JP2008215459A - 緩衝装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波入力時に減衰力の急激な変化を抑制でき車両における乗り心地を向上することが可能な緩衝装置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内を２つの作動室Ｒ１，Ｒ２を区画する隔壁部材２と、２つの作動室Ｒ１，Ｒ２を連通する通路２ａ，２ｂと、圧力室Ｒ３を形成するハウジング４と、上記ハウジング４内に摺動自在に挿入されて圧力室Ｒ３を一方側流路５を介して一方の作動室Ｒ２に連通される一方室７と他方側流路６を介して他方の作動室Ｒ１に連通される他方室８に区画するフリーピストン９と、フリーピストン９の圧力室Ｒ３に対する変位を抑制する附勢力を発生するバネ要素１０とを備え、一方側流路５における各可変オリフィス１１，１２のうち少なくとも一つのフリーピストン９の外周による閉塞タイミングが他の可変オリフィスの閉塞タイミングと異なるよう設定されてなる。
【選択図】図２

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上室と下室に区画するピストンと、ピストンに設けられた上室と下室を連通する第一通路と、ピストンロッドの先端から側部に開通して上室と下室を連通する第二通路と、第二通路の途中に接続される圧力室を備えてピストンロッドの先端に取付けられたハウジングと、圧力室内に摺動自在に挿入され圧力室を一方室と他方室とに区画するフリーピストンと、フリーピストンを附勢するコイルバネとを備えて構成されている。すなわち、圧力室内の一方室は第二通路を介して下室内に連通されるとともに、圧力室内の他方室は第二通路を介して上室に連通されるようになっている。

ここで、緩衝装置の伸縮時における上室と下室との差圧をＰとし、上室から流出する液体の流量をＱとし、上記差圧Ｐと第一通路を通過する液体の流量Ｑ１との関係である係数をＣ１とし、他方室内の圧力をＰ１とし、この圧力Ｐ１と上室から他方室に流入する液体の流量Ｑ２との関係である係数をＣ２とし、一方室内の圧力をＰ２とし、この圧力Ｐ２と一方室から下室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、フリーピストンの受圧面積である断面積をＡとし、フリーピストンの圧力室に対する変位をＸとし、コイルバネのバネ定数をＫとして、流量Ｑに対する差圧Ｐの伝達関数を求めると、式（１）が得られる。なお、式（１）中、ｓはラプラス演算子を示している。

さらに、上記式（１）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（２）が得られる。

上記各式から理解できるように、この緩衝装置における流量Ｑに対する差圧Ｐの伝達関数の周波数特性は、低周波数域では伝達ゲインが大きくなり、高周波数域では伝達ゲインが小さくなる。

したがって、この緩衝装置では、低周波数の振動の入力に対しては大きな減衰力を発生し、他方、高周波数の振動の入力に対しては小さな減衰力を発生することができるので、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可能であるとともに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て、車両における乗り心地を向上させることができる（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００６−３３６８１６号公報（図２）

上述した緩衝装置は、車両における乗り心地を向上することができる点で有用ではあるが、以下の問題がある。

上記緩衝装置の構成では、高周波振動の入力があって低い減衰力を発生している状況で、緩衝装置を大振幅させるような入力がある場合、フリーピストンがストロークエンドまで変位して第二通路を介しての上室と下室との作動油の交流が断たれて、第一通路のみを介して上室と下室とを作動油が交流するようになる。

このようになると、緩衝装置は、もはや高周波振動の入力に対して低い減衰力の発生を維持できないため、大きな減衰力を発生するようになるが、フリーピストンがストロークエンドに達したときに急激に減衰力が変化して大きくなるので、搭乗者に違和感を与えてしまい、車両における乗り心地を損なうことになりかねない。

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、高周波入力時に減衰力の急激な変化を抑制でき車両における乗り心地を向上することが可能な緩衝装置を提供することである。

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つの作動室に区画する隔壁部材と、２つの作動室を連通する通路と、圧力室を形成するハウジングと、上記ハウジング内に摺動自在に挿入されて圧力室を一方側流路を介して一方の作動室に連通される一方室と他方側流路を介して他方の作動室に連通される他方室とに区画するフリーピストンと、フリーピストンの圧力室に対する変位を抑制する附勢力を発生するバネ要素とを備えた緩衝装置において、一方側流路は、フリーピストンの外周に形成されて一方室へ連通される環状溝と、ハウジングに形成されてフリーピストンが中立位置にあるときにフリーピストンの環状溝に対向し当該環状溝を介して一方の作動室を一方室へ連通する複数の可変オリフィスと、同じくハウジングに形成されて一方の作動室と一方室とを連通する固定オリフィスとを有してなり、各可変オリフィスのうち少なくとも一つのフリーピストンの外周による閉塞タイミングが他の可変オリフィスの閉塞タイミングと異なるよう設定されてなることを特徴とする。

本発明の緩衝装置によれば、高周波数で振幅が大きい振動が入力されても、発生減衰力が急激に変化することが無いので、車両における乗り心地を向上することができ、特に、急激な減衰力変化によって車体が振動しボンネットが共振して異音が発生してしまう事態も防止でき、この点でも車両における乗り心地を向上することができる。

さらに、フリーピストンの変位に応じて一方側流路の流路抵抗を徐々に増加させるのに、一つの可変オリフィスの閉塞タイミングを他の可変オリフィスの閉塞タイミングと異なるようにしているので、可変オリフィスの形状を複雑な形状にせずともよいので、可変オリフィスの設置も簡単であって、加工コストも安価である。

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、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２は、一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。図３は、一実施の形態の緩衝装置におけるフリーピストンの変位に対する一方側流路の流路面積の変化を示した図である。図４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５は、減衰係数、位相と周波数との関係を示した図である。図６は、一実施の形態の変形例における緩衝装置の縦断面図である。図７は、一実施の形態の変形例の緩衝装置におけるフリーピストンの変位に対する一方側流路の流路面積の変化を示した図である。

一実施の形態における緩衝装置Ｄは、図１および図２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、一端がピストン２に連結されるピストンロッド１５と、ピストン２に形成された上室Ｒ１および下室Ｒ２を連通する通路２ａ，２ｂと、ピストンロッド１５の先端に固定されて圧力室Ｒ３を形成するハウジング４と、上記ハウジング４内に摺動自在に挿入されて圧力室Ｒ３を一方側流路５を介して一方の作動室たる下室Ｒ２に連通される一方室７と他方側流路６を介して他方の作動室たる上室Ｒ１に連通される他方室８とに区画するフリーピストン９と、フリーピストン９の圧力室Ｒ３に対する変位を抑制する附勢力を発生するバネ要素１０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、この緩衝装置Ｄの場合、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３０が設けられている。

また、上記した一方側流路５は、フリーピストン９の外周に形成されて一方室７へ連通される環状溝９ｄと、ハウジング４に形成されてフリーピストン９が中立位置にあるときにフリーピストン９の環状溝９ｄに対向し当該環状溝９ｄを介して下室Ｒ２を一方室７へ連通する二つの可変オリフィス１１，１２と、同じくハウジング４に形成されて下室Ｒ２と一方室７とを連通する固定オリフィス１３とを備えて構成されている。

なお、シリンダ１の上端は、ピストンロッド１５を摺動自在に軸支する図示しないヘッド部材で封止され、シリンダ１の下端もまた図示しないボトム部材によって封止されている。

以下、各部について詳細に説明すると、ピストンロッド１５は、その図２中下端側に小径部１５ａが形成されるとともに、小径部１５ａの先端側には螺子部１５ｂが形成されている。

そして、ピストンロッド１５には、小径部１５ａの先端から開口しピストンロッド１５の側部に抜ける他方側流路６が形成されている。なお、図示したところでは、この他方側流路６の途中には、抵抗となる弁要素図示はしないが、絞り等の減衰力発生要素を設けるようにしてもよい。

ピストン２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１５の小径部１５ａが挿入されている。また、このピストン２には、上室Ｒ１と下室Ｒ２とを連通する通路２ａ，２ｂが設けられ、通路２ａ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、他方の通路２ｂ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１５の小径部１５ａ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１６，１７とともにピストン２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Ｄの収縮時に下室Ｒ２と上室Ｒ１の差圧によって撓んで開弁し通路２ａを開放して下室Ｒ２から上室Ｒ１へ移動する液体の流れに抵抗を与え、緩衝装置Ｄの伸長時には通路２ａ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Ｄの伸長時に通路２ｂを開放し、収縮時には通路２ｂを閉塞する。すなわち、積層リーフバルブＶ１は、緩衝装置Ｄ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Ｄ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、通路を一方通行とする場合には、緩衝装置Ｄのように、通路２ａ，２ｂを設けてそれぞれを緩衝装置Ｄ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く、また、通路が双方向流れを許容する場合には一つのみを設けるようにしてもよい。

そして、ピストンロッド１５の螺子部１５ｂには、上記バルブストッパ１７の下方から圧力室Ｒ３を形成するハウジング４が螺着され、このハウジング４によって、上記したピストン２、積層リーフバルブＶ１，Ｖ２およびバルブストッパ１６，１７がピストンロッド１５に固定されている。このように、ハウジング４は、内部に圧力室Ｒ３を形成するだけでなく、ピストン２をピストンロッド１５に固定する役割をも果たしている。

このハウジング４について説明すると、ハウジング４は、ピストンロッド１５の螺子部１５ｂに螺合される鍔２２付の内筒２１と、上記鍔２２の外周から延設される外筒２３と、外筒２３の開口部を閉塞するキャップ２４とからなり、この内筒２１、外筒２３およびキャップ２４で下室Ｒ２内に圧力室Ｒ３を画成している。

内筒２１は、上述のように鍔２２を備え、その内周には螺子部２１ａが形成され、この螺子部２１ａをピストンロッド１５の螺子部１５ｂに螺着することによって、ハウジング４をピストンロッド１５の小径部１５ａに固定することが可能なようになっている。

そして、外筒２３は、内筒２１の鍔２２の外周側からかしめ加工によって内筒２１と一体とされている。なお、内筒２１と外筒２３との一体化に際し、上記かしめ加工以外にも溶接等の他の方法を採用することも可能である。また、外筒２３の外周の断面形状を真円以外の形状、たとえば、一部を切欠いた形状や、六角形等の形状としておけば、ハウジング４をピストンロッド１５の先端に螺着する作業が容易となる。

キャップ２４は、鍔付有底筒状に形成され、外筒２３の図中下端が鍔部分をかしめることによって外筒２３の下端に固定され、また、その底部には、一方側流路５の一部を構成する固定オリフィス１３が設けられている。なお、キャップ２４は、製造容易のため、外筒２３とは分離された部材とされているが、キャップ２４と外筒２３を一体の部材として構成してもよい。

そして、上記した内筒２１、外筒２３およびキャップ２４で形成される圧力室Ｒ３内には、フリーピストン９が摺動自在に挿入され、このフリーピストン９によって圧力室Ｒ３内は、他方側流路６によって上室Ｒ１に連通される他方室８と、固定オリフィス１３によって下室Ｒ２に連通される一方室７とに連通されている。

このフリーピストン９は、有底筒状に形成されてその筒部９ａを外筒２３の内周に摺接させており、また、底部９ｂにはキャップ２４の方向に突出する凸部９ｃを備えている。

さらに、このフリーピストン９に、フリーピストン９の圧力室Ｒ３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１０として、内筒２１の鍔２２とフリーピストン９の底部９ｂ内側との間、および、キャップ２４とフリーピストン９の底部９ｂ外側との間にそれぞれ、コイルバネ１８，１９を介装してあり、これらコイルバネ１８，１９によってフリーピストン９は圧力室Ｒ３内の所定の中立位置に位置決められた上で弾性支持されている。

コイルバネ１８の図中下端は、フリーピストン９の筒部９ａ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１９の内周にフリーピストン９の凸部９ｃ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９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９が外筒２３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９の筒部９ａ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１８が圧縮されて巻線径が拡大した際にコイルバネ１８の線材が筒部９ａ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９は、筒部９ａを外筒２３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９の軸ぶれが抑制される。

そして、フリーピストン９には、その筒部９ａ外周に円周に沿って形成される環状溝９ｄが設けられ、さらに、フリーピストン９の肉厚内部を通り環状溝９ｄと一方室７とを連通する孔９ｅが設けられている。

また、外筒２３の側部には、下室Ｒ２と外筒２３内を連通する二つの可変オリフィス１１，１２が設けられており、この可変オリフィス１１，１２は、フリーピストン９がバネ要素１０によって弾性支持されて中立位置にあるときには必ず上記環状溝９ｄに対向して一方室７と下室Ｒ２とを連通するとともに、フリーピストン９がストロークエンドまで変位する、すなわち、内筒２１の下端あるいはキャップ２４の鍔部に当接するまで変位するとフリーピストン９の筒部９ａの外周に完全にオーバーラップされて閉塞されるようになっている。すなわち、この場合、一方側流路５は、環状溝９ｄ、可変オリフィス１１，１２、孔９ｅおよび固定オリフィス１３で構成されている。

また、各可変オリフィス１１，１２は、その軸線が、フリーピストン９の摺動方向となる上下方向に対して直交する面上に配置されており、また、可変オリフィス１１における口径は、可変オリフィス１２における口径より小さくなるように設定されている。さらに、各可変オリフィス１１，１２は、それぞれハウジング４の外周側となる外筒２３の外周側が大径となるテーパ１１ａ，１２ａを備えており、最小口径部位の軸方向長さ（図２中左右長さ）が短くなるようになっている。なお、固定オリフィス１３も、ハウジング４の外周側となるキャップ２４の外周側が大径となるテーパ１３ａを備えており、最小口径部位の軸方向長さ（図２中上下長さ）が短くなるようになっている。

つまり、この緩衝装置Ｄの場合、フリーピストン９が中立位置から変位して、大径の可変オリフィス１２を閉塞し始めるときには、小径の可変オリフィス１１については閉塞が開始されず、その後のフリーピストン９の変位量増加によって、大径の可変オリフィス１２のみならず小径の可変オリフィス１１も閉塞され始め、以後、まず小径の可変オリフィス１１が完全に閉塞されて後に大径の可変オリフィス１２が閉塞されるようになっている。すなわち、各可変オリフィス１１，１２は、それぞれ、フリーピストン９の外周による閉塞タイミングが異なるよう設定されているのである。

さらに、この実施の形態では、フリーピストン９の変位量の増加に伴って徐々に可変オリフィス１１，１２の流路面積が減少し、フリーピストン９がストロークエンドに達する以前に、可変オリフィス１１，１２が完全に筒部９ａに対向して閉塞され、一方側流路５における流路抵抗が最大となり一方室７が固定オリフィス１３のみによって下室Ｒ２に連通されるようになっている。

したがって、フリーピストン９の変位に対する一方側流路５における流路面積は、図３の線Ｚに示すように、可変オリフィス１１におけるフリーピストン９の外周で閉塞されていない部分の面積（図中破線）と、可変オリフィス１２におけるフリーピストン９の外周で閉塞されていない部分の面積（図中一点鎖線）と、固定オリフィス１３の開口面積（図中二点差線）を合算したものとなる。したがって、フリーピストン９の中立位置からの所定量変位すると、その後の変異量の増加に対して、上記流路面積が漸減する。さらに、フリーピストン９がストロークエンド手前まで変位すると可変オリフィス１１，１２が完全に閉塞されるので、図３中左右端に可変オリフィス１１，１２が完全に閉塞される領域Ｙ1，Ｙ２が形成されて、この領域Ｙ１，Ｙ２では流路面積が最小値をとるようになる。

つまり、この緩衝装置Ｄの場合、フリーピストン９の中立位置からの変位量が大径の可変オリフィス１２を閉塞し始める変位量となるときに、可変オリフィス１１，１２の開口全てが環状溝９ｄに対向する状況から筒部９ａの外周に対向し始める状況に移行して徐々に大径の可変オリフィス１２の流路面積が減少し始め、その後、同様に小径の可変オリフィス１１も閉塞され始めて一方側流路５における流路抵抗が徐々に増加することになる。

なお、摺動隔壁３０は、下室Ｒ２側に凹部を備えており、緩衝装置Ｄが最収縮した際には、上記ハウジング４のキャップ２４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Ｄにピストンロッド１５の先端にハウジング４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２４の形状および摺動隔壁３０の凹部によって緩和されることになる。

緩衝装置Ｄは以上のように構成されるが、続いて緩衝装置Ｄの作動について説明する。

（Ａ）フリーピストン９における中立位置からの変位量が大径の可変オリフィス１２を閉塞し始めない範囲内である場合
この場合、フリーピストン９は一方側流路５の抵抗を変化させることなく変位することが可能であるので、緩衝装置Ｄの減衰特性は、通路２ａ，２ｂの積層リーフバルブＶ１，Ｖ２が液体の流れに与える抵抗Ｃ１、他方側流路６が液体の流れに与える抵抗Ｃ２、一方側流路５における固定オリフィス１３および可変オリフィス１１，１２が液体の流れに与える抵抗Ｃ３、フリーピストン９の受圧面積Ａおよびバネ要素１０のバネ定数Ｋ（この場合、コイルバネ１８，１９によって合成されるバネ定数）によって設定される。

すなわち、上記式（１）および式（２）における係数Ｃ１が通路２ａ，２ｂの積層リーフバルブＶ１，Ｖ２が液体の流れに与える抵抗で、係数Ｃ２が、他方側流路６が液体の流れに与える抵抗で、係数Ｃ３が一方側流路５における固定オリフィス１３および可変オリフィス１１，１２が液体の流れに与える抵抗で決定されることになる。なお、この実施の形態の場合、式（１）、（２）において、差圧Ｐは上室Ｒ１と下室Ｒ２との差圧を示し、流量Ｑは上室Ｒ１から下室Ｒ２へ移動する流量を示し、流量Ｑ１は通路２ａ，２ｂを通過する液体の流量を示し、流量Ｑ２は上室Ｒ１から他方室８へ移動する液体の流量を示している。

そして、フリーピストン９における中立位置からの変位量が大径の可変オリフィス１２を閉塞し始めない範囲内である場合、緩衝装置Ｄの周波数伝達関数Ｇ（ｊω）の周波数Ｆに対するゲイン特性は、図４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、周波数Ｆに対する減衰力の変化である減衰特性、位相Φと周波数Ｆとの関係は、図５に示すがごとくとなる。なお、減衰特性は図４中実線で示し、位相Φは図５中破線で示してある。

この図５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、係数Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３と、フリーピストン９の受圧面積である断面積Ａと、バネ要素１０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９の受圧面積Ａおよびバネ要素１０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，Ｃ２，Ｃ３は、上述の各流路の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。

（Ｂ）フリーピストン９の中立位置からの変位量が一方側流路５の流路抵抗を増加させる範囲内である場合の動作
転じて、フリーピストン９の中立位置からの変位量が可変オリフィス１１，１２の一方または両方を閉塞し始めて一方側流路５の流路抵抗を増加させる場合における緩衝装置Ｄの動作について説明する。この場合、可変オリフィス１１，１２の一方または両方は、フリーピストン９の変位量に応じて、徐々に流路面積を小さくし、フリーピストン９がストロークエンドに付近まで到達すると完全に閉塞されて流路面積を固定オリフィス１３の流路面積と同じくして最小とする。

つまり、フリーピストン９が大径の可変オリフィス１２を閉塞し始めた後は変位量に応じて一方側流路５の流路抵抗を徐々に大きくし、フリーピストン９がストロークエンド付近に到達すると流路抵抗が最大となる。

ここで、フリーピストン９がストロークエンドまで変位するのは、一方室７もしくは他方室８への液体の流出入量が多い場合であり、具体的には、緩衝装置Ｄの振動の振幅が大きい場合である。

緩衝装置Ｄの振動周波数が比較的高い場合、緩衝装置Ｄは、フリーピストン９が大径の可変オリフィス１２を閉塞し始める位置へ変位するまでは、比較的低い減衰力を発生しているが、フリーピストン９が大径の可変オリフィス１２を閉塞し始める位置を越えて変位するようになると、徐々に一方側流路５の流路抵抗が徐々に大きくなっていくので、フリーピストン９のそれ以上のストロークエンド側への移動速度が減少されて、圧力室Ｒ３を介しての上室Ｒ１と下室Ｒ２との液体の移動量も減少し、その分通路２ａ，２ｂを通過する液体量が増加することになり、緩衝装置Ｄの発生減衰力は徐々に大きくなっていく。

そして、フリーピストン９がストロークエンドに達すると、それ以上、圧力室Ｒ３を介して上室Ｒ１と下室Ｒ２との液体の移動はなくなり、緩衝装置Ｄの伸縮方向を転ずるまでは液体は通路２ａ，２ｂのみを通過することになり、緩衝装置Ｄは、最大の減衰係数で減衰力を発生することになる。

すなわち、フリーピストン９がストロークエンドまで変位してしまうような高周波数で大振幅の振動が緩衝装置Ｄに対し入力されても、フリーピストン９の中立位置からの変位量が任意の変位量を超えるとフリーピストン９がストロークエンドに達するまでに緩衝装置Ｄは徐々に発生減衰力を大きくするので、低い減衰力から急激に高い減衰力に変化することが無くなる。つまり、フリーピストン９がストロークエンドに達して圧力室Ｒ３内と下室Ｒ２との液体の交流ができなくなるときに急激に減衰力の大きさが変化してしまうことがなくなり、低減衰力から高減衰力への減衰力変化がなだらかとなる。さらに、フリーピストン９が圧力室Ｒ３における両端側のストロークエンドまで到る際に、徐々に発生減衰力を大きくするので、減衰力の急激な変化を抑制する機能は、緩衝装置Ｄの伸圧の両行程で発揮される。

したがって、この緩衝装置Ｄにあっては、高周波数で振幅が大きい振動が入力されても、発生減衰力がなだらかに変化することになって、搭乗者に減衰力の変化によるショックを知覚させずにすみ、車両における乗り心地を向上することができ、特に、急激な減衰力変化によって車体が振動しボンネットが共振して異音が発生してしまう事態も防止でき、この点でも車両における乗り心地を向上することができる。

さらに、フリーピストン９の変位に応じて一方側流路５の流路抵抗を徐々に増加させるのに、各可変オリフィス１１，１２の閉塞タイミングを異なるようにしているので、可変オリフィスの形状を複雑な形状にせずともよく、この閉塞タイミングを異ならしめるに際しても複数の可変オリフィスのうち最低一つの口径を他の可変オリフィスと異なる径に設定しておけばよいので、可変オリフィスの設置も簡単であって、加工コストも安価である。

また、フリーピストン９がストロークエンドに達する前に各可変オリフィス１１，１２が完全に閉塞されるように設定されているので、フリーピストン９がストロークエンドに達するような状況となっても、減衰力変化が急激となるようなことが無い。すなわち、フリーピストン９がストロークエンドに達しても可変オリフィス１１，１２のいずれかが開放された状態となってフリーピストン９の移動が急となって緩衝装置Ｄの発生減衰力の変化が大きくなる傾向となるが、このような不具合の発生が防止されるのである。さらに、図３に示したように、フリーピストン９の両側のストロークエンドの近傍からストロークエンドに到達する前に領域Ｙ１，Ｙ２において、可変オリフィス１１，１２が完全に閉塞されるようになっているから、可変オリフィス１１，１２の口径、開穿位置、環状溝９ｄの位置や幅に多少の寸法誤差があっても、確実に可変オリフィス１１，１２をストロークエンドで閉塞することが可能となるため、緩衝装置Ｄの減衰力変化が伸縮両行程で均一となるばかりでなく、製品毎にばらつきが生じる事を防止でき、さらには、狙い通りに減衰力変化をなだらかにできない等の不具合の発生を阻止することができる。

そして、さらに、可変オリフィス１１，１２および固定オリフィス１３には、それぞれ、テーパ１１ａ，１２ａ，１３ａを設けているので、可変オリフィス１１，１２および固定オリフィス１３のテーパ１１ａ，１２ａ，１３ａに連なる円筒径状孔部分の軸方向長さを短くすることができ、液体の動粘度が変化する事態となっても、可変オリフィス１１，１２および固定オリフィス１３の液体の流れに与える抵抗が変化しにくくなるので、緩衝装置Ｄにおける周波数に対する減衰力の変化である減衰特性も変化しにくくなり、安定した減衰特性を実現することができ緩衝装置Ｄの実用性が向上することになる。

また、この緩衝装置Ｄにあっては、フリーピストン９がバネ要素１０によって、フリーピストン５を中立位置に戻す附勢力が作用しているので、必要な時に減衰力の急激な変化を抑制する機能を発揮できないという事態を回避することができる。

さらに、この緩衝装置Ｄにあっては、フリーピストン９が圧力室Ｒ３における両端側のストロークエンドまで到る際に、徐々に一方側流路５の流路抵抗を変化させて大きくするので、緩衝装置が伸縮するたびに減衰力の急激な変化を抑制する機能が変動してしまうことがなく、搭乗者に違和感を与えることもない。

そして、さらに、上記減衰力の急激な変化を抑制する機能を達成するのに、クッションやプランジャを用いず、徐々に一方側流路５の流路抵抗を変化させて大きくするので、設計も非常に容易となる。

また、可変オリフィス１１，１２を二つ設けているが、三つ以上としてもよく、その場合には、いずれか一つの可変オリフィスの口径を他の可変オリフィスの口径と異なるようにしておけば、少なくとも一つの可変オリフィスの閉塞タイミングを他の可変オリフィスの閉塞タイミングと異なるように設定でき、一方側流路５の流路面積をフリーピストン９の中立位置からの変位の増加に伴ってなだらかに減少させることができる。

最後に、一実施の形態の変形例における緩衝装置Ｄ１について説明する。この緩衝装置Ｄ１にあっては、図６に示すように、緩衝装置Ｄと可変オリフィス２５，２６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。

この緩衝装置Ｄ１は、図６に示すように、外筒２３に形成される可変オリフィス２５，２６は、口径は同一とされているものの、フリーピストン９の摺動方向にずらして配置されている。

この変形例の場合にあっても、フリーピストン９が中立位置では、可変オリフィス２５，２６は環状溝９ｄに対向して閉塞されることがなく、フリーピストン９が中立位置から図６中上方へ変位していくと、可変オリフィス２６がまず閉塞され始め、つづいて、その後の上方への変位で可変オリフィス２５が閉塞されるようになる。反対に、フリーピストン９が中立位置から図６中下方へ変位していくと、可変オリフィス２５がまず閉塞され始め、つづいて、その後の下方への変位で可変オリフィス２６が閉塞されるようになる。

そして、この変形例にあっても、一方側流路５は、固定オリフィス１３と、可変オリフィス２５，２６と環状溝９ｄで形成されており、したがって、フリーピストン９の変位に対する一方側流路５における流路面積は、図７の線Ｚ１に示すように、可変オリフィス２５におけるフリーピストン９の外周で閉塞されていない部分の面積（図中破線）と、可変オリフィス２６におけるフリーピストン９の外周で閉塞されていない部分の面積（図中一点鎖線）と、固定オリフィス１３の開口面積（図中二点差線）を合算したものとなる。したがって、フリーピストン９の中立位置からの所定量変位すると、その後の変異量の増加に対して、上記流路面積が漸減する。さらに、フリーピストン９がストロークエンド手前まで変位すると可変オリフィス２５，２６が完全に閉塞されるので、図７中左右端に可変オリフィス２５，２６が完全に閉塞される領域Ｙ３，Ｙ４が形成されて、この領域Ｙ３，Ｙ４では流路面積が最小値をとるようになる。

なお、この実施の形態の場合、可変オリフィス２５，２６は、フリーピストン９の中立位置を中心として上下方向に対称な位置に開穿されているので、図７に示した線Ｚ１は、ストローク中心である中立位置を境に一方側流路５における流路面積は左右対称となっているが、可変オリフィス２５，２６の開穿位置とフリーピストン９の中立位置との上下方向距離と異ならしめるようにすることもできる。

上述したところから理解できるように、この変形例にあっても、可変オリフィス２５，２６をフリーピストン９の摺動方向にずらして配置することで、各可変オリフィス２５，２６の閉塞タイミングを異なるようにしているので、一実施の形態と同様に、フリーピストン９における中立位置からの変位量が各可変オリフィス２５，２６を閉塞し始めない範囲内である場合には、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、この緩衝装置Ｄ１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Ｄ１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、この変形例における緩衝装置Ｄ１においても、フリーピストン９がストロークエンドに達して圧力室Ｒ３内と下室Ｒ２との液体の交流ができなくなるときに急激に減衰力の大きさが変化してしまうことがなく、低減衰力から高減衰力への減衰力変化がなだらかとなり、フリーピストン９が圧力室Ｒ３における両端側のストロークエンドまで到る際に、徐々に発生減衰力を大きくするので、減衰力の急激な変化を抑制する機能は、緩衝装置Ｄ１の伸圧の両行程で発揮される。

したがって、この緩衝装置Ｄ１にあっても、高周波数で振幅が大きい振動が入力されても、発生減衰力がなだらかに変化することになって、搭乗者に減衰力の変化によるショックを知覚させずにすみ、車両における乗り心地を向上することができ、特に、急激な減衰力変化によって車体が振動しボンネットが共振して異音が発生してしまう事態も防止でき、この点でも車両における乗り心地を向上することができる。

さらに、可変オリフィス２５，２６をフリーピストン９の摺動方向にずらして配置することで、各可変オリフィス２５，２６の閉塞タイミングを異なるようにしているので、可変オリフィスの形状を複雑な形状にせずともよく、この閉塞タイミングを異ならしめるに際しても複数の可変オリフィスのうち最低一つを他の可変オリフィスの開穿位置とずらしておけばよいので、可変オリフィスの設置も簡単であって、加工コストも安価である。

また、この可変オリフィス２５，２６にあっても、外筒２３の外周側が大径となるテーパ２５ａ，２６ａを備えているので、液体の動粘度変化の影響を受けにくくなっている。

さらに、この一実施の形態の変形例においては、可変オリフィス２５，２６の口径を同じに設定しているが、異なる口径に設定してもよい。また、可変オリフィス２５，２６を二つ設けているが、三つ以上としてもよく、その場合には、いずれか一つの可変オリフィスを他の可変オリフィスの位置をフリーピストン９の摺動方向にずらすようにすれば、少なくとも一つの可変オリフィスの閉塞タイミングを他の可変オリフィスの閉塞タイミングと異なるように設定でき、一方側流路５の流路面積をフリーピストン９の中立位置からの変位の増加に伴ってなだらかに減少させることができる。

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。

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。 一実施の形態の緩衝装置におけるフリーピストンの変位に対する一方側流路の流路面積の変化を示した図である。 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。 一実施の形態の変形例の緩衝装置におけるフリーピストンの変位に対する一方側流路の流路面積の変化を示した図である。

符号の説明

１ シリンダ
２ ピストン
２ａ，２ｂ 通路
４ ハウジング
５ 一方側流路
６ 他方側流路
７ 一方室
８ 他方室
９ フリーピストン
９ａ フリーピストンにおける筒部
９ｂ フリーピストンにおける底部
９ｃ フリーピストンにおける凸部
９ｄ フリーピストンにおける環状溝
９ｅ フリーピストンにおける孔
１０ バネ要素
１１，１２，２５，２６ 可変オリフィス
１１ａ，１２ａ，１３ａ，２５ａ，２６ａ テーパ
１３ 固定オリフィス
１５ ピストンロッド
１５ａ ピストンロッドにおける小径部
１５ｂ ピストンロッドにおける螺子部
１６，１７ バルブストッパ
１８，１９ バネ要素たるコイルバネ
２１ ハウジングにおける内筒
２１ａ 内筒における螺子部
２２ 内筒における鍔
２３ ハウジングにおける外筒
２４ ハウジングにおけるキャップ
３０ 摺動隔壁
Ｄ，Ｄ１ 緩衝装置
Ｇ 気体室
Ｒ１ 他方の作動室たる上室
Ｒ２ 一方の作動室たる下室
Ｒ３ 圧力室
Ｖ１，Ｖ２ 積層リーフバルブ

Claims (6)

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つの作動室に区画する隔壁部材と、２つの作動室を連通する通路と、圧力室を形成するハウジングと、上記ハウジング内に摺動自在に挿入されて圧力室を一方側流路を介して一方の作動室に連通される一方室と他方側流路を介して他方の作動室に連通される他方室とに区画するフリーピストンと、フリーピストンの圧力室に対する変位を抑制する附勢力を発生するバネ要素とを備えた緩衝装置において、一方側流路は、フリーピストンの外周に形成されて一方室へ連通される環状溝と、ハウジングに形成されてフリーピストンが中立位置にあるときにフリーピストンの環状溝に対向し当該環状溝を介して一方の作動室を一方室へ連通する複数の可変オリフィスと、同じくハウジングに形成されて一方の作動室と一方室とを連通する固定オリフィスとを有してなり、各可変オリフィスのうち少なくとも一つのフリーピストンの外周による閉塞タイミングが他の可変オリフィスの閉塞タイミングと異なるよう設定されてなることを特徴とする緩衝装置。
2. 各可変オリフィスは、ハウジングのフリーピストンの摺動方向に対して直交する面上に配置されるとともに、一つの可変オリフィスの口径は少なくとも他の可変オリフィスの口径を異なるよう設定されてなる請求項１に記載の緩衝装置。
3. 各可変オリフィスのうち少なくとも一つは、他の可変オリフィスとフリーピストンの摺動方向にずらして配置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. フリーピストンがストロークエンドに達する前に各可変オリフィスが完全に閉塞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。
5. 可変オリフィスおよび固定オリフィスは、ハウジング外周側が大径となるテーパを備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の緩衝装置。
6. ハウジングは、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を備えて圧力室を形成し、圧力室内には外筒の内周に摺接するフリーピストンが挿入されてなり、可変オリフィスは外筒に形成されてなることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の緩衝装置。

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