| 【発明の名称】 |
圧電バルブおよび流体流制御方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】ウィリアム エヌ．オーネイル
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| 【要約】 |
【課題】オペレータの入力に対する反応時間に関する問題を克服する。
【解決手段】圧電バルブは概して弁本体を通る流体流路を提供する複数の通路を有する弁本体を具備する。流路を通る流れは弁本体内の内部空間内に液密状態で摺動可能に受容されるポペット弁の位置により制御される。圧電アクチュエータが弁本体に固定され且つポペット弁と接触する。圧電アクチュエータの作動は内部空間内のポペット弁を移動させる。内部空間内でのポペット弁の移動は弁本体内の流体流路を通る流れを制御する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 第二の端部の反対側の第一の端部と、該第一の端部に近接した第一のチャンバと流体的に連絡される第一の複数の通路と、該第二の端部に近接した第二のチャンバと流体的に連絡される第二の複数の通路と、前記第一のチャンバと前記第二のチャンバとの間に形成された内部空間とを有する弁本体と、前記内部空間に液密状態で受容可能で且つ該内部空間内で摺動可能なポペット弁とを具備し、該ポペット弁は第二の端部の反対側の第一の端部を有し、前記ポペット弁に接触する圧電アクチュエータを具備し、該圧電アクチュエータは該圧電アクチュエータが作動した時に前記内部空間内で前記ポペット弁を摺動させることができ、前記圧電アクチュエータが作動していない時に前記ポペット弁の第二の端部を弁座に付勢し、流体が前記第一の複数の通路と前記第一のチャンバとを通って流れることができるようにし、これにより前記弁本体を通る第一の流体流路が確立されるバネを具備し、該バネは流体が前記第二の複数の通路と前記第二のチャンバとを通って流れるのを阻止し、前記圧電アクチュエータが作動すると前記ポペット弁が前記弁座から離れるように移動して前記バネが圧縮され、このことにより流体が前記第二の複数の通路と前記第二のチャンバとを通って流れることができるようになり、これにより前記弁本体を通る第二の流路が確立され、流体が前記第一の流路を通って流れることが阻止される圧電バルブ。
【請求項２】 前記ポペット弁の第一の端部は第一の傾斜面を有し、前記ポペット弁の第二の端部は第二の傾斜面を有し、該第二の傾斜面は前記弁座に受容される請求項１に記載の圧電バルブ。
【請求項３】 前記弁本体の第二の端部はネジ開口を有し、前記圧電アクチュエータは圧電素子と薄ナットとヘッド、ネジ部分およびスリーブを有する中空ボルトとを有し、該圧電素子は該スリーブ内に受容可能であり、該ネジ部分は前記ネジ開口と係合可能であり、前記薄ナットは前記圧電アクチュエータを前記弁本体の第二の端部に固定するために前記弁本体の第二の端部に隣接して前記ネジ部分に配置される請求項１に記載の圧電バルブ。
【請求項４】 前記薄ナットと前記弁本体の第二の端部との間に配置されるシールをさらに有する請求項３に記載の圧電バルブ。
【請求項５】 前記中空ボルトのヘッドを通って前記圧電素子に延びる複数のリード線をさらに有し、これらリード線は前記圧電アクチュエータを作動させるために電力を導く請求項３に記載の圧電バルブ。
【請求項６】 前記弁本体の第一の端部はネジ開口を有し、該ネジ開口はヘッドと環状部分とを有する中空ボルトを受容することができ、該環状部分は前記第一のチャンバを画成し且つ該中空ボルトを前記ネジ開口に固定するために前記ネジ開口と係合可能な外ネジを有する請求項１に記載の圧電バルブ。
【請求項７】 前記環状部分は前記バネの一部を受容するためのバネ用溝をさらに有する請求項６に記載の圧電バルブ。
【請求項８】 前記環状部分は前記第一のチャンバと前記第一の複数の通路の少なくとも一つとに連絡される通路をさらに有する請求項６に記載の圧電バルブ。
【請求項９】 前記中空ボルトのヘッドと前記弁本体の第一の端部との間に配置されるシールをさらに有する請求項６に記載の圧電バルブ。
【請求項１０】 前記第一の流体流路は予圧源と液圧弁とを流体的に連絡し、前記第二の流体流路は前記液圧弁と液圧流体リザーバとを流体的に連絡する請求項１に記載の圧電バルブ。
【請求項１１】 第二の端部の反対側の第一の端部と、該第二の端部に近接したチャンバと連絡される第一の複数の通路と、前記第一の端部と前記第二の端部との間に形成された内部空間とを有する弁本体と、前記内部空間に液密状態で受容可能で且つ該内部空間内で摺動可能なポペット弁とを具備し、該ポペット弁は第二の端部の反対側の第一の端部を有し、前記ポペット弁に接触する圧電アクチュエータを具備し、該圧電アクチュエータは該圧電アクチュエータが作動した時に前記内部空間内で前記ポペット弁を摺動させることができ、前記圧電アクチュエータが作動していない時に前記ポペット弁の第二の端部を弁座に付勢し、前記ポペット弁の第二の端部は前記第一の複数の通路と前記チャンバとが流体的に連絡されることを阻止することができ、前記圧電アクチュエータが作動すると前記第二の端部が前記弁座から離れるように移動して前記バネが圧縮され、これにより流体が前記第一の複数の通路と前記チャンバとを通って流れることができるようになり、これにより前記弁本体を通る第一の流体流路が形成される圧電バルブ。
【請求項１２】 前記ポペット弁はアクチュエータ用溝を有し、該アクチュエータ用溝は前記ポペット弁の第二の端部から該ポペット弁の第一の端部に向かって延び、前記圧電アクチュエータを受容することができる請求項１１に記載の圧電バルブ。
【請求項１３】 前記ポペット弁の第二の端部は傾斜面を有し、該傾斜面は前記弁座に受容される請求項１１に記載の圧電バルブ。
【請求項１４】 前記弁本体の第二の端部はネジ開口を有し、前記圧電アクチュエータは圧電素子と薄ナットとヘッド、ネジ部分およびスリーブを有する中空ボルトとを有し、該圧電素子は該スリーブ内に受容可能であり、該ネジ部分は前記ネジ開口と係合可能であり、該薄ナットは前記圧電アクチュエータを前記弁本体の第二の端部に固定するために前記弁本体の第二の端部に近接して該ネジ部分に配置される請求項１１に記載の圧電バルブ。
【請求項１５】 前記薄ナットと前記弁本体の第二の端部との間に配置されるシール部分をさらに具備する請求項１４に記載の圧電バルブ。
【請求項１６】 前記中空ボルトのヘッドを通って前記圧電素子へと延びる複数のリード線をさらに具備し、これらリード線は前記圧電アクチュエータを作動させるために電力を供給する請求項１４に記載の圧電バルブ。
【請求項１７】 前記弁本体の第一の端部はネジ開口を有し、該ネジ開口はヘッドと環状部分とを有するプラグを受容でき、該環状部分はチャンバを画成し、前記プラグを前記ネジ開口に固定するために前記ネジ開口と係合可能な外ネジを有する請求項１１に記載の圧電バルブ。
【請求項１８】 前記環状部分は前記バネの一部を受容するためのバネ用溝をさらに有し、前記弁本体は前記チャンバと流体的に連絡される通路を有する請求項１７に記載の圧電バルブ。
【請求項１９】 第二の端部と反対側の第一の端部と、弁本体を通る第一の流体流路と、弁本体を通る第二の流体流路と、前記第一の端部と前記第二の端部との間に形成された内部空間とを有する弁本体と、前記内部空間に液密状態で受容可能で且つ該内部空間内で摺動可能なポペット弁とを具備し、該ポペット弁は第二の端部の反対側の第一の端部を有し、前記ポペット弁の第一の端部に接触する第一の圧電アクチュエータと、前記ポペット弁の第二の端部に接触する第二の圧電アクチュエータとを具備し、前記ポペット弁は前記第一の圧電アクチュエータおよび前記第二のアクチュエータが作動していない時に前記内部空間内の中心に位置し、これにより流体が前記第一の流体流路と前記第二の流体流路とを通って流れ、前記第一の圧電アクチュエータが第一の電流で作動されて該第一の圧電アクチュエータ内の圧電素子が伸張され、前記第二の圧電アクチュエータが第二の電流で作動されて該第二のアクチュエータ内の圧電素子が圧縮される時、前記ポペット弁はシフトされ、流体が第一の流体流路および第二の流体流路の一方を通って流れるのが阻止され、第一の流体流路および第二の流体流路の他方を通って流れるのが増加する圧電バルブ。
【請求項２０】 前記ポペット弁の第一の端部は第一の傾斜面を有し、前記ポペット弁の第二の端部は第二の傾斜面を有する請求項１９に記載の圧電バルブ。
【請求項２１】 前記弁本体の第二の端部はネジ開口を有し、前記第二のアクチュエータはさらに薄ナットとヘッド、ネジ部分およびスリーブを有する中空ボルトとを有し、前記圧電素子は該スリーブに受容可能であり、前記ネジ部分は前記ネジ開口と係合可能であり、前記薄ナットは前記圧電アクチュエータを前記弁本体の第二の端部に固定するために前記弁本体の第二の端部に近接してネジ部分に配置される請求項１９に記載の圧電バルブ。
【請求項２２】 前記薄ナットと前記弁本体の第二の端部との間にシール位置をさらに具備する請求項２１に記載の圧電バルブ。
【請求項２３】 前記弁本体の第一の端部はネジ開口を有し、前記ネジ開口はヘッドと環状部分とを有するプラグを受容することができ、前記環状部分は前記プラグを前記ネジ開口に固定するために前記ネジ開口と係合可能な外ネジを有する請求項１９に記載の圧電バルブ。
【請求項２４】 前記プラグはネジ開口を有し、前記第一の圧電アクチュエータはさらに薄ナットとヘッド、ネジ部分およびスリーブを有する中空ボルトとを有し、前記圧電素子は前記スリーブに受容可能であり、前記ネジ部分は前記プラグ内のネジ開口に係合可能であり、前記薄ナットは前記第一のアクチュエータを前記プラグに固定するために前記プラグに近接してネジ部分に配置可能である請求項２３に記載の圧電バルブ。
【請求項２５】 弁本体を通る流体の流れを制御する流体流制御方法であって、第一のチャンバと第二のチャンバとを有し、第一のチャンバと第二のチャンバとの間に形成される内部空間を備える弁本体を提供する工程と、前記弁本体を通り且つ前記第一のチャンバと流体的に連絡される第一の複数の通路と、前記弁本体を通り且つ前記第二のチャンバと流体的に連絡される第二の複数の通路とを提供する工程と、前記内部空間にポペット弁を摺動可能に且つ液密状態で配置する工程と、前記圧電アクチュエータを前記ポペット弁に接触するように配置する工程と、前記圧電アクチュエータが作動していない時に前記ポペット弁を第一の方向に付勢する工程とを具備し、この工程により流体が前記第一の複数の通路を通って流れ且つ前記第二の通路を通って流れるのが阻止され、前記ポペット弁を前記第一の方向とは反対の第二の方向に移動させるために前記圧電アクチュエータを作動させる工程を具備し、この工程により流体が前記第二の複数の通路を通って流れ且つ前記第一の複数の通路を通って流れるのが阻止される流体流制御方法。
【請求項２６】 前記圧電アクチュエータを前記ポペット弁に接触するように配置する工程は前記弁本体の第二のチャンバに近接してネジ開口を提供する工程と、前記圧電アクチュエータを該ネジ開口にねじ込む工程と、該圧電アクチュエータを薄ナットで前記ネジ開口に保持する工程とをさらに具備する請求項２５に記載の流体流制御方法。
【請求項２７】 前記薄ナットと前記弁本体との間にシールを配置する工程をさらに具備する請求項２６に記載の流体流制御方法。
【請求項２８】 前記圧電アクチュエータに電力を提供するために前記圧電アクチュエータまで一対のリード線を延ばす工程をさらに具備する請求項２６に記載の流体流れ制御方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は概して油圧（液圧）弁に関し、特に圧電効果で作動するポペット弁による油圧弁の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電性材料は電界にさらされることに反応し、印加された電位差に直接的に応じて変形する。変形の方向、すなわち長くなるか短くなるかは電界の極性と圧電材料の配列とに依存する。概して圧電素子は圧電材料からなる一連のディスクを積層して形成され、当該圧電素子においてはディスクが電界にさらされるようにディスクを電極と交互に積層せしめられる。
【０００３】圧電素子には非常に高い周波数を持続でき、且つ電界の変化にほぼ瞬間的に反応することができるという利点がある。例えばディスクを適当に方向付け、積層して形成した圧電素子は負極性に反応し、積層せしめられたディスクの軸線方向に沿ってマイクロ秒単位で伸張する。例えば長さが約１５０ｍｍである積層ディスクは約７５μｍほど伸張する。
【０００４】典型的な油圧制御システムにおける油圧弁は両端に制御用容積空間を備えた内部スプールを有する。高い油圧が計量せしめられ、スプールの各端部の制御用容積空間に供給せしめられる。油圧弁の出力を制御するのにはスプールの移動が使用される。スプールの各端部の制御用容積空間に供給されるパイロット油圧を調整することにより油圧弁内においてスプールが移動せしめられることが多い。パイロット油圧の圧力は上述した高い油圧よりも低い。これによればスプールの一端のパイロット油圧を僅かに変化することにより油圧弁内のスプールを移動せしめることができる。典型的には油圧弁内においてスプールを移動させ、これにより機械器具を動かすためにスプールの一端のパイロット油圧を調節するのにオペレータからの入力が使用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】現在流通している油圧弁における欠点はオペレータによる入力に対する反応時間に関するものである。オペレータによる入力に対してほぼ瞬間的に反応する油圧弁には利点がある。圧電材料の反応時間は非常に短く、油圧制御弁システムと組み合わせるには理想的な材料である。本発明の目的はこうした問題を克服することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために一番目の発明では圧電バルブを開示した。圧電バルブは第二の端部の反対側の第一の端部と、この第一の端部に近接した第一のチャンバと流体的に連絡される第一の複数の通路と、第二の端部に近接した第二のチャンバと流体的に連絡される第二の複数の通路と、第一のチャンバと第二のチャンバとの間に形成された内部空間とを有する弁本体と、内部空間に液密状態で受容され且つ内部空間内で摺動可能なポペット弁とを具備し、ポペット弁は第一の端部と第二の端部とを有し、ポペット弁と接触する圧電アクチュエータを具備し、圧電アクチュエータはこの圧電アクチュエータが作動する時にポペット弁を内部空間内で摺動させ、圧電アクチュエータが作動していない時にポペット弁の第二の端部を弁座に付勢して流体が第一の複数の通路と第一のチャンバとを通って流れるようにするバネを具備し、これにより弁本体を通る第一の流体流路が確立され、このバネは流体が第二の複数の通路と第二のチャンバとを通って流れるのを阻止し、圧電アクチュエータが作動するとポペット弁が弁座から離れるように移動してバネを圧縮し、流体が第二の複数の通路と第二のチャンバとを通って流れ、これにより第二の流体流路が確立され、流体が第一の流体流路を通って流れるのを阻止する。
【０００７】また上記課題を解決するために二番目の発明では弁本体を通る流体の流れを制御する方法において、第一のチャンバと第二のチャンバとを有し且つ第一のチャンバと第二のチャンバとの間に形成される内部空間を備える弁本体を提供する工程と、前記弁本体を通り且つ前記第一のチャンバと流体的に連絡される第一の複数の通路と、前記弁本体を通り且つ前記第二のチャンバと流体的に連絡される第二の複数の通路とを提供する工程と、前記内部空間にポペット弁を摺動可能に且つ液密状態で配置する工程と、前記圧電アクチュエータを前記ポペット弁に接触するように配置する工程と、前記圧電アクチュエータが作動していない時に前記ポペット弁を第一の方向に付勢する工程とを具備し、この工程により流体が前記第二の通路を通って流れるのが阻止されて前記第一の複数の通路を通って流れ、前記ポペット弁を前記第一の方向とは反対の第二の方向に移動させるために前記圧電アクチュエータを作動させる工程を具備し、この工程により流体が前記第一の通路と通って流れるのが阻止されて前記第二の複数の通路を通って流れる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。油圧制御システムの概略図を概して図１に参照番号２０で示す。油圧制御システム２０は様々な機械の器具および機械の機能を制御するのに使用される。なお本発明は油圧のみならず広く液圧を利用するシステムに適用可能である。
【０００９】油圧制御システム２０はオペレータの手の動きを器具の動きに変換するための複数の手動制御部２２を有する。概して手動制御部２２はオペレータの手の動きを電子制御コンピュータ２４に送信される電気信号に変換するための電子手動制御部を具備する。電子制御コンピュータ２４は手動制御部２２から電気信号を受信し、複数の圧電バルブ３２を含む様々なアクチュエータに制御電気信号を送信する。
【００１０】油圧ポンプ２６はエンジンのような駆動手段（図示せず）により回転せしめられ、高い油圧を出力する。油圧ポンプ２６は当業者には公知の油圧流体リザーバ（図示せず）に接続される。油圧弁２８は油圧ポンプ２６から高い油圧を受け、圧電バルブ３２からの低いパイロット油圧で制御せしめられる。上述したように油圧弁２８はスプール（図示せず）を有し、またスプールの両側に制御用容積空間（以下、制御空間）を有する。各制御空間には油圧弁２８内のスプールの位置を制御するために油圧ポンプ２６からの高い油圧と圧電バルブ３２からの低いパイロット油圧とが送られる。油圧ポンプ２６は圧電バルブ３２に低いパイロット油圧を出力するための油圧低減弁（以下、減圧弁）３０に高い油圧を送る。油圧弁２８の動きは圧電バルブ３２から供給されるパイロット油圧を調節することにより制御される。
【００１１】油圧弁２８は制御された高い圧力をモータや油圧シリンダといった幾つかの油圧アクチュエータ３４に出力する。油圧アクチュエータ３４は制御された高い油圧を受け、機械的な力を出力し、機械の機械部品や機械器具３６を動かす。油圧弁２８内においてスプールを第一の方向または第二の方向にシフトするためには油圧弁２８の一方の制御空間のパイロット油圧を微量に変化させる。油圧弁２８内においてスプールをシフトすることにより機械の機械部品や機械器具３６が動かされる。
【００１２】図２に本発明に従って設計された圧電バルブ３２を示す。圧電バルブ３２は弁本体４０を有する。弁本体４０は第一の端部４２と、この第一の端部４２の反対側の第二の端部４４とを有する。また圧電バルブ３２はポペット弁４６と圧電アクチュエータ４８とを有する。
【００１３】弁本体４０の第一の端部４２は中空ボルト５２を受容するためのネジの切られた開口、すなわちネジ開口（以下、ネジ穴）５０を有する。中空ボルト５２は外ネジ５７を備えた環状部分５６に隣接してヘッド５４を具備する。外ネジ５７を備えた環状部分５６はネジ穴５０に受容される。さらに環状部分５６は通路５８を有する。第一のチャンバ６４の一方の端部をシールするためにヘッド５４と中空ボルト５２との間にシール６０が受容され、第一のチャンバ６４の一部は環状部分５６内に形成される。第一のチャンバ６４に隣接したバネ用溝６２がバネ６６の一方の端部を受容する。
【００１４】環状部分５６内の通路５８には弁本体４０内の第一の通路６８は連絡される。通路５８は第一の通路６８と第一のチャンバ６４とを連絡せしめる。さらに第一の通路６８は弁本体４０の第二の端部４４に近接した第二の通路７０に連絡される。
【００１５】さらに弁本体４０は第二の端部４４に近接して第三の通路７２を有する。第三の通路７２は弁本体４０の第二の端部４４に近接して配置された第二のチャンバ１０８に流体的に連絡せしめられる。さらに弁本体４０は第一の端部４２と第二の端部４４との間に内部空間７４を有する。内部空間７４はポペット弁４６を収容する。
【００１６】ポペット弁４６は第一の端部７６と、この第一の端部７６の反対側の第二の端部７８とを有し、これら端部の間に本体７９を備える。第一の溝８０が第一の端部７６に配置され、この第一の溝８０はバネ６６の一部を受容する。さらに第一の端部７６は第一の傾斜面８２を有し、第二の端部７８は第二の傾斜面８４を有する。また第二の端部７８から本体７９内へとアクチュエータ用溝８６が延びる。アクチュエータ用溝８６は圧電アクチュエータ４８の一部を受容する。ポペット弁４６は液密状態で内部空間７４内で摺動することができる。
【００１７】弁本体４０の第二の端部４４は圧電アクチュエータ４８の一部を受容するためのネジ穴８８を有する。圧電アクチュエータ４８はヘッド９２とネジ部分９４とスリーブ９６とを有する中空ボルト９０を具備する。ネジ部分９４はネジ穴８８に受容される。スリーブ９６はポペット弁４６のアクチュエータ用溝８６内へと延びる。スリーブ９６は圧電素子９８を受容する。好ましくは圧電素子９８は中空ボルト９０と、ヘッド９２と、ネジ部分９４と、スリーブ９６とを一つの組立体として機能させ、圧電アクチュエータ４８を形成することができるように例えばプラスチックのような保護用のシール材料と共にスリーブ９６内に嵌め込まれ、或いは入れられる。
【００１８】圧電素子９８は一対のリード線１００に接続される。これらリード線１００は圧電アクチュエータを作動させるため、或いは作動を中止させるための電子制御コンピュータから電気信号を受信する。
【００１９】上述したように圧電素子９８は概してジルコン酸チタン酸鉛のような圧電性材料からなる積層せしめられたディスクを具備する。圧電素子９８はディスクをリード線１００に接続された電極（図示せず）と交互に積層せしめ、形成される。圧電アクチュエータ４８を作動させると電気信号の極性とディスクの配列とに応じて圧電素子９８が長手軸線に沿って伸張したり収縮したりする。
【００２０】圧電アクチュエータ４８を第二の端部４４およびポペット弁４６に対して固定するために薄ナット１０２がネジ部分９４に受容される。ワッシャ１０４およびシール１０６が薄ナット１０２に近接して受容され、これらワッシャ１０４およびシール１０６はネジ穴８８を外的要素からシールするのに役立つ。圧電アクチュエータ４８は第二のチャンバ１０８を通って延びる。第二のチャンバ１０８はポペット弁４６の第二の傾斜面８４を受容するために弁座１１０を有する。
【００２１】圧電アクチュエータが作動していない時には通常、バネ６６はポペット弁４６を図２に示した位置へと弁座１１０に対して付勢する。すなわち通常、第二の傾斜面８４は弁座１１０に当接し、これにより第三の通路７２と第二のチャンバ１０８と第二の通路７０とを通る流体的な連絡が遮断せしめられる。通常、第一の通路６８は第一のチャンバ６４および第二の通路７０に流体的に連絡され、これにより弁本体４０を通る第一の流路が提供される。
【００２２】好適な実施例ではリード線１００を介して圧電アクチュエータ４８に電流を流すことにより圧電素子９８が長手軸線に沿って伸張せしめられる。例えば長さが１５０ｍｍの圧電素子９８のストローク長さ（伸張距離）は概して約７５μｍである。この長さに亘る動きはポペット弁を移動して第一の傾斜面８２を環状部分５６に押し付けるには十分であり、これにより第一の流路を通る流体の流れを遮断することができる。さらにこのようにポペット弁４６が第一の端部４２に向かって移動することにより第二の通路７０と第二のチャンバ１０８と第三の通路７２とが流体的に連絡され、斯くして第二の弁本体４０を通る第二の流路が形成される。
【００２３】圧電アクチュエータ４８への電流が止められ、圧電性材料に蓄えられた電荷が流れ出て放電されるとバネ６６がポペット弁４６を図２に示した位置に戻し、斯くして第一の流路が開かれ、第二の流路が閉じられる。
【００２４】開示した圧電バルブ３２は油圧制御システム２０において例えばパイロット油圧の分配を制御するために種々の形態にて使用される。一つの使用例においては油圧弁２８内のスプールの各制御空間が圧電バルブ３２の第二の通路７０と流体的に連絡され、パイロット油圧が圧電バルブ３２の第一の通路６８に供給される。ここではスプールの各端部がそれぞれ対応する圧電バルブ３２から同じパイロット油圧を受ける。このため最初の段階ではスプールは油圧弁２８内で中央に位置する。なおこのとき第三の通路７２は油圧流体リザーバに接続される。次いで油圧弁２８内のスプールをシフトするために圧電アクチュエータ４８を介して一方の圧電バルブ３２を作動させる。圧電バルブ３２を作動させたときにはポペット弁４６が弁本体４０の第一の端部４２に向かってシフトし、これにより第一の流路が閉じられ、第二の流路が開かれる。これにより油圧弁２８内のスプールの対応する制御空間から第二の流路を介して油圧ポンプリザーバ（図示せず）に圧油を流出させ、圧力を解放することができる。次いで圧電アクチュエータ４８の電気作動を中止すればバネ６６がポペット弁４６を図２に示した位置に戻す。斯くして油圧弁２８内のスプールが新たな位置に安定する。
【００２５】図３に別の実施例の圧電バルブ１１６を断面図で示す。圧電バルブ１１６は弁本体１１８を有する。弁本体１１８は第一の端部１２０と、これとは反対側の第二の端部１２２とを有する。弁本体１１８内には内部空間１２３が配置される。内部空間１２３は液密状態で内部空間１２３内で摺動可能なポペット弁１２４を受容する。
【００２６】弁本体１１８の第二の端部１２２は圧電アクチュエータ４８の環状部分９４を受容するためのネジ穴（ネジの切られた開口）１２６を有する。図３に示した圧電アクチュエータは図２に示した圧電アクチュエータ４８と同様に機能する。
【００２７】第一の端部１２０はプラグ１３０を受容するためのネジ穴（ネジの切られた開口）１２８を有する。プラグ１３０は環状部分１３４に隣接してヘッド１３２を有する。環状部分１３４はネジ穴１２８に受容される。ネジ穴１２８を外的要素からシールするためにヘッド１３２と第一の端部１２０との間にシール１３５が受容される。
【００２８】環状部分１３４内にはバネ用溝１３６が配置される。このバネ用溝１３６はバネ１３８の一部を受容する。バネ１３８はポペット弁１２４を第二の端部１２２に向かって付勢する。
【００２９】弁本体１１８は第一の通路１４０を有する。第一の通路１４０は第二の通路１４２と、第二のチャンバ１５８と、第三の通路１６０とに流体的に連絡せしめられる。第二の通路１４２はバネ用溝１３６とポペット弁１２４とにより画成された第一のチャンバ１４４と流体的に連絡せしめられる。
【００３０】ポペット弁１２４はバネ１３８を保持するための突起部１４８を有する第一の端部１４６を有する。第一の端部１４６の反対側に第二の端部１５０が位置する。本体１５２が第一の端部１４６を第二の端部１５０に結合する。第二の端部１５０は傾斜面１５４とアクチュエータ用溝１５６とを有する。アクチュエータ用溝１５６は圧電アクチュエータ４８のスリーブ９６および圧電素子９８を受容する。通常、保持されたバネ１３８は弁本体１１８内で傾斜面１５４を弁座１６２へと付勢する。したがって通常、第一の通路１４０と、第二のチャンバ１５８と、第三の通路１６０との間は流体的に連絡されてはいない。
【００３１】圧電アクチュエータ４８が電流により作動せしめられた時、圧電素子９８は伸張して弁本体１１８の第一の端部１２０に向かってポペット弁１２４を移動させる。斯くして第三の通路１６０と、第二のチャンバ１５８と、第一の通路１４０との間が流体的に連絡されるようになる。
【００３２】使用に際しては圧電バルブ１１６はパイロット油圧を油圧弁２８に供給するため、または油圧弁２８から油圧を解放することができるようにするために大きさが可変のオリフィスとして使用される。すなわち圧電バルブ１１６の機能は第三の通路１６０と第一の通路１４０とに連結される圧電制御システム２０の部分に依存している。なお圧電バルブ１１６においては第二の通路１４２によりポペット弁１２４の両端部の圧力を均等にせしめられる。
【００３３】図４は別の実施例の圧電バルブ１６６の断面図である。圧電バルブ１６６は図２および図３に開示した圧電アクチュエータと同様な二つの圧電アクチュエータ４８を有する。
【００３４】圧電バルブ１６６は弁本体１６８を有する。弁本体１６８は第一の端部１７０と、これとは反対側の第二の端部１７２とを有する。第一の端部１７０と第二の端部１７２との間に内部空間１７３が配置される。内部空間１７３は液密状態で内部空間１７３内で摺動可能なポペット弁１７４を受容する。
【００３５】弁本体１６８の第二の端部１７２は図２に示した方法と同様な方法で圧電アクチュエータ４８のネジ部分９４を受容するためのネジ穴（ネジの切られた開口）１７６を有する。
【００３６】第一の端部１７０はプラグ１８０を受容するためのネジ穴（ネジの切られた開口）１７８を有する。プラグ１８０は環状部分１８４に隣接してヘッド１８２を有する。環状部分１８４はネジ穴１７８内に受容される。外的要素をシールするためにヘッド１８２と第一の端部１７０との間にシール１８６が受容される。
【００３７】さらにプラグ１８０は図２に示した方法と同様な方法で圧電アクチュエータ４８のネジ部分９４を受容するためのネジ穴１９２を有する。環状部分１８４は通路１８８を有する。この通路１８８は環状部分１８４内に配置された第一のチャンバ１９０と流体的に連結される。
【００３８】弁本体１６８は第二の端部１７２に近接して第一の通路１９４を有する。第一の通路１９４は第二の通路１９６と、第二のチャンバ２０２と、第四の通路２００とに流体的に連絡される。第二の通路１９６は第一のチャンバ１９０と第三の通路１９８とに流体的に連絡される。
【００３９】ポペット弁１７４は第一の端部２０４と、これとは反対側の第二の端部２０６とを有する。第一の端部２０４と第二の端部２０６とは本体２０８により分割されている。第一の端部２０４は第一の傾斜面３１０を有し、第二の端部２０６は第二の傾斜面３１２を有する。第一のアクチュエータ用溝３１４は第一の端部２０４から本体２０８内へと延びる。第一のアクチュエータ用溝３１４は第一の圧電アクチュエータ４８のスリーブ９６を受容する。第二のアクチュエータ用溝３１６は第二の端部２０６から本体２０８内に延び、第二の圧電アクチュエータ４８のスリーブ９６を受容する。
【００４０】図４に示したように内部空間１７３およびポペット弁１７４の大きさはポペット弁１７４が内部空間１７３の中心にあり、そしてこのとき弁本体１６８を通る第一の通路１９４と第三の通路１９８との間の第一の流体流路と、弁本体１６８を通る第一の通路１９４と第四の通路２００との間の第二の流体流路とが存在するような大きさである。したがって圧電バルブ１６６は通常、二つの流体流路を有する。第一の電流により第一の圧電アクチュエータ４８が作動せしめられるとその圧電素子９８が伸張する。同様に第二の電流により第二のアクチュエータ４８が作動せしめられるとその圧電素子９８が収縮する。斯くして最終的にはポペット弁１７４が第一の端部１７０の方へまたは第二の端部１７２の方へシフトする。ポペット弁１７４がシフトすると第一の流路または第二の流路が閉じられ、他方の流路が開かれる。電流をかけるのを止めればポペット弁は図４に示した中心位置に戻る。
【００４１】使用に際しては第三の通路１９８は油圧弁２８内のスプールの一方の側の制御空間に接続され、第四の通路２００は油圧弁２８内のスプールの他方の側の制御空間に接続される。パイロット油圧および高い油圧が開口しているオリフィスにより油圧弁２８内のスプールの両側の制御空間に供給される。第一の通路１９４は油圧流体リザーバに接続される。したがって図４に示したように両圧電アクチュエータが作動していない時には圧電バルブ１６６を通って油圧弁２８から油圧がゆっくり漏れるが、油圧弁２８からの油圧の減少は油圧弁２８内のスプールの両側で等しい。第一の電流と第二の電流とによって圧電アクチュエータ４８が作動せしめられるとポペット弁１７４がシフトし、これにより圧電バルブ２８内のスプールの一方の側の制御空間へ連結された一方の流体流路が閉じられ、油圧弁２８内のスプールの別の側の制御空間に連結された別の流体流路を通る流体流量が増加し、これにより油圧弁２８のスプールがシフトする。
【００４２】圧電バルブ３２は油圧弁２８へのパイロット油圧を電流の入力により調整することができる。圧電バルブ３２は弁本体４０を有し、弁本体４０は該弁本体４０を通る複数の流体流路を形成する複数の通路を有する。ポペット弁４６は弁本体４０の内部空間７４内に配置される。ポペット弁４６は液密状態で内部空間７４内において摺動可能である。ポペット弁４６は圧電アクチュエータ４８を受容する。圧電アクチュエータ４８に電流を流すとポペット弁４６が内部空間７４内でシフトし、これにより幾つかの流体流路を開いて別の流体流路を閉じる。流体流路を開閉することにより圧電バルブ３２に接続された油圧弁２８内に配置されたスプールの両端部の制御空間への流入、または制御空間からの流出が可能となる。したがって本発明は例えば油圧弁２８内のスプールの移動を制御することで機械部品および機械器具３６を油圧でシフトするために油圧弁２８に供給されるパイロット油圧を迅速に変更することができる小型で単純な弁を提供する。
【００４３】なお図面、上述の説明、および特許請求の範囲を参照すれば本発明の別の形態、目的、特徴を得ることもできる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９１０２０１９３
【氏名又は名称】キャタピラー インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＣＡＴＥＲＰＩＬＬＡＲ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
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| 【出願日】 |
平成１２年５月１８日（２０００．５．１８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７７５１７
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 敬 （外３名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３４６２２４（Ｐ２０００−３４６２２４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１２月１５日（２０００．１２．１５） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１５２６９６（Ｐ２０００−１５２６９６） |
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