JP5787961B2

JP5787961B2 - 緩衝器

Info

Publication number: JP5787961B2
Application number: JP2013226825A
Authority: JP
Inventors: 和之水野; 良介構; 秀樹畑; 定知松村
Original assignee: Toyota Motor Corp; Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Toyota Motor Corp; Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2033-10-31
Also published as: CN105899837B; US9777790B2; CN105899837A; US20160258504A1; DE112014004961T5; WO2015064643A1; JP2015086966A

Description

本発明は、ピストンロッドのストロークに対して作動流体の流れを制御することにより減衰力を発生させる緩衝器に関するものである。

一般的に、自動車のサスペンション装置に装着される緩衝器は、作動流体が封入されたシリンダ内に、ピストンロッドが連結されたピストンを摺動可能に嵌装し、ピストンロッドのストロークに伴うシリンダ内のピストンの摺動によって生じる作動流体の流れをオリフィス及びディスクバルブ等からなる減衰力発生機構によって制御することにより減衰力を発生させる。

この種の緩衝器においては、自動車の乗心地、操縦安定性の観点から、最適な減衰力特性を設定すべく、ディスクバルブの開弁特性や、オリフィスの流路面積が決定されている。例えば、特許文献１に記載された緩衝器では、複数のディスクを積層したディスクバルブに、逆止弁として機能するサブバルブを組込むことにより、減衰力特性の設定の自由度を高めて最適な減衰力特性を得るようにしている。

特開２００４−１２５０２３号公報

上述のようなディスクバルブは、開弁時の過度の撓みや、応力の集中による損傷を防止して充分な耐久性を確保することが要求されている。

本発明は、上記の点に鑑みて成されたものであり、ディスクバルブに組込まれたサブバルブの耐久性を高めることを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、作動流体が封入されたシリンダと、該シリンダ内に摺動可能に嵌装されたピストンと、該ピストンに連結されて前記シリンダの外部に延出されたピストンロッドと、前記シリンダ内の前記ピストンの摺動によって生じる作動流体の流れを制御して減衰力を発生させる減衰力発生機構と、を備えた緩衝器において、
前記減衰力発生機構は、作動流体が流れる通路を有するバルブ本体と、前記バルブ本体の前記通路の開口部に対して内周側に突出したクランプ部及び外周側に突出したシート部と、内周側が前記クランプ部によってクランプされ外周側が前記シート部に着座して前記通路を閉じ前記通路側の作動流体の圧力を受けて撓んで開弁して前記通路を開く積層された複数のディスクを含むメインバルブと、前記シート部に着座する前記ディスクに開口部を有するサブ通路と、該ディスクよりも小径で該ディスクと前記クランプ部とで内周側がクランプされ、該ディスクに着座して前記サブ通路を閉じ、前記サブ通路側の作動流体の圧力を受けて撓んで開弁して前記サブ通路を開くサブディスクとを含むサブバルブとを備え、前記バルブ本体には、前記サブバルブの開弁時に前記サブディスクに当接してその開度を制限する規制部が設けられ、前記サブディスクには、前記規制部と当接する位置より径方向内側に連通孔が設けられていることを特徴とする。

本発明に係る緩衝器によれば、ディスクバルブに組込まれたサブバルブの耐久性を高めることができる。

本発明の一実施形態に係る緩衝器の要部であるピストン部の縦断面図である。図１に示す緩衝器の減衰力発生機構を拡大して示す縦断面図である。図２に示す減衰力発生機構のサブバルブが開弁した状態を示す縦断面図である。図１に示す緩衝器のピストンの下面図である。図２に示す減衰力発生機構のサブバルブを構成するサブディスクの正面図である。図２に示す減衰力発生機構のサブバルブのサブ通路を構成する通路ディスクの正面図である。図２に示す減衰力発生機構のサブバルブのサブ通路を構成する切欠ディスクの正面図である。図２に示す減衰力発生機構のサブバルブにおいて、サブディスクの開弁時の変形状態を示す断面図である。図２に示す減衰力発生機構のサブバルブにおいて、サブディスクの開弁時の応力分布を示す斜視図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る緩衝器１は、自動車のサスペンション装置に装着される単筒式の油圧緩衝器であって、作動流体である油液が封入されたシリンダ２内にピストン３が摺動可能に嵌装され、このピストン３によってシリンダ２内がシリンダ上室２Ａとシリンダ下室２Ｂとの２室に画成されている。ピストン３には、ピストンロッド４の一端部が挿通されてナット５によって連結されており、ピストンロッド４の他端側は、シリンダ２の端部に装着されたロッドガイド（図示せず）及びオイルシール（図示せず）に挿通されて外部へ延出されている。シリンダ２の底部には、フリーピストン（図示せず）が摺動可能に嵌装されてガス室が形成されており、ガス室内に封入された高圧ガスの圧縮膨張によってピストンロッド４の伸縮に伴うシリンダ２の体積補償を行っている。

ピストン３には、シリンダ上下室２Ａ、２Ｂ間を連通させる通路１０、１１が設けられている。一方の通路１０は、その下端側の開口部１０Ａがピストン３の下端部の内周側の部位に開口し、上端側の開口部１０Ｂがピストン３の上端部の外周側の部位に開口している。また、他方の通路１１は、その上端側の開口部１１Ａがピストン３の上端部の内周側の部位に開口し、下端側の開口部１１Ｂがピストン３の下端部の外周側の部位に開口している。そして、ピストン３には、ピストン３をバルブ本体として、その下端部に、一方の通路１０の油液の流れを制御して減衰力発生させる第１減衰力発生機構１２が設けられ、その上端部に、他方の通路１１の油液の流れを制御して減衰力を発生させる第２減衰力発生機構１３が設けられている。

第１減衰力発生機構１２は、通路１０のシリンダ上室２Ａ側の油液の圧力を受けて開弁し、その開度に応じて減衰力を発せさせるディスクバルブである伸び側メインバルブ１４（メインバルブ）と、この伸び側メインバルブ１４に組込まれて、シリンダ下室２Ｂ側からシリンダ上室２Ａ側への油液の流通のみを許容する逆止弁となる縮み側サブバルブ１５（サブバルブ）とから構成されている。また、第２減衰力発生機構は、通路１１のシリンダ下室２Ｂ側の油液の圧力を受けて開弁し、その開度に応じて減衰力を発せさせるディスクバルブである縮み側メインバルブ１６と、この縮み側メインバルブ１６に組込まれて、シリンダ上室２Ａ側からシリンダ下室２Ｂ側への油液の流通のみを許容する逆止弁となる伸び側サブバルブ１７とから構成されている。また、第１及び第２減衰力発生機構の少なくとも一方には、シリンダ上下室間を常時連通させるオリフィス通路１８が設けられている（図示の例では、図２に示すように第１減衰力発生機構１２のみ設けられている）。

第１及び第２減衰力発生機構１２、１３は、同様の構造であるから、以下に、主に図１乃至図４を参照して、第１減衰力発生機構１２についてのみ詳細に説明する。
図４に示すように、一方の通路１０の下端側の開口部１０Ａは、円形で、ピストン３の下端部の内周側に円周方向に沿って複数（図示の例では等間隔で５つ）配置されている。また、他方の通路１１の下端側の開口部１１Ｂは、細長い長方形で、ピストン３の下端部の外周側に円周方向に沿って複数（図示の例では等間隔で５つ）、配置されている。各開口部１１Ｂは、円周方向において、開口部１０Ａの間に配置されている。通路１０、１１の上端側の開口１０Ｂ、１１Ａは、ピストン３の上端部に同様に配置されている。

ピストン３の下端部には、通路１１の開口１１Ｂに対して内周側で、通路１０の複数の開口１０Ａに対して外周側に環状のシート部１９が突出し、開口１０Ａに対して内周側に環状のクランプ部２０が突出している。また、シート部１９とクランプ部２０との間で、円周方向に沿って配置された各開口１０Ａの間に、平面視略円弧状の規制部２１が突出している。規制部２１の突出高さは、シート部１９及びクランプ部２０の突出高さよりも低くなっている（図２参照）。

図２に示すように、第１減衰力発生機構１２の伸び側メインバルブ１４は、略円環状のディスクを複数積層したものであり、その内周側がクランプ部２０とナット５とでスペーサ２２及びリテーナ２３を介してクランプされ（図１参照）、外周側がシート部１９に着座している。なお、図２及び３には、伸び側メインバルブ１４を構成する積層された複数のディスクのうち、シート部１９側の一部のみが図示されている。そして、伸び側メインバルブ１４は、通路１０のシリンダ上室２Ａ側の油液の圧力を受け、その圧力が開弁圧力に達すると、撓んでシート部１９からリフトして開弁することにより、その流路に応じて減衰力を発生させる。また、シート１９に着座して、通路１０のシリンダ下室２Ｂ側からシリンダ上室２Ａ側への油液の流れを阻止する。

次に、伸び側メインバルブ１４に組込まれた縮み側サブバルブ１５について説明する。
伸び側メインバルブ１４を構成する複数のディスクのうち、シート部１９に着座する通路ディスク２４には、図６に示すように、ピストン３の下端部に突出する規制部２１に対向して、円弧状の通路開口２５が形成されている。また、通路ディスク２４の外周部には、シリンダ上下室２Ａ、２Ｂ間を常時連通するオリフィス通路１８を構成する切欠（図２及び図３にのみ図示し、図６には、図示せず）が設けられている。通路ディスク２４の上に重ねられる切欠ディスク２６には、通路開口２５に対向する複数の円弧状の開口、及び、この開口から径方向外側に切欠ディスク２６の外周まで延びる直線状の開口からなる切欠２７が形成されている。これらの通路ディスク２４及び切欠ディスク２６に平板状のディスク２８を重ねることにより、通路開口２５と切欠２７とが連通して、通路１０とシリンダ下室２Ｂとを接続するサブ通路２９が形成されるようになっている。

そして、通路ディスク２４とピストン３のクランプ部２０との間に、通路ディスク２４よりも小径のサブディスク３０の内周部がクランプされている。このサブディス３０は、その外周部が通路ディスク２４の円弧状の通路開口２５の周囲に着座して、逆止弁として機能し、サブ通路２９のシリンダ上室２Ａ側からシリンダ下室２Ｂ側への油液の流れを阻止する。また、サブ通路２９のシリンダ下室２Ｂ側の油液の圧力を受け、その圧力が開弁圧力に達すると、撓んで外周側が通路ディスク２４からリフトして開弁することにより、その流路に応じて減衰力を発生させる。

サブディスク３０には、図５に示すように、円周方向に沿って複数（図示の例では等間隔で８つ）配置された円形の連通孔３１が貫通している。連通孔３１は、通路ディスク２４の通路開口２５、及び、ピストン３の規制部２１とクランプ部２０との間に配置されている。

第２減衰力発生機構１３の縮み側メインバルブ１６及び伸び側サブバルブ１７は、上述の第１減衰力発生機構１２の伸び側メインバルブ１４及び縮み側サブバルブ１５と同様に構成されている。そして、伸び側サブバルブ１７の開弁圧力は、伸び側メインバルブ１４の開弁圧力よりも低く設定され、縮み側サブバルブ１５の開弁圧力は、縮み側メインバルブ１６の開弁圧力よりも低く設定されている。

以上のように構成した本実施形態の作用について次に説明する。
ピストンロッド４の伸び行程時には、シリンダ２内のピストン３の摺動によりシリンダ上室２Ａ側の油液が加圧されて、通路１０、１１を通ってシリンダ下室２Ｂ側へ流れる。このとき、ピストン速度低速域（伸び側サブバルブ１７及び伸び側メインバルブ１４の開弁前）においては、油液がオリフィス通路１８を流通することにより、減衰力がピストン速度の２乗にほぼ比例するオリフィス特性の減衰力が発生する。

ピストン速度が上昇して、シリンダ上室２Ａ側の油液の圧力が伸び側サブバルブ１７の開弁圧力に達すると、伸び側サブバルブ１７が開弁して、その開度に応じて減衰力がピストン速度にほぼ比例するバルブ特性の減衰力が発生する。

ピストン速度が更に上昇して、シリンダ上室２Ａ側の油液の圧力が伸び側メインバルブ１４の開弁圧力に達すると、伸び側メインバルブ１４が開弁して、その開度に応じてバルブ特性の減衰力が発生する。

また、ピストンロッド４の縮み行程時には、シリンダ２内のピストン３の摺動によりシリンダ下室２Ｂ側の油液が加圧されて、通路１０、１１を通ってシリンダ上室２Ａ側へ流れる。このとき、ピストン速度低速域（縮み側サブバルブ１５及び縮み側メインバルブ１６の開弁前）においては、油液がオリフィス通路１８を流通することにより、オリフィス特性の減衰力が発生する。

ピストン速度が上昇して、シリンダ下室２Ｂ側の油液の圧力が縮み側サブバルブ１５の開弁圧力に達すると、縮み側サブバルブ１５が開弁して、その開度に応じてバルブ特性の減衰力が発生する。

ピストン速度が更に上昇して、シリンダ下室２Ｂ側の油液の圧力が縮み側メインバルブ１６の開弁圧力に達すると、縮み側メインバルブ１６が開弁して、その開度に応じてバルブ特性の減衰力が発生する。

このようにして、ピストン速度の上昇に応じて、伸び／縮み側サブバルブ１７、１５及び伸び／縮み側メインバルブ１４、１６が順次開弁することにより、バルブ特性が２段階に変化する。また、伸び側及び縮み側のそれぞれにおいて、これらのバルブ特性を調整することができる。これにより、減衰力特性の設定の自由度を高めることができ、適切な減衰力特性を得ることが可能になる。

図３に示すように、縮み側サブバルブ１５が開弁する際、サブディスク３０がピストン３の規制部２１に当接して、その撓み量を制限することにより、サブディスク３０の過度の変形を防止する。

また、縮み側サブバルブ１５が開弁したとき、連通孔３１によってサブディスク３０のサブ通路２９側と、通路１０側の規制部２１の内周側の領域Ａとが連通され、これらの間の差圧が低減される。また、連通孔３１を設けたことにより、サブディスク３０の開弁時の撓みの支点となるクランプ部２０によってクランプされた部分の付近の撓み剛性が低下する。解析により検証してみると、図８（Ｂ）に示すように、サブディスク３０は、開弁時に上に凸の形状に湾曲することがわかった。開弁時に上に凸の形状に湾曲することにより、サブディスク３０の下面（通路ディスク２４側の面）に発生する引張り方向の応力を低減させ圧縮方向の応力が発生し、また撓み剛性が低下することにより規制部２１との接触面積を大きくすることができ、サブディスク３０と規制部２１とが面接触することで、規制部２１との接触部の応力の集中を緩和することができる。なお、比較のため連通孔３１のないサブディスク３０の解析結果を図８（Ａ）に示す。連通孔３１を設けない場合、サブディスク３０は、開弁時に下に凸の形状に湾曲することがわかった。開弁時に下に凸の形状に湾曲することにより、サブディスク３０の下面には引張り方向の応力が発生し、また、規制部２１とサブディスク３０とは接触面積が小さくなり点接触となることで、接触後の応力勾配（差圧に対する応力の上昇率）が大きくなり、破損し易くなっていることがわかった。

図９にサブディスク３０の開弁時の応力分布を示す。図９は、濃淡により応力分布を表しており、薄いほど応力が大きい。
サブディスク３０は、連通孔３１を設けて、クランプされた部分の付近の撓み剛性を低下させることにより、図９（Ｂ）に示されるように、規制部２１との接触部に加えて、クランプされた部分の付近への応力の集中を緩和することができる。図９（Ａ）に示されるように、連通孔３１を設けない場合、サブディスク３０は、規制部２１と接触部２１及びクランプされた部分の付近に応力が集中して破損し易くなる。

このように、サブディスク３０に連通孔３１を設けることにより、応力の集中を緩和し、サブディスク３０の耐久性を高めることができる。なお、連通孔３１の数、位置、間隔、大きさ、及び、形状は、適宜変更することができる。さらに、サブディスク３０によりピストン速度が微低速の領域の減衰力を下げることができるため、チューニングの自由度を高めることができる。また、応力の集中を緩和し、規制部２１とサブディスク３０との接触を点接触から面接触とすることで、サブディスク３０開弁時に規制部２１と当接する際に生じる音を軽減させることができる。

なお、上記実施形態は、ピストン部に減衰力発生機構が設けられた単筒式の緩衝器について説明しているが、本発明は、これに限らず、シリンダの側面部等のピストン部以外に減衰力発生機構が設けられたものや、リザーバを有する複筒式の緩衝器であっても、ディスクバルブにサブディスクが組込まれた構造の減衰力発生機構を有する緩衝器であれば、同様に適用することができる。
また、上記実施形態では、第１減衰力発生機構１２、第２減衰力発生機構１３にそれぞれ縮み側サブバルブ１５、伸び側サブバルブ１７を設ける例を示したが、伸び行程と縮み行程とで減衰力特性を異ならせるために、例えば縮み側サブバルブ１５のみ設ける構成としてもよい。縮み側サブバルブ１５のみ設けることで、縮み行程のピストン速度が微低速領域のみ伸び側減衰力と比して減衰力を低くすることができる。このようにすることで、チューニング自由度を向上することができる。

１…緩衝器、２…シリンダ、３…ピストン（バルブ本体）、４…ピストンロッド、１０…通路、１２…伸び側減衰力発生機構（減衰力発生機構）、１４…伸び側メインバルブ（メインバルブ）、１５…縮み側サブバルブ（サブバルブ）、１９…シート部、２０…クランプ部、２１…規制部、２４…通路ディスク（ディスク）、２９…サブ通路、３０…サブディスク、３１…連通孔

Claims

作動流体が封入されたシリンダと、
該シリンダ内に摺動可能に嵌装されたピストンと、
該ピストンに連結されて前記シリンダの外部に延出されたピストンロッドと、
前記シリンダ内の前記ピストンの摺動によって生じる作動流体の流れを制御して減衰力を発生させる減衰力発生機構と、
を備えた緩衝器において、
前記減衰力発生機構は、作動流体が流れる通路を有するバルブ本体と、
前記バルブ本体の前記通路の開口部に対して内周側に突出したクランプ部及び外周側に突出したシート部と、
内周側が前記クランプ部によってクランプされ外周側が前記シート部に着座して前記通路を閉じ前記通路側の作動流体の圧力を受けて撓んで開弁して前記通路を開く積層された複数のディスクを含むメインバルブと、
前記シート部に着座する前記ディスクに開口部を有するサブ通路と、
該ディスクよりも小径で該ディスクと前記クランプ部とで内周側がクランプされ、該ディスクに着座して前記サブ通路を閉じ、前記サブ通路側の作動流体の圧力を受けて撓んで開弁して前記サブ通路を開くサブディスクとを含むサブバルブとを備え、
前記バルブ本体には、前記サブバルブの開弁時に前記サブディスクに当接してその開度を制限する規制部が設けられ、前記サブディスクには、前記規制部と当接する位置より径方向内側に連通孔が設けられていることを特徴とする緩衝器。
前記連通孔は、前記サブディスクが前記サブ通路を閉じているときに、前記サブ通路と連通しない位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の緩衝器。
前記ピストンには、伸び行程時に減衰力を発生させる第１減衰力発生機構と、縮み行程時に減衰力を発生させる第２減衰力発生機構とが設けられ、前記サブバルブは前記第２減衰力発生機構にのみ設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の緩衝器。