JP6899183B2 - 緩衝部材及び、ショックアブソーバ - Google Patents

Description

本発明は、緩衝部材及び、ショックアブソーバに関する。

本出願人らは、例えば、車両用ショックアブソーバの要素（部品）として用いられる緩衝部材を開発している。緩衝部材は、例えば、ハウジング内に、軸方向に移動可能なフリーピストンを備え、フリーピストンがストロークエンドに達すると異音が生じる。このため、フリーピストンと、ハウジングとの軸方向の間に、弾性体を介在させ、衝突を和らげている。

特開平１０−９３１８号公報

弾性体については、一定以上の耐荷重を維持しつつ、優れた耐久性が求められる。

特許文献１には、シリンダ内部にて区画された圧力作用室の夫々に、ゴムクッションが配置されている。特許文献１に示すゴムクッションは、端面に捲れ上がるリップ部を設けた構造である。特許文献１は、リップ部の耐久性を向上させることに主眼を置いている。

よって、特許文献１には、リップ部の有無に係らず、一定以上の耐荷重を確保しつつ優れた耐久性を有するゴムクッションの構造は開示されていない。

本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであって、一定以上の耐荷重を確保しつつ耐久性に優れた緩衝部材及び、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、基台と、前記基台の表面に設けられた弾性体と、を有する緩衝部材であって、前記弾性体は、中央部と、前記中央部よりも厚みが薄い周縁部と、を有し、前記周縁部の裏面には、前記基台の方向に突出する突出部が形成されており、前記基台の表面には、前記突出部に対応する位置に溝が形成されており、前記突出部が前記溝内にて固定されていることを特徴とする。また、本発明では、前記弾性体の表面は、前記中央部側から前記周縁部の方向に向けて、凸湾曲面から凹湾曲面に変化する曲面を備えていることが好ましい。また、本発明では、前記弾性体の中央部側から前記周縁部の外周端にかけて、前記弾性体の高さが低くなるように、前記弾性体の表面が、曲面で形成されることが好ましい。

また、本発明では、前記突出部は、前記周縁部の外周端よりも外側に、はみ出して形成されていることが好ましい。

また、本発明では、ハウジングと、前記ハウジング内に設けられ、伸側圧力室と、圧側圧力室とを仕切るフリーピストンと、伸側圧力室に設けられた第１の基台、及び第１の弾性体と、圧側圧力室に設けられた第２の基台、及び第２の弾性体とを、有し、少なくとも、前記第１の弾性体に前記突出部が設けられると共に、前記第１の基台に前記溝が形成されていることが好ましい。

また、本発明におけるショックアブソーバは、上記のいずれかに記載の緩衝部材が組込まれてなることを特徴とする。

本発明によれば、一定以上の耐荷重を確保しつつ耐久性に優れた緩衝部材及び、ショックアブソーバを提供することができる。

本実施形態の緩衝部材を示す断面図である。 図２Ａ、図２Ｂは、図１に示す緩衝部材の一部を拡大して示した部分拡大断面図であって、図２Ａは、伸側圧力室内のゴムクッションと、フリーピストンとの非衝突状態、図２Ｂは、伸側圧力室内のゴムクッションと、フリーピストンとの衝突状態を示している。 図３Ａは、比較例のゴムクッション及び基台の断面図、図３Ｂは、第１実施形態のゴムクッション及び基台の断面図、図３Ｃは、第２実施形態のゴムクッション及び基台の断面図、図３Ｄは、第３実施形態のゴムクッション及び基台の断面図を示す。 図４Ａは、図３Ａに示す比較例の部分拡大断面図、図４Ｂは、図３Ｂに示す第１実施形態の部分拡大断面図、図４Ｃは、図３Ｃに示す第２実施形態の部分拡大断面図、図４Ｄは、図３Ｄに示す第３実施形態の部分拡大断面図を示す。 図５Ａは、図３Ａに示す比較例のゴムクッション内部に作用する応力分布模式図、図５Ｂは、図３Ｂに示す第１実施形態のゴムクッション内部に作用する応力分布模式図、図５Ｃは、図３Ｃに示す第２実施形態のゴムクッション内部に作用する応力分布模式図、図５Ｄは、図３Ｄに示す第３実施形態のゴムクッション内部に作用する応力分布模式図を示す。

以下、本発明の一実施の形態（以下、「実施形態」と略記する。）について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。

図１は、本実施形態の緩衝部材を示す断面図である。図１に示すように、緩衝部材１は、ハウジング２と、ハウジング２内に設けられ、伸側圧力室Ａと、圧側圧力室Ｂとを仕切る、衝突要素としてのフリーピストン３と、を有する。

また、図１に示すように、伸側圧力室Ａには、第１の基台１０と、第１の基台１０の表面１０ａに設けられた、弾性体としての第１のゴムクッション１１とを有する。また、圧側圧力室Ｂには、第２の基台２０と、第２の基台２０の表面２０ａに設けられた第２のゴムクッション２１とを、有する。

図１に示す緩衝部材１は、例えば、ショックアブソーバに組み込まれる。本実施形態では、複筒式ショックアブソーバ及び、単筒式ショックアブソーバの別を問わない。

例えば、緩衝部材１は、ショックアブソーバのシリンダ内に配置されるピストンロッドの一端に設けられる。ショックアブソーバのシリンダ内及び、緩衝部材１のハウジング２内には、作動油等の液体が充満される。作動油以外に、水等の液体を用いることも可能である。

シリンダ内でピストンロッドが軸方向に移動し、このとき、フリーピストン３は、ハウジング２の内部空間内で周波数（振幅）に応じて軸方向に移動するよう設置されている。ピストンロッドが移動すると共に、フリーピストン３が移動することで、作動油等の液体が流れ、衝撃を吸収する。このとき、ショックアブソーバが収縮してピストンロッドがシリンダ内に進入すると、フリーピストン３は、圧側圧力室Ｂ内の第２のゴムクッション２１の方向に移動する。一方、ショックアブソーバが伸長してピストンロッドがシリンダから退出すると、フリーピストン３が、伸側圧力室Ａ内の第１のゴムクッション１１の方向に移動する。

図２Ａは、伸側圧力室Ａ内の第１のゴムクッション（以下、ゴムクッションと称する）１１と、フリーピストン３との非衝突状態を示している。また、図２Ｂは、伸側圧力室Ａ内のゴムクッション１１と、フリーピストン３との衝突状態を示している。

図２Ａに示すように、例えば、ハウジング２、ゴムクッション１１、第１の基台（以下、基台と称する）１０、及び、フリーピストン３はいずれも、軸線Ｏを中心とする回転対称形状をなしている。フリーピストン３は、ハウジング２内で、ゴムクッション１１に接離する軸方向に往復移動可能に支持される。

基台１０は、軸線Ｏと直交する表面（接合面）１０ｓを有する硬質部材にて構成される。基台１０は、鉄やステンレス、真鍮等の金属材料またはポリアミド（ＰＡ６やＰＡ６６）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やポリプロピレン（ＰＰ）等の樹脂を、適宜選択して用いることが出来る。

また、ゴムクッション１１は、基台１０側の裏面１１ｓに、基台１０の表面１０ｓと平行な接合面を有する。ゴムクッション１１は、裏面１１ｓから頂点までの高さがＨの中央部１１ａと、中央部１１ａの周囲に位置し、中央部１１ａよりも厚みが薄い周縁部１１ｂと、を有して構成される。なお、ゴムクッション１１の形状のより詳しい説明については後述する。

ゴムクッション１１の材質を限定するものではないが、例えば、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム及び、フッ素ゴム等を用いることができる。

図２Ａに示すように、フリーピストン３には、その周縁に、ゴムクッション１１側に向かって突出する軸線Ｏを中心とする環状のリミッタ３１が形成されている。このリミッタ３１の環状内の内面は、軸線Ｏと直交する衝突面３２である。リミッタ３１の外径は、基台１０の外径より小さい。また、リミッタ３１の内径は、ゴムクッション１１の最大径より十分大きい。

図２Ｂに示すように、フリーピストン３の衝突面３２が、ゴムクッション１１に当接しゴムクッション１１は圧縮される。図２Ｂに示すように、リミッタ３１の先端部端面に形成された当接面３１ｓが、基台１０の表面１０ｓに当接したとき、ゴムクッション１１の圧縮量は最大となる。

本実施形態のように、フリーピストン３と基台１０の間に、ゴムクッション１１を設けることで、フリーピストン３が基台１０に当接した際の異音の発生を抑制することができる。

なお、圧側圧力室Ｂ内においても、伸側圧力室Ａと同様に、フリーピストン３と第２の基台２０の間に、第２のゴムクッション２１が設けられている。したがって、フリーピストン３が第２の基台２０に当接した際の異音の発生を抑制することができる。

ところで、緩衝部材１の伸側圧力室Ａ内に組み込まれるゴムクッション１１は、フリーピストン３から一定以上の荷重を受けて圧縮する動作が繰り返される。このため、所定回数以上の繰り返し動作によっても亀裂、破損が生じない耐久性が求められる。ここで、圧側圧力室Ｂの第２のゴムクッション２１についても同様に、優れた耐久性が求められるものの、伸側圧力室Ａのゴムクッション１１に比べて要求される耐荷重は低い。このため、圧側圧力室Ｂの第２のゴムクッション２１は、伸側圧力室Ａのゴムクッション１１に比べて厳しい条件下になく、良好な耐久性を維持しやすい。したがって、以下では、特に断らない限り、伸側圧力室Ａに組み込まれるゴムクッション１１及び基台１０について説明する。

図３Ａ、図４Ａに示すゴムクッション４１は、比較例である。図４Ａは、図３Ａに示す周縁部付近の部分拡大断面図である。比較例に示すゴムクッション４１は、裏面４１ｓから頂点４１ｔまでの厚みがＨ１の中央部４１ａと、中央部４１ａの周囲に位置し、厚みが中央部４１ａよりも薄い厚みｈ１の周縁部４１ｂを備える。図３Ａ、図４Ａに示すように、ゴムクッション４１が接する基台４０の表面４０ｓは平面である。ゴムクッション４１は、基台４０の表面４０ｓに、例えば、接着固定される。

比較例のゴムクッション４１の形態では、フリーピストン３による加圧力を受けて中央部４１ａが圧縮する。このとき、ゴムクッション４１の周縁部４１ｂは裏面４１ｓが基台４０に拘束されている。よって、中央部４１ａが圧縮すると、図５Ａに示すように、周縁部４１ｂの外周端４１ｃの下方部分４１ｄが、外方に突出するように変形する。

図５Ａは、荷重下における比較例のフリーピストン内部の応力分布図である。図５Ａに示すように、周縁部４１ｂの裏面４１ｓ付近に強い内部応力が発生することがわかっている。比較例のゴムクッション４１では、所定の耐荷重を得ることが可能であるが、所定の繰り返し回数に至る前に、周縁部に亀裂が生じた。すなわち、比較例では、一定以上の耐荷重を確保しつつ優れた耐久性を得ることができない。

図３Ｂ、図４Ｂには、第１実施形態のゴムクッション１１Ａが示されている。図３Ｂ、図４Ｂに示すゴムクッション１１Ａは、裏面１１ｓから頂点１１ｔまでの厚みがＨ２の中央部１１ａと、中央部１１ａの周囲に位置し、厚みが中央部１１ａよりも薄い厚みｈ２の周縁部１１ｂを備える。第１実施形態のゴムクッション１１Ａは、図３Ａ、図４Ａに示す比較例と異なって、周縁部１１ｂの裏面１１ｓに、基台１０方向に突出する突出部１２Ａが形成されている。また、基台１０の表面１０ｓには、突出部１２Ａに対応する位置に溝１３Ａが形成されている。そして、突出部１２Ａは、溝１３Ａ内にて、ゴムクッション１１Ａの裏面１１ｓと同様に、例えば接着固定されている。

図３Ｂ、図４Ｂに示す第１実施形態のゴムクッション１１Ａの表面は、中央部１１ａ側から周縁部１１ｂ方向に向けて、凸湾曲面１４から凹湾曲面１５に変化する曲面を備えて形成される。そして、凹湾曲面１５を境にして、周縁部１１ｂが中央部１１ａから離れる方向に延出している。このような曲面形状を有することで、所定厚みの中央部１１ａを適切に形成することができると共に、所定以上の耐荷重を維持することができる。

図５Ｂは、荷重下における第１実施形態のゴムクッション内部の応力分布図である。図５Ｂに示すように、第１実施形態のゴムクッション１１Ａの形態では、フリーピストン３による加圧力を受けて中央部１１ａが圧縮されると、周縁部１１ｂの外周端１１ｃの下方部分１１ｄが、外方に突出するように変形する。このとき、周縁部１１ｂに生じる内部応力は、図５Ａに示す比較例よりも集中しにくい。それは、厚みの薄い周縁部１１ｂに基台１０方向に突出する突出部１２Ａを一体的に設けることで、周縁部１１ｂの裏面１１ｓ付近に生じる剪断歪みを小さくできるためである。これにより、第１実施形態のゴムクッション１１Ａは、比較例よりも、一定以上の耐荷重を確保しつつ優れた耐久性を得ることが可能である。

図３Ｃ、図４Ｃには、第２実施形態のゴムクッション１１Ｂが示されている。図３Ｃ、図４Ｃに示すゴムクッション１１Ｂは、裏面１１ｓから頂点１１ｔまでの厚みがＨ３の中央部１１ａと、中央部１１ａの周囲に位置し、厚みが中央部１１ａよりも薄い厚みｈ３の周縁部１１ｂを備える。第２実施形態のゴムクッション１１Ｂには、図３Ｂ、図４Ｂに示す第１実施形態と同様に、周縁部１１ｂの裏面１１ｓに、基台１０方向に突出する突出部１２Ｂが形成されている。また、基台１０の表面１０ｓには、突出部１２Ｂに対応する位置に溝１３Ｂが形成されている。そして、突出部１２Ｂは、溝１３Ｂ内にて、ゴムクッション１１Ｂの裏面１１ｓと同様に、例えば接着固定されている。

図３Ｃ、図４Ｃに示す第２実施形態では、図３Ｂ、図４Ｂに示す第１実施形態に対し、中央部１１ａの表面から周縁部１１ｂの表面に至る曲面形状が異なっている。すなわち、図３Ｃ、図４Ｃに示すように、第２実施形態では、中央部１１ａから周縁部１１ｂの外周端１１ｃにかけて、基台１０の表面１０ｓを基準としたゴムクッション１１Ｂの高さが徐々に低くなるように、ゴムクッション１１Ｂの表面の略全体が、曲面で形成される。また、第２実施形態では、第１実施形態に比べて、中央部１１ａの表面から周縁部１１ｂの表面にかけての曲率半径の変化が小さい。第２実施形態では、第１実施形態に比べて、中央部１１ａと周縁部１１ｂとを表面の曲率形状で区別しにくいが、裏面に突出部１２Ｂが形成された領域を周縁部１１ｂと規定することができる。後述の第３実施形態においても同様である。第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、所定以上の耐荷重を確保しつつ、第１実施形態よりも内部応力を低減することができ、より優れた耐久性を得ることができる。

図５Ｃは、荷重下における第２実施形態のゴムクッション内部の応力分布図である。図５Ｃは、図４Ｃの丸線Ａ内を模式図化したものである。図５Ｃに示すように、周縁部１１ｂに生じる内部応力は、図５Ａに示す比較例及び、図５Ｂに示す第１実施形態よりも小さくすることができる。第２実施形態では、第１実施形態に比べてゴムクッション１１Ｂの中央部１１ａの厚み寸法Ｈ３を厚く形成しやすく、また、第１実施形態に比べて、凹湾曲面が小さく、全体に凸湾曲面で形成することができる。これにより、第２実施形態のゴムクッション１１Ｂの体積を第１実施形態のゴムクッション１１Ａよりも大きくできる。このため、第２実施形態では、第１実施形態と同様の耐荷重を維持しつつ中央部１１ａの圧縮量を小さくできる。したがって、第２実施形態では、第１実施形態に比べて、内部応力を低減することが可能になる。

図３Ｄ、図４Ｄには、第３実施形態のゴムクッション１１Ｃが示されている。図３Ｄ、図４Ｄに示すゴムクッション１１Ｃは、裏面１１ｓから頂点１１ｔまでの厚みがＨ４の中央部１１ａと、中央部１１ａの周囲に位置し、厚みが中央部１１ａよりも薄い厚みｈ４の周縁部１１ｂを備える。第３実施形態のゴムクッション１１Ｃは、第２実施形態のゴムクッション１１Ｂと同様に、周縁部１１ｂの裏面１１ｓに、基台１０方向に突出する突出部１２Ｃが形成されている。また、基台１０の表面１０ｓには、突出部１２Ｃに対応する位置に溝１３Ｃが形成されている。そして、突出部１２Ｃは、溝１３Ｃ内にて、ゴムクッション１１Ｃの裏面１１ｓと同様に、例えば、接着固定されている。

図３Ｄ、図４Ｄに示す第３実施形態では、図３Ｃ、図４Ｃに示す第２実施形態と同様に、中央部１１ａから周縁部１１ｂの外周端１１ｃにかけて、基台１０の表面１０ｓを基準としたゴムクッション１１Ｃの高さが徐々に低くなるように、ゴムクッション１１Ｃの表面の略全体が、曲面で形成される。

第３実施形態では、第２実施形態と異なって、図４Ｄに示すように、突出部１２Ｃは、周縁部１１ｂの外周端１１ｃよりも外側にはみ出して形成されている。この突出部１２Ｃの幅寸法Ｔ３に合わせて、基台１０側の溝１３Ｃの幅も広げて形成される。これにより、第３実施形態における突出部１２Ｃの幅寸法Ｔ３を、第２実施形態における突出部１２Ｂの幅寸法Ｔ２よりも大きく形成することができる。これにより、第３実施形態では、第２実施形態に比べて突出部１２Ｃの体積を大きくすることができる。

図５Ｄは、荷重下における第３実施形態のゴムクッション内部の応力分布図である。図５Ｄは、図５Ｃの丸線Ｂ内を示す周縁部１１ｂが荷重を受けて変形した状態を示している。図５Ｄに示すように、周縁部１１ｂに生じる内部応力は、図５Ａに示す比較例、図５Ｂに示す第１実施形態及び、図５Ｃに示す第２実施形態よりも小さくすることができる。第３実施形態において内部応力を小さくできる理由は、突出部１２Ｃの幅が広く形成されており、緩衝幅が広がったためである。すなわち、周縁部１１ｂの裏面１１ｓに、基台１０方向に突出する突出部１２Ｃを設けて、周縁部１１ｂでの緩衝厚みを確保するとともに緩衝幅も広げることで、内部応力の集中をより一層和らげることができる。以上により、第３実施形態によるゴムクッション１１Ｃによれば、第２実施形態に比べて、所定以上の耐荷重を確保しつつ、より優れた耐久性を得ることができる。

なお、図４Ｄに示すように、突出部１２Ｃを、外周部１１ｃから外方にはみ出して形成し、突出部１２Ｃの幅寸法Ｔ３を広く形成する形態は、例えば、図３Ｂに示す第１実施形態に適用することも可能である。ただし、図３Ｄに示すように、中央部１１ａから周縁部１１ｂの外周端１１ｃにかけて徐々に厚みが小さくなるように、クッション表面の略全体が曲面状で形成された構成に適用することで、内部応力をより効果的に小さくすることが可能になる。

以下、各実施形態のゴムクッションの共通事項について説明する。

各実施形態のゴムクッションの平面視形状を特に限定するものでないが、円形状や矩形状、多角形状等で形成することが可能である。ゴムクッションの平面視形状は、使用用途、使用環境等で種々変更することができる。

また、ゴムクッションの中央部の断面形状は、特に限定するものでないが、図３Ｂに示すような略円錐台形状や、図３Ｃ、図３Ｄに示すような略半球状で形成することが可能である。

また、図４Ｂ及び、図４Ｃに示すように、周縁部１１ｂと突出部１２Ａ、１２Ｂとの境の外周端には微小突起１６が形成されているが、これは、金型の割り面がちょうどこの位置に存在しているためであり、周縁部１１ｂから突出部１２Ａ、１２Ｂに至る外周端を、ストレートな面で形成することも可能である。

また、突出部１２Ａ〜１２Ｃは、周縁部１１ｂの裏面１１ｓに周縁部方向に沿って環状に形成されることが好ましい。このとき、突出部１２は、連続的に繋がって形成されることが好ましいが、途中で途切れた箇所や切欠きがあってもよい。

本実施形態では、圧側圧力室Ｂに配置される第２のゴムクッション２１の形状を特に限定しないが、伸側圧力室Ａに配置されるゴムクッション１１と同様に、円周部の裏面に突出部を設けてもよい。

本発明の緩衝部材によれば、一定以上の耐荷重を確保しつつ耐久性に優れる。よって、本発明の緩衝部材を、例えば、ショックアブソーバに組み込むことができる。

１ 緩衝部材
２ ハウジング
３ フリーピストン
１０、２０、４０ 基台
１１、１１Ａ〜１１Ｃ、２１、４１ ゴムクッション
１１ａ、４１ａ 中央部
１１ｂ、４１ｂ 周縁部
１２Ａ〜１２Ｃ 突出部
１３Ａ〜１３Ｃ 溝
１４ 凸湾曲面
１５ 凹湾曲面
３１ リミッタ

Claims (5)

1. 基台と、前記基台の表面に設けられた弾性体と、を有する緩衝部材であって、
   前記弾性体は、中央部と、前記中央部よりも厚みが薄い周縁部と、を有し、
   前記周縁部の裏面には、前記基台の方向に突出する突出部が形成されており、前記基台の表面には、前記突出部に対応する位置に溝が形成されており、前記突出部が前記溝内にて固定されており、
   前記弾性体の表面は、前記中央部側から前記周縁部の方向に向けて、凸湾曲面から凹湾曲面に変化する曲面を備えていることを特徴とする緩衝部材。
2. 基台と、前記基台の表面に設けられた弾性体と、を有する緩衝部材であって、
   前記弾性体は、中央部と、前記中央部よりも厚みが薄い周縁部と、を有し、
   前記周縁部の裏面には、前記基台の方向に突出する突出部が形成されており、前記基台の表面には、前記突出部に対応する位置に溝が形成されており、前記突出部が前記溝内にて固定されており、
   前記弾性体の中央部側から前記周縁部の外周端にかけて、前記弾性体の高さが低くなるように、前記弾性体の表面が、曲面で形成されることを特徴とする緩衝部材。
3. 前記突出部は、前記周縁部の外周端よりも外側に、はみ出して形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の緩衝部材。
4. ハウジングと、前記ハウジング内に設けられ、伸側圧力室と、圧側圧力室とを仕切るフリーピストンと、伸側圧力室に設けられた第１の基台、及び第１の弾性体と、圧側圧力室に設けられた第２の基台、及び第２の弾性体とを、有し、少なくとも、前記第１の弾性体に前記突出部が設けられると共に、前記第１の基台に前記溝が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の緩衝部材。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の緩衝部材が組込まれてなることを特徴とするショックアブソーバ。

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