WO2018025712A1 - リリーフバルブ - Google Patents

Abstract

本発明のリリーフバルブは、流体が導入される入口(13)と、入口(13)から延びるバルブ摺動路(3)と、バルブ摺動路(3)の壁面に設けられた逃し口(15)とを有するバルブハウジング(1)と、バルブ摺動路(3)に入口側へ付勢されて摺動自在に収められた、逃し口(15)を開閉するバルブピストン(21)と、入口(13)にバルブピストン(21)の端面を細長状に横切るように設けられ、付勢されたバルブピストン(21)を受け止め、逃し口(15)を塞ぐ位置にバルブピストン(21)を配置させるバルブストッパ(37)と有する。

Description

リリーフバルブ

　本発明は、リリーフバルブに係り、特に油圧の異常上昇を防いだり油圧を所定油圧に保ったりするなどに用いられるリリーフバルブに関する。

　エンジン、例えば船外機のエンジンは、当該エンジンに組み込まれているオイルポンプの下流側（吐出側）にリリーフバルブを設けて、エンジンの各部へ供給されるオイル（流体）の油圧が異常に上昇するのを防いだり、同オイルを適正油圧に保ったりしている。

　こうしたエンジンに組み込まれるオイルポンプ用リリーフバルブでは、バルブハウジングに形成されたバルブ摺動路にバルブピストンを摺動自在に収め、同バルブピストンをスプリングで一端側（基端側）から他端側（先端側）へ付勢し、バルブピストンの他端面（先端面）を、バルブ摺動路部分の内壁に環状に形成された円錐形のシート座面に押し付ける構造が用いられている。具体的には、このリリーフバルブは、バルブピストンの他端面の外周縁にテーパ面でなるシート面が設けられ、ピストンバルブのシート面がバルブ摺動路部分のシート座面に押し付けられることによって、シート座面の中央に形成されているオイル入口が閉じられ、バルブ摺動路の壁面に形成された逃し口がバルブピストンの外周面で塞がれる構造を有している。

　つまり、このリリーフバルブは、オイルポンプからの油圧が上昇すると、バルブピストンがシート座面から離れる方向へ摺動し、同バルブピストンの摺動にて、シート座面の中央に形成されている入口ポートが開き、オイル逃し口が開く。これにより、オイルポンプからのオイルが、入口ポート、バルブ摺動路を通じて、逃し口から導出されてオイルパンへ戻る。

　こうしたリリーフバルブ（バルブピストン）の開弁圧は、周知のようにバルブピストン先端における受圧面とスプリングの付勢力とにより設定される。一般的には設定開弁圧は、バルブピストン端面の全体を受圧面として設定される。

　ところが、バルブ摺動路における円錐形のシート座面とバルブピストンにおけるテーパ面でなるシート面とを接触させて、バルブピストンを規制する構造は、環状のシート座面の中央にオイル入口ポートが形成されるため、入口ポートの径はバルブ摺動路の径より小さくなる。すなわち入口ポートの径は、バルブピストンの端面の直径よりも小さくなってしまう。つまり、シート座面とテーパ面とが接触しているときのバルブピストンの受圧面は、環状のシート座面の中央の入口ポートから臨む、バルブピストンの端面（先端面）の中央部分だけとなり、バルブピストンの端面よりも小さくなる。この受圧面の面積差が、バルブピストンの動き始めに生じる圧力変動を増加させ、チャタリングを生じさせてしまう。

　すなわちバルブピストンは、当初は受圧面が小さいので、設定開弁圧より大きな圧力が加わらないと、動き始められない。しかし、このバルブピストンの受圧面は、バルブピストンがシート座面から離れるにしたがい、入口ポートの内径という小径な受圧面から、バルブピストンの端面全体という大きな受圧面に変わる。バルブピストンの受圧面積が増えると、バルブピストンに加わる力は、瞬間的に低下する。すると、バルブピストンは、バルブピストンに加わる力が設定開弁圧に達して回復するまでの間に、スプリングの弾性力にて戻され、バルブピストン先端がシート座面と衝突（接触）する、という挙動を生じさせてしまう（以下、この挙動をチャタリングという）。バルブピストンとシート座面との衝突は、異音の発生をもたらす。

　そこで、従来、特許文献１に開示されているようにバルブピストンの先端面の外周縁部に、シール面を含む二段の段付き部を形成し、バルブ摺動路のシート座面にもこれに対応して二段の段付き部を形成して、バルブピストンの開き始めの小な受圧面から大な受圧面に切り換わるまでの位置を、シート座面からバルブ摺動路沿いに遠ざけて、バルブピストンのチャタリングを防ぐことが行われている。

実開昭５８－１０２８７０号公報

　しかし、バルブピストンの端部、バルブ摺動路のシート座に二段の段付き部を形成する構造は、二段の段付き部を形成するための面倒な加工、すなわち高精度な段付き加工がバルブピストンやバルブハウジングに求められる。このため、コスト的な負担が強いられ、リリーフバルブは高価になってしまう。
　そこで、本発明の目的は、簡単な構造で、バルブピストンの動き始め時におけるチャタリングの発生が抑えられるリリーフバルブを提供することにある。

　本発明の態様は、流体が導入される入口と、入口から延びるバルブ摺動路と、バルブ摺動路の壁面に設けられた逃し口とを有するバルブハウジングと、バルブ摺動路に入口側へ付勢されて摺動自在に収められ、逃し口を開閉するバルブピストンと、入口にバルブピストンの端面を細長状に横切るように設けられ、付勢されたバルブピストンを受け止め、逃し口を塞ぐ位置にバルブピストンを配置させるバルブストッパと有する。

　好ましくは、バルブストッパは、バルブピストンの端面と線接触で接触する接触部を有するのがよい。
　また、好ましくは、バルブストッパは、軸心方向断面が円形のピン部材で構成されるのがよい。
　また、好ましくは、ピン部材は、バルブピストンの軸心を通って横切るのがよい。

　また、好ましくは、バルブ摺動路は、入口の内径と同じ径で当該入口から連続して形成され、バルブピストンは、入口の内径と略同じ径で全体が形成されるのがよい。
　さらに、好ましくは、逃し口は、バルブストッパでバルブピストンの端面を受け止めた位置から、バルブ摺動路に沿って所定距離以上、離れた位置に設けられるのがよい。

　本発明によれば、バルブピストンは、同バルブピストンの先端面を細長状に横切るバルブストッパで受け止める構造のため、バルブ摺動路上の入口に臨むバルブピストン端の受圧面積と、バルブピストンの先端面の受圧面積との差を低減することができる。これにより、バルブピストンの動き始めに求められる圧力と、バルブピストンの設定開弁圧との差が低減できる。なお、設定開弁圧は受圧面積と付勢力とにより設定される。

　それ故、圧力変動は低減され、バルブピストンの動き始めからその直後で生じるチャタリング、すなわちバルブピストンとバルブストッパとの接触を防ぐことができる。しかも、チャタリングの抑制は、バルブピストン端面を細長状に横切るバルブストッパを設けるだけの構造でよく、面倒な高精度の加工は不要となる。このため、費やすコストも少なく、廉価なリリーフバルブを提供できる。

本発明の一実施形態に係る態様となるリリーフバルブを示す断面図。 同リリーフバルブのバルブピストンとバルブストッパとの位置関係を示す斜視図。 バルブピストン端とバルブストッパとの接触状態を示す正面図。 バルブピストン端とバルブストッパとの接触状態を示す平面図。 バルブピストンの開弁始めを示す断面図。 バルブピストンが全開位置まで移動（変位）したときを示す断面図。

　以下、本発明を図１～図５に示す一実施形態にもとづいて説明する。
　図１は、エンジン、例えば船外機用エンジンに組み込まれるリリーフバルブＡの断面図を示し、図２、図３Ａおよび図３Ｂは、同リリーフバルブＡの各部をそれぞれ示し、図４および図５は、同リリーフバルブＡの開弁始めから全開位置までの状態を示している。

　リリーフバルブＡは、例えば筒形のバルブハウジング１、有底筒形のバルブピストン２１、スプリング２５およびバルブストッパ３７を有して構成される。
　具体的には、図１～図５に示されるようにバルブハウジング１は、内部に軸方向に沿って延びる筒形、例えば円筒形のバルブ摺動路３を有している。このバルブ摺動路３は、直線状に延びる通路で形成されていて、一端側（基端側）にはスプリング座５が形成されている。またバルブ摺動路３の他端側（先端側）は、バルブハウジング端に形成されている接続口体７の内腔に至っている。この接続口体７が、船舶用エンジン（図示しない）に組み込まれているオイルポンプ（図示しない）の下流側（吐出側）の油路１１と連通する。

　バルブ摺動路３内には、バルブピストン２１が摺動自在に収められる。バルブピストン２１は、円筒形で、底壁部２３は平坦な壁で形成されている。なお、底壁部２３は、バルブ摺動路３の先端側（接続口体７側）に向いている。このバルブピストン２１とスプリング座５との間にスプリング２５が介装され、バルブピストン２１をバルブ摺動路３の基端側（スプリング座５側）から先端側（接続口体７側）へ付勢する。

　一方、接続口体７の内腔とバルブ摺動路３との境界部には、接続口体７からのオイル（流体）が導入される入口ポート１３が形成されている。入口ポート１３は本発明の入口に相当する。この入口ポート１３は、接続口体７の内腔の径と同一である。この入口ポート１３の内径と同じ径でバルブ摺動路３は、入口ポート１３から直線状に延びている。なお、バルブピストン２１の全体は、入口ポート１３と同等の内径でストレート形状に形成されている。この入口ポート１３にバルブストッパ３７が、バルブピストン２１の先端面を横切るように設けられる。また入口ポート１３から軸方向沿いに離れたバルブ摺動路３の壁面には、例えば一対の通孔でなるリリーフ孔１５が設けられている。リリーフ孔１５は、本発明の逃し口に相当する。

　バルブストッパ３７は、バルブピストン２１の先端面を細長状に横切る細長の部材で形成される。このバルブストッパ３７にて、入口ポート１３でのバルブピストン２１の先端面における受圧面積を確保しつつ、付勢されるバルブピストン２１の先端面を受け止めている。バルブストッパ３７の詳細については後述する。

　そして、この受け止めによりバルブピストン２１は、リリーフ孔１５を塞ぐ位置、すなわちバルブピストン２１の外周面で閉じる位置に位置決めされ、バルブピストン２１がバルブ摺動路３に沿って移動（変位）すると、リリーフ孔１５が開放される。つまり、バルブピストン２１の摺動により、リリーフ孔１５は開閉される構成となっている。

　バルブストッパ３７には、リリーフバルブ閉鎖状態のとき、バルブピストン先端の受圧面積が確保できるよう、ここではバルブピストン２１の先端面を直線状に横切る一本の細長小径の部材が用いられている。特にバルブストッパ３７は、効果的にバルブピストン先端の受圧面積が確保できるよう、バルブピストン２１の先端面と線接触する接触部を有した部材が用いられている。例えばバルブストッパ３７は、軸心方向断面が円形のピン部材３９で構成されている。このピン部材３９は、図２および図３Ａ、図３Ｂに示されるようにバルブピストン２１の軸心を通り、バルブピストン２１の先端面を横切るよう配置されることによって、ピン部材３９の外周面の一部の円弧部が接触部４１となって、バルブピストン２１の先端面と接触する。つまり、バルブストッパ３７は、バルブピストン２１の先端面と線接触するという、極力、接触面積を抑えた構造で、バルブピストン２１を受け止めている。これにより、バルブストッパ３７（ピン部材３９）で規制されたときのバルブピストン先端の受圧面積と、バルブストッパ３７から離れたときのバルブピストン先端の受圧面積（バルブピストン２１の先端面全体の面積）とは略同じになる。

　他方、リリーフ孔１５は、ピン部材３９でバルブピストン端を受け止めた位置から、バルブ摺動路３沿いに所定距離以上、離れた位置に配置されている。具体的にはリリーフ孔１５の開くときの圧力変動で発生するチャタリングを防げるよう、リリーフ孔１５の開き始め位置は、ピン部材３９とバルブピストン２１とが突き当たる位置から所定距離、遠ざけた位置に配置されている。図１中のδは、その距離、すなわちチャタリングが発生せずにすむ距離を示している。リリーフ孔１５は、船舶用エンジン９のオイルパン（図示しない）内に連通する。

　なお、上記リリーフバルブ（船外機エンジン用）は、船外機用エンジンの特有の使い方をされるため、通常のリリーフバルブとは異なる。上記リリーフバルブは、例えばチルトアップして船外機エンジンを海中から外気中に出して整備するとき、オイルが海中に流出せずに整備作業が行えるよう、船外機用エンジンのチルトアップに伴い、エンジン側のオイルをリリーフバルブＡの隙間やバルブピストンに設けた微小径の孔（図示しない）を通じてオイルパンへ戻すことができる構造を有している。このため、バルブピストン先端と入口ポート１３との間のおけるシールはなくとも構わない。

　つぎに、このように構成された船外機エンジン用リリーフバルブの作用について説明する。
　船外機エンジン内を流れるオイルの油圧が上昇すると、リリーフバルブＡのバルブピストン２１は、図４に示されるように、スプリング２５の付勢力に抗して、ピン部材３９（バルブストッパ３７）から離れる方向へ動き始める。このバルブピストン２１の摺動が続くと、図５に示されるようにリリーフ孔１５が開き、接続口体７からのオイル、すなわちオイルポンプからのオイルが、入口ポート１３、バルブ摺動路３を経て、リリーフ孔１５からオイルパン（図示しない）へ導出される。

　ここで、リリーフバルブ閉鎖時におけるバルブピストン先端の受圧面が、入口ポートから離れたときのバルブピストン先端の受圧面の面積より小さい場合、バルブピストンの動き始めに求められる圧力は、バルブピストンの設定開弁圧よりも大きくなる。このため、受圧面がバルブピストンの先端面全体に変わり、設定開弁圧に回復するまでの間での圧力変動は大きく、チャタリングが生じる。

　本実施形態の態様では、リリーフバルブＡのバルブピストン２１の動き始めは、バルブストッパ３７（ピン部材３９）と接触した状態から行われる。このときバルブストッパ３７は、バルブピストン２１の先端面を細長状に横切るように配置され、バルブピストン２１の先端面を受け止めている。つまり、細長状にバルブピストン端を横切るバルブストッパ３７により、バルブピストン２１は、従来の環状のシート座面を用いたときよりも、大幅に接触面積を低減させた構造、すなわち小接触面積で止まる。

　これにより、入口ポート１３に配置されるときのバルブピストン２１の受圧面積と、入口ポート１３から離れたときのバルブピストン２１の受圧面積（先端面全体の面積）との差を低減することができる。特にバルブストッパ３７が、ピン部材３９のようにバルブピストン先端面と線接触する部材である場合、接触部分は極小面積となるため、リリーフバルブ閉鎖時におけるバルブピストン先端の受圧面積は、バルブピストン２１の先端面全体が受圧面となるときと変わりない面積、すなわちバルブピストン２１の先端面全体と同等の面積まで確保することができ、入口ポート１３に配置されるときのバルブピストン端の受圧面積と、入口ポート１３から離れたときのバルブピストン端の受圧面積との差をなくすことができる。

　したがって、バルブピストン２１の動き始めに求められる圧力と、バルブピストン２１の設定開弁圧との差を低減することができ、同差がもたらす圧力変動を小さくすることができる。なお、前述のとおり、設定開弁圧は受圧面積と付勢力とにより設定される。

　それ故、バルブピストン２１の動き始めからその直後におけるチャタリング、すなわちバルブピストン２１とバルブストッパ３７（ピン部材３９）との接触を防ぐことができる。
　このチャタリングの防止は、バルブピストン端面を細長状に横切るバルブストッパ３７を設けるだけの構造でよく、面倒な高精度の加工は不要なので、費やすコストも少なくてすむ。このため、廉価なリリーフバルブＡを提供できる。

　しかも、バルブストッパ３７には、バルブピストン２１の先端面と線接触で接触する接触部４１を有する部材を用いたので、効果的に受圧面積を確保することができる。特にピン部材３９であると、既存の断面が円形な部品を流用して、簡単にリリーフバルブ閉鎖時の受圧面積を、バルブピストン２１の先端面全体の面積と変わらないまで確保することができ、圧力変動の低減に多大に貢献できる。そのうえピン部材３９は、バルブピストン２１の軸心を通って横切るように配置したことにより、コスト的に安価となる一本のピン部材３９で、バルブピストン２１を安定よく支えることができる。

　バルブ摺動路３は、入口ポート１３の内径と同じ径で入口ポート１３から連続して形成され、バルブピストン２１も、入口ポート１３の内径と略同じ径で全体が形成されるから、バルブ摺動路３およびバルブピストン２１共、単純なストレート形状でよく、バルブ摺動路３やバルブピストン２１の簡素化が図れる。しかも、バルブ摺動路３の加工、バルブピストン２１の加工も、簡素化した加工ですむ。

　加えて、リリーフ孔１５は、バルブピストン２１がピン部材３９（バルブストッパ３７）で規制される位置から、所定距離以上、離れた位置（チャタリングが起きない位置）に配置されることにより、図５に示されるようにバルブピストン２１がリリーフ孔１５を開放したときの圧力変動を要因としたチャタリング、すなわちバルブピストン２１とバルブストッパ３７（ピン部材３９）との接触も回避することができる。

　なお、上述した一実施形態における各構成およびそれの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能であることはいうまでもない。また本発明は、上述した一実施形態によって限定されることはなく、「特許請求の範囲」によってのみ限定されることはいうまでもない。例えば一実施形態では、細長状に横切るバルブストッパとして円形断面のピン部材を用いた例を挙げたが、これに限らず、例えば三角断面のピン部材や、網状部材（例えばネット部材）などでもよく、細長状にバルブストッパの先端面（端面）を横切るように配置される部材であれば構わない。また一実施形態では、船舶エンジンに組み込まれるリリーフバルブに本発明を適用したが、これに限らず、他の機器に用いられるリリーフバルブに本発明を適用してもよい。

　１　バルブハウジング
　３　バルブ摺動路
１３　入口ポート（入口）
１５　リリーフ孔（逃し口）
２１　バルブピストン
２５　スプリング
３９　ピン部材（バルブストッパ）
４１　接触部

Claims (6)

1. 　流体が導入される入口と、前記入口から延びるバルブ摺動路と、前記バルブ摺動路の壁面に設けられた逃し口とを有するバルブハウジングと、
   　前記バルブ摺動路に入口側へ付勢されて摺動自在に収められ、前記逃し口を開閉するバルブピストンと、
   　前記入口に前記バルブピストンの端面を細長状に横切るように設けられ、前記付勢されたバルブピストンを受け止め、前記逃し口を塞ぐ位置に前記バルブピストンを配置させるバルブストッパと
   　を具備したことを特徴とするリリーフバルブ。
2. 　前記バルブストッパは、前記バルブピストンの端面と線接触で接触する接触部を有することを特徴とする請求項１に記載のリリーフバルブ。
3. 　前記バルブストッパは、軸心方向断面が円形のピン部材で構成されることを特徴とする請求項２に記載のリリーフバルブ。
4. 　前記ピン部材は、前記バルブピストンの軸心を通って横切ることを特徴とする請求項３に記載のリリーフバルブ。
5. 　前記バルブ摺動路は、前記入口の内径と同じ径で当該入口から連続して形成され、
   　前記バルブピストンは、前記入口の内径と略同じ径で全体が形成される
   　ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のリリーフバルブ。
6. 　前記逃し口は、前記バルブストッパで前記バルブピストンの端面を受け止めた位置から、前記バルブ摺動路に沿って所定距離以上、離れた位置に設けられることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のリリーフバルブ。

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