KR20130130118A - 주파수 감응형 쇽업소버 - Google Patents

주파수 감응형 쇽업소버 Download PDF

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KR20130130118A
KR20130130118A KR1020120002532A KR20120002532A KR20130130118A KR 20130130118 A KR20130130118 A KR 20130130118A KR 1020120002532 A KR1020120002532 A KR 1020120002532A KR 20120002532 A KR20120002532 A KR 20120002532A KR 20130130118 A KR20130130118 A KR 20130130118A
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Abstract

본 발명은, 피스톤 밸브의 압축 및 신장 운동시 저진폭과 고진폭에 대해 감쇠력을 각각 제어할 수 있도록 복통식 쇽업소버의 저장실에 습동 가능한 프리 피스톤이 설치되는 주파수 감응형 쇽업소버에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 내부튜브와 외부튜브 사이에 작동유체가 입출하는 저장실이 형성되는 주파수 감응형 쇽업소버로서, 상기 저장실에 상기 작동유체의 흐름에 따라 상측 및 하측으로 이동하게 형성되는 프리 피스톤, 상기 저장실에서 상기 프리 피스톤의 상측을 탄력있게 지지하는 탄성부재 및 상기 탄성부재의 상측을 지지하도록 상기 저장실에 고정되는 가이드부재가 제공된다.

Description

주파수 감응형 쇽업소버 {SHOCK ABSORBER WITH A FREQUENCY UNIT}
본 발명은 주파수 감응형 쇽업소버에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 피스톤 밸브의 압축 및 신장 운동시 저진폭과 고진폭에 대해 감쇠력을 각각 제어할 수 있도록 복통식 쇽업소버의 저장실에 습동 가능한 프리 피스톤이 설치되는 주파수 감응형 쇽업소버에 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.
도 1은 바디 밸브를 가지는 일반적인 복통식 쇽업소버를 도시한 단면도이다.
종래의 복통식 쇽업소버는, 작동유체가 충전된 실린더(10)와, 일단은 이 실린더 내부에 위치하고 타단은 실린더 외부에 위치하는 피스톤 로드(13)와, 이 피스톤 로드(13)의 일단에 장착되어 실린더(10) 내에서 왕복운동하는 피스톤 밸브(30)를 포함한다. 실린더(10)는 내부튜브(11)와 외부튜브(12)로 이루어지며 실린더(10) 말단에는 피스톤 밸브(30)와 마주보는 위치에 바디 밸브(40)가 설치되어 있다.
실린더의 내부튜브(11)의 내부는 피스톤 밸브(30)에 의해서 압축챔버(22)와 인장챔버(21)로 구획되고, 내부튜브(11)와 외부튜브(12)의 사이에는 저장실(23)이 형성된다. 피스톤 밸브(30)의 압축 행정시 압축챔버(22) 내의 압력이 상승함에 따라 압축챔버(22) 내의 일부 작동유체는 피스톤 밸브(30)를 통과하여 감쇠력을 발생시키면서 인장챔버(21)로 유동하는 동시에 바디 밸브(40)를 통과하여 감쇠력을 발생시키면서 저장실(23)로 유동하게 된다. 또한, 피스톤 밸브(30)의 인장 행정시 인장챔버(21) 내의 압력이 상승하고 압축챔버(22) 내의 압력이 하강함에 따라 인장챔버(21) 내의 일부 작동유체는 피스톤 밸브(30)를 통과하여 감쇠력을 발생시키면서 압축챔버(22)로 유동하고 저장실(23) 내의 일부 작동유체는 바디 밸브(40)를 통과하여 감쇠력을 발생시키면서 압축챔버(22)로 유동하게 된다.
이와 같은 종래의 쇽업소버는 주파수에 관계없이 피스톤의 속도 변화에 따라 감쇠력이 변화하는 구조를 가진다. 이와 같이 피스톤의 속도 변화에 따라서만 변경되는 감쇠력은 여러 가지 노면 상태에서 동일한 감쇠력을 발생시키기 때문에 승차감과 조정안정성을 동시에 만족시키기 어려운 문제점이 있다.
그에 따라, 여러 가지 노면 조건, 즉 가진 주파수에 따라 감쇠력이 가변 될 수 있어, 차량의 승차감과 조정안정성을 동시에 만족할 수 있는 쇽업소버의 밸브 구조에 대한 연구 개발이 지속적으로 이루어질 필요가 있다.
이러한 종래의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명은, 주파수에 따라 변화하는 감쇠력을 발생시키도록 복통식 쇽업소버의 저장실에 습동 가능한 프리 피스톤이 설치되는 주파수 감응형 쇽업소버를 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 내부튜브와 외부튜브 사이에 작동유체가 입출하는 저장실이 형성되는 주파수 감응형 쇽업소버로서, 상기 저장실에 상기 작동유체의 흐름에 따라 상측 및 하측으로 이동하게 형성되는 프리 피스톤, 상기 저장실에서 상기 프리 피스톤의 상측을 탄력있게 지지하는 탄성부재 및 상기 탄성부재의 상측을 지지하도록 상기 저장실에 고정되는 가이드부재가 제공된다.
상기 내부튜브의 둘레를 따라 천공되는 입출홀, 상기 입출홀 상측의 상기 외부튜브의 둘레에 형성되어, 상기 저장실을 하측 저장실과 상기 하측 저장실에 비해 공간이 넓은 상측 저장실로 구분하는 단층부를 포함하여, 상기 프리 피스톤은 고주파시 상기 단층부 하측으로 이동하여 상기 하측 저장실의 작동유체가 상기 상측 저장실로 유동하지 못하게 하고, 상기 프리 피스톤은 저주파시 상기 단층부 상측으로 이동하여 상기 하측 저장실의 작동유체가 상기 상측 저장실로 유동하게 하는 것이 바람직하다.
상기 단층부는 하측에서 상측으로 둘레 길이가 넓어지게 기울기를 형성하는 것이 바람직하다.
상기 외부튜브는 상기 단층부를 기준으로 상부의 둘레 길이가 하부의 둘레 길이에 비해 길게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 프리 피스톤은, 저주파수시 상기 단층부의 상측으로 이동하되, 상기 탄성부재에 의해서 상기 단층부의 하측으로 복귀하도록 지지되는 것이 바람직하다.
상기 프리 피스톤과 상기 단층부 사이에는 가변유로가 형성되는 것이 바람직하다.
상기 프리 피스톤은 상면에 상기 탄성부재의 하부를 지지하기 위한 함몰된 지지홈이 형성되고, 상기 가이드부재는 저면에 상기 탄성부재의 상부를 안착하기 위한 함몰된 안착홈이 형성되는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 주파수에 따라 변화하는 감쇠력을 발생시키도록 복통식 쇽업소버의 저장실에 습동 가능한 프리 피스톤이 설치되는 주파수 감응형 쇽업소버가 제공될 수 있다.
그에 따라 본 발명에 의한 쇽업소버는, 차량의 승차감과 조정안정성을 함께 만족시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 쇽업소버가 도시된 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 주파수 감응형 쇽업소버의 주요부를 도시하는 단면도이다.
도 3은 고주파시 본 발명에 따른 주파수 감응형 쇽업소버의 밸브 구조를 통한 유체의 유동을 설명하기 위한 주요부 단면도이다.
도 4는 저주파시 본 발명에 따른 주파수 감응형 쇽업소버의 밸브 구조를 통한 유체의 유동을 설명하기 위한 주요부 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주파수 감응형 쇽업소버의 특징을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 주파수 감응형 쇽업소버의 주요부를 도시하는 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 주파수 감응형 쇽업소버는, 내부튜브(110)와 외부튜브(120)로 이루어지는 복통으로 형성되어, 오일 등의 작동유체가 충전되어 있는 대략 원통형의 실린더(100)와, 일단은 실린더(100)의 내부에 위치하고 타단은 실린더(100)의 외부로 연장되는 피스톤 로드(200)를 포함한다.
본 발명에 따른 쇽업소버는, 상기 피스톤 로드(200)의 일단에 설치되며 내부튜브(110) 내부를 상부 챔버(101) 및 하부 챔버(102)로 양분한 상태에서 작동하여 이동 속도에 따라 변화하는 감쇠력을 발생시키는 메인 피스톤 밸브 조립체(300)를 포함한다. 그리고 상기 외부튜브(120)는 상기 내부튜브(110)를 외측에서 밀폐하게 형성되어 상기 내부튜브(110)와의 사이에 상기 작동유체가 입출하는 저장실(130)이 형성되게 하며, 상기 내부튜브(110)는 둘레를 따라 복수의 입출홀(103)이 천공되어 상기 하부 챔버(102)와 상기 저장실(130)이 상호 소통할 수 있게 한다. 상기 저장실(130)에는 본 발명의 특징적 구성인 감응부(400)가 형성되어 주파수에 따라 변화하는 감쇠력을 발생시키게 한다. 이때, 상기 외부튜브(120)는 상부(120a)와 하부(120b)의 둘레의 길이가 상호 다르게 형성된다. 더욱 상세하게는, 상기 외부튜브(120)의 길이 중에는 둘레를 따라 단층부(121)가 형성되며, 상기 외부튜브(120)는 상기 단층부(121)를 기준으로 상하로 구분되어 상측은 상부(120a)를 이루고 하측은 하부(120b)를 이루게 된다. 여기서 상기 단층부(121)는 하측에서 상측으로 둘레 길이가 점점 넓어지게 경사면을 형성하고, 이에 따라 상기 단층부(121)에 상측으로 연장 형성되는 상기 상부(120a)는 상기 단층부(121)의 하측에 연장 형성되는 상기 하부(120b)에 비해 둘레의 길이가 길게 형성된다. 이에 따라, 상기 저장실(130)은 상기 외부튜브(120)의 하부(120b)와 상기 내부튜브(110) 사이에 형성되는 하측 저장실(130b)과 상기 외부튜브(120)의 상부(120a)와 상기 내부튜브(110) 사이에 형성되는 상측 저장실(130a)로 구분될 수 있는데, 상기 상측 저장실(130a)은 상기 하측 저장실(130b)에 비해 저장 공간이 넓게 형성된다. 이와 같은 상기 외부튜브(120)의 구조에 의해 본 발명의 주파수 감응형 쇽업소버는 외경의 일부가 축소되는 콤팩트한 구조를 이루어 공간을 확보할 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기 피스톤 로드(200)의 타단측은, 로드 가이드 및 오일 씰에 미끄럼 운동 가능한 동시에 액밀적으로 관통하여 실린더의 외부로 연장되어 있다.
상기 감응부(400)는 상기 작동유체의 흐름에 따라 상측 및 하측으로 이동할 수 있게 상기 저장실(130)에 형성되는 프리 피스톤(410)과 상기 프리 피스톤(410)의 상측을 탄력 있게 지지하는 탄성부재(420) 및 상기 탄성부재(420)의 상측을 지지하도록 상기 내부튜브(110)와 상기 외부튜브(120)의 사이에 고정되는 가이드부재(430)를 포함한다.
상기 프리 피스톤(410)은, 상기 저장실(130) 내에서 주파수(진폭)에 따라 상하로 이동하도록 설치된다. 이때, 상기 단층부(121)는 상기 입출홀(103)보다 상측에 위치하며, 상기 프리 피스톤(410)은 상기 저장실(130) 내에 상기 단층부(121)를 기준으로 상하로 이동할 수 있도록 상면이 탄성수단으로서의 상기 탄성부재(420)에 의해서 지지되어 있다. 또한, 상기 프리 피스톤(410)은 상면에 함몰된 지지홈(411)이 형성되어 상기 탄성부재(420)의 하측이 상기 지지홈(411)에 받쳐지게 가이드 할 수 있다.
상기 탄성부재(420)는, 스프링, 디스크 및 클립 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으며, 탄성에 의해 상기 프리 피스톤(410)을 지지할 수 있다면 어떠한 수단이라도 활용될 수 있다. 다만, 상기 탄성부재(420)가 코일 스프링(Coil Spring)을 사용할 경우 승차감 향상에 유리하다.
상기 가이드부재(430)의 저면에는 상기 탄성부재(420)의 상측이 안착할 수 있는 안착홈(431)이 함몰되게 형성될 수 있는데, 상기 가이드부재(430)는 대략 링형으로 형성되어 상기 프리 피스톤(410)의 상측 상기 내부튜브(110)의 외주에 고정될 수 있고, 상기 안착홈(431)은 상기 가이드부재(430)의 저면 내주에 형성되는 것이 바람직하다.
이러한 프리 피스톤(410)의 외주면에는 삽입홈(412)이 형성되고, 상기 삽입홈(412)에는 실링부재(413)가 삽입 설치되어 상기 프리 피스톤(410)의 외주면과 상기 외부튜브(120)의 하부(120b) 내주면 사이를 실링하게 할 수 있다. 따라서 상기 외부튜브(120)의 하부(120b) 내주는 상기 프리 피스톤(410)의 외주와 대략 일치하는 치수를 가진다. 이러한 구조에 의한 본 발명에 따르면, 상기 프리 피스톤(410)이 상기 저장실(130) 내에서 상기 단층부(121)를 기준으로 상하로 이동함에 따라 상기 프리 피스톤(410)의 외주면과 상기 단층부(121)의 내주면 사이에 형성되는 가변유로(121a)가 개폐되게 한다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 밸브 구조의 작동을 설명한다.
(주파수 제어 특성)
도 3은 고주파(즉, 저진폭)시 본 발명에 따른 주파수 감응형 쇽업소버의 밸브 구조를 통한 유체의 유동을 설명하기 위한 주요부 단면도이고, 도 4는 저주파(즉, 고진폭)시 본 발명에 따른 주파수 감응형 쇽업소버의 밸브 구조를 통한 유체의 유동을 설명하기 위한 주요부 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 프리 피스톤(410)은 관성 및 작동유체의 압력 등과 같은 외력이 가해질 경우 탄성부재(420)를 압축시키면서 이동할 수 있다. 즉, 프리 피스톤(410)에 작용하는 외력의 크기가 탄성부재(420)를 압축시킬 수 있을 정도로 크다면 프리 피스톤(410)이 상측으로 이동하여 프리 피스톤(410)의 외주면과 단층부(121)의 내주면 사이에 형성되는 가변유로(121a)가 개방되게 함에 따라 작동유체가 하측 저장실(130b)에서 상측 저장실(130a)로 유동하게 한다.
도 3에는 쇽업소버의 피스톤 로드(200)가 이동하는 진폭이 작고 진동수가 높아, 프리 피스톤(410)에 작용하는 외력의 크기가 탄성부재(420)를 압축시킬 수 있을 정도로 크지 않은 상태가 도시되어 있다. 프리 피스톤(410)이 이동하지 않은 상태에서 프리 피스톤(410)은 단층부(121)의 하측에서 하측 저장실(130b)과 상측 저장실(130a)를 단절시키도록 하측 저장실(130b)의 상부를 실링하게 한다. 즉, 프리 피스톤(410)의 내주면은 내부튜브(110)의 외주면 전체와 걸쳐서 맞닿고 프리 피스톤(410)의 외주면은 외부튜브(120)의 내주면 전체와 걸쳐서 맞닿아 있으므로 작동유체의 유동이 불가능하게 한다. 이때 작동유체는 프리 피스톤(410)에 의해 더 이상 상측 저장실(130a)로의 유동은 불가능하다.
프리 피스톤(410)에 작용하는 외력의 크기가 탄성부재(420)를 압축시킬 수 있을 정도로 크더라도, 스프링 상수에 의해 결정되는 프리 피스톤(410) 작동거리가 하측 저장실(130b) 내에 있다면, 가변유로(121a)는 개방되지 않을 것이다.
이와 같이 고주파 및 저진폭시에는 프리 피스톤(410)과 하측 저장실(130b) 사이의 밀착 상태가 유지되어 가변유로(121a)가 개방되지 않기 때문에, 하측 챔버(102)의 작동유체는 하측 저장실(130b)과 상측 챔버(101)로까지만 유동할 수 있다. 그에 따라 피스톤 로드(200)의 상하 진동시 노면으로부터의 잔진동을 흡수해 주어 승차감을 향상시킬 수 있다.
고주파 및 저진폭시에는 가변유로(121a)가 개방되지 않기 때문에, 작동유체가 메인 피스톤 밸브 조립체(300)를 통해서만 상부 챔버(101)와 하부 챔버(102) 사이를 유동할 수 있어 감쇠력은 메인 피스톤 밸브 조립체(300)에 의해서만 얻어지게 된다.
도 4에는 쇽업소버의 피스톤 로드(200)가 이동하는 진폭이 크고 진동수가 작아, 프리 피스톤(410)에 작용하는 외력의 크기가 탄성부재(420)를 압축시킬 수 있을 정도로 큰 상태가 도시되어 있다. 이때 하측 저장실(130b)의 작동유체는 가변유로(121a)를 통해 상측 저장실(130a)로 유동할 수 있다.
이와 같이 저주파 및 고진폭시에는 가변유로(121a)가 개방되면서 작동유체의 유동이 발생하므로, 메인 피스톤 밸브 조립체(300)뿐만 아니라 감응부(400)에 의해서도 감쇠력이 얻어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 저장실(130)에 설치되는 감응부(400)에 의해 하측 저장실(130b)에서 상측 저장실(130a)로 작동유체가 유동하도록 가변유로(121a)가 개방될 경우, 메인 피스톤 밸브 조립체(300)에 의해 발생하는 메인 감쇠력 특성과 작동유체가 감응부(400)를 통과하면서 추가적으로 발생하는 보조 감쇠력 특성이 서로 합쳐져 메인 감쇠력 특성만으로는 달성할 수 없는 라운드한 감쇠력 특성 곡선을 달성할 수 있다. 결국, 감응부(400)의 감쇠력 특성에 의하여 메인 피스톤 밸브 조립체(300)의 감쇠력 특성이 보완될 수 있다.
이상과 같이 본 발명을 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.
100 : 실린더 101 : 상부 챔버
102 : 하부 챔버 110 : 내부튜브
120 : 외부튜브 121 : 단층부
121a : 가변유로 130 : 저장실
200 : 피스톤 로드 300 : 메인 피스톤 밸브 조립체
400 : 감응부 410 : 프리 피스톤
420 : 탄성부재 430 : 가이드부재

Claims (7)

  1. 내부튜브와 외부튜브 사이에 작동유체가 입출하는 저장실이 형성되는 주파수 감응형 쇽업소버로서,
    상기 저장실에 상기 작동유체의 흐름에 따라 상측 및 하측으로 이동하게 형성되는 프리 피스톤;
    상기 저장실에서 상기 프리 피스톤의 상측을 탄력있게 지지하는 탄성부재; 및
    상기 탄성부재의 상측을 지지하도록 상기 저장실에 고정되는 가이드부재; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 감응형 쇽업소버.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 내부튜브의 둘레를 따라 천공되는 입출홀,
    상기 입출홀 상측의 상기 외부튜브의 둘레에 형성되어, 상기 저장실을 하측 저장실과 상기 하측 저장실에 비해 공간이 넓은 상측 저장실로 구분하는 단층부를 포함하여,
    상기 프리 피스톤은 고주파시 상기 단층부 하측으로 이동하여 상기 하측 저장실의 작동유체가 상기 상측 저장실로 유동하지 못하게 하고,
    상기 프리 피스톤은 저주파시 상기 단층부 상측으로 이동하여 상기 하측 저장실의 작동유체가 상기 상측 저장실로 유동하게 하는 것을 특징으로 하는 주파수 감응형 쇽업소버.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 단층부는 하측에서 상측으로 둘레 길이가 넓어지게 기울기를 형성하는 것을 특징으로 하는 주파수 감응형 쇽업소버.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 외부튜브는 상기 단층부를 기준으로 상부의 둘레 길이가 하부의 둘레 길이에 비해 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 주파수 감응형 쇽업소버.
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 프리 피스톤은,
    저주파수시 상기 단층부의 상측으로 이동하되, 상기 탄성부재에 의해서 상기 단층부의 하측으로 복귀하도록 지지되는 것을 특징으로 하는 주파수 감응형 쇽업소버.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 프리 피스톤과 상기 단층부 사이에는 가변유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 주파수 감응형 쇽업소버.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 프리 피스톤은 상면에 상기 탄성부재의 하부를 지지하기 위한 함몰된 지지홈이 형성되고,
    상기 가이드부재는 저면에 상기 탄성부재의 상부를 안착하기 위한 함몰된 안착홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 주파수 감응형 쇽업소버.
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