JP5192441B2 - 減衰バルブ - Google Patents

Description

本発明は、減衰バルブの改良に関する。

従来、この種の減衰バルブにあっては、たとえば、車両用の緩衝器のピストン等に具現化され、ピストンに設けたポートの出口端に環状のリーフバルブを積層し、このリーフバルブでポートを開閉するものが知られている。

より詳細には、ピストンは、緩衝器のシリンダ内を上室と下室とに仕切っており、ポートは、たとえば、ピストンの同一円周上に等間隔をもって八個設けられて、うち四つのポートはピストンの下端に積層されるリーフバルブによって上室から下室へ向かう作動油の流れのみを許容する一方通行に設定され、残りの四つのポートは、逆に、ピストンの上端に積層されるリーフバルブによって上室から下室へ向かう作動油の流れのみを許容する一方通行に設定されている（たとえば、特許文献１参照）。

そして、ピストンがシリンダに対して上方へ移動する際には、ピストンの下端に積層されたリーフバルブがポートを通過する作動油の流れに抵抗を与え、ピストンがシリンダに対して下方へ移動する際には、ピストンの上端に積層されたリーフバルブがポートを通過する作動油の流れに抵抗を与えるようになっており、上室と下室との間に差圧を生じせしめて緩衝器に減衰力を発生させるようになっている。

すなわち、従来の減衰バルブにあっては、ピストン速度が高速となって通過する作動油の単位時間当たりの流量が大きくなると、作動油がポートを通過する際に生じる圧力損失が大きくなるので、ポート自体も減衰力発生源の一部として機能するが、ピストン速度が高速となって通過する作動油の単位時間当たりの流量が大きくなるまでは、主としてリーフバルブが減衰力発生源として機能し、各ポートは、主として、上室と下室とを連通してリーフバルブのピストン側面に圧力を作用させる通路として機能する。また、リーフバルブ以外にもポペット弁等の他の形式の弁体を用いて、ポートを通過する作動油の流れに抵抗を与えるものもある。

特開２００６−１９４３３５号公報（図２）

換言すれば、従来のバルブ構造にあっては、ピストン速度が大きくならない限り、ポートのみでは緩衝器に充分な大きさの減衰力を発揮できないため、多数の環状板を積層してなるリーフバルブを設けて、ピストン速度が低速であっても充分な大きさの減衰力を発揮できるようになっているのである。

このように従来の減衰バルブにあっては、ピストンのほか、ピストンの両面に設けたリーフバルブ等の弁体を必須の構成要素としており、製造コストが高くなるといった問題がある。

そこで、本発明は、上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、安価に製造することが可能な減衰バルブを提供することである。

上記した目的を解決するために、本発明における課題解決手段は、緩衝器内の一方室と他方室との間に設けたバルブディスクに設けられ、当該バルブディスクの一端側から他端側へ貫通する三個以上の貫通孔と、バルブディスクの一端に形成される一端側溝と、バルブディスクの他端に形成される他端側溝とを備えて貫通孔を一端側溝と他端側溝で接続して形成される通路と、バルブディスクの一端側に積層されて一端側溝を閉塞するとともに通路の一端側の終端となる一端側溝に連通されない貫通孔のみを常時開放する一端側閉塞部材と、バルブディスクの他端側に積層されて他端側溝を閉塞するとともに通路の他端側の終端となる他端側溝に連通されない貫通孔のみを常時開放する他端側閉塞部材とを備えた減衰バルブにおいて、貫通孔は、奇数個設けられ、一端側溝が貫通孔の個数をＮとしたときにバルブディスクの一端に（Ｎ−１）／２個設けられるとともに、他端側溝がバルブディスクの他端に（Ｎ−１）／２個設けられ、通路が貫通孔を一端側溝と他端側溝で数珠繋ぎに接続して形成され、一端側閉塞部材と他端側閉塞部材の一方または両方は、自身の撓みが許容されて対応する一端側溝或いは他端側溝を開閉可能とされ、更にバルブディスクの一端と他端の一方または両方に環状溝を設け、当該環状溝に通路の終端を連通させるとともに、上記環状溝に通路の終端を開放している一端側閉塞部材と他端側閉塞部材の一方または両方を対向させるとともに、一端側閉塞部材と他端側閉塞部材の一方または両方に環状溝に通じる透孔を設けたことを特徴とするものである。

本発明の減衰バルブによれば、通路自体がチョーク通路として機能して通過する流体の流れに抵抗を与えるようになっており、通路の長さを簡単な構成でバルブディスクの上下方向長さより長く設定することができるので、多数の環状板を積層して構成されるリーフバルブや、ポペット弁といった他の弁要素を付加的に設けずとも、ピストン速度が低速であっても緩衝器に充分な減衰力を発生させることができる。

そして、他の弁要素を付加的に設けることを要しないので、減衰バルブの構造が簡単となり、組み付け性も向上し、製造コストが安価となる。

さらに、バルブディスクの軸方向長さを長く設定せずとも通路長を確保できるので、緩衝器のストローク長を確保しやすく、緩衝器の全長を短く設定することができ、また、通路長の確保に当たって、貫通孔をバルブディスクの軸方向に対して斜めに開穿する等、特殊な加工を要することもない。

一実施の形態における減衰バルブの断面のＡＡ矢視図である。 一実施の形態の減衰バルブにおけるバルブディスクの平面図である。 一実施の形態の減衰バルブにおけるバルブディスクの底面図である。 一実施の形態における減衰バルブの平面図である。 一実施の形態における減衰バルブの底面図である。 一実施の形態における減衰バルブを備えた緩衝器の減衰特性の一例を示した図である。

以下、本発明の減衰バルブ１を図に基づいて説明する。一実施の形態における減衰バルブ１は、図１から図５に示すように、緩衝器のピストン部に具現化されており、具体的には、この例ではバルブディスクが緩衝器内に一方室Ｒ１と他方室Ｒ２とを隔成するピストン２とされている。

上記ピストン２には、図１から図５に示すように、一方室Ｒ１と他方室Ｒ２とを連通する通路Ｐが設けられている。そして、ピストン２の一端側たる一方室Ｒ１側に一端側閉塞部材として環状板３が積層されるとともに、ピストン２の他端側たる他方室Ｒ２側に他端側閉塞部材として環状板４が積層され、これら通路Ｐと環状板３，４とで減衰バルブ１が構成されている。

他方、減衰バルブが具現化される緩衝器は、周知であるので詳細には図示して説明しないが、具体的にたとえば、シリンダ５と、シリンダ５の上端を封止するヘッド部材（図示せず）と、ヘッド部材（図示せず）を摺動自在に貫通するピストンロッド６と、ピストンロッド６の先端に設けた固定軸６ａが挿通されて当該固定軸６ａに固定されるピストン２と、シリンダ５内にピストン２で隔成される図１中上方側の一方室Ｒ１と下方側の他方室Ｒ２と、シリンダ５の下端を封止する封止部材（図示せず）と、シリンダ５から出没するピストンロッド６の体積分のシリンダ内容積変化を補償する図示しないリザーバあるいはエア室とを備えて構成され、シリンダ５内には作動流体、具体的には作動油が充填されている。

そして、上記減衰バルブ１にあっては、シリンダ５に対してピストン２が図１中上下方に移動して、一方室Ｒ１と他方室Ｒ２とを通路Ｐを介して作動油が行き交うときに、その作動油の流れに対して抵抗を与えて所定の圧力損失を生じせしめて、緩衝器に所定の減衰力を発生させるようになっている。

以下、この減衰バルブ１について詳しく説明すると、バルブディスクたるピストン２は、環状に形成されており、外周には、シリンダ５の内周に摺接するピストンリング７が装着される環状溝２ａが設けられるとともに、一方室Ｒ１と他方室Ｒ２と連通する通路Ｐが五つ設けられている。なお、ピストン２が樹脂等といったシリンダ５に対して良好な摺動性を確保できる材料で形成される場合には、環状溝２ａおよびピストンリング７を省略して、ピストン２の外周を直接シリンダ５に摺接させるようにしてもよい。

上記各通路Ｐは、具体的には、それぞれ、当該ピストン２の一端側から他端側へ貫通する貫通孔１０，１１，１２，１３，１４と、ピストン２の一端となる図１中上端に形成される一端側溝１６，１７と、ピストン２の他端となる図１中下端に形成される他端側溝１８，１９とを備えており、貫通孔１０，１１，１２，１３，１４を一端側溝１６，１７と他端側溝１８，１９で接続して形成されている。

より詳しくは、通路Ｐは、五つの貫通孔１０，１１，１２，１３，１４を一端側溝１６，１７と他端側溝１８，１９で数珠繋ぎに接続されており、図１から図３に示すように、貫通孔１０の上端となる一端側出口ａ２が貫通孔１１の一端側出口ａ３に一端側溝１６を介して連通され、貫通孔１１の下端となる他端側出口ａ４が貫通孔１２の下端となる他端側出口ａ５に他端側溝１８を介して連通され、貫通孔１２の上端となる一端側出口ａ６が貫通孔１３の上端となる一端側出口ａ７に一端側溝１７を介して連通され、貫通孔１３の下端となる他端側出口ａ８が貫通孔１４の下端となる他端側出口ａ９に他端側溝１９を介して連通されている。

したがって、通路Ｐは、貫通孔１０、一端側溝１６、貫通孔１１、他端側溝１８、貫通孔１２、一端側溝１７、貫通孔１３、他端側溝１９、貫通孔１４の順に接続されて形成されている。なお、通路Ｐの設置数は、上記したところでは、五つであるが、これに限定されるものではなく任意である。

そして、この実施の形態にあっては、貫通孔１１，１２，１３がピストン２に同一円周上に配置されて設けられ、通路Ｐの一端をなす貫通孔１４が上記円周より内周側に、通路Ｐの他端をなす貫通孔１０が上記円周より外周側に配置されてピストン２に設けられている。

なお、この実施の形態の場合、各貫通孔１４の一端側出口ａ１０は、ピストン２の一端側となる上端に設けた環状溝１５によって、連通状態とされている。また、貫通孔１４の断面形状は、円形以外の形状とされてもよく、一端側溝１６，１７および他端側溝１８，１９の平面視形状は、この場合、円弧状とされているがこれに限られない。

このように構成されたピストン２は、一方室Ｒ１を向く一端側となる図１中上端に積層される一端側閉塞部材たる環状板３と、他方室Ｒ２を向く他端側となる図１中下端に積層される他端側閉塞部材たる環状板４とともに、ピストンロッド６の先端を小径にして設けた固定軸６ａに組みつけられ、ピストンナット８で固定される。

つづいて、一端側閉塞部材たる環状板３は、図１および図４に示すように、上記した固定軸６ａの外周に内周側が固定されてピストン２の一端側となる上端に積層されており、外径がピストン２の最外周に配置される貫通孔１０を閉塞可能な径に設定されるとともに、環状溝１５に対向する１０個の透孔３ａを備えている。

したがって、この環状板３は、ピストン２に上述の如く積層されると、一端側溝１６，１７を閉塞するとともに通路Ｐの一端側の終端となる一端側溝１６，１７に連通されない貫通孔１４のみを常時開放するようになっている。

上述のように、各貫通孔１４をピストン２に設けた環状溝１５で連通し、環状板３に設けた透孔３ａに対向させるようにすることで、通路Ｐの終端である貫通孔１４を最内周に配置するようにし、環状板３がピストン２に対して周方向にどのような取付角度を持って取り付けられたとしても、貫通孔１４の一端側出口ａ１０が確実に一方室Ｒ１に連通される。なお、透孔３ａの設置数と開口面積は、上述したところに限られず、少なくとも全透孔３ａの合計流路面積が全通路Ｐの合計流路面積を上回るように設定される。

他方、他端側閉塞部材たる環状板４は、図１および図５に示すように、上記した固定軸６ａの外周に内周側が固定されてピストン２の他端側となる下端に積層されており、外径が最外周に配置される貫通孔１０のみを閉塞しない径に設定されており、通路Ｐの他端側の終端となる貫通孔１０のみを常時開放してその他の貫通孔１１，１２，１３，１４および他端側溝１８，１９を閉塞するようになっている。すなわち、環状板４の外径は、環状板３の外径より小径とされている。

このようにバルブディスクたるピストン２に一端側閉塞部材たる環状板３と他端側閉塞部材たる環状板４を積層すると、ピストン２の一端側では貫通孔１４の一端側出口ａ１０のみが開放されて一方室Ｒ１に臨み、ピストン２の他端側では貫通孔１０の他端側出口ａ１のみが開放されて他方室Ｒ２に臨むので、一方室Ｒ１と他方室Ｒ２とが貫通孔１０、一端側溝１６、貫通孔１１、他端側溝１８、貫通孔１２、一端側溝１７、貫通孔１３、他端側溝１９、貫通孔１４を順に数珠繋ぎして、貫通孔１４を一端側の終端とし貫通孔１０を他端側の終端とする通路Ｐを介して連通されることになる。

それゆえ、ピストン２がシリンダ５に対して図１中上下方向へ移動する際には、作動油は、通路Ｐを介して一方室Ｒ１と他方室Ｒ２とを行き来することになり、通路Ｐが貫通孔１０，１１，１２，１３，１４、一端側溝１６，１７および他端側溝１８，１９とを数珠繋ぎにして形成されているのでチョーク通路として機能し、本実施の形態の減衰バルブ１にあっては、上記の作動油の流れに対して通路Ｐで抵抗を与えて一方室Ｒ１と他方室Ｒ２に差圧を生じさせて、緩衝器に減衰力を発生させる。

そして、通路Ｐの全長は、貫通孔１０，１１，１２，１３，１４、一端側溝１６，１７および他端側溝１８，１９とを数珠繋ぎにして形成されているので、上下方向長さが短いバルブディスクとしてのピストン２に上記上下方向長さ以上の通路長を確保することができ、通路Ｐは、作動油通過時に粘性摩擦による差圧を生じさせるので、単位時間当たりの通過流量に対して圧力損失が略比例する特性となって、緩衝器の伸縮時におけるピストン速度に対して発生する減衰力の特性である減衰特性は、図６の実線で示すように、ピストン速度に対して減衰力が略比例するリニアな特性となる。

このように、本減衰バルブ１にあっては、通路Ｐ自体がチョーク通路として機能して通過する作動油の流れに抵抗を与えるようになっており、通路Ｐの長さを簡単な構成でバルブディスクたるピストン２の上下方向長さより長く設定することができるので、多数の環状板を積層して構成されるリーフバルブや、ポペット弁といった他の弁要素を付加的に設けずとも、ピストン速度が低速であっても緩衝器に充分な減衰力を発生させることができる。

そして、他の弁要素を付加的に設けることを要しないので、減衰バルブ１の構造が簡単となり、組み付け性も向上し、製造コストが安価となる。

さらに、バルブディスクの軸方向長さを長く設定せずとも通路長を確保できるので、緩衝器のストローク長を確保しやすく、緩衝器の全長を短く設定することができ、また、通路長の確保に当たって、貫通孔をバルブディスクの軸方向に対して斜めに開穿する等、特殊な加工を要することもない。

そして、貫通孔１０，１１，１２，１３，１４と一端側溝１６，１７および他端側溝１８，１９がピストン２の軸線に沿って設けられているので、このバルブディスクたるピストン２に貫通孔１０，１１，１２，１３，１４と一端側溝１６，１７および他端側溝１８，１９を設けるに際しては、バルブディスクたるピストン２が金属である場合には、鋳物や焼結により、樹脂である場合には射出成形といった型を用いた成形方法をも採用することができるので、この点でも製造方法が複雑化することもない。

また、通路Ｐの長さは、バルブディスクたるピストン２の上下方向長さより、長く設定することができ、貫通孔、一端側溝および他端側溝の設置数によって、その長さを任意に設定することができる。つまり、貫通孔を三つ以上であって奇数個となるように設けて、一端側溝を貫通孔の個数をＮとしたときにバルブディスクの一端に（Ｎ−１）／２個設け、他端側溝をバルブディスクの他端に（Ｎ−１）／２個設けられ、貫通孔を一端側溝と他端側溝で数珠繋ぎに接続することによって通路を形成するようにすればよく、この条件にしたがって、一端側溝および他端側溝の設置数を増減させることで通路長を変更することができる。なお、同一の一端側溝と他端側溝を接続する貫通孔が複数並列されておりこれらで貫通孔群を形成する場合、通路Ｐの終端となる貫通孔が複数並列されておりこれらで貫通孔群を形成する場合には、上記貫通孔の個数Ｎの計算上、これら貫通孔群を１つとして数えて個数Ｎに算入すればよい。

また、通路長の設定によって、通路Ｐが作動油の流れに与える抵抗を変更することできるので、緩衝器の減衰特性を決定することができ、また、貫通孔１０，１１，１２，１３，１４と一端側溝１６，１７および他端側溝１８，１９における流路面積の設定、通路数の設定によっても緩衝器の減衰特性を変更することができる。

なお、上記したところでは、一端側閉塞部材たる環状板３および他端側閉塞部材４の外周が撓まず、一端側溝１６，１７および他端側溝１８，１９が開放されない場合について説明したが、一方室Ｒ１と他方室Ｒ２の差圧が大きくなると、環状板３，４の外周が撓むように設定する場合、減衰特性を、図６中破線で示すように、途中から減衰係数を低く変化させることができる。この場合、一端側溝１６が貫通孔１１と貫通孔１１より外周側に配置される貫通孔１０とを連通するようピストン２に対して径方向に伸びているので、環状板３の撓みの進行に対して、一端側溝１６が一端側溝１７に先んじて開放されるため、緩衝器の圧縮行程時における減衰特性を二段階で減衰係数が低下するように変化させることができる。

なお、緩衝器の伸長行程時にあっては、環状板４が他端側溝１８，１９を同時に開放するため、減衰特性は他端側溝１８，１９の開放とともに減衰特性が低下するように変化することになる。

このように、環状板３，４を積極的に撓ませるようにすることで、途中で減衰係数を低下するように減衰特性を変化させることができ、また、環状板３，４の撓み剛性の設定、これらに与えられる初期撓みの設定によって、減衰特性の傾きが変化する変曲点におけるピストン速度を伸圧独立して調節することができる。

なお、このように環状板３，４の撓みが許容される場合、一端側閉塞部材たる環状板３は、緩衝器が圧縮行程時に一端側溝１６，１７を開閉するので、緩衝器の圧縮行程における減衰特性の調整要素であり、他端側閉塞部材たる環状板４は、緩衝器が伸長行程時に他端側溝１８，１９を開閉して、緩衝器の伸長行程における減衰特性の調整要素である。ところで、一般的に、車両の車体と車軸との間に介装される緩衝器にあっては、圧縮側より伸長側のほうが大きな減衰力を発揮するように設定される。これに対して、本実施の減衰バルブ１にあっては、通路Ｐの一端側の終端である貫通孔１４をピストン２の最内周に配置し、他端側の終端である貫通孔１０をピストン２の最外周に配置して、圧縮行程における減衰特性調整要素である環状板３より伸長行程における減衰特性調整要素である環状板４の外径を小径に設定することができ、環状板４の撓み剛性を環状板３の撓み剛性より大きくして伸長行程における緩衝器の減衰特性を大きく設定しやすくなっているので、車両の振動抑制に適合した減衰特性を実現して、車両における乗り心地を向上することができ、減衰バルブ１が車両のサスペンション用途の緩衝器に最適となる。

また、一端側閉塞部材に撓みを期待しない場合、貫通孔１０の一方室Ｒ1への連通を確保する必要はあるが、ピストンロッド６の固定軸６ａの基部に一端側閉塞部材を設け、バルブディスクたるピストン２の一端側溝１６，１７に当接して閉塞するようにしてもよく、また、他端側閉塞部材に撓みを期待しない場合には、ピストンナット８を他端側閉塞部材として、他端側溝１８，１９をピストンナット８で閉塞するようにしてもよい。このように、一端側閉塞部材および他端側閉塞部材は、環状板に限定されるものではない。

なお、減衰バルブ１が緩衝器のピストン部に具現化した例を用いて説明しているが、ベースバルブ部に具現化することも可能であり、この場合には一方室をピストン側室あるいはリザーバ室の一方とし、他方室をピストン側室あるいはリザーバ室の他方として、バルブディスクでこれらを仕切る構成とすればよい。

以上で緩衝器の減衰バルブの実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されない。

本発明は緩衝器の減衰バルブに利用可能である。

１ 減衰バルブ
２ バルブディスクとしてのピストン
２ａ 環状溝
３ 一端側閉塞部材たる環状板
３ａ 透孔
４ 他端側閉塞部材たる環状板
５ シリンダ
６ ピストンロッド
６ａ ピストンロッドにおける固定軸
７ ピストンリング
８ ピストンナット
１０，１１，１２，１３，１４ 貫通孔
１６，１７ 一端側溝
１８，１９ 他端側溝
ａ１，ａ４，ａ５，ａ８，ａ９ 貫通孔の他端側出口
ａ２，ａ３，ａ６，ａ７，ａ１９ 貫通孔の一端側出口
Ｐ 通路
Ｒ１ 一方室
Ｒ２ 他方室

Claims (2)

1. 緩衝器内の一方室と他方室との間に設けたバルブディスクに設けられ、当該バルブディスクの一端側から他端側へ貫通する三個以上の貫通孔と、バルブディスクの一端に形成される一端側溝と、バルブディスクの他端に形成される他端側溝とを備えて貫通孔を一端側溝と他端側溝で接続して形成される通路と、バルブディスクの一端側に積層されて一端側溝を閉塞するとともに通路の一端側の終端となる一端側溝に連通されない貫通孔のみを常時開放する一端側閉塞部材と、バルブディスクの他端側に積層されて他端側溝を閉塞するとともに通路の他端側の終端となる他端側溝に連通されない貫通孔のみを常時開放する他端側閉塞部材とを備えた減衰バルブにおいて、貫通孔は、奇数個設けられ、一端側溝が貫通孔の個数をＮとしたときにバルブディスクの一端に（Ｎ−１）／２個設けられるとともに、他端側溝がバルブディスクの他端に（Ｎ−１）／２個設けられ、通路が貫通孔を一端側溝と他端側溝で数珠繋ぎに接続して形成され、一端側閉塞部材と他端側閉塞部材の一方または両方は、自身の撓みが許容されて対応する一端側溝或いは他端側溝を開閉可能とされ、更にバルブディスクの一端と他端の一方または両方に環状溝を設け、当該環状溝に通路の終端を連通させるとともに、上記環状溝に通路の終端を開放している一端側閉塞部材と他端側閉塞部材の一方または両方を対向させるとともに、一端側閉塞部材と他端側閉塞部材の一方または両方に環状溝に通じる透孔を設けたことを特徴とする減衰バルブ。
2. 緩衝器の伸長行程の際に通路の下流側の終端となる貫通孔が緩衝器の圧縮行程の際に通路の下流側の終端となる貫通孔よりバルブディスクの外周側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の減衰バルブ。

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