JP5671355B2 - ソレノイドバルブおよび緩衝器 - Google Patents

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Description

本発明は、ソレノイドバルブおよび緩衝器の改良に関する。
従来、ソレノイドバルブとしては、中空部と中空部に連通されるポートとを備えたハウジングと、中空部内に摺動自在に挿入されるスプール弁と、スプール弁を附勢するスプールばねと、スプールばねの附勢力に抗してスプール弁を駆動するソレノイドとを備えたものが知られている(たとえば、特許文献1参照)。
このようなソレノイドバルブでは、ソレノイドでハウジングに対してスプール弁を駆動して、スプール弁の外周をポートに対向させてポートを開閉したり、ポートの開き度合を調節したりして、流路面積を可変にするようになっていて、これを緩衝器の伸縮時に作動流体が通過する通路との途中に設ければ、通路を通過する作動流体の流れに与える流路抵抗を可変にでき、緩衝器の減衰力を調節することができる。
特開2010−19319号公報
ソレノイドバルブは、流路面積の変更の指令に対して応答性よく、流路面積を変更することができるから、たとえば、車両のサスペンションに組み込まれる緩衝器の減衰力を調節するのに向いており、スカイフック制御等といったアクティブ制御の実施を容易ならしめる。
しかしながら、車両のサスペンションに組み込まれる緩衝器の減衰力を可変にする場合、ソレノイドバルブを緩衝器に組み込む必要があるが、当該緩衝器には、車両の走行中に上下方向の振動が絶えず入力されており、特に、悪路等を走行する場合には、緩衝器に作用する加速度が大きい。実際に減衰力を可変にするスプール弁をソレノイドで軸方向に駆動しようとする場合、スプール弁やソレノイドの可動部が軸方向に弾性支持されているのみで固定的に支持されないため、上記加速度による慣性力が大きく働くと流路の開度が変化して、狙った減衰力を発揮することができなくなるという問題がある。
そこで、本発明は、上記不具合を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、外部からの振動入力があっても流路面積の変化を抑制することができるソレノイドバルブおよび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、本発明の課題解決手段は、中空部と外方から開口して当該中空部へ連通されるポートを有するハウジングと、上記中空部内に軸方向に移動自在に挿入されるスプール弁と、上記スプール弁を附勢するスプールばねと、上記スプール弁を上記スプールばねの附勢力に抗して軸方向に駆動するソレノイドとを備えたソレノイドバルブにおいて、上記スプール弁と上記ハウジングとの間に軸方向に摺動自在に挿入される可動スリーブと、当該可動スリーブの軸方向両端を挟んで弾性支持する一対のスリーブばねとを備え、上記スプール弁の質量Mb、上記スプールばねのばね定数Kb、上記可動スリーブの質量Msおよび上記スリーブばねの合成ばね定数KsがMb/Kb=Ms/Ksの関係を満たすように設定されることを特徴とする。
このソレノイドバルブは、スプール弁と上記ハウジングとの間に軸方向に摺動自在に挿入される可動スリーブと、当該可動スリーブの軸方向両端を挟んで弾性支持する一対のスリーブばねとを備えており、上記スプール弁の質量Mb、上記スプールばねのばね定数Kb、上記可動スリーブの質量Msおよび上記スリーブばねの合成ばね定数KsがMb/Kb=Ms/Ksの関係を満たすように設定されているので、ソレノイドバルブに外部からスプール弁の軸方向の加速度が作用しても、スプール弁と可動スリーブが軸方向へ相対移動することがない。
本発明のソレノイドバルブおよび緩衝器によれば、外部からの振動入力があっても流路面積の変化を抑制することができる。
一実施の形態におけるソレノイドバルブを備えた緩衝器の断面図である。 一実施の形態におけるソレノイドバルブの拡大断面図である。
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。一実施の形態におけるソレノイドバルブ1は、図1に示すように、中空部6aと外方から開口して中空部6aへ連通されるポート6bを有するハウジング6と、中空部6a内に軸方向に移動自在に挿入されるスプール弁7と、スプール弁7を附勢するスプールばね35と、スプール弁7をスプールばね35の附勢力に抗して軸方向へ軸方向に駆動するソレノイド8と、スプール弁7とハウジング6との間に軸方向に摺動自在に挿入される可動スリーブ9と、当該可動スリーブ9の軸方向両端を挟んで弾性支持する一対のスリーブばね25,26とを備えて構成されている。
この実施の形態では、ソレノイドバルブ1は、緩衝器Dに適用されていて、緩衝器Dが伸長する際に発生する減衰力を調節することができるようになっている。この緩衝器Dは、具体的には、シリンダ2と、シリンダ2内に摺動自在に挿入されてシリンダ2内を作動油等の液体が充填される伸側室R1と圧側室R2とに区画するピストン3と、シリンダ2内に挿入されてピストン3に連結されるピストンロッド4と、緩衝器Dの伸長時でのみ液体の通過を許容する減衰力調整通路5とを備えており、ソレノイドバルブ1は当該減衰力調整通路5の途中に設けられて緩衝器Dの発生する減衰力を調整する。
なお、上記緩衝器Dは、鞍乗車両に向くように、さらに、ピストンロッド4を二輪車などの鞍乗車両の図示しない車体に連結される車体側チューブ10と、鞍乗車両の図示しない車軸に連結されて車体側チューブ10内へ摺動自在に挿入される車軸側チューブ11とで構成されるフロントフォークF内に収容されている。より詳しくは、緩衝器Dは、ピストンロッド4がハウジング6を介して車体側チューブ10へ連結され、シリンダ2が車軸側チューブ11へ連結されて、車体側チューブ10と車軸側チューブ11との間に介装されつつ、車体側チューブ10と車軸側チューブ11で閉鎖されたフロントフォークF内となる空間L内に収容されている。なお、本実施の形態では、フロントフォークFは、車体側チューブ10内に車軸側チューブ11を挿入する倒立型のフロントフォークとされているが、反対に、車体側チューブ10を車軸側チューブ11へ挿入する正立型のフロントフォークとされていてもよい。
また、この緩衝器Dのピストンロッド4とシリンダ2との間には、懸架ばね12が介装されており、この懸架ばね12は緩衝器Dを介して車体側チューブ10と車軸側チューブ11を離間させる方向、つまり、緩衝器1を伸長させる方向に弾発力を発揮していて、当該懸架ばね12により図外の鞍乗車両の車体が弾性支持されるようになっている。
そして、緩衝器Dは、図1に示すように、車軸側チューブ11に連結されたシリンダ2と、シリンダ2内に摺動自在に挿入されシリンダ2内を2つの作動室である伸側室R1および圧側室R2に区画するピストン3と、一端がピストン3に連結されるとともに他端が車体側チューブ10に連結されたピストンロッド4と、ピストン3に設けられて伸側室R1と圧側室R2とを連通するとともに通過する液体の流れに抵抗を与える減衰通路13と、シリンダ2の下端に設けられて圧側室R2からリザーバRへ向かう液体の流れに抵抗を与える圧側減衰通路15とリザーバRから圧側室R2へ向かう液体の流れのみを許容する吸込通路16とを有するボトム部材14とを備えて構成され、伸側室R1および圧側室R2には液体として作動油等の液体が充満され、リザーバR内には液体と気体が充填されている。
より詳しくは、シリンダ2は、下端に嵌合されたボトム部材14を介して有底筒状に形成された車軸側チューブ11の底部に固定されている。また、シリンダ2の上端には、ピストンロッド4を摺動自在に軸支するロッドガイド17が設けられている。ピストンロッド4は、軸方向に沿って図1中上下に貫通する空孔4bを備えたピストンロッド本体4aと、ピストンロッド本体4aの図1中下端に固定されてピストン3を保持するピストン連結部4cとを備えて構成されており、その図1中上端となる先端がソレノイドバルブ1におけるスプール弁7を収容するハウジング6を介して車体側チューブ10の上端に固定されている。ピストン連結部4cは、空孔4bと伸側室R1とを連通する連通路4dと、連通路4dの途中に設けられて伸側室R1から空孔4bへ向かう液体の流れのみを許容する逆止弁4eとを備えて構成されていて、図1中下端に環状のピストン3がピストンナット24を用いて固定されるようになっている。
そして、ロッドガイド17とハウジング6の外周に設けた筒状のばね受18との間に懸架ばね12が介装され、緩衝器Dが懸架ばね12により伸長方向に附勢され、これにより、緩衝器1も懸架ばね12により伸長方向に附勢されるようになっている。
ピストン3は、ピストンロッド4の図1中下端に固定されており、ピストン3に設けられる減衰通路13は、伸側室R1と圧側室R2とを連通する通路13aと、通路13aの途中に設けた減衰弁13bとを備えていて、通過する液体の流れに抵抗を与えるようになっている。この場合、減衰弁13bが絞り弁などとされていて、減衰通路13は、伸側室R1から圧側室R2へ向かう液体の流れと、圧側室R2から伸側室R1へ向かう液体の流れの双方向の流れを許容するようになっているが、通路を二つ以上設けて一部の通路に伸側室R1から圧側室R2へ向かう液体の流れのみを許容する減衰弁を設けるとともにそれ以外の通路に圧側室R2から伸側室R1へ向かう液体の流れのみを許容する減衰弁を設けてもよい。
リザーバRは、上記空間L内であってシリンダ2外に形成されており、リザーバRには、液体と気体が充填されている。ボトム部材14に形成される圧側減衰通路15は、圧側室R2とリザーバRとを連通する通路15aと、圧側室R2からリザーバRへ向かう液体の流れのみを許容して通過する液体の流れに抵抗を与える減衰弁15bとを備えて構成されており、圧側室R2からリザーバRへ向かう液体の流れのみを許容する一方通行の通路とされている。他方、ボトム部材14に形成される吸込通路16は、リザーバRと圧側室R2とを連通する通路16aと、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逆止弁16bとを備えて構成されており、圧側減衰通路15とは逆向きにリザーバRから圧側室R2へ向かう液体の流れのみを許容する一方通行の通路とされている。なお、この緩衝器1にあっては、圧側減衰力を減衰弁15bにて発生することができるので、上記したように圧側室R2から伸側室R1へ向かう液体の流れのみを許容する通路を設ける場合、当該通路に減衰弁を設けずともよい。
つづいて、ソレノイドバルブ1について説明する。ソレノイドバルブ1は、減衰力調整通路5の途中に設けられており、中空部6aと外方から開口して中空部6aへ連通されるポート6bを有するハウジング6と、中空部6a内に軸方向に移動自在に挿入されるスプール弁7と、スプール弁7を附勢するスプールばね35と、スプール弁7をスプールばね35の附勢力に抗して軸方向へ軸方向に駆動するソレノイド8と、スプール弁7とハウジング6との間に軸方向に摺動自在に挿入される可動スリーブ9と、当該可動スリーブ9の軸方向両端を挟んで弾性支持する一対のスリーブばね25,26とを備えて構成されている。
ハウジング6は、図1および図2に示すように、筒状とされており、図2中下端から開口して内部に形成される中空部6aと、側方から開口して中空部6aに通じるポート6bと、図2中上端から開口して中空部6aに通じて中空部6aより大径で上記ソレノイド8を収容する収容部6cと、上端外周に設けたフランジ6dと、下端側外周を小径にして設けた小径部6eと段部6fと、小径部6eの外周に軸方向に沿って設けた溝6gとを備えて構成されており、この場合、上記ポート6bは、径方向へ伸びて溝6gと中空部6aとを連通している。
そして、このハウジング6の中空部6aの図2中下方を小径にして設けた小内径部6hの内周には螺子部6iが設けてあり、ピストンロッド4の上端の外周には螺子部4fが設けてあって、小内径部6h内にピストンロッド4の上端を挿入しつつ螺子部6iに螺子部4fを螺合してハウジング6とピストンロッド4とを螺子締結することができるようになっている。なお、この実施の形態では、螺子部4fにナット19を螺着していて、当該ナット19の図2中上端をハウジング6の図2中下端に当接させてハウジング6に軸荷重をかけることで上記螺子部6iと螺子部4fとが緩まないように配慮している。
このようにハウジング6をピストンロッド4に連結すると、中空部6aがピストンロッド4の空孔4bとが同軸で且つ直列に接続されて、中空部6aは、当該空孔4bおよび連通路4dを介して緩衝器Dにおける伸側室R1に連通される。また、中空部6aは、ポート6bおよび溝6gを介して上記したリザーバRに連通される。よって、この実施の形態の場合、減衰力調整通路5は、上記した連通路4d、空孔4b、中空部6a、ポート6bおよび溝6gとで構成されており、伸側室R1とリザーバRとを連通している。また、減衰力調整通路5は、この場合、逆止弁4eによって、伸側室R1からリザーバRへ向かう液体の通過のみを許容するようになっている。減衰力調整通路5を一方通行に設定する逆止弁は、ピストン連結部4cに設けるのではなく、他の箇所へ設けてもよく、具体的にはたとえば、ピストンロッド本体4aの空孔4b内に設けてもよいし、ピストンロッド本体4aの図1中上端における空孔4bの開口端に設けるようにしてもよい。
ハウジング6の小径部6eの外周には、懸架ばね12の上端を支承する筒状のばね受18の上端を支持するカラー20が嵌合されていて、カラー20がポート6bを覆うように配置されているため、溝6gを設けてポート6bとリザーバRとの連通を確保しているが、ポート6bがカラー20或いはばね受18と干渉しないようであれば、溝6gを省略することも可能である。
また、ハウジング6の図2中上方の外周には、螺子部6jが設けられており、車体側チューブ10の開口端にハウジング6に螺子締結することができるようになっていて、ハウジング6を介してピストンロッド4を車体側チューブ10に連結可能とされている。
つづいて、可動スリーブ9は、筒状とされてハウジング6の中空部6a内に軸方向に摺動自在に挿入されており、外周に周方向に沿って形成したスリーブ側環状溝9aと、内周に周方向に沿って形成した内周側環状溝9bと、スリーブ側環状溝9aと内周側環状溝9bとを連通するスリーブポート9cとを備えて構成されている。
そして、この可動スリーブ9は、その上下端となる軸方向両端が一対のスリーブばね25,26で挟持されていて、何ら負荷がない状態では、これらスリーブばね25,26の附勢力がバランスする位置に位置決めされている。なお、スリーブばね25は、ハウジング6の中空部6aの下方の小内径部6hを形成することで設けられた内周段部6kと、可動スリーブ9の図2中下端との間に介装され、他方のスリーブばね26は、詳しくは後述するソレノイド8におけるケース30と可動スリーブ6の図2中上端との間に介装されていて、これらスリーブばね25,26はともに縮んだ状態で、可動スリーブ9を上下から附勢している。
したがって、可動スリーブ9は、スリーブばね25,26によって弾性支持されているので、緩衝器Dに外力が加わって振動する際に、軸方向となる図2中上下方向へ振動するが、可動スリーブ9のストローク範囲では、常に、スリーブ側環状溝9aがポート6bに常に対向するようにスリーブ側環状溝9aの軸方向長さが設定されており、可動スリーブ9でポート6bを遮断することがないようになっている。なお、可動スリーブ9がポート6bの一部を遮る場合があっても、ここでの流路面積が可動スリーブ9とスプール弁7とで決する流路面積の最大値以上となるようになっている、つまり、ポート6b側で可動スリーブ9とスプール弁7とで形成される絞りよりも大きな抵抗を与えないように配慮されている。
上記したところでは、可動スリーブ9の外周に円周方向に沿ってスリーブポート9cに連通されるスリーブ側環状溝9aを設けて、可動スリーブ9がハウジング6に対して軸方向へ移動しても、スリーブポート9cとポート6bとの連通を確保できるようになっており、加工しやすい外周加工を可動スリーブ9に施すことで、スリーブポート9cとポート6bとの連通を確保できる利点がある。なお、スリーブ側環状溝9aを設ける代わりにハウジング6の中空部6aの内周に円周方向に沿うとともにポート6bに連通されるハウジング側環状溝を設けて、これをスリーブポート9cに常に対向させてスリーブポート9cとポート6bとの連通を確保してもよい。
また、可動スリーブ9の上下端は、それぞれ外径が小径に設定されていて、スリーブばね25,26が、当該小径部位の外周に配置されるようになっており、可動スリーブ9とスプール弁7の嵌合長を長くして、可動スリーブ9とスプール弁7の安定した相対摺動を保障している。
次に、スプール弁7は、円柱状とされて、一端側を下方に向けて可動スリーブ9内に摺動自在に挿入されており、ハウジング6の中空部6a内を軸方向となる図2中上下方向へ移動自在とされている。詳しくは、スプール弁7は、この場合、スプール弁本体21と、スプール弁本体21の他端側に嵌合されて一体化された筒状の磁性部材22とを備えて構成されている。また、スプール弁本体21は、アルミニウム、アルミニウム合金やマグネシウム合金といった材料から構成されており、磁性部材22よりも比重の小さい材料で構成されている。
そして、スプール弁本体21は、ソレノイド8を向く側とは反対側の反ソレノイド側端となる図2中下端に減衰力調整通路5を通過する液体の圧力を受けるようになっており、この反ソレノイド側端から開口する空部21aと、外周から開口して空部21aに連通するスプールポート21bと、空部21aに連通してスプール弁7のソレノイド8に向くソレノイド側端側となる図2中上端側に上記液体の圧力を導く圧力導入孔21cと、ソレノイド側端の外周を小径にして形成した嵌合部21dとを備えて構成されている。
また、磁性部材22は、鉄、ニッケル、コバルトやこれらを含む合金、フェライト等といった磁性材料で形成されていて筒状とされ、図2中上方側の基部22aと、基部22aから図2中下方側となるスプール弁本体21側へ伸びるとともに基部22aより薄肉筒状のソケット22bとを備え、外周径は単一径とされていて、ソケット22b内にスプール弁本体21の嵌合部21eを嵌合することでスプール弁本体21に一体化されている。なお、当該嵌合に当たり、たとえば、焼き嵌めや圧入することで、スプール弁本体21と磁性部材22とが強固に一体化される。また、上記一体化は、嵌合部に接着剤を塗布して行うこともできる。
スプール弁7におけるスプールポート21bは、可動スリーブ9の内周側環状溝9bに対向することができるようになっており、対向状態では、スプールポート21bは、スリーブポート9cと連通されるとともに、このスリーブポート9cを介してポート6bに連通され、減衰力調整通路5は開放された状態となる。また、この実施の形態では、スプール弁7をソレノイド8側へ向けて移動させると、スプールポート21bと内周側環状溝9bのラップ面積(スプールポート21bと内周側環状溝9bとの対向面積)が小さくなり、ソレノイドバルブ1における流路面積を減少させる(流路を絞る)ことができるようになっている。このように、ソレノイドバルブ1にあっては、スプール弁7のスプールポート21bと可動スリーブ9のスリーブポート9cは、流路の一部を形成しており、スプール弁7と上記可動スリーブ9との軸方向の相対位置に応じて流路面積を可変にすることができる。なお、流路を絞る結果、可動スリーブ9の内周でスプール弁7のスプールポート21bを完全に閉塞して流路を遮断するように設定されてもよい。
また、この場合、可動スリーブ9の内周に内周側環状溝9bを設けて、可動スリープ9に対してスプール弁7が周方向に回転しても回転位置によらずスプールポート21bとスリーブポート9cとの連通を可能としているが、内周側環状溝9bの代わりにスプール弁7の外周にスプールポート21bに連通される環状溝を設けて可動スリーブ9のスリーブポート9cとスプールポート21bとの連通を可能としてもよい。
ソレノイド8は、内筒30aと外筒30bと内筒30aおよび外筒30bの図2中下端を接続する環状底部30cとでなり磁性体で形成されるケース30と、コイル31aをモールド樹脂31bにてモールドして形成されて上記外筒30bと内筒30aとの間に収容される筒状のモールドコイル31と、モールドコイル31の内周に挿入される筒状であって磁性体であるベース33と、ベース33とケース30の内筒30aとの間に環状のギャップを設ける非磁性リング32と、ベース33内に螺着されるアジャスタ34と、アジャスタ34とスプール弁7との間に介装されるスプールばね35とを備えて構成されている。ソレノイド8は、スプール弁7における磁性部材22を可動鉄心として、コイル31aへの通電によってスプール弁7を駆動することができるようになっている。
ケース30の内筒30aは、その内径をスプール弁7が移動自在に挿入可能であって中空部6aの内径よりも小径に設定されていて、ハウジング6の収容部6c内に収容されると、スプール弁7の移動を妨げることがなく、また、上記スリーブばね26の図2上端を支えることができるようになっている。なお、当該内筒30aの内径をスプール弁7が摺動可能な径に設定されてもよい。
また、ケース30のハウジング6に対する径方向の位置決めは、外筒30bとハウジング6の収容部6cへの嵌合によって行ってもよいし、ハウジング6の中空部6aとケース30の内筒30aの内周とにスプール弁7を摺接させる場合には、スプール弁7を利用して行うことも可能である。なお、ケース30とハウジング6との間は、ケース30の環状底部30cとハウジング6との間に介装される環状シール36によって密にシールされている。
モールドコイル31は、コイル31aへ通電するための電源端子31cを内部に収容する筒状のコネクタ31dを備えており、このコネクタ31dは、モールド樹脂31bによってコイル31aに一体化されている。上記コネクタ31d内の電源端子31cを図外の外部電源へ接続することで、外部からコイル31aへの通電ができるようになっている。
ベース33は、筒状とされてモールドコイル31の内周に挿入されており、図2中下端となるスプール弁側端の外周にスプール弁側へ突出する環状凸部33aを備えており、当該環状凸部33aは、外周がテーパ状に面取りされている。そして、この環状凸部33aとケース30の内筒30aとの間には、アルミニウム、銅、亜鉛、SUS305等の非磁性ステンレス鋼や高マンガン鋼等といった材料で形成した非磁性リング32が介装され、当該非磁性リング32は、ろう付け等によってケース30およびベース33に一体化されている。この非磁性リング32は、コイル31aの通電時に磁化されるベース33で磁性部材22を吸引する際に、ベース33とケース30との間にギャップを形成して、磁路が磁性部材22を経由するようにするとともに、ケース30とベース33とを一体化し、ケース30とベース33との間をシールする役割も果たしている。
さらに、ベース33の外周であってモールドコイル31およびケース30の図2中上端には、コネクタ31dの通過を許容する割38aを備えた環状のエンドリング38が積層される。このエンドリング38の図2中上方からハウジング6の収容部6cの開口端となる図2中上端の内周にナット部材37を螺着し、ナット部材37とハウジング6とで、モールドコイル31およびケース30とこれに一体化された非磁性リング32とベース33とを挟持して、これら部材を当該ハウジング6に固定している。
なお、ベース33とケース30の内筒30aとの間にギャップを設けるには、非磁性リング32を介装するほか、ケース30の内筒30aの外周とベース33の外周に筒状のフィラーリングを圧入してギャップを設けつつケース30とベース33とを一体化するようにしてもよく、その場合には、非磁性リング32を省略することも可能である。フィラーリングを用いる際には、フィラーリングとの嵌合長を確保しなければならないので、ケース30の内筒30aの軸方向長さが非磁性リング32でケース30とベース33とを一体化するよりも長くなる。換言すれば、非磁性リング32でケース30とベース33とを一体化する構造を採用することで、ソレノイド8の非可動部の全長を短くすることができる点で有利となる。
転じて、アジャスタ34は、軸状であって図2中上端となる基端外周に螺子部を備えてベース33の筒部33aの内周に螺着されており、その先端となる図2中下端とスプール弁7との間にスプールばね35が圧縮状態で介装されている。
ここで、スプール弁7における圧力導入孔21cは、空部21aに通じる部位が小径に設定されていて圧力導入孔21c内に段部21eが形成されており、当該段部21eとアジャスタ34との間にスプールばね35が介装される。そして、アジャスタ34を送り螺子の要領で、ベース33に対して軸方向となる図2中上下方向へ進退させて、スプールばね35の圧縮長さを調整することで、スプール弁7へスプールばね35が与える初期荷重を調整することができるようになっている。
なお、磁性部材22内にスプールばね35を収容する構造を採用しているため、スプールばね35の収容スペースが確保され、アジャスタ34を含めたソレノイド8の全長を短くすることができる。
このように構成されたソレノイド8は、コイル31aへ通電すると、ベース33が磁化されて磁性部材22を吸引する吸引力が発生し、スプール弁7をスプールばね35の附勢力に抗して図2中上方側へ駆動することができるようになっている。なお、磁性部材22がベース33に吸着した状態、つまり、磁性部材22の基部22aの図2中上端が完全にベース33の図2中下端内周に当接した状態で、ソケット22bより肉厚の基部22aが径方向でケース30の内筒30aに対向するようになっており、また、ソケット22bがスプール弁本体21の他端外周に嵌合していて上記内筒30aに対向しているので、磁路の断面積が小さくなりすぎて磁束密度が飽和して吸引力が低下してしまうことのないように配慮されている。
戻って、上述のように、スプール弁7をスプールばね35で附勢すると、スプール弁7は、中空部6a内で最下方位置に位置決められる。具体的には、スプール弁7の下端がピストンロッド4の上端に当接すると、スプール弁7のそれ以上のピストンロッド4側への移動が制限され、スプール弁7がこの最下方位置に位置決められる。
この最下方位置では、この場合、スプール弁7のスプールポート21bが内周側環状溝9bに対向して、スリーブポート9cを介してポート6bが連通状態におかれ、減衰力調整通路5は開放された状態となる。
また、この実施の形態では、コイル31aへ通電してスプール弁7をベース33側へ向けて吸引して、スプール弁7を中空部6a内で図2中上方へ後退させることで、スプールポート21bと内周側環状溝9bのラップ面積を小さくして、流路面積を減じることができるようになっている。さらに、コイル31aの通電量によってスプール弁7の移動量をコントロールすることで、スプールポート21bと内周側環状溝9bのラップ面積を調整できる。つまり、コイル31aへの通電によりスプール弁7を図2中上方向へ駆動でき、コイル31aへの通電を停止すればスプール弁7を図2中下方向へ駆動でき、コイル31aの通電量でスプール弁7の位置を調節できる。このように、ソレノイド8でスプール弁7を軸方向となる図2中上下方向へ駆動することができる。
そして、スプールポート21bとスリーブポート9bとで流路を絞ることで、流路を通過しようとする液体の流れに与える抵抗を、スプール弁7が最下方位置にある場合に比較して大きくすることができる。この場合、スプール弁7の後退量が大きくなればなるほど、スプールポート21bと内周側環状溝9bとのラップ面積が減少して流路の絞り度合が大きくなるので、スプール弁7の後退量の増加に伴って流路を通過する液体の流れに与える抵抗が大きくなる。
ここで、スプール弁7の質量をMb、スプールばね35のばね定数をKb、可動スリーブ9の質量をMsおよびスリーブばね25,26の合成ばね定数をKsとすると、Mb/Kb=Ms/Ksの関係を満たすように設定されている。
したがって、ソレノイドバルブ1に外部からの入力でスプール弁7の軸方向となる図2中上下方向の加速度が作用する場合、スプール弁7は、スプールばね35で支持されているので当該加速度の作用によって慣性力が生じてハウジング6に対して相対移動し、可動スリーブ9も同様に慣性力が生じてハウジング6に対して相対移動する。
上記加速度をαとすると、スプール弁7の慣性力は、Mb・αとなり、ハウジング6に対して変位Xbだけ移動すると、これがスプールばね35の附勢力と釣りあうことから、Mb・α=Kb・Xbが成り立つ。また、可動スリーブ9の慣性力は、Ms・αとなり、ハウジング6に対して変位Xsだけ移動すると、これがスリーブばね25,26の附勢力と釣りあうことから、Ms・α=Ks・Xsが成り立つ。
すると、スプール弁7の変位Xbは、Xb=Mb・α/Kbとなり、可動スリーブ9の変位Xsは、Xs=Ms・α/Ksとなるが、Mb/Kb=Ms/Ksの関係となっているので、Xb=Ksとなり、スプール弁7の変位Xbと可動スリーブ9の変位Xsは等しくなる。
よって、ソレノイドバルブ1に外部からの入力でスプール弁7の軸方向となる図2中上下方向の加速度が作用しても、スプール弁7は可変スリーブ9に対して相対変位することは無く、流路面積は変動しないことが理解できよう。
また、車両が走行中には緩衝器Dには上下方向の大きな加速度が作用するが、この加速度の方向がスプール弁7の摺動方向とほぼ一致するので、この実施の形態では、スプール弁7の重量を軽量にして上記加速度によるスプール弁7の慣性力を小さくしスプール弁7の振動をより一層軽微なものとするため、スプール弁7を可動鉄心として機能する磁性部材22と磁性部材22よりも比重の小さいスプール弁本体21とで構成し、ソレノイドバルブ1における可動部であるスプール弁7全体重量の軽量化を図っている。また、この実施の形態では、スプール弁本体21の重量の更なる軽減を図るため、空部21a、圧力導入孔21cの内径を大きくして肉厚を極力薄くしている。
なお、ソレノイドバルブ1を通過する液体の圧力は、この実施の形態の場合、反ソレノイド側端となるスプール弁7の図2中下端に作用するだけでなく、圧力導入孔21cによってスプール弁7のソレノイド側端にも作用するようになっており、上記液体の圧力でスプール弁7を反ソレノイド側端側からソレノイド端側へ押圧する推力(図2中上向きの推力)と当該液体の圧力でスプール弁7をソレノイド側端側から反ソレノイド側端側へ押圧する推力(図2中下向きの推力)とが等しくなるように設定されている。つまり、スプール弁7を図2中上方へ押し上げるように通過液体の圧力が作用するスプール弁7の反ソレノイド側端側の受圧面積と、スプール弁7を図2中下方へ押し下げるように圧力が作用するスプール弁7のソレノイド側端側の受圧面積とが等しくなるように設定されている。また、スプール弁7の流路5の圧力を受けるスプール弁一端側の受圧面積とスプール弁他端側の受圧面積は、必ずしもスプール弁7の両端面でなくともよい。つまり、スプール弁7を図2中下方へ押圧するように流路5の圧力を受ける面積と、スプール弁7を図2中上方へ押圧するように流路5の圧力を受ける面積とを等しくすればよく、たとえば、スプール弁7の途中に段部を設けて、段部の上面と下面に流路5の圧力を作用させるスプール弁7を、一端側から他端側へ押圧する推力と他端側から一端側へ押圧する推力とを等しくするようにしてもよい。
続いて、このように構成されたソレノイドバルブ1の作動について説明する。シリンダ2に対してピストン3が図1中上方へ移動する緩衝器Dの伸長時には、ピストン3によって圧縮される伸側室R1から圧側室R2へ移動する液体の流れに減衰通路13で抵抗を与えるとともに、伸側室R1からリザーバRへ向かう液体の流れに対してソレノイドバルブ1で抵抗を与えるようになっている。つまり、緩衝器Dは、この実施の形態にあっては、伸長時に減衰通路13およびソレノイドバルブ1によって伸側減衰力を発揮する。なお、伸長時に拡大する圧側室R2には、ボトム部材14に設けた吸込通路16を介してリザーバRから液体が供給されて、緩衝器Dの伸長時にシリンダ2内からピストンロッド4が退出することで生じるシリンダ2内の容積変化が補償される。
反対に、シリンダ2に対してピストン3が図1中下方へ移動する緩衝器Dの収縮時には、ピストン3によって圧縮される圧側室R2から伸側室R1へ移動する液体の流れに減衰通路13で抵抗を与えるとともに、シリンダ2内へピストンロッド4が侵入することで生じるシリンダ2内の容積減少分の液体がボトム部材14の圧側減衰通路15を介してリザーバRへ排出されてシリンダ2内の体積変化が補償されるので、この圧側減衰通路15でも液体の流れに抵抗を与えることになる。よって、緩衝器Dの収縮時には、減衰通路13および圧側減衰通路15で圧側減衰力を発揮し、この場合、減衰力調整通路5には、液体が流れないようになっているので、ソレノイドバルブ1は圧側減衰力の発生には関与しない。
つまり、この実施の形態では、ソレノイドバルブ1において、スプール弁7を駆動することで流路5の流路面積を可変にすることができるので、この緩衝器Dの伸長時における伸側減衰力を調節することができるようになっている。
この減衰力調節の際、必要に応じてスプール弁7をソレノイド8で駆動して流路面積を変化させるが、このソレノイドバルブ1にあっては、スプール弁7とハウジング6との間に軸方向に摺動自在に挿入される可動スリーブ9と、当該可動スリーブ9の軸方向両端を挟んで弾性支持する一対のスリーブばね25,26とを備えており、スプール弁7の質量Mb、スプールばね35のばね定数Kb、可動スリーブ9の質量Msおよびスリーブばね25,26の合成ばね定数KsがMb/Kb=Ms/Ksの関係を満たすように設定されているので、ソレノイドバルブ1に外部からスプール弁7の軸方向の大きな加速度が作用しても、スプール弁7と可動スリーブ9とが軸方向に相対移動することがなく、これらスプール弁7と可動スリーブ9の相対位置が変化することがない。これにより、ソレノイドバルブ1の発生する減衰力が狙った減衰力とならずに振動的に変化してしまうことを防止でき、安定した減衰力を発揮することが可能である。
なお、上記したところでは、スプール弁7を単一のスプールばね35のみで附勢しているが、スプール弁7を可動スリーブ9と同様に一対のばねで軸方向両端を弾性支持するようにしてもよく、その場合、スプールばねのばね定数は、上記二つのばねの合成ばね定数として上記関係を満たすように設定すればよい。
このようにソレノイドバルブ1は、外部からの振動の入力に対して流路面積の変動を抑制できるので、振動が絶えず入力されるような環境下で使用されるフロントフォークやサスペンションに組み込まれる緩衝器に適しており、緩衝器の減衰力調整応答性を飛躍的に向上でき、安定した減衰力を発揮しつつ減衰力調整をスカイフック制御等といったアクティブ制御にて行うことが可能となり、本発明のソレノイドバルブ1は、特に、大きな上下加速度が作用する悪路走行に向く鞍乗車両に用いられる緩衝器に最適となる。
また、本実施の形態では、スプール弁7を可動鉄心として機能する磁性部材22と磁性部材22よりも比重の小さいスプール弁本体21とで構成し、全体が磁性部材で構成される場合に比較して、ソレノイドバルブ1における可動部であるスプール弁7全体重量の軽量化を図っているので、車両走行中に緩衝器1に入力される上下方向となる伸縮方向の大きな加速度によってスプール弁7に作用する慣性力を軽微なものとして、スプール弁7の振動を軽微にすることができるので、より一層、ソレノイドバルブ1の発生する減衰力が狙った減衰力とならずに振動的に変化してしまうことを防止でき、より安定した減衰力を発揮することが可能である。
さらに、ソレノイドバルブ1は、磁性部材22が筒状とされてスプール弁本体21の他端に一体化され、スプール弁本体21のソレノイド側端から開口して空部21aに連通するとともにスプール弁7のソレノイド側端側にこのソレノイドバルブ1を通過する液体の圧力を導く圧力導入孔21cとを有していて、当該通過液体の圧力はスプール弁7の圧力導入孔7cによって両端側に作用し、双方の受圧面積が等しくしている。すなわち、上記スプール弁7に作用する上記通過液体の圧力による反ソレノイド側端側から受ける推力とソレノイド側端側から受ける推力を等しくしている。これにより、通過液体の圧力によってスプール弁7を反ソレノイド側端側からソレノイド側端側へ押圧する推力とソレノイド側端側から反ソレノイド側端側へ押圧する推力とが拮抗して、スプール弁7を軸方向の何れへも移動させることがないから、このソレノイドバルブ1にあっては、通過液体の圧力が高圧となっても、ソレノイド8による流路面積の調整に影響しない。この結果、ソレノイド8の推力を通過液体の圧力に打ち勝つように大きくしなければならないという問題を解消でき、小型のソレノイド8でスプール弁7を駆動して減衰力調整を行うことができる。また、通過液体の圧力でスプール弁7が移動してしまうことがないので、このソレノイドバルブ1にあっては、通過液体の圧力によって発生減衰力が変動せず、充分な制振効果を得ることができる。また、圧力による影響を受けないので、ソレノイド8の大型化を招かずに、スプール弁7の駆動が可能となるから、このソレノイドバルブ1にあっては、鞍乗車両といった小型な車両への搭載性を損なうこともなく、コスト高となって経済性も損なってしまう問題もない。
また、スプール弁7が可動鉄心とされているので、ソレノイド8とスプール弁7とを至近に配置して別途の長尺な可動鉄心などを介さずにスプール弁7を駆動でき減衰力制御性が向上するとともに、スプール弁7といった可動部重量を軽減できるから緩衝器1に入力される振動加速度によって減衰力が変化してしまうことを抑制することができ、安定した減衰力の発生と調整が可能となる。
また、ソレノイド8は、スプール弁7の挿通を可能とする内筒30aと、当該内筒30aの外周側に配置される外筒30bと、上記内筒30aと上記外筒30bを接続する環状底部30cとを備えたケース30と、ケース30内に収容されるコイル31aと、ケース30の内筒30aと環状のギャップを介して対向してコイル31aの内周に挿入されるとともにコイル31aへの通電により上記スプール弁7を吸引するベース33とを備え、磁性部材22は、ベース33に吸着した状態で少なくともケース30の内筒30aに径方向で対向する基部22aと、基部22aからスプール弁本体21側へ延長されてケース30の内筒30aに径方向で対向するとともにスプール弁本体21の他端外周を小径にして形成した嵌合部21eへ嵌合する筒状のソケット22bとを備えている。これにより、常時ケース30の内筒30aに対向する基部22aの肉厚を確保することができるので、磁路の断面積が小さくなりすぎて磁束密度が飽和して吸引力が低下してしまうことがなく、スプール弁7の振動をより抑制することができ、より一層安定した減衰力の発揮に寄与できる。
また、鞍乗車両の車体に連結される車体側チューブ10と、鞍乗車両の車軸に連結される車軸側チューブ11とを備え、ピストンロッド4の先端に連結したハウジング6を介してピストンロッド4を車体側チューブ10に連結するとともにシリンダ2を車軸側チューブ11に連結して緩衝器本体Dを車体側チューブ10と車軸側チューブ11とで形成される空間L内に収容し、空間L内であってシリンダ2外にリザーバRを形成し、減衰力調整通路5がピストンロッド4を貫通してシリンダ2内の圧側室R2或いは伸側室R1とハウジング6の中空部6aとを連通し、ポート6bがリザーバRに連通されるようにすることで、ソレノイドバルブ1を車体側チューブ10の上方へ集約することができ、ソレノイド8への通電も容易となるとともに、ソレノイドバルブ1が緩衝器Dにて制振される鞍乗車両の車体側へ連結されることになるから、車両走行中におけるスプール弁7の振動を抑制することができ、当該振動による減衰力変動を抑制することができる。
また、ピストンロッド4が軸方向に沿って減衰力調整通路5の一部を形成する空孔4bを備え、ピストンロッド4と当該ピストンロッド4の先端に連結されるハウジング6とが中空部6aと上記空孔4bとを同軸かつ直列となるように連結されるので、スプール弁7の駆動方向がピストンロッド4の軸方向に一致するからスプール弁7を駆動するソレノイド8が側方へ張り出すことがなく、スプール弁7の駆動方向をピストンロッド4の軸線に対して交差する方向とする場合に比較して、緩衝器Dをスリムにすることができる。無論、当該効果と引き換えにスプール弁7の駆動方向を緩衝器Dの伸縮方向とは異なった方向とする、つまり、ピストンロッド4の軸線と一致させないようにすることもできるが、この場合、車両の振動と上記駆動方向とが一致しないため、当該振動によってスプール弁7の駆動方向へ加振させることを抑制することができる。
なお、スプール弁7の形状を上記のごとくとすることで、上記した種々の利点を享受することができるが、スプール弁7の形状が上記した形状と異なっていても、スプール弁7の質量Mb、スプールばね35のばね定数Kb、可動スリーブ9の質量Msおよびスリーブばね25,26の合成ばね定数KsをMb/Kb=Ms/Ksの関係を満たすように設定することで本発明の効果を得ることができることは当然であり、この限りにおいてスプール弁の構成を設計変更することができる。
さらに、ハウジング6が中空部6aに連なってソレノイド8を収容する収容部6cを備えて当該収容部6cを図2中外方へ臨ませて車体側チューブ10の開口端に固定され、ソレノイド8のスプールばね35の初期荷重を調節するアジャスタ34が車体側チューブ10の開口端から緩衝器1の外方へ臨んで設けられる。これにより、当該アジャスタ34を外部操作することができるので、上記初期荷重の調整が容易となる。なお、スプールばね35のばね定数にバラつきがある場合等にこの初期荷重調整を行うことで、製品毎でバラツキのない均一な減衰力調整を行うことができる。緩衝器1の減衰力調整の均一化は、ソレノイド8に与える電流量を補正することで行ってもよい。
なお、上記したところでは、ソレノイドバルブ1は、緩衝器Dが伸長する際にのみ減衰力調整通路5が液体の通過を許容するようになっており、緩衝器Dの伸側減衰力を発生する減衰力発生要素として機能しているので、緩衝器Dの伸側減衰力を調整することができるが、緩衝器Dが収縮する際にのみ減衰力調整通路5が液体の通過を許容するように設定して、緩衝器Dの圧側減衰力を発生する減衰力発生要素として機能して圧側減衰力の調整をするようにしてもよい。つまり、ピストン連結部4cに設けられる連通路4dで伸側室R1の代わりに圧側室R2を中空部4bへ連通するようにすれば、ソレノイドバルブ1は、圧側減衰力の調整を行うことができる。このようにすると、緩衝器Dの収縮作動時にのみ減衰力調整通路5を液体が通過するように設定できる。
また、減衰力調整通路5が伸側室R1と圧側室R2とを連通するように設定される場合には、ソレノイドバルブ1は、緩衝器Dの伸長時と収縮時の両方で減衰力調整を行うように設定されてもよい。この場合、たとえば、ハウジングをピストンロッド若しくはピストン連結部としてスプール弁を収容し、ピストンロッド若しくはピストン連結部に伸側室R1と圧側室R2とを連通する流路を設けて、ソレノイドでスプール弁を駆動してやればよい。
さらに、上記したところでは、スプール弁7の後退時に流路面積が減少するように設定されているが、スプール弁7が最下方位置にて流路面積を最小とするように設定しておき、スプール弁7の後退で流路面積が大きくなるようにしてもよい。
また、ハウジング6は、ピストンロッド4と一体とされて一部品とされてもよく、ハウジング6を複数の部品で構成するようにしてもよい。
さらに、上記実施の形態では、コイル31aへ通電するためのコネクタ31dをモールドコイル31に一体化しているが、コネクタ31dをモールドコイル31から分離してコイル31aと電源端子31cとをコードで接続するようにしてもよいし、コネクタおよび電源端子を廃してコイル31aをコードのみを介して外部電源に接続するようにしてもよい。
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。
1 緩衝器
2 シリンダ
3 ピストン
4 ピストンロッド
6 ハウジング
6a 中空部
6b ポート
6c 収容部
7 スプール弁
8 ソレノイド
9 可動スリーブ
9a スリーブ側環状溝
9c スリーブポート
21 スプール弁本体
21a 空部
21b スプールポート
21c 圧力導入孔
21d 嵌合部
22 磁性部材
22a 基部
22b ソケット
25,26 スリーブばね
30 ケース
30a 内筒
30b 外筒
31a コイル
33 ベース
34 アジャスタ
35 スプールばね
D 緩衝器
R1 圧側室
R2 伸側室

Claims (8)

  1. 中空部と外方から開口して当該中空部へ連通されるポートを有するハウジングと、上記中空部内に軸方向に移動自在に挿入されるスプール弁と、上記スプール弁を附勢するスプールばねと、上記スプール弁を上記スプールばねの附勢力に抗して軸方向に駆動するソレノイドとを備えたソレノイドバルブにおいて、
    上記スプール弁と上記ハウジングとの間に軸方向に摺動自在に挿入される可動スリーブと、当該可動スリーブの軸方向両端を挟んで弾性支持する一対のスリーブばねとを備え、上記スプール弁の質量Mb、上記スプールばねのばね定数Kb、上記可動スリーブの質量Msおよび上記スリーブばねの合成ばね定数KsがMb/Kb=Ms/Ksの関係を満たすように設定されることを特徴とするソレノイドバルブ。
  2. 上記可動スリーブが内外を連通するとともに上記ポートに連通されるスリーブポートを備え、上記スプール弁がスリーブポートに連通可能なスプールポートを備え、上記スプールポートと上記スリーブポートが流路の一部を形成することを特徴とする請求項1に記載のソレノイドバルブ。
  3. 上記スプール弁は、上記可動スリーブ内に摺動自在に挿入されるスプール本体と、当該スプール本体のソレノイド側端に一体化されるとともに上記ソレノイドの可動鉄心としての磁性部材とを備え、上記スプール弁本体の比重を上記磁性部材の比重より小さくしたことを特徴とする請求項1または2に記載のソレノイドバルブ。
  4. 上記スプール弁は、通過液体の圧力を受ける反ソレノイド側端から開口する空部と、外周から開口して空部に連通するスプールポートと、ソレノイド側端から開口して上記空部に連通するとともに上記スプール弁のソレノイド側端側に通過液体の圧力を導く圧力導入孔とを有し、上記通過液体を上記空部とスプールポートとを通過させ、上記スプール弁に作用する上記圧力による反ソレノイド側から受ける推力とソレノイド側から受ける推力を等しくしたことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のソレノイドバルブ。
  5. 上記ソレノイドは、上記スプール弁の挿通を可能とする内筒と、当該内筒の外周側に配置される外筒と、上記内筒と上記外筒を接続する環状底部とを備えたケースと、ケース内に収容されるコイルと、コイルの内周に挿入されるとともにコイルへの通電により上記スプール弁を吸引するベースとを備え、上記磁性部材は、上記ベースに吸着した状態で少なくとも上記ケースの内筒に径方向で対向する基部と、上記基部から上記スプール弁本体側へ延長されて上記ケースの内筒に径方向で対向するとともにスプール弁本体の他端外周を小径にして形成した嵌合部へ嵌合する筒状のソケットとを備えたことを特徴とする請求項2または3に記載のソレノイドバルブ。
  6. 上記可動スリーブの外周に周方向に沿って上記スリーブポートに連通されるスリーブ側環状溝を設け、当該スリーブ側環状溝は上記ハウジングの上記ポートに常時対向することを特徴とする請求項2から5のいずれか一項に記載のソレノイドバルブ。
  7. 上記ソレノイドは上記スプール弁を附勢する上記スプールばねの初期荷重を調節するアジャスタを備え、当該アジャスタを外部へ臨ませたことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載のソレノイドバルブ。
  8. シリンダと、シリンダ内に摺動自在に挿入されてシリンダ内を液体が充填される圧側室と伸側室とに区画するピストンと、シリンダ内に挿入されてピストンに連結されるピストンロッドと、伸長時と収縮時の一方または両方で液体の通過を許容して減衰力を調整するソレノイドバルブとを備えた緩衝器において、ソレノイドバルブが、中空部と外方から開口して当該中空部へ連通されるポートを有するハウジングと、上記中空部内に軸方向に移動自在に挿入されるスプール弁と、上記スプール弁を附勢するスプールばねと、上記スプール弁を上記スプールばねの附勢力に抗して軸方向に駆動するソレノイドと、上記スプール弁と上記ハウジングとの間に軸方向に摺動自在に挿入される可動スリーブと、当該可動スリーブの軸方向両端を挟んで弾性支持する一対のスリーブばねとを備え、上記スプール弁の質量Mb、上記スプールばねのばね定数Kb、上記可動スリーブの質量Msおよび上記スリーブばねの合成ばね定数KsがMb/Kb=Ms/Ksの関係を満たすように設定されることを特徴とする緩衝器。
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