(57)【要約】　　　（修正有）【課題】高圧、大流量の条件下において、安定して作動するポペット弁を提供する。【解決手段】第一の手段として、横方向に対する減衰力を付加し、さらに、偏心した弁を軸心に戻すための弾性体６ａ，６ｂを挿入している。第二の手段として、横方向に対する可動質量を２個にした２質量系ポペット弁とし、振動学的により安定なポペット弁系を提案している。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧側に接続される供給ポートと低圧側に接続される排出ポートとを有するハウジングと、前記供給ポートと前記排出ポートとの間に形成された弁座を有して、前記ハウジングの内面に摺動自在に挿入されたポペット弁の円柱部に弾性体保持溝が形成され、当該溝に弾性体を設置し、前記ポペット弁によって分離された排出側弁室とポペット弁ばね室を連通する連通穴を設け、前記ポペット弁をポペット弁ばねを介して、前記ハウジングに設けられた圧力調整ねじにより常時弁座に押し付け、リリーフ圧力を設定するように構成されたことを特徴とするポペット型安全弁。
【請求項２】
高圧側に接続される供給ポートと低圧側に接続される排出ポートとを有するハウジングと、前記供給ポートと前記排出ポートとの間に形成された弁座を有して、前記ハウジングの内面に摺動自在に中間体を挿入し、当該中間体の円柱部には弾性体保持溝が形成され、当該溝に弾性体を設置し、さらに、前記中間体の閉鎖端には、ポペット弁ばね室と圧力調整ねじ室を連通するオリフィスを設け、さらに、前記中間体の内面にポペット弁ばねを介して摺動自在にポペット弁を挿入し、前記ポペット弁の円柱部に弾性体保持溝が形成され、当該溝に弾性体を設置し、前記ポペット弁には排出側弁室とポペット弁ばね室を連通する連通穴を設け、前記ポペット弁を、前記中間体およびポペット弁ばねを介して、前記ハウジングに設けられた圧力調整ばねおよび圧力調整ねじにより常時弁座に押し付け、リリーフ圧力を設定するように構成されたことを特徴とするポペット型安全弁。
【請求項３】
請求項２記載のポペット型安全弁において、前記圧力調整ばねなしで、前記ポペット弁を、前記ポペット弁ばねおよび前記中間体を介して前記ハウジングに設けられた圧力調整ねじにより常時弁座に押し付け、リリーフ圧力を設定するように構成されたことを特徴とする請求項２記載のポペット型安全弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は油圧機器、水圧機器、空気圧機器あるいはすべての分野のポペット型安全弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術のポペット弁には、特開平８−６１５５４号公報に記載されているものがある。この種のポペット弁は図８（ａ）で示されるように、もっとも一般的なものであって、ポペット弁（１０３）を弁ばね（１０２）で弁座（１０４）に付勢するだけの構成である。この弁は、圧力が設定圧力以上になると、弁座から離間して流体を供給ポート（１０５）よりリリーフしているとき、極めて容易に弁軸に対して横方向（１００）に自励振動を起こして制御不能となることが多い。
【０００３】
これに対して、特開平９−２２９２１９号公報に記載されているポペット弁は、図８（ｂ）に示されるように、弁軸がガイド部（Ａ、Ｂ、Ｃ）で横方向に動くことを拘束されている。したがって、この技術は、一見、ポペット弁の横振動を抑止しているように見えるが、振動学的に見れば安定ではない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
振動学的に、ポペット弁が安定であるためには、動きを抑え込む減衰力と、軸心からずれた弁を軸心に戻そうとする復原力（ばね力）が必要不可欠である。
【０００５】
図８（ａ）に示される従来技術のポペット弁は、ポペット弁が圧油をリリーフしているとき、弁の横方向に対する減衰力および復原力はほとんど存在しないために自励振動を起こす。一方、図８（ｂ）に示されるポペット弁は、ガイド部（Ａ、Ｂ、Ｃ）の存在によって横方向の減衰力は存在するが、弁を軸心に戻す復原力は存在しないので、ポペット弁は側壁に押し付けられ、作動しなくなる問題がある。これは流体固着と呼ばれている現象である。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、高圧、大流量の条件下において、安定に作動するポペット弁を提供しようとするものである。特に、今後、環境問題から、油に代えて、水系の作動液が用いられると、粘度が極端に低くなり、従来のポペット弁では減衰力が得られなくなる。このような場合、本発明の技術が有効になる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために、本発明は、ポペット弁の横方向に対する減衰力を付加する減衰力機構と、偏心したポペット弁を軸心に戻そうする復原力機構を付けている。さらに、安定性を増すために、従来の可動質量が一個である１質量系のポペット型安全弁に対して、可動質量が二個である２質量系のポペット型安全弁を提示している。
【０００８】
請求項１によるこの発明のポペット型安全弁は、高圧側に接続される供給ポートと低圧側に接続される排出ポートとを有するハウジングと、前記供給ポートと前記排出ポートとの間に形成された弁座を有して、前記ハウジングの内面に摺動自在に挿入されたポペット弁の円柱部に弾性体保持溝が形成され、当該溝に弾性体を設置し、前記ポペット弁によって分離された排出側弁室とポペット弁ばね室を連通する連通穴を設け、前記ポペット弁をポペット弁ばねを介して、前記ハウジングに設けられた圧力調整ねじにより常時弁座に押し付け、リリーフ圧力を設定するように構成されたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２によるこの発明のポペット型安全弁は、高圧側に接続される供給ポートと低圧側に接続される排出ポートとを有するハウジングと、前記供給ポートと前記排出ポートとの間に形成された弁座を有して、前記ハウジングの内面に摺動自在に中間体を挿入し、当該中間体の円柱部には弾性体保持溝が形成され、当該溝に弾性体を設置し、さらに、前記中間体の閉鎖端には、ポペット弁ばね室と圧力調整ねじ室を連通するオリフィスを設け、さらに、前記中間体の内面にポペット弁ばねを介して摺動自在にポペット弁を挿入し、前記ポペット弁の円柱部に弾性体保持溝が形成され、当該溝に弾性体を設置し、前記ポペット弁には排出側弁室とポペット弁ばね室を連通する連通穴を設け、前記ポペット弁を、前記中間体およびポペット弁ばねを介して、前記ハウジングに設けられた圧力調整ばねおよび圧力調整ねじにより常時弁座に押し付け、リリーフ圧力を設定するように構成されたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３によるこの発明のポペット型安全弁は、請求項２記載のポペット型安全弁において、前記圧力調整ばねなしで、前記ポペット弁を、前記ポペット弁ばねおよび前記中間体を介して前記ハウジングに設けられた圧力調整ねじにより常時弁座に押し付け、リリーフ圧力を設定するように構成されたことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の形態は、ポペット弁の横方向の安定性を増大するために、可動質量のポペット弁が横方向に動いた場合、ポペット弁の円柱部とハウジングとの間の狭いすき間の中の作動流体の押し出し（スクイーズ）効果によって減衰力機構（ダンパー機構）を構成し、さらにポペット弁の円柱部とハウジングの間に挿入された弾性体によって、ポペット弁を中心に保持する復原力（ばね力）を構成する１質量系のポペット型安全弁としたことである。
【００１２】
本発明の第２の形態は、第１の形態の安定性をさらに強化するために、ポペット弁の他に、もう一つの可動質量である中間体を追加して、２質量系のポペット型安全弁としたことである。
【００１３】
このような構成のとき、二つの質量の大きさの比、二つの減衰力係数の比および二つのばね係数の比を適当に採ると、振動学的に安定性を増大させることが出来る。
【００１４】
ここに、弾性体としては、素材そのものが弾性を有している物質（たとえば、ゴム、プラスッチクなど）、あるいは、素材を形成または加工した部材（たとえば、０リング、メタルリング、板ばねなど）がある。
【００１５】
【実施例】
実施例について図面を参照して説明する。図１に示される実施例は、高圧側に接続される供給ポート（９）と低圧側に接続される排出ポート（１０）とを有するハウジング（１）と、前記供給ポート（９）と前記排出ポート（１０）との間に形成された弁座（７）を有して、前記ハウジング（１）の内面（２）に摺動自在に挿入されたポペット弁（３）の円柱部（４）に弾性体保持溝（５ａ）、（５ｂ）が形成され、当該溝に弾性体（６ａ）、（６ｂ）を設置し、前記ポペット弁（３）によって分離された排出側弁室（１２）とポペット弁ばね室（１３）を連通する連通孔（１１）を設け、前記ポペット弁（３）を、ポペット弁ばね（８）を介して、前記ハウジング（１）に設けられた圧力調整ねじ（１４）により常時弁座（７）に押し付ける構成になっている。
【００１６】
このとき、前記供給ポート（９）にリリーフ圧力以上の圧力が印加されると、前記ポペット弁（３）が前記弁座（７）より離座し、作動流体は前記供給ポート（９）より前記排出ポート（１０）へと流出し、配管（１５）を経て、タンク（１６）へリリーフされる。
【００１７】
前記ポペット弁（３）には連通穴（１１）が設けられている。もし、連通穴（１１）がなければ、ポペット弁（３）が弁座（７）より離座したとき、供給ポート（９）より排出側弁室（１２）に流入した作動流体は、排出ポート（１０）より配管（１５）を経てタンク（１６）に排出されるが，このとき、流れの抵抗により排出側弁室（１２）の圧力が上昇するため、前記ポペット弁（３）は大きな押上げ力を受け、激しい弁軸方向の振動を起こす。
【００１８】
もし、前記連通穴（１１）が設けられれば、排出側弁室（１２）とポペット弁ばね室（１３）の圧力は等しくなり、前記ポペット弁（３）の軸方向の運動は抑えられ、安定化する。
【００１９】
図２に示される実施例は、高圧側に接続される供給ポート（９）と低圧側に接続される排出ポート（１０）とを有するハウジング（１）と、前記供給ポート（９）と前記排出ポート（１０）との間に形成された弁座（７）を有して、前記ハウジング（１）の内面（２）に摺動自在に中間体（２０）を挿入し、当該中間体（２０）の円柱部（２４）には弾性体保持溝（２５ａ）、（２５ｂ）が形成され、当該溝（２５ａ）、（２５ｂ）に弾性体（２６ａ）、（２６ｂ）を設置し、さらに、前記中間体（２０）の閉鎖端（２７）にはポペット弁ばね室（１３）と圧力調整ねじ室（２３）を連通するオリフィス（２１）を設け、さらに、前記中間体（２０）の内面（２２）にポペット弁ばね（８）を介して摺動自在にポペット弁（３）を挿入し、前記ポペット弁（３）の円柱部（４）に弾性体保持溝（５ａ），（５ｂ）が形成され、当該溝（５ａ），（５ｂ）に弾性体（６ａ）、（６ｂ）を設置し、前記ポペット弁（３）には排出側弁室（１２）とポペット弁ばね室（１３）を連通する連通孔（１１）を設け、前記ポペット弁（３）を、前記中間体（２０）およびポペット弁ばね（８）を介して、前記ハウジング（１）に設けられた圧力調整ばね（２８）および圧力調整ねじ（１４）により常時弁座（７）に押し付ける構成になっている。
【００２０】
このように構成したとき、前記供給ポート（９）にリリーフ圧力以上の圧力が印加されると、前記ポペット弁（３）が前記弁座（７）より離座し、作動流体は前記供給ポート（９）より前記排出ポート（１０）へと流出し、配管（１５）を経て、タンク（１６）へリリーフされる。
【００２１】
ここに、オリフィス（２１）の役割は、作動流体が前記圧力調整ねじ室（２３）に閉じこめられるのを防ぐことと、中間体（２０）の弁軸方向の振動を抑えるための減衰力を与えることである。
【００２２】
図３に示される実施例は、図２に示された実施例において、図２記載の圧力調整ばね（２８）なしで、前記ポペット弁ばね（８）および前記中間体（２０）を前記ハウジング（１）に設けられた圧力調整ねじ（１４）により常時弁座（７）に押し付け、リリーフ圧力を設定するように構成されたものである。
【００２３】
このように構成したとき、図３に示される実施例は、弁軸に対して横方向の動きは、図２の実施例となんら変わることなく、２質量の振動系であるが、弁軸方向に対しては、中間体は弁軸方向に動けないので、１質量の振動系となり、図１の場合と同じになる。
【００２４】
図４に示される実施例は弾性体保持溝（５ａ），（５ｂ）および連通穴（１１）を有するポペット弁（３）の正面図である。
【００２５】
図５に示される実施例は弾性体保持溝（２５ａ），（２５ｂ）およびオリフィス（２１）を有する中間体（２０）の正面図である。
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、請求項１，２および３の発明により、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２６】
図８（ａ）に示すような従来のポペット弁（１０３）（特開平８−６１５５４）は、作動流体をリリーフするとき、容易に弁軸に対して横方向（１００）の自励振動を起こし、制御不能になることが多い。
【００２７】
一方、図８（ｂ）に示されるような従来のポペット弁（２０３）は、弁軸のランド（Ａ、ＢおよびＣ部）がハウジング（２０１）の内面（２０２）でガイドされているので、横方向に安定であるように見えるが、弁を軸心に戻す復原力が存在しない。従って、弁が軸心からずれると、弁軸がガイド部に押し付けられる流体固着（ハイドロリック・ロック）現象を起こす可能性がある。
【００２８】
これに対して、図１，２および３に示される本発明によるポペット型安全弁は、弾性体（６ａ、６ｂ、２６ａ、２６ｂ）を付けることによって復原力を有するばね作用が付加され、さらに、図１の場合は、ポペット弁（３）が横方向に動くことによって、ポペット弁（３）とハウジング（１）の間の狭いすき間の中の作動流体を押し出す時に発生するスクイーズ効果（押し出し効果）、あるいは図２および３の場合は、ポペット弁（３）と中間体（２０）の間、および中間体（２０）とハウジング（１）の間の作動流体のスクイーズ効果により、減衰力（動きに対する抵抗力）を発生させる機構を内蔵させる構成になっているので、極めて高い安定性が確保できる。
【００２９】
図１に示されるポペット型安全弁の横方向に対する安定性を理論的に求めるために、ポペット型安全弁をモデル化すると、図６（ａ）のようになる。ここに、ｋ１は弾性体（６ａ）、（６ｂ）によるばね定数であり、Ｃ１はポペット弁の横方向の動きによって、ポペット弁の円柱部（４）とハウジング（１）の内面（２）の間の狭い隙間の中の作動流体を押し出すときに発生する減衰作用による減衰係数である。また、弁座部には、目には見えないが、作動流体の流れにより発生したポペット弁を軸心に戻そうとするばね作用によるばね定数（ｋ０）と弁の動きを抑えようとする減衰作用による減衰係数（Ｃ０）が存在している。当該図を簡単化すれば図６（ｂ）のように表される。
【００３０】
図２および３に示されるポペット型安全弁をモデル化すると、図７（ａ）のようになる。これをさらに簡単化すれば図７（ｂ）のように表される。
【００３１】
図２および３に示される２質量系の場合は、図７（ａ）（あるいは図７（ｂ））に示されるポペット弁（３）の質量（Ｍｐ）と中間体（２０）の質量（Ｍｗ）の比、ばね定数（ｋ１、ｋ２とｋ０）の比および減衰係数（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ０とＣｃｆ）の比を適当に選ぶことによって極めて安定性の高いポペット弁となる。ここにＣｃｆは振動学的に臨界減衰係数と呼ばれる定数である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１質量系のポペット型安全弁の断面図である。
【図２】本発明の２質量系のポペット型安全弁の断面図である。
【図３】本発明の圧力調整ばねのない２質量系のポペット型安全弁の断面図である。
【図４】本発明のポペット弁の正面図である。
【図５】本発明の中間体の正面図である。
【図６（ａ）】本発明の１質量系のポペット型安全弁のモデルである。
【図６（ｂ）】本発明の１質量系のポペット型安全弁のモデルを簡単化した図である。
【図７（ａ）】本発明の２質量系のポペット型安全弁のモデルである。
【図７（ｂ）】本発明の２質量系のポペット型安全弁のモデルを簡単化した図である。
【図８（ａ）】従来のポペット弁の一例である。
【図８（ｂ）】ガイド部を有する従来のポペット弁の一例である。
【符号の説明】
１　ハウジング
２　ハウジングの内面
３　ポペット弁
４　ポペット弁の円柱部
５ａ，５ｂ　ポペット弁の弾性体保持溝
６ａ，６ｂ　ポペット弁の弾性体保持溝に挿入される弾性体
７　弁座
８　ポペット弁ばね
９　供給ポート
１０　排出ポート
１１　連通穴
１２　排出側弁室
１３　ポペット弁ばね室
１４　圧力調整ねじ
１５　配管
１６　タンク
２０　中間体
２１　中間体の閉鎖端に設けられたオリフィス
２２　中間体の内面
２３　圧力調整ねじ室
２４　中間体の円柱部
２５ａ、２５ｂ　中間体の弾性体保持溝
２６ａ、２６ｂ　中間体の弾性体保持溝に挿入された弾性体リング
２７　中間体の閉鎖端
２８　圧力調整ばね
１００　弁軸に対して横方向
１０１　従来のポペット弁のハウジング
１０２　従来のポペット弁
２０１　従来のポペット弁ハウジング
２０２　従来のポペット弁のハウジングの内面
２０３　従来のポペット弁
Ａ、Ｂ、Ｃ　弁軸のランド
【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（ａ）】
2004100932.tif 000008
【図６（ｂ）】
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【図７（ａ）】
2004100932.tif 000010
【図７（ｂ）】
2004100932.tif 000011
【図８（ａ）】
2004100932.tif 000012
【図８（ｂ）】
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