JP4847364B2 - 緩衝器のバルブ構造 - Google Patents

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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、ピストン速度が高速領域における減衰力が不足して振動抑制が充分に行われず、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3に示すように、リーフバルブLの内周側を固定的に支持するとともに、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をピストンPへ向けて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で支持される部位を支点として撓むので、内周が固定的に支持される通常のバルブ構造より高い減衰力の発揮を期待でき、また、ピストン速度が高速領域に達して、リーフバルブLが大きく撓むようになると、スプリングSが圧縮されるのでリーフバルブLをピストンP側へ附勢する力も大きくなり、スプリングSの附勢力が重畳されない通常のバルブ構造に比較して、ピストン速度が高速領域にある場合にも大きな減衰力の発揮が見込め、車両における乗り心地を向上することができる。
特開2004−190716号公報(図4)
しかしながら、上述のような提案のバルブ構造にあっては、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。
ここで、車両における乗り心地を向上するには、ピストン速度が中速領域にあるときに減衰係数を極力小さくして発生減衰力が過剰とならないようにするとよいが、上記従来の緩衝器のバルブ構造にあっては、スプリングSの圧縮によってより大きな附勢力がリーフバルブLに作用するので、ピストン速度が中速領域にあるときにおいても減衰力が過剰となって、車両における乗り心地を損なってしまう。
これらの問題を解決するためには、スプリングSによるリーフバルブLを附勢する初期荷重はそのままとしつつ、スプリングSのバネ定数を小さく設定することが必要となる。
ところが、スプリングSを上記条件の如く設定すると、今度は、ピストン速度が高速領域にある場合の減衰力が不足してしまうことになって、振動抑制を充分に行うことができなくなってしまう虞がある。
また、スプリングSの初期荷重をそのままとしてバネ定数を小さくするという条件を満足させるためには、スプリングSの自由長を長く設定するとともに線条径を小さく設定する必要があり、すると、スプリングSの自然長の長大化によってバルブを含んだピストン部全体の長さが長くなり、その長さ分だけ緩衝器の伸縮可能範囲であるストローク長が短くなり、上記ストローク長を確保しようとすると、緩衝器全体の長さが長くなり、車両への搭載性が悪化してしまう。
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、車両における乗り心地と緩衝器におけるストローク長のの両方を満足させることが可能な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、バルブディスクに積層されポートを開閉する環状のリーフバルブと、リーフバルブに積層されリーフバルブの撓みを抑制するバルブストッパとを備えた緩衝器のバルブ構造において、バルブストッパは、弾性を備えてリーフバルブに積層されるプレートと、プレートからリーフバルブ側へ突出させた筒部とで構成され、ピストン速度の低中速領域ではリーフバルブが撓んで当該リーフバルブの撓みによる減衰力を発生させ、ピストン速度の高速領域ではリーフバルブが更に撓んで筒部に当接しながらバルブストッパを撓ませてリーフバルブの撓み剛性にバルブストッパの撓み剛性を重畳した撓み剛性による減衰力を発生させることを特徴とする。
この場合、プレートは、板部材を複数積層して構成されているのが好ましい。
本発明の緩衝器のバルブ構造によれば、ピストン速度が中速領域における減衰係数を低く設定しながら、ピストン速度が高速領域における減衰係数を大きくすることが可能であるので、ピストン速度に応じて発生される減衰力に過不足が生じず、車両における乗り心地を向上することができるのである。
また、本バルブ構造にあっては、リーフバルブを附勢するスプリングが不要で、スプリングの自然長の長大化を招くことが無く、バルブ構造を含んだピストン部の軸方向長さが大型化してしまう不具合が無いため、緩衝器の伸縮可能範囲であるストローク長が短くなる不具合がなく、車両への搭載性が悪化することがない。
さらに、スプリングでリーフバルブの背面を附勢する構成を採用していないので、スプリングの附勢力のバラツキによって製品毎の減衰特性にバラツキが生じてしまうような心配が無く、緩衝器のバルブ構造の信頼性および安定性が向上する。
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、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および圧側の両方の減衰バルブに具現化されており、緩衝器内に一方室41と他方室42とを隔成するとともに上記一方室41と他方室42とを連通する一方側のポート2aおよび他方側のポート2bとを備えたバルブディスクたるピストン1と、ピストン1の一方室側面に積層されて一方側のポート2aを開閉する一方側のリーフバルブ10aと、ピストン1の他方室側面に積層されて他方側のポート2bを開閉する他方側のリーフバルブ10bと、一方側のリーフバルブ10aに積層されリーフバルブ10aの撓みを抑制する一方側のバルブストッパ11と、他方側のリーフバルブ10bに積層されリーフバルブ10bの撓みを抑制する他方側のバルブストッパ12とを備えて構成されている。
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の先端5aが挿通されて上記先端5aに固定されるピストン1と、シリンダ40内にピストン1で隔成される図1中上方側の一方室41と下方側の他方室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内には流体、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中上下方に移動して、一方室41と他方室42とをポート2a,2bを介して作動油が交流するときに、その作動油の流れに対しそれぞれ対応するリーフバルブ10a,10b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、環状に形成されて、作動油が他方室42から一方室41へ通過することを許容する一方側のポート2aと、逆に作動油が一方室41から他方室42へ通過することを許容する他方側のポート2bと、各ポート2a,2bの出口端にそれぞれ連なる窓3a,3bと、各ポート2a,2bの出口端となる窓3a,3bの外周側に形成される環状の弁座1a,1bとを備えている。
さらに、各ポート2a,2bの開口端には、ピストン1に積層される各リーフバルブ10a,10bによって閉塞されないように開口窓6a,6bが設けられている。
そして、上述のように、ピストン1の内周側には緩衝器のピストンロッド5の先端5aが挿通され、ピストンロッド5の先端5aはピストン1の図1中下方側に突出させてあり、このピストンロッド5は、軸部材における軸とされている。また、ピストンロッド5の先端5aの外径は、先端5aより図1中上方側の外径より小径に設定され、上方側と先端5aとの外径が異なる部分に段部5bが形成され、さらに、先端5aの図1中最下方の外周には螺子溝5cが形成されている。
また、ピストン1の図1中上下に積層されるリーフバルブ10a,10bは、環状に形成された板を複数枚積層して積層リーフバルブとして構成されており、一方側のリーフバルブ10aは、内周側がピストンロッド5の先端5aに固定されるとともにピストン1に形成の弁座1aに当接して、一方側のポート2aの出口端を閉塞し、他方側のリーフバルブ10bは、内周側がピストンロッド5の先端5aに固定されるとともにピストン1に形成の弁座1bに当接して、他方側のポート2bの出口端を閉塞している。
したがって、各リーフバルブ10a,10bは、内周側が固定端とされて外周側が撓むことによってポート2a,2bを開放することができるようになっている。
また、この実施の形態においては、リーフバルブ10a,10bは、積層リーフバルブとして構成されているが、上記環状の板の枚数は、本バルブ構造で実現する減衰特性(ピストン速度に対する減衰力の関係)によって任意とされてよく、緩衝器に発生させる減衰特性によって複数枚とされても一枚のみでも差し支えなく、また、緩衝器に発生させ減衰特性によって各リーフの外径を異なるように設定することができる。
なお、一方側のリーフバルブ10aの積層リーフバルブを構成する板と板との間の一箇所に肉厚のリングrが介装されており、このリングrによって図1中上方側に積層される板群に初期撓みを与えられるようになっている。そして、リングrの厚みで初期撓みの撓み量を調節でき、この撓み量の設定によって、リーフバルブ10aが弁座1aから離れてポート2aを開放する時の開弁圧を調節することができるようになっている。このリングrは、他方側のリーフバルブ10bに適用されてもよいことは当然である。
さらに、詳しくは図示しないが、弁座1a,1bに着座するリーフバルブ10a,10bの外周に形成した切欠あるいは弁座1a,1b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。
つづいて、一方側のリーフバルブ10aより図1中上方には、間座13および一方側のバルブストッパ11が積層され、他方側のリーフバルブ10bより図1中下方には、間座14および他方側のバルブストッパ12が積層され、これら各部材は、ピストン1とともにピストンロッド5の先端5aに組み付けられ、上記先端5aに設けた螺子溝5cに螺着されるピストンナット15とピストンロッド5の段部5bとで挟持されてピストンロッド5に固定されている。
すなわち、このバルブ構造にあっては、ピストン1の上方側に配置されるリーフバルブ10a、間座13およびバルブストッパ11の構成と、ピストン1の下方側に配置されるリーフバルブ10b、間座14およびバルブストッパ12の構成とは、ピストン1を境にして天地逆とした線対称の関係にある。
そして、一方側のバルブストッパ11は、間座13を介してリーフバルブ10aに積層される環状のプレート11aと、プレート11aの外周から垂下されて一方側のリーフバルブ10a側へ突出する筒部11bとを備えて構成されている。
また、プレート11aは、孔開き薄肉の板部材pを複数積層して構成されており、図1中最下方に配置される板部材pが筒部11bを保持している。これら板部材pは、いずれも、弾性を備えて内周側がピストンロッド5に固定されることで外周側が所定の撓み剛性で撓むことが可能とされており、したがって、プレート11aの撓み剛性は、複数積層される板部材pの撓み剛性の全てを合成したものとなり、この場合、板部材pの積層枚数に比例したものとなる。
なお、板部材pを積層してプレート11aを構成するではなく、一枚の環状板で構成するとしてもよいが、本実施の形態にあっては、上述のように薄肉の板部材pを積層することでプレート11aを構成するようにしているので、プレート11aの撓み剛性を板部材pの積層枚数によって調節することが可能となり、プレート11aの撓み剛性の調節が非常に簡単となる。
また、本実施の形態では、筒部11bの内径は、一方側のリーフバルブ10aが所定量撓んだ状態でリーフバルブ10aに当接することが可能な径に設定されて、バルブストッパ11をリーフバルブ10aに積層すると筒部11bの図1中下面がリーフバルブ10aの図1中上面となる背面の外周に所定の隙間を望んで対向するようになっている。なお、筒部11bの内径については、リーフバルブ10aの外径より小径に設定して撓んだリーフバルブ10aの中間部に当接するようにしてもよい。
つづいて、他方側のバルブストッパ12は、間座14を介してリーフバルブ10bに積層される環状のプレート12aと、プレート12aの外周から立ち上がって他方側のリーフバルブ10b側へ突出する筒部12bとを備えて構成されている。そして、このバルブストッパ12におけるプレート12aにあっても、プレート11aと同様に、孔開き薄肉の板部材pを複数積層して構成されており、図1中最上方に配置される板部材pが筒部12bを保持している。また、筒部12bの内径は、他方側のリーフバルブ10bが所定量撓んだ状態でリーフバルブ10bに当接することが可能な径に設定されて、バルブストッパ12をリーフバルブ10bに積層すると筒部12bの図1中上面がリーフバルブ10bの図1中下面となる背面に隙間を望んで対向するようになっている。なお、この筒部12bにあっても、その内径をリーフバルブ10bの外径より小径に設定して撓んだリーフバルブ10bの中間部に当接するようにしてもよい。
すなわち、リーフバルブ10a,10bが所定量撓むと、リーフバルブ10a,10bの背面が筒部11b,12bに当接して、それ以上のリーフバルブ10a,10bの撓みに対してバルブストッパ11,12におけるプレート11a,12aも撓むようになり、これによってリーフバルブ10a,10bは、それ以上撓みに対しては、自身の撓み剛性にそれぞれプレート11a,12aの撓み剛性を重畳した合成された高い撓み剛性によって撓むことになり、リーフバルブ10a,10bの撓みが抑制されることになる。
そして、リーフバルブ10a,10bの背面における筒部11b,12bに対向する部位が筒部11b,12bに当接することで、リーフバルブ10a,10bの撓みが抑制されるので、上記撓みの所定量は、リーフバルブ10a,10bの背面と筒部11b,12bとの間の隙間長さの設定によって調節することができ、この実施の形態の場合、ピストン速度が高速領域に達するときにリーフバルブ10a,10bが撓む量を所定量としている。つまり、リーフバルブ10a,10bの撓みが抑制される起点となるピストン速度は、中速と高速との境になるように設定されている。
なお、各プレート11a,12aの撓み剛性を狙った値に設定できればよいので、各プレート11a,12aを構成する各板部材pの厚さは、同じに設定されてもよいし、異なるように設定されてもよい。
つづいて、上述のように構成されたバルブ構造の作用について説明する。まず、ピストン1がシリンダ40に対して図1中下方側に移動すると、他方室42内の圧力が高まり、他方室42内の作動油は開口窓6aおよび一方側のポート2aを通過して一方室41内に移動しようとする。
そして、緩衝器の伸縮速度となるピストン速度が低速領域にある場合、作動油は、上述の弁座1aに着座する一方側のリーフバルブ10aの外周に設けた切欠あるいは弁座1aに打刻によって形成されるオリフィスを通過し、その後のピストン速度が上昇して中速領域に達すると、作動油は、一方側のリーフバルブ10aの外周を撓ませて、一方側のリーフバルブ10aと弁座1aとの間の隙間を通過する。
このピストン速度が低中速領域にある場合、一方側のリーフバルブ10aの背面がバルブストッパ11の筒部11bに当接するまで撓まず、一方側のリーフバルブ10aの撓みはバルブストッパ11によって抑制されない。
したがって、ピストン速度が低中速領域にある場合には、一方側のリーフバルブ10aの撓みがバルブストッパ11によって抑制されることなく、この低中速領域では内周端固定の一方側のリーフバルブ10aのみが作用する減衰特性(ピストン速度に対する減衰力の関係)を呈することとなる。そして、一方側のリーフバルブ10aの撓み剛性を低く設定しておくことにより、図2の実線に示すが如く、ピストン速度が中速領域における減衰特性の傾きを小さくし、従来のバルブ構造に比較して発生減衰力が低くなるよう設定することができる。
他方、ピストン1の速度が高速領域に達して、他方室42内の圧力と一方室41内の圧力との差が大きくとなると、作動油の一方側のリーフバルブ10aの外周を図1中上方へ撓ませようとする力が大きくなり、一方側のリーフバルブ10aの背面がバルブストッパ11の筒部11bに当接するようになり、一方側のリーフバルブ10aとともにバルブストッパ11のプレート11aも撓むようになる。
すなわち、ピストン速度が高速領域に達すると、一方側のリーフバルブ10aは、自身の撓み剛性にバルブストッパ11のプレート11aの撓み剛性が重畳して合成された高い撓み剛性によって撓むことになり、リーフバルブ10aのそれ以上の撓みが抑制されるようになる。
したがって、ピストン速度が高速領域にある場合には、ピストン速度の上昇に対してリーフバルブ10aはバルブストッパ11の作用によって撓み難くなり、この高速領域における減衰特性は、図2の実線に示すが如く、ピストン速度の上昇に伴って傾きが大きくなって、ピストン速度が高速領域にある時の発生減衰力を高めることになる。
逆に、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場合には、ピストン1の下方側に配置されるバルブ構造の構成がピストン1の上方側に配置される構成とが互いに天地逆となった構成とされているので、上記した処と同様の作動を呈することになる。
詳しくは、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場合、一方室41内の圧力が高まって、一方室41内の作動油は開口窓6bおよび他方側のポート2bを通過して他方室42内に移動しようとする。そして、緩衝器の伸縮速度となるピストン速度が低速領域にある場合、作動油は、上述の弁座1bに着座する他方側のリーフバルブ10bの外周に設けた切欠あるいは弁座1bに打刻によって形成されるオリフィスを通過する。
その後のピストン速度が上昇して中速領域に達すると、作動油は、他方側のリーフバルブ10bの外周を撓ませて、リーフバルブ10bと弁座1bと間の隙間を通過するが、他方側のリーフバルブ10bの背面がバルブストッパ12の筒部12bに当接せず、他方側のリーフバルブ10bの撓みが抑制されないので、この低中速領域では内周端固定の他方側のリーフバルブ10bのみが作用する減衰特性(ピストン速度に対する減衰力の関係)を呈することとなる。そして、他方側のリーフバルブ10bの撓み剛性を低く設定しておくことにより、図2の破線に示すが如く、ピストン速度が中速領域における減衰特性の傾きを小さくし、従来のバルブ構造に比較して発生減衰力が低くなるよう設定することができる。
さらに、ピストン1の速度が高速領域に達すると、今度は、ピストン速度の上昇に対して、他方側のリーフバルブ10bはバルブストッパ12の作用によって撓み難くなり、高速領域における減衰特性は、図2の破線に示すが如く、ピストン速度の上昇に伴って傾きが大きくなることになって、ピストン速度が高速領域にある時の発生減衰力を高めることになる。
したがって、本実施の形態の緩衝器のバルブ構造にあっては、ピストン速度が中速領域における減衰係数を低く設定しながら、ピストン速度が高速領域における減衰係数を大きくすることが可能であるので、ピストン速度に応じて発生される減衰力に過不足が生じず、車両における乗り心地を向上することができるのである。
また、本バルブ構造にあっては、リーフバルブ10a,10bを附勢するコイルスプリングが不要で、コイルスプリングの自然長の長大化を招くことが無く、バルブ構造を含んだピストン部の軸方向長さが大型化してしまう不具合が無いため、緩衝器の伸縮可能範囲であるストローク長が短くなる不具合がなく、車両への搭載性が悪化することがない。
さらに、コイルスプリングでリーフバルブ10a,10bの背面を附勢する構成を採用していないので、コイルスプリングの附勢力のバラツキによって製品毎の減衰特性にバラツキが生じてしまうような心配が無く、緩衝器のバルブ構造の信頼性および安定性が向上する。
そしてさらに、上述のように本実施の形態におけるバルブ構造にあっては、バルブディスクたるピストン1に積層されたリーフバルブ10a,10bにバルブストッパ11,12を積層するという簡単な構成で上記作用効果を奏することが可能であり、組立も非常に容易である。
ちなみに、減衰力を高めるべきピストン速度、つまり、中速と高速との境については、バルブ構造が具現化した緩衝器が搭載される車両に最適となるように設定すればよく、その設定もリーフバルブ10a,10bの背面とバルブストッパ11,12の筒部11b,12bとの間の隙間の長さを調節することで実施できるので簡単である。なお、具体的には、リーフバルブ10a,10bの背面とバルブストッパ11,12の筒部11b,12bとの間の隙間の長さの調節は、間座13,14の厚みや枚数、あるいは、筒部11b,12bの長さの調節によって行うことができる。
さらに、バルブストッパ11,12の筒部11b,12bの外径をリーフバルブ10a,10bより小径とする場合には、リーフバルブ10a,10bの筒部11b,12bで支持される部分における撓みを抑制するので、リーフバルブ10a,10bの当該支持部位より外周側はプレート11a,12aの撓み剛性が重畳されずに自身の撓み剛性に従って撓むこととなる。
したがって、筒部11b,12bの外径を小さくすればするほど、リーフバルブ10a,10bの筒部11b,12bが当接する部位から外周縁までの距離が長くなってリーフバルブ10a,10bの外周の撓み量が増える事になるため、筒部11b,12bの外径を小さくすればするほど、ピストン速度が高速領域における減衰係数が小さくなる傾向となる。
このように筒部11b,12bの外径を調節することで、リーフバルブ10a,10bがバルブストッパ11,12に当接した後における減衰特性を調整することが可能となるのである。
なお、上記したところでは、緩衝器のピストン部の伸圧両側の減衰バルブに具現化した例を用いて本発明のバルブ構造を説明しているが、伸側のみ、あるいは、圧側のみの減衰バルブに具現化することも可能で、さらには、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。すなわち、バルブ構造がベースバルブ部に具現化される場合には、一方室をピストン側室あるいはリザーバ室の一方とし、他方室をピストン側室あるいはリザーバ室の他方とすればよい。
以上で緩衝器のバルブ構造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。
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。 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。
符号の説明
1 バルブディスクたるピストン
1a,1b 弁座
2a 一方側のポート
2b 他方側のポート
3a,3b 窓
5 ピストンロッド
5a ピストンロッドの先端
5b ピストンロッドの段部
5c ピストンロッドの螺子溝
6a,6b 開口窓
10a 一方側のリーフバルブ
10b 他方側のリーフバルブ
11,12 バルブストッパ
11a,12a バルブストッパにおけるプレート
11b,12b バルブストッパにおける筒部
13,14 間座
15 ピストンナット
40 シリンダ
41 一方室
42 他方室
p 板部材
r リング

Claims (2)

  1. ポートが形成されるバルブディスクと、バルブディスクに積層されポートを開閉する環状のリーフバルブと、リーフバルブに積層されリーフバルブの撓みを抑制するバルブストッパとを備えた緩衝器のバルブ構造において、バルブストッパは、弾性を備えてリーフバルブに積層されるプレートと、プレートからリーフバルブ側へ突出させた筒部とで構成され、ピストン速度の低中速領域ではリーフバルブが撓んで当該リーフバルブの撓みによる減衰力を発生させ、ピストン速度の高速領域ではリーフバルブが更に撓んで筒部に当接しながらバルブストッパを撓ませてリーフバルブの撓み剛性にバルブストッパの撓み剛性を重畳した撓み剛性による減衰力を発生させることを特徴とする緩衝器のバルブ構造。
  2. プレートは、板部材を複数積層して構成されてなる請求項1に記載の緩衝器のバルブ構造。
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