JP6223072B2 - 緩衝器 - Google Patents

Description

本発明は、ロッドのストロークに対して減衰力を発生させる緩衝器に関するものである。

自動車、鉄道車両等のサスペンション装置、建築物の制振装置等に使用される筒型の緩衝器において、作動流体である油液及びガスが貯留されたリザーバ内に油液が流入する際、リザーバ内の油液の液面が撹拌されてガスを巻き込む、いわゆるエアレーションが生じることがある。エアレーションが生じて、シリンダ内の油液中に気泡が混入すると、減衰力が不安定になり、減衰効果が低下することになる。

また、緩衝器には、例えば特許文献１に記載されているように、略水平方向に設置されて横向きで使用されるものがある。

特開平１１−１３８１５号公報

上述のエアレーションに対しては、リザーバの容量を大きくして油液の液面を高くすることにより、ある程度、防止することが可能であるが、この場合、緩衝器が大型化し、油液の量も大きくなるので、設置スペース、重量増の問題が避けられない。

また、特に、特許文献１に記載されているように略水平方向に設置されて横向きで使用される緩衝器の場合、リザーバ内の液面の高さが低くなるため、リザーバへの油液の流入による液面の撹拌が生じやすくなり、エアレーションの発生が問題となる。

本発明は、エアレーションの発生を効果的に抑制するようにした緩衝器を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る緩衝器は、作動液が封入されたシリンダと、前記シリンダの外周に設けられた外筒と、前記シリンダと前記外筒との間に形成されて作動液及びガスが封入されたリザーバと、前記シリンダに挿入されたピストンと、前記ピストンに連結されて前記シリンダの外部に延出されたピストンロッドと、前記ピストンロッドのストロークによって前記シリンダから前記リザーバに作動液を流通させる通路と、を備え、
前記通路には、前記シリンダ室内の作動液が前記リザーバに向けて流出するのを許す逆止弁と、該逆止弁の下流側に接続された小径ポートと、該小径ポートの下流側に接続され前記リザーバに開口する前記小径ポートより大径の大径ポートと、を有し、前記小径ポートから前記大径ポートに作動液を流すことにより作動液を減速し、前記小径ポートと前記大径ポートとは、偏心して配置されることにより、前記大径ポートから前記リザーバ内に流入する作動液を整流させることを特徴とする。
また、作動液が封入されたシリンダと、前記シリンダの外周に設けられた外筒と、前記シリンダと前記外筒との間に形成されて作動液及びガスが封入されたリザーバと、前記シリンダに挿入されたピストンと、前記ピストンに連結されて前記シリンダの外部に延出されたピストンロッドと、前記ピストンロッドのストロークによって前記シリンダから前記リザーバに作動液を流通させる通路と、を備え、
前記通路に、前記シリンダ室内の作動液が前記リザーバに向けて流出するのを許す逆止弁と、該逆止弁の下流側に接続される小径ポートと、該小径ポートの下流側に接続され前記リザーバに開口する前記小径ポートより大径の大径ポートと、を有し、前記通路は複数隣り合うように設けられ、前記小径ポートは前記大径ポートに対して偏心して配置され、隣り合う前記小径ポートは互いに離れる方向に配置されることを特徴とする。

本発明に係る緩衝器によれば、エアレーションの発生を効果的に抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る緩衝器の縦断面図である。 図１に示す緩衝器の要部を拡大して示す縦断面図である。 図１に示す緩衝器の出口通路及び弁室の横断面図である。 図１に示す緩衝器のロッドガイドのリザーバ側端面を示す図である。 図１に示す緩衝器の変形例のロッドガイドのリザーバ側端面を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示す緩衝器１は、鉄道車両の横揺れ制振用のダンパであり、略水平方向に設置されて横向きで使用されるものである。以下の説明では、設置した状態において、ピストンロッド１０に対し上となる部分を上部、下となる部分を下部として説明する。
緩衝器１は、シリンダ２の外周に、円筒状の外筒３が同心に設けられ、これらの間に環状のリザーバ４が形成された二重筒構造となっている。シリンダ２及び外筒３の一端部には、端部プレート５及びベース部材６が設けられ、他端部には、端部プレート７及びロッドガイド８が設けられている。一方の端部プレート５は、外筒３の一端側に溶接されて固定されている。この端部プレート５に、ベース部材６、シリンダ２及びロッドガイド８を順に嵌合し、他方の端部プレート７を外筒３の端部にねじ込むことのより、これらを固定している。

シリンダ２内には、ピストン９が摺動可能に挿入され、ピストン９によってシリンダ２内がシリンダ室２Ａ、２Ｂの２室に区画されている。ピストン９には、ピストンロッド１０の一端部がナット１１によって連結され、ピストンロッド１０の他端側は、ロッドガイド８及び端部プレート７に摺動可能かつ液密的に挿通されて外部に延出している。ロッドガイド８及び端部プレート７と、ピストンロッド１０との間は、オイルシール１２、１３、１４によってシールされている。シリンダ２内には、作動液である油液が満たされ、リザーバ４内には、油液及びガスが封入されている。

ベース部材６には、シリンダ室２Ｂとリザーバ４とを連通する通路１５が形成され、通路１５には、リザーバ４側からシリンダ下室２Ｂ側への油液の流通のみを許容する逆止弁１６が設けられている。通路１５は、リザーバ４の下部で開口し、リザーバ４内でシリンダ２の軸方向に沿って延びる管路１７を通してリザーバ４に接続している。

ピストン９には、シリンダ室２Ａ、２Ｂ間を連通する通路１８が設けられている。また、ピストン９には、通路１８のシリンダ室２Ｂ側からシリンダ室２Ａ側への油液の流通のみを許容する逆止弁１９が設けられている。

ロッドガイド８には、シリンダ室２Ａとリザーバ４とを連通する通路２０が設けられている。通路２０は、軸方向通路２１と、環状通路２２と、弁室２３と、出口通路２４とから構成されている。軸方向通路２１は、一端がシリンダ室２Ａの上部に開口し、シリンダ２の軸方向に沿ってオイルシール１２のシリンダ２側付近まで延びている。環状通路２２は、ロッドガイド８の内周面のオイルシール１２のシリンダ２側付近に設けられた内周溝と、ピストンロッド１０の外周面との間に形成され、上端部が軸方向通路２１に連通している。弁室２３は、ロッドガイド８の下部に設けられ、環状通路２２の下端部に連通している。出口通路２４は、一端部が弁室２３の側部に開口し、シリンダ２の軸方向に沿って延びて他端部がリザーバ４の下部に開口している。このように、軸方向通路２１の一端をシリンダ室２Ａの上部に形成したので、組み付けの際にシリンダ室２Ａ内にエアが混入した場合であっても、軸方向通路２１の開口から排出することができる。なお、軸方向通路２１の一端は、シリンダ室２Ａの下部に形成してもよい。

図２に示すように、弁室２３には、環状通路２２側（すなわち、シリンダ室２Ａ側）の油液の圧力を受けて開弁する逆止弁として機能する減衰弁２５が設けられている。減衰弁２５には、環状通路２２側と出口通路２４側とを常時連通するオリフィス２６が設けられている。減衰弁２５は、弁バネ２７のバネ力により、環状通路２２と弁室２３とを連通するポート２８を閉じ、シリンダ室２Ａ側の油液の圧力を受けて弁バネ２７のバネ力に抗して開弁する。

出口通路２４は、ロッドガイド８のシリンダ２側端部においてリザーバ４内に開口する大径ポート２４Ａと、大径ポート２４Ａの上流側に接続して減衰弁２５の下流側であって弁室２３内に開口する大径ポートよりも小径の小径ポート２４Ｂとで構成されている。大径ポート２４Ａと小径ポート２４Ｂとは、互いに偏心して配置されている。これにより、減衰弁２５が開弁して小径ポート２４Ｂから大径ポート２４Ａに油液が流れる際、油液は、大径ポート内で螺旋状に旋回しながらリザーバ４側に向う。小径ポート２４Ｂ及び大径ポート２４Ａの軸方向長さは、適宜設定することができるが、大径ポート２４Ａは、小径ポート２４Ｂから流出する油液の流れが螺旋状に旋回できるように、充分にシリンダ２の軸方向に長くすることが望ましい。出口通路２４は、１つ、又は、環状のリザーバ４の円周方向に沿って複数配置することができるが、本実施形態では、図３及び図４に示すように、円周方向に沿って３つ配置されている。そして、中央の出口通路２４の小径ポート２４Ｂは、大径ポート２４Ａに対して上方に偏心して配置され、両側の出口通路２４の小径ポート２４Ｂは、大径ポート２４Ａに対して上方で互いに離れる方向に偏心して配置されている。大径ポート２４Ａ及び小径ポート２４Ｂの流路面積は、リザーバ４に流出する油液の流速を充分小さくするため、充分大きく設定されている。

以上のように構成した本実施形態の作用について次に説明する。
ピストンロッド１０の伸び行程時には、シリンダ２内のピストン９の移動により、ピストン９の逆止弁１９が閉じ、シリンダ室２Ａ内の油液が加圧されて、ロッドガイド８の通路２０を通ってリザーバ４に流れる。また、ベース部材６の逆止弁１６が開いて、油液がリザーバ４からシリンダ室２Ｂに流れる。

また、ピストンロッド１０の縮み行程時には、シリンダ２内のピストン９の移動により、ピストン９の逆止弁１９が開き、ベース部材６の逆止弁１６が閉じて、ピストンロッド１０がシリンダ２内に侵入した分の油液がシリンダ室２Ａから通路２０を通ってリザーバ４に流れる。

これにより、ピストンロッド１０の伸縮行程時共に、油液がシリンダ室２Ａから通路２０を通ってリザーバ４に流れる際に、減衰弁２３によって生じる流通抵抗により、ピストンロッド１０のストロークに対して減衰力が発生する。減衰弁２３の開弁前（ピストン速度低速域）においては、油液が減衰弁２３のオリフィス２６を流通する際の抵抗により、ピストン速度の２乗にほぼ比例するオリフィス特性の減衰力が発生する。減衰弁２３の開弁後（ピストン速度高速域）においては、その開度に応じて、ピストン速度にほぼ比例するバルブ特性の減衰力が発生する。

このとき、ベース部材６側では、管路１７を通してリザーバ４の下部から油液を吸込み、シリンダ室２Ｂに流通させるので、リザーバ４内の上部のガスをシリンダ室２Ｂ内に吸込みにくい。また、ロッドガイド８側では、通路２０の軸方向通路２１により、シリンダ室２Ａの上部から油液を吸込み、出口通路２４からリザーバ４の下部に流通させるので、シリンダ２内の油液に気泡（ガス）が混入した場合、シリンダ室２Ａの上部に移動した気泡を、通路２０を通してリザーバ４に戻すことができ、エアレーションの発生を抑制することができる。

シリンダ室２Ａから通路２０によって吸込まれ、減衰弁２５を介して出口通路２４からリザーバ４に流入する油液は、出口通路２４の断面積の小さい小径ポート２４Ｂから断面積の大きい大径ポート２４Ａに流れることにより、減速される。また、小径ポート２４Ｂと大径ポート２４Ａとが偏心して配置されていることにより、小径ポート２４Ｂから大径ポート２４Ａに流れる油液は、螺旋状に旋回して整流される。これにより、大径ポート２４Ａからリザーバ４内に流入する油液は、減速、整流されて噴流となりにくく、リザーバ４内の油液が撹拌されにくいので、ガスの巻込みによるエアレーションの発生を抑制することができる。

出口通路２４は、環状のリザーバ４の円周方向に沿って複数配置することにより、リザーバ４の径方向の幅が小さい場合でも、充分な流路面積を確保することができる。また、図４に示すように、３つの出口通路２４のうち、中央の出口通路２４の小径ポート２４Ｂを大径ポート２４Ａに対して上方に偏心して配置し、両側の出口通路２４の小径ポート２４Ｂを大径ポート２４Ａに対して上方で互いに離れる方向に偏心して配置することにより、３つの出口通路２４から流出する油液の干渉によって整流効果を高めることができ、ガスの巻込みによるエアレーションの発生を効果的に抑制することができる。

上記実施形態の変形例として、出口通路２４を２つ配置した例を図５に示す。図５に示す例では、小径ポート２４Ｂは、大径ポート２４Ａに対して、図中上方に偏心して配置されている。この場合、上記実施の形態では図４に示すように、大径ポート２４Ａに対する小径ポート２４Ｂの位置を３つそれぞれ異ならせているのと比して２つとも同位置としたので、ロッドガイド８に出口通路２４を作ることが容易になり、加工の作業性が向上する。出口通路２４は、１つ、あるいは、４つ以上配置してもよい。上記実施形態では、出口通路２４の大径ポート２４Ａは、径が一定になっているが、大径ポート２４Ａは、図２中に仮想線で示すように、偏心配置された小径ポート２４と同径の基部からリザーバ４側の開口部に向って拡径する略テーパ状としてもよい。さらに、出口通路２４は、円形の通路を複数配置する代りに、これらを円周方向に結合した長穴形状としてもよい。但し、この場合、油液の螺旋状の旋回による整流効果が低下することになる。

上記実施形態では、ピストンロッド１０の伸縮行程時共に、油液が通路２０を通してシリンダ室２Ａからリザーバ４へ一方向に流通する、いわゆる、ユニフロータイプの緩衝器に本発明を適用した場合について説明しているが、本発明は、これに限らず、シリンダ側からリザーバ側に油液を流通させる通路を有するものであれば、他のタイプの緩衝器にも同様に適用することができる。また、略水平方向に設置されて横向きで使用される緩衝器に限らず、縦向きや傾斜させて使用される緩衝器にも適用することができる。

１…緩衝器、２…シリンダ、３…外筒、４…リザーバ、９…ピストン、１０…ピストンロッド、２０…通路、２４Ａ…大径ポート、２４Ｂ…小径ポート

Claims (5)

1. 作動液が封入されたシリンダと、
   前記シリンダの外周に設けられた外筒と、
   前記シリンダと前記外筒との間に形成されて作動液及びガスが封入されたリザーバと、
   前記シリンダに挿入されたピストンと、前記ピストンに連結されて前記シリンダの外部に延出されたピストンロッドと、
   前記ピストンロッドのストロークによって前記シリンダから前記リザーバに作動液を流通させる通路と、を備え、
   前記通路には、
   前記シリンダ室内の作動液が前記リザーバに向けて流出するのを許す逆止弁と、
   該逆止弁の下流側に接続された小径ポートと、
   該小径ポートの下流側に接続され前記リザーバに開口する前記小径ポートより大径の大径ポートと、を有し、
   前記小径ポートから前記大径ポートに作動液を流すことにより作動液を減速し、
   前記小径ポートと前記大径ポートとは、偏心して配置されることにより、前記大径ポートから前記リザーバ内に流入する作動液を整流させることを特徴とする緩衝器。
2. 作動液が封入されたシリンダと、
   前記シリンダの外周に設けられた外筒と、
   前記シリンダと前記外筒との間に形成されて作動液及びガスが封入されたリザーバと、
   前記シリンダに挿入されたピストンと、前記ピストンに連結されて前記シリンダの外部に延出されたピストンロッドと、
   前記ピストンロッドのストロークによって前記シリンダから前記リザーバに作動液を流通させる通路と、を備え、
   前記通路は、
   前記シリンダ室内の作動液が前記リザーバに向けて流出するのを許す逆止弁と、
   該逆止弁の下流側に接続される小径ポートと、
   該小径ポートの下流側に接続され前記リザーバに開口する前記小径ポートより大径の大径ポートと、を有し、
   前記通路は、複数隣り合うように設けられ、前記小径ポートは前記大径ポートに対して偏心して配置され、隣り合う前記小径ポートは互いに離れる方向に配置されることを特徴とする緩衝器。
3. 前記シリンダの端部に設けられ、前記ピストンロッドを挿通させて摺動可能に案内するロッドガイドを備え、前記小径ポート及び前記大径ポートは、前記ロッドガイドに設けられていることをと特徴とする請求項１又は２に記載の緩衝器。
4. 前記大径ポートは、前記シリンダに沿って軸方向に延びる通路であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の緩衝器。
5. 略水平方向に沿って設置されて横向きで使用される緩衝器であって、
   前記小径ポートは、前記大径ポートに対して上方に偏心して配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の緩衝器。

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