JP2010169202A - バルブ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】経済性を犠牲にせず、緩衝器におけるストローク長の確保が容易で車両における乗り心地を向上させることが可能なバルブ構造を提供することである。
【解決手段】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、ポート２が形成されるバルブディスク１と、バルブディスク１に積層されるとともに環状であって内周が固定支持され外周側の撓みが許容されてポート２を開閉するリーフバルブ１０と、ポート２を閉塞する方向にリーフバルブ１０を附勢してリーフバルブ１０の撓みを抑制する附勢部材１５とを備えたバルブ構造において、リーフバルブ１０が複数の環状板１０ａを積層して構成されるとともに、任意の環状板１０ａ間に内径が環状板１０ａの内径より大径に設定される環状のイニシャルリング１１を介装したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、バルブ構造の改良に関する。

近年、特に、自動車の車体と車軸との間に介装される緩衝器にあっては、ピストン速度が低速領域にある場合には、ピストン速度に対して発生する減衰力の特性（減衰特性）の傾きを大きくして減衰力を立ち上げるようにし、ピストン速度が中高速領域にある場合のピストン速度に対して発生する減衰力の特性（減衰特性）の傾きを小さくし、ピストン速度が中高速領域にあるときの減衰力を極力低くすることが車両の乗り心地の向上に大きく寄与すると考えられるようになってきた。

また、緩衝器の減衰力は、緩衝器のピストン部等に具現化された減衰バルブによって緩衝器内の二つの作動室に差圧を生じさせることで発生されるが、この減衰バルブとしては、たとえば、ピストン部に設けたポートの出口端に内周が固定支持される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。

そして、このようにリーフバルブの内周を固定支持し外周側を撓ませることによりポートをリーフバルブで開閉するバルブ構造では、ピストン速度が中高速領域における減衰力が大きくなりすぎ車両における乗り心地を損なう場合があり、上記した近年の要求を満たすことが難しい。そこで、これに対処するため、図３に示すように、リーフバルブＬの内周側を固定的に支持するもののリーフバルブＬの撓み剛性を低く設定するとともに、撓み剛性の低下による開弁圧の低下を防止するべくリーフバルブＬを背面側から押圧してポートＰｏを閉じる方向にリーフバルブＬを附勢するコイルスプリングＳを設けたバルブ構造がある（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００４−１９０７１６号公報（図１） 特開平９−２９１９６１号公報（図１）

しかしながら、特開２００４−１９０７１６号公報に開示されたバルブ構造では、ピストン速度が低速領域における減衰力の立ち上がりが鈍く、ピストン速度が中高速領域における減衰係数の傾きも依然として高くて、このような構成を採用しても上記要求を満足させることができない。これを解消するためには、ピストン速度が中高速領域にある際のリーフバルブＬの撓み量を大きくすればよい。そのためには、コイルスプリングＳのバネ定数を低く設定しなくてはならないが、そうするとコイルスプリングＳがリーフバルブＬを附勢する初期荷重が低下して開弁圧の低下を招くので、コイルスプリングＳの圧縮時の長さはそのままとしてコイルスプリングＳの自然長を長くする必要があり、バルブ構造の全長が長くなって緩衝器のストローク確保の点で不利となるとともに、コストが高く経済性も犠牲になる。

また、図４に示すように、リーフバルブＬ’の内周側を固定的に支持せずに、リーフバルブＬ’の内周をピストンロッドＲ’の外周に装着したガイド筒Ｇの外周に摺接させ、コイルスプリングＳ’でメインバルブＭを介してリーフバルブＬ’の背面を附勢するバルブ構造が特開平９−２９１９６１号公報に開示されている。
このバルブ構造では、ピストンＰが上方へ移動する際のピストン速度が低速領域にあるときにはリーフバルブＬ’の外周側がリーフバルブＬ’に積層したメインバルブＭの当接部位を支点として撓むので、内周が固定的に支持されるバルブ構造と略同様の減衰特性を発揮し、ピストン速度が中高速領域に達すると、ポートＰｏ’を通過する作動油の圧力がリーフバルブＬ’に作用し、コイルスプリングＳ’の附勢力に抗してリーフバルブＬ’がメインバルブＭとともにピストンＰから軸方向にリフトして後退するので、内周が固定的に支持される緩衝器のバルブ構造に比較して流路面積が大きくなり、減衰力が過大となることを抑制して、車両における乗り心地を向上することができ、上記要求を満足できる減衰特性を実現できる。

しかしながら、この図４に示したバルブ構造にあっては、メインバルブＭとリーフバルブＬ’との間に多数の間座を積層するようにしており、コストが高く部品点数が非常に多くなるとともに、ガイド筒Ｇの外周にリーフバルブＬ’や間座を装着するために組付加工時にガイド筒ＧとピストンＰとの間に入り込んでしまうことがあって組付性に難があり、経済性に欠けるところがある。

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、経済性を犠牲にせず、緩衝器におけるストローク長の確保が容易で車両における乗り心地を向上させることが可能なバルブ構造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、ポートが形成されるバルブディスクと、バルブディスクに積層されるとともに環状であって内周が固定支持され外周側の撓みが許容されてポートを開閉するリーフバルブと、ポートを閉塞する方向にリーフバルブを附勢してリーフバルブの撓みを抑制する附勢部材とを備えたバルブ構造において、リーフバルブが複数の環状板を積層して構成されるとともに、任意の環状板間に内径が環状板の内径より大径に設定される環状のイニシャルリングを介装したことを特徴とする。

本発明のバルブ構造によれば、イニシャルバルブを設けることによってリーフバルブの開弁圧を調節することができ、ピストン速度が低速領域にあるときの減衰力を立ち上げることができ、中高速領域における減衰係数の傾きを小さくすることができる。

したがって、このバルブ構造によれば、緩衝器の減衰特性を車両のサスペンション用途に適するものとすることができ、車両における乗り心地を向上することができる。

また、イニシャルバルブを従来のバルブ構造が具現化された減衰バルブに適用するだけで、上記効果を得ることができるので、製造コストの著しい上昇を招くことがなく、経済性が犠牲になることもない。

さらに、自然長の長いコイルスプリングを大きい圧縮比で圧縮して使用して、リーフバルブの開弁圧を確保する必要もないので、バルブ構造の全長が長尺化することがなく、緩衝器の伸縮可能範囲であるストローク長が短くなる不具合を生じさせず、車両への搭載性が悪化することも無い。

一実施の形態におけるバルブ構造が具現化された緩衝器のピストン部における縦断面図である。 一実施の形態におけるバルブ構造が具現化した緩衝器における減衰特性を示す図である。 従来の緩衝器のバルブ構造が具現化された緩衝器のピストン部の縦断面図である。 従来の緩衝器のバルブ構造が具現化された緩衝器のピストン部の縦断面図である。

以下、本発明のバルブ構造および緩衝器を図に基づいて説明する。図１は、一実施の形態におけるバルブ構造が具現化された緩衝器のピストン部における縦断面図である。図２は、一実施の形態におけるバルブ構造が具現化した緩衝器における減衰特性を示す図である。

一実施の形態における緩衝器のバルブ構造は、図１に示すように、緩衝器のピストン部の伸側減衰バルブとして具現化されており、ピストンロッド５の先端に連結されて緩衝器内に上室４１と下室４２とを隔成し上記上室４１と下室４２とを連通するポート２を備えたバルブディスクたるピストン１と、ピストン１の下室４２側の端面に積層されるとともに内周が固定支持され外周側の撓みが許容されてポート２の下流を閉塞する環状のリーフバルブ１０と、ポート２を閉塞する方向にリーフバルブ１０を附勢してリーフバルブの撓みを抑制する附勢部材たるコイルスプリング１５と、リーフバルブ１０を構成する複数の環状板１０ａのうち任意の環状板１０ａ間に介装した環状のイニシャルリング１１とを備えて構成されている。

他方、バルブ構造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４０と、シリンダ４０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５と、ピストンロッド５の端部に設けた上記ピストン１と、シリンダ４０内にピストン１で隔成される２つの上室４１と下室４２と、シリンダ４０の下端を封止する封止部材（図示せず）と、シリンダ４０から出没するピストンロッド５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４０内には流体、具体的には作動油が充填されている。

そして、上記バルブ構造にあっては、シリンダ４０に対してピストン１が図１中上方に移動するときに、上室４１内の圧力が上昇して上室４１から下室４２へポート２を介して作動油が移動するときに、その作動油の移動にリーフバルブ１０で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減衰力発生要素として機能する。

以下、このバルブ構造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１は、有底筒状に形成され、底部１ａの軸心部に設けられ緩衝器のピストンロッド５が挿通される挿通孔１ｂと、ポート２と、ポート２に連通する窓３と、ポート２の出口端となる窓３の外周側に形成された環状の弁座１ｃと、外周側に延設される筒部１ｅを備えて構成されている。

なお、このピストン１には、緩衝器が収縮するときに下室４２から上室４１へと向かう作動油の流れを許容する圧側のポート１ｄが底部１ａの伸側のポート２より外周側に設けられている。

また、ピストン１の挿通孔１ｂ内には上述のようにピストンロッド５が挿通され、ピストンロッド５の先端部はピストン１の図１中下方側に突出させてある。なお、ピストンロッド５の先端５ａの外径は、先端５ａより図１中上方側の外径より小径に設定され、上方側と先端部との外径が異なる部分に段部５ｂが形成されている。

そして、上記ピストンロッド５の先端５ａには、図１中上から順に、圧側のリーフバルブ１００、間座１０１、バルブストッパ１０２、ピストン１、リーフバルブ１０、イニシャルバルブ１１および間座１３が組み付けられ、ピストンナット４をピストンロッド５の先端に設けた螺子部５ｃに螺着することによって、これらピストンロッド５に組み付けられた各部材はピストンロッド５の段部５ｂとピストンナット４とで挟持されてピストンロッド５に固定される。なお、上述のように、ピストン１を有底筒状の形状とすることによって、リーフバルブ等のバルブ構造を構成する部材をピストン１内に収納することが可能となって、ピストン１の図１中上端からピストンナット４の図１中下端までの長さを短くすることができ、ピストン部を小型化することができる。

つづいて、リーフバルブ１０は、環状に形成された板、すなわち、環状板１０ａを複数枚積層して積層リーフバルブとして構成されており、この図１中上面を弁座１ｃに当接させてある。なお、弁座１ｃには、打刻されて形成される凹部１ｆが設けられており、当該凹部１ｆは、リーフバルブ１０が弁座１ｃに着座した状態でオリフィスとして機能する。なお、オリフィスは、リーフバルブ１０の外周に形成した切欠等によって設けるようにしてもよい。

上述のように、リーフバルブ１０は、ピストン１とともにピストンロッド５に組み付けられることで内周側がピストンロッド５に固定支持されて外周側の撓みのみが許容されて、上記したポート２を閉塞することができるようになっている。

そして、この複数の環状板１０ａのうち任意の環状板１０ａ間に、内径が環状板１０ａの内径より大径に設定されるとともに外径が同径に設定される環状のイニシャルリング１１が介装されている。このイニシャルリング１１は、環状板１０ａと同心配置されてイニシャルリング１１より図１中下方となる背面側に積層されている各環状板１０ａに初期撓みを与えており、この初期撓みが与えられた環状板１０ａは、イニシャルリング１１より図１中上方となる正面側に積層されている各環状板１０ａを弁座１ｃに着座させる方向へ附勢している。

さらに、イニシャルリング１１は、図示するところでは、内周側になんら部品が配置されていないので、環状板１０ａに対して位置ずれを防止する手立てを設けておくと良く、たとえば、溶接や接着によって図中上下のうちいずれか一方の環状板１０ａに固定するようにしておけばよい。また、イニシャルリング１１の位置ずれを防止する方策として、環状板１０ａより厚みが薄く、イニシャルリング１１の内周に摺動自在に嵌合する、あるいは、遊嵌されるとともに内径を環状板１０ａと同じくして内周側がピストンロッド５に固定される環状板を設けるようにしてもよい。

つまり、イニシャルリング１１が環状板１０ａ間に存在することでリーフバルブ１０の任意の環状板１０ａに初期撓みが与えられるので、リーフバルブ１０が弁座１ｃから離座する開弁圧を大きくすることができるのである。

なお、リーフバルブ１０の開弁圧は、イニシャルリング１１の厚み（図１中では上下方向長さ）によって調節することができ、また、環状板１０ａの積層枚数が３枚以上である場合には、イニシャルリング１１の介装箇所によっても初期撓みを与える環状板１０ａの枚数を変更できるので介装箇所によっても調節することができる。

また、イニシャルリング１１の外径は、環状板１０ａの外径と同径でなくともよく小径に設定されても、大径に設定されても良いが、ピストン１の筒部１ａの内周との間の環状隙間を狭めすぎて、流路面積が小さくなりすぎることがないように配慮される。さらに、リーフバルブ１０を構成する環状板１０ａの枚数は、本バルブ構造で実現する減衰特性（ピストン速度に対する減衰力の関係）によって任意とされてよく、緩衝器に発生させる減衰特性によってイニシャルリング１１を介装可能な２枚以上であればよく、イニシャルリング１１の介装が可能であれば各環状板１０ａの外径も任意に設定することができる。

つづいて、ピストンナット４は、筒部４ａと、図１中下端外周から延設される鍔４ｂとを備えて構成され、筒部４ａの上端外周は小径とされて小径部４ｃが形成されている。

そして、ピストンナット４の小径部４ｃの外周には、摺動自在に環状のバルブ抑え部材１４が装着されており、バルブ抑え部材１４は、このバルブ抑え部材１４とピストンナット４の鍔４ｂとの間に介装されるコイルスプリング１５によってリーフバルブ１０に当接している。したがって、リーフバルブ１０は、バルブ抑え部材４を介して附勢部材たるコイルスプリング１５によって附勢されて、撓みが抑制されている。

なお、図示したところでは、バルブ抑え部材１４は、筒部１４ａと筒部１４ａの外周に設けた鍔部１４ｂとを備え、鍔部１４ｂでコイルスプリング１５の下端を支持し、また、鍔部１４ｂの下面をリーフバルブ１０に当接させている。この実施の形態では、バルブ抑え部材１４の軸方向に摺動長さが確保されており、ピストンナット４の小径部４ｃの外周を軸方向に移動する際に、がたついてスティックスリップを生じて小径部４ｃの外周を傷つけないように配慮されているが、その形状は任意である。

さらに、上記したところでは、附勢部材をコイルスプリング１５としているが、リーフバルブ１０に所定の附勢力を作用させればよいので、これを例えば、皿バネやリーフスプリングとしたり、ゴム等の弾性体としたりしてもよい。また、この場合、ピストンナット４を筒状としてバルブ抑え部材１４を摺動自在に装着しているが、ピストンナットと間座１３との間に別途筒を介装して、この筒にバルブ抑え部材１４を装着するようにしても良い。

このように構成されたバルブ構造では、リーフバルブ１０が開弁するまでは、コイルスプリング１５がリーフバルブ１０を附勢する附勢力は変化せず一定であり、リーフバルブ１０にはイニシャルバルブ１１によって初期撓みが与えられており、リーフバルブ１０はこの初期撓みによって自身を弁座１ｃに着座する附勢力を発揮している。

そして、緩衝器の伸長速度となるピストン速度が低速領域にある場合、リーフバルブ１０は初期撓みを与えられているとともにコイルスプリング１５によって附勢されて、上室４１と下室４２の差圧が開弁圧に達することがないので、リーフバルブ１０は弁座１ｃに着座したままに維持される。

すると、作動油は、ピストン速度が低速のうちは、上述の弁座１ｃに打刻によって形成されるオリフィスとして機能する凹部１ｆを通過して、上室４１から下室４２へ移動することになる。したがって、このときの減衰特性は、図２中実線で示すが如くとなり、この低速領域では、減衰係数は比較的大きく、ピストン速度の上昇に対して速やかに立ち上がる特性となり、リーフバルブの内周を固定支持するとともにコイルスプリングでリーフバルブを附勢する従来のバルブ構造の減衰特性における減衰係数（図２中破線）に比較して減衰係数も大きくなる。

その後、ピストン速度が上昇して、ピストン１の速度が中高速領域に達すると、上室４１内の圧力と下室４２内の圧力との差が大きくなり、作動油のリーフバルブ１０を図１中下方へ押し下げる力が大きくなって、該力がコイルスプリング１５の附勢力とリーフバルブ１０の初期撓みに附勢力に打ち勝つと、リーフバルブ１０の外周側が撓んで弁座１ｃから離座して開弁しポート２を開放する。

このように、リーフバルブ１０が撓んで開弁した後は、リーフバルブ１０は撓み量に応じてポート２を閉じる方向の附勢力を発揮し、コイルスプリング１５も同様にリーフバルブ１０が撓んだことによって下方へ押し下げられる変位量に応じてリーフバルブ１０をポート２を閉じる方向へ附勢力を発揮することになる。

すなわち、開弁後は、リーフバルブ１０の撓み量がリーフバルブ１０の撓みのバネ定数とコイルスプリングのバネ乗数との合成のバネ定数に比例して増加することになり、合成のバネ定数はリーフバルブ１０およびコイルスプリング１５の個々のバネ定数より低くなるので、リーフバルブ１０が開弁するピストン速度が中高速領域における減衰特性は、図２中の実線に示すように、低速領域における減衰係数より小さくなるが、低速領域で減衰力が立ち上がる分、中高速領域における減衰係数の傾きは、リーフバルブの内周を固定支持しするとともにコイルスプリングでリーフバルブを附勢する従来のバルブ構造の減衰特性における減衰係数（図２中破線）に比較して小さくなる。

よって、このバルブ構造によれば、緩衝器の減衰特性を車両のサスペンション用途に適するものとすることができ、車両における乗り心地を向上することができる。

また、イニシャルバルブ１１を従来のバルブ構造が具現化された減衰バルブに適用するだけで、上記効果を得ることができるので、製造コストの著しい上昇を招くことがなく、経済性が犠牲になることもない。

そして、ピストンロッド５の外周に直接にリーフバルブ１０が装着される構造を採用しており、リーフバルブがピストンからリフトするバルブ構造に比較してピストンロッド５へのリーフバルブ１０等の組付が容易となる。

さらに、自然長の長いコイルスプリング１５を大きい圧縮比で圧縮して使用して、リーフバルブ１０の開弁圧を確保する必要もないので、バルブ構造の全長が長尺化することがなく、緩衝器の伸縮可能範囲であるストローク長が短くなる不具合を生じさせず、車両への搭載性が悪化することも無い。

さらに、コイルスプリング１５のバネ定数を低く設定しても、リーフバルブ１０の開弁圧をイニシャルリング１１で調節することができ、リーフバルブ１０の初期撓みによる附勢力で開弁圧の大部分を手当てするようにしておけば、コイルスプリング１５の長尺化を避けることができ、ピストン速度が中高速領域にある場合の減衰係数をより一層小さくして、減衰特性を理想的なものとすることができ、経済性やストローク長を犠牲にすることなく車両における乗り心地をより一層向上できることになる。

なお、本実施の形態においては、減衰特性の変化を説明するために、ピストン速度に低速、中高速でなる区分を設けているが、これらの区分の境の速度はそれぞれ任意に設定することができる。

以上でバルブ構造の一実施の形態についての説明を終えるが、本発明のバルブ構造が緩衝器のピストン部の圧側減衰バルブに具現化することも、また、緩衝器の圧力室と体積補償用のリザーバとを仕切るベースバルブ部に具現化することも可能であり、およそ減衰力を発生する減衰力発生要素として機能するバルブに適用することが可能なことは勿論である。

なお、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。

本発明のバルブ構造は、たとえば、緩衝器の減衰バルブに利用することができる。

１ バルブディスクたるピストン
１ａ 底部
１ｂ 挿通孔
１ｃ 弁座
１ｄ，２ ポート
１ｅ 筒部
１ｆ 凹部
３ 窓
４ ピストンナット
４ａ ピストンナットにおける筒部
４ｂ ピストンナットにおける鍔
４ｃ ピストンナットにおける小径部
５ ピストンロッド
５ａ ピストンロッドにおける先端
５ｂ ピストンロッドにおける段部
５ｃ ピストンロッドにおける螺子部
１３，１０１ 間座
１０ リーフバルブ
１０ａ リーフバルブにおける環状板
１１ イニシャルバルブ
１４ バルブ抑え部材
１４ａ バルブ抑え部材における筒部
１４ｂ バルブ抑え部材における鍔部
１５ 附勢部材たるコイルスプリング
４０ シリンダ
４１ 上室
４２ 下室
１００ 圧側のリーフバルブ
１０２ バルブストッパ

Claims (2)

1. ポートが形成されるバルブディスクと、バルブディスクに積層されるとともに環状であって内周が固定支持され外周側の撓みが許容されてポートを開閉するリーフバルブと、ポートを閉塞する方向にリーフバルブを附勢してリーフバルブの撓みを抑制する附勢部材とを備えたバルブ構造において、リーフバルブが複数の環状板を積層して構成されるとともに、任意の環状板間に内径が環状板の内径より大径に設定される環状のイニシャルリングを介装したことを特徴とするバルブ構造。
2. 附勢部材がコイルスプリングであることを特徴とする請求項１に記載のバルブ構造。

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