JP2012530882A - 油圧ダンパ及び油圧ダンパ用ピストンヘッド組立体 - Google Patents

Abstract

新規な油圧ダンパ及びこのためのピストンヘッド組立体が例えばスロット又は通路のような特徴部を有し、このような特徴部により、もしこれが設けられていなければピストンヘッド組立体の作用面と油圧流体との間に取り込まれる圧縮性ガスがその代わりにダンパ内の容積部に移動するので、このような圧縮性ガスは、ダンパにより生じる減衰力に悪影響を及ぼさないようになる。図示の実施形態では、このような特徴部は、ピストンヘッド組立体に比較的大がかりではない仕方で形成でき、この場合、ダンパコンポーネントの残部は、改造を必要としない。

Description

本発明は、油圧ダンパ及びこのような油圧ダンパ用のピストンヘッド組立体に関する。本発明は、詳細には、取り込まれたガスがダンパの減衰特性を変えるのを阻止するガス流出部を有する油圧ダンパ及びこのような油圧ダンパ用のピストンヘッド組立体に関する。

〔関連出願の説明〕
本願は、２００９年６月２４日に出願された米国特許仮出願第６１／２１９，９３７号の優先権主張出願であり、この米国特許仮出願を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。

油圧ダンパは、周知であり、種々の用途に広く用いられている。一般に、油圧ダンパは、部分的に作動油（非圧縮性流体）で満たされたシリンダ内で動くピストンを有する。ダンパが減衰力を実質的に生じさせない第１の方向に動かされると、ピストンは、作動油に抗してシリンダ内で動かされ、ピストンの互いに反対側に作用する作動油の圧力差によって一方向弁が開かれる。作動油は、ピストンの高圧側からピストンの低圧側に一方向弁を通って流れ、それにより、ピストンは、この第１の非減衰方向に比較的容易に動くことができる。

一方向弁に加わる圧力が低下し、ピストンが動きを止めた場合、又はピストンの運動方向が逆になった場合、一方向弁は、閉じる。減衰力を生じさせる第２の方向へのピストンの運動が生じるようにするには、ピストンが動かされているときに、この目的のために設けられている１つ又は２つ以上のオリフィス又は通路を通って作動油がピストンを通過して流れることが必要である。

しかしながら、これら戻り通路又はオリフィスの流れ面積は、一方向弁中の流れ面積よりも小さく、かくして、ピストンは、その開始位置に戻るのに長い期間若しくは大きな力又はこれら両方を必要とし、このようにして減衰が生じる。作動油の粘度、戻り通路又はオリフィスのサイズ及びピストンの直径を選択することにより、油圧ダンパの設計者は、所望に応じて種々の減衰率を達成することができる。

公知のように、油圧ダンパは、ピストンが作動油中に動いているときに押し退けられる作動油のための容積部を提供し、作動油の温度の変化に起因した作動油の体積の変化を許容するようダンパ内に幾分かの容積部を備えなければならない。この容積部には任意の圧縮性物体、例えば独立気泡フォーム又はガス入り袋を詰め込むことができ、作動油の膨張は、ガスの圧縮によって補償される。しかしながら、多くの環境では、製造費を減少させるため、この容積部は、圧縮性ガス、例えば空気又は窒素で満たされ、このような圧縮性ガスは、作動油の体積の変化を補償するよう収縮したり膨張したりする。

このようなガス入り膨張容積部を備えた油圧ダンパが広く採用されているが、このような油圧ダンパには問題がある。特に、本発明者は、ガスがダンパ内で膨張容積部からダンパの減衰作用中に加圧されるピストンの側まで移動する場合のあることを確認した。この移動は、貯蔵、輸送、組み立て及び／又はストラットの作動中におけるダンパの傾斜、運動又は配向の結果として生じる場合がある。或る特定の状況では、圧縮性ガスは又、ダンパの極端な作動条件中にピストンの下に導入される場合がある。

このような移動が起こり、圧縮性ガスの幾分かの量がダンパの減衰作用中に加圧されるピストンの側に作用すると、減衰方向におけるピストンの運動の結果として、第１に、圧縮性ガスが作動油を戻りオリフィス又は通路を通ってピストンの他方の側に戻すのに必要な圧力に加圧されるまでこのような圧縮性ガスの圧縮が生じることになる。

当業者には明らかなように、作動油を戻り通路又はオリフィスを通って戻す前にダンパの減衰作用中に加圧されるピストンの側に作用する圧縮性ガスのこの圧縮の結果として、ダンパは、２段階減衰機能をもたらし、この場合、圧縮性ガスが圧縮されて加圧され、そして、ダンパが第１の運動範囲にわたって動かされている間比較的小さな減衰力が生じ、次に、作動油が戻り通路又はオリフィスを通って戻され、ダンパが第２の運動範囲にわたって動いているときに比較的大きな（しかも望ましい）減衰力が生じる。或る状況では、このような２段階減衰機能を許容することができるが、少なくとも幾つかの用途では、これは、大きな問題である。

したがって、ダンパのピストンの下に蓄積する場合のある圧縮性ガスの影響を実質的に受けない油圧ダンパを提供することが望ましい。

本発明の目的は、先行技術の少なくとも１つの欠点をなくし又は軽減する新規な油圧ダンパ及びこのような油圧ダンパのためのピストンヘッド組立体を提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、油圧ダンパであって、取付け部分及び円筒形部分を含む第１の本体と、取付け部分及び円筒形部分を含む第２の本体とを有し、第２の本体の円筒形部分は、ダンパ内に容積部を形成するよう第１の本体の円筒形部分と相互に係合し、容積部には、所与の量の作動油が入っており、容積部は、作動油の体積の変化を補償することができるよう圧縮性ガスの貯蔵容積部を含み、油圧ダンパは、第１及び第２の本体のうちの一方から形成された容積部内に延びるピストンシャフトと、ピストンシャフトに取り付けられたピストンヘッド組立体とを更に有し、ピストンヘッド組立体は、作動油に隣接して位置する作用面と、外側円筒形表面と、第１の本体が第２の本体に対して第１の方向に動かされたときにピストンヘッド組立体を通る作動油の流れを可能にし、第１の本体が第２の本体に対して第１の方向とは逆の第２の方向に動かされると、ピストンヘッド組立体を通る作動油の流れを阻止する一方向弁とを含み、外側円筒形表面は、第１の本体が第２の方向に動かされると、ピストンヘッド組立体を通過する作動油の流量を計量するよう形成された容積部の内面に密着するよう寸法決めされており、作動油の流量の計量により、減衰力が生じ、油圧ダンパは、圧縮性ガスがピストンの作用面から貯蔵体積部に移動することができるようピストンヘッド組立体の作用面と外側円筒形表面との間に形成された特徴部を更に有することを特徴とする油圧ダンパが提供される。

本発明の別の態様によれば、油圧ダンパ用のピストンヘッド組立体であって、ピストンシャフトアタッチメントと、ダンパの内容積部の内面に密着して内面との間にピストンヘッド組立体を通過する作動油の流量を計量するよう寸法決めされている円筒形外面を備えたピストン本体と、第１の方向におけるピストンヘッド組立体を通る作動油の流れを可能にし、第１の方向とは逆の方向における作動油の流れを阻止する一方向弁と、圧縮性ガスが外側円筒形表面まで移動することができるようピストン本体の作用面から外側円筒形表面まで延びる特徴部とを有し、このような特徴部が設けられていなければ、圧縮ガスは、ピストン作用面に隣接したところに取り込まれることを特徴とするピストンヘッド組立体が提供される。

本発明は、例えばスロット又は通路のような特徴部を有する新規な油圧ダンパを提供し、このような特徴部により、もしこれが設けられていなければピストンヘッド組立体の作用面と油圧流体との間に取り込まれる圧縮性ガスがその代わりにダンパ内の容積部に移動するので、このような圧縮性ガスは、ダンパにより生じる減衰力に悪影響を及ぼさないようになる。図示の実施形態では、このような特徴部は、ピストンヘッド組立体に比較的大がかりではない仕方で形成でき、この場合、ダンパコンポーネントの残部は、改造を必要としない。

次に、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明するが、これらは例示に過ぎない。

先行技術のダンパの油圧ダンパの側面断面図である。 図１の範囲Ａ内の部分の拡大図である。 図１のダンパの第１の本体の底部及び側部を示す斜視図である。 図１のダンパの第２の本体に向かう図２の第１の本体の力と変位量の関係を表すプロット図である。 本発明のダンパの第１の本体の底部及び側部を示す斜視図である。 本発明の油圧ダンパの一部分の断面図であり、ダンパのピストンヘッド組立体の細部を示す図である。 本発明の油圧ダンパの一部分の断面図であり、ダンパのピストンヘッド組立体の細部を示す図である。 図６のダンパの第１の本体の底部及び側部を示す斜視図である。

本発明を詳細に説明する前に、まず最初に、説明内容を分かり易くするために図１、図１ａ及び図２に参照符号２０で示されている先行技術の油圧ダンパについて説明する。

油圧ダンパ２０は、第１の円筒形部分２８を含む第１の本体２４及び第２の円筒形部分３６を含む第２の本体３２を有している。第１の円筒形部分２８の直径と第２の円筒形部分３６の直径は、第２の円筒形部分３６が第１の円筒形部分２８内に受け入れられて第１の本体２４がダンパの作動軸線４０に沿って第２の本体３２に対して直線的に運動することができるように寸法決めされている。

図示のように、ダンパ２０は、付勢ばね４４を有するのが良く、第１の本体２４及び第２の本体３２の各々は、それぞれ、取付け特徴部４８，５２を有するのが良い。

第１の本体２４は、円筒形部分２８内から円筒形部分３６内に延びるピストンシャフト５６を有し、ピストンシャフト５６は、ピストンヘッド組立体６０を有している。第２の円筒形部分３６は、作動油の供給源（図示せず）を収容したスリーブ６４を有し、ピストンヘッド組立体６０の外側円筒形表面は、これがスリーブ６４と密接した係合関係をなすが、流体密係合関係をなすことはないよう（以下に更に説明する）スリーブ６４内に嵌まり込んでいる。

図１ａに最も良く示されているように、ピストンヘッド組立体６０は、ボール支承体６８及びばね７２を有する一方向弁を含む。ばね７２は、ボール支承体６８を弁座７６内に付勢し、ダンパ２０を圧縮してピストンヘッド組立体を図１及び図１ａで見て下方に動かすと、ボール支承体６８は、弁座７６と密封的係合関係をなし、作動油は、ボール支承体６８を越えて流れることができない。これとは異なり、ダンパ２０の圧縮によって加圧されて押し退けられた作動油は、ピストンヘッド組立体６０の外側円筒形表面とスリーブ６４の内面との間を流れる。上述したように、ピストンヘッド組立体６０の外側円筒形表面とスリーブ６４の内面との間の隙間は、流体密状態にはなく、事実、ダンパ２０を圧縮したときピストンヘッド組立体６０を通過する所望量の作動油の流れを可能にするよう選択されており、作動油のこの制限された流れは、ダンパ２０により生じる減衰力の基礎となっている。

当業者には知られているように、流れの所望の量は又、ストライエーション（線条）又は他の特徴部を弁座７６若しくはピストンヘッド組立体６０の円筒形表面に又はスリーブ６４の内面に設けることにより、或いは、ピストンヘッド組立体６０を貫通して計量オリフィスを設けることにより、或いは他の種々の公知の技術のうちの任意のものを使用することにより調節可能である。

ダンパ２０に及ぼされる圧縮力を除くと、ばね４４又は別の及ぼされた外力は、第１の本体２４を第２の本体３２から押し離す。これが起こると、ピストンヘッド組立体６０の上方の（図１及び図１ａに示された配向状態において）容積部８０内に存在する作動油は、加圧されて押し退けられ、この流体は、一方向弁のボール支承体６８及びばね７２に作用し、その結果、ボール支承体６８は、動かされて弁座７６との密封的係合関係を解き、作動油は、ピストンヘッド組立体６０のボア８４を通り、ボール支承体６８を通過し、図１ａの矢印で示されている戻り経路を通って流れることができる。

当業者には明らかなように、一方向弁を通る作動油の戻り経路は、ピストンヘッド組立体６０の外側円筒形表面とスリーブ６４の内面との間で作動油の辿る流路よりも絞り度が非常に小さく、かくして、第１の本体２４が第２の本体３２から遠ざけられているときに生じる減衰力は、もしあったとしても小さい。

ダンパ２０は、第１の本体２４が第２の本体３２に向かって動かされているときに減衰力をもたらすものとして示されているが（即ち、ダンパ２０は、圧縮下にある）、当業者には明らかなように、この作用を逆にするようダンパ２０を再設計して第１の本体２４が第２の本体３２から遠ざけられているとき（即ち、ダンパ２０は、張力を受けた状態にある）、減衰力がもたらされるようにすることは、容易なことである。原理的には、一方向弁の作用を逆にするが、当業者には明らかなように、ダンパ２０への他の変更を行って減衰力を生じさせる方向を逆にする。したがって、本明細書における説明は、主として、圧縮下にある間に減衰力をもたらすダンパに関するが、本発明は、これには限定されず、圧縮下又は張力を受けた状態かのいずれかで減衰力をもたらす油圧ダンパが本発明を具体化できるようになっている。

しかしながら、本発明者は、圧縮性ガスがピストンヘッド組立体６０とその下に位置する作動油との間でピストンヘッド組立体６０の下側に取込み状態になる場合があるという点で問題がダンパ２０及び類似のダンパに存在することを確認した。本明細書で用いられる「圧縮性ガス」という用語は、ガス又はガスの混合物及び／又は或る作動条件下においてダンパ２０内に生じる場合のある泡（作動油中に生じる場合のある気泡から成る）を含むものである。

図２に最も良く示されているように、ピストンヘッド組立体は、圧縮性ガスを取り込むことができる凹部８８を有している。凹部８８内に取り込まれた圧縮性ガスの効果は、図３のプロットに示されており、プロット９２は、圧縮性ガスが凹部８８内に存在している場合のダンパ２０の減衰性能を示し、プロット９６は、圧縮性ガスが凹部８８内に存在していない場合のダンパ２０の減衰性能を示している。

プロット９２から理解できるように、圧縮性ガスが凹部８８内に存在している場合、相当な減衰量が生じる前に第２の本体３２に対する第１の本体２４の相当大きな移動量（この特定の例では、約５ｍｍ）が生じ、これに対し、圧縮性ガスが凹部８８内に存在していない場合、プロット９６で示されているように、ダンパは、第２の本体３２に向かう第１の本体２４の０．５ｍｍ以下の移動後に減衰力を生じさせる。プロット９２の力の遅延応答と変位量の関係は、「圧縮遅れ」又は「から動き効果」と呼ばれている場合が多く、典型的には機構体内における或る予想外の軽減要因、機械的欠陥、不備又は現象に起因して、典型的な又は同等の減衰力応答を伴わない測定可能な直線変位が存在するという物理的状況を説明している。

当業者には知られているように、圧縮遅れ又はから動き効果は、或る用途では特に好ましくない場合がある。例えば、ダンパ２０が駆動ベルトテンショナのための減衰を行おうとする場合、緩衝装置２０の圧縮遅れの結果として、駆動ベルトの滑りが生じる場合がある。特に、テンショナがベルト形オルタネータ用スタータシステムに用いられる場合、このような滑りは、全く許容できない。

図３に示されている結果は、或る特定の先行技術のダンパ２０に関するものであるが、本発明者は、圧縮性ガスがダンパ内でピストンヘッド組立体６０の下面と作動油との間に取り込まれた場合、種々の先行技術のダンパにも同様な結果が生じることを確認した。これら先行技術のダンパでは、第１の本体の初期運動の結果として、単に、圧縮性ガスの圧縮が生じると共に作動油のもしあったとしてもほんの僅かの流れが生じることになり、かくして、先行技術のダンパが減衰をもたらす前に第２の本体に向かう第１の本体の相当長い移動が生じる場合がある。

次に、図４を参照して本発明の第１の実施形態を説明するが、これは例示に過ぎず、この場合、本発明の油圧ダンパの第１の本体は、全体が符号１００で示されている。図中、先行技術のダンパ２０のコンポーネントとほぼ同じコンポーネントは、同一の参照符号で示されている。

図で理解できるように、本発明のこの実施形態では、新規なピストンヘッド組立体１０４が凹部８８から上方に且つピストンヘッド組立体１０４の外側円筒形壁の下側周囲部を貫通して形成された少なくとも１つのスロット１０８を有している。当業者には明らかなように、スロット１０８により、もしこのように構成されていなければ凹部８８内に取り込まれる圧縮性ガスがピストンヘッド組立体１０４の外側円筒形表面まで移動し、そしてここから、ピストンヘッド組立体１０４とスリーブ６４との間で上方に移動して容積部８０内に溜まることができる。

圧縮性ガスがもはや凹部８８内に取り込まれない状態で、第１の本体１００を備えたダンパの性能は、実質的に図３のプロット９６によって示された性能である。

本発明の別の実施形態が図５に示されている。この実施形態では、上述したコンポーネントと同一のコンポーネントは、同一の参照符号で示されており、新規なピストンヘッド組立体１５０が横方向穴あけ又は任意他の適当な手段によって形成された通路１５４を有している。通路１５４により、もしこのように構成されていなければ凹部８８内に取り込まれる圧縮性ガスが凹部８８から通路１５４を通り、次にピストンヘッド組立体１５０の外側円筒形表面とスリーブ６４との間で上方に移動して容積部８０に至り得る。

本発明の別の実施形態が図６及び図７に示されている。この実施形態では、上述したコンポーネントと同一のコンポーネントは、同一の参照符号で示されており、新規なピストンヘッド組立体２００がキャップ２０４を含み、このキャップは、ボール支承体６８及びばね７２をピストンヘッド組立体２００上の定位置に保持するようピストンヘッド本体２０８に圧力嵌めされ又は違ったやり方で適当に取り付けられている。図７に最も良く示されているように、キャップ２０４は、スロット２１２を有し、このスロットにより、もしこのように構成されていなければキャップ２０４の内側で凹部８８内に取り込まれる圧縮性ガスが凹部８８からスロット２１２を通り、そしてピストンヘッド組立体２００の外側円筒形表面とスリーブ６４との間を通って容積部８０に至り得る。

本発明は、例えばスロット又は通路のような特徴部を有する新規な油圧ダンパ及びこのような油圧ダンパ用のピストンヘッド組立体を提供し、このような特徴部により、もしこれが設けられていなければピストンヘッド組立体の作用面と油圧流体との間に取り込まれる圧縮性ガスがその代わりにダンパ内の容積部に移動するので、このような圧縮性ガスは、ダンパにより生じる減衰力に悪影響を及ぼさないようになる。図示の実施形態では、このような特徴部は、ピストンヘッド組立体に比較的大がかりではない仕方で形成でき、この場合、ダンパコンポーネントの残部は、改造を必要としない。

本発明の上述の実施形態は、本発明の例であり、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、このような実施形態の変形例及び改造例を想到でき、本発明の範囲は、本明細書に添付された特許請求の範囲の記載にのみ基づいて定められる。

Claims (9)

1. 油圧ダンパであって、
   取付け部分及び円筒形部分を含む第１の本体と、
   取付け部分及び円筒形部分を含む第２の本体であって、前記前記円筒形部分が前記ダンパ内に容積部を形成するよう前記第１の本体の前記円筒形部分と相互に係合し、前記容積部には所与の量の作動油が入っており、前記容積部は前記作動油の体積の変化を補償することができるよう圧縮性ガスの貯蔵容積部を含み第２の本体と、
   前記第１及び前記第２の本体のうちの一方から前記形成された容積部内に延びるピストンシャフトと、
   前記ピストンシャフトに取り付けられたピストンヘッド組立体であって、前記作動油に隣接して位置する作用面と、外側円筒形表面と、前記第１の本体が前記第２の本体に対して第１の方向に動かされたときに前記ピストンヘッド組立体を通る作動油の流れを可能にし前記第１の本体が前記第２の本体に対して前記第１の方向とは逆の第２の方向に動かされると、前記ピストンヘッド組立体を通る作動油の流れを阻止する一方向弁とを有し、前記外側円筒形表面は、前記第１の本体が前記第２の方向に動かされると、前記ピストンヘッド組立体を通過する作動油の流量を計量するよう前記形成された容積部の内面に密着するよう寸法決めされており、前記作動油の流量の前記計量により、減衰力が生じるピストンヘッド組立体と、
   圧縮性ガスが前記ピストンの前記作用面から前記貯蔵体積部に移動することができるよう前記ピストンヘッド組立体の前記作用面と前記外側円筒形表面との間に形成された特徴部と、備えている、
   ことを特徴とする油圧ダンパ。
2. 前記第１の本体と前記第２の本体は、付勢ばねにより付勢されて互いに引き離される、
   請求項１記載の油圧ダンパ。
3. 前記特徴部は、前記外側円筒形表面から前記ピストンの前記作用面まで延びる少なくとも１つの半径方向ボアから成る、
   請求項１記載の油圧ダンパ。
4. 前記特徴部は、前記ピストン作用面から前記外側円筒形表面まで延びる少なくとも１つのスロットから成る、
   請求項１記載の油圧ダンパ。
5. 前記一方向弁は、ばねにより弁座に押し付けられるボール支承体を有し、前記ボール支承体及び前記ばねは、前記ピストンヘッド組立体に取り付けられたキャップによって前記ピストンヘッド組立体の前記作用面に当接保持され、前記特徴部は、圧力嵌めされた前記キャップに形成されている少なくとも１つのスロットから成る、
   請求項１記載の油圧ダンパ。
6. 油圧ダンパ用のピストンヘッド組立体であって、
   ピストンシャフトアタッチメントと、
   前記ダンパの内容積部の内面に密着して前記内面との間に前記ピストンヘッド組立体を通過する作動油の流量を計量するよう寸法決めされている円筒形外面を備えたピストン本体と、
   第１の方向における前記ピストンヘッド組立体を通る作動油の流れを可能にし、前記第１の方向とは逆の方向における作動油の流れを阻止する一方向弁と、
   圧縮性ガスが前記外側円筒形表面まで移動することができるよう前記ピストン本体の前記作用面から前記外側円筒形表面まで延びる特徴部と、を有し、該特徴部が設けられていなければ、前記圧縮ガスは、前記ピストン作用面に隣接したところに取り込まれる、
   ことを特徴とするピストンヘッド組立体。
7. 前記特徴部は、前記ピストン作用面から前記外側円筒形表面まで形成されたスロットから成る、
   請求項６記載のピストンヘッド組立体。
8. 前記特徴部は、前記外側円筒形表面を貫通して前記ピストン作用面まで延びる半径方向ボアから成る、
   請求項６記載のピストンヘッド組立体。
9. 前記一方向弁は、ボール支承体及びばねを有し、前記ボール支承体は、前記ばねによって弁座に押し付けられ、前記ボール支承体及び前記ばねは、圧力嵌めキャップによって前記ピストンヘッド組立体に当接保持され、前記特徴部は、前記キャップに形成されたスロットから成る、
   請求項６記載のピストンヘッド組立体。

Images