JP2013060959A - 複筒型緩衝器 - Google Patents

Abstract

【課題】作動流体に潤滑性に乏しい液体を選択することができる緩衝器を提供することである。
【解決手段】上記目的と達成するために、本発明の課題解決手段は、シリンダ１と、当該シリンダ１内に摺動自在に挿入されて当該シリンダ１内に二つの圧力室Ｒ１，Ｒ２を区画するピストン２と、当該ピストン２に連結されるピストンロッド３と、当該ピストンロッド３の外周をシールするシール部材４とを備えた緩衝器Ｄにおいて、上記ピストンロッド３において上記ピストン２が中立位置にあるときに上記シール部材４に対向する部位を中立部Ｃとし、当該ピストンロッド３における上記中立部Ｃを含む所定の軸方向範囲Ｌの外周径を当該ピストンロッド３の両端側の外周径よりも小径にした小径部３ａを設けたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複筒型緩衝器に関する。

従来の緩衝器にあっては、シリンダと、シリンダ内に摺動自在に挿入されシリンダ内を二つの圧力室に区画するピストンと、ピストンに一端が連結されるピストンロッドとを備えて構成されており、制振対象、たとえば、車両の車体と車軸との間に介装されて車体振動を抑制している。

このような緩衝器の場合、シリンダに出入りするピストンロッドの外周に付着した作動流体がシリンダ外へ漏洩してしまうのを防止すために、ピストンロッドの外周をシールするシール部材を設けていて、シール部材は、ピストンロッドの外周を所定の緊迫力で締め付けてピストンロッドの外周を密にシールしている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００９−３６２５９号公報

ここで、緩衝器は、作動液体を油とするものが一般的であるが、特許文献１の緩衝器のように、減衰力発生応答性を向上させるうえで、圧縮性が小さい流体を用いることが検討されている。

圧縮性が小さい流体としては、たとえば、水や水溶液といった水系の液体等が考えられるが、このような液体は、潤滑性に乏しいため、ピストンロッドとシール部材との間で生じる摩擦力が作動流体に油を使用する油圧緩衝器に比較して大きくなるため、作動流体に水系の液体を使用する緩衝器にあっては、シール部材の緊迫力を油圧緩衝器のそれよりも小さくする必要がある。

このように、シール部材の緊迫力を小さくすると、ピストンロッドとシール部材との間で生じる摩擦力は軽減されるものの、シリンダ外へ突出したピストンロッドの外周に付着した水系の液体の膜厚が厚くなるため、当該液体の蒸発量が多くなり、シリンダ内の液体量が減少してシリンダ内圧が低下し、減衰力を仕様通りに発揮できなくなってしまう可能性がある。

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、作動流体に潤滑性に乏しい液体を選択することができる緩衝器を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の課題解決手段は、シリンダと、当該シリンダ内に摺動自在に挿入されて当該シリンダ内に二つの圧力室を区画するピストンと、当該ピストンに連結されるピストンロッドと、当該ピストンロッドの外周をシールするシール部材とを備えた緩衝器において、上記ピストンロッドにおいて上記ピストンが中立位置にあるときに上記シール部材に対向する部位を中立部とし、当該ピストンロッドにおける上記中立部を含む所定の軸方向範囲の外周径を当該ピストンロッドの両端側の外周径よりも小径にした小径部を設けたことを特徴とする。

本発明の緩衝器によれば、ピストンが中立位置にあるときにシール部材に対向するピストンロッドの部位を中立部とし、ピストンロッドにおける中立部を含む所定の軸方向範囲の外周径をピストンロッドの両端側の外周径よりも小径にした小径部を設けたことで、小径部とシール部材とが対向する範囲ではこれら両者の間で生じる摩擦力が低減され、作動流体に粘度が低く潤滑性に乏しい液体等を使用する場合にあっても、スムーズな伸縮が実現され、他方、緩衝器が大きくストロークする場合には、ピストンロッドの小径部以外の部位がシール部材に対向して、ピストンロッドの外周を密にシールするため、小径部以外の部位の外周に付着する作動水の膜厚を薄くし、当該液体の蒸発量を低減させることができ、シリンダ内の液体量が減少してシリンダ内圧が低下し、減衰力を仕様通りに発揮できなくなってしまう不具合を解消することができる。

よって、緩衝器によれば、粘度が低く蒸発しやすい液体を作動流体に選んでも、頻繁に使用されるストローク範囲では、摩擦力を低減することで車両における乗り心地を向上することができるとともに、シリンダ内の液体量の減少を防止して緩衝器の機能劣化を防止することができ、車両における乗り心地と緩衝器の機能維持を両立させることができる。すなわち、この緩衝器によれば、粘度が低く蒸発しやすい液体を作動流体に選ぶことができるのである。

一実施の形態における緩衝器の縦断面図である。 一実施の形態における緩衝器のピストンロッドとシール部材の一部拡大断面図である。 一実施の形態の一変形例における緩衝器のピストンロッドとシール部材の一部拡大断面図である。

図１に示すように、一実施の形態における緩衝器Ｄは、シリンダ１と、シリンダ１内に摺動自在に挿入されてシリンダ１内に二つの圧力室としての上室Ｒ１と下室Ｒ２を区画するピストン２と、ピストン２に連結されるピストンロッド３と、当該ピストンロッドの外周をシールするシール部材４とを備えて構成されている。そして、シリンダ１内には、作動流体として水系の液体であるグリコール水溶液（以下、「作動水」という）が充填されている。この場合、緩衝器Ｄは、シリンダ１を覆う外筒５を備えてシリンダ１と外筒５との間でリザーバＲを形成しており、複筒型の緩衝器とされているが、シリンダ１内に気室を形成するアキュムレータやフリーピストンを設けた単筒型の緩衝器とされてもよい。

ピストン２は、ピストンロッド３の先端３ｂに固定されてシリンダ１内に摺動自在に挿入され、上述のように、作動水が充填されているシリンダ１内を２つの圧力室である上室Ｒ１および下室Ｒ２に区画している。さらに、ピストン２は、上記上室Ｒ１から下室Ｒ２へと向かう作動水の流れのみを許容する伸側通路２ａと、下室Ｒ２から上室Ｒ１へ向かう作動水の流れのみを許容する圧側通路２ｂと、伸側通路２ａの途中に設けられ伸側通路２ａを上室Ｒ１から下室Ｒ２へ向かう作動水の流れのみを許容する一方通行の通路とするとともにこの伸側通路２ａを通過する作動水の流れに抵抗を与える減衰バルブ２ｃと、圧側通路２ｂの途中に設けられ圧側通路２ｂを下室Ｒ２から上室Ｒ１へ向かう作動水の流れのみを許容する一方通行の通路とするチェックバルブ２ｄとを備えている。なお、減衰バルブ２ｃは、リーフバルブやポペットバルブを用いることで伸側通路２ａを上室Ｒ１から下室Ｒ２へ向かう作動水の流れのみを許容する一方通行の通路に設定するようになっているが、下室Ｒ２から上室Ｒ１へ向かう流れをも可能とするバルブとされてもよく、その場合、圧側通路２ｂとチェックバルブ２ｄを廃止することも可能である。

シリンダ１と外筒５の上端には、ピストンロッド３を軸支する環状のロッドガイド６が取り付けられており、シール部材４は、ロッドガイド６に積層され、外筒５の上端管端部を外周側から加締めて外筒５およびシリンダ１に固定されている。

ロッドガイド６は、環状であって外筒５に嵌合してリザーバＲの上端を閉塞するロッドガイド本体６ａと、ロッドガイド本体６ａの図１中下端側に設けられシリンダ１の上端に嵌合されてシリンダ１の上端を閉塞する環状の凸部６ｂと、ロッドガイド本体６ａの内周に設けた環状の凹部６ｃと、内周に設けられてピストンロッド３の外周に摺接する筒状のベアリング６ｄとを備えている。

また、凹部６ｃにおける側壁には段部６ｅが形成されており、ロッドガイド６には、当該段部６ｅより上方側からロッドガイド本体６ａを貫いてリザーバＲへ通じる透孔６ｆが設けられている。

そして、このロッドガイド６の図１中上方にはシール部材４が積層されており、このシール部材４は、外筒５の上端加締めによってロッドガイド６とともに外筒５とシリンダ１とで挟持されて、シリンダ１および外筒５に一体化されている。

シール部材４は、環板状のインサートメタル４ａと、該インサートメタル４ａの内周に保持されてピストンロッド３の外周に摺接する環状のメインシール４ｂおよびダストシール４ｃと、該インサートメタル４ａの外周側に保持されて外筒５の内周に密着する環状の外周シール４ｄと、インサーメタル４ａの下端に一体化されてロッドガイド６の端部６ｅに離着する環状のチェックシール４ｅとを備えて構成されている。

そして、ピストンロッド３は、シリンダ１の図１中上端側に嵌合される環状のロッドガイド６の内周に保持されたベアリング６ｄ内に挿通されてシリンダ１外へ突出させてある。

また、ピストンロッド３は、図１および図２に示すように、ピストン２が中立位置にあるときにシール部材４の内周に対向する部位を中立部Ｃ（図２中網掛け部分）とし、当該中立部Ｃを含む所定の軸方向範囲Ｌの外周径を当該ピストンロッド３の両端側の外周径よりも小径にして設けた小径部３ａを備えている。なお、ピストンロッド３がストロークした際、ピストンロッド３のシール部材４の摺接する範囲における小径部３ａ以外の外周径は、均一な径に設定されていて、ピストンロッド３の当該小径部３ａ以外の外周についてはシール部材４におけるメインシール４ｂおよびダストシール４ｃが緊密に摺接して密にシールすることができるようになっている。

また、ピストン２の中立位置とは、この緩衝器Ｄを図示しない車両における車体と車軸との間に懸架ばねと並列させて介装した際に、ピストン２がシリンダ１に対して採る位置であり、車体重量のうち緩衝器Ｄと懸架ばねが弾性支持する重量と、緩衝器Ｄのロッド反力および懸架ばねのばね反力が釣り合った状態におけるピストン２のシリンダ１に対する位置の事である。緩衝器Ｄは、この場合、片ロッド型の緩衝器であるため、緩衝器Ｄは、シリンダ１内の圧力を受けて常に伸長方向の力を発揮しており、この力がロッド反力である。したがって、この緩衝器Ｄのロッド反力と懸架ばねのばね反力で車体の重量の一部を支えており、この状態におけるピストン２のシリンダ１に対する位置が中立位置であり、当該中立位置は、必ずしもシリンダ１の中央や緩衝器Ｄのストローク中心に一致するものではない。この緩衝器Ｄは、車両走行中に車体が振動すると、ピストン２は、シリンダ１に対して概ね上記した中立位置を中心に振動を繰り返すので、ピストンロッド３も概ねシール部材４に対して中立部Ｃを中心に振動することになる。

そして、上記した小径部３ａは、この実施の形態の場合、中立部Ｃを軸方向で中央として両側に所定長さとなる範囲を小径にして形成されており、この例では、上記所定長さを５ｍｍとし、シール部材４の軸方向長さ（メインシール４ｂからダストシール４ｃまでの長さ）を１ｃｍとして、小径部３ａの長さを合計で２ｃｍとしてある。

ここで、緩衝器Ｄは、車両が舗装路を走行して振動する場合、シリンダ１に対するピストン２の中立位置からの変位は、中立位置から軸方向の両側へ各５ｍｍ以内となる場合が多く、この範囲内での振動が頻繁する。この緩衝器Ｄの場合、ピストンロッド３がシール部材４に対して図１中上下方向へ移動する際、つまり、ピストンロッド３がストロークする際に、頻繁にシール部材４の内周に対向する範囲を軸方向範囲Ｌとしていて、この範囲Ｌの外周径を小径に設定して小径部３ａとしているのである。このように、小径部３ａは、ピストンロッド３が頻繁にストロークする範囲（頻繁ストローク範囲）において、シール部材４の内周に対向するようになっている。なお、車両が舗装路を走行する場合におけるピストンロッド３のシリンダ１に対してストローク量が±２．５ｍｍ以内である頻度は８０％程度、±５ｍｍ以内である頻度は９０％程度、±１０ｍｍ以内である頻度は９６％程度であり、小径部３ａの長さをシール部材４の軸方向長さに５ｍｍ程度に設定すれば、ピストンロッド３がストロークする場合の大半においてシール部材４が小径部３ａの軸方向範囲に収まるようになる。

なお、小径部３ａの軸方向長さは、緩衝器Ｄの伸側減衰力と圧側減衰力とが異なることが多く、同じ外力が作用してもストローク量が異なることがあるので、必ずしも中立部Ｃを中心に設定しなくとも良い。また、小径部３ａの外周径は、シール部材４のメインシール４ｂおよびダストシール４ｃが摺接可能な径であって、メインシール４ｂおよびダストシール４ｃに対してピストンロッド３が図１中上下方向へ移動する際に、メインシール４ｂおよびダストシール４ｃが小径部３ａを締め付ける緊迫力によってこれらの間に生じる摩擦力を低減できるような径に設定される。具体的には、たとえば、本緩衝器Ｄに使用される液体を使用した場合におけるシール部材４と小径部３ａで生じる摩擦力が、潤滑性に富む油を用いる場合におけるシール部材４とピストンロッド３の小径部３ａ以外の部位の摩擦力と同程度となるように、小径部３ａの外周径を設定する。小径部３ａは、軸方向範囲Ｌの全長において、均一な径に設定されずともよく、図２に示すように、ピストンロッド３の小径部３ａの軸方向両端の外周径をテーパ状に徐々に小径部３ａ以外の外周径へとなだらかに変化させるように設定してあり、ピストンロッド３における小径部３ａと小径部３ａ以外の部位の境に段差が形成されないように配慮されている。また、たとえば、図３に示すように、中立部Ｃを最も小径にして、中立部Ｃから離れれば離れるほど径が大きくなるように設定したり、中立部Ｃを小径部３ａ中で最も径を大きくしたり、任意に設定することができる。

つづいて、シリンダ１の下端は、バルブケース７で閉塞されており、このバルブケース７には、下室Ｒ２とリザーバＲとを連通する排出通路７ａおよび吸込通路７ｂと、排出通路７ａの途中に設けられ排出通路７ａを通過する作動水の流れに抵抗を与える減衰バルブ７ｃと、吸込通路７ｂの途中に設けられ吸込通路７ｂをリザーバＲから下室Ｒ２へ向かう作動水の流れのみを許容する一方通行の通路とするチェックバルブ７ｄとを備えて構成されている。なお、減衰バルブ７ｃは、作動水の流れに抵抗を与えることができればよいので、オリフィスやリーフバルブといった各種のバルブを用いることができるが、リーフバルブやポペットバルブのように排出通路７ａを下室Ｒ２からリザーバＲへ向かう作動水の流れのみを許容する一方通行の通路に設定するバルブとされてもよい。このバルブケース７は、外筒５の下端に固定されるキャップ８とシリンダ１との間で挟持されて、シリンダ１および外筒５に一体化される。外筒５の下端をキャップ８で閉塞する代わりに、外筒５自体が底部を備える有底筒状としてもよい。

そして、この緩衝器Ｄにあっては、ピストン２がシリンダ１に対して図１中上方向に移動して伸長作動すると、伸側通路２ａを介して上室Ｒ１内から下室Ｒ２内へ移動する作動水の流れに減衰バルブ２ｃで抵抗を与えて伸側減衰力を発生する。この伸長作動時には、シリンダ１内からピストンロッド３が退出する体積分の作動水が不足するので、吸込通路７ｂを介してリザーバＲから下室Ｒ２内に当該不足分の作動水が供給される。

他方、ピストン２がシリンダ１に対して図１中下方向に移動して緩衝器Ｄが収縮すると、作動水は、圧側通路２ｂを介して下室Ｒ２内から上室Ｒ１内へ移動するとともに、シリンダ１内へ侵入するピストンロッド３の体積分の作動水が排出通路７ａを介してリザーバＲへ流出する。そして、緩衝器Ｄは、圧縮行程時には上述した作動水の流れに減衰バルブ７ｃで抵抗を与えて圧側減衰力を発生する。

なお、この緩衝器Ｄの場合、作動流体として水系の液体を採用しており、水系の液体は油に比較して圧縮性が小さいので、油に比較して減衰力発生の応答性を向上させることができる。なお、水系の液体は、水単体の他、本実施の形態のように、水にグリコール類等の添加剤を加えた水溶液をも含む概念であり、また、緩衝器Ｄを構成する金属部品の錆を防止するために防錆剤を添加したものを使用するようにしてもよい。また、上述のように、グリコール水溶液を用いているので、凝固点を水単体よりも低下させることができるので、寒冷地においても緩衝器Ｄの機能を維持発揮することができる
上述のように本実施の形態の緩衝器Ｄは構成され、つづいて緩衝器Ｄの作用について説明する。上記したように、本実施の形態におけるピストンロッド３には両端側よりも小径となる小径部３ａが設けられている。そして、緩衝器Ｄは、車両が舗装路を走行する際に、頻繁にシール部材４に対向するピストンロッド３の部位は、この小径部３ａであり、ピストンロッド３とシール部材４との間で生じる摩擦力はピストンロッド３の小径部３ａ以外とシール部材４との間で生じる摩擦力よりも小さい。

そのため、緩衝器Ｄにおいてピストンロッド３が頻繁にストロークする範囲内では、ピストンロッド３とシール部材４との間の摩擦力が低減され、作動流体に、粘度が低く潤滑性に乏しい水系の液体等を使用する場合にあっても、スムーズな伸縮が実現されて、狙い通りの減衰力を発揮することができ、圧縮性が小さい液体を使用することで減衰力発生応答性が作動油を用いた緩衝器に比較して飛躍的に向上する。

そして、緩衝器Ｄが大きくストロークする場合には、ピストンロッド３の小径部３ａ以外の部位がシール部材４に対向して、ピストンロッド３の外周を密にシールするので、小径部３ａ以外の部位の外周に付着する作動水の膜厚を薄くするので、摩擦力を低減するためにピストンロッド３の全長に亘って外周径を小さくすることに比較して、当該作動水の蒸発量を低減させることができ、シリンダ１内の液体量が減少してシリンダ内圧が低下し、減衰力を仕様通りに発揮できなくなってしまう不具合も解消することができる。

よって、緩衝器Ｄによれば、粘度が低く蒸発しやすい液体を作動流体に選んでも、頻繁に使用されるストローク範囲では、摩擦力を低減することで車両における乗り心地を向上することができるとともに、シリンダ内の液体量の減少を防止して緩衝器の機能劣化を防止することができ、車両における乗り心地と緩衝器の機能維持を両立させることができる。すなわち、この緩衝器Ｄによれば、粘度が低く蒸発しやすい液体を作動流体に選ぶことができるのである。

さらに、小径部３ａがピストンロッド３の頻繁ストローク範囲において、シール部材４に対向するようになっており、当該頻繁ストローク範囲内では、ピストンロッド３とシール部材４との間の摩擦力が低減されるから、緩衝器Ｄの常用域において、車両における乗り心地を向上することができ、ピストンロッド３が大きくストロークする場合には、車体姿勢の安定が求められて乗心地を然程求められないので、このようにしても、車両の乗心地が問題になることは無い。

なお、図３に示すように、小径部３ａの中立部Ｃの外周径を小径部３ａの他の部位の外周径よりも大径に設定する場合、車両停車中における液体の蒸発量を低減することができるとともに、中立部Ｃにシール部材４が対向する際の摩擦力を少々大きくしておくことで、ピストンロッド３がシール部材４に対して微振幅の振動を呈する場合においてピストンロッド３に吊られてシール部材４のメインシール４ｂおよびダストシール４ｃを弾性変形しやすくなり、メインシール４ｂおよびダストシール４ｃの弾性変形によって生じる弾性力でピストンロッド３の振動を抑制することができる利点がある。

また、ピストンロッド３の小径部３ａの軸方向両端の外周径がテーパ状に徐々に小径部３ａ以外の外周径へとなだらかに変化させるように設定することで、小径部３ａとそれ以外の部位との境に段差が形成されず、シール部材４におけるメインシール４ｂとダストシール４ｃの摩耗を抑制することができ、また、段差乗り越え時に生じる衝撃をピストンロッド３に与えることがないので、より一層車両における乗り心地が向上する。

上記したところでは、作動流体を、水系の液体としているが、粘度が低く潤滑性に乏しく蒸発しやすい液体を作動流体に選ぶ場合、本発明の効果が発揮されることは当然である。

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。

本発明のバルブ構造は、緩衝器のバルブに利用することができる。

１ シリンダ
２ ピストン
３ ピストンロッド
３ａ 小径部
４ シール部材
Ｃ 中立部
Ｄ 緩衝器
Ｌ 軸方向範囲
Ｒ１ 圧力室としての上室
Ｒ２ 圧力室としての下室

Claims (4)

1. シリンダと、当該シリンダ内に摺動自在に挿入されて当該シリンダ内に二つの圧力室を区画するピストンと、当該ピストンに連結されるピストンロッドと、当該ピストンロッドの外周をシールするシール部材とを備えた緩衝器において、上記ピストンロッドにおいて上記ピストンが中立位置にあるときに上記シール部材に対向する部位を中立部とし、当該ピストンロッドにおける上記中立部を含む所定の軸方向範囲の外周径を当該ピストンロッドの両端側の外周径よりも小径にした小径部を設けたことを特徴とする緩衝器。
2. 上記小径部の軸方向長さは、シール部材の軸方向長さの両側にそれぞれ１０ｍｍ以下の長さを加算した長さに設定されることを特徴とする請求項１に記載の緩衝器。
3. 上記小径部の軸方向両端の外周径を、テーパ状に徐々に上記ピストンロッドの小径部以外の外周径へとなだらかに変化させたことを特徴とする請求項１または２に記載の緩衝器。
4. 上記小径部の中立部の外周径を当該小径部の他の部位の外周径よりも大径に設定したことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の緩衝器。

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