JP5281523B2

JP5281523B2 - バルブ構造

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Publication number: JP5281523B2
Application number: JP2009208866A
Authority: JP
Inventors: 雄二森田
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2009-09-10
Filing date: 2009-09-10
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2029-09-10
Also published as: JP2011058562A

Description

本発明は、バルブ構造の改良に関する。

従来、この種のバルブ構造にあっては、たとえば、車両用の油圧緩衝器のピストン部等に具現化され、緩衝器内に二つの圧力室を隔成するピストンと、当該ピストンに設けたポートの外周に配置される環状弁座に着座する環状の積層リーフバルブとを備え、この積層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、積層リーフバルブの外周側を撓ませることによりポートを開閉するバルブ構造では、環状弁座に設けた切欠あるいは環状弁座に当接するリーフバルブの外周に設けた切欠によって形成されるオリフィスを備えており、積層リーフバルブが環状弁座から離座する開弁圧に達するまでは、作動油にオリフィスを通過させるようにしている。

バルブ構造を上記のような構成とすることで、ピストン速度が低い場合には、減衰力が立ち上がるオリフィス特有の自乗特性となる減衰特性（ピストン速度に対する減衰力変化）を得ることができ、また、ピストン速度が低速領域を脱して中高速となると積層リーフバルブが環状弁座から離座して減衰特性の傾きがピストン速度が低速領域にある場合に比較して小さくなる減衰特性を得ることができるようになっており、車両の乗り心地に適する減衰力を発揮することができるようになっている。

しかしながら、上記バルブ構造では、減衰特性が、ピストン速度の低速領域と中高速領域の境目で、急激に変化してしまうため、車体の振動状況に変化が生じ、これを車両搭乗者が知覚して乗り心地を損なう一因となる可能性がある。

そこで、積層リーフバルブの背面となる反ピストン側に積層されて積層リーフバルブの撓みを規制する間座の外周形状（外形）を円形とせず三角形としたり、外周に対して内周を偏心させたりして、積層リーフバルブの全周が一度に撓んでポートを開放するのではなく、積層リーフバルブの外周を部分的に順番に撓ませるようにして、減衰特性の急激な変化を緩和するバルブ構造が提案されるに到っている（たとえば、特許文献１参照）。

特開平１１−３３６８２５号公報

しかしながら、上述のように構成された減衰力バルブにおいては、特に問題がある訳ではないが、以下の不具合があると指摘される可能性がある。

というのは、積層リーフバルブにおけるリーフバルブの積層枚数が少ない場合にはよいが、積層枚数が多い場合、間座の形状を工夫するのみでは、積層リーフバルブの外周を部分的に順番に撓ませる効果が薄く、減衰特性の急激な変化を充分に緩和できない可能性がある。

そこで、本発明は、上記した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、確実に減衰特性の急激な変化を緩和することができるバルブ構造を提供することである。

上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、ポートが形成されるバルブディスクと、バルブディスクから立ち上がる軸部材と、バルブディスクに積層されるとともに軸部材に装着されてポートを開閉する環状のメインリーフバルブと、メインリーフバルブに積層されてメインリーフバルブとともに撓むことが可能な複数のサブリーフバルブとを備えたバルブ構造において、メインリーフバルブに当接するサブリールバルブが外周に対して偏心した内周を持つとともに軸方向から見てメインリーフバルブの外縁内に収まる外径に設定される偏心リーフバルブとされ、当該偏心リーフバルブより反バルブディスク側に積層されるサブリーフバルブの外形が軸方向から見て偏心リーフバルブの外縁内に収まる形状とされるとともに、内外周が同心であることを特徴とする。

本発明のバルブ構造によれば、メインリーフバルブの反バルブディスク側に積層されるサブリーフバルブが外周に対して内周が偏心する偏心リーフバルブとされていて、メインリーフバルブがサブリーフバルブによって支持されない外周部分が徐々に撓んでポートを徐々に開放するので、減衰係数の急激な変化を緩和することができる。

また、メインリーフバルブの外周の撓みの支点となるサブリーフバルブがメインリーフバルブの反バルブディスク側に直接積層されており、さらに、偏心リーフバルブとしてのサブリーフバルブの反ピストン側に積層されるサブリーフバルブの外形が軸方向から見てサブリーフバルブの外縁内に収まる形状とされているので、サブリーフバルブがメインリーフバルブの外周のみの撓みを阻害することが無く、サブリーフバルブの積層枚数が多くとも、メインリーフバルブの外周を徐々に撓ませることができ、確実に減衰特性の急激な変化を緩和することができるとともに、サブリーフバルブ１２が内周と外周が同心の円環状とされるので、サブリーフバルブ１１に対して、周方向に位置決める必要が無いので、組みつけが容易で減衰特性も製品毎にばらつくこと無いということになる。

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の縦断面図である。一実施の形態のメインリーフバルブとサブリーフバルブとを積層した状態における平面図である。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伸側の減衰特性を示した図である。

以下、本発明のバルブ構造を図に基づいて説明する。一実施の形態におけるバルブ構造は、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、ポート２が形成されるバルブディスクたるピストン１と、ピストン１から立ち上がる軸部材としてのピストンロッド５の先端５ａと、環状であって上記先端５ａの外周に装着されるとともに上記ピストン１に積層されてポート２を開閉する環状のメインリーフバルブ１０と、メインリーフバルブ１０に積層されてメインリーフバルブ１０とともに撓むことが可能な複数のサブリーフバルブ１１，１２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、軸部材を形成するピストンロッド５の先端５ａが挿通されて上記先端５ａに固定されるピストン１と、シリンダ４０内にピストン１で隔成される図１中上方側の一方室４１と下方側の他方室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、この場合、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、一方室４１内の圧力が上昇して一方室４１から他方室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メインリーフバルブ１０とサブリーフバルブ１１，１２が協働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減衰力発生要素として機能している。

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の軸心部に緩衝器のピストンロッド５の先端５ａ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ピストン１の底部１ａよりメインリーフバルブ１０側に突出する環状の弁座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他方室４２から一方室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。

上記ピストン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、それぞれ環状であって圧側のチェックバルブ２０、間座２１およびバルブストッパ２２の内周とピストン１の挿通孔１ｂに上記ピストンロッド５の先端５ａを挿入した後、当該先端５ａにピストン１の図１中下方に配置される環状のリーフバルブ１０、サブリーフバルブ１１，１２、間座１３を組み付けたのち、ピストンロッド５の先端５ａに設けた螺子部５ｃにピストンナット６を螺着することによって、ピストン１と上記各部材はピストンロッド５の段部５ｂとピストンナット６とで挟持されてピストンロッド５に固定される。

なお、この実施の形態の場合、ポート１ｄの下端となる吸込側端は、ポート２の開口端より外周側に配置されてピストン１に積層されるメインリーフバルブ１０によって閉塞されないようになっており、ポート２の上端となる吸込側端はチェックバルブ２０によって閉塞されないようになっている。ポート２がチェックバルブ２０に閉塞されず、ポート１ｄがメインリーフバルブ１０に閉塞されなければ、その配置や形状について図示したものに限定されることはなく、たとえば、各ポート２，１ｄを同一円周上に配置して弁座をいわゆる花弁型とする構成を採用してもよい。

また、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、シリンダ４０に対する軸ぶれを回避するために必要な軸方向の摺接長さを確保しつつ、メインリーフバルブ１０、サブリーフバルブ１１，１２等のバルブ構造を構成する一部または全部の部材をピストン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６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利点がある。

そして、ピストン１の底部１ａには、メインリーフバルブ１０とサブリーフバルブ１１，１２が積層され、これらメインリーフバルブ１０とサブリーフバルブ１１，１２は、環状であってピストンロッド５の先端５ａの外周に装着され内周側がピストン１とピストンナット６によって挟持されて固定されるとともに外周が自由端とされて外周撓みが許容されている。

メインリーフバルブ１０は、円環上であって、この図１中上面を弁座１ｃに当接させて、ピストン１のポート２を閉塞することができ、撓むことでポート２を開放するようになっている。また、サブリーフバルブ１１，１２は、メインリーフバルブ１０とともに撓むことができるようになっており、メインリーフバルブ１０を含めたバルブ全体の撓み剛性の調整要素となっている。

そして、サブリーフバルブ１１，１２のうち、メインリーフバルブ１０の反ピストン側面に当接しているサブリーフバルブ１１は、環状であって外周に対して偏心した内周を持つとともに図２に示すように、軸方向から見てメインリーフバルブ１０の外縁内に収まる外径に設定された偏心リーフバルブとされている。

さらに、この偏心リーフバルブであるサブリーフバルブ１１より反バルブディスク側となる反ピストン側に積層されるサブリーフバルブ１２の外周形状、すなわち、外形は、軸方向から見てサブリーフバルブ１１の外縁内に収まる形状とされている。

具体的には、サブリーフバルブ１２は、図２に示すように、内外周が同心に設定される円環状とされていて、この場合、外縁が軸方向から見てサブリーフバルブ１１の外縁に接する外径に設定されている。サブリーフバルブ１２の外形が軸方向から見て偏心リーフバルブとしてのサブリーフバルブ１１の外縁内に収まるという定義には、上記のようにサブリーフバルブ１２の外形とサブリーフバルブ１１の外縁とが軸方向から見て接することが含まれる。

なお、サブリーフバルブ１２の外形は、軸方向から見て偏心リーフバルブとしてのサブリーフバルブ１１の外縁内に収まるのであれば、必ずしも円環状とされずともよい。

また、この実施の形態においては、サブリーフバルブ１２は、一枚の環状板で構成されているが、複数枚の環状板で構成されていてもよく、サブリーフバルブ１２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、複数枚で構成される場合には、偏心リーフバルブであるサブリーフバルブ１１に積層される全てのサブリーフバルブの外形が軸方向から見てサブリーフバルブ１１の外縁内に収まるようになっていればよい。

また、メインリーフバルブ１０が着座している弁座１ｃには、凹部１ｆが設けられており、メインリーフバルブ１０が弁座１ｃに着座してポート２を閉じた状態では、当該凹部１ｆで一方室４１と他方室４２とを連通するようになっていて、当該凹部１ｆは固定オリフィスとして機能するようになっている。

なお、上記のように固定オリフィスとして機能する凹部１ｆを設ける代わりに、メインリーフバルブ１０の外縁から内周へ向けて固定オリフィスとして機能する切欠を設けるようにしてもよい。このように切欠を設ける場合、メインリーフバルブ１０を二枚の環状板で構成して、弁座１ｃに着座した状態でオリフィスの断面積が環状板の板厚と切欠幅で設定されるようにしてもよい。

つづいて、一実施の形態におけるバルブ構造の作用について説明すると、上述したように、ピストン１がシリンダ４０に対して図１中上方側に移動すると、一方室４１内の圧力が高まり、一方室４１内の作動油はポート２を通過して他方室４２内に移動しようとする。

そして、緩衝器の伸縮速度となるピストン速度が微低速領域にある場合、メインリーフバルブ１０は、一方室４１の圧力と他方室４２の圧力の差が小さいので外周を撓ませることなくポート２を閉塞したままとなって、作動油は、上述の弁座１ｃに設けた凹部１ｆによって形成される固定オリフィスを通過する。

したがって、このときの減衰特性（ピストン速度に対する減衰力の関係）は、図３中実線で示すが如くとなり、この微低速領域では、減衰係数は比較的大きいものとなる。

他方、ピストン１の速度が低速領域に達して、一方室４１の圧力と他方室４２の圧力との差が大きくなり、作動油のメインリーフバルブ１０を図１中下方へ押し下げる力が大きくなって、メインリーフバルブ１０の外周が撓むようになる。

ここで、メインリーフバルブ１０の背面には、外周に対して内周が偏心する偏心リーフバルブとしてのサブリーフバルブ１１が積層されていて、メインリーフバルブ１０は、サブリーフバルブ１１によって支持されない外周部分から撓み始める。そして、当該撓み始めにおいて、サブリーフバルブ１１によって支持されない外周部分がサブリーフバルブ１１の外縁を支点として撓むので、上記外周部分における見掛け上の撓み剛性は、メインリーフバルブ１０の外縁とサブリーフバルブ１１の外縁の径方向差が最も大きい部分ａが最も小さく、上記径方向差が最も小さい部分ｂで最も大きくなる。

そのため、メインリーフバルブ１０のサブリーフバルブ１１によって支持されない外周部分は、ピストン速度の上昇に対して部分ａから撓み始めて、図２中の矢印で示したように、徐々に部分ｂに向かって撓んで行き、最終的に部分ｂが撓んで、弁座１ｃの全周に亘ってポート２を開放する。

このように、メインリーフバルブ１０が撓むため、ピストン速度が低速領域にある場合、ピストン速度の上昇に伴って弁座１ｃとリーフバルブ１０との間の隙間が徐々に大きくなってポート２が開放されることとなり、ピストン速度が低速領域にあるときの減衰特性は、図３中実線で示すが如く、ピストン速度が微低速領域にあるときの固定オリフィスによって得られる減衰係数に比較して小さくなるとともに、ピストン速度の上昇に応じて徐々に滑らかに減衰係数が低くなる特性となる。

他方、ピストン１の速度が中高速領域に達して、一方室４１内の圧力と他方室４２内の圧力との差が大きくなると、作動油のメインリーフバルブ１０を図１中下方へ押し下げる力が大きくなって、メインリーフバルブ１０とともにサブリーフバルブ１１，１２も撓むようになって、ポート２が大きく開放されるようになる。

このように、メインリーフバルブ１０およびサブリーフバルブ１１，１２が撓むと、弁座１ｃとメインリーフバルブ１０との間に大きな隙間が生じてポート２を大きく開放され、また、当該隙間はピストン速度に比例して大きくなる。すなわち、ピストン速度が中高速領域にあるときの減衰特性は、図３中実線で示すが如く、ピストン速度の増加に対して比例はするものの微低速領域における固定オリフィスに依存した減衰係数より小さくなり、減衰特性の傾きが小さくなる。

そして、ピストン速度が低速領域にある際の減衰係数は、微低速領域の高い減衰係数から中高速領域の小さい減衰係数まで徐々に滑らかに変化するので、減衰係数の急激な変化を緩和することができる。

そして、メインリーフバルブ１０の外周の撓みの支点となるサブリーフバルブ１１がメインリーフバルブ１０の反バルブディスク側となる反ピストン側に直接積層されており、さらに、偏心リーフバルブとしてのサブリーフバルブ１１の反ピストン側に積層されるサブリーフバルブ１２の外形が軸方向から見てサブリーフバルブ１１の外縁内に収まる形状とされているので、サブリーフバルブ１２がメインリーフバルブ１０の外周のみの撓みを阻害することが無く、サブリーフバルブ１２の積層枚数が多くとも、メインリーフバルブ１０の外周を徐々に撓ませることができ、確実に減衰特性の急激な変化を緩和することができることになる。

また、サブリーフバルブ１２が内周と外周が同心の円環状とされるので、サブリーフバルブ１１に対して、周方向に位置決める必要が無いので、組みつけが容易で減衰特性も製品毎にばらつくこと無いという利点を享受することができる。

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、ピストン速度に微低速、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、ベースバルブ部に具現化することも可能であり、本発明の効果を失うことも無い。

また、上記した実施の形態では、軸部材をピストンロッド５の先端５ａとしているが、これに代えて、バルブディスクと一体あるいは別体な軸部材をバルブディスクに設けるようにしてもよい。

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。

本発明は緩衝器等のバルブに利用可能である。

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
５ピストンロッド
５ａ軸部材としてのピストンロッドの先端
５ｂ段部
５ｃ螺子部
６ピストンナット
１０メインリーフバルブ
１１偏心リーフバルブとしてのサブリーフバルブ
１２サブリーフバルブ
１３間座
２０チェックバルブ
２１間座
２２バルブストッパ
４０シリンダ
４１一方室
４２他方室

Claims

ポートが形成されるバルブディスクと、バルブディスクから立ち上がる軸部材と、バルブディスクに積層されるとともに軸部材に装着されてポートを開閉する環状のメインリーフバルブと、メインリーフバルブに積層されてメインリーフバルブとともに撓むことが可能な複数のサブリーフバルブとを備えたバルブ構造において、メインリーフバルブに当接するサブリールバルブが外周に対して偏心した内周を持つとともに軸方向から見てメインリーフバルブの外縁内に収まる外径に設定される偏心リーフバルブとされ、当該偏心リーフバルブより反バルブディスク側に積層されるサブリーフバルブの外形が軸方向から見て偏心リーフバルブの外縁内に収まる形状とされるとともに、内外周が同心であることを特徴とするバルブ構造。