JP4985984B2 - 減衰力調整式緩衝器 - Google Patents

Description

本発明は、減衰力特性を適宜調整可能とした減衰力調整式緩衝器に関するものである。

自動車等の車両の懸架装置に装着される油圧緩衝器には、路面状態、走行状態等に応じて、乗り心地や操縦安定性を向上させるために、減衰力特性を適宜調整できるようにした減衰力調整式油圧緩衝器がある。

減衰力調整式油圧緩衝器は、一般に、油液を封入したシリンダ内にピストンロッドを連結したピストンを摺動可能に嵌装してシリンダ内を２室に画成し、ピストン部にシリンダ内の２室を連通させる主油液通路及びバイパス通路を設け、主油液通路には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を設け、バイパス通路にはその通路面積を調整する減衰力調整弁を設けた構成となっている。

この構成により、減衰力調整弁によってバイパス通路を開いてシリンダ内の２室間の油液の流通抵抗を小さくすることにより減衰力を小さくし、また、バイパス通路を閉じて２室間の流通抵抗を大きくすることにより減衰力を大きくする。このように、減衰力調整弁の開閉により減衰力特性を適宜調整することができる。

しかしながら、上記のようにバイパス通路の通路面積のみによって減衰力を調整するものでは、ピストン速度の低速域においては、減衰力は油液通路のオリフィスの絞りに依存するので、減衰力特性を大きく変化させることができるが、ピストン速度の中高速域においては、減衰力が主油液通路の減衰力発生機構（ディスクバルブ等）の開度に依存するため、減衰力特性を大きく変化させることができない。

そこで、例えば特許文献１に記載されているように、主油液通路のメインバルブの背部に背圧室（パイロット室）を形成し、この背圧室を固定オリフィスを介してディスクバルブの上流側のシリンダ室に連通させ、また、減衰力調整弁（ソレノイド制御弁）を介してディスクバルブの下流側のシリンダ室に連通させるようにしたパイロット型減衰弁を備えた減衰力調整式油圧緩衝器が知られている。
特開平８−１７０６７９号公報

この減衰力調整式油圧緩衝器によれば、ソレノイドによって減衰力調整弁を開閉することにより、シリンダ内の２室間の連通路面積を直接調整するとともに、減衰力調整弁で生じる圧力損失によって背圧室の圧力を変化させてメインバルブの開弁圧力を変化させることができる。これにより、オリフィス特性（減衰力がピストン速度の２乗にほぼ比例する）及びバルブ特性（減衰力がピストン速度にほぼ比例する）を調整することができ、減衰力特性の調整範囲を広くすることができる。

また、上記特許文献１に記載されたものでは、ソレノイドのフェイル時には、バネによって減衰力調整弁を閉弁位置に固定し、この減衰力調整弁をバイパスするリリーフ弁によって所定の減衰力を発生させるようにしている。

しかしながら、上記特許文献１に記載された減衰力調整式油圧緩衝器では、次のような問題がある。背圧室の下流側の流路がその下流側のシリンダ室に直接連通しているため、ピストンの移動によるシリンダ室の内圧変動がリリーフ弁に直接作用して、その弁体が振動し易く、これにより、減衰力が不安定なったり、異音を発生したりする虞がある。また、リリーフ弁がピストン部の内部に配置されているため、ピストン組立後は、リリーフ圧調整ネジを調整することが困難である。

本発明は、アクチュエータのフェイル時においても安定した減衰力を発生させることができる減衰力調整式緩衝器を提供す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、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設けられたピストンと、前記ピストンに連結されて前記シリンダから外部へ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流体の流れが生じる通路と、該通路の油液の流れを制御して減衰力を発生させ、該流体の流れの一部をパイロット圧として開弁圧力を調整するパイロット型減衰弁と、前記流体の流れの一部を制御すると共に前記パイロット圧を調整することによって減衰力を調整する減衰力調整弁と、該減衰力調整弁を作動させるアクチュエータとを備えた減衰力調整式緩衝器において、
前記減衰力調整弁は、前記アクチュエータのフェイル時に流体の流れを制限し、前記減衰力調整弁と並列にリリーフ弁が設けられ、該リリーフ弁の下流側に流体の流れを制御す副減衰弁が設けられていることを特徴とする。

本発明に係る減衰力調整式緩衝器によれば、アクチュエータのフェイル時においても安定した減衰力を発生させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の第１実施形態について図１乃至図４を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態に係る減衰力調整式緩衝器１は、筒型油圧緩衝器であり、シリンダ２内に、第１ピストン３及び第２ピストン４が摺動可能に嵌合され、これらの第１及び第２ピストン３、４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に仕切られ、更に、第１、第２ピストン３、４間に中間室２Ｃが形成されている。第１及び第２ピストン３、４は、その間に挟まれた中間バルブ部材５及びこれらの両端部に配置されたバルブ部材６、７と共に、ピストンボルト８の中空の先端部が挿通されて、ナット９によって一体的に固定されている。ピストンボルト８の基端部（図中上部）には、ソレノイドアクチュエータ１０（以下、ソレノイド１０という）のケースが連結され、更に、このケースにピストンロッド１１の一端部が連結され、ピストンロッド１１の他端側は、シリンダ２の上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）に摺動可能かつ液密的に挿入、貫通されて、シリンダ２の外部へ延出されている。

シリンダ２の下端部には、ベースバルブ（図示せず）を介してリザーバが接続されている。そして、シリンダ２内には、作動流体として油液が封入され、リザーバ内には油液及びガスが封入されている。あるいは、シリンダ２の底部側にフリーピストンを摺動可能に嵌装してガス室を形成し、ガス室内に高圧ガスを封入してもよい。これにより、ピストンロッド１１の伸縮によるシリンダ内の容積変化を補償する。

第１ピストン３には、シリンダ上室２Ａと中間室２Ｃとを連通させる伸び側通路１２及び縮み側通路１３が設けられている。第１ピストン３の下端部には、伸び側通路１２の油液の流動を制御するパイロット型減衰弁である伸び側減衰弁Ｂ１が設けられている。第１ピストン３の上端部には、縮み側通路１３の中間室２Ｃ側からシリンダ上室２Ａ側への油液の流動を制御するディスクバルブである縮み側副減衰弁１４が設けられている。また、バルブ部材６には、縮み側通路１３をシリンダ上室２Ａに連通させるオリフィス通路１５及びオリフィス通路１５の縮み側通路１３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１６が設けられている。

第２ピストン４には、シリンダ下室２Ｂと中間室２Ｃとを連通させる縮み側通路１７及び伸び側通路１８が設けられている。第２ピストン４の上端部には、縮み側通路１７の油液の流動を制御するパイロット型減衰弁である縮み側減衰弁Ｂ２が設けられている。第２ピストン３の下端部には、伸び側通路１８の中間室２Ｃ側からシリンダ下室２Ｂ側への油液の流動を制御する伸び側副減衰弁１９が設けられている。また、バルブ部材７には、伸び側通路１８をシリンダ下室２Ｂに連通させるオリフィス通路２０及びオリフィス通路２０の伸び側通路１８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２１が設けられている。

伸び側減衰弁Ｂ１は、第１ピストン３の下端面に形成された環状のシート部に着座するディスクバルブである伸び側メインバルブ２２と、中間バルブ部材５によって伸び側メインバルブ２２の背部に形成された伸び側背圧室２３とを備えている。伸び側メインバルブ２２は、伸び側通路１２（すなわち、シリンダ上室２Ａ）の油液の圧力を受けて撓んで開弁する。伸び側背圧室２３は、伸び側メインバルブ２２の背面に固着された環状の合成樹脂製のパッキン２４が中間バルブ部材５の上端部に設けられた環状溝の内周部に摺動可能かつ液密的に嵌合されて形成されており、その内圧をパイロット圧として伸び側メインバルブ２２に対して閉弁方向に作用させる。

縮み側減衰弁Ｂ２は、第２ピストン４の上端面に形成された環状のシート部に着座するディスクバルブである縮み側メインバルブ２５と、中間バルブ部材５によって縮み側メインバルブ２５の背部に形成された縮み側背圧室２６とを備えている。縮み側メインバルブ２５は、縮み側通路１７（すなわち、シリンダ下室２Ｂ）の油液の圧力を受けて撓んで開弁する。縮み側背圧室２６は、縮み側メインバルブ２５の背面に固着された環状の合成樹脂製のパッキン２７が中間バルブ部材５の下端部に設けられた環状溝の内周部に摺動可能かつ液密的に嵌合されて形成されており、その内圧をパイロット圧として縮み側メインバルブ２５に対して閉弁方向に作用させる。

伸び側背圧室２３は、伸び側メインバルブ２２に設けられたオリフィス油路２８を介して伸び側通路１２に連通されており、逆止弁２９によって伸び側通路１２側から伸び側背圧室２３側への油液の流通のみが許容されている。縮み側背圧室２６は、縮み側メインバルブ２５に設けられたオリフィス油路３０を介して縮み側通路１７に連通されており、逆止弁３１によって縮み側通路１７側から縮み側背圧室２６側への油液の流通のみが許容されている。また、伸び側背圧室２３と縮み側背圧室２６とは連通路３２によって互いに連通されている。

伸び側背圧室２３及び縮み側背圧室２６は、中空のピストンボルト８の側壁に設けられた共通のポート３３によってピストンボルト８内の案内ボア３４に連通されている。ピストンボルト８の側壁には、更にポート３５が設けられ、このポート３５は、第１ピストン３の縮み側通路１３を介して中間室２Ｃに連通されている。

案内ボア３４内には、その先端部に調整ネジ３６がねじ込まれており、また、調整ネジ３６の先端のシート部３６Ａに離着座して、ポート３３、３５間を開閉する略有底円筒状の減衰力調整弁である圧力制御弁３７が摺動可能に嵌合されている。圧力制御弁３７は、案内ボア３４に嵌合する後端側に対して先端側が小径となっており、案内ボア３４の側壁との間にポート３３に連通する環状の弁室３８を形成すると共に、この弁室３８の圧力を受ける受圧面を形成している。そして、圧力制御弁３７は、調整ネジ３６のシート部３６Ａに着座してポート３３、３５間を遮断し、ポート３３側の圧力を受けてシート部３６Ａから離座することにより、その内部及び側壁のポート３９を介してポート３３、３５間を連通する。

圧力制御弁３７の基端部には、ソレノイド１０の作動ロッド４０が当接している。また、圧力制御弁３７と調整ネジ３６との間には、圧縮バネである戻しバネ４１が介装されており、圧力制御弁３７は、ソレノイド１０の非通電状態では、戻しバネ４１のバネ力によって、シート部３６Ａから離間し、この状態では、ポート３９とポート３５とが整合せず、ポート３３、３５間を遮断して、その油液の流れを制限する（図２参照）。そして、ソレノイド１０に通電し、その推力によって圧力制御弁３７を前進させて、ポート３９をポート３５に連通させると共に圧力制御弁３７をシート部３６Ａに着座させ、通電電流に応じて圧力制御弁３７の開弁圧力を調整する。なお、調整ネジ３６の案内ボア３４へのねじ込み位置と、ソレノイド１０内の図示せぬバネのバネ力によって、戻しバネ４１のセット荷重を調整することができる。

調整ネジ３６には、シート部３６Ａの中央部に開口して、圧力制御弁３７がシート部３６Ａから離間したとき、ポート３３に連通するリリーフ通路４２が設けられている。調整ネジ３６には、リリーフ通路４２の圧力が所定圧力に達したとき、開弁して、その圧力を中間室２Ｃにリリーフする常閉のリリーフ弁４３が設けられている。

リリーフ弁４３の構造について説明する。リリーフ通路４２は、基端側が拡径されて段差部に環状のシート部４４が形成され、拡径側にシート部４４に着座するボール４５が挿入されている。拡径側の端部には、リリーフ圧調整ネジ４６がねじ込まれている。ボール４５とリリーフ圧調整ネジ４６との間に、圧縮バネであるリリーフ圧調整バネ４７が介装されており、リリーフ圧調整バネ４７のバネ力によってボール４５がシート部４４に着座している。そして、リリーフ通路４２の圧力が所定のリリーフ圧力に達すると、ボール４４がシート部４４から離座してリリーフ弁４３が開弁する。リリーフ通路４２の大径側は、調整ネジ３６の側壁に設けられた油路４８及びピストンボルト８の側壁に設けられた油路４９を介して第２ピストン４の伸び側通路１８に連通され、更に、伸び側通路１８を介して中間室２Ｃに連通されている。

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。
通常は、ソレノイド１０に通電し、圧力制御弁３７を閉じて、ソレノイド１０への通電電流に応じて、その開弁圧力を調整することにより、減衰力を調整する。
ピストンロッド１１の伸び行程時には、シリンダ上室２Ａ側の油液は、伸び側減衰弁Ｂ１の伸び側メインバルブ２２の開弁前には、伸び側通路１２から、伸び側メインバルブ２２のオリフィス２８、逆止弁２９、伸び側背圧室２３及びポート３３を通って弁室３８へ流れ、圧力制御弁３７を開く。更に、圧力制御弁３７のポート３９、ピストンボルト８のポート３５及び第１ピストン３の縮み側通路１３を通って中間室２Ｃへ流れる。更に、中間室２Ｃから、第２ピストン４の伸び側通路１８を通って伸び側副減衰弁１９を開き、また、バルブ部材７のオリフィス通路２０を通って逆止弁２１を開いてシリンダ下室２Ｂへ流れる。

このとき、オリフィス２８、圧力制御弁３７、伸び側副減衰弁１９及びオリフィス通路２０によって減衰力が発生する。そして、シリンダ上室２Ａ側の圧力が伸び側減衰弁Ｂ１の伸び側メインバルブ２２の開弁圧力に達すると、これが開弁して、油液が伸び側通路１２から中間室２Ｃへ直接流れ、その開度に応じて減衰力が発生する。

そして、ソレノイド１０への通電電流によって圧力制御弁３７の開弁圧力を調整することにより、ポート３３、３５間の油液の流れを直接制御して減衰力を調整し、また、圧力制御弁３７の圧力損失によって伸び側背圧室２３の圧力が調整されるので、同時に伸び側メインバルブ２２の開弁圧力を調整することができる。

ピストンロッド１１の縮み行程時には、シリンダ下室２Ｂ側の油液は、縮み側減衰弁Ｂ２の縮み側メインバルブ２５の開弁前には、縮み側通路１７から、縮み側メインバルブ２５のオリフィス３０、逆止弁３１、縮み側背圧室２６、中間バルブ部材５の連通路３２、伸び側背圧室２３及びポート３３を通って弁室３８へ流れ、圧力制御弁３７を開く。更に、圧力制御弁３７のポート３９及びピストンボルト８のポート３５を通って、第１ピストン３の縮み側副減衰弁１４を開き、また、バルブ部材６のオリフィス通路１５を通って逆止弁１６を開いてシリンダ上室２Ａへ流れる。

このとき、オリフィス３０、圧力制御弁３７、縮み側副減衰弁１４及びオリフィス通路１５によって減衰力が発生する。そして、シリンダ下室２Ｂ側の圧力が縮み側減衰弁Ｂ２の縮み側メインバルブ２５の開弁圧力に達すると、これが開弁して、油液が縮み側通路１７から中間室２Ｃへ直接流れ、第１ピストン３の縮み側油路１３を通り、縮み側副減衰弁１４を開き、また、バルブ部材６のオリフィス通路１５を通って逆止弁１６を開いてシリンダ上室２Ａへ流れ、縮み側メインバルブ２５の開度に応じて減衰力が発生する。

そして、伸び行程時と同様、ソレノイド１０への通電電流によって圧力制御弁３７の開弁圧力を調整することにより、ポート３３、３５間の油液の流れを直接制御して減衰力を調整し、また、圧力制御弁３７の圧力損失によって縮み側背圧室２６の圧力が調整されるので、同時に縮み側メインバルブ２５の開弁圧力を調整することができる。このようにして、単一の圧力制御弁３７の開弁圧力を制御することによって伸び側及び縮み側の減衰力を同時に調整することができる。

このとき、ピストンロッド１１の伸び行程時には、加圧されたシリンダ上室２Ａ側の油液は、中間室２Ｃ側から、第２ピストン４の伸び側副減衰弁１９及びバルブ部材７のオリフィス通路２０を介して、減圧されたシリンダ下室２Ｂ側へ流れ、また、縮み行程時には、加圧されたシリンダ下室２Ｂ側の油液は、中間室２Ｃ側から、第１ピストン３の縮み側副減衰弁１４及びバルブ部材６のオリフィス通路１６を介して、減圧されたシリンダ上室２Ａ側へ流れるので、圧力の急激な変動を抑制することができ、油液中の気泡の発生を抑制して安定した減衰力を発生させることができる。また、減圧されたシリンダ室の圧力が圧力制御弁３７に直接作用しないので、圧力変動による圧力制御弁３７の弁体の振動を抑制して、減衰力が不安定になったり、異音が発生したりするのを抑制することができる。

ソレノイド１０のフェイル時には、図２に示すように、戻しバネ４１のバネ力によって圧力制御弁３７が後退してポート３９、３５間が遮断され、その油液の流れが制限される。この状態では、ピストンロッド１１の伸び行程時には、上述の伸び行程時の油液の流れにおいて、ポート３３から弁室３８へ流れた油液は、リリーフ弁４３を開き、ポート４８及びポート４９を通って、第２ピストン４の伸び側副減衰弁１９を開き、また、バルブ部材７のオリフィス通路２０を通って逆止弁２１を開いてシリンダ下室２Ｂへ流れる。また、縮み行程時には、上述の縮み行程時の油液の流れにおいて、ポート３３から弁室３８へ流れた油液は、リリーフ弁４３を開き、ポート４８及びポート４９を通り、第２ピストン４の伸び側通路１８を通って中間室２Ｃへ流れ、更に、第１ピストン３の縮み側通路１３を通って、縮み側副減衰弁１４を開き、また、バルブ部材６のオリフィス通路１５を通って逆止弁１６を開いてシリンダ上室２Ａへ流れる。

これにより、伸び及び縮み行程時共に、リリーフ弁４３のリリーフ圧力によって所定の減衰力が発生するので、ソレノイド１０のフェイル時においても、一定の操縦安定性及び乗り心地を維持することができる。

また、この場合も、ピストンロッド１１の伸び行程時には、加圧されたシリンダ上室２Ａ側の油液は、リリーフ弁４３を開いた後、第２ピストン４の伸び側副減衰弁１９及びバルブ部材７のオリフィス通路２０を介して、減圧されたシリンダ下室２Ｂ側へ流れ、また、縮み行程時には、加圧されたシリンダ下室２Ｂ側の油液は、リリーフ弁４３を開いた後、中間室２Ｃ側から、第１ピストン３の縮み側副減衰弁１４及びバルブ部材６のオリフィス通路１６を介して、減圧されたシリンダ上室２Ａ側へ流れるので、圧力の急激な変動を抑制することができ、油液中の気泡の発生を抑制して安定した減衰力を発生させることができる。また、減圧されたシリンダ室の圧力がリリーフ弁４３の弁体であるボール４５にに直接作用しないので、圧力変動によるボール４５が振動するのを抑制して、減衰力が不安定になったり、異音が発生したりするのを抑制することができる。

減衰力調整式緩衝器１のピストンロッド１１の伸び行程時の油液の流路を示す油圧回路を図３に示す。なお、図３において、図１に対して対応する部分には同一の符号を付してある。

更に、リリーフ弁４３は、調整ネジ３６に、サブアセンブリすることができる。そして、調整ネジ３６をピストンボルト８に組込んだ後でも、調整ネジ３６を回転させることにより、圧力制御弁３７の戻しバネ４１のセット荷重を単独で調整することができる。これにより、図４中に調整範囲Ａで示すように、圧力制御弁３７による減衰力特性を変化させることができる。また、リリーフ圧調整ネジ４６のみを回転させることにより、リリーフ弁４３のリリーフ圧力を単独で調整することができる。これにより、図４中に調整範囲Ｂで示すように、リリーフ弁４３による減衰力特性を調整することができる。

なお、上記実施形態では、減衰力発生機構をピストン部に設けた場合について説明しているが、本発明はこれに限らず、油液及びガスを封入したリザーバを備えた油圧緩衝器において、シリンダ内とリザーバとを仕切るベースバルブ（バルブ本体）に減衰力発生機構を設けた場合や、その他の油液の通路となる箇所に減衰力発生機構を設けた場合にも、適用することができるが、ピストンやベースバルブに減衰力発生機構を設ける方が構造が簡単化し、より望ましい。さらに、上記実施形態では、油液の流れを制御することによって減衰力を発生させる油圧緩衝器について説明しているが、本発明は、これに限らず、ガス等の他の流体の流れを制御して減衰力を発生させる緩衝器にも適用することができるが、油液を用いたほうが、安定性においてより優れた特性が得られる。

本発明の一実施形態に係る減衰力調整式緩衝器の要部の縦断面図である。 図１の減衰力調整式緩衝器において、ソレノイドアクチュエータのフェイルによって圧力制御弁がシート部から離間した状態を示す図である。 図１に示す減衰力調整式緩衝器の伸び側の油液の流路を示す回路図である。 図１に示す減衰力調整式緩衝器のソレノイドへの通電電流と減衰力との関係を示すグラフ図である。

符号の説明

１ 減衰力調整式緩衝器、２ シリンダ、３ 第１ピストン、４ 第２ピストン、１０ ソレノイドアクチュエータ（アクチュエータ）、１１ ピストンロッド、１４ 縮み側副減衰弁、１９ 伸び側副減衰弁、Ｂ１ 伸び側減衰弁（パイロット型減衰弁）、３７ 圧力制御弁（減衰力調整弁）、４３ リリーフ弁、Ｂ２ 縮み側減衰弁（パイロット型減衰弁）

Claims (1)

1. 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設けられたピストンと、前記ピストンに連結されて前記シリンダから外部へ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流体の流れが生じる通路と、該通路の油液の流れを制御して減衰力を発生させ、該流体の流れの一部をパイロット圧として開弁圧力を調整するパイロット型減衰弁と、前記流体の流れの一部を制御すると共に前記パイロット圧を調整することによって減衰力を調整する減衰力調整弁と、該減衰力調整弁を作動させるアクチュエータとを備えた減衰力調整式緩衝器において、
   前記減衰力調整弁は、前記アクチュエータのフェイル時に流体の流れを制限し、前記減衰力調整弁と並列にリリーフ弁が設けられ、該リリーフ弁の下流側に流体の流れを制御す副減衰弁が設けられていることを特徴とする減衰力調整式緩衝器。

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