JP3666975B2 - リリーフバルブ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、高圧側の圧力がリリーフ設定圧に達すると、その圧力流体を低圧側に逃す構成にしたリリーフバルブに関する。
【0002】
【従来の技術】
図5、6にしたがって、従来例のリリーフバルブを説明する。
図5に示すブレーキ回路では、旋回モータ1に接続する一対のメイン通路2、3を、図示しないが、クローズドセンタタイプの切換弁等を介してポンプ及びタンクに接続している。
そして、一方のメイン通路2には、リリーフバルブ4を接続している。このリリーフバルブ4では、メイン通路2の圧力流体が油圧室5に導かれ、その圧力がスプリング室6のスプリング7に抗して作用する。さらに、このスプリング室6にも、オリフィス8を介してメイン通路2の圧力流体を導いている。
このようにしたリリーフバルブ4では、そのリリーフ設定圧が、油圧室5及びスプリング室6における受圧面積の差と、スプリング7のイニシャル荷重とによって決められる。そして、メイン通路2の圧力がこのリリーフ設定圧Psに達すると、その圧力流体を他方のメイン通路3に逃すことになる。
【0003】
さらに、このブレーキ回路では、調整室9と、この調整室9に摺動自在に組み込んだフリーピストン10とからなるショックレス機構11を設けている。そして、フリーピストン10によって区画される調整室9の第1室9aを、絞り12を介してスプリング室6に連通させ、また、第2室9bを、他方のメイン通路3に連通させている。
なお、このブレーキ回路では、他方のメイン通路3にもリリーフバルブ104を接続し、さらに、ショックレス機構111を設けている。
ただし、これらリリーフバルブ104及びショックレス機構111については、上記リリーフバルブ4及びショックレス機構11と同一のものを、逆方向に設けただけであり、ここでは同一の構成要素についてはその番号の100番台の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【0004】
いま、図示しない切換弁を切り換え、他方のメイン通路3をポンプに連通し、かつ、一方のメイン通路2をタンクに連通したとする。
このとき、旋回モータ1は、図5の矢印x方向に旋回することになる。
同時に、メイン通路3の圧力流体が、調整室9の第2室9bに導かれるので、その圧力によって、フリーピストン10は第1室9aの端部に当接するスタンバイ位置を保持する。
この状態から、旋回モータ1を停止すべく、図示しないクローズドセンタタイプの切換弁を中立位置に切り換えたとする。
また、このとき、旋回モータ1は、その慣性モーメントによりポンプ機能を果たすので、旋回モータ1を含む閉回路が構成され、メイン通路2が高圧側となり、また、メイン通路3が低圧側となる。
【0005】
このようにして高圧となったメイン通路2の高圧流体は、リリーフバルブ4の油圧室5に導かれる。同時に、このメイン通路2の圧力流体は、オリフィス8を介してスプリング室6にも導かれる。さらに、このスプリング室6の圧力流体が、絞り12を介して調整室9の第1室9aに導かれ、フリーピストン10に作用することになる。
この圧力作用によってフリーピストン10は移動するが、その移動にともなって第1室9aの容積が大きくなり、その分第1室9aに流体が流れ込む。したがって、オリフィス8に流れが発生し、その前後の圧力には、言い換えれば、油圧室5の圧力とスプリング室6の圧力とには、差が発生する。
このように、フリーピストン10が第2室9bの端部に達するまでは、スプリング室6の圧力が比較的低く保たれるので、リリーフバルブ4はリリーフ設定圧Psよりも低い圧力でリリーフをおこなう。したがって、ブレーキ開始時のショックを緩和させることができる。
【0006】
そして、フリーピストン10が第2室9bの端部まで達すると、第1室9aの容積はそれ以上大きくならないので、オリフィス8で流れが発生しない。したがって、オリフィス8前後の圧力には、言い換えれば、油圧室5の圧力とスプリング室6の圧力とには、差が発生しない。
このように、フリーピストン10が第2室9bの端部に達してからは、スプリング室6の圧力は、油圧室5の圧力と同じになる。したがって、リリーフバルブ4はリリーフ設定圧Psでリリーフをおこない、大きなブレーキ力を発揮させることになる。
なお、旋回モータ1を図の矢印x方向とは逆に回転させ、それを停止する場合には、メイン通路3が高圧側となり、また、メイン通路2が低圧側となる。そして、このときはリリーフバルブ104がブレーキ力を発揮することになるが、その作用については全く同じである。
以上述べたように、図5のブレーキ回路では、リリーフバルブ4(及び104)をブレーキバルブとして接続し、慣性エネルギーを熱エネルギーに変換して、旋回モータ1にブレーキ力を付与している。
【0007】
図6に、上記リリーフバルブ4とショックレス機構11とを具体的に示す。
ボディ13には、メイン通路2に連通するポート14と、メイン通路3に連通するポート15とを形成している。そして、これら両ポート14、15に連通するバルブ組付け穴16を形成している。
このバルブ組付け穴16には、油圧室5を形成したシート部材17を組み付け、その油圧室5をポート14に連通させている。
また、このシート部材17と同軸上にガイド部材18を組み付けるとともに、このガイド部材18の内周面で、ポペット部材19を摺動自在に支持している。このようにしたガイド部材18には連通孔20を形成し、上記シート部材17の油圧室5を、メイン通路3側のポート15に連通している。ただし、ポペット部材19の先端が、シート部材17端部のシート面17aに着座したときは、その連通が遮断されることになる。
さらに、バルブ組付け孔16には筒部材21を設けている。そして、バルブ組付け孔16の開口端に、ボルト23によってプラグ部材22を組付け、これら部材17、18、21を固定している。
【0008】
このようにしてバルブ組付け孔16に部材17、18、21、22を組付けると、筒部材21の内側にはスプリング室6が形成される。
このスプリング室6には、スプリング7を設けている。そして、このスプリング7の一端を、ポペット部材19の後端部に固定したスプリングシート24に当接させ、かつ、他端を、プラグ部材22内のスプリングシート25に当接させている。なお、プラグ部材22にはセットスクリュ26を組み込んで、スプリングシート25の軸方向位置を調整できるようにしている。
このスプリング7の弾性力により、ポペット部材19の先端がシート部材17のシート面17aに着座する。そして、ポペット部材19の油圧室5に臨んだ部分が受圧面となるが、その受圧面積をA1としている。
また、ポペット部材19の軸方向には、オリフィス8を有する通孔27を形成している。そして、この通孔27を介して、上記スプリング室6を油圧室5に連通している。したがって、油圧室5の圧力がスプリング室6に導かれ、それがポペット部材19の後端部にも作用することになるが、この受圧面積を上記A1よりも小さなA2としている。
【0009】
以上述べたように、シート面17a、ポペット部材19、スプリング7などを主要素としてリリーフバルブ4を構成するが、そのリリーフ設定圧Psは、スプリング7のイニシャル荷重Fと、ポペット部材19の受圧面積の差(A1−A2)とによって決められる。
つまり、ポペット部材19をシート面17aから離そうとする力は、油圧室5の圧力Pによる作用力、すなわちP×(A1−A2)となる。
それに対して、ポペット部材19をシート面17aに着座させようとする力は、スプリング7のイニシャル荷重Fとなる。
したがって、リリーフ設定圧Psは、
Ps=F/(A1−A2) ・・・(1)
で決められる。
【0010】
また、筒部材21の外周面と、プラグ部材22と、バルブ組付け孔16とが相まって調整室9を形成する。この調整室9には、筒部材21の外周面に摺動自在に組付けたフリーピストン10を配置している。
そして、フリーピストン10によって区画された調整室9の第1室9aを、筒部材21に形成した絞り12を介して上記スプリング室6に連通し、また、第2室9bを、ガイド部材18とバルブ組付け孔16との間の隙間を介して、メイン通路3側のポート15に連通している。
以上述べたように、調整室9とフリーピストン10とが相まって、ショックレス機構11を構成している。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例のリリーフバルブでは、リリーフ設定圧Psが、式(1)に示すように、スプリング7のイニシャル荷重Fと受圧面積の差(A1−A2)とによって決められる。そして、このリリーフ設定圧Psを調整するとき、受圧面積差(A1−A2)を変更できないので、スプリング7のイニシャル荷重Fを変更するしかなかった。
しかし、スプリング7のイニシャル荷重Fを変更するには、スプリング7の取付け長さを直接に変更しなければならず、セットスクリュ26を動かして、ナットで固定するといった手間がかかってしまう。そのため、遠隔操作で、短時間のうちにリリーフ設定圧Psを調整することはできなかった。
また、スプリング7のイニシャル荷重Fを変更して、いったん別のリリーフ設定圧に調整してしまうと、元のリリーフ設定圧Psに戻すためには、再びスプリング7の取り付け長さを変更しなければならない。
【0012】
そして、この従来例のリリーフバルブをブレーキバルブとして使用した場合には、作業状況によってブレーキ時間にばらつきが生じ、操作性が悪くなるといった問題があった。
例えば、図5のブレーキ回路で、旋回モータ1をパワーショベルの旋回用モータとして用いたとする。
いま、バケットに土を積み、アームを伸ばしたような状況で旋回すると、その慣性モーメントは大きくなる。したがって、この旋回に効果的にブレーキ力を付与するには、リリーフ設定圧を高くしておく必要がある。
反対に、バケットに何も積まず、アームを縮ませた状況で旋回すると、慣性モーメントはさほど大きくならない。したがって、この状況では、リリーフ設定圧を高くする必要はない。
そのため、いったん大きな慣性モーメントに合わせてリリーフ設定圧を調整してしまうと、慣性モーメントの小さな状況では急ブレーキがかかり、操作性が悪くなってしまう。反対に、小さな慣性モーメントに合わせてリリーフ設定圧を調整してしまうと、慣性モーメントが大きな状況ではブレーキ力が足りず、旋回モータを停止するまでに時間がかかってしまう。
この発明の目的は、遠隔操作で、短時間のうちにリリーフ設定圧を変更でき、しかも、元のリリーフ設定圧に簡単に戻すことのできるリリーフバルブを提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ケーシングと、ケーシングに設けたシート面と、ケーシングに摺動自在に組み込んだポペット部材と、ポペット部材をシート面に着座させるよう弾性力を付与するスプリングとを備え、高圧側の圧力がリリーフ設定圧に達すると、ポペット部材がスプリングに抗してシート面から離れ、その圧力流体を低圧側に逃す構成にしたリリーフバルブを前提とする。
そして、第1の発明は、ポペット部材の外周面に形成した段部と、ケーシング内のポペット部材が摺動する面に形成した段部とが相まって圧力室を形成するとともに、この圧力室を圧力源に接続し、上記圧力室に圧力流体を導いたとき、上記ポペット部材に対して、上記スプリングのスプリング荷重に抗する補助力が作用する構成にした点に特徴を有する。
第2の発明は、第1の発明において、圧力室を、遠隔操作自在とした制御バルブを介して圧力源に接続した点に特徴を有する。
第3の発明は、第1又は2の発明のリリーフバルブを、旋回モータを有するブレーキ回路に、ブレーキバルブとして接続した点に特徴を有する。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1に示す第1実施例のリリーフバルブでは、ポペット部材19の外周面に段部28を形成している。また、ガイド部材18の内周面、すなわちポペット部材19が摺動する面には、上記段部28に対向する段部29を形成している。
したがって、ガイド部材18の内周面にポペット部材19を摺動自在に組み込むと、これら段部28、29が相まって圧力室30が形成される。そして、この圧力室30に圧力流体を導くと、その圧力が段部28に作用し、ポペット部材19のシート面17aから離れる方向に補助力を付与することになる。
なお、その他の構成については、上記実施例のリリーフバルブと同じであり、同一の構成要素には同一の符号を付し、ここではその詳細な説明を省略する。
【0015】
このリリーフバルブでは、次のようにしてリリーフ設定圧が決められる。
いま、圧力室30に圧力流体が導かれなければ、従来例の式(1)で説明したとおり、リリーフ設定圧が、
Ps=F/(A1−A2) ・・・(1)
となる。
それに対して、圧力室30に圧力流体を導いたとする。
ポペット部材19の段部28の受圧面積をA3とすれば、ポペット部材19をシート面17aから離そうとする力は、油圧室5の圧力Pによる作用力P×(A1−A2)と、圧力室30の圧力pによる補助力p×A3との合力となる。
それに対して、ポペット部材19をシート面17aに着座させようとする力は、スプリング7のイニシャル荷重Fとなる。
したがって、リリーフ設定圧Ps'は、
Ps'=F/(A1−A2)−p×A3/(A1−A2) ・・・(2)
となる。
このように、圧力室30に圧力pを導くと、リリーフ設定圧を{p×A3/(A1−A2)}だけ低くすることができる。
【0016】
以上述べた第1実施例では、圧力室30に圧力流体を導けば、その圧力pに応じてリリーフ設定圧を調整することができる。そして、例えば、圧力室30を、遠隔操作自在とした制御バルブを介して圧力源に接続すれば、遠隔操作で短時間のうちにリリーフ設定圧を変更することができる。
しかも、リリーフ設定圧Psの状態から、別のリリーフ設定圧Ps'に調整したとしても、圧力室30から圧力pを逃してやれば、簡単かつ正確に元のリリーフ設定圧Psに戻すことができる。
なお、圧力室30でおこなわれるにリリーフ設定圧の調整は、スプリング7のイニシャル荷重を変更しておこなわれるリリーフ設定圧の調整とは全く独立しているので、互いに影響しあうことはない。したがって、例えば、リリーフ設定圧をずっと変更したいときにはスプリング7のイニシャル荷重を変更し、少しの間だけ変更したいときには圧力室30で調整するなど、目的に応じて使い分ければよい。
【0017】
図2に示す第2実施例では、圧力室30を、その圧力源としてポンプ31に接続した例である。そして、このポンプ31の吐出圧を決めることで、リリーフ設定圧を調整することができる。
この第2実施例では、ポペット部材19を二つの部品、ポペット部品32とガイド部品33とを螺合することで構成している。そして、そのガイド部品33の端部が、そのまま段部28を構成している。
このように、ポペット部材19を分割するのは、このポペット部材19をガイド部材18の内周面に組み込むためである。
つまり、ポペット部材19が一つの部品のみで構成されていると、段部28、29があるために、ガイド部材18の内周面に組み込むことは難しくなってしまう。
そこで、ポペット部材19を分割して、ポペット部品32を図2の左側から、また、ガイド部品33を図2の右側から、それぞれガイド部材18の内周面に挿入し螺合すれば、なんら問題なく組み込むことができる。もちろん、ポペット部材としての機能は、第1実施例のものと実質的になんら変わるものではない。
【0018】
図3に示す第3実施例では、圧力室30を、遠隔操作自在とした方向制御弁34を介して、圧力源であるポンプ31に接続している。
この方向制御弁34は、通常、圧力室30をタンクTに連通するが、遠隔操作により切換わり、圧力室30をポンプ31に連通するものである。したがって、リリーフ設定圧を2段階に変更することができる。
この第3実施例でも、ポペット部材19を、第2実施例とは異なるが二つの部品、ポペット部品35とガイド部品36とから構成している。
そして、この第2実施例では、ガイド部品36を図3の右側からガイド部材18の内周面に組み込み、その先端にポペット部品35を固定している。もちろん、ポペット部材としての機能は、第1実施例のものと実質的になんら変わるものではない。
【0019】
図4に示す第4実施例では、圧力室30を、遠隔操作自在とした方向制御弁34を介して、圧力源であるスプリング室6に接続している。
この方向制御弁34は、通常、圧力室30をタンクTに連通しているが、遠隔操作により切換わり、圧力室30をスプリング室6に連通するものである。そして、ここでは、圧力源としてスプリング室6の自己圧を利用するので、コストがかからない。
この第4実施例でも、ポペット部材19が第2、3実施例とは異なるが、二つの部品から構成されている。
つまり、ポペット部品37を図4の左側から、また、ガイド部品38を図4の右側から、それぞれガイド部材18の内周面に挿入し、ポペット部品37の外周面にガイド部品38を圧入する。そして、キャップ型のスプリングシート39をポペット部品37の後端部に螺合して、ガイド部品38を固定している。もちろん、ポペット部材としての機能は、第1実施例のものと実質的になんら変わるものではない。
なお、これら第3、4実施例では、制御バルブとして方向制御弁34を用いているが、もちろん圧力制御弁であってもかまわない。
【0020】
次に、これら実施例で説明したリリーフバルブを、図5で説明したブレーキ回路にブレーキバルブとして接続した場合の作用について説明する。
例えば、圧力室30に流体が導かれない状態でのリリーフ設定圧Psを、慣性モーメントが大きくなる状況に合わせて決めておく。したがって、この場合は、バケットに土を積み、アームを伸ばしたような状況で旋回しても、その旋回に効果的にブレーキ力を付与することができる。
また、圧力室30に圧力pを導いたときのリリーフ設定圧Ps'を、慣性モーメントが小さくなる状況に合わせて決めておく。したがって、この場合は、バケットにも何も積まず、アームを縮ませたような状況で旋回しても、それに合わせたブレーキ力を付与することができる。
そして、例えば第2実施例のように、圧力室30を、遠隔操作自在とした切換弁34を介して、圧力pを流体を吐出するポンプ31に接続しておく。そして、この切換弁34をオペーレータ室から任意に切り換えられるようにしておけば、作業状況によって変化する慣性モーメントにかかわらず、ブレーキ時間をほぼ均一にすることができる。
このように、作業状況に応じて、遠隔操作で短時間のうちにリリーフ設定圧を調整することができ、ブレーキ時間をほぼ均一にして、操作性を高めることができる。
【0021】
以上述べた実施例では、ブレーキバルブとしてブレーキ回路に接続したリリーフバルブについて説明したが、もちろんそれに限るものではない。
また、これら実施例では、油圧室5の圧力をスプリング室6に導く差動タイプのリリーフバルブについて説明したが、もちろんスプリング室6に圧力を導かないものであってもよい。
なお、これら実施例では、ボディ13、シート部材17、ガイド部材18などが相まって、リリーフバルブのケーシングを構成しているものとする。
【0022】
【発明の効果】
第1の発明によれば、圧力室に圧力を導けば、その圧力がポペット部材に形成した段部に作用し、ポペット部材に、スプリング荷重に抗する補助力を作用する。したがって、この補助力のぶんだけリリーフ設定圧を低く調整することができる。
また、いったん別のリリーフ設定圧に調整しても、圧力室から圧力を逃せば、簡単かつ正確に元のリリーフ設定圧に戻すことができる。
すなわち、スプリングのイニシャル荷重が一定であっても、上記補助力によって、リリーフ設定圧を調整できる。上記補助力によってリリーフ設定圧を調整する方法では、直接にスプリング7の取付け長さを変更するやり方とは違って、短時間でリリーフ設定圧の調整をおこなうことができる。
例えば、スプリングのイニシャル荷重を大きく設定しておけば、上記補助力によってリリーフ設定圧を低くする方向に調整することによって、リリーフ設定圧を広範囲にわたって調整することができる。
そして、例えば第2の発明のように、圧力室を、遠隔操作自在とした制御バルブを介して圧力源に接続すれば、遠隔操作でリリーフ設定圧を調整することができる。
第3の発明によれば、作業状況に応じて圧力室に圧力を導いたり、導かなかったりすれば、そのときの慣性モーメントにかかわらず、ブレーキ時間をほぼ均一にすることができ、操作性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施例のリリーフバルブを示す図で、(a)は、リリーフバルブの断面図であり、また、(b)は圧力室5側におけるポペット部材19の受圧面積A1、(c)は圧力室30における受圧面積A3、(d)はスプリング室6側におけるポペット部材19の受圧面積A2の関係を示す図である。
【図2】第2実施例のリリーフバルブの断面図である。
【図3】第3実施例のリリーフバルブの断面図である。
【図4】第4実施例のリリーフバルブの断面図である。
【図5】ブレーキ回路を示す図である。
【図6】従来例のリリーフバルブの断面図である。
【符号の説明】
1 旋回モータ
7 スプリング
13 ボディ
17 シート部材
17a シート面
18 ガイド部材
19 ポペット部材
28 (ポペット部材の外周面に形成した)段部
29 (ポペット部材が摺動する面に形成した)段部
30 圧力室
31 (圧力源としての)ポンプ
34 方向制御弁
Claims (3)
- ケーシングと、ケーシングに設けたシート面と、ケーシングに摺動自在に組み込んだポペット部材と、ポペット部材をシート面に着座させるよう弾性力を付与するスプリングとを備え、高圧側の圧力がリリーフ設定圧に達すると、ポペット部材がスプリングに抗してシート面から離れ、その圧力流体を低圧側に逃す構成にしたリリーフバルブにおいて、ポペット部材の外周面に形成した段部と、ケーシング内のポペット部材が摺動する面に形成した段部とが相まって圧力室を形成するとともに、この圧力室を圧力源に接続し、上記圧力室に圧力流体を導いたとき、上記ポペット部材に対して、上記スプリングのスプリング荷重に抗する補助力が作用する構成にしたことを特徴とするリリーフバルブ。
- 圧力室を、遠隔操作自在とした制御バルブを介して圧力源に接続したことを特徴とする請求項1記載のリリーフバルブ。
- 旋回モータを有するブレーキ回路に、ブレーキバルブとして接続したことを特徴とする請求項1又は2記載のリリーフバルブ。
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