JP6116267B2

JP6116267B2 - 流体圧緩衝器

Info

Publication number: JP6116267B2
Application number: JP2013016857A
Authority: JP
Inventors: 柴原　和晶; 和晶柴原
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2017-04-19
Anticipated expiration: 2033-01-31
Also published as: JP2014149003A

Description

本発明は、例えば、鉄道車両等に使用される流体圧緩衝器に関するものである。

従来から、鉄道車両には、台車が車両本体に対して水平方向に蛇行（ヨーイング）することを抑制する流体圧緩衝器（鉄道車両用ヨーダンパ）が備えられている。そこで、横向き状態で使用される流体圧緩衝器には、シリンダ内の気泡を排出するための様々な工夫が施されている。

例えば、特許文献１に記載されたものでは、横向きで使用されるオイルダンパの場合、気泡が設置状態において上側となる内筒側壁の軸方向端部に滞留するため、内筒側壁の軸方向端部近傍の上部にエア抜き孔（減衰力発生用オリフィス兼用）を設け、さらに、内筒の端部が嵌合された前蓋の凹部の内周面に、前記エア抜き孔に連通する環状の通路を設けている。そして、内筒内に滞留した気泡をエア抜き孔から環状の通路を介して、リザーバ下部の作動液中に排出するようにしている。また、このオイルダンパにおいては、環状の通路の軸方向両側に、前蓋の凹部の内周面と内筒の外周面との間をシールするシール部材がそれぞれ配設されている。さらに、この環状の通路は、リザーバ下部の作動液中に配置される噴出パイプと連通している。

特開平１１−３４４０６８号公報

しかしながら、特許文献１に記載のオイルダンパでは、ピストン速度が上昇して環状の通路の圧力が上昇する際、作動液が環状の通路から前蓋の凹部の内周面と内筒の外周面との間から内筒内へ噴出してエアレーションを発生させる問題があるが、その作動液の噴出を各シール部材により抑制するようにしている。しかしながら、この構造では、部品点数が増加するうえに組立工数も増加するためコストアップが避けられない。また、ピストン速度が上昇して内筒内からリザーバ室へ流動する流量が多くなると、その作動液の流量は噴出パイプにより絞られるため、弁機構へ背圧が付与され、要求性能を得られない虞がある。

そして、本発明は、性能を維持しつつコストアップを抑制する流体圧緩衝器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段として、本発明は、同心状にそれぞれ配設した外筒及び内筒の両端を蓋体によりそれぞれ閉鎖して、両者の間を作動液と気体とを封入した環状のリザーバ室として構成し、前記内筒の少なくとも一端部と前記蓋体に設けた筒状部との嵌合部に、径方向に延びる環状通路及び減衰力発生用オリフィスを備えた流体圧緩衝器であって、前記環状通路は、前記減衰力発生用オリフィスを介して、前記内筒内の液室に連通しており、前記環状通路よりも前記筒状部の軸方向他側である開口端側に該環状通路の通路断面積より小さい環状空間を形成し、前記環状通路よりも前記筒状部の軸方向一側に収容溝部を設け、該収容溝部だけにシール部材が収容されていることを特徴とするものである。

本発明の流体圧緩衝器は、性能を維持しつつ構造を簡素化することができ、コストを削減することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る流体圧緩衝器を示す断面図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る流体圧緩衝器の要部拡大図である。図３は、本発明の第２実施形態に係る流体圧緩衝器の要部拡大図である。図４は、本発明の第３実施形態に係る流体圧緩衝器の要部拡大図である。図５は、本発明の第４実施形態に係る流体圧緩衝器の要部拡大図である。図６は、本発明の第５実施形態に係る流体圧緩衝器の要部拡大図である。図７は、本発明の第６実施形態に係る流体圧緩衝器の要部拡大図である。

以下、本発明を実施するための形態を図１〜図７に基づいて詳細に説明する。
第１〜第５の実施形態に係る流体圧緩衝器１ａ〜１ｅは、例えば、鉄道車両の台車と車体との間に横置き状態で取り付けられる水平動ダンパとして採用される。また、第６の実施形態に係る流体圧緩衝器１ｆは、例えば、自動車のサスペンション装置等に縦置き状態で取り付けられる上下動ダンパとして採用される。

まず、第１の実施形態に係る流体圧緩衝器１ａを図１及び図２に基づいて説明する。
第１の実施形態に係る流体圧緩衝器１ａは、図１に示すように、外筒２と、該外筒２と同心状に配置された内筒３とを備えている。これら外筒２及び内筒３の両端開口は前側蓋体４及び後側蓋体５によりそれぞれ閉鎖されている。外筒２の内周面と内筒３の外周面との間に環状のリザーバ室６が形成される。
なお、説明の便宜のため、以下では図中左側（符号を正立視した場合）、つまりブラケット１０側を前側、図中右側、つまりブラケット１１側を後側としてそれぞれ説明する。

前側蓋体４は、外筒２及び内筒３の前端開口を閉鎖すると共にピストンロッド２８のガイド機能も備えている。前側蓋体４は、ピストンロッド２８が挿通される挿通孔１２を有し、外筒２の前端開口を閉鎖する前側板状部材１３と、該前側板状部材１３の後面全域から後方に向かって一体的に連結され、内筒３の前端開口を閉鎖する前側筒状部材１４とからなる。前側筒状部材１４は、主筒状部１５と、該主筒状部１５の後面の外周部から一体的に突設され、内筒３と外筒２との間に挿入される副筒状部１６とからなる。なお、前側板状部材１３の挿通孔１２の内周面とピストンロッド２８の外周面との間には第１シール部材２０が配置される。前側筒状部材１４の内周面とピストンロッド２８の外周面との間には、第２及び第３シール部材２１、２２が軸方向に間隔を置いて配設されている。

一方、後側蓋体５は、外筒２の後端開口を閉鎖する後側板状部材２５と、該後側板状部材２５の前面の略中央部位から前方に向かって一体的に接続され、内筒３の後端開口を閉鎖する後側柱状部材２６とからなる。なお、後側板状部材２５に、車体側との連結用のブラケット１１が固設されている。

内筒３内には、ピストン２７が軸方向に摺動可能に配設されている。該ピストン２７にはピストンロッド２８の一端部が連結され、該ピストンロッド２８の他端部は前側蓋体４を液密的に挿通して外筒２の外部へ延びている。なお、ピストンロッド２８の他端部には、台車側と連結する連結用のブラケット１０が固設されている。

内筒３内は、ピストン２７によってロッド側油室２９と反ロッド側油室３０とに区画されている。これらのロッド側油室２９及び反ロッド側油室３０に作動油（作動液）がそれぞれ封入されている。ピストン２７には、反ロッド側油室３０からロッド側油室２９への作動油の流通のみを許容する逆止弁３１が配設される。また、後側蓋体５の後側柱状部材２６には、リザーバ室６から反ロッド側油室３０への作動油の流通のみを許容する逆止弁３２が配設されている。

また、図２も参照して、内筒３の前端部の上部周壁、すなわち、内筒３の、前側蓋体４を構成する前側筒状部材１４の副筒状部１６との嵌合部における上部周壁に、オリフィス３５が形成される。該オリフィス３５は径方向に延びる。該オリフィス３５は、減衰力発生用オリフィスとして、また、エア抜き用オリフィスとして機能する。前側筒状部材１４の副筒状部１６の内周面には、内筒３に設けたオリフィス３５と連通する環状通路としての環状溝部３６が形成される。この環状溝部３６の断面は略矩形状に形成される。また、前側筒状部材１４の副筒状部１６の内周面で、環状溝部３６より後側、すなわち環状溝部３６より前側筒状部材１４の副筒状部１６の開口端側に、環状空間としての緩衝用環状溝部３７が形成される。該緩衝用環状溝部３７の断面も略矩形状に形成される。環状溝部３６の通路断面積は緩衝用環状溝部３７の通路断面積よりも大きく設定される。環状溝部３６の下部には、後述する連通流路４０の第３流路４３の後端部が連通している。また、前側筒状部材１４の副筒状部１６の下端部には、噴出パイプ３８の前端部が挿通されている。噴出パイプ３８の、前側筒状部材１４の副筒状部１６に挿通している以外の部分は、下部のリザーバ室６の作動油内に配置されている。噴出パイプ３８の前端開口は環状溝部３６の下部に臨む。なお、前側筒状部材１４の内周面の、環状溝部３６より前側に設けた収容溝部には、前側筒状部材１４の副筒状部１６の内周面と内筒３の外周面との間をシールするシール部材３９（Ｏリング）が収容されている。

前側蓋体４の前側筒状部材１４の下部には、内筒３のロッド側油室２９と前側筒状部材１４の副筒状部１６に設けた環状溝部３６とを連通する連通流路４０が設けられている。該連通流路４０は、ロッド側油室２９と連通して軸方向に延びる第１流路４１と、該第１流路４１に連通して径方向に延びる第２流路４２と、該第２流路４２に連通すると共に環状溝部３６の下部に連通して軸方向に延びる第３流路４３とからなる。第１流路４１は、前側筒状部材１４の主筒状部１５の下部内周面を凹状に形成して軸方向に延びている。第２流路４２は、前側筒状部材１４の主筒状部１５の下部に設けられ径方向に延びている。第２流路４２は、第１流路４１の前部と連通する小径流路４２ａと、該小径流路４２ａと連通すると共に該小径流路４２ａの下部に設けられ、第３流路４３の前端部と連通する大径流路４２ｂとからなる。第３流路４３は、前側筒状部材１４の主筒状部１５の下部から副筒状部１６の下部に至るように軸方向に延び、環状溝部３６の下部に連通している。そして、連通流路４０の第２流路４２に、ピストン２７の移動に伴って開閉する調圧弁４５が備えられる。

調圧弁４５は、図２に示すように、連通流路４０の第２流路４２内に配置され、前側筒状部材１４の径方向に沿って移動自在に支持されるバルブ本体４６と、大径流路４２ｂ内に支持されるベース４７と、バルブ本体４６とベース４７との間に配置され、バルブ本体４６を小径流路４２ａが常時閉状態となるように小径流路４２ａ側に付勢するスプリング４８とから構成される。バルブ本体４６は、小径流路４２ａに嵌合する軸部５０と、該軸部５０の下端部から一体的に接続され、大径流路４２ｂの内径に略一致する板状部５１と、該板状部５１の外周縁から下方に垂設される筒状部５２とから構成される。軸部５０の基端部の外径は小径流路４２ａの内径に略一致する。軸部５０の長さは小径流路４２ａの高さに略一致する。軸部５０は上方に向かって先細りとなる。板状部５１の上面の外周部は下方傾斜している。ベース４７は、大径流路４２ｂの下部内周面に支持される基礎板部５３と、該基礎板部５３の上面の中央部から上方に向かって突設される基礎軸部５４とから構成される。スプリング４８は、バルブ本体４６の板状部５１の下面と、ベース４７の基礎軸部５３周りの基礎板部５４の上面との間に配置される。また、バルブ本体４６の筒状部５２の下端と、ベース４７の基礎板部５４の上面との間が第３流路４３の前端開口に臨むようになる。

次に、本発明の第１の実施形態に係る流体圧緩衝器１ａの作用を説明する。
第１実施形態に係る流体圧緩衝器１ａは、台車と車体との間に横置き状態で取り付けられており、台車にピストンロッド２８側のブラケット１０が連結され、車体に外筒２側のブラケット１１が連結される。

そして、台車と車体とが水平方向へ相対移動するとピストンロッド２８が伸縮動作する。その結果、ピストンロッド２８の伸び行程時には、ロッド側油室２９の作動油は、ピストン２７に設けた逆止弁３１により反ロッド側油室３０には流れないために、ピストン速度が比較的遅い場合、内筒３に設けたオリフィス３５から環状溝部３６及び噴出パイプ３８を経由してリザーバ室６に流れて、伸び側の減衰力が発生する。続いて、ピストン速度が速くなり内筒３のロッド側油室２９の流体圧がスプリング４８の付勢力よりも大きくなると、ロッド側油室２９の作動油は、連通流路４０の第２流路４２内に備えた調圧弁４５を開弁させてリザーバ室６に流れ、これに応じて伸び側の減衰力が発生する。なお、この伸び行程時には、ピストンロッド２８の退出分の作動油がリザーバ室６から後側蓋体５の後側柱状部材２６に設けた逆止弁３２を経て反ロッド側油室３０へ補給される。

一方、ピストンロッド２８の縮み行程時には、反ロッド側油室３０の作動油がピストン２７に設けた逆止弁３１を経由してロッド側油室２９に流れ、反ロッド側油室３０とロッド側油室２９とがほぼ同じ流体圧となり、ピストン速度が比較的遅い場合には、ピストンロッド２８の進入分の作動油が、内筒３に設けたオリフィス３５から環状溝部３６及び噴出パイプ３８を経由してリザーバ室６に流れて、縮み側の減衰力が発生する。続いて、ピストン速度が速くなり内筒３の流体圧がスプリング４８の付勢力よりも大きくなると、ピストンロッド２８の進入分の作動油が、連通流路４０の第２流路４２内に備えた調圧弁４５を開弁させてリザーバ室６に流れ、これに応じて縮み側の減衰力が発生する。

また、ピストンロッド２８の伸び行程及び縮み行程時、ロッド側油室２９の前側上端に溜まったエアは作動油と共に、内筒３に設けたオリフィス３５から環状溝部３６及び噴出パイプ３８を経てリザーバ室６に排出される。
さらに、ピストンロッド２８の伸び行程及び縮み行程時、緩衝用環状溝部３７内の圧力Ｐ２とリザーバ室６内の圧力Ｐ３との圧力差が小さくなるので、内筒３の外周面と前側筒状部材１４の副筒状部１６の内周面との間からの作動油の噴出が抑制されるようになる。

以上説明したように、本発明の第１の実施形態に係る流体圧緩衝器１ａでは、特に、前側筒状部材１４の副筒状部１６の内周面に、内筒３に設けたオリフィス３５と連通する環状通路としての環状溝部３６が形成され、該環状溝部３６より前側筒状部材１４の副筒状部１６の開口端側に緩衝用環状溝部３７が形成される。また、環状溝部３６の通路断面積が緩衝用環状溝部３７の通路断面積よりも大きく設定される。
これにより、従来のオイルダンパ（特許文献１に係るオイルダンパ）では、環状の通路内の圧力Ｐ１がリザーバ室６内の圧力Ｐ３よりも相当大きくその圧力差によって、内筒３の外周面と前側筒状部材１４の副筒状部１６の内周面との間から作動油が噴出してエアレーションが発生する虞があったが、本実施の形態では、緩衝用環状溝部３７内の圧力Ｐ２とリザーバ室６内の圧力Ｐ３との圧力差を、従来の環状の通路内の圧力Ｐ１とリザーバ室６内の圧力Ｐ３との圧力差よりも小さくすることができ、内筒３の外周面と前側筒状部材１４の副筒状部１６の内周面との間からの作動油の噴出を抑制することが可能になった。

また、第１の実施形態に係る流体圧緩衝器１ａでは、環状溝部３６の圧力Ｐ１が緩衝用環状溝部３７の圧力Ｐ２と略同等に高まるまでに時間的な遅れを発生させることができるために、内筒３の外周面と前側筒状部材１４の副筒状部１６の内周面との間からの作動油の噴出を抑制することができる。要するに、本流体圧緩衝器１ａに付与される振動波形は、正弦波またはこれに類似した波形であることが多いため、この時間的な遅れが作動油の噴出の抑制に繋がるようになる。

さらに、第１の実施形態に係る流体圧緩衝器１ａでは、従来のオイルダンパ（特許文献１に係るオイルダンパ）よりもＯリング等の部品点数を減らすことができ、さらに組立工数を減らすことができるのでコストアップを抑制することができる。
しかも、従来のオイルダンパ（特許文献１に係るオイルダンパ）では、環状の通路の軸方向両側に、前蓋の凹部の内周面と内筒の外周面との間をシールするシール部材をそれぞれ配設して、環状の通路を囲む範囲を完全にシールしているため、ピストン速度が上昇して内筒３内からリザーバへ流動する流量が多くなると、その作動油の流量は噴出パイプ３８により絞られ、弁機構へ背圧が付与される問題が生じていたが、第１の実施形態に係る流体圧緩衝器１ａでは、環状溝部３６よりも後側（前側筒状部材１４の副筒状部１６の開口端側）に緩衝用環状溝部３７を形成しているだけで、環状溝部３６を囲む範囲を完全にシールしていないので、ピストン速度が上昇して内筒３内からリザーバ室６へ流動する作動油の流量が多くなっても、調圧弁４５へ背圧が付与されるのを抑制することができる。
なお、第１の実施形態では、オリフィス３５により内筒３内の作動油を環状溝部３６に導く構成を示したが、オリフィス３５に変えて第１流路４１と、該第１流路４１に連通して径方向に延びる第２流路４２と、該第２流路４２に連通すると共に環状溝部３６の下部に連通して軸方向に延びる第３流路４３及び調圧弁４５をもう一セット設け、調圧弁を調圧弁４５よりも開弁圧力の低いものとするように構成してもよい。その場合、まず調圧弁が開弁し、その後調圧弁４５が開弁する。このように構成した場合であっても、内筒３の外周面と前側筒状部材１４の副筒状部１６の内周面との間からの作動油の噴出を抑制することができる。

次に、第２の実施形態に係る流体圧緩衝器１ｂを図３に基づいて説明するが、その説明は、第１の実施形態に係る流体圧緩衝器１ａとの相違点のみとする。
第２の実施形態に係る流体圧緩衝器１ｂでは、前側筒状部材１４の副筒状部１６の内周面に、緩衝用環状溝部３７を軸方向に沿って複数設けている。例えば、本実施の形態では、緩衝用環状溝部３７を２個形成している。

次に、第３の実施形態に係る流体圧緩衝器１ｃを図４に基づいて説明するが、その説明は、第１の実施形態に係る流体圧緩衝器１ａとの相違点のみとする。
第３の実施形態に係る流体圧緩衝器１ｃでは、前側筒状部材１４の副筒状部１６の下部に、緩衝用環状溝部３７の下部と、リザーバ室６の下部とを連通する連通路としてのオリフィス６０を設けている。オリフィス６０は軸方向に延びている。オリフィス６０の通路断面積は、緩衝用環状溝部３７の通路断面積よりも小さく設定される。

次に、第４の実施形態に係る流体圧緩衝器１ｄを図５に基づいて説明するが、その説明は、第１の実施形態に係る流体圧緩衝器１ａとの相違点のみとする。
第４の実施形態に係る流体圧緩衝器１ｄでは、前側筒状部材１４の副筒状部１６の下部及び噴出パイプ３８の上部周壁に、緩衝用環状溝部３７の下端部と噴出パイプ３８内とを連通する連通路としてのオリフィス６１を連続して設けている。オリフィス６１は径方向に延びる。オリフィス６１の通路断面積は、緩衝用環状溝部３７の通路断面積より小さく設定される。
そして、第２〜第４実施形態に係る流体圧緩衝器１ｂ〜１ｄは、第１の実施形態に係る流体圧緩衝器１ａと同等の作用効果を奏するものである。

次に、第５の実施形態に係る流体圧緩衝器１ｅを図６に基づいて説明するが、その説明は、第１の実施形態に係る流体圧緩衝器１ａとの相違点のみとする。
第５の実施形態に係る流体圧緩衝器１ｅでは、前側筒状部材１４の副筒状部１６の外周面と外筒２の内周面との間に環状隙間６３を設け、環状溝部３６の下端部と環状隙間６３の下端部とを連通させるオリフィス６５を設けている。オリフィス６５は径方向に延びている。なお、第５の実施形態に係る流体圧緩衝器１ｅでは、第１の実施形態に係る流体圧緩衝器１ａに備えた緩衝用環状溝部３７は備えられていない。
そして、第５の実施形態に係る流体圧緩衝器１ｅでは、ピストン速度が速くなり環状溝部３６の圧力Ｐ１が高くなると、作動油は主に環状溝部３６から噴出パイプ３８を経て下側のリザーバ室６の作動油中に流出するが、オリフィス６５からも前側筒状部材１４の副筒状部１６の外周面と外筒２の内周面との間の環状隙間６３を経て下側のリザーバ室６の作動油中に流出する。この結果、内筒３の外周面と前側筒状部材１４の副筒状部１６の内周面との間からの作動油の噴出を抑制することが可能になる。

次に、第６の実施形態に係る流体圧緩衝器１ｆを図７に基づいて説明するが、その説明は、第１の実施形態に係る流体圧緩衝器１ａとの相違点のみとする。なお、第６の実施形態に係る流体圧緩衝器１ｆは、ピストンロッド２８の先端に一体的に接続されたブラケット１０が上方に向くように縦置きで使用される際に有効である。
すなわち、第６の実施形態に係る流体圧緩衝器１ｆでは、環状溝部３６の底部の、平面視で調圧弁４５が備えられている位置に連通するオリフィス６７が形成される。該オリフィス６７は径方向に延びる。また、オリフィス６７は、前側筒状部材１４の副筒状部１６の外周面に設けた外周環状溝部６８に連通する。外周環状溝部６８の断面は矩形状に形成される。また、該外周環状溝部６８は、前側筒状部材１４の副筒状部１６の外周面と外筒２の内周面との間の環状隙間６３に連通する。外周環状溝部６８の通路断面積は環状溝部３６の通路断面積よりも小さく設定される。なお、第６の実施形態に係る流体圧緩衝器１ｆにおいても、第１の実施形態に係る流体圧緩衝器１ａに備えた緩衝用環状溝部３７は備えられていない。
そして、第６の実施形態に係る流体圧緩衝器１ｆでは、環状溝部３６の圧力Ｐ１が高くなると、作動油は環状溝部３６から主に噴出パイプ３８を経由してリザーバ室６の作動油中に流出する。これと同時に作動油は、オリフィス６７から外周環状溝部６８及び環状隙間６３を経て外筒２の内周面に衝突して、外周環状溝部６８によってその噴出の勢いが緩和され、環状隙間６３に沿ってリザーバ室６内に滴り落ちる。この結果、エアレーションを抑制することができる。

なお、本実施形態は、ユニフロー型のダンパに採用されているが、バイフロー型のダンパに採用してもよい。また、本実施形態は、内筒３と前側筒状部材１４の副筒状部１６との嵌合部からの作動油の噴出によるエアレーションを抑制すべく提案されたものであるが、本実施形態は、バイフロー型のダンパにおける作動油の吸込み時、前記嵌合部へのエアの巻き込みを抑制する効果も奏することができる。

１ａ〜１ｆ流体圧緩衝器，２外筒，３内筒，４前側蓋体，５後側蓋体，６リザーバ室，１４前側筒状部材，１６副筒状部（筒状部），２９ロッド側液室（液室），３０反ロッド側液室，３５オリフィス（減衰力発生用オリフィス），３６環状溝部（環状通路），３７緩衝用環状溝部（環状空間），３８噴出パイプ（パイプ），６０オリフィス（連通路），６１オリフィス（連通路）

Claims

同心状にそれぞれ配設した外筒及び内筒の両端を蓋体によりそれぞれ閉鎖して、両者の間を作動液と気体とを封入した環状のリザーバ室として構成し、前記内筒の少なくとも一端部と前記蓋体に設けた筒状部との嵌合部に、径方向に延びる環状通路及び減衰力発生用オリフィスを備えた流体圧緩衝器であって、
前記環状通路は、前記減衰力発生用オリフィスを介して、前記内筒内の液室に連通しており、前記環状通路よりも前記筒状部の軸方向他側である開口端側に該環状通路の通路断面積より小さい環状空間を形成し、前記環状通路よりも前記筒状部の軸方向一側に収容溝部を設け、該収容溝部だけにシール部材が収容されていることを特徴とする流体圧緩衝器。
前記流体圧緩衝器は横置きに配置され、前記蓋体に前記内筒内の液室から前記環状通路に連通する連通流路を形成し、該連通流路には作動液の移動に伴って減衰力を発生させる調圧弁を備え、一側が前記環状通路と連通し、他側が前記リザーバ室の作動液中に延びるパイプが備えられることを特徴とする請求項１に記載の流体圧緩衝器。
前記環状空間は連通路により前記リザーバ室と連通し、該連通路は前記環状空間の断面積よりも小さい断面積を有することを特徴とする請求項１または２に記載の流体圧緩衝器。