JP4726080B2 - 緩衝器のバルブ構造 - Google Patents

Description

本発明は、緩衝器のバルブ構造の改良に関する。

従来、この種緩衝器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緩衝器のバルブ構造では、ピストン速度が中高速領域における減衰力が大きくなりすぎ車両における乗り心地を損なう場合があり、これを解消するため、図４に示すように、リーフバルブＬの内周側を固定的に支持せずに、リーフバルブＬの内周をピストンロッドＲもしくはピストンＰをピストンロッドＲに固定する筒状のピストンナットＮの外周に摺接させ、スプリングＳでメインバルブＭを介してリーフバルブＬの背面を附勢した緩衝器のバルブ構造が提案されるに至っており、図示したところでは、緩衝器の伸側減衰バルブに具現化されている（たとえば、特許文献１参照）。

このバルブ構造を適用した緩衝器にあっては、図示するところではピストンＰが上方へ移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Ｌの外周側がリーフバルブＬに積層したメインバルブＭの当接部位を支点として撓むので、図５に示すように、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し、ピストン速度が中高速領域に達すると、ポートＰｏを通過する作動油の圧力がリーフバルブＬに作用し、スプリングＳの附勢力に抗してリーフバルブＬがメインバルブＭとともにピストンＰから軸方向にリフトして後退するので、内周が固定的に支持される緩衝器のバルブ構造に比較して流路面積が大きくなり、減衰力が過大となること抑制して、車両における乗り心地を向上することができる。
特開平９−２９１９６１号公報（図１）

しかしながら、上述のような提案のバルブ構造およびこれを適用した緩衝器にあっては、車両における乗り心地を向上できる点で有用な技術ではあるが、以下の不具合があると指摘される可能性がある。

というのは、たとえば、上記ピストン速度すなわち緩衝器の伸縮速度が高速領域に達すると、従来の緩衝器のバルブ構造では、伸縮速度に応じてリーフバルブＬがピストンＰから軸方向に後退してリフトするのみで、減衰係数は大きくならない。

したがって、ピストン速度が高速領域に達する場合の減衰力が不足気味となり、振動抑制が充分に行われず、車両における乗り心地を悪化させてしまうことになる。

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、緩衝器の伸縮速度が高速領域に達する場合にあっても車両における乗り心地を向上することができる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、バルブディスクの軸心部から立ち上がる軸部材と、この軸部材の外周側に挿通されるととともに上記バルブディスクに積層されポートを閉塞する環状のリーフバルブと、上記軸部材の外周側に挿通されるとともにリーフバルブに積層される環状のバルブ抑え部材と、ポートを閉塞する方向にバルブ抑え部材を介してリーフバルブを附勢する附勢手段とを備えた緩衝器のバルブ構造において、リーフバルブのポート閉塞部を迂回するバイパス通路を設け、該バイパス通路は、附勢手段の附勢力に抗してリーフバルブとバルブ抑え部材とがバルブディスクから後退すると開通され、かつ、当該リーフバルブとバルブ抑え部材とがバルブディスクから所定量以上後退すると閉じられることを特徴とするものである。
この場合、バイパス通路の一部は、軸部材の外周に形成した軸方向に沿う切欠とバルブ抑え部材の内周とで形成され、バルブ抑え部材は、バルブディスクから所定量後退すると、内周面で切欠の終端をラップするのが好ましい。

本発明の緩衝器のバルブ構造によれば、緩衝器の伸縮速度が高速領域に達すると、減衰係数を大きくすることができ、緩衝器の伸縮速度が高速領域に達する場合にあっても減衰力が不足することがなく、振動抑制が充分に行われ、車両における乗り心地を向上することができる。

さらに、緩衝器が最伸長するような振幅が大きく、かつ、緩衝器の伸縮速度が高速領域に達するような状況下にあっては、減衰係数を大きくして緩衝器の発生減衰力を大きくすることができるので、緩衝器の伸縮速度を速やかに低減することができ、最伸長時の衝撃を緩和することができる。

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緩衝器のピストン部の一部における縦断面図である。図２は、バルブ抑え部材がバルブディスクから所定量以上後退した状態を示す図である。図３は、一実施の形態の緩衝器のバルブ構造が具現化した緩衝器における減衰特性を示す図である。

一実施の形態における緩衝器のバルブ構造は、図１に示すように、緩衝器のピストン部の伸側減衰バルブとして具現化されており、ポート２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ナット４と、このピストンナット４の外周側に挿通されるととともにピストン１に積層されポート２を閉塞する環状のリーフバルブ１０と、上記ピストンナット４の外周側に挿通されるととともにピストン１に積層されポート２を閉塞する環状のリーフバルブ１０と、リーフバルブ１０に積層される環状のバルブ抑え部材１１と、ポート２を閉塞する方向にバルブ抑え部材１１を介してリーフバルブ１０を附勢する附勢手段たるコイルスプリング１５と、リーフバルブ１０のポート閉塞部を迂回するバイパス通路１７とを備えて構成され、該バイパス通路１７は、コイルスプリング１５の附勢力に抗してリーフバルブ１０とバルブ抑え部材１１とがバルブディスク１から後退すると開通され、かつ、当該リーフバルブ１０とバルブ抑え部材１１とがバルブディスク１から所定量以上後退すると閉じられるようになっている。

他方、バルブ構造が具現化される緩衝器は、周知であるので詳細には図示して説明しないが、具体的にたとえば、シリンダ４０と、シリンダ４０の上端を封止するヘッド部材（図示せず）と、ヘッド部材（図示せず）を摺動自在に貫通するピストンロッド５と、ピストンロッド５の端部に設けた上記ピストン１と、シリンダ４０内にピストン１で隔成される２つの圧力室たる上室４１と下室４２と、シリンダ４０の下端を封止する封止部材（図示せず）と、シリンダ４０から出没するピストンロッド５の体積分のシリンダ内容積変化を補償する図示しないリザーバあるいはエア室とを備えて構成され、シリンダ４０内には液体、具体的には作動油が充填されている。

そして、上記バルブ構造にあっては、シリンダ４０に対してピストン１が図１中上方に移動するときに、上室４１内の圧力が上昇して上室４１から下室４２へポート２を介して作動油が移動するときに、その作動油の移動にリーフバルブ１０で抵抗を与えて所定の圧力損失を生じせしめて、緩衝器に所定の減衰力を発生させる減衰力発生要素として機能する。

以下、このバルブ構造について詳しく説明すると、バルブディスクたるピストン１は、有底筒状に形成され、底部１ａの軸心部に緩衝器のピストンロッド５が挿通される挿通孔１ｂと、ポート２と、ポート２に連通する窓３と、ポート２の出口端となる窓３の外周側に形成された弁座１ｃと、を備えて構成されている。なお、このピストン１には、緩衝器が収縮するときに下室４２から上室４１へと向かう作動油の流れを許容する圧側のポート１ｄが底部１ａの伸側のポート２より外周側に設けられている。

このピストン１の挿通孔１ｂ内には上述のようにピストンロッド５が挿通され、ピストンロッド５の先端部はピストン１の図１中下方側に突出させてある。なお、図示はしないが、ピストンロッド５の先端部の外径は、図４に示した従来の緩衝器のピストンロッドＲと同様に、図示しない上方側の外径より小径に設定され、上方側と先端部との外径が異なる部分に図示しない段部が形成されている。

つづいて、軸部材の一部をなすピストンナット４は、筒部４ａと、図１中下端外周から延設される鍔４ｂと、を備えて構成され、筒部４ａの上端部外径は小径とされて小径部４ｃが形成され、また、上記小径部４ｃの外周には、筒部４ａの上端となる小径部４ｃの上端から軸方向に沿って切欠１６が設けられている。

そして、上記ピストンロッド５の先端部を圧側のリーフバルブ（符示せず）、バルブストッパ等（符示せず）とともにピストン１の挿通孔１ｂに挿入するとともに、ピストン１の図１中下方からピストンナット４をピストンロッド５の先端に設けた螺子部５ａに螺着することによって、ピストン１はピストンロッド５の段部とピストンナット４の上端とで挟持されてピストンロッド５に固定されている。

なお、ピストン１の底部１ａに設けた挿通孔１ｂにおける下端開口部が拡径されて拡径部１ｅが設けられて段部が形成され、この段部に筒部４ａにおける小径部４ｃの図１中上端の挿入が可能なようになっている。

また、上述のように、ピストン１を有底筒状の形状とすることによって、図示しないピストン１の上端からピストンナット４の下端までの長さを小さくすることができ、ピストン部を小型化することができるが、ピストン１の形状はこれに限定されない。

また、ピストン１の底部１ａには、上記ピストンナット４の筒部４ａにおける小径部４ｃの外周に摺接してリーフバルブ１０より小径な環状の間座７が複数積層され、この間座７の下方から小径部４ｃの外周に摺接するリーフバルブ１０が積層され、さらに、このリーフバルブ１０の下方からリーフバルブ１０より小径であって小径部４ｃの外周に摺接する環状の間座８が複数積層されるとともに、またさらに、この間座８の下方から同じく小径部４ｃの外周に摺接するバルブ抑え部材１１が積層されている。

なお、リーフバルブ１０は、環状に形成されこの図１中上面を弁座１ｃに当接させて、ピストン１のポート２を閉塞することができるようになっており、上記したところから、ポート閉塞部は、上記リーフバルブ１０と弁座１ｃとで構成されている。さらに、詳しくは図示しないが、弁座１ｃに着座するリーフバルブ１０の外周に形成した切欠あるいは弁座１ｃに打刻されて形成される周知のオリフィスが設けられている。

そして、図１中一番最下方に積層されるバルブ抑え部材１１は、筒部１１ｂと、筒部１１ｂの上方側外周から延設される鍔１１ａとを備えており、この鍔１１ａとピストンナット４の鍔４ｂとの間には、附勢手段たるコイルスプリング１５が介装され、このコイルスプリング１５で上記リーフバルブ１０を弁座１ｃ側に押し付けている。

すなわち、コイルスプリング１５の附勢力を上記バルブ抑え部材１１を介してリーフバルブ１０の内周側に作用させて、コイルスプリング１５でポート２を閉塞する方向にリーフバルブ１０を附勢している。

したがって、リーフバルブ１０は、ピストン１が図１中上方に移動して、上室４１内の圧力と下室４２内の圧力との差が大きくなると、上記附勢力に抗してコイルスプリング１５を圧縮してリーフバルブ１０の全体がピストン１から軸方向に後退、つまり、図２に示すように、下方にリフトするようになっている。

なお、ピストン１の底部１ａから弁座１ｃの下端までの軸方向長さよりも、間座７全体の軸方向の厚みを短く設定してあり、内周側に附勢力が作用しているリーフバルブ１０に初期撓みを与えている。

この初期撓みの撓み量の設定によって、リーフバルブ１０が弁座１ｃから離れてポート２を開放する時の開弁圧を調節することができ、この初期撓みの撓み量は、間座７の全体の厚みで変更可能であるとともに、緩衝器が適用される車両に最適となるように設定されている。なお、ピストン１の底部１ａから弁座１ｃの下端までの軸方向長さによっては、間座７を省略することも可能である。

さらに、上記したところでは、附勢手段をコイルスプリング１５としているが、リーフバルブ１０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。

また、リーフバルブ１０の枚数は、本バルブ構造で実現する減衰特性によって任意とされてよく、たとえば、複数枚でも差し支えなく、また、リーフバルブ１０の外径についても、それぞれを任意に設定することができる。

戻って、バルブ抑え部材１１の筒部１１ｂの内周は、ピストンナット４の小径部４ｃの外周に摺接させてあり、切欠１６とバルブ抑え部材１１の内周とで作られる流路でバイパス通路１７が形成され、バルブ抑え部材１１がバイパス通路１７における切欠１６の下端となる終端に対向しない状態では、バイパス通路１７の下流側は、下室４２に連通される状態となる。

他方、図２に示すように、バルブ抑え部材１１が上記したようにリフトしてピストン１から所定量以上後退して、切欠１６の該終端を完全にラップするとバイパス通路１７の下流側が閉じられるようになっている。

さらに、ピストンナット４の小径部４ｃの上端は、ピストン１の挿通孔１ｂにおける拡径部１ｅ内に挿入されているので、ピストン１の図１中上方への移動時に上室４１内の圧力と下室４２内の圧力との差が小さくリーフバルブ１０がピストン１から図１中下方に後退しない場合には、間座７，８、リーフバルブ１０およびバルブ抑え部材１１は、ほとんど隙間なく積層されるとともに、間座７の上面がピストン１の底部１ａに当接して拡径部１ｅを閉塞するので、バイパス通路１７の上流端は閉じられることになる。

すなわち、上記バイパス通路１７は、上室４１と下室４２との差圧が大きくなって、リーフバルブ１０がピストン１から後退するような状況となるとバイパス通路１７の上流および下流が開放されて開通され、リーフバルブ１０と弁座１ｃとで形成されるポート閉塞部を迂回して上室４１と下室４２とを連通するが、リーフバルブ１０とともにバルブ抑え部材１１がピストン１から後退する後退量が所定量以上となると、バイパス通路１７の下流端がバルブ抑え部材１１によって閉塞されて閉じられるようになっている。

なお、ピストン１に拡径部１ｅを設けずピストンナット４の小径部４ｃの上端を直接ピストン１の底部１ａに当接するような構成を採用してもよく、このようにしても、リーフバルブ１０や間座７，８等のバルブの弁体を構成する部材でバイパス通路１７の上端を閉塞することができる。

そして、切欠１６の基端である小径部４ｃの上端部から終端までの長さは、緩衝器のピストン速度が所定の速度以上となるときに、バルブ抑え部材１１が所定量以上後退して切欠１６の終端を完全にラップしてバイパス通路１７を閉じることができるような長さに設定されている。

上記バルブ抑え部材１１が所定量以上後退してバイパス通路１７を閉じる時のピストン１の所定の速度は、コイルスプリング１５のバネ定数の設定によって調節することができる。なお、上記したバイパス通路１７は、一つだけでなく、切欠１６を複数設けるようにして複数とされてもよい。

つづいて、一実施の形態におけるバルブ構造および緩衝器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４０に対して図１中上方側に移動すると、上室４１内の圧力が高まり、上室４１内の作動油はポート２を通過して下室４２内に移動しようとする。

そして、ピストン速度が低速領域にある場合、作動油は、ピストン速度が極低速のうちは、上述の弁座１ｃに着座するリーフバルブ１０の外周に設けた切欠あるいは弁座１ｃに打刻によって形成されるオリフィスを通過し、その後の速度の上昇に伴って、リーフバルブ１０の外周を撓ませるが、リーフバルブ１０をコイルスプリング１５の附勢力に抗してピストン１から後退させてリフトさせることができず、リーフバルブ１０はコイルスプリング１５によって附勢されてポート２を閉塞するように押し付けられて間座８の外周縁を支点として撓むのみとなる。

この場合、リーフバルブ１０はピストン１から後退しないのでバイパス通路１７は開通されることがなく、作動油は、このバイパス通路１７を介して上室４１から下室４２へ移動することはない。

したがって、このときの減衰特性（ピストン速度に対する減衰力の関係）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の速度が中速領域に達して、上室４１内の圧力と下室４２内の圧力との差が大きくなり、作動油のリーフバルブ１０を図１中下方へ押し下げる力が大きくなるとともに、該力がコイルスプリング１５の附勢力に打ち勝って、リーフバルブ１０の全体をピストン１から軸方向に後退させる、すなわち、図１中下方へ移動させることになる。

このとき、リーフバルブ１０の全体がピストン１の底部１ａから離れ、弁座１ｃとリーフバルブ１０との間の隙間は、ピストン速度が低速領域にあるときよりも大きく、また、ピストン速度に比例して隙間が大きくなる。なお、このピストン速度が中速領域にあるときは、緩衝器の伸縮時の速度であるピストン速度が所定速度に達しておらず、バルブ抑え部材１１が所定量以上後退しない状況であり、バイパス通路１７は開通されて上室４１と下室４２との連通を維持する。

したがって、ピストン速度が中速領域にあるときの減衰特性は、図３に示すが如くとなり、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。

そして、ピストン速度が上記所定の速度以上となる高速領域に達すると、作動油のリーフバルブ１０を下方へ押し下げる力は一層大きくなり、図２に示すように、コイルバネ１５の附勢力に抗してリーフバルブ１０とともにバルブ抑え部材１１をピストン１から所定量以上後退させる。

すると、バルブ抑え部材１１のピストン１からの後退量が所定量以上となるので、筒部１１ｂの内周が切欠１６の終端を完全にラップすることになり、バイパス通路１７が閉塞される。

したがって、ピストン速度が高速領域に達すると、バイパス通路１７の通路断面積分の流路面積が減じられることになり、ピストン速度が高速領域にある場合におけるピストン速度に対する減衰力の増加割合（減衰係数）は、ピストン速度が中速領域にある場合におけるピストン速度に対する増加割合（減衰係数）より大きくなる。

つまり、ピストン速度が高速領域にあるときの減衰係数は、ピストン速度が中速領域にあるときの減衰係数より大きくなるので、ピストン速度が高速領域にあるときの減衰特性は、図３に示すが如くとなり、ピストン速度の増加に対して比例はするものの中速領域より減衰係数は大きく、減衰特性の傾きが大きくなる。

したがって、本実施の形態における緩衝器のバルブ構造にあっては、ピストン速度が高速領域に達すると、ピストン速度が中速領域にある場合よりも減衰係数を大きくすることができ、ピストン速度が高速領域に達する場合にあっても減衰力が不足することがなく、振動抑制が充分に行われ、車両における乗り心地を向上することができる。

さらに、緩衝器が最伸長するような振幅が大きく、かつ、ピストン速度が高速領域に達するような状況下にあっては、減衰係数を大きくして緩衝器の発生減衰力を大きくすることができるので、ピストン速度を速やかに低減することができ、最伸長時の衝撃を緩和することができる。

さらに、リーフバルブ１０がピストン１から後退しない状態では、バイパス通路１７を閉塞することができるので、ピストン１が図１中下方に移動する際に、バイパス通路１７が開通したままとなって圧側の減衰力に影響を与えてしまうような不具合もない。

なお、バルブ抑え部材１１が所定量以上後退して減衰係数が大きくなるときのピストン速度は、中速領域と高速領域との境に設定すると、ピストン速度が中速領域にあるときには、減衰係数を比較的小さく保っておくことができるので、減衰力が大きくなり過ぎることがなく、車両における乗り心地を確保することができる。また、実用性を勘案すると、具体的にはたとえば、上記ピストン１の所定速度は、０．６ｍ／ｓ以上であって２ｍ／ｓ以下に設定されると、緩衝器が適用される実車に好適となり、実用性が向上することになる。

なお、バイパス通路１７は、ポート２の途中に接続するように設けられているが、ピストン１の図１中上端に連通するように設けてもよく、また、バルブ抑え部材１１が所定量後退するときに閉塞されるようにしておけばよいので、他の構成、たとえば、ピストンロッド５の内部にバイパス通路の一部を形成して、このピストンロッド５の内部の通路の出口端をバルブ抑え部材１１より図１中下方となるように設定し、バルブ抑え部材１１が所定量以上後退するときに、上記出口端をラップして閉塞するような構成を採用するとしてもよい。

しかしながら、上述のように、軸部材たるピストンナット４に切欠１６を設け、バルブ抑え部材１１の所定量以上の後退でその終端を閉塞し、リーフバルブ１０がピストン１から後退しない状態では、リーフバルブ１０や間座７，８等のバルブの弁体を構成する部材でバイパス通路１７の上流端を閉塞する構成を採用することにより、従来のバルブ構造に大幅な改変を加えることないのでバルブを構成する大部分の部品に互換性があり、バルブおよび緩衝器の加工コストを大幅に悪化させることがなく、経済的である。

また、上記した実施の形態では、ピストン１をピストンナット４で固定しているが、ピストン１をピストンロッド５に別の手段で固定することができる場合には、コイルスプリング１５の図１中下端を支承する部材を設けておけば、ピストンロッド５を軸部材としてピストンロッド５の外周に切欠を設けておき、リーフバルブ１０およびバルブ抑え部材１１をピストンロッド５の外周に直接摺接させておくようにしてもよく、さらに、ピストン１に挿通孔１ａを設けてピストンロッド５の先端部を挿入するようにして、ピストンロッド５を突出させているが、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の軸心部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ピストン部の圧側減衰バルブに具現化することも、また、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緩衝器のバルブ構造が具現化された緩衝器のピストン部の一部における縦断面図である。 バルブ抑え部材がバルブディスクから所定量以上後退した状態を示す図である。 一実施の形態の緩衝器のバルブ構造が具現化した緩衝器における減衰特性を示す図である。 従来の緩衝器のバルブ構造が具現化された緩衝器のピストン部の縦断面図である。 従来の緩衝器のバルブ構造が具現化した緩衝器における減衰特性を示す図である。

符号の説明

１ バルブディスクたるピストン
１ａ 底部
１ｂ 挿通孔
１ｃ 弁座
１ｄ，２ ポート
１ｅ 拡径部
３ 窓
４ 軸部材たるピストンナット
４ａ，１１ｂ 筒部
４ｂ，１１ａ 鍔
４ｃ 小径部
５ ピストンロッド
５ａ 螺子部
７，８ 間座
１０ リーフバルブ
１１ バルブ抑え部材
１５ 附勢手段たるコイルスプリング
１６ 切欠
１７ バイパス通路
４０ シリンダ
４１ 上室
４２ 下室

Claims (2)

1. ポートが形成されるバルブディスクと、バルブディスクの軸心部から立ち上がる軸部材と、この軸部材の外周側に挿通されるととともに上記バルブディスクに積層されポートを閉塞する環状のリーフバルブと、上記軸部材の外周側に挿通されるとともにリーフバルブに積層される環状のバルブ抑え部材と、ポートを閉塞する方向にバルブ抑え部材を介してリーフバルブを附勢する附勢手段とを備えた緩衝器のバルブ構造において、リーフバルブのポート閉塞部を迂回するバイパス通路を設け、該バイパス通路は、附勢手段の附勢力に抗してリーフバルブとバルブ抑え部材とがバルブディスクから後退すると開通され、かつ、当該リーフバルブとバルブ抑え部材とがバルブディスクから所定量以上後退すると閉じられることを特徴とする緩衝器のバルブ構造。
2. バイパス通路の一部は、軸部材の外周に形成した軸方向に沿う切欠とバルブ抑え部材の内周とで形成され、バルブ抑え部材は、バルブディスクから所定量後退すると、内周面で切欠の終端をラップすることを特徴とする請求項１に記載の緩衝器のバルブ構造。

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