JP2007016890A - 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】 作動室Ａを備えたシリンダ１と、シリンダ１内に摺動自在に挿入されロッド３に結合される主ピストン２１と、主ピストン２１と所定間隔を空けてロッド３に結合される副ピストン２２と、作動室Ａ内を主ピストン２１で区画してシリンダ１の一端側に形成される一方室Ｒ２と、作動室Ａ内を副ピストン２２で区画してシリンダ１の他端側に形成される他方室Ｒ１と、一方室Ｒ２と他方室Ｒ１とを連通し流体の流れに抵抗を与える流路３１とを備え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、作動室を備えたシリンダと、シリンダ内に摺動自在に挿入されロッドに結合される主ピストンと、主ピストンと所定間隔を空けてロッドに結合される副ピストンと、作動室内を主ピストンで区画してシリンダの一端側に形成される一方室と、作動室内を副ピストンで区画してシリンダの他端側に形成される他方室と、一方室と他方室とを連通し気体の流れに抵抗を与える流路とを備えたことを特徴とする。

本発明の空圧緩衝器によれば、主ピストン以外に副ピストンを備えることによって、一方室と他方室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、主ピストン以外に副ピストンを設けることで、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。

そして、上記したように、主ピストンのみを備える一般的な空圧緩衝器に副ピストンを設けることによって上記作用効果を奏することが可能であるから、構造が簡単であり、空圧緩衝器の極端な重量増加を招くことが無く、実用的である。

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、作動室Ａを備えたシリンダ１と、シリンダ１内に摺動自在に挿入されロッド３に結合される主ピストン２１と、主ピストン２１と所定間隔を空けてロッドに結合される副ピストン２２と、作動室Ａ内を主ピストン２１で区画してシリンダ１の一端側に形成される一方室たるピストン側室Ｒ２と、作動室Ａ内を副ピストン２１で区画してシリンダ１の他端側に形成される他方室たるロッド側室Ｒ１と、上記ロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２とを連通し気体の流れに抵抗を与える流路３１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主ピストン２１によって図１中下方にピストン側室Ｒ２が区画され、さらには、シリンダ１内に摺動自在に挿入される副ピストン２２によって図１中上方にロッド側室Ｒ１が区画されている。

そして、主ピストン２１および副ピストン２２は、ともに、所定間隔を空けてロッド３に結合されるとともに、ロッド３には、上記したロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２とを連通する流路３１が設けられている。なお、上記流路３１の開口部は、副ピストン２２の上端面至近に位置するように設定されている。

そして、上記主ピストン２１、副ピストン２２、ロッド３およびシリンダ１で隔成される空間Ｒ内には、所定量の油が充填されている。

また、この流路３１は、その途中に、ロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２とを行き交う流体の流れに抵抗を与える絞り弁等の減水力発生要素３１ａを備えている。そして、この流路３１は、空圧緩衝器Ｋが伸縮する、すなわち、シリンダ１に対しロッド３が図中上下に移動する作動を行うときに、ロッド側室Ｒ１からピストン側室Ｒ２へ向かう流体、あるいは、ピストン側室Ｒ２からロッド側室Ｒ１へ向かう流体の通過を許容し、かつ、その流れに抵抗を与えることで、圧力損失を生じせしめて、ロッド側室Ｒ１内の圧力とピストン側室Ｒ２内の圧力に差を発生させて、空圧緩衝器Ｋに所定の減衰作用を発生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３１ａとしては、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可変弁、具体的には、ロータリバルブやスプール等とされてもよいし、空圧緩衝器Ｋが搭載される車両に適せば可変弁以外にも固定絞り弁等とされてもよい。

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。

そして、シリンダ１内には作動気体が封入されるとともに、上記貯油室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と副ピストン２１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、流路３１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３１ａ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、上記主ピストン２１、副ピストン２２および空間Ｒの存在によって、ロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２のトータルの容積は、ピストンを一つしか有しない一般的な緩衝器に比較して小さくなる。

したがって、上記空圧緩衝器Ｋの伸長時のロッド側室Ｒ１およびピストン側室Ｒ２内の圧力変化は、そのトータルの容積に反比例するので、上記一般的な緩衝器に比較して、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。

すなわち、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、上記主ピストン２１と副ピストン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、流路３１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と副ピストン２１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３１ａ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、流路３１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３１ａ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、上記主ピストン２１、副ピストン２２および空間Ｒの存在によって、ロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２のトータルの容積は、ピストンを一つしか有しない一般的な緩衝器に比較して小さくなる。

したがって、上記空圧緩衝器Ｋの収縮時のロッド側室Ｒ１およびピストン側室Ｒ２内の圧力変化は、そのトータルの容積に反比例するので、上記一般的な緩衝器に比較して、ピストン側室Ｒ２内の圧力は速やかに上昇するとともに、ロッド側室Ｒ１内の圧力は速やかに減少することになる。

すなわち、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、上記主ピストン２１と副ピストンによってピストン側室Ｒ２内の圧力上昇およびロッド側室Ｒ１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。

すなわち、この空圧緩衝器Ｋでは、主ピストン２１以外に副ピストン２２を備えることによって、一方室たるピストン側室Ｒ２と他方室たるロッド側室Ｒ１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、上記したように、主ピストン２１以外に副ピストン２２を設けることで、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。

そして、上記したように、主ピストン２１のみを備える一般的な空圧緩衝器に副ピストン２１を設けることによって上記作用効果を奏することが可能であるから、構造が簡単であり、空圧緩衝器Ｋの極端な重量増加を招くことが無く、実用的である。

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。

これに加えて、本実施の形態における空圧緩衝器Ｋでは、主ピストン２１と副ピストン２２との間の空間Ｒ内にも油を充填してある。したがって、主ピストン２１がシリンダ１に対し摺動する際にあっても、この主ピストン２１とシリンダ１との間の摺動部が上記空間Ｒ内の油で潤滑されることになり、主ピストン２１とシリンダ１の相対移動を円滑に保つことが可能である。

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、また、貯油室Ｔ、ロッド側室Ｒ１内および空間Ｒ内の油によって、空圧緩衝器Ｋの各摺動部を潤滑することができ、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、以上述べてきたところの空圧緩衝器Ｋ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。

符号の説明

１ シリンダ
２１ 主ピストン
２２ 副ピストン
３ ロッド
３１ 流路
３１ａ 減衰力発生要素
５ ヘッド部材
５１ 軸受
５２ 凹部
５３，５４，６１ 通路
５３ａ 通路における端部
５５，６２ 逆止弁
６ ボトム部材
１０ 外筒
Ａ 作動室
Ｂ 隙間
Ｋ 空圧緩衝器
Ｏ 貯油室内の油の油面
Ｒ 空間
Ｒ１ 他方室たるロッド側室
Ｒ２ 一方室たるピストン側室
Ｓ 環状シール部材
Ｔ 貯油室

Claims (2)

1. 作動室を備えたシリンダと、シリンダ内に摺動自在に挿入されロッドに結合される主ピストンと、主ピストンと所定間隔を空けてロッドに結合される副ピストンと、作動室内を主ピストンで区画してシリンダの一端側に形成される一方室と、作動室内を副ピストンで区画してシリンダの他端側に形成される他方室と、一方室と他方室とを連通し流体の流れに抵抗を与える流路とを備えたことを特徴とする空圧緩衝器。
2. 主ピストンと副ピストンとの間の空間には油が充填されることを特徴とする請求項１に記載の空圧緩衝器。

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