KR20070001283A - 유압식 완충기 - Google Patents

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KR20070001283A
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카야바 고교 가부시기가이샤
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Abstract

유압식 완충기의 신장측 행정과 압축측 행정에서 발생하는 감쇠력의 가변 범위를 모두 크게 한다. 작동유가 봉입된 실린더(1)를 피스톤(2)에 의해 제1 오일실과 제2 오일실(101, 102)로 구획하고, 피스톤(2)의 메인 통로(81)의 도중에 메인 밸브(4)를 배치한다. 메인 밸브의 스풀(8)의 배면에는 신장측 행정에서 제1 오리피스(32)를 통해 유도되는 피일럿압으로 상기 스풀(8)을 폐쇄 밸브 방향으로 압박하는 신장측 파일럿실(6)과, 압축측 행정에서 제2 오리피스(43)를 통해 유도되는 파일럿압으로 상기 스풀(8)을 폐쇄 밸브 방향으로 압박하는 압축측 파일럿실(7)을 구비한다. 상기 스풀(8)을 신장측 행정에서의 고압을 받아 상기 파일럿압에 대항하여 개방 밸브 방향으로 압박하는 수압부와, 또한 압축측 행정에서의 고압을 받아 상기 파일럿압에 대항하여 스풀(8)을 개방 밸브 방향으로 압박하는 수압부를 구비한다. 또한, 신장측 행정에서 상기 파일럿압을 조정하는 신장측 포핏 밸브(11)와, 압축측 행정에서 상기 파일럿압을 조정하는 압축측 포핏 밸브(10)와, 통전에 의해 상기 신장측과 상기 압축측 포핏 밸브(11, 10)의 스프링(9)의 이니셜을 감소시키도록 압박하는 솔레노이드(71)를 더 구비한다.
스풀, 파일럿실, 오리피스, 스프링, 포핏 밸브, 솔레노이드

Description

유압식 완충기 {HYDRAULIC SHOCK ABSORBER}
본 발명은 자동차 등의 차량의 현가 장치로서 이용되는 감쇠력 조정식의 유압식 완충기에 관한 것이다.
이러한 종류의 유압식 완충기로서는 예를 들어 JP11-72133A 공보에 개시된 것이 있다.
이 유압식 완충기는 신장측 작동 행정과 압축측 작동 행정에 있어서, 각각 발생 감쇠력을 독립하여 가변적으로 제어 가능하게 되어 있다.
이 경우, 신장측 행정에서는 감쇠력을 발생시키는 스풀이 포핏 밸브에 의해 설정되는 파일럿압으로 압박되고, 압축측 행정에서는 스프링으로 직접 압박되어 있다. 솔레노이드의 흡인력을, 스프링의 압박력을 감소시키는 방향으로 작용시키고, 이에 의해 솔레노이드의 통전 전류에 따라서 감쇠력을 가변적으로 제어 가능하게 하고 있다.
그러나, 종래의 유압식 완충기에서는 상기한 바와 같이 감쇠력을 변화시키는 스풀을 신장측 행정에서는 파일럿압으로 압박하고 있지만, 압축측 행정에서는 스프링으로 직접 압박하고 있으므로, 압축측 행정에서의 감쇠력 가변 범위가 스프링에만 의존하여 조정 폭을 크게 취할 수 없는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 신장측 행정뿐만 아니라, 압축측 행정에 있어서도 감쇠력의 가변 범위를 크게 취할 수 있도록 한 유압식 완충기를 제공하는 것이다.
본 발명의 유압식 완충기는 작동유가 봉입된 실린더와, 상기 실린더 내부를 제1 오일실과 제2 오일실로 구획하고 실린더 내에 미끄럼 이동 가능하게 배치한 피스톤과, 상기 피스톤에 설치되고 상기 제1 오일실과 제2 오일실을 연통하는 메인 통로의 도중에 배치된 스풀 및 이 스풀이 착좌하는 디스크로 이루어지는 메인 밸브를 구비한다. 또한, 상기 유압식 완충기는 상기 스풀의 배면에 형성되고 신장측 행정에서 고압이 되는 상기 어느 한쪽의 오일실로부터 제1 오리피스를 통해 유도되는 파일럿압에 의해 상기 스풀을 폐쇄 밸브 방향에 압박하는 신장측 파일럿실과, 상기 스풀의 배면에 형성되고 압축측 행정에서 고압이 되는 상기 어느 한쪽의 오일실로부터 제2 오리피스를 통해 유도되는 파일럿압에 의해 상기 스풀을 폐쇄 밸브 방향으로 압박하는 압축측 파일럿실과, 상기 스풀에 설치되고 신장측 행정에서 고압이 되는 오일실로부터의 압력이 유도되어 상기 스풀을 상기 신장측 파일럿압에 대항하여 밸브 개방 방향으로 압박하는 상기 신장측 파일럿실보다도 수압 면적이 작은 신장측 수압부와, 상기 스풀에 설치되고 압축측 행정에서 고압이 되는 오일실로부터의 압력이 유도되어 상기 스풀을 상기 압축측 파일럿압에 대항하여 밸브 개방 방향에 압박하는 상기 압축측 파일럿실보다도 수압 면적이 작은 압축측 수압부와, 상기 신장측 파일럿실의 압력이 크래킹압에 이르렀을 때에 개방하여 상기 파일럿압이 대략 그 이상으로 높아지는 일이 없도록 유지하는 신장측 포핏 밸브와, 상기 압축측 파일럿실의 압력이 크래킹압에 이르렀을 때에 개방하여 상기 파일럿압이 대략 그 이상으로 높아지는 일이 없도록 유지하는 압축측 포핏 밸브와, 통전시에 여자되어 상기 신장측과 상기 압축측 포핏 밸브의 스프링의 이니셜 하중을 감소시키는 방향으로 압박하는 솔레노이드를 구비한다.
본 발명에 따르면, 스풀의 배면측에 독립된 신장측 파일럿실과 압축측 파일럿실을 설치하고, 각 파일럿실의 압력을 2개의 독립된 포핏 밸브에 의해 제어하므로, 신장측 행정뿐만 아니라 압축측 행정에 있어서도 감쇠력의 가변 범위를 크게 취하고, 게다가 신장측 행정과 압축측 행정의 감쇠력의 가변 범위를 독립하여 설정할 수 있다.
도1은 본 발명에 관한 유압식 완충기의 종단 정면도이다.
도2는 도1의 피스톤 밸브를 중심으로 하는 주요부의 치수 관계를 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도3은 마찬가지로 피스톤 밸브의 상세를 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도4는 유압식 완충기의 발생 감쇠력의 특성을 나타내는 특성도이다.
도5의 (A), 도5의 (B)는 각각 메인 밸브의 시트부에 작용하는 압력의 관계를 설명하는 시트부의 부분 확대 단면도이다.
도6의 (A), 도6의 (B)는 마찬가지로 시트부에 타각 오리피스가 없는 경우의 각각 시트부에 작용하는 압력의 관계를 설명하는 시트부의 부분 확대 단면도이다.
본 발명의 유압식 완충기는 도1에 도시한 바와 같이 실린더(1)와, 실린더(1) 내에 미끄럼 이동 가능하게 배치한 피스톤(2) 및 이 피스톤(2)에 연결되는 피스톤 로드(3)를 구비한다.
실린더(1) 내부는 피스톤(2)에 의해 제1 오일실(101)과, 제2 오일실(102)로 구획된다. 또한 실린더(1) 내에는 프리 피스톤(103)이 배치되고, 이에 의해 가스실(104)이 구획된다. 상기 피스톤(2) 내에는 유압식 완충기의 감쇠력을 제어하기 위한 피스톤 밸브(105)가 설치된다.
상기 피스톤 밸브(105)를 중심으로 하는 유압식 완충기의 단면도를 도2, 도3에 도시한다. 또한, 도2와 도3은 실질적으로 동일하지만, 도2는 각 부의 치수 관계가 기재되어 있다.
이하, 주로 도3을 참조하면서 구체적으로 설명한다.
피스톤 로드(3)의 선단부에는 원통형의 하우징(20)이 동축적으로 연결된다. 이 하우징(20)의 내부에는 상방으로부터 하방을 향해 차례로 캡(21), 가이드(22), 비자성체의 필러 파이프(23), 가이드(24), 디스크(18)가 각각 동심적으로 삽입되고, 이 상태에서 피스톤(2)과 하우징(20)의 나사부(61, 62)를 나사 결합 체결함으로써 각 부품은 서로 고정되어 있다.
이 중, 상부의 가이드(22)와, 필러 파이프(23)와, 하부의 가이드(24)의 각 끼워 맞춤부는 접속 등에 의해 고착되어 가이드 어셈블리(70)로서 구성되고, 기밀성을 확보할 수 있도록 되어 있다.
또한, 하우징(20)의 하부의 원통부(20a) 및 가이드(24)의 원통부(24a)에는 통로(25), 통로(26)가 각각 설치되고, 이것들과, 디스크(18)의 중앙부에 뚫린 통로(53)가 서로 연통함으로써 메인 통로(81)를 구성하고 있다. 상기 통로(25)는 상부의 오일실(101)로 개방되고, 상기 통로(53)는 하부의 오일실(102)에 연통한다.
상기 메인 통로(81)는 디스크(18)와, 이에 착좌하는 스풀(8)로 구성되는 메인 밸브(4)에 의해 개폐된다. 이 메인 밸브(4)에 의해 유압식 완충기의 신장측과 압축측 행정에서 각각 발생하는 감쇠력이 제어된다.
상기 하우징(20)의 상면에는 피스톤 로드(3)에서 센터링된 리바운드 스토퍼(50)가 끼움 장착되어 있다. 하우징(20) 상단부면에는 피스톤 로드(3)를 중심으로 하여 방사 형상으로 복수의 홈이 형성되고, 이 홈과 리바운드 스토퍼(50)에 의해 통로(27)가 형성된다. 또한, 하우징(20)에는 이 통로(27)로부터 하우징(20) 내부에 연통하는 통로(28)가 설치된다. 상기 캡(21)에는 후술하는 체크 밸브(12)가 내장되고, 이 체크 밸브(12)와 접속하는 통로(29)가 더 설치된다. 상기 통로(28)는 상기 체크 밸브(12)와 접속한다. 또한 상기 통로(29)는 상기 가이드(22)에 설치한 통로(30)에 연통하고 있다. 상기 통로(27, 28, 29 및 30)는 이후에 상세하게 설명하지만, 파일럿압을 유도하는 파일럿 통로(82)를 형성하고 있다.
상기 체크 밸브(12)는 캡(21)의 상면의 환형 홈 내에 리프 밸브(31), 절결 리프 밸브(32), 논리턴 스프링(33)을 차례로 삽입하고, 밸브 캡(34)을 상기 캡(21)에 압입하여 구성된다. 체크 밸브(12)와 하우징(20) 사이의 환형 통로에는 필터(35)가 설치되어 있다.
이 체크 밸브(12)는 원칙적으로 오일실(101)측으로부터 파일럿 통로(82)로의 작동유의 흐름을 저지하고, 그 반대 방향으로의 흐름을 허용하지만, 오리피스로서의 절결 리프 밸브(32)의 절결을 통해 오일실(101)로부터 파일럿 통로(82)로의 미소한 유량의 흐름은 가능하게 하고 있다.
가이드 어셈블리(70)의 내부에는 유로인 절결을 마련한 절결 플레이트(54), 포핏 밸브(10, 11)에 압박력을 부여하는 스프링(9), 포핏 밸브(11), 플런저(17), 포핏 밸브(10), 스풀(8)이 삽입되어 있다.
상기 가이드 어셈블리(70)의 외측에는 솔레노이드(71)가 배치된다. 솔레노이드(71)는 하네스(36)에 접속된 코일(16)을 구비하고, 코일(16)에 통전되면, 자력에 의해 플런저(17)가 가이드(22)에 끌어 당겨지고, 이에 의해 상기 스프링(9)의 이니셜 하중을 줄이도록 작용한다. 이 솔레노이드(71)에 대해서는 이후에 상세하게 설명한다.
상기 플런저(17)는 원통형의 상기 가이드(24)의 내주를 따라 미끄럼 이동 가능하고, 플런저(17)의 원통부의 내측으로 돌출되는 플랜지부(17a)에 상기 포핏 밸브(11)의 테두리부(11a)가 접촉하고, 만일 플런저(17)가 상방으로 이동할 때에는 포핏 밸브(11)도 동시에 이동한다.
상기 플런저(17)의 원통부의 내주와 가이드(22)의 하부의 원통부의 외주 사이에 환형의 통로(37)를 형성하고, 또한 플런저(17)의 접촉하는 플랜지부(17a)에는 통로(38)가 설치되어 있다. 이들 통로(37과 38)는 상기 파일럿 통로(82)의 일부를 구성하고, 후술하는 신장측 파일럿실(6)에 연통하고 있다.
상기 포핏 밸브(11)의 선단부는 이와 동축적으로 배치된 또 하나의 포핏 밸 브(10)의 내측에 배치되어 그 시트부에 착좌한다. 포핏 밸브(11)는 스프링(9)에 저항하여 단독으로 이동하거나, 혹은 포핏 밸브(10)에 착좌한 상태에서 함께 이동한다.
포핏 밸브(10)의 중앙에는 시트 구멍부(10b)가 마련되고, 그 개구 주위가 상기 시트부가 되고, 여기에 포핏 밸브(11)의 테이퍼 형상의 밸브 헤드부(11b)가 착좌한다. 포핏 밸브(10)의 원통부에는 포트(10a)가 설치된다.
상기 포핏 밸브(11)는 밸브 헤드부(11b)와 반대측으로 연장되는 원통부(11c)를 갖고, 이 원통부(11c)가 상기 통형의 가이드(22)의 내주에 미끄럼 이동 가능하게 삽입되고, 이들 가이드(22)와 포핏 밸브(11) 사이에 배압실(65)을 형성하고 있다.
포핏 밸브(11)의 중앙부를 관통하여 연통 구멍(39)이 마련되고, 이 연통 구멍(39)의 일단부가 상기 배압실(65)과 연통하고, 타단부는 상기 시트 구멍부(10b)와 연통한다.
상기 가이드(22)에 삽입되는 상기 포핏 밸브(11)의 원통부(11c)의 외경은 포핏 밸브(10)의 시트부 구멍 직경[포핏 밸브(11)의 시트 직경]보다 큰 직경으로 설정되어 있다. 즉, 도2에 도시한 바와 같이 포핏 밸브(11)의 원통부(11c)의 외경을 D1, 포핏 밸브(10)의 시트 구멍부 직경[포핏 밸브(11)의 시트 직경]을 D2라 하면, D1 ＞ D2의 관계에 있다.
상기 스풀(8)은 소경부(8a)와 대경부(8b)로 이루어지는 단차식 형상으로 형성되고, 이 스풀(8)이 마찬가지로 단차식 형상의 내주면을 갖는 상기 가이드(24)에 미끄럼 이동 가능하게 삽입되어 있다. 이들 스풀(8)과 가이드(24) 사이에는 단차식 부분에 위치하여 이후에 상세하게 서술하는 압축측의 파일럿실(7)이 구획 형성된다.
또한, 스풀(8)의 소경부(8a)의 외경은 D4, 대경부(8b)의 외경은 D5라 한다.
스풀(8)의 중앙에는 축 방향으로 관통하는 통로(40)가 형성되고, 그 상단부는 상기 포핏 밸브(10)의 밸브 헤드부(10c)가 착좌하는 시트 구멍부(41)와 접속하고 있다. 그리고, 상기 가이드(24)의 내주와 스풀(8)의 소경부(8a)의 상부와, 포핏 밸브(10) 사이에는 신장측의 파일럿실(6)이 구획 형성되어 있다. 이 신장측 파일럿실(6)은 상기 통로(38, 37)를 통해 체크 밸브(12)측으로 연통하고, 이에 의해 제1 오일실(101)로부터의 압력이 전달되도록 되어 있다.
스풀(8)의 포핏 밸브(10)가 착좌하는 시트 구멍부(41)의 직경(D3)은 상기 포핏 밸브(11)의 원통부(11c)의 외경(D1)보다도 크게, 즉 D3 ＞ D1이 되도록 설정되어 있다.
스풀(8)의 소경부(8a)에는 통로(40)와 압축측 파일럿실(7)을 연통하는 파일럿압 도입 구멍(40a)이 마련되어 있다.
스풀(8)의 통로(40)의 도중에는 디스크(42), 절결 리프 밸브(43), 리프 밸브(44), 논리턴 스프링(45), 캡(46), 필터(47), 홀더(48)로 구성되는 체크 밸브(13)가 배치된다.
이 체크 밸브(13)는 통로(40)에 대해 오일실(102)측으로부터의 작동유의 흐름을 저지하고, 반대 방향으로의 흐름은 허용하도록 되어 있다. 단, 오일실(102) 로부터의 미소의 유량이 오리피스로서의 절결 리프 밸브(43)의 절결을 통해 스풀(8)의 시트 구멍부(41)의 상류측으로 흐르는 것을 가능하게 하고 있다.
상기 디스크(18)의 스풀(8)의 단면과 접촉하는 부분에는 내외 2개 시트부(18a와 18b)가 설치되고, 이들 내외 2개의 시트부(18a, 18b) 사이에 걸쳐지도록 타각 오리피스(18c)(도5 참조)가 새겨지고, 시트부(18a와 18b)의 내측 및 외측과 연통하고 있다. 스풀(8)이 디스크(18)의 내외 시트부(18a, l8b)에 착좌하고 있을 때의 시트부의 신장측 등가 유효 직경(Dr)과, 압축측 등가 유효 직경(Dc)은 내외 2개의 시트부(18a, 18b) 사이에 존재하게 된다.
신장측 행정에서 메인 밸브(4)의 디스크(18)의 하면으로부터 스풀(8)의 밸브 개방 방향으로 오일실(101)의 압력이 작용하는 수압부의 면적은 스풀(8)의 외측 시트부(18b)의 외측의 면적, 즉 상기 스풀(8)의 대경부(8b)의 외경(D5)과, 상기 등가 유효 직경(Dr) 사이의 환형 부분의 면적이 된다. 이에 대해, 상기 포핏 밸브(10과 11)가 폐쇄되어 있는 경우에 있어서, 스풀(8)을 폐쇄 밸브 방향, 즉 디스크(18)에 압박하는 방향으로 상기와 동일한 압력(신장측 파일럿압)이 작용하는 수압 면적은 스풀(8)의 소경부(8a)의 외경(D4)과, 포핏 밸브(11)의 시트 직경(D2) 사이의 환형 부분의 면적이 된다.
또한, 압축측 행정에서 마찬가지로 스풀(8)에 밸브 개방 방향으로 오일실(102)측의 압력이 작용하는 수압부의 면적은 스풀(8)의 시트부(18a)의 내측 면적이고, 정확하게는 시트부(18a)의 등가 유효 직경(Dc)으로부터 포핏 밸브(10)의 시트 구멍 직경(D3)을 뺀 환형의 면적이 된다. 이에 대해, 상기와 마찬가지로 포핏 밸브(10과 11)가 폐쇄되어 있는 경우에, 스풀(8)의 폐쇄 밸브 방향으로 상기와 동일한 오일실(102)측의 압력(압축측 파일럿압)이 작용하는 수압 면적은 스풀(8)의 소경부(8a)의 외경(D4)과 대경부(8b)의 외경(D5)으로 둘러싸이는 단차부의 환형 면적이 된다.
본 발명에서는, 상기 신장측 및 압축측 행정에서의 스풀(8)의 수압 면적의 관계는 포핏 밸브(10, 11)가 폐쇄되어 있을 때에, 오일실(101) 또는 오일실(102)의 압력으로 항상 스풀(8)을 디스크(18)에 압박하는, 즉 스풀(8)을 폐쇄 밸브 상태로 유지하기 위해 각 직경의 치수는 D42 - D22 ＞ D52 - Dr2, 및 D52 - D42 ＞ Dc2 - D32의 관계를 충족시키도록 되어 있다.
상기 피스톤(2)의 외주면에는 실린더(1)와 미끄럼 이동하는 부분에 테프론 밴드(49)가 권취되어 있어 미끄럼 이동 저항을 감소시킨다. 상기 피스톤(2)의 내부에는 발생 감쇠력이 작은 감쇠 밸브(5)가 고정되어 있다. 이 감쇠 밸브(5)는 상기 메인 밸브(4)와 직렬로 메인 통로(81)에 배치된다. 따라서 완충기가 발생하는 감쇠력은 직렬로 배치된 이들 메인 밸브(4)와 감쇠 밸브(5)의 합계의 감쇠력이 된다.
감쇠 밸브(5)는 피스톤(2)의 내주에 코킹 고정되는 디스크(52)를 구비한다. 디스크(52)에는 외주의 일부가 절결된 캡(56)과, 그 내측에 위치하는 서포트(57)가 센터 가이드(58)에 의해 고정되어 있다. 디스크(52)와 서포트(57) 사이에는 외주가 캡(56)으로 안내되는 복수의 적층된 리프 밸브(51)가 끼움 지지되어 있다. 리 프 밸브(51)는 외주부의 하면이 디스크(52)에 지지되고, 내주부의 상면이 서포트(57)에 지지된다.
이에 의해, 리프 밸브(51)는 완충기의 신장측 행정에서는 그 내주부가 하방으로 휘어 메인 통로(81)로부터 제2 오일실(102)측을 향해 작동유가 흐르는 것을 허용하고, 압축측 행정에서는 리프 밸브(51)의 외주부가 상방으로 휘어 제2 오일실(102)로부터 메인 통로(81)로의 작동유의 흐름을 허용하고, 이 때 어느 쪽의 흐름에 대해서도 비교적 작은 감쇠 저항을 발생시킨다.
또한, 디스크(52)에는 오일이 흐르는 메인 통로(81)를 구성하는 구멍(55)이 마련되어 있다. 도시는 하지 않지만, 통상의 유압식 완충기의 밸브와 마찬가지로, 요구되는 특성에 따라서는 리프 밸브(51)를 바이패스하는 오리피스를 마련해도 좋다.
다음에, 작동에 대해 설명한다.
우선, 솔레노이드(71)의 코일(16)에 통전되고 있지 않은 경우의 작동에 대해 설명한다.
피스톤 로드(3)가 인발되어 가는 방향으로 작동하는 완충기의 신장측 행정에서는 피스톤(2)의 상방으로의 이동에 의해 오일실(101)이 압축되어 오일실(102)이 확대된다. 이로 인해, 압축측의 오일실(101)의 압력이 높아지고, 확대측의 오일실(102)의 압력은 저하된다. 단, 이하의 설명에서는, 확대측의 오일실(102)의 압력은 편의상 제로로서 취급하는 것으로 한다. 또한, 이것은 후술하는 압축측 행정에서의 설명에 있어서도 마찬가지로 취급한다.
피스톤 속도가 느릴 때에는, 오일실(101)의 압력은 상승하지만, 그다지 높아지지는 않는다.
이 오일실(101)의 압력은 체크 밸브(12)로부터 파일럿 통로(82), 신장측 파일럿실(6)을 경유하여 포핏 밸브(11)에 작용하고, 포핏 밸브(11)를 개방하는 방향으로 작용한다.
그러나, 상기 압력이 포핏 밸브(11)의 크래킹압(밸브 개방압)보다 낮은 동안에는 포핏 밸브(11)는 폐쇄된 상태에 있다. 또한, 포핏 밸브(11)는 스프링(9)에 의해 폐쇄 방향으로 압박되어 있다.
이 때, 신장측 파일럿실(6)에 전달되고 있는 상기 오일실(101)과 동일한 크기의 압력은 스풀(8)을 디스크(18)에 압박하는 방향으로 작용한다. 한편, 스풀(8)의 하면으로부터는 디스크(18)의 시트부(18a)의 외측 부분에 상기 오일실(101)과 동일한 압력이 통로(25, 26)를 경유하여 유도되어 스풀(8)을 밀어 올리려고 한다.
그러나, 이 때 스풀(8)의 상하에 가해지는 수압 면적의 관계가 상기한 바와 같이 D42 - D22 ＞ D52 - Dr2의 관계에 있고, 스풀(8)을 밀어 내리는 방향의 힘이 크기 때문에 스풀(8)은 폐쇄된 상태를 유지한다.
이 상태에서는, 오일실(101)의 작동유는 메인 통로(81)가 되는 통로(25, 26)로부터 디스크(18)의 시트부(18a, 18b)에 형성된 타각 오리피스(18c)를 통해 디스크(18)의 내측 통로(53)로 흐른다. 또한, 감쇠 밸브(5)의 리프 밸브(51)의 내주측을 하방으로 휘게 하여 오일실(102)로 흐른다. 이 때, 오리피스(18c), 감쇠 밸 브(5)를 오일이 통과할 때의 저항에 의해 오일실(101)과 오일실(102) 사이에 압력차를 생기게 하고, 피스톤 로드(3)를 끌어 올리는 방향에 대한 저항력, 즉, 신장측 감쇠력을 발생시킨다.
피스톤 속도가 증대하면, 오리피스(18c)의 압력 손실이 커지고, 그에 수반하여 오일실(101)의 압력이 상승하고, 이와 동일한 압력이 신장측 파일럿실(6)에 작용한다. 이 신장측 파일럿실(6)의 압력이 포핏 밸브(11)의 크래킹압에 이르면, 포핏 밸브(11)가 스프링(9)의 압박력에 이겨 리프트한다.
이 결과, 신장측 파일럿실(6)의 작동유는 포트부(10b), 통로(40)를 거쳐서 체크 밸브(13)를 개방하여 디스크(18)의 내측 통로(53)로 흐른다.
이 경우, 오일실(101)의 압력이 더욱 증대해도, 체크 밸브(12)의 절결 리프 밸브(32)의 절결이 오리피스가 되고, 오일실(101)로부터 파일럿 통로(82)로 흐르는 유량을 미소치로 규제하고 있다. 이 때의 압력 손실에 의해, 신장측 파일럿실(6)의 압력은 포핏 밸브(11)가 폐쇄되어 있을 때와 같이 오일실(101)의 압력과 동일하지 않고, 이것보다도 낮은 압력인 포핏 밸브(11)의 크래킹압을 유지하도록 조정된다.
또한, 포핏 밸브(11)가 개방되어도 포핏 밸브(10)는 통로(40)가 통로(53)와 동일한 낮은 압력 상태에 있으므로, 항상 시트부에 압박된 상태로 유지된다.
이와 같이 하여, 포핏 밸브(11)가 개방된 후에는, 스풀(8)은 포핏 밸브(11)의 크래킹압으로 유지되는 신장측 파일럿실(6)의 파일럿 압력에 의해 디스크(18)에 압박된다.
지금, 오일실(101)의 압력을 Pa, 포핏 밸브(11)의 크래킹압을 Ppb라 하면, Ppbㆍ(D42 - D22) ＞ Paㆍ(D52 - Dr2)의 관계가 유지되고 있는 동안에, 스풀(8)은 항상 디스크(18)를 향해 압박되어 폐쇄된 상태로 되어 있다.
그러나 또한, 상기 피스톤 속도가 증대하고, 오일실(101)의 압력이 증대하여, Ppbㆍ(D42 - D22) ＜ Paㆍ(D52 - Dr2)의 상태가 되면, 스풀(8)의 하면으로부터 신장측 수압면에 작용하는 힘이 신장측 파일럿실(6)에 작용하는 파일럿 압력에 의한 압박력에 이겨 스풀(8)은 디스크(18)의 시트부(18a)로부터 멀어진다.
이에 의해 오일실(101)의 작동유는 통로(25, 26), 스풀(8)과 디스크(18)와의 간극, 즉 메인 밸브(4)의 개구부를 통해 통로(53)로 흐르고, 또한 감쇠 밸브(5) 리프 밸브(51)의 내측을 휘게 하여 오일실(102)로 흐른다. 이 때의 감쇠력은 메인 밸브(4)와 감쇠 밸브(5)와의 합계치로서 발생한다. 단, 메인 밸브(4)에 비교하여 감쇠 밸브(5)의 설정 감쇠력은 작고, 신장측 행정에서의 감쇠력으로서는 메인 밸브(4)에 의해 발생하는 감쇠력이 지배적이 된다.
이에 대해, 완충기의 압축측 행정에서는 피스톤(2)이 하방으로 이동하고, 압축되는 오일실(102)로부터는 감쇠 밸브(5)의 리프 밸브(51)의 외주측을 밀어 올려 통로(53)로 작동유가 흐른다. 이 작동유는 체크 밸브(13)의 절결 리프 밸브(43)의 절결부, 통로(40)를 통해 포핏 밸브(10)를 밀어 올려 개방하려고 한다. 그러나, 피스톤 속도가 느릴 때에는, 오일실(102)의 압력이 낮고, 포핏 밸브(10)는 포핏 밸브(11)를 거쳐서 스프링(9)에 의해 폐쇄 방향으로 압박되어 있으므로, 포핏 밸 브(10)는 개방되지 않고 폐쇄된 상태가 된다.
이 경우, 포핏 밸브(1l)에도 밸브 개방 방향의 압력이 작용하지만, 포핏 밸브(11)의 배압실(65)은 통로(40)와는 연통되어 있어 동일 압력으로 되어 있다. 그리고, 포핏 밸브(11)의 시트 직경(D2)과, 배압실(65)의 내경(D1)의 관계가 D1 ＞ D2로 되어 있으므로, 항상 포핏 부재(11)는 포핏 밸브(10)에 압박되어 개방되는 일은 없다.
이 상태에서는, 통로(40)로부터 압축측 파일럿실(7)로 유도되는 압력은 통로(53)의 압력과 동일해지고, 스풀(8)을 디스크(18)에 압박하는 힘이 발생하고 있다. 스풀(8)의 하면의 압축측 수압면에도 스풀(8)을 밀어 올려 개방하려고 하는 동일한 압력이 작용하고 있지만, 서로의 면적의 관계는 (D52 - D42) ＞ (Dc2 - D32)로 되어 있으므로, 스풀(8)을 디스크(18)로 압박하는 힘이 우수하고, 스풀(8)은 폐쇄된 상태로 유지된다.
이 상태에서는, 작동유는 메인 통로(81)가 되는 통로(53)로부터 디스크(18)의 시트부(18a, 18b)에 형성된 타각 오리피스(18c)를 통과하고, 또한 통로(26, 25)를 경유하여 확대되는 측의 오일실(101)로 흐른다. 이 때, 오리피스(18c), 감쇠 밸브(5)를 통과함으로써 오일실(102)과 오일실(101) 사이에 압력차를 발생시키고, 피스톤 로드(3)를 밀어 내리려고 하는 힘에 대항하는 압축측 감쇠력을 발생시킨다.
피스톤 속도가 증대하면, 상기 오리피스(18c)의 압력 손실이 커지고, 그에 수반하여 오일실(102), 통로(53), 통로(40) 및 압축측 파일럿실(7)의 압력도 동일 적으로 상승한다.
압축측 파일럿실(7)과 동일한 압력의 통로(40)의 압력이 포핏 밸브(10)의 크래킹압에 이르면, 스프링(9)의 압박력에 이겨 포핏 밸브(10)는 포핏 밸브(11)와 일체가 되어 리프트하여 밸브 개방된다.
이에 의해, 통로(40)의 작동유는 개방된 포핏 밸브(10)로부터 신장측 파일럿실(6)로 흐르고, 파일럿 통로(82)가 되는 통로(38, 37, 30)를 통과하여 체크 밸브(12)를 밀어 개방하고, 또한 통로(28, 27)를 경유하여 오일실(101)로 흐른다. 단, 오일실(102)의 압력이 더 상승하고, 통로(53)의 압력이 더 높아져도, 체크 밸브(13)의 절결 리프 밸브(43)의 절결이 오리피스가 되어 유량을 규제하여 압력 손실을 발생시키므로, 체크 밸브(13)의 하류의 통로(40)의 압력은 항상 포핏 밸브(10)의 크래킹압으로 조정된다.
이 때 압축측 파일럿실(7)의 압력도 상기 크래킹 압력과 동일압으로 유지되고, 이 압축측 파일럿 압력에 의해 스풀(8)을 디스크(18)에 압박하려고 하는 힘이 작용한다. 이에 대해, 스풀(8)의 하면의 수압면에는 오일실(102)측의 통로(53)의 압력이 작용하여 스풀(8)을 밀어 올리려고 한다.
여기서, 통로(53)의 압력을 Pb, 포핏 밸브(10)의 상기 크래킹압을 Ppa라 하면, Ppaㆍ(D52 - D42) ＞ Pbㆍ(Dc2 - D32)의 관계가 유지되고 있는 동안에는 스풀(8)을 밀어 내리는 힘이 우수하여 스풀(8)이 항상 디스크(18)에 압박되어 메인 밸브(4)는 폐쇄된 상태로 되어 있다.
그러나 또한, 피스톤 속도가 빨라져 오일실(101), 통로(53)의 압력(Pb)이 상승하여 Ppaㆍ(D52 - D42) ＜ Pbㆍ(Dc2 - D32)의 상태가 되면, 스풀(8)의 하면의 수압면에 작용하는 힘이 파일럿 압력에 의한 압박력에 이겨 스풀(8)은 디스크(18)의 시트부(18a)로부터 멀어진다.
그러면, 오일실(102)의 작동유는 감쇠 밸브(5)의 리프 밸브(51)의 외측을 밀어 개방하고, 메인 통로(81)인 통로(53)로부터 스풀(8)과 디스크(18) 사이의 개구부를 흐르고, 또한 통로(26, 25)를 경유하여 오일실(101)로 흐른다. 이 때의 감쇠력은 주로 메인 밸브(4)에 의해 의존하여 하드의 감쇠력 특성이 된다.
이와 같이 하여, 본 발명에서는 신장측 행정, 압축측 행정 중 어느 것에 대해서도 발생 감쇠력은 포핏 밸브(10과 11)의 크래킹 압력, 즉 파일럿압에 따라서 제어할 수 있다.
다음에, 포핏 밸브(10, 11)의 크래킹 압력에 영향을 미치는 솔레노이드(71)의 코일(16)에 통전하는 경우에 대해 설명한다.
코일(16)에 전류를 흐르게 하면 코일(16)의 주위에 자력이 발생하고, 이 자력의 크기는 전류의 크기에 따라 변한다.
자력은 가이드(22), 캡(21), 하우징(20), 가이드(24), 플런저(17)를 통과하는 루프 형상으로 발생한다. 가이드(22)와 플런저(17) 사이에는 간극이 있으므로, 자력에 의해 플런저(17)를 가이드(22)로 끌어 당길 수 있도록 흡인력이 작용한다.
이 흡인력은 가이드(17)의 플랜지부(17a)로부터 포핏 밸브(1l)의 테두리 부(11a)에 전달되어 스프링(9)이 수축되는 방향으로 작용한다. 스프링(9)에는 이니셜력이 작용하고 있으므로, 흡인력이 이니셜력을 넘지 않는 동안에는 스프링(9)은 휘지 않고, 포핏 밸브(11)는 폐쇄된 상태가 된다. 그러나, 포핏 밸브(11)에는 스프링(9)의 이니셜력으로부터 상기 흡인력을 감한 힘이 폐쇄 밸브 방향의 압박력으로서 작용하게 된다. 이것은 스프링(9)의 압박력을 감소시킨 것과 동일해진다.
이에 의해, 완충기의 신장측 행정에서는 포핏 밸브(11)의 크래킹압이 압축측 행정에서는 포핏 밸브(10)의 크래킹압이 감소하게 된다. 이 결과, 신장측 행정에 있어서는, 메인 밸브(4)의 스풀(8)은 오일실(101)의 압력이 보다 낮은 압력에서 리프트하기 시작하고, 또는 압축측 행정에서는 오일실(102)의 압력이 보다 낮은 압력에서 스풀(8)이 리프트하기 시작한다.
스풀(8)이 리프트를 개시할 때의 압력은 상기 코일(16)에 흐르는 전류치에 따라서 변화된다. 보다 큰 전류를 흐르게 하면 발생하는 자력도 커지고, 포핏 밸브(10과 11)의 크래킹 압력이 감소하여 스풀(8)의 밸브 개방하는 압력이 저하된다. 이와 같이 메인 밸브(4)에 의해 발생하는 감쇠력은 코일(16)에 의해 발생하는 자력에 따라서 변화한다.
도4에는 코일(16)에 공급하는 전류의 크기와, 발생하는 감쇠력의 관계를 나타내고 있다. 도면의 종축은 감쇠력의 크기, 횡축은 피스톤 속도를 나타내고 있다.
솔레노이드(71)의 코일(16)에 의한 흡인력이 스프링(9)의 이니셜력과 동일해지는 전류치로 하였을 때에 가장 낮은 감쇠력을 얻을 수 있고, 이에 대해 코일(16) 로의 비통전시에는 가장 높은 감쇠력을 얻을 수 있게 된다. 이 동안에 전류치를 연속적으로 변화시킴으로써, 그에 따라서 감쇠력도 연속적으로 변화시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 스풀(8)의 배면측에 독립된 신장측 파일럿실(6)과 압축측 파일럿실(7)을 설치하고, 서로 독립된 크래킹 압력에 의해 개폐하는 2개의 포핏 밸브(10과 11)를 설치하고, 또한 이들 2개의 포핏 밸브(10과 11)의 크래킹 압력을 하나의 솔레노이드(71)에 의해 제어함으로써 신장측 행정뿐만 아니라 압축측 행정에 있어서도 감쇠력 가변 범위를 크게 취하고, 게다가 신장측 행정과 압축측 행정의 각각의 감쇠력의 가변 범위를 솔레노이드 여자 전류에 따라서 독립하여 설정할 수 있다.
다음에, 메인 밸브(4)의 디스크(18)에는 상기한 바와 같이 내외 2개의 시트부(18a, 18b)를 구비하고 있다.
도5의 (A), 도5의 (B)는 2개의 시트부(18a, 18b)에 걸쳐서 타각 오리피스(18c)를 마련한 경우, 도6의 (A), 도6의 (B)는 단일 시트부(18d)에서 타각 오리피스가 없는 경우의 각각의 시트부 내주측에 고압이 작용하고, 압축측 행정에서의 시트부 부근에서 압력이 변화되는 모습을 나타내고 있다.
도6의 (A)는 스풀(8)이 개방 전의 상태를 나타내고 있고, 스풀(8)과 디스크(18)의 시트부(18d)는 접촉하고 있으므로, 압력이 작용하는 유효 수압 직경은 시트부(18d)의 내경이 된다.
이에 대해, 도6의 (B)의 스풀(8)이 개방된 후의 상태에서는, 시트부(18d)의 외경 위치는 내경 위치보다도 하류측이 되므로, 압력은 하류측만큼 저하되어 시트 부(18d)의 시트면 상에 압력 구배가 발생한다. 이 경우에는, 유효 수압 직경은 상기 시트부(18d)의 내경보다 큰 직경이 된다. 스풀(8)은 수압면에 가해지는 힘이 균형이 맞게 움직이므로, 개방된 후에 유효 수압 직경이 커지면 그 만큼 균형이 잡히는 압력이 저하되고, 이에 의해 스풀(8)의 밸브 개방 직후에 감쇠력의 변동을 발생시키게 된다.
따라서, 스풀(8)이 개방되기 전과 후의 스풀(8)에 작용하는 유효 수압 직경의 변동 폭이 작은 쪽이 바람직하다.
도5의 (A), 도5의 (B)의 경우, 2개의 시트부(18a, 18b)에 걸쳐서 오리피스(18c)가 타각되어 서로 연통하고 있다. 이로 인해, 스풀(8)이 개방되기 전의 유효 수압 직경은 2개의 시트부(18a, 18b)의 사이에 있고, 또한 스풀(8)이 개방된 후에라도 2개의 시트부(18a, 18b) 사이에 있게 된다.
스풀(8)이 개방되기 전과 후의 유효 수압 직경은 양자 모두 내외의 시트부(18a와 18b) 사이에 존재하므로, 스풀(8)이 개방되기 전과 후의 유효 수압 직경은 동일해지지는 않지만, 도6의 경우에 비교하면, 그 변화 폭은 작아진다. 이로 인해, 스풀(8)이 개방되는 과정에서의 감쇠력의 변동을 작게 억제할 수 있다.
본 발명의 이상의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 그 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 이룰 수 있는 다양한 개량, 변경도 포함되는 것이다.
본 발명의 유압식 완충기는 차량의 현가 장치의 완충기로서 이용할 수 있다.

Claims (10)

  1. 작동유가 봉입된 실린더와,
    상기 실린더 내부를 제1 오일실과 제2 오일실로 구획하고 실린더 내에 미끄럼 이동 가능하게 배치한 피스톤과,
    상기 피스톤에 설치되고 상기 제1 오일실과 제2 오일실을 연통하는 메인 통로의 도중에 배치된 스풀 및 이 스풀이 착좌하는 디스크로 이루어지는 메인 밸브를 구비하는 유압식 완충기에 있어서,
    상기 스풀의 배면에 형성되고 신장측 행정에서 고압이 되는 상기 어느 한쪽의 오일실로부터 제1 오리피스를 통해 유도되는 파일럿압에 의해 상기 스풀을 폐쇄 밸브 방향으로 압박하는 신장측 파일럿실과,
    상기 스풀의 배면에 형성되고 압축측 행정에서 고압이 되는 상기 어느 한쪽의 오일실로부터 제2 오리피스를 통해 유도되는 파일럿압에 의해 상기 스풀을 폐쇄 밸브 방향으로 압박하는 압축측 파일럿실과,
    상기 스풀에 설치되고 신장측 행정에서 고압이 되는 오일실로부터의 압력이 유도되어 상기 스풀을 상기 신장측 파일럿압에 대항하여 밸브 개방 방향으로 압박하는 상기 신장측 파일럿실보다도 수압 면적이 작은 신장측 수압부와,
    상기 스풀에 설치되고 압축측 행정에서 고압이 되는 오일실로부터의 압력이 유도되어 상기 스풀을 상기 압축측 파일럿압에 대항하여 밸브 개방 방향으로 압박하는 상기 압축측 파일럿실보다도 수압 면적이 작은 압축측 수압부와,
    상기 신장측 파일럿실의 압력이 크래킹압에 이르렀을 때에 개방하여 상기 파일럿압이 대략 그 이상으로 높아지는 일이 없도록 유지하는 신장측 포핏 밸브와,
    상기 압축측 파일럿실의 압력이 크래킹압에 이르렀을 때에 개방하여 상기 파일럿압이 대략 그 이상으로 높아지는 일이 없도록 유지하는 압축측 포핏 밸브와,
    통전시에 여자되어 상기 신장측과 상기 압축측 포핏 밸브의 스프링의 이니셜 하중을 감소시키는 방향으로 압박하는 솔레노이드를 구비하는 것을 특징으로 하는 유압식 완충기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 신장측 포핏 밸브에 파일럿압을 유도하는 통로와, 상기 압축측 포핏 밸브에 파일럿압을 유도하는 통로가 공통의 단일 파일럿 통로로 구성되고, 상기 파일럿 통로에는 상기 각 포핏 밸브의 상류와 하류에 위치하여 서로 역방향으로의 작동유의 흐름에 의해 밸브 개방하는 동시에, 상기 제1 오리피스와, 제2 오리피스를 갖는 제1 체크 밸브와 제2 체크 밸브가 배치되어 있는 유압식 완충기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 체크 밸브와 제2 체크 밸브는 각각 리프 밸브와, 절결 리프 밸브를 적층하여 구성되는 유압식 완충기.
  4. 제2항에 있어서, 상기 압축측 포핏 밸브는 상기 스풀의 시트 구멍부에 착좌하고, 상기 압축측 포핏 밸브의 시트 구멍부에 상기 신장측 포핏 밸브가 착좌하여 상기 신장측, 압축측 포핏 밸브를 폐쇄 밸브 방향으로 압박하는 단일 스프링을 구비하고,
    상기 신장측 포핏 밸브가 상기 신장측 파일럿압으로 상기 스프링에 저항하여 상기 압축측 포핏 밸브로부터 멀어지고, 밸브 개방할 때에는 상기 압축측 포핏 밸브의 시트 구멍부를 통해 상기 신장측 파일럿압을 릴리프하고,
    상기 압축측 포핏 밸브가 상기 압축측 파일럿압으로 상기 스프링에 저항하여 개방될 때에는, 상기 압축측 포핏 밸브는 상기 신장측 포핏 밸브와 일체가 되어 상기 스풀의 시트 구멍부로부터 이격되어 압축측 파일럿압을 릴리프하는 유압식 완충기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 신장측 포핏 밸브의 배면에는 배압실이 형성되고, 상기 신장측 포핏 밸브의 원통부가 상기 배압실에 미끄럼 이동 가능하게 삽입되고, 상기 배압실은 상기 신장측 포핏 밸브를 축 방향으로 관통하는 관통로에 의해 상기 스풀의 시트 구멍부와 연통하고 있는 유압식 완충기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 압축측 포핏 밸브의 시트 직경은 상기 원통부의 외경보다도 크고, 상기 원통부의 외경은 상기 신장측 포핏 밸브의 시트 직경보다도 크게 형성되어 있는 유압식 완충기.
  7. 제5항에 있어서, 상기 신장측 포핏 밸브의 외측에는 원통형의 플런저가 동축 적으로 미끄럼 이동 가능하게 배치되고, 상기 신장측 포핏 밸브는 상기 포핏 밸브를 폐쇄 밸브 방향으로 압박하는 스프링에 의해 상기 플런저와 결합하고, 상기 플런저의 더 외측에 상기 솔레노이드가 배치되고,
    상기 솔레노이드가 통전 여자되었을 때에는 상기 플런저에 상기 스프링과 대항하는 방향의 압박력을 발생시키는 유압식 완충기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 스풀은 대경부와 소경부의 단차식 스풀로서 형성되고, 상기 소경부에 면하여 상기 신장측 파일럿실이 형성되고, 상기 대경부와 소경부의 단차부에 면하여 상기 압축측 파일럿실이 형성되는 유압식 완충기.
  9. 제1항에 있어서, 상기 메인 통로에는 상기 메인 밸브와 직렬로 작은 감쇠력을 발생하도록 설정된 감쇠 밸브가 배치되는 유압식 완충기.
  10. 제1항에 있어서, 상기 메인 밸브의 상기 디스크에는 상기 스풀의 시트부로서 내외 2중 시트부가 형성되고, 각 시트부에는 시트부 외측과 내측을 연통하는 오리피스가 형성되어 있는 유압식 완충기.
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