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【発明の名称】 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
【発明者】 【氏名】シャオロン ヤン
【要約】 【課題】本発明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にある。

【解決手段】パイロット作動型制御バルブは流入口と流出口を持っている本体を有する。主バルブポペット弁は本体内で可動し、流入口と流出口間の液体の流れを選択的に制御する。主バルブポペット弁はパイロットポペット弁の動きにより開閉されるパイロット通路を設けた撓みダイアフラムを有する。ダイアフラムはパイロットポペット弁に作用する圧力差により撓む。撓みにより圧力差がパイロットポペット弁を動作させる悪影響が補償される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 流入通路と流出通路を形成する本体と；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ために前記本体内のバルブシートを選択的に係合させる主バルブポペット弁と；前記バルブシートから前記主バルブポペット弁の一側部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、前記主バルブポペット弁内にあり、前記流入通路と前記制御室の間に延在するチャネルと；前記主バルブポペット弁に動作可能に接続され、前記制御室の第１圧力を加えられる第１の側部と、前記流出通路の第２圧力を加えられる第２側部と、前記第１側部と第２側部間のパイロット通路を有し、前記第１圧力と前記第２圧力間の差がダイアフラムを撓める様に作用するダイアフラムと；前記パイロット通路を選択的に開閉するために前記ダイアフラムに対して移動可能であ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。
【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。
【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長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移させるばねと；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。
【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。
【請求項５】 前記ダイアフラムが単一部品として主バルブポペット弁で構成されることを有す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。
【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。
【請求項７】 前記ダイアフラムが前記空洞部の前記第２端部での前記主バルブポペット弁内の凹部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。
【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の弾性封じ部からさらに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。
【請求項９】 前記ダイアフラムが熱可塑性材料と銅ベリリウム合金からなるグループから選択された材料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。
【請求項１０】 流入通路と流出通路を有する本体と；前記本体内のバルブシートを選択的に係合させることにより前記流入通路と前記流出通路との間の液体の流れを制御する主バルブポペット弁と；前記バルブシートから前記主バルブポペット弁の離れた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との間の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係合され、且つ前記制御室の第１圧力を加えられる第１の側部と、前記流出通路の第２圧力を加えられる第２側部と、前記第１側部と第２側部との間のパイロット通路とを有し、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平衡部材を移動させる平衡部材と；前記パイロット通路を選択的に開閉するために前記平衡部材に対して移動可能であるパイロットポペット弁と；前記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パイロット作動型制御バルブ。
【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記載のパイロット作動型制御バルブ。
【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伸張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移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記載のパイロット作動型制御バルブ。
【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部を有する第１端部と、前記平衡部材により閉鎖された第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記載のパイロット作動型制御バルブ。
【請求項１４】 前記平衡部材が単一部品として主バルブポペット弁で構成されることを特徴とする請求項１０記載のパイロット作動型制御バルブ。
【請求項１５】 前記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記載のパイロット作動型制御バルブ。
【請求項１６】 前記平衡部材が前記空洞部の前記第２端部での前記主バルブポペット弁内の凹部に配置されることを特徴とする請求項１０記載のパイロット作動型制御バルブ。
【請求項１７】 前記平衡部材と前記主バルブポペット弁との間の弾性封じ部からさらに構成されることを特徴とする請求項１０記載のパイロット作動型制御バルブ。
【請求項１８】 前記平衡部材が熱可塑性材料と銅ベリリウム合金からなるグループから選択された材料から形成されることを特徴とする請求項１０記載のパイロット作動型制御バルブ。
【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速が変更され、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速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５，８７８，６４７号に示される様に、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から離間している主バルブポペット弁の一側部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金型に対して加えられ、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選択的に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選択的に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２４は、好ましくは、Ｔｏｒｌｏｎ（ＢＰＡｍｏｃｏ Ｐｌｃ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の反対側は制御室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を介して供給通路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を偏移させる。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移される。電磁コイル３８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速はコイル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１８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速は制御室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の円錐先端５４に生じるまで、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速は電機子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は供給通路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。分離した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、先端部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。
【出願人】 【識別番号】５９８０９６１３１
【氏名又は名称】フスコ インターナショナル インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＨＵＳＣＯ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ， ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】Ｐ．Ｏ． Ｂｏｘ ２５７， Ｗａｕｋｅｓｈａ， Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ ５３１８７−０２５７ ＵＳ
【出願日】 平成１２年５月１日（２０００．５．１）
【代理人】 【識別番号】１０００７０００２
【弁理士】
【氏名又は名称】川崎 隆夫
【公開番号】 特開２０００−３２９２４８（Ｐ２０００−３２９２４８Ａ）
【公開日】 平成１２年１１月３０日（２０００．１１．３０）
【出願番号】 特願２０００−１３１８９３（Ｐ２０００−１３１８９３）