JP2003161381A - 開閉弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 開閉弁において、着座部の弁座に対する食い
込みを防止すること、および着座部と弁座間に形成され
る開口の面積増加初期において同開口を流れる流体の流
量が急激に増大するのを抑えること。 【解決手段】 弁本体４７内に小径孔７７と大径孔７９
とを弁座８１を介して連設するとともに、弁座８１に着
座・離座可能な着座部８７を有するポペット弁体５１を
大径孔７９に摺動自在に嵌挿して、小径孔７７と大径孔
７９間が連通・遮断されるように構成した開閉弁におい
て、着座部８７を所定角度の円錐形状とし弁座８１を段
付円柱形状とするとともに、着座部８７と弁座８１間に
形成されて離座量に応じて面積が増大する開口の面積増
加初期において同開口を流れる流量を規制する流量規制
手段（可変絞りＣ）を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、種々な油圧回路ま
たは空気圧回路に組み込まれて使用される開閉弁に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】開閉弁の一つとして、弁本体内に小径孔
と大径孔とを弁座を介して連設するとともに、前記弁座
に対して着座・離座可能な着座部を有するポペット弁体
を前記大径孔に摺動自在に嵌挿して、前記着座部が前記
弁座に着座することで前記小径孔と前記大径孔間の連通
が遮断され、前記着座部が前記弁座から離座することで
前記着座部と前記弁座間に離座量に応じて面積が増大す
る開口が形成されて前記小径孔と前記大径孔間が連通す
るように構成したものがあり、例えば、特開２０００−
２７４５５５号公報に示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】特開２０００−２７４
５５５号公報に示されている開閉弁においては、ポペッ
ト弁体の着座部が円錐形状に形成されるとともに、弁本
体の弁座が段付円柱形状（段付孔形状）に形成されてい
て、円錐形状の着座部が段付円柱形状の弁座から離座す
ることで着座部と弁座間に形成される開口を通して流体
が流動可能に構成されている。

【０００４】このため、当該開閉弁において、円錐形状
の着座部における円錐角度が例えば３０度程度の大きな
値に設定されている場合には、着座部の弁座からの離座
量（ポペット弁体の移動量）に対する開口面積の増加量
が大きくて、当該開閉弁の開作動初期（開口の面積増加
初期）において開口を流れる流体の流量が急激に増大
し、着座部と弁座間に形成される開口を大流量の流体が
瞬間的に流れることにより騒音が発生するおそれがあ
る。

【０００５】かかる問題は、円錐形状の着座部における
円錐角度を例えば１７度程度の小さな値に設定して、着
座部の弁座からの離座量（ポペット弁体の移動量）に対
する開口面積の増加量を小さくすることにより、解消し
得るものの、この場合には、円錐形状の着座部が段付円
柱形状の弁座に着座するときに食い込み易くて離座し難
くなり、良好な開作動を得ることができなくなるおそれ
がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記した問題
（相反する問題）に対処すべくなされたものであり、弁
本体内に小径孔と大径孔とを弁座を介して連設するとと
もに、前記弁座に対して着座・離座可能な着座部を有す
るポペット弁体を前記大径孔に摺動自在に嵌挿して、前
記着座部が前記弁座に着座することで前記小径孔と前記
大径孔間の連通が遮断され、前記着座部が前記弁座から
離座することで前記着座部と前記弁座間に離座量に応じ
て面積が増大する開口が形成されて前記小径孔と前記大
径孔間が連通するように構成した開閉弁において、前記
着座部または前記弁座の一方を所定角度の円錐形状とし
他方を段付円柱形状とするとともに、前記開口の面積増
加初期において前記開口を流れる流量を規制する流量規
制手段を設けたことに特徴がある。

【０００７】この場合において、前記流量規制手段は、
前記弁本体に形成した内孔と、前記ポペット弁体に一体
的に形成されて前記内孔に挿通される可動弁部とによっ
て構成されて、前記着座部の前記弁座からの離座量に応
じて開口面積が順次増大する可変絞りであってもよい。

【０００８】

【発明の作用・効果】本発明による開閉弁においては、
円錐形状の着座部または弁座と段付円柱形状の弁座また
は着座部とが着座時に食い込み難いように、円錐形状の
角度を所定の値（例えば、円錐角度が３０度程度の大き
な値）とした上で、着座部と弁座間に形成される開口の
面積増加初期において同開口を流れる流体の流量を流量
規制手段にて規制することが可能である。したがって、
着座部の弁座に対する食い込みを防止することができ
て、良好な開作動を得ることができるとともに、着座部
と弁座間に形成される開口の面積増加初期において同開
口を流れる流体の流量が急激に増大するのを抑えて、着
座部と弁座間の開口を大流量の流体が瞬間的に流れるこ
とによる騒音の発生を抑制することができる。

【０００９】また、本発明による開閉弁において、流量
規制手段を、前記弁本体に形成した内孔と、前記ポペッ
ト弁体に一体的に形成されて前記内孔に挿通される可動
弁部とによって構成されて、前記着座部の前記弁座から
の離座量に応じて開口面積が順次増大する可変絞りとし
た場合には、当該開閉弁の既存部材である弁本体とポペ
ット弁体を有効に活用して可変絞りを構成することがで
きるため、シンプルかつ安価に構成することができる。
また、流量規制手段として、着座部の弁座からの離座量
に応じて開口面積が順次増大する可変絞りを採用したた
め、ポペット弁体の着座部が弁本体の弁座から離座する
開作動時において、加圧側での異常な昇圧（サージ圧の
発生）を抑えることが可能である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施形態を図
面に基づいて説明する。図１は本発明による開閉弁Ａ，
Ｂを組み込んだ制振用油圧ダンパの油圧回路を示したも
のであり、この制振用油圧ダンパは、例えば建物におけ
る制振対象物または基盤に取付けられるシリンダ１１
と、このシリンダ１１を液密的かつ軸方向へ往復動可能
に貫通して基盤または制振対象物に取付けられるピスト
ンロッド１３と、シリンダ１１内にてピストンロッド１
３に一体的に設けられてシリンダ１１内に第１作動室１
５と第２作動室１７を形成しピストンロッド１３ととも
に往復動するピストン１９を備えている。

【００１１】また、制振用油圧ダンパは、両作動室１
５，１７間での作動油の流通を制御する一対のパイロッ
ト操作式開閉弁Ａ，Ｂを備えるとともに、これらの開閉
弁Ａ，Ｂとは別に両作動室１５，１７間での作動油の流
通を制御する一対のチェック弁２１，２３、一対の絞り
２５，２７、一対のリリーフ弁２９，３１およびアキュ
ムレータ３３と絞り３５および断電時開放弁３７とを備
えている。

【００１２】各チェック弁２１，２３は、各絞り２５，
２７に対して並列に設けられていて、アキュムレータ３
３から各作動室１５，１７への作動油の流れを許容し、
各作動室１５，１７からアキュムレータ３３への作動油
の流れを阻止するようになっている。各絞り２５，２７
は、作動油の流れ（アキュムレータ３３に向けての流
れ）を制限して許容するようになっている。

【００１３】各リリーフ弁２９，３１は、各絞り２５，
２７に対して直列に設けられていて、両作動室１５，１
７間での作動油の流動を制御して所定速度以上の揺れに
対しては速度にほぼ無関係な略一定の減衰力が得られる
ようにするためのものであり、互いに逆向きに設けられ
ていることを除いて同一構成であって、設定値にてリリ
ーフ作動して作動油をアキュムレータ３３に向けて流す
（逃がす）ようになっている。なお、各リリーフ弁２
９，３１がリリーフ作動しない領域においては、両作動
室１５，１７間での作動油の流動が両パイロット操作式
開閉弁Ａ，Ｂによって制御されて、建物の揺れの速度に
応じた減衰力が得られる。

【００１４】断電時開放弁３７は、停電等の断電時（通
電異常時）に機能する電磁開閉弁であり、パイロット操
作式開閉弁Ａ，Ｂに対して並列に設けられていて、通常
時には通電によりソレノイドが励磁されて閉状態にあ
り、シリンダ１１の両作動室１５，１７間の連通を遮断
する。また、停電等の断電時には非通電によりソレノイ
ドが非励磁となって開作動し、シリンダ１１の両作動室
１５，１７間を絞り３５を介して連通する。

【００１５】パイロット操作式開閉弁Ａ，Ｂは、互いに
逆向きに設けられていることを除いて同一構成であっ
て、両作動室１５，１７間での作動油の流通を制御して
減衰力を発生させるものであり、一方の開閉弁Ａを例と
して図１、図２及び図３に示したように、ブロック４
１、スリーブ４３及びプラグ４５等によって構成した弁
本体４７と、この弁本体４７に組付けた主弁体であるポ
ペット弁体５１、固定絞り５２、可変絞り弁５３および
電磁操作式パイロット弁５５と、ポペット弁体５１に組
付けた絞り６１と第１，第２逆止め弁６３，６５を備え
ている。

【００１６】弁本体４７のブロック４１は、第１作動室
１５に接続された主流路７１と、第２作動室１７に接続
された主流路７３を有するとともに、パイロット流路７
５を有している。弁本体４７のスリーブ４３は、図３に
示したように、主流路７１に連通する小径孔７７と主流
路７３に連通する大径孔７９とを弁座８１を介して連設
してなるもので、プラグ４５とともにブロック４１に液
密的に組付けられている。また、スリーブ４３の小径孔
７７には、ポペット弁体５１の先端部に一体的に形成し
た円錐形状の可動弁部８３とによって可変絞りＣを構成
する中径孔８５が形成されている。

【００１７】ポペット弁体５１は、上記した可動弁部８
３を有するとともに、弁座８１に着座・離座可能な円錐
形状の着座部８７を有していて、大径孔７９に軸方向へ
摺動自在に嵌挿されている。可動弁部８３は、円錐角度
を１５度程度とした円錐形状に形成されていて、図３に
示した状態でスリーブ４３の小径孔７７に所定の小隙間
をもって挿通されている。着座部８７は、円錐角度を３
０度程度とした円錐形状に形成されていて、図３に示し
た状態で弁座８１に着座している。

【００１８】また、ポペット弁体５１は、大径孔７９に
軸方向へ摺動自在に嵌挿されることで、パイロット流路
７５に連通する作用室８８を背部に区画形成していて、
作用室８８に収容したスプリング８９によって弁座８１
に向けて付勢されている。スプリング８９は、リテーナ
９１を介して調整ねじ９２に係合していて、ロックナッ
ト９３を緩めて調整ねじ９２をプラグ４５に対して進退
させることによりばね力を調整可能となっている。

【００１９】可変絞りＣは、ポペット弁体５１の着座部
８７と弁座８１間に形成される開口（着座部８７が弁座
８１から離座することで着座部８７と弁座８１間に形成
されて離座量に応じて面積が増大する開口）の面積増加
初期（ポペット弁体５１が図３の状態から図４の状態に
移動するとき）において同開口を流れる作動油の流量を
規制する流量規制手段であり、スリーブ４３の小径孔７
７および中径孔８５（弁本体に形成した内孔）とポペッ
ト弁体５１の可動弁部８３とによって構成されている。

【００２０】また、可変絞りＣにおいて、ポペット弁体
５１の可動弁部８３とスリーブ４３の小径孔７７および
中径孔８５間に形成される開口の面積Ｓ１は、図７の実
線にて示したように、着座部８７の弁座８１からの離座
量（ポペット弁体５１のスプリング８９に抗した移動量
Ｌ）に応じて、途中に折れ点を有するものの初期値から
順次緩やかに増大するようになっている。一方、ポペッ
ト弁体５１の着座部８７と弁座８１間に形成される開口
の面積Ｓ２は、ポペット弁体５１の移動量Ｌに応じて図
７の仮想線にて示したようにゼロから急激に増大するよ
うになっていて、交点Ｘにて上記した面積Ｓ１と交差す
るようになっている。このため、ポペット弁体５１の移
動量Ｌに応じて実質的に機能する開口面積は、交点Ｘ以
下では着座部８７と弁座８１間に形成される開口面積Ｓ
２であり、交点Ｘ以上では可変絞りＣの開口面積Ｓ１で
ある。

【００２１】図７に示した開口面積Ｓ１の変化特性にお
いて、移動量Ｌ１までの特性はポペット弁体５１が図３
の位置から図４の位置に移動することで得られ、移動量
Ｌ１からＬ２までの特性はポペット弁体５１が図４の位
置から図５の位置に移動することで得られ、移動量Ｌ２
からＬ３までの特性はポペット弁体５１が図５の位置か
ら図６の位置に移動することで得られる。なお、移動量
Ｌ１からＬ２間での折れ点は、スリーブ４３の小径孔７
７端部とポペット弁体５１の可動弁部８３間に形成され
る開口の面積がスリーブ４３の中径孔８５とポペット弁
体５１の可動弁部８３間に形成される開口の面積より大
きくなる点である。

【００２２】可変絞り弁５３は、図２に示したように、
ロックナット９５を緩めて調整ねじ９６を進退させるこ
とにより進退操作可能な弁体９７を備えていて、作用室
８８とパイロット弁５５間のパイロット流路７５に介装
されており、パイロット弁５５の開作動時に作用室８８
から低圧側に流れる作動油の流量を制御することによ
り、ポペット弁体５１が開作動する際の速度を調整する
ようになっている。

【００２３】パイロット弁５５は、図２に示したよう
に、パイロット流路７５に介装されていて、その開閉作
動は、図１に示したように、ピストン１９と一体的に往
復動するピストンロッド１３の軸方向移動（変位）を検
出するストロークセンサとシリンダ１１の両作動室１
５，１７内油圧をそれぞれ検出する両圧力センサからの
各検出信号に基づいて弁開閉指令信号を出力する制御回
路ＥＣＵによって制御されるようになっている。

【００２４】ポペット弁体５１に組付けた絞り６１と第
１逆止め弁６３は、ポペット弁体５１に設けられて小径
孔７７と作用室８８を接続する第１接続路６２に直列に
配設されていて、小径孔７７内の圧力が大径孔７９内の
圧力より高圧である場合に小径孔７７から作用室８８に
向けて作動油を流し得るようになっている。

【００２５】一方、ポペット弁体５１に組付けた第２逆
止め弁６５は、ポペット弁体５１に設けられて大径孔７
９と作用室８８を接続する第２接続路６４に配設されて
いて、大径孔７９内の圧力が小径孔７７内の圧力より高
圧である場合に大径孔７９から作用室８８に向けて作動
油を流し得るようになっている。

【００２６】上記のように構成した本実施形態の制振用
油圧ダンパにおいては、その通常使用時に地震や風等の
振動外力が作用してシリンダ１１内にてピストン１９が
往復動すると、何れか一方の作動室１５または１７の圧
力が上昇して同作動室から何れか他方の作動室１７また
は１５に向けて作動油が流動し、この作動油の流動に伴
って両作動室１５，１７を連結する油路にてパイロット
操作式開閉弁Ａ，Ｂにより減衰力が発生する。このた
め、振動に対する減衰作用が得られて、建物の振れが低
減される。

【００２７】また、本実施形態の制振用油圧ダンパにお
いては、周囲温度の上昇等の要因によって両作動室１
５，１７内の作動油の体積が膨張してその圧力が設定値
以上に上昇すると、各絞り２５，２７と各リリーフ弁２
９，３１を通して作動油がアキュムレータ３３に向けて
流れる。このため、非作動状態にて両作動室１５，１７
内の作動油の圧力が異常に上昇することを防止できて、
上記した要因に殆ど影響されることなくダンパ性能を安
定して得ることができる。

【００２８】ところで、本実施形態の制振用油圧ダンパ
において採用したパイロット操作式開閉弁Ａ，Ｂにおい
ては、ポペット弁体５１における円錐形状の着座部８７
とスリーブ４３に形成した段付円柱形状の弁座８１とが
着座時に食い込み難いように、円錐形状の角度を所定の
値（例えば、円錐角度が３０度程度の大きな値）とした
上で、ポペット弁体５１の着座部８７と弁座８１間に形
成される開口の面積増加初期において同開口を流れる作
動油の流量を可変絞りＣにて規制することが可能として
ある。

【００２９】したがって、着座部８７の弁座８１に対す
る食い込みを防止することができて、良好な開作動を得
ることができるとともに、着座部８７と弁座８１間に形
成される開口の面積Ｓ２増加初期において同開口を流れ
る作動油の流量が急激に増大するのを抑えて、着座部８
７と弁座８１間の開口を大流量の作動油が瞬間的に流れ
ることによる騒音の発生を抑制することができる。

【００３０】また、本実施形態の開閉弁Ａ，Ｂにおいて
は、ポペット弁体５１の着座部８７と弁座８１間に形成
される開口の面積増加初期において同開口を流れる作動
油の流量を規制する流量規制手段として、弁本体４７の
スリーブ４３に形成した内孔（小径孔７７および中径孔
８５）と、ポペット弁体５１に一体的に形成した可動弁
部８３とによって構成された可変絞りＣを採用したもの
であり、当該開閉弁Ａ，Ｂの既存部材である弁本体４７
のスリーブ４３とポペット弁体５１を有効に活用して可
変絞りＣを構成することができるため、シンプルかつ安
価に構成することができる。

【００３１】また、本実施形態の開閉弁Ａ，Ｂにおいて
は、可変絞りＣを、スリーブ４３の小径孔７７および中
径孔８５と、ポペット弁体５１の可動弁部８３とによっ
て構成して、着座部８７の弁座８１からの離座量に応じ
て開口面積Ｓ１が図７の実線にて示したように順次増大
するようにしたため、ポペット弁体５１の着座部８７が
弁本体４７の弁座８１から離座する開作動時において、
スリーブ４３の小径孔７７に連通する通路（加圧側）で
の異常な昇圧（サージ圧の発生）を抑えることが可能で
ある。

【００３２】上記実施形態においては、ポペット弁体５
１の着座部８７を所定角度の円錐形状とするとともに、
弁座８１を段付円柱形状として実施したが、図８に示し
たように、ポペット弁体５１の着座部８７を段付円柱形
状とするとともに、弁座８１を所定角度の円錐形状とし
て実施することも可能である。また、上記実施形態にお
いては、スリーブ４３に中径孔８５を設けるとともに、
ポペット弁体５１に可動弁部８３を設けて実施したが、
図９に示したように、ポペット弁体５１に段付円柱形状
の可動弁部８３を設けるのみで実施することも可能であ
る。

【００３３】また、上記実施形態においては、ポペット
弁体５１の着座部８７と弁座８１間に形成される開口の
面積Ｓ２増加初期において同開口を流れる作動油の流量
を規制する流量規制手段として、弁本体４７のスリーブ
４３に形成した内孔（小径孔７７および中径孔８５）
と、ポペット弁体５１に一体的に形成した可動弁部８３
とによって構成された可変絞りＣを採用して実施した
が、可変絞りＣ以外の構成（例えば、図９に示した構
成）でポペット弁体５１の着座部８７と弁座８１間に形
成される開口の面積Ｓ２増加初期において同開口を流れ
る作動油の流量を規制することも可能である。

【００３４】また、上記実施形態においては、制振用油
圧ダンパの油圧回路に組み込まれるパイロット操作式の
開閉弁Ａ，Ｂに本発明を実施したが、本発明は他の種々
な油圧回路または空気圧回路に組み込まれるパイロット
操作式の開閉弁は勿論のこと、直動式の開閉弁にも同様
にまたは適宜変更して実施することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による開閉弁を組み込んだ制振用油圧
ダンパの一実施形態を示す油圧回路図である。

【図２】 図１に示したパイロット操作式開閉弁の詳細
な構成を示す断面図である。

【図３】 図２に示したポペット弁体を含む部位の拡大
断面図である。

【図４】 図３に示したポペット弁体がスプリングに抗
してＬ１移動した状態の断面図である。

【図５】 図３に示したポペット弁体がスプリングに抗
してＬ２移動した状態の断面図である。

【図６】 図３に示したポペット弁体がスプリングに抗
してＬ３移動した状態の断面図である。

【図７】 図１〜図６に示したパイロット操作式開閉弁
でのポペット弁体の移動量と各開口面積Ｓ１，Ｓ２の関
係を示す特性線図である。

【図８】 図３に示した着座部と弁座の変形実施形態を
示す断面図である。

【図９】 図３に示した着座部と弁座の他の変形実施形
態を示す断面図である。

【符号の説明】

１１…シリンダ、１３…ピストンロッド、１５…第１作
動室、１７…第２作動室、１９…ピストン、Ａ，Ｂ…パ
イロット操作式開閉弁、４７…弁本体、５１…ポペット
弁体、７１，７３…主流路、７５…パイロット流路、７
７…小径孔、７９…大径孔、８１…弁座、８３…可動弁
部、８５…中径孔、８７…着座部、８８…作用室、８９
…スプリング、Ｃ…可変絞り、Ｓ１…小径孔および中径
孔と可動弁部間に形成される開口の面積、Ｓ２…着座部
と弁座間に形成される開口の面積。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市川 直樹 愛知県岡崎市鉢地町字開山45番地 豊興工 業株式会社内 (72)発明者 小竹 祐治 東京都江東区東陽二丁目４番２号 日立機 材株式会社内 (72)発明者 栗野 治彦 東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内 Ｆターム(参考） 3H059 AA06 BB06 BB15 BB22 BB38 CA02 CA05 CB03 CD05 CF01 EE13 FF03 FF04 3H066 AA01 BA02 BA17 BA32 BA33 EA12

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁本体内に小径孔と大径孔とを弁座を介
   して連設するとともに、前記弁座に対して着座・離座可
   能な着座部を有するポペット弁体を前記大径孔に摺動自
   在に嵌挿して、前記着座部が前記弁座に着座することで
   前記小径孔と前記大径孔間の連通が遮断され、前記着座
   部が前記弁座から離座することで前記着座部と前記弁座
   間に離座量に応じて面積が増大する開口が形成されて前
   記小径孔と前記大径孔間が連通するように構成した開閉
   弁において、前記着座部または前記弁座の一方を所定角
   度の円錐形状とし他方を段付円柱形状とするとともに、
   前記開口の面積増加初期において前記開口を流れる流量
   を規制する流量規制手段を設けたことを特徴とする開閉
   弁。
2. 【請求項２】 前記流量規制手段が、前記弁本体に形成
   した内孔と、前記ポペット弁体に一体的に形成されて前
   記内孔に挿通される可動弁部とによって構成されて、前
   記着座部の前記弁座からの離座量に応じて開口面積が順
   次増大する可変絞りであることを特徴とする請求項１記
   載の開閉弁。