JP7304423B2 - パイロット圧力室内の圧力流体の圧力を制御又は調節するための圧力調整弁及びそのような圧力調整弁を有する装置 - Google Patents

Description

本発明は、パイロット圧力室内の加圧流体の圧力を制御又は調節するための圧力調整弁に関する。さらに、本発明は、このような圧力調整弁を備えた装置に関するものであり、これにより、パイロット圧力室内の圧力流体の圧力を制御することができる。

圧力媒体としては、通常、油圧作動油や圧縮空気が用いられる。油圧や空圧で作動する機器のパイロット圧力室は、パイロット作動バルブの制御や調整に使用され、油圧や空圧のスライダとして構成されることが多い。パイロット弁が比例弁や比例スライダとして構成されている場合、比例弁や比例スライダを流れる体積流量は、パイロット圧力室の圧力を一定の範囲内で連続的に調整することができる。

このような油圧又は空気圧で作動する装置の例としては、自動車の振動ダンパがあり、減衰特性は比例弁を流れる使用圧力流体の体積流量に依存する。体積流量に応じて、快適性を重視したソフトな減衰と、スポーティなハードな減衰を設定することができる。振動ダンパの場合、電流式の作動装置が用いられ、自動車の走行状態や走行中の路面の状態に応じて、運転者がいくつかの減衰特性を事前に設定したり、搭載されたコンピュータが自動的に設定したりすることができる。しかし、電力が供給されず、その結果として作動装置が停止した場合には、フェイルセーフ装置が利用可能であることが保証されなければならない。これにより、電力供給が停止した場合でも、一定の減衰特性を維持したまま車両の運転を継続することができる。この際、通常、硬すぎず柔らかすぎない中間的な減衰特性が目標とされる。

ＵＳ ２０１６／００９１０４４ Ａ１ ＷＯ ２０１６／０６６３１４ Ａ１ ＵＳ ２０１６／０３６９８６２ Ａ１ ＪＰ ２００９－１１５３１９ Ａ ＵＳ ５，１４７，０１８ Ａ ＷＯ ２０１１／０２３３５１ Ａ ＵＳ ２００５／００１６０８６ Ａ１ ＥＰ ２ ６７８ ５８１ Ｂ１

これらの要件は、例えば、ＵＳ ２０１６／００９１０４４ Ａ１（特許文献１）及びＷＯ ２０１６／０６６３１４ Ａ１（特許文献２）に見られるように、装置、特に振動ダンパの比較的複雑な構成をもたらす。特に、いくつかのスライダを使用しなければならないため、セットアップが複雑になる。他の振動ダンパは、ＵＳ ２０１６／０３６９８６２ Ａ１（特許文献３）、ＪＰ ２００９－１１５３１９ Ａ（特許文献４）、ＵＳ ５，１４７，０１８ Ａ（特許文献５）、ＷＯ ２０１１／０２３３５１ Ａ（特許文献６）、ＵＳ ２００５／００１６０８６ Ａ１（特許文献７）に開示されている。特に、ＥＰ ２ ６７８ ５８１ Ｂ１（特許文献８）に開示されている振動ダンパは、「フェイルセーフ」においても中程度の減衰特性を実現している。

本発明の一実施形態は、パイロット圧力室内の圧力流体の圧力を制御する圧力調整弁であって、構造が簡単であり、アクチュエータに通電する電力がない場合でも、パイロット圧力室内の圧力を決定可能なレベルに制御する圧力調整弁を提供することである。さらに、本発明の一実施形態は、パイロット圧力室内の圧力流体の圧力を制御することができ、そのような圧力調整弁を用いて操作することができる装置を提供するという課題に基づいている。

この課題は、請求項１及び請求項１６に示す特徴によって解決され、有利な実施形態は、従属請求項の対象である。

本発明の実施形態は、パイロット圧力室内の圧力流体の圧力を調節するための圧力調整弁であって、
前記パイロット圧力室に流体的に接続可能な少なくとも１つの入口と、少なくとも１つの出口とを有する弁ハウジングと、
前記圧力調整弁に固定的に配置された壁部であって、圧力流体が流れることができる第１の通路及び第１の貫通孔を有し、第１の弁座を形成する壁部と、
通電され得る作動装置によって長手方向軸に沿って移動可能なように、前記弁ハウジングに支持されたプランジャと、
前記長手方向軸に沿って移動可能なように前記弁ハウジングに支持された第１のシール要素であって、前記第１のシール要素が第１のスプリングによって、前記第１の弁座に当接し、前記第１の貫通孔を閉鎖する閉鎖位置に付勢される第１のシール要素であって、前記圧力流体が流れることができ、前記第１の通路に流体的に接続することができる第２の通路を有している第１のシール要素と、
前記プランジャに固定された、第２のシール要素であって、前記作動装置に通電することにより、前記プランジャにより前記長手方向軸に沿って、前記第２のシール要素が壁部によって形成された第３の弁座に当接し、前記第１の貫通孔を閉鎖する第１の位置と、前記第２のシール要素が第２の弁座に当接する第２の位置との間を移動可能であって、前記第２の弁座は、前記第１の弁座に対して前記長手方向軸の軸方向にオフセットして配置されている第２のシール要素と、
前記第２のシール要素を前記第１の位置に付勢する第２のスプリングと、
を有する圧力調整弁。

本発明による圧力調整弁の本質的な特徴は、それぞれの弁座が開いているときに圧力流体が流れることができる少なくとも２つの弁座を有することである。圧力調整弁は、少なくとも２つの弁座のうち少なくとも１つの弁座が開いているときに、圧力流体が圧力調整弁を流れるように構成されている。この点において、第１の弁座と第２の弁座は、開口部の挙動に関して互いに平行に接続されている。

第２の弁座は、作動装置への通電とそれに伴う第２のシール部材の移動により、直接的又は間接的に開閉することができる一方、第１の弁座は、圧力調整弁に作用する圧力に基づいて開放される。言い換えれば、第２の弁座は通電により積極的に開かれ、第１の弁座は現行の圧力状態により受動的に開かれる。第２のスプリングは、作動装置が停止した場合、第１の通路を閉鎖するように構成されている。

その結果、作動装置に通電する電力が得られない場合でも、圧力調整弁の圧力流体の流れの確保が可能になる。そのため、電源が故障してもパイロット圧力室の圧力を制御・調整することができ、１つの圧力調整弁だけでフェイルセーフを実現することができる。フェイルセーフの場合に設定される減衰特性は、特に第１のスプリングのスプリング定数とスプリング予圧の選択によって決決定される。

また、圧力調整弁は、第２のシール要素が第２の位置にあり、第２のシール要素が第２の弁座に当接しているときに閉鎖され得る。しかし、その場合、圧力調整弁を通る圧力流体の流れはなく、したがって、パイロット圧力室内の圧力の制御又は調整は不可能であるため、通常、圧力調整弁の動作中に第２のシール要素が第２の位置に移動することはない。

第１の弁座と第２の弁座は、長手方向の軸に沿って第２のシール要素の可動性を確保できるように、長手方向の軸に対して互いにオフセットして配置されている。絞り込みのために第２のシール要素を設けることで、開放ポイントと所望の減衰特性を非常に正確に調整することができる。ＥＰ ２ ６７８ ５８１ Ｂ１（特許文献８）に開示されている圧力調整弁では、絞り込みと弁座の開閉をプランジャで行っている。そこに示されている圧力調整弁は、第２のシール要素を有していない。そのため、本発明の圧力調整弁のように、所望の減衰特性を正確に設定することができない。さらに、本発明の圧力調整弁では、寸法の異なる第２のシール要素を使用することにより、簡単な方法で減衰特性を変更することができる。ＥＰ ２ ６７８ ５８１ Ｂ１（特許文献８）に開示されている圧力調整弁の場合、この目的のためにプランジャ全体を交換しなければならず、かなり複雑な作業となる。

ＥＰ ２ ６７８ ５８１ Ｂ１（特許文献８）に開示されている圧力調整弁とは対照的に、本発明の圧力調整弁は、可動壁部を有する可動弁室を有していない。むしろ、壁部は弁ハウジングに固定的されて配置され、例えば、弁ハウジングに固定されて接続されている。これにより、減衰特性をより正確に設定することができる。また、ＥＰ ２ ６７８ ５８１ Ｂ１（特許文献８）に開示されている圧力調整弁と比較して、可動部品の取り付けが簡単である。

さらなる実施形態によれば、第１の通路が、第１の環状ギャップによって壁部とプランジャとの間に形成され、第２の通路が、第２の環状ギャップによって第１のシール要素とプランジャの間に形成される。本実施形態では、構造的に簡単な方法で通路を実現することができる。

更なる実施形態では、壁部は、圧力流体が流れることができ、第１のシール要素によって閉鎖されることができない第２の貫通孔を有する。第２の貫通孔は、圧力流体の圧力が所望のレベルに設定された後に、第１の弁座から下流に圧力流体を導くために使用される。これにより、圧力調整弁内の圧力流体を短い経路で導くことが可能となり、より少ない構成変更でよく、さらに大きな圧力損失が発生しない。

さらなる実施形態によれば、第２の弁座は、弁ハウジングに接続された管によって形成されている。特に、圧力調整弁に、第２の弁座の位置を変更する構成的変更を加える必要がある場合は、管の直径及び／又は長さを変更するだけでよい。弁ハウジング自体は変更しなくてもよい。

さらなる実施形態によれば、管は長手方向の軸に沿って弁ハウジングに移動可能に接続されている。この場合、圧力調整弁の動作中に第２の弁座の位置が明確に維持される続けるように、例えば弁ハウジングとのある種の干渉を利用した摩擦結合によって、管を弁ハウジングに接続することが好ましい。しかし、この摩擦結合は、圧力制御弁を組み立てる際に適切な工具を用いて克服することができ、第２の弁座の位置を調整することができる。これにより、公差の違いで変動するソレノイド力を標準化することができる。製造上の公差により目標値から外れた開放点は、比較的簡単な方法で修正することができる。

さらなる実施形態では、第１の通路又は第１の環状ギャップの断面積及び第２の通路又は第２の環状ギャップの断面積は、第２のシール要素又はプランジャから延びる絞り込みギャップの断面積よりも大きくし得る。前述のパイロット圧力室内の圧力の制御又は調節は、基本的には、圧力調整弁内の圧力流体の流れを絞ることによって行われる。絞り込みの程度は、流れが通過できる最小の断面積によって決定される。圧力調整弁を通過する際、圧力流体は基本的に２つの断面、すなわち、一方では環状ギャップ、他方では第２のシール要素又はプランジャによって形成される絞り込みギャップを通過する。環状ギャップは、構成上、予め決められており、その断面積を変更することはできないが、絞り込みギャップの断面積は、作動装置により多く、又は、より少なく通電することにより変更することができる。プランジャのどの位置においても、絞り込みギャップの断面積が環状ギャップ又は通路の断面積よりも小さいことから、作動装置への通電によってパイロット圧の圧力を変化させることができる。

さらなる実施形態では、第１の環状ギャップ及び第２の環状ギャップの断面積が、
第２のシール要素と第２の弁座との間に形成された第１の絞り込みギャップ、または、
第２のシール要素と弁ハウジングとの間に形成される第２の絞り込みギャップ、または、
第２のシール要素と第１のシール要素との間に形成された第３の絞り込みギャップ
の断面積よりも大きい。

第２のシール要素が第１の位置と第２の位置の間にある場合、圧力流体は、流れの方向において、まず第２のシール要素によって半径方向外側に向けられ、次に長手方向軸に平行になり、その後再び半径方向内側に向けられる。圧力流体が半径方向外側に流れる際に長手方向の軸と平行に走る第１の絞り込みギャップを通過する。長手方向の軸に平行に流れるときは、圧力流体は第２の絞り込みギャップを流れ、半径方向内側に流れるときは第３の絞り込みギャップを流れる。第１の絞り込みギャップは、第２のシール要素と第２の弁座との間に形成される。第２の絞り込みギャップは、第２のシール要素と弁ハウジング又は弁ハウジングに挿入される部品との間に形成され、第３の絞り込みギャップは、第２のシール要素と第１のシール要素との間に形成される。

第２のシール要素の位置によって、第１及び第３の絞り込みギャップの断面積が変化する。断面積が最も小さい絞り込みギャップにより加圧流体の流れの絞り度合いが決定されるので、断面積が最も小さい絞り込みギャップは、アクティブな絞り込みギャップと呼ばれる。圧力調整弁は、プランジャの位置に関わらず環状ギャップの断面積がアクティブな絞り込みギャップの断面積よりも大きくなるように構成されている。その結果、作動装置への通電によってパイロット圧の圧力を変化させることができることが保証される。

本発明の他の実施形態によれば、第１の環状ギャップの断面積及び第２の環状ギャップの断面積が、
プランジャと第２の弁座との間に形成された第１の絞り込みギャップ、又は、
第２のシール要素と弁ハウジングとの間に形成される第２の絞り込みギャップ、又は、
第２のシール要素と第１のシール要素との間に形成された第３の絞り込みギャップの
断面積よりも大きい。

本実施形態では、第１の絞り込みギャップは、プランジャと第２の弁座との間に形成され、第２のシール要素と第２の弁座との間には形成されない。本実施形態では、第１の絞り込みギャップの断面積の大きさはプランジャによって決定され、第２及び第３の絞り込みギャップの断面積の大きさは第２のシール要素によって決定される。この点において、絞り込みには２つの異なる要素が用いられる。本実施形態では、プランジャの長さを利用して、第２のシール要素とは独立して第１の絞り込みギャップを設定することができるため、構成の余裕が大きくなる。

さらなる実施形態では、第２のシール座は第１のシール座によって囲まれていてもよい。これにより、圧力調整弁は非常にコンパクトに構成される。

さらなる実施形態では、圧力調整弁は比例弁として構成される。本実施形態では、圧力調整弁を通過する体積流量を以下のようにして調整することができる。前述のように、第２のシール要素は、作動装置によって第１の位置と第２の位置との間を往復することができる。比例弁は、絞り込みギャップが直線的に変化するように構成されているため、体積流量も直線的に変化する。そのため、パイロット圧力室の圧力は、作動装置への通電に比例して制御することができる。

さらなる実施形態では、第１のシール要素が第１のスプリング板であり、第２のシール要素が第２のスプリング板であってもよい。本実施形態では、第１のシール要素及び第２のシール要素は、一方では低い肉厚で十分な安定性を有し、他方では比較的容易に製造することができる。それらの弾力性のため、シール効果が高い。

さらなる実施形態によれば、第２のシール要素は、あそびを有してプランジャに接続されている。そのため、公差の補正が容易である。

さらなる実施形態によれば、第２のスプリング板がプランジャにかしめられている。このため、簡単な方法で第２のスプリング板をプランジャに十分に固定することができる。

さらに、別の実施形態によれば、作動装置は、圧力流体が流れることができるソレノイドを有しいている。ソレノイドを使ってプランジャを動かす作動装置は広く普及しているので、今回の圧力調整弁の製造にもそのような作動装置を使用することができる。ソレノイドに圧力流体を流すことができれば、ソレノイドの動作時に発生する熱の少なくとも一部をソレノイドから放散させることができるため、圧力流体が冷却剤として機能するという利点がある。これにより、ソレノイドの熱負荷が軽減され、耐久性が向上する。

本発明の実施形態は、パイロット圧力室内の圧力を制御又は調整する装置であって、
圧力流体のための１次回路と、
前記１次回路内に配置され、前記１次回路内の圧力流体を搬送方向に沿って搬送する作業機械と、
油圧式又は空気圧式のスライダと、
前記圧力流体のための２次回路であって、前記搬送方向に関して前記作業機械の下流側に配置された、前記１次回路の分岐点から開始し、合流点で前記１次回路に再び接続する２次回路と、
前記２次回路に配置されたパイロット圧力室と、
前記パイロット圧力室と前記２次回路の前記合流点との間に配置された、上述の実施形態の何れか一つに記載の圧力調整弁と、
を有し、
前記スライダは、前記パイロット圧力室内の圧力に応じて、前記分岐点と前記合流点との間の前記１次回路内の前記圧力流体の流れを遮断又は開放することができるように配置及び構成されていることを特徴とする装置に関する。

本提案による装置で達成できる利点と技術的効果は、先に述べた実施形態の１つによる圧力調整弁で説明したものに対応する。要約すると、１つの圧力調整弁と１つのスライダだけで、パイロット圧力室内の圧力の能動的及び受動的な制御を実現し、装置の構成の複雑さを低く抑えることができるということである。

さらなる実施形態では、スライダは比例スライダとして構成されている。閉じた状態では、パイロット圧力室の圧力に応じて、スライダが分岐点と合流点の間の１次回路を遮断する。この場合、圧力流体は、分岐点から合流点へまでの２次回路にしか流れない。パイロット圧力室の圧力が、装置の構成に応じてある値を超えたり、下回ったりした時点で、スライダが開位置に移動し、１次回路の分岐点と合流点の間にも流体が流れるようになる。しかし、単純なスライダでは、開位置と閉位置の間でしか移動することができないため、１次回路の分岐点と合流点の間の加圧流体の流れを完全に解放又は完全に遮断するかのどちらになる。しかし、スライダが比例スライダとして構成されている場合には、１次回路の分岐点と合流点との間の圧力流体の体積流量を、パイロット圧力室の圧力に応じて調整することができる。パイロット圧力室の圧力は、作動装置への電流の流れに応じて調整することができるため、１次回路の分岐点と合流点との間の圧力流体の体積流量も、結果的に作動装置への電流の流れに応じて調整することができ、同時に、作動装置が故障した場合のフェイルセーフ装置を実現することができる。

さらなる実施形態は、圧力調整弁の作動装置が、圧力流体が流れることができるソレノイドで構成され、ソレノイドが、パイロット圧力室又は外部の圧力流体回路に流体的に接続されていることを特徴とする。前述したように、ソレノイドを使ってプランジャを動かす作動装置は広く普及しているので、そのような作動装置を使用することができる。ソレノイドに圧力流体を流すことができれば、ソレノイドの動作時に発生する熱の少なくとも一部をソレノイドから逃がすことができるため、圧力流体が冷却剤として機能するという利点がある。これにより、ソレノイドの熱負荷が軽減され、耐久性が向上する。

ソレノイドがパイロット圧力室に流体的に接続されている場合、そこで支配的な圧力を圧力流体の送出圧力として使用することができるため、さらなる送出要素を使用する必要はない。装置の構造は本質的に複雑ではない。ソレノイドが外部の圧力流体回路と流体的に接続されている場合、ソレノイドを通過する体積流量は、２次回路の体積流量及び圧力状態とは無関係に変更することができる。

さらなる実施形態では、作業機械がポンプ、コンプレッサ、又は振動ダンパであることを特徴とする。この振動ダンパは、２管式または３管式の振動ダンパとして構成することができる。このような作業機械は、パイロット圧力室での調整により、本発明の装置を用いて特に良好に制御又は調整することができる。作業機械が振動ダンパとして構成されている場合は、作動装置への電流供給により、減衰特性を硬くしたり柔らかくしたりすることができる。また、作動装置が故障した場合には、スプリングのプリロードと第１のスプリングのスプリング定数に応じて振動の減衰が行われる。

構造が簡単であり、アクチュエータに通電する電力がない場合でも、パイロット圧力室内の圧力を決定可能なレベルに制御できる。

パイロット圧力室内の圧力流体の圧力を制御又は調節するための本発明の装置の一実施形態の回路図である。 本発明による圧力調整弁の第１の実施形態を示す断面図である。 圧力調整弁が第１の動作状態にある、図２でマークされた部分Ｘの、正しい縮尺では拡大していない原理図である。 圧力調整弁が第２の動作状態にある、図２でマークされた部分Ｘの、正しい縮尺では拡大していない原理図である。 圧力調整弁が第３の動作状態にある、図２でマークされた部分Ｘの、正しい縮尺では拡大していない原理図である。 圧力調整弁が第１の動作状態にある、本発明の第２の実施形態の、図２でマークされた部分Ｘの、正しい縮尺では拡大していない原理図である。

本発明の例示的な実施形態は、添付の図面を参照して以下でより詳細に説明される。

図１は、パイロット圧力室１２内の圧力流体の圧力を制御又は調節するための装置１０の回路図である。圧力流体としては、作動油や圧縮空気を用いることができ、以下では、作動油として構成された圧力流体について説明する。装置１０は、加圧された流体が作業機械１６によって搬送され得る１次回路１４を備える。作業機械１６は、特に機械的な作業を、１次回路１４内において矢印Ｐ１で示す搬送方向に搬送されるように圧力流体に伝達することができる構成要素として理解されるべきである。

矢印Ｐ１で示される流れの方向に対して作業機械１６の下流には分岐点１８が配置されており、そこから２次回路２０が開始し、その中で加圧された流体が流れることができる。２次回路２０の正確な構成については、後で詳しく説明する。

分岐点１８の下流には、１次回路１４に合流点２２が設けられており、この合流点で２次回路２０が１次回路１４に再度合流する。図の例では、合流点２２は、低圧室２３によって実現されている。

低圧室２３から開始する１次回路１４は、再び作業機械１６に接続する。

図１に見られるように、分岐点１８の下流にはスライダ２４が配置されており、図示された実施形態では、スプリング２５と協働する比例スライダ２６として構成されている。２次回路２０は、スライダ２４で遮断することはできない。スライダ２４は、２つの位置の間で調整可能であり、これにより、図１に示す第１の位置では、スライダ２４は、分岐点１８と合流点２２との間の１次回路１４を遮断する。一方、第２の位置では、１次回路１４の分岐点１８と合流点２２との間に流体の接続がある。スライダ２４は２／２バルブとして構成されている。

スプリング２５は、スライダ２４と協働して、スライダ２４が第１の位置にプリロードされている。作業機械１２と分岐点１８の間から第１の制御ライン２７が出ており、この制御ラインはスライダ２４に接続されている。さらに、パイロット圧力室からは第２の制御ライン２９が出ており、これも第１の制御ライン２７と同様にスライダ２４に接続されている。第１の制御ライン２７を介してスライダ２４に導かれる圧力流体は、第２の制御ライン２９を介してスライダ２４に導かれる圧力流体と比較して、スライダ２４上で逆方向に作用する。第２の制御ライン２９を介してスライダ２４に供給される圧力流体は、スプリング２５と同じ方向に作用する。

分岐点１８から開始する、２次回路２０のスライダ２４の下流には、絞り込み動作をする主オリフィス２８が設けられている。そして、２次回路２０は、上述したパイロット圧力室１２に接続する。パイロット圧力室１２の下流には、圧力調整弁３０が設けられており、その機能は、電磁制御式３／２弁と、それに並列に接続された純油圧制御式３／２弁として理解することができる。圧力調整弁３０の正確な構成については、後で詳しく説明する。

圧力調整弁３０の下流側では、第１のライン３２が、直接、低圧室２３に通じる一方、第２のライン３４が第１のサブライン３６と第２のサブライン３８に分岐しており、第１のサブライン３６には逆止弁４０が配置され、第２のサブライン３８にはバイパスオリフィス４２が配置されている。また、逆止弁４０とバイパスオリフィス４２は並列に接続されている。逆止弁４０とバイパスオリフィス４２の下流では、第１のサブライン３６と第２のサブライン３８が再び合流している。そこから、第２のライン３４は、第１のライン３２と同様に、低圧室２３につながっている。既に述べたように、２次回路２０は、低圧室２３で１次回路１４と再び合流する。

既に述べたように、提案されている圧力調整弁３０の機能は、電磁制御式３／２弁と、それに並列に接続された圧力制御式３／２弁として理解することができ、図示されている例では、圧力調整弁３０は、入力４１と２つの出力４３とを有している。後の説明で明らかになるように、圧力調整弁３０は、３／３弁として動作させることができる。ただし、圧力調整弁３０の機能を、電磁制御式２／２弁と、それに並列に接続された圧力制御式２／２弁として理解できるように構成することも可能である。この場合、圧力調整弁３０は、１つの入力４１と１つの出力４３のみを有しており、第１のライン３２と第２のライン３４の代わりに、１本の共通のライン（図示せず）が設けられる。

電磁制御バルブは、図示の例では、圧力流体（ここでは作動油）が流れることができるソレノイド４４を有している。しかし、ソレノイド４４には流れないように構成することも同様に可能である。図１に示す実施形態では、ソレノイド４４は外部圧力流体回路４６に接続されており、外部圧力流体回路４６には圧力流体を供給するための供給ポンプ４８が設けられている。なお、ソレノイド４４が１次回路１４及び／又は２次回路２０に流体的に接続されている実施形態は図示していない。例えば、ソレノイド４４は、パイロット圧室１２と低圧室２３とに流体的に接続されていてもよい。

図２は、提案された圧力調整弁３０_１の第１の実施形態を断面図で示したものである。図２に示す部分Ｘは、図３Ａにおいて拡大して示されている。したがって、以下の説明では、図２と図３Ａの両方を参照している。より良い理解のために、パイロット圧力室１２と低圧室２３もそこに示されている。

圧力調整弁３０_１は、弁ハウジング５０を有し、その中にプランジャ５２が通電可能な作動装置４９によって長手方向の軸線Ｌに沿って移動可能に取り付けられている。以下では、弁ハウジング５０という用語は、何らかの方法で圧力調整弁３０_１の壁や空洞を形成するすべての構成要素として理解されるべきである。弁ハウジング５０は、このような複数の構成要素を有し得る。

さらに、圧力調整弁３０_１は、第１のシール要素５４を備えており、このシール要素も長手方向の軸線Ｌに沿って移動可能なように弁ハウジング５０に取り付けられている。第１のシール要素５４は、第１のスプリング５６によって第１の弁座５８（図３Ａ参照）に対してプリロードされており、第１の弁座５８は、圧力調整弁３０_１に固定的に配置された壁部５１によって、例えば、弁ハウジング５０に固定的に接続されている。壁部５１には、第１の環状ギャップ５５として構成された第１の通路５３が設けられており、第１の通路５３は、壁部５１とプランジャ５２との間に配置されている。さらに、壁部５１は、第１のシール要素５４によって閉鎖可能な第１の貫通孔５７を構成している。本提案による圧力調整弁３０_１の第１の実施形態では、第１のシール要素５４は、第１のスプリング板６５として構成されている。

第１のシール要素５４は、さらに、圧力流体が流れることができる第２の通路６０を形成し、図示の実施形態では、第２の通路６０は、第１のシール要素５４とプランジャ５２との間に配置された環状ギャップ６２として構成されている。なお、第１の通路５３と第２の通路６０は、圧力調整弁３０_１の動作状態に応じて、流体的に接続され得る。この場合、第２の通路６０は、第１の通路５３の下流側に配置される。

さらに、提案されている圧力調整弁３０_１は、プランジャ５２に取り付けられ、プランジャ５２とともに長手方向軸線Ｌに沿って移動可能な第２のシール要素６４（図３Ａ参照）を備えている。第２のシール要素６４は、第２のシール要素６４が壁部５１に接して第１の通路５３を閉じる第１の位置（図３Ａ）と、第２のシール要素６４が第２の弁座６６に接する第２の位置（図示せず）との間で移動可能である。第２の弁座６６は、管６７によって形成され、管６７は、摩擦結合の形成によって弁ハウジング５０に接続されている。その結果、管６７に十分大きな力を加えれば、管６７を長手方向の軸線Ｌに沿って移動させることができる。管６７が移動されると、第２の弁座６６の位置も変わり、圧力調整弁３０_１の開放点を容易に変更することができる。

図３Ａに示すように、管６７は、内径Ｄ_ＲＩと外径Ｄ_ＲＡを有している。さらに、プランジャ５２は、管６７に面した端部に外径Ｄ_ＳＡを有している。第１の実施形態の圧力調整弁３０_１では、プランジャ５２の外径Ｄ_ＳＡは、管６７の内径Ｄ_ＲＩよりも大きく、かつ、管６７の外径Ｄ_ＲＡよりも小さい。

圧力調整弁３０_１は、第２のシール要素６４が第１の位置にプリロードされ、その結果、壁部５１に押し付けられるように、プランジャ５２と相互作用する第２のスプリング６８（図２参照）をさらに備えている。この点において、壁部５１は、壁部５１の凹部７７に配置された第２のシール要素６４のための第３の弁座７０を形成している（図３Ａ参照）。

第２のシール要素６４は、第２のスプリング板７２として構成されており、プランジャ５２に隙間嵌めによって取り付けられている。この隙間嵌めにより、第２のスプリング板７２が長手方向の軸Ｌに沿っても、それと垂直に沿っても、最小限の範囲で移動可能になっている。固定は、プランジャ５２の端面をかしめることで行うことができる。第２のスプリング板７２の厚さは、０．１～０．５ｍｍである。

図２及び図３Ａでは、圧力調整弁３０_１は第１の動作状態にあり、同様に図２に記された区間Ｘを表す図３Ｂおよび図３Ｃでは、圧力調整弁３０_１はそれぞれ第２の動作状態及び第３の動作状態にある。

図３Ａでは、装置１０は、減圧状態にあり、第１のシール要素５４が第１のスプリング５６によって第１の弁座５８に押し付けられ、第２のシール要素６４が第２のスプリング６８によって壁部５１及び第３の弁座７０に押し付けられている。その際、第１のシール要素５４は、第１の貫通孔５７を閉じている。その結果、圧力流体は、圧力調整弁３０_１を流れることができないので、第２の弁座６６も間接的に閉じられる。

図３Ｂでは、圧力調整弁３０_１は、圧力調整弁３０_１の一定の動作に対応する第２の動作状態にある。作動装置４９に電流が印加された結果、プランジャ５２は、図２乃至図３Ｃに示すように左にスライドし、その結果、第２のシール要素６４は、壁部５１及び第３の弁座７０から離れ、その結果、第１の通路５３をもはや閉鎖しない。しかし、第１の貫通孔５７は、第１のシール要素５４によって依然として閉じられている。したがって、２次回路２０を介して作業機械１６によって送られる圧力流体は、図３Ｂの矢印Ｐ２で示されるように、圧力調整弁３０_１を通過し、その結果、低圧室２３に到達することができる。圧力流体は、壁部５１に配置された第２の貫通孔７３を流れる。

圧力調整弁３０_１に入る際に、長手方向軸線Ｌに平行な流れから出発して、圧力流体は、まず、第２の弁座６６を通過する際に、第２のシール要素６４によって半径方向外側に偏向され、その際に、第１の絞り込みギャップ７４_１を通って流れる必要がある。次に、圧力流体は、長手方向軸Ｌに実質的に平行に流れるように偏向され、その際に、第２の絞り込みギャップ７４２を通って流れる必要がある。その後、圧力流体は、長手方向の軸線Ｌに実質的に平行な流れで第１の通路５３及び第２の通路６０に入る前に、第３の絞り込みギャップ７４_３を流れるように、半径方向内側に偏向される。圧力流体は、第１の通路５３及び第２の通路６０を通過するとともに、第２の貫通孔７３を通過した後、低圧室２３に入る。

第１の実施形態の圧力調整弁３０_１では、管６７に面した端部のプランジャ５２の外径Ｄ_ＳＡが、管６７の内径Ｄ_ＲＩよりも大きく、外径Ｄ_ＲＡよりも小さいことに基づき、第１の絞り込みギャップ７４_１はプランジャ５２から延びている。第２の絞り込みギャップ７４_２及び第３の絞り込みギャップ７４_３は、第２のシール要素６４から延びている。第１の絞り込みギャップ７４_１は、長手方向軸線Ｌに実質的に平行に延びる第１の断面積Ａ１を有し、第２の弁座６６とプランジャ５２との間に形成されている。第３の弁座７０が壁部５１の凹部７７に配置されているので、第２の絞り込みギャップ７４_２は、第２のシール要素６４と壁部５１との間に形成される長手方向軸線Ｌに実質的に垂直な第２の断面積Ａ２を有している。第３の絞り込みギャップ７４_３は、第２のシール要素６４と壁部５１、特に第３の弁座７０との間に形成される、長手方向軸線Ｌに実質的に平行な第３の断面積Ａ３を有している。

図３Ａと図３Ｂを比較すると、通電開始前は、第３の断面積Ａ３がゼロであるため、第１の通路５３が閉じていることがわかる。電流が流れると、プランジャ５２及び第２のシール要素６４は、壁部５１から離れて第２弁座６６に向かって移動する。その結果、第３の断面積Ａ３は増加し、第１の断面積Ａ１は減少する。これとは独立して、第２の断面積Ａ２は一定である。第１の断面積Ａ１、第２の断面積Ａ２、第３の断面積Ａ３の大きさに関わらず、第１の通路５３の断面積Ａ４と第２の通路６０の断面積Ａ５は、常に第１の断面積Ａ１、第２の断面積Ａ２、第３の断面積Ａ３のうちの少なくとも１つよりも大きくなるように選択されている。

制御性の観点から、第１の絞り込みギャップ７４_１を用いて絞り込みを行うと有利である。したがって、作動装置４９は、第２のシール要素６４がプランジャ５２とともに、第３の弁座７０と第２の弁座６６との間の距離の中央を越えてできるだけ迅速に移動されるように、通電されるべきである。これは、初期のピーク電流によって実現される。図２乃至図３Ｂを参照すると、第２のシール要素６４が第３の弁座７０と第２の弁座６６との間の中心よりも左に位置すると、第１の絞り込みギャップ７４_１の第１の断面積Ａ１は、第１の断面積Ａ１、第２の断面積Ａ２、および、第３の断面積Ａ３の中で最も小さくなるので、圧力流体の絞り込みは第１の絞り込みギャップ７４_１によって決定されることになる。

通過時には、圧力流体は絞り込まれ、それにより、最小の断面積Ａが配置されている絞り込みギャップ７４によって絞り込みが決定される。圧力調整弁３０_１を流れる際に圧力流体をどの程度絞るかによって、パイロット圧力室１２内の圧力も変化する。絞りを効かせるほど、パイロット圧室１２の圧力が上昇することになる。絞りは無段階で可能で、作動装置４９に印加される電流の強さに依存する。絞りの結果、体積流量も圧力調整弁３０_１の影響を受け、連続的に調整することができるので、圧力調整弁３０_１は比例弁７５として構成されている。

次に、図１を参照して、パイロット圧室１２内の圧力がスライダ２４に与える効果について説明する。パイロット圧力室１２内の圧力が、１次回路１４のスライダ２４の上流側の圧力以上の場合、スライダ２４は図１に示す位置に留まり、１次回路１４が分岐点１８と合流点２２との間で遮断される。この場合、分岐点１８と合流点２２との間の流体接続は、２次回路２０を介してのみ与えられる。しかしながら、スライダ２４の開放を容易にするために、主オリフィス２８は、２次回路２０のスライダ２４の下流に設けられ、これにより、２次回路２０のスライダ２４の下流の圧力が少なくともわずかに低下する。さらに、上述した作動装置４９への通電とそれによる圧力流体の絞り込みにより、パイロット圧力室１２内の圧力が低下すると、スライダ２４が開き、分岐点１８と合流点２２との間の１次回路１４を開放することができる。前述したように、スライダ２４は、比例スライダ２６として構成されており、これは、スライダ２４が、パイロット圧力室１２内の圧力に応じて、分岐点１８と合流点２２との間の１次回路１４を多少なりともさらに開放することを意味する。したがって、作動装置４９への通電により、分岐点１８と合流点２２との間の流量を、パイロット圧室１２内の圧力に比例して調整することができる。

図３Ｃは、作動装置４９に通電するための電気エネルギが得られない、圧力調整弁３０_１の第３の動作状態を示している。この場合、第２のスプリング６８（図２参照）は、第２のシール要素６４を第１の位置に戻し、第２のシール要素６４は、第３の弁座７０に接し、第１の通路５３を閉鎖する。この中間位置は、図３Ａに示した第１の動作状態と同じである。しかし、作業機械１６は、第１の動作状態とは対照的に、第３の動作状態ではアクティブであるので、圧力流体は、第２のシール要素６４、プランジャ５２の端面、及び、第１の貫通孔５７を介して第１のシール要素５４に圧力を及ぼす。その結果、第２のシール要素６４とプランジャ５２に加えて、第１のシール要素も図２乃至図３Ｃのイラストに示すように右方向に移動し、それによって第１のスプリング５６が圧縮される。その結果、第１のシール要素５４が第１の弁座５８から遠ざかるので、第１の貫通孔５７が開放され、壁部５１と第１のシール要素５４との間に隙間７６が開き、そこを圧力流体が流れ、結果的に低圧室２３に到達することができる（矢印Ｐ３）。この隙間７６の断面積Ａに応じて、圧力調整弁３０_１を流れる際の圧力流体の絞り込み量が大きくなったり小さくなったりする。隙間７６の断面積Ａの大きさは、第１のスプリング５６のスプリング予圧とスプリング定数で調整できる。その結果、作動装置４９が故障した場合でも、スライダ２４が開き、分岐点１８と合流点２２との間で１次回路１４が開放されることが確保される。すでに説明したように、スライダ２４が開く範囲は、絞りの量に依存する。その結果、作動装置４９への電気エネルギの供給が停止した場合、第１のスプリング５６のスプリングのプリロードとスプリング定数で、スライダ２４が開く量と開くタイミングを選択することができる（「フェイルセーフ」）。

図４では、本発明の第２の実施形態の圧力調整弁３０_２が、図３Ａで選択された表示と同様に減圧状態にあることが示されている。第２の実施形態による圧力調整弁３０_２の基本構造は、第１の実施形態による圧力調整弁３０_１の構造とほぼ対応しているため、以下では相違点のみを説明する。

プランジャ５２の外径Ｄ_ＳＡは、管６７の内径Ｄ_ＲＩよりも小さくなっている。このことから、第１の実施形態の圧力調整弁３０_１とは異なり、第１の絞り込みギャップ７４_１は、プランジャ５２の管６７に対向する端部を起点として形成されるのではなく、第２のシール要素６４を起点として形成される。

以上の説明から、本発明による圧力調整弁３０は、３／３弁として動作することがわかる。

前述したように、２次回路の第２のライン３４は、第１のサブライン３６と第２のサブライン３８に分岐している（図１参照）。そこに配置され、接続されたバイパスオリフィス４２及び逆止弁４０は、圧力ピークを吸収することによって装置１０全体の減衰に寄与にする。

最後に、作業機械１６は、自動車のポンプ７８、コンプレッサ８０、又は振動ダンパ８２として構成することができることが指摘される。特に、作業機械１６が振動ダンパ８２として構成されている場合には、振動ダンパ８２の負荷方向とは無関係に、１次回路１４と２次回路２０を介して常に図１に示す方向に流体が搬送されるように、油圧の同期を取る必要がある場合がある。その場合には、本発明による装置１０において、２管式又は３管式の振動ダンパ８２を使用することができる。

１０…装置
１２…パイロット圧力室
１４…１次回路
１６…作業機械
１８…分岐点
２０…２次回路
２２…合流点
２３…低圧室
２４…スライダ
２５…スプリング
２６…比例スライダ
２７…第１の制御ライン
２８…主オリフィス
２９…第２の制御ライン
３０…圧力調整弁
３０_１－３０_２…圧力調整弁
３２…第１のライン
３４…第２のライン
３６…第１のサブライン
３８…第２のサブライン
４０…逆止弁
４１…入口
４２…バイパスオリフィス
４３…出口
４４…ソレノイド
４６…外部圧力流体回路
４８…供給ポンプ
４９…作動装置
５０…弁ハウジング
５１…壁部
５２…プランジャ
５３…第１の通路
５４…第１のシール要素
５５…第１の環状ギャップ
５６…スプリング
５７…第１の貫通孔
５８…第１の弁座
６０…第２の通路
６２…第２の環状ギャップ
６４…第２のシール要素
６５…第１のスプリング板
６６…第２の弁座
６７…管
６８…第２のスプリング
７０…第３の弁座
７２…第２のスプリング板
７３…第２の貫通孔
７４…絞り込みギャップ
７４_１～７４_３…第１～第３の絞り込みギャップ
７５…比例弁
７６…ギャップ
７７…凹部
７８…ポンプ
８０…コンプレッサ
８２…振動ダンパ
Ａ…断面積
Ａ１～Ａ５…第１～第５の断面積
Ｄ_ＲＡ…管の外径
Ｄ_ＲＩ…管の内径
Ｄ_ＳＡ…プランジャの内径
Ｌ…長手方向軸
Ｐ１～Ｐ３…矢印

Claims (19)

1. パイロット圧力室（１２）内の圧力流体の圧力を制御又は調節するための圧力調整弁（３０）であって、
   前記パイロット圧力室（１２）に流体的に接続可能な少なくとも１つの入口（４１）と、少なくとも１つの出口（４３）とを有する弁ハウジング（５０）と、
   前記圧力調整弁（３０）に固定的に配置された壁部（５１）であって、前記圧力流体が流れることができる第１の通路（５３）及び第１の貫通孔（５７）を有し、第１の弁座（５８）を形成する壁部（５１）と、
   通電され得る作動装置（４９）によって長手方向軸（Ｌ）に沿って移動可能なように、前記弁ハウジング（５０）に支持されたプランジャ（５２）と、
   前記長手方向軸（Ｌ）に沿って移動可能なように前記弁ハウジング（５０）に支持された第１のシール要素（５４）であって、前記第１のシール要素（５４）が第１のスプリング（５６）によって、前記第１の弁座（５８）に当接し、前記第１の貫通孔（５７）を閉鎖する閉鎖位置に付勢される第１のシール要素（５４）であって、前記圧力流体が流れることができ、前記第１の通路（５３）に流体的に接続することができる第２の通路（６０）を有している第１のシール要素（５４）と、
   前記プランジャ（５２）に固定された、第２のシール要素（６４）であって、前記作動装置（４９）に通電することにより、前記プランジャ（５２）により前記長手方向軸（Ｌ）に沿って、前記第２のシール要素（６４）が前記壁部（５１）によって形成された第３の弁座（７０）に当接し、前記第１の通路（５３）を閉鎖する第１の位置と、前記第２のシール要素（６４）が第２の弁座（６６）に当接する第２の位置との間を移動可能であって、前記第２の弁座（６６）は、前記第１の弁座（５８）に対して前記長手方向軸（Ｌ）の軸方向にオフセットして配置されている第２のシール要素（６４）と、
   前記第２のシール要素（６４）を前記第１の位置に付勢する第２のスプリング（６８）と、
   を有する圧力調整弁（３０）。
2. 前記第１の通路（５３）は、前記壁部（５１）と前記プランジャ（５２）との間の第１の環状ギャップ（５５）によって形成されており、かつ
   前記第２の通路（６０）は、前記第１のシール要素（５４）と前記プランジャ（５２）との間の第２の環状ギャップ（６２）によって形成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧力調整弁（３０）。
3. 前記壁部（５１）は、圧力流体が流れることができ、前記第１のシール要素（５４）によって閉鎖されない第２の貫通孔（７３）を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧力調整弁（３０）。
4. 前記第２の弁座（６６）は、前記弁ハウジング（５０）に接続された管（６７）によって形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の圧力調整弁（３０）。
5. 前記管（６７）は、前記長手方向軸（Ｌ）に沿って移動可能に前記弁ハウジング（５０）に接続されていることを特徴とする請求項４に記載の圧力調整弁（３０）。
6. 前記第１の通路（５３）又は前記第１の環状ギャップ（５５）の断面積（Ａ４）と、前記第２の通路（６０）又は前記第２の環状ギャップ（６２）の断面積（Ａ５）は、前記第２のシール要素（６４）から延びる絞り込みギャップ（７４）の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の圧力調整弁（３０）。
7. 前記第１の環状ギャップ（５５）の前記断面積（Ａ４）及び前記第２の環状ギャップ（６２）の前記断面積（Ａ５）が、
   前記第２のシール要素（６４）と前記第２の弁座（６６）との間に形成された第１の絞り込みギャップ（７４１）、または、
   前記第２のシール要素（６４）と前記壁部（５１）との間に形成された第２の絞り込みギャップ（７４２）、または、
   前記第２のシール要素（６４）と前記第３の弁座（７０）との間に形成された第３の絞り込みギャップ（７４３）の
   断面積（Ａ１、Ａ２、Ａ３）よりも大きいことを特徴とする請求項６に記載の圧力調整弁（３０）。
8. 記第１の通路（５３）又は前記第１の環状ギャップ（５５）の断面積（Ａ４）と、前記第２の通路（６０）又は前記第２の環状ギャップ（６２）の断面積（Ａ５）は、前記第２のシール要素（６４）又は前記プランジャ（５２）から延びる絞り込みギャップ（７４）の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の圧力調整弁（３０）。
9. 前記第１の環状ギャップ（５５）の前記断面積（Ａ４）及び前記第２の環状ギャップ（６２）の前記断面積（Ａ５）が、
   前記プランジャ（５２）と前記第２の弁座（６６）との間に形成された第１の絞り込みギャップ（７４１）、または、
   前記第２のシール要素（６４）と前記壁部（５１）との間に形成された第２の絞り込みギャップ（７４２）、または、
   前記第２のシール要素（６４）と前記第３の弁座（７０）との間に形成された第３の絞り込みギャップ（７４３）の
   断面積（Ａ１、Ａ２、Ａ３）よりも大きいことを特徴とする請求項８に記載の圧力調整弁（３０）。
10. 前記第２の弁座（６６）が前記第１の弁座（５８）によって取り囲まれていることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の圧力調整弁（３０）。
11. 前記圧力調整弁（３０）が比例弁（７５）として構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか一項に記載の圧力調整弁（３０）。
12. 前記第１のシール要素（５４）が第１のスプリング要素（６５）として構成され、及び／又は、前記第２のシール要素（６４）が第２のスプリング板（７２）として構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れか一項に記載の圧力調整弁（３０）。
13. 前記第２のシール要素（６４）は、前記プランジャ（５２）と遊びを有して接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１２の何れか一項に記載の圧力調整弁（３０）。
14. 前記第２のスプリング板（７２）が、前記プランジャ（５２）にかしめられて取り付けられていることを特徴とする請求項１２に記載の、又は請求項１２を引用する請求項１３に記載の圧力調整弁（３０）。
15. 前記作動装置（４９）は、圧力流体が流れるソレノイド（４４）を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項１４の何れか一項に記載の圧力調整弁（３０）。
16. パイロット圧力室（１２）内の圧力を制御及び調整する装置であって、
    圧力流体のための１次回路（１４）と、
    前記１次回路（１４）内に配置され、前記１次回路（１４）内の圧力流体を搬送方向に沿って搬送する作業機械（１６）と、
    油圧式又は空気圧式のスライダ（２４）と、
    前記圧力流体のための２次回路（２０）であって、前記搬送方向に関して前記作業機械（１６）の下流側に配置された、前記１次回路（１４）の分岐点（１８）から開始し、合流点（２２）で前記１次回路（１４）に再び接続する２次回路（２０）と、
    前記２次回路（２０）に配置されたパイロット圧力室（１２）と、
    前記パイロット圧力室（１２）と前記２次回路（２０）の前記合流点（２２）との間に配置された請求項１乃至請求項１５の何れか一項に記載の圧力調整弁（３０）と、
    を有し、
    前記スライダ（２４）は、前記パイロット圧力室（１２）内の圧力に応じて、前記分岐点（１８）と前記合流点（２２）との間の前記１次回路（１４）内の前記圧力流体の流れを遮断又は開放することができるように配置及び構成されていることを特徴とする装置。
17. 前記スライダ（２４）が比例スライダ（２６）として構成されていることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
18. 前記圧力調整弁（３０）の前記作動装置（４９）は、前記圧力流体が流れることができるソレノイド（４４）を備え、前記ソレノイド（４４）は、前記パイロット圧力室（１２）又は外部の圧力流体回路（４６）に流体的に接続されていることを特徴とする請求項１６又は請求項１７に記載の装置。
19. 前記作業機械（１６）が、ポンプ（７８）、コンプレッサ（８０）又は振動ダンパ（８２）であることを特徴とする請求項１６乃至請求項１８の何れか一項に記載の装置。

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