JP2007303593A - リリーフ弁 - Google Patents

Abstract

【課題】流体の自励振動を抑制して騒音を低減することのできるリリーフ弁を提供すること。
【解決手段】リリーフ弁１は、バルブハウジング５内に収容された弁体７と、この弁体７を第１の方向Ｓ１に付勢するコイルばね８と、コイルばね８の内側に配置された弾性体９とを備えている。弁体７が吐出油路２から受ける力Ｆ２によって弁体７がコイルばね８の付勢力Ｆ１に抗して第２の方向Ｓ２に移動されると、弁孔１７が開口され、高圧の流体が低圧側へ逃がされる。コイルばね８の振動が受け部材１９を介して弾性体９に伝わり減衰される。
【選択図】図２

Description

本発明は、リリーフ弁に関する。

例えば、油圧シリンダを用いて操舵補助力を発生するパワーステアリング装置には、シリンダ内に高圧の作動油を供給するためのギヤポンプと、ギヤポンプから吐出された作動油の圧力が所定値を超えたときにこの作動油の一部を低圧室に逃がすリリーフ弁とが備えられている。
リリーフ弁は、例えば、筒形のバルブハウジングと、バルブハウジングの内部に収容された弁体およびコイルばねとを有している（例えば、特許文献１参照）。コイルばねは弁体の一端を弾性的に付勢している。弁体は、一端に弾接するコイルばねの力と他端に加わる作動油の圧力との力バランスに応じて移動し、この弁体の移動により開口する弁孔から高圧の作動油が、低圧室に流れる。

特許文献１では、コイルばねの外側を略全長に亘って覆うカバー体を備えている。これにより、コイルばねのばね線間に作動油が流れることを防止し、コイルばねおよび作動油に自励振動が生じることを防止している。
特開２００５−３４４７５２号公報

ところで、高圧の作動油が弁孔を介して低圧室に流出する際、作動油の圧力は急激に低下し、作動油内部に気泡が形成されるキャビテーションが生じる。そして、この気泡がつぶれる際の衝撃により振動が発生する。この振動にコイルばねの振動が同調すると、コイルばねの周囲の作動油に流体自励振動が発生し、騒音を引き起こす。
同様の課題は、パワーステアリング装置に備えられるリリーフ弁に限らず、他の一般の装置に備えられるリリーフ弁にも存在する。

本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、騒音を低減することのできるリリーフ弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、筒状のハウジング（５）と、このハウジング（５）内に、第１の方向（Ｓ１）およびこれと反対側の第２の方向（Ｓ２）に移動可能に収容された弁体（７）と、この弁体（７）を第１の方向（Ｓ１）に付勢するコイルばね（８）と、コイルばね（８）の内側に配置された弾性体（９；９Ａ；９Ｂ；９Ｃ；９Ｄ）とを備え、弁体（７）が受ける内圧によって弁体（７）がコイルばね（８）の付勢力（Ｆ１）に抗して第２の方向（Ｓ２）に移動されることにより開口される弁孔（１７）を通して、高圧の流体が低圧側へ逃がされることを特徴とするリリーフ弁（１）を提供するものである（請求項１）。

なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
本発明によれば、コイルばねの振動が弁体を介して弾性体に伝わり減衰される。これにより、キャビテーションに起因する流体の振動にコイルばねの振動が同調することを防止し、その結果、流体の自励振動およびこの自励振動に伴う騒音を防止できる。

また、本発明において、上記弾性体（９；９Ａ；９Ｂ；９Ｃ；９Ｄ）は、コイルばね（８）の伸縮に追従して伸縮可能である場合がある（請求項２）。この場合、コイルばねの伸縮量（振動量）に応じて、コイルばねの振動が減衰される。
また、本発明において、上記弾性体（９；９Ａ；９Ｂ；９Ｃ；９Ｄ）は、コイルばね（８）の軸線（Ｌ）に沿って延びる円柱体（９；９Ａ；９Ｂ；９Ｃ；９Ｄ）を含んでいる場合がある（請求項３）。この場合、弾性体を簡易な形状で容易に形成することができる。

また、本発明において、上記円柱体（９；９Ａ；９Ｂ）の外周面（２６；２６Ａ；２６Ｂ）に周方向に延びる少なくとも１つの溝（２７；２７Ａ；２７Ｂ）が形成されている場合がある（請求項４）。この場合、円柱体が圧縮されたときに、円柱体の肉が溝に逃げ、その結果、円柱体が座屈することを防止してコイルばねに接触することを防止できる。コイルばねの伸縮を阻害することを防止できる。

本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態にかかるリリーフ弁の概略構成を示す模式的な一部断面図である。図１を参照して、リリーフ弁１は、例えば油圧式パワーステアリング装置に備えられる油圧発生用のギヤポンプに関連して設けられており、ギヤポンプの吐出油路２を区画するポンプハウジング３から延びている。

リリーフ弁１は、吐出油路２内の流体の圧力（油圧）が所定の値（例えば、数ＭＰａ〜十数ＭＰａ程度）以上の高圧になったとき、吐出油路２内の流体の一部をギヤポンプの低圧室４に逃がして吐出油路２内の油圧の過上昇を防止するためのものである。
このリリーフ弁１は、ポンプハウジング３から延設されたバルブハウジング５と、バルブハウジング５内に収容されたソケット６、弁体７、コイルばね８および弾性体９と、を備えている。

バルブハウジング５は、鋳造等によりポンプハウジング３と単一の部材を用いて一体に形成されて筒状をなしており、ポンプハウジング３に連なる基端部５ａと、これと反対側の先端部５ｂとを有している。基端部５ａと先端部５ｂの中間部には、吐出口１０が貫通形成されており、バルブハウジング５の内側の空間１１が、ポンプハウジング３内の低圧室４に連通している。バルブハウジング５の先端部５ｂには、プラグ１２がねじ込まれて先端部５ｂの開口が封止されている。

ソケット６は、バルブハウジング５の基端部５ａにねじ込まれる等して固定された筒状の部材である。ソケット６の内側の空間１３が吐出油路２に連通している。ソケット６は、吐出油路２に臨む一端部６ａと、これと反対側の他端部６ｂとを有している。
ソケット６の一端部６ａの内周面１４には、一端部６ａから他端部６ｂに向けて順に、オリフィス部１５、ストッパ１６および弁孔１７が設けられている。オリフィス部１５は、ソケット６の内周面１４の直径が小さくなるように形成されており、これにより、吐出油路２における油圧の変動が、ソケット６内の空間１３のうちオリフィス部１５よりも他端部６ｂ側に伝わり難くされている。オリフィス部１５の内径および長さは、吐出油路２から弁体７に伝わる圧力変動がステップ状にならないように、適宜設定される。

ストッパ１６は、弁体７を受けるためのものであり、弁体７の一端部７ａがストッパ１６に当接することで、弁体７がソケット６の一端部６ａ側に移動することが規制される。このストッパ１６は、内周面１４から突出する微小な突起を含んでいる。
弁孔１７は、ソケット１６の肉を径方向に貫通している。弁孔１７は、ソケット６の周方向に例えば等間隔に複数設けられており、ソケット６の内側の空間１３とバルブハウジング５の内側の空間１１とを連通している。

弁体７は、弁孔１７の閉塞およびこの閉塞の解除をするためのものであり、ソケット６内に配置された略円柱状のピストン部材を含んでいる（図１において、弁体７が弁孔１７を閉塞した状態を図示）。弁体７の外周面１８は、ソケット６の内周面１４に略液密的に且つ摺動可能に嵌合しており、弁体７がその軸方向Ｓに沿う第１の方向Ｓ１およびこれと反対側の第２の方向Ｓ２に相対移動可能である。

コイルばね８は、弁体７を第１の方向Ｓ１に付勢するものであり、例えば圧縮コイルばねからなる。このコイルばね８は、待機状態（弁体７がストッパ１６に受けられて動いていない状態）において、所定量圧縮されており、受け部材１９を介して弁体７に付勢力を付与している。受け部材１９は、円板状の主体部２０と、主体部２０の一側面から突出する湾曲部２１と、主体部２０の他側面から突出する凸部２２とを有している。

コイルばね８の一端部８ａは、主体部２０の他側面に受けられるとともに、凸部２２の外周面に嵌合して保持されている。湾曲部２１は、半球状をなしており、弁体７の他端部７ｂに形成された半球状の凹部２３に摺動可能に受けられている。これにより、コイルばね８による弁体７の押圧方向および押圧位置の誤差が、湾曲部２１を支点とする受け部材１９の傾動により許容される。

コイルばね８の他端部８ｂは、プラグ１２の一端面１２ａに受けられて圧縮されることにより弾性反発力を生じている。この他端部８ｂは、プラグ１２の一端面１２ａから突出する凸部２４に嵌合して保持されている。プラグ１２のバルブハウジング５に対するねじ込み量を調整することで、コイルばね８の予荷重（プリロード）が調整される。プリロードが調整されたプラグ１２に、ロックナット２５が嵌合されている。

本実施の形態の特徴とするところは、コイルばね８の径方向の内側に弾性体９を配置することにより、コイルばね８の振動を減衰するようにしてある点にある。
弾性体９は、弾性、耐圧性および耐油性を有する材料を用いて形成されている。この材料として、ＮＢＲ（ニトリルゴム）、Ｈ−ＮＢＲ（水素化ニトリルゴム）、ＦＫＭ（フッ素ゴム）等を例示することができる。また、弾性体９は、粘性を有している。

弾性体９は、コイルばね８の軸線Ｌに沿って延びる例えば直径５ｍｍ〜５．５ｍｍの円柱体を含んでおり、プラグ１２の凸部２４と受け部材１９の凸部２２とによって挟持されている。
待機状態における弾性体９の全長（セット長に相当）は、自由状態（外力が加えられていない状態）における弾性体９の全長よりも例えば０．５ｍｍ〜１ｍｍの範囲で短くされている。

すなわち、待機状態における弾性体９は、０．５〜１ｍｍの範囲で圧縮されて弾性反発力を生じている。弾性体９の外径は、コイルばね８の内径よりも小さく、例えばコイルばね８の内径の８０％〜９５％の値とされている。弾性体９は、コイルばね８とは接触しないようにされており、コイルばね８の伸縮に追従して伸縮可能となっている。
弾性体９の外周面２６には、１または複数（本実施の形態において、２つ）の溝２７が形成されている。溝２７は、軸方向Ｓに略等間隔に配置されている。各溝２７は、弾性体９の周方向に全周に亘って形成されており、例えば断面半円形状をなしている。

以上の概略構成を有するリリーフ弁１において、吐出油路２の流体の油圧が所定の値（例えば、数ＭＰａ〜十数ＭＰａ程度）未満である場合、吐出油路２の流体から弁体７の一端部７ａに作用する第２の方向Ｓ２の力Ｆ２は、コイルばね８から受け部材１９を介して弁体７に作用する第１の方向Ｓ１の力Ｆ１よりも弱く（Ｆ２＜Ｆ１）、弁体７は、ストッパ１６に受けられる。弁孔１７は弁体７の外周面１８によって閉塞されている。

一方、ギヤポンプの出力の増大等によって、吐出油路２の流体の油圧が上記所定の値以上になると、吐出油路２の油圧、すなわち弁体７が受ける内圧によって、弁体７がコイルばね８の付勢力Ｆ２に抗して第２の方向Ｓ２に移動する。
これにより、図２に示すように、弁体７は、弁孔１７に対して第２の方向Ｓ２に移動し、弁体７による弁孔１７の閉塞が解除される。弁孔１７が開口され、弁孔１７がソケット６の内側の空間１３およびバルブハウジング５の内側の空間１１の双方と連通する。

吐出油路２の高圧の流体は、矢印Ａに示すように、ソケット６の一端部６ａからソケット６の内側の空間１３に入り、オリフィス部１５および弁孔１７を通り、バルブハウジング５の内側の空間１１に流れ、吐出口１０を介して低圧室４に逃がされる。
このとき、弾性体９は、コイルばね８が圧縮されることに追従して圧縮され、弾性変形する。弾性変形するのは、弾性体９のうち主に溝２７が形成されている部分である。このとき、コイルばね８および弾性体９は、それぞれ圧縮されて弾性反発力を生じる。

また、コイルばね８の振動は、プラグ１２および受け部材１９を介して弾性体９に伝わる。弾性体９は、伝わった振動によって弾性変形して熱エネルギを生じ、コイルばね８からの振動を減衰する。
一方、吐出油路２の油圧が上記所定の値未満に降下すると、コイルばね８の付勢力Ｆ１が油圧による力Ｆ２に抗して弁体７を第１の方向Ｓ１に動かし、図１に示すように、弁体７がストッパ１６に受けられる。弁体７が弁孔１７を再び閉塞し、ソケット６の内側の空間１３とバルブハウジング５の内側の空間１１との連通が遮断される。

ここで、弾性体の設けられていない従来のリリーフ弁においては、高圧の流体が弁孔を介して低圧室側へ逃がされる際、吐出油路からの流体の圧力は急激に低下し、流体内部に気泡が形成されるキャビテーションを生じる。そして、この気泡がつぶれる際の衝撃により振動が発生する。この振動にコイルばねの振動が同調すると、コイルばねの周囲の流体に流体自励振動が発生し、騒音を引き起こしていた。

本実施の形態によれば、コイルばね８の振動が弁体７（受け部材１９）を介して弾性体９に伝わり減衰される。これにより、キャビテーションに起因する流体の振動にコイルばね８の振動が同調することを防止し、その結果、流体の自励振動およびこの自励振動に伴う騒音を防止できる。
また、弾性体９をコイルばね８の伸縮に追従して伸縮可能にしていることにより、コイルばね８の伸縮量（振動量）に応じて、コイルばね８の振動が減衰される。

さらに、弾性体９をコイルばね８の軸線Ｌに沿って延びる円柱体にしていることにより、弾性体９を簡易な形状で容易に形成することができる。
また、弾性体９の外周面２６に周方向に延びる溝２７を形成している。これにより、弾性体９圧縮されたときに、弾性体９の肉が溝２７に逃げ、その結果、弾性体９が座屈することを防止してコイルばね８に接触することを防止できる。コイルばね８の伸縮を阻害することを防止できる。

さらに、ソケット６のうち、流体の流れ方向Ａに関する弁孔１７の上流側にオリフィス部１５を設けている。これにより、吐出油路２の流体にステップ状の圧力変動が生じたときに、この圧力変動に対してフィルタをかけたような効果を発揮でき、弁体７に伝わる圧力変動を少なくできる。例えば、吐出油路２の高圧の流体が脈動し、ステップ状の圧力変動があったときに、オリフィス部１５でこの圧力変動が緩和され、弁体７に伝わる圧力変動を小さくできる。

その結果、流体のステップ状の圧力変動に起因してコイルばね８が共振することを防止できる。コイルばね８の共振に起因する流体の自励振動を防止して騒音の発生を防止できる。
以上のように、弁体７およびコイルばね８の動作に減衰性が付与されることにより、リリーフ時、すなわち、流体の許容圧力付近での弁体７の挙動が安定する。ギヤポンプから油圧シリンダへ送られる流体のリリーフ時の圧力変動が滑らかなものとなり、その結果、操舵フィーリングが向上する。

本発明は、以上の実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、図３に示すように、弾性体９Ａの溝２７Ａを断面角形形状に形成してもよい。また、図４に示すように、弾性体９Ｂの溝２７Ｂを断面Ｖ字形形状に形成してもよい。さらに、図５に示すように、弾性体９Ｃの外周面２６Ｃに溝が形成されていなくてもよい。また、図６に示すように、弾性体９Ｄの全体形状を、円錐台形状に形成して、外周面２６Ｄがテーパ状をなすようにしてもよい。

さらに、本発明を、ギヤポンプ以外の他の一般の装置に備えられるリリーフ弁に適用することができる。

本発明の一実施の形態にかかるリリーフ弁の概略構成を示す模式的な一部断面図である。 リリーフ弁の動作時の様子を示す図である。 本発明の別の実施の形態の要部の断面図である。 本発明の別の実施の形態の要部の断面図である。 本発明の別の実施の形態の要部の断面図である。 本発明の別の実施の形態の要部の断面図である。

符号の説明

１…リリーフ弁、５…バルブハウジング（ハウジング）、７…弁体、８…コイルばね、９，９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ…弾性体（円柱体）、１７…弁孔、２６，２６Ａ，２６Ｂ…（円柱体の）外周面、２７，２７Ａ，２７Ｂ…溝、Ｆ１…（コイルばねの）付勢力、Ｌ…軸線、Ｓ１…第１の方向、Ｓ２…第２の方向。

Claims (4)

1. 筒状のハウジングと、
   このハウジング内に、第１の方向およびこれと反対側の第２の方向に移動可能に収容された弁体と、
   この弁体を第１の方向に付勢するコイルばねと、
   コイルばねの内側に配置された弾性体とを備え、
   弁体が受ける内圧によって弁体がコイルばねの付勢力に抗して第２の方向に移動されることにより開口される弁孔を通して、高圧の流体が低圧側へ逃がされることを特徴とするリリーフ弁。
2. 請求項１において、上記弾性体は、コイルばねの伸縮に追従して伸縮可能であることを特徴とするリリーフ弁。
3. 請求項１または２において、上記弾性体は、コイルばねの軸線に沿って延びる円柱体を含んでいることを特徴とするリリーフ弁。
4. 請求項３において、上記円柱体の外周面に周方向に延びる少なくとも１つの溝が形成されていることを特徴とするリリーフ弁。

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