JP3781461B2

JP3781461B2 - 減衰力可変式油圧緩衝器

Info

Publication number: JP3781461B2
Application number: JP28900195A
Authority: JP
Inventors: 朗田中
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1995-11-07
Filing date: 1995-11-07
Publication date: 2006-05-31
Anticipated expiration: 2015-11-07
Also published as: JPH09133171A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、緩衝器が発生するダンパの減衰力を可変制御できるようにした油圧緩衝器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車や自動二輪車等の車両に用いられる緩衝器では、走行条件等によってダンパ減衰力を自由に可変制御できることが望ましい。
【０００３】
そこで従来、例えば図８に示す減衰力可変式油圧緩衝器６０が採用されている。この緩衝器６０は以下のように構成されている。シリンダ６１内をピストン６２により上，下油室６３，６４に画成し、該ピストン６２に形成された副油室６２ｂ内に上記両油室６３，６４を連通する主通路６２ａを開閉する主弁６５を配設する。そして該副油室６２ｂに逆止弁６２ｃを介して上記上，下油室６３，６４の圧力の高い側を連通させるとともに、該副油室６２ｂ内の圧力を逃がすパイロット通路６２ｄをパイロット弁６６で開閉可能とし、かつ該パイロット弁６６の閉方向付勢力を電磁コイル６７で調節可能とする。
【０００４】
この従来の緩衝器６０では、走行条件等に応じて上記電磁コイル６７への通電量を制御することにより、パイロット弁６６のパイロット通路６２ｄの閉力、ひいては主弁６５の閉方向力が制御され、その結果、作動油が主弁６５と主通路６２ａの弁座との開隙間を通って流れる際のダンパ減衰力が可変制御される。
【０００５】
ところがこの緩衝器６０の場合、主弁６５がその移動方向に振動し、圧力変動が発生し易いという問題がある。そこで主弁６５内にダンプリング７０を相対的にスライド自在に挿入配置し、該ダンプリング７０と主弁スライド孔６２ｆとで囲まれた空間をダンピング室７１としたものがある。
【０００６】
上記緩衝器６０では、上記ダンピング室７１内の作動油が主弁６５の開閉動作に伴って該ダンプリング７０と主弁６５との摺動面間の隙間（オリフィス）ａを通って流動することにより主弁６５に働く主弁減衰力が発生し、これにより主弁６５の振動が抑制される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上記従来の緩衝器では、ダンピング室７１内の作動油が上記オリフィスａを流動する際に発生する主弁減衰力は、主弁６５のストローク量（開度）と無関係に常に一定であることから、主弁６５の開度が小さく振動が発生し易い状態だけでなく、主弁６５の開度が全開に近い振動の発生しにくい状態でも上記主弁減衰力が作用する等、不必要な場合にも主弁減衰力が作用するという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたもので、振動の発生（圧力変動）を抑制しながら応答性を向上できる減衰力可変式油圧緩衝器を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、シリンダ内を２つの主油室に画成するピストンに、該２つの主油室を連通する主通路を開閉する主弁と、該主弁に高圧側の主油室内の圧力を閉方向に作用させる副油室と、該副油室と低圧側の主油室内とを連通するパイロット通路を開閉可能に配設され、副油室内の圧力が設定圧を越えると上記パイロット通路を開いて上記副油室から低圧側主油室に作動油を逃がすことにより上記主弁への閉方向力を変化させるパイロット弁と、上記設定圧を可変制御する設定圧可変手段とを備えた減衰力可変式油圧緩衝器において、作動油を、上記副油室内と、上記主弁の移動に伴って容積が変化するダンピング室との間でオリフィスを介して流動させることにより主弁に働く減衰力（主弁減衰力）を発生させ、もって主弁の振動を抑制するダンピング機構を設け、上記主弁の開度が小さい領域にあるときの上記オリフィスの長さを開度が大きい領域にあるときの上記オリフィスの長さより大きくすることにより、上記開度が小さい領域にあるときの上記主弁減衰力を開度が大きい領域にあるときの主弁減衰力より大きく設定したことを特徴としている。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１において、上記主弁減衰力を、主弁の開度が上記小さい領域にあるときに零から所定開度までは一旦増加させて該大きさに保持し、さらに開度が増加するに伴って減少させたことを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１〜図７は請求項１，２の発明の一実施形態による減衰力可変式油圧緩衝器を説明するための図であり、図１は上記緩衝器が採用された懸架装置の模式図、図２は上記緩衝器の要部の断面側面図、図３は上記緩衝器のパイロット弁部分を示す図、図４，図５，図７は上記緩衝器の作用効果を説明するための特性図、図６はダンピング機構部分の拡大図である。
【００１２】
図において、１は本実施形態緩衝器が採用された懸架装置であり、該懸架装置１は、車輪２が軸支されたサスペンションアーム３を車体４により上下揺動自在に枢支し、該アーム３と車体４との間にコイルスプリング５，及び緩衝器６を介設した構造のものである。
【００１３】
上記緩衝器６は、下端部が上記サスペンションアーム３に連結されたシリンダ７内をピストン９により上，下主油室７ａ，７ｂに画成してなり、該ピストン９に接続されたピストンロッド１０の上端部が上記車体４に連結されている。そして、上記車輪２の上下動によりピストン９がシリンダ７内を相対的に上下移動することにより所定の減衰力が発生するようになっている。
【００１４】
また、上記ピストン９のシリンダ７に対する相対移動速度や位置、及び車両の走行速度，操舵角，加減速度等の走行条件を示すデータを検出するセンサ１１と、上記走行条件に応じて上記緩衝器６の減衰特性を予め設定されたパターンに基づいて制御する制御装置（コントローラ）１２とが設けられている。ここで上記減衰力特性としてユーザーの好みのものを手動スイッチ等により上記制御装置１２に適宜入力するようにしても良い。なお、１３は上記制御装置１２と緩衝器１とを接続する電気配線である。
【００１５】
上記ピストン９は、図２に示すように、上端にピストンロッド１０が一体形成され、下端が開口した筒状の外ケース１４と、この外ケース１４内に下端開口から順に装填された上ボデー１５，中間ボデー１６，及び下ボデー１７とを備えており、該下ボデー１７を外ケース１４の下端開口内に螺挿することにより一体化されている。
【００１６】
上記下ボデー１７の軸芯には主弁挿入穴１７ａが形成されており、該挿入穴１７ａ内には主弁１８が上下にスライド可能に装填されている。また該下ボデー１７及び上記外ケース１４には、上記上主油室７ａと下主油室７ｂとを連通する主油路１９が形成されており、この主油路１９の下主油室７ｂへの開口１９ａは、上記主弁１８が下降位置にある時に閉じ、上昇位置にある時に開くようになっている。
【００１７】
上記主弁１８は、上部に凹室１８ａを有し、下部が略きのこ形に形成された略有底円筒状のものであり、その外周面にテーパ状に形成されたシール面１８ｂが上記開口１９ａの周縁（弁座）に当接するよう構成されており、該主弁１８のシール面１８ｂより下側部分に上記下主油室７ｂの圧力が作用する。また、上記主弁１８の上記シール面１８ｂより上方には段部１８ｃが上記下側部分より大径に形成されており、この段部１８ｃに上記主油路１９を介して上主油室７ａの圧力が上向き（開方向）に作用するようになっている。
【００１８】
上記主弁１８の上部の凹室１８ａの上端部内には、樹脂製又は金属製で筒状の防振リング２２の下端部が相対的に上下スライド可能に挿入されており、該防振リング２２の内側に突出するように形成された上端フランジは上記中間ボデー１６の下面に当接している。また上記凹室１８ａの底部にはスペーサ２６が配設されている。上記防振リング２２の上端フランジと上記底部のスペーサ２６内に形成された穴１８ｄの底面との間には、該スペーサ２６を介在させて該防振リング２２を上記中間ボデー１６下面に押圧固定するとともに、上記主弁１８を下向きに付勢する二重コイルバネ２３が縮装されている。
【００１９】
上記二重コイルバネ２３は、上記スペーサ２６を挟んで直列に重ねられた大，小コイルバネ２４，２５で構成されている。該大コイルバネ２４の下端は、上記スペーサ２６のフランジ２６ａに上方から当接しており、上記小コイルバネ２５の上端はスペーサ２６の内底に、また、その下端は主弁１８の穴１８ｄにそれぞれ当接している。ここで主弁１８の全閉状態では、上記スペーサ２６のフランジ２６ａの下面と凹室１８ａの底面との間には若干の隙間が開くように上記コイルバネ寸法が設定されている。
【００２０】
このようにして、上記主弁１８の凹室１８ａ，穴１８ｄ，上記防振リング２２，及び上記中間ボデー１６の下面で囲まれた空間が副油室３１となっている。そして上記穴１８ｄ内は、共通油孔３２から分岐油孔３０，３１を介して上主油室７ａ，下主油室７ｂに連通しており、これらの油孔の分岐部にはチェック弁３３が配設されいてる。また上記スペーサ２６には、上記穴１８ｄ内と上記凹室１８ａ内とを連通する連通穴２６ｂが形成されている。これにより上記副油室３１内に、上主油室７ａ又は下主油室７ｂの何れか高い方の圧力が導入されるようになっている。
【００２１】
上記副油室３１はパイロット弁３５を介してパイロット通路３６に連通しており、該パイロット通路３６はチェック弁３７，３８を介してそれぞれ下主油室７ｂ，上主油室７ａに連通している。
【００２２】
上記パイロット通路３６は、パイロット弁３５の下流側から半径方向に伸びる複数の放射路部３９と、該各放射路部３９をつなぐ環状部４０とで構成されており、該環状部４０が上記チェック弁３７，３８に連通している。
【００２３】
上記パイロット弁３５は、中間ボデー１６の軸芯部分に弁室４１を凹設し、該弁室４１内に弁体４２を上下にスライド可能に配設するとともに、該弁体４２をこれの弁軸４２ｄに装着されたプランジャ４３を介してリニヤソレノイド４４により下向きに付勢するように構成されている。
【００２４】
図３に示すように、上記弁室４１の底壁４１ｃの平坦な上面には環状の開口溝（弁孔）４１ａが形成され、下面には３つの略楕円状の凹溝４１ｂが形成されており、該凹溝４１ｂ及び上記開口溝４１ａを介して上記弁室４１と副油室３１とが連通可能となっている。上記開口溝４１ａの周縁は平坦な弁座となっている。
【００２５】
上記弁体４２は、円盤部４２ａの下面に環状の凸部４２ｂを一体形成するとともに、該弁体４２の下面側から上面側に連通する３つの略楕円状の貫通穴４２ｃを形成した構造のものである。該弁体４２の上昇により、上記凸部４２ｂと上記開口溝４１ａの周縁部（弁座）との間にパイロット開口が形成され、該パイロット開口を通って流れる作動油の流れ方向は、該弁体４２の移動方向と交差するようになっている。ここで上記弁座及び凸部４２ｂの下面（受圧面）は弁体４２の移動方向ｂと直交している。
【００２６】
上記リニヤソレノイド４４は、励磁されるとその励磁力に対応した下向きの力をプランジャ４３を介して上記弁体４２に付与するものであり、上記励磁力を制御することにより、上記パイロット弁３５の開き始める副油室３１の内圧が変化するようになっており、本発明の設定圧可変手段として機能する。なお、上記励磁力は上記電気配線１３を介してソレノイド４３に伝達される電圧の大きさによって制御される。
【００２７】
ここで上記リニアソレノイド４４への電力供給が停止されると、弁体４２は副油室３１内の圧力により、プランジャ４３の上端面４３ａが上記外ケース１４の上端部に配設されたストッパ４４ｂの凸部４４ａに当接するまで上昇する。この場合、上記円盤部４２ａの外周面により上記パイロット通路３６の放射路部３９が閉じられる。
【００２８】
一方、上記中間ボデー１６には上記円盤部４２ａにより放射路部３９が閉じられた場合の、副油室３１内の圧力を所定圧に調整するための圧力調整弁５０が設けられている。該圧力調整弁５０は、上記弁室４１の円盤部４２ａより下側部分と上記パイロット通路３６の環状部４０内とを連通する連通孔５０ａ内にボール５０ｂを配設し、該ボール５０ｂを付勢ばね５０ｃで閉方向に付勢した構造のものである。
【００２９】
上記主弁１８の上端面，主弁挿入穴１７ａの内面，上記パイロット弁３５の底壁４１ｃ，及び上記凹室１８ａ内にスライド自在に挿入された上記防振リング２２で囲まれた空間はダンピング室５４となっており、該ダンピング室５４の容積は、上記主弁１８の上下移動、つまり該主弁１８の開度に伴って変化する。
【００３０】
そして上記主弁１８の凹室１８ａと上記防振リング２２の外周面との間隙でもってオリフィス５３が形成されている。これにより上記主弁１８の開度の変化に伴ってダンピング室５４の容積が変化すると、作動油が上記オリフィス５３を介して副油室３１とダンピング室５４との間を流動し、この際に主弁１８に働く主弁減衰力が発生する。このようにして上記主弁１８の振動を抑制するダンピング機構が構成されている。
【００３１】
ここで、上記オリフィス５３の長さ（減衰力）は、図７の特性線Ａに示すように、上記主弁１８のストローク量が極小さい領域では、該ストローク量に伴って一旦長く（大きく）なり、その後短く（小さく）なるよう構成されている。なお、図７の特性線Ｂは、上記従来の緩衝器におけるオリフィス長さ（減衰力）が常に一定であることを示している。
【００３２】
図６は、上記減衰力特性を実現するための構造を示している。即ち、本実施形態では、主弁１８の凹室１８ａ側のオリフィス構成面の長さはＬ１に、ダンプリング２２側のオリフィス構成面長さはＬ１よりΔＬ／２（本実施形態の場合はＨと等しい）だけ短いＬ２に設定されており、かつ主弁全閉時に主弁オリフィス構成面の上端がダンプリングオリフィス構成面の上端よりＨだけ下方に位置するように構成されている。
【００３３】
これにより実質的オリフィス長は、主弁１８の開度零位置のＬ２−ΔＬ／２から開度Ｈの最大長さＬ２まで増加し、さらに開度がΔＬ／２増加するまで同じ長さＬ２に保持され、その後開度が増加するほど減少する。
【００３４】
次に、上記緩衝器６の動作について説明する。
路面の凸部等により上記車輪２が突き上げられて緩衝器６が圧縮状態になると、ピストン９が図１，２の下方に相対的に押されることとなり、下主油室７ｂが昇圧し、作動油が分岐油孔３１からチェック弁３３，共通油孔３２を通って副油室３１に導入され、該副油室３１も昇圧する。
【００３５】
上記パイロット弁３５は、その弁体４２によりニヤソレノイド４４で設定された付勢力でもって開口溝４１ａを閉じているが、この場合に上記副油室３１の内圧により上記弁体４２に作用する開方向力が上記付勢力を越えると弁体４２が開口溝４１ａを開き、作動油は開口溝４１ａ，貫通孔４２ｃ，パイロットイロット通路３６を通り、さらにチェック弁３８を通って上主油室７ａに流動する。
【００３６】
上記パイロット弁３５の開により副油室３１の内圧が低下し、主弁１８は下主油室７ｂの圧力により押し上げられ、これにより主油路１９の開口１９ａが開き、作動油は下主油室７ｂから上主油室７ａに流動し、この際にダンパ減衰力が発生する。そして上，下主油室７ａ，７ｂの差圧が所定値以下になると、主弁１８が二重コイルばね２３及び副油室３１内の圧力により戻されて、主油路１９を閉じる。以上の動作を繰り返しながらピストン９が相対的に下降する。
【００３７】
車輪２が下降し、緩衝器６が伸長する場合には、ピストン９は上向きに相対的に引かれる。このため、上主油室７ａが昇圧し、その圧力は主油路１９から主弁１８の分岐油孔３０からチェック弁３３，共通油孔３２を通って副油室３１に導入される。該副油室３１の内圧による開方向力が、リニヤソレノイド４４の付勢力による閉方向力を越えるとパイロット弁３５が開き、作動油はパイロット通路３６，チェック弁３７を経て下主油室７ｂに逃げる。このため、副油室３１が減圧し、主弁１８の段部１８ｃに作用する上主油室７ａの圧力と副油室３１の圧力との差圧により主弁１８が上昇して主油路１９が開く。
【００３８】
そのため上主油室７ａから下主油室７ｂへ作動油が流れ、この際にダンパ減衰力が発生し、また両主油室７ａ，７ｂの差圧が所定値以下になると主油路１９が閉じ、以上の動作を繰り返しながらピストン９は上昇する。
【００３９】
本実施形態では、開弁時に弁体４２の凸部４２ｂと弁室４１の底面の開口溝４１ａの周縁部（弁座）とで形成されるパイロット開口における作動油の流れ方向ａが該弁体４２の移動方向ｂと交差するように、理想的には略直交するように、パイロット弁３５の形状，寸法を設定したので、同じパイロット弁ストロークにおける実質的開口面積を大きくすることができ、応答性を向上できるとともに、パイロット弁３５の開閉方向の振動を低減できる。
【００４０】
上記実質開口面積の点を図４，図５に基づいて詳述する。図４は同一プランジャストロークと実質的開口面積との関係を、図５は同一開口面積とプランジャストロークとの関係を示す。まず、図４（ａ）は弁体のシール面を角度θの円錐状とし、弁孔を直径Ｄの貫通穴とし、かつプランジャストロークをＬとした従来構造の場合を、図４（ｂ）は本実施形態において開口溝４１ａの外径，内径をそれぞれ５Ｄ／４，３Ｄ／４としたの場合を示す。なお、上記外径，内径は受圧面積が同一となるように設定した。
【００４１】
まず従来構造の場合、実質的開口面積Ｓ′は、
Ｓ′＝Ｌ×ｃｏｓθ×π×Ｄ
であり、これに対して本実施形態の場合、実質的開口面積Ｓは、
Ｓ＝Ｌ×π×２Ｄ
となり、本実施形態では、同じプランジャストロークであれば実質的開口面積は従来構造の場合より２倍以上に増大していることが分かる。なお、実際には作動油の流れ方向ａは弁体４２の移動方向ｂと直交するのではなく斜めに交差するので、実際の開口面積は上記実質的開口面積Ｓより若干小さい。
【００４２】
また図５において同じ開口面積Ｓを得る場合には、従来構造の場合（特性線Ａ）、プランジャストロークはＬ′必要であるのに対し、本実施形態の場合（特性線Ｂ）、プランジャストロークはＬで済むことが分かる。
【００４３】
このように本実施形態では、弁室４１の底壁４１ｃに弁孔として環状の開口溝４１ａを形成し、これを環状の凸部４２ｂで開閉することにより、該凸部４２ｂと開口溝４１ａの周縁（弁座）との間に形成されるパイロット開口を流れる作動油の流れ方向ａが弁体４２の移動方向ｂと交差することとなり、かつ作動油の流れが外方と内方の２方向に流れることから、同一プランジャストロークに対する実質的開口面積が大きくなり、応答性が向上するとともに、パイロット弁の振動を抑制できる。
【００４４】
ここで上記主弁１８が開いて上記ダンピング室５４の容積が減少するに伴って、該ダンピング室５４内の作動油が上記オリフィス５３を通って副油室３１内に流出する際に主弁減衰力が発生し、これにより主弁１８の開時の振動ひいては圧力変動が抑制される。
【００４５】
上記主弁１８の振動は、これのストローク量（開度）が小さい領域において発生し易く、該開度が大きい領域では発生しにくいことが確認されている。本実施形態では、上記主弁１８のストローク量（開度）が零からＨ＋ΔＬ／２に達するまでは、上記オリフィス５３の長さを最大長Ｌ２と略等しい長さとしたので、主弁１８のストローク量（開度）が小さく従って振動が発生し易い領域では、作動油がダンピング室５４から副油室３１に流出する際に発生するダンピング機構の減衰力は従来と同程度の最大値となる。これにより上記主弁１８の振動、ひいては圧力変動を抑制することができる。
【００４６】
また、上記主弁１８のストローク量（開度）がさらに増加すると、上記オリフィス５３の長さは短くなり、上記主弁減衰力は減少することとなる。このように主弁１８の振動が発生し難い領域では、ダンピング機構による主弁減衰力を小さくでき、不必要な減衰力の発生を回避することができる。
【００４７】
ここで、本実施形態では、オリフィス長を、主弁開度１８の開度が零からＨに達するまでは上記最大長さＬ２より短くしたので、主弁開度が極小の領域においてオリフィス長が必要以上に大きくなるのを回避できる。このように本実施形態では、減衰の必要な所で最大の主弁減衰力を与え、それ以外の所では主弁減衰力を小さくして応答性を向上させることができる。
【００４８】
なお、上記実施形態では、オリフィス長（減衰力）を一旦増加した後、減少する場合の例を説明したが、本発明の減衰力は必ずしもこのように設定する必要はなく、要は、例えば図７に一点鎖線で示すように主弁が振動し易い主弁開度の小さい領域の減衰力を主弁開度の大きい領域の減衰力よりも大きく設定すれば良い。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明に係る減衰力可変式油圧緩衝器によれば、ダンピング室内の作動油が副油室内に流出することにより主弁減衰力を発生するダンピング機構を設け、主弁の開度が小さいときのダンピング機構の主弁減衰力を、大きいときの主弁減衰力より大きく設定したので、主弁開度の小さい領域では主弁の振動を抑制でき、かつ主弁開度の大きい領域では主弁減衰力が必要以上に大きくなるのを防止できる効果がある。
【００５０】
請求項２の発明によれば、上記主弁減衰力を、主弁開度が上記小さい領域にあるときに零から所定開度までは一旦増加させて該大きさに保持し、さらに開度が増加するに伴って減少させたので、主弁開度が小さい領域における上記主弁減衰力が必要以上に大きくなるのを回避でき、初期応答性を向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による緩衝器を備えた懸架装置の模式図である。
【図２】上記実施形態緩衝器の断面側面図である。
【図３】上記実施形態緩衝器のパイロット弁を示す図である。
【図４】上記実施形態緩衝器の作用効果を説明するための特性図である。
【図５】上記実施形態緩衝器の作用効果を説明するための特性図である。
【図６】上記実施形態緩衝器のダンピング機構部分の拡大図である。
【図７】上記実施形態緩衝器の作用効果を説明するための特性図である。
【図８】従来の緩衝器の主弁ダンピング機構部分を示す模式図である。
【符号の説明】
６緩衝器
７シリンダ
７ａ，７ｂ上，下主油室
９ピストン
１８主弁
３１副油室
３６パイロット通路
３５パイロット弁
４４リニアソレノイド（設定圧可変手段）
５３オリフィス（ダンピング機構）
Ｌ１，Ｌ２オリフィス長（減衰力）

Claims

シリンダ内を２つの主油室に画成するピストンに、該２つの主油室を連通する主通路を開閉する主弁と、該主弁に高圧側の主油室内の圧力を閉方向に作用させる副油室と、該副油室と低圧側の主油室内とを連通するパイロット通路を開閉可能に配設され、副油室内の圧力が設定圧を越えると上記パイロット通路を開いて上記副油室から低圧側主油室に作動油を逃がすことにより上記主弁への閉方向力を変化させるパイロット弁と、上記設定圧を可変制御する設定圧可変手段とを備えた減衰力可変式油圧緩衝器において、作動油を、上記副油室内と、上記主弁の移動に伴って容積が変化するダンピング室との間でオリフィスを介して流動させることにより主弁に働く減衰力（主弁減衰力）を発生させ、もって主弁の振動を抑制するダンピング機構を設け、上記主弁の開度が小さい領域にあるときの上記オリフィスの長さを開度が大きい領域にあるときの上記オリフィスの長さより大きくすることにより、上記開度が小さい領域にあるときの上記主弁減衰力を開度が大きい領域にあるときの主弁減衰力より大きく設定したことを特徴とする減衰力可変式油圧緩衝器。
請求項１において、上記主弁減衰力を、主弁の開度が上記小さい領域にあるときに零から所定開度までは一旦増加させて該大きさに保持し、さらに開度が増加するに伴って減少させたことを特徴とする減衰力可変式油圧緩衝器。