(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁本体内に小径孔と大径孔とを弁座を介して連設するとともに、前記弁座に対して着座・離座可能な着座部を有するポペット弁体を前記大径孔に摺動自在に嵌挿して、前記着座部が前記弁座に着座することで前記小径孔と前記大径孔間の連通が遮断され、前記着座部が前記弁座から離座することで前記着座部と前記弁座間に離座量に応じて面積が増大する開口が形成されて前記小径孔と前記大径孔間が連通するように構成した開閉弁において、
前記小径孔の前記弁座側端部に中径孔を形成して、前記中径孔と前記大径孔間に前記弁座を形成し、前記中径孔から前記小径孔にまで挿通される前記ポペット弁体の先端部に前記小径孔に所定の小隙間をもって挿通される円錐状の可動弁部を形成して、この可動弁部と前記小径孔および前記中径孔とにより、前記開口の面積増加初期において、前記着座部の前記弁座からの離座量に応じて開口面積が前記開口の面積増加勾配より緩勾配にて順次増大する可変絞りを構成したことを特徴とする開閉弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、種々な油圧回路または空気圧回路に組み込まれて使用される開閉弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
開閉弁の一つとして、弁本体内に小径孔と大径孔とを弁座を介して連設するとともに、前記弁座に対して着座・離座可能な着座部を有するポペット弁体を前記大径孔に摺動自在に嵌挿して、前記着座部が前記弁座に着座することで前記小径孔と前記大径孔間の連通が遮断され、前記着座部が前記弁座から離座することで前記着座部と前記弁座間に離座量に応じて面積が増大する開口が形成されて前記小径孔と前記大径孔間が連通するように構成したものがあり、例えば、特開２０００−２７４５５５号公報に示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特開２０００−２７４５５５号公報に示されている開閉弁においては、ポペット弁体の着座部が円錐形状に形成されるとともに、弁本体の弁座が段付円柱形状（段付孔形状）に形成されていて、円錐形状の着座部が段付円柱形状の弁座から離座することで着座部と弁座間に形成される開口を通して流体が流動可能に構成されている。
【０００４】
このため、当該開閉弁において、円錐形状の着座部における円錐角度が例えば３０度程度の大きな値に設定されている場合には、着座部の弁座からの離座量（ポペット弁体の移動量）に対する開口面積の増加量が大きくて、当該開閉弁の開作動初期（開口の面積増加初期）において開口を流れる流体の流量が急激に増大し、着座部と弁座間に形成される開口を大流量の流体が瞬間的に流れることにより騒音が発生するおそれがある。
【０００５】
かかる問題は、円錐形状の着座部における円錐角度を例えば１７度程度の小さな値に設定して、着座部の弁座からの離座量（ポペット弁体の移動量）に対する開口面積の増加量を小さくすることにより、解消し得るものの、この場合には、円錐形状の着座部が段付円柱形状の弁座に着座するときに食い込み易くて離座し難くなり、良好な開作動を得ることができなくなるおそれがある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した問題（相反する問題）に対処すべくなされたものであり、弁本体内に小径孔と大径孔とを弁座を介して連設するとともに、前記弁座に対して着座・離座可能な着座部を有するポペット弁体を前記大径孔に摺動自在に嵌挿して、前記着座部が前記弁座に着座することで前記小径孔と前記大径孔間の連通が遮断され、前記着座部が前記弁座から離座することで前記着座部と前記弁座間に離座量に応じて面積が増大する開口が形成されて前記小径孔と前記大径孔間が連通するように構成した開閉弁において、前記小径孔の前記弁座側端部に中径孔を形成して、前記中径孔と前記大径孔間に前記弁座を形成し、前記中径孔から前記小径孔にまで挿通される前記ポペット弁体の先端部に前記小径孔に所定の小隙間をもって挿通される円錐状の可動弁部を形成して、この可動弁部と前記小径孔および前記中径孔とにより、前記開口の面積増加初期において、前記着座部の前記弁座からの離座量に応じて開口面積が前記開口の面積増加勾配より緩勾配にて順次増大する可変絞りを構成したことに特徴がある。
【０００７】
【発明の作用・効果】
本発明による開閉弁においては、円錐形状の着座部または弁座と段付円柱形状の弁座または着座部とが着座時に食い込み難いように、円錐形状の角度を所定の値（例えば、円錐角度が３０度程度の大きな値）とした上で、上記のように構成した可変絞りにより、着座部と弁座間に形成される開口の面積増加初期において同開口を流れる流体の流量を規制することが可能である。したがって、着座部の弁座に対する食い込みを防止することができて、良好な開作動を得ることができるとともに、着座部と弁座間に形成される開口の面積増加初期において同開口を流れる流体の流量が急激に増大するのを抑えて、着座部と弁座間の開口を大流量の流体が瞬間的に流れることによる騒音の発生を抑制することができる。
【０００８】
また、本発明による開閉弁の可変絞りは、当該開閉弁の既存部材である弁本体とポペット弁体を有効に活用して構成することができるため、シンプルかつ安価に構成することができる。また、可変絞りは、着座部と弁座間に形成される開口の面積増加初期において、着座部の弁座からの離座量に応じて開口面積が順次増大するため、ポペット弁体の着座部が弁本体の弁座から離座する開作動時において、加圧側での異常な昇圧（サージ圧の発生）を抑えることが可能である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明による開閉弁Ａ，Ｂを組み込んだ制振用油圧ダンパの油圧回路を示したものであり、この制振用油圧ダンパは、例えば建物における制振対象物または基盤に取付けられるシリンダ１１と、このシリンダ１１を液密的かつ軸方向へ往復動可能に貫通して基盤または制振対象物に取付けられるピストンロッド１３と、シリンダ１１内にてピストンロッド１３に一体的に設けられてシリンダ１１内に第１作動室１５と第２作動室１７を形成しピストンロッド１３とともに往復動するピストン１９を備えている。
【００１０】
また、制振用油圧ダンパは、両作動室１５，１７間での作動油の流通を制御する一対のパイロット操作式開閉弁Ａ，Ｂを備えるとともに、これらの開閉弁Ａ，Ｂとは別に両作動室１５，１７間での作動油の流通を制御する一対のチェック弁２１，２３、一対の絞り２５，２７、一対のリリーフ弁２９，３１およびアキュムレータ３３と絞り３５および断電時開放弁３７とを備えている。
【００１１】
各チェック弁２１，２３は、各絞り２５，２７に対して並列に設けられていて、アキュムレータ３３から各作動室１５，１７への作動油の流れを許容し、各作動室１５，１７からアキュムレータ３３への作動油の流れを阻止するようになっている。各絞り２５，２７は、作動油の流れ（アキュムレータ３３に向けての流れ）を制限して許容するようになっている。
【００１２】
各リリーフ弁２９，３１は、各絞り２５，２７に対して直列に設けられていて、両作動室１５，１７間での作動油の流動を制御して所定速度以上の揺れに対しては速度にほぼ無関係な略一定の減衰力が得られるようにするためのものであり、互いに逆向きに設けられていることを除いて同一構成であって、設定値にてリリーフ作動して作動油をアキュムレータ３３に向けて流す（逃がす）ようになっている。なお、各リリーフ弁２９，３１がリリーフ作動しない領域においては、両作動室１５，１７間での作動油の流動が両パイロット操作式開閉弁Ａ，Ｂによって制御されて、建物の揺れの速度に応じた減衰力が得られる。
【００１３】
断電時開放弁３７は、停電等の断電時（通電異常時）に機能する電磁開閉弁であり、パイロット操作式開閉弁Ａ，Ｂに対して並列に設けられていて、通常時には通電によりソレノイドが励磁されて閉状態にあり、シリンダ１１の両作動室１５，１７間の連通を遮断する。また、停電等の断電時には非通電によりソレノイドが非励磁となって開作動し、シリンダ１１の両作動室１５，１７間を絞り３５を介して連通する。
【００１４】
パイロット操作式開閉弁Ａ，Ｂは、互いに逆向きに設けられていることを除いて同一構成であって、両作動室１５，１７間での作動油の流通を制御して減衰力を発生させるものであり、一方の開閉弁Ａを例として図１、図２及び図３に示したように、ブロック４１、スリーブ４３及びプラグ４５等によって構成した弁本体４７と、この弁本体４７に組付けた主弁体であるポペット弁体５１、固定絞り５２、可変絞り弁５３および電磁操作式パイロット弁５５と、ポペット弁体５１に組付けた絞り６１と第１，第２逆止め弁６３，６５を備えている。
【００１５】
弁本体４７のブロック４１は、第１作動室１５に接続された主流路７１と、第２作動室１７に接続された主流路７３を有するとともに、パイロット流路７５を有している。弁本体４７のスリーブ４３は、図３に示したように、主流路７１に連通する小径孔７７と主流路７３に連通する大径孔７９とを弁座８１を介して連設してなるもので、プラグ４５とともにブロック４１に液密的に組付けられている。また、スリーブ４３の小径孔７７には、ポペット弁体５１の先端部に一体的に形成した円錐形状の可動弁部８３とによって可変絞りＣを構成する中径孔８５が形成されている。
【００１６】
ポペット弁体５１は、上記した可動弁部８３を有するとともに、弁座８１に着座・離座可能な円錐形状の着座部８７を有していて、大径孔７９に軸方向へ摺動自在に嵌挿されている。可動弁部８３は、円錐角度を１５度程度とした円錐形状に形成されていて、図３に示した状態でスリーブ４３の小径孔７７に所定の小隙間をもって挿通されている。着座部８７は、円錐角度を３０度程度とした円錐形状に形成されていて、図３に示した状態で弁座８１に着座している。
【００１７】
また、ポペット弁体５１は、大径孔７９に軸方向へ摺動自在に嵌挿されることで、パイロット流路７５に連通する作用室８８を背部に区画形成していて、作用室８８に収容したスプリング８９によって弁座８１に向けて付勢されている。スプリング８９は、リテーナ９１を介して調整ねじ９２に係合していて、ロックナット９３を緩めて調整ねじ９２をプラグ４５に対して進退させることによりばね力を調整可能となっている。
【００１８】
可変絞りＣは、ポペット弁体５１の着座部８７と弁座８１間に形成される開口（着座部８７が弁座８１から離座することで着座部８７と弁座８１間に形成されて離座量に応じて面積が増大する開口）の面積増加初期（ポペット弁体５１が図３の状態から図４の状態に移動するとき）において同開口を流れる作動油の流量を規制する流量規制手段であり、スリーブ４３の小径孔７７および中径孔８５とポペット弁体５１の可動弁部８３とによって構成されている。
【００１９】
また、可変絞りＣにおいて、ポペット弁体５１の可動弁部８３とスリーブ４３の小径孔７７および中径孔８５間に形成される開口の面積Ｓ１は、図７の実線にて示したように、着座部８７の弁座８１からの離座量（ポペット弁体５１のスプリング８９に抗した移動量Ｌ）に応じて、途中に折れ点を有するものの初期値から順次緩やかに増大するようになっている。一方、ポペット弁体５１の着座部８７と弁座８１間に形成される開口の面積Ｓ２は、ポペット弁体５１の移動量Ｌに応じて図７の仮想線にて示したようにゼロから急激に増大するようになっていて、交点Ｘにて上記した面積Ｓ１と交差するようになっている。このため、ポペット弁体５１の移動量Ｌに応じて実質的に機能する開口面積は、交点Ｘ以下では着座部８７と弁座８１間に形成される開口面積Ｓ２であり、交点Ｘ以上では可変絞りＣの開口面積Ｓ１である。
【００２０】
図７に示した開口面積Ｓ１の変化特性において、移動量Ｌ１までの特性はポペット弁体５１が図３の位置から図４の位置に移動することで得られ、移動量Ｌ１からＬ２までの特性はポペット弁体５１が図４の位置から図５の位置に移動することで得られ、移動量Ｌ２からＬ３までの特性はポペット弁体５１が図５の位置から図６の位置に移動することで得られる。なお、移動量Ｌ１からＬ２間での折れ点は、スリーブ４３の小径孔７７端部とポペット弁体５１の可動弁部８３間に形成される開口の面積がスリーブ４３の中径孔８５とポペット弁体５１の可動弁部８３間に形成される開口の面積より大きくなる点である。
【００２１】
可変絞り弁５３は、図２に示したように、ロックナット９５を緩めて調整ねじ９６を進退させることにより進退操作可能な弁体９７を備えていて、作用室８８とパイロット弁５５間のパイロット流路７５に介装されており、パイロット弁５５の開作動時に作用室８８から低圧側に流れる作動油の流量を制御することにより、ポペット弁体５１が開作動する際の速度を調整するようになっている。
【００２２】
パイロット弁５５は、図２に示したように、パイロット流路７５に介装されていて、その開閉作動は、図１に示したように、ピストン１９と一体的に往復動するピストンロッド１３の軸方向移動（変位）を検出するストロークセンサとシリンダ１１の両作動室１５，１７内油圧をそれぞれ検出する両圧力センサからの各検出信号に基づいて弁開閉指令信号を出力する制御回路ＥＣＵによって制御されるようになっている。
【００２３】
ポペット弁体５１に組付けた絞り６１と第１逆止め弁６３は、ポペット弁体５１に設けられて小径孔７７と作用室８８を接続する第１接続路６２に直列に配設されていて、小径孔７７内の圧力が大径孔７９内の圧力より高圧である場合に小径孔７７から作用室８８に向けて作動油を流し得るようになっている。
【００２４】
一方、ポペット弁体５１に組付けた第２逆止め弁６５は、ポペット弁体５１に設けられて大径孔７９と作用室８８を接続する第２接続路６４に配設されていて、大径孔７９内の圧力が小径孔７７内の圧力より高圧である場合に大径孔７９から作用室８８に向けて作動油を流し得るようになっている。
【００２５】
上記のように構成した本実施形態の制振用油圧ダンパにおいては、その通常使用時に地震や風等の振動外力が作用してシリンダ１１内にてピストン１９が往復動すると、何れか一方の作動室１５または１７の圧力が上昇して同作動室から何れか他方の作動室１７または１５に向けて作動油が流動し、この作動油の流動に伴って両作動室１５，１７を連結する油路にてパイロット操作式開閉弁Ａ，Ｂにより減衰力が発生する。このため、振動に対する減衰作用が得られて、建物の振れが低減される。
【００２６】
また、本実施形態の制振用油圧ダンパにおいては、周囲温度の上昇等の要因によって両作動室１５，１７内の作動油の体積が膨張してその圧力が設定値以上に上昇すると、各絞り２５，２７と各リリーフ弁２９，３１を通して作動油がアキュムレータ３３に向けて流れる。このため、非作動状態にて両作動室１５，１７内の作動油の圧力が異常に上昇することを防止できて、上記した要因に殆ど影響されることなくダンパ性能を安定して得ることができる。
【００２７】
ところで、本実施形態の制振用油圧ダンパにおいて採用したパイロット操作式開閉弁Ａ，Ｂにおいては、ポペット弁体５１における円錐形状の着座部８７とスリーブ４３に形成した段付円柱形状の弁座８１とが着座時に食い込み難いように、円錐形状の角度を所定の値（例えば、円錐角度が３０度程度の大きな値）とした上で、ポペット弁体５１の着座部８７と弁座８１間に形成される開口の面積増加初期において同開口を流れる作動油の流量を可変絞りＣにて規制することが可能としてある。
【００２８】
したがって、着座部８７の弁座８１に対する食い込みを防止することができて、良好な開作動を得ることができるとともに、着座部８７と弁座８１間に形成される開口の面積Ｓ２増加初期において同開口を流れる作動油の流量が急激に増大するのを抑えて、着座部８７と弁座８１間の開口を大流量の作動油が瞬間的に流れることによる騒音の発生を抑制することができる。
【００２９】
また、本実施形態の開閉弁Ａ，Ｂにおいては、ポペット弁体５１の着座部８７と弁座８１間に形成される開口の面積増加初期において同開口を流れる作動油の流量を規制する流量規制手段として、弁本体４７のスリーブ４３に形成した内孔（小径孔７７および中径孔８５）と、ポペット弁体５１に一体的に形成した可動弁部８３とによって構成された可変絞りＣを採用したものであり、当該開閉弁Ａ，Ｂの既存部材である弁本体４７のスリーブ４３とポペット弁体５１を有効に活用して可変絞りＣを構成することができるため、シンプルかつ安価に構成することができる。
【００３０】
また、本実施形態の開閉弁Ａ，Ｂにおいては、可変絞りＣを、スリーブ４３の小径孔７７および中径孔８５と、ポペット弁体５１の可動弁部８３とによって構成して、着座部８７の弁座８１からの離座量に応じて開口面積Ｓ１が図７の実線にて示したように順次増大するようにしたため、ポペット弁体５１の着座部８７が弁本体４７の弁座８１から離座する開作動時において、スリーブ４３の小径孔７７に連通する通路（加圧側）での異常な昇圧（サージ圧の発生）を抑えることが可能である。
【００３１】
上記実施形態においては、ポペット弁体５１の着座部８７を所定角度の円錐形状とするとともに、弁座８１を段付円柱形状として実施したが、図８に示したように、ポペット弁体５１の着座部８７を段付円柱形状とするとともに、弁座８１を所定角度の円錐形状として実施することも可能である。
【００３２】
また、上記実施形態においては、制振用油圧ダンパの油圧回路に組み込まれるパイロット操作式の開閉弁Ａ，Ｂに本発明を実施したが、本発明は他の種々な油圧回路または空気圧回路に組み込まれるパイロット操作式の開閉弁は勿論のこと、直動式の開閉弁にも同様にまたは適宜変更して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による開閉弁を組み込んだ制振用油圧ダンパの一実施形態を示す油圧回路図である。
【図２】  図１に示したパイロット操作式開閉弁の詳細な構成を示す断面図である。
【図３】  図２に示したポペット弁体を含む部位の拡大断面図である。
【図４】  図３に示したポペット弁体がスプリングに抗してＬ１移動した状態の断面図である。
【図５】  図３に示したポペット弁体がスプリングに抗してＬ２移動した状態の断面図である。
【図６】  図３に示したポペット弁体がスプリングに抗してＬ３移動した状態の断面図である。
【図７】  図１〜図６に示したパイロット操作式開閉弁でのポペット弁体の移動量と各開口面積Ｓ１，Ｓ２の関係を示す特性線図である。
【図８】  図３に示した着座部と弁座の変形実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１１…シリンダ、１３…ピストンロッド、１５…第１作動室、１７…第２作動室、１９…ピストン、Ａ，Ｂ…パイロット操作式開閉弁、４７…弁本体、５１…ポペット弁体、７１，７３…主流路、７５…パイロット流路、７７…小径孔、７９…大径孔、８１…弁座、８３…可動弁部、８５…中径孔、８７…着座部、８８…作用室、８９…スプリング、Ｃ…可変絞り、Ｓ１…小径孔および中径孔と可動弁部間に形成される開口の面積、Ｓ２…着座部と弁座間に形成される開口の面積。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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