JP2011001982A - 緩衝器 - Google Patents

Abstract

【課題】発生減衰力のみを検知することができる緩衝器を提供することである。
【解決手段】本発明の課題解決手段は、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内を二つの作動室Ｒ１，Ｒ２に区画するピストン２と、シリンダ１内に移動自在に挿入されてピストン２に連結されるロッド３とを備えた緩衝器において、ロッド３或いはシリンダ１の一方に当該ロッド３或いはシリンダ１の一方の軸力が作用するように荷重センサ４を軸方向に圧縮状態で取付けて、当該荷重センサ４で発生減衰力を検出することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、緩衝器の改良に関する。

従来の緩衝器にあっては、たとえば、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作動室に区画するピストンと、ピストンに一端が連結されるロッドとを備えて構成され、制振対象の振動を抑制する。

また、緩衝器は、制振効果を向上するため、発生減衰力を可変とすることが要求される場合があり、たとえば、車両の車体と車軸との間に介装される緩衝器では特に車両における乗り心地の向上に資するため、振動周波数やピストン速度、変位などに応じて発生減衰力を調整することが要望される場合がある。

発生減衰力を可変とする緩衝器にあっては、たとえば、作動室同士を連通する通路の途中に設けた減衰弁における開度を変更することで発生減衰力を変更するようになっており、上述した振動周波数やピストン速度、変位等に基づいて緩衝器が発生すべき減衰力を求め、当該発生すべき減衰力を実現すべく、減衰弁の開度を調節して、緩衝器の発生減衰力を上記の発生すべき減衰力に等しくなるように制御するようにしている（たとえば、特許文献１参照）。

この特許文献１に開示された緩衝器では、予めピストン速度および減衰弁の開度に対応する発生減衰力を把握しておき、実際のピストン速度を得て、減衰弁の開度を調節して発生減衰力を制御することになるが、緩衝器が要望どおりの減衰力を発生しているか不明であるので、緩衝器が実際に発生している減衰力を検知して制御したい場合もある。

これに対して緩衝器の外周に固定した部材と、懸架ばねの上端を支承するばね受との間に歪センサを介装して、緩衝器の発生減衰力と懸架ばねが発生するばね力との総和を検知する提案がある（たとえば、特許文献２参照）。

特開２００８−１２９５９号公報 特開２０００−２１４０１２号公報

上記特許文献２に開示された緩衝器では、上述のように、緩衝器の発生減衰力と懸架ばねが発生するばね力との総和を検知しているため、緩衝器の発生減衰力のみを抽出して検知することができないので、発生減衰力をフィードバックして緩衝器を制御することができない。

そこで、本発明は上記した点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、発生減衰力のみを検知することができる緩衝器を提供することである。

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を二つの作動室に区画するピストンと、シリンダ内に移動自在に挿入されてピストンに連結されるロッドとを備えた緩衝器において、ロッド或いはシリンダの一方に当該ロッド或いはシリンダの一方の軸力が作用するように荷重センサを軸方向に圧縮状態で取付けたことを特徴とする。

本発明の緩衝器によれば、荷重センサが軸方向に圧縮荷重（初期荷重）を受けた状態でロッド或いはシリンダに固定されているため、緩衝器が伸長作動しても収縮作動しても緩衝器が発生している正味の発生減衰力を検知することができる。

また、従来の緩衝器のように懸架ばねのばね力が重畳された荷重から緩衝器の発生減衰力を得ることなく、荷重センサで直接緩衝器の発生減衰力を検知できるので、懸架ばねが発生しているばね力を求めるためのセンサや計算が不要となる。

さらに、この緩衝器にあっては、温度変化や部品のばらつき、ピストン速度の変化によらず正確に発生減衰力を検知することができるので、正確な発生減衰力をフィードバックして精度良く発生減衰力を制御することができる。

本発明の一実施の形態における緩衝器の縦断面図である。 本発明の一実施の形態の一変形例における緩衝器の縦断面図である。

以下、図に示した一実施の形態に基づいて本発明について説明する。一実施の形態における緩衝器Ｄは、図１に示すように、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内を二つの作動室Ｒ１，Ｒ２に区画するピストン２と、シリンダ１内に移動自在に挿入されてピストン２に連結されるロッド３と、ロッド３の軸力が作用するようにロッド３に軸方向に圧縮状態で取付けた荷重センサ４と、発生減衰力を可変にする減衰力可変手段たる可変減衰弁５とを備えて構成されている。

また、この緩衝器Ｄの場合、作動室Ｒ１，Ｒ２内に作動流体として作動油等の液体が充填されている。さらに、シリンダ１を覆う外筒６を設けてシリンダ１と外筒６との間の環状隙間でリザーバＲを形成し、当該リザーバＲ内に液体と気体を充填し、緩衝器Ｄの伸縮時にシリンダ１内に出入りするロッド３の体積分の液体がシリンダ１内で過不足となるため、リザーバＲから過不足分の液体を給排してこれを補償するようになっている。したがって、この緩衝器Ｄの場合、複筒型の緩衝器として構成されているが、上記補償をシリンダ内に摺接するフリーピストンで気室を隔成して気室容積の拡縮によって行うようにしてもよく、さらには、作動流体が気体である場合には、リザーバＲおよび気室を省略してもよい。

以下、本実施の形態の緩衝器Ｄの各部について詳細に説明する。シリンダ１は、外筒６内に収容され、外筒６の図１中上端に嵌合される環状のロッドガイド７と、外筒６の図１中下端を閉塞するキャップ８とで挟持され、外筒６内に固定されている。

このように外筒６内にシリンダ１が収容固定されると、シリンダ１と外筒６との間には環状隙間が設けられ、上述のように環状隙間でリザーバＲが形成されている。また、シリンダ１の下端と上記キャップ８との間には、仕切部材９が介装されており、リザーバＲとシリンダ１内とがこの仕切部材９によって仕切られている。

また、シリンダ１内にはピストン２が摺動自在に挿入されてシリンダ１内には二つの作動室Ｒ１，Ｒ２が形成されている。ピストン２には、上記作動室Ｒ１と作動室Ｒ２とを連通する通路２ａが設けられており、該通路２ａの途中には、可変減衰弁５が設けられている。可変減衰弁５は、上記通路２ａを液体が通過する際に液体の流れに抵抗を与えるとともに、開度を変更することで流路面積を変更して液体の流れに抵抗を調節することができるようになっている。

可変減衰弁５は、詳しくは図示しないが、たとえば、通路２ａの途中に設けられて通路２ａの流路面積を変更する弁体と、弁体を駆動するソレノイドとを備えており、外部電源からソレノイドへ供給する電流量を調節することで上記のように流路面積を変更できるようになっている。なお、可変減衰弁５は、上記構成に限られず、たとえば、通路２ａの途中に設けられて通路２ａ内に進退する弁体と、ロッド３の上端に設けられてロッド３内に収容されるコントロールロッドを介して弁体を駆動するモータとで構成してもよいし、また、筒状であってロッド３内に回転自在に収容される弁体で通路２ａの流路面積を可変とするロータリバルブとされてもよい。またさらに、減衰力可変手段は、可変減衰弁以外にも、流体が電気粘性流体や磁気粘性流体であって通電量や磁力を変更して流体の粘度を調節することによって緩衝器Ｄの発生減衰力を変更するものであってもよい。

なお、上記したところでは、ピストン２に可変減衰弁５を設けた通路２ａのみを設けているが、この通路２ａに並列して作動室Ｒ１，Ｒ２同士を連通する通路を設けて、この通路に減衰弁を設けるようにしてもよいし、また、通路２ａに可変減衰弁５に直列する減衰弁を設けるとしてもよい。さらに、作動室Ｒ１，Ｒ２を連通する通路を複数設けておき、通路毎に減衰力可変手段を設けるようにしてもよい。

また、仕切部材９には、リザーバＲと作動室Ｒ２とを連通する通路９ａ，９ｂが設けられており、通路９ａの途中には、リザーバＲから作動室Ｒ２へ向かう流れのみを許容する逆止弁９ｃが設けられ、通路９ｂの途中には、作動室Ｒ２からリザーバＲへ向かう流れのみを許容するとともに当該流れに抵抗を与える減衰弁９ｄが設けられている。

そして、この緩衝器Ｄにあっては、シリンダ１に対してピストン２が図１中上方向へ移動すると、ピストン２の移動に伴って容積が減少する作動室Ｒ１から容積が増大する作動室Ｒ２へ通路２ａを介して移動する液体の流れに可変減衰弁５で抵抗を与えて圧力損失を生じさせ、作動室Ｒ１と作動室Ｒ２に差圧を生じせしめて減衰力を発揮するようになっている。また、その際、ロッド３がシリンダ１内から退出することによってシリンダ１内で不足する体積分の液体は、仕切部材９の通路９ａを介してリザーバＲからシリンダ１内に供給されて伸長作動時の体積補償が行われる。それゆえ、可変減衰弁５で通路２ａの流路面積を変更することで、通路２ａを通過する液体の流れに与える抵抗を変化させ緩衝器Ｄの伸長作動時の発生減衰力を調節することができる。

反対に、シリンダ１に対してピストン２が図１中下方向へ移動すると、ピストン２の移動に伴って容積が減少する作動室Ｒ２から容積が増大する作動室Ｒ１へ通路２ａを介して移動し、ロッド３がシリンダ１内へ進入することによってシリンダ１内で過剰となる体積分の液体が仕切部材９の通路９ｂを介してリザーバＲへ排出される。

このように緩衝器Ｄが収縮する場合には、液体は可変減衰弁５および減衰弁９ｄを通過するので、これらを通過する液体の流れに抵抗を与えて圧力損失を生じさせ、作動室Ｒ１と作動室Ｒ２に差圧を生じせしめて減衰力を発揮するようになっている。また、ロッド３がシリンダ１内へ進入することによってシリンダ１内で過剰となる体積分の液体は、上述のように、仕切部材９の通路９ｂを介してリザーバＲへ排出されて収縮作動時の体積補償が行われる。それゆえ、可変減衰弁５で通路２ａの流路面積を変更することで、通路２ａを通過する液体の流れに与える抵抗を変化させ緩衝器Ｄの収縮作動時の発生減衰力を調節することができる。

なお、上記した緩衝器Ｄでは、ピストン２に設けた通路２ａにのみ減衰力可変手段としての可変減衰弁５を設けているが、仕切部材９に設けた通路９ａ，９ｂの一方または両方にも減衰力可変手段を設けるようにしてもよい。

さらに、この場合、液体が作動室Ｒ１と作動室Ｒ２とを双方向で流れるように設定されているが、液体が緩衝器Ｄの伸縮に伴って作動室Ｒ２、作動室Ｒ１、リザーバＲを順に循環するユニフロー型に設定されてもよい。また、緩衝器がユニフロー型に設定される場合には、作動室Ｒ１とリザーバＲとを連通する通路に可変減衰弁を設けておけば、緩衝器の伸縮の両側で減衰力を調節することができる。

戻って、ロッド３は、シリンダ１の上端に設けられてシリンダ１の図１中上端を封止する環状のロッドガイド７の内周に筒状のベアリング１０を介して軸支されて、シリンダ１外へ突出されている。また、ロッド３の上端は、外径が小径とされた雄螺子部３ａが設けられており、当該雄螺子部３ａは、ロッド３を図示しない制振対象へ取付けるロッド側取付ブラケット１１に設けた螺子孔１１ａに螺合されている。

そして、このロッド３の雄螺子部３ａの外周には、環状の圧電素子でなる荷重センサ４が装着されており、当該荷重センサ４は、ロッド３の雄螺子部３ａの根元外周に設けた段部３ｂとロッド側ブラケット１１の図１中下端とで挟持されて圧縮状態でロッド３に固定されている。なお、この実施の形態にあっては、ロッド３の段部３ｂの外径が荷重センサ４の外径より小さいので、荷重センサ４の略全体に均一に圧力を作用させるため、荷重センサ４と内径と外径が等しいワッシャ１３を介装してあるが、ロッド３の段部３ｂの外径が荷重センサ４の外径以上に設定される場合には、ワッシャ１３を廃止することができる。

このように荷重センサ４は、ロッド３の段部３ｂとロッド側ブラケット１１とで挟持されて軸方向に圧縮荷重（初期荷重）を受けた状態でロッド３に固定されているため、緩衝器Ｄが伸長作動する場合、ロッド３に軸方向に引っ張り荷重が作用するので、荷重センサ４には上記初期荷重から当該引っ張り荷重を除いた荷重が作用し、反対に緩衝器Ｄが収縮作動する場合、ロッド３に軸方向に圧縮荷重が作用するので、荷重センサ４には上記初期荷重に加えて当該圧縮荷重が作用することになる。すなわち、初期荷重を荷重センサ４に作用させることで、荷重センサ４に常時圧縮荷重が作用することになって、荷重センサ４に分極による電圧を発生させることができ、緩衝器Ｄの収縮作動時のみならず、伸長作動時における発生減衰力を検知することができる。

したがって、荷重センサ４は、緩衝器Ｄが静止時に受ける初期荷重を中心として緩衝器Ｄの伸縮によって変動する荷重を検知することができ、具体的には、荷重センサ４が上記の如くの荷重を受けて圧電効果によって分極した際の電圧を計測することで、緩衝器Ｄが伸長作動しても収縮作動してもロッド３に作用する軸力を検知することができる。このロッド３の軸力は緩衝器Ｄが発揮している発生減衰力に他ならないから、上記の構成にて緩衝器Ｄが発生している正味の発生減衰力を検知することができるのである。

また、従来の緩衝器のように歪センサで検知した懸架ばねのばね力が重畳された荷重から緩衝器の発生減衰力を得ることなく、荷重センサ４で直接緩衝器Ｄの発生減衰力を検知できるので、懸架ばねが発生しているばね力を求めるためのセンサや計算が不要となる。

なお、荷重センサ４は、ロッド側取付ブラケット１１の螺子孔１１ａの底部とロッド３の先端との間で挟持されるようにしてもよいが、この場合、荷重センサ４が環状とされ、ロッド３の先端に設けた雄螺子部３ａの外周へ装着されて、ロッド３と雄螺子部３ａに螺合されるロッド側取付ブラケット１１との間で挟持されるようになっているので、緩衝器Ｄへの荷重センサ４の取付が容易で、荷重センサ４へ与える初期荷重の調節も容易となり、荷重センサ４からの電圧信号の取り出しも簡単となる。

また、この緩衝器Ｄにあっては、温度変化や部品のばらつき、ピストン速度の変化によらず正確に発生減衰力を検知することができるので、正確な発生減衰力をフィードバックして減衰力可変手段としての可変減衰弁５を制御することができ、精度良く緩衝器Ｄの発生減衰力を制御することができる。

さらに、荷重センサ４に圧電素子を用いることで、ロッド３とロッド側取付ブラケット１１との間に介装しても、軸方向長さが長大化することがないので、緩衝器Ｄの制振対象への搭載性を損なうこともない。また、圧電素子が柔軟な高分子圧電材料で形成される場合には、緩衝器Ｄの振動時に共振する虞もなく、緩衝器Ｄの作動に悪影響を与えることもない。

なお、上記した荷重センサ４のロッド３への固定構造は、一例であって、別構造を採用して荷重センサ４をロッド３へ固定してもよく、また、荷重センサ４の設置位置も上記したところに限定されるものではないが、上述のようにロッド３とロッド側取付ブラケット１１との間で荷重センサ４を挟持することで、ロッド３のシリンダ１内へ出入りする部位を避けてストローク長の確保が容易となる利点がある。

また、減衰力可変手段としての可変減衰弁５を制御する制御装置と荷重センサ４に接続するコネクタにヘッドアンプを内蔵しておくことで、入力インピーダンスを下げることによって、耐ノイズ性を向上させて、上記制御装置と荷重センサ４とを接続する配線にシールド線ではなく通常の電線を使用することも可能である。

つぎに、本発明の一実施の形態の一変形例における緩衝器Ｄ’について説明する。上述した緩衝器Ｄにあっては、ロッド３に作用する軸力を荷重センサ４で検知していたが、この一変形例における緩衝器Ｄ’にあっては、シリンダ１に作用する軸力を荷重センサ４で検知するようにしている点が、緩衝器Ｄと異なるのみである。

したがって、説明が重複するので、一実施の形態における緩衝器Ｄと同様の部材については同じ符号を付するのみとしてその詳しい説明は省略することとする。

この一変形例における緩衝器Ｄ’にあっては、図２に示すように、荷重センサ４が、シリンダ１の下端を閉塞するキャップ８とキャップ８の下端に螺着されるシリンダ側取付ブラケット１２との間に挟持されてシリンダ１に固定されている。

詳しくは、荷重センサ４は、環状とされて、キャップ８の下端に設けた雄螺子部８ａの外周に装着され、キャップ８と雄螺子部８ａが螺合される螺子孔１２ａを備えたシリンダ側取付ブラケット１２とで挟持されて軸方向の圧縮荷重を初期荷重として受けている。

このように荷重センサ４をシリンダ１の端部に固定するには、シリンダ１の端部に間接的に連結されるキャップ８を介して固定するようにしてもよい。なお、緩衝器Ｄ’が、フリーピストンによって気室がシリンダ１内に形成される単筒型緩衝器とされる場合には、シリンダ１を有底筒状として底部に雄螺子部を設けて荷重センサ４をシリンダ１とシリンダ側取付ブラケット１２とで直接挟持する構成とされてもよい。

このように加重センサ４を設置すると、一実施の形態の緩衝器Ｄで説明したように、緩衝器Ｄ’が伸長作動しても収縮作動しても、荷重センサ４でシリンダ１の軸力を検知することができ、当該シリンダ１の軸力は緩衝器Ｄ’が発生している発生減衰力に他ならないので、当該一変形例における緩衝器Ｄ’にあっても、緩衝器Ｄ’の発生減衰力を正確に検出することができ、一実施の形態の緩衝器Ｄと同様の作用効果を奏することができる。

なお、この一変形例における緩衝器Ｄ’にあっても、荷重センサ４が環状であって、雄螺子部８ａの外周へ装着されて、シリンダ１端に設けたキャップ８とシリンダ側取付ブラケット１２との間で挟持されるようになっているので、緩衝器Ｄへの荷重センサ４の取付が容易で、荷重センサ４へ与える初期荷重の調節も容易となり、荷重センサ４からの電圧信号の取り出しも簡単となる。

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。

１ シリンダ
２ ピストン
２ａ 通路
３ ロッド
３ａ 雄螺子部
３ｂ 段部
４ 荷重センサ
５ 減衰力可変手段としての可変減衰弁
６ 外筒
７ ロッドガイド
８ キャップ
８ａ 雄螺子部
９ 仕切部材
９ａ，９ｂ 通路
９ｃ 逆止弁
９ｄ 減衰弁
１０ ベアリング
１１ ロッド側取付ブラケット
１１ａ 螺子孔
１２ シリンダ側取付ブラケット
１２ａ 螺子孔
１３ ワッシャ
Ｄ，Ｄ’ 緩衝器
Ｒ リザーバ
Ｒ１，Ｒ２ 作動室

Claims (6)

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を二つの作動室に区画するピストンと、シリンダ内に移動自在に挿入されてピストンに連結されるロッドとを備えた緩衝器において、ロッド或いはシリンダの一方に当該ロッド或いはシリンダの一方の軸力が作用するように荷重センサを軸方向に圧縮状態で取付けたことを特徴とする緩衝器。
2. ロッドの端部にロッド側取付ブラケットを設け、荷重センサがロッドとロッド側取付ブラケットとの間で挟持されることを特徴とする請求項１に記載の緩衝器。
3. シリンダ端にシリンダ側取付ブラケットを設け、荷重センサがシリンダとシリンダ側取付ブラケットとの間で挟持されることを特徴とする請求項１に記載の緩衝器。
4. 荷重センサが環状の圧電素子であって、ロッドの端部に設けられてロッド側取付ブラケットに設けた螺子孔内に螺合される雄螺子部の外周に装着されることを特徴とする請求項２に記載の緩衝器。
5. 荷重センサが環状の圧電素子であって、シリンダの端部に設けられてシリンダ側取付ブラケットに設けた螺子孔内に螺合される雄螺子部の外周に装着されることを特徴とする請求項３に記載の緩衝器。
6. 発生減衰力を可変にする減衰力可変手段を備え、荷重センサで検出した発生減衰力に基づいて発生減衰力を調節する請求項１から５のいずれかに記載の緩衝器。

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