JPS6044541B2 - ポペツトリリ−フ弁の改良 - Google Patents

ポペツトリリ−フ弁の改良

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JPS6044541B2
JPS6044541B2 JP51019504A JP1950476A JPS6044541B2 JP S6044541 B2 JPS6044541 B2 JP S6044541B2 JP 51019504 A JP51019504 A JP 51019504A JP 1950476 A JP1950476 A JP 1950476A JP S6044541 B2 JPS6044541 B2 JP S6044541B2
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poppet
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nose
valve
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Caterpillar Tractor Co
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K17/00Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves
    • F16K17/02Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side
    • F16K17/04Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side spring-loaded
    • F16K17/10Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side spring-loaded with auxiliary valve for fluid operation of the main valve
    • F16K17/105Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side spring-loaded with auxiliary valve for fluid operation of the main valve using choking or throttling means to control the fluid operation of the main valve
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T137/00Fluid handling
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T137/7766Choked passage through main valve head

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は流量に応答するポペットリリーフ弁に関する。
一般にばね付のポペットリリーフ弁が種々の流体圧回路
に広く使用されているが、この種のポペットリリーフ弁
は応答が不安定で圧力調整が困難である。即ち、これら
ポペットリリーフ弁は円錐状ヘッドを有するスプールを
含み、所定の開放圧力に達したとき、このスプールが動
いてヘッドと弁座間の環状オリフィスを介して流体を流
すことができるように構成されている。
このオリフィスは流量が大となるに従つて大きくなるの
で、流量の増大につれてばねはさらに圧縮され、ポペッ
トリリーフ弁のヘッドには流体が複雑に衝突し、且つ流
体圧が複雑に作用し、安定性および調整上の問題が生じ
る。この安定性という問題と関連して、ポペットリリー
フ弁は種々の流体の流量および圧力の変化に対しても迅
速かつ正確に応答すべきであることは明らかである。
しかしながら、或る流量において屡々弁が異常作動する
ことが見受けられる。例えば、全開位置とほぼ閉じた位
置間でこれらポペットリリーフ弁が高速度で振動するこ
とにより、流れおよび圧力の変動が耳で聴き取れるほど
にはつきりすることである。さらにまた、耳で聴き取れ
る程ではなくとも、急激な圧力変化を関連する回路に与
えてこれに有害な影響を及ぼすこともある。これらポペ
ットリリーフ弁は比較的平坦な制御された圧力対流量特
性を呈すべきものである。
この特性は圧力調整と称せられて最大流量における力の
百分率として表わされる全流量領域にわたる圧力変化と
して定義されるものである。また、これは次のように表
示される。 一最ハ0 調整8= 最大流量圧力 ×100これまでは
、15%調整が一般に受け入れられていた。
しかしながら、このように高いパーセンテージも実質的
には妥協することで済まされていた。その理由は、調整
パーセンテージが低くなると、安定性の問題が増大する
ことが知られているからである。第4図は従来のポペッ
トリリーフ弁を示し、このスプールは先端から順に頂角
600の円錐状の鼻部F、円筒状の段部G1およびフラ
ンジ部Hを形成したヘッドを有しており、弁の入口にお
ける圧力が所定の圧力に達すると図示のように移動して
該スプールおよび弁座間の開口を介して流体を連通する
この開口を介する流れEは鼻部Fの外周部に沿つて円錐
状に流れてフランジ部Hの環状面に約60ての大きな入
射角で当り、この角度は弁が僅かに開口しているときも
、また大きく開口しているときもほS゛一定である。出
願人がこのポペットリリーフ弁を圧力約140kg/C
IL以上、流量0〜8.2′/Secの範囲で実験した
ところ、圧力変動即ち上記の調整%は10%より小さく
、良好な結果を得た。しかし、安定性に関しては流量の
少ないときに不安定となる問題を生じた。
即ち、スプールの開度が小さく、ばねの圧縮量が小さい
ときも第4図に示す流れEが環状面1に当つてスプール
に反動力を生じる。この反動力は軸方向に大きな成分を
含み、このためスプールは不安定となり振動を生じるも
のである。出願人による上記の実験では流量が約1.3
〜3.2e/SeCと少ない範囲内のときに振動し、こ
れは耳ではつきり聞きとれるものであつた。このため、
第4図に示す従来のポペットリリーフ弁は全流量範囲内
で圧力変動を小さくすることはできるが、安定した応答
性を示すことができないという問題がある。
本発明は上記従来のポペットリリーフ弁の欠点を解消す
るためになされたもので、ポペットリリーフ弁を介する
流量が変化してもその圧力はほとんど変動することがな
く、その上、流量が少ないときも弁スプールは振動する
ことのない安定した応答性を示すポペットリリーフ弁を
提供することを目的とする。ノ 本発明によると、軸線
に沿つて配設した弁孔と入口路との間に出口室を設け、
前記入口路には出口室に臨む端部に環状弁座を形成した
ハウジングと、該ハウジングの弁孔内に軸方向に可動に
配設さ・れ、前記軸線に対して第1角度の円錐状鼻部と
、該鼻部の下流側に肩部とを形成したヘッドを有するポ
ペットスプールと、前記ハウジングとポペットスプール
との間に配設されて前記鼻部を弁座に押圧し、前記入口
路内ノの所定の圧力で該スプールを開放可能とするばね
、とを備え、入口路の圧力を比較的平坦な特性に制御す
るポペットリリーフ弁、前記ヘッドの鼻部と肩部との間
に、前記軸線に対し前記鼻部より大きくかつ肩部より小
さな第2角度で形成した円錐面を設けてなり、スプール
の開度が小さいときに、前記鼻部に沿つて流れる圧力流
体が前記円錐面に対して100〜200の範囲内の角度
で当つてスプールに与える軸方向の力を小さくし、スプ
ールの開度が大きいときに前記鼻部に沿つて流れる圧力
流体が前記肩部に対してより大きな角度で当つてスプー
ルに与える軸方向の力を大きくすることを特徴とするポ
ペットリリーフ弁が提供される。
これにより、本発明によるポペットリリーフ弁は、弁開
度が小さいときはヘッドの鼻部を介して円錐状に流れる
流体がヘッドの円錐面に100〜200の小さな入射角
で当るため、スプールには開くのに要する最少限の力が
加わり、また、弁開度が大きくなると流体の一部はヘッ
ドの肩部に大きな入射角で当り、スプールに与える軸方
向の力を大きくする。
したがつて、弁開度が小さいときに、スプールに振動を
生ずることがないため、広範囲にわたる流量に対して作
動が安定し、しかもこのスプールははねで押圧されて入
口路内の圧力で開放することから圧力に迅速に応答する
ことができる。また、弁開度が大きくなると、入口路内
の圧力だけでなく流れによる反動力が生じてスプールを
大きく開くことができるため、流量が変動しても力の変
動即ち上述の調整%を小さくすることができる。以下、
図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
第1図において、10は流体圧回路を示し、この回路は
全体として12で示した本発明の流量応答ポペットリリ
ーフ弁を含む。さらにこの流体圧回路はポンプ14を含
み、このポンプはリザーバ16から切換弁18に加圧入
口管20を介して流体を連通させる。この切換弁を手動
操作すると、流体は入口管から管24または26を経て
複動シリンダ22のいずれか一方の端部に連通し、他方
の端部からドレン管28を介してリザーバへ排出する。
本発明のポペットリリーフ弁12は、枝管30および弁
ハウジング34に形成された円筒状の入口路32を介し
て入口管20から流体を逃がすことにより回路の最大作
動圧力を制限する。入口路32は長手方向の軸線36を
有し、かつ弁ハウジング中の環状出口室38に開口し、
この入口路32と出口室38間に環状弁座40を形成す
る。出口室38は出口路42、ドレン管44を介してリ
ザーバ16に連通している。又、出口室の他側に連通す
る内部路46を弁ハウジング中に形成し、流体をリザー
バに戻す。弁孔48は弁座よりわずかに直径が大きい。
弁孔48に続けてリテーナ用内孔50を弁ハウジング中
に軸線36に沿つて形成する。さらに、パイロットポペ
ット弁用内孔52を内部路46に開口させると共に、こ
の内孔52と、弁ハウジングに外周部を螺着した保持部
材56に設けられている円筒状ポケット54を全体とし
て一直線となるように配設する。さらに第1図に示すよ
うに、円筒状コップ形状のリテーナ58を弁ハウジング
34のリテーナ用内孔50にシールして配設し、リテー
ナ内部のばね室60を弁孔48に開口させる。
円筒状の通路62と、環状のパイロットポペット弁座6
4をリテーナ58の中央に形成し、在来のパイロットポ
ペットリリーフ弁66をこれらの通路と弁座に設ける。
パイロットポペット弁は円錐状のヘッド68と、ヘッド
から延びる直径が小さいステム70を有し、比較的硬い
すなわち圧縮率の大きなばね72を保持部材56のポケ
ット54とパイロットポペットヘッドの間に配置して、
弁座と密接係合するようにヘッドを弾圧する。室60が
例えば2300pSi(162k9/d)の所定圧力に
達すると、パイロットポペットリリーフ弁は開放して室
から内部路46へと流体を流すことができる。本発明に
よれば、流量応答ポペットリリーフ弁12は、出口室3
8内に位置する様に設けられた半径方向、外向きに拡が
つたヘッド76と、弁孔48内をシール状態を保ちなが
ら軸方向に摺動する長い円筒状本体78を有するポペッ
トスプール74を含む。
そしてスプールには円筒状ポケット80と、ばね受ポケ
ットないしばね座82を中央の比較的薄い壁83を挾ん
で背中合せに形成して対向端に開口させ、壁83の中心
に流量制御オリフィス84を形成する。尚、スプールの
外周に環状溝86を設け、斜路88によりポケット80
を)介し入口路32を常時環状溝86に連通させ、スプ
ールを平衡させると共に中心に位置させて応答を改善す
るようにしてもよい。本発明によれば、ポペットスプー
ル74は、ポケット82内に配設されてリテーナ58に
着座した比較的弱い圧縮ばね89で第1図において右方
に弾圧されている。従つて、スプールのヘッド76は入
口路32に軸方向に対向した関係で環状弁座40と密着
係合する様に附勢されている。第2図に拡大して示した
ように、ヘッドは配列順に円錐状の鼻部90、円筒形の
段部92、外向きに拡がつた、全体として93で示して
ある流体の向きをそらせる面部を含む。特に、このヘッ
ドの面部93はゆるく傾斜した先導部ないし円錐面94
と、軸線36と略々直交する面内にある急勾配の肩部な
いし環状面98を回りに有する環状フランジ96を含む
のがよい。図からも明らかなように、円錐の頂角は鼻部
90が約60ら、円錐面94が約900であるため、ポ
ペットリリーフ弁12の開放の当初には流体は比較的薄
く、円錐状になつて入口路から出口室38へと左向きに
流れ、円錐面と比較的小さな入射角で衝突する(第2図
)。従つて、第2図の開放状態は比較的少量の流体を逃
がすのに対応し、ヘッドの面部93、特に円錐面94に
入射ないし衝突する角度が比較的小さいためヘッド76
を弁座40から離すよう作用する軸方向の力も比較的小
さい。しかしながら、本発明のポペットリリーフ弁が第
3図に示すように、左に動いてより大きく開口すると円
錐状の流れが出口室38に向かつて形成され、次第にこ
の厚い流れは面部93に大きな入射角で衝突する。
この様に円錐面94と環状面98の交点附近に大きな入
射角て衝突することにより、軸方向左向きに所定の大き
さの弁を開く力が生じ、従つて、ヘッド76に作用する
流れの力は増大することになる。この様に、本発明によ
るポペットリリーフ弁12は、弁開度が小さいときはヘ
ッドの面部93に比較的薄い円錐状の流れを小さな入射
角で当て、その小さな入射角に応じた小さな軸方向力を
伝.え、更に、弁開度が大きくなると比較的厚い流れの
一部を比較的大きな入射角で当て、より大きな軸方向の
力を伝える形状としてある。
このような圧縮ばね89に抗してスプールの軸方向に働
らく力の調整により、弁の安定性が増一し、また、入口
路32内の圧力レベルに対する流量が安定する。
以上により本発明の作用は明らかであるが、更に要約し
て説明する。
第1図において、ポンプ14を始動し、漸次昇圧させな
がら流体を入口管20、枝管30、入口路32へ流すと
、流体は閉じているスプール74の流量制御オリフィス
84を通り、ばね室60の圧力が上昇する。このばね室
での圧力が約2300pSi(162kg/Cfi)と
いう所定の開放圧力に達すると、パイロットポペット弁
66はばね72抗し左側に移動して弁座64を開く。従
つて、流体はばね室から流量制御オリフィス84を通る
流量で、内部路46に流出する。このオリフィスの前後
で低圧ではあるが所定の圧力差が確立されたときは、室
圧は入口路32の圧力よりも十分に低くなつているので
、スプール74は開いて流体を入口路から出口室38、
リザーバ16へと流出させる。こうして、ポペットリリ
ーフ弁12は、パイロットポペット弁66を開くために
要する圧力よりもやや高い圧力で開く。ポペットリリー
フ弁12は入口路32内の圧力変化に対してほぼ即答す
ることが判かる。
その理由は、ポペットスプール74の質量が比較的小さ
いこと、ばね89のばね力が弱いこと、ポペットスプー
ルの流量制御オリフィス84とパイロットポペット弁6
6との間で相互作用が働くことによる。さらに、本発明
によれば、ポペットスプールの外向きに拡大したヘッド
部76は少なくとも2つの環状をした面94,98を含
み、この両面は流れを所定の角度で衝突させる様に個別
的に形成されており、このため、比較的小流量で流体を
流す場合に、環状弁座40から持ち上げるすなわち左方
向に開くように移動させる最小限度の力が得られると共
に、比較的大流量で作動させる場合にも持ち上げに作用
するより大きい力を得ることができる。第2図、第3図
を参照して、ポペットスプール74のヘッド76のこの
所定の釣合いのとれた付加能力を理解することができる
第2図では、スプールが当初距離D1だけ開き、厚さT
1の比較的薄い円錐状の流れを形成させて符号Aで示し
た矢印の方向から面部93に衝突させる。図に示すよう
に、この薄い流れは、円錐状鼻部90、円筒状段部92
で定まる流れ方向に基づいて、円錐面94のほぼ中央部
に約15向の比較的小さな入射角で衝突する。好ましく
は、この表面部を円錐状鼻部に対して10ま〜20、の
範囲で傾斜させるかまたは外向きに拡大させる。そして
衝突後、この薄い流れは矢印Bで示されるように外方向
に斜めにそらされて環状フランジ96の肩部98に僅か
に接触する。このため、比較的流量が少ないときも本発
明ののポペットリリーフ弁12の安定性が高められる。
又、第3図に示すように、ポペットスプール74が開き
、円錐状鼻部90が弁座40から軸方向に大きな距離D
2離れると、厚さT2の比較的厚い円錐状の流れがフレ
ア面部93に衝突することになり、矢印Cで示すように
、少なくともこの流れの半径方向における最外側部分が
円錐面94と環状表面98の交点に隣接するフレア面部
の外側に衝突する。
従つて、この場合には、比較的厚い円錐状の流れがほぼ
直接的に環状表面の広い表面領域にわたり図示の如く約
600の入射角で、衝突する。尚、この入射角は、ポペ
ットスプールが比較的大きな流量で流出させる場合には
約500〜700の範囲内とするのが好適である。この
流れの衝撃によりスプールを開くための軸方向の力、な
いし弁を離す力は増大するので、リリーフ弁の全体にわ
たる調整を改良することができる。本発明の図示の如き
流量応答型ないし流量補償型のポペットリリーフ弁は応
答速度が比較的迅速であると共にこの弁の流量制御機能
が安定しているという特徴がある。出願人が第4図に示
す従来のポペットリリーフ弁と同様に、圧力約140k
9/cイ以上、流量0〜8.2e/SeCの同一条件下
で実験したところ、圧力変動即ち前述の調整%は8%と
良好な結果を得た。更に、安定性に関しても、第4図の
従来のものては約1.3〜3.2′/Secと流量が少
ないときに発生した耳障りな振動が、本発明によるポペ
ットリリーフ弁では全く観測されなかつた。上述した説
明から、本発明のポペットリリーフ弁12は流量に応動
して、これまでは同時に解決することができなかつた安
定した応答と、高精度の圧力調整の両者を補償すること
ができる。
さらにその構造が経済性に富み、しかも、高圧の流体圧
回路、流量変化が大きな流体圧回路のどちらに使用して
も好適である。さらに、本発明のリリーフ弁12はパイ
ロットポペット弁66と一緒に利用される必要はなく、
入口室32内が所定の圧力になると圧縮ばね89のみに
よる附勢に抗して、直接開く様にすることもできる。
その場合、室60はリザーバ16に開通させる様にすれ
ばよい。以上、本発明を好適な実施例に付き説明したが
、本発明はその技術思想に則り、これ以外の種々な実施
例で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の改良されたポペットリリー
フ弁を含む、一部分を断面にした流体圧回路図、第2図
は小流量の状態で開位置にある第1図のポペットリリー
フ弁のスプールのヘッド部の一部分を示す拡大図、第3
図は同じく大流量の状態で開位置にあるスプールのヘッ
ドの一部分を示す拡大図、第4図は在来のポペットリリ
ーフ弁のヘッドの一部を示す拡大図で、図中、12はポ
ペットリリーフ弁、32は入口路、34は弁ハウジング
、38は出口室、40は環状弁座、74はスプール、7
6はヘッド、89はばね、90は円”錐状鼻部、93,
104は外向きのフレア面部を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 軸線に沿つて配設した弁孔と入口路との間に出口室
    を設け、前記入口路には出口室に臨む端部に環状の弁座
    を形成したハウジングと、該ハウジングの弁孔内に軸方
    向に可動に配設され、前記軸線に対して第1角度の円錐
    状鼻部と、該鼻部の下流側に肩部とを形成したヘッドを
    有するポペットスプールと、前記ハウジングとポペット
    スプールとの間に配設されて前記鼻部を弁座に押圧し、
    前記入口路内の所定の圧力で該ポペットスプールを開放
    可能とするばね、とを備え、入口路の圧力を比較的平坦
    な特性に制御するポペットリリーフ弁において、前記ヘ
    ッドの鼻部と肩部との間に、前記軸線に対し前記鼻部よ
    り大きくかつ肩部より小さな第2角度で形成した円錐面
    を設けてなり、スプールの開度が小さいときに、前記鼻
    部に沿つて流れる圧力流体が前記円錐面に対して10゜
    〜20゜の範囲内の角度で当つてスプールに与える軸方
    向の力を小さくし、スプールの開度が大きいときに前記
    鼻部に沿つて流れる圧力流体が前記肩部に対してより大
    きな角度で当つてスプールに与える軸方向の力を大きく
    することを特徴とするポペットリリーフ弁。 2 特許請求の範囲第1項記載のポペットリリーフ弁に
    おいて、前記円錐状の鼻部の頂角がほゞ60゜であり、
    前記円錐面の頂角がほゞ90゜であるポペットリリーフ
    弁。 3 特許請求の範囲第1項記載のポペットリリーフ弁に
    おいて、前記肩部が前記軸線とほゞ直角の平面内に配設
    されているポペットリリーフ弁。 4 特許請求の範囲第1項記載のポペットリリーフ弁に
    おいて、前記ヘッドの円錐状の鼻部と円錐面との間に円
    筒状段部を連続して配置したポペットリリーフ弁。 5 特許請求の範囲第1項記載のポペットリリーフ弁に
    おいて、前記スプールを介する流量が比較的多いとき、
    前記肩部に対し比較的厚い層をなす流れの一部がほゞ5
    0゜〜70゜の範囲内の入射角で当るポペットリリーフ
    弁。
JP51019504A 1975-03-17 1976-02-26 ポペツトリリ−フ弁の改良 Expired JPS6044541B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/558,751 US3987814A (en) 1975-03-17 1975-03-17 Flow responsive poppet relief valve
US558751 2000-04-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS51110725A JPS51110725A (ja) 1976-09-30
JPS6044541B2 true JPS6044541B2 (ja) 1985-10-04

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ID=24230840

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP51019504A Expired JPS6044541B2 (ja) 1975-03-17 1976-02-26 ポペツトリリ−フ弁の改良

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US (1) US3987814A (ja)
JP (1) JPS6044541B2 (ja)
BE (1) BE838821A (ja)
BR (1) BR7508775A (ja)
CA (1) CA1026643A (ja)
DE (1) DE2611336A1 (ja)
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