JP2007016879A - 空圧緩衝器 - Google Patents

Abstract

【課題】 基本長を確保しつつ減衰力の発生に遅れを生じない空圧緩衝器を提供することである。
【解決手段】 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内に形成される作動室Ａを一方室Ｒ１と他方室Ｒ２とに区画するピストン２と、ピストン２を介してシリンダ１内に移動自在に挿入されたロッド３と、を備えた空圧緩衝器Ｋにおいて、一方室Ｒ１もしくは他方室Ｒ２の一方または両方に収容され作動室Ａの容積を減じる収容部材Ｍ１，Ｍ２を設けたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、車両等に搭載される緩衝器に関し、特に車両等のサスペンションとして使用可能な空圧緩衝器の改良に関する。

従来、空圧緩衝器としては、シリンダと、シリンダ内に摺動自在に挿入されたピストンと、シリンダにピストンを介して移動自在に挿通されるロッドとを備えたものが知られている（たとえば、特許文献１，２参照）。

この空圧緩衝器は、シリンダ内に形成の作動室をピストンで一方室と他方室とに区画し、この作動室内に作動流体として気体を封入し、減衰力の発生に際しては、油圧緩衝器と同様に、ピストンで一方室もしくは他方室を圧縮して、一方室内圧力と他方室内圧力に差を生じせしめるようにしている。
特開２００４−１３２４２９号公報 特開２００４−１３２４２８号公報

さて、上述のような空圧緩衝器では、作動流体に気体を用いることにより緩衝器の軽量化等を達成する点で、有用な技術であるが、以下の問題がある。

すなわち、従来の空圧緩衝器を車両のサスペンションとして利用する場合、車両用の油圧緩衝器と同等の取付長を確保しなければならないが、そうすると、シリンダ内の作動室の容積が油圧緩衝器と同等程度となることになる。

すると、空圧緩衝器は上述のように作動流体を気体としており、気体は圧縮性に富み、体積弾性係数が小さいことから、作動流体に作動油を使用する油圧緩衝器に比較して、伸縮作動時に圧縮される一方室もしくは他方室の容積変化に対して該圧縮される一方室もしくは他方室の圧力上昇が遅れることになる。

したがって、従来の空圧緩衝器は、油圧緩衝器に比較して必要とされる減衰力の発生が遅れる問題があった。

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、基本長を確保しつつ減衰力の発生に遅れを生じない空圧緩衝器を提供することである。

本発明の課題解決手段は、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に形成される作動室を一方室と他方室とに区画するピストンと、ピストンを介してシリンダ内に移動自在に挿入されたロッドと、を備えた空圧緩衝器において、一方室もしくは他方室の一方または両方に収容され作動室の容積を減じる収容部材を設けたことを特徴とする。

本発明の空圧緩衝器によれば、収容部材によって、作動室内の容積を減ずることができるので、基本長を車両に搭載可能な程度に確保しても、減衰力の発生が遅れることがない。

また、本空圧緩衝器にあっては、収容部材を作動室内に収容することで、基本長の確保および減衰力の発生遅れを回避していることから、その基本長の確保において、シリンダの上下長さを短くし、さらには、ロッドの上下長さを長くする必要がないので、シリンダやロッドを空圧緩衝器用の特別品として新たに設計製作する必要が無く、油圧緩衝器用のシリンダやロッドをそのまま流用することができることから、空圧緩衝器の開発、製造等のコストを低減することができる。

したがって、この空圧緩衝器にあっては、コスト低減を図りつつ、車両への搭載性と車両における乗り心地を確保することができるのである。

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、空圧緩衝器の概略縦断面図である。図２は、一実施の形態の変形例における空圧緩衝器の概略縦断面図である。図３は、一実施の形態の変形例における空圧緩衝器の概略縦断面図である。図４は、他の実施の形態における空圧緩衝器の概略縦断面図である。

一実施の形態における空圧緩衝器Ｋは、図１に示すように、シリンダ１と、シリンダ１内に形成される作動室Ａを一方室たるロッド側室Ｒ１と他方室たるピストン側室Ｒ２とに区画するピストン２と、ピストン２を介してシリンダ１内に移動自在に挿入されたロッド３とを備えて構成されている。

以下、詳細に説明すると、シリンダ１は、筒状に形成され、その上下端は、それぞれヘッド部材５とボトム部材６によって閉塞されており、これにより、シリンダ１内に作動室Ａが隔成され、さらに、この作動室Ａは、シリンダ１内に摺動自在に挿入されるピストン２によってロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２とに区画されている。

そして、ピストン２には、ロッド３が連結されるとともに、ロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２とを連通する通路２１，２２が設けられ、これら通路２１，２２の途中には減衰力発生要素２３，２４が設けられている。

また、上記通路２１の途中には、ロッド側室Ｒ１からピストン側室Ｒ２へ向かう流れのみを許容する逆止弁２５が設けられ、通路２２の途中には、ピストン側室Ｒ２からロッド側室Ｒ１へ向かう流れのみを許容する逆止弁２６が設けられている。したがって、通路２１にあっては、空圧緩衝器Ｋが伸長する、すなわち、シリンダ１からロッド３が突出する作動を行うときのみに流体の通過を許容し、他方の通路２２にあっては、空圧緩衝器Ｋが収縮する、すなわち、シリンダ１内にロッド３が進入する作動を行うときのみに流体が通過を許容するようになっている。

そして、減衰力発生要素２３，２４は、図示したところでは、可変絞り弁とされており、空圧緩衝器Ｋの伸縮周波数や伸縮速度等に応じて、流体の流れに与える抵抗を変化させることができるようになっている。なお、減衰力発生要素２３，２４は、この空圧緩衝器Ｋが搭載される車両に適せば可変絞り弁以外にも固定絞り弁や、リーフバルブ等とされてもよい。

また、ロッド３の外周であってピストン２の近傍には、環状に形成されロッド側室Ｒ１内に収容される収容部材Ｍ１が固定されており、この収容部材Ｍ１は、シリンダ１との間に隙間を形成すべく、その直径は、シリンダ１の内径より小径とされている。

したがって、収容部材Ｍ１とシリンダ１との間に隙間が形成されることで、上記隙間空圧緩衝器Ｋの伸縮作動時のロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２とを行き交う気体の流れを妨げることがない。ここで、上記気体の流れを考えると収容部材Ｍ１とシリンダ１との間に隙間を生じさせないようにして、その代わりに、収容部材Ｍ１に上記気体の流れを許容可能なようにその上下端を連通する通孔を設けるようしてもよいが、この場合には、収容部材Ｍ１の加工コストの増加するとともに摺動部が増加するので、収容部材Ｍ１とシリンダ１との間に隙間を設けておく方が有利である。

なお、収容部材Ｍ１の材質としては、具体的にはたとえば、金属や合成樹脂等を使用すればよいが、なるべくなら、ロッド側室Ｒ１内の圧力の変化に対して体積変化が少ないものと使用するとよく、内部は中空とされてもよい。
また、収容部材Ｍ１をロッド３の外周を膨出させてロッド３と一体的に形成するようにしてもよいが、上記実施の形態のようにロッド３の外周に固定するように構成することで、ロッド３を特別品とする必要が無いので、この点でも、空圧緩衝器の製造等のコストを削減することが可能である。

さらに、上記収容部材Ｍ１は、ロッド３の外周であって、ピストン２の近傍に設けられているので、収容部材Ｍ１が空圧緩衝器のストローク長に与える影響が最小限に留められている。

転じて、ヘッド部材５は、環状に成型され、その内周側にはロッド３を軸支する軸受５１を備えるとともに、上端側から開口する凹部５２が設けられている。

そして、上記したシリンダ１は、シリンダ１の外方に配置される有底筒状の外筒１０によって覆われており、この外筒１０の底部には、ボトム部材６が嵌合され、また、外筒１０の図中上端である開口端部には、内周側で環状シールＳを保持する封止部材１１が上記ヘッド部材５に積層された状態で固定されている。

上記した封止部材１１において、図１中、上下方向長さとなる軸方向長さは、環状シールＳの上下方向長さとなる軸方向長さより、短く設定されるととともに、環状シールＳは、封止部材１１の下端からシリンダ１の内方に向けて突出するように封止部材１１によって保持されている。なお、上記したところでは、封止部材１１は環状シールＳを保持しているが、環状シールＳを封止部材１１に溶着して分離不能な状態としておくとしても差し支えない。

封止部材１１から突出している環状シールＳの下端は、ヘッド部材５の凹部５２内に配置されており、この凹部５２と封止部材１１とで貯油室Ｔが隔成されている。

上記した環状シールＳの内周側には、シリンダ１から突出し、ヘッド部材５の軸受５１内に摺動自在に挿入されるロッド３が挿入され、この環状シールＳは所定の緊迫力でロッド３の外周に圧接されている。

したがって、ロッド３は、貯油室Ｔを貫いており、この貯油室Ｔは、ロッド３と環状シールＳとの摺接部に臨むようになっている。

さらに、貯油室Ｔは、ヘッド部材５に設けた通路５３によってロッド側室Ｒ１に連通されるとともに、通路５４によって、シリンダ１と外筒１０との間の隙間Ｂに連通されている。

ここで、通路５３の貯油室Ｔ側の端部５３ａは、上記凹部５２の側壁部５２ａから開口しており、この端部５３ａは、少なくとも環状シールＳの図中最下端より上方に位置するように設定されている。また、通路５３の途中には、貯油室Ｔからロッド側室Ｒ１へ向かう流体の流れのみを許容する逆止弁５５が設けられている。

他方、ボトム部材６には、ピストン側室Ｒ２と上記隙間Ｂとを連通する通路６１が設けられ、この通路６１の途中には、ピストン側室Ｒ２から隙間Ｂへ向かう流体の流れのみを許容する逆止弁６２が設けられている。

したがって、貯油室Ｔは、上記した通路５４、隙間Ｂおよび通路６１を介してピストン側室Ｒ２に連通されていることになる。

また、ボトム部材６の上端には、突起６３が設けられ、この突起６３の先端にピストン側室Ｒ２内に収容される収容部材Ｍ２が設けられている。すなわち、この収容部材Ｍ２はシリンダ１の端部側に設けられており、シリンダ１との間に隙間を形成すべく、その直径は、シリンダ１の内径より小径とされている。

したがって、収容部材Ｍ２とシリンダ１との間に隙間が形成されることで、上記隙間空圧緩衝器Ｋの伸縮作動時の通路６１を通過する気体の流れを妨げることがない。

なお、収容部材Ｍ２の材質としては、具体的にはたとえば、金属や合成樹脂等を使用すればよいが、なるべくなら、ピストン側室Ｒ２内の圧力の変化に対して体積変化が少ないものと使用するよく、内部は中空とされてもよい。

また、収容部材Ｍ２をボトム部材６と一体的に形成するようにしてもよいが、ボトム部材６に固定するように構成することで、ボトム部材６を特別品とする必要が無いので、空圧緩衝器の製造等のコストを削減することが可能である。

さらに、上記収容部材Ｍ２は、シリンダ１の端部側に設けられているので、収容部材Ｍ２が空圧緩衝器のストローク長に与える影響が最小限に留められている。

転じて、シリンダ１内には作動気体が封入されるとともに、貯油室Ｔ内には、油が充填され、また、貯油室Ｔ内の油の油面Ｏが、環状シールＳの最下端より下方に下がらないような配慮のもと、上記隙間Ｂ内にも充分な量の油が充填されている。

なお、ロッド側室Ｒ１およびピストン側室Ｒ２内にも少量の油が充填されるが、ロッド側室Ｒ１内に充填される油は、空圧緩衝器が伸縮動作を初めて行うときに、シリンダ１とピストン２と間を潤滑するためであり、ピストン側室Ｒ２内の油は、空圧緩衝器の収縮時における貯油室Ｔ内の油面Ｏの下降を防止するためである。

つづいて、上述のように構成された空圧緩衝器Ｋの作動について説明する。まず、空圧緩衝器Ｋが伸長作動する場合、ロッド側室Ｒ１が圧縮され、ピストン側室Ｒ２が膨張させられるので、ロッド側室Ｒ１内の気体は、通路２１を介してピストン側室Ｒ２内に移動する。この移動時に、気体は減衰力発生要素２３を通過するので、圧力損失が生じロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２の圧力差に見合った減衰力が発生する。

このとき、収容部材Ｍ１，Ｍ２によって作動室Ａ内の容積が小さくされており、空圧緩衝器の伸長時の作動室Ａ内の圧力変化は、作動室Ａの容積に反比例するので、収容部材Ｍ１，Ｍ２がない状態よりも、ロッド側室Ｒ１内の圧力は速やかに上昇するとともに、ピストン側室Ｒ２内の圧力は速やかに減少することになる。したがって、シリンダ１やロッド３の長さを油圧緩衝器と同等のものとしても、上記収容部材Ｍ１，Ｍ２によってロッド側室Ｒ１内の圧力上昇およびピストン側室Ｒ２内の圧力降下が早くなるので、減衰力の発生も同様に従来空圧緩衝器よりも早くなる。

また、ロッド側室Ｒ１内の油は、油は気体より重たく、通路２１の開口部に溜まった状態となることから、該油も気体とともにピストン側室Ｒ２内に移動する。

このロッド側室Ｒ１内の油は、上述したように、シリンダ１とピストン２との間を潤滑する役割を有しているが、気体より先んじて減衰力発生要素２３を通過することからロッド側室Ｒ１内の速やかな圧力上昇を促すことになる。

つづいて、空圧緩衝器Ｋが収縮作動する場合、ピストン側室Ｒ２が圧縮され、ロッド側室Ｒ１が膨張させられるので、ピストン側室Ｒ２内の気体は、通路２２を介してロッド側室Ｒ１内に移動する。この移動時に、気体は減衰力発生要素２４を通過するので、圧力損失が生じロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２の圧力差に見合った減衰力が発生する。

また、上記ピストン側室Ｒ２内の圧力上昇によって、ピストン側室Ｒ２内の気体は、通路５４、隙間Ｂおよび通路６１を介して貯油室Ｔにも流入する。

このとき、収容部材Ｍ１，Ｍ２によって作動室Ａ内の容積が小さくされており、空圧緩衝器の収縮時の作動室Ａ内の圧力変化は、作動室Ａの容積に反比例するので、収容部材Ｍ１，Ｍ２がない状態よりも、ピストン側室Ｒ２内の圧力は速やか上昇するとともに、ロッド側室Ｒ１内の圧力は速やかに減少することになる。したがって、シリンダ１やロッド３の長さを油圧緩衝器と同等のものとしても、上記収容部材Ｍ１，Ｍ２によってロッド側室Ｒ１内の圧力下降およびピストン側室Ｒ２内の圧力上昇が早くなるので、減衰力の発生も同様に従来空圧緩衝器よりも早くなる。

すなわち、この空圧緩衝器Ｋでは、収容部材Ｍ１，Ｍ２によって、作動室Ａ内の容積を減ずることができるので、基本長を車両に搭載可能な程度に確保しても、減衰力の発生が遅れることがない。

また、本空圧緩衝器Ｋにあっては、収容部材Ｍ１，Ｍ２を作動室Ａ内に収容することで、基本長の確保および減衰力の発生遅れを回避していることから、その基本長の確保において、シリンダ１の図中上下長さを短くし、さらには、ロッド３の図中上下長さを長くする必要がないので、シリンダ１やロッド３を空圧緩衝器用の特別品として新たに設計製作する必要が無く、油圧緩衝器用のシリンダやロッドをそのまま流用することができることから、空圧緩衝器の開発、製造等のコストを低減することができる。

したがって、この空圧緩衝器Ｋにあっては、コスト低減を図りつつ、車両への搭載性と車両における乗り心地を確保することができるのである。

さらに、上記した収容部材Ｍ１，Ｍ２が中空に形成される場合には、空圧緩衝器Ｋの重量を軽減することが可能であり、車両のバネ下部材の振動をバネ上部材に伝達し難くすることができ、さらに乗り心地を向上することが可能となる。
なお、空圧緩衝器Ｋが収縮作動においては、ピストン側室Ｒ２内の油は、油は気体より重たく、通路６１の開口部に溜まった状態となることから、気体より先んじて、通路６１を通過することからピストン側室Ｒ２内の速やかな圧力上昇を促すことになる。

そして、貯油室Ｔは、ピストン側室Ｒ２と同様に加圧されることになるので、貯油室Ｔ内の油の油面Ｏが上昇し、この油面Ｏの上昇と貯油室Ｔ内の圧力上昇とによって、貯油室Ｔ内の油は、通路５３を通過してロッド側室Ｒ１内に気体とともに流入する。ここで、通路５３の端部５３ａの開口位置は環状シールＳの最下端より上方に位置しているので、上記のごとく貯油室Ｔから油がロッド側室Ｒ１内に移動しても、貯油室Ｔ内の油の油面Ｏは、必ず環状シールＳの最下端より上方に位置することになり、貯油室Ｔ内の油は、ロッド３と環状シールＳとの摺接部の潤滑を維持しつづける。

したがって、空圧緩衝器Ｋが伸縮を繰り返しても、貯油室Ｔ内の油は、ロッド３と環状シールＳとの摺接部の潤滑を維持しつづけることになり、正立型に形成された空圧緩衝器Ｋのロッド３の摺動部を確実に潤滑することになる。

また、ロッド３の摺接部に臨む貯油室を設けて油面を上記摺接部の最下端より上方に位置させることで、上記摺動部の確実な潤滑が可能となるので、構造が複雑となることが無く、大幅なコスト上昇を伴わずに空圧緩衝器を正立型とすることができる。

この空圧緩衝器Ｋが伸縮作動しつづけると、空圧緩衝器Ｋ内の油は、ロッド側室Ｒ１、ピストン側室Ｒ２および貯油室Ｔを循環し、空圧緩衝器Ｋの摺動部分、すなわち、シリンダ１とピストン２との間の摺動部、ロッド３と環状シールＳの摺動部を潤滑しつづけることになる。

すなわち、この空圧緩衝器Ｋでは、上記油の循環によって、ロッド側室Ｒ１内に油が無くならないようにすることができ、シリンダ１とピストン２との間の摺動部をも潤滑することができ、上記摺動部の潤滑を相まって、空圧緩衝器Ｋの円滑な伸縮作動が実現され、手動抵抗を低減することができ、車両における乗り心地を向上することができるとともに、空圧緩衝器Ｋの耐久性の向上が可能となる。

なお、上記したところでは、一方室たるロッド側室Ｒ１内に収容部材Ｍ１を、他方室たるピストン側室Ｒ２内に収容部材Ｍ２をそれぞれ収容するようにしているが、図２および図３にした一実施の形態の変形例における空圧緩衝器Ｋ２，Ｋ３のように、収容部材Ｍ１，Ｍ２の一方を廃しても、ロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２内のトータルの容積を減ずることができ、このようにしても、上記した一実施の形態の空圧緩衝器Ｋと同様に、基本長の確保および速やかな減衰力の発生が可能である。

また、この他の実施の形態における空圧緩衝器Ｋ１，Ｋ２では、収容部材が一つで済むので、空圧緩衝器の製造コストをより一層低減することが可能である。

なお、収容部材Ｍ２のみを設ける図３に示した空圧緩衝器Ｋ２にあっては、収容部材Ｍ２がシリンダ１に対して移動することが無いので、伸縮作動時に、シリンダ１と干渉してしまう危険がなく、この点で、空圧緩衝器Ｋ２の円滑な伸縮作動を妨げることが皆無である。

さらに、図４に示した他の実施の形態における空圧緩衝器Ｋ３に示すように、収容部材Ｍ３をロッド３の先端に固定してピストン側室Ｒ２内に収容し、ロッド３が挿入される環状の収容部材Ｍ４をヘッド部材５に固定するようにしてもよい。

この場合、収容部材Ｍ３にあっては、ロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２とを行き交う気体の流れを妨げない配慮、具体的には、収容部材Ｍ３とシリンダ１との間に隙間が形成される配慮がなされ、また、収容部材Ｍ４にあっても上記通路５３を塞がない配慮がなされる。

このように構成しても、作動室Ａ内の容積が減少することになるので、一実施の形態における空圧緩衝器Ｋと同様に、基本長の確保および速やかな減衰力の発生が可能である。

なお、上記収容部材Ｍ３，Ｍ４のうち一方を廃してもよいことは、もちろん可能であり、そうしても、上記作用効果は失われず、収容部材が一つで済むので、空圧緩衝器の製造コストをより一層低減することが可能である。

また、空圧緩衝器Ｋ１の構成に、空圧緩衝器Ｋ３の収容部材Ｍ３を適用することも可能であるとともに、空圧緩衝器Ｋ２の構成に空圧緩衝器Ｋ３の収容部材Ｍ４を適用することも可能である。そして、また、以上述べてきたところの空圧緩衝器は、いわゆる片ロッド型の緩衝器として構成されているが、両ロッド型の緩衝器として構成されるとしてもよく、上述の基本長の確保と速やかな減衰力の発生という効果は失われない。さらに、本実施の形態の空圧緩衝器においては特に摺動部の潤滑を念頭に少量の油を一方室、他方室および貯油室に循環させる構造を採用しているが、空圧緩衝器の構造はこれに限定されない。

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。

一実施の形態における空圧緩衝器の概略縦断面図である。 一実施の形態の変形例における空圧緩衝器の概略縦断面図である。 一実施の形態の変形例における空圧緩衝器の概略縦断面図である。 他の実施の形態における空圧緩衝器の概略縦断面図である。

符号の説明

１ シリンダ
２ ピストン
２１，２２，５３，５４，６１ 通路
２３，２４ 減衰力発生要素
２５，２６ 逆止弁
３ ロッド
５ ヘッド部材
５１ 軸受
５２ 凹部
５３ａ 通路における端部
５５，６２ 逆止弁
６ ボトム部材
１０ 外筒
１１ 封止部材
Ａ 作動室
Ｂ 隙間
Ｋ，Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３ 空圧緩衝器
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４ 収容部材
Ｏ 貯油室内の油の油面
Ｒ１ 一方室たるロッド側室
Ｒ２ 他方室たるピストン側室
Ｓ 環状シール部材
Ｔ 貯油室

Claims (4)

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に形成される作動室を一方室と他方室とに区画するピストンと、ピストンを介してシリンダ内に移動自在に挿入されたロッドと、を備えた空圧緩衝器において、一方室もしくは他方室の一方または両方に収容され作動室の容積を減じる収容部材を設けたことを特徴とする空圧緩衝器。
2. 少なくとも１つの収容部材は、ロッドの外周もしくは先端であってピストン近傍に設けられることを特徴とする請求項１に記載の空圧緩衝器。
3. 少なくとも１の収容部材は、シリンダの端部側に固定されることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の空圧緩衝器。
4. 収容部材とシリンダとの間には隙間が形成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空圧緩衝器。

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