JP2014062643A - 油圧緩衝器 - Google Patents

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Abstract

【課題】リリーフ弁開閉時の振動を低減させた油圧緩衝器を提供する。
【解決手段】弁体19のオリフィス通路35にスクリュー22の軸部28が摺動可能に嵌合されることによりリリーフ弁14にダンパ室36が形成される。このダンパ室36によって、リリーフ弁14に応答を遅らせるように機能するダッシュポットが構成されるので、オリフィス特性を損ねることなく、リリーフ弁14から発せられる振動(異音)を効果的に抑止することが可能である。
【選択図】図2

Description

本発明は、油圧緩衝器に関する。
鉄道車両の懸架装置に組み込まれる油圧緩衝器として、ピストンロッドの伸縮によってシリンダ内の油室からリザーバへの作動油の流れが生じる流路に、リリーフ弁が設けられるものが周知である(例えば、特許文献1参照)。
特開2003−74614号公報
ところで、鉄道車両においては、近年の車体の軽量化によって車体に振動が伝達され易くなっており、油圧緩衝器においても、リリーフ弁開閉時の振動に起因する異音が車体に伝達される問題がある。このような異音の発生には、(1)リリーフ特性で使用されるため開弁時の作動油の流れが噴流である、(2)セット荷重が大きく且つばね定数が低い弁ばねが使用されるため、ばねの固有振動数が低い、(3)弁ばねが斜めに縮み易く弁体に偏荷重が作用する、(4)開弁時の流路面積が急激に変化するため過渡に応答し易い、等の原因がある。
そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、リリーフ弁開閉時の振動を低減させた油圧緩衝器を提供することを課題としてなされたものである。
上記課題を解決するために、本発明の油圧緩衝器は、作動油が封入されるシリンダと、前記シリンダ内に挿入されて前記シリンダ内をロッド側油室と反ロッド側油室とに分画するピストンと、前記ピストンに連結されて前記シリンダの外部へ延びるピストンロッドと、前記ピストンロッドの伸縮によって作動油の流れが生じる流路と、前記流路に設けられて前記ロッド側油室又は前記反ロッド側油室の圧力が上昇して予め定められた圧力に到達されることで開弁されるリリーフ弁とを備える油圧緩衝器であって、前記リリーフ弁は、オリフィス通路を有する弁体と、前記弁体が収容される弁体室と、前記弁体室内へ作動油を流入させる流入路と、前記弁体室外へ作動油を流出させる流出路と、前記流入路に連通される流入口が開口されて前記弁体が着座されるシート面と、前記弁体を前記シート面に押し付ける弁ばねと、前記弁体に対して同軸上に配置されて一端部が前記弁体に摺動可能に係合される軸部材と、前記弁体と前記軸部材との間に形成されて前記オリフィス通路に連通されるダンパ室と、を含むことを特徴とする。
本発明によれば、油圧緩衝器のリリーフ弁の開閉時の振動を低減させることができる。
第1実施形態のユニフロー型油圧緩衝器の一軸平面による断面図である。 第1実施形態におけるリリーフ弁の一軸平面による断面図であり、特に、閉弁時の状態を示す図である。 図2の軸平面に対してリリーフ弁の軸線上で直交する軸平面による断面図である。 図3と同一の軸平面による断面図であり、特に、開弁時の状態を示す図である。 第2実施形態におけるリリーフ弁の一軸平面による断面図であり、特に、閉弁時の状態を示す図である。 図5におけるA−A断面図である。 図5と同一の軸平面による断面図であり、特に、開弁時の状態を示す図である。 第3実施形態におけるリリーフ弁の一軸平面による断面図であり、特に、閉弁時の状態を示す図である。 第4実施形態におけるリリーフ弁の一軸平面による断面図であり、特に、閉弁時の状態を示す図である。 第5実施形態におけるリリーフ弁の一軸平面による断面図であり、特に、閉弁時の状態を示す図である。 第6実施形態におけるリリーフ弁の一軸平面による断面図であり、特に、閉弁時の状態を示す図である。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態を添付した図を参照して説明する。ここでは、縦置きに配置されるユニフロー型油圧緩衝器1を説明する。なお、以下の説明における上方向(上側)及び下方向(下側)は、図1における上方向(上側)及び下方向(下側)に一致される。
図1に示されるように、油圧緩衝器1は、シリンダ2の外側に外筒3が設けられる複筒構造であり、シリンダ2と外筒3との間に環形状のリザーバ4が形成される。シリンダ2及び外筒3の両端部の開口は、上側閉塞部材5及び下側閉塞部材6によって閉塞される。なお、下側閉塞部材6は、外筒3の下側端部の開口を閉塞させる第1蓋部材7とシリンダ2の下側端部の開口を閉塞させる第2蓋部材8とに分割して構成される。
シリンダ2の内側には、ピストンロッド9の下端部に固定されるピストン10が摺動可能に嵌挿される。シリンダ2は、内側の空間がピストン10によってロッド側油室2Aと反ロッド側油室2Bとに分画される。ピストン10には、反ロッド側油室2Bからロッド側油室2Aへの作動油の流れのみを許容する逆止弁11が設けられる。また、第2蓋部材6には、リザーバ4から反ロッド側油室2Bへの作動油の流れのみを許容する逆止弁12が設けられる。なお、ピストンロッド9の上端部側は、上側閉塞部材5(ロッドガイド)に挿通されてシリンダ2の外部へ延ばされる。
上側閉塞部材5には、ピストンロッド9の伸縮によって作動油がロッド側油室2Aからリザーバ4へ流れる流路13が設けられる。流路13には、予め定められた圧力で開弁されてピストン10の移動速度に応じて開弁面積が変化するリリーフ弁14が設けられる。流路13は、ロッド側油室2Aとリリーフ弁14の流入口15とを連通させる流入路16と、リリーフ弁14の流出口17とリザーバ4とを連通させる流出路18とを含む。なお、リザーバ4には、ガスと作動油とが封入されるが、流出路18のリザーバ4側は、リザーバ4に溜められた作動油内に開口される。
図2に示されるように、リリーフ弁14は、弁体19が収容されて上側閉塞部材5の外周面5Aから上側閉塞部材5の軸線へ向けた方向(図2における左方向)へ深さを有するボア形状の弁体室20を有する。弁体室20の底面20Aには、中央に流入口15が開口されて弁体19が着座されるシート面29が形成される。また、弁体室20の内周面20Bの下側部分には、流出口17が開口される。なお、流出口17の開口面積は、流入口15の開口面積よりも大きく設定される。
弁体室20は、内周面20Bの開口側端部に形成される雌ねじ21を有する。雌ねじ21には、弁体19に対して同軸上に配置されるスクリュー22(軸部材)が螺着される。スクリュー22は、雌ねじ21に螺合される雄ねじ23が外周面に形成されて弁ばね25の一端部を受け止める略円板形のばね受部26と、弁ばね25の一端部内側に挿入されるボス部27と、ボス部27の端面中央から延びる軸部28とを有する。なお、弁体室20の開口周縁部にはザグリ24が形成される。
弁体19は、弁ばね25の他端部内側に挿入されて底面に着座面30が形成される第1軸部31と、着座面30の中央から延びて流入路16に摺動可能に挿入される第2軸部32と、第1軸部31の第2軸部32側の端部に形成されて弁ばね25の他端部を受け止めるフランジ形のばね受部33とを含む。また、図3にも示されるように、弁体19には、第2軸部32を径方向(図2における上下方向)へ貫通する切欠部34が形成される。切欠部34は、弁体19の軸線を挟んだ両側(図3における上下方向両側)に配置される一対の対向面34B,34Cと、2つの対向面34B,34Cを接続する底面34Aとを含む。
弁体19は、弁体19の軸線上に設けられて弁体19を軸線方向(図2における左右方向)へ貫通するオリフィス通路35を有する。オリフィス通路35は、第1軸部31の端面に開口されてスクリュー22の軸部28の先端部分が摺動可能に嵌合される大径部35Aと、大径部35Aと切欠部34の底面34Aとを連通させる小径部35Bとを有する。オリフィス通路35の大径部35Aには、スクリュー22の軸部28の先端部が摺動可能に挿入される。これにより、弁体19の内部には、オリフィス通路35の大径部35Aとスクリュー22の軸部28とによって画定されるダンパ室36が形成される。なお、ダンパ室36は、リザーバ4のオイル溜めに接続され、これにより、ダンパ室36の内部は、常時、作動油によって満たされる。
弁体19は、第1軸部31を径方向へ貫通して流路面積が小径部35Bの流路面積に対して大きく形成される少なくとも1つの通路37を有する。リリーフ弁14は、図3に示されるシート面29に弁体19の着座面30が着座された状態、すなわち、閉弁時には、通路37のダンパ室36側の開口がスクリュー22の軸部28によって閉塞されないように構成される。これにより、ダンパ室36と弁体室20における弁体19の外側の空間(以下、弁体室20)とが通路37によって連通される。他方、リリーフ弁14は、図4に示される開弁時には、通路37のダンパ室36側の開口がスクリュー22の軸部28によって閉塞され、これにより、ダンパ室36の弁体室20に対する連通が遮断される。なお、通路37の流路面積は、オリフィス通路35の大径部35Aの流路面積よりも小さく、且つ小径部35Bの流路面積よりも大きく設定される。
次に、第1実施形態の油圧緩衝器1の作用を説明する。
ピストンロッド9の伸び行程時には、ロッド側油室2Aの作動油の圧力が上昇し、流入路16側の圧力が予め定められた圧力に到達すると、弁ばね25のばね力に抗してリリーフ弁14が開弁される(図4参照)。これにより、作動油はロッド側油室2Aからリザーバ4へ流れ、作動油がリリーフ弁14を通過するときに、ピストン10の移動速度に応じた伸び側の減衰力が発生する。なお、伸び側行程時には、ピストンロッド9がシリンダ2から退出された分の作動油が、リザーバ4から逆止弁12を経由して反ロッド側油室2Bへ補給される。
他方、ピストンロッド9の縮み行程時には、反ロッド側油室2Bの作動油の圧力が上昇し、作動油が反ロッド側油室2Bからピストン10の逆止弁11を経由してロッド側油室2Aへ流れる。これにより、ロッド側油室2A内の作動油の圧力と反ロッド側油室2B内の作動油の圧力とが平衡される。また、ピストンロッド9がシリンダ2内に進入された分の作動油が、ロッド側油室2Aから、開弁されたリリーフ弁14を経由してリザーバ4へ流れる。これにより、ピストン10の移動速度に応じた縮み側の減衰力が発生する。
ここで、ピストン10の軸線方向への移動距離が同一であれば、同一量の作動油がシリンダ2の外へ排出され、この時、シリンダ2から排出された作動油は、伸び側行程時と縮み側行程時とで同一のリリーフ弁14を通過してリザーバ4へ流れる。このように、ユニフロー型油圧緩衝器1では、作動油がロッド側油室2A、リザーバ4、反ロッド側油室2Bを一方向へのみ流れて循環され、伸び側行程時の減衰力特性と縮み側行程時の減衰力特性とを同一に設定することが可能である。
そして、図3に示されるピストン10の移動速度の低速領域(リリーフ弁14が開弁される前の状態)では、作動油は、ロッド側油室2Aから、流入路16、流入口15、小径部35B、ダンパ室36、通路37、弁体室20、流出口17、流出路18を経由してリザーバ4へ流れ、これにより、オリフィス特性の減衰力を得ることができる。また、ピストン10の移動速度の中速領域では、上記オリフィス特性の減衰力に加え、ピストン10の移動速度、すなわち、リリーフ弁14の開度に応じた減衰力を得ることができる。さらに、図4に示されるピストン10の移動速度の高速領域では、スクリュー22の軸部28によって通路37のダンパ室36側の開口が閉塞され、リリーフ弁14の開度に応じた高い減衰力を得ることができる。
第1実施形態によれば、弁体19のオリフィス通路35にスクリュー22の軸部28が摺動可能に嵌合され、弁体19とスクリュー22との間の弁体19内の空間にダンパ室36が形成される。ダンパ室36は、通路37によって弁体室20に連通され、ダンパ室36を含む弁体室20は、リザーバ4のオイル溜めに接続されることで作動油によって満たされる。
このように、ダンパ室36と弁体室20とを通路37によって連通させることにより、応答(開閉弁時における弁体19の挙動)を遅らせるように機能するダッシュポットが形成されるので、オリフィス特性を損ねることなく、リリーフ弁14から発せられる振動(異音)を効果的に抑止することが可能である。
また、例えば、リリーフ弁14の開弁時に、リリーフ弁14の開度が急激に増大されるような場合であっても、スクリュー22の軸部28によって通路37のダンパ室36側の開口が閉塞されてダンパ室36と弁体室20との連通が遮断されることでより大きい減衰力を得ることができるので、リリーフ弁14から発せられる振動(異音)を確実に抑止するが可能である。さらに、縦置きに配置される油圧緩衝器の場合、リザーバ4のオイル溜め側に弁体19を配置すると、作動油が供給されにくい場合があるが、作動油の流れの中にリリーフ弁14を配置したので、弁体19内の空間に作動油を満たしておくことができ、リリーフ弁14から発せられる振動(異音)を安定的に抑止するが可能である。
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態を添付した図を参照して説明する。なお、第1実施形態に対して同一又は相当の構成要素については、同一の名称及び符号を付与するとともに詳細な説明を省略する。
上記第1実施形態では、リリーフ弁14は、弁体19の第1軸部31を径方向に貫通する通路37によってダンパ室36と弁体室20とが連通される。これに対し、第2実施形態では、図5及び図6に示されるように、リリーフ弁14Aは、オリフィス通路35の大径部35Aの内周面に形成される一対の溝41によってダンパ室36と弁体室20とが連通される。
図5に示されるリリーフ弁14Aの閉弁時には、一対の溝41によってダンパ室36と弁体室20とが連通される。他方、図7に示されるリリーフ弁14Aの開弁時には、スクリュー22の軸部28によって、一対の溝41によるダンパ室36と弁体室20との連通が遮断される。なお、溝41の数量、断面形状等は当業者における設計事項であり、適宜、設定することができる。
第2実施形態によれば、上記第1実施形態と同等の作用効果を得ることができる。
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態を添付した図を参照して説明する。なお、第1実施形態に対して同一又は相当の構成要素については、同一の名称及び符号を付与するとともに詳細な説明を省略する。
上記第1実施形態では、リリーフ弁14は、弁体19の第1軸部31を径方向に貫通する通路37によってダンパ室36と弁体室20とが連通される。これに対し、第3実施形態では、図8に示されるように、リリーフ弁14Bは、弁体19のオリフィス通路35とスクリュー22の軸部28との間に形成される弁体19の軸線を中心とする環形状の通路42によって、ダンパ室36と弁体室20とが連通される。
通路42は、弁体19側に形成されるテーパ穴42Aとスクリュー22側に形成されるテーパ軸42Bとを対向させることにより構成される。テーパ穴42Aは、オリフィス通路35の大径部35Aの開口側(図8における右側)端部に設けられて弁体19の第1軸部31の端面に開口し、オリフィス通路35の小径部35Bに向けて縮径される内截頭円錐面形状を有する。他方、テーパ軸42Bは、軸部28の先端部に設けられる外截頭円錐面形状を有する。
リリーフ弁14Bは、図8に示される閉弁された状態で、テーパ穴42Aの底部(大径部35Aとの境界位置)とテーパ軸42Bの先端部(軸部28の端面位置)との軸線上の位置(図8における左右方向の位置)が略一致される。この状態で、通路42は流路面積が最大となり、弁ばね25のばね力に抗して弁体19がスクリュー22に対して開弁方向(図8における右方向)へ移動されるにつれて、通路42の流路面積が逓減されるように構成される。
第3実施形態によれば、第1実施形態と同等の作用効果を得ることができる。また、リリーフ弁14Bの開度に対応させて通路42の流路面積を変化させることが可能である。これにより、リリーフ弁14Bの振動を抑止するダッシュポットとしての減衰力をリリーフ弁14Bの開度に応じて調節することができる。
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態を添付した図を参照して説明する。なお、第1実施形態に対して同一又は相当の構成要素については、同一の名称及び符号を付与するとともに詳細な説明を省略する。
上記第1乃至第3実施形態では、リリーフ弁14、14A及び14Bは、弁体19のオリフィス通路35の大径部35Aにスクリュー22の軸部28を摺動可能に嵌合させることによりダンパ室36が形成される。これに対して、第4実施形態では、図9に示されるように、リリーフ弁14Cは、スクリュー22のボア部43に弁体19の第1軸部31の先端部を挿入することによりダンパ室36が形成される。
オリフィス通路35は、弁体19の第2軸部32の端面に開口されて第1軸部31の先端部近傍位置まで延びる大径部35Aと、一端が大径部35Aに開口されて他端がダンパ室36に開口される2つの小径部35Bとを有する。換言すると、大径部35Aとダンパ室36とは、2つの小径部35Bによって連通される。各小径部35Bは、弁体19の軸線に対して例えば45°の傾斜角度で傾斜されており、弁体19の第1軸部31の先端部のC面取りされた面から弁体19の軸線上の一点へ向けて延びる。
スクリュー22は、第1実施形態におけるリリーフ弁14のスクリュー22のボス部27に対して直径が同一の軸部28を有する。この軸部28の端面には、予め定められた深さのボア部43が開口される。スクリュー22のボア部43と弁体14の第1軸部31との間に形成される通路44の流路面積は、リリーフ弁14Cが開弁される前のオリフィス特性を阻害することなく、且つ開弁された後、通路44を作動油が通過することでダッシュポット効果(減衰力)が得られるように設定される。
第4実施形態によれば、第1実施形態と同等の作用効果を得ることができる。また、オリフィス通路35の小径部35Bを複数個(第4実施形態では2個)設けたことにより、オリフィス通路35を通過した作動油によって、弁体19の挙動を乱す原因となる噴流が発生するのが抑制され、リリーフ弁14Cの振動(異音)を効果的に抑止することができる。
(第5実施形態)
本発明の第5実施形態を添付した図を参照して説明する。なお、第1に対して同一又は相当の構成要素については、同一の名称及び符号を付与するとともに詳細な説明を省略する。
上記第1乃至第3実施形態では、リリーフ弁14、14A及び14Bは、弁体19のオリフィス通路35の大径部35Aにスクリュー22の軸部28を摺動可能に嵌合させることによりダンパ室36が形成される。第5実施形態では、図10に示されるように、リリーフ弁14Dは、上記第4実施形態のリリーフ弁14C同様、スクリュー22のボア部43に弁体19の第1軸部31の先端部を挿入することによりダンパ室36が形成される。
上述したように、第4実施形態のリリーフ弁14Cは、リリーフ弁14Cが開弁される前のオリフィス特性が阻害されないように、スクリュー22のボア部43と弁体14の第1軸部31との間に予め定められた流路面積を有する通路44が設けられる。これに対して、第5実施形態のリリーフ弁14Dは、上記オリフィス特性を必要としない場合に適用され、スクリュー22のボア部43と弁体14の第1軸部31との間から作動油が漏れないように構成される。
第5実施形態によれば、リリーフ弁14Dの開弁時に、第1実施形態と同等のダッシュポット効果を得ることができる。
(第6実施形態)
本発明の第6実施形態を添付した図11を参照して説明する。なお、第1実施形態に対して同一又は相当の構成要素については、同一の名称及び符号を付与するとともに詳細な説明を省略する。
上記第1実施形態では、リリーフ弁14は、弁体19の第1軸部31を径方向に貫通する通路37によってダンパ室36と弁体室20とが連通される。これに対し、第6実施形態では、図11に示されるように、リリーフ弁14Eは、オリフィス通路35の大径部35Aの内周面に対し、スクリュー22の軸部50の大径部50Aの外周が隙間をもって、言い換えると大径部35Aに対し、軸部50の大径部50Aを緩み嵌めで嵌合させる。このオリフィス通路35の大径部35Aと軸部50の大径部50Aとの間の隙間により、ダンパ室36と弁体質20とが連通される。
スクリュー22の軸部50は、弁体19の第1軸部31の内周に挿入される側の端部に大径部50Aが設けられ、大径部50Aの端からばね受部26までの間に小径部50Bが形成される。
リリーフ弁14Eは、図11に示される閉弁された状態で、大径部50Aが弁体19の第1軸部31の内周に嵌合され、弁ばね25のばね力に抗して弁体19がスクリュー22に対して開弁方向(図11における右方向)へ移動されるにつれて、小径部50Bも一部嵌合される。
弁体19の第1軸部31の内周と、軸部50の大径部50Aとの間の隙間は小さいほうが、弁体19の軸部50に対するがたつきが小さくなるため弁体19の制振効果が大きい。しかし、一方でオリフィス通路35の小径部35Bの流路面積と比して、第1軸部31の内周と、軸部50の大径部50Aとの間の隙間で形成される流路面積のほうが小さいとオリフィス特性が変わり、またピストン10の移動速度が大きいときに、隙間による絞りで作動油が移動できる量が制限されるため、弁体19の開弁が遅れて、減衰力が過度に大きくなる可能性がある。よって、弁体19の第1軸部31の内周と、軸部50の大径部50Aとの間の隙間で形成される流路面積は、軸部50の小径部Bの流路面積よりも大きく設定する。
第6実施形態によれば、第1実施形態と同等の作用効果を得ることができる。また、弁体19の第1軸部31の内周と、軸部50の大径部50Aとの間の隙間を通路としている。その際、軸部50を例えば第1実施形態の軸部28と同様に外周が一定の径として構成すると、流路抵抗によりオリフィス特性に影響を及ぼす可能性がある。しかし、本実施形態によれば、軸部50に大径部50Aと小径部50Bを設けたことにより、最小隙間を形成する軸方向距離を短くすることができるので、流路抵抗によりオリフィス特性に影響を及ぼすことを防止することができる。さらに、弁体19が開弁時に振動しても、第1軸部31の開口端と小径部50Bとの間の隙間は大径部50Aと比して大きいため、第1軸部31と軸部50とが当接することを防止することができる。
なお、第6実施形態では、弁体19の第1軸部31の内周と、軸部50の大径部50Aとの間の隙間を流路としたが、それに限らず弁体19の第1軸部31の内周と、軸部50の大径部50Aとは摺動可能な程度の隙間とし、大径部50Aの外周囲に軸方向に延びる溝を形成するようにしてもよい。
1 油圧緩衝器、2 シリンダ、2A ロッド側油室、2B 反ロッド側油室、9 ピストンロッド、10 ピストン、13 流路、14 リリーフ弁、15 流入口、16 流入路、18 流出路、19 弁体、20 弁体室、22 スクリュー(軸部材)、25 弁ばね、29 シート面、35 オリフィス通路、36 ダンパ室

Claims (4)

  1. 作動油が封入されるシリンダと、前記シリンダ内に挿入されて前記シリンダ内をロッド側油室と反ロッド側油室とに分画するピストンと、前記ピストンに連結されて前記シリンダの外部へ延びるピストンロッドと、前記ピストンロッドの伸縮によって作動油の流れが生じる流路と、前記流路に設けられて前記ロッド側油室又は前記反ロッド側油室の圧力が上昇して予め定められた圧力に到達されることで開弁されるリリーフ弁とを備える油圧緩衝器であって、前記リリーフ弁は、オリフィス通路を有する弁体と、前記弁体が収容される弁体室と、前記弁体室内へ作動油を流入させる流入路と、前記弁体室外へ作動油を流出させる流出路と、前記流入路に連通される流入口が開口されて前記弁体が着座されるシート面と、前記弁体を前記シート面に押し付ける弁ばねと、前記弁体に対して同軸上に配置されて一端部が前記弁体に摺動可能に係合される軸部材と、前記弁体と前記軸部材との間に形成されて前記オリフィス通路に連通されるダンパ室と、を含むことを特徴とする油圧緩衝器。
  2. 前記ダンパ室は、前記弁体の一端面に開口された前記オリフィス通路に前記軸部材の一端部が摺動可能に挿入されることにより形成されることを特徴とする請求項1記載の油圧緩衝器。
  3. 前記ダンパ室は、前記軸部材の一端面に開口されたボア部に前記弁体の軸部が摺動可能に挿入されることにより形成されることを特徴とする請求項1記載の油圧緩衝器。
  4. 前記軸部は大径部と小径部とからなり、前記大径部側が前記オリフィス通路に挿入されることを特徴とする請求項2に記載の油圧緩衝器。
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