JP5906118B2 - ショックアブソーバ - Google Patents

Description

本発明は、車両のサスペンション等に好適なショックアブソーバに関する。

ショックアブソーバはばね質量系の周期振動を収束（減衰）するための装置であり、例えば図６のように構成される（特許文献１）。

図６に示す単筒式のショックアブソーバ１００は、作動油で満たされるシリンダ１０と、シリンダ１０の内部を２つの油室１１，１２に区画するピストン１３と、ピストン１３に連結されるピストンロッド１４と、を備える。

車両のサスペンションに適用する場合、シリンダ１０の基端部が車両のばね下側に連結され、ピストンロッド１４の先端部が車両のばね上側に連結される。

ピストン１３には、油室１１，１２を連通するポート１６ａ，１６ｂが形成されている。リーフバルブ１８ａはポート１６ａを閉塞するように設けられ、リーフバルブ１８ｂはポート１６ｂを閉塞するように設けられる。

リーフバルブ１８ａ，１８ｂは、複数の弁板２０を積層することで構成されており、油室１１内の作動油圧と油室１２内の作動油圧の差（差圧）が所定値を超えると開弁する。

ショックアブソーバ１００では、ピストン１３の移動に伴って作動油がリーフバルブ１８ａ，１８ｂを押し開いて通過する際に抵抗が発生し、この抵抗が振動を減衰させる減衰力となる。

特開２００３−０９０３８０号公報

上記したショックアブソーバ１００では、車両の車輪が路面の段差に乗り上げ、路面からの突き上げによって下側の油室１２の作動油の油圧が急激に高まった場合には、高圧側の油室１２の作動油によりリーフバルブ１８ｂが勢いよく押し開かれ、大きく撓められる。このようにリーフバルブ１８ｂが大きく押し開かれると、リーフバルブ１８ｂは反発力によって閉弁方向へ跳ね返され、リーフバルブ１８ｂの自由端部が脈動（振動）してしまうという問題がある。

そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、油室内の油圧が急激に上昇した場合であっても、リーフバルブが脈動することを抑制できるショックアブソーバを提供することを目的とする。

本発明は、作動流体で満たされるシリンダと、前記シリンダの内部を２つの流体室に区画するピストンと、前記ピストンに連結され、前記シリンダの外部へ突出するピストンロッドと、を備えるショックアブソーバにおいて、前記ピストンの移動に伴って流れる作動流体の移動経路と、前記移動経路を開閉可能であって、当該移動経路の端部に設けられるリーフバルブと、を備え、前記リーフバルブは、作動流体によって押し開かれて開弁する時のバルブ変形速度に応じて剛性が変化するように構成されることを特徴とする。

本発明によれば、リーフバルブは開弁時のバルブ変形速度に応じて剛性が変化するように構成されているので、２つの油室の流体圧の差が急激に増加する場合であっても、リーフバルブが脈動することを抑制できる。

本発明の実施形態によるショックアブソーバの概略構成図である。 ショックアブソーバが備えるピストンの拡大図である。 ピストンの要部を説明する一部断面図である。 （ａ）は作動油の差圧の変化を示す図であり、（ｂ）はリーフバルブの自由端部の変位を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）はニュートン流体及び非ニュートン流体の特性を説明する図である。 従来技術のショックアブソーバの概略構成図である。

以下、図１〜図５を参照して、本発明の実施形態によるショックアブソーバ２００について説明する。

図１及び図２に示すように、ショックアブソーバ２００は、単筒式のショックアブソーバである。ショックアブソーバ２００は、作動油（作動流体）で満たされるシリンダ３０と、シリンダ３０内に摺動自在に収容され、シリンダ３０の内部を２つの油室３２，３３に区画するピストン３１と、ピストン３１に連結されるピストンロッド３４と、を備える。ピストンロッド３４の一端にはピストン３１が固定され、ピストンロッド３４の他端は軸受部３５を介してシリンダ３０の外側に突出する。

ショックアブソーバ２００を車両のサスペンションに適用する場合には、シリンダ３０から突出するピストンロッド３４の先端部が車両のばね上側に連結され、シリンダ３０の基端部側が車両のばね下側に連結される。

なお、シリンダ３０の基端部寄りの位置にはフリーピストン３６が設けられている。フリーピストン３６は、シリンダ３０内に摺動自在に収容されている。フリーピストン３６は、ピストンロッド３４の進入体積分の作動油を吸収するための部材であり、シリンダ３０の内部を油室３２と空気室３８とに区画する。

図２に示すように、ピストン３１は、２つの油室３２，３３を連通するポート４１ａ，４１ｂと、ポート４１ａの開口端を開閉するリーフバルブ４２ａと、ポート４１ｂの開口端を開閉するリーフバルブ４２ｂと、を備える。ポート４１ａ，４１ｂは、ピストン３１の移動に伴って流れる作動油の移動経路である。リーフバルブ４２ａ，４２ｂは、移動経路としてのポート４１ａ，４１ｂの端部に配置されている。

リーフバルブ４２ａは、積層された２枚の弁板４５，４６により構成されている。リーフバルブ４２ａには、ポート４１ｂの開口端に対向する位置に貫通孔４７が形成されている。リーフバルブ４２ｂも、リーフバルブ４２ａと同様に、積層された２枚の弁板４５，４６により構成されている。リーフバルブ４２ｂには、ポート４１ａの開口端に対向する位置に貫通孔４８が形成されている。これらリーフバルブ４２ａ，４２ｂは、油室３２内の作動油圧と油室３３内の作動油圧との差が所定値を超えると開弁する。

ショックアブソーバ２００が伸長する方向にピストン３１が移動する場合には、油室３３に面するリーフバルブ４２ａは閉弁状態に保持され、油室３２に面するリーフバルブ４２ｂが油室３２と油室３３の差圧に基づいて開弁する。油室３３の作動油は、リーフバルブ４２ａの貫通孔４７及びポート４１ｂを通って、リーフバルブ４２ｂを押し開きながら油室３２へ流れ込む。作動油がポート４１ｂを通りリーフバルブ４２ｂを押し開きながら油室３２へ流れ込む際に抵抗が発生し、この抵抗によりばね上質量系の周期振動が減衰される。

一方、ショックアブソーバ２００が収縮する方向にピストン３１が移動する場合には、油室３２に面するリーフバルブ４２ｂは閉弁状態に保持され、油室３３に面するリーフバルブ４２ａが油室３３と油室３２の差圧に基づいて開弁する。油室３２の作動油は、リーフバルブ４２ｂの貫通孔４８及びポート４１ａを通って、リーフバルブ４２ａを押し開きながら油室３３へ流れ込む。作動油がポート４１ａを通りリーフバルブ４２ａを押し開きながら油室３３へ流れ込む際に抵抗が発生し、この抵抗によりばね上質量系の周期振動が減衰される。

ところで、車両の車輪が路面の段差に乗り上げた場合には、路面からの突き上げにより、ショックアブソーバ２００の油室３２の作動油の油圧が急激に高くなる。そうすると、油室３２と油室３３の差圧が急激に増加し、これによりリーフバルブ４２ａが勢いよく押し開かれ、大きく撓められる。このようにリーフバルブ４２ａが押し開かれると、リーフバルブ４２ａは反発力によって閉弁方向へ跳ね返され、リーフバルブ４２ａの自由端部が脈動（振動）してしまう。

本実施形態では、リーフバルブ４２ａ，４２ｂの自由端部の脈動を防止するため、リーフバルブ４２ａ，４２ｂは、作動油の油圧によって押し開かれる時のバルブ変形速度に応じて剛性が変化するように構成される。

次に、図３を参照して、リーフバルブ４２ａについて説明する。なお、リーフバルブ４２ｂはリーフバルブ４２ａと同様の構成であるため、リーフバルブ４２ｂの詳細な説明は省略する。

リーフバルブ４２ａは、２枚の弁板４５，４６が積層された構造となっている。弁板４５は一定の剛性を有する金属板であり、弁板４６は変形速度に応じて剛性が変化するように構成されている。

弁板４６は、当該弁板４６の上面部４６ａ、下面部４６ｂ、及び側面部４６ｃにより囲まれた空洞４６ｄを有している。空洞４６ｄには、非ニュートン流体であるダイラタント流体５０が充填される。なお、弁板４６がピストンロッド３４と接する位置に弁板４６の内周側面部を形成し、空洞４６ｄを内周側面部、上面部４６ａ、下面部４６ｂ、及び外周側の側面部４６ｃにより囲まれた空間として構成してもよい。

図５は、ニュートン流体及び非ニュートン流体の性質を説明する図である。

一般的に、流体のせん断粘度は、せん断応力やせん断速度に基づいて次式のように表わされる。

図５において、ｎ＝１となる流体は、ニュートン流体である。ニュートン流体ではせん断応力とせん断速度とが比例関係にあり、ニュートン流体のせん断粘度はせん断応力に関係なく一定となる。

一方、ｎ＝１以外のものが非ニュートン流体と総称される。

ｎ＞１となる流体は、チキソトロピー流体である。チキソトロピー流体ではせん断応力とせん断速度との関係が下に凸の曲線となり、チキソトロピー流体のせん断粘度はせん断応力が大きくなるほど低下する。

ｎ＜１となる流体は、ダイラタント流体である。ダイラタント流体ではせん断応力とせん断速度との関係が上に凸の曲線となり、ダイラタント流体のせん断粘度はせん断応力が大きくなるほど増加する。

本実施形態では、リーフバルブ４２ａ、４２ｂの脈動を抑える観点から、リーフバルブ４２ａ，４２ｂのバルブ変形速度が速くなるほど当該リーフバルブ４２ａ，４２ｂの剛性が高くなることが望ましい。したがって、弁板４６の空洞４６ｄに充填される非ニュートン流体としては、ダイラタント流体が用いられる。ダイラタント流体には、アクリル酸エステル・スチレン共重合体微粒子を水に分散したもの等が用いられる。

ショックアブソーバ２００が収縮する時に、油室３２と油室３３の差圧が緩やかに増加する場合には、その差圧に基づきリーフバルブ４２ａが緩やかに変形するため、弁板４６の空洞４６ｄ内のダイラタント流体５０（図３参照）のせん断粘度はほとんど変化しない。そのため、リーフバルブ４２ａの剛性は変化せず、リーフバルブ４２ａは油室３２と油室３３の差圧に応じた開度に撓められる。

油室３２と油室３３の差圧が急激に増加する場合には、リーフバルブ４２ａは、高圧側の油室３２の作動油によって勢いよく押し開かれ、開弁方向へ撓む際のバルブ変形速度が速くなる。このようにバルブ変形速度が速くなると、弁板４６の空洞４６ｄ内のダイラタント流体５０のせん断粘度が高くなり、リーフバルブ４２ａの剛性が高められる。これにより、リーフバルブ４２ａは開弁方向へ変形しにくくなり、油室３２側の作動油圧力が急激に高くなった場合であっても、リーフバルブ４２ａが開き過ぎることを抑制できる。

図４（ａ）は油室３２と油室３３の差圧の時間変化を示した図であり、図４（ｂ）はリーフバルブ４２ａの自由端部の開弁時の変位を示した図である。

図４（ａ）の実線Ａに示すように、ショックアブソーバ２００の収縮時において油室３２と油室３３の差圧が緩やかに増加する場合、リーフバルブ４２ａは、差圧が所定値となった時に油室３２の作動油により押し開かれる。この時、リーフバルブ４２ａの剛性は変形速度によらずほぼ一定であり、リーフバルブ４２ａは所定開度で開弁する。

一方、ショックアブソーバの収縮時において２つの油室の差圧が急激に増加する場合、従来のリーフバルブは、高圧側の油室の作動油によって勢いよく押し開かれる。この時、従来のリーフバルブの自由端部は図４（ｂ）の破線に示すように脈動し、この脈動に応じて２つの油室の差圧も図４（ａ）の破線に示すように脈動する。

これに対して、ショックアブソーバ２００のリーフバルブ４２ａはバルブ変形速度が速くなると剛性が高くなるので、油室３２側の作動油圧力が急激に高くなった場合であってもリーフバルブ４２ａが開き過ぎることがなく、図４（ｂ）の実線に示すようにリーフバルブ４２ａの自由端部の脈動が抑えられる。そのため、リーフバルブ４２ａ開弁後における油室３２と油室３３の差圧も図４（ａ）の実線Ｂに示すように安定する。

なお、リーフバルブ４２ｂは、リーフバルブ４２ａと同じ構成であるので、ショックアブソーバ２００が急激に伸長する場合におけるリーフバルブ４２ｂの自由端部の脈動を抑制することができる。

一般的なショックアブソーバでは、リーフバルブの他に絞り通路をピストンに設けることで、リーフバルブの自由端部の脈動を低減させているが、絞り通路だけではリーフバルブの脈動を抑えきれない。また、絞り通路における減衰力は動的調整ができないため、絞り通路を通過する作動油流量によっては減衰効率が低下することもある。しかしながら、本実施形態によるショックアブソーバ２００ではダイラタント流体５０が封入されたリーフバルブ４２ａ，４２ｂにより脈動を抑制することができ、絞り通路が不要となるので、絞り通路に起因する減衰効率の低下を招くことがない。

本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなし得ることは明白である。

本実施形態では、リーフバルブ４２ａ，４２ｂを、単筒式ショックアブソーバのピストンバルブに適用したが、複筒式ショックアブソーバのベースバルブに適用してもよい。

２００ ショックアブソーバ
３０ シリンダ
３１ ピストン
３２ 油室
３３ 油室
３４ ピストンロッド
４１ａ，４１ｂ ポート
４２ａ，４２ｂ リーフバルブ
４５ 弁板
４６ 弁板
４６ｄ 空洞
５０ ダライタント流体

Claims (4)

1. 作動流体で満たされるシリンダと、前記シリンダの内部を２つの流体室に区画するピストンと、前記ピストンに連結され、前記シリンダの外部へ突出するピストンロッドと、を備えるショックアブソーバにおいて、
   前記ピストンの移動に伴って流れる作動流体の移動経路と、
   前記移動経路を開閉可能であって、当該移動経路の端部に設けられるリーフバルブと、を備え、
   前記リーフバルブは、作動流体によって押し開かれて開弁する時のバルブ変形速度に応じて剛性が変化するように構成されることを特徴とするショックアブソーバ。
2. 前記リーフバルブは、バルブ変形速度が速くなるほど剛性が高くな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. 前記リーフバルブは、弁板により構成されており、
   前記弁板の内部に形成された空洞には非ニュートン流体であるダイラタント流体が充填されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のショックアブソーバ。
4. 前記移動経路は、前記２つの流体室を連通するように前記ピストンに形成されるポートであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載のショックアブソーバ。

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