JP6697485B2 - 振動減衰装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に請求項１の前提部に記載した、好適には自動車において伸縮ストロークを減衰するための振動減衰装置に関する。

このような形式の振動減衰装置は、しばしばショックアブソーバとして自動車に取り付けられる。この場合、ショックアブソーバは、概ね液体で満たされたシリンダより成っていて、このシリンダ内でピストンロッドに固定されたピストンが軸方向にガイドされている。この場合、ピストンは、圧力媒体シリンダを、圧縮室と、ピストンロッドが侵入する伸長室とに分割している。ピストンロッドがシリンダに対して軸方向で移動する際に、液体は、大抵は作業弁または減衰弁を介して一方の室から他方の室へ流入し、この際に、作業弁の型式によって振動が程度の差はあるが強く減衰される。ピストンロッドの体積および液体の熱膨張を補正するために、圧縮室は、大抵はガスアキュムレータに接続されている。伸長室内のキャビテーションを避けるために、圧縮室内は、大抵は約２０〜３０ｂａｒの初期圧力で負荷される。

ドイツ連邦共和国特許公開第１０２０１００２６３７８号明細書 ドイツ連邦共和国特許公開第１０２０１００５１８７２号明細書

ドイツ連邦共和国特許公開第１０２０１００２６３７８号明細書によれば、電気粘性式の振動減衰器が公知であり、この振動減衰器は、振動過程中に外部から電気式の制御手段によって開ループ制御可能である。これは、特に、圧力媒体が電気粘性流体である、自動車用の振動減衰器に用いられる。開ループ制御のために、圧力媒体シリンダ内には作業弁として、２つの圧力媒体室を互いに接続する絞りギャップが配置されている。この場合、絞りギャップは、ギャップ境界面によって第１のギャップセクションと第２のギャップセクションとに分割されており、第１のギャップセクションは圧力媒体シリンダの圧縮室に接続されていて、第２のギャップセクションは伸長室に接続されている。第１のギャップセクションに対して平行に、さらに開ループ制御不能なバイパスギャップが、ギャップ境界面から圧縮室まで配置されており、このバイパスギャップの端部に、圧縮室に向かって開放可能な逆止弁が設けられている。減衰力を電気的に制御するために、第１および第２の絞りギャップセクションを取り囲んで管状の電極が配置されており、この管状の電極は、開ループ制御された電圧によって負荷可能であり、この電圧によって絞りギャップ内の粘性が変えられるようになっている。圧力媒体シリンダの延長部内に、圧縮室に続いてさらに、ピストンロッド体積を補正するために設けられたガスアキュムレータが配置されている。このガスアキュムレータは、ピストンロッドを備えていない、軸方向摺動可能なピストンによって圧縮室から分離されている。この場合、キャビテーションを避けるために、ガスアキュムレータのガス圧力室内の初期圧力が少なくとも２０〜３０ｂａｒの値に調整されている。しかしながらこのような高い初期圧力は、摩擦が比較的高いために高い摩耗にさらされる、高価なシールを必要とするという欠点を有している。

ドイツ連邦共和国特許公開第１０２０１００５１８７２号明細書によれば、１つの電気粘性式の作業弁および複数の逆止弁を有する、自動車用の振動減衰装置が公知である。この場合、これらの弁は、ガスアキュムレータ内の初期圧力が圧縮室または伸長室内の作業圧から遮断されるように配置されており、従って、キャビテーションの危険性なしに、せいぜい１０ｂａｒの低い初期圧力しか必要としない。このために、軸方向に摺動可能なピストンによって分離された圧縮室および伸長室を有する圧力媒体シリンダが設けられており、この場合、ピストン内の圧縮室と伸長室との間に、伸長室に向かって開放可能な逆止弁が配置されている。この場合、圧縮室はガスアキュムレータに接続されていて、このガスアキュムレータ内に、圧縮室に向かって開放可能な逆止弁が配置されている。電気的に閉ループ制御可能な電気粘性式の作業弁は、一方の接続側が伸長室に接続されていて、他方の接続側がガスアキュムレータに接続されている。このような形式の減衰装置においては、ピストンロッド横断面とピストンロッド環状面（ピストンロッド横断面を差し引いたピストン横断面）との比に依存する、伸長方向と圧縮方向との間の力の分布の非対称性が生じる。何故ならば、ピストンロッドによってピストン面の両側に異なる加圧面が作用するからである。しかしながら、ピストンロッドの横断面は大抵はその機械的な負荷に応じて寸法設計されていて、特に車両用のショックアブソーバでは後車軸におけるよりも前車軸において大きいので、大抵は走行快適性に基づく所望の非対称性と合致しない様々な非対称性が生じる。これは、特別なギャップ接続箇所を有する電気粘性式の弁によって考慮されるが、各ピストンロッド横断面のために、様々なギャップ接続箇所を有する特別な電気粘性式の絞り弁を提供しなければならない。電気粘性式の絞り弁を有するダンパにおいては、ダンパは、大抵はシリンダ管内に組み込まれているので、それぞれの提供されたピストンロッド横断面のために、特別な減衰装置を製造する必要があり、これは特にショックアブソーバのような量産部品においては欠点である。

そこで本発明の課題は、冒頭に述べた形式の減衰装置を改良して、予め設定されたピストンロッド横断面に依存することなく、伸長段階と圧縮段階との間の所望の非対称性または対称性が得られるようにすることである。

この課題は、請求項１に記載した本発明によって解決される。本発明の変化実施態様および好適な実施例は従属請求項に記載されている。

本発明は、少なくとも２つの逆止弁および少なくとも２つの作業弁の所定の回路装置によって、振動減衰器の伸長段階および圧縮段階の非対称性の調整が可能であり、このために、ピストンロッドおよびピストンの直径比または横断面を考慮する必要がない、という利点を有している。従って、非対称性は追加的に、作業弁の配置および開ループ制御によって得られるので、ピストンロッドおよびピストンの横断面は、もっぱら機械的な要求に従って決定することができる。従って、振動減衰器部分の機械的な特性を変えることなしに所望の走行快適性を実現するために、好適な形式で、圧縮段階と伸長段階との間の様々な非対称性のために、作業弁の回路装置および開ループ制御だけによって同形式の振動減衰器を設計することも可能である。従って、様々な減衰特性曲線または様々な車両構成のために、同形式の減衰器構成を量産部品として安価に使用することができる。様々な車両構成においても様々な走行感覚段階を実現できるようにするために、本発明はさらに、伸長段階および圧縮段階の非対称性を幾何学的形状とは無関係に調整するために、２つだけまたは３つだけの開ループ制御可能な作業弁および２つの簡単な逆止弁しか必要としない、という利点を有している。この場合、本発明は同時に、これがせいぜい１０ｂａｒの低い初期圧力を有するガスアキュムレータによっても、キャビテーションの危険性が生じることなしに可能である、という利点を有している。開ループ制御可能な磁気粘性式または電気粘性式の作業弁を使用することによって、好適な形式で、問題となるような切換遅延なしに、圧縮段階と伸長段階との間の様々な非対称性の調整を行うことができるので、走行運転中に圧縮段階および伸長段階の非常に正確な開ループ制御が可能である。

伸長段階と圧縮段階との間の非対称性は、少なくとも２つの独立した作業弁によって開ループ制御可能であるので、これらの作業弁は好適な形式で１つの共通の制御電圧によって負荷され得る。従って、作業弁の開ループ制御のために、好適な形式で同じ電極を使用することができる。

これは、特に圧力媒体シリンダ内に組み込まれた電気粘性式の作業弁を有する本発明の特別な実施例において、作業弁が、圧力媒体シリンダに対して同軸的に、平行なまたは弦巻線状のギャップとして構成可能であり、このギャップが、少なくとも２つの互いに間隔を保って配置され、かつ絶縁されたシリンダ管として構成されていて、これらのシリンダ管が同時に電極を成している、という利点を有している。

少なくとも３つの開ループ制御可能な作業弁を有する本発明の別の特別な実施例は、これによって、伸長段階が３つの作業弁によって減衰可能であり、これに対して圧縮段階は、減少された貫流量において３つの作業弁によって減衰され、それによって同じ制御電圧で伸長段階が圧縮段階よりも一般的に強く減衰され、これによって実際に提供された走行感覚段階に十分に相当する非対称性が生ぜしめられるので、制御電圧によって大抵はさらに少しだけ非対称性適合調整を行うだけでよい、という利点を有している。これによって、より少ない開ループ制御電圧変化を有する圧縮運転に対して、伸長運転中により高い減衰値を有する開ループ制御が可能であり、これによって、開ループ制御精度が高められる。本発明は同時に、幾何学的形状に依存することのない非対称性調整が、電気粘性式だけではなく、磁気粘性式かつ迅速な液圧式の作業弁によっても実現可能である、という利点を有している。

本発明を、図面に示した１実施例を用いて以下に詳しく説明する。

２つの開ループ制御式の絞り弁および２つの逆止弁を備えた電気粘性式の減衰装置の液圧式の作業および開ループ制御回路を示す図である。 ３つの開ループ制御式の絞り弁および２つの逆止弁を備えた電気粘性式の減衰装置の液圧式の作業および開ループ制御回路を示す図である。

本発明は、以下に説明する複数の発明を包含する発明群に属する発明であり、以下に、その発明群の実施例として、図面の図１および図２を参照しつつ説明するが、そのうち、図２に対応する実施例が、特許請求の範囲に記載した発明に対応するものである。
図１には、電気粘性式の減衰装置の液圧式の作業および開ループ制御回路が示されており、この減衰装置は、圧力媒体シリンダ１と、ピストンロッド３を備えた長手方向摺動可能なピストン２とを有しており、この場合、ピストン２は圧力媒体シリンダ１を、圧縮室４と、ピストンロッド３が侵入する伸長室５とに分割する。この場合、圧縮室４は、この圧縮室に向かって開放するまたは開放可能な第１の逆止弁６を介して、第１の圧力媒体管路９を介してガスアキュムレータ８に接続されている。それと同時に、圧縮室４は、第１のオーバーフロー孔１１を介して第１の開ループ制御可能な電気粘性式の作業弁１２、次いで第２の開ループ制御可能な電気粘性式の作業弁１３に接続されており、この作業弁１３の出口は第２のオーバーフロー孔１０を介して伸長室５に接続されている。この場合、２つの開ループ制御可能な作業弁１２と１３との間に、ガスアキュムレータ８へのおよび第１の逆止弁６への圧力媒体分岐部１４が設けられている。追加的に、ピストン２内にさらに、伸長室５に向かって開放するまたは開放可能な第２の逆止弁７が配置されている。

このような形式の減衰装置は、好適な形式でショックアブソーバとして自動車に取り付けられ、もっぱら、ホイールに作用する、走行状況に基づく振動を、車両シャーシに対して両作用方向でできるだけ減衰するために用いられる。このような形式の減衰装置は、別の振動減衰のためにも使用され、従って、一般的に使用されている振動減衰装置である。

このような形式のショックアブソーバは、実際には大抵は、圧力媒体シリンダ１として閉じられたアルミニウム製または鋼製のシリンダより成っており、この圧力媒体シリンダ１は、シールされたピストンロッド貫通孔を備えていて、このピストンロッド貫通孔内に圧力媒体としての電気粘性流体が液圧式の減衰媒体として収容されている。充填された圧力媒体シリンダ１内に、シールされたピストン２が軸方向に摺動可能にガイドされており、このピストン２にピストンロッド３が固定されていて、このピストンロッド３は好適な形式で車両のシャーシに結合されている。反対側では、圧縮室４を備えた圧力媒体シリンダ１は軸ジャーナルに固定されており、この軸ジャーナルに車両ホイールが位置している。

ピストンロッド体積を補正し、かつ電気粘性流体の熱膨張を補正するために、さらにガスアキュムレータ８が設けられており、このガスアキュムレータ８は、実際には好適な形式で、圧力媒体接続部を備えた円筒形の圧力媒体ハウジング１５を有している。圧力媒体ハウジング１５内に、ピストンロッドを備えていない、軸方向にガイドされたガス圧ピストン１６が設けられており、このガス圧ピストン１６は、ガス圧ハウジング１５内で１〜１０ｂａｒの低い初期圧力下にあるガスを圧力媒体シリンダ１に対してシールする。このために、ガスアキュムレータ８と圧力媒体室４との間に、第１の圧力媒体管路９が取り付けられており、この第１の圧力媒体管路９内に、絞り作用なしの従来の第１の逆止弁６が設けられていて、この第１の逆止弁６は、圧縮室４に向かって開放するかまたは少なくとも開放可能であって、ガスアキュムレータ８に向かって閉鎖されているかまたは閉鎖可能である。この場合、ガスアキュムレータ８は、第１の逆止弁６を介して圧縮室４に直接接続されていてもよく、これによってガスアキュムレータ８と、電気粘性流体を有する圧力媒体シリンダ１との間に、簡単に組み込まれるコンパクトなユニットが得られる。このような形式のガスアキュムレータ８は、圧力媒体シリンダ１を包囲する追加的なシリンダチューブを通じてショックアブソーバ内に組み込まれてもよい。このような構造型式のダンパはいわゆるツインチューブ式ダンパと称呼される。

さらに追加的に、圧力媒体シリンダ１のピストン２内に、絞り弁なしの、もう１つの第２の従来の逆止弁７が配置されており、この第２の逆止弁７は、伸長室５に向かって開放しているかまたは開放可能であって、圧縮室４に向かって閉鎖されているかまたは閉鎖可能である。しかしながら、このような形式の第２の逆止弁７は、圧縮室４と伸長室５とを互いに接続する２つの圧力媒体管路を用いて、ピストン２の外側に配置されていてもよい。

車両シャーシと各ホイールとの間の、圧縮作用を有する圧縮振動または伸長作用を有する伸長振動を減衰するために、圧力媒体シリンダ１の圧縮室４と伸長室５との間に２つの作業弁１２，１３が設けられており、これらの作業弁１２，１３は、開ループ制御可能な電気粘性式の絞り弁１２，１３として構成されている。これは、好適な形式で、２つの薄い絞りギャップのことであって、これらの絞りギャプは、弦巻線状に同軸的に、別のシリンダ外側管１８を用いて圧力媒体シリンダ１のハウジング内に形成されている。この場合、内側の圧力媒体シリンダ１は同時に導電性の電極として構成されており、この電極は、貫流する電気粘性流体の粘性を変える磁界を発生させることができる別の電極としての第２のシリンダ外側管１８によって同軸的に包囲されている。このような形式の開ループ制御可能な電気粘性式の絞り弁は、ドイツ連邦共和国特許公開第１０２０１３００３８４１号明細書により公知であって、振動減衰器に組み込まれている。しかしながら、このような形式の作業弁１２，１３は、磁気粘性流体またはその他の液圧流体のための絞り弁として構成されていてもよい。この場合、本発明の機能のために、絞り弁の流体開ループ制御の形式は、根本的に重要ではない。

ここでは、本発明の機能のために、第２の絞り弁１３が、第１の逆止弁６の出口とガスアキュムレータ８の圧力媒体入口との間で、第１の圧力媒体管路９を介して直接的にガスアキュムレータ８に接続されていて、他方側では第２の圧力媒体管路１７を介して伸長室５に接続されていることが重要である。何故ならば、２つの逆止弁６，７および作業弁１２，１３のこのような配置において、作業圧力は、決してガスアキュムレータ８内のガス容積に直接接続されるのではなく、常に２つの作業弁１２，１３のうちの一方を介して接続されているからである。従って、減衰装置の非対称性は、ピストンロッドまたはピストンロッド環状面（ピストンロッド横断面を差し引いたピストン横断面）の横断面とは十分に無関係であって、もっぱら２つの作業弁１２，１３によって開ループ制御され得る。このために、圧縮運転では電気粘性流体が主に、理想化された第２の逆止弁７を介して減衰されずに圧縮室４から伸長室５内に流れる。何故ならば、この場合、第１の逆止弁６はガスアキュムレータ８に対して閉鎖されているからである。それと同時に、電気粘性流体の一部は、追加的に伸長室５内に侵入するピストンロッド体積のために伸長室５から第１のオーバーフロー孔１０を介して圧力媒体管路１７内に流入し、第２の電気粘性式の作業弁１３および圧力媒体分岐部１４を介してガスアキュムレータ８内に流入する。追加的に、第２のオーバーフロー孔１１、第１の作業弁１２および圧力媒体分岐部１４を介して、電気粘性流体のさらに別の部分がガスアキュムレータ８内に流入する。

この場合、相応の制御電圧によって、圧縮運転中に、車両シャーシと車両ホイールとの間の減衰が、所望の走行快適性に応じて２つの作業弁１２，１３によって調整され得る。この場合、このようにして開ループ制御された圧縮運転中の減衰は、伸長運転中の減衰とも無関係であるので、これによって、圧縮減衰は制御電圧のプリセットによって別個に調整可能である。

これに対して、伸長運転中に、第２の逆止弁７は圧縮室４に対して閉鎖されているので、電気粘性流体は、第１のオーバーフロー孔１０、第２の圧力媒体管路１７、第２の電気粘性式の作業弁１３、圧力媒体分岐部１４および、圧縮室４に向かって開放された第１の逆止弁６を介して、圧縮室４に向かって流れる。圧力媒体分岐部１４によって、第１の作業弁１２は迂回されるので、伸長運転中に、減衰はもっぱら第２の電気粘性式の作業弁１３によって開ループ制御される。伸長運転中に、伸長室５内の圧力は、概ねピストンロッド環状面（ピストンロッド横断面を差し引いたピストン横断面）に依存するので、第２の作業弁１３内における相応の制御電圧によって、伸長減衰が、所望の走行快適性のプリセット後に決定される。この場合、比較的大きいピストンロッド環状面において、伸長運転中における小さい制御電圧によって既に、圧縮運転とは無関係な比較的高い減衰が調整可能である。これによって、ピストンロッドとピストンとの間の偏平率とは無関係に、独立した伸長減衰および／または圧縮減衰を開ループ制御することができ、この場合、減衰の所望の非対称性割合も、制御電圧を所望にプリセットすることによって調整可能である。

図２には、３つの電気粘性式の絞り弁１２，１３，２０と２つの逆止弁６，７とを備えた本発明の別の実施例が示されている。この場合、この振動減衰装置は、やはり図１と同様に圧力媒体シリンダ１より成っており、この圧力媒体シリンダ１は、軸方向に摺動可能なピストン２によって圧縮室４と伸長室５とに分割されている。ピストン２内には同様に、伸長室５に向かって開放するかまたは開放可能な第２の逆止弁７が配置されており、この第２の逆止弁７は、開放された状態で事実上絞り作用を有していない理想的な逆止弁として作用する。圧縮室４と伸長室５との間に、やはり２つの電気粘性式の作業弁１２，１３が直列に接続されている。これらの作業弁は好適な形式で、圧力媒体シリンダ１とこの圧力媒体シリンダ１を同軸的に包囲するシリンダ外側管１８との間の２つの別個の弦巻線状の絞りギャップとして構成されており、この場合、２つのシリンダ管１，１８は同時に開ループ制御可能な電極を成している。

さらに、図２に記載した振動減衰装置は、約１〜１０ｂａｒの僅かな初期圧力だけを有するガスアキュムレータ８も備えており、このガスアキュムレータ８は、第１の圧力媒体管路９を介して圧縮室４に接続されている。この第１の圧力媒体管路９内に、圧縮運転中にガスアキュムレータ８を圧縮室４から遮断するために、やはり第１の逆止弁６が配置されている。

さらに、図２に示した振動減衰装置は、２つの第１の作業弁と第２の作業弁１２，１３の間に、圧力媒体分岐部１４を有しており、この圧力媒体分岐部１４は、第１の逆止弁６の出口の後ろで、第１の圧力媒体管路９内のガスアキュムレータ８に接続されている。図１に示した振動減衰装置とは異なり、圧力媒体分岐部１４内に別の第３の電気粘性式の作業弁２０が設けられており、この作業弁２０によって、伸長運転中においても、電気粘性流体が並列接続された第１および第３の作業弁１２，２０によって開ループ制御可能である。この場合、第３の電気粘性式の作業弁２０によって、伸長運転においても車両シャーシの減衰振動中に、電気粘性流体が、第２の電気粘性式の弁１３を通って、またこの弁１３に直列接続され、かつ互いに並列接続された２つの第１および第３の作業弁１２，２０を通って圧縮室４内に流入するようになる。乗用車においては、良好な走行快適性のために伸長振動は、一般的に圧縮振動よりも強く減衰されるべきであるので、伸長振動は、３つの開ループ制御可能な作業弁１２，１３，２０によって、開放された第２の逆止弁７による圧縮運転時よりも強く減衰され得る。開放された第２の逆止弁７による圧縮運転時には、主に、直列接続された２つの作業弁１２，２０だけ、並びに作業弁１２に対して平行に貫流される、減少された貫流量を有する第２の作業弁１３だけが作用する。この場合、同じ制御電圧において既に、伸長振動が圧縮振動よりも強く減衰され、それによって、実際においてほぼ望まれているように、制御電圧を変えることなしに、伸長運転と圧縮運転との間の非対称性が生ぜしめられる。この場合、非対称性は、制御電圧が伸長運動中にまさに望まれている非対称性に応じて変化せしめられることによって、さらに追加的に変えることができる。これによって、図２に示した実施例においては、僅かな制御電圧変化によって、好適な形式で比較的大きい範囲内で非対称的な振動減衰を調整することができる。この場合、好適な形式で、伸長運転中においても圧縮運転中においても、すべての電気粘性式の作業弁１２，１３，２０は同じ制御電圧１９によって開ループ制御されるので、作業弁１２，１３，２０のすべての制御ギャップにおいて同じ粘性が支配する。それによって好適な形式で、すべての作業弁１２，１３，２０は、１つの制御装置だけによって、および同一の電極によって開ループ制御可能である。

１ 圧力媒体シリンダ
２ ピストン
３ ピストンロッド
４ 圧縮室
５ 伸長室
６ 第１の逆止弁
７ 第２の逆止弁
８ ガスアキュムレータ
１２，１３，２０ 作業弁
１４ 圧力媒体分岐部
１９ 制御電圧源

Claims (2)

1. 特に自動車において伸縮力を減衰するための振動減衰装置であって、圧力媒体シリンダ（１）を有しており、該圧力媒体シリンダ（１）内にピストンロッド（３）を備えたピストン（２）が軸方向に摺動可能にガイドされていて、前記ピストン（２）は前記圧力媒体シリンダ（１）を、圧縮室（４）と伸長室（５）とに分割しており、この場合、前記ピストンロッド（３）の体積補正のために、さらにガスアキュムレータ（８）が設けられており、このガスアキュムレータ（８）は、前記圧縮室（４）に向かって開放可能な少なくとも１つの第１の逆止弁（６）によって前記圧縮室（４）に接続されており、前記圧縮室（４）と前記伸長室（５）との間に、前記伸長室（５）に向かって開放可能な第２の逆止弁（７）、およびこの第２の逆止弁（７）に対して平行に少なくとも１つの第１の開ループ制御可能な作業弁（１２）が設けられている形式のものにおいて、
   前記第１の作業弁（１２）に対して第２の開ループ制御可能な作業弁（１３）が直列に接続されており、前記第２の作業弁（１３）は一方側が前記第１の作業弁（１２）に接続され、他方側が前記伸長室（５）に接続されており、前記２つの作業弁（１２，１３）の間に圧力媒体分岐部（１４）が設けられていて、該圧力媒体分岐部（１４）が、前記ガスアキュムレータ（８）および前記第１の逆止弁（６）の出口に接続されており、
   前記圧力媒体分岐部（１４）内に第３の作業弁（２０）が設けられ、
   電気粘性式の前記第１の作業弁（１２）、前記第２の作業弁（１３）および前記第３の作業弁（２０）が、１つの共通の制御電圧源（１９）によって開ループ制御可能である絞りギャップによって、前記圧力媒体シリンダ（１）に対して同軸的に構成されていることを特徴とする、振動減衰装置。
2. 前記圧力媒体分岐部（１４）内で、前記ガスアキュムレータ（８）と前記第２の作業弁（１３）への直列接続部との間に第３の開ループ制御可能な作業弁（２０）が配置されていることを特徴とする、請求項１記載の振動減衰装置。

Images