JP2008215579A - ガススプリング - Google Patents

Abstract

【課題】ベローズを具えたガススプリングにおいて、ベローズによるばね作用が十分得られ、かつ全長を短縮構成したガススプリングを提供すること。
【解決手段】外筒の内側に、金属製のベローズ筒体とシリンダとを同軸に重ねて設け、前記シリンダ内にロッドを摺動自在に設け、前記ベローズ筒体の内側と前記シリンダの外側で区画されたベローズ内室をガス室とするとともに、ベローズ外室シリンダ室とを連通させるとともに、前記ベローズ外室前記シリンダ室とを油室としてガススプリングを構成した。これにより、ベローズによるばね作用を付与できるとともに、全長を短くしたガススプリングを提供できる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば車両や産業機械などに用いて好適な、ベローズを有するガススプリングに関する。

実公４−１９２５３号公報には、ベローズを用いたガス室とピストンシリンダ機構を組み合わせたガススプリングの例が記載されている。このガススプリングは、シリンダと内筒の間にベローズ本体を設け、ベローズ本体の一端にベローズ蓋を取り付け、内筒内にロッドを移動可能に取り付けている。

これにより、ロッドを移動させるとベローズが膨張あるいは収縮され、ロッド先端に設けられた減衰機構による減衰作用とともにベローズによるばね作用を実現させている。
実公０４−１９２５３号公報

ガススプリングにおいて、ガス・油分離膜に使用される金属ベローズは、ゴムブラダ、フリーピストンに比較して、ガスリークがなく高耐久性を有し、更に高周波応答性が良いことからガス・油分離膜として最適である。しかし、従来の金属ベローズの使用法は、金属ベローズの一端を固定し、他端を伸縮自在に気密に塞ぐ構造である。したがって、金属ベローズの伸縮自由端は固定できず、金属ベローズ内にシリンダを内蔵する場合は、シリンダ端も固定できず横荷重を受けられない問題があり、また、シリンダの後部に金属ベローズを直列に連結されている構造の場合は、ガススプリングの全長が長くなる問題があった。

また、シリンダをベローズ内に内蔵する構造の場合は、ガス室をベローズの外部と外筒の間に設けざるを得ず、ガスは油に比較して伝熱性が低いため、減衰機構部で発生する熱の放熱性を劣化させる問題があった。

本発明は、ベローズを有するガススプリングにおいて、ベローズによるばね作用が十分得られ、かつ全長を短くしたガススプリングを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、ガススプリングを次のように構成した。

１、シリンダと、前記シリンダの外周に、該シリンダとほぼ同軸に設けられた外筒と、前記外筒と前記シリンダの間に、該シリンダとほぼ同軸に設けられた金属製のベローズと、前記シリンダを取り付け、前記ベローズ、および前記外筒の軸方向一端側を気密に閉塞固定するシリンダ側板と、前記シリンダを取り付け、前記ベローズ、および前記外筒の軸方向他端側を気密に閉塞固定するとともに、ロッドを気密かつ摺動自在に貫通させたロッド側板と、を備え、前記ベローズの内側と前記シリンダの外側で区画されたベローズ内室、もしくは前記ベローズの外側と前記外筒の内側で区画されたベローズ外室のいずれか一方と、前記シリンダ側板と前記ロッド側板で区画されたシリンダ内部（「シリンダ室」とする。）とを連通させるとともに、該シリンダ室に連通された前記ベローズ内室、あるいは前記ベローズ外室の一方と、前記シリンダ室とを内部に作動油を充填させた油室とし、
更に、該シリンダ室に連通されていない前記ベローズ内室、もしくは前記ベローズ外室の他方を、所定の圧力のガスを封入させたガス室としてガススプリングを構成した。

２、１に記載のガススプリングにおいて、前記ベローズを予め軸方向に圧縮した状態で前記シリンダと前記外筒の間に組み入れた。つまり、山、谷の数を多くし、予め山谷の間隔を密にした。

３、１または２に記載のガススプリングにおいて、ベローズは、内径側の端縁、及び外径側の端縁が先鋭に屈曲しており、かつ腹部を波目状の凹凸に形成した。

４、１〜３のいずれかに記載のガススプリングにおいて、前記高圧ガス室内に所定量の液体を収納させて構成した。

５、１〜４のいずれかに記載のガススプリングにおいて、前記ロッドの先端付近に、前記シリンダ室内で作動油に対して流通抵抗を生じさせる減衰力発生機構を設けたこととした。

６、１〜５のいずれか１項に記載のガススプリングにおいて、前記ガス室を前記ベローズ内室に設け、前記ベローズ外室を油室とし、前記シリンダ室の油室と該ベローズ外室の油室とをシリンダ側板に設けた連通路で連通させる構成とした。

本発明のガススプリングは、シリンダの外周に設けられたベローズにより、十分なばね作用が得られる。ロッドの作動範囲とベローズとをほぼ同軸に重ねて配置できるので、ガススプリングの全長を短くし、小型化できる。

ベローズを軸方向に圧縮して取り付けることにより、ベローズの作動範囲を大きくでき、ばね性を向上できる。また、ベローズの個々の山谷の変形量を小さくし、耐久性を向上できる。ガス室に液体、例えば作動油等を封入したので、ガス室の容積を任意に設定でき、ベローズの変形量を抑え、ベローズの耐久性を向上させることができる。また液体の潤滑作用によりベローズの作動を円滑にできる。

ベローズの腹部を波目状の凹凸に形成したので、山谷の取付長を短くして、より多くの山谷を形成でき、容積の変化量を大きくし、小型で、ばねの作用範囲が広いガススプリングを提供できる。ロッドの先端付近に減衰力発生機構を設けたので、流通抵抗によりロッドに所望の減衰力を付与することができる。外筒内側が作動油で満たされているので、優れた放熱性が得られる。

本発明にかかるガススプリングの一実施形態について説明する。

図１に、ガススプリング１０を示す。ガススプリング１０は、外筒１２と、外筒１２の内周側に設けられたベローズ筒体１４と、ベローズ筒体１４の内周側に設けられたシリンダ１６と、シリンダ１６内に設けられたロッド２０と、ロッド２０の先端に取り付けられた、減衰力発生機構としてのピストン１８と、シリンダ１６の一端を塞ぐシリンダ側板２２と、シリンダ側板２２の軸方向反対側に設けられたロッド側板２４と、ロッド２０の露出部分を覆うロッドカバー２５などから構成されている。

外筒１２は、円筒状で、下端（図の上下方向を基準とする。）にシリンダ側板２２が気密に取り付けてある。シリンダ側板２２は、シリンダ１６と一体に形成してあり、下方に取付具２６が設けてある。取付具２６には、ゴムブッシュ４２が固着してある。また外筒１２の上端には、ロッド側板２４が気密に取り付けてある。

ベローズ筒体１４は、薄い金属板からなる円筒体で、外筒１２と同心円状に取り付けられている。ベローズ筒体１４は、径方向に拡大した山部と、谷部を軸方向に交互に形成した蛇腹状部材であり、軸方向の下側端部がシリンダ側板２２に、上側端部がロッド側板２４にそれぞれ気密に取り付けてある。ベローズ筒体１４は、例えば板厚が０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度のオーステナイト系ステンレス鋼などの薄い金属板に塑性加工を行い、蛇腹状に一体に成形する。

ベローズ筒体１４は、径方向には基本的に伸張や縮小はせず、また軸方向はそれぞれシリンダ側板２２とロッド側板２４に固定されて長さ的に変動はしないが、ベローズ筒体１４の内外に生じる圧力差により山と谷の間隔が適宜変化し、ベローズとして内外の容積を変更させる機能を有している。ここでシリンダ側板２２とロッド側板２４との間であって、外筒１２とベローズ筒体１４の間で形成される空間をベローズ外室１３とし、シリンダ１６とベローズ筒体１４の間で形成される空間をベローズ内室１５とする。

ベローズ筒体１４の内外面側には、このベローズ筒体１４が外筒１２の内面、及びシリンダ１６の外面と接触することによるベローズ筒体１４の摩耗や破損を防止するために、摩擦抵抗が少なくかつ耐摩耗性に優れた合成樹脂からなるベローズガイド３７、及びシリンダベローズガイド４９がそれぞれ設けられている。

シリンダ１６は、ベローズ筒体１４の内側で、外筒１２とほぼ同軸、かつ同心円状に設けられている。シリンダ１６は、シリンダ側板２２と一体で、気密に形成されている。

ロッド２０は、ロッド側板２４に取り付けられたシールハウジング２７を摺動自在に貫通して設けられている。シールハウジング２７は、シールハウジング２７の外周にハウジングシール２９を有し、ハウジングシール２９を介してロッド側板２４に液密に固定してある。またシールハウジング２７の中心にはロッド用孔３０が形成してあり、ロッド用孔３０の内周面には、ダストシール３１、ロッドシール３２、ロッドベアリング３３が取り付けてある。これらロッドシール３２等によりロッド２０がシールハウジング２７に液密で、かつ摺動自在に保持されている。

ロッド２０の上端部には、取付具２８が設けてあり、シリンダ側板２２に設けられた取付具２６と軸方向に対向している。取付具２８には、ゴムブッシュ４４が固着してある。また外筒１２を覆うようにロッドカバー２５がロッド２０の上部に取り付けられ、ロッド２０の露出部分を保護している。

ピストン１８は、ロッド２０の先端（下端）にねじ固定してあり、外周面にピストンベアリング２３を具え、シリンダ１６に摺動自在に組み付けられている。ピストン１８には、ピストンベアリング２３の内周側に、伸張側流路１９と収縮側流路２１が、軸方向に貫通して形成してある。

伸張側流路１９は、ロッド２０をシリンダ１６に対して引き出したとき、弁４６を作動させて開く流路である。一方収縮側流路２１は、ロッド２０をシリンダ１６に対して押し入れたとき、弁４８を作動させて開く流路である。弁４６は、弁４８より弾性が強く設定してある。またそれぞれの流路は、出口側の開口面積を流入側より狭め、流路が絞ってある。

シリンダ１６の内部で、シリンダ側板２２とロッド側板２４で区画された部分、（以下「シリンダ室３４」とする。）には作動油が充填してあり、油室となっている。更にシリンダ側板２２には連通路３６が形成してあり、シリンダ室３４とベローズ外室１３とが連通されている。連通路３６は、ベローズ筒体１４の下端を跨ぐように形成してあり、シリンダ室３４とベローズ外室１３とを連結している。このベローズ外室１３にも作動油が充填してあり、シリンダ室３４と同様油室に形成されている。

また、シリンダ側板２２には連通孔３８が形成してあり、ベローズ内室１５を外部に連通させている。連通孔３８には、閉塞栓３９が取り付けられ、ベローズ内室１５に所定のガスを封入し、更に所定量の液体４０、例えば潤滑油を流入させた後、ベローズ内室１５を密閉している。ベローズ内室１５に封入するガスは不活性ガスが好ましく、ベローズ内室１５を高圧ガス室として形成されるよう所定の圧力で封入してある。また、液体４０は、ガス室の実質的な内容積を調整するためと、外筒１２に対するベローズガイド３７の摺動を滑らかにするため、必要に応じて適宜流入させてある。

次に、ガススプリング１０の作用について、車両に用いた例で説明する。

ガススプリング１０は、取付具２６車両本体側、取付具２８をと車輪側（いずれも図示せず。）に固定し、取り付ける。そして車輪が路面から突き上げられて取付具２６と２８の間隔が縮まる、つまりロッド２０がシリンダ１６内に挿入されると、ロッド２０が挿入された体積だけシリンダ室３４からベローズ外室１３に作動油が移動し、ベローズ外室１３の体積を押し広げる。これによりベローズ筒体１４の谷の部分の体積が拡大し、逆にベローズ内室１５の体積が押し縮められるので、ガスの圧力で反発力を生じさせ、ロッド２０にばね作用が付与される。

また、ピストン１８がシリンダ室３４内を移動し、伸張側流路１９を作動油が通過するので、伸張側流路１９の絞り効果による流路抵抗と、弁４６を開く弾性抵抗により流路抵抗が発生し、減衰力が付与される。減衰力は、伸張側流路１９の弁４６の方が収縮側流路２１の弁４８より弾性力が強いので、ロッド２０を引いた場合により強く作用する。尚、減衰力の設定はこれに限るものではない。

また車輪が下方に移動した場合には、ロッド２０がシリンダ１６から引き出され、上記と逆の作用が発生する。また、温度変化に伴ってシリンダ室３４等に収容されている作動油の体積に変動が生じた場合や作動油がシリンダ室３４等から流出した場合に対しては、ベローズ内室１５のガス室がその変動を吸収する。このようにガススプリング１０によれば、車両に対してばね作用と適度な減衰力を作用させることができる。また、ベローズ内室１５のガス室により、作動油には常に正圧が付与され、ロッド２０の出し入れに伴って負圧が発生することがなく、安定した減衰力が得られる。

更に、ガススプリング１０にベローズ筒体１４を圧縮して組み付けた場合には、多くの山谷をベローズ筒体１４に形成することができ、ロッド２０の出し入れ、つまりガススプリング１０の伸縮に対するベローズ筒体１４の個々の山谷の変形量を小さくし、ベローズ筒体１４の耐久性を向上させることができる。しかもベローズ筒体１４の変形量が大きくなり、発生応力に十分に対応した体積変化を確保できる。

次に、ベローズ筒体１４の他の例を図２に示す。

このベローズ筒体１４は金属製で、断面が、図に示すように外周端と内周端が先鋭に屈曲しており、腹部がいわゆる波目状に形成されている。ベローズ筒体１４以外の部材は、上記例のガススプリング１０と同じである。このようにベローズ筒体１４を構成すると、山谷を形成する各ひだの密着度、すなわちベローズ筒体１４の山谷の取付長を短くでき、より多くの山谷を形成し、ベローズ筒体１４の容積変化量を、ベローズ筒体１４の全長に対してより大きくでき、ばね作用の作動範囲が広いガススプリング１０を、より小型化させることが可能となる。

図３に、ガススプリングの他の例を示す。

このガススプリング１１は、シリンダ１６が有底円筒状に形成してある。シリンダ１６の底板には連通孔５４が有してあり、シールハウジング２７には、ロッドベアリング３３を通路の一部とした連通路５１が形成してある。

また、シリンダ側板２２には、連通孔５４に通じる連通路３６に開口してあり、ロッド側板２４には、連通路５１に接続する連通路５６が形成してある。連通路３６及び連通路５６は、それぞれベローズ外室１３の下部及び上部に通じている。更にシリンダ１６は、ベローズ筒体１４を組み付けた外筒１２の内部に挿入可能に形成してある。ベローズ筒体１４は、予めその上下端が外筒１２に固定されている。

ガススプリング１１は、シリンダ１６にロッド２０、シールハウジング２７を組み付け、シリンダ１６の内部に作動油が充填してシリンダのサブアッシーとし、かかるシリンダのサブアッシーを、ベローズ筒体１４を固定した外筒１２に挿入し固定する。すると、連通孔５４は、シリンダボトムシール材５３で液密に連通路３６に連通し、連通路５１はシール材５２を介して連通路５６に接続し、それぞれベローズ外室１３に連通する。これによりシリンダ室３４とベローズ外室１３を連通させて油室として形成し、また連通孔３８からガスを注入し、ベローズ内室１５を適度に潤滑材を含むガス室として形成する。

このようにガススプリング１１を構成してもよい。するとガススプリング１１は、上記ガススプリング１０の例と同様、スプリング作用と、所定の減衰作用が得られ、しかも組付作業が容易になる。更に、連通路５１と連通路５６により、ベローズ外室１３の上部に連通路５１等が形成されるため、ベローズ外室１３の下部に形成された連通路３６とにより作動油の循環が容易となり、外筒１２などを通した作動油の放熱性が向上して、油温の上昇を抑えることができる。

尚、上記例では、ベローズ外室１３をシリンダ室３４に連通させて油室として形成したが、ベローズ内室１５をシリンダ室３４に連通させて油室とし、ベローズ外室１３をガス室として形成してもよい。また、ピストン１８は、上記例に限らず、作動油に流通抵抗を生じさせ、ロッド２０に減衰作用を生じさせれば他の構成であってもよい。更に、本発明では、弁４６等を設けず、減衰力発生機構を有しないガススプリングとして構成してもよい。またガススプリング１０、１１は、車両に用いる場合に限らず、産業機械、その他防振用の装置に用いてもよい。

本発明にかかるガススプリングの一実施形態を示す断面図。 ガススプリングの他の例を示す部分断面図。 ガススプリングの他の例を示す断面図。

符号の説明

１０、１１…ガススプリング
１２…外筒
１３…ベローズ外室（油室）
１４…ベローズ筒体
１５…ベローズ内室（ガス室）
１６…シリンダ
１８…ピストン
２０…ロッド
３４…シリンダ室（油室）

Claims (6)

1. シリンダと、
   前記シリンダの外周に、該シリンダとほぼ同軸に設けられた外筒と、
   前記外筒と前記シリンダの間に、該シリンダとほぼ同軸に設けられた金属製のベローズと、
   前記シリンダを取り付け、かつ前記ベローズ、および前記外筒の軸方向一端側を気密に閉塞固定するシリンダ側板と、
   前記シリンダを取り付け、かつ前記ベローズ、および前記外筒の軸方向他端側を気密に閉塞固定するとともに、ロッドを気密かつ摺動自在に貫通させたロッド側板と、を備え、
   前記ベローズの内側と前記シリンダの外側で区画されたベローズ内室、もしくは前記ベローズの外側と前記外筒の内側で区画されたベローズ外室のいずれか一方と、前記シリンダ側板と前記ロッド側板で区画されたシリンダ内部（以下「シリンダ室」とする。）とを連通させるとともに、該シリンダ室に連通された前記ベローズ内室、あるいは前記ベローズ外室の一方と、該シリンダ室とを内部に作動油を充填させた油室とし、
   更に、該シリンダ室に連通されていない前記ベローズ内室、もしくは前記ベローズ外室の他方を、所定の圧力のガスを封入させたガス室として構成したことを特徴とするガススプリング。
2. 前記ベローズを予め軸方向に圧縮した状態で前記シリンダと前記外筒の間に組み入れたことを特徴とする請求項１記載のガススプリング。
3. 前記ガス室内に所定量の液体を収納させたことを特徴とする請求項１または２記載のガススプリング。
4. 前記ベローズは、内径側の端縁、及び外径側の端縁が先鋭に屈曲しており、かつ腹部を波目状の凹凸に形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガススプリング。
5. 前記ロッドの先端付近に、前記シリンダ室内で前記作動油に対して流通抵抗を生じさせる減衰力発生機構を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガススプリング。
6. 前記ガス室を前記ベローズ内室に設け、前記ベローズ外室を油室とし、前記シリンダ室の油室と該ベローズ外室の油室とをシリンダ側板に設けた連通路で連通させたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のガススプリング。

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