JP3547363B2 - サスペンション装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体圧を利用した車両用のサスペンション装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用のサスペンション装置は、路面に存在する大小の凹凸によって生じる車輪の振動や衝撃が直接車体に伝わらないように緩衝しつつ、車体をバネ上に支持するものである。走行中、路面の凹凸は多種多様に変化していき、サスペンション装置は、これらの路面の凹凸によって生じる車体の上下振動やロールを極力吸収し、乗員の安定性を確保すべく、スプリングの他にダンパを併設することが多い。
【０００３】
車両は重心を低くする方が走行安定性が高まるため、車体の最低地上高を低くすることが有利であるが、その一方、路面の凹凸変化が大きいところでは、最低地上高を高くした方が、走破性が向上する。このような要求に伴い、図１０に示すような車高調節式サスペンションが開発されている。
【０００４】
この車高調節式サスペンションにおいては、車体下方基部１００に、アッパアーム１０１およびロアアーム１０２を介してナックル１０３をピン結合し、ナックル１０３に車輪１０４が回動可能に支持されている。アッパアーム１０１と車体上方基部１０５との間は、互いに併設されたダンパ１０６付きのコイルスプリング１０７およびエアスプリングとしてのエアシリンダ１０８を介して連結されている。
【０００５】
エアシリンダ１０８には、図１１に示すように、電磁弁１０９を介して高圧エアを充填したエアタンク１１０が接続され、電磁弁１０９を制御することによって、エアタンク１１０より高圧エアをエアシリンダ１０８へ供給したり、エアシリンダ１０８より高圧エアを大気中へ放出する。このような電磁弁１０９の働きによってエアシリンダ１０８内のエア圧を増減し、車高調節を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のエアシリンダ１０８は、エアシリンダ１０８内の気体室に密封された高圧エアによってエアスプリングとしての機能を発揮させるものであるため、エアシリンダ１０８の耐荷重は、気体室の容積や密封されたエアの圧力などの各種要件によって決定される。これらの要件のうち、気体室内のエア圧力は、柔軟なサスペンション機能を確保するため所定限度内にする必要があるので、エアシリンダ１０８の耐荷重は、実際には、そのサイズによってほぼ決定される。
【０００７】
したがって、エアシリンダの耐荷重を高めようとすると、エアシリンダを大型化せざるを得ず、スペースの限られた車輪周りにおいては、耐荷重が比較的小さなエアシリンダしか設置できない。
【０００８】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、装置の大型化を回避しつつ、耐荷重の増大を図ることのできるサスペンション装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のサスペンション装置は、筒状体の一方の端部を上部蓋体で閉塞した形状の外部シリンダと、前記筒状体の内径より小さな外径を有する筒状体の基端部を底部蓋体で閉塞し他端部を外筒用ピストンで閉塞した形状で外筒用ピストンを外部シリンダ内周面に気密状に摺接させて配置された内部シリンダと、外筒用ピストンを気密状かつ摺動可能に貫通しその基端部を上部蓋体に固定して配置されたピストン軸と、ピストン軸に固定され内部シリンダ内周面に摺動可能に配置された内筒用ピストンとを備えている。
【００１０】
このような構成とすることにより、外部シリンダと内部シリンダとが入れ子状に配置され、外筒用ピストンと上部蓋体との間、内筒用ピストンと底部蓋体との間にそれぞれ、外部シリンダと内部シリンダとの相対的な往復スライド運動によって拡縮する気密状の気体室が形成され、これら２個の気体室内に密封された気体圧でサスペンション機能が発揮されるので、装置の大型化を回避しつつ、耐荷重の増大を図ることができる。
【００１１】
前記底部蓋体と内筒用ピストンとで区分された下部気体室と、前記上部蓋体と外筒用ピストンとで区分された上部気体室とを連通する気体流路をピストン軸内に形成することにより、上部気体室内の気体圧と、下部気体室内の気体圧とは常に同等に保たれるようになり、加えられた荷重は上部および下部の２つの気体室内の気体で均等に負担されるので、一方の気体室への集中荷重による弊害を防止することができ、滑らかなサスペンション機能が得られる。
【００１２】
前記気体流路に第１オリフィス機構を介して連通させたリザーブタンクを備えることにより、外部シリンダや内部シリンダに荷重が加わって上部気体室内および下部気体室内の気体が圧縮されると、その気体は第１オリフィス機構を介してリザーブタンク内へ流入し、逆に、荷重が減少あるいは解除されて上部気体室内および下部気体室内の気体圧が減少すると、リザーブタンク内の気体が第１オリフィス機構を介して上部気体室内および下部気体室内へ流入するようになる。
【００１３】
これらの気体は、全体として、上部気体室内、下部気体室内およびリザーブタンク内に密封されているためスプリングとしての機能を発揮するとともに、上部気体室および下部気体室とリザーブタンクとの間を流動する気体は、第１オリフィス機構を通過する際に絞られてエネルギ損失が生じるので、ダンパとしての機能も発揮するようになる。また、リザーブタンク内に気体を注入したり、リザーブタンク内の気体を放出して、リザーブタンク内の気体圧を増減させることにより、上部気体室および下部気体室の容積を変化させることができるので、車高調節も可能となる。
【００１４】
このリザーブタンク内の気体圧の増減は、別途用意した気体タンクを必要時のみリザーブタンクに接続することによって行うことができるが、リザーブタンク内と連通しその内圧を調節するための開閉弁付きの貯留タンクを予め備えておけば、必要に応じて開閉弁を開閉することで、貯留タンクから気体をリザーブタンク内へ供給したり、リザーブタンク内の気体を放出し、容易に車高調節を行うことが可能となる。
【００１５】
なお、第１オリフィス機構は、気体室から流出する気体の流れを調節する機能を備えたものであることが望ましい。このような機能を備えることにより、気体室内の気体が圧縮されて外部へ流出する場合の減衰量を設定することでダンパ機能を調節することが可能となる。
【００１６】
また、第１オリフィス機構は、内径の異なる複数の流路を備え、これらの複数の流路の中から任意の流路を選択することによって気体の流れを調節可能とすることが望ましい。これにより、予め複数設定された流量に対応する流路を選択するだけで、気体室からリザーブタンクへ流入する気体の流れを調節することが可能となるので、減衰量の調節が容易となる。
【００１７】
前記内筒用ピストンと外筒用ピストンとで区分された中間気体室と大気とを連通する第２オリフィス機構を設けることにより、外部シリンダや内部シリンダに荷重が加わって中間気体室内の気体が圧縮されると、その気体は第２オリフィス機構を介して大気中へ放出され、逆に、荷重が減少あるいは解除されて中間気体室内の気体圧が減少すると、大気中の気体が第２オリフィス機構を介して中間気体室へ流入するようになる。
【００１８】
このように、中間気体室と大気中とを流動する気体は、第２オリフィス機構を通過する際に絞られてエネルギ損失が生じるので、ダンパとしての機能がさらに向上するとともに、衝撃荷重を緩衝する機能も向上する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は実施の形態であるサスペンション装置を示す概略構成図、図２は図１に示すエアサスペンション本体の縦断面図、図３は図２に示すエアサスペンション本体の部分拡大図、図４（ａ）は流路切替弁の平面図、同（ｂ）は前記流路切替弁の側面図、同（ｃ）は前記流路切替弁の底面図、図５は図２に示すエアサスペンション本体の部分拡大図である。
【００２０】
本実施形態のサスペンション装置は、図１に示すように、車輪Ｔを回動可能にナックル、アッパアームおよびロアアームなどによって構成される車輪側部材Ｌと車体側部材Ｕとを懸架するエアサスペンション本体１０と、後述する第１オリフィス機構１を介してエアサスペンション本体１０に連通させたリザーブタンク３と、リザーブタンク３に圧力調節弁４を介して連通させた内圧調節用の貯留タンク５とを備えている。エアサスペンション本体１０は、後述する外部シリンダ１３の上端部に設けられたアッパマウント２２によって車輪側部材Ｕに連結され、下部シリンダ１６の下端部に設けられたロッド２３によって車輪側部材Ｌに連結されている。
【００２１】
エアサスペンション本体１０は、図２に示すように、円筒体の上端部をキャップ１１および上部蓋体１２で閉塞した形状の外部シリンダ１３と、外部シリンダ１３の内径より小さな外径を有する円筒体の下端部を下部蓋体１４で閉塞し上端部を外筒用ピストン１５で閉塞した形状で外筒用ピストン１５を外部シリンダ１３の内周面１３ａに気密状に摺接させて配置した内部シリンダ１６と、外筒用ピストン１５を気密状かつ摺動可能に貫通し上端部１７ａを上部蓋体１２に固定して配置されたピストン軸１７と、ピストン軸１７の下端部１７ｂに固定され内部シリンダ１６の内周面１６ａに摺動可能に配置された内筒用ピストン１８とを備えている。
【００２２】
また、下部蓋体１４と内筒用ピストン１８とで区分された下部気体室１９と、上部蓋体１２と外筒用ピストン１５とで区分された上部気体室２０とを連通する流路２１がピストン軸１７内に形成され、流路２１の上端部は第１オリフィス機構１を介してリザーブタンク３に連結されている。さらに、内筒用ピストン１８と外筒用ピストン１５とで区分された中間気体室２９と大気とを連通する第２オリフィス機構３０が設けられている。
【００２３】
第１オリフィス機構１は、図３に示すように、流路２１から上方へ直線状に形成された流路３１，２５と、流路３１をバイパスする流路３３とを備え、流路３１の途中には、バネ３４と、流路３１より小内径のバネ支持部３４ａと、バネ３４によって流路２１側へ付勢されたチェックボール３５とで構成されるチェックバルブ３６が設けられている。また、チェックバルブ３６と流路２１との間には、流路３１を漏斗状に縮径させた、流路３１より小内径の流路３１ａが形成されている。
【００２４】
流路３３は、チェックバルブ３６より流路２１寄りの部分からリザーブタンク３側に向かって、チェックバルブ３６をバイパスするように形成されている。チェックバルブ３６の上方には、流路３３とバネ支持部３４ａとを合流させる流路切替弁２４が配置されている。
【００２５】
流路切替弁２４は、図４に示すように、その中心を上下に貫通しバネ支持部３４ａに連通される流路２５と、流路２５に集合されそれぞれ内径が異なる６つの流路２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ，２６ｆとを備えている。流路２６ａ〜２６ｆの内径は、いずれも流路３３の内径よりも小さいものとなっている。また、流路切替弁２４の頭部は六角ナット状のダイヤルとなっており、この六角ナット状の６つの面の対応位置にそれぞれ流路２６ａ〜２６ｆの開口部が形成されている。
【００２６】
流路切替弁２４を流路２５を中心にして回転させることにより、６つの流路２６ａ〜２６ｆのうちのいずれかが流路３３と接続されるので、頭部２７を回転させて任意の流路を選択することによって、流路３３を通過する気体の流れを調節することができる。頭部２７の外周の６面には、６つの流路２６ａ〜２６ｆの内径サイズを示すマーカ２８がそれぞれ表示されているので、これらのマーカ２８の位置を流路３３側へ合わせることによって、６つの流路２６ａ〜２６ｆの中から任意の流路を容易に選択することができる。
【００２７】
第２オリフィス機構３０は、図５に示すように、外部シリンダ１３の下端部付近に形成された通気孔３７と、内部シリンダ１６の上端部付近に形成された通気孔３８と、外部シリンダ１３の下端部に気密シール材３９を取り付けることによって外部シリンダ１３と内部シリンダ１６との隙間に形成された流路４０とで構成されており、中間気体室２９と大気とを連通している。
【００２８】
車両走行時など、サスペンション装置の通常使用状態においては、圧力調整弁４を閉塞し、貯留タンク５より供給された気体がリザーブタンク３および上部気体室２０、下部気体室１９内に密封された状態とする。このような状態において、気体は、全体として、リザーブタンク３および上部気体室２０、下部気体室１９内に密封されているため、エアサスペンション本体１０に加わる負荷に対してエアスプリングとしての機能を発揮する。
【００２９】
この場合、上部気体室２０および下部気体室１９の２個の気体室内に密封された気体圧によってエアサスペンション機能を発揮するので、その耐荷重は、従来のエアサスペンションの１．５〜２倍となる。したがって、装置の大型化を回避しつつ、耐荷重の増大を図ることができる。
【００３０】
また、下部気体室１９と上部気体室２０とはピストン軸１７内の流路２１によって連通されているため、上部気体室２０内の気体圧と、下部気体室１９内の気体圧とは常に同等に保たれ、加えられた荷重は上部気体室２０内および下部気体室１９内の気体で均等に負担されるので、一方の気体室への集中荷重による弊害を防止することができ、滑らかなサスペンション機能が得られる。
【００３１】
次に、図６〜図９を参照して、サスペンション装置の動作状態について説明する。図６は図１に示すエアサスペンション本体の圧縮動作状態を示す縦断面図、図７は図６の部分拡大図、図８は図１に示すエアサスペンション本体の伸展動作状態を示す縦断面図、図９は図８の部分拡大図である。
【００３２】
車両走行中の上下振動やロールによる負荷がエアサスペンション本体１０に加わると、図６に示すように、外筒用ピストン１５が内筒用ピストン１８から離隔する方向へ移動して下部気体室１９内および上部気体室２０内の気体が圧縮され、この気体は流路２１や第１オリフィス機構１などを経由して、リザーブタンク３内へ流入する。このとき、図７に示すように、流路２１から流入する気体流によりチェックボール３５がバネ３４の付勢力に逆らって上昇し、チェックバルブ３６が開いた状態となるので、気体流は内径の小さな流路２６ａを通過せず、流路３１ａ，３１およびバネ支持部３４ａを通過した後、流路２５内を経由して、リザーブタンク３内へ流入する。流路３１ａの内径は流路２１の内径より小さいので、流路２１から流路３１ａに流入する際、気体流は絞られて流速が急激に変化し、流動エネルギの損失が生じることで、ダンパとしての機能が発揮される。
【００３３】
また、エアサスペンション本体１０に加わる負荷で下部気体室１９内および上部気体室２０内の気体が圧縮されたとき、中間気体室２９の容積が増大して内圧が低下し、大気中の空気が、通気孔３７，３８および流路４０によって構成される第２オリフィス機構３０を経由して中間気体室２９内へ流入するが、空気流が第２オリフィス機構３０を通過する際、空気流は絞られて流速が急激に変化し、流動エネルギの損失が生じるので、ダンパとしての機能が発揮される。
【００３４】
一方、エアサスペンション本体１０に加わる負荷が減少あるいは解除されると、図８に示すように、外筒用ピストン１５が内筒用ピストン１８に接近する方向へ移動して下部気体室１９および上部気体室２０の内圧が減少し、リザーブタンク３内の気体が第１オリフィス機構１を経由して下部気体室１９内および上部気体室２０内へ流入する。このとき、図９に示すように、チェックボール３５がバネ３４によって付勢されチェックバルブ３６は閉じているため、気体流は、流路２５を通過した後、流路切替弁２４の流路２６ａから、流路３１をバイパスする流路３３へ流入し、流路２１内を経由して、上部気体室２０および下部気体室１９内へ流入する。流路２６ａ〜２６ｆの内径はいずれも流路２５の内径より小さいので、流路２５から流路２６ａなどへ流入する際、気体流は絞られて流速が急激に変化し、流動エネルギの損失が生じることにより、ダンパとしての機能が発揮される。
【００３５】
ダンパ機能の調整は、流路切替弁２４で流路２６ａ〜２６ｆのうちのいずれかを選択することによって行うことができる。また、負荷の減少や解除によって、外筒用ピストン１５が内筒用ピストン１８に接近する方向へ移動したとき、中間気体室２９の容積が減少し内圧が増加して、内部の空気が通気孔３７，３８および流路４０によって構成される第２オリフィス機構３０を経由して大気中へ放出されるが、空気流が第２オリフィス機構３０を通過する際、流動エネルギの損失が生じ、ダンパとしての機能が発揮される。
【００３６】
さらに、本実施形態のサスペンション装置においては、貯留タンク５内に充填された気体を圧力調整弁４を介してリザーブタンク３内へ供給し、その内圧を増大させたり、リザーブタンク３内の気体を大気中へ放出して内圧を減少させることができる。したがって、リザーブタンク３の内圧を増減させて、リザーブタンク３と連通された上部気体室２０および下部気体室１９の内圧を増減させることによって、外筒用ピストン１５および内筒用ピストン１８の静止位置を変化させることが可能であり、これによって、車高調節を行うことができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明により、以下に示す効果を奏する。
【００３８】
（１）エアサスペンション装置は、筒状体の一方の端部を上部蓋体で閉塞した形状の外部シリンダと、前記筒状体の内径より小さな外径を有する筒状体の基端部を底部蓋体で閉塞し他端部を外筒用ピストンで閉塞した形状で外筒用ピストンを外部シリンダ内周面に気密状に摺接させて配置された内部シリンダと、外筒用ピストンを気密状かつ摺動可能に貫通しその基端部を上部蓋体に固定して配置されたピストン軸と、ピストン軸に固定され内部シリンダ内周面に摺動可能に配置された内筒用ピストンとを備えたことにより、外部シリンダと内部シリンダとが入れ子状に配置され、外筒用ピストンと上部蓋体との間、内筒用ピストンと底部蓋体との間にそれぞれ、外部シリンダと内部シリンダとの相対的な往復スライド運動によって拡縮する気密状の気体室が形成され、これら２個の気体室内に密封された気体圧でエアサスペンション機能が発揮されるので、装置の大型化を回避しつつ、耐荷重の増大を図ることができる。
【００３９】
（２）前記底部蓋体と内筒用ピストンとで区分された下部気体室と、前記上部蓋体と外筒用ピストン部材とで区分された上部気体室とを連通する気体流路をピストン軸内に形成することにより、上部気体室内の気体圧と、下部気体室内の気体圧とは常に同等に保たれるようになり、加えられた荷重は上部および下部の２つの気体室内の気体で均等に負担されるので、一方の気体室への集中荷重による弊害を防止することができ、滑らかなサスペンション機能が得られる。
【００４０】
（３）前記気体流路に第１オリフィス機構を介して連通させたリザーブタンクを備えることにより、上部気体室内、下部気体室内およびリザーブタンク内の気体は全体として密封されているため、エアスプリングとしての機能を発揮するとともに、上部気体室および下部気体室とリザーブタンクとの間を流動する気体は、第１オリフィス機構を通過する際に絞られてエネルギ損失が生じるので、ダンパとしての機能も発揮する。また、気体の注入、放出でリザーブタンク内の気体圧を増減させ、上部気体室および下部気体室の容積を変化させることで、車高調節も可能となる。
【００４１】
（４）前記内筒用ピストンと外筒用ピストンとで区分された中間気体室と大気とを連通する第２オリフィス機構を設けることにより、中間気体室と大気中との間を流動する気体は、第２オリフィス機構を通過する際に絞られてエネルギ損失が生じるので、ダンパとしての機能がさらに向上するとともに、衝撃荷重を緩衝する機能も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態であるサスペンション装置を示す概略構成図である。
【図２】図１に示すエアサスペンション本体の縦断面図である。
【図３】図２に示すエアサスペンション本体の部分拡大図である。
【図４】（ａ）は流路切替弁の平面図であり、（ｂ）は前記流路切替弁の側面図であり、（ｃ）は前記流路切替弁の底面図である。
【図５】図２に示すエアサスペンション本体の部分拡大図である。
【図６】図１に示すエアサスペンション本体の圧縮動作状態を示す縦断面説明図である。
【図７】図６に示すエアサスペンション本体の部分拡大図である。
【図８】図１に示すエアサスペンション本体の伸展動作状態を示す縦断面説明図である。
【図９】図８に示すエアサスペンション本体の部分拡大図である。
【図１０】従来の車高調節式サスペンション装置の概略構成図である。
【図１１】図１０に示す車高調節式サスペンション装置のエア系統図である。
【符号の説明】
１ 第１オリフィス機構
３ リザーブタンク
４ 圧力調整弁
５ 貯留タンク
１０ エアサスペンション本体
１１ キャップ
１２ 上部蓋体
１３ 外部シリンダ
１３ａ，１６ａ 内周面
１４ 下部蓋体
１５ 外筒用ピストン
１６ 内部シリンダ
１７ ピストン軸
１７ａ 上端部
１７ｂ 下端部
１８ 内筒用ピストン
１９ 下部気体室
２０ 上部気体室
２１，２５，３１，３１ａ，３３，２６ａ〜２６ｆ，４０ 流路
２２ アッパマウント
２３ ロッド
２４ 流路切替弁
２７ 頭部
２８ マーカ
２９ 中間気体室
３０ 第２オリフィス機構
３４ バネ
３４ａ バネ支持部
３５ チェックボール
３６ チェックバルブ
３７，３８ 通気孔
３９ 気密シール材
Ｔ 車輪
Ｕ 車体側部材
Ｌ 車輪側部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体圧を利用した車両用のサスペンション装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用のサスペンション装置は、路面に存在する大小の凹凸によって生じる車輪の振動や衝撃が直接車体に伝わらないように緩衝しつつ、車体をバネ上に支持するものである。走行中、路面の凹凸は多種多様に変化していき、サスペンション装置は、これらの路面の凹凸によって生じる車体の上下振動やロールを極力吸収し、乗員の安定性を確保すべく、スプリングの他にダンパを併設することが多い。
【０００３】
車両は重心を低くする方が走行安定性が高まるため、車体の最低地上高を低くすることが有利であるが、その一方、路面の凹凸変化が大きいところでは、最低地上高を高くした方が、走破性が向上する。このような要求に伴い、図１０に示すような車高調節式サスペンションが開発されている。
【０００４】
この車高調節式サスペンションにおいては、車体下方基部１００に、アッパアーム１０１およびロアアーム１０２を介してナックル１０３をピン結合し、ナックル１０３に車輪１０４が回動可能に支持されている。アッパアーム１０１と車体上方基部１０５との間は、互いに併設されたダンパ１０６付きのコイルスプリング１０７およびエアスプリングとしてのエアシリンダ１０８を介して連結されている。
【０００５】
エアシリンダ１０８には、図１１に示すように、電磁弁１０９を介して高圧エアを充填したエアタンク１１０が接続され、電磁弁１０９を制御することによって、エアタンク１１０より高圧エアをエアシリンダ１０８へ供給したり、エアシリンダ１０８より高圧エアを大気中へ放出する。このような電磁弁１０９の働きによってエアシリンダ１０８内のエア圧を増減し、車高調節を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のエアシリンダ１０８は、エアシリンダ１０８内の気体室に密封された高圧エアによってエアスプリングとしての機能を発揮させるものであるため、エアシリンダ１０８の耐荷重は、気体室の容積や密封されたエアの圧力などの各種要件によって決定される。これらの要件のうち、気体室内のエア圧力は、柔軟なサスペンション機能を確保するため所定限度内にする必要があるので、エアシリンダ１０８の耐荷重は、実際には、そのサイズによってほぼ決定される。
【０００７】
したがって、エアシリンダの耐荷重を高めようとすると、エアシリンダを大型化せざるを得ず、スペースの限られた車輪周りにおいては、耐荷重が比較的小さなエアシリンダしか設置できない。
【０００８】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、装置の大型化を回避しつつ、耐荷重の増大を図ることのできるサスペンション装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のサスペンション装置は、筒状体の一方の端部を上部蓋体で閉塞した形状の外部シリンダと、前記筒状体の内径より小さな外径を有する筒状体の基端部を底部蓋体で閉塞し他端部を外筒用ピストンで閉塞した形状で外筒用ピストンを外部シリンダ内周面に気密状に摺接させて配置された内部シリンダと、外筒用ピストンを気密状かつ摺動可能に貫通しその基端部を上部蓋体に固定して配置されたピストン軸と、ピストン軸に固定され内部シリンダ内周面に摺動可能に配置された内筒用ピストンとを備えている。
【００１０】
このような構成とすることにより、外部シリンダと内部シリンダとが入れ子状に配置され、外筒用ピストンと上部蓋体との間、内筒用ピストンと底部蓋体との間にそれぞれ、外部シリンダと内部シリンダとの相対的な往復スライド運動によって拡縮する気密状の気体室が形成され、これら２個の気体室内に密封された気体圧でサスペンション機能が発揮されるので、装置の大型化を回避しつつ、耐荷重の増大を図ることができる。
【００１１】
前記底部蓋体と内筒用ピストンとで区分された下部気体室と、前記上部蓋体と外筒用ピストンとで区分された上部気体室とを連通する気体流路をピストン軸内に形成することにより、上部気体室内の気体圧と、下部気体室内の気体圧とは常に同等に保たれるようになり、加えられた荷重は上部および下部の２つの気体室内の気体で均等に負担されるので、一方の気体室への集中荷重による弊害を防止することができ、滑らかなサスペンション機能が得られる。
【００１２】
前記気体流路に第１オリフィス機構を介して連通させたリザーブタンクを備えることにより、外部シリンダや内部シリンダに荷重が加わって上部気体室内および下部気体室内の気体が圧縮されると、その気体は第１オリフィス機構を介してリザーブタンク内へ流入し、逆に、荷重が減少あるいは解除されて上部気体室内および下部気体室内の気体圧が減少すると、リザーブタンク内の気体が第１オリフィス機構を介して上部気体室内および下部気体室内へ流入するようになる。
【００１３】
これらの気体は、全体として、上部気体室内、下部気体室内およびリザーブタンク内に密封されているためスプリングとしての機能を発揮するとともに、上部気体室および下部気体室とリザーブタンクとの間を流動する気体は、第１オリフィス機構を通過する際に絞られてエネルギ損失が生じるので、ダンパとしての機能も発揮するようになる。また、リザーブタンク内に気体を注入したり、リザーブタンク内の気体を放出して、リザーブタンク内の気体圧を増減させることにより、上部気体室および下部気体室の容積を変化させることができるので、車高調節も可能となる。
【００１４】
このリザーブタンク内の気体圧の増減は、別途用意した気体タンクを必要時のみリザーブタンクに接続することによって行うことができるが、リザーブタンク内と連通しその内圧を調節するための開閉弁付きの貯留タンクを予め備えておけば、必要に応じて開閉弁を開閉することで、貯留タンクから気体をリザーブタンク内へ供給したり、リザーブタンク内の気体を放出し、容易に車高調節を行うことが可能となる。
【００１５】
なお、第１オリフィス機構は、気体室から流出する気体の流れを調節する機能を備えたものであることが望ましい。このような機能を備えることにより、気体室内の気体が圧縮されて外部へ流出する場合の減衰量を設定することでダンパ機能を調節することが可能となる。
【００１６】
また、第１オリフィス機構は、内径の異なる複数の流路を備え、これらの複数の流路の中から任意の流路を選択することによって気体の流れを調節可能とすることが望ましい。これにより、予め複数設定された流量に対応する流路を選択するだけで、気体室からリザーブタンクへ流入する気体の流れを調節することが可能となるので、減衰量の調節が容易となる。
【００１７】
前記内筒用ピストンと外筒用ピストンとで区分された中間気体室と大気とを連通する第２オリフィス機構を設けることにより、外部シリンダや内部シリンダに荷重が加わって中間気体室内の気体が圧縮されると、その気体は第２オリフィス機構を介して大気中へ放出され、逆に、荷重が減少あるいは解除されて中間気体室内の気体圧が減少すると、大気中の気体が第２オリフィス機構を介して中間気体室へ流入するようになる。
【００１８】
このように、中間気体室と大気中とを流動する気体は、第２オリフィス機構を通過する際に絞られてエネルギ損失が生じるので、ダンパとしての機能がさらに向上するとともに、衝撃荷重を緩衝する機能も向上する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は実施の形態であるサスペンション装置を示す概略構成図、図２は図１に示すエアサスペンション本体の縦断面図、図３は図２に示すエアサスペンション本体の部分拡大図、図４（ａ）は流路切替弁の平面図、同（ｂ）は前記流路切替弁の側面図、同（ｃ）は前記流路切替弁の底面図、図５は図２に示すエアサスペンション本体の部分拡大図である。
【００２０】
本実施形態のサスペンション装置は、図１に示すように、車輪Ｔを回動可能にナックル、アッパアームおよびロアアームなどによって構成される車輪側部材Ｌと車体側部材Ｕとを懸架するエアサスペンション本体１０と、後述する第１オリフィス機構１を介してエアサスペンション本体１０に連通させたリザーブタンク３と、リザーブタンク３に圧力調節弁４を介して連通させた内圧調節用の貯留タンク５とを備えている。エアサスペンション本体１０は、後述する外部シリンダ１３の上端部に設けられたアッパマウント２２によって車輪側部材Ｕに連結され、下部シリンダ１６の下端部に設けられたロッド２３によって車輪側部材Ｌに連結されている。
【００２１】
エアサスペンション本体１０は、図２に示すように、円筒体の上端部をキャップ１１および上部蓋体１２で閉塞した形状の外部シリンダ１３と、外部シリンダ１３の内径より小さな外径を有する円筒体の下端部を下部蓋体１４で閉塞し上端部を外筒用ピストン１５で閉塞した形状で外筒用ピストン１５を外部シリンダ１３の内周面１３ａに気密状に摺接させて配置した内部シリンダ１６と、外筒用ピストン１５を気密状かつ摺動可能に貫通し上端部１７ａを上部蓋体１２に固定して配置されたピストン軸１７と、ピストン軸１７の下端部１７ｂに固定され内部シリンダ１６の内周面１６ａに摺動可能に配置された内筒用ピストン１８とを備えている。
【００２２】
また、下部蓋体１４と内筒用ピストン１８とで区分された下部気体室１９と、上部蓋体１２と外筒用ピストン１５とで区分された上部気体室２０とを連通する流路２１がピストン軸１７内に形成され、流路２１の上端部は第１オリフィス機構１を介してリザーブタンク３に連結されている。さらに、内筒用ピストン１８と外筒用ピストン１５とで区分された中間気体室２９と大気とを連通する第２オリフィス機構３０が設けられている。
【００２３】
第１オリフィス機構１は、図３に示すように、流路２１から上方へ直線状に形成された流路３１，２５と、流路３１をバイパスする流路３３とを備え、流路３１の途中には、バネ３４と、流路３１より小内径のバネ支持部３４ａと、バネ３４によって流路２１側へ付勢されたチェックボール３５とで構成されるチェックバルブ３６が設けられている。また、チェックバルブ３６と流路２１との間には、流路３１を漏斗状に縮径させた、流路３１より小内径の流路３１ａが形成されている。
【００２４】
流路３３は、チェックバルブ３６より流路２１寄りの部分からリザーブタンク３側に向かって、チェックバルブ３６をバイパスするように形成されている。チェックバルブ３６の上方には、流路３３とバネ支持部３４ａとを合流させる流路切替弁２４が配置されている。
【００２５】
流路切替弁２４は、図４に示すように、その中心を上下に貫通しバネ支持部３４ａに連通される流路２５と、流路２５に集合されそれぞれ内径が異なる６つの流路２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ，２６ｆとを備えている。流路２６ａ〜２６ｆの内径は、いずれも流路３３の内径よりも小さいものとなっている。また、流路切替弁２４の頭部は六角ナット状のダイヤルとなっており、この六角ナット状の６つの面の対応位置にそれぞれ流路２６ａ〜２６ｆの開口部が形成されている。
【００２６】
流路切替弁２４を流路２５を中心にして回転させることにより、６つの流路２６ａ〜２６ｆのうちのいずれかが流路３３と接続されるので、頭部２７を回転させて任意の流路を選択することによって、流路３３を通過する気体の流れを調節することができる。頭部２７の外周の６面には、６つの流路２６ａ〜２６ｆの内径サイズを示すマーカ２８がそれぞれ表示されているので、これらのマーカ２８の位置を流路３３側へ合わせることによって、６つの流路２６ａ〜２６ｆの中から任意の流路を容易に選択することができる。
【００２７】
第２オリフィス機構３０は、図５に示すように、外部シリンダ１３の下端部付近に形成された通気孔３７と、内部シリンダ１６の上端部付近に形成された通気孔３８と、外部シリンダ１３の下端部に気密シール材３９を取り付けることによって外部シリンダ１３と内部シリンダ１６との隙間に形成された流路４０とで構成されており、中間気体室２９と大気とを連通している。
【００２８】
車両走行時など、サスペンション装置の通常使用状態においては、圧力調整弁４を閉塞し、貯留タンク５より供給された気体がリザーブタンク３および上部気体室２０、下部気体室１９内に密封された状態とする。このような状態において、気体は、全体として、リザーブタンク３および上部気体室２０、下部気体室１９内に密封されているため、エアサスペンション本体１０に加わる負荷に対してエアスプリングとしての機能を発揮する。
【００２９】
この場合、上部気体室２０および下部気体室１９の２個の気体室内に密封された気体圧によってエアサスペンション機能を発揮するので、その耐荷重は、従来のエアサスペンションの１．５〜２倍となる。したがって、装置の大型化を回避しつつ、耐荷重の増大を図ることができる。
【００３０】
また、下部気体室１９と上部気体室２０とはピストン軸１７内の流路２１によって連通されているため、上部気体室２０内の気体圧と、下部気体室１９内の気体圧とは常に同等に保たれ、加えられた荷重は上部気体室２０内および下部気体室１９内の気体で均等に負担されるので、一方の気体室への集中荷重による弊害を防止することができ、滑らかなサスペンション機能が得られる。
【００３１】
次に、図６〜図９を参照して、サスペンション装置の動作状態について説明する。図６は図１に示すエアサスペンション本体の圧縮動作状態を示す縦断面図、図７は図６の部分拡大図、図８は図１に示すエアサスペンション本体の伸展動作状態を示す縦断面図、図９は図８の部分拡大図である。
【００３２】
車両走行中の上下振動やロールによる負荷がエアサスペンション本体１０に加わると、図６に示すように、外筒用ピストン１５が内筒用ピストン１８から離隔する方向へ移動して下部気体室１９内および上部気体室２０内の気体が圧縮され、この気体は流路２１や第１オリフィス機構１などを経由して、リザーブタンク３内へ流入する。このとき、図７に示すように、流路２１から流入する気体流によりチェックボール３５がバネ３４の付勢力に逆らって上昇し、チェックバルブ３６が開いた状態となるので、気体流は内径の小さな流路２６ａを通過せず、流路３１ａ，３１およびバネ支持部３４ａを通過した後、流路２５内を経由して、リザーブタンク３内へ流入する。流路３１ａの内径は流路２１の内径より小さいので、流路２１から流路３１ａに流入する際、気体流は絞られて流速が急激に変化し、流動エネルギの損失が生じることで、ダンパとしての機能が発揮される。
【００３３】
また、エアサスペンション本体１０に加わる負荷で下部気体室１９内および上部気体室２０内の気体が圧縮されたとき、中間気体室２９の容積が増大して内圧が低下し、大気中の空気が、通気孔３７，３８および流路４０によって構成される第２オリフィス機構３０を経由して中間気体室２９内へ流入するが、空気流が第２オリフィス機構３０を通過する際、空気流は絞られて流速が急激に変化し、流動エネルギの損失が生じるので、ダンパとしての機能が発揮される。
【００３４】
一方、エアサスペンション本体１０に加わる負荷が減少あるいは解除されると、図８に示すように、外筒用ピストン１５が内筒用ピストン１８に接近する方向へ移動して下部気体室１９および上部気体室２０の内圧が減少し、リザーブタンク３内の気体が第１オリフィス機構１を経由して下部気体室１９内および上部気体室２０内へ流入する。このとき、図９に示すように、チェックボール３５がバネ３４によって付勢されチェックバルブ３６は閉じているため、気体流は、流路２５を通過した後、流路切替弁２４の流路２６ａから、流路３１をバイパスする流路３３へ流入し、流路２１内を経由して、上部気体室２０および下部気体室１９内へ流入する。流路２６ａ〜２６ｆの内径はいずれも流路２５の内径より小さいので、流路２５から流路２６ａなどへ流入する際、気体流は絞られて流速が急激に変化し、流動エネルギの損失が生じることにより、ダンパとしての機能が発揮される。
【００３５】
ダンパ機能の調整は、流路切替弁２４で流路２６ａ〜２６ｆのうちのいずれかを選択することによって行うことができる。また、負荷の減少や解除によって、外筒用ピストン１５が内筒用ピストン１８に接近する方向へ移動したとき、中間気体室２９の容積が減少し内圧が増加して、内部の空気が通気孔３７，３８および流路４０によって構成される第２オリフィス機構３０を経由して大気中へ放出されるが、空気流が第２オリフィス機構３０を通過する際、流動エネルギの損失が生じ、ダンパとしての機能が発揮される。
【００３６】
さらに、本実施形態のサスペンション装置においては、貯留タンク５内に充填された気体を圧力調整弁４を介してリザーブタンク３内へ供給し、その内圧を増大させたり、リザーブタンク３内の気体を大気中へ放出して内圧を減少させることができる。したがって、リザーブタンク３の内圧を増減させて、リザーブタンク３と連通された上部気体室２０および下部気体室１９の内圧を増減させることによって、外筒用ピストン１５および内筒用ピストン１８の静止位置を変化させることが可能であり、これによって、車高調節を行うことができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明により、以下に示す効果を奏する。
【００３８】
（１）エアサスペンション装置は、筒状体の一方の端部を上部蓋体で閉塞した形状の外部シリンダと、前記筒状体の内径より小さな外径を有する筒状体の基端部を底部蓋体で閉塞し他端部を外筒用ピストンで閉塞した形状で外筒用ピストンを外部シリンダ内周面に気密状に摺接させて配置された内部シリンダと、外筒用ピストンを気密状かつ摺動可能に貫通しその基端部を上部蓋体に固定して配置されたピストン軸と、ピストン軸に固定され内部シリンダ内周面に摺動可能に配置された内筒用ピストンとを備えたことにより、外部シリンダと内部シリンダとが入れ子状に配置され、外筒用ピストンと上部蓋体との間、内筒用ピストンと底部蓋体との間にそれぞれ、外部シリンダと内部シリンダとの相対的な往復スライド運動によって拡縮する気密状の気体室が形成され、これら２個の気体室内に密封された気体圧でエアサスペンション機能が発揮されるので、装置の大型化を回避しつつ、耐荷重の増大を図ることができる。
【００３９】
（２）前記底部蓋体と内筒用ピストンとで区分された下部気体室と、前記上部蓋体と外筒用ピストン部材とで区分された上部気体室とを連通する気体流路をピストン軸内に形成することにより、上部気体室内の気体圧と、下部気体室内の気体圧とは常に同等に保たれるようになり、加えられた荷重は上部および下部の２つの気体室内の気体で均等に負担されるので、一方の気体室への集中荷重による弊害を防止することができ、滑らかなサスペンション機能が得られる。
【００４０】
（３）前記気体流路に第１オリフィス機構を介して連通させたリザーブタンクを備えることにより、上部気体室内、下部気体室内およびリザーブタンク内の気体は全体として密封されているため、エアスプリングとしての機能を発揮するとともに、上部気体室および下部気体室とリザーブタンクとの間を流動する気体は、第１オリフィス機構を通過する際に絞られてエネルギ損失が生じるので、ダンパとしての機能も発揮する。また、気体の注入、放出でリザーブタンク内の気体圧を増減させ、上部気体室および下部気体室の容積を変化させることで、車高調節も可能となる。
【００４１】
（４）前記内筒用ピストンと外筒用ピストンとで区分された中間気体室と大気とを連通する第２オリフィス機構を設けることにより、中間気体室と大気中との間を流動する気体は、第２オリフィス機構を通過する際に絞られてエネルギ損失が生じるので、ダンパとしての機能がさらに向上するとともに、衝撃荷重を緩衝する機能も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態であるサスペンション装置を示す概略構成図である。
【図２】図１に示すエアサスペンション本体の縦断面図である。
【図３】図２に示すエアサスペンション本体の部分拡大図である。
【図４】（ａ）は流路切替弁の平面図であり、（ｂ）は前記流路切替弁の側面図であり、（ｃ）は前記流路切替弁の底面図である。
【図５】図２に示すエアサスペンション本体の部分拡大図である。
【図６】図１に示すエアサスペンション本体の圧縮動作状態を示す縦断面説明図である。
【図７】図６に示すエアサスペンション本体の部分拡大図である。
【図８】図１に示すエアサスペンション本体の伸展動作状態を示す縦断面説明図である。
【図９】図８に示すエアサスペンション本体の部分拡大図である。
【図１０】従来の車高調節式サスペンション装置の概略構成図である。
【図１１】図１０に示す車高調節式サスペンション装置のエア系統図である。
【符号の説明】
１ 第１オリフィス機構
３ リザーブタンク
４ 圧力調整弁
５ 貯留タンク
１０ エアサスペンション本体
１１ キャップ
１２ 上部蓋体
１３ 外部シリンダ
１３ａ，１６ａ 内周面
１４ 下部蓋体
１５ 外筒用ピストン
１６ 内部シリンダ
１７ ピストン軸
１７ａ 上端部
１７ｂ 下端部
１８ 内筒用ピストン
１９ 下部気体室
２０ 上部気体室
２１，２５，３１，３１ａ，３３，２６ａ〜２６ｆ，４０ 流路
２２ アッパマウント
２３ ロッド
２４ 流路切替弁
２７ 頭部
２８ マーカ
２９ 中間気体室
３０ 第２オリフィス機構
３４ バネ
３４ａ バネ支持部
３５ チェックボール
３６ チェックバルブ
３７，３８ 通気孔
３９ 気密シール材
Ｔ 車輪
Ｕ 車体側部材
Ｌ 車輪側部材
Claims (1)
- 筒状体の一方の端部を上部蓋体で閉塞した形状の外部シリンダと、前記筒状体の内径より小さな外径を有する筒状体の基端部を底部蓋体で閉塞し他端部を外筒用ピストンで閉塞した形状で前記外筒用ピストンを前記外部シリンダ内周面に気密状に摺接させて配置された内部シリンダと、前記外筒用ピストンを気密状かつ摺動可能に貫通しその基端部を前記上部蓋体に固定して配置されたピストン軸と、前記ピストン軸に固定され前記内部シリンダ内周面に摺動可能に配置された内筒用ピストンとを備え、
前記底部蓋体と前記内筒用ピストンとで区分された下部気体室と、前記上部蓋体と前記外筒用ピストンとで区分された上部気体室とを連通する気体流路を前記ピストン軸内に形成し、
前記気体流路に第１オリフィス機構を介して連通させたリザーブタンクを備え、
前記外部シリンダの下端部付近に形成された通気孔と、前記内部シリンダの上端部付近に形成された通気孔と、前記外部シリンダの下端部に気密シール材を取り付けることによって前記外部シリンダと前記内部シリンダとの隙間に形成された流路とで構成され、前記内筒用ピストンと前記外筒用ピストンとによって前記上部気体室および前記下部気体室と非連通状態に区分された中間気体室と大気とを連通する第２オリフィス機構を設けたサスペンション装置。
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