JPH06147392A - アキュムレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 広い圧力範囲および広い周波数帯域において
作動油の脈動を吸収でき、しかも小型化を可能にするア
キュムレータの提供。 【構成】 本体１の内部には油室２およびばね７および
ピストン８を有するばね室３が設けられ、前記油室２は
ピストン８の断面積より大きい断面積に形成され、導入
孔９内部には第１オリフィス11が形成され、排出孔10の
油室２側の開口端にはライザー管12が設けられ、前記ピ
ストン８には第２オリフィス13が穿設されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアキュムレータに関す
る。さらに詳しくは、油圧回路に発生する作動油の脈動
を吸収するためのアキュムレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】油圧サスペンションなどの油圧装置にお
いて、油圧ポンプなどの油圧源の吐出側に接続される高
圧配管内の作動油に脈動が生じると、有害な振動騒音の
原因になる。従来は油圧ポンプとしてベーンポンプを採
用していたが、このポンプで発生される圧力は比較的低
圧（約80kg／cm² ）であるため、脈動は油圧回路内のゴ
ムホースの伸縮で吸収することができた。しかし、最
近、油圧サスペンション回路が以前よりも高圧（約180
kg／cm² ）で使用されてきているのに伴い、油圧ポンプ
も高圧用のギアポンプまたはレシプロ式ポンプなどが採
用されてきている。これらのポンプを用いたばあい油圧
回路内は高圧となり、従来の高伸縮ゴムホースでは過大
な繰返し応力により疲労して寿命の低下が顕著となり、
使用することができなかった。その結果、伸縮性を犠牲
にして強度を向上せしめたホースとアキュムレータとが
併用されるようになった。そして、脈動の吸収作用をほ
とんどアキュムレータに頼るようになっている。

【０００３】アキュムレータは、ばね・フリーピストン
式とべローズ式の２種類が知られている。ばね・フリー
ピストン式アキュムレータとしては、たとえば、特開昭
58-146786 号に開示されたものが知られている。このも
のは、図６に示すように弁筺21内部に流路22が形成さ
れ、流路22の途中には第１圧力室23が形成され、第１圧
力室23内部にはその容積を変化させるためにピストン24
が摺動自在に設けられている。またピストン24の後部に
は小径部25が突設されており、この小径部25が挿入され
るように第１圧力室23の奥には第１圧力室23より小さい
内径の第２圧力室26が形成されている。第２圧力室26内
部には、前記ピストン24を流路22側に弾発するようにば
ね27が設けられている。前記第２圧力室26は細い油路で
構成される絞り28を介して前記流路22に連通されてい
る。さらに、弁筺21内部には第２圧力室26と前記流路22
とを連通しうるように油路29が形成されている。油路29
の途中には、第２圧力室26から流路22への作動油の流通
のみを許容するチェック弁30が設けられている。なお、
31は排油孔、32はポンプである。

【０００４】叙上のアキュムレータはつぎのように働
く。すなわち、ポンプ32によって流路22内に圧送される
作動油の脈動は、細い油路で構成される絞り28のため第
２圧力室26にはほとんど伝達されず、第２圧力室26の油
圧は脈動圧のほぼ平均圧力となる。第１圧力室23の油圧
が脈動圧のピーク（前記平均圧力より大きい）のとき、
第１圧力室23と第２圧力室26の油圧の差により、前記ピ
ストン24および小径部25はばね27から抗力を受けなが
ら、ともに第１圧力室23および第２圧力室26の奥へ移動
し、流路22に連通する第１圧力室23の空間部23ａの容積
が拡大する。その結果、流路22の圧力がほぼ前記平均圧
力にまで低下して脈動は吸収される。このとき、第２圧
力室26内部の油の一部は、チェック弁30を有する油路29
と絞り28とを介して流路22に戻される。一方、第１圧力
室23の油圧が脈動圧のボトム（前記平均圧力より低い）
となったばあいには、前記ピストン24および小径部25が
ばね27の抗力を受けながら流路22側に移動し、前記空間
部23ａの容積が縮小されることにより流路22の圧力がほ
ぼ前記平均圧力にまで上昇する。このようにして脈動は
吸収される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、叙上のばね・
フリーピストン式アキュムレータは、空間部23ａの容積
を変化することによってのみ脈動を吸収しているため、
主として低周波帯域の脈動に対しては効果があるが、構
造上、高周波帯域での効果が充分ではない。

【０００６】一方ベローズ式のアキュムレータは、ベロ
ーズの機能を考えれば、脈動吸収の効果がえられる油圧
の圧力範囲が狭く、またベローズはその伸縮の繰り返し
により損傷、破壊しやすいため耐久性が悪いという問題
がある。

【０００７】本発明はかかる問題を解消するためになさ
れたものであり、広い圧力範囲かつ広い周波数帯域で脈
動吸収の効果がえられ、しかも小型化を可能にするアキ
ュムレータを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のアキュムレータ
は、作動油の導入孔および排出孔を有する容器と、該容
器内部に形成された油室および該油室内と連通かつ隣接
したばね室と、該ばね室内に往復摺動自在に収容された
前記油室の断面積より小さい断面積を有するピストン
と、該ピストンと前記ばね室の底部とのあいだに介在さ
せられたばねとからなり、前記導入孔に第１オリフィス
が形成され、前記ピストンにおける油室とばね室とを連
通する孔に第２オリフィスが形成され、前記排出孔の油
室側開口にライザー管が突設されていることを特徴とす
る。

【０００９】また、前記導入孔および排出孔が平行に形
成されるのが好ましい。

【００１０】

【作用】本発明のアキュムレータによれば、作動油の脈
動は、導入孔の第１オリフィスを通って油室に伝達され
るときにその絞り作用によって整流され、高周波成分が
部分的に減衰される。また、ピストン断面積より大きい
断面積を有する油室が容積室となるので圧力低下（脈動
減衰）が生じる。このように低減された脈動はさらにピ
ストンの第２オリフィスを通ってばね室にも伝達される
が、第２オリフィスにより脈動は平滑されるので、ばね
室の圧力は脈動のほぼ平均圧力に保たれる。したがって
油室の油圧がばね室の油圧より高いばあい（脈動圧のピ
ーク）は、ピストンがばねによる抗力を受けながらばね
室奥に移動することにより、油室の容積が拡大し油室の
油圧は下げられる。このとき脈動圧の大部分はばね室内
部の油圧と拮抗することになるので、ばねの弾発力とか
なり大きさの異なる圧力範囲での脈動も有効に吸収でき
る。

【００１１】同様に油室の油圧がばね室の油圧より低い
ばあい（脈動圧のボトム）は、ピストンがばねによる抗
力を受けながらばね室の入口側へ移動することにより、
油室の容積が縮小し油室の油圧は上げられる。このよう
に低周波帯域の脈動はピストンの移動による油室の拡
大、縮小により吸収される。

【００１２】つぎに油室内に残存する高周波帯域の脈動
は、排出孔の油室側開口に突設されたライザー管を通る
ときにオリフィスと比較して長い区間で絞られるので、
管内で整流（吸収）される。

【００１３】またこの突設されたライザー管は、ピスト
ンによる油室の容積変化で吸収されるべき脈動成分が、
排出孔から流出するのを防ぐ「整流板」の役目も果た
す。

【００１４】

【実施例】つぎに図面を参照しながら本発明について説
明する。図１は本発明のアキュムレータの一実施例を示
す組立前の一部切欠斜視図、図２は図１のアキュムレー
タの組立後の断面図、図３はアキュムレータの脈動吸収
試験装置の一例を示す系統図である。

【００１５】図１〜２に示されるように、アキュムレー
タは以下のように構成される。

【００１６】一端が閉じられた円筒状の本体１の内部に
は、その開口側に油室２が形成され、その奥には油室２
より断面積が小さい円柱状のばね室３が形成されてい
る。前記油室２の開口端は、略円柱状の蓋体４によって
密閉されうる。前記蓋体４は、その側面に形成されたお
ねじ５が油室２の開口端に形成された、めねじ６に螺入
されることによって本体１に結合されている。さらに、
前記ばね室３内部には圧縮コイルばね７（以下、単にば
ね７と呼ぶ）が挿入され、その一端はばね室３の奥に固
定され、他端はピストン８に取付けられている。このピ
ストン８は前記ばね室３内部に摺動自在に収容されてお
り、有底円筒状を呈している。またばね７は、本体１に
設けられた（ピストン８に設けられてもよい）ストッパ
（図示されていない）により、ストロークの上限と下限
が設定されている。

【００１７】また前記蓋体４には、導入孔９および排出
孔10がたがいに平行に穿設されている。導入孔９内部に
は、第１オリフィス11が形成されている。一方、排出孔
10の油室２側の開口端には直管（以下、ライザー管とい
う）12が突設されている。

【００１８】前記ピストン８の底部中央には第２オリフ
ィス13が穿設されている。またピストン８の側面には、
オイルシール用の複数本のラビリンス溝14および複数個
の孔15が形成されている。

【００１９】前記アキュムレータは、図２に示されるよ
うに油圧回路に対し、ポンプ16とアクチュエータ17との
あいだの区間に直列に接続される。すなわち、ポンプ16
から送られた油は、導入孔９から油室２に導入されたの
ち、排出孔10から外部に排出されてアクチュエータ17に
至る。

【００２０】叙上のように構成されるアキュムレータ
は、以下のごとくして油圧回路の脈動吸収を行なう。

【００２１】導入孔９の第１オリフィス11を通ることに
より整流され、高周波成分が部分的に低減された脈動が
油室２に伝達されたときピストン断面積より大きい断面
積を有する油室が容積室となるので圧力低下（脈動減
衰）が生じる。このように低減された脈動は、さらにピ
ストンの第２オリフィス13を通ってばね室３にも伝達さ
れるが第２オリフィス13によって脈動は平滑され、ばね
室３の圧力は脈動のほぼ平均圧力に保たれる。したがっ
て油室２の油圧がばね室３の油圧より高いばあいは、ピ
ストン８はばね７による抗力を受けながらばね室３奥に
移動するので、油室２の容積が拡大し、油室２の油圧は
下げられる。このとき脈動圧の大部分はばね室３内部の
油圧と拮抗することになるので、ばね７の弾性力とかな
り大きさの異なる圧力範囲の脈動も有効に吸収できる。
すなわち、高圧力の油圧回路に対しても小さなばね（ば
ね定数が小さく、必要なたわみ代を用するばね）で済
む。同様に油室２の油圧がばね室３の油圧より低いばあ
いは、ピストン８がばね７による抗力を受けながらばね
室３の入口側へ移動することにより、油室２の容積が縮
小し、油室２の油圧は上げられる。このように低周波帯
域の脈動は、第１オリフィス11とピストン８の移動によ
る油室２の拡大、縮小により吸収される。

【００２２】また、前記ばね室３内部の作動油の一部
は、ピストン８のばね圧縮方向の移動に伴い、ばね室３
とピストン８との間隙を通して油室２に還流される。ま
た、この間隙には孔15を通しても油室３に連通してお
り、しかもピストン８外周にラビリンス溝14が形成され
ているので、間隙内の油圧はピストン８の全周に渡って
平均化される。したがって、ピストン８は常にばね室３
内部でセンタリングされる。

【００２３】最後に油室２内部の作動油は、ライザー管
12を通して排出孔10から下流のアクチュエータ17に送ら
れるが、このライザー管12はオリフィス11、13と比較し
て長い区間で脈動を絞るので整流がさらに行なわれ、油
室２内部に残存する高周波帯域の脈動も吸収される。

【００２４】またライザー管12は、ピストン８による油
室２の容積変化で吸収されるべき脈動成分が、排出孔10
を通って流出するのを防ぐ「整流板」の役目も果たす。
このようにして、作動油は広い圧力範囲および広い周波
数帯域においてその脈動が吸収される。

【００２５】つぎに本発明のアキュムレータを、その具
体的な実施例および従来のアキュムレータの例である比
較例１、２に基づいてさらに詳細に説明する。

【００２６】実施例 本発明にかかるアキュムレータであり基本構造は図２に
よる。そして各部の寸法は下記の通りである。

【００２７】 比較例１ ばね・フリーピストン式のアキュムレータであり、基本
構造は図６による。外観寸法は実施例と同一であるが、
それ以外の各部の寸法は下記の通りとする。

【００２８】 外観寸法 外形 63mm 長さ 155mm オリフィス28の直径 3.0mmピストン 24の外径 40mm ピストン24の最大ストローク 40mm ばね27のばね定数 7.6kgf／cm 比較例２ 金属ベローズが内蔵されたアキュムレータであり、基本
構造は図４による。外観寸法は実施例と同一であるが、
図４におけるそれ以外の各部の寸法や数値は下記の通り
とする。

【００２９】 外観寸法 外形 63mm 長さ 155mm ガス室41のガス封入圧力 400kgf／cm² ベローズ42の外径 55mm ベローズ42の内径 35mm ベローズ42の最大ストローク 37mm 前記のように構成された実施例および比較例１、２にか
かわるアキュムレータの脈動吸収試験を実施した。測定
方法は以下のとおりである。

【００３０】図３に示すように測定装置は、サーボ弁Ｓ
からなる正弦波発生装置ＳＷに試料のアキュムレータＡ
ＣＣを接続し、リターン回路にてタンクＴに戻す閉ルー
プの管路構成となっている。正弦波発生装置ＳＷはポン
プＰと、タンクＴと、サーボ弁ＳとコントローラＣとか
ら構成されている。サーボ弁ＳはコントローラＣから送
られる正弦波の信号の関数として油の圧力を調整する。
そしてアキュムレータＡＣＣの導入孔側に入力脈圧測定
用センサΔＰ１を、排出孔側に出力脈圧測定用センサΔ
Ｐ２をそれぞれ配置し、脈圧測定用センサΔＰ１、ΔＰ
２が検出した圧力変動をアンプＡＭＰにて電圧信号に変
換したのち、ＦＦＴアナライザにて減衰率を測定し、Ｘ
−Ｙプロッタにて記録した。アキュムレータの下流にお
ける平均圧力は、平均圧力測定用センサＰＯにて測定し
た。なお図３においてＦは流量計を示す。

【００３１】以上の試験結果を図５に示す。図５におい
て横軸は脈動のモデルとされた正弦波の周波数（単位Ｈ
ｚ）であり、縦軸はアキュムレータによる脈動の減衰率
（単位ｄＢ）を示す。ここで減衰率は、 減衰率＝20Ｌｏｇ（ｙ／ｘ） なる式で求められる。

【００３２】ここでｘは入力脈圧の振幅を示し、ｙは出
力脈圧の振幅を示す。そして図５(a),(b),(c) はそれぞ
れ平均圧力が 30kgf／cm² 、100kgf／cm² 、180kgf／cm
² のばあいである。また実施例の測定値は実線Ａで示
し、比較例１の測定値は破線Ｂで示し、比較例２の測定
値は一点鎖線Ｃで示している。

【００３３】図５に示す結果によれば、比較例１（破線
Ｂで示される）はいずれの平均圧力のばあいも150 〜50
0 Ｈｚの高周波帯域では脈動吸収効果が低下する。

【００３４】比較例２（一点鎖線Ｃで示される）は平均
圧力が100kgf／cm² 、180kgf／cm²のばあいは、よく脈
動が吸収されているが、平均圧力が 30kgf／cm² のばあ
いは脈動吸収の効果はほとんど見られない。

【００３５】実施例（実線Ａで示される）は、いずれの
平均圧力においても50〜500 Ｈｚの広い周波数域におい
て脈動吸収効果が見られる。

【００３６】このように比較例１のばね・フリーピスト
ン式アキュムレータはピストンの移動により脈動を吸収
するという構造上、高周波帯域の脈動の吸収効果が低
く、また比較例２のベローズ式アキュムレータはガス室
に封入される気体の圧力により有効な圧力範囲が決定さ
れるので、これ以外の圧力範囲（今回の測定では平均圧
力が 30kgf／cm² のばあい）では脈動吸収効果がなくな
ってしまう。これに対し実施例の本発明にかかるアキュ
ムレータは広い圧力範囲および広い周波数帯域において
安定して脈動を吸収することができる。

【００３７】したがって、本実施例のアキュムレータ
は、一般に広い範囲で圧力が変動する油圧システム（自
動車のオイルサスペンションなど）に問題なく適用しう
るという、従来のアキュムレータ（たとえば比較例１、
２）には奏しえない効果を発揮するのである。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、油室の排出孔の油室側
の開口端にライザー管を設けることにより、アキュムレ
ータが高周波帯域の脈動をも吸収することができるよう
になり、その結果低周波帯域から高周波帯域にかけての
広い範囲に及ぶ脈動を吸収することができるようになっ
た。またばね室の油圧を一定に保つための第２オリフィ
スをピストンに設けることにより、アキュムレータの構
造を単純化させられるので小型化が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアキュムレータの一実施例を示す組立
前の一部切欠斜視図である。

【図２】図１のアキュムレータの組立後の断面図であ
る。

【図３】アキュムレータの脈動吸収試験装置の一例を示
す系統図である。

【図４】従来のベローズ式アキュムレータの比較例２を
示す断面図である。

【図５】脈動吸収試験結果を示すグラフである。

【図６】従来のアキュムレータの一例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 本体 ２ 油室 ３ ばね室 ７ ばね ８ ピストン ９ 導入孔 10 排出孔 11 第１オリフィス 12 ライザー管 13 第２オリフィス

フロントページの続き (72)発明者 小林 真一 兵庫県姫路市別所町佐土1118 株式会社ニ チリン姫路工場内 (72)発明者 松原 正躬 東京都品川区南品川１−７−19 株式会社 オーツカ内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作動油の導入孔および排出孔を有する容
   器と、該容器内部に形成された油室および該油室内と連
   通かつ隣接したばね室と、該ばね室内に往復摺動自在に
   収容された前記油室の断面積より小さい断面積を有する
   ピストンと、該ピストンと前記ばね室の底部とのあいだ
   に介在させられたばねとからなり、前記導入孔に第１オ
   リフィスが形成され、前記ピストンにおける油室とばね
   室とを連通する孔に第２オリフィスが形成され、前記排
   出孔の油室側開口にライザー管が突設されてなるアキュ
   ムレータ。