JP3265880B2 - リリーフバルブ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、油圧，液圧，空圧等、
各種の圧力回路に設けられて、回路内の圧力を一定に保
つのに好適なリリーフバルブに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、油圧，液圧，空圧等によ
って作動する各種装置の圧力回路には、回路内の圧力を
一定に保つためにリリーフバルブが設けられている。ま
た、例えば食品，洗剤等、液状の物品を容器内に充填す
る充填機等においても、前記流体の吐出圧を一定に保つ
ことによってその吐出量を制御するためにリリーフバル
ブが設けられている。

【０００３】従来、このようなリリーフバルブには、様
々な構造のものがあるが、特に、低コストで簡易な構造
のものとして、以下に示すような直動型のリリーフバル
ブがある。

【０００４】図４に示すように、リリーフバルブ１は、
上方から下方に向けて流路２が形成されてなるハウジン
グ３内に、バルブ本体４と、このバルブ本体４を付勢す
るコイルスプリング５とが備えられた概略構成となって
いる。

【０００５】バルブ本体４は、流路２の軸線方向に延在
するステム部４ａと、その径寸法が漸次拡径するフェイ
ス部４ｂとから形成されている。

【０００６】ハウジング３内には、流路２と直交する面
内に位置する支持部材６が一体に形成されている。そし
て、この支持部材６の中心部には、上下に貫通する穴を
有したガイド部７が形成されており、このガイド部７に
バルブ本体４のステム部４ａが摺動自在に支持された構
成となっている。また、ハウジング３の内壁面には、そ
の周方向に沿って凸部８が形成されており、この凸部８
にバルブ本体４のフェイス部４ｂが密に当接する構成と
なっている。

【０００７】そして、前記バルブ本体４のステム部４ａ
の上端部に取り付けられた略円板状のストッパ部材９
と、支持部材６との間には、コイルスプリング５が圧縮
状態で介装されており、バルブ本体４をステム部４ａ側
（上方）に向けて付勢するようになっている。

【０００８】このような構成のリリーフバルブ１では、
通常時においては、バルブ本体４がコイルスプリング５
によって上方に向けて付勢されており、これによってフ
ェイス部４ｂと凸部８とが当接して、流路２を塞いだ状
態となっている。そして、流路２の上流側２ａの流体の
圧力が一定圧に達してコイルスプリング５の発生する付
勢力を上回ると、図５に示すように、バルブ本体４が下
方に押し下げられてフェイス部４ｂが凸部８から離間
し、この間隙から流路２の上流側２ａの流体が下流側２
ｂに吐出されるようになっている。そして、流体の圧力
が一定圧以下に低下すると、コイルスプリング５の付勢
力によってバルブ本体４が上方に押し上げられて流路２
を閉塞し、流体の吐出を停止するようになっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来のリリーフバルブには、以下のような問題
が存在する。リリーフバルブ１では、安定した圧力で流
体を吐出させる定圧特性を確保するために、コイルスプ
リング５の作動ストローク、すなわちバルブ本体４の開
閉ストロークＳに対して、コイルスプリング５の初期縮
め量Ｘ₀ が十分に大きくなるよう設定している。

【００１０】ところで、通常、コイルスプリングは、そ
の自由長Ｌに対して、縮め量Ｘが２５〜３０％以上とな
ると、座屈が発生する。このため、所要のバルブ本体４
の開閉ストロークＳを確保したうえで、Ｓ<<Ｘ₀となる
ようコイルスプリング５の初期縮め量Ｘ₀ を設定したと
きに、コイルスプリング５の自由長Ｌに対する初期縮め
量Ｘ₀ の割合が大きい場合には、図５に示したように、
コイルスプリング５はその作動時に座屈しやすくなって
しまう。そして、コイルスプリング５が座屈すると、こ
れがバルブ本体４のステム部４ａに接触し、その摩擦に
よってコイルスプリング５の円滑な作動が妨げられ、定
圧特性が損なわれるという問題がある。

【００１１】これに対し、所要のバルブ本体４の開閉ス
トロークＳを確保するとともに、Ｓ<<Ｘ₀ となるようコ
イルスプリング５の初期縮め量Ｘ₀ を設定したうえで、
さらにコイルスプリング５の座屈を避けるため自由長Ｌ
に対する初期縮め量Ｘ₀ の割合を小さくするには、自由
長Ｌの十分に長いコイルスプリング５を用いなければな
らない。しかし、長いコイルスプリング５を用いるとそ
のセット長Ｌｓが長くなるので、これにともなってハウ
ジング３，バルブ本体４のステム部４ａが長くなり、こ
の結果リリーフバルブ１が大型化，高コスト化してしま
うという問題が発生する。

【００１２】また、コイルスプリング５の座屈を避ける
ために、コイルスプリング５のスプリング有効径を大き
くすることも考えられるが、これによって流体を流すた
め支持部材６に形成する連通穴１０，１０，…の位置が
制限されてしまい、連通穴１０，１０，…の面積の確保
および加工が困難となるという問題がある。

【００１３】本発明は、以上のような点を考慮してなさ
れたもので、小型でしかも優れた特性を有したリリーフ
バルブを低コストで提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
一方の側から他方の側に向けて流路が形成されてなるハ
ウジング内に、前記流路を塞ぐフェイス部と前記流路の
軸線方向に延在するステム部とからなるバルブ本体が備
えられて、該バルブ本体が前記流路の軸線方向に沿って
往復動することにより前記流路を開閉する直動型のリリ
ーフバルブであって、前記ハウジング内には、前記流路
とほぼ直交する面内に位置して、前記バルブ本体の前記
ステム部を前記軸線方向に沿って摺動自在に支持すると
ともに、その両側に連通する連通穴を有してなる支持部
材が形成され、該支持部材と前記バルブ本体のステム部
に取り付けられたストッパ部材との間には、前記バルブ
本体を前記流路を塞ぐ方向に付勢する弾性部材が介装さ
れてなる構成とされ、該弾性部材が、大径コイルスプリ
ングと、該大径コイルスプリングよりも小径の小径コイ
ルスプリングと、該小径コイルスプリングの一定長が前
記大径コイルスプリング内に収められるようこれらを連
結する連結部材とから構成され、該連結部材が、前記弾
性部材の軸線方向に一定長を有しかつ前記大径コイルス
プリングよりも小径で前記小径コイルスプリングよりも
大径をなした筒状の筒部と、該筒部の外周側に形成され
て前記大径コイルスプリングの一端を受ける大径台座部
と、前記筒部の内周側に形成されて前記小径コイルスプ
リングの一端を受ける小径台座部とからなる構成とさ
れ、前記筒部の周面には、その内外を連通する複数の貫
通穴が形成されていることを特徴としている。

【００１５】

【００１６】

【作用】請求項１記載の発明では、バルブ本体を付勢す
るため、ストッパ部材と支持部材との間に介装した弾性
部材を、大径コイルスプリングと、小径コイルスプリン
グと、該小径コイルスプリングの一定長が大径コイルス
プリング内に収まるようこれらを連結する連結部材とか
らなる構成とした。これにより、所要の開閉ストロー
ク，初期縮め量を確保したうえで、弾性部材の全長を抑
さえることができる。しかも、弾性部材を一本のコイル
スプリングで構成する場合に比較して、大径コイルスプ
リングと小径コイルスプリングとを用いることにより、
それぞれの自由長を抑さえることができ、これによって
座屈が発生しにくくなる。

【００１７】また、連結部材を、弾性部材の軸線方向に
一定長を有した筒部と、該筒部の外周側に形成した大径
台座部と、筒部の内周側に形成した小径台座部とから構
成し、筒部の周面に、その内外を連通する複数の貫通穴
を形成する構成とした。これにより、リリーフバルブの
流路内を洗浄するときに、洗浄液が連結部材の貫通穴を
通って、その内部に収められた小径コイルスプリングに
届くようになる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を図面に示す一実施例を参照し
て説明する。ここでは、例えば、マヨネーズや牛乳な
ど、液状の食品を容器に充填するための充填機に備えた
吐出バルブに、本発明に係るリリーフバルブを適用する
場合の実施例を用いて説明する。図１に示すように、吐
出バルブ（リリーフバルブ）１５は、例えばステンレス
スチール等の耐腐食性に優れた材料で形成されており、
図４に示した従来のリリーフバルブ１と同様に、上方か
ら下方に向けて液状の食品（以下、「流体」と称する）
を流すための断面視円形の流路２が形成されてなるハウ
ジング３内に、バルブ本体４と、このバルブ本体４を上
方（流路２の上流側）へ付勢する弾性部材１６とが備え
られた基本構成となっている。

【００１９】バルブ本体４は、流路２の軸線方向に延在
する円柱状のステム部４ａと、該ステム部４ａに連続
し、かつ流路２の下流側２ｂにいくにしたがいその径寸
法が漸次拡径するフェイス部４ｂとから構成されてい
る。

【００２０】ハウジング３内には、流路２と直交する面
内に位置する支持部材６が一体に形成されている。そし
て、この支持部材６の中心部には、上下に貫通する穴を
有した一定長のガイド部７が形成されており、このガイ
ド部７にバルブ本体４のステム部４ａが摺動自在に支持
されている。このガイド部７は、バルブ本体４の摺動時
の振れを防ぐため、支持部材６の上面側に一定長延出し
て形成されている。

【００２１】支持部材６には、その上下を連通する連通
穴１０，１０，…が、ガイド部７の外周側に略放射状に
位置して形成されており、吐出すべき流体は、これら連
通穴１０を通るようになっている。また、ハウジング３
の内壁面には、その周方向に沿って凸部８が形成されて
おり、この凸部８にバルブ本体４のフェイス部４ｂが密
に当接する構成となっている。

【００２２】バルブ本体４のステム部４ａの上端部に
は、その周方向に延在する溝１７が形成されており、こ
の溝１７には、Ｃ字状のリング１８がはめ込まれてい
る。このリング１８の下側には、略円板状のストッパ部
材１９が配設されている。このストッパ部材１９と、前
記支持部材６の上面との間には、大径スプリング（大径
コイルスプリング）２０と、小径スプリング（小径コイ
ルスプリング）２１と、連結部材２２とからなる弾性部
材１６が介装されている。大径スプリング２０と小径ス
プリング２１は、その径が異なるのみで、バネ定数，自
由長等の他の諸元については同じものが用いられてい
る。

【００２３】連結部材２２は、大径スプリング２０より
も小径で、かつ小径スプリング２１よりも大径な円筒部
（筒部）２２ａと、円筒部２２ａの上端部の内周側に形
成された円板状の上側台座部（小径台座部）２２ｂと、
円筒部２２ａの下端部の外周側に形成された円板状の下
側台座部（大径台座部）２２ｃとが一体に形成された構
成となっている。この連結部材２２の上下方向の長さＬ
ｄは、大径スプリング２０，小径スプリング２１の個々
のセット長よりも一定寸法短く設定されており、大径ス
プリング２０，小径スプリング２１が、その作動ストロ
ークにおいて最大に圧縮されたときにも、支持部材６に
当たらないようになっている。

【００２４】また、連結部材２２の円筒部２２ａの周面
には、図示しない貫通穴が多数形成されており、吐出バ
ルブ１５を洗浄するときに、洗浄液が貫通穴（図示な
し）を通って小径スプリング２１に確実に届くようにな
っている。

【００２５】大径スプリング２０は、ストッパ部材１９
の下面に形成された段部１９ａと、連結部材２２の下側
台座部２２ｃとの間に、一定の初期縮め量が与えられて
圧縮状態で介装されている。また、小径スプリング２１
は、連結部材２２の上側台座部２２ｂと支持部材６の上
面との間に、大径スプリング２０と同一の初期縮め量が
与えられて圧縮状態で介装されている。

【００２６】このようにして、弾性部材１６は、大径ス
プリング２０と小径スプリング２１とが、連結部材２２
を介して同芯状に直列に配されて、小径スプリング２１
の一定長が大径スプリング２０内に収められた構成とな
っている。

【００２７】次に、上記構成からなる吐出バルブ１５の
作用について説明する。このような吐出バルブ１５で
は、通常時においては、バルブ本体４が弾性部材１６に
よって上方に向けて付勢されており、これによってバル
ブ本体４のフェイス部４ｂで流路２を塞いだ状態となっ
ている。

【００２８】そして、図示しないポンプ機構等の加圧源
で流体を加圧し、流路２の上流側２ａの流体の圧力が一
定圧に達して弾性部材１６の大径スプリング２０と小径
スプリング２１とによって発生する付勢力を上回ると、
図２に示すように、バルブ本体４が下方に押し下げら
れ、流路２の上流側２ａの流体が、フェイス部４ｂと凸
部８との間隙を通り、下流側２ｂに吐出されるようにな
っている。

【００２９】このようにして所定時間にわたって流体を
吐出させた後、加圧源での流体への加圧を停止させる。
すると、流体の圧力が一定圧以下に低下し、弾性部材１
６の付勢力によって、バルブ本体４が上方に押し上げら
れて流路２を閉塞し、流体の吐出が停止されるようにな
っている。

【００３０】このように、吐出バルブ１５では、図示し
ない加圧源で所定時間流体を加圧することによってこれ
を吐出バルブ１５から吐出するようになっており、これ
によって、流体を図示しない容器等に一定量ずつ充填で
きるようになっている。

【００３１】ここで、弾性部材１６は、大径スプリング
２０と小径スプリング２１とが、直列に配置された構成
となっている。大径スプリング２０，小径スプリング２
１それぞれの初期縮め量をＸ₁ とすると、弾性部材１６
全体での初期縮め量は２Ｘ₁ となる。しかし、小径スプ
リング２１が大径スプリング２０内に収められているの
で、弾性部材１６全体でのセット長Ｌｓは、大径スプリ
ング２０，小径スプリング２１それぞれのセット長の和
よりも、連結部材２２の高さＬｄだけ短くなる。

【００３２】これにより、同じバネ定数のスプリングを
用いる場合には、従来の一本のみのコイルスプリング５
を用いたリリーフバルブ１（図４参照）に比較して、弾
性部材１６のセット長Ｌｓを抑さえることができ、吐出
バルブ１５を小型化して低コスト化を図ることができ
る。

【００３３】また、吐出バルブ１５全体の大きさを従来
のリリーフバルブ１（図４参照）と同じにするのであれ
ば、従来よりも、初期縮め量（＝２Ｘ₁ ）を大きくとる
ことができるので、弾性部材１６の初期縮め量（＝２Ｘ
₁ ）に対して、バルブ本体４の開閉ストロークＳを十分
に小さくする（Ｓ<<２Ｘ₁ ）ことができ、より優れた定
圧特性を得ることができる。しかも、大径スプリング２
０，小径スプリング２１の個々の初期縮め量（＝Ｘ₁ ）
を従来よりも小さくすることができるので、これによっ
て座屈の発生を抑さえることができ、バルブ本体４の開
閉タイミングの再現性を優れたものとして、安定した性
能を維持することができる。

【００３４】さらには、吐出バルブ１５全体の大きさを
同一とした場合には、初期縮め量（＝２Ｘ₁ ）に対する
バルブ本体４のリフト量の割合を、従来に比較して高め
ることができる。これにより、図３に示すように、リリ
ーフ性能を向上させることができる。なお、この図にお
いて、図中符号（イ）で示すものは、従来のリリーフバ
ルブ１（図４参照）でのリリーフ性能曲線、符号（ロ）
で示すものは、本実施例の吐出バルブ１５でのリリーフ
性能曲線である。

【００３５】上述したように、吐出バルブ１５では、バ
ルブ本体４と支持部材６との間に介装された弾性部材１
６が、大径スプリング２０と、小径スプリング２１と、
これらを連結する連結部材２２とから構成され、小径ス
プリング２１の一定長が大径スプリング２０内に収めら
れた構成となっている。これにより、吐出バルブ１５
を、従来よりも小型で優れた定圧特性，リリーフ性能を
有したものとすることができる。しかも、その構造は何
ら複雑ではないので、これを低コストで提供することが
可能である。

【００３６】また、上述したように、吐出バルブ１５を
液状の食品の充填機に適用する場合には、系内の洗浄を
頻繁に行う必要があるが、この洗浄に際しても、吐出バ
ルブ１５の内部構造が非常に簡易であるので、洗浄処理
を短時間で容易に行うことができる。しかも、連結部材
２２の円筒部２２ａには、多数の貫通穴（図示なし）が
形成された構成となっているので、大径スプリング２０
の内側に収められた小径スプリング２１も確実に洗浄す
ることが可能である。

【００３７】さらには、弾性部材１６が、上方に大径ス
プリング２０が配置され、下方に小径スプリング２１が
配置された構成となっている。これにより、支持部材６
には小径スプリング２１の下端部が接触することになる
ので、大径スプリング２０を下方に配置する場合に比較
して、その外周側の支持部材６に形成する連通穴１０，
１０，…の開口面積を大きくとることができ、これによ
り、流体の流量をより多く確保することができるように
なっている。

【００３８】なお、上記実施例では、吐出バルブ１５
を、液状の食品用の充填機に適用し、流体を一定量ずつ
吐出するために用いる構成としたが、もちろん、吐出バ
ルブ１５を、これ以外の、例えば油圧，液圧，空圧等に
よって作動する各種装置の圧力回路等に適用し、回路内
の圧力を一定に保つためのリリーフバルブとして用いて
もよい。また、バルブ４のフェイス部４ｂの形状，支持
部材６に形成した連通穴１０，１０，…の形状，配置，
面積などについては、上記に限定するものではなく、例
えば支持部材６のガイド部７の近傍に連通穴を配置し、
これを平板状のフェイス部で直接塞ぐ構成とするなど、
他の構成を適用してもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係るリ
リーフバルブによれば、バルブ本体を付勢するための弾
性部材を、大径コイルスプリングと、小径コイルスプリ
ングと、該小径コイルスプリングの一定長が大径コイル
スプリング内に収まるようこれらを連結する連結部材と
からなる構成とした。これにより、所要の作動ストロー
ク，初期縮め量を確保したうえで、弾性部材の全長を抑
さえることができる。しかも、弾性部材を一本のコイル
スプリングで構成する場合に比較して、大径コイルスプ
リングと小径コイルスプリングとを用いることにより、
それぞれの自由長を抑さえることができ、これによって
座屈が発生しにくくなる。この結果、リリーフバルブ
を、従来よりも小型で優れた定圧特性、リリ−フ性能を
有したものとすることができ、しかも、その構造は何ら
複雑ではないので、これを低コストで提供することが可
能である。

【００４０】また、連結部材を、弾性部材の軸線方向に
一定長を有した筒部と、該筒部の外周側に形成した大径
台座部と、筒部の内周側に形成した小径台座部とから構
成し、筒部の周面に、その内外を連通する複数の貫通穴
を形成する構成とした。これにより、リリーフバルブの
流路内を洗浄するときに、洗浄液が連結部材の貫通穴を
通ってその内部に収められた小径コイルスプリングに届
くので、これを確実に洗浄することができる。したがっ
て、リリーフバルブのメンテナンス性を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るリリーフバルブの一例を示す正断
面図である。

【図２】図１に示した前記リリーフバルブが開いた状態
を示す正断面図である。

【図３】本発明に係るリリーフバルブと従来のリリーフ
バルブのリリーフ性能を示すグラフである。

【図４】従来のリリーフバルブの一例を示す正断面図で
ある。

【図５】図４に示した前記リリーフバルブが開いた状態
を示す正断面図である。

【符号の説明】

２ 流路 ３ ハウジング ４ バルブ本体 ４ａ ステム部 ４ｂ フェイス部 ６ 支持部材 １０ 連通穴 １５ 吐出バルブ（リリーフバルブ） １６ 弾性部材 １９ ストッパ部材 ２０ 大径スプリング（大径コイルスプリング） ２１ 小径スプリング（小径コイルスプリング） ２２ 連結部材 ２２ａ 円筒部（筒部） ２２ｂ 上側台座部（小径台座部） ２２ｃ 下側台座部（大径台座部）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方の側から他方の側に向けて流路が形
   成されてなるハウジング内に、前記流路を塞ぐフェイス
   部と前記流路の軸線方向に延在するステム部とからなる
   バルブ本体が備えられて、該バルブ本体が前記流路の軸
   線方向に沿って往復動することにより前記流路を開閉す
   る直動型のリリーフバルブであって、 前記ハウジング内には、前記流路とほぼ直交する面内に
   位置して、前記バルブ本体の前記ステム部を前記軸線方
   向に沿って摺動自在に支持するとともに、その両側に連
   通する連通穴を有してなる支持部材が形成され、該支持
   部材と前記バルブ本体のステム部に取り付けられたスト
   ッパ部材との間には、前記バルブ本体を前記流路を塞ぐ
   方向に付勢する弾性部材が介装されてなる構成とされ、 該弾性部材が、大径コイルスプリングと、該大径コイル
   スプリングよりも小径の小径コイルスプリングと、該小
   径コイルスプリングの一定長が前記大径コイルスプリン
   グ内に収められるようこれらを連結する連結部材とから
   構成され、 該連結部材が、前記弾性部材の軸線方向に一定長を有し
   かつ前記大径コイルスプリングよりも小径で前記小径コ
   イルスプリングよりも大径をなした筒状の筒部と、該筒
   部の外周側に形成されて前記大径コイルスプリングの一
   端を受ける大径台座部と、前記筒部の内周側に形成され
   て前記小径コイルスプリングの一端を受ける小径台座部
   とからなる構成とされ、前記筒部の周面には、その内外
   を連通する複数の貫通穴が形成されていることを特徴と
   するリリーフバルブ。