JPH063245Y2 - ポペット弁 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、通過する流体をポペット流体として利用し開
度を制御するポペット弁に係り、メータアウト回路に使
用してアクチュエータのキャビテーションを防止する機
能を合せ持つポペット弁に関する。

［従来の技術］ 従来この種のポペット弁としては、特開昭５５−１４９
４６６号公報にＦＩＧ−３を示して開示されたものがあ
り、これを第４図により説明する。弁体４に設けた弁座
１２に比較的小さな弾圧力のバネ７によってポペット２
の座面２１を着座させ、ポペット２に穿設した孔にパイ
ロットスプール８を摺動自在に嵌装している。パイロッ
トスプール８の後端部はバネ６に付勢されたピストン３
６を形成しバネ６に対向して印加される制御圧力に応じ
てパイロットスプール８を図の上方へ移動させ、パイロ
ットスプール８に設けられポペット２との相対位置が常
態からずれると開口する連通路１６を介しポペット２の
背室１１の圧油をタンク３４へ放出する。負荷ポート１
３とポペット背面とは絞り１５を介して連通し、ポペッ
ト２の背室１１の圧油がタンクへ放出されるとこれを補
填する圧油が絞り１５を通って流れ、絞り１５の通過に
よって生ずる圧力差がポペット２を前記連通路１６の開
口が閉ざされる位置まで移動させることによりポペット
弁が制御圧力に応じて開口される。

制御圧を下げポペット弁を閉止した状態で負荷ポート１
３側にキャビテーション発生の微候が現れるとタンクポ
ート１４側との差圧がバネ７の弾圧力に抗してポペット
２を押し開いてタンク３４の圧油を負荷ポート１３側へ
押し込む。

３７はポペット２を主弁とするパイロットオペレート型
リリーフ弁のパイロット弁であるが本発明に関わりがな
いので可動部分が図示位置に固定されたままの状態だけ
を考慮すればよく、この場合パイロット弁に関する回路
が存在しないのと等価であるので説明を省略する。

以上述べたようにポペット弁は制御圧力に応じて開口を
制御して負荷ポート１３とタンクポート１４の間を連通
・遮断するとともに通過する圧油の流量を計量・制御す
る他、負荷ポート側のキャビテーションを防止するいわ
ゆるアンチキャビテーション弁の機能を兼ね備えるもの
である。

［考案が解決しようとする課題］ しかし乍ら上記の構成では、負荷ポートとタンクポート
との間を液密的に遮断するために、弁体の弁座とポペッ
トの座面のシート部分の他に重要な役割を果たす部分の
一つとして、ポペットの穿設した孔とパイロットスプー
ルとの間の摺動嵌合部があるが、パイロットスプールは
負荷ポートと連通したポペット背室とタンク間を開閉す
る弁の機能を持つ必要性があることから、洩れに対して
有利な細径化には限度があり、かつ、パイロットスプー
ルの嵌合するラップ量を長大化することは嵌合部の摺動
抵抗を増加させ開弁時の制御圧力を押し上げてしまうの
で採用し難く、更に、ポペット背室からパイロットスプ
ールの外周を経てピストンの制御圧油印加側へ生じる洩
れは制御圧が０に近い状態であることから無視できない
量となり、その結果、ポペット弁の閉止時の洩れ量を比
較的大きく許容することによって対処しなければならな
いという問題があった。

したがって本考案の目的は、制御圧力に応じて開口を制
御し、負荷ポートとタンクポートの間を連通・遮断する
とともに、負荷ポート側のキャビテーションを防止する
アンチキャビテーション弁の機能を兼ね備えるポペット
弁において、上記の問題点を解決してポペット弁閉止時
の洩れを大巾に低減することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために成された本考案は、大径部
(22)一側に座面(21)を、他側に小径部(23)を形成したポ
ペット(2)と、前記ポペット(2)の大径部(22)・小径部(2
3)をそれぞれ摺動自在に挿入するべく大径孔(43)・小径
孔(44)を穿設した弁体(4)と、該弁体(4)の大径部(43)側
に設けた負荷ポート(13)とタンクポート(14)との間を前
記ポペット(2)の座面(21)で可変開口を形成すべく前記
弁体(4)に設けた弁座(12)と、ポペット(2)および弁体
(4)それぞれの大径部(22)・大径孔(43)と小径部(23)・
小径孔(44)との段差部分で形成され絞り(15)を介して前
記弁体(4)の大径孔(43)側の負荷ポート(13)に連通する
環状室(11)と、からなり環状室(11)からタンク(34)へ放
出する油量に応じて開口するポケット弁において、前記
ポペット(2)の小径部(23)を挿入した弁体(4)の小径孔(4
4)の延長上に形成されたバネ室(28)およびパイロット弁
孔(29)と、該パイロット弁孔(29)に摺動自在に挿入さ
れ、印加される制御圧に応じてポペット小径部(23)との
間に挟持した一対のバネ(6)，(7)の弾圧を強め乍ら偏倚
し、弁体(4)に対して一定位置に達すると環状室(11)を
タンク(34)へ連通させるパイロットスプール(8)と、バ
ネ定数が異なる２個を直列に配設した前記一対のバネ
(6)，(7)と、バネ定数の小さい側のバネ(7)のバネ圧縮
を一定限度内に制限する圧縮制限部材(9)と、を設けた
ポペット弁とする。

この場合、バネ定数の大きい側のバネ(6)の伸長をあら
かじめ拘束する拘束部材(10)を設け、該バネ(6)に初期
弾圧力を印加して成り、さらに、ポペット(2)の小径部
が、大径部(22)とは分離独立したロッド(30)であり、大
径部(22)に穿設し先端をポペット(2)の座面(21)のシー
ト内径範囲内で開口しタンクポート(14)側に連通する孔
に挿入されたものとすると好適である。

［作用］ パイロットスプール(8)に印加される制御圧力が０に近
いときは、環状室(11)とタンク(34)との連通が遮断され
ており、ポペット(2)両側の面に作用する環状室(11)と
座面(21)の圧力は共に負荷ポート(13)と同一圧力とな
り、ポペット(2)の座面(21)は弁体(4)の弁座(12)に押圧
されポペット弁を閉止する。

制御圧力を上げると、パイロットスプール(8)はポペッ
ト小径部(23)との間に挟持した一対のバネ(6)，(7)の弾
圧を印加された制御圧力に応じて強め乍ら偏倚し、小さ
いバネ定数のバネ(7)が圧縮制限部材(9)で一定限度内に
制限された可動範囲を撓められた後、続いて制御圧力を
上げると、パイロットスプール(8)は圧縮制限部材(9)に
対する制限範囲を超えたところでバネ(6)のみを撓ませ
偏倚し、弁体(4)に対して一定位置に達して環状室(11)
をタンク(34)へ連通させる。そこで、環状室(11)の圧油
はタンク３４へ排出され、この排出油量を補充する圧油
が負荷ポート(13)から絞り(15)を経て環状室(11)へ流入
され、絞り(15)の通過圧損により環状室(11)圧油の圧力
が低くなる。この結果、ポペット（２）の座面(21)が弁
体(4)の弁座(12)を離れて上方へ移動しポペット弁を開
口する。このポペット(2)の移動によりバネ(6)を余分に
弾圧するよう撓め乍らパイロットスプール(8)を上方へ
押し戻し、環状室(11)とタンク(34)との連通を閉止し、
バネ(6)の弾圧力と平衡する位置にポペット弁の開度が
制御される。

制御圧力を更に上げると、再び前述の過程を繰り返し、
パイロットスプール(8)が下方へ押し下げられポペット
(2)の移動が増加し、この増加がバネ(6)に帰還され再び
パイロットスプール(8)が押し戻され制御圧力の増加分
に応じたバネ(6)の弾圧力が得られた状態で平衡する。
このようにして、ポペット弁はバネ(6)を介して制御圧
力に応じた開度が制御される。

制御圧力が０に近く、ポペット弁が閉止している状態
で、負荷ポート(13)側の圧力がタンクポート(14)側圧力
より低くなると、負荷ポート(13)の圧力と環状室(11)の
圧力は同圧になり、バネ(6)，(7)の最小撓み状態にある
弾圧力に打ち勝って、ポペット(2)の座面(21)側に作用
するタンクポート(14)の圧油の開弁方向の力がポペット
(2)を上方へ押し開き負荷ポート(13)へ流入し圧油を補
填してキャビテーションの発生を防止する。

［実施例］ 以下、本考案の一実施例を第１図に基づいて説明する。
図において、直径ｄ_２の大径部２２の一側には座面２１
を有し、他側に直径ｄ_３の小径部２３を形成したポペッ
ト２が、弁体４に穿設した大径孔４３、小径孔４４に対
応してそれぞれポペット２の大径部２２と小径部２３を
摺動自在に挿入し、弁体４に設けた弁座１２とポペット
２の座面２１とで可変開口を形成している。さらに弁体
４にはｄ_２＞ｄ_１＞ｄ_３であるような直径ｄ_１の孔を穿
設し、弁座１２を形成する段差部分を画成するとともに
タンクポート１４に連通させている。ポペット２および
弁体４それぞれの大径部２２・大径孔４３と小径部２３
・小径孔４４との段差部分とで環状室１１を形成し、こ
の環状室１１は弁体４の大径孔４３に隣接してポペット
２の大径部２２周囲に展開する負荷ポート１３へ絞り１
５を介して通路１６で連通している。図では絞り１５お
よび通路１６をポペット２の大径部２２に穿設している
が、弁体４側に穿設しても同じである。

ポペット２の小径部２３を挿入した弁体４の小径孔４４
の延長上には、ポペット２の小径部２３の先端を突出さ
せたバネ室２８と、これに続いてパイロットスプール８
を挿入したパイロット弁孔２９を直列に配設している。
バネ室２８はタンク３４に連通している。パイロット弁
孔２９の底部（図では上方）にはパイロットスプール８
上端面に作用する制御圧油が印加される。バネ室２８に
は、ポペット２の小径部２３先端およびパイロットスプ
ール８段差径部のそれぞれに備えたバネ受けと、その中
間に設けた圧縮制限部材９とのそれぞれの間に、バネ定
数が大きいバネ６および小さいバネ７のバネ定数の異な
る一対のバネを直列に挟持している。圧縮制限部材９
は、パイロットスプール８先端を突出させた軸端部に挿
入し、パイロットスプール８との間に常態時を起点とし
て可動範囲内Ｌを有して、バネ定数の小さいバネ７の撓
みを一定値Ｌの範囲内に制約し、それ以上のパイロット
スプール８の偏倚にはバネ６のみの撓みが対応する。弁
体４にパイロット弁孔２９と直交する横孔１９と環状室
１１とを連通する通路１８を穿設し、パイロットスプー
ル８の外周上に環状溝２０、直角方向に通路２５、軸方
向に通路２６を互いに連通するように設け、通路２６の
先端が嵌合する圧縮制限部材９の孔を経てバネ室２８に
開口してタンク３４に連通している。従って、弁体４の
横孔１９に対するパイロットスプール８の環状溝２０
が、図示の常態時の位置では閉止常態にあり環状室１１
とタンク３４との間を遮断し、パイロットスプール８の
上端面に制御圧油が印加されパイロットスプール８がバ
ネ６，７の弾圧を強め乍ら下降偏倚すると環状室１１を
タンク３４へ連通して開閉する弁機能を構成している。

次にこのようなポペット弁の作用を説明する。パイロッ
トスプール８の上端面に印加される制御圧力が０に近い
ときは、バネ６，７は最長状態に伸び、パイロットスプ
ール８は図の常態時である最小偏倚の位置へ押し返さ
れ、弁体４の横孔１９をパイロットスプール８外周で閉
止し環状室１１とタンク３４との間は遮断されるので、
ポペット弁を閉止すべくポペット２に作用する環状室１
１の圧力と、これに対向して開口すべくポペット２の大
径部２２と弁座１２との投影面積差の部分に作用する圧
力は共に負荷ポート１３と同一圧力となり、ポペット２
の小径部２３の直径ｄ_３は弁座１２の直径ｄ_１より著し
く小径であり環状室１１に作用する受圧面積の方がポペ
ット２に作用する受圧面積より大きいため、ポペット２
の座面２１は弁座１２に押圧されポペット弁を閉止す
る。

制御圧力を上げてパイロットスプール８の上端面に作用
させると、制御圧力に応じてバネ７および６を撓ませパ
イロットスプール８が下降する。下降の初期にはバネ定
数の小さいバネ７が圧縮制限部材９で制約された一定値
の可動範囲内Ｌを容易に撓み圧縮限度に達し、このとき
のパイロットスプール８の位置は該スプールが環状室１
１をタンク３４へ連通させる直前の状態にある。

制御圧力を引き続いて上げると、パイロットスプール８
は圧縮制限部材９に対する偏倚がＬを超えたところでバ
ネ６のみを撓ませて下降し、環状溝２０が横孔１９に対
向する位置に達して開口し環状室１１をタンク３４へ連
通するため、環状室１１の圧油は通路１８、横孔１９、
通路２５、２６、バネ室２８を経てタンク３４へ排出さ
れ、この排出油量を補充する圧油が負荷ポート１３から
絞り１５、通路１６を経て流入されるが、途中の絞り１
５を通過する際の圧力損失によりポペット２の下面に作
用する圧力Ｐ_１より環状室１１の圧油の圧力Ｐ_２が低く
なる。この結果、ポペット２の上下面に作用する力は、
ポペット２の環状室１１の受圧面積に作用する圧油によ
る力とバネ６の力との合計が、これに対向してポペット
２の座面２１側の受圧面積に作用する圧油による力より
以下に減少して、ポペット２が弁座１２を離れて上方へ
移動し開口する。このポペット２の移動は、小径部２
３、バネ６、圧縮制限部材９を介して、バネ６を余分に
弾圧するよう撓め乍らパイロットスプール８を上方へ押
し戻し、環状溝２０と横孔１９との開口を閉止して環状
室１１とタンク３４との連通を遮断する位置に達すると
ポペット２が継続して移動することを抑止される。

よってポペット２は、その上下面に作用する と、バネ６の弾圧力とが平衡する位置にまで上方へ移動
することによってポペット弁の開度が制御される。

制御圧力を更に増加させると、再び前述の過程を繰り返
し、パイロットスプール８が下方へ押し下げられポペッ
ト２の開度即ち上方への移動が増加し、この増加がバネ
６に帰還され再びパイロットスプール８が押し戻され制
御圧力の増加分に応じたバネ６の弾圧力が得られた状態
で平衡する。このようにしてポペット弁はバネ６を介し
て制御圧力に応じた開度が制御される。

制御圧力が０に近く低い圧力のもとで、ポペット弁が閉
止している状態のとき、負荷ポート１３側の圧力がタン
クポート１４側圧力より低く大気圧以下になると、負荷
ポート１３の圧力Ｐ_１と環状室１１の圧力Ｐ_２は同圧
で、Ｐ_１＝Ｐ_２となり、タンクポート１４の圧力をＰ_０
とすれば ４／πｄ_１ ^２Ｐ_０−４／π（ｄ_１ ^２−ｄ_３ ^２）Ｐ_１ で示されるポペット２の座面２１側に作用する圧油によ
る開弁方向の力が、バネ６、７の最長近くに伸び最小撓
み状態にある弾圧力を超えると、タンクポート１４の圧
油がポペット２を上方へ押し開き負荷ポート１３へ流入
し圧油を補填しキャビテーションの発生を防止する。

第２図は本考案の他の実施例を示し、第１図の実施例に
拘束部材１０を付加し、拘束部材１０が圧縮制限部材９
を介してバネ定数の大きい側のバネ６の伸張を拘束する
ことにより初期圧縮力を与えたものである。この初期圧
縮力をバネ定数の小さいバネ７の最大圧縮時の力よりも
大きく設定しておけば、バネ７が圧縮制限部材９の制限
範囲の最大限に撓んだ後バネ６が撓み始め、過渡状態に
節度を付与することができ、制御圧に対するポペット弁
開度の追従の仕方を多様に選定することができる。

第３図は本考案のさらに他の実施例を示し、第１図の実
施例におけるポペット２の小径部２３をロッド３０とし
て分離独立させ、ポペット２に穿設した孔に挿入して、
製作加工性を工夫したものである。前記孔の底部をポペ
ット２先端部へ連通させており、ロッド３０とポペット
２の孔の嵌合を可能な限り液密的にするものの僅かでも
スキマが生じて環状室１１から圧油が洩出してもタンク
ポート１４へ排出され、ロッド３０の両端に作用する圧
力がいずれもタンク圧となり平衡するようにして、洩出
した圧油によりポペット２に不必要な推力が発生するこ
とを防止している。

［考案の効果］ 以上述べたように本考案では、環状室とタンクとの間を
開閉する弁機能を構成するパイロットスプールは、弁体
に単一径の外周部で円滑に摺動し得るように挿入されて
いるのでその嵌合スキマを小さくすることが可能とな
り、かつ、バネ定数の異なる一対のバネを配設し、バネ
定数の小さいバネを用いて長大なラップ長さを実現でき
た。また環状室からバネ室に貫装される部材は、ポペッ
トの位置にバネにフィードバックするためのポペット小
径部でありバネの力に耐え得る太さがあれば良く極度に
細径化が達成された。

よって本考案は、パイロット圧に応じて開口するポペッ
ト弁とアンチキャビテーション弁の両機能を円滑に作用
させるとともにポペット弁閉止時の洩れを大巾に低減す
る効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す概略断面図、第２図は
本考案の他の実施例を示す概略断面図、第３図は本考案
のさらに他の実施例を示す概略断面図、第４図は従来例
を示す概略断面図である。 ２…ポペット、４…弁体、６、７…バネ、 ８…パイロットスプール、９…圧縮制限部材、 １０…拘束部材、１１…環状室、１２…弁座、 １３…負荷ポート、１４…タンクポート、 １５…絞り、２１…座面、３４…タンク。

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】大径部(22)の一側に座面(21)を、他側に小
   径部(23)を形成したポペット(2)と、前記ポペット(2)の
   大径部(22)・小径部(23)をそれぞれ摺動自在に挿入する
   大径孔(43)・小径孔(44)を穿設した弁体(4)と、該弁体
   (4)の大径孔(43)側に設けた負荷ポート(13)とタンクポ
   ート(14)との間を前記ポペット(2)の座面(21)で可変開
   口を形成すべく前記弁体(4)に設けた弁座(12)と、ポペ
   ット(2)および弁体(4)それぞれの大径部(22)・大径孔(4
   3)と小径部(23)・小径孔(44)との段差部分で形成され絞
   り(15)を介して前記弁体(4)の大径孔(43)側の負荷ポー
   ト(13)に連通する環状室(11)と、からなり環状室(11)か
   らタンク(34)へ放出する油量に応じて開口するポペット
   弁において、ポペット(2)の小径部(23)を挿入した弁体
   (4)の小径孔(44)の延長上に形成されたバネ室(28)およ
   びパイロット弁孔(29)と、該パイロット弁孔(29)に摺動
   自在に挿入され、印加される制御圧に応じてポペット小
   径部(23)との間に挟持した一対のバネ(6)，(7)の弾圧を
   強め乍ら偏倚し、弁体(4)に対して一定位置に達すると
   環状室(11)をタンク(34)へ連通させるパイロットスプー
   ル(8)と、バネ定数が異なる２個を直列に配設した前記
   一対のバネ(6)，(7)と、バネ定数の小さい側のバネ(7)
   のバネ圧縮を一定限度内に制限する圧縮制限部材(9)
   と、を設けたことを特徴とするポペット弁。
2. 【請求項２】バネ定数の大きい側のバネ(6)の伸長をあ
   らかじめ拘束する拘束部材(10)を設け、該バネ(6)に初
   期弾圧力を印加してなる実用新案登録請求の範囲第１項
   記載のポペット弁。
3. 【請求項３】ポぺット(2)の小径部が、大径部(22)とは
   分離独立したロッド(30)であり、大径部(22)に穿設し先
   端をポペット(2)の座面(21)のシート内径範囲内で開口
   しタンクポート(14)側に連通する孔に挿入された実用新
   案登録請求の範囲第１項または第２項記載のポペット
   弁。