JP5183096B2 - 緩衝装置の逆止めバルブ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文記載の緩衝装置（shock absorber）に関する。

この種の逆止めバルブ（nonreturn valve）は、緩衝装置の圧縮運動と反発運動との相違を実感（realize）するために使用される。なぜなら、圧縮運動中、緩衝装置は、ピストンの片側からもう一方の側面、すなわち第２チャンバから第１チャンバに移動する液体に付与する粘性（flow resistance）をなるべく少なくしなければならないからである。反発運動中は、抵抗が大きくなり、緩衝装置の緩衝作用の大半を構成する。この目的を達成するために、様々なタイプの緩衝装置が先行技術において提案されている。

特開昭５８−２１１０３８号には、緩衝器（damper）が開示されている。バルブシート及びその上で作用するプレートの上部（ピストンをシリンダーから移動する方向）にはバネ仕掛けの補助構造（spring-loaded auxiliary structure）が設けられている。この補助構造には、かかるバネ仕掛構造が常に流体接続しているよう、周囲のハウジングよりも小さい外径のリングが含まれる。バルブプレートは、バネ仕掛けの構造の方向に移動でき、その内周には放射状に伸張する突起を有する。このように形成された凹部は、上記のようにシートとは協動せず、可撓性プレートの下に位置するプレートアセンブリと協動する。

米国特許番号第２００５／０２１１０８７号は、緩衝装置の先端の固定手段が外方向に運動する時に、通常開かれている流体通路が、シートに向かって（against）移動する可撓性バルブプレートによって閉鎖される、クレーム１の前文記載の緩衝装置に関して記載している。この閉鎖運動は、１つのステップで行われ、すなわち、変位可能(displaceable)なバルブプレートの外周全体に沿って、瞬間的にバルブシートのシーリングが行われる。
特開昭５８−２１１０３８号 米国特許番号第２００５／０２１１０８７号

本発明の目的は、より高い快適性を提供するために、固定手段から移動する時の閉鎖運動がより段階的に行われることを特徴とする、緩衝装置を提供することである。この目的は、クレーム１記載の特徴を有する緩衝装置により達成される。

本発明によると、バルブシートの開口部は瞬間的に閉鎖されない。第１位置の部分を閉鎖するのに必要な液体移動（圧力差）は、第２位置の部分を閉鎖するよりも小さい。第１及び第２位置の間に閉鎖が移行すると、流量（fluid flow）は段階的に抑圧され、快適性を提供する。

本発明によれば、圧力差に対する抵抗が小さいことから、第１位置の部分が先ずバルブシートに達し、その後第２位置の部分がバルブシートに達する。第２位置の部分は、より高い圧力差、つまり流量によって閉鎖される。

本発明によれば、逆止めバルブは、通路を移動する液体が一定の流速に達したときにのみアクティブとなる。好ましくは、バルブプレートは、バルブシートの方向にだけ動き、流速が４ｃｍ^３／ｓより速いときに閉鎖運動を行う。

この閉鎖特徴は、考えられるあらゆる方法で実現されうる。有利な態様によると、静止状態においてバルブプレートは、バルブシートから一定の距離、特に少なくとも０．０５ｍｍの距離に配置されるときに実現される。液体の流入があるときには、特に圧力差を考慮すると、定義された閾値を越えると、バルブプレートはバルブシートの開口部の方向に変位する（move）。この種の運動は、好ましくは段階的に行われ、つまり、開口部は段階的に閉鎖される。その結果、流速が遅いときには、緩衝作用はなく、この緩衝作用は速度がより速くなると連続して増加し、その結果乗車がより快適となる。一方、緩衝装置が、大きく移動するときの緩衝作用は、従来の緩衝装置に相当する緩衝作用となる。

本発明の特別な態様によれば、バルブプレートは、バルブシートに対して（against）配置されるスペーサーと共にバルブシートから一定の距離に配置される平坦なプレートである。バルブシートも同様に平坦なプレートとして設計され、その中に複数の、好ましくは直径方向（diametrally oriented）を有する開口部を有することが好ましい。緩衝特性は、開口部の数、開口部の大きさ、開口部の配設されているパターンを変更することによって変わりうる。一つの単純なステップとしては、バルブシートプレートに配設されている開口部の数及び／又は開口部の大きさを変更することである。これにより、所望の緩衝作用を有して、車両（vehicle）に合わせた最適な乗車が可能となる。

本発明によると、特別な変数（variant）によって、連続して増加する緩衝作用を得ることができる。流速が遅い場合、又は静止状態にあるときに、バルブプレートはバルブシートプレートから一定の距離に位置し、特に開口部がその中に配設される。本発明によると、速度が上昇したときにバルブプレート全体がバルブシートの開口部の方向に動くのではなく、バルブシートの開口部の位置でバルブプレートの方向に強制的に移動する（波動）ように、バルブプレートは可撓性を有して設計されている。つまり、複数の開口部がバルブシートプレートに存在する場合に、バルブプレートは、バルブシートプレートの方向に、少ない程度ではあるが開口部の間に押しやられる（drive）。その結果、開口部の間（好ましくは、直径方向）とスペーサーの位置に常に流路（flow passage）が存在する。つまり、スペーサーの位置では、バルブプレートは、バルブシートプレートの方向に変位することはできず、常に開口部が存在する。円周通路（circumferential passage）がそこに形成される。逆止めバルブをはさんだ圧力差がさらに増加すると、上記の波動、つまり開口部の位置と、少ないが開口部間の領域とにおけるバルブプレートの弾力的な変形（elastic deformation）が反対方向になり、バルブプレートは、外周全体にわたってスペーサーから離れてバルブシートプレートに押圧され、逆止めバルブが実質的に完全に閉鎖する。その結果、バルブプレートは、ローリングモーションを行う。

このようにして、より高いレベルの快適性を得ることができるだけでなく、高い緩衝速度で、望めば完全な（stiff）緩衝作用を得られる。さらに、緩衝装置により伝わる音、すなわち車両本体に伝わる交通騒音が部分的に遮断されることが観察された。段階的な伝播により、騒音はさらに減少する。

バルブシートプレートの開口部の型、位置と数、連結するスロットの「高さ」を変えることに加えて、バルブシートからバルブシートプレートまでの距離、バルブプレートの剛性及び、静止状態におけるバルブシートプレートに対するバルブプレートの位置を変更することによって緩衝特性を制御することができる。

逆止めバルブは、シリンダー又はピストン内のどちらに配置されてもよい。シリンダー内に配置される場合には、タンク（reservoir）からオイルを供給する機能と、オイルがタンクへと流入する、内方向への運動の間は閉鎖する機能を有する（２個のチューブの間にタンクが区切られている緩衝装置のボトムバルブ機能）。

また本発明は、緩衝装置の逆止めバルブの開口部を閉鎖する方法にも関する。かかる逆止めバルブは、バルブシートと、バルブシートを覆うことができるように配置されたバルブプレートとを備え、バルブシートとバルブプレートの間の一面に配置されるスペーサーを備え、第１閉鎖ステップ中には、前記バルブプレートは、前記バルブシートの開口部に直接隣接してバルブシートに押圧され、第２閉鎖ステップ以降では、前記バルブプレートは、前記バルブシートの前記開口部からさらに離れた位置で前記バルブシートに押圧される。

以下に本発明を、図面に示される具体的態様を参照しながら、より詳細に説明する。

図１は、一般的に、全体を１と表示する緩衝装置を示す。緩衝装置は、シリンダー２と、その中に配置される移動可能なピストン３とを備え、前記シリンダーは、ピストンロッド４に連結し、その末端には車両に接続するための固定点を有する。シリンダー２には、固定点６が備わっている。ピストンは、第１チャンバ７と第２チャンバ８とを区切っている。図面では、ピストンを通る複数の通路は図式的に示されている。適切であれば、緩衝装置には、ボトムバルブとして知られているものが備えられている。本発明の逆止めバルブは、添付の図面を参照して説明されるが、示される通路内のピストンと、底部の両方で使用することができる。ｂバルブの場合、緩衝装置液用の補助タンクがあり、シリンダー２の周辺に同軸のシリンダーを追加して固定してもよいし、別個のタンクであってもよい。

図２及び３は、ピストン３の上部に配置される逆止めバルブの詳細を示す。この逆止めバルブは、全体を１０で示し、可撓性を有する物質からなるバルブプレート１１とバルブシート１２とを備えている。１４で示される開口部はバルブシートプレート１２に配設される。これらは、直径方向に広がる開口部である。スペーサーリング１３は、バルブシート１２とバルブプレート１１との間に配置されている。バルブプレート１１の外周は１７で示される。バルブシート１２の下には、ピストン１６に連結する支持プレート１５がある。ピストンは、ピストン体１６と、上部に逆止めバルブ１０を備えている。緩衝特性に影響するさらなる通路がピストン内に存在しうることを理解されたい。

図３に示されるように、搭載された状態、すなわち液体の流れがない状態では、スペーサー１３の存在は、バルブプレート１１がバルブシートプレートから距離をおいて位置していることを意味する。本発明によれば、この距離は０．０５〜０．５ｍｍの範囲内であり、図示されている態様ではこの距離は搭載された状態で約０．３ｍｍである。

逆止めバルブは、図１でピストン３が下方向に移動している間、すなわちもし車両のタイヤが障害物に衝突した場合に、障害物を構成しないように構成されている。逆止めバルブ１０の作用は、復帰運動（return movement）すなわち、液体が第１チャンバ７から第２チャンバ８へと流出する場合にのみ重要となる。この液体の流出が、さほど大きくない場合にはバルブプレート１１をはさむ速度差は低くなり、その結果、このプレート１１はバルブシートプレート１２の方向に移動しないか、わずかしか移動しない。これは、図２及び図３の実線１９で示されている。つまり、小さな障害物に遭遇した場合には、緩衝装置の復帰運動（リバウンド）は、いかなる緩衝作用も起こさず、快適性をもたらす。

流速が速くなるとすぐに、速度差によって誘因された圧力差により、バルブプレート１１はバルブシートプレート１２の方向に移動する。しかし、バルブプレート１１は弾性的に変形しうるので、バルブプレート１１の全体が、下方向の運動をするのではなく、この運動は、開口部１４までの距離の関数（function）として変化する。つまり、相対的に、開口部１４の間の領域よりも開口部１４の位置で、バルブプレートの弾性変化が大きいことを意味する。これは図４に図式的に示されており、図５〜７の関連する断面図にも示されている。スペーサー１３の存在により、バルブプレートの直接隣接部がバルブシートプレート１２上に移動することはない。つまり、そこには常に遮断されていない（free）通路開口部１８が常に存在する。

スペーサーの存在により、上述の運動は、開口部１４を段階的に閉鎖する。閉鎖は、外周に一番近い点３１（第１位置）から開始され、中間地点３３を介して、スペーサーリング１３が位置する中央部近辺の第２位置（３２）の方向に向かう。先ず、３１でシーリングが行われ、続いて３３そして最後に３２でシーリングが行われる。流速によって、３１又は３３でのみシーリングが行われることもある。十分な圧力差による最終結果は、開口部１４と開口部１８が完全に離れて閉鎖されている状態である。開口部１４の段階的な閉鎖により緩衝作用が段階的に完全となり、すなわち、緩衝液の粘性が段階的に増加することを意味する。図８は、バルブプレート１１の外周１７からの抜粋（excerpt）を示し、流速が上昇すると、バルブプレート１１において波形が段階的に形成され、最初に開口部１４で閉鎖することを明確に示している。バルブプレートをはさんだ圧力差がさらに増加すると、バルブプレート１１は、バルブシートプレート１２上、恐らく外周１７の周辺に押圧される。この工程は図８ａ〜ｃで示される。図８ｃは、バルブプレート１１とバルブシートプレート１２が互いに外周で支えている（bear）状態を示す。この状態では、バルブプレート１１とバルブプレート１２との間に液体が流れることは不可能となる。図８ｂに示される段階では、バルブプレート１１に波型は存在するが、開口部１４は、スペーサー１３の周辺で完全に閉鎖している。この状態では、バルブプレート１１とバルブシートプレート１２との間に液体が流れることは可能であり、点線の矢印２０で示される。

本発明は、非常に特別な緩衝特性を提供する。特に、逆止めバルブ１０をはさんで液体速度が遅い時には、緩衝作用は起こらない。速度が速くなると、開口部が段階的に閉鎖し、その結果、作用１４が１８と離れて完全に閉鎖されるまで、流量が制限され、つまり緩衝作用がより堅くなる。バルブプレート１１をはさんだ圧力差がさらに増加すると、外周で完全に閉鎖され、その後液体が流れることが不可能となる。

前記緩衝特性を所望の通りに改変するには、多くの可能性があることを理解されたい。例えば、可撓性を有するプレート１１の物質の剛性を変更することができる。さらに、スペーサーの厚さ、スペーサーの直径も変更できる。開口部１４にも同様のことが適用でき、数や型を変更することができる。

さらに、本発明は、流れが停止若しくは、逆方向になると、バルブプレート１１はその弾性により静止位置に自動的に戻るために、逆止めバルブの開口部にわずかな遅延が生じることに利点がある。その結果、緩衝特性が直ちに適用される。

本発明は、緩衝特性が所望の特性を有することを可能にする。例えば、バルブ設定と溝との正しい組合せを用いて、正しい配置にするために必要な定数の特性を進行的にすることも可能である。

上記の通り、当業者は多くの改変を行うことができる。既存の緩衝装置のデザインを上記で提案されたものと組み合わせることができる。このタイプの改変は、クレームの範囲内である。

図１は、本発明の緩衝装置の断面図を図式的に示す。 図２は、図１に示される緩衝装置のピストンに備えられた逆止めバルブの詳細を示す。 図３は、図２に示されたパーツを組み立てた状態を示す。 図４は、バルブシートプレートに対するバルブプレートの位置の部分的断面図の透視図である。 図５は、図４の断面（Ｖ−Ｖ）を示す。 図６は、図４の断面（VI−VI）を示す。 図７は、図４の断面（VII−VII）を示す。 図８は、各位置ａ〜ｃにおける逆止めバルブの外周縁の変化を示す。

Claims (10)

1. シリンダー（２）と、前記シリンダーの内部で移動可能なピストン（３）と、前記ピストンに連結されるピストンロッド（４）とを含む緩衝装置（１）であり、前記ピストンロッド及び前記シリンダーは、車両に固定するための固定手段（５、６）を備え、前記ピストンは、前記シリンダーを２つのシリンダーチャンバ（７、８）に分割し、前記チャンバは、前記ピストンロッドによっても区切られる第１チャンバ（７）と第２チャンバ（８）であり、かつ変位可能な（displaceable）バルブプレート（１１）と前記バルブプレートと相互作用するバルブシート（１２）とを有する逆止めバルブ（１０）を備え、流速が遅いときには、前記バルブが実質的にどちらの方向への流れも閉鎖せず、流速がより速いときには、前記バルブが前記シリンダーから前記ピストンが移動する方向に閉鎖するようになされ、前記バルブプレート（１１）が、前記バルブシート（１２）よりも可撓性を有し、前記ピストンが前記シリンダーから移動したときに、前記バルブプレート（１１）上の第１位置（３１）は、前記バルブプレート（１１）上の第２位置（３２、３３）よりも早く閉鎖運動を行い、前記バルブシート（１２）が開口部（１４）を画定する緩衝装置であって、
   前記バルブシートが、バルブシートプレート（１２）を含み、
   前記バルブプレートが、スペーサー（１３）を介して前記バルブシートプレートに支えられている弾性的可撓性プレートであり、前記スペーサーが、流れがない状態で、前記バルブシートプレートから任意の距離に前記バルブプレートを維持し、
   前記開口部（１４）が、前記バルブシートプレート（１２）中に配設され、前記開口部が前記バルブシートプレートによって全側面を包囲されて前記開口部の境界を画定し、
   閉鎖されているときには、前記開口部（１４）の前記境界が、前記バルブプレートで、前記第１（３１）及び前記第２（３２、３３）の両方の位置でシールし、
   前記スペーサーが、前記バルブプレートと前記バルブシートプレートとの間の前記開口部の一面に配置されており、それによって、前記バルブプレートと前記バルブシートプレートとの間の、前記スペーサーに直接隣接する前記開口部の前記境界の位置には、遮断されていない通路開口部（１８）が常に存在することを特徴とする緩衝装置。
2. 開口部が、直径方向開口部（１４）を含むことを特徴とする、請求項１記載の緩衝装置。
3. 遅い流速が、４ｃｍ／ｓ未満であり、より速い流速が１０ｃｍ／ｓより速いことを特徴とする、請求項１又は２に記載の緩衝装置。
4. バルブプレート（１１）が、静止状態で、バルブシート（１２）から少なくとも０．０５ｍｍの距離に配置されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の緩衝装置。
5. バルブプレート（１１）がリングを備え、前記リングの外周縁が、シールを形成するために前記バルブシートプレート上に移動することができることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の緩衝装置。
6. バルブシートプレートが、間隔が離れた複数の直径方向開口部（１４）を備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の緩衝装置。
7. 逆止めバルブが、シリンダー内に配置されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の緩衝装置。
8. 逆止めバルブが、ピストン内に配置されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の緩衝装置。
9. 緩衝装置（１）の逆止めバルブ（１０）の開口部（１４）を閉鎖する方法であって、前記逆止めバルブが、バルブシート（１２）と、前記バルブシートを覆うことができるように配置されるバルブプレート（１１）とを含み、かつ前記バルブシート（１２）と前記バルブプレート（１１）との間の一面に配置されるスペーサー（１３）を備え、第１閉鎖ステップの間、前記バルブプレートは、前記バルブシートの開口部（１４）に直接隣接して前記バルブシートに押圧され、前記スペーサーの隣接部の通路開口部（１８）を遮らず、第２ステップ以降で、前記バルブプレートは、前記バルブシートの前記開口部（１８）からさらに離れた位置で前記バルブシートに押圧されることを特徴とする前記方法。
10. 第１ステップから第２ステップへの移行が、波動を含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。

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