JP2006336816A - 緩衝装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 緩衝装置における減衰特性の調整を容易とすることである。
【解決手段】 ２つの作動室Ｒ１，Ｒ２を連通する第１通路３および第２通路４と、第２通路４の途中に設けた圧力室Ｒ３と、上記圧力室Ｒ３内に挿入されるフリーピストン５と、フリーピストン５にその変位量に比例した附勢力を発生しフリーピストン５の変位を抑制するバネ要素とを備え、一方の作動室Ｒ１から他方の作動室Ｒ２および圧力室Ｒ３へ移動する流量Ｑに対する上記作動室Ｒ１，Ｒ２間の差圧Ｐの周波数伝達関数Ｇ（ｊω）のゲイン特性における折れ点周波数Ｆａ，Ｆｂは、少なくとも上記差圧Ｐと第１通路３の流量Ｑ１との関係Ｃ１と、圧力室Ｒ３と各作動室Ｒ１，Ｒ２との差圧Ｐ２，Ｐ３と第２通路４の流量Ｑ２との各関係Ｃ２，Ｃ３と、バネ要素６のバネ定数Ｋとフリーピストン５の受圧面積Ａに基づいて設定されるようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、緩衝装置の改良に関する。

従来、この種緩衝装置にあっては、シリンダと、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を２つの作動室を区画するピストンと、ピストンに設けられた２つの作動室を連通する主通路と、ピストンロッドの先端から側部に開通する副通路と、ピストンロッドの先端に取り付けられ副通路に連通される圧力室を備えたハウジングと、圧力室内に摺動自在に挿入され圧力室を２つの部屋に区画するフリーピストンと、フリーピストンを弾性支持し変位に対して非線形な附勢力を発生するバネ要素とを備え、圧力室内の一方の部屋は副通路を介して一方の作動室内に連通されるとともに、圧力室内の他方の部屋はハウジングの端部が開口されるなどして他方の作動室に連通されるようにしている。

この緩衝装置は、小振幅の振動に対しては圧力室内のフリーピストンの上下移動によって圧力室内と一方あるいは他方の作動室内の作動油を交流させることによって比較的小さな減衰力を発生し、大振幅の振動に対してはフリーピストンの上下移動量の減少によって副通路を通過する作動油量が減少してほとんどの作動油が主通路を通過して大きい減衰力を発生する（たとえば、特許文献１参照）。

また、同様の構成を備えた他の緩衝器にあっては、フリーピストンが弾性支持されているので慣性力によってピストンロッドとは逆位相に上下動するとして、バネ要素にフリーピストンが中立位置近傍にある場合に小さい附勢力を発生させフリーピストンが中立位置から大きく移動する場合に大きい附勢力を発生させるようにして、小振幅の振動時には該振幅に対する圧力室内へ流入する作動油量を多くして小さい減衰力を発生し、大振幅の振動時には該振幅に対する圧力室内へ流入する作動油量を小さくして大きい減衰力を発生するようにしている（たとえば、特許文献２参照）。
実開２０００−３５６２３７号公報（図３） 実開平７−１９６４２号公報（段落番号００２６，図１）

ところで、一般に車両に搭載される緩衝装置にあっては、旋回走行中のような緩衝装置に入力される振動周波数が比較的低い状況下には大きな減衰力を発生して車体のローリング等を抑制して車両における乗り心地を確保することが望まれる反面、車輪が路面の凹凸を乗り越えるような緩衝装置に入力される振動周波数が比較的高い状況下には、極力減衰力を小さくして車両のバネ上部材たる車体に振動が伝達されることを抑制することが望まれている。

ここで、従来緩衝装置のように入力される振幅の大きさによって減衰力を変化させる思想でも、振幅量に対する減衰力の変化特性を適当なものとすることによって、上記したような各状況に対応することも不可能ではないが、小さい振幅の振動時にも大きな減衰力を発生させなくてはならない場合もあり、このような思想に基づく減衰力の変化特性の調整は非常に難しいので、やはり振動の周波数に減衰力の変化を依存させる方が好ましく、また、その調整もできることなら容易にしたい。

そこで、本発明は上記した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、緩衝装置における入力振動周波数に対する減衰力の変化（以下、単に「減衰特性」という）の調整を容易とすることである。

上記した目的を解決するために、本発明における課題解決手段は、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を２つの作動室を区画する隔壁部材と、２つの作動室を連通する第１通路および第２通路と、第２通路の途中に設けた圧力室と、上記圧力室内に摺動自在に挿入され作動室同士の連通を断つフリーピストンと、フリーピストンの圧力室に対する変位量に対し比例して該フリーピストンの変位を抑制する附勢力を発生するバネ要素とを備え、一方の作動室から他方の作動室および圧力室へ移動する流量に対する上記作動室間の差圧の周波数伝達関数のゲイン特性における折れ点周波数は、少なくとも上記差圧と第１通路の流量との関係と、圧力室と各作動室との差圧と第２通路の流量との各関係と、バネ要素のバネ定数とフリーピストンの受圧面積に基づいて設定する。

本発明の緩衝装置によれば、折れ点周波数は、差圧と第１通路を通過する液体の流量との関係と、一方室内の圧力と流路を通過する液体の流量との関係と、他方室内の圧力と流路を通過する液体の流量との関係と、フリーピストンの受圧面積と、バネ要素のバネ定数によって設定されるので、入力振動周波数に対する減衰係数の変化量の調整、および、折れ点周波数の調整も容易となる。

すなわち、この緩衝装置の減衰力の変化を入力振動周波数に依存させることができ、また、その調整も非常に容易となるのであり、この緩衝装置にあっては、従来緩衝装置のように振幅の大小にて減衰特性を調整するのではなく、入力振動周波数に依存した減衰特性を出力するので、車両が路面の凹凸を乗り越えるような入力振動周波数が高い場面においては低い減衰力を確実に発生させることができ、また、車両が旋回中等の入力振動周波数が低い場面においては高い減衰力を確実に発生できる。

また、その減衰特性の調整が容易であることから、規格の異なる種々車両へ緩衝装置Ｄを適用する際、手探りでその車両にマッチした減衰特性を実現するような煩雑な調整作業の必要が無く、その設計、チューニングも容易となる。

以下、本発明の緩衝装置を各図に基づいて説明する。図１は、緩衝装置を概念的に示した図である。図２は、緩衝装置の動作時のモデル図である。図３は、流量に対する圧力の周波数伝達関数のゲイン特性を示したボード線図である。図４は、減衰係数、位相と周波数との関係を示した図である。図５は、一実施の形態における具体的な緩衝装置の縦断面図である。図６は、一実施の形態における具体的な緩衝装置のピストン部の拡大縦断面図である。図７は、一実施の形態の変形例における緩衝装置のピストン部の拡大縦断面図である。図８は、一実施の形態の他の変形例における緩衝装置のピストン部の拡大縦断面図である。図９は、他の実施の形態における緩衝装置のピストン部の拡大縦断面図である。

本発明の緩衝装置Ｄは、図１に示すように、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内を２つの作動室である上室Ｒ１および下室Ｒ２に区画する隔壁部材たるピストン２と、上室Ｒ１および下室Ｒ２を連通する第１通路３および第２通路４と、第２通路４の途中に設けた圧力室Ｒ３と、上記圧力室Ｒ３内に摺動自在に挿入され上室Ｒ１、下室Ｒ２同士の連通を断つフリーピストン５と、フリーピストン５の圧力室Ｒ３に対する変位量に対し比例して該フリーピストン５の変位を抑制する附勢力を発生するバネ要素６とを備え、上室Ｒ１および下室Ｒ２さらには圧力室Ｒ３内には作動油等の液体が充満され、また、シリンダ１内の図中下方には、シリンダ１の内周に摺接して下室Ｒ２と気体室Ｇとを区画する摺動隔壁７が設けられている。

さらに、ピストン２は、シリンダ１内に移動自在に挿通されたピストンロッド８の一端に連結され、ピストンロッド８は、シリンダ１の図中上端部から外方から突出されている。なお、ピストンロッド８とシリンダ１との間は図示しないシールでシリンダ１内を液密状態とされている。

したがって、ピストンロッド８もしくはシリンダ１もしくはその両方に外方から軸方向の力が作用すると、ピストンロッド８とシリンダ１が相対移動を呈し、これにともなってピストン２もシリンダ１に対し図中上下方向に移動することになる。

またさらに、第１通路３の途中には、オリフィスやリーフバルブ等の減衰力発生要素１０が設けられており、第１通路３を通過する液体の流れに抵抗を与えることができるようになっている。

そして、第２通路４は、作動室の一方側となる上室Ｒ１と圧力室Ｒ３とを連通する流路４ａと、作動室の他方側となる下室Ｒ２と圧力室Ｒ３とを連通する流路４ｂとからなり、各流路４ａ，４ｂの途中には、それぞれ、これら流路４ａ，４ｂを通過する液体の流れに抵抗を与える減衰力発生要素１１，１２が設けられている。

また、フリーピストン５は、圧力室Ｒ３内に摺動自在に挿入され、圧力室Ｒ３に対し変位することができるようになっており、さらに、このフリーピストン５は圧力室Ｒ３の端部に一端が連結されるバネ要素６における他端に連結され、これにより、フリーピストン５は圧力室Ｒ３の所定位置に位置決めされるとともに圧力室Ｒ３対しこの位置決めされた位置（以下、単に「中立位置」という）から変位するとバネ要素６からその変位量に比例した附勢力が作用することになる。

そして、この緩衝装置Ｄが伸長する際、すなわち、シリンダ１からピストンロッド８が退出する際には、ピストン２によって上室Ｒ１が圧縮され、下室Ｒ２が膨張されるので、上室Ｒ１内の圧力が高まると同時に下室Ｒ２内の圧力が低下して差圧が生じて、上室Ｒ１内の液体は第１通路３を介して下室Ｒ２内に移動する。

このとき、上室Ｒ１内の圧力は下室Ｒ２内の圧力より高くなるので、上室Ｒ１内の液体は流路４ａを介して圧力室Ｒ３内の上室Ｒ１に連通される一方室１３に流入し、圧力室Ｒ３内のフリーピストン５をバネ要素６の附勢力に抗して図中下方に押し下げ、一方室１３を膨張させる。逆に、他方の圧力室Ｒ３内の下室Ｒ２に連通される他方室１４は圧縮されるので、液体は流路４ｂを介して上記他方室１４から下室Ｒ２内に流出するようになる。

転じて、この緩衝装置Ｄが収縮する際、すなわち、シリンダ１内にピストンロッド８が侵入する際には、ピストン２によって上室Ｒ１が膨張され、下室Ｒ２が圧縮されるので、下室Ｒ２内の圧力が高まると同時に上室Ｒ１内の圧力が低下して差圧が生じて、下室Ｒ２内の液体は第１通路３を介して上室Ｒ１内に移動する。

このとき、下室Ｒ２内の圧力は上室Ｒ１内の圧力より高くなるので、下室Ｒ２内の液体は流路４ｂを介して圧力室Ｒ３内の他方室１４に流入し、圧力室Ｒ３内のフリーピストン５をバネ要素６の附勢力に抗して図中上方に押し上げ、他方室１４を膨張させる。逆に、他方の圧力室Ｒ３内の一方室１３は圧縮されるので、液体は流路４ａを介して上記一方室１３から上室Ｒ１内に流出するようになる。

なお、上記緩衝装置Ｄの伸縮の際に、シリンダ１内で不足するシリンダ１から退出するピストンロッド８の体積分の液体、あるいは、シリンダ１内で過剰となるシリンダ１内に侵入するピストンロッド８の体積分の液体は、摺動隔壁７がシリンダ１に対して上下動して気体室Ｇが膨張あるいは収縮することによって補償されることになる。

緩衝装置Ｄは、上述のように動作するが、この動作時に発生する減衰特性について、図２に示すモデル図を使用して説明する。

緩衝装置Ｄの伸縮時における上室Ｒ１と下室Ｒ２との差圧をＰとし、上室Ｒ１から流出する液体の流量をＱとし、上記差圧Ｐと第１通路３を通過する液体の流量Ｑ１との関係である係数をＣ１とし、一方室１３内の圧力をＰ１とし、この圧力Ｐ１と第２通路４の一部をなす流路４ａを通過し上室Ｒ１から圧力室Ｒ３内の一方室１３に流入する液体の流量Ｑ２との関係である係数をＣ２とし、他方室１４内の圧力をＰ２とし、この圧力Ｐ２と第２通路４の一部をなす流路４ｂを通過し圧力室Ｒ３内の他方室１４から下室Ｒ２内に流出する液体の流量Ｑ２との関係である係数をＣ３とし、フリーピストン５の受圧面積である断面積をＡとし、フリーピストン５の圧力室Ｒ３に対する変位をＸとし、バネ要素６のバネ定数をＫとすると、以下の（１）から（６）の式が得られる。

そして、上記（１）から（６）の各式を整理してラプラス変換して、流量Ｑに対する差圧Ｐの伝達関数を求めると、式（７）が得られる。なお、式（７）中、ｓはラプラス演算子を示している。

さらに、上記（７）式で示された伝達関数中のラプラス演算子ｓにｊωを代入して、周波数伝達関数Ｇ（ｊω）の絶対値を求めると、以下の式（８）が得られる。

また、その位相Φは、式（９）で計算される。

上記式（８）で、角周波数ωを２πで割ると周波数Ｆとなり、周波数伝達関数Ｇ（ｊω）の周波数Ｆに対するゲイン特性は、図３のボード線図に示したように、Ｆａ＝Ｋ／｛２・π・Ａ^２・（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３）｝とＦｂ＝Ｋ／｛２・π・Ａ^２・（Ｃ２＋Ｃ３）｝の２つの折れ点周波数を持ち、また、Ｆ＜Ｆａの領域においては、伝達ゲインは略Ｃ１となり、Ｆａ≦Ｆ≦Ｆｂの領域においてはＣ１からＣ１・（Ｃ２＋Ｃ３）／（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３）まで漸減するように変化し、Ｆ＞Ｆｂの領域においてはＣ１・（Ｃ２＋Ｃ３）／（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３）となる。

そして、上記から得られた周波数伝達関数Ｇ（ｊω）のゲイン特性を減衰係数ζに換算するために、｜Ｇ（ｊω）｜にピストン２の受圧面積Ｂを２乗したものを乗じると、減衰特性、位相Φと周波数Ｆとの関係は、図４に示すがごとくとなる。

この図４から明らかなように、この緩衝装置Ｄは、周波数Ｆが折れ点周波数Ｆａより低いときには、高い減衰力を発生し、周波数Ｆが折れ点周波数Ｆｂより高いときには、低い減衰力を発生し、周波数Ｆが折れ点周波数Ｆａ以上折れ点周波数Ｆｂ以下のときには、徐々に減衰力が漸減するような減衰特性を持つことが理解できよう。

したがって、折れ点周波数Ｆａ，Ｆｂは、上記したところから、上記差圧Ｐと第１通路３を通過する液体の流量Ｑ１との関係の係数Ｃ１と、一方室１３内の圧力Ｐ１と流路４ａを通過する液体の流量Ｑ２との関係Ｃ２と、他方室１４内の圧力Ｐ２と流路４ｂを通過する液体の流量Ｑ２との関係Ｃ３と、フリーピストン５の受圧面積である断面積をＡと、バネ要素６のバネ定数Ｋによって設定でき、また、減衰係数ζは、上記係数Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３とピストン２の受圧面積Ｂによって設定することができるのであり、この緩衝装置Ｄにあっては、上記各関係の係数Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３、フリーピストン５の受圧面積Ａおよびバネ要素６のバネ定数Ｋによって減衰特性が設定されることになる。

そして、この係数Ｃ１は、第１通路３の減衰力発生要素１０が液体の流れに与える抵抗によって決まる値であり、他の係数Ｃ２，Ｃ３にあっても、それぞれ第２通路４の一部をなす流路４ａ，４ｂにそれぞれ設けられた減衰力発生要素１１，１２の液体の流れに与える抵抗によって決まる値であることから、周波数Ｆに対する減衰係数ζの変化量の調整、および、折れ点周波数Ｆａ，Ｆｂの調整も容易となる。

すなわち、この緩衝装置Ｄの減衰力の変化を入力振動周波数に依存させることができ、また、その調整も非常に容易となるのであり、この緩衝装置Ｄにあっては、従来緩衝装置のように振幅の大小にて減衰特性を調整するのではなく、入力振動周波数に依存した減衰特性を出力するので、車両が路面の凹凸を乗り越えるような入力振動周波数が高い場面においては低い減衰力を確実に発生させることができ、また、車両が旋回中等の入力振動周波数が低い場面においては高い減衰力を確実に発生できる。

また、その減衰特性の調整が容易であることから、規格の異なる種々車両へ緩衝装置Ｄを適用する際、手探りでその車両にマッチした減衰特性を実現するような煩雑な調整作業の必要が無く、その設計、チューニングも容易となる。

さらに、複数の折れ点周波数Ｆａ，Ｆｂのうち最小値を採る折れ点周波数Ｆａ以外の折れ点周波数Ｆｂ値を車両のバネ下共振周波数の値以下に設定する場合には、緩衝装置Ｄは、バネ下共振周波数の振動が入力されると、必ず、低い減衰力を発生することになるので、車両における乗り心地を損なうことが無い。

そして、入力振動周波数Ｆが折れ点周波数Ｆｂを超える領域では、減衰係数ζの位相遅れが無くなる傾向となり、振動入力に対して減衰力の発生が遅れることなく追随するので、この点でも車両における乗り心地を損なうことがない。

また、最小値の折れ点周波数Ｆａの値を車両のバネ上共振周波数の値以上であってバネ下共振周波数の値以下に設定されるようにすることで、緩衝装置Ｄは、バネ上共振周波数の振動の入力に対して、確実に高い減衰力を発生することができ、車両の姿勢を安定させて、車両旋回時に、搭乗者に不安を感じさせることを防止でき、また、折れ点周波数Ｆａより低い周波数領域では減衰係数ζの位相遅れが無くなる傾向となり、振動入力に対して減衰力の発生が遅れることなく追随するので、この点でも、搭乗者に違和感や不安を与えることがない。

なお、上記各関係の係数Ｃ２，Ｃ３の設定によって、減衰力発生要素１１，１２のいずれか一つを廃してもよく、また、流路４ａ，４ｂの通路面積も上記設定により大小させることができる。

以上では緩衝装置Ｄを概念的に説明したが、以下、緩衝装置Ｄの具体的な構成を示して説明する。

一実施の形態における具体的な緩衝装置Ｄ１は、図５および図６に示すように、シリンダ２０と、シリンダ２０内に摺動自在に挿入されシリンダ２０内を２つの作動室である上室Ｒ４および下室Ｒ５に区画する隔壁部材たるピストン２１と、ピストン２１に形成された上室Ｒ４および下室Ｒ５を連通する第１通路２２，２３と、ピストンロッド２４に螺合されてピストンロッド２４に嵌合されるピストン２１を該ピストンロッド２４に固定するとともに内部に圧力室Ｒ６を形成するハウジング３０と、圧力室Ｒ６内に収納されるフリーピストン５０と、フリーピストン５０の圧力室Ｒ６に対する変位量に対し比例してフリーピストン５０の変位を抑制する附勢力をバネ要素５５と、ピストンロッド２４内に形成され上室Ｒ４を圧力室Ｒ６の一方室２６に連通する第２通路の一部をなす流路４１と、ハウジング３０に設けられ下室Ｒ５を圧力室Ｒ６の他方室２７に連通する第２通路の一部をなす流路４２とを備えて構成され、上室Ｒ４および下室Ｒ５さらには圧力室Ｒ６内には作動油等の液体が充満され、この具体的な緩衝装置Ｄ１にあってもまた、シリンダ２０内の図中下方には、シリンダ２０の内周に摺接して下室Ｒ５と気体室Ｇ１とを区画する摺動隔壁５８が設けられている。

以下、詳細に説明すると、ピストンロッド２４は、その図中下端側に小径部２４ａが形成されるとともに、小径部２４ａの先端側には螺子部２４ｂが形成されている。

そして、ピストンロッド２４内には、小径部２４ａの先端から開口しピストンロッド２４の側部に抜ける第２通路の一部をなす流路４１が形成され、この流路４１の途中には、流路４１を通過する液体の流れに抵抗を与える為、該流路４１の内径より小さい内径を備えた絞り４１ａが設けられている。なお、絞り４１ａは、図中にあるような位置ではなく、ピストンロッド２４の側部から開口する部分の開口面積あるいは小径部２４ａの先端から開口する部分の開口面積のいずれかを小径として液体の流れに抵抗を与えるようにしても良い。

ピストン２１は、環状に形成されるとともに、その内周側にピストンロッド２４の小径部２４ａが挿入されている。また、このピストン２１には、上室Ｒ４と下室Ｒ５とを連通する第１通路２２，２３が設けられ、第１通路２２の図中上端は減衰力発生要素である積層リーフバルブＶ１にて閉塞され、他方の第１通路２３の図中下端も減衰力発生要素である積層リーフバルブＶ２によって閉塞されている。

この積層リーフバルブＶ１，Ｖ２は、共に環状に形成され、内周側にはピストンロッド２４の小径部２４ａが挿入され、積層リーフバルブＶ１，Ｖ２の撓み量をそれぞれ規制する環状のバルブストッパ２８，２９とともにピストン２１に積層されている。

そして、積層リーフバルブＶ１は、緩衝装置Ｄ１の収縮時に下室Ｒ５と上室Ｒ４の差圧によって撓んで開弁し第１通路２２を開放して下室Ｒ５から上室Ｒ４への液体の流れに抵抗を与え、緩衝装置Ｄの伸長時には第１通路２２を閉塞するようになっており、他方の積層リーフバルブＶ２は、積層リーフバルブＶ１とは反対に緩衝装置Ｄ１の伸長時に第１通路２３を開放し、収縮時には第１通路２３を閉塞する。すなわち、積層リーフバルブＶ１は、緩衝装置Ｄ１の収縮時における圧側減衰力を発生する要素であり、他方の積層リーフバルブＶ２は、緩衝装置Ｄ１の伸長時における伸側減衰力を発生する要素である。このように、緩衝装置Ｄ１の伸縮時に上室Ｒ４と下室Ｒ５との連通が全く途絶えてしまうことが無ければ、第１通路を複数設けてそれぞれを緩衝装置Ｄ１の伸長時あるいは収縮時のみ液体が通過するように構成してもよい。

そして、ピストンロッド２４の螺子部２４ｂには、上記バルブストッパ２９の下方からハウジング３０が螺着され、このハウジング３０によって、上記したピストン２１、積層リーフバルブＶ１，Ｖ２およびバルブストッパ２８，２９がピストンロッド２４に固定されている。

ハウジング３０は、上記のように、ピストン２１をピストンロッド２４に固定する役割を果たすと共に、内部には、圧力室Ｒ６が形成されている。

このハウジング３０について説明すると、ハウジング３０は、ピストンロッド２４の螺子部２４ｂに螺合される鍔３２付の内筒３１と、上記鍔３２の外周から延設される外筒３３と、外筒３３の開口部を閉塞するキャップ３４とからなり、この内筒３１、外筒３３およびキャップ３４で圧力室Ｒ６を形成している。

内筒３１は、上述のように鍔３２を備え、その内周には螺子部３１ａが形成され、この螺子部３１ａをピストンロッド２４の螺子部２４ｂに螺着することによって、ハウジング３０がピストンロッド２４の小径部２４ａに固定することが可能なようになっている。

そして、外筒３３は、内筒３１の鍔３２の外周側から一体的に形成され、その外周の断面形状は、その外周形状に符合する工具にて外筒３３を介して内筒３１を回動させること可能なように、図示するところでは、外筒３３の外周の一部を切欠いた形状とされているが、たとえば、六角形といった真円以外の形状とされればよい。

これによって、ハウジング３０をピストンロッド２４へ螺着する際の組み付け加工が非常に簡単となる。

キャップ３４は、鍔付有底筒状に形成され、鍔部分が外筒３３の図中下端をかしめることによって外筒３３の下端に固定され、また、その底部には、第２通路の一部をなす流路４２が設けられている。

そして、上記した内筒３１、外筒３３およびキャップ３４で形成される圧力室Ｒ６内には、フリーピストン５０が摺動自在に挿入され、このフリーピストン５０によって圧力室Ｒ６内は、流路４１によって上室Ｒ４に連通される一方室２６と、流路４２によって下室Ｒ５に連通される他方室２７とに区画されている。

このフリーピストン５０は、有底筒状に形成されてその筒部５１を外筒３３の内周に摺接させており、また、底部５２にはキャップ３４の方向に突出する凸部５３を備えている。

さらに、このフリーピストン５０に、フリーピストン５０の圧力室Ｒ６に対する変位量に比例してその変位を抑制する附勢力を作用させるバネ要素５５として、内筒３１の鍔３２とフリーピストン５０の底部５１内側との間、および、キャップ３４とフリーピストン５０の底部５２外側との間、それぞれ、コイルバネ５６，５７を介装してあり、これらコイルバネ５６，５７によってフリーピストン５０は圧力室Ｒ６内の所定の中立位置に弾性支持されている。

コイルバネ５６の図中下端は、フリーピストン５０の筒部５１の最深部内周に嵌合されて半径方向に位置決められ、また、コイルバネ５７の内周にフリーピストン５０の凸部５３が挿通されることによって、著しい位置ずれが防止されており、これによって安定的にフリーピストン５０に附勢力を作用させることが可能となり、また、フリーピストン５０が外筒３３に対し軸ぶれ等を起こして摺動抵抗が大きくなってしまうことが無いようになっている。

なお、フリーピストン５０の筒部５１の内周は、その最深部に比較して拡径されており、これにより、コイルバネ５６が圧縮されて巻線径が拡大した際にコイルバネ５６の線材が筒部５１の内周に擦れることが無く、コンタミネーションの発生を防止している。

また、フリーピストン５０は、筒部５１を外筒３３の内周への摺接部としていることから、摺動部の軸方向長さの確保が容易で、これによっても、フリーピストン５０の軸ぶれが抑制される。

摺動隔壁５８は、下室Ｒ５側に凹部を備えており、緩衝装置Ｄ１が最収縮した際には、上記ハウジング３０のキャップ３４の先端が上記凹部に侵入することを許容しており、単筒型に構成される緩衝装置Ｄ１にピストンロッド２４の先端にハウジング３０を設けることによるストローク長さのロスが、上記キャップ３４の形状および摺動隔壁５７の凹部によって緩和されることになる。

さて、具体的な緩衝装置Ｄ１は以上のように構成されるが、その減衰特性は、概念的な緩衝装置Ｄを用いて説明したように、各係数Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３、フリーピストン５０の受圧面積Ａおよびバネ要素５５のバネ定数Ｋ（この場合、コイルバネ５６，５７によって合成されるバネ定数）によって設定される。

そして、この具体的な緩衝装置Ｄ１にあっては、係数Ｃ１は第１通路２２，２３の積層リーフバルブＶ１，Ｖ２が液体の流れに与える抵抗で決定され、係数Ｃ２は、第２通路の一部をなす流路４１の絞り４１ａが液体の流れに与える抵抗で決定され、さらに、係数Ｃ３は、第２通路の一部をなす流路４２自体が該流路４２を通過する液体の流れに与える抵抗によって決定される。

なお、流路４２のように、流路自体が絞り弁として機能するように第２通路の一部を形成してもよく、この場合、係数Ｃ３の設定によっては、流路４２の開口面積をフリーピストン５０およびコイルバネ５６がハウジング３０内から脱落してしまうことを防止する限りにおいて大きくして液体の流れに与える抵抗を限りなく小さくするようにすることも可能であり、また、流路４１にあっても絞り４１ａを設けずして係数Ｃ２の設定を満足する場合には絞り４１ａを省略しても良い。

さらに、減衰特性を車両のユーザーが自ら、あるいは、制御装置によって変更する場合には、たとえば、流路４１のピストンロッド２４の小径部２４ａの先端から開口する部分の何処かに弁座を設け、ピストンロッド２４内を貫通するコントロールロッドを介して緩衝装置Ｄ１の外方から該弁座に向けて進退させることが可能なポペット型弁体を設けておけばよい。このようにすることでポペット弁の開口面積を調整でき流路４１の液体の流れに与える抵抗を変化させることができるので、係数Ｃ２を可変にすることができ、緩衝装置Ｄ１の減衰特性を任意に調整することが可能となる。なお、上記ポペット弁の他、スプール弁、ロータリバルブ等の使用も採用されうる。

そして、この緩衝装置Ｄ１にあっても、周波数Ｆに対する減衰係数ζの変化量の調整、および、折れ点周波数Ｆａ，Ｆｂの調整も容易であり、この緩衝装置Ｄ１の減衰力の変化を入力振動周波数に依存させることができ、また、その調整も非常に容易となるのであり、この具体的な緩衝装置Ｄ１にあっても、緩衝装置Ｄと同様の作用効果を奏することができる。

つづいて、この一実施の形態の変形例における緩衝装置Ｄ２について説明する。この変形例の緩衝装置Ｄ２にあっては、図７に示すように、緩衝装置Ｄ１とハウジングの構成が異なるのみで他の部位については異なることが無いので、この異なる部位について説明することとし、同じ部位については同じ符号を付するのみとしてその詳しい説明を省略する。

緩衝装置Ｄ２のハウジング７０は、緩衝装置Ｄ１の内筒３１と略同形状の内筒７１の鍔７２に、緩衝装置Ｄ１におけるキャップ３４と外筒３３が一体成型された形状のケース部材７４の開口端部をかしめて固定することによって、形成される。

この場合には、あらかじめ内筒７１をピストンロッド２４の螺子部２４ｂに螺着していてから、ケース部材７４、コイルバネ５５，５６およびフリーピストン５０をアッセンブリ化したものを内筒７１に固定することができ、そうすることで、内筒７１の螺子部２４ｂへの螺着時にケース部材７４にトルクを与えることが無いので、ケース部材７４の変形が阻止されることになり、また、組み付け加工も容易となる。

したがって、ケース部材７４の変形が阻止されるので、ケース部材７４内においてフリーピストン５０の円滑な移動が保証され、これにより、緩衝装置Ｄ２に狙った減衰特性を確実に発生させることが可能となる。

また、図８に示した一実施の形態の他の変形例における具体的な緩衝装置Ｄ３について説明すると、この緩衝装置Ｄ３も、緩衝装置Ｄ２と同様に、緩衝装置Ｄ１とハウジングの構成が異なるのみで他の部位については異なることが無いので、この異なる部位について説明することとし、同じ部位については同じ符号を付するのみとしてその詳しい説明を省略する。

緩衝装置Ｄ３のハウジング８０は、鍔８２を備えた内筒８１と、鍔８２の外周縁に一端が熔接される外筒８３と、外筒８３の他端にかしめ固定されるキャップ３４と、外筒８３の内周側挿入される筒状のスリーブ８４とを備えて構成されている。

内筒８１の鍔８２の下端外周縁には、段部８２ａが設けられており、この段部８２ａに外筒８３の一端が嵌合されるとともに、外筒８３と鍔８２とが熔接されることによって、内筒８１と外筒８３とが結合される。

そして、この外筒８３内にはスリーブ８４が嵌合され、外筒８３の他端をかしめて、外筒８３の他端にキャップ３４が固定される。このとき、スリーブ８４は、内筒８１の鍔８２とキャップ３４とで挟まれて軸方向への移動が規制されるとともに、外筒８３によって半径方向の移動も規制される。

このスリーブ８４内には、緩衝装置Ｄ１と同様のフリーピストン５０が摺動自在に挿入され、圧力室Ｒ６が一方室２６と他方室２７とに区画されることになる。

このように構成された緩衝装置Ｄ３にあっては、ピストンロッド２４の螺子部２４ａに外筒８３と結合された内筒８１を螺着するときに、外筒８３にトルクが負荷されることになるが、外筒８３が多少変形しても、フリーピストン５０が摺接するスリーブ８４に影響が無く、フリーピストン５０の円滑な移動が保証され、これにより、緩衝装置Ｄ２に狙った減衰特性を確実に発生させることが可能となる。

また、外筒８３と内筒８１との熔接によって外筒８３や内筒８１の鍔８２に熔接歪が生じても、フリーピストン５０が摺接するのはスリーブ８４であるので、熔接加工によってフリーピストン５０の円滑な移動を阻害してしまうことが防止されている。

なお、上記緩衝装置Ｄ２および緩衝装置Ｄ３は、ハウジングの構成が緩衝装置Ｄ１と異なるのみであって、上記異なることによる利点以外の作用効果は緩衝装置Ｄおよび緩衝装置Ｄ１と異なることない。

最後に、他の実施の形態における具体的な緩衝装置Ｄ４について説明する。この緩衝装置Ｄ４は、図９に示すように、圧力室Ｒ９を形成するハウジング９０は、ピストンロッド２４の上室Ｒ７側に設けてある点で、上記した各実施の形態における緩衝装置Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３と異なる。

以下、上記の実施の形態と同様に異なる部分について説明すると、ハウジング９０は、ピストンロッド２４の小径部２４ａにピストン２１、積層リーフバルブＶ１，Ｖ２およびバルブストッパ２８，２９より先んじて挿入され、ピストンロッド２４の螺子部２４ａにピストンナットＮを螺着することによってピストンロッド２４の上室Ｒ７側に固定されている。

なお、ピストンロッド２４の先端から開口する第２流路の一部をなす流路４１は、ピストンロッド２４の側部にて上記ハウジング９０内に形成される圧力室Ｒ９内に連通され、この緩衝装置Ｄ４の場合、流路４１は、圧力室Ｒ９と下室Ｒ８とを連通している。

ハウジング９０について詳述すると、環状板９１と、開口端が環状板９１の外周に固定される有底筒状の筒部材９２とで形成され、この環状板９１と筒部材９２によって圧力室Ｒ９が区画されている。

環状板９１の内径は、小径部２４ａの外周に嵌合する径とされ、環状板９１は、小径部２４ａの終端の段部で軸方向の移動が規制されるようになっている。

また、筒部材９２の底部の軸心部には、ピストンロッド２４が挿入可能なように孔９３が設けられており、また、底部に設けられた軸心部の孔９３を避ける位置に第２流路の一部をなす流路９４，９４が設けられている。このように、上記係数Ｃ２，Ｃ３の設定いかんにより第２通路を複数設けてもよい。

そして、この筒部材９２の開口端を環状板９１の外周に嵌合し、該開口端をかしめることによって筒部材９２と環状板９１との一体化が計られている。

さらに、この環状板９１および筒部材９２とで形成される圧力室Ｒ９内には、フリーピストン９５が摺動自在に挿入されており、このフリーピストン９５で圧力室Ｒ９を一方室１１０と他方室１１１とに区画している。

そして、一方室１１０は、上記流路９４，９４にて緩衝装置Ｄ４の上室Ｒ７に連通され、他方室１１１は、上記流路４１によって下室Ｒ８に連通されている。

このフリーピストン９５は、筒部材９２の内径より小径でピストンロッド２４の外周径より大径となる筒状の本体９６と、本体９６の一端外周から延設され筒部材９２の内周に摺接する第１鍔部９７と、第１鍔部９７の端部から本体９６側に立ち上がり該第１鍔部９７の外周面と面一となる第１環状部９８と、本体９６の他端内周から延設されピストンロッド２４の外周に摺接する第２鍔部９９と、第２鍔部９９の端部から本体９６側に立ち上がり該第２鍔部９９の内周面と面一となる第２環状部１００とを備えて構成されている。

そして、この第１鍔部９７と筒部材９２の底部との間にはバネ要素であるコイルバネ１０１が介装され、さらに、第２鍔部９９と環状板９１との間にもバネ要素であるコイルバネ１０２が介装されている。

このように、各コイルバネ１０１，１０２を介装することによって、コイルバネ１０１は、上記本体９６と第１環状部９８との間の隙間に挿入され、コイルバネ１０２は、本体９６と第２環状部１００との間の隙間に挿入されることになり、ともに、フリーピストン９５に対し半径方向の位置ずれが防止されている。

したがって、コイルバネ１０１，１０２は、バランスよく安定的にフリーピストン９５に附勢力を作用させることが可能となり、また、フリーピストン９５がピストンロッド２４や筒部材９２に対し軸ぶれ等を起こして摺動抵抗が大きくなってしまうことが無いようになっている。

なお、上述したところでは、一方室１１０を筒部材９２に設けた流路９４，９４で上室Ｒ７に連通し、他方室１１１をピストンロッド２４に設けた流路４１にて下室Ｒ８に連通しているが、この実施の形態の場合、流路９４，９４を環状板９１に設けて他方室１１１を上室Ｒ７に連通する場合にあっては、流路４１のピストンロッド２４の側部の出口端を一方室１１０に連通して一方室１１０を下室Ｒ８に連通するようにしても良い。

また、筒部材９２の孔９３の内径を小径部２４ａの外周に嵌合する径に設定し、環状板９１の内径をピストンロッド２４の小径部２４ａ以外の部位に挿入可能な径としておけば、ハウジング９０をピストンロッド２４に図中天地逆向きに取り付けるようにしてもよい。

上述したように緩衝装置Ｄ４は構成されるが、さて、具体的な緩衝装置Ｄ１は以上のように構成されるが、その減衰特性は、概念的な緩衝装置Ｄを用いて説明したように、各係数Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３、フリーピストン９５の受圧面積Ａおよびバネ要素のバネ定数Ｋ（この場合、コイルバネ１０１，１０２によって合成されるバネ定数）によって設定される。

そして、この具体的な緩衝装置Ｄ１にあっては、係数Ｃ１は第１通路２２，２３の積層リーフバルブＶ１，Ｖ２が液体の流れに与える抵抗で決定され、係数Ｃ２は、第２通路の一部をなす流路９４，９４自体が液体の流れに与える抵抗で決定され、さらに、係数Ｃ３は、第２通路の一部をなす流路４１の絞り４１ａが該流路４１を通過する液体の流れに与える抵抗によって決定される。

したがって、この緩衝装置Ｄ４にあっても、周波数Ｆに対する減衰係数ζの変化量の調整、および、折れ点周波数Ｆａ，Ｆｂの調整も容易であり、この緩衝装置Ｄ４の減衰力の変化を入力振動周波数に依存させることができ、また、その調整も非常に容易となるのであり、この具体的な緩衝装置Ｄ４にあっても、緩衝装置Ｄと同様の作用効果を奏することができる。

また、上述のように構成された緩衝装置Ｄ４にあっては、ピストンロッド２４にハウジング９０を取り付けるには、ピストンロッド２４に嵌合するだけであり、ハウジング９０にトルクを作用させる必要がない。

したがって、ハウジング９０の取付加工時に、ハウジング９０の変形の心配が全く無く、フリーピストン９５の円滑な移動が保証され、これにより、緩衝装置Ｄ４に狙った減衰特性を確実に発生させることが可能となる。

なお、各実施の形態における緩衝装置は、いわゆる単筒型の緩衝器として構成されているが、これをシリンダの外方にシリンダを覆うように形成される環状のリザーバを備えた複筒型の緩衝器として構成されてもよいし、また、シリンダの外方に全く別体のリザーバタンクを備えた緩衝器として構成とされてもよい。

また、各実施の形態では、圧力室がシリンダ内に形成されているが、シリンダ外に設けることも可能である。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、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。

緩衝装置を概念的に示した図である。 緩衝装置の動作時のモデル図である。 流量に対する圧力の周波数伝達関数のゲイン特性を示したボード線図である。 減衰係数、位相と周波数との関係を示した図である。 一実施の形態における具体的な緩衝装置の縦断面図である。 一実施の形態における具体的な緩衝装置のピストン部の拡大縦断面図である。 一実施の形態の変形例における緩衝装置のピストン部の拡大縦断面図である。 一実施の形態の他の変形例における緩衝装置のピストン部の拡大縦断面図である。 他の実施の形態における緩衝装置のピストン部の拡大縦断面図である。

符号の説明

１，２０ シリンダ
２，２１ ピストン
３，２２，２３ 第１通路
４ 第２通路
４ａ，４ｂ，４１，４２，９４ 流路
５，５０，９５ フリーピストン
６，５５ バネ要素
７，５８ 摺動隔壁
８，２４ ピストンロッド
１０，１１，１２ 減衰力発生要素
１３，２６，１１０ 一方室
１４，２７，１１１ 他方室
３０，７０，８０，９０ ハウジング
３１，７１，８１ 内筒
３２，７２，８２ 鍔
３３，８３ 外筒
３４ キャップ
５６，５７，１０１，１０２ コイルバネ
７４ ケース部材
８４ スリーブ
９１ 環状板
９２ 筒部材
９３ 孔
９６ 本体
９７ 第１鍔部
９８ 第１環状部
９９ 第２鍔部
１００ 第２環状部
Ｄ，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４ 緩衝装置
Ｇ，Ｇ１ 気体室
Ｒ１，Ｒ４，Ｒ７ 上室
Ｒ２，Ｒ５，Ｒ８ 下室
Ｒ３，Ｒ６，Ｒ９ 圧力室

Claims (12)

1. 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を２つの作動室を区画する隔壁部材と、２つの作動室を連通する第１通路および第２通路と、第２通路の途中に設けた圧力室と、上記圧力室内に摺動自在に挿入され作動室同士の連通を断つフリーピストンと、フリーピストンの圧力室に対する変位量に対し比例して該フリーピストンの変位を抑制する附勢力を発生するバネ要素とを備え、一方の作動室から他方の作動室および圧力室へ移動する流量に対する上記作動室間の差圧の周波数伝達関数のゲイン特性における折れ点周波数は、少なくとも上記差圧と第１通路の流量との関係と、圧力室と各作動室との差圧と第２通路の流量との各関係と、バネ要素のバネ定数とフリーピストンの受圧面積に基づいて設定されることを特徴とする緩衝装置。
2. 複数の折れ点周波数のうち少なくとも最小値を採る折れ点周波数以外の折れ点周波数のいずれか一つの値を車両のバネ下共振周波数の値以下に設定されてなることを特徴とする請求項１に記載の緩衝装置。
3. 最小値の折れ点周波数の値は、車両のバネ上共振周波数の値以上であってバネ下共振周波数の値以下に設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の緩衝装置。
4. 第１通路、第２通路および圧力室は隔壁部材に設けられることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の緩衝装置。
5. ピストンロッドに螺合されてピストンロッドに嵌合される隔壁部材を該ピストンロッドに固定するとともに圧力室を形成するハウジングを備え、ハウジングは、ピストンロッドに螺合される鍔付の内筒と、上記鍔の外周から延設される外筒と、外筒の開口部を閉塞するキャップとからなり、フリーピストンは有底筒状に形成されてハウジング内に収納されて圧力室をピストンロッド側の一方室とキャップ側の他方室とに区画し、一方室はピストンロッド内に形成され第２の通路の一部をなす流路で一方の作動室に連通されるとともに、他方室はキャップに形成した第２の通路の一部をなす流路で他方の作動室に連通されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の緩衝装置。
6. フリーピストンは、内筒の鍔とフリーピストンの底部内側との間に介装されるバネ要素と、キャップとフリーピストンの底部外側との間に介装されるバネ要素とで弾性支持されてなることを特徴とする請求項５に記載の緩衝装置。
7. 外筒の端部が内筒の鍔の外周に熔接によって接合されるとともに、外筒内周側に筒状のスリーブを挿入し、フリーピストンの外周をスリーブの内周に摺接させたことを特徴とする請求項５または６に記載の緩衝装置。
8. 外筒とキャップが一体成型されるとともに、外筒の端部を内筒の鍔に向けてかしめて外筒を内筒に固定することを特徴とする請求項５または６に記載の緩衝装置。
9. 外筒の外周の断面形状は、真円以外の形状とされることを特徴とする請求項５から８のいずれかに記載の緩衝装置。
10. ピストンロッドに固定され圧力室を形成するハウジングを備え、ハウジングは、ピストンロッドの外周に固定される環状板と、開口端が環状板の外周に固定され底部にピストンロッドが挿入される孔を備えた有底筒状の筒部材とからなり、該圧力室内には該筒部材の内周とピストンロッドの外周とに摺接するフリーピストンが挿入され、該フリーピストンで上記圧力室をピストンロッド側の一方室とキャップ側の他方室とに区画し、一方室は筒部材あるいは環状板に形成される第２の通路の一部をなす流路で一方の作動室に連通されるとともに、他方室はピストンロッド内に形成された第２の通路の一部をなす流路で他方の作動室に連通されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の緩衝装置。
11. フリーピストンは筒部材の内径より小径でピストンロッドの外周径より大径となる筒状の本体と、本体の一端外周から延設され筒部材の内周に摺接する第１鍔部と、本体の他端内周から延設されピストンロッドの外周に摺接する第２鍔部とを備え、第１鍔部と筒部材の底部との間に介装されたバネ要素と第２鍔部と環状板との間に介装されたバネ要素とで弾性支持されることを特徴とする請求項１０に記載の緩衝装置。
12. 第１鍔部の端部から本体側に立ち上がり該第１鍔部の外周面と面一となる第１環状部を設け、第２鍔部の端部から本体側に立ち上がり該第２鍔部の内周面と面一となる第２環状部を設け、上記本体と第１環状部との間および本体と第２環状部との間にバネ要素となるコイルバネが挿入されることを特徴とする請求項１１に記載の緩衝装置。

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