JP2012184791A

JP2012184791A - 緩衝器

Info

Publication number: JP2012184791A
Application number: JP2011047356A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Kondo; 卓宏近藤
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2012-09-27

Abstract

【課題】振動エネルギを利用しやすいエネルギへ変換してエネルギの回収を可能とする緩衝器を提供することである。
【解決手段】本発明における課題解決手段は、シリンダ１と、シリンダ１内に移動自在に挿入されてシリンダ１内を一方室Ｒ１と他方室Ｒ２とに区画するピストン２と、上記一方室Ｒ１と上記他方室Ｒ２とを連通する流路３とを備えた緩衝器Ｄにおいて、上記流路３の途中に設けられて当該流路３を通過する流体の流れによって駆動される流体圧モータ４と、当該流体圧モータ４によって駆動される発電機５とを備えたことを特徴とする。

【選択図】図１

Description

本発明は、緩衝器の改良に関する。

従来、この種の緩衝器にあっては、シリンダと、シリンダ内に摺動自在に挿入されシリンダ内を作動油が充填される油室と気体が充填される気体室とに区画するフリーピストンと、シリンダ内に摺動自在に挿入されて油室を二つの作動室に区画するピストンと、シリンダ内に移動自在に挿入されてピストンに連結されるロッドとを備えて構成され、車両の車体と車軸との間に介装されるなどして振動を減衰するようになっている。

より詳細には、作動室同士を連通する流路が設けてあって、緩衝器は、ピストンがシリンダに対して相対移動する際に、圧縮される作動室から拡大する作動室へ向かう作動油の流れに減衰弁で抵抗を与えて、作動室間に差圧を生じさせて減衰力を発揮するようになっている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００５−３２１０２０号公報

上述した緩衝器は、伸縮する際に減衰力を発揮して入力される振動を減衰させるが、エネルギの変換の観点からすれば、振動エネルギを吸収して熱エネルギに変換することで、振動を減衰させている。

このように緩衝器は、振動を減衰させる点で特に問題があるわけではないが、振動エネルギを熱エネルギに変換するのみで、熱エネルギは何にも利用されることなく、放熱することでエネルギを捨てるのみであった。

そこで、本発明は上記した点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、振動エネルギを利用しやすいエネルギへ変換してエネルギの回収を可能とする緩衝器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、シリンダ内に移動自在に挿入されてシリンダ内を一方室と他方室とに区画するピストンと、上記一方室と上記他方室とを連通する流路とを備えた緩衝器において、上記流路の途中に設けられて当該流路を通過する流体の流れによって駆動される流体圧モータと、当該流体圧モータによって駆動される発電機とを備えたことを特徴とする。

本発明の緩衝器によれば、振動エネルギを利用しやすい電気エネルギへ変換することができ、エネルギの回収が可能となる。

一実施の形態における緩衝器の縦断面図である。他の実施の形態における緩衝器の縦断面図である。別の実施の形態における緩衝器の縦断面図である。

以下、図に基づいて本発明を説明する。本発明の緩衝器Ｄは、図１に示すように、シリンダ１と、シリンダ１内に移動自在に挿入されてシリンダ１内を一方室としてのロッド側室Ｒ１と他方室としてのピストン側室Ｒ２とに区画するピストン２と、ロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２とを連通する流路３と、流路３の途中に設けられて流路３を通過する流体の流れによって駆動される流体圧モータ４と、流体圧モータ４によって駆動される発電機５とを備えて構成されている。

そして、この緩衝器Ｄにあっては、シリンダ１内に一端がピストン２に連結されるピストンロッド６が挿入されていて、片ロッド型の緩衝器とされている。また、ロッド側室Ｒ１およびピストン側室Ｒ２には、流体として、具体的にはたとえば、油や水、水溶液等の液体が充満されている。さらに、シリンダ１内の図１中下方には、シリンダ１の内周に摺接してピストン側室Ｒ２と気体室Ａとを区画するフリーピストン７が設けられている。

この緩衝器Ｄの伸縮に伴ってシリンダ１内に出入りするピストンロッド６の体積は、気体室Ａ内の気体の体積が膨張あるいは収縮してフリーピストン７が図１中上下方向に移動することによって補償されるようになっている。このように緩衝器Ｄは、単筒型に設定されているが、フリーピストン７および気体室Ａの設置に変えて、シリンダ１の外周や外部にリザーバを設けて当該リザーバによって上記ピストンロッド６の体積補償を行ってもよいし、シリンダ１に気体室を備えたタンクを接続して上記補償を行うようにしてもよい。

なお、上記したロッド側室Ｒ１およびピストン側室Ｒ２内に充填される流体は、上記した以外にも、たとえば、ＭＲ流体、ＥＲ流体や気体を使用することもできる。流体が気体とされる場合には、液体と異なり膨張収縮できピストンロッド６の体積補償が可能であるので、気体室Ａ、リザーバ或いはタンクを設けずともよい。また、上記したところでは、緩衝器Ｄは、ピストンロッド６の一端にピストン２が連結される片ロッド型の緩衝器に設定されているが、ピストンロッドの中間にピストンを設ける両ロッド型の緩衝器に設定されてもよい。

以下、各部について詳細に説明する。シリンダ１は、その上端がピストンロッド６を摺動自在に軸支するヘッド部材８で封止され、下端もまたボトム部材９によって封止されている。

そして、流路３は、ロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２とを連通しており、この途中に、流体圧モータ４と、流路３を通過する流体の流れに抵抗を与える減衰弁１０が設けられている。

この例では、緩衝器Ｄがシリンダ１に対してピストン２が図１中上下方向へ移動する伸縮作動を呈すると、ロッド側室Ｒ１からピストン側室Ｒ２へ、または、ピストン側室Ｒ２からロッド側室Ｒ１へと、流路３を介して流体が移動する。

そして、この流体の流れによって、流体圧モータ４が回転駆動するようになっている。この例では、上述したように、流体は、流路３を双方向に流れることから、流体圧モータ４は、流体が流路３をいずれの方向へ向かって流れても回転駆動することができるように、たとえば、ギヤモータ、ピストンモータといった双方向流れに対応可能な形式の流体圧モータが使用される。

この流体圧モータ４は、出力軸を発電機５の入力軸に連結してあって、緩衝器Ｄの伸縮作動によって流路３を通過する流体の流れによって回転駆動されると、発電機５を回転駆動するようになっている。

発電機５は、回転駆動されると、発電した電力を蓄電池、キャパシタ等の電気エネルギを蓄えることが可能な蓄電装置１１へ送る。なお、発電機５と蓄電装置１１との間に、蓄電装置１１に効率よく充電することができるように、充電回路を設けるようにしてもよい。

以上のように構成された緩衝器Ｄは、振動エネルギの入力を受けて伸縮作動を呈すると、上記したように、流体が流路３を介してロッド側室Ｒ１からピストン側室Ｒ２へ、または、ピストン側室Ｒ２からロッド側室Ｒ１へ移動する。

緩衝器Ｄの伸縮作動の際に、流路３を通過する流体の流れに減衰弁１０と流体圧モータ４とで抵抗を与えるので、ロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２に差圧が生じ、減衰力を発揮する。

また、この流体の流れによって、流体圧モータ４が回転駆動して発電機５が回転駆動せしめられ、発電機５が発電して蓄電装置１１が充電される。

つまり、この緩衝器Ｄは、外部から振動エネルギが入力されると、これを熱エネルギのみならず、利用しやすい電気エネルギにも変換することができ、容易にエネルギの回収が可能となる。

なお、発電機５を流体圧モータ４で駆動する際に、流路３を通過する流体の流れに対して流体圧モータ４が充分な抵抗を与える場合には、減衰弁１０を廃することも可能である。また、発電機５と蓄電装置１１との間にスイッチＳを設けておき、当該スイッチＳをオンオフ制御することで、発電機５の回転駆動に要するトルクを大小させることができる。このようにすることで、流体圧モータ４がこれを通過する流体の流れに与える抵抗を大小させることができ、緩衝器Ｄの発生減衰力を調節することも可能である。また、スイッチＳの代わりに可変抵抗を設け、可変抵抗の抵抗値を調節することで減衰力を調節するようにすることもできる。

また、発電機５は、流体圧モータ４からの動力を得て発電のみを行ってもよいが、電力供給によって回転駆動して、モータとしても機能するようにしてもよい。この場合は、流体圧モータ４がポンプとしても機能するようにしておけば、発電機５に電力供給して発電機５で流体圧モータ４を回転駆動させることで、ロッド側室Ｒ１からピストン側室Ｒ２へ流体を移動させたり、ピストン側室Ｒ２からロッド側室Ｒ１へ流体を移動させたりすることができ、緩衝器Ｄを積極的に伸縮作動するアクチュエータとして機能させることもできる。

つづいて、図２に示した他の実施の形態の緩衝器Ｄ１について説明する。この緩衝器Ｄ１は、上記した一実施の形態の緩衝器Ｄのピストン２にロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２とを連通するピストン通路１２を設けてある。このピストン通路１２は、途中にピストン側室Ｒ２からロッド側室Ｒ１へ向かう流体の流れのみを許容する逆止弁１３が設けてある。これにより、ピストン通路１２は、ピストン側室Ｒ２からロッド側室Ｒ１へ向かう流体の流れのみを許容する一方通行の通路に設定されている。

また、流路３の途中に設けられた、流体圧モータ４１は、ロッド側室Ｒ１からピストン側室Ｒ２へ向かう流体の流れによって一方向へ回転駆動するようになっていればよく、ギヤモータ、ピストンモータの他にもベーンモータの利用も可能である。

さらに、この例では、流体圧モータ４１と発電機５との間には、ワンウェイクラッチ１４が介装されており、このワンウェイクラッチ１４は、流体圧モータ４１の回転数を発電機５の回転数が上回ると空転するようになっている。このようにすることで、発電機５を回転駆動したのちに流体圧モータ４の駆動が停止したり、流体圧モータ４の回転数が減少した場合などで、発電機５の慣性で流体圧モータ４を逆に回転駆動してしまうことがないように配慮されている。

以上が、この他の実施の形態の緩衝器Ｄ１が上述の一実施の形態の緩衝器Ｄと異なる部分であり、他の部分については、両緩衝器Ｄ，Ｄ１は同じ構成を備えているので、同様の部分については説明が重複するので詳しい説明を省略する。

この緩衝器Ｄ１では、振動エネルギの入力を受けて伸長作動を呈すると、流体は、圧縮されるロッド側室Ｒ１からピストン側室Ｒ２へピストン通路１２を介して移動できないので、流路３のみを介して移動する。この流路３を通過する流体の流れによって、流体圧モータ４１が回転駆動され、発電機５が発電することになる。

緩衝器Ｄの伸長作動の際に、流路３を通過する流体の流れに減衰弁１０と流体圧モータ４１とで抵抗を与えるので、ロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２に差圧が生じ、減衰力を発揮する。

反対に、緩衝器Ｄ１が振動エネルギの入力を受けて収縮作動を呈すると、圧縮されるピストン側室Ｒ２からロッド側室Ｒ１へピストン通路１２を介して流体が移動する。また、ピストンロッド６がシリンダ１へ侵入するので、気体室Ａがこの侵入分の体積分だけ収縮して上記体積を補償してシリンダ１内の圧力を上昇させ、緩衝器Ｄ１は、収縮作動を抑制する減衰力を発揮する。この収縮作動時には、流体は、流路３を殆ど流れない。

よって、この他の実施の形態の緩衝器Ｄ１は、外部から振動エネルギが入力されると、これを熱エネルギのみならず、利用しやすい電気エネルギにも変換することができ、容易にエネルギの回収が可能となる。

また、流体圧モータ４１が一方向へのみ回転するので、双方向回転する場合に比較して慣性の影響が小さくなり、発電効率が向上する。さらに、ワンウェイクラッチ１４を設けたので、流体圧モータ４１が発電機５の回転を停止させるようなトルク伝達がなくなるので、発電機５の発電を妨げない。

さらに、流体圧モータ４１が一方向へのみ回転するので、双方向回転するものに比較して流体圧モータ４１のシールが簡単となる。そしてさらに、流体圧モータ４１も発電機５も一方向へのみ回転するので、流体圧モータ４１と発電機５との連結部のガタ止めが容易となる。

なお、この例にあっても上記した理由によって、減衰弁１０を廃することが可能であり、発電機５と蓄電装置１１との間に設けたスイッチＳをオンオフ制御することで、緩衝器Ｄの伸長作動時における発生減衰力を調節することも可能である。また、スイッチＳの代わりに可変抵抗を設け、可変抵抗の抵抗値を調節することで減衰力を調節するようにすることもできる。

最後に、図３に示した別の実施の形態の緩衝器Ｄ２について説明する。この緩衝器Ｄ２では、他の実施の形態の緩衝器Ｄ１の構成に加えてピストン２とフリーピストン７との間に隔壁部材１５を設けて、ピストン側室Ｒ２と気体室Ａとの間に補償室Ｒを形成し、流路３が補償室Ｒを経由してロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２とを連通するようにしてある。

具体的には、隔壁部材１５は、シリンダ１内に固定されていて、ピストン側室Ｒ２と補償室Ｒとを仕切っている。また、隔壁部材１５は、流路３の一部をなす補償通路としての隔壁通路１６を備えていて、当該隔壁通路１６は、補償室Ｒからピストン側室Ｒ２へ向かう流体の流れのみを許容する逆止弁１７を備えており、補償室Ｒからピストン側室Ｒ２へ向かう流体の流れのみを許容する一方通行の通路に設定されている。補償室Ｒは、フリーピストン７を境にして気体室Ａに面しており、流体が充填されている。

この緩衝器Ｄ２では、振動エネルギの入力を受けて伸長作動を呈すると、流体は、圧縮されるロッド側室Ｒ１からピストン側室Ｒ２へピストン通路１２を介して移動できないので、流路３のみを介して移動する。この流路３を通過する流体の流れによって、流体圧モータ４１が回転駆動され、発電機５が発電することになる。

反対に、緩衝器Ｄ２が振動エネルギの入力を受けて収縮作動を呈すると、圧縮されるピストン側室Ｒ２からロッド側室Ｒ１へピストン通路１２を介して流体が移動するものの、ピストンロッド６がシリンダ１へ侵入するので、ピストンロッド侵入分の流体がロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２とで余剰となる。この余剰分の流体は、逆止弁１７が開かないので隔壁通路１６を介して補償室Ｒへ移動できないので、シリンダ１内から流路３へ押し出されて、流路３を介して補償室Ｒへ移動する。この流路３を通過する流体の流れによって、流体圧モータ４１が回転駆動され、発電機５が発電することになる。

また、この収縮作動時には、流路３を通過する流体の流れに減衰弁１０と流体圧モータ４１とで抵抗を与えるので、ロッド側室Ｒ１とピストン側室Ｒ２の圧力が上昇して、緩衝器Ｄ２は、収縮作動を抑制する減衰力を発揮する。

よって、この別の実施の形態の緩衝器Ｄ２は、外部から振動エネルギが入力されると、これを熱エネルギのみならず、利用しやすい電気エネルギにも変換することができ、容易にエネルギの回収が可能となる。

また、緩衝器Ｄ２を上述のように構成することで、緩衝器Ｄ２が伸縮作動を呈すると、必ず、流路３を流体が通過するので、緩衝器Ｄ２が作動中は必ず流体圧モータ４１が一方向へ回転駆動せしめられるため、より一層発電効率が高まり、振動エネルギを利用価値の高い電気エネルギへと変換する際の変換効率が高まる。

また、緩衝器Ｄ２における流体圧モータ４１が一方向へのみ回転することによる作用、ワンウェイクラッチ１４を設けたことによる作用は、他の実施の形態の緩衝器Ｄ１と同様にである。

なお、この例にあっても一実施の形態の緩衝器Ｄと同様の理由によって、減衰弁１０を廃することが可能であり、発電機５と蓄電装置１１との間に設けたスイッチＳをオンオフ制御することで、緩衝器Ｄの伸縮作動時における発生減衰力を調節することも可能である。また、スイッチＳの代わりに可変抵抗を設け、可変抵抗の抵抗値を調節することで減衰力を調節するようにすることもできる。

また、上記したところでは、シリンダ１内に補償室Ｒと気体室Ａを設けているが、シリンダ１外へ設けることも可能である。

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ことは勿論である。

本発明の緩衝器は、車両の制振用途に利用することができる。

１シリンダ
２ピストン
３流路
４，４１流体圧モータ
５発電機
７フリーピストン
１２ピストン通路
１４ワンウェイクラッチ
１６補償通路としての隔壁通路
Ｄ，Ｄ１，Ｄ２緩衝器
Ａ気体室
Ｒ１一方室としてのロッド側室
Ｒ２他方室としてのピストン側室
Ｒ補償室

Claims

シリンダと、シリンダ内に移動自在に挿入されてシリンダ内を一方室と他方室とに区画するピストンと、上記一方室と上記他方室とを連通する流路とを備えた緩衝器において、上記流路の途中に設けられて当該流路を通過する流体の流れによって駆動される流体圧モータと、当該流体圧モータによって駆動される発電機とを備えたことを特徴とする緩衝器。
上記ピストンに上記一方室と上記他方室とを連通するピストン通路を設け、当該ピストン通路が上記他方室から上記一方室へ向かう流体の流れのみを許容し、上記流路が上記一方室から上記他方室へ向かう流体の流れのみを許容することを特徴とする請求項１に記載の緩衝器。
上記他方室へ連通される補償室と、当該補償室から上記他方室へ向かう流体の流れのみを許容する補償通路とを設け、上記流路は補償室を介して上記一方室と上記他方室とを連通することを特徴とする請求項２に記載の緩衝器。
上記流体圧モータと上記発電機との間に当該流体圧モータの回転数を当該発電機の回転数が上回ると空転するワンウェイクラッチを設けたことを特徴とする請求項２または３に記載の緩衝器。
上記シリンダ内に摺動自在にフリーピストンを挿入して、シリンダ内に気体室を形成することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の緩衝器。