JP5152500B2 - 流体圧緩衝器 - Google Patents

Description

本発明は、弁機構を有する流体圧緩衝器に関するものである。

例えば、図１または特許文献１に示す鉄道車両用の流体圧緩衝器としてのオイルダンパに採用される従来の弁機構としての圧力制御弁は、図１１及び図１２に示すように、作動流体としての作動油の流入口２０および流出口２１が形成された弁体収容室２２内に摺動自在に収容され、流入口２０を開閉する有底円筒状の弁体７０と、該弁体７０の底部２５ｂの前記流入口２０側の面から突設され、該流入口２０に挿入される截頭円錐状軸部２６の基部周辺に設けられる着座面２７と、弁体７０の円筒部２５ａの内部に配置され、弁体７０を、流入口２０を閉塞する方向に付勢するスプリング２８と、弁体７０の円筒部２５ａの外周壁に軸方向全域に亘って延びると共に周方向に間隔を置いて複数設けられ、弁体収容室２２の内周面を摺動する摺動部３０と、弁体７０の円筒部２５ａの外周壁で隣接する摺動部３０、３０間に設けられ、弁体収容室２２の内周面との間に隙間を形成する凹み部３１が、弁体２５の流入口２０側端部から軸方向全域に亘って延びている。
特開平１１−１３８１５号公報

しかしながら、特許文献１の圧力制御弁では、開弁時には、図１２に示すように、ロッド側油室１０からの作動油が流入口２０から弁体７０の円筒部２５ａの外周壁に設けた各凹み部３１と弁体収容室２２との間の隙間を流動しながら弁体７０が押圧されることで流出口２１へ流通するが、作動油の脈動などにより凹み部３１と弁体収容室２２との間に形成される各隙間には圧力差が発生していると推測され、この圧力差によって弁体７０が弁体収容室２２内で振動して、弁体７０の固有振動数付近の周波数の異音が発生したり、また、弁体７０の自励振動が発生してバルブ開弁速度域内では減衰力が安定しにくいという傾向があった。
なお、図１２に示すように、弁体収容室２２内において、流入口２０の開口方向と、流出口２１の開口方向とが略直交する配置である場合に、上述した傾向が顕著であった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、弁体の振動による異音の発生を抑えると共に、バルブ開弁速度域内での減衰力を安定させる弁機構を有する流体圧緩衝器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、作動流体が封入されたシリンダと、該シリンダ内に摺動可能に嵌装されたピストンと、該ピストンに連結されて前記シリンダから外部に延出されたピストンロッドと、前記シリンダ内の前記ピストンの摺動によって作動流体の流れが生じる流路と、該通路に設けられ前記ピストンの移動に伴って開閉する弁体の開弁動作により前記流路を通過する作動流体の流量を調整する弁機構とを備えてなる流体圧緩衝器において、前記弁機構は、前記作動流体の流入口および流出口が形成された弁体収容室内に摺動自在に収容され、前記弁体収容室の流入口に設けたシート部に着座する着座面を底部に有し前記流入口を開閉する有底筒状の前記弁体と、前記弁体の着座面を前記シート部に押圧して、前記流入口を閉塞する方向に付勢するバネ手段とを有し、前記弁体は、筒部の外周壁に前記弁体の軸方向に延びて形成され前記弁体収容室内を摺動する複数の摺動部と、前記弁体の流入口側端部から軸方向に延びて、前記弁体収容室内と前記筒部の外周壁間に隙間を形成し、前記流出口と対向する凹み部と、前記筒部の内部と外部との圧力差が小さくなるように前記凹み部と前記筒部の内部とを連通する連通路とを有していることを特徴としている。

本発明に係る流体圧緩衝器によれば、弁機構の弁体の振動による異音を抑えると共に、バルブ開弁速度域内での減衰力を安定させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図１〜図１０に基いて詳細に説明する。なお、従来例と同一部材は同一符号を使用して説明する。
本発明の実施の形態に係る弁機構としての圧力制御弁を有する流体圧緩衝器としての油圧緩衝器は、図１に示すように、複筒式横置き油圧緩衝器であり、本油圧緩衝器には、いわゆるバイフロー型ダンパであって、鉄道車両用の台車ヨーダンパとして提供される。

本油圧緩衝器は、図１に示すように、同心に配置した外筒１およびシリンダとしての内筒２の両端を共通の端板３、４により閉鎖して、両者の間を環状のリザーバ５として構成している。なお、説明の便宜のため、以下では図視左側を前側、図視右側を後側としてそれぞれ説明する。

本実施形態において、後側端板４は、外筒１の後端を閉鎖する主蓋部材４ａと、内筒２の後端を閉鎖する副蓋部材４ｂとからなる。ロッドガイドとしての前側端板３の後端面には凹部６が形成されると共に、後側端板４を構成する副蓋部材４ｂの前部には小径蓋部７が形成される。

そして、内筒２は、その前端部を前側端板３の凹部６に底付きとなるまで嵌入させると共に、その後端部を副蓋部材４ｂの小径蓋部７に段部に当接する位置まで嵌入させた状態で前側端板３及び後側端板４に嵌合支持されている。

内筒２には、ピストン８が摺動可能に配設されており、このピストン８に一端が連結されたピストンロッド９の他端部が、前側端板３を液密に挿通して外部へ延ばされている。内筒２内は、ピストン８によってロッド側油室１０と反ロッド側油室１１とに区画されており、これらロッド側油室１０及び反ロッド側油室１１には作動流体としての作動油が封入されている。なお、この作動油はリザーバ５にも部分的に封入されている。ピストン８には、ピストンロッド９の縮み行程時及び伸び行程時にそれぞれ減衰力を発生する調圧弁１２、１３が弁体収容室１２Ａ、１３Ａに配設されている。さらに、後側端板４（副蓋部材４ｂ）には、後側の反ロッド側油室１１内の圧力に応じて開弁し該反ロッド側油室１１内の作動油をリザーバ５の図視下方側領域へ逃がす高圧リリーフ弁１４と、リザーバ５から反ロッド側油室１１への作動油の流通のみを許容する逆止弁１５とが配設されている。

また、前側端板３内には、ロッド側油室１０内の油圧が異常値に達した場合等に開弁され、ロッド側油室１０の作動油をリザーバ５に流動させる弁機構としての圧力制御弁１８が配置される。なお、本実施の形態に係る圧力制御弁１８は後で詳述する。

このような台車ヨーダンパは、そのピストンロッド９の先端部に固設されたブラケット１６と、後側端板４に固設されたブラケット１７とを介して台車と車体との間に横置き状態で取付けられる。なお、ピストンロッド９側のブラケット１６には、ピストンロッド９の周りを覆う筒状カバー１６ａが取付けられている。

次に、本油圧緩衝器の作用を説明する。
すなわち、本油圧緩衝器は、前記したように台車と車体との間に取付けられており、台車と車体とが相対移動すると、ピストンロッド９が伸縮動作する。そして、ピストンロッド９の伸び行程時には、ピストン８に設けた一方の調圧弁１３を経てロッド側油室１０内の作動油が反ロッド側油室１１へ流動し、これに応じて伸び側の減衰力が発生する。この伸び行程時には、ピストンロッド９の退出分の作動油が後側端板４に設けた逆止弁１５を経てリザーバ５から反ロッド側油室１１へ補給される。

一方、ピストンロッド９の縮み行程時には、ピストン８に設けた他方の調圧弁１２を経て反ロッド側油室１１内の作動油がロッド側油室１０へ流動し、これに応じて縮み側の減衰力が発生する。なお、この縮み行程時には、ピストンロッド９の進入分の作動油が後側端板４に設けた高圧リリーフ弁１４を経て反ロッド側油室１１からリザーバ５へ排出され、この際も減衰力が発生する。
なお、上述したように、ロッド側油室１０内の油圧が異常値に達した場合には、圧力制御弁１８が開弁されて、ロッド側油室１０の作動油が圧力制御弁１８を経由してリザーバ５に流動される。

次に、上述した本実施の形態に係る圧力制御弁１８を図１〜図１０に基いて説明する。
本実施の形態に係る圧力制御弁１８は、図１〜図３に示すように、前側端板３に設けた、作動油の流路としての流入口２０および流出口２１を有する弁体収容室２２内に摺動自在に収容され、流入口２０を開閉する有底円筒状の弁体２５と、該弁体２５の外側で流入口２０側に位置する着座面２７と、弁体２５を、流入口２０を閉塞する方向に付勢するスプリング２８と、弁体２５の円筒部２５ａの外周壁に設けられ、弁体収容室２２内を摺動する摺動部３０と、弁体２５の円筒部２５ａの外周壁に設けられ、隣接する摺動部３０間で、弁体２５の流入口２０側端部から軸方向に延びて、弁体収容室２２の内周面との間に隙間を形成する凹み部３１と、該凹み部３１に設けられ、弁体２５の円筒部２５ａの内部と外部とを連通する連通路３２とを備えている。

さらに詳しく本実施の形態に係る圧力制御弁１８を説明すると、図３に示すように、前側端板３に形成される弁体収容室２２は、弁体２５の軸方向（図視で上下方向）に延びる断面円形状の開口部３８と、該開口部３８内に外筒１側から延びる柱状部３３との間に設けられた断面コ字状空間で形成される。弁体収容室２２には、弁体２５の底部２５ｂを臨む面（図視上面）に、流入通路３４を介してロッド側油室１０と連通される流入口２０が形成される。また、弁体収容室２２には、弁体２５の円筒部２５ａの外周壁を臨む面（図視右側周面）で、弁体５の円筒部２５ａの端部を跨ぐように、流出通路３５を介してリザーバ５に連通される流出口２１が形成される。
このように、弁体収容室２２に設けた流入口２０の開口方向と、流出口２１の開口方向とは略直交するように設けられている。なお、弁体収容室２２内の流入口２０周辺にはシート部３６が形成される。

図２及び図３に示すように、弁体２５は、弁体収容室２２内に軸方向に摺動自在に収容され、円筒部２５ａと底部２５ｂとからなる有底円筒状に形成されている。弁体２５の底部２５ｂの流入口２０側の面には、同心で流入口２０に挿入される截頭円錐状軸部２６が突設されている。この截頭円錐状軸部２６の基部周辺に着座部２７が形成され、該着座部２７が弁体収容室２２の流入口２０周辺に設けたシート部３６と当接・離間される。

弁体２５の円筒部２５ａの外周壁には、弁体収容室２２の内周面に沿って摺動する摺動部３０が周方向に間隔を置いて複数形成されると共に、弁体２５の流入口２０側端部から軸方向全域に亘って延びている。摺動部３０の断面形状は、弁体収容室２２の内周面と略同形状（本実施例では円弧状）となっている。また、隣接する摺動部３０、３０間には、弁体２５の流入口２０側端部から軸方向全域に亘って延びる凹み部３１が形成されている。摺動部３０は弁体収容室２２の内周面を摺動するべく円弧状に形成される一方、凹み部３１は摺動部３０に比して弁体収容室２２の内周面との間に隙間を形成するべく内方に凹むように形成されている。
弁体２５の円筒部２５ａの外周壁に設けた各凹み部３１には、その流入口２０側に円筒部２５ａの内部と外部とが連通するように凹み部３１には連通路３２として機能する孔部３７が形成されている。

また、図３に示すように、弁体２５の円筒部２５ａ内で、その底部２５ｂの内面と、柱状部３３の基部周辺の壁面との間に、常時、弁体２５の着座面２７を流入口２０周辺に設けたシート部３６を押圧して、流入口２０を閉塞する方向に付勢するバネ手段としてのスプリング２８が備えられている。

次に、本実施の形態に係る圧力制御弁１８の作用を説明する。
すなわち、ロッド側油室１０内の油圧が異常値に達した際、本実施形態に係る圧力制御弁１８が作動し開弁されると、図３に示すように、弁体２５の截頭円錐状軸部２６の基部周辺に設けられた着座部２７が、スプリング２８の付勢力に抗して弁体収容室２２の流入口２０周辺のシート部３６から離間する。

その結果、ロッド側油室１０内の作動油が、流入通路３４及び流入口２０を経由して弁体２５の円筒部２５ａの外周壁に設けた各凹み部３１に沿って流動すると共に、一部の作動油が各凹み部３１の孔部３７から弁体２５の円筒部２５ａ内部にも流動することで円筒部２５ａの内部と外部の圧力差を小さくしながら、弁体収容室２２の流出口２１及び流出通路３５を経由してリザーバ５に流動される。

以上説明したように本実施の形態に係る圧力制御弁１８では、各凹み部３１に、弁体２５の筒部２５ａの内部と外部とを連通する孔部３７が形成されているので、作動油が弁体収容室２２内に流入されると、その大部分は、弁体２５の各凹み部３１に沿って流動するが、一部の作動油が各凹み部３１の孔部３７から弁体２５の円筒部２５ａ内にも流動することで円筒部２５ａの内部と外部の圧力差が小さくなり、しかも、その際に、作動油の脈動による各凹み部３１間の圧力差がほとんど消失されるものと推測される。

これにより、弁体２５の弁体収容室２２内での振動が抑制されて異音が抑えられ、また、バルブ開弁速度域内で減衰力が安定される。しかも、本実施形態に係る圧力制御弁１８では、弁体２５の各凹み部３１に孔部３７を設けるだけであるので、形状が複雑にならず、従来と略同じコストで性能向上を実現することができる。さらに、従来の弁体２５の円筒部２５ａの摺動部形状は同じであって軸方向の長さが確保されているので、低流量から高流量において弁体にかかる圧力が変化した場合の強度は確保できている。

なお、図２に示す本実施の形態のように、弁体２５の各凹み部３１は、弁体２５の円筒部２５ａの外周壁の周方向に間隔を置いて複数設けることが好ましいが、一つでもよい。また、複数設けた凹み部３１にそれぞれ連通路３２を設ける必要はない。しかも、各凹み部３１それぞれに対して複数の連通路３２を設けてもよい。

連通路３２は、本実施の形態では、図２に示すように、各凹み部３１に孔部３７を設けて構成されているが、図４に示すように、各凹み部３１に流出口２１側を開放するように切り欠いてＵ字状切欠部３７ａを設けて構成してもよい。
ここで、本実施の形態のように、連通路３２は、各凹み部３１の軸方向の配置に対して流入口２０側に寄った位置に配置されることが好ましいが、流出口２１側に寄った配置でもよく、各凹み部３１の軸方向略中央付近に配置してもよい。
また、各凹み部３１は、本実施の形態では、図２に示すように、摺動部３０に比して円弧状で内方に凹むように形成されているが、図５に示すように、摺動部３０に比して平坦状で形成してもよい。これにより凹み部３１の加工が簡素化される。

さらに、各凹み部３１は、本実施の形態では、図２に示すように、弁体２５の流入口２０側端部から軸方向全域に亘って延びるように形成されているが、図６に示すように、各凹み部３１を弁体２５の流入口２０側端部から軸方向に所定長さ（各凹み部３１を流出口２１側端部まで到達させない）で形成し、各凹み部３１に孔部３７を形成してもよい。この形態の場合には、弁体２５の各凹み部３１に沿って流入した全ての作動油が各孔部３７から弁体２５の円筒部２５ａ内に流動して、弁体収容室２２の流出口２１及び流出通路３５を経由してリザーバ５に流動するようになる。

さらにまた、本実施の形態では、図２に示すように、弁体２５の底部２５ｂの流入口２０側の面から截頭円錐状軸部２６が突設されているが、図７に示すように、該截頭円錐状軸部２６を設けず、弁体２５の底部２５ｂの流入口２０側の着座面２７を凹凸のない平坦状に形成してもよい。

さらにまた、本実施の形態では、図２に示すように、弁体２５の底部２５ｂの流入口２０側の面に截頭円錐状軸部２６が突設されているが、図８に示すように、流入口２０に挿入される円柱状軸部４０を突設して、該円柱状軸部４０に軸方向に延びる幅狭のスリット４１を設けてもよい。この形態の場合、開弁されると、作動油が円柱状軸部４０に設けたスリット４１から弁体収容室２２内に流入し、弁体収容室２２の流出口２１及び流出通路３５を経由してリザーバ５に流動するようになる。この形態では、開弁する際、円柱状軸部４０が流入口２０を形成する周壁面にガイドされるために弁体２５の振動をさらに抑制する。
さらにまた、図２に示す本実施の形態に加えて、図９に示すように、弁体２５に設けた截頭円錐状軸部２６内に、弁体２５の円筒部２５ａ内に連通するオリフィス４２を形成してもよい。これにより、減衰力が発生される。

さらに、以上の説明では、本実施の形態に係る圧力制御弁１８が、作動油の流れが正逆の両方向となるバイフロー型ダンパに採用された形態を説明したが、本圧力制御弁１８は、図１０に示すように、後側端板４を構成する副蓋部材４ｂ内に、リザーバ５から反ロッド側油室１１への作動油の流通のみを許容する逆止弁１５が配設されると共に、ピストン８内に、反ロッド側油室１１からロッド側油室１０への作動油の流通のみを許容する逆止弁１５が配設され、さらに、前側端板３内に、ロッド側油室１０内の圧力に応じて開弁し該ロッド側油室１０内の作動油をリザーバ５へ逃がす高圧リリーフ弁１４を備え、作動油の流れが一方向のみとなるいわゆるユニフロー型ダンパに採用することができる。

さらに、本実施の形態では、ロッド側油室１０内の油圧が異常値に達した場合等に開弁され、ロッド側油室１０の作動油をリザーバ５に流動させる圧力制御弁１８で本発明の弁機構を説明したが、ピストン８の弁体収容室１２Ａ、１３Ａに配設した減衰力を発生させる調圧弁１２、１３からなる弁機構に採用してもよく、同様に、後側端板４に設けた、反ロッド側油室１１内の作動油をリザーバ５へ逃がす高圧リリーフ弁１４からなる弁機構に採用してもよい。
さらに、本実施の形態では、鉄道車両用の台車ヨーダンパ（オイルダンパ）で説明したが、車体と台車の左右方向の振動を抑制する左右動ダンパや上下方向の振動を抑制する上下軸ダンパ、および建築物等の振動を抑制するブレスダンパの調圧弁（リリーフ弁）に採用することもできる。

図１は、本発明の実施の形態に係る圧力制御弁を有する油圧緩衝器を示す断面図である。 図２は、図１の油圧緩衝器の圧力制御弁に採用された弁体を示す斜視図である。 図３は、図１の油圧緩衝器の圧力制御弁を拡大して示した断面図である。 図４は、図２の弁体とは別の弁体を示す斜視図である。 図５は、図２及び図４の弁体とは別の弁体を示す斜視図である。 図６は、図２、図４及び図５の弁体とは別の弁体を示す斜視図である。 図７は、図２及び図４〜図６の弁体とは別の弁体を示す斜視図である。 図８は、図２及び図４〜図７の弁体とは別の弁体を示す斜視図である。 図９は、図２及び図４〜図８の弁体とは別の弁体を示す断面図である。 図１０は、本発明の実施の形態に係る圧力制御弁を有する図１とは別の油圧緩衝器を示す断面図である。 図１１は、従来の圧力制御弁に採用された弁体を示す斜視図である。 図１２は、従来の圧力制御弁を拡大して示した断面図である。

符号の説明

２ シリンダ、８ ピストン、９ ピストンロッド、１８ 圧力制御弁、２０ 流入口、２１ 流出口、２２ 弁体収容室、２５ 弁体、２５ａ 円筒部（筒部）、２５ｂ 底部、３６ シート部、２７ 着座面、２８ スプリング（バネ手段）、３０ 摺動部、３１ 凹み部、３２ 連通路

Claims (4)

1. 作動流体が封入されたシリンダと、該シリンダ内に摺動可能に嵌装されたピストンと、該ピストンに連結されて前記シリンダから外部に延出されたピストンロッドと、前記シリンダ内の前記ピストンの摺動によって作動流体の流れが生じる流路と、該通路に設けられ前記ピストンの移動に伴って開閉する弁体の開弁動作により前記流路を通過する作動流体の流量を調整する弁機構とを備えてなる流体圧緩衝器において、
   前記弁機構は、前記作動流体の流入口および流出口が形成された弁体収容室内に摺動自在に収容され、前記弁体収容室の流入口に設けたシート部に着座する着座面を底部に有し前記流入口を開閉する有底筒状の前記弁体と、
   前記弁体の着座面を前記シート部に押圧して、前記流入口を閉塞する方向に付勢するバネ手段とを有し、
   前記弁体は、筒部の外周壁に前記弁体の軸方向に延びて形成され前記弁体収容室内を摺動する複数の摺動部と、
   前記弁体の流入口側端部から軸方向に延びて、前記弁体収容室内と前記筒部の外周壁間に隙間を形成し、前記流出口と対向する凹み部と、
   前記筒部の内部と外部との圧力差が小さくなるように前記凹み部と前記筒部の内部とを連通する連通路とを有していることを特徴とする流体圧緩衝器。
2. 前記シリンダの外周には、一端側が閉塞され、他端側にロッドガイドが設けられた外筒が設けられ、該外筒と前記シリンダの間にはリザーバが設けられており、前記ロッドガイドに、前記流路と、前記弁機構とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の流体圧緩衝器。
3. 前記凹み部は、前記流入口側端部から軸方向に前記流出口側端部まで到達しない所定長さで形成したことを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の流体圧緩衝器。
4. 前記弁体は有底円筒状に形成され、前記摺動部は円弧状で、前記凹み部は平坦状に形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の流体圧緩衝器。

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