CN110701233A - 倒立构造的振动衰减装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种振动衰减装置，其为低摩擦性的倒立构造，在工作缸与外筒之间设有低摩擦性润滑油及低摩擦性套筒。该倒立构造的振动衰减装置的特征在于，包括：工作缸(11)；能够进出所述工作缸内的杆(13)；外筒(12)，其与杆(13)连结并插入在工作缸(11)的外周；以及套筒(22)，其滑动自如地插入在外筒(12)与工作缸(11)之间，在外筒(12)与工作缸(11)之间填充有润滑油(23)，套筒(22)含有聚四氟乙烯和全氟烷氧基烷烃，润滑油(23)含有有机钼添加剂。

Description

倒立构造的振动衰减装置
技术领域
本发明涉及倒立构造的振动衰减装置。
背景技术
以往的正立构造的振动衰减装置(衰减装置)存在施加于振动衰减装置的横向力在其工作缸内由作为活塞的杆承受而该杆容易变形的问题。但是，若为了提高杆的刚性而使杆直径越大，则振动衰减装置中产生的摩擦力越大，另外，杆的反力也增大。由此，在将杆直径大的振动衰减装置用作例如车辆等的减震器的情况下，从减震器的上顶增大等而车辆等的乘坐舒适性恶化。因此很难同时实现正立构造的振动衰减装置的衰减性和刚性。
为了应对这样的问题，已知一种倒立构造的振动衰减装置，其使振动衰减装置倒立，将外筒插入在工作缸的周围，使外筒与杆连结，使杆与外筒一起作为活塞。倒立构造的振动衰减装置能够利用外筒承受横向力，因此无需增大杆直径，能够实现高刚性。
倒立构造的振动衰减装置与仅杆在工作缸内进出的正立构造的振动衰减装置相比，容易利用工作缸与外筒间的轴承部增大摩擦力。此外，倒立构造的振动衰减装置限定为单筒型，因此与双筒型的振动衰减装置相比，气体室的反弹力上升。由于这样的反弹力上升，倒立构造的振动衰减装置内部的油容易热膨胀，在用作例如车辆等的减震器的情况下，容易导致车辆高度受温度影响而变化。
需要解决由这样的倒立构造引起的摩擦力增大的各种要因的倒立构造的振动衰减装置。
作为减小振动衰减装置摩擦力的技术，已知以下方案。
专利文献1中公开了一种倒立构造的振动衰减装置，其设置多个油封，以防止工作缸与外筒间的润滑油从油封通过落下而干涸，实现工作缸与外筒的顺畅的相对移动。
专利文献2中公开了的一种技术，其在轴承部使用的套筒的摩擦滑动面中使用含有聚四氟乙烯树脂等树脂组合物，实现优异的低摩擦性。
专利文献3公开了通过含有50至2000ppm钼的带有C8～23烯烃基的MoDTC来实现优良低磨损性和低摩擦性的润滑油组成物。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利5308938号公报
专利文献2：日本特开2017-190870号公报
专利文献3：日本特开平6-336592号公报
发明内容
以往如上所述研究了振动衰减装置的低摩擦化，但还不能说充分实现了摩擦力容易增加的倒立构造的振动衰减装置的低摩擦化。
因此，本发明的课题在于提供一种低摩擦性的倒立构造的振动衰减装置。
本发明的发明人深入研究了减小倒立构造的振动衰减装置的摩擦力的技术。其结果发现，在倒立构造的振动装置中，一半以上的摩擦力发生在工作缸与外筒间的轴承部，通过使轴承部实现低摩擦化，能够显著降低倒立构造的衰减装置产生的摩擦力。
技术方案1的发明为一种倒立构造的振动衰减装置，其特征在于，包括：工作缸；能够进出所述工作缸内的杆；外筒，其与所述杆连结并插入在所述工作缸的外周；以及套筒，其滑动自如地插入在所述外筒与所述工作缸之间，在所述外筒与所述工作缸之间填充有润滑油，所述套筒含有聚四氟乙烯和全氟烷氧基烷烃，所述润滑油含有有机钼添加剂。
发明的效果
根据本发明，能够提供低摩擦性的倒立构造的振动衰减装置。
附图说明
图1是显示倒立构造的振动衰减装置的概略构造的剖视图。
图2是将倒立构造的振动衰减装置的轴承部放大的剖视图。
图3是表示添加物的变更对润滑油的摩擦力的影响的图表。
图4是测量添加物的变更对润滑油的摩擦力的影响的装置的概要图。
图5是表示有机钼添加剂的添加量的变更对润滑油的摩擦力的影响的图表。
图6是将高度方向上侧的套筒承受的载荷与高度方向下侧的套筒承受的载荷进行对比的图表。
图7是表示实施例与对比例的施加于振动衰减装置的横向力与摩擦力间的关系的图表。
图8是在振动衰减装置的使用时施加横向力一侧的高度比其相反一侧的高度高的斜切圆筒状的套筒的概略图。
附图标记说明
10 振动衰减装置
11 工作缸
12 外筒
13 杆
14 第1液室
15 第2液室
16 活塞
17 高压气体室
18 自由活塞
20 轴承部
21、21a、21b 油封
22、22a、22b、22c 套筒
23 润滑油
具体实施方式
接下来说明本发明实施方式的倒立构造的振动衰减装置。以下在对振动衰减装置的整体构成进行了说明后，对该振动衰减装置使用的润滑油和套筒进行说明。
需要说明的是，本发明不限定于以下实施方式。
<振动衰减装置的构成>
图1是表示本发明实施方式的倒立构造的振动衰减装置10的概略构造的剖视图。振动衰减装置10为搭载于车辆的单筒式(mono tube type)倒立构造的减震器。
该振动衰减装置10包括大致圆筒状的工作缸11和插入在该工作缸11周围的大致圆筒状的外筒12。在工作缸11内密封有工作缸内油，且穿插有杆13。外筒12与杆13连结，外筒12与杆13成为一体，沿工作缸11的轴心方向(长尺寸方向)自如滑动。
活塞16安装在杆13的顶端，将工作缸11内划分为第1液室14和第2液室15。活塞16具有连通孔(活塞阀)，工作缸内油从该连通孔通过，使由振动衰减装置10承受的振动衰减。自由活塞18将工作缸11内划分为第2液室15和高压气体室17。
工作缸11与外筒12之间的轴承部20在其上下具有大致环状的油封21(油封21、油封21b)。高度方向上侧的油封21a和高度方向下侧的油封21b在中间密封有润滑油23。在工作缸12的上侧缘和油封21a之上设置有防尘环24，防止灰尘进入外筒12内。
套筒22(套筒22a、套筒22b)由摩擦系数低的材料形成为大致圆筒状，在油封21a与油封21b之间滑动自如地保持工作缸11。
并且，在图1中作为例子设有套筒22a、套筒22b这样的多个套筒22，但套筒22具有一个以上即可。但是，如图1所示，优选设有多个套筒22。在仅设有一个套筒22a的情况下，优选设置在轴承部20的高度方向上侧。关于设置多个套筒22的优点及对套筒22的位置进行调整的优点，在后述关于套筒的说明中予以说明。
通过设为这样的构成，能够用外筒12承受作用于振动衰减装置10的横向力，提高振动衰减装置10的刚性。
图2是将本发明实施方式的振动衰减装置10的轴承部20放大了的剖视图。并且，图2的长度方向的比例尺与图1不同，但构造是相同的。
在工作缸11与外筒12之间的轴承部20中填充有润滑油23，实现工作缸11与外筒12的顺畅滑动。
<润滑油>
本发明的发明人对于倒立构造的振动衰减装置的摩擦力增大的原因进行了研究。如前所述，倒立构造的振动衰减装置是使正立构造的振动衰减装置倒立并在周围插入外筒的构造。针对汽车所使用的现有的支柱减震器，本发明的发明人对仅为正立构造的装置、使正立构造具有外筒和与外筒的设置相伴的构造的装置、以及使正立构造具有外筒、防尘环和与外筒及防尘环的设置相伴的构造的装置这三种装置，在频率0.005Hz、振幅±5mm的条件下进行了摩擦力评价试验。其结果，仅为正立构造的装置产生的摩擦力为85.4N，若该正立构造带外筒，则摩擦力增加122.6N，若进一步增加防尘环，则摩擦力增加17.8N。即，发现在带有外筒和防尘环的倒立构造的振动衰减装置整体的摩擦力225.8N中，其一半以上的122.6N由轴承部产生。
由此，本发明的发明人等为了减小轴承部20处的摩擦力，关于构成轴承部20的套筒22与润滑油23间的摩擦力减小进行了研究。
首先说明润滑油23的低摩擦化。本发明的发明人研究了通过使润滑油23含有添加剂来实现润滑油23的低摩擦化。
图3中示出表示添加物的变更对润滑油的摩擦力的影响的图表，图4中示出测量添加物的变更对润滑油的摩擦力的影响的装置的概要图。
具体的评价方法如下所述。
在板状金属的表面涂布由聚四氟乙烯(PTFE)85质量％和全氟烷氧基烷烃(PFA)15质量％混合而成的树脂，制成导引金属31。通过将该导引金属31浸入大约25ml润滑油的油槽中，并将实施了镀铬的圆柱状的杆32放置在该导引金属31上，制作摩擦力评价用装置。杆32与现有的倒立构造的振动衰减装置的活塞杆相同，因此，在该装置中，导引金属31与杆32摩擦滑动的面始终处于润滑油中。
作为上述润滑油，准备现有的仅为减震器油的油、在现有的减震器油中添加了现有的胺添加剂的油、在现有的减震器油中作为有机钼添加剂添加了二硫代氨基甲酸钼(MoDTC)的油这三种，制作润滑油不同的三种摩擦力评价用装置。
各摩擦力评价用装置中的导引金属31的宽度为10±1.5mm。
在摩擦力评价用装置中，针对杆32从上向下即朝向图4的上侧箭头所指的方向施加恒定载荷。该载荷与施加于振动衰减装置的横向力相当。
维持加载状态，每一小时测量一次使导引金属31沿长尺寸方向即图4的下侧箭头所指的方向持续往复运动(滑动)时产生的摩擦力。
滑动的移动量设为例如以起点为中央的±10mm，频率设为例如2Hz(120rpm/min)。作为测量的一例，分别在载荷24N(面载荷9MPa)及载荷70N(面载荷15MPa)下进行。
图3的纵轴表示摩擦力，横轴表示滑动持续时间。实线表示“在载荷24N下测量到的数据”，虚线表示“在载荷70N下测量到的数据”。另外，圆点表示仅为现有减震器油的润滑油的数据，方形的点表示在现有减震器油中添加了胺添加剂的润滑油的数据，三角形的点表示在现有减震器油中添加了有机钼添加剂的数据。
从图3的“在载荷24N下测量到的数据”与“在载荷70N下测量到的数据”的对比可知，载荷越大则摩擦力越大。从图3的结果可知，向油中添加二硫代氨基甲酸钼，在载荷24N下，摩擦力的减小效果很小，在载荷70N下，摩擦力显著减小。
需要实现摩擦力减小的情况是摩擦力增大的高载荷。因此，润滑油23使用在载荷70N下摩擦力显著减小的含有有机钼添加剂的油。
关于载荷增大时基于二硫代氨基甲酸钼的摩擦力减小效果提高的机制认为如下。
二硫代氨基甲酸钼伴随压力/载荷的增加而生成含有二硫化钼(MoS2)的表面覆膜。二硫化钼为以硫黄夹持钼的叠层的层状结晶构造。钼与硫黄的结合牢固，而使所述层之间相连的硫黄彼此间的结合弱，所述层之间在剪切力的作用下容易滑动，因此二硫化钼的摩擦系数低。
由此认为二硫代氨基甲酸钼在高载荷下生成含有摩擦系数低的二硫化钼的表面覆膜，使摩擦力减小。
除了二硫代氨基甲酸钼以外，作为润滑油的添加剂能够使用具有与二硫代氨基甲酸钼相同效果的有机钼添加剂。但是，在各种有机钼添加剂中，出于分子中不含磷(P)及避免耐久性恶化等理由，优选二硫代氨基甲酸钼。
继而，发明人研究了能够通过添加到油中减小其摩擦力的有机钼添加剂的最优添加量。
图5是表示有机钼添加剂的添加量的变更对润滑油的摩擦力的影响的图表。图5的纵轴表示摩擦力，横轴表示滑动持续时间。另外，三角形的点表示未添加有机钼添加剂的数据，方形的点表示添加了700ppm有机钼添加剂的数据，空心圆的点表示添加了1000ppm有机钼添加剂的数据，实心圆的点表示添加了2000ppm有机钼添加剂的数据。
具体的测量方法如下。
作为有机钼添加剂使用二硫代氨基甲酸钼(MoDTC)，作为油使用MRF(Magneto-Rheological Fluid：磁流变液)油(LORD公司制、型号126CD)。作为润滑油制成以下四种：仅为126CD的油；在126CD中添加了700ppm MoDTC的油；在126CD中添加了1000ppm MoDTC的油；和在126CD中添加了2000ppm MoDTC的油。
使用这四种的滑油，制作四种与图4相同的实验装置，以与图4的测量相同的方法，施加70N载荷进行测量。从其结果可知，若在油中添加700至2000ppm有机钼添加剂，则与未添加有机钼添加剂的油相比，摩擦力减小，添加有1000ppm有机钼添加剂时摩擦力最小。
如上所述，向润滑油23添加的有机钼添加剂的添加量优选700至2000ppm，进一步优选900至1300ppm。
<套筒>
接下来说明套筒22的低摩擦化。
本发明的发明人关于套筒的材质对倒立构造的振动衰减装置中的摩擦力的影响进行了研究。
制作现有套筒和改良套筒的两种套筒，其中，现有套筒含有聚四氟乙烯(PTFE)70质量％和作为其他主要成分的氟化钙(CaF2)和三氧化二铁(Fe2O3)，改良套筒含有聚四氟乙烯85质量％和全氟烷氧基烷烃(PFA)15质量％，制作分别使用两种套筒的倒立构造的振动衰减装置。两种套筒的尺寸为例如内径40mm、外径44mm、高度20mm。
另外，两种振动衰减装置的套筒间的距离基于杆直径等的设计观点设定，设为例如115mm。并且，两种振动衰减装置的除了套筒以外的构成相同。
为了对两种振动衰减装置产生的摩擦力进行对比而进行了减震器单元试验。此处所称的减震器单元试验为，在减震器的上下两侧设置夹具，一边沿与减震器的轴向垂直的方向施加横向力一边使活塞杆上下运动，测量减震器产生的摩擦力。以下的减震器单元试验均是指这样的试验方法。
作为一例，在频率0.005Hz、振幅±5mm、横向力0N的条件下，对各倒立构造的衰减装置进行减震器单元试验。测量的结果可知，使用现有套筒的振动衰减装置产生的摩擦力为208.9N，使用改良套筒的振动衰减装置产生的摩擦力为199.9N。在无横向力的状态下，通过改良套筒使振动衰减装置的摩擦力减小了大约9N。由此，使构成倒立构造的振动衰减装置10的轴承部20的套筒22含有聚四氟乙烯和全氟烷氧基烷烃。
如上所述，认为若能够通过润滑油23和/或套筒22的改良减小摩擦力，则不仅能够实现工作缸11与外筒12间的顺畅滑动，还能够减小套筒22的磨损。
为了验证基于摩擦力减小的套筒22的磨损减小效果，将改良套筒和具有与上述的现有套筒相同等级耐磨损度的套筒分别浸入油槽中并与金属接触，施加高载荷，进行4个小时的滑动试验。在滑动试验后使用接触式表面粗糙度计测量各套筒表面的粗糙度。需要说明的是，所谓接触式表面粗糙度计，是指以检测器的触针的顶端跟踪试件的表面，电子检测触针的上下运动的仪器。在滑动试验后将滑动面与没有滑动过的面进行对比，计算平均磨损深度，其结果为，现有套筒的平均磨损深度为11μm，改良套筒的平均磨损深度为4μm。能够确认含有聚四氟乙烯和全氟烷氧基烷烃的套筒的耐磨损性提高。
如上所述，在作为润滑油23使用添加了有机钼添加剂的油、作为套筒22使用含有聚四氟乙烯和全氟烷氧基烷烃的套筒以使摩擦力减小的振动衰减装置中，不易发生套筒的磨损。因此，在这样的振动衰减装置中，能够使套筒的面载荷增大，因此能够通过减小套筒的摩擦滑动面进一步减小摩擦力。
在此考虑轴承部20使用多个套筒22的情况。如上述的图3所示，摩擦力根据载荷(横向力)的大小而变化。认为若由于振动衰减装置10承受的横向力而施加于轴承部20的载荷根据轴承部20内的上下方向的位置而不同，则套筒22的磨损程度会根据位于轴承部20内的何处而不同。对于位于不易磨损位置的套筒22，能够减小摩擦滑动面以进一步减小摩擦力。
因此，本发明的发明人关于设有多个套筒22情况下的各套筒22的摩擦滑动面的大小调整进行了研究。
本发明的发明人制作了设有高度方向上侧的套筒22a和高度方向下侧的套筒22b的振动衰减装置10的模型。通过CAE(Computer Aided Engineering：计算机辅助工程)，分别对与振动衰减装置10承受的载荷的变化相伴的套筒22a、套筒22b承受的面载荷的变化进行了解析和对比。测量对象的套筒22a、套筒22b均设为大致圆筒状，其尺寸为例如内径40mm、外径44mm、高度20mm，振动衰减装置10的套筒间的距离为例如115mm。测量结果如下。
图6是将高度方向上侧的套筒22a承受的载荷与高度方向下侧的套筒22b承受的载荷进行对比的图表。横轴表示作用于振动衰减装置10的横向力，纵轴表示作用于套筒22。方形的点表示上侧的套筒22a的数据，三角形的点表示下侧的套筒22b的数据。
根据图6可知，上侧的套筒22a承受正载荷，下侧的套筒22b承受负载荷，上下套筒承受的载荷相反。另外，测量套筒22中的载荷分布，则套筒22a的载荷分布偏向作用有横向力一侧的缘部分，而套筒22b的载荷分布则为整个套筒22b相同。由此可以说，在下侧的套筒22b中，由于不易承受载荷且其载荷分散，因此局部承受过大面载荷而磨损的风险较低。
根据以上所述可知，在振动衰减装置10设有两个以上套筒22的情况下，在即使振动衰减装置10作用有横向力也不易承受载荷的下侧的套筒22中，能够减小摩擦滑动面的面积。能够通过与上侧的套筒22相比减小下侧的套筒22来减小套筒22产生的摩擦力，以减小轴承部20产生的摩擦力。
如上所述，在振动衰减装置10中设有多个套筒22的情况下，优选与高度方向上侧的套筒22相比减小高度方向下侧的套筒22的摩擦滑动面的面积。根据这样的构成，能够利用多个套筒22稳定地保持工作缸11，并减小轴承部20产生的摩擦力。
并且，从进一步减小摩擦力的角度，还优选省掉不易承受载荷的下侧的套筒22，在承受较大载荷的轴承部20的上侧且在油封21a的正下方仅配置一个套筒22。
另外，若在振动衰减装置10的使用时施加横向力方向被限定，则在横向力的作用下施加于套筒22的面载荷增加一侧也被限定。由此，优选按照套筒22的面载荷增加一侧的摩擦滑动面的面积较大，而其相反一侧的摩擦滑动面的面积较小的方式，将套筒22设为斜切圆筒状。
图8中示出振动衰减装置10使用时施加横向力一侧的高度高于其相反一侧的高度的斜切圆筒状的套筒22c的概略图。图8的箭头表示施加于振动衰减装置10的横向力的方向。即，在套筒22c中，如箭头所示，施加较大载荷一侧的面的高度高于其相反一侧的高度。
通过如套筒22c所示设定为使面载荷增加一侧的摩擦滑动面的面积增大，从而能够确保套筒22的必要刚性。另一方面，通过设定为使相反一侧的摩擦滑动面的面积减小，从而能够降低套筒22的面载荷以减小摩擦力。关于该摩擦力的减小机制认为如下。即，在物体的表面存在微观上的凹凸。在两个物体的表面接触时，实际接触的是该微观上的凸部(实际接触部)，微小区域中的摩擦力能够以“构成物体的材料的剪切强度”与“实际接触部的面积”的乘积表示。由此，若如套筒22c所示减少摩擦滑动面的面积以减少实际接触部的面积，则能够减小微小区域产生的摩擦力。推测套筒22c是按照这种方式减小摩擦力的。
若按照上述方式将套筒22设为施加横向力一侧的高度高于其相反一侧的高度的斜切圆筒状，则能够同时实现必要刚性的确保和摩擦力的减小。并且，此处所称的斜切圆筒状不仅是指严格的斜切圆筒，也包含大致斜切圆筒。
【实施例】
(实施例1)
对于实施例1的倒立构造的振动衰减装置，作为套筒使用含有聚四氟乙烯85质量％和全氟烷氧基烷烃(PFA)15质量％的套筒，作为润滑油使用在现有的减震器油中添加了1000ppm二硫代氨基甲酸钼(MoDTC)的油。
套筒形成为大致圆筒状，其内径为40mm、外径为44mm、高度为20mm。另外，振动衰减装置的套筒间的距离为115mm。
(对比例1)
对于对比例1的倒立构造的振动衰减装置，作为套筒使用现有套筒，其含有聚四氟乙烯(PTFE)70质量％和作为其他成分的氟化钙(CaF2)及三氧化二铁(Fe2O3)。除了套筒材质以外的构成与实施例1相同。
(对比例2)
作为对比例2的倒立构造的振动衰减装置，作为套筒使用与对比例1相同的现有套筒，作为润滑油使用现有的减震器油。除了润滑油及套筒的材质以外的构成与实施例1相同。
针对实施例1和对比例1、2，将频率设为0.005Hz、将振幅设为±5mm，在横向力0N、300N、500N、700N这四种条件下进行了减震器单元试验。减震器单元试验的结果如下所示。
图7是表示实施例与对比例的施加于振动衰减装置的横向力与摩擦力间的关系的图表。空心圆的点为实施例1的测量数据，实心方形的点为对比例1的数据，实心圆的点为对比例2的数据。
实施例1的摩擦力在计测范围的任意横向力下均减小。
对比例1为将实施例1的改良套筒置换为现有套筒的例子。对比例1在任意横向力下均产生比实施例1高的摩擦力，尤其是在高横向力下，摩擦力显著增大。
对比例2为将实施例1的改良套筒置换为现有套筒并将添加有有机钼添加剂的油置换为无添加油的例子。在对比例2中，在任意横向力下均从产生比对比例1更高的摩擦力。并且，在将对比例2与对比例1对比的情况下，未确认到像上述的对比例1与实施例1对比那样的高横向力下的摩擦力增大。
根据以上所述可知，已确认改良套筒和有机钼添加剂均发挥摩擦力减小的效果，改良套筒特别是在高横向力下发挥摩擦力减小效果。

Claims (4)

1.一种倒立构造的振动衰减装置，其特征在于，包括：
工作缸；
能够进出所述工作缸内的杆；
外筒，其与所述杆连结并插入在所述工作缸的外周；以及
套筒，其滑动自如地插入在所述外筒与所述工作缸之间，
在所述外筒与所述工作缸之间填充有润滑油，
所述套筒含有聚四氟乙烯和全氟烷氧基烷烃，
所述润滑油含有有机钼添加剂。
2.根据权利要求1所述的倒立构造的振动衰减装置，其特征在于，
所述润滑油含有700至2000ppm所述有机钼添加剂。
3.根据权利要求1所述的倒立构造的振动衰减装置，其特征在于，
具有多个所述套筒，
位于高度方向下侧的所述套筒的摩擦滑动面的面积比位于高度方向上侧的所述套筒的摩擦滑动面的面积小。
4.根据权利要求1所述的倒立构造的振动衰减装置，其特征在于，
所述套筒为斜切圆筒状，
在所述振动衰减装置的使用时施加横向力一侧的高度高于其相反一侧的高度。
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