JP5274968B2 - バルブ - Google Patents

Description

本発明は、バルブの改良に関する。

この種のバルブは、たとえば、ハウジングに設けた弁孔内に摺動自在に挿入される弁体と、同じくハウジング内に設けた流路の途中に形成される環状弁座と、を備えて構成され、流路を開閉するようになっている（たとえば、特許文献１参照）。

そして、上記のような構造のバルブを、たとえば、ユニフロー型の緩衝器の減衰バルブとして使用する場合、伸縮時にシリンダ内からリザーバへ排出される流体の流れに抵抗を与える必要があり、シリンダの一端を閉塞するとともにピストンロッドを軸支するロッドガイドにシリンダ内からリザーバへ通じる流路を形成するとともに、ロッドガイドに弁孔と環状弁座を形成して、弁孔内に弁体を摺動自在に挿入することになる（たとえば、特許文献２参照）。

ところで、ロッドガイドには、ピストンロッドの外周をシールするシール部材を取付ける都合もあって、ロッドガイドの外周から径方向へ向けて弁孔を穿ち、弁孔の先端側を同じくロッドガイドに穿ったポートを介してシリンダ内に連通するとともに弁孔の開口端側をロッドガイドに軸方向に添って穿ったポートを介してリザーバへ連通するようにしている。このように、弁孔をも流路の一部をして用いるため、弁体で弁孔を完全に閉塞しないよう弁体の外周には切欠を設ける配慮がなされている。
特開２００８−５１２８０号公報 特開２００２−１７４２８５号公報

バルブをユニフロー型の緩衝器に適用する場合、上述の如くに緩衝器に組み込まれることになるのであるが、緩衝器は車両や建築物等の制振対象の振動を抑制する部品として使用されるため恒常的に小型化が望まれており、緩衝器の外形をなるべく小さくする都合上、弁孔をシリンダ内に連通するポートとリザーバへ連通する孔との距離を長く採ることができず、弁体が環状弁座から後退したときに弁体の後端がリザーバへ通じるポートを塞ぎはしないがこれに干渉してしまう場合がある。

また、緩衝器の大型化を避けるために弁体の全長も短くしており、弁体の弁孔の内壁に摺接する摺接部の軸方向長さを充分に確保することが難しく、ガタが生じやすくなっている。

このように弁体の後端が上記ポートに干渉すると、弁孔を通過してこのポートへ流れ込む流体の流れに乱れを生じて、弁体の径方向の振動が励起されて、弁体が弁孔の内壁に衝突し打音が発生するという問題があった。

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、弁体の振動を抑制して打音の発生を防止することが可能なバルブおよびこのバルブを利用した緩衝器を提供することである。

上記した目的を達成するため、本発明のバルブは、ハウジングに設けた弁孔内に摺動自在に挿入される弁体と、同じくハウジング内に設けた流路の途中に設けた環状弁座とを備えて流路を開閉するバルブにおいて、弁体が環状弁座に離着座する弁頭と弁孔の内壁に摺接する胴部とを備え、当該胴部に周方向に等間隔を持って形成されるとともに弁孔の内壁によって閉塞される三つ以上の凹部を設けたことを特徴とする。
同じく、本発明の緩衝器は、シリンダと、シリンダ内にピストンを介して摺動自在に挿入したピストンロッドと、シリンダ内にピストンで区画された伸側室及び圧側室と、シリンダの外周側に配置されてシリンダとの間にリザーバを形成する外筒と、シリンダと外筒とを閉塞しながらピストンロッドを軸支するロッドガイドと、ロッドガイドに形成されて伸側室とリザーバとを連通すると共に弁孔とこの弁孔の底部に形成した環状弁座とを備えた流路と、流路の途中に開閉自在に挿入したバルブとからなる緩衝器において、上記バルブが上記環状弁座に離着座する弁頭と上記弁孔の内壁に摺接する胴部とを備えた弁体と、上記胴部に周方向に等間隔をもって形成されると共に上記弁孔の内壁によって閉塞される三つ以上の凹部とを備えていることを特徴とする。

本発明のバルブによれば、凹部が弁体の外周に周方向に等間隔を持って設けられているので、この凹部内に作動油が入り込んで当該凹部内が蓄圧され、凹部内の圧力によって弁体が弁孔の中心に向けて押圧されて弁孔に対して調芯されるとともに、弁体が弁孔に対して偏心しようとすると弁孔の内壁に接近する凹部内の圧力が高まり弁孔の内壁から遠ざかる凹部内の圧力が低下して弁体の偏心を抑制する作用が働くことになる。

したがって、上記凹部内の圧力の作用によって弁体の弁孔に対する偏心が抑制されるので、これによって弁体の弁孔内での径方向への振動がダンピングされて、弁体の径方向の振動が抑制されることになる。

このように、弁体の弁孔内での径方向の振動が抑制されるので、弁体が弁孔の内壁に衝突して打音を発生してしまう不具合が解消される。

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図１は、一実施の形態のバルブを適用した緩衝器の縦断面図である。図２は、一実施の形態におけるバルブの拡大縦断面図である。図３は、一実施の形態におけるバルブの弁体の横断面図である。

一実施の形態におけるバルブＶは、図１から図３に示すように、ハウジングとしてのロッドガイド３に設けた弁孔４内に摺動自在に挿入される弁体１と、同じくロッドガイド３内に設けた流路Ｐの途中に設けた環状弁座２とを備えて構成され、ユニフロー型に設定される緩衝器Ｄに適用されて緩衝器Ｄの減衰バルブとして機能するようになっている。

他方、緩衝器Ｄは、図１に示すように、シリンダ１０と、シリンダ１０内に摺動自在に挿入されるとともにシリンダ１０内を伸側室Ｒ１と圧側室Ｒ２とに区画するピストン１１と、シリンダ１０内に移動自在に挿入されるともに一端がピストン１１に連結されるピストンロッド１２と、シリンダ１０の外周側に配置されシリンダ１０との間にリザーバＲを形成する外筒１３と、シリンダ1０および外筒１３の一端を閉塞するとともにピストンロッド１２を軸支するロッドガイド３と、シリンダ１０の他端を閉塞するバルブディスク１４と、外筒１３の他端を閉塞する蓋１５とを備えて構成され、シリンダ１０とリザーバＲ内には流体として、たとえば、作動油が充填され、リザーバＲ内にはさらに不活性ガスなどの気体が充填されている。

また、この緩衝器Ｄは、ユニフロー型に設定されているので、収縮行程時にはシリンダ１０内にピストンロッド１２が侵入するためシリンダ１０内で過剰となるピストンロッド侵入体積分の作動油がシリンダ１０内からロッドガイド３に設けた流路Ｐを介してリザーバＲへ排出され、逆に、伸長行程時には伸側室Ｒ１の容積が減少するためにこの容積減少分の作動油が上記流路Ｐを介してリザーバＲへ排出されるとともに、ピストン１１の変位によって圧側室Ｒ２で不足する作動油がリザーバＲから供給されるようになっており、伸縮のどちらの行程においても作動油の流れが常に圧側室Ｒ２から伸側室Ｒ１への一方通行となるように、圧側室Ｒ２から伸側室Ｒ１へ向かう液体の流れのみを許容する伸圧通路１６がピストン１１に設けられるとともに、リザーバＲから圧側室Ｒ２へ向かう液体の流れのみを許容する供給通路１７がバルブディスク１４に設けられている。

そして、バルブＶは、伸縮時にシリンダ１０内から流路Ｐを通じてリザーバＲへ排出される作動油の流れに抵抗を与え、伸長時には伸側室Ｒ１の圧力を増圧させ、収縮時には伸側室Ｒ１および圧側室Ｒ２の圧力を増圧させることで、緩衝器Ｄに減衰力を発揮させることができるようになっている。

なお、ピストンロッド１２の断面積をピストン１１の断面積の二分の一に設定することで、緩衝器Ｄが伸縮の双方でリザーバＲへ排出される作動油量を同じに設定できるとともに、ピストン１１の伸側室Ｒ１側の受圧面積を圧側室Ｒ２側の受圧面積の二分の一に設定でき、ピストン速度が伸縮時で同じであれば伸縮の双方で発生される減衰力を等しくすることができる。

以下、バルブＶについて詳細に説明すると、ハウジングとして機能するロッドガイド３は、筒状とされて、同じく筒状に形成されるシリンダ１０の一端となる図１中上端を閉塞するとともに、内周に嵌め込まれた筒状のベアリング１８を介してピストンロッド１２の外周を軸支している。

このロッドガイド３は、内周の径が段階的に異なるようになっており、上方から順に、ピストンロッド１２の外周をシールするシール部材１９が嵌合されるシール嵌合部３ａと、最小径に設定される小径部３ｂと、小径部３ｂより大径な内径に設定されてベアリング１８が嵌合されるベアリング保持部３ｃと、ベアリング保持部３ｃより大径に設定される流路形成部３ｄと、図１中最下方に設けられて流路形成部３ｄより大径に設定されるとともにシリンダ１０が嵌合されるシリンダ嵌合部３ｅとを内周に備えている。なお、この実施の形態の場合、ピストンロッド１２の外周をより密にシールするために、上記小径部３ｂの中間に環状溝３ｆを設けて、当該環状溝３ｆにピストンロッド１２の外周に摺接するシールリング２０を装着している。また、シール嵌合部３ａに嵌合されるシール部材１９がロッドガイド３から脱落しないように、当該シール嵌合部３ａの上端内周には環状のストッパ２１が取付けられている。

さらに、ロッドガイド３は、ハウジングとして機能するように、外周から径方向に沿って設けた弁孔４と、弁孔４の先端から流路形成部３ｄの内周に通じるポート３ｇと、弁孔４の側部から軸方向に沿って開口してリザーバＲへ通じるポート３ｈとを備え、流路形成部３ｄ、ポート３ｇ，３ｈおよび弁孔４とで流路Ｐが形成され、弁孔４の底部であってポート３ｇの開口周りに環状弁座２が設けられている。

なお、リザーバＲへ通じるポート３ｈの下端内周には、パイプ２２が挿入されて取付けられており、当該パイプ２２の図１中下端はリザーバＲの油面より下方へ配置されて、シリンダ１０からリザーバＲへ排出される作動油がリザーバＲ内の気体を巻き込んでしまうことが無いように配慮されている。

このように構成されたロッドガイド３は、蓋１５によって他端が閉塞された外筒１３内にシリンダ１０およびバルブディスク１４とともに収容され、外筒１３の一端となる図１中上端内周に螺合されるナット２３にて、外筒１３に固定されるようになっている。

そして、弁体１は、環状弁座２に離着座する弁頭５と、弁頭５に連なる筒状の胴部６とを備え、胴部６を弁孔４の内壁に摺接させて環状弁座２に対して軸方向に移動可能とされている。

より詳しくは、弁頭５は、外周にテーパ部７ａを備えるとともに環状弁座２に面当たりする環状の着座部７ｂを備えた弁頭本体７と、弁頭本体７から伸びてポート３ｇ内に挿入されるニードル８とを備えて構成され、この実施の形態の場合、環状弁座２から離座して流路Ｐを開放すると弁体１の環状弁座２からの後退量の増加に伴ってニードル８と環状弁座２の内縁との間の隙間の面積が漸増するようになっており、緩衝器Ｄの減衰特性をピストン速度の増加に対して減衰力が比例して増加する特性となるように設定されている。

なお、緩衝器Ｄの減衰特性は、弁体１の環状弁座２からの後退量の増加に対してニードル８と環状弁座２の内縁との間の隙間の増加割合を変更することで任意に変更することができる。

胴部６は、外周に周方向に等間隔をもって断面円形の弁孔４の内壁との間に作動油の通過を許容する切欠６ａを図示するところでは四つ備えており、切欠６ａ間を摺接部６ｂとして弁孔４の内壁に摺接させている。したがって、弁体１は、胴部６によって流路Ｐを閉塞することがなく、シリンダ１０から排出される作動油は、この切欠６ａを介して弁体１と弁孔４との間を通り抜けてリザーバＲへ移動することができるようになっている。

さらに、胴部６は、摺接部６ｂのそれぞれに胴部６の周方向に等間隔を持って形成される四つの凹部６ｃを備えている。各凹部６ｃは、深さおよび形状が同じに設定されており、この場合、長手方向を弁体１の軸方向に一致させた長溝状とされ、各凹部６ｃの図２中左右端が同一円周上に配置され、摺接部６ｂを弁孔４の内壁に摺接させると当該弁孔４の内壁によって閉塞されるようになっている。なお、胴部６に凹部６ｃを等間隔に設けるとは、各凹部６ｃの周方向中心間の距離が等しくなるように周方向に配置することである。

そして、この胴部６内には、弁体１を環状弁座２へ向けて附勢するバネ９が収容されている。バネ９は、具体的には、弁孔４の開口端を閉塞するバネ受２４と、弁体１の弁頭５の背面との間に圧縮状態で介装されており、圧縮されることで生じる附勢力を弁体１に作用させて、シリンダ１０内の圧力が開弁圧に達するまでは弁体１が環状弁座２から離座しないようになっている。

すなわち、バルブＶは、緩衝器Ｄが伸縮する際に、シリンダ１０内の圧力上昇によって弁体１が環状弁座２から離座して流路Ｐを開放し、シリンダ１０内からリザーバＲへ排出される作動油の流れに抵抗を与えて、緩衝器Ｄに減衰力を発生させるのである。

さて、バルブＶにあっては、上述のように弁体１の外周に凹部６ｃが設けられており、この凹部６ｃには、胴部６の摺接部６ｂと弁孔４との間の摺動隙間を介して作動油が入り込んで、当該凹部６ｃ内が蓄圧されるようになる。

そして、凹部６ｃが弁体１の外周に周方向に等間隔を持って設けられているので、凹部６ｃ内の圧力によって弁体１が弁孔４の中心に向けて押圧されて弁孔４に対して調芯されるとともに、弁体１が弁孔４に対して偏心しようとすると弁孔４の内壁に接近する凹部６ｃ内の圧力が高まり弁孔４の内壁から遠ざかる凹部６ｃ内の圧力が低下して弁体１の偏心を抑制する作用が働くことになる。

したがって、弁体１が環状弁座２から後退して弁体１の後端となる胴部６の図２中左端がポート３ｈの開口部に干渉して、流路Ｐを通過する作動油の流れを乱すようなことがあっても、上記凹部６ｃ内の圧力の作用によって弁体１の弁孔４に対する偏心が抑制されるので、これによって弁体１の弁孔４内での径方向への振動がダンピングされて、弁体１の径方向の振動が抑制されることになる。

このように、弁体１の弁孔４内での径方向の振動が抑制されるので、弁体１が弁孔４の内壁に衝突して打音を発生してしまう不具合が解消される。

さらに、弁体１の摺接部６ｂの軸方向長さを充分に確保することができない場合にあっても、弁体１の弁孔４内での偏心抑制作用によって、弁体１の弁孔４内でガタつきを抑制できるので、バルブＶをより軸方向に小型化することが可能となる。

なお、切欠６ａは、切欠６ａ間に設けられる摺接部６ｂを弁体１の径方向のガタつきを抑制できるように周方向に等間隔を持って三つ以上設ける都合上、三つ以上設けるとよいが、ガタつきの心配がなければ切欠６ａは周方向に等間隔を持って設けずともよい。また、胴部６の外周に切欠６ａを設けずに、弁頭５のテーパ部から弁頭５の背面へ通じる透孔を設けてシリンダ１０とリザーバＲの連通を確保するようにしてもよい。その場合には、胴部６の外周を全周に亘って弁孔４の内壁に摺接させることができ、凹部６ｃについては胴部６の外周に等間隔をもって三つ以上設けるようにしてもよい。

さらに、この実施の形態の場合、凹部６ｃが弁孔４の内壁によって閉塞される状態を形成するために摺接部６ｂに凹部６ｃを設けることを要するが、凹部６ｃを弁体１の周方向に等間隔を持って三つ以上設ければ、弁体１を弁孔４に対して偏心を抑制することができるので、必ずしも凹部６ｃの設置数を摺接部６ｂの設置数に一致させる必要は無い。したがって、たとえば、摺接部６ｂが周方向に等間隔を持って６つ設けられるのであれば、摺接部６ｂのうち周方向に一つおきに凹部６ｃを設けるようにしてもよい。また、凹部６ｃの摺接部６ｂに対して設ける位置は、必ずしも摺接部６ｂの周方向の中央に設ける必要は無いが、摺接部６ｂの周方向の中央に設けることで、偏りなく摺接部６ｂを弁孔４の内壁へ摺接させることができる利点がある。

またさらに、この実施の形態の場合、各凹部６ｃの弁体１に対する軸方向の設置位置を一致させてある、つまり、それぞれの図２中左右端が同一円周上に配置されるようになっており、凹部６ｃ内の圧力によって弁体１の図２中紙面に対して時計あるいは反時計周りのモーメントが生じないように配慮されているが、ガタつきを生じないようであれば、各凹部６ｃの軸方向の設置位置にバラつきがあっても上記作用効果が失われることは無い。

そしてさらに、凹部６ｃの形状は、任意であり、上記したところに限定されるものではなく、軸方向に複数並べて設けてもよく、弁体１を弁頭５側から見て、つまり、図２中弁体１を右方から見て、凹部６ｃの周方向の設置位置を投影した場合に、これら凹部６ｃが周方向に等間隔を持って設置されていればよい。

なお、このバルブＶは、上述のように、弁孔４に通じるポート３ｈを弁体１の環状弁座２からの後退によって干渉してしまうような構成のバルブに最適となるが、弁体１に設けた凹部６ｃ内の圧力によって弁孔４内での振動を抑制するので、上記構成のバルブに限らず、他の構成のバルブに適用されても、弁体１の振動を抑制でき打音の発生を防止することができることは明らかである。

以上で、本発明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ことは勿論である。

一実施の形態のバルブを適用した緩衝器の縦断面図である。 一実施の形態におけるバルブの拡大縦断面図である。 一実施の形態におけるバルブの弁体の横断面図である。

符号の説明

１ 弁体
２ 環状弁座
３ ハウジングとしてのロッドガイド
３ａ ロッドガイドにおけるシール嵌合部
３ｂ ロッドガイドにおける小径部
３ｃ ロッドガイドにおけるベアリング保持部
３ｄ ロッドガイドにおける流路形成部
３ｅ ロッドガイドにおけるシリンダ嵌合部
３ｆ ロッドガイドにおける環状溝
３ｇ，３ｈ ロッドガイドにおけるポート
４ 弁孔
５ 弁頭
６ 胴部
６ａ 胴部における切欠
６ｂ 胴部における摺接部
６ｃ 胴部における凹部
７ 弁頭における本体
７ａ 弁頭本体におけるテーパ部
７ｂ 弁頭本体における着座部
８ 弁頭におけるニードル
９ バネ
１０ シリンダ
１１ ピストン
１２ ピストンロッド
１３ 外筒
１４ バルブディスク
１５ 蓋
１６ 伸圧通路
１７ 供給通路
１８ ベアリング
１９ シール部材
２０ シールリング
２１ ストッパ
２２ パイプ
２３ ナット
Ｄ 緩衝器
Ｐ 流路
Ｒ リザーバ
Ｒ１ 伸側室
Ｒ２ 圧側室
Ｖ バルブ

Claims (4)

1. ハウジングに設けた弁孔内に摺動自在に挿入される弁体と、同じくハウジング内に設けた流路の途中に設けた環状弁座とを備えて流路を開閉するバルブにおいて、弁体が環状弁座に離着座する弁頭と弁孔の内壁に摺接する胴部とを備え、当該胴部に周方向に等間隔を持って形成されるとともに弁孔の内壁によって閉塞される三つ以上の凹部を設けたことを特徴とするバルブ。
2. 各凹部の弁体に対する軸方向の設置位置を一致させたことを特徴とする請求項１に記載のバルブ。
3. 胴部は、周方向に等間隔を持って設けられて弁孔の内壁との間に隙間を形成する切欠を備え、凹部は、切欠間の弁孔の内壁に摺接する摺接部に設けられることを特徴とする請求項１に記載のバルブ。
4. シリンダと、シリンダ内にピストンを介して摺動自在に挿入したピストンロッドと、シリンダ内にピストンで区画された伸側室及び圧側室と、シリンダの外周側に配置されてシリンダとの間にリザーバを形成する外筒と、シリンダと外筒とを閉塞しながらピストンロッドを軸支するロッドガイドと、ロッドガイドに形成されて伸側室とリザーバとを連通すると共に弁孔とこの弁孔の底部に形成した環状弁座とを備えた流路と、流路の途中に開閉自在に挿入したバルブとからなる緩衝器において、上記バルブが上記環状弁座に離着座する弁頭と上記弁孔の内壁に摺接する胴部とを備えた弁体と、上記胴部に周方向に等間隔をもって形成されると共に上記弁孔の内壁によって閉塞される三つ以上の凹部とを備えていることを特徴とする緩衝器。
   

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