JP7474346B2 - 方向・流量制御弁および液圧システム - Google Patents

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Description

本開示は、双方向に作動する液圧アクチュエータ用の方向・流量制御弁、およびその方向・流量制御弁を含む液圧システムに関する。
双方向に作動する液圧アクチュエータには、複数のスプールを含む方向・流量制御弁が使用されることがある。各スプールは特定のポート間を開閉するものであり、スプールの移動量に応じてポート間の開口面積（すなわち、作動液の流量）が変化する。
例えば、特許文献１には、図１１に示すように、液圧シリンダ１２０と液圧ポンプ１１０との間に配置される方向・流量制御弁１００（特許文献１では「独立メータリングバルブ」と称呼）が開示されている。
方向・流量制御弁１００は、図１１に示すように、ポンプポート１０１と、一対の給排ポート１０２，１０３と、タンクポート１０４を有する。さらに、方向・流量制御弁１００は、ポンプポート１０１と給排ポート１０２の間を開閉する第１スプール１３０と、給排ポート１０２とタンクポート１０４の間を開閉する第２スプール１４０と、ポンプポート１０１と給排ポート１０３の間を開閉する第３スプール１５０と、給排ポート１０３とタンクポート１０４の間を開閉する第４スプール１６０を含む。このような構成により、液圧シリンダ１２０がどちらの方向に作動するときでも、メータイン側またはメータアウト側で独立メータリング制御が可能である。
特開平１１－２４１７０２号公報
特許文献１には、第１～第４スプール１３０～１６０について「電気油圧式変位制御」と記載されている。これは、電気信号がパイロット圧に変換され、そのパイロット圧によってスプールが変位することを意味すると推測される。このような構成では、一般的に電磁比例弁が用いられる。すなわち、特許文献１の方向・流量制御弁１００には４つの電磁比例弁が必要である。なお、電磁比例弁は方向・流量制御弁１００に組み込まれてもよいし、方向・流量制御弁１００と配管により接続されてもよい。
特許文献１の方向・流量制御弁１００では４つのスプールが用いられているので、スプールの数を低減することが望まれる。この点、第１スプール１３０と第２スプール１４０とを一体化し、第３スプール１５０と第４スプール１６０とを一体化することが考えられる。このような構成でも、独立メータリング制御は可能である。しかし、必要な電磁比例弁の数は４つのままである。
そこで、本開示は、少ない電磁比例弁で独立メータリング制御が可能な方向・流量制御弁、およびその方向・流量制御弁を含む液圧システムを提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本開示の方向・流量制御弁は、ポンプポート、第１給排ポート、第２給排ポートおよびタンクポートを有するとともに、内部に第１パイロット室、第２パイロット室および第３パイロット室が形成されたハウジングと、前記第１パイロット室に面する第１端面および前記第３パイロット室に面する第２端面を有し、前記第１給排ポートを前記ポンプポートおよび前記タンクポートの双方から遮断するか、前記第１給排ポートを前記ポンプポートと前記タンクポートのどちらか一方と連通させる第１スプールと、前記第１スプールとは独立した第２スプールであって、前記第２パイロット室に面する第１端面および前記第３パイロット室に面する第２端面を有し、前記第２給排ポートを前記ポンプポートおよび前記タンクポートの双方から遮断するか、前記第２給排ポートを前記ポンプポートと前記タンクポートの他方と連通させる第２スプールと、を備える、ことを特徴とする。
上記の構成によれば、第１スプールおよび第２スプールという２つのスプールを用いて、第１給排ポートおよび第２給排ポートと接続される液圧アクチュエータを双方向へ作動させることができる。また、第１スプールと第２スプールは互いに独立しているので、第１パイロット室と第３パイロット室との圧力差に応じて第１スプールを移動させることができるとともに、第２パイロット室と第３パイロット室との圧力差に応じて第２スプールを移動させることができる。これにより、液圧アクチュエータがどちらの方向に作動するときでも、メータイン側またはメータアウト側で独立メータリング制御が可能である。さらに、パイロット室の数は３つであるので、必要な電磁比例弁の数を３つと少なくすることができる。
また、本開示の液圧システムは、上記の方向・流量制御弁と、前記方向・流量制御弁の前記ポンプポートと接続された液圧ポンプと、前記方向・流量制御弁の前記第１給排ポートおよび前記第２給排ポートと接続された、第１方向および第２方向に作動する液圧アクチュエータと、前記方向・流量制御弁の前記第１パイロット室の圧力を調整する第１電磁比例弁と、前記方向・流量制御弁の前記第２パイロット室の圧力を調整する第２電磁比例弁と、前記方向・流量制御弁の前記第３パイロット室の圧力を調整する第３電磁比例弁と、前記第１電磁比例弁、前記第２電磁比例弁および前記第３電磁比例弁を制御する制御装置と、を備える、ことを特徴とする。
上記の構成によれば、１つの液圧アクチュエータに対して３つの電磁比例弁を用いて独立メータリング制御が可能である。
本開示によれば、少ない電磁比例弁で独立メータリング制御が可能な方向・流量制御弁が提供される。
一実施形態に係る方向・流量制御弁の断面図である。 図１の方向・流量制御弁を含む液圧システムの概略構成図である。 液圧アクチュエータを第１方向に作動させるときの、図１の方向・流量制御弁の動作を示す図である。 液圧アクチュエータを第２方向に作動させるときの、図１の方向・流量制御弁の動作を示す図である。 第１スプールの形状と第２スプールの形状が入れ替わったときの油圧システムの概略構成図である。 第１変形例の方向・流量制御弁の断面図である。 第２変形例の方向・流量制御弁の断面図である。 第２変形例の代替案の方向・流量制御弁の断面図である。 第３変形例の方向・流量制御弁の断面図である。 第４変形例の方向・流量制御弁を含む液圧システムの概略構成図である。 従来の方向・流量制御弁を含む液圧システムの概略構成図である。
図１に、一実施形態に係る方向・流量制御弁１を示し、図２に、その方向・流量制御弁１を含む液圧システム１０を示す。
方向・流量制御弁１は、図２に示すように、第１方向Ａおよび第２方向Ｂに作動する液圧アクチュエータ７３と液圧ポンプ７１との間に配置される。図２に示す例では、液圧アクチュエータ７３が片ロッドの液圧シリンダであり、第１方向Ａが短縮方向、第２方向Ｂが伸長方向である。ただし、本実施形態とは逆に、第１方向Ａが伸長方向、第２方向Ｂが短縮方向であってもよい。あるいは、液圧アクチュエータは、両ロッドの液圧シリンダであってもよいし、液圧モータであってもよい。
具体的に、方向・流量制御弁１は、図１に示すように、ハウジング２と、ハウジング２に摺動可能に保持された第１スプール５および第２スプール６を含む。第１スプール５と第２スプール６は、互いに独立している。
ハウジング２は、ポンプポート１１、第１給排ポート１２、第２給排ポート１３およびタンクポート１４を表面に有する。さらに、ハウジング２は、第１パイロットポート４２、第２パイロットポート４６および第３パイロットポート２７を表面に有する。また、ハウジング２の内部には、第１パイロット室４１、第２パイロット室４５および第３パイロット室２５が形成されている。
本実施形態では、ハウジング２が、直方体状のハウジング本体３と、ハウジング本体３の両側面にそれぞれ取り付けられた第１カバー４Ａおよび第２カバー４Ｂを含む。第１カバー４Ａおよび第２カバー４Ｂは容器状の形状を有し、第１カバー４Ａの開口がハウジング本体３の側面で閉塞されることで第１パイロット室４１が形成され、第２カバー４Ｂの開口がハウジング本体３の側面で閉塞されることで第２パイロット室４５が形成されている。ただし、ハウジング２の構成はこれに限られるものではなく、適宜変更可能である。
ハウジング本体３は、本実施形態では単一のブロックで構成されているが、複数のブロックで構成されてもよい。ハウジング本体３には第１パイロット室４１と第２パイロット室４５とに跨るように貫通穴３０が形成されており、この貫通穴３０に第１スプール５および第２スプール６が摺動可能に挿入されている。換言すれば、第１スプール５と第２スプール６は同軸上に配置されている。上述した第３パイロット室２５は、貫通穴３０内の第１スプール５と第２スプール６の間の部分である。
つまり、第１スプール５は、第１パイロット室４１に面する第１端面５ａと、第３パイロット室２５に面する第２端面５ｂを有する。同様に、第２スプール６は、第２パイロット室４５に面する第１端面６ａと、第３パイロット室２５に面する第２端面６ｂを有する。
第１スプール５は、第１給排ポート１２をポンプポート１１およびタンクポート１４の双方から遮断する中立位置と、第１給排ポート１２をタンクポート１４から遮断しつつポンプポート１１と連通させる第１位置（図３参照）と、第１給排ポート１２をポンプポート１１から遮断しつつタンクポート１４と連通させる第２位置（図４参照）との間で移動する。
第２スプール６は、第２給排ポート１３をポンプポート１１およびタンクポート１４の双方から遮断する中立位置と、第２給排ポート１３をポンプポート１１から遮断しつつタンクポート１４と連通させる第１位置（図３参照）と、第２給排ポート１３をタンクポート１４から遮断しつつポンプポート１１と連通させる第２位置（図４参照）との間で移動する。
すなわち、第１スプール５および第２スプール６が共に第１位置または第２位置に位置するときは、第１スプール５が第１給排ポート１２をタンクポート１４とポンプポート１１のどちらか一方と連通させ、第２スプール６が第２給排ポート１３をタンクポート１４とポンプポート１１の他方と連通させる。
より詳しくは、ハウジング本体３には、第１スプール５と重なり合う領域に、貫通穴３０から径方向外向きに窪む第１流入用環状溝３１、第１中間環状溝３３および第１流出用環状溝３５が形成されている。第１流入用環状溝３１、第１中間環状溝３３および第１流出用環状溝３５は、貫通穴３０の中央から外向きにこの順に並んでいる。また、ハウジング本体３には、第１流入用環状溝３１をポンプポート１１と接続するポンプ路２１と、第１中間環状溝３３を第１給排ポート１２と接続する給排路２２と、第１流出用環状溝３５をタンクポート１４と接続するタンク路２４が形成されている。
第１スプール５は、第２端面５ｂを構成するとともに第１流入用環状溝３１を開閉する第１ランド部５３と、第１端面５ａを構成するとともに第１流出用環状溝３５を開閉する第２ランド部５１と、第１ランド部５３と第２ランド部５１とを連結する小径部５２を含む。図１に示すように、第１ランド部５３が第１流入用環状溝３１を閉じ、第２ランド部５１が第１流出用環状溝３５を閉じる状態が中立位置である。
第１スプール５が中立位置から第２スプール６に向かって移動すると、図３に示すように、第１ランド部５３が第１流入用環状溝３１を開き、第１流入用環状溝３１が第１中間環状溝３３と連通する。これが第１位置である。逆に、第１スプール５が中立位置から第２スプール６と反対向きに移動すると、図４に示すように、第２ランド部５１が第１流出用環状溝３５を開き、第１流出用環状溝３５が第１中間環状溝３３と連通する。これが第２位置である。
また、ハウジング本体３には、第２スプール６と重なり合う領域に、貫通穴３０から径方向外向きに窪む第２流入用環状溝３２、第２中間環状溝３４および第２流出用環状溝３６が形成されている。第２流入用環状溝３２、第２中間環状溝３４および第２流出用環状溝３６は、貫通穴３０の中央から外向きにこの順に並んでいる。つまり、第２流入用環状溝３２と上述した第１流入用環状溝３１は第３パイロット室２５の両側に位置し、第２中間環状溝３４および上述した第１中間環状溝３３ならびに第２流出用環状溝３６および上述した第１流出用環状溝３５は第１流入用環状溝３１および第２流入用環状溝３２の外側に位置する。また、第１中間環状溝３３および第１流出用環状溝３５は第１流入用環状溝３１に対して第２流入用環状溝３２と反対側に位置し、第２中間環状溝３４および第２流出用環状溝３６は第２流入用環状溝３２に対して第１流入用環状溝３１と反対側に位置する。
上述したポンプ路２１は第１流入用環状溝３１だけでなく第２流入用環状溝３２もポンプポート１１と接続し、上述したタンク路２４は第１流出用環状溝３５だけでなく第２流出用環状溝３６もタンクポート１４と接続している。また、ハウジング本体３には、第２中間環状溝３４を第２給排ポート１３と接続する給排路２３が形成されている。
第２スプール６は、第２流入用環状溝３２よりも貫通穴３０の中央側に位置する、第２端面６ｂを構成する第１ランド部６５と、第２中間環状溝３４を開閉する第２ランド部６３と、第２流出用環状溝３６よりも貫通穴３０の外側に位置する、第１端面６ａを構成する第３ランド部６１を含む。さらに、第２スプール６は、第１ランド部６５と第２ランド部６３とを連結する第１小径部６４と、第２ランド部６３と第３ランド部６１とを連結する第２小径部６２を含む。図１に示すように、第２ランド部６３が第２中間環状溝３４を閉じる状態が中立位置である。
第２スプール６が中立位置から第１スプール５に向かって移動すると、図３に示すように、第２ランド部６３が第２中間環状溝３４を開き、第２中間環状溝３４が第２流出用環状溝３６と連通する。これが第１位置である。逆に、第２スプール６が中立位置から第１スプール５と反対向きに移動すると、図４に示すように、第２ランド部６３が第２中間環状溝３４を開き、第２中間環状溝３４が第２流入用環状溝３２と連通する。これが第２位置である。
なお、図１に示す第１スプール５および第２スプール６の形状は単なる一例であり、それらの形状は適宜変更可能である。
さらに、ハウジング本体３には、第１スプール５と第２スプール６との間（本実施形態では、貫通穴３０の中央）で貫通穴３０から径方向外向きに窪む中央環状溝３７が形成されている。また、ハウジング本体３には、中央環状溝３７を上述した第３パイロットポート２７と接続するパイロット路２６が形成されている。つまり、パイロット路２６は中央環状溝３７に開口する。
上述した第１パイロット室４１内には、第１スプール５に当該第１スプール５を中立位置に維持するための付勢力を与える第１スプリング４４が配置されている。第１スプリング４４は、第１スプール５を、スプリング座を介して第２スプール６に向かって直接的に付勢する。一方、第１スプール５の第１端面５ａには頭部付ロッド４３が取り付けられており、第１スプリング４４は、第１スプール５を、スプリング座および頭部付ロッド４３を介して第２スプール６と反対向きに付勢する。このような構成により、貫通穴３０の軸方向が鉛直方向となるように方向・流量制御弁１が設置された場合でも、第１スプール５の自重による中立位置のズレを防止することができる。
本実施形態では、第１カバー４Ａに、第１パイロット室４１と連通する第１パイロットポート４２が設けられている。ただし、第１パイロットポート４２がハウジング本体３に設けられ、ハウジング本体３に、第１パイロット室４１を第１パイロットポート４２と接続するパイロット路が形成されてもよい。
同様に、第２パイロット室４５内には、第２スプール６に当該第２スプール６を中立位置に維持するための付勢力を与える第２スプリング４８が配置されている。第２スプリング４８は、第２スプール６を、スプリング座を介して第１スプール５に向かって直接的に付勢する。一方、第２スプール６の第１端面６ａには頭部付ロッド４７が取り付けられており、第２スプリング４８は、第２スプール６を、スプリング座および頭部付ロッド４７を介して第１スプール５と反対向きに付勢する。このような構成により、貫通穴３０の軸方向が鉛直方向となるように方向・流量制御弁１が設置された場合でも、第２スプール６の自重による中立位置のズレを防止することができる。
第１スプリング４４と第２スプリング４８は互いに同じ構成を有する。すなわち、第１スプリング４４が第１スプール５に与える付勢力と、第２スプリング４８が第２スプール６に与える付勢力は等しい。
本実施形態では、第２カバー４Ｂに、第２パイロット室４５と連通する第２パイロットポート４６が設けられている。ただし、第２パイロットポート４６がハウジング本体３に設けられ、ハウジング本体３に、第２パイロット室４５を第２パイロットポート４６と接続するパイロット路が形成されてもよい。
以上説明したように、本実施形態の方向・流量制御弁１では、第１スプール５および第２スプール６という２つのスプールを用いて、第１給排ポート１２および第２給排ポート１３と接続される液圧アクチュエータ７３を双方向へ作動させることができる。また、第１スプール５と第２スプール６は互いに独立しているので、第１パイロット室４１と第３パイロット室２５との圧力差に応じて第１スプール５を移動させることができるとともに、第２パイロット室４５と第３パイロット室２５との圧力差に応じて第２スプール６を移動させることができる。これにより、液圧アクチュエータ７３がどちらの方向に作動するときでも、メータイン側またはメータアウト側で独立メータリング制御が可能である。さらに、パイロット室の数は３つであるので、必要な電磁比例弁の数を３つと少なくすることができる。
しかも、パイロット路２６は中央環状溝３７を介して第３パイロット室２５と連通しているので、第１スプール５と第２スプール６とが近接した場合（例えば、第１スプール５の第２端面５ｂと第２スプール６の第２端面６ｂとの間の距離がパイロット路２６の直径よりも小さくなった場合）でも、パイロット路２６を通じた第３パイロット室２５に対する作動油の給排をスムーズに行うことができる。
次に、図２を参照して、方向・流量制御弁１を含む液圧システム１０を詳しく説明する。方向・流量制御弁１のポンプポート１１は、ポンプライン７２により液圧ポンプ７１と接続されており、タンクポート１４はタンクライン７７によりタンク７６と接続されている。図示は省略するが、ポンプライン７２からはリリーフラインが分岐しており、このリリーフラインに設けられたリリーフ弁によって、液圧ポンプ７１の吐出圧が所定値以下に保たれる。また、方向・流量制御弁１の第１給排ポート１２および第２給排ポート１３は、一対の給排ライン７４，７５により液圧アクチュエータ７３と接続されている。
さらに、方向・流量制御弁１の第１パイロットポート４２はパイロットライン８１を介して第１電磁比例弁８２と接続され、第２パイロットポート４６はパイロットライン８３を介して第２電磁比例弁８４と接続され、第３パイロットポート２７はパイロットライン８５を介して第３電磁比例弁８６と接続されている。第１電磁比例弁８２は第１パイロット室４１の圧力を調整し、第２電磁比例弁８４は第２パイロット室４５の圧力を調整し、第３電磁比例弁８６は第３パイロット室２５の圧力を調整する。
第１電磁比例弁８２、第２電磁比例弁８４および第３電磁比例弁８６は、一次圧ライン８７により液圧ポンプ８８と接続されている。図示は省略するが、一次圧ライン８７からはリリーフラインが分岐しており、このリリーフラインに設けられたリリーフ弁によって、液圧ポンプ８８の吐出圧が一定に保たれる。なお、液圧ポンプ７１の吐出圧の最小値がある程度高く保たれる場合には、液圧ポンプ７１の吐出圧を第１電磁比例弁８２、第２電磁比例弁８４および第３電磁比例弁８６の一次圧として用いることも可能である。
なお、パイロットライン８１，８３，８５は配管により構成されてもよい。あるいは、第１～第３パイロットポート４２，４６，２７およびパイロットライン８１，８３，８５が省略される代わりに、第１電磁比例弁８２、第２電磁比例弁８４および第３電磁比例弁８６が方向・流量制御弁１のハウジング本体３に取り付けられ、ハウジング本体３に形成されたパイロット路によって第１～第３電磁比例弁８２，８４，８６が第１～第３パイロット室４１，４５，２５とそれぞれ接続されてもよい。
第１電磁比例弁８２は、一次圧ポート８２ａ、二次圧ポート８２ｂおよびタンクポート８２ｃを有する。同様に、第２電磁比例弁８４は、一次圧ポート８４ａ、二次圧ポート８４ｂおよびタンクポート８４ｃを有し、第３電磁比例弁８６は、一次圧ポート８６ａ、二次圧ポート８６ｂおよびタンクポート８６ｃを有する。
第１電磁比例弁８２、第２電磁比例弁８４および第３電磁比例弁８６のそれぞれは、指令電流に応じた二次圧を出力する。本実施形態では、第１電磁比例弁８２、第２電磁比例弁８４および第３電磁比例弁８６のそれぞれが、指令電流と二次圧が正の相関を示す正比例型である。ただし、第１電磁比例弁８２、第２電磁比例弁８４および第３電磁比例弁８６のそれぞれは、指令電流と二次圧が負の相関を示す逆比例型であってもよい。
第１電磁比例弁８２、第２電磁比例弁８４および第３電磁比例弁８６は、制御装置９１により制御される。ただし、図２では、図面の簡略化のために一部の信号線のみを描いている。例えば、制御装置９１は、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリと、ＨＤＤやＳＳＤなどのストレージと、ＣＰＵを有するコンピュータであり、ＲＯＭまたはストレージに記憶されたプログラムがＣＰＵにより実行される。
本実施形態では、制御装置９１が操作レバーを含む操作装置９２と電気的に接続されている。操作装置９２は、液圧アクチュエータ７３を第１方向Ａに作動させる第１操作と、液圧アクチュエータ７３を第２方向Ｂに作動させる第２操作を受ける。操作装置９２は、第１操作を受けたときには第１操作の大きさに応じた第１操作信号を制御装置９１へ出力し、第２操作を受けたときには第２操作の大きさに応じた第２操作信号を制御装置９１へ出力する。制御装置９１は、第１操作信号または第２操作信号に基づいて、第１電磁比例弁８２、第２電磁比例弁８４および第３電磁比例弁８６のいずれかに指令電流を送給する。
ただし、制御装置９１はカメラと接続され、そのカメラにより撮影される映像に基づいて自ら液圧アクチュエータ７３を第１方向Ａに作動させるべきか第２方向Ｂに作動させるべきかなどを判定してもよい。
図２に示す液圧システム１０であれば、１つの液圧アクチュエータ７３に対して３つの電磁比例弁を用いて独立メータリング制御が可能である。以下に、その具体的な制御方法を説明する。
液圧アクチュエータ７３を第１方向Ａに作動させるとき（本実施形態では、操作装置９２が第１操作を受けたとき）、制御装置９１は、第３電磁比例弁８６へは指令電流を送給しないが、第１電磁比例弁８２および第２電磁比例弁８４へ指令電流を送給する。すなわち、制御装置９１は、第３電磁比例弁８６の二次圧ポート８６ｂをタンクポート８６ｃと連通させ、第１電磁比例弁８２に第１二次圧Ｐ１を出力させ、第２電磁比例弁８４に第２二次圧Ｐ２を出力させる。第１二次圧Ｐ１および第２二次圧Ｐ２は、第１操作信号が大きくなるほど高くなる。
このとき、第１電磁比例弁８２の第１二次圧Ｐ１と第２電磁比例弁８４の第２二次圧Ｐ２が同じであれば、独立メータリング制御は行われない。しかし、第１電磁比例弁８２の第１二次圧Ｐ１と第２電磁比例弁８４の第２二次圧Ｐ２が異なれば、第１電磁比例弁８２によりメータイン制御を行うことができ、第２電磁比例弁８４によりメータアウト制御を行うことができる。例えば、第１電磁比例弁８２の第１二次圧Ｐ１が第２電磁比例弁８４の第２二次圧Ｐ２よりも低ければ、第１電磁比例弁８２によりメータイン制御を行うことができ、第２電磁比例弁８４の第２二次圧Ｐ２が第１電磁比例弁８２の第１二次圧Ｐ１よりも低ければ、第２電磁比例弁８４によりメータアウト制御を行うことができる。
液圧アクチュエータ７３を第２方向Ｂに作動させるとき（本実施形態では、操作装置９２が第２操作を受けたとき）、独立メータリング制御を行わない場合、制御装置９１は、第１電磁比例弁８２および第２電磁比例弁８４へは指令電流を送給しないが、第３電磁比例弁８６へ指令電流を送給する。すなわち、制御装置９１は、第１電磁比例弁８２の二次圧ポート８２ｂをタンクポート８２ｃと連通させ、第２電磁比例弁８４の二次圧ポート８４ｂをタンクポート８４ｃと連通させるとともに、第３電磁比例弁８６に第３二次圧Ｐ３を出力させる。第３二次圧Ｐ３は、第２操作信号が大きくなるほど高くなる。これにより、第１スプール５および第２スプール６を同様に移動させることができる。
一方、独立メータリング制御を行う場合、制御装置９１は、第１電磁比例弁８２と第２電磁比例弁８４の一方へ指令電流を送給する。すなわち、制御装置９１は、第１電磁比例弁８２と第２電磁比例弁８４の一方の二次圧ポートをタンクポートと連通させるが、第１電磁比例弁８２と第２電磁比例弁８４の他方が第１電磁比例弁８２である場合は第１電磁比例弁８２に第１二次圧Ｐ１を出力させ、第１電磁比例弁８２と第２電磁比例弁８４の他方が第２電磁比例弁８４である場合は第２電磁比例弁８４に第２二次圧Ｐ２を出力させる。このときの第１電磁比例弁８２の第１二次圧Ｐ１または第２電磁比例弁８４の第２二次圧Ｐ２は、第３電磁比例弁８６の第３二次圧Ｐ３よりも小さい。
これにより、液圧アクチュエータ７３を第２方向Ｂに作動させるときに、第１電磁比例弁８２と第２電磁比例弁８４のどちらか一方またはどちらか一方と第３電磁比例弁８６によりメータイン制御またはメータアウト制御を行うことができる。
例えば、メータインの開口面積を増加させたいとき、第３電磁比例弁８６の第３二次圧Ｐ３を独立メータリング制御を行わない場合に比べてΔＰだけ増加させるとともに、第１電磁比例弁８２の第１二次圧Ｐ１をΔＰとする。一方、メータインの開口面積を減少させたいとき、第３電磁比例弁８６の第３二次圧Ｐ３を独立メータリング制御を行わない場合と同様としたままで、第２電磁比例弁８４の第２二次圧Ｐ２をΔＰとする。
あるいは、メータアウトの開口面積を増加させたいとき、第３電磁比例弁８６の第３二次圧Ｐ３を独立メータリング制御を行わない場合に比べてΔＰだけ増加させるとともに、第２電磁比例弁８４の第２二次圧Ｐ２をΔＰとする。一方、メータアウトの開口面積を減少させたいとき、第３電磁比例弁８６の第３二次圧Ｐ３を独立メータリング制御を行わない場合と同様としたままで、第１電磁比例弁８２の第１二次圧Ｐ１をΔＰとする。
（変形例）
本開示は上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
例えば、第１スプール５と第２スプール６は必ずしも同軸上に配置される必要はない。例えば、図示は省略するが、ハウジング本体３に互いに平行な２つの保持穴が形成され、それらの保持穴に第１スプール５および第２スプール６がそれぞれ摺動可能に挿入されてもよい。この場合、第３パイロット室２５が、２つの保持穴に跨るようにそれらの保持穴の軸方向と直交する方向に延びる形状を有してもよい。ただし、前記実施形態のように第１スプール５と第２スプール６が１つの貫通穴３０に挿入されれば、構造を簡易化することができ、大きなスペースも取らないので、低コストな構造とすることができる。
また、第１スプール５の形状と第２スプール６の形状が入れ替わっていてもよい。すなわち、図５に示すように、第１スプール５の弁記号と第２スプール６の弁記号が図２と逆になってもよい。この場合、第１スプール５と第２スプール６が互いに近づく方向に移動するとき、液圧アクチュエータ７３である液圧シリンダは伸長方向に作動する。それ故、伸長方向を第１方向と定めた場合、第２スプール６がメータイン側、第１スプール５がメータアウト側となる。この構成であれば、液圧アクチュエータ７３を第１方向に作動させるときに、第２電磁比例弁８４によりメータイン制御を行うことができ、第１電磁比例弁８２によりメータアウト制御を行うことができる。
また、図６に示す第１変形例の方向・流量制御弁１Ａのように、中央環状溝３７を省略する代わりに、パイロット路２６が第１スプール５と第２スプール６との間（例えば、貫通穴３０の中央）で貫通穴３０に開口し、第１スプール５の第１ランド部５３における第２端面５ｂに隣接する部分および第２スプール６の第１ランド部６５における第２端面６ｂに隣接する部分が縮径されてもよい。あるいは、第１スプール５の第１ランド部５３における第２端面５ｂに隣接する部分および第２スプール６の第１ランド部６５における第２端面６ｂに隣接する部分のどちらか一方のみが縮径されてもよい。このような構成でも、パイロット路２６を通じた第３パイロット室２５に対する作動油の給排をスムーズに行うことができる。なお、第１スプール５の第１ランド部５３における第２端面５ｂに隣接する部分および第２スプール６の第１ランド部６５における第２端面６ｂに隣接する部分の少なくとも一方の縮径を、中央環状溝３７と組み合わせてもよい。
ところで、第３パイロット室２５に導入されるパイロット圧（図２では、第３電磁比例弁８６から出力される第３二次圧Ｐ３）は低圧であるのに対し、第３パイロット室２５の両側に位置する第１流入用環状溝３１および第２流入用環状溝３２に導入されるポンプ圧は高圧である。このため、第１流入用環状溝３１および第２流入用環状溝３２から第３パイロット室２５への作動油の漏れ込みを防止することが望まれる。
例えば、図７に示す第２変形例の方向・流量制御弁１Ｂのように、ハウジング本体３に、第１流入用環状溝３１と第３パイロット室２５の間で貫通穴３０から径方向外向きに窪む第１リーク用環状溝３８を形成するとともに、第２流入用環状溝３２と第３パイロット室２５の間で貫通穴３０から径方向外向きに窪む第２リーク用環状溝３９を形成し、これらの第１リーク用環状溝３８および第２リーク用環状溝３９をリーク路２８，２９によりタンク路２４と接続してもよい。つまり、第１リーク用環状溝３８および第２リーク用環状溝３９はリーク路２８，２９およびタンク路２４を介してタンクポート１４と接続される。この構成であれば、第１流入用環状溝３１および第２流入用環状溝３２から第３パイロット室２５への作動油の漏れ込みを防止することができる。なお、この効果は、第１リーク用環状溝３８と第２リーク用環状溝３９のどちらか一方のみを採用した場合でもその採用した側で得ることができる。
第２変形例の代替案としては、図８に示すように、第１流出用環状溝３５および第２流出用環状溝３６の外側に、貫通穴３０から径方向外向きに窪む第１ドレン用環状溝１５および第２ドレン用環状溝１６が設けられ、第１ドレン用環状溝１５および第２ドレン用環状溝１６がドレン路１７によりドレンポート１８と接続される場合は、第１リーク用環状溝３８および第２リーク用環状溝３９がリーク路２８，２９によりドレン路１７と接続されてもよい。第１ドレン用環状溝１５は第１中間環状溝３３および第１流出用環状溝３５と同様に第１流入用環状溝３１に対して第２流入用環状溝３２と反対側に位置し、第２ドレン用環状溝１６は第２中間環状溝３４および第２流出用環状溝３６と同様に第２流入用環状溝３２に対して第１流入用環状溝３１と反対側に位置する。
このように第１リーク用環状溝３８および第２リーク用環状溝３９がドレン路１７と接続される構成でも、第１流入用環状溝３１および第２流入用環状溝３２から第３パイロット室２５への作動油の漏れ込みを防止することができる。なお、この効果は、第１リーク用環状溝３８と第２リーク用環状溝３９のどちらか一方のみを採用した場合でもその採用した側で得ることができる。また、ドレン路１７は、必ずしも貫通穴３０と連通するドレン路である必要はなく、別の用途のドレン路であってもよい。
あるいは、図９に示す第３変形例の方向・流量制御弁１Ｃのように、第１スプール５の内部に、第１ランド部５３の外周面上の、第１流入用環状溝３１と第２端面５ｂの間の位置から第１流出用環状溝３５に至るリーク用通路５０を設けてもよい。同様に、第２スプール６の内部に、第１ランド部６５の外周面上の、第２流入用環状溝３２と第２端面６ｂの間の位置から第２流出用環状溝３６に至るリーク用通路６０を設けてもよい。この構成でも、第１流入用環状溝３１および第２流入用環状溝３２から第３パイロット室２５への作動油の漏れ込みを防止することができる。なお、この効果は、リーク用通路５０，６０のどちらか一方のみを採用した場合でもその採用した側で得ることができる。
なお、図８に示すように第１ドレン用環状溝１５が設けられる場合は、第１スプール５に設けられるリーク用通路５０が第１ランド部５３の外周面上の第１流入用環状溝３１と第２端面５ｂの間の位置から第１ドレン用環状溝１５に至ってもよい。同様に、図８に示すように第２ドレン用環状溝１６が設けられる場合は、第２スプール６に設けられるリーク用通路６０が第１ランド部６５の外周面上の第２流入用環状溝３２と第２端面６ｂの間の位置から第２ドレン用環状溝１６に至ってもよい。
さらには、図示は省略するが、第１スプール５側では図７または図８に示す第１リーク用環状溝３８が採用され、第２スプール６側では図９に示すリーク用通路６０が採用されてもよい。あるいは、第１スプール５側では図７または図８に示す第１リーク用環状溝３８と図９に示すリーク用通路５０の双方が採用されてもよいし、第２スプール６側では図７または図８に示す第２リーク用環状溝３９と図９に示すリーク用通路６０の双方が採用されてもよい。
また、前記実施形態では、ポンプ路２１およびタンク路２４が貫通穴３０に向かって二又に分岐していたが、図１０に示す第４変形例の方向・流量制御弁１Ｄのように、ポンプ路２１およびタンク路２４が分岐せず、給排路２２，２３が貫通穴３０に向かって二又に分岐してもよい。
（まとめ）
本開示の方向・流量制御弁は、ポンプポート、第１給排ポート、第２給排ポートおよびタンクポートを有するとともに、内部に第１パイロット室、第２パイロット室および第３パイロット室が形成されたハウジングと、前記第１パイロット室に面する第１端面および前記第３パイロット室に面する第２端面を有し、前記第１給排ポートを前記ポンプポートおよび前記タンクポートの双方から遮断するか、前記第１給排ポートを前記ポンプポートと前記タンクポートのどちらか一方と連通させる第１スプールと、前記第１スプールとは独立した第２スプールであって、前記第２パイロット室に面する第１端面および前記第３パイロット室に面する第２端面を有し、前記第２給排ポートを前記ポンプポートおよび前記タンクポートの双方から遮断するか、前記第２給排ポートを前記ポンプポートと前記タンクポートの他方と連通させる第２スプールと、を備える、ことを特徴とする。
上記の構成によれば、第１スプールおよび第２スプールという２つのスプールを用いて、第１給排ポートおよび第２給排ポートと接続される液圧アクチュエータを双方向へ作動させることができる。また、第１スプールと第２スプールは互いに独立しているので、第１パイロット室と第３パイロット室との圧力差に応じて第１スプールを移動させることができるとともに、第２パイロット室と第３パイロット室との圧力差に応じて第２スプールを移動させることができる。これにより、液圧アクチュエータがどちらの方向に作動するときでも、メータイン側またはメータアウト側で独立メータリング制御が可能である。さらに、パイロット室の数は３つであるので、必要な電磁比例弁の数を３つと少なくすることができる。
前記ハウジングは、貫通穴が形成されたハウジング本体を含み、前記貫通穴に前記第１スプールおよび前記第２スプールが摺動可能に挿入されており、前記第３パイロット室は、前記貫通穴内の前記第１スプールと前記第２スプールの間の部分であってもよい。この構成によれば、１つの貫通穴に第１スプールと第２スプールが挿入されるので、構造を簡易化することができる。
例えば、前記ハウジング本体には、前記第３パイロット室の両側に、前記貫通穴から径方向外向きに窪む第１流入用環状溝および第２流入用環状溝が形成されており、前記第１流入用環状溝および前記第２流入用環状溝が前記ポンプポートと接続され、前記第１スプールは、前記第２端面を構成するランド部を含み、前記第２スプールは、前記第２端面を構成するランド部を含んでもよい。
前記ハウジング本体には、前記第１流入用環状溝と前記第３パイロット室との間で前記貫通穴から径方向外向きに窪む第１リーク用環状溝が形成されており、前記第１リーク用環状溝が前記タンクポートまたはドレン路と接続されてもよい。この構成によれば、第１流入用環状溝から第３パイロット室への作動油の漏れ込みを防止することができる。
前記第１リーク用環状溝に加えて、前記ハウジング本体には、前記第２流入用環状溝と前記第３パイロット室との間で前記貫通穴から径方向外向きに窪む第２リーク用環状溝が形成されており、前記第２リーク用環状溝が前記タンクポートまたはドレン路と接続されてもよい。この構成によれば、第２流入用環状溝から第３パイロット室への作動油の漏れ込みを防止することができる。
あるいは、前記ハウジング本体には、前記第２流入用環状溝に対して前記第１流入用環状溝と反対側に、前記貫通穴から径方向外向きに窪む第２流出用環状溝または第２ドレン用環状溝が形成されており、前記第２流出用環状溝が前記タンクポートと接続され、前記第２スプールには、前記ランド部の外周面上の、前記第２流入用環状溝と前記第２端面の間の位置から前記第２流出用環状溝または前記第２ドレン用環状溝に至るリーク用通路が設けられてもよい。この構成でも、第２流入用環状溝から第３パイロット室への作動油の漏れ込みを防止することができる。
前記ハウジング本体には、前記第１流入用環状溝および前記第２流入用環状溝の外側に、前記貫通穴から径方向外向きに窪む第１流出用環状溝および第２流出用環状溝または第１ドレン用環状溝および第２ドレン用環状溝が形成されており、前記第１流出用環状溝および前記第２流出用環状溝が前記タンクポートと接続され、前記第１スプールには、前記ランド部の外周面上の、前記第１流入用環状溝と前記第２端面の間の位置から前記第１流出用環状溝または前記第１ドレン用環状溝に至るリーク用通路が設けられ、前記第２スプールには、前記ランド部の外周面上の、前記第２流入用環状溝と前記第２端面の間の位置から前記第２流出用環状溝または前記第２ドレン用環状溝に至るリーク用通路が設けられてもよい。この構成でも、第１流入用環状溝および第２流入用環状溝から第３パイロット室への作動油の漏れ込みを防止することができる。
前記ハウジング本体には、前記第１スプールと前記第２スプールとの間で前記貫通穴から径方向外向きに窪む中央環状溝が形成されているとともに、前記中央環状溝に開口するパイロット路が形成されてもよい。この構成によれば、パイロット路を通じた第３パイロット室に対する作動油の給排をスムーズに行うことができる。
あるいは、前記ハウジング本体には、前記第１スプールと前記第２スプールとの間で前記貫通穴に開口するパイロット路が形成されており、前記第１スプールの前記ランド部における前記第２端面に隣接する部分と前記第２スプールの前記ランド部における前記第２端面に隣接する部分の少なくとも一方が縮径されてもよい。この構成でも、パイロット路を通じた第３パイロット室に対する作動油の給排をスムーズに行うことができる。
例えば、前記第１パイロット室内には、前記第１スプールに、前記第１給排ポートを前記ポンプポートおよび前記タンクポートの双方から遮断する中立位置に当該第１スプールを維持するための付勢力を与える第１スプリングが配置されており、前記第２パイロット室内には、前記第２スプールに、前記第２給排ポートを前記ポンプポートおよび前記タンクポートの双方から遮断する中立位置に当該第２スプールを維持するための付勢力を与える第２スプリングが配置されてもよい。
また、本開示の液圧システムは、上記の方向・流量制御弁と、前記方向・流量制御弁の前記ポンプポートと接続された液圧ポンプと、前記方向・流量制御弁の前記第１給排ポートおよび前記第２給排ポートと接続された、第１方向および第２方向に作動する液圧アクチュエータと、前記方向・流量制御弁の前記第１パイロット室の圧力を調整する第１電磁比例弁と、前記方向・流量制御弁の前記第２パイロット室の圧力を調整する第２電磁比例弁と、前記方向・流量制御弁の前記第３パイロット室の圧力を調整する第３電磁比例弁と、前記第１電磁比例弁、前記第２電磁比例弁および前記第３電磁比例弁を制御する制御装置と、を備える、ことを特徴とする。
上記の構成によれば、１つの液圧アクチュエータに対して３つの電磁比例弁を用いて独立メータリング制御が可能である。
例えば、前記制御装置は、前記液圧アクチュエータを前記第１方向に作動させるときに、前記第３電磁比例弁の二次圧ポートをタンクポートと連通させ、前記第１電磁比例弁に第１二次圧を出力させ、前記第２電磁比例弁に第２二次圧を出力させ、前記液圧アクチュエータを前記第２方向に作動させるときに、前記第３電磁比例弁に第３二次圧を出力させてもよい。
前記制御装置は、前記液圧アクチュエータを前記第１方向に作動させるときに、前記第１二次圧と前記第２二次圧とを異ならせてもよい。この構成によれば、液圧アクチュエータを第１方向に作動させるときに、第１電磁比例弁と第２電磁比例弁の一方によりメータイン制御を行うことができ、他方によりメータアウト制御を行うことができる。
前記制御装置は、前記液圧アクチュエータを前記第２方向に作動させるときに、前記第１電磁比例弁の二次圧ポートをタンクポートと連通させるとともに、前記第２電磁比例弁の二次圧ポートをタンクポートと連通させてもよい。この構成によれば、液圧アクチュエータを第２方向に作動させるときに、第１スプールと第２スプールを同様に移動させることができる。
前記制御装置は、前記液圧アクチュエータを前記第２方向に作動させるときに、前記第１電磁比例弁と前記第２電磁比例弁の一方の二次圧ポートをタンクポートと連通させるが、前記第１電磁比例弁と前記第２電磁比例弁の他方が前記第１電磁比例弁である場合は前記第１電磁比例弁に前記第３二次圧よりも小さな第１二次圧を出力させ、前記第１電磁比例弁と前記第２電磁比例弁の他方が前記第２電磁比例弁である場合は前記第２電磁比例弁に前記第３二次圧よりも小さな第２二次圧を出力させてもよい。この構成によれば、液圧アクチュエータを第２方向に作動させるときに、第１電磁比例弁と第２電磁比例弁のどちらか一方またはどちらか一方と第３電磁比例弁によりメータイン制御またはメータアウト制御を行うことができる。

Claims (15)

  1. ポンプポート、第１給排ポート、第２給排ポートおよびタンクポートを有するとともに、内部に第１パイロット室、第２パイロット室および第３パイロット室が形成されたハウジングと、
    前記第１パイロット室に面する第１端面および前記第３パイロット室に面する第２端面を有し、前記第１給排ポートを前記ポンプポートおよび前記タンクポートの双方から遮断するか、前記第１給排ポートを前記ポンプポートと前記タンクポートのどちらか一方と連通させる第１スプールと、
    前記第１スプールとは独立した第２スプールであって、前記第２パイロット室に面する第１端面および前記第３パイロット室に面する第２端面を有し、前記第２給排ポートを前記ポンプポートおよび前記タンクポートの双方から遮断するか、前記第２給排ポートを前記ポンプポートと前記タンクポートの他方と連通させる第２スプールと、
    を備える、方向・流量制御弁。
  2. 前記ハウジングは、貫通穴が形成されたハウジング本体を含み、前記貫通穴に前記第１スプールおよび前記第２スプールが摺動可能に挿入されており、
    前記第３パイロット室は、前記貫通穴内の前記第１スプールと前記第２スプールの間の部分である、請求項１に記載の方向・流量制御弁。
  3. 前記ハウジング本体には、前記第３パイロット室の両側に、前記貫通穴から径方向外向きに窪む第１流入用環状溝および第２流入用環状溝が形成されており、前記第１流入用環状溝および前記第２流入用環状溝が前記ポンプポートと接続され、
    前記第１スプールは、前記第２端面を構成するランド部を含み、
    前記第２スプールは、前記第２端面を構成するランド部を含む、請求項２に記載の方向・流量制御弁。
  4. 前記ハウジング本体には、前記第１流入用環状溝と前記第３パイロット室との間で前記貫通穴から径方向外向きに窪む第１リーク用環状溝が形成されており、前記第１リーク用環状溝が前記タンクポートまたはドレン路と接続されている、請求項３に記載の方向・流量制御弁。
  5. 前記ハウジング本体には、前記第２流入用環状溝と前記第３パイロット室との間で前記貫通穴から径方向外向きに窪む第２リーク用環状溝が形成されており、前記第２リーク用環状溝が前記タンクポートまたはドレン路と接続されている、請求項４に記載の方向・流量制御弁。
  6. 前記ハウジング本体には、前記第２流入用環状溝に対して前記第１流入用環状溝と反対側に、前記貫通穴から径方向外向きに窪む第２流出用環状溝または第２ドレン用環状溝が形成されており、前記第２流出用環状溝が前記タンクポートと接続され、
    前記第２スプールには、前記ランド部の外周面上の、前記第２流入用環状溝と前記第２端面の間の位置から前記第２流出用環状溝または前記第２ドレン用環状溝に至るリーク用通路が設けられている、請求項３～５の何れか一項に記載の方向・流量制御弁。
  7. 前記ハウジング本体には、前記第１流入用環状溝および前記第２流入用環状溝の外側に、前記貫通穴から径方向外向きに窪む第１流出用環状溝および第２流出用環状溝または第１ドレン用環状溝および第２ドレン用環状溝が形成されており、前記第１流出用環状溝および前記第２流出用環状溝が前記タンクポートと接続され、
    前記第１スプールには、前記ランド部の外周面上の、前記第１流入用環状溝と前記第２端面の間の位置から前記第１流出用環状溝または前記第１ドレン用環状溝に至るリーク用通路が設けられ、
    前記第２スプールには、前記ランド部の外周面上の、前記第２流入用環状溝と前記第２端面の間の位置から前記第２流出用環状溝または前記第２ドレン用環状溝に至るリーク用通路が設けられている、請求項３～５の何れか一項に記載の方向・流量制御弁。
  8. 前記ハウジング本体には、前記第１スプールと前記第２スプールとの間で前記貫通穴に開口するパイロット路が形成されており、
    前記第１スプールの前記ランド部における前記第２端面に隣接する部分と前記第２スプールの前記ランド部における前記第２端面に隣接する部分の少なくとも一方が縮径されている、請求項３～７の何れか一項に記載の方向・流量制御弁。
  9. 前記ハウジング本体には、前記第１スプールと前記第２スプールとの間で前記貫通穴から径方向外向きに窪む中央環状溝が形成されているとともに、前記中央環状溝に開口するパイロット路が形成されている、請求項２～８の何れか一項に記載の方向・流量制御弁。
  10. 前記第１パイロット室内には、前記第１スプールに、前記第１給排ポートを前記ポンプポートおよび前記タンクポートの双方から遮断する中立位置に当該第１スプールを維持するための付勢力を与える第１スプリングが配置されており、
    前記第２パイロット室内には、前記第２スプールに、前記第２給排ポートを前記ポンプポートおよび前記タンクポートの双方から遮断する中立位置に当該第２スプールを維持するための付勢力を与える第２スプリングが配置されている、請求項１～９の何れか一項に記載の方向・流量制御弁。
  11. 請求項１～１０の何れか一項に記載の方向・流量制御弁と、
    前記方向・流量制御弁の前記ポンプポートと接続された液圧ポンプと、
    前記方向・流量制御弁の前記第１給排ポートおよび前記第２給排ポートと接続された、第１方向および第２方向に作動する液圧アクチュエータと、
    前記方向・流量制御弁の前記第１パイロット室の圧力を調整する第１電磁比例弁と、
    前記方向・流量制御弁の前記第２パイロット室の圧力を調整する第２電磁比例弁と、
    前記方向・流量制御弁の前記第３パイロット室の圧力を調整する第３電磁比例弁と、
    前記第１電磁比例弁、前記第２電磁比例弁および前記第３電磁比例弁を制御する制御装置と、
    を備える、液圧システム。
  12. 前記制御装置は、前記液圧アクチュエータを前記第１方向に作動させるときに、前記第３電磁比例弁の二次圧ポートをタンクポートと連通させ、前記第１電磁比例弁に第１二次圧を出力させ、前記第２電磁比例弁に第２二次圧を出力させ、前記液圧アクチュエータを前記第２方向に作動させるときに、前記第３電磁比例弁に第３二次圧を出力させる、請求項１１に記載の液圧システム。
  13. 前記制御装置は、前記液圧アクチュエータを前記第１方向に作動させるときに、前記第１二次圧と前記第２二次圧とを異ならせる、請求項１２に記載の液圧システム。
  14. 前記制御装置は、前記液圧アクチュエータを前記第２方向に作動させるときに、前記第１電磁比例弁の二次圧ポートをタンクポートと連通さるとともに、前記第２電磁比例弁の二次圧ポートをタンクポートと連通させる、請求項１２または１３に記載の液圧システム。
  15. 前記制御装置は、前記液圧アクチュエータを前記第２方向に作動させるときに、前記第１電磁比例弁と前記第２電磁比例弁の一方の二次圧ポートをタンクポートと連通させるが、前記第１電磁比例弁と前記第２電磁比例弁の他方が前記第１電磁比例弁である場合は前記第１電磁比例弁に前記第３二次圧よりも小さな第１二次圧を出力させ、前記第１電磁比例弁と前記第２電磁比例弁の他方が前記第２電磁比例弁である場合は前記第２電磁比例弁に前記第３二次圧よりも小さな第２二次圧を出力させる、請求項１２または１３に記載の液圧システム。
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