JP6401862B2 - ピストン - Google Patents

Description

本発明は、ダンパに用いられるピストンに関する。

ＵＳ６４０１７５５Ｂ２には、ポートの断面形状を台形（扇形）にしたダンパ用ピストンが開示されている。

上記のピストンによれば、ポートの断面積、すなわち、作動流体が通過する流路面積を大きくできるので、ダンパの減衰力特性を向上させることができる。

しかしながら、ポートの断面積を大きくすると、ポートを開閉するディスクバルブが着座するシート面も拡大する。ディスクバルブがポートを閉塞する方向にダンパが作動するとディスクバルブの背面に圧力が作用するので、ディスクバルブが着座するシート面が拡大すると、ディスクバルブの撓みが大きくなってディスクバルブに発生する応力が大きくなるという問題がある。

本発明は、ポートの断面積を大きくしつつ、ディスクバルブに発生する応力を低減することを目的とする。

本発明のある態様によれば、ダンパに用いられる環状のピストンであって、軸方向に貫通し、前記ピストンの周方向に沿って形成される複数のポートと、前記ピストンの一方側の端面に前記ポートそれぞれの開口部を囲んで形成され、前記ポートを開閉するディスクバルブが着座するシート面と、を有し、前記ポートは、円弧状の内周面と、前記内周面よりも周方向長さが長い円弧状の外周面と、前記内周面と前記外周面とを繋ぐ２つの側面と、によって画成され、前記ポートの前記外周面には、前記ポートの内側に突出するとともに軸方向に前記シート面まで延在する少なくとも２つの凸部が設けられるピストンが提供される。

図１は、本発明の実施形態に係るダンパの断面図である。 図２は、ピストンを伸側室側から見た図である。 図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態に係るダンパ１００について説明する。

ダンパ１００は、例えば、自動車（図示せず）の車体と車軸との間に介装され、減衰力を発生させて車体の振動を抑制する装置である。

ダンパ１００は、図１に示すように、作動流体としての作動油が充填されるシリンダとしてのインナーチューブ１と、インナーチューブ１を覆って配設されるアウターチューブ２と、インナーチューブ１に摺動自在に挿入されてインナーチューブ１内を伸側室１１０と圧側室１２０とに区画するピストン３と、インナーチューブ１に進退自在に挿入されてピストン３と連結されるピストンロッド４と、を備える。

インナーチューブ１とアウターチューブ２との間には、作動油を貯留するリザーバ１３０が形成される。リザーバ１３０には、作動油が貯留されるほか、作動油のキャビテーション防止等のために圧縮気体が封入される。

アウターチューブ２の底部側である圧側室１２０側の端部は、ボトム部材５により閉塞される。ボトム部材５は、アウターチューブ２に溶接で固定される。また、ボトム部材５には、ダンパ１００を車両に取り付けるための連結部材６が設けられる。

インナーチューブ１の伸側室１１０側の端部には、ピストンロッド４を摺動自在に支持するロッドガイド（図示せず）と、作動油及び圧縮気体がダンパ１００の外部に漏れることを防止するためのオイルシール（図示せず）と、が設けられる。また、インナーチューブ１の底部側である圧側室１２０側の端部には、圧側室１２０とリザーバ１３０とを区画するベース部材８が設けられる。

ベース部材８は、ボトム部材５側の面における外周側に形成されてボトム部材５と当接する複数の脚部８ａと、圧側室１２０とリザーバ１３０とを連通する伸側ポート８ｂ及び圧側ポート８ｃと、外周側に形成された圧入部８ｄと、を有する。ベース部材８は、圧入部８ｄによりインナーチューブ１に圧入される。

ベース部材８の圧側室１２０側には、伸側ポート８ｂを開閉するディスクバルブ９が配設され、ベース部材８のリザーバ１３０側には、圧側ポート８ｃを開閉するディスクバルブ１０が配設される。

ディスクバルブ９はチェックバルブであって、ダンパ１００の伸長作動時に圧側室１２０とリザーバ１３０との差圧により開弁して伸側ポート８ｂを開放する。また、ダンパ１００の収縮作動時には、伸側ポート８ｂを閉塞する。

ディスクバルブ１０は、ダンパ１００の収縮作動時に圧側室１２０とリザーバ１３０との差圧により開弁して圧側ポート８ｃを開放するとともに、圧側ポート８ｃを通って圧側室１２０からリザーバ１３０に移動する作動油の流れに抵抗を与える。また、ダンパ１００の伸長作動時には、圧側ポート８ｃを閉塞する。

ピストンロッド４のピストン３側の端部には、ピストンロッド４の外径よりも小径であってピストン３に挿通される小径部４ａが形成される。小径部４ａにはおねじが形成されており、ナット１１によりピストンロッド４とピストン３とが連結される。

ピストン３は、伸側室１１０と圧側室１２０とを連通する伸側ポート３ａ及び圧側ポート３ｂを有する。また、ピストン３の伸側室１１０側には、圧側ポート３ｂを開閉するディスクバルブ１２が配設され、ピストン３の圧側室１２０側には、伸側ポート３ａを開閉するディスクバルブ１３が配設される。ピストン３については後で詳しく述べる。

ディスクバルブ１２は、ダンパ１００の収縮作動時に伸側室１１０と圧側室１２０との差圧により開弁して圧側ポート３ｂを開放するとともに、圧側ポート３ｂを通って圧側室１２０から伸側室１１０に移動する作動油の流れに抵抗を与える。また、ダンパ１００の伸長作動時には、圧側ポート３ｂを閉塞する。

ディスクバルブ１３は、ダンパ１００の伸長作動時に伸側室１１０と圧側室１２０との差圧により開弁して伸側ポート３ａを開放するとともに、伸側ポート３ａを通って伸側室１１０から圧側室１２０に移動する作動油の流れに抵抗を与える。また、ダンパ１００の収縮作動時には、伸側ポート３ａを閉塞する。

ピストンロッド４がインナーチューブ１から退出するダンパ１００の伸長作動時には、ピストン３が移動することで容積が縮小する伸側室１１０から、容積が拡大する圧側室１２０に、伸側ポート３ａを通過して作動油が移動する。また、インナーチューブ１から退出したピストンロッド４の体積分の作動油が、伸側ポート８ｂを通過してリザーバ１３０から圧側室１２０に供給される。

このとき、ダンパ１００は、上述したように、伸側ポート３ａを通過する作動油の流れにディスクバルブ１３で抵抗を与え、伸側室１１０と圧側室１２０とに差圧を生じさせて減衰力を発生する。

ピストンロッド４がインナーチューブ１に進入するダンパ１００の収縮作動時には、ピストン３が移動することで容積が縮小する圧側室１２０から、容積が拡大する伸側室１１０に、圧側ポート３ｂを通過して作動油が移動する。また、インナーチューブ１に進入したピストンロッド４の体積分の作動油が、圧側ポート８ｃを通過して圧側室１２０からリザーバ１３０に排出される。

このとき、ダンパ１００は、上述したように、圧側ポート３ｂ、圧側ポート８ｃを通過する作動油の流れにディスクバルブ１２、ディスクバルブ１０でそれぞれ抵抗を与え、伸側室１１０と圧側室１２０とに差圧を生じさせて減衰力を発生する。

また、ダンパ１００は、上述したように、伸長作動時にはリザーバ１３０から圧側室１２０に作動油が供給され、収縮作動時には圧側室１２０からリザーバ１３０に作動油が排出される。これにより、インナーチューブ１内の容積変化が補償される。

続いて、図２、図３を参照しながらピストン３について詳しく説明する。

図２は、ピストン３を伸側室側から見た図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。

ピストン３は、ピストンロッド４が挿通される貫通孔３ｃと、伸側室１１０側の端面における貫通孔３ｃの周囲に形成される伸側内シート面３ｄと、圧側室１２０側の端面における貫通孔３ｃの周囲に形成される圧側内シート面３ｅ（図３参照）と、を有する。

ピストン３をナット１１によりピストンロッド４と連結することで、図１に示すように、伸側内シート面３ｄとピストンロッド４との間にディスクバルブ１２の内周側がクランプされ、圧側内シート面３ｅとナット１１との間にディスクバルブ１３の内周側がクランプされる。

図２に示すように、伸側ポート３ａは、断面が円形であって、伸側内シート面３ｄ及び圧側内シート面３ｅよりもピストン３の外周側に、ピストン３の周方向等分６か所に設けられる。

圧側ポート３ｂは、円弧状の内周面３ｆと、内周面３ｆよりも周方向長さが長い円弧状の外周面３ｇと、内周面３ｆと外周面３ｇとを繋ぐ２つの側面３ｈと、によってピストン３の周方向に沿って画成される。

圧側ポート３ｂは、６つの伸側ポート３ａの中心を通るピッチ円よりもピストン３の外周側に、伸側ポート３ａと交互に並ぶように、ピストン３の周方向等分６か所に設けられる。

図３に示すように、ピストン３の圧側室１２０側の端面における伸側ポート３ａと圧側ポート３ｂとの間には、ディスクバルブ１３が着座する環状の圧側外シート面３ｉが形成される。また、ピストン３の圧側室１２０側の端面における外周側には、外周面から連なる筒状部３ｊが形成される。

圧側外シート面３ｉに着座した状態で圧側内シート面３ｅと圧側外シート面３ｉとの間の環状路３ｋに対向する部分が、ダンパ１００の伸長作動時において開弁するまでのディスクバルブ１３の受圧面となる。

ピストン３の伸側室１１０側の端面には、６つの圧側ポート３ｂの開口部をそれぞれ囲む伸側シート面３ｍが形成される。

伸側シート面３ｍに着座した状態で各伸側シート面３ｍの内側の空間と対向する部分が、ダンパ１００の収縮作動時において開弁するまでのディスクバルブ１２の受圧面となる。

なお、伸側シート面３ｍは、伸側内シート面３ｄから離間して設けられる。これにより、伸側シート面３ｍと伸側内シート面３ｄとの間に、６つの伸側ポート３ａの伸側室１１０側の各開口部を繋ぐ環状路３ｎが形成される。

また、本実施形態では、圧側ポート３ｂの外周面３ｇに、２つの凸部３ｐが設けられる。

凸部３ｐは、図３に示すように、圧側ポート３ｂの内側に突出するとともに軸方向に伸側シート面３ｍまで延在している。つまり、凸部３ｐの伸側シート面３ｍ側の端部は、図２に示すように、伸側シート面３ｍの一部を形成している。

２つの凸部３ｐは、外周面３ｇにおける周方向の中心に対して対称に設けられる。また、伸側シート面３ｍにおける２つの凸部３ｐの間には、ディスクバルブ１２との間にオリフィス流路を形成する切欠き３ｑが設けられる。切欠き３ｑは、例えばコイニングで形成される。なお、切欠き３ｑは、不要であれば設けなくともよい。

続いて、ダンパ１００をこのように構成することによる作用効果について説明する。

上述したように、ダンパ１００は、伸長作動時には、伸側ポート３ａを通過する作動油の流れにディスクバルブ１３で抵抗を与え、伸側室１１０と圧側室１２０とに差圧を生じさせて減衰力を発生する。また、収縮作動時には、圧側ポート３ｂ、圧側ポート８ｃを通過する作動油の流れにディスクバルブ１３、ディスクバルブ１０でそれぞれ抵抗を与え、伸側室１１０と圧側室１２０とに差圧を生じさせて減衰力を発生する。

このようなダンパにおいては、ポートの断面積、すなわち、作動流体が通過する流路面積を大きくすることで、減衰力特性を向上させることができる。

そこで、本実施形態に係るダンパ１００では、ピストン３の圧側ポート３ｂを、円弧状の内周面３ｆと、内周面３ｆよりも周方向長さが長い円弧状の外周面３ｇと、内周面３ｆと外周面３ｇとを繋ぐ２つの側面３ｈと、によってピストン３の周方向に沿って画成することで、その断面積を大きくしている。

しかしながら、圧側ポート３ｂの断面積が大きくなると、その周囲を囲んで設けられる伸側シート面３ｍも拡大されることになる。ディスクバルブ１２が圧側ポート３ｂを閉塞するダンパ１００の伸長作動時にはディスクバルブ１２の背面に伸側室１１０の圧力が作用するので、ディスクバルブ１２が着座する伸側シート面３ｍが拡大すると、ディスクバルブ１２の撓みが大きくなってディスクバルブ１２に発生する応力が大きくなってしまう。

これに対して、本実施形態では、上述したように、圧側ポート３ｂの外周面３ｇに伸側シート面３ｍまで延在する２つの凸部３ｐを設けているので、ダンパ１００の伸長作動時には、圧側ポート３ｂの内側に突出した２つの凸部３ｐによってディスクバルブ１２が支持される。

これによれば、凸部３ｐが設けられない場合よりもディスクバルブ１２の撓みを抑制でき、ディスクバルブ１２に発生する応力を低減できる。また、凸部３ｐを設けるだけでよいので、圧側ポート３ｂの断面積が大きく減少することがない。よって、圧側ポート３ｂの断面積を大きくしつつ、ディスクバルブ１２に発生する応力を低減できる。

また、凸部３ｐが２つ設けられるので、ディスクバルブ１２における応力集中箇所を２つの凸部３ｐとの当接部に分散でき、各凸部との当接部に発生する最大応力を低減できる。

特に、本実施形態では、２つの凸部３ｐを外周面３ｇにおける周方向の中心に対して対称に設けている。これによれば、ディスクバルブ１２における２つの凸部３ｐとの当接部それぞれに発生する応力を略均等にできる。よって、ディスクバルブ１２における各凸部３ｐとの当接部に発生する最大応力を最大限低減することができる。

また、オリフィス流路を形成する切欠き３ｑは、オリフィス特性の安定性を考慮すると、圧側ポート３ｂにおける周方向の中心に形成することが望ましい。しかしながら、凸部３ｐが外周面３ｇにおける中心、あるいは中心にかかる位置にある場合は、切欠き３ｑと凸部３ｐとが重なってしまう。この場合は、オリフィス流路の流路長や流路形状にばらつきが生じやすくなり、オリフィス特性を安定させることが難しい。

これに対して、本実施形態では、２つの凸部３ｐを外周面３ｇにおける周方向の中心に対して対称に設け、伸側シート面３ｍにおける２つの凸部３ｐの間に切欠き３ｑを設けるので、切欠き３ｑと凸部３ｐとが重なることがない。よって、オリフィス流路の流路長や流路形状がばらつくことを防止でき、オリフィス特性を安定させることできる。

なお、本実施形態では、圧側ポート３ｂに凸部３ｐを２つ設けているが、３つ以上としてもよい。ただし、伸側シート面３ｍに切欠き３ｑを設ける場合は、凸部３ｐの数を偶数とし、外周面３ｇの中心に対して対称に設けることが好ましい。これによれば、上述したように、切欠き３ｑと凸部３ｐとが重なることを防止できる。

以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

ダンパ１００に用いられる環状のピストン３は、軸方向に貫通し、ピストン３の周方向に沿って形成される複数の圧側ポート３ｂと、ピストン３の伸側室１１０側の端面に圧側ポート３ｂそれぞれの開口部を囲んで形成され、圧側ポート３ｂを開閉するディスクバルブ１２が着座する伸側シート面３ｍと、を有し、圧側ポート３ｂは、円弧状の内周面３ｆと、内周面３ｆよりも周方向長さが長い円弧状の外周面３ｇと、内周面３ｆと外周面３ｇとを繋ぐ２つの側面３ｈと、によって画成され、圧側ポート３ｂの外周面３ｇには、圧側ポート３ｂの内側に突出するとともに軸方向に伸側シート面３ｍまで延在する少なくとも２つの凸部３ｐが設けられることを特徴とする。

この構成では、ディスクバルブ１２が圧側ポート３ｂを閉じる方向にダンパ１００が作動した際に、圧側ポート３ｂの内側に突出した凸部３ｐによってディスクバルブ１２が支持される。これによれば、圧側ポート３ｂの断面積を大きくしつつ、凸部３ｐが設けられない場合よりもディスクバルブ１２の撓みを抑制でき、ディスクバルブ１２に発生する応力を低減できる。また、凸部３ｐが２つ以上設けられるので、ディスクバルブ１２における応力集中箇所を各凸部との当接部に分散でき、各凸部との当接部に発生する最大応力を低減できる。

また、凸部３ｐは２つであって、外周面３ｇにおける周方向の中心に対して対称に設けられることを特徴とする。

この構成では、ディスクバルブ１２における２つの凸部３ｐとの当接部それぞれに発生する応力を略均等にできる。よって、ディスクバルブ１２における各凸部３ｐとの当接部に発生する最大応力を最大限低減することができる。

また、伸側シート面３ｍにおける２つの凸部３ｐの間には、ディスクバルブ１２との間にオリフィス流路を形成する切欠き３ｑが設けられることを特徴とする。

この構成では、切欠き３ｑと凸部３ｐとが重なることがない。よって、オリフィス流路の流路長や流路形状がばらつくことを防止でき、オリフィス特性を安定させることできる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体例に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、作動流体として作動油を用いているが、水等のその他の液体を用いてもよい。

また、上記実施形態では、ピストン３に伸側ポート３ａ、圧側ポート３ｂをそれぞれ６つ設けているが、ポートの数は２つ以上で任意に設定可能である。

また、上記実施形態では、ダンパ１００をツインチューブダンパとしているが、モノチューブダンパとしてもよい。

また、上記実施形態では、ピストン３の圧側ポート３ｂに凸部３ｐを設けているが、圧側ポート３ｂ及び凸部３ｐと同様の構成を、ピストンの伸側ポートやベース部材のポートに適用してもよい。

Claims (3)

1. ダンパに用いられる環状のピストンであって、
   軸方向に貫通し、前記ピストンの周方向に沿って形成される複数のポートと、
   前記ピストンの一方側の端面に前記ポートそれぞれの開口部を囲んで形成され、前記ポートを開閉するディスクバルブが着座するシート面と、
   を有し、
   前記ポートは、
   円弧状の内周面と、
   前記内周面よりも周方向長さが長い円弧状の外周面と、
   前記内周面と前記外周面とを繋ぐ２つの側面と、
   によって画成され、
   前記ポートの前記外周面には、前記ポートの内側に突出するとともに軸方向に前記シート面まで延在する少なくとも２つの凸部が設けられる、
   ピストン。
2. 請求項１に記載のピストンであって、
   前記凸部は２つであって、前記外周面における周方向の中心に対して対称に設けられる、
   ピストン。
3. 請求項２に記載のピストンであって、
   前記シート面における２つの前記凸部の間には、前記ディスクバルブとの間にオリフィス流路を形成する切欠きが設けられる、
   ピストン。

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