(57)【要約】      （修正有）【課題】圧力制御弁のシートに着脱し、流路を開閉するパイロットポペットの構造変更により高圧側から低圧側に作動油を排出するにあたり、キャビテーションによる騒音、振動発生を抑えることができる圧力制御弁を提供する。【解決手段】圧力制御弁は、高圧通路１と低圧通路４とをつなげる流路に形成の２段形シート５に着脱し、流路を開閉させるパイロットポペット２と、パイロットポペット２をシート５に加圧し、流路を閉鎖させることを初期状態として弾性バイアスする弾性部材３とを含める圧力制御弁において、シート５からパイロットポペット２がリフトされる場合、シート５とパイロットポペット２との間に環状隙間を形成するパイロットポペット２の外周縁に環形のバランス凹溝６が形成される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧通路と低圧通路とをつなげる流路に形成の２段形シートに着脱し、前記流路を開閉させるパイロットポペットと、パイロットポペットをシートに加圧することで流路を閉鎖させることを初期状態として弾性バイアスする弾性部材とを含める圧力制御弁において、
前記シートから前記パイロットポペットがリフトされる場合、前記シートとパイロットポペットとの間に環状隙間を形成するパイロットポペットの外周縁に環形のバランス凹溝が形成されることを特徴とする圧力制御弁。
【請求項２】
前記バランス凹溝は、前記パイロットポペットの外周縁に少なくとも一つ以上形成されることを特徴する請求項１に記載の圧力制御弁。
【請求項３】
前記パイロットポペットの外周縁に形成の前記バランス凹溝の深さは、前記環状隙間の１０〜１５倍以内に形成される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】
本発明は、油圧ポンプ側の作動油圧力が一定圧力以上に上昇すると切り換えられ、油圧ポンプ側の高圧流量を油圧タンク側に帰還させることによって、油圧システムを保護し得るというパイロットポペット形圧力制御弁に関する。
【０００２】
さらに詳しくは、圧力制御弁のシートに着脱し、流路を開閉するパイロットポペットの構造変更により高圧側から低圧側に作動油を排出するにあたり、キャビテーションによる騒音、振動発生を抑えることができるようにした圧力制御弁に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
以下で、「環状隙間」とは、パイロットポペットがシートからリフトされ、リリーフ状態に切り換えられる場合、シートとパイロットポペットとの間に生じる環形の隙間のことを意味する。
【０００４】
図１及び図２に示されたように、従来技術によるパイロットポペット形圧力制御弁は、高圧通路１と低圧通路４とをつなげる流路に形成される２段形シート５と、シート５に線接触状に着脱し、前述した流路を開閉せしめるパイロットポペット２と、パイロットポペット２をシート５に加圧して流路を閉鎖させることを初期状態とし、弾性バイアスする弾性部材(圧縮コイルバネ)３とを含めてなされる。
【０００５】
前述した圧力制御弁の構造では、高圧通路１側の作動油圧力が弾性部材３の設定圧力を超える場合、パイロットポペット２がシート５からリフトされる。これにより、高圧通路１の作動油を低圧通路４に移動させることから、リリーフ状態に変わる油圧システムを保護することが可能となる。
【０００６】
この際、２段形シート５からパイロットポペット２がリリーフ状態にリフトされ、高圧通路１側の作動油がシート５を通過して低圧通路４に移動される場合、高圧油がシート５に接触され、気泡が生じ、キャビテーションが生じ、気泡破壊時に振動、騒音が発生し、油圧システムの安定性に乏しい結果を招く。
【０００７】
図２に示されたように、パイロットポペット２がシート５からリフトされ、リリーフ状態に切り換えられると、シート５とパイロットポペット２との間に形成の環状隙間は、上側と下側とが不均一な偏心状態にある場合が発生する。つまり、シート５とパイロットポペット２上面との間の環状隙間は狭小である一方、シート５とパイロットポペット２下面との間の環状隙間は相対的に広く形成される。これと反対に、シート５とパイロットポペット２との間に環状隙間が偏心するようになっている場合もある。
【０００８】
これにより、パイロットポペット２がシート５からリフトされる場合、パイロットポペット２は、弾性部材３のみにより支持されているから、低圧通路４内部空間で浮いているような状態となっている。つまり、高圧通路１の作動油がパイロットポペット２周りを通過しながら、低圧通路３へ移動するに際し、シートの鋭い部位に接触することにより気泡が生じるようになっている。
【０００９】
気泡発生によるキャビテーション発生及び気泡の破れ(気泡の除去のことをいう)に起因して、パイロットポペット２は、環状隙間の偏心発生のない状態で中心を保つことが困難である。
【００１０】
この際、パイロットポペット２の偏心発生は、弾性部材３の製作時に弾性部材３の長方形状、パイロットポペット２が着脱されるシート５及びパイロットポペット２の加工による直角程度、平行程度、粗度などに起因するといえる。
【００１１】
図２、図３Ａ及び図３Ｂに示されたように、リリーフ状態に切り換えられるパイロットポペット２に偏心が生じる場合、シート５とパイロットポペット２との間の環状隙間が狭くなると(図２において、上部７に当該する)、入口側圧力Ｐ１に対して出口側圧力Ｐ２が急激に下降する。逆に、シート５とパイロットポペット２との間の環状隙間が広くなると(図２において、下部８に当該する)、入口側圧力Ｐ１に対して出口側における圧力Ｐ２の変化が相対的に小さい。
【００１２】
即ち、隙間が相対的に広い下部において、作動油運動量の増加により、図３Ａ及び図３Ｂに図示のハッチング部分Ａほどの圧力差が発生する。パイロットポペット２の偏心発生は、横推力発生の原因となり、図において、下部の高い圧力が、パイロットポペット２を、相対的に低い圧力の上部の方に押し上げることになる。これは、シート５とパイロットポペット２との間の環状隙間に偏心発生量を増加させることになるから、不安定な振動を招く。
【００１３】
そのことから、油圧システム全体に振動、騒音を招き、しかも共振発生により油圧システムを不安定にすることによって、オペレータの作業能率を劣らせ、且つ、圧力制御弁を交換することになるので、コスト増加をもたらすという不都合がある。
【００１４】
一方、横推力が生じる原理について詳述する。
図３Ａ及び３Ｂに示されたように、Ｂｌａｃｋｂｕｒｎの研究によれば、横推力は、下記（数１）で表される。
【００１５】
【数１】
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（式中、Ｆ：横推力、ｌ：隙間長さ、ｄ：ピストン直径、ｔ：隙間、△Ｐ：出入口の圧力差(Ｐ１−Ｐ２)、ｅ：偏心量、ｃ：ピストン中心線とシリンダ中心線とが一致する場合、最小隙間(直径が大きい方の半径方向にある隙間をいう)を示す。）
【００１６】
前記（数１）から、横推力Ｆは、隙間長さｌ、ピストン直径ｄ、隙間ｔ、圧力差△Ｐに比例して増加することがわかる。ここで、偏心量が０となる場合が、最も好ましいといえる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の一実施例は、圧力制御弁のシートとパイロットポペットとの間の環状隙間に偏心発生による横推力発生を相殺させることによって、キャビテーションによる騒音、振動を抑止し、油圧システムを安定化させることが可能な圧力制御弁に関連する。
【００１８】
また、本発明の一実施例は、快適な作業環境を造成することから、オペレータの作業能率を向上させると共に、圧力制御弁の使用寿命を延ばし、製造コストを削減することができる圧力制御弁に関連する。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の一実施例による圧力制御弁は、高圧通路と低圧通路とをつなげる流路に形成の２段形シートに着脱し、流路を開閉させるパイロットポペットと、パイロットポペットをシートに加圧し、流路を閉鎖させることを初期状態として弾性バイアスする弾性部材とを含める圧力制御弁において、前述したシートからパイロットポペットがリフトされる場合、シートとパイロットポペットとの間に環状隙間を形成するパイロットポペットの外周縁に環形のバランス凹溝が形成される。
【００２０】
前述したバランス凹溝は、パイロットポペットの外周縁に少なくとも一つ以上形成される。
【００２１】
前述したパイロットポペットの外周縁に形成のバランス凹溝の深さは、環状隙間の１０〜１５倍以内に形成される。
【発明の効果】
【００２２】
以上で述べたように、本発明の一実施例による圧力制御弁は、次のような効果を奏する。
パイロットポペット形圧力制御弁におけるシートとパイロットポペットとの間の環状隙間に偏心発生に因る横推力発生を相殺させることによって、キャビテーションによる騒音、振動を防ぎ、油圧システムを安定化させることから、装備に対する信頼性が向上できる。
【００２３】
また、快適な作業環境を得ることができるから、オペレータの作業能率向上及び、圧力制御弁の使用寿命を延ばすことができる。さらに、製造コストを削減し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の望ましい実施例を添付図面に基づいて説明するが、これは、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者が発明を容易に実施しえる程度に詳しく説明するためのものであって、これにより本発明の技術的思想及び範疇に限られるものではない。
【００２５】
図４及び図５に示されたように、本発明の一実施例による圧力制御弁は、高圧通路１と低圧通路４とをつなげる流路に形成の２段形シート５と、シート５に線接触状に着脱されることで流路を開閉せしめるパイロットポペット２と、パイロットポペット２をシート５に加圧することで流路を閉鎖させることを初期状態として弾性バイアスする弾性部材３(圧縮コイルバネを用いる)とを包含する圧力制御弁において、前述したシート５からパイロットポペット２がリフトされると、シート５とパイロットポペット２との間に環状隙間を形成するパイロットポペット２の外周縁に、環形のバランス凹溝６が形成される。
【００２６】
前述したバランス凹溝６は、パイロットポペット２の外周縁に少なくとも一つ以上形成され得る。
【００２７】
前記パイロットポペットの外周縁に形成の前記バランス凹溝６の深さは、前記環状隙間の１０〜１５倍以内に形成され得る。前述したバランス凹溝６の幅は、環状隙間の長さが長い場合に広幅となり、逆に、環状隙間の長さが短い場合には狭幅となるようになっている。
【００２８】
以下では、本発明の一実施例による圧力制御弁の使用例を添付図面に基づいて詳述する。
図４及び図５に示されたように、前述したポンプポート１０を介してリリーフバルブ内へ流入される高圧の作動油は、メインポペット１２内部に摺動可能に内設したピストン１４のオリフィス１５、１６を通過し、バックチャンバー１７に流入される。
【００２９】
バックチャンバー１７に高圧の作動油が流入されると、メインポペット１２の前後方の受圧部断面積差により、メインポペット１２を、図５において、左側方向に移動させ、スリーブ１１に位置させることから(図５に示された状態をいう)、ポンプポート１０を介して流入される高圧の作動油は、タンク通路２１から遮断される。
【００３０】
この際、前述したバックチャンバー１７に流入された高圧の作動油は、ポンプポート１０内の圧力と同一圧力を保持している。
【００３１】
前述したポンプポート１０及びバックチャンバー１７内の圧力が徐々に増加し、パイロットポペット２を弾性支持した弾性部材３(圧縮コイルバネが用いられる)の設定圧力より高くなる場合、パイロットポペット２を、図５に於いて、右側方向に切り換えさせることによって、シート５の流路を開放することになり、バックチャンバー１７内の作動油圧力が低圧通路４に連結されるようになっている。
【００３２】
前述した低圧通路４は、シート部１８の通路１９と、通路１９に連通するようにスリーブ１１に形成の通路２０とを介して、タンク通路２１に連通するから、ポンプポート１０側の圧力に比してバックチャンバー１７内の圧力は、相対的に急激に下降する。これにより、左右均衡を保持するピストン１４が、図５に於いて、右側方向に移動され、メインポペット２の先端部に当接される。つまり、オリフィス１６を介してのみ、バックチャンバー１７と連通するようになっている(この際、オリフィス１５は、パイロットポペット２により閉鎖された状態である)。
【００３３】
したがって、バックチャンバー１７内の作動油流量が減少され、圧力がさらに下降する。これにより、受圧部断面積差により圧力均衡を保持しているメインポペット１２の圧力均衡が喪失され、メインポペット１２が、図５に於いて、右側方向に移動される。  
【００３４】
この際、ポンプポート１０の高圧作動油は、通路１３によりタンク通路２１に連結されるから、油圧回路内に予期せぬ高圧力が生じた場合でも圧力を低下させることによって油圧システムを保護するリリーフバルブの役割を奏することができる。
【００３５】
この際、前述したパイロットポペット２が、図５に於いて、右側方向に微細に移動されるから、バックチャンバー１７の圧力を低圧通路４に連結し、バックチャンバー１７内の圧力を低圧状態に変える。
【００３６】
この際、シート５とパイロットポペット２との間に環状の微細な隙間が形成されていることにより、高圧の作動油は、低圧通路４に排出される。これにより、ポンプポート１０からタンク通路２１に帰還される高圧の作動油は、シート５とパイロットポペット２との間の流路に形成の環状隙間を高速に通過する。ここで、環状隙間が一方に偏らない場合には、作動油が均一な流速を保持し、振動による騒音が生じないから、安全なリリーフバルブの役割を奏する。
【００３７】
しかし、外部環境条件(一例として、パイロットポペット２を組み付ける場合、又はパイロットポペット２の構造に欠陥があることから生じる偏心発生要因をいう)により、環状隙間に偏心が生じる場合、その隙間の間隔に応じてシート５の入口側と出口側との間に圧力差が生じ、パイロットポペット２に横推力が生じることになる。これにより、不安定な振動及び騒音を発生することになり、油圧システム全体が共振し、騒音及び振動現状が拡散され、ひいては油圧システムが不安定になり得る。
【００３８】
こうした環状隙間の偏心発生は、シート部１８、パイロットポペット２、弾性部材３及びピストン２３を加工する際に生じる平行度、直角度による形状不良などに因っても発生し得る。
【００３９】
一方、前述したパイロットポペット２がシート５からリフトされる場合、パイロットポペット２は、低圧通路４内部で弾性部材３のみにより支持されている不安定な状態となっている。したがって、シート５に生じるキャビテーション現状、気泡発生、気泡破れ(除去)などによりパイロットポペット２が不安定となっているため、パイロットポペット２に横推力が発生し得る。
【００４０】
図４に示されているように、前述した２段形シート５に対抗し、シート５とパイロットポペット２との間に環状隙間を形成するパイロットポペット２の外周縁にバランス凹溝６が円周方向に少なくとも一つ備えられる。バランス凹溝６により、パイロットポペット２に横推力が発生されることを抑えることが可能となる。
【００４１】
即ち、リリーフバルブの役割を奏する際、パイロットポペット２が微細に流動されるから、２段形からなっているシート５と、パイロットポペット２との間に環状隙間が生じる。ここで、環状隙間の間隔もまた微細に形成され、且つ、該環状隙間を介して高圧油を油圧タンク側に帰還させる。
【００４２】
前述したシート５に対して環状の隙間を保持しつつ、微細に流動されるパイロットポペット２の外周縁に円周方向に形成されたバランス凹溝６により、環状隙間に強制に発生される偏心によるパイロットポペット２の横推力発生を相殺させることができる。
【００４３】
つまり、シート５に対して微細な環状隙間を保持しつつ、微細に移動されるパイロットポペット２の外周縁に形成されるバランス凹溝６内部の油圧力が半径方向に同じく影響を及ぼす。これにより、シート５の流路を開閉するように組み付けられているパイロットポペット２の組立て、又は構造上の欠点などに起因して環状隙間に生じる偏心により、パイロットポペット２に横推力が発生されることを相殺させることができる。
【００４４】
それゆえ、外部環境に起因して、シート５に対するパイロットポペット２間の環状隙間に偏心が生じる場合でも、シート５とパイロットポペット２との間の環状隙間を安定的な状態に維持することが可能となる。
【００４５】
図６に示されているように、従来技術によるパイロットポペット２の使用時、横推力発生を示したグラフＢと、本発明のパイロットポペット２の使用時、 横推力発生を示したグラフＣとを対比すると、本発明のバランス凹溝６が形成されたパイロットポペット２における横推力発生が、従来技術に比して著しく減少されていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】従来技術による圧力制御弁の概略を示した図面である。
【図２】図１に図示の圧力制御弁のリリーフ時にパイロットポペットの偏心状態を示した図面である。
【図３Ａ】Ｂｌａｃｋｂｕｒｎの研究による横推力の概略を示した図面である。
【図３Ｂ】図２に図示の圧力制御弁のリリーフ時、偏心された状態において、圧力分布を示したグラフである。
【図４】本発明の一実施例による圧力制御弁の概略を示した図面である。
【図５】本発明の一実施例による圧力制御弁が適用されるリリーフ弁の概略を示した図面である。
【図６】本発明の一実施例による圧力制御弁と、従来技術による圧力制御弁との横推力を対比したグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
１  高圧通路
２  パイロットポペット 
３  弾性部材
４  低圧通路
５  シート
６  バランス凹溝
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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