(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ(1)と、ピストンヘッドおよびピストンロッドを含むピストン(2)と、弾性流体とを備え、前記ピストンロッドは、前記シリンダの閉じた底部(8)に対向する端壁(7)を貫通し、前記シリンダ内には、前記ピストンヘッドにより、前記端壁(7)側の一方のチャンバ(51)と、前記底部(8)側の他方のチャンバ(52)とが構成されている、ショックアブソーバであって、
前記一方のチャンバ(51)および前記他方のチャンバ(52)は、流体の絞り路によって相互に連通しており、
前記ピストンロッドは、前記端壁(7)を封止状態で貫通するロッド部分(3)と、それより小さい断面を持つ延長部(9)とで構成され、
前記シリンダ(1)への前記ピストン(2)の貫入が所定の貫入度に至るまでは、主として流体の圧縮により衝撃減衰が行われ、前記ピストン(2)が前記シリンダ(1)へと所定の貫入度を超えて貫入されると、前記ピストンロッドの前記延長部(9)と前記端部(7)との間に流通路が生じて前記一方のチャンバから前記流体の流出が許容され、もって前記絞り路における流体の流れに主として依存して衝撃減衰が行われる
ことを特徴とするショックアブソーバ。
【請求項２】
前記流体の絞り路が、前記ピストンヘッド(4)の外周面と、前記シリンダ(1)の内周面との間で構成される、請求項１に記載のショックアブソーバ。
【請求項３】
前記流体の絞り路が、前記ピストンヘッド(4)を貫通するオリフィス(6)で構成される、請求項１に記載のショックアブソーバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弾性流体を充填したシリンダを含み、シリンダ内には、シリンダ端壁を介してピストンが貫入し、ピストンの貫入度でシリンダ内の圧力を決定する形式の弾性流体圧縮型ショックアブソーバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のショックアブソーバは、特に、例えば、鉄道車両の使用時に遭遇するような極めて大きいエネルギの衝撃の減衰のために使用され、且つまた無保護の場合に、保護されてない設備およびその使用者にかなりの損傷を生ずることになる極めて大きい衝撃が偶発的に現れるような他の使用分野に使用される。
【０００３】
このタイプの公知の装置の場合、一般に、弾性流体を充填したシリンダチャンバに部分的に貫入するピストンを使用する。この貫入制限は、ある程度の貫入長さを越えると、シリンダ内の圧力の増加によってシリンダが破裂し、系が作用不能となることによって必然的に起きる。
【０００４】
従って、実際に、シリンダ内の有効なピストン変位ストロークは、圧力の増加により停止させられることがない場合にピストンがシリンダ内を走行できる全ストロークに比して限定される。
【０００５】
図７に、ピストンロッド３およびピストンヘッド４を含みシリンダ１内を変位するピストン２を含む装置を示した。この場合、ピストンヘッドは、破線で示したピストンの完全な引出位置４’と実線で示した完全な貫入位置４との間の経路ｌ1の間で変位できる。
【０００６】
同図から明らかな如く、シリンダ容積にもとづき、理論的に、ピストンは、遥かに長い経路ｌ2を変位できる。
【０００７】
簡単に指摘するが、シリンダ１には、最初に、高圧（例えば、１−１０００ｂａｒの圧力）の弾性流体が充填してあり、ロッド３によってピストンがシリンダ内に入り込むことによって、弾性流体を入れてあるシリンダ１のチャンバ５の自由容積が順次減少し、内部の流体が段階的に増加し、所定の圧力（例えば、１０００−３０００ｂａｒ）まで圧縮される。
【０００８】
よく知られているように、この種のショックアブソーバは、自動的弾性的復元機能を有し、その機能によりピストンがシリンダ外に押出されて実線の位置４から破線の位置４’にもどされた際にチャンバ５内の圧力が低下する。
【０００９】
更に、上記ショックアブソーバについてよく知られているように、シリンダ内のピストンの絞り・摩擦力およびピストン変位時にピストン４の両側を通過する弾性流体の絞り・摩擦力を有効に利用する。
【００１０】
弾性流体の絞りは、ピストンヘッド４の周面と上記ヘッドが摺動するシリンダ１の内壁との間に構成された流出路（図７にｅで示した）および／またはピストンヘッド４を貫通して穿設したオリフィス６によって行われる。オリフィスを形成する場合は、作用力が平衡されるようオリフィスを分布させる。例えば、ピストンヘッドの全周に相互に１２０°離して３つのオリフィス６を設ける。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記ショックアブソーバに少なくとも２つの異なる作動範囲を設け、シリンダ内に得られる経路の最大長（例えば、全長）を利用することによって、上述の公知のショックアブソーバを改善することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この課題は、シリンダ内のピストンのある程度の貫入度以上において流体の流出路がシリンダに形成されるようにショックアブソーバを構成することによって解決される。
【００１３】
上記方策によって、シリンダ内の圧力増加の許容できない限界的な閾値を越えることなく、シリンダ内のピストンの貫入寸法を最大限に利用でき、しかも、形成された流体流出路によって、限界的な圧力を越えることはない。
【００１４】
ピストンのロッドに部分的に僅かに小さい断面の部分を形成し、所定の貫入度を越えた場合に、ピストンロッドとピストンロッドが通過するシリンダ端壁（７）との間に流出路を形成させるようにして、ピストンロッドの箇所で流出路を構成するようにすることが有利である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明、その使用および実施形態は、添付の図面を参照した以下の説明から明らかであろう。
【００１６】
上述の図７の先行技術の装置、その機構および機能は新規ではない。
他方、図１，３，５において、先行技術の装置と類似の機構には同一の参照記号を付した。
【００１７】
図１を参照して説明する。同図において、ヘッド４で終わるロッド３を含むピストンは、シリンダ１のチャンバ５内を変位する。
ロッド３は、シリンダ１の閉じた底壁８に対向する端壁７を密封状態で貫通する。
壁７を密封状態で貫通するロッド３の後方には、部分３の径に比して短い径を有し、従って、壁７とロッド３の対向面との間に流出路を形成するピストンロッドの延長部９が示してある。
シリンダチャンバ５は、２つのチャンバ、即ち、ピストンヘッド４の後方にあるチャンバ５１とヘッド４の前方にあるチャンバ５２とに分割されている。
もちろん、チャンバ５１，５２の容積は、シリンダ１内のピストン２の貫入度によってき変化する。
図７を参照して説明した如く、２つのチャンバ５１，５２は、流出路、例えば、シリンダ内のピストンの変位運動時に流体を絞って流す周縁通路ｅまたはピストンヘッド４を貫通する通路６（図７）（図１には示してない）を介して連通される。
【００１８】
さて、図１を参照して、本発明のショックアブソーバの機能を説明する。
第１範囲におけるショックアブソーバの機能。
弾性流体は、チャンバ５１，５２を占有している。
ピストン４が図面の左側に当接した場合（図７の位置４’に対応する位置）、初期圧力Ｐ０が保持される。
右方へのピストンの変位時（シリンダチャンバ内のピストンの貫入作用）、ピストンは、上記変位に対抗する下記の複数の力を受ける。即ち、
特に、ロッド３と壁７との間の密封パッキンにおける摩擦力、
絞り路を介してチャンバ５２からチャンバ５１へ通過する弾性流体の絞り、
更に、チャンバ５１＋５２の自由容積の減少によって誘起される圧力増加（シリンダ内の自由容積は、ロッド３によって機械的に占有された容積のチャンバ内の貫入にもとづき減少する）。
【００１９】
他方、２つのチャンバ５１，５２の圧力は、等しくなく、チャンバ５２の圧力Ｐ２は、チャンバ５１の圧力Ｐ１よりも高い。
ピストンロッド３の横断面をＳ１で表し、ピストンロッドのヘッド４の横断面をＳ２で表せば、ピストンに作用する抗力Ｆは下式で表される。
0004146028.tif 000002
ここで、Ｆｇ＝ピストン側面に対する流体の接触力＋機械的摩擦力
この場合、Ｆｇは、実質的に、ピストンの変位速度とは無関係であり、圧力Ｐ２に殆ど依存しない。
【００２０】
他方、圧力Ｐ１，Ｐ２は、ピストンの貫入速度に応じてかなり変化し、因子Ｓ２（Ｐ２−Ｐ１）は、本質的に、速度とともに増加する絞りによる力、すなわち絞り力の数値を表す。
ここで指摘するが、ピストンが速度Ｖで変位した場合、（Ｐ２−Ｐ１）は、Ｖおよび２つのチャンバ５１，５２の間に構成された通路の横断面に密接に依存する。
【００２１】
Ｖが増加するか、通路が更に狭くなると、Ｐ２−Ｐ１が増加する。
他方、ピストンが、所定位置で停止された場合、換言すれば、Ｖ＝０の場合、チャンバ５１，５２の圧力Ｐ１，Ｐ２は順次平衡する。
図２に、上式Ｆ＝Ｓ２（Ｐ２−Ｐ１）＋Ｓ１・Ｐ１＋Ｆｇの因子を分解して示した。
従来の装置の場合、明らかに、因子Ｐ１・Ｓ１は、極めて急速に増加する。
【００２２】
第２範囲におけるショックアブソーバの機能。
さて、ピストンの貫入が続き、ピストンロッド３がシリンダ１の後壁７から離れたと仮定する。
ピストン４は、例えば、図１に破線４''で示した位置を占め、ロッド３は、３’で示した位置を占め、延長部９は、９’で示した位置を占める。
上記条件において、延長部９とチャンバ５の後壁７との間には流出路が形成される。
上記の如く、ピストンのある貫入度から流出路を形成することによって、Ｓ１・Ｐ１を最少化でき（流出量が十分であれば、場合によってはＰ１は消失する）、従って、Ｓ２（Ｐ２−Ｐ１）を最大化できる。かくして、ショックアブソーバをその全ストロークにおいて機能させることができる。
このように形成された流出路の設定にもとづき、流出量が多量であるので、チャンバ５１の圧力は低下する。
【００２３】
上記条件において、ピストンに対する抗力は、Ｆｇ＋Ｓ２・Ｐ２へ向かう。
Ｆ  →  Ｆｇ＋Ｓ２・Ｐ２                        （２）
装置の良好な機能は、本質的に、Ｓ２・Ｐ２に依存する。
因子Ｓ２・Ｐ２は、一組の絞り、例えば、ピストン４とシリンダとの間にｅで示した絞りおよびロッドとシリンダの後壁７との間に構成され圧力Ｐ１の数値を決定する一組の流出路を調節することによって調節できる。
設定値は、第１近似として、上記第２作動範囲における所望のエネルギ消失に依存して計算でき、第２近似として、実験によって確認、検証できる。
【００２４】
さて、図３−６を参照して実施形態を説明する。
下記パラメータを選択した。
チャンバ５の内径：９０ｍｍ
第１範囲のストローク（ロッド３と壁７との間の流出路なしで作動）：８０ｍｍ
第２範囲のストローク（ロッド９と壁７との間の流出を伴う）：３００ｍｍ
部分３の径：４６ｍｍ
部分９の径：４５ｍｍ
弾性流体の充填圧：８００ｂａｒ
第１範囲端において平衡される最大圧力：１９００ｂａｒ．
【００２５】
図４に、１５Ｋｍ／ｈの数値の衝撃速度に対して、第１範囲の力／ストローク作動曲線を示した。最大力は、１２００ＫＮ（キロニュートン）の近傍にある。
もちろん、上記プロセスは、可逆であり、力停止後、ピストンは初期位置にもどる。
【００２６】
１５Ｋｍ／ｈよりも大きい操作速度における流出を伴う操作について、力／ストローク曲線を図６に示した。
【００２７】
この場合、プロセスは可逆ではないことを指摘する。なぜならば、圧力を受けた弾性流体が、ロッド９とシリンダの後壁との間に形成された僅かな間隙によって形成された流出路を介して外部へ放出されるからである。
【００２８】
第１の場合、減衰できるエネルギは、７５ＫＪであり、他方、第２の場合、上記エネルギは、７５ＫＪ（可逆の第１範囲において）と２７５ＫＪ（３００ｍｍの非可逆ストロークにおいて）であり、減衰可能な全エネルギは３５０ＫＪである。
【００２９】
【発明の効果】
この種の装置は、もちろん、限界的な偶発的状態において、本発明の改良点を備えていない大きさ同一の装置が処理できる衝撃よりも極めて強い衝撃を減衰するために有利に使用できる。
もちろん、このような限界的な作動後、ショックアブソーバは、破壊されてない限り、基本的に適切な圧力の弾性流体の単なる入替えからなる再調整後に、再使用できる。
【００３０】
図１−６を参照して説明した各種実施形態は、特に、ショックアブソーバの運転操作を改善するために設けることができる。
更に、シリンダチャンバ５の内部においてピストンヘッド４を良好に案内するため、一般に、極めて小さい、例えば、１／１０ｍｍ程度の間隙ｅを利用し、ピストンヘッドに貫通オリフィス（例えば、図７の６）または周面スプラインを設けることによって流体通路を増加する。
同様に、ピストンロッドの部分９が、シリンダ１のチャンバ後壁７内を遊びなく摺動し、上記ロッドに設けたオリフィスによってまたは、例えば、適切に分布させた縦方向スプラインによって、同じく、上記レベルの流出量を確保すれば有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理にもしづき作動するショックアブソーバの略縦断面図である。
【図２】力（縦軸）の増減とシリンダ内のピストン変位（横軸）との間の各種関係曲線を示すグラフである。
【図３】第１作動範囲におけるショックアブソーバの使用例を示す図１と同様の図面である。
【図４】図３に示した装置の第２作動範囲に対応する力／ピストンストロークを示すグラフである。
【図５】図３と同一であるが、第２作動範囲にある位置の装置の図面である。
【図６】図５の上記第２作動範囲に関する力／ピストンストローク曲線を示すグラフである。
【図７】先行技術の装置の縦断面図である。
【符号の説明】
１  シリンダ
２  ピストン
３  ピストンロッド
４  ピストンヘッド
５  シリンダチャンバ
６  オリフィス
７  チャンバ端壁
９  ロッド延長部
５１，５２チャンバ
ｅ  間隙
【図１】
0004146028.tif 000003
【図２】
0004146028.tif 000004
【図３】
0004146028.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
0004146028.tif 000008
【図７】
0004146028.tif 000009