以下に、図示した実施の形態に基づいて、この発明を説明する。一実施の形態におけるダンパDは、図1に示すように、シリンダ1と、シリンダ1内に移動可能に挿入されるピストンロッド2と、シリンダ1内に移動可能に挿入されてシリンダ1内をロッド側室R1とピストン側室R2とに仕切るピストン3と、タンク4と、ロッド側室R1とピストン側室R2とを連通する第一伸側通路5に設けられて伸側高減衰バルブ6と、ピストン側室R2とタンク4とを連通する第一圧側通路7に設けられる圧側高減衰バルブ8と、タンク4とピストン側室R2とを連通する圧側吸込通路9に設けられる圧側吸込バルブ10と、ロッド側室R1とタンク4とを連通する第二伸側通路11に設けられる伸側低減衰バルブ12と、ピストン側室R2とタンク4とを連通する第二圧側通路13に設けられる圧側低減衰バルブ14と、第二伸側通路11と第二圧側通路13を開閉する切換弁要素15と、ロッド側室R1とピストン側室R2とを連通する調整通路16に直列して設けられる弁要素としてのオリフィス17およびチェックバルブ18とを備えて構成されている。このダンパDは、図示はしないが、たとえば、鉄道車両の車体と台車との間に介装されて、車体の水平方向の振動を抑制する。なお、ダンパの用途はこれに限定されるものではない。
また、ロッド側室R1とピストン側室R2には液体として作動油が充填されるとともに、タンク4には、作動油のほかに気体が充填されている。液体は、作動油以外にも、水や水溶液を使用することも可能である。なお、タンク4内は、特に、気体を圧縮して充填することによって加圧状態とする必要は無いが、加圧状態としてもよい。
以下、各部について説明する。シリンダ1は筒状であって、その図1中右端は蓋19によって閉塞され、図1中左端には環状のロッドガイド20が取り付けられている。また、上記ロッドガイド20の内周には、シリンダ1内に移動自在に挿入されるピストンロッド2が摺動自在に挿入されている。このピストンロッド2は、一端をシリンダ1内に摺動自在に挿入されているピストン3に連結してあり、他端をシリンダ1外へ突出させており、シリンダ1に対して移動自在とされている。
また、このダンパDは、シリンダ1の外周を覆う外筒21を備えている。外筒21の図1中左端と右端は、シリンダ1と同様に、蓋19およびロッドガイド20とで閉塞されており、外筒21とシリンダ1との間の環状隙間でタンク4が形成されている。
そして、ピストンロッド2の図1中右端である先端は、シリンダ1内に挿入されたピストン3に連結され、ピストンロッド2の図1中左端である基端は、ロッドガイド20の内周を介してシリンダ1外へ突出している。また、ピストンロッド2の図1中左端である他端と、シリンダ1の右端を閉塞する蓋19には、図示はしないが、このダンパDを車体と台車との間の設置箇所へ取り付けることができるようにブラケットが設けられる。
ピストン3は、シリンダ1内に摺動自在に挿入されており、シリンダ1内をロッド側室R1とピストン側室R2とに仕切っている。ピストン3には、ロッド側室R1とピストン側室R2とを連通する第一伸側通路5および調整通路16と、第一伸側通路5に設置される伸側高減衰バルブ6と、調整通路16に設置される弁要素としてのオリフィス17と、調整通路16にオリフィス17に直列に設置されるチェックバルブ18と、途中にオリフィス23を備えたオリフィス通路22とが設けられている。
第一伸側通路5は、ロッド側室R1とピストン側室R2とを連通しており、途中には、ロッド側室R1からピストン側室R2へ向かう液体の流れのみを許容し、かつ、液体の流れに抵抗を与える伸側高減衰バルブ6が設けられている。この伸側高減衰バルブ6によって第一伸側通路5は、ロッド側室R1からピストン側室R2へ向かう作動油の流れのみを許容する一方通行の通路に設定されている。なお、伸側高減衰バルブ6は、本実施の形態では、上流側であるロッド側室R1の圧力が開弁圧に達すると開弁して第一伸側通路5を開放してロッド側室R1をピストン側室R2に連通させる調圧バルブとされている。
調整通路16は、ロッド側室R1とピストン側室R2とを連通しており、途中には、通過する作動油の流れに抵抗を与える弁要素としてのオリフィス17が設けられている。また、調整通路16には、ピストン側室R2からロッド側室R1へ向かう作動油の流れのみを許容するチェックバルブ18が設けられている。このチェックバルブ18によって調整通路16は、ピストン側室R2からロッド側室R1へ向かう作動油の流れのみを許容する一方通行の通路に設定されている。
弁要素としてのオリフィス17は、本実施の形態では、図2に示すように、通過する流量の増加に伴って流量に対する圧力損失増加率が大きくなる圧力流量特性を備えている。より詳細には、オリフィス17の圧力流量特性は、オリフィス17を通過する流量をQとし、通過する流量に対する圧力損失をPとし、係数をαとすると、P=α・Q2で表現される圧力流量特性を備えている。
また、オリフィス通路22は、ロッド側室R1とピストン側室R2とを連通しており、途中には、通過する作動油の流れに抵抗を与えるオリフィス23が設けられている。オリフィス通路22は、ロッド側室R1からピストン側室R2へ向かう作動油の流れ、および、ピストン側室R2からロッド側室R1へ向かう作動油の流れの双方を許容している。
さらに、本実施の形態では、ピストン側室R2とタンク4とを連通する第一圧側通路7および圧側高減衰バルブ8は、蓋19に設けられている。また、蓋19には、圧側吸込通路9と圧側吸込バルブ10とが設けられている。第一圧側通路7は、ピストン側室R2とタンク4とを連通しており、その途中には、ピストン側室R2からタンク4へ向かう液体の流れのみを許容し、かつ、液体の流れに抵抗を与える圧側高減衰バルブ8とオリフィス30が並列に設けられている。この圧側高減衰バルブ8によって第一圧側通路7は、ピストン側室R2からタンク4へ向かう作動油の流れのみを許容する一方通行の通路に設定されている。なお、圧側高減衰バルブ8は、本実施の形態では、伸側高減衰バルブ6と同様に調圧バルブとされており、上流側であるピストン側室R2の圧力が開弁圧に達すると開弁して第一圧側通路7を開放してピストン側室R2をタンク4に連通させる。また、第一圧側通路7、圧側高減衰バルブ8、圧側吸込通路9および圧側吸込バルブ10は、蓋19以外に設けられてもよいが、これらを蓋19に設ける方がダンパDの外径を小さくできる利点がある。また、オリフィス30は、圧側高減衰バルブ8に設置されてもよい。
圧側吸込通路9は、ピストン側室R2とタンク4とを連通しており、その途中には、タンク4からピストン側室R2へ向かう液体の流れのみを許容するチェックバルブでなる圧側吸込バルブ10が設けられている。圧側吸込通路9は、この圧側吸込バルブ10によってタンク4からピストン側室R2へ向かう作動油の流れのみを許容する一方通行の通路に設定されている。そして、ダンパDが伸長作動する際に液体が圧側吸込通路9を介してタンク4からシリンダ1内に供給され、ダンパDの伸長作動時における体積補償が行われる。
なお、本実施の形態では、ダンパDは、タンク4とロッド側室R1とを連通する伸側吸込通路24と、伸側吸込通路24の途中に設けたチェックバルブでなる伸側吸込バルブ25とを備えている。伸側吸込通路24は、この伸側吸込バルブ25によってタンク4からロッド側室R1へ向かう作動油の流れのみを許容する一方通行の通路に設定されている。このように、このダンパDの場合、ダンパDが収縮作動する際に、伸側吸込通路24を介して拡大するロッド側室R1へタンク4から作動油の供給を可能となっている。ダンパDの収縮作動時において調整通路16を通じてピストン側室R2からロッド側室R1へ移動する作動油でロッド側室R1内の容積増加分の体積を賄えなくなっても、伸側吸込通路24を介して作動油がロッド側室R1へ供給される。よって、本実施の形態のダンパDでは、ダンパDの収縮作動時のピストン3のシリンダ1に対する移動速度であるピストン速度が予期せぬ高速となっても、ロッド側室R1内が負圧となるのを防止できる。ロッド側室R1が負圧になると作動油内に溶け込んだ気体が気泡となって出現して発生減衰力が不安定となる現象を生むが、伸側吸込通路24と伸側吸込バルブ25の設置によってこの現象の発生を回避できる。
第二伸側通路11は、タンク4とロッド側室R1とを連通しており、第二圧側通路13は、タンク4とピストン側室R2とを連通している。具体的には、第二伸側通路11と第二圧側通路13は、合流してタンク4に接続される合流通路26を有しており、それぞれ、合流通路26から分岐してそれぞれロッド側室R1とピストン側室R2とに接続されている。
そして、伸側低減衰バルブ12は、第二伸側通路11の途中であって合流通路26よりもロッド側室R1側に設けられており、ロッド側室R1からタンク4へ向かう液体の流れのみを許容し、通過する液体の流れに抵抗を与えるようになっている。この伸側低減衰バルブ12は、伸側高減衰バルブ6およびオリフィス23に比較すると、通過流量が同じであれば伸側高減衰バルブ6およびオリフィス23よりも低い圧力損失を生じる圧力流量特性を備えている。伸側低減衰バルブ12は、調圧バルブに代えてオリフィスやチョークといった絞りを利用してもよい。また、圧側低減衰バルブ14は、第二圧側通路13の途中であって合流通路26よりもピストン側室R2側に設けられており、ピストン側室R2からタンク4へ向かう液体の流れのみを許容し、通過する液体の流れに抵抗を与えるようになっている。この圧側低減衰バルブ14は、圧側高減衰バルブ8、弁要素としてのオリフィス17およびオリフィス23に比較すると、通過流量が同じであれば圧側高減衰バルブ8およびオリフィス17,23よりも低い圧力損失を生じる圧力流量特性を備えている。圧側低減衰バルブ14は、調圧バルブに代えてオリフィスやチョークといった絞りを利用してもよい。
さらに、合流通路26には、切換弁要素15が設けられている。この実施の形態の場合、切換弁要素15は、合流通路26を開閉する電磁開閉弁とされており、連通ポジションを採る場合、第二伸側通路11と第二圧側通路13を開放し、遮断ポジションを採る場合、第二伸側通路11と第二圧側通路13を遮断する。よって、切換弁要素15が連通ポジションを採ると、作動油は、第二伸側通路11と第二圧側通路13を通過できるので、伸側低減衰バルブ12と圧側低減衰バルブ14が共に有効となる。また、切換弁要素15が遮断ポジションを採ると作動油が第二伸側通路11と第二圧側通路13を通過できなくなり、伸側低減衰バルブ12と圧側低減衰バルブ14が無効となる。なお、第二伸側通路11と第二圧側通路13は、合流してタンク4に連通する合流通路26を備えておらず、それぞれ別個独立してタンク4に連通されてもよい。この場合には、図3に示した第一変形例のダンパD1のように、第二伸側通路11に伸側開閉弁27を設け、第二圧側通路13に圧側開閉弁28を設けて、これら伸側開閉弁27および圧側開閉弁28を切換弁要素としてもよい。
この場合には、ダンパDの伸長作動時と収縮作動時のそれぞれで独立して第二伸側通路11と第二圧側通路13を開閉できる。なお、合流通路26を設けて切換弁要素15を設ける場合、切換弁要素15を一つの開閉弁で構成でき、部品点数とコストの低減が可能となる利益を享受できる。
以上のように構成されたダンパDの作動について説明する。まず、切換弁要素15が連通ポジションを採って第二伸側通路11および第二圧側通路13が開放された状態について説明する。この場合、第二伸側通路11および第二圧側通路13が開放されるため伸側低減衰バルブ12と圧側低減衰バルブ14とが有効となり、ダンパDが伸縮する際に、作動油は伸側低減衰バルブ12と圧側低減衰バルブ14とを通過できる。
まず、ダンパDが伸長作動すると、圧縮されるロッド側室R1内の圧力が上昇する。ピストン3がシリンダ1に対して低速で移動する場合、つまり、ピストン速度が低い場合、作動油は、圧縮されるロッド側室R1から伸側低減衰バルブ12を通過してタンク4へ移動するとともにオリフィス23を介してピストン側室R2へ移動する。また、拡大されるピストン側室R2には、圧側吸込バルブ10が開弁して圧側吸込通路9を通じてタンク4から作動油が供給される。このように、切換弁要素15が連通ポジションを採る場合、ピストン速度が低い場合、ダンパDは、図4に示すように、伸側低減衰バルブ12およびオリフィス23によって伸長を抑制する低い伸側減衰力を発揮する。
また、ダンパDの伸長作動時におけるピストン速度が高くなると、ロッド側室R1内の圧力が伸側高減衰バルブ6の開弁圧に達し、伸側高減衰バルブ6が開弁して第一伸側通路5を開放し、ロッド側室R1からピストン側室R2への作動油の移動を許容する。つまり、この場合、作動油は、伸側低減衰バルブ12を介してロッド側室R1からタンク4へ移動するだけでなく、伸側高減衰バルブ6およびオリフィス23を介してロッド側室R1からピストン側室R2へ移動する。よって、ピストン速度が高くなると伸側高減衰バルブ6も開弁して流路面積が増加するので、ダンパDの減衰力特性は、図4に示すように、伸側高減衰バルブ6の開弁に伴って減衰係数が低下する特性となる。なお、伸側高減衰バルブ6およびオリフィス23を通過してロッド側室R1からピストン側室R2へ移動する作動油量は拡大されるピストン側室R2の容積拡大量に対して不足する。この不足分の作動油は、圧側吸込通路9を通じてタンク4からピストン側室R2に供給される。
このように、切換弁要素15で第二伸側通路11と第二圧側通路13を開放してダンパDが伸長作動する場合、ピストン側室R2内の圧力はタンク圧となる。それゆえ、伸側減衰力に寄与するピストン3の受圧面積は、ロッド側室R1の圧力が作用するピストン3の断面積からピストンロッド2の断面積を差し引いた面積となる。
つづいて、切換弁要素15が連通ポジションを採りつつダンパDが収縮作動すると、圧縮されるピストン側室R2内の圧力が上昇する。ピストン速度が低い場合、作動油は、圧縮されるピストン側室R2から圧側低減衰バルブ14およびオリフィス30を通過してタンク4へ移動するとともに、チェックバルブ18が開弁するのでオリフィス17とオリフィス23を通過してロッド側室R1へ移動する。なお、オリフィス30の圧力損失は、圧側低減衰バルブ14における圧力損失よりも大きいため、オリフィス30を通過する作動油量は僅かである。また、拡大されるロッド側室R1には、オリフィス17,23を介してピストン側室R2から作動油が供給される。
ピストン3の収縮方向への移動を妨げる力は、ピストン側室R2の圧力にピストン3の断面積を乗じた値となるが、ピストン3の収縮方向への移動を助長する力は、ロッド側室R1に臨む受圧面積にロッド側室R1の圧力を乗じた値となる。ダンパDが収縮を妨げる圧側減衰力は、前記移動を妨げる力から前記移動を助長する力の差となるため、ロッド側室R1内の圧力が高ければ高い程、圧側減衰力が小さくなる。
第二圧側通路13が開放されてダンパDが低いピストン速度で収縮作動する場合、弁要素としてのオリフィス17とオリフィス23を通過する合計流量は、ロッド側室R1の単位時間当たりに拡大する容積と等しい。また、これと同じ条件でダンパDが収縮作動する場合、圧側低減衰バルブ14とオリフィス30を通過する合計流量は、ピストンロッド2が単位時間当たりにシリンダ1内に進入する体積と等しい。そして、同じ条件でダンパDが低いピストン速度で収縮する場合、オリフィス17,23で生じる圧力損失は、圧側低減衰バルブ14およびオリフィス30で生じる圧力損失より低くなるように設定されている。そのため、切換弁要素15が第二圧側通路13を開放してダンパDが低いピストン速度で収縮する場合、ロッド側室R1内の圧力はタンク圧より高くなる。
よって、ダンパDが収縮作動時には、ピストン側室R2からロッド側室R1へオリフィス17,23を通じて作動油が供給されるようになるため、ロッド側室R1内の圧力は、オリフィス17,23の圧力損失分だけピストン側室R2よりも低くなるがタンク圧より高くなる。したがって、切換弁要素15が連通ポジションを採って第二圧側通路13を開放した状態でダンパDが収縮作動する場合、図4に示すように、ダンパDが発揮する減衰力は、極低くなる。
また、ダンパDの収縮作動時におけるピストン速度が高くなると、ピストン側室R2内の圧力が圧側高減衰バルブ8の開弁圧に達し、圧側高減衰バルブ8が開弁して第一圧側通路7を開放し、ピストン側室R2からタンク4への作動油の移動を許容する。つまり、この場合、作動油は、圧側低減衰バルブ14を介してピストン側室R2からタンク4へ移動するだけでなく、圧側高減衰バルブ8を介してピストン側室R2からタンク4へ移動する。また、作動油は、オリフィス17,23を介してピストン側室R2からロッド側室R1へ移動する。
第二圧側通路13が開放とされてダンパDが高いピストン速度で収縮作動する場合、弁要素としてのオリフィス17とオリフィス23を通過する合計流量は、ロッド側室R1の単位時間当たりに拡大する容積と等しい。また、これと同じ条件でダンパDが収縮作動する場合、圧側高減衰バルブ8、圧側低減衰バルブ14およびオリフィス30を通過する合計流量は、ピストンロッド2が単位時間当たりにシリンダ1内に進入する体積と等しい。そして、同じ条件でダンパDが高いピストン速度で収縮する場合、オリフィス17,23で生じる圧力損失は、圧側高減衰バルブ8、圧側低減衰バルブ14およびオリフィス30で生じる圧力損失より低くなるように設定されている。そのため、切換弁要素15が第二圧側通路13を開放してダンパDが高いピストン速度で収縮する場合、ロッド側室R1内の圧力はタンク圧より高くなる。
また、ピストン速度が高くなると圧側高減衰バルブ8も開弁して流路面積が増加するので、ダンパDの減衰力特性は、図4に示すように、圧側高減衰バルブ8の開弁に伴って減衰係数が低下する特性となる。
このように、切換弁要素15で第二伸側通路11と第二圧側通路13を開放してダンパDが収縮作動する場合、ピストン側室R2からチェックバルブ18が開いて弁要素としてのオリフィス17を通過してロッド側室R1へ作動油が移動する。この場合、ロッド側室R1の圧力はピストン側室R2の圧力よりも低くなるもののタンク圧よりも高くなる。ロッド側室R1の圧力は、圧側減衰力を低くするようにピストン3に作用するから、ダンパDが収縮作動する場合、ロッド側室R1の圧力が高くなればなるほど、圧側減衰力に寄与するピストン3の見掛け上の受圧面積が小さくなるような効果を生む。
そして、オリフィス17の圧力流量特性は、通過する流量の増加に伴って流量に対する圧力損失増加率が大きくなる圧力流量特性を備えているので、ピストン速度が低い場合には、ロッド側室R1の圧力がピストン側室R2の圧力との差が小さくなる。そのため、切換弁要素15で第二圧側通路13を開放すると収縮作動時にあってもダンパDが発揮する減衰力は低くなる。また、ピストン速度が高くなっても、オリフィス17の設置でロッド側室R1の圧力がタンク圧以上になるため、見かけ上のピストン3の受圧面積がその分減少する効果を生むので、ダンパDが発揮する圧側減衰力は低くなる。
よって、切換弁要素15で第二伸側通路11と第二圧側通路13を開放する場合には、ダンパDが伸長しても収縮しても、ダンパDが発揮する減衰力を低くできる。
また、調整通路16を設けて、この調整通路16にオリフィス17とチェックバルブ18を設けたので、ダンパDが収縮する場合に、ピストン側室R2からロッド側室R1への作動油の移動が調整通路16によって許容される。調整通路16が存在しない場合、ダンパDが低いピストン速度で収縮すると、ピストン側室R2において減少する容積全体の作動油の通過を第二圧側通路13のみで許容しなくてはならない。よって、第二圧側通路13の流路面積を大きくして流路抵抗を小さくしなければ、ダンパDが発揮する減衰力がその分高くなってしまう。しかしながら、本実施の形態のダンパDでは、ピストン速度が低い場合、第二圧側通路13が通過を許容しなければならない作動油量は、ピストンロッド2がシリンダ1内に進入した体積分の作動油のみであるので、調整通路16がない場合よりも格段に少なくなる。よって、低い減衰力の発揮の際に使用される第二圧側通路13の流路面積の無用な大型化を避けつつ、ダンパDの収縮作動時の減衰力を低くできる。
次に、切換弁要素15が遮断ポジションを採って第二伸側通路11および第二圧側通路13が遮断された状態について説明する。この場合、第二伸側通路11および第二圧側通路13が遮断されるため、ダンパDが伸縮する際に、作動油は、伸側低減衰バルブ12と圧側低減衰バルブ14とを通過できなくなる。
まず、ダンパDが伸長作動すると、圧縮されるロッド側室R1内の圧力が上昇する。ピストン3がシリンダ1に対して極低速で移動する場合、つまり、ピストン速度が極低速である場合、第二伸側通路11が遮断されておりロッド側室R1の圧力が伸側高減衰バルブ6の開弁圧に達しない。よって、作動油は、圧縮されるロッド側室R1からオリフィス23を通過してピストン側室R2へ移動する。また、ピストン側室R2は、ダンパDの伸長作動によって拡大されるが、ロッド側室R1から供給される作動油量はピストン側室R2の拡大する容積に満たない。そのため、不足分の作動油は、圧側吸込バルブ10が開弁して圧側吸込通路9を通じてタンク4からピストン側室R2に供給される。このように、切換弁要素15が遮断ポジションを採る場合、ピストン速度が極低速である場合、ダンパDは、オリフィス23によって伸長を抑制する伸側減衰力を発揮する。よって、ダンパDが発揮する減衰力特性は、図5に示すように、オリフィス23の圧力流量特性に比例した特性となるが、第二伸側通路11が開放される場合に比較して減衰力は高くなる。
また、ダンパDの伸長作動時におけるピストン速度が高くなってロッド側室R1内の圧力が伸側高減衰バルブ6の開弁圧に達すると、伸側高減衰バルブ6が開弁して第一伸側通路5を開放し、ロッド側室R1からピストン側室R2への作動油の移動を許容する。通過流量が増える作動油はオリフィス23を通過しにくくなり、作動油は、主として伸側高減衰バルブ6を介してロッド側室R1からピストン側室R2へ移動する。このように、ピストン速度が高くなると伸側高減衰バルブ6が開弁して流路面積が増加する。よって、ダンパDの減衰力特性は、図5中実線で示すように、伸側高減衰バルブ6の開弁に伴って減衰係数が低下する特性となるが、図5中破線で示した切換弁要素15が連通ポジションを採る場合の減衰力に比較して大きくなる。なお、伸側高減衰バルブ6を通過してロッド側室R1からピストン側室R2へ移動する作動油量は拡大されるピストン側室R2の容積拡大量に対して不足するが、不足分の作動油が圧側吸込通路9を通じてタンク4からピストン側室R2に供給される。
このように、切換弁要素15で第二伸側通路11と第二圧側通路13とを遮断してダンパDが伸長作動する場合、ピストン側室R2内の圧力はタンク圧となる。それゆえ、伸側減衰力に寄与するピストン3の受圧面積は、ロッド側室R1の圧力が作用するピストン3の断面積からピストンロッド2の断面積を差し引いた面積となる。
つづいて、切換弁要素15が遮断ポジションを採りつつダンパDが収縮作動すると、圧縮されるピストン側室R2内の圧力が上昇する。ピストン速度が極低速域にある場合、作動油は、チェックバルブ18を開いて圧縮されるピストン側室R2からオリフィス17とオリフィス23を通過してロッド側室R1へ移動する。圧側高減衰バルブ8は、ピストン側室R2が開弁圧に達するまでは開弁しないので、作動油は、オリフィス30を通過してピストン側室R2からタンク4へ移動する。また、拡大されるロッド側室R1には、オリフィス17,23を介してピストン側室R2から作動油が供給される。
切換弁要素15が遮断ポジションを採って第二圧側通路13が遮断された状態でダンパDが低いピストン速度で収縮作動する場合、弁要素としてのオリフィス17とオリフィス23を通過する合計流量は、ロッド側室R1の単位時間当たりに拡大する容積と等しい。また、これと同じ条件でダンパDが収縮作動する場合、オリフィス30を通過する流量は、ピストンロッド2が単位時間当たりにシリンダ1内に進入する体積と等しい。ピストン側室R2の圧力は、オリフィス30の圧力損失分だけタンク圧よりも大きくなり、ロッド側室R1の圧力は、弁要素としてのオリフィス17とオリフィス23の圧力損失分だけタンク圧よりも大きくなる。オリフィス30の圧力損失が圧側低減衰バルブ14の圧力損失よりも大きい。そのため、ピストン側室R2内の圧力は切換弁要素15が遮断ポジションを採る方が連通ポジションを採る場合よりも大きくなる。
したがって、切換弁要素15が遮断ポジションを採り第二圧側通路13が遮断された状態でダンパDが低いピストン速度で収縮作動すると、図5中実線で示すようにダンパDが発揮する圧側減衰力は、図5中破線で示した第二圧側通路13を開放した場合に比較して非常に高くなる。
また、ダンパDの収縮作動時におけるピストン速度が高くなるとピストン側室R2内の圧力が圧側高減衰バルブ8の開弁圧に達し、圧側高減衰バルブ8が開弁して第一圧側通路7を開放し、ピストン側室R2からタンク4への作動油の移動を許容する。また、作動油は、オリフィス17,23を介してピストン側室R2からロッド側室R1へ移動する。
そして、切換弁要素15が遮断ポジションを採って第二圧側通路13が遮断された状態でダンパDが高いピストン速度で収縮作動する場合、弁要素としてのオリフィス17とオリフィス23を通過する合計流量は、ロッド側室R1の単位時間当たりに拡大する容積と等しい。また、これと同じ条件でダンパDが収縮作動する場合、圧側高減衰バルブ8とオリフィス30を通過する合計流量は、ピストンロッド2が単位時間当たりにシリンダ1内に進入する体積と等しい。そして、これと同じ条件でダンパDが収縮作動する場合、弁要素としてのオリフィス17とオリフィス23の圧力損失は、圧側高減衰バルブ8とオリフィス30の圧力損失と同等となるように設定されている。そのため、この状況では、ロッド側室R1内の圧力はタンク圧とほぼ等しくなる。
切換弁要素15が遮断ポジションを採ると、ダンパDが高いピストン速度で収縮作動する場合、ロッド側室R1内の圧力はタンク圧と同等となる。他方、圧側高減衰バルブ8の圧力損失が圧側低減衰バルブ14の圧力損失よりも大きくなるように設定されている。そのため、ピストン側室R2内の圧力は切換弁要素15が遮断ポジションを採る方が連通ポジションを採る場合よりも大きくなる。また、ピストン速度が高くなると圧側高減衰バルブ8も開弁して流路面積が増加する。よって、ダンパDの圧側減衰力特性は、図5に示すように、圧側高減衰バルブ8の開弁に伴って減衰係数が低下する特性となるものの、切換弁要素15が連通ポジションを採る場合に比較して大きくなる。よって、ダンパDがこの場合に発揮する圧側減衰力は、第二圧側通路13を開放した場合に比較して非常に高くなる。なお、ロッド側室R1には、伸側吸込通路24を通じてタンク4から作動油が供給可能とされているので、ダンパDの収縮作動時においてロッド側室R1が負圧なるのを防止できる。
このように、切換弁要素15で第二圧側通路13を遮断してダンパDが収縮作動する場合、ロッド側室R1の圧力は、ダンパDを収縮させる方向にピストン3を押圧するので、ロッド側室R1の圧力が低くなればなるほど、圧側減衰力に寄与するピストン3の見掛け上の受圧面積が大きくなるような効果を生む。
そして、オリフィス17の圧力流量特性は、通過する流量の増加に伴って流量に対する圧力損失増加率が大きくなる圧力流量特性を備えているので、ピストン速度が高くなると、ピストン側室R2の圧力とロッド側室R1の圧力との差が非常に大きくなる。そのため、切換弁要素15で第二圧側通路13を遮断すると、ピストン速度が高くなればなるほど、ピストン側室R2の圧力とロッド側室R1の圧力との差が大きくなって、見かけ上のピストン3の受圧面積がその分増加する効果を生み、ダンパDが発揮する圧側減衰力は高くなる。よって、切換弁要素15で第二圧側通路13を遮断してダンパDが収縮作動する場合、切換弁要素15で第二圧側通路13を開放した場合に比較して、ダンパDが発揮する減衰力を非常に高くできる。
このように、本実施の形態のダンパDでは、弁要素とチェックバルブ18とを直列に調整通路16に設けており、第二伸側通路11と第二圧側通路13とを開閉する切換弁要素15を備えている。このように構成されたダンパDは、収縮作動時において、低いピストン速度のときにはピストン3の見掛け上の受圧面積を小さくでき、高いピストン速度のときにはピストン3の見掛け上の受圧面積を大きくできる。よって、本実施の形態のダンパDは、切換弁要素15で第二伸側通路11と第二圧側通路13を開放する場合には、低い減衰力を発揮でき、切換弁要素15で第二伸側通路11と第二圧側通路13とを遮断する場合であって高いピストン速度のときには、高い減衰力を発揮できる。
そして、切換弁要素15で伸側低減衰バルブ12と圧側低減衰バルブ14とを閉じて、ダンパDの伸縮速度が地震発生時に到達するような高速域に達すると、ダンパDが発揮する減衰力が非常に高くなり、鉄道車両の車体の振動を抑制でき、脱線を抑制できる。
また、切換弁要素15で第二伸側通路11と第二圧側通路13を開放する場合、ダンパDが発揮する減衰力が低くなる。よって、ダンパDを車体と台車との間に車体の振動を能動的に抑制するアクチュエータと並列に設置しても、地震が発生していない通常時において、ダンパDが発揮する減衰力でアクチュエータの制振効果を減殺してしまう事態も生じない。
さらに、第二圧側通路13の大型化を避けられるので、ダンパDは、低い減衰力から地震時の車体振動を抑制できるだけの高い減衰力の発揮しつつも小型となるので、鉄道車両への搭載性も犠牲にならない。
以上より、本発明のダンパDによれば、鉄道車両への搭載性を損なうことなく低減衰力と高減衰力を発揮できる。また、本発明のダンパDによれば、発揮する減衰力でアクチュエータの制振効果を減殺しないので、アクチュエータにおける消費エネルギを低減させ得る。
なお、弁要素は、流量増加に伴って圧力損失が増加する圧力流量特性を備えていれば、ダンパDの収縮作動時において、流量が多くなるとピストン側室R2とロッド側室R1の圧力差が大きくなり、流量が少ないとピストン側室R2とロッド側室R1の圧力差が小さくなる。よって、ダンパDが高いピストン速度で収縮作動する場合、低いピストン速度で収縮作動する場合に比較して、ピストン側室R2の圧力とロッド側室R1の圧力との圧力差が大きくなる。つまり、ダンパDが収縮作動する場合、ピストン速度が低いと圧側減衰力に寄与するピストン3の見掛け上の受圧面積が小さくなるような効果が得られ、ピストン速度が高いと圧側減衰力に寄与するピストン3の見掛け上の受圧面積を大きくする効果が得られる。よって、弁要素は、オリフィス17に限定されずに種々の弁の利用が可能である。
本実施の形態のダンパDでは、弁要素は、通過する流量の増加に伴って流量に対する圧力損失増加率が大きくなる圧力流量特性を備えている。このように弁要素が通過する流量の増加に伴って流量に対する圧力損失増加率が大きくなる圧力流量特性を備えていると、流量が多くなると圧力損失が非常に大きくなる。このような圧力流量特性を備える弁要素を用いる場合、ダンパDの収縮作動時においてピストン速度が高くなるとピストン側室R2とロッド側室R1の圧力差をより大きくでき、ピストン速度が低い状態ではピストン側室R2とロッド側室R1の圧力差をより小さくできる。よって、弁要素が通過する流量の増加に伴って流量に対する圧力損失増加率が大きくなる圧力流量特性を備えていると、ダンパDが収縮作動する場合、ピストン速度が低いと圧側減衰力に寄与するピストン3の見掛け上の受圧面積がより小さくなり、ピストン速度が高いと圧側減衰力に寄与するピストン3の見掛け上の受圧面積をより大きくできる。したがって、弁要素がこのような圧力流量特性を備えていると、地震発生時にはダンパDが発揮する減衰力をより一層高くできるだけでなく、通常時にはダンパDが発揮する減衰力をより一層低くでき、アクチュエータの制振効果を妨げない。
本実施の形態のダンパDでは、弁要素としてオリフィス17を利用している。オリフィス17は、前述のとおり、オリフィス17を通過する流量をQとし、通過する流量に対する圧力損失をPとし、係数をαとすると、P=α・Q2で表現される圧力流量特性を備えていれば、通過する流量の増加に伴って流量に対する圧力損失増加率が大きくなる。
弁要素の圧力流量特性を通過する流量の増加に伴って流量に対する圧力損失増加率が大きくなる特性とする場合、弁要素はオリフィス17に限られない。たとえば、図2に示すように、弁要素を通過する流量が所定流量以上となると、通過する流量に対する圧力損失が所定圧力以上となるようにしてもよい。また、切換弁要素15が第二圧側通路13を遮断した状態でのダンパDの収縮時におけるピストン速度は、弁要素を通過する流量と関連性がある。よって、切換弁要素15が第二圧側通路13を遮断した状態で、ダンパDのピストン速度が所定速度以上になる際に、図6に示すように、弁要素を通過する流量に対する圧力損失が所定圧力以上となるようにしてもよい。このように設定しても、弁要素の圧力流量特性は、通過する流量の増加に伴って流量に対する圧力損失増加率が大きくなる特性となる。この場合、所定流量は、切換弁要素15が第二圧側通路13を遮断した状態で、地震発生時に車体が振動してダンパDの収縮する際に到達する流量に設定するとよく、所定圧力は、弁要素に所定流量が流れる際に圧側高減衰バルブ8とオリフィス30で生じる圧力損失に見合った圧力に設定すればよい。なお、弁要素を通過する流量が所定流量以上となる状況では、弁要素における圧力損失と、圧側高減衰バルブ8とオリフィス30で生じる圧力損失とがバランスするようにしておくと、ダンパDの収縮作動時にはロッド側室R1はタンク圧となるので、伸側吸込通路24を廃止してもロッド側室R1が負圧とならず、ピストン3の見かけ上の受圧面積を最大化できる。また、所定速度は、地震発生時に車体が振動してダンパDの伸縮する際に到達するピストン速度に設定するとよい。
このように設定しても地震発生時には、弁要素における圧力損失が大きくなるので、切換弁要素15で第二伸側通路11と第二圧側通路13とを閉じる場合、ダンパDの収縮速度が所定速度に達すると、ピストン側室R2の圧力とロッド側室R1の圧力との圧力差が非常に大きくなる。すると、地震発生時においてダンパDが発揮する圧側減衰力が非常に高くなり、鉄道車両の車体の振動を抑制できる。なお、切換弁要素15で伸側低減衰バルブ12を無効とする場合、伸長作動時には圧側吸込通路9を通じてピストン側室R2にタンク4から作動油が供給されるため、ピストン側室R2はタンク圧となる。よって、切換弁要素15で伸側低減衰バルブ12と圧側低減衰バルブ14とを無効とする場合、ダンパD伸長作動時には、ロッド側室R1とピストン側室R2との圧力差が非常に大きくなる。したがって、地震発生時においてダンパDが発揮する伸側減衰力も非常に高くなり、鉄道車両の車体の振動を抑制できる。
なお、切換弁要素15が第二圧側通路13を遮断した状態で、ダンパDの収縮作動時のピストン速度が所定速度以上になると、弁要素を通過する流量を単位時間当たりのロッド側室R1の拡大体積未満に制限するようにしてもよい。このようにすると、切換弁要素15が第二伸側通路11と第二圧側通路13とを閉じて、ダンパDの収縮作動時のピストン速度が所定速度以上になると、伸側吸込通路24を通じてタンク4からロッド側室R1へ作動油が供給されるようになる。すると、ロッド側室R1の圧力はタンク圧となるから、ダンパDは、非常に高い圧側減衰力を発揮できる。この場合には、弁要素は、ピストン速度が所定速度未満では調整通路16を開放して通過する作動油の流れに抵抗を与えるが、ピストン速度が所定速度以上になると調整通路16を遮断するように設定されてもよい。
また、オリフィス23は、ピストン3に設けられてロッド側室R1とピストン側室R2とを連通するようになっているが、図7に示す第二変形例のダンパD2のように、ロッド側室R1とタンク4とを連通する通路40に設けられてもよい。このようにする場合、ダンパDが伸長する場合、ロッド側室R1の圧力は、伸側低減衰バルブ12、オリフィス23、伸側高減衰バルブ6の圧力損失によって決定される。また、ダンパDが収縮する場合、ロッド側室R1の圧力は、オリフィス23の圧力損失分だけタンク圧よりも高くなるが、第一変形例のダンパD2は、図1に示したダンパDと同様に、鉄道車両への搭載性を損なうことなく低減衰力と高減衰力を発揮できる。また、この第一変形例のダンパD2にあっても、発揮する減衰力でアクチュエータの制振効果を減殺せず、アクチュエータにおける消費エネルギを低減させ得る。
また、ダンパDの収縮作動時において、弁要素が常にロッド側室R1が単位時間当たりに拡大する体積の作動油の通過を許容できる場合、伸側吸込通路24を廃止できる。ただし、伸側吸込通路24を設けておけば、ダンパDの収縮作動時において、弁要素の圧力流量特性をシビアに設定せずともロッド側室R1が負圧となるのを確実に防止できる。換言すれば、弁要素の圧力流量特性の設定の自由度が向上する。
以上、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明したが、特許請求の範囲から逸脱しない限り、改造、変形、および変更が可能である。