JP4726071B2

JP4726071B2 - ピストン構造

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Publication number: JP4726071B2
Application number: JP2006184268A
Authority: JP
Inventors: 小川　　貴之
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2006-07-04
Filing date: 2006-07-04
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2026-07-04
Also published as: JP2008014359A

Description

本発明は、ピストン構造の改良に関する。

従来、この種ピストン構造にあっては、たとえば、特に高減衰力を発生する緩衝器のピストン部等に具現化されており、ピストンの外周全周に亘り環状溝を形成して、この環状溝内にＯリング等の環状のシール部材を嵌め込んで、このシール部材でシリンダとピストンとの微小隙間をシールするようにしている。（たとえば、特許文献１参照）。

このようなピストン構造によって、ピストンでシリンダ内に区画した二つの圧力室が油密に保たれ、上記ピストン摺動部における微小隙間を介して作動油が上記各圧力室を交流してしまうことが無くなり、特に、緩衝器に高周波数の振動が入力されても緩衝器が充分な減衰力を発生できるようになる。
特開２０００−４６０８８号公報（図４）

しかしながら、上述のようなピストン構造では、以下の不具合があると指摘される可能性がある。

すなわち、特に、高減衰力の発生が要求される緩衝器では、ピストンに設けられるバルブは、上記特許文献１に見られるように、ピストンに形成される通路の途中に設けた環状弁座と、環状弁座に着座する弁体と、弁体を附勢するバネと、バネの一端を支持するバネ座とを備えて構成されるため、ピストン自体が乗用自動車用の緩衝器に比較して大きくなってしまい、このピストンの外周にシール部材を設けようとする場合、ピストンの外周にシール部材が嵌まり込む環状溝を上記通路を直径方向に避けて形成する必要があるので、ただでさえ大きなピストンの外径がこのシール部材を設けることによってさらに大型化してしまうことになる。

そして、ピストンが大型化すると、当然に、シリンダ径も大型化することになって、緩衝器等の油圧機器全体が大型化してしまい、油圧機器の車両、建造物等の適用箇所への搭載性が悪化してしまう危惧がある。

そこで、本発明は、上記不具合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、油圧機器の大型化を招かないピストン構造を提供することである。

上記した目的を解決するために、本発明における課題解決手段は、シリンダ内に移動自在に挿入されるロッドに連結されるとともにシリンダ内に摺動自在に挿入されてシリンダ内に二つの圧力室を隔成し、一方の圧力室から他方の圧力室へ向かう作動油の流れのみを許容して通過する作動油の流れに抵抗を与えるバルブを具備する第一通路と他方の圧力室から一方の圧力室へ向かう作動油の流れのみを許容して通過する作動油の流れに抵抗を与えるバルブを具備する第二通路とを備えた油圧機器のピストン構造において、ピストンの一端側から二つの小径ポートを開口し、ピストンの他端側からそれぞれ小径ポートに連通する二つの大径ポートを開口して、これら小径ポートと大径ポートを組として第一通路と第二通路を形成し、第一通路内に設けられるバルブが大径ポート内に収容されるとともに小径ポートと大径ポートとで形成される段部に着座する弁体を備えて構成され、第二通路内に設けられるバルブが大径ポート内に収容されるとともに大径ポートに固定される筒状の弁座部材の端部に着座する弁体を備えて構成され、ピストンの外周であって小径ポートの長さ範囲内にシール部材を装着してなることを特徴とする。

本発明のシール構造によれば、ピストンの大径ポートを取り囲む部位の外周にシール部材を設けるスペースを確保する必要がなくなることから、ピストンを小型化することができ、油圧機器の外径をより小型化することができ、油圧機器の適用箇所への搭載性が向上することになる。

さらに、シリンダの内径を小型化することができるので、シール部材とシリンダとの摺動抵抗を低減できるので、油圧機器の円滑な伸縮を実現することができ、摺動摩擦による作動油温度上昇を抑制できるので、作動油温度上昇による作動油の粘性低下を抑制でき、長時間にわたる使用によっても減衰力低下を招くことが無く、油圧機器に安定した減衰機能を発揮させることが可能である。

また、シール設計の自由度が高まり、油圧機器の大型化を避けつつ油圧機器に最適なシール形態を採用することが可能となる。

さらに、油圧機器の大型化を避けつつ油圧機器に最適なシール形態を採用することが可能となるので、圧力室と圧力室とのシリンダとピストンとの間の微小隙間を介しての連通を密閉性の高いシール部材で確実に阻止することができるので、特に、油圧機器が緩衝器である場合に、高周波数の振動が入力される際に、緩衝器に高い減衰力を発生させることが可能となる。

そして、より大型なバルブをピストンに設けても、ピストンの外周であってバルブが挿入される大径ポートを避ける位置にシール部材が装着されるので、ピストンの外径を大型化することが無く、バルブの設計自由度が向上する。

以下、本発明のピストン構造を図に基づいて説明する。図１は、一実施の形態におけるピストン構造が具現化された油圧機器のピストン部の縦断面図である。図２は、一実施の形態の変形例におけるピストン構造が具現化されたディスクの縦断面図である。図３は、一実施の形態の他の変形例におけるピストン構造が具現化されたディスクの縦断面図である。

一実施の形態におけるピストン構造は、図１に示すように、油圧機器たる緩衝器のピストン部に具現化されており、上記ピストン構造が具現化される油圧機器たる緩衝器は、シリンダ１と、シリンダ１内に移動自在に挿入されるロッド２と、ロッド２に連結されるとともにシリンダ１内に摺動自在に挿入されてシリンダ１内に二つの圧力室Ｒ１，Ｒ２を隔成するピストン３と、ピストン３に形成されて各圧力室Ｒ１，Ｒ２を連通し通過する作動油の流れに抵抗を与えるバルブ４を備えた第一通路６と、各圧力室Ｒ１，Ｒ２を連通し通過する作動油の流れに抵抗を与えるバルブ５を備えた第二通路７と、ピストン３の外周に装着されるシール部材２３とを備えて構成されている。

なお、このシール構造が具現化される油圧機器たる緩衝器は、周知であるので詳細には図示して説明しないが、具体的にたとえば、シリンダ１と、シリンダ１の上端を封止するヘッド部材（図示せず）と、ヘッド部材（図示せず）を摺動自在に貫通するロッド２と、ロッド２の端部に設けられる上記ピストン３と、シリンダ１内にピストン３で区画した二つの圧力室Ｒ１，Ｒ２と、シリンダ１の下端を封止する封止部材（図示せず）とを備えて構成され、シリンダ１内には作動油が充填される。

以下、各部について詳細に説明すると、ピストン３は環状とされており、また、ピストン３には、図１に示すように、その上下に亘って貫通されるよう形成された第一通路６及び第二通路７を備えており、この第一通路６及び第二通路７で上記した各圧力室Ｒ１，Ｒ２とが連通されている。

そして、第一通路６は、ピストン３の一端となる図１中下端から開口される小径ポート６ａと、ピストン３の他端となる図１中上端から開口されて小径ポート６ａに連通する小径ポート６ａより大径に形成される大径ポート６ｂとで構成され、他方の第二通路７にあっても、ピストン３の一端となる図１中下端から開口される小径ポート７ａと、ピストン３の他端となる図１中上端から開口されて小径ポート７ａに連通する小径ポート７ａより大径に形成される大径ポート７ｂとで構成されている。

そして、第一通路６の途中には、小径ポート６ａと大径ポート６ｂとで段部が形成され、この段部で環状弁座８を構成している。他方、第二通路７の途中には、小径ポート７ａと大径ポート７ｂとで段部が形成され、この段部でバネ座１６を構成している。

さらに、上記した第一通路６の大径ポート６ｂの図１中上端内周には螺子部６ｃが形成され、この螺子部６ｃに第一通路６の全部を閉塞しないよう筒状に形成されたバネ座９が螺着されて固定されている。また、上記した第一通路６の大径ポート６ｂ内には、環状弁座８に着座する弁体１０が収容され、この弁体１０と、バネ座９との間にはバネ１１が介装されて、弁体１０は常に上記バネ１１によって環状弁座８に着座する方向に附勢され、第一通路６を閉塞している。

この弁体１０は、図１中下端側が小径ポート６ａ内に摺動自在に挿入される軸１２と、軸１２の中間部外周に形成される円錐台形状の弁本体１３と、軸１２の弁本体１３より下端側に設けられる切欠１４とを備えて構成され、弁本体１３を環状弁座８の図１中上面に当接させると、弁本体１３の下端が環状弁座８の上面内周部に着座して、軸１２の切欠１４も小径ポート６ａの内周に完全に対向して第一通路６を閉塞し圧力室Ｒ１と圧力室Ｒ２との連通を断つことができるようになっている。

他方、上記した第二通路７の大径ポート７ｂの図１中上端内周には螺子部７ｃが形成され、この螺子部７ｃに第二通路７の全部を閉塞しないよう筒状に形成された弁座部材１５が螺着されて固定されている。また、上記した第二通路７の大径ポート７ｂ内には、弁座部材１５に着座する弁体１７が収容され、この弁体１７と、小径ポート７ａと大径ポート７ｂとで形成したバネ座１６との間にはバネ１８が介装されて、弁体１７は常に上記バネ１８によって弁座部材１５に着座する方向に附勢され、第二通路７を閉塞している。

この弁体１７は、図１中上端側が弁座部材１５内に摺動自在に挿入される軸１９と、軸１９の中間部外周に形成される円錐台形状の弁本体２０と、軸１９の弁本体２０より上端側に設けられる切欠２１とを備えて構成され、弁本体２０を弁座部材１５の図１中下面に当接させると、弁本体２０の上端が弁座部材１５の下面内周部に着座して、軸１９の切欠２１も弁座部材１５の内周に完全に対向して第二通路７を閉塞し圧力室Ｒ１と圧力室Ｒ２との連通を断つことができるようになっている。

したがって、バルブ４は、上記した環状弁座８と、弁体１０と、バネ１１と、バネ座９とを備えて構成され、上記弁体１０は、常時バネ１１によって環状弁座８に押し付けられて着座し、第一通路６内の弁体１０は、圧力室Ｒ２の圧力が開弁圧に達すると環状弁座８から図１中上方に後退して第一通路６を開放し圧力室Ｒ２と圧力室Ｒ１とを連通させることができ、バルブ４は常閉型の減衰バルブとして機能し、他方のバルブ５も上記した弁座部材１５と、弁体１７と、バネ１８と、バネ座１６とを備えて構成され、上記弁体１７は、常時バネ１８によって弁座部材１５に押し付けられて着座し、第二通路７内の弁体１７は、圧力室Ｒ１の圧力が開弁圧に達すると弁座部材１５から図１中下方に後退して第二通路７を開放し圧力室Ｒ１と圧力室Ｒ２とを連通させることができ、バルブ５は常閉型の減衰バルブとして機能する。

すなわち、第一通路６は、圧力室Ｒ２から圧力室Ｒ１へ向かう作動油の流れに対してはバルブ４が開弁してこれを許容し逆向きの流れに対してはバルブ４が開弁せずこれを阻止する一方通行の通路に設定され、他方の第二通路７は、圧力室Ｒ１から圧力室Ｒ２へ向かう作動油の流れに対してはバルブ５が開弁してこれを許容し逆向きの流れに対してはバルブ５が開弁せずこれを阻止する一方通行の通路に設定されている。

なお、上記したバネ座９および弁座部材１５の外周には、バネ座９の外周と大径ポート６ｂの内周および弁座部材１５の外周と大径ポート７ｂの内周とをシールするＯリング９ａ，１５ａがそれぞれ装着されており、バネ座９の外周と大径ポート６ｂの内周および弁座部材１５の外周と大径ポート７ｂの内周と間を介して圧力室Ｒ１と圧力室Ｒ２とが連通してしまうことが防止され、高周波振動入力時にあっても緩衝器に高減衰力を発生させることが可能なようになっている。

また、バネ座９の大径ポート６ｂへの固定および弁座部材１５の大径ポート７ｂへの固定に際しては、スナップリングを用いてもよい。具体的には、バネ座９及び弁座部材１５の図１中上端に大径ポート６ｂ，７ｂに係合するスナップリングを設けてバネ座９及び弁座部材１５の図１中上端に大径ポート６ｂ，７ｂからの脱落を阻止すれば、バネ座９及び弁座部材１５のそれぞれがバネ１１，１８によってスナップリング側へ押し付けられるのでこれらを大径ポート６ｂ，７ｂへ固定することができる。

このように、バルブ４，５が組み込まれたピストン３の内周側には、段付きのロッド２が挿通され、ピストン３はロッド２の先端に螺着されるピストンナット３０でロッド２に固定されることになる。

つづき、ピストン３の外周の全周に亘って環状溝２２が設けられ、この環状溝２２内にシール部材２３が嵌め込まれてピストン３の外周にシール部材２３が装着されている。

そして、この環状溝２２が設けられるのは、ピストン３の外周であって、ピストン３の図１中下端となる一端から小径ポート６ａ，７ａの長さｈまでの範囲、すなわち、小径ポート６ａ，７ａが設けられる長さ範囲内に設けられている。

上述のように、シール部材２３が装着される位置をピストン３の外周の小径ポート６ａ，７ａの長さ範囲内とすることによって、ピストン３を大型化することなく、ピストン３の外周にシール部材２３を設けることができる。

つまり、大径ポートがピストン３の上下で互い違いの端部から開口される従来のピストンでは、シール部材を装着する環状溝を設けるには、必ず大径ポートを避けるようにしなくてはならず、ピストンの大径化を避けることができなかったが、バルブ４，５が設けられる第一通路６及び第二通路７を上述のように、ピストン３の一端側から開口される小径ポート６ａ，７ａとピストン３の他端側から開口される大径ポート６ｂ，７ｂで形成し、シール部材２３が装着される位置をピストン３の外周であって小径ポート６ａ，７ａの長さ範囲内とすることによって、環状溝２２は、小径ポート６ａ，７ａを回避するように形成すればよくなり、その分、環状溝２２の底部２２ａの外径が小さくなり、ピストン３を小型化しても、シール部材２３をピストン２３に装着することができるのである。

すなわち、特に、高減衰力の発生が要求されピストン３に組み込まれるバルブ４，５が大型な場合にあっても、ピストン３の大径ポート６ｂ，７ｂを取り囲む部位の外周にシール部材２３を設けるスペースを確保する必要がなくなることから、ピストン３を小型化することができ、さらには、ピストン３の外周に環状溝２２を設ける際に充分な肉厚を確保することが可能であるので、ピストン３の強度低下を招く恐れもない。

そして、シール部材２３をシリンダ１の内周に摺接させることによって、ピストン摺動部であるピストン３とシリンダ１との間にできる微小隙間を介しての圧力室Ｒ１と圧力室Ｒ２との連通は、シール部材２３によって遮断されることになり、これによってピストン摺動部が上記シール部材２３によってシールされることになる。

したがって、本発明のピストン構造にあっては、ピストン３を従来に比較して小型化することが可能であるので、油圧機器、本実施の形態においては緩衝器の外径をより小型化することができ、油圧機器の適用箇所への搭載性が向上することになる。

さらに、シリンダ１の内径を小型化することができるので、シール部材２３とシリンダ１との摺動抵抗を低減できるので、油圧機器の円滑な伸縮を実現することができ、摺動摩擦による作動油温度上昇を抑制できるので、作動油温度上昇による作動油の粘性低下を抑制でき、長時間にわたる使用によっても減衰力低下を招くことが無く、油圧機器に安定した減衰機能を発揮させることが可能である。

また、図２に示すように、小径ポート６ａ，７ａの外周側に環状溝２２を設ければよいので、環状溝２２を深く設定することができるので、シール部材２３の内周側により高圧に耐えうるようにバックアップリング２４を挿入するようなシール形態を採用することも可能で、ピストン３やシリンダ１の外径を大型化してしまう不具合も無く、シール設計の自由度が高まり、油圧機器の大型化を避けつつ油圧機器に最適なシール形態を採用することが可能となる。

さらに、油圧機器の大型化を避けつつ油圧機器に最適なシール形態を採用することが可能となるので、圧力室Ｒ１と圧力室Ｒ２とのシリンダ１とピストン３との間の微小隙間を介しての連通を密閉性の高いシール部材で確実に阻止することができるので、特に、緩衝器に、高周波数の振動が入力される際に、高い減衰力を発生させることが可能となる。

そして、より大型なバルブをピストン３に設けても、ピストン３の外周であってバルブが挿入される大径ポート６ｂ，７ｂを避ける位置にシール部材２３が装着されるので、ピストン３の外径を大型化することが無いので、バルブの設計自由度の向上する。

また、図３に示すように、ピストンの一端の外周部から立ち上がる筒状のソケット２５を設け、該ソケット２５の外周に環状のスライドベアリング２６を装着してもよい。このようにソケット２５の外周にスライドベアリング２６を設けることによって、ピストン３の外径を大径化することがなく、強度低下を防止しつつ油圧機器たる緩衝器のより円滑な伸縮を実現することが可能である。

これで、ピストン摺動部におけるシール構造の実施の形態についての説明を終えるが、このピストン摺動部におけるシール構造は、バルブが内設されるピストンとシリンダとの間の隙間をシールするものであるから、緩衝器の他に上記ピストンとシリンダとを備えた構造を有する油圧機器に適用することが可能であることは言うまでもない。

なお、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。

一実施の形態におけるピストン構造が具現化された油圧機器のピストン部の縦断面図である。一実施の形態の変形例におけるピストン構造が具現化されたディスクの縦断面図である。一実施の形態の他の変形例におけるピストン構造が具現化されたディスクの縦断面図である。

符号の説明

１シリンダ
２ロッド
３ピストン
４，５バルブ
６第一通路
７第二通路
６ａ，７ａ小径ポート
６ｂ，７ｂ大径ポート
８環状弁座
９，１６バネ座
１０，１７弁体
１１，１８バネ
１２，１９軸
１３，２０弁本体
１４，２１切欠
１５弁座部材
２２環状溝
２３シール部材
２４バックアップリング
２５ソケット
２６ライドベアリング
３０ナット
Ｒ１，Ｒ２圧力室

Claims

シリンダ内に移動自在に挿入されるロッドに連結されるとともにシリンダ内に摺動自在に挿入されてシリンダ内に二つの圧力室を隔成し、一方の圧力室から他方の圧力室へ向かう作動油の流れのみを許容して通過する作動油の流れに抵抗を与えるバルブを具備する第一通路と他方の圧力室から一方の圧力室へ向かう作動油の流れのみを許容して通過する作動油の流れに抵抗を与えるバルブを具備する第二通路とを備えた油圧機器のピストン構造において、ピストンの一端側から二つの小径ポートを開口し、ピストンの他端側からそれぞれ小径ポートに連通する二つの大径ポートを開口して、これら小径ポートと大径ポートを組として第一通路と第二通路を形成し、第一通路内に設けられるバルブが大径ポート内に収容されるとともに小径ポートと大径ポートとで形成される段部に着座する弁体を備えて構成され、第二通路内に設けられるバルブが大径ポート内に収容されるとともに大径ポートに固定される筒状の弁座部材の端部に着座する弁体を備えて構成され、ピストンの外周であって小径ポートの長さ範囲内にシール部材を装着してなることを特徴とするピストン構造。
第一通路内に設けられるバルブは、上記弁体と、大径ポートに固定される筒状のバネ座と、バネ座と弁体との間に介装されて弁体を段部側へ向けて附勢するバネとを備えて構成されるとともに、第二通路内に設けられるバルブは、上記弁体と、上記弁座部材と、弁体と小径ポートと大径ポートとで形成される段部との間に介装されて弁体を弁座部材側へ向けて附勢するバネとを備えて構成されることを特徴とする請求項１に記載のピストン構造。
ピストンの一端の外周部から立ち上がる筒状のソケットを設け、該ソケットの外周に環状のスライドベアリングを装着してなることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のピストン構造。