JP2004003562A

JP2004003562A - ショックアブソーバ

Info

Publication number: JP2004003562A
Application number: JP2002160657A
Authority: JP
Inventors: Yuji Yamauchi; 山内　裕司; Nakaaki Himeki; 姫木　仲秋; Toshihiko Sugawara; 菅原　俊彦; Akiyoshi Yanagida; 柳田　明義; Yuzo Niina; 新名　祐三
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2004-01-08
Also published as: DE10324746B4; US20040026197A1; DE10324746A1; KR100546950B1; KR20030094000A; US7367435B2

Abstract

【課題】本発明は、自動車に用いて好適のショックアブソーバに関し、自励振動による異音の発生を抑制できるようにする。
【解決手段】ピストン１と、ピストン１を収納するシリンダ２と、一端が上記ピストンに連結され他端がシリンダから突出したロッド３とをそなえたショックアブソーバにおいて、ピストン１の半径をｒ、ピストン１の高さを２ｈ、ピストン１とシリンダ２との間の摩擦係数をμ、シリンダ２内におけるロッド３の長さをｌとしたしたとき、μ≦３ｈ^２／ｒｌを満たすように構成する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に自動車等の車両のサスペンションに用いて好適の、ショックアブソーバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６（ａ）は、従来より公知の一般的なショックアブソーバの構成を示す模式的な断面図である。図示するショックアブソーバは、シリンダ２とリザーバ５とをそなえている。上記シリンダ２の内部には摺動可能に挿入されたピストン１が設けられ、このピストン１にロッド３が固定されている。また、ピストン１には、シリンダ２との液密性を保持するべく、シール部材として機能するモールド（ピストンモールド）４が設けられている。
【０００３】
そして、ロッド３からの外力によりピストン１が進退すると（即ち、外力によりシリンダ２が進退すると）、シリンダ容積の変化にともないシリンダ２とリザーバ５との間でオイルが移動し、このときのオイルの粘性抵抗により振動が減衰されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図６（ｂ）に示すように、一般に従来のショックアブソーバのピストンモールド４は、シリンダ２との接触スパンが短く、モールド４の接触抗力の大小如何によっては異音（主に、コトコト音）が発生しやすいという課題があった。
【０００５】
つまり、ショックアブソーバのピストン１に設けられたモールド４は、シリンダ２との接触により抗力が発生するが、この抗力によりピストン１にはモーメントが発生するため、このスパンが小さいと不安定振動になりやすく、これによって図７に示すような自励振動が発生しやすい。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、不安定振動系となりやすいロッド・ピストン系を安定した振動系にすることで、自励振動による異音の発生を抑制できるようにした、ショックアブソーバを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明のショックアブソーバでは、ピストンと、上記ピストンを収納するシリンダと、一端が上記ピストンに連結され、他端が上記シリンダから突出したロッドとをそなえたショックアブソーバにおいて、上記ピストンの半径をｒ、上記ピストンの高さを２ｈ、上記ピストンと上記シリンダとの間の摩擦係数をμ、上記シリンダ内における上記ロッドの長さをｌとしたとき、
μ≦３ｈ^２／ｒｌとなるように各寸法が設定されている。
【０００７】
そして、このように設定することにより、ロッド・ピストン系を安定した振動系とすることができ、異音の発生を抑制することができる。
また、請求項２記載の本発明のショックアブソーバでは、ピストンと、上記ピストンを収納するシリンダと、一端が上記ピストンに連結され、他端が上記シリンダから突出したロッドとをそなえたショックアブソーバにおいて、上記ピストン外周に設けられたモールドが、少なくとも上側モールドと下側モールドとの２つに分割されている。
【０００８】
このように構成した場合には、ピストンとシリンダとの接触スパンが増大することとなり、結果的にピストンの高さ寸法を増大した場合と同様の作用効果を得ることができる。
また、請求項３記載の本発明のショックアブソーバでは、ピストン外周にモールドが設けられ、ピストンの半径をｒ、上記シリンダに対する上記モールドの接触部高さを２Ｓ、上記ピストンと上記シリンダとの間の摩擦係数をμ、上記シリンダ内における上記ロッドの長さをｌとしたとき、μ≦３Ｓ^２／ｒｌとなるように各寸法を設定することにより、ピストン外周にモールドが設けられたショックアブソーバのロッド・ピストン系を安定した振動系とすることができ、異音の発生を抑制することができる。
【０００９】
また、請求項４記載の本発明のショックアブソーバでは、ピストン外周にモールドが設けられるとともに、上記モールドは、少なくとも上側モールドと下側モールドとの２つから構成され、ピストンの半径をｒ、上記シリンダに対する上記上側モールドと下側モールドとの接触部間隔を２Ｓ、上記ピストンと上記シリンダとの間の摩擦係数をμ、上記シリンダ内における上記ロッドの長さをｌとしたとき、μ≦３Ｓ^２／ｒｌとなるように各寸法を設定することにより、ピストンとシリンダとの接触部間隔（接触スパン）が増大することとなり、結果的にピストン高さ寸法が増大することと同等となりモールドを上下に分割しないものに比べより異音や自励振動の発生を抑制できる。
【００１０】
なお、上記摩擦係数μは０．１以下であるのが好ましい。この場合にはさらに自励振動を抑制することができる。さらには、摩擦係数μは０．０５〜０．０８であるのが一層好ましく、この場合には、自励振動のさらなる抑制が可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の一実施形態にかかるショックアブソーバについて説明すると、図１はその理論解析を行なうための物理モデルを示す図、図２は図１のＢ部を拡大して示す図、図３は力の釣り合いについて示す図、図４はそのモールド部の構成について説明する図、図５はその作用効果について説明する図であるである。
【００１２】
図１に示すように、このショックアブソーバは、ピストン（ピストンヘッド）１と、上記ピストン１を収納するシリンダ２と、一端がピストン１に連結され他端がシリンダ２から突出したロッド３とをそなえている。
以下、図１に示すような物理モデルを用いてショックアブソーバに作用する力について考察する。ピストンヘッド１に加わる抗力及び摩擦力は、外周に渡って分布的に加わるが、理論考察を簡単にするため、図示するように、２カ所に集中的に抗力（Ｎ_ｒ，Ｎ_ｌ）及び摩擦力（μＮ_ｒ，μＮ_ｌ）が加わるものと仮定する。なお、このように仮定しても、本課題の特徴は失われない。
【００１３】
また、図３に示す回転角θは、ロッド３の中心軸とシリンダ中心軸との余角を示し、鉛直軸との回転角を示すものではない。並進方向の変位ｘは、ピストンヘッド１の基準軸からの変位を示す。ここで、基準軸とは、シリンダ中心軸と平行で、シリンダ中心軸より距離ｅだけ平行移動したものである。
さらに、初期回転角（イニシャル回転角）θ_０と初期変位（イニシャル変位）ｘ_０とは、ショックアブソーバに加わるイニシャルモーメントにより決定されるもので、分担車重やコイルスプリングだけでなく、走行中発生するバネ下前後変位などにも依存する。また、イニシャル変位ｘ_０は、ロッド３とシリンダ２とを組み付けることで生じる変位を示し、ロッド３とシリンダ２との嵌合部からピトンヘッド１の重心までの変位である。
【００１４】
また、本モデルのような摩擦をともなう振動には、接触バネ（ばね定数ｋ_ｈ）を用いるのが有効であるので、これを導入する（図２参照）。
以下では、バネ下が下方（即ち、シリンダ２が下方）へ動いているものとして考察する。また、ピストンヘッド１の半径をｒ、ピストンヘッド１の高さを２ｈ、ピストンヘッド１とシリンダとの間の摩擦係数をμ、シリンダ内におけるロッドの長さ（ピストンヘッド１からシール部までの距離）をｌとする。
【００１５】
ここで、ピストンヘッド１が振動的ではない時の中立点を考える。偏心ｅが存在する場合、図３に示すように、ピストンヘッド１は、ショックアブソーバの外筒中心からずれた位置で中立し、ロッド３にもイニシャル荷重が加わり曲がった状態で中立することになる。
この時、図３におけるピストンヘッド１のイニシャル変位をｘ_０、同図中の変位ｘ_０から右方向の変位をｘ、イニシャル回転角をθ_０、同図中のθ_０から反時計回り方向への回転角をθとすると、接触点での抗力Ｎ_ｌ，Ｎ_ｒは、以下のようになる。
【００１６】
【数１】

【００１７】
また、接触による摩擦力Ｆ_ｌ，Ｆ_ｒは、
【００１８】
【数２】

【００１９】
となる。
これらの力がロッド３の曲げ剛性と釣り合う位置が中立点である。したがって、静止時には、ロッド３の断面２次モーメントをＩ_ｚとすると、
【００２０】
【数３】

【００２１】
の関係を満たす。ここで、
【００２２】
【数４】

【００２３】
である。なお、Ｅはロッドのヤング率である。
これらより、系の中立点から振動問題に対する運動方程式は、
【００２４】
【数５】

【００２５】
となる。上式のような２自由度の系において、系が不安定となるための必要条件は、連成項の係数
【００２６】
【数６】

【００２７】
が互いに異符号であることである。したがって
【００２８】
【数７】

【００２９】
であるとき、系は自励振動を起こす可能性がある。また、中立時の関係式（１），（２）を用いると、上式（３）は、
【００３０】
【数８】

【００３１】
となる。
よって、μ＞０の時、すなわちバネ下が下降しているときで、式（４）が成立するような大きな摩擦係数の場合は、自励振動を発生しうる可能性がある。ただし、逆に上昇しているときは、μ＜０となるため、上式を満足せず、系は安定する。以上のことをまとめると、
【００３２】
【数９】

【００３３】
を満たせばバネ下が下降しているときも、自励振動は発生しないことがわかる。
このような振動は、ロッド２上の前後振動として測定することができ、上述した理論は実走行データとの傾向と一致する。
したがって、μ≦３ｈ^２／ｒｌの関係を満たすように設定することにより、ショックアブソーバの異音（特にコトコト音）を抑制することができる。
【００３４】
また、上式から、コトコト音が発生しないようにするには、以下のようにすればよいことがわかる。
１．ピストンヘッド１の高さは大きい方が良い。
２．ピストンヘッド１とシール部との距離は小さい方が良い。
３．ピストンヘッド１の径は小さい方が良い。
【００３５】
そして、このような条件を満足することで、図５に示すように、自励的な振動が大幅に抑制されることになる。
以下、ピストンヘッド１の具体例について示す。ピストンヘッド１は、図４（ａ）に示すように、通常その外周にシール材としてのモールド４が配設されている。この場合、実際にはモールド４のシリンダ２との接触部間隔（長さ２Ｓで表されるスパン部）がピストンヘッド１の高さ２ｈに相当することになるので、
μ≦３ｈ^２／ｒｌ
は、
μ≦３Ｓ^２／ｒｌ
と表わすことができる。つまり、この式を満たすようにモールド４の長さを設定すればバネ下が下降する時の自励振動を抑制することができる。
【００３６】
さらに、図４（ｂ）に示すように、モールド４を上側モールド４１と下側モールド４２とに２分割してもよい。ピストンヘッド１の高さを一定とすれば、この２分割式モールドは図４（ａ）に示す一体型のモールド４に比べ実質的にシリンダ２と接触するスパンをさらに大きく取ることができる。つまり、ピストンヘッド１の高さを大きくしたことと同等となり、自励振動をより抑制することができる。なお、摩擦係数μは０．１以下、好ましくは０．０５〜０．０８である。
【００３７】
以上、詳述したように本発明の一実施形態に係るショックアブソーバによれば、ショックアブソーバのピストンの半径をｒ、ピストンの高さを２ｈ、ピストンとシリンダとの間の摩擦係数をμ、シリンダ内におけるロッドの長さをｌとしたとき、下式
μ≦３ｈ^２／ｒｌ
を満たすように設定するという簡素な構成で、ロッド・ピストン系を安定した振動系とすることができ、ピストンヘッド１の自励振動を抑制することができる利点がある。具体的には、石畳路等を走行する際に生じる異音（いわゆるコトコト音）の発生を抑制することができるという利点がある。
【００３８】
また、ショックアブソーバの各寸法を上述の関係が成立するように設定するだけでよいので、新たな部品等を追加する必要もなく、コスト増や重量増を最小限に抑制できるという利点がある。特に、上式において、摩擦係数μが０．１以下、好ましくは０．０５〜０．０８であれば、自例振動を確実に抑制できるという利点がある。
【００３９】
また、モールド４を上下に２つに分割することにより、ピストンヘッド１とシリンダ２との接触スパンＳを増大でき、結果的にピストンヘッド１の高さ寸法を増大したものと同様の効果を得ることができるという利点がある。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のショックアブソーバによれば、簡素な構成で、ロッド・ピストン系を安定した振動系とすることができ、ピストンの自励振動を抑制することができるとともに、異音の発生を抑制することができるという利点がある（請求項１，３）。
【００４１】
また、ショックアブソーバの各寸法をμ≦３ｈ^２／ｒｌの関係が成立するように設定するだけでよいので、新たな部品等を追加する必要もなく、コスト増や重量増を最小限に抑制できるという利点がある。
また、本発明のショックアブソーバによれば、モールドを上下に２つに分割するという簡素な構成により、ピストンとシリンダとの接触スパンを増大でき、結果的にピストンの高さ寸法を増大した場合と同様の効果を得ることができるという利点がある（請求項２，４）。
【００４２】
また、摩擦係数μが０．１以下、好ましくは０．０５〜０．０８の場合にはさらに自励振動を抑制することができる（請求項５，６）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるショックアブソーバの理論解析を行なうための物理モデルを示す図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかるショックアブソーバの理論解析を行なうための物理モデルを示す図であって、図１のＢ部を拡大して示す図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかるショックアブソーバの理論解析を行なうための物理モデルを示す図であって、力の釣り合いについて示す図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかるショックアブソーバのモールド部の構成について説明するための模式図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかるショックアブソーバの作用効果について説明する図である。
【図６】一般的なショックアブソーバの構成を示す模式的な断面図である。
【図７】従来技術の課題について説明する図である。
【符号の説明】
１　ピストン（ピストンヘッド）
２　シリンダ
３　ロッド
４　モールド
４１　上側モールド
４２　下側モールド

Claims

ピストンと、
上記ピストンを収納するシリンダと、
一端が上記ピストンに連結され、他端が上記シリンダから突出したロッドとをそなえたショックアブソーバにおいて、
上記ピストンの半径をｒ、
上記ピストンの高さを２ｈ、
上記ピストンと上記シリンダとの間の摩擦係数をμ、
上記シリンダ内における上記ロッドの長さをｌとしたとき、下式
μ≦３ｈ^２／ｒｌ
を満たすことを特徴とする、ショックアブソーバ。
ピストンと、
上記ピストンを収納するシリンダと、
一端が上記ピストンに連結され、他端が上記シリンダから突出したロッドとをそなえたショックアブソーバにおいて、
上記ピストン外周にモールドが設けられ、
上記モールドは、少なくとも上側モールドと下側モールドとの２つから構成されていることを特徴とする、ショックアブソーバ。
ピストンと、
上記ピストンを収納するシリンダと、
一端が上記ピストンに連結され、他端が上記シリンダから突出したロッドとをそなえたショックアブソーバにおいて、
上記ピストン外周にモールドが設けられ、
上記ピストンの半径をｒ、
上記シリンダに対する上記モールドの接触部高さを２Ｓ、
上記ピストンと上記シリンダとの間の摩擦係数をμ、
上記シリンダ内における上記ロッドの長さをｌとしたとき、下式
μ≦３Ｓ^２／ｒｌ
を満たすことを特徴とする、ショックアブソーバ。
ピストンと、
上記ピストンを収納するシリンダと、
一端が上記ピストンに連結され、他端が上記シリンダから突出したロッドとをそなえたショックアブソーバにおいて、
上記ピストン外周にモールドが設けられるとともに、上記モールドは、少なくとも上側モールドと下側モールドとの２つから構成され、
上記ピストンの半径をｒ、
上記シリンダに対する上記上側モールドと下側モールドとの接触部間隔を２Ｓ、
上記ピストンと上記シリンダとの間の摩擦係数をμ、
上記シリンダ内における上記ロッドの長さをｌとしたとき、下式
μ≦３Ｓ^２／ｒｌ
を満たすことを特徴とする、ショックアブソーバ。
上記摩擦係数μが０．１以下にあるとき、
０．１≦３ｈ^２／ｒｌ
を満たすように各寸法が設定されている
ことを特徴とする、請求項１記載のショックアブソーバ。
上記摩擦係数μが０．１以下にあるとき、
０．１≦３Ｓ^２／ｒｌ
を満たすように各寸法が設定されている
ことを特徴とする、請求項３又は４記載のショックアブソーバ。