JP2010054009A - 緩衝器 - Google Patents

Abstract

【課題】油圧緩衝器において、ディスクバルブを押圧するコイルバネのバネ力を大きくすることなく、減衰力を大きできるようにして、コイルバネの組付性を向上させる。
【解決手段】油液が封入されたシリンダ２内に、ピストンロッド４が連結されたピストン３を挿入する。ピストン３の伸び側及び縮み側油路９、１０に減衰力発生機構Ｄ１、Ｄ２を設けて減衰力を発生させる。減衰力発生機構Ｄ１、Ｄ２は、ディスク１５、２２をバルブスプリング１７、２４によって外側シート部１１、１８及び内側シート部１２、１９に押圧して、その開弁圧力を調整する。内側シート部１２、１９を外側シート部１１、１８近傍に配置して、伸び側及び縮み側油路９、１０の開口部９Ａ、１０Ａを取囲むようにしたことにより、ディスク１５、２２の受圧面積が小さくなるので、バルブスプリング１７、２４のバネ力を大きくすることなく、大きな減衰力を発生させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体圧を利用する緩衝器に関するものである。

一般的に、自動車等の車両の懸架装置に装着される筒型の油圧緩衝器は、油液が封入されたシリンダ内にピストンロッドが連結されたピストンが摺動可能に設けられ、ピストン部にオリフィス及びディスクバルブ等からなる減衰力発生機構が設けられた構造となっている。これにより、ピストンロッドの伸縮に伴うシリンダ内のピストンの摺動によって生じる油液の流れをオリフィス及びディスクバルブによって制御して減衰力を発生させる。

そして、ピストン速度低速域においては、オリフィスによってオリフィス特性（減衰力がピストン速度の２乗にほぼ比例する）の減衰力を発生させ、ピストン速度高速域においては、ディスクバルブが撓んで開弁することにより、バルブ特性（減衰力がピストン速度にほぼ比例する）の減衰力を発生させる。

また、例えば特許文献１に記載されているように、ディスクバルブをコイルバネによってシート部に押圧して、コイルバネのバネ力によってディスクバルブの開弁特性を調整するようにした油圧緩衝器が知られている。
特開平９−２９１９６１号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されているもののように、コイルバネによってディスクバルブを押圧するものでは、次のような問題がある。コイルバネのバネ力を大きくすることによって減衰力を増大させることができるが、この場合、コイルバネの組付時に、大きな圧縮力が必要となるため、組付性が低下することになる。

本発明の目的は、ディスクバルブを押圧するコイルバネのバネ力を大きくすることなく、大きな減衰力を発生させることができる緩衝器を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明は、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挿入されたピストンと、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、前記ピストンの摺動によって流体の流れを生じる流路と、該流路に設けられたディスクを有する減衰力発生機構とを備えた緩衝器において、
前記減衰力発生機構は、前記流路の開口部が設けられたバルブ本体と、前記バルブ本体に設けられ前記流路の開口部の外周に突出された環状の外側シート部と、前記外側シート部の内周部近傍に配置されて前記外側シート部との間で前記流路の開口部を取囲むように突出された内側シート部と、前記外側シート部及び前記内側シート部に着座するディスクと、前記ディスクを前記内側シート部に向かって押圧するコイルバネとを有していることを特徴とする。

本発明に係る緩衝器によれば、ディスクを押圧するコイルバネのバネ力を大きくすることなく、大きな減衰力を発生させることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本実施形態に係る緩衝器の要部であるバルブ本体としてのピストン部分を図１に示し、そのピストンの下端面を図２に示す。図１に示すように、緩衝器１は、自動車のサスペンション装置に装置される筒型の油圧緩衝器であって、作動流体である油液が封入されたシリンダ２（図１には、その内壁を仮想線で示す）内にピストン３が摺動可能に挿入されて、このピストン３によってシリンダ２内がシリンダ上室２Ａとシリンダ下室２Ｂとの２室に分けられている。ピストン３には、ピストンロッド４の一端部が連結され、ピストンロッド４の他端側は、シリンダ２の端部を密封するオイルシール（図示せず）及びピストンロッド４を案内するロッドガイド（図示せず）に挿入、貫通されて外部に延出されている。

シリンダ２の他端部側には、フリーピストン（図示せず）によってガス室が形成されており、ガス室内に封入された高圧ガスの圧縮、膨張によってピストンロッドのストロークに伴なうシリンダ２内の容積変化を許容する。なお、ガス室を形成する代わりに、シリンダ下室２Ｂに、油液及びガスが封入されたリザーバを接続して、シリンダ２内の容積変化を許容するようにしてもよい。

ピストン３は、ピストン半体３Ａ、３Ｂからなる軸方向に２分割された構造となっている。そして、ピストン半体３Ａ、３Ｂを互いに結合し、一方のピストン半体３Ａ側に、略円筒状のバネ受６を当接させ、これらにピストンロッド４の一端部に形成された小径部４Ａを挿入、貫通して、小径部４Ａの先端に、略円筒状のバネ受７を螺着することによって、ピストン３及びバネ受６、７が一体化されてピストンロッド４に連結されている。ピストン３の外周部には、摺動部材であるピストンバンド８が装着されている。

ピストン３には、シリンダ上下室２Ａ、２Ｂ間を連通して油液の流路となる伸び側油路９及び縮み側油路１０が設けられている。伸び側油路９は、ピストン３のシリンダ下室２Ｂ側の端面の半径方向略中央に円形の開口部９Ａを有している。開口部９Ａは、円周方向に沿って等間隔で５つ配置されている。また、伸び側油路９は、ピストン３のシリンダ上室２Ａ側の端面の外周部に長方形の開口部９Ｂを有している。開口部９Ｂは、円周方向に沿って等間隔で反対側の開口部９Ａと同位相で５つ配置されている。なお、伸び側油路９の開口部９Ａ、９Ｂは、図示の例では５つであるが、その数は任意である。

縮み側油路１０は、上記縮み側油路９と同様、ピストン３のシリンダ上室２Ａ側の端面の半径方向略中央に円形の開口部１０Ａを有している。開口部１０Ａは、円周方向に沿って等間隔で５つ配置されている。また、ピストン３のシリンダ下室２Ｂ側の端面の外周部に長方形の開口部１０Ｂを有している。開口部１０Ｂは、円周方向に沿って等間隔で反対側の開口部１０Ａと同位相で５つ配置されている。なお、縮み側油路１０の開口部１０Ａ、１０Ｂは、図示の例では５つであるが、その数は任意である。縮み側油路１０の開口１０Ａ、１０Ｂは、それぞれ伸び側油路９の開口９Ｂ、９Ａの間に配置されている。

伸び側油路９及び縮み側油路１０のそれぞれその油液の流れを制御して減衰力を発生させる減衰力発生機構Ｄ１、Ｄ２が設けられている。
伸び側油路９の減衰力発生機構Ｄ１について次に説明する。図２に示すように、ピストン３のシリンダ下室２Ｂ側の端面には、縮み側油路１０の開口１０Ｂの内周側で、伸び側油路９の５つの開口部９Ａの周囲に環状の外側シート部１１が突出されている。また、外側シート部１１の内周部近傍に環状の内側シート部１２が突出されて、外側シート部１１と内側シート部１２との間に、開口部９Ａに連通する環状溝１３が形成されている。内側シート部１２の外周部は、開口部９Ａと重なる位置にあり、内側シート部１２の外周部には、各開口部９Ａを取囲む略円形の切欠１２Ａが形成されている。これにより、内側シート部１２は、外側シート部１１との間で開口部９Ａを取囲んでいる。また内側シート部１２は、開口部９Ａと重なる位置にあり、外側シート部１１と対向する大径部と、開口部９Ａの最内周に位置する最内周点と対向し、切欠１２Ａのうち最も小径となる小径部がある。ピストン３のシリンダ下室２Ｂ側の端面の中央部には、ピストンロッド４の小径部４Ａが挿入される円筒状の案内部１４が突出されている。

ピストン３の外側シート部１１及び内側シート部１２には、単一又は複数積層された円板状のディスク１５が着座している。ディスク１５は、中央部にピストン３の案内部１４が挿入される開口を有しており、案内部１４によって軸方向に摺動可能に案内されている。一端部外周にフランジ部１６Ａを有する円筒状の可動バネ受１６が案内部１４に嵌合されて案内部１４によって軸方向に摺動可能に案内されており、フランジ部１６Ａがディスク１５に当接している。ピストンロッド４の小径部４Ａに螺着されたバネ受７の一端部外周には、フランジ部７Ａが形成され、このフランジ部７Ａと可動バネ受１６のフランジ部１６Ａとの間にバルブスプリング１７が介装されている。バルブスプリング１７は、圧縮コイルバネであり、ディスク１５を所定のセット荷重をもって外側シート部１１及び内側シート部１２に押圧している。外側シート部１１に着座するディスク１５の外周部には、環状溝１３とシリンダ下室２Ｂとを常時連通させる切欠状のオリフィス１５Ａが形成されている。

縮み側油路１０の減衰力発生機構Ｄ２について次に説明する。ピストン３のシリンダ下室２Ｂ側の端面には、上述のシリンダ上室２Ａ側の端面と略同様に、伸び側油路１０の開口９Ｂの内周側で、縮み側油路１０の５つの開口部１０Ａの周囲に環状の外側シート部１８が突出されている。また、外側シート部１８の内周部近傍に環状の内側シート部１９が突出されて、外側シート部１８と内側シート部１９との間に、開口部１０Ａに連通する環状溝２０が形成されている。内側シート部１９の外周部は、開口部１０Ａと重なる位置にあり、内側シート部１９の外周部には、各開口部１０Ａの周囲を取囲む略円形の切欠１９Ａが形成されている。これにより、内側シート部１９は、外側シート部１８との間で開口部１０Ａを取囲んでいる。ピストン３のシリンダ上室２Ａ側の端面の中央部には、ピストンロッド４の小径部４Ａが挿入される円筒状の案内部２１が突出されている。

ピストン３の外側シート部１１及び内側シート部１２には、単一又は複数積層された円板状のディスク２２が着座している。ディスク２２は、中央部にピストン３の案内部２１が挿入される開口を有しており、案内部２１によって軸方向に摺動可能に案内されている。一端部外周にフランジ部２３Ａを有する円筒状の可動バネ受２３が案内部２１に嵌合されて案内部２１によって軸方向に摺動可能に案内されており、フランジ部２３Ａがディスク２２に当接している。ピストンロッド４の小径部４Ａが挿入されたバネ受６の一端部外周には、フランジ部６Ａが形成され、このフランジ部６Ａと可動バネ受２３のフランジ部２３Ａとの間にバルブスプリング２４が介装されている。バルブスプリング２４は、圧縮コイルバネであり、ディスク２２を所定のセット荷重をもって外側シート部１８及び内側シート部１９に押圧している。外側シート部１８に着座するディスク２２の外周部には、環状溝２０とシリンダ上室２Ａとを常時連通させる切欠状のオリフィス２２Ａが形成されている。

以上のように構成した本実施形態の作用について次に説明する。
ピストンロッド４の伸び行程時には、シリンダ２内のピストン３の摺動によって、シリンダ上室２Ａ側の油液が加圧されて、主に伸び側油路９を通ってシリンダ下室２Ｂ側に流れ、減衰力発生機構Ｄ１のオリフィス１５Ａ及びディスク１５によって減衰力が発生する。なお、一部の油液は、縮み側油路１０に設けられたオリフィス２２Ａを流通する。

これにより、ピストン速度低速域においては、オリフィス１５Ａ、２２Ａにより、オリフィス特性（減衰力がピストン速度の２乗に略比例する）の減衰力が発生する。ピストン速度の上昇により、シリンダ上室２Ａ側の圧力が上昇してディスク１５の開弁圧力に達すると、バルブスプリング１７のバネ力に抗してディスク１５が開弁して流路面積が拡大し、その開度に応じたバルブ特性（減衰力がピストン速度に略比例する）の減衰力が発生する。

また、ピストンロッド４の縮み行程時には、シリンダ２内のピストン３の摺動によって、シリンダ下室２Ｂ側の油液が加圧されて、主に縮み側油路１０を通ってシリンダ上室２Ａ側に流れ、減衰力発生機構Ｄ２のオリフィス２２Ａ及びディスク２２によって減衰力が発生する。なお、一部の油液は、伸び側油路９に設けられたオリフィス１５Ａを流通する。

これにより、ピストン速度低速域においては、オリフィス１５Ａ、２２Ａにより、オリフィス特性の減衰力が発生する。ピストン速度の上昇により、シリンダ下室２Ｂ側の圧力が上昇してディスク２２の開弁圧力に達すると、バルブスプリング２４のバネ力に抗してディスク２２が開弁して流路面積が拡大し、その開度に応じたバルブ特性の減衰力が発生する。

伸び側及び縮み側の減衰力特性を図５に示す。図５において、実線（１Ａ）は、ピストン速度低速域のオリフィス特性を示し、実線（１Ｂ）は、ピストン速度が上昇してディスバルブ１５、２２が開弁した後のバルブ特性を示している。

外側シート部１１、１８の近傍に内側シート部１２、１９を配置したことにより、これらに着座するディスク１５、２２が流体圧を受承する受圧面積が充分小さくなるので、バルブスプリング１７、２４のバネ力を大きくすることなく、ディスク１５、２２の開弁圧力を高めて、ピストン速度高速域の減衰力を大きくすることができる。その結果、バルブスプリング１７、２４を容易に圧縮することができ、これらの組付性を向上させることができる。

また、外側シート部１１、１８と内側シート部１２、１９との間に環状溝１３、２０を形成したことにより、ディスク１５、２２の外周部に形成した切欠状のオリフィス１５Ａ、２２Ａは、円周方向のいずれの位置に配置しても、必ず環状溝１３、２０に連通することになるので、ディスク１５、２２を組付ける際に、円周方向の位置決めが不要であり、組付性を高めることができる。

次に、上記実施形態の変形例について、図３及び図５を参照して説明する。なお、上記実施形態に対して、同様の部分には同一の符号を付して異なる部分についてのみ詳細に説明する。

図３は、伸び側の減衰力発生機構Ｄ１の部分を拡大したものであり、図３に示すように、本変形例では、ディスク１５と可動バネ受１６のフランジ部１６Ａとの間に、ディスク１５の内周部を支持する小径のリテーナ２５が介装されている。また、縮み側の減衰力発生機構Ｄ２についても、ほぼ同様に、ディスク２２と可動バネ受２３のフランジ部２３Ａとの間に小径のリテーナ（図示せず）が介装されている。また、外側シート部１１と内側シート部１２の間に段差を設けてあり、外側シート部１１の軸方向高さは、内側シート部１２の軸方向高さよりも大きくなっている。

これにより、ディスク１５、２２は、開弁する際、先ず、リテーナ２５を支点として撓んで外側シート部１１、１８からリフトし、その後、油液の圧力の上昇により、バルブスプリング１７、２４のバネ力に抗して内側シート部１２、１９からリフトして流路を拡大する。その結果、減衰力特性は、図５に示すように、ピストン速度低速域においては、破線（２Ａ）で示すオリフィス１５Ａ、２２Ａによるオリフィス特性となり、ピストン速度中速域においては、リテーナ２５を支点するディスク１５、２２の撓みにより、破線（２Ｂ）で示すバルブ特性（傾き大）となり、ピストン速度高速域においては、バルブスプリング１７、２４の圧縮により、破線（２Ｃ）で示すバルブ特性（傾き小）となる。

この場合、リテーナ２５の外径を変化させることにより、ディスク１５、２２が撓む際の支点の位置が変化するので、これにより、図５に示すように、ピストン速度中速域及び高速域の減衰力特性を破線（２Ｂ）、（２Ｃ）〜（２Ｂ´）、（２Ｃ´）の範囲で変化させることができる。これは、ディスク１５、２２が撓む際の支点となるリテーナ２５の外径よりも外周の部分では、ピストン３とディスク１５、２２の間に隙間ができて受圧面積が大きくなるので、減衰力が低くなるためである。よって、リテーナ２５の外径が内側シート部の小径部と同径の場合は（２Ｂ´）、（２Ｃ´）の特性になり、リテーナの外径が小径部よりも小径の場合には、（２Ｂ）、（２Ｃ）の特性になる。

上述の実施形態において、図４に示すように、内側シート部１２、１９の外周部を外側シート部１１、１８と一体化して環状溝１３、２０を省略してもよい（図４には、伸び側の外側シート部１１、内側シート部１２及び環状溝１３のみが示されている）。この場合、ディスク１５、２２の外周部に設けられた切欠状のオリフィス１５Ａ、２２Ａを内側シート部１２、１９の外周部の切欠１２Ａ、１９Ａに連通させる必要があるので（図４には、伸び側の内側シート部１２の切欠１２Ａのみが示されている）、ディスク１５、２２の組付時に円周方向の位置決めが必要となる。

なお、上記実施形態では、伸び側及び縮み側共に、本発明に係るディスクバルブ構造が適用されているが、これらは、いずれか一方を通常のディスクバルブ構造としてもよい。また、このディスクバルブ構造は、ピストン部に設けられているが、ベースバルブの減衰力発生機構や、その他の油液の通路となる箇所に設けることもできる。しかし、減衰力がより必要な伸び側、つまりピストン部に用いるほうが、縮み側、つまりベースバルブに用いるよりも本発明の効果をより発揮することができる。さらに、上記実施形態では、油液の流れを制御することによって減衰力を発生させる油圧緩衝器について説明しているが、本発明は、これに限らず、ガス等の他の流体の流れを制御して減衰力を発生させる緩衝器にも適用することができるが、減衰力特性の安定性の観点から、油液を用いたものが、より望ましい。

本発明の一実施形態に係る油圧緩衝器の要部を拡大して示す縦断面図である。 図１に示す緩衝器のピストンの下面図である。 図１に示す緩衝器の変形例の要部である伸び側のディスクバルブ部分を拡大して示す縦断面図である。 図１に示す緩衝器の他の変形例のピストンの下面図である。 図１乃至３に示す緩衝器の減衰力特性を示すグラフ図である。

符号の説明

１ 緩衝器、２ シリンダ、３ ピストン、４ ピストンロッド、９伸び側油路（流路）、９Ａ 開口部、１１ 外側シート部、１２ 内側シート部、１７ バルブスプリング（コイルバネ）、Ｄ１ 減衰力発生機構

Claims (6)

1. 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挿入されたピストンと、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、前記ピストンの摺動によって流体の流れを生じる流路と、該流路に設けられたディスクを有する減衰力発生機構とを備えた緩衝器において、
   前記減衰力発生機構は、前記流路の開口部が設けられたバルブ本体と、前記バルブ本体に設けられ前記流路の開口部の外周に突出された環状の外側シート部と、前記外側シート部の内周部近傍に配置されて前記外側シート部との間で前記流路の開口部を取囲むように突出された内側シート部と、前記外側シート部及び前記内側シート部に着座するディスクと、前記ディスクを前記内側シート部に向かって押圧するコイルバネとを有していることを特徴とする緩衝器。
2. 前記外側シート部のほぼ全周にわたって前記内側シート部との間に環状溝が形成され、前記ディスクの外周部に前記環状溝に連通する切欠状のオリフィスが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の緩衝器。
3. 前記ディスクと前記コイルバネとの間に、前記ディスクの内周部を支持するリテーナが介装されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の緩衝器。
4. 前記外側シート部の軸方向高さは前記内側シート部の軸方向高さよりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の緩衝器。
5. 前記内側シート部は、前記外側シート部と対向する大径部と前記開口部の最内周に位置する最内周点と対向する小径部とを有し、前記リテーナは、前記小径部と同径とすることを特徴とする請求項３又は４に記載の緩衝器。
6. 前記内側シート部は、前記外側シート部と対向する大径部と前記開口部の最内周に位置する最内周点と対向する小径部とを有し、前記リテーナは、前記小径部よりも小径とすることを特徴とする請求項３又は４に記載の緩衝器。

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