JP2012077890A - パイロットチェック弁 - Google Patents

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雄二 伊藤
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Abstract

【課題】簡単な構造で、逆負荷時のパイロットピストンのチャタリングや衝撃音を抑制できるパイロットチェック弁を提供する。
【解決手段】パイロットチェック弁1は、弁筐体2にパイロットピストン3とスプリング4l,4rとポペット5l,5rとを備え、パイロットピストン3のピストン本体部3aが滑動する中央の部屋が、絞り孔7aを備えた隔壁7によって部屋R1と部屋R2l,R2rとに区画される。そして、作動油が絞り孔7aを通り部屋R1に一旦流入し、部屋R1が作動油に満たされると、作動油が部屋R1から流出しにくいため、部屋R1がオイルダンパーの役目を果たす。
【選択図】図1

Description

本発明は、パイロット圧によって流路の開閉が制御されるパイロットチェック弁に関し、特に、船体操舵用のポンプとシリンダとの間に接続するパイロットチェック弁に関する。
パイロットチェック弁とは、油などの作動流体の流れを制御するためのものである。例えば、船体操舵用のパイロットチェック弁は、操舵用のヘルムポンプと、シリンダとの間に接続される。ここで、従来のパイロットチェック弁の仕組みについて簡単に説明する(図5,図6参照)。操舵ヘルムが中立の位置にある時(ヘルムポンプ未作動時)、左右のポペットはそれぞれ弁座方向にスプリングによって付勢され流路が遮断されているため、シリンダへの作動油の流入がなく、シリンダへ外力が加わっても動かない。そして、操舵ヘルムを動かすとヘルムポンプが作動し、パイロットチェック弁(図5左側)に作動油が流れこむ。そうすると、油圧により左側ポペットが弁座から離間方向(左側)へ移動すると同時に、パイロットピストンが右側へ移動し、パイロットピストンにより押された右側ポペットも弁座から離間方向(右側)へ移動する。これにより、左右の流路が開いて、ヘルムポンプからシリンダへ作動油が流れこみ、シリンダが作動し舵が動く。一方、シリンダへ流入した作動油はパイロットチェック弁を介してタンクへと戻る。このように、パイロットチェック弁を用いることで、作動油の流路の開閉を制御でき、不用意な舵の動作を防ぐことができる。
しかしながら、従来のパイロットチェック弁は、上記した通常の正負荷状態(シリンダ入口圧力P1>シリンダ出口圧力P2)の場合には問題ないが、逆負荷(P1<P2)となった場合に問題が生じる。なお、正負荷状態・逆負荷状態とは、以下の状態をいう。たとえば直進前進航行中に中立から面舵(又は取り舵)に転舵するときは、舵板に当たる進行方向からの水流が抵抗(負荷)となる。これを正負荷状態といい、動かそうとする力に対して押し戻そうとする力がかかる。一方、逆に面舵(又は取り舵)から中立に戻すときは、舵板に当たる進行方向からの水流が後押しをするような状態になる。この後押しをする力を逆負荷といい、動かそうとする力と同じ方向に加算される力がかかる。
逆負荷が生じると、P2=P4>P3=P1となり、(1)パイロットピストンが左側に戻され、同時に、右側ポペットがスプリングにより弁座側に付勢され、右側流路が閉じる。(2)それにより、作動油の戻り流路が遮断され、シリンダが停止する。(3)続き、シリンダの停止に伴い、P1(=P3)が上昇して再度パイロットピストンが右側に移動し、右側ポペットが押され、再び流路が開き、シリンダが再作動する。その後、(1)の状態に戻る。以後(1)〜(3)が繰り返されることとなる。つまり、逆負荷が生じた場合、パイロットピストンとポペットが激しく左右に往復移動するチャタリングが発生し、パイロットピストンの壁面への衝突による衝撃音の発生や、パイロットピストン及びポペットの損傷など種々の問題がある。
そこで、弁筐内のプランジャの上流側及び下流側に、流路を絞るためのオリフィス128とオリフィス133とを設けたパイロットチェック弁が提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、流路を絞るためのオリフィスCd1およびチョークCd2により流量規制が可能なチエツク弁における流量制御構造が開示されている(例えば、特許文献2参照)。これらは、オリフィスやチョークを配して流路を絞ることにより、逆負荷時のプランジャのチャタリング等を防止できる。
一方、荷役作業用の装置に用いられる油圧機器とシリンダとの間に接続するパイロットチェック弁において、パイロットピストン10とポペット8との間にばね11を介してプッシュピストン12を配したパイロットチェック弁5が開示されている(例えば、特許文献3)。この発明によると、ばね11およびプッシュピストン12との付勢力により、シリンダ側の急激な圧力低下による衝撃音を防止する。なお、この衝撃音は、シリンダの圧力低下によって生じる逆負荷時における、パイロットピストンがパペットや弁座に衝突した際に発生するものと考えられる。
しかしながら、特許文献1および2に記載の発明は、作動流体の主流路を絞ることとなるため、主流路上に流路抵抗が発生し油圧ポンプ等に無駄な動力が必要となる。一方で、主流路を絞り作動油の供給が少ないとシリンダの動きがスムーズでなくなり、余分な負荷がかかり、手動ポンプの場合には操作が重くなる。
また、特許文献3に記載の発明は、ばねやばね受け、プッシュピストンなどの部材の追加が必要となり構造が複雑になる上、衝撃音が発生するほどの衝撃をばねが吸収するため、早期にばねが損傷する可能性があり、損傷したばねの交換が必要で保守上も好ましくない。また、新たな部材を追加するため、パイロットチェック弁のサイズが大きくなる。
特開2008−002570号公報 実開平6−016779号公報 特開2009−281515号公報
上記のように、従来のパイロットチェック弁や、特許文献1〜3に記載のパイロットチェック弁においては、以下の点で改良すべき課題がある。
1)逆負荷時に、パイロットピストンとポペットのチャタリングが発生し、パイロットピストンの壁面への衝突による衝撃音が発生する。
2)作動流体の主流路を絞る構成とすると、主流路上に流路抵抗が発生し、その分無駄な動力が必要となる。また、シリンダの動きもスムーズでなくなり余分な負荷がかかる。
3)新たな部材を追加すると構造が複雑となりコストがかかる。また、ばねを用いてパイロットピストンの衝撃を吸収する場合、ばねが損傷し保守コストがかかる。
本発明は、上述の点に鑑みなされたもので、簡単な構造で、作動流体の流路における流路抵抗を抑制し、かつ、パイロットピストンやポペットのチャタリングの発生や、それによる衝撃音を抑制可能なパイロットチェック弁を提供することを目的とする。
上述の課題を解決するために、本発明に係るパイロットチェック弁は、弁筐体内に、弁座に着座し流路を閉じる閉位置と、弁座から離間し流路を開く開位置との間を移動可能な弁体と、前記弁体を閉位置側に付勢するスプリングと、前記弁体をパイロット圧により開位置側に押圧するためのパイロットピストンとを有するパイロットチェック弁であって、
前記パイロットピストンは、ピストン本体部と、前記ポペットに当接して押圧する押棒部とからなり、前記ピストン本体部が移動する空間が隔壁により区画され、前記隔壁が、前記押棒部を保持するための挿通孔と、絞り孔とを備えることを特徴とすとする。
この構成によれば、従来のパイロットピストン(ピストン本体部)が移動する空間を隔壁により区画して、ピストン本体部側の部屋と、作動流体が流動する主流路側の部屋とを形成する。そして、この隔壁に設けた絞り孔を通り作動流体がピストン本体部側の部屋に入り込むことで、作動流体で満たされたピストン本体側の部屋がダンパーの役目をする。これにより、逆負荷時の急激な圧力変動によるパイロットピストンの移動を抑制する。また、この絞り孔は、作動流体の主流路上にないため、主流路の流路抵抗が過大とならず、十分な作動流体の流量を確保できる。さらには、従来のパイロットピストンの移動空間を、隔壁により区画するだけであるため、従来のパイロットチェック弁のサイズを維持できる。
ここで、絞り孔とは、パイロットピストン側の部屋と、主流路側の部屋とを繋ぐ作動流体の通り道をいい、主流路の流路断面に比べて小さい。そのため、一旦作動流体がパイロットピストン側の部屋に流入すると、主流路側の部屋への流出が少ないため、(オイル)ダンパーの役割が可能となる。なお、絞り孔の形状は、例えば、円筒状や角筒状、主流路側の部屋からピストン本体部側の部屋にかけて断面が小さくなっていく錐体様の形状(テーパー状)などが考えられる。
請求項2に係るパイロットチェック弁は、弁筐体内に、弁座に着座し流路を閉じる閉位置と、弁座から離間し流路を開く開位置との間を移動可能な弁体と、前記弁体を閉位置側に付勢するスプリングと、前記弁体をパイロット圧により開位置側に押圧するためのパイロットピストンとを有するパイロットチェック弁であって、
前記パイロットピストンは、ピストン本体部と、前記ポペットに当接して押圧する押棒部とからなり、前記ピストン本体部が移動する空間が隔壁により区画され、前記隔壁が前記押棒部を保持するための挿通孔を備え、前記挿通孔が前記押棒部周りに隙間ができるように形成されてもよい。
この構成によれば、請求項1の絞り孔に代えて、押棒部を保持するための挿通孔を、押棒部周りに隙間ができる程度の大きさに形成し、この隙間を作動流体の絞りとして用いてもよい。
請求項3に係るパイロットチェック弁は、弁筐体内に、弁座に着座し流路を閉じる閉位置と、弁座から離間し流路を開く開位置との間を移動可能な弁体と、前記弁体を閉位置側に付勢するスプリングと、前記弁体をパイロット圧により開位置側に押圧するためのパイロットピストンとを有するパイロットチェック弁であって、
前記パイロットピストンは、ピストン本体部と、前記ポペットに当接して押圧する押棒部とからなり、前記ピストン本体部が移動する空間が隔壁により区画され、前記隔壁が前記押棒部を保持するための挿通孔と、絞り孔とを備え、前記挿通孔が前記押棒部周りに隙間ができるように形成されてもよい。
この構成によれば、挿通孔の隙間と絞り孔の両方を作動流体の絞りとして用いる。
請求項4に係るパイロットチェック弁は、前記絞り孔が可変絞りであることが好ましい。
この構成によれば、絞り量をパイロットチェック弁の用途や作動流体の種類などにより変更できる。ここで、可変絞りとは、絞り孔の断面積を変更出来る調整機能を有するものをいい、たとえば絞り孔の上下壁に調整ねじを配し、調整ねじのねじ込み量で絞り孔の断面積を変化させるようにする。
請求項5に係るパイロットチェック弁は、前記パイロットピストンが、前記ピストン本体部と、前記押棒部とが別体で形成されていることが好ましい。
この構成によれば、隔壁に設けた挿通孔により押棒部を保持できるため、ピストン本体部と押棒部とを別体に構成できる。なお、従来のパイロットチェック弁ば、ピストン本体部と押棒部とが一体の構造であったため、ピストン本体部と押棒部とを同心円に形成する必要があるなど成形が猥雑であった。これらを別体とすることで、成形が簡単である上、押棒部に既存の平行ピンなどを用いることができ、コストダウンできる。
本発明に係るパイロットチェック弁は、上記の構成からなるため、次のような優れた効果がある。
簡単な構造でコストを抑え、パイロットピストンやポペットのチャタリングの発生や、それによる衝撃音を抑制することができる。また、主流路上に絞りを設けておらず、作動流体がスムーズに流動するため、シリンダ等に余分な負荷がかからない。さらには、隔壁を設けるだけで新たな部材の追加が不要である。
本発明の一実施形態に係るパイロットチェック弁の構造を示す模式図である。 図1のパイロットチェック弁の動作を示す説明図であって、(I)は中立状態、(II)は作動状態を示す。 図1のパイロットピストンの構造を変えたパイロットチェック弁の変形例の構造を示す模式図であって、(I)は中立状態、(II)は作動状態を示す。(変形例1) 図1の絞りの構造を変えたパイロットチェック弁の変形例を示す模式図である。(II)・(III)は、(I)の押棒部の形状を変形したパイロットチェック弁における押棒部の拡大図である。(変形例2) 図1の絞り孔を可変絞りとする構造に変えたパイロットチェック弁の変形例の構造を示す模式図である。(変形例3) 従来のパイロットチェック弁の構造を示す模式図である。 従来のパイロットチェック弁の動作を示す説明図であって、(I)は中立状態、(II)は作動状態(正負荷)、(III)は作動状態(逆負荷)をしめす。
以下、本発明に係るパイロットチェック弁の一実施形態を図面に基づき説明する。なお、本発明は下記実施形態に限定されるものではない。
1.[パイロットチェック弁1の構造]
図1に示すように、パイロットチェック弁1は、弁筐体2にパイロットピストン3とスプリング4l,4rとポペット5l,5rとを備える。パイロットチェック弁1は、左上方のINポートD1がヘルムポンプ11に、右上方のOUTポートD4がタンク12に、左右下方のINポートD2とOUTポートD3がシリンダ13に接続される。
パイロットピストン3は、円筒状のピストン本体部3aと押棒部3bとを有し、弁筐体2中央の部屋R1に配する。ピストン本体部3aは、部屋R1の左右の隔壁7間を滑動する。なお、ヘルムポンプ11から流入した作動油の油圧をパイロット圧として使用してもよいし、別途、ピストン本体部3a内に、パイロット圧を発生させるためのパイロット管路を形成し(図示せず)、このパイロット管路に空気や油を流し込み、その空気圧や油圧をパイロット圧として使用してもよい。また、押棒部3bは隔壁7の挿通孔7bに保持され、パイロットピストン3aの移動に応じて、左右に滑動する。
ポペット(弁体)5l,5rはスプリング4l,4rとそれぞれ結合され、弁筐体2の部屋R3l,R3rに配する。スプリング4l,4rは弁筐体2の左右端部に固定され、ポペット5l,5rを弁筐体2の中央部に向けて付勢する。ヘルムポンプ11の未作動時、ポペット5l,5rはスプリング4l,4rに付勢され、弁座6l,6rに着座して流路をシールする。
隔壁7は、作動油の主流路である部屋R2lおよびR2rと、ピストン本体部3aが滑動する部屋R1とを区画する。そして、隔壁7には、部屋R1と部屋R2lおよびR2rとの間で作動油の流れを絞る絞り孔7aと、押棒部3bを保持する挿通孔7bが設けられている。なお、作動油の主流路は、部屋R2l,R3lおよび部屋R3r,R2rである。
2.[パイロットチェック弁1の動作]
次に、図2を用いて、パイロットチェック弁1の動作について説明する。
(1)中立時(ヘルムポンプ未作動時)
ヘルムポンプ11に接続された操舵ヘルム(図示せず)が動作していない状態においては、ヘルムポンプ11も作動せず、パイロットチェック弁1は中立の状態にある(図2(I))。この状態で、パイロットピストン3は弁筐体2の中央位置で停止している。ポペット5l,5rは、スプリング4l,rの付勢力により、弁座6に着座し、シート状態にある。この状態においては、シリンダ13に外力が加わっても動かないため、シリンダ13に接続された舵(図示せず)も動かない。
(2)負荷時(ヘルムポンプ作動時、ヘルムポンプ〜シリンダまでの流れ)
操舵ヘルムを動かすと、作動油がヘルムポンプ11からパイロットチェック弁1のINポートD1を通り部屋R2lに流入して、絞り孔7aを通り部屋R1に流入する(図2(II))。
そうすると、部屋R1左側に流入した作動油の圧力により、パイロットピストン3が右側に滑動して、右側の押棒部3bがポペット5rを押圧する。そして、スプリング4rの付勢力に抗してポペット5rが弁座6rから離間し、右側の部屋R2rとR3rとの流路が開く。
同時に、作動油の圧力により、スプリング4lの付勢力に抗してポペット5lが左側に押され、ポペット5lが弁座6lから離間して、作動油が部屋R2lから部屋R3lに流入する。
部屋R3lに流入した作動油は、OUTポートD2を通りシリンダ13に流れ込み、シリンダ13は油圧により右側へ移動する。これに伴い、舵が作動する。
次に、シリンダ13に流れ込んだ作動油は、INポートD3を通り、パイロットチェック弁1の部屋R3rに流入する。そして、作動油は、部屋R2rを通過し、OUTポートD4を通りタンク12に戻る。
この時、逆負荷が起こっても、部屋R2rから部屋R1右側への作動油の流入は、絞り孔7aにより制限されているため、パイロットピストン3を左側へ移動させようとする動きは緩慢となり、シリンダ13の動きはスムーズなままである。また、これに加えて、部屋R1の左側部分は作動油で満たされているため、部屋R1左側がオイルダンパーの役割をし、パイロットピストン3の急激な移動による衝撃音も防止できる。さらに、シリンダ13からタンク12に戻る主流路上に絞りを設けていないため、流路抵抗が過大とならずヘルムポンプ11に余分な動力は不要となる。
以上が、本発明のパイロットチェック弁1の構造および動作である。次に、パイロットチェック弁1の変形例について図3,図4を用いて説明する。
(変形例1)
図3は、パイロットチェック弁1におけるパイロットピストン3の構造の変形例である。なお、パイロットチェック弁1と同様の構成部分については、同一の符号を付す。
パイロットチェック弁21のパイロットピストン23は、ピストン本体部23aと左右に配する押棒部23bとを有する。パイロットピストン3と異なり、ピストン本体部23aと押棒部23bとは別体で構成される。そのため、ピストン本体部3aと押棒部3bとが同心円となるよう削りだし等によって一体形成されたパイロットピストン3に比べて、安価に製造できる。さらに、押棒部23bには市販の平行ピンを用いても良く、さらにコストを抑えられる。なお、押棒部23bは隔壁7の挿通孔7bに保持されているため、通常落下しない。
(変形例2)
図4(a)〜(c)は、パイロットチェック弁1における隔壁7の絞りの構造の変形例である。なお、上記同様、パイロットチェック弁1と同様の構成部分については、同一の符号を付す。
図4(a)に示すように、パイロットチェック弁31の隔壁37は、挿通孔37aを備える。挿通孔37aの断面は、押棒部33bの断面よりも一回り程度大きく形成されている。これにより、押棒部33bを挿通孔37aに挿通した状態で、押棒部33bの周りに隙間ができる。この隙間を、絞り孔7aに代えて、作動流体の絞りとして用いる。
また、図4(b)に示すように、押棒部33を円錐(テーパー)状の押棒部33b’としてもよい。このようにすれば、一旦部屋R1に流入した作動油が、部屋R1から部屋R2への流出が抑えられ、部屋R1のダンパー効果を高められる。
また、図4(b)に示すように、押棒部33bを円筒形で中心側から端部側にかけて徐々に広がるようなスリットを入れた形状の押棒部33b’’としてもよい。この場合も、図4(b)と同様に、部屋R1の流出量を流入量よりも抑制することができ、部屋R1のダンパー効果を高められる。なお、このとき押棒部3bの外形が円筒形であるため、隔壁37(下側)に押棒部33b’’を載置できるため、ピストン本体部33a’’と押棒部33b’’とを分離した形状とすることもできる。
(変形例3)
図5は、図1の絞り孔7aが可変絞り47aとし、隔壁7が可変機構を備えた隔壁47として構成し、用途や作動流体の種類に応じて絞り孔を可変できるようにした変形例である。具体的には、下側隔壁47に上下に貫通する調整ねじ48を配し、調整ねじ48のねじ込み量によって、可変絞り47aの流量を調整することとした機構である。
以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。とくに、パイロットチェック弁1に、操舵用のヘルムポンプとシリンダを接続する外、アクチュエータ等の異なる機器を接続し使用することもできる。また、本実施形態のパイロットチェック弁1は、左右にポペット及びスプリングを配したものであるが、ポペット及びスプリングを片側一方のみに配したパイロットチェック弁とすることも可能である。さらに、弁体にはポペット以外のボール等を用いてもよい。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
1 パイロットチェック弁
2 弁筐体
3 パイロットピストン
3a ピストン本体部
3b 押棒部
4l,4r スプリング
5l,5r ポペット(弁体)
6l,6r 弁座
7 隔壁
7a 絞り孔
7b 挿通孔
R1,R2l,R2r,R3l,R3r 部屋
D1,D3 INポート
D2,D4 OUTポート
11 ヘルムポンプ
12 タンク
13 シリンダ
21 パイロットチェック弁(変形例1)
23 パイロットピストン
23a ピストン本体部
23b 押棒部
31 パイロットチェック弁(変形例2)
37 隔壁
37a 挿通孔
41 パイロットチェック弁(変形例3)
47a 可変絞り
48 調整ねじ
101 パイロットチェック弁(従来)
102 弁筐体
103 パイロットピストン
104 スプリング
105 ポペット
106 弁座

Claims (5)

  1. 弁筐体内に、弁座に着座し流路を閉じる閉位置と、弁座から離間し流路を開く開位置との間を移動可能な弁体と、
    前記弁体を閉位置側に付勢するスプリングと、
    前記弁体をパイロット圧により開位置側に押圧するためのパイロットピストンとを有するパイロットチェック弁であって、
    前記パイロットピストンは、ピストン本体部と、前記ポペットに当接して押圧する押棒部とからなり、
    前記ピストン本体部が移動する空間が隔壁により区画され、
    前記隔壁が、前記押棒部を保持するための挿通孔と、絞り孔とを備えることを特徴とするパイロットチェック弁。
  2. 弁筐体内に、弁座に着座し流路を閉じる閉位置と、弁座から離間し流路を開く開位置との間を移動可能な弁体と、
    前記弁体を閉位置側に付勢するスプリングと、
    前記弁体をパイロット圧により開位置側に押圧するためのパイロットピストンとを有するパイロットチェック弁であって、
    前記パイロットピストンは、ピストン本体部と、前記ポペットに当接して押圧する押棒部とからなり、
    前記ピストン本体部が移動する空間が隔壁により区画され、
    前記隔壁が、前記押棒部を保持するための挿通孔を備え、前記挿通孔が前記押棒部周りに隙間ができるように形成されていることを特徴とするパイロットチェック弁。
  3. 弁筐体内に、弁座に着座し流路を閉じる閉位置と、弁座から離間し流路を開く開位置との間を移動可能な弁体と、
    前記弁体を閉位置側に付勢するスプリングと、
    前記弁体をパイロット圧により開位置側に押圧するためのパイロットピストンとを有するパイロットチェック弁であって、
    前記パイロットピストンは、ピストン本体部と、前記ポペットに当接して押圧する押棒部とからなり、
    前記ピストン本体部が移動する空間が隔壁により区画され、
    前記隔壁が、前記押棒部を保持するための挿通孔と、絞り孔とを備え、前記挿通孔が前記押棒部周りに隙間ができるように形成されていることを特徴とするパイロットチェック弁。
  4. 前記絞り孔が可変絞りであることを特徴とする請求項1または3に記載のパイロットチェック弁。
  5. 前記パイロットピストンは、前記ピストン本体部と、前記押棒部とが別体で形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のパイロットチェック弁。
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