JP2012167688A

JP2012167688A - バルブ構造

Info

Publication number: JP2012167688A
Application number: JP2011026698A
Authority: JP
Inventors: Makoto Arano; 誠荒野
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2011-02-10
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2012-09-06

Abstract

【課題】緩衝器の長大化を招かず緩衝器の収縮作動の際に全速度領域での車両の乗心地を向上することができるバルブ構造を提供することである。
【解決手段】上記した課題を解決するために、本発明のバルブ構造は、シリンダ１内にピストン２で区画した圧側室Ｒ２とシリンダ外に設けたリザーバＲとを仕切るバルブケース３と、当該バルブケース３に設けられて圧側室Ｒ２とリザーバＲとを連通するポート４と、当該ポート４を開閉して圧側室Ｒ２からリザーバＲへ向かう流体の流れに抵抗を与えるベースバルブ５と、ポート４を迂回して圧側室Ｒ２とリザーバＲとを連通するバイパス６と、当該バイパス６に圧側室Ｒ２の圧力をリザーバＲへ逃がすリリーフ弁７とを備えた。
【選択図】図２

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、車両用の緩衝器のピストン部等に具現化され、ピストン部に設けたポートの出口端に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、特に、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上記バルブ構造では、リーフバルブの撓み剛性を小さくするとピストン速度の低速領域における減衰力が小さくなりすぎ、反対に、撓み剛性を大きくするとピストン速度の中高速領域における減衰力が大きくなりすぎ、全ての速度領域において車両における乗り心地を満足させるのは難しい。

この問題を解消するため、リーフバルブの内周側を固定的に支持せずに、ピストンロッドの先端に取り付けた筒状のピストンナットの外周に当該リーフバルブを摺動自在に装着するようにし、さらに、このリーフバルブをコイルばねで附勢するバルブ構造が提案されるに至っている。

このバルブ構造を適用した緩衝器にあっては、ピストンが伸長作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が開弁せずに、弁座に打刻したオリフィスのみで減衰力を発生するので、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する。

他方、このバルブ構造では、緩衝器のピストン速度が中高速領域に達すると、ポートを通過する作動油の圧力がリーフバルブに作用し、リーフバルブが撓んで開弁するとともに、コイルばねの附勢力に抗してリーフバルブがメインバルブとともにピストンから軸方向にリフトして後退し、内周が固定的に支持されるバルブ構造に比較して流路面積が大きくなる。したがって、このバルブ構造を適用した緩衝器にあっては、ピストン速度が中高速領域における減衰力が過大となることがなく、伸長作動時には全ての速度領域において車両における乗り心地を満足させることができる。

特開平９−２９１９６１号公報（図１）

しかしながら、複筒型緩衝器の収縮作動時における車両における乗り心地を向上させたい場合、上記した特開平９−２９１９６１号公報に開示されたバルブ構造をそのままベースバルブに適用するには以下の問題がある。

というのは、一般的な複筒型緩衝器にあっては、シリンダ内の圧側室とシリンダ外に形成したリザーバとを仕切るバルブケースに圧側室からリザーバへ向かう作動油の流れに抵抗を与えるベースバルブを設け、当該ベースバルブで圧側の減衰力を発揮するようになっている。このベースバルブに特開平９−２９１９６１号公報に開示されたバルブ構造を実現すると、コイルばねでリーフバルブを附勢する必要があるので、ベースバルブにおける軸方向の全長が長大となり、緩衝器の長さが長くなる。

この緩衝器の長さ増加分は、ストローク長に全く寄与せず、緩衝器の車両への搭載性を悪化させることになるので、従来のバルブ構造を緩衝器に適用することは難しい。

したがって、従来のバルブ構造では、緩衝器の収縮作動時の車両における乗り心地を向上することができないという問題があった。

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、緩衝器の長大化を招かず緩衝器の収縮作動の際に全速度領域での車両の乗心地を向上することができるバルブ構造を提供することである。

上記した課題を解決するために、本発明の課題解決手段は、シリンダ内にピストンで区画した圧側室とシリンダ外に設けたリザーバとを仕切るバルブケースと、当該バルブケースに設けられて圧側室とリザーバとを連通するポートと、当該ポートを開閉して上記圧側室から上記リザーバへ向かう流体の流れに抵抗を与えるベースバルブとを備えたバルブ構造において、上記ポートを迂回して上記圧側室と上記リザーバとを連通するバイパスを設け、当該バイパスに上記圧側室の圧力を上記リザーバへ逃がすリリーフ弁を設けたことを特徴とする。

本発明のバルブ構造によれば、緩衝器の長大化を招かず緩衝器の収縮作動の際に全速度領域での車両の乗心地を向上することができる。

一実施の形態におけるバルブ構造が適用された緩衝器の縦断面図である。一実施の形態におけるバルブ構造が適用されたベースバルブ組立体の拡大縦断面図である。一実施の形態におけるバルブ構造が適用された緩衝器の収縮作動時の減衰特性を示す図である。

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図１および図２に示すように、一実施の形態におけるバルブ構造は、緩衝器Ｄにおけるベースバルブ組立体Ｖに適用されており、シリンダ１内にピストン２で区画した圧側室Ｒ２とシリンダ１外に設けたリザーバＲとを仕切るバルブケース３と、当該バルブケース３に設けられて圧側室Ｒ２とリザーバＲとを連通するポート４と、当該ポート４を開閉して圧側室Ｒ２からリザーバＲへ向かう流体の流れに抵抗を与えるベースバルブ５と、ポート４を迂回して圧側室Ｒ２と上記リザーバＲとを連通するバイパス６と、当該バイパス６に設けられて圧力室Ｒ２の圧力をリザーバＲへ逃がすリリーフ弁７とを備えて構成されている。

他方、このバルブ構造が適用される緩衝器Ｄは、図１に示すように、シリンダ１と、シリンダ１内に摺動自在に挿入されてシリンダ１内を伸側室Ｒ１と圧側室Ｒ２とに区画するピストン２と、一端がピストン２に連結されてシリンダ１内に移動自在に挿入されるピストンロッド８と、シリンダ１の外方を覆ってシリンダ１との間の環状隙間でリザーバＲを形成する外筒９と、シリンダ１の図１中下端に嵌合されるベースバルブ組立体Ｖと、シリンダ１と外筒９の図１中上端を閉塞するとともにピストンロッド８を摺動自在に軸支するロッドガイド１０と、外筒９の図１中下端を閉塞するボトムキャップ１１とを備えている。そして、シリンダ１およびベースバルブ組立体Ｖは、ロッドガイド１０とボトムキャップ１１で挟持されて外筒９内に位置決めされつつ収容されている。さらに、シリンダ１内の伸側室Ｒ１と圧側室Ｒ２には、作動油等の液体が充填され、リザーバＲ内には、液体と気体とが充填されている。なお、上記の液体としては、作動油のほか水や水溶液等を用いてもよい。また、リザーバＲ内に充填される気体は、液体を作動油とする場合、液体の性状を変化させにくい窒素等の不活性ガスとされるとよい。

また、上記ピストン２には、伸側室Ｒ１から圧側室Ｒ２へ向かう流体の流れに抵抗を与える伸側減衰通路１２と、圧側室Ｒ２から伸側室Ｒ１へ向かう流体の流れのみを許容するピストン通路１３とが設けられている。

ベースバルブ組立体Ｖにおけるバルブケース３には、ポート４の他に、吸込ポート１４が設けられている。この吸込ポート１４は、バルブケース３の図１中上端となる圧側室側端に積層される環状のチェック弁１５によって開閉されるようになっていて、リザーバＲから圧側室Ｒ２へ向かう流体の流れのみを許容するようになっている。

したがって、この緩衝器Ｄがシリンダ１に対してピストン２が図１中上方へ移動する伸長作動を呈する場合には、液体が圧縮される伸側室Ｒ１から拡大される圧側室Ｒ２へ伸側減衰通路１２を介して移動する。この液体の流れに伸側減衰通路１２が抵抗を与えるので、伸側室Ｒ１と圧側室Ｒ２とに差圧が生じて、緩衝器Ｄは伸長を妨げる伸側減衰力を発揮する。なお、緩衝器Ｄの伸長作動時には、ピストンロッド８がシリンダ１から退出する体積分の液体がシリンダ１内で不足するので、チェック弁１５が開いて不足分の液体が吸込ポート１４を介してシリンダ１内に供給される。

反対に、緩衝器Ｄがシリンダ１に対してピストン２が図１中下方へ移動する収縮作動を呈する場合には、液体が圧縮される圧側室Ｒ２から拡大される伸側室Ｒ１へピストン通路１３を介して移動する。さらに、ピストンロッド８がシリンダ１内へ侵入する体積分の液体がシリンダ１内で過剰となるので、この過剰分の液体がベースバルブ５を開いてポート４を介してリザーバＲへ排出される。そして、液体がベースバルブ５を通過する際に抵抗が与えられて、シリンダ１内の圧力が上昇して、緩衝器Ｄは収縮を妨げる圧側減衰力を発揮する。また、この収縮作動時には、圧側室Ｒ２の圧力がリリーフ弁７の開弁圧に達すると、リリーフ弁７が開いてバイパス６が解放されて、液体は、バイパス６を介してもリザーバＲへ排出される。

このリリーフ弁７が開弁する開弁圧を、緩衝器Ｄの収縮作動時のピストン速度が中速領域に達する圧力に設定しておくことで、緩衝器Ｄが収縮作動する際に、ピストン速度が低速を超えて中速に達するとリリーフ弁７が開弁するようにすることができる。このようにすると、緩衝器Ｄの収縮作動時のピストン速度が中高速領域にある場合、リリーフ弁７が開弁して圧側室Ｒ２内の圧力がリザーバＲへ逃げて、圧側室Ｒ２内の圧力上昇を抑制する。緩衝器Ｄの収縮作動時には、伸側室Ｒ１内の圧力は、ピストン通路１３を介して圧側室Ｒ２へ連通されるので、圧側室Ｒ２とほぼ等しい圧力になる。したがって、緩衝器Ｄが収縮作動時においてピストン速度が中高速領域にある場合、シリンダ１内の圧力上昇が抑制されて、緩衝器Ｄの圧側減衰力が過剰となることがなく、全ての速度領域において車両における乗り心地を満足させることができる。

以下、バルブ構造が適用されたベースバルブ組立体Ｖの各部について詳細に説明する。

バルブケース３は、図１および図２に示すように、シリンダ１の図１中下端に嵌合する小径な小径部１６と、下端外周に設けた筒状のスカート１７と、スカート１７に設けられてリザーバＲをスカート１７内へ連通する切欠１８と、圧側室Ｒ２に臨む図２中上端となる圧側室端からスカート１７内に臨むリザーバ側端へと通じるポート４および吸込ポート１４と、圧側室端からリザーバ側端へと軸心部を貫く貫通孔１９とを備えて構成されている。なお、この実施の形態の場合、ポート４は、バルブケース３に同一円周上に複数設けられており、吸込ポート１４についても同様にバルブケース３にポート４が設けられる円より大径な円の円周上に複数設けられているが、これらポートのそれぞれの設置数は任意であり単数であってもよい。

そして、バルブケース３は、シリンダ１の端部に小径部１６を嵌合してスカート１７の下端を外筒９の下端を閉塞するボトムキャップ１１に当接させて、外筒９とシリンダ１とで挟持されて固定される。また、上記ポート４および吸込ポート１４は、上端開口端がともに圧側室Ｒ２に臨んでおり、また、下端開口端がスカート１７に設けた切欠１８を介してリザーバＲに通じており、これらポート４および吸込ポート１４は、圧側室Ｒ２とリザーバＲとを連通している。

さらに、このバルブケース３の圧側室側端となる図２中上端には、環状のチェック弁１５が積層されるとともに、バルブケース３のリザーバ側端となる図２中下端には、環状のリーフバルブ２０が積層され、これらが、バルブケース３の貫通孔１９に挿入されるガイドロッド２１の外周に装着されて、バルブケース３に固定される。

具体的には、ガイドロッド２１は、上記貫通孔１９内に挿入される筒状の軸部２１ａと、軸部２１ａの図２中下端外周に設けたフランジ２１ｂと、軸部２１ａの図２中上端外周に設けた螺子部２１ｃとを備えて構成されている。そして、上記した螺子部２１ｃにナット２２を螺着することで、フランジ２１ｂとナット２２とでチェック弁１４、バルブケース３およびリーフバルブ２０を挟持してこれらを一体化できるようになっている。また、このガイドロッド２１は、軸部２１ａ内を介して圧側室Ｒ２とリザーバＲとを連通しており、これによりバイパス６を形成している。

そして、チェック弁１５は、上記したようにガイドロッド２１によって内周側が固定されて外周側の撓みが許容され、上記の吸込ポート１４の圧側室側の開口を開閉するようになっている。このチェック弁１５は、リザーバＲから圧側室Ｒ２へ向かう液体の流れのみを許容して、吸込ポート１４をリザーバＲから圧側室Ｒ２へ向かう誘う液体の流れのみを許容する一方通行の通路に設定している。なお、チェック弁１５は、透孔１５ａを備えていて、ポート４の圧側室側の開口端を閉塞しないように配慮されている。

また、リーフバルブ２０は、この場合、複数の環状板を重ねて構成されており、ガイドロッド２１によって内周側が固定されて外周側の撓みが許容され、上記のポート４のリザーバ側の開口を開閉するようになっている。具体的には、バルブケース３の図２中下端には、ポート４の外周を囲う環状弁座２８が設けられていて、この環状弁座２８にリーフバルブ２０が離着座するようになっており、リーフバルブ２０が圧側室Ｒ２の圧力を受けて撓んで環状弁座２８から離間するとポート４を開放するようになっている。そして、リーフバルブ２０は、圧側室Ｒ２からリザーバＲへ向かう液体の流れのみを許容して当該流れに抵抗を与え、ポート４を圧側室Ｒ２からリザーバＲへ向かう誘う液体の流れのみを許容する一方通行の減衰通路に設定している。すなわち、リーフバルブ２０とガイドロッド２１とでベースバルブ５が構成されている。なお、この場合、リーフバルブ２０の外径は、吸込ポート１４を閉塞しない外径に設定されていて、吸込ポート１４に影響を与えないようになっている。

なお、バルブケース３の形状および構造は、上記したところに限定されるものではなく、適宜設計変更することができる。

そして、リリーフ弁７は、ロッドガイド２１に形成したバイパス６のリザーバ側端となる図２中下端開口部を開閉するポペット型の弁体２３と、当該弁体２３とボトムキャップ１１との間に介装した円錐コイルばね２４とを備えて構成されている。

弁体２３は、外周に鍔状のばね受け２６を備えた弁本体２５と、弁本体２５の図２中上端に設けられてガイドロッド２１の軸部２１ａの下端内周縁に離着座する円錐状の弁頭２７とを備えて構成されている。

また、円錐コイルばね２４は、弁体側端２４ａを小径とし、ボトムキャップ側端２４ｂを大径としている。円錐コイルばね２４は、弁体側端２４ａを弁体２３のばね受け２６に当接させ、ボトムキャップ側端２４ｂをボトムキャップ１１に当接させており、弁体２３とボトムキャップ１１との間に圧縮状態で介装されている。したがって、弁体２３は、円錐コイルばね２４のばね力により附勢されて、バイパス６を閉じており、これにより、バイパス６を開放する際の開弁圧が設定されている。つまり、円錐コイルばね２４を圧縮状態で弁体２３とボトムキャップ１１との間に介装することで、弁体２３に初期荷重を与えて開弁圧を設定しており、ピストン速度が中速域にある場合の圧側室Ｒ２の圧力で弁体２３がバイパス６を開くように設定することで、圧側減衰力過多を防止して車両における乗り心地を向上することができる。

より詳細には、緩衝器Ｄの収縮行程において、ピストン速度が低速領域にある場合、ピストン速度が極低速のうちはリーフバルブ２０もリリーフ弁７も開弁せず、リーフバルブ２０の外周に切欠を設けるか、バルブケース３のポート４の外周に設けた環状弁座２８に打刻するなどして設けた図示しないオリフィスを通じて、液体は圧力室Ｒ２からリザーバＲへ排出される。また、極低速を超える速度となると、液体は、リーフバルブ２０の外周を撓ませて、リーフバルブ２０と環状弁座２８と間の隙間を通過して圧側室Ｒ２からリザーバＲへ排出されるが、リリーフ弁７はピストン速度が中速に達せず圧側室Ｒ２の圧力が開弁圧に到達していないので開弁しない。

したがって、このときの緩衝器Ｄの減衰特性（ピストン速度に対する減衰力の特性）は、図３に示すが如くとなり、この低速領域では、減衰係数は比較的大きいものとなる。

他方、ピストン１の速度が中高速領域に達すると、リーフバルブ２０だけでなくリリーフ弁７も開弁して、圧側室Ｒ２とリザーバＲとがポート４だけでなくバイパス６によっても連通され、流路面積が大きくなる。これによって、圧側室Ｒ２の圧力がバイパス６を介してもリザーバＲへ逃げることになり、ピストン速度の上昇に対して圧側室Ｒ２の圧力上昇が抑制される。その結果、ピストン速度が中高速領域にあるときの緩衝器Ｄの減衰特性は、図３に示すように、ピストン速度の増加に対して比例はするものの低速領域より減衰係数は小さくなり、減衰特性の傾きが小さくなる。

このように、本発明のバルブ構造を適用した緩衝器Ｄにあっては、収縮作動時においてピストン速度が低速度領域では、ベースバルブ５によって充分な減衰力を発揮することができる一方、ピストン速度が中高速領域にある場合、シリンダ１内の圧力上昇が抑制されて、緩衝器Ｄの圧側減衰力が過剰となることがない。よって、本発明のバルブ構造によれば、全ての速度領域において車両における乗り心地を満足させることができる。そして、本発明のバルブ構造によれば、たとえば、この車両が走行中に路面上の突起に乗り上げるなどして、車輪に突き上げる衝撃的振動（インパクトショック）が入力されても、緩衝器Ｄの圧側減衰力が過剰とならないので、効果的にインパクトショックをいなして、車体への振動伝達を低減することができるのである。

なお、弁体側端２４ａ内に弁本体２５の下端を挿入しており、これにより、弁体２３は、円錐コイルばね２４に対して調心されている。また、ボトムキャップ１１の底部には、ボトムキャップ側端２４ｂの外径と同径に設定した平坦部１１ａと、当該平坦部１１ａの外周にシリンダ１側へ向けて傾斜するテーパ部１１ｂを設けてあり、ボトムキャップ側端２４ｂを上記平坦部１１ａに載置してある。これにより、ボトムキャップ側端２４ｂがテーパ部１１ｂによって径方向に位置決めされ、円錐コイルばね２４がボトムキャップ１１に調心されている。また、バルブケース３は、スカート１７の図２中下端がボトムキャップ１１のテーパ部１１ｂの傾斜に倣うようにテーパ状とされており、ボトムキャップ１１に対してやはり径方向に位置決めされて調心されるようになっている。したがって、弁体２３とバルブケース３は、円錐コイルばね２４とボトムキャップ１１とにより、ともに調心されて、互いに径方向への位置ずれが生じないように配慮されている。

そして、上述したようにポート４を迂回して圧側室Ｒ２とリザーバＲとを連通するバイパス６を設けて、バイパス６に圧側室Ｒ２の圧力をリザーバＲへ逃がすリリーフ弁７を設けるようにしたので、べースバルブを構成するリーフバルブをコイルばねで附勢してリフトさせる従来構造を採用することに比較して、ポート４以外にバイパス６を設けているので、流路面積を大きく確保しやすい。これにより、リリーフ弁７の開弁量を小さくすることができるので、ベースバルブ組立体Ｖの全長を短くできる。その結果、緩衝器Ｄの全長を無用に長大化させることがなくなり、緩衝器Ｄの搭載性を損なうことなく、収縮行程時における車両における乗り心地を向上することができる。したがって、本発明のバルブ構造にあっては、緩衝器Ｄの長大化を招かずに緩衝器Ｄの収縮作動の際に全速度領域での車両の乗心地を向上することができる。

また、バイパス６が形成されるのは、リーフバルブ２０をバルブケース３へ固定するガイドロッド２１であるので、バイパス６の形成に、一般的なベースバルブ組立体に何ら部品の追加をする必要がなく、また、バルブケース３にバイパス６を設ける場合に比較して充分な流路面積の確保が可能となる。

さらに、リリーフ弁７が、ロッドガイド２１に形成したバイパス６のリザーバ側端を開閉する弁体２３と、当該弁体２３とボトムキャップ１１との間に介装した円錐コイルばね２４とを備えて構成されており、線材径分を除き円錐コイルばね２４の全長が弁体２３のストローク長に寄与でき、また、バルブケース３に対する弁体２３の調心も可能となる。このように円錐コイルばね２４の全長が弁体２３のストローク長に寄与できることから、円錐コイルばね２４の介装スペースが小さくて済むので、バルブ構造が適用されたベースバルブ組立体Ｖの全長をより小型とすることができる。この結果、緩衝器Ｄの長大化防止効果が高くなり、搭載性がより向上することになる。

なお、リリーフ弁７の弁体は、上記したポペット型の弁体２３のほかの形状、構造の弁体を使用することが可能であり、たとえば、ガイドロッド２１の軸部２１ａ内に摺動自在にスプール型の弁体を挿入して、ガイドロッド２１に対して軸ブレを生じないようにしてもよい。この場合のスプール型弁体は、図示はしないがたとえば、円柱状の本体と、本体の圧側室側端から開口する袋穴と、本体側方から当該袋穴へ通じる横孔とで構成されればよく、この弁体をリザーバ側からばね部材で附勢するようにしておけばよい。この場合、スプール型弁体が圧側室Ｒ２の圧力でリザーバ側へ移動して、横孔が軸部２１ａ内からリザーバＲへ連通されると、この横孔と袋穴とで圧側室Ｒ２とリザーバＲとが連通されるようにしておくとよい。また、軸部２１ａの内部に段部やストッパを設けて、スプール型弁体が圧側室Ｒ２側へ抜けてしまうことがないように配慮されるのは当然である。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、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ことは勿論である。

１シリンダ
２ピストン
３バルブケース
４ポート
５ベースバルブ
６バイパス
７リリーフ弁
９外筒
１１ボトムキャップ
２０リーフバルブ
２１ガイドロッド
２３弁体
２４円錐コイルばね
Ｄ緩衝器
Ｒリザーバ
Ｒ２圧側室

Claims

シリンダ内にピストンで区画した圧側室とシリンダ外に設けたリザーバとを仕切るバルブケースと、当該バルブケースに設けられて圧側室とリザーバとを連通するポートと、当該ポートを開閉して上記圧側室から上記リザーバへ向かう流体の流れに抵抗を与えるベースバルブとを備えたバルブ構造において、上記ポートを迂回して上記圧側室と上記リザーバとを連通するバイパスを設け、当該バイパスに上記圧側室の圧力を上記リザーバへ逃がすリリーフ弁を設けたことを特徴とするバルブ構造。
上記ベースバルブは、上記バルブケースのリザーバ側端に積層されて上記ポートを開閉する環状のリーフバルブと、上記バルブケースを貫くガイドロッドを備え、当該ガイドロッドの外周に上記リーフバルブを装着してなり、上記ガイドロッドにバイパスを形成したことを特徴とする請求項1に記載のバルブ構造。
上記リザーバが上記シリンダと当該シリンダの外方に設けた外筒との間の環状隙間で形成され、外筒の端部を閉塞するボトムキャップを設け、上記バルブケースが上記シリンダの端部と上記ボトムキャップとの間で挟持され、上記リリーフ弁が、上記ロッドガイドに形成したバイパスのリザーバ側端を開閉する弁体と、当該弁体とボトムキャップとの間に介装した円錐コイルばねとを備えたことを特徴とする請求項２に記載のバルブ構造。