JP2012255467A - バルブ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】異音の発生を阻止することができるバルブ構造を提供することである。
【解決手段】上記した目的を解決するために、本発明における課題解決手段は、バルブディスク１と、バルブディスク１に設けられて一方室Ｒ１と他方室Ｒ２とを連通する複数の一方側ポート２と他方側ポート３と、バルブディスク１の他方室側端に積層されて一方側ポート２のみを開閉する一方側リーフバルブ４と、バルブディスク１の一方室側端に積層されて他方側ポート３のみを開閉する他方側リーフバルブ５とを備えたバルブ構造において、バルブディスク１の一方室側端であって全ての他方側ポート３の開口の内周側から開口して一方側ポート２に連通される通孔６を設けた。

【選択図】図１

Description

本発明は、バルブ構造の改良に関する。

従来、この種のバルブ構造にあっては、たとえば、車両用の緩衝器のピストン部等に具現化されており、図１０に示すように、緩衝器のシリンダＣ内に摺動自在に挿入されてシリンダＣ内を伸側室ＥＲと圧側室ＣＲとに区画するピストンＰと、ピストンＰに設けられて伸側室ＥＲと圧側室ＣＲとを連通する複数の伸側ポートＥＰと圧側ポートＣＰと、ピストンＰの圧側室側端に積層されて伸側ポートＥＰのみを開閉する環状の伸側リーフバルブＥＬと、ピストンＰの伸側室側端に積層されて圧側ポートＣＰのみを開閉する環状の圧側リーフバルブＣＬとを備え、伸側ポートＥＰと圧側ポートＣＰがピストンＰに周方向で交互に配置されたバルブ構造が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００６−１９４３３５号公報

このバルブ構造を適用した緩衝器にあっては、たとえば、ピストンＰが下方へ移動する収縮作動を呈する場合、図１１に示すように、圧縮される圧側室ＣＲの作動油が圧側リーフバルブＣＬを押して撓ませ、圧側ポートＣＰを介して拡大される伸側室ＥＲへ移動する。この収縮作動時において圧側リーフバルブＣＬが大きく撓むと、圧側リーフバルブＣＬは、圧側ポートＣＰより内周側においてピストンＰとの間に隙間を形成するが、この隙間に作動油中に入り込んでいる鉄粉やダストといったコンタミナントＣｏが入り込む場合がある。すると、ピストンＰが上方へ移動する緩衝器の伸長作動の際に、圧側リーフバルブＣＬが復元力で撓みが解消されると、圧側リーフバルブＣＬとピストンＰとの間にコンタミナントＣｏが挟み込まれて、圧側ポートＣＰを完全に閉塞できなくなる。

この状態で、緩衝器が伸長作動を呈すると、圧側リーフバルブＣＬの外周が上記したコンタミナントＣｏによってピストンＰから浮いた状態となっているので、圧縮される伸側室ＥＲ内の作動油は、伸側ポートＥＰだけでなく圧側ポートＣＰをも通過して圧側室ＣＲへ移動するようになる。

すると、この緩衝器の伸長作動時に、圧側ポートＣＬを通過する作動油の流れによって、ピストンＰから浮いている圧側リーフバルブＣＬの外周が振動して、大きな異音が発生する問題が生じる。

緩衝器を構成する部材には、切削加工を必要とするものがあり、切削加工による鉄粉が部材に付着したまま取り残されることがあり、また、部品にダストが付着したままとなっていたりして、コンタミナントＣｏを完全に取り除くことは難しい。

また、特開２００５−７６８５６号公報には、ピストンやシリンダの端部に装着されるバルブケースに、コンタミナントＣｏを収集するための袋孔状やポケット状の異物溜りを設ける提案もあるが、作動油が異物溜りへ流れこむことができないので、コンタミナントＣｏを収集することは難しい。

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、異音の発生を阻止することができるバルブ構造を提供することである。

上記した目的を解決するために、本発明における課題解決手段は、緩衝器内に一方室と他方室とを区画するバルブディスクと、当該バルブディスクに設けられて上記一方室と上記他方室とを連通する複数の一方側ポートと、同じく上記バルブディスクに設けられて上記一方室と上記他方室とを連通する複数の他方側ポートと、上記バルブディスクの他方室側端に積層されて上記一方側ポートのみを開閉する環状の一方側リーフバルブと、上記バルブディスクの一方室側端に積層されて上記他方側ポートのみを開閉する環状の他方側リーフバルブとを備え、上記一方側ポートと上記他方側ポートが上記バルブディスクに周方向で交互に配置されたバルブ構造において、上記バルブディスクの一方室側端であって上記した全ての他方側ポートの開口の内周側から開口して上記一方側ポートに連通される複数の通孔を設けたことを特徴とする。

本発明のバルブ構造によれば、他方側リーフバルブとバルブディスクとの間にコンタミナントが挟み込まれることが阻止され、他方側リーフバルブのバルブディスクからの浮き上がりが阻止されるから、緩衝器の作動方向が切り替わっても、他方側リーフバルブの外周が振動することがなく、大きな異音の発生も阻止される。

一実施の形態におけるバルブ構造が具現化された緩衝器のピストン部における縦断面図である。 一実施の形態におけるバルブ構造が具現化されたピストンの平面図である。 一実施の形態におけるバルブ構造が具現化されたピストンの底面図である。 一実施の形態におけるバルブ構造が具現化されたピストンの正面図である。 一実施の形態におけるバルブ構造が具現化されたピストンの圧側ポートの配置を説明する図である。 一実施の形態におけるバルブ構造が具現化されたピストンにピストンリングを装着した状態を示す正面図である。 一実施の形態の一変形例におけるバルブ構造が具現化されたピストンの正面図である。 一実施の形態の一変形例におけるバルブ構造が具現化されたピストンにピストンリングを装着した状態を示す正面図である。 作動油の流れを説明する図である。 従来のバルブ構造が具現化された緩衝器のピストン部の縦断面図である。 従来のバルブ構造が具現化された緩衝器のピストン部における圧側リーフバルブが撓んだ状態を示す図である。

以下、本発明の緩衝器のバルブ構造を図に基づいて説明する。一実施の形態における緩衝器のバルブ構造は、図１から図４に示すように、緩衝器のピストン部に具現化されており、緩衝器内に一方室としての伸側室Ｒ１と他方室としての圧側室Ｒ２とを区画するバルブディスクとしてのピストン１と、当該ピストン１に設けられて伸側室Ｒ１と圧側室Ｒ２とを連通する複数の一方側ポートとしての伸側ポート２と、同じくピストン１に設けられて伸側室Ｒ１と圧側室Ｒ２とを連通する複数の他方側ポートとしての圧側ポート３と、ピストン１の他方室側端としての圧側室側端ｂに積層されて伸側ポート２のみを開閉する環状の一方側リーフバルブとしての伸側リーフバルブ４と、ピストン１の一方室側端としての伸側室側端ａに積層されて圧側ポート３のみを開閉する環状の他方側リーフバルブとしての圧側リーフバルブ５と、ピストン１の伸側室側端１ａであって全ての圧側ポート３の開口の内周側から開口して伸側ポート２に連通される複数の通孔６とを備えて構成されている。なお、伸側室Ｒ１とは、緩衝器が伸長作動する際に圧縮される室のことであり、圧側室Ｒ２とは、緩衝器が収縮作動する際に圧縮される室のことである。また、図１のピストン１の断面図は、図２に示したように、ピストン１のＡＡ矢視断面図を示している。

他方、バルブ構造が具現化される緩衝器は、周知であるので詳細には図示して説明しないが、具体的にたとえば、シリンダ４０と、シリンダ４０の上端を封止するヘッド部材（図示せず）と、ヘッド部材（図示せず）を摺動自在に貫通する組付ロッドとしてのピストンロッド１０と、ピストンロッド１０の端部に設けた上記ピストン１と、シリンダ４０内にピストン１で隔成される２つの圧力室たる伸側室Ｒ１と圧側室Ｒ２と、シリンダ４０の下端を封止する封止部材（図示せず）と、シリンダ４０から出没するピストンロッド１０の体積分のシリンダ内容積変化を補償する図示しないリザーバあるいはエア室とを備えて構成され、シリンダ４０内には流体、具体的には作動油が充填されている。また、緩衝器は、片ロッド型ではなく、両ロッド型に設定されてもよい。

そして、上記バルブ構造にあっては、シリンダ４０に対してピストン１が図１中上方に移動するときに、伸側室Ｒ１内の圧力が上昇して伸側室Ｒ１から圧側室Ｒ２へ伸側ポート２を介して作動油が移動するときに、その作動油の移動に伸側リーフバルブ４で抵抗を与えるようになっており、反対に、シリンダ４０に対してピストン１が図１中下方に移動するときに、圧側室Ｒ２内の圧力が上昇して圧側室Ｒ２から伸側室Ｒ１へ圧側ポート３を介して作動油が移動するときに、その作動油の移動に圧側リーフバルブ５で抵抗を与えるようになっている。

以下、このバルブ構造について詳しく説明すると、バルブディスクたるピストン１は、図１から図４に示すように、環状とされ、内方にピストンロッド１０の先端に形成の小径部１０ａが挿通されて、当該ピストンロッド１０に組付けられていて、外周をシリンダ４０の内周に摺接させている。そして、このピストン１は、シリンダ４０内を伸側室Ｒ１と圧側室Ｒ２とに仕切っている。

より詳しくは、ピストン１は、有底筒状であって、この実施の形態では、その底部１ａに、ピストンロッド１０が挿通される挿通孔１ｅと、四つの伸側ポート２と、四つの圧側ポート３が設けられている。伸側ポート２と圧側ポート３はそれぞれピストン１における底部１ａを軸方向となる上下方向に貫いており、伸側室Ｒ１と圧側室Ｒ２とを連通している。また、伸側ポート２は、ピストン１の底部１ａに周方向に等間隔に配置されており、圧側ポート３もまたピストン１の底部１ａに周方向に等間隔に配置されている。

伸側ポート２と圧側ポート３は、ピストン１の周方向に交互に配置されている。そして、ピストン１の底部１ａの伸側室側端ａには、四つの圧側ポート３をそれぞれ他から独立して取り囲む弁座８を備えている。この弁座８は、底部１ａから伸側室側へ向けて突出しており、上記挿通孔１ｅ回りを取り囲む環状部８ａと、環状部８ａに連なる四つの平面視で扇状のシート部８ｂとを備え、底部１ａにおける弁座８が設けられていない部位、つまり、シート部８ｂとシート部８ｂとの周方向間は、圧側室側へ凹んだ形状となっていて、シート部８ｂ，８ｂの周方向間に伸側ポート２が開口している。また、底部１ａには、弁座８のシート部８ｂとシート部８ｂの周方向間には、それぞれ突起１ｆが設けられている。より具体的には、圧側ポート３の伸側室側端には、それぞれ独立窓３ａが設けられており、弁座８におけるシート部８ｂは、これら独立窓３ａの四方を取り囲んでいる。また、この実施の形態では、図５に示すように、圧側ポート３が設けられる円環帯状のゾーンＺ（図中斜線で示した部分）よりも内周側に伸側ポート２が配置されるようになっている。

さらに、ピストン１の底部１ａの圧側室側端ｂには、図１および図３に示すように、四つの伸側ポート２の圧側室側端の全てに連通される環状凹部でなる環状窓７が設けられており、この環状窓７の外周であって全ての圧側ポート３よりも内周側には環状弁座９が設けられている。この実施の形態では、圧側ポート３が設けられる円環帯状のゾーンよりも内周側に伸側ポート２が配置されているので、環状弁座９で伸側ポート２の出口に連なる環状窓７を取り囲むことができ、後述する伸側リーフバルブ４の全周に伸側室Ｒ１内の圧力を均等に作用させることができるようになっている。

そして、図１、図２に示すように、ピストン１の底部１ａの伸側室側端ａの圧側ポート３の端部である各独立窓３ａの内周側から開口して伸側ポート２に通じる四つの通孔６が設けられている。具体的には、通孔６は、ピストン１の底部１ａを軸方向となる図１中上下方向に沿って貫いており、その圧側室側端は、環状窓７に通じていて、当該環状窓７を介して伸側ポート２へ通じている。また、通孔６の伸側室側端は、ピストン１の底部１ａに設けた平面図で略矩形の窪み１３に通じており、この窪み１３は、中心へ向けて深さが徐々に深くなるようになっていて最深部に伸側ポート２が開口しており、ピストン１の底部１ａに上記した独立窓３ａに干渉せず当該独立窓３ａの内周側に設けられていて弁座８におけるシート部８ｂで四方が囲まれている。

なお、伸側ポート２、圧側ポート３の設置数は、上記した四つに限られるものではなく、任意の決定することができ、通孔６は、圧側ポート３の設置数に対応する数を設けるようにすればよく、また、通孔６は、複数ある伸側ポート２のうち、いずれかに連通されればよい。

また、図４に示すように、ピストン１の筒部１ｂの外周には、複数の環状溝１ｃが設けられており、この筒部１ｂの外周に、図１、図４および図６に示すように、合成樹脂のピストンリング１１が装着される。具体的には、ピストンリング１１は、円盤状の合成樹脂母材をピストン１の筒部１ｂの外周に加圧して押し込みながら加熱軟化させて装着される。なお、図７および図８に示すように、筒部１ｂに、環状凹部１ｄを設けておき、当該環状凹部１ｄ内に割り入り環状のピストンリング１２を装着するようにすることも当然に可能である。なお、図４、図６、図７は、図示するところでは、ピストン１の正面図を示しているが、背面図、左側面図および右側面図は、正面図と同一である。

このように構成されたピストン１には、上記したようにピストンロッド１０の小径部１０ａに組み付けられる。ピストンロッド１０は、その先端の小径部１０ａをピストン１の図１中下方側に突出させてあり、小径部１０ａのさらに先端には螺子部１０ｂが設けられ、小径部１０ａの図１中上方側が小径部１０ａより大径とされているので、この小径部１０ａと小径部１０ａより上方との境に段部１０ｃが形成されている。

そして、ピストン１の図１中上端となる伸側室側端ａには、環状の圧側リーフバルブ５、環状の間座１４および環状のバルブストッパ１５が順に積層され、ピストン１の図１中下端となる圧側室側端ｂには、環状の伸側リーフバルブ４および環状の間座１６が積層されて、これらの部品が全て上記ピストンロッド１０の小径部１０ａに組みつけられる。ピストンロッド１０の小径部１０ａに設けた螺子部１０ｂに螺着されるピストンナット１７によって、図１中上から順に、バルブストッパ１５、間座１４、圧側リーフバルブ５、ピストン１、伸側リーフバルブ４および間座１６がピストンロッド１０に固定される。より詳しくは、バルブストッパ１５、間座１４、圧側リーフバルブ５、ピストン１、伸側リーフバルブ４および間座１６がピストンナット１７とピストンロッド１０の段部１０ｃに挟持されて、ピストンロッド１０に固定される。

伸側リーフバルブ４は、この実施の形態では、複数の環状板を積層して構成されており、内周側がピストンロッド１０に固定されていて、その外周の撓みが許容されるようになっている。そして、何ら負荷が作用しない場合、伸側リーフバルブ４におけるピストン１の底部１ａに接触する図１中最上段の環状板は、環状弁座９に着座して伸側ポート２を閉塞するが、その外径は、環状弁座９の外周に配置される圧側ポート３を閉塞しない径に設定されていて、伸側ポート３の圧側室側端には干渉しないようになっている。また、伸側リーフバルブ４は、伸側ポート２を介して作用する伸側室Ｒ１の圧力で押されて撓むと環状弁座９から離れて伸側ポート２を開くようになっている。

これに対して、圧側リーフバルブ５は、この実施の形態では、伸側リーフバルブ４と同様に、複数の環状板を積層して構成されており、内周側がピストンロッド１０に固定されていて、その外周の撓みが許容されるようになっている。そして、何ら負荷が作用しない場合、圧側リーフバルブ５におけるピストン１の底部１ａに接触する図１中最下段の環状板は、弁座８に着座して圧側ポート３を閉塞するが、弁座８のシート部８ｂ，８ｂの周方向は凹んでおり、そこに伸側ポート２が開口しているので、圧側リーフバルブ５は、圧側ポート３を閉塞しても伸側ポート２を閉塞しないようになっている。また、圧側リーフバルブ５は、圧側ポート３を介して作用する圧側室Ｒ２の圧力で押されて撓むと弁座８のシート部８ｂから離れて圧側ポート３を開くようになっている。

なお、上述したように、ピストン１の底部１ａであって弁座８のシート部８ｂ間は凹んでおり、圧側リーフバルブ５が伸側室Ｒ１の圧力を受けるとシート部８ｂによって支えられていない部位が伸側ポート２を閉塞する方向へ撓もうとするが、シート部８ｂ間には、突起１ｆが突設されていて圧側リーフバルブ５を支えるので、上記の如く撓んで伸側ポート２への流路面積を制限しないようになっている。

なお、伸側リーフバルブ４および圧側リーフバルブ５は、複数の環状板を積層して構成されていて、当該環状板の積層枚数で撓み剛性を調節することができるようになっているが、緩衝器に要求される減衰特性（緩衝器のピストン速度に対して発生する減衰力の特性）に応じて環状板の積層枚数を任意に設定することが可能である。

さて、このように構成されたバルブ構造では、ピストン１が図１中下方に移動する緩衝器の収縮作動時において、圧縮される圧側室Ｒ２の圧力が上昇して圧側リーフバルブ５の外周が撓んで圧側ポート３を開く際に、作動油中に紛れ込んでいるコンタミナントが圧側ポート３を通過する作動油の流れによって、圧側リーフバルブ５とピストン１に設けた弁座８との間であって圧側ポート３よりも内周側へ入り込んでも、圧側ポート３よりも内周側が通孔６を介して伸側ポート２へ通じていて、伸側ポート２における圧側室側端は圧側室Ｒ２の圧力でピストン１に押しつけられる伸側リーフバルブ４によって閉塞されて反対の伸側室側端が伸側室Ｒ１に常時通じているため、図９に示すように、図中矢印にしめしたように、通孔６、伸側ポート２を通過して伸側室Ｒ１へ至る作動油の流れが生じる。そのため、コンタミナントは、圧側リーフバルブ５とピストン１に設けた弁座８との間の隙間にとどまることなく、上記した作動油の流れによって、通孔６へ排出される。

本発明のバルブ構造によれば、他方側リーフバルブとしての圧側リーフバルブ５とバルブディスクとしてのピストン１との間にコンタミナントが挟み込まれることが阻止され、圧側リーフバルブ５のピストン１からの浮き上がりが阻止されるから、緩衝器の作動方向が切り替わっても、圧側リーフバルブ５の外周が振動することがなく、大きな異音の発生も阻止される。

また、本発明のバルブ構造によれば、他方側リーフバルブとしての圧側リーフバルブ５とバルブディスクとしてのピストン１との間にコンタミナントが挟み込まれることが阻止されるため、圧側リーフバルブ５は確実に圧側ポート３を閉塞することができ、緩衝器の伸長作動時に減衰力不足を招くことがなく、減衰力も安定する。

さらに、この実施の形態では、全ての圧側ポート３の開口の内周側のそれぞれに窪み１３を設け、通孔６が窪み１３に開口するようになっており、窪み１３があることで、圧側リーフバルブ５とピストン１における弁座８との間の隙間に入り込んだコンタミナントを速やかに通孔６へ導くことができ、また、緩衝器が収縮作動から伸長作動へ切換り、圧側リーフバルブ５が撓んだ後に復元力で弁座８に着座した際にも、コンタミナントを通孔６へ導くことができ、コンタミナントの圧側リーフバルブ５とピストン１との間での挟み込みを確実に阻止することが可能であり、仮に窪み１３にコンタミナントが残ったとしても、圧側リーフバルブ５の弁座８からの浮き上がりを防止することができる。

またさらに、バルブディスクとしてのピストン１の圧側室側端ｂに全ての一方側ポートとしての伸側ポート２の他方室側の開口に通じる環状窓７を設け、通孔６が当該環状窓７を介して伸側ポート２に連通されるようにすることで、通孔６をピストン１に対して軸方向に沿って形成することができるので、通孔６を穿設する孔開け加工が簡単となり、バルブ構造が具現化されるバルブディスクの製造コストが低減される。なお、通孔６が上記のように構成されることで種々の利点があるが、通孔６は、他方側ポートとしての圧側ポート３の内周側から開口して一方側ポートとしての伸側ポート２へ通じればよいので、上記した構造に限定されるものではなく、ピストン１の軸方向に対して斜めに設けられてもよいし、途中で曲っていてもよい。

なお、上記したところでは、一方室を伸側室Ｒ１とし、他方室を圧側室Ｒ２とし、一方側ポートを伸側ポート２とし、他方側ポートを圧側ポート３とし、一方側リーフバルブを伸側リーフバルブ４とし、他方側リーフバルブを圧側リーフバルブ５としているが、一方室を圧側室Ｒ２とし、他方室を伸側室Ｒ１とし、一方側ポートを圧側ポート３とし、他方側ポートを伸側ポート２とし、一方側リーフバルブを圧側リーフバルブ５とし、他方側リーフバルブを伸側リーフバルブ４としてもよく、この場合は、たとえば、ピストン１の底部１ａの構造を図１中天地逆にすることで実現できる。

ピストン１の底部１ａにおける伸側室側端ａに各圧側ポート３を独立して取り囲む花弁型の弁座を設けるとともに、ピストン１の底部１ａにおける圧側室側端ｂに各伸側ポート２を独立して取り囲む花弁型の弁座を設けることも可能であり、この場合には、通孔は、圧側ポート３の内周側から開口して伸側ポート２へ通じるものと、伸側ポート２の内周側から開口して圧側ポート３へ通じるものを設けることで、圧側リーフバルブ５の浮き上がりのみならず伸側リーフバルブ４の浮き上がりを阻止することができる。

また、上記したところでは、バルブ構造が緩衝器のピストン部に具現化した場合について説明したが、本発明のバルブ構造は、一方室と他方室の一方を緩衝器の圧側室とし、一方室と他方室の一方を緩衝器の体積補償用のリザーバとし、バルブディスクを緩衝器のシリンダの端部に取付られて圧側室とリザーバとを区画する仕切るベースバルブのバルブケースとすることも可能である。

なお、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。

本発明のバルブ構造は、緩衝器のバルブに利用することができる。

１ バルブディスクとしてのピストン
２ 一方側ポートとしての伸側ポート
３ 他方側ポートとしての圧側ポート
４ 一方側リーフバルブとしての伸側リーフバルブ
５ 他方側リーフバルブとしての圧側リーフバルブ
６ 通孔
７ 環状窓
１３ 窪み
Ｒ１ 一方室としての伸側室
Ｒ２ 他方室としての圧側室

Claims (4)

1. 緩衝器内に一方室と他方室とを区画するバルブディスクと、当該バルブディスクに設けられて上記一方室と上記他方室とを連通する複数の一方側ポートと、同じく上記バルブディスクに設けられて上記一方室と上記他方室とを連通する複数の他方側ポートと、上記バルブディスクの他方室側端に積層されて上記一方側ポートのみを開閉する環状の一方側リーフバルブと、上記バルブディスクの一方室側端に積層されて上記他方側ポートのみを開閉する環状の他方側リーフバルブとを備え、上記一方側ポートと上記他方側ポートが上記バルブディスクに周方向で交互に配置されたバルブ構造において、上記バルブディスクの一方室側端であって上記した全ての他方側ポートの開口の内周側から開口して上記一方側ポートに連通される複数の通孔を設けたことを特徴とするバルブ構造。
2. 上記バルブディスクの一方室側端であって上記した全ての他方側ポートの開口の内周側のそれぞれに窪みを設け、上記通孔は窪みに開口すること特徴とする請求項１に記載のバルブ構造。
3. 上記バルブディスクの他方室側端に上記した全ての一方側ポートの他方室側の開口に通じる環状窓を設け、上記通孔は当該環状窓を介して上記一方側ポートに連通されることを特徴とする請求項１または２に記載のバルブ構造。
4. 上記バルブディスクは、緩衝器におけるシリンダ内に摺動自在に挿入されてシリンダ内を伸側室と圧側室とに区画するピストンであって、上記一方室は、上記伸側室であり、上記他方室は、上記圧側室であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のバルブ構造。

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