JP2008151335A - 緩衝器のバルブ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】空圧緩衝器の振動減衰性を向上せしめて車両における乗心地を向上することが可能な空圧緩衝器のバルブ構造を提供することである。
【解決手段】空圧緩衝器のバルブ構造は、ポート２ａ，２ｂが形成されるバルブディスク１と、バルブディスク１から立ち上がる軸部材３と、上記軸部材３に移動自在に装着されるとともにバルブディスク１に積層されてポート２ａ，２ｂを閉塞する環状弁体４ａ，４ｂと、内部の圧力によって環状弁体４ａ，４ｂのバルブディスク１からの後退を抑制する圧力室１５とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、空圧緩衝器のバルブ構造に関する。

従来、空圧緩衝器としては、シリンダと、シリンダ内に摺動自在に挿入されたピストンと、シリンダにピストンを介して移動自在に挿通されるロッドとを備えて、いわゆる倒立型に形成されたものが知られている。

この空圧緩衝器では、車両のサスペンション用途に対応するため、ピストン部の通路でロッド側室とピストン側室とを連通する他、シリンダの外方に外筒を設けてシリンダと外筒との間の隙間を介してロッド側室とピストン側室とを連通してあり、シリンダ内の潤滑用の油を空圧緩衝器の伸縮運動によってポンプの要領でピストン側室とロッド側室とに循環させるようにして、ピストンとシリンダの当接部位およびロッドとシリンダ下端に設けた封止部材との当接部位である摺動部の摺動性の確保しているが、この他の構造は油圧緩衝器の構造と略同様とされており、従来の空圧緩衝器のバルブ構造も油圧緩衝器と同様の構造としていた（たとえば、特許文献１，２参照）。
特開２００４−１３２４２９号公報 特開２００４−１３２４２８号公報

上述のような空圧緩衝器では、作動流体に気体を用いても円滑な摺動性を確保することで車両のサスペンションに適用可能としているが、以下の問題があると指摘される可能性がある。

すなわち、油圧緩衝器では、伸縮速度変化に対してシリンダ内圧力が略線形的に変化することになるが、空圧緩衝器は作動流体を油では無く圧縮性に富む気体としていることから、図３に示すように、伸縮速度変化に対してシリンダ内圧力が遅れを生じてヒステリシスを持つ変化となる。

そして、このように従来の空圧緩衝器は、伸縮速度変化に対して圧力変化に大きなヒステリシスを持つことから、減衰力を発揮する以外にもバネとして機能することになり、このバネ成分の影響によって減衰性が悪化して、車両における乗心地を損なう虞がある。

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、空圧緩衝器の振動減衰性を向上せしめて車両における乗心地を向上することが可能な空圧緩衝器の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、バルブディスクから立ち上がる軸部材と、上記軸部材に移動自在に装着されるとともにバルブディスクに積層されてポートを閉塞する環状弁体と、内部の圧力によって環状弁体のバルブディスクからの後退を抑制する圧力室とを備えた。

本発明の空圧緩衝器のバルブ構造によれば、空圧緩衝器における伸縮速度変化に対する圧力変化の位相遅れを緩和することができるので、空圧緩衝器の振動減衰性を向上することができ、車両における乗心地を飛躍的に向上することが可能である。つまり、本発明のバルブ構造を採用した空圧緩衝器では、従来の空圧緩衝器のように伸縮速度に対して圧力変化が大きなヒステリシスを持ってしまい振動減衰性が悪化してしまうといった不具合を解消することができる。

以下、本発明のバルブ構造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空圧緩衝器のピストン部における縦断面図である。図２は、一実施の形態のバルブ構造が具現化した空圧緩衝器の概略縦断面図である。

一実施の形態における空圧緩衝器のバルブ構造は、図１に示すように、空圧緩衝器のピストン部の伸側および圧側の減衰バルブとして具現化されており、ポート２ａ，２ｂ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の軸心部から立ち上がる軸部材たるピストンロッド３と、ピストンロッド３に移動自在に装着されるとともにピストン１に積層されてポート２を閉塞する環状弁体４ａ，４ｂと、内部の圧力によって環状弁体４ａ，４ｂのピストン１からの後退を抑制する圧力室５ａ，５ｂと、環状弁体４ａ，４ｂをピストン１側へ附勢する附勢手段たるバネ６ａ，６ｂとを備えて構成されている。なお、この場合、伸側の減衰バルブは、ピストン１、ポート２ａ、ピストンロッド３、環状弁体４ａ、圧力室５ａおよびバネ６ａで構成され、他方の圧側の減衰バルブは、ピストン１、ポート２ｂ、ピストンロッド３、環状弁体４ｂ、圧力室５ｂおよびバネ６ｂで構成されている。

他方、バルブ構造が具現化される空圧緩衝器は、具体的にたとえば、図２に示すように、シリンダ４１と、内部にシリンダ４１が収容される外筒４２とシリンダ４１内をロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２とに区画するピストン１と、ピストン１を介してシリンダ４１内に移動自在に挿入されたピストンロッド３と、シリンダ４１および外筒４２の図２中上端のそれぞれを封止するとともにピストンロッド３を摺動自在に軸支するヘッド部材４３と、シリンダ４１および外筒４２の図２中下端のそれぞれを封止するボトム部材４４と、シリンダ４１と外筒４２との間の隙間で形成されてロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２とを連通するシリンダ外通路４５と、シリンダ外通路４５の途中に設けられてピストン側室Ｒ２からロッド側室Ｒ１へ向かう気体の流れのみを許容する逆止弁４６とを備えて構成されている。また、シリンダ４１内には作動流体としての気体と空圧緩衝器の摺動部位、具体的には、シリンダ４１とピストン１との間およびピストンロッド３とヘッド部材４３との間の摺動部位を潤滑する油が封入され、特に、ヘッド部材４３に設けた貯油室４３ａに油を貯めておいて、当該貯油室４３ａ内の油でピストンロッド３とヘッド部材４３との間の摺動部位を潤滑することが可能なようになっている。

そして、この空圧緩衝器においても、従来の空圧緩衝器と同様に、伸縮を繰り返すことによってポンプの要領で、ピストン側室Ｒ２内の油はシリンダ外通路４５および貯油室４３ａを経由してロッド側室Ｒ１へ、ロッド側室Ｒ１内の油はピストン１に設けられたポート２ａを介してピストン側室Ｒ２へというように、ロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２とを循環して、上記摺動部位を潤滑することが可能なようになっている。

つづいて、上記バルブ構造が具現化された伸側の減衰バルブは、シリンダ４１に対してピストン１が図１中上方に移動するときに、ロッド側室Ｒ１内の圧力が上昇してロッド側室Ｒ１からピストン側室Ｒ２へポート２ａを介して作動気体が移動するときに、その作動気体の移動に環状弁体４ａで抵抗を与えて所定の圧力損失を生じせしめて、空圧緩衝器に所定の伸側減衰力を発生させる減衰力発生要素として機能し、他方のバルブ構造が具現化された圧側の減衰バルブは、シリンダ４１に対してピストン１が図１中下方に移動するときに、ピストン側室Ｒ２内の圧力が上昇してピストン側室Ｒ２からロッド側室Ｒ１へポート２ｂを介して作動気体が移動するときに、その作動気体の移動に環状弁体４ａで抵抗を与えて所定の圧力損失を生じせしめて、空圧緩衝器に所定の伸側減衰力を発生させる減衰力発生要素として機能する。

なお、空圧緩衝器の収縮行程において、ピストン側室Ｒ２内に封入された気体がピストン１に設けたポート２ｂを通過してロッド側室Ｒ１に流入することから明らかなように、シリンダ外通路４５は、気体および油の流れに上記圧側の減衰バルブより大きな抵抗を与えるが、この抵抗はピストン側室Ｒ２からシリンダ外通路４５を介してロッド側室Ｒ１へ至る間に弁を設けて与えるようにしてもよいし、ピストン側室Ｒ２からシリンダ外通路４５を介してロッド側室Ｒ１へ至る間の管路抵抗で与えてもよく、具体的にはたとえば、逆止弁４６をリーフバルブとしたり、シリンダ外通路４５の流路面積を極小さくしたりするようにしてもよい。

以下、バルブ構造について詳しく説明する。なお、バルブ構造が具現化した圧側の減衰バルブと伸側の減衰バルブは互いに天地逆とした構成とされている。

まず、バルブディスクたるピストン１は、円盤状に形成され、軸心部に空圧緩衝器のピストンロッド３が挿通される挿通孔１ａと、伸側のポート２ａと、圧側のポート２ｂと、ポート２ａの出口端となる窓１ｂの外周側に形成された弁座１ｃと、ポート２ｂの出口端となる窓１ｄの外周側に形成された弁座１ｅとを備えて構成されている。

このピストン１の挿通孔１ａ内には上述のようにピストンロッド３が挿通され、ピストンロッド３の先端部３ａはピストン１の図１中下方側に突出させてある。また、ピストンロッド３の先端部３ａの外径は、上方側の外径より小径に設定され、上方側と先端部３ａとの外径が異なる部分に段部３ｂが形成されている。

そして、上記ピストンロッド３の先端部３ａには、図１中上方から順に、圧力室５ｂを環状弁体４ｂと協働して隔成する筒体７ｂ、バネ６ｂ、筒状のスペーサ８ｂ、環状弁体４ｂ、ピストン１、環状弁体４ａ、筒状のスペーサ８ａ、バネ６ａ、圧力室５ａを環状弁体４ａと協働して隔成する筒体７ａを組み付け、筒体７ａの図１中下方からピストンナット９をピストンロッド３の先端部３ａに設けた螺子部３ｃに螺着することによって、ピストン１およびバルブ構造を構成する上記各部材は、ピストンロッド３の段部３ｂとピストンナット９とで挟持されてピストンロッド３に固定される。

筒体７ａ，７ｂは、ともに、筒状本体１０と、筒状本体１０の一端内周から内方側に突出してピストンロッド３の先端部３ａの外周に嵌合するフランジ部１１と、筒状本体１０の一端外周から外方側に突出する鍔１２とを備えて構成されており、これら筒体７ａ，７ｂはフランジ部１１とピストン１との間にそれぞれ介装されるスペーサ８ａ，８ｂによってピストン１に対して軸方向となる図１中上下方向に所定の間隔を空けて位置決められている。

さらに、環状弁体４ａ（４ｂ）は、弁座１ｃ（１ｅ）に着座してポート２ａ（２ｂ）を閉塞する環状板部１３と、環状板部１３の内周に連なりスペーサ８ａ（８ｂ）の外周に摺接する筒部１４とを備えて構成され、ピストンロッド３に対して不動のスペーサ８ａ（８ｂ）に対して軸方向となる図１中上下方向に移動することが可能とされ、これによって環状弁体４ａ（４ｂ）は、ピストンロッド３の外周側に装着されるとともに、ピストンロッド３に対する軸方向となる図１中上下方向への移動が許容されている。

そして、環状弁体４ａ（４ｂ）の筒部１４は、筒体７ａ（７ｂ）の内周に摺動自在に挿入されており、この筒部１４と筒体７ａ（７ｂ）内周とで圧力室５ａ（５ｂ）が隔成されており、圧力室５ａ（５ｂ）内の内圧は、環状弁体４ａ（４ｂ）をバルブディスクたるピストン１側へ向けて附勢するように作用するようになっている。

また、上記圧力室５ａは、筒体７ａの筒状本体１０の途中に設けた絞り通路１５によってピストン側室Ｒ２に連通され、他方の圧力室５ｂは筒体７ｂの筒状本体１０の途中に設けた絞り通路１５によってロッド側室Ｒ１に連通されている。

したがって、環状弁体４ａ（４ｂ）がピストン１から後退、すなわち、ピストン１から遠ざかろうとする場合、圧力室５ａ（５ｂ）の容積を減少させることになり、また、圧力室５ａ（５ｂ）内の作動気体は絞り通路１５を介してピストン側室Ｒ２（ロッド側室Ｒ１）へ排出されることになるから圧力室５ａ（５ｂ）内の圧力が上昇して、環状弁体４ａ（４ｂ）のピストン１から後退する動作、つまり、ポート２ａ（２ｂ）を開放する動作に対しては抵抗として機能することになる。さらに、環状弁体４ａ（４ｂ）がポート２ａ（２ｂ）を開放した後に、ピストン１側へ前進、すなわち、ピストン１へ近づこうとする場合、圧力室５ａ（５ｂ）の容積を増大させることになり、また、圧力室５ａ（５ｂ）内の圧力が減少して、作動気体は絞り通路１５を介してピストン側室Ｒ２（ロッド側室Ｒ１）から圧力室５ａ（５ｂ）内へ供給されることになるから、環状弁体４ａ（４ｂ）のピストン１側へ前進する動作、つまり、ポート２ａ（２ｂ）を閉塞する動作に対しても抵抗として機能することになる。

なお、環状弁体４ａ（４ｂ）の筒部１４の軸方向長さは、筒体７ａ（７ｂ）の端部に環状弁体４ａ（４ｂ）の環状板部１３が当接しても、圧力室５ａ（５ｂ）の容積が確保可能なように設定され、また、絞り通路１５は、筒体７ａ（７ｂ）の端部に環状弁体４ａ（４ｂ）の環状板部１３が当接しても、筒部１４によって閉塞されずに圧力室５ａ（５ｂ）に連通可能な位置に設けられる。

さらに、上記環状弁体４ａ（４ｂ）の環状板部１３と筒体７ａ（７ｂ）の鍔１２との間には、附勢手段たるバネ６ａ（６ｂ）が介装されており、このバネ６ａ（６ｂ）によって環状弁体４ａ（４ｂ）は、ピストン１側へ向けて押し付けられている。

なお、上記したところでは、附勢手段をバネ６ａ（６ｂ）、具体的には、コイルバネとしているが、環状弁体４ａ（４ｂ）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。

つづいて、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４１に対して図１中上方側に移動する、すなわち、空圧緩衝器が伸長すると、ロッド側室Ｒ１内の圧力が高まり、ロッド側室Ｒ１内の作動気体はポート２ａを通過してピストン側室Ｒ２内に移動しようとする。

ここで、作動気体はロッド側室Ｒ１内の圧力上昇によって環状弁体４ａをピストン１から後退させようとするが、環状弁体４ａの上記後退によって圧力室５ａ内の圧力も上昇することになるので、環状弁体４ａは、圧力室５ａ内の圧力によって強くピストン１側へ押さえつけられる格好となり、環状弁体４ａのピストン１からの後退が抑制され、ポート２ａの開放が緩慢になりにその開放動作に遅れが生じる。

すると、もともと作動流体を気体とする空圧緩衝器にあっては、伸縮速度に対して圧力変化が位相遅れとなるが、上記したように減衰バルブのポート２ａの開放動作に遅れが生じるので、その分、伸長速度変化に対するロッド側室Ｒ１内の圧力変化のタイミングが速まることになる。具体的には、空圧緩衝器の伸長に対して伸側の減衰バルブのポート２ａの開放動作に遅れが生じて、ロッド側室Ｒ１内の圧力上昇の立ち上がりが従来の空圧緩衝器に比較して鋭くなる、すなわち、圧力上昇の傾きが大きくなると言うことである。

そして、空圧緩衝器の伸縮が反転して、今度は収縮に転じた場合、ピストン１がシリンダ４１に対して図１中下方側に移動して、ピストン側室Ｒ２内の圧力が高まり、ピストン側室Ｒ２内の作動気体はポート２ｂを通過してロッド側室Ｒ１内に移動しようとする。

この場合、伸側の減衰バルブの環状弁体４ａは、収縮に転じると、ロッド側室Ｒ１内の圧力が減少することに加えてバネ６ａに附勢されているのでピストン１側へ前進することになるが、圧力室５ａの容積の速やかな増大が絞り通路１５の作用によって妨げられるので、ピストン１側へ前進する環状弁体４ａの動作が妨げられ、環状弁体４ａのポート２ａを閉塞する動作を遅らせる。

すると、ロッド側室Ｒ１内の作動気体は、空圧緩衝器の伸縮が反転するときに、少なからず、ポート２ａを介してピストン側室Ｒ２へ移動することになり、このバルブ構造は、ロッド側室Ｒ１内の圧力の速やかな減少とピストン側室Ｒ２内の圧力の速やかな上昇を実現するように機能することになり、このような空圧緩衝器の伸縮の反転時にあっても、伸縮速度変化に対して圧力変化が位相遅れとなってしまうことを抑制する。

また、圧力室５ａの作用によって環状弁体４ａのポート２ａを閉塞する動作を遅らせることができるが、附勢手段たるバネ６ａが環状弁体４ａをピストン１側へ向けて附勢しているので、圧力室５ａの作用によって環状弁体４ａがポート２ａを閉塞することができないような事態が防止されて、閉弁動作に遅れは生じるが確実にポート２ａを閉塞することができ、緩衝器として機能し得ない事態が回避されている。

つづいて、空圧緩衝器が収縮する場合、作動気体はピストン側室Ｒ２内の圧力上昇によって環状弁体４ｂをピストン１から後退させようとするが、環状弁体４ｂの上記後退によって圧力室５ｂ内の圧力も上昇することになるので、環状弁体４ｂは、強くピストン１側へ押さえつけられる格好となり、ポート２ｂの開放が緩慢になりに開放動作に遅れが生じる。

すると、もともと作動流体を気体とする空圧緩衝器にあっては、伸縮速度に対して圧力変化が位相遅れとなるが、上記したように減衰バルブのポート２ｂの開放動作に遅れが生じるので、その分、収縮速度変化に対するピストン側室Ｒ２内の圧力変化のタイミングが速まることになる。具体的には、空圧緩衝器の収縮に対して圧側の減衰バルブのポート２ｂの開放動作に遅れが生じて、ピストン側室Ｒ２内の圧力上昇の立ち上がりが従来の空圧緩衝器に比較して鋭くなる、すなわち、圧力上昇の傾きが大きくなると言うことである。

したがって、このバルブ構造にあっては、空圧緩衝器における伸縮速度変化に対する圧力変化の位相遅れを緩和することができるので、空圧緩衝器の振動減衰性を向上することができ、車両における乗心地を飛躍的に向上することが可能である。つまり、本発明のバルブ構造を採用した空圧緩衝器では、従来の空圧緩衝器のように伸縮速度に対して圧力変化が大きなヒステリシスを持ってしまい振動減衰性が悪化してしまうといった不具合を解消することができる。

なお、上記したところでは、筒体７ａ（７ｂ）と環状弁体４ａ（４ｂ）の筒部１４とで圧力室５ａ（５ｂ）を隔成しているが、環状弁体４ａ（４ｂ）の開閉動作を緩慢なものとすることができれば他の構成にて圧力室５ａ（５ｂ）を隔成するようにしてもよく、また、絞り通路１５は、筒体７ａ（７ｂ）の筒状本体１０の肉厚を貫通するように設けるだけでなく、筒体７ａ（７ｂ）と筒部１４との摺動隙間を絞り通路として利用したり、筒体７ａ（７ｂ）と筒部１４の一方または両方の摺動面に圧力室５ａ（５ｂ）とピストン側室Ｒ２（ロッド側室Ｒ１）とを連通する溝を設けるようにして、当該溝を絞り通路として利用するようにしてもよい。

なお、絞り通路１５は、筒体７ａ（７ｂ）の筒状本体１０の肉厚を貫通するように設けることで、環状弁体４ａ（４ｂ）が筒体７ａ（７ｂ）に対してどのような位置にあっても圧力室５ａ（５ｂ）とピストン側室Ｒ２（ロッド側室Ｒ１）との連通を確保することができる点で有利となる。

また、上記した実施の形態では、ピストン１に挿通孔１ａを設けてピストンロッド３の先端部３ａを挿入するようにして、軸部材をピストンロッド３としているが、バルブディスクたるピストン１と一体あるいは別体な軸部材をピストン１に設けるようにしてもよい。

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緩衝器の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。

一実施の形態におけるバルブ構造が具現化された空圧緩衝器のピストン部における縦断面図である。 一実施の形態のバルブ構造が具現化した空圧緩衝器の概略縦断面図である。 従来の空圧緩衝器の伸縮速度変化に対する圧力の変化特性を示した図である。

符号の説明

１ バルブディスクたるピストン
１ａ 挿通孔
１ｂ，１ｄ 窓
１ｃ，１ｅ 弁座
２ａ，２ｂ ポート
３ 軸部材たるピストンロッド
３ａ 先端部
３ｂ 段部
３ｃ 螺子部
４ａ，４ｂ 環状弁体
５ａ，５ｂ 圧力室
６ａ，６ｂ 附勢手段たるバネ
７ａ，７ｂ 筒体
８ａ，８ｂ スペーサ
９ ピストンナット
１０ 筒状本体
１１ フランジ部
１２ 鍔
１３ 環状板部
１４ 筒部
１５ 絞り通路
４１ シリンダ
４２ 外筒
４３ ヘッド部材
４３ａ 貯油室
４４ ボトム部材
４５ シリンダ外通路
４６ 逆止弁
Ｒ１ ロッド側室
Ｒ２ ピストン側室

Claims (4)

1. ポートが形成されるバルブディスクと、バルブディスクから立ち上がる軸部材と、上記軸部材に移動自在に装着されるとともにバルブディスクに積層されてポートを閉塞する環状弁体と、内部の圧力によって環状弁体のバルブディスクからの後退を抑制する圧力室とを備えた空圧緩衝器のバルブ構造。
2. 圧力室は、環状弁体のバルブディスク側への前進を抑制することを特徴とする請求項１に記載の空圧緩衝器のバルブ構造。
3. 環状弁体をバルブディスク側へ附勢する附勢手段を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の空圧緩衝器のバルブ構造。
4. 環状弁体は、ポートを閉塞する環状板部と、環状板部の内周に連なり軸部材の外周側に装着される筒部とを備えて構成され、圧力室は、上記軸部材に固定される筒体内に環状弁体の筒部を摺動自在に挿入することで隔成され、圧力室は絞り通路を介して空圧緩衝器の作動室へ連通されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の空圧緩衝器のバルブ構造。

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