JP5668289B2 - 油圧式ショックアブソーバ - Google Patents

Description

本発明は、移動物体を停止させる際の衝撃を油の流動抵抗を利用して緩衝する油圧式のショックアブソーバに関するものである。

油圧式のショックアブソーバは、例えば特許文献１に記載されているように、シリンダハウジングのピストン室内に、鉱油などの油を充填すると共に制動用のピストンを外周に油の流通間隙を保った状態に収容し、該ピストンに連結したロッドを、上記シリンダハウジングのロッド側端壁（スリーブ）を摺動自在に貫通させて外部に延出させた構成を有している。そして、このロッドの先端に移動物体が衝突して上記ピストンが変移する際に上記流通間隙を流れる油の流動抵抗により、上記移動物体の運動エネルギーを吸収するものである。

上記ロッドは、復帰ばねによる付勢力によって通常は前進端である初期位置を占め、上記移動物体が衝突すると後退して緩衝動作を行ったあと、上記復帰ばねの付勢力で再び初期位置に復帰するという動作を繰り返す。このとき、該ロッドの表面には、ピストン室内に充填された油が付着することによって油膜が形成されるため、該ロッドが後退・前進を繰り返すことによってピストン室内の油が該ロッドを通じて少しずつ外部に流出することになり、この結果、ピストン室内の油量が次第に減少してショックアブソーバとしての緩衝能力が低下し、寿命に至るのが一般的である。

このような油量の減少による緩衝能力の低下を防止するには、上記ロッドの外周とロッド側端壁の内周との間にスクレーパを設け、このスクレーパでロッド外周に付着した油膜を掻き落として上記ピストン室内に戻すことにより、流出量の低減を図れば良い。

しかし、上記油膜は一方で、上記ロッド側端壁に設けられたロッドパッキンと上記ロッドとの摺動のための潤滑油としての役目も果たしているため、該油膜を必要以上に除去してしまうと、ロッドの摺動抵抗が増大して摺動特性が悪くなると共に、上記ロッドパッキンが摩耗してシール性が低下することになる。
このため、必要量の油が潤滑油として流出するように構成せざるを得ず、油の流出量低減を図るにも限界があった。そして、このことが、油量の減少によるショックアブソーバの緩衝能力の低下を防止する上での最大のネックとなっていた。

特開２００６−２５０３０９号公報

本発明の目的は、油圧式ショックアブソーバにおいて、ロッドの外周に付着した油膜を極限まで除去することによって油の流出量の低減を図ると同時に、上記ロッドとロッドパッキンとの間の良好な摺動性の確保と該ロッドパッキンの摩耗防止とを可能ならしめることにある。

上記目的を達成するため、本発明は、ヘッド側端壁及びロッド側端壁を有するシリンダハウジングの内部に、油が充填されたピストン室を有し、該ピストン室内に緩衝用のピストンが該ピストン室の軸線方向に移動自在に収容され、該ピストンにロッドの基端部が連結されると共に、該ロッドの先端部が上記ロッド側端壁を貫通して上記シリンダハウジングの外部に導出され、該ロッドの外周と上記ロッド側端壁の内周との間にロッドパッキンが介在してなり、上記ロッドの先端に衝突する移動物体を緩衝停止させる油圧式ショックアブソーバにおいて、上記ロッドパッキンは、上記ロッド側端壁の内周に形成された凹段部内に配置され、上記ロッドの外周に付着した油膜を掻き落とすためのエッジを有する第１リップと、上記第１リップよりロッド先端寄りの位置にあるシール用の第２リップと、上記ロッドの外周に供給するためのグリースを保持するリング状のグリース保持部材とを有し、該グリース保持部材は、上記ロッドパッキンの上記凹段部内に嵌合している部分の内周において、上記第１リップと第２リップとの間に位置するように形成されたリング状の凹溝内に嵌合し、上記ロッドの外周に接触していることを特徴とするものである。

さらに、本発明は、上記ロッドを微小な摺動間隙を介して取り囲むスリーブが、上記ロッド側端壁から上記ピストン室側に向けて延在し、上記ロッドが、該ロッドの外周と上記ロッド側端壁及びスリーブの内周との間の上記摺動間隙内に位置する部分に、該摺動間隙内の油を通じて上記ロッドパッキンに作用する圧力を低減させるためのラビリンスを有していても良い。
この場合に上記ラビリンスは、上記ロッドの外周を取り囲む複数の周溝からなり、該周溝内に、上記油より粘度の大きい高粘度油が充填されていることが望ましい。

本発明によれば、ロッドパッキンの第１リップによってロッドの外周の油膜が極限まで掻き落とされても、上記ロッドパッキンに設けたグリース保持部材から供給されるグリースにより、該ロッドパッキンと上記ロッドとの摺動性が良好に維持されると共に、該ロッドパッキンの摩耗も防止される。この結果、油の流出量を極限まで減少させてショックアブソーバの寿命を延ばすことができると同時に、上記ロッドとロッドパッキンとの良好な摺動性の維持と、該ロッドパッキンの耐久性の向上とを図ることができる。

本発明に係る油圧式ショックアブソーバの第１実施形態の断面図で、ピストン及びロッドが初期位置にある状態を示すものである。 図１のショックアブソーバの異なる動作状態を示す断面図で、ピストン及びロッドが緩衝位置に移動した状態を示すものである。 図１の要部拡大図である。 本発明に係る油圧式ショックアブソーバの第２実施形態の部分断面図である。

図１−図３は、本発明に係る油圧式ショックアブソーバの第１実施形態を示すものである。このショックアブソーバは、円筒状のシリンダハウジング１を有している。このシリンダハウジング１は、軸線Ｌ方向の基端側に位置するヘッド側端壁２及び先端側に位置するロッド側端壁３と、中間に位置する中間壁４とを有していて、該中間壁４と上記ヘッド側端壁２との間にピストン室５が形成され、該中間壁４と上記ロッド側端壁３との間にアキュムレータ室６が形成され、これらのピストン室５及びアキュムレータ室６の内部に油７が加圧状態で充填されている。上記ピストン室５とアキュムレータ室６とは、上記中間壁４の連通孔４ａで相互に連通している。

上記ピストン室５の内部には、該ピストン室５の内径よりも外径の小さい緩衝用のピストン１０が、その外周と上記シリンダハウジング１の内周との間に油７が流通する隙間Ｓを保持した状態で、該シリンダハウジング１（ピストン室５）の軸線Ｌ方向に移動自在なるように収容され、該ピストン１０にロッド１１の基端部が連結されている。また、このロッド１１の基端部にばね座板１３がナット１４により取り付けられ、このばね座板１３と上記ヘッド側端壁２との間に、上記ピストン１０を中間壁４に当接する初期位置（図１の位置）に向けて常時付勢する復帰ばね１２が配設されている。

上記ピストン１０は、中心を貫通する取付孔１０ａ内に上記ロッド１１の基端の細径化された取付部１１ａを嵌合させることにより、該ロッド１１にフローティング状態に取り付けられ、上記ばね座板１３に係止することによって該ロッド１１からの脱落が防止されるようになっている。
一方、上記ロッド１１の先端部は、上記中間壁４とスリーブ８と上記ロッド側端壁３とを摺動自在に貫通してシリンダハウジング１の外部に延出している。

そして、図１の初期位置において、上記ロッド１１の先端に制動対象である移動物体が衝突し、該ロッド１１に押し込み方向の衝撃力Ｆが作用すると、該ロッド１１により押されたピストン１０が上記ピストン室５内を図２の緩衝位置へと移動し、それに伴って、該ピストン１０と上記ヘッド側端壁２との間に形成されるヘッド側分室５ａ内の油７が、上記隙間Ｓを通じて、上記ピストン１０と中間壁４との間に形成されるロッド側分室５ｂ内に移動し、そのときの該油７の流動抵抗により、上記移動物体の運動エネルギーが吸収されて緩衝動作が行われるようになっている。

上記移動物体による作用力が取り除かれると、上記ピストン１０及びロッド１１は、上記復帰ばね１２の付勢力により前進させられて図１の初期位置に復帰し、その際、上記ロッド側分室５ｂ内の油７が上記隙間Ｓを通じてヘッド側分室５ａ内に移動する。この場合同時に、上記ロッド１１とピストン１０との間に形成される隙間Ｐを通じてロッド側分室５ｂの油７がヘッド側分室５ａ内に移動するようになっていても良い。

上記シリンダハウジング１とヘッド側端壁２とは一体に形成されていて、該ヘッド側端壁２の中央部に、シリンダハウジング１内に上記油７を充填するための注入孔１５が形成され、該注入孔１５は、充填した油７を予圧を与えるための調圧部材を兼ねるプラグ１６で塞がれている。このプラグ１６は、基端の雄ねじ部１６ａを上記注入孔１５の雌ねじ部１５ａに螺着することによりこの注入孔１５内に取り付けられていて、このプラグ１６を回転させて前進させることにより、上記シリンダハウジング１内の油７を加圧することができるようになっている。

上記ロッド側端壁３は、上記シリンダハウジング１とは別に形成され、Ｏリング１７を介して該シリンダハウジング１の内部に嵌め付けられている。このロッド側端壁３は、上記ロッド１１の外周を取り囲んで上記ヘッド側端壁２の方に延びる円筒状の上記スリーブ８を一体に有し、該ロッド側端壁３及びスリーブ８の内周と上記ロッド１１の外周との間には、図３から分かるように微小な摺動間隙Ｇが形成されている。

また、上記ロッド側端壁３の内周に形成された凹段部１９には、該ロッド側端壁３の内周と上記ロッド１１の外周との間をシールするリング状のロッドパッキン２０が取り付けられ、これらのロッド側端壁３とロッドパッキン２０とが、上記シリンダハウジング１の端部に取付られた環状の固定部材２１で取付位置に固定されている。

上記スリーブ８は、図１及び図２に示すように、シリンダハウジング１の軸線Ｌ方向に長く形成されていて、上記ロッド１１のための軸受及びガイドとしても機能するように構成されている。これにより、ロッド１１に偏荷重が作用しても該ロッド１１を適切な方向に前後動させることができるため、ピストン１０がピストン室５の壁面に接触して移動が妨げられるのを防止することができ、衝撃の緩衝を安定的に行うことができる。

上記中間壁４は、上記スリーブ８の先端に一体に設けられているが、上記スリーブ８と別体に形成して該スリーブ８に結合しても良い。あるいは、シリンダハウジング１と一体に形成することもできる。さらには、該中間壁４を独立する部材として形成し、それをスリーブ８の先端に当接させた状態でシリンダハウジング１の内部に嵌め付けても良い。

上記アキュムレータ室６は、上記スリーブ８の回りを取り囲む円筒形の室であって、軸線Ｌ方向の両端部が上記ロッド側端壁３と中間壁４とによって画定され、該アキュムレータ室６の外径は、上記ピストン室５の内径より大径である。

このアキュムレータ室６の内部には、ロッド１１の進退動に伴う内部容積変化によって膨張及び収縮するリング状の弾性部材２２が、シリンダハウジング１の軸線Ｌ方向及び径方向に伸縮自在なるように収容されている。この弾性部材２２は、伸縮自在の多孔質材からなるもので、この多孔質材としては、例えば独立気泡を有するニトリルゴム（ＮＢＲ）製あるいは合成樹脂製の発泡体が用いられる。この弾性部材２２は、上記アキュムレータ室６内に上記スリーブ８を取り囲むように配設され、上記ロッド１１が前進端の位置を占める図１の初期状態において、加圧された油７の圧力により弾性的に圧縮された状態にあり、その収縮により生じるスペースによって上記アキュムレータ室６内にリザーバタンク２３が形成されている。

上記弾性部材２２の非圧縮時における軸線Ｌ方向長さと内径及び外径は、上記アキュムレータ室６の軸線Ｌ方向長さと内径及び外径とほぼ等しいか、それより僅かに小さいかあるいは僅かに大きい程度に形成されていることが望ましい。換言すれば、上記弾性部材２２の非圧縮時の好ましい大きさは、上記アキュムレータ室６全体をほぼ満たすような大きさであり、このときこのアキュムレータ室６内には上記リザーバタンク２３は形成されない。

上記リザーバタンク２３は、上記中間壁４に形成された連通孔４ａを通じて上記ピストン室５と相互に連通しているため、上記ピストン室５とリザーバタンク２３との内部に封入された上記油７は、圧縮された上記弾性部材２２の弾性復元力によって加圧された状態にある。

上記リザーバタンク２３は、上記ピストン１０及びロッド１１が前進端の位置である初期位置から後退を始めて図２の緩衝位置に移動する際に、上記ヘッド側分室５ａからロッド側分室５ｂに流動した油７の一部、即ち、該ロッド側分室５ｂに進入したロッド１１の体積分に相当する量の油を受容することにより、上記両分室５ａ，５ｂの容積差を吸収するもので、ピストン１０の位置に応じて流入する油量が異なるため、それに応じて該リザーバタンク２３の容積も変化する。具体的には、ピストン１０が押し込まれて緩衝位置に移動するときには、リザーバタンク２３内に流入する油７の量は次第に多くなるため、弾性部材２２の圧縮量も次第に多くなって該リザーバタンク２３の容積は拡大し、逆に、ピストン１０が緩衝位置から初期位置へ復帰するときは、上記リザーバタンク２３内の油７が流出するため弾性部材２２は伸張し、リザーバタンク２３内の容積は縮小する。

なお、図示した例では、上記弾性部材２２が軸線Ｌ方向に圧縮されることによってアキュムレータ室６の一端側に上記リザーバタンク２３が形成されているが、上記弾性部材２２は油７によって軸線Ｌ方向にも径方向にも圧縮されるため、必ずしもこの例のようになるとは限らず、上記弾性部材２２の内周あるいは外周に上記リザーバタンク２３が形成されることもあり得る。

図３に示すように、上記ロッドパッキン２０は、合成ゴム材料あるいは合成樹脂材料からなるリップ形のパッキンであって、上記ロッド１１の外周に接触する２つのシール用のリップ２６，２７を一体に有している。このうち第１リップ２６は、他方の第２リップ２７よりもロッド１１の基端寄りの位置（ピストン１０寄りの位置）に設けられていて、該ロッド１１の基端側に向けて尖ったエッジ２６ａを有しており、このエッジ２６ａで、上記ロッド１１が緩衝位置から初期位置に復帰する際に、該ロッド１１の外周に付着した油膜７ａを掻き落として上記摺動間隙Ｇ内に戻すようになっている。従ってこの第１リップ２６は、シールのための機能と、油膜７ａを掻き落とすスクレーパとしての機能とを兼備するものである。

一方、上記第２リップ２７は、上記第１リップ２６よりもロッド１１の先端寄りの位置に、先端を上記ロッド１１の先端方向に向けて設けられ、この位置で上記ロッド１１の外周に接触することにより、該ロッド１１と上記ロッド側端壁３との間をシールしている。

上記合成ゴム材料としては、ニトリルゴムやフッ素ゴム等が好適に使用され、合成樹脂材料としては、ポリウレタン樹脂や４フッ化エチレン樹脂等が好適に使用される。
また、上記ロッドパッキン２０は、多孔質に形成してグリース等の潤滑剤を含浸させることにより、自己潤滑性を有するように形成することが望ましい。

上記ロッドパッキン２０はさらに、グリースを保持するリング状のグリース保持部材２８を有している。このグリース保持部材２８は、上記ロッドパッキン２０と別体に形成されたもので、このグリース保持部材２８を取り付けるため上記ロッドパッキン２０の内周には、上記第１リップ２６と第２リップ２７との間の位置にリング状の凹溝２９が形成され、この凹溝２９内に上記グリース保持部材２８が嵌合し、該グリース保持部材２８の内周が上記ロッド１１の外周に接触している。

上記グリース保持部材２８は、矩形の断面形状を有する伸縮自在の多孔質材からなるもので、内部にグリースが含浸されており、このグリースを、上記ロッド１１との摺動時に該ロッド１１の外周面に少しずつ供給し、該ロッド１１と上記ロッドパッキン２０の各リップ２６，２７との間の潤滑性を保つものである。
上記グリース保持部材２８は、上記弾性部材２２と同様に、例えばニトリルゴム製あるいは合成樹脂製の発泡体で形成することができる。また、上記グリース保持部材２８の断面形状は、矩形以外の任意の形状であっても良く、例えば円形、楕円形、Ｕ字形、Ｄ字形などとすることもできる。

上記構成を有する油圧式ショックアブソーバの作用について説明する。このショックアブソーバが非作動のとき、図１に示すように、上記ピストン１０は復帰ばね１２により押され、中間壁４に当接した初期位置を占めている。このとき、上記アキュムレータ室６内には、圧縮された上記弾性部材２２によってリザーバタンク２３が形成され、シリンダハウジング１内の油７が上記弾性部材２２の復元力によって加圧された状態にある。

この状態でロッド１１に移動物体が衝突すると、該ロッド１１によりピストン１０が押され、図２の緩衝位置へと移動する。そして、これらのピストン１０及びロッド１１の移動に伴い、ヘッド側分室５ａ内の油７がピストン１０の外周の隙間Ｓを通じてロッド側分室５ｂ内へと流動し、そのときの流動抵抗によって移動物体の運動エネルギーが吸収される。また、ロッド側分室５ｂに流入した油７のうち、該ロッド側分室５ｂに進入したロッド１１の体積分に相当する量の油は、上記リザーバタンク２３内に流入し、上記弾性部材２２をさらに圧縮して該リザーバタンク２３の容積を拡大させる。

上記ロッド１１に移動物体による作用力が作用しなくなると、ピストン１０及びロッド１１は上記復帰ばね１２の付勢力によって前進端である初期位置に復帰する。このとき、上記リザーバタンク２３内の油７は、弾性部材２２の弾性復元力によってリザーバタンク２３から押し出され、ロッド側分室５ｂを通じてヘッド側分室５ａに流入することにより上記ピストン１０の復帰を可能にする。また、収縮していた上記弾性部材２２は、リザーバタンク２３からの油７の流出と共に復元し、図１に示す初期状態となる。

上記ロッド１１が図２の緩衝位置へと移動した際に、上記ロッドパッキン２０の第１リップ２６を通り越して上記摺動間隙Ｇ内に進入したロッド部分に付着した油７は、該ロッド１１が上記緩衝位置から図１の初期位置に復帰するとき、上記第１リップ２６のエッジ２６ａによって極限まで掻き落とされ、このロッドパッキン２０を越えて外部に持ち出されるのが阻止される。従って、上記ピストン室５内の油量の減少は抑えられ、油量の減少によるショックアブソーバの機能低下が確実に避けられる。

しかし、ロッド１１の表面の油膜７ａを完全に掻き落とすのは難しいため、極く微量の油７が外部に流出することはあり得ることである。この場合、長期間にわたる上記ショックアブソーバの使用によって油量が僅かに減少することになるが、その場合には、上記プラグ１６を締め込んでピストン室５内の油７を加圧すれば良い。ただ、そのような操作を行う頻度は、従来のショックアブソーバに比べて極めて少ない。

一方、上記ロッド１１の外周面には、上記グリース保持部材２８からグリースが少しずつ供給され、このグリースによって該ロッド１１と上記ロッドパッキン２０の第１リップ２６及び第２リップ２７との間の潤滑性が確保される。従って、上記ピストン室５内の油７の一部で上記潤滑性を確保する必要がないため、上記第１リップ２６によってロッド表面の油膜７ａを極限まで掻き落とすことができ、油膜７ａを極限まで掻き落としても、上記グリースによってロッドパッキン２０とロッド１１との摺動性が良好に維持されると共に、該ロッドパッキン２０の摩耗も防止されることになる。

この結果、油７の流出量を極限まで減少させて油量の減少によるショックアブソーバの機能低下を防止することができると同時に、上記ロッド１１とロッドパッキン２０との良好な摺動性の維持と、該ロッドパッキン２０の耐久性の向上とを図ることができる。

図４はショックアブソーバの第２実施形態の要部を示すもので、このショックアブソーバは、ロッドパッキン２０の耐久性及びシール性の向上のためにより有効な構成を備えたものである。
即ち、このショックアブソーバは、ロッド１１の外周に、該ロッド１１を取り巻くように形成された複数の周溝３３ａからなるラビリンス３３を有し、このラビリンス３３で、該ロッド１１の外周と上記ロッド側端壁３及びスリーブ８の内周との間の摺動間隙Ｇ内を流れる油７の流れを制御し、それにより、上記ロッドパッキン２０に該油による過大な圧力が作用するのを防止するものである。

一般に、上記ピストン１０及びロッド１１が緩衝位置から初期位置に復帰するとき、ピストン室５におけるロッド側分室５ｂ内の油７は上記ピストン１０により加圧され、リザーバタンク２３内に流入するほか、上記摺動間隙Ｇ内を流れて上記ロッドパッキン２０に作用する。このため、該ロッドパッキン２０における上記第１リップ２６は、上記油７による過大な圧力を受けて早めに摩耗し、油膜７ａの掻き落とし機能とシール機能とが低下する。

しかし、この第２実施形態のようにロッド１１に上述したようなラビリンス３３を設けることにより、上記摺動間隙Ｇ内を流れる油７の流量がこのラビリンス３３を通過する間に制御され、それによって上記第１リップ２６に作用する圧力が低減することになる。このため、該第１リップ２６の摩耗が防止され、ロッドパッキン２０の耐久性とシール性とが向上する。
上記ロッド１１に上記ラビリンス３３を形成する場所は、該ロッド１１が初期位置と緩衝位置との間を往復動作しても全ての周溝３３ａが上記ロッド側端壁３及びスリーブ８の内周から抜け出さない場所、即ち、常に上記摺動間隙Ｇ内に位置する場所であることが必要である。

上記ラビリンス３３における各周溝３３ａ内には、上記油７より粘度の高い例えばグリースのような高粘度油を充填しておくこともでき、これにより、上記摺動間隙Ｇ内の油７の流量（圧力）を低減させる効果が一段と高められることになる。
上記高粘度油は、上記グリース保持部材２８のような伸縮自在の多孔質材に含浸させ、この多孔質材を上記周溝３３ａ内に収容することで該ラビリンス内に充填するようにしても良い。

なお、この第２実施形態の上記以外の構成は上記第１実施形態と同じであるから、第１実施形態と同じ構成部分に該第１実施形態と同じ符号を付し、その説明は省略する。

１ シリンダハウジング
２ ヘッド側端壁
３ ロッド側端壁
５ ピストン室
７ 油
７ａ 油膜
８ スリーブ
１０ ピストン
１１ ロッド
２０ ロッドパッキン
２６ 第１リップ
２６ａ エッジ
２７ 第２リップ
２８ グリース保持部材
２９ 凹溝
３３ ラビリンス
３３ａ 周溝
Ｌ 軸線
Ｇ 摺動間隙

Claims (3)

1. ヘッド側端壁及びロッド側端壁を有するシリンダハウジングの内部に、油が充填されたピストン室を有し、該ピストン室内に緩衝用のピストンが該ピストン室の軸線方向に移動自在に収容され、該ピストンにロッドの基端部が連結されると共に、該ロッドの先端部が上記ロッド側端壁を貫通して上記シリンダハウジングの外部に導出され、該ロッドの外周と上記ロッド側端壁の内周との間にロッドパッキンが介在してなり、上記ロッドの先端に衝突する移動物体を緩衝停止させる油圧式ショックアブソーバにおいて、
   上記ロッドパッキンは、上記ロッド側端壁の内周に形成された凹段部内に配置され、上記ロッドの外周に付着した油膜を掻き落とすためのエッジを有する第１リップと、上記第１リップよりロッド先端寄りの位置にあるシール用の第２リップと、上記ロッドの外周に供給するためのグリースを保持するリング状のグリース保持部材とを有し、
   該グリース保持部材は、上記ロッドパッキンの上記凹段部内に嵌合している部分の内周において、上記第１リップと第２リップとの間に位置するように形成されたリング状の凹溝内に嵌合し、上記ロッドの外周に接触している、
   ことを特徴とする油圧式ショックアブソーバ。
2. 上記ロッドを微小な摺動間隙を介して取り囲むスリーブが、上記ロッド側端壁から上記ピストン室側に向けて延在し、上記ロッドが、該ロッドの外周と上記ロッド側端壁及びスリーブの内周との間の上記摺動間隙内に位置する部分に、該摺動間隙内の油を通じて上記ロッドパッキンに作用する圧力を低減させるためのラビリンスを有す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。
3. 上記ラビリンスは、上記ロッドの外周を取り囲む複数の周溝からなり、該周溝内に、上記油より粘度の大きい高粘度油が充填されていることを特徴とする請求項２に記載のショックアブソーバ。

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