WO2010074323A1

WO2010074323A1 - 減衰機構

Info

Publication number: WO2010074323A1
Application number: PCT/JP2009/071863
Authority: WO
Inventors: 森田雄二
Original assignee: カヤバ工業株式会社
Priority date: 2008-12-24
Filing date: 2009-12-24
Publication date: 2010-07-01
Also published as: DE112009003822B4; JP2010169256A; JP5427016B2; US8757336B2; DE112009003822T5; US20110247906A1; CN102203454B; CN102203454A

Abstract

減衰機構 (1) は、流体圧緩衝器の第 1 の流体室 (R1) と第 2 の流体室 (R2) の間の流体の移動に対して減衰力を発生させる。減衰機構 (1) は、第 1 の流体室 (R1) と第 2 の流体室 (R2) とを画成する隔壁部材 (2) と、隔壁部材 (2) を貫通し、第 1 の流体室 (R1) と第 2 の流体室 (R2) とを連通する複数の並列に設けたチョーク (4) とを備える。好ましくはチョーク (4) の開口部にバルブボディを単一のリーフのみで構成したリーフバルブ (8, 9) を設ける。チョーク (4) が通過する流体の速度に略比例した減衰力を発生させることで、減衰機構 (1) は簡易かつコンパクトな構成でありながらリニアな減衰力特性を発揮する。

Description

減衰機構

　この発明は、車両用の油圧緩衝器などの流体圧緩衝器に備える減衰機構に関する。

　日本国特許庁が２００６年に発行したＪＰ２００６−１９４３３５Ａは、車両用の油圧緩衝器に備える減衰機構として、ピストンに設けたポートの出口に設ける、複数の積層されたリーフからなるバルブボディを備えた減衰弁を教えている。
　油圧緩衝器のシリンダの内側にはピストンにより第１の油室と第２の油室が画成される。ピストンには複数のポートが設けられ、一部のポートの第１の油室に臨む開口部に第１の減衰弁が設けられ、残りのポートの第２の油室に臨む開口部に第２の減衰弁が設けられる。
　ピストンが第１の油室を縮小する向きに変位すると、第１の油室の作動油が第２の減衰弁を押し開いて第２の油室に流入する。ピストンが第２の油室を縮小する向きに変位すると、第２の油室の作動油が第１の減衰弁を押し開いて第１の油室に流入する。
　第１の減衰弁と第２の減衰弁は通過する作動油に流通抵抗を及ぼすことで減衰力を発生させる。油圧緩衝器の作動速度が低速でも十分な減衰力が得られるように、バルブボディを構成するリーフは複数層に渡って軸方向に積層される。

　バルブボディを軸方向に積層された複数のリーフで構成することは、バルブの軸方向の寸法を増大させるとともに、減衰機構の構成を複雑にする。
　しかしながら、リーフの積層数を減らすと油圧緩衝器の低速作動域の減衰力が不足し、車両の乗り心地が悪化する要因となる。
　この発明の目的は、したがって、好ましい減衰特性が得られる減衰機構を、簡易な構成のもとで実現することである。
　以上の目的を達成するために、この発明は、流体圧緩衝器の第１の流体室と第２の流体室の間の流体の移動に対して減衰力を発生させる減衰機構において、第１の流体室と第２の流体室とを画成する隔壁部材と、隔壁部材を貫通し、第１の流体室と第２の流体室とを連通する複数の並列に設けたチョーク、チョークは通過する流体の速度に略比例した減衰力を発生させる、とを備えている。
　この発明の詳細並びに他の特徴や利点は、明細書の以下の記載の中で説明されるとともに、添付された図面に示される。

　ＦＩＧ．１はこの発明による減衰バルブの縦断面図である。
　ＦＩＧ．２はこの発明によるピストンの平面図である。
　ＦＩＧ．３はこの発明による第１のリーフバルブの平面図である。
　ＦＩＧ．４は減衰バルブの減衰特性を示すダイアグラムである。
　ＦＩＧ．５はこの発明の第２の実施例による減衰バルブの減衰特性を示すダイアグラムである。
　ＦＩＧ．６はこの発明の第２の実施例による第１及び第２のリーフバルブとチョークとの位置関係を説明するピストンの平面図である。

　図面のＦＩＧ．１を参照すると、油圧緩衝器のシリンダ５の内側にピストン２が摺動自由に収装される。ピストン２には軸方向からシリンダ５に侵入するピストンロッド６が固定される。シリンダ５内のスペースには、ピストン２により、ピストンロッド６側の第１の油室Ｒ１と反対側の第２の油室Ｒ２とが画成される。
　油圧緩衝器は例えば、車両の車輪の衝撃や振動が車体に伝わらないようにする目的で、車体と車輪との間に介装される。すなわち、例えばピストンロッド６が車体に、シリンダ５が車輪に係止される。車輪の衝撃や振動に伴い、ピストンロッド６がシリンダ５に対して伸縮すると、ピストンロッド６に固定されたピストン２がシリンダ５内で変位する。ピストン２には第１の油室Ｒ１と第２の油室Ｒ２の間で作動油を流通させる減衰機構１が設けられる。減衰機構１はシリンダ５内でピストン２が変位するのに伴い、第１の油室Ｒ１と第２の油室Ｒ２の間で作動油を流通させるとともに、流通抵抗により減衰力を発生させる。
　この発明による減衰機構１は、ピストン２を貫通して第１の油室Ｒ１と第２の油室Ｒ２を連通する多数のチョーク４を備える。
　ピストン２はディスク状の部材であり、ピストンロッド６の先端に固定され、外周をシリンダ５の内周に摺接する。ピストン２の外周にはピストンリングを装着するための溝７が全周に渡って形成される。
　ピストンロッド６には、ピストン２の中心を貫通する小径部６ａがステップ６ｂを介して形成される。小径部６ａの先端には雄ねじが形成され、ナット１０を雄ねじに締め付けることで、ピストン２はピストンロッド６の先端に固定される。
　チョーク４は長さが直径よりも大きな円筒形に形成され、円筒の壁面が通過する作動油に対して、作動油の粘性に基づく摩擦抵抗を及ぼす。断面は必ずしも円形に限らず、楕円形などても良い。また、すべてのチョーク４が同一断面である必要もない。
　チョーク４の径は、緩衝器が低速で作動する場合においても、作動油の流れに摩擦抵抗を及ぼすことができる程度に小さいことが望ましい。この実施例ではチョーク４の径を１ミリメートル（ｍｍ）以下に設定する。
　ＦＩＧ．２を参照すると、チョーク４はピストン２の中心まわりのそれぞれ直径の異なる７個の同心円上に所定の角度間隔で配置される。ピストン２には、最も内側の円から最も外側の円に向かって７個の同心円上に、１８個、３６個、３６個、２０個、３６個、３６個、１８個のチョーク４がそれぞれ所定の角度間隔で形成される。ピストン２に形成されるこれらのチョーク４の合計数は２００個である。
　チョーク４の配置に当たっては、隣接する円上の２つのチョーク４がピストン２の中心から延びるラジアル線上に並ばないようにする。これにより、ピストン２の限られた面積に数多くのチョーク４を密に配置できる。
　ピストン２の第１の油室Ｒ１に臨む面には環状の凹部２ｂが形成される。チョーク４のうち、内側から２番目までの円上に配置されるチョーク４は凹部２ｂの内側に開口する。内側から３−７番目の円上に配置されるチョーク４は凹部２ｂの外側に開口する。
　ピストン２の第１の油室Ｒ１に臨む面には第１のリーフバルブ８が積層される。ピストン２の第２の油室Ｒ２に臨む面には第２のリーフバルブ９が積層される。
　ＦＩＧ．３を参照すると、第１のリーフバルブ８は１枚の円形の板材からなり、中心にピストンロッド６の小径部６ａを貫通させる穴を有し、その外側の凹部２ｂに対応する位置に等しい角度間隔で円上に並ぶ８個の孔部８ａを有する。孔部８ａの径はチョーク４の径より十分に大きい。
　第１のリーフバルブ８は最も外側のチョーク４が配置される円の径より大きい径に形成される。第１のリーフバルブ８はピストン２に接した状態で、内側から３−７番目の円上に配置されるチョーク４の開口部を閉鎖し、内側から２番目までの円上に配置されるチョーク４の開口部を閉鎖しない。
　第２のリーフバルブ９も第１のリーフバルブ８と同様の１枚の円形の板材からなり、中心にピストンロッド６の小径部６ａを貫通させる穴を有する。第２のリーフバルブ９の径は第１のリーフバルブ８の径より小さい。第２のリーフバルブ９はピストン２に接した状態で内側から２番目までの円上に配置されるチョーク４の開口部を閉鎖し、かつ内側から３−７番目の円上に配置されるチョーク４の開口部を閉鎖しない。
　以下の説明では、第１のリーフバルブ８に閉鎖されるチョーク４を第１群３ｂのチョーク４と称し、第２のリーフバルブ９に閉鎖されるチョーク４を第２群３ａのチョーク４と称する。
　再びＦＩＧ．１を参照すると、ピストン２とピストンロッド６のステップ６ｂの間にはディスク状のスペーサ１３とワッシャ１１と第１のリーフバルブ８とが挟持される。第１のリーフバルブ８には第１群３ｂのチョーク４を通って導かれる第２の油室Ｒ２の圧力が作用する。第２の油室Ｒ２の圧力が低い場合には、第１のリーフバルブ８は外周を含む全体をピストン２に当接し、第１群３ｂのチョーク４の開口部を閉ざしている。第２の油室Ｒ２の圧力が上昇すると、第１のリーフバルブ８はワッシャ１１の外周に相当する位置を支点に、外周を第１の油室Ｒ１に向けて反らせる形で変形することで、第１群３ｂのチョーク４の開口部からリフトし、第１群３ｂのチョーク４を介して第２の油室Ｒ２の作動油を第１の油室Ｒ１に流入させる。
　ピストン２とナット１０の間には第２のリーフバルブ９とワッシャ１２が挟持される。第２のリーフバルブ９には第２群３ａのチョーク４を通って導かれる第１の油室Ｒ１の圧力が作用する。第１の油室Ｒ１の圧力が低い場合には、第２のリーフバルブ９は外周を含む全体をピストン２に当接し、第２群３ａのチョーク４の開口部を閉ざしている。第１の油室Ｒ１の圧力が上昇すると、第２のリーフバルブ９はワッシャ１２の外周に相当する位置を支点に外周を第２の油室Ｒ２に向けて反らせることで、第２群３ａのチョーク４の開口部からリフトし、第１のリーフバルブ８の孔部８ａと第２群３ａのチョーク４とを介して第１の油室Ｒ１の作動油を第２の油室Ｒ２に流入させる。
　減衰機構１を組み立てる際は、ピストンロッド６の小径部６ａの外周にスペーサ１３、ワッシャ１１、第１のリーフバルブ８、ピストン２、第２のリーフバルブ９、ワッシャ１２をこの順番で装着し、小径部６ａの先端にナット１０を締め付ける。リーフバルブ８と９はそれぞれ１枚の板材で構成されているので場所を取らず、減衰機構１の軸方向の寸法は、複数のリーフを積層したリーフバルブを用いる場合と比べて小さく抑えられる。
　以上の構成により、第１群３ｂのチョーク４は、第２の油室Ｒ２から第１の油室Ｒ１への作動油の流入にのみ使用される。この方向の作動油の流れは緩油圧緩衝器の収縮動作に伴って形成される。
　第２群３ａのチョーク４は、第１の油室Ｒ１から第２の油室Ｒ２への作動油の流入にのみ使用される。この方向の作動油の流れは油圧緩衝器の伸長動作に伴って形成される。
　油圧緩衝器の伸長動作においては、ピストン２が図の上方へ変位し、縮小する第１の油室Ｒ１から拡大する第２の油室Ｒ２へと第２群３ａのチョーク４を介して作動油が移動する。作動油のこの流れに対して、チョーク４が作動油の粘性に基づく摩擦抵抗を及ぼすとともに、第２のリーフバルブ９の閉弁力に基づく抵抗が作動油の流れに抵抗を及ぼす。ただし、この減衰機構１においては、１枚の板材で構成された第２のリーフバルブ９の開弁抵抗は小さく、減衰力は主としてチョーク４の摩擦抵抗に依存する。
　ここで、チョークとオリフィスとを比較すると、流路の一時的な断面縮小により減衰力を発生させるオリフィスは作動油の粘性に関わりなく、流量、すなわちピストン２のストローク速度の増加に対して２次曲線状に上下流の圧力差、すなわち減衰力を増大させる。
　これに対して、作動油の粘性に基づく摩擦抵抗により減衰力を発生させるチョーク４は、流量、すなわちピストン２のストローク速度の増加に対して、一定速度以下の範囲では直線状に減衰力を増大させる。
　ＦＩＧ．４を参照すると、チョーク４のこの特性により、減衰機構１の発生減衰力は油圧緩衝器の伸長動作と収縮動作のいずれにおいても、ピストン２のストローク速度に対してほぼリニアに減衰力を増大させる。車両用油圧緩衝器において、このような減衰力特性は、小さな振動を吸収する機能と、大きな衝撃を緩和する機能とを両立させるうえで好ましい。
　図において、伸長時の発生減衰力が収縮時の発生減衰力よりピストン２のストローク速度に対する増加率が大きいのは次の理由による。
　この減衰機構１においては、第１群３ｂのチョーク４の数は１４６個、第２群３ａのチョーク４の数は５４個に設定されている。この数量の違いにより、油圧緩衝器の伸長時に作動油を流通させる第１群３ｂのチョーク４全体の発生減衰力は、油圧緩衝器の収縮時に作動油を流通させる第２群３ａのチョーク４全体の発生減衰力より大きくなる。このように第１群３ｂのチョーク４の数と第２群３ａのチョーク４の数を変更することで、油圧緩衝器の伸長時の減衰力特性と収縮時の減衰力特性とを任意に相違させることができる。
　第１群３ｂのチョーク４の数と第２群３ａのチョーク４の数は、上記に限らず所望する減衰特性に応じて決定することができる。ただし、チョーク４の数が極端に少ないと、ピストン速度の上昇に対してチョーク４がもたらす流路断面積、すなわちチョーク４の合計断面積が不足する結果、チョーク４はオリフィスと同様の流量特性を示す。普通自動車に使用される一般的な緩衝器では、チョーク４の径を１ｍｍに設定する場合には、第１群３ｂのチョーク４の数も第２群３ａのチョーク４の数も、それぞれ５０個以上とすることが好ましい。
　なお、この油圧緩衝器においては、シリンダ５を出入りするピストンロッド６の体積分の作動油を補償するために、第２の油室Ｒ２はリザーバに接続されている。そのため、油圧緩衝器の伸長方向のピストン２のストロークに対して、第２群３ａのチョーク４を介して流通する作動油の流量と、油圧緩衝器の収縮方向のピストン２のストロークに対して、第１群３ｂのチョーク４を介して流通する作動油の流量は等しい。
　第１のリーフバルブ８と第２のリーフバルブ９の材質や厚さを変えて開弁圧を高めることにより、減衰機構１の減衰力特性を図の破線に示すように、ピストン２のすべてのストローク速度に関して増大側にオフセットさせることが可能である。さらに、第１のリーフバルブ８と第２のリーフバルブ９の開弁圧を異なる値に設定することで、伸長時と収縮時の減衰力特性を互いに独立して調整することができる。
　以上のように、この発明による減衰機構１は主としてチョーク４で減衰力を発生させるため、ピストン２の広いストローク速度範囲において好ましい減衰力が得られるとともに、リーフバルブ８と９の構造を簡略化することが可能となる。その結果、減衰機構１の小型化と低コスト化が可能となる。
　ＦＩＧｓ．５と６を参照して、この発明の第２の実施例を説明する。
　第１の実施例においては、すべてのチョーク４が一方通行に設定されていたが、この実施例では、一部のチョーク４が両方向の作動油の流通を許容するように構成される。
　ＦＩＧ．６を参照すると、第２のリーフバルブ９は図の破線に示すように第１の実施例と比べて小さな径に形成され、内側から１番目の円上に配置された１８個のチョーク４の開口部のみを覆う。これらのチョーク４が第２群３ａのチョーク４を構成する。
　第１のリーフバルブ８は第１の実施例と同様に内側から３−７番目の円上に配置された１４６個のチョーク４の開口部を覆う。これらのチョーク４が第１の実施例と同様に第１群３ｂのチョーク４を構成する。
　内側から２番目の円上に配置された３６個のチョーク４の開口部はしたがって、第１のリーフバルブ８にも第２のリーフバルブ９にも影響されず、第１の油室Ｒ１から第２の油室Ｒ２への作動油の流通も、第２の油室Ｒ２から第１の油室Ｒ１への作動油の流通も全て許容する。これらのチョーク４を第３群３ｃのチョーク４と称する。
　この場合には、油滑緩衝器の伸長時についても収縮時についても、ピストン２のストローク速度が所定速度に達するまでは、作動油は第３群３ｃのチョーク４のみを介して流通し、第３群３ｃのチョーク４に依存した減衰力を発生させる。ピストン２のストローク速度が所定速度を越えると、上下流の圧力差が第１のリーフバルブ８または第２のリーフバルブ９の開弁圧を上回り、第１のリーフバルブ８または第２のリーフバルブ９が開く。
　ＦＩＧ．５を参照すると、この実施例による減衰機構１の発生減衰力は、第１のリーフバルブ８または第２のリーフバルブ９が開くまでは大きな増加率で増大し、第１のリーフバルブ８または第２のリーフバルブ９が開いた後は緩やかに増加する。したがって、この実施例によれば第１の実施例よりも減衰力特性の設定の自由度を拡大させることがてきる。
　この実施例では、第３群３ｃのチョーク４をリーフバルブ８と９のいずれにも閉鎖されないように構成しているが、例えば、第２のリーフバルブ９の外周部が内側から２番目の円上のチョーク４の一部を覆うように、第２のリーフバルブ９の径を設定しても、同様の作用を得ることができる。
　この実施例において、チョーク４の数は次のように設定することが好ましい。
　すなわち、普通自動車に使用される一般的な緩衝器において、チョーク４の径を１ｍｍに設定する場合には、第１群３ｂのチョーク４の個数と第３群３ｃのチョーク４の合計の個数を５０個以上とし、第２群３ａのチョーク４の個数と第３群３ｃのチョーク４の合計の個数を５０個以上とすることが好ましい。
　以上の説明に関して２００８年１２月２４日を出願日とする日本国における特願２００８−３２６９５９号の内容をここに引用により合体する。
　以上、この発明をいくつかの特定の実施例を通じて説明してきたが、この発明は上記の各実施例に限定されるものではない。当業者にとっては、クレームの技術範囲でこれらの実施例にさまざまな修正あるいは変更を加えることが可能である。
　例えば、以上説明した各実施例においては、減衰機構１をピストン２に設けているが、この発明による減衰機構１は第２の油室と、シリンダ５の外側のリザーバとを連通する、シリンダ５の底部に設けたベースバルブにも適用可能である。この場合にはシリンダ底部に固定され、第２の油室とリザーバとを遮断するディスク状のベース部材を貫通してチョーク４を設ける。
　この発明による減衰機構１の適用範囲を考慮して、この出願においてはピストン２とベース部材とを隔壁部材と総称する。
　以上説明した実施例においては、リーフバルブ８と９はいずれも円形に形成されているが、リーフバルブ８と９は円形に限らず、様々な形状とすることが可能である。
　以上説明した実施例は、両方向型の減衰機構１にこの発明を適用しているが、この発明は一方向型の減衰機構にも適用可能である。その場合には、チョークとチョークの一方の開口部を覆うリーフバルブとを設け、リーフバルブが許容する作動油の流れと逆向きの流れのみを抵抗なく許容するチェック弁をチョークと並列に設ければよい。
　この場合には、減衰機構は油圧緩衝器の一方向への動作に対してのみ減衰力を発生させる。

　以上のように、この発明による減衰機構は車両用油圧緩衝器への適用において特に好ましい効果をもたらすが、車両用油圧緩衝器以外の、あらゆるダンパに適用可能である。
　この発明の実施例が包含する排他的性質あるいは特長は以下のようにクレームされる。

Claims

　流体圧緩衝器の第１の流体室（Ｒ１）と第２の流体室（Ｒ２）の間の流体の移動に対して減衰力を発生させる減衰機構（１）において、
　第１の流体室（Ｒ１）と第２の流体室（Ｒ２）とを画成する隔壁部材（２）と；
　隔壁部材（２）を貫通し、第１の流体室（Ｒ１）と第２の流体室（Ｒ２）とを連通する複数の並列に設けたチョーク（４）、チョーク（４）は通過する流体の速度に略比例した減衰力を発生させる；
　とを備える。
　クレーム１の減衰機構（１）において、少なくとも一部のチョーク（４）の出口を閉鎖する、バルブボディを単一のリーフのみで構成したリーフバルブ（８，９）をさらに備える。
　クレーム２の減衰機構（１）において、複数のチョーク（４）は第１群（３ｂ）のチョーク（４）と第２群（３ａ）のチョーク（４）とを備え、リーフバルブ（８，９）は第１群（３ｂ）のチョーク（４）の隔壁部材（２）の一端に開口する開口部を閉鎖する第１のリーフバルブ（８）と、第２群（３ａ）のチョーク（４）の隔壁部材（２）の反対側の一端に開口する開口部を閉鎖する第２のリーフバルブ（９）とを備える。
　クレーム３の減衰機構（１）において、隔壁部材（２）と、第１のリーフバルブ（８）と、第２のリーフバルブ（９）のそれぞれの中心を貫通するロッド（６ａ）、ロッド（６ａ）はステップ（６ｂ）を有する、と、ロッド（６ａ）の先端に螺合するナット（１０）とをさらに備え、第１のリーフバルブ（８）と第２のリーフバルブ（９）はナット（１０）と隔壁部材（２）の間、または隔壁部材（２）とステップ（６ｂ）との間に挟持される。
　クレーム４の減衰機構（１）において、隔壁部材（２）はシリンダ（５）に摺動自由に収装されたピストン（２）で構成され、ロッド（６ａ）はピストン（２）に固定され、シリンダ（５）から軸方向に突出するピストンロッド（６）の一部をなす。
　クレーム３から５のいずれかの減衰機構（１）において、第１群（３ｂ）のチョーク（４）は隔壁部材（２）の中心から一定距離以上の領域に配置され、第２群（３ａ）のチョーク（４）は第１群（３ｂ）のチョーク（４）より隔壁部材（２）の中心に近い領域に配置され、第１のリーフバルブ（８）は第１群（３ｂ）のチョーク（４）の第１の流体室（Ｒ１）に臨む開口部を閉鎖するバルブであり、第２のリーフバルブ（９）は第２の流体室（Ｒ２）に臨む第２群（３ａ）のチョーク（４）の開口部を閉鎖するバルブであり、第１のリーフバルブ（８）は第２群（３ａ）のチョークと第１の油室（Ｒ１）とを連通する孔部（８ａ）を備える。
　クレーム６の減衰機構（１）において、チョーク（４）は直径が１ｍｍ以下の円形の横断面を有し、第１群（３ｂ）のチョーク（４）の数は５０個以上に設定され、第２群（３ａ）のチョーク（４）の数は５０個以上に設定される。
　クレーム６の減衰機構（１）において、第１群（３ｂ）のチョーク（４）が配置される領域と第２群（３ｃ）のチョーク（４）が配置される領域の間に配置され、いずれのリーフバルブ（８，９）にも開口部を閉鎖されない第３群（３ｃ）のチョーク（４）をさらに備える。
　クレーム８の減衰機構（１）において、チョーク（４）は直径が１ｍｍ以下の円形の横断面を有し、第１群（３ｂ）と第３群（３ｃ）のチョーク（４）の合計数は５０個以上に設定され、第２群（３ａ）と第３群（３ｃ）のチョーク（４）の合計数は５０個以上に設定される。