JP2023032234A - リリーフ弁 - Google Patents

Abstract

【課題】小型、軽量化および構造の簡素化が可能で、且つ、作動時の振動を防止することが可能なリリーフ弁を提供する。【解決手段】本発明に係る方向リリーフ弁１は、設定値を超える圧力が弁体５２に印加された際に、弁体５２が弁座５１から離れて圧力を開放するリリーフ弁であって、弁体５２に付勢力を作用させて弁座５１に圧接させる付勢部材４６を備え、付勢部材４６は、弁体５２の軸方向中央部において一体もしくは別体に形成されて固定された受力部５６に係止されており、受力部５６に直接、付勢力を作用させる構成である。【選択図】図２

Description

本発明は、リリーフ弁に関する。

フォークリフトや建設機械等に例示される作業用車両は、圧力流体（以下、単に「流体」と称する場合がある）によって駆動されるフォークやバケット等の作業装置を備えて構成されている。このような作業装置を駆動する回路においては、流体圧力の制御を行うリリーフ弁が適宜、設けられている。

リリーフ弁の一例として、比例ソレノイドの推力を変化させることによって、設定される開放圧力（すなわち、リリーフ圧）の調整が可能な電磁比例式リリーフ弁が知られている（特許文献１：特開平６－３２３４５１号公報参照）。

特開平６－３２３４５１号公報

特許文献１に例示される電磁比例式リリーフ弁によれば、従来のパイロット切換式リリーフ弁と比較して、パイロット配管や圧力切換用部品を削減できるため、小型、軽量化および構造の簡素化が可能となり、また、製造原価の低減も可能となる。しかしながら、その一方で、作動時に振動（チャタリング）が生じ易いことが、従来より課題となっていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、小型、軽量化および構造の簡素化が可能で、且つ、作動時の振動を防止することが可能なリリーフ弁を提供することを目的とする。

一実施形態として、以下に開示するような解決手段により、前記課題を解決する。

開示のリリーフ弁は、設定値を超える圧力が弁体に印加された際に、前記弁体が弁座から離れて圧力を開放するリリーフ弁であって、前記弁体に付勢力を作用させて前記弁座に圧接させる付勢部材を備え、前記付勢部材は、前記弁体の軸方向中央部において一体もしくは別体に形成されて固定された受力部に係止されており、前記受力部に直接、前記付勢力を作用させる構成であることを特徴とする。

開示のリリーフ弁によれば、作動時の振動を防止することが可能となり、安定した流体制御、すなわち、正確なリリーフ圧の調整が可能となる。さらに、小型、軽量化および構造の簡素化が可能となる。

本発明の実施形態に係るリリーフ弁が組込まれる回路の構成例を示す回路図である。 本発明の実施形態に係るリリーフ弁の例を示す正面断面図である。 図２におけるIII部拡大図である。 本発明の実施形態に係るリリーフ弁の受力部の例を示す概略図であり、図４（ａ）は側面図、図４（ｂ）は正面断面図である。 本発明の実施形態に係るリリーフ弁の受力部の他の例を示す概略図であり、図５（ａ）は側面図、図５（ｂ）は正面断面図である。 本発明の実施形態に係るリリーフ弁の受力部の他の例を示す概略図であり、図６（ａ）は側面図、図６（ｂ）は正面断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳しく説明する。図１は、本発明の実施形態に係るリリーフ弁が組込まれる回路の構成例を示す回路図（概略図）である。また、図２は、本発明の実施形態に係るリリーフ弁の正面断面図（概略図）であるが。また、図３は、図２におけるIII部拡大図である。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

本実施形態に係るリリーフ弁１は、例えば、作業用車両２の作業装置を駆動する圧力流体（具体的に、所定圧の作動油）の回路（具体的に、油圧回路）に組込まれて、流体の制御、すなわち、リリーフ圧の設定および調整作用をなすものである。以下、作業用車両２として「フォークリフト」を例に挙げて説明する。ただし、リリーフ弁１が組込まれる回路の例は、これに限定されるものではない。

図１に示す回路構成を備えた作業用車両（ここでは、フォークリフト）２は、流体によって駆動される作業装置として、マスト３およびフォーク４を備えている。また、走行装置および作業装置を駆動する駆動源（エンジンまたはモータ）９と、この駆動源９により駆動され、流体（作動油）を吐出する油圧ポンプ１０と、流体を貯留するタンク１１と、油圧ポンプ１０と作業装置との間に配設されたコントロールバルブ１２と、フォーク４の操作を行うリフト操作レバー１３と、マスト３の操作を行うチルト操作レバー１４とを備えている。さらに、リフト操作検出センサ１８と、チルト操作検出センサ１９と、コントローラ２１とを備えている。

ここで、作業用車両２には、フォーク４を上下動させるリフトシリンダ６、およびマスト３を傾動させるチルトシリンダ７が設けられている。具体的な作動として、リフトシリンダ６が伸長するとフォーク４が上昇し、リフトシリンダ６が収縮するとフォーク４が下降する。また、チルトシリンダ７が伸長するとマスト３が前傾し、チルトシリンダ７が収縮するとマスト３が後傾する。

また、コントロールバルブ１２は、リフト用電磁比例制御弁１５と、チルト用電磁比例制御弁１６と、リリーフ弁１とを有している。

ここで、リフト用電磁比例制御弁１５は、油圧ポンプ１０とリフトシリンダ６との間に配設されている。リフト用電磁比例制御弁１５は、ソレノイド部に入力される制御電流値に比例して開度が変化することで、油圧ポンプ１０からリフトシリンダ６に供給される作動油の流量を制御する。

また、チルト用電磁比例制御弁１６は、油圧ポンプ１０とチルトシリンダ７との間に配設されている。チルト用電磁比例制御弁１６は、ソレノイド部に入力される制御電流値に比例して開度が変化することで、油圧ポンプ１０からチルトシリンダ７に供給される作動油の流量を制御する。

一方、リリーフ弁１は、油圧ポンプ１０とチルトシリンダ７との間の圧力がリリーフ圧に達すると開く電磁比例式のリリーフ弁である（詳細の構成については後述する）。リリーフ弁１が開くと、メインポート２８から供給される流体がタンクポート２９へ送出されて、圧力が開放される。リリーフ弁１は、ソレノイド部（後述の比例ソレノイド駆動部３０）に入力される制御電流値に比例してリリーフ圧が変化する。

次に、リフト操作検出センサ１８は、リフト操作レバー１３の操作状態（操作方向および操作量）を検出する。チルト操作検出センサ１９は、チルト操作レバー１４の操作状態（操作方向および操作量）を検出する。

また、リフト用制御弁制御部２２は、リフト操作検出センサ１８により検出されたリフト操作レバー１３の操作状態に応じてリフト用電磁比例制御弁１５を制御する。具体的には、リフト用制御弁制御部２２は、リフト操作レバー１３の操作量に対応する制御電流値をリフト用電磁比例制御弁１５のソレノイド部に出力する。

また、チルト用制御弁制御部２３は、チルト操作検出センサ１９により検出されたチルト操作レバー１４の操作状態に応じてチルト用電磁比例制御弁１６を制御する。具体的には、チルト用制御弁制御部２３は、チルト操作レバー１４の操作量に対応する制御電流値をチルト用電磁比例制御弁１６のソレノイド部に出力する。

また、リリーフ圧設定部２４は、一例として、リフト操作（リフト圧）、チルト操作（チルト圧）、駆動源（エンジン）回転数等に基づいて、リリーフ弁１のリリーフ圧を設定する。また、リリーフ弁制御部２５は、リリーフ圧設定部２４により設定されたリリーフ圧に応じてリリーフ弁１を制御する。具体的に、リリーフ弁制御部２５は、設定リリーフ圧に対応する制御電流値をリリーフ弁１のソレノイド部（後述の比例ソレノイド駆動部３０）に出力する。

このような構成により、リリーフ弁１は、油圧ポンプ１０と、リフトシリンダ６、チルトシリンダ７との間の圧力が設定されたリリーフ圧に到達したときに開弁する。このとき、油圧ポンプ１０からの作動油がリリーフ弁１を通ってタンク１１に排出される。

前述の通り、比例ソレノイドを備えたリリーフ弁においては、作動時に振動が生じ易いことが課題となっていた。そこで、本願発明者らは鋭意研究を行い、課題となる「振動」は、比例ソレノイド駆動部の可動子が弁体に対して推力を作用させる作用方向が、軸線からきわめて微小な角度、反れた（傾いた）状態となることが発生要因の一つであることを究明した。

そこで、本実施形態に係るリリーフ弁１は、以下の構成を備えることにより、当該課題に対してその解決を可能としている。

先ず、本実施形態に係るリリーフ弁１の全体構成について説明する。リリーフ弁１は、油圧回路における対象流路（以下、「主流路」と称する）内の圧力がリリーフ圧以上となった場合に、当該主流路内の作動油をタンク１１へ送出させることによって、油圧回路を保護する作用をなすものである。

図２に示すように、リリーフ弁１は、ボディ４０と、ボディ４０の端部に設けられる比例ソレノイド駆動部３０とを備えている。先ず、ボディ４０には、一次側であるメインポート２８に連通する第１流路６０と、二次側であるタンクポート２９に連通する第２流路６２とが形成されている。第１流路６０と第２流路６２とを連通する連通室５４に、当該第１流路６０と第２流路６２とを、連通状態・非連通状態に切替える（すなわち、開閉する）開閉部５０となる弁座５１および弁体５２が設けられている。なお、本実施形態においては、ボディ４０内に圧入された流路部材４０ａに第１流路６０および弁座５１が配設されている。

次に、比例ソレノイド駆動部３０は、ボディ４０の端部に固定されたケース３２の内部に、長尺な導体部材を絶縁しつつボビン３４に巻回したコイル３６と、コイル３６の励磁により生じる磁束線を通す固定鉄心３８と、コイル３６の励磁により生じる磁束線を通し、磁束線に起因して生じる吸引力によってコイル３６の軸方向（すなわち、ボビン３４に巻回したコイル３６の中心軸に沿う方向であり、以下同じ）に沿って移動する可動子４２とを備えている。

ケース３２は、コイル３６、固定鉄心３８、および可動子４２等を収容する筒状（ここでは円筒状であるが、角筒状も採用し得る）の部材であり、一例として、炭素鋼、快削鋼等の軟磁性材料を用いて形成されている。

コイル３６は、絶縁被覆された長尺な導体部材がボビン３４に巻回された構成を備えている。当該導体部材は、一例として、銅合金等を用いて断面が円形、正方形等に形成された線材であるが、テープ材、シート材等（不図示）を用いても良い。

固定鉄心３８は、コイル３６の励磁により生じる磁束線を通して可動子４２を吸引する部材であり、一例として、炭素鋼、快削鋼等の軟磁性材料を用いて形成されている。本実施形態においては、固定鉄心３８として、コイル３６の軸方向に互いに離間する配置で弁体５２に遠い位置に設けられるベース３８Ａと弁体５２に近い位置に設けられるステータ３８Ｂとを備えている。

可動子４２は、コイル３６が励磁された際に発生する磁束線が通過し、当該磁束線に起因して生じる固定鉄心３８に向かう吸引力によってコイル３６の軸方向に沿って移動する部材である。本実施形態においては、ボディ４０の連通室５４内にブッシュ４４を介して軸方向に移動可能に支持されている。なお、一例として、可動子４２は、炭素鋼、快削鋼等の軟磁性材料を用いて形成されている。また、ブッシュ４４は、非磁性材料（ステンレス合金、樹脂材料等）を用いて形成されている。

上記の比例ソレノイド駆動部３０によれば、コイル３６を励磁することで、固定鉄心３８が可動子４２を吸引する力が生じて、可動子４２を所定方向（この場合、ステータ３８Ｂからベース３８Ａへ向かう方向）に推進させる作用（すなわち、後述の付勢部材４６の付勢力を減殺させる作用）が生じる。また、コイル３６を消磁することで、固定鉄心３８が可動子４２を吸引する力が消滅し、付勢部材４６の付勢力が減殺されずに弁体５２に印加される状態に戻る。本実施形態の構成は、いわゆる比例ソレノイドであるため、コイル３６の励磁電流値を変化させることによって、可動子４２が固定鉄心３８によって吸引される力（すなわち、可動子４２の推力）を変化させることができる。具体的に、励磁電流値を大きくすると推力が大きくなり、励磁電流値を小さくすると推力が小さくなる。

ここで、本実施形態に係るリリーフ弁１に特徴的な構成として、可動子４２は、中心に弁体５２を移動可能に挿通させる挿通孔４２ａが設けられた底部４２ｂを有する円筒状に形成されており、内部の空間部がバネ室４２ｃとして構成されている。すなわちバネ室４２ｃ内に前述の付勢部材（一例として、コイルバネ）４６が収容されている。これによれば、リリーフ弁１の径方向寸法および軸方向寸法の両方に関して小型化を図ることが可能となる。なお、本実施形態においては、バネ室４２ｃ内に付勢部材４６の全部が収容される構成としているが、一部が収容される構成としてもよい（不図示）。

上記の付勢部材４６は、その弾発力（付勢力）によって弁体５２を軸方向、すなわちその中心軸線に沿って弁座５１方向に付勢して、弁体５２と弁座５１とを圧接させる作用をなす。したがって、リリーフ圧の初期設定値は、付勢部材４６の付勢力によって設定され、且つ、圧力調整ネジ４８により回動調整される構成となっている。本実施形態においては、圧力調整ネジ４８は、固定鉄心３８内に回動可能に支持されている。なお、付勢部材４６はコイルバネに限定されるものではなく、その他のバネ（空気バネ等）を用いてもよい（不図示）。

また、付勢部材４６は、弁体５２の軸方向中央部（端部ではない趣旨である）において別体に形成されて固定された受力部５６に係止されており（当接しているが連結していない状態）、受力部５６に直接、付勢力を作用させることによって、弁体５２を弁座５１方向に付勢する構成となっている。なお、変形例として、受力部５６は弁体５２と一体に形成される構成としてもよい。

一例として、受力部５６は、図４（図４（ａ）は側面図、図４（ｂ）は正面断面図）に示すように、非磁性材料（ステンレス合金、樹脂材料等）を用いて、平板状の環状部材として構成されており、可動子４２の内部（すなわち、バネ室４２ｃ内）に配設されている。より具体的には、付勢部材４６と当接する第１面５６ａに対して軸方向逆側の面となる第２面５６ｂが、可動子４２の底部４２ｂの内面に係止されて配設されている（当接しているが連結していない状態）。これによれば、入力信号（すなわち、コイル３６への通電電流）に比例して固定鉄心３８が励磁された際に、付勢部材４６の付勢力と逆方向の力（励磁状態に応じて生じる推力）を受力部５６に作用させることができる。したがって、付勢部材４６（および圧力調整ネジ４８）によって設定されているリリーフ圧の設定値（初期設定値）に対して、固定鉄心３８の励磁状態を制御（比例制御）して、可動子４２の推力を変化させることによって、リリーフ圧を所望の設定値となるように、可変に制御することが可能となる。

このように、弁体５２中央部に固定された受力部５６に対して、一面側に付勢部材４６を当接（係止）させて付勢力を作用させ、他面側に比例ソレノイド駆動部３０の可動子４２を当接（係止）させて推力を逆方向に作用させる構成によれば、比例ソレノイド駆動部３０の可動子４２が弁体５２に対して推力を作用させる作用方向が、軸線からきわめて微小な角度、反れた（傾いた）状態となることを防ぐことができる。したがって、その状態を要因とする作動時の振動発生の抑止が可能となる。

さらに、受力部５６の変形例として、付勢部材４６が係止される第１面５６ａと、当該第１面５６ａに対して軸方向逆側の面となる第２面５６ｂとを連絡する流路５８を有する構成としてもよい。具体的には、図５（図５（ａ）は側面図、図５（ｂ）は正面断面図）に示すように流路５８を貫通孔状に形成する構成としてもよく、あるいは、図６（図６（ａ）は側面図、図６（ｂ）は正面断面図）に示すように流路５８を溝状に形成する構成としてもよい。このような構成によれば、以下の課題解決が可能となる。具体的に、比例ソレノイド駆動部３０が励磁されて可動子４２が固定鉄心３８（３８Ａ）に吸引される方向に移動したときに、一時的に可動子４２内部（バネ室４２ｃ内部）における流体の圧力上昇が生じる。その結果、弁体５２を開弁する設定圧力と、弁体５２に作用する流体圧力とのバランスが崩れて、振動を発生させる要因となり得る。この課題に対して、上記の変形例に係る受力部５６によれば、可動子４２が移動する際に、可動子４２の内部（バネ室４２ｃ内部）の流体圧力の一時的な圧力上昇を抑制することができる。すなわち、可動子４２の内部（バネ室４２ｃ内部）と、可動子４２の外部（連通室５４の内部）との間で圧力差が生じることを防止できるため、当該圧力差に起因して振動が発生することを防止できる。

また、本実施形態に係るリリーフ弁１においては、受力部５６よりも弁座５１側となる領域における可動子４２と弁座５１との間の位置に、弁体５２と当接する部材が設けられていない構成としている。これによれば、弁体５２が第１流路６０内の流体から圧力を受ける際に、弁体５２の移動自由度を高めることができるため、弁体５２（特に、先端部）の軸心と、弁座５１（開口部）の軸心と、を一致させる作用が得られる、その結果、弁体５２における振動の発生を防止する効果をより一層、高めることができる。また当然、部品点数が少なくなる程、製造原価の低減効果も得られる。

あるいは、変形例として、受力部５６よりも弁座５１側となる領域における可動子４２と弁座５１との間の位置において、弁体５２を軸方向に移動可能に摺接支持するガイド部材をさらに備える構成としてもよい（不図示）。これによれば、弁体５２における振動の発生を防止しつつ、弁体５２の直進安定性をより一層高めることができる。

さらに、本実施形態に係るリリーフ弁１に特徴的な構成として、ステータ３８Ｂは、弁体５２と対向する領域まで延設された形状で、且つ、弁体５２に圧力を印加する流体が通流する第１流路６０が設けられるボディ４０と一体（一部材から加工された一体構造）の形状に形成されると共に、弁座５１が配設されている。これによれば、リリーフ弁１の全体の体格を小さく、すなわち、小型化を図ることが可能となる。また、部品点数の削減による製造原価の低減も可能となる。なお、弁座５１は、ボディ４０と一体に構成しても、別体に構成してもよい。

以上説明した通り、開示のリリーフ弁によれば、作動時の振動を防止することが可能となり、安定した流体制御、すなわち、正確なリリーフ圧の調整が可能となる。さらに、小型、軽量化および構造の簡素化が可能となる。

なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。特にリリーフ弁が組込まれる対象として、作業用車両において作業装置を駆動する油圧回路を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。

また、比例ソレノイド駆動部における可動子の推力を、付勢部材の付勢力と逆向きでほぼ同じ値まで発生可能に構成すれば、アンロード弁として用いることも可能となる。

１ リリーフ弁
３０ 比例ソレノイド駆動部
３８ 固定鉄心
３８Ａ ベース
３８Ｂ ステータ
４０ ボディ
４２ 可動子
４２ａ 挿通孔
４２ｂ 底部
４２ｃ バネ室
４６ 付勢部材
５０ 開閉部
５１ 弁座
５２ 弁体
５４ 連通室
５６ 受力部
５６ａ 第１面
５６ｂ 第２面
５８ 流路
６０ 第１流路
６２ 第２流路

Claims (8)

1. 設定値を超える圧力が弁体に印加された際に、前記弁体が弁座から離れて圧力を開放するリリーフ弁であって、
   前記弁体に付勢力を作用させて前記弁座に圧接させる付勢部材を備え、
   前記付勢部材は、前記弁体の軸方向中央部において一体もしくは別体に形成されて固定された受力部に係止されており、前記受力部に直接、前記付勢力を作用させる構成であること
   を特徴とするリリーフ弁。
2. 固定鉄心および可動子を有する比例ソレノイド駆動部をさらに備え、
   前記可動子は、前記受力部に係止されており、前記固定鉄心が励磁された際に、前記受力部に前記付勢力と逆方向の力を作用させる構成であること
   を特徴とする請求項１記載のリリーフ弁。
3. 前記可動子は、中心に挿通孔が設けられた底部を有する円筒状に形成されており、内部に前記付勢部材の全部もしくは一部ならびに前記受力部が配設されていること
   を特徴とする請求項２記載のリリーフ弁。
4. 前記付勢部材は、コイルバネであり、
   前記受力部は、環状部材であること
   を特徴とする請求項２または請求項３記載のリリーフ弁。
5. 前記受力部は、前記付勢部材が係止される第１面と、前記第１面と逆側の第２面とを連絡する流路を有すること
   を特徴とする請求項２～４のいずれか一項記載のリリーフ弁。
6. 前記受力部よりも前記弁座側の前記可動子と前記弁座との間の位置において、前記弁体と当接する部材が設けられていない構成であること
   を特徴とする請求項２～５のいずれか一項記載のリリーフ弁。
7. 前記受力部よりも前記弁座側の前記可動子と前記弁座との間の位置において、前記弁体を軸方向に移動可能に摺接支持するガイド部材をさらに備えること
   を特徴とする請求項２～５のいずれか一項記載のリリーフ弁。
8. 前記固定鉄心は、前記弁体に対して遠い位置に設けられるベースと近い位置に設けられるステータとを有し、
   前記ステータは、前記弁体と対向する領域まで延設された形状で、且つ、前記弁体に圧力を印加する流体が通流する第１流路が設けられるボディと一体の形状に形成されると共に、前記弁座が配設されていること
   を特徴とする請求項２～７のいずれか一項記載のリリーフ弁。

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