JP6340797B2 - バンプストッパ - Google Patents

Description

本発明はバンプストッパに関し、詳しくは、圧縮量の増加に対するばね定数の落ち込みをなくし、圧縮時に安定して変形することができるバンプストッパに関する。

バンプストッパは、可動部品に設けられ、その可動部品が可動範囲の限界近くまで撓んだときに相手部品と衝突し、圧縮されることによって衝撃を吸収する。例えば自動車のサスペンションに適用した例では、バンプストッパはショックアブソーバのピストンロッドに装着され、該ピストンロッドがシリンダ内に向けて限界近くまで縮んだ際に、シリンダの端面と衝突して圧縮されることで衝撃を吸収する。

このようなバンプストッパは、一般に弾性材料によって筒状に形成され、衝撃を受けて圧縮する際にスムーズに変形すると共に、その変形状態を安定させるために、外周面に複数の山部と谷部とを有する蛇腹状に形成されている（特許文献１）。

ここで、図８〜図１１を参照して、この従来例に係るバンプストッパについて説明する。図８は、従来例に係るバンプストッパの側面図である。図９は、従来例に係るバンプストッパにおける圧縮時の様子を示す断面図である。図１０は従来例に係るバンプストッパにおける圧縮量と荷重との関係を示すグラフである。図１１は、従来例に係るバンプストッパにおけるばね定数と圧縮量との関係を示すグラフである。なお、図９は、（ａ）（ｂ）（ｃ）の順に圧縮量が増えていった状態をそれぞれ示している。

図８に示すように、バンプストッパ１００の外周面には、先端側（図８中の下側）から順に、第１山部１１１、第２山部１１２、第３山部１１３と、第１谷部１２１、第２谷部１２２、第３谷部１２３とが形成されている。各山部１１１、１１２、１１３は、それぞれ独立した環状の山部として形成されており、一方、各谷部１２１、１２２、１２３も、それぞれ独立した環状の谷部として形成されている。

これら各山部１１１〜１１３と各谷部１２１〜１２２の径寸法は、成形時の材料流動性を考慮して、先端側から後端側になるほど大きく設定している。すなわち、第１山部１１１の径をＤ１１、第２山部１１２の径をＤ１２、第３山部１１３の径をＤ１３とすると、山部径寸法はＤ１１＜Ｄ１２＜Ｄ１３となり、第１谷部１２１の径をＤ２１、第２谷部１２２の径をＤ２２、第３谷部１２３の径をＤ２３とすると、谷部寸法はＤ２１＜Ｄ２２＜Ｄ２３となっている。このため、第１谷部１２１の部位の肉厚が最も薄く、第３谷部１２３の部位の肉厚が最も厚くなっている。これに伴って、各谷部で比較すると、第１谷部１２１の部位の剛性が最も低く、第３谷部１２３の部位の剛性が最も高くなっており、先端側から後端側にかけて剛性が段階的に変化している。

従って、このバンプストッパ１００に、無負荷状態から軸線方向（図８、図９中の上下方向）から荷重が加わって圧縮すると、まず、第１谷部１２１の部位が圧縮するように変形し（図９（ａ）参照）、次いで、第２谷部１２２の部位が圧縮するように変形する（図９（ｂ）参照）。そして、最後に第３谷部１２３の部位が圧縮するように変形する（図９（ｃ）参照）。このように、従来例に係るバンプストッパ１００は、複数の谷部が順に圧縮するように変形していく。

ここで、図１０のグラフを参照して、圧縮量と荷重（圧縮に必要な荷重）との関係について説明する。

無負荷状態から第１谷部１２１の部位が圧縮するように変形する過程においては、第２の谷部１２２、第３の谷部１２３は未だ変形せず、これらが突っ張るように働き、バンプストッパ１００全体の圧縮方向のばね定数が一定か、または徐々に増加するため、圧縮量の増加に伴い、荷重は略直線的に増加する（グラフ中のＬ１０）。次いで、第２谷部１２２の部位が変形し始めると、ばね定数は低くなり、圧縮量の増加に対する荷重の増加の割合が低下する（グラフ中のＬ１１）。その後、第２谷部１２２が変形している間は、第３谷部１２３が変形せずに突っ張るように働き、再びばね定数が高くなり、圧縮量の増加に対する荷重の増加の割合が上昇する（グラフ中のＬ１２）。そして、第３谷部１２３が変形し始めると、再びばね定数は低くなり、圧縮量の増加に対する荷重の増加の割合が低下する（グラフ中のＬ１３）。

このように、従来例に係るバンプストッパ１００は、荷重が加わった際、外周面に環状に形成された複数の谷部の部位で先端側から段階的に圧縮するように変形するため、ばね定数が高低に順次段階的に切り替わるような現象が生じており、図１０のグラフに示すように、圧縮量の増加に対して荷重は滑らかには増加しない。このような変形状態になると、図１１に示す圧縮量とばね定数との関係を示すグラフのように、圧縮量の増加に伴ってばね定数が大きく落ち込む部位Ｘ１、Ｘ２が発生し、ばね定数の変化は一定にはならない。

これは、衝撃吸収時の観点から言えば、バンプストッパ１００が圧縮されていく過程で、バンプストッパ１００への圧縮荷重の変化が不均一となって滑らかに変化しないことになる。このため、このバンプストッパ１００を自動車のサスペンションのショックアブソーバに適用した場合では、車両の操舵性や乗り心地に影響を与えることとなり、操舵性や乗り心地を向上させる観点では改善すべき課題を有している。

なお、谷部の径を全て小さくし、また、同一の径となるように形成すれば、複数の谷部の部位が順に段階的に圧縮するように変形することを抑制できるが、この場合には、谷部の部位の肉厚が薄くなり、成形金型における成形材料が通る部分が狭くなってしまう。そのため、成形材料が十分に充填されずに成形不良を招く原因となるため、そのような対策を取ることができない。

特開２０１３−１７０６７０号公報

そこで、本発明は、圧縮量の増加に対するばね定数の落ち込みをなくすことにより、荷重が加わった際に滑らかに圧縮することのできるバンプストッパを提供することを課題とする。

本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。

１．先端と後端とに亘って貫通する軸孔を有し、外周面に谷部を有し、圧縮されることにより衝撃を吸収するバンプストッパにおいて、
前記谷部が螺旋状に形成されており、
前記軸孔の内周面と前記谷部との間の厚みは、前記谷部の一方の端部から他方の端部に沿って徐々に増していくように形成され、
先端側から後端側に向かうに従って滑らかに連続して剛性が増していくように構成されていることを特徴とするバンプストッパ。

２．前記谷部は、前記外周面に複数本形成されていることを特徴とする前記１記載のバンプストッパ。

３．中心部の軸線方向に沿って軸孔を有し、前記軸孔の内周面に、螺旋状の谷部が形成されていることを特徴とする前記１又は２記載のバンプストッパ。

本発明によれば、圧縮量の増加に対するばね定数の落ち込みをなくすことができ、荷重が加わった際に滑らかに圧縮することのできるバンプストッパを提供することができる。

本発明に係るバンプストッパの第１の実施形態を示す側面図 本発明に係るバンプストッパにおける圧縮時の様子を示す断面図 本発明に係るバンプストッパにおけるばね定数と圧縮量との関係を示すグラフ 本発明に係るバンプストッパを自動車のサスペンションのショックアブソーバに適用した例を示す説明図 本発明に係るバンプストッパの第２の実施形態を示す断面図 外周面に２本の谷部を形成したバンプストッパを先端側から見た状態を示す模式図 １本だけの谷部が形成されたバンプストッパの圧縮初期の変形の様子を説明する図 従来例に係るバンプストッパの側面図 従来例に係るバンプストッパにおける圧縮時の様子を示す断面図 従来例に係るバンプストッパにおける圧縮量と荷重との関係を示すグラフ 従来例に係るバンプストッパにおけるばね定数と圧縮量との関係を示すグラフ

以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明に係るバンプストッパの第１の実施形態を示す側面図である。

バンプストッパ１Ａは、発泡ウレタン等の弾性材料によって、図１中の下側の先端１１に行くに従って外径（後述する山部３の外径）が次第に小さくなる円筒状に形成されており、その外周面には、部分的に薄肉部位を形成して圧縮される際の変形状態を安定にする谷部２（第１の谷部）が形成されている。

本発明における谷部２は、図８に示したような従来の独立した環状に形成された谷部１２１〜１２３とは異なり、バンプストッパ１Ａの外周面に螺旋状に形成されている。すなわち、谷部２は、バンプストッパ１Ａの先端１１側から後端１２側にかけて、外周面を周方向に旋回する１本の螺旋形状の溝によって形成されている。これにより、バンプストッパ１Ａの外周面には、１本だけの螺旋形状の谷部２と、この谷部２のピッチの間に、該谷部２と同様に外周面を周方向に旋回する１本だけの螺旋形状の山部３（第１の山部）とが形成されている。

谷部２は、両端部２１、２２を除いて全長に亘って同一幅、同一深さであり、ピッチも全長に亘って同一ピッチとなるように形成されている。バンプストッパ１Ａの先端１１側に配置された谷部２の端部２１は、該先端１１から所定距離をおいて始まり、バンプストッパ１Ａの後端１２側に配置された谷部２の端部２２は、該後端１２まで達するように形成されている。これにより、山部３は、該バンプストッパ１Ａの先端１１に環状部位３１を形成している。

バンプストッパ１Ａの中心部には、軸線方向（図１中の上下方向）に沿って、先端１１と後端１２とに亘って貫通する軸孔４を有している。この軸孔４は、バンプストッパ１Ａが例えばショックアブソーバのシリンダロッドに装着される場合、該シリンダロッドが挿通する部位である。

本実施形態において、軸孔４は、バンプストッパ１Ａの後端１２から先端１１側に向けて同一の径で延びる直管部４１と、この直管部４１に続いて環状部位３１の内周面で部分的に内径が大きく形成された大径部４２とを有している。谷部２はほぼ全長に亘って同一幅、同一深さであるため、この軸孔４の直管部４１の内周面と螺旋状の谷部２との間の厚みは、谷部２の一方の端部２１から他方の端部２２に沿って徐々に増していくように形成されている。従って、バンプストッパ１Ａの谷部２における剛性は、バンプストッパ１Ａの先端１１側から後端１２側に行くに従って、滑らかに連続して増していくように構成されている。また、バンプストッパ１Ａの先端１１側は、軸孔４の大径部４２において部分的に肉薄となっている。

次に、図２及び図３を参照して、このバンプストッパ１Ａが軸線方向の荷重を受けて圧縮する際の作用について説明する。図２は、本発明に係るバンプストッパにおける圧縮時の様子を示す断面図であり、バンプストッパの中心軸線を通る面で切断した断面のうちの半分の断面を示している。図３は、本発明に係るバンプストッパにおけるばね定数と圧縮量との関係を示すグラフである。なお、図２は、（ａ）（ｂ）（ｃ）の順に圧縮量が増えていった状態をそれぞれ示している。

バンプストッパ１Ａが無負荷状態から軸線方向に荷重が加わって圧縮すると、まず、薄肉状に形成されたバンプストッパ１Ａの先端１１の環状部位３１が圧縮するように変形する（図２（ａ）参照）。

この過程においては、谷部２が形成された部位は未だ変形せず、環状部位３１よりも後端１２側が突っ張るように働き、螺旋状の谷部２は、全長に亘って一定の幅Ｗを保ったままとなる。このため、圧縮量の増加に伴い、バンプストッパ１Ａのばね定数は一定か、または徐々に増加する（図３中のＬ１）。

次いで、更に荷重が加わると、バンプストッパ１Ａにおける谷部２が形成された部位が圧縮するように変形し始める（図２（ｂ）参照）。ここで、上記の通り、このバンプストッパ１Ａは、螺旋状に形成された谷部２によって、バンプストッパ１Ａの先端１１側から後端１２側に行くに従って、谷部２に沿って剛性が滑らかに連続して増していくように構成されているため、谷部２の変形は、バンプストッパ１Ａの先端１１側から開始され、次第に後端１２に向けて徐々に進行していくことになる。これにより、谷部２の幅は、バンプストッパ１Ａの後端１２側から先端１１側に行くに従って次第に小さくなり（Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３）、幅が連続的に変化する。そして、最後に谷部２の全体が圧縮されるように変形する（図２（ｃ）参照）。

このとき、谷部２の変形開始から谷部２の全体が圧縮されるまでの変化は、従来のように段階的ではなく、螺旋状の谷部２に沿って連続しているため、その圧縮量の増加に伴い、バンプストッパ１Ａのばね定数は、ほぼ一定の傾きで滑らかに増加する（図３中のＬ２）。このため、従来のように圧縮量の増加に伴ってばね定数が部分的に落ち込むようなことはなくなり、バンプストッパ１Ａの全体を滑らかに圧縮するように変形させることが可能となる。

これは、衝撃吸収時の観点から言えば、バンプストッパ１Ａが圧縮されていく過程で、バンプストッパ１Ａへの圧縮荷重の変化が従来のように不均一となることがなく、より滑らかに変化することになる。従って、このバンプストッパ１Ａによれば、圧縮量の増加に対するばね定数の落ち込みをなくすことができ、荷重が加わった際に滑らかに圧縮することができるようになる。

しかも、このようなバンプストッパ１Ａによれば、谷部２は螺旋形状であるため、成形金型に成形材料を充填する際、成形材料が谷部２（又は山部３）に沿って螺旋状に充填されるようになるため、従来のように成形材料が通る部分が谷部において狭くなって十分に充填されずに成形不良を招くようなことはない。また、成形材料の充填時に、エアーが谷部２に沿って上昇していくため、エアー入りの不適合品の発生率も低減する。

次に、かかるバンプストッパ１Ａの具体的な適用例について説明する。図４は、このように構成されたバンプストッパ１Ａを、自動車のサスペンションのショックアブソーバ２００に適用した一例を示す説明図であり、図中においてバンプストッパ１Ａを断面で示している。

ショックアブソーバ２００は、ピストンロッド２１０と、シリンダ２２０とを備える油圧ダンパー式の緩衝器である。車体が沈み込んだ際、ピストンロッド２１０がシリンダ２２０の内部側に向かって移動し、つまりショックアブソーバ２００が縮み、油圧抵抗によって衝撃を吸収する。

そして、ピストンロッド２１０には支持部材２３０が固定されており、この支持部材２３０とシリンダ２２０の端面２２１との間に、バンプストッパ１Ａが取り付けられている。バンプストッパ１Ａは、その軸孔４内にシリンダロッド２１０を挿通させている。バンプストッパ１Ａの後端１２の端面は、支持部材２３０に当接するように配置され、先端１１の端面は、シリンダ２２０の端面２２１から僅かに離間している。なお、バンプストッパ１Ａは、支持部材２３０に対して、固定してもしなくてもよい。

以上の構成により、車体が沈み込んでショックアブソーバ２００が縮んでいくと、ピストンロッド２１０がシリンダ２２０の内部に移動するに従って、バンプストッパ１Ａも図中Ａ方向に向けてシリンダ２２０側に移動する。そして、更にショックアブソーバ２００が縮むと、バンプストッパ１Ａの先端１１がシリンダ２２０の端面２２１に衝突する。これにより、バンプストッパ１Ａが圧縮されるため、衝撃を吸収することができる。

この衝撃吸収時、上記した通り、バンプストッパ１Ａのばね定数の変化が落ち込むことはない。これにより、バンプストッパ１Ａが圧縮されていく過程で、バンプストッパ１Ａの圧縮荷重が従来よりも更に滑らかに変化することになるため、車両の操舵性の変化を従来に増して滑らかに安定させることができ、良好な操舵性を実現することができるようになる。

また、ショックアブソーバによっては、バンプストッパの先端の端面がシリンダ２２０の端面２２１と常時当接していることにより、バンプストッパに常にシリンダロッド２１０の収縮に応じた圧縮荷重が作用する構造のものも知られている。このようなショックアブソーバに圧縮量の増加に対してばね定数の落ち込みが発生する従来のバンプストッパを適用した場合、バンプストッパが圧縮されていく過程で圧縮荷重の変化が不均一となることにより、乗り心地に悪影響を与える問題があったが、このバンプストッパ１Ａを適用することにより、バンプストッパ１Ａの圧縮荷重が従来よりも更に滑らかに変化することにより、従来に増して車両の乗り心地を良好にすることができるようになる。

（第２の実施形態）
図５は、本発明に係るバンプストッパの第２の実施形態を示す断面図である。図１と同一符号の部位は同一構成の部位であるため、それらの説明は第１の実施形態における説明を援用し、ここでは省略する。

このバンプストッパ１Ｂには、軸孔４の内周面にも、谷部５（第２の谷部）が形成されている点で、第１の実施形態とは異なっている。

この谷部５は、バンプストッパ１Ｂの外周面に形成されている谷部２のピッチＰ間に対応する軸孔４の内周面、より具体的には、軸孔４の内周面の直管部４１に、谷部２と同様に螺旋状に形成されている。すなわち、谷部５は、バンプストッパ１Ｂの先端１１側から後端１２側にかけて、軸孔４の内周面を周方向に旋回する螺旋形状の１本の溝によって形成されている。これにより、バンプストッパ１Ｂの内周面には、１本だけの螺旋形状の谷部５と、この谷部５のピッチの間に、該谷部５と同様を内周面を周方向に旋回する螺旋形状の１本だけの山部６（第２の山部）とが形成されている。

この谷部５も、谷部２と同様に、両端部を除いて、全長に亘って同一幅、同一深さとなるように形成され、そのピッチも、全長に亘って同一ピッチとなるように形成されている。ここでは、外周面の谷部２と内周面の谷部５の螺旋の旋回方向は同方向となるように形成されている。このため、このバンプストッパ１Ｂは、外周面の山部３と軸孔４の内周面との間に、部分的な薄肉部位が、外周面の谷部２のピッチ間に連続して形成されている。この薄肉部位は、バンプストッパ１Ｂの先端１１側から後端１２側に行くに従って、谷部５に沿って連続して次第に厚みが増すように形成されている。

従って、このバンプストッパ１Ｂにおいても、谷部２における剛性は、バンプストッパ１Ｂの先端１１側から後端１２側に行くに従って連続的に増していく点で、第１の実施形態と同様であるため、軸線方向に荷重が加わった際、第１の実施形態と同様に、バンプストッパ１Ｂのばね定数は、ほぼ一定の傾きで滑らかに増加し、従来のように圧縮量の増加に伴ってばね定数が部分的に落ち込むようなことはなく、バンプストッパ１Ｂの全体をより滑らかに圧縮するように変形させることが可能となる効果を奏することに加え、軸孔４の内周面にも螺旋形状の谷部５が形成されているため、圧縮時の変形をよりスムーズにすることができる。

この谷部５は、軸孔４の内周面において、バンプストッパ１Ｂの外周面の谷部２のピッチＰ間に対応する位置に形成したが、谷部２のピッチと同位置となるように形成してもよく、上記と同様の効果を奏する。

（その他の実施形態）
本発明において、バンプストッパの外周面に形成される螺旋状の谷部は、以上説明したように１本だけとするものに限らず、バンプストッパの大きさや要求される耐荷重の性能に応じて複数本形成してもよい。図６は、外周面に２本の谷部２、２を形成したバンプストッパ１Ｃを先端１１側から見た状態の模式図である。図１と同一符号の部位は同一構成の部位であるため、それらの説明は第１の実施形態における説明を援用し、ここでは省略する。

複数の谷部２を形成する場合、各谷部２は同一ピッチとされ、各端部２１、２１の軸線方向の位置も同一とされる。このような複数の谷部２は、圧縮変形時の安定化を図るために、バンプストッパ１Ｃの先端１１側に配置される端部２１を、バンプストッパ１Ｃの軸線方向の同一高さ位置に配置させると共に、軸孔４の周囲に均等の角度で離間するように配置させることが好ましい。図６では、２本の谷部２、２の端部２１、２１同士を、軸孔４を挟んで対向させて１８０°ずれて離間するように配置させている。これにより、バンプストッパ１Ｃの外周面には、一方の谷部２のピッチ間に他方の谷部２が配置されるように２本の谷部２、２が形成される。

このように複数本の谷部２を形成することによって以下の効果が得られる。すなわち、軸線方向に荷重が加わった際、谷部２の端部２１から圧縮変形が開始されるため、谷部２を１本だけとしたバンプストッパ１Ａ、１Ｂの場合、図７に示すように、圧縮初期に先端１１側が傾斜し易くなる。しかし、このバンプストッパ１Ｃのように複数本の谷部２を形成した場合、圧縮初期に複数本の谷部２の端部２１が同時に圧縮変形し始めるため、先端１１側が傾斜することを抑制でき、外周面の谷部２を１本だけとしたバンプストッパ１Ａ、１Ｂに比べて圧縮変形状態をより安定させることができる。

このように外周面に形成される谷部２を複数本とした場合も、第２の実施形態のように軸孔４の内周面にも谷部５を形成することができる、この場合、内周面の谷部５は外周面の谷部２と同様の本数、配置態様で形成することができる。これにより、上記したように、圧縮時の変形をよりスムーズにすることができることに加え、先端１１側が傾斜することを抑制でき、圧縮変形状態をより安定させることができる。

以上説明したバンプストッパ１Ａ〜１Ｃは、先端１１に行くに従って山部３の外径が次第に小さくなるように形成したが、先端１１から後端１２にかけて同一径となるように形成してもよい。この場合、例えば外周面に形成される谷部２の深さを、先端１１側で最も深くし、後端１２側に行くに従って次第に浅くなるように形成することにより、上記同様に、谷部２における剛性を、先端１１側から後端１２側に行くに従って滑らかに連続して増していくように形成することができる。

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ：バンプストッパ
１１：先端
１２：後端
２：谷部
２１、２２：端部
３：山部
３１：環状部位
４：軸孔
４１：直管部
４２：大径部
５：谷部
６：山部

Claims (3)

1. 先端と後端とに亘って貫通する軸孔を有し、外周面に谷部を有し、圧縮されることにより衝撃を吸収するバンプストッパにおいて、
   前記谷部が螺旋状に形成されており、
   前記軸孔の内周面と前記谷部との間の厚みは、前記谷部の一方の端部から他方の端部に沿って徐々に増していくように形成され、
   先端側から後端側に向かうに従って滑らかに連続して剛性が増していくように構成されていることを特徴とするバンプストッパ。
2. 前記谷部は、前記外周面に複数本形成されていることを特徴とする請求項１記載のバンプストッパ。
3. 前記軸孔の内周面に、螺旋状の谷部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のバンプストッパ。

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