JP5587613B2 - ショックアブソーバのダートシールド - Google Patents

Description

本発明は、車両のサスペンションシステムに使用するダンパすなわちショックアブソーバに関し、より詳しくは、客室に伝達される振動および／またはノイズを低減させる動的振動アブソーバ（Dynamic Vibration absorber）を備えたダンパすなわちショックアブソーバに関する。

このセクションでの記載は、単に本発明の開示に関する背景情報を提供するものであって、従来技術を構成するものではない。

ショックアブソーバは、車両の作動中に生じる好ましくない振動を吸収すべく、自動車のサスペンションシステムおよび他の車両のサスペンションシステムと組合せて使用される。この好ましくない振動を吸収するため、ショックアブソーバは、車両のばね上質量（ボディ）とばね下質量（サスペンションシステム）との間に連結される。ショックアブソーバの圧力チューブ内にはピストンが配置されており、車両のばね上質量に連結される。圧力チューブは車両のばね下質量に連結され、通常、油圧流体が充満されている。ピストンは、ショックアブソーバが圧縮または伸長されるときに圧力チューブ内の油圧流体の流れを制限する能力を有しているので、ショックアブソーバは、さもなくば車両のサスペンション（ばね下質量）からボディ（ばね上質量）に伝達されるであろう振動に反作用する減衰力を発生できる。

慣用の二重チューブショックアブソーバは、ピストンが配置された圧力チューブと、該圧力チューブを包囲するリザーブチューブとを有している。ピストンにはピストンロッドが連結されており、該ピストンロッドは、圧力チューブおよびリザーブチューブの上端部を通って延びている。圧力チューブの下端部には、圧力チューブとリザーブチューブとの間にベースバルブが配置されている。ベースバルブは、圧力チューブにより形成される作動チャンバと、リザーブチューブにより形成されるリザーブチャンバとの間の流体の流れを制御する。減衰力は、作動チャンバ内のピストンの両端間の流体の通過を調整するピストンの通路およびバルブを通る流体の制限流と、作動チャンバとリザーブチャンバとの間のベースバルブの両端間の流体の通過を調整するベースバルブの通路およびバルブを通る流体の制限流とにより発生される。

ピストンロッドがピストンの一方側のみに配置されているので、圧縮ストローク時には、リバウンドストローク時とは異なり、異なる量の流体が押し退けられる。流体のこの量の差は、ロッド体積と呼ばれている。ロッド体積の流体は、圧縮ストローク時に、圧力チューブからベースバルブを通ってリザーブチューブ内に押出される。リバウンドストローク時には、ロッド体積の流体は、リザーブチューブからベースバルブを通って圧力チューブ内に逆方向に流れる。

ピストンロッドは、その下端部がピストンにより支持され、かつショックアブソーバの上端部がロッドガイドにより摺動可能に受入れられている。かくして、ロッドガイドは、ロッドの滑りベアリングとして機能する。ロッドガイドは、圧力チューブ内でピストンロッドを適正に位置決めし、かつ圧力チューブおよびリザーブチューブの両者の閉鎖部材としても機能する。ピストンロッドがロッドガイドを通ってスムーズに摺動できるようにするため、ロッドガイドのベアリング部分の内周部とピストンロッドの外周部との間には僅かなクリアランスが形成されている。この僅かなクリアランスによって、油圧流体が、ピストンロッドとロッドガイドとの間の界面を潤滑できる。

サスペンションシステムは、乗用車での内部構造発生ノイズの大きい原因となる。ショックアブソーバは、ショックアブソーバレベルでは聴取できないか、殆ど聴取できない高い周波数の力（５０−１０００Ｈｚ）を発生する。油圧流体の遷移、チェックバルブの開閉および種々の部品間の摩擦は、この非線形挙動の主たる根本原因である。

これらの振動は車両ボディの全体に亘って伝達され、かつこれらの振動の一部はフロアパン、フレーム等の種々のボディ構造体で減衰される。これらの構造体は次に、典型的な低周波「ノッキング」ノイズ（殆どは約１５０−３００Ｈｚである）を発生する。油圧流体の遷移による「ノッキング」は、一般に、クラッターノイズ（カタカタ音）またはチャックルノイズ（クスクス音）として知られている。

ショックアブソーバのトップマウントは、ショックアブソーバと車両ボディとの間のゴムインターフェースであり、このマウントはこれらの振動を充分に濾過除去する。最適のノイズ、振動およびハーシュネス（noise、vibration、harshness：ＮＶＨ）性能を得るには、高周波数で小さい動的スチフネスを有する必要がある。しかしながら、この性能条件は、大きい静的スチフネスを必要とするハンドリング時、ステアリング時およびブレーキング時の擬似静的性能に従って考慮しなければならない。

この問題の１つの根本原因は、ショックアブソーバのピストンロッドの不充分な減衰にあると考えられている。ピストンロッドは、ロッド質量、トップマウントの動的スチフネスおよびダンパオイルの圧縮性により決定される１５０−４００Ｈｚの範囲内の共振で振動する。図６は、ショックアブソーバの機械的に等価のスプリング−質量−ダンパシステムを示すものである。図６から理解されようが、実際には２つの自由度（２つの振動質量）がある。第一はピストンロッドであり、第二はダンパチューブ（単一または複数）である。しかしながら、ピストンロッドにより発生される伝達力が最大であり、したがってこの共振が最大である。ロッドの共振周波数の公式は次の通りである。

油圧流体の遷移、チェックバルブの開閉、ショックアブソーバの移動遷移点での摩擦（これらは圧力波を発生する）により励振が引起こされる。これらの圧力波はピストンロッドの質量を励振し、該質量はその共振周波数で振動する。ブリードによる内部油圧減衰により、生じるピストンロッド加速レベルおよび伝達力が低下される。図７には、特定ショックアブソーバについての測定共振および模擬共振が示されている。図７は、共振周波数は約３２０Ｈｚにあることを示している。ＮＶＨ性能を向上させるには、この共振周波数を低減させるか、なくすことが望ましい。

本願は、ショックアブソーバのピストンロッドのためのチューニング形動的振動アブソーバを開示するものである。チューニング形動的振動アブソーバは、特定共振周波数での振動を抑制するための有効かつ容易な手段である。本発明のチューニング形動的振動アブソーバは、簡単なスプリング／質量システムを付加することにより、一次システムの共振を抑制するように設計されている。付加システムのばね定数および質量は、このシステムが、「問題（problem）」システムの共振周波数に等しい、このシステム自体の共振周波数を有するように選択されるべきである。ショックアブソーバ用のダートシールド（塵埃遮断手段）は、チューニング形動的振動アブソーバとなるように設計されている。

他の適用領域は、本願の開示から明らかになるであろう。本願の説明および特定例は、例示のみを目的としたものであり、本発明の範囲を制限するものではないことを理解すべきである。

本願の図面は例示のみを目的としたものであり、いかなる意味においても本発明の範囲を制限するものではない。

本発明によるチューニング形動的振動アブソーバが組込まれたショックアブソーバを有する自動車を示す概略図である。 本発明によるチューニング形動的振動アブソーバが組込まれたショックアブソーバの一部を破断した側面図である。 図２に示したチューニング形動的振動アブソーバを示す拡大断面図である。 ショックアブソーバおよび動的振動アブソーバの等価機械的システムを示す図面である。 ピストンロッドおよび動的振動アブソーバの共振を示すグラフである。 動的振動アブソーバを備えていないショックアブソーバの等価機械的システムを示す図面である。 動的振動アブソーバを備えていないピストンロッドの共振を示すグラフである。

以下の説明は本発明の本質の単なる例示であって、本発明、その適用または使用を制限するものではない。ここで図面（幾つかの図面を通して、同類または同一の部品には同じ参照番号が使用されている）を参照すると、図１には、本発明による動的振動アブソーバ（その全体を参照番号１０で示す）を備えたショックアブソーバが組込まれた車両が示されている。車両１０は、リアサスペンションシステム１２と、フロントサスペンションシステム１４と、ボディ１６とを有している。リアサスペンションシステム１２は、１対の後輪１８を運動可能に支持できる１対のリアサスペンションアームを有している。各リアサスペンションアームは、ショックアブソーバ２０およびヘリカルコイルスプリング２２を介してボディ１６に取付けられている。同様に、フロントサスペンションシステム１４は、１対の前輪２４を運動可能に支持できる１対のサスペンションアームを有している。各フロントサスペンションアームは、ショックアブソーバ２６およびヘリカルコイルスプリング２８を介してボディ１６に取付けられている。リアショックアブソーバ２０およびフロントショックアブソーバ２６は、車両１０のばね上部分（すなわちボディ１６）に対するばね下部分（すなわちフロントおよびリアサスペンションシステム１２、１４）の相対運動を減衰させるべく機能する。車両１０は前後の独立サスペンションシステム１２、１４を備えた乗用車として示されているが、ショックアブソーバ２０、２６は、他の形式のサスペンションおよびスプリングを備えた他の形式の車両、またはエアスプリング、リーフスプリング、非独立フロントおよび／またはリアサスペンションシステムが組込まれた車両を含む他の用途（但し、これらに限定されない）にも使用できる。また、本願で使用される用語「ショックアブソーバ」は一般的にダンパを意味し、したがってマクファーソンストラット、スプリングシートユニット並びに当業界で知られている他のショックアブソーバ設計をも含むものである。

ここで図２を参照すると、リアショックアブソーバ２０がより詳細に示されている。図２はリアショックアブソーバ２０のみを示すが、フロントショックアブソーバ２６も本発明による動的振動アブソーバを備えた設計にすることができる。フロントショックアブソーバ２６は、これが車両１０のばね上部分およびばね下部分に連結できる点のみがリアショックアブソーバ２０とは異なっているに過ぎない。ショックアブソーバ２０は、圧力チューブ３０と、ピストン組立体３２と、ピストンロッド３４と、リザーブチューブ３６と、ベースバルブ組立体３８とを有している。

圧力チューブ３０は作動チャンバ４２を形成している。ピストン組立体３２は圧力チューブ３０内に摺動可能に配置され、作動チャンバ４２を上方作動チャンバ４４と下方作動チャンバ４６とに分割する。ピストン組立体３２と圧力チューブ３０との間にはシール４８が配置されており、不適当な摩擦力を発生させることなく圧力チューブ３０に対してピストン組立体３２の摺動を可能にし、並びに下方作動チャンバ４６からの上方作動チャンバ４４のシーリングを可能にする。ピストンロッド３４はピストン組立体３２に取付けられておりかつ上方作動チャンバ４４および上方ロッドガイド５０を通って延びている。該上方ロッドガイド５０は、圧力チューブ３０およびリザーブチューブ３６の両者の上端部を閉鎖している。シーリングシステム５２が、ロッドガイド５０と、リザーブチューブ３６と、ピストンロッド３４との間の界面をシールしている。ピストン組立体３２とは反対側のピストンロッド３４の端部は、車両１０のばね上部分に固定できるようになっている。ピストン組立体３２内のバルブ作用により、圧力チューブ３０内でのピストン組立体３２の移動中に、上方作動チャンバ４４と下方作動チャンバ４６との間の流体の移動が制御される。ピストンロッド３４が上方作動チャンバ４４のみを通って延びており、下方作動チャンバ４６を通っていないため、圧力チューブ３０に対するピストン組立体３２の移動により、下方作動チャンバ４６内での流体の押し退け量と比較したとき、上方作動チャンバ４４内の流体押し退け量に差異が引起こされる。押し退けられる流体量のこの差異はロッド体積であり、この流体量はベースバルブ組立体３８を通って流れる。

リザーブチューブ３６は圧力チューブ３０を包囲し、両チューブ間にリザーブチャンバ５４を形成している。リザーブチューブ３６の下端部は、車両１０のばね下部分に連結できる端キャップ５６により閉鎖されている。リザーブチューブ３６の上端部は、リザーブチューブ３６の開端部を機械的に変形して保持フランジ５８を形成することにより、ロッドガイド５０に取付けられている。ベースバルブ組立体３８は下方作動チャンバ４６とリザーブチャンバ５４との間に配置され、両チャンバ間の流体の流れおよび流体のロッド体積を制御する。ショックアブソーバ２０の長さが伸長するとき（リバウンド時）、下方作動チャンバ４６内には付加流体量が必要になる。したがって、流体は、リザーブチャンバ５４からベースバルブ組立体３８を通って下方作動チャンバ４６内に流入する。ショックアブソーバ２０の長さが収縮するとき（圧縮時）、過剰の流体は下方作動チャンバ４６から排出されなくてはならない。したがって、流体は、下方作動チャンバ４６からベースバルブ組立体３８を通ってリザーブチャンバ５４内に流出する。伸長ストローク時のショックアブソーバ２０の減衰特性はピストン組立体３２のバルブ作用により制御され、圧縮ストローク時のショックアブソーバ２０の減衰特性はベースバルブ組立体３８のバルブ作用により制御される。

共振周波数でのピストンロッド３４の振動を抑制するため、ピストンロッド３４には動的振動アブソーバ７０が取付けられている。動的振動アブソーバ７０はまた、ピストンロッド３４を水および他の汚染物質から保護しかつ遮断するダートシールドとしても機能する。動的振動アブソーバ７０は、減衰質量７２と、キャップ７４と、リテーナ７６と、１対の弾性マウント７８とからなる。

減衰質量７２は、ショックアブソーバ２０のダートシールドを形成するカップ形要素である。カップ形減衰質量７２の底部８０には、ピストンロッド３４およびキャップ７４が通る孔８２が形成されている。カップ形減衰質量７２の環状壁８４が、ピストンロッド３４並びにリザーブチューブ３６をカバーするように、底部８０から軸線方向に延びている。

図２および図３に示すように、キャップ７４は、ピストンロッド３４の側部に沿って下方に延びている環状本体８６と、該環状本体８６から半径方向内方に延びていて、ピストンロッド３４の肩部と係合する上方フランジ８８と、環状本体８６から底部８０より下のカップ形減衰質量７２内の位置まで半径方向外方に延びている下方フランジ９０とを形成している。車両に組付けられるとき、上方のショックアブソーバマウントが上方フランジ８８と係合して、動的振動アブソーバ７０をピストンロッド３４に固定する。

リテーナ７６は、雌ねじを備えた環状壁９２と、該環状壁９２から半径方向外方に延びているフランジ９４とを形成している。環状壁９２の雌ねじは環状本体８６の雄ねじとねじ係合する。リテーナ７６はねじ係合キャップ７４として開示したが、当業界で知られた他の任意の手段によりキャップ７４に取付けることができる。

１つの弾性マウント７８がリテーナ７６のフランジ９４と減衰質量７２の底部８０との間に配置され、他の弾性マウント７８が減衰質量７２とキャップ７４の下方フランジ９０との間に配置されている。弾性マウント７８はОリングとして示されているが、弾性マウント７８の一方または両方に、必要な特定性能に合致する任意の形状を用いることも本発明の範囲内にある。

動的振動アブソーバ７０は、ピストンロッド３４の振動を抑制する付加質量を形成する。減衰質量７２は、１対の弾性マウント７８を用いてキャップ７４から分離されている。弾性マウント７８の圧縮比は、予荷重したがって動的振動アブソーバ７０のスチフネスを決定する。したがって、弾性マウント７８の設計を変えることによりおよび／または弾性マウント７８の材料を変えることにより、動的振動アブソーバのチューニングを行うことができる。弾性マウント７８はまた、システムに付加減衰を行うことができ、これは、導入される共振を抑制すべく作動する付加的な特徴である。

動的振動アブソーバ７０は、特定共振周波数の振動を抑制する有効で容易な方法である。動的振動アブソーバ７０は、簡単なスプリング／質量システムを付加することにより一次システムの共振を抑制するようにチューニングされる。付加システムのばね定数および質量は、システムが、ピストンロッド３４の共振周波数に等しいそれ自体の共振周波数をもつようにチューニングされなくてはならない。図４は、図６に示すショックアブソーバの機械的システムに、動的振動アブソーバ７０を付加した機械的システムを示すものである。図４の機械的システムは、非常にスチフネスが大きいと考えられるロワーマウントブシュを除去することにより簡単化されている。

ピストンロッドの共振は、下記の組の方程式により計算される。

ここで、Ｋ_ｍ、Ｋ_ｄおよびＫ_ＤＶＡは、それぞれ、アッパーマウント、ショックアブソーバ２０および動的振動アブソーバ７０の複合動的スチフネスであり、Ｍ_ｒｏｄおよびＭ_ＤＶＡは、ピストンロッド３４および動的振動アブソーバ７０のモード質量である。

動的振動アブソーバ７０は、その共振周波数がピストンロッド３４の周波数に等しくなるように設計されている。したがって、次式が得られる。

この結果、図７に示す単一共振ピークは、図５に示すように２つのピークに分割されるであろう。図５は動的振動アブソーバ７０を備えたショックアブソーバの模擬共振および測定共振を示すものであり、一方のピークの周波数は単一共振ピークの周波数より小さく、他方のピークの周波数は共振ピークの周波数より大きくなる。

２０ リアショックアブソーバ
３０ 圧力チューブ
３２ ピストン組立体
３６ リザーブチューブ
４２ 作動チャンバ
５２ シーリングシステム
５４ リザーブチャンバ
７０ 動的振動アブソーバ
７２ 減衰質量
７４ キャップ
７６ リテーナ
７８ 弾性マウント

Claims (6)

1. 作動チャンバを形成する圧力チューブと、
   前記作動チャンバ内に配置されたピストン組立体とを有し、該ピストン組立体は、前記作動チャンバを上方作動チャンバおよび下方作動チャンバに分割し、
   前記ピストン組立体に取付けられたピストンロッドを有し、該ピストンロッドは、前記ピストン組立体から前記圧力チューブの一端を通って延びており、
   前記圧力チューブの回りに配置されたリザーブチューブを有し、前記圧力チューブとリザーブチューブとの間にリザーブチャンバが形成されており、
   前記作動チャンバと前記リザーブチャンバとの間に配置されたベースバルブ組立体を更に有しており、
   前記ピストンロッドに取付けられた動的振動アブソーバを更に有しており、前記動的振動アブソーバは、ピストンロッド並びにリザーブチューブをカバーするように軸方向に延びているカップ形減衰質量と、前記ピストンロッドに前記減衰質量を弾性的に取付けるための弾性マウントとを含み、前記弾性マウントは、前記リザーブチューブよりも径方向内方に配置され、
   前記動的振動アブソーバの共振周波数は、前記ピストンロッドの共振周波数にほぼ等しく、
   前記動的振動アブソーバを有さないショックアブソーバは、第１の周波数で単一共振ピークを有し、前記動的振動アブソーバを有するショックアブソーバは、ペアの共振ピークを有し、前記ペアの共振ピークの第１共振ピークは、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数にあり、前記ペアの共振ピークの第２共振ピークは、前記第１の周波数よりも高い第３の周波数にあることを特徴とするショックアブソーバ。
2. 前記減衰質量は、前記ショックアブソーバのダートシールドを形成していることを特徴とする請求項１記載のショックアブソーバ。
3. 前記動的振動アブソーバは、
   前記ピストンロッドに取付けられたキャップと、
   該キャップに取付けられたリテーナとを更に有し、
   前記弾性マウントは、
   前記リテーナと前記減衰質量との間に配置された第一弾性マウントと、
   前記減衰質量と前記キャップとの間に配置された第二弾性マウントとを有していることを特徴とする請求項１記載のショックアブソーバ。
4. 前記減衰質量は、前記ショックアブソーバのダートシールドを形成していることを特徴とする請求項３記載のショックアブソーバ。
5. 前記リテーナは前記キャップと可動係合しており、調節可能な機構が、前記リテーナと前記キャップとの間の可動係合により形成されていることを特徴とする請求項３記載のショックアブソーバ。
6. 前記リテーナは前記キャップとねじ係合していることを特徴とする請求項５記載のショックアブソーバ。

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