JP2012255484A - リリーフ弁 - Google Patents

Abstract

【課題】流入口の液圧が急激に上昇するような状態となった場合において、流入口の圧液を、従来よりも低い液圧から逃がすことができて、その低い液圧の状態から流入口の液圧の上昇を開始させることによって、流入口に大きなサージ圧力が発生することを防止することができるようにすること。
【解決手段】 弾性部材によって前方に押圧されて流入口２ａと流出口１ａとを遮断するプランジャ３が、流入口２ａの圧力上昇に伴い弾性部材の弾性力に抗して後退移動して、流入口２ａと流出口１ａとを連通させると共に、弾性部材の後端を前方に押圧するピストン４が、流入口１ａの圧力上昇に伴い前進移動することにより弾性部材を圧縮してリリ−フ圧力を調整するリリーフ弁Ｒ１において、弾性部材は、互いに直列に配置された第１弾性部材５ａと第２弾性部材５ｂとを備え、第２弾性部材５ｂは、第１弾性部材５ａよりも弾性定数が小さい構成。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液圧回路の液圧制御に使用されるリリーフ弁に関する。

例えば建設機械車両等の旋回体用の旋回モータや走行モータは、一般的に液圧モータが使用され液圧回路で駆動される。そして、リリーフ弁は、液圧回路の液圧制御のために用いられる。

従来のリリーフ弁の一例として、図６に示すものがあり（例えば、特許文献１参照。）、このリリーフ弁Ｒ１０を、図６及び図２を参照して説明する。図２に示す一点鎖線は、このリリーフ弁Ｒ１０の流入口１０２ａの液圧（リリーフ圧力）が時間の経過と共に変化する状態を示している。

今、リリーフ弁Ｒ１０は、図６に示す状態であり、弁座１０２に形成された流入口１０２ａ及び流出口１０１ａは、タンク圧力ＰＴとなっているとする（図２に示す（１）の状態）。

次に、例えば流入口１０２ａが急激に加圧される状態（図２に示す（５）の状態）となると、流入口１０２ａの液圧が絞り１０３ｂを通って第３液室１４０に導かれる。そして、流入口１０２ａの液圧が上昇して、流入口１０２ａの液圧によりプランジャ１０３に対して働く上向きの力（後向作用力）が、第３液室１４０の液圧及びバネ１０５の弾性力（バネ力）によりプランジャ１０３に対して働く下向きの力（前向作用力）よりも大きくなると、プランジャ１０３は、上向きに後退移動して、流入口１０２ａと流出口１０１ａとが互いに連通する状態となる。これによって、流入口１０２ａの圧液を、初期セット圧力Ｐ２の状態から、流出口１０１ａから所定流量で逃がすことができる。

次に、第３液室１４０の液圧は、ピストン１０４に形成された連通孔１１１、絞り１１１ａ、１１２を通って第１液室１２２及び第２液室１３２に導かれる。そして、前向作用面１３１に圧液が与える前向作用力が、第３液室１４０の底面１２３、１２４及び後向作用面１２１に圧液が与える後向作用力、及びバネ１０５の弾発力の合力よりも大きくなると、ピストン１０４は、下向きに前進移動を開始する。

このように、ピストン１０４が下向きに前進移動するときは、第１液室１２２内の圧液が、ピストン１０４の連通孔１１１、絞り１１１ａを通って第３液室１４０に排出されるので、ピストン１０４は、ゆっくりと前進移動する。このようにして、ピストン１０４が前進移動してケース１０１の段部１０１ｂに当接するまでは、バネ１０５が徐々に圧縮されていき、バネ１０５の反発力が徐々に増加する。よって、流入口１０２ａのリリーフ圧力は、滑らかに上昇していく（図２に示す（６）の状態）。

そして、ピストン１０４が前進移動してケース１０１の段部１０１ｂに当接すると、ピストン１０４は、それ以上、下向きに前進移動することができないので、リリーフ圧力は、一定の最大リリーフ圧力ＰＳに保たれる。（図２に示す（４）の状態）。この図２に示す（６）、及び（４）の状態のとき、流入口１０２ａの圧液は、リリーフ弁を押し開き流出口１０１ａから流出している。このため初期セット圧力Ｐ２（ｔ１）から最大リリーフ圧力ＰＳ（ｔ３）までの昇圧を滑らかにすることができる。

特開平１１−３５１４２５号公報

しかし、図６に示す従来のリリーフ弁Ｒ１０では、図２に示すように、初期セット圧力がＰ２に設定されているので、流入口１０２ａの液圧がＰ２に到達するまでは、流入口１０２ａの圧液を所定流量で流出口１０１ａに逃がすことができない。そうすると、例えばこのリリーフ弁Ｒ１０が使用されている建設機械車両等の旋回体の旋回を停止させようとして、旋回モータに対して減速作動を開始したときに、この旋回モータが接続されている液圧回路に急激な圧力変化(トルク変化)が発生し、これら液圧回路、旋回モータ及び旋回体に大きな衝撃が掛かることがある。

ここで、図６に示すリリーフ弁Ｒ１０のセット圧力Ｐ２を小さくする方法として、プランジャ１０３が流入口１０２ａを閉じている状態で、バネ１０５によってプランジャ１０３を押し下げている力が小さくなるように、バネ定数を小さくすることが考えられる。

しかし、バネ定数の小さいバネを使用して、図２に示す最大リリーフ圧力ＰＳが得られるようにするためには、バネの長さを大きくして、バネが圧縮されるストローク（寸法）を大きく取れるようにする必要があり、このようにすると、リリーフ弁Ｒ１０の嵩が大きくなり大型化してしまう。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、流入口の液圧が急激に上昇するような状態となった場合において、流入口の圧液を、従来よりも低い液圧から逃がすことができて、その低い液圧の状態から流入口の液圧の上昇を滑らかに行わせることによって、急激な圧力変化（トルク変化）が発生することを防止することができると共に、コンパクトなリリーフ弁を提供することを目的としている。

本発明に係るリリーフ弁は、弾性手段によって前方に押圧されて流入口と流出口とを遮断するプランジャが、前記流入口の圧力上昇に伴い前記弾性手段の弾性力に抗して後退移動して、前記流入口と前記流出口とを連通させると共に、前記弾性手段の後端を前方に押圧するピストンが、前記流入口の圧力上昇に伴い前進移動することにより前記弾性手段を圧縮してリリ−フ圧力を調整するリリーフ弁において、前記弾性手段は、互いに直列に配置された第１弾性部材と第２弾性部材とを備え、前記第２弾性部材は、前記第１弾性部材よりも弾性定数が小さい構成としたことを特徴とするものである。

本発明に係るリリーフ弁によると、流入口の液圧が急激に上昇するような状態となった場合において、プランジャが液圧によって後退する方向に受ける後向作用力が、プランジャが第１及び第２弾性部材の弾性力（例えばバネ力）によって前進する方向に受ける前向作用力よりも大きくなると、プランジャが後退移動する。ここで、プランジャが後退移動する距離は、第１及び第２弾性部材が圧縮される合計寸法であるが、第２弾性部材の弾性定数を第１弾性部材の弾性定数よりも小さくしてあるので、流入口の液圧が比較的低い状態で（比較的低いセット圧力で）、第２弾性部材が第１弾性部材と比較して大きく短縮して、プランジャを液圧に対応する所定の距離だけ後退移動させて、流入口と流出口とを互いに連通させることができる。これによって、流入口の圧液を流出口から逃がすことができる。

次に、プランジャが流入口の液圧と対応する距離だけ後退移動しており、流入口の圧液を流出口から逃がしている状態で、直列に配置されている第１及び第２弾性部材の後端を前方に押圧するピストンが、流入口の液圧によって前進移動を開始する。これによって、第１及び第２弾性部材を徐々に圧縮することができ、リリ−フ圧力を滑らかに上昇させることができる。このようにして、流入口の液圧が急激に上昇することを防止できる。

そして、ピストンが前進移動して、その液圧（リリーフ圧力）が最大リリーフ圧力に到達するまでの昇圧緩衝時間を引き延ばすことができる。

また、本発明のリリーフ弁によると、弾性定数の大きい第１弾性部材の弾性力を利用して、このリリーフ弁に対して所望の大きさの最大リリーフ圧力を設定することができる。

本発明に係るリリーフ弁において、前記第1弾性部材によって最大リリーフ圧力が主に設定され、前記第２弾性部材によって前記ピストンが前進移動する前の状態のリリーフ圧力が主に設定されているものとすることができる。

このようにすると、最大リリーフ圧力を主に第1弾性部材によって設定することができ、昇圧緩衝の開始圧力を主に第２弾性部材によって設定することができる。

本発明に係るリリーフ弁において、前記プランジャの後退移動を所定の最大後退位置で停止させるためのストッパが前記プランジャを収容するケース側に設けられるものとすることができる。

このようにすると、弾性定数の小さい第２弾性部材が、流入口の液圧の上昇によって短縮するときに、プランジャの後退移動を所定の最大後退位置で停止させることができる。これによって、リリーフ弁の最大開口度を所定の開口度に設定することができる。

本発明に係るリリーフ弁において、前記第２弾性部材が圧縮される寸法を所定の最大圧縮寸法以下に規制するためのカップ状のばね座を備えるものとすることができる。

このようにすると、流入口の圧力上昇によって、プランジャ又はピストンが第１及び第２弾性部材を圧縮する方向に移動したときに、第２弾性部材が第１弾性部材と比較して大きく圧縮され、その際に、第２弾性部材が圧縮される寸法が所定の最大圧縮寸法となったときに、第２弾性部材が更に圧縮されることをカップ状のばね座によって規制することができる。そして、更に、プランジャ又はピストンが、第１及び第２弾性部材を圧縮する方向に移動すると、第２弾性部材が圧縮されずに、第１弾性部材が圧縮されて、この第１弾性部材によってリリ−フ圧力を所定の最大リリーフ圧力に保持することができる。

本発明に係るリリーフ弁において、前記第１弾性部材の弾性定数Ｋ１と、前記第２弾性部材の弾性定数Ｋ２との比Ｋ１／Ｋ２が、５〜２０であるものとすることができる。

このようにすると、例えば建設機械車輌等の旋回体用の旋回モータの液圧回路に本発明のリリーフ弁を採用すると、この旋回モータを減速させるときに、液圧回路に急激な圧力変化（トルク変化）が発生することを効果的に防止することができ、液圧回路、旋回モータ及び旋回体に大きな衝撃が掛かることを防止できると共に、旋回モータを適切なマイナス加速度で減速させて停止させることができる。つまり、弾性定数の比Ｋ１／Ｋ２を５未満とすると、旋回体等に掛かる衝撃を適切に小さくすることができないことがある。そして、弾性定数の比Ｋ１／Ｋ２が２０を超えると、所定のセット圧力を設定するために、第２弾性部材の長さを長くする必要があり、その分だけ嵩が大きくなりコストも上がる。

本発明に係るリリーフ弁において、前記弾性手段の収容された液室が前記流出口と連通し、前記ピストンが、ケースの内孔と液密的に摺動する第１摺動部を有し、前記プランジャの後部が、前記ピストンの中心軸に沿って形成された摺動穴に摺動自在に嵌挿され、前記プランジャには、前記流入口からプランジャの後方まで圧液を導く貫通孔が形成され、前記摺動穴後部の前記プランジャが到達しない空間と、前記貫通孔とで、第３液室が形成され、前記ピストンには、その第１摺動部よりも後方に後向作用面と前向作用面とが形成され、前記第３液室と、前記後向作用面の面する第１液室とが、前記ピストンに形成された連通孔を介して互いに連通され、前記第３液室と、前記前向作用面の面する第２液室とが、前記ピストンに形成された連通孔を介して互いに連通され、前記前向作用面に圧液が与える前向作用力と、前記ピストンに形成された前記摺動穴の底面及び前記後向作用面に圧液が与える後向作用力との差により、前記ピストンが前進移動するものとすることができる。

このようにすると、ピストンにおける摺動穴の底面及び後向作用面の面積と、前向作用面の面積との面積差が、ピストンの有効受圧面積となる。よって、例えばピストンの第１摺動部の肉厚とは無関係に、ピストンを前進移動させるための有効受圧面積を設定することができ、所定の剛性を有するピストンを製作することができる。

本発明に係るリリーフ弁において、前記前向作用面の面積が、前記摺動穴の底面と前記後向作用面との合計面積よりも大きく、その面積差により前記前向作用力と前記後向作用力との差が生じるようにしたものとすることができる。

このようにすると、ピストンを前進移動させるための有効受圧面積を小さくすることによって、ピストンがゆっくりと前進移動することとなり、昇圧緩衝時間を長くすることができる。そして、有効受圧面積を大きくすることによって、ピストンが速く前進移動することとなり、昇圧緩衝時間を短くすることができる。このように、昇圧緩衝時間を自由に設定することができる。

本発明に係るリリーフ弁において、前記前向作用力と前記後向作用力との差により前記連通孔の前後に圧力差が生じ、圧液が前記連通孔を通過する間、前記ピストンが前進移動するものとすることができる。

このようにすると、連通孔を細く形成することによって、ピストンがゆっくりと前進移動することとなり、昇圧緩衝時間を長くすることができる。そして、連通孔を太く形成することによって、ピストンが速く前進移動することとなり、昇圧緩衝時間を短くすることができる。このように、昇圧緩衝時間を自由に設定することができる。

本発明に係るリリーフ弁によると、弾性定数が異なる第１及び第２弾性部材を直列に配置した構成としたので、昇圧緩衝開始圧力を下げることができ、流入口の液圧が急激に上昇するような状態となった場合において、流入口の圧液を、比較的低い液圧の状態から流出口に逃がすことができる。これによって、例えば建設機械車輌等の旋回体用の旋回モータの液圧回路に本発明のリリーフ弁を採用すると、この旋回モータの減速開始時に、液圧回路に急激な圧力変化（トルク変化）が発生することを防止することができ、液圧回路、旋回モータ及び旋回体に大きな衝撃が掛かることを防止できる。

そして、流入口の液圧を、比較的低い液圧から流出口に逃がすことができるので、流入口のリリ−フ圧力が最大リリーフ圧力に到達するまでの昇圧緩衝時間を引き延ばすことができる。これによって、旋回モータを停止させる際に、液圧回路、旋回モータ及び旋回体に大きな衝撃が掛かることがないように適切にゆっくりと停止させることができる。

また、昇圧緩衝開始圧力を低くするために弾性定数の小さい第２弾性部材を採用し、なおかつ、リリ−フ圧力を所定の最大リリーフ圧力に保持できるようにするために弾性定数の大きい第１弾性部材を採用したことによって、１つのバネ等の弾性部材によって上記と同様に作用するものを製作しようとした場合と比較して、リリーフ弁の嵩を小さくすることができる。

この発明の第１実施形態に係るリリーフ弁を示す縦断面図である。 同第１実施形態に係るリリーフ弁等のリリーフ圧力の時間的変化を示す図である。 同第１実施形態に係るリリーフ弁等のオーバーライド特性を示す図である。 同第１実施形態に係るリリーフ弁を用いた液圧回路を示す図である。 同発明の第２実施形態に係るリリーフ弁の一部を示す縦断面図である。 従来のリリーフ弁の一例を示す縦断面図である。

以下、本発明に係るリリーフ弁の第１実施形態を、図１〜図４を参照して説明する。この図１に示すリリーフ弁Ｒ１は、例えばこのリリーフ弁Ｒ１が使用されている建設機械車両等の旋回体の旋回を停止させようとして、旋回モータに対して減速作動を開始したときに、この旋回モータが接続されている液圧回路に急激な圧力変動が発生することを防止でき、これら液圧回路、旋回モータ及び旋回体に大きな衝撃が掛からないようにして旋回を停止させることができるものである。

リリーフ弁Ｒ１は、図１の縦断面図に示すように、略円筒形状の外ケース１及び外ケース１に螺合された内ケース５４と、外ケース１の先端部（前側部）に固定して設けられた弁座２と、外ケース１内に配置されたプランジャ３と、内ケース５４内に配置されたピストン４と、プランジャ３とピストン４との間に介在するコイル状の圧縮バネ（弾性手段）である第１弾性部材５ａ及び第２弾性部材５ｂとを備えている。

そして、内ケース５４をネジ部５３で回転させて進退移動させることによって、第１及び第２弾性部材５ａ、５ｂを圧縮する力（例えばセット圧力）を調整することができるようにしてある。

外ケース１の内孔は、ピストン４の大径部（第２摺動部４ｂ）が装着されている部分１ｃの内径がｄ１に形成され、ピストン４のその前側の中径部（第１摺動部４ａ）が装着されている部分１ｄの内径がｄ４に形成されている。外ケース１の側面には流出口１ａとこの流出口に連通する通路１ｂが形成されている。弁座２は、環状の部材であり、中心部には圧液の流入口２ａが形成されている。プランジャ３は、先端部が先細りの略円錐台形状をなしている。プランジャ３の中心には、貫通孔３ａが形成されている。

この貫通孔３ａは、プランジャ３の先端から後端までを貫通して流入口２ａからプランジャ３の後方まで圧液を導くように形成されており、その途中には、絞り３ｂが形成されている。絞り３ｂは、プランジャ３の作動に減衰力を与え、ハンチングを防止するために設けられている。

ピストン４の前部には、外径ｄ４の中径部たる第１摺動部４ａが形成され、第１摺動部４ａよりも後方に外径ｄ１の大径部たる第２摺動部４ｂが形成されている。更に、ピストン４には、その後端部に小径部たる第３摺動部４ｃが形成されている。また、内ケース５４には、中心軸に沿って前方に開口する凹部５１が形成されている。

前記の第３摺動部４ｃは、内ケース５４の凹部５１に液密的に摺動するように嵌挿され、第３摺動部４ｃの後端部と前記凹部５１と間には、液室５２が形成される。そして、第１摺動部４ａは、外ケース１の内孔１ｄの内径ｄ４の部分に液密的に摺動自在に嵌挿されており、第２摺動部４ｂは、外ケース１の内孔１ｃの部分に液密的に摺動自在に嵌挿されている。第３摺動部４ｃの外径はｄ２である。

ピストン４には、中心軸に沿って、その前面に開口する摺動穴４ｆが形成されている。摺動穴４ｆの内径は、ｄ３である。プランジャ３の後部は、摺動穴４ｆ内に摺動自在に嵌挿されている。そして、プランジャ３が摺動可能範囲の最後部まで摺動してもプランジャ３の後端が到達しない摺動穴４ｆの後部空間４ｄと、プランジャ３の貫通孔３ａとで、第３液室４０が形成されている。また、ピストン４には、前記第1摺動部４ａ、第２摺動部４ｂおよび第３摺動部４ｃを軸方向に貫通し、第１及び第２弾性部材５ａ、５ｂを収容するばね室８と前記液室５２とを連通する通路４ｅが形成されている。

また、ピストン４には、連通孔１１及び連通孔１２が形成されている。連通孔１１には、その一部に絞り１１ａが形成されている。連通孔１２には絞りは形成されていない。大径部（第２摺動部４ｂ）の前端面は、圧液が作用する後向作用面２１として機能し、この後向作用面２１が面する第１液室２２は、連通孔１１によって第３液室４０と連通されている。また、大径部（第２摺動部４ｂ）の後端面は圧液が作用する前向作用面３１として機能し、この前向作用面３１が面する第２液室３２は連通孔１２によって第３液室４０と連通されている。

第１弾性部材５ａ及び第２弾性部材５ｂは、外ケース１の内周面１ｄとプランジャ３の外周面との間に形成されたばね室８（第５液室）内に、直列に配置された状態で収容されている。第１弾性部材５ａは、その先端がカップ状のばね座７ｂを介して第２弾性部材５ｂの後端と当接し、第１弾性部材５ａの後端がピストン４の第１摺動部４ａの前端面をばね座７ａを介して後方に押圧するように収縮した状態で配置されている。第２弾性部材５ｂは、その先端がプランジャ３の膨大部３ｃを後ろから前方に押圧し、後端がカップ状のばね座７ｂを後方に押圧するように収縮した状態で配置されている。

この第２弾性部材５ｂの弾性定数Ｋ２は、第１弾性部材５ａの弾性定数Ｋ１よりも小さく設定されており、弾性定数の比Ｋ１／Ｋ２は、例えば５〜２０であり、好ましくは５〜１５である。

参考までに、弾性定数の比Ｋ１／Ｋ２を５未満とすると、旋回体等に掛かる衝撃を適切に小さくすることができないことがある。そして、弾性定数の比Ｋ１／Ｋ２が２０を超えると、所定のセット圧力Ｐ１を設定するために、第２弾性部材５ｂの長さを長くする必要があり、その分だけ嵩が大きくなりコストも上がる。

そして、外ケース１の先端部の内周面には、プランジャ３の後退移動を所定の最大後退位置で停止させるためのストッパ５５が形成されている。このストッパ５５は、外ケース１の内側に突出する円環状の段部によって形成され、このストッパ５５にプランジャ３の膨大部３ｃが当接することによって、プランジャ３の後退移動を所定の最大後退位置で停止させることができる。

このようにストッパ５５を設けると、弾性定数の小さい第２弾性部材５ｂが、流入口２ａの液圧の上昇によって短縮するときに、プランジャ３の後退移動を所定の最大後退位置で停止させることができる。これによって、リリーフ弁Ｒ１の最大開口度を所定の開口度に設定することができる。なお、図１に示すａは、プランジャ３の進退移動可能なストロークである。

また、前記カップ状のばね座７ｂは、第２弾性部材５ｂの最大圧縮寸法ｂを規制することができる。

即ち、流入口２ａの圧力上昇によって、プランジャ３又はピストン４が第１及び第２弾性部材５ａ、５ｂを圧縮する方向に移動したときに、第２弾性部材５ｂが第１弾性部材５ａと比較して大きく圧縮され、その際に、第２弾性部材５ｂが圧縮される寸法が所定の最大圧縮寸法ｂとなったときに、プランジャ３の膨大部３ｃの後端面とばね座７ｂの円筒部前面が当接して、第２弾性部材５ｂが更に圧縮されることを規制することができる。そして、更に、ピストン４が、第１及び第２弾性部材５ａ、５ｂを圧縮する方向に移動すると、第２弾性部材５ｂが圧縮されずに、第１弾性部材５ａが圧縮されて、設定圧力が増加する。ピストン４の第２摺動部４ｂの前面（後向作用面）２１が前記内孔１ｃの段部５０に当接すれば、第１弾性部材５ａはそれ以上圧縮されず、設定圧力は最大となる。従って、リリ−フ圧力を所定の最大リリーフ圧力ＰＳに保持することができる。

次に、図１に示すように構成されたリリーフ弁Ｒ１の作用を、図１及び図２を参照して説明する。図２に示す実線は、このリリーフ弁Ｒ１の流入口２ａの液圧（リリーフ圧力）が時間の経過と共に変化する状態を示している。

今、リリーフ弁Ｒ１は、図１に示す状態であり、流入口２ａ及び流出口１ａは、タンク圧力ＰＴとなっているとする（図２に示す（１）の状態）。

次に、例えば流入口２ａが急激に加圧される状態(図２に示す（２）の状態)となると、流入口２ａの液圧が絞り３ｂを通って第３液室４０に導かれる。そして、流入口２ａの上昇した液圧がプランジャ３に対して働く上向きの力（後向作用力）が、第３液室４０の液圧、並びに第１及び第２弾性部材５ａ、５ｂの弾性力（バネ力）がプランジャ３に対して働く下向きの力（前向作用力）よりも大きくなると、プランジャ３は、上向きに後退移動し、弁が開いて、圧液が流出口１ａへ流れ出す(リリーフ圧力Ｐ1)。

ここで、プランジャ３が後退移動する距離は、第１及び第２弾性部材５ａ、５ｂが圧縮される合計寸法であるが、第２弾性部材５ｂの弾性定数Ｋ２を第１弾性部材５ａの弾性定数Ｋ１よりも小さくしてあるので、流入口２ａの液圧が比較的低い状態で、第２弾性部材５ｂが第１弾性部材５ａと比較して大きく短縮して、プランジャ３を液圧に対応する所定の距離だけ後退移動させて（略最大開口となる）、流入口２ａと流出口１ａとを互いに連通させることができる。これによって、流入口２ａの圧液を流出口１ａから逃がすことができる。

次に、プランジャ３が流入口２ａの液圧と対応する距離だけ後退移動しており（略最大開口となっている）、流入口２ａの圧液を流出口１ａから逃がしている状態で、第３液室４０の液圧は、ピストン４に形成された絞り１１ａ、連通孔１１、１２を通って第１液室２２及び第２液室３２に導かれる。そして、前向作用面３１に圧液が与える前向作用力が、第３液室４０の底面２３及び後向作用面２１に圧液が与える後向作用力および第１弾性部材５ａ、第２弾性部材５ｂの弾発力の合力よりも大きくなると、ピストン４は、下向きに前進移動を開始する。

このように、ピストン４が下向きに前進移動するときは、第１液室２２内の圧液が、ピストン４の連通孔１１、絞り１１ａを通って第３液室４０に排出されるので、ピストン４は、ゆっくりと前進移動する。このピストン４のゆっくりとした前進移動によって、第１及び第２弾性部材５ａ、５ｂを徐々に圧縮することができ、リリ−フ圧力Ｐを滑らかに上昇させることができる（図２に示す（３）の状態）。

このようにして、流入口２ａの液圧が比較的低い液圧（Ｐ１）から、ピストン４がゆっくりと前進移動して、流入口２ａの液圧の上昇が開始するので、流入口２ａの液圧が急激に上昇することを防止できる。そして、流入口２ａの液圧が、低い圧力（Ｐ１）から上昇を開始するようにしたので、ピストン４が前進移動して、その液圧（リリーフ圧力Ｐ）が最大リリーフ圧力ＰＳに到達するまでの昇圧緩衝時間（ｔ２−ｔ１）を引き延ばすことができる。

また、図１に示すように、このリリーフ弁Ｒ１によると、弾性定数Ｋ１の大きい第１弾性部材５ａの弾性力を利用しているので、このリリーフ弁Ｒ１に対して所望の大きさの最大リリーフ圧力ＰＳを設定することができる。

そして、ピストン４が前進移動して外ケース１の段部５０に当接すると、ピストン４は、それ以上、下向きに前進移動することができないので、リリーフ圧力Ｐは、一定の最大リリーフ圧力ＰＳに保たれる。（図２に示す（４）の状態）。

この図２に示す（３）、及び（４）の状態とき、流入口２ａの圧液は、略一定流量（液圧回路の本機使用流量であり、例えば図３に示す１００Ｌ／ｍｉｎ）で流出口１ａから流出している。

このように、図１に示すリリーフ弁Ｒ１によると、弾性定数（Ｋ１、Ｋ２）が異なる第１及び第２弾性部材５ａ、５ｂを直列に配置した構成としたので、流入口２ａの液圧が急激に上昇するような状態となった場合において、流入口２ａの圧液を、比較的低い液圧（図２に示すＰ１）の状態から流出口１ａに逃がすことができる。

これによって、例えば図４に示すように、建設機械車輌等の旋回体用の旋回モータＭの液圧回路にこのリリーフ弁Ｒ１、Ｒ２を採用すると、この旋回モータＭの減速開始時に、液圧回路に急激な圧力変化（トルク変化）が発生することを防止することができ、液圧回路、旋回モータＭ及び旋回体に大きな衝撃が掛かることを防止できる。

なお、図４において、旋回モータＭの圧液供給口及び圧液排出口には、それぞれリリーフ弁Ｒ１、Ｒ２（リリーフ弁Ｒ２は、リリーフ弁Ｒ１と同等のものである。）が接続されている。リリーフ弁Ｒ１、Ｒ２の流出口１ａ（逃がし側）は旋回モータＭの吸入圧力を確保するためのブーストチェック弁Ｂを介して液タンクＴに接続されている。なお、Ｐは液圧ポンプ、Ｖは切換弁である。

そして、図２に示すように、流入口２ａの液圧を、比較的低い液圧（Ｐ１）から流出口１ａに逃がすことができるので（図２に示す（３）の状態）、流入口２ａのリリ−フ圧力Ｐが最大リリーフ圧力ＰＳに到達するまでの昇圧緩衝時間（ｔ２−ｔ１）を引き延ばすことができる。これによって、旋回モータＭを停止させる際に、液圧回路、旋回モータＭ及び旋回体に大きな衝撃が掛かることがないように適切にゆっくりと停止させることができる。

また、リリーフ弁の作動開始圧力（初期セット圧力Ｐ１）を低くするために弾性定数の小さい第２弾性部材５ｂを採用し、そして、リリ−フ圧力Ｐを所定の最大リリーフ圧力ＰＳに保持できるようにするために、弾性定数の大きい第１弾性部材５ａを採用したことによって、弾性定数の小さい１つの弾性部材を使用して、上記と同様に作用するものを製作しようとした場合と比較して、リリーフ弁の嵩を小さくすることができる。

次に、図１を参照して、ピストン４が前進移動する機構の説明をする。ばね室８（第５液室）は、ブーストチェック弁Ｂを介して液タンクＴと連通されており、ばね室８の液圧は、ほぼタンク圧力ＰＴに近い値となっている。更に、内ケース５４の凹部５１とピストン４の第３摺動部４ｃとで構成される液室５２は、通路４ｅ、ばね室８、ブーストチェック弁Ｂを介してタンクＴに連通されており、その液圧もほぼタンク圧力ＰＴに近い値となっている。よって、ピストン４の有効受圧面積は、前向作用面３１の面積から、底面２３及び後向作用面２１の合計面積を差し引いた面積となる。底面２３の面積は（ｄ３^２×(π／４)）＝ＡＳであり、後向作用面２１の面積は（(ｄ１^２−ｄ４^２)×(π／４)）＝ＡＵである。また、前向作用面３１の面積は（(ｄ１^２−ｄ２^２)×(π／４)）＝ＡＭである。従って、ピストン４の有効受圧面積Ａ１は、次式のように表される。なお、以下の式では、ばね室８の圧力を０と近似している。

Ａ１＝（ｄ４^２−ｄ３^２−ｄ２^２）×(π／４)
このように、前向作用面３１（面積ＡＭ）に圧液が与える前向作用力と、ピストン４に形成された摺動穴４ｆの後部空間４ｄの底面２３（面積ＡＳ）、及び後向作用面２１（面積ＡＵ）に圧液が与える後向作用力との差により、ピストン４が前進移動するように構成されている。

そして、上式からもわかるように、ｄ２、ｄ３、ｄ４の値の設定により、有効受圧面積Ａ１を自由に設定することができるので、ｄ３とｄ４の差を大きくしても、ｄ２の値を大きくすることによってＡ１の値を小さくすることができる。

よって、ピストン４の第１摺動部４ａの肉厚とは無関係に、ピストン４を前進移動させるための有効受圧面積Ａ１を設定することができ、所定の剛性を有するピストン４を製作することができる。

また、前向作用面３１の面積ＡＭが、底面２３の面積ＡＳと、後向作用面２１の面積ＡＵとの合計面積よりも大きく、その面積差により前向作用力と後向作用力との差が生じるように構成されている。

更に、前向作用力と後向作用力との差により連通孔１１、１２の前後に圧力差が生じ、圧液が連通孔１１、１２を通過する間、ピストン４が前進移動するように構成されている。

このようにすると、連通孔１１、１２を細く形成したり、連通孔１１、１２に絞り１１ａを形成することによって、ピストン４がゆっくりと前進移動することとなり、昇圧緩衝時間（ｔ２−ｔ１）を長くすることができる。そして、連通孔１１、１２を太く形成することによって、ピストン４が速く前進移動することとなり、昇圧緩衝時間（ｔ２−ｔ１）を短くすることができる。このように、昇圧緩衝時間（ｔ２−ｔ１）を自由に設定することができる。

次に、図３を参照して、図１に示すこの実施形態のリリーフ弁Ｒ１、及び図６に示す従来のリリーフ弁Ｒ１０のオーバーライド特性を比較して説明する。

図３に示す曲線Ｓ１は、図１に示す本実施形態のリリーフ弁Ｒ１において、ピストン４が後退位置（ストロークＳｔ＝０ｍｍ）にあるときのオーバーライド特性を示している。この曲線Ｓ１では、クラッキング圧力がＰａであり、本機使用流量が例えば１００Ｌ／ｍｍのときのセット圧力がＰ１である。

クラッキング圧力とは、プランジャ３が開き始めるときの流入口２ａの液圧である。そして、本機使用流量とは、旋回モータＭの使用流量である。また、セット圧力とは、流入口２ａの圧液の圧力上昇によって、プランジャ３が押し上げられてリリーフ弁Ｒ１を通る圧液の流量が本機使用流量となるときの圧力を言う。

図３に示す曲線Ｓ２は、図６に示す従来のリリーフ弁Ｒ１０において、ピストン１０４が後退位置（ストロークＳｔ＝０ｍｍ）にあるときのオーバーライド特性を示している。この曲線Ｓ２では、クラッキング圧力がＰｂであり、本機使用流量が１００Ｌ／ｍｍのときのセット圧力がＰ２である。

この従来のリリーフ弁Ｒ１０では、バネ定数の大きい１つのバネ１０５を使用しているので、そのセット圧力Ｐ２が、本実施形態のリリーフ弁Ｒ１のセット圧力Ｐ１よりも大きくなっている。よって、旋回用モータＭの回転を停止させるときに、旋回体に大きな衝撃が掛かってしまう。

図３に示す曲線Ｓ３は、図６に示す従来のリリーフ弁Ｒ１０において、ピストン１０４が前進位置（ストロークＳｔ＝３ｍｍ）にあるときのオーバーライド特性を示している。この曲線Ｓ３では、クラッキング圧力がＰｃであり、本機使用流量が１００Ｌ／ｍｍのときのセット圧力がＰ３である。

このように、ピストン１０４が前進位置にあるときは、バネ１０５が圧縮された状態となっており、これによってセット圧力Ｐ３が、曲線Ｓ２のセット圧力Ｐ２よりも大きくなっている。よって、旋回用モータＭの回転を停止させるときには、曲線Ｓ２の場合よりも旋回体に大きな衝撃が掛かってしまう。

図３に示す曲線Ｓ４は、図６に示す従来のリリーフ弁Ｒ１０において、ピストン１０４が後退位置（ストロークＳｔ＝０ｍｍ）にあるときのオーバーライド特性を示している。この曲線Ｓ４では、クラッキング圧力が０となるようにバネ１０５が自然長となっている状態で配置してあり、本機使用流量が１００Ｌ／ｍｍのときのセット圧力がＰ４である。

このように、クラッキング圧力が０となるようにバネ１０５が自然長となっている状態で配置した場合であっても、そのセット圧力Ｐ４が、本実施形態の曲線Ｓ１のセット圧力Ｐ１よりも大きくなっている。よって、バネ定数が比較的大きいバネを使用すると、バネ１０５がプランジャ１０３を弁座１０２に押し付ける初期荷重が０となるようにしても、旋回用モータＭの回転を停止させるときには、曲線Ｓ２の場合よりも旋回体に大きな衝撃が掛かってしまう。

図５は、本願発明に係るリリーフ弁の第２実施形態を示す図であり、リリーフ弁Ｒ２のピストン４周辺の縦断面図である。このリリーフ弁Ｒ３は図１のリリーフ弁Ｒ１と異なり、ピストン４には第３液室４０と第１液室２２とを互いに連通させるような連通孔１１は形成されておらず、その代わりに、第１液室２２と第２液室３２とを連通させる連通孔１３が形成されている。つまり、第１液室２２は、連通孔１２と連通孔１３とを介して、間接的に第３液室４０に連通している。連通孔１２には絞りは形成されていないが、連通孔１３には絞り１３ａが形成されており、第１液室２２は、第２液室３２より圧力が高くなり昇圧緩衝時間（ｔ２−ｔ１）の調整に資することができる。これ以外の構成は、図１のリリーフ弁Ｒ１と同等であり、このリリーフ弁Ｒ２の挙動は図１のリリーフ弁Ｒ１と同様であるので、それらの説明を省略する。

ただし、上記実施形態では、図１に示すように、弾性定数の大きい方の第１弾性部材５ａをプランジャ３の後端部側に配置して、弾性定数の小さい方の第２弾性部材５ｂを、第１弾性部材５ａとプランジャ３の先端部側（弁座２側）との間に配置したが、これに代えて、第１弾性部材５ａと第２弾性部材５ｂの配置を入れ替えた構成としてもよい。つまり、弾性定数の小さい方の第２弾性部材５ｂをプランジャ３の後端部側に配置して、弾性定数の大きい方の第１弾性部材５ａを、第２弾性部材５ｂとプランジャ３の先端部側（弁座２側）との間に配置する。このようにしても、上記実施形態と同様に挙動する。そして、このように構成した場合は、ストッパ５５は、上記実施形態と同様に作用するように、外ケース１に形成するとよい。

そして、上記実施形態では、図１及び図５に示す構成を採用して、ピストン４が、直列に配置した第１及び第２弾性部材５ａ、５ｂの後端を前方に押圧して、流入口２ａの圧力上昇に伴い前進移動することにより、第１及び第２弾性部材５ａ、５ｂを圧縮してリリ−フ圧力Ｐを調整する構成としたが、これら図１及び図５に示す構成以外の構成を採用して、上記実施形態と同様に、ピストン４が作用する構成としてもよい。

以上のように、本発明に係るリリーフ弁は、流入口の液圧が急激に上昇するような状態となった場合において、流入口の圧液を、従来よりも低い液圧から逃がすことができて、その低い液圧の状態から流入口の液圧の上昇を開始させることによって、流入口に大きなサージ圧力が発生することを防止することができると共に、コンパクトな構成とすることができる優れた効果を有し、このようなリリーフ弁に適用するのに適している。

Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ リリーフ弁
１ 外ケース
１ａ 流出口
１ｂ 通路
１ｃ 部分
１ｄ 部分
２ 弁座
２ａ 流入口
３ プランジャ
３ａ 貫通孔
３ｂ 絞り
３ｃ 膨大部
４ ピストン
４ａ 第１摺動部（中径部）
４ｂ 第２摺動部（大径部）
４ｃ 第３摺動部（小径部）
４ｄ 摺動穴の後部空間
４ｅ 通路
４ｆ ピストンの摺動穴
５ａ 第１弾性部材
５ｂ 第２弾性部材
７ａ、７ｂ ばね座
８ ばね室（第５液室）
１１、１２、１３ 連通孔
１１ａ、１３ａ 絞り
２１ 後向作用面
２２ 第１液室
２３ 底面
３１ 前向作用面
３２ 第２液室
４０ 第３液室
５０ 段部
５１ 凹部（第４液室）
５２ 液室
５３ ネジ部
５４ 内ケース
５５ ストッパ

Claims (8)

1. 弾性手段によって前方に押圧されて流入口と流出口とを遮断するプランジャが、前記流入口の圧力上昇に伴い前記弾性手段の弾性力に抗して後退移動して、前記流入口と前記流出口とを連通させると共に、前記弾性手段の後端を前方に押圧するピストンが、前記流入口の圧力上昇に伴い前進移動することにより前記弾性手段を圧縮してリリ−フ圧力を調整するリリーフ弁において、
   前記弾性手段は、互いに直列に配置された第１弾性部材と第２弾性部材とを備え、前記第２弾性部材は、前記第１弾性部材よりも弾性定数が小さい構成としたことを特徴とするリリーフ弁。
2. 前記第1弾性部材によって最大リリーフ圧力が主に設定され、前記第２弾性部材によって前記ピストンが前進移動する前の状態のリリーフ圧力が主に設定されていることを特徴とする請求項１記載のリリーフ弁。
3. 前記プランジャの後退移動を所定の最大後退位置で停止させるためのストッパが前記プランジャを収容するケース側に設けられることを特徴とする請求項１又は２記載のリリーフ弁。
4. 前記第２弾性部材が圧縮される寸法を所定の最大圧縮寸法以下に規制するためのカップ状のばね座を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のリリーフ弁。
5. 前記第１弾性部材の弾性定数Ｋ１と、前記第２弾性部材の弾性定数Ｋ２との比Ｋ１／Ｋ２が、５〜２０であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のリリーフ弁。
6. 前記弾性手段の収容された液室が前記流出口と連通し、
   前記ピストンが、ケースの内孔と液密的に摺動する第１摺動部を有し、
   前記プランジャの後部が、前記ピストンの中心軸に沿って形成された摺動穴に摺動自在に嵌挿され、
   前記プランジャには、前記流入口からプランジャの後方まで圧液を導く貫通孔が形成され、
   前記摺動穴後部の前記プランジャが到達しない空間と、前記貫通孔とで、第３液室が形成され、
   前記ピストンには、その第１摺動部よりも後方に後向作用面と前向作用面とが形成され、
   前記第３液室と、前記後向作用面の面する第１液室とが、前記ピストンに形成された連通孔を介して互いに連通され、
   前記第３液室と、前記前向作用面の面する第２液室とが、前記ピストンに形成された連通孔を介して互いに連通され、
   前記前向作用面に圧液が与える前向作用力と、前記ピストンに形成された前記摺動穴の底面及び前記後向作用面に圧液が与える後向作用力との差により、前記ピストンが前進移動するようにしたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のリリーフ弁。
7. 前記前向作用面の面積が、前記摺動穴の底面と前記後向作用面との合計面積よりも大きく、その面積差により前記前向作用力と前記後向作用力との差が生じるようにしたことを特徴とする請求項６記載のリリーフ弁。
8. 前記前向作用力と前記後向作用力との差により前記連通孔の前後に圧力差が生じ、圧液が前記連通孔を通過する間、前記ピストンが前進移動するようにしたことを特徴とする請求項６又は７記載のリリーフ弁。

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