JP2012057798A - 空圧緩衝器 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両における乗心地を向上することが可能な空圧緩衝器を提供することである。
【解決手段】 シリンダ１と、シリンダ１内をロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２とに区画するピストン３と、ピストン３を介してシリンダ１内に移動自在に挿入されたロッド４とを備えた空圧緩衝器において、作動気体の体積変化を吸収する体積変化吸収機構３０をロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２の一方あるいは両方に収容させ、上記体積変化吸収機構３０を負の線形膨張係数を持つ物質で成形させるとともに温度上昇により負膨張する負膨張体から構成させたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両等のサスペンションとして使用可能な空圧緩衝器の改良に関する。

従来、空圧緩衝器としては、シリンダと、シリンダ内に摺動自在に挿入されたピストンと、シリンダにピストンを介して移動自在に挿通されるロッドとを備えて、いわゆる倒立型に形成されたものが知られている。

この空圧緩衝器は、車両のサスペンション用途に対応するため、ピストン部の通路でロッド側室とピストン側室とを連通する他、シリンダの外方に外筒を設けてシリンダと外筒との間の隙間を介してロッド側室とピストン側室とを連通してあり、シリンダ内の油を空圧緩衝器の伸縮運動によってポンプの要領でピストン側室とロッド側室とに循環させるようにして、ピストンとシリンダの当接部位およびロッドとシリンダ下端に設けた封止部材との当接部位である摺動部の摺動性の確保している（たとえば、特許文献１，２参照）。

特開２００４−１３２４２９号公報 特開２００４−１３２４２８号公報

さて、上述のような空圧緩衝器では、作動流体に気体を用いても円滑な摺動性を確保することで車両のサスペンションに適用可能としているが、以下の問題があると指摘される可能性がある。

すなわち、従来の空圧緩衝器では、作動流体が気体であり、気体は膨張および収縮が可能であることから、特に気体の体積変化に対処する装置を設けておらず、気体の体積変化の影響によってロッド反力が変動して車高が上昇あるいは下降してしまうことを阻止することができない。

そして、車両のサスペンション用途に空圧緩衝器を供する場合、空圧緩衝器の継続的な伸縮の繰り返しによって、シリンダ内の気体の温度が非常に高温となり、特に気体の熱膨張は、油に比して非常に大きいことからも、気体の温度変化による車高の上下動が著しくなる。

また、車両のサスペンションに空圧緩衝器を適用する場合、乗用車でも空圧緩衝器が四つ必要で、四つの空圧緩衝器のロッド反力がまちまちとなることも想定でき、車体の姿勢に変化を及ぼし、車両搭乗者に違和感や不快感を与えて車両における乗心地を損なってしまう虞もある。

そこで、本発明は、上記した不具合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、車両における乗心地を向上することが可能な空圧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、シリンダ内をロッド側室とピストン側室とに区画するピストンと、ピストンを介してシリンダ内に移動自在に挿入されたロッドとを備えた空圧緩衝器において、作動気体の体積変化を吸収する体積変化吸収機構をロッド側室とピストン側室の一方あるいは両方に収容させ、上記体積変化吸収機構を負の線形膨張係数を持つ物質で成形させるとともに温度上昇により負膨張する負膨張体から構成させたことを特徴とするものである。

この場合、負の線形膨張係数を持つ物質がタングステン酸ジルコニウム（ＺｒＷ_２Ｏ_８）又はシリコン酸化物（Ｌｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ｎＳｉＯ_２）であるのが好ましい

本発明の空圧緩衝器によれば、作動気体が減衰力発生要素を通過するときに生じる熱、外気温変化、さらには、伸縮が長時間にわたって繰り返されることによる摺動部の摩擦の影響によってシリンダ内の作動気体の温度が変化しても、作動気体の温度変化に起因する体積変化によるシリンダ内の圧力変化を体積変化吸収機構が抑制する。

すなわち、作動気体の体積変化によるシリンダ１内の圧力変化は、体積変化吸収機構によって抑制されることになり、作動気体の温度変化に起因する体積変化による空圧緩衝器Ａのロッド反力の変動を体積変化吸収機構によって緩和することが可能となる。

したがって、空圧緩衝器のシリンダ内の作動気体の温度変化によって車高が上下してしまうような事態が防止され、車体に姿勢変化を及ぼすことなく車両搭乗者に違和感や不快感を与えず、車両における乗心地を向上することができる。

一実施の形態における空圧緩衝器の概略縦断面図である。

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。

図１は、一実施の形態における空圧緩衝器の概略縦断面図である
一実施の形態における空圧緩衝器Ａは、図１に示すように、シリンダ１と、内部にシリンダ１が収容される外筒２と、シリンダ１内をロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２とに区画するピストン３と、ピストン３を介してシリンダ１内に移動自在に挿入されたロッド４と、体積変化吸収機構３０と、ピストン３に設けられてロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２とを連通し通過する気体の流れに抵抗を与える通路５，６と、シリンダ１と外筒２との間の隙間で形成されて通路５，６を迂回してロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２とを連通するシリンダ外通路７とを備えて構成されている。

以下、詳細に説明すると、シリンダ１は、筒状に形成され、その上下端は、それぞれヘッド部材８とボトム部材９によって閉塞されて気体が充填されるとともに、シリンダ１の外方に配置されてシリンダ１を覆う有底筒状の外筒２内に収容されている。なお、シリンダ１内には、空圧緩衝器Ａの摺動部位を潤滑するために少量の油が気体と共に充填されている。

そして、シリンダ１内は、摺動自在に挿入されるピストン３によってシリンダ１内はロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２とに区画されており、ピストン３の図１中上端には、ロッド４が連結されるとともに、ロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２とを連通する通路５，６が設けられ、これら通路５，６の途中には減衰力発生要素１０，１１が設けられている。

さらに、上記通路５の途中には、ロッド側室Ｒ１からピストン側室Ｒ２へ向かう流れのみを許容する逆止弁１２が設けられ、通路６の途中には、ピストン側室Ｒ２からロッド側室Ｒ１へ向かう流れのみを許容する逆止弁１３が設けられている。したがって、通路５にあっては、空圧緩衝器Ａが伸長する、すなわち、シリンダ１からロッド４が突出する作動を行うときのみに流体の通過を許容する一方通行の通路とされ、他方の通路６にあっても、空圧緩衝器Ａが収縮する、すなわち、シリンダ１内にロッド４が進入する作動を行うときのみに流体が通過を許容する一方通行の通路をなしている。

そして、減衰力発生要素１０，１１は、図示したところでは、可変絞り弁とされており、空圧緩衝器Ａの伸縮周波数や伸縮速度等に応じて、流体の流れに与える抵抗を変化させることができるようになっている。なお、減衰力発生要素１０，１１は、可変絞り弁ではなく固定絞り弁や、リーフバルブ等とされてもよい。なお、減衰力発生要素が気体の流れの方向に無関係に同じように抵抗を与える場合には、ピストン通路を一つの通路で形成して、その途中に一つの減衰力発生要素を設けるようにすればよく、この場合には、逆止弁１２，１３を設ける必要は無い。

さらに、ピストン側室Ｒ２内には、体積変化吸収機構３０が収容されており、この実施の形態における体積変化吸収機構３０は、温度上昇により負膨張する負膨張体とされている。この負膨張体としては、タングステン酸ジルコニウム（ＺｒＷ_２Ｏ_８）やシリコン酸化物（Ｌｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ｎＳｉＯ_２）といった負の線膨張係数を持つ物質を使用することが可能である。

そして、この負膨張体である体積変化吸収機構３０は、図示するところでは、ピストン３に固定されてピストン側室Ｒ２内に収容されている。なお、負膨張体である体積変化吸収機構３０をボトム部材９あるいはシリンダ１に固定するようにしてもよく、また、ピストン側室Ｒ２内に体積変化吸収機構３０を設けるのではなくロッド側室Ｒ１内に設けるようにしてもよいし、ロッド側室Ｒ１内とピストン側室Ｒ２内の両方に負膨張体である体積変化吸収機構３０を設けるようにしてもよい。

つづいて、外筒２は、図１に示すように、有底筒状に形成され、この外筒２とシリンダ１との間の隙間でシリンダ外通路７が形成されて油が充填され、シリンダ外通路７内には油が充填さている。

転じて、ヘッド部材８は、環状に成型されてシリンダ１の図１中上端に嵌合しており、その内周側にはロッド４を軸支する軸受１４を備えるとともに、上端側から開口する凹部１５が設けられている。また、ヘッド部材８には外周と凹部１５とを連通する流路１６と、下端と凹部１５とを連通する流路１７とを備えており、流路１６の外周側の開口端は上述シリンダ外通路７に対向させ、さらに、流路１７の下端側の開口端はロッド側室Ｒ１に対向している。すなわち、シリンダ側通路７の一端は、上記流路１６、凹部１５および流路１７を介してロッド側室Ｒ１に連通されている。

他方、シリンダ１の図１中下端を閉塞するボトム部材９は、円盤状に成型されてシリンダ１の図１中下端に嵌合しており、その上端と外周とを連通する流路１８を備えて構成されている。この流路１８の上端側の開口端はピストン側室Ｒ２に対向し、外周側の開口端はシリンダ外通路７に対向させてある。すなわち、シリンダ側通路７の他端は、上記流路１８を介してピストン側室Ｒ２に連通されている。また、この流路１８の途中には、ピストン側室Ｒ２からロッド側室Ｒ１へ向かう流れのみを許容する逆止弁１９が設けられている。

そして、このように構成されたヘッド部材８、ボトム部材９によって両端が閉塞されたシリンダ１を外筒２内に挿入して収容し、上記ヘッド部材８の図１中上面にロッド４の外周に摺接する環状のシール２１を保持する環状の封止部材２０を積層し、外筒２の図中上端である開口端を加締め、これら封止部材２０、ヘッド部材８、シリンダ１およびボトム部材９を外筒２内に収容固定して一体化してある。

上記した封止部材２０における図１中、上下方向長さとなる軸方向長さは、上述のシール２１の上下方向長さとなる軸方向長さより、短く設定されるととともに、シール２１は、封止部材２０の下端からシリンダ１の内方に向けて突出するように封止部材２０によって保持されている。なお、上記したところでは、封止部材２０はシール２１を保持しているが、シール２１を封止部材２０に溶着して分離不能な状態としておくとしても差し支えない。

封止部材２０から突出しているシール２１の図１中下端は、ヘッド部材８の凹部１５内に配置されており、この凹部１５と封止部材２０とで貯油室２２が隔成され、この貯油室２２内には油が充填されている。したがって、シリンダ外通路７は、上述の流路１６によって貯油室２２に接続され、これによってシリンダ外通路７は上記の貯油室２２を介してロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２とを連通している。

さらに、シール２１の内周側には、上述のように、シリンダ１から突出しヘッド部材８の軸受１４内に摺動自在に挿入されるロッド４が挿入され、このシール２１は所定の緊迫力でロッド４の外周に圧接されて、ロッド４の外周をシールしている。なお、封止部材２０の外周側には、この封止部材２０の外周と外筒２との間をシールする図示しないシールが設けられており、このシールと上記のシール２１によってシリンダ１および外筒２が気密状態に維持されている。

そして、上述したところから明らかなように、ロッド４は、貯油室２２を貫いており、この貯油室２２は、ロッド４とシール２１との摺動部２３に臨むようになっている。

ここで、流路１７の貯油室２２側の開口端１７ａは、上記凹部１５の側壁部１５ａから開口しており、この開口端１７ａは、少なくともシール２１の図１中最下端より上方に位置するように設定されており、貯油室２２内に充填される油の油面２４が常にシール２１の下端に接している状態に維持されている。

すなわち、シリンダ１内には作動気体が封入されるとともに、貯油室２２内およびシリンダ外通路７内には油が充填されるが、本実施の形態の場合、ロッド４とシール２１との間の潤滑を確実なものとするため、貯油室２２内の油の油面２４が、開口端１７ａの位置によってシール２１の最下端より下方に下がることがないように配慮されるとともに、それ以上の余分な油はロッド側室Ｒ１へ排出されるようになっており、さらに、シリンダ外通路７内の油の油面２５にあっても上記流路１６の開口端１６ａより上方に位置するように設定されている。

また、ロッド側室Ｒ１およびピストン側室Ｒ２内にも少量の油が充填されるが、ロッド側室Ｒ１内に充填される油は、空圧緩衝器Ａが伸縮動作を初めて行うときに、シリンダ１とピストン３と間の摺動部２６を潤滑するためであり、ピストン側室Ｒ２内の油は、空圧緩衝器の収縮時にシリンダ外通路７内に気体に先んじて油を供給して貯油室２２内の油面２４の下降を防止するために充填される。

つづいて、上述のように構成された空圧緩衝器Ａの作動について説明する。まず、空圧緩衝器Ａが伸長作動する場合、ロッド側室Ｒ１が圧縮され、ピストン側室Ｒ２が膨張させられるので、ロッド側室Ｒ１内の気体は、通路５を介してピストン側室Ｒ２内に移動する。この移動時に、気体は減衰力発生要素１０を通過するので、圧力損失が生じロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２の圧力差に見合った減衰力が発生する。

このとき、ロッド側室Ｒ１内の油は、油は気体より重たく、通路５の開口部に溜まった状態となることから、該油も気体とともにピストン側室Ｒ２内に移動する。

つづいて、空圧緩衝器Ａが収縮作動する場合、ピストン側室Ｒ２が圧縮され、ロッド側室Ｒ１が膨張させられるので、ピストン側室Ｒ２内の気体は、通路６を介してロッド側室Ｒ１内に移動する。この移動時に、気体は減衰力発生要素１１を通過するので、圧力損失が生じロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２の圧力差に見合った減衰力が発生する。

また、上記ピストン側室Ｒ２内の圧力上昇によって、ピストン側室Ｒ２内の気体は、逆止弁１９を押し開き、流路１８を介してシリンダ外通路７にも流入する。

このとき、ピストン側室Ｒ２内の油は、油は気体より重たく、流路１８の開口部に溜まった状態となることから、該油も気体とともにシリンダ外通路７に移動する。

そして、シリンダ外通路７内および貯油室２２は、ピストン側室Ｒ２と同様に加圧されることになるので、シリンダ外通路７内の油は、貯油室２２内に流入し、さらに、貯油室２２内の油の油面２４が上昇することになる。

すると、この油面２４の上昇と貯油室２２内の圧力上昇とによって、貯油室２２内の油は、流路１７を通過してロッド側室Ｒ１内に気体とともに流入する。

なお、空圧緩衝器Ａの収縮行程において、ピストン側室Ｒ２内に封入された気体がピストン３に設けた通路６を通過してロッド側室Ｒ１に流入することから明らかなように、流路１８、シリンダ外通路７、流路１６および流路１７の少なくとも一つ以上は、気体および油の流れに減衰力発生要素１１より大きな抵抗を与えるが、この抵抗はピストン側室Ｒ２から流路１８、シリンダ外通路７、流路１６および流路１７を介してロッド側室Ｒ１へ至る間に弁を設けて与えるようにしてもよいし、ピストン側室Ｒ２から流路１８、シリンダ外通路７、流路１６および流路１７を介してロッド側室Ｒ１へ至る間の管路抵抗で与えてもよく、具体的にはたとえば、逆止弁１９をリーフバルブとしたり、流路１８、流路１６および流路１７の流路面積を小さくしたり、シリンダ外通路７の環状の断面積を極小さくするようにしてもよい。

また、流路１７の開口部１７ａの開口位置はシール２１の最下端より上方に位置しているので、上記のごとく貯油室２２から油がロッド側室Ｒ１内に移動しても、貯油室２２内の油の油面２４は、必ずシール２１の最下端より上方に位置することになり、貯油室２２内の油は、ロッド４とシール２１との摺動部２３の潤滑を維持しつづけ、さらに、ロッド４と軸受１４との間の摺動部をも同様に潤滑し続ける。

したがって、空圧緩衝器Ａが伸縮を繰り返しても、貯油室２２内の油は、ロッド４とシール２１との摺動部２３およびロッド４と軸受１４との間の摺動部の潤滑を維持しつづけることになり、正立型に形成された空圧緩衝器Ａのロッド４の摺動部２３およびロッド４と軸受１４との間の摺動部が確実に潤滑されるから、空圧緩衝器Ａの円滑な伸縮作動が保証されて空圧緩衝器Ａの信頼性が向上する。

また、本実施の形態における空圧緩衝器Ａでは、ロッド４の摺動部に臨む貯油室２２を設けて油面２４を上記摺動部２３の最下端より上方に位置させることで、上記摺動部２３およびロッド４と軸受１４との間の摺動部の確実な潤滑が可能となるので、構造が複雑となることが無く、大幅なコスト上昇を伴わずに空圧緩衝器を正立型とすることができる。

さらに、上記したようにロッド４の摺動部２３およびロッド４と軸受１４との間の摺動部が確実に潤滑されるから、この点でも、空圧緩衝器Ａの円滑な伸縮作動が保証されて空圧緩衝器Ａの信頼性が向上するとともに、シール２１の耐磨耗性が向上することから空圧緩衝器Ａの密封性も向上することになる。

そして、この空圧緩衝器Ａにあっては、作動気体が減衰力発生要素を通過するときに生じる熱、外気温変化、さらには、上記伸縮が長時間にわたって繰り返されることによる摺動部２３，２６およびロッド４と軸受１４との間の摺動部の摩擦の影響によってシリンダ１内の作動気体の温度が変化するが、作動気体の温度変化に起因する体積変化によるシリンダ１内の圧力変化を体積変化吸収機構３０が抑制する。

ここで、体積変化吸収機構３０は、この実施の形態の場合、負膨張体であることから、温度上昇に対しては体積増加し、温度下降に対しては体積減少する作動気体に対して、温度上昇に対しては体積が減少し、温度下降に対しては体積が増加することになり、作動気体の温度変化に対する体積変化とは逆の体積変化を呈する。すなわち、作動気体の体積変化によるシリンダ１内の圧力変化は、体積変化吸収機構３０の上記逆の体積変化によって抑制されることになり、作動気体の温度変化に起因する体積変化による空圧緩衝器Ａのロッド反力の変動を体積変化吸収機構３０によって緩和することが可能となる。

したがって、空圧緩衝器Ａのシリンダ１内の作動気体の温度変化によって車高が上下してしまうような事態が防止され、車体に姿勢変化を及ぼすことなく車両搭乗者に違和感や不快感を与えず、車両における乗心地を向上することができる。

なお、特に本発明の空圧緩衝器は車両のサスペンション用途に適するが、車両用緩衝器以外に本発明の空圧緩衝器の構成が具現化しても、その作用効果が失われることが無いことは当然である。

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 外筒
３ ピストン
４ ロッド
５，６ ピストン通路たる通路
７ シリンダ外通路
８ ヘッド部材
９ ボトム部材
１０，１１ 減衰力発生要素
１２，１３，１９，６３，６５ 逆止弁
１４ 軸受
１５ 凹部
１５ａ 凹部の側壁部
１６，１７，１８ 流路
１６ａ，１７ａ 流路の開口端
２０ 封止部材
２１ シール
２２ 貯油室
２３ ロッドとシールの摺動部
２４，２５ 油面
３０ 体積変化吸収機構
Ａ 空圧緩衝器
Ｒ１ ロッド側室
Ｒ２ ピストン側室

Claims (2)

1. シリンダと、シリンダ内をロッド側室とピストン側室とに区画するピストンと、ピストンを介してシリンダ内に移動自在に挿入されたロッドとを備えた空圧緩衝器において、作動気体の体積変化を吸収する体積変化吸収機構をロッド側室とピストン側室の一方あるいは両方に収容させ、上記体積変化吸収機構を負の線形膨張係数を持つ物質で成形させるとともに温度上昇により負膨張する負膨張体から構成させたことを特徴とする空圧緩衝器。
2. 負の線形膨張係数を持つ物質がタングステン酸ジルコニウム（ＺｒＷ_２Ｏ_８）又はシリコン酸化物（Ｌｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ｎＳｉＯ_２）である請求項１の空圧緩衝器。

Images