢され得る。制御チャンバ３０内の流体は、上面２８に作用する圧力Ｐｃを有し得る。上述したように、制御チャンバ３０内の流体に露出された主ポペット２８の上面は、有効表面積Ａｃを有し得る。第２のポート１８内の流体に露出された端面２４の面積及び座面２６の面積は、有効表面積値Ａ２を有し得る。下面３２の有効表面積Ａ１は、Ａ１＝Ａｃ−Ａ２と定義され得る。

平衡状態において、主ポペット２０の上方方向に加えられた弁開放力Ｆｏは、主ポペット２０の下方方向に加えられた弁閉鎖力Ｆｃに等しい。弁閉鎖力Ｆｃは、フィードバックばね９０及び補償器ばね９２によって加えられた力と、制御チャンバ３０内の流体圧力Ｐｃによって上面２８に加えられた力とを組み合わせた力に等しいことが可能である。弁開放力Ｆｏは、第１のポート１６内の流体圧力Ｐ１によって有効表面積Ａ１に加えられた力と、第２のポート１８内の流体圧力Ｐ２によって有効表面積Ａ２に加えられた力との和に等しい。

第１のポート１６と第２のポート１８との間の流体連通は、電流をアクチュエータ１２０のコイル１２２に与えて、アーマチュア１２４を下方に移動させることによって開始することが可能であり、この結果、ニードル弁１３６の円錐状先端１４４に対し下方方向又は弁開放方向に制御力が及ぼされる。アーマチュア１２４の下方移動により、最初にニードル弁１３６が開放され、かつある少量の流体が制御チャンバ３０から通路１３０を通してアーマチュアチャンバ１３８に流れて、パイロットポペット８２の上端及び下端に対する圧力を等しくすることが可能である。アクチュエータ１２０のコイル１２２の電流が増加するとき、アーマチュア１２４は制御力を加え、パイロットポペット８２を主ポペット２０に向かって移動させて、パイロットポペット８２を開放し、引き続きより多くの流体が制御チャンバ３０から環状チャンバ１１０に流れることを可能にする。次に、流体は環状チャンバ１１０から、より低い圧力を有する第１のポート１６又は第２のポート１８に流れることが可能である。

図２は、第２のポート１８内の圧力Ｐ２が第１のポート１６内の圧力Ｐ１よりも大きい一方向のポペット弁を示しており、制御チャンバ３０内の圧力Ｐｃは、第２のポート１８内の圧力Ｐ２よりも低くまた第１のポート１６内の圧力Ｐ１よりも大きい可能性があり、流体は、第２のポート１８から第１の通路５０を通して制御チャンバ３０に流れることが可能である。第１の通路５０のメータインオリフィス５４の直径は、主ポペット２０の所望の応答時間を提供するように予め決定し得る。

第１のポート１６内の圧力と第２のポート１８内の圧力によって主ポペット２０に作用する上向きの力の組み合わせが、制御チャンバ３０、フィードバックばね９０、及び補償器ばね９２内の圧力によって主ポペット２０に作用する下向きの力の組み合わせよりも大きい場合、主ポペット２０は、弁開放方向に上方に押圧されて、最初に座着面２６を弁座２２から移動させ、引き続き第１のポート１６と第２のポート１８との間の流体連通を確立し得る。弁開放方向の主ポペット２０の上方移動により、フィードバックばね９０及び補償器ばね９２が圧縮され、これにより、パイロットポペット８２に対しフィードバック力が及ぼされ、コイル１２２の電流によって引き起こされた制御力に対抗する。フィードバックばね９０及び補償器ばね９２はまた、主ポペット２０の上面２８に対し力を加え、この力は、パイロットポペット８２に対し及ぼされるフィードバック力に等しいことが可能である。主ポペット２０及び内部補償器５２の上方移動の間、フィードバックばね９０及び補償器ばね９２の圧縮は、パイロットポペット８２がバランスされるまで増大し得る。

フィードバックばね９０及び補償器ばね９２によってパイロットポペット８２に加えられるフィードバック力は、主ポペット２０及び内部補償器５２の上方移動の間増大し続けることが可能である。パイロットポペット８２が平衡状態に達すると、フィードバック力は、パイロットポペット８２に対する制御力に等しい。この状態では、主ポペット２０の変位は、アーマチュア１２４によってパイロット弁８０に及ぼされる制御力のレベルに比例し得る。主ポペット２０のこのような変位及び主ポペット２０によって制御される弁の開口度は、アクチュエータ１２０に加えられる電流を制御することによって変更し得る。主ポペット２０の新しい位置は、ソレノイドコイル１２２に与えられる電流を増大又は減少させることによって獲得し得る。電流の完全な除去により、パイロットポペット８２の閉位置への移動が行われることが可能である。第１のポート１６内の流体圧力が減少すると、第１のポート１６内の圧力と第２のポート１８内の圧力によって主ポペット２０に作用する上向きの力の組み合わせは、制御チャンバ３０、フィードバックばね９０、及び補償器ばね９２内の圧力によって主ポペット２０に作用する下向きの力の組み合わせよりも小さいことがあり得、また主ポペット２０は閉位置に移動して戻されることが可能であり、これによって、第１のポート１６と第２のポート１８との間の流体連通を遮断する。

内部補償器５２は、突然の圧力変化を補償して、実質的に一定の流量を維持し得る。例えば、第２のポート１８内の圧力が突然増加した場合、フィードバックばね９０及びパイロットポペット８２は、それら自体では、増大した圧力を補償する程度に十分に迅速に応答することが不可能であり得、弁１０を通る流れは、短時間の間大幅に増加し得る。しかし、内部補償器５２により、弁１０は、突然の圧力スパイクに迅速に反応して、流れ変動（ｆｌｏｗ ｖａｒｉａｎｃｅ）を大幅に低減することができる。

Ｐ２が増大しかつＰｃが一定に留まる場合に起き得るように、圧力差Ｐ２−Ｐｃが突然大きくなった場合、内部補償器５２は主ポペット２０から付勢されて、第２のポート１８から主ポペットに作用する油圧力と、制御チャンバ３０から主ポペットに作用する油圧力及びばね力とをバランスさせることが可能である。例えば、増大した圧力Ｐ２が、主ポペット２０からかつパイロットポペット８２に向かって内部補償器５２を押圧するとき、内部補償器５２は、補償器ばね９２を圧縮して、増大したばね力をパイロットポペット８２に加えることが可能である。この増大したばね力を補償するために、パイロットポペット８２を閉位置に向かって押圧し得る。制御チャンバ圧力Ｐｃは増大し、主ポペット２０が流れ遮断位置に向かって移動するようにさせて、油圧力及びばね力を等化することが可能である。主ポペット２０のこの移動は、フィードバックばね９０によって発生されるばね力を緩和し、パイロットポペット８２が開位置に向かって再び移動するようにさせて、主ポペット２０との力バランスを回復することが可能である。

図３は、流体が上述のように第２のポート１８から第１のポート１６に、又は第１のポート１６から第２のポート１８に流れる二方向の力フィードバックポペット弁１１を示している。第１のポート１６内の圧力Ｐ１が第２のポート１８内の圧力Ｐ２よりも大きい状態では、流体が逆の方向に流れ得ることを除いて、同様のプロセスが行われることが可能である。この状態では、制御チャンバ３０内の流体は、第２のポート１８に流れることが可能であり、制御チャンバ３０内の流体圧力Ｐｃを低減することが可能である。前述したように、制御チャンバ３０内の流体圧力Ｐｃを低減することにより、主ポペット２０に及ぼされる弁閉鎖力Ｆｃを低減することが可能であり、最終的に弁開放力Ｆｏは弁閉鎖力Ｆｃよりも大きくなり、これによって、主ポペット２０が上方に移動するようにさせて、第１のポート１６と第２のポート１８との間の流体連通を開放する。

内部補償器５２は、突然の圧力変化を補償して、実質的に一定の流量を維持し得る。例えば、より高い圧力を有する第１のポート１６又は第２のポート１８内の圧力が突然増大した場合、フィードバックばね９０及びパイロットポペット８２は、それら自体では、増大した圧力を補償する程度に十分に迅速に応答することが不可能であり得、弁１１を通る流れは、短時間の間大幅に増加し得る。しかし、内部補償器５２により、弁１１は、突然の圧力スパイクに迅速に反応して、流れ変動を大幅に低減することができる。

入口（より高い圧力を有する第１のポート１６及び第２のポート１８の一方）と制御チャンバ３０との間の圧力差が突然増大した場合、内部補償器５２を主ポペット２０からパイロットポペット８２に向かって付勢して、第２のポート１８から主ポペットに作用する油圧力と、制御チャンバ３０、フィードバックばね９０、及び補償器ばね９２から主ポペットに作用する油圧力及びばね力とをバランスさせることが可能である。例えば、第１のポート１６内の増大した圧力Ｐ１は、内部補償器５２を主ポペット２０から押圧して離し、補償器ばね５２を圧縮して、増大したばね力をパイロットポペット８２に加えることが可能である。この増大したばね力を補償するために、パイロットポペット８２を閉位置に向かって押圧し、制御チャンバ３０から第３及び／又は第４の通路９８、１０２を通した流体流を制限することが可能である。この流れ制限により、制御チャンバ３０の圧力Ｐｃを増大し、主ポペット２０が流れ遮断位置に向かって移動するようにさせて、油圧力及びばね力を等化することが可能である。主ポペット２０のこの移動は、フィードバックばね９０によって発生されるばね力を緩和し、パイロットポペット８２が開位置に向かって再び移動するようにさせて、主ポペット２０との力バランスを回復することが可能である。

開示した弁システムは、力フィードバック弁を提供し、力フィードバック弁の二方向制御を可能にし、一方、同時に、圧力変動及び流れ変動を低減するために一体化された圧力補償システムを提供する。さらに、開示した弁システムは、力フィードバック弁の開放を制御するために小さな電流の使用を可能にする機構を提供する。このことにより、システムはより小さなソレノイドアクチュエータを利用することが可能になり、運転コスト及び保守コストを減らすことが可能である。開示した弁システムはまた、力フィードバック弁の開口度を監視かつ制御するための機構を提供する。さらに、圧力補償装置を弁内に一体化し得るので、開示した油圧システムが必要とするのは、低減された空間及びハードウェアである。

力フィードバックポペット弁に対し様々な修正と変更をなし得ることが、当業者には明白であろう。開示した力フィードバックポペット弁の説明と実施を考慮することにより、他の実施形態が当業者には明白であろう。説明及び例は、模範的なものに過ぎないと考えられ、真の範囲は、次の特許請求の範囲及びそれらの等価物によって示されることが意図される。

Claims (10)

1. 弁（１０）であって、
   第１のポート（１６）と第２のポート（１８）とを有する主チャンバ（１４）を含む弁本体（１２）と、
   主チャンバ内に配置されかつ第１のポートと第２のポートとの間の流体流を制御するために開位置と閉位置との間で移動可能な主ポペット（２０）であって、主チャンバ内の制御チャンバ（３０）を形成する主ポペットと、
   制御チャンバと第２のポートとを連通する第１の通路（５０）と、
   制御チャンバと第１のポートとを連通する第２の通路（９６）と、
   第２の通路を通して制御チャンバと第１のポートとの間の流体流を制御するためのパイロットポペット（８２）を有するパイロット弁（８０）と、
   主ポペットとパイロットポペットとの間に結合されて、主ポペットとパイロットポペットとの間の距離に比例して力を提供する第１のばね（９０）と、
   主ポペット内に配置されかつ第１の通路を介して第２のポートに流体連結された圧力補償器（５２）と、
   圧力補償器とパイロットポペットとの間に結合されて、圧力補償器とパイロットポペットとの間の距離に比例して力を提供する第２のばね（９２）と、
   を備える弁。
2. 第１の通路が、第２のポートから制御チャンバへの流体流を制限するためのオリフィス（５４）を含む、請求項１に記載の弁。
3. パイロットポペットが、制御チャンバとアーマチュアチャンバとを流体連通するパイロット通路（１３０）を含む、請求項１に記載の弁。
4. アーマチュアチャンバへのパイロット通路を選択的に開閉するように適合されたニードル弁（１３６）をさらに含む、請求項３に記載の弁。
5. 弁（１０）であって、
   第１のポート（１６）と第２のポート（１８）とを有する主チャンバ（１４）を含む弁本体（１２）と、
   主チャンバ内に配置されかつ第１のポートと第２のポートとの間の流体流を制御するために開位置と閉位置との間で移動可能な主ポペット（２０）であって、主チャンバ内の制御チャンバ（３０）を形成する主ポペットと、
   制御チャンバと第２のポートとを連通する第１の通路（５０）と、
   制御チャンバと第１のポートとを連通する第２の通路（９６）と、
   制御チャンバと第１のポートとを連通する第３の通路（４０）と、
   制御チャンバと第２のポートとを連通する第４の通路（１０２）と、
   第２の通路を通して制御チャンバと第１のポートとの間の流体流を制御するためのパイロットポペット（８２）を有するパイロット弁（８０）と、
   主ポペット内に配置されかつ第１の通路を介して第２のポートにまた第３の通路を介して第１のポートに流体連結された圧力補償器（５２）と、
   圧力補償器とパイロットポペットとの間に結合されて、圧力補償器とパイロットポペットとの間の距離に比例して力を提供するばね（９２）と、
   を備える弁。
6. 第１の通路と第３の通路が、第１の通路及び第３の通路の流体流を制御するための共通のオリフィス（６２）を含む、請求項５に記載の弁。
7. 共通のオリフィスが、共通のオリフィスにわたる圧力差に応答して第１の通路及び第３の通路を通した制御チャンバへの流体流量を調整するように適合された可変オリフィスである、請求項６に記載の弁。
8. 第２の通路が、流体が制御チャンバから第１のポートにのみ流れることを可能にするチェック弁（９８）を含み、
   第４の通路が、流体が制御チャンバから第２のポートにのみ流れることを可能にするチェック弁（１０４）を含む、
   請求項５に記載の弁。
9. 主ポペットが、第１のポートと第２のポートとの間の流体流を選択的に制御するように適合された円錐形の先端（２４）を含む、請求項５に記載の弁。
10. 油圧システム（２２２）であって、
    加圧流体源（２２４）と、
    タンク（２３４）と、
    第１のチャンバ（２５０）を有する流体アクチュエータ（２１６）と、
    第１のチャンバとタンクとを選択的に流体連通するように構成された第１の弁（２２８）と、
    加圧流体源と第１のチャンバとを選択的に流体連通するように構成された第２の弁（２２６）とを備え、第１及び第２の弁の少なくとも一方が請求項１〜５のいずれか一項に記載の弁を含む、
    油圧システム。

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