JP5136789B2

JP5136789B2 - 緩衝器

Info

Publication number: JP5136789B2
Application number: JP2008253415A
Authority: JP
Inventors: 龍矢嵜; 孝雄中楯
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2028-09-30
Also published as: JP2010084831A

Description

本発明は、流体圧を利用する緩衝器に関するものである。

一般的に、自動車等の車両の懸架装置に装着される筒型の油圧緩衝器は、油液が封入されたシリンダ内にピストンロッドが連結されたピストンが摺動可能に設けられ、ピストン部にオリフィス及びディスクバルブ等からなる減衰力発生機構が設けられた構造となっている。これにより、ピストンロッドの伸縮に伴うシリンダ内のピストンの摺動によって生じる油液の流れをオリフィス及びディスクバルブによって制御して減衰力を発生させる。

上記緩衝器で、メインの減衰力発生機構をバイパスするバイパス通路の途中に設けたシリンダ室にフリーピストンを挿入し、フリーピストンのストローク範囲を制限するようにした減衰力調整機構を備えた油圧緩衝器が知られている。このような構造は例えば特許文献１に記載されている。
米国特許第７２５５２１１号明細書

上記の構造の緩衝器を自動車に適用した場合には次のような改善効果が見られる。通常走行時の路面の小さな凹凸による小振幅の振動に対しては、フリーピストンのストロークによってバイパス通路の油液の流れが許容されるので、小さな減衰力が発生して振動を吸収することができ、乗り心地を向上させることができる。また、加速時、制動時、旋回時等の車体の姿勢変化による大振幅の振動に対しては、フリーピストンがストローク端まで移動し、バイパス通路の油液の流れを遮断するので、大きな減衰力が発生して車体の姿勢変化を抑えることにより、操縦安定性を高めることができる。

しかしながら、振幅の変動に対応するだけでは緩衝器の周波数特性が十分ではない場合があり、例えば自動車に適用した場合に振動の振幅が大きい場合などで、乗り心地の改善が望まれるニーズがあった。

本発明は、ピストンロッドのストロークの周波数に応答して適切な減衰力を得ることができる緩衝器を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る緩衝器は、流体が封入されたシリンダと、該シリンダ内に摺動可能に挿入されたピストンと、該ピストンに連結されて前記シリンダから外部に延出されたピストンロッドと、前記ピストンの少なくとも一方への摺動によって生じる流体の流れを制御して減衰力を発生させ、その流体の一部をパイロット圧として導入して開弁を調整する背圧室を有するパイロット型減衰バルブとを備え、
同一ストロークにおいて、高周波入力時よりも低周波入力時のほうが前記背圧室の圧力が高圧になるようにパイロット圧を制御するパイロット圧制御弁を設けたことを特徴とする。

本発明に係る緩衝器によれば、ピストンロッドのストロークの周波数に応答して適切な減衰力を得ることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本実施形態に係る緩衝器の全体図を図２に示し、その要部の拡大図を図１に示す。
図２に示すように、緩衝器１は、自動車等の車両の懸架装置に装着される複筒式の緩衝器であって、シリンダ２の外側に外筒３を設けた二重筒構造となっており、シリンダ２と外筒３との間にリザーバ４が形成されている。シリンダ２内に、ピストン５が摺動可能に設けられ、このピストン５によってシリンダ２内がシリンダ上室２Ａとシリンダ下室２Ｂとの２室に分けられている。ピストン５には、ピストンボルト６を介してピストンロッド７が連結され、ピストンロッド７は、シリンダ２及び外筒３の上端部に装着されたロッドガイド８及びオイルシール９を貫通して外部へ延出されている。シリンダ２の下端部には、シリンダ下室２Ｂとリザーバ４とを仕切るベースバルブ１０が設けられている。

ピストン５には、シリンダ上下室２Ａ、２Ｂ間を連通させるための伸び側油路１１及び縮み側油路１２が設けられている。そして、伸び側油路１１の油液の流動を制御して減衰力を発生させるパイロット型減衰バルブとして伸び側減衰力発生機構１３が設けられ、縮み側油路１２の油液流動を制御して減衰力を発生させるパイロット型減衰バルブとして縮み側減衰力発生機構１４が設けられている。

ベースバルブ１０には、シリンダ下室２Ｂとリザーバ４とを連通させる油路１５、１６が設けられている。そして、油路１５には、リザーバ４側からシリンダ下室２Ｂ側への油液の流通のみを許容する逆止弁１７が設けられ、また、油路１６には、シリンダ下室２Ｂからリザーバ４側への油液の流れに所定の流通抵抗を付与するオリフィス１８Ａを有するディスクバルブ１８が設けられている。そして、シリンダ２内には、作動流体として油液が封入され、リザーバ４内には油液及びガスが封入されている。

次に、ピストン５に設けられた伸び側及び縮み側減衰力発生機構１３、１４について図１を参照して説明する。図１に示すように、ピストン５には、小径部２０Ａ及び大径部２０Ｂからなる段付円柱状のピストンボルト２０の小径部２０Ａが挿入、貫通されている。ピストン５の形状をこのようにすることにより、組み付けやすいという効果を奏することができる。ピストン５の両端部には、略有底円筒状のバルブ部材２１、２２が開口側をピストン５に対向させて取付けられている。バルブ部材２１、２２の底部の内側の中央部には、開口部付近まで延びる円筒部２１Ａ、２２Ａが形成されている。バルブ部材２１、２２は、円筒部２１Ａ、２２Ａにピストンボルト２０の小径部２０Ａが挿入、貫通され、小径部２０Ａの先端部にナット部材２３がねじ込まれてピストン５に固定されている。ピストンボルト２０は、円筒状に形成された大径部２０Ｂにピストンロッド７の一端部がねじ込まれて、ピストンロッド７に連結されている。

伸び側減衰力発生機構１３について説明する。ピストン５のシリンダ下室２Ｂ側の端面には、内周部及び外周部に環状のクランプ部２４及びシート部２５が突出され、クランプ部２４とシート部２５との間に伸び側油路１１が開口されている。クランプ部２４とバルブ部材２１の円筒部２１Ａとの間に、減衰バルブである円板状のメインディスクバルブ２６の内周部がクランプされ、メインディスクバルブ２６の外周部がシート部２５に着座している。メインディスクバルブ２６のシート部２５に着座する面の背面側の外周部には、環状の弾性シール部材２７が固着されており、弾性シール部材２７は、バルブ部材２１の内周部に摺動可能かつ液密的に嵌合されている。これにより、バルブ部材２１の内部に背圧室２８が形成されて、背圧室２８の内圧がメインディスクバルブ２６に対して閉弁方向に作用する。

バルブ部材２１の底部には、背圧室２８をシリンダ下室２Ｂに連通させる油路２９が貫通されている。バルブ部材２１の底部の外側端面には、内周部及び外周部に環状のクランプ部３０及びシート部３１が突出されており、クランプ部３０とシート部３１との間に油路２９が開口されている。クランプ部３０とナット部材２３との間に、リリーフ弁である円板状のサブディスクバルブ３２の内周部がクランプされ、サブディスクバルブ３２の外周部がシート部３１に着座している。サブディスクバルブ３２の外周部には、背圧室２８とシリンダ下室２Ｂとを常時連通させる固定オリフィスである排出オリフィス３３が並列に設けられている。

ピストンボルト２０の小径部２０Ａの先端部には、その軸心に沿って延びる軸方向ボア３４が形成されている。軸方向ボア３４は、ピストンボルト２０の先端側の大径油路３４Ａ及び基端側の小径油路３４Ｂを有する段付形状であり、段部に環状のシート部３４Ｃが形成されている。大径油路３４Ａは、ピストンボルト２０の小径部２０Ａの側壁に形成された径方向ポート３５、バルブ部材２１のクランプ部３０に形成された油路３６及び油路２９を介して背圧室２８に連通されている。また、小径油路３４Ｂは、ピストンボルト２０の小径部２０Ａの側壁に形成された径方向ポート３７及びピストン５のクランプ部２４に形成された導入オリフィス３８を介して伸び側油路１１に連通されている。そして、導入オリフィス３８、径方向ポート３７、小径油路３４Ｂ、大径油路３４Ｂ、径方向ポート３５、油路３６及び油路２９によって背圧室２８にパイロット圧を導入するパイロット通路を構成している。

軸方向ボア３４の大径油路３４Ａには、シート部３４Ｃに離着座して径方向ポート３５、３７間の流路を開閉するパイロット圧制御弁であるポペット弁３９が挿入されており、ポペット弁３９の後端部は、ピストンボルト２０の小径部２０Ａの先端部から突出している。小径部２０Ａの先端部にねじ込まれたナット部材２３に、円筒状のシリンダ部４０が形成され、シリンダ部４０には、フリーピストン４１が摺動可能に挿入されている。フリーピストン４１は、一端がポペット弁３９の後端部に当接し、他端側にダンピング室４２を形成しており、ダンピング室４２内に挿入されたバネ手段である弁バネ４３（圧縮コイルバネ）のバネ力によってポペット弁３９をシート部３４Ｃに押圧している。ポペット弁３９は、小径油路３４Ｂ側の圧力によって弁バネ４３のバネ力に抗して移動してシート部３４Ｃから離座することによって開弁する。ダンピング室４２は、ダンピングオリフィス４４を介してシリンダ下室２Ｂに連通されている。

縮み側減衰力発生機構１４は、上述の縮み側減衰力発生機構１３とほぼ同様に、次のように構成されている。ピストン３のシリンダ上室２Ａ側の端面には、内周部及び外周部に環状のクランプ部４５及びシート部４６が突出されており、クランプ部４５とシート部４６との間に縮み側油路１２が開口されている。クランプ部４５とバルブ部材２２の円筒部２２Ａとの間に、減衰バルブである円板状のメインディスクバルブ４７の内周部がクランプされ、メインディスクバルブ４７の外周部がシート部４６に着座している。メインディスクバルブ４７のシート部４６に着座する面の背面側の外周部には、環状の弾性シール部材４８が固着されており、弾性シール部材４８は、バルブ部材２２の内周部に摺動可能かつ液密的に嵌合されている。これにより、バルブ部材２２の内部に背圧室４９が形成されて、背圧室４９の内圧がメインディスクバルブ４７に対して閉弁方向に作用する。

バルブ部材２２の底部には、背圧室４９をシリンダ上室２Ａに連通させる油路５０が貫通されている。バルブ部材２２の底部の外側端面には、内周部及び外周部に環状のクランプ部５１及びシート部５２が突出されており、クランプ部５１とシート部５２との間に油路５０が開口されている。クランプ部５１とピストンボルト２０の大径部２０Ｂの端面との間に、リリーフ弁である円板状のサブディスクバルブ５３の内周部がクランプされ、サブディスクバルブ５３の外周部がシート部５２に着座している。サブディスクバルブ５３の外周部には、背圧室４９とシリンダ上室２Ａとを常時連通させる固定オリフィスである排出オリフィス５４が並列に設けられている。

ピストンボルト２０の小径部２０Ａの基端部には、その軸心に沿って延びる軸方向ボア５５が形成されている。軸方向ボア５５は、ピストンボルト２０の基端側の大径油路５５Ａ及び先端側の小径油路５５Ｂを有する段付形状であり、段部に環状のシート部５５Ｃが形成されている。大径油路５５Ａは、ピストンボルト２０の小径部２０Ａの側壁に形成された径方向ポート５６、バルブ部材２２のクランプ部５１に形成された油路５７及び油路５０を介して背圧室４９に連通されている。また、小径油路５５Ｂは、ピストンボルト２０の小径部２０Ａの側壁に形成された径方向ポート５８及びピストン５のクランプ部４５に形成された導入オリフィス５９を介して縮み側油路１２に連通されている。そして、導入オリフィス５９、径方向ポート５８、小径油路５５Ａ、大径油路５５Ｂ、径方向ポート５６、油路５７及び油路５０によって背圧室４９にパイロット圧を導入するパイロット通路を構成している。

軸方向ボア５５の大径油路５５Ａには、シート部５５Ｃに離着座して径方向ポート５６、５８間の流路を開閉するパイロット圧制御弁であるポペット弁６０が挿入されており、ポペット弁６０の後端部は、ピストンボルト２０の円筒状の大径部２０Ｂにピストンロッド７がねじ込まれて形成されたシリンダ部６１内に突出している。シリンダ部６１には、フリーピストン６２が摺動可能に挿入されている。フリーピストン６２は、一端がポペット弁６０の後端部に当接し、他端側にダンピング室６３を形成しており、ダンピング室６３内に挿入されたバネ手段である弁バネ６４（圧縮コイルバネ）のバネ力によってポペット弁６０をシート部５５Ｃに押圧している。ポペット弁６０は、小径油路５５Ａ側の圧力によって弁バネ６４のバネ力に抗して移動してシート部５５Ｃから離座することによって開弁する。ダンピング室６３は、ダンピングオリフィス６５を介してシリンダ上室２Ａに連通されている。

以上のように構成した本実施形態の作用について次に説明する。ピストンロッド７の伸び行程時には、シリンダ２内のピストン５の摺動に伴ない、シリンダ上室２Ａ側の油液が伸び側油路１１を通ってシリンダ下室２Ｂ側へ流れ、伸び側減衰力発生機構１３によって減衰力が発生する。なお、ピストンロッド７がシリンダ２から退出した分の油液がリザーバ４からベースバルブ１０の逆止弁１７を介してシリンダ下室２Ｂへ流れ、リザーバ４内のガスが膨張することによってシリンダ２内の容積変化を補償する。

このとき、伸び側減衰力発生機構１３において、フリーピストン４１は、比例要素である弁バネ４３と１次微分要素であるダンピングオリフィス４４の組合せによって１次遅れ系を構成しているので、低周波入力に対して移動し易く、高周波入力に対して移動し難い特性を有している。

したがって、ピストンロッド７のストローク周波数が低周波の場合、図１中の左側に実線矢印で示すように、伸び側油路１１を流れる油液は、導入オリフィス３８及び径方向ポート３７を通って小径油路３４Ｂに流入する。フリーピストン４１は、低周波入力に対して移動し易くなっているので、小径油路３４Ｂ内の油液の圧力によってポペット弁３９が開き、油液は、小径油路３４Ｂから大径油路３４Ａ、径方向ポート３５及び油路３６を通り、排出オリフィス３３及びディスクバルブ３２を介してシリンダ下室２Ｂへ流れる。このとき、ポペット弁３９が開くことにより、その油液の圧力が背圧室２８に導入されて、背圧室２８が高圧になり、メインディスクバルブ２６の開弁圧力を高めて、その閉弁状態を維持するので、排出オリフィス３３及びディスクバルブ３２のみによって大きな減衰力が発生する。

一方、ピストンロッド７のストローク周波数が高周波の場合、フリーピストン４１は、高周波入力に対して移動し難くなっているので、ポペット弁３９は少ししか開かず、背圧室２８に油液の圧力が殆ど導入されない。このため、背圧室２８が低圧となってメインディスクバルブ２６の開弁圧力が低くなり、メインディスクバルブ２６が開弁して、図１中の左側に破線矢印で示すように、油液が伸び側油路１１から直接シリンダ下室２Ｂへ流れ、減衰力は低下する。

また、ピストンロッド７の縮み行程時には、シリンダ２内のピストン５の摺動に伴ない、シリンダ下室２Ａ側の油液が縮み側油路１２を通ってシリンダ上室２Ａ側へ流れ、縮み側減衰力発生機構１４によって減衰力が発生する。なお、ピストンロッド７がシリンダ２内に侵入した分の油液がシリンダ下室２Ｂから、ベースバルブ１０のオリフィス１８Ａ及びディスクバルブ１８を介してリザーバ４へ流れ、リザーバ４内のガスを圧縮することによってシリンダ２内の容積変化を補償する。

このとき、縮み側減衰力発生機構１４において、フリーピストン６２は、比例要素である弁バネ６４と１次微分要素であるダンピングオリフィス６５の組合せによって１次遅れ系を構成しているので、低周波入力に対して移動し易く、高周波入力に対して移動し難い特性を有している。

したがって、ピストンロッド７のストローク周波数が低周波の場合、図１中の右側に実線矢印で示すように、縮み側油路１２を流れる油液は、オリフィス油路５９及び径方向ポート５８を通って小径油路５５Ａに流入する。フリーピストン６２は、低周波入力に対して移動し易くなっているので、小径油路５５Ａ内の油液の圧力によってポペット弁６０が開き、油液は、小径油路５５Ａから大径油路５５Ｂ、径方向ポート５６及び油路５７を通り、排出オリフィス５４及びディスクバルブ５３を介してシリンダ上室２Ａへ流れる。このとき、ポペット弁６０が開くことにより、その油液の圧力が背圧室４９に導入されて、背圧室４９が高圧になり、メインディスクバルブ４７の開弁圧力を高めて、その閉弁状態を維持するので、排出オリフィス５４及びディスクバルブ５３のみによって大きな減衰力が発生する。

一方、ピストンロッド７のストローク周波数が高周波の場合、フリーピストン６２は、高周波入力に対して移動し難くなっているので、ポペット弁６０が開かず、背圧室４９に油液の圧力が導入されない。このため、背圧室４９が低圧となってメインディスクバルブ４７の開弁圧力が低くなり、メインディスクバルブ４７が開弁して、図１中の右側に破線矢印で示すように、油液が縮み側油路１２から直接シリンダ上室２Ａへ流れ、減衰力は低下する。

このようにして、ピストンロッド７の伸び及び縮み行程共に、低周波入力に対しては大きな減衰力を発生し、高周波入力に対しては小さな減衰力を発生させることができる。このため、自動車に適用した場合、路面の凹凸によるバネ下振動の高周波入力に対しては、小さな減衰力によって振動を吸収して乗り心地を向上させることができる。また、加速時、制動時、旋回時の車体に姿勢変化によるバネ上の低周波入力に対しては、大きな減衰力によって、車体の姿勢変化を抑制して操縦安定性を高めることができる。このとき、ピストンのストローク幅に依存することを少なくし、振動の入力周波数に応答して迅速に適切な減衰力を発生させることができる。したがって、例えば、旋回時の初期ロールに対して充分な減衰力を得ることができる。また、悪路走行においては、バネ下の振幅が大きくなった場合でも、振動を充分に吸収することができ、乗り心地を保つことができる。

なお、上記実施形態では、伸び側及び縮み側共に、本発明による入力周波数に応答して減衰力を調整する伸び側及び縮み側減衰力発生機構１３、１４が設けられているが、これらは、いずれか一方を通常の減衰力発生機構としてもよい。しかしながら、より適切な減衰力特性を得るためには、入力周波数に応答する減衰力発生機構を伸び側及び縮み側の両方に設けることが望ましい。伸び側及び縮み側減衰力発生機構１３、１４は、上記実施形態では、ディスクバルブとしているが、ポペット弁としてもよい。しかしながら、スペース効率に優れたディスクバルブを採用することが望ましい。また、上記実施形態では、本発明をベースバルブ１０及びリザーバ４を有する複筒式の油圧緩衝器に適用した場合について説明しているが、本発明は、シリンダ内にフリーピストンによってガス室を形成する単筒式油圧緩衝器に適用してもよい。

上記実施形態では、入力周波数に応答して減衰力を調整する減衰力発生機構は、ピストン部に設けられているが、ベースバルブ１０の減衰力発生機構や、その他の油液の通路となる箇所に設けることもできる。しかしながら、ピストンやベースバルブに減衰力発生機構を設ける方がスペース効率、構造が簡単化の観点から、より望ましい。さらに、上記実施形態では、油液の流れを制御することによって減衰力を発生させる油圧緩衝器について説明しているが、本発明は、これに限らず、ガス等の他の流体の流れを制御して減衰力を発生させる緩衝器にも適用することができるが、油液を用いたほうが、減衰力特性の安定性の観点から、より望ましい。また、上記実施形態では自動車に適用した際の例を示したが、洗濯機、鉄道等に適用してもよい。しかしながら、路面の小さな凹凸やロールなど刻々と変化する状況に対し乗り心地の改善のニーズが高い自動車に採用することは望ましい。

本発明の一実施形態に係る油圧緩衝器の要部を拡大して示す縦断面図である。図１に示す油圧緩衝器の全体構成を示す縦断面図である。

符号の説明

１緩衝器、２シリンダ、５ピストン、７ピストンロッド、１３伸び側減衰力発生機構（パイロット型減衰バルブ）、１４縮み側減衰力発生機構（パイロット型減衰バルブ）、２８背圧室、３９ポペット弁（パイロット圧制御弁）、４９背圧室、６０ポペット弁（パイロット圧制御弁）

Claims

流体が封入されたシリンダと、該シリンダ内に摺動可能に挿入されたピストンと、該ピストンに連結されて前記シリンダから外部に延出されたピストンロッドと、前記ピストンの少なくとも一方への摺動によって生じる流体の流れを制御して減衰力を発生させ、その流体の一部をパイロット圧として導入して開弁を調整する背圧室を有するパイロット型減衰バルブとを備え、
同一ストロークにおいて、高周波入力時よりも低周波入力時のほうが前記背圧室の圧力が高圧になるようにパイロット圧を制御するパイロット圧制御弁を設けたことを特徴とする緩衝器。
前記パイロット圧制御弁は、前記背圧室の上流側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の緩衝器。
前記パイロット圧制御弁は、常時閉弁側に付勢するバネ手段と、開弁に対して、開弁速度の上昇に従って開弁抵抗が増大するダンピング手段とを有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の緩衝器。
前記パイロット圧制御弁は、前記ピストンの摺動によって加圧される前記シリンダ内から前記背圧室に導入されるパイロット圧を制御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緩衝器。
前記パイロット圧制御弁の上流側に導入オリフィスを設けたことを特徴とする請求項４に記載の緩衝器。
流体が封入されたシリンダと、該シリンダ内に摺動可能に挿入されたピストンと、該ピストンに連結されて前記シリンダの外部へ延出されたピストンロッドと、前記ピストンの少なくとも一方への摺動によって生じる流体の流れを制御して減衰力を発生させる減衰バルブと、該減衰バルブの背面側に設けられて内圧を前記減衰バルブの閉弁方向に作用させる背圧室と、前記ピストンの摺動による流体の流れを前記背圧室に導入するパイロット通路と、該パイロット通路の前記背圧室の上流側に配置された導入オリフィスと、前記パイロット通路の前記導入オリフィスと前記背圧室との間に設けられ、バネ手段によって上流側に付勢されて閉弁するパイロット圧制御弁と、該パイロット圧制御弁の開弁に対して、開弁速度の上昇に従って開弁抵抗が増大するダンピング手段とを備えていることを特徴とする緩衝器。
前記ダンピング手段は、前記パイロット圧制御弁の弁体の移動によって容積が変化するダンピング室と、前記ダンピング室の内外を連通するダンピングオリフィスとを有していることを特徴とする請求項６に記載の緩衝器。