JPH07122451B2

JPH07122451B2 - ガススプリング

Info

Publication number: JPH07122451B2
Application number: JP21925487A
Authority: JP
Inventors: 芳治新倉; 一田島; 信哉江連; 茂黒田
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 1987-09-03
Filing date: 1987-09-03
Publication date: 1995-12-25
Anticipated expiration: 2010-12-25
Also published as: JPS6465340A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、シリンダの内部にガスと液体が収容されたガ
ススプリングに関する。

〔従来の技術〕

ガススプリングの一態様として、いわゆる油空圧式懸架
装置と呼ばれるシリンダ・ピストン形の懸架装置は、そ
の内部に窒素等の高圧ガスを封入するとともに作動油を
収容し、シリンダ内の高圧ガスの反発力によって、ロッ
ドがシリンダから突出する方向に付勢されるようになっ
ている。従ってガスばねとしての機能をもつとともに、
ロッドが軸方向に移動することに伴ってシリンダ内の作
動油が流動し、油の一部がオリフィスを通ることによ
り、ロッドの動きが減衰されるようになっている。

従来のこの種の懸架装置において、シリンダ内のガスと
液体（作動油）を仕切るためにフリーピストンが用いら
れたことがあるが、フリーピストンはシリンダ内面との
間の摺動摩擦抵抗が大きいだけでなく、摺動部において
ガスの一部が液体側に漏れやすいといった欠点がある。

そこで、合成樹脂製の袋状の仕切り部材を用いて気室と
液室とを仕切るものも考えられたが、懸架装置の封入ガ
ス圧は30ないし60Kgf/cm²ときわめて高いため、ガスの
不透過性すなわちガスバリヤ性と、機械的強度と満足さ
せるには特殊な材質を用いたり、複数種類の膜を重ねる
などの工夫が必要であった。そこで本発明者らは、金属
製のベローズを用いることに着目した。金属ベローズは
ガスバリヤ性が高く、しかも機械的強度が高いとともに
高温にも充分耐えることができ、かつベローズ形状に容
易に成形できるなど幾多の利点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、樹脂製仕切り部材の代りに金属ベローズ
を用いた場合には、樹脂製の仕切り部材には見られなか
ったような問題のあることが判った。すなわち、金属ベ
ローズは軸方向には充分大きな撓みが得られるが、径方
向にほとんど撓むことができない。このため金属ベロー
ズは、樹脂製ベローズに比べて耐圧性が高い反面、変形
量が許容値を越えると容易に座屈し、永久変形を生じて
しまう。

前記構造の懸架装置において、シリンダ内にガスと液体
を封入するには、予めシリンダ内に作動油等の液体を充
満させておいてから、ガス封入口を通じて空気内にガス
を封入するようにしている。この場合、ガスが封入され
るにつれて気室の容積が増大するため、次第にベローズ
が縮むとともに液室内の余分な油が排出される。そして
ベローズが一定限度以上縮むと、ベローズの内側に設け
られているストッパにベローズが当ることにより、ベロ
ーズはそれ以上軸方向には縮まなくなる。ところがガス
は更に高い圧力で封入されてゆくから、軸方向への変形
が阻止された状態のベローズには径方向に大きな圧力が
静圧的に加わり、この方向に変形する傾向を生じる。

ここで、樹脂製ベローズのように柔軟な可撓性材料が使
われていれば、一時的に径方向に変形しても元の形状に
戻ることが可能であるためそれほど問題にならないかも
しれない。ところが金属ベローズの場合には、かなり高
いガス封入圧まで耐えることができる反面、弾性限界を
越えると座屈してしまう。

こうした金属ベローズにおいて、ガスの封入圧に充分耐
えるようにするにはベローズの板厚を厚くすることによ
り耐圧性を高めればよい。ところが板厚が厚くなると、
軸方向に伸縮する際にベローズの山部に生じる応力が大
きくなるため、目標耐久回数を満足できなくなる。応力
を下げるには山数を増やせばよいが、こうするとベロー
ズが長くなり、シリンダ内に収容するのが困難になると
いった問題を生じる。このため金属ベローズのもつ長所
を充分生かしきれていないのが現状であった。

従って本発明の目的は、金属ベローズの座屈を防止でき
かつベローズの薄型化が可能になることにより、山数を
増やさずとも目標耐久回数を満足でき、金属ベローズの
もつ長所を充分発揮できるようにすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を果たすために本発明は、シリンダ11と、この
シリンダ11の内部にシリンダ11と同心状に配置されかつ
一端がシリンダ11側に固定されるとともに自由端側が軸
線方向に伸縮自在な仕切り部材12と、この仕切り部材12
の内面側に位置して液体が満たされる液室33と、仕切り
部材12の外側面に位置しかつ加圧されたガスが封入され
る気室45と、仕切り部材12の内側にこの仕切り部材12と
同心状に配置される内筒13とを備えたガススプリングに
おいて、上記仕切り部材12に、金属薄板を蛇腹状に成形
してなる金属ベローズ20を用いるとともに、この金属ベ
ローズ20の自由端側にはこのベローズ20が所定量以上縮
んだ状態において内筒13の開口端31によって受止められ
るベローズ蓋21を設け、更にこのベローズ蓋21と開口端
31との相互対向部には、金属ベローズ20が所定量以上縮
んだ状態においてベローズ蓋21と開口端31との間の隙間
を液密に閉鎖することにより液室33内の液体の一部をベ
ローズ20と内筒13との間に閉じ込める自己シール手段32
を設けたことを特徴とするものである。

〔作用〕

上記構成の本発明装置において、シリンダ内の気室にガ
スを封入する際、あるいはガスの封入後に何らかの原因
によって油室内の圧力が低下すると、ガスの圧力によっ
て金属ベローズが軸方向にいっぱいに縮む。そしてベロ
ーズ蓋が内筒の開口端に突き当たるとともに、自己シー
ル手段によって、ベローズと内筒との間に液体が閉じ込
められる。

液体は実質的に非圧縮性であり、閉込められた液体が金
属ベローズを内面側からバックアップするためベローズ
の変形が阻止される。なお、金属ベローズの内側から働
く液圧はガスの封入圧よりも多少低くなるから、ベロー
ズの内側と外側とで圧力差が生じ、この差圧がベローズ
に加わる。しかしながらこの差圧は、金属ベローズのも
つ耐圧力に比べれば僅かであり、ベローズの変形を引起
こすには至らない。

上記の理由により、ベローズの板厚が薄くてもガスの封
入圧に充分に耐えることができ、ベローズの座屈を防止
できるとともに、金属ベローズの板厚を薄くすることが
できるから、伸縮時においてベローズの山部等に生じる
応力が下がることにより、山数を増やさずとも目標耐久
回数を充分満足できる。

〔実施例〕以下、本発明の一実施例を第１図ないし第３図を参照し
て説明する。第１図に示されたガススプリングの一例と
しての車両用懸架装置10は、シリンダ11と仕切り部材1
2,内筒13,ロッド14等を備えて構成されている。シリン
ダ11の図示上端部は連結用の部材16を介して、例えば車
体側の部材に連結される。また、シリンダ11の一部にガ
ス封入口17が設けられており、この封入口17を通じて窒
素ガスなどの加圧された不活性ガスがシリンダ11の内部
の下記気室45に封入できるようになっている。ガス封入
口17は盲栓18によって塞がれる。

上記シリンダ11は、図示下側の小径部11aと、これより
も径を大きくした大径部11bとを有する。そしてこの大
径部11bに、シリンダ11と同心状に仕切り部材12が収容
されている。

仕切り部材12は、シリンダ11の軸方向に伸縮自在な金属
ベローズ20と、このベローズ20の自由端側に設けられた
ベローズ蓋21とからなる。金属ベローズ20は、例えばス
テンレス鋼などの金属薄板を蛇腹状に成形したものであ
る。ベローズ蓋21は、ベローズ20に気・液密に溶接され
ている。また、ベローズ蓋21の内面側には、シール材23
を備えた環状の嵌合部24が設けられている。金属ベロー
ズ20の固定端すなわち図示下側の端部は、ベローズ固定
部材25に溶接されている。ベローズ固定部材25は、シリ
ンダの小径部11aと大径部11bとの境界部分に固定されて
いる。26,27はｏリング等のシール材である。

シリンダ11の内部に設けられる内筒13は、シリンダ11お
よび金属ベローズ20と同心状に配置されており、内筒13
の図示下端は溶接等によってシリンダ11に固定されてい
る。また、内筒13の壁に貫通孔30が開設されている。内
筒13の両端は開口しており、図示上側の開口端31は、上
記ベローズ蓋21の嵌合部24に丁度嵌合できるような形状
に形成されている。従って、ベローズ20が一定限度以上
収縮した時に、シール材23を介して嵌合部24が開口端31
と液密に嵌合する。つまり嵌合部24とシール材23および
内筒の開口端31などは自己シール手段32を構成する。

金属ベローズ20の内面側は、作動油が満たされることに
より液室33として使われる。この液室33は、後述する減
衰力発生機構55を介して内筒13内の液室34に連通してい
る。この液室34は、貫通孔30を介して液出入り口36に連
通している。液出入り口36には、油圧ユニット37が接続
される。本実施例の油圧ユニット37は、油圧源38と液出
入り口36との間に車高上昇用の電磁切換え弁40を有する
とともに、タンク41と液出入り口36との間に車高降下用
の電磁切換え弁42を有する。43は下降防止用チェック弁
である。

シリンダ11と金属ベローズ20との間に位置する気室45に
は、ガス封入口17を通じて前記ガスが封入される。ロッ
ド14は、シリンダ11に対し軸線方向に移動自在に挿入さ
れている。従ってシリンダ11には、ロッド14が摺動する
部位にベアリング47が設けられている。このベアリング
47の軸方向両側には、低圧シール48と高圧シール49が設
けられ、ドレン配管50が接続されている。

ロッド14の図示下端側は、連結用部材52を介して例えば
車輪側の部材に連結される。53は保護ブーツである。ロ
ッド14の先端部分14aはベローズ20の内面側に進入して
いる。この先端部分14aには減衰力発生機構55が設けら
れている。図示例の機構55は、ロッド本体14bの先端部
に取着された略円板状の弁ボディ56を有する。この弁ボ
ディ56の外周部にはベアリング57が装着されている。弁
ボディ56には、上下方向に貫通する液体通路60が形成さ
れている。この液体通路60の図示上側には、ロッド14が
伸び方向に移動した時に開弁するリリーフプレート61が
設けられている。このプレート61は、ばね62によって閉
弁方向に付勢されている。また液体通路60の図示下側に
は、ロッド14が縮み側に移動した時に開弁するリリーフ
プレート63が設けられている。更に、ロッド本体14bの
先端に、コンスタントオリフィスを備えた部材66が固定
されている。

次に、上記構成の懸架装置10の作用について説明する。

気室45内にガスを封入する際には、予め液室33,34に作
動油を満たしておく。そしてガス封入口17を通じてガス
の封入を行なう。ガスが封入されるにつれて気室45の容
積が増大し、ベローズ20が押されて軸方向に縮んでゆく
が、液室33,34はタンク41に通じているため油の一部が
タンク41側に排出される。ベローズ20が一定量以上収縮
すると、第３図に示されるようにベローズ蓋21の嵌合部
24が内筒13の開口端31に密接するため、ベローズ20はそ
れ以上縮むことが阻止されるとともに、ベローズ20と内
筒13との間に油が閉込められる。油はほぼ非圧縮性であ
るから、ベローズ20の外面側から加わるガス圧は、ベロ
ーズ20の内面側から油によってバックアップされる。こ
のため高い圧力でガスが封入されても、ベローズ20が潰
れることはない。

上記のようにベローズ蓋21が内筒13の開口端31に突当た
ったのちもガスは封入され続け、気室45内のガス圧が所
定値に達したのち、ガス封入口17が盲栓18によって塞が
れる。この場合、内筒13とベローズ20との間に閉込めら
れた油の圧力に比べて、ガスの封入圧の方が高くなるた
め、ベローズ20の内側と外側とで圧力差が生じ、この差
圧はベローズ20に加わる。しかしながらこの差圧は通常
はせいぜい５〜10Kgf/cm²程度であり、金属ベローズ20
自体がもつ耐圧力（一般的に20Kgf/cm²以上）に比べれ
ば僅かであるから、ベローズ20が変形するおそれはな
い。換言すると、ベローズ20の板厚がかなり薄くてもガ
スの封入圧に充分に耐えることができ、座屈を生じるこ
とがない。そしてベローズ20の板厚を薄くすることがで
きるから、ベローズ20の伸縮時に山部等に生じる応力が
低減する。このため山数を増やさずとも目標耐久回数
（一例として20万回）を満足できる。

次表に、金属ベローズ20の寸法と耐圧値等の例を示す。
（単位は寸法…mm,圧力…Kgf/cm²である）上記の表からも判るように、金属ベローズ20の耐圧値は
Ａ〜Ｆのいずれの例もガス封入圧を下回るが、上記した
ように金属ベローズ20の内面側に閉込めた油によってバ
ックアップされることにより、充分な耐久性を発揮でき
るものである。

また、第４図に示されるように、温度変化に対するガス
圧と液圧の変化の割合は一定ではなく、液圧の変化の方
がガス圧の変化よりも大きい。このため、温度上昇に伴
って液圧の方がガス圧よりも大きくなることが考えられ
る。しかしながら上記装置10においては、前述したよう
に、ベローズ20の内側の液圧の方がベローズ20の外側の
ガス圧よりも相対的に低くなっており、しかも自己シー
ル手段32におけるガス側の受圧面積の方が内筒13とベロ
ーズ20との間の油側の受圧面積よりも大きいため、温度
変化によってベローズ20の内側の液圧が上昇しても、ガ
ス側からの押付け荷重によってシール材23と開口端31と
の密着状態を保つことができる。

懸架装置10は車両に取付けられた状態において、シリン
ダ11に対してロッド14が伸び方向に移動すると、減衰力
発生機構55に油が流動することにより減衰力が生じる。
また同時に、ロッド14の軸方向移動量に相当する容積分
だけ気室45の容積が増大し、これに伴い金属ベローズ20
が収縮する。

逆にロッド14が押込まれる方向に移動すると、減衰力発
生機構55に油が流れることによって減衰力が生じるとと
もに、ロッド14が押込まれた分だけ気室45が圧縮される
ため、ベローズ20は伸長する。こうして気室45は圧縮さ
れ、ガスの反発力が高まる。以上の繰返しにより、ガス
ばねとしての機能とショックアブソーバとしての機能が
発揮される。また、切換え弁40または42を選択的に動作
させることにより、液室33の液量を適宜に変化させれ
ば、シリンダ11に対するロッド14の相対的な伸び、すな
わち車高を調整することができる。

なお、自己シール手段32に使われるシール材23として
は、第５図に示されるようなｏリングでもよいが、第６
図に示されるようなリング状のゴムシート23′を用いて
もよいし、あるいは第７図に示されるようなゴム板23″
等を用いてもよい。

また本発明は、上記シリンダ11の外部に副シリンダ（図
示せず）を備えた懸架装置にも適用できる。この場合、
前記実施例の金属ベローズ20と同様のベローズによって
副シリンダ内を気室と液室とに仕切るとともに、この液
室の内側に上記実施例の内筒13と同様の内筒を設ける。
そして副シリンダ内の液室を主シリンダ11内の液室33に
連通させることにより、主シリンダ11内のロッド14の軸
方向位置に応じて副シリンダ内の気室の容積が変動し、
これに伴って金属ベローズが伸縮するように構成され
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、板厚の薄い金属ベローズを用いていて
も所望の耐圧性能が得られるようになり、かつ金属ベロ
ーズを薄板化できるため山数を増やさずとも応力が下が
ることにより目標耐久回数を満足でき、ベローズの軸方
向寸法のコンパクト化にも寄与できる。しかも金属ベロ
ーズの薄形化に伴いベローズ自体のばね定数を小さくで
きるようになるから、このベローズによって仕切られる
ガスのばね定数に与える影響が小さくてすむ。そして金
属ベローズは充分な耐熱性とガスバリヤ性および機械的
強度を有するから仕切り部材としての機能を充分に発揮
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す懸架装置の縦断面図、
第２図は第１図に示された装置の自己シール部分の拡大
図、第３図は第１図に示された装置の自己シール部分が
閉じた状態の拡大図、第４図はガスと液体の温度変化と
圧力との関係を示す図、第５図ないし第７図はそれぞれ
自己シール手段の互いに異なる態様を示すそれぞれ断面
図である。 11……シリンダ、12……仕切り部材、13……内筒、14…
…ロッド、20……金属ベローズ、21……ベローズ蓋、2
3,23′,23″……シール材、31……内筒の開口端、32…
…自己シール手段、33……液室、45……気室、。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者黒田茂神奈川県横浜市磯子区新磯子町１番地日本発条株式会社内 (56)参考文献実公昭43−26504（ＪＰ，Ｙ１)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダと、このシリンダの内部にこのシ
リンダと同心状に配置されかつ一端がシリンダ側に固定
されるとともに他端側がシリンダの軸線方向に伸縮自在
な仕切り部材と、この仕切り部材の内面側に位置しかつ
液体が満たされる液室と、上記仕切り部材の外面側に位
置しかつ加圧されたガスが封入される気室と、上記仕切
り部材の内側にシリンダおよび仕切り部材と同心状に配
置される内筒とを備えたガススプリングにおいて、上記仕切り部材に、金属薄板を蛇腹状に成形してなる金
属ベローズを用いるとともに、この金属ベローズの自由
端側にはこのベローズが所定量以上縮んだ状態において
上記内筒の開口端によって受止められるベローズ蓋を設
け、更にこのベローズ蓋と上記内筒の開口端との相互対
向部には、上記金属ベローズが所定量以上縮んだ状態に
おいてベローズ蓋と上記開口端との間の隙間を液密に閉
鎖することにより上記液室内の液体の一部をベローズの
内面と内筒の外面との間に閉じ込める自己シール手段を
設けたことを特徴とするガススプリング。