JP4517373B2

JP4517373B2 - ショックアブソーバ

Info

Publication number: JP4517373B2
Application number: JP2007169174A
Authority: JP
Inventors: 英考宮里; 惣一佐藤
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2027-06-27
Also published as: RU2408804C2; CN101334080A; CN101334080B; KR100965194B1; JP2009008145A; DE102008029767B4; TWI356135B; TW200918785A; US20090001636A1; RU2008126094A; KR20080114600A; US8205729B2; DE102008029767A1

Description

本発明は、シリンダ室内のピストンの移動によって生ずる圧縮側シリンダ室からの液体の流出を制御してピストンロッドに減衰力を発生させ、この減衰力によって上記ピストンロッドに作用する機械的衝撃を吸収するショックアブソーバに関する。

液体を封入したチューブ内のシリンダ室と、シリンダ室を２室に区分するピストンと、一端をピストンに連結し他端をチューブの外部に延出したピストンロッドとを備え、シリンダ室内のピストンの摺動によって生ずる圧縮側シリンダ室からの粘性ある液体の流出を制御してピストンロッドに減衰力を発生させるショックアブソーバは、特許文献１等により従来から周知である。

上記特許文献１に従来の技術として記載されているように、ピストンの摺動によって生ずる圧縮側シリンダ室からの液体の流出を制御するショックアブソーバとしては、一端が封止されたシリンダを二重に構成し、内側のシリンダ壁面に、シリンダの軸方向に所定のピッチで配設される貫通孔を複数形成し、内側のシリンダ内部を軸方向にピストンが移動するときに排除される粘性流体を、上記貫通孔を通して内側シリンダの外側に流出させるようにしたもの、あるいは、同文献１に示されている発明のように、外側チューブの内部に所定の間隔をおいて内側チューブを配設し、両チューブの間の液体室と内側チューブ内のシリンダ室に粘性液体を封入し、液体室とシリンダ室とを連通させる連通路に絞り弁を設け、更に、内側チューブの内径をピストンロッドの押入方向に向かって徐々に減少させたテーパ部とし、ピストンの外周面と内側チューブの内周面との間の流路の断面積が上記ピストンロッドの押入方向に徐々に小さくなるようにしたものも知られている。

しかしながら、この種のピストンストロークに応じて流出する液体の量が制御できるようにしたショックアブソーバにおいては、ピストンロッドに機械的衝撃が作用してピストンロッドが押入方向に移動すると、圧縮側シリンダ室から流出する液体が内側チューブと外側チューブの間に移動し、そのため、必然的にシリンダチューブを二重に形成する必要があり、部品点数が多くなって構造が複雑化するという問題があった。

一方、上記特許文献１に記載の発明のショックアブソーバにおいて、上記絞り弁を省略する場合には、ピストンの外周面と内側チューブの内周面との間の流路の断面積を上記ピストンロッドの押入方向に徐々に小さくなるようにすればよく、それにより、外側チューブばかりでなく、液体室とシリンダ室とを連通させる連通路を省略することができ、内側チューブの内径をピストンロッドの押入方向に向かって徐々に減少させたテーパ部とすればよいが、内側チューブの内面にそのようなテーパ部を設けると、ピストン自体の移動が不安定になるばかりでなく、そのテーパ面の形成精度自体が直接的にピストンの外周面と内側チューブ内面との間の隙間により決まる流路断面積に大きな影響を与えるので、該テーパ面に高精度な加工を必要とするばかりでなく、ピストンロッドに作用させる減衰力も精度よく制御することが困難であるという問題があった。
実開昭６２−１９４９４６号

本発明の技術的課題は、上記ピストンの外周面とチューブの内周面との間の流路の断面積を、上記チューブの内周面の加工によりピストンロッドの押入方向に徐々に減少させるショックアブソーバにおいて、上記チューブの内周面を比較的簡単に加工しながら、ピストンの外周面とシリンダ室の内周面との間を流れる流体に対する負荷を、ピストンロッドの押入方向への移動量にほぼ比例して直線的に増大させ、ピストンロッドに作用させる減衰力を精度よく制御可能にすることにある。

上記課題を解決するための本発明は、液体を封入したチューブ内のシリンダ室と、該シリンダ室を２室に区分するピストンと、一端を上記ピストンに連結し他端を上記チューブの外部に延出したピストンロッドとを備え、上記シリンダ室内のピストンの摺動によって生ずる圧縮側シリンダ室からピストンの周囲を経て該ピストンの他側のアキュムレータへの液体の流出を制御してピストンロッドに減衰力を発生させるショックアブソーバにおいて、上記シリンダ室の内周面におけるピストンのストロークの全範囲に、該シリンダ室の軸線に対して傾斜した１条の螺旋テーパ溝を設け、該螺旋テーパ溝は溝幅が一定で、上記軸線方向の溝の幅がピストン周面の軸線方向長さよりも大きく、それにより、螺旋テーパ溝内にシリンダ室内の液体がピストンの周面を軸線方向に流れ得る空間が形成されており、螺旋テーパ溝の深さがピストンロッドの押入方向に向かって徐々に減少していることを特徴とするものである。

本発明に係るショックアブソーバの好ましい実施形態においては、上記シリンダ室の内周面におけるピストンのストローク範囲に設けられている螺旋テーパ溝が、１ピッチのオーダーのものとして構成され、また、上記シリンダ室のロッド導出側の端部を、アキュムレータを構成する弾性部材室に連通させ、該弾性部材室に収縮膨張自在な弾性部材を収容し、上記螺旋テーパ溝の深さが、該弾性部材室側端部において最大になるように形成される。

上記構成を有する本発明のショックアブソーバにおいては、ピストンの外周面とチューブの内周面との間の流路の断面積を、上記チューブの内周面の加工によりピストンロッドの押入方向に徐々に減少させるに当たり、上記シリンダ室の内周面におけるピストンのストローク範囲に、該シリンダ室の軸線に対して傾斜した１条の螺旋テーパ溝を設け、該螺旋テーパ溝は、その溝幅が一定で、その深さがピストンロッドの押入方向に向かって徐々に減少し、軸線方向の溝の幅はピストンの軸線方向長さよりも大きくし、それにより、螺旋テーパ溝内にシリンダ室内の液体が軸線方向に流れ得る空間が形成されている。但し、シリンダ室に収容した液体がピストンの外周面に沿って流れる場合に、主としてピストンの軸線方向に直線的に流れるのではなく、上記螺旋テーパ溝の存在により、螺旋テーパ溝に沿う方向に旋回しながらピストンの周囲を軸線方向に流れ、つまり、旋回流と軸線方向流の複合流として流れることになる。

これに対し、例えば、上記特許文献１に記載の発明のように、内側チューブの内径をピストンロッドの押入方向に向かって徐々に減少させたテーパ部とする場合には、シリンダ室に収容した液体が、ピストンの外周面と内側チューブの内周面との間をピストンの軸線方向と平行する方向に直線的に流れることになるので、その液体がピストンの厚さの範囲を通過する間に流量を制御する必要があり、そのため、流路の断面積が最も小さくなるピストンの先端側において内側チューブとの間に常に正確な流路断面積を持たせるように、上記テーパ部を高精度に仕上げる必要があり、しかも、比較的短寸に形成するピストンの厚さの範囲を流体が通過する間にその流量を制御するので、上記テーパ部により形成される流路が実質的にオリフィスに近いものとなり、ピストンロッドに対する負荷の作用の初期に、ピストンロッドに機械的衝撃が作用してピストンロッドが押入方向に急激に移動しようとすると、該オリフィスの作用によりピストンに対して急激な減衰力を作用させる可能性がある。

一方、上述した本発明のショックアブソーバによれば、上記螺旋テーパ溝の存在によりシリンダ室の液体が前記旋回流と軸線方向流との複合流として流れることになり、そのため、比較的短寸に形成されるピストンの厚さ範囲の周面を有効に利用して、流体が通過するピストン周囲の狭窄された流路（螺旋テーパ溝）をある程度長くして、その長くした流路を液体が通過する間の粘性抵抗によりピストンに制動力を与えるばかりでなく、上記螺旋テーパ溝により流体の流れの方向を旋回方向に向けることによってもピストンに制動力が与えられ、しかも、螺旋テーパ溝の深さがピストンロッドの押入方向に向かって徐々に減少していることにより、その螺旋テーパ溝により形成される流路を通過する流量が大きく制御され、結果的に、圧縮側シリンダ室からの液体の流出を効果的に制御してピストンロッドに減衰力を発生させ、ピストンロッドに作用する機械的衝撃を吸収させることができる。

なお、上記螺旋テーパ溝のピッチを更に小さくし、シリンダ室の内周面におけるピストンのストローク範囲に、該シリンダ室の軸線に対して大きく傾斜した多ピッチの螺旋テーパ溝を設けると、軸線方向に短いピストンの周面を有効に利用して機械的衝撃力を吸収させることができるが、その螺旋テーパ溝により形成される流路を通過する流量が大きく制御されるので、結果的に、ピストンロッドに対して機械的衝撃が作用してピストンロッドが押入方向に急激に移動しようとすると、ピストンに対して過大な減衰力を作用させる可能性がある。

上述した本発明のショックアブソーバによれば、上記ピストンの外周面とチューブの内周面との間の流路の断面積を、上記チューブの内周面の加工によりピストンロッドの押入方向に徐々に減少させるショックアブソーバにおいて、上記チューブの内周面を比較的簡単に加工し、ピストンの外周面を有効に利用して、ピストンの外周面とシリンダ室の内周面との間を流れる流体に対する負荷を、ピストンロッドの押入方向への移動量にほぼ比例して直線的に増大させ、ピストンロッドに作用させる減衰力を精度よく制御することができる。

本発明の実施例を図１〜４に基いて説明する。この実施例のショックアブソーバ１０においては、チューブ１１内のシリンダ室１２に、ピストンロッド１４を連結したピストン１３が摺動可能に嵌挿されており、該ピストン１３によって、シリンダ室１２がピストンロッド１４側の第１シリンダ室１２Ａと反対側の第２シリンダ室１２Ｂとに区分されている。ピストンロッド１４の一端の小径部には、ピストン１３の中心孔を嵌合させ、更にその先端側にスプリングガイド２２の中心孔を嵌め合わせて固定し、ピストン１３はスプリングガイド２２との間においてフローティングさせている。また、チューブ１１から導出されるピストンロッド１４の他端側は、チューブ１１のロッド導出側端に装着したロッドカバー２１に挿通して外部へ延出され、該ロッドカバー２１内に、シール２３及び軸受部２０ａ等を配設している。

上記軸受部２０ａを形成するケーシング２０とチューブ１１との間には、アキュムレータを構成する弾性部材室２４を形成し、例えば、独立気泡形部材で構成された収縮膨張自在な弾性部材１９を該弾性部材室２４内に配設している。そして、上記ケーシング２０とチューブ１１との間には、弾性部材室２４と第１シリンダ室１２Ａとを連通させる連通路２６を設け、第１及び第２シリンダ室１２Ａ，１２Ｂ、連通路２６及び弾性部材室２４に、粘性のある液体を封入している。なお、通常、第１及び第２シリンダ室１２Ａ，１２Ｂは後述する螺旋テーパ溝１６により連通している。

このような構成においては、ピストンロッド１４がチューブ１１内へ押入される行程において、シリンダ室１２内に新たに侵入するのは、ピストンロッド１４の侵入部分だけであり、そのため、ピストンロッド１４のシリンダ室１２に侵入した体積に相当する量の液体が連通路２６を通って弾性部材室２４に流入し、弾性部材１９が収縮して流入する液体を収容し、こうしてシリンダ室１２内の容積変化が補償される。ピストンロッド１４がチューブ１１から導出される行程においては、上記とは逆に弾性部材室２４から液体が流出し、シリンダ室１２に補填される。

上記スプリングガイド２２の周縁のガイド部と、チューブ１１内のシリンダ室１２におけるヘッド側端部のばね受け座との間には、リターンスプリング１８を装着し、該リターンスプリング１８によってピストン１３及びピストンロッド１４を外側に伸出させる方向に付勢している。なお、このリターンスプリング１８は、ピストンロッド１４に押入方向の機械的衝撃が作用するときに圧縮されて、上記衝撃の緩和にも寄与するものである。
なお、上記ケーシング２０のロッド導出側外周面とチューブ１１の内周面との間は、Ｏリングを介装することにより密封し、また、軸受部２０ａのロッド導出側端部の内周面とピストンロッド１４の外周面との間はシール２３により密封している。更に、上記チューブ１１のヘッド側端部はプラグ１７を螺着することにより閉鎖し、Ｏリングによりそれらの間を密封している。また、チューブ１１の外周には、そのほぼ全長にわたって取付ねじ部２７を設け、該取付ねじ部２７によってショックアブソーバ１０を所定の機器に調整可能に取り付けできるように構成している。

シリンダ室１２内のピストン１３の摺動によって生ずる液体の流れを制御してピストンロッド１４に減衰力を発生させるために、シリンダ室１２の円筒状の内周面１５には、シリンダ室１２の軸線に対して傾斜した１条の螺旋状の螺旋テーパ溝１６を設けている。該螺旋テーパ溝１６は、シリンダ室１２の内周面１５におけるピストン１３のストローク範囲において、シリンダ室１２のロッド導出側端部からヘッド側に向かってシリンダ室１２の内周面１５を少なくとも１周するように、つまり、上記ピストン１３のストローク範囲に設けられている螺旋テーパ溝１６が１ピッチのオーダーであるように形成され、該螺旋テーパ溝１６は、溝幅が一定で、上記軸線方向の溝の幅がピストン１３の周面の軸線方向長さよりも大きく、それにより、螺旋テーパ溝１６内においてシリンダ室１２内の液体が軸線方向に流れ得る空間が形成されている。また、該螺旋テーパ溝１６の深さは、ロッド導出側端部で最大で、ピストンロッド１４の押入方向に向かって徐々に減少するように形成している（螺旋テーパ溝１６の深さを誇張して示す図４参照）。

上記構成を有する本発明のショックアブソーバにおいては、ピストン１３の外周面とチューブ１１の内周面１５との間の流路の断面積を、ピストンロッド１４の押入方向に徐々に減少させるに当たり、各部における螺旋テーパ溝１６の軸方向長さを、ピストン１３の周面の軸方向長さよりも大きくしているので、螺旋テーパ溝１６内には、シリンダ室１２内の液体が軸線方向に流れ得る空間、つまり、第１シリンダ室１２Ａと第２シリンダ室１２Ｂとの間を連通させる軸線方向の流路が形成されている。
しかしながら、上記螺旋テーパ溝１６の存在により、シリンダ室１２に収容した液体がピストン１３の外周面に沿って流れる場合に、主としてピストン１３の軸線方向と平行に直線的に流れるのではなく、螺旋テーパ溝１６に沿う方向に旋回しながらピストン１３の周囲を軸線方向に流れ、つまり、旋回流と軸線方向流の複合流として螺旋状に流れることになる。

そのため、ショックアブソーバ１０の全長を短くするために比較的短寸に形成されるピストンの厚さの範囲において、その狭い周面を有効に利用して、流体が通過するピストン１３の周囲の狭窄された流路（螺旋テーパ溝１６）をある程度長くし、その長くした流路を液体が通過する間の粘性抵抗によりピストン１３に制動力を与えるばかりでなく、上記螺旋テーパ溝１６により流体の流れの方向を旋回方向に向けることによってもピストン１３に制動力が与えられ、しかも、螺旋テーパ溝１６の深さがピストンロッド１４の押入方向に向かって徐々に減少していることにより、その螺旋テーパ溝１６で形成される流路を通過する流量が大きく制御され、結果的に、第２シリンダ室１２からの液体の流出を効果的に制御して、ピストンロッド１４に適度の減衰力を発生させ、ピストンロッド１４に作用する機械的衝撃を吸収させることができる。
また、上記螺旋テーパ溝１６は、シリンダ室１２の内周面１５を少なくとも１周するように形成されているので、ピストン１３の外周面の偏摩耗を防止することができる。

上記構成を有するショックアブソーバが不作動の位置においては、図１に示すように、ピストン１２の外周面は螺旋テーパ溝１６の深さが最大の個所に対向し、第２シリンダ室１２Ｂと第１シリンダ室１２Ａとを連通させる流路の断面積は最大である。ここで、ピストンロッド１４の先端に押入方向の機械的衝撃Ｆが作用すると、それがピストン１３に伝達され、ピストン１３の押入方向への移動に伴って第２シリンダ室１２Ｂ内の液体が加圧され、加圧された液体が、断面積最大の上記流路を通って第１シリンダ室１２Ａ側へ流れる。第１シリンダ室１２Ａに流れた上記液体は、その一部が連通路２６を通って弾性部材室２４に流れ、弾性部材１９によって吸収される。液体は、断面積最大の上記流路を通って流れるので、ピストンロッド１４には比較的小さい減衰力が作用する。

上記螺旋テーパ溝１６により形成されるシリンダ室１２の内周面１５とピストン１３の外周面との間の流路の断面積の大きさは、チューブ内周面１５の螺旋テーパ溝１６の深さがヘッド側に行くに従って徐々に浅くなるため、図３に誇張して示すように、ピストンロッド１４の押入側への移動量にほぼ比例して徐々に減少するので、ピストンロッド１４のヘッド側への移動量にほぼ比例して、第２シリンダ室１２Ｂから第１シリンダ室１２Ａに流れる液体の流量は減少し、減衰力は徐々に大きくなる。
図２は、ピストンロッド１４が押入される行程の中程の状態を示し、この状態では上記流路を流れる液体の流量は相当に減少し、そして、ピストンロッド１４のヘッド側への移動に従って減衰力は徐々に増大して機械的衝撃を吸収し続け、ついにピストンロッド１４は停止するに至る。図１においては、ストロークエンドにあるピストン１３′を破線で示している。

ピストンロッド１４に作用した機械的衝撃が吸収され、ピストンロッド１４及びピストン１３が停止した後に、上記衝撃の原因が排除されれば、リターンスプリング１８の付勢力によって、ピストンロッド１４は伸出方向にゆっくり移動を開始し、その際、ピストン１３の移動量に応じて、ピストン１３の外周面が対向する螺旋テーパ溝１６の深さが増大するので、ピストンロッド１４の移動速度が速くなり、ピストンロッド１４が初期位置に復帰する。
ピストンロッド１４に迅速な復帰動作をさせたい場合は、例えばピストン１３の内部に設けた軸線方向の通路に、第１シリンダ室１２Ａから第２シリンダ室１２Ｂへの液体の流れのみを許容するチェック弁を配設すればよい。

本発明の実施例の縦断面図である。上記実施例の衝撃吸収時の縦断面図である。本発明の実施例のショックアブソーバにおけるピストンのストロークと螺旋テーパ溝で形成される流路の有効断面積との関係を示すグラフである。本発明の実施例の螺旋テーパ溝の模式的展開図である。

符号の説明

１０ショックアブソーバ
１１チューブ
１２シリンダ室
１３ピストン
１４ピストンロッド
１６螺旋テーパ溝
２４弾性部材室

Claims

液体を封入したチューブ内のシリンダ室と、該シリンダ室を２室に区分するピストンと、一端を上記ピストンに連結し他端を上記チューブの外部に延出したピストンロッドとを備え、上記シリンダ室内のピストンの摺動によって生ずる圧縮側シリンダ室からピストンの周囲を経て該ピストンの他側のアキュムレータへの液体の流出を制御してピストンロッドに減衰力を発生させるショックアブソーバにおいて、
上記シリンダ室の内周面におけるピストンのストロークの全範囲に、該シリンダ室の軸線に対して傾斜した１条の螺旋テーパ溝を設け、該螺旋テーパ溝は溝幅が一定で、上記軸線方向の溝の幅がピストン周面の軸線方向長さよりも大きく、それにより、螺旋テーパ溝内にシリンダ室内の液体がピストンの周面を軸線方向に流れ得る空間が形成されており、
螺旋テーパ溝の深さがピストンロッドの押入方向に向かって徐々に減少している、
ことを特徴とするショックアブソーバ。
上記シリンダ室の内周面におけるピストンのストローク範囲に設けられている螺旋テーパ溝が、１ピッチのオーダーである、
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。
上記シリンダ室のロッド導出側の端部を、アキュムレータを構成する弾性部材室に連通させ、該弾性部材室に収縮膨張自在な弾性部材を収容し、上記螺旋テーパ溝の深さを該弾性部材室側端部において最大とした、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のショックアブソーバ。