JPS6143591B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に流体圧力作動系統に用いられる
液圧弁に係り、特に、この様な系統の異常に高い
圧力状態と異常に低い圧力状態との両方において
調圧を行なうための液圧弁に係る。

液圧回路に共通した問題は、液圧回路が所望レ
ベル以上の圧力を受ける場合に、流体を貯蔵器へ
と放出するための高圧保護装置を設けることであ
る。既にこれまでにも高圧保護用の装置は多数用
いられている。一般にこれらの装置は、(1)直接バ
ネ偏移されたポペツトを用いた直接作動式のもの
と、(2)基準圧力をかけたポペツトを用いたパイロ
ツト作動式のものとの２種類に分類することがで
きる。

高圧力に対する保護に加えて、キヤビテーシヨ
ンを生じる様な異常に低い圧力状態に対しても保
護を行なう必要がある。この状態は、流体が液圧
シリンダの１方の側から去りそしてその反対側に
等しい割合で流体が流入しない場合に生じる。キ
ヤビテーシヨンの問題に対する既知の解決策は、
空所のできたシリンダに貯蔵器から流体を入れる
と同時に流体が圧力下でシリンダから去らない様
にすることのできる１方向逆止弁を使用すること
である。

この様にして、液圧シリンダを完全に保護する
には、シリンダの両端での高圧保護とキヤビテー
シヨンの防止との両方を必要とする。１つのパツ
ケージ内に高圧保護と低圧保護の両方を与える組
合せ弁組立体も良く知られている。然し乍ら、今
日まで、この様な組合せ弁組立体は次の様な問題
により個々の弁ユニツトとしては充分な性能を発
揮していない。(1)今日まで、この様な組合せ弁組
立体はその１部分が動的シールに頼らざるを得
ず、それにより生じるシールの摩擦がこれら弁の
性能を妨げている。(2)不当に通路が制限される。
(3)弁パツケージの大きさに制約があるために生じ
るその他の問題により弁の性能が限定される。

そこで本発明によれば、筐体と、この筐体内に
ありシリンダの１端と流体連通状態にされた第１
の室と、この筐体内にあり流体貯蔵器と流体連通
状態にされた第２の室とを備えたキヤビテーシヨ
ン防止・過負荷調圧弁が液圧系統に設けられる。
弁の筐体内にある流体通路が上記第１の室と第２
の室とを接続する。この流体通路内には可動の弁
組立体が配置される。この可動の弁組立体は第１
モードに於いては上記第１の室と第２の室との間
に流体が流れるのを阻止する様に働き、第２モー
ドに於いては第１の室の圧力が第２室の圧力より
も第１の所定量だけ大きい時にのみ第１室から第
２室へ流体を流すことができる様に働き、そして
第３モードに於いては第２室の圧力が第１室の圧
力よりも第２の所定量だけ大きい時にのみ第２室
から第１室へ流体を流すことができる様に働く。
本発明による弁は第１室と第２室との間の流体通
路内に配置された固定部分を備えており、この部
分に弁座が設けられている。上記可動の弁組立体
は可動の弁素子を備え、これは可動の弁組立体が
第１及び第２モードで作動する時に上記固定部分
の弁座と係合するシール部分を有している。更に
上記可動の弁組立体は弁座を有しており、そして
上記可動の弁組立体が第１及び第３モードで作動
する時に上記可動の弁素子の弁座と密封係合する
ためのポペツト機構が設けられている。

従つて本発明の目的は、液圧シリンダの過負荷
調圧およびキヤビテーシヨン防止のためのコンパ
クトな直接作動式液圧弁を提供することである。

本発明の別の目的は、動的シールを使用しなく
ても低い漏れ特性を示す様なキヤビテーシヨン防
止及び過負荷調圧弁を提供することである。

本発明の更に別の目的は、弁を通る流体が増加
した時にも圧力を比較的一定に保持するキヤビテ
ーシヨン防止及び過負荷調圧弁を提供することで
ある。

本発明の更に別の目的は、構成部品にかかるス
トレスを最小にしたキヤビテーシヨン防止および
過負荷調圧弁を提供することである。

本発明の更に別の目的は、構造が簡単でありそ
れ故製造コストが安いキヤビテーシヨン防止およ
び過負荷調圧弁を提供することである。

本発明のその他の目的、効果及び新規な特徴は
添付図面を参照した以下の詳細な説明より明らか
となろう。

第１図は、ローダ１０に見られる様な液圧装置
用の液圧過負荷調圧・キヤビテーシヨン防止型の
保護装置を示している。ローダ１０は複数個の液
圧シリンダ１２を備えており、各シリンダの各端
が本発明による液圧弁２０に接続される。説明を
容易にするため、１つの弁２０についてのみ詳細
に述べることにする。

各弁２０は筐体２２を備えており、典型的には
この筐体は液圧装置の制御に用いられる他の弁の
筐体でもある。各筐体は液圧シリンダ１２の１端
と流体連通状態にある第１の室２４を備えてい
る。更に各筐体２２は参照番号２８で示された貯
蔵器と流体連通状態にある第２の室２６も備えて
いる。弁の長さ全体に亘つて長手方向に延びてい
るのは中央の流体通路３０であり、これは第１室
２４を第２室２６に接続する。この通路３０内に
は可動の弁組立体が完全に収容され、その作動に
ついては以下に詳細に述べる。

この可動の弁組立体は可動の弁素子３２を備
え、この弁素子は流体通路３０と滑り係合する外
面３４と、その１端にあるテーパ付きのシール面
３６とを有している。更に可動の弁素子３２は軸
３８のまわりで対称的な中空内部を備え、この内
部はテーパ付きの端３６の軸方向に隣接した第１
部分４０を含む。この第１の内部４０に軸方向に
隣接して第２の内部４２があり、その直径は内部
４０の直径より小さい。第１の内部４０と第２の
内部４２との結合部４４が弁座４４を形成する。
可動の弁素子３２の内部は更に第２部分４２に軸
方向に隣接した第３部分４６を備え、その直径は
第２部分４２の直径よりも小さい。更に可動の弁
素子３２は第２内部４２を取り巻き外壁に複数個
の穴４８を備え、これらの穴は室２４と第２内部
４２とを流体通路できる様にする。更に可動の弁
素子３２はそこから半径方向外側に突出したバネ
座５０を備えている。このバネ座５０は通路３０
に沿つて流体を連通できる様にする複数個の貫通
スロツト５２を備えている。

更に可動の弁組立体は参照番号５４で一般的に
示されたポペツトを有したポペツト機構を備え、
このポペツトはその断面が実質的に内実でありそ
して軸３８に対して実質的に対称的に配置され
る。ポペツト５４はその１端にヘツド５６を備
え、そしてこのヘツド５６に軸方向に隣接して配
置された本体部分５８を備え、その直径はヘツド
５６の直径よりも小さい。テーパ付きのシール部
分６０が本体部分５８に軸方向に隣接し、このシ
ール部分が可動の弁素子３２の弁座４４にシール
係合する様に用いられる。更にポペツト５４はテ
ーパ付きのシール部分６０に軸方向に隣接した円
筒状のステム６２を備えている。この円筒状のス
テム６２は可動の弁素子３２の内部４６によつて
包囲されそしてそれと滑り係合状態にある。ポペ
ツト５４のヘツド５６はこのポペツトがその移動
限界に達した後にも室２４と室２６との間に流体
連通状態を保持するためのスロツト６４を備えて
いる。この作用については弁の作動の説明に於い
て明らかとなろう。

更にポペツト機構はステム６２から半径方向外
側へと突出したバネ座６６を備えている。このバ
ネ座６６は適当な手段によつてステム６２に固定
されてもよいが、ここに示す好ましい実施例では
ステム６２とネジ込み係合される。従つてステム
６２とバネ座６６との不所望な回転を防止するた
めにロツクナツト６８が設けられている。通路３
０の端面７２に対して偏移バネ７０の１端が着座
され、そしてその他端はバネ座６６の１方の面に
対して着座される。第２の偏移バネ７４がバネ座
５０とバネ座６６の他面との間に配置される。以
下の説明で明らかとなる理由により、バネ７０に
より伝えられる力はバネ７４により伝えられる力
よりも小さい。バネ座６６は流体通路３０の長さ
全体に沿つて流体を連通できる様にするためのス
ロツト７６も備えている。

流体通路３０内には固定の弁素子７８も配置さ
れ、この固定の弁素子の一部は室２４と２６との
間に位置している。この固定の弁素子７８は筐体
２２と一体的であつてもよいが、ことに示す好ま
しい実施例では流体通路３０にネジ込み係合され
るものとして示されている。固定の弁素子７８の
外面に沿つて液圧流体が漏れるのを防止するため
１対の静的シール８０及び８２が設けられてい
る。

固定の弁素子７８の１端８４は可動の弁素子３
２のシール面３６に対する弁座をなす。固定の弁
素子７８は弁座８４の直径に対して小直径の部分
８６を含む中空の内部を備えている。従つてテー
パ付きの面８８はポペツト５４の移動を制限する
ための手段をなす。更に、固定の弁素子７８はこ
の素子７８の中空内部と室２６とを流体連通でき
る様にするための複数個の穴９０を備えている。

さて、第１図乃至第３図を参照して、本発明の
弁の作動を詳細に説明する。先ず、初め第１図に
示したシステムが正常に作動し、即ち本発明の弁
を接続するシリンダ１２の端の圧力が正常より高
くも低くもないものと仮定すれば、可動の弁組立
体は第１図に示した位置となる。この位置に於い
ては、バネ７０により可動の弁組立体に伝えられ
る力によつてシール面３６が弁座８４とシール係
合せしめられる。同様に、バネ７４によりポペツ
ト５４のテーパ付きシール面６０が弁座４４とシ
ール係合せしめられる。従つてこの第１作動モー
ドに於いては室２４と２６との間の流体の流れが
両方向とも阻止される。

次いで、所与のシリンダ端の圧力がその所望値
以上の第１所定量まで上昇したものと仮定する。
これは、例えば、ローダのバケツトが或る一定位
置で動かなくなつた間にローダのブームが液圧で
下向きに駆動された場合に生じることがある。こ
の場合には、室２４に圧力が確立され、この圧力
はポペツト５４のテーパ付きの面６０に与えら
れ、そして第２図に示した様に、バネ７４が圧縮
を始める。今やポペツト５４は弁座４４から離
れ、室２４から経路９２に沿つて室２６へと流体
を流すための間隙を与える。経路９２に沿つて流
体が移動すると、この流体はヘツド５６の面９４
に圧力を与え、従つて、バネ７４に働く圧縮荷重
を高める。流れが増加するにつれてバネ７４に働
く圧縮荷重も増加し、増加した流れに対して圧力
を充分一定に保つ様に助成する。バネ７４はヘツ
ド５６がテーパ付き面８８に衝接するまで圧縮し
続ける。ポペツト５４に移動限界を与えることに
より、面８８はポペツト機構の過大なストレスを
防止する。ポペツトヘツド５６が面８８と接触し
た時には、スロツト６４によつて流路９２が維持
される。この点に於いて、ポペツト機構のそれ以
上のストレスを防止するためにそれ以上の圧力調
整が犠牲にされる。流路９２はポペツト５４の外
面に沿つているので、動的なシールは必要とされ
ないという点に注意されたい。この様なシールは
中空のポペツトが用いられた時に必要とされる。
従つて、この第２作動モードに於いては、室２４
の圧力が室２６の圧力より第１所定量だけ大きい
時に室２４から室２６へ流体が通流せしめられ
る。

次いで、室２６の圧力が室２４の圧力より上昇
したと仮定しよう。室２６の圧力が室２４の圧力
よりも所定量だけ上昇した時には、第３図に示し
た様に、ポペツト５４と可動の弁素子３２とバネ
７４とバネ座６６とが全て一体となつて移動して
バネ７０を圧縮するまで、ヘツド６４及び素子３
２の内面４０に圧力が確立される。テーパ付きの
シール面３６が弁座８４から離れた時に流体は室
２６から流路９６に沿つて室２４へと流れる。従
つて、この第３作動モードに於いては、室２６の
圧力が室２４の圧力よりも第２の所定量だけ大き
い時にのみ流体が室２６から室２４へと通流せし
められる。

以上の説明より明らかな様に、弁の作動が対称
的でない様に、バネ７０の伝える力がバネ７４の
伝える力より小さいことが必要である。換言すれ
ば、上記した第１の所定量は第２の所定量よりも
相当に大きくなければならない。なぜならば、弁
は正常の作動圧力の亘つて第１図に示した第１作
動モードに保持され然も室２６の圧力が室２４の
圧力より大きい状態に対しても充分敏感でなけれ
ばならないからである。

かくて、液圧回路用の、コンパクトで且つ直接
作動式のキヤビテーシヨン防止及び過負荷調圧保
護装置が提供されたことが明らかであろう。更
に、いずれの方向の流れもシール部材の外面に沿
つたものであるから本発明の弁の作動には動的シ
ールが不要であることが明らかであろう。大きな
作動レンジに亘つて流れが増加しても本発明の弁
は圧力を比較的一定に維持する。更に、本発明の
弁はその内部部品の過大ストレスを防止する手段
を備えている。最後に、本発明の弁の構造は比較
的簡単であり、従つてコストが安い。

本発明の好ましい実施例と考えられるものを説
明したが、本発明の範囲内で種々の変更や修正が
当業者に明らかであり、それ故この様な変更や修
正は全て特許請求の範囲に包含されるものとす
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による液圧弁を用いた液圧系統
を示す図であり、第１作動モードにある本発明の
弁を長手方向部分断面図で示した図、第２図は第
１図に示した液圧弁が第２作動モードにある場合
を示した図、第３図は第１図に示した液圧弁が第
３作動モードにある場合を示した図である。 １０……ローダ、１２……液圧シリンダ、２０
……本発明による液圧弁、２２……筐体、２４…
…第１の室、２６……第２の室、２８……貯蔵
器、３０……中央の流体通路、３２……可動の弁
素子、３６……テーパ付きのシール面、４４……
弁座、５４……ポペツト、５６……ヘツド、５８
……本体部分、６０……テーパ付きのシール部
分、６２……ステム、６４……スロツト、７０，
７４……バネ、７８……固定の弁素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 筐体と、この筐体内にあり流体流路に連通し
   うる第１の室と、上記筐体内にあり流体貯蔵器に
   連通しうる第２の室と、上記筐体内にあり上記第
   １の室と第２の室とを結ぶ流体通路と、この流体
   通路内に配置された可動の弁組立体と、上記第１
   室と第２室との間で上記流体通路内に配置された
   固定部分とを備え、上記可動の弁組立体は第１モ
   ードに於いては上記第１室と第２室との間での流
   体の流れを阻止するように働き、第２モードに於
   いては上記第１室の圧力が第２室の圧力よりも第
   １の所定量だけ大きい時にのみ上記第１室から第
   ２室へと流体を通流できるように働き、第３モー
   ドに於いては上記第２室の圧力が第１室の圧力よ
   りも第２の所定量だけ大きい時にのみ上記第２室
   から上記第１室へと流体を通流できるように働
   き、そして上記固定部分が弁座を備えているよう
   な液圧弁に於いて、上記可動の弁組立体は可動の
   弁素子と、ポペツト機構とを備え、この可動の弁
   素子は上記可動の弁組立体が上記第１及び第２モ
   ードで作動する時に上記固定部分の上記弁座と係
   合するシール部分を有し、そして更に上記可動の
   弁素子は弁座を有し、上記ポペツト機構は上記可
   動の弁組立体が上記第１及び第３モードで作動す
   る時に上記可動の弁素子の上記弁座とシール係合
   することを特徴とする液圧弁。 ２ 上記可動の弁素子は上記流体通路と滑り係合
   状態にある外面を有し、上記可動の弁素子の上記
   シール部分はその１端のテーパ付きの面からなる
   特許請求の範囲第１項記載の液圧弁。 ３ 上記可動の弁素子は軸に対して対称的な中空
   内部を更に備え、この中空内部は上記１端に軸方
   向に隣接して第１直径を有した第１部分と、この
   第１部分に軸方向に隣接して上記第１直径より小
   さい第２直径を有した第２部分と、この第２部分
   に軸方向に隣接して上記第２直径より小さい第３
   直径を有した第３部分とを備えており、上記可動
   の弁素子の上記弁座は上記第１内部と第２内部と
   の結合部で形成される特許請求の範囲第２項記載
   の液圧弁。 ４ 上記可動の弁素子は上記第１室と上記可動の
   弁素子の上記第２内部との間で流体を連通できる
   ようにする手段を備えている特許請求の範囲第３
   項記載の液圧弁。 ５ 上記ポペツト機構は円筒状のステムを備え、
   上記可動の弁素子の上記第３内部は上記ステムを
   包囲し且つそれと滑り係合状態にある特許請求の
   範囲第３項記載の液圧弁。 ６ 上記ポペツト機構はポペツトを備え、このポ
   ペツトはその断面が実質的に内実であり且つ軸に
   対して実質的に対称的に配置され、このポペツト
   はその１端に置かれたヘツドと、このヘツドに隣
   接しこのヘツドの直径より小さな直径を持つた本
   体部分と、この本体部分に隣接し上記可動弁素子
   の上記弁座にシール係合するテーパ付きシール部
   分と、このシール部分に隣接したステムとを有し
   ている特許請求の範囲第１項記載の液圧弁。 ７ 上記ポペツトは、上記可動の弁組立体が上記
   第２モードで作動する時に上記ポペツトがその移
   動限界に達した後も上記第１室と第２室との間に
   流体の連通を維持するための手段を備えている特
   許請求の範囲第６項記載の液圧弁。 ８ 上記ポペツト機構は上記ポペツトのステムか
   ら半径方向外側に突出した第１バネ座を更に備
   え、上記可動の弁組立体は上記可動の弁素子の上
   記シール部分を上記固定部分の上記弁座とシール
   係合するように偏移するため上記第１のバネ座の
   １方の面に着座された第１のバネ偏移手段を備え
   ている特許請求の範囲第６項記載の液圧弁。 ９ 上記可動の弁素子はそこから半径方向外側に
   突出した第２のバネ座を備え、上記可動の弁組立
   体は上記ポペツトの上記テーパ付きシール部分を
   上記可動の弁素子の上記弁座と上記シール係合状
   態になるように偏移するため上記第２のバネ座と
   上記第１バネ座の他面との間に配置された第２の
   バネ偏移手段を備えている特許請求の範囲第８項
   記載の液圧弁。 １０ 上記第１のバネ偏移手段によつて伝えられ
   る力は上記第２のバネ偏移手段によつて伝えられ
   る力よりも小さい特許請求の範囲第９項記載の液
   圧弁。 １１ 上記固定部分は上記第１室と第２室との間
   で上記流体通路内に配置された固定の弁素子を備
   え、この固定の弁素子は上記可動の弁素子のシー
   ル部分を受けるための弁座をその１端に有してい
   る特許請求の範囲第１項記載の液圧弁。 １２ 上記固定の弁素子は、上記可動の弁素子が
   上記第２モードで作動している時に上記ポペツト
   機構の過大ストレスを防止するように上記ポペツ
   トの移動を制限する手段を更に備えている特許請
   求の範囲第１１項記載の液圧弁。 １３ 上記固定の弁素子は該弁素子の上記弁座に
   対して小直径の部分を有した中空内部を備え、上
   記ポペツト機構の移動を制限する上記手段は小直
   径の上記部分を備えている特許請求の範囲第１２
   項記載の液圧弁。 １４ 上記固定の弁素子は該素子の中空内部と上
   記第２室との間に流体を通流せしめる手段を備え
   ている特許請求の範囲第１３項記載の液圧弁。 １５ 筐体と、この筐体内にあり流体流路と連通
   しうる第１の室と、上記筐体内にあり流体貯蔵器
   と連通しうる第２の室と、上記筐体内にあり上記
   第１の室と第２の室とを結ぶ流体通路と、この流
   体通路内に配置された可動の弁組立体とを備え、
   この可動の弁組立体は第１モードに於いては上記
   第１室と第２室との間での流体の流れを阻止する
   ように働き、第２モードに於いては上記第１室の
   圧力が第２室の圧力よりも第１の所定量だけ大き
   い時にのみ上記第１室から第２室へと流体を通流
   できるように働き、そして第３モードに於いては
   上記第２室の圧力が第１室の圧力よりも第２の所
   定量だけ大きい時にのみ上記第２室から第１室へ
   と流体を通流できるように働く様な液圧弁に於い
   て、上記可動の弁組立体がポペツト機構を備え、
   このポペツト機構は断面が実質的に内実であるポ
   ペツトを有し、そしてこのポペツト機構は上記流
   体通路内で移動するようにされ、且つ上記弁が上
   記第２モードで作動する時に上記ポペツトの外面
   に沿つて上記第１室から第２室へと流体を通流で
   きるようにされたことを特徴とする液圧弁。 １６ 液圧シリンダと液圧弁とを有する液圧装置
   のための液圧過負荷調圧及びキヤビテーシヨン防
   止型保護装置であつて、上記弁は筐体と、この筐
   体内にあり上記液圧シリンダの１端と流体連通状
   態にされた第１の室と、上記筐体内にあり流体貯
   蔵器と流体連通状態にされた第２の室と、上記筐
   体内にあり上記第１室と第２室を結ぶ流体通路
   と、この流体通路内に配置された可動の弁組立体
   と、上記第１室と第２室との間で上記流体通路内
   に配置された固定部分とを有しており、上記可動
   の弁組立体は第１モードに於いては上記第１室と
   第２室との間での流体の流れを阻止するように働
   き、第２モードに於いては上記第１室の圧力が上
   記第２室の圧力よりも第１の所定量だけ大きい時
   にのみ上記第１室から第２室へと流体を通流でき
   るように働き、第３モードに於いては上記第２室
   の圧力が第１室の圧力よりも第２の所定量だけ大
   きい時にのみ上記第２室から第１室へと流体を通
   流できるように働き、そして上記固定部分が弁座
   を備えているような保護装置に於いて、上記可動
   の弁組立体は可動の弁素子とポペツト機構とを備
   え、可動の弁素子は上記可動の弁組立体が上記第
   １及び第２モードで作動する時に上記固定部分の
   上記弁座に係合するためのシール部分を有し、上
   記可動の弁素子は更に弁座を有し、そして上記ポ
   ペツト機構は上記可動の弁組立体が上記第１及び
   第３モードで作動する時に上記可動の弁素子の上
   記弁座とシール係合することを特徴とする保護装
   置。