JP5426853B2 - 液圧緩衝器 - Google Patents

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本発明は、液圧緩衝器の改良に関する。
従来の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。
また、ピストンの両側にロッドを備えた両ロッド型に比較してピストンの一方側のみにロッドを備えた片ロッド型のほうがストローク長を確保しやすいことから、車両の車体と車軸との間に介装されてサスペンション用途に使用される液圧緩衝器にあっては、多くの場合、片ロッド型の構造を採用している。
このような片ロッド型の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際に、ロッドがシリンダ内に出入りし、このシリンダ内に出入りするロッド体積によってシリンダ内の作動室の容積が変化してシリンダ内の液体量に過不足が生じるため、これを補償すべくシリンダ内にフリーピストンで仕切った気室を設ける(たとえば、特許文献1参照)か、シリンダ外に気室と液室を備えたリザーバを設けている(たとえば、特許文献2参照)。
特開平08−159199号公報(図1) 特開平08−200428号公報(図1)
このように、片ロッド型の液圧緩衝器にあっては、気室あるいはリザーバの設置が必須であるが、気室をシリンダ内に設ける構造を採用する場合には、シリンダ全長に対して気室部分がストローク長に寄与しないため、液圧緩衝器の全長が長くなる傾向に有る。これを嫌って気室の容積を小さくすると、液圧緩衝器が収縮した際に気室内の圧力が過剰となってシリンダ内圧を高めることになる。シリンダ内圧は、ロッドの外周をシールするシール部材にも作用するため、シリンダ内圧が過剰となるとシール部材のロッドを締め付ける緊迫力が大きくなりすぎ、ロッドの摺動抵抗が増して液圧緩衝器の円滑な伸縮を妨げる恐れがあることから、気室の容積はある程度確保しなくてはならず、液圧緩衝器の全長を短縮するにも限界がある。
これに対して、リザーバを設ける構造を採用する場合にはシリンダの外周にリザーバを形成する外筒を設ける必要があって液圧緩衝器の外径が太くなる。これを嫌って、液圧緩衝器の外径を小さくしようとすると、外筒内のシリンダ径も小さくなってピストンの受圧面積も小さくなり、液圧緩衝器の減衰力が不足する事態を招く恐れがあるため、液圧緩衝器の外径の小径化にも限界がある。
なお、特開平08−200428号公報に開示された液圧緩衝器にあっては、ロッド内にアキュムレータを備えているが、シリンダ内に出入りするロッド体積を補償するものではなく、そのため、リザーバをシリンダ外周に設けており、ロッド内のアキュムレータは液圧緩衝器の外径の小径化に寄与していない。
そこで、本発明は上記した点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、ストローク長を確保しつつ全長の短縮化および外径の小径化を実現することができる液圧緩衝器を提供することである。
本発明の課題解決手段は、シリンダと、シリンダ内に摺動自在に挿入されてシリンダ内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緩衝器本体と、緩衝器本体のシリンダとロッドとの間に介装されるエアバネとを備えた液圧緩衝器において、緩衝器本体のロッド内に中空部を設け、中空部内に上記作動室のうち一方に連通される液室とエアバネ内に連通される気室を形成したことを特徴とする。
各請求項の発明によれば、次の特有の効果を達成できる。
A)ロッドがシリンダ内から退出する場合、ロッドがシリンダから退出する体積分の液体が作動室内で不足することになるが、気室の容積を拡大するとともに液室から不足分の液体が作動室内に供給されて体積補償が行われ、反対に、ロッドがシリンダ内へ侵入する場合、ロッドがシリンダ内へ侵入する体積分の液体が作動室内で過剰となるが、気室の容積を減少せしめるとともに作動室2内から排出される上記過剰分の液体を液室の容積拡大によって吸収することによって体積補償が行われ、ロッドに設けた中空部がリザーバとして機能する。
B)また、ロッド内に体積補償を行うリザーバを設けるだけでは、リザーバ内に気室容積を確保しなければならないことも手伝って、ロッドがシリンダ内に進退する体積を補償するだけの液体量を確保することができず、液圧緩衝器のストローク量を充分に確保することができないが、本発明によれば、気室をエアバネに連通することで、気室の容積を中空部内のみで確保する必要が無く、液圧緩衝器の最収縮時に中空部の容積の大部分を液室に割り当てることができるので、液圧緩衝器のストロークを充分に確保することができる。
C)従って、本発明の液圧緩衝器によれば、シリンダ内に直接フリーピストンを摺動自在に挿入して気室を区画したり、複筒型としてリザーバを設けたりしなくとも、充分にストローク長を確保することができ、液圧緩衝器の全長を短縮化と外径の小径化を実現することができ、車両への搭載性も向上する。
以下、図に示した一実施の形態に基づいて本発明について説明する。図1は、本発明の一実施の形態における液圧緩衝器の縦断面図である。
一実施の形態における液圧緩衝器Dは、図1に示すように、シリンダ2と、シリンダ2内に摺動自在に挿入されてシリンダ2内を二つの作動室R1,R2に区画するピストン3と、シリンダ2内に移動自在に挿入されてピストン3に連結されるロッド4とを備えた緩衝器本体1と、緩衝器本体1のシリンダ2とロッド4との間に介装されるエアバネ5と、緩衝器本体1のロッド4内に設けた中空部4aとを備えて構成され、中空部4a内に図1中下方側の作動室R2に連通される液室Lとエアバネ5内に連通される気室Gとが形成されている。
そして、作動室R1,R2および液室L内には、作動油等の液体が充填され、エアバネ5および気室G内にはともに、気体が充填されている。
また、ロッド4は、シリンダ2の上端に設けられてシリンダ2の図1中上端を封止する環状のロッドガイド7の内周に筒状のベアリング8を介して軸支されて、シリンダ2外へ突出させてあり、このロッド4の上端とシリンダ2の図1中下端を閉塞するキャップ9に設けられる図示しない取付部を介して液圧緩衝器Dを車両における車体と車軸との間といった制振対象に取付けることができるようになっている。
さらに、ロッド4は、この実施の形態の場合、先端となる下端から開口される中空部4aを備えており、先端外周に環状のピストン3が装着されて、先端開口端を作動室R2に臨ませて中空部4aを図1中下方配置される作動室R2へ連通させている。
また、本実施の形態では、ロッド4内には、摺動自在にフリーピストン6が挿入されており、このフリーピストン6にて中空部4a内を図1中下方側の作動室R2に連通される液室Lとエアバネ5内に連通される気室Gとに区画している。
すなわち、中空部4aのフリーピストン6より図1中下方を作動室R2に連通される液室Lとし、中空部4aのフリーピストン6より図1中上方をロッド4の側部から開口する透孔4bを介してエアバネ5内に連通される気室Gとしている。
このように、フリーピストン6で液室Lと気室Gとを区画することにより、液室Lへの気体混入の阻止と液室L内の液体のエアバネ5内への漏洩の阻止とを確実に行うことができるという利点があるが、フリーピストン6を設けなくとも気体と液体とは基本的には分離状態にあるのでフリーピストン6を省略することも可能である。
なお、ロッド4を完全に筒状として上端開口をエアバネ5に配管等を介して接続するようにしてもよいし、また、この場合、エアバネ5と緩衝器本体1とが一体化されているが、エアバネ5と緩衝器本体1とを別体として中空部4aをエアバネ5に連通する構成を採用することも可能である。
ピストン3には、上記作動室R1と作動室R2とを連通する通路3aが設けられており、該通路3aの途中には、減衰力発生要素3bが設けられている。減衰力発生要素3bは、上記通路3aを液体が通過する際に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。なお、通路3aは、図示したところでは、一つのみ設けられるようになっているが、複数設けるようにしてもよく、さらに、作動室R1から作動室R2へ向かう液体の流れのみを許容する一方通行の通路と作動室R2から作動室R1へ向かう液体の流れのみを許容する一方通行の通路を並列させて設けるようにしてもよい。
そして、この液圧緩衝器Dにあっては、シリンダ2に対してピストン3が図1中上下方向へ移動すると、ピストン3の移動に伴って容積が減少する作動室R1(R2)から容積が増大する作動室R2(R1)へ通路3aを介して移動する液体の流れに減衰力発生要素3bで抵抗を与えて圧力損失を生じせしめ、作動室R1と作動室R2に差圧を所持せしめて減衰力を発揮するようになっている。また、ロッド4がシリンダ2内から退出する場合、ロッド4がシリンダ2から退出する体積分の液体が作動室R1,R2内で不足することになるが、フリーピストン6がロッド4に対して下方へ移動して気室Gの容積を拡大するとともに液室Lから上記不足分の液体が作動室R1,R2内に供給されて体積補償が行われる。反対に、ロッド4がシリンダ2内へ侵入する場合、ロッド4がシリンダ2内へ侵入する体積分の液体が作動室R1,R2内で過剰となるが、フリーピストン6がロッド4に対して上方へ移動して気室Gの容積を減少せしめるとともに作動室R1,R2内から排出される上記過剰分の液体を液室Lの容積拡大によって吸収することによって体積補償が行われる。すなわち、ロッド4に設けた中空部4aがリザーバとして機能することになる。
他方、エアバネ5は、ロッド4の上端に取付けた有頂筒状のエアチャンバ10と、シリンダ2の外周に取付けた筒状であってエアチャンバ10より小径のエアピストン11と、エアチャンバ10とエアピストン11との間に介装される筒状のダイヤフラム12とを備えて構成され、エアチャンバ10とエアピストン11とダイヤフラム12とで区画される空間内には圧縮状態で気体が充填され、エアバネ5は、液圧緩衝器Dを伸長させる方向に弾発力を発揮している。
そして、エアバネ5が上記した透孔4bを介して気室Gに連通されており、この気室Gを介してシリンダ2内の作動室R1,R2はエアバネ5内の圧力によって附勢されている。
このように本発明の液圧緩衝器Dにあっては、シリンダ2内にロッド4が出入りする際の体積補償をロッド4内に設けたリザーバとして機能する中空部4aで行うので、シリンダ内にフリーピストンを摺動自在に挿入して気室を区画したり、複筒型としてリザーバを設けたりする必要がなくなる。
また、ロッド4内に体積補償を行うリザーバを設けるだけでは、リザーバ内に気室容積を確保しなければならないことも手伝って、ロッド4がシリンダ2内に進退する体積を補償するだけの液体量を確保することができず、液圧緩衝器Dのストローク量を充分に確保することができないが、本発明によれば、気室Gをエアバネ5に連通することで、気室Gの容積を中空部4a内のみで確保する必要が無く、液圧緩衝器Dの最収縮時に中空部4aの容積の大部分を液室Lに割り当てることができるので、液圧緩衝器Dのストロークを充分に確保することができる。
よって、本発明の液圧緩衝器Dにあっては、シリンダ内に直接フリーピストンを摺動自在に挿入して気室を区画したり、複筒型としてリザーバを設けたりしなくとも、充分にストローク長を確保することができ、液圧緩衝器の全長を短縮化と外径の小径化を実現することができ、車両への搭載性も向上する。
加えて、フリーピストン6によって気液分離されているので、作動室R1,R2内に気体が混入することを防止することができ、油柱剛性が向上するので減衰力発生の応答性も損なわれない。
また、液圧緩衝器Dが伸縮する際には、エアチャンバ10とエアピストン11とが遠近して、上記エアバネ5の容積を拡縮することになり、エアバネ5内の圧力が変動するようになっており、車両に搭載される重量が大きくなると、シリンダ2内の作動室R1,R2の圧力を上昇させることになる。
ゆえに、積載物を含めた車両重量が大きくなる場合には、液圧緩衝器Dが発生する減衰力も大きくなり、車両重量の増加に応じて車両に適する減衰力を発揮することができ、車両重量増加時の減衰力不足を解消する。
反対に、積載物を含めた車両重量が小さくなるとエアバネ5内の圧力が減少するので、上記したところとは反対に、液圧緩衝器Dの減衰力は小さくなって、車両重量の減少に応じて車両に適する減衰力を発揮することができ、車両重量減少時に減衰力過剰となってしまう事態を招くことも無い。
さらに、液圧緩衝器Dの場合、エアバネ5内の圧力を変化させることで、発生減衰力が変化する構造となっているので、エアバネ5内の圧力を制御することによって、減衰力可変型の緩衝器としても使用することができる。
なお、上記したところでは、液圧緩衝器Dを車両へ適用する場合、それぞれ単独で車両の車体と車軸との間に介装して使用することを想定して説明しているが、たとえば、この液圧緩衝器Dにアクチュエータを直列接続して車両の車体と車軸との間に介装して使用することもでき、このような場合には、アクチュエータを介してエアバネ5のエアチャンバ10をロッド4に連結するようにしてもよい。
また、中空部4aに形成する液室Lは、上方側の作動室R1へ連通するようにしてもよい。
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。
本発明の一実施の形態における液圧緩衝器の縦断面図である。
符号の説明
1 緩衝器本体
2 シリンダ
3 ピストン
3a 通路
3b 減衰力発生要素
4 ロッド
4a 中空部
4b 透孔
5 エアバネ
6 フリーピストン
7 ロッドガイド
8 ベアリング
9 キャップ
10 エアチャンバ
11 エアピストン
12 ダイヤフラム
D 液圧緩衝器
G 気室
R1,R2 作動室

Claims (3)

  1. シリンダと、シリンダ内に摺動自在に挿入されてシリンダ内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緩衝器本体と、緩衝器本体のシリンダとロッドとの間に介装されるエアバネとを備えた液圧緩衝器において、緩衝器本体のロッド内に中空部を設け、中空部内に上記作動室のうち一方に連通される液室とエアバネ内に連通される気室を形成したことを特徴とする液圧緩衝器。
  2. 中空部内に摺動自在に挿入されて中空部内を上記作動室のうち一方に連通される液室と気室とを区画するフリーピストンを設けたことを特徴とする請求項1に記載の液圧緩衝器。
  3. エアバネは、ロッドに連結される筒状のエアチャンバと、シリンダに連結され筒状であってエアチャンバより小径のエアピストンと、エアチャンバとエアピストンとの間に介装されるダイヤフラムとを備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の液圧緩衝器。
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