JP5539986B2 - 調整可能な緩衝弁 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の調整可能な緩衝弁に関するものである。

図１は、技術水準として、ピストン棒に固定可能な実施態様における振動ダンパー用の調整可能な緩衝弁１を示している。緩衝弁１はハウジング３を含み、ハウジング３は軸線方向に制限的に可動な弁座リング５を備えている。弁座リングの弁座面７上には軸線方向に可動な弁体９が配置され、該弁体９は弁ばね１１により閉弁方向に予め付勢されている。この場合、弁座リング５はその弁円錐面でもってハウジング側の弁座面１２で支持される。弁体９はハウジング３の段付き穴１３内で軸線方向に滑動することができ、その外側輪郭は段部１５を備え、段部１５はガイドスリーブ１７へ移行している。少なくとも１つの偏心連通穴１９は弁座面７の方向に向いている下面を弁体９の背面と連通させている。これにより、弁座リング５を通じて緩衝媒体が弁体に向けて接近する場合、弁体９に２つの圧力作用面が提供される。１つは、弁体９に対し離間（持ち上げ）方向に作用する圧力作用面Ａ_開Ｄで、圧力作用面Ａ_開Ｄは弁座面７上での弁体９の接触面内径によって決定される。この圧力作用面Ａ_開Ｄは弁座面１２の径よりも大きいので、弁座リング５は図示した位置に留まる。弁体９の閉弁方向には、ガイドスリーブ１７の径と下面の圧力ｐ_開とにより、投影面Ａ_閉Ｄを介して圧力が作用する。弁体の背面は緩衝媒体の作用を受けて圧力補償が達成され、これによって弁体はわずかなエネルギー投入量で移動することができる。圧力作用面Ａ_開Ｄは投影面Ａ_閉Ｄよりもわずかに大きく、この差には、弾力が完全に作用したときに弁体が所定の距離だけわずかに離間することができるように、製造公差が考慮されている。

電機子スリーブ２３と結合しているコイル２１を介して、弁ばね１１の弾力に反作用する磁力を生じさせることができる。弁座リング５の貫通穴２５を介して弁体９へけて緩衝媒体が流動すると、磁力がゼロに等しく、且つ弁ばね１１の全弾力が弁体９の閉弁方向に作用するときに、最大緩衝力が達成される。このとき、弁体９の離間運動のためには、弁体９の下面に特に大きな開弁圧ｐ_開が必要である。

コイル２１が最大通電状態にあるとき、磁力は弁ばね１１の弾力の少なくとも一部を相殺し、その結果すでに圧力作用面Ａ_開Ｄの圧力ｐ_開が著しく小さいときに弁体９の離間運動が始まる。
弁体９は、第２の流動方向に対し、開弁方向に圧力の作用を受ける環状面Ａ_開Ｚを提供する。この環状面Ａ_開Ｚは、弁体９の段部２７の領域における外径と、ハウジング側弁座面１２と弁座リング５との接触面の外径とによって決定される。ハウジング３の少なくとも１つの半径方向開口部２９を介して緩衝媒体が弁体９および弁座リング５に向けて流動すると、環状面Ａ_開Ｚに対し、弁ばね１１の弾力と、弁体９の段部１５の環状圧力作用面Ａ_閉Ｚの弾力とに抗して離間力が作用する。環状圧力作用面Ａ_閉Ｚは平行な通路３１を介して圧力媒体の供給を受け、閉弁方向に作用する。通路３１を通じて、緩衝媒体は、段部１５とハウジング３の段部３５との間の環状室３３を介して弁体９の半径方向通路３７内へ流入し、弁ばね１１によって予め付勢されている弁タペット３９に作用する。弁タペット３９に対する圧力は、該弁タペット３９に対する開弁力として作用するとともに、弁体９に対する付加的な閉弁力として作用し、その結果弁タペットは、場合によっては弁体から容易に離間する。コイル２１を通電すると、弁タペット３９が弁体９からわずかに離間して環状隙間を形成する。しかしながら、前記少なくとも１つの連通穴１９の横断面は前記環状隙間よりも著しく大きいので、弁体の背面に、弁体９に対し閉弁力を作用させる圧力が発生する。

緩衝弁の貫流位置では、緩衝媒体は、半径方向通路２９を介して、弁座リング５とハウジング側弁座面１２との間の隙間を通って溢流することがある。上記の説明から明らかであるように、圧力の作用を受ける圧力作用面Ａ_開とＡ_閉とは互いに独立であり、すなわち、例えば段部１５の圧力作用面Ａ_閉Ｚを拡大しても、圧力作用面Ａ_開Ｄの大きさに影響しない。

最大緩衝力と最小緩衝力との比率は、調整可能な緩衝弁の緩衝力特性曲線の拡がりと呼ばれる。実際には、特性曲線の拡がりは従来のものよりも大きくあるべきことが明らかになった。極めて簡単な例は、予めかなり大きく付勢されている弁ばねを使用することである。しかしながら、このような構成の弁ばねは、緩衝媒体が弁体へ向けて半径方向外側から接近してくる場合に必要な開弁力も大きくなる。しかしこの作動挙動は望ましいものではない。

本発明の課題は、緩衝媒体が弁体に接近してくる方向に対してのみ特性曲線の拡がりを拡大させることである。

この課題は、本発明によれば、緩衝媒体が貫通穴を介して弁体に接近する際、弁体の付加的な面が弁体の閉弁方向に緩衝媒体の圧力の作用を受けること、前記付加的な圧力作用面が、弁体内に形成された少なくとも１つの通路連通部を介して前記貫通穴と連通していること、前記通路連通部の内部に絞り部位が形成されていることによって解決される。

この付加的な閉鎖面は、緩衝媒体が他の接近方向から弁体に接近する際、付加的な閉鎖面として作用しない。付加的な閉鎖面を介して閉弁力が発生し、この閉弁力を開弁圧が克服しなければならない。開弁圧が大きければ得られる緩衝力はより大きくなる。弁ばねの力とアクチュエータの力とが変わらなければ、緩衝弁の最もソフトな緩衝力特性曲線と最もハードな緩衝力特性曲線との間の拡がりは大きくなる。

本発明では、付加的な圧力作用面は少なくとも１つの通路連通部を介して貫通穴と連通している。

通路連通部は弁体内に形成されている。通路連通部をハウジング内に設けてもよいが、製造コストがはるかに大きくなる。

通路連通部の内部には絞り部位が形成されている。絞り部位は、閉弁方向に作用する圧力作用面での圧力レベルを個々に適合させるために用いる。

弁体の構成を全体的に簡潔にするため、付加的な圧力作用面は、弁体の、半径方向外側へ向けられた段部によって形成される。

弁体の段部と段付き穴とは環状室を形成し、該環状室の流出部は他の絞り部位を備えている。この他の絞り部位を介して圧力作用面の圧力レベルを固定することができる。

あらゆる状況の下で、緩衝媒体の種々の接近方向に対し弁体を完全に独立に圧力で付勢することを保証するため、通路連通部は前記穴の流動方向に閉じる逆止弁を有している。

非常に簡潔な構成の実施態様は、弁体が２つの層状部材を含んでおり、これら層状部材の間に逆止弁円板が軸線方向に可動に配置されていることによって達成される。

択一的な構成では、弁体は該弁体を持ち上げる方向に作用するように圧力の作用を受ける圧力作用面を有し、該圧力作用面は閉弁方向に圧力の作用を受ける圧力作用面よりも小さく、弁体を持ち上げる方向に作用するように圧力の作用を受ける少なくとも１つの第２の圧力作用面は、第１の圧力作用面に比べて減少させた圧力レベルで付勢される。

互いに逆方向に作用する圧力作用面をほぼ同じ径で実施すれば、小さな製造公差があるだけで、緩衝弁の作動挙動に影響を与える。圧力レベルが異なる２つの圧力作用面を使用することでこの製造公差の影響が著しく少なくなり、その結果弁体の持ち上げ力を、個々の弁構成要素のサイジングを介して非常に正確に調整することができる。

本発明では、弁体を持ち上げる方向に作用するように圧力の作用を受ける第２の圧力作用面は、流入絞りを介して、第１の圧力作用面に緩衝媒体を供給する貫通穴と連通している。

本発明では、第２の圧力作用面は内側弁座面と外側弁座面との間に形成されている。ハウジング内には、付加的な圧力作用面のための付加的な構造空間は必要ない。

第２の圧力作用面は少なくとも１つの環状溝によって形成され、弁座面または弁体に直接形成されている。

第２の圧力作用面には流出絞りが接続し、第２の圧力作用面での圧力レベルを決定するための他の調整可能性を提供している。

第２の圧力作用面での安定した圧力レベルを考慮して、流入絞りと流出絞りとは周方向において互いにずらして形成されている。

次に、本発明を図面に図示した以下の実施形態に関し詳細に説明する。
技術水準を示す図である。 付加的な閉鎖面を備えた本発明の実施形態を示す図である。 付加的な閉鎖面を備えた本発明の実施形態を示す図である。 弁体持ち上げ方向に少なくとも２つの圧力作用面を備えた本発明の実施形態を示す図である。 図４の詳細図である。

図２および図３は、図１の構造に基づいて構成した本発明による緩衝弁１の第１実施形態を示している。前述した技術水準では、緩衝媒体が貫通穴２５を通じて接近する場合の開弁方向において、弁体９の下面のみが提供されている。閉弁方向においては、前記接近方向の場合、ガイドスリーブ１７の領域で弁体９の背面の面Ａ閉Ｄのみが弁体９に対して作用する。図２では、閉弁方向において弁体９の付加的な面が緩衝媒体で付勢される。圧力の作用を受ける付加的な面Ａ閉Ｄ２は、弁体９の半径方向外側へ向いている段部１５によって形成され、すなわち緩衝媒体がハウジング３内の半径方向通路３１を介して接近する際に有効な圧力作用面によって形成される。この接近方向に対する付加的な圧力作用面Ａ閉Ｄ２は、弁体９内の通路連通部４１を介して貫通穴２５と連通している。特に図３に認められるように、通路連通部４１の内部には絞り部位４３が設けられている。通路連通部４１は貫通穴２５への流動方向において閉じる逆止弁４５を有している。逆止弁４５は軸線方向に可動な逆止弁円板４７によって形成され、逆止弁円板４７は、弁体９の２つの層状部材９ａ；９ｂとの間で軸線方向に可動に配置されて通路連通部４１の横断面積を制御する。

弁体９の段部１５とハウジング３の段付き穴１３とは環状室３３を形成し、該環状室の流入部および排出部は他の絞り部位４９を備えている。

緩衝媒体が貫通穴２５を介して弁体９に接近すると、面Ａ_開Ｄが開弁圧ｐ_開で付勢される。緩衝媒体は偏心連通穴１９を介して弁体９の背面に達し、面Ａ_閉Ｄを介して、弁体９の閉弁方向に作用する力を及ぼす。これに並行して緩衝媒体は前記絞りを介して通路連通部４１内に進入し、開弁している逆止弁４５を環状室３３の方向へ貫流する。そこで緩衝媒体は、弁体９の付加的な面Ａ_閉Ｄ２でもって段部１５を閉弁方向の圧力で荷重する。付加的な面Ａ_閉Ｄ２での圧力レベルは、弁体９内部の絞り部位４３の絞り抵抗と、環状室３３と通路３１との間の他の絞り部位４９の絞り抵抗とによって決定される。弁ばね１１の弾力と電機子２３に対する磁力とは、図１のものに比べて変更ない。弁体９に対しては、開弁方向において貫通穴２５内部の圧力ｐ_開が面Ａ_開Ｄに作用する。閉弁方向においては、面Ａ_閉Ｄに対する圧力が圧力ｐ_開で発生し、面Ａ_閉Ｄ２に対しては減少圧ｐ_閉Ｄで発生する。技術水準に比較すると、弁体９を弁座面７から離間させるには、弁ばね１１の閉弁力が完全に有効である場合、成分Ａ_閉Ｄ２と減少圧ｐ_閉の乗積によって記述できる高い開弁圧ｐ_開が必要である。達成される圧力上昇は、高くなった緩衝力に比例している。技術水準に比して弁ばね１１およびマグネットコイル２１の構成が変わらなければ、同じ調整力でもって、可能な緩衝力特性曲線の帯域幅は著しく大きくなり、すなわちいわゆる緩衝力特性曲線の拡がりが増大する。

緩衝媒体がハウジング３内の半径方向の穴２９を通じて弁体９に接近する場合、前述した技術水準のものに比べて調整可能な緩衝弁の緩衝力特性に変化はない。というのは、弁体９内の逆止弁４５が閉弁するからであり、すなわち開弁方向および閉弁方向において同じ圧力作用面が有効だからである。緩衝媒体が貫通穴２５を介して接近する場合に圧力作用面Ａ_閉Ｄ２がさらに設けられているにもかかわらず、緩衝弁の構成が簡潔であるのは、圧力作用面Ａ_閉Ｄ２は、緩衝媒体が弁座リング７内部の貫通穴を介して接近する場合も、半径方向の通路３１を介して接近する場合も有効であり、独立した面Ａ_閉Ｄ２を創作する必要がないからである。

図４と図５は、図１のものと構成が基本的に同じ緩衝弁１を記載している。緩衝弁１は、緩衝媒体が貫通穴２５を介して接近する際に離間方向に作用する第１の圧力作用面Ａ_開Ｄ１を有し、その大きさは、弁体９と弁座面７との間の接触面の内径によって決定される。この第１の圧力作用面Ａ_開Ｄ１は、弁体９のガイドスリーブ１７の径に対応する横断面をもった閉鎖面Ａ_閉Ｄよりも小さく実施されている。弁体９に対しては、第１の圧力作用面Ａ_開Ｄ１に対し減少した圧力レベルと連動して、離間方向に第２の圧力作用面Ａ_開Ｄ２を介して圧力が作用する。付加的な第２の圧力作用面Ａ_開Ｄ２は、内側弁座面７ａと外側弁座面７ｂとの間に位置する環状溝５１の形態で実施されている。これとは択一的に任意の形状が可能であり、たとえば袋穴またはポケットが考えられる。供給用の貫通穴２５と付加的な圧力作用面Ａ_開Ｄ２との間にある流入絞り５３は減圧の用を成す。ハウジング３内の半径方向の穴２９の方向への流出絞り５５は、圧力作用面Ａ_開Ｄ２での圧力を決定する他の可能性を意味している。付加的な圧力作用面Ａ_開Ｄ２での圧力分布を均一にするため、流入絞り５３と流出絞り５５とは周方向において互いにずらして配置されており、その結果緩衝媒体は環状溝５１を全量通過せざるをえない。

緩衝媒体が貫通穴２５を介して弁体に接近する場合、緩衝媒体は弁体９の下面に開弁圧ｐ_開で作用し、その際面Ａ_開Ｄ１を付勢する。連通穴１９を介して緩衝媒体は弁体９の圧力作用面Ａ_閉Ｄを備えた背面にも圧力ｐ_開で作用する。これに並行して緩衝媒体は流入絞り５３を介して両弁座面７ａ．７ｂの間の環状溝５１に進入し、その際減少圧ｐ_開１が作用する。弁体９の持ち上げに必要な圧力ｐ_開は技術水準の場合よりも大きく、その結果緩衝力特性曲線の拡がりも大きくなる。

付加的な圧力作用面Ａ_開Ｄ２は穴２９を介して緩衝媒体が接近する場合も影響するが、しかしその作用は、圧力作用面Ａ_開Ｚを小さくさせるために、たとえば弁座面１２において弁座径を大きくすることによって相殺することができる（図４）。

１ 緩衝弁
３ ハウジング
５ 弁座リング
７ 弁座リングの弁座面
７ａ 内側弁座面
７ｂ 外側弁座面
９ 弁体
９ａ；９ｂ 弁体の層状部材
１１ 弁ばね
１２ ハウジング側弁座面
１３ 段付き穴
１５ 段部
１７ ガイドスリーブ
１９ 連通穴
２１ コイル
２３ 電機子スリーブ
２５ 貫通穴
２７ 段部
２９ 半径方向の穴
３１ 通路
３３ 環状室
３５ ハウジングの段部
３７ 半径方向の通路
３９ 弁タペット
４１ 通路連通部
４３ 通路連通部の絞り部位
４５ 逆止弁
４７ 逆止弁円板
４９ 通路３１の絞り部位
５１ 環状溝
５３ 流入絞り
５５ 流出絞り

Claims (8)

1. 段付き穴（１３）を備えたハウジング（３）を含み、該ハウジング（３）内で弁体（９）がガイドスリーブ（１７）と半径方向外側に向けられる段部（１５）とを介して軸線方向に可動に案内され、前記弁体（９）が、弁座面（７）の方向において前記弁体（９）と前記弁座面（７）との間の接触面内側に、前記弁体（９）の持ち上げ方向に作用する圧力作用面（Ａ開Ｄ）を有し、該圧力作用面（Ａ開Ｄ）に対し、前記弁座面（７）によって画成される横断面の内側の貫通穴（２５）から緩衝媒体が接近し、前記弁体（９）の背面の前記ガイドスリーブ（１７）によって、閉弁方向に圧力の作用を受ける圧力作用面（Ａ閉Ｄ）が形成され、前記弁体（９）に対し、少なくとも１つの弁ばね（１１）の力とアクチュエータ（２１；２３）の調整力とを含む合力が作用する構成の振動ダンパー用調整可能な緩衝弁（１）において、
   緩衝媒体が前記貫通穴（２５）を介して前記弁体（９）に接近する際、前記弁体（９）の付加的な面（Ａ閉Ｄ２）が前記弁体（９）の閉弁方向に緩衝媒体の圧力の作用を受けること、前記付加的な圧力作用面（Ａ閉Ｄ２）が、前記弁体（９）内に形成された少なくとも１つの通路連通部（４１）を介して前記貫通穴（２５）と連通していること、前記通路連通部（４１）の内部に絞り部位（４３）が形成されていることを特徴とする調整可能な緩衝弁。
2. 前記付加的な圧力作用面（Ａ閉Ｄ２）が、前記弁体（９）の、半径方向外側へ向けられた前記段部（１５）によって形成されることを特徴とする、請求項１に記載の調整可能な緩衝弁。
3. 前記弁体（９）の前記段部（１５）と前記段付き穴（１３）とが環状室（３３）を形成し、該環状室の流出部が他の絞り部位（４９）を備えていることを特徴とする、請求項２に記載の調整可能な緩衝弁。
4. 前記通路連通部（４１）が前記穴の流動方向に閉じる逆止弁（４５）を有していることを特徴とする、請求項１に記載の調整可能な緩衝弁。
5. 前記弁体（９）が２つの層状部材（９ａ；９ｂ）を含んでおり、これら層状部材の間に逆止弁円板（４７）が軸線方向に可動に配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の調整可能な緩衝弁。
6. 段付き穴（１３）を備えたハウジング（３）を含み、該ハウジング（３）内で弁体（９）がガイドスリーブ（１７）と半径方向外側に向けられる段部（１５）とを介して軸線方向に可動に案内され、前記弁体（９）が、弁座面（７）の方向において前記弁体（９）と前記弁座面（７）との間の接触面内側に、前記弁体（９）の持ち上げ方向に作用する圧力作用面（Ａ開Ｄ）を有し、該圧力作用面（Ａ開Ｄ）に対し、前記弁座面（７）によって画成される横断面の内側の貫通穴（２５）から緩衝媒体が接近し、前記弁体（９）の背面の前記ガイドスリーブ（１７）によって、閉弁方向に圧力の作用を受ける圧力作用面（Ａ閉Ｄ）が形成され、前記弁体（９）に対し、少なくとも１つの弁ばね（１１）の力とアクチュエータ（２１；２３）の調整力とを含む合力が作用する構成の振動ダンパー用調整可能な緩衝弁（１）において、
   前記弁体（９）が該弁体を持ち上げる方向に作用するように圧力の作用を受ける圧力作用面（Ａ開Ｄ１）を有し、該圧力作用面（Ａ開Ｄ１）が閉弁方向に圧力の作用を受ける前記圧力作用面（Ａ閉Ｄ）よりも小さく、前記弁体を持ち上げる方向に作用するように圧力の作用を受ける少なくとも１つの第２の圧力作用面（Ａ開Ｄ２）が、前記第１の圧力作用面（Ａ開Ｄ１）に比べて減少させた圧力レベルで付勢されること、前記第２の圧力作用面（Ａ開Ｄ２）が内側弁座面（７ａ）と外側弁座面（７ｂ）との間に形成された少なくとも１つの環状溝（５１）によって形成されており、前記弁体を持ち上げる方向に作用するように圧力の作用を受ける前記第２の圧力作用面（Ａ開Ｄ２）が、流入絞り（５３）を介して、前記第１の圧力作用面（Ａ開Ｄ１）に緩衝媒体を供給する前記貫通穴（２５）と連通していること、を特徴とする調整可能な緩衝弁。
7. 前記第２の圧力作用面（Ａ開Ｄ２）に流出絞り（５５）が接続していることを特徴とする、請求項６に記載の調整可能な緩衝弁。
8. 前記流入絞り（５３）と前記流出絞り（５５）とが周方向において互いにずらして形成されていることを特徴とする、請求項７に記載の調整可能な緩衝弁。

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