JP6806246B2 - リリーフ弁 - Google Patents

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Description

本発明は、筒状部と、筒状部の内壁に沿って軸方向に摺動する弁体と、弁体を付勢する付勢部材とを備えたリリーフ弁に関する。
下記に出典を示す特許文献1には、油圧回路の圧力が設定値に達した際に開弁し、流体を排出路から排出させて回路内の圧力を低下させ、油圧回路の圧力を制御するリリーフ弁が開示されている(以下、背景技術において括弧内の符号は特許文献1のもの。)。このリリーフ弁は、弁体(5)が初期状態の時には、弁体(5)の先端面における面取部(53)がリリーフ開口(12a)の弁体通路(11)の側の内面に当接し、弁体通路(11)とリリーフ流路(12)との間の流体の流通を遮断して、リリーフ開口(12a)を閉状態とする。この構成では、弁体(5)によってリリーフ開口(12a)が閉状態となっている場合に弁体(5)の先端部が圧力を受ける面積と、リリーフ開口(12a)が開状態となっている場合に弁体(5)の先端部が圧力を受ける面積とが異なることになる。具体的には、開状態の弁体(5)の受圧面積よりも閉状態の弁体(5)の受圧面積の方が小さくなる。このため、リリーフ弁が閉状態から開状態に遷移する場合の圧力(開圧)と、開状態から閉状態に遷移する場合の圧力(閉圧)とが異なり、いわゆる開圧と閉圧との間にヒステリシスが生じることになる。
特開2015−25551号公報
上記背景に鑑みて、開弁時と閉弁時とにおいて弁体が受ける圧力の差が小さいリリーフ弁の提供が望まれる。
1つの態様として、上記に鑑みた、筒状部と、前記筒状部の内壁に沿って軸方向に摺動する弁体と、前記弁体を付勢する付勢部材とを備えたリリーフ弁は、
前記弁体が、軸方向の一方側の軸方向第1側に油圧受面を有すると共に、前記軸方向第1側とは反対側の軸方向第2側に前記付勢部材が当接する付勢部材当接部を有し、
前記筒状部は、前記内壁に開口部を有して径方向に貫通する排出油路を備え、
前記排出油路の前記開口部は、前記弁体が最も前記軸方向第1側に位置している初期位置にある状態で閉塞され、前記弁体が前記初期位置よりも前記軸方向第2側に移動した開口位置にある状態で開口するように形成され、
前記弁体が前記初期位置にある状態で前記油圧受面が油圧を受ける第1受圧面積と、前記弁体が前記開口位置にある状態で前記油圧受面が油圧を受ける第2受圧面積とが同等である。
この構成によれば、初期位置にある弁体が開口部を開けるように動き始める際の第1受圧面積と、開口位置にある弁体が開口部を閉じるときの第2受圧面積とが同等であるから、開弁時と閉弁時とにおいて弁体が受ける圧力の差をほぼ無くすことができる。また、弁体の初期位置に対して、弁体が軸方向第2側に移動した位置に、開口部が開口する開口位置が設定されているので、弁体が初期位置から開口位置に遷移するまでの移動量を少なくすることが容易である。つまり、弁体のストローク量を小さくすることができるので、リリーフ弁の軸方向長さが長くなることが抑制される。このように、本構成によれば、開弁時と閉弁時とにおいて弁体が受ける圧力の差が小さいリリーフ弁を提供することができる。
リリーフ弁のさらなる特徴と利点は、図面を参照して説明する実施形態についての以下の記載から明確となる。
初期位置にあるリリーフ弁を含む油圧回路の部分断面図 初期位置と開口位置との間にあるリリーフ弁を含む油圧回路の部分断面図 開口位置にあるリリーフ弁を含む油圧回路の部分断面図 排出油路の配置の一例を模式的に示す軸直交断面図 排出油路の配置の一例を模式的に示す軸直交断面図 弁体の先端部で排出油路の開口部を平面的に塞ぐ例を示す模式図
以下、リリーフ弁の実施形態を図面に基づいて説明する。図1〜図3は、リリーフ弁10を含む油圧回路20の一部分の断面図である。油圧回路20は、例えば、内燃機関や回転電機などの自動車の車輪の駆動力源、そのような駆動力源と車輪とを結ぶ動力伝達経路(変速機など)、作動油としてのオイルを吐出するオイルポンプのポンプボディなどに形成される。リリーフ弁10は、通常動作時には閉弁しており、油圧回路20内の対象箇所の油圧が予め規定された設定値を超えた場合に開弁して、作動油の一部を油圧回路20から排出油路7に排出する油圧弁である。
図1〜図3に示すように、リリーフ弁10は、油圧回路20が形成されるブロック体90に形成された筒状部4と、筒状部4の内壁60に沿って軸方向Lに摺動する弁体3と、弁体3を付勢する付勢部材5とを備えている。弁体3は、軸方向Lの一方側の軸方向第1側L1に油圧受面11を有すると共に、軸方向第1側L1とは反対側の軸方向第2側L2に付勢部材5が当接する付勢部材当接部25を有している。尚、弁体3は、後述するように、相対的に軸方向第1側L1に位置する第1弁体部1と、軸方向第2側L2に位置する第2弁体部2とが一体的に形成されている。上述した油圧受面11は第1弁体部1に設けられ、付勢部材当接部25は第2弁体部2に設けられている。
付勢部材5は、例えばコイルスプリングである。本実施形態では、筒状部4の最も軸方向第2側L2において筒状部4の内部に固定されたプラグ6と、付勢部材当接部25との間に付勢部材5が配置されている。第2弁体部2は、軸方向第2側L2に延びる規制部26を備えている。この規制部26は、付勢部材5(コイルスプリング)の内径よりも小径で軸方向第2側L2に延びるように形成されている。プラグ6の軸方向第1側L1には受け部66が形成されている。弁体3の軸方向第2側L2への移動は、規制部26と受け部66とが当接する位置で規制される(図3参照)。
筒状部4は、内壁60に開口部70を有して径方向Rに貫通する排出油路7を備えている。図1〜図3に示すように、排出油路7は、筒状部4に向けて開口部70が開口するように、ブロック体90に形成されている。排出油路7の開口部70は、弁体3が最も軸方向第1側L1に位置している初期位置(図1に示す位置)にある状態で閉塞され、弁体3が初期位置よりも軸方向第2側L2に移動した開口位置(図3に示す位置)にある状態で開口するように形成されている。本実施形態では、図2に示す弁体3の位置に対して、弁体3が軸方向第1側L1に位置している場合には、開口部70が閉塞され、弁体3が軸方向第2側L2に位置している場合には、開口部70の少なくとも一部が開口する。
尚、開口部70は、筒状部4の内壁60の周方向に均等な間隔で複数個形成されていると好適である。つまり、図4及び図5に例示するように、開口部70に連通する排出油路7は、放射状に等間隔(等角度)離間するように形成されていると好適である。開口部70及び排出油路7が偶数個(nを自然数として2n個)設けられる場合、図4に示すように、開口部70及び排出油路7は、円筒状の筒状部4の中心に対して対称となる位置に形成されていると好適である。図5に示すように、例えば、120度間隔で3つ形成する形態も好適であり、開口部70及び排出油路7は、奇数個(nを自然数として(2n−1)個)設けられてもよい。開口部70及び排出油路7を筒状部4の周方向に沿って均等に設けることで、排出油路7を通って周方向に均等に作動油が排出されるので、弁体3が開口位置にある際の受圧受面における周方向の圧力のバラツキが低減される。つまり、弁体3に対して径方向Rに沿って作用する応力が抑制される。
弁体3は、初期位置において開口部70よりも軸方向第2側L2に位置する被係止部33を有している。また、筒状部4の内壁60は、被係止部33を係止して弁体3が軸方向第1側へL1移動することを規制する係止部43を有する。弁体3は、相対的に軸方向第1側L1に位置する第1弁体部1と軸方向第2側L2に位置する第2弁体部2とを有すると上述した。具体的には、この被係止部33よりも軸方向第1側L1に位置する部分を第1弁体部1と称し、被係止部33よりも軸方向第2側L2に位置する部分を第2弁体部2と称する。第1弁体部1と第2弁体部2との境界において第1弁体部1の外径である第1外径φ1よりも第2弁体部の外径である第2外径φ2(及び逃げ部外径φ3)の方が大きく、被係止部33は、第1弁体部1と第2弁体部2との境界における段差によって形成されている(外径“φ1〜φ2”については、図2参照。)。
尚、被係止部33は、軸方向第2側L2の外径(第2外径φ2)に比べて、軸方向第1側の外径(逃げ部外径φ3)を小さくなるように形成された逃げ部34を備えている(図2参照)。逃げ部34により、第2内壁部62と係止部43を形成する壁面との境界に位置する角部Eの半径が小さくなるように(角部Eが尖るように)加工しなくても、被係止部33が当該角部Eに当たらないようにすることができる。つまり、被係止部33に逃げ部34を設けることによって、係止部43の形状に関する制約(及びその製造に係る制約)を緩和することができる。
尚、図1〜図3では、軸方向第2側L2に比べて軸方向第1側L1の方が小径となるような段差を形成することによって逃げ部34を設ける形態を例示しているが、逃げ部34の形状はこの形態に限定されるものではない。例えば、軸方向第2側L2から軸方向第1側L1に向かうに従って径方向Rの内側に傾斜する傾斜面を形成することによって逃げ部34が設けられてもよい。
第1弁体部1は、外径が第1外径φ1の同一径の柱状に形成され、第1弁体部1の外周部である第1外周部14が筒状部4の内壁を摺動する。同様に、第2弁体部2は、外径が第2外径φ2で同一径の柱状に形成され、第2弁体部2の外周部である第2外周部24が筒状部4の内壁を摺動する。弁体3が第1弁体部1及び第2弁体部2を有していることと同様に、筒状部4は、係止部43よりも軸方向第1側L1に位置して内径が第1内径の第1筒状部41と、係止部43よりも軸方向第2側L2に位置して内径が第1内径よりも大きい第2内径の第2筒状部42とを有している。第1筒状部41の内壁60である第1内壁部61を第1外周部14が摺動し、前記第2筒状部の内壁60である第2内壁部62を第2外周部24が摺動する。図面が煩雑となるために、第1内径及び第2内径については、図示を省略しているが、第1内径は、第1外径φ1と同等(弁体3が摺動する程度に第1外径φ1よりもやや大きい長さ)であり、第2内径は、第2外径φ2と同等(弁体3が摺動する程度に第2外径φ2よりもやや大きい長さ)である。
尚、符号91,92は、筒状部4に対して開口した背圧逃がし孔である。第1背圧逃がし孔91は、弁体3が軸方向Lに沿って移動する際に、第2弁体部2に形成された被係止部33と筒状部4の係止部43との間で、空気や作動油などが圧縮或いは膨張されることによって生じる背圧を逃がすために設けられている。第2背圧逃がし孔92は、弁体3が軸方向Lに沿って移動する際に、第2弁体部2とプラグ6との間で、空気や作動油などが圧縮或いは膨張されることによって生じる背圧を逃がすために設けられている。
図6に示すように、油圧を受ける弁体30の先端部30tが、開口部70Bを平面的に塞ぐ構成の場合、弁体30の先端部30tの一部は開口部70Bの周囲に当接して開口部70Bを塞ぐことになる。このため、弁体30によって開口部70Bが閉状態となっている場合に弁体30が圧力を受ける面積(SCL=π(A/2))と、開口部70Bが開状態となっている場合に弁体30が圧力を受ける面積(SOP=π(B/2))とが異なることになる(A<B,SCL<SOP)。つまり、リリーフ弁が閉状態から開状態に遷移する場合の圧力(開圧)と、開状態から閉状態に遷移する場合の圧力(閉圧)とが異なり、いわゆる開圧と閉圧との間にヒステリシスが生じることになる。
しかし、本実施形態のリリーフ弁10では、弁体3が初期位置にある状態で油圧受面11が油圧を受ける第1受圧面積と、弁体3が開口位置にある状態で油圧受面11が油圧を受ける第2受圧面積とが、共に“π(φ1/2)”であり、同等である。従って、リリーフ弁10が閉状態から開状態に遷移する場合の圧力(開圧)と、開状態から閉状態に遷移する場合の圧力(閉圧)とが同等となり、開圧と閉圧との間にヒステリシスが生じることが抑制される。
例えば、特許文献1のリリーフ弁では、初期位置において、油圧受面11に相当する受圧頂部(52)が弁体(5)に当接している(括弧内の符号は特許文献1のもの。)。従って、初期位置において受圧頂部(52)が受ける油圧と、初期状態から開弁する方向に弁体(5)が移動した位置で受圧頂部(52)が受ける油圧とは本実施形態ほど同等とすることはできず、異なるものとなる。このため、本実施形態のリリーフ弁よりもヒステリシスが生じる可能性がある。特許文献1では、弁体(5)の初期位置から、排出油路(2)の開口部まで(開口位置まで)の距離を長くすることによって、このヒステリシスを軽減し、排出油路(2)に対する開圧と閉圧との間でのヒステリシスの発生を抑制するようにしている。しかし、このために軸方向の長さが本実施形態よりも長くなっており、リリーフ弁の小型化が妨げられている。
ところで、上記においては、弁体3が、初期位置において開口部70よりも軸方向第2側L2に位置する被係止部33を有し、内壁60が、被係止部33を係止して弁体3が軸方向第1側L1へ移動することを規制する係止部43を有する形態を例示した。しかし、初期位置において油圧受面11が係止部43等に当接しなければ、初期位置と開口位置とで受圧面積が変化することを抑制することができる。従って、被係止部33の位置は、開口部70よりも軸方向第2側L2に限定されるものではない。弁体3は、油圧受面11とは異なる被係止部33を備えていればよい。当業者であれば、そのような改変は容易であるから、具体例及び詳細な説明は省略する。
〔実施形態の概要〕
以下、上記において説明したリリーフ弁(10)の概要について簡単に説明する。
1つの態様として、筒状部(4)と、前記筒状部(4)の内壁(60)に沿って軸方向(L)に摺動する弁体(3)と、前記弁体(3)を付勢する付勢部材(5)とを備えたリリーフ弁(10)は、
前記弁体(3)が、軸方向(L)の一方側の軸方向第1側(L1)に油圧受面(11)を有すると共に、前記軸方向第1側(L1)とは反対側の軸方向第2側(L2)に前記付勢部材(5)が当接する付勢部材当接部(25)を有し、
前記筒状部(4)は、前記内壁(60)に開口部(70)を有して径方向(R)に貫通する排出油路(7)を備え、
前記排出油路(7)の前記開口部(70)は、前記弁体(3)が最も前記軸方向第1側(L1)に位置している初期位置にある状態で閉塞され、前記弁体(3)が前記初期位置よりも前記軸方向第2側(L2)に移動した開口位置にある状態で開口するように形成され、
前記弁体(3)が前記初期位置にある状態で前記油圧受面(11)が油圧を受ける第1受圧面積と、前記弁体(3)が前記開口位置にある状態で前記油圧受面(11)が油圧を受ける第2受圧面積とが同等である。
この構成によれば、初期位置にある弁体(3)が開口部(70)を開けるように動き始める際の第1受圧面積と、開口位置にある弁体(3)が開口部(70)を閉じるときの第2受圧面積とが同等であるから、開弁時と閉弁時とにおいて弁体(3)が受ける圧力の差をほぼ無くすことができる。また、弁体(3)の初期位置に対して、弁体(3)が軸方向第2側(L2)に移動した位置に、開口部(70)が開口する開口位置が設定されているので、弁体(3)が初期位置から開口位置に遷移するまでの移動量を少なくすることができる。つまり、弁体(3)のストローク量を小さくすることができるので、リリーフ弁(10)の軸方向長さが長くなることが抑制される。このように、本構成によれば、開弁時と閉弁時とにおける弁体(3)の受圧面の圧力差が小さいリリーフ弁(10)を提供することができる。
ここで、前記弁体(3)は、前記油圧受面(11)とは異なる被係止部(33)を有し、前記内壁(60)は、前記被係止部(33)を係止して前記弁体(3)が前記軸方向第1側(L1)へ移動することを規制する係止部(43)を有すると好適である。
この構成によれば、油圧受面(11)とは異なる被係止部(33)によって、弁体(3)の軸方向第1側(L1)への移動が規制されて、初期位置が設定されることになる。つまり、初期位置において油圧受面(11)が係止部(43)等に当接しないので、初期位置と開口位置とで受圧面積が変化することを抑制することができる。
ここで、前記被係止部(33)は、前記初期位置において前記開口部(70)よりも前記軸方向第2側(L2)に位置すると好適である。
この構成によれば、弁体(3)は油圧受面(11)及び開口部(70)よりも軸方向第2側(L2)において、軸方向第1側(L1)への移動が規制されて、初期位置が設定されることになる。つまり、初期位置において油圧受面(11)が係止部(43)等に当接しないので、初期位置と開口位置とで受圧面積が変化することを抑制することができる。
また、前記弁体(3)は、前記被係止部(33)よりも前記軸方向第1側(L1)に位置する第1弁体部(1)と、前記被係止部(33)よりも前記軸方向第2側(L2)に位置する第2弁体部(2)とを有し、前記第1弁体部(1)と前記第2弁体部(2)との境界において前記第1弁体部(1)の外径である第1外径(φ1)よりも前記第2弁体部(2)の外径である第2外径(φ2)の方が大きく、前記被係止部(33)は、前記第1弁体部(1)と前記第2弁体部(2)との境界における段差によって形成されていると好適である。
上述したように、弁体(3)は、軸方向第1側(L1)に油圧受面(11)を有すると共に、軸方向第2側(L2)に付勢部材(5)が当接する付勢部材当接部(25)を備えている。また、軸方向第1側(L1)に位置する第1弁体部(1)の第1外径(φ1)よりも、軸方向第2側(L2)に位置する第2弁体部(2)の第2外径(φ2)の方が大径である。つまり、付勢部材(5)は、より大径の第2弁体部(2)の側に設置されるので、例えばコイルバネ等で付勢部材(5)を構成する場合に、当該コイルバネの径を大きくすることができる。コイルバネの径を大きくすることによって、軸方向(L)の長さを長くしなくても必要な付勢力を得易くなるので、リリーフ弁(10)の軸長を短くすることが容易となる。
また、前記被係止部(33)は、前記軸方向第2側(L2)の外径(φ2)に比べて、前記軸方向第1側(L1)の外径(φ3)を小さくする逃げ部(34)を備えていると好適である。
逃げ部(34)により、係止部(34)の形状に対する制約を少なくすることができる。また、逃げ部(34)と背圧逃がし孔(91)などとが連通するように構成することで、弁体(3)が移動する際の抵抗を低減することができる。
また、前記第1弁体部(1)は、同一径の柱状に形成され、前記第1弁体部(1)の外周部(14)が前記筒状部(4)の前記内壁(60)を摺動すると好適である。
柱状の第1弁体部(1)が筒状部(4)の内壁(60)を摺動することにより、軸方向(L)に沿って弁体(3)が円滑に移動できる。また、筒状部(4)の内壁(60)に開口部(70)を有して径方向(R)に貫通する排出油路(7)の当該開口部(70)を、摺動によって適切に開閉することができる。
また、1つの態様として、前記第1弁体部(1)は、外径が前記第1外径(φ1)で同一径の柱状であり、前記第2弁体部(2)は、外径が前記第2外径(φ2)で同一径の柱状であり、前記第1弁体部(1)の外周部である第1外周部(14)及び前記第2弁体部(2)の外周部である第2外周部(24)の双方が、前記筒状部(4)の前記内壁(60)を摺動すると好適である。
柱状の第1弁体部(1)が筒状部(4)の内壁(60)を摺動することで、軸方向(L)に沿って弁体(3)が円滑に移動できる。また、筒状部(3)の内壁(60)に開口部(70)を有して径方向(R)に貫通する排出油路(7)の当該開口部(70)を、摺動によって適切に開閉することができる。さらに、柱状の第2弁体部(2)も筒状部(4)の内壁(60)を摺動するので、軸方向(L)に沿った弁体(3)の姿勢がより安定し、弁体(3)の傾きが抑制される。
また、前記開口部(70)は、前記筒状部(4)の内壁(60)の周方向に均等な間隔で複数個形成されていると好適である。
この構成によれば、排出油路(7)を通って周方向に均等に作動油が排出されるので、弁体(3)が開口位置にある際の受圧受面(11)における周方向の圧力のバラツキが低減され、弁体(3)に対して径方向(R)に沿って作用する応力も抑制される。
1 第1弁体部
2 第2弁体部
3 弁体
4 筒状部
5 コイルバネ(付勢部材)
7 排出油路
10 リリーフ弁
11 油圧受面
14 第1弁体の外周部、第1外周部
24 第2外周部
25 付勢部材当接部
33 被係止部
34 逃げ部
43 係止部
60 内壁
70 開口
L 軸方向
L1 軸方向第1側
L2 軸方向第2側
R 径方向
φ1 第1外径
φ2 第2外径

Claims (4)

  1. 筒状部と、前記筒状部の内壁に沿って軸方向に摺動する弁体と、前記弁体を付勢する付勢部材とを備えたリリーフ弁であって、
    前記弁体は、軸方向の一方側の軸方向第1側に油圧受面を有すると共に、前記軸方向第1側とは反対側の軸方向第2側に前記付勢部材が当接する付勢部材当接部を有し、
    前記筒状部は、前記内壁に開口部を有して径方向に貫通する排出油路を備え、
    前記排出油路の前記開口部は、前記弁体が最も前記軸方向第1側に位置している初期位置にある状態で閉塞され、前記弁体が前記初期位置よりも前記軸方向第2側に移動した開口位置にある状態で開口するように形成され、
    前記弁体が前記初期位置にある状態で前記油圧受面が油圧を受ける第1受圧面積と、前記弁体が前記開口位置にある状態で前記油圧受面が油圧を受ける第2受圧面積とが同等であり、
    前記弁体は、前記油圧受面とは異なる被係止部を有し、前記内壁は、前記被係止部を係止して前記弁体が前記軸方向第1側へ移動することを規制する係止部を有し、
    前記被係止部は、前記初期位置において前記開口部よりも前記軸方向第2側に位置し、
    前記弁体は、前記被係止部よりも前記軸方向第1側に位置する第1弁体部と、前記被係止部よりも前記軸方向第2側に位置する第2弁体部とを有し、前記第1弁体部と前記第2弁体部との境界において前記第1弁体部の外径である第1外径よりも前記第2弁体部の外径である第2外径の方が大きく、前記被係止部は、前記第1弁体部と前記第2弁体部との境界における段差によって形成され、
    前記被係止部は、前記軸方向第2側の外径に比べて、前記軸方向第1側の外径を小さくする逃げ部を備えており、
    前記筒状部は、前記第2弁体に対向する部分の前記内壁に開口を有して前記径方向に貫通する背圧逃がし孔を備え、
    前記弁体が初期位置にある状態において、前記逃げ部と前記背圧逃がし孔との少なくとも一部が前記軸方向に直交する方向から見て重複するように配置されている、リリーフ弁。
  2. 前記第1弁体部は、同一径の柱状に形成され、前記第1弁体部の外周部が前記筒状部の前記内壁を摺動する請求項に記載のリリーフ弁。
  3. 前記第1弁体部は、外径が前記第1外径で同一径の柱状であり、前記第2弁体部は、外径が前記第2外径で同一径の柱状であり、前記第1弁体部の外周部である第1外周部及び前記第2弁体部の外周部である第2外周部の双方が、前記筒状部の前記内壁を摺動する請求項又はに記載のリリーフ弁。
  4. 前記開口部は、前記筒状部の内壁の周方向に均等な間隔で複数個形成されている請求項1からの何れか一項に記載のリリーフ弁。
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