JP7440236B2 - リリーフ弁機構およびこれを備えたチャック用シリンダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、リリーフ弁機構およびこれを備えたチャック用シリンダ装置に関する。

リリーフ弁機構は、一般的に油圧回路に組み込まれ、通常は閉弁状態であるが、一方の空間の圧力が所定圧力以上になると、開弁状態となっていき、それによって他方の空間へ圧力が逃げていき、圧力が減少して所定圧力以下になると閉弁状態になる機構である。
このようなリリーフ弁機構は、産業機械、工作機械、食品機械など様々な用途で使用されるが、ここでは一例として工作機械を用いて説明していく

工作機械で使用されるチャック用シリンダ装置には、シリンダ内部の圧力が異常に高くなった（所定圧より上昇した）際に、作動油を一方のピストン室６２からピストン６３の反対側の他方のピストン室６２へ逃がす一対のリリーフ弁機構が内蔵されている。これら一対のリリーフ弁機構は、ピストンにシリンダ軸線と平行に、且つ、シリンダ軸線と互いに対称になるように組み付けられている（特許文献１の図４参照）。また、一対のリリーフ弁機構の組み付け方向は、一方のリリーフ弁機構は、他方のリリーフ弁機構と反対方向に組み付けられている。

本願の図３は、従来のリリーフ弁機構の一例を示す図であり、リリーフ弁は閉状態を示している。図３に示すように、リリーフ弁機構は、主にハウジング４１とリリーフ弁４２とリリーフばね４３と止め螺子４４とで構成されている。なお、以下、図を正視した際の左側を「後方」、右側を「前方」という場合がある。

ハウジング４１は、筒状形状の鉄系材料で形成されており、後方端面には、リリーフ孔ＩＮ４５がハウジング４１内部まで貫通して形成されている。また、ハウジング４１の軸方向における中途部の外周面には、リリーフ孔ＯＵＴ４９がハウジング４１内部まで貫通して形成されている。

ハウジング４１の内部には後方から前方にむけて、リリーフ弁４２と、リリーフばね４３と、止め螺子４４とが連続して配設されている。換言すると、リリーフ弁４２はリリーフ弁格納部４６に、リリーフばね４３はリリーフばね格納部４７に、それぞれ格納されており、止め螺子４４は、止め螺子格納部４８に螺合されている。

したがって、リリーフ弁４２は、リリーフばね４３によって後方へ付勢された（シート部Ｒに着座した）状態で止め螺子４４で固定されている。また、その際、リリーフ弁４２とリリーフ弁格納部４６との間には、リリーフ弁が移動可能に片方に隙間β１を設けている。なお、図３ではリリーフ弁格納部４６とリリーフばね格納部４７の径は同じ径としている。

このようなリリーフ弁機構の構成によって、リリーフ弁４２がリリーフばね４３による押圧力でリリーフ孔ＩＮ４５に接圧された状態では、このリリーフ弁４２によってリリーフ孔ＩＮ４５とリリーフ弁４２との間が閉鎖（閉弁状態）されて、リリーフ孔ＩＮ４５側の作動油がリリーフ孔ＯＵＴ４９から流出されない。

しかし、シリンダ内部の圧力が所定圧より上昇してリリーフばね４３の押圧力よりも大きくなると、リリーフ弁４２がリリーフばね４３に抗して前方に押し下げられて（開弁状態）、シート部Ｒとリリーフ弁４２との間にスキマが生じ、このスキマを経てリリーフ孔ＯＵＴ４９へ圧を逃がすことができる。

特開平９－１４０８号公報（図４）

ところで、図３に示すリリーフ弁機構４は、リリーフ弁を移動可能にする目的以外に、製作の容易性及び安価な製作を実現するために、リリーフ弁格納部４６とリリーフばね格納部４７とを同径サイズとしている。

しかしながら、リリーフ弁４２の作動領域においてリリーフばね格納部４７とリリーフばね４３との間隙部より、リリーフ弁格納部４６とリリーフ弁４２との隙間β１の方が大きくなっているため、隙間β１によってリリーフ弁４２の動き代は三次元に亘り大きく、閉弁状態から開弁状態になったのちに、シート部Ｒに再び着座（以下、「レシート」という場合がある。）しようとした際、リリーフ弁４２がレシートし難い場合があった。

本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、その主な目的は、リリーフ弁が作動しても確実にレシートするリリーフ弁機構を提供することを目的とする。

本発明によれば、ハウジングと、リリーフ弁と、シート部と、付勢部材とを備え、前記ハウジングは、略円筒状に形成され、前記リリーフ弁は、前記ハウジング内に配設され、前記シート部は、前記ハウジング内に前記リリーフ弁が着座可能に設けられ、前記付勢部材は、前記リリーフ弁を前記シート部の方向に付勢する、リリーフ弁機構であって、ハウジング内には、一端面から作動油を流入可能な入力部と、該入力部より径大であり、且つ前記リリーフ弁を作動可能に案内するガイド部と、が段差状に連続して形成され、前記入力部と前記ガイド部との段差部位は、傾斜（テーパ）状に形成され、前記シート部が、前記入力部と前記段差部位との境界部であり、前記リリーフ弁が前記シート部（境界部）に接触した際の接線間の接線角度と、前記段差部位間の傾斜（テーパ）角度とを同角度とした、リリーフ弁機構が提供される。

本発明に係るリリーフ弁機構では、ガイド部によってレシート時に確実にシート部に戻ることができる。また、さらにシート部が傾斜（テーパ）面でなく境界部であるため、当りの範囲は狭く、線接触する位置が安定するので、確実にレシートすることができる。

好ましくは、リリーフ弁機構において、前記リリーフ弁が球状のボールである、リリーフ弁機構が提供される。

好ましくは、チャック用シリンダ装置であって、シリンダ本体とピストンとを備え、前記シリンダ本体内には、シリンダ室が形成され、前記ピストンは、前記シリンダ室を第１空間と第２空間とに区画し、前記ピストンの区画部に、請求項１又は２に記載のリリーフ弁機構を備えている、チャック用シリンダ装置が提供される。

本発明によれば、リリーフ弁が作動しても確実にレシートするリリーフ弁機構を提供することができる。

チャック用シリンダ装置の一部断面を示す模式図。 リリーフ弁機構の一例を示す図であり、別途、図の一部を拡大している。 従来のリリーフ弁機構の一例を示す図。 リリーフ弁機構の動作の一例を示す図。

リリーフ弁機構の好適な実施形態について、図面を用いて具体的に説明する。以下においては、便宜上、チャック用シリンダ装置に組み込んだリリーフ弁機構を例に挙げて説明するが、それ以外の油圧回路を有する装置にも好適に組み込むことができる。また、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではないし、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。なお、以下、図を正視した際の左側を「後方」、右側を「前方」という場合がある。

１．チャック用シリンダ装置の概略構成
第１節では、チャック用シリンダ装置１の概略構成を説明する。図１は、チャック用シリンダ装置の一部断面を示す模式図である。

図１に示すように、チャック用シリンダ装置１は、旋盤等の工作機械に取り付けられるチャック装置（図示せず）にシリンダ推力を伝達するものであり、シリンダ本体２とピストン３とリリーフ弁機構４とを備えている。

シリンダ本体２は、円筒状をなす回転軸部２ａと、この回転軸部２ａの一端に連続して設けられる、円盤状をなす回転円盤部２ｂとを備えている。
また、各中心線は、回転軸線Ｊと一致した状態で固定されており、シリンダ本体２は、回転軸線Ｊ周りに回転可能となっている。

シリンダ本体２内には、スライド孔２０が形成され、回転円盤部２ｂには、回転軸線Ｊ周りに環状に延在し、且つスライド孔２０に開口するシリンダ室１０が形成されている。

スライド孔２０には、ピストン３が回転軸線Ｊに沿って移動可能に嵌挿されている。

ピストン３は、筒中心線が回転軸線Ｊに一致する円筒部３ａと、円筒部３ａの外周面から回転軸線Ｊ周りに環状に延在するフランジ部３ｂとを備えている。
フランジ部３ｂは、シリンダ室１０に収容されており、シリンダ室１０を回転軸線Ｊの延長方向に第１空間１０ａと第２空間１０ｂとに区画するように構成されている。

リリーフ弁機構４は、第１リリーフ弁機構４ａと第２リリーフ弁機構４ｂとの一対から構成され、内部構造は後述するが、フランジ部３ｂに回転軸線Ｊに対し、対称になるように嵌挿されている。また、嵌挿方向は互いに反対方向から行なっている。換言すると、フランジ部３ｂ（ピストン３）には、第２リリーフ弁機構４ｂが第１空間１０ａ側から第２空間１０ｂ側方向へ回転軸線Ｊに沿って嵌挿され、第１リリーフ弁機構４ａが第２空間１０ｂ側から第１空間１０ａ側方向へ回転軸線Ｊに沿って嵌挿されており、各リリーフ弁機構４ａ，４ｂは回転軸線Ｊに対し、対称となるように配設されている。

２．リリーフ弁機構
第２節では、リリーフ弁機構の内部構造を詳細に説明する。図２は、リリーフ弁機構の一例を示す図であり、別途、図の一部を拡大している。

リリーフ弁機構４は、設定圧で自動的に開いて圧力を下げる機能を備えたもので、例として、チャック用シリンダ装置では、シリンダ室１０の第１空間１０ａの圧力が所定の圧力より上がると第１リリーフ弁機構４ａが開弁し、第２空間１０ｂに圧力を逃がしていき、所定の圧力になると閉弁するようになっている。同様に、第２空間１０ｂの圧力が所定の圧力より上がると、第２リリーフ弁機構４ｂが開弁し、第１空間１０ａに圧力を逃がしていき、所定の圧力になると閉弁するようになっている。

図２に示すように、リリーフ弁機構４は、主にハウジング４１とリリーフ弁４２とリリーフばね（付勢部材の一例）４３と止め螺子４４とシート部Ｐとを備えている。

ハウジング４１は、略円筒状の鉄系材料からなり、他端（前方）の外周面には、外側方に突出するとともに回転軸線Ｊ周りに環状に延在するフランジ部４１ａを備えている。
ハウジング４１内には、後方（一端）側から前方（他端）側にむけて順に、リリーフ孔ＩＮ（入力部の一例）４５と、リリーフ孔ＩＮ４５より径大なリリーフ弁格納部（ガイド部の一例）４６と、リリーフ弁格納部４６より径大なリリーフばね格納部４７と、リリーフばね格納部４７より径大な止め螺子格納部４８とが連続して段差状に形成されている。
そして、リリーフ弁格納部４６には、リリーフ弁４２が格納されており、リリーフばね格納部４７には、リリーフばね４３が格納されており、止め螺子格納部４８には、止め螺子４４が螺合されている。

また、ハウジング４１は、軸方向における中途部に、開弁状態において一方の空間からリリーフ孔ＩＮ４５を経由して逃げてきた作動油を他方の空間に排出するためのリリーフ孔ＯＵＴ４９が連通して設けられている。

リリーフ弁４２は、球状のボールで形成されている。なお、球状に限らず、略円錐状または円錐台状などであっても構わない。また、ボールの材質は、本実施形態ではスチール材としているが、それ以外に、ステンレス、黄銅、ナイロン、ウレタン、クローム、セラミック、ジュラコン、ポリプロピレン、テフロン（登録商標）であっても構わない。
シート部Ｐは、詳細は後述するがハウジング４１内にリリーフ弁４２が着座可能に設けられている。
リリーフばね４３は、後方（一端）側がリリーフ弁４２をシート部Ｐの方向に押圧するようになされており、前方（他端）側は、止め螺子４４で閉鎖して固定されている。

すなわち、リリーフ弁機構４の内部構造は、リリーフ弁格納部４６にリリーフ弁４２が格納され、それをリリーフばね４３がリリーフ孔ＩＮ４５方向へ付勢させ、その状態を止め螺子４４で維持すべく固定している。

３．リリーフ弁格納部（ガイド部の一例）
第３節では、リリーフ弁格納部４６を詳細に説明する。リリーフ弁格納部４６は、ハウジング４１の軸線Ｊ１に沿って延在するガイド面４６ｂと、詳細は後述する傾斜面４６ａとを備えている。
ガイド面４６ｂは、リリーフ弁４２が開閉した際に、略水平（軸線Ｊ１に沿って）移動可能に、且つレシートを容易にするための案内として設けられている。正確に案内するためには、リリーフ弁４２とガイド面４６ｂとの隙間をなくす（同径サイズにする）ことが好ましいが、弁の開閉時に確実に作動させるために、リリーフ弁４２とガイド面４６ｂとの間に敢えて微小な隙間βを設けている。本実施形態では、この隙間βはリリーフばね４３とリリーフばね格納部４７との間の間隙部と略同等サイズとしている。

隙間βの最小値は、リリーフ弁４２が確実に水平移動可能であれば良い。例えば、０．０５～０．２ｍｍが選択される。具体的には例えば、０．０５、０．０６、０．０７、０．０８、０．０９、０．１、０．１１、０．１２、０．１３、０．１４、０．１５、０．１６、０．１７、０．１８、０．１９、０．２であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であっても良い。

このように、この隙間βによって、リリーフ弁機構４が作動して開弁した際、リリーフ弁格納部４６に案内されて、略水平移動することができる。また、開弁状態から閉弁状態になる際においても、リリーフ弁格納部４６に案内されて、確実にレシートすることができる。

ところで、上述のように、リリーフ弁格納部４６は、リリーフ孔ＩＮ４５より径大であり、且つ段差状に連続して形成されている。本実施形態では、リリーフ孔ＩＮ４５の段とリリーフ弁格納部４６との段に移行する過程の変化領域群を「段差部位」とし、段差部位は、後方から前方にいくにつれて、軸線Ｊ１から離れていく傾斜（テーパ）状として形成されている。すなわち、上述の傾斜面４６は、この傾斜（テーパ）状に形成された面のことを指している。なお、段差部位が、階段状のように、軸線Ｊ１に対して垂直な方向に設けられていないところに留意されたい。

４．シート部
第４節では、リリーフ弁４２がハウジング４１内に着座するシート部（以下、接点ともいう）Ｐについて詳細に説明する。
本実施形態のシート部Ｐは、リリーフ孔ＩＮ４５の他端（下流）側と傾斜面４６ａ（段差部位）の一端（上流）側との境界部に設けている。なお、シート部Ｐが傾斜面４６ａ上に設けられていないことに留意されたい。なお、ここで上流及び下流は、作動油が流れていく方向のことをいい、リリーフ孔ＩＮ４５において、一端側を上流側、他端側を下流側といい、同様に、傾斜面４６ａにおいて一端側を上流側、他端側を下流側という。

また、その際、リリーフ弁４２がシート部Ｐに接触した際の接線Ｑ間の接線角度αと、傾斜面４６ａ間の傾斜（テーパ）角度α１とを同角度としている。
別の言い方をすれば、シート部Ｐと接点は同じ箇所であり、リリーフ弁４２がシート部Ｐに接触した際の接線Ｑと傾斜面４６ａは、同一線上となるようにしている。

このように境界部をシート部Ｐにし、且つ接線Ｑ間の接線角度αと、傾斜面４６ａ間の傾斜（テーパ）角度α１とを同角度とすることによって、圧力を逃がすときのリリーフ弁４２周囲の隙間の狭い範囲が長くなるので油の流速の差は小さくなり、リリーフ弁４２がシート部に戻る際に油の流れの影響を受けることなく、確実にレシートすることができるという格別な効果を奏する。

次に、シリンダ内の圧力が上昇し、閉弁状態のリリーフ弁４２が開弁状態となり、減圧されたのちにレシートするまでの動作について図４を用いて説明する。図４はレシート動作を示した図であり、図４（ａ）は、シリンダ内の内圧によってボールを押す力Ｆ２（以下、力Ｆ２という）よりバネ押付け力Ｆ１（以下、力Ｆ１という）の方が強い状態、図４（ｂ）は、力Ｆ２と力Ｆ１とが釣り合った状態、図４（ｃ）は、レシート時の状態をそれぞれ示している。
図４に示すように、図４（ａ）の力Ｆ１の方が力Ｆ２より強く、シート部Ｐに着座している状態で、力Ｆ２が高くなってくると、リリーフ弁４２がリリーフばね４３に抗って、前方に水平移動していく。と同時に、間隙部が生じ、作動油がリリーフばね４３側に流れていく。それによって、所定時間が経つと図４（ｂ）のように、シリンダ内の内圧が減圧されていき、力Ｆ２と力Ｆ１とが釣り合った状態となる。さらに作動油が間隙部から流出していくと、シリンダ内の内圧がさらに減圧されていき、図４（ｃ）のように、力Ｆ１によってリリーフ弁４２がシート部Ｐにレシートする。この際、ガイド部４６ｂによって、確実にリリーフ弁４２は水平移動することができ、さらに、シート部Ｐから傾斜面ａ近傍では油の流れの影響を受けにくいため、リリーフ弁４２はシート部Ｐに戻り、確実にレシートすることができる。

５．結言
以上のように、本実施形態によれば、リリーフ弁が作動しても確実にレシートさせ、且つ部品点数を増やすことなくシンプルな構成で安価なリリーフ弁機構を提供することができる。

かかるリリーフ弁機構は、ハウジングと、リリーフ弁と、シート部と、付勢部材とを備え、ハウジングは、略円筒状に形成され、リリーフ弁は、ハウジング内に配設され、シート部は、ハウジング内にリリーフ弁が着座可能に設けられ、付勢部材は、リリーフ弁をシート部の方向に付勢する、リリーフ弁機構であって、ハウジング内には、一端面から作動油を流入可能な入力部と、入力部より径大であり、且つリリーフ弁を作動可能に案内するガイド部とが段差状に連続して形成され、入力部とガイド部との段差部位は、傾斜（テーパ）状に形成され、シート部が、入力部と段差部位との境界部であり、リリーフ弁がシート部（境界部）に接触した際の接線間の接線角度と、段差部位間の傾斜（テーパ）角度とを同角度としている。

１ チャック用シリンダ装置
２ シリンダ本体
２ａ 回転軸部
２ｂ 回転円盤部
３ ピストン
３ａ 円筒部
３ｂ フランジ部
４ リリーフ弁機構
４ａ 第１リリーフ弁機構
４ｂ 第２リリーフ弁機構
１０ シリンダ室
１０ａ 第１空間
１０ｂ 第２空間
２０ スライド孔
４１ ハウジング
４２ リリーフ弁
４３ リリーフばね
４４ 止め螺子
４５ リリーフ孔ＩＮ（入力部）
４６ リリーフ弁格納部
４７ リリーフばね格納部
４８ 止め螺子格納部
４９ リリーフ孔ＯＵＴ
Ｊ 回転軸線

Claims (1)

1. ハウジングと、リリーフ弁と、シート部と、付勢部材とを備え、
   前記ハウジングは、略円筒状に形成され、
   前記リリーフ弁は、前記ハウジング内に配設され、
   前記シート部は、前記ハウジング内に前記リリーフ弁が着座可能に設けられ、
   前記付勢部材は、前記リリーフ弁を前記シート部の方向に付勢する、
   リリーフ弁機構であって、
   ハウジング内には、一端面から作動油を流入可能な入力部と、該入力部より径大であり、且つ前記リリーフ弁を作動可能に案内するリリーフ弁格納部と、該リリーフ弁格納部より径大なリリーフばね格納部と、が段差状に連続して形成され、
   前記リリーフ弁格納部は、ガイド面と傾斜面とを備え、
   前記ガイド面と前記リリーフ弁との間には微少な隙間が設けられ、
   前記リリーフばね格納部と付勢部材との間には微少な隙間が設けられ、
   前記入力部と前記ガイド面との段差部位には前記傾斜面が設けられ、
   前記シート部が、前記入力部と前記傾斜面との境界部であり、
   前記リリーフ弁が前記シート部（境界部）に接触した際の接線間の接線角度と、前記傾斜面間の傾斜（テーパ）角度とを同角度とした、
   リリーフ弁機構。

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