JPH0240913B2 - - Google Patents
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- JPH0240913B2 JPH0240913B2 JP56055800A JP5580081A JPH0240913B2 JP H0240913 B2 JPH0240913 B2 JP H0240913B2 JP 56055800 A JP56055800 A JP 56055800A JP 5580081 A JP5580081 A JP 5580081A JP H0240913 B2 JPH0240913 B2 JP H0240913B2
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- valve
- main valve
- pressure
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- main
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K17/00—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves
- F16K17/02—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side
- F16K17/04—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side spring-loaded
- F16K17/10—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side spring-loaded with auxiliary valve for fluid operation of the main valve
- F16K17/105—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side spring-loaded with auxiliary valve for fluid operation of the main valve using choking or throttling means to control the fluid operation of the main valve
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Safety Valves (AREA)
Description
本発明は、圧力オーバライド特性の良好なバラ
ンス型圧力制御弁に優れた瞬間作動特性を付与し
てなる圧力制御弁に関する。 一般に油圧回路に用いられる圧力制御弁は、ア
クチユエータで消費しきれない流量をタンクに排
出させ油圧回路の最高圧を一定に保つように圧力
制御を行なうリリーフ弁の機能を有すると共に、
油圧回路に急激なサージ圧が発生した場合にこの
サージ圧を瞬間的に回避する安全弁としての機能
を有する。このような点から、圧力制御弁は静特
性として圧力オーバライド特性（圧力オーバライ
ド特性とは、回路圧力が上昇して弁が開き始める
クラツキング圧力と、さらに圧力が増加して定格
流量が流れるときの全量圧力との差をいう）と、
動特性として瞬間作動特性（瞬間作動特性とは、
油圧回路の圧力上昇に対していかに速く応答し、
サージ圧を発生させることなくリリーフ動作を行
なわせるかという応答性の程度をいう）とが問題
となる。従つて、圧力制御弁としては定常状態に
おける圧力オーバライド特性がいかに良くても、
安全弁としての瞬間作動特性が不良の場合には、
配管系、油圧機器を破損するばかりでなく人命に
もおよぶことがあり、所期の機能を満足しえな
い。 以上の点から、圧力制御弁の瞬間作動特性は、
時間経過に対する圧力変化の状態から、第１図ａ
〜ｄに示す４タイプに分類することができる。即
ち、第１図ａに示す理想的なもの、第１図ｂに示
す瞬間作動初期における圧力上昇が設定圧力にか
なり近い準理想的なもの、第１図ｃに示す瞬間作
動初期の圧力上昇が高くなりすぎて機器破損を生
ずる恐れのある好ましくないもの、第１図ｄに示
すように安全弁としては好ましいが圧力変動に敏
感に反応し一定保圧という点で信頼性に乏しいも
のに分類できる。通常に用いられている圧力制御
弁の瞬間作動特性は第１図ｂ，ｃのタイプに属す
るものが殆んどであり、従来技術による圧力制御
弁のままでは第１図ａに示す理想的特性を得るこ
とができない。 このため、従来瞬間作動特性は良いが圧力オー
バライド特性に欠けるダイレクト型圧力制御弁
と、瞬間作動特性は若干劣るものの圧力オーバラ
イト特性の良好なバランス型圧力制御弁とを組合
せて使用することにより第１図ａに示す理想タイ
プに近づける工夫がなされている。即ち、第２図
においてクラツキング圧力Pdからと比例
的に増加するダイレクト型圧力制御弁の特性と、
主弁クラツキング圧力Psからと続くバラン
ス型圧力制御弁の特性のうち、両特性の交点Ａま
での流量Qdの間は瞬間作動特性の良いダイレク
ト型圧力制御弁を使用し、流量Qsの間はバラン
ス型圧力制御弁を使用し、なる特性を得よ
うとするものである。しかし、このような構成の
ものでは２種類の圧力制御弁が必要となることか
ら機器が大型化し、かつ構造が複雑となつてしま
う欠点があつた。 また、大小２種類の弁ばねを組合せ、所定の設
定圧力までは小の弁ばねを使用し、所定流量以上
となつたときには大小の弁ばねを組合せて使用し
ようとする試みもあるが、前述と同様に構造が複
雑となつてしまう欠点があつた。 本発明は、このような従来技術による圧力制御
弁の欠点に鑑み、バランス型圧力制御弁の副弁に
作用する背圧の影響に着目し、この副弁背圧を制
御することにより、何ら新たな機器要素を付加す
ることなく従来構成のままのバランス型圧力制御
弁に第１図ａに示される理想的な特性を付与し、
もつて瞬間作動特性の改良を図つたものである。 以下、本発明の圧力制御弁について説明する。 まず、第３図に示す従来技術による圧力制御弁
を用いて本発明の作動原理を説明する。第３図に
おいて、ケーシング１にはポンプから油圧機器に
至る油路２、タンクに連なるタンクポート３が形
成され、ケーシング１には圧力制御弁４の弁本体
５が例えば螺着等の手段で液密に固着されてい
る。弁本体５には油路２に開口するポンプポート
６が形成されると共にタンクポート３の一部を構
成する主弁流出口７が形成されている。前記弁本
体５には副弁座部材８、スリーブ９が固着して設
けられ、副弁座部材８により弁本体５内の主弁室
１０と、スリーブ９内の副弁室１１とに画成して
いる。なお、図面においては工作上、製作上の都
合からケーシング１と弁本体５とを別部材とした
が、両者は一体的構成としてもよい。 前記弁本体５において、ポンプポート６と主弁
流出口７との間には図中右方に向つて拡径する傾
斜形状となつた主弁離着座用の弁座１２が形成さ
れ、主弁室１０内には該弁座１２に離着座する主
弁１３が摺動可能に設けられ、該主弁１３は主弁
用弁ばね１４により常時閉弁方向に付勢されてい
る。また、主弁１３には主弁室１０をポンプポー
ト６と常時連通するための油通路となる絞り通路
１５が穿設されている。 一方、前記副弁座部材８には主弁室１０と副弁
室１１とを常時連通する油通路となる小孔１６が
穿設され、副弁室１１側には副弁離着座用の弁座
１７が形成され、副弁室１１内には該弁座１７に
離着座する副弁１８が設けられ、該副弁１８は副
弁用弁ばね１９により常時閉弁方向に付勢されて
いる。２０は副弁用弁ばね１９のばね力調整用の
ねじである。 ２１はスリーブ９に穿設され副弁室１１内の圧
油を排出する排出孔で該排出孔２１は弁本体５に
形成された排出孔２２と連通し、該排出孔２２は
油路２３を介してケーシング１のタンクポート３
側の排出孔２４と連通している。そして、油路２
３の途中には副弁１８の背圧を調整しうる可調整
型の背圧弁２５が設けられ、排出孔２１，２２、
油路２３、背圧弁２５等をもつてリリーフ用油通
路が構成されている。 このような圧力制御弁において、作動前には主
弁１３は弁座１２に着座し、副弁１８も弁座１７
に着座している。いま、ポンプポート６内圧力が
上昇すると主弁室１０内圧力も上昇し、副弁１８
はその受圧面積に作用する圧力により弁ばね１９
に抗して開弁する。このため、主弁室１０内の圧
油は小孔１６、副弁室１１、排出孔２１，２２、
油路２３、背圧弁２５、排出孔２４を順次介し
て、リリーフポート３にリリーフされ、主弁１３
前後の差圧により該主弁１３は弁ばね１４に抗し
て開弁し、ポンプポート６からの圧油を主弁流出
口７からタンクポート３にリリーフする。 以下、このような圧力制御弁４について、副弁
１８、主弁１３の運動、絞り通路１５の流量特性
等を考えてみる。 () 副弁１８について 副弁部を流れるリリーフ流量（＝Qp） 副弁に作用する力の釣合い ただし、 CP……副弁部の流量係数 ｇ……重力の加速度 ｒ……油の比重 kp……弁ばね１９のばね定数 xS……弁ばね１９の取付時の撓み ｘ……副弁の変位 dP……弁座１７の弁座径 θP……副弁の半頂角 P2……主弁室１０内圧力 PTP……副弁背圧 CPV……副弁部の速度係数 AP……副弁の受圧面積（AP＝π／４dP 2） αP……副弁流出噴流の噴流方向 () 絞り通路１５について 絞り通路を流れる流量（＝Qs） ただし、 CS……絞り通路１５の流量係数 AS……絞り通路１５の断面積 P1……ポンプポート６側の回路圧力 () 主弁１３について 主弁部を流れるリリーフ流量（＝Qn） 主弁に作用する力の釣合い ただし、 Cn……主弁部の流量係数 dn1……主弁１３が弁座１２に着座してい
るときのポンプポート６側の主弁の弁径 dn2……主弁室１０内での主弁の弁径 yS……弁ばね１４の取付時の撓み ｙ……主弁の変位 θn……弁座１２の弁座角度 PTn……主弁背圧 A1n……受圧面積（A1n＝π／４dn1 2） A2n……受圧面積（A2n＝π／４dn2 2） A3n……受圧面積（A3n＝A2n−A1n） Cnv……主弁部の速度係数 αn……主弁流出噴流の噴流方向 次に、以上(1)〜(5)式の関係を整理すると、副弁
１８の変位ｘは、(2)式に(1)式を代入すると、 ｘ＝AP（P2−PTP）−kPxS／2CPπdPsinθP（
P2−PTP）cosαP＋kP として与えられるので、副弁１８の弁ばね１９の
取付時の撓みxSを定めれば、ｘは（P2−PTP）の
各値に対して一義的に定まる。従つて、(1)式の副
弁流量QPに（P2−PTP）とｘとの関係を入れるこ
とで定めることができる。 一方、副弁１８が開弁している定常状態では、
QP＝QSの関係があるから、P1とP2との関係は(3)
式を変形して、 となる。 以上の関係を考えてみると、調整ねじ２０を用
いて副弁弁ばね１９の撓みxSを同一の値に保ち、
例えば背圧PTP＝０の時のP2＝180Kg／cm2と、PTP
＝５Kg／cm2の時のP2＝185Kg／cm2とは共にP2−
PTP＝180Kg／cm2であるから、副弁変位ｘ、及び副
弁流量QPは同一の値となる。また、P1もPTP＝０
の時P1＝230Kg／cm2であつたとすると、PTP＝５
Kg／cm2の時にはP1＝235Kg／cm2となる。 一方、主弁１３については、(5)式に(4)式を代入
すると、 ｙ＝P1A1n＋PTnA3n−P2A2n−KnyS／2Cnπdnsinθn（P
1−PTn）cosαn＋kn で与えられるから、主弁流量Qnは(4)式に（P1−
PTn）とｙとの関係を入れることで定めることが
できる。 副弁１８に作用する背圧の影響を知るために、
解析的に検討してきたが、以上の関係を第４図に
より説明する。 まず、第４図ａは背圧弁２５を開放し、副弁１
８に作用する背圧PTP＝０に制御した場合の副弁
リリーフ流量QPと回路圧力P1、主弁室１０内圧
力P2との関係を示したものである。 次に、第４図ｂは調整ねじ２０を固定したまま
で背圧弁２５を調整し、副弁１８に副弁背圧PTP
＝ΔPTPが作用するようにした場合のリリーフ流
量QPと回路圧力P1、主弁室圧力P2との関係を示
したものである。第４図ｂは第４図ａに比較し、
リリーフ流量QPに対し、圧力P1，P2をΔPTPだけ
平行移動した関係となる。 次に第４図ｃは前記第４図ａ，ｂと同様に主弁
リリーフ流量Qnと回路圧力P1との関係を示した
もので、第４図ｃからわかるように副弁１８に作
用する背圧PTPを背圧弁２５で調整することによ
り、PTP＝０の場合に比較し、PTP＝ΔPTP高めた
場合にも同一の流量Qnに対し回路圧力P1はΔPTP
だけ高い値でバランスすることになる。 以上第４図ａ〜ｃから明らかなように、副弁背
圧PTPをPTP＝ΔPTPだけ高めた場合にも同一の副
弁リリーフ流量QP、主弁リリーフ流量Qnに対し、
回路圧力P1をΔPTPだけ高めた位置に平行移動さ
せるだけであるから、副弁１８に作用する背圧
PTPを制御することにより、第４図ｄ、及び第４
図ｅに示す特性が得られる。 即ち、第４図ｄでQn0は主弁クラツキング位置
を示し、このQn0で主弁１３がクラツキングした
後、主弁流量Qn1に達するまでの間に副弁１８に
作用する背圧PTPを０からΔPTPまで連続的に増加
せしめ、Qn1に達した後はPTP＝ΔPTPを一定に保
つよう制御した場合の特性を示す。このように、
背圧PTPを変化させることによつて第２図に示し
た特性と同様の特性を得ることができる。しか
し、第２図または、第４図ｄに示す線図は瞬間作
動特性を考えた場合には好ましいが、リリーフ性
能という点では第２図中のQdの区間または第４
図ｄのn0 n1の区間は主弁１３が急速に開弁し
て大量の圧油をタンクにリリーフさせることがで
きず、圧力オーバライト特性を犠牲にした区間で
あり、好ましい性能とはいえない。 一方、第４図ｅは第４図ｄの如き欠点を除去し
た特性を示したもので、流量Qn0の位置では副弁
背圧PTP＝０で主弁１３をクラツキングさせ、流
量n0 n1のわずかな区間では副弁背圧PTP＝０に
保持し、その後流量n1 n2のわずかな区間で副
弁背圧PTPを急激に増加せしめ、流量Qn2以後は
副弁背圧PTP＝ΔPTPの一定値に保つように制御せ
しめたものである。 以上のように、第３図に示すバランス型圧力制
御弁と、該圧力制御弁の副弁１８に作用する背圧
PTPを制御する背圧弁２５とを組合せることによ
つて、圧力オーバライド特性を犠牲にすることな
く第４図ｅに示す如き瞬間作動特性のよい圧力制
御弁が得られる。しかし、第３図に示すものは背
圧弁２５を併用すること、該背圧弁２５を調整
し、リリーフ流量Qnと副弁背圧PTPを急激に増加
させなくてはならないこと等から、原理的には優
れていても極めて複雑な構成となり、現実的では
ない。 本発明は前述した従来技術による背圧弁を用い
ることなく、瞬間作動特性を改善しうるようにし
た圧力制御弁を提供することを目的とする。 この目的を達成するために、本発明に採用する
手段の特徴は、主弁離着座用弁座を出口側に向つ
て拡径する所定の弁座角度をもつた傾斜形状の弁
座として形成し、リリーフ用油通路は油穴として
弁本体に穿設し、該リリーフ用通路の通路出口部
を前記主弁離着座用弁座の傾斜形状の延長線より
半径方向のわずか外方に開口させ、主弁のクラツ
キング付近では主弁噴流が前記リリーフ用油通路
の通路出口部に衝突せず、主弁噴流が増加するに
従い該通路出口部に衝突して副弁背圧を高め、所
定のリリーフ流量以後は該副弁背圧を所定の高圧
に保つように構成したことにある。 このように構成することによつて、背圧弁等の
新たな機器要素を付加することなく、リリーフ流
量の変化に応じて回路圧力を第４図ｅに示す特性
とでき、ひいては圧力オーバライド特性を犠牲に
することなく第１図ａに示される理想的な特性を
もつた瞬間作動特性が得られる。 以下、第５図及び第６図により、本発明の実施
例について説明する。 第３図に示す従来技術による圧力制御弁と同一
構成要素には同一符号を付すものとするに、図中
３１は本発明のリリーフ用の油通路で、該油通路
３１は弁本体５内に位置して軸方向に穿設された
１個または複数個の油穴として形成され、その油
穴の一端は副弁室１１に連通する排出孔２１に連
通され、油穴の他端は通路出口部３２となつて主
弁流出口７に開口している。 ここで、弁座１２と通路出口部３２との関係を
みると、弁座１２の弁座角度θnの延長線は通路出
口部３２の開口端よりも半径方向距離δだけ内側
の点３３（実際には環状となる）で主弁流出口７
の内壁と交わすように形成されている。従つて主
弁１３のクラツキング直後に弁座１２と該主弁１
３との間隙から第６図中実線矢示Ｘ方向に噴出し
た主弁噴流は前記点３３に衝突する。 次に、主弁１３が第６図の仮想線で示す位置ま
で開弁し、主弁噴流が増加するに従い、この主噴
流は仮想線Ｙに示す噴流となり、主弁噴流の持つ
動圧によつて通路出口部３２を閉塞するような配
置関係に構成されている。この場合、種々実験の
結果、弁座１２の先端１２Ａに丸味を付すことに
より、仮想線Ｙで示す主弁噴流は通路出口部３２
を確実に閉塞することを知つた。 本発明の圧力制御弁は以上のように構成される
が、次にこの作用について第４図ｅに示す説明図
と共に説明する。 まず、主弁１３がまだ閉弁状態で、副弁１８が
クラツキングした直後では、主弁１３からの噴流
は存在せず、副弁室１９内の内油は排出孔２１、
油通路３１を介して通路出口部３２から主弁流出
口７にリリーフされ、タンクポート３からタンク
に戻される。然るに、タンクポート３は各アクチ
ユエータからの戻り油が合流する通路であり、圧
力損失が多い場合には油圧回路のエネルギの無駄
となるため、該タンクポート３内圧力はわずかで
あり、従つて、通路出口部３２近傍の副弁背圧
PTP≒０となる。 次に、主弁１３の前後に作用する差圧により該
主弁１３がクラツキングした直後（第４図ｅで
Qn0の位置）では、弁座１２と主弁１３との間隙
からの主弁噴流は第６図の実線矢示Ｘ方向に噴出
し、通路出口部３２より距離δだけ内側の点３３
に衝突し、該通路出口部３２を閉塞することはな
い。従つて、前述と同様に通路出口部３２の副弁
背圧はPTP＝０となる。主弁１３の弁開度（リリ
ーフ流量）が増加すると共に主弁噴流が増加する
と、この主弁噴流は実線矢示Ｘから仮想線Ｙに向
つて変化し、通路出口部３２の開口端に到達す
る。この位置が第４図ｅにおけるリリーフ流量
Qn1の位置である。従つて、流量n0 n1の区間で
は副弁背圧PTP＝０であり、前述した如くポンプ
ポート６側の回路圧力P1にサージ圧を発生させ
ることがなく、即ち、瞬間作動特性を良好ならし
めた状態で主弁１３を開弁させることができる。 次に、さらに主弁１３の弁開度が増加すると、
主弁噴流は仮想線Ｙで示した状態に移動し、この
主弁噴流の持つ動圧によつて通路出口部３２を順
次閉塞して油通路３１内の副弁背圧を徐々に高
め、所定のリリーフ流量Qn2に達した状態で通路
出口部３２を完全に閉塞する。即ち、これが第４
図ｅで流量n1 n2の区間であり、流量Qn2では副
弁背圧PTP＝ΔPTPを与える。 さらに、リリーフ流量がQn2に達した後は、主
弁噴流の流速は(5)式における、
ンス型圧力制御弁に優れた瞬間作動特性を付与し
てなる圧力制御弁に関する。 一般に油圧回路に用いられる圧力制御弁は、ア
クチユエータで消費しきれない流量をタンクに排
出させ油圧回路の最高圧を一定に保つように圧力
制御を行なうリリーフ弁の機能を有すると共に、
油圧回路に急激なサージ圧が発生した場合にこの
サージ圧を瞬間的に回避する安全弁としての機能
を有する。このような点から、圧力制御弁は静特
性として圧力オーバライド特性（圧力オーバライ
ド特性とは、回路圧力が上昇して弁が開き始める
クラツキング圧力と、さらに圧力が増加して定格
流量が流れるときの全量圧力との差をいう）と、
動特性として瞬間作動特性（瞬間作動特性とは、
油圧回路の圧力上昇に対していかに速く応答し、
サージ圧を発生させることなくリリーフ動作を行
なわせるかという応答性の程度をいう）とが問題
となる。従つて、圧力制御弁としては定常状態に
おける圧力オーバライド特性がいかに良くても、
安全弁としての瞬間作動特性が不良の場合には、
配管系、油圧機器を破損するばかりでなく人命に
もおよぶことがあり、所期の機能を満足しえな
い。 以上の点から、圧力制御弁の瞬間作動特性は、
時間経過に対する圧力変化の状態から、第１図ａ
〜ｄに示す４タイプに分類することができる。即
ち、第１図ａに示す理想的なもの、第１図ｂに示
す瞬間作動初期における圧力上昇が設定圧力にか
なり近い準理想的なもの、第１図ｃに示す瞬間作
動初期の圧力上昇が高くなりすぎて機器破損を生
ずる恐れのある好ましくないもの、第１図ｄに示
すように安全弁としては好ましいが圧力変動に敏
感に反応し一定保圧という点で信頼性に乏しいも
のに分類できる。通常に用いられている圧力制御
弁の瞬間作動特性は第１図ｂ，ｃのタイプに属す
るものが殆んどであり、従来技術による圧力制御
弁のままでは第１図ａに示す理想的特性を得るこ
とができない。 このため、従来瞬間作動特性は良いが圧力オー
バライド特性に欠けるダイレクト型圧力制御弁
と、瞬間作動特性は若干劣るものの圧力オーバラ
イト特性の良好なバランス型圧力制御弁とを組合
せて使用することにより第１図ａに示す理想タイ
プに近づける工夫がなされている。即ち、第２図
においてクラツキング圧力Pdからと比例
的に増加するダイレクト型圧力制御弁の特性と、
主弁クラツキング圧力Psからと続くバラン
ス型圧力制御弁の特性のうち、両特性の交点Ａま
での流量Qdの間は瞬間作動特性の良いダイレク
ト型圧力制御弁を使用し、流量Qsの間はバラン
ス型圧力制御弁を使用し、なる特性を得よ
うとするものである。しかし、このような構成の
ものでは２種類の圧力制御弁が必要となることか
ら機器が大型化し、かつ構造が複雑となつてしま
う欠点があつた。 また、大小２種類の弁ばねを組合せ、所定の設
定圧力までは小の弁ばねを使用し、所定流量以上
となつたときには大小の弁ばねを組合せて使用し
ようとする試みもあるが、前述と同様に構造が複
雑となつてしまう欠点があつた。 本発明は、このような従来技術による圧力制御
弁の欠点に鑑み、バランス型圧力制御弁の副弁に
作用する背圧の影響に着目し、この副弁背圧を制
御することにより、何ら新たな機器要素を付加す
ることなく従来構成のままのバランス型圧力制御
弁に第１図ａに示される理想的な特性を付与し、
もつて瞬間作動特性の改良を図つたものである。 以下、本発明の圧力制御弁について説明する。 まず、第３図に示す従来技術による圧力制御弁
を用いて本発明の作動原理を説明する。第３図に
おいて、ケーシング１にはポンプから油圧機器に
至る油路２、タンクに連なるタンクポート３が形
成され、ケーシング１には圧力制御弁４の弁本体
５が例えば螺着等の手段で液密に固着されてい
る。弁本体５には油路２に開口するポンプポート
６が形成されると共にタンクポート３の一部を構
成する主弁流出口７が形成されている。前記弁本
体５には副弁座部材８、スリーブ９が固着して設
けられ、副弁座部材８により弁本体５内の主弁室
１０と、スリーブ９内の副弁室１１とに画成して
いる。なお、図面においては工作上、製作上の都
合からケーシング１と弁本体５とを別部材とした
が、両者は一体的構成としてもよい。 前記弁本体５において、ポンプポート６と主弁
流出口７との間には図中右方に向つて拡径する傾
斜形状となつた主弁離着座用の弁座１２が形成さ
れ、主弁室１０内には該弁座１２に離着座する主
弁１３が摺動可能に設けられ、該主弁１３は主弁
用弁ばね１４により常時閉弁方向に付勢されてい
る。また、主弁１３には主弁室１０をポンプポー
ト６と常時連通するための油通路となる絞り通路
１５が穿設されている。 一方、前記副弁座部材８には主弁室１０と副弁
室１１とを常時連通する油通路となる小孔１６が
穿設され、副弁室１１側には副弁離着座用の弁座
１７が形成され、副弁室１１内には該弁座１７に
離着座する副弁１８が設けられ、該副弁１８は副
弁用弁ばね１９により常時閉弁方向に付勢されて
いる。２０は副弁用弁ばね１９のばね力調整用の
ねじである。 ２１はスリーブ９に穿設され副弁室１１内の圧
油を排出する排出孔で該排出孔２１は弁本体５に
形成された排出孔２２と連通し、該排出孔２２は
油路２３を介してケーシング１のタンクポート３
側の排出孔２４と連通している。そして、油路２
３の途中には副弁１８の背圧を調整しうる可調整
型の背圧弁２５が設けられ、排出孔２１，２２、
油路２３、背圧弁２５等をもつてリリーフ用油通
路が構成されている。 このような圧力制御弁において、作動前には主
弁１３は弁座１２に着座し、副弁１８も弁座１７
に着座している。いま、ポンプポート６内圧力が
上昇すると主弁室１０内圧力も上昇し、副弁１８
はその受圧面積に作用する圧力により弁ばね１９
に抗して開弁する。このため、主弁室１０内の圧
油は小孔１６、副弁室１１、排出孔２１，２２、
油路２３、背圧弁２５、排出孔２４を順次介し
て、リリーフポート３にリリーフされ、主弁１３
前後の差圧により該主弁１３は弁ばね１４に抗し
て開弁し、ポンプポート６からの圧油を主弁流出
口７からタンクポート３にリリーフする。 以下、このような圧力制御弁４について、副弁
１８、主弁１３の運動、絞り通路１５の流量特性
等を考えてみる。 () 副弁１８について 副弁部を流れるリリーフ流量（＝Qp） 副弁に作用する力の釣合い ただし、 CP……副弁部の流量係数 ｇ……重力の加速度 ｒ……油の比重 kp……弁ばね１９のばね定数 xS……弁ばね１９の取付時の撓み ｘ……副弁の変位 dP……弁座１７の弁座径 θP……副弁の半頂角 P2……主弁室１０内圧力 PTP……副弁背圧 CPV……副弁部の速度係数 AP……副弁の受圧面積（AP＝π／４dP 2） αP……副弁流出噴流の噴流方向 () 絞り通路１５について 絞り通路を流れる流量（＝Qs） ただし、 CS……絞り通路１５の流量係数 AS……絞り通路１５の断面積 P1……ポンプポート６側の回路圧力 () 主弁１３について 主弁部を流れるリリーフ流量（＝Qn） 主弁に作用する力の釣合い ただし、 Cn……主弁部の流量係数 dn1……主弁１３が弁座１２に着座してい
るときのポンプポート６側の主弁の弁径 dn2……主弁室１０内での主弁の弁径 yS……弁ばね１４の取付時の撓み ｙ……主弁の変位 θn……弁座１２の弁座角度 PTn……主弁背圧 A1n……受圧面積（A1n＝π／４dn1 2） A2n……受圧面積（A2n＝π／４dn2 2） A3n……受圧面積（A3n＝A2n−A1n） Cnv……主弁部の速度係数 αn……主弁流出噴流の噴流方向 次に、以上(1)〜(5)式の関係を整理すると、副弁
１８の変位ｘは、(2)式に(1)式を代入すると、 ｘ＝AP（P2−PTP）−kPxS／2CPπdPsinθP（
P2−PTP）cosαP＋kP として与えられるので、副弁１８の弁ばね１９の
取付時の撓みxSを定めれば、ｘは（P2−PTP）の
各値に対して一義的に定まる。従つて、(1)式の副
弁流量QPに（P2−PTP）とｘとの関係を入れるこ
とで定めることができる。 一方、副弁１８が開弁している定常状態では、
QP＝QSの関係があるから、P1とP2との関係は(3)
式を変形して、 となる。 以上の関係を考えてみると、調整ねじ２０を用
いて副弁弁ばね１９の撓みxSを同一の値に保ち、
例えば背圧PTP＝０の時のP2＝180Kg／cm2と、PTP
＝５Kg／cm2の時のP2＝185Kg／cm2とは共にP2−
PTP＝180Kg／cm2であるから、副弁変位ｘ、及び副
弁流量QPは同一の値となる。また、P1もPTP＝０
の時P1＝230Kg／cm2であつたとすると、PTP＝５
Kg／cm2の時にはP1＝235Kg／cm2となる。 一方、主弁１３については、(5)式に(4)式を代入
すると、 ｙ＝P1A1n＋PTnA3n−P2A2n−KnyS／2Cnπdnsinθn（P
1−PTn）cosαn＋kn で与えられるから、主弁流量Qnは(4)式に（P1−
PTn）とｙとの関係を入れることで定めることが
できる。 副弁１８に作用する背圧の影響を知るために、
解析的に検討してきたが、以上の関係を第４図に
より説明する。 まず、第４図ａは背圧弁２５を開放し、副弁１
８に作用する背圧PTP＝０に制御した場合の副弁
リリーフ流量QPと回路圧力P1、主弁室１０内圧
力P2との関係を示したものである。 次に、第４図ｂは調整ねじ２０を固定したまま
で背圧弁２５を調整し、副弁１８に副弁背圧PTP
＝ΔPTPが作用するようにした場合のリリーフ流
量QPと回路圧力P1、主弁室圧力P2との関係を示
したものである。第４図ｂは第４図ａに比較し、
リリーフ流量QPに対し、圧力P1，P2をΔPTPだけ
平行移動した関係となる。 次に第４図ｃは前記第４図ａ，ｂと同様に主弁
リリーフ流量Qnと回路圧力P1との関係を示した
もので、第４図ｃからわかるように副弁１８に作
用する背圧PTPを背圧弁２５で調整することによ
り、PTP＝０の場合に比較し、PTP＝ΔPTP高めた
場合にも同一の流量Qnに対し回路圧力P1はΔPTP
だけ高い値でバランスすることになる。 以上第４図ａ〜ｃから明らかなように、副弁背
圧PTPをPTP＝ΔPTPだけ高めた場合にも同一の副
弁リリーフ流量QP、主弁リリーフ流量Qnに対し、
回路圧力P1をΔPTPだけ高めた位置に平行移動さ
せるだけであるから、副弁１８に作用する背圧
PTPを制御することにより、第４図ｄ、及び第４
図ｅに示す特性が得られる。 即ち、第４図ｄでQn0は主弁クラツキング位置
を示し、このQn0で主弁１３がクラツキングした
後、主弁流量Qn1に達するまでの間に副弁１８に
作用する背圧PTPを０からΔPTPまで連続的に増加
せしめ、Qn1に達した後はPTP＝ΔPTPを一定に保
つよう制御した場合の特性を示す。このように、
背圧PTPを変化させることによつて第２図に示し
た特性と同様の特性を得ることができる。しか
し、第２図または、第４図ｄに示す線図は瞬間作
動特性を考えた場合には好ましいが、リリーフ性
能という点では第２図中のQdの区間または第４
図ｄのn0 n1の区間は主弁１３が急速に開弁し
て大量の圧油をタンクにリリーフさせることがで
きず、圧力オーバライト特性を犠牲にした区間で
あり、好ましい性能とはいえない。 一方、第４図ｅは第４図ｄの如き欠点を除去し
た特性を示したもので、流量Qn0の位置では副弁
背圧PTP＝０で主弁１３をクラツキングさせ、流
量n0 n1のわずかな区間では副弁背圧PTP＝０に
保持し、その後流量n1 n2のわずかな区間で副
弁背圧PTPを急激に増加せしめ、流量Qn2以後は
副弁背圧PTP＝ΔPTPの一定値に保つように制御せ
しめたものである。 以上のように、第３図に示すバランス型圧力制
御弁と、該圧力制御弁の副弁１８に作用する背圧
PTPを制御する背圧弁２５とを組合せることによ
つて、圧力オーバライド特性を犠牲にすることな
く第４図ｅに示す如き瞬間作動特性のよい圧力制
御弁が得られる。しかし、第３図に示すものは背
圧弁２５を併用すること、該背圧弁２５を調整
し、リリーフ流量Qnと副弁背圧PTPを急激に増加
させなくてはならないこと等から、原理的には優
れていても極めて複雑な構成となり、現実的では
ない。 本発明は前述した従来技術による背圧弁を用い
ることなく、瞬間作動特性を改善しうるようにし
た圧力制御弁を提供することを目的とする。 この目的を達成するために、本発明に採用する
手段の特徴は、主弁離着座用弁座を出口側に向つ
て拡径する所定の弁座角度をもつた傾斜形状の弁
座として形成し、リリーフ用油通路は油穴として
弁本体に穿設し、該リリーフ用通路の通路出口部
を前記主弁離着座用弁座の傾斜形状の延長線より
半径方向のわずか外方に開口させ、主弁のクラツ
キング付近では主弁噴流が前記リリーフ用油通路
の通路出口部に衝突せず、主弁噴流が増加するに
従い該通路出口部に衝突して副弁背圧を高め、所
定のリリーフ流量以後は該副弁背圧を所定の高圧
に保つように構成したことにある。 このように構成することによつて、背圧弁等の
新たな機器要素を付加することなく、リリーフ流
量の変化に応じて回路圧力を第４図ｅに示す特性
とでき、ひいては圧力オーバライド特性を犠牲に
することなく第１図ａに示される理想的な特性を
もつた瞬間作動特性が得られる。 以下、第５図及び第６図により、本発明の実施
例について説明する。 第３図に示す従来技術による圧力制御弁と同一
構成要素には同一符号を付すものとするに、図中
３１は本発明のリリーフ用の油通路で、該油通路
３１は弁本体５内に位置して軸方向に穿設された
１個または複数個の油穴として形成され、その油
穴の一端は副弁室１１に連通する排出孔２１に連
通され、油穴の他端は通路出口部３２となつて主
弁流出口７に開口している。 ここで、弁座１２と通路出口部３２との関係を
みると、弁座１２の弁座角度θnの延長線は通路出
口部３２の開口端よりも半径方向距離δだけ内側
の点３３（実際には環状となる）で主弁流出口７
の内壁と交わすように形成されている。従つて主
弁１３のクラツキング直後に弁座１２と該主弁１
３との間隙から第６図中実線矢示Ｘ方向に噴出し
た主弁噴流は前記点３３に衝突する。 次に、主弁１３が第６図の仮想線で示す位置ま
で開弁し、主弁噴流が増加するに従い、この主噴
流は仮想線Ｙに示す噴流となり、主弁噴流の持つ
動圧によつて通路出口部３２を閉塞するような配
置関係に構成されている。この場合、種々実験の
結果、弁座１２の先端１２Ａに丸味を付すことに
より、仮想線Ｙで示す主弁噴流は通路出口部３２
を確実に閉塞することを知つた。 本発明の圧力制御弁は以上のように構成される
が、次にこの作用について第４図ｅに示す説明図
と共に説明する。 まず、主弁１３がまだ閉弁状態で、副弁１８が
クラツキングした直後では、主弁１３からの噴流
は存在せず、副弁室１９内の内油は排出孔２１、
油通路３１を介して通路出口部３２から主弁流出
口７にリリーフされ、タンクポート３からタンク
に戻される。然るに、タンクポート３は各アクチ
ユエータからの戻り油が合流する通路であり、圧
力損失が多い場合には油圧回路のエネルギの無駄
となるため、該タンクポート３内圧力はわずかで
あり、従つて、通路出口部３２近傍の副弁背圧
PTP≒０となる。 次に、主弁１３の前後に作用する差圧により該
主弁１３がクラツキングした直後（第４図ｅで
Qn0の位置）では、弁座１２と主弁１３との間隙
からの主弁噴流は第６図の実線矢示Ｘ方向に噴出
し、通路出口部３２より距離δだけ内側の点３３
に衝突し、該通路出口部３２を閉塞することはな
い。従つて、前述と同様に通路出口部３２の副弁
背圧はPTP＝０となる。主弁１３の弁開度（リリ
ーフ流量）が増加すると共に主弁噴流が増加する
と、この主弁噴流は実線矢示Ｘから仮想線Ｙに向
つて変化し、通路出口部３２の開口端に到達す
る。この位置が第４図ｅにおけるリリーフ流量
Qn1の位置である。従つて、流量n0 n1の区間で
は副弁背圧PTP＝０であり、前述した如くポンプ
ポート６側の回路圧力P1にサージ圧を発生させ
ることがなく、即ち、瞬間作動特性を良好ならし
めた状態で主弁１３を開弁させることができる。 次に、さらに主弁１３の弁開度が増加すると、
主弁噴流は仮想線Ｙで示した状態に移動し、この
主弁噴流の持つ動圧によつて通路出口部３２を順
次閉塞して油通路３１内の副弁背圧を徐々に高
め、所定のリリーフ流量Qn2に達した状態で通路
出口部３２を完全に閉塞する。即ち、これが第４
図ｅで流量n1 n2の区間であり、流量Qn2では副
弁背圧PTP＝ΔPTPを与える。 さらに、リリーフ流量がQn2に達した後は、主
弁噴流の流速は(5)式における、
【式】に比例するので、副
弁背圧ΔPTPを一定に保つことができるから、所
定のリリーフ性能を保持することができる。 なお、本発明の実施例においては、バランス型
圧力制御弁を主弁１３に絞り通路１５を設けた形
式のバランスピストン型圧力制御弁として図示し
たが、これに限ることなく弁本体５に形成した絞
り通路を介して主弁室１０を油路２と接続する形
式のものであつてもよいものである。また、第４
図ｅの特性を得るために、主弁離着座用の弁座１
２と、リリーフ用通路３１とは図示の形状に限定
されることなく、種々の形状を採用することがで
きる。ただし、第７図に示す如く、弁座１２から
の延長線X′が通路出口部３２の開口端よりも半
径方向外側の点３３′で主弁流出口７の内壁と交
わるような関係にある場合、即ち通路出口部３２
が主弁噴流の影響を受けないような関係にある場
合には、所期の性能を得ることができないことは
勿論である。さらに、前述した如く弁座１２の先
端１２Ａに丸味を付す等の加工を施こせば、該弁
座１２と通路出口部３２との関係に設計上の自由
度を与えることができる。 本発明に係る圧力制御弁は以上詳細に述べた如
くであつて、下記各項に列挙する幾多の効果を奏
する。 主弁クラツキング付近では主弁噴流をリリー
フ用油通路を形成する油穴の通路出口部に衝突
させず、リリーフ流量が増加するに従い該主弁
噴流の有する動圧によつて通路出口部を閉塞
し、副弁背圧を高めるように構成したから、圧
力オーバライド特性を犠牲にすることなく瞬間
作動特性を改善させることができる。 本発明によれば、従来技術のようにダイレク
ト型圧力制御弁とバランス型圧力制御弁を組合
せて使用したり、大小２種類の弁ばねを併用し
たりすることなく、圧力オーバライドが小さ
く、リリーフ性能の優れたバランス型圧力制御
弁を従来形状のまま使用することができる。 前記項に関連して、設定圧力可変型の背圧
弁を付加したりすることなく、リリーフ用油通
路の通路出口部と主弁離着座用弁座との関係を
変更するのみで足りるから、形状、寸法を大幅
に設計変更する必要がなく、かつ低廉に製作す
ることができる。 副弁にダイレクト型ポペツトを使用しうるの
で応答性がよく、またサージ圧を発生させるこ
とがないから安全弁としての機能を十分に果す
ことができる。
定のリリーフ性能を保持することができる。 なお、本発明の実施例においては、バランス型
圧力制御弁を主弁１３に絞り通路１５を設けた形
式のバランスピストン型圧力制御弁として図示し
たが、これに限ることなく弁本体５に形成した絞
り通路を介して主弁室１０を油路２と接続する形
式のものであつてもよいものである。また、第４
図ｅの特性を得るために、主弁離着座用の弁座１
２と、リリーフ用通路３１とは図示の形状に限定
されることなく、種々の形状を採用することがで
きる。ただし、第７図に示す如く、弁座１２から
の延長線X′が通路出口部３２の開口端よりも半
径方向外側の点３３′で主弁流出口７の内壁と交
わるような関係にある場合、即ち通路出口部３２
が主弁噴流の影響を受けないような関係にある場
合には、所期の性能を得ることができないことは
勿論である。さらに、前述した如く弁座１２の先
端１２Ａに丸味を付す等の加工を施こせば、該弁
座１２と通路出口部３２との関係に設計上の自由
度を与えることができる。 本発明に係る圧力制御弁は以上詳細に述べた如
くであつて、下記各項に列挙する幾多の効果を奏
する。 主弁クラツキング付近では主弁噴流をリリー
フ用油通路を形成する油穴の通路出口部に衝突
させず、リリーフ流量が増加するに従い該主弁
噴流の有する動圧によつて通路出口部を閉塞
し、副弁背圧を高めるように構成したから、圧
力オーバライド特性を犠牲にすることなく瞬間
作動特性を改善させることができる。 本発明によれば、従来技術のようにダイレク
ト型圧力制御弁とバランス型圧力制御弁を組合
せて使用したり、大小２種類の弁ばねを併用し
たりすることなく、圧力オーバライドが小さ
く、リリーフ性能の優れたバランス型圧力制御
弁を従来形状のまま使用することができる。 前記項に関連して、設定圧力可変型の背圧
弁を付加したりすることなく、リリーフ用油通
路の通路出口部と主弁離着座用弁座との関係を
変更するのみで足りるから、形状、寸法を大幅
に設計変更する必要がなく、かつ低廉に製作す
ることができる。 副弁にダイレクト型ポペツトを使用しうるの
で応答性がよく、またサージ圧を発生させるこ
とがないから安全弁としての機能を十分に果す
ことができる。
第１図ａ〜ｄは圧力制御弁の瞬間作動特性を示
す説明図、第２図は瞬間作動特性を改良するため
ダイレクト型圧力制御弁とバランス型圧力制御弁
とを組合せた場合の性能を示す説明図、第３図は
従来技術による圧力制御弁の縦断面図、第４図ａ
〜ｅは第３図に示す圧力制御弁を用いて作動解析
した特性の説明図、第５図は本発明に係る圧力制
御弁を示す縦断面図、第６図は第５図の部分拡大
図、第７図は所期の性能を得ることができない場
合の形状を示す第６図と同様の部分拡大図であ
る。 １……ケーシング、３……タンクポート、４…
…圧力制御弁、５……弁本体、６……ポンプポー
ト、７……主弁流出口、８……副弁座部材、１０
……主弁室、１１……副弁室、１２……弁座、１
３……主弁、１５……絞り通路、１６……小孔、
１８……副弁、３１……リリーフ用油通路、３２
……通路出口部。
す説明図、第２図は瞬間作動特性を改良するため
ダイレクト型圧力制御弁とバランス型圧力制御弁
とを組合せた場合の性能を示す説明図、第３図は
従来技術による圧力制御弁の縦断面図、第４図ａ
〜ｅは第３図に示す圧力制御弁を用いて作動解析
した特性の説明図、第５図は本発明に係る圧力制
御弁を示す縦断面図、第６図は第５図の部分拡大
図、第７図は所期の性能を得ることができない場
合の形状を示す第６図と同様の部分拡大図であ
る。 １……ケーシング、３……タンクポート、４…
…圧力制御弁、５……弁本体、６……ポンプポー
ト、７……主弁流出口、８……副弁座部材、１０
……主弁室、１１……副弁室、１２……弁座、１
３……主弁、１５……絞り通路、１６……小孔、
１８……副弁、３１……リリーフ用油通路、３２
……通路出口部。
Claims (1)
- １ 内部が主弁室と副弁室とに画成されると共
に、該主弁室側に主弁離着座用弁座を挟んでポン
プポートとタンクポートを有する弁本体と、該弁
本体の主弁室内に設けられ、前記主弁離着座用弁
座に離着座する主弁と、該主弁に設けられ、前記
ポンプポートを主弁室と連通する一の油通路と、
前記主弁室と副弁室とを連通するように前記弁本
体内に設けられ、前記副弁室側に副弁離着座用弁
座を有する他の油通路と、前記弁本体の副弁室内
に設けられ、前記副弁離着座用弁座に離着座する
副弁と、前記副弁室を前記タンクポートと連通さ
せ、該副弁が開弁したときには前記一の油通路と
他の油通路を介して前記ポンプポートからの圧油
をタンクポートにリリーフさせるリリーフ用油通
路とからなる圧力制御弁において、前記主弁離着
座用弁座を出口側に向つて拡径する所定の弁座角
度をもつた傾斜形状の弁座として形成し、前記リ
リーフ用油通路は油穴として前記弁本体に穿設
し、該リリーフ用通路の通路出口部を前記主弁離
着座用弁座の傾斜形状の延長線より半径方向のわ
ずか外方に開口させ、前記主弁のクラツキング付
近では主弁噴流が前記リリーフ用油通路の通路出
口部に衝突せず、主弁噴流が増加するに従い該通
路出口部に衝突して副弁背圧を高め、所定のリリ
ーフ流量以後は該副弁背圧を所定の高圧に保つよ
うに構成したことを特徴とする圧力制御弁。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56055800A JPS57171171A (en) | 1981-04-14 | 1981-04-14 | Pressure control valve |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56055800A JPS57171171A (en) | 1981-04-14 | 1981-04-14 | Pressure control valve |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57171171A JPS57171171A (en) | 1982-10-21 |
| JPH0240913B2 true JPH0240913B2 (ja) | 1990-09-13 |
Family
ID=13008985
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56055800A Granted JPS57171171A (en) | 1981-04-14 | 1981-04-14 | Pressure control valve |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57171171A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60116975A (ja) * | 1983-11-28 | 1985-06-24 | Toyoda Mach Works Ltd | パイロット形レリ−フ弁 |
| DE102008024044B4 (de) * | 2008-05-16 | 2010-02-18 | Danfoss A/S | Ventilanordnung |
| DE102009053635A1 (de) | 2009-11-17 | 2011-05-19 | Robert Bosch Gmbh | Vorgesteuertes Druckbegrenzungsventil |
| JP7776928B2 (ja) * | 2020-04-23 | 2025-11-27 | ナブテスコ株式会社 | 弁及び流体圧システム |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5655765A (en) * | 1979-10-12 | 1981-05-16 | Nippon Air Brake Co Ltd | Pressure regulaing valve |
| JPS56143874A (en) * | 1980-04-11 | 1981-11-09 | Kayaba Ind Co Ltd | Pressure control valve |
-
1981
- 1981-04-14 JP JP56055800A patent/JPS57171171A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57171171A (en) | 1982-10-21 |
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