(57)【要約】【課題】油圧緩衝器における減衰バルブに関する技術を提供する。【解決手段】ピストン１４は、円柱形状を有する。ピストン油室３６は、ピストン１４の一端に設けられたポート１６を通じて第１油室３２と連通している。バルブ２２は、側面部２６を側面とする円筒形状を有しており、一端が底面部２４により塞がれ、他端がバルブ開口端３０により開口している。バルブ２２は、底面部２４に取り付けられたバネ２０を介して、ピストン１４の一端に固定されている。バルブ２２の底面部２４と側面部２６により構成されるバルブ油室３８は、第２油室３４と連通しており、第２油室３４に満たされた作動油は、バルブ油室３８内にも満たされている。このとき、バルブ２２は、バルブ格納部１８により形成される開口を底面部２４が塞ぐ位置となっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブ前後の差圧量に比例して直線移動することによりバルブ前後を連通させ、バルブの直線移動量に応じてバルブ前後の開口面積が所定の関数で増加することを特徴とする減衰バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧緩衝器における減衰バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の振動等を減衰させるショックアブソーバには、油圧緩衝器が用いられる。油圧緩衝器は、充填された作動油が狭い隙間を流れるように構成されており、作動油の流動抵抗により減衰力を発生させる構成が知られている。
【０００３】
車両の操縦安定性を確保し快適な乗り心地を実現するため、油圧緩衝器のピストン速度に対し、得られる減衰力を可変にした特性を持たせることがある。このような油圧緩衝器においては、ピストンの速度変化に対して減衰力が徐々に増加するよう、複数のオリフィスや特性の異なるバルブ構造が組み合わせて用いられる（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１９５３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
多数のオリフィスと特性の異なるバルブ構造を組み合わせる場合、一般に油圧緩衝器の構造が複雑となる。また、ピストン速度に応じて所望の減衰力を得るには、特性の異なる複数のバルブ構造の組み合わせ方に経験と技術が必要であり、仕様決定に労力を要する。
【０００６】
また、バルブ構造を有する油圧緩衝器においては、特定のピストン速度においてバルブ閉時の吸着力を超える油圧がバルブ構造にかかることでバルブが瞬間的に開き、微小衝撃力が発生することがある。特性の異なるバルブ構造を組み合わせた場合、それぞれのバルブ閉時の吸着力が異なることがあり、異なるピストン速度において微小衝撃力が発生することになりうる。この場合、車両の操縦安定性や乗り心地などに影響を及ぼす。
【０００７】
本発明は、こうした状況に鑑みなされたものであり、油圧緩衝器における減衰バルブに関する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の減衰バルブは、バルブ前後の差圧量に比例して直線移動することによりバルブ前後を連通させ、バルブの直線移動量に応じてバルブ前後の開口面積が所定の関数で増加する。
【０００９】
この態様によると、減衰バルブの直線移動量に応じて、バルブ前後の開口面積があらかじめ設計された所定の面積に決まるため、ピストン速度に応じて所望の減衰力を得ることができる。また、減衰バルブの直線移動量に応じてバルブ前後の開口面積が連続的に変化するよう設計することができるため、特性の異なるバルブ構造のそれぞれが瞬間的に開くとによる微小衝撃力の発生を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡易な構造にて所望の減衰力特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る油圧緩衝器の模式図である。
【図２】図１のバルブが直線移動した状態を示す油圧緩衝器の模式図である。
【図３】図３（ａ）は、図１のバルブ構造を示す斜視図であり、図３（ｂ）は、バルブの側面開口部の形状を示す模式図である。
【図４】図２の状態におけるバルブ前後の連通孔の形状を示す模式図である。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の変形例に係るバルブの構造を示す斜視図である。
【図６】図６（ａ）、（ｂ）は、本発明の変形例に係るバルブの構造を示す斜視図である。
【図７】第２の実施形態に係る油圧緩衝器の模式図である。
【図８】図７のバルブが直線移動した状態を示す油圧緩衝器の模式図である。
【図９】図９（ａ）は、図７のピストンに設けられた上面開口部を示す模式図であり、図９（ｂ）は、図８の状態におけるバルブ前後の連通孔を示す模式図である。
【図１０】図１０（ａ）、（ｂ）は、本発明の変形例に係るバルブ前後の連通孔を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
以下、図面に基づいて実施形態の油圧緩衝器について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る油圧緩衝器１００の模式図である。円筒形状のシリンダ１０の内部には、図中の上下方向に摺動可能なてピストン１４が設けられる。シリンダ１０の内部は作動油で満たされ、ピストン１４により、第１油室３２と第２油室３４の二つの領域に分けられている。
ピストン１４は、円柱形状を有する。ピストン１４の一端は、ピストンロッド１２の先端に固定されている。例えば、ピストンロッド１２とピストン１４とは、雄ねじ構造を有するピストンロッド１２の先端部が、ねじ穴構造を有するピストン１４の一端にねじ込まれることにより固定される。これにより、油圧緩衝器に加えられる外力がピストンロッド１２を通じてピストン１４に伝達される。
【００１３】
ピストン１４には、ピストン１４の内部がくり抜かれることにより略円柱形状の空間となるピストン油室３６が設けられる。ピストン油室３６は、ピストン１４の一端に設けられたポート１６を通じて第１油室３２と連通している。したがって、第１油室３２に満たされた作動油は、ポート１６を経てピストン油室３６内に満たされる。ピストン１４の他端には、ピストン油室３６と連通するよう円柱形状に開口されたバルブ格納部１８が設けられる。バルブ格納部１８の内部には、バルブ２２が設けられる。
【００１４】
バルブ２２は、側面部２６を側面とする円筒形状を有しており、一端が底面部２４により塞がれ、他端がバルブ開口端３０により開口している。バルブ２２の側面部２６には、後述する形状を有する側面開口部２８が設けられる。
【００１５】
バルブ２２は、底面部２４に取り付けられたバネ２０を介して、ピストン１４の一端に固定されている。バルブ２２の外直径は、バルブ格納部１８の直径と等しくなるよう設計されており、側面部２６がバルブ格納部１８により形成される平面に沿うことで、バルブ２２が図中の上下方向に摺動可能となっている。
また、バルブ２２の底面部２４と側面部２６により構成されるバルブ油室３８は、第２油室３４と連通しており、第２油室３４に満たされた作動油は、バルブ油室３８内にも満たされている。
【００１６】
図１は、油圧緩衝器のピストンロッド１２に外力が加わっていない状態を示している。このとき、バルブ２２は、バルブ格納部１８により形成される開口を底面部２４が塞ぐ位置となっている。また、ピストン油室３６の壁面を構成するピストン上面部５２の水平面よりも、バルブ２２の側面開口部２８の上端部が下側に位置している。このため、作動油は、側面開口部２８を介してピストン油室３６とバルブ油室３８との間を流れることができないか、流れることができたとしてもその流量が僅かな状態となっている。
【００１７】
図２は、図１のバルブ２２が直線移動した状態を示す油圧緩衝器１００の模式図である。このとき、ピストンロッド１２に外力が加わり、ピストン１４が図中の下方向に移動しようとしている。ピストンロッド１２およびピストン１４の下方向の移動は、例えば、油圧緩衝器１００が圧縮される場合に対応する。
ピストン１４が図中の下方向に移動しようとするとき、第２油室３４およびピストン油室３６の内部の作動油はピストン１４により加圧され、第１油室３２およびバルブ油室３８の内部の作動油はピストン１４により減圧される。そうすると、ピストン油室３６の作動油とバルブ油室３８の作動油との間の差圧Ｐ、つまりバルブ２２の前後における差圧Ｐがバルブ２２の底面部２４に加わり、バルブ２２が図中の上方向に押し上げられる。その結果、側面開口部２８の一部が、ピストン油室３６とバルブ油室３８とを連通させる連通孔５０となる。
【００１８】
以上のように、ピストン１４に下方向の力が働いたときに、バルブ２２がピストン１４に対して上方向にｈの距離だけ直線移動することで、第２油室３４に満たされた作動油が、バルブ油室３８、連通孔５０、ピストン油室３６、ポート１６を経て、第１油室３２へ流入する。作動油が連通孔５０を通ることで流動抵抗が発生し、ピストン１４の下方向の移動に対する減衰力が発生する。
【００１９】
図３（ａ）は、図１のバルブ構造を示す斜視図である。バルブ２２の側面部２６には、図示するように、バルブ２２の高さ方向ｈの位置に応じて、バルブ２２の周の方向ｗの開口幅が変化する形状を有する側面開口部２８が設けられる。図３に示す定常ライン７０は、図１の状態におけるピストン１４のピストン上面部５２の水平面の位置を示す。また、変位ライン７２は、図２の状態におけるピストン１４のピストン上面部５２の水平面の位置を示す。
【００２０】
図３（ｂ）は、側面開口部２８の形状を示す模式図である。側面開口部２８は、高さ方向ｈの位置に応じて、開口幅ｗが変化するように曲線７４、７６の曲率が定められている。例えば、定常ライン７０であるｈ＝０の位置での開口幅はｗ０であり、変位ライン７２であるｈ＝ｈ１の位置での開口幅はｗ１となる。
図１の状態のとき、バルブ格納部１８のピストン上面部５２は、定常ライン７０に位置するため、側面開口部２８は定常ライン７０から下、つまり全体が塞がれることとなる。したがって、このときの連通孔５０の開口面積Ｓはゼロとなる。図２の状態のとき、ピストン上面部５２は、変位ライン７２に位置するため、側面開口部２８は変位ライン７２から上の部分が連通孔５０となる。このときの連通孔５０の開口面積Ｓは、斜線部として示すＳ１となる。
【００２１】
図４は、図２の状態におけるバルブ２２前後の連通孔５０を示す模式図である。図４は、図２の油圧緩衝器１００をピストンロッド１２を中心に９０度回転させた油圧緩衝器１００の模式図を示している。バルブ２２の底面部２４に差圧Ｐが加わり、バルブ２２が高さｈ１だけ上昇することで、開口面積Ｓ１の連通孔５０ができる。開口面積Ｓ１の連通孔５０を作動油が通ることで、ピストン１４の速度ｖと開口面積Ｓ１に応じた減衰力が発生する。
【００２２】
一般に、作動油の流路における開口面積Ｓが一定の場合、流動抵抗により発生する減衰力は、ピストン１４の速度ｖの２乗に比例して増加する。一方で、ピストン１４の速度ｖが一定である場合には、減衰力は、開口面積が増大するほど減少する。よって、ピストン１４の速度ｖに応じて、開口面積を所定の値に制御することができれば、速度ｖに応じた所望の減衰力特性を得ることができる。
【００２３】
例えば、図３（ｂ）に示すように、開口幅ｗが開口高さｈの１／２乗に反比例するように曲線７４、７６を設定すると、開口面積Ｓは、開口高さｈの１／２乗に比例することとなる。側面開口部２８をこのような形状に設定すれば、作動油の流動抵抗による減衰力をピストン１４の速度ｖに対して比例する関係とすることができる。
【００２４】
上述の関係は、バルブ２２の底面部２４が受ける圧力に対し、バネ２０の弾性力に応じたバルブ２２の直線移動量が比例するものとし、連通孔５０を通過する作動油がオリフィスの関係式を充足するとして求めることができる。なお、詳細な計算式の説明はここでは省略するものとする。
【００２５】
また、上述の関係が成立するためには、連通孔５０の開口面積Ｓと比較して、第１油室３２と第２油室３４を連通するその他の流路の断面積が十分大きいことが望ましい。具体的に、ピストン１４のポート１６の開口面積や、バルブ開口端３０の開口面積、バルブ格納部１８の開口面積は、連通孔５０の開口面積Ｓと比較して、十分大きく設定する。
【００２６】
以上のように、側面開口部２８の形状を、バルブ２２の直線移動量ｈに対して、開口面積Ｓが１／２乗に比例して増加する形状とすることで、ピストン１４の速度ｖに比例した減衰力特性を得ることができる。また、バルブ２２の直線移動量ｈに対して、開口面積Ｓは連続的に増加することとなるため、特性の異なるバルブ構造のそれぞれが瞬間的に開くとによる微小衝撃力の発生を防ぐことができる。
【００２７】
なお、ピストン１４の側面開口部２８の形状を変更することにより、異なる減衰力特性を持つ油圧緩衝器１００を設計することができる。以下、その変形例について説明する。
【００２８】
図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の変形例に係るバルブの構造を示す斜視図である。
図５（ａ）は、側面開口部２８の開口幅ｗが開口高さｈの１／２乗に比例するような曲線を設定したものである。このとき、作動油の流動抵抗による減衰力をピストン１４の速度ｖの１／２乗に比例する関係とすることができる。また、図５（ｂ）は、側面開口部２８の開口幅ｗが開口高さｈの３／２乗に比例するような曲線を設定したものである。このとき、作動油の流動抵抗による減衰力をピストン１４の速度ｖの１／３乗に比例する関係とすることができる。
【００２９】
以上のように、バルブ２２の側面開口部２８の形状を変化させることで、ピストン１４の速度ｖに応じた減衰力特性を変化させることができる。バルブ２２の側面開口部２８の形状を変更することで、油圧緩衝器１００の減衰力特性を変更することができるため、油圧緩衝器１００の仕様変更に係る設計変更の影響範囲を小さくすることができる。
【００３０】
図６（ａ）、（ｂ）は、本発明の別の変形例に係るバルブの構造を示す斜視図である。
図６（ａ）は、開口幅ｗが開口高さｈの１／２乗に比例するような曲線を設定した側面開口部２８ａと、開口幅ｗが開口高さｈの１／２乗に反比例するような曲線を設定した側面開口部２８ｂを組み合わせたものである。このように、形状の異なる側面開口部２８ａと２８ｂを組み合わせることで、ピストン１４の速度ｖの領域に応じて異なる減衰力特性を持たせることができる。
【００３１】
図６（ｂ）は、開口幅ｗが開口高さｈの１／２乗に比例するような曲線を設定したときの側面開口部と同様の開口面積が得られるように小孔５６を複数設けたものである。このような側面開口部を設けた場合においても、上述の場合と同様、ピストン１４の速度ｖの１／２乗に比例する減衰力特性を得ることができる。
【００３２】
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係る油圧緩衝器２００である。第２の実施形態に係る油圧緩衝器２００は、第１の実施形態と異なり、バルブ２２の代わりにバルブ４２が設けられ、バルブ格納部１８の代わりにバルブ格納部５８が設けられている。その他については、油圧緩衝器１００と同様である。以下、第１の実施形態に係る油圧緩衝器１００と重複する説明については、適宜省略または簡略化して説明する。
【００３３】
バルブ格納部５８は、バルブ格納部１８とは異なり、ピストン油室３６と連通しないようにピストン１４の他端から略円柱形状にくり抜かれて成形される。バルブ格納部５８の底面部６０は、ピストン油室３６の壁面であるピストン上面部５２と背向する。ピストン上面部５２の一部領域には、後述する形状の上面開口部５４が設けられ、上面開口部５４によりピストン油室３６とバルブ油室３８が連通する。
【００３４】
バルブ４２は、直角三角形の底面を有する略三角柱の形状をしている。バルブ４２は、三角柱を構成する第１の側面である上面部４６が、バルブ格納部５８の底面部６０に接し、上面部４６に直交する第２の側面である固定部４８が、バネ２０を介してバルブ格納部５８の側面に固定されるよう配置されている。バルブ４２は、バネ２０によりピストン１４に固定され、ピストン１４に対し図面の左右方向に摺動可能となっている。バルブ４２の固定部４８とバルブ格納部５８で構成されるバネ格納室６２は、作動油が内部に入り込まないようシールがなされている。
【００３５】
図７は、油圧緩衝器のピストンロッド１２に外力が加わっていない状態を示している。このとき、バルブ４２を固定するバネ２０の弾性力により、バルブ２２は、上面開口部５４を上面部４６が塞ぐ位置となっている。このため、作動油は、上面開口部５４を介してピストン油室３６とバルブ油室３８との間を流れることができないか、流れることができたとしてもその流量が僅かな状態となっている。
【００３６】
図８は、図７のバルブ４２が直線移動した状態を示す油圧緩衝器２００の模式図である。
ピストンロッド１２に外力が加わり、ピストン１４が図中の下方向に移動しようとするとき、第２油室３４およびピストン油室３６の内部の作動油はピストン１４により加圧され、第１油室３２およびバルブ油室３８の内部の作動油はピストン１４により減圧される。そうすると、ピストン油室３６の作動油とバルブ油室３８の作動油との間の差圧Ｐ、つまりバルブ４２の前後における差圧Ｐが、バルブ４２の第３の側面である斜面部４４に加わり、バルブ４２は図中の斜め上方向に押し上げられる。バルブ４２の上面部４６は、バルブ格納部５８の底面部６０と接しているため、バルブ４２は図中の上方向には移動できない。その結果、バルブ４２は、図中の右方向に移動することとなる。その結果、上面開口部５４の一部が、ピストン油室３６とバルブ油室３８とを連通させる連通孔５０となる。
【００３７】
以上のように、ピストン１４に下方向の力が働いたときに、バルブ４２がピストン１４に対して右方向にｈの距離だけ直線移動することで、第２油室３４に満たされた作動油が、バルブ油室３８、連通孔５０、ピストン油室３６、ポート１６を経て、第１油室３２へ流入する。そして、作動油が連通孔５０を通ることで流動抵抗が発生し、ピストン１４の下方向の移動に対する減衰力が発生する。
【００３８】
図９（ａ）は、図７の切断面線Ａ−Ａからみた上面開口部５４を示す模式図であり、図９（ｂ）は、図８の切断面線Ｂ−Ｂからみた連通孔５０を示す模式図である。
図９（ａ）に示すように、上面開口部５４は、バルブ４２の可動方向である開口高さｈの方向に対して、開口幅ｗが変化するように設けられており、例えば、開口幅ｗが開口高さｈの１／２乗に反比例するよう設定されている。そのため、図９（ｂ）に示すように、バルブ４２が図中の右方向に距離ｈ１だけ移動すると、連通孔５０の開口面積Ｓは、第１の実施形態と同様、Ｓ１となる。この開口面積Ｓ１の連通孔５０を作動油が通ることで、油圧緩衝器２００には、ピストン１４の速度ｖと開口面積Ｓ１に応じた減衰力が発生する。
【００３９】
図１０（ａ）、（ｂ）は、第２の実施形態の変形例に係るバルブ前後の連通孔を示す模式図である。第１の実施形態と同様、油圧緩衝器２００の上面開口部５４の形状は、求める減衰力の特性に応じて、形状を変化させることができる。
図１０（ａ）は、開口幅ｗが開口高さｈの１／２乗に比例するような曲線を設定したものであり、作動油の流動抵抗による減衰力をピストン１４の速度ｖの１／２乗に比例する関係とすることができる。また、図１０（ｂ）は、側面開口部２８の開口幅ｗが開口高さｈの３／２乗に比例するような曲線を設定したものであり、作動油の流動抵抗による減衰力をピストン１４の速度ｖの１／３乗に比例する関係とすることができる。
【００４０】
以上のように、バルブ４２の直線移動量に応じて所定の関数で連通孔５０の開口面積が増加するような形状を有する上面開口部５４を設けることで、ピストン１４の速度ｖに対して所望の減衰力特性を得ることができる。また、上面開口部５４の形状を変更することにより、異なる減衰力特性を持つ油圧緩衝器２００を設計することができ、仕様変更に係る設計変更の影響範囲を小さくすることができる。
【００４１】
以上、本発明を実施形態にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例を説明する。
【００４２】
実施形態では、側面開口部２８または上面開口部５４の形状として、開口高さｈに対して開口幅ｗが１／２乗に反比例する場合や、１／２乗や３／２乗に比例する場合について説明したが、求める減衰力特性に応じて、その他の形状としてもよい。
【００４３】
実施形態では、油圧緩衝器が圧縮される方向に外力が加わったときに、ピストン１４が図中の下方向に移動する場合を説明したが、油圧緩衝器が伸長される場合の減衰力発生機構として、本発明を適用することも可能である。また、油雑緩衝器の圧縮方向および伸長方向のそれぞれに対して所望の減衰力特性を得るため、本発明の実施形態に係るバルブ構造を複数組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１０…シリンダ、１２…ピストンロッド、１４…ピストン、２２…バルブ、２８…側面開口部、３２…第１油室、３４…第２油室、３６…ピストン油室、３８…バルブ油室、５０…連通孔、１００…油圧緩衝器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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