JP4334549B2 - ショックアブソーバ及び該ショックアブソーバ中における制動力付与方法 - Google Patents

Description

本発明は、制動特性を向上させた油圧式のショックアブソーバ及び該ショックアブソーバ中における制動力付与方法に関する。

自動車用の油圧式ショックアブソーバは、一般的には、コイルスプリングと組み合わされて用いられるピストン及び作動油入りのシリンダとを備える。ピストンロッドは、シリンダ内のピストンに接続され、ピストンロッドの自由端はシリンダから突出して、車体に取り付けられるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

シリンダは、車両のホイールサスペンションに取り付けられる。車両が粗い路面上を走行してコイルスプリングを弾性変形させた際に発生するショックアブソーバの伸張又は圧縮は、ピストンのシリンダ内の移動に対する抵抗によって制動される。ピストン移動に対する制動抵抗は、ピストン上のバルブ機構によって生じる。このバルブ機構は、シリンダ内のピストンの一方側から他方側への作動油の流れを制御する。

ショックアブソーバはまた、ショックアブソーバの構成部分の物理的接触に起因する固有の摩擦による制動も生じさせる。例えば、ツインチューブ型ダンパの場合、摩擦ダンピングは、ロッドとシールとのインターフェース、シールとチューブとのインターフェース、及びロッドガイドとロッドとの間インターフェースによって生成される。
特開２００４−９８４２公報

近年、ショックアブソーバの摩擦による制動成分及びばね定数を増加させることにより、過度な運転時における車両ハンドリングの安定性が向上することが知られている。

具体的には、ショックアブソーバ中の摩擦力が大きくなると、ばね定数が特定の道路振動周波数を低減させつつ、車両のハンドリング安定性が改善される。これらのパラメータは、概して相互に独立であり、従来のショックアブソーバでは、ハンドリング安定性と乗車振動とのバランスのとれた柔軟かつ調整可能な解決方法は未だ得られていない。

ある従来のショックアブソーバにおいて、例えば、摩擦力を制御する手段として、ショックアブソーバシール及びショックシリンダ上部のロッドガイドの近傍に配置され、比較的可撓性が少ない弾性リングがある。

しかし、この構成では摩擦制動量及びばね定数が増加するが、その結果、車両走行条件によっては、走行時のハンドリング、安定性フィーリング及び車体振動量に悪影響が発生するおそれがある。さらに、従来の摩擦力を制御する手段の弾性リングは、広範囲のばね定数が得られるように容易に調整することができない。

そこで、本発明は、走行時の運転操作性等を低下させないで、ショックアブソーバ中の摩擦による制動力を向上させるショックアブソーバ及び該ショックアブソーバ中における制動力付与方法を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、作動油が充填されたシリンダ及び前記シリンダ内に移動可能に配置されたピストンを有するショックアブソーバが提供される。前記ピストンと共に移動するためにピストンロッドが前記ピストンに取り付けられ、ピストンロッドシールは、前記ピストンロッドを覆うように前記ピストンロッドと係合し、これにより、前記シリンダからの作動油の漏れを抑制する。前記ショックアブソーバは、摩擦部材も備える。前記摩擦部材は、前記ピストンロッドと係合して、所定量の摩擦による制動力を付与する。一実施形態において、前記摩擦部材は、可撓性膜部材及びバイアシング部材を有する。前記可撓性膜部材は、前記ピストンロッドの軸方向に直交する方向に延在すると共に、作動油が流通可能な開口部を有し、内周側には、前記ピストンロッドの外周面に接触してバイアシング部材を保持する成形内周部が設けられ、外周側は前記ロッドガイドに連結されている。前記バイアシング部材は、前記可撓性膜部材に対してピストンの径方向内側に付勢力を付与し、これにより、前記可撓性膜部材が前記ピストンロッドと当接して所定の摩擦力が生じる。また、ショックアブソーバ中のピストンロッドに摩擦による制動力を付与する方法も開示される。

本発明によれば、走行時の運転操作性等を低下させないで、ショックアブソーバ中の摩擦による制動力を効率的に向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。

[第１の実施形態]
本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図ｌには、本発明の実施形態による伸縮自在のショックアブソーバ１０の断面図が示されている。ショックアブソーバ１０は、軸Ａ−Ａに沿って伸びるケーシング１２と、軸Ａ−Ａに沿って伸びかつケーシング１２内に収容されると共に作動油が充填されたシリンダ１４とを備える。ケーシング１２及びシリンダ１４によって、特定量の作動油又はガスで充填される油タンク１６を画成する。ガスが充填されたショックアブソーバとして装備されると、ケーシング１２及び／またはシリンダ１４は加圧ガス（例えば窒素）を収容し、これにより、作動油の非圧縮性を低下させる気泡（例えば、キャビテーション）の生成を抑制する。

ピストン１８は、シリンダ１４中に移動可能に配置され、このピストン１８によってシリンダ１４は第１のチャンバ２０と第２のチャンバ２２と画成されている。ピストン１８はピストンロッド２４に取り付けられ、これらは、閉方向（圧縮方向）及び開方向（拡張方向）に移動可能となる。図１中に図示していないが、ピストンロッド２４は、車両サスペンション構成部材に接続または取り付けられるように構成され、ケーシング１２は、車体に接続または取り付けられる。

図１において、ロッドガイド２６は、シリンダ１４の端部２８に配置され、穴３０を有する。穴３０は、ピストンロッド２４のスライド移動を支持する環状ブッシュ３２を有する。ロッドガイド２６とピストンロッド２４との間には、ピストンロッドシール３３が配置される。図示の構成において、ピストンロッドシール３３は、リップ型シーリング部材３８（図２を参照）を有する。このリップ型シーリング部材３８は、ゴムなどのポリマー材料で構成される。図２に示すように、シーリング部材３８は、コイルスプリング４０または他の弾性変形可能な部材によって付勢される。ピストンロッドシール３３の内周面は、ピストンロッド２４の外周面に対してシール可能に係合して、これにより、シリンダ１４からの作動油の漏れと、泥及び水などの汚染物質のシリンダ１４中への侵入とを抑制する。

キャップ４２は、ケーシング１２を閉塞し、開口部４４を有する。ピストンロッド２４は、開口部４４を通じて伸びる。ピストンロッド停止部４６（例えば、エラストマーからなるピストンロッド停止部）は、ピストンロッド２４に固定され、これによってピストンロッド２４と共に移動する。ピストンロッド停止部４６は、ピストンｌ８の移動を規制するように、ロッドガイド２６と係合する。

一実施形態において、ピストン１８は、第１のダクト４８及び第２のダクト５０を有する。第１のダクト４８及び第２のダクト５０は、ピストン１８を通じて軸Ａ−Ａに沿って延設されている。第２のチャンバ２２と連通する第１のチャンバ２０が設けられ、これにより、ピストン１８がシリンダ１４内を移動する際に、第１のダクト４８及び第２のダクト５０の内部を作動油が自由に通過する。図示の実施形態において、ピストン１８はまた、少なくとも１つのピストンリング５２と、一対の変形可能な円板状のバルブ部材５４及び５６とを有する。ピストン１８がシリンダ１４内を移動する際、これらのバルブ部材５４，５６、及び、第１のダクト４８、第２のダクト５０は、第１のチャンバ２０と第２のチャンバ２２との間の作動油の流れを規制する。ナット５８を用いて、ピストン１８ならびにバルブ部材５４及び５６をピストンロッド２４に固定してもよい。

ピストン１８がシリンダ１４内を移動する際に第１のチャンバ２０と第２のチャンバ２２との間に差圧が発生すると、バルブ部材５４及び５６の１つが作動油の流れ方向に応じて曲がり及び／または変形して、対応するダクト４８または５０に近接するオリフィスを形成する。ショックアブソーバ１０によって提供される油圧制動レベルは、ピストン１８の速度に直接比例して変動し、これに対応して、ダクト４８または５０を通過する作動油の流れの速度及びバルブ部材５４または５６によって生成されたオリフィスのサイズに直接比例して変動する。

図１及び図２に示すように、ショックアブソーバ１０は、摩擦部材６０も有する。この摩擦部材６０は、ピストンロッド２４と係合して、所定量の摩擦による制動力を付与する。一実施形態において、摩擦部材６０は可撓性膜部材６２を有する。この可撓性膜部材６２は、バイアシング部材６４によってピストンロッド２４に押しつけられ、これにより、可撓性膜部材６２とピストンロッド２４との間に生じる摩擦力が増大する。バイアシング部材６４は、ピストン１８の径方向内側の付勢力を可撓性膜部材６２に与えるように形成されている。エラストマーやプラスチックなどのポリマー材料は、適度な可撓性及び好適な摩擦係数特性を有するため、可撓性膜部材６２に特に適している。

実施形態において、可撓性膜部材６２は環状リテーナ６６に接続または固定される。環状リテーナ６６は、ロッドガイド２６に圧入または固定される。可撓性部材６２に対するバイアシング部材６４の保持を容易にするため、可撓性膜部材６２に成形内周部６８を設けてもよい。この成形内周部６８は、ピストンロッド２４の外周面７０と当接する。例えば、成形内周部６８は、断面略Ｃ字状に形成してもよく、バイアシング部材６４を、成形内周部６８に形成された凹部７２に受け入れるようにしてもよい。バイアシング部材６４として、凹部７２中への取付け及び凹部７２からの取り出しが容易なガーターばねまたは他の弾性変形可能でありかつ収縮可能な部材を用いることができる。少なくとも１つの穴または開口部７４を可撓性膜部材６２中に設けて、可撓性膜部材６２の一方側への作動油の流体圧力を均等にすることができる。

従来のショックアブソーバの場合、可撓性の小さいエラストマーからなるリング部材を用いていたため、その材料特性及び形状に起因して、大きな付勢力をピストンロッド２４に対して付与していた。

これに対して、本発明の摩擦部材６０は、比較的可撓性の高い可撓性膜部材６２及びバイアシング部材６４を有する。バイアシング部材６４は、ピストン１８の径方向内側への付勢力を可撓性膜部材６２に付与するように適合されているため、所望する適度な摩擦による制動力が、可撓性膜部材６２とピストンロッド２４との間で生じる。特に、所望の付勢力を生成するバイアシング部材を選択することにより、摩擦部材６０は容易に調整可能であり、その際、可撓性膜部材６２の材料特性または形状の変更は必ずしも必要ではない。例えば、ショックアブソーバ中の所望の静的摩擦制動レベルを先ず決定し、その後、所定の付勢力を可撓性膜部材６２に付与するようにそれぞれ適合されたバイアシング部材６４を計算または実験を通じて選択することにより、ショックアブソーバ１０中の静的摩擦制動レベルを達成することが可能である。

ここで、ショックアブソーバ１０の動作について、図１及び図２を参照して説明する。特に凹凸の大きな路面を走行する際、及び車両走行時にブレーキを不規則にかける際、及びカーブを曲がる際などにおいて、車体またはサスペンションに過剰な動きが生じ得る。この動きにより、ピストン１８はシリンダ１４に向かって強制変位する。作動油を通してピストン１８を強制的に移動させることにより、ショックアブソーバ１０は、この車体またはサスペンションの望ましくない過剰な動きに抵抗するための油圧摩擦を生じさせる。より詳細には、ピストン１８へ付加された動きが作動油を押圧し、この作動油をバルブ部材５４及び５６によって生成される制限オリフィス内に通過させ、その結果、当該作動油は急速に加熱される。この熱エネルギーは、シリンダ１４及びケーシング１２に移動し、その後、大気中（雰囲気中）に無害な態様で消散する。

前述したように、ショックアブソーバ１０におけるピストン１８に対する制動力は、ピストン１８の速度及びこの速度に対応してピストンオリフィスを通過する作動油流れの速度に比例して変化する。しかし、過度な車両操作時にピストン１８がシリンダ１４に対して移動する速度が比較的遅い場合、オリフィス中の作動油の循環は、この車体またはサスペンションの望ましくない過剰な動きを減衰させるのに充分ではない場合が多い。車両操作過渡時のこの油圧制動不足を解消するために、バイアシング部材６４は、ピストンロッド２４がバイアシング部材６４に向かって移動する際に、ピストンロッド２４に抵抗力を付与する。摩擦部材６０によって生じる摩擦力は、ピストン速度またはピストンロッド２４の振動入力周波数から独立しているため、車両安定性及びハンドリングを改善し、油圧制動が不可能である場合における道路に起因するサスペンション振動の車両乗員への伝達を低減する。

図３に、本発明の一実施形態によるショックアブソーバ１０における入力荷重と変位との関係を示す。ショックアブソーバ１０に付与される入力荷重により、ピストン１８がシリンダ１４に対して変位する。この入力荷重が付与されると、ロッドガイド２６、ピストンロッドシール３３及び摩擦部材６０からピストンロッド２４へと付与された静的摩擦力によりピストンロッド２４は最初は静止状態のままである（例えば、縦軸となる入力荷重のセクションＡを参照）。この入力荷重が増加すると、ピストンロッド２４はシリンダ１４に対して変位し、その間、ピストンロッドシール３３及び摩擦部材６０がシリンダ１４及び／またはロッドガイド２６に対して偏向する際に、ピストンロッドシール３３及び摩擦部材６０のみがピストンロッド２４に対して静的摩擦力を付与する（例えば、縦軸となる入力荷重軸に沿ったセクションＢ、及び横軸となる変位軸に沿ったセクション１を参照）。この入力荷重がさらに増加すると、ピストンロッド２４はシリンダ１４に対してさらに変位し、その間、摩擦部材６０がシリンダ１４及び／またはロッドガイド２６に対して偏向する際に摩擦部材６０のみが静的摩擦力をピストンロッド２４に付与する（例えば、入力軸に沿ったセクションＣ及び変位軸に沿ったセクション２を参照）。ピストンロッド２４の変位が摩擦部材６０のさらなる偏向能力を超えた場合、ロッドガイド２６、ピストンロッドシール３３及び摩擦部材６０は全て、ピストンロッド２４が各構成部材を通過する際、ピストンロッド２４に対して動的摩擦力を付与する。

前述したように、摩擦部材６０は、所望の摩擦制動及びばね定数を達成するように調整可能である。特定の用途において、１つのバイアシング部材６４を、異なる径方向内側の付勢力を有する別のバイアシング部材６４に代えることにより、入力荷重（図３中のＲ_ｉ）の所与の増加に対するピストンロッド２４のシリンダ１４に対する変位を変更することができる。例えば、所与の入力荷重の増加（例えば、図３中のＲ_１）についてのピストンロッド２４のシリンダ１４に対する変位を低減することにより、車両走行時における安定性を改善することができる。また、例えば、所与の入力荷重の増加（例えば、図３中のＲ_２）についてのピストンロッド２４のシリンダ１４に対する変位を増加することにより、低周波の車両振動を低減させることもできる。

別の用途において、可撓性膜部材６２の特性を調整することにより、所与の入力荷重の増加（例えば、図３中のＲ_ｉ）についてのピストンロッド２４のシリンダ１４に対する変位を変更することができる。例えば、可撓性膜部材６２の厚さまたは可撓性膜部材６２中に用いられているポリマー材料の摩擦係数を変更または適合して、摺動する前の可撓性膜部材６２の偏向量を制御することができる。

本発明のショックアブソーバは前述した実施形態のショックアブソーバに限定されず、また、本発明の摩擦部材は、ピストン分離型の作動油チャンバ構成を用いた他の伸縮自在の流体圧力ショックアブソーバにも使用可能である。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されることなく、本発明の技術思想に基づいて種々の変更が可能である。

本発明の一実施形態によるショックアブソーバの断面図である。 図１の丸で囲った部位を拡大した断面図である。 本発明の一実施形態によるショックアブソーバにおける入力と変位曲線との関係を示すグラフである。

符号の説明

１４…シリンダ
１８…ピストン
２４…ピストンロッド
３３…ピストンロッドシール
４２…キャップ
４４…開口部
４８…第１のダクト（ダクト）
５０…第２のダクト（ダクト）
６０…摩擦部材
６２…可撓性膜部材
６４…バイアシング部材
６６…環状リテーナ
６８…成形内周部
７２…凹部

Claims (18)

1. 作動油が充填されたシリンダと、
   前記シリンダ内に移動可能に配置されたピストンと、
   前記ピストンに取り付けられたピストンロッドと、
   前記ピストンロッドを囲むように前記ピストンロッドと係合し、かつ、前記シリンダからの作動油の漏れを抑制するピストンロッドシールと、
   前記ピストンロッドに対して摩擦による制動力を付与する摩擦部材と、
   該摩擦部材の外周側に配設された筒状のロッドガイドと、を備え、
   前記摩擦部材は、可撓性膜部材及びバイアシング部材を有し、
   前記可撓性膜部材は、前記ピストンロッドの軸方向に直交する方向に延在すると共に、作動油が流通可能な開口部を有し、
   内周側には、前記ピストンロッドの外周面に接触してバイアシング部材を保持する成形内周部が設けられ、外周側は前記ロッドガイドに連結されており、
   前記バイアシング部材は、前記可撓性膜部材にピストンの径方向内側への付勢力を付与することにより、前記ピストンロッドと可撓性膜部材との間に、所定の摩擦力を生じさせるように構成したことを特徴とするショックアブソーバ。
2. 前記可撓性膜部材は、環状リテーナに固定されることを特徴とする請求項１に記載のショックアブソーバ。
3. 前記可撓性膜部材は、ポリマー材料から形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のショックアブソーバ。
4. 前記成形内周部には凹部が形成され、該凹部に前記バイアシング部材が取り付けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のショックアブソーバ。
5. 前記バイアシング部材は、ガーターばねを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のショックアブソーバ。
6. 前記シリンダの一端に配置されたピストンロッドガイドをさらに備え、このピストンロッドガイドを通して前記ピストンロッドが延びていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のショックアブソーバ。
7. 前記ピストンロッドガイドは、環状ブッシュを備え、前記環状ブッシュは、前記ピストンロッドを支持することを特徴とする請求項６に記載のショックアブソーバ。
8. 前記ピストンロッドガイドと前記ピストンロッドとの間に配置されたピストンロッドシールをさらに備えたことを特徴とする請求項６又は７に記載のショックアブソーバ。
9. ケーシングをさらに備え、前記ピストンロッドシールは、前記ピストンロッドと前記ケーシングとの間に配置されることを特徴とする請求項８に記載のショックアブソーバ。
10. 前記ケーシングの一端を閉塞する被覆すると共に、開口部を有するキャップをさらに備え、前記開口部を通して前記ピストンロッドが延びていることを特徴とする請求項９に記載のショックアブソーバ。
11. 前記ピストンロッドシールは、環状リテーナと、前記環状リテーナに固定されたリップ型シーリング部材とを備えたことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載のショックアブソーバ。
12. 前記リップ型シーリング部材は、ばねによって付勢されることを特徴とする請求項１１に記載のショックアブソーバ。
13. 前記ピストンロッドシールの成形内周面は、前記ピストンロッドの外周面に摺接し、かつ、前記シリンダからの作動油漏れ及び前記シリンダ中への汚染物質の侵入を抑制するように構成したことを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載のショックアブソーバ。
14. エラストマーからなるピストンロッド停止部をさらに備え、前記ピストンロッド停止部は、前記ピストンロッドに固定され、前記ピストンの移動を規制するように構成されたことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載のショックアブソーバ。
15. 前記ピストンは少なくとも１つのダクトを含み、前記ピストンが前記シリンダ内を移動したときに、前記ダクト内を作動油が自由に通過するように構成したことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載のショックアブソーバ。
16. 前記ピストンは可撓性を有するバルブ部材を備え、前記バルブ部材は、前記ピストンが前記シリンダ内を移動したときの前記ピストン内の作動油の流れを規制することを特徴とする請求項１５に記載のショックアブソーバ。
17. 作動油が充填されたシリンダと、
    前記シリンダ内に移動可能に配置されたピストンと、
    前記ピストンに取り付けられたピストンロッドと、
    前記ピストンロッドをスライド可能に支持すると共に、前記シリンダの一端に配置されたロッドガイドと、
    前記ピストンロッドの外周面に摺接する内周面を有し、これにより、前記シリンダからの作動油の漏れを抑制するピストンロッドシールと、
    前記ピストンロッドに対して摩擦による制動力を付与する摩擦部材とを備え、
    前記摩擦部材は、可撓性膜部材及びバイアシング部材を有し、前記可撓性膜部材は前記ピストンロッドと当接し、前記バイアシング部材は、前記ピストンロッドに対して前記可撓性膜部材を押しつけ、これにより、前記ピストンロッドと前記可撓性膜部材との間に摩擦を生じさせ、前記可撓性膜部材には凹部が形成され、該凹部に、前記バイアシング部材であるガーターばねを配置したことを特徴とするショックアブソーバ。
18. ショックアブソーバ中のピストンロッドに対して摩擦による制動力を付与する制動力付与方法であって、
    作動油が充填されたシリンダと、前記シリンダ内に移動可能に配置されたピストンと、前記ピストンに取り付けられたピストンロッドと、前記ピストンロッドを囲むように前記ピストンロッドと係合し、かつ、前記シリンダからの作動油の漏れを抑制するピストンロッドシールと、前記ピストンロッドと係合する摩擦部材と、該摩擦部材の外周側に配設された筒状のロッドガイドと、を提供する工程であって、
    前記摩擦部材は、可撓性膜部材及びバイアシング部材を有し、前記可撓性膜部材は前記ピストンロッドの軸方向に直交する方向に延在すると共に、作動油が流通可能な開口部を有し、内周側には、前記ピストンロッドの外周面に接触してバイアシング部材を保持する成形内周部が設けられ、外周側は前記ロッドガイドに連結されており、前記バイアシング部材は、前記可撓性膜部材に対してピストンロッドの径方向内側に付勢力を付与することにより、前記ピストンロッドと当接して摩擦力を生じさせる工程と、
    前記ショックアブソーバにおいて所望される制動力の大きさを決定する工程と、
    複数の異なるバイアシング部材から適合するバイアシング部材を選択し、この選択されたバイアシング部材を前記ショックアブソーバ中に取り付ける工程と、
    を有する制動力付与方法。

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