JP2017048826A - 緩衝器 - Google Patents

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Abstract

【課題】流路特性からバルブ特性へ滑らかに移行できる減衰力特性を有する緩衝器を提供する。
【解決手段】緩衝器1aに備えた弁機構30aは、流路25内に形成された弁体収容室39内に移動可能に収容され、上流側流通孔38(流路25)を開閉する弁体36aと、該弁体36aを、上流側流通孔38(流路25)を閉塞する方向に付勢するスプリング37(バネ手段)と、を有し、弁体36aは、上流側流通孔38(流路25)内を摺動する摺動軸部48を有し、該摺動軸部48の外壁面に、弁体36aを介して上流側流路25aと下流側流路25cとを連通する螺旋状の溝部60(螺旋状通路)を設け、弁体36aの移動に伴って、溝部60を流れる作動油の流路長が変化するので、流路特性からバルブ特性へ滑らかに移行できる減衰力特性を発生させることができる。
【選択図】図2

Description

本発明は、鉄道車両等に使用される緩衝器に関するものである。
緩衝器に備えられている減衰力発生構造の従来技術として特許文献1が開示されている。すなわち、特許文献1の減衰力発生構造では、シリンダ内の下方油室とシリンダ外のリザーバ室とを区画するバルブケースに設けた透孔にカラー部材を備え、該カラー部材の外周面に螺旋溝を形成している。これにより、ピストンの速度が低速域におけるオリフィス特性を、線形特性(チョーク特性)として、操安性を確保するようにしている。
そこで、従来から、鉄道車両には弁機構(制御弁及びリリーフ弁)を有する鉄道車両用緩衝器が備えられており(例えば特許文献2参照)、この弁機構の制御弁に、上述した特許文献1の減衰力発生構造を適用すると、螺旋溝によって制御弁がピストン速度に比例する線形特性に近づく流路特性を有するようになるが、この流路特性(制御弁)からバルブ特性(リリーフ弁)への移行の際に減衰力特性の自由度がない、という課題が残る。
特開平11−166574号公報 特開2013−137042号公報
そして、本発明は、上述した問題に鑑みて、流路特性からバルブ特性への移行の際に減衰力特性の自由度を有する、すなわち、流路特性からバルブ特性へ滑らかに移行できる減衰力特性を有する緩衝器を提供することを目的とする。
上記課題を解決するための手段として、本発明に係る第1の緩衝器は、内部に作動流体が封入されたシリンダと、該シリンダ内に挿入されて該シリンダ内を2室に分画するピストンと、該ピストンに連結され前記シリンダから外部に延出されるピストンロッドと、前記シリンダ内の前記ピストンの摺動によって作動流体の流れが生じる流路と、該流路に設けられ、前記ピストンの移動に伴って前記流路を通過する作動流体の流れを調整する弁機構と、を備えてなる緩衝器であって、前記弁機構は、前記流路内に形成された弁体収容室内に移動可能に収容され、前記流路を開閉する弁体と、該弁体を、前記流路を閉塞する方向に付勢するバネ手段と、を有し、前記弁体は、前記流路内を摺動する摺動軸部を有し、該摺動軸部の外壁面と前記流路の内壁面との間に、前記弁体を介して前記流路の上流側と下流側とを連通する螺旋状通路を設け、前記弁体の移動に伴って、前記螺旋状通路を流れる作動流体の流路長が変化することを特徴とするものである。
また、本発明に係る第2の緩衝器は、内部に作動流体が封入されたシリンダと、該シリンダ内に挿入されて該シリンダ内を2室に分画するピストンと、該ピストンに連結され前記シリンダから外部に延出されるピストンロッドと、前記シリンダ内の前記ピストンの摺動によって作動流体の流れが生じる流路と、該流路に設けられ、前記ピストンの移動に伴って前記流路を通過する作動流体の流れを調整する弁機構と、を備えてなる緩衝器であって、前記弁機構は、前記流路内に形成された弁体収容室内に移動可能に収容され、前記流路を開閉する弁体と、該弁体を、前記流路を閉塞する方向に付勢するバネ手段と、を有し、
前記弁体は、該弁体を介して前記流路の上流側と下流側とを連通するように貫通して延びる内側通路を有し、前記弁体収容室内に前記内側通路内を摺動する摺動軸部を設け、該摺動軸部の外壁面と前記内側通路の内壁面との間に、前記弁体を介して前記流路の上流側と下流側とを連通する螺旋状通路を設け、前記弁体の移動に伴って、前記螺旋状通路を流れる作動流体の流路長が変化することを特徴とするものである。
本発明の緩衝器では、流路特性からバルブ特性へ滑らかに移行できる減衰力特性を発生させることが可能となる。
図1は、第1実施形態に係る緩衝器を示す断面図である。 図2は、第1実施形態に係る緩衝器に備えた弁機構の断面図である。 図3は、図2の弁機構に備えた弁体の側面図である。 図4は、図2の弁機構による減衰力特性図である。 図5は、第2実施形態に係る緩衝器に備えた弁機構の断面図である。 図6は、図5の弁機構による減衰力特性図である。
以下、本発明を実施するための形態を図1〜図6に基づいて詳細に説明する。
以下に説明する、第1及び第2の実施形態に係る緩衝器1a、1bは、台車と車体との間に横置き状態で取り付けられる鉄道車両用ヨーダンパとして採用される。なお、本実施形態では横置き状態で取付けられる鉄道車両用ヨーダンパを例として示すが、左右動ダンパや、上下動ダンパに用いても良い。
まず、第1実施形態に係る緩衝器1aを図1〜図4に基づいて説明する。
図1に示すように、第1実施形態に係る緩衝器1aは、外筒2と、該外筒2と同心状に配置されたシリンダ3とを備えている。これら外筒2及びシリンダ3の両端開口は後側端板5及び前側端板4によりそれぞれ閉鎖されている。外筒2の内壁面とシリンダ3の外壁面との間に環状のリザーバ室6が形成される。
なお、説明の便宜のため、以下では図中左側(符号を正立視した場合。以下同じ。)、つまりブラケット13側を前側、図中右側、つまりブラケット14側を後側としてそれぞれ説明する。
後側端板5は、外筒2の後端開口を閉鎖する主蓋部材11と、シリンダ3の後端開口を閉鎖する副蓋部材12とからなる分割構造となっている。なお、主蓋部材11には、車体側と連結する連結用のブラケット14が固設されている。一方、前側端板4は、外筒2及びシリンダ3の前端開口を閉鎖すると共にピストンロッド16のガイド機能も備えたロッドガイドとして構成される。
シリンダ3内には、ピストン15が軸方向に摺動可能に配置されている。該ピストン15にはピストンロッド16の一端部(後端部)が連結され、該ピストンロッド16の他端部(前端部)は前側端板(ロッドガイド)4を液密的に挿通して外筒2の外部へ延びている。なお、ピストンロッド16の他端部には、台車側と連結する連結用のブラケット13が固設されている。
シリンダ3内は、ピストン15によってロッド側油室18と反ロッド側油室19とに分画されている。これらロッド側油室18及び反ロッド側油室19に、作動流体としての作動油がそれぞれ封入されている。ピストン15には、反ロッド側油室19からロッド側油室18への作動油の流通のみを許容する逆止弁20が配置される。また、後側端板5の副蓋部材12には、リザーバ室6から反ロッド側油室19への作動油の流通のみを許容する逆止弁21が配置される。
図1及び図2に示すように、前側端板4には、シリンダ3内のロッド側油室18とリザーバ室6とを連通する流路25が設けられている。該流路25に、ピストン15の移動に伴って開閉して流路25を通過する作動油の流れを調整する弁機構30aが備えられている。流路25は、ロッド側油室18に連通する上流側流路25aと、上流側流路25aに連通して、弁機構30aのハウジング35を収容する凹部25b(図2参照)と、該凹部25bに連通して、リザーバ室6に連通する下流側流路25cとを備えている。なお、ハウジング35を別途設けず、前側端板4に直接弁機構30aを収容するようにしてもよい。
弁機構30aは、流路25の凹部25bに収容されるハウジング35と、ハウジング35内に備えられ、流路25を開閉する弁体36aと、該弁体36aを、流路25を閉塞する方向に付勢するバネ手段であるスプリング37と、を有している。具体的に、ハウジング35はブロック状を呈し、上流側流路25aに連通する上流側流通孔38と、該上流側流通孔38に連通して弁体36aのカップ状本体部49を収容する弁体収容室39と、該弁体収容室39に連通すると共に下流側流路25cに連通する複数の下流側流通孔40とを備えている。ハウジング35の弁体収容室39は、ハウジング35に設けた収容凹部43と、該収容凹部43を閉塞するように設けた閉塞部44aとの間に形成される。閉塞部44aは、ハウジング35の収容凹部43を閉塞する板状のベース部46と、該ベース部46から弁体収容室39に向かって突設される支持凸部47とから構成される。
弁体36aは、図2及び図3に示すように、ハウジング35の上流側流通孔38に沿って摺動する摺動軸部48と、該摺動軸部48の一端に一体的に接続されるカップ状本体部49とから構成される。カップ状本体部49は、筒状部51と、筒状部51の一端側を閉塞する板状部52とから構成される。カップ状本体部49の筒状部51には、径方向に貫通する貫通孔53が周方向に沿って間隔を置いて複数形成される。カップ状本体部49の板状部52に摺動軸部48の一端が一体的に接続される。摺動軸部48には、その内部に他端を開放して同心状に軸方向に延びる内側通路58が形成される。また摺動軸部48には、内側通路58に連通して径方向に貫通する開口部59が形成される。開口部59はカップ状本体部49に近接した位置に形成される。摺動軸部48の外壁面からカップ状本体部49の外壁面の一部に亘って、螺旋状に延びる溝部60が形成される。該溝部60が、弁体36aを介して上流側流路25aと下流側流路25cとを連通する螺旋状通路に相当するものである。本実施形態では、摺動軸部48の外壁面に螺旋状に延びる溝部60を形成したが、ハウジング35の上流側流通孔38の内壁面に螺旋状の溝部60を設けてもよい。
そして、弁体36aの摺動軸部48がハウジング35の上流側流通孔38内に相対的に摺動自在に挿通され、弁体36aのカップ状本体部49は、その開放側がハウジング35を構成する閉塞部44a側に指向するように弁体収容室39内に配置される。その結果、弁体36aは、弁体収容室39内をハウジング35の上流側流通孔38に沿う方向に移動自在となる。また、弁体36aのカップ状本体部49の板状部52と、ハウジング35を構成する閉塞部44aのベース部46との間で、閉塞部44aの支持凸部47の周りにスプリング37が配置される。該スプリング37の付勢力により、カップ状本体部49がハウジング35の閉塞部44aから離間する方向(ハウジング35の収容凹部43の底面に当接する方向)に付勢され、ハウジング35の上流側流通孔38、ひいては流路25を閉塞する。しかしながら、弁体36aの摺動軸部48の外壁面には螺旋状の溝部60が形成されるために、カップ状本体部49の板状部52がハウジング35の収容凹部43の底面に当接した状態(図2の状態)でも、上流側流路25aと下流側流路25cとが連通するようになる。
次に、本発明の第1実施形態に係る緩衝器1aの作用を説明する。
第1実施形態に係る緩衝器1aは、台車と車体との間に横置き状態で取り付けられており、台車にピストンロッド16側のブラケット13が連結され、車体に外筒2側のブラケット14が連結される。
そして、台車と車体とが水平方向へ相対移動すると、本緩衝器1aのピストンロッド16が伸縮動作する。その結果、ピストンロッド16の伸び行程時には、ロッド側油室18の作動油は、ピストン15に設けた逆止弁20により反ロッド側油室19には流れないために、流路25内に備えた弁機構30aを開弁させてリザーバ室6に流れ、これに応じて伸び側の減衰力が発生する。なお、この伸び行程時には、ピストンロッド16の退出分の作動油が後側端板5の副蓋部材12に設けた逆止弁21を経てリザーバ室6から反ロッド側油室19へ補給される。
一方、ピストンロッド16の縮み行程時には、反ロッド側油室19の作動油がピストン15に設けた逆止弁20を経由してロッド側油室18に流れ、反ロッド側油室19とロッド側油室18とがほぼ同じ流体圧となり、ピストンロッド16の進入分の作動油が、流路25内に備えた弁機構30aを開弁させてリザーバ室6に流れ、これに応じて縮み側の減衰力が発生する。
そして、ピストンロッド16の伸び行程及び縮み行程時、ロッド側油室18の作動油が流路30内の弁機構30aを開弁させてリザーバ室6に流入するが、このとき、ピストン15の速度が低速域、すなわち、弁体36aのカップ状本体部49の板状部52がスプリング37の付勢力によりハウジング35の収容凹部43の底面に当接した状態(図2の状態)が維持された状況では、弁体36aの摺動軸部48に設けた溝部60により、具体的には、溝部60を螺旋状に形成して出来る限り作動油が流れる流路長が長くなるようにしているので、図4に示すように、減衰力特性を、ピストン速度の2乗に比例するオリフィス特性から流路特性に変化させることができ、該流路特性をピストン速度に比例する線形特性に近づけることができる。
さらに、ピストン15の速度が上昇して、弁体36aのカップ状本体部49の板状部52が、スプリング37の付勢力に抗して、ハウジング35の収容凹部43の底面から離れ、摺動軸部48の開口部59(内側通路58)が弁体収容室39に連通し始めると、弁体36aの移動に伴って、作動油が摺動軸部48に設けた螺旋状の溝部60を流れる流路長が次第に短くなるために、図4に示すように、減衰力特性が流路特性(ピストン速度に対する減衰力の比例定数が大)からバルブ特性(ピストン速度に対する減衰力の比例定数が小)へ移行する際、従来のように急激に変化することなく、流路特性とバルブ特性とを若干下方に凸する滑らかな湾曲線でつなぐことができる。
その後さらにピストン15の速度が上昇する(中高速域)と、摺動軸部48の開口部59(内側通路58)の、弁体収容室39に対する開口面積が次第に大きくなることで、減衰力特性として、バルブ特性が得られる。
以上説明した、第1実施形態に係る緩衝器1aでは、特に、ハウジング35の上流側流通孔38に沿って摺動する弁体36aの摺動軸部48の外壁面に、螺旋状に延びる溝部60を形成しているので、ピストン速度が低速域時の減衰力特性、すなわち流路特性を、ピストンの速度に比例する線形特性に近づけることができる。しかも、減衰力特性として、流路特性とバルブ特性とを下方に若干凸する滑らかな湾曲線でつなぐことができる。これにより、異なる減衰力特性の境目に発生し得る異音(弁体36aの振動音等)やごつごつ感を抑制することができる。また、鉄道車両に採用される緩衝器は、常用領域が流路特性であり、第1実施形態に係る緩衝器1aでは、弁体36aの摺動軸部48の外壁面に設けた溝部60により流路特性を発生させるように構成されているので、弁体36aの摺動軸部48とハウジング35の上流側流通孔38との摺動による摩耗の影響が少なく、溝部60の断面積を略一定に保つことができ、安定した減衰力特性を発生させることができる。さらに、第1実施形態に係る緩衝器1aでは、簡素な構成である一つの弁機構30aにより、減衰力特性として、流路特性及びバルブ特性を発生させることができるので、部品点数及び加工工数を削減することができ、ひいてはコスト低減につながる。なお、本実施の形態では、常用領域を流路特性域となるように構成したが、常用領域をバルブ特性域としてもよい。
次に、第2実施形態に係る緩衝器1bを図5及び図6に基づいて説明する。該第2実施形態に係る緩衝器1bを説明する際には、第1実施形態に係る緩衝器1aとの相違点を説明する。
第2実施形態に係る緩衝器1bには、第1実施形態に係る緩衝器1aに採用した弁機構30aとは異なる弁機構30bが採用される。
図5に示すように、弁機構30bの弁体36bは、ハウジング35の上流側流通孔38に沿って摺動する摺動軸部48と、該摺動軸部48の一端に一体的に接続される断面T字状のT字状本体部65とから構成される。T字状本体部65は、軸部66と、軸部66の一端に一体的に接続される円盤状部67とから構成される。T字状本体部65の円盤状部67に摺動軸部48の一端が一体的に接続される。摺動軸部48の外径は、T字状本体部65の軸部66の外径よりも小径である。摺動軸部48及びT字状本体部65には、それぞれの内部に同心状に軸方向に貫通して延びる内側通路58が形成される。また摺動軸部48には、内側通路58に連通して径方向に貫通する開口部59が形成される。開口部59はT字状本体部65に近接した位置に形成される。弁体36bに設けた内側通路58により、上流側流路25aと下流側流路25cとが連通される。
ハウジング35の弁体収容室39は、ハウジング35に設けた収容凹部43と、該収容凹部43を閉塞するように設けた閉塞部44bとの間に形成される。閉塞部44bは、ハウジング35の収容凹部43を閉塞する板状のベース部46と、該ベース部46から弁体収容室39に向かって突設され、弁体36bの内側通路58内を相対的に軸方向に摺動する摺動軸部70とから構成される。ベース部46の外周縁にはスプリング37を位置決めする環状突設部68が形成される。摺動軸部70の外壁面に螺旋状に延びる溝部60が形成される。該溝部60が、弁体36bを介して上流側流路25aと下流側流路25cとを連通する螺旋状通路に相当するものである。本実施形態では、閉塞部44bの摺動軸部70の外壁面に螺旋状に延びる溝部60を形成したが、弁体36bの内側通路58の内壁面に螺旋状の溝部60を設けてもよい。
そして、弁体36bの摺動軸部48がハウジング35の上流側流通孔38内に相対的に摺動自在に挿通され、また弁体36bのT字状本体部65は、その軸部66側がハウジング35を構成する閉塞部44b側に指向するように弁体収容室39内に配置され、さらに閉塞部44bの摺動軸部70が弁体36bの内側通路58に沿って相対的に摺動自在に挿通される。その結果、弁体36bは弁体収容室39内をハウジング35の上流側流通孔38に沿う方向に移動自在となる。また、弁体36bのT字状本体部65の円盤状部67と、ハウジング35の閉塞部44bのベース部46との間で、T字状本体部65の軸部66の周りで閉塞部44bの環状突設部68の内側にスプリング37が配置される。該スプリング37の付勢力により、T字状本体部65がハウジング35の閉塞部44bから離間する方向(ハウジング35の収容凹部43の底面に当接する方向)に付勢され、ハウジング35の上流側流通孔38、ひいては流路25を閉塞する。しかしながら、閉塞部44bの摺動軸部70の外壁面には螺旋状の溝部60が形成されるために、T字状本体部65の円盤状部67がハウジング35の収容凹部43の底面に当接した状態(図5の状態)でも、上流側流路25aと下流側流路25cとが連通するようになる。
次に、本発明の第2実施形態に係る緩衝器1bの作用を説明する。ピストンロッド16の伸び行程及び縮み行程時、ロッド側油室18の作動油が流路25内の弁機構30bを開弁させてリザーバ室6に流入する。このとき、第1実施形態に係る緩衝器1aと同様に、ピストン15の速度が低速域、すなわち、弁体36bのT字状本体部65がスプリング37の付勢力によりハウジング35の収容凹部43の底面に当接した状態(図5の状態)が維持された状況では、閉塞部44bの摺動軸部70に設けた螺旋状の溝部60により、具体的には、溝部60を螺旋状に形成して出来る限り作動油が流れる流路長が長くなるようにしているので、図6に示すように、減衰力特性を、ピストン速度の2乗に比例するオリフィス特性から流路特性に変化させることができ、該流路特性をピストン速度に比例する線形特性に近づけることができる。
さらに、ピストン15の速度が上昇して、弁体36bのT字状本体部65の円盤状部67が、スプリング37の付勢力に抗して、ハウジング35の収容凹部43の底面から離れ、弁体36bの摺動軸部48の開口部59(内側通路58)が弁体収容室39に連通し始めると、弁体36bの移動に伴って、作動油が閉塞部44bの摺動軸部70に設けた螺旋状の溝部60を流れる流路長が次第に長くなるために、図6に示すように、減衰力特性が流路特性(ピストン速度に対する減衰力の比例定数が大)からバルブ特性(ピストン速度に対する減衰力の比例定数が小)へ移行する際、従来のように急激に変化することなく、流路特性とバルブ特性とを若干上方に凸する滑らかな湾曲線でつなぐことができる。
その後さらにピストン15の速度が上昇する(中高速域)と、摺動軸部48の開口部59(内側通路58)の、弁体収容室39に対する開口面積が次第に大きくなることで、減衰力特性として、バルブ特性が得られる。
以上説明した、第2実施形態に係る緩衝器1bでは、特に、弁体36bの内側通路58に沿って摺動する閉塞部44bの摺動軸部70の外壁面に、螺旋状に延びる溝部60を形成したので、減衰力特性として、流路特性とバルブ特性とを上方に若干凸する滑らかな湾曲線でつなぐことができる。これにより、第1実施形態に係る緩衝器1aと同様に、異なる減衰力特性の境目に発生し得る異音(弁体36bの振動音等)やごつごつ感を抑制することができる。
1a、1b 緩衝器,2 外筒,3 シリンダ,6 リザーバ室,15 ピストン,16 ピストンロッド,18 ロッド側油室,19 反ロッド側油室,25 流路,25a 上流側流路,25c 下流側流路,30a、30b 弁機構,36a、36b 弁体,37 スプリング(バネ手段),39 弁体収容室,48 摺動軸部,58 内側通路,59 開口部,60 螺旋状の溝部(螺旋状通路),70 摺動軸部

Claims (4)

  1. 内部に作動流体が封入されたシリンダと、
    該シリンダ内に挿入されて該シリンダ内を2室に分画するピストンと、
    該ピストンに連結され前記シリンダから外部に延出されるピストンロッドと、
    前記シリンダ内の前記ピストンの摺動によって作動流体の流れが生じる流路と、
    該流路に設けられ、前記ピストンの移動に伴って前記流路を通過する作動流体の流れを調整する弁機構と、を備えてなる緩衝器であって、
    前記弁機構は、
    前記流路内に形成された弁体収容室内に移動可能に収容され、前記流路を開閉する弁体と、
    該弁体を、前記流路を閉塞する方向に付勢するバネ手段と、を有し、
    前記弁体は、前記流路内を摺動する摺動軸部を有し、
    該摺動軸部の外壁面と前記流路の内壁面との間に、前記弁体を介して前記流路の上流側と下流側とを連通する螺旋状通路を設け、
    前記弁体の移動に伴って、前記螺旋状通路を流れる作動流体の流路長が変化することを特徴とする緩衝器。
  2. 前記摺動軸部は、その内部に端面から軸方向に沿って延びる内側通路と、その外壁面から前記内側通路に連通するように開口した開口部と、を有し、
    前記弁体の移動に伴って、前記開口部が前記弁体収容室に対して開閉することで、前記流路が開閉されることを特徴とする請求項1に記載の緩衝器。
  3. 内部に作動流体が封入されたシリンダと、
    該シリンダ内に挿入されて該シリンダ内を2室に分画するピストンと、
    該ピストンに連結され前記シリンダから外部に延出されるピストンロッドと、
    前記シリンダ内の前記ピストンの摺動によって作動流体の流れが生じる流路と、
    該流路に設けられ、前記ピストンの移動に伴って前記流路を通過する作動流体の流れを調整する弁機構と、を備えてなる緩衝器であって、
    前記弁機構は、
    前記流路内に形成された弁体収容室内に移動可能に収容され、前記流路を開閉する弁体と、
    該弁体を、前記流路を閉塞する方向に付勢するバネ手段と、を有し、
    前記弁体は、該弁体を介して前記流路の上流側と下流側とを連通するように貫通して延びる内側通路を有し、
    前記弁体収容室内に前記内側通路内を摺動する摺動軸部を設け、該摺動軸部の外壁面と前記内側通路の内壁面との間に、前記弁体を介して前記流路の上流側と下流側とを連通する螺旋状通路を設け、
    前記弁体の移動に伴って、前記螺旋状通路を流れる作動流体の流路長が変化することを特徴とする緩衝器。
  4. 前記弁体は、その外壁面から前記内側通路に連通するように開口した開口部を有し、
    前記弁体の移動に伴って、前記開口部が前記弁体収容室に対して開閉することで、前記流路が開閉されることを特徴とする請求項3に記載の緩衝器。
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