JP2012172817A

JP2012172817A - 空圧緩衝器

Info

Publication number: JP2012172817A
Application number: JP2011037894A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Kondo; 卓宏近藤
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2012-09-10
Anticipated expiration: 2031-02-24
Also published as: JP5789104B2

Abstract

【課題】構造が簡単で信頼性を向上することができる空圧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、両端にそれぞれ端部側から開口して気体が充填される圧力室を備えた筒状の空圧緩衝器本体１と、各圧力室Ｒ１，Ｒ２内にそれぞれ移動自在に挿通される出力軸２，３と、各圧力室Ｒ１，Ｒ２の開口部を閉塞して当該圧力室Ｒ１，Ｒ２を密閉するとともに出力軸２，３の外周を保持する環状の密閉体４，５と、各圧力室Ｒ１，Ｒ２を連通するとともに圧力室Ｒ１，Ｒ２間を交流する気体の流れに抵抗を与える減衰通路６，７とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、空圧緩衝器に関する。

この種の空圧緩衝器としては、たとえば、シリンダと、シリンダ内に摺動自在に挿入されてシリンダ内を出力軸側室とピストン側室と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一端がピストンに連結されるピストンロッドとを備えて構成されるもの（たとえば、特許文献１，２参照）がある。

そして、この空圧緩衝器は、制振対象の振動を減衰するために使用され、たとえば、車両のサスペンションに組み込まれる場合、制振対象である車体と車輪との間に介装されて、車体と車輪の振動を抑制するようになっている。

特開２００９−４１７６６号公報特開２０１０−２７６０６８号公報

上述のような従来の空圧緩衝器にあっては、直動型であってシリンダに対してピストンが摺動するとともに、ピストンロッドがこのピストンロッドの外周を軸支するロッドガイドに対して摺動するので、どうしてもシリンダとピストンとの間、ピストンロッドとロッドガイドとの間の摺動部を潤滑する必要があり、構造が複雑となる問題があった。

また、作動流体が気体であり、気体は圧縮性に富んで気体ばねとして振る舞うため、車両の車体や車輪の振動を減衰することができる程度の減衰力を発揮するためには、気体の見掛け上の剛性を高めるため、シリンダ内を非常に高い圧力で加圧しておく必要がある。そして、ピストンロッドがシリンダに出入りする都合上、ピストンロッド周りをシールするシール部材は、ピストンロッドの外周に摺接してこれをシールするが、シリンダ内の高圧力を受けてピストンロッドの外周に押圧されて大きな摩擦力を生じ、ピストンロッドの円滑な動作を妨げてしまう可能性があるとともに、シールの寿命も短くなってしまう場合があり、より高い信頼性が求められている。

そこで、本発明は、上記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、構造が簡単で信頼性を向上することができる空圧緩衝器を提供することである。

上記した課題を解決するために、本発明の課題解決手段は、両端にそれぞれ端部側から開口して気体が充填される圧力室を備えた筒状の空圧緩衝器本体と、上記各圧力室内にそれぞれ移動自在に挿通される出力軸と、上記各圧力室の開口部を閉塞して当該圧力室を密閉するとともに上記出力軸の外周を保持する環状の密閉体と、上記各圧力室を連通するとともに上記圧力室間を交流する上記気体の流れに抵抗を与える減衰通路とを備えたことを特徴とする。

本発明の空圧緩衝器によれば、構造が簡単で信頼性を向上することができる空圧緩衝器を提供することである。

一実施の形態における空圧緩衝器の縦断面図である。一実施の形態における空圧緩衝器を車両の車体と車輪との間に介装した状態を示す図である。

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に示すように、一実施の形態における空圧緩衝器Ｄは、両端にそれぞれ端部側から開口して内部に気体が充填される圧力室Ｒ１，Ｒ２を備えた空圧緩衝器本体１と、各圧力室Ｒ１，Ｒ２内にそれぞれ移動自在に挿通される出力軸２，３と、各圧力室Ｒ１，Ｒ２の開口部を閉塞して当該圧力室Ｒ１，Ｒ２を密閉するとともに出力軸２，３の外周を保持するとともに少なくとも出力軸２，３の軸方向の移動を許容する環状の密閉体４，５と、各圧力室Ｒ１，Ｒ２を連通するとともに圧力室Ｒ１，Ｒ２間を交流する気体の流れに抵抗を与える減衰通路６，７とを備えて構成されている。

以下、空圧緩衝器Ｄの各部について詳細に説明する。空圧緩衝器本体１は、金属で形成されて筒状とされており、中央を仕切る仕切部１ａと、仕切部１ａの両側に設けた両端となる筒部１ｂ，１ｃとを備えて構成されており、この両端の筒部１ｂ，１ｃ内に圧力室Ｒ１，Ｒ２が形成されている。

筒部１ｂの図１中下端と筒部１ｃの図１中上端は、仕切部１ａにて閉塞されており、筒部１ｂの図１中上端と筒部１ｃの図１中下端は外部へ開放されて開口部とされている。

つづいて、筒部１ｂ，１ｃ、出力軸２，３および密閉体４，５について詳細に説明するが、筒部１ｂと筒部１ｃ、出力軸２と出力軸３、密閉体４と密閉体５は、同じ構造であるので、説明の簡単のため、同じ構造の部材の説明に際しては符号に括弧を付して説明の重複を避けることとする。

出力軸２（３）は、この場合、棒状とされているが、形状は限定されるものではなく、車両へ搭載する際に被制振対象へ連結可能であればよい。

筒部１ｂ（１ｃ）内には、出力軸２（３）が移動自在に挿通されており、この出力軸２（３）は、外周が筒部１ｂ（１ｃ）の開口部に固定された環状の密閉体４（５）の内周で保持されている。より詳しくは、密閉体４（５）の内周は、出力軸２（３）の外周に溶着や接着などによって強固に固着しており、また、その外周は、筒部１ｂ（１ｃ）の内周に溶着や接着などによって強固に固着している。なお、図示はしないが、筒部１ｂ（１ｃ）の開口端に密閉体４（５）の外周が固着された保持部材を設けて、筒部１ｂ（１ｃ）に当該保持部材を固定することによって、筒部１ｂ（１ｃ）と密閉体４（５）とを一体化するようにしてもよい。

密閉体４（５）は、たとえば、ゴム、合成ゴム、樹脂或いは合成樹脂等、または、それらの組み合わせで形成された弾性体の他、ダイヤフラムやベローズであってもよく、出力軸２（３）と筒部１ｂ（１ｃ）との間をシールしつつ、筒部１ｂ（１ｃ）に対する出力軸２（３）の図１中上下方向移動を許容することができればよい。

このように、この密閉体４（５）によって出力軸２（３）は、軸方向移動が可能に支持されているので、密閉体４（５）が撓むことによって空圧緩衝器本体１に対して軸方向となる図１中上下方向へストロークすることが可能となっている。また、この例では、密閉体４（５）は、ゴム等の弾性体とされており、径方向へも撓むことができるので、出力軸２（３）は空圧緩衝器本体１に対して図１中横方向へ若干の移動が可能で、首振り運動することもできるようになっている。なお、密閉体４（５）が出力軸２（３）の横方向への移動を規制したり、撓み方に指向性をもたせるために、密閉体４（５）内に芯金を設けるようにしてもよい。芯金は、密閉体４（５）を成型する際に、インサート成型することで設けることが可能である。

そして、筒部１ｂ（１ｃ）の開口部と出力軸２（３）との間に密閉体４（５）が装着されることで、筒部１ｂ（１ｃ）の開口部が閉塞されて、圧力室Ｒ１（Ｒ２）が密閉される。

これら圧力室Ｒ１，Ｒ２内には、気体が充填されている。気体は、空圧緩衝器本体１、出力軸２，３および密閉体４，５を浸食したり腐蝕させたりするものでなければよく、たとえば、窒素などの不活性ガスを充填するとよい。

そして、仕切部１ａには、上記圧力室Ｒ１と圧力室Ｒ２とを連通する減衰通路６，７が設けられている。減衰通路６は、圧力室Ｒ１と圧力室Ｒ２とを連通する通路６ａと、圧力室Ｒ１から圧力室Ｒ２へ向かう流れのみを許容する逆止弁６ｂと、通過する気体の流れに抵抗を与える減衰弁６ｃとを備えており、当該逆止弁６ｂによって、圧力室Ｒ１から圧力室Ｒ２へ向かう気体の流れのみを許容する一方通行の通路に設定されるとともに、通過する気体に減衰弁６ｃで抵抗を与えるようになっている。すなわち、減衰通路６は、一方側の減衰通路に対応している。また、減衰通路７は、圧力室Ｒ２と圧力室Ｒ１とを連通する通路７ａと、圧力室Ｒ２から圧力室Ｒ１へ向かう流れのみを許容する逆止弁７ｂと、通過する気体の流れに抵抗を与える減衰弁７ｃとを備えており、当該逆止弁７ｂによって、圧力室Ｒ２から圧力室Ｒ１へ向かう気体の流れのみを許容する一方通行の通路に設定されるとともに、通過する気体に減衰弁７ｃで抵抗を与えるようになっている。すなわち、減衰通路７は、他方側の減衰通路に対応している。

そして、このように構成された空圧緩衝器Ｄは、たとえば、図２に示すように、車両の車体Ｂに空圧緩衝器本体１を連結し、車体Ｂに対して車輪Ｗを図２中上下方向へ移動可能に支持するアッパーアーム８とロアアーム９にそれぞれ出力軸２と出力軸３を連結することで、被制振対象である車体Ｂと車輪Ｗとの間に介装することができるようになっている。なお、空圧緩衝器本体1をアッパーアーム８とロアアーム９の一方または両方に連結し、出力軸２，３を車体Ｂに連結してもよい。

より詳しくは、出力軸２の圧力室外へ突出した先端には、アイ型ブラケット２ａが設けられており、このアイ型ブラケット２ａをアッパーアーム８にピン結合することができるようになっており、また、出力軸３の圧力室外へ突出した先端にも同様に、アイ型ブラケット３ａが設けられており、このアイ型ブラケット３ａをロアアーム９にピン結合することができるようになっている。

したがって、車輪Ｗが車体Ｂに対して図２中上方向へ移動し、アッパーアーム８とロアアーム９が車体Ｂの連結部を中心に図中反時計回りに回転すると、当該回転により出力軸２が空圧緩衝器本体１に対して図２中上方へ引き上げられ、出力軸３が空圧緩衝器本体１に対して図２中上方へ押し上げられることになる。反対に、車輪Ｗが車体Ｂに対して図２中下方向へ移動し、アッパーアーム８とロアアーム９が車体Ｂの連結部を中心に図中時計回りに回転すると、当該回転により出力軸２が空圧緩衝器本体１に対して図２中下方へ押し下げられ、出力軸３が空圧緩衝器本体１に対して図２中下方へ引き下げられることになる。なお、出力軸２，３は、上記アッパーアーム８とロアアーム９の回転により空圧緩衝器本体１に対してその軸線が傾く運動を強いられるが、密閉体４，５が撓んで出力軸２，３の当該運動が許容され、空圧緩衝器本体１の筒部１ｂ，１ｃには過大な負荷がかからない。このように、出力軸２と出力軸３は、アッパーアーム８とロアアーム９によって、ほぼ同期して上下方向に移動することになる。

なお、減衰弁６ｃ，７ｃは、オリフィス、チョーク、リーフバルブ、ポペット弁等の減衰弁の他、ロータリバルブ、ソレノイドバルブといった可変減衰弁も用いることができ、リーフバルブ、ポペット弁といったそれ自体で逆止弁としての機能を有する場合には、逆止弁６ｂ，７ｂを廃することもできる。

さて、上述のように構成された空圧緩衝器Ｄにあっては、上記したように、車体Ｂと車輪Ｗとの間に介装されることで、出力軸２，３が空圧緩衝器本体１に対して図１中上下方向へ移動する。

そして、出力軸２，３が空圧緩衝器本体１に対して図１中上方へ移動する場合、圧力室Ｒ１の容積が拡大され圧力室Ｒ２の容積が減少するので、圧力室Ｒ２から圧力室Ｒ１へ気体が移動しようとする。この場合、気体は、逆止弁６ｂは閉じており通過できないので、減衰通路７における逆止弁７ｂを開いて圧力室Ｒ２から圧力室Ｒ１へ移動する。この気体の流れに減衰弁７ｃが抵抗を与えるので、圧力室Ｒ２内の圧力が上昇して、空圧緩衝器Ｄは、筒部１ｃの内径断面積に圧力室Ｒ２の圧力変化分を乗じた減衰力を発揮して、出力軸３の筒部１ｃ内への侵入を妨げる。つまり、空圧緩衝器Ｄは、車体Ｂに対する車輪Ｗの図２中上方向への移動を抑制する減衰力を発揮する。反対に、出力軸２，３が空圧緩衝器本体１に対して図１中下方へ移動する場合、圧力室Ｒ２の容積が拡大され圧力室Ｒ１の容積が減少するので、圧力室Ｒ１から圧力室Ｒ２へ気体が移動しようとする。この場合、気体は、逆止弁７ｂは閉じており通過できないので、減衰通路６における逆止弁６ｂを開いて圧力室Ｒ１から圧力室Ｒ２へ移動する。この気体の流れに減衰弁６ｃが抵抗を与えるので、圧力室Ｒ１内の圧力が上昇して、空圧緩衝器Ｄは、筒部１ｂの内径断面積に圧力室Ｒ１の圧力変化分を乗じた減衰力を発揮して、出力軸２の筒部１ｂ内への侵入を妨げる。つまり、空圧緩衝器Ｄは、車体Ｂに対する車輪Ｗの図２中下方向への移動を抑制する減衰力を発揮する。

このように、空圧緩衝器Ｄは、減衰力を発揮するのであるが、減衰力は、圧力室Ｒ１，Ｒ２を交流する気体の流れに抵抗を与える減衰通路６，７で発生され、出力軸２，３が空圧緩衝器本体１に対して傾いたり偏心したりしても、減衰通路６，７の流路面積に変化は無く、通過流量も安定しているので、安定した減衰力を発揮することが可能である。よって、この空圧緩衝器Ｄは、安定した減衰力を発揮して車両における乗り心地を良好に維持することができる。

また、この空圧緩衝器Ｄは、出力軸２，３が空圧緩衝器本体１に対して図１中上方へ移動する場合には、減衰通路７における減衰弁７ｃで減衰力を発揮し、出力軸２，３が空圧緩衝器本体１に対して図１中下方へ移動する場合には、減衰通路６における減衰弁６ｃで減衰力を発揮するので、減衰弁６ｃ，７ｃが液体の流れに与える抵抗を異ならしめれば、出力軸２，３が空圧緩衝器本体１に対して上方移動する際に発生する減衰力の特性と出力軸２，３が空圧緩衝器本体１に対して下方移動する際に発生する減衰力の特性を異ならせることができる。

そして、この空圧緩衝器Ｄにあっては、出力軸２，３は密閉体４に支持されて軸方向移動自在に空圧緩衝器本体１に一体化されており、従来の空圧緩衝器に見られるピストンロッドとロッドガイド、シリンダとピストンと言った摺動部位を有していないので、摺動部位を潤滑する構造が不要となって、構造が簡単となる。

また、この空圧緩衝器Ｄでは、従来の空圧緩衝器に見られるピストンロッドとロッドガイド、シリンダとピストンと言った摺動部位を有していないので、劣化や摩擦力を生じる摺動部位をシールする必要がない。そのため、高い減衰力の発生とその発生応答性を向上させるために、圧力室Ｒ１，Ｒ２内の圧力を高圧に設定して気体の見掛け上の剛性を高める場合にあっても、摩耗による劣化や出力軸２，３の空圧緩衝器本体１に対する動作を妨げる摩擦力を生じす摺動部位のシールがないので、空圧緩衝器Ｄの信頼性が飛躍的に向上する。

したがって、この発明の空圧緩衝器Ｄによれば、構造が簡単となり、空圧緩衝器Ｄの信頼性が向上する。

また、筒部１ｂ，１ｃの内径面積を受圧面積として減衰力を発揮するとともに圧力室Ｒ１，Ｒ２を昇圧することで減衰力を発揮するので、従来の片出力軸型の空圧緩衝器に比較して、構造的に出力軸２，３の上下方向のいずれにも高減衰力を発揮しやすく有利である。

さらに、この空圧緩衝器Ｄは、筒部１ｂ，１ｃの長さは、出力軸２，３のストロークを確保する長さがあればよく、ピストンやベースバルブも不要であるので、一般的な空圧緩衝器に比較して全長を短くして小型にすることができる。

また、圧力室Ｒ１，Ｒ２内の圧力を高圧に設定しても、筒部１ｂ，１ｃの内径面積を受圧面積としているので、筒部１ｂ，１ｃの内径を等しく設定しておくことで、出力軸２，３を空圧緩衝器本体１に対して移動させない停止時には、空圧緩衝器本体１に対して出力軸２，３を上昇或いは下降させる附勢力が発生させないようにして、アッパーアーム８とロアアーム９の揺動に対して減衰力のみを発揮するように設定することができる。

これに対して、筒部１ｂと筒部１ｃの内径を異ならしめることも可能であり、その場合には、内径が大きい方の出力軸２，３を空圧緩衝器本体１から突出させる方向の附勢力を空圧緩衝器Ｄに常に発揮させることが可能であり、空圧緩衝器にエアばねとしての機能を付加することも可能である。

なお、上記した実施の形態の空圧緩衝器Ｄにおいて、減衰通路６，７の代わりに圧力室Ｒ１と圧力室Ｒ２とを気体が双方向へ通過することを許容する減衰通路を設けてもよい。

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空圧緩衝器本体
２，３出力軸
４，５密閉体
６，７減衰通路
６ｂ，７ｂ逆止弁
６ｃ，７ｃ減衰弁
Ｄ空圧緩衝器
Ｒ１，Ｒ２圧力室

Claims

両端にそれぞれ端部側から開口して気体が充填される圧力室を備えた筒状の空圧緩衝器本体と、上記各圧力室内にそれぞれ移動自在に挿通される出力軸と、上記各圧力室の開口部を閉塞して当該圧力室を密閉するとともに上記出力軸の外周を保持して出力軸の軸方向の移動を許容する環状の密閉体と、上記各圧力室を連通するとともに上記圧力室間を交流する上記気体の流れに抵抗を与える減衰通路とを備えたことを特徴とする空圧緩衝器。
上記減衰通路は、上記圧力室の一方から他方へ向かう流れのみを許容して当該流れに抵抗を与える一方側の減衰通路と、上記圧力室の他方から一方へ向かう流れのみを許容して当該流れに抵抗を与える他方側の減衰通路とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の空圧緩衝器。