JP6799333B1 - バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】抜止部材が弁棒から完全に離脱する前に異常を検知できるようにし、弁体及び弁棒が弁箱から脱落する問題の発生を未然に防止する。【解決手段】バルブＢに、流体が流通可能な流路１ｆを内蔵し弁座１ａが設けられた弁箱１と、閉弁位置と開弁位置との間で進退可能に設けられ閉弁位置において弁座１ａに着座する弁体２と、弁体２に一端部が接続された弁棒３と、弁棒３の他端部に設定した取付部たる雄ネジ３ａに取り付けられて弁体２弁体及び弁棒３の弁箱１からの抜け止めを行う抜止部材たるナット４と、ナット４が雄ネジ３ａにから所定距離ｄ０を上回る距離ｄだけ弁体２から離反する側に変位した状態で弁体２が閉弁位置に向けて移動した際にナット４に当接し弁体２の弁座１ａへの着座を禁止する当接体たるリテーナ９２とを備える構成を採用する。【選択図】図４

Description

本発明は、液圧機械又は装置の流体回路中に用いられるバルブに関する。

従来より、プレフィルバルブと呼ばれるパイロットチェックバルブタイプのバルブが公知である（例えば、下記特許文献１を参照）。

この種のバルブの一般的な構成は、図５に示すようなものである。同図に示すバルブＢＢは、流路Ｘ１ｆを内蔵し弁座Ｘ１ａが設けられた弁箱Ｘ１と、閉弁位置（Ｃ）と開弁位置との間で進退可能に設けられ閉弁位置（Ｃ）において弁座Ｘ１ａに着座する弁体Ｘ２と、弁体Ｘ２に一端部が接続された弁棒Ｘ３と、弁棒Ｘ３の他端部に形成された雄ネジＸ３ａに取り付けられて弁体Ｘ２の弁箱Ｘ１からの抜け止めを行うナットＸ４とを備える。流路Ｘ１ｆは、第１のポートＸ１ｘと第２のポートＸ１ｙとを連通し、両ポートＸ１ｘ、Ｘ１ｙ間で流体を流通させる。第２のポートＸ１ｙの開口縁には、弁座Ｘ１ａを設けている。閉弁位置（Ｃ）をとる弁体Ｘ２は、この弁座Ｘ１ａに着座して、第１のポートＸ１ｘと第２のポートＸ１ｙとの間を遮断し、流路Ｘ１ｆを通じた流体の流通を阻止する。なお、Ｘ５は、弁箱Ｘ１の開口を閉塞する蓋体である。蓋体Ｘ５は、パイロット圧導入口Ｘ５ｘを有する。

第１のポートＸ１ｘ側の液圧が第２のポートＸ１ｙ側の液圧よりも高圧であり、弁体Ｘ２に作用する両者の差圧が設定圧を上回る、即ち弁体Ｘ２が流体から受ける液圧力が第１の圧縮コイルバネＸ８１から受ける付勢力に打ち勝つと、弁体Ｘ２が閉弁位置（Ｃ）から開弁位置に向けて移動する。つまり、弁体Ｘ２が弁座Ｘ１ａから離反して流路Ｘ１ｆが開通し、流路Ｘ１ｆを通じて流体が第１のポートＸ１ｘ側から第２のポートＸ１ｙ側に流れるようになる。

逆に、第２のポートＸ１ｙ側の液圧が第１のポートＸ１ｘ側の液圧よりも高圧であるとき、又は、第１のポートＸ１ｘ側の液圧が第２のポートＸ１ｙ側の液圧よりも高圧であるが両者の差圧が設定圧に満たないときには、弁体Ｘ２が開弁位置から閉弁位置（Ｃ）に向けて移動し、弁座Ｘ１ａに着座して流路Ｘ１ｆを閉鎖する。従って、流路Ｘ１ｆを通じて流体が第２のポートＸ１ｙ側から第１のポートＸ１ｘ側に逆流することが妨げられる。

だが、弁が閉じている状態で、パイロット圧導入口Ｘ５ｘから弁箱Ｘ１に形成したピストン収納ケースＸ７内にパイロット圧を供給すると、そのパイロット圧により、ピストンＸ６が弁体Ｘ２に向かって接近する方向に力を受ける。ピストンＸ６が受ける力が第２の圧縮コイルバネＸ９１による付勢力に打ち勝つと、ピストンＸ６が弁体Ｘ２側に向けて移動を開始する。ピストンＸ６が受ける力がより増大すると、ピストンＸ６の先端が弁棒Ｘ３の他端に当接し、弁棒Ｘ３及び弁体Ｘ２を押圧するようになる。しかして、ピストンＸ６が弁棒Ｘ３及び弁体Ｘ２を押圧する力が、第１の圧縮コイルバネＸ８１による付勢力、及び第１のポートＸ１ｘ側と第２のポートＸ１ｙ側との差圧の和に打ち勝ったとき、弁体Ｘ２が閉弁位置（Ｃ）から開弁位置に向けて移動し、弁体Ｘ２が弁座Ｘ１ａから離反して流路Ｘ１ｆが開通する。結果、流路Ｘ１ｆを通じて流体が第２のポートＸ１ｙ側から第１のポートＸ１ｘ側に逆流することが許容される。

ピストン収納ケースＸ７内へのパイロット圧の供給を解除すると、弁体Ｘ２は、第１のポートＸ１ｘ側と第２のポートＸ１ｙ側との間の差圧に由来して受ける力及び第１の圧縮コイルバネＸ８１による付勢力のみを受けることとなり、閉弁位置（Ｃ）に復帰して弁座Ｘ１ａに着座する。また、ピストンＸ６は、第２の圧縮コイルバネＸ９１による付勢力により、蓋体Ｘ５に衝き当たる位置まで押し戻される。

実開平０２−０２５７０２号公報

この種のバルブは、大きな液圧力が作用する大容量の液圧機械又は装置中にも用いられる。そのような場合、弁体Ｘ２が大圧力を受けることや、弁体Ｘ２が振動すること等によって、弁体Ｘ２の抜け止めのための部材であるナットＸ４が緩みやすくなる。最悪の状況では、図６に示すように、ナットＸ４が弁棒Ｘ３の他端部の雄ネジＸ３ａから完全に離脱してしまうことがあり得る。

しかしながら、ナットＸ４が完全に弁棒Ｘ３から離脱したとしても、第１のポートＸ１ｘ側の液圧が第２のポートＸ１ｙの液圧よりも高ければ、図６に示しているように閉弁することは可能であり、流体の逆流を阻止する機能は維持される。このため、ナットＸ４の離脱という故障の発見が遅れ、後に開弁する機会が訪れたときに弁体Ｘ２及び弁棒Ｘ３が弁箱Ｘ１から脱出、落下して、液圧機械又は装置に大きな不具合が引き起こされるおそれがあった。

上述の問題は、プレフィルバルブ以外のバルブであっても、弁棒の他端部に抜止部材を取り付けて弁体及び弁棒の抜け止めを行う構造のバルブであれば生じうる。抜止部材としてナット以外のものを使用する場合も同様である。

本発明は、抜止部材が弁棒から完全に離脱する前に異常を検知できるようにして、弁体及び弁棒が弁箱から脱落する問題の発生を未然に防止することを所期の目的とする。

本発明に係るバルブは、以下に述べるような構成を有する。

すなわち、本発明に係るバルブは、流体が流通可能な流路を内蔵し弁座が設けられた弁箱と、閉弁位置と開弁位置との間で進退可能に設けられ閉弁位置において弁座に着座する弁体と、弁体に一端部が接続された弁棒と、弁棒の他端部に設定した取付部に取り付けられて弁体及び弁棒の弁箱からの抜け止めを行う抜止部材と、抜止部材が取付部から所定距離以上弁体から離反する側に変位した状態で弁体が開弁位置から閉弁位置に向けて移動した際に抜止部材に当接して弁体の弁座への着座を禁止する当接体とを備えるものである。

このようなものであれば、抜止部材が弁棒から完全には離脱していなくとも、取付部に対して所定距離以上変位していれば、弁体が閉弁位置に向けて移動したときに抜止部材が当接体に当接して、弁体が弁座に適正に着座することができなくなる。つまり、本来ならばバルブが閉弁しているはずの条件下でもバルブが閉弁しないことになり、抜止部材が弁棒から完全に離脱してしまう前の段階で異常を検知できるようになる。ひいては、弁体及び弁棒が弁箱から離脱することによる不具合を未然に防止することが可能となる。

弁棒に対する抜止部材の取付態様の一例として、弁棒の取付部が雄ネジであり、抜止部材がこの雄ネジに螺着されるナットであるものが挙げられる。

特に、弁体を閉弁位置に向けて付勢する付勢手段である圧縮コイルバネと、前記圧縮コイルバネの自由端側を保持し抜止部材であるナットと一体に形成されたリテーナとを備えるものであれば、ナットとリテーナとを抜止部材として一体に形成することにより、取付部である雄ネジとナットとが螺合する範囲（嵌め合い）を長くし、ナットが雄ネジから完全に離脱する前に閉弁動作時に抜止部材が当接体に当接しやすくすることができる。

パイロット圧の供給を受けて弁体を開弁位置側に押圧するピストンと、このピストンを弁体から離反する方向に付勢する圧縮コイルバネとを備えるバルブにおける当接体の構成の一例として、当接体が、ピストンに設けられ当該ピストンを付勢する圧縮コイルバネの自由端側を保持するリテーナに一体に形成されているものが挙げられる。なお、「当接体がリテーナに一体に形成されている」とは、リテーナ自体が当接体であることを含む概念である。

本発明によれば、抜止部材が弁棒から完全に離脱する前に異常を検知できるようになり、弁体及び弁棒が弁箱から脱落する問題の発生を未然に防止することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るバルブの閉弁状態を示す図。 同実施形態に係るバルブのパイロット圧による開弁状態を示す図。 同実施形態に係るバルブの流路中の液圧による開弁状態を示す図。 同実施形態に係るバルブの抜止部材が変位した閉弁状態を示す図。 従来のバルブの閉弁状態を示す図。 従来のバルブの抜止部材が脱落した状態を示す図。

本発明の一実施形態に係るバルブＢを、図１〜図４を参照しつつ説明する。

本実施形態のバルブＢは、液圧回路中に配されるプレフィルバルブであって、図１に示すように、弁座１ａが設けられた弁箱１と、閉弁位置（Ｃ）と開弁位置（Ｏ）との間で進退可能に設けられ閉弁位置（Ｃ）において弁座１ａに着座する弁体２と、弁体２に一端部が接続された弁棒３と、弁棒３の他端部に設定した取付部である雄ネジ３ａに取り付けられたナット４と、弁箱１内に配されパイロット圧の供給を受けて弁体２を開弁位置（Ｏ）側に付勢するピストン６と、弁箱１内においてピストン６を進退可能に保持するピストン収納ケース７と、弁箱１及びピストン収納ケース７の開口を閉塞する蓋体５とを備えている。

弁箱１は、流体が流通可能な流路１ｆを内蔵する弁箱本体１１と、この弁箱本体１１にねじ止め等により固定され弁棒３をその内部に収納する弁棒収納ケース１２とからなる。弁箱本体１１内の流路１ｆは、第１のポート１ｘと第２のポート１ｙとを連通している。そして、第２のポート１ｙの開口縁に、弁座１ａが設けられている。また、弁箱本体１１には、弁棒３を挿通するための弁棒挿通孔１ｂが設けられている。弁棒収納ケース１２は、円筒状の側壁１２１と、この側壁１２１の一端側を閉塞する底壁１２２と、側壁１２１の一端から外方に拡張し弁箱本体１１にねじ止めされた鍔部１２３とを有しており、その内部に弁棒３とピストン６とを対向させて収納している。この弁棒収納ケース１２は、弁座１ａ及び弁体２に向かう側と反対側が開口しており、この開口が蓋体５により閉塞されている。

弁体２は、略円盤状又は傘状をなしている。閉弁位置（Ｃ）にて弁体２が弁座１ａに着座すると、第１のポート１ｘと第２のポート１ｙとの間の作動液の流れが遮断される。本実施形態では、この弁体２から弁棒３が一体に伸びている。

弁棒３は、前述したように弁体２と一体に構成されており、一端部は弁体２に向かうにつれ大径となっている。この弁棒３は弁箱１の弁棒挿通孔１ｂを通過しており、他端部にナット４を螺着するための雄ネジ３ａが設けられている。

ナット４は、弁体２及び弁棒３の弁箱１からの抜け止めを行う抜止部材であり、例えば六角柱状をなすナット本体４１と、このナット本体４１から弁体２に向かう方向に一体に延伸させて設けた例えば円筒状の小径部４２とを備えている。このナット４は、弁棒３の雄ネジ３ａに螺着する。そして、このナット４が取り付けられた側の弁棒３の端部は、弁棒収納ケース１２に収納されている。

弁棒収納ケース１２内には、第１の圧縮コイルバネ８１を利用して弁体２を閉弁位置（Ｃ）側に付勢する第１の付勢手段８が配されている。第１の付勢手段８は、弁棒収納ケース１２内に配された第１の圧縮コイルバネ８１と、この第１の圧縮コイルバネ８１の固定端側を保持するリテーナ８２と、第１の圧縮コイルバネ８１の自由端側を保持するリテーナ８３とを備えている。リテーナ８２は、弁棒収納ケース１２の底壁１２２上に配された鍔部８２１と、この鍔部８２１から弁体２と反対方向に伸びる円筒状のスリーブ８２２とを有し、鍔部８２１の上面及びスリーブ８２２の外周面で第１の圧縮コイルバネ８１の固定端側を保持する。リテーナ８３は、ナット４のナット本体４１と小径部４２との境界部分、より具体的にはナット本体４１の弁体２側に向く端面を利用して形成している。

ピストン６は、弁棒収納ケース１２内に配され、内部に作動液が流通可能な流通路６ａが設けられている。このピストン６は、後述する第２の付勢手段９により弁体２から離反する方向に付勢されている。

第２の付勢手段９は、第２の圧縮コイルバネ９１を利用してピストン６を弁体２から離反する方向に付勢するものである。具体的には、この第２の付勢手段９は、弁棒収納ケース１２内で第１の圧縮コイルバネ８１の外側に配された第２の圧縮コイルバネ９１と、第２の圧縮コイルバネ９１の自由端側を保持するリテーナ９２とを備えている。なお、第２の圧縮コイルバネ９１の固定端側は、弁棒収納ケース１２の底壁１２２に保持されている。リテーナ９２は、ピストン６に設けた段部６ｂと係り合うリテーナ本体９２ａと、リテーナ本体９２ａから弁体２に向かう方向に伸びる円筒状の筒状体９２ｂとを備えており、この筒状体９２ｂの内をピストン６が通過している。

ナット４を弁棒３の雄ネジ３ａに正しく螺着した状態で、弁体２を閉弁位置（Ｃ）に配すると、図１に示すように、弁体２の先端とピストン６及び外側の自由端側のリテーナ９２との間は所定距離ｄ０だけ離間する。

ピストン収納ケース７は、円筒状の側壁７１と、この側壁７１の弁体２側の端を接続する底壁７２と、側壁の弁体２と反対側の端に設けられ弁棒収納ケース１２に設けた段部１２ａと係り合う鍔部７３とを備えている。底壁７２にはピストン６を通過させるためのピストン挿通孔７２ａが設けられている。ここで、ピストン６の流通路６ａはこのピストン収納ケース７の底壁７２を挟んだ両側を連通している。このピストン収納ケース７は、弁体２と反対側が開口しており、この開口が蓋体５により閉塞されている。

蓋体５は、弁棒収納ケース１２及びピストン収納ケース７の開口を閉塞している。この蓋体５には、パイロット圧を導入するためのパイロット圧導入口５ｘが設けられている。パイロット圧が導入されていない状態では、ピストン６はこの蓋体５に衝き当たっている。このパイロット圧導入口５ｘに所定以上のパイロット圧が導入された状態では、ピストン６は第２の圧縮コイルバネ９１による付勢力に抗して弁体２に向かう方向に移動し、弁体２を開弁位置（Ｏ）側に押圧するようになっている。

以下、このバルブＢの作動を説明する。

第１のポート１ｘ側の液圧が第２のポート１ｙ側の液圧よりも高圧であり、弁体２に作用する両者の差圧が設定圧を上回る、即ち弁体２が流体から受ける液圧力が第１の圧縮コイルバネ８１から受ける付勢力に打ち勝つと、図３に示すように、弁体２が閉弁位置（Ｃ）から開弁位置（Ｏ）に向けて移動する。つまり、弁体２が弁座１ａから離反して流路１ｆが開通し、流路１ｆを通じて流体が第１のポート１ｘ側から第２のポート１ｙ側に流れるようになる。なお、このときピストン６は移動しない。

逆に、第２のポート１ｙ側の液圧が第１のポート１ｘ側の液圧よりも高圧であるとき、又は、第１のポート１ｘ側の液圧が第２のポート１ｙ側の液圧よりも高圧であるが両者の差圧が設定圧に満たないときには、弁体２が開弁位置（Ｏ）から閉弁位置（Ｃ）に向けて移動し、図１に示すように弁座１ａに着座して流路１ｆを閉鎖する。従って、流路１ｆを通じて流体が第２のポート１ｙ側から第１のポート１ｘ側に逆流することが妨げられる。

だが、弁が閉じているすなわち弁体２が閉弁位置（Ｃ）において弁座１ａに着座している状態で、パイロット圧導入口５ｘからピストン収納ケース７内にパイロット圧を供給すると、そのパイロット圧により、ピストン６が弁体２に向かって接近する方向に力を受ける。ピストン６が受ける力が第２の圧縮コイルバネ９１による付勢力に打ち勝つと、図２に示すように、ピストン６が弁体２側に向けて移動を開始する。ピストン６が受ける力がより増大すると、ピストン６の先端が弁棒３の他端に当接し、弁棒３及び弁体２を押圧するようになる。しかして、ピストン６が弁棒３及び弁体２を押圧する力が、第１の圧縮コイルバネ８１による付勢力、及び第１のポート１ｘ側と第２のポート１ｙ側との差圧の和に打ち勝ったとき、弁体２が閉弁位置（Ｃ）から開弁位置（Ｏ）に向けて移動し、弁体２が弁座１ａから離反して流路１ｆが開通する。結果、流路１ｆを通じて流体が第２のポート１ｙ側から第１のポート１ｘ側に逆流することが許容される。

ピストン収納ケース７内へのパイロット圧の供給を解除すると、弁体２は、第１のポート１ｘ側と第２のポート１ｙ側との間の差圧に由来して受ける力及び第１の圧縮コイルバネ８１による付勢力のみを受けることとなり、閉弁位置（Ｃ）に復帰して弁座１ａに着座して流路１ｆを閉鎖する。また、ピストン６は、第２の圧縮コイルバネ９１による付勢力により、蓋体５に衝き当たる位置まで押し戻される。

液圧機械又は装置の運用中、弁体２、弁棒３及び抜止部材たるナット４は大圧力を受け、またこれらが振動する。それにより、ナット４が緩み、取付部たる雄ネジ３ａに対する本来の適正な取付位置から変位することがある。ナット４が雄ネジ３ａから所定距離ｄ０以上弁体２から離反する側（図中、上方）に変位した状況の下で、弁体２が開弁位置（Ｏ）から閉弁位置（Ｃ）に向けて移動する作用を受けた場合、図４に示すように、ナット４が当接体であるリテーナ９２、より具体的にはこのリテーナ９２の筒状体９２ｂの先端に当接し、弁体２の弁座１ａへの着座が禁止されるようになっている。図４には、ナット４が雄ネジ３ａから距離ｄ（＞ｄ０）だけ変位した状態を示している。

すなわち本実施形態の構成では、ナット４が弁棒３から完全には離脱していなくとも、雄ネジ３ａに対して所定距離ｄ０以上変位していれば、弁体２が閉弁位置（Ｃ）に向けて移動したときにナット４がリテーナ９２に当接して、弁体２が弁座１ａに適正に着座することができなくなる。つまり、本来ならばバルブＢが閉弁しているはずの条件下でもバルブＢが閉弁しないことになり、ナット４が弁棒３から完全に離脱してしまう前の段階で異常、例えば流体の圧力や流量の変動や、液圧機械又は装置の性能低下を検知できるようになる。ひいては、弁体２及び弁棒３が弁箱１から完全に離脱することによる不具合を未然に防止することが可能となる。しかも、このような効果を、特別なセンサ等を用いることなく実現できる。

特に本実施形態では、弁棒３の雄ネジ３ａに抜止部材であるナット４を螺着するようにしているので、前段で述べたような効果を簡単に実現することができる。

さらに、弁体２を付勢する第１の圧縮コイルバネ８１の自由端側を保持するリテーナ８３をナット４と一体に形成しているので、弁棒３の雄ネジ３ａとナット４とが螺合する範囲（嵌め合い）を大きくし、ナット４が雄ネジ３ａから完全に離脱する前に当該ナット４を当接体である外側の自由端側のリテーナ９２に当接しやすくすることができる
そして、パイロット圧の供給を受けて弁体２を開弁位置（Ｏ）に向けて押圧するピストン６と、このピストン６を弁体２から離反する方向に付勢する第２の圧縮コイルバネ９１とを備え、第２の圧縮コイルバネ９１の自由端側を保持するリテーナ９２をナット４が当接する当接体としているので、特別な部材を追加することなく上述した効果を実現できる。

なお、本発明は以上に述べた実施形態に限らない。

例えば、抜止部材は、弁棒の雄ネジに螺着されるナットに限らない。

また、小径部を有するナットにリテーナを一体に設ける態様に限らず、例えば、リテーナ部材をナットの一端面に取り付けるようにする等の態様を採用してもよい。

加えて、当接体も任意の態様を採用してもよい。

その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変形してもよい。

Ｂ…バルブ
１…弁箱
１ａ…弁座
１ｆ…流路
２…弁体
３…弁棒
３ａ…取付部（雄ネジ）
４…抜止部材（ナット）
９２…当接体（リテーナ）
ｄ０…所定距離
（Ｃ）…閉弁位置
（Ｏ）…開弁位置

Claims (4)

1. 流体が流通可能な流路を内蔵し弁座が設けられた弁箱と、
   閉弁位置と開弁位置との間で進退可能に設けられ閉弁位置において弁座に着座する弁体と、
   弁体に一端部が接続された弁棒と、
   弁棒の他端部に設定した取付部に取り付けられて弁体及び弁棒の弁箱からの抜け止めを行う抜止部材と、
   抜止部材が取付部から所定距離以上弁体から離反する側に変位した状態で弁体が開弁位置から閉弁位置に向けて移動した際に抜止部材に当接して弁体の弁座への着座を禁止する当接体と
   を備えるバルブ。
2. 弁棒の取付部が雄ネジであり、抜止部材がこの雄ネジに螺着されるナットである請求項１記載のバルブ。
3. 弁体を閉弁位置に向けて付勢する付勢手段である圧縮コイルバネと、
   前記圧縮コイルバネの自由端側を保持し抜止部材であるナットと一体に形成されたリテーナとを備える請求項２記載のバルブ。
4. パイロット圧の供給を受けて弁体を開弁位置側に押圧するピストンと、このピストンを弁体から離反する方向に付勢する圧縮コイルバネとを備えており、
   当接体が、ピストンに設けられ当該ピストンを付勢する圧縮コイルバネの自由端側を保持するリテーナに一体に形成されている請求項１、２又は３記載のバルブ。

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