JP2007271065A - 油圧緩衝器 - Google Patents

Abstract

【課題】 構造が単純で、かつ、ピストン速度域によって減衰力変化率が異なる減衰力特性を有する油圧緩衝器を提供すること。
【解決手段】 非線形のひずみ−応力特性を有する第１の非線形弾性体（２２、２６）により減衰力バルブ（２０、２４）を付勢する。減衰力バルブ（２０、２４）を摺動可能に案内する減衰力バルブガイド（２１、２５）を設け、シリンダ上室および下室（５、６）の間の圧力差に対して減衰力バルブ（２０、２４）が摺動および弾性変形するように構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、振動を油液の流体抵抗によって緩和する油圧緩衝器、例えば自動車などの車両にサスペンションとして装着される油圧緩衝器に関し、特に、油液の流体抵抗により減衰力を発生する減衰力発生機構を有する油圧緩衝器に関する。

自動車のサスペンションの構成要素として用いられている油圧緩衝器には、一例として特開平８−１７７９３２号公報に開示されているものがある。

この油圧緩衝器は、シリンダと、このシリンダ内をシリンダ上室とシリンダ下室とに分けるピストンと、このピストンに設けられたポートと、このポートの開放側の端部に設けられ、弾性変形することによりポートを開放するリーフバルブとを有する油圧緩衝器であって、このリーフバルブは、ピストン側におけるポートの開放側の端部に配置された第１のリーフバルブと、この第１のリーフバルブに対して下流側にかつピストンの軸方向に所定の間隔をあけて配置され、かつ、スプリングにより予荷重を付与されて第１のリーフバルブ側へ弾性変形した状態で設けられた第２のリーフバルブとを含んで構成されている。このような構成とすることで、第１のリーフバルブ、第２のリーフバルブおよびスプリングの付勢力や変形量などをそれぞれ調整できるため、減衰力特性をピストン速度の極低速域、低速域、中・高速域の３段階で自由に調整可能であり、チューニングの自由度が高まる。

この油圧緩衝器の減衰力特性を図８に点線で示す。

一般に、リーフバルブで構成される減衰力バルブでは、ピストン速度に応じた圧力差の増加によりバルブの開度が増大する。圧力差に対する開度は、リーフバルブの持つひずみ−応力特性（弾性率）に依存する。通常、リーフバルブは略環状の金属板であり、そのひずみ−応力特性は線形である（１次に比例する）。リーフバルブで構成される減衰力バルブが示す減衰力特性は一般的にバルブ特性と呼ばれ、減衰力がピストン速度におおむね１次で比例する。

図８の点線で示されるように、この従来の油圧緩衝器の減衰力特性は、３つの線形の減衰力特性（バルブ特性）を組み合わせたものとなっている。なお、一般に、ピストン速度に対する減衰力の変化率（＝減衰力の微小変化量／ピストン速度の微小変化量。以下、減衰力変化率と呼ぶ）は、ピストン速度に係らず常に正であり、ピストン速度が大きくなるほど減衰力は増大する。

ところで、このような構成とした場合、極低速、低速、中・高速の３つの速度域において所望の減衰力特性を発揮させるために、減衰力発生部材を３つ必要としている（ここで減衰力発生部材とは、油液の流れを制限することで減衰力を発生させる部材を指し、この油圧緩衝器においては、第１および第２リーフバルブならびにスプリングである）。これは、各減衰力発生部材の有するひずみ−応力特性が線形であるためである。上述のとおり、図８の点線で示されるような非線形の減衰力特性は、３つの線形の減衰力特性を組み合わせて形成している。したがって、ピストン速度域によって減衰力変化率が異なる減衰力特性を有する油圧緩衝器を提供しようとする場合、構造が複雑になってコストが増大するという問題がある。

特開平８−１７７９３２号公報

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、構造が単純で、かつ、ピストン速度域によって減衰力変化率が異なる減衰力特性を有する油圧緩衝器を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、油液が封入されたシリンダと、前記シリンダ内に摺動可能に挿入されると共に前記シリンダ内をシリンダ上室とシリンダ下室とに画成するピストンと、前記ピストンに固定される第１の端部と前記シリンダの外部に延出する第２の端部とを有すると共に前記シリンダの軸方向と平行に前記シリンダに設けられたピストンロッドと、前記ピストンの摺動に伴って前記シリンダ内に進入、退出する前記ピストンロッドの体積を補償するガスが封入されたリザーバ室と、前記シリンダ上室、前記シリンダ下室および前記リザーバ室のうち少なくとも２つの室を連通する油路と、前記油路に設けられると共に前記油路を流通する前記油液の流れを制限する減衰力バルブと、前記ピストンの摺動に伴って発生する前記少なくとも２つの室の間に生じる圧力差に抗して前記油路を閉じる方向に前記減衰力バルブを付勢する弾性体とからなる油圧緩衝器において、前記弾性体が非線形のひずみ−応力特性を有する第１の非線形弾性体により構成され、前記減衰力バルブの軸方向に摺動可能に前記減衰力バルブを案内する減衰力バルブガイドが設けられ、前記減衰力バルブに前記減衰力バルブガイドと摺動する摺動部を設けることにより前記圧力差に対して前記減衰力バルブが摺動および弾性変形するように構成されたことを特徴とする油圧緩衝器である。

請求項２に記載の発明は、請求項１の油圧緩衝器において、前記第１の非線形弾性体が環状部材であり、前記減衰力バルブの摺動部と前記減衰力バルブガイドとの隙間をシールするように設けられたけられたことを特徴とする油圧緩衝器である。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２のいずれかの油圧緩衝器において、第２の非線形弾性体が前記減衰力バルブに対して前記第１の非線形弾性体と反対側に設けられたことを特徴とする油圧緩衝器である。

請求項１に記載の発明によれば、第１の非線形弾性体が非線形のひずみ−応力特性を有するため、減衰力バルブの開度に応じて第１の非線形弾性体が発生する力が非線形となるので、ピストン速度域によって減衰力変化率が異なる減衰力特性を有する油圧緩衝器を提供することができる。例えば、ピストン速度が低速域にあるときの減衰力変化率を大きくすると共に中・高速域にあるときの減衰力変化率を小さくすることができる。また、このような減衰力特性を発揮させるためにそれぞれの速度域に対応する弾性体（ひずみ−応力特性が線形のもの）を設ける必要が無いので、構造を単純にすることができる。

また、減衰力バルブの軸方向に摺動可能にこの減衰力バルブを支持する減衰力バルブガイドを設け、また、前記減衰力バルブに前記減衰力バルブガイドと摺動する摺動部を設けることにより前記圧力差に対して前記減衰力バルブが摺動および弾性変形するように構成されているため、減衰バルブの摺動により発揮される減衰力特性、すなわち第１の非線形弾性体により発揮される減衰力特性と減衰力バルブの弾性変形により発揮される減衰力特性とを別々に調整することができるので、ピストン速度域によって減衰力変化率が異なる減衰力特性を有する油圧緩衝器を提供することができる。例えばピストン速度が超低速域にあるときの減衰力変化率を小さく、低速域にあるときの減衰力変化率を大きくすると共に中・高速域にあるときの減衰力変化率を小さくすることができる。

請求項２に記載の発明によれば、第１の非線形弾性体が環状部材であり、前記減衰力バルブの摺動部と前記減衰力バルブガイドとの隙間をシールするように設けられているため、ピストンの摺動の際にこの隙間を通って油液がシリンダ上室からシリンダ下室（またはその逆）に流れることを防止できるので、例えば油液がこの隙間を通ることにより発生する減衰力を考慮する必要がなくなるために減衰力特性を高精度で設定することができる。

請求項３に記載の発明によれば、第２の非線形弾性体が前記減衰力バルブに対して前記第１の非線形弾性体の反対側に設けられているため、前記減衰力バルブが閉弁する場合に徐々に着座するように支持するので、例えばピストン速度の急激な変化や、着座によるバルブ振動および騒音の発生を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態の油圧緩衝器におけるピストン部の断面図であり、図７は、この油圧緩衝器の端部の断面図である。油圧緩衝器１は自動車のサスペンション装置に装着される単筒式（モノチューブ）油圧緩衝器で、油液が封入されたシリンダ２内にはフリーピストン３およびピストン４が摺動可能に挿入されている。このフリーピストン３およびピストン４によってシリンダ２内がシリンダ上室５、シリンダ下室６およびリザーバ室７（ガス室とも言う）の３室に画成されている。ピストン４には、ピストンロッド８の一端部がナット９を介して連結されており、ピストンロッド８の他端側は、シリンダ２の上端部に装着されたロッドガイド（図示しない）およびオイルシール（図示しない）に挿通されて外部へ延出されている。シリンダ上室５およびシリンダ下室６には油液が封入され、リザーバ室７にはピストンロッド８の侵入・退出を補償するためのガスが封入されている。

ピストン４には、シリンダ上室５とシリンダ下室６の間を連通させる伸び側油路１２に、シリンダ上室５からシリンダ下室６への流通のみを許容し、伸び側減衰力を発生させる伸び側減衰力バルブ２０が設けられている。伸び側減衰力バルブ２０は、ピストンロッド８に嵌装された減衰力バルブガイド２１に摺動部３６を介して摺動可能に挿通されており、第１の非線形弾性体２２、ケース２３およびナット９を介してピストンロッド８に固定されている。第１の非線形弾性体２２は、非線形のひずみ−応力特性を有する非線形弾性体であり、伸び側減衰力バルブ２０を閉じる方向、すなわち図１では上方にこれを付勢している。

同様に、シリンダ上室５およびシリンダ下室６の間を連通させる縮み側油路１３には、シリンダ下室６からシリンダ上室５への流通のみを許容し、縮み側減衰力を発生させる縮み側減衰力バルブ２４が設けられている。縮み側減衰力バルブ２４は、ピストンロッド８に嵌装された減衰力バルブガイド２５に摺動部３８を介して摺動可能に挿通されており、第１の非線形弾性体２６、ケース２７を介してピストンロッド８に固定されている。第１の非線形弾性体２６は、非線形のひずみ−応力特性を有する非線形弾性体であり、縮み側減衰力バルブ２４を閉じる方向、すなわち図１では下方にこれを付勢している。

第１の非線形弾性体２２、２６は、環状のゴムであり、摺動部３６、３８と減衰力バルブガイド２１、２５との間の隙間をシールするように設けられている。第１の非線形弾性体２２、２６に用いられるゴムのひずみ−応力特性は非線形であり、低ひずみ領域における微小ひずみに対する応力増加分が、高ひずみ領域における微小ひずみに対する応力増加分よりも小さい。

図２から４に基づいて第１実施形態による油圧緩衝器の作用について説明する。なお、図２から４および図６は油圧緩衝器の作用を示す図であり、一転鎖線で分けられた各図の右半分と左半分は、それぞれ縮み行程と伸び行程を示し、図中の矢印は油液の流れを示している。

ピストンロッド８の伸び行程時には、シリンダ２内のピストン４の摺動に伴い、シリンダ上室５の油液がピストン４の伸び側油路１２を通ってシリンダ下室６へ流れ、伸び側減衰力バルブ２０によって減衰力が発生する。

シリンダ上室５からシリンダ下室６へ流れる油液の量が少ない場合には、図２に示すようにケース２３内に装着された第１の非線形弾性体２２の変形によって伸び側減衰力バルブ２０が開弁し、この時の円周通路２０Ａを油液が通過する際の抵抗によって伸び側減衰力が発生する。

ピストン４の摺動が速くなり、シリンダ上室５からシリンダ下室６へ流れる油液の量が増加すると、図３に示すように、ケース２３内に装着された第１の非線形弾性体２２がさらに変形することによって伸び側減衰力バルブ２０がさらに開弁し、この時の円周通路２０Ｂを油液が通過する際の抵抗によって伸び側減衰力が発生する。

ピストン４の摺動がさらに速くなり、シリンダ上室５からシリンダ下室６へ流れる油液の量がさらに増加すると、図４に示すようにケース２３内に装着された第１の非線形弾性体２２はこれ以上変形することができず伸び側減衰力バルブ２０がたわんで開弁方向に変形する。この時、円周通路２０Ｃを油液が通過する際の抵抗によって伸び側減衰力が発生する。なお、本実施形態では伸び側減衰力バルブ２０の最大摺動位置は、第１の非線形弾性体２２の最大変形量（その材質により定まる）により決定される構成となっているが、ケース２３の外周部に伸び側減衰力バルブ２０の摺動を規制する部材を設けることで、上記の最大摺動位置を変えることができる。このような構成とすると伸び側減衰力バルブ２０がたわみ始めるピストン速度を変えることができる。

ピストンロッド８の縮み行程時には、シリンダ２内のピストン４の摺動に伴い、シリンダ下室６の油液がピストン４に縮み側油路１３を通ってシリンダ上室５へ流れ、縮み側減衰力バルブ２４によって減衰力が発生する。縮み減衰力バルブ２４の作用は伸び側減衰力バルブ２０と同様であるため、詳細な説明は省略する。

このような構造の伸び減衰力バルブ２０で発生する減衰力特性は、伸び減衰力バルブ２０が第１の非線形弾性体２２の初期の変形特性（低ひずみ領域における微小ひずみに対する応力増加特性）によって開弁する第１減衰力特性域と、伸び減衰力バルブ２０が第１の非線形弾性体２２の次期の変形特性（高ひずみ領域における微小ひずみに対する応力増加特性）によって開弁する第２減衰力特性域と、第１の非線形弾性体２２がこれ以上変形することができず、伸び減衰力バルブ２０がたわんで開弁方向に変形する第３減衰力特性域とがこの順番に組み合わされた減衰力特性となる。

第１の非線形弾性体２２は、上記のように低ひずみ領域における微小ひずみに対する応力増加分が高ひずみ領域における微小ひずみに対する応力増加分よりも小さいという非線形のひずみ−応力特性を有している。そして、伸び側減衰力バルブ２０のひずみ−応力特性における微小ひずみに対する応力増加分は、第１の非線形弾性体２２の高ひずみ領域におけるそれよりも小さい。このように構成されているので、ピストン速度が極低速域（第１減衰力特性域）にある場合の減衰力変化率を低く、低速域（第２減衰力特性域）にある場合の減衰力変化率を高く、中・高速域（第３減衰力特性域）にある場合の減衰力変化率を低くすることができる。

縮み側減衰力バルブ２４で発生する減衰力特性は、伸び減衰力バルブ２０で発生する減衰力特性と同様であるので説明は省略する。

本実施形態の減衰力特性を図８に実践で示す。従来の油圧緩衝器の減衰力特性と比較すると、極低速域の減衰力変化率が小さく、低速域の減衰力変化率が大きく、中・高速域の減衰力変化率が小さくなっている。

一般に、自動車に装着されるショックアブソーバとしての油圧緩衝器では、路面の細かい振動を吸収するためにピストン速度の極低速域の減衰力変化率を小さく、コーナリング時のロールを抑えるためにピストン速度の低速域の減衰力変化率を大きく、高速道路の継ぎ目を乗り越す場合などの乗り心地を向上させるためにピストン速度の中・高速域の減衰力変化率を小さくすることが望まれており、本実施形態の油圧緩衝器を用いることで、操縦安定性と乗り心地を共に向上させることができる。

次に、本発明の第２の実施形態を説明する。

図５および６は、本発明の第２の実施形態の油圧緩衝器におけるピストン部の断面図である。第１の実施形態との違いは、第２の非線形弾性体２８が伸び側減衰力バルブ２０に対して第１の非線形弾性体２２と反対側に設けられ、第２の非線形弾性体２９が縮み側減衰力バルブ２４に対して第１の非線形弾性体２６と反対側に設けられている点である。

このような構成とすることで、伸び側減衰力バルブ２０および縮み側減衰力バルブ２４が閉弁する場合に徐々に着座するように支持するので、ピストン速度の急激な変化や、着座によるバルブ振動および騒音の発生を防止することができる。

なお、上記実施形態では、減衰力バルブおよび油路がピストンに設けられているが、これらをピストンに設ける必要はなく、シリンダ外部に減衰力バルブと油路とを有する減衰力発生機構を設けても良い。

また、上記実施形態の油圧緩衝器は単筒式であるが、複筒式（ツインチューブ）油圧緩衝器であっても良い。この場合、ボトムバルブを有するボディ部（シリンダ下室とリザーバ室とを連通する）に本発明の減衰力バルブ、非線形弾性体、減衰力バルブガイド、などを組み込むことができる。この場合、ボディ部に形成される油路は本発明の油路である。なお、複筒式油圧緩衝器では通常ピストン部とボディ部にそれぞれ減衰力バルブが設けられるが、一方の減衰力バルブだけが本発明の減衰力バルブであってもよい。この場合、伸び側（あるいは縮み側）の減衰力特性だけに本発明の効果が現れる。

また、上記実施形態のゴムは一般的なゴムであるが、ひずみ−応力特性が非線形の材料であれば他の材料であっても良い。例えば、フッ素系ゴム、天然ゴム、樹脂などを用いることができる。

また、上記実施形態では、減衰力バルブは中央に摺動部を有しているが、周辺部に摺動部を有するものとしてもよく、この場合、減衰力バルブの中央部に設けた穴を通って油液が流通する。

また、上記実施形態では、第１および第２の非線形弾性体２２、２６、２８、２９ならびにケース２３、２７の形状はそれぞれ１種類であるが、これらの形状を変えることにより（例えば非線形弾性体を支持するケースの底面を径方向に傾斜させる）、減衰力変化率を調整することができる。

本発明の第１の実施形態における、静止時の油圧緩衝器の断面図である。 本発明の第１の実施形態における、ピストン速度が極低速域のときの伸び・縮み行程時の油圧緩衝器の断面図である。 本発明の第１の実施形態における、ピストン速度が低速域のときの伸び・縮み行程時の油圧緩衝器の断面図である。 本発明の第１の実施形態における、ピストン速度が中・高速域のときの伸び・縮み行程時の油圧緩衝器の断面図である。 本発明の第２の実施形態における、静止時の油圧緩衝器の断面図である。 本発明の第２の実施形態における、伸び・縮み行程時の油圧緩衝器の断面図である。 本発明の第１の実施形態における、油圧緩衝器の端部断面図である。 従来の油圧緩衝器の減衰力特性（点線）および本発明の第１の実施形態の油圧緩衝器の減衰力特性（実践）を示すグラフである。

符号の説明

２ シリンダ
４ ピストン
５ シリンダ上室
６ シリンダ下室
７ リザーバ室
８ ピストンロッド
１２ 伸び側油路
１３ 縮み側油路
２０ 伸び側減衰力バルブ
２４ 縮み側減衰力バルブ
２２、２６ 第１の非線形弾性体
２１、２５ 減衰力バルブガイド
３６、３８ 摺動部
２８、２９ 第２の非線形弾性体

Claims (3)

1. 油液が封入されたシリンダと、
   前記シリンダ内に摺動可能に挿入されると共に前記シリンダ内をシリンダ上室とシリンダ下室とに画成するピストンと、
   前記ピストンに固定される第１の端部と前記シリンダの外部に延出する第２の端部とを有すると共に前記シリンダの軸方向と平行に前記シリンダに設けられたピストンロッドと、
   前記ピストンの摺動に伴って前記シリンダ内に進入、退出する前記ピストンロッドの体積を補償するガスが封入されたリザーバ室と、
   前記シリンダ上室、前記シリンダ下室および前記リザーバ室のうち少なくとも２つの室を連通する油路と、
   前記油路に設けられると共に前記油路を流通する前記油液の流れを制限する減衰力バルブと、
   前記ピストンの摺動に伴って発生する前記少なくとも２つの室の間に生じる圧力差に抗して前記油路を閉じる方向に前記減衰力バルブを付勢する弾性体とからなる油圧緩衝器において、
   前記弾性体を非線形のひずみ−応力特性を有する第１の非線形弾性体により構成し、
   前記減衰力バルブの軸方向に摺動可能に前記減衰力バルブを案内する減衰力バルブガイドが設けられ、
   前記減衰力バルブに前記減衰力バルブガイドと摺動する摺動部を設けることにより前記圧力差に対して前記減衰力バルブが摺動および弾性変形するように構成されたことを特徴とする油圧緩衝器。
   
2. 請求項１の油圧緩衝器において、
   前記第１の非線形弾性体が環状部材であり、前記減衰力バルブの摺動部と前記減衰力バルブガイドとの隙間をシールするように設けられたけられたことを特徴とする油圧緩衝器。
3. 請求項１または２のいずれかの油圧緩衝器において、
   第２の非線形弾性体が前記減衰力バルブに対して前記第１の非線形弾性体と反対側に設けられたことを特徴とする油圧緩衝器。

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