KR101254287B1 - 가변유로를 갖는 쇽업소버의 밸브 구조 - Google Patents

가변유로를 갖는 쇽업소버의 밸브 구조 Download PDF

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    • F16F9/512—Means responsive to load action, i.e. static load on the damper or dynamic fluid pressure changes in the damper, e.g. due to changes in velocity
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Abstract

본 발명은, 피스톤 이동속도가 저속과 중고속 사이에서 변화할 때 감쇠력의 변화를 완만하게 하도록 밸브 구조를 통과하는 작동유체의 유로를 2방향으로 형성하고, 그 중 하나의 유로를 가변유로로 형성함으로써 승차감을 개선시킬 수 있는 쇽업소버의 밸브 구조에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 작동유체가 충전되어 있는 실린더와, 일단은 상기 실린더의 내부에 위치하고 타단은 상기 실린더의 외부로 연장되는 피스톤 로드를 가지는 쇽업소버의 밸브 구조로서, 상기 피스톤 로드의 일단에 설치되며 상기 실린더 내부를 상부 챔버 및 하부 챔버로 양분한 상태에서 작동하여 작동유체의 유속에 따라 변화하는 감쇠력을 발생시키는 피스톤 밸브 조립체와; 상기 피스톤 밸브 조립체와 함께 이동하며 작동유체의 유속이 저속과 중고속 사이에서 변화할 때의 감쇠력 곡선의 변화를 완만하게 하도록 감쇠력을 가변시키는 가변 밸브 조립체; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 쇽업소버의 밸브 구조가 제공된다.

Description

가변유로를 갖는 쇽업소버의 밸브 구조 {VALVE STRUCTURE HAVING VARIABLE FLOW VALVE OF A SHOCK ABSORBER}
본 발명은 쇽업소버에 구비되는 밸브 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 피스톤 이동속도가 저속과 중고속 사이에서 변화할 때 감쇠력의 변화를 완만하게 하도록 밸브 구조를 통과하는 작동유체의 유로를 2방향으로 형성하고, 그 중 하나의 유로를 가변유로로 형성함으로써 승차감을 개선시킬 수 있는 쇽업소버의 밸브 구조에 관한 것이다.
일반적으로 차량에는 주행시 차축이 노면으로부터 받는 충격이나 진동을 완충하여 승차감을 향상시키기 위한 완충장치가 설치되며, 이와 같은 완충장치의 하나로서 쇽업소버가 사용된다.
쇽업소버는 노면 상태에 따른 차량의 진동에 따라 작동하게 되며, 이때 쇽업소버의 작동속도에 따라, 즉 작동속도가 빠르거나 느림에 따라 쇽업소버에서 발생하는 감쇠력이 달라진다.
쇽업소버에서 발생하는 감쇠력 특성을 어떻게 조절하는가에 따라 차량의 승차감과 주행안정성을 제어할 수 있다. 따라서 차량의 설계시, 쇽업소버의 감쇠력 특성을 조절하는 것은 매우 중요하다.
종래의 피스톤 밸브는 단일 유로를 사용하여 피스톤 밸브의 이동속도가 고속, 중속, 및 저속일 때 일정한 감쇠특성을 가지도록 설계되어 있으므로, 저속 감쇠력을 낮춰 승차감 개선을 도모하고자 할 경우 중고속 감쇠력에까지 영향을 미칠 수 있다.
또한, 종래의 쇽업소버는 단일 유로를 통과하는 작동유체의 유속(즉, 피스톤 밸브의 이동속도)에 따라 저속에서는 지수함수적으로 감쇠력이 증가하고 중고속에서는 선형적으로 감쇠력이 변화하는 특성을 가지는데, 저속에서 중고속으로 변화하는 변곡점에서 감쇠력 곡선이 급격하게 변화하기 때문에, 이로 인하여 차량의 승차감이 저하되는 문제가 있었다.
이러한 종래의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명은, 피스톤 이동속도가 저속과 중고속 사이에서 변화할 때 감쇠력의 변화를 완만하게 하도록 밸브 구조를 통과하는 작동유체의 유로를 2방향으로 형성하고, 그 중 하나의 유로를 가변유로로 형성함으로써 승차감을 개선시킬 수 있는 쇽업소버의 밸브 구조를 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 작동유체가 충전되어 있는 실린더와, 일단은 상기 실린더의 내부에 위치하고 타단은 상기 실린더의 외부로 연장되는 피스톤 로드를 가지는 쇽업소버의 밸브 구조로서, 상기 피스톤 로드의 일단에 설치되며 상기 실린더 내부를 상부 챔버 및 하부 챔버로 양분한 상태에서 작동하여 작동유체의 유속에 따라 변화하는 감쇠력을 발생시키는 피스톤 밸브 조립체와; 상기 피스톤 밸브 조립체와 함께 이동하며 작동유체의 유속이 저속과 중고속 사이에서 변화할 때의 감쇠력 곡선의 변화를 완만하게 하도록 감쇠력을 가변시키는 가변 밸브 조립체; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 쇽업소버의 밸브 구조가 제공된다.
상기 가변 밸브 조립체는, 상기 피스톤 밸브 조립체의 하부로부터 연장되며 내부가 비어 있는 중공의 하우징과, 상기 하우징의 내부공간을 상기 상부 챔버와 연통시킬 수 있도록 상기 피스톤 로드에 형성되는 연결통로와, 상기 하우징의 내부공간 내에 배치되어 작동유체의 유속에 따라 상부 챔버와 하부 챔버 사이의 작동유체의 유동을 선택적으로 허용하는 가변 밸브 본체를 포함하는 것이 바람직하다
상기 연결통로는 피스톤 밸브 조립체의 위쪽까지 연장되어 상기 상부 챔버와 연통하거나, 피스톤 본체에 형성되는 연장통로를 통해 상기 상부 챔버와 연통하는 것이 바람직하다
상기 가변 밸브 본체는, 피스톤의 이동속도가 증가하여 작동유체의 유속이 빨라지면, 상하방향으로 이동하여 상기 상부 챔버와 상기 하부 챔버 사이의 유로를 개방시켜 작동유체의 유동을 허용하며, 유로 개방시점은, 상기 피스톤 밸브 조립체의 감쇠력 곡선에 있어서 지수함수적으로 감쇠력이 증가하는 저속 구간으로부터 선형적으로 감쇠력이 증가하는 중고속 구간으로 변화하는 변곡점에 일치되는 것이 바람직하다
상기 가변 밸브 본체에 의한 유로 개폐가 가능하도록, 상기 가변 밸브 본체의 위아래에는 상하대칭 구조의 밸브 지지수단이 배치되는 것이 바람직하다
상부의 밸브 지지수단은 위쪽에서부터 상부 와셔, 상부 리테이너 및 상부 디스크로 이루어지고, 하부의 밸브 지지수단은 아래쪽에서부터 하부 와셔, 하부 리테이너 및 하부 디스크로 이루어지며, 상기 상부 리테이너 및 상기 하부 리테이너는 탄성변형 가능한 탄성소재로 이루어지는 것이 바람직하다
상기 피스톤 밸브 조립체는, 쇽업소버의 압축시 작동유체가 통과하는 하나 이상의 압축 통로 및 쇽업소버의 신장시 작동유체가 통과하는 하나 이상의 리바운드 통로가 형성되어 있는 피스톤 본체와, 상기 피스톤 본체의 상부에 배치되어 압축 통로를 통과한 작동유체의 압력에 대항하여 감쇠력을 발생시키는 압축 밸브 수단과, 상기 피스톤 본체의 하부에 배치되어 리바운드 통로를 통과한 작동유체의 압력에 대항하여 감쇠력을 발생시키는 리바운드 밸브 수단을 포함하는 것이 바람직하다
상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 작동유체의 유로를 2방향으로 형성하고, 그 중 하나의 유로를 가변유로로 형성한 쇽업소버의 밸브 구조가 제공된다.
그에 따라 본 발명의 밸브 구조에 의하면, 피스톤 이동속도가 저속과 중고속 사이에서 변화할 때 감쇠력의 변화를 완만하게 할 수 있어 승차감을 개선시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 쇽업소버의 밸브 구조를 도시하는 단면도,
도 2는 압축 행정시 본 발명에 따른 쇽업소버의 밸브 구조를 통한 유체의 유동을 설명하기 위한 단면도, 그리고
도 3은 인장 행정시 본 발명에 따른 쇽업소버의 밸브 구조를 통한 유체의 유동을 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 쇽업소버의 밸브 구조를, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 밸브 구조가 장착되는 쇽업소버는, 오일 등의 작동유체가 충전되어 있는 대략 원통형의 실린더(10)와, 일단은 실린더의 내부에 위치하고 타단은 실린더의 외부로 연장되는 피스톤 로드(20)를 포함한다.
본 발명에 따른 쇽업소버의 밸브 구조는, 피스톤 로드(20)의 일단에 설치되며 실린더 내부를 상부 챔버(11) 및 하부 챔버(12)로 양분한 상태에서 작동하여 작동유체의 유속에 따라 변화하는 감쇠력을 발생시키는 피스톤 밸브 조립체(30)와, 이 피스톤 밸브 조립체(30)와 함께 이동하며 작동유체의 유속이 저속에서 중고속으로 변화할 때의 감쇠력 곡선의 변화를 완만하게 하도록 감쇠력이 가변되는 가변 밸브 조립체(40)를 포함한다.
피스톤 밸브 조립체(30) 및 가변 밸브 조립체(40)는 피스톤 로드(20)의 말단에 연달아 설치된다. 피스톤 로드(20)의 타단측은, 로드 가이드 및 오일 씰에 미끄럼 운동 가능한 동시에 액밀적으로 관통하여 실린더의 외부로 연장되어 있다.
피스톤 밸브 조립체(30)는, 쇽업소버의 압축시 작동유체가 통과하는 하나 이상의 압축 통로(32) 및 쇽업소버의 신장시 작동유체가 통과하는 하나 이상의 리바운드 통로(33)가 형성되어 있는 피스톤 본체(31)와, 이 피스톤 본체(31)의 상부에 배치되어 압축 통로(32)를 통과한 작동유체의 압력에 대항하여 감쇠력을 발생시키는 압축 밸브 수단(35)과, 피스톤 본체(31)의 하부에 배치되어 리바운드 통로(33)를 통과한 작동유체의 압력에 대항하여 감쇠력을 발생시키는 리바운드 밸브 수단(37)을 포함할 수 있다.
또한, 피스톤 본체(31)의 외주표면에는 실린더(10)의 내주면과의 밀착 및 마모 방지 등을 위해 테프론 소재의 밴드(39)가 설치될 수 있다.
가변 밸브 조립체(40)는, 상기 피스톤 밸브 조립체(30)의 하부로부터 연장되며 내부가 비어 있는 중공의 하우징(41)과, 이 하우징(41)의 내부공간을 상부 챔버(11)와 연통시킬 수 있도록 피스톤 로드(20)에 형성되는 연결통로(21)와, 하우징(41)의 내부공간 내에 작동유체의 유량(즉, 유속)에 따라 상부 챔버(11)와 하부 챔버(12) 사이의 작동유체의 유동을 선택적으로 허용하도록 배치되는 가변 밸브 본체(42)를 포함한다.
연결통로(21)는 피스톤 로드(20)의 일측면을 밀링 가공함으로써 형성될 수 있다. 피스톤 로드(20)에 형성된 연결통로(21)는 피스톤 밸브 조립체(30)의 위쪽까지 연장될 수도 있고, 도 1에 도시된 바와 같이 피스톤 본체(31)에 형성되는 연장통로(31a)를 통해 상부 챔버(11)와 연통할 수도 있다.
가변 밸브 본체(42)는 소결 또는 플라스틱 소재로 이루어진다.
가변 밸브 본체(42)는, 피스톤의 이동속도가 증가하여 작동유체의 유량이 많아지면, 즉 작동유체의 유속이 빨라지면, 상하방향으로 이동하여 상부 챔버(11)와 하부 챔버(12) 사이의 유로를 개방시켜 작동유체의 유동을 허용한다. 유로 개방시점은, 피스톤 밸브 조립체(30)의 감쇠력 곡선에 있어서 지수함수적으로 감쇠력이 증가하는 저속 구간으로부터 선형적으로 감쇠력이 증가하는 중고속 구간으로 변화하는 변곡점에 일치시킬 수 있다.
가변 밸브 본체(42)에 의한 유로 개폐가 가능하도록, 가변 밸브 본체(42)의 위아래에는 대략 상하대칭 구조의 밸브 지지수단이 배치된다. 상부의 밸브 지지수단은 위쪽에서부터 상부 와셔(43a), 상부 리테이너(44a) 및 상부 디스크(45a)로 이루어지고, 하부의 밸브 지지수단은 아래쪽에서부터 하부 와셔(43b), 하부 리테이너(44b) 및 하부 디스크(45b)로 이루어진다. 하부 와셔(43b)는 가변 밸브 조립체를 구성하는 각종 부품들이 하우징(41)의 내부공간에 유지될 수 있도록 하우징(41)의 개구 측에 설치된다. 하부 와셔(43b)와 하부 리테이너(44b) 사이에는 또 다른 디스크 부재(45c)가 개재될 수 있다.
상부 리테이너(44a) 및 하부 리테이너(44b)는 탄성변형이 가능한 탄성소재, 즉 NBR(nitrile-butadiene rubber)과 같은 특수 합성 고무 소재나, 플라스틱 혹은 비금속성 재료로 만들어질 수 있으며, 변형시 상부 디스크(45a) 및 하부 디스크(45b)를 지지하는 지점이 변화할 수 있다. 상부 리테이너(44a) 및 하부 리테이너(44b)는, 평면에서 볼 때, 내경 직경이 일정한 도넛 형상을 가지기보다는, 내부에 형성된 구멍이 꽃형상이나 물결형상을 가지도록 내경 직경이 일정하지 않은 형상을 가지거나, 일정한 각도 간격으로 홈이 형성된 형상을 가지는 것이 바람직하다.
도 1은 가변 밸브 본체(42)에 외력이 가해지지 않거나, 가해지는 외력이 상하부 밸브 지지수단의 지지력보다 작아 가변 밸브 본체(42)가 이동하지 않은 상태를 도시한다. 이때, 도 1에 도시된 바와 같이, 가변 밸브 본체(42)의 상하부에는 각각 상부 디스크(45a) 및 하부 디스크(45b)가 맞닿아 있고, 상부 리테이너(44a) 및 하부 리테이너(44b)는 변형되지 않은 상태를 유지한다.
가변 밸브 본체(42)의 중심부분은 상부 디스크(45a) 혹은 하부 디스크(45b)의 내경 주위에 맞닿아 상부 디스크(45a) 혹은 하부 디스크(45b)를 가압할 수 있도록 대략 구형 혹은 타원형으로 이루어진다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 밸브 구조의 작동을 설명한다.
도 2에는 압축 행정시의 본 발명에 따른 밸브 구조의 상태가 도시되어 있다. 가변 밸브 본체(42)는 작동유체의 압력과 같은 외력이 가해질 경우 압축시에는 상부로 이동한다. 이때 상부 리테이너(44a)가 변형되면서 상부 디스크(45a)가 변형되어 유로가 개방된다. 도시된 바와 같이, 유로는 상부 디스크(45a)와 상부 리테이너(44a) 사이에 형성된다.
도 3에는 인장 행정시의 본 발명에 따른 밸브 구조의 상태가 도시되어 있다. 가변 밸브 본체(42)는 작동유체의 압력과 같은 외력이 가해질 경우 인장시에는 하부로 이동한다. 이때 하부 리테이너(44b)가 변형되면서 하부 디스크(45b)가 변형되어 유로가 개방된다. 도시된 바와 같이, 유로는 하부 디스크(45b)와 하부 리테이너(44b) 사이에 형성된다.
이와 같이 본 발명에 따른 쇽업소버의 밸브 구조의 작동에 의하면, 피스톤 로드(20)의 이동속도가 일정값 이상의 속도로 이동할 때, 즉 작동유체의 유속이 저속에서 중고속으로 변화할 때, 감쇠력 곡선의 변화를 완만하게 할 수 있도록 가변 밸브 조립체(40)가 작동한다.
가변 밸브 본체(42)가 이동하여 유로가 개방되는 시점은, 피스톤 로드(20)의 이동속도가 저속에서 중고속으로 변화하는 시점, 즉 피스톤 밸브 조립체(30)의 감쇠력 곡선에 있어서 지수함수적으로 감쇠력이 증가하는 저속 구간으로부터 선형적으로 감쇠력이 증가하는 중고속 구간으로 변화하는 변곡점에 일치시키는 것이 바람직하다.
이상과 같이 본 발명에 따른 쇽업소버의 밸브 구조를, 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
10 : 실린더 11 : 상부 챔버
12 : 하부 챔버 20 : 피스톤 로드
21 : 연결통로 30 : 피스톤 밸브 조립체
31 : 피스톤 본체 32 : 압축 통로
33 : 리바운드 통로 35 : 압축 밸브 수단
37 : 리바운드 밸브 수단 39 : 밴드
40 : 가변 밸브 조립체 41 : 하우징
42 : 가변 밸브 본체 43a : 상부 와셔
43b : 하부 와셔 44a : 상부 리테이너
44b : 하부 리테이너 45a : 상부 디스크
45b : 하부 디스크 45c : 디스크 부재

Claims (7)

  1. 작동유체가 충전되어 있는 실린더(10)와, 일단은 상기 실린더의 내부에 위치하고 타단은 상기 실린더의 외부로 연장되는 피스톤 로드(20)를 가지는 쇽업소버의 밸브 구조로서,
    상기 피스톤 로드의 일단에 설치되며 상기 실린더 내부를 상부 챔버(11) 및 하부 챔버(12)로 양분한 상태에서 작동하여 작동유체의 유속에 따라 변화하는 감쇠력을 발생시키는 피스톤 밸브 조립체(30)와;
    상기 피스톤 밸브 조립체와 함께 이동하며 작동유체의 유속이 저속과 중고속 사이에서 변화할 때의 감쇠력 곡선의 변화를 완만하게 하도록 감쇠력을 가변시키는 가변 밸브 조립체(40);
    를 포함하며,
    상기 가변 밸브 조립체(40)는, 상기 피스톤 밸브 조립체의 하부로부터 연장되며 내부가 비어 있는 중공의 하우징(41)과, 상기 하우징의 내부공간을 상기 상부 챔버와 연통시킬 수 있도록 상기 피스톤 로드에 형성되는 연결통로(21)와, 상기 하우징의 내부공간 내에 배치되어 작동유체의 유속에 따라 상부 챔버와 하부 챔버 사이의 작동유체의 유동을 선택적으로 허용하는 가변 밸브 본체(42)를 포함하며,
    상기 가변 밸브 본체(42)에 의한 유로 개폐가 가능하도록, 상기 가변 밸브 본체의 위아래에는 상하대칭 구조의 밸브 지지수단이 배치되며,
    상부의 밸브 지지수단은 위쪽에서부터 상부 와셔(43a), 상부 리테이너(44a) 및 상부 디스크(45a)로 이루어지고, 하부의 밸브 지지수단은 아래쪽에서부터 하부 와셔(43b), 하부 리테이너(44b) 및 하부 디스크(45b)로 이루어지며,
    상기 상부 리테이너(44a) 및 상기 하부 리테이너(44b)는 탄성변형 가능한 탄성소재로 이루어져, 변형시 상기 상부 디스크(45a) 및 상기 하부 디스크(45b)를 지지하는 지점이 변화할 수 있는 것을 특징으로 하는 쇽업소버의 밸브 구조.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결통로(21)는 피스톤 밸브 조립체의 위쪽까지 연장되어 상기 상부 챔버와 연통하거나, 피스톤 본체에 형성되는 연장통로를 통해 상기 상부 챔버와 연통하는 것을 특징으로 하는 쇽업소버의 밸브 구조.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 가변 밸브 본체(42)는, 피스톤의 이동속도가 증가하여 작동유체의 유속이 빨라지면, 상하방향으로 이동하여 상기 상부 챔버와 상기 하부 챔버 사이의 유로를 개방시켜 작동유체의 유동을 허용하며, 유로 개방시점은, 상기 피스톤 밸브 조립체의 감쇠력 곡선에 있어서 지수함수적으로 감쇠력이 증가하는 저속 구간으로부터 선형적으로 감쇠력이 증가하는 중고속 구간으로 변화하는 변곡점에 일치되는 것을 특징으로 하는 쇽업소버의 밸브 구조.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 피스톤 밸브 조립체는, 쇽업소버의 압축시 작동유체가 통과하는 하나 이상의 압축 통로(32) 및 쇽업소버의 신장시 작동유체가 통과하는 하나 이상의 리바운드 통로(33)가 형성되어 있는 피스톤 본체(31)와, 상기 피스톤 본체의 상부에 배치되어 압축 통로를 통과한 작동유체의 압력에 대항하여 감쇠력을 발생시키는 압축 밸브 수단(35)과, 상기 피스톤 본체의 하부에 배치되어 리바운드 통로를 통과한 작동유체의 압력에 대항하여 감쇠력을 발생시키는 리바운드 밸브 수단(37)을 포함하는 것을 특징으로 하는 쇽업소버의 밸브 구조.
KR1020110055505A 2011-06-09 2011-06-09 가변유로를 갖는 쇽업소버의 밸브 구조 KR101254287B1 (ko)

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