JP3721256B2

JP3721256B2 - ポペット弁

Info

Publication number: JP3721256B2
Application number: JP06934398A
Authority: JP
Inventors: 正三田村
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1998-03-04
Filing date: 1998-03-04
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2018-03-04
Also published as: JPH11248031A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ポペットの移動によって流路を開閉するポペット弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、バランス型リリーフ弁として用いる従来のポペット弁である。このポペット弁は、筒状のハウジングｈに、筒部材１と筒状のシート部材２とを組み込んでボディＢを形成し、このシート部材２に、圧力ポート３と流出ポート４とを形成している。また、上記シート部材２には、オリフィス６を形成したメインポペット５を摺動自在に挿入している。
さらに、上記ボディＢの開口端を、筒部材１に組み付けたプラグ７で塞いでいる。
また、筒部材１とシート部材２との間には、オリフィス１１を形成したパイロットポペットシート部材１０を組み込んで、このパイロットポペットシート部材１０と上記プラグ７との間をポペット室１５としている。
【０００３】
このポペット室１５には、スプリング８を介して、先端が円錐状のパイロットポペット９をパイロットポペットシート部材１０に当接するように設けている。そして、通常は、上記スプリング８のバネ力によって、上記パイロットポペットシート部材１０のシート部１２に、パイロットポペット９を圧接するようにしている。
さらに、上記メインポペット５と上記パイロットポペットシート部材１０との間にもスプリング１３を介在させ、このスプリング１３のバネ力で、メインポペット５が、通常はシート部材２のシート部２ａに圧接するようにしている。
また、筒部材１には、通路１４を形成している。ポペット室１５は、この通路１４から、ハウジングｈの内周と筒部材１およびシート部材２の外周との間を介して、流出ポート４側に連通している。
【０００４】
このようなポペット弁は、圧力ポート３側に圧力が立つと、その圧力はメインポペット５に作用するとともに、オリフィス６からメインポペット５内のスプリング室１６、パイロットポペットシート部材１０のオリフィス１１を介して、パイロットポペット９にも作用する。
このパイロットポペット９に作用する圧力が低ければ、パイロットポペット９はパイロットポペットシート部材１０のシート部１２に圧接したままである。しかし、この圧力が、スプリング８のバネ力に打ち勝てば、パイロットポペット９が移動する。すると、圧力ポート３からの流体は、シート部１２からポペット室１５の通路１４を介して、流出ポート４へ流れる。
このような流れが発生すると、メインポペット５に形成したオリフィス６の前後に差圧が発生するので、この圧力差によって、メインポペット５が移動し、圧力ポート３と流出ポート４とを連通させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記ポペット弁は、圧力ポート３側に圧力が立つと、まず、パイロットポペット９が移動して流れを発生させ、次にメインポペット５が移動する構成にしている。
このように、パイロットポペット９が移動してシート部１２を離れると、図５に示すように、高圧側からの流体が、矢印ａのように、シート部１２を介してポペット室１５に流れ込む。このように、シート部１２とパイロットポペット９とが離れた瞬間に、両者の隙間から高圧噴流がポペット室１５へ流れ込み急激に圧力を開放する。このときの噴流によって、キャビテーションが発生する。
なお、このポペット弁が、リリーフ弁の場合、シート部１２前後の差圧が大きくなるので、よりいっそうキャビテーションが発生しやすくなる。
【０００６】
しかも、この噴流は、矢印ａのようにパイロットポペット９に沿った流れとなる。このため、シート部１２のすぐ下流側に位置するポペット室１５のコーナー部１５ａへは、流れが入り込みにくく、ここが低圧領域となってしまう。
このような低圧領域ができることによって、流路中の局所的な圧力差が大きくなり、キャビテーションがさらに激しくなる。
このキャビテーションが発生すれば、エロージョンや騒音が、発生してしまう。
【０００７】
また、上記エロージョンにより、パイロットポペット９の表面や、パイロットポペットシート部材１０が損傷するが、その損傷によってシート不良となり、ポペット弁として機能しなくなってしまうことがあった。
特に、このポペット弁がリリーフ弁の場合に、シート部１２でのシート不良が発生すると、図示しない回路での負荷圧が下がってしまうことになり、大問題である。
この発明の目的は、ポペットが移動して高圧側から低圧側へ流れが生じたときに発生するキャビテーションを抑制し、キャビテーションによるエロージョンや騒音を低減することである。また、他の目的は、エロージョンにより、ポペットやシート部が損傷して、シート不良が発生することを防止することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明のポペット弁は、ボディと、このボディに形成した上流側ポートと、下流側ポートと、これら両ポートを連通する流路と、この流路の途中に位置するシート部と、上記流路中に軸方向に設置したポペットと、このポペットをシート部に押圧するスプリングとを備えたポペット弁において、上記ポペットは、円錐状であり、上記ポペットがシート部を閉じている状態で、このポペットの外周部であってシート部より上流側に位置する円錐状の先端側外周部分に、軸方向断面を円弧状にした軸方向に延びる条溝を形成したことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１〜図３に示すこの実施例は、図４に示す従来例のポペット弁のパイロットポペット９の代わりに、これとは形状が異なるパイロットポペット２０を備えたもので、その他の構成は従来と同じである。そこで、全体については、図４を用いて説明する。
上記パイロットポペット２０は、図１に示すように、円錐状の先端側外周に、軸方向に沿って延びる条溝１９を複数形成している。この条溝１９は、パイロットポペット２０がシート部１２に密着している状態で、このシート部１２よりも上流側に位置している。シート部１２に、条溝１９がかかってしまうと、シートができなくなってしまうため、シート部１２に対応する位置には条溝１９を作らないようにしている。
また、この条溝１９は、図２に示すように軸方向の断面形状を円弧状としている。そのため、軸方向に向きを合せた回転刃によって、条溝１９を簡単に形成することができる。
【００１０】
上記のようなパイロットポペット２０が、圧力ポート３からの圧力により移動して、シート部１２から離れると、両者の隙間から高圧噴流がポペット室１５へ流れ込む。そして、ポペット室１５から、筒部材１に形成した通路１４を介して、流出ポート４へ流れる。すると、オリフィス６前後の差圧により、メインポペット５が移動するという作用は、従来例と同じである。
なお、この実施例において、上記圧力ポート３がこの発明の上流側ポートを、上記流出ポート４がこの発明の下流側ポートを構成する。
【００１１】
この実施例のパイロットポペット２０が上記シート部１２から離れたときの状態は、図２に示すようになる。圧力ポート３からの噴流は、パイロットポペット２０の外周に形成した条溝１９の円弧に沿って、矢印ｂのようにその方向を変える。そのため、流れは、ポペット室１５のコーナー部１５ａにも導かれ、コーナー部１５ａに低圧領域を作らない。
したがって、コーナー部１５ａを低圧領域とする従来例と比べて、キャビテーションの発生を抑制することができる。そのため、キャビテーションによるエロージョンや騒音を低減できる。
【００１２】
また、シート部１２での流路は、図３の断面図に示すシート部１２の内周とパイロットポペット２０の外周で囲まれたリング状の部分である。
この部分での流れの状態を表わすレイノズル数Ｒｅは、以下の式▲１▼で求めることができる。
Ｒｅ＝Ｌ・Ｕ／ν・・・▲１▼
なお、式▲１▼中、Ｌは管断面の大きさを表わす代表寸法（円管の直径に相当する長さ）、Ｕは流速、νは流体の動粘度である。
ただし、上記パイロットポペット２０とシート部１２との間の流れは、円管内の流れではないので、上記Ｌとして、（流路断面積Ａ）／（流路断面における流路周の長さｓ）に比例する値を用いることができる。
【００１３】
そして、パイロットポペット２０の外周には、条溝１９によって、多数の凹凸が形成されているので、流路断面における流路周の長さｓ、いわゆる濡れ縁長さが、条溝１９を形成していない従来例と比べて大きくなる。
一方、パイロットポペット２０と９の移動量が同じならば、流路断面積Ａは、ほとんど変わらない。したがって、全体としての流速Ｕもほとんど差がないはずである。
このような条件下で、この実施例のパイロットポペット２０は、条溝１９を形成したために、流路断面における流路周の長さｓが、従来例のパイロットポペット９と比べて長くなっている。従来例のパイロットポペット９の外周が、ポペット径だけに依存するのに対し、この発明のパイロットポペット２０の場合は、条溝１９の形状や数によって、その外周をより大きくすることができる。つまり、濡れ縁長さを長くできる。
【００１４】
濡れ縁長さが長くなれば、上記式▲１▼中のＬが小さくなる。そこで、レイノルズ数Ｒｅが低下して、キャビテーションを低減することができる。
したがって、キャビテーションによるエロージョンや騒音の発生を抑えることができる。
なお、この実施例では、パイロットポペット２０に条溝１９を形成し、パイロットポペット２０が開いたときに発生する流れに伴うキャビテーションを抑えるようにしているが、このようなパイロットポペットを持たない直動型のリリーフ弁にも応用できる。
上流側ポートと下流側ポートとを連通する流路過程に設けたポペットであれば、そのシート部より上流側に条溝を形成することで、ポペットが開いたときに発生するキャビテーションを抑えることができる。
【００１５】
また、この実施例のポペット弁は、リリーフ弁であるが、リリーフ弁として用いないポペット弁でも作用は同じである。
ただし、リリーフ弁の場合には、ポペットの前後での圧力差が大きくなるため、キャビテーションが発生しやすい条件になるうえ、シート不良が発生すると、負荷圧が下がってしまうので、エロージョンによりポペットやシート部が損傷することは大問題である。したがって、この発明は、リリーフ弁にとって、特に有効なものである。
【００１６】
【発明の効果】
この発明によれば、ポペットのシート部より高圧側に、ポペットの軸方向に延びる条溝を形成したことにより、ポペットが開いたときに発生するキャビテーションを抑えることができる。
すなわち、条溝に沿って流れる噴流の流れ方向を変更して、低圧領域を無くし、キャビテーションの発生を抑制するとともに、ポペット外周の凹凸により濡れ縁長さを長くして、レイノルズ数を低下させることによって、キャビテーションの発生を抑制している。
したがって、キャビテーションを原因とするエロージョンや、騒音を低減することができる。そして、ポペットやシート部のエロージョンによるシート不良を防止できる。
【００１７】
さらに、この発明では、条溝の断面形状を円弧状にしたため、圧力ポート３からの噴流は、上記条溝の円弧に沿って、その方向を変える。そのため、条溝に沿った噴流をポペット室のコーナー部へより導き易くなり、より確実にキャビテーションを抑制できる。
また、軸方向の断面が円弧状の条溝は、形成が簡単である。
なお、ポペット弁が、リリーフ弁の場合には、上流側の圧力が高く、ポペットの前後での圧力差が大きくなるため、キャビテーションが発生しやすい条件になる。そのうえ、リリーフ弁のシート部で、シート不良が発生すると、負荷圧が下がってしまうので、エロージョンによりポペットやシート部が損傷することは大問題である。したがって、この発明は、リリーフ弁にとって、特に有効なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この実施例のパイロットポペットのシート部付近の拡大図である。
【図２】この実施例のパイロットポペットがシート部を離れた状態のシート部付近の拡大図である。
【図３】図２のIII−III線拡大断面図である。
【図４】従来例のポペット弁である。
【図５】従来例のパイロットポペットがシート部を離れた状態のシート部付近の拡大図である。
【符号の説明】
Ｂボディ
３圧力ポート
４流出ポート
８スプリング
１２シート部
１９条溝
２０パイロットポペット

Claims

ボディと、このボディに形成した上流側ポートと、下流側ポートと、これら両ポートを連通する流路と、この流路の途中に位置するシート部と、上記流路中に軸方向に設置したポペットと、このポペットをシート部に押圧するスプリングとを備えたポペット弁において、上記ポペットは、円錐状であり、上記ポペットがシート部を閉じている状態で、このポペットの外周部であってシート部より上流側に位置する円錐状の先端側外周部分に、軸方向断面を円弧状にした軸方向に延びる条溝を形成したことを特徴とするポペット弁。