JP5106321B2 - 単筒型液圧緩衝器 - Google Patents

Description

本発明は、単筒型液圧緩衝器の改良に関する。

従来の単筒型液圧緩衝器にあっては、たとえば、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液室と気体室とに区画するフリーピストンと、シリンダ内に摺動自在に挿入され液室を二つの作動室に区画するピストンと、ピストンに一端が連結されるロッドとを備えて構成され、制振対象の振動を抑制している（たとえば、特許文献１参照）。

また、この単筒型液圧緩衝器にあっては、ピストンがシリンダに対して軸方向に移動する緩衝器の伸縮行程にあっては、ロッドがシリンダ内に出入りする際のシリンダ内容積変化を気体室の容積を拡大あるいは減少させることによって補償している。

この単筒型液圧緩衝器は、伸長する行程では、ピストンが気体室に面していない作動室を圧縮し、反対の作動室の容積を拡大させるので、液体が圧縮側の作動室から拡大側の作動室へ流れ、この液体の流れに抵抗を与えて圧縮側の作動室の圧力上昇を促し、圧縮側の作動室と拡大側の作動室の圧力に差を生じせしめ、当該差圧をピストンに作用させることによって伸長を妨げる減衰力を発揮する。これに対して、単筒型液圧緩衝器は、圧縮される行程では、ピストンが気体室に面している作動室を圧縮し、反対の作動室の容積を拡大させるので、液体が圧縮側の作動室から拡大側の作動室へ流れ、この液体の流れに抵抗を与えて圧縮側の作動室と拡大側の作動室の圧力に差を生じせしめ、当該差圧をピストンに作用させることによって圧縮を妨げる減衰力を発揮する。

すなわち、単筒型液圧緩衝器は、伸長行程時には、気体室に面していない作動室を圧縮するので、ロッド周りのオイルシールの耐久が許容する範囲において、圧縮側の作動室の圧力を幾らでも増大させることができるが、反対に、圧縮行程時では、気体室に面している作動室を圧縮するので、圧縮側の作動室の圧力は気体室の圧力以上にならず、圧縮行程時の減衰力が頭打ちとなる傾向にある。

そのため、単筒型液圧緩衝器は、気体室内に加圧されたガスを封入して、シリンダ内の液体を常時加圧状態に維持して、圧縮行程時の減衰力を高める工夫を施している。

しかしながら、気体室の圧力を大きくすると、今度は、単筒型液圧緩衝器のシリンダ内の液室内圧力が高くなり、ロッド周りをシールするオイルシールにもこの圧力が作用してオイルシールのロッドを締付ける緊迫力が大きくなって、ロッドの摺動抵抗が過大となって単筒型液圧緩衝器の円滑な伸縮が妨げられて、特に、車両用途で使用する場合、車両搭乗者にゴツゴツ感を知覚させ車両における乗り心地を阻害してしまいかねない。

そこで、気体室内にフリーピストンを液室側へ附勢するとともに圧縮が進行するとバネ定数が大きくなる弾性体を収容して、気体室の圧力を高圧にすることなく圧縮行程時の減衰力を高めるようにした単筒型液圧緩衝器が開発されている（たとえば、特許文献２参照）。

これとは別に、液圧緩衝器を収容するフロントフォーク内の気体室を分断する絞り通路付きの隔壁を設け、圧縮行程時に圧縮速度に応じて気体室のバネ定数を高めて、フロントフォーク全体としての反力を高めるものもある（たとえば、特許文献３参照）。
特開平０８−１５９１９９号公報（図１） 特開２００７−１３２３５９号公報（図１および図２） 特開平０７−１７４１７９号公報（図１）

しかしながら、上記した特開２００７−１３２３５９号公報に開示された単筒型液圧緩衝器にあっては、弾性体はフリーピストンのシリンダに対する位置に依存した附勢力しか発揮できないので、ピストン速度（シリンダに対するピストンの速度）とは無関係に液室を加圧するので、フリーピストンの位置によっては減衰力が過剰となったり不足したりする可能性がある。

また、上記した特開平０７−１７４１７９号公報に開示された技術では、バネ力が変化するのみで、単筒型の液圧緩衝器の減衰力についての問題を解決することはできない。

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、圧縮行程時にあってもピストン速度に応じて必要十分な減衰力を発揮することができる単筒型液圧緩衝器を提供することである。

上記した課題を解決するために、本発明の課題解決手段は、シリンダと、シリンダ内を液室と気体室とに区画するフリーピストンと、シリンダ内に摺動自在に挿入されて液室を二つの作動室に区画するピストンと、シリンダ内に移動自在に挿入されてピストンに連結されるロッドとを備えた単筒型液圧緩衝器において、フリーピストンに連結されて気体室内に収容されると共に気体室をフリーピストン側室と反フリーピストン側室に区画する区画部材を備え、当該区画部材にフリーピストン側室と反フリーピストン側室とを連通する通路を設け、当該通路の途中に気体の流れに抵抗を与える弁要素を設けたことを特徴とする。

本発明の単筒型液圧緩衝器によれば、圧縮行程においてフリーピストンの下降速度に比例するピストン速度が速くなればなるほど、気体室に臨む作動室に気体室が作用させる圧力が大きくなって、作動室の圧力上昇上限がピストン速度が速くなればなるほど大きくなって作動室の圧力上昇が促される。

つまり、この単筒型液圧緩衝器にあっては、圧縮行程において、気体室の見掛け上の容積をピストン速度に応じて、気体室に臨む作動室に作用させる圧力を大きくするので、単筒型液圧緩衝器が発生する減衰力はピストン速度が速くなるに従って大きくなる。

このように、単筒型液圧緩衝器にあっては、従来の単筒型液圧緩衝器とは異なり、圧縮行程においてピストン速度に依存して減衰力を発生するので、フリーピストンの位置によっては減衰力が過剰となったり不足したりするという不具合も無く、特に、車両の車体の振動を抑制するのに適した減衰力を発揮でき、車両における乗り心地を向上することができる。

さらに、上述のように、ピストン速度が速くなればなるほど、気体室に臨む作動室に気体室が作用させる圧力が大きくなるので、圧側の減衰の発生応答性が向上する。

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図1は、一実施の形態における単筒型液圧緩衝器の縦断面図である。図２は、一実施の形態における単筒型液圧緩衝器の一部縦断面図である。

図１および図２に示すように、一実施の形態における単筒型液圧緩衝器Ｄは、シリンダ１と、シリンダ１内に摺動自在に挿入されシリンダ１内を液室Ｌと気体室Ｇとに区画するフリーピストン２と、シリンダ１内に摺動自在に挿入され液室Ｌを二つの作動室Ｒ１，Ｒ２に区画するピストン３と、ピストン３に一端が連結されるロッド４と、気体室Ｇをフリーピストン側室５と反フリーピストン側室６に区画する区画部材７とを備えて構成されている。

以下、各部材について詳細に説明すると、ピストン３は、上述のように、シリンダ１内に２つの作動室Ｒ１，Ｒ２を画成しており、この作動室Ｒ１，Ｒ２内には、たとえば、作動油等の液体が充填されている。また、作動室Ｒ２の図中下方には上記フリーピストン２により気体室Ｇが区画されている。なお、シリンダ１の図１中下端は、ロアキャップ１１によって閉塞され、気体室Ｇは気密に保たれている。

そして、ピストン３の一端にはロッド４が連結されており、このロッド４は、シリンダ１内に移動自在に挿入され、シリンダ１の上端に設けられてシリンダ１内を封止する環状のヘッド部材８によって軸支されている。なお、ロッド４の外周は、ヘッド部材８に設けたシール部材９によってシールされ、シリンダ１内が密閉状態に維持されている。

また、ピストン３には、上記作動室Ｒ１と作動室Ｒ２とを連通する減衰通路１０が設けられており、該減衰通路１０は、減衰力発生要素１０ａを備えてこれを通過する液体の流れに抵抗を与えるようになっており、単筒型液圧緩衝器Ｄの伸縮時に作動室Ｒ１から作動室Ｒ２へ、あるいは、作動室Ｒ２から作動室Ｒ１へ移動する液体の流れに抵抗を与えてこれら作動室Ｒ１，Ｒ２の圧力に差を生じさせるようになっている。

すなわち、この単筒型液圧緩衝器Ｄは、伸縮する際、作動室Ｒ１内と作動室Ｒ２内の液体が上記した減衰通路１０を介して行き来し、上記減衰力発生要素１０ａによって生じる圧力損失に見合った減衰力を発生するようになっている。

なお、減衰力発生要素１０ａは、液体が通過する際にこの液体の流れに抵抗を与え、所定の圧力損失を生じさせるものであればよく、具体的にはたとえば、オリフィスやリーフバルブといった減衰バルブを採用することができる。

また、気体室Ｇは、単筒型液圧緩衝器Ｄが伸縮する際にフリーピストン２がシリンダ１に対し図中上下に移動して、その容積を膨縮することで、ロッド４がシリンダ１内へ出入りすることによる液室Ｌの容積変化を補償している。

このフリーピストン２は、図１および図２に示すように、有頂筒状とされて、頂部２ａの外周にシリンダ１の内面に摺接して気体室Ｇ内の気体が液室Ｌへの漏洩を阻止するシールリング１２が装着されるとともに、筒部２ｂの外周にはシリンダ１の内面に摺接してフリーピストン２のガタつきを防止して軸方向となる図２中上下方向への円滑な移動を実現する筒状のガイド１３が装着されている。

また、この実施の形態の場合、区画部材７は、フリーピストン２の開口部となる筒部２ｂの下端内周に螺着されてフリーピストン２の開口部を蓋してフリーピストン２内にフリーピストン側室５を区画しており、気体室Ｇ内であってフリーピストン２外が反フリーピストン側室６とされている。

詳しくは、区画部材７は、有底筒状とされて、筒部７ａをフリーピストン２の筒部２ｂの内周に螺合することでフリーピストン２に固定される。また、筒部７ａの外周には、鍔７ｂが設けられており、この鍔７ｂとフリーピストン２の筒部２ｂの外周に設けた鍔２ｃとでガイド１３が挟持されるようになっている。さらに、区画部材７の底部７ｃには、螺子孔７ｄと、螺子孔７ｄの周りに配置される複数の一方通行通路７ｅとが設けられている。なお、区画部材７とフリーピストン２との連結に際しては、螺子結合によらず溶接等の他の結合方法を採用するようにしてもよい。

そして、螺子孔７ｄには、中空な螺子部材１４が装着されており、螺子部材１４は、螺子孔７ｄに螺合する軸部１４ａと、軸部１４ａより大径な頭部１４ｂとを備えている。

この螺子部材１４の軸部１４ａの外周には、環板状の弁体１５が装着されており、弁体１５は、その内周が頭部１４ｂと区画部材７の底部７ｃとで挟持されて固定され、外周の撓みが許容されて一方通行通路７ｅを開閉するようになっている。また、螺子部材１４の頭部１４ｂの内周には、筒状であって内周にオリフィス１７を備えたプラグ１６が螺着されている。

したがって、この実施の形態の場合、フリーピストン側室５と反フリーピストン側室６とは、螺子部材１４内およびプラグ１６内を介して連通されている。また、フリーピストン側室５の圧力が反フリーピストン側室６の圧力を上回ると弁体１５が撓んで一方通行通路７ｅが開放され、反対に、反フリーピストン側室６の圧力がフリーピストン側室５の圧力を上回ると弁体１５が区画部材７の底部７ｃに押付けられて一方通行通路７ｅが閉塞されるようになっている。

つまり、単筒型液圧緩衝器Ｄが圧縮されてフリーピストン２が図１中下方へ移動し、反フリーピストン側室６の容積が減少する場合、弁体１５が一方通行通路７ｅを閉塞するため、気体は反フリーピストン側室６からフリーピストン側室５へオリフィス１７を介して移動することになり、反フリーピストン側室６の圧力を上昇させる。また、フリーピストン２の下降速度が速くなればなるほど、気体がオリフィス１７を通過する際の抵抗が大きくなり、反フリーピストン側室６の圧力が大きく上昇することになる。つまり、フリーピストン２が下降する場合には、フリーピストン２の下降速度が速くなるに従って、あたかも気体室Ｇの容積が反フリーピストン側室６の容積に近くになるが如くに振舞って、ストローク量が同じでもフリーピストン２の下降速度が速くなるにつれて気体室Ｇの液室Ｌに作用させる圧力が大きくなるのである。

反対に、単筒型液圧緩衝器Ｄが伸長してフリーピストン２が図１中上方へ移動し、反フリーピストン側室６の容積が拡大される場合、反フリーピストン側室６が減圧されるので弁体１５が撓んで一方通行通路７ｅを開放する。そのため、気体はオリフィス１７を迂回して一方通行通路７ｅを優先的に通過するようになり、フリーピストン側室５と反フリーピストン側室６の圧力に差が生じることが抑制され、この場合は、気体室Ｇ全体の容積が拡大することに伴って気体室Ｇが減圧されることになり、区画部材７を設けていない通常の気体室と同様の圧力を液室Ｌに作用させることになり、フリーピストン２の上方への移動も妨げられることもない。

すなわち、この実施の形態の場合、当該区画部材７に設けられるフリーピストン側室５と反フリーピストン側室６とを連通する通路は、螺子部材１４およびプラグ１６によって形成され、当該通路の途中に設けられる気体の流れに抵抗を与える弁要素は、オリフィス１７ということになる。なお、弁要素は、オリフィス１７以外の弁とされてもよいが、オリフィス１７を用いることで弁要素を小型にすることができるメリットがある。さらに、この実施の形態の場合、オリフィス１７が区画部材７に着脱可能なプラグ１６に設けられているので、異なる径のオリフィス１７を備えたプラグ１６の交換によって気体室Ｇの液室Ｌに作用させる圧力のフリーピストン２の速度に対する特性を簡単に変更することができる。

また、区画部材７に設けられる一方通行通路７ｅは、この場合、弁体１５を設けることによってフリーピストン側室５と反フリーピストン側室６のうち単筒型液圧緩衝器Ｄの伸長時に容積が変化しない一方から単筒型液圧緩衝器Ｄの伸長時に容積が拡大する他方へ向かう気体の流れのみを許容するという機能を実現している。

なお、この実施の形態の場合、フリーピストン２に区画部材７を設けるようにしているが、シリンダ１あるいはロアキャップ１１に気体室Ｇをフリーピストン側室５と反フリーピストン側室６に区画する区画部材を設けるようにしてもよい。この場合、フリーピストン２が上下に移動すると、フリーピストン側室５の容積が拡大あるいは減少するようになるが、一方通行通路が単筒型液圧緩衝器Ｄの伸長時に容積が変化しない反フリーピストン側室６から容積が拡大するフリーピストン側室５へ向かう気体の流れのみを許容するようにしておけば、フリーピストン２の下降に対しては、フリーピストン２の下降速度が速くなるにつれて気体室Ｇの液室Ｌに作用させる圧力を大きくし、フリーピストン２の上昇に対しては、区画部材７を設けていない通常の気体室と同様の圧力を液室Ｌに作用させることになり、上記した処と変わらない作動を呈することになる。なお、この場合、フリーピストン側室５がフリーピストン２の図１下面に臨むようにすれば足りるので、区画部材は気体室Ｇを上下に分割することのみをもってしてフリーピストン側室５と反フリーピストン側室６を画成しなくともよい。

つづいて、このように構成された単筒型液圧緩衝器Ｄの動作について説明する。まず、単筒型液圧緩衝器Ｄが伸長する場合、ロッド４がシリンダ１から退出するため、フリーピストン２が図１中上方へ移動する。この場合、一方通行通路７ｅによってフリーピストン側室５と反フリーピストン側室６とが連通され気体は殆ど抵抗無く容積変化のないフリーピストン側室５から反フリーピストン側室６へ移動するので、気体室Ｇの全体の容積が拡大することに伴って圧力が減少することになる。

そして、図１中上方に配置される作動室Ｒ１がピストン３によって圧縮せしめられて作動室Ｒ１の圧力が上昇し、作動室Ｒ１から作動室Ｒ２へ減衰通路１０を介して液体が移動することになり、作動室Ｒ１と作動室Ｒ２の圧力に差が生じて、作動室Ｒ１と作動室Ｒ２の差圧がピストン３を下方へ押すように作用して減衰力が発生する。すなわち、単筒型液圧緩衝器Ｄは、従来の単筒型液圧緩衝器と同様、伸長時には、作動室Ｒ１を増圧させることによって減衰力を発揮する。

他方、単筒型液圧緩衝器Ｄが圧縮される場合、ロッド４がシリンダ１へ侵入するため、フリーピストン２が図１中下方へ移動する。この場合、一方通行通路７ｅは弁体１５によって閉じられ、気体は、圧縮される反フリーピストン側室６から容積変化のないフリーピストン側室５へオリフィス１７を介して移動し、フリーピストン２の下降速度に応じて反フリーピストン側室６の圧力を上昇させることになる。

すなわち、単筒型液圧緩衝器Ｄが圧縮されると、フリーピストン２の下降速度に比例するピストン速度が速くなればなるほど、気体室Ｇが下方に配置されて気体室Ｇに臨む作動室Ｒ２に作用させる圧力が大きくなる。すると、作動室Ｒ２の圧力上昇上限は、ピストン速度が速くなればなるほど大きくなり、作動室Ｒ２の圧力上昇が促される。

つまり、この単筒型液圧緩衝器Ｄにあっては、圧縮行程において、ピストン速度に応じて作動室Ｒ２に作用させる圧力を大きくするので、単筒型液圧緩衝器Ｄが発生する減衰力はピストン速度が速くなるに従って大きくなる。

また、この単筒型液圧緩衝器Ｄにあっては、上述のように、従来の単筒型液圧緩衝器とは異なり、圧縮行程においてピストン速度に依存して減衰力を発生するので、フリーピストンの位置によっては減衰力が過剰となったり不足したりするという不具合も無く、特に、車両の車体の振動を抑制するのに適した減衰力を発揮でき、車両における乗り心地を向上することができる。

さらに、上述のように、ピストン速度が速くなればなるほど、気体室Ｇが下方に配置されて気体室Ｇに臨む作動室Ｒ２に作用させる圧力が大きくなるので、圧側の減衰力の発生応答性が向上する。

加えて、減衰力発生応答性の向上に際して気体室Ｇ内のもともとの圧力を高くする必要が無く、シール部材９に過大な圧力を作用させることが無いので、ロッド４とシール部材９との間で生じる摩擦力が過剰とならずにすみ、単筒型液圧緩衝器Ｄの円滑な伸縮が保証されることになる。

なお、上記した実施の形態における単筒型液圧緩衝器Ｄにあっては、一方通行通路を設けて単筒型液圧緩衝器Ｄの伸長時にはフリーピストン２の移動が妨げられることがないので、作動室Ｒ２が負圧となってバキュームやエアレーションを発生することが防止されているが、区画部材７に設けられる通路によるフリーピストン側室Ｒ１と反フリーピストン側室６との連通によって作動室Ｒ２の負圧の発生を回避できれば一方通行通路の設置を省略することも可能である。ただし、その場合、一方通行通路を設ける場合に比較して、通路による気体の流れに与える抵抗を小さく設定しなければならないことになるので、単筒型液圧緩衝器Ｄの圧側の減衰力の上限も低くなる。換言すれば、一方通行通路を設けることで単筒型液圧緩衝器Ｄの圧側の減衰力を大きくできるメリットが有るのである。

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。

一実施の形態における単筒型液圧緩衝器の縦断面図である。 一実施の形態における単筒型液圧緩衝器の一部縦断面図である。

符号の説明

１ シリンダ
２ フリーピストン
２ａ フリーピストンにおける頂部
２ｂ フリーピストンにおける筒部
２ｃ
３ ピストン
４ ロッド
５ フリーピストン側室
６ 反フリーピストン側室
７ 区画部材
７ａ 区画部材における筒部
７ｂ 区画部材における鍔
７ｃ 区画部材における底部
７ｄ 区画部材における螺子孔
７ｅ 区画部材における一方通行通路
８ ヘッド部材
９ シール部材
１０ 減衰通路
１０ａ 減衰力発生要素
１１ ロアキャップ
１２ シールリング
１３ ガイド
１４ 螺子部材
１４ａ 螺子部材における軸部
１４ｂ 螺子部材における頭部
１５ 弁体
１６ プラグ
１７ オリフィス
Ｄ 単筒型液圧緩衝器
Ｇ 気体室
Ｌ 液室
Ｒ１，Ｒ２ 作動室

Claims (4)

1. シリンダと、シリンダ内を液室と気体室とに区画するフリーピストンと、シリンダ内に摺動自在に挿入されて液室を二つの作動室に区画するピストンと、シリンダ内に移動自在に挿入されてピストンに連結されるロッドとを備えた単筒型液圧緩衝器において、フリーピストンに連結されて気体室内に収容されると共に気体室をフリーピストン側室と反フリーピストン側室に区画する区画部材を備え、当該区画部材にフリーピストン側室と反フリーピストン側室とを連通する通路を設け、当該通路の途中に気体の流れに抵抗を与える弁要素を設けたことを特徴とする単筒型液圧緩衝器。
2. 区画部材にフリーピストン側室と反フリーピストン側室のうち伸長時に容積が変化しない一方から伸長時に容積が拡大する他方へ向かう気体の流れのみを許容する一方通行通路を設けたことを特徴とする請求項１に記載の単筒型液圧緩衝器。
3. 区画部材は、有底筒状に形成され、底部にはフリーピストン側室と反フリーピストン側室とを連通すると共に弁体で開閉される一方通行通路が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の単筒型液圧緩衝器。
4. フリーピストンが有底筒状とされ、区画部材は、フリーピストンの開口部を蓋してフリーピストン内にフリーピストン側室を区画することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の単筒型液圧緩衝器。

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