KR101310686B1

KR101310686B1 - 유압식 완충장치

Info

Publication number: KR101310686B1
Application number: KR1020120032977A
Authority: KR
Inventors: 에이코 미야사토; 마사유키 이시카와; 츠요시 미타; 아키라 히로키; 요우지 다카쿠와; 코우이치 마츠자키; 토시오 미나쿠치; 마리코 겟소쿠; 코다이 요시나가
Original assignee: 에스엠시 가부시키가이샤
Priority date: 2011-04-01
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2013-09-25
Also published as: RU2502000C2; JP5338841B2; DE102012006147A1; DE102012006147B4; CN102734368B; TW201305461A; KR20120112213A; JP2012215272A; US8757338B2; US20120247891A1; TWI516690B; RU2012112409A; CN102734368A

Abstract

피스톤실에 기름이 충전된 완충장치에 있어서, 피스톤의 스트로크 범위 내에 피스톤이 이동을 개시하는 개시부와, 주감속부와, 피스톤을 정지시키는 종식부를 구비한다. 개시부에 있어서는 피스톤의 스트로크 범위로 설정된 가상적인 테이퍼면보다 대경이며 피스톤실의 중심 축선측에 오목한 곡면으로 형성되고, 주감속부에 있어서는 축경 변화율을 점차로 증대시켜서 상기 테이퍼면보다 소경화하여 축경 변화율의 변화가 정에서 부로 역전하는 최대 변화율 부위에 도달하는 곡면으로 형성되고, 종식부에 있어서는 축경 변화율이 점차로 저감되어서 피스톤이 완충 정지를 행하는 곡면으로 형성된다.

Description

유압식 완충장치{HYDRAULIC SHOCK ABSORBER}

본 발명은 이동 물체를 정지시킬 때의 기계적 충격을, 실린더 하우징의 피스톤실로부터 유출되는 기름의 유동 저항을 이용해서 흡수하는 유압식 완충장치에 관한 것이다.

유압식 완충장치로서 충돌시의 완충 능력을 제어하거나, 또는 충격 가속도의 피크값을 가능한 한 작게 하도록 한 것은, 예를 들면 특허문헌 1이나 특허문헌 2 등에 이미 개시되어 있다. 상기 특허문헌 1에 개시되어 있는 완충장치는 기름을 충전하는 실린더 하우징의 피스톤실을 피스톤이 작동하는 방향을 향해서 직선 형상, 또는 2차 곡선 형상으로 가늘어지는 테이퍼 형상으로 형성한 것이고, 또한 상기 특허문헌 2에 개시되어 있는 완충장치는 피스톤실의 내부를 피스톤이 작동하는 방향을 향해서 직선 형상으로 가늘어지는, 테이퍼비가 1/50∼1/130의 범위인 테이퍼 형상으로 형성한 것이다.

상기 특허문헌 1의 완충장치에서는 실린더 하우징과 피스톤 사이의 간극에 형성되는 오리피스가 피스톤의 이동에 따라 작아지므로 완충 개시시에는 충격의 흡수 능력이 작고, 로드가 이동해서 오리피스가 작아지면 에너지의 흡수량이 증대되고, 완충 정지시키려고 하는 이동 물체의 스피드가 저속으로 변화된다는 취지가 설명되고, 또한 상기 특허문헌 2의 완충장치에서는 어떤 특정한 실험 장치를 이용하여 특정 조건에 의한 실험을 행했을 때에 테이퍼비가 1/50∼1/130의 범위에 있어서 충격 가속도 피크값이 낮았다는 실험 결과가 얻어졌기 때문에, 그 범위가 충격 완화에 유효하다고 하는 것이다.

그러나, 실린더 하우징과 피스톤 사이에 형성되는 상기 오리피스는 바람직하게는 로드의 선단에 완충 정지시키려고 하는 이동 물체가 충돌해서 그 완충 정지를 개시하는 초기 단계에서는 그 오리피스 면적을 큰 상태로 유지하여 충격력을 완화시킴으로써 충돌음이나 발진을 저감시키고, 그것에 계속되는 중간 단계에서는 에너지의 흡수량을 크게 하여 최종 단계에서 이동 물체가 튀어오르는 것을 억제할 수 있는 곳까지 감속한 다음 최종 단계에서 완충 정지시키는 것으로 하는 것이 바람직하고, 상기 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 기재된 완충장치는 이들의 바람직한 조건을 만족시킬 수 있는 것은 아니다.

즉, 상기 특허문헌 1에 기재된 것, 특히 상기 특허문헌 1의 제 1 도면에 나타내어져 있는 바와 같은 2차 곡선 형상의 테이퍼인 것에서는 이동 물체의 완충 정지를 개시하는 초기 단계에서는 다소 충격력을 완화시켜서 충돌음이나 발진을 저감시킬 수 있어도 그것에 계속되는 중간 단계에서의 에너지의 흡수량이 불충분하고, 스트로크 종단 부근에서 급격하게 큰 항력을 주게 되기 때문에 이동 물체가 정지 위치에서 튀어오르는 것을 피하는 것이 곤란해지고, 특히 로드에 대한 이동 물체의 충돌 속도가 고속이 됨에 따라 이동 물체가 정지 위치 부근에서 튀어오르는 것을 피할 수 없어 도저히 만족할 수 있는 완충 정지를 기대할 수 없다.

이것을 본 발명자들에 의한 실험 결과와의 관련에 있어서 설명하면, 도 2(A)는 피스톤실의 내주면을 본 발명의 대표적 형태예와 같은 곡면(a)으로 형성했을 경우와, 특허문헌 1 또는 특허문헌 2의 완충장치와 같이 피스톤실의 내주면을 테이퍼면(b)으로 형성했을 경우의, 상기 피스톤실의 내경과 피스톤 스트로크 위치의 관계를 나타내고, 또한 도 2(B)는 각각의 경우에 있어서의 스트로크 위치와 로드에 의해 이동 물체에 주어지는 항력의 관계를 곡선(a', b')에 의해 모식적으로 나타내고 있다.

상기 도 2(A) 및 도 2(B)에 의해 분명하게 나타내는 바와 같이, 이미 알고 있는 테이퍼 형상의 피스톤실을 구비하는 유압식 완충장치에 있어서는, 오리피스가 일정한 경우(예를 들면 특허문헌 1의 제 3 도면 등)에 비해서 이동 물체의 완충 정지를 개시하는 초기 단계에 있어서 로드로부터 이동 물체에 주어지는 항력, 즉 완충장치의 에너지 흡수량이 이동 물체가 고속으로 로드에 충돌함에도 불구하고 오리피스의 조임이 개시되게 되므로 도 2(B)에 곡선(b')으로 나타내고 있는 바와 같이 상기 초기 단계에서의 충격력이 충분히 완화된다고는 말하기 어렵고, 그 때문에 충돌음이나 발진의 저감이 만족할 수 있는 것은 아니다. 또한, 그 초기 단계에 계속되는 중간 단계에서의 에너지의 흡수량은 특허문헌 1의 제 2 도면의 (a) 및 상기 도 2(B)에 있어서의 곡선(b')이 이동 물체의 완충 정지 직전의 스트로크 종단 부근에서의 튀어오름 현상의 원인이 되는 큰 항력을 나타내고 있는 것으로부터도 불충분하다는 것은 명확하다.

이렇게, 제어 특성이 반드시 만족할 수는 없는 완충 정지를 행하는 것은 완충장치는 매우 다양성이 있는 이동 물체의 완충 정지에 대응시킬 필요가 있고, 그러나 각종 완충 정지의 사례에 대응시킨 피스톤실을 얻는 것은 곤란하기 때문에, 그 피스톤실을 다양성이 있는 완충 정지의 최대공약수적으로, 또한 가공성에 있어서 뛰어난 형태로 하려고 하기 위해서라고 생각된다.

그러나, 가공성을 약간 희생해서라도 성능적으로 보다 뛰어난 특성을 갖는 완충장치가 요구되는 경우는 많이 존재하고, 그 때문에 가공의 용이성에 대해서도 어느 정도 고려하면서 가능한 한 유저의 요구를 만족시키는 성능의 완충장치를 제공하는 것이 적절하다.

일본 실용신안 공개 소 62-140241호 공보 일본 특허 공개 2006-250309호 공보

본 발명의 기술적 과제는 유압식 완충장치에 있어서 피스톤의 로드 선단에 이동 물체가 충돌해서 피스톤이 이동을 개시하는 단계와, 그것에 계속되는 주감속의 단계와, 그 후에 완충 정지시키는 종식의 단계에 있어서의 피스톤실 내주면의 축경(縮徑) 변화를 각각 적절하게 설정하고, 스트로크 종단에 있어서 피스톤을 안정적으로 완충 정지시키는 것을 가능하게 하는 것에 있다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 완충장치를 구성하는 피스톤실 내를 개시부, 주감속부 및 종식부를 구비한 것으로 하고, 그들 각 부의 스트로크 범위 및 그 범위 내에 있어서의 축경 변화율 등을 각각 요구되는 성능에 적합하게 설정해서 보다 광범위한 충격 흡수 모델에 대응할 수 있는 자유도를 가지게 할 수 있도록 한 완충장치를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 의하면 실린더 하우징의 내부에 기름이 충전된 피스톤실을 갖고, 그 피스톤실의 내부에 완충용 피스톤이 상기 피스톤실의 축선 방향으로 이동 가능하게 수용되고, 상기 피스톤에 기단을 연결한 로드의 선단부를 상기 실린더 하우징의 외부에 밀봉 상태로 도출해서 이루어지는 유압식 완충장치에 있어서, 상기 피스톤실의 내주면이 상기 피스톤의 로드 선단에 이동 물체가 충돌해서 피스톤이 이동을 개시하는 개시부에 있어서는, 상기 피스톤의 스트로크 범위의 시단과 그 시단에 대하여 협착된 종단의 지름차(D) 사이로 설정되는 가상적인 테이퍼면보다 확경(擴徑)된 곡면으로 형성되고, 상기 개시부에 계속되는 주감속부에 있어서는 상기 내주면의 축경 변화율을 점차로 증대시켜서 상기 가상적인 테이퍼면보다 소경화하고, 상기 축경 변화율의 변화가 정에서 부로 역전하는 최대 변화율 부위에 도달하는 곡면으로 형성되고, 상기 주감속부의 최대 변화율 부위에 계속되는 종식부에 있어서는 상기 축경 변화율이 점차로 저감되어서 피스톤이 완충 정지를 행하는 곡면으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유압식 완충장치가 제공된다.

본 발명에 의한 상기 완충장치의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 피스톤실의 상기 내주면은 상기 개시부 및 상기 주감속부에 있어서 상기 피스톤실의 중심 축선측에 오목한 곡면으로 형성되고, 상기 종식부에 있어서는 상기 피스톤실의 중심 축선측에 볼록한 곡면 부분을 구비하고 있다. 또한, 상기 피스톤의 스트로크 범위에 있어서의 상기 주감속부의 종단의 상기 최대 변화율 부위의 위치가, 상기 주감속부 후의 상기 종식부의 스트로크 범위에서 상기 피스톤이 완충 정지를 행하는 데에 필요한 운동 에너지의 감쇠를 달성할 수 있는 위치에 있도록 구성된다.

본 발명에 의한 상기 완충장치에 있어서, 상기 개시부는 상기 피스톤실의 내주면에 있어서의 상기 피스톤의 스트로크 시단으로부터 그 스트로크의 15%의 범위 내에 있고, 상기 주감속부는 상기 개시부에 계속되는 60%까지의 범위 내에 있고, 상기 주감속부 후의 남는 범위가 상기 종식부가 되도록 구성하는 것이 적절하다.

또한, 상기 개시부로부터 상기 주감속부로 이행하는 단계에 있어서의 축류(縮流) 변화율(ε/D)을 6% 이하로 하고, 상기 최대 변화율 부위에 있어서의 상기 피스톤실의 내경 변화(C/D)가 40∼70%의 범위 내에 있는 것으로 하고, 또한 상기 종식부에 있어서 상기 가상적인 테이퍼면에 대한 상기 피스톤실 내의 곡면의 최대 내경차(δ)의 상기 지름차(D)에 대한 비가 δ/D=10∼25%의 범위 내에 있는 것으로 하는 것이 적절하다.

이상에 상세하게 설명한 본 발명의 유압식 완충장치에 의하면, 피스톤의 로드 선단에 이동 물체가 충돌해서 피스톤이 이동을 개시하는 단계와, 그것에 계속되는 주감속의 단계와, 그 후에 완충 정지시키는 종식의 단계에 있어서의 피스톤실 내주면의 축경 변화를 각각 적절하게 설정함으로써 피스톤을 스트로크 종단에 있어서 안정적으로 완충 정지시키는 것이 가능해지고, 또한 완충장치를 구성하는 피스톤실 내를 개시부, 주감속부 및 종식부를 구비한 것으로 하고, 그들 각 부의 스트로크 범위 및 그 범위 내에 있어서의 축경 변화율 등을 각각 요구되는 성능에 적합하게 설정해서 보다 광범위한 충격 흡수 모델에 대응할 수 있는 자유도를 가지게 할 수 있도록 한 완충장치를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 유압식 완충장치의 실시예의 전체적 형태를 나타내는 단면도이다.
도 2(A)는 본 발명에 의한 완충장치에 있어서의 피스톤실의 내면 형상을, 이미 알고 있는 테이퍼면을 갖는 것과의 대비에 있어서 모식적으로 나타낸 설명도이고, 도 2(B)는 그들의 완충장치에 있어서의 스트로크 위치와 로드에 의해 이동 물체에 주어지는 항력의 관계를 모식적으로 나타내는 그래프이다.

도 1은 본 발명에 의한 유압식 완충장치의 실시예의 전체적 구성을 나타내는 것이다. 이 완충장치는 원통 형상의 실린더 하우징(1)의 내부에 기름이 가압 상태로 충전된 피스톤실(2)을 갖고, 그 피스톤실(2)의 내부에 완충용 피스톤(3)이 상기 피스톤실(2)의 축선 방향으로 이동 가능하게 수용되고, 상기 피스톤(3)에 기단을 연결한 로드(4)의 선단부를 상기 실린더 하우징(1)의 외부에 밀봉 상태로 도출하여 그 선단을 완충 정지시켜야 할 이동 물체가 충돌하는 충돌단(4a)으로 한 것이다.

상기 실린더 하우징(1)의 구성에 대해서 더욱 구체적으로 설명하면, 상기 실린더 하우징은 그 중심 축선(L) 방향의 기단측에 위치하는 헤드측 끝벽(2a)을 갖고, 그 헤드측 끝벽(2a)의 내측에 설치되어 있는 상기 피스톤실(2)에 상기 기름을 충전하기 위한 주유 구멍(6)이 형성되고, 그 주유 구멍(6)이 플러그(7)에 의해 밀봉되고, 상기 헤드측 끝벽(2a)과 상기 실린더 하우징(1)의 축선(L) 방향 선단측에 설치한 어큐뮬레이터실(8)의 구획벽(9) 사이에 상기 피스톤실(2)이 형성되어 있다. 상기 구획벽(9)의 일부는 상기 피스톤실(2)의 로드측의 격벽을 형성하는 것이지만, 그 격벽으로서 반드시 어큐뮬레이터실(8)의 구획벽(9)을 이용할 필요는 없다.

상기 피스톤실(2)의 내주면은 안쪽을 향해서 점차로 내경이 축소되는 곡면(a)[도 2(A) 참조]으로 형성되고, 상기 피스톤실(2)의 내부에 그 피스톤실(2)의 내경보다 외경이 작은 완충용의 상기 피스톤(3)이 상기 피스톤실(2)의 축선[실린더 하우징(1)의 축선(L)과 같음] 방향으로 이동 가능하게 수용되고, 상기 피스톤(3)에 상기 로드(4)의 기단부가 연결되어 있다. 그 로드(4)에는 상기 피스톤(3)과 함께 스프링 시트판(13)이 너트(14)에 의해 부착되고, 이 스프링 시트판(13)과 상기 헤드측 끝벽(2a) 사이에 상기 피스톤(3)을 격벽에 접촉시키는 초기 위치(도 1의 위치)를 향해서 항상 바이어싱하는 복귀 스프링(12)이 설치되어 있다.

그리고, 상기 피스톤(3)에 연결한 상기 로드(4)는 상기 어큐뮬레이터실(8)의 구획벽(9)의 중심 구멍(9a)을 관통하고, 또한 상기 구획벽(9)과 상기 실린더 하우징(1)의 로드측 끝을 폐쇄하는 단부 뚜껑(15) 사이에 설치한 링 형상의 로드 패킹(16), 및 상기 단부 뚜껑(15)의 중심 구멍을 통과해서 밀봉 상태로 외부로 도출되어 있다.

상기 실린더 하우징(1)의 내면과 상기 구획벽(9) 사이에 형성된 상기 어큐뮬레이터실(8)에는 독립 기포의 발포재 등으로 구성된 수축 팽창 가능한 탄성 부재(18)가 수용되고, 상기 어큐뮬레이터실(8)은 상기 구획벽(9)에 형성된 연통 구멍(9b)에 의해 상기 피스톤실(2)에 연통되고, 상기 어큐뮬레이터실(8) 및 피스톤실(2)의 내부에 상기 기름이 가압 상태로 충전되어 있다.

따라서, 상기 로드(4)가 도 1의 초기 위치에 있는 상태에 있어서, 완충 정지시키려고 하는 이동 물체가 그 선단에 충돌하면 상기 로드(4)가 상기 피스톤(3)을 압박해서 후퇴시키고, 그때 그 피스톤(3) 주위의 유통 간극(오리피스)을 흐르는 기름의 유동 저항에 의해 상기 이동 물체의 운동 에너지가 흡수되어 완충 정지되게 된다.

또한, 상기 피스톤(3) 및 로드(4)가 초기 위치로부터 후퇴할 때에 상기 어큐뮬레이터실(8)에는 상기 피스톤실(2)에 진입한 상기 로드(4)의 체적분에 상당하는 양의 기름이 그 탄성 부재(18)의 수축에 의해 수용된다.

이어서, 도 2를 참조해서 상기 피스톤실(2)의 곡면 형상을 한 내주면의 구체적인 형태, 즉 상기 피스톤(3)의 스트로크 범위 내에 있어서의 그 피스톤의 스트로크 위치와 상기 피스톤실(2)의 내경에 의해 결정되는 피스톤(3) 주위의 유통 간극(오리피스)의 관계에 대하여 설명한다. 또한, 상기 피스톤실(2)의 내주면과 상기 곡면(a)은 실질적으로 같은 것이기 때문에 이하의 설명에 있어서 「내주면」에 부호 「a」를 붙이는 경우가 있다.

도 2(A)는 본 발명에 있어서의 상기 피스톤실(2)의 내주면(a)의 대표적 형태예에 있어서의 상기 피스톤(3)의 스트로크 위치와 상기 피스톤실(2)의 내경의 관계를 주지의 완충장치와 같이 피스톤실의 내주면을 테이퍼면(b)으로 형성했을 경우와의 대비에 있어서 나타내는 것이다.

즉, 여기에서는 우선 상기 피스톤(3)의 스트로크 위치를 상기 로드(4)의 선단에 이동 물체가 충돌해서 상기 피스톤(3)이 이동을 개시하는 단계의 개시부(S)와, 그 개시부(S)에 계속되는 주감속부(M)와, 그 주감속부(M)에 있어서 감속된 피스톤(3)을 정지시키는 종식부(E)라는 3부로 크게 구별하고 있다. 그리고, 그들 각 부에 있어서 상기 피스톤(3)의 스트로크 위치와 상기 피스톤실(2)의 내경의 관계를 다음과 같이 설정하고 있다.

우선, 상기 개시부(S)에 있어서 상기 피스톤실(2)의 내주면(a)은 상기 피스톤실(2) 내에 있어서 상기 피스톤(3)의 스트로크 범위의 시단과 종단의 지름차(D) 사이에 리니어에 협착된 상태로 형성되는 가상적인 테이퍼면(b)에 대하여 내경이 확경된 상태로 형성되고, 또한 상기 내주면(a)은 상기 피스톤실(2)의 중심 축선(L)측에 오목한 곡면으로 형성되어 있다. 상기 개시부(S)는 상기 로드(4)의 선단에 이동 물체가 충돌해서 상기 피스톤(3)이 이동을 개시하는 단계에서의 충돌음와 발진을 저감시키면서, 상기 피스톤실(2)의 내주면(a)의 축경을 개시하는 부분에서 그것에 계속되는 상기 주감속부(M), 즉 이 완충장치에 의한 본래의 피스톤(3)의 감속을 위해서 상기 피스톤실(2)의 내주면(a)의 축경에 의해 상기 피스톤(3)의 에너지 흡수를 행하는 상기 주감속부(M)에 들어가기까지의 스트로크 범위이다.

또한, 상기 개시부(S)에 있어서의 중심 축선(L)측에 오목한 곡면이란, 원칙적으로 상기 축선(L)을 포함하는 단면에 있어서 2원 2차 방정식과 같이 간단한 수식으로 나타내어지는 곡선으로 형성되고, 그것에 의하여 제조 공정에서의 제어 등을 간단하게 하는 것이다. 또한, 상기 가상적인 테이퍼면(b)에 대하여 상기 피스톤실(2)의 내주면(a)이 대경이라는 것은 그 피스톤실(2)의 내주면(a)이 상기 테이퍼면(b)의 초기의 최대 지름보다 커질 경우를 포함하고, 이에 따라 이동 물체가 상기 로드(4)의 선단에 충돌했을 때의 충격을 확실하게 완화시키는 경우를 포함하는 것을 의미하고 있다.

이어서, 상기 개시부(S)에 계속되는 상기 주감속부(M)에 있어서 상기 내주면(a)은 상기 가상적인 테이퍼면(b)보다 대경인 상태로 상기 개시부(S)에 있어서의 피스톤실(2)의 내주면(a)과 매끄럽게 연결되고, 이어서 이 완충장치에 의한 본래의 피스톤(3)의 감속을 행하기 위해서 축경 변화율이 점차로 증대되고, 상기 가상적인 테이퍼면(b)보다 소경화한 후 상기 축경 변화율의 변화가 정에서 부로 역전하는 최대 변화율 부위(P)에 도달하는 곡면을 이루도록 형성된다. 그 때문에, 이 주감속부(M)에 있어서는 상기 피스톤실(2)의 중심 축선(L)측에 오목한 곡면으로 형성된다.

이 주감속부(M)에 있어서도 인접하는 곡면을 매끄럽게 연결하는 부분 등을 제외하고, 상기 곡면 부분은 상기 개시부(S)에 있어서의 곡면과 마찬가지로 원칙적으로 축선(L)을 포함하는 단면에 있어서 2원 2차 방정식과 같이 간단한 수식으로 나타내어지는 곡선으로 형성하는 것이 바람직하지만, 이 주감속부(M)에 있어서 중요한 것은 이동 물체가 보유하는 에너지량에 따라서 그 흡수량을 조정하도록 설정할 수 있고, 최종 단계인 종식부(E)에 있어서 이동 물체를 완충 정지시켜서 스트로크의 종단까지 운동 에너지의 흡수를 할 수 없어 스트로크의 종단에 강하게 충돌하거나 그 종단 부근에서 튀어오르거나 하는 것을 억제할 수 있는 곳까지 조기에 항력을 높이는 것에 있다. 그 때문에, 이 주감속부(M)에 있어서 설정된 피스톤실(2)의 내경에 의거하는 항력에 의해 피스톤(3)은 감속을 계속하고, 그것에 계속되는 종식부(E)에 있어서 원활하게 완충 정지되는 곳까지 감속되게 된다. 이것은 도 2(B)에 나타내는 항력의 피크값을 가능한 한 저하시키는 것으로도 된다.

상술한 바로부터 보면, 상기 주감속부의 스트로크 종단에 있어서의 상기 최대 변화율 부위(P)의 위치는 적어도 이 뒤의 상기 종식부(E)의 스트로크 범위에서 피스톤(3)이 완충 정지(소프트 랜딩)를 행하는 데에 필요한 운동 에너지의 감쇠를 달성할 수 있는 위치에 있는 것이 필요해지고, 이 종식부(E)의 스트로크 범위를 확보하는 것도 고려하여 상기 최대 변화율 부위(P)의 위치를 설정할 필요가 있다.

또한, 상기 주감속부(M)의 최대 변화율 부위(P)에 계속되는 상기 종식부(E)는 상기 주감속부(M)의 곡면에 매끄럽게 연결되고, 상기 축경 변화율을 점차로 저감시켜서 피스톤(3)을 완충 정지시키는 곡면으로 형성되는 것이다. 그 때문에, 이 종식부(E)에 있어서는 상기 주감속부(M)에 있어서의 제어에 의해 감속시킨 이동 물체에 대하여 스트로크의 종단까지 운동 에너지의 흡수를 행하고, 그 결과 스트로크의 종단에 강하게 충돌하거나 그 종단 부근에서 튀어오르거나 하는 것을 억제하여 원활하게 정지시키도록 제어하게 된다. 상술한 바와 같이, 이 종식부(E)에 있어서 상기 축경 변화율을 점차로 저감시키면 축경하는 상기 피스톤실(2)은 그 중심 축선(L)측에 볼록한 곡면 부분을 구비하게 되지만, 스트로크의 종단부에 있어서는 이미 알고 있는 완충장치와 마찬가지로 상기 피스톤(3)과 상기 피스톤실(2)의 내면 사이에 1/100∼5/100㎜의 클리어런스를 갖게 된다.

상기 피스톤(3)의 스트로크 위치와 상기 피스톤실(2)의 내경 사이에 상술한 바와 같은 관계를 부여하는 데에 있어서, 상기 개시부(S)는 통상 상기 피스톤실(2)의 내주면(a)에 있어서의 상기 피스톤(3)의 스트로크 시단으로부터 그 스트로크의 15%의 범위 내에 있고, 상기 주감속부(M)는 상기 개시부(S)에 계속되는 60%까지의 범위 내에 있고, 상기 주감속부(M) 후의 남는 범위를 상기 종식부(E)로 하는 것이 바람직하고, 이 수치 범위는 본 발명을 이루는데에 도달하는 실험이나 컴퓨터에 의한 시뮬레이션에 있어서 확인되고 있다.

또한, 상기 실험이나 컴퓨터에 의한 시뮬레이션에 있어서는 스트로크의 시단과 종단에 있어서의 피스톤실 내경의 지름차(D)에 대하여, 상기 개시부(S)로부터 상기 주감속부(M)로 이행하는 단계에 있어서의 상기 피스톤실의 내주면의 지름차(ε)의 비(ε/D), 즉 상기 개시부(S)에 있어서의 평균적인 축류 변화율이 6% 이하인 것이 적절하고, 마찬가지로 상기 최대 변화율 부위(P)에 있어서의 피스톤실의 내경 변화(C/D)가 40∼70%의 범위 내에 있는 것이 적절한 것을 확인하고 있다.

한편, 상기 종식부(E)에 있어서는 상기 가상적인 테이퍼면에 대한 피스톤실 내의 곡면의 최대 내경차(δ)의 상기 지름차(D)에 대한 비가 δ/D=10∼25%의 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 상기 비가 25%를 초과하면 스트로크단 부근에서 피스톤의 튀어오름 현상이 생기기 쉬워지고, 그것에 대해서 상기 비가 10% 미만인 경우에는 축류 부족이 되어서 에너지의 흡수 부족이 발생하고, 스트로크단에서 피스톤이 저부(底付)하는 현상(바터밍) 또는 스트로크단 부근에서의 튀어오름 현상이 생기기 쉬워지는 것을 확인하고 있다.

또한, 상술한 곡면에 의해 상기 피스톤실의 내주면(a)을 형성했을 경우에 있어서의 스트로크 위치와 상기 로드에 의해 이동 물체에 주어지는 항력의 관계를, 피스톤실 내면을 테이퍼면(b)으로 했을 경우와의 비교에 있어서 도 2(B)로서 모식적으로 나타내고 있지만, 본 발명에 의거하는 곡선(a')의 경우에 항력의 피크값이 충분히 낮고, 결과적으로 무리한 감속을 행하고 있지 않다는 것이 명확하다.

이상에 상세하게 설명한 유압식 완충장치에 의하면, 각 단계에 있어서의 피스톤실 내주면의 축경 변화를 각각 적절하게 설정함으로써 스트로크 종단에 있어서 안정적으로 완충 정지시킬 수 있고, 그때 완충장치를 구성하는 피스톤실 내의 각 영역에 있어서의 축경 변화율 등을 각각 요구되는 성능에 적합하게 설정함으로써 보다 광범위한 충격 흡수 모델에 대응할 수 있는 자유도를 가진 완충장치를 제공할 수 있다.

1 : 실린더 하우징 2 : 피스톤실
3 : 피스톤 4 : 로드
L : 축선 S : 개시부
M : 주감속부 E : 종식부
P : 최대 변화율 부위 a : 내주면
b : 테이퍼면

Claims

실린더 하우징의 내부에 기름이 충전된 피스톤실을 갖고, 상기 피스톤실의 내부에 완충용 피스톤이 상기 피스톤실의 축선 방향으로 이동 가능하게 수용되고, 상기 피스톤에 기단을 연결한 로드의 선단부를 상기 실린더 하우징의 외부에 밀봉 상태로 도출해서 이루어지는 유압식 완충장치에 있어서:
상기 피스톤실의 내주면은 상기 로드의 선단에 이동 물체가 충돌해서 상기 피스톤이 이동을 개시하는 개시부에 있어서는 상기 피스톤의 스트로크 범위의 시단과 그 시단에 대하여 협착된 종단의 지름차(D) 사이에 설정되는 가상적인 테이퍼면보다 확경된 곡면으로 형성되고, 상기 개시부에 계속되는 주감속부에 있어서는 상기 내주면의 축경 변화율을 점차로 증대시켜서 상기 가상적인 테이퍼면보다 소경화하여 상기 축경 변화율의 변화가 정에서 부로 역전하는 최대 변화율 부위에 도달하는 곡면으로 형성되고, 상기 주감속부의 상기 최대 변화율 부위에 계속되는 종식부에 있어서는 상기 축경 변화율이 점차로 저감되어서 상기 피스톤이 완충 정지를 행하는 곡면으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유압식 완충장치.
제 1 항에 있어서,
상기 피스톤실의 상기 내주면은 상기 개시부 및 상기 주감속부에 있어서 상기 피스톤실의 중심 축선측에 오목한 곡면으로 형성되고, 상기 종식부에 있어서는 상기 피스톤실의 중심 축선측에 볼록한 곡면 부분을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 유압식 완충장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 개시부는 상기 피스톤실의 내주면에 있어서의 상기 피스톤의 스트로크 시단으로부터 그 스트로크의 15%의 범위 내에 있고, 상기 주감속부는 상기 개시부에 계속되는 60%까지의 범위 내에 있고, 상기 주감속부 후의 남는 범위가 상기 종식부인 것을 특징으로 하는 유압식 완충장치.
제 3 항에 있어서,
상기 개시부로부터 상기 주감속부로 이행하는 단계에 있어서의 축류 변화율(ε/D)은 6% 이하인 것을 특징으로 하는 유압식 완충장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 피스톤의 스트로크 범위에 있어서의 상기 주감속부의 종단의 상기 최대 변화율 부위의 위치가 상기 주감속부 후의 상기 종식부의 스트로크 범위에서 상기 피스톤이 완충 정지를 행하는 데에 필요한 운동 에너지의 감쇠를 달성할 수 있는 위치에 있는 것을 특징으로 하는 유압식 완충장치.
제 5 항에 있어서,
상기 최대 변화율 부위에 있어서의 상기 피스톤실의 내경 변화(C/D)는 40∼70%의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 유압식 완충장치.
제 5 항에 있어서,
상기 종식부에 있어서 상기 가상적인 테이퍼면에 대한 상기 피스톤실 내의 곡면의 최대 내경차(δ)의 상기 지름차(D)에 대한 비는 δ/D=10∼25%의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 유압식 완충장치.
제 6 항에 있어서,
상기 종식부에 있어서 상기 가상적인 테이퍼면에 대한 상기 피스톤실 내의 곡면의 최대 내경차(δ)의 상기 지름차(D)에 대한 비는 δ/D=10∼25%의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 유압식 완충장치.