JP2011012725A

JP2011012725A - シリンダ装置

Info

Publication number: JP2011012725A
Application number: JP2009156190A
Authority: JP
Inventors: Daishi Yamagai; 大志山貝
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: JP5206988B2

Abstract

【課題】シリンダ装置において、ピストンロッドのシール部の耐圧性を高める。
【解決手段】作動液が封入された外筒３に、ピストンロッド６が連結されたピストンを挿入し、ピストンロッド６を外部に突出させる。ピストンロッド６のシール部Ｓは、外筒３の端部にロッドガイド８、シールケース２７、オイルシール９、ダストシール２８及びリテーナ２９を挿入し、第１及び第２カシメ部３８、４８によってこれらを固定する。ロッドシール３３及びオイルシール２８のシールリップ３５によってピストンロッド６の摺動部をシールし、シールケース２７と外筒３との間をＯリング４０及びシール部材４３によってシールする。第１及び第２カシメ部３８、４８による２箇所のかしめ、並びに、ロッドシール３３及びオイルシール９による２段階のシールにより、シール部Ｓの耐圧性を大幅に高めることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液圧緩衝器等のシリンダ装置に関するものである。

例えば、自動車に装着される筒型の液圧緩衝器では、シリンダの開口端は、シールケースとオイルシールをかしめて抜け止め加工している。

特開２００４−２５１４１３号公報

ガス室内が高圧の液圧緩衝器では、シールケース、オイルシールを介してかしめ部に大きな力が作用することになるため、これらには更なる耐圧性の向上が望まれる。

本発明は、外筒の開口端の耐圧性を高めたシリンダ装置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、本発明は、作動液が封入され、少なくとも一端が開港した外筒と、外筒内に挿入されたピストンと、該ピストンに連結されて前記外筒の外部に突出したピストンロッドと、前記外筒内の一端側に設けられた環状のシールケースと、前記外筒と前記シールケースとの間をシールする外周シールと、前記シールケースの内周に設けられ前記ピストンロッドと摺動する環状のオイルシールとからなり、
前記シールケースは、外周溝が設けられ、前記外筒を外側から前記外周溝内へかしめた第１カシメ部によって前記外筒に固定され、前記オイルシールは、前記外筒を外側からかしめた第２カシメ部によって前記外筒に固定されていることを特徴とする。

本発明に係るシリンダ装置によれば、外筒の開口端の耐圧性を高めることができる。

本発明の第１実施形態に係るシリンダ装置の要部であるピストンロッドのシールを拡大して示す縦断面図である。本発明の第２実施形態に係るシリンダ装置の要部であるピストンロッドのシールを拡大して示す縦断面図である。図１に示すシリンダ装置の縦断面図である。

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。
図１及び図３を参照して、本発明の第１実施形態に係るシリンダ装置１について説明する。本実施形態に係るシリンダ装置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て、その作動を連動させると共に、車体の姿勢変化等によって生じるシリンダ装置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。

図１及び図３に示すように、シリンダ装置１は、シリンダ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。シリンダ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によってシリンダ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、シリンダ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。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。

シリンダ２の上端部には、減衰バルブ１３が取付けられ、減衰バルブ１３は、外筒３の上端部に溶接された通路部材１４によって固定されている。通路部材１４には、接続ポート１５が軸方向に沿って貫通され、シリンダ室２Ｂが減衰バルブ１３を介して接続ポート１５に連通され、環状通路４の上端部が減衰バルブ１３及び通路部材１４によって閉鎖されている。減衰バルブ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。

外筒３の側壁の中間部には、開口１６が設けられ、開口１６には、減衰力発生機構１７が接続されている。減衰力発生機構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バルブ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。

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って外筒３に結合している。

接続部材２１には、バルブケース１８内に連通する接続ポート２４が設けられている。減衰バルブ１９には、接続ポート２４側から開口部２２側への作動液の流れのみを許容する逆止弁２５及び開口部２２側から接続ポート２４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２６Ａを有するディスクバルブ２６が設けられている。

次に、本実施形態の要部であるピストンロッド９のシール部Ｓの構造について、主に図１を参照して説明する。
図１に示すように、外筒３の下端部には、ピストロッド６が貫通する環状のロッドガイド８、シールケース２７、オイルシール９、ダストシール２８及びリテーナ２９がこの順で挿入されて固定されている。

ロッドガイド８は、一端部がシリンダ２の端部内に嵌合し、中間部外周に形成されたフランジ部８Ａがシリンダ２の端部に当接して軸方向に位置決めされており、また、他端部がシールケース２７に形成された凹部３０に嵌合している。ロッドガイド８の一端部及びフランジ部８Ａの一部には、シリンダ室２Ａと環状通路４とを連通する切欠き１２が設けられている。ロッドガイド８は、内周部に円筒状の低摩擦部材３１が圧入され、この低摩擦部材３１を介してピストンロッド６を摺動可能に案内している。なお、低摩擦部材３１は金属で形成され、その表面にフッ素樹脂等をコーティングして、ロッドガイド６が摺接した際にロッドガイド６が傷つかないようにしている。

シールケース２７は、一端部にロッドガイド８が嵌合する凹部３０が形成され、凹部２０の底部に、凹部３０よりも小径のシール凹部３２が形成されている。そして、凹部３０に圧入で嵌合したロッドガイド８の端部とシール凹部３２とでシール溝を形成し、このシール溝に、ピストンロッド６との間をシールするロッドシール３３及びＯリングからなるバックアップリン３４が装着されている。シールケース２７の他端部には、オイルシール９のシールリップ３５を収容する凹部３６が形成されている。なお、ロッドシール３３は自己潤滑性を有する樹脂材であって、ピストンロッド６に常に緊迫力をもって摺接している。

シールケース２７は、外筒３に嵌合する外周の中間部に外周溝３７が形成されており、外筒３を径方向外側から外周溝３７へ向けてかしめた第１カシメ部３８によって、外筒３に固定されている。シールケース２７の外周部の一端側（外周溝３７の軸方向内側）には、シール溝３９が形成され、シール溝３９に外周シールであるＯリング４０を設けて、シールケース２７と外筒３との間をシールしている。シールケース２７の他端側の外周縁部には、テーパ状のシール面４０Ａが形成されている。なお、シールケース２７とロッドガイド８とを一体化してもよい。

オイルシール９は、円板状の補強板４１の内周部の内側にリップ状のシール部材であるシールリップ３５が固着され、シールリップ３５の内周部がピストンロッド６に摺接している。シールリップ３５の外周部には、テンションスプリング４２が装着されている。補強板４１の外周部の一端側には、外周シールであるシール部材４３が固着されており、補強板４１によってシール部材４３をシールケース２７のシール面４０Ａに押圧して、シールケース２７と外筒３との間をシールしている。シールリップ３５とシール部材４３は、補強板４１の端面において連続しており、補強板４１とシールケース２７との当接部をシールしている。

ダストシール２８は、円板状の補強板４４の内周部の外側にリップ状のシール部材であるダストリップ４５が固着され、ダストリップ４５の内周部がピストンロッド６に摺接している。ダストリップ４５の外周部には、テンションスプリング４６が装着されている。なお、オイルシール９とダストシール２８とは、補強板４１、４４を共用して一体としてもよい。

リテーナ２９は、外筒３に嵌合する外周部に溝４７が形成されており、外筒３を径方向外側から外周溝４７内へ向けてかしめた第２カシメ部４８によって外筒３に固定されている。そして、リテーナ２９によってオイルシール９及びダストシール２８の補強板４１、４４をシールケース２７側に押付けて、これらを固定している。なお、第１カシメ部３８と第２カシメ部４８とを同一形状にすることにより、これらに同じカシメ工具を用いることができる。また、第１カシメ部３８と第２カシメ部４８とを全周ではなく、例えば４箇所部分的に設けるようにしてもよい。その際、第１カシメ部３８と第２カシメ部とは径方向に位置をずらして配置するようにすると、抜け荷重を下げずに、かしめの箇所を減らすことができる。さらに、第１カシメ部３８および第２カシメ部４８は何れも溝を設け、その溝に向けて外筒３の外周側からカシメ工具をあててかしめている。よって、シールケース２７およびリテーナ２９の抜け荷重をさらに高めることができる。

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。
シリンダ装置１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２４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、シリンダ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、減衰バルブ１９のオリフィス２６Ａ及びディスクバルブ２６及び接続ポート２４を通って外部の液圧回路へ流れる。一方、シリンダ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、減衰バルブ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、減衰バルブ１９のオリフィス２６Ａ及びディスクバルブ２６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、シリンダ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、減衰バルブ１３の減衰機構を通して、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、シリンダ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２４に接続された外部の液圧回路から、減衰バルブ１９の逆止弁２５、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、減衰バルブ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シリンダ装置１間において、接続ポート２４、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が大きくなりので、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。

上述のシリンダ装置１の作動時において、ピストンロッド６のシール部Ｓには、最大で３５ＭＰａ程度の非常に高い圧力が作用する。この圧力を受けるシールケース２７は、その外周溝３７と外筒３の第１カシメ部３８との嵌合及びリテーナ２９の外周溝４７と外筒３の第２カシメ部４８との嵌合により、軸方向に沿って２箇所に設けられた第１及び第２カシメ部３８、４８によって堅固に支持される。そして、ピストンロッド６は、ロッドシール３３及びオイルシール９のシールリップ３５によって２段階にシールされる。これにより、シールケース２７の凹部３６内に収容された２段目のシールリップ３５に作用する圧力は、一段目のロッドシール３３によって４ＭＰａ程度に減圧され、これをシールリップ３５によってシールすることになる。その結果、ピストンロッド６のシール部Ｓの耐圧強度を大幅に高めることができる。先にあげた先行技術文献のシリンダ装置と比較すると、先行技術文献のものは、シリンダ端のロッドガイド全面に、シリンダ内の圧力が加わるのに対し、本発明のシリンダ装置にあっては、内周側はロッドシール３３により減圧されているので、第１カシメ部３８に加わる圧力は、シリンダ内の圧力と一段目のロッドシール３３によって減圧された圧力の差圧が作用することになり、例えばシリンダ内が３５ＭＰａでロッドシール３３によって減圧された圧力が３１ＭＰａだとすると、４ＭＰａ分の力が作用する。また第２カシメ部４８に加わる圧力は、主に凹部３６内の内圧となる。これにより、第１カシメ部３８と第２カシメ部４８とに加わる圧力は、２段階の圧力となるので、軸方向の抜けに対する耐久性も径方向の拡張に対する耐圧性も高めることができる。

なお、ロッドシール３３から漏れて凹部３６に溜まる作動液によってシールリップ３５とピストンロッド６との間の摺動性及びシール性を高めている。また、ダストリップ４５によって、ピストンロッド６の摺動部への異物の侵入を防止している。

シールケース２７と外筒３との間は、第１カシメ部３８及びその軸方向両側に設けられたＯリング４０及びシール部材４３によってシールされており、高圧に対する耐性を高めている。このとき、第１カシメ部３８に作用する内圧は、Ｏリング４０によって遮断されているので、内圧に対して、第１カシメ部３８および第２カシメ部４８のフープ応力による膨張変形を抑制することができ、シールケース２７を抜け難くすることができる。また、シリンダ２の端部に近いシールケース２７をかしめることにより、かしめ後シリンダ２に残るたわみを大きくすることができ、つまり残留軸力が高い状態となり、リバウンド入力に対してシリンダ２のがたつきが起き難く、走行時のシリンダ２からの異音発生を抑えることができる。

以上により、ピストンロッド６のシール部Ｓの耐圧強度を大幅に高めることができる。なお、内圧に対する必要なシール性及びシールケース２７の抜け強度が得られれば、Ｏリング４０を省略してもよい。この場合、径方向に対しては、環状通路４からの圧力が第１カシメ部３８に作用してしまうため径方向の耐圧性はさほど高まらない。しかし、第１カシメ部３８に対する軸方向の圧力については、凹部３６の内圧と環状通路４の圧力との差圧となり（例えば凹部３６の内圧が４ＭＰａ、環状通路４の圧力が３５ＭＰａとすると、３１ＭＰａ）、また、第２カシメ部４８に対する軸方向の圧力については、シール部材４３の面積分の環状通路４の圧力と凹部３６の内圧となるので、従来技術と比較するとそれぞれのカシメ部にかかる軸方向の力は小さくなり、カシメ部の抜け強度が高まり、耐圧強度を大幅に高めることができる。

次に、本発明の第２実施形態について、図２を参照して説明する。なお、以下の説明において、図１及び図３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２に示すように、本実施形態に係るシリンダ装置４９は、本発明を単筒式の液圧緩衝器に適用したものであって、外筒３がシリンダ２を兼ねており、シリンダ２が省略されて、外筒３内にピストン５が摺動可能に挿入されている。また、減衰バルブ１３及び接続ポート１５が省略され、外筒３（シリンダ）の底部が閉じられ、フリーピストン（図示せず）が挿入されて、ガス室が形成されている。ガス室には、高圧ガスが封入されている。

更に、外筒３の側部の減衰力発生機構１７が省略され、代りに、ピストン５に伸び側及び縮み側減衰バルブ５０、５１が設けられている。伸び側減衰バルブ５０は、シリンダ室２Ａ側からシリンダ室２Ｂ側への作動液の流れを制御し減衰力を発生し、縮み側減衰バルブは、シリンダ室２Ｂ側からシリンダ室２Ａ側への作動液の流れを制御して減衰力を発生する。

ロッドガイド８は、シールケース２７の凹部３０に圧入して固定されている。リテーナ２９が省略され、ダストシール２８の補強板４４は、外筒３の端部を内側にかしめたカシメ部５２によって固定されている。

このように構成したことにより、単筒式の液圧緩衝器であるシリンダ装置４９は、ピストンロッド６の伸び行程時には、外筒３（シリンダ）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、伸び側減衰バルブ５０を通ってシリンダ室２Ｂ側へ流れ、伸び側減衰バルブ５０によって減衰力が発生する。また、ピストンロッド６の縮み行程時には、シリンダ室２Ｂ側の作動液が加圧され、縮み側減衰バルブ５１を通ってシリンダ室２Ａ側へ流れ、縮み側減衰バルブ５１によって減衰力が発生する。このとき、ピストンロッド６の伸縮に伴なう外筒３（シリンダ）内の容積変化をガス室内の高圧ガスの圧縮膨張によって補償する。そして、ピストンロッド６のシール部Ｓは、上記第１実施形態と同様、外筒２（シリンダ）内の圧力に対して、耐圧強度が大幅に高められている。

なお、上記第１及び第２実施形では、例示的に本発明を自動車のサスペンション装置に装着されて減衰力を発生させるシリンダ装置に適用した場合について説明しているが、本発明は、これに限らず、ピストンロッドのシール部を有するものであれば、他のシリンダ装置にも同様に適用することができる。

１シリンダ装置、３外筒、５ピストン、６ピストンロッド、８ロッドガイド、９オイルシール、２７シールケース、３３ロッドシール、３７外周溝、３８第１カシメ部、４０Ｏリング（外周シール）、４８第２カシメ部、Ｓシール部

Claims

作動液が封入され、少なくとも一端が開口した外筒と、外筒内に挿入されたピストンと、該ピストンに連結されて前記外筒の外部に突出したピストンロッドと、前記外筒内の一端側に設けられた環状のシールケースと、前記外筒と前記シールケースとの間をシールする外周シールと、前記シールケースの内周に設けられ前記ピストンロッドと摺動する環状のロッドシールと、前記シールケースの一端側に設けられ前記ピストンロッドと摺動する環状のオイルシールとからなり、
前記シールケースは、外周溝が設けられ、前記外筒を外側から前記外周溝内へかしめた第１カシメ部によって前記外筒に固定され、前記オイルシールは、前記外筒を外側からかしめた第２カシメ部によって前記外筒に固定されていることを特徴とするシリンダ装置。
前記外周シールは、前記第１カシメ部に対して軸方向内側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のシリンダ装置。
前記外周シールは、前記第１カシメ部に対して軸方向両側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のシリンダ装置。
前記外筒内の前記オイルシールの軸方向外側に環状のリテーナを嵌合し、前記第２カシメ部によって前記リテーナを前記外筒に固定することによって前記オイルシールを固定し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シリンダ装置。
前記リテーナの外周部には、溝が設けられ、前記第２カシメ部は、前記溝内へかしめられていることを特徴とする請求項４に記載のシリンダ装置。
前記第１カシメ部と前記第２カシメ部とは、同一形状であることを特徴とする請求項５に記載のシリンダ装置。
単等式の液圧緩衝器であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかにに記載のシリンダ装置。
前記ピストンが摺動可能に挿入されたシリンダの外側に外筒を設けた二重筒構造であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のシリンダ装置。