JPH056266U - リリーフ弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 十分な緩衝能力を備えるとともに、事前に多
少の圧力を受ける条件下で使用されても、その本来の能
力を確実に発揮するリリーフ弁を提供する。 【構成】 プランジャ２０とともに緩衝用ピストン５０
を備える差動式直動形リリーフ弁であるが、イ)ピストン
５０のプランジャ２０寄り端面を液室４０に臨ませる一
方、反対側の端面をダンピング室７０に臨ませ、ロ)ダン
ピング室７０側の受圧面積を液室４０側の受圧面積より
もやや小さくし、ハ)ピストン５０が無変位位置付近にあ
るときにのみ液室４０とダンピング室７０との間をつな
ぐ連通孔５１・５２を形成した。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、重量物を加・減速するたとえば建設機械用の油圧回路等に好適なリ リーフ弁で、衝撃を緩和する機能をもつものに関する。

【０００２】

【従来の技術】

建設機械における機器旋回用の油圧回路の一例を図３(ａ)・(ｂ)に示す。いず れの回路にも二つのリリーフ弁１が設けられており、油圧モータ２を停止する際 には、一のリリーフ弁１が一定限度の制動圧力を発生させる。なお、二つのリリ ーフ弁１が、モータ２の前後の管路間に向きを違えて接続された同(ａ)の回路は 一般にクロス回路などと呼ばれ、モータ２の前後の各管路とタンクへの戻り管路 との間に接続された同(ｂ)のものは絶対圧回路などと呼ばれることが多い。

【０００３】 ところで、図３の油圧回路をはじめ、重量の大きい物を駆動する回路における リリーフ弁としては、ごく一般的な直動形リリーフ弁を使用することはあまり好 ましくない。そういった普通のリリーフ弁によると、上記した制動圧力が急激に 生じるのでモータや他の駆動機器に衝撃力が発生し、機械寿命が短くなったり、 スムーズな運転が難しくなったりするからである。したがって、そのような用途 には、圧力を徐々に上昇させる（昇圧制御する）ことによって衝撃をやわらげる という、緩衝機能を有するリリーフ弁が使用される。

【０００４】 緩衝機能のあるリリーフ弁の一例は、実公昭６３−１９６６８号公報に開示さ れており、たとえば図４のように構成されている。すなわち、ケーシング１１０ の内部に、プランジャ（ポペット）１２０や第一スプリング１３０・緩衝用ピス トン１５０・第二スプリング１６０・サブピストン１８０などが組み込まれてい る。プランジャ１２０は、絞り部を含む軸方向の貫通穴１２１を有し、一次ポー トＰと戻りポートＲとの間を開閉すべく第一スプリング１３０によってシート面 １１１ａに押し付けられている。ピストン１５０は、プランジャ１２０の上記貫 通穴１２１に連通する液室１４０をはさみ、第一スプリング１３０よりもバネ力 の弱い第二スプリング１６０でプランジャ１２０（の貫通穴１２１）寄りに押さ れている。またサブピストン１８０は、上記ピストン１５０がスプリング１６０ に抗して一定以上に変位したのち接触する位置に配置されてダンピング室１７０ を構成しており、接触したピストン１５０に対して移動抵抗（ダンピング力）を 与える作用をなす。なおこの弁は、直動形であるほか、一次ポートＰから受ける 圧力と液室１４０から受ける圧力との差に基づいてプランジャ１２０が移動する いわゆる差動式リリーフ弁の範疇に属する。

【０００５】 一次ポートＰに高圧作動油が流入すると、図４のリリーフ弁はつぎのように機 能する。1)まず、バネ力の弱いスプリング１６０に抗してピストン１５０が図の 上方へ移動し、貫通穴１２１の絞り部の前後に圧力差（液室１４０側の圧力が低 い）を生じることによってプランジャ１２０をシート面１１１ａから引き離す、 2)さらにピストン１５０が移動するとサブピストン１８０に接触し、ダンピング 室１７０の作用で液室１４０の圧力が漸増することにより、プランジャ１２０と シート面１１１ａとの隙間が徐々に小さくなる、3)サブピストン１８０が移動端 に達すると、普通の直動形リリーフ弁と同様の作用でポートＰの圧力を一定に保 つ。このように、緩衝用ピストン１５０がまず移動することに基づく1)および2) の段階があるため、図４のリリーフ弁では、ポートＰの圧力の急上昇が避けられ るのである。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

図４に示す従来のリリーフ弁は、図３(ａ)の油圧回路（クロス回路）には好適 であるものの、同(ｂ)の回路（絶対圧回路）にて使用する場合には、その機能を 十分に発揮できないことがある。油圧モータ２を制動する前（つまりモータ２の 加速中）に必ず一次ポートＰの圧力が下がって緩衝用ピストン１５０の位置がリ セット（図４の状態に復帰）される図３(ａ)のリリーフ弁１に比べて、同(ｂ)の リリーフ弁１は、モータ２の加速中にもポートＰに幾分かの背圧を受けるので、 制動の前にピストン１５０が移動端（図４の上方）に達していることがあり得る からである。ピストン１５０の移動がすでに終了しておれば、図４のリリーフ弁 は前記した1)・2)の段階を経ずに機能し、ポートＰの圧力が急上昇することにな る。スプリング１６０の強さを増し、ピストン１５０を移動しにくくすることに よってこの不都合を解消しようとすると、前記1)および2)の段階の圧力が全体的 に高くなり、衝撃をやわらげるという本来の目的を果たせない。

【０００７】 一方、図３(ａ)の回路は、同(ｂ)のものに比べて回路構成そのものに多少のム ダがともなう。すなわち、モータ２の前後の管路間の圧力差のみによって機能す る二つのリリーフ弁１に加え、双方の管路の絶対圧が所定値を超えないようにす る目的で、別のリリーフ弁（オーバロードリリーフ弁。図示せず）が必要なので ある。そのため近年では、コストその他の面で有利な図３(ｂ)の回路が採用され ることが多い。言いかえれば、従来のリリーフ弁が有する上述の不都合が、避け ては通れない課題になりつつあると言える。

【０００８】 本考案の目的は、図３(ｂ)のようないわゆる絶対圧回路に適用してもその緩衝 機能を発揮できるリリーフ弁を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案のリリーフ弁は、a)絞り部を含む貫通穴を有し第一のスプリングによっ てシート面に押し付けられるプランジャと、その貫通穴を介して一次ポートに連 通する液室をはさみ、第一のスプリングよりも力の弱い第二のスプリングにてプ ランジャ寄りに押される緩衝用ピストンとを備える差動式直動形リリーフ弁であ って、b)上記ピストンの反プランジャ側の端面を囲むダンピング室を設けるとと もに、そのピストンについてダンピング室側の受圧面積（軸方向に受圧する面積 ）を上記液室側の受圧面積（同）よりもやや小さくし、かつ、そのピストンが無 変位位置付近にあるときにのみ液室とダンピング室との間をつなぐ連通孔を形成 する一方、c)ダンピング室と戻りポートとの間に、第二のスプリングに抗するピ ストンの変位に応じて開度の減少する絞り流路を設けた−ものである。

【００１０】

【作用】

上記a)に記したように、本考案のリリーフ弁は差動式の直動形リリーフ弁であ るため、一次ポート・戻りポート間の開閉、すなわちシート面に対するプランジ ャの移動は、一次ポートの圧力と第一のスプリングの力とのほか液室の圧力が関 係し、これら三者の力のバランスによって決まる。そしてこのリリーフ弁には、 従来のリリーフ弁（図４参照）と同様の緩衝用ピストンが備わっていて、前述の ようにまずそのピストンが動作し、その際、上記の力のバランスに基づいてプラ ンジャを移動することにより、同ポートの急激な圧力上昇を防止する。

【００１１】 特徴的であるのは、初期状態、つまり緩衝用ピストンが無変位位置付近にある とき、一次ポートの圧力が所定のしきい値を超えるまではそのピストンが動作し ないことである。それはつぎのように説明される。すなわち、イ)上記b)のとおり ピストンの両端面はそれぞれ液室およびダンピング室に臨んでいるが、ピストン が無変位位置付近にあるときには両室が連通孔にてつながっており、ピストンに は、両室からほぼ同じ大きさの力が向き合って（ダンピング室側からの力は第二 のスプリングの力の向きと同じ）同時に作用する。ロ)ダンピング室側からのピス トンの受圧面積は、液室側からの受圧面積に比べてわずかだけ小さい。ハ)そのた め、無変位位置付近にあるピストンを第二のスプリングに抗して移動しようとす る力は、流体の圧力をピストン両側の受圧面積の差に乗じた値となり、比較的小 さい。ニ)したがって、無変位位置付近にあるピストンは、一次ポートから液室・ ダンピング室に相当な（上記のしきい値に相当する）圧力が作用するまで移動を 開始しない。しきい値としてのこの圧力を、各受圧面積やバネ力の設定によって 適当に定めておけば、たとえば図３(ｂ)の回路に本リリーフ弁が設けられて事前 に背圧などを受ける場合にも、本来の機能を果たす前にピストンが移動し終わっ てしまうことはない。つまり、本考案のリリーフ弁では、ピストンによる本来の 緩衝作用が確実に発揮されることになる。

【００１２】 一次ポートの圧力が所定のしきい値を超えて上記のピストンが無変位位置付近 から移動すると、液室・ダンピング室間の上記連通孔が閉じてダンピング室が液 室と分離された状態になり、液室の圧力は、ダンピング室の側からはピストンに 作用しなくなる。そのため、以後、第二のスプリングに抗してピストンを移動す るための液室の圧力（したがって第一のスプリングに抗してプランジャを移動す る一次ポートの圧力も）は、上記のしきい値によって何ら拘束されない。第二の スプリングを強くする場合（前記。バネ力に拘束されて、ピストンは、移動開始 時に限らず常に移動しにくくなる）よりも上記b)の手段が好ましいのはこの点に ある。

【００１３】 そして本考案のリリーフ弁では、上記のように無変位位置付近から移動したピ ストンに対し、その移動量（変位）に応じてダンピング力（移動抵抗）が増加し ながら作用する。この力は、上記c)の絞り流路に基づきダンピング室にて上昇す る圧力によるものだが、ダンピング室の圧力がこうして増加することは、それと バランスして決まる液室の圧力、さらには一次ポートの圧力が、同様に徐々に増 加する（昇圧制御される）ことを意味し、一次ポートから高圧流体が流入すると き衝撃的な圧力上昇が避けられることにほかならない。

【００１４】 緩衝用ピストンによって吸収されるエネルギーは、一般に、そのピストンが受 ける圧力と受圧面積、ピストンの移動ストロークとの三者の積に比例するが、上 記のように移動するピストンについては、それらの三者をいずれも大きな値にと ることができる。たとえば、ピストンの受圧面積は、前記したとおり移動開始後 に連通孔が閉じて実質的に広くなっているほか、圧力や移動ストロークは、ピス トンの変位に応じた絞り流路の開度減少のさせ方によって自在に増やすことがで きる。このため、本考案のリリーフ弁には十分な緩衝能力が備わっていると言っ てよい。

【００１５】

【実施例】

本考案の実施例であるリリーフ弁について、図１に縦断面図を示す。このリリ ーフ弁は、建設機械などにおいて重量物を駆動する油圧アクチュエータの前後に 接続されるもので、たとえば図３(ｂ)の回路におけるリリーフ弁１として使用し ても衝撃的な圧力上昇を起こさないよう構成されたものである。

【００１６】 図１に示すように、このリリーフ弁では、ケーシング１０とプランジャ２０・ 第一スプリング３０・緩衝用ピストン５０・第二スプリング６０などが主な構成 部品であり、それらによって液室４０やダンピング室７０などがケーシング１０ の内部に形成されている。以下、まずはこれらの各部品・部分を説明する。

【００１７】 ケーシング１０： 一次ポートＰおよび戻りポートＲを有する容器で、シート １１や調整プラグ１２・固定用ナット１３・スリーブ１４・キャップ１５などを 図のように付属し、必要な箇所にＯリングを備えている。スリーブ１４を中心に 形成された作動油の流路の類については後に述べる。

【００１８】 プランジャ２０： 図の下方の先端部が上記シート１１のシート面１１ａに密 接するよう、ケーシング１０（プラグ１２）の内側に摺動自在に設けられた軸状 体で、軸心部分に貫通穴２１を有し、その穴２１の一部に絞り部２１ａが備わっ ている。シート面１１ａとの密接部分と、液室４０に臨む部分との直径を、図の ようにそれぞれｄ₁ 、ｄ₂ とする。

【００１９】 第一スプリング３０： プランジャ２０をシート面１１ａに押し付けるべく、 プランジャ２０とプラグ１２との間に配置されている。バネ力をＦとする。

【００２０】 液室４０： ケーシング１０の内部で、プランジャ２０の上端部と下記ピスト ン５０の下端部との間に設けられた空間である。プランジャ２０が備える貫通穴 ２１を介して、この液室４０は一次ポートＰにつながっている。

【００２１】 緩衝用ピストン５０： スリーブ１４の内側で、プランジャ２０と同じ軸心方 向に摺動自在に設けられた軸状体である。上記の液室４０をはさんで、図のよう にプランジャ２０のすぐ上に配置されている。下部側面に半径方向の連通孔５１ を有し、それに通じる位置から軸方向に連通孔５２が形成されて反プランジャ側 の端面に開口（逆止用の球つき）している。またこのピストン５０は、図のとお り段つき（外径の大小部分がある）の軸状体として形成され、スリーブ１４上の ダンピング室７０（後述）に臨む軸方向の投影面積（受圧面積。直径ｄ₄ ）は、 液室４０に臨む同様の面積（直径ｄ₃ ）よりもわずかに小さい。

【００２２】 第二スプリング６０： プランジャ２０寄り、つまり液室４０の容積を小さく する向きに、座６１を介してピストン５０を押すもので、キャップ１５の内側に 配置されている。座６１には、ピストン５０の連通孔５１・５２につながる連通 孔６２があいている。バネ力をｆ（＜Ｆ）とする。

【００２３】 ダンピング室７０： 第二スプリング６０などが配置されているキャップ１５ の内側の空間である。ピストン５０における反プランジャ側の端面を囲むため、 このダンピング室７０の圧力はピストン５０をプランジャ２０寄りに押すことに なる。

【００２４】 ところで、ピストン５０の外側に配置されたスリーブ１４やその周辺の部材間 には、作動油の流路等がつぎのように形成されている。第一に、スリーブ１４の 内径が図の下方部分に限って多少拡大されることにより、その部分とピストン５ ０との間に、液室４０とつながった環状の隙間４０ａができている。このため液 室４０の圧力は、ピストン５０が無変位位置（スプリング６０に抗しては移動し ない位置）付近にあるときにのみ、連通孔５１から連通孔５２・６２を経てダン ピング室７０に伝わる。

【００２５】 第二に、ダンピング室７０と戻りポートＲとの間は、図１の拡大部分などに示 すように、小隙間５５ａや大隙間５５ｂまたは小隙間５５ｃ（これらはピストン ５０・スリーブ１４間にあり）、通孔１４ａ・１４ｂ（スリーブ１４にあり）、 隙間１４ｃ・スリット１４ｄ・環状溝１４ｅ（スリーブ１４と外側のキャップ１ ５やプラグ１２との間にあり）、通孔１２ａ・１２ｂ（プラグ１２にあり）、お よび穴１０ａ（ケーシング１０にあり）を介して接続されている。ピストン５０ が図の上方へ少し移動すると、大隙間５５ｂの部分がスリーブ１４の上端へ突出 するので、ダンピング室７０の作動油はその大隙間５５ｂを通り、多少の抵抗を 受けながら通孔１４ａに流入し、さらに隙間１４ｃやスリット１４ｄなど上記の 通路を経てポートＲに至る。しかしさらにピストン５０が上方へ移動すると、小 隙間５５ｃが通孔１４ａの前面に来て流路抵抗を増大させる。つまり上記した一 連の作動油流路は、ピストン５０の変位に応じて開度が減少する絞り流路である といえる。

【００２６】 さてこのリリーフ弁では、一次ポートＰに圧力がほとんどかからないうちは、 図１のとおり、スプリング３０の力によってプランジャ２０がシート面１１ａに 押し付けられてポートＰ・Ｒ間を閉じ、緩衝用ピストン５０もスプリング６０に よって図の下方の無変位位置にある。しかし、ポートＰに高圧の作動油が送られ てくる場合、本リリーフ弁はつぎのように機能する。

【００２７】 ポートＰの圧力ｐ₁ と液室４０の圧力ｐ₂ とが所定値（下記の圧力）に なるまでは、プランジャ２０・ピストン５０ともに上記の位置から移動しない。 なぜなら、図の上向きの力（下記第一の式の左辺）と下向きの力（同式の右辺） との関係が、ピストン５０については（隙間４０ａと連通孔５１・５２・６２を 介して液室４０の圧力ｐ₂ がダンピング室７０にもかかることから） πｄ₃ ²ｐ₂／４ ＜ πｄ₄ ²ｐ₂／４ ＋ ｆ ∴ π（ｄ₃ ²−ｄ₄ ²）ｐ₂／４ ＜ ｆ で、プランジャ２０については（同様に左辺・右辺をとって） πｄ₁ ²ｐ₁／４ ＜ πｄ₂ ²ｐ₂／４ ＋ Ｆ となっているからである。

【００２８】 本リリーフ弁を、たとえば図３(ｂ)の油圧回路に用いるなど事前に多少の圧力 を受ける条件下で使用する場合、このの範囲を適当に設定しておけば、ピスト ン５０の事前の移動が防止され、必ず下記・の段階を経てピストン５０によ る緩衝作用が発揮される。

【００２９】 ポートＰの圧力ｐ₁ とともに液室４０の圧力ｐ₂ が上昇すると、比較的バ ネ力の弱い第二スプリング６０に抗してピストン５０が図の上方へ移動し、いわ ゆる低圧緩衝作用が始まる。このとき、上記のような力の関係は、ピストン５０ について πｄ₃ ²ｐ₂／４ ＝ πｄ₄ ²ｐ₂／４ ＋ ｆ となる。貫通穴２１の絞り部２１ａを作動油が通過するため圧力ｐ₂ が低下し、 それによりプランジャ２０は πｄ₁ ²ｐ₁／４ ＝ πｄ₂ ²ｐ₂／４ ＋ Ｆ となるまで上方へ移動する。つまり、ポートＰ・Ｒ間を開く。

【００３０】 ピストン５０が上方へ移動を開始するとすぐに、連通孔５１が隙間４０ａ を外れて塞がれ、ダンピング室７０内は液室４０の圧力ｐ₂ と異なる圧力ｐ₃ と なる。したがって、以後、下記までは、ピストン５０が πｄ₃ ²ｐ₂／４ ＝ πｄ₄ ²ｐ₃／４ ＋ ｆ を満たすように変位し、プランジャ２０についても πｄ₁ ²ｐ₁／４ ＝ πｄ₂ ²ｐ₂／４ ＋ Ｆ ∴ πｄ₁ ²ｐ₁／４ ＝ πｄ₂ ²ｄ₄ ²ｐ₃／４ｄ₃ ² ＋ ｄ₂ ²ｆ／ｄ₃ ² ＋ Ｆ のようになる。つまり、この間、ポートＰの圧力ｐ₁ がダンピング室７０の圧力 ｐ₃ によって決まることになる。このリリーフ弁では、圧力ｐ₃ が下記−1)・ 2)のように制御されて、圧力ｐ₁ の衝撃的な上昇が防止される。

【００３１】 −1) ピストン５０が少し移動すると、スリーブ１４・ピストン５０間の大 隙間５５ｂの部分がスリーブ１４の上端へ突出するので、ダンピング室７０の作 動油はその大隙間５５ｂから通孔１４ａに流入し、隙間１４ｃやスリット１４ｄ ・溝１４ｅ・通孔１２ａ・同１２ｂ・穴１０ａを経て戻りポートＲに至る。これ らの流路で生じる抵抗によってダンピング室７０の圧力ｐ₃ が決まり、前記の式 にしたがって一次ポートＰの圧力ｐ₁ が定まる。

【００３２】 −2) さらにピストン５０が図の上方へ移動すると、小隙間５５ｃが通孔１ ４ａの前面にせり上がり、しかも、通孔１４ａに入るまでに作動油が小隙間５５ ｃを通過する距離は、ピストン５０の移動とともに次第に長くなる。このため、 ダンピング室７０からポートＲまでの流路抵抗がピストン５０の変位につれて増 大し、ピストン５０に対するダンピング力としてはたらくダンピング室７０の圧 力ｐ₃ が漸増する。これによって、一次ポートＰの圧力ｐ₁ も次第に上昇する。

【００３３】 ピストン５０が上端位置（段部５４がスリーブ１４の段部に当たる位置） まで移動すると、ピストン５０による緩衝作用は終了し、このリリーフ弁は、ポ ートＰの圧力ｐ₁ を一定に保つという通常の直動形リリーフ弁と同様の機能をす る。

【００３４】 上の〜に述べた本リリーフ弁のポートＰの圧力ｐ₁ の変化は、グラフに表 わすと図２のようになる。図中に〜で示す各時間範囲は、上記の説明に対応 する各期間である。

【００３５】 以上、一実施例を紹介したが、本考案はこの例に限ったものではない。たとえ ば、ダンピング室の圧力を徐々に増すための絞り流路は、図１のもの以外にも種 々の態様で形成可能である。また考案のリリーフ弁を使用する流体圧回路につい ても、図３(ｂ)のものには限らない。図３(ａ)の回路にも使用できることは言う までもないが、アクチュエータとして油圧シリンダを含む回路などにも適用でき る。

【００３６】

【考案の効果】

本考案のリリーフ弁は、流体圧アクチュエータの背圧など多少の圧力を事前に 受ける条件下で使用されても、本来の緩衝作用を確実に発揮する。なお、この利 点は、一次ポートの圧力が所定値に達するまで緩衝用ピストンを動作させないこ とによってもたらされているが、本来の緩衝能力は一切犠牲にされていない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例であるリリーフ弁の縦断面図で
ある。

【図２】図１のリリーフ弁による一次ポート圧力の時間
的変化を表わす線図である。

【図３】本考案のリリーフ弁などが使用される油圧回路
の一例を示す。図３(ａ)はいわゆるクロス回路、同(ｂ)
はいわゆる絶対圧回路である。

【図４】従来のリリーフ弁を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１０ ケーシング １１ａ シート面 ２０ プランジャ ２１ 貫通穴 ３０ 第一スプリング ４０ 液室 ５０ 緩衝用ピストン ５１・５２ 連通孔 ６０ 第二スプリング ７０ ダンピング室

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 【請求項１】 絞り部を含む貫通穴を有し第一のスプリ
   ングによってシート面に押し付けられるプランジャと、
   その貫通穴を介して一次ポートに連通する液室をはさ
   み、第一のスプリングよりも力の弱い第二のスプリング
   にてプランジャ寄りに押される緩衝用ピストンとを備え
   る差動式直動形リリーフ弁であって、 上記ピストンの反プランジャ側の端面を囲むダンピング
   室を設けるとともに、そのピストンについてダンピング
   室側の受圧面積を上記液室側の受圧面積よりもやや小さ
   くし、かつ、そのピストンが無変位位置付近にあるとき
   にのみ液室とダンピング室との間をつなぐ連通孔を形成
   する一方、 ダンピング室と戻りポートとの間に、第二のスプリング
   に抗するピストンの変位に応じて開度の減少する絞り流
   路を設けたことを特徴とするリリーフ弁。