JP2009036257A - 緩衝器 - Google Patents

Abstract

【課題】減衰力発生応答性を向上することができるともに環境汚染の心配のない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てシリンダ１内に作動流体が充填される二つの圧力室Ｒ１，Ｒ２を区画するピストン２とを備えた緩衝器において、作動流体を圧縮性が小さく、消泡性に優れる水系流体としたので、油に比較して減衰力発生の応答性を向上させることができるとともに、エアレーションの発生をも抑制することが可能となり、さらには、シリンダにひびがはいる等により水系流体が外部へ漏れることがあっても、環境を汚染する心配が無い。
【選択図】図１

Description

本発明は、緩衝器に関する。

従来の緩衝器にあっては、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二つの圧力室に区画するピストンと、ピストンに一端が連結されるピストンロッドとを備えて構成されており、制振対象、たとえば、車両の車体と車軸との間に介装されて車体振動を抑制している（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００２−８１４８１号公報（図１）

ここで、従来の緩衝器は、作動流体を鉱物性の油とするものが一般的であるが、油を作動流体とする場合、油中に含まれる気体の影響等もあって油は圧力が作用すると圧縮される性質を持ち、また、消泡性にも限界があって減衰力発生応答が遅れる傾向を持つ。これを改善するには、リザーバ内のガス圧を大きく設定することも考えられるが、そうすると、今度はシール部材の緊迫力が大きくなってピストンロッドの摺動抵抗が大きくなり、円滑な伸縮が妨げられるという新たな問題が生じることになる。

また、緩衝器が寿命を経て廃棄される場合には、油を処分しなければならず、また、緩衝器に外力が加わり、その結果シリンダにひびがはいる等により油漏れを生じた場合には、作動油が環境汚染を招来する危惧があると指摘される恐れがある。

このため、油圧緩衝器に使用する作動油を、環境を汚染しない生分解性作動油とすることが提言されているが、生分解性作動油は極めて高価であり、またこの種の作動油の特性は緩衝器の適正な減衰力を発生させるのに不十分であるので、実用化されていない。

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、減衰力発生応答性を向上することができるともに環境汚染の心配のない緩衝器を提供することである。

上記目的と達成するために、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てシリンダ内に作動流体が充填される二つの圧力室を区画するピストンとを備えた緩衝器において、作動流体を水系流体としたことを特徴とする。

本発明の緩衝器によれば、作動流体が、圧縮性が小さく、消泡性に優れる水系流体とされるので、油に比較して減衰力発生の応答性を向上させることができるとともに、エアレーションの発生をも抑制することが可能となる。

また、緩衝器に外力が加わり、その結果シリンダにひびがはいる等により水系流体が外部へ漏れることがあっても、環境を汚染する心配が無い。特に、水系流体をグリコール類の水溶液とする場合には、グリコール類は生分解性であって、バクテリアなどによって容易に分解されるため、環境汚染を招来することがない。

したがって、この緩衝器によれば、減衰力発生応答性を向上することができるともに、環境汚染の心配がなくなるのである。

さらに、緩衝器内に作動流体は引火性のない水系流体であるため、緩衝器が適用される車両等が事故に遭遇しても、引火の危険が生じない。

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、一実施の形態における緩衝器の縦断面図である。

図１に示すように、一実施の形態における緩衝器Ｄは、シリンダ１と、シリンダ１内に摺動自在に挿入されて二つの圧力室たる一方室Ｒ１および他方室Ｒ２に区画するピストン２と、ピストン２に一端が連結されるピストンロッド３と、を備えて構成され、作動流体は水系流体となるグリコール類を含んだ水溶液（以下、「作動水」という）とされてシリンダ１内に充填されている。

そして、この緩衝器Ｄの場合、ピストンロッド３がシリンダ１に出入りする際の体積を補償する気室Ｇを、シリンダ１内に摺動自在に挿入されたフリーピストン４によってシリンダ１の図１中下方に隔成しており、緩衝器Ｄは、いわゆる、単筒型緩衝器として構成されている。

以下、各部材について詳細に説明すると、ピストン２は、上述のように、グリコール水溶液が充填されているシリンダ１内を一方室Ｒ１および他方室Ｒ２に区画し、さらには、上記一方室Ｒ１と他方室Ｒ２とを連通するとともに出口端がリーフバルブ８，９で開閉されるポート２ａ，２ｂを有している。

そして、ピストン２がシリンダ１に対して図１中上下方向に移動して緩衝器Ｄが伸縮すると、上記ポート２ａ，２ｂで通過する作動水の流れにリーフバルブ８，９で抵抗を与えて緩衝器Ｄに減衰力を発生させることができるようになっている。すなわち、この緩衝器Ｄは、伸縮する際、圧力室Ｒ１内と圧力室Ｒ２内の作動水が上記したポート２ａ，２ｂを介して行き来し、上記リーフバルブ８，９によって生じる圧力損失に見合った減衰力を発生するようになっている。

上記の如く緩衝器Ｄが伸縮する際には、フリーピストン４がシリンダ１に対し図１中上下に移動して、気室Ｇの容積を膨縮させることで、シリンダ１内で過不足となるシリンダ１内に侵入もしくはシリンダ１内から退出するピストンロッド３の体積が補償される。

この場合、ポート２ａ，２ｂを通過する作動水に抵抗を与えるには上記したリーフバルブ８，９以外にも、オリフィスやポペット弁といった各種の減衰弁を採用することができる。

また、ピストン２の一端には、ピストンロッド３が連結されており、このピストンロッド３は、シリンダ１の図１中上端側に嵌合される環状の軸受部材５の内側に挿通されてシリンダ１外へ突出させてあり、このピストンロッド３の上端とシリンダ１の下端に設けられる図示しない取付ブラケットを介して緩衝器Ｄを車両における車体と車軸との間に介装することができるようになっている。

詳しくは、軸受部材５は、内周側に筒状のベアリング６を保持しており、ピストンロッド３は、このベアリング６を介して軸受部材５によって摺動可能に軸支される。

さらに、シリンダ１は、上記軸受部材５に積層されるとともにシリンダ１上端加締めによって固定される環板状のインサートメタル７ａと、該インサートメタル７ａの内周に保持されてピストンロッド３の外周に摺接する内周シール７ｂと、該インサートメタル７ａの外周に保持されてシリンダ１の内周に当接する外周シール７ｃと、を備えたシール部材７によって封止されている。

つづいて、この緩衝器Ｄの場合、上述のように作動流体として水系流体を採用している。なお、水と油とで比較すると、水の圧縮率は油の圧縮率の７０％程度であり、水を含む水系流体は油に比較して圧縮性が小さい。このように、水系流体は油に比較して圧縮性が小さく、消泡性に優れるので、水系流体を作動流体とする緩衝器Ｄは、油を作動流体とする緩衝器に比較して減衰力発生の応答性を向上させることができるとともに、エアレーションの発生をも抑制することが可能となる。

そして、この水系流体は、水単体の他、本実施の形態のように、水にグリコール類等を加えた水溶液をも含む概念であり、さらに、緩衝器Ｄが金属材料で構成される場合には、水溶液に防錆剤を添加したものを使用することで緩衝器Ｄが錆びてしまうことを抑制することができる。

また、水に添加されるグリコール類としては、たとえば、エチレングリコール、プロピレングリコールを用いると良く、これらエチレングリコール、プロピレングリコールを水に添加することで凝固点を水単体よりも低下させることができる。

特に、作動流体にエチレングリコール水溶液を用いる場合、エチレングリコール水溶液の総重量中に占めるエチレングリコールの重量分率を３０ｗｔ％以上とすることで、凝固点を−１５度以下に設定することができるので、寒冷地においても緩衝器としての機能を維持発揮することができる。

なお、水溶液の総重量中に締めるエチレングリコールの重量分率が６０ｗｔ％を超えると、温度変化に対する粘度変化が大きくなりすぎて、緩衝器が発生する減衰力が温度変化によって大きく変化してしまい、緩衝器に安定した減衰力を発揮させることができなくなり、車両における乗り心地を悪化させてしまうので、水溶液の総重量中に締めるエチレングリコールの重量分率を６０ｗｔ％以下に留めることが好ましい。

また、作動流体にプロピレングリコール水溶液を用いる場合、水溶液の総重量中に締めるプロピレングリコールの重量分率を３０ｗｔ％以上とすることで、凝固点を−１５度以下に設定することができるので、寒冷地においても緩衝器としての機能を維持発揮することができる。

なお、水溶液の総重量中に締めるプロピレングリコールの重量分率が８０ｗｔ％を超えると、温度変化に対する粘度変化が大きくなりすぎて、緩衝器が発生する減衰力が温度変化によって大きく変化してしまい、緩衝器に安定した減衰力を発揮させることができなくなり、車両における乗り心地を悪化させてしまうので、水溶液の総重量中に締めるプロピレンググリコールの重量分率を８０ｗｔ％以下に留めることが好ましい。

そして、水系流体に、防錆剤を添加する場合には、水系流体の総重量に対する重量分率が１ｗｔ％以上の防錆剤を添加するようにしておけば、緩衝器Ｄのシリンダ１、ピストンロッド３、ピストン２、軸受部材５といった部材を鉄、銅、アルミニウムで構成させる場合にあっても、これら部材の錆つきを防止でき、水系流体を作動流体とした緩衝器Ｄの寿命を長寿命化することができる。

なお、防錆剤としては、リン酸塩系、有機酸塩系、ホウ酸塩系、珪酸塩系のいずれを採用してもよく、これらのうちの一種あるいはこれらの任意の組み合わせて水系流体に添加すればよい。

また、水系流体に、消泡剤を添加するようにしてもよい。このように水系流体に消泡剤を添加することによって、緩衝器Ｄの加振等による水系流体の泡立ちを速やかに解消できるとともに、上記泡立ちそのものを抑制することが可能となって、緩衝器Ｄの減衰力発生応答性をより向上することができる。

さらに、水系流体にグリコール類の水溶液を用いる場合、グリコール類が酸素に触れて酸化すると、金属の腐食を促進する物質が生成されてしまう。また、緩衝器Ｄの組立時に完全に酸素のシリンダ内への混入を阻止することは難しく、微量の酸素がシリンダ内に混入して、グリコール類と反応し上記金属腐食を促進する物質が生成されてしまう可能性がある。したがって、グリコール類の水溶液に当該グリコール類の酸化を防止する酸化防止剤を添加しておくことによって、上記金属腐食促進物質の生成を抑制することができ、緩衝器Ｄの各部の錆つきを防止することができ、水系流体を作動流体とした緩衝器Ｄの寿命を長寿命化することができる。

上記の如く構成された緩衝器Ｄによれば、作動流体が、圧縮性が小さく、消泡性に優れる水系流体とされるので、油に比較して減衰力発生の応答性を向上させることができるとともに、エアレーションの発生をも抑制することが可能となる。

また、緩衝器に外力が加わり、その結果シリンダ１にひびがはいる等により水系流体が外部へ漏れることがあっても、環境を汚染する心配が無い。特に、水系流体をグリコール類の水溶液とする場合には、グリコール類は生分解性であって、バクテリアなどによって容易に分解されるため、環境汚染を招来することがない。

したがって、この緩衝器Ｄによれば、減衰力発生応答性を向上することができるともに、環境汚染の心配がなくなるのである。

さらに、緩衝器Ｄ内に作動流体は引火性のない水系流体であるため、緩衝器Ｄが適用される車両等が事故に遭遇しても、引火の危険が生じない。

またさらに、水は、温度変化に対する粘度の変化は少なく、エチレングリコールやプロピレングリコールの水溶液にあっても、油に比較して温度変化に対する粘度変化が小さいので、温度変化に対する緩衝器Ｄの発生減衰力の変化も油を利用した場合より小さくなる。

よって、この緩衝器Ｄが継続的に伸縮を繰り返して緩衝器Ｄが高温となるような使用環境や外気に触れるような使用環境、具体的には、車両の車体と車軸との間等に介装されて車体振動を減衰する用途で使用される場合にも、温度変化に対して発生減衰力の変化が小さいため、車両における乗り心地を悪化させることが油を作動流体として使用した緩衝器と比較して少なく、また、夏と冬とで乗り心地が変化したり、走り初めとある程度走行した後で乗り心地が変化したりすることが少なく、車両搭乗者に違和感を抱かせない。すなわち、この緩衝器Ｄは、車両用として最適となる。

なお、緩衝器Ｄは、単筒型緩衝器として構成されているが、シリンダの外周に外筒を設けておき、当該外筒とシリンダとの間にピストンロッドがシリンダに出入りする際の体積を補償するリザーバを設ける複筒型緩衝器に本発明が具現化することも可能であることは当然である。つまり、複筒型緩衝器の作動流体を水系流体とすることが可能であることは当然である。

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緩衝器の縦断面図である。

符号の説明

１ シリンダ
２ ピストン
２ａ，２ｂ ポート
３ ピストンロッド
４ フリーピストン
５ 軸受部材
６ ベアリング
７ シール部材
７ａ インサートメタル
７ｂ 内周シール
７ｃ 外周シール
８，９ リーフバルブ
Ｄ 緩衝器
Ｇ 気室
Ｒ１ 圧力室たる一方室
Ｒ２ 圧力室たる他方室

Claims (10)

1. シリンダと、シリンダ内に摺動自在に挿入されてシリンダ内に作動流体が充填される二つの圧力室を区画するピストンとを備えた緩衝器において、作動流体を水系流体としたことを特徴とする緩衝器。
2. 水系流体はグリコール類を含む水溶液であることを特徴とする請求項１に記載の緩衝器。
3. グリコール類はエチレングリコールであることを特徴とする請求項２に記載の緩衝器。
4. グリコール類はプロピレングリコールであることを特徴とする請求項２に記載の緩衝器。
5. 水溶液中のエチレングリコールの重量分率が３０ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下の範囲とされることを特徴とする請求項３に記載の緩衝器。
6. 水溶液中のプロピレングリコールの重量分率が３０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下の範囲とされることを特徴とする請求項４に記載の緩衝器。
7. 水系流体は総重量に対する重量分率が１ｗｔ％以上の防錆剤を含んでいることを特徴とする請求項１から６のいずれかの記載の緩衝器。
8. 防錆剤は、リン酸塩系、有機酸塩系、ホウ酸塩系、珪酸塩系のいずれか一種あるいはこれらの任意の組み合わせによるものであることを特徴とする請求項７に記載の緩衝器。
9. 水系流体はグリコール類の酸化を防止する酸化防止剤を含んでいることを特徴とする請求項２から８のいずれかの記載の緩衝器。
10. 水系流体は消泡剤を含んでいることを特徴とする請求項１から９のいずれかの記載の緩衝器。

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