JP6068203B2 - 圧力制御弁 - Google Patents

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Description

本発明は、少なくとも2個の操作弁体を備えるバランスピストン型の圧力制御に関する。
例えば、特許文献1に記載のパイロット操作方式のバランスピストン型の圧力制御弁は、メイン流路を開閉するメインバルブを2つの操作弁体にて制御している。
特開平3−265770号公報
特許文献1の圧力制御弁には、メインバルブの高圧室をなす受圧部とメインバルブの作用室をなすパイロット受圧部とを繋ぐパイロット流路に逆止弁が設けられている。当該逆止弁は、パイロット受圧部から受圧部に作動流体が流通することを阻止する。
ところで、逆止弁は、受圧部からパイロット受圧部に向けて流通する作動流体の流量制御するものではなく、かつ、パイロット受圧部から受圧部に作動流体が流通することを阻止するため、メインバルブの主弁体がメイン流路の開閉を繰り返すチャタリングを発生し易い。
本発明は、少なくとも2個の操作弁体を備えるバランスピストン型の圧力制御弁において、主弁体のチャタリング発生を抑制することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために、パイロット操作方式の圧力制御弁において、メイン流路(L1)を開閉する主弁体(11)を有するメインバルブであって、主弁体(11)の移動方向一端側に設けられたメイン高圧室(11A)、主弁体(11)の移動方向他端側に設けられたメイン作用室(11D)、及びメイン高圧室(11A)とメイン作用室(11D)とを繋ぐ第1パイロット流路(L2)を有し、かつ、メイン高圧室(11A)とメイン作用室(11D)との圧力差に応じて主弁体(11)が作動するメインバルブ(10)と、第1パイロット流路(L2)を低圧側に繋ぐ流路を開閉する第1操作弁体(21)を有する第1操作バルブであって、第1操作弁体(21)の移動方向一端側に設けられた第1操作高圧室(21A)、第1操作弁体(21)の移動方向他端側に設けられた第1操作作用室(21D)、及び第1操作高圧室(21A)と第1操作作用室(21D)とを繋ぐ第2パイロット流路(L5)を有し、かつ、第1操作高圧室(21A)と第1操作作用室(21D)との圧力差に応じて第1操作弁体(21)が作動する第1操作バルブ(20)と、第2パイロット流路(L5)を低圧側に繋ぐ第3パイロット流路を開閉する第2操作弁体(31)を有する第2操作バルブであって、当該第3パイロット流路を開く向きの高圧側流体圧が第2操作弁体(31)に作用する第2操作バルブ(30)と、第1パイロット流路(L2)に設けられた第1絞り部であって、第1パイロット流路(L2)の一部を絞る第1絞り部(R1)とを備え、第1パイロット流路(L2)は、メイン高圧室(11A)側からメイン作用室(11D)側に向かう流体流れ、及びメイン作用室(11D)側からメイン高圧室(11A)側に向かう流体流れのいずれも可能であることを特徴とする。
これにより、本発明では、第1パイロット流路に流れる流体を第1絞り部(R1)で流量制御可能であり、かつ、流体は第1パイロット流路(L2)において、メイン高圧室(11A)側からメイン作用室(11D)側に向かう流体流れ、及びメイン作用室(11D)側からメイン高圧室(11A)側に向かう流体流れのいずれも可能であるので、メインバルブ(10)にてチャタリングが発生することを抑制できる。
因みに、上記各手段等の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段等との対応関係を示す一例であり、本発明は上記各手段等の括弧内の符号に示された具体的手段等に限定されるものではない。
本発明の第1実施形態に係る圧力制御弁を示す図である。 本発明の第2実施形態に係る圧力制御弁を示す図である。 本発明の第3実施形態に係る圧力制御弁を示す図である。
以下に説明する「発明の実施形態」は実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的手段や構造等に限定されるものではない。
そして、本実施形態は、油圧回路用のリリーフ弁に本発明に係る圧力制御弁を適用したものである。以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。なお、少なくとも符号を付して説明した部材又は部位は、「複数」や「2つ以上」等の断りをした場合を除き、少なくとも1つ設けられている。
(第1実施形態)
1.圧力制御弁の構成(図1参照)
圧力制御弁1は、メインバルブ10、第1操作バルブ20及び第2操作バルブ30等を有し、かつ、これらのバルブ10、20、30が一体化されたパイロット操作方式のバルブである。
1.1 メインバルブ
メインバルブ10は、流体回路を駆動する作動流体が流通するメイン流路L1を開閉する。メイン流路L1は、高圧側である高圧発生源PからP1、P2を経由して低圧側であるタンクTに至る流路をいう。
主弁体11は、メイン流路L1を開閉する。すなわち、メインバルブ10のバルブボディ(図示せず。)には、メイン高圧室11A、メイン低圧室11B、メイン弁口11C及びメイン作用室11D等が設けられている。
メイン高圧室11Aは、主弁体11の移動方向一端側に設けられて高圧側に接続されている。メイン低圧室11Bは、低圧側に接続され、かつ、メイン弁口11Cを通してメイン高圧室11Aと連通可能である。
主弁体11は、メイン弁口11Cの外縁に設けられた弁座部11Eに対して離接することにより、メイン弁口11Cを開閉する。つまり、主弁体11が弁座部11Eから離間すると、メイン弁口11Cが開かれる。主弁体11が弁座部11Eに接触するとメイン弁口11Cが閉じられる。
メイン作用室11Dは、主弁体11の移動方向他端側に設けられ、かつ、主弁体11によりメイン低圧室11Bと遮断されている。そして、メインバルブ10のバルブボディには、メイン高圧室11Aとメイン作用室11Dとを繋ぐ第1パイロット流路L2が設けられている。なお、第1パイロット流路L2は、P2、P3、P4、P5を経由してメイン高圧室11Aとメイン作用室11Dとを繋ぐ。
そして、第1パイロット流路L2には、第1絞り部R1が設けられている。第1絞り部R1は、第1パイロット流路L2の一部を絞った流体抵抗部であって、第1パイロット流路L2に流体流れが生じたときに、第1絞り部R1の前後で圧力損失を発生させる。つまり、第1パイロット流路L2に流体流れが生じると、第1絞り部R1の出口側圧力は、入口側圧力よりも低くなる。
メイン高圧室11Aの流体圧は、メイン弁口11Cを開く向きの力を主弁体11に作用させる。メイン作用室11Dの流体圧は、メイン弁口11Cを閉じる向きの力を主弁体11に作用させる。メイン作用室11D内に設けられたばね11Fは、メイン弁口11Cを閉じる向きの弾性力を主弁体11に作用させる。以下、メイン弁口11Cを開く向きの力を開弁力という。ばね11Fの弾性力も含めてメイン弁口11Cを閉じる向きの力を閉弁力という。
主弁体11がメイン高圧室11Aの作動流体から圧力を受ける受圧面積は、主弁体11がメイン作用室11Dの作動流体から圧力を受ける受圧面積より小さい面積となっている。そして、主弁体11は、メイン高圧室11Aとメイン作用室11Dとの圧力差に応じて作動する。
すなわち、メイン高圧室11Aとメイン作用室11Dとが同一圧力であるときには、閉弁力が開弁力を上回っているので、メイン弁口11Cは閉じた状態となる。第1パイロット流路L2を低圧側に繋ぐ流路L4が開かれて第1パイロット流路L2に流体流れが生じると、メイン作用室11D内の圧力がメイン高圧室11A内の圧力より低下する。
このため、閉弁力が開弁力を下回るので、メイン弁口11Cが開く。なお、第1パイロット流路L2を低圧側に繋ぐ流路L4が閉じられると、メイン作用室11D内の圧力が上昇して、メイン高圧室11A内の圧力と同じになるので、メイン弁口11Cは閉じる。なお、流路L4は、P3、第1操作高圧室21Aを経由して第1パイロット流路L2を低圧側に繋ぐ流路である。
第1パイロット流路L2には、第1絞り部R1と直列に第2絞り部R2が設けられている。第2絞り部R2は、第1絞り部R1よりメイン作用室11D側に設けられて第1パイロット流路L2の一部を絞る。このため、第1パイロット流路L2に流体流れが生じたときには、第2絞り部R2の前後においても圧力差が生じる。
第2絞り部R2は、絞り開度が調整自在な可変絞りである。このため、圧力制御弁1を管理等する者は、第2絞り部R2の絞り開度を調整できる。第2絞り部R2を迂回して第2絞り部R2の入口側P4と出口側P5とを繋ぐバイパス流路L3には、逆止弁12が設けられている。
逆止弁12は、メイン高圧室11A側からメイン作用室11D側に作動流体が流通することを阻止し、メイン作用室11D側からメイン高圧室11A側に作動流体が流通することを許容する。
なお、本実施形態に係る第1パイロット流路L2には、逆止弁に相当する流体の流通方向を制御するバルブ類は設けられていない。このため、第1パイロット流路L2においては、メイン高圧室11A側からメイン作用室11D側に向かう流体流れ、及びメイン作用室11D側からメイン高圧室11A側に向かう流体流れのいずれも可能である。
1.2 第1操作バルブ
第1操作バルブ20は、第1パイロット流路L2を低圧側に繋ぐ流路L4を開閉する。そして、本実施形態に係る第1操作バルブ20の構造は、メインバルブ10の構造と同様である。
すなわち、第1操作弁体21は、流路L4を開閉する。第1操作バルブ20のバルブボディ(図示せず。)には、第1操作高圧室21A、第1操作低圧室21B、第1操作弁口21C及び第1操作作用室21D等が設けられている。
第1操作高圧室21Aは、第1操作弁体21の移動方向一端側に設けられて高圧側に接続されている。第1操作低圧室21Bは、低圧側に接続され、かつ、第1操作弁口21Cを通して第1操作高圧室21Aと連通可能である。
第1操作弁体21は、第1操作弁口21Cの外縁に設けられた弁座部21Eに対して離接することにより、第1操作弁口21Cを開閉する。つまり、第1操作弁体21が弁座部21Eから離間すると、第1操作弁口21Cが開かれる。第1操作弁体21が弁座部21Eに接触すると第1操作弁口21Cが閉じられる。
第1操作作用室21Dは、第1操作弁体21の移動方向他端側に設けられ、かつ、第1操作弁体21により第1操作低圧室21Bと遮断されている。そして、第1操作バルブ20のバルブボディには、第1操作高圧室21Aと第1操作作用室21Dとを繋ぐ第2パイロット流路L5が設けられている。なお、第2パイロット流路L5は、P6を経由して第1操作高圧室21Aと第1操作作用室21Dとを繋ぐ。
そして、第2パイロット流路L5には、第3絞り部R3が設けられている。第3絞り部R3は、第2パイロット流路L5の一部を絞った流体抵抗部であって、第2パイロット流路L5に流体流れが生じたときに、第3絞り部R3の前後で圧力損失を発生させる。つまり、第2パイロット流路L5に流体流れが生じると、第3絞り部R3の出口側圧力は、入口側圧力よりも低くなる。
第1操作高圧室21Aの流体圧は、第1操作弁口21Cを開く向きの力を第1操作弁体21に作用させる。第1操作作用室21Dの流体圧は、第1操作弁口21Cを閉じる向きの力を第1操作弁体21に作用させる。
第1操作作用室21D内に設けられたばね21Fは、第1操作弁口21Cを閉じる向きの弾性力を第1操作弁体21に作用させる。以下、第1操作弁口21Cを開く向きの力を開弁力という。ばね21Fの弾性力も含めて第1操作弁口21Cを閉じる向きの力を閉弁力という。
第1操作弁体21が第1操作高圧室21Aの作動流体から圧力を受ける受圧面積は、第1操作弁体21が第1操作作用室21Dの作動流体から圧力を受ける受圧面積より小さい面積となっている。そして、第1操作弁体21は、第1操作高圧室21Aと第1操作作用室21Dとの圧力差に応じて作動する。
すなわち、第1操作高圧室21Aと第1操作作用室21Dとが同一圧力であるときには、閉弁力が開弁力を上回っているので、第1操作弁口21Cは閉じた状態となる。第2パイロット流路L5を低圧側に繋ぐ第3パイロット流路L6が開かれて第2パイロット流路L5に流体流れが生じると、第1操作作用室21D内の圧力が第1操作高圧室21A内の圧力より低下する。
このため、閉弁力が開弁力を下回るので、第1操作弁口21Cが開く。なお、第3パイロット流路L6が閉じられると、第1操作作用室21D内の圧力が上昇して、第1操作高圧室21A内の圧力と同じになるので、第1操作弁口21Cは閉じる。
第2パイロット流路L5には、第3絞り部R3と直列に第4絞り部R4が設けられている。第4絞り部R4は、第3絞り部R3より第1操作作用室21D側に設けられて第2パイロット流路L5の一部を絞る。このため、第2パイロット流路L5に流体流れが生じたときには、第4絞り部R4の前後においても圧力差が生じる。
1.3 第2操作バルブ
第2操作バルブ30は、第3パイロット流路L6を開閉する。すなわち、第2操作弁体31は、第3パイロット流路L6を開閉する。第2操作バルブ30のバルブボディ(図示せず。)には、第2操作高圧室31A、第2操作低圧室31B及び第2操作弁口31C等が設けられている。
第2操作高圧室31Aは、第2操作高圧室31A内を移動可能なピストン部31Dにより2つの空間A、Bに仕切られている。ピストン部31Dは、第2操作弁体31と一体的に変位する。
そして、ピストン部31Dの変位方向一端側の空間Aには、高圧側の作動流体が導かれている。このため、空間A内の流体圧は、第3パイロット流路L6を開く向きの力をピストン部31Dに作用させる。なお、空間Aは、第2操作弁口31Cが閉じられたときに、体積が略0となるような大きさであってもよい。
ピストン部31Dの変位方向他端側の空間Bには、第3パイロット流路L6を介して高圧側の作動流体が導かれている。このため、空間B内の流体圧は、第3パイロット流路L6を閉じる向きの力をピストン部31Dに作用させると共に、開く向きの力を第2操作弁体31の頭部に作用させ、第2操作弁体31に平衡作用する。
第2操作弁体31がピストン部31Dを介して空間Aの作動流体から圧力を受ける受圧面積は、第2操作弁体31がピストン部31Dを介して空間Bの作動流体から圧力を受ける受圧面積より大きい面積となっている。
高圧側Pからピストン部31Dの変位方向他端側に至る流路、つまり、高圧側PからP1、P2、P3、P6を経由して空間Bに至る流路L7には、当該流路L7の一部を絞る絞り部として、第1絞り部R1及び第3絞り部R3等が設けられている。
第2操作低圧室31Bは、低圧側に接続され、かつ、第2操作弁口31Cを通して第2操作高圧室31Aの空間Bと連通可能である。第2操作弁体31は、第2操作弁口31Cの外縁に設けられた弁座部31Eに対して離接することにより、第2操作弁口31Cを開閉する。
つまり、第2操作弁体31が弁座部31Eから離間すると、第2操作弁口31Cが開かれる。第2操作弁体31が弁座部31Eに接触すると第2操作弁口31Cが閉じられる。第2操作低圧室31B内に設けられたばね31Fは、第2操作弁口31Cを閉じる向きの弾性力を第2操作弁体31に作用させる。
第2操作弁口31Cを開く向きの力、つまり空間Aに作用する流体圧による力(以下、開弁力という。)が、ばね31Fの弾性力(以下、閉弁力という。)より大きくなると、第2操作弁口31Cが開く。なお、ばね31Fの弾性力を変更すると、第2操作弁口31Cが開く圧力(以下、この圧力をリリーフ圧という。)を変更できる。
そして、高圧側Pの圧力がリリーフ圧より大きくなると、第3パイロット流路L6が開く。このため、上述したように、第1操作弁口21Cが開くため、流路L4が開き、メイン弁口11Cが開く。
なお、本実施形態では、第1操作高圧室21Aと高圧側Pとを繋ぐ高圧供給流路、つまり高圧側PからP1、P2、P3を経由して第1操作高圧室21Aに至る流路の一部と第1パイロット流路L2の一部とは共通化されている。そして、第1絞り部R1は、第1パイロット流路L2のうち高圧供給流路と共通化された部位に設けられている。
2.本実施形態に係る圧力制御弁の特徴
本実施形態では、第1パイロット流路L2に流れる作動流体を第1絞り部R1で流量制御可能であり、かつ、作動流体は第1パイロット流路L2において、メイン高圧室11A側からメイン作用室11D側に向かう流体流れ、及びメイン作用室11D側からメイン高圧室11A側に向かう流体流れのいずれも可能であるので、メインバルブ10にてチャタリングが発生することを抑制できる。
本実施形態では、第1パイロット流路L2には、第1パイロット流路L2の一部を絞る第2絞り部R2が設けられていることを特徴とする。これにより、メインバルブ10にてチャタリングが発生することを更に抑制できる。
本実施形態では、第2絞り部R2は、絞り開度が調整自在な可変絞りであることを特徴とする。これにより、第1パイロット流路L2を流通する流量を容易に最適化できる。延いては、様々仕様に容易に対応できる。
本実施形態では、第2絞り部R2を迂回するバイパス流路L3に、メイン高圧室11A側からメイン作用室11D側に作動流体が流通することを阻止する逆止弁12が設けられていることを特徴とする。これにより、メイン流路L1が開くときに、メイン作用室11D内の作動流体を迅速に排出できるので、主弁体11の応答性を向上させることができる。
本実施形態では、ピストン部31Dの変位方向一端側には、高圧側Pの作動流体が導かれて第3パイロット流路を開く向きの力が作用している。ピストン部31Dの変位方向他端側には、第3パイロット流路L6を介して高圧側の作動流体が導かれている。そして、高圧側からピストン部31Dの変位方向他端側に至る流路には、当該流路の一部を絞る絞り部として、第1絞り部R1及び第3絞り部R3が設けられていることを特徴とする。
これにより、本実施形態では、チャタリングの発生を抑制しつつ、第2操作バルブ30において、高圧側Pの作動流体が直接的に低圧側(タンクT)に流通しないので、圧力制御弁1のオーバライド特性を向上させることができる。
(第2実施形態)
本実施形態は、図2に示すように、第1実施形態において、第1絞り部R1の位置を変更したものである。つまり、本実施形態では、第2操作バルブ30の空間Aに供給される作動流体も第1絞り部R1により減圧される構成としたものである。
(第3実施形態)
本実施形態は、図3に示すように、(a)第1操作バルブ20の第1操作高圧室21Aを、第1実施形態に係る第2操作バルブ30と同様に、ピストン部21Gにより2つの空間A、Bに仕切るとともに、(b)第2操作バルブ30を、ばね31Fの弾性力のみで高圧側Pの圧力に対向する、いわゆる直動式のポペット弁としたものである。
すなわち、ピストン部21Gの変位方向一端側の空間Aには、高圧側の作動流体が導かれている。このため、空間A内の作動流体圧は、第1パイロット流路L2を開く向きの力をピストン部21Gに作用させる。なお、空間Aは、第1操作弁口21Cが閉じられたときに、体積が略0となるような大きさであってもよい。
ピストン部21Gの変位方向他端側の空間Bには、第1パイロット流路L2を介して高圧側の作動流体が導かれている。このため、空間B内の作動流体圧は、第1パイロット流路L2を閉じる向きの力をピストン部21Gに作用させると共に、開く向きの力を第1操作弁体21の頭部に作用させ、第1操作弁体21に平衡作用する。
そして、第操作弁体21がピストン部21Gを介して空間Aの作動流体から圧力を受ける受圧面積は、第操作弁体21がピストン部21Gを介して空間Bの作動流体から圧力を受ける受圧面積より大きい面積となっている。
(その他の実施形態)
上述の実施形態に係る第2操作バルブ30は、ばねの弾性力を調整することによってリリーフ圧を変更する方式であったが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ソレノイドコイルを利用した電磁力により、上記ばねの弾性力に相当する力を発生させるとともに、当該電磁力を調整することによってリリーフ圧を変更する方式であってもよい。
上述の実施形態では、特許請求の範囲に記載された絞り部は、第1絞り部R1及び第3絞り部R3により構成されていたが、本発明はこれに限定されるものではない。
本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。つまり、上述の実施形態に示された圧力制御弁に限定されるものではなく、上述の第1〜第3実施形態に示された構成を適宜組み合わせてもよい。
1… 圧力制御弁 10… メインバルブ 11… 主弁体 11A… メイン高圧室
11B… メイン低圧室 11C… メイン弁口 11E… 弁座部
11D… メイン作用室 12… 逆止弁 20… 第1操作バルブ
21… 第1操作弁体 21A… 第1操作高圧室 21B… 第1操作低圧室
21C… 第1操作弁口 21E… 弁座部 21D… 第1操作作用室
21G… ピストン部 30… 第2操作バルブ 31… 第2操作弁体
31A… 第2操作高圧室 31B… 第2操作低圧室 31D… ピストン部
31C… 第2操作弁口 31E… 弁座部 L1… メイン流路
L2… 第1パイロット流路 R1… 第1絞り部 R2… 第2絞り部
L5… 第2パイロット流路L6… 第3パイロット流路

Claims (6)

  1. パイロット操作方式の圧力制御弁において、
    メイン流路を開閉する主弁体を有するメインバルブであって、前記主弁体の移動方向一端側に設けられたメイン高圧室、前記主弁体の移動方向他端側に設けられたメイン作用室、及び前記メイン高圧室と前記メイン作用室とを繋ぐ第1パイロット流路を有し、かつ、前記メイン高圧室と前記メイン作用室との圧力差に応じて前記主弁体が作動するメインバルブと、
    前記第1パイロット流路を低圧側に繋ぐ流路を開閉する第1操作弁体を有する第1操作バルブであって、前記第1操作弁体の移動方向一端側に設けられた第1操作高圧室、前記第1操作弁体の移動方向他端側に設けられた第1操作作用室、及び前記第1操作高圧室と前記第1操作作用室とを繋ぐ第2パイロット流路を有し、かつ、前記第1操作高圧室と前記第1操作作用室との圧力差に応じて前記第1操作弁体が作動する第1操作バルブと、
    前記第2パイロット流路を低圧側に繋ぐ第3パイロット流路を開閉する第2操作弁体を有する第2操作バルブであって、当該第3パイロット流路を開く向きの高圧側流体圧が前記第2操作弁体に作用する第2操作バルブと、
    前記第1パイロット流路に設けられた第1絞り部であって、前記第1パイロット流路の一部を絞る第1絞り部とを備え、
    前記第1パイロット流路は、前記メイン高圧室側から前記メイン作用室側に向かう流体流れ、及び前記メイン作用室側から前記メイン高圧室側に向かう流体流れのいずれも可能であることを特徴とする圧力制御弁。
  2. 前記第1パイロット流路には、前記第1パイロット流路の一部を絞る第2絞り部が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の圧力制御弁。
  3. 前記第2絞り部は、絞り開度が調整自在な可変絞りであることを特徴とする請求項2に記載の圧力制御弁。
  4. 前記第2絞り部を迂回して前記第2絞り部の入口側と出口側とを繋ぐバイパス流路に設けられた逆止弁であって、前記メイン高圧室側から前記メイン作用室側に流体が流通することを阻止する逆止弁を備えることを特徴とする請求項2又は3に記載の圧力制御弁。
  5. 前記第1操作高圧室と高圧側とを繋ぐ高圧供給流路の一部と前記第1パイロット流路の一部とは共通化されており、
    前記第1絞り部は、前記第1パイロット流路のうち前記高圧供給流路と共通化された部位に設けられていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の圧力制御弁。
  6. 前記第2操作バルブは、前記第2操作弁体と一体的に変位するピストン部を有し、
    前記ピストン部の変位方向一端側には、高圧側の流体が導かれて前記第3パイロット流路を開く向きの力が作用し、
    前記ピストン部の変位方向他端側には、前記第3パイロット流路を介して高圧側の流体が導かれ、
    さらに、高圧側から前記ピストン部の変位方向他端側に至る流路には、当該流路の一部を絞る絞り部が設けられていることを特徴とする請求項5に記載の圧力制御弁。
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