JP6434735B2

JP6434735B2 - 緩衝器の製造方法

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Publication number: JP6434735B2
Application number: JP2014153467A
Authority: JP
Inventors: 三輪　昌弘; 昌弘三輪; 雄介松下
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2014-07-29
Filing date: 2014-07-29
Publication date: 2018-12-05
Anticipated expiration: 2034-07-29
Also published as: WO2016017575A1; JP2016031105A

Description

本発明は、緩衝器の製造方法の改良に関する。

この種のピストンは、たとえば、緩衝器のシリンダ内に摺動自在に挿入されてシリンダ内を二つの圧力室に区画するとともに、緩衝器が伸長する際に作動油を通過させる伸側ポートと緩衝器が収縮する際に作動油を通過させる圧側ポートとを有している。また、ピストンの上下にはリーフバルブが積層されて、伸側ポートと圧側ポートの出口端をこれらリーフバルブで開閉するようになっており、緩衝器の伸縮時に伸側ポートおよび圧側ポートを通過する作動油の流れに上記リーフバルブで抵抗を与えて上記した二つの圧力室内の圧力に差を生じせしめて減衰力を発生するようになっている。

さらに、ピストンの外周には、シリンダ内周に摺接する合成樹脂製のピストンリングが装着されており、シリンダ内に形成される伸側室と圧側室とがピストン外周を介して連通されることなく、ピストンはシリンダ内を滑らかに移動することが可能とされている。

このピストンリングは、ピストンの外周に軸方向に並べて設けた複数の突条を備えた装着部に装着されて、ピストンに一体化されている。ピストンリングは、ピストンに装着される前は、円盤状をしていて、中央部にピストンの外径よりも小径の孔を備えている。そして、ピストンリングは、加熱されて変形しやすくなった状態でピストンとともに環状のダイス上に積層され、その状態で環状のダイス内にピストンを押し込むことでダイスによって扱かれて筒状に変形して、ピストンの外周の装着部に定着される（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００４−２１１７５７号公報

ところで、近年、車両の車体と車輪との間に介装されてサスペンション装置に組み込まれる緩衝器にあっては、車両における乗り心地向上の観点から、特に伸側の減衰力特性について、ピストン速度が低速域にあるときには減衰力が速やかに立ち上がり、ピストン速度が高速域に達すると減衰力のピストン速度に対する上昇割合が小さくなる飽和特性が好まれるようになってきている。

このような減衰力特性を実現することで、緩衝器は、ピストン速度が低速域にある際には車体の振動をしっかり抑制できるとともに、ピストン速度が高速域にある際には減衰力過多となることがなく、これによって、車両における乗り心地を向上することができる。

車両用の緩衝器では、前述したように、ピストンに内周が固定される環状のリーフバルブを積層して、伸側ポートをリーフバルブで開閉するようにしており、リーフバルブで伸側ポートを通過する作動油の流れに抵抗を与えて減衰力を発揮するようになっている。ここで、前述した減衰力特性を実現するには、リーフバルブの受圧面積を可能な限り増やすとともに、リーフバルブが着座する弁座径を大きくすることが求められる。

リーフバルブの受圧面積を大きくすることで少ない圧力で大きな力をリーフバルブに作用させることができ、また、弁座径を大きくすることでリーフバルブの内周支持部から弁座までの長さが長くなり、リーフバルブの撓み剛性を小さくすることができる。このようにすることで、リーフバルブが撓みやすくなるともに弁座から離間した際に弁座とリーフバルブとで形成される隙間も大きくなって、ピストン速度が高速域にある際にリーフバルブが作動油の流れに与える抵抗を低減することができ、前述の飽和特性を実現することができる。

昨今、前述の飽和特性を実現するため、飽和特性型のピストンが提案されるに至っている。このピストン１００は、図５に示すような環状であって、外周に設けられてピストンリング１１０が装着される装着部１０２を備える円盤部１０１と、円盤部１０１の軸方向一端側から立ち上がる小径部１０３と、小径部１０３の反円盤部側に設けられて端部に弁座１０５を備える大径のシート部１０４と、一端から開口してシート部１０４の弁座１０５内に通じるポート１０６と、円盤部１０１とシート部１０４との間に形成される環状溝１０７から円盤部１０１の他端に通じるポート１０８とを備える。シート部１０４の外径は、ピストン１００を図示しないシリンダ内に挿入した際に、環状溝１０７を閉鎖しないが可能な限り大きく設定されていて、シート部１０４から突出する環状の弁座１０５の径も許す限り大きく設定してある。

このようなピストン１００にピストンリング１１０を装着する場合、ピストン１００のシート部１０４に、図中破線で示すように、円盤状の合成樹脂母材１１１を積層して、この合成樹脂母材１１１を前述のごとくダイスで扱いていくと、これが筒状に変形して、円盤部１０１の装着部１０２の外周にピストンリング１１０として装着される。シート部１０４を備えないピストンに比較して飽和特性型のピストン１００では、ピストンリング１１０が装着部１０２の外周に装着されるまでに、極限まで大径化されたシート部１０４を乗り越えて長い距離を移動することになる。このピストンリングとなる合成樹脂母材１１１がダイスで扱かれながら移動する際に、その内周がシート部１０４の外周の角部１１２に押し付けられるため、ピストンリングの削り屑が発生して、シート部の外周の角部１１２と弁座１０５との間に堆積する場合がある。

このようにピストンリングの削り屑が堆積されたまま、ピストンをシリンダ内に組み込んでしまうと、前記削り屑がバルブに噛み込み、性能不良を引き起こす可能性がある。削り屑を除去すればよいのであるが、除去作業は煩雑で製造コストが高くなってしまう新たな問題を生じさせる。

そこで、本発明は、上記した不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、ピストンリングの装着時の削り屑の発生を抑制することができるピストンを備えた緩衝器の製造方法を提供することである。

上記した目的を解決するために、本発明における課題解決手段は、シリンダと、前記シリンダ内に摺動自在に挿入されて前記シリンダ内を伸側室と圧側室とに区画するピストンとを備え、前記ピストンは、円盤状のピストン本体と、合成樹脂製であって前記ピストン本体の外周に装着される円筒状のピストンリングとを備え、前記ピストン本体は、外周に前記ピストンリングが装着される装着部を備えた円盤部と、前記円盤部の軸方向一端側に立ち上がる円盤部より小径な小径部と、前記小径部の反円盤部側に設けた前記小径部より大径であって反小径部側端に環状の弁座を持つシート部と、前記円盤部の反小径部側端から開口して前記シート部の反小径部側端であって前記弁座の内周側に通じる第一ポートと、前記円盤部の反小径部側端から開口して前記シート部と前記円盤部の間に通じる第二ポートとを有し、前記シート部が、反小径部側端の外周縁に面取部を有する緩衝器の製造方法であって、ピストン本体のシート部にピストンリングとなる環状の合成樹脂母材を積層する工程と、シート部に合成樹脂母材を積層した状態で、ピストン本体をシート部側から筒状のダイス内に押し込んで、ピストン本体の外周にピストンリングを装着する工程と、ピストンをシート部側からシリンダ内へ挿入する工程とを備えることを特徴とする。この構成によると、ピストン本体に設けたシート部の反小径側端の外周縁に面取部を設けているので、ピストンリングを形成する合成樹脂母材がダイスによって引きずられつつ内周がシート部に押し付けられても、合成樹脂母材の内周が削られることがない。よって、本発明の緩衝器の製造方法によれば、ピストン本体にピストンリングを装着する加工中に内周が削られないので、削り屑の発生を抑制することができる。

また、削り屑が発生しないので、削り屑を除去する除去作業を行う必要がなくなり、加工工数が低減されて緩衝器の製造時間を短縮できるとともに、製造コストを低減することができる。

また、削り屑が発生しないので、緩衝器内に削り屑が入り込んで性能不良を引き起こす心配もなく、緩衝器は安定的に狙い通りの減衰力を発揮することができる。

本発明の緩衝器の製造方法によれば、ピストンリングの装着時の削り屑の発生を抑制することができる。

一実施の形態における緩衝器の縦断面図である。一実施の形態の緩衝器におけるピストンの拡大縦断面図である。一実施の形態の緩衝器におけるピストン本体にピストンリングを装着する加工手順を説明する図である。一実施の形態の緩衝器のピストン本体にピストンリングを装着する加工におけるピストンリングの変形状態を説明する図である。従来の緩衝器におけるピストンの縦断面図である。

以下、本発明の緩衝器Ｄを図に基づいて説明する。一実施の形態における緩衝器Ｄは、図１に示すように、シリンダ１と、シリンダ１内に摺動自在に挿入されて前記シリンダ１内を伸側室Ｒ１と圧側室Ｒ２とに区画するピストン２と、一端がピストン２に連結されて他端がシリンダ１外へ突出するピストンロッド３とを備えて構成されている。

そして、この実施の形態の緩衝器Ｄにあっては、シリンダ１内の図中下方に当該シリンダ１の内周に摺接して圧側室Ｒ２と気体室Ｇとを区画する摺動隔壁７が設けられており、伸側室Ｒ１および圧側室Ｒ２には作動油等の液体が充満されている。なお、前記した伸側室Ｒ１および圧側室Ｒ２内に充填される液体は、作動油以外にも、たとえば、水、水溶液といった液体を使用することもできる。気体室Ｇ内には、窒素などの不活性ガスが充填されているが、不活性ガス以外の気体を充填することも可能である。

シリンダ１は、図１中下端がボトムキャップ４により閉塞されており、図１中上端には、ピストンロッド３を摺動自在に軸支する環状のロッドガイド５が装着されている。また、シリンダ１の図１中上端であって、ロッドガイド５の図１中上方には、ピストンロッド３の外周に摺接してシール部材６が装着されている。このシール部材６は、ピストンロッド３の外周をシールして、シリンダ１内の液体の漏洩を阻止している。

ピストン２は、図１に示すように、円盤状のピストン本体１０と、合成樹脂製であってピストン本体１０の外周に装着される円筒状のピストンリング１１とを備えて構成されている。

ピストン本体１０は、図１および図２に示すように、外周にピストンリング１１が装着される装着部１３を備えた円盤部１２と、円盤部１２の軸方向の一端側となる図１中下方側に立ち上がる円盤部１２より小径な小径部１４と、小径部１４の反円盤部側となる図１中下方側に設けた小径部１４より大径であって反小径部側端となる図１中下端に環状の弁座１５ａを持つシート部１５と、円盤部１２の反小径部側端となる図１中上端から開口して前記シート部１５の反小径部側端となる図１中下端であって弁座１５ａの内周側に通じる第一ポート１６と、前記円盤部１２の反小径部側端となる図１中上端から開口してシート部１５と円盤部１２の間に形成される環状溝１７に通じる第二ポート１８と、円盤部１２、小径部１４およびシート部１５の中心を軸方向に貫いて前記ピストンロッド３が挿通される挿通孔１９とを備えて構成されている。

ピストン本体１０は、本実施の形態の場合、焼結成型によって成型されており、円盤部１２、小径部１４およびシート部１５が一体とされている。円盤部１２は、外周に周方向に沿う環状の突条を複数備えた装着部１３を備えている。ピストンリング１１は、加熱された状態で装着部１３に押し付けられて装着されることで、内周が装着部１３に符合する形状に変形せしめられて、円盤部１２に一体化されている。

シート部１５は、円盤部１２の図１中下端から突出する円盤状の小径部１４に連なっており、外径が円盤部１２より小径であって小径部１４より大径とされている。そして、このシート部１５と円盤部１２との間に小径部１４を設けることで、小径部１４の外周であってシート部１５と円盤部１２との間に環状溝１７が形成されている。

シート部１５は、円盤状であって、その図１中下端に設けられて図中下方へ突出する環状の弁座１５ａを備えている。シート部１５の外径に比較して弁座１５ａの外径は小径に設定されており、シート部１５の反小径部側端である図１中下端の弁座１５ａより外周側には環状の外周部１５ｂが設けられている。また、この外周部１５ｂにおける外周縁には、面取りが施されていて、面取部１５ｃが形成されている。面取部１５ｃは、テーパ状にＣ面取りを施して形成されてもよいし、断面円弧状にＲ面取りを施して形成されてもよい。

円盤部１２の図１中上端である反小径部側端には、花弁型の弁座１２ａが設けられており、この弁座１２ａに囲まれた独立開口窓１２ｂから開口して環状溝１７に通じる圧側ポートとなる第二ポート１８が複数設けられている。

また、円盤部１２の図１中上端である反小径部側端であって弁座１２ａで囲まれない箇所から開口してシート部１５の図１中下端である反小径部側端であって弁座１５ａの内側に通じる伸側ポートとしての第一ポート１６が複数設けられている。

そして、ピストン本体１０には、円盤部１２、小径部１４およびシート部１５の中心を軸方向に貫く挿通孔１９が設けられており、この挿通孔１９には、前記ピストンロッド３が挿通される。

また、ピストン２の伸側室Ｒ１に面する図１中上端には、弁座１２ａに着座する環状の圧側リーフバルブＶ１が積層されており、ピストン２の圧側室Ｒ２に面する図１中下端には、弁座１５ａに着座する環状の伸側リーフバルブＶ２が積層されている。

ピストン２に圧側リーフバルブＶ１および伸側リーフバルブＶ２を積層した状態で、これらをピストンロッド３の先端に設けた小径なピストン装着部３ａの外周に組み付けた後、ピストン装着部３ａの先端の螺子部３ｂにピストンナット８を装着して締め付けることで、ピストン２、圧側リーフバルブＶ１および伸側リーフバルブＶ２がピストンロッド３に固定される。

このようにピストンロッド３にピストン２、圧側リーフバルブＶ１および伸側リーフバルブＶ２が固定されると、圧側リーフバルブＶ１および伸側リーフバルブＶ２は、外周の撓みが許容されつつその内周がピストンロッド３に固定される。

圧側リーフバルブＶ１は、弁座１２ａに着座した状態では、第二ポート１８を閉塞し、外周側が撓むと第二ポート１８を開放するようになっていて、第二ポート１８を開閉することができる。伸側リーフバルブＶ２は、弁座１５ａに着座した状態では、第一ポート１６を閉塞し、外周側が撓むと第一ポート１６を開放するようになっていて、第一ポート１６を開閉することができる。

シリンダ１内をピストン２が図１中下方へ移動して緩衝器Ｄが収縮する場合、圧縮されて圧力上昇する圧側室Ｒ２の圧力により伸側リーフバルブＶ２がピストン２側へ押圧されて第一ポート１６が閉塞される一方、第二ポート１８を介して圧側室Ｒ２の圧力を受ける圧側リーフバルブＶ１は撓んで弁座１２ａから離座して、第二ポート１８を開放する。圧側リーフバルブＶ１は、第二ポート１８を通過して圧側室Ｒ２から伸側室Ｒ１へ移動する液体の流れに抵抗を与えるため、緩衝器Ｄは、前記収縮を妨げる圧側減衰力を発揮する。

反対に、シリンダ１内をピストン２が図１中上方へ移動して緩衝器Ｄが伸長する場合、圧縮されて圧力上昇する伸側室Ｒ１の圧力により圧側リーフバルブＶ１がピストン２側へ押圧されて第二ポート１８が閉塞される一方、第一ポート１６を介して伸側室Ｒ１の圧力を受ける伸側リーフバルブＶ２は撓んで弁座１５ａから離座して、第一ポート１６を開放する。伸側リーフバルブＶ２は、第一ポート１６を通過して伸側室Ｒ１から圧側室Ｒ２へ移動する液体の流れに抵抗を与えるため、緩衝器Ｄは、前記伸長を妨げる伸側減衰力を発揮する。

この実施の形態では圧側ポートとなる第二ポート１８は、環状溝１７に通じており、シリンダ１とシート部１５との間に隙間を設けておけば、環状溝１７が隙間を介して伸側室Ｒ１に連通され、緩衝器Ｄの収縮行程において圧側室Ｒ２から伸側室Ｒ１へ第二ポート１８を通じて液体の移動が可能となる。そのため、シート部１５には第一ポート１６の開口のみを設けることができ、シート部１５の外径を大きくすることができるので、弁座１５ａの内径も大きくすることができる。

弁座１５ａの内径を大きくすることができるので、伸側室Ｒ１の圧力を受ける伸側リーフバルブＶ２の受圧面積を大きくすることができるとともに、伸側リーフバルブＶ２の弁座１５ａへ着座する部位の径も大きくすることができる。

このように、伸側リーフバルブＶ２の受圧面積を大きくすることができるので、小さな圧力でも伸側リーフバルブＶ２を撓ませる力を大きくすることができる。また、伸側リーフバルブＶ２の弁座１５ａへ着座する部位の径も大きくすることができるから、伸側リーフバルブＶ２の撓み剛性を低くすることができる。よって、伸側リーフバルブＶ２を小さな圧力で大きく撓ませることができ、緩衝器Ｄの伸長行程時におけるピストン速度が高速域に達する場合、伸側リーフバルブＶ２が大きく撓んで第一ポート１６を開放することができる。このように、本発明の緩衝器Ｄにあっては、伸長行程時におけるピストン速度が高速域に達する場合、伸側リーフバルブＶ２を大きく撓ませて第一ポート１６を開放することができるので、ピストン速度が低速域にあるときには減衰力が速やかに立ち上がり、ピストン速度が高速域に達すると減衰力のピストン速度に対する上昇割合が小さくなる飽和特性を実現することができる。シリンダ１内に出入りするピストンロッド３の体積は、摺動隔壁７がシリンダ１内で移動することで気体室Ｇを圧縮或いは膨張させることで吸収される。よって、この緩衝器Ｄは、単筒型緩衝器とされているが、図示はしないが、シリンダ１の下端にベースバルブを設けてシリンダ外にリザーバを設けるいわゆる復筒型緩衝器として構成されてもよい。

つづいて、ピストンリング１１をピストン本体１０の装着部１３に装着する加工について説明する。ピストン本体１０にピストンリング１１を装着する場合、図３に示すように、ピストン本体１０のシート部１５に孔空き円盤状のピストンリングとなる合成樹脂母材Ｊを積層して、合成樹脂母材Ｊを積層したままピストン本体１０をシート部１５側から合成樹脂母材Ｊもろとも、筒状のダイス２０内に押し込んでいく。ダイス２０の内径は、ピストン本体１０の円盤部１２の外径よりも大径ではあるが、ダイス２０と円盤部１２との間の隙間は、合成樹脂母材Ｊの肉厚より狭くなっている。

そして、合成樹脂母材Ｊは、加熱されていて軟化しているため、図４に示すように、ピストン本体１０のダイス２０内への侵入量の増加に伴って、ダイス２０によって扱かれつつ、引きずられて、円筒状に変形しつつシート部１５の外周を乗り越えて装着部１３へ移動し、ダイス２０によって装着部１３に外周から押し付けられる。すると、合成樹脂母材Ｊは、図２に示すように、内周が装着部１３の外周形状に倣って突条間に入り込むように変形し、ピストン本体１０に強固に固定される。

このように、ピストンリング１１をピストン本体１０に装着する加工を行っても、シート部１５の図１中下端となる反小径側端の外周縁に面取部１５ｃを設けているので、ピストンリングを形成する合成樹脂母材Ｊがダイス２０によって引きずられつつ、合成樹脂母材Ｊが外周側からダイス２０によって押圧されて内周がシート部１５に押し付けられても、合成樹脂母材Ｊの内周が削られることがない。よって、本発明の緩衝器Ｄおよびピストン２によれば、ピストン本体１０にピストンリング１１を装着する加工中に内周が削られないので、削り屑の発生を抑制することができる。削り屑の発生を抑制できるので、削り屑を除去する除去作業を行う必要がなくなり、加工工数が低減されて緩衝器Ｄおよびピストン２の製造時間を短縮できるとともに、製造コストを低減することができる。

また、削り屑の発生が抑制されるので、緩衝器Ｄ内に削り屑が入り込んで性能不良を引き起こす心配もなく、緩衝器Ｄは安定的に狙い通りの減衰力を発揮することができる。

ここで、緩衝器Ｄを車両の車体と車輪との間に介装して車両における振動を減衰させるサスペンション用途で使用する場合、収縮行程時より伸長行程時の減衰力を大きくする必要があるため、特に、伸長行程時における減衰力過多を低減することで、車両における乗り心地を効果的に向上させることができる。

伸長行程時における減衰特性は、ピストン２の圧側室Ｒ２側に積層される伸側リーフバルブＶ２に決定づけられることから、伸長行程時に飽和特性を得ようとする場合、ピストン２をピストンロッド３の先端にシート部１５側を先端側に向けて装着するとともに、シート部１５側を圧側室Ｒ２に向けてピストン２をシリンダ１内に挿入する必要がある。シリンダ１の図１中下方には、単筒型緩衝器であれば摺動隔壁７を設け、復筒型緩衝器であればベースバルブを設ける関係上、ピストン２をシート部１５側からシリンダ１内へ挿入せざるを得ない。

ところで、ピストンリング１１は、シート部１５側から合成樹脂母材Ｊをダイス２０で扱いてピストン本体１０の外周に装着されるため、残留応力によって加工後に図１中上端となる反シート部側の端部がラッパ状に外周側に開いた状態でピストン本体１０の外周に固定される。このようにピストンリング１１の反シート部側端が外周側に開く状態でピストン本体１０に固定されるため、ピストン２をシート部側からシリンダ１内へ挿入する分にはピストンリング１１の反シート部側端がシリンダ１の開口端に引っかからず容易に挿入することができる。反対に、ピストン２を反シート部側からシリンダ１内へ挿入する場合、ピストンリング１１の反シート部側端がシリンダ１の開口端に引っかかるので、ピストン２を反シート部側からシリンダ１内へ挿入するのは困難である。

以上から、シート部１５を圧側室Ｒ２へ向けて配置することで、緩衝器Ｄの伸長行程時の減衰特性を飽和特性としたい場合、シリンダ１へのピストン２の挿入する加工が可能となるためには、シート部１５側からピストンリング１１を装着する加工を行う必要性があるが、従来では、削り屑の発生により製造工程が煩雑となりコストが嵩んでいた。しかしながら、本発明によれば、装着加工時にピストンリング１１の削り屑の発生を抑制することができるので、シート部１５を圧側室Ｒ２へ向けて配置することが可能となり、低コストで緩衝器Ｄの伸長行程時の飽和特性を実現することができる。

また、シート部１５の外周縁にＲ面取りを施すことで、面取部１５ｃの断面形状を円弧状とする場合には、テーパ状の面取部１５ｃに比較してエッジがないため、より一層、ピストンリング１１の削り屑の発生を抑止することができる。

以上で本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されない。

１シリンダ
２ピストン
１０ピストン本体
１１ピストンリング
１２円盤部
１３装着部
１４小径部
１５シート部
１５ａ弁座
１５ｃ面取部
１６第一ポート
１７第二ポート
Ｄ緩衝器
Ｒ１伸側室
Ｒ２圧側室

Claims

シリンダと、
前記シリンダ内に摺動自在に挿入されて前記シリンダ内を伸側室と圧側室とに区画するピストンとを備え、
前記ピストンは、円盤状のピストン本体と、合成樹脂製であって前記ピストン本体の外周に装着される円筒状のピストンリングとを備え、
前記ピストン本体は、外周に前記ピストンリングが装着される装着部を備えた円盤部と、前記円盤部の軸方向一端側に立ち上がる円盤部より小径な小径部と、前記小径部の反円盤部側に設けた前記小径部より大径であって反小径部側端に環状の弁座を持つシート部と、前記円盤部の反小径部側端から開口して前記シート部の反小径部側端であって前記弁座の内周側に通じる第一ポートと、前記円盤部の反小径部側端から開口して前記シート部と前記円盤部の間に通じる第二ポートとを有し、
前記シート部が、反小径部側端の外周縁に面取部を有する緩衝器の製造方法であって、
前記ピストン本体の前記シート部に前記ピストンリングとなる環状の合成樹脂母材を積層する工程と、
前記シート部に前記合成樹脂母材を積層した状態で、前記ピストン本体を前記シート部側から筒状のダイス内に押し込んで、前記ピストン本体の外周に前記ピストンリングを装着する工程と、
前記ピストンを前記シート部側から前記シリンダ内へ挿入する工程とを備える
ことを特徴とする緩衝器の製造方法。