JP2011094749A - 緩衝器 - Google Patents

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Abstract

【課題】油圧緩衝器において、リバウンドスプリングの振動、騒音を車体側に伝達し難くする。
【解決手段】油液が封入されたシリンダ内に、ピストンロッド6が連結されたピストン5を摺動可能に挿入し、ピストンロッド6のストロークに対して、伸び側、縮み側減衰力発機構13、14及び減衰力発生機構18によって減衰力を発生する。シリンダ2内のピストンロッド6の周囲にリバウンドストッパ19を設け、その一端をシリンダ2に取付けられたロッドガイド8に固定し、他端を自由端とする。リバウンドストッパ19の自由端に、弾性部材24を有するスプリングガイド21を取付け、弾性部材24をピストンロッド6に摺接させる。リバウンドスプリング19の振動、騒音を弾性部材24によって吸収して、ピストンロッド6を介して車体側に伝達し難くする。
【選択図】図1

Description

本発明は、車両のサスペンション装置等に装着される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装着される筒型の油圧緩衝器において、例えば特許文献1に記載されているように、リバウンドスプリングを設けて、ピストンロッドの最大伸長時にピストン側に固定されたリバウンドストッパがシリンダの端部に固定されたロッドガイドに衝突する際の衝撃及び衝突音を緩和するようにしたものがある。リバウンドスプリングは、リバウンドストッパとロッドガイドとの間のピストンロッドの周囲に挿入されたコイルスプリングであり、ピストンロッドの伸長時に、最大伸長する前に圧縮され始めて、そのバネ力によってピストン速度を減速し、最大伸長時の衝突による衝撃及び衝突音を緩和する。
特開2004−124993号公報 特開2007−205435号公報
しかしながら、上記特許文献1に記載されたものでは、リバウンドスプリングが振動した際、振動や騒音がピストンロッドに直に固定されているばね受を介して車体に伝達されてしまうという問題がある。
本発明は、リバウンドスプリングの振動、騒音を車体に伝達し難くした緩衝器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挿入されたピストンと、該ピストンに連結され、前記シリンダの端部に装着されたロッドガイドを貫通して外部に延出するピストンロッドと、前記シリンダ内の前記ピストンの摺動によって生じる作動流体の流れによって減衰力を発生する減衰力発生機構と、前記シリンダ内に設けられて前記ピストンロッドの伸び側のストロークを制限するリバウンドスプリングとを備えた緩衝器であって、
前記リバウンドスプリングは、前記ピストンロッドの周囲に設けられて、一端側が前記シリンダ側に固定され、他端側が前記ピストンロッド側に固定されたリバウンドストッパに対向する自由端であり、
前記リバウンドスプリングの自由端に前記ピストンロッドに摺接する弾性部材が設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、リバウンドスプリングの振動、騒音を車体に伝達し難くすることができる。
本発明の一実施形態に係る油圧緩衝器の縦断面図である。 図1に示す油圧緩衝器のリバウンドスプリングの先端部を拡大して示す縦断面図である。 図1に示す油圧緩衝器のリバウンドスプリングの基端部を拡大して示す縦断面図である。 図1に示す油圧緩衝器のリバウンドスプリングの先端部に取付けられるスプリングガイドの変形例を拡大して示す縦断面図である。 図1に示す油圧緩衝器のリバウンドスプリングの先端部に取付けられるスプリングガイドの他の変形例を拡大して示す縦断面図である。 図1に示す油圧緩衝器のリバウンドスプリングの基端部に取付けられるバネ受及びロッドガイドの変形例を拡大して示す縦断面図である。 図1に示す油圧緩衝器のリバウンドスプリングの基端部に取付けられるバネ受及びロッドガイドの他の変形例を拡大して示す縦断面図である。 図1に示す油圧緩衝器の変形例のピストン部を拡大して示す縦断面図である。 図1に示す油圧緩衝器の変形例のロッドガイド及びオイルシール部を拡大して示す縦断面図である。 図1に示す油圧緩衝器のフリクションを含めた減衰力のリサージュ波形を示すグラフ図である。
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に示すように、本実施形態に係る緩衝器である油圧緩衝器1は、正立型の複筒式油圧緩衝器であって、シリンダ2の外周に外筒3が設けられ、シリンダ2と外筒3との間にリザーバ4が形成された二重筒構造をなしている。シリンダ2内には、ピストン5が摺動可能に嵌装され、このピストン5によってシリンダ2内がシリンダ上室2Aとシリンダ下室2Bとの2室に区画されている。ピストン5には、ピストンロッド6の一端がナット7によって連結されており、ピストンロッド6の他端側は、シリンダ2及び外筒3の上端部に装着されたロッドガイド8及びオイルシール9に挿入され、これらを貫通してシリンダ2の上端部から外部へ突出している。このピストンロッド6の他端側は、マウントを介して車体に取り付けられる。シリンダ2の下端部には、シリンダ下室2Bとリザーバ4とを区画するベースバルブ10が設けられている。そして、シリンダ上下室2A、2B内には、作動流体として油液が封入され、リザーバ4内には、油液及びガスが封入されている。
ピストン5には、シリンダ上下室2A、2B間を連通させる伸び側及び縮み側通路11、12が設けられている。伸び側及び縮み側通路11、12には、それぞれその油液の流動を制御して減衰力を発生させるオリフィス及びディスクバルブからなる減衰力発生機構である伸び側及び縮み側減衰力発生機構13、14が設けられている。また、ベースバルブ10には、シリンダ下室2Bとリザーバ4とを連通させる伸び側及び縮み側通路15、16が設けられている。伸び側通路15には、リザーバ4側からシリンダ下室2B側への油液の流通のみを許容する逆止弁17が設けられ、縮み側通路16には、シリンダ下室2B側からリザーバ4側への油液の流通に抵抗を付与するオリフィス及びディスクバルブからなる減衰力発生機構である縮み側減衰力発生機構18が設けられている。
シリンダ上室2A内のピストンロッドの外周部には、圧縮コイルバネであるリバウンドスプリング19が挿入されている。リバウンドスプリング19は、基端部(上端部)がバネ受20によってロッドガイド8に固定され、他端側(下端側)は自由端であり、その先端部にスプリングガイド21が取付けられている。ピストンロッド6には、ピストン5に隣接する部位にリバウンドスプリング19の自由端のスプリングガイド21に対向して環状の弾性部材であるリバウンドストッパ22が取付けられている。そして、ピストンロッド6が所定の位置まで伸長したとき、リバウンドストッパ22がスプリングガイド21に当接し、更にピストンロッド6が伸長することにより、リバウンドスプリング19が圧縮されるようになっている。リバウンドストッパ22は、図1に示すように、ピストン5に隣接する部位にピストン5と一体的に設けてもよく、ピストン部がこれを兼ねてもよく、あるいは、後述するようにピストンロッド6のピストン5から離れた部位に設けてもよい(図8参照)。なお、本実施形態では、一例として、リバウンドスプリング19は、自由長120mm、線材の直径3.7mm、有効巻数17.5としている。
次に、図2を参照して、スプリングガイド21が取付けられたリバウンドスプリング19の先端部の構造について詳細に説明する。
図2に示すように、スプリングガイド21は、小径部23A及び大径部23Bからなる凸型の外形を有する段付円筒状の本体ケース23と、本体ケース23内に圧入された環状の弾性部材24と、本体ケース23の大径側の端部に取付けられた当接部としての環状の当接部材25とから構成されている。
本体ケース23は、結合部としての小径部23Aがリバウンドスプリング19の内側に圧入され、段部をリバウンドスプリング19の端部に当接して、リバウンドスプリング19の自由端に取付けられている。小径部23Aの先端部は、テーパ状に形成されて、リバウンドスプリング19への圧入を容易にすると共に、リバウンドスプリング19の伸縮時に、その線材との干渉を防止している。小径部23Aの内径は、ピストンロッド6の外径よりも僅かに大きく、ピストンロッド6の外周面に接触しないようになっている。大径部23Bの内側の底部には、ピストンロッド6が挿入される開口の周囲に環状の凹部26が形成されている。
弾性部材24は、例えば円筒状の筒状部27Aと、その一端部に径方向内側に延びるフランジ部27Bとからなり、剛性を有する金属等の環状部材であるリテーナ27の内側に、ニトリルゴム等の弾性あるいは粘弾性を有する環状の弾性体28を固着したものである。弾性部材24は、リテーナ27の筒状部27Aを本体ケース23の大径部23B内に圧入して固定され、リテーナ27の端部を大径部23Bの底部に当接させて軸方向に位置決めされている。このとき、大径部23Bの底部の凹部26が逃げとなって弾性体28に干渉しないようになっている。大径部23Bの小径部23Aとは反対側の端部の側壁が薄肉化されて内周側に段部29が形成されており、当接部材25を薄肉部に嵌合して段部29に当接させて軸方向に位置決めし、薄肉部の先端部を内側にかしめて当接部材25を固定している。このとき、弾性部材24のリテーナ27と当接部材25との間に軸方向の僅かな隙間を形成して、当接部材25に作用する軸方向の荷重を段部29で受けて弾性部材24に伝達しないようにしている。当接部材25の内径は、ピストンロッド6の外径よりも僅かに大きく、ピストンロッド6の外周面に接触しないようになっている。弾性部材24の弾性体28には、ピストンロッド6が所定の締め代をもって摺動可能に挿入されて、ピストンロッド6の移動に対して所定の摩擦力を作用させるようになっている。
次に、図3を参照して、バネ受20に固定されたリバウンドスプリング19の基端部の構造について詳細に説明する。
ロッドガイド8は、シリンダ2内に嵌合する小径部8A及び外筒2に嵌合する大径部8Bを有する段付円筒状に形成され、オイルシール9の環状のリテーナ9Aが上端部に当接し、外筒3の先端部を内側にかしめることによってオイルシール9と共に固定されている。ロッドガイド8は、内周部にブッシュ30が圧入されており、このブッシュ30によってピストンロッド6を摺動可能に案内している。オイルシール9は、リテーナ9Aに固着されたリップ状のシール材9Bによって、ピストンロッド6の摺動面及び外筒3とロッドガイド8との間をシールしている。ロッドガイド8の大径部8Bには、ブッシュ30を通してオイルシール9との間に漏れる油液をリザーバ4へ戻すためのドレン通路31が軸方向に沿って貫通されている。外筒3の上端部にはキャップ32が外嵌されて、オイルシール9を保護している。
シリンダ2内に嵌合されたロッドガイド8の小径部8Aの先端部には、ピストンロッド6が挿入される開口の周囲に環状の凹部33が形成され、凹部33内にバネ受20が圧入されている。バネ受20は、小径部20A及び大径部20Bを有する凸型の外形を有する段付円筒状に形成され、中央部にピストンロッド6が所定の隙間をもって挿入される開口が形成されている。バネ受20は、大径部20Bをロッドガイド8の凹部33に圧入して固定され、小径部20Aの外側にリバウンドスプリング19の上端部を圧入して、段部にリバウンドスプリング19の上端部を当接して固定している。小径部20Aの先端部は、テーパ状に形成されて、リバウンドスプリング19への圧入を容易にすると共に、リバウンドスプリング19の伸縮時に、その線材との干渉を防止している。
ピストンロッド6の伸び側のストローク端は、例えば、リバウンドストッパ22がリバウンドスプリング20を圧縮し、その線材が互いに密着してピストンロッド6の移動を阻止することによって規定し、この場合、線材どうしの接触による衝撃及び打音の発生を抑制するために、線材の表面をゴム等の緩衝材で被覆あるいはコーティングするとよい。また、他にピストンロッド6の伸び側のストロークを規制するストッパを設けて、ストローク端を規定してもよい。
外筒3の底部すなわち下端部には、車両のサスペンションアーム等の車輪側(バネ下側)のサスペンション部材に連結するための取付アイ34が取付けられ、ピストンロッド6の先端部には、車体側(バネ上側)に連結するための取付部35(ネジ部)が形成されている。
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。
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の摺動にともない、シリンダ上室2A側の油液が加圧されてピストン5の伸び側通路11、伸び側減衰力発生機構13を通ってシリンダ下室2Bへ流れ、伸び側減衰力発生機構13によって減衰力が発生する。このとき、ピストンロッド6がシリンダ2から退出した分の油液がリザーバ4からベースバルブ10の伸び側通路15の逆止弁17を開いてシリンダ下室2Bへ流れ、リザーバ4内のガスが膨張することにより、シリンダ2内の容積変化に対応して体積補償を行なう。
縮み行程時には、シリンダ2内のピストン5の摺動にともない、シリンダ下室2B側の油液が加圧されてピストン5の縮み側通路12、縮み側減衰力発生機構14を通ってシリンダ上室2Aへ流れ、ピストン5の縮み側減衰力発生機構14によって減衰力が発生し、また、ピストンロッド6がシリンダ2内へ侵入することによって、シリンダ下室2Bの油液がベースバルブ10の縮み側通路16を通ってリザーバ4へ流れ、縮み側減衰力発生機構18によって減衰力が発生し、これらの合計が縮み行程時の減衰力となる。このとき、ピストンロッド6がシリンダ2内に侵入した分だけリザーバ4内のガスが圧縮されることにより、シリンダ2内の容積変化に対応して体積補償を行なう。
そして、ピストンロッド6の伸び行程時にリバウンドストッパ22がスプリングガイド21の当接部材25に当接すると、ピストンロッド6のストロークに対して、リバウンドスプリング19が圧縮されて、そのばね力が抵抗力として作用する。このばね力は、リバウンドスプリング19の圧縮に比例して増大するので、ピストンロッド6がストローク端に達する際に、ストローク速度を減速して衝撃を緩和することができる。また、ピストンロッド6にリバウンドスプリング22のバネ力を付与することにより、ピストンロッド6の共振を抑制して、共振による異音の発生を低減することができる。
リバウンドストッパ22がスプリングガイド21に当接していない状態(図1参照)では、リバウンドスプリング19の下端部は、自由端となっているが、スプリングガイド21の弾性部材24によってピストンロッド6に沿って摺動可能に案内されて径方向に拘束されているので、ピストンロッド6の外周面、あるいは、シリンダ2の内周面に接触して異音を発生することがない。また、リバウンドスプリング19は、車両の車輪(バネ下)側に連結されるシリンダ2側に固定されたロッドガイド8に取付けられており、車体(バネ上)側に連結されるピストンロッド6との摺動部には弾性部材24が介装されているので、リバウンドスプリング19が共振した場合でも、その振動、騒音が車体側に伝達され難くなり、車両の乗り心地及び静粛性を高めることができる。
ここで、例えばリバウンドスプリングの基端部をピストンロッド側に固定し、先端部にスプリングガイドを取付け、スプリングガイドに装着した弾性部材をシリンダの内壁に摺接させることにより、リバウンドスプリングの横方向の振れを抑えて、ピストンロッドおよびシリンダの干渉による打音の発生を防止することも考えられる。しかし、リバウンドスプリングの基端部がピストンロッド側に固定されているため、リバウンドスプリングで生じた振動が共振して共鳴音を発生するといった騒音が車体側に連結されるピストンロッドを介して車体に伝達されてしまうという問題を解決するには至らない。これに対し、本実施形態の構成とすることにより、振動、騒音が車体側に伝達され難くなるという効果を奏する。
ピストンロッド6の微小ストロークの伸縮に対して、油液の流動によって伸び側及び縮み側減衰力発生機構13、14及び減衰力発生機構18で生じる減衰力は、シリンダ2内のシール部の変形、油液の圧縮、膨張等により、僅かな立ち上がり遅れを生じる。これに対して、ピストンロッド6とスプリングガイド21の弾性部材24との間の摩擦力は、これらの摺動によって迅速に立ち上がるので、ピストンロッド6の微小ストロークに対して、油液の流動による減衰力の立ち上がり遅れを補って適切な減衰力を発生させることができる。
図10に弾性部材24の摩擦力が発生している時のイメージ図を示す。なお、本図はイメージ図のため、ストローク位置を加味していない。横軸をストローク範囲、縦軸を軸力(摩擦力+減衰力)とする。図10において、実線は、例えば特許文献2に示すように静止して固定されているロッドガイドに固定して配されるリテーナに弾性部材が固定されている油圧緩衝器の波形を示し、破線は弾性部材24の摩擦力による減衰力を付与した本実施形態に係る油圧緩衝器1の波形を示している。弾性部材が固定して配されている構造の場合には、伸び行程、縮み行程の行程変化時に摩擦力による発生軸力が急変するのに対し、本発明の構造では、軸方向に上下動可能なスプリングガイド21に弾性部材24が固定されているので、リバウンドスプリングのばね反力と弾性部材24の静摩擦の設定関係が静摩擦>ばね反力の場合には、行程変化時に除々に摩擦力による発生軸力が上昇するため、行程反転時の軸力を穏やかに変化させることができる。さらに、本実施形態の油圧緩衝器1は、油液の流動による減衰力を摩擦力によって補うことにより、安定した減衰力特性を得ることができるだけでなく、弾性部材とリバウンドスプリングの寸法、特性を変更することで、付加する摩擦力の大きさ、作用ストロークを調整することも可能である。
このように、油液の流動による減衰力にリバウンドスプリング19のバネ力及び弾性部材24の摩擦力を付与しているので、リバウンドスプリング19の寸法、材質、線形性、非線形性等によるバネ特性の設定、弾性部材24の材質、形状、締め代、ピストンロッド6の表面粗さ等による摩擦力の特性の設定により減衰力特性を変化させることができ、チューニングの自由度を高めることができる。このとき、ピストンロッド6の伸び行程時において、スプリングガイド21は、リバウンドストッパ22が当接した後、ピストンロッド6と共に移動するので、ピストンロッド6のストロークに対して弾性部材24による摩擦力が作用しなくなる。これにより、ピストンロッド6のストロークに応じて減衰力特性を調整することが可能になる。例えば、車両の良路走行時等の比較的小ストロークの領域では、弾性部材24による摩擦力を付与し、悪路走行時等の比較的大ストロークの領域では、摩擦力を付与しないように調整することが可能になり、乗り心地及び操縦安定性を高めるための減衰力特性のチューニングの自由度を高めることができる。
次に、上記実施形態の変形例について、図4乃至図9を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態に対して、同様の部分には同一の符号を用いて、異なる部分についてのみ図示して詳細に説明する。
図4に示す変形例では、スプリングガイド21は、本体ケース23の小径部23Bの両端部付近の内周面に周方向に沿って等間隔に配置された複数の突起部36を形成し、この突起部36とピストンロッド6との隙間を小さくしている。これにより、リバウンドスプリング19が圧縮され、スプリングガイド21が傾いた場合でも、突起部36がピストンロッド6に当接することにより、スプリングガイド21の傾きを小さく抑えることができる。また、通常は、突起部36とピストンロッド6との間に僅かな隙間があるので、これらの間で振動、騒音を伝達することはない。
図5に示す変形例では、スプリングガイド21は、本体ケース23に当接部材25がかしめの代わりに圧入によって固定されている。当接部材25は、段付円筒状で、その小径部25Aが本体ケース23の大径部23Bの薄肉部に圧入され、段部を本体ケース23の端部に当接して固定されている。
図6に示す変形例では、ロッドガイド8には、ピストンロッド6が挿入される開口の周囲に環状の凹部33の代わりに円筒状の凸部37が形成され、この凸部37をバネ受20側に形成された環状の凹部38に圧入することによってバネ受20をロッドガイド8に固定している。
図7に示す変形例では、ロッドガイド8の環状の凹部33が省略され、バネ受20は、その大径部20Bがシリンダ2内に圧入され、ロッドガイド8の端部に当接して固定されている。
図8に示す変形例では、リバウンドストッパ22は、ピストンロッド6に取付けられた凸型のリテーナ39によってピストン5から離れた部位に固定されている。これにより、リバウンドストッパ22がスプリングガイド21に当接するピストンロッド6のストローク位置を調整している。
図9に示す変形例では、ロッドガイド8の大径部8Bの端部のピストンロッド6が挿入される開口の周囲に環状の凹部40が形成され、この凹部40内に、スプリングガイド21の弾性部材24と同様の構造の弾性部材41が圧入されている。そして、弾性部材41のリテーナ42に固着された弾性体43にピストンロッド6が所定の締め代をもって摺動可能に挿入されており、ピストンロッド6の移動に対して所定の摩擦力を作用させるようになっている。これにより、ピストンロッド6のストロークに対して、スプリングガイド21の弾性部材28の摩擦力に加えて、弾性部材41の摩擦力を常時作用させることができ、これらの摩擦力により、減衰力特性のチューニングの自由度を高めることができる。
なお、上記実施形態では、油圧緩衝器1をシリンダ2の外周にリザーバ4を設けた複筒式とし、作動流体として、作動の安定性及び取扱いの便宜から、油液及びガスを用いているが、本発明は、これに限らず、緩衝器を単筒式とし、あるいは、油液、空気、窒素ガス等の作動流体を単独又は組合わせて使用することも可能である。
また、上記実施形態では、ピストンロッド側を車体に取り付ける正立式のものを用いて説明したが、弾性部材41の摩擦力による効果を重視しする場合にあっては、ピストンロッドを車輪側に取り付ける倒立式のものに用いることもできる。
1 油圧緩衝器(緩衝器)、2 シリンダ、5 ピストン、6 ピストンロッド、8 ロッドガイド、13 伸び側減衰力発生機構(減衰力発生機構)、14 縮み側減衰力発生機構(減衰力発生機構)、18 減衰力発生機構、19 リバウンドスプリング、22 リバウンドストッパ、24 弾性部材

Claims (10)

  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挿入されたピストンと、該ピストンに連結され、前記シリンダの端部に装着されたロッドガイドを貫通して外部に延出するピストンロッドと、前記シリンダ内の前記ピストンの摺動によって生じる作動流体の流れによって減衰力を発生する減衰力発生機構と、前記シリンダ内に設けられて前記ピストンロッドの伸び側のストロークを制限するリバウンドスプリングとを備えた緩衝器であって、
    前記リバウンドスプリングは、前記ピストンロッドの周囲に設けられて、一端側が前記シリンダ側に固定され、他端側が前記ピストンロッド側に固定されたリバウンドストッパに対向する自由端であり、
    前記リバウンドスプリングの自由端に前記ピストンロッドに摺接する弾性部材が設けられていることを特徴とする緩衝器。
  2. 前記弾性部材は、前記ピストンロッドに摺接するニトリルゴムからなる弾性体を含むことを特徴とする請求項1に記載の緩衝器。
  3. 前記リバウンドスプリングの自由端には、前記リバウンドストッパに当接するスプリングガイドが取付けられ、前記弾性部材は、前記スプリングガイド内に設けられ、前記スプリングガイドと前記ピストンロッドとの間には隙間が設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の緩衝器。
  4. 前記スプリングガイドは、一端側に前記リバウンドスプリングの自由端に結合される結合部が設けられ、他端側に、前記リバウンドストッパに当接する当接部が設けられていることを特徴とする請求項3に記載の緩衝器。
  5. 前記リバウンドストッパは、前記ピストンと一体的に設けられていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の緩衝器。
  6. 前記リバウンドストッパは、前記ピストンから離れた部位に配置されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の緩衝器。
  7. 前記スプリングガイドは、前記リバウンドスプリングの自由端に結合される小径部と、前記リバウンドストッパに当接する大径部とを有する凸形状であることを特徴とする請求項4乃至6のいずれかに記載の緩衝器。
  8. 前記弾性部材は、前記ピストンロッドが挿入される筒状部及び該筒状部から径方向内側に延びるフランジ部からなる剛性を有する環状部材と、該環状部材の内周側に固定された弾性体とを含み、前記環状部材が前記本体ケースに固定されることを特徴とする請求項4乃至7のいずれかに記載の緩衝器。
  9. 前記筒状部と前記弾性体との間に隙間が設けられていることを特徴とする請求項8に記載の緩衝器。
  10. 前記リバウンドスプリングの一端側は、前記ロッドガイドに固定されていることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の緩衝器。
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