JP5104617B2 - ポペット形減圧弁 - Google Patents

Description

本発明は、リーク量の低減や二次側から一次側への自由流れが可能なポペット形（シート形）減圧弁に関し、さらに詳細には一次圧が変動しても二次圧が変動しないようにしたことを特徴とするポペット形減圧弁に関する。

従来、ポペット形減圧弁においては、二次圧が制御され二次圧が発生している状態で、二次圧が急に大気圧近くまで低下した場合や、規定以上に一次圧が上昇した場合には、一次圧により閉弁する力が強くなる。このため、ポペットシート面の断面積を小さくして、付勢機構のスプリング力を強くし、受圧部材の外径も比較的大きくする必要があった。このため、減圧弁の大きさに比較して圧力損失が大きいという問題があった。また、可動弁体（ポペット）のシート部面積の一次ポート側には一次圧が加わり、二次ポート側には二次圧が加わることで圧力バランスがとれていなく、二次圧が一次圧の変動の影響を受ける問題もあった。

この解決方法として、可動弁体（ポペット）の中に小径弁を設けることで二次圧が極端に低下した場合にも、比較的小型の付勢機構で小径弁を先に開き二次圧がある程度上昇した時点で可動弁体を開くようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−５１７２７号公報

しかしながら、特許文献１では細かったロッドがますます細くなり、挫屈や折損の心配がある。また、二次圧が一次圧の変動の影響を受けることに対する本質的な問題の解決には至っていない。

本発明は、係る課題を解決するためになされたもので、可動弁体（ポペット）の圧力バランスを図り、二次圧により受圧部材に発生する閉弁方向の力と開弁方向の力を付加する付勢機構の弾性力の強弱だけの関係により可動弁体（ポペット）の開閉を行うことで、一次圧の影響を無くし、かつ二次圧が急に大気圧近くまで低下した場合や、規定以上に一次圧が上昇した場合にも一次圧により閉弁する力が強くなることの無いポペット形減圧弁を提供することを目的とする。

本発明では、弁本体と、
前記弁本体に設けられ一次ポートから二次ポートへの流体の流れを制限するポペット弁と、
前記ポペット弁に隣接して設けられたシート部材と、
前記ポペット弁に当接し該ポペット弁を押し開くことのできる操作ロッドと、
二次圧を受圧して前記操作ロッドを閉弁側へ付勢する受圧部材と、
前記操作ロッドに予め設定した弾性力を開弁方向に付加する付勢機構と、
を備え、一次ポートに導入された一次圧を減圧し二次圧として二次ポートに出力するポペット形減圧弁において、
前記受圧部材内に圧力室を設け、該圧力室と一次ポートとを連通することにより、一次圧が変動しても二次圧が変動しないようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、弁本体と、前記弁本体に設けられ一次ポートから二次ポートへの流体の流れを制限するポペット弁と、前記ポペット弁に隣接して設けられたシート部材と、前記ポペット弁に当接し、該ポペット弁を押し開くことのできる操作ロッドと、二次圧を受圧して前記操作ロッドを閉弁側へ付勢する受圧部材と、操作ロッドに予め設定した弾性力を開弁方向に付加する付勢機構を備え、一次ポートに導入された一次圧を減圧し二次圧として二次ポートに出力するポペット形減圧弁において、受圧部材内に圧力室を設け、該圧力室と一次ポートを連通することで一次圧の影響を低減し二次圧が制御され二次圧が発生している状態で二次圧が急に大気圧近くまで低下した場合や、規定以上に一次圧が上昇した場合にも閉弁する力が強くなり開弁できなくなる心配がなく、ポペット弁のシート面の断面積を無理に小さくしたり、付勢機構の弾性力を強くする必要もなく、受圧部材の外径も比較的大きくする必要もなく、圧力損失も小さい減圧弁にすることができる。また、ロッドも強度的に必要十分な太さを確保できるため挫屈や折損の心配もないものにすることが可能である。

本発明は、規定以上に一次圧が上昇した場合にも閉弁する力が強くなり開弁できなくなる心配がなく、ポペット弁のシート面の断面積を無理に小さくしたり、付勢機構の弾性力を強くする必要もなく、受圧部材の外径も比較的大きくする必要もなく、圧力損失も小さい減圧弁にすることができる。また、ロッド部材も強度的に必要十分な太さを確保できるため挫屈や折損の心配もないものにすることが可能である。

本発明のポペット形減圧弁につき、好適な実施の形態を挙げ、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施に形態に係るポペット形減圧弁１０の概略構造を示す略縦断面図である。
図１において、ポペット形減圧弁１０は、基本的には弁本体１１と、前記弁本体１１に穿設されて一次圧を導入する一次ポート１２と、二次圧を吐出する二次ポート１３と、一次ポート１２から二次ポート１３に流れる作動油の流れを規制するポペット弁１４と、前記ポペット弁１４に隣接して設けられた円筒形状のシート部材１５と、ポペット弁１４を開閉する操作ロッドされた開弁方向の１６と、二次ポート１３の二次圧を受圧して前記操作ロッド１６を閉弁方向へ付勢する受圧部材１７と、予め設定弾性付勢力を与えるリテーナ部材１８と、を備える。

さらに、二次圧設定用のばね部材１９と、調整ねじ２０と外部漏れ防止用のＯリング（図示しない）及び摺動性向上のためのスリーブ２１と一次圧を操作ロッド１６と一体化した受圧部材１７の内部に導くための本体内一次圧導入孔２２とスリーブ内一次圧導入孔２３と受圧部材１７内の受圧部材内一次圧導入孔２４と受圧部材１７の内部に圧力室２５を構成するためのピストン２６、ポペット用予圧ばね部材２７などを備えている。

一次ポート１２に連通する開口穴２９には前記ポペット弁１４が摺動自在に嵌挿されており、図３に示すように該ポペット弁１４は一端が有底の略矩形状であって、四隅が開口穴２９に摺動自在に嵌挿され、かつ矩形状の四面は開口穴２９に対して空間を有し、内部に前記ポペット用予圧ばね部材２７が装着されている。前記開口穴２９に連通する段付穴３０（図１参照）には円筒形状である前記シート部材１５が装着されている。ポペット弁１４の一端には樹脂性のシール部材３１が設けられている。
段付穴３０に連通する大径孔３２には円筒形状の前記スリーブ２１が嵌挿されており、該スリーブ２１の長手方向の略中央には一次ポート１２に連通する前記スリーブ内一次圧導入孔２３が半径方向に穿設され、先端（図１で左端）には二次ポート１３に連通するスリーブ内二次圧吐出孔３４が半径方向に穿設されている。

図４に示すように、スリーブ２１に摺動自在に嵌挿された前記受圧部材１７は一側が円錐形状を有し、先端が小径の前記操作ロッド１６が設けられており、該操作ロッド１６の先端がポペット弁１４に当接している。一方、受圧部材１７は内孔３６を設けた円筒形状の圧力室２５になっており、該圧力室２５に前記ピストン２６が摺動自在に嵌挿されている。
また、前記スリーブ２１の一端（図１で右端）は弁本体１１に螺着する円筒形状のアダプタ３７に当接して、該弁本体１１に装着されている。

アダプタ３７に形成された開口室３８には前記ばね部材１９が装着されている。ばね部材１９は開口室３８（図１参照）に嵌挿された前記ピストン２６にガイドされており、一端が前記リテーナ部材１８に当接し、他側が開口室３８に係合するピストン２６の段付部３９に当接している。なお、前記調整ねじ２０はアダプタ３７に軸心方向に移動可能に設けられ一端がピストン２６の段付部３９に当接するようになっていて、ナット４０により調整ねじ２０が位置決めされている。

図１において、シール部材３１は樹脂性材料を使用しているが、若干の漏れ量が許容される場合は、図２に示すようにポペット弁１４とシート部材１５との接合面のシール機構をポペット弁１４のテーパ面にシート部材１５のエッジにてシールする構造にしてもよい。また、スリーブ２１は摺動性の向上と製作の都合上、組み付けしているものであるが、スリーブ２１を廃止して受圧部材１７と弁本体１１とを直接摺動させても勿論よい。

ここで、図３で、ポペット弁１４の圧力バランスについて説明すると、網状のハッチング部分４１，４２は、シート面の大きさ表している。完全にシートする直前（流量はほとんど“０”）で考えると、網状のハッチングの無い部分は、図３の右側、左側ともに一次圧であり、この部分では、バランスがとれている。一方、網状のハッチングの部分４１，４２において、左側４１には一次圧が加圧されており、右側４２には二次圧が加圧さている。このため、一次圧と二次圧に差がある場合は、網状のハッチングの面積と圧力差の積の力で、ポペット弁１４をシート部材１５側に押し付けることになる。この押し付ける力が一次圧と二次圧の圧力差に関係するため、二次圧設定用のばね部材１９の弾発力が一定でも一次圧の変化で二次圧が変化することになる。

本発明の実施の形態に係るポペット形減圧弁１０による構成では、受圧部材１７内にシート部断面積と同じ断面積を持つ圧力室２５を設け、この圧力室２５と一次ポート１２を連通しているので、この圧力室２５に発生する開弁方向の力と図３の網状のハッチングの部分４１に一次圧が加圧されて発生する閉弁方向の力は同じになり、一次圧はポペット弁１４を閉弁方向にも開弁方向にもしないことになる。実際には、ポペット弁１４と操作ロッド１６は、別部材であるため複雑であるが、ここでは、ポペット弁１４が開くか閉じるかの境界部分での力のバランスから一次圧の影響を受けない構造であることを説明する。

一次圧をＰ１，ポペット弁１４の断面積をＡ１(図３参照)、ポペット弁１４のシール部材３１の断面積Ａ２（図３参照）、受圧部材１７の断面積をＡ３（図１参照）、圧力室２５の断面積をＡ４（図１参照）、二次圧設定用のばね部材１９の弾発力をＦｓとすると，
二次圧Ｐ２は次のようになる。
ポペット弁１４を開こうとする力Ｆｏは
Ｆｏ＝Ｆｓ＋Ａ２×Ｐ２＋（Ａ１−Ａ２）×Ｐ１＋Ａ４×Ｐ１
ポペット１４弁を閉じようする力Ｆｃは、
Ｆｃ＝Ａ１×Ｐ１＋Ａ３×Ｐ２
以上により、ポペット弁１４がバランスする条件は、
Ｆｓ＋Ａ２×Ｐ２＋（Ａ１−Ａ２＋Ａ４）×Ｐ１＝Ａ１×Ｐ１＋Ａ３×Ｐ２・・・（１）
ここで、Ａ２とＡ４を同じ面積として、（１）式のＡ４にＡ２を代入してまとめると、
Ｆｓ＝Ａ３×Ｐ２−Ａ２×Ｐ２ より Ｆｓ＝（Ａ３−Ａ２）×Ｐ２
よって、二次圧は、Ｐ２＝Ｆｓ／（Ａ３−Ａ２）となり、二次圧Ｐ２は、一次圧Ｐ１の影響を受けなくなる。
なお、ここでは、ポペット用予圧ばね部材２７の荷重は20N〜50Nと弱いので無視した。

本発明の第一の実施の形態に係るポペット形減圧弁の略縦断面図である。 本発明の他の実施の形態に係るポペット形減圧弁の略縦断面図である。 ポペット弁に作用する両端の圧力バランスの動作説明図である。 弁本体を除くポペット形減圧弁の斜視図である。

符号の説明

１０ ポペット形減圧弁 １２ 一次ポート
１３ 二次ポート １４ ポペット弁
１５ シート部材 １６ 操作ロッド
１７ 受圧部材 １８ リテーナ部材
１９、２７ ばね部材 ２０ 調整ねじ
２１ スリーブ ２２ 本体内一次圧導入孔
２３ スリーブ内一次圧導入孔 ２４ 受圧部材内一次圧導入孔
２５ 圧力室 ２６ ピストン
２９ 開口穴 ３０ 段付穴
３１ シール部材 ３２ 大径孔
３４ スリーブ内二次圧吐出孔 ３８ 開口室
３６ 内孔 ３７ アダプタ
３９ 段付部 ４０ ナット

Claims (1)

1. 弁本体と、
   前記弁本体に設けられ一次ポートから二次ポートへの流体の流れを制限するポペット弁と、
   前記ポペット弁に隣接して設けられたシート部材と、
   前記ポペット弁に当接し該ポペット弁を押し開くことのできる操作ロッドと、
   二次圧を受圧して前記操作ロッドを閉弁側へ付勢する受圧部材と、
   前記操作ロッドに予め設定した弾性力を開弁方向に付加する付勢機構と、
   を備え、一次ポートに導入された一次圧を減圧し二次圧として二次ポートに出力するポペット形減圧弁において、
   前記受圧部材内に圧力室を設け、該圧力室と一次ポートとを連通することにより、一次圧が変動しても二次圧が変動しないようにしたことを特徴とするポペット形減圧弁。

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