(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと、ケーシングに設けたシート面と、ケーシングに摺動自在に組み込んだポペット部材と、ポペット部材をシート面に着座させるよう弾性力を付与するスプリングとを備え、高圧側の圧力がリリーフ設定圧に達すると、ポペット部材がスプリングに抗してシート面から離れ、その圧力流体を低圧側に逃す構成にしたリリーフバルブにおいて、ポペット部材の外周面に形成した段部と、ケーシング内のポペット部材が摺動する面に形成した段部とが相まって圧力室を形成するとともに、この圧力室を圧力源に接続し、上記圧力室に圧力流体を導いたとき、上記ポペット部材に対して、上記スプリングのスプリング荷重に抗する補助力が作用する構成にしたことを特徴とするリリーフバルブ。
【請求項２】
圧力室を、遠隔操作自在とした制御バルブを介して圧力源に接続したことを特徴とする請求項１記載のリリーフバルブ。
【請求項３】
旋回モータを有するブレーキ回路に、ブレーキバルブとして接続したことを特徴とする請求項１又は２記載のリリーフバルブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高圧側の圧力がリリーフ設定圧に達すると、その圧力流体を低圧側に逃す構成にしたリリーフバルブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５、６にしたがって、従来例のリリーフバルブを説明する。
図５に示すブレーキ回路では、旋回モータ１に接続する一対のメイン通路２、３を、図示しないが、クローズドセンタタイプの切換弁等を介してポンプ及びタンクに接続している。
そして、一方のメイン通路２には、リリーフバルブ４を接続している。このリリーフバルブ４では、メイン通路２の圧力流体が油圧室５に導かれ、その圧力がスプリング室６のスプリング７に抗して作用する。さらに、このスプリング室６にも、オリフィス８を介してメイン通路２の圧力流体を導いている。
このようにしたリリーフバルブ４では、そのリリーフ設定圧が、油圧室５及びスプリング室６における受圧面積の差と、スプリング７のイニシャル荷重とによって決められる。そして、メイン通路２の圧力がこのリリーフ設定圧Ｐｓに達すると、その圧力流体を他方のメイン通路３に逃すことになる。
【０００３】
さらに、このブレーキ回路では、調整室９と、この調整室９に摺動自在に組み込んだフリーピストン１０とからなるショックレス機構１１を設けている。そして、フリーピストン１０によって区画される調整室９の第１室９ａを、絞り１２を介してスプリング室６に連通させ、また、第２室９ｂを、他方のメイン通路３に連通させている。
なお、このブレーキ回路では、他方のメイン通路３にもリリーフバルブ１０４を接続し、さらに、ショックレス機構１１１を設けている。
ただし、これらリリーフバルブ１０４及びショックレス機構１１１については、上記リリーフバルブ４及びショックレス機構１１と同一のものを、逆方向に設けただけであり、ここでは同一の構成要素についてはその番号の１００番台の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【０００４】
いま、図示しない切換弁を切り換え、他方のメイン通路３をポンプに連通し、かつ、一方のメイン通路２をタンクに連通したとする。
このとき、旋回モータ１は、図５の矢印ｘ方向に旋回することになる。
同時に、メイン通路３の圧力流体が、調整室９の第２室９ｂに導かれるので、その圧力によって、フリーピストン１０は第１室９ａの端部に当接するスタンバイ位置を保持する。
この状態から、旋回モータ１を停止すべく、図示しないクローズドセンタタイプの切換弁を中立位置に切り換えたとする。
また、このとき、旋回モータ１は、その慣性モーメントによりポンプ機能を果たすので、旋回モータ１を含む閉回路が構成され、メイン通路２が高圧側となり、また、メイン通路３が低圧側となる。
【０００５】
このようにして高圧となったメイン通路２の高圧流体は、リリーフバルブ４の油圧室５に導かれる。同時に、このメイン通路２の圧力流体は、オリフィス８を介してスプリング室６にも導かれる。さらに、このスプリング室６の圧力流体が、絞り１２を介して調整室９の第１室９ａに導かれ、フリーピストン１０に作用することになる。
この圧力作用によってフリーピストン１０は移動するが、その移動にともなって第１室９ａの容積が大きくなり、その分第１室９ａに流体が流れ込む。したがって、オリフィス８に流れが発生し、その前後の圧力には、言い換えれば、油圧室５の圧力とスプリング室６の圧力とには、差が発生する。
このように、フリーピストン１０が第２室９ｂの端部に達するまでは、スプリング室６の圧力が比較的低く保たれるので、リリーフバルブ４はリリーフ設定圧Ｐｓよりも低い圧力でリリーフをおこなう。したがって、ブレーキ開始時のショックを緩和させることができる。
【０００６】
そして、フリーピストン１０が第２室９ｂの端部まで達すると、第１室９ａの容積はそれ以上大きくならないので、オリフィス８で流れが発生しない。したがって、オリフィス８前後の圧力には、言い換えれば、油圧室５の圧力とスプリング室６の圧力とには、差が発生しない。
このように、フリーピストン１０が第２室９ｂの端部に達してからは、スプリング室６の圧力は、油圧室５の圧力と同じになる。したがって、リリーフバルブ４はリリーフ設定圧Ｐｓでリリーフをおこない、大きなブレーキ力を発揮させることになる。
なお、旋回モータ１を図の矢印ｘ方向とは逆に回転させ、それを停止する場合には、メイン通路３が高圧側となり、また、メイン通路２が低圧側となる。そして、このときはリリーフバルブ１０４がブレーキ力を発揮することになるが、その作用については全く同じである。
以上述べたように、図５のブレーキ回路では、リリーフバルブ４（及び１０４）をブレーキバルブとして接続し、慣性エネルギーを熱エネルギーに変換して、旋回モータ１にブレーキ力を付与している。
【０００７】
図６に、上記リリーフバルブ４とショックレス機構１１とを具体的に示す。
ボディ１３には、メイン通路２に連通するポート１４と、メイン通路３に連通するポート１５とを形成している。そして、これら両ポート１４、１５に連通するバルブ組付け穴１６を形成している。
このバルブ組付け穴１６には、油圧室５を形成したシート部材１７を組み付け、その油圧室５をポート１４に連通させている。
また、このシート部材１７と同軸上にガイド部材１８を組み付けるとともに、このガイド部材１８の内周面で、ポペット部材１９を摺動自在に支持している。このようにしたガイド部材１８には連通孔２０を形成し、上記シート部材１７の油圧室５を、メイン通路３側のポート１５に連通している。ただし、ポペット部材１９の先端が、シート部材１７端部のシート面１７ａに着座したときは、その連通が遮断されることになる。
さらに、バルブ組付け孔１６には筒部材２１を設けている。そして、バルブ組付け孔１６の開口端に、ボルト２３によってプラグ部材２２を組付け、これら部材１７、１８、２１を固定している。
【０００８】
このようにしてバルブ組付け孔１６に部材１７、１８、２１、２２を組付けると、筒部材２１の内側にはスプリング室６が形成される。
このスプリング室６には、スプリング７を設けている。そして、このスプリング７の一端を、ポペット部材１９の後端部に固定したスプリングシート２４に当接させ、かつ、他端を、プラグ部材２２内のスプリングシート２５に当接させている。なお、プラグ部材２２にはセットスクリュ２６を組み込んで、スプリングシート２５の軸方向位置を調整できるようにしている。
このスプリング７の弾性力により、ポペット部材１９の先端がシート部材１７のシート面１７ａに着座する。そして、ポペット部材１９の油圧室５に臨んだ部分が受圧面となるが、その受圧面積をＡ1としている。
また、ポペット部材１９の軸方向には、オリフィス８を有する通孔２７を形成している。そして、この通孔２７を介して、上記スプリング室６を油圧室５に連通している。したがって、油圧室５の圧力がスプリング室６に導かれ、それがポペット部材１９の後端部にも作用することになるが、この受圧面積を上記Ａ1よりも小さなＡ2としている。
【０００９】
以上述べたように、シート面１７ａ、ポペット部材１９、スプリング７などを主要素としてリリーフバルブ４を構成するが、そのリリーフ設定圧Ｐｓは、スプリング７のイニシャル荷重Ｆと、ポペット部材１９の受圧面積の差(Ａ1−Ａ2)とによって決められる。
つまり、ポペット部材１９をシート面１７ａから離そうとする力は、油圧室５の圧力Ｐによる作用力、すなわちＰ×(Ａ1−Ａ2)となる。
それに対して、ポペット部材１９をシート面１７ａに着座させようとする力は、スプリング７のイニシャル荷重Ｆとなる。
したがって、リリーフ設定圧Ｐｓは、
Ｐｓ＝Ｆ／(Ａ1−Ａ2)    ・・・(１)
で決められる。
【００１０】
また、筒部材２１の外周面と、プラグ部材２２と、バルブ組付け孔１６とが相まって調整室９を形成する。この調整室９には、筒部材２１の外周面に摺動自在に組付けたフリーピストン１０を配置している。
そして、フリーピストン１０によって区画された調整室９の第１室９ａを、筒部材２１に形成した絞り１２を介して上記スプリング室６に連通し、また、第２室９ｂを、ガイド部材１８とバルブ組付け孔１６との間の隙間を介して、メイン通路３側のポート１５に連通している。
以上述べたように、調整室９とフリーピストン１０とが相まって、ショックレス機構１１を構成している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例のリリーフバルブでは、リリーフ設定圧Ｐｓが、式（１）に示すように、スプリング７のイニシャル荷重Ｆと受圧面積の差(Ａ1−Ａ2)とによって決められる。そして、このリリーフ設定圧Ｐｓを調整するとき、受圧面積差(Ａ1−Ａ2)を変更できないので、スプリング７のイニシャル荷重Ｆを変更するしかなかった。
しかし、スプリング７のイニシャル荷重Ｆを変更するには、スプリング７の取付け長さを直接に変更しなければならず、セットスクリュ２６を動かして、ナットで固定するといった手間がかかってしまう。そのため、遠隔操作で、短時間のうちにリリーフ設定圧Ｐｓを調整することはできなかった。
また、スプリング７のイニシャル荷重Ｆを変更して、いったん別のリリーフ設定圧に調整してしまうと、元のリリーフ設定圧Ｐｓに戻すためには、再びスプリング７の取り付け長さを変更しなければならない。
【００１２】
そして、この従来例のリリーフバルブをブレーキバルブとして使用した場合には、作業状況によってブレーキ時間にばらつきが生じ、操作性が悪くなるといった問題があった。
例えば、図５のブレーキ回路で、旋回モータ１をパワーショベルの旋回用モータとして用いたとする。
いま、バケットに土を積み、アームを伸ばしたような状況で旋回すると、その慣性モーメントは大きくなる。したがって、この旋回に効果的にブレーキ力を付与するには、リリーフ設定圧を高くしておく必要がある。
反対に、バケットに何も積まず、アームを縮ませた状況で旋回すると、慣性モーメントはさほど大きくならない。したがって、この状況では、リリーフ設定圧を高くする必要はない。
そのため、いったん大きな慣性モーメントに合わせてリリーフ設定圧を調整してしまうと、慣性モーメントの小さな状況では急ブレーキがかかり、操作性が悪くなってしまう。反対に、小さな慣性モーメントに合わせてリリーフ設定圧を調整してしまうと、慣性モーメントが大きな状況ではブレーキ力が足りず、旋回モータを停止するまでに時間がかかってしまう。
この発明の目的は、遠隔操作で、短時間のうちにリリーフ設定圧を変更でき、しかも、元のリリーフ設定圧に簡単に戻すことのできるリリーフバルブを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ケーシングと、ケーシングに設けたシート面と、ケーシングに摺動自在に組み込んだポペット部材と、ポペット部材をシート面に着座させるよう弾性力を付与するスプリングとを備え、高圧側の圧力がリリーフ設定圧に達すると、ポペット部材がスプリングに抗してシート面から離れ、その圧力流体を低圧側に逃す構成にしたリリーフバルブを前提とする。
そして、第１の発明は、ポペット部材の外周面に形成した段部と、ケーシング内のポペット部材が摺動する面に形成した段部とが相まって圧力室を形成するとともに、この圧力室を圧力源に接続し、上記圧力室に圧力流体を導いたとき、上記ポペット部材に対して、上記スプリングのスプリング荷重に抗する補助力が作用する構成にした点に特徴を有する。
第２の発明は、第１の発明において、圧力室を、遠隔操作自在とした制御バルブを介して圧力源に接続した点に特徴を有する。
第３の発明は、第１又は２の発明のリリーフバルブを、旋回モータを有するブレーキ回路に、ブレーキバルブとして接続した点に特徴を有する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１に示す第１実施例のリリーフバルブでは、ポペット部材１９の外周面に段部２８を形成している。また、ガイド部材１８の内周面、すなわちポペット部材１９が摺動する面には、上記段部２８に対向する段部２９を形成している。
したがって、ガイド部材１８の内周面にポペット部材１９を摺動自在に組み込むと、これら段部２８、２９が相まって圧力室３０が形成される。そして、この圧力室３０に圧力流体を導くと、その圧力が段部２８に作用し、ポペット部材１９のシート面１７ａから離れる方向に補助力を付与することになる。
なお、その他の構成については、上記実施例のリリーフバルブと同じであり、同一の構成要素には同一の符号を付し、ここではその詳細な説明を省略する。
【００１５】
このリリーフバルブでは、次のようにしてリリーフ設定圧が決められる。
いま、圧力室３０に圧力流体が導かれなければ、従来例の式（１）で説明したとおり、リリーフ設定圧が、
Ｐｓ＝Ｆ／(Ａ1−Ａ2)    ・・・(１)
となる。
それに対して、圧力室３０に圧力流体を導いたとする。
ポペット部材１９の段部２８の受圧面積をＡ3とすれば、ポペット部材１９をシート面１７ａから離そうとする力は、油圧室５の圧力Ｐによる作用力Ｐ×(Ａ1−Ａ2)と、圧力室３０の圧力ｐによる補助力ｐ×Ａ3との合力となる。
それに対して、ポペット部材１９をシート面１７ａに着座させようとする力は、スプリング７のイニシャル荷重Ｆとなる。
したがって、リリーフ設定圧Ｐｓ'は、
Ｐｓ'＝Ｆ／(Ａ1−Ａ2)−ｐ×Ａ3／(Ａ1−Ａ2)    ・・・(２)
となる。
このように、圧力室３０に圧力ｐを導くと、リリーフ設定圧を｛ｐ×Ａ3／(Ａ1−Ａ2)｝だけ低くすることができる。
【００１６】
以上述べた第１実施例では、圧力室３０に圧力流体を導けば、その圧力ｐに応じてリリーフ設定圧を調整することができる。そして、例えば、圧力室３０を、遠隔操作自在とした制御バルブを介して圧力源に接続すれば、遠隔操作で短時間のうちにリリーフ設定圧を変更することができる。
しかも、リリーフ設定圧Ｐｓの状態から、別のリリーフ設定圧Ｐｓ'に調整したとしても、圧力室３０から圧力ｐを逃してやれば、簡単かつ正確に元のリリーフ設定圧Ｐｓに戻すことができる。
なお、圧力室３０でおこなわれるにリリーフ設定圧の調整は、スプリング７のイニシャル荷重を変更しておこなわれるリリーフ設定圧の調整とは全く独立しているので、互いに影響しあうことはない。したがって、例えば、リリーフ設定圧をずっと変更したいときにはスプリング７のイニシャル荷重を変更し、少しの間だけ変更したいときには圧力室３０で調整するなど、目的に応じて使い分ければよい。
【００１７】
図２に示す第２実施例では、圧力室３０を、その圧力源としてポンプ３１に接続した例である。そして、このポンプ３１の吐出圧を決めることで、リリーフ設定圧を調整することができる。
この第２実施例では、ポペット部材１９を二つの部品、ポペット部品３２とガイド部品３３とを螺合することで構成している。そして、そのガイド部品３３の端部が、そのまま段部２８を構成している。
このように、ポペット部材１９を分割するのは、このポペット部材１９をガイド部材１８の内周面に組み込むためである。
つまり、ポペット部材１９が一つの部品のみで構成されていると、段部２８、２９があるために、ガイド部材１８の内周面に組み込むことは難しくなってしまう。
そこで、ポペット部材１９を分割して、ポペット部品３２を図２の左側から、また、ガイド部品３３を図２の右側から、それぞれガイド部材１８の内周面に挿入し螺合すれば、なんら問題なく組み込むことができる。もちろん、ポペット部材としての機能は、第１実施例のものと実質的になんら変わるものではない。
【００１８】
図３に示す第３実施例では、圧力室３０を、遠隔操作自在とした方向制御弁３４を介して、圧力源であるポンプ３１に接続している。
この方向制御弁３４は、通常、圧力室３０をタンクＴに連通するが、遠隔操作により切換わり、圧力室３０をポンプ３１に連通するものである。したがって、リリーフ設定圧を２段階に変更することができる。
この第３実施例でも、ポペット部材１９を、第２実施例とは異なるが二つの部品、ポペット部品３５とガイド部品３６とから構成している。
そして、この第２実施例では、ガイド部品３６を図３の右側からガイド部材１８の内周面に組み込み、その先端にポペット部品３５を固定している。もちろん、ポペット部材としての機能は、第１実施例のものと実質的になんら変わるものではない。
【００１９】
図４に示す第４実施例では、圧力室３０を、遠隔操作自在とした方向制御弁３４を介して、圧力源であるスプリング室６に接続している。
この方向制御弁３４は、通常、圧力室３０をタンクＴに連通しているが、遠隔操作により切換わり、圧力室３０をスプリング室６に連通するものである。そして、ここでは、圧力源としてスプリング室６の自己圧を利用するので、コストがかからない。
この第４実施例でも、ポペット部材１９が第２、３実施例とは異なるが、二つの部品から構成されている。
つまり、ポペット部品３７を図４の左側から、また、ガイド部品３８を図４の右側から、それぞれガイド部材１８の内周面に挿入し、ポペット部品３７の外周面にガイド部品３８を圧入する。そして、キャップ型のスプリングシート３９をポペット部品３７の後端部に螺合して、ガイド部品３８を固定している。もちろん、ポペット部材としての機能は、第１実施例のものと実質的になんら変わるものではない。
なお、これら第３、４実施例では、制御バルブとして方向制御弁３４を用いているが、もちろん圧力制御弁であってもかまわない。
【００２０】
次に、これら実施例で説明したリリーフバルブを、図５で説明したブレーキ回路にブレーキバルブとして接続した場合の作用について説明する。
例えば、圧力室３０に流体が導かれない状態でのリリーフ設定圧Ｐｓを、慣性モーメントが大きくなる状況に合わせて決めておく。したがって、この場合は、バケットに土を積み、アームを伸ばしたような状況で旋回しても、その旋回に効果的にブレーキ力を付与することができる。
また、圧力室３０に圧力ｐを導いたときのリリーフ設定圧Ｐｓ'を、慣性モーメントが小さくなる状況に合わせて決めておく。したがって、この場合は、バケットにも何も積まず、アームを縮ませたような状況で旋回しても、それに合わせたブレーキ力を付与することができる。
そして、例えば第２実施例のように、圧力室３０を、遠隔操作自在とした切換弁３４を介して、圧力ｐを流体を吐出するポンプ３１に接続しておく。そして、この切換弁３４をオペーレータ室から任意に切り換えられるようにしておけば、作業状況によって変化する慣性モーメントにかかわらず、ブレーキ時間をほぼ均一にすることができる。
このように、作業状況に応じて、遠隔操作で短時間のうちにリリーフ設定圧を調整することができ、ブレーキ時間をほぼ均一にして、操作性を高めることができる。
【００２１】
以上述べた実施例では、ブレーキバルブとしてブレーキ回路に接続したリリーフバルブについて説明したが、もちろんそれに限るものではない。
また、これら実施例では、油圧室５の圧力をスプリング室６に導く差動タイプのリリーフバルブについて説明したが、もちろんスプリング室６に圧力を導かないものであってもよい。
なお、これら実施例では、ボディ１３、シート部材１７、ガイド部材１８などが相まって、リリーフバルブのケーシングを構成しているものとする。
【００２２】
【発明の効果】
第１の発明によれば、圧力室に圧力を導けば、その圧力がポペット部材に形成した段部に作用し、ポペット部材に、スプリング荷重に抗する補助力を作用する。したがって、この補助力のぶんだけリリーフ設定圧を低く調整することができる。
また、いったん別のリリーフ設定圧に調整しても、圧力室から圧力を逃せば、簡単かつ正確に元のリリーフ設定圧に戻すことができる。
すなわち、スプリングのイニシャル荷重が一定であっても、上記補助力によって、リリーフ設定圧を調整できる。上記補助力によってリリーフ設定圧を調整する方法では、直接にスプリング７の取付け長さを変更するやり方とは違って、短時間でリリーフ設定圧の調整をおこなうことができる。
例えば、スプリングのイニシャル荷重を大きく設定しておけば、上記補助力によってリリーフ設定圧を低くする方向に調整することによって、リリーフ設定圧を広範囲にわたって調整することができる。
そして、例えば第２の発明のように、圧力室を、遠隔操作自在とした制御バルブを介して圧力源に接続すれば、遠隔操作でリリーフ設定圧を調整することができる。
第３の発明によれば、作業状況に応じて圧力室に圧力を導いたり、導かなかったりすれば、そのときの慣性モーメントにかかわらず、ブレーキ時間をほぼ均一にすることができ、操作性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例のリリーフバルブを示す図で、(ａ)は、リリーフバルブの断面図であり、また、(ｂ)は圧力室５側におけるポペット部材１９の受圧面積Ａ1、(ｃ)は圧力室３０における受圧面積Ａ3、(ｄ)はスプリング室６側におけるポペット部材１９の受圧面積Ａ2の関係を示す図である。
【図２】第２実施例のリリーフバルブの断面図である。
【図３】第３実施例のリリーフバルブの断面図である。
【図４】第４実施例のリリーフバルブの断面図である。
【図５】ブレーキ回路を示す図である。
【図６】従来例のリリーフバルブの断面図である。
【符号の説明】
１      旋回モータ
７      スプリング
１３    ボディ
１７    シート部材
１７ａ  シート面
１８    ガイド部材
１９    ポペット部材
２８    (ポペット部材の外周面に形成した)段部
２９    (ポペット部材が摺動する面に形成した)段部
３０    圧力室
３１    (圧力源としての)ポンプ
３４    方向制御弁
【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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