JP2010144880A - 油圧緩衝器と油圧緩衝器の油流量調整方法及び油路スペーサ - Google Patents

Abstract

【課題】温度依存性を低減させた油圧緩衝器と油圧緩衝器の油流量調整方法とを提供する。
【解決手段】油が充填されて隔てられた二つの油室を連通する油流路に、油圧により形成される開口面積が開口高さの１／２乗に比例する開口部１７０を備える油圧緩衝器１００とする。また、好ましくは油が充填されて隔てられた二つの油室を連通する油流路にリーフバルブ１１０を備え、リーフバルブ１１０が撓んで形成する開口部１７０の開口面積は、開口高さの１／２乗に比例する油圧緩衝器１００とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧緩衝器と油圧緩衝器の油流量調整方法及び油路スペーサとに関する。

車両の振動等を減衰させるショックアブソーバには、油圧緩衝器が用いられる。油圧緩衝器は、充填された作動油が狭い隙間を流れるように構成されており、チョーク特性に基づく作動油の流動抵抗により減衰力を発生する構成が知られている。

このような油圧緩衝器においては、作動油の温度が変化しても安定した減衰力を発生するために、加わる荷重の変化に対応して変形量が非線形に変化するノンリタンスプリングを設けることが、例えば下記特許文献１に開示されている。
特開平１１−５１１０５号公報 特開２０００−９１６９号公報

作動油の粘性を利用した流動抵抗は、発生する減衰力の大きさに直接的に影響を与える。一方、作動油は温度によりその動粘度が変化することが知られており、発生する減衰力が不安定であれば、例えば車両の乗り心地等に悪影響を与えることが懸念される。

このため、発生する減衰力の温度依存性を低減することが、微低速のみならず高速域におけるリニアな特性の油圧緩衝器の実現においても重要であると考えられる。

本発明は、上述の問題点に鑑み為されたものであって、温度依存性を低減させた油圧緩衝器と油圧緩衝器の油流量調整方法等とを提供することを目的とする。

本発明の油圧緩衝器のある態様は、油が充填されて隔てられた二つの油室を連通する油流路に、油圧により形成される開口面積が開口高さの１／２乗に比例する開口部を備えるものとする。

また、本発明の油圧緩衝器のある態様は、好ましくは油が充填されて隔てられた二つの油室を連通する油流路にリーフバルブを備え、リーフバルブが撓んで形成する開口部の開口面積は、開口高さの１／２乗に比例するものとしてもよい。

また、本発明の油圧緩衝器のある態様は、さらに好ましくは開口部が、開口高さｌに対する開口幅Ｗ（ｌ）が、下記式（１）の関係を充足してもよい。

但し、Ｋ′は任意の定数とする。

また、本発明の油圧緩衝器の油流量調整方法のある態様は、油が充填されて隔てられた二つの油室間の油流量を調整する方法であって、油室間の油の差圧により形成される開口面積が、開口高さの１／２乗に比例するような開口部を油室間に設け、差圧が大きくなると開口高さを高くする方法とする。

上述の油圧緩衝器に用いる油路スペーサのある態様では、リーフバルブの撓みにより形成される開口部に対応する外周面に、開口部を形成する凹み部を備える油路スペーサとする。

また、油路スペーサのある態様では、好ましくは凹み部の深さ方向の断面積が、凹み部が形成する開口部の最大面積よりも十分に大きいものとする。

また、油路スペーサのある態様では、さらに好ましくは油路スペーサの外周面に複数の凹み部を備え、複数の凹み部の深さ方向の断面積の合計は、凹み部が形成する開口部の最大面積よりも、オリフィス特性となる程度に、十分に大きいものとする。

この発明により、温度依存性を低減させた油圧緩衝器と油圧緩衝器の油流量調整方法等を提供できる。

実施形態で説明する油圧緩衝器は、リーフバルブに加わる差圧による撓みにより油路スペーサの外周面に開口部を形成する。また、油路スペーサに形成された開口部を流れる作動油のオリフィス特性を利用して減衰力を生成する。開口部は、開口高さに応じてその１／２乗に比例するような開口面積を有する形状とする。これにより、温度に依存せず、作動油の流量と差圧とがリニアな特性となる油圧緩衝器を実現する。

いわゆるショックアブソーバ等として知られる油圧緩衝器は、従来、作動油の粘性を利用した作動油の流動抵抗により、適度な減衰力を発生させていた。このような油圧緩衝器は、作動油が例えばチョークや狭い隙間流れ等を通過する場合のオイル粘性を利用するものとして知られている。

しかし、微低速領域などにおいて作動油の流量が少ない場合等には、温度による作動油の動粘度が変化して、生成される減衰力が安定しないことが懸念された。作動油の動粘度は、一般に温度に依存して指数関数的に変化するものであり、動粘度の変化に起因し、減衰力の温度特性は良好とはいえないものとなる。

実施形態で説明する油圧緩衝器は、減衰力の温度依存性を低減させて、温度に拘わらず安定した減衰力を発生することができる。このため具体的には、リーフバルブに加わる差圧による撓みによって油路スペーサに形成される開口部の形状に工夫をする。特に、作動油の差圧と作動油の流量とがリニアな関係となるような開口部の形状とする。これにより、減衰力の温度依存性を低減させた油圧緩衝器とできる。

また、開口部を流れる作動油がオリフィス特性を充足するように、開口部の深さは開口面積に比して十分に大きくとる。開口部における圧力と流量とのオリフィス特性は、ベルヌーイの定理に基づいて、開口部における差圧と作動液の密度および開口幅等により二次関数的な特性を有するものとなる。また、開口部の深さを十分とるために、油路スペーサの外周に開口部を複数設けるものとしてもよい。そこで、以下図面に基づいて実施形態の油圧緩衝器について詳細に説明する。

図１は、本実施形態の油圧緩衝器１００を概念的に説明する模式図である。図１は説明の便宜のために、油圧緩衝器１００の断面の右半分を示すものである。図１において、ピストンロッド１２０には、リング状の油路スペーサ１３０が嵌め込まれている。また、リーフバルブ１１０は、中央部分に穴が空いた円板状である。リーフバルブ１１０の内周縁と油路スペーサ１３０の外周縁とで作動油の流通を制限するように、リーフバルブ１１０が油路スペーサ１３０の外周縁に配置される。

リーフバルブ１１０の外縁付近はピストン１４０に支持されており、リーフバルブ１１０は上室と下室との間に発生した差圧Ｐによって、すり鉢状に撓むこととなる。なお、油路スペーサ１３０は、上部側スペーサ１８０と下部側スペーサ１５０とによってピストンロッド１２０に固定されており、さらに下部側スペーサ１５０はナット１６０により固定されているものとする。

油圧緩衝器１００の油路スペーサ１３０は、リーフバルブ１１０がすり鉢状に撓んだ場合に、作動油が流通する開口部を形成する凹み部１７０を有する。なお、油圧緩衝器１００はその全体が、不図示のシリンダ内に収納されており、シリンダ内には作動油が充填されている。

図２は、リーフバルブ１１０がすり鉢状に撓んだ状態の油圧緩衝器１００を概念的に説明する模式図である。図２においては、図１に対応する同一部位には同一の符号を付して、説明の重複を避けるためにここでは説明を省略することとする。

図２に示すように、油圧緩衝器１００が伸びる場合には、ピストンロッド１２０が不図示のシリンダに対して相対的に上室側へ移動することとなる。典型的には、ピストンロッド１２０は車体に懸架され、不図示のシリンダは車輪に固定することができる。そして、車体と車輪とが離れる方向に動く場合には、油圧緩衝器１００が伸びることとなる。

油圧緩衝器１００が伸びる場合には、上室から下室へと作動油が流れるように差圧Ｐが発生する。上室側からリーフバルブ１１０に加えられた差圧Ｐは、リーフバルブ１１０を図２に示すように、下方にすり鉢状に撓ませることとなる。

リーフバルブ１１０がすり鉢状に撓むと、リーフバルブ１１０の内周縁が、油路スペーサ１３０に対して相対的に下方に移動することとなる。そして、油路スペーサ１３０の下方位置には、凹み部１７０が形成されているので、ここに開口部が生じ、作動油が開口部を矢印２１０の向きに流れることとなる。

ここで、油圧緩衝器の作動油の流れと動作とは、既によく知られているものであるが、念のため下記に簡単に説明する。図６は、油圧緩衝器６００の作動油の全体的な流れを説明する図である。図６に示す油圧緩衝器６００においては、作動油が充填されたシリンダ６１内にピストン６２を介してピストンロッド６３が移動自在に挿入されている。また、ピストン６２はシリンダ６１内に上下二つの油室６４，６５を区画する。

二つの油室６４，６５は、ピストン６２に設けられた油流路６６，６７と、各油流路６６，６７の出口端に設けられた伸側減衰バルブ６８と圧側減衰バルブ６９とを介して開閉されている。油圧緩衝器６００において、圧側減衰バルブ６９は、シート部上に積層した複数のリーフバルブ６１１と、リーフバルブ６１１の内側上面に重ねた角形リングからなるサポート６１２とを備えている。

また、サポート６１２は、上方のバルブ押え６１３とリーフバルブ６１１の内側上面と、で挟持されている。また、リーフバルブ６１１は、サポート６１２で内側基端が支持され、このサポート６１２を支点にして油圧方向に撓んで、作動油が流れるように開くようになっている。

換言すれば、圧縮時には下方の油室６５の作動油が油流路６７を介してリーフバルブ６１１を撓ませて、作動油の流路を形成し、上方の油室６４に作動油が流入する。これにより、圧縮時の作動油の流動抵抗が発生して圧側減衰力が発生する。

同様に、伸び時には上方の油室６４の作動油が油流路６６を介して伸側減衰バルブ６８のリーフバルブ６１１を撓ませて、作動油の流路を形成し、下方の油室６５に作動油が流入するように構成してもよい。これにより、伸び時の作動油の流動抵抗が発生して伸び側減衰力が発生することとなる。以上が典型的な油圧緩衝器６００の作動油の流れと動作との説明である。なお、リーフバルブ６１１の撓ませ方向と撓ませ位置は、支点との関係で適宜設計し任意の構成とすることができるものである。

次に、図３を用いて油路スペーサ１３０について詳細に説明する。図３は、油路スペーサ１３０の構造を説明する模式図である。油路スペーサ１３０は、リング状の形状を有しており、その外周面に３つの凹み部１７０（１），１７０（２），１７０（３）（以下、適宜凹み部１７０と称する）を備える。外周面に設ける凹み部１７０は、単一でもよく二以上の複数としてもよく任意の数とできる。

凹み部１７０は、リーフバルブ１１０が差圧により撓んだ場合に、作動油の流路となる開口部を形成する。リーフバルブ１１０は差圧がない状態において、図３（ａ）に点線で示す通常ライン３２０の位置にある。また、リーフバルブ１１０は差圧が加わると、図３に点線で示す通常ライン３２０から下方へと差圧に応じて撓み、例えば図３（ａ）に点線で示す撓み状態ライン３３０に位置する。

ここで図３（ｂ）に示すように、リーフバルブ１１０がすり鉢状に通常ライン３２０から開口高さｌだけ下方の撓み状態ライン３３０まで撓むとする。この場合に、開口面積をＡとすると、開口面積Ａが開口高さｌの１／２乗に比例するような凹み部１７０の形状とすれば、差圧に対する作動油の流量を温度に依存せずにリニアな関係とできることを本願発明者は見いだした。

上述の関係は、リーフバルブ１１０を等分布荷重を受ける薄板円板と見なし、その変形量が受ける圧力に比例するものとし、開口部を通過する作動油がオリフィスの関係式を充足するとして求めることができるが、詳細な計算式の説明は煩雑となるのでここでは省略するものとする。

また、上述した開口面積Ａが開口高さｌの１／２乗に比例する関係から、開口高さｌにおける開口幅Ｗの関係を微分して求めると、開口幅Ｗは開口高さｌの１／２乗に反比例するものとなる。すなわち、図３（ｂ）に示す凹み部１７０においては、曲線３１０が式（１）の関係を満たす場合に、上室と下室との差圧に対する作動油の流量を、温度に依存せずにリニアな関係とできるものとなる。但し、下記式（１）において、Ｋ´は任意の定数とする。

図４は、油路スペーサ１３０の上面図を模式的に示す図である。図４に示すように、油圧緩衝器１００は、油路スペーサ１３０の外周縁にリーフバルブ１１０の中央部分の穴が嵌められた状態で作動油の移動を制限する。

凹み部１７０が、式（１）を満たす場合においては、図４に示すように凹み部１７０（１）の深さ方向の断面積をＢ（１）、凹み部１７０（２）の深さ方向の断面積をＢ（２）、凹み部１７０（３）の深さ方向の断面積をＢ（３）とすれば、断面積Ｂ（１）と断面積Ｂ（２）と断面積Ｂ（３）との合計の断面積Ｂは、開口面積Ａの最大値Ａ_ｍａｘよりも十分に大きいものとする。すなわち、上述の関係は、オリフィス特性を充足することを前提としているものであり、オリフィス特性を充足するためには、断面積Ｂ（１）と断面積Ｂ（２）と断面積Ｂ（３）との合計の断面積Ｂを、開口面積Ａの最大値Ａ_ｍａｘよりも十分に大きいものとすることが好ましいものとなる。

また、凹み部１７０を油路スペーサ１３０の外周面に一個だけ設ける場合には、一個の凹み部１７０断面積Ｂを開口面積Ａの最大値Ａ_ｍａｘよりも十分に大きいものとすることが好ましいものとなる。

なお、図５（ａ）は、開口高さｌと開口幅Ｗとの式（１）の関係を示す図であり、図５（ｂ）は式（１）の関係を満たす場合に得られる作動油の流量Ｑと差圧とのリニア関係を例示する図である。すなわち、油路スペーサ１３０の凹み部１７０が図５（ａ）の関係を満たす形状であれば、油圧緩衝器１００は図５（ｂ）の特性を示すものとなる。

なお、油圧緩衝器１００において、凹み部１７０の形状は、式（１）の関係を満たすものであればよく実施形態での説明及び図面での例示に限定されるものではない。また、凹み部１７０は１個又は３個に限定されることはなく、油路スペーサ１３０の外周に任意の個数設けることとできる。凹み部１７０を任意の個数とした場合においても、上述したようなＢ＞＞Ａ_ｍａｘの関係は満たすことが好ましい。

上述したように油圧緩衝器１００は、微低速のみならず高速域においてもリニアで温度特性の良好なアブソーバを実現できる。

また、油圧緩衝器１００は、実施形態での説明に限定されるものではなく、自明な範囲でその構成を適宜変更し、また自明な範囲でその動作と処理とを適宜変更して用いることができるものである。

本実施形態の油圧緩衝器を概念的に説明する模式図である。 リーフバルブがすり鉢状に撓んだ状態の油圧緩衝器を概念的に説明する模式図である。 油路スペーサの構造を説明する模式図である。 油路スペーサの上面図を模式的に示す図である。 （ａ）は開口高さと開口幅との関係を示す図であり、（ｂ）は作動油の流量と差圧とのリニア関係を例示する図である。 油圧緩衝器の作動油の全体的な流れを説明する図である。

符号の説明

６１・・シリンダ、６２・・ピストン、６３・・ピストンロッド、６４，６５・・油室、６６・・油流路、６８・・伸側減衰バルブ、６９・・圧側減衰バルブ、１００・・油圧緩衝器、１１０・・リーフバルブ、１２０・・ピストンロッド、１３０・・油路スペーサ、１５０・・下部側スペーサ、１６０・・ナット、１７０・・凹み部、１８０・・上部側スペーサ。

Claims (7)

1. 油が充填されて隔てられた二つの油室を連通する油流路に、油圧により形成される開口面積が開口高さの１／２乗に比例する開口部を備える
   ことを特徴とする油圧緩衝器。
2. 請求項１に記載の油圧緩衝器において、
   油が充填されて隔てられた二つの油室を連通する油流路にリーフバルブを備え、
   前記リーフバルブが撓んで形成する前記開口部の前記開口面積は、前記開口高さの１／２乗に比例する
   ことを特徴とする油圧緩衝器。
3. 請求項１又は請求項２に記載の油圧緩衝器において、
   前記開口部は、開口高さｌに対する開口幅Ｗ（ｌ）が、下記式（１）の関係を充足する
   ことを特徴とする油圧緩衝器。
   

   

   但し、Ｋ′は、任意の定数とする。
4. 油が充填されて隔てられた二つの油室間の油流量を調整する方法であって、
   前記油室間の前記油の差圧により形成される開口面積が、開口高さの１／２乗に比例するような開口部を前記二つの油室間に設け、
   前記差圧が大きくなると前記開口高さを高くする
   ことを特徴とする油圧緩衝器の油流量調整方法。
5. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の油圧緩衝器に用いる油路スペーサであって、
   前記油路スペーサは、リーフバルブの撓みにより形成される前記開口部に対応する外周面に、前記開口部を形成する凹み部を備える
   ことを特徴とする油路スペーサ。
6. 請求項５に記載の油路スペーサにおいて、
   前記凹み部の深さ方向の断面積は、前記凹み部が形成する前記開口部の最大面積よりも十分に大きい
   ことを特徴とする油路スペーサ。
7. 請求項５または請求項６に記載の油路スペーサにおいて、
   前記油路スペーサの外周面に複数の前記凹み部を備え、
   複数の前記凹み部の深さ方向の断面積の合計は、前記凹み部が形成する前記開口部の最大面積よりも、オリフィス特性となる程度に、十分に大きい
   ことを特徴とする油路スペーサ。

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