KR20110067531A - 유압 스토핑 구조를 가지는 쇽업소버 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 현가장치에 장착되는 쇽업소버에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 로드 가이드의 긁힘을 방지할 수 있는 유압 스토핑 구조를 가지는 쇽업소버에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 작동유체가 충전되어 있는 실린더와; 상기 실린더 내부에 수용되어 상기 실린더의 내부를 양분하는 피스톤 밸브와; 일단이 상기 피스톤 밸브에 연결되고 타단이 상기 실린더의 외측으로 연장된 피스톤 로드; 및 상기 실린더의 일측 말단에 결합되어 상기 실린더의 일측을 폐쇄하는 로드 가이드;를 포함하는 쇽업소버로서, 상기 피스톤 로드에 설치되는 스토퍼와, 상기 로드 가이드 내부에 완충챔버가 형성될 수 있도록, 상기 로드가이드 내주면과 상기 피스톤 로드 외주면 사이에는 스토핑 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 유압 스토핑 구조를 가지는 쇽업소버가 제공된다.

쇽업소버, 스토퍼, 로드 가이드, 밸브, 스토핑

Description

유압 스토핑 구조를 가지는 쇽업소버{A SHOCK ABSORBER WITH HYDRAULIC STOPPING STRUCTURE}

본 발명은 차량의 현가장치에 장착되는 쇽업소버에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 로드 가이드의 긁힘을 방지할 수 있는 유압 스토핑 구조를 가지는 쇽업소버에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 주행 중 차륜을 통하여 노면으로부터 진동이나 충격을 끊임없이 받기 때문에 차체와 차축 사이에 완충장치를 설치하여 충격이나 진동이 직접 차체에 전달되는 것을 방지하여 승차감을 향상시키고, 또한 차체의 불규칙한 진동을 억제함으로써 주행 안정성을 향상시키게 된다.

이때 현가장치는 이러한 완충장치를 포함한 차체와 차축 사이의 연결장치를 통칭하며, 이 장치는 충격을 완화하는 샤시 스프링, 샤시 스프링의 자유 진동을 제어하여 승차감을 향상시키는 쇽업소버, 롤링(rolling)을 방지하는 스테빌라이져(stabilizer), 고무 부싱(bushing), 및 컨트롤 암 등으로 구성된다.

현가장치 중에서도 특히 쇽업소버(shock absorber)는 노면으로부터의 진동을 억제, 감쇠하는 역할을 하고 차체 혹은 프레임과 휠 사이에 장착되며, 특히 차체의 상하방향 진동 에너지를 흡수함으로써 진동을 억제하고 승차감을 향상시키고, 적재 화물을 보호하고 차체 각부의 동적 응력을 저감시켜 내구 수명을 증가시키며, 동시에 스프링 아래 질량의 운동을 억제하여 타이어의 접지성을 확보하고 또 관성력에 의한 자세 변화를 억제하여 차량의 운동성능을 향상시킨다.

일반적으로 쇽업소버는, 작동유체가 충전된 실린더와, 일단은 이 실린더 내부에 위치하고 타단은 실린더 외부에 위치하는 피스톤 로드와, 이 피스톤 로드의 일단에 장착되어 실린더 내에서 왕복 운동하는 피스톤 밸브와, 쇽업소버의 최대 신장시 피스톤 밸브가 로드 가이드와 충돌하는 것을 방지하기 위해서 피스톤 로드를 둘러싸며 설치된 스토퍼를 포함한다.

실린더 내부는, 작동유체가 충전된 인장챔버와 압축챔버를 포함하여 이루어진다. 이들 인장챔버 및 압축챔버는 피스톤 밸브에 의해서 구획 형성되어 있다.

종래 공지된 스토퍼의 경우는 고무나 플라스틱 등의 소재를 사용하여 피스톤 로드의 최대 신장시 스토퍼가 직접 로드 가이드에 충돌하여 상기 고무나 플라스틱 등의 소재가 충격을 흡수하는 방식이었다. 그런데, 이와 같은 스토핑 방식은 스토퍼가 로드 가이드에 충돌할 때 소음이 발생하고 충돌시의 충격으로 제품이 파손될 우려가 있었다.

스토퍼가 로드 가이드에 직접 충돌하는 스토핑 방식에서의 문제점을 해결하기 위해서 본 출원인은 피스톤 로드의 최대 신장시 피스톤 밸브가 로드 가이드에 충돌하기 전에 유압의 상승에 의해 피스톤 로드의 신장을 억제하는 유압 스토핑 방식을 개발하였다.

이러한 유압 스토핑 방식에 따르면, 로드 가이드에 아래로 향하는 연장부를 형성하여 링 부재가 달린 스토퍼가 연장부 안으로 상승될 때 유압이 최대가 되어 상승이 멈춤으로써 스토퍼가 로드 가이드와 직접 충돌을 일으키지 않고도 스토핑 기능을 수행할 수 있었다.

하지만 링 부재를 사용할 경우 스토퍼가 로드 가이드의 연장부 안으로 상승 할 때 링 부재와 로드 가이드의 연장부와의 직접적인 접촉으로 마찰이 생긴다. 즉 반복적인 피스톤 로드의 왕복운동으로 로드 가이드 내부에 스크레치가 발생하거나 칩(chip) 등의 이물질이 발생할 우려가 있다.

피스톤 로드의 연장부 내주면에 형성된 스크래치를 통해 작동유체가 이동할 수 있어 감쇠력 특성을 저하시키는 요인이 될 수 있으며, 스크래치의 형성시 발생된 칩(chip)과 같은 이물질은 유체의 유동에 의해 쇽업소버의 내부를 이동하며 피스톤 밸브 등에 형성된 미세 유로를 막게 되어 쇽업소버의 감쇠력을 저하시키거나 고장을 일으키는 요인이 될 수 있다.

이러한 유압 스토핑에서의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명은, 로드 가이드의 긁힘을 방지하기 위하여 링 부재가 설치된 스토퍼를 사용하는 대신에 로드 가이드 내부에 스토핑 밸브를 설치하여 스토핑 기능을 수행하는 유압 스토핑 구조를 가지는 쇽업소버를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유압식 스토핑 구조를 가지는 쇽업소버는 작동유체가 충전되어 있는 실린더와, 상기 실린더 내부에 수용되어 상기 실린더의 내부를 양분하는 피스톤 밸브와, 일단이 상기 피스톤 밸브에 연결되고 타단이 상기 실린더의 외측으로 연장된 피스톤 로드, 및 상기 실린더의 일측 말단에 결합되어 상기 실린더의 일측을 폐쇄하는 로드 가이드를 포함하는 쇽업소버로서, 상기 피스톤 로드의 외주면에 설치되는 스토퍼와; 상기 로드 가이드 내부에 형성되는 완충챔버와; 상기 스토퍼가 상기 로드 가이드 내부에서 상승함에 따라 상기 완충챔버의 내부 압력을 상승시키도록, 상기 로드가이드 내주면과 상기 피스톤 로드 외주면 사이에 설치되는 스토핑 밸브; 를 포함하는 유압 스토핑 구조를 가지는 쇽업소버 가 제공된다.

상기 스토핑 밸브의 상부는, 로드 가이드 내부에 형성된 단턱부, 로드 가이드 내부에 설치되는 스톱링, 로드 가이드에 형성된 그루브, 및 로드 가이드에 형성된 코킹부 중 어느 하나에 의해서 고정되는 것이 바람직하다.

상기 스토핑 밸브의 하부는, 로드 가이드 내부에 설치되는 와셔, 로드 가이드 내부에 설치되는 스톱링, 로드 가이드에 형성된 그루브, 및 로드 가이드에 형성된 코킹부 중 어느 하나에 의해서 고정되는 것이 바람직하다.

상기 스토핑 밸브의 외주면과 상기 로드 가이드의 내주면 사이에는 씰링을 위한 밴드, 링, 및 오링 중 어느 하나가 개재되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 로드 가이드의 긁힘을 방지하기 위하여 링 부재가 설치된 스토퍼를 사용하는 대신에 로드 가이드 내부에 스토핑 밸브를 설치하여 스토핑 기능을 수행하는 유압 스토핑 구조를 가지는 쇽업소버가 제공될 수 있다.

그에 따라 본 발명에 의하면, 쇽업소버의 인장행정 시에는 스토핑 밸브에 형성된 한정된 유로를 통하여만 작동유체가 이동하게 되며 결국 감쇠력이 상승함에 따라 완충챔버의 압력이 최대로 증가하여 피스톤 로드의 상승이 멈추게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 유압 스토핑 구조를 갖는 쇽업소버를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 유압 스토핑 구조에 의해 피스톤 밸브가 로드 가이드에 충돌하는 것을 방지하는 원리를 설명하기 위한 도면으로서, 도 1에는 피스톤 로드가 상승하는 상태가 도시되어 있으며, 도 2에는 유압에 의해 피스톤 로드의 상승이 멈춰진 후 피스톤 로드가 하강하는 상태가 도시되어 있다.

본 발명에 따른 유압 스토핑 구조가 채용된 쇽업소버는, 작동유체가 채워지는 내부관(105)과, 이 내부관(105)의 외부에 설치되는 외부관(106)과, 일단은 이 내부관(105)의 내부에 위치하고 타단은 내부관(105)의 외부에 위치하는 피스톤 로드(101)와, 이 피스톤 로드(101)의 일단에 장착되어 내부관(105) 내에서 왕복 운동하는 피스톤 밸브(102)와, 일측은 피스톤 로드의 외주면에 밀착되고 타측은 외부관(106)에 밀착되어 외부관(106)을 밀폐시키는 오일씰(108)을 포함한다.

오일씰(108)은 오일의 누출 또는 이물질의 유입을 차단한다. 이를 위해 외부 관(106)의 상단은 컬링부를 형성하여 오일씰(108)을 고정시킬 수 있다.

피스톤 로드(101)가 왕복운동 할 수 있는 실린더(107)는 내부관(105)과 외부관(106)을 포함한다. 또한 내부관(105)은 피스톤 밸브(102)에 의해서 인장챔버(202)와 압축챔버(203)로 분리된다. 내부관(105)과 외부관(106) 사이의 작동유체는, 피스톤 로드(101)의 왕복운동에 따라 변화하는 내부관(105) 내에 있는 작동유체의 양을 보상할 수 있다.

본 발명에 따른 유압 스토핑 구조는, 도 1 및 도 2에 도시된 트윈 튜브식 쇽업소버뿐만 아니라 모노 튜브식 쇽업소버 등의 또 다른 형태를 가지는 어떠한 구조의 쇽업소버에도 적용될 수 있음은 물론이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유압 스토핑 구조는, 내부관(105)의 일측 말단에 결합되어 내부관(105)을 밀봉하는 로드 가이드(104)와, 로드 가이드의 연장부(112) 안쪽에 설치되는 스토핑 밸브(103)와, 피스톤 로드(101)의 외주 표면을 둘러싸는 스토퍼(123)를 포함한다.

로드 가이드(104) 내부에 완충챔버(201)가 형성될 수 있도록, 스토핑 밸브(103)는 로드 가이드의 연장부(112) 내주면과 피스톤 로드(101) 외주면 사이에 설치되는 것이 바람직하다. 로드 가이드(104) 내부에서 스토핑 밸브(103)를 기준으로 위쪽은 완충챔버(201)를 형성하게 된다. 즉, 완충챔버(201)는 피스톤 로드(101), 로드 가이드(104), 및 스토핑 밸브(103)에 의해서 구획 형성된다.

상기 로드 가이드(104)는 피스톤 로드(101)가 직선방향으로 왕복운동 가능하도록 안내하기 위한 안내부(111)와, 이 안내부(111)의 아래쪽에 형성되며 스토핑 밸브(103)가 설치되어 스토핑 효과를 발생시키기 위한 연장부(112)를 포함한다.

로드 가이드(104)의 안내부(111) 내주에는 테프론 등의 소재로 만들어 지는 윤활 부재(110)가 끼워진다. 이 윤활부재(110)를 통하여 로드 가이드(104)는 피스톤 로드(101)를 원활한 슬라이딩이 가능하도록 지지할 수 있는 동시에, 실린더의 밀봉이 더욱 확실하게 이루어질 수 있고 로드 가이드(104)의 마모가 방지될 수 있다.

로드 가이드(104)의 연장부(112) 내부에는 피스톤 로드(101)를 둘러싸는 스토핑 밸브(103)가 설치된다. 이를 위해서 연장부(112) 내측과 스토핑 밸브(103)가 만나는 지점 중 상부와 하부를 다양한 방법으로 고정하게 된다.

보다 상세하게는, 상부 고정방법으로는 연장부(112)에 형성된 단턱부, 연장부(112) 내부에 설치되는 스톱링, 연장부(112)에 형성된 그루브, 및 로드 가이드(104)의 연장부(112)에 형성된 코킹부(109) 중 어느 하나에 의해 고정될 수 있다.

또한 하부 고정방법으로는 연장부(112) 내부에 설치되는 와셔, 연장부(112) 내부에 설치되는 스톱링, 연장부(112)에 형성된 그루브, 및 로드 가이드(104)의 연장부(112)에 형성된 코킹부(109) 중 어느 하나에 의해 고정될 수 있다. 즉 도면에는 코킹부(109)에 의해 상부와 하부가 고정된 것으로 도시되어 있지만 상술한 바와 같은 다양한 방법에 의해서도 고정될 수 있다.

피스톤 로드(101)의 왕복운동에 따라 스토핑 밸브(103)의 내주면과 피스톤 로드(101)의 외주면은 마찰이 발생할 우려가 있다. 따라서 도면에는 도시되지 않았 지만 스토핑 밸브(103)의 내주면에는 테프론 등의 마찰을 줄일 수 있는 소재를 부착하여 피스톤 로드(101)의 마모를 방지할 수 있다.

로드 가이드(104)의 연장부(112) 내주면과 스토핑 밸브(103) 외주면 사이에는 완전한 밀착이 이루어지지 않으므로 일정한 공간이 형성될 수 있다. 하지만 피스톤 로드(101)의 왕복 운동시 상기 공간을 통해 작동유체가 유동할 우려가 있으므로 도면에는 도시되지 않았지만 상기 공간에는 테프론, 링, 및 오링 중 어느 하나가 개재되어 씰링되는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스토핑 밸브(103)는 인장 행정 시에는 큰 감쇠력이 발생할 수 있게 유로를 형성하지만 압축 행정 시에는 감쇠력이 거의 발생하지 않게 유로가 형성된다. 따라서 쇽업소버가 인장행정에서 압축행정으로 전환하게 될 때에 소음을 줄일 수 있으며 압축 행정시에 피스톤 로드에 부가하중이 발생하는 것을 방지하여 피스톤 로드의 부드러운 왕복운동이 가능하게 된다.

연장부(112)의 개방단 측에는, 내경이 점진적으로 변화되는 경사부(113)가 형성될 수 있다. 이 경사부(113)의 내경은 연장부(112)의 아래쪽 말단에서 위쪽으로 갈수록 치수가 점진적으로 감소하는 형태를 갖는다.

경사부(113)의 상하 길이는 유압 스토핑 효과의 발생에 소요되는 시간 등의 설계조건을 만족시킬 수 있는 길이로 정해지며, 경사부(113)의 길이를 비롯하여 연장부(112)의 길이 및 내경 등은 요구되는 감쇠력 특성에 따라 설계 및 제작시 적절하게 변경될 수 있다.

피스톤 로드(101)에 설치되는 스토퍼(123)는 로드가이드의 연장부(112) 내경 과 같거나 작은 치수의 외경을 갖는 본체부(122)를 포함한다. 스토퍼(123)가 로드 가이드(104)의 경사부(113)를 지나쳐 연장부(112)로 이동할 때 완충챔버(201)의 내압이 최대가 되어 피스톤 로드(101)의 상승이 멈출 수 있다. 하지만 완충챔버(201)의 내압보다 큰 힘의 충격이 쇽업소버에 가해지면 스토퍼(123)가 스토핑 밸브(103)의 하단에 직접 부딪칠 우려가 있으므로 스토퍼(123)는 본체부(122) 이외에 완충부(121)를 더 포함할 수 있다.

완충부(121)는 충격을 흡수 할 수 있는 고무나 플라스틱 소재를 이용하는 것이 바람직하다. 또한 완충부(121)가 스토핑 밸브(103)의 아래쪽 면과 부딪치게 되면 스토퍼는 큰 충격을 받게 되므로, 스토퍼가 피스톤 로드(101)에 확실하게 고정될 수 있도록 본체부(122)가 고정부재로서의 역할을 한다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 유압 스토핑 구조의 작동을 설명한다. 차량의 운행 중에 순간적으로 큰 충격이 차량에 가해져 쇽업소버가 최대길이까지 신장하게 되면 유압 스토핑 구조의 기능이 발휘될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 인장 행정 시에는 피스톤 로드(101)의 상승이 시작되면서 인장챔버(202)의 오일 중 일부는 피스톤 밸브(102)를 통하여 압축챔버(203)로 이동하게 되며 나머지 인장챔버(202)의 오일은 연장부(112)에 설치된 스토핑 밸브(103)를 통하여 완충챔버(201)로 이동하게 된다.

피스톤 로드(101)의 상승으로 스토퍼(123)가 로드 가이드(104)의 경사부(113)에 도달하게 되면 경사부(113) 내주면과 스토퍼(123) 외주면 사이에는 간극이 형성된다. 상기 간극을 통하여 작동유체가 아래쪽으로 빠져나가게 되면 높은 유 압이 발생되며 피스톤 로드의 상승 속도가 점차 느려진다.

결국, 스토퍼(123)가 경사부(113)를 지나쳐 더욱 상승하게 되면 작동유체가 완충챔버(201) 쪽으로 이동하게 되므로 완충챔버(201)의 내압이 최대가 되며 피스톤 로드(101)의 상승이 멈출 수 있다. 다만, 완충챔버(201)의 내압보다 큰 힘의 충격이 쇽업소버에 가해지면 스토퍼(123)의 완충부(121)가 스토핑 밸브(103)의 하단에 직접 부딪치게 되어 피스톤 로드(101)의 상승이 멈출 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 압축 행정 시에는 피스톤 로드(101)가 하강하게 되면서 압축챔버(203)의 오일 중 일부는 피스톤 밸브(102)를 통하여 인장챔버(202)로 이동하게 되며 완충챔버(201)의 오일 중 일부는 스토핑 밸브(103)를 통하여 인장챔버(202)로 이동하게 된다. 이때 도면에는 도시되지 않았지만 스토핑 밸브(103)에서는 작동유체가 저항 없이 이동하게 되어 감쇠력이 거의 발생하지 않게 된다. 따라서 피스톤 로드(101)는, 상승할 때와는 다르게 별다른 유압의 영향을 받지 않고 하강하게 된다.

이와 같이 본 발명의 유압 스토핑 구조에 따르면, 로드 가이드 내에 고정된 스토핑 밸브(103)를 사용하여 스토핑을 하게 된다. 따라서 로드 가이드 내주면에서의 마찰 발생이 감소되어 반복적인 피스톤 로드의 왕복운동이 있어도 스크레치 및 칩(chip)등의 이물질이 발생할 우려가 감소된다. 따라서 지속적으로 동일한 스토핑 효과를 얻을 수 있다.

또한 본 발명의 유압 스토핑 구조에 따르면, 스토핑 밸브(103)가 피스톤 로드(101)가 상승할 때와 하강 할 때에 유로를 다르게 조절하게 된다. 쇽업소버의 인 장 행정시, 즉 피스톤 로드(101)가 상승할 때에는 스토핑 밸브에 높은 감쇠력을 발생시킬 수 있는 유로를 형성하여 스토핑이 일어날 수 있게 한다. 또한 쇽업소버의 압축 행정시, 즉 피스톤 로드(101)가 하강할 때에는 스토핑 밸브에 감쇠력이 거의 발생하지 않을 정도의 유로를 형성하여 피스톤 로드의 부드러운 왕복운동이 가능하게 된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 유압 스토핑 구조를 가지는 쇽업소버를, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였다. 하지만 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 유압 스토핑 구조에 의해 피스톤 밸브가 로드 가이드에 충돌하는 것을 방지하는 원리를 설명하기 위한 도면으로서, 피스톤 로드가 상승하는 상태를 나타내는 도면.

도 2는 본 발명의 유압 스토핑 구조에 의해 피스톤 밸브가 로드 가이드에 충돌하는 것을 방지하는 원리를 설명하기 위한 도면으로서, 유압에 의해 피스톤 로드의 상승이 멈춰진 후 피스톤 로드가 하강하는 상태를 나타내는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101: 피스톤 로드 102: 피스톤 밸브

103: 스토핑 밸브 104: 로드 가이드

107: 실린더 109: 코킹부

111: 안내부 112: 연장부

113: 경사부 121: 완충부

122: 본체부 123: 스토퍼

201: 완충챔버 202: 인장챔버

203: 압축챔버

Claims (4)

1. 작동유체가 충전되어 있는 실린더, 상기 실린더 내부에 수용되어 상기 실린더의 내부를 양분하는 피스톤 밸브, 일단이 상기 피스톤 밸브에 연결되고 타단이 상기 실린더의 외측으로 연장된 피스톤 로드, 및 상기 실린더의 일측 말단에 결합되어 상기 실린더의 일측을 폐쇄하는 로드 가이드를 포함하는 쇽업소버로서,

   상기 피스톤 로드의 외주면에 설치되는 스토퍼와;

   상기 로드 가이드 내부에 형성되는 완충챔버와;

   상기 스토퍼가 상기 로드 가이드 내부에서 상승함에 따라 상기 완충챔버의 내부 압력을 상승시키도록, 상기 로드가이드 내주면과 상기 피스톤 로드 외주면 사이에 설치되는 스토핑 밸브; 를 포함하는 유압 스토핑 구조를 가지는 쇽업소버.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 스토핑 밸브의 상부는, 로드 가이드 내부에 형성된 단턱부, 로드 가이드 내부에 설치되는 스톱링, 로드 가이드에 형성된 그루브, 및 로드 가이드에 형성된 코킹부 중 어느 하나에 의해서 고정되는 것을 특징으로 하는 유압 스토핑 구조를 가지는 쇽업소버.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 스토핑 밸브의 하부는, 로드 가이드 내부에 설치되는 와셔, 로드 가이 드 내부에 설치되는 스톱링, 로드 가이드에 형성된 그루브, 및 로드 가이드에 형성된 코킹부 중 어느 하나에 의해서 고정되는 것을 특징으로 하는 유압 스토핑 구조를 가지는 쇽업소버.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 스토핑 밸브의 외주면과 상기 로드 가이드의 내주면 사이에는 씰링을 위한 밴드, 링, 및 오링 중 어느 하나가 개재되는 것을 특징으로 하는 유압 스토핑 구조를 가지는 쇽업소버.

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