JP2009036260A

JP2009036260A - ピストン

Info

Publication number: JP2009036260A
Application number: JP2007199553A
Authority: JP
Inventors: Takashi Teraoka; 崇志寺岡; Satoshi Chikamatsu; 聡近松
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2007-07-31
Filing date: 2007-07-31
Publication date: 2009-02-19

Abstract

【課題】緩衝器が高温となっても摺動抵抗の著しい増加を抑制することができる樹脂製のピストンを提供することである。
【解決手段】環状であってピストンロッド１０に装着されるとともにシリンダ４内に摺動自在に挿入されてシリンダ４内に二つの圧力室Ｒ１，Ｒ２を区画するピストン１において、シリンダ４内周に摺接するとともに樹脂材料で形成される環状のピストン本体２と、金属材料で形成されてピストン本体２の内周に固定される筒状の金属環３とを備えてなり、ピストン本体２の両側にぞれぞれリーフバルブ７，８が着座する外径が略一致した弁座５ｂ，６ｂを設けた。
【選択図】図２

Description

この発明は、ピストンに関する。

従来、緩衝器のシリンダ内に摺動自在に挿入されてシリンダ内に二つの圧力室を区画するピストンは、機械的強度を保障する必要性から、鉄系材料を焼結成形したり、アルミニウム系材料をダイカスト成形したりして製造されるのが一般的である。

しかし、このように、金属材料を用いたピストンでは、アルミニウム系材料をダイカスト成形するとしても、重量が重くなる。

そこで、ピストンを樹脂製とする提案があり、この提案によれば、ピストンは、有底筒状であって底部にピストンロッドの挿通を許容する孔を備えた樹脂製のピストン本体と、当該ピストン本体の底部の内周に装着される金属製の芯材とで構成される（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００４‐２９３５９４号公報（図２）

しかしながら、上記のようにピストンを樹脂材料で成形することで、ピストンの軽量化が可能となる点で有用な技術であるが、以下の不具合があると指摘される可能性がある。

というのは、緩衝器は振動エネルギを熱エネルギに変換することによって振動を減衰することから、伸縮が繰り返されると緩衝器内の流体温度が高温となる。このように緩衝器内の流体の温度が上昇すると、ピストン全体が熱膨張することになるが、従来のピストンは、図４に示すように、その形状から上下に積層されるリーフバルブ３０，３１の外径が大きく異なるため、樹脂製のピストン本体３３の底部３３ａの外周が、図中矢印に示すように下方へ歪むように変形することになり、この変形によってピストン本体３３の外周がシリンダ３４側へ強く押し付けられる格好となって、摺動摩擦を大きくしてしまう虞がある。

そこで、この発明は、このような現状を鑑みて創案されたものであって、その目的とするところは、緩衝器が高温となっても摺動抵抗の著しい増加を抑制することができる樹脂製のピストンを提供することである。

上記した目的を達成するために、この発明は、環状であってピストンロッドに装着されるとともにシリンダ内に摺動自在に挿入されてシリンダ内に二つの圧力室を区画するピストンにおいて、シリンダ内周に摺接するとともに樹脂材料で形成される環状のピストン本体と、金属材料で形成されてピストン本体の内周に固定される筒状の金属環とを備えてなり、ピストン本体の両側にぞれぞれリーフバルブが着座する外径が略一致した弁座を設けたことを特徴とする。

本発明のピストンによれば、樹脂製のピストン本体が熱膨張しても上下方向のいずれかに偏って、その外周がシリンダ側へ強く押し付けられるような変形を呈することが無いので、緩衝器が高温となってもピストン本体とシリンダとの間に生じる摩擦力、つまり、摺動抵抗が著しく大きくなる不具合が解消される。

しかも、このピストンの場合、ピストン本体は略上下均等に膨張変形することになるため、リーフバルブがしっかり弁座に着座する状態に維持されるとともに、これらリーフバルブの初期撓み量の増加量に著しい偏りが生じることもないので、温度条件によらず緩衝器の発生減衰力が安定することになる。

図１は、緩衝器に適用された一実施の形態におけるピストンの断面図である。図２は、一実施の形態のピストンの拡大断面図である。図３は、一実施の形態の一変形例におけるピストンの拡大断面図である。

一実施の形態におけるピストン１は、図１に示すように、緩衝器のピストン部に具現化されており、緩衝器のシリンダ４内に摺動自在に挿入されてシリンダ４に内に圧力室たる一方室Ｒ１と他方室Ｒ２とを隔成している。

また、このピストン１は、シリンダ４の内周に摺接するとともに樹脂材料で形成される環状のピストン本体２と、金属材料で形成されてピストン本体２の内周に固定される筒状の金属環３とを備えて構成されており、また、ピストン本体２には、一方室Ｒ１と他方室Ｒ２とを連通するポート５，６が形成され、このポート５，６は、それぞれピストン１の図１中上下に積層されるリーフバルブ７，８によって開閉されるようになっている。

他方、ピストン１が具現化される緩衝器は、周知であるので詳細には説明しないが、具体的にたとえば、図１に示すように、シリンダ４と、シリンダ４の上端を封止するヘッド部材９と、ヘッド部材９を摺動自在に貫通するピストンロッド１０と、ピストンロッド１０の先端１０ａが挿通されて上記先端１０ａに固定されるピストン１と、シリンダ４内にピストン１で隔成される図１中上方側の一方室Ｒ１と下方側の他方室Ｒ２と、シリンダ４の上端を封止する封止部材１１と、シリンダ４の下方に摺動自在に挿入されるフリーピストン１２によって区画されてシリンダ４から出没するピストンロッド１０の体積分のシリンダ内容積変化を補償するガス室Ｇとを備えて構成され、シリンダ４内の一方室Ｒ１および他方室Ｒ２内には流体、具体的には、グリコールの水溶液（以下、「作動水」と言う）が充填されている。

そして、この緩衝器は、伸長する際、すなわち、シリンダ４に対してピストン１が図１中上方に移動する際に、伸側のポート５を通過して一方室Ｒ１から他方室Ｒ２へと向かう作動水の流れにリーフバルブ７で抵抗を与えて、所定の圧力損失を生じせしめて、所定の伸側減衰力を発生し、他方、収縮する際、すなわち、シリンダ４に対してピストン１が図１中下方に移動する際に、圧側のポート６を通過して他方室Ｒ２から一方室Ｒ１へと向かう作動水の流れにリーフバルブ８で抵抗を与えて、所定の圧力損失を生じせしめて、所定の圧側減衰力を発生するものである。

以下、各部について詳しく説明すると、ピストン１におけるピストン本体２は、樹脂材料を環状に成形して構成されており、作動水が一方室Ｒ１から他方室Ｒ２へ通過することを許容する伸側のポート５と、逆に作動水が他方室Ｒ２から一方室Ｒ１へ通過することを許容する圧側のポート６と、各ポート５，６の出口端にそれぞれ連なる窓５ａ，６ａと、各ポート５，６の出口端となる窓５ａ，６ａの外周側に形成される弁座たる環状弁座５ｂ，６ｂとを備えている。

そして、この場合、ピストン本体２の両側となる上下端に設けられる環状弁座５ｂ，６ｂの外径は略同径に設定され、ピストン１の両側に積層されるリーフバルブ７，８が環状弁座５ｂ，６ｂに着座するようになっている。したがって、この場合、リーフバルブ７，８におけるピストン本体２に着座する各外径は、それぞれ上記した環状弁座５ｂ，６ｂによって設定されており、このピストン１にあっては、ピストン本体２は環状弁座５ｂ，６ｂを支持点としてリーフバルブ７，８によって上下側から挟持されることになる。

この場合、ポート５，６がピストン本体２に対して斜めに傾斜して形成されており、環状弁座５ｂ，６ｂにリーフバルブ７，８を着座させても、ポート５，６の入口がリーフバルブ７，８によって閉塞されないため、弁座を環状弁座５ｂ，６ｂとし、ピストン本体２を挟持する支持点が略同じになるように環状弁座５ｂ，６ｂの外径を略同径に設定している。

これに代えて、ポート５，６がピストン本体２の同一円周上に互い違いに配置される場合には、弁座は通常花弁型の弁座とされるが、その場合にも、ピストン本体２の上下に設けられる各花弁型弁座の外周径が略同一に設定されれば、リーフバルブ７，８によってピストン本体２を挟持される支持点が略同じになるので、そのようにしてもよい。すなわち、リーフバルブ７，８のピストン本体２に着座する外径が略一致させることには、花弁型弁座の外周径を略一致させることも含まれる。

また、ピストン本体２は、上述のように樹脂材料で形成されているが、この場合、作動流体がグリコール水溶液であって水系流体であるので、具体的には、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタラート、ポリフェニレンサルフィド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトンを用いることができ、作動流体が油である場合には、上記以外にもフェノールを用いることが可能である。なお、ここで水系流体とは、水単体の他、本実施の形態のように、水にグリコール類等の添加剤を加えた水溶液をも含む概念であり、また、緩衝器が金属材料で構成される場合には、水に防錆剤を添加したものを使用するようにしてもよい。

さらに、上記した樹脂材料に、重量分率が１０〜５０ｗｔ％の割合で炭素繊維やガラス繊維を混入してピストン本体２を形成する場合には、ピストン本体２の強度を向上させることができるとともに高温に晒されても劣化を抑制でき、また、シリコンビーズやカーボンを混入してピストン本体２を形成する場合には、シリンダ４との間の摩擦をより低減でき摺動性を向上させることが可能となる。なお、炭素繊維やガラス繊維の混入割合で、このピストン本体２における強度および熱膨張率を任意に設定することができる。

つづいて、ピストン本体２の内周側に設けられる金属環３は、ピストンロッド１０の先端１０ａの外周に装着される筒部３ａと、筒部３ａの外周に設けたフランジ３ｂとを備えて構成されており、フランジ３ｂがピストン本体２の内周で挟持されてピストン本体２と金属環３とが強固に一体化されている。

なお、具体的に、ピストン本体２と金属環３とを一体化したピストン１を製造するには、金属環３を予め金型内に挿入しておき、当該金型内にピストン本体２の材料となる樹脂を射出するようにすればよい。

また、金属環の形状は、上記した形状の他、図３に示すように、筒部１３ａの外周に凹部１３ｂを設けて、凹部１３ｂ内にピストン本体２の内周に設けた凸部２ａを挿入するようにしてもよく、このようにしても、金属環１３とピストン本体２とを強固に一体化することができる。

さて、このように構成されたピストン１は、上から順にバルブストッパ１４、間座１５、リーフバルブ８、そしてピストン１の下側のリーフバルブ７および間座１６とともにピストンロッド１０の先端１０ａに組みつけられ、これら各部材は、上記先端１０ａに設けた螺子溝１０ｃに螺着されるピストンナット１７とピストンロッド１０の段部１０ｂとで挟持されてピストンロッド１０に固定される。なお、このように、ピストン１を組付けると、リーフバルブ７，８の内周は、金属環３にシートされることになる。

そして、このピストンロッド１０にピストン１を組付ける際には、ピストンナット１７を所定の締付トルクにて螺子部１０ｃに螺合するのであるが、その際に、ピストン１に作用する圧縮力は、金属環３が負担するので樹脂製のピストン本体２に過剰な圧縮力が作用することがない。

さらに、このピストン１にあってはピストン本体２が樹脂製であって、シリンダ４との間で生じる摩擦力が小さく摺動性に優れるので、ピストンバンドの介在なしにシリンダ４に直接ピストン本体２を摺接させることができる。

したがって、このピストン１にあっては、ピストン本体２が樹脂製であるので金属製のものに比較して、軽量化することができ、これにより、緩衝器の振動時の慣性重量が軽量となって緩衝器自体が振動を助長してしまうことを抑制することができる。また、ピストン本体２が樹脂製であるので、ポート５，６を開閉する際にリーフバルブ７，８が環状弁座５ｂ，６ｂに衝突しても打音が小さくなるので、ピストンが搭載された緩衝器を車両に適用しても搭乗者に不快感を与えることが無い。

また、上記のようにピストン１は摺動性に優れるので、作動流体に潤滑性に乏しい水系流体を採用しても、緩衝器の機能を損なうことがなく、さらに、ピストン本体２は錆びることが無いので摺動性を悪化させてしまうことが無い。換言すれば、本発明のピストン１を採用することによって緩衝器の作動流体に水系流体を選択することが可能となり、水系流体は油に比較して圧縮性が小さく、消泡性に優れるため、緩衝器の減衰力発生応答性が向上するとともに、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、緩衝器の伸縮が繰り返されて緩衝器内の作動流体の温度が高温となると、ピストン本体２が熱膨張することになり、リーフバルブ７，８よりも熱膨張率が高いため、ピストン本体２はリーフバルブ７，８によって環状弁座５ｂ，６ｂを支持点として挟持されながら膨張することになる。

ここで、このピストン１にあっては、ピストン本体２の両側となる上下端に設けられる環状弁座５ｂ，６ｂの外径は略同径に設定されているので、ピストン本体２の上下で支持点が同径となるので、ピストン本体２は略上下均等に膨張変形することになる。

したがって、ピストン本体２が熱膨張しても上下方向のいずれかに偏って、その外周がシリンダ４側へ強く押し付けられるような変形を呈することが無いので、緩衝器が高温となってもピストン本体２とシリンダ４との間に生じる摩擦力、つまり、摺動抵抗が著しく大きくなる不具合が解消される。

すなわち、ピストン本体２の両側にぞれぞれリーフバルブ７，８が着座する外径が略一致するとは、両外径が完全一致することのみならず、ピストン本体２は略上下均等に膨張変形するという効果を奏する範囲で各外径が若干異なることをも含む概念である。

また、リーフバルブ７，８の内周はピストン本体２より熱膨張率の低い金属環３にシートされており、ピストン本体２が熱膨張すると、リーフバルブ７の外周は環状弁座５ｂの下方への膨張変形によってより下方へ撓み、リーフバルブ８の外周は環状弁座６ｂの上方への膨張変形によってより上方撓むことになる。

すなわち、ピストン本体２の熱膨張によって、上下側に積層されるリーフバルブ７，８は作動流体の温度上昇に応じて初期撓み量が増加することになる。なお、リーフバルブ７，８の初期撓みとは、内周側がピストンロッド１０の先端１０ａに固定されてピストン１に積層された状態で、内周側シート部である金属環３の端部と環状弁座５ｂ，６ｂとの軸方向ギャップによってリーフバルブ７，８が撓むことを指し、初期撓み量とは上記状態での撓み量のことである。

そして、作動流体は温度上昇によって粘度が低下することになるが、作動流体の温度上昇によってリーフバルブ７，８の初期撓み量が増加するので、ポート５，６の作動流体の通過に対して抵抗が増加するため、温度上昇による減衰力の落ち込みを抑制することができる。

しかも、このピストン１の場合、上述のように、リーフバルブ７，８によるピストン本体２が挟持される支持点が略同径となるので、ピストン本体２は略上下均等に膨張変形することになるため、リーフバルブ７，８がしっかり環状弁座５ｂ，６ｂに着座する状態に維持されるとともに、これらリーフバルブ７，８の初期撓み量の増加量に著しい偏りが生じることもないので、温度条件によらず緩衝器の発生減衰力が安定することになる。

なお、上記したところでは、この発明によるピストン１が作動流体を作動水とする緩衝器おけるピストン部を形成する場合を例にしたが、作動流体が油や気体とされる場合にも、この発明の効果が失われることが無い。さらに、緩衝器は、上述したところでは、いわゆる、単筒型緩衝器とされているが、本発明のピストンは、緩衝器の種類に問わず、つまり、リザーバがシリンダ外周に設けられる複筒型緩衝器や両ロッド型の緩衝器等に適用されても、上記効果を発揮するのは当然である。

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。

緩衝器に適用された一実施の形態におけるピストンの断面図である。一実施の形態のピストンの拡大断面図である。一実施の形態の一変形例におけるピストンの拡大断面図である。従来のピストンの熱膨張における変形状況を説明する図である。

符号の説明

１ピストン
２ピストン本体
２ａピストン本体における凸部
３，１３金属環
３ａ，１３ａ金属環における筒部
３ｂ金属環におけるフランジ
４シリンダ
５，６ポート
５ａ，６ａ窓
５ｂ，６ｂ弁座たる環状弁座
７，８リーフバルブ
９ヘッド部材
１０ピストンロッド
１０ａピストンロッドの先端
１０ｂピストンロッドの段部
１０ｃピストンロッドの螺子部
１１封止部材
１２フリーピストン
１３ｂ金属環における凹部
１４バルブストッパ
１５，１６間座
１７ピストンナット
Ｇガス室
Ｒ１一方室
Ｒ２他方室

Claims

環状であってピストンロッドに装着されるとともにシリンダ内に摺動自在に挿入されてシリンダ内に二つの圧力室を区画するピストンにおいて、シリンダ内周に摺接するとともに樹脂材料で形成される環状のピストン本体と、金属材料で形成されてピストン本体の内周に固定される筒状の金属環とを備えてなり、ピストン本体の両側にぞれぞれリーフバルブが着座する外径が略一致した弁座を設けたことを特徴とするピストン。