JP2010038192A - 流体圧緩衝器 - Google Patents

Abstract

【課題】減衰力特性を滑らかに推移させることのできる流体圧緩衝器を提供する。
【解決手段】ピストン５の外周部に形成される３重の環状シート部１７と、各環状シート部１７に着座する第１のディスク２０に形成した各連通孔２２と、該各連通孔２２を開閉する第２のディスクと、各環状シート部１７間で外側の環状小溝部１６Ａとシリンダ内のシリンダ上室またはシリンダ下室とを連通する第１のディスク２０に設けた切欠部２１とを備え、外側の環状小溝部１６Ａ、第１のディスク２０に設けた連通孔２２及び第１のディスク２０に設けた切欠部２１により作動油圧流路６とシリンダ上室またはシリンダ下室とを連通しているので、減衰力特性を滑らかに推移させることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば、自動車等の車両のサスペンション装置に採用される流体圧緩衝器に関するものである。

自動車等の車両のサスペンション装置には流体圧緩衝器、例えば、作動流体が作動油である油圧緩衝器が採用される。
従来の油圧緩衝器は、作動油が封入されたシリンダ内に摺動可能に嵌装され、該シリンダ内を２つの室に画成するピストンと、基端部が該ピストンに連結され、先端部がシリンダ外に突出するピストンロッドと、ピストンに設けられ、２つの室内を連通させる作動油流路と、該作動油流路に臨んで配置され、ピストンの作動時に作動油流路を流れる作動油に流通抵抗を付与する減衰バルブとを備えている。
また、ピストンには減衰バルブが着座する環状シート部が形成される。さらに、減衰バルブはディスクを複数積層して構成され、積層ディスクの内、ピストンに当接されるディスクには、低速域での減衰力（オリフィス特性）を発生させるために、その外周端にＵ字状の切欠部が形成されている。
しかしながら、従来の油圧緩衝器では、図７の破線で示すように、減衰力が、減衰バルブの開弁点であるＰ点において急激に変化するために乗り心地等の観点から好ましくなかった。

そこで、上述した課題を解決するべく提案された特許文献１には、ディスクバルブの開弁時における作動油の圧力の急激な変動を抑制する油圧緩衝器が開示されている。この特許文献１に開示された油圧緩衝器は、減衰力を発生させるディスクバルブが、環状のシート部と該シート部に着座する積層された複数のディスクを含み、該複数のディスクの一部に凸部が形成されて、ディスクバルブをシート部に押圧するセット荷重が、凸部の付近では大きく、凸部から離れた部位では小さくなっている。
特開２００６−１８３７７５号公報

しかしながら、上述した特許文献１の油圧緩衝器では、減衰力の急激な変化を抑制することは可能であるが、さらに減衰力特性を滑らかに推移させる要求がある。

本発明は、減衰力特性を滑らかに推移させることのできる流体圧緩衝器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段として、本発明は、作動流体が封入されたシリンダと、該シリンダ内に摺動可能に嵌装された、該シリンダ内を２つの室に画成するピストンと、基端部が該ピストンに連結され、先端部が前記シリンダ外に突出するピストンロッドと、前記シリンダ内のピストンの摺動によって作動流体が連通する作動流体流路を有するバルブボディと、該バルブボディの作動流体流路に臨んで配置され、前記ピストンの作動時に前記作動流体流路を流れる作動流体に流通抵抗を付与すべく、複数のディスクが積層される減衰バルブと、を備えた流体圧緩衝器であって、前記バルブボディに形成され、前記減衰バルブのディスクが着座する内側及び外側の少なくとも２重の環状シート部と、前記減衰バルブのうち前記環状シート部に着座する第１のディスクの前記内側の環状シート部に対向する位置に貫通して形成され、前記内側の環状シート部の内周側と外周側とを連通する連通孔と、前記減衰バルブであって、前記第１のディスク上に設けられ、前記連通孔を開閉する第２のディスクと、を備えことを特徴とする。

本発明によれば、減衰力特性を滑らかに推移させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図１〜図８に基いて詳細に説明する。
本発明の実施の形態に係る流体圧緩衝器は、流体が作動油である油圧緩衝器１として提供される。
本油圧緩衝器１は、図１に示すように、本発明の作動流体としての作動油が封入されたシリンダ２と、該シリンダ２内に摺動可能に嵌装され、該シリンダ２内をシリンダ上室３及びシリンダ下室４に画成する本発明のバルブボディとしてのピストン５と、基端部が該ピストン５に連結され、先端部がシリンダ２外に突出するピストンロッド１２と、ピストン５に設けられ、シリンダ上室３及びシリンダ下室４内を連通させる本発明の作動流体流路としての作動油流路６と、該作動油流路６に臨んで配置され、ピストン５の伸び側及び縮み側の作動時に作動油流路６を流れる作動油に流通抵抗を付与する本発明の減衰バルブとしての縮み側減衰バルブ９及び伸び側減衰バルブ１０とを備えている。

さらに、本油圧緩衝器１を図１〜図８に基いて詳細に説明する。
ピストン５は、図１及び図２に示すように、シリンダ２内をシリンダ上室３とシリンダ下室４とに区画する円筒状に形成される。ピストン５は、シリンダ２内を上下方向に摺動自在であり、ピストンロッド１２の基端部の小径軸部２５に挿入されて固定ナット１３により固定される。また、ピストン５には、シリンダ２内のシリンダ上室３とシリンダ下室４とを連通させる作動油流路６が周方向に間隔をあけて複数形成されている。
なお、ピストン５において、図１の図視左側の作動油流路６が縮み側油流路８を示し、図１の図視右側の作動油流路６が伸び側油流路７を示しており、図２に示すピストン５の下面図では、ピストン５の下面外周部に周方向に間隔をおいて複数形成される矩形状の開口が縮み側油流路８を示し、各縮み側油流路８の内側で、周方向に間隔をおいて複数形成される円形の開口が伸び側油流路７を示している。本実施の形態では、縮み側油流路８及び伸び側油流路７は共に５個形成されている。

また、図１、図２、図５及び図６に示すように、ピストン５には、縮み側減衰バルブ９及び伸び側減衰バルブ１０の各着座面に、所定幅の環状溝部１５がそれぞれ形成される。なお、ピストン５の上面、すなわち縮み側減衰バルブ９の着座面に設けた環状溝部１５に、各縮み側油流路８の円形の開口が臨み、ピストン５の下面、すなわち伸び側減衰バルブ１０の着座面に設けた環状溝部１５に、各伸び側油流路７の円形の開口が臨む。また、ピストン５の各環状溝部１５の外側に環状小溝部１６が径方向に間隔をおいて複数（本実施の形態では２重）形成されると共に、各環状小溝部１６に隣接して環状シート部１７が３重に（１７Ａ，１７Ｂ、１７Ｃ）形成される。この環状シート部１７Ｂ、１７Ｃが本発明の内側の環状シート部であり、環状シート部１７Ａが本発明の外側の環状シート部である。
、図２に示すように、各環状シート部１７の径方向の幅は略同じに形成され、また、図５及び図６に示すように、各環状シート部１７のシート面は同一平面上に形成される。
なお、本実施の形態では、各環状シート部１７は３重形成されているが、２重以上形成されればよい。また、本実施の形態では、各環状シート部１７のシート面は同一平面上に形成されているが、各環状シート部１７のシート面が、ピストン５の外周から内周に向って漸次低くなるように形成してもよい。このようにピストン５の外周から内周に向って漸次低くし、減衰バルブ９，１０の内周側をピストン５に向けて撓ませることで減衰バルブ９，１０にセット荷重を与えることができる。

縮み側減衰バルブ９及び伸び側減衰バルブ１０は、図１、図５及び図６からよく解るように、環状のディスクが複数積層されて構成されている。各ディスクは、その外径がそれぞれ相違され、ピストン５側から離間するにつれて漸次小径になるように配置される。本実施の形態では、縮み側減衰バルブ９及び伸び側減衰バルブ１０は、ピストン５側から順に、外径が前記環状シート部１７Ａと略同一の第１のディスク２０及び第２のディスク２０ａと、外径が前記環状シート部１７Ｂと略同一の第３のディスク２０ｂと、さらに小径の２層の第４のディスク２０ｃとさらに小径のリテーナディスク２０ｄが１層配置され、全６層のディスクで構成されている。
ここで、第１のディスク２０の厚さは、第２のディスク２０ａより厚くなっており、剛性が高くなっている。

図３及び図４に示すように、ピストン５に当接される第１のディスク２０には、その外周端に、本願発明の連通路である略矩形状の切欠部２１が周方向に間隔をあけて複数形成されており、図３に示す本実施の形態では、切欠部２１は４５°ピッチで８個形成されている。
そして、切欠部２１の径方向の深さは、軸方向から視認すると、図４から解るように、ピストン５の外周側の環状シート１７Ａの内周側にある外側の環状小溝部１６Ａの一部が切欠部２１から露出する程度の深さに設定されている。その結果、切欠部２１により、ピストン５の外側の環状小溝部１６Ａと、シリンダ２内のシリンダ上室３またはシリンダ下室４とが連通される。
なお、本実施の形態では、ピストン５の各着座面に設けた外側の環状溝部１６Ａと、シリンダ上室３またはシリンダ下室４とを連通する連通路として第１のディスク２０の外周端に切欠部２１を設けたが、ピストン５に設けた最も外側の環状シート部１７Ａに、コイニング加工等により径方向を連通する凹み部を形成して、外側の環状小溝部１６Ａと、シリンダ上室３またはシリンダ下室４とを連通する連通路として構成してもよい。

また、第１のディスク２０には、その外周部に、台形状の連通孔２２が各切欠部２１の間に位置するように周方向に間隔をあけて複数形成されており、図３に示す本実施の形態では、連通孔２２は９０°ピッチで４個形成されている。これらの連通孔２２は、第１のディスク２０の中心に向って周方向の幅が増大するような向きに、すなわち、台形状の長辺が第１のディスク２０の中心に向くようにそれぞれ形成される。
そこで、第１のディスク２０に設けた各連通孔２２と、ピストン５の各着座面に設けた各環状シート部１７との径方向の位置関係は、図４から解るように、内側の２重の環状シート部１７Ｂ、１７Ｃ、内側の環状小溝部１６Ｂ、外側の環状小溝部１６Ａ及び環状溝部１５の一部が各連通孔２２から露出するような位置関係となる。その結果、第１のディスク２０に設けた連通孔２２によって、内側及び外側の各環状小溝部１６Ｂ、１６Ａ及び環状溝部１５とが連通するようになる。
なお、第１のディスク２０の直上には、該第１のディスク２０に設けた各連通孔２２を覆い、該連通孔２２を開閉する第２のディスク２０ａが積層される。

そして、図１に示すように、ピストンロッド１２の基端部の小径軸部２５に、縮み側減衰バルブ９、ピストン５及び伸び側減衰バルブ１０がこの順で上下の支持プレート２６、２６で挟まれるように配置されて、ピストンロッド１２の小径軸部２５に固定ナット１３が螺着される。また、ピストンロッド１２の先端部はシリンダ２の上端部から液密的に、かつ摺動可能にシリンダ２外に突出されている。
この時、ピストン５の着座面に設けた各環状シート部１７間で外側の環状小溝部１６Ａ、ピストン５の各環状シート部１７に着座する縮み側減衰バルブ９及び伸び側減衰バルブ１０の第１のディスク２０に設けた各連通孔２２及び第１のディスク２０の外周端に設けた各切欠部２１により、作動油流路６とシリンダ２内のシリンダ上室３またはシリンダ下室４とを連通する流路が形成される。

次に、本実施の形態に係る油圧緩衝器１の作用を説明する。
本油圧緩衝器１が自動車等の車両に装着される場合には、通常、シリンダ２が車輪側に連結されると共に、ピストンロッド１２の先端部が車体側に連結される。そして、路面からの振動が入力されると、本油圧緩衝器１のピストンロッド１２が伸縮動作を行う。すなわち、例えば、ピストンロッド１２の伸び行程時では、シリンダ２内のピストン５の摺動に伴い、シリンダ上室３内の作動油がピストン５の伸び側油流路７から伸び側減衰バルブ１０の付勢力に抗してシリンダ下室４へ流れ込み、伸び側減衰バルブ１０の付勢力により減衰力が発生する。

この時、まず、シリンダ上室３内からピストン５の伸び側油流路７を経て流出した作動油は、環状溝部１５に流入し、第１のディスク２０に設けた各連通孔２２により、内側の環状シート部１７Ｃ、１７Ｂを越えて外側の環状小溝部１６Ａに流れ込み、第１のディスク２０の外周端に設けた各切欠部２１を経由して外側の環状シート部１７Ａを越えてシリンダ下室４に流れ込む。この時、第２のディスク２０ａと外側の環状シート１７Ａにより挟まれた切欠部２１の径方向外側から見た断面積が油路中で最小の面積となるので、この切欠部２１によって、オリフィス特性（減衰力がピストン速度のほぼ２乗に比例する）の減衰力が発生する。
ここで、一般に油圧緩衝器の減衰力は、マクロ的に見て、流路中の最小面積となる部分で、その面積に応じた減衰力が発生することとなる。
また、ピストン速度が速くなり、シリンダ上室３とシリンダ下室４との圧力差が増大すると、ピストン５の伸び側油流路７を経て流出した作動油の一部は、第１のディスク２０の各連通孔２２を通過し、該第１のディスク２０の直上の第２のディスク２０ａを押し上げて、該第１のディスク２０と第２のディスク２０ａとの間からシリンダ下室４に流れ込む（図７中、状態Ａ）。
このとき、第２のディスク２０ａの開度が小さく、第１のディスク２０と第２のディスク２０ａの離間する径方向位置が環状シート部１７Ｂより外側の場合は、環状シート部１７Ｂ上の連通孔２２の径方向外側から見た断面積が面積流路中の最小面積となるので、この面積すなわち連通孔２２の環状シート部１７Ｂ上の周方向の幅と第１のディスク２０の厚さによって決まる流路面積により減衰力を発生する。ここで、本実施の形態では、第３のディスク２０ｂがあるので、この第３のディスク２０ｂの外周すなわち環状シート部１７Ｂを支点に第２のディスク２０ａが開きやすい構成となっている（図７中、状態Ｂ）。
その後、ピストン速度が速くなり第１のディスク２０と第２のディスク２０ａの離間する径方向位置が環状シート部１７Ｃ位の場合は、環状シート部１７Ｃ上の連通孔２２の径方向外側から見た断面積が面積流路中の最小面積となるので、この面積すなわち連通孔２２の環状シート部１７Ｃ上の周方向の幅と第１のディスク２０の厚さによって決まる流路面積により減衰力を発生する（図７中、状態Ｃ）。
ここで、状態Ａから状態Ｃにかけては、図７の減衰力―ピストン速度線図に示すように減衰力が極めて滑らかに変化する。
その後、さらに、ピストン速度が速くなると第１のディスク２０と第２のディスク２０ａの離間する径方向位置が徐々に内側になり、連通孔２２の流れが飽和すると第１のディスク２０が開弁する（図７中、状態Ｄ）。
この状態ＣとＤの間および状態Ｄ以降は、バルブ特性（減衰力がピストン速度に略比例する）の減衰力が発生する。

これにより、本実施の形態に係る油圧緩衝器１では、図７の実線で示すように、シリンダ上室３とシリンダ下室４との圧力差の増大（ピストン速度の増大）に伴ってシリンダ上室３とシリンダ下室４との連通面積や油流路が急激に変化しないために減衰力が急激に変化することはない。なお、図７の破線は、従来の油圧緩衝器の減衰力特性を示しており、本油圧緩衝器１が従来の油圧緩衝器に比して低速域から高速域までの広範囲に亘って減衰力特性が滑らかに推移していることが解る。
また、以上の説明では、ピストンロッド１２の伸び行程時において、低速域から高速域までの広範囲に亘って減衰力特性が滑らかに推移することを説明したが、当然ながら、縮み行程時においても、同様に、低速域から高速域までの広範囲に亘って減衰力特性が滑らかに推移するようになる。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係る油圧緩衝器１は、縮み側減衰バルブ９及び伸び側減衰バルブ１０の第１のディスク２０が着座する、ピストン５の外周部に形成される３重の環状シート部１７と、各環状シート部１７に着座する縮み側減衰バルブ９及び伸び側減衰バルブ１０の第１のディスク２０に形成した各連通孔２２と、該各連通孔２２を開閉する第２のディスク２０ａと、各環状シート部１７間で外側の環状小溝部１６Ａとシリンダ２内のシリンダ上室３またはシリンダ下室４とを連通する第１のディスク２０に設けた切欠部２１とを備え、ピストン５に設けた各環状シート部１７間で外側の環状小溝部１６Ａ、第１のディスク２０に設けた連通孔２２及び第１のディスク２０に設けた切欠部２１により、作動流体流路６とシリンダ上室３またはシリンダ下室４とを連通し、しかも、各連通孔２２は第１のディスク２０の中心に向ってその周方向の幅が増大する向きで形成される。
これにより、シリンダ上室３とシリンダ下室４との圧力差の増大（ピストン速度の増大）に伴ってシリンダ上室３とシリンダ下室４との連通面積や油流路が急激に変化しないために減衰力が急激に変化することがなく、減衰力が低速域から高速域までの広範囲に亘って滑らかに推移する。

また、本発明の実施の形態に係る油圧緩衝器１では、ピストン５に設けた環状シート部１７の数量、環状シート部１７間の距離（環状小溝部１６の幅）及び第１のディスク２０に設けた各連通孔２２の形状を適宜調整することで、状態Ｂ、Ｃとなるピストン速度及びそのときの減衰力を適宜調整できるので、微低速域の減衰力特性を細かく設定することがでる。
また、本発明の実施の形態に係る油圧緩衝器１では、ピストン５に設けた環状シート部１７の径、第１のディスク２０に設けた各連通孔２２の形状や位置や数量を適宜調整することで、第１のディスク２０の直上の第２のディスク２０ａに付与される油圧を変化させることが出来るだけでなく、積層ディスクが開く際の連通孔２２の開口面積を調整できるため、バルブ開弁点付近の特性を設定することができる。さらに、ディスク自体の剛性、連通孔２２の開口面積を調整することで、ピストンの高速度域の減衰力特性を設定することができ、高速域の減衰力の折れ点を持たせることができる。

また、図８には、第１のディスク２０の他の実施形態が示されており、他の実施形態に係る第１のディスク２０は、その外周端に、略矩形状の切欠部２１が周方向に間隔をあけて複数形成されており、図８の実施形態では、切欠部２１は７２°ピッチで５個形成されている。また、他の実施形態に係る第１のディスク２０には、その外周部に、三角形状の連通孔２２が各切欠部２１の間に位置するように周方向に間隔をあけて複数形成されており、図８の実施形態では、各連通孔２２は７２°ピッチで５個形成されている。また、三角形状の各連通孔２２は第１のディスク２０の中心に向って面積が増大する向きで形成されている。
これにより、図８に示す他の実施形態に係る第１のディスク２０においても、図３に示す第１のディスク２０と同等の上述した作用効果を奏することができる。
なお、上記実施の形態では、本発明の内側の環状シート部１７Ｂ、１７Ｃを二つとしたが、これは、一つとしてもよく、さらに、３つ以上としてもよい。
また、上記実施の形態では、複数の連通孔２２の形状を同径形状としたが、異なる形状としてもよい。
なお、上記実施の形態では、切欠き２１を設けた例を示したが、スポーツカーなどで極低速域の減衰力を高くしたい場合には、設けなくてもよい。
また、上記実施の形態では、本発明のバルブボディとしてのピストン５を用いた例を示したが、シリンダ２の下端に設けるいわゆるボトムバルブ（ボディバルブ）に本発明を用いてもよい。

図１は、本発明の実施の形態に係る油圧緩衝器を示す断面図である。 図２は、ピストンの下面図である。 図３は、第１のディスクの平面図である。 図４は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図５は、図４のＯ−Ｂ線に沿う断面図である。 図６は、図４のＯ−Ｄ線に沿う断面図である。 図７は、本油圧緩衝器の減衰力特性を示した図である。 図８は、他の実施形態に係る第１のディスクの平面図である。

符号の説明

１ 油圧緩衝器（流体圧緩衝器），２ シリンダ，３ シリンダ上室，４ シリンダ下室，５ ピストン（バルブボディ），６ 作動油流路（作動流体流路），７ 伸び側油流路，８ 縮み側油流路，９ 縮み側減衰バルブ（減衰バルブ），１０ 伸び側減衰バルブ（減衰バルブ），１２ ピストンロッド，１６ 環状小溝部，１７ 環状シート部，２０ 第１のディスク，２０ａ 第２のディスク，２１ 切欠部（連通路），２２ 連通孔

Claims (4)

1. 作動流体が封入されたシリンダと、
   該シリンダ内に摺動可能に嵌装された、該シリンダ内を２つの室に画成するピストンと、
   基端部が該ピストンに連結され、先端部が前記シリンダ外に突出するピストンロッドと、
   前記シリンダ内のピストンの摺動によって作動流体が連通する作動流体流路を有するバルブボディと、
   該バルブボディの作動流体流路に臨んで配置され、前記ピストンの作動時に前記作動流体流路を流れる作動流体に流通抵抗を付与すべく、複数のディスクが積層される減衰バルブと、
   を備えた流体圧緩衝器であって、
   前記バルブボディに形成され、前記減衰バルブのディスクが着座する内側及び外側の少なくとも２重の環状シート部と、
   前記減衰バルブのうち前記環状シート部に着座する第１のディスクの前記内側の環状シート部に対向する位置に貫通して形成され、前記内側の環状シート部の内周側と外周側とを連通する連通孔と、
   前記減衰バルブであって、前記第１のディスク上に設けられ、前記連通孔を開閉する第２のディスクと、を備えことを特徴とする流体圧緩衝器。
2. 前記連通孔は、前記第１のディスクの中心に向ってその周方向の幅が増大するよう構成されることを特徴とする請求項１に記載の流体圧緩衝器。
3. 前記第１のディスクの剛性は、前記第２のディスク剛性より高いことを特徴とする請求項１または２に記載の流体圧緩衝器。
4. 前記第１のディスクには、前記外側の環状シート部に対向する位置に貫通して形成され、前記外側の環状シート部の内周側と外周側とを連通する連通路を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の流体圧緩衝器。

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