JP2016023741A

JP2016023741A - ピストンおよび緩衝器

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Publication number: JP2016023741A
Application number: JP2014149354A
Authority: JP
Inventors: 三輪　昌弘; Masahiro Miwa; 昌弘三輪; 雄介松下; Yusuke Matsushita
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2014-07-23
Filing date: 2014-07-23
Publication date: 2016-02-08
Anticipated expiration: 2034-07-23
Also published as: US20170204930A1; DE112014006830T5; WO2016013129A1; CN106662194A; JP6408818B2

Abstract

【課題】安価なコストで製造可能なピストンおよび緩衝器を提供することである。
【解決手段】上記した目的を解決するために、本発明における課題解決手段は、ピストン２のポート１６の断面形状を両端の円弧が同一円周上にある角丸長方形とした。これにより、ピストン２を焼結加工する際に使用されるポート１６を成形する型３４を安価かつ容易に製造することができる。その結果、型３４が安価となるため、ピストン２および緩衝器Ｄを安価なコストで製造することが可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ピストンおよび緩衝器の改良に関する。

この種のピストンは、たとえば、緩衝器のシリンダ内に摺動自在に挿入されてシリンダ内を二つの圧力室に区画するとともに、緩衝器が伸長する際に作動油を通過させる伸側ポートと緩衝器が収縮する際に作動油を通過させる圧側ポートとを有している。また、ピストンの上下にはリーフバルブが積層されて、伸側ポートと圧側ポートの出口端をこれらリーフバルブで開閉するようになっており、緩衝器の伸縮時に伸側ポートおよび圧側ポートを通過する作動油の流れに上記リーフバルブで抵抗を与えて上記した二つの圧力室内の圧力に差を生じせしめて減衰力を発生するようになっている。

ところで、近年、車両の車体と車輪との間に介装されてサスペンション装置に組み込まれる緩衝器にあっては、車両における乗り心地向上の観点から、伸側の減衰力特性については特に、ピストン速度が低速域にあるときには減衰力が速やかに立ち上がり、ピストン速度が高速域に達すると減衰力のピストン速度に対する上昇割合が小さくなる飽和特性が好まれるようになってきている。

このような減衰力特性を実現することで、緩衝器は、ピストン速度が低速域にある際には車体の振動をしっかり抑制できるとともに、ピストン速度が高速域にある際には減衰力過多となることがなく、これによって、車両における乗り心地を向上することができる。

ここで、前述した減衰力特性を実現するには、リーフバルブの受圧面積を可能な限り増やし、リーフバルブが着座する弁座径を大きくすることに加えて、ポートの断面積を大きくすることが求められる。

リーフバルブの受圧面積を大きくすることで少ない圧力で大きな力をリーフバルブに作用させることができ、また、弁座径を大きくすることでリーフバルブの内周支持部から弁座までの長さが長くなり、リーフバルブの撓み剛性を小さくすることができる。さらに、ポート断面積を大きくすることでポートを作動油が通過する際の抵抗を小さくすることができる。このようにすることで、リーフバルブが撓みやすくなるともに弁座から離間した際に弁座とリーフバルブとで形成される隙間も大きくなり、ポートの抵抗が小さくなって、ピストン速度が高速域にある際にリーフバルブが作動油の流れに与える抵抗を低減することができ、前述の飽和特性を実現することができる（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１９００４４号公報

前記したように、ポートの断面積を大きくすることが好ましいが、円形ポートを採用する場合、ピストンにおけるリーフバルブが着座する弁座と、ピストンにおけるリーフバルブの内周が固定される内周シート部との間にポートを収める必要がある関係で、ポート断面積の大型化には限界がある。

そのため、現状では、ポートの断面積を円弧状として、断面積の大型化を図っている。円弧状のポートをピストンに設ける場合、孔開け加工によって行うことも可能ではあるが、加工が面倒である。他方、ピストンは、焼結加工で製造されるのが一般的であるので、このようなポートをピストンに形成する場合、ポートを型で形成するようになる。

具体的には、焼結型にポート形成用の型を挿入することでピストンの加工が行われるが、ポートが円弧状である場合、ポートを形成する型の断面形状も円弧状となるから、型を製造するには非常にコストがかかってしまうという問題がある。

そこで、本発明は前記不具合を改善するために創案され、その目的とするところは、安価なコストで製造可能なピストンおよび緩衝器を提供することである。

上記した目的を解決するために、本発明における課題解決手段は、ピストンのポートの断面形状を両端の円弧が同一円周上にある角丸長方形とした。これにより、ピストンを焼結加工する際に使用されるポートを成形する型を安価かつ容易に製造することができる。その結果、型が安価となるため、ピストンおよび緩衝器を安価なコストで製造することが可能となる。

本発明の緩衝器およびピストンによれば、ピストンおよび緩衝器を安価なコストで製造することが可能となる。

一実施の形態における緩衝器の縦断面図である。一実施の形態の緩衝器におけるピストンの拡大縦断面図である。一実施の形態の緩衝器におけるピストン本体の底面図である。一実施の形態の緩衝器におけるピストン本体の平面図である。一実施の形態の緩衝器におけるピストンを成形する型の断面図ある。（Ａ）金属粉末材料の充填する準備状態の型を示した図である。（Ｂ）金属粉末材料が充填された型を示した図である。（Ｃ）金属粉末材料を型で加圧している状態を示した図である。

以下、本発明の緩衝器Ｄを図に基づいて説明する。一実施の形態における緩衝器Ｄは、図１に示すように、シリンダ１と、シリンダ１内に摺動自在に挿入されて前記シリンダ１内を伸側室Ｒ１と圧側室Ｒ２とに区画するピストン２と、一端がピストン２に連結されて他端がシリンダ１外へ突出するピストンロッド３とを備えて構成されている。

そして、この実施の形態の緩衝器Ｄにあっては、シリンダ１内の図中下方に当該シリンダ１の内周に摺接して圧側室Ｒ２と気体室Ｇとを区画する摺動隔壁７が設けられており、伸側室Ｒ１および圧側室Ｒ２には作動油等の液体が充満されている。なお、前記した伸側室Ｒ１および圧側室Ｒ２内に充填される液体は、作動油以外にも、たとえば、水、水溶液といった液体を使用することもできる。気体室Ｇ内には、窒素などの不活性ガスが充填されているが、不活性ガス以外の気体を充填することも可能である。

シリンダ１は、図１中下端がボトムキャップ４により閉塞されており、図１中上端には、ピストンロッド３を摺動自在に軸支する環状のロッドガイド５が装着されている。また、シリンダ１の図１中上端であって、ロッドガイド５の図１中上方には、ピストンロッド３の外周に摺接してシール部材６が装着されている。このシール部材６は、ピストンロッド３の外周をシールして、シリンダ１内の液体の漏洩を阻止している。

ピストン２は、図１から図３に示すように、中央にピストンロッド３が挿通される孔１３を有する円盤状のピストン本体１２と、ピストン本体１２の一端である図２中下端から軸方向に突出する環状弁座１４と、ピストン本体１２の一端の環状弁座１４より内周側から軸方向へ突出する環状の内周シート部１５と、ピストン本体１２の一端であって環状弁座１４の内周側であって内周シート部１５の外周側から軸方向に沿って他端である図２中上端に通じる複数のポートである伸側ポート１６と、ピストン本体１２の外周に設けた環状溝１７と、ピストン本体１２の他端から開口して環状溝１７へ通じる圧側ポート１８と、ピストン本体１２の他端に設けられて伸側ポート１６を避けて圧側ポート１８のみを取り囲む花弁型の弁座１９とを備えて構成されており、ピストン本体１２の外周には合成樹脂製の円筒状のピストンリング２０が装着されている。

ピストン本体１２は、中央に設けられた軸方向に貫通する孔１３と、外周に設けられた環状溝１７とを備えており、環状溝１７より図１中下方側の一端側が他端側よりも小径に設定されている。

環状弁座１４は、ピストン本体１２の一端である図２中下端の外周縁付近から図１中下方へ突出するように設けられている。内周シート部１５は、環状であってピストン本体１２の一端から図１中下方へ突出して図２中下端の孔１３を取り囲むように設けられている。

伸側ポート１６は、図２および図３に示すように、図示したところでは四つ設けられており、図２中横方向に切った断面形状が角丸長方形であって途中で変化せず、両端の辺が図３中破線で示す仮想円Ｃの円周上にある円弧となっている。つまり、伸側ポート１６の断面形状は、仮想円Ｃを平行な線で切り落とした形状となっている。また、伸側ポート１６は、ピストン本体１２の一端である図２中下端であって環状弁座１４と内周シート部１５との間から開口して軸方向に伸びてピストン本体１２の他端である図２中上端に通じている。

圧側ポート１８は、図示したところでは、四つ設けられており、ピストン本体１２の他端である図２中上端から開口して環状溝１７へ通じている。シリンダ１内にピストン２が摺動自在に挿入されても、ピストン本体１２の環状溝１７よりも図２中上端側が小径となっているので、環状溝１７がシリンダ１によって閉塞されず、圧側ポート１８による伸側室Ｒ１と圧側室Ｒ２との連通が確保されている。

さらに、ピストン本体１２の他端である図２中上端には、図４に示すように、花弁型の弁座１９が図中上方へ向けて突出して設けられており、圧側ポート１８のピストン本体１２の他端側の開口部がこの弁座１９によって取り囲まれている。また、弁座１９は、伸側ポート１６のピストン本体１２の他端側の開口部を避けるようにして設けられている。

また、ピストン２の伸側室Ｒ１に面する他端である図１中上端には、弁座１９に着座する環状の圧側リーフバルブＶ１が積層されており、ピストン２の圧側室Ｒ２に面する一端である図１中下端には、環状弁座１４に着座する環状の伸側リーフバルブＶ２が積層されている。

ピストン２に圧側リーフバルブＶ１および伸側リーフバルブＶ２を積層した状態で、これらをピストンロッド３の先端に設けた小径なピストン装着部３ａの外周に組み付けた後、ピストン装着部３ａの先端の螺子部３ｂにピストンナット８を装着して締め付けることで、ピストン２、圧側リーフバルブＶ１および伸側リーフバルブＶ２がピストンロッド３に固定される。

このように、ピストンロッド３に、ピストン２、圧側リーフバルブＶ１および伸側リーフバルブＶ２が固定されると、圧側リーフバルブＶ１および伸側リーフバルブＶ２は、外周の撓みが許容されつつその内周がピストンロッド３に固定される。

圧側リーフバルブＶ１は、弁座１９に着座した状態では、圧側ポート１８を閉塞し、外周側撓むと圧側ポート１８を開放するようになっていて、圧側ポート１８を開閉することができる。弁座１９は伸側ポート１６を避けて圧側ポート１８のみを取り囲んでいるので、圧側リーフバルブＶ１を弁座１９に着座させても伸側ポート１６の図１中上端は閉塞されることはない。伸側リーフバルブＶ２は、環状弁座１４に着座した状態では、伸側ポート１６を閉塞し、外周側撓むと伸側ポート１６を開放するようになっていて、伸側ポート１６を開閉することができる。圧側ポート１８は、環状溝１７に通じていて圧側室Ｒ２に常に連通されるようになっている。シリンダ１とピストン本体１２の環状溝１７よりも図１中上方側の外周との間に隙間を設けておけば、環状溝１７が隙間を介して伸側室Ｒ１に連通され、緩衝器Ｄの収縮行程において圧側室Ｒ２から伸側室Ｒ１へ圧側ポート１８を通じて液体の移動が可能となる。これにより、伸側ポート１６を取り囲む環状弁座１４の形状を環状とするとともに内外径もシリンダ１の内径に近づけて大径化することができ、伸側リーフバルブＶ２の受圧面積を大きくすることができる。

シリンダ１内をピストン２が図１中下方へ移動して緩衝器Ｄが収縮する場合、圧縮されて圧力上昇する圧側室Ｒ２の圧力により伸側リーフバルブＶ２がピストン２側へ押圧されて伸側ポート１６が閉塞される一方、圧側ポート１８を介して圧側室Ｒ２の圧力を受ける圧側リーフバルブＶ１は撓んで弁座１９から離座して圧側ポート１８を開放する。圧側リーフバルブＶ１は、圧側ポート１８を通過して圧側室Ｒ２から伸側室Ｒ１へ移動する液体の流れに抵抗を与えるため、緩衝器Ｄは、前記収縮を妨げる圧側減衰力を発揮する。

反対に、シリンダ１内をピストン２が図１中上方へ移動して緩衝器Ｄが伸長する場合、圧縮されて圧力上昇する伸側室Ｒ１の圧力により圧側リーフバルブＶ１がピストン２側へ押圧されて圧側ポート１８が閉塞される一方、伸側ポート１６を介して伸側室Ｒ１の圧力を受ける伸側リーフバルブＶ２は撓んで環状弁座１４から離座して、伸側ポート１６を開放する。伸側リーフバルブＶ２は、伸側ポート１６を通過して伸側室Ｒ１から圧側室Ｒ２へ移動する液体の流れに抵抗を与えるため、緩衝器Ｄは、前記伸長を妨げる伸側減衰力を発揮する。

前述したように、伸側ポート１６を取り囲む環状弁座１４の形状を環状とするとともに内径もシリンダ１の内径に近づけて大径化することができるので、伸側室Ｒ１の圧力を受ける伸側リーフバルブＶ２の受圧面積を大きくすることができるとともに、伸側リーフバルブＶ２の環状弁座１４へ着座する部位の径も大きくすることができる。

このように、伸側リーフバルブＶ２の受圧面積を大きくすることができるので、小さな圧力でも伸側リーフバルブＶ２を撓ませる力を大きくすることができる。また、伸側リーフバルブＶ２の環状弁座１４へ着座する部位の径も大きくすることができるから、伸側リーフバルブＶ２の撓み剛性を低くすることができる。さらに、伸側ポート１６は、断面が角丸長方形であるので、環状弁座１４と内周シート部１５との間に無理なく配置することができるとともに、断面積を大きくとることができる。よって、伸側リーフバルブＶ２を小さな圧力で大きく撓ませることができ、緩衝器Ｄの伸長行程時におけるピストン速度が高速域に達する場合、伸側リーフバルブＶ２が大きく撓んで伸側ポート１６を開放することができ、伸側ポート１６の断面積も大きく確保される。よって、本発明の緩衝器Ｄにあっては、伸長行程時において、ピストン速度が低速域にあるときには減衰力が速やかに立ち上がり、ピストン速度が高速域に達すると減衰力のピストン速度に対する上昇割合が小さくなる飽和特性を実現することができる。シリンダ１内に出入りするピストンロッド３の体積は、摺動隔壁７がシリンダ１内で移動することで気体室Ｇを圧縮或いは膨張させることで吸収される。よって、この緩衝器Ｄは、単筒型緩衝器とされているが、図示はしないが、シリンダ１の下端にベースバルブを設けてシリンダ外にリザーバを設けるいわゆる復筒型緩衝器として構成されてもよい。

つづいて、ピストン２を製造工程について説明する。ピストン２は、焼結加工によって成形される。ピストン２を成形する型は、図５に示すように、金属粉末が内部に投入される外型となる円筒状のダイ３１と、ダイ３１内に摺動自在に挿入可能な下型としての下方パンチ３２と、下方パンチ３２の中央を軸方向に摺動自在に貫いてピストン２にピストンロッド３が挿通される孔１３を形成する円柱状のセンターコア３３と、下方パンチ３２を軸方向に摺動自在に貫いてピストン２に伸側ポート１６を形成する第一サイドコア３４と、下方パンチ３２を軸方向に摺動自在に貫いてピストン２に圧側ポート１８を形成する第二サイドコア３５と、ダイ３１内に摺動自在に挿入可能であってセンターコア３３および第一サイドコア３５が摺動自在に挿入可能な孔３６ａ，３６ｂを備えた上型としての上方パンチ３６とを備えている。

下方パンチ３２は、ダイ３１内で摺動自在に挿入されて、ダイ３１内で移動可能とされている。そして、下方パンチ３２は、中央に設けられてセンターコア３３の挿入を許容する孔３２ａと、伸側ポート１６および圧側ポート１８に符合する位置に設けられて第一サイドコア３４および第二サイドコア３５の挿入を許容する孔３２ｂ，３２ｃとを備える。また、下方パンチ３２の図５中上端には、ピストン２に弁座１９を形成するための凹凸が設けられている。

上方パンチ３６は、ダイ３１内で摺動自在に挿入されて、ダイ３１内で移動可能とされている。そして、上方パンチ３６は、中央に設けられてセンターコア３３の挿入を許容する孔３６ａと、伸側ポート１６に符合する位置に設けられて第一サイドコア３４の挿入を許容する孔３６ｂとを備える。また、上方パンチ３６の図５中下端には、ピストン２に環状弁座１４および内周シート部１５を形成するための凹凸が設けられている。

センターコア３３は、円柱状であって下方パンチ３２および上方パンチ３６の孔３２ａ，３６ａに摺動自在に挿通可能とされている。第一サイドコア３４は、横断面形状が両端の円弧が同一円周上にある角丸長方形とされていて、伸側ポート１６と同一形状とされている。そして、第一サイドコア３４は、下方パンチ３２および上方パンチ３６の孔３２ｂ，３６ｂに摺動自在に挿通可能とされている。第一サイドコア３４の製造に当たっては、丸棒の側面に平行な二面を形成するように削る加工を施すことで製造することができるため、第一サイドコア３４を安価且つ簡単に製造することができる。

第二サイドコア３５は、横断面形状が円弧状とされており、圧側ポート１８と同一形状とされている。そして、第二サイドコア３５は、下方パンチ３２の孔３２ｃに摺動自在に挿通可能とされている。なお、第二サイドコア３５の横断面形状についても両端の円弧が同一円周上にある角丸長方形とされもよく、そのようにすることで、第二サイドコア３５を安価且つ簡単に製造することができる。

このように構成された型でピストン２を成形するには、図６（Ａ）に示すように、まず、ダイ３１内に下方パンチ３２を挿入するともに、下方パンチ３２内にセンターコア３３、第一サイドコア３４および第二サイドコア３５を挿入しこれらをダイ３１に配置する。第二サイドコア３５は、圧側ポート１８を形成するための型であり、圧側ポート１８はピストン２の他端へ貫通しないので、上端が上方パンチ３６に到達しないように配慮される。

つづいて、図６（Ｂ）に示すように、この状態を維持したまま、ダイ３１内に金属粉末材料Ｐを充填し、図６（Ｃ）に示すように、金属粉末材料Ｐを加熱しつつ上方から上方パンチ３６をダイ３１内に押し込んで金属粉末材料Ｐを加圧する。すると、金属粉末材料Ｐがダイ３１内で下方パンチ３２と上方パンチ３６によって加圧されて、型通りの形状に固められてピストン２が成形される。なお、上記した型の構造は、一例であって、ピストン２の形状により最適なように設計変更することができる。焼結加工終了後、型から取り外したピストン２に切削などによって環状溝１７を形成すれば、ピストン２が完成される。

このように、ピストン２の伸側ポート１６の断面形状が両端の円弧が同一円周上にある角丸長方形とされるので、ピストン２を焼結加工する際に使用される伸側ポート１６を形成する型を安価かつ容易に製造することができる。型が安価となるため、本発明のピストン２および緩衝器Ｄによれば、安価なコストでピストン２および緩衝器Ｄを製造することが可能となる。

また、本実施の形態では、伸側ポート１６のみの断面形状が両端の円弧が同一円周上にある角丸長方形とされているが、圧側ポート１８の断面形状を伸側ポート１６の断面形状と相似する角丸長方形としてもよく、そのようにすることで、ピストン２を成形する型がより一層安価に製造できることになり、より低コストでピストン２および緩衝器Ｄを製造することが可能となる。

さらに、少なくとも一つ以上のポートの形状を前述の角丸長方形とすれば、本発明の効果を発揮でき、ピストン２の形状については、前述した本実施の形態の形状に限定されるものではない。

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。

１シリンダ
２ピストン
１２ピストン本体
１４環状弁座
１６ポート（伸側ポート）
Ｄ緩衝器
Ｒ１伸側室
Ｒ２圧側室

Claims

円盤状のピストン本体と、
前記ピストン本体の一端から軸方向に突出する環状弁座と、
前記ピストン本体の一端であって前記環状弁座の内周側から軸方向に沿って他端に通じる一つまたは複数のポートとを備え、
前記ポートの断面形状は、角丸長方形であって途中で変化せず、両端が同一円周上にある円弧となっている
ことを特徴とするピストン。
シリンダと、
前記シリンダ内に摺動自在に挿入されて前記シリンダ内を伸側室と圧側室とに区画するピストンとを備え、
前記ピストンは、
円盤状のピストン本体と、
前記ピストン本体の一端から軸方向に突出する環状弁座と、
前記ピストン本体の一端であって前記環状弁座の内周側から軸方向に沿って他端に通じる一つまたは複数のポートとを備え、
前記ポートの断面形状は、角丸長方形であって途中で変化せず、両端が同一円周上にある円弧となっている
ことを特徴とする緩衝器。