JPH109436A - リリーフ弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水や水のように粘性の小さい液を作動流体と
するリリーフ弁において、キャビテーションが発生し易
い接液部をセラミック又は超硬合金材で構成した耐キャ
ビテーションエロージョン性の優れたリリーフ弁を提供
すること。 【解決手段】 主弁１１と弁座１２を有する主弁部Ａ及
びポペット弁３１と弁座３２を有するパイロット部Ｂを
具備し、作動流体である液の圧力によりポペット弁３１
が開くことにより、主弁部Ａの主弁１１が弁座１２より
離間し、該主弁１１と弁座１２の隙間から作動液が流出
し、該作動液の圧力が所定の一定圧力になるようにする
バランスピストン形のリリーフ弁において、キャビテー
ションの発生し易い主弁１１と弁座１２の対向部及びポ
ペット弁３１と弁座３２の対向部の絞り部接液部をセラ
ミック又は超硬合金で構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に水道水や清水
を作動流体として使用する水圧駆動装置に使用するバラ
ンスピストン形のリリーフ弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、高速且つ大動力のアクチュエータ
を駆動する駆動源として、主に作動流体に鉱物油を用い
る油圧駆動装置が使用されてきた。しかしながら、作動
流体が鉱物油である油圧駆動装置の欠点は、鉱物油が燃
焼することによる火災の危険があること、鉱物油の漏れ
により環境の汚染が発生する恐れがあること、更に作動
流体の交換の際に鉱物油の廃液処理が必要になる等の問
題がある。特に延焼に際し大きな危険性を抱えているこ
とは明らかであり、水を作動流体とする水圧駆動装置が
要望されている。この水圧駆動装置の開発には水圧回路
の最高圧力を設定して、回路の圧力を一定に保つ水圧リ
リーフ弁の開発が不可欠である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】バランスピストン形の
リリーフ弁に水を作動流体として使用する場合、キャビ
テーションの発生の問題がある。キャビテーションと
は、絞り部前後の圧力差が大きいときに、その絞り部を
通過する流体の流速に応じて圧力降下が生じ、低圧側で
は流体の飽和水蒸気圧以下になる場合があり、この時流
体内に気泡（空洞）が発生する現象である。該キャビテ
ーションが発生すると騒音が発生するのみならず、激し
い衝撃力を生じ、作動流体と接する接液部に損傷（キャ
ビテーションエロージョン）を与える。水や、水のよう
に粘性の小さい液を作動流体とする場合には、飽和蒸気
圧が油に比べて高いためキャビテーションが発生し易
く、水や、 水のように粘性の小さい液を作動流体とす
るリリーフ弁においては、キャビテーションが発生し易
い主弁部の主弁と弁座及びパイロット部のポペット弁と
弁座の接液部分に損傷を与え、リリーフ弁の寿命が短く
なるという問題があった。

【０００４】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、上記問題点を除去し、水や、水のように粘性の小さ
い液を作動流体とするリリーフ弁において、キャビテー
ションが発生し易い接液部をセラミック又は超合金で構
成し、耐キャビテーションエロージョン性の優れたリリ
ーフ弁を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１に記載の発明は、主弁と弁座を有する主弁部及
びポペット弁と弁座を有するパイロット部を具備し、作
動流体である液の圧力によりポペット弁が開くことによ
り、主弁部の主弁が弁座より離間し、該主弁と弁座の隙
間から作動液が流出し、該作動液の圧力が所定の一定圧
力になるようにするバランスピストン形のリリーフ弁に
おいて、キャビテーションの発生し易い個所の接液部を
セラミック又は超硬合金で構成したことを特徴とする。

【０００６】また、請求項２に記載の発明は請求項１に
記載のリリーフ弁において、主弁部の主弁と弁座の対向
部及びパイロット部のポペット弁と弁座の対向部にはキ
ャビテーションの発生を抑制するための絞り部が形成さ
れており、該主弁部の主弁と弁座の少なくとも一方の絞
り部接液部及びパイロット部のポペット弁と弁座の少な
くとも一方の絞り部接液部をセラミック又は超硬合金で
構成したことを特徴とする。

【０００７】また、請求項３に記載の発明は請求項１又
は２に記載のリリーフ弁において、接液部にはセラミッ
ク又は超硬合金をコーティングしていることを特徴とす
る。

【０００８】また、請求項４に記載の発明は請求項１又
は２又は３に記載のリリーフ弁において、絞り部は複数
段からなることを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明のリリーフ弁の全体
構造を示す断面図である。なお、本実施の形態では作動
流体に水を使用しているが、作動流体は水に限定される
ものではなく、飽和蒸気圧及び粘性が水に近い液体でも
よい。図１に示すように、リリーフ弁は主弁部Ａとパイ
ロット部Ｂとを具備する。

【００１０】主弁部Ａはケーシング１０、主弁１１及び
弁座１２を具備している。弁座１２はＯリング１４及び
座金１３を介してケーシング１０に設けられた穴に固定
され、主弁１１はケーシング１０に設けられた穴内をウ
エアリング（軸受）１５で支持され所定のストロークで
上下動できるようになっている。

【００１１】また、主弁１１の上部とパイロット部Ｂの
ケーシング３０の間にはコイル状のスプリング１７が配
設され、該スプリング１７の弾発力により主弁１１は弁
座１２に向かって付勢されている。なお、１６はケーシ
ング１０の内面と主弁１１の外周面の間の気密を保持す
るパッキンである。

【００１２】パイロット部Ｂはケーシング３０、ポペッ
ト弁３１、弁座３２、絞り部材３３、押え部材３４、押
え部材３５を具備する。弁座３２は間に絞り部材３３を
介在して押え部材３４で固定されている。また、ポペッ
ト弁３１と押え部材３５の間にはコイル状のスプリング
３６が配設され、該スプリング３６の弾発力によりポペ
ット弁３１は弁座３２に向かって付勢されている。

【００１３】また、スプリング３６の反ポペット弁３１
側の端部にはバネ座３８が配設され、該バネ座３８は圧
力設定ハンドル３７を回転させることにより、押え部材
３５に設けられた穴内を進退し、スプリング３６がポペ
ット弁３１に加える弾発力を調整できるようになってい
る。ポペット弁３１は一端がケーシング１０に固定され
た板バネ３９で支持されている。

【００１４】主弁部Ａのケーシング１０の反パイロット
部Ｂ側には板材５０が設けられ、該板材５０を貫通して
弁座１２の中央部を貫通する通水穴１９が設けられてい
る。該通水穴１９は主弁１１の中央部に配設された多段
絞り部１８に設けた通水穴に連通し、主弁１１の後端に
形成された２次圧室２０に連通している。

【００１５】図２は主弁１１の断面構造を示す図であ
る。主弁１１の先端（図では下端）には、２段形絞り部
を構成するために、鍔１１ａと鍔１１ｂが所定の間隔を
設けて形成され、その中央部に設けられた多段絞り部１
８は絞り部材１８−１、１８−２、１８−３からなる。
鍔１１ａと鍔１１ｂ及びこれを連結する部分１１ｃの外
表面は後に詳述するように、作動流体にキャビテーショ
ンが発生し易い場所の接液部であるので、キャビテーシ
ョンエロージョンを受け易い。そこでこの部分をセラミ
ック材で一体に形成する。

【００１６】絞り部材１８−１の中心部には通水穴１８
−１ａが形成され、絞り部材１８−２の中心部には通水
穴１８−２ａが形成され、絞り部材１８−３の中心部か
ら外れた位置には通水穴１８−３ａが形成されている。
各通水穴の断面積は、（通水穴１８−１ａの断面積）＞
（通水穴１８−２ａの断面積）＞（通水穴１８−３ａの
断面積）とする。絞り部材１８−３と絞り部材１８−２
の間には２次圧室２９が設けられている。

【００１７】図３はポペット弁３１及び弁座３２の断面
構造示す図である。ポペット弁３１及び弁座３２の外表
面も後に詳述するように、作動流体にキャビテーション
が発生し易い場所の接液部であるので、キャビテーショ
ンエロージョンを受け易い。そこでこのポペット弁３１
もセラミック材で形成する。

【００１８】上記構造のリリーフ弁において、主弁部Ａ
の弁座１２の通水穴１９は水圧ポンプ等の高圧水に連通
しており、該高圧水は図２に示すように、多段絞り部１
８を構成する絞り部材１８−３の通水穴１８−３ａ、２
次圧室２９、絞り部材１８−２の通水穴１８−２ａ、絞
り部材１８−１の通水穴１８−１ａを通って２次圧室２
０（図１参照）へ流入し、更にパイロット部Ｂのケーシ
ング３０の通水穴３２ａへと流入する。

【００１９】ここで通水穴３２ａの水圧がポペット弁３
１を付勢するスプリング３６の弾発力より小さい場合
は、ポペット弁３１で弁座３２の通水穴３２ａは閉鎖さ
れているから、通水穴１９の水圧と２次圧室２０の水圧
が同圧となり、主弁１１はスプリング１７の弾発力に押
され、主弁１１の先端の鍔１１ａは弁座１２に突き当た
り閉じる。従って、弁座１２の通水穴１９の高圧水は通
水穴２７に流れることはない。

【００２０】通水穴１９の水圧が上昇し、通水穴３２ａ
の水圧がスプリング３６の弾発力より大きくなると、ポ
ペット弁３１は該水圧に押され、弁座３２から離間す
る。これにより、高圧水は通水穴３２ａを通って通水室
４２、通水穴４３、通水穴２５、２６、２７、２８を通
って水タンクへと流れる。

【００２１】この時高圧の作動水は主弁１１の中央部に
設けた多段絞り部材１８−１の通水穴１８−３ａ、２次
圧室２９、多段絞り部材１８−２、１８−１のそれぞれ
の通水穴１８−２ａ、１８−１ａを通って２次圧室２０
へと流れるが、急激に圧力が降下するのではなく、段階
的に降下していくから、キャビテーションの発生を抑制
することになり、主弁１１に振動や衝撃等の不具合を与
えない。従って、主弁１１の動作は安定する。また、通
水穴３２ａから通って通水室４２に流れる場合も、通水
穴３２ａで圧力が降下しているから、キャビテーション
の発生は抑制されるが、キャビテーションが発生し易く
キャビテーションエロージョンを受ける可能性が大であ
る。従って、本実施の形態では、ポペット弁３１をセラ
ミックス材で構成している。

【００２２】作動流体（水）の圧力が上昇し、弁座３２
の通水穴３２ａを通って流れる流水量が多くなると、２
次圧室２０の水圧は降下するから、通水穴１９の水圧が
スプリング１７の弾発力に打ち勝って、主弁１１は上昇
する。これにより、通水穴１９の高圧水は主弁１１の先
端の２段形絞り部を構成する鍔１１ａ、１１ｂと弁座１
２の間の間隙を通って、更に通水穴２７、２８を通って
水タンクへと流れる。

【００２３】図４は主弁１１が弁座１２から離間した状
態を示す。主弁１１が弁座１２に突接した状態では、鍔
１１ｂの下面は弁座１２の円筒突起部１２ａの上面に当
接して、通水穴１９に連通する通水室１２ｂを閉鎖す
る。主弁１１が弁座１２から離間した状態では弁座１２
と鍔１１ａの下面の間に絞り隙間ａを形成し、鍔１１ｂ
の下面と円筒突起部１２ａの上面の間に絞り隙間ｂを形
成する。通水穴１９からの高圧水は絞り隙間ａ、通水室
１２ｂ、絞り隙間ｂ、主弁１１及び円筒突起部１２ａの
外周部とケーシング１０の内面に囲まれた通水室１０ａ
を通って段階的に減圧され通水穴２７へと流れる。

【００２４】上記のように通水穴１９からの高圧水は絞
り隙間ａ、通水室１２ｂ、絞り隙間ｂ、通水室１０ａを
通って段階的に減圧されるので、キャビテーションの発
生は抑制されるが、この部分で高圧水が減圧されるため
キャビテーションが発生し易くキャビテーションエロー
ジョンを受ける可能性が大である。従って、本実施の形
態では、主弁１１の鍔１１ａと鍔１１ｂ及びこれを連結
する部分１１ｃをセラミックス材で一体に形成してい
る。

【００２５】なお、上記実施の形態では主弁１１の先端
部を構成する鍔１１ａと鍔１１ｂと連結部分１１ｃ及び
ポペット弁３１をセラミック製としたが、キャビテーシ
ョンの発生し易い場所の接液部、主弁部Ａの弁材とパイ
ロット部Ｂの弁座３２の作動流体に接する部分をセラミ
ックで形成することにより、耐キャビテーションエロー
ジョン性を向上させることができる。

【００２６】また、上記実施の形態では耐キャビテーシ
ョンエロージョン性を向上させるために、キャビテーシ
ョンが発生しやすい部分の接液部をセラミックで構成し
たが、セラミックに替えて、超硬合金を用いてもよいこ
とは当然である。また、キャビテーションが発生し易い
部分の接液部全体をセラミックや超硬合金で構成するの
ではなく、作動流体と接する接液部表面にセラミックや
超硬合金をコーティングする構成としてもよい。

【００２７】また、上記実施の形態では主弁１１の先端
部を構成する鍔１１ａと鍔１１ｂと連結部分１１ｃをセ
ラミック製としたが、このようにキャビテーションが発
生し易い構造の簡単な主弁１１の先端部のみをセラミッ
ク製とすることにより、他の構造の複雑な部分の加工精
度を低下することなく加工できるという利点がある。

【００２８】また、上記構造のリリーフ弁において、キ
ャビテーションが発生し易い部分を除く、作動流体と接
する接液部には不錆鋼を用いることにより、作動流体
（ここでは水）による腐食に対処することが可能とな
る。

【００２９】また、上記実施の形態では、主弁部Ａの主
弁１１と弁座１２の対向部の主弁１１に鍔１１ａ及び鍔
１１ｂを形成し、２段の絞り部構成としたが、絞り部の
構成はこれに限定されるものではなく、例えば特願平７
−１４８０３８号の明細書及び図面に開示するような多
段の絞り部でも良いことは当然である。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本願発明によれば
下記のような優れた効果が得られる。 （１）請求項１に記載の発明によれば、キャビテーショ
ンの発生し易い個所の接液部をセラミック又は超硬合金
で構成したので、耐キャビテーションエロージョン性が
向上し、寿命の長いリリーフ弁を提供できる。

【００３１】（２）請求項２に記載の発明によれば、主
弁と弁座の対向部及びパイロット部のポペット弁と弁座
の対向部にはキャビテーションの発生を抑制するための
絞り部が形成されており、該主弁部の主弁と弁座の少な
くとも一方の絞り部接液部及びパイロット部のポペット
弁と弁座の少なくとも一方の絞り部接液部をセラミック
又は超硬合金で構成したので、キャビテーションの発生
が抑制されると共に、キャビテーションが発生してもキ
ャビテーションエロージョンによる損傷が極めて軽微と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のリリーフ弁の全体構造を示す断面図で
ある。

【図２】本発明のリリーフ弁の主弁の断面構造を示す図
である。

【図３】本発明のリリーフ弁のポペット弁及び弁座の断
面構造を示す図である。

【図４】本発明のリリーフ弁の主弁が弁座から離間した
状態を示す断面図である。

【符号の説明】

Ａ 主弁部 Ｂ パイロット部 １０ ケーシング １１ 主弁 １２ 弁座 １５ ウエアリング １６ パッキン １７ スプリング １８ 絞り部 ３０ ケーシング ３１ ポペット弁 ３２ 弁座 ３３ 絞り部材 ３４ 押え部材 ３５ 押え部材 ３６ スプリング ３７ 圧力設定ハンドル ３８ バネ座 ３９ 板バネ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主弁と弁座を有する主弁部及びポペット
   弁と弁座を有するパイロット部を具備し、作動流体であ
   る液の圧力により前記ポペット弁が開くことにより、主
   弁部の主弁が弁座より離間し、該主弁と弁座の隙間から
   作動液が流出し、該作動液の圧力が所定の一定圧力にな
   るようにするバランスピストン形のリリーフ弁におい
   て、 キャビテーションの発生し易い個所の接液部をセラミッ
   ク又は超硬合金で構成したことを特徴とするリリーフ
   弁。
2. 【請求項２】 前記主弁部の主弁と弁座の対向部及びパ
   イロット部のポペット弁と弁座の対向部にはキャビテー
   ションの発生を抑制するための絞り部が形成されてお
   り、該主弁部の主弁と弁座の少なくとも一方の絞り部接
   液部及びパイロット部のポペット弁と弁座の少なくとも
   一方の絞り部接液部をセラミック又は超硬合金で構成し
   たことを特徴とする請求項１に記載のリリーフ弁。
3. 【請求項３】 前記接液部にはセラミック又は超硬合金
   をコーティングしていることを特徴とする請求項１又は
   ２に記載のリリーフ弁。
4. 【請求項４】 前記絞り部は複数段からなることを特徴
   とする請求項１又は２又は３に記載のリリーフ弁。