JP2011012702A

JP2011012702A - 液圧シリンダ

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Publication number: JP2011012702A
Application number: JP2009155224A
Authority: JP
Inventors: Hideki Hata; 秀樹畑
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2011-01-20
Anticipated expiration: 2029-06-30
Also published as: JP5246509B2; DE102010012283B4; DE102010012283A1; US20100326267A1; US8495947B2; CN101936356A; CN101936356B

Abstract

【課題】液圧シリンダにおいて、作動液の圧力によって減衰バルブを収容するケースの溶接部に生じる応力を軽減する。
【解決手段】作動液が封入されたシリンダ内に、ピストンロッドが連結されたピストンを摺動可能に挿入し、シリンダの外周に設けた外筒３の側壁に減衰力発生機構１７を取付ける。シリンダ内のピストンの摺動によって生じる作動液の流れを減衰力発生機構１７に収容した減衰力発生機構１９によって制御して減衰力を発生させる。減衰力発生機構１７のバルブケース１８は、外筒３に溶接する接合部２３を縮径して、バルブケース１８に収容した減衰力発生機構１９よりも小径としている。溶接部である接合部２３を小径としたことにより、作動液の液圧によって接合部２３に生じる応力が軽減されるので、溶接部の液圧に対する強度を高めることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリンダ部の側部に減衰力発生機構が設けられた液圧シリンダに関するものである。

自動車等のサスペンション装置に装着される筒型のショックアブソーバにおいて、例えば特許文献１（特に図９）に記載されているように、作動液が封入されたシリンダ内にピストンロッドを連結したピストンを摺動可能に挿入し、シリンダの側部に、ディスクバルブ及びオリフィス等からなる減衰バルブを内部に有する通路を設けたものがある。特許文献１に記載されたショックアブソーバでは、円筒状のシリンダを軸方向に３つの筒体として分割し、前述の通路は、分割シリンダのうちの真ん中のシリンダに一体成型されている。

特開２００８−４５７３８号公報

従来では、シリンダが３分割されており、接続部が多く、製造工数や部品点数が多くなるという問題点があった。

本発明は、製造工数や部品点数を低減させた液圧シリンダを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る液圧シリンダは、作動液が封入されたシリンダと、一端が前記シリンダの外部へ延出されたピストンロッドと、一端が前記シリンダの外周に固着され、他端は前記シリンダ内の作動液を外部へ流通させる配管が接続される継手と、前記継手の内部に設けられ、前記ピストンロッドのストロークによって生じる作動液の流動を制御して減衰力を発生させる減衰力発生機構とを備え、
前記減衰力発生機構は、前記継手内に収納され、前記作動液を流動させる通路及び弁座を有する弁座部材と、前記弁座部材に設けられた弁座に着座する円形のディスクバルブからなり、前記継手と前記シリンダとの固着部は、溶接による固着で、前記固着部の内形面積は、前記ディスクバルブの外形面積よりも小さいことを特徴とする。

本発明に係る液圧シリンダによれば、必要な耐久性を得ながら製造工数や部品点数を低減することができる。

本発明の第１実施形態に係る液圧シリンダの要部である減衰力発生機構の外筒への取付部を拡大して示す縦断面図である。図１に示す液圧シリンダの縦断面図である。図１に示す液圧シリンダの変形例の要部である減衰力発生機構の取付部を拡大して示す縦断面図である。図１に示す液圧シリンダの他の変形例の要部である減衰力発生機構の取付部を拡大して示す縦断面図である。本発明の第２実施形態に係る液圧シリンダの縦断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の第１実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
本実施形態に係る液圧シリンダ１は、自動車の前後、左右の車輪のサスペンション装置にそれぞれ装着され、これらを管路によって外部の液圧回路を介して互いに連結し、車体の姿勢変化等によって生じる液圧シリンダ間の作動液の流れを外部の液圧回路のアキュムレータ及び減衰バルブ等によって制御することにより、車体の振動及び姿勢制御を行なうためのものである。そのようなサスペンション装置、外部の液圧回路等については、例えば特許文献１に示されている。

図１及び図２に示すように、液圧シリンダ１は、円筒状の内筒２の外周に円筒状の外筒３が設けられて、これらの間に環状通路４が形成された二重筒構造となっている。内筒２内には、ピストン５が摺動可能に挿入され、このピストン５によって内筒２の内部がシリンダ室２Ａとシリンダ室２Ｂとの２室に仕切られている。ピストン５には、ピストンロッド６の一端部がナット７によって連結され、ピストンロッド６の他端側は、内筒２及び外筒３の下端部に取付けられたロッドガイド８及びオイルシール９に摺動可能かつ液密的に挿入されて外部へ突出している。ロッドガイド８及びオイルシール９は、外筒３内に嵌合されてカシメによって固定されたリテーナ１０、１１によって固定されている。シリンダ室２Ａと環状通路４とは、ロッドガイド８に設けられた切欠き１２によって連通されている。
内筒２及び外筒３は、引抜管や接合管等の通常用いられる円筒管を切断することで、それぞれ１本の管で形成される。これによって、鋳造等で作られる管と２つの円筒管で外筒を構成する特許文献１の構造より、安価で部品点数も少なく、軽いシリンダを得ることができる。
なお、前記内筒２及び外筒３が本願発明のシリンダを構成する。

内筒２の上端部には、第２の減衰力発生機構である減衰力発生機構１３が取付けられ、減衰力発生機構１３は、外筒３の上端部に溶接によって固定された通路部材１４の内部に嵌合され固定されている。通路部材１４には、第２接続ポートである接続ポート１５が軸方向に沿って貫通され、シリンダ室２Ｂが減衰力発生機構１３を介して接続ポート１５に連通され、環状通路４の上端部が減衰力発生機構１３及び通路部材１４によって閉鎖されている。減衰力発生機構１３には、接続ポート１５側からシリンダ室２Ｂ側への作動液の流れを許容する逆止弁及びシリンダ室２Ｂ側から接続ポート１５側への作動液の流れを制御して減衰力を発生させるオリフィス、ディスクバルブ等からなる減衰機構が設けられている。構造としては、後述の減衰力発生機構１９と同様の構造である。
なお、上記通路部材１４は、外周にネジが設けられ、車体に取付けるための取付け部となっている。

外筒３の側壁の中間部には、円形の開口１６が設けられ、開口１６には、減衰力発生機構１９を内部に納めた継手１７が接続されている。継手１７は、一端部が縮径された円筒状のバルブケース１８と、バルブケース１８内に収容された減衰力発生機構１９と、バルブケース１８の大径側の開口端部にナット２０によって取付けられた接続部材２１とを含んでいる。そして、接続部材２１には、バルブケース１８内に連通する第１接続ポートである接続ポート２７が設けられ、この接続ポート２７の外側周囲にネジ穴Ａが複数形成され、図示せぬ外部の液圧回路に接続される接続配管の先端が、ネジにより接続される。

バルブケース１８の縮径された一端側の開口部２２の周囲に、環状の接合部２３が突出している。バルブケース１８は、接合部２３を外筒３の開口１６の周囲の外周面に当接させ、接合部２３を外筒３の側壁に溶接することにより、外筒３に結合している。接合部２３と外筒３とは、拡散接合、特にコンデンサ溶接によって接続されている。コンデンサ溶接は、短時間で溶接が可能となり、製造時間を短時間にすることができ最も望ましいが、他の摩擦接合等、管にバルブケース１８を接合できる手段であれば接合可能である。

減衰力発生機構１９は、有底円筒状の外側バルブ部材２４と、外側バルブ部材２４の底部の内側にピン２５によって一体的に結合された内側バルブ部材２６とを備えている。減衰力発生機構１９は、外側バルブ部材２４をバルブケース１８内に嵌合し、ナット２０の締付けにより、接続部材２１で外側バルブ部材２４の外周の段部２４Ａをバルブケース１８の内周の段部に当接させて固定されている。

減衰力発生機構１９には、バルブケース１８の開口部２２と接続部材２１の接続ポート２７とを連通する伸び側通路２８及び縮み側通路２９が設けられている。伸び側通路２８は、互いに連通する外側バルブ部材２４の底部の内周側に設けられた通路２８Ａと内側バルブ部材２６に設けられた通路２８Ｂとからなり、縮み側通路２９は、外側バルブ部材２４の底部の外周側に設けられている。内側バルブ部材２６の弁座２６Ａには、伸び側通路２８の作動液の圧力を受けて開弁して減衰力を発生させる円形の減衰バルブ３０が弁座２６Ａに着座して設けられ、減衰バルブ３０には、伸び側通路２８を接続ポート２７に常時連通するオリフィス３０Ａが設けられている。また、外側バルブ部材２４には、縮み側通路２９の接続ポート２７側から開口２２側への作動液の流れのみを許容するディスク状の逆止弁３１が設けられている。
ここで、減衰バルブ３０及び逆止弁３１が本発明のディスクバルブを構成し、外側バルブ部材２４及び内側バルブ部材２６が弁座部材を構成する。

バルブケース１８の接合部２３の直径ｄ（外筒３とバルブケース１８との接続面で内圧が作用する部分の直径であり、この接続部が本発明の固着部を構成する。）は、減衰力発生機構１９の内径の直径Ｄ（バルブケース１８内の減衰力発生機構１９により圧力が区画されたシリンダ側の最大内径）よりも小さく、かつ、開口部２２が減衰力発生機構１９の伸び側通路２８及び縮み側通路２９に対して充分な流路面積が得られるように設定されている。

以上のように構成した本実施形態の作用について次に説明する。
液圧シリンダは、通路部材１４及びピストンロッド６が自動車の各車輪のバネ上及びバネ下にそれぞれ連結され、また、通路部材１４の接続ポート１５及び接続部材２１の接続ポート２７に、サスペンション装置を構成する外部の液圧回路がそれぞれ接続される。

ピストンロッド６の伸び行程時には、内筒２内のピストン５の摺動によってシリンダ室２Ａ側の作動液が加圧されて、切欠き１２、環状通路４、開口１６、開口部２２、伸び側通路２８及び接続ポート２７を通って外部の液圧回路へ流れる。一方、内筒２内のピストン５の摺動によって減圧されるシリンダ室２Ｂには、減衰力発生機構１３の逆止弁を通して、通路部材１４の接続ポート１５に接続された外部の液圧回路から作動液が流入する。これにより、ピストンロッド６のストロークに対して、減衰力発生機構１９のオリフィス３０Ａ及び減衰バルブ３０によって減衰力が発生し、また、外部の液圧回路による抵抗力が作用する。

また、ピストンロッド６の縮み行程時には、内筒２内のピストン５の摺動によってシリンダ室２Ｂ側の作動液が加圧されて、減衰力発生機構１３を通して、通路部材１４の接続ポート１５に接続された外部の液圧回路へ流れる。一方、内筒２内のピストン５の摺動によって減圧されるシリンダ室２Ａには、接続ポート２７に接続された外部の液圧回路から、縮み側通路２９、逆止弁３１、開口部２２、開口１６、環状油路４及び切欠き１２を通して作動液が流入する。これにより、ピストンロッド６のストロークに対して、減衰力発生機構１３の減衰機構によって減衰力が発生し、また、外部の液圧回路の抵抗力が作用する。

このとき、例えば、左右の車輪に装着された液圧シリンダ１間において、継手１７の接続ポート２７、１５をアキュムレータを有する外部の液圧回路に接続して、シリンダ室２Ａとシリンダ室２Ｂとを互いに連結することにより、左右の車輪の液圧シリンダ１の同じ方向（同相）のストロークに対しては、アキュムレータによる反力が小さくなり、異なる方向（逆相）のストロークに対しては、アキュムレータによる反力を大きくなり、旋回時の車体の姿勢変化を抑制するスタビライザとしての効果を得ることができる。

通常の考えでは、接合部２３の直径ｄを小さくすると、図示しない接続配管等の質量により接続部２３に曲げ方向の応力が加わるため、直径ｄを小さくするという発想には至らないが、本願の発明にあっては、特に２０ＭＰａ以上というような高圧が接続部２３に作用する液圧シリンダを考慮し、バルブケース１８の一端部を縮径して、外筒３との溶接部である接合部２３の直径ｄを減衰力発生機構１９の直径Ｄよりも小さくしたことにより、ピストン５によって加圧された作動液の圧力によって溶接部である接合部２３に生じる円周方向の応力（フープ応力）及び縦方向の応力を小さくして、作動液の圧力に対する溶接部の強度を高めることにより、総合的に耐久性を高めることができる。特に、液圧シリンダ１では、ピストンロッド６の伸び行程時に、加圧されたシリンダ室２Ａの高い液圧が接合部２３に直接作用することになるため、液圧に対する接合部２３の強度を高めることが重要となっている。

ここで、薄肉（肉厚ｔ）の円筒（直径ｄ）に内圧ｐが作用した場合の円周方向応力σ（フープ応力）は、
σ＝ｄｐ／２ｔ…（１）
であり、また、縦方向応力τは、
τ＝ｄｐ／４ｔ…（２）
である。

（１）式及び（２）式より、溶接部である接合部２３の直径ｄを開口部２２が減衰力発生機構１９の伸び側通路２８及び縮み側通路２９に対して充分な流路面積が得られる範囲で充分小さくすることにより、作動液の圧力によって接合部２３に生じる円周方向応力σ及び縦方向応力τが小さくなるので、作動液の圧力に対する接合部２３の強度を高めることができることが分かる。

特許文献１に記載された従来例のように、接合部２３の直径が減衰力発生機構１９と同じで、その直径がＤ＝３５ｍｍであり、接合部２３の肉厚がｔ１＝１．５ｍｍである場合の円周方向応力σ１及び縦方向応力τ１と、本実施形態において、接合部２３の直径をｄ＝１３ｍｍ、接合部２３の肉厚をｔ２＝２．５ｍｍとした場合の円周方向応力σ２及び縦方向応力τ２との応力比σ２／σ１及びτ２／τ１を求めると、
σ２／σ１＝τ２／τ１＝ｔ１・ｄ／ｔ２・Ｄ＝０．２２
となる。したがって、この場合、本実施形態により、従来例に比して、作動液の内圧によって接合部２３に生じる円周方向応力σ及び縦方向応力τを７８％低減することができる。

また、接合部２３の直径を小さくすることにより、接続部が平らではない円筒表面である外筒３の外表面に対して、円筒表面の曲率による影響が小さくなることにより接合部２３を当接させ易くなるので、接合部の先端面が平面であっても溶接が可能になり、生産性を高めることができる。
さらに、従来技術は、本発明の継手に相当する弁ボスが接続されるのは、シリンダに比べて圧力、圧力変動ともに小さいリザーバであるのに対し、本第１実施形態に示す液圧シリンダは、圧力、圧力変動ともに大きい圧力室である外筒３に接続される。よって、接合部２３には圧力、圧力変動による疲労が大きくかかるが、本発明の構造をとることによって、作動液の圧力変動に対する接合部２３の強度を高めることができる。
なお、上記減衰力発生機構１９の直径Ｄは、内部に設けられる減衰バルブ３０及び逆止弁３１等のディスクバルブの必要とされる直径に依存し、よって、直径Ｄは、このディスクバルブの直径よりも若干大きな径となる。

次に、上記第１実施形態の変形例について、図３及び図４を参照して説明する。なお、図１及び図２に示す第１実施形態に対して、同様の部分には同じ参照符号を用いて、異なる部分についてのみ詳細に説明する。

図３に示す変形例では、バルブケース１８の接合部２３が傾斜しており、継手１７が下方に傾斜した状態で外筒３に取付けられている。
また、図４に示す変形例では、バルブケース１８の接合部２３の突出高さを大きくし、また、外筒３の開口１６の周囲を外側に突出させ、その先端部を傾斜させることにより、継手１７が下方に傾斜した状態で外筒３に取付けられている。
これにより、減衰力発生機構１７と、その周辺に配置された部品との干渉を防止し、また、接続部材２１の接続ポート２７に接続する外部の液圧回路の管路の接続角度を調整することができる。この変形例の場合は、バルブケース１８又は外筒３を変形加工する必要があるが、開口１６の内径が小さいので、塑性加工で対応できるので、特許文献１のような鋳造部品と比べ安価で軽量に作ることができる。

次に、本発明の第２実施形態について、図５を参照して説明する。なお、図１及び図２に示す第１実施形態に対して、同様の部分には同じ参照符号を用いて、異なる部分についてのみ詳細に説明する。

図５に示すように、本実施形態の液圧シリンダ１´では、外筒３が省略され、内筒２が外筒も兼ねるもので、内筒２の下部の側壁に開口１６´が設けられ、継手１７のバルブケース１８の接合部２３が内筒２の側壁に溶接されて、開口部２２は、開口１６´を通してシリンダ室２Ａに直接連通している。このため、ピストン５が開口１６´に干渉しないように、ピストンロッド６には、その伸長方向のストロークを規制するリバウンドストッパ３２が設けられている。また、通路部材１４は、内筒２の上端部にナット３３によって取付けられている。これにより、上記第１実施形態のものに対して構造を簡素化することができる。本実施の形態では、内筒２が本発明のシリンダを構成する。

なお、上記第１及び第２実施形態では、バルブケース１８が円筒形状である例を示しているが、円筒であれば、円管を絞り加工で成型することも可能で、安価かつ軽量で製作できるが、これに限らず、スペース等により円形が適用できない場合は、楕円、角形などであってもよい。
また、上記第１及び第２実施形態では、開口１６、開口部２２、接続部２３ともに円形のものを示したが、これに限ることはなく、楕円、角形であってもよい。特に接続部２３は、シリンダの軸方向が長径となる楕円とすることで、溶接面積を増やすことができる。

なお、上記実施の形態のフープ応力の説明においては、固着部である接合部２３が円形であるので直径を用いて説明したが、本発明においては、固着部が非円形である場合もあるため、この内側の形の面積（内形面積）を比較対象とし、また、減衰力発生機構１９の内側の直径Ｄについても、形状を特定していないので、直径Ｄより小さい径の円形であるディスクバルブ外側の形の面積（外形面積）を比較対象とし、固着部の内形面積は、ディスクバルブの外形面積よりも小さいこととした。
また、上記第１及び第２実施形態では、ピストンロッド６をバネ下側とする、いわゆる倒立型を例に説明した。これは、接続部２３を振動の小さい車体側（バネ上）としたほうが、接続部２３に加わる振動の応力が小さいので、固着部の内形面積をより小さくできるからであり、また、外部の液圧回路への配管を考慮したものであるが、これに限ることはない。

１液圧シリンダ２内筒（シリンダ）、３外筒（シリンダ）、５ピストン、６ピストンロッド、１７継手、１８バルブケース、１９減衰力発生機構、２３接合部（固着部）、２４外側バルブ部材（弁座部材）、２６内側バルブ部材、２６Ａ弁座、２８伸び側通路（通路）、２９縮み側通路（通路）、３０減衰バルブ（ディスクバルブ）、３１逆止弁（ディスクバルブ）

Claims

作動液が封入されたシリンダと、一端が前記シリンダの外部へ延出されたピストンロッドと、一端が前記シリンダの外周に固着され、他端は前記シリンダ内の作動液を外部へ流通させる配管が接続される継手と、前記継手の内部に設けられ、前記ピストンロッドのストロークによって生じる作動液の流動を制御して減衰力を発生させる減衰力発生機構とを備え、
前記減衰力発生機構は、前記継手内に収納され、前記作動液を流動させる通路及び弁座を有する弁座部材と、前記弁座部材に設けられた弁座に着座する円形のディスクバルブからなり、
前記継手と前記シリンダとの固着部は、溶接による固着で、前記固着部の内形面積は、前記ディスクバルブの外形面積よりも小さいことを特徴とする液圧シリンダ。
前記シリンダ内の一方の室を前記減衰力発生機構を介して外部の液圧回路に接続するための第１接続ポートと、前記シリンダ内の他方の室を第２の減衰力発生機構を介して外部の液圧回路に接続するための第２接続ポートとが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液圧シリンダ。
前記継手の接合部は、前記シリンダの外周に拡散接合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液圧シリンダ。
前記シリンダを円筒管で構成し、該円筒管の外周部に円形の孔を設け、該孔の周囲に前記継手を接合したことを特徴とする請求項３に記載の液圧シリンダ。