JP2019044877A - 減衰力可変バルブ - Google Patents

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Abstract

【課題】構成が簡単で作動流体が低流速・少流量の状態でも効果的で安定な減衰特性を発揮する減衰力可変バルブを得る。【解決手段】作動流体を収容するケースCの内部を第1流体室1と第2流体室2とに仕切るハウジングHと、ハウジングHの内部空間を第1ホール側パイロット室PR1,PR3と第2ホール側パイロット室PR2とに分けつつ軸芯Xの方向に沿って往復移動する筒状の弁体Vと、ハウジングHに設けられ弁体Vを位置決めするアクチュエータ4と、を備え、弁体VおよびハウジングHおよびアクチュエータ4のうち少なくとも何れか一方に、第1ホール側パイロット室PR1,PR3と第2ホール側パイロット室PR2とを連通する開口を有し、アクチュエータ4からの押付力に応じて開口の面積が変化する連通部Vsが設けられた減衰力可変バルブGV。【選択図】図1

Description

本発明は、作動流体を収容するケースと、ケースの内部を第1流体室と第2流体室に仕切るハウジングとを備え、ハウジングに設けられた弁体の動作を制御してハウジングの動作特性を調整する減衰力可変バルブに関する。
従来、例えば車両のショックアブソーバに内装される減衰力可変バルブにおいては、サスペンションが動き出す初期の段階、即ち、ケースに対するハウジングの相対速度が未だ小さい段階での減衰力を調節することで、操縦安定性や乗り心地が大きく変化することが知られている。
このような減衰力可変バルブとしては、例えば以下の特許文献1に記載されたものがある。
この技術は、作動流体が封入されたシリンダ2と、このシリンダ2の内部を摺動可能なピストン3と、一端がこのピストン3に連結され他端がシリンダ2の外部へ延出されたロッド9と、シリンダ2の内部に設けられ、ピストン3の移動に際して作動流体を流通させる油路と、この油路の作動流体の流れを制御して減衰力を発生させるパイロット型の減衰力調整弁とを備えている。
減衰力調整弁は、シリンダ2の内部を貫通しつつソレノイド38とプランジャ39によってシリンダ2の内部を往復移動するスライダ31に形成されている。減衰力調整弁としては、作動流体の流量を制御する流量制御弁41と、スライダ31の移動空間に隣接される背圧室19のパイロット圧を決定する圧力制御弁34とを備えている。
圧力制御弁34は、スライダ31の両端部のうちプランジャ39との当接部位の反対側の端部に形成されており、シリンダ2に設けた弁座33との間隔を調整するものである。当該間隔が狭くなると、作動流体の流量が制限され、圧力制御弁34を挟んで存在する作動流体の圧力差が大きくなる。この結果、パイロット圧が高まり、例えば他のバルブ17を開き動作させて作動流体を流通させつつ減衰力を発生させる。
一方の流量制御弁41は、スライダ31の外周面のうち、圧力制御弁34からプランジャ39の側に少し離間した位置でスライダ31の外面に段部41Aを形成することで設置されている。流量制御弁41は、スライダ31の位置が変わることでシリンダ2の内面と段部41Aとの隙間面積が調整されて作動流体の流量を決定する。
これら流量制御弁41および圧力制御弁34は、同じスライダ31に所定の間隔で設けられ、作動流体の流通路上において直列関係となる位置に設けられている。両制御弁を一体成形することで、例えばスライダ31の移動に応じて圧力制御弁34の開度が小さくなる場合には流量制御弁41の開度も小さくなるように設定されている。
このように構成することで、ショックアブソーバが作動を始める初期状態において未だ作動流体の流量が少ない時には、流量制御弁41および圧力制御弁34の開度が小さく設定される。このように、従来技術の減衰力可変バルブではショックアブソーバの作動開始時から減衰力の微調整ができるように構成してある。
特開2003−278819号公報
ただし、特許文献1の減衰力可変バルブでは、スライダ31とシリンダ2との寸法精度が不十分な場合、流量制御弁41と圧力制御弁34とでの作動流体の流量バランスが崩れ、所期の減衰機能が発揮されなくなる。
また、スライダ31の位置を制御するために、互いに当接するスライダ31およびプランジャ39を二つのコイルばね37,40で挟み、これらコイルばね37,40の合計の付勢力とソレノイド38の駆動力とによってスライダ31の位置が設定される。そのため、これら構成部材の配置がピストン3の移動方向に沿って長くなり、また、部品点数も増加する。装置が大型化することで、ショックアブソーバなど搭載スペースが限られた装置への搭載性が悪化するばかりか、搭載されたとしてもピストン3のストロークが制限されるなどサスペンションとしての性能が低下してしまう。
さらに、部品点数が多くなる結果、作動流体の流路が複雑となり減衰力が安定して発揮されなくなる。
このような理由から、従来より、構成が簡単であり作動流体が低流速・少流量の状態でも効果的で安定な減衰特性を発揮する減衰力可変バルブが求められている。
(特徴構成)
本発明に係る減衰力可変バルブの特徴構成は、
作動流体を収容するケースと、
前記ケースの内部を第1流体室と第2流体室とに仕切り、自身の内部空間と前記第1流体室とを連通する第1ホールを外周壁に設け、前記内部空間と前記第2流体室とを連通する第2ホールを自身の軸芯に沿った一方の端部に設けたハウジングと、
前記ハウジングに設けられ、前記ハウジングの一部に形成された第1当接部に当接する第1端部を有し、前記内部空間を前記第1ホールに連通する第1ホール側パイロット室と前記第2ホールに連通する第2ホール側パイロット室とに分けつつ、前記第1当接部に当接する位置を端点として前記軸芯の方向に沿って前記内部空間を往復移動する筒状の弁体と、
前記ハウジングに設けられ、前記弁体のうち前記軸芯に沿って前記第1端部とは反対側に設けられた第2端部に当接する第2当接部を有し、前記軸芯に沿って移動して前記弁体の位置を設定するアクチュエータと、を備え、
前記第1端部および前記第1当接部、前記第2端部、前記第2当接部のうち少なくとも何れか一方に、前記第1ホール側パイロット室と前記第2ホール側パイロット室とを連通する開口を有し、前記アクチュエータからの押付力に応じて前記開口の開口面積が変化する連通部が設けられている点にある。
(効果)
本構成では、アクチュエータが弁体を押し、その弁体がハウジングの第1当接部に当接する状態で、弁体がハウジングの内部において第1流体室と第2流体室とを仕切ることとなる。本構成では、互いに当接する第1端部と第1当接部、および、第2端部と第2当接部のうち少なくとも何れか一方の部位に連通部が設けてある。この連通部は、アクチュエータからの押付力の強さに応じて開口の開口面積が変化し、第1ホール側パイロット室と第2ホール側パイロット室とに亘る作動流体の流量が変化するように構成されている。
本構成の場合、弁体の第1端部がハウジングの第1当接部に当接している状態では、連通部の開口がアクチュエータの押付力に応じて小さくなり、作動流体が第1流体室と第2流体室とに亘って流動する量が制限される。ただし、例えばアクチュエータの押付力を減少することで、開口の開口面積が増大する。これにより、作動流体の流動量が増大する。
アクチュエータとしては、例えば各種のモータやソレノイド等を用いることができる。その場合の制御としては、例えば通電量に応じて発生させるトルクを変化させるものが一般的である。仮に、変位量などを制御する場合には別途エンコーダーやリニアセンサなどの計測装置が必要になる。しかし、主に通電量で制御可能な本装置の場合、押付力によって開口面積を変更する連通部と組み合わせることで、通電量という比較的粗い制御の誤差を軽減しつつ連通部の変形量に変換することができる。よって、簡単な構成でありながら、作動流体の流通方向に拘わらず作動流体の流通量を弁体の開き動作の初期段階においても正確に制御することができる。
(特徴構成)
本発明に係る減衰力可変バルブにおいては、前記連通部が前記第1端部および前記第2端部のうち少なくとも何れか一方に設けられていると好都合である。
(効果)
弁体は、ハウジングと常時摺動しハウジングの第1当接部やアクチュエータの第2当接部と繰り返し衝突するため耐摩耗性や強度を要し、作動流体に対する耐食性等も必要である。そのため、弁体は鋼材やアルミニウム等の金属材料で構成されることが多い。ただし、減衰特性の応答性を高めるには作動流体の流れや圧力変動に応じて動作し易いように弁体は軽い方が良い。そこで、本構成のように、連通部を第1端部や第2端部に設けることで弁体の重量が削減され、作動流体の圧力変動などに対して応答性の良い減衰機構を得ることができる。
(特徴構成)
本発明に係る減衰力可変バルブにおいては、前記弁体を前記アクチュエータに向けて押し付ける付勢部材が前記ハウジングと前記弁体とに亘って設けられており、前記連通部が前記第1端部および前記第1当接部のうち少なくとも何れか一方に設けられていると好都合である。
(効果)
弁体の開き状態はアクチュエータで制御するが、アクチュエータが故障した場合でも、本構成の減衰力可変バルブには所定の減衰機能が求められる。アクチュエータが故障した場合には、弁体に対する押付力が発揮されなくなり、弁体は付勢部材によってアクチュエータの側に変位する。このとき、第1端部と第1当接部との間隔が十分に開き、第1ホール側パイロット室と第2ホール側パイロット室とが連通される。
このような状態では、ハウジングに設けた第1ホールあるいは第2ホールが作動流体の流量を制限して所定の減衰効果が発揮される。アクチュエータが引退した状態では、第1端部と第1当接部との距離は十分に広いため、連通部の形状は作動流体の流量に影響しなくなる。このように本構成であれば、アクチュエータが故障した場合に、予め設定した減衰機能が確実に発揮されることとなる。
(特徴構成)
本発明に係る減衰力可変バルブにおいては、前記連通部が前記第1端部に設けられているとより好都合である。
(効果)
本構成の如く、連通部が第1端部に設けられることで、弁体が軽量化されて通常動作時の減衰応答性が高まるという利点と、アクチュエータの故障時にも所期の減衰機能が確実に発揮されるという利点とを兼ね備えた減衰力可変バルブを得ることができる。
(特徴構成)
本発明に係る減衰力可変バルブにおいては、前記連通部が弾性材料によって環状に形成され、前記開口として切欠部が少なくとも一つ設けられた構成とすることができる。
(効果)
連通部として弾性材料を用いることで、アクチュエータの押付能力と弾性材料の弾性特性とを組み合わせ、弾性材料の変形量を任意に設定することができる。また、弾性材料の変形量を設定するには、連通部の開口として切欠部を構成しておくと好都合である。切欠部を形成するには、弾性材料の端部を単に切り取れば良く、切欠部の幅・深さ・奥行きの各寸法を決定することで作動流体の流量を自由に設定することができる。切欠部が弾性材料の周方向に沿って複数設けられている場合には、切欠部どうしの間の弾性材料の断面形状を適宜設定することで、アクチュエータによる変形量の設定も容易となる。
(特徴構成)
本発明に係る減衰力可変バルブにおいては、前記連通部をゴム材料で形成することができる。
(効果)
連通部をゴム材料で構成することで切欠部などの形状設定が容易となる。その結果、例えばアクチュエータの押付力の増加の程度に応じて所期の変形を生じさせ、作動流体の流量を段階的に変化するように設定すること等も可能となる。
また、ゴム材料を用いる結果、弁体が第1当接部等に当接する際の音の発生が抑えられ高品質な減衰力可変バルブを得ることができる。
(特徴構成)
本発明に係る減衰力可変バルブにおいては、前記アクチュエータをソレノイドで構成することができる。
(効果)
ソレノイドであれば、例えば内部のプランジャを磁力によって平行移動させることができ、弁体を押し付ける構成として省スペースでの配置が可能である。また、通電量に対して所定の押付力を得ることが容易であり、連通部の変形特性と組み合わせることで、構成がコンパクトで安価な減衰力可変バルブを得ることができる。
第1実施形態に係る減衰力可変バルブの構成を示す説明図 第1実施形態に係る減衰力可変バルブの構成を示す説明図 第1実施形態に係る第1弁体の構成を示す斜視図 第1弁体および弁座の各種実施形態を示す説明図 第1実施形態に係る第1弁体および第2弁体の動作態様を示す説明図 第4実施形態に係る第1弁体を示す斜視図 第5実施形態に係る連通部を示す説明図 第8実施形態に係る減衰力可変バルブの構成を示す説明図
〔第1実施形態〕
(概要)
本発明に係る減衰力可変バルブGVの第1実施形態について図1乃至図4を参照しながら説明する。この減衰力可変バルブGVは、自動車の緩衝器等に用いられるものであり、例えばケースCの内面C1に対してハウジングHが摺動し、ハウジングHの内部を流通する作動流体の流量を変更することでハウジングHの移動速度を調節する。
(ケース)
ケースCは例えば円筒形状である。このケースCの内部には、ケースCの内面C1に当接しつつ、ケースCの軸芯Xの方向に往復移動可能なハウジングHが設けられている。ハウジングHはロッド6の先端に取り付けられており、例えば、ロッド6の他方の端部が車両のフレームに接続され、ケースCの端部が車輪のサスペンションに接続される。ハウジングHにより、ケースCの内部空間が第1流体室1と第2流体室2とに仕切られる。ハウジングHは、ケースCの軸芯Xの方向に沿って隣接する第1ハウジングH1と第2ハウジングH2とを備えている。第1ハウジングH1と第2ハウジングH2とは、螺合や嵌合により互いに連結されている。
(第1ハウジング)
第1ハウジングH1には、第1流体室1と第2流体室2とを連通する流路が設けられている。合わせて、第1ハウジングH1の内部には、第1流体室1と第2流体室2とに亘って流通する作動流体の流量を調節してハウジングHの動作速度を制御する制御機構5が備えられている。
第1ハウジングH1の内部には略筒状のリテーナRが第1ハウジングH1に対して二重構造となるように一体に設けられている。本実施形態においてリテーナRは第1ハウジングH1の一部をなし、このリテーナRには弁体Vの一つとして後述する第1弁体V1が収納される。また、第1ハウジングH1とリテーナRとの間の空間には後述する第2弁体V2が収納される。第1ハウジングH1とリテーナRとの間の空間は第1ホール側パイロット室としての第1パイロット室PR1が形成され、第1ホールとしての第1オリフィスOR1を介して第1流体室1と連通する。この第1オリフィスOR1は所定の開口面積に設定されており、ここを通過する作動流体の流量が所定量に制限される。図1および図2に示す如く、例えば第1オリフィスOR1は第1ハウジングH1の円筒状の側壁に径方向に向けて開口している。
(リテーナ)
リテーナRの内部には、リテーナRの内部空間を二つに仕切る筒状の第1弁体V1が配置されている。第1弁体V1は、略円筒形状の本体部V11と、この本体部V11から径外方向に張り出した環状のフランジ部V12とを備えている。第1弁体V1は、フランジ部V12をリテーナRの内面に摺動させながら軸芯Xの方向に沿って所定の距離だけ往復移動可能である。
リテーナRの側壁には、第2ハウジングH2に近い側から第1ポートP1と第2ポートP2とが軸芯Xの方向に沿って離間した状態で設けられている。リテーナRの両端部のうち軸芯Xの方向において後述するアクチュエータ4としてのソレノイド4aの側には、後述するプランジャ3aが挿通されてプランジャ3aのガイドとなるガイド穴R1が形成されている。一方、これとは反対側の端部には軸芯Xの方向に貫通する底穴R2が形成されている。底穴R2には、第1弁体V1の第1端部V1aが当接する第1当接部Raとして環状の第1弁座R3が形成されている。
これらリテーナRと第1ハウジングH1との間の空間には、第1パイロット室PR1が形成される。第1パイロット室PR1は、第1オリフィスOR1を介して第1流体室1と連通する。一方、リテーナRの周壁に設けられた第1ポートP1および第2ポートP2は、リテーナRの内部の第3パイロット室PR3と第1パイロット室PR1とを連通する。尚、この第3パイロット室PR3は、第1パイロット室PR1と同様に第1ホール側パイロット室として機能する。さらに、リテーナRの底部に設けられた底穴R2は、リテーナRの外部に設けられた第2ホール側パイロット室としての第2パイロット室PR2に連通している。
(アクチュエータ)
リテーナRのうち、第1弁座R3の周囲には例えばコイル状の第1ばねS1が設けられており、第1弁体V1のフランジ部V12をプランジャ3aの側に常に付勢している。このプランジャ3aは、第2ハウジングH2に設けられたアクチュエータ4としての例えばソレノイド4aによって駆動される。ソレノイド4aの端部に設けられた第2当接部3cが、第1弁体V1のうち第1端部V1aとは反対側に設けられた第2端部V1bに当接し、軸芯Xに沿う方向の第1弁体V1の位置を変更して作動流体の流量を調節する調節機構3を構成するものである。
このようにアクチュエータ4をソレノイド4aによって構成することで、例えば内部のプランジャ3aを磁力によって平行移動させることができ、第1弁体V1を押し付ける構成として省スペースでの配置が可能である。また、通電量に対して所定の押付力を得ることが容易であり、後述する連通部Vsの変形特性と組み合わせることで、構成がコンパクトで安価な減衰力可変バルブGVを得ることができる。
プランジャ3aがソレノイド4aの側に引退するほど、第1弁体V1の第1端部V1aと第1弁座R3との間隔が広がり、第1パイロット室PR1とリテーナRの底穴R2を介して連通する第2パイロット室PR2とに亘って流通する作動流体の流量が増大する。一方、プランジャ3aが第3パイロット室PR3に押し出されると第1弁体V1の第1端部V1aが第1弁座R3に当接する。ただし、本実施形態では、第1端部V1aに、連通部Vsの一例として径方向に延出する第1スリットV15が形成されており、一定量の作動流体が流通できるように構成してある。尚、この第1スリットV15は、後述するようにプランジャ3aの押付力に応じて開口面積が変化するように構成されている。第1弁体V1が第1弁座R3に当接している場合、作動流体の流通量が少なくなり、ハウジングHの摺動を減衰する効果が最大となる。
(第1弁体)
図1に示すように、第1弁体V1の本体部V11の一方の端部には円錐部V13を形成してある。プランジャ3aが第3パイロット室PR3に向けて所定長さだけ突出している状態では、第1弁体V1の第2端部V1bが、第1ばねS1によってプランジャ3aに押し付けられ、第1弁体V1と第1弁座R3との間には一定間隔の隙間が形成される。
このように円錐部V13を形成しておくことで、ハウジングHが第2流体室2の側に押され、第2パイロット室PR2の内圧が第3パイロット室PR3の内圧よりも高くなった場合、円錐部V13の内面に作動流体の圧力が作用して第1弁体V1の第2端部V1bはプランジャ3aに押し付けられる。
一方、ハウジングHが第1流体室1の側に引かれ、第3パイロット室PR3の内圧が第2パイロット室PR2の内圧よりも高くなった場合、円錐部V13の外面に作動流体の圧力が作用して第1弁体V1の第1端部V1aは第1弁座R3に押し付けられる。
このように、第1弁体V1が何れかの側に押し付けられる構成とすることで、作動流体が第1弁体V1の端部を超えて流動する際に、脈動が発生して第1弁体V1がリテーナRの中で往復振動することが防止される。これにより、作動流体の流動状態が安定し、振動などの発生を防止した減衰力可変バルブGVを得ることができる。
本実施形態では、第1弁体V1の第1端部V1aに、第1パイロット室PR1と第2パイロット室PR2とを連通する連通部Vsが形成されている。連通部Vsはつまり、第1パイロット室PR1と第2パイロット室PR2とを作動流体が流通できる開口であるが、本実施形態では、当該開口として第1スリットV15が形成してある。
図3に示すように、第1端部V1aのうち連通部Vsは、例えば環状のゴム部材によって構成される。第1弁体V1の軸芯Xを含む平面で切断したゴム部材の断面形状は、第1端部V1aの先端側ほど厚みが薄くなる台形状である。このゴム部材の周方向に沿って断続的に切欠部を形成し、第1スリットV15を設ける。第1スリットV15どうしの間は第1弁座R3に向けて突出する凸部V16が形成される。
一つの第1スリットV15を径方向に沿って見たとき、切欠きの開放側の幅が周方向に沿って狭くなっており、周方向に沿った底部の幅が長くなっている。これにより、プランジャ3aが第1弁体V1を押し付けたとき、凸部V16の先端が軸芯Xの方向に圧縮変形し、第1スリットV15を閉塞し易くしている。
尚、これとは逆に、一つの第1スリットV15の開放側の幅が周方向に沿って広く、底部の幅が短く構成されていても良い。この場合には、プランジャ3aの押し付けによって変形すべきゴム材料のボリュームが少なくなり、第1スリットV15の閉塞が容易になる場合がある。
このような第1スリットV15を形成するには、例えばゴム部材の端部を単に切り取れば良く、切欠部の幅・深さ・奥行きの各寸法を決定することで作動流体の流量を自由に設定することができる。第1スリットV15が弾性材料の周方向に沿って複数設けられている場合には、第1スリットV15どうしの間の弾性材料の断面形状を適宜設定することで、アクチュエータ4による変形量の設定も容易となる。
第1スリットV15の寸法は、例えば、平行平板間の圧力損失式(ハーゲン・ボアズイユ流れの式の変形)より、作動流体の流量に対してスリットの幅・長さに比ベて高さが3乗で影響する。よって、高さ方向の微小な変形でも圧力損失を大きく変えることが出来、作動流体の流量調節が十分に可能となる。
また、ゴム材料を用いる結果、第1弁体V1が第1当接部Raとしての第1弁座R3に当接する際の音の発生が抑えられ高品質な減衰力可変バルブGVを得ることができる。
ゴム部材としては、第1弁体V1と別に構成したものを取り付けるものであっても良いし、第1弁体V1に対して一体成形するものであってもよい。
このように連通部Vsを変形可能なゴム部材で構成した結果、アクチュエータ4として例えば各種のソレノイド4aやモータ等を用いることができる。その場合の制御としては、例えば通電量に応じて発生させるトルクを変化させるものが一般的である。仮に、変位量などを制御する場合には別途エンコーダーやリニアセンサなどの計測装置が必要になる。
しかし、主に通電量で制御可能な本装置の場合、押付力によって開口面積が変更される連通部Vsと組み合わせることで、通電量という比較的粗い制御の誤差を軽減しつつ連通部Vsの開口面積を精度よく変更することができる。よって、簡単な構成でありながら、作動流体の流通方向に拘わらず作動流体の流通量を弁体Vの開き動作の初期段階においても正確に制御することができる。
尚、アクチュエータ4が故障した場合には、プランジャ3aは第1ばねS1によって第1ハウジングH1の内部に押し込まれ、第1弁体V1は第1弁座R3に対して全開状態となる。この場合には、作動流体の流動特性に対して第1スリットV15が影響しなくなり、フェール時の所期の減衰機能が確実に発揮される。
このように、連通部Vsである第1スリットV15が第1端部V1aに設けられることで第1弁体V1が軽量化され、通常動作時の減衰応答性が向上する。さらに、アクチュエータ4のフェール時にも予め設定された減衰機能が発揮される。
(第2弁体)
本実施形態の減衰力可変バルブGVは、図1および図2に示すように、第1ハウジングH1の壁部H13とリテーナRとの間にさらに第2弁体V2を設けている。第2弁体V2は略カップ形状であり、第1ハウジングH1の内部で軸芯Xに沿って所定の範囲を往復移動する。これにより、第1ハウジングH1との隙間を増減させ、第1流体室1と第2流体室2とに亘る作動流体の流量を変更して減衰効果を調節する。後述する如く、第2弁体V2は、ケースCに対するハウジングHの移動速度が速く第1パイロット室PR1と第2パイロット室PR2との内圧差が所定値以上に大きくなった際に移動し、第1流体室1と第2流体室2とに亘る作動流体の流量を増大させる。
第1ハウジングH1の底面(図1では上方)と第2弁体V2の端面V25との間にはコイル状の第2ばねS2が設けられており、第2弁体V2はソレノイド4aとは反対側に常に付勢される。第2弁体V2の底部のうち、第2流体室2の側に向く面の外縁部には、環状の立壁部V21が形成されており、第1ハウジングH1に形成した環状の第2弁座H11と当接する。
尚、立壁部V21には径方向に沿った第2スリットV24が、立壁部V21の周方向に沿って分散配置されている。これにより、図1に示すように、立壁部V21が第2弁座H11に当接した状態でも第1流体室1と第2流体室2とに亘って作動流体が僅かに流通できるように構成されている。後述するように、これら第2弁座H11と立壁部V21との距離に応じて、第1流体室1と第2流体室2とに亘って流通する作動流体の流量が変更され減衰効果が調節される。
第2弁体V2の底部には軸芯Xの方向に貫通する第2ホールとしての第2オリフィスOR2が設けられている。この第2オリフィスOR2は、第2パイロット室PR2と第2流体室2とを連通する。この第2オリフィスOR2および第1オリフィスOR1は、所定量の作動流体が流通できるよう予め設定した開口面積に設定されている。
第1ハウジングH1と第2ハウジングH2との間の位置および第2弁体V2の底部には、第1逆止弁V3と第2逆止弁V4とを各別に設けてある。これらは、第1流体室1と第2流体室2とに亘って作動流体が流通するとき、他方の流体室に排出される作動流体の排出流量を確保するものである。
(第1逆止弁)
第1ハウジングH1の底部には第1逆止弁V3が設けられている。第1ハウジングH1の底部のうち第1パイロット室PR1に面する位置には、軸芯Xの方向に貫通する第3ポートP3が設けられている。この第3ポートP3は軸芯Xを中心にして周方向に分散配置され、軸芯Xの方向に対向する第1ハウジングH1と第2ハウジングH2との間に形成された環状空間V31に連通している。この環状空間V31はさらにここから第2ハウジングH2の壁部H13を径方向に貫通した第4ポートP4を介して第1流体室1に連通している。第4ポートP4も、第2ハウジングH2の壁部H13に対して周方向に分散して配置されている。
環状空間V31の内部であって、第3ポートP3が開口する位置には、これら第3ポートP3を塞ぐよう例えば弾性部材で形成された薄板状の第1逆止弁V3が設けられている。構成材料としては、例えば樹脂材料や弾力性のある金属板あるいはゴム部材などを用いることができる。第1逆止弁V3は、環状の固定部材V32を介して第1ハウジングH1と第2ハウジングH2との間に固定される。
(第2逆止弁)
第2弁体V2の底部であって第2オリフィスOR2の外周側かつ立壁部V21の内周側の領域には、軸芯Xの方向に貫通し、周方向に分散配置された複数の第5ポートP5を備えている。これら第5ポートP5を塞ぐ位置であって、第2弁体V2の底部外面には環状で薄板状の第2逆止弁V4が設けてある。この第2逆止弁V4は常時は第5ポートP5を塞ぐように例えばコイル状の第3ばねS3によって付勢されている。この第2逆止弁V4は、第2パイロット室PR2から第2オリフィスOR2を介して第2流体室2に作動流体が排出される時、第2パイロット室PR2の内圧が高まり、第3ばねS3の付勢力に打ち勝つようになった状態で開弁する。これにより、第2パイロット室PR2からの作動流体の排出が促進される。
(制御機構の基本動作態様)
本構成の減衰力可変バルブGVは、プランジャ3aの押し付け程度の違いによって第1弁体V1に形成された第1スリットV15の開口面積が変化する。ただし、以下には、まず第1スリットV15の開口面積が一定であるとして、第1弁体V1および第2弁体V2の動作態様を説明する。
例えば、ロッド6が図1の下方に押し下げられ、ハウジングHが第2流体室2を圧縮し始めると、第2流体室2の作動流体は、図1中に破線で示したように第2オリフィスOR2から第2パイロット室PR2に流入し、第1弁体V1の第1スリットV15を介して第3パイロット室PR3に至り、さらに第1ポートP1および第2ポートP2を介して第1パイロット室PR1、第1オリフィスOR1を通り第1流体室1に排出される。このとき、第1逆止弁V3が開弁する。
一方、ロッド6が図1の上方に引き上げられ、ハウジングHが第1流体室1を圧縮し始めると、第1流体室1の作動流体は、図1中の破線の方向とは反対の方向に流動し、第1オリフィスOR1から第1パイロット室PR1に流入し、第1ポートP1および第2ポートP2を介して第3パイロット室PR3に至り、さらに、第1弁体V1の第1スリットV15を介して第2パイロット室PR2、第2オリフィスOR2を通り第2流体室2に排出される。このとき、第2逆止弁V4は、第3ばねS3の付勢力に抗して開弁する。
ハウジングHが図1において上昇するとき、第1オリフィスOR1を介して流入する作動流体によって第1パイロット室PR1の内圧が上昇する。ただし、第1オリフィスOR1を通過する作動流体の流量は一定量に制限されるから、第1パイロット室PR1の内圧の上昇速度は所定の速度に押さえられる。しかし、ハウジングHの上昇速度が速い時には、第6ポートP6に作用する作動流体の圧力が急激に増大するから、第2弁体V2の底部の外縁面V22に作用する圧力が、第1パイロット室PR1の内部で第2弁体V2の端面V25に作用する圧力よりも大きくなる。よって、第2弁体V2は第2ばねS2の付勢力に抗って第2弁座H11から離間し、ここに生じた隙間を介して作動流体は、図2に破線で示したのと反対の方向に第2流体室2に流入する。
第6ポートP6に作用する作動流体の圧力であって、第2弁体V2を移動させるために必要な圧力は、プランジャ3aの位置によって決定される。つまり、プランジャ3aが第3パイロット室PR3の側に突出しているほど、第1弁体V1と第1弁座R3との隙間が小さくなる。よって、第3パイロット室PR3から第2パイロット室PR2に流出する作動流体が絞られることになり、作動流体が第1オリフィスOR1を介して第1パイロット室PR1に流入してきたときの第1パイロット室PR1の内圧の高まりが早くなる。この場合、第2弁体V2の底部の外面V23に作用する圧力と第2弁体V2の端面V25に作用する圧力の差が小さく、第2弁体V2は開き動作し難くなる。この結果、第1流体室1から第2流体室2に排出される作動流体の流量が制限されて、ハウジングHの動作に伴う減衰効果が高まる。
図1においてハウジングHが下降するとき、第2オリフィスOR2を介して流入する作動流体によって第2パイロット室PR2の内圧が上昇する。ただし、第2オリフィスOR2を通過する作動流体の流量は一定量に制限されるから、第2パイロット室PR2の内圧の上昇速度は所定の速度に押さえられる。しかし、ハウジングHの下降速度が速い時には、第2弁体V2の底部の外面V23に作用する作動流体の圧力が急激に増大するから、当該外面V23に作用する圧力が、第2パイロット室PR2の内部で第2弁体V2の底部の内面V26に作用する圧力よりも大きくなる。よって、第2弁体V2は第2ばねS2の付勢力に抗って第2弁座H11から離間し、ここに生じた隙間を介して作動流体は第1流体室1に向けて流動する。これにより、ハウジングHに下向きの大きな力が作用する場合には、ハウジングHを比較的速く下降させることができる。
ハウジングHが下降する場合にも、第2弁体V2を離間させるために必要な圧力は、プランジャ3aの位置によって決定される。プランジャ3aが第3パイロット室PR3の側に突出しているほど、第1弁体V1と第1弁座R3との隙間が小さくなる。よって、第2パイロット室PR2から第3パイロット室PR3に流出する作動流体が絞られることになり、作動流体が第2オリフィスOR2を介して第2パイロット室PR2に流入するときの第2パイロット室PR2の内圧の高まりが早くなる。この場合、第2弁体V2の底部の外面V23に作用する圧力との差が小さく、第2弁体V2は開き動作し難くなる。この結果、第2流体室2から第1流体室1に排出される作動流体の流量が制限されてハウジングHの動作に伴う減衰効果が高まる。
尚、第1オリフィスOR1の内径と第2オリフィスOR2の内径とに差を設けることで、ハウジングHの動作方向に応じて減衰効果を異ならせることができる。例えば、第2オリフィスOR2の内径に対して第1オリフィスOR1の内径を大きく設定しておけば、第1パイロット室PR1の内圧の高まり程度は第2パイロット室PR2の内圧の高まり程度に比べて大きくなる。つまり、ハウジングHが上昇して第1パイロット室PR1の内圧が高まる場合には、第6ポートP6を介して第2弁体V2の底部の外面V23に作用する圧力との差が小さく、第2弁体V2の移動量が少なくなる。よって、この場合には、ハウジングHの減衰効果が高まることとなる。
また、ソレノイド4aが故障した場合には、当該制御機構5は次のように動作する。プランジャ3aは第1ばねS1の付勢力によって第1弁体V1に押され、第2ハウジングH2の側に引退する。この結果、第1弁体V1が第1ハウジングH1の底部に当接する位置まで移動し、第1ポートP1が第1弁体V1のフランジ部V12によって遮蔽される。これにより、第1パイロット室PR1と第3パイロット室PR3とは第2ポートP2のみを介して連通する。第2ポートP2の開口面積は所定のサイズとなるように形成されており、第1オリフィスOR1の開口面積あるいは第1弁体V1と第1弁座R3との隙間の面積よりも小さく設定されている。よって、ソレノイド4aが故障した場合には、第2ポートP2によって作動流体の流動が制御される。
(連通部の開口面積の調節による動作態様)
図5には、第1弁体V1の第1スリットV15の開口面積を変化させた場合の減衰力可変バルブGVの動作態様を示す。図5の横軸は、第1流体室1と第2流体室2との間を流通する作動流体の流量であり、縦軸は、第1流体室1と第2流体室2との間で生じる差圧を示す。このとき、作動流体は、第2弁体V2と第2弁座H11との間に形成された第2スリットV24を介しても流動する。
図5のうち、実線はプランジャ3aによって第1弁体V1を強く押圧し、第1スリットV15の開口面積を小さくした例である。原点からA点までは、ハウジングHの移動速度が遅く、作動流体の流量が少ない状態を示す。この状態では、図5(a)に示すように第1スリットV15を介して作動流体が流動し難いため、第2パイロット室PR2と第3パイロット室PR3との差圧が大きくなり易い。よって、作動流体の流量増加に伴って発生差圧は急激に増大する。
一方、図5の点線は、第1弁体V1に対するプランジャ3aの押付力を小さくした例である。この場合、図5(d)に示すように、作動流体は第1スリットV15を通過し易いため、流量の増大に対する発生差圧の高まりは緩やかとなる。
実線の例において、例えば流量がA点に達した時点で図5(b)に示すようにソレノイド4aを動作させ、プランジャ3aを第2ハウジングH2の側に少し引退させる。これにより、第1弁体V1が軸芯Xの方向に沿って所定の距離だけ移動可能になり、第2パイロット室PR2と第3パイロット室PR3との間を流通する作動流体の流量が増大する。この結果、作動流体の流量に対する発生差圧の増大が緩和され、実線のA点からB点に至る傾きが緩くなる。
その後、ハウジングHの動作速度がさらに高まり、例えば第1弁体V1と第1弁座R3との間の流量が増大してB点に達すると、図5(c)に示すように第2弁体V2が開き動作する。これにより、第2弁体V2と第2弁座H11との間からも作動流体が流動するため、B点以降における流量に対する発生差圧の上昇の傾きはさらに緩やかになる。
これに対して、点線の場合には、当初より第1スリットV15を介する作動流体の流量を多く設定してあるため、A’点からB’点に至る領域では図5(e)に示すように第1弁体V1と第1弁座R3との隙間が大きくなり、B’点以降の領域においては図5(f)に示すように第2弁体V2と第2弁座H11との隙間がより大きくなって、発生圧力の上昇程度は実線の場合に比べてより緩やかになる。
尚、作動流体の流量と発生差圧との相関関係につき、原点からA点まで、および、原点からA’点までの差は、第1スリットV15の開口面積の差によって決定される。また、A点とB点との間、および、A’点とB’点との間の領域は、ソレノイド4aによる第1弁体V1の設定位置、あるいは、ソレノイド4aの変位による第1弁体V1の移動可能距離の増大の程度によって決定される。例えば、A点とB点との間における第1弁体V1と第1弁座R3との間隔は、A’点とB’点との間における第1弁体V1と第1弁座R3との間隔よりも狭く設定される。さらに、B点以降およびB’点以降の領域については、第2弁体V2を第2弁座H11の側に押し付ける第2ばねS2のばね定数によって決定される。因みに、実線のB点以降の領域におけるばね定数は、点線のB’点以降のばね定数よりもより固い設定となっている。
このように第1スリットV15の開口面積を調節する手法として、第1端部V1aにゴム部材を配置し、ソレノイド4aを用いて第1弁体V1を押圧することで、制御機構5の構成を簡単にしつつ開口面積の微調節を可能にしている。つまり、ソレノイド4aは、通電量の増減によって移動量を制御するよりも押付力を制御する方が容易となるからである。また、通電量を増減するボリューム機構等は比較的容易に構成できるが、ソレノイド4aの移動距離を正確に測定しようとすると各種の位置センサーが別途必要になる。
この不都合を解消するために、本実施形態では第1弁体V1の第1端部V1aに所定形状のゴム部材を配置し、押付力の変化によってゴム部材の変形量を調節することで、ソレノイド4aを位置制御したのと同等の効果を得ている。
〔第2実施形態〕
上記実施形態では、図4(a)に示すように連通部Vsは第1弁体V1の第1端部V1aに設けられていたが、この位置は適宜変更可能である。例えば、図4(b)に示すように、連通部VsをリテーナRのうち第1当接部Raである第1弁座R3に設けるものであっても良い。
第1弁体V1の開き状態はアクチュエータ4およびプランジャ3aで制御するが、アクチュエータ4が故障した場合でも、減衰力可変バルブGVには所定の減衰機能が求められる。アクチュエータ4が故障した場合には、第1弁体V1に対する押付力が発揮されなくなり、第1弁体V1は第1ばねS1によってアクチュエータ4の側に変位する。このとき、第1弁体V1の第1端部V1aと第1弁座R3との間隔が十分に開いた状態で、第1パイロット室PR1と第2パイロット室PR2とが連通される。
この状態では、ハウジングHに設けた第1ポートP1あるいは第2ポートP2が作動流体の流量を制限して所定の減衰効果が発揮される。プランジャ3aが引退した状態では、第1端部V1aと第1弁座R3との距離は十分に広いため、連通部Vsの形状は作動流体の流量に影響しなくなる。このように図4(b)に示す構成および図4(a)に示す構成であれば、アクチュエータ4が故障した場合に、予め設定した減衰機能が確実に発揮されることとなる。
〔第3実施形態〕
図4(c)に示すように、連通部Vsは第1弁体V1のうち第2端部V1bに設けることもできる。第1弁体V1は、ハウジングHと常時摺動し、ハウジングHの第1当接部Raである第1弁座R3や第2当接部3cであるプランジャ3aの先端と繰り返し衝突する。よって、連通部Vsは、耐摩耗性や強度が必要であり、作動流体に対する耐食性等も必要である。
そのため、第1弁体V1は鋼材やアルミニウム等の金属材料で構成されることが多い。ただし、減衰特性の応答性を高めるには作動流体の流れや圧力変動に応じて動作し易いように第1弁体V1は軽い方が良い。そこで、開口が形成されて部材の肉抜きが行われる連通部Vsを第2端部V1bに設けることで、第1弁体V1の重量が削減され、作動流体の圧力変動などに対して応答性の良い減衰機構を得ることができる。尚、連通部Vsをゴム部材で構成する場合には、第1弁体V1がさらに軽量となって好都合である。また、このように第1弁体V1を軽量化することの効果は、図4(a)に示す例でも得ることができる。
尚、連通部Vsは、図4(d)に示すように、プランジャ3aの端部に設けるものであっても良い。
〔第4実施形態〕
第1弁体V1は、図6に示すように実施することもできる。つまり、連通部Vsをゴム部材で構成するとともに、ゴム部材の先端部に複数の第1スリットV15を形成し、これら第1スリットV15を形成する凸部V16を軸芯Xに対してやや径外方向に広げた状態とする。
この形状であれば、凸部V16が第1弁座R3に押し付けられるとき凸部V16が径外方向に折れ曲がって拡径する。これにより第1スリットV15の開口面積が小さくなり作動流体の流量が制限される。このようなゴム部材の折れ曲がりを利用する場合、ゴム部材を圧縮変形させる場合に比べてプランジャ3aの押付力を小さくできる可能性がある。その結果、ソレノイド4aをより小型化することができ、コンパクトな減衰力可変バルブGVを得ることができる。
〔第5実施形態〕
ソレノイド4aの押付力を利用して連通部Vsの開口面積を変更するには、図7に示す構造にすることもできる。ここでは、第1弁体V1や第1弁座R3が変形するものではなく、プランジャ3aの押付力を受け止める反力部R4を第1弁座R3に設けておく。
反力部R4は、例えば、第1弁座R3にピン部材R41とコイルスプリングR42とを挿入配置しておき、筒状のガイド部R43に沿ってピン部材R41が突出・引退できるようにしておく。図7では、このようなピン部材R41を第1弁座R3の周方向に沿って例えば6箇所に設けている。ピン部材R41の基端側には、ガイド部R43の段部R44に当接するつば部R45が形成してあり、ピン部材R41は第1弁座R3に対して一定長さだけ突出するように構成してある。
プランジャ3aによって第1弁体V1を第1弁座R3の側に押し付けると、第1端部V1aがピン部材R41の先端に当接して、ピン部材R41から反力を受ける。これにより、プランジャ3aの押付力に応じて第1弁体V1と第1弁座R3との隙間が調節され、結果的に連通部Vsの開口面積が調節される。
本実施形態では、第1弁体V1が第1弁座R3の側に最も位置する場合でも、第1弁体V1がピン部材R41に押され、第1弁体V1と第1弁座R3との間に連通部Vsとしての開口が設けられる。これにより、第1流体室1と第2流体室2との差圧が小さい場合でも当該開口を介して作動流体を流通させ、減衰効果を発揮させることができる。
ただし、第1弁体V1と第1弁座R3との間に確実に開口が確保されるようにするために、図示は省略するが、第1端部V1aおよび第1弁座R3のうち少なくとも何れか一方にスリットを設け、第1弁体V1と第1弁座R3とが当接した状態でも作動流体を流通可能に構成することができる。
さらに、図示は省略するが、ピン部材R41を付勢する構成としては、コイルスプリングR42の他に環状の皿ばねや矩形状の板ばねなどを用いるものであっても良い。板ばねであれば軸芯Xの方向に沿ったスペースを縮小することができ、反力部R4をよりコンパクトに構成することができる。このように金属製のばね部材を用いることで、ゴム部材と同等の反発力を発揮し得るばね部材のサイズが縮小できるほか、作動流体に対する耐久性も確保し易い。
〔第6実施形態〕
図示は省略するが、連通部Vsを形成するべく第1端部V1a等に設けるゴム部材には、例えば第1弁座R3に当接する部位に多数の突起をスパイク状に設けてもよい。この場合には、突起の太さや高さを適宜設定することで、例えば第1弁体V1を第1弁座R3に所定距離だけ近付けるのに必要な力を自由に設定することができる。よって、ソレノイド4aの押圧能力に応じた最適な制御機構5を構成することができる。
〔第7実施形態〕
図示は省略するが、連通部Vsの形状としては、第1弁体V1の第1端部V1aおよび第1弁座R3の何れか一方に例えば環状のゴム部材を取り付けるとともに、他方は金属材料などの剛性部材で形成しつつ周方向に沿って複数のスリットを設けるものであっても良い。このとき、ゴム部材がプランジャ3aに圧縮されて変形するが、スリットに対応するゴム部材の部位はスリットの内部に張り出す。これによりスリットの開口面積が狭くなって作動流体の流通量が制限される。本構成であれば、ゴム部材の形状が単純なものとなり、使用に際してゴム部材の一部がちぎれて脱落する等の不都合が防止される。
このほか、例えば第1弁体V1の第1端部V1aおよび第1弁座R3の双方にゴム部材を取り付けて連通部Vsを構成することもできる。
〔第8実施形態〕
本発明に係る減衰力可変バルブGVは、図8に示すように、第2弁体V2を省略して構成することもできる。この場合、第2オリフィスOR2は第1ハウジングH1の端面H12に設けられる。
本構成の場合でも、第1弁体V1の端部にゴム部材等を取り付けた連通部Vs即ち第1スリットV15を設けておく。これにより、ハウジングHの動作速度が遅く、作動流体の流量が少ない時点での緩衝効果を微調節することができる。
ハウジングHの動作に際しての緩衝機能は、第1弁体V1の位置調節にのみに基づくことになる。よって、第2弁体V2が開閉動作する第1実施形態の場合に比べて、ハウジングHの動作速度の変更範囲が小さなものとなる。本実施形態の場合には、例えば第1弁体V1のストローク範囲を大きなものに設定し、第1弁体V1とプランジャ3aとの間隔あるいは第1弁体V1と第1弁座R3との間隔の変動量を大きくして、作動流体の流量制御に幅を持たせておくと良い。そのためには、第1弁体V1の諸元に応じて、第1オリフィスOR1や第2オリフィスOR2、第1ポートP1,第2ポートP2の開口面積なども適宜設定する。尚、図中の破線は、ハウジングHが下方に移動する際の作動流体の流通経路を示す。
この場合には、第2弁体V2が省略される分だけハウジングHの長さが短くなり、コンパクトな減衰力可変バルブGVを得ることができる。
本発明に係る減衰力可変バルブは、例えば、ケースの内部を第1流体室と第2流体室とに仕切り、第1流体室と第2流体室とに亘る作動流体の流量を調節するバルブとして広く適用することができる。
1 第1流体室
2 第2流体室
3c 第2当接部
4 アクチュエータ
4a ソレノイド
C ケース
GV 減衰力可変バルブ
H ハウジング
OR1 第1ホール(第1オリフィス)
OR2 第2ホール(第2オリフィス)
PR1,PR3 第1ホール側パイロット室(第1パイロット室,第3パイロット室)
PR2 第2ホール側パイロット室(第2パイロット室)
Ra 第1当接部
S1 付勢部材
V 弁体
V1a 第1端部
V1b 第2端部
Vs 連通部
X 軸芯

Claims (7)

  1. 作動流体を収容するケースと、
    前記ケースの内部を第1流体室と第2流体室とに仕切り、自身の内部空間と前記第1流体室とを連通する第1ホールを外周壁に設け、前記内部空間と前記第2流体室とを連通する第2ホールを自身の軸芯に沿った一方の端部に設けたハウジングと、
    前記ハウジングに設けられ、前記ハウジングの一部に形成された第1当接部に当接する第1端部を有し、前記内部空間を前記第1ホールに連通する第1ホール側パイロット室と前記第2ホールに連通する第2ホール側パイロット室とに分けつつ、前記第1当接部に当接する位置を端点として前記軸芯の方向に沿って前記内部空間を往復移動する筒状の弁体と、
    前記ハウジングに設けられ、前記弁体のうち前記軸芯に沿って前記第1端部とは反対側に設けられた第2端部に当接する第2当接部を有し、前記軸芯に沿って移動して前記弁体の位置を設定するアクチュエータと、を備え、
    前記第1端部および前記第1当接部、前記第2端部、前記第2当接部のうち少なくとも何れか一方に、前記第1ホール側パイロット室と前記第2ホール側パイロット室とを連通する開口を有し、前記アクチュエータからの押付力に応じて前記開口の開口面積が変化する連通部が設けられている減衰力可変バルブ。
  2. 前記連通部が前記第1端部および前記第2端部のうち少なくとも何れか一方に設けられている請求項1に記載の減衰力可変バルブ。
  3. 前記弁体を前記アクチュエータに向けて押し付ける付勢部材が前記ハウジングと前記弁体とに亘って設けられており、前記連通部が前記第1端部および前記第1当接部のうち少なくとも何れか一方に設けられている請求項1に記載の減衰力可変バルブ。
  4. 前記連通部が前記第1端部に設けられている請求項1から3の何れか一項に記載の減衰力可変バルブ。
  5. 前記連通部が弾性材料によって環状に形成され、前記開口として切欠部が少なくとも一つ設けられている請求項1から4の何れか一項に記載の減衰力可変バルブ。
  6. 前記連通部がゴム材料で形成されている請求項1から5の何れか一項に記載の減衰力可変バルブ。
  7. 前記アクチュエータがソレノイドである請求項1から6の何れか一項に記載の減衰力可変バルブ。
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