以下に本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。いくつかの図面を通して付された同じ符号は、同じ部品を示す。また、図面は符号の向きに見るとする。
図1に示すように、本発明の一実施の形態に係る減衰バルブV1は、鉄道車両の車体BOと台車Wとの間に介装されて車体振動を抑制する緩衝器Dに搭載されており、当該緩衝器Dのピストン部に具現化されている。
上記緩衝器Dは、筒状のシリンダ1と、このシリンダ1内に軸方向摺動自在に挿入されるピストン10と、一端がピストン10に連結されて他端がシリンダ1外に延びるロッド11と、シリンダ1の外周に配置される外筒12と、シリンダ1及び外筒12の一端開口を閉塞するとともにロッド11を軸支するロッドガイド13と、シリンダ1及び外筒12の他端開口を閉塞するボトム部材14とを備えている。また、緩衝器Dは、シリンダ1から突出するロッド11の突端部に取り付けられるブラケット15を介して車体BOに連結され、ボトム部材14に取り付けられるブラケット16を介して台車Wに連結されている。よって、振動が台車Wに入力されると、ロッド11がシリンダ1に出入りするとともにピストン10がシリンダ1内を移動して緩衝器Dが伸縮する。
シリンダ1内には、ピストン10で区画される伸側室L1と圧側室L2が形成されており、これら伸側室L1と圧側室L2には、それぞれ作動油が充填されている。また、シリンダ1と外筒12との間には、リザーバRが形成されており、作動油が貯留されるとともに気体が封入されている。伸側室L1と圧側室L2は、ピストン10に設けた伸側流路2と圧側流路3を介して連通されており、圧側室L2とリザーバRは、ボトム部材14に設けた吸込流路4と排出流路5を介して連通されている。
図示しないが、ロッドガイド13には、ロッド11の外周に摺接する環状のシールが設けられている。また、シリンダ1とロッドガイド13との間、シリンダ1とボトム部材14との間、外筒12とロッドガイド13との間、及び外筒12とボトム部材14との間が周知のシール等を利用して液密に塞がれている。よって、外筒12の内側を密閉空間にするとともに、作動油が吸込流路4又は排出流路5を通らずにシリンダ1内外を行き来しないようになっている。
つづいて、ピストン10に設けた伸側流路2は、伸側室L1と圧側室L2とを連通する通路20と、当該通路20の途中に設けられる伸側バルブV2とを有して構成される。この伸側バルブV2は、通路20を伸側室L1から圧側室L2へ向かう作動油の流れを許容して当該流れに抵抗を与えるとともに、反対方向の流れを阻止する。
また、ピストン10に設けた圧側流路3は、伸側室L1と圧側室L2とを連通する通路30と、この通路30の途中に設けられる圧側バルブV3と、この圧側バルブV3を迂回して伸側室L1と圧側室L2とを連通するバイパス路33と、このバイパス路33の途中に設けられる減衰バルブV1とを有して構成される。そして、圧側バルブV3は、通路30を圧側室L2から伸側室L1へ向かう作動油の流れを許容して当該流れに抵抗を与えるとともに、反対方向の流れを阻止する。他方の減衰バルブV1は、バイパス路33の途中にオリフィスを形成し、バイパス路33を移動する作動油の流れに抵抗を与える。さらに、減衰バルブV1は、圧側室L2を一方室とし、伸側室L1を他方室として圧側室L2から伸側室L1へ向かう作動油の流れに対してはオリフィスを通過させるとともに、反対方向の流れを阻止する。加えて、減衰バルブV1は、上流側となる圧側室L2の圧力が所定よりも高くなるとバイパス路33の連通を遮断する。
つづいて、ボトム部材14に設けた吸込流路4は、圧側室L2とリザーバRとを連通する通路40と、当該通路40の途中に設けられる吸込バルブV4とを有して構成される。この吸込バルブV4は、チェックバルブであり、通路40をリザーバRから圧側室L2へ向かう作動油の流れを許容して反対方向の流れを阻止する。
また、ボトム部材14に設けた排出流路5は、圧側室L2とリザーバRとを連通する通路50と、この通路50の途中に設けられる排出バルブV5とを有して構成される。この排出バルブV5は、通路50を圧側室L2からリザーバRへ向かう作動油の流れを許容して当該流れに抵抗を与えるとともに、反対方向の流れを阻止する。
前述の各通路20,30,50を移動する作動油の流れに抵抗を与えるとともに、当該通路20,30,50を一方通行にする伸側バルブV2、圧側バルブV3及び排出バルブV5は、如何なる構造であってもよく、従来周知の構成を採用できる。例えば、伸側バルブV2、圧側バルブV3及び排出バルブV5は、通路20,30,50の途中に設けた弁体21,31,51と、この弁体21,31,51を閉じる方向に附勢するばね22,32,52とを有して構成される。そして、弁体21,31,51の上流側の圧力が高まると、ばね22,32,52の附勢力に抗して弁体21,31,51が後退(リフト)して通路20,30,50を開く。弁体21,31,51のリフト量は、弁体21,31,51の上流側の圧力上昇に見合って大きくなるので、伸側バルブV2、圧側バルブV3及び排出バルブV5の圧力流量特性(流量に対する圧力の特性)は、流量に比例するバルブ特有の特性となる。また、通路40を一方通行に設定するチェックバルブである吸込バルブV4も、従来周知の構成を採用できる。よって、伸側バルブV2、圧側バルブV3、吸込バルブV4及び排出バルブV5の詳細な構成の説明を省略する。
つづいて、以下減衰バルブV1の具体的な構造について説明する。図2に示すように、減衰バルブV1は、ピストン10に設けた弁孔H内に収容される弁体6と、弁体6の下流側となる伸側室L1側に配置され、弁孔Hに螺合されるばね受7と、弁体6とばね受7との間に介装されるコイルばね8と、上記弁体6内に収容されるチェックバルブV6とを有して構成される。
本実施の形態において、シリンダ1内を伸側室L1と圧側室L2とに区画するピストン10が減衰バルブV1におけるハウジングを兼ねており、ピストン10に形成される弁孔H内に弁体6、ばね受7、コイルばね8及びチェックバルブV6が収容されている。なお、減衰バルブV1におけるハウジングは、ピストン10以外であってもよく、例えば、ロッド11又はロッド11にピストン10を固定するためのナット(図示せず)等を本発明に係る減衰バルブV1のハウジングとして利用してもよい。
ハウジングであるピストン10に形成される弁孔Hは、ピストン10を軸方向に貫通して伸側室L1と圧側室L2とを連通する。そして、この弁孔Hは、図2中上方から下方に向けて順に連なる螺子孔10aと、大径孔10bと、大径孔10bよりも小径に形成されるガイド孔10cと、このガイド孔10cよりも大径に形成される保護孔10dとを有して構成される。
螺子孔10aの壁面には螺子溝が形成されており、ばね受7が螺合する。このばね受7は、弁体6側に突出する突出部7aを備え、当該突出部7aの外周にコイルばね8の図2中上端部が嵌合する。また、ばね受7には、当該ばね受7の中心を軸方向に貫通する孔7bと、図2中上方に開口する複数の係合穴7cが形成されている。そして、この係合穴7cに工具等を係合してばね受7を回転すると、ばね受7が回転軸方向に進退し、回転を止めるとその場に止まる。このように、本実施の形態においては、ばね受7が螺子孔10aに螺合されているので、ばね受7の軸方向位置を容易に調節できる。なお、ばね受7の軸方向位置を変更するための構成は、この限りではなく、適宜変更できる。
つづいて、弁体6は、上記螺子孔10aよりも図2中下側の空間に収容される。この弁体6は、当該弁体6の図2中下端となる先端に位置する円柱状の摺動軸部60aと、この摺動軸部60aの図2中上側に連なり、摺動軸部60aよりも外径が大きいフランジ部60bと、このフランジ部60bの図2中上側に連なる胴部60cとを有する弁本体60と、この弁本体60の胴部60cの図2中上端部に取り付けられるキャップ61とを有して構成される。そして、弁体6は、弁孔Hの図2中上側から弁孔H内に挿入されて、摺動軸部60aがガイド孔10cに挿通されるとともに、フランジ部60bよりも図2中上側が大径孔10b内に収容される。
弁本体60の摺動軸部60aは、ガイド孔10cの壁面に摺接し、ガイド孔10c内を軸方向に摺動できる。つまり、本実施の形態において、ガイド孔10cの壁面で摺動軸部60aを軸方向移動自在に支えているので、弁体6が圧側室L2側に向けて前進したり、後退したりできる。本実施の形態において、弁体6の外径が大径孔10bの径よりも小さく、大径孔10bの壁面との間に隙間s1ができる。よって、大径孔10bとガイド孔10cの軸が、径方向に多少ずれていたとしても弁体6の移動の妨げにならず、弁孔Hを形成するにあたっての要求精度を低くできるので、弁孔Hを形成するための加工を容易にできる。
つづいて、弁本体60のフランジ部60bの外径は、胴部60cの外径よりも大きくなっており、胴部60cから外周側に突出するフランジ部60bの外周部分でコイルばね8の図2中下端を支えるとともに、胴部60cでコイルばね8の内周を支えられる。コイルばね8は予め圧縮されて弾性力を発揮し、弁体6を圧側室L2側に向けて附勢する。また、弁孔Hの壁面には、大径孔10bとガイド孔10cの境界部分に、環状の段差10eが形成されている。上記フランジ部60bの外径はガイド孔10cの径よりも大きいので、弁体6が図2中下方に向かって前進を続けるとフランジ部60bが段差10eに突き当たり、それ以上の前進ができなくなる。つまり、本実施の形態において、ピストン10に設けた段差10eが、弁体6の所定量以上の前進を規制するストッパとして機能する。
よって、減衰バルブV1に外力が作用していない状態、即ち、無負荷状態においては、弁体6がコイルばね8の附勢力を受けて最大限前進し、フランジ部60bを段差10eに押し付けた状態となる。そして、コイルばね8のプリセット荷重は、ばね受7の軸方向位置を変えると変更できる。具体的には、ばね受7を正方向に回転して弁体6に向けて前進させると、コイルばね8の圧縮量が増えてプリセット荷重が大きくなる。反対に、ばね受7を逆方向に回転して弁体6から離れるように後退させると、コイルばね8の圧縮量が減ってプリセット荷重が小さくなる。このように、本実施の形態においては、コイルばね8が弁体6を圧側室L2側に附勢する附勢部材として機能するが、このような附勢部材として、コイルばね以外のばね又は、ゴム等の弾性体を利用してもよい。
また、減衰バルブV1が弁孔Hに取り付けられて、バイパス路33に設けられると、弁体6は、正面側から圧側室L2の圧力を受けるとともに、背面側から伸側室L1の圧力を受ける。そして、圧側室L2の圧力を受ける弁体6の正面側の受圧面積に圧側室L2の圧力を乗じた力(以下、力F1とする)が、伸側室L1の圧力を受ける弁体6の背面側の受圧面積に伸側室L1の圧力を乗じた力と、コイルばね8の附勢力との合計の力(以下、力F2とする)を超えると、弁体6が後退する。前述のようにプリセット荷重を大きくすると、上記力F2が大きくなるので、弁体6を後退させるのに要する圧側室L2の圧力が高くなる。反対に、プリセット荷重を小さくすると、上記力F2が小さくなるので、弁体6を後退させるのに要する圧側室L2の圧力が低くなる。
つづいて、弁本体60の摺動軸部60aの軸方向長さは、ガイド孔10cの軸方向長さよりも長くなっている。よって、フランジ部60bが段差10eに当接して弁体6の前進が規制された状態では、摺動軸部60aの先端部が保護孔10d内に突出する。さらに、弁体6の前進が規制された状態では、保護孔10d内への摺動軸部60aの突出量が最も大きくなるが、この状態であっても摺動軸部60aの図2中下端がピストン10から図2中下側突出しないように保護孔10dの軸方向長さが設定される。このように、摺動軸部60aが保護孔10d内に収容されるので、ピストン10により摺動軸部60aが保護されて、摺動軸部60aと他部材との干渉が阻止される。また、保護孔10dの径は摺動軸部60aの外径よりも大きいので、保護孔10d内に挿入される摺動軸部60aの外周に、周方向に沿って環状の隙間s2ができる。
つづいて、弁本体60のフランジ部60bから胴部60cにかけての内部には、チェックバルブV6を収容するチェックバルブ収容孔60dが形成される。他方の摺動軸部60aには、当該摺動軸部60aの中心部に設けられ、上記チェックバルブ収容孔60dに連なる軸穴60eと、この軸穴60eから放射状に延びて摺動軸部60aの側方に開口する複数の横孔60fが形成されている。当該横孔60fの位置は、弁体6の前進が規制された状態で、横孔60fの開口o1が保護孔10d内に露出するように設定される。よって、弁体6の前進が規制された状態においては、圧側室L2と横孔60fが摺動軸部60aの外周にできる隙間s2を介して連通する。しかし、弁体6が後退して横孔60fの開口o1が全てガイド孔10c内に進入すると、開口o1が当該ガイド孔10cの壁面で塞がれて圧側室L2と横孔60fとの連通が遮断される。
本実施の形態において、全ての横孔60fの開口o1が、略同じ大きさで同じ高さ(軸方向位置)に設けられている。さらに、弁体6の前進が規制された状態において、開口o1の図2中上端がガイド孔10cと保護孔10dとの境界に位置する。よって、横孔60fの開口o1の上下幅に相当する分弁体6が後退(リフト)すると、全ての横孔60fの開口o1がガイド孔10cの壁面に対向して略同時に閉じられる。なお、横孔60fの数、形状、及び向きは、上記の限りではなく、適宜変更できる。また、複数の横孔60fの開口o1を閉じるタイミングも適宜変更できる。
つづいて、上記横孔60fに軸穴60eを介して連なるチェックバルブ収容孔60dは、胴部60cの図2中上方に開口し、当該開口端部が螺子孔(符示せず)となっている。そして、この螺子孔にキャップ61が螺合する。また、チェックバルブ収容孔60dの図2中下端部が縮径されており、チェックバルブ収容孔60dの壁面には、径が変わる部分の境界に環状の弁座60gが設けられている。また、上記キャップ61には、当該キャップ61を軸方向に貫通する孔61aが形成されており、当該孔61aを介してチェックバルブ収容孔60dにおける弁座60gよりも図2中上側の空間を弁体6外に連通する。そして、他方のチェックバルブ収容孔60dにおける弁座60gよりも図2中下側の空間に、摺動軸部60aの軸穴60eが連なっている。
チェックバルブV6は、チェックバルブ収容孔60dにおける弁座60gよりも図2中上側の空間に摺動自在に挿入されるチェックバルブ弁体9と、このチェックバルブ弁体9とキャップ61との間に介装されて、チェックバルブ弁体9を弁座60g側に向けて附勢するコイルばね90とを有して構成される。
チェックバルブ弁体9は、底部を弁座60gに離着座させる有底筒状の弁頭9aと、この弁頭9aの筒部から図2中上方に延びて弁頭9aよりも外径が大きい筒状の大径部9bとを有して構成される。そして、チェックバルブ弁体9は、大径部9bを弁本体60の内周に摺接させており、軸方向に移動可能である。また、弁頭9aの外周には、弁本体60との間に環状の隙間s3が形成されるとともに、弁頭9aの筒部には、この隙間s3と弁頭9aの内側とを連通する孔9cが形成されている。
そして、当該弁頭9aの底部が弁座60gに着座すると、軸穴60eとチェックバルブ収容孔60dとの連通を遮断する。しかし、圧側室L2から横孔60fを通って軸穴60eに流入した作動油が、コイルばね90の附勢力に抗してチェックバルブ弁体9を後退させると、作動油は、弁頭9aと弁座60gとの間にできる隙間、弁頭9aの外周にできる隙間s3、弁頭9aの孔9c、弁頭9aの内側、大径部9bの内側、及びキャップ61の孔61aをこの順に通って弁体6の外側に流出する。このように弁体6外に流出した作動油は、ばね受7の孔7bを通って伸側室L1に移動できる。
つまり、本実施の形態においては、弁体6に設けた横孔60f、軸穴60e、チェックバルブ収容孔60d及びキャップ61の孔61aを備えて流路62が構成されており、当該流路62の一端が摺動軸部60aの側方に開口し、他端がキャップ61の図2中上方に開口する。そして、この流路62は、ばね受7の孔7bとともに圧側バルブV3(図1)を迂回して伸側室L1と圧側室L2とを連通するバイパス路33を構成する。
また、チェックバルブV6は流路62の途中に設けられ、流路62を圧側室L2から伸側室L1へ向かう作動油の流れを許容して反対方向の流れを阻止する。よって、流路62が一方通行になり、その結果、バイパス路33も一方通行になる。また、本実施の形態において、横孔60fを絞ってオリフィスとして機能させており、当該オリフィス(横孔60f)で流路62を移動する作動油の流れに抵抗を与える。
次に、本実施の形態に係る減衰バルブV1の作動について説明する。
弁体6を後退させ得る圧側室L2の圧力は、チェックバルブ弁体9を後退させ得る圧側室L2の圧力よりも高い。よって、圧側室L2の圧力がチェックバルブ弁体9を後退させ得る圧力に達しないと、弁体6がコイルばね8の附勢力を受けて最大限前進し、フランジ部60bを段差10eに押し付けた状態となる。また、チェックバルブ弁体9もコイルばね90の附勢力を受けて最大限前進し、弁頭9aを弁座60gに着座させた状態となる。よって、弁体6に設けた流路62は、チェックバルブV6により閉じられた状態に維持される。この状態では、流路62の一端側の開口となる横孔60fの開口o1が設けられる摺動軸部60aが保護孔10d内に突出しており、摺動軸部60aの外周にできる隙間s2と横孔60fを介して圧側室L2と軸穴60eが連通される。
これに対して、圧側室L2の圧力がチェックバルブ弁体9を後退させ得る圧力よりも上昇すると、チェックバルブ弁体9がコイルばね90の附勢力に抗して後退し、流路62の連通を許容する。すると、流路62の他端側の開口となる孔61aの開口o2から流出した作動油は、ばね受7の孔7bを通って伸側室L1に流出する。
前述のように、横孔60fがオリフィスとして機能するので、流路62を流れる作動油の流量が少ない場合には、作動油が比較的抵抗なくオリフィスを通過して圧側室L2から伸側室L1に移動でき、圧側室L2と伸側室L1の差圧が大きくならない。しかし、流量が増加すると、圧側室L2から伸側室L1へ向かう作動油の流れに対してオリフィスによって抵抗が与えられ、圧側室L2と伸側室L1の差圧が大きくなる。そして、弁体6の正面側の受圧面積に圧側室L2の圧力を乗じた力F1が、弁体6の背面側の受圧面積に伸側室L1の圧力を乗じた力と、コイルばね8の附勢力との合計の力F2を超えると、力F1,F2が吊り合うまで弁体6が後退する。このように弁体6が後退し、横孔60fの開口o1全てがガイド孔10cの壁面に対向するまで移動すると流路62が閉塞されるので、バイパス路33の連通が遮断される。
また、本実施の形態においては、図1に示すように、減衰バルブV1と並列に圧側バルブV3が設けられている。そして、圧側室L2と伸側室L1の差圧が所定以上になると、圧側バルブV3の弁体31が後退して通路30を開き、圧側室L2の作動油が通路30を通って伸側室L1に移動する。このように、本実施の形態においては、圧側室L2から伸側室L1へ向かう作動油の流れを許容する圧側流路3が、通路30とバイパス路33の二つの経路を有して構成されており、バイパス路33の連通が遮断されると、圧側室L2の作動油が通路30を通って伸側室L1に移動するようになる。
より詳しくは、圧側流路3を流れる作動油の単位時間当たりの流量が少ない場合には、作動油がバイパス路33を通るので、圧力流量特性が図3中実線Aで示すように、流量の二乗に比例するオリフィス特有の特性となる。そして、単位時間当たりの流量が多くなると、バイパス路33が減衰バルブV1で遮断されるとともに圧側バルブV3が通路30を開くので、圧力流量特性が図3中実線Bで示すように、流量に比例するバルブ特有の特性となる。
ここで、常開型のオリフィスと、所定の開弁圧に設定されるポペット弁とを備えて構成される一般的な減衰バルブにおいては、オリフィスの開口面積を大きくして、単位時間当たりの流量が少ない領域での圧力を低くすると、これに引きずられて単位時間当たりの流量が多い領域での圧力も低く抑えられてしまう。反対に、単位時間当たりの流量が多い領域での圧力を高くしようとした場合、オリフィスの開口面積を大きくできず、単位時間当たりの流量が少ない領域での圧力も上昇してしまう(図3中破線C)。このように、一般的な減衰バルブでは、単位時間当たりの流量が少ない領域の圧力を低く、流量が多い領域の圧力を高くするような圧力流量特性を実現するのが困難である。
これに対して、本実施の形態においては、上記したバイパス路33連通時の圧力流量特性を横孔60fの開口面積によって自由に設定でき、バイパス路33閉塞時の圧力流量特性を圧側バルブV3の仕様によって自由に設定できる。つまり、本実施の形態においては、圧側流路3を作動油が通過する際の圧力流量特性を、バイパス路33の閉塞前後で独立して自由に設定できる。よって、上記減衰バルブV1を利用すると、図3中実線A,Bで示すように、単位時間当たりの流量が少ない領域での圧力を低く、流量が多い領域での圧力を高くした圧力流量特性を容易に実現できる。
さらに、弁体6がバイパス路33を閉塞する際の圧力は、ばね受7を回転し、ばね受7の軸方向位置を変えると変更できる。具体的には、ばね受7を正方向に回転して弁体6側に向けて前進させると、コイルばね8のプリセット荷重が大きくなり、弁体6がバイパス路33を閉塞する際の圧側室L2の圧力を大きくできる。反対に、ばね受7を逆方向に回転して弁体6から離れるように後退させると、コイルばね8のプリセット荷重が小さくなり、弁体6がバイパス路33を閉塞する際の圧側室L2の圧力を小さくできる。
このように、本実施の形態においても、従来の減衰バルブと同様に、プリセット荷重の調整により弁体6とばね受7との距離が変わるが、弁体6がバイパス路33を閉塞するのに要する弁体6のリフト量(後退量)は、常に一定である。具体的には、当該リフト量は、ガイド孔10cの壁面の図2中下端から流路62の一端側の開口o1の下端までの距離に相当し、本実施の形態においては、流路62の一端側の開口o1の図2中上下幅に相当する。よって、上記減衰バルブV1によれば、流路62を塞ぐのに要するリフト量に、製品毎にバラツキが生じるのを抑制できる。また、上記開口o1が形成される摺動軸部60aは、ガイド孔10cの壁面で支えられる部分であり、傾き難いので、当該壁面に上記開口o1が対向したとき確実に流路62を閉塞できる。したがって、上記減衰バルブV1によれば、所望の圧力で流路62を確実に閉塞できる。
また、本実施の形態において、圧側室L2から軸穴60eに作動油を導くための横孔60fが複数形成されており、流路62の一方側の開口面積は、各横孔60fの開口o1の面積の総和となる。このように横孔60fを複数設けているので、流路62の一方側の開口面積を確保しつつ、各横孔60fの開口o1の径を小さくできる。そして、このように各横孔60fの開口径を小さくすると、流路62を閉塞するのに要する弁体6のリフト量を小さくできる。このため、弁体6で流路62を閉塞する際の圧側室L2の圧力にバラツキが生じるのをより一層抑制できる。
次に、本実施の形態に係る減衰バルブV1を備えた緩衝器Dの作動について説明する。
緩衝器Dが伸長する場合、ロッド11がシリンダ1に対して図1中左側に移動し、ピストン10がシリンダ1内を図1中左側に移動して、伸側室L1が圧縮されるとともに圧側室L2が拡大する。
すると、圧縮される伸側室L1の圧力が上昇し、伸側室L1の作動油が伸側バルブV2を押し開き、伸側流路2を通過して圧側室L2へ移動する。シリンダ1内では、退出したロッド体積分の作動油が不足するが、吸込バルブV4が開いて、不足分に見合った作動油が吸込流路4を通ってリザーバRから圧側室L2に供給される。伸側室L1から圧側室L2へ向かう作動油の流れに対して伸側バルブV2による抵抗が与えられるため、伸側室L1の圧力が上昇する。これに対して、圧側室L2はリザーバRからの作動油の供給を受けるのでリザーバR内の圧力と略等しくなる。よって、伸側室L1と圧側室L2の圧力に差圧が生じ、この差圧がピストン10に作用して、緩衝器Dが伸長作動を妨げる伸側減衰力を発揮する。
反対に、緩衝器Dが収縮する場合、ロッド11がシリンダ1に対して図1中右方へ移動し、ピストン10がシリンダ1内を図1中右方へ移動して、圧側室L2が圧縮されるとともに伸側室L1が拡大する。
すると、圧縮される圧側室L2の圧力が上昇し、ピストン速度が低速である場合には、単位時間あたりの流量が少ないので、圧側室L2の作動油が減衰バルブV1のチェックバルブV6を開き、バイパス路33を通って伸側室L1に移動する。そして、ピストン速度が高速になり、単位時間あたりの流量が増えると、圧側室L2の作動油が弁体6を後退させるため、減衰バルブV1がバイパス路33を閉塞する。バイパス路33が閉塞されると、圧側室L2の作動油は、圧側バルブV3を押し開き、通路30を通って伸側室L1に移動する。シリンダ1内では、進入したロッド体積分の作動油が余剰になるが、余剰分の作動油が排出バルブV5を押し開き、排出流路5を通過して圧側室L2からリザーバRに排出される。圧側室L2から伸側室L1及びリザーバRへ向かう作動油の流れに対して、オリフィスとして機能する横孔60f又は圧側バルブV3と、排出バルブV5によって抵抗が与えられるため、圧側室L2内の圧力が上昇する。これに対して、拡大する伸側室L1内の圧力は低下するので、圧側室L2と伸側室L1の圧力に差圧が生じ、この差圧がピストン10に作用して、緩衝器Dが収縮作動を妨げる圧側低速減衰力を発揮する。
ここで、圧側流路3を作動油が通過する際の圧力流量特性は、前述のように、単位時間当たりの流量が少ない領域で、圧側室L2と伸側室L1の差圧が小さくなるように設定されている。このため、バイパス路33のオリフィスを作動油が通過する低速領域では、圧側室L2と伸側室L1の差圧が小さくなるので、ピストン10の図1中左右両側に略等しい圧力がかかり、ピストン10の見かけ上の受圧面積がロッド11の断面積に近くなる。また、圧側流路3を作動油が通過する際の圧力流量特性は、前述のように、単位時間当たりの流量が多い領域で、圧側室L2と伸側室L1の差圧が大きくなるように設定されている。このため、バイパス路33の連通が遮断されるとともに、圧側バルブV3を作動油が通過する高速領域では、圧側室L2と伸側室L1の差圧が大きくなる。よって、ピストン10の図1中右側にかかる圧力が図1中左側にかかる圧力よりも大きくなり、ピストン10の見かけ上の受圧面積がピストン10の断面積とロッド11の断面積との差分(ピストン10の断面積−ロッド11の断面積)に近くなる。
つまり、上記減衰バルブV1を利用して、圧側室L2から伸側室L1へ向かう作動油の圧力流量特性を上記のように設定すると、流路62の開閉により、見かけ上、ピストン速度に依存してピストン10の受圧面積が変化したように見える。そして、ピストン10の見かけ上の受圧面積が小さくなると、緩衝器Dの減衰力発生応答性が低下し、反対に、ピストン10の見かけ上の受圧面積が大きくなると、緩衝器Dの減衰力発生応答性が向上する。よって、上記減衰バルブV1を圧側流路3に利用すると、ピストン10の見かけ上の受圧面積を流路62の開閉により切換えて、減衰力発生応答性を速度に応じて容易に変更できる。
なお、本実施の形態において、本発明に係る減衰バルブV1は、鉄道車両用の緩衝器Dに搭載されているが、この限りではなく、例えば、構造物の制振に利用される緩衝器、又は他の緩衝器に搭載されてもよい。また、緩衝器Dの構成も上記の限りではなく、適宜変更できる。例えば、減衰力を発生するための流体として作動油以外の流体を利用してもよい。また、ピストン10の両側にロッド11が延びて、緩衝器Dが両ロッド型になっていてもよい。また、内外二重に配置されるシリンダ1と外筒12との間にリザーバRが形成されているが、シリンダ1の外方に別置き型のタンクを設け、このタンク内にリザーバRを形成してもよい。また、緩衝器Dは、作動油が圧側室L2、伸側室L1、リザーバRの順に常に一方方向に循環するユニフロー型になっていてもよい。そして、このような緩衝器Dの形態に合わせて、減衰バルブV1を設ける位置及び、搭載するバルブの種類を適宜変更できる。
以下、本実施の形態における減衰バルブV1、及び当該減衰バルブV1を搭載する緩衝器Dの作用効果について説明する。
本実施の形態において、緩衝器Dは、シリンダ1と、シリンダ1内に軸方向移動自在に挿入されてシリンダ1内を伸側室(他方室)L1と圧側室(一方室)L2とに区画するピストン10と、一端部がピストン10に連結されて伸側室L1を貫通し他端部がシリンダ1外に延びるロッド11と、作動油(流体)を貯留するリザーバRと、伸側室L1と圧側室L2とを連通し、伸側室L1から圧側室L2へ向かう作動油の流れを許容してこの流れに抵抗を与える伸側バルブV2を有する伸側流路2と、伸側室L1と圧側室L2とを連通し、圧側室L2から伸側室L1へ向かう作動油の流れを許容してこの流れに抵抗を与える圧側バルブV3及び減衰バルブV1を有する圧側流路3と、圧側室L2とリザーバRとを連通し、リザーバRから圧側室L2へ向かう作動油の流れを許容する吸込バルブV4を有する吸込流路4と、圧側室L2とリザーバRとを連通し、圧側室L2からリザーバRへ向かう作動油の流れを許容してこの流れに抵抗を与える排出バルブV5を有する排出流路5とを備える。そして、圧側流路3は、伸側室L1と圧側室L2とを連通するとともに圧側バルブV3が設けられる通路30と、圧側バルブV3を迂回して伸側室L1と圧側室L2とを連通するとともに減衰バルブV1が設けられるバイパス路33とを有して構成される。
上記構成によれば、減衰バルブV1は、ピストン速度の上昇により流路62を閉塞してバイパス路33の連通を遮断できる。よって、上記緩衝器Dによれば、減衰バルブV1が流路62を閉塞する速度を境にしたピストン10の見かけ上の受圧面積の変更が可能となり、これにより、減衰力発生応答性を変更できる。
なお、本発明に係る減衰バルブV1を搭載する緩衝器Dの構成は、上記の限りではなく、適宜変更できる。例えば、上記緩衝器Dでは、ピストン10の見かけ上の受圧面積を、ロッド11の断面積に近い面積と、ピストン10の断面積とロッド11の断面積との差分に近い面積とで切り替えられる。しかし、圧側バルブV3と排出バルブV5の一方を廃しても同様の効果を得られる。また、伸側室L1とリザーバRとを連通し、リザーバRから伸側室L1へ向かう作動油の流れを許容する伸側室L1側の吸込流路を設けると、ピストン10の見かけ上の受圧面積を、ロッド11の断面積に近い面積とピストン10の断面積に近い面積とで切り替えられる。このような、流路62の開閉による減衰力発生応答性の変更は、減衰バルブV1が圧側流路3の途中に設けられていれば実現できる。
また、本実施の形態の減衰バルブV1において、流路62は、摺動軸部60aの中心部に形成される軸穴60eと、この軸穴60eから延びて摺動軸部60aの側方に開口する複数の横孔60fとを有して構成される。
上記構成によれば、流路62の一端側の開口面積を確保しつつ、流路62を閉塞するのに要する弁体6のリフト量を小さくできる。よって、弁体6で流路62を閉塞する際の圧側室L2の圧力にバラツキが生じるのを抑制できる。
なお、本実施の形態において、複数の横孔60fが軸穴60eから放射状に延びているが、この限りではない。例えば、複数の横孔60fが軸穴60eに交わりつつ、摺動軸部60aの直径に対して略平行に延びていてもよい。さらに、本実施の形態において、横孔60fがオリフィスとして機能するが、流路62における横孔60f以外の部分にオリフィスを設けてもよく、流路62の途中に設ける絞りがオリフィス以外のチョークであってもよく、流路62の途中に絞りを設けなくてもよい。このような変更は、本発明に係る減衰バルブV1が搭載される緩衝器の種類を問わず可能である。
また、本実施の形態の減衰バルブV1において、弁孔Hは、摺動軸部60aが摺動可能に挿入されるガイド孔10cと、このガイド孔10cの圧側室(一方室)L2側に連なり、弁体6が段差(ストッパ)10eで圧側室L2側への移動を規制された状態で、流路62の連通を許容するとともに、摺動軸部60aを収容する保護孔10dとを有して構成される。
上記構成によれば、流路62の連通を許容しつつ、摺動軸部60aの外周が保護孔10dの壁面で覆われる。つまり、摺動軸部60aがハウジングであるピストン10から突出しないので、摺動軸部60aを保護し、摺動軸部60aと他部材との干渉を防止できる。
なお、緩衝器Dの構造、又は減衰バルブV1を設ける位置等の事情により、摺動軸部60aと他部材との干渉が懸念されない場合には、ピストン10における保護孔10dが形成される部分を省略し、摺動軸部60aがピストン10の図2中下面よりも下方に突出するようにしてもよい。このような変更は、本発明に係る減衰バルブV1が搭載される緩衝器の種類、流路62の構成を問わず可能である。
また、本実施の形態において、流路62には、圧側室(一方室)L2側から伸側室(他方室)L1側へ向かう作動油(流体)の流れのみを許容するチェックバルブV6が設けられる。
上記構成によれば、流路62を一方通行にできるので、減衰バルブV1の下流側となる伸側室L1の圧力が高くなったときに、流路62を閉塞した状態に維持できる。よって、例えば、常開型のオリフィスを設けて、緩衝器Dが低速で伸長するとき、作動油が上記オリフィスを通って伸側室L1から圧側室L2に移動する場合等には、上記チェックバルブV6を設けると、伸側低速減衰力と圧側低速減衰力を個別に設定できる。
なお、作動油の双方向の通過を許容してもよい場合には、上記チェックバルブV6を省略してもよい。この場合、弁体6のキャップ61及び弁座60gを省略できるので、減衰バルブV1の構造を簡易にできる。加えて、本実施の形態においては、減衰バルブV1の弁体6内にチェックバルブV6が収容されているので、減衰バルブV1が軸方向に嵩張らないが、チェックバルブV6を設ける位置、及び構造は、適宜変更できる。例えば、ばね受7にチェックバルブV6を取り付けるようにしてもよい。これらのような変更は、本発明に係る減衰バルブV1が搭載される緩衝器の種類、流路62の構成、弁孔Hの構成を問わず可能である。
また、本実施の形態において、減衰バルブV1は、弁体6の前進(圧側室L2側への移動)を規制する段差(ストッパ)10eを備える。そして、弁体6が段差(ストッパ)10eで前進(圧側室(一方室)L2側への移動)を規制された状態では、流路62と圧側室L2との連通が許容される。
上記構成によれば、作動油(流体)が圧側室(一方室)L2から伸側室(他方室)L1に流れる際の圧力流量特性を、流路62の閉塞前後で切り替えられる。しかし、例えば、弁体6が前進を規制された状態で、流路62と圧側室L2との連通が遮断されるように設定しておき、圧側室L2の圧力が所定圧力になったとき上記流路62の連通を許容し、より高圧になったとき上記流路62を閉塞するように設定してもよい。このような変更は、本発明に係る減衰バルブV1が搭載される緩衝器の種類、流路62の構成、弁孔Hの構成、チェックバルブV6の位置及び有無を問わず可能である。
また、本実施の形態の減衰バルブV1は、圧側室(一方室)L2と伸側室(他方室)L1とを連通する弁孔Hを有するピストン(ハウジング)10と、弁孔H内に摺動可能に挿入される摺動軸部60aを有する弁体6と、弁体6を圧側室L2側に向けて附勢するコイルばね(弾性部材)8と、一端が摺動軸部60aの側方に開口するとともに他端が弁体6の摺動軸部60aよりも伸側室L1側に開口する流路62とを備える。そして、弁体6が伸側室L1側に移動して、流路62の一端側の開口o1がガイド孔10cの壁面(摺動軸部60aの外周に摺接する弁孔Hの壁面)に対向すると、流路62が閉塞される。
上記構成によれば、圧側室(一方室)L2から伸側室(他方室)L1に作動油(流体)が流れる際の圧力流量特性を、流路62の閉塞前後で独立して自由に設定できる。さらに、弁体6が前進を規制された状態において、弁体6がコイルばね(弾性部材)8の附勢力を受けて段差(ストッパ)10eに押し付けられるように設定できて、コイルばね8のプリセット荷重を容易に設定できる。そして、当該プリセット荷重を調節したとしても、流路62を閉塞するのに要する弁体6のリフト量は、ガイド孔10cの壁面の図2中下端から流路62の一端側の開口o1の下端までの距離に相当し、一定である。よって、流路62を閉塞するのに要する弁体6のリフト量に製品毎にバラツキが生じるのを抑制できる。加えて、ガイド孔10cの壁面で開閉される流路62の一端側の開口o1は、上記壁面に摺接する摺動軸部60aに設けられている。当該部分は傾き難いので、ガイド孔10cの壁面に上記開口o1が対向したとき確実に流路62を閉塞できる。したがって、上記減衰バルブV1によれば、所望の圧力で流路62を確実に閉塞できる。
以上、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明したが、特許請求の範囲から逸脱しない限り、改造、変形及び変更が可能である。