JPH0786391B2 - 圧力容器における気室と液室の隔離用仕切り膜 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば車両用懸架装置や各種用途のガスばね
等に使用される圧力容器における気室と液室の隔離用仕
切り膜に関する。

〔従来の技術〕

圧力容器内に気体と液体を収容したガスばねが知られて
いる。この種の装置は、例えば第７図に示されるよう
に、圧力容器１を構成する外筒２内にピストン３を収容
し、このピストン３にオリフィス４を設けるとともに、
ロッド５を連結している。外筒２内には気室７と液室８
とが設けられ、気室７と液室８をより確実に隔離するた
めにフリーピストン９が用いられる場合がある。

しかしフリーピストン９を使用しても、フリーピストン
９の外周部から少しずつ封入気体が液中に逃げるという
現象が見られ、液体と気体とを完全に隔離することがで
きない。

また、上記フリーピストン９の代りに、圧力容器内にゴ
ム状弾性を有する材料からなるダイヤフラムまたは袋状
の仕切り膜を収容し、この仕切り膜によって気室と液室
とを隔離したガスばねや車両用懸架装置もある。

上記ダイヤフラムまたは袋状の仕切り膜の材料として
は、熱油に対して膨潤したり強度の低下を生じることが
なく、しかもかなりの低温状態においても屈曲に対して
クラックを生じることがなく、かつ封入気体を透過しに
くいこと、つまり優れたガスバリヤ性が要求される。

このため従来は、仕切り膜の材料としてクロロプレンや
NBRなどの合成ゴム、またはポリウレタンエラストマや
ポリエステルエラストマなどが考えられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしこれらの材料はいずれもガスバリヤ性が不十分で
あり、封入気体が徐々に仕切り膜を透過して油中に逃げ
てしまう。従って上記の仕切り膜を使用したガスばねあ
るいは懸架装置は、使用期間中に気体を再封入するか、
気体が封入されている圧力容器をそっくり交換するかし
なければならなかった。また、実開昭60−3354号公報に
記載されているように、ゴム層に金属膜を接着したダイ
ヤフラムも提案されているが、このものは金属膜を予め
所定形状に成形しておいて金型内にセットする必要があ
るため、金属膜やゴム層の形状の制約が大であり、ブラ
ダのような奥行きの深い立体形状に適用することが困難
であるばかりでなく、接着界面におけるガスバリヤ耐久
性に問題がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、圧力容器内に設けられた気室と液室とを隔離
する仕切り膜に適用される。この仕切り膜は、上記液室
内の油の圧力変化に追従して変形自在な可撓性を有しか
つ袋状に成形されたゴム状弾性体膜と、この弾性体膜に
被着された金属薄膜とからなる複層構造としたものであ
る。そして上記気室側に上記金属薄膜を配しかつ上記液
室側に上記ゴム状弾性体膜を配している。上記金属薄膜
は、蒸着またはめっきによって上記ゴム状弾性体膜に被
着される。仕切り膜の形状は、局部的に歪みが集中しな
いように袋状に成形されるが、その態様は例えばダイヤ
フラム状，筒状，蛇腹状などであってもよい。

〔作用〕

上記構成の仕切り膜は、ガスバリヤ性をもつ金属薄膜に
よって封入気体の透過が阻止される。この金属薄膜は、
可撓性を有するゴム状弾性体膜に被着されたフィルム状
のものであるから、膨張と収縮を繰返しても屈曲角度が
鋭角にならず、クラック発生などの膜破壊が防止され
る。しかも上記金属薄膜はゴム状弾性体膜の形状を問わ
ず自由な立体形状の薄膜が得られ、膜厚も一定である。
そして金属薄膜とゴム状弾性体膜との界面における耐剥
離強度が大であるため、圧力容器用の仕切り膜として好
適である。そして本発明の仕切り膜であれば、ガスばね
等において多数回の繰返し変形に耐える撓みやすさと耐
久性を満足するのに必要な極薄の金属薄膜をゴム状弾性
体膜に強力に被着させておくことができる。また、圧力
容器内の油側にゴム状弾性体膜が位置し、高圧ガス側に
ガスバリヤ性の高い金属薄膜が位置しているので、ガス
は金属薄膜の表面にて遮断され、油はゴム状弾性体膜の
表面にて遮断され、上記金属薄膜とゴム状弾性体膜との
界面に高圧ガスの影響が及ぶことが回避される。このた
め金属薄膜とゴム状弾性体膜との界面が高圧ガスによっ
て劣化することを防止でき、しかもゴム状弾性体膜の表
面が油によって常に潤された状態になるから、乾燥した
高圧ガスが封入されていてもゴム状弾性体膜の劣化が進
むことを回避でき、圧力容器内の封入気体と液体を、長
期間にわたって確実に隔離することができる。

〔実施例１〕 第１図に示されたガスばね10は、圧力容器12を構成する
外筒13内にピストン14が収容されている。ピストン14に
はオリフィス15が設けられているとともに、ロッド16が
連結されている。外筒13内には、後述する仕切り膜25に
よって隔離された気室18と液室19とが設けられている。
気室18には窒素ガスなどの不活性ガスが高圧で封入さ
れ、液室19には油が収容されている。外筒13の端部とロ
ッド16の端部には、それぞれ連結用の部品21,22が取着
されている。

そして気室18と液室19を隔離するために、ブラダと称さ
れる袋状の仕切り膜25が用いられている。この仕切り膜
25は、90°前後の熱油に触れても膨潤や物性劣化を生じ
ないこと、および−40°の低温でも屈曲に対してクラッ
クを生じにくい柔軟性をもつこと、そして優れたガスバ
リヤ性が要求される。

本実施例の仕切り膜25は、第２図に拡大して示されるよ
うに、油室19側に位置するゴム状弾性体膜28に、気室18
側に位置する金属薄膜27を被着した複層構造をなしてい
る。金属薄膜27に比べてゴム状弾性体膜28の膜厚は充分
厚い。

上記金属薄膜27は、予め成形されたゴム状弾性体膜28の
表面に、例えばアルミニウムや銅などの金属を蒸着ある
いはめっきによって所定厚に被着させる。

一方、ゴム状弾性体膜28は、例えばポリウレタンエラス
トマ，ポリエステルエラストマ，ポリアミドエラストマ
などのように曲げ弾性率が低く、かつ寒冷時にも柔軟性
を失わないエラストマを用いる。

なお、気室18側にゴム状弾性体膜28を設け、液室19側に
金属薄膜27を設けるようにしてもよい。あるいは第３図
に例示されるように、ガスバリヤ性と耐久性を高めるた
めに、ゴム状弾性体膜28にアルミニウム，銅などの金属
薄膜27を蒸着したものを複数枚重ね、かつその内外両面
から高分子膜29a,29bで挟んだ多層膜を用いると一層効
果的である。また、金属薄膜27はゴム状弾性体膜28の全
体に設けてもよいが、必要に応じて一部にのみ金属薄膜
27を被着させてもよい。

上述した仕切り膜25の開口端部25aは、膜押え部材30と
ねじ31を用いて、外筒13の端部13aに気密に固定され
る。

上記構成のガスばね10は、外筒13に対してロッド16が伸
縮することによりピストン14が液室19内を移動すると、
オリフィス15に油が流れ、減衰力が得られる。また、ロ
ッド16の伸縮に伴って気室18が膨張と収縮を繰返すこと
により、ばねとしての機能が発揮される。なお、気室18
の容積変動に応じて仕切り膜25は伸び縮みする。

仕切り膜25は、ガスバリヤ性に優れた金属薄膜27と、比
較的厚みが大でかつ柔軟性を有するゴム状弾性体膜28と
を重ねた複層構造であるから、寒冷時にも金属薄膜27が
屈曲部27aなどで鋭角に曲がることを防止でき、クラッ
クの発生を防止できる。そして、仕切り膜25内への気体
の浸透、すなわち気体の一部が油中に溶け込むことを効
果的に防止できる。

なお本発明を実施するに当っては、金属薄膜27の表裏両
面にゴム状弾性体膜28を設けてもよいし、あるいは逆
に、ゴム状弾性体膜28の表裏両面に金属薄膜27を被着し
てもよい。更には、これら２種類の膜27,28を交互に積
層したものであってもよい。

また封入ガスは窒素ガスに限ることはなく、例えばアル
ゴンやヘリウムなどの不活性ガスであってもよい。封入
圧力が低い場合には空気を用いることもできる。

〔実施例２〕 第４図は本発明を車両用懸架装置に適用した例である。
この第２実施例の懸架装置40において、圧力容器41は外
筒42と内筒43とにより構成される。外筒42は、上部にオ
イルシール45とベアリング46を有している。また、外筒
42の長さ方向中間部にもベアリング47が設けられてい
る。外筒42の下部は、図示しない部品を用いて車軸側に
連結される。外筒42の内部には液室50がある。この液室
50には、外部から油を出し入れできるように送油口51が
設けられている。

外筒42には、内筒43が回転自在に、かつ軸線方向に往復
動自在に挿入されている。内筒43の内部は、一端側が開
口する袋状の仕切り膜25によって、外側の液室52と、内
側の気室54とに仕切られている。この仕切り膜25は、前
述した実施例１の仕切り膜25と同様に複層構造の膜であ
り、その開口端部25aは膜押え部材30とねじ31を用い
て、内筒43の端部43aに気密に固定される。気室54には
窒素ガスが封入される。また液室50,52には油が収容さ
れる。

内筒43の端部43aの上面側には連結用部材56が、また下
面側にはバンプラバー58が取付けられている。更に、内
筒43の突出部分を包囲するようにして、円筒状のカバー
60が設けられている。

内筒43の下部には、例えばプレート弁等を使用した減衰
力発生機構62が設けられている。また内筒43の外周部に
リバウンドストッパ64が設けられる。

上記構成の懸架装置40は、外筒42に対して内筒43が伸縮
すると、減衰力発生機構62において油の流通により減衰
力が生じるとともに、気室54内のガスの反発力によっ
て、ばねとしての機能が発揮される。また、送油口51を
通じて液室50内の油量を調整することにより、外筒42に
対する内筒43の突出量すなわち車高を調整することがで
きる。

この懸架装置40に使用されている仕切り膜25は、実施例
１のものと同様に、金属薄膜27と、比較的厚みがあって
柔軟性を有するゴム状弾性体膜28とを重ねた複層構造で
あるため、気体の遮断性に優れ、かつ金属薄膜27が鋭角
に屈曲することを防止でき、クラックの発生を防止でき
る。このため長期間使用しても窒素ガスが逃げず、懸架
装置40の耐久性が向上する。

〔実施例３〕 第５図に示される懸架装置40は、副チャンバ70を備えて
いる。副チャンバ70の本体を構成する圧力容器71の内部
は、ダイヤフラム状の仕切り膜72によって、気室74と液
室75とに仕切られている。液室75は、油通路77を介して
内筒43の液室52に連通する。

仕切り膜72は、実施例1,2で説明した仕切り膜25と同様
に、金属薄膜と、比較的厚みがあってかつ可撓性を有す
るゴム状弾性体膜とを重ねた複層構造である。この仕切
り膜72の端部72aは、膜押え部材79とねじ80を用いて圧
力容器71に固定される。

また本実施例の減衰力発生機構62は、プレート弁と、開
口量を可変設定できる可変オリフィス82を備えている。
この可変オリフィス82は、回転式の弁体84をモータ86に
よって所定の角度位置に制御するとにより、開口量を変
化させる。このため減衰力を調整可能である。送油口88
は液室52に連通し、液室52に油を出し入れすることによ
り車高調整を可能としている。

〔実施例４〕 第６図に示された懸架装置40は、内筒43の内部に、両端
が開口する筒状の仕切り膜90が設けられている。内筒43
の内部は、この仕切り膜90によって外側の液室52と、内
側の気室54とに仕切られる。この仕切り膜90は、上述し
た各実施例の仕切り膜25,72と同様の複層構造をなして
いる。仕切り膜90の上端側は膜押え部材91によって内筒
の端部43aに固定され、また仕切り膜90の下端部は膜押
え部材92によってモータ取付けベース93に固定される。

また、内筒43の中心部には軸線方向に沿うパイプ94が通
っており、このパイプ94の内側にリード線95が挿通され
ている。

減衰力発生機構62は、周知のプレート弁と、開口量を可
変設定できる可変オリフィス82を備えている。この可変
オリフィス82は、モータ86によって制御される。このモ
ータ86は、リード線95を介して外部からの信号により駆
動され、可変オリフィス82を制御することにより、減衰
力を変化させることができる。

副チャンバ70を構成する圧力容器71の内部は、両端が開
口する筒状の仕切り膜98によって気室74と液室75とに隔
離される。仕切り膜98は上記仕切り膜90と同様の複層構
造をなしている。そして仕切り膜98の両端開口部は、膜
押え部材100,101によって圧力容器71に固定される。

副チャンバ70の気室74は、ガス通路103,104を介して内
筒43内の気室54と連通する。ガス通路103は、ソレノイ
ド106によって駆動される開閉弁107により、開閉させら
れる。なお、気室54,74には窒素ガスが封入される。

上記構成の懸架装置40は、開閉弁107を開くことによ
り、気室54,74を連通状態にすると、２つの気室54,74の
双方が同時にガスばねとして働くため、ばね定数を下げ
ることができる。

また副チャンバの液室75に送油口109が設けられ、液室7
5内の油量を調整することにより、車高調整を可能とし
ている。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ガスばねや懸架装置内の封入ガスが液
室側に逃げることを、ゴム状弾性体膜と金属薄膜とから
なる複層構造の仕切り膜によって確実に防止でき、金属
薄膜とゴム状弾性体膜との界面に接着剤層が介在するこ
となく両者が直接一体化しているためガスバリヤ耐久性
が高く、しかもこの金属薄膜はゴム状弾性体膜の形状を
問わず自由な立体形状に成形することができる。本発明
の仕切り膜は、特にガスばね用としての撓みやすさおよ
び繰返し耐久性を満足する十分な薄さの金属薄膜をゴム
状弾性体膜に強力に被着させておくことができるととも
に、ゴム状弾性体膜とガスバリヤ金属薄膜との界面に高
圧ガスの影響が及ぶことによる界面の劣化が回避され、
かつ、ゴム状弾性体膜の表面が油によって常に潤された
状態になるからゴム状弾性体膜の劣化を防止できるなど
膜破壊を生じることがなく、優れた耐久性を発揮するこ
とができる。そして気体の再封入あるいは圧力容器の交
換などを不要とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示すガスばねの縦断面
図、第２図は第１図中の矢印IIで示された部位の拡大
図、第３図は仕切り膜の他の実施態様を示す拡大断面
図、第４図ないし第６図はそれぞれ本発明の第２実施例
ないし第４実施例を示す車両用懸架装置の縦断面図、第
７図は従来のガスばねを示す縦断面図である。 12……圧力容器、18……気室、19……液室、25……仕切
り膜、27……金属薄膜、28……ゴム状弾性体膜、40……
車両用懸架装置、41……圧力容器、52……液室、54……
気室、71……圧力容器、72……仕切り膜、74……気室、
75……液室、90……仕切り膜、98……仕切り膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ１６Ｆ 9/06

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧力容器内に設けられた高圧ガスが封入さ
   れる気室と油が収容される液室とを隔離する仕切り膜で
   あって、この仕切り膜は、上記液室内の油の圧力変化に
   追従して変形自在な可撓性を有しかつ袋状に成形された
   ゴム状弾性体膜と、この弾性体膜に蒸着またはめっきに
   より被着された金属薄膜とからなる複層構造をなし、上
   記気室側に上記金属薄膜を配しかつ上記液室側に上記ゴ
   ム状弾性体膜を配したことを特徴とする圧力容器におけ
   る気室と液室の隔離用仕切り膜。