特許 7078140 圧力制御弁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-23

(45)【発行日】2022-05-31

(54)【発明の名称】圧力制御弁

(51)【国際特許分類】

   F16K 17/06 20060101AFI20220524BHJP

   F16K 47/02 20060101ALI20220524BHJP

【ＦＩ】

F16K17/06 A

F16K47/02 D

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020570293

(86)(22)【出願日】2019-02-07

(86)【国際出願番号】 JP2019004438

(87)【国際公開番号】W WO2020161862

(87)【国際公開日】2020-08-13

【審査請求日】2021-03-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001069

【氏名又は名称】特許業務法人京都国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】筒井 涼太

【審査官】篠原 将之

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－２４０９９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０６７０９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０４６９５５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３２６７２１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００８－０４５７４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６２－１６７９７７（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｋ １７／０６

Ｆ１６Ｋ ４７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バランスピストン型の圧力制御弁において、
高圧ラインに連通する第１のオリフィスを有するとともに、内部に中間室を有するバランスピストンと、
前記バランスピストンと当接する弁座を備え、前記バランスピストンをスライド可能に収納するスリーブと、
前記第１のオリフィスから前記中間室への作動液の流入を制御するためのパイロットリリーフ弁と、
前記パイロットリリーフ弁と当接する弁座を備えるシート部材と、
前記シート部材と当接した状態において、前記パイロットリリーフ弁と前記シート部材との間にダンピング室を形成するとともに、前記中間室と前記ダンピング室とを連通する第２のオリフィスを有し、前記シート部材と当接する位置と前記シート部材から離隔する位置との間を移動可能なキャップ部材と、
前記バランスピストンと前記キャップ部材との間に設けられ、前記バランスピストンを前記弁座の方向に付勢するとともに、前記キャップ部材を前記シート部材の方向に付勢する第１のスプリングと、
を備え、
前記パイロットリリーフ弁が前記シート部材から離隔する方向に移動するとき、前記キャップ部材は前記シート部材に押しつけられ、
前記第１のスプリングは、前記パイロットリリーフ弁が前記シート部材から離隔する方向に移動するとき、前記ダンピング室と前記第２のオリフィスにより、前記パイロットリリーフ弁におけるフラッタリングの発生が抑制される一方で、前記パイロットリリーフ弁が前記シート部材に近接する方向に移動するとき、前記キャップ部材が前記シート部材から離隔して、前記中間室と前記ダンピング室が同圧となることにより、前記パイロットリリーフ弁の応答性の低下が防止されるような付勢力を有していることを特徴とする圧力制御弁。

【請求項2】

さらに、
前記パイロットリリーフ弁を前記シート部材に向けて付勢する第２のスプリングと、
前記第２のスプリングによる付勢力を調整する圧力調整ネジと、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の圧力制御弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、リリーフ弁として使用される圧力制御弁に関する。

【背景技術】

【0002】

図５は、リリーフ弁として使用される従来の圧力制御弁の断面図である。なお、図５においては、圧力制御弁がコントロールバルブ等におけるハウジング１００に装着された状態を示している。

【0003】

図５に示す従来の圧力制御弁は、高圧ライン２０における作動液の圧力が一定以上となったときに、作動液を高圧ライン２０から低圧ライン３０に流出させることで、ハウジング１００内の作動液の圧力が一定以上となることを防止するためのものである。この圧力制御弁は、バルブボディ７に支持されるスリーブ１０と、このスリーブ１０内においてスリーブ１０に対して摺動可能に配設されたバランスピストン８とを備えたバランスピストン型の構成となっている。

【0004】

バランスピストン８は、付勢手段としてのスプリング９により、高圧ライン２０側の端部がスリーブ１０に形成された弁座領域と当接する方向に付勢されている。また、このバランスピストン８には、高圧ライン２０とバランスピストン８内部の中間室１１とを連通するオリフィス８ｃが形成されている。このオリフィス８ｃを通過する作動液の流れが生ずると、バランスピストン８の高圧ライン２０側と低圧ライン３０側との間に圧力差が生ずる。そして、バランスピストン８における上流面（高圧ライン２０側の面）８ａに作用する作動液の圧力が、下流面（低圧ライン３０側の面）８ｂに作用する圧力とスプリング９による付勢力の合計値を上回ると、バランスピストン８がスリーブ１０内を摺動してスリーブ１０における弁座領域から離隔する。これにより、高圧ライン２０から低圧ライン３０に至る作動液の通路が開口し、高圧ライン２０の余剰作動液を低圧ライン３０に流出させることで、ハウジング１００内の作動液の最大圧力を保証している。

【0005】

このバランスピストン８は、パイロット方式によって移動する。すなわち、バランスピストン８におけるオリフィス８ｃの通過流量を制御するため、バランスピストン８の下流にパイロットリリーフ弁１が配設されている。このパイロットリリーフ弁１は、スプリング２の作用により、スリーブ１０の一端に配設されたシート部材３における弁座面に向けて付勢されている。このパイロットリリーフ弁１のシート部材３に対する付勢力は、圧力調整ネジ６により調整することができる。パイロットリリーフ弁１における上流面（シート部材３側の面）に作用する作動液の圧力がスプリング２による付勢力を上回ると、パイロットリリーフ弁１はシート部材３の弁座面から離間し、中間室１１内の作動液を低圧ライン３０に流出させる。これにより、バランスピストン８におけるオリフィス８ｃ内を作動液が通過し、バランスピストン８における上流面８ａと下流面８ｂとの間に圧力差が生じることで、バランスピストン８が開弁する。

【0006】

以上のような構成を有する圧力制御弁は、特許文献１における従来技術として開示されている。なお、特許文献１においては、バランスピストン８に生ずるフラッタリング（チャタリング）を防止するため、バランスピストン８とシート部材３との間にダンパを形成している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】国際公開２０１７／０４６９５５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

図５に示す構成を有する圧力制御弁においては、パイロットリリーフ弁１がシート部材３における弁座面から離隔するときに、パイロットリリーフ弁１には慣性力が働くため、パイロットリリーフ弁１に対する作動液の圧力とスプリング２による付勢力とのバランス位置をオーバーラップして開口面積が大きくなり、パイロット流量が過大に流れる現象が生ずる。このような現象が発生したときには、バランスピストン８における中間室１１の圧力降下が大きくなるため、パイロットリリーフ弁１に作用する作動液の液圧が小さくなり、スプリング９による付勢力によってパイロットリリーフ弁１はシート部材３から離隔する方向に押し戻される。そうすると、パイロットリリーフ弁１とシート部材３との間の開口面積が小さくなるため、中間室１１内の液圧は再度上昇する。このような動作が繰り返されることによるパイロットリリーフ弁１の発振は、フラッタリング（チャタリング）と呼ばれ、フラッタリングにより、圧力制御弁において振動や騒音が発生する。

【0009】

このような問題を解決するため、シート部材にダンピング室を形成した圧力制御弁も提案されている。図６は、リリーフ弁として使用される改良された圧力制御弁の断面図である。なお、図６においては、圧力制御弁がコントロールバルブ等におけるハウジング１００に装着された状態を示している。

【0010】

図６に示す圧力制御弁においては、シート部材４内にダンピング室１２を形成するとともに、このダンピング室１２とバランスピストン８における中間室１１とを連通するオリフィス４ａを形成している。このような構成を有する圧力制御弁によれば、ダンピング室１２とオリフィス４ａの作用により、パイロットリリーフ弁１がシート部材４から離隔する方向に移動するときに、パイロットリリーフ弁１に対して減衰力が作用する。この減衰力により、パイロットリリーフ弁１における慣性によるオーバーラップを抑制して、フラッタリングの発生を抑制することが可能となる。

【0011】

一方、図６に示す圧力制御弁においては、パイロットリリーフ弁１がシート部材４に近接する方向に移動するときに、ダンピング室１２内の圧力が上昇する。これにより、パイロットリリーフ弁１に作用する作動液の圧力が大きくなり、パイロットリリーフ弁の応答性が悪くなる。バランスピストン８はパイロットリリーフ弁１の開閉動作に対応して開閉制御されていることから、パイロットリリーフ弁１の応答性の低下により開閉動作が不安定になると、作動液の圧力制御のバランスが乱れ、パイロットリリーフ弁１またはバランスピストン８が発振し、圧力制御弁において振動や騒音が発生する。

【0012】

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、騒音や振動の発生を抑制することが可能な圧力制御弁を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

請求項１に記載の発明は、バランスピストン型の圧力制御弁において、高圧ラインに連通するオリフィスが形成され、内部に中間室を有するバランスピストンと、前記バランスピストンと当接する弁座を備え、前記バランスピストンをスライド可能に収納するスリーブと、前記バランスピストンにおけるオリフィスから前記中間室への作動液の流入を制御するためのパイロットリリーフ弁と、前記パイロットリリーフ弁と当接する弁座を備えるシート部材と、前記パイロットリリーフ弁および前記シート部材との間にダンピング室を形成するとともに、前記中間室と前記ダンピング室とを連通するオリフィスが形成され、前記シート部材と当接する位置と前記シート部材から離隔する位置との間を移動可能なキャップ部材と、を備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

請求項１に記載の発明によれば、パイロットリリーフ弁がシート部材から離隔する方向に移動するときには、キャップ部材におけるダンピング室およびオリフィスの作用によりパイロットリリーフ弁のオーバーラップを抑制し、パイロットリリーフ弁がシート部材に近接する方向に移動するときには、キャップ部材がシート部材から離隔することによりパイロットリリーフ弁の応答性の低下を防止することができる。これにより、圧力制御弁における騒音や振動の発生を抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】この発明に係る圧力制御弁における圧力制御動作を示す断面図である。

【図2】この発明に係る圧力制御弁における圧力制御動作を示す断面図である。

【図3】この発明に係る圧力制御弁における圧力制御動作を示す断面図である。

【図4】この発明に係る圧力制御弁における圧力制御動作を示す断面図である。

【図5】リリーフ弁として使用される従来の圧力制御弁の断面図である。

【図6】リリーフ弁として使用される改良された圧力制御弁の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１から図４は、この発明に係る圧力制御弁における圧力制御動作を示す断面図である。なお、図１から図４においては、圧力制御弁がコントロールバルブ等におけるハウジング１００に装着された状態を示している。

【0017】

この圧力制御弁は、例えば、フォークリフト等に搭載される作動液として作動油を使用するコントロールバルブにおいて、高圧ライン２０における作動液の圧力が一定以上となったときに、作動液を高圧ライン２０から低圧ライン３０に流出させることで、ハウジング１００内の作動液の圧力が一定以上となることを防止するためのものである。この圧力制御弁は、バルブボディ７に支持される弁収納体としてのスリーブ１０と、このスリーブ１０内においてスリーブ１０に対して摺動可能に配設された主弁体としてのバランスピストン８とを備えたバランスピストン型の構成となっている。

【0018】

バランスピストン８は、付勢手段としてのスプリング９により、高圧ライン２０側の端部がスリーブ１０に形成された弁座領域と当接する方向に付勢されている。また、このバランスピストン８には、高圧ライン２０とバランスピストン８内部の中間室１１とを連通するオリフィス８ｃが形成されている。このオリフィス８ｃを通過する作動液の流れが生ずると、バランスピストン８の高圧ライン２０側と低圧ライン３０側との間に圧力差が生ずる。そして、バランスピストン８における上流面（高圧ライン２０側の面）８ａに作用する作動液の圧力が、下流面（低圧ライン３０側の面）８ｂに作用する圧力とスプリング９による付勢力の合計値を上回ると、バランスピストン８がスリーブ１０内を摺動してスリーブ１０における弁座領域から離隔する。これにより、高圧ライン２０から低圧ライン３０に至る作動液の通路が開口し、高圧ライン２０の余剰作動液を低圧ライン３０に流出させることで、ハウジング１００内の作動液の最大圧力を保証している。

【0019】

このバランスピストン８は、パイロット方式によって移動する。すなわち、バランスピストン８におけるオリフィス８ｃの通過流量を制御するため、バランスピストン８の下流にパイロットリリーフ弁１が配設されている。このパイロットリリーフ弁１は、スプリング２の作用により、スリーブ１０の一端に配設されたシート部材３における弁座面に向けて付勢されている。このパイロットリリーフ弁１のシート部材３に対する付勢力は、圧力調整ネジ６により調整することができる。パイロットリリーフ弁１における上流面（シート部材３側の面）に作用する作動液の圧力がスプリング２による付勢力を上回ると、パイロットリリーフ弁１はシート部材３の弁座面から離間し、中間室１１内の作動液を低圧ライン３０に流出させる。これにより、バランスピストン８におけるオリフィス８ｃ内を作動液が通過し、バランスピストン８における上流面８ａと下流面８ｂとの間に圧力差が生じることで、バランスピストン８が開弁する。

【0020】

シート部材３とバランスピストン８との間には、キャップ部材５が配設されている。このキャップ部材５は、シート部材３と当接した状態において、パイロットリリーフ弁１およびシート部材３との間にダンピング室１２を形成する。すなわち、キャップ部材５とシート部材３とが当接したときには、図１に示すように、キャップ部材５とパイロットリリーフ弁１とシート部材３とによりダンピング室１２が形成される。この状態においては、キャップ部材５とパイロットリリーフ弁１との間には、わずかな隙間が形成される。キャップ部材５には、バランスピストン８の中間室１１とダンピング室１２とを連通するオリフィス５ａが形成されている。このキャップ部材５は、スプリング９によりシート部材３方向に付勢され、シート部材３と当接する位置とシート部材３から離隔する位置との間を移動可能となっている。

【0021】

次に、以上のような構成を有する圧力調整弁による作動液のリリーフ動作について説明する。

【0022】

高圧ライン２０における作動液の圧力が圧力制御弁のリリーフ圧より小さいときには、図１に示すように、スプリング９の作用によりパイロットリリーフ弁１とシート部材３とが当接しており、高圧ライン２０から低圧ライン３０に至る通路は、閉じられている。また、バランスピストン８は、スプリング９の作用により、スリーブ１０の弁座領域と当接している。

【0023】

高圧ライン２０における作動液の圧力が圧力制御弁のリリーフ圧より大きくなると、図２に示すように、パイロットリリーフ弁１がシート部材３の弁座面から離隔する。これにより高圧ライン２０からの作動液がバランスピストン８における中間室１１およびキャップ部材５に形成されたオリフィス５ａを介して低圧ライン３０に流れる。

【0024】

高圧ライン２０における作動液の圧力がさらに上昇し、パイロットリリーフ弁１の開度が一定以上となって、バランスピストン８における上流面（高圧ライン２０側の面）８ａに作用する作動液の圧力が、下流面（低圧ライン３０側の面）８ｂに作用する圧力とスプリング９による付勢力の合計値を上回ると、図３に示すように、バランスピストン８がスリーブ１０内を摺動し、スリーブ１０における弁座領域から離隔する。これにより、高圧ライン２０から低圧ライン３０に至る作動液の通路が開口し、高圧ライン２０の余剰作動液を低圧ライン３０に流出させることで、ハウジング１００内の作動液の最大圧力をリリーフ圧とすることができる。

【0025】

ここで、図２および図３に示すパイロットリリーフ弁１がシート部材３から離隔する方向に移動するときには、キャップ部材５の上流側（高圧ライン２０側）の圧力が下流側（低圧ライン３０側）に比べて大きいため、キャップ部材５はシート部材３に押し付けられ、キャップ部材５とパイロットリリーフ弁１とシート部材３とによりダンピング室１２が形成されている。このため、ダンピング室１２とオリフィス５ａの作用により、パイロットリリーフ弁１がシート部材３から離隔する方向に移動するときに、パイロットリリーフ弁１に対して減衰力が作用する。この減衰力により、パイロットリリーフ弁１における慣性によるオーバーラップを抑制して、フラッタリングの発生を抑制することが可能となる。

【0026】

一方、図３に示す状態から高圧ライン２０における作動液の圧力が低下したときには、バランスピストン８は、図３に示すスリーブ１０の弁座領域から離隔した状態から、図２に示すスリーブ１０の弁座領域と当接した状態となるまで移動する。

【0027】

そして、高圧ライン２０における作動液の圧力がさらに低下すると、パイロットリリーフ弁１がシート部材３方向に移動し、やがて、図４に示すように、パイロットリリーフ弁１とシート部材３とが当接する。この時には、キャップ部材５とパイロットリリーフ弁１とシート部材３とにより形成されるダンピング室１２内の作動液の液圧が上昇する。これにより、図４に示すように、キャップ部材５がシート部材３から離隔する。このため、中間室１１とダンピング室１２が同圧となり、パイロットリリーフ弁１に対するダンピング効果がなくなる。従って、パイロットリリーフ弁１は抵抗を受けることなく、速やかにシート部材３と当接する位置まで移動する。

【0028】

以上のように、この発明に係る圧力制御弁によれば、パイロットリリーフ弁１がシート部材３から離隔する方向に移動するときには、キャップ部材５におけるダンピング室１２およびオリフィス５ａの作用によりパイロットリリーフ弁１のオーバーラップを抑制し、パイロットリリーフ弁１がシート部材３に近接する方向に移動するときには、キャップ部材５がシート部材３から離隔することによりパイロットリリーフ弁１の応答性の低下を防止することができる。これにより、圧力制御弁における騒音や振動の発生を抑制することが可能となる。

【符号の説明】

【0029】

１ パイロットリリーフ弁
２ スプリング
３ シート部材
５ キャップ部材
５ａ オリフィス
８ バランスピストン
８ｃ オリフィス
９ スプリング
１０ スリーブ
１１ 中間室
１２ ダンピング室
２０ 高圧ライン
３０ 低圧ライン
１００ ハウジング

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】