JP5132584B2 - バルブ構造 - Google Patents

Description

本発明は、バルブ構造の改良に関する。

従来、この種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５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、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が開弁せずに、弁座に打刻した図示しないオリフィスのみで減衰力を発生するので、図６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、リーフバルブＬが撓んで開弁するとともに、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は、車両における乗り心地を向上できる点で有用であるが、メインバルブＭとスプリングＳが必須で、リーフバルブＬのリフト量を確保することを要するために、バルブ構造が具現化したピストン部の全長が長くなり、緩衝器のストローク長を確保しづらくなる。また、メインバルブＭやスプリングＳといった部品を組み込む必要があるので、部品点数および加工工数の増加を招くために、製造コストが高くなるので経済性の点で不利となる。

なお、上記提案のバルブ構造を複筒型等のリザーバを備えた緩衝器におけるベースバルブに適用する場合にあっても、ベースバルブの全長が長くなり、部品点数および加工工数の増加を招くので、上記と同様の問題が生じることになる。

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、緩衝器におけるストローク長の確保が容易で製造コストの著しい増加を招かずに車両における乗り心地を向上することができる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、環状の弁座と当該弁座より内周側に形成されるポートとを備えるとともにシリンダ内を２つの圧力室に隔成するバルブディスクと、バルブディスクに積層されるとともに弁座に離着座してポートを開閉する環状のリーフバルブとを備えたバルブ構造において、リーフバルブが一枚以上の環状板でなり、任意の環状板の外周の一部あるいは全周にバルブディスク側に傾斜する板状あるいは皿状に形成の延長部であって当該延長部を備えていないリーフバルブと比較して上記２つの圧力室の差圧が同じでもより撓んで弁座との間に形成される環状隙間を大きくする延長部を設けたことを特徴とする。

本発明のバルブ構造によれば、緩衝器に適用することによって、ピストン速度が中高速領域における緩衝器の減衰特性の傾きを小さくすることができるので、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、このバルブ構造にあっては、従来のバルブ構造のように、スプリングやメインバルブを設ける必要がなく、リーフバルブをピストンからリフトさせて後退させる必要が無いので、バルブ構造を含んだピストン部の軸方向長さが長くなってしまうことが無く、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を生じさせず、車両への搭載性が悪化することも無い。

さらに、このバルブ構造にあっては、従来のバルブ構造のように、スプリングやメインバルブを設ける必要がないので、部品点数および加工工数の増加を招かないので、製造コストが著しく高くなることもなく、経済性を損なう心配も無い。

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。 一実施の形態の一変形例におけるバルブ構造が具現化されたリーフバルブの斜視図である。 一実施の形態の他の変形例におけるバルブ構造が具現化されたリーフバルブの斜視図である。 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。

以下、本発明の緩衝器のバルブ構造を図に基づいて説明する。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、環状の弁座２と当該弁座２より内周側に形成されるポート３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に積層されるとともに弁座２に離着座してポート３を開閉する環状のリーフバルブ１０とを備えている。

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３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、円盤状に形成されてシリンダ４０内を上室４１と下室４２とに仕切っており、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１ａと、下室４２側の端部に設けた環状の弁座２と、弁座２の内周側に設けた環状の窓４と、上記弁座２より内周側となる窓４に通じて上室４１と下室４２とを連通する複数のポート３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６が伸側のポート３より外周側に設けられている。

このピストン１の挿通孔１ａ内には上述のようにピストンロッド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る。なお、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、上方側と先端部との外径が異なる部分に段部５ｂが形成されている。

そして、ピストン１の図１中上方となる上室４１側には、環状の圧側のリーフバルブ２０、環状の間座２１、および環状のバルブストッパ２２が順に積層され、ピストン１の図１中下方となる下室４１側には、環状のリーフバルブ１０および環状の間座７が積層され、これら上記ピストンロッド５の先端５ａに組みつけられて、ピストンロッド５の先端５ａに設けた螺子部５ｃに螺着されるピストンナット８と段部５ｂに挟持されて、ピストンロッド５に固定される。

したがって、圧側のリーフバルブ２０および伸側のリーフバルブ１０は、ともに内周側がピストンロッド５に固定され、外周側の撓みが許容されるいわゆる外開きのリーフバルブに設定されている。

リーフバルブ１０は、この実施の形態の場合、複数の環状板１０ａを積層して構成している。環状板１０ａの積層枚数と、弁座２に着座する環状板１０ａの背面となる図１中下面に積層される各環状板１０ａの外径の大きさによって、リーフバルブ１０の撓み剛性を調節することができ、緩衝器に要求される減衰特性（緩衝器のピストン速度に対して発生する減衰力の特性）に応じて環状板１０ａの積層枚数や外径を任意に設定することが可能である。

また、リーフバルブ１０における弁座２に着座する環状板１０ａ、すなわち、図１中最上方に配置される環状板１０ａの外径は、弁座２の外径以上に設定されて図１上面を弁座２に着座させた状態でピストン１に積層されており、この環状板ａの外周には、ピストン１側を向く環状の延長部１０ｂが設けられている。

図示したところでは、延長部１０ｂは、環状板１０ａの外縁全周をピストン１側へ向けて傾斜させて形成されて皿状とされており、その内縁が弁座２の外径より大径とされてリーフバルブ１０が弁座２に着座すると、弁座２の外周を覆うようにピストン１側へ突出している。

そして、弁座２には、打刻されて形成される図示しない凹部が設けられており、当該凹部は、弁座２にリーフバルブ１０を着座させた状態で周知のオリフィスとして機能するようになっている。

また、この実施の形態の場合、ピストン１の窓４より内周側であって、リーフバルブ１０の内周が接触する内周シート面１ｂは、弁座２の先端より僅かに低くなっており、リーフバルブ１０をピストンロッド５に組み付けると、弁座２とシート面１ｂの高さの違いによってリーフバルブ１０の外周側を撓ませてリーフバルブ１０に初期撓みを与えられるようになっており、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２から離れてポート３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。シート面１ｂと弁座２の高さを同じくしてリーフバルブ１０に初期撓みを与えないようにすることもできるが、初期撓みを与えることで、リーフバルブ１０を確実に弁座２に着座させることができるという利点がある。

また、圧側のリーフバルブ２０は、リーフバルブ１０と同様に内周がピストンロッド５に固定されて外開きに設定されて圧側ポート６を開閉するようになっており、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に抵抗を与えて緩衝器に所定の圧側の減衰力を発生させる減衰力発生要素として機能する。なお、この圧側のリーフバルブ２０は、ポート３の入り口を閉塞しないように透孔２０ａを備えている。

このように構成された一実施の形態におけるバルブ構造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３を通過して下室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、上室４１と下室４２の差圧が開弁圧に達せずに、初期撓みが与えられたリーフバルブ１０は弁座２に着座したままとなってポート３を閉塞した状態に維持する。よって、上室４１と下室４２の差圧がリーフバルブ１０の開弁圧に達するまでは、作動油は、弁座２に打刻した凹部によって形成されるオリフィスを通過し、このときの緩衝器の減衰特性は、図２中実線で示すが如くとなり、この低速領域では、減衰係数は比較的大きいものとなる。

その後、ピストン速度の上昇に伴って、上室４１と下室４２の差圧がリーフバルブ１０の開弁圧に達すると、リーフバルブ１０の外周が撓んで、作動油は、リーフバルブ１０と弁座２と間の隙間を通過するようになる。

すると、リーフバルブ１０と弁座２の間の隙間を作動油が通過する隙間流れが生じるため、この隙間流れによってリーフバルブ１０を閉弁させる流体力が発生するが、リーフバルブ１０を構成する環状板１０ａの外周にバルブディスクたるピストン１側を向く延長部１０ｂを備えており、延長部１０ｂが作動油の流れに干渉してリーフバルブ１０に上記流体力に対向してリーフバルブ１０を撓ませる力が作用する。

このように、延長部１０ｂの設置によって、リーフバルブ１０に開弁初期のリーフバルブ１０を閉じようとする流体力に対向する力を作用させることができるので、リーフバルブ１０は、弁座２から離座して開弁すると、延長部１０ｂを備えていないリーフバルブに比較して、上室４１と下室４２の差圧が同じでも、より撓んで弁座２との間に形成される環状隙間を大きくする。

つまり、延長部１０ｂの上記作用によって、リーフバルブ１０を図１中下方に押し下げる力が延長部を備えないリーフバルブに比較して大きくなり、弁座２との間に形成される環状隙間が大きくなるのである。

したがって、ピストン速度が低速領域を超えて中高速領域にあるときの減衰特性は、図２中実線で示すが如くとなり、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。また、このバルブ構造を適用した緩衝器の中高速領域における減衰特性は、図２中の破線で示す延長部を備えないリーフバルブを用いたバルブ構造における減衰特性に比較して低くなる。

このように、本実施の形態におけるバルブ構造を緩衝器に適用することによって、ピストン速度が中高速領域における緩衝器の減衰特性の傾きを小さくすることができるので、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、このバルブ構造にあっては、従来のバルブ構造のように、スプリングやメインバルブを設ける必要がなく、リーフバルブ１０をピストン１からリフトさせて後退させる必要が無いので、バルブ構造を含んだピストン部の軸方向長さが長くなってしまうことが無く、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を生じさせず、車両への搭載性が悪化することも無い。

さらに、このバルブ構造にあっては、従来のバルブ構造のように、スプリングやメインバルブを設ける必要がないので、部品点数および加工工数の増加を招かないので、製造コストが著しく高くなることもなく、経済性を損なう心配も無い。

なお、上述したように、延長部１０ｂは、リーフバルブ１０が弁座２から離座した際に、ポート３を通過する作動油の流れに干渉してリーフバルブ１０を撓ませる力を発揮できればよいので、リーフバルブ１０の外周全周に亘って設けられるのではなく、部分的に設けられてもよく、たとえば、図３に示すように、複数箇所に設けるようにしてもよい。

また、上記したところでは、弁座２に打刻によって凹部を設けてオリフィスを設けているが、図４に示すように、弁座２に着座する環状板１０ａにおける延長部１０ｂの外縁から内方へ向けて伸びる切欠１０ｃを設け、当該切欠１０ｃをリーフバルブ１０が弁座２に着座した状態でオリフィスとして機能させるようにしてもよい。さらに、これに限らず、別個に上室４１と下室４２とを連通するオリフィスを設けてもよい。

さらに、弁座２が複数のポート３の外周に設けられて環状とされる場合には、延長部１０ｂを弁座２に着座させてもポート３を閉じることが可能であるので、そのようにしてもよい。ただし、弁座２がピストン１に設けたポート３の一つずつを独立して取り巻く、いわゆる、花弁型の弁座である場合には、延長部１０ａを弁座２に着座させても完全にポート３を閉塞できないので、リーフバルブ１０の外周を弁座２の外径より大径に設定して、リーフバルブ１０を弁座２に着座させるようにすることを要する。このように、ポート３の外周に弁座２を設けることには、弁座２がいわゆる花弁型に設定されることも含まれ、この場合にも、リーフバルブ１０が開弁すると、流体力を延長部１０ａで受けてリーフバルブ１０を大きく撓ませることができるので、本発明の効果を失うことは無い。

またさらに、縦断面においてバルブディスクたるピストン１側に傾斜する延長部１０ｂとリーフバルブ１０とで挟まれる角度は、任意であり鈍角のみならず９０度以下の鋭角に設定することも可能である。

そしてさらに、図示するところでは、延長部１０ｂを設けるのはリーフバルブ１０を構成する環状板１０ａのうち、弁座２に着座するものに設けているが、この環状板１０ａに積層される各環状板１０ａの任意の一つの環状板１０ａに延長部１０ｂを設けることも可能である。その場合、リーフバルブ１０が弁座２から離座した開弁すると、延長部１０ｂを備えた環状板１０ａとこれより背面側の環状板１０ａには上記の流体力が作用するので、延長部１０ｂを備えた環状板１０ａより弁座２側に配置される環状板１０ａをピストン１側へ附勢する附勢力が減少するので、延長部を備えないリーフバルブを用いたバルブ構造における減衰特性に比較してピストン速度が中高速領域における緩衝器の減衰特性の傾きを小さくすることができることになる。

なお、本実施の形態においては、減衰特性の変化を説明するために、ピストン速度に低速、中高速でなる区分を設けているが、これらの区分の境の速度はそれぞれ任意に設定することができる。

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、緩衝器の圧力室と体積補償用のリザーバとを仕切る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。

本発明のバルブ構造は、緩衝器のバルブに利用することができる。

１ バルブディスクたるピストン
１ａ 挿通孔
１ｂ 内周シート面
２ 弁座
３ ポート
４ 窓
５ ピストンロッド
５ａ ピストンロッドの先端
５ｂ 段部
５ｃ 螺子部
６ 圧側のポート
７，２１ 間座
８ ピストンナット
１０，２０ リーフバルブ
１０ａ 環状板
１０ｂ 延長部
１０ｃ 切欠
２０ａ 透孔
２２ バルブストッパ
４０ シリンダ
４１ 上室
４２ 下室

Claims (2)

1. 環状の弁座と当該弁座より内周側に形成されるポートとを備えるとともにシリンダ内を２つの圧力室に隔成するバルブディスクと、バルブディスクに積層されるとともに弁座に離着座してポートを開閉する環状のリーフバルブとを備えたバルブ構造において、
   リーフバルブが一枚以上の環状板でなり、任意の環状板の外周の一部あるいは全周にバルブディスク側に傾斜する板状あるいは皿状に形成の延長部であって当該延長部を備えていないリーフバルブと比較して上記２つの圧力室の差圧が同じでもより撓んで弁座との間に形成される環状隙間を大きくする延長部を設けたことを特徴とするバルブ構造。
2. 弁座に着座する環状板の外周の一部あるいは全周にバルブディスク側に傾斜する板状あるいは皿状に形成の延長部であって当該延長部を備えていないリーフバルブと比較して上記２つの圧力室の差圧が同じでもより撓んで弁座との間に形成される環状隙間を大きくする延長部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のバルブ構造。

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