KR20150037728A - 액압 완충기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 액압 완충기는, 마찰 부재(22)의 베이스부(92)가, 구멍이 있는 원판형의 저부(101)와, 저부(101)의 외주측으로부터 축방향으로 연장되는 통부(102)로 구성된다. 탄성 고무부(91)에는, 내주측에 최소 내경부(137)와 최소 내경부(137)의 축방향 양측의 확경부(138, 139)가 마련된다. 외주측에 통부(102)에 고착되는 통부 고착면(126)이 마련된다. 저부(101)에 고착되는 저부 고착면(128)과 축방향 반대 방향의 해방면(135)의 통부(102)측에 적어도 부분적으로 절결부(151)가 형성된다. 절결부(151)의 최심부(155)는, 최소 내경부(137)의 축방향 위치보다 얕다.

Description

액압 완충기{HYDRAULIC BUFFER}

본 발명은 액압 완충기에 관한 것이다.

본원은, 2012년 7월 27일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2012-167386호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

액압 완충기에는, 작동 액체의 누설을 방지하는 시일 부재와는 별도로, 이동하는 피스톤 로드에 대하여 마찰 저항을 발생시키는 마찰 부재를 갖는 것이 있다(예컨대 특허문헌 1, 2 참조).

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2005-325997호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2003-156093호 공보

액압 완충기에서는, 마찰 부재를 이용하여 양호한 감쇠력 특성을 얻는 것이 요구되고 있다.

본 발명은, 양호한 감쇠력 특성을 얻을 수 있는 액압 완충기를 제공한다.

본 발명의 일 양태에 의하면, 액압 완충기는, 작동 액체가 봉입되는 실린더와, 상기 실린더 내에 슬라이딩 가능하게 끼워져, 이 실린더 내를 2실로 구획하는 피스톤과, 상기 피스톤에 연결되고 상기 실린더의 외부로 연장되는 피스톤 로드와, 상기 피스톤 로드에 슬라이딩 접촉하여 상기 작동 액체가 상기 실린더 밖으로 누설되는 것을 방지하는 시일 부재와, 상기 시일 부재보다 상기 실린더의 내부측에 설치되고, 상기 피스톤 로드에 슬라이딩 접촉하는 환형의 탄성 고무부와 이 탄성 고무부가 고착되는 환형의 베이스부로 이루어진 마찰 부재와, 상기 마찰 부재의 축방향 양측의 차압을 작게 하는 연통로를 구비한다. 상기 베이스부는, 구멍이 있는 원판형의 저부와, 이 저부의 외주측으로부터 축방향으로 연장되는 통부로 구성된다. 상기 탄성 고무부에는, 내주측에 최소 내경부와 이 최소 내경부의 축방향 양측의 확경부가 마련되고, 외주측에 상기 통부에 고착되는 통부 고착면이 마련되며, 상기 저부에 고착되는 저부 고착면과 축방향 반대 방향의 해방면의 상기 통부측에 적어도 부분적으로 절결부가 형성된다. 상기 절결부의 최심부는, 상기 최소 내경부의 축방향 위치보다 얕게 구성된다.

상기 탄성 고무부는, 상기 절결부의 상기 통부측에, 상기 최심부보다 축방향의 얕은 위치까지 연장되는 연장부를 가져도 좋다. 이 연장부의 외주면이 상기 통부 고착면으로 되어 있어도 좋다.

상기 탄성 고무부는, 상기 저부 고착면측의 상기 확경부의 면의 연장면과 상기 절결부의 직경 방향 내측의 면이, 축방향으로 상기 저부 고착면으로부터 멀어짐에 따라 근접해도 좋다.

상기 액압 완충기에 의하면, 양호한 감쇠력 특성을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 액압 완충기를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 액압 완충기의 주요부를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 액압 완충기의 마찰 부재를 나타내는 한쪽의 단면도이다.
도 4a는 비교를 위한 다른 마찰 부재를 나타내는 한쪽의 단면도이다.
도 4b는 비교를 위한 다른 마찰 부재를 나타내는 한쪽의 단면도이다.
도 4c는 비교를 위한 다른 마찰 부재를 나타내는 한쪽의 단면도이다.
도 4d는 비교를 위한 다른 마찰 부재를 나타내는 한쪽의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 액압 완충기 및 다른 마찰 부재를 이용한 액압 완충기의 피스톤 속도에 대한 감쇠력의 관계를 나타내는 특성선도이다.
도 6a는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 액압 완충기의 마찰 부재의 응력 분포의 시뮬레이션 결과를 나타내는 특성선도이다.
도 6b는 다른 마찰 부재의 응력 분포의 시뮬레이션 결과를 나타내는 특성선도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 액압 완충기 및 다른 마찰 부재를 이용한 액압 완충기의 스트로크와 감쇠력의 관계를 나타내는 리사주 파형이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 액압 완충기의 마찰 부재 및 다른 마찰 부재의 정마찰 특성의 시뮬레이션 결과를 슬라이딩 변위에 대한 마찰력의 관계로 나타내는 특성선도이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 액압 완충기의 마찰 부재 및 다른 마찰 부재의 동마찰 특성의 실험 결과를 주파수에 대한 마찰력의 관계로 나타내는 특성선도이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 액압 완충기의 마찰 부재의 변형예를 나타내는 한쪽의 단면도이다.

「제1 실시형태」

본 발명의 제1 실시형태에 따른 액압 완충기를 도 1~도 10을 참조하여 이하에 설명한다.

도 1에 나타내는 제1 실시형태에 따른 액압 완충기(11)는, 작동 액체로서 유액(油液)이 이용되는 유압 완충기이며, 주로 자동차의 서스펜션 장치에 이용되는 것이다. 액압 완충기(11)는, 내통(12)과, 내통(12)보다 대직경이며 내통(12)과의 사이에 리저버실(13)을 형성하도록 동축형으로 배치되는 외통(14)과, 내통(12)의 중심축선 상에 배치되고 축방향 일측이 내통(12)의 내부에 삽입되고 축방향 타측이 내통(12) 및 외통(14)으로부터 외부로 연장되는 피스톤 로드(15)와, 이 피스톤 로드(15)의 일단부에 연결되고 내통(12) 내에 슬라이딩 가능하게 끼워져 내통(12) 내를 2개의 실(16, 17)로 구획하는 피스톤(18)을 갖는다. 즉, 이 액압 완충기(11)는, 그 실린더(19)가 내통(12)과 외통(14)을 갖는 복통식으로 되어 있다.

또한, 본 실시형태는, 복통식에 한정되지 않고 단통식의 액압 완충기에 이용할 수 있고, 나아가 감쇠력 조정 기구를 이용한 액압 완충기 등에도 이용 가능하다.

피스톤 로드(15)는, 일단부에 연결된 피스톤(18)과 일체적으로 이동하게 되고, 타단부가 실린더(19), 즉 내통(12) 및 외통(14)으로부터 외부로 돌출되어 있다. 내통(12) 내에는 작동 액체로서의 유액이 봉입된다. 내통(12)과 외통(14) 사이의 리저버실(13)에는, 작동 액체로서의 유액 및 고압 가스가 봉입된다. 또한, 리저버실(13) 내에는, 고압 가스 대신에 대기압의 공기를 봉입해도 좋다.

액압 완충기(11)는, 실린더(19)에서의 피스톤 로드(15)의 돌출측의 단부 위치에 배치되는 로드 가이드(20)와, 실린더(19)의 단부이자 실린더(19)의 축방향에서의 내외 방향(도 1, 도 2의 상하 방향, 이하, 실린더 내외 방향이라고 함)의 로드 가이드(20)보다 외측(도 1, 도 2의 상하 방향 상측)에 배치되는 시일 부재(21)와, 시일 부재(21)보다 실린더 내외 방향의 내측(도 1, 도 2의 상하 방향 하측)이자 시일 부재(21)와 로드 가이드(20) 사이에 배치되는 마찰 부재(22)와, 실린더(19)의 축방향의 로드 가이드(20), 시일 부재(21) 및 마찰 부재(22)와는 반대측의 단부에 배치되는 베이스 밸브(23)를 갖는다.

로드 가이드(20), 시일 부재(21) 및 마찰 부재(22)는 모두 환형을 이루고 있다. 로드 가이드(20), 시일 부재(21) 및 마찰 부재(22)의 각각의 내측에 피스톤 로드(15)가 슬라이딩 가능하게 삽입 관통된다. 로드 가이드(20)는, 피스톤 로드(15)를 그 직경 방향 이동을 규제하면서 축방향 이동 가능하게 지지하여, 이 피스톤 로드(15)의 이동을 안내한다. 시일 부재(21)는, 그 내주부에서 축방향으로 이동하는 피스톤 로드(15)의 외주부에 슬라이딩 접촉하여, 내통(12) 내의 유액과 외통(14) 내의 리저버실(13)의 고압 가스 및 유액이 외부로 누설되는 것을 방지한다. 마찰 부재(22)는, 그 내주부에서 피스톤 로드(15)의 외주부에 슬라이딩 접촉하여, 피스톤 로드(15)에 마찰 저항을 발생시키는 것이며, 시일을 목적으로 하는 것은 아니다.

실린더(19)의 외통(14)은, 원통형의 본체부(25)와, 이 본체부(25)에서의 피스톤 로드(15)의 돌출측과는 반대의 일단측을 폐색시키는 저부(26)와, 본체부(25)에서의 피스톤 로드(15)의 돌출측의 개구부(27)의 위치로부터 직경 방향 안쪽으로 돌출된 로킹부(28)를 갖는 대략 바닥이 있는 원통형을 이루고 있다. 외통(14)의 개구부(27)측에는 로킹부(28) 및 시일 부재(21)를 덮도록 커버(29)가 부착되어 있다.

실린더(19)의 내통(12)은 원통형을 이루고 있다. 내통(12)은, 축방향의 일단측이 외통(14)의 저부(26)의 내측에 배치되는 베이스 밸브(23)의 베이스 보디(30)에 감합 상태로 지지되고, 축방향의 타단측이 외통(14)의 개구부(27)의 내측에 감합되는 로드 가이드(20)에 감합 상태로 지지되어 있다.

베이스 밸브(23)의 베이스 보디(30)에는, 내통(12) 내의 실(17)과, 외통(14)과 내통(12) 사이의 리저버실(13)을 연통 가능한 오일 통로(31, 32)가 형성되어 있다. 또한, 베이스 보디(30)에는 내측의 오일 통로(31)를 개폐 가능한 축소측 감쇠 밸브로서의 디스크 밸브(33)가 저부(26)측에 배치되고, 외측의 오일 통로(32)를 개폐 가능한 체크 밸브로서의 디스크 밸브(34)가 저부(26)와는 반대측에 배치되어 있다. 이들 디스크 밸브(33, 34)는, 베이스 보디(30)에 저부(26)측으로부터 삽입되는 리벳(35)의 일단의 헤드부(36)와 타단의 코킹부(37)에 의해 베이스 보디(30)에 부착되어 있다.

디스크 밸브(33)는, 디스크 밸브(34)의 도시를 생략한 통로 구멍 및 오일 통로(31)를 통해 실(17)로부터 리저버실(13)측으로의 유액의 흐름을 허용하여 감쇠력을 발생시키는 한편, 역방향의 유액의 흐름을 규제한다. 이것과는 반대로, 디스크 밸브(34)는, 오일 통로(32)를 통해 리저버실(13)로부터 실(17)측으로의 유액의 흐름을 저항없이 허용하는 한편, 역방향의 유액의 흐름을 규제한다. 즉, 디스크 밸브(33)는, 피스톤 로드(15)가 축소측으로 이동하고 피스톤(18)이 실(17)측으로 이동하여 실(17)의 압력이 상승하면 오일 통로(31)를 개방하게 되고, 이때 감쇠력을 발생시키는 감쇠 밸브다. 또한, 디스크 밸브(34)는, 피스톤 로드(15)가 신장측으로 이동하고 피스톤(18)이 실(16)측으로 이동하여 실(17)의 압력이 하강하면 오일 통로(32)를 개방하게 되지만, 이때 리저버실(13)로부터 실(17) 내로 실질적으로 감쇠력을 발생시키지 않고서 유액을 흘리는 석션 밸브이다.

또한, 체크 밸브로서의 디스크 밸브(34)로 신장측의 감쇠력을 적극적으로 발생시켜도 좋다. 또한, 이들 디스크 밸브(33, 34)를 폐지하고 오리피스로 해도 좋다.

피스톤 로드(15)는, 일정 직경의 주축부(38)와, 내통(12)에 삽입되는 쪽의 단부의, 주축부(38)보다 소직경의 내단 축부(39)를 갖는다. 이 내단 축부(39)에는 너트(40)가 나사 결합되어 있고, 이 너트(40)에 의해 피스톤(18) 및 그 양측의 디스크 밸브(41, 42)가 피스톤 로드(15)에 부착되어 있다.

피스톤(18)에는, 내통(12)의 저부(26)측의 실(17)과 저부(26)와는 반대측의 실(16)을 연통 가능한 오일 통로(44, 45)가 형성되어 있다. 또한, 피스톤(18)에는, 오일 통로(44)를 개폐 가능한 축소측 감쇠 밸브인 상기 디스크 밸브(41)가 저부(26)와는 반대측에 배치되고, 오일 통로(45)를 개폐 가능한 신장측 감쇠 밸브로서의 상기 디스크 밸브(42)가 저부(26)측에 배치되어 있다.

디스크 밸브(41)는, 오일 통로(44)를 통하는 실(17)로부터 실(16)측으로의 유액의 흐름을 허용하는 한편 역방향의 유액의 흐름을 규제한다. 이것과는 반대로, 디스크 밸브(42)는, 오일 통로(45)를 통하는 실(16)측으로부터 실(17)로의 유액의 흐름을 허용하는 한편 역방향의 유액의 흐름을 규제한다. 또한, 디스크 밸브(41)와 피스톤(18) 사이에는, 디스크 밸브(41)가 폐쇄된 상태라도 실(17)과 실(16)을 오일 통로(44)를 통해 연통시키는 도시를 생략한 고정 오리피스가 설치되어 있다. 디스크 밸브(42)와 피스톤(18) 사이에도, 디스크 밸브(42)가 폐쇄된 상태라도 실(17)과 실(16)을 오일 통로(45)를 통해 연통시키는 도시를 생략한 고정 오리피스가 설치되어 있다.

피스톤 로드(15)가 축소측으로 이동하고 피스톤(18)이 실(17)측으로 이동하여 실(17)의 압력이 상승하면, 피스톤(18)의 이동 속도(이하, 피스톤 속도라고 함)가 느린 영역에서는, 도시를 생략한 고정 오리피스가 일정한 유로 면적에서 실(17)로부터 실(16)로 유액을 흘리게 되어, 오리피스 특성의 감쇠력을 발생시킨다. 또한, 피스톤 속도가 빠른 영역에서는, 디스크 밸브(41)가, 피스톤(18)으로부터 이격되어 오일 통로(44)를 개방하여 실(17)로부터 실(16)로, 피스톤(18)으로부터의 이격량에 따른 유로 면적에서 유액을 흘리게 되어, 밸브 특성의 감쇠력을 발생시킨다.

피스톤 로드(15)가 신장측으로 이동하고 피스톤(18)이 실(16)측으로 이동하여 실(16)의 압력이 상승하면, 피스톤 속도가 느린 영역에서는, 도시를 생략한 고정 오리피스가 일정한 유로 면적에서 실(16)로부터 실(17)로 유액을 흘리게 되어, 오리피스 특성의 감쇠력을 발생시킨다. 또한, 피스톤 속도가 빠른 영역에서는, 디스크 밸브(42)가, 피스톤(18)으로부터 이격되어 오일 통로(45)를 개방하여 실(16)로부터 실(17)로, 피스톤(18)으로부터의 이격량에 따른 유로 면적에서 유액을 흘리게 되어, 밸브 특성의 감쇠력을 발생시킨다.

또한, 피스톤 로드(15)가 신장측으로 이동하여 실린더(19)로부터의 돌출량이 증대되면, 그 만큼의 유액이 리저버실(13)로부터 베이스 밸브(23)의 디스크 밸브(34)를 개방하면서 오일 통로(32)를 통해 실(17)로 흐른다. 반대로 피스톤 로드(15)가 축소측으로 이동하여 실린더(19)로의 삽입량이 증대되면, 그 만큼의 유액이 실(17)로부터 디스크 밸브(33)를 개방하면서 오일 통로(31)를 통해 리저버실(13)로 흐른다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 로드 가이드(20)는, 대략 단차식 원통형을 이루는 금속제의 로드 가이드 본체(50)와, 로드 가이드 본체(50)의 내주부에 감합 고정되는 원통형의 칼라(51)로 구성되어 있다. 칼라(51)는, SPCC재나 SPCE재 등의 금속제의 원통체 내주에 불소 수지 함침 청동이 피복되어 형성된다.

로드 가이드 본체(50)는, 축방향 일측에 대직경 외경부(52)가 형성되고, 축방향 타측에 대직경 외경부(52)보다 소직경의 소직경 외경부(53)가 형성된 외형 형상을 이루고 있다. 로드 가이드 본체(50)는, 대직경 외경부(52)에 있어서 외통(14)의 본체부(25)의 내주부에 감합하고, 소직경 외경부(53)에 있어서 내통(12)의 내주부에 감합한다.

로드 가이드 본체(50)의 직경 방향의 중앙에는, 축방향의 대직경 외경부(52)측에 대직경 구멍부(54)가, 대직경 구멍부(54)보다 축방향의 소직경 외경부(53)측에 대직경 구멍부(54)보다 약간 소직경의 중직경 구멍부(55)가, 중직경 구멍부(55)보다 축방향의 소직경 외경부(53)측에 중직경 구멍부(55)보다 소직경의 소직경 구멍부(56)가, 각각 형성되어 있다.

중직경 구멍부(55)에는, 그 내주면 및 저면에 연속하여 연통홈(57)이 형성되어 있다. 연통홈(57)은 중직경 구멍부(55)의 내주면에 축방향의 전체 길이에 걸쳐 형성되고, 중직경 구멍부(55)의 저면에 직경 방향의 전체 길이에 걸쳐 형성되어 있다. 즉, 연통홈(57)은, 대직경 구멍부(54)의 내주면과 소직경 구멍부(56)의 내주면을 연결하도록 형성되어 있다.

로드 가이드 본체(50)의 축방향의 대직경 외경부(52)측의 단부에는, 소직경 환형 볼록부(58) 및 이것보다 대직경의 대직경 환형 볼록부(59)가, 모두 축방향 바깥쪽으로 돌출되도록 형성되어 있다. 로드 가이드 본체(50)에는, 대직경 환형 볼록부(59)와 소직경 환형 볼록부(58) 사이의 대직경 환형 볼록부(59)측에, 축방향을 따라서 관통하는 연통 구멍(61)이 형성되어 있다. 연통 구멍(61)은, 외통(14)과 내통(12) 사이의 리저버실(13)에 연통하고 있다. 칼라(51)는, 로드 가이드 본체(50)의 소직경 구멍부(56) 내에 감합되어 있다. 로드 가이드(20)에는, 이 칼라(51) 내에 피스톤 로드(15)가 주축부(38)의 외주부에서 슬라이딩 접촉하도록 삽입 관통된다.

시일 부재(21)는, 실린더(19)의 축방향의 일단부에 배치되고, 그 내주부에서 피스톤 로드(15)의 주축부(38)의 외주부에 압접하여, 로드 가이드(20)와 피스톤 로드(15)의 주축부(38)의 간극으로부터 누출되는 유액 등이 외측으로 누출되는 것을 규제한다.

시일 부재(21)는, 니트릴 고무나 불소 고무 등의 슬라이딩성이 좋은 탄성 고무 재료로 이루어진 시일부(65)와, 시일부(65) 내에 매설되어 시일 부재(21)의 형상을 유지하고, 고정을 위한 강도를 얻기 위한 금속제의 원환형의 환형 부재(66)로 이루어진 일체 성형품의 오일 시일 본체(67)와, 오일 시일 본체(67)의 시일부(65)의 실린더 내외 방향 외측의 외주부에 감합되는 환형의 스프링(68)과, 시일부(65)의 실린더 내외 방향 내측의 외주부에 감합되는 환형의 스프링(69)으로 구성되어 있다. 또한, 도 2에 있어서는, 시일 부재(21)를, 피스톤 로드(15)가 삽입 관통되기 전의 자연 상태로 나타내고 있다.

시일부(65)의 직경 방향 내측 부분은, 환형 부재(66)의 내주측의 실린더 내외 방향 외측으로부터 축방향을 따라서 환형 부재(66)로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 원환 통형상의 더스트립(72)과, 환형 부재(66)의 내주측의 실린더 내외 방향 내측으로부터 축방향을 따라서 환형 부재(66)로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 원환 통형상의 오일립(73)을 갖는다. 또한, 시일부(65)의 직경 방향 외측 부분은, 그 외단 위치에서 환형 부재(66)의 외주면을 덮는 외주 시일(74)과, 외주 시일(74)로부터 실린더 내외 방향 내측을 따라서 연장되는 원환형의 시일립(75)을 갖는다. 또한, 시일부(65)는, 직경 방향 중간 부분의 실린더 내외 방향 내측에, 실린더 내외 방향 내측으로 연장되는 원환형의 체크립(76)을 갖는다.

더스트립(72)은, 전체적으로 환형 부재(66)로부터 실린더 내외 방향 외측으로 멀어질수록 내경이 소직경이 되는 끝이 뾰족한 통형상을 이루고 있다. 더스트립(72)의 외주부에는, 상기 스프링(68)을 감합시키는 환형 홈(78)이 직경 방향 안쪽으로 움푹 들어가도록 형성되어 있다.

오일립(73)은, 전체적으로 환형 부재(66)로부터 실린더 내외 방향 내측으로 멀어질수록 소직경이 되는 끝이 뾰족한 통형상을 이루고 있다. 오일립(73)의 외주부에는, 상기 스프링(69)이 감합되는 환형 홈(79)이 직경 방향 안쪽으로 움푹 들어가도록 형성되어 있다. 또한, 오일립(73)은, 내주부의 실린더 내외 방향 내측이 단차형을 이루고 있다.

시일 부재(21)는, 더스트립(72)이 대기측, 즉 실린더 내외 방향의 외측에 배치되고, 오일립(73)이 실린더 내외 방향의 내측에 배치된 상태로, 외주 시일(74)에 있어서 외통(14)의 본체부(25)의 내주부에 밀봉 접촉한다. 이 상태로 환형 부재(66)의 위치가 로드 가이드(20)의 대직경 환형 볼록부(59)와 외통(14)의 코킹된 로킹부(28) 사이에 끼워져 로킹된다. 이때, 시일 부재(21)는, 시일립(75)이, 로드 가이드(20)의 대직경 환형 볼록부(59)와 외통(14) 사이에 배치되어, 이들에 밀봉 접촉한다. 또한, 오일립(73)이 로드 가이드(20)의 대직경 구멍부(54) 내에 배치된다.

그리고, 실린더(19)에 부착된 상태의 시일 부재(21)에는, 더스트립(72) 및 오일립(73)의 내측에 피스톤 로드(15)의 주축부(38)가 삽입 관통된다. 이 상태로, 피스톤 로드(15)는 그 일단이 실린더(19)의 일단으로부터 돌출되고, 더스트립(72)은, 실린더(19)의 피스톤 로드(15)가 돌출된 일단측에 설치되고, 오일립(73)은, 더스트립(72)의 실린더 내외 방향의 내측에 설치된다.

더스트립(72)의 환형 홈(78)에 감합되는 스프링(68)은, 더스트립(72)의 피스톤 로드(15)에 대한 밀착 방향의 체결력을 일정 상태로 유지하기 위한 것이며, 또한 설계 사양을 만족시키기 위한 체결력의 조정에도 이용된다. 오일립(73)의 환형 홈(79)에 감합되는 스프링(69)은, 오일립(73)의 피스톤 로드(15)에 대한 밀착 방향의 체결력을 조정한다.

시일부(65)의 로드 가이드(20)측의 체크립(76)은, 로드 가이드(20)의 소직경 환형 볼록부(58)의 외주측에 소정의 체결 여유를 두고 전체 둘레에 걸쳐 밀봉 접촉 가능하게 되어 있다. 여기서, 로드 가이드(20)와 피스톤 로드(15)의 간극으로부터 누출된 유액은, 시일 부재(21)의 체크립(76)보다 이 간극측의 주로 대직경 구멍부(54)에 의해 형성되는 실(85)에 머무른다. 체크립(76)은, 이 실(85)의 압력이, 리저버실(13)의 압력보다 소정량 높아졌을 때에 개방하여 실(85)에 저장된 유액을 연통 구멍(61)을 통해 리저버실(13)에 흘린다. 즉, 체크립(76)은, 실(85)로부터 리저버실(13)로의 방향으로만 유액 및 가스의 유통을 허용하고 역방향의 유통을 규제하는 역지 밸브로서 기능한다.

상기 시일 부재(21)는, 더스트립(72)이 그 체결 여유 및 스프링(68)에 의한 긴박력으로 피스톤 로드(15)에 밀착하여 기밀성을 유지하고, 외부 노출시에 피스톤 로드(15)에 부착된 이물질의 진입을 주로 이 더스트립(72)이 규제한다. 또한, 오일립(73)도 그 체결 여유 및 스프링(69)에 의한 긴박력으로 피스톤 로드(15)에 밀착하여 기밀성을 유지하고, 피스톤 로드(15)의 내통(12) 내부 진입시에 피스톤 로드(15)에 부착된 유액의 외부로의 누출을 주로 이 오일립(73)이 규제한다.

마찰 부재(22)는, 로드 가이드(20)의 중직경 구멍부(55) 내에 감합되고, 따라서, 시일 부재(21)보다 실린더(19)의 내부측에 배치되어 있다. 마찰 부재(22)는, 그 내주부에 있어서 피스톤 로드(15)의 주축부(38)의 외주부에 압접하게 되어, 피스톤 로드(15)에 대한 마찰 저항을 발생시킨다.

마찰 부재(22)는, 니트릴 고무나 불소 고무 등의 탄성 고무 재료로 이루어진 원환형의 탄성 고무부(91)와, 탄성 고무부(91)가 고착되는 금속제의 원환형의 베이스부(92)로 이루어진 일체 성형품이다. 베이스부(92)는, 탄성 고무부(91)의 형상을 유지하고, 고정을 위한 강도를 얻기 위한 것이다. 또한, 도 2에 있어서는, 마찰 부재(22)를, 피스톤 로드(15)가 삽입 관통되기 전의 자연 상태로 나타내고 있다[피스톤 로드(15)에 파고 들어가 있는 것은 아니다].

도 3에 한쪽의 단면을 나타낸 바와 같이, 마찰 부재(22)는, 베이스부(92)가, 구멍이 있는 원판형의 저부(101)와, 저부(101)의 외주측으로부터 축방향으로 연장되는 원통형의 통부(102)로 이루어져 있다. 이들 저부(101) 및 통부(102)는 중심축을 일치시키고 있다. 바꿔 말하면, 저부(101)에 대하여 통부(102)는 수직으로 연장되어 있다.

저부(101)는, 축방향의 통부(102)측의 원형 평탄면으로 이루어진 내저면(103)과, 직경 방향의 통부(102)와는 반대측의 원통면으로 이루어진 내단면(104)과, 축방향의 통부(102)와는 반대측의 원형 평탄면으로 이루어진 외저면(105)을 갖는다. 내저면(103)의 내주 단부는, 내단면(104)의 축방향의 일단부에 연결되어 있다. 외저면(105)의 내주 단부는, 내단면(104)의 축방향의 타단부에 연결되어 있다.

통부(102)는, 직경 방향의 저부(101)측의 원통면으로 이루어진 내주면(106)과, 축방향의 저부(101)와는 반대측의 원형 평탄면으로 이루어진 선단면(107)과, 직경 방향의 저부(101)와는 반대측의 원통면으로 이루어진 외주면(108)을 갖는다. 내주면(106)의 저부(101)와는 반대측의 단부는 선단면(107)의 내경부에 연결되어 있다. 외주면(108)의 저부(101)와는 반대측의 단부는 선단면(107)의 외경부에 연결되어 있다. 내저면(103)과 내주면(106)의 상호 근접측에는 원환형의 내측 R 면취부(109)가 형성되어 있다. 외저면(105)과 외주면(108)의 상호 근접측에도 원환형의 외측 R 면취부(110)가 형성되어 있다.

탄성 고무부(91)는, 베이스부(92)와 중심축을 일치시킨 원환형을 이루고 있다. 탄성 고무부(91)는, 베이스부(92)의 통부(102)의 직경 방향 내측이자 저부(101)의 축방향의 통부(102)측에 형성되는 메인부(121)와, 메인부(121)의 내주부의 축방향의 저부(101)측의 단부로부터 축방향 바깥쪽으로 연장되어 저부(101)의 내주측에 형성되는 중간부(122)와, 중간부(122)의 축방향의 메인부(121)와는 반대측으로부터 직경 방향 외측으로 연장되어 저부(101)의 외저면(105)의 내주측의 일부를 덮는 피복부(123)를 갖는다.

메인부(121)는, 외주측의 통부 고착면(126)에 의해 베이스부(92)의 통부(102)의 내주면(106)에 고착되고, 통부 고착면(126)의 축방향의 일측에 연결되는 각부 고착면(127)에 의해 베이스부(92)의 내측 R 면취부(109)에 고착되며, 각부 고착면(127)의 통부 고착면(126)과는 반대측에 연결되는 저부 고착면(128)에 의해 베이스부(92)의 저부(101)의 내저면(103)에 고착되어 있다. 중간부(122)는, 저부 고착면(128)의 각부 고착면(127)과는 반대측에 연결되는 내주 고착면(129)에 의해 베이스부(92)의 저부(101)의 내단면(104)에 고착되어 있고, 피복부(123)는, 내주 고착면(129)에 연결되는 외면 고착면(130)에 의해 베이스부(92)의 저부(101)의 외저면(105)에 고착되어 있다.

탄성 고무부(91)는, 메인부(121)의 저부 고착면(128)과는 축방향 반대 방향으로, 베이스부(92)에 고착되지 않는 자유롭게 변형 가능한 해방면(135)을 갖는다. 또한, 탄성 고무부(91)는, 메인부(121) 및 중간부(122)의 내주측에도 베이스부(92)에 고착되지 않는 자유롭게 변형 가능한 내주면(136)을 갖는다.

탄성 고무부(91)는, 그 내주부가, 마찰 부재(22) 중에서 최소 직경이 되는 최소 내경부(137)와, 최소 내경부(137)의 축방향 양측에 있고 최소 내경부(137)로부터 멀어질수록 대직경이 되는 테이퍼형의 확경부(138, 139)와, 축방향의 해방면(135)과는 반대측의 확경부(139)의 최소 내경부(137)와는 반대측에 연결되는 일정 직경의 정직경부(140)를 갖는다. 바꿔 말하면, 탄성 고무부(91)에는, 내주측에 최소 내경부(137)와 최소 내경부(137)의 축방향 양측의 확경부(138, 139)와 정직경부(140)가 마련되어 있고, 확경부(138, 139)의 경계 부분이 최소 내경부(137)로 되어 있다.

따라서, 탄성 고무부(91)의 내주면(136)은, 확경부(138, 139)의 각각의 테이퍼면형의 내주면(138A, 139A)과 정직경부(140)의 원통면형의 내주면(140A)으로 구성되어 있다. 한쪽의 확경부(138)의 내주면(138A)의 최소 내경부(137)와는 반대측의 단부가 해방면(135)에 연결되고, 다른쪽의 확경부(139)의 내주면(139A)의 최소 내경부(137)와는 반대측의 단부가 정직경부(140)의 내주면(140A)에 연결되어 있다.

최소 내경부(137)는 메인부(121)에 형성되어 있다. 최소 내경부(137)는, 축방향 위치가 베이스부(92)의 통부(102)와 겹쳐져 있다. 바꿔 말하면, 최소 내경부(137)는, 베이스부(92)의 저부(101)에 대하여 축방향 위치가 어긋나 있다.

피복부(123)는, 정직경부(140)의 내주면(140A)의 확경부(139)와는 반대측의 단부에 연결되고 정직경부(140)로부터 축방향으로 멀어질수록 대직경이 되는 테이퍼형의 면취부(145)와, 면취부(145)의 정직경부(140)와는 반대측의 단부로부터 직경 방향 안쪽으로 연장되는 원형 평탄면으로 이루어진 외면(146)과, 외면(146)의 면취부(145)와는 반대측의 원통면형의 외주면(147)을 갖는다. 즉, 탄성 고무부(91)는, 중간부(122) 및 피복부(123)를 마련함으로써, 베이스부(92)의 저부(101)의 메인부(121)에 대하여 반대측까지 돌아 들어가는 형상으로 되어 있다.

전술한 바와 같이, 탄성 고무부(91)는, 베이스부(92)와 중심축을 일치시키고 있다. 자세하게는, 해방면(135), 최소 내경부(137), 내주면(138A, 139A)을 포함하는 확경부(138, 139), 내주면(140A)을 포함하는 정직경부(140), 면취부(145), 외면(146) 및 외주면(147)이 베이스부(92)와 중심축을 일치시키고 있다. 이 중심축이 마찰 부재(22)의 중심축으로 되어 있다.

탄성 고무부(91)는, 메인부(121)의 해방면(135)의 통부(102)측, 즉 직경 방향 외측에, 해방면(135)의 다른 주면부(150)보다 축방향의 저부(101)측에 저부(101)까지 도달하지 않는 범위에서 움푹 패인 절결부(151)가 형성되어 있다. 해방면(135)의 절결부(151)를 제외한 직경 방향 내측의 주면부(150)는, 마찰 부재(22)의 중심축을 중심으로 하는 원환형을 이루고 있고, 마찰 부재(22)의 중심축에 직교하는 면내에 배치되는 원형 평탄면으로 이루어져 있다. 또한, 절결부(151)는, 마찰 부재(22)의 중심축을 중심으로 하여 마찰 부재(22)의 둘레 방향의 전체 둘레에 걸쳐 연속된 원환형을 이루고 있고, 직경 방향에 있어서 저부(101)의 통부(102)측 및 내측 R 면취부(109)와 위치가 겹치도록 형성되어 있다.

절결부(151)는, 메인부(121)의 축방향 두께의 절반에 미치지 않는 깊이로 형성되어 있다. 절결부(151)는, 마찰 부재(22)의 중심선을 포함하는 단면에 의한 형상이 원호형을 이루어 축방향의 저부(101)측으로 움푹 패인 오목 저면(152)과, 오목 저면(152)의 직경 방향 외측의 단부로부터, 축방향의 저부(101)와는 반대측에, 저부(101)로부터 멀어질수록 대직경이 되도록 경사져 연장되는 테이퍼형의 외측 연장면(153)과, 오목 저면(152)의 직경 방향 내측의 단부로부터, 축방향의 저부(101)와는 반대측에, 저부(101)로부터 멀어질수록 소직경이 되도록 경사져 연장되는 테이퍼형의 내측 연장면(154)을 갖는다. 절결부(151)는, 오목 저면(152)의 축방향의 저부(101)측의 단부, 즉 바닥 위치가, 깊이가 가장 깊은 최심부(155)로 되어 있다. 오목 저면(152), 외측 연장면(153) 및 내측 연장면(154)도 마찰 부재(22)의 중심축을 중심으로 하여 형성되어 있고, 최심부(155)도 마찰 부재(22)의 중심축을 중심으로 한 원형상을 이루고 있다.

탄성 고무부(91)의 메인부(121)는, 절결부(151)의 통부(102)측에, 절결부(151)의 최심부(155)보다 축방향의 얕은 위치까지 연장되는 연장부(160)를 갖는다. 연장부(160)는, 내주면이, 오목 저면(152)의 최심부(155)보다 직경 방향 외측 부분 및 외측 연장면(153)으로 이루어져 있고, 외주면이 통부 고착면(126)으로 이루어져 있다. 이 연장부(160)의 축방향 선단 위치는, 주면부(150)와 대략 일치하고 있고, 베이스부(92)의 통부(102)의 선단면(107)보다 소정량 저부(101)측으로 되어 있다. 바꿔 말하면, 베이스부(92)의 통부(102)의 내주면(106)은, 그 선단면(107)측의 일부를 제외하고, 연장부(160)를 포함하는 탄성 고무부(91)로 피복되어 있다.

절결부(151)의 최심부(155)의 깊이는, 최소 내경부(137)의 축방향 위치보다 얕게 되어 있다. 즉, 최심부(155)는, 마찰 부재(22)의 축방향에 있어서, 최소 내경부(137)보다 저부(101)와는 반대측에 위치하고 있고, 확경부(138, 139) 중의 저부(101)와는 반대측의 확경부(138)와 위치가 겹쳐져 있다.

탄성 고무부(91)는, 마찰 부재(22)의 중심선에 대한 절결부(151)의 직경 방향 내측의 내측 연장면(154)의 각도 α가, 확경부(138, 139) 중의 저부 고착면(128)측의 확경부(139)의 내주면(139A)의 각도 β보다 크게 되어 있다. 바꿔 말하면, 저부 고착면(128)측의 확경부(139)의 내주면(139A)의 저부(101)와는 반대측으로의 연장면과, 절결부(151)의 직경 방향 내측의 내측 연장면(154)이, 축방향으로 저부 고착면(128)으로부터 멀어짐에 따라 직경 방향으로 근접하도록 되어 있다. 탄성 고무부(91)는, 확경부(138)의 내주면(138A)과 확경부(139)의 내주면(139A)이 이루는 각 γ이 120° 이상으로 되어 있고, 마찰 부재(22)의 중심선의 방향에 대한 내주면(139A)의 각도 β는, 내주면(138A)의 각도 δ보다 크게 되어 있다.

상기 구조의 마찰 부재(22)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 탄성 고무부(91)의 해방면(135)이 실린더 내외 방향의 외측에 배치되고, 베이스부(92)의 저부(101)가 실린더 내외 방향의 내측에 배치된 상태로, 로드 가이드(20)의 대직경 구멍부(54)측으로부터 중직경 구멍부(55)에 감합된다. 이때, 마찰 부재(22)는, 베이스부(92)의 통부(102)가 중직경 구멍부(55)의 내주면에 감합되고, 저부(101)가 탄성 고무부(91)의 피복부(123)를 변형시키면서 중직경 구멍부(55)의 저면에 접촉한다.

그리고, 실린더(19)에 부착된 상태의 마찰 부재(22)에는, 탄성 고무부(91)의 내측에 피스톤 로드(15)의 주축부(38)가, 소정의 체결 여유를 두고 삽입 관통된다. 따라서, 마찰 부재(22)는, 탄성 고무부(91)가 직경 방향 외측으로 탄성 변형하면서 피스톤 로드(15)의 주축부(38)에 밀착한다. 그리고, 피스톤 로드(15)가 실린더 내외 방향으로 이동하면 여기에 탄성 고무부(91)가 슬라이딩 접촉한다. 이때, 마찰 부재(22)는 마찰 특성의 조정을 행하게 된다.

상기와 같이 마찰 부재(22)를 감합시킨 상태로 로드 가이드(20)의 중직경 구멍부(55)와 마찰 부재(22) 사이에는, 중직경 구멍부(55)에 형성된 연통홈(57)에 의해 연통로(161)가 형성된다. 이 연통로(161)가 로드 가이드(20)의 소직경 구멍부(56)측과 대직경 구멍부(54)측, 즉 실(85)측을 연통시킨다. 로드 가이드(20)의 소직경 구멍부(56)측은, 칼라(51)와 피스톤 로드(15)의 미소 간극을 통해 실(16)에 연통하고 있다. 따라서, 연통로(161)는 실(85)과 실(16)을 연통시켜 이들의 차압을 작게 한다. 바꿔 말하면, 연통로(161)는, 마찰 부재(22)의 축방향 양측을 연통시켜 마찰 부재(22)의 축방향 양측의 차압을 작게 한다. 따라서, 마찰 부재(22)는 적극적으로 시일로서의 역할을 하는 것은 아니다.

또한, 연통로(161) 대신에, 또는 추가로, 마찰 부재(22)의 내주에 축방향 양측의 차압을 작게 하는 연통로를 설치해도 좋다. 또한, 연통로(161)는 항상 연통하고 있지 않더라도, 예컨대 실린더 내로부터 외측으로의 역지 밸브를 설치해도 좋다. 요컨대, 마찰 부재(22)가 완전한 시일로서 작용하는 것이 아니면 된다.

이상에 설명한 액압 완충기(11)는, 상기한 바와 같이, 피스톤 로드(15)가 축소측으로 이동하는 경우에는, 피스톤 속도가 느린 영역에서는, 도시를 생략한 고정 오리피스에 의한 오리피스 특성의 감쇠력을 발생시킨다. 피스톤 속도가 빠른 영역에서는, 디스크 밸브(41)가 피스톤(18)으로부터 멀어져 밸브 특성의 감쇠력을 발생시킨다. 또한, 피스톤 로드(15)가 신장측으로 이동하는 경우에는, 피스톤 속도가 느린 영역에서는, 도시를 생략한 고정 오리피스에 의한 오리피스 특성의 감쇠력을 발생시킨다. 피스톤 속도가 빠른 영역에서는, 디스크 밸브(42)가 피스톤(18)으로부터 멀어져 밸브 특성의 감쇠력을 발생시킨다.

상기 도시를 생략한 고정 오리피스 및 디스크 밸브(41, 42)에 의한 유압 감쇠력을 발생시키는 유압 감쇠 영역에 대하여, 피스톤 속도가 더욱 느린 영역은, 기본적으로 도시를 생략한 고정 오리피스 및 디스크 밸브(41, 42)에 의한 감쇠력이 거의 발생하지 않는다. 이 때문에, 항상 발생하고 있는 시일 부재(21) 및 마찰 부재(22)에 의한 피스톤 로드(15)에 대한 탄성력 및 마찰 저항과 피스톤(18)의 내통(12)에 대한 마찰 저항이 감쇠력의 주요 발생원이 된다. 이러한 마찰 영역에 있어서, 마찰 부재(22)의 설정에 의해 피스톤 로드(15)에 대한 작용력을 적정화할 수 있다.

상기 특허문헌 1에는, 저부와 통형부를 갖는 바닥이 있는 통형상의 금속 링의 저부에, 통형부와의 사이에 간극을 두고 탄성 고무 재료로 이루어진 마찰체를 가황 접착한 마찰 부재가 기재되어 있다(특허문헌 1의 도 10 참조). 또한, 상기 특허문헌 2에는, 이것과는 상이한 것으로서, 저부와 통형부를 갖는 바닥이 있는 통형상의 코어에 통형부와의 사이에 간극이 없도록 고무를 소성한 마찰 부재가 기재되어 있다[특허문헌 2의 도 6의 (D) 등 참조].

이 종류의 마찰 부재를 이용한 완충기에서는, 피스톤 속도가 0부터 시작하는 마찰 영역에 있어서, 마찰 부재는 피스톤 로드와 미끄러지지 않고 고무의 탄성 변형에 의한 스프링력이 발생하며, 이 스프링력이 작용력이 된다(동스프링 영역). 이 후, 어느 정도(0.1 ㎜) 이상 피스톤 로드가 움직이면, 마찰 부재와 피스톤 로드 사이에서 미끄러짐이 생겨, 동마찰력이 발생하게 된다(동마찰 영역). 이 마찰 영역에서의 동스프링 영역을 확대하고, 동마찰 영역을 작게 함으로써, 유압 감쇠 영역에 대한 접속을 원활하게 하는 것과, 피스톤 속도의 상승에 대한 감쇠력의 상승의 기울기를 크게 하는 것이 가능해진다. 이 결과, 고주파의 거친 진동을 억제하여 승차감을 좋게 하고, 롤의 시작이나 수습시에 힘을 발생하게 되어 조종 안정성이 보다 좋아진다.

그런데, 상기 특허문헌 1에 기재된 바와 같이, 금속 링의 통형부와의 사이에 간극을 두고 마찰체를 설치하는 것이면, 마찰체의 강성이 낮고, 피스톤 로드(15)의 이동에 대하여 마찰체가 미끄러지기 시작하는 것이 빠르기 때문에, 마찰 영역에서의 동스프링 영역이 좁고, 동마찰 영역이 넓어진다. 이 때문에, 유압 감쇠 영역에 들어가기까지의 동안에 감쇠력이 일정해지는 특성이 되어, 유압 감쇠력으로 순조롭게 이어질 수 없다. 또한, 피스톤 속도가 0부터 극저속인 영역에서 피스톤 속도의 상승에 대한 감쇠력의 상승의 기울기가 작아, 동스프링 영역의 효과가 작다는 과제가 있었다. 또한, 특허문헌 2와 같이, 코어의 통형부와의 사이에 간극이 없도록 고무를 설치하는 구성이면, 고무를 피스톤 로드에 누르는 힘을 크게 함으로써, 피스톤 속도가 0부터 극저속인 영역에서 피스톤 속도의 상승에 대한 감쇠력의 상승의 기울기가 커지지만, 피스톤 로드(15)의 이동에 대하여 마찰체가 미끄러지기 시작하는 힘을 크게 할 수 있지만 고무의 변형이 어려워, 결과적으로, 미끄러지기 시작할 때까지의 스트로크가 작아 동스프링 영역은 그다지 넓어지지는 않고, 미끄러지기 시작하면 마찰 저항이 급격하게 내려가며, 감쇠력이 유압 감쇠 영역에 들어가기까지의 동안 일정해지는 특성이 되어, 유압 감쇠력으로 순조롭게 이어질 수 없다. 이와 같이 유압 감쇠 영역에 들어가기까지의 동안, 즉 미진폭, 미진동 및 고주파시의 감쇠력 특성의 개선이 요구되고 있다.

제1 실시형태에 따른 액압 완충기(11)에 의하면, 삽입된 마찰 부재(22)의 탄성 고무부(91)는, 저부 고착면(128)과 축방향 반대 방향의 해방면(135)의 통부(102)측에 형성된 절결부(151)의 최심부(155)가, 내주측의 축방향 양측의 확경부(138, 139) 사이의 최소 내경부(137)의 축방향 위치보다 얕게 되어 있다. 따라서, 절결부(151)의 깊이가 얕아지는 만큼, 피스톤 로드(15)에 대한 압축력이 높아져, 동스프링 영역에서 피스톤 속도의 상승에 대한 감쇠력의 상승의 기울기가 커진다. 또한, 유압 감쇠 영역에 들어가기까지의 동안, 피스톤 로드(15)의 이동으로, 가장 높은 압축력을 발생시키는 최소 내경부(137)를 피스톤 로드(15)에 대하여 밀착시키면서, 메인부(121)에 최심부(155)를 중심으로 하여 도 3에 화살표 R로 나타낸 바와 같이 회전하는 변형이 생긴다. 따라서, 피스톤 로드(15)에 대하여 미끄러지지 않고, 동스프링력을 발생시키는 영역(스트로크)이 넓어진다. 이에 따라, 동마찰 영역이 감소하고, 피스톤 속도의 상승에 대하여 순조롭게 감쇠력이 높아지도록 특성이 변화하여, 유압 감쇠력으로 순조롭게 이어지게 되어, 양호한 감쇠력 특성을 얻을 수 있다. 따라서, 특히 미진폭, 미진동 및 고주파시의 감쇠력 특성을 개선할 수 있어, 탑재 차량의 승차감 및 조종 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 종래에는 감쇠력의 상승의 기울기를 크게 하기 위해, 마찰 부재를 복수 조합하여 이용하는 경우가 있었지만, 하나의 마찰 부재(22)로 감쇠력의 상승의 기울기를 크게 할 수 있기 때문에, 복수의 마찰 부재를 조합하는 경우와 비교해서 비용을 저감할 수 있고, 기본 길이도 단축할 수 있다. 또한, 복수의 마찰 부재를 조합하더라도 동스프링 영역을 충분히 증가시킬 수는 없는 데 비해, 상기 제1 실시형태에서는 동스프링 영역을 증가시킬 수 있다. 또한, 유압 완충기의 요구 사양에 따라서는, 상기 제1 실시형태의 마찰 부재(22)를 복수 조합하여 이용해도 좋다.

구체적으로, 제1 실시형태에 따른 액압 완충기(11)의 마찰 부재(22)와 도 4a~도 4d에 나타내는 비교예의 각 마찰 부재를 액압 완충기에 각각 삽입한 경우에 관해, 피스톤 속도에 대한 감쇠력의 특성을 실험에 의해 구했다. 또한, 도 4a에 나타내는 비교예는, 제1 실시형태에 대하여 베이스부(92)의 통부(102)와의 사이 전체에 간극을 두고 탄성 고무부(91a)를 설치한 마찰 부재(22a)(특허문헌 1의 도 10에 나타내는 것에 대응)이다. 도 4b에 나타내는 비교예는, 제1 실시형태에 대하여 최소 내경부(137b)를 최심부(155)보다 저부 고착면(128)과는 반대측에 위치시킨 탄성 고무부(91b)를 설치한 마찰 부재(22b)이다. 도 4c에 나타내는 비교예는, 제1 실시형태에 대하여 베이스부(92)의 통부(102)와의 사이 전체에 간극을 두고 탄성 고무부(91c)를 설치하고 최소 내경부(137c)를 저부 고착면(128)과는 반대측으로 어긋나게 한 마찰 부재(22c)이다. 도 4d에 나타내는 비교예는, 베이스부(92)의 통부(102)와의 사이에 간극 및 절결부가 없도록 탄성 고무부(91d)를 설치한 마찰 부재(22d)[특허문헌 2의 도 6의 (D)에 나타내는 것에 대응]이다.

그 결과, 마찰 부재(22a, 22b, 22c)는 모두, 도 5에 파선 a1로 나타낸 바와 같이, 피스톤 속도가 0부터 극저속 V1까지인 영역은, 마찰 영역 중의 동스프링 영역에서, 탄성 고무부(91)가 피스톤 로드에 대하여 미끄러지지 않고, 탄성 고무부(91)의 탄성 변형에 의한 스프링력이 발생하지만, 최소 내경부(137)의 외경측이 공간으로 되어 있기 때문에, 누르는 힘이 약하여 피스톤 속도의 상승에 대한 감쇠력의 상승의 기울기가 작다. 이 후, V1~V2의 사이는, 마찰 영역 중의 동마찰 영역에서, 탄성 고무부(91)가 피스톤 로드에 대하여 미끄러지고 동마찰 상태가 되어, 감쇠력이 일정해지는 특성이 된다. 또한, 피스톤 속도가 V2 이상이 되면, 유압 감쇠 영역에 들어가, 오리피스, 감쇠 밸브에 의한 감쇠력이 전술한 동마찰에 중첩하여, 지배적이게 된다. 이 V1~V2의 사이와, 피스톤 속도가 V2 이상인 유압 감쇠력과의 경계의 변화가 커져, 피스톤 속도가 V2 이상인 유압 감쇠력으로 순조롭게 이어질 수 없었다.

즉, 마찰 부재(22a)와 같이 베이스부(92)의 통부(102)와의 사이 전체에 간극을 두고 탄성 고무부(91a)를 설치하면, 피스톤 로드(15)에 압박되면 탄성 고무부(91a)가 간극에 들어감으로써 강성이 약해져, 상기와 같은 회전하는 변형이 생기기 어렵다. 따라서, 피스톤 로드(15)에 대하여 곧바로 미끄러져 버리기 때문에, 감쇠력이 일정해지는 특성이 되어 버린다. 또한, 마찰 부재(22b)와 같이 탄성 고무부(91b)의 최소 내경부(137b)를 저부 고착면(128)과는 반대측으로 어긋나게 하면, 베이스부(92)와는 먼 부분이 피스톤 로드(15)에 큰 압축력으로 슬라이딩 접촉하게 되므로, 강성이 약한 부분의 변형이 크고, 상기와 같은 회전하는 변형이 생기기 어렵다. 따라서, 피스톤 로드(15)에 대하여 곧바로 미끄러져 버리기 때문에, 감쇠력이 일정해지는 특성이 되어 버린다.

또한, 마찰 부재(22d)는, 탄성 고무부(91d)의 강성이 높아져, 도 5에 일점쇄선 d1로 나타낸 바와 같이, 피스톤 속도가 0부터 극저속 V0까지인 영역은, 마찰 영역 중의 동스프링 영역에서, 탄성 고무부(91)가 피스톤 로드에 대하여 미끄러지지 않고, 탄성 고무부(91)의 탄성 변형에 의한 스프링력이 발생한다. 이때, 탄성 고무부(91d)를 누르는 힘을 늘림으로써, 피스톤 속도의 상승에 대한 감쇠력의 상승의 기울기가 커지지만, 외측에 공간이 없기 때문에, 제1 실시형태와 같이 회전하는 변형이 생기기 어렵고, 곧바로 (V1보다 빠르게) 미끄러져 버린다.

그 후, V0~V2의 사이는 마찰 영역 중의 동마찰 영역에서, 탄성 고무부(91)가 피스톤 로드에 대하여 미끄러지고 동마찰 상태가 되어, 감쇠력이 일정해지는 특성이 된다. 또한, 피스톤 속도가 V2 이상이 되면, 유압 감쇠 영역에 들어가, 오리피스, 감쇠 밸브에 의한 감쇠력이 전술한 동마찰에 중첩하여, 지배적이게 된다. 이 V0~V2의 사이와, 피스톤 속도가 V2 이상인 유압 감쇠력의 경계의 변화가 커져, 피스톤 속도가 V2 이상인 유압 감쇠력으로 순조롭게 이어질 수 없었다.

이들에 비해, 제1 실시형태의 마찰 부재(22)는, 도 5에 실선 x1로 나타낸 바와 같이, 피스톤 속도가 0부터 극저속 V2까지인 영역은, 마찰 영역 중의 동스프링 영역에서, 탄성 고무부(91)가 피스톤 로드에 대하여 미끄러지지 않고, 탄성 고무부(91)의 탄성 변형에 의한 스프링력이 발생한다. 이때, 탄성 고무부(91)를 누르는 힘을 늘림으로써, 피스톤 속도의 상승에 대한 감쇠력의 상승의 기울기가 커진다.

그 후, V2 전후에서, 탄성 고무부(91)가 피스톤 로드에 대하여 미끄러지고 동마찰 상태가 되어, 감쇠력이 일정해지는 특성이 된다. 또한, 피스톤 속도가 V2 이상이 되면, 유압 감쇠 영역에 들어가, 오리피스, 감쇠 밸브에 의한 감쇠력이 전술한 동마찰에 중첩하여, 지배적이게 된다. 따라서, 피스톤 속도가 V0부터 V2 이상까지 유압 감쇠력으로 순조롭게 이어질 수 있다. 그 결과, 양호한 감쇠력 특성을 얻을 수 있어, 탑재 차량의 승차감 및 조종 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 최소 내경부(137)를 저부 고착면(128)에 지나치게 가까이 하면, 베이스부(92)에 가까운 곳에서 응력이 높아져 내구성이 저하되어 버린다.

또한, 상기 제1 실시형태에서는 동마찰 영역이 없는 것을 나타냈지만, 본원발명은 동스프링 영역을 넓히는 것이 목적이므로, 제품 사양에 따라서는 동마찰 영역을 마련해도 좋다.

이와 같이, 상기 실험 결과로부터 분명한 바와 같이, 베이스부(92)의 통부(102)와 탄성 고무부 사이 전체에 간극을 형성한 경우는, 누르는 힘이 부족하여 동스프링 영역을 넓히는 것이 어렵다. 또한, 베이스부(92)의 통부(102)와 탄성 고무부 사이 전체를 메운 경우는, 누르는 힘은 늘릴 수 있지만, 회전 방향으로 변형할 수는 없기 때문에, 동스프링 영역을 넓히는 것이 어렵다.

여기서, 도 4b, 즉 제1 실시형태에 대하여 최소 내경부(137b)를 최심부(155)보다 저부 고착면(128)과는 반대측에 위치시킨 경우, 왜 충분히 동스프링 영역을 넓힐 수 없는지를 검증하기 위해 응력의 시뮬레이션을 행했다. 그 결과를 도 6a, 도 6b에 나타낸다.

도 6a, 도 6b는 φ12.5, μ=0.3의 피스톤 로드의 외주부에 마찰 부재를 슬라이딩 접촉시켰을 때에 탄성 고무부(91)에 발생하고 있는 응력 분포를 나타내는 시뮬레이션 결과이다. 색이 하얗게 될수록 응력이 높고, 검은 부분이 낮은 상태를 나타내고 있다. 한편, 본 발명은 이 수치수, 마찰 계수에 한정되지 않는다.

도 6a에 나타내는 것이 제1 실시형태의 시뮬레이션 결과이다. 도 6b에 나타내는 것이, 도 4b에 나타내는 비교예의 시뮬레이션 결과이다.

제1 실시형태의 마찰 부재(22)인 도 6a에 나타내는 탄성 고무부(91)는, 피스톤 로드와 슬라이딩 접촉하는 최소 내경부(137) 부근에서 흰 부분이 집중되어 있어, 응력 집중이 발생한 것이 상정된다. 또한, 최심부(155)에도 응력이 생겨 있고, 최소 내경부(137) 부근으로부터 최심부(155)에 걸쳐서 비스듬히, 주위에 비교해서 응력이 높은 부분이 있다.

이것으로부터, 피스톤 로드가 신장함에 따라서, 최소 내경부(137)가 상측으로 이동하더라도, 최심부(155)의 응력이 높은 부분과 근접해 가고, 또한 응력이 높아지기 때문에, 충분한 누르는 힘이 유지된다. 따라서, 탄성 고무부(91)는 회전 변형하면서 피스톤 로드에 대하여 정지 마찰 상태를 유지할 수 있고, 그 결과 동스프링 영역이 넓어진 것이 추정된다.

이에 비해, 도 6b에 나타내는 탄성 고무부(91b)는, 최소 내경부(137b) 부근의 피스톤 로드와의 접촉부로부터 최심부(155)에 걸쳐서, 도 6b의 좌우 방향으로 응력이 높은 부분이 집중되어 있다. 이것은, 도 6a와 달리, 대략 직경 방향(도 6b 중 좌우 방향)으로 응력이 높은 부분이 연장되어 있으므로, 피스톤 로드가 신장함에 따라서 최소 내경부(137)가 상측으로 이동하면, 최심부(155)의 응력이 높은 부분과 이격되기 때문에, 응력이 저하되고, 충분한 누르는 힘을 얻을 수 없어, 정지 마찰 상태를 유지할 수 없다. 이 때문에, 탄성 고무부(91)는 회전 변형도 작아지고, 그 결과 동스프링 영역이 충분히 넓어지지 않았다고 추정된다.

또한, 피스톤 로드와의 접촉부가 그다지 희지 않고, 응력이 낮기 때문에, 동스프링 영역이 충분히 넓어지지 않았다고 추정된다.

도 7에 나타내는 피스톤 로드의 스트로크와 감쇠력의 관계를 나타내는 리사주 파형을 보면, 마찰 부재(22a, 22b, 22c)를 이용한 경우에는 모두, 도 7에 파선 a2로 나타낸 바와 같이, 감쇠력이 상승할 때 큰 단차가 생긴다. 마찰 부재(22d)를 이용한 경우는, 도 7에 일점쇄선 d2로 나타낸 바와 같이, 약간 작아지지만 단차가 생긴다. 이들에 비해, 제1 실시형태의 마찰 부재(22)를 이용한 경우는, 도 7에 실선 x2로 나타낸 바와 같이, 거의 단차가 없는 매끄러운 리사주 파형을 그리게 된다. 한편, 리사주 파형은 매끄러운 편이 감쇠력이 순조롭게 변화하기 때문에 바람직하다. 감쇠력이 순조롭게 변화하지 않으면 흐트러진 부분이 탑승자에 대하여 위화감을 느끼게 할 수 있다.

도 8은, 정마찰 특성의 시뮬레이션 결과이며, 슬라이딩 변위에 대한 마찰력의 관계를 나타내고 있다. 도 8에 실선 x3로 나타내는 특성의 제1 실시형태의 마찰 부재(22)는, 도 8에 파선 a3으로 나타내는 특성의 마찰 부재(22a, 22b, 22c)에 비교해서, 큰 정지 마찰 특성을 얻을 수 있다. 그런 다음에, 강성이 높아져 상승 초기의 기울기 θx를 마찰 부재(22a, 22b, 22c)의 기울기 θa에 대하여 크게 할 수 있다.

마찰 부재(22)의 강성을 높임으로써, 액압 완충기(11)의 미진폭 작동시의 동스프링 상수가 올라가, 동마찰 특성의 향상이 가능해진다. 도 9는, 동마찰 특성의 실험 결과이며, 주파수에 대한 마찰력의 관계를 나타내고 있다. 도 9에 실선 x4로 나타내는 특성의 제1 실시형태의 마찰 부재(22)는, 도 9에 파선 a4로 나타내는 특성의 마찰 부재(22a, 22b, 22c)에 비교해서, 주파수 0의 위치에 나타낸 바와 같이, 주파수가 높아지면 동마찰 특성에 있어서 마찰력을 높게 할 수 있다. 이에 따라, 액압 완충기(11)의 유압 감쇠력으로는 제진할 수 없는 영역의 미진동을 제진할 수 있다. 따라서, 양호한 감쇠력 특성을 얻을 수 있어, 탑재 차량의 승차감 및 조종 안정성을 향상시킬 수 있다. 승차감은, 탑재 차량이 원활하게 달리기 시작하여, 감쇠력의 급격한 변화에 의해 생기는 코너감 및 노면으로부터 차체로 전달되는 진동ㆍ거친 느낌을 저감할 수 있다.

탄성 고무부(91)는, 절결부(151)의 통부(102)측에, 최심부(155)보다 축방향의 얕은 위치까지 연장되는 연장부(160)를 마련했기 때문에 제조가 용이해진다. 또한, 연장부(160)를 형성하지 않고, 도 10에 나타낸 바와 같이, 절결부(151)의 최심부(155)로부터 통부(102)까지를 주면부(150)와 평행한 저면부(165)로 구성하더라도, 상기와 같이, 도 5~도 9에 나타내는 실선 x1~x4의 특성을 얻을 수 있다. 또한, 도 10을 예를 들어 탄성 고무부(91)의 크기에 관해 설명한다. 도 10에 나타내는 a는 1.0 ㎜, b는 1.9 ㎜, c는 1.4 ㎜, d는 3.1 ㎜이다. 도 10에 나타내는 탄성 고무부(91)의 메인부(121)의 축방향 길이만을 길게 하더라도, 감쇠력의 상승의 기울기나, 감쇠력 특성은 거의 동등하다는 것은 실험 결과로부터 분명했다. 한편, 본 발명은 이 수치수, 마찰 계수에 한정되지 않는다.

탄성 고무부(91)는, 저부 고착면(128)측의 확경부(139)의 내주면(139A)의 연장면과 절결부(151)의 직경 방향 내측의 내측 연장면(154)이, 축방향으로 저부 고착면(128)으로부터 멀어짐에 따라 직경 방향으로 근접하기 때문에, 피스톤 로드(15)로 탄성 고무부(91)가 직경 방향 바깥쪽으로 압축되었을 때에도, 절결부(151)를 양호하게 유지할 수 있어, 상기 양호한 특성을 얻을 수 있다. 즉, 절결부(151)의 직경 방향 내측의 내측 연장면(154)의 각도 α가 작아지면 내주측의 강성이 낮아지게 되고, 커지면 메인부(121)가 회전하기 어려워진다. 상기 회전을 수반한 압축으로 스트로크를 벌기 위해서는, 각도 α를 저부 고착면(128)측의 확경부(139)의 내주면(139A)의 각도 β보다 크게 하는 것이 바람직하다.

본 실시형태의 마찰 부재(22)가 유압 감쇠 영역에 들어가기까지의 스트로크는, ±0.5 ㎜ 정도이지만, 그와 같은 미진폭시의 동스프링 정수를 향상시킴으로써, 조종 안정성이라는 관점에서는, 핸들을 꺾을 때의 원활함이나, 경사로에서 직선로에 진입할 때의 롤의 스무스한 수습, 또한 승차감이라는 관점에서는 정차 상태로부터 달리기 시작했을 때의 원활함, 노면으로부터 전달되는 거친 느낌의 저감, 나아가 로드 노이즈가 차내로 전달되는 것을 저감하는 등의 여러가지 효과를 가져오는 것이 가능해진다. 고급차에 있어서는 특히, 승차감, 조종 안정성, 차내의 정음성이 중요시되고 있고, 미진폭시, 즉 대부분은 고주파 진동시, 또한 미진폭시의 감쇠력 특성 개선이 차에 가져오는 효과는 절대적이다.

상기에 있어서는, 절결부(151)가 전체 둘레에 걸쳐 연속해 있어 원환형으로 형성되는 경우를 예를 들어 설명했지만, 둘레 방향으로 간격을 두고 단속적으로 배치되도록 부분적으로 형성되어 있어도 좋다. 이 경우, 원호형의 절결부(151)를 3곳 이상 등간격으로 형성하는 것이 좋다.

또한, 확경부(138, 139)의 내주면(138A, 139A)은, 테이퍼형이 아니라 만곡면형으로 하는 것도 가능하다. 또한, 마찰 부재(22, 22')를, 상기와는 반대로, 베이스부(92)의 저부(101)를 실린더 내외 방향 외측을 향해서 설치하는 것도 가능하다. 또한, 연통로(161)는, 마찰 부재(22)의 축방향 양측의 차압을 작게 하는 것이면 되고, 체크 밸브를 갖고 있어도 좋다. 마찰 부재(22, 22')의 내주측에 축방향으로 연장되는 연통홈을 형성하고, 연통로(161)를 이 연통홈과 피스톤 로드(15)로 형성해도 좋다.

이상의 실시형태에서는 복통식의 유압 완충기를 액압 완충기로서 나타냈지만, 단통식 유압 완충기, 유압 액티브 서스펜션 등의 액압 완충기에도 적용 가능하다.

이상에 설명한 실시형태는, 작동 액체가 봉입되는 실린더와, 상기 실린더 내에 슬라이딩 가능하게 끼워져, 상기 실린더 내를 2실로 구획하는 피스톤과, 상기 피스톤에 연결되고 상기 실린더의 외부로 연장되는 피스톤 로드와, 상기 피스톤 로드에 슬라이딩 접촉하여 상기 작동 액체가 상기 실린더 밖으로 누설되는 것을 방지하는 시일 부재와, 상기 시일 부재보다 상기 실린더의 내부측에 설치되고, 상기 피스톤 로드에 슬라이딩 접촉하는 환형의 탄성 고무부와 이 탄성 고무부가 고착되는 환형의 베이스부로 이루어진 마찰 부재와, 상기 마찰 부재의 축방향 양측의 차압을 작게 하는 연통로를 구비한 액압 완충기에 있어서, 상기 베이스부는, 구멍이 있는 원판형의 저부와, 이 저부의 외주측으로부터 축방향으로 연장되는 통부로 구성되고, 상기 탄성 고무부에는, 내주측에 최소 내경부와 이 최소 내경부의 축방향 양측의 확경부가 마련되고, 외주측에 상기 통부에 고착되는 통부 고착면이 마련되며, 상기 저부에 고착되는 저부 고착면과 축방향 반대 방향의 해방면의 상기 통부측에 적어도 부분적으로 절결부가 형성되고, 상기 절결부의 최심부는, 상기 최소 내경부의 축방향 위치보다 얕은 것을 특징으로 한다. 따라서, 절결부의 깊이가 얕아지는 만큼, 피스톤 로드에 대한 압축력이 높아져, 극저속의 영역에서 피스톤 속도 상승에 대한 감쇠력 상승의 기울기가 커진다. 또한, 액압 감쇠 영역에 들어가기까지의 동안, 피스톤 로드의 이동으로, 가장 높은 압축력을 발생시키는 최소 내경부를 피스톤 로드에 대하여 밀착시키면서, 탄성 고무부에 최심부를 중심으로 하여 회전하는 변형이 생기게 되고, 따라서, 피스톤 로드에 대하여 미끄러지지 않고, 마찰력을 발생시키는 영역이 넓어진다. 이에 따라, 피스톤 속도의 상승에 대하여 순조롭게 감쇠력이 올라가도록 특성이 변화하여, 유압 감쇠력으로 순조롭게 이어지게 되어, 양호한 감쇠력 특성을 얻을 수 있다.

또한, 상기 탄성 고무부는, 상기 절결부의 상기 통부측에, 상기 최심부보다 축방향의 얕은 위치까지 연장되는 연장부를 가지며, 그 연장부의 외주면이 상기 통부 고착면으로 되어 있는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 제조가 용이해진다.

또한, 상기 탄성 고무부는, 상기 저부 고착면측의 상기 확경부의 면의 연장면과 상기 절결부의 직경 방향 내측의 면이, 축방향으로 상기 저부 고착면으로부터 멀어짐에 따라 근접하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 피스톤 로드로 탄성 고무부가 직경 방향 바깥쪽으로 압축되었을 때에도, 절결부를 양호하게 유지할 수 있어, 상기 양호한 특성을 얻을 수 있다.

산업상 이용가능성

상기 액압 완충기에 의하면, 양호한 감쇠력 특성을 얻을 수 있다.

11 : 액압 완충기 15 : 피스톤 로드
16, 17 : 실 18 : 피스톤
19 : 실린더 21 : 시일 부재
22, 22' : 마찰 부재 91 : 탄성 고무부
92 : 베이스부 101 : 저부
102 : 통부 126 : 통부 고착면
128 : 저부 고착면 135 : 해방면
137, 137' : 최소 내경부 138, 138', 139, 139' : 확경부
139A, 139A' : 내주면(저부 고착면측의 확경부의 면)
151 : 절결부
154 : 내측 연장면(절결부의 직경 방향 내측의 면)
155 : 최심부 160 : 연장부
161 : 연통로

Claims (3)

1. 작동 액체가 봉입되는 실린더와,
   상기 실린더 내에 슬라이딩 가능하게 끼워져, 상기 실린더 내를 2실로 구획하는 피스톤과,
   상기 피스톤에 연결되고 상기 실린더의 외부로 연장되는 피스톤 로드와,
   상기 피스톤 로드에 슬라이딩 접촉하여 상기 작동 액체가 상기 실린더 밖으로 누설되는 것을 방지하는 시일 부재와,
   상기 시일 부재보다 상기 실린더의 내부측에 설치되고, 상기 피스톤 로드에 슬라이딩 접촉하는 환형의 탄성 고무부와 이 탄성 고무부가 고착되는 환형의 베이스부로 이루어진 마찰 부재와,
   상기 마찰 부재의 축방향 양측의 차압을 작게 하는 연통로
   를 구비하고, 상기 베이스부는, 구멍이 있는 원판형의 저부와, 이 저부의 외주측으로부터 축방향으로 연장되는 통부로 구성되며,
   상기 탄성 고무부에는, 내주측에 최소 내경부와 이 최소 내경부의 축방향 양측의 확경부가 마련되고, 외주측에 상기 통부에 고착되는 통부 고착면이 마련되며, 상기 저부에 고착되는 저부 고착면과 축방향 반대 방향의 해방면의 상기 통부측에 적어도 부분적으로 절결부가 형성되고,
   상기 절결부의 최심부는, 상기 최소 내경부의 축방향 위치보다 얕게 구성되어 있는 것인 액압 완충기.
2. 제1항에 있어서, 상기 탄성 고무부는, 상기 절결부의 상기 통부측에, 상기 최심부보다 축방향의 얕은 위치까지 연장되는 연장부를 가지며, 이 연장부의 외주면이 상기 통부 고착면으로 되어 있는 것인 액압 완충기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탄성 고무부는, 상기 저부 고착면측의 상기 확경부의 면의 연장면과 상기 절결부의 직경 방향 내측의 면이, 축방향으로 상기 저부 고착면으로부터 멀어짐에 따라 근접하는 것인 액압 완충기.

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