JP6605641B2 - エアサスペンションシステムの空気バルブ - Google Patents

Description

本発明は、概してエアサスペンションシステムの空気ソレノイド・ポペットバルブに関し、特にノイズ抑制及び弁座（valve seat）特性を向上した空気ソレノイド・ポペットバルブに関する。

車両用のエアサスペンション又はエアリフトシステムが、多くの車両における従来のスチール・サスペンションシステムに代わって又は追加して使用されている。これらのエアベースのシステムにおいて、ソレノイド作動ポペットバルブが空気バネにおける圧力を制御するために用いられている。車両においてエアサスペンションシステムを、リヤ（後）アクスルシステムにのみ、前後アクスルの両方に独立して、又は車両の四輪すべてに独立して使用することができる。ソレノイド・ポペットバルブは、システムフロー、圧力、温度及び電圧仕様に適うよう設計しなければならない。これらの基準のために、ポペットバルブには多くのことが要求される。ソレノイドが係合しないときすなわち作動しないとき、典型的にはバルブが閉じるように設計されている。圧力がバルブを開かせようとするとき及び圧力がバルブを閉じているときの両方において、バルブはほとんどゼロ・リークレートとなるよう設計されている。これらの課題を達成するために、ソレノイド・ポペットバルブはエラストマーのシール部材と大きいアーマチュア戻しバネ（armature return spring）とを有する。既存のソレノイド・ポペットバルブの一つの問題は、アーマチュアの作動の際、アーマチュアがポペットバルブにおけるステータとぶつかったときに大きな「クリック(clicking)」ノイズが発生することにある。さらに、現在の弁座設計は、そのモジュレータ・ボア（円筒空間部）にソレノイド・ポペットバルブを受けるものであるが、コスト低減や使用の融通性に関しては最適でない。

使用時におけるノイズを低減するとともに、より効率的な弁座設計を有するエアサスペンションシステムのソレノイド・ポペットバルブを提供することが望まれよう。

概して、本発明は、減衰要素と空気を流れさせることができる弁座（valve seat）とを有する空気ソレノイド・ポペットバルブを提供する。第一の態様では、空気ソレノイド・ポペットバルブ・アッセンブリは、ハウジングと、ステータと、アーマチュアと、アーマチュア戻しバネ（armature return spring）と、減衰要素とを備える。ハウジングは、第一端部と第二端部とを有する。ステータは、ハウジングの第一端部内において第一端部に固定されるとともに、バネ・ポケットを有する。ハウジングの第二端部は、弁座内に保持される。アーマチュアは、全体的にハウジングの内部に（fully inside the housing）かつステータと第二端部との間に配置され、ハウジング内で摺動可能である。アーマチュアは、バネ・ポケットを有する。アーマチュア戻しバネは、ステータのバネ・ポケット内及びアーマチュアのバネ・ポケット内に配置される。戻しバネは、アーマチュアをステータから離間する方向に付勢して、ステータとアーマチュアとの間にエアギャップを形成する。減衰要素は、ステータのバネ・ポケット内に配置される。減衰要素は、ステータのバネ・ポケット内において戻しバネを囲繞するとともに、ステータのバネ・ポケットからエアギャップ内へと延設される。ソレノイドにエネルギーが供給されたとき、アーマチュアは、エアギャップにわたって移動し、ステータと接触する前に減衰要素と接触し、減衰要素はエアギャップにわたるアーマチュアの動きを減衰させる。

本発明のこれらの及び他の特徴ならびに利点は、好ましい実施形態の詳細な説明から当業者にはより明瞭となろう。本明細書に添付する図面を以下に説明する。

本発明に基づいて設計されたソレノイド・ポペットバルブ・アッセンブリの断面図である。 本発明の一実施形態に係る減衰要素を示す図１のソレノイド・ポペットバルブ・アッセンブリの一部の断面図である。 本発明の他の実施形態に係る減衰要素を示す図１のソレノイド・ポペットバルブ・アッセンブリの一部の断面図である。 本発明に係る図１のポペットバルブ・アッセンブリの弁座の斜視図である。 本発明に係る図４の弁座の断面図である。 下側シールのない、本発明に係るハウジング及び弁座の斜視図である。 Ｏリング・シールを有する、図６Ａと同様の図を示す。 リップシールを有する、図６Ａと同様の図を示す。 図６Ｃの一部の拡大図である。 モジュレータ・ボア（円筒空間部）における定位置にある、本発明に基づいて設計された、バイパス機能を有する図１のソレノイド・ポペットバルブ・アッセンブリの断面図である。 モジュレータ・ボアにおける定位置にある、本発明に基づいて設計された、バイパス機能がない図１のソレノイド・ポペットバルブ・アッセンブリの断面図である。 弁座が一連の保持機能を有する図１のソレノイド・ポペットバルブ・アッセンブリの一部の断面図を示している。

本発明は、多くの新規な特徴を有するソレノイド・ポペットバルブ・アッセンブリに対してなされたものである。図１は、本発明に係るソレノイド・ポペットバルブ・アッセンブリ１０の断面図である。バルブアッセンブリ１０は、深絞り加工で形成されたハウジング１２と、フランジ１４と、を有する。好ましくは、フランジ１４は、気密状態にあるレーザ溶接部（図示せず）によってハウジング１２に固定される。図示されるように、ステータ１６は、ハウジング１２の第一端部に配置され、ハウジング１２の外部に延設される。ステータ１６は、好ましくは、気密レーザ溶接部１８によってハウジング１２内における定位置に固定される。バルブアッセンブリ１０は、ハウジング１２内において摺動可能なアーマチュア２０をさらに有する。ステータ１６及びアーマチュア２０の両方のそれぞれは、それぞれがアーマチュア２０の戻しバネ（return spring）２６を収容するバネ・ポケット２２，２４を有する。バネ２６は、アーマチュア２０をステータ１６から離間する方向に付勢し、アーマチュア２０とステータ１６との間にエアギャップ３０を形成する。ソレノイドコイルは図面には示していないが、当業者にはよく知られているものである。減衰要素２８は、ステータ１６のバネ・ポケット２２内に配置され、戻しバネ２６を囲繞している。図１に示す通り、ソレノイドコイルが通電（energized）されていないとき、エアギャップ３０がステータ１６とアーマチュア２０との間に形成される。周囲のソレノイドコイル（図示せず）が通電されたとき、アーマチュア２０は、磁気逆二乗則（magnetic inverse square law）に従って、エアギャップ３０にわたってステータ１６に向かって引っ張られる。本発明ではない典型的なソレノイド・ポペットバルブにおいては、つまり、減衰要素２８を有していないソレノイド・ポペットバルブにおいては、通電されたソレノイドコイルはステータ１６に向かってアーマチュア２０を引っ張り、そして、アーマチュア２０がステータ１６をぶつかったとき、望ましくない大きな「クリック（clicking）」ノイズが発生する。シーリング・ディスク３１は、アーマチュア２０の一方の端部に配置される。バルブアッセンブリ１０は、フランジ１４と弁座３４との間に配置される上側シール３２をさらに備える。上側シール３２は、フランジ１４と協働して、ハウジング１２を弁座３４に対して封止（シール）する。

ハウジング１２の第二端部は、弁座３４に受けいれられる。弁座３４は、弁座保持器３６と、弁座３４を貫通して延びる制御オリフィス３８と、を有する。図１に示す通り、ソレノイドコイルが通電されていないとき、シーリング・ディスク３１はバネ２６によって制御オリフィス３８に向かって付勢され、これにより、制御オリフィスを封止する。バルブアッセンブリ１０は、下側シール４０をさらに備える。この図においては、下側シールをＯリングとして示す。バルブアッセンブリ１０のソレノイド・コア（図示せず）が通電されたとき、アーマチュア２０は、エアギャップ３０にわたってステータ１６に向かって移動する。

図２は、本発明の一実施形態に係る減衰要素２８を示す図１のバルブ・アッセンブリ１０の一部の断面図である。本実施形態において、減衰要素２８は、ポケット２２内に配置されるエラストマーの中空の円筒４２である。円筒４２は、ポケット２２内においてバネ２６を囲繞するとともに、ステータ１６のポケット２２からエアギャップ３０内へと延設される。円筒４２は、エアギャップ３０全体にわたっては延設されない。図２に示す通り、エアギャップ３０は、ソレノイドコイルが通電されたときにアーマチュア２０が移動する「全移動」距離を定義する。そして、円筒４２は、「減衰移動」距離として図２に示す全移動距離未満の距離を定義する。好ましくは、「減衰移動」距離は、「全移動」距離の７０〜５０％である。中空のエラストマーの円筒４２を、任意のエラストマー材料で形成することができ、好ましくはゴム材料で形成される。好ましくは、エラストマーの円筒４２のゴム材料は、７０〜９０デュロメーター・ショアＡ（Durometer Shore A）の硬度特性を有する。バルブアッセンブリ１０のソレノイドコイルが通電されたとき、アーマチュア２０は、エアギャップ３０にわたってステータ１６へと迅速に移動する。アーマチュア２０は、エアギャップ３０にわたって移動するとき、円筒４２と接触し、そして、円筒４２は、エアギャップ３０にわたるアーマチュア２０の動きを減衰して遅くさせ、アーマチュア２０がステータ１６に強くぶつかるのを防止して大きなクリックノイズの発生を防止する。一方、アーマチュア２０はステータ１６に向かって引き寄せられるが、その移動の最後の７０〜５０％は円筒４２によって減衰される。

図３は、本発明の他の実施形態に係る減衰要素２８を示す、本発明に基づいて設計されたソレノイド・ポペットバルブ・アッセンブリ１０の一部の断面図である。図３における減衰要素２８は、ステータ１６のポケット２２内のアーマチュア戻しバネ２６の周囲に配置される外側スプリング４４である。外側スプリング４４は硬い材料で形成される。また、外側スプリング４４の端部４６は、ポケット２２の外部にまで延設されている。外側スプリング４４は、アーマチュア２０がステータ１６に近づくときにアーマチュア２０の移動速度を減速させるのに十分な特定の高さでポケット２２に嵌入されるよう精密研削（precision ground）されているが、円筒４２と同じ減衰を与えない。

図４は、本発明に係る弁座３４の斜視図である。また、図５は、弁座３４の断面図である。弁座３４は、複数のリブ５２を有する上側部分５０を有する。それぞれのペアのリブ５２間には、ギャップ５４が形成される。上側部分５０におけるこれらのリブ５２は、フランジ１４に対してＯリングの上側シール３２を位置決めし、フランジ１４とモジュレータ・ボア８２とに対する適切な封止を形成するよう定位置に上側シール３２を保持する（図７及び図８を参照）。弁座３４は、また複数のリブ５８を有する下側部分５６を有する。それぞれのペアのリブ５８間には、ギャップ６０が形成される。また、下側部分５６は、一体化された弁座保持器３６を有する。上側部分５０及び下側部分５６は、弁座３４において一体部品として結合されている。図１に示す通り、ハウジング１２の一方の端部は、上側部分５０を通じて挿入され、弁座保持器３６を囲繞する環状溝６２内に支持される。好ましくは、ハウジング１２は、下側部分５６の内径と協働してハウジング１２と下側部分５６との間に密封を形成するとともに、ハウジング１２と弁座３４との間の漏れを防止する外径を有する。好ましくは、弁座３４はプラスチックで形成されており、好ましくは射出成型部品である。ギャップ５４，６０により、弁座３４とハウジング１２とを通る空気の流れが許容される。一体設計における弁座３４と弁座保持器３６との一体化により、弁座３４を非常にコスト効率良く生産することが可能である。さらに、以下に説明する通り、シーリング・ディスク３１によってモジュラーボアにおいて良好な封止を保証できる。また、下側部分５６の設計により、弁座３４をモジュレータ・ボア８２に適切に配置することが保証される（後述の図７の記載を参照）。

図６Ａは、下側シール４０が定位置にない、本発明に係るハウジング１２及び弁座３４の斜視図である。図６Ｂは、下側シール４０としてＯリング・シール７０を有する、図６Ａと同様の図を示す。図６Ｃは、下側シール４０としてリップシール７２を有する、図６Ａと同様の図を示す。このように、下側部分５６は下側シール４０を定位置に保持する。図６Ｄは、図６Ｃの一部の拡大図であり、以下で説明するバイパス設計におけるさらなる気流の形成を可能にする一体的フロー・チャネル７４を示している。弁座３４におけるリブ５２の設計により、バルブアッセンブリ１０の予定されている動作圧で、Ｏリング７０又はリップシール７２のいずれかの下側シール４０が弁座３４から押し出されることが防止される。

図７は、モジュレータ・ハウジング８０における定位置にある、本発明に基づいて設計されたソレノイド・ポペットバルブ・アッセンブリ１０の断面図である。モジュレータ・ハウジング８０は、内部にバルブアッセンブリ１０を受けるモジュレータ・ボア８２を有する。図７に示す実施形態では、一方向にはバルブアッセンブリ１０を通る流れを遮断しない一方向のバイパスバルブ機能をバルブアッセンブリ１０において実現可能な下側シール４０として、リップシール７２が備えられる。ギャップ６０は、ギャップ６０を通過しリップシール７２下のハウジング１２のボア内へと向かうさらなる空気の流れを可能にするよう、リップシール７２と協働する。ギャップ６０は、所定の動作圧において弁座３４からリップシール７２が押し出されるのを防止するように、十分に狭くかつ図６Ｄに示す幾何学的な形状をしている。

図８は、モジュレータ・ハウジング８０における定位置にある、本発明に基づいて設計されたソレノイド・ポペットバルブ・アッセンブリ１０の断面図である。モジュレータ・ハウジング８０は、内部にバルブアッセンブリ１０を受けるモジュレータ・ボア８２を有する。図８に示す実施形態では、図７に示したバルブアッセンブリ１０におけるバイパスバルブ機能を果たさない下側シール４０として、Ｏリング７０が備えられる。このように、本願の弁座３４の簡単な設計により、下側シール４０としてリップシール７２又はＯリング７０を使用するかを変更するだけで、全く同じバルブアッセンブリ１０及び弁座３４の設計を用いて、バイパスバルブ機能を実現することも実現しないこともできる。これにより、コストを低減できるとともに、様々な環境においてバルブアッセンブリ１０の実用性を大幅に向上できる。所望の場合にバイパスバルブ機能設計を採用したい場合に、バルブアッセンブリ１０、弁座３４、モジュレータ・ハウジング８０、又はモジュレータ・ボア８２の設計を変更する必要はない。

図９に、保持機能を有する本発明に係るソレノイド・ポペットバルブ・アッセンブリ１０の一部の断面図を示す。モジュレータ・ハウジング８０のモジュレータ・ボア８２にほぼ完全に取り付けられたバルブアッセンブリ１０を示す。弁座３４は、この設計において、複数の押し潰すことが可能なリブ９０を有する。リブ９０のそれぞれは、弁座３４がモジュレータ・ボア８２に取り付けられたときに、モジュレータ・ボア８２における段差部９２に対して反発する。弁座３４が完全に取り付けられたとき、段差部９２はリブ９０を内側に向かって押し潰す。これにより、ハウジング１２の底部に向かって弁座保持器３６を押し上げて互いの積極的な接触を確実に行う、積極的な力が生じる。リブ９０の設計は、押し潰し可能な量及び作用する保持力の適正化が確実に行われるよう、変更可能である。

上述の発明は関連する法律的な基準に則って説明したものであり、したがって、この説明は本質的に限定するものではなく例示的なものである。開示した実施形態に対する変形及び変更は、当業者には明らかであり、本発明の範囲内で行うことができる。したがって、本発明に与えられる法的保護の範囲は、添付の特許請求の範囲の記載によってのみ定義することができる。

１０ ソレノイド・ポペットバルブ・アッセンブリ
１２ ハウジング
１４ フランジ
１６ ステータ
１８ 気密レーザ溶接部
２０ アーマチュア
２２ バネ・ポケット
２４ バネ・ポケット
２６ アーマチュア戻しバネ
２８ 減衰要素
３０ エアギャップ
３１ シーリング・ディスク
３２ 上側シール
３４ 弁座
３６ 弁座保持器
３８ 制御オリフィス
４０ 下側シール
４２ 円筒
４４ 外側スプリング
４６ 端部
５０ 上側部分
５２ リブ
５４ ギャップ
５６ 下側部分
５８ リブ
６０ ギャップ
６２ 環状溝
７０ Ｏリング・シール
７２ リップシール
７４ 一体的フロー・チャネル
８０ モジュレータ・ハウジング
８２ モジュレータ・ボア
９０ リブ
９２ 段差部

Claims (12)

1. 第一端部と第二端部とを有するハウジングと、
   前記ハウジングの前記第一端部内において前記第一端部に固定されるとともに、バネ・ポケットを有するステータと、
   を備える空気ソレノイド・ポペットバルブ・アッセンブリであって、
   前記ハウジングの前記第二端部は弁座内に保持されており、
   空気ソレノイド・ポペットバルブ・アッセンブリは、
   全体的に前記ハウジングの内部にかつ前記ステータと前記第二端部との間に配置され、前記ハウジング内において摺動可能であり、バネ・ポケットを有しているアーマチュアと、
   前記ステータの前記バネ・ポケット内及び前記アーマチュアの前記バネ・ポケット内に配置されるアーマチュア戻しバネであって、前記戻しバネが前記アーマチュアを前記ステータから離間する方向に付勢して、前記ステータと前記アーマチュアとの間にエアギャップを形成しているアーマチュア戻しバネと、
   前記ステータの前記バネ・ポケット内に配置される減衰要素であって、前記減衰要素は、前記ステータの前記バネ・ポケット内において前記戻しバネを囲繞するとともに、前記ステータの前記バネ・ポケットから前記エアギャップ内へと延設されており、ソレノイドにエネルギーが供給されたとき、前記アーマチュアは前記エアギャップにわたって移動し、前記ステータと接触する前に前記減衰要素と接触し、前記減衰要素は前記エアギャップにわたる前記アーマチュアの移動運動を減衰させる減衰要素と、
   を備えている、
   空気ソレノイド・ポペットバルブ・アッセンブリ。
2. 前記減衰要素は、エラストマーの中空な円筒である、
   請求項１に記載の空気ソレノイド・ポペットバルブ・アッセンブリ。
3. 前記円筒は、前記バネ・ポケットから前記エアギャップ内へと前記エアギャップの幅の５０〜７０％の距離で延設される、
   請求項２に記載の空気ソレノイド・ポペットバルブ・アッセンブリ。
4. 前記円筒は、７０〜９０デュロメーター・ショアＡの硬度特性を有するゴム材料で形成される、
   請求項２又は３に記載の空気ソレノイド・ポペットバルブ・アッセンブリ。
5. 前記減衰要素は外側スプリングであり、前記外側スプリングは、前記ステータの前記バネ・ポケット内において前記戻しバネを囲繞しており、前記ステータの前記バネ・ポケットから前記エアギャップ内へと延設されている、
   請求項１に記載の空気ソレノイド・ポペットバルブ・アッセンブリ。
6. 前記弁座は上側部分と下側部分とを有し、前記上側部分は複数のリブを有しており、それぞれのリブが隣接するリブからあるギャップで離れており、前記ギャップにより前記上側部分を通る空気の流れが許容される、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の空気ソレノイド・ポペットバルブ・アッセンブリ。
7. 前記下側部分は複数のリブを有しており、それぞれのリブが隣接するリブからあるギャップで離れており、前記ギャップにより前記下側部分を通る空気の流れが許容される、
   請求項６に記載の空気ソレノイド・ポペットバルブ・アッセンブリ。
8. 前記ハウジングの前記第二端部が前記下側部分内に受けられたとき、前記ハウジングと前記弁座との間でシールが形成されて前記ハウジングと前記弁座との間に漏れが生じないように、前記下側部分がある内径を有するとともに前記ハウジングの前記第二端部がある外径を有する、
   請求項６又は７に記載の空気ソレノイド・ポペットバルブ・アッセンブリ。
9. 前記下側部分は、Ｏリング・シール又は一方向バイパスバルブ機能を有するリップシールの一方である、下側シールをさらに有する、
   請求項６から８のいずれか１項に記載の空気ソレノイド・ポペットバルブ・アッセンブ。
10. 前記弁座は射出成型プラスチックで形成される、
    請求項６から９のいずれか１項に記載の空気ソレノイド・ポペットバルブ・アッセンブリ。
11. 前記上側部分及び前記下側部分は一体部品である、
    請求項６から１０のいずれか１項に記載の空気ソレノイド・ポペットバルブ・アッセンブリ。
12. 前記下側部分は下側シールを位置決めし保持する、
    請求項６、７、８、１０及び１１のいずれか１項に記載の空気ソレノイド・ポペットバルブ・アッセンブリ。
    

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