(57)【要約】      （修正有）【課題】弁体の振動を抑制することができる弁装置を提供する。【解決手段】弁装置において、弁箱部５１と、自己の中心軸Ｃを囲う環状の受圧部７２ａ−７２ｃ及び弁体シート部７３を有し、中心軸Ｃ方向に線形動作するように弁箱部５１に収納された弁体５２と、弁箱部５１に対して弁体５２の中心軸ｃに沿う方向に接続した出口管部５４と、弁箱部５１に対して受圧部７２ａ−７２ｃに対向する向きに接続した入口管部５５と、入口管部５５に設けた絞り部５６とを備えたことを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁箱部と、
自己の中心軸を囲う環状の受圧部及び弁体シート部を有し、前記中心軸方向に線形動作するように前記弁箱部に収納された弁体と、
前記弁箱部に対して前記弁体の中心軸に沿う方向に接続した出口管部と、
前記弁箱部に対して前記受圧部に対向する向きに接続した入口管部と、
前記入口管部に設けた絞り部と
を備えたことを特徴とする弁装置。
【請求項２】
前記絞り部は、前記入口管部の軸方向から前記弁体側に見て、前記弁体の中心軸に沿う方向には前記入口管部の流路を狭めることなく、前記中心軸に交わる方向にのみ前記入口管部の流路を狭めるように形成されていることを特徴とする請求項１の弁装置。
【請求項３】
前記弁体の中心軸に沿った姿勢で前記弁箱部の内壁と前記弁体との間に介在する弾性体を備えたことを特徴とする請求項１の弁装置。
【請求項４】
前記弁体は、前記弾性体の弾性力により弁箱シート部に着座していて、前記入口管部から流入する流体による圧力を受圧部に受けて得た推進力が前記弾性力を上回った際に、前記弾性力に抗って前記弁箱シート部から離れる方向へ移動するように構成されていることを特徴とする請求項３の弁装置。
【請求項５】
前記弁体の直径をｄ、前記絞り部の最小流路断面積部から前記弁体までの最短距離をＡとしたとき、ｄ／Ａが０．８以上であることを特徴とする請求項１の弁装置。
【請求項６】
タンクと、
前記タンクに貯留した流体を吸い込んで吐出するポンプと、
前記ポンプから吐出される流体で駆動されるアクチュエータと、
前記ポンプから前記アクチュエータに供給される流体を制御するコントロールバルブと、
前記ポンプの吐出管路に前記入口管部が接続され、前記タンクに戻る流体が流れる戻り管路に前記出口管部が接続された請求項１の弁装置と
を備えたことを特徴とする液圧回路。
【請求項７】
請求項６の液圧回路と、
前記アクチュエータで駆動される被駆動部材と
を備えたことを特徴とする液圧機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁箱シート部に対して弁体の進退方向に対面する弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されたポペット弁のように、環状の弁箱シート部を通る軸に沿って弁体が進退して開閉する弁装置がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１０−５２８２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の弁には、構成部品が少ない、圧力応答性が良い等の利点があるが、開弁時に作動流体の流れに弁体が煽られて振動が生じ易いという課題がある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、弁体の振動を抑制することができる弁装置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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る弁装置は、弁箱部と、自己の中心軸を囲う環状の受圧部及び弁体シート部を有し、前記中心軸方向に線形動作するように前記弁箱部に収納された弁体と、前記弁箱部に対して前記弁体の中心軸に沿う方向に接続した出口管部と、前記弁箱部に対して前記受圧部に対向する向きに接続した入口管部と、前記入口管部に設けた絞り部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、弁体の振動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る弁装置を適用する液圧機械の一例である油圧ショベルの外観構成を表す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る弁装置を適用する液圧回路の一例を模式的に表した図であり、図１に示した油圧ショベルに搭載された油圧回路の一部を表す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る弁装置の外観を例示する斜視図であり、図２に示した油圧回路に用いたリリーフ弁を例示する図である。
【図４】図３のＸＺ平面で切断した弁装置の断面図である。
【図５】図４中のＶ−Ｖ矢視断面図である。
【図６】図４中のVI−VI矢視断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る弁装置にける弁箱部に弁体を押し付ける力Ｆと絞り部による絞り幅Ｌとの関係を表すグラフの一例である。
【図８】本発明の一実施形態に係る弁装置にける弁体の直径及び絞り部から弁体までの距離で表した値ｄ／Ａが弁箱部に弁体を押し付ける力Ｆに与える影響を表すグラフの一例である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【００１０】
１．液圧機械
図１は本発明の一実施形態に係る弁装置を適用する液圧機械の一例である油圧ショベルの外観構成を表す斜視図である。以下の説明において断り書きのない場合は運転席の前方（同図中では左上方向）を機体の前方とする。但し、油圧ショベルの例示は本発明に係る弁装置の適用対象を限定するものではなく、ブルドーザやホイールローダ等の他種の建設機械や自動車等、液圧駆動式のアクチュエータを使用した種々の液圧機械に本発明に係る弁装置は適用され得る。
【００１１】
図１に示した油圧ショベルは、車体１０及び作業機２０を備えている。車体１０は、走行体１１及び車体本体１２を備えている。
【００１２】
走行体１１は、本実施形態では無限軌道履帯を有する左右のクローラ（走行駆動体）１３を備えており、左右の走行モータ１７により左右のクローラ１３をそれぞれ駆動することで走行する。走行モータ１７には例えば油圧モータが用いられる。
【００１３】
車体本体１２は、走行体１１上に旋回可能に設けた旋回体である。車体本体１２の前部には、操作者が搭乗する運転室１４が設けられている。車体本体１２における運転室１４の後側には、エンジンや油圧駆動装置等を収容した動力室１５が、最後部には機体の前後方向のバランスを調整するカウンタウェイト１６が搭載されている。図示していないが、車体本体１２を走行体１１に対して連結する旋回フレームには旋回モータが設けられており、この旋回モータによって走行体１１に対して車体本体１２が旋回駆動される。旋回モータには例えば油圧モータが用いられる。
【００１４】
作業機２０は、車体本体１２の前部（本実施形態では運転室１４の右側）に連結されている。作業機２０は、ブーム２１ａ、アーム２１ｂ、及びバケット２１ｃを備えた多関節型の作業装置である。ブーム２１ａは車体本体１２のフレームにピンで連結され、ブームシリンダ２２ａによって車体本体１２に対して上下に回動する。アーム２１ｂはブーム２１ａの先端にピンで連結され、アームシリンダ２２ｂによってブーム２１ａに対して回動する。バケット２１ｃはアーム２１ｂの先端にピンで連結され、バケットシリンダ２２ｃによってアーム２１ｂに対して回動する。ブームシリンダ２２ａ、アームシリンダ２２ｂ及びバケットシリンダ２２ｃには、例えば油圧シリンダが用いられる。
【００１５】
２．液圧回路
図２は本発明の一実施形態に係る弁装置を適用する液圧回路の一例を模式的に表した図であり、図１に示した油圧ショベルに搭載された油圧回路の一部を表している。同図ではブームシリンダ２２ａに関する部分を抜き出して例示してあるが、他の油圧アクチュエータに関する部分も同様の構成である。
【００１６】
図２に示した油圧回路は、原動機３１、油圧ポンプ３２、タンク３３、コントロールバルブ３４、リリーフ弁５０、及びブームシリンダ２２ａを備えている。
【００１７】
油圧ポンプ３２の駆動軸は原動機３１の出力軸に接続されていて、原動機３１により駆動されてタンク３３に貯留した作動油（流体）を吸い込んで吐出する。ブームシリンダ２２ａは油圧ポンプ３２から吐出される圧油（流体）で伸縮駆動され、被駆動部材であるブーム２１ａを上下動させる。コントロールバルブ３４は、油圧ポンプ３２からブームシリンダ２２ａに供給される圧油の方向及び流量を制御する。コントロールバルブ３４には、Ｐポート、Ｔポート、Ａポート、Ｂポートが備わっている。Ｐポート、Ｔポート、Ａポート、Ｂポートは、それぞれ油圧ポンプ３２、タンク３３、ブームシリンダ２２ａのボトム側油室、ロッド側油室に接続されている。
【００１８】
例えば、運転室１４に設けた操作装置（不図示）でブーム上げ動作を指示すると、操作量に応じた大きさの操作信号が操作装置からコントロールバルブ３４の入力ポート３４ａに入力される。これによりコントロールバルブ３４が作動して油圧ポンプ３２からの圧油がＰポート及びＡポートを介してブームシリンダ２２ａのボトム側油室に供給され、その結果ブームシリンダ２２ａが伸びてブーム２１ａが上方向へ回動する。そして、伸長動作に伴ってブームシリンダ２２ａのロッド側油室から排出される作動油は、コントロールバルブ３４のＢポート及びＴポートを経由してタンク３３に戻る。反対に、ブーム下げ動作を指示すると、入力ポート３４ｂに入力される操作信号によりコントロールバルブ３４が作動し、油圧ポンプ３２からの圧油がＰポート及びＢポートを介してブームシリンダ２２ａのロッド側油室に供給され、その結果ブームシリンダ２２ａが縮んでブーム２１ａが下方向へ回動する。そして、縮退動作に伴ってブームシリンダ２２ａのボトム側油室から排出される作動油は、コントロールバルブ３４のＡポート及びＴポートを経由してタンク３３に戻る。
【００１９】
上記の油圧ポンプ３２、原動機３１、タンク３３、コントロールバルブ３４等は、車体本体１２の動力室１４に収容されている。他の油圧アクチュエータの油圧システムは特に説明しないが、ブームシリンダ２２ａの油圧システムと同様である。
【００２０】
ここで、油圧ショベル等の液圧機械には用途に応じた複数の液圧駆動式のアクチュエータが備わっている。複数のアクチュエータを共通のポンプで駆動する回路では、アクチュエータの動作中に想定外の圧力変動が生じる可能性がある。この圧力変動は、アクチュエータの動作効率を低下させるだけでなく、想定以上に回路内の圧力を上昇させて油圧回路の構成部品を故障させる可能性がある。液圧回路には一般にこうした圧力変動を抑える圧力制御弁が備わっている。図２の回路では上記リリーフ弁５０がこれに該当する。
【００２１】
更に説明すると、油圧ポンプ３２の吐出管路３６（油圧ポンプ３２とコントロールバルブ３４とを接続する管路）からはリリーフ管路３７が分岐していて、リリーフ管路３７を介して、タンク３３に戻る作動油が流れる戻り管路３８と吐出管路３６とが接続されている。リリーフ弁５０は、このリリーフ管路３７に設けられている。リリーフ弁５０は、吐出管路３６の最大圧力を規定し、吐出管路３６を保護する機能を果たす。
【００２２】
３．弁装置
図３は本発明の一実施形態に係る弁装置の外観を例示する斜視図であり、図２に示した油圧回路に用いたリリーフ弁を例示している。図４は図３のＸＺ平面で切断した弁装置の断面図、図５は図４中のＶ−Ｖ矢視断面図、図６は図４中のVI−VI矢視断面図である。
【００２３】
図３−図６に示したリリーフ弁５０は、本発明の一実施形態に係る弁装置であり、弁箱部（ハウジング）５１、弁体５２、弾性体５３、出口管部５４、入口管部５５及び絞り部５６を備えている。このリリーフ弁５０は弁体５２が弁箱シート部６５（後述）に対して弁体５２の進退方向に対面するポペット弁の一種であり、環状の弁箱シート部６５の内側を通る軸に沿って弁体５２が進退して開閉するバルブである。
【００２４】
弁箱部５１は、図４に示したように、弁箱部本体６１、分配室部６２、入口部６３、出口部６４及び弁箱シート部６５を備えている。弁箱部本体６１は弁箱部５１の本体であって弁体５２を収納している。分配室部６２は弁体５２の受圧部７１の外周面を包囲する環状流路を形成するように弁箱部本体６１に設けられている。入口部６３は弁体５２の受圧部７２ａ−７２ｃに対向するように分配室部６２に設けられている。出口部６４は弁体５２に対して弁体５２の進退方向に対向するように弁箱部本体６１に設けられている。入口部６３及び出口部６４には入口管部５５及び出口管部５４がそれぞれ接続している。弁箱シート部６５は、出口部６４における弁体５２が着座する部位であり、弁箱シート部６５に弁体５２が着座することによって出口部６４が閉止され、弁箱シート部６５から弁体５２が離れることによって出口部６４が開放される。
【００２５】
弁体５２は、図４に示したように、弁体本体７１、受圧部７２ａ−７２ｃ及び弁体シート部７３を備えている。弁体本体７１は弁体５２の本体であって、弾性体５３を介して弁箱部本体６１に対して弾性的に支持されている。弁体シート部７３は弁体５２の中心軸Ｃの周囲を囲う環状の部位であり、弁箱シート部６５に対向するように弁体本体７１に設けられている。弾性体５３は圧縮ばねであり、その中心軸を中心軸Ｃに沿わせた姿勢で弁箱部本体６１の内壁と弁体本体７１との間に介在している。この弾性体５３は受圧部７２ａ−７２ｃ（後述）を挟んで弁体シート部７３と反対側に位置していて、弁箱部本体６１の内壁面を基点にして弁体本体７１を弁箱シート部６５に向かって押し、弁体シート部７３を弁箱シート部６５に押し付けて着座させている。
【００２６】
受圧部７２ａ−７２ｃは中心軸Ｃの周囲を囲うように弁体本体７１の外周面に設けられた環状の部位である。受圧部７２ａ，７２ｂは、中心軸Ｃに向かって弁箱シート部６５側に傾斜する環状の傾斜面であり、入口管部５５から流入する圧油の圧力を受けて弁体５２を弁箱シート部６５から遠ざける方向の推力を得るための部位である。本実施形態では、弁体シート部７２は受圧部７２ｂに設けられている。一方、受圧部７２ｃは、中心軸Ｃに向かって弁箱シート部６５と反対側に傾斜する環状の傾斜面であり、入口管部５５から流入する圧油の圧力を受けて弁体５２を弁箱シート部６５に近付ける方向の推力を得るための部位である。本実施形態では、受圧部７２ａ，７２ｂの合計面積が受圧部７２ｃの面積より大きく設定してあり、この受圧面積差によって圧油の圧力が弁体５２を弁箱シート部６５から遠ざける方向に作用し、この力と弾性体５３の弾性力との協働で弁体５２が中心軸Ｃに沿って線形動作して出口部６４が開閉される。
【００２７】
出口管部５４は、弁箱部５１の出口部６４に対して弁体５２の中心軸Ｃに沿う方向に接続している。対して入口管部５５は、弁箱部５１の入口部６３に対して受圧部７２ａ−７２ｃに対向する向きに接続している。出口管部５４及び入口管部５５にはそれぞれリリーフ管路３７（図２参照）が接続している（リリーフ５０はリリーフ管路３７の途中に設けられている）。つまり、入口管部５５は油圧ポンプ３２の吐出管路３６（図２参照）に接続しており、出口管部５４はタンク３３への戻り管路３８（図２参照）に接続している。なお、これら出口管部５４及び入口管部５５は、弁箱部５１と一体に形成されていても良いし、弁箱部５１とは別部材であっても良い。本実施形態は出口管部５４及び入口管部５５を弁箱部５１と一体に形成した例である。
【００２８】
上記構成により、弁箱部５１内の圧力が設定を超え、受圧部７２ａ−７２ｃで得られる推進力が弾性体５３の弾性力を上回った際に、弁体５２が弾性体５３の弾性力に抗って弁箱シート部６５から離れる方向へ移動し、これによって出口部６４が開放されて液圧回路内の余剰な圧力が逃がされる。その後、余剰圧力が逃げたことによって弁箱部５１内の圧力が下がり、受圧部７２ａ−７２ｃで得られる推進力が弾性体５３の弾性力を下回れば、弾性体５３の弾性力によって弁体５２が弁箱シート部６５に近付く方向へ移動し、着座することによって出口部６４が閉止される。
【００２９】
入口管部５５の流路中には上記絞り部５６が設けられている。この絞り部５６は、入口管部５５の流路断面積を自己（当該絞り部５６）の上流側（弁箱部５１と反対側）及び下流側（弁箱部５１側）のうち少なくとも上流側の流路部に対して減じるものである。下流側の流路部の流路断面積は絞り部５６の流路断面積より広がっていても良いし、同等であっても良い（言い換えれば、絞り部５６が入口部６３にあっても良い）。本実施形態における絞り部５６は、例えば図６に示したように、入口管部５５の軸方向（作動油の流入方向）から弁体５２側に見て、弁体５２の中心軸Ｃに沿う方向には入口管部５５の流路を狭めることなく、中心軸Ｃに交わる方向にのみ入口管部５５の流路を狭めるように形成されている。つまり、図６において、絞り部５６は入口管部５５の流路の左右両側にのみ設けられていて、流路の幅を上下に狭めることなく左右にのみ狭めている。加えて、絞り部５６における流路断面積が最小になる部分の流路断面では、入口管部５５の軸方向から見て中心軸Ｃを挟んだ左右の壁面７４，７５は互いに中心軸Ｃに沿う方向に延びている。図４中のＶ−Ｖ矢視断面（図５）で見ると、絞り部５６は台形状をしていて、流路を上流部で一次式的に狭めた後、一定距離一定に保つように構成されている。
【００３０】
４．効果
弁箱部５１内の圧力が設定値を超えて上昇すると、前述したように弁体５２が弁箱シート部６５から離れて出口部６４が開放され、これによりリリーフ管路３７及びリリーフ弁５０の流路に流れが生じる。このとき、弁箱シート部６５から離れた弁体５２が入口管部５５から流入する作動油の流れに曝されて振動し易くなる。
【００３１】
それに対し、本実施形態においては、入口管部５５に絞り部５６を設けたことにより、流入する作動油の流速が絞り部５６を境にして増すため、絞り部５６がない場合に比べ、弁箱部５１に流入する作動油によって入口管部５５側から弁体５２を押す方向に作用する力が増し、弁箱部５１における入口管部５５と反対側の内壁面に弁体５２が押し付けられ易くなる。弁体５２が押されて弁箱部５１の内壁面と弁体５２との間隔が狭くなると、作動油によって弁体５２に作用するせん断応力（弁体５２の振動を抑制する力）が大きくなり、弁体５２の振動を抑制することができる。
【００３２】
このとき、本実施形態では絞り部５６によって入口管部５５の流路を弁体５２の中心軸Ｃ方向には狭めずに、中心軸Ｃに直交する方向にのみ狭めている。これにより、入口管路５５の流路断面積の減少によって作動流体の流速を上昇させつつも、中心軸Ｃ方向への流れの分布の偏りを抑制することができ、弁体５２の動作への影響を抑えることができる。
【００３３】
なお、図５に示す絞り部５６一つ当たりの絞り幅Ｌ、及び絞り部５６の最小流路断面積部から弁体５２までの最短距離Ａ（図５参照）によって、弁体５２を弁箱部５１に押し付ける力が変化する。絞り幅Ｌは、図５の断面における入口管部５５の流路直径Ｄ１と絞り部５６の最小流路断面積部の流路直径Ｄ２（＝両絞り部５６の最短距離）の差を絞り部５６の数（＝２）で割った値である（Ｌ＝（Ｄ１−Ｄ２）／２）。
【００３４】
図７は弁箱部５１に弁体５２を押し付ける力Ｆと絞り部５６による絞り幅Ｌとの関係を表すグラフの一例である。ｄ／Ａを固定値（＝９．２）とし、入口圧力Ｐが２ＭＰａの場合と４ＭＰａの場合の値を検証した。入口圧力Ｐは入口管部５５の入口（絞り部５６の上流側）における作動油の圧力、ｄは弁体本体７１の直径である（図４参照）。図７に示したように、入口圧力Ｐの大小に関わらず、絞り幅Ｌを０ｍｍから４ｍｍまで増加させていくと、それに従って力Ｆが増大していくことが分かる。
【００３５】
図８は弁箱部５１に弁体５２を押し付ける力Ｆとｄ／Ａとの関係を表すグラフの一例である。入口圧力Ｐ及び絞り幅Ｌを固定値（Ｐ＝４ＭＰａ，Ｌ＝３ｍｍ）とした場合の検証結果である。図８に示したように、ｄ／Ａが０．８以上になると力Ｆが急激に増大していくことが分かる。距離Ａが必要以上に長いと絞り部５６で加速した作動油が弁体５２に衝突するまでに減速し、弁体５２を押し付ける効果がなくなるためと考えられる。そのため、絞り幅Ｌ＝３ｍｍ、入口圧力Ｐ＝４ＭＰａの条件下では、ｄ／Ａが０．８以上になるようにリリーフ弁５０を設計することが好ましい。
【００３６】
５．その他
上記実施形態では、リリーフ弁に本発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、リリーフ弁以外のバルブ、例えば燃料バルブ等にも適用可能である。弁体が対面する弁箱シート部に対して進退し、入口管部が弁体側面に対向する基本構成を前提とするバルブであれば、例えば、リリーフ弁のように通常時に閉止するバルブ以外にも、設定開度で開弁していて、流量又は圧力の変化に応じて開度が増減するようなバルブにも本発明は適用可能である。また、弁体を弾性体で支持するタイプのバルブに本発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、例えば弁体が弁棒により支持されていて、レバーやハンドル等によって弁棒を回すことによって開閉操作するバルブであっても、上記基本構成を前提とするバルブであれば本発明を適用することができる。
【００３７】
また、弁体５２の中心軸Ｃと直交する方向にのみ入口管部５５の流路を絞る絞り部５６を備えた弁装置を例に挙げて説明したが、絞り部の構成は例示した形状に限定されない。例えば絞り形状は図５に示したような台形状でなくとも、三角形状でも良いし、曲面を用いた形状でも良い。また、絞り部５６を入口管部５５の流路内において中心を挟んで両側に設けた場合を例示したが、絞りは片側のみとすることもできる。また、弁体５２の中心軸Ｃ方向への流れの分布の偏りを抑える効果を制限するなら、全周にわたって流路径を径方向内側に小さくする一般的な絞りを適用することもできる。その他、可変絞りやオリフィスを適用することもできる。
【符号の説明】
【００３８】
１３  クローラ（被駆動部材）
１７  走行モータ（アクチュエータ）
２１ａ  ブーム（被駆動部材）
２１ｂ  アーム（被駆動部材）
２１ｃ  バケット（被駆動部材）
２２ａ  ブームシリンダ（アクチュエータ）
２２ｂ  アームシリンダ（アクチュエータ）
２２ｃ  バケットシリンダ（アクチュエータ）
３２  油圧ポンプ（ポンプ）
３３  タンク
３４  コントロールバルブ
３６  吐出管路
３８  戻り管路
５０  リリーフ弁（弁装置）
５１  弁箱部
５２  弁体
５３  弾性体
５４  出口管部
５５  入口管部
５６  絞り部
７２ａ−ｃ  受圧部
７３  弁体シート部
Ｃ  中心軸
【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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