JP2014095454A - 緩衝器 - Google Patents

Abstract

【課題】小型、軽量、かつ、安価な緩衝器を提供することである。
【解決手段】本発明の課題解決手段は、シリンダ１と、シリンダ１内に摺動自在に挿入されてシリンダ１内をそれぞれ液体が充填される伸側室Ｒ１と圧側室Ｒ２とに区画するピストン２と、シリンダ１内に移動自在に挿入されてピストン２に連結されるロッド３とを備えた緩衝器Ｄにおいて、ロッド３内にリザーバＲを設け、リザーバＲと圧側室Ｒ２とを連通したことを特徴とする。このように構成された緩衝器Ｄにあっては、ロッド３内にリザーバＲを設けているので、シリンダ１の外周にリザーバＲを設ける必要がなく、また、リザーバＲが伸側室Ｒ１と圧側室Ｒ２に対して並列配置されるのでストローク長を犠牲にすることがない。
【選択図】図１

Description

本発明は、緩衝器の改良に関する。

一般的に、緩衝器にあっては、シリンダと、シリンダ内に摺動自在に挿入されシリンダ内を作動油が充填される伸側室と圧側室に区画するピストンと、ピストンに一端が連結されるロッドとを備えて構成され、制振対象の振動を抑制する。

また、ピストンの両側にロッドを備えた両ロッド型に比較してピストンの一方側のみにロッドを備えた片ロッド型のほうがストローク長を確保しやすいことから、搭載スペースを大きく確保することができない場合、緩衝器の構造に所謂片ロッド型の構造を採用することが多い。

このような片ロッド型の緩衝器にあっては、ピストンがシリンダに対して軸方向に移動する際に、ロッドがシリンダ内に出入りし、このシリンダ内に出入りするロッド体積によってシリンダ内の伸側室と圧側室の合計容積が変化してシリンダ内の油量に過不足が生じる。

そのため、緩衝器の構造を、たとえば、シリンダとシリンダを覆う外筒との間に気体と作動油が充填される環状のリザーバを設けてリザーバから過不足分の液体を給排して補償する、所謂、複筒型に構成するか、シリンダ内にフリーピストンを設けて圧側室の隣に気室を形成し、弾性に富む気体の体積の膨縮によってロッドがシリンダ内に出入りする際の伸側室と圧側室の合計容積変化を吸収する、所謂、単筒型に構成するか、いずれかが採用されるのであるが、単筒型の構造を採用する場合、ストローク長の確保や大きな減衰力を出力するには気室内に高圧にしなくてはならないといった制約があるため、複筒型を採用したい場合がある（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１７４５０１号公報

上記のような複筒型の緩衝器は、ストローク長の確保が容易となり、圧縮行程時にも大きな減衰力を発揮することができる利点があるのであるが、その反面、シリンダの外周にアウターシェルと称される筒で覆ってシリンダとの間にリザーバを形成するようにしていることから、緩衝器の外径が大きくなる。

特に、制振対象が建築物等といった重量が極めて重いものである場合、強度の観点からロッド径を太くしなくてはならず、リザーバとシリンダでやり取りする油量が多いため、シリンダ径も太くする一方、アウターシェルとシリンダとの間に設ける空間容積を大きくしなければならないため、アウターシェル径も大径化し、結果、緩衝器の外径が非常に大きなものとなってしまうとともに、緩衝器の重量も嵩み、コストも高くなってしまう。

そこで、本発明は上記した点を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、小型、軽量、かつ、安価な緩衝器を提供することである。

本発明の課題解決手段は、シリンダと、当該シリンダ内に摺動自在に挿入されて当該シリンダ内をそれぞれ液体が充填される伸側室と圧側室とに区画するピストンと、上記シリンダ内に移動自在に挿入されて上記ピストンに連結されるロッドとを備えた緩衝器において、上記ロッド内にリザーバを設け、当該リザーバと上記圧側室とを連通したことを特徴とする。

このように構成された緩衝器にあっては、ロッド内にリザーバを設けているので、シリンダの外周にリザーバを設ける必要がなく、また、リザーバが伸側室と圧側室に対して並列配置されるので気室が伸側室と圧側室に対して直列配置される単筒型の緩衝器のようにストローク長を犠牲にすることがない。

本発明の緩衝器によれば、外径が大径化することなく、緩衝器の重量も軽量で済み、コストも高くなってしまうことがないので、小型、軽量、かつ、安価となる。

本発明の一実施の形態における緩衝器の縦断面図である。 本発明の他の実施の形態における緩衝器の縦断面図である。

以下、図に示した一実施の形態に基づいて本発明について説明する。一実施の形態における緩衝器Ｄは、図１に示すように、シリンダ１と、当該シリンダ１内に摺動自在に挿入されて当該シリンダ１内をそれぞれ液体が充填される伸側室Ｒ１と圧側室Ｒ２とに区画するピストン２と、シリンダ１内に移動自在に挿入されてピストン２に連結されるロッド３と、ロッド３内に設けたリザーバＲとを備え、所謂、片ロッド型の緩衝器として構成されている。

そして、伸側室Ｒ１、圧側室Ｒ２およびリザーバＲに充填される液体は、作動油の他、たとえは、水、水溶液、電磁粘性流体や電気粘性流体といった液体を用いてもよく、リザーバＲ内には液体の他に気体も充填されている。なお、リザーバＲに充填される気体は、窒素等の不活性ガスを用いるとよい。

以下、緩衝器Ｄの各部について詳細に説明する。図１に示すように、シリンダ１は、図１中右端にロッド３を軸支する環状のロッドガイド４が取り付けられ、図１中右端には当該シリンダ端を閉塞するキャップ５が取り付けられている。

また、シリンダ１内にはピストン２が摺動自在に挿入されてシリンダ１内にはシリンダ１内がピストン２によってロッド３が挿通される伸側室Ｒ１とピストン側の圧側室Ｒ２が区画されている。ピストン２には、伸側室Ｒ１と圧側室Ｒ２とを連通する通路２ａ，２ｂが設けられている。この通路２ａ，２ｂの途中には、減衰力発生要素６，７が設けられている。減衰力発生要素６は、伸側室Ｒ１から圧側室Ｒ２へ向かう液体の流れのみを許容するとともに当該通路２ａを通過する液体の流れに抵抗を与え、所定の圧力損失を生じさせる。減衰力発生要素７は、圧側室Ｒ２から伸側室Ｒ１へ向かう液体の流れのみを許容するとともに当該通路２ｂを通過する液体の流れに抵抗を与え、所定の圧力損失を生じさせる。なお、減衰力発生要素６，７には、たとえば、ポペット弁やリーフバルブといった弁の他にもオリフィスやチョークといった絞り弁を採用することができる。

ロッド３は、中空部３ａを備え、シリンダ１の図１中左端に設けたロッドガイド４に軸支されつつ、図１中右端がシリンダ１内に挿入され、当該右端にピストン２が連結されている。そして、ピストン２は環状とされて、ロッド３の図１中右端外周に固定されている。また、ロッド３の中空部３ａ内には、フリーピストン８が摺動自在に挿入されており、このフリーピストン８はロッド３に対して軸方向移動可能とされている。また、フリーピストン８は、ロッド３の中空部３ａを液体が充填される液室Ｌと、フリーピストン８を介してこの液室Ｌを加圧する加圧室Ｐとに区画している。

そして、液室Ｌは、ロッド３の図１中右端に設けた圧側減衰通路９と吸込通路１０によって圧側室Ｒ２に連通されている。圧側減衰通路９の途中には、圧側室Ｒ２から液室Ｌへ向かう液体の流れのみを許容するとともに当該圧側減衰通路９を通過する液体の流れに抵抗を与え、所定の圧力損失を生じさせる減衰力発生要素１１が設けられており、他方の吸込通路１０の途中には、液室Ｌから圧側室Ｒ２へ向かう液体の流れのみを許容する逆止弁１２が設けられている。

また、加圧室Ｐ内には、ロッド３の図１中左端の底３ａと、フリーピストン８との間にはばね部材１３が圧縮状態で介装されており、このばね部材１３がフリーピストン８を介して伸長しようとする力を液室Ｌへ作用させていて、液室Ｌ、を加圧し、この液室Ｌを介して圧側室Ｒ２および伸側室Ｒ１も加圧されている。なお、加圧室Ｐ内には、ばね部材１３の代わりに気体を封入するようにして、加圧室Ｐが気体ばねとして機能するようにしてもよい。このように、加圧室Ｐでシリンダ１内の伸側室Ｒ１および圧側室Ｒ２を加圧することによって、液体の見かけ上の剛性を高めることができ、緩衝器Ｄの減衰力発生応答性を向上させることができるとともに、シリンダ１内に気泡が生じることを防止することができる。

このように構成された緩衝器Ｄは、伸長する場合、ピストン２が図１中左方へ移動して伸側室Ｒ１を圧縮して反対の圧側室Ｒ２を拡大するので、伸側室Ｒ１から通路２ａを通過して圧側室Ｒ２へ液体が移動する。また、緩衝器Ｄは片ロッド型であるため伸長するとロッド３がシリンダ１内から退出し、退出したロッド３の外形体積分の液体がリザーバＲの液室Ｌから吸込通路１０を介して圧側室Ｒ２へ供給される。この伸長行程時には、液体が減衰力発生要素６を通過するので伸側室Ｒ１と圧側室Ｒ２に差圧が生じ、緩衝器Ｄは、ピストン２の図１中左方への移動を妨げる方向に上記差圧に見合う減衰力を発揮する。

反対に、緩衝器Ｄは、圧縮される場合、ピストン２が図１中右方へ移動して圧側室Ｒ２を圧縮して反対の伸側室Ｒ１を拡大するので、圧側室Ｒ２から通路２ｂを通過して伸側室Ｒ１へ液体が移動する。また、緩衝器Ｄは片ロッド型であるため圧縮されるとロッド３がシリンダ１内へ侵入し、ロッド３がシリンダ１内で押しのける体積分の液体が圧側室Ｒ２からリザーバＲの液室Ｌへ圧側減衰通路９を介して液室Ｌへ排出される。この収縮行程時には、液体が圧側減衰通路９における減衰力発生要素１１を通過するため圧側室Ｒ２内の圧力が上昇するとともに、液体が減衰力発生要素６を通過して圧側室Ｒ２から伸側室Ｒ１へ移動することによって圧側室Ｒ２と伸側室Ｒ１に差圧が生じ、緩衝器Ｄは、ピストン２の図１中右方への移動を妨げる方向に上記差圧に見合う減衰力を発揮する。

上記したところから理解できるように、リザーバＲは、緩衝器Ｄが伸縮する際に液体をシリンダ１に供給或いはシリンダ１から吸収して、シリンダ１内の容積変化を補償する。また、緩衝器Ｄは、従来の緩衝器と同様に、伸縮する際に、ピストン２の移動を妨げる減衰力を発揮することができる。

そして、この緩衝器Ｄにあっては、ロッド３内にリザーバＲを設けているので、シリンダ１の外周にリザーバを設ける必要がなく、また、リザーバＲが伸側室Ｒ１と圧側室Ｒ２に対して並列配置されるので気室が伸側室と圧側室に対して直列配置される単筒型の緩衝器のようにストローク長を犠牲にすることがない。

よって、緩衝器Ｄによれば、外径が大径化することなく、緩衝器の重量も軽量で済み、コストも高くなってしまうことがないので、小型、軽量、かつ、安価となる。

また、緩衝器Ｄは、リザーバＲを設けてリザーバＲと圧側室Ｒ２の間に圧側減衰通路９を設けているので、圧縮行程時にも大きな減衰力を発揮することができるので、重量の大きな制振対象の制振にも減衰力が不足せず、充分に制振することが可能である。

さらに、上記緩衝器Ｄでは、加圧室Ｐと液室Ｌとを仕切っていて、液室Ｌ内に気体を充填する必要が無く液室Ｌ内を液体のみで充満させることができ、液室Ｌ内に液面が生じないから、緩衝器Ｄの全体が振動しても液室Ｌ内で液体中に気体が混入してしまうことがなく、緩衝器Ｄは安定した減衰力を発揮することができる。なお、加圧室Ｐと液室Ｌとの分離は、フリーピストン８以外にも、たとえば、ブラダやベローズ等を利用して行うこともできる。

次に、図２に示した他の実施の形態における緩衝器Ｄ１について説明する。この他の実施の形態の緩衝器Ｄ１は、一実施の形態の緩衝器Ｄの構造に対して、ロッド１５を筒状とし、このロッド１５と共同してリザーバＲ３を形成するパイプ１６と、パイプ１６を支持するとともにキャップ５との間に部屋１７を形成する仕切部材１８を設けた構造となっている点で上記緩衝器Ｄと異なっている。

以下、緩衝器Ｄ１が緩衝器Ｄと異なっている点について詳細に説明することとし、緩衝器Ｄと同様の部材については、説明が重複するので、同一符号を付すのみとしてその詳しい説明を省略することとする。

この緩衝器Ｄ１にあっては、ロッド１５は、筒状とされており、図２中左端の反シリンダ側端が封止部材１９によって閉塞されている。そして、このロッド１５の図１中右端の外周にピストン２が連結されている。

また、仕切部材１８は、シリンダ１の図１中右端内周に取り付けられており、この仕切部材１８とピストン２によって両者の間に圧側室Ｒ２が形成される。仕切部材１８は、さらに、シリンダ１の図１中端を閉塞するキャップ５との間に部屋１７を区画しており、圧側減衰通路２０と吸込通路２１を備えている。圧側減衰通路２０は、圧側室Ｒ２と部屋１７とを連通し、その途中には、圧側室Ｒ２から部屋１７へ向かう液体の流れのみを許容するとともに当該圧側減衰通路２０を通過する液体の流れに抵抗を与え、所定の圧力損失を生じさせる減衰力発生要素２２が設けられている。他方の吸込通路２１は、圧側室Ｒ２と部屋１７とを連通し、その途中には、部屋１７から圧側室Ｒ２へ向かう液体の流れのみを許容する逆止弁２３が設けられている。

パイプ１６は、仕切部材１８の圧側室側に連結されていて、圧側室Ｒ２を貫通して、ロッド１５内に挿入されている。そして、このパイプ１６とロッド１５とで閉じた空間Ａを形成しており、この空間ＡでリザーバＲ３を形成している。なお、この実施の形態の場合、ロッド１５の内周にパイプ１６の外周を摺接させるようにして、空間Ａと圧側室Ｒ２とが何ら抵抗なく連通されてしまうことを防止しているが、ロッド１５とパイプ１６との間にシール部材を設けて空間Ａと圧側室Ｒ２の連通を阻止するようにしてもよく、シール部材を用いることでロッド１５とパイプ１６の加工および組み付けに高い精度が要求されなくなるという利点がある。

そして、パイプ１６の内周にはフリーピストン２４が摺動自在に挿入されており、リザーバＲ３内を液室Ｌ１と加圧室Ｐ１とに区画している。また、液室Ｌ１は、仕切部材１８に設けた透孔１８ａによって部屋１７に連通されており、部屋１７が圧側減衰通路２０および吸込通路２１を介して圧側室Ｒ２に連通されているので、これによって、液室Ｌ１が圧側室Ｒ２に連通されている。要するに、リザーバＲ３は、部屋１７を経由して圧側室Ｒ２に連通されており、このようにすることで、減衰力発生要素２２および逆止弁２３を無理なく仕切部材１８に設けることができる。なお、減衰力発生要素２２および逆止弁２３をキャップ５或いはパイプ１６内に設けることができる場合には、仕切部材１８を廃してキャップ５にパイプ１６を取り付けるようにすることも可能である。なお、フリーピストン２４をパイプ１６側に配置しているので、緩衝器Ｄ１が圧縮される際に、フリーピストン２４がロッド１５とパイプ１６の軸方向の相対移動に干渉することがなく、当該相対移動を邪魔することがない。

また、加圧室Ｐ１内であって、封止部材１９とフリーピストン２４との間にはばね部材２５が圧縮状態で介装されており、このばね部材２５がフリーピストン２４を介して伸長しようとする力を液室Ｌ１へ作用させていて、液室Ｌ１、を加圧し、この液室Ｌ１を介して圧側室Ｒ２および伸側室Ｒ１も加圧されている。なお、加圧室Ｐ１内には、ばね部材２５の代わりに気体を封入するようにして、加圧室Ｐ１が気体ばねとして機能するようにしてもよい。加圧室Ｐ１でシリンダ１内を加圧することのメリットは、緩衝器Ｄにおける加圧室Ｐの加圧によるメリットと同様である。

このように構成された緩衝器Ｄ１は、伸縮する際に、緩衝器Ｄと同様に、ピストン２の移動を妨げる減衰力を発揮することができる。そして、この緩衝器Ｄ１にあっては、ロッド１５およびパイプ１６内にリザーバＲ３を設けているので、シリンダ１の外周にリザーバを設ける必要がなく、また、リザーバＲ３が伸側室Ｒ１と圧側室Ｒ２に対して並列配置されるので気室が伸側室と圧側室に対して直列配置される単筒型の緩衝器のようにストローク長を犠牲にすることがない。

よって、緩衝器Ｄによれば、外径が大径化することなく、緩衝器の重量も軽量で済み、コストも高くなってしまうことがないので、小型、軽量、かつ、安価となる。

さらに、ロッド１５内だけでなくパイプ１６内もリザーバＲ３の容積に寄与するので、大径なロッド１５を使用する場合に伸縮行程時にリザーバＲ３とシリンダ１内とで液体をやり取りする量が多くなっても、容積不足を招くことがなく、より一層緩衝器Ｄ１の大径化防止効果が高く、緩衝器Ｄ１の小型化により一層有利となる。

また、緩衝器Ｄ１にあっても、リザーバＲ３を設けてリザーバＲ３と圧側室Ｒ２の間に圧側減衰通路２２を設けているので、圧縮行程時にも大きな減衰力を発揮することができるので、重量の大きな制振対象の制振にも減衰力が不足せず、充分に制振することが可能である。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

１ シリンダ
２ ピストン
３ ロッド
５ キャップ
８，２４ フリーピストン
９，２０ 圧側減衰通路
１０，２１ 吸込通路
１３，２５ ばね部材
１６ パイプ
１７ 部屋
１８ 仕切部材
１９ 封止部材
Ａ 空間
Ｄ，Ｄ１ 緩衝器
Ｒ，Ｒ３ リザーバ
Ｒ１ 伸側室
Ｒ２ 圧側室

Claims (6)

1. シリンダと、当該シリンダ内に摺動自在に挿入されて当該シリンダ内をそれぞれ液体が充填される伸側室と圧側室とに区画するピストンと、上記シリンダ内に移動自在に挿入されて上記ピストンに連結されるロッドとを備えた緩衝器において、伸縮に伴うシリンダ内の容積変化を補償するリザーバを上記ロッド内に設け、当該リザーバと上記圧側室とを連通したことを特徴とする緩衝器。
2. 上記リザーバと上記圧側室との間に、上記圧側室から上記リザーバへ向かう液体の流れのみを許容しつつ当該液体の流れに抵抗を与える圧側減衰通路と、上記リザーバから上記圧側室へ向かう液体の流れのみを許容する吸込通路とを設けたことを特徴とする請求項１に記載の緩衝器。
3. 上記シリンダに固定されて上記ピストンとともに圧側室を形成する仕切部材と、上記仕切部材に連結されるとともに内部が上記圧側室に連通されるパイプとを備え、上記ロッドが筒状であって当該ロッド内に上記パイプが挿入され、当該ロッドと上記パイプとで形成される空間で上記リザーバを形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の緩衝器。
4. 上記シリンダの圧側室側端を閉塞するとともに上記仕切部材との間に部屋を形成するキャップを備え、上記仕切部材に上記圧側減衰通路と上記吸込通路とを設け、上記パイプ内を上記部屋へ連通したことを特徴とする請求項３に記載の緩衝器。
5. 上記パイプ内に摺動自在に挿入されるフリーピストンを備え、上記フリーピストンで上記空間をパイプ側の液室とロッド側であって液室を加圧する加圧室とに区画して上記リザーバを形成したことを特徴とする請求項３または４に記載の緩衝器。
6. 上記ロッドの反シリンダ側端を封止する封止部材と、当該封止部材と上記フリーピストンとの間に上記液室を加圧するばね部材とを備えたことを特徴とする請求項５に記載の緩衝器。

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