JP2006226343A - アキュムレータおよび緩衝器 - Google Patents

Abstract

【課題】 気室から液室への気体透過を防止可能なアキュムレータおよび緩衝器を提供することである。
【解決手段】 ハウジング１内に摺動自在に挿入され液室Ｒと気室Ｇとを画成するフリーピストン２を備えたアキュムレータであって、フリーピストン２が、伸長によって液室Ｒもしくは気室Ｇの一方の容積を減少させ他方の容積を増大させる金属ベローズ４と、金属ベローズ４の所定量以上の伸長を規制するストッパ８とを備えることで、課題を解決するものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、特に、いわゆるフリーピストン型のアキュムレータおよびいわゆる単筒型の緩衝器の改良に関する。

従来のフリーピストン型のアキュムレータおよび単筒型の緩衝器にあっては、たとえば、ハウジングとなるシリンダ内に摺動自在に挿入されるフリーピストンでシリンダ内を液室と気室とを分離するようにしている。

このアキュムレータにあっては、フリーピストンがシリンダ内を摺動して軸方向に移動することによって、液室容積を減少かつ気室容積を増大、もしくは、液室容積を増大かつ気室容積を減少させることによって、液室内の液体の温度変化による体積変化を補償し、さらに、緩衝器にあっては、上記に加えて、伸縮時に液室内で過不足となるシリンダ内に侵入もしくはシリンダから退出するピストンロッドの体積分を補償するようにしている。

そして、フリーピストンは、液室と気室を分離する都合上、外周側にＯリング等のシールを備え、このシールはシリンダ内周面に所定の接触面圧作用下に当接している。

したがって、フリーピストンがシリンダに対し軸方向に移動する時には、シールとシリンダとの間に摩擦が生じ、液室内の圧力が気室内の圧力より摩擦力の影響分高くないとフリーピストンが移動できないので、この従来のアキュムレータにあっては接続される油圧機器の応答性や信頼性に少なからず悪影響を与えかねず、また、従来の緩衝器にあっては、振動吸収に悪影響を与えるとともに減衰特性が安定しないといった不具合がある。

そこで、上記フリーピストン型アキュムレータおよび単筒型緩衝器の不具合を解消する目的で、フリーピストンを環状に形成し、内周側にゴム製のブラダを設けた提案がある。

この提案では、フリーピストンの外周側の摩擦により、その移動が妨げられても、ブラダが撓むことによって液室内容積の変化を補償するものであり、この提案では、上記不具合が解消される（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００４−１１８６４号公報（図１）

上記した提案では、従来のアキュムレータおよび緩衝器の不具合が解消される点で優れた効果を発揮するが、この提案にあっても、以下の問題があると指摘される可能性がある。

すなわち、上記提案では、ゴム製のブラダを使用しているが、ゴムには気体を透過してしまう性質があり、長年使用しつづけると、少しずつ気体が液室内に入り込んでしまうことになる危惧がある。

上記不具合を改善するためにゴム製のブラダを金属製のものに変更することも考えられるが、金属製の場合、ゴムに比較して撓みにくく、また、変形に対して脆いので、そのまま単に金属製に変更することはできない。

そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、気室から液室への気体透過を防止可能なアキュムレータおよび緩衝器を提供することである。

本発明のアキュムレータでは、上記課題を解決するため、ハウジング内に摺動自在に挿入され液室と気室とを画成するフリーピストンを備えたアキュムレータにおいて、フリーピストンが、伸長によって液室もしくは気室の一方の容積を減少させ他方の容積を増大させる金属ベローズと、金属ベローズの所定量以上の伸長を規制するストッパとを備えた。

また、本発明の緩衝器では、上記課題を解決するため、シリンダと、シリンダ内に摺動自在に挿入されシリンダ内に上記液室と気室と画成するフリーピストンと、シリンダ内に摺動自在に挿入されシリンダ内の液室を２つの作動室に区画するピストンと、一端がピストンに連結されシリンダ内に挿通されるロッドとを備えた緩衝器において、フリーピストンが、伸長によって液室もしくは気室の一方の容積を減少させ他方の容積を増大させる金属ベローズと、金属ベローズの所定量以上の伸長を規制するストッパとを備えた。

本発明によれば、金属ベローズを使用しているので、ゴム等で気液分離する従来提案に比較して気体の液室への侵入を確実に防止することができるとともに、金属ベローズを用いることでフリーピストンに一体化する際に溶接を採用できることから、特に広範な温度、高圧力に対応しなくてはならないような過酷な環境下でも気密性を確保できる。

また、このアキュムレータにあっては、フリーピストンとシリンダとの間の摩擦力の影響を受けずに液室および気室の容積を変化させることができるので、このアキュムレータに接続される油圧機器の応答性や信頼性に悪影響を与えず、また、緩衝器にあっては、振動吸収に悪影響を与えず、減衰特性を安定させることができる。

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図1は、一実施の形態におけるアキュムレータが具現化された緩衝器の縦断面図である。図２は、一実施の形態におけるアキュムレータが具現化された緩衝器の一部拡大縦断面図である。

図１に示すように、一実施の形態におけるアキュムレータが具現化された緩衝器は、ハウジングたるシリンダ１と、シリンダ１内に摺動自在に挿入されシリンダ１内に上記液室Ｒと気室Ｇと画成するフリーピストン２と、シリンダ１内に摺動自在に挿入されシリンダ１内の液室Ｒを２つの作動室Ｒ１，Ｒ２に区画するピストン１０と、一端がピストン１０に連結されシリンダ１内に挿通されるロッド１１とを備えて構成されている。

以下、各部材について詳細に説明すると、ピストン１０は、シリンダ１内に２つの作動室Ｒ１，Ｒ２を画成しており、この圧力室Ｒ１，Ｒ２内には、作動油等の液体が充填されている。また圧力室Ｒ２の図中下方には上記フリーピストン２により気室Ｇが区画されている。

そして、ピストン１０には、図示はしないが、上記作動室Ｒ１と作動室Ｒ２とを連通する通路が設けられており、また、該通路の途中には、図示しない減衰力発生要素が設けられている。

この減衰力発生要素は、上記通路を液体が通過する際に液体の流れに抵抗を与え、所定の圧力損失を生じさせるものであればよく、具体的にはたとえば、オリフィスやリーフバルブといった減衰バルブを採用することができる。

フリーピストン２は、図２に示すように、シリンダ１内周に摺接する環状の本体３と、本体３の一端に開口端部が結合される金属ベローズ４と、金属ベローズ４の所定量以上の伸長を規制するストッパ８備えて構成されている。

本体３は、上記したように環状であって、その上端部外周側には段部３ａが形成されるとともに、本体３の外周には環状溝３ｂが形成され、さらに、この環状溝３ｂはＯリング９が収納されている。

そして、このフリーピストン２がシリンダ１内に挿入される際、上記Ｏリング９がシリンダ１の内周に摺接され、フリーピストン２とシリンダ１の間がシールされている。

また、金属ベローズ４は、筒状に形成される蛇腹部５と、蛇腹部５の上方から延設され蛇腹部５を蓋する蓋体６と、蛇腹部５の下端から延設される筒部７とを備えてなり、その下端となる開口端部たる筒部７は、上記本体３の段部３ａの軸方向に沿う側面に嵌合されている。

さらに、上記ストッパ８は、上記フリーピストン２の本体３の段部３ａに上記筒部７を覆うようにして嵌合されるとともに金属ベローズ４の外周側を覆うキャップ状に形成されるとともにその内外を連通する連通孔８ａを備えている。なお、連通孔８ａは、１つ以上設けるようにしてもよい。

そして、このストッパ８の図中下端と本体３の段部３ａの部位を溶接することにより、ストッパ８、金属ベローズ４および本体３が一体化されている。

さらに、図２に示すように、筒部７の図中下端外周側に鍔７ａが延設されており、ストッパ８の開口端部と段部３ａとで上記鍔７ａを挟持するようにしてある。

そして、この鍔７ａもろとも本体３に溶接するようにしてあり、このように、筒部７に鍔７ａを設けることによって、金属ベローズ４が本体３から脱落してしまう危険を回避することが可能となるが、この鍔７ａについては、ストッパ８と段部３ａの上述の側面とでしっかり筒部７を挟持し金属ベローズ４の脱落防止が可能であれば省略することも可能である。

このようにして、このフリーピストン２では、本体３とシリンダ１との間がＯリング９でシールされるとともに、本体３の内周は、金属ベローズ４にて塞がれることによって、このフリーピストン２を境にシリンダ１内が液室Ｒと気室Ｇが密に分離され、金属ベローズ４は気体を透過しないので、確実に気液分離を行えるのである。

なお、上記ストッパ８を上記フリーピストン２の本体３の段部３ａに上記筒部７を覆うようにして圧入する一体化する場合には、溶接の必要はないが、溶接することで気室Ｇと液室Ｒとの分離を確実にし気液分離の信頼性を向上させることができる。

また、金属ベローズ４の蛇腹部５が所定量伸長すると、蓋体６の図中上面が上記ストッパ８の図中上端下面に当接して、金属ベローズ４のそれ以上の伸長が規制される。金属ベローズ４は、最大限に伸長して蛇腹部５に大きな張力が作用すると、該張力によって蛇腹部５に亀裂が入るなどして損傷する危険があるが、上記ストッパ８によって所定量以上の伸長が規制されるので、上記危険が回避され、アキュムレータおよび緩衝器の信頼性が向上するのである。

また、上記金属ベローズ４の伸長の際に、蓋体６がストッパ８の連通孔８ａを閉じるように設定されている。したがって、蓋体６がストッパ８の上記下面に当接する際には、蓋体６の上面と連通孔８とで環状オリフィスが形成され、ストッパ８内の液体が作動室Ｒ２側へ移動する流れに抵抗を与えることになるので、蛇腹部５の伸長速度が減速されることになり、これにより、ストッパ８に金属ベローズ４が当接する際の衝撃を緩和して衝撃音の発生を抑制するとともに、金属ベローズ４が傷付くことを防止することができ、この点でも、アキュムレータおよび緩衝器の信頼性が向上するのである。

さらに、金属ベローズ４におけるストッパ８の規制下での最伸長時の内法容積と最圧縮時の内法容積との差がロッド１１のシリンダ侵入可能体積以上に設定されている。

また、本実施の形態においては、金属ベローズ４が本体３に対して液室Ｒ側に伸長するようにしてあるので、金属ベローズ４を本体３の下端側に設け気室Ｇ側に伸長するようにする場合に比較して、緩衝器の全長を短くすることができる。

転じて、シリンダ１の図中上端側となる開口端内周には、ロッド１１を軸支する環状のロッドガイド１２が挿入されている。

このロッドガイド１２は、上述のように環状に成形され、詳しくは、その内周側に、ロッド１１の外周に摺接する環状の軸受１３を備え、この軸受１３内にロッド１１が挿入され、このロッドガイド１２によりロッド１１が軸支され、ロッド１１の一端となる図中下端には先ほどのピストン１０が連結され、ピストン１０とロッドガイド１２によりロッド１１のシリンダ１に対する軸ぶれが防止されている。

なお、このロッドガイド１２とロッド１１との間は、シール部材１４によってシールされ、シリンダ１内は液密に維持される。

そして、この緩衝器は、伸縮する際、作動室Ｒ１内と作動室Ｒ２内の液体が上記した通路を介して交流し、上記減衰力発生要素によって生じる圧力損失に見合った減衰力を発生するようになっている。

ここで、緩衝器が伸縮する際に液室Ｒ内で過不足となるシリンダ１内に侵入もしくはシリンダ１内から退出するロッド１１の体積分の液体は、主として金属ベローズ４の蛇腹部５が伸縮することによって補償される。

すなわち、フリーピストン２のシリンダ１に対する軸方向の移動が上記Ｏリング９とシリンダ１との間の摩擦によって妨げられたとしても、金属ベローズ４の蛇腹部５が気室Ｇの微小な圧力変化に敏感に反応して伸縮することによって、液室Ｒの容積を増大かつ気室Ｇの容積を減少させ、もしくは、液室Ｒの容積を減少かつ気室Ｇの容積を増大させて、液室Ｒの容積変化を吸収する。

さらに、液体が温度変化によって体積変化する場合、主として上記フリーピストン２がシリンダ１に対して軸方向に移動して補償される。この場合は、先ず、伸縮しやすい金属ベローズ４が体積変化初期についてその伸縮により補償するが、緩衝器の伸縮による液室Ｒの体積変化を金属ベローズ４の伸縮で補償し得なくなると、フリーピストン２が移動して上記補償し得ない分を補償することになる。

そして、フリーピストン２が上記のようにしてシリンダ１に対して移動し位置決められた後は、液体の温度変化がなければ、その後は金属ベローズ４の伸縮のみによって液室容積変化の補償がなされることになる。

したがって、このアキュムレータにあっては、シールであるＯリング９とシリンダ１との間の摩擦力の影響を受けずに液室Ｒおよび気室Ｇの容積を変化させることができるので、このアキュムレータに接続される油圧機器の応答性や信頼性に悪影響を与えず、また、緩衝器にあっては、振動吸収に悪影響を与えず、減衰特性を安定させることができる。

さらに、このアキュムレータにあっては、Ｏリング９の摺動する頻度を少なくすることができるので、摺動によるガスと液体の置換を抑制することができる。

また、この緩衝器にあっては、金属ベローズ４におけるストッパ８規制下での最伸長時の内法容積と最圧縮時の内法容積との差がロッド１１のシリンダ侵入可能体積以上に設定されているので、緩衝器の伸縮時にはシールであるＯリング９とシリンダ１との間に摩擦力の影響を全く受けずに済むので、上記振動吸収が伸縮初期から確実に行われ、かつ、減衰特性も安定する効果も優れる。

さらに、金属ベローズを使用しているので、ゴム等で気液分離する従来提案に比較して気体の液室Ｒへの侵入を確実に防止することができるとともに、金属ベローズを用いることでフリーピストンに一体化する際に溶接を採用できることから、特に広範な温度、高圧力に対応しなくてはならないような過酷な環境下でも気密性を確保できる。

そして、高圧力に対応可能であるから緩衝器の発生減衰力を高く設定することも可能である。

また、フリーピストン２の加工も、外周側のＯリング９以外は、全て金属部品で構成することができ、その組付けもブラダをはめ込むといった煩雑な作業を要しないので、容易となって、作業負担が軽減されるとともに製造コストも低減される。

なお、上記したところでは、アキュムレータが緩衝器に具現化された場合について説明したが、およそ、このアキュムレータが他の機器に具現可能なのは言うまでもない。

ちなみに、上述したところでは、金属ベローズ４を液室Ｒ側に伸張させるようにしているが、金属ベローズ４を図示したものに対して逆向き、すなわち、気室Ｇに伸長するようにして、ストッパ８も逆向きにしておくとしてもよく、この場合には、緩衝器の全長を短くするといった点で不利とはなるが、その他の作用効果は失われず、また、連通孔８ａを金属ベローズ４伸長時に塞がれるようにしておくことで、気室Ｇの気体の流れに抵抗を与えることができるので、金属ベローズ４とストッパ８との衝撃を緩和できる。

さらに、金属ベローズ４はハウジングであるシリンダ１の軸方向に伸縮するように配置されているが、図中軸方向以外の方向、たとえば、横方向に伸縮して液室Ｒと気室Ｇの容積に変化をもたらすように配置されても、本発明の効果は失われない。

また、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

一実施の形態におけるアキュムレータが具現化された緩衝器の縦断面図である。 一実施の形態におけるアキュムレータが具現化された緩衝器の一部拡大縦断面図である。

符号の説明

１ シリンダ
２ フリーピストン
３ 本体
３ａ 段部
３ｂ 環状溝
４ 金属ベローズ
５ 蛇腹部
６ 蓋体
７ 筒部
７ａ 鍔
８ ストッパ
８ａ 連通孔
９ Ｏリング
１０ ピストン
１１ ロッド
１２ ロッドガイド
１３ 軸受
１４ シール部材
Ｇ 気室
Ｒ 液室
Ｒ１，Ｒ２ 作動室

Claims (8)

1. ハウジング内に摺動自在に挿入され液室と気室とを画成するフリーピストンを備えたアキュムレータにおいて、フリーピストンが、伸長によって液室もしくは気室の一方の容積を減少させ他方の容積を増大させる金属ベローズと、金属ベローズの所定量以上の伸長を規制するストッパとを備えたことを特徴とするアキュムレータ。
2. フリーピストンは、ハウジング内周に摺接する環状の本体と、本体の一端に開口端部が結合される金属ベローズとを備え、上記ストッパは、上記フリーピストンの本体の一端に結合されるとともに金属ベローズの外周側を覆うキャップ状に形成されるとともにその内外を連通する連通孔を備えてなることを特徴とする請求項１に記載のアキュムレータ。
3. 金属ベローズは所定量伸長する際にストッパの連通孔を閉じることを特徴とする請求項２または３のアキュムレータ。
4. シリンダと、シリンダ内に摺動自在に挿入されシリンダ内に上記液室と気室と画成するフリーピストンと、シリンダ内に摺動自在に挿入されシリンダ内の液室を２つの作動室に区画するピストンと、一端がピストンに連結されシリンダ内に挿通されるロッドとを備えた緩衝器において、フリーピストンが、伸長によって液室もしくは気室の一方の容積を減少させ他方の容積を増大させる金属ベローズと、金属ベローズの所定量以上の伸長を規制するストッパとを備えたことを特徴とする緩衝器。
5. フリーピストンは、ハウジング内周に摺接する環状の本体と、本体の一端に開口端部が結合される金属ベローズとを備え、上記ストッパは、上記フリーピストンの本体の一端に結合されるとともに金属ベローズの外周側を覆うキャップ状に形成されるとともにその内外を連通する連通孔を備えてなることを特徴とする請求項４に記載の緩衝器。
6. 金属ベローズにおけるストッパ規制下での最伸長時の内法容積と最圧縮時の内法容積との差がロッドのシリンダ侵入可能体積以上となることを特徴とする請求項４または５に記載の緩衝器。
7. 金属ベローズは、液室側に向けて伸長することを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の緩衝器。
8. 金属ベローズは所定量伸長する際にストッパの連通孔を閉じることを特徴とする請求項４から７のいずれかに記載の緩衝器。

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