JP2005054922A

JP2005054922A - 空圧緩衝器

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Publication number: JP2005054922A
Application number: JP2003287325A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Jo; 忠城
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2003-08-06
Filing date: 2003-08-06
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2023-08-06
Also published as: JP4256229B2

Abstract

【課題】特に車両のサスペンションとして使用可能であって、作動媒体である気体の発生するバネ力の上昇を抑制することを可能とする空圧緩衝器を提供する。
【解決手段】隔壁部材１で区画された第１室Ｒ１と第２室Ｒ２とを連通するバイパス路Ｂの途中に当該バイパス路Ｂを開閉可能な常閉型のバルブＶを設け、所定の作動速度以上で伸縮する際に当該バルブＶがバイパス路Ｂを開放する。
【選択図】図１

Description

この発明は、空圧緩衝器に関し、特に車両のサスペンションとして使用可能な空圧緩衝器の改良に関する。

従来、車両用の空圧緩衝器としては、たとえば、シリンダと、シリンダ内に摺動自在に挿入されたピストンと、シリンダ内にピストンを介して移動自在に挿入されるピストンロッドと、ピストンに設けた減衰力発生要素を備えたものが提案されている。

そして、この提案では、入力される振動の周波数が高さに応じて大きな減衰力を発生する減衰力特性を示す空圧緩衝器に、振動周波数が高い場合に流路を開放するリリーフ弁を設けて、高周波数領域での減衰力増大を防止する機構が示されている。
特開２０００−１０４７７８号公報（第３頁右欄第４１行目から第４頁左欄第２２行目まで、図２および図３）

さて、上述のような従来の空圧緩衝器は、作動媒体を気体としているので、軽量でありエアレーションも招来しないので非常に有用であるが、そのまま車両のサスペンション等として利用するには、以下の問題がある。

すなわち、空圧緩衝器は、作動媒体に気体を用いているが、気体は油と比較して圧縮性高く、また、流路を流れる流速に限界があるので流速が高くなる空圧緩衝器の高速作動域では気体はバネとして作用するようになり、空圧緩衝器が発生する減衰力も頭打ちとなる。

そして、気体が発生するバネとしての反力も、作用面積の変化を招いて指数的に上昇し、空圧緩衝器全体としてのバネ定数が懸架バネ定数をしのぐ場合もある。

このことは、緩衝器として蓄え得るエネルギーが増大することとなるので、利点として考えることもできるが、緩衝器の伸縮作動速度が大きい場合には、特に車両用のサスペンション全体として、懸架バネ定数およびバネ反力が上昇することとなり、サスペンション振幅の減少、すなわち、サスペンションとしての変位が少なくなるので、車両の乗り心地を悪化させる原因になりかねない。

そして、従来の空圧緩衝器では、この車両の乗り心地の悪化に対して配慮されていない。

そこで、本発明は上記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、特に車両のサスペンションとして使用可能であって、作動媒体である気体の発生するバネ力の上昇を抑制することを可能とする空圧緩衝器を提供することである。

本発明の第１の課題解決手段の空圧緩衝器は、隔壁部材で区画された第１室と第２室と、第１室と第２室とを連通する流路と、流路の途中に設けた減衰力発生要素とを備え、車両の車体と車軸との間に介装される空圧緩衝器において、第１室と第２室とを連通するバイパス路と、バイパス路の途中に当該バイパス路を開閉可能な常閉型のバルブとを設け、所定の作動速度以上で伸縮する際に、当該バルブがバイパス路を開放すること特徴とする。

さらに、本発明の第２の課題解決手段は、隔壁部材で区画された第１室と第２室と、第１室と第２室とを連通する流路と、流路の途中に設けた減衰力発生要素とを備え、車両の車体と車軸との間に介装される空圧緩衝器において、第１室と第２室とを連通するバイパス路と、バイパス路の途中に当該バイパス路を開閉可能な常閉型のバルブとを設け、車両におけるバネ下共振周波数以下の振動領域において所定の作動速度以上で伸縮する際に、当該バルブがバイパス路を開放すること特徴とする。

また、本発明の第３の課題解決手段は、第１または第２の課題解決手段において、上記バルブが圧力の負荷によりバイパス路を開放することを特徴とする。

そして、本発明の第４の課題解決手段は、第３の課題解決手段において、上記バルブが、バルブケースとスプールで構成され、当該バルブケース内に、バイパス路の全部もしくは一部をなす、中空部と中空部に連通する孔とを形成し、スプールは、有底筒状であって、その側部にスプール内外を連通するポートと、その外周部に開口側から設けた切欠とを備え、当該スプールを、その両端側から附勢して上記バルブケースの中空部内に摺動自在に挿入して、上記中空部内に上記スプールで２つの圧力室を隔成し、一方の圧力室をバルブケースに設けた第１の通路で第１室に連通するとともに、他方の圧力室をバルブケースに設けた第２の通路で第２室に連通し、所定の作動速度以上で伸縮する際に高圧となる圧力室内の圧力でスプールを中空部内で摺動させることによりバルブケースの孔とスプールのポートもしくはバルブケースの孔とスプールの切欠を対向させてバイパス路を開放することを特徴とする。

さらに、第５の課題解決手段は、第３の課題解決手段において、上記バルブが、バルブケースとスプールで構成され、当該バルブケース内に、バイパス路の全部もしくは一部をなす、中空部と中空部に連通する孔とを形成し、スプールは、有底筒状であって、その側部にスプール内外を連通するポートと、その外周部に開口側から設けた切欠とを備え、当該スプールを、その両端側から附勢して上記バルブケースの中空部内に摺動自在に挿入して、上記中空部内に上記スプールで２つの圧力室を隔成し、一方の圧力室をバルブケースに設けた第１の通路で第１室に連通するとともに、他方の圧力室をバルブケースに設けた第２の通路で第２室に連通し、車両におけるバネ下共振周波数以下の振動領域において所定の作動速度以上で伸縮する際に高圧となる圧力室内の圧力でスプールを中空部内で摺動させることによりバルブケースの孔とスプールのポートもしくはバルブケースの孔とスプールの切欠を対向させてバイパス路を開放することを特徴とする。

また、第６の課題解決手段は、第４または第５の課題解決手段において、上記第１の通路および第２の通路ががそれぞれの圧力室に負荷する空圧に応答遅れを生じさせる周波数特性を備えていることを特徴とする。

さらに、本発明の第７の課題解決手段は、第４から第６のいずれかの課題解決手段において、第１室と第２室がシリンダとシリンダ内に摺動自在に挿入したピストンにより隔成されるとともに、ピストンの一端側もしくは両端側にピストンロッドを設け、当該ピストンロッドをバルブケースとしたことを特徴とする。

各請求項の発明によれば、空圧緩衝器が所定の作動速度以上の速度領域で伸縮しても第１室内および第２室内の圧力上昇が抑制されるので、ガスの圧縮性に起因するバネ反力の上昇を効果的に抑制する事ができる。

したがって、この空圧緩衝器では、伸長時および収縮時のどちらでもガスの圧縮性に起因するバネ反力の上昇を抑制でき、このことは同時に懸架バネ定数の上昇を抑制することを意味するので、車両における乗り心地を飛躍的に向上することができるのである。

また、上述のバイパス路を開放して、過剰なバネ反力を抑制することは、同時に、この空圧緩衝器にあっては、所定の作動速度以上の速度で伸長する場合、すなわち、車両における乗り心地を悪化するようなバネ反力をガスが発生してしまうような作動速度領域では、バイパス路が開放されるので、伸長する側の第２室内の圧力低下を抑制することとなり、この空圧緩衝器がその状態から収縮すると、第２室内の圧力上昇が早期に達成されるから、より大きな減衰力が早期に得られることとなり、逆に、空圧緩衝器が収縮する場合においても、同様の結果を得ることができる。この現象を換言すれば、減衰力の応答性を高めることができるということであり、サスペンションとしての機能を向上させることができる。

また、本発明の空圧緩衝器にあっては、その伸縮時の作動速度が所定の作動速度以下の場合ではバイパス路が遮断状態となるので、作動速度が低い場合であっても、充分な減衰力を発生できる。すなわち、本発明の空圧緩衝器を車両に適用した際には、車両のサスペンションの動作し始めの振動抑制も可能であるから、車両における姿勢変化を抑制しえることとなる。

さらに、請求項２の発明によれば、車両におけるバネ下共振周波数領域ではバイパス路は遮断されたままとなるので、流路の途中に設けた減衰力発生要素のみで減衰力を発生することとなるので、空圧緩衝器は高い減衰力を発生することが可能となる。したがって、減衰力発生要素を車両におけるバネ下共振周波数領域で充分な減衰力が得られるよう設定しておけば、振動周波数に逆比例して減衰力が低下する空圧緩衝器にあっても、車両におけるバネ下部材たるタイヤの振動を効率よく抑制することが可能となる。

さらに、請求項３の発明によれば、圧力によりバルブを作動させてバイパス路を開放するので、空圧緩衝器の大型化が避けられ、さらに、外部に電源や空圧源を設けなくて済み、車両のパワーソースを消費しなくてよいので経済的である。

また、請求項４の発明によれば、圧力室という簡単かつスペースを取らない構成でスプール弁を押圧するとしているので、空圧緩衝器の大型化が避けられ、さらに、外部に電源や空圧源を設けなくて済み、車両のパワーソースを消費しなくてよいので経済的である。

上記形状のスプール弁を使用しているので、各圧力室に導かれる空圧の大きさにより、すなわち、空圧緩衝器が伸縮する速度に応じてバイパス路の流路面積を変化可能であるので、空圧緩衝器が伸縮する速度が変化した場合に、この空圧緩衝器の発生する減衰力の減衰特性を急激に変化させることはない。すなわち、急激に減衰特性が変化することによる衝撃の発生を防止することができるので、この点でも車両における乗り心地が向上する。

さらに、請求項５の発明によれば、車両におけるバネ下共振周波数領域ではバイパス路は遮断されたままとなるので、流路の途中に設けた減衰力発生要素のみで減衰力を発生することとなるので、空圧緩衝器は高い減衰力を発生することが可能となる。したがって、減衰力発生要素を車両におけるバネ下共振周波数領域で充分な減衰力が得られるよう設定しておけば、振動周波数に逆比例して減衰力が低下する空圧緩衝器にあっても、車両におけるバネ下部材たるタイヤの振動を効率よく抑制することが可能となると同時に、圧力室という簡単かつスペースを取らない構成でスプール弁を押圧するとしているので、空圧緩衝器の大型化が避けられ、さらに、外部に電源や空圧源を設けなくて済み、車両のパワーソースを消費しなくてよいので経済的である。

さらに、上記形状のスプール弁を使用しているので、各圧力室に導かれる空圧の大きさにより、すなわち、空圧緩衝器が伸縮する速度に応じてバイパス路の流路面積を変化可能であるので、空圧緩衝器が伸縮する速度が変化した場合に、この空圧緩衝器の発生する減衰力の減衰特性を急激に変化させることはない。すなわち、急激に減衰特性が変化することによる衝撃の発生を防止することができるので、この点でも車両における乗り心地が向上する。

また、請求項６の発明によれば、第１の通路および第２の通路が周波数特性を有しているので、空圧緩衝器の伸縮時の振動が早くなる、すなわち、振動周波数が高くなる時に、各圧力室に負荷される空圧に応答遅れを発生させることができる。したがって、たとえば、この空圧緩衝器に単発的な衝撃、いわゆる、作動速度の大きい過渡的な収縮方向の振動が入力されると、各圧力室に導かれる空圧は第１または第２の通路の周波数特性により応答遅れが生じ、振動入力の初期にはスプール弁がバイパス路を開放せず、空圧緩衝器は大きなバネ反力を発生する。その後、僅かに遅れて圧力室内の圧力が高まりスプール弁を移動させバイパス路を開放するようになる。このことから、この空圧緩衝器にあっては、上記振動入力初期では空圧緩衝器は大きなバネ反力でしっかり車体を支え、僅かに遅れて車体をやわらかく支えることができ、衝撃エネルギーの蓄積量を増大させ乗り心地を向上することができるのである。

そして、請求項７の発明によれば、ピストンロッドにバルブが具現化されているので、ピストンロッドは比較的長い部材であり中空部を形成しやすいのでバルブを形成することが容易となるメリットがあるとともに、他の部材とも干渉が無い利点がある。

以下、本発明の空圧緩衝器を図１および図２に基づいて説明する。図１は、第１の実施の形態における空圧緩衝器を原理的に示す概略断面図である。図２は、第１の実施の形態における空圧緩衝器のピストン部の概略断面図である。

以下、詳細に説明すると、本実施の形態における空圧緩衝器は、図１に示すように、円筒状のシリンダ３と、第１室Ｒ１および第２室Ｒ２とに区画する隔壁部材たるピストン１と、シリンダ３内にピストン１を介して移動自在に挿入されたピストンロッド２と、上記第１室Ｒ１と第２室Ｒ２とを連通するバイパス路Ｂと、バイパス路Ｂの途中に設けたバルブＶと、ピストン１に設けた流路Ｌ１，Ｌ２と、各流路Ｌ１，Ｌ２の途中にそれぞれ設けた減衰力発生要素１１，１２とで構成され、シリンダ３内にはガスが封入されている。なお、空圧緩衝器に封入されるガス圧についてであるが、具体的には、この空圧緩衝器が適用される車種に応じて、その車両に最適となる減衰力を発揮するように設定すればよい。

以下、各部材について詳細に説明すると、シリンダ３内には、摺動自在に隔壁部材たるピストン１が挿入され、ピストン１の図１中上端には、ピストンロッド２の先端が連結されている。そして、ピストン１には各流路Ｌ１，Ｌ２およびバイパス路Ｂが設けられ、流路Ｌ１，Ｌ２にはそれぞれ減衰力発生要素１１，１２が設けられるとともに、バイパス路Ｂの途中にはバルブＶが設けられている。そして、シリンダ３の図１中上端は、ピストンロッド２を摺動自在に支持するロッドガイド６とシール部材Ｓで封止されるとともに、その下端はやはりボトム部材Ｃで封止されており、シリンダ３内は密封状態とされている。また、ロッドガイド６は、シリンダ３の端部に固着されるが、ストップリング７でシリンダ３から脱落することが防止されている。

そして、上記バルブＶは、遮断ポジション１７および２つの連通ポジション１６，１８に切り換え可能に設定されているとともに、附勢バネ１９および附勢バネ２０のバネ力でバイパス路Ｂを閉鎖する遮断ポジション１７を採る常閉型に設定されている。さらに、ピストン１には、このバルブＶを圧力の負荷により連通ポジション１６および連通ポジション１８に切り換えるために押圧手段が設けられており、本実施の形態では、この押圧手段を、第１室Ｒ１から空圧を導く通路２２と、第２室Ｒ２から空圧を導く通路２１とで構成し、当該通路２２に導かれる空圧により附勢バネ１９のバネ力に抗してバルブＶを図１中下方に押圧することで、バルブＶを連通ポジション１８に切り換えてバイパス路Ｂを開放することができ、反対に通路２１に導かれる空圧により附勢バネ２０のバネ力に抗してバルブＶを図１中上方に押圧することで、バルブＶを連通ポジション１６に切り換えてバイパス路Ｂを開放することができるようになっている。したがって、本実施の形態においては、上記空圧をパイロット信号として利用し、第１室Ｒ１から供給されるパイロット信号の入力時にバイパス路Ｂが開放されると共に、逆に第２室Ｒ２から供給されるパイロット信号の入力時にバイパス路Ｂが開放され、さらに、パイロット信号の解消時にバイパス路Ｂが遮断される。また、このバルブＶ１は、パイロット信号の強弱によりバイパス路Ｂの流路面積を変化させるように設定されてもよい。こうすることにより、バルブＶで発生する圧力損失に変化を持たせて減衰力を変化させることができる。なお、バルブＶは、空圧緩衝器の伸縮時の作動速度が所定の速度以上となったときには、連通ポジション１６もしくは連通ポジション１８を採りガスがバイパス路Ｂを開放することができるように設定されている。詳しくは、上記バルブＶは上記の押圧手段により、空圧緩衝器の伸長時の作動速度が所定の値を超えると、通路２２から供給される空圧でバルブＶが図１中下方に押されてバイパス路Ｂを開放し、空圧緩衝器の収縮時の作動速度が所定の値を超えると、通路２１から供給される空圧でバルブＶが図１中上方に押されてバイパス路Ｂを連通し、伸縮時の作動速度が所定の値以下のときは遮断ポジション１７を維持してバイパス路Ｂを遮断するようになっている。そして、この場合、附勢バネ１９，２０のバネ力によりバイパス
路Ｂを開放する時の作動速度が決定され、その開放する時の作動速度、すなわち、所定の作動速度の値は、ガスの圧縮性に起因して空圧緩衝器の高速作動域で発生するバネ反力を考慮して、この空圧緩衝器が搭載されるであろう車両における乗り心地を悪化させることがないように、その車両の車重等から適切な値が選択される。

ちなみに、このバルブＶは、具体的な実施の形態にあっては、図２に示すように、ピストン１に配在されるのではなく、このピストン１に連設されるピストンロッド２に、特に、ピストン１を連設させるピストンロッド２における先端部あるいは先端近傍部に配在されてもよく、また、図示はしないが、シリンダ３の外方に設けられるとされてもよい。

この図２に示すように、バルブＶは、スプール弁として形成されており、少々説明すると、ピストンロッド２には、その先端側から開口する中空部２ａが穿設されており、この中空部２ａ内にスプール弁３０が摺動自在に挿入されている。すなわち、中空部２ａは第２室Ｒ２と連通している。そして、このスプール弁３０は、有底筒状に形成されるとともに、その底部近傍の側部に形成した環状溝３０ｂとスプール弁３０の内周３０ａとを連通するポート３０ｃが穿設され、また、スプール弁３０の外周部であって開口側、すなわち、図２中下端側から設けられる切欠３０ｄとから構成されている。さらに、このスプール弁３０は、ピストンロッド２の中空部２ａの図２中下方に設けた軸心部に孔５０ａを設けたストッパ部材５０に担持された附勢バネ１９とピストンロッド２の中空部２ａの図２中上端に担持された附勢バネ２０とにより両端側から付勢されてピストンロッド２の中空部２ａ内に挿入されている。そして、このスプール弁３０は、ピストンロッド２の中空部２ａ内を圧力室Ｐ１と圧力室Ｐ２とに区画している。詳しくは、圧力室Ｐ１は、中空部２ａの図２中上方とスプール弁３０とで仕切られる空間で形成され、圧力室Ｐ２は中空部２ａの図２中下方とスプール弁３０とストッパ部材５０とで仕切られる空間で形成されている。なお、各圧力室Ｐ１，Ｐ２は、必ずしも、仕切られた空間として形成される必要は無く、スプール弁３０に圧力による推力を与えられるように形成されていれば良い。また、ピストンロッド２の側部には中空部２ａに中空部２ａに設けた環状溝２ｃを介して連通する孔２ｂ，２ｂが穿設されており、この孔２ｂ，２ｂは第１室Ｒ１に連通している。したがって、バイパス路Ｂは、この孔２ｂと中空部２ａと環状溝２ｃとストッパ部材５０の孔５０ａとで構成され、さらに、圧力室Ｐ２に空圧を導く第２の通路は中空部２ａの図２中ストッパ部材５０より下方の部分とストッパ部材５０の孔５０ａとで構成されていることとなる。なお、この場合は、バイパス路Ｂの一部が第２の通路ということとなるが、圧力室Ｐ２に空圧を導く第２の通路を別途設けるとしてもよい。また、中空部２ａの上端側には第１の通路たる貫通孔２ｄが設けられ、この貫通孔２ｄは第１室Ｒ１と中空部２ａ内の圧力室Ｐ１とを連通し、圧力室Ｐ１に空圧を導くことが可能となっている。

そして、スプール弁３０のポート３０ｃに接続された環状溝３０ｂは、スプール弁３０が各圧力室Ｐ１，Ｐ２内に所定の作動速度以上の空圧緩衝器の伸縮により生じる空圧が負荷されないと、ピストンロッド２の中空部２ａ内に各附勢バネ１９，２０でその両端側から附勢された状態で、ピストンロッド２の孔２ｂ，２ｂに接続された環状溝２ｃに対向しえない位置に穿設されており、この場合には、スプール弁３０の側壁面が上記孔２ｂ，２ｂに接続された環状溝２ｃに対向するので、バルブＶは遮断ポジション１７を採ることとなり、これにより、上記の孔２ｂと環状溝２ｃと中空部２ａとで構成されるバイパス路Ｂは遮断状態とされている。

さらに、中空部２ａの図２中上方に位置する圧力室Ｐ１に貫通孔２ｄを介して第１室Ｒ１から空圧が供給されると、スプール弁３０が附勢バネ１９のバネ力に抗して図２中下方に押圧され、スプール弁３０が図２中下方に移動し、ピストンロッド２の孔２ｂ，２ｂに接続された環状溝２ｃにスプール弁３０のポート３０ｃに接続された環状溝３０ｂが対向しえる位置に移動すると、バルブＶは連通ポジション１８を採ることとなりバイパス路Ｂが連通状態となり、他方、中空部２ａの図２中下方に位置する圧力室Ｐ２に第２室Ｒ２から空圧が供給されると、スプール弁３０が附勢バネ２０のバネ力に抗して図２中上方に押圧され、スプール弁３０が図２中上方に移動し、ピストンロッド２の孔２ｂ，２ｂに接続された環状溝２ｃにスプール弁３０の切欠３０ｄが対向しえる位置に移動すると、バルブＶは連通ポジション１６を採ることとなりバイパス路Ｂが連通状態となる。また、連通状態下では、環状溝２ｃと環状溝３０ｃの重なり度合い、および、環状溝２ｃと切欠３０ｄの重なり度合いにより流路面積が変化するようになっており、ガスが環状溝２ｃと環状溝３０ｃとを通過する、および、環状溝２ｃと切欠３０ｄとを通過するときの圧力損失により減衰力を発生可能になっている。すなわち、圧力室Ｐ１および圧力室Ｐ２に導かれる空圧の大きさに応じて流路面積を変化することができる。したがって、バルブＶを具体化した実施の形態においては、図１で説明した空圧を供給する通路２２は、貫通孔２ｄおよび圧力室Ｐ１となり、通路２１は、ストッパ部材５０の孔５０ａおよび中空部２ａ内の圧力室Ｐ２ということとなる。

なお、孔２ｂ，２ｂとポート３０ｃとが対向することにより、および、孔２ｂ，２ｂと切欠３０ｄとが対向することによりバイパス路Ｂを連通させ、孔２ｂ，２ｂとスプール弁３０の側壁面が対向することによりバイパス路Ｂを遮断させることができるので、上記の各環状溝２ｃ，３０ｂを省略することもできるが、スプール弁３０がピストンロッド２に対し、回動してしまうと、孔２ｂ，２ｂにポート３０ｃを対向させること、および、孔２ｂ，２ｂに切欠３０ｄを対向させることができなくなる可能性もあるので、上記の各環状溝２ｃ，３０ｂを設けるほうが好ましい。

すなわち、上述したところでは、ピストンロッド２にバルブＶが具現化されているので、ピストンロッドは比較的長い部材であり中空部を形成しやすいのでバルブＶを形成することが容易となるメリットがあるとともに、他の部材とも干渉が無い利点があるが、ピストンロッド２以外の部位に具現化する場合には、図２のピストンロッド２に形成されたバルブＶの構成を有するバルブケース設けて、そのバルブケース内にスプール弁、各附勢バネを設けるとすればよい。なお、シリンダ３の外方にバルブケースを設けて、バルブＶを形成する場合には、空圧緩衝器がバイパス路を開放するときの所定の作動速度を附勢バネを交換することにより調節することができることから、ピストンロッド内にバルブＶを形成する場合に比較して、空圧緩衝器自体を分解することなく附勢バネを交換することができるようになるので、空圧緩衝器の減衰特性の調整が容易となる利点がある。

なお、この具体的なバルブＶにあっては、附勢バネ１９，２０のバネ力およびスプール弁３０の中立位置、すなわち、空圧が各圧力室Ｐ１，Ｐ２に供給されていない状態でのスプール弁３０のピストンロッド２に対する位置における環状溝３０ｃ，切欠３０ｄからピストンロッド２の環状溝２ｃまでの距離によりバイパス路Ｂを開放する時の作動速度、すなわち、所定の作動速度が決定される。その開放する時の作動速度、すなわち、所定の作動速度の値は、ガスの圧縮性に起因して空圧緩衝器の高速作動域で発生するバネ反力を考慮して、この空圧緩衝器が搭載されるであろう車両における乗り心地を悪化させることがないように、その車両の車重等から適切な値が選択されることは無論である。

また、図２中ピストン１には、それぞれ空圧緩衝器の圧縮行程時にガスが通過する流路Ｌ１と伸長行程時にガスが通過する流路Ｌ２が設けられ、この各流路Ｌ１，Ｌ２にはそれぞれ減衰力発生要素としてのリーフバルブ３２，３３が設けられている。具体的には、ピストンロッド２の図２中下端側に、図２中上から順にバルブストッパ２８、リーフバルブ３２、ピストン１、リーフバルブ３３およびバルブストッパ２９を挿入するとともに、ピストンナット６０で上記各部材がピストンロッド２の下端部側に固定される。そして、流路Ｌ１の図２中上端は、リーフバルブ３２の図２中下面に当接しているが、その図２中下端は、リーフバルブ３３には当接せずに、リーフバルブ３３との間に若干隙間を有している。他方、流路Ｌ２の図２中下端は、リーフバルブ３３の図２中上面に当接しているが、その図２中上端は、リーフバルブ３２には当接せずに、リーフバルブ３３との間に若干隙間を有している。これにより、流路Ｌ１では、第２室Ｒ２から第１室Ｒ１へのガスの流れは許容されるが、その逆の流れは遮断され、他方、流路Ｌ２では、第１室Ｒ１から第２室Ｒ２へのガスの流れは許容されるが、その逆の流れは遮断される。したがって、この空圧緩衝器が収縮する場合には、ガスは流路Ｌ１を通過し、逆に伸長する場合には、ガスは流路Ｌ２を通過することとなる。このように、減衰力発生要素をリーフバルブとしてもよいし、他に公知の減衰力発生要素を適用してもよい。なお、上述したところでは、各流路を隔壁部材たるピストン１に、バイパス路Ｂを隔壁部材たるピストン１もしくはピストンロッド２の先端に設けるとしているが、シリンダ３の外方に各流路およびバイパス路Ｂを設けてもよいことは上述したとおりである。また、ピストン１の外周にはピストンリング７０が嵌合されており、ピストン１はこのピストンリング７０を介して摺動自在にシリンダ３内に挿入されている。

なお、上述したところでは、押圧手段を通路とし、あるいは、圧力室としているが、図示はしないが、たとえば、押圧手段を所定の作動速度になったときに励磁されるソレノイドとして、このソレノイドによりスプールを押圧してもよく、他に慣用される手段を用いてもよいが、通路もしくは圧力室という簡単かつスペースを取らない構成で押圧手段を形成しているので、空圧緩衝器の大型化が避けられ、さらに、外部に電源や空圧源を設けなくて済み、車両のパワーソースを消費しなくてよいので経済的である。

さて、上述のように構成された空圧緩衝器の作用について図１に基づいて説明する。ピストンロッド２がシリンダ３内から退出する、すなわち、空圧緩衝器が伸長する場合には、第１室Ｒ１が収縮するので第１室Ｒ１内の空圧が高まり、第１室Ｒ１内のガスはピストン１に設けた流路Ｌ２およびバイパス路Ｂを通過して第２室Ｒ２に流入しようとする。そして、流路Ｌ２に設けた減衰力発生要素１２で減衰力が発生されるが、このとき、ピストン１のシリンダ３に対する移動速度が遅く、空圧緩衝器の作動速度が所定の作動速度より低い場合には、通路２２を介して空圧がバルブＶに負荷される。そして、バルブＶは、それぞれ押圧されるが、空圧緩衝器が発生する減衰力、バネ反力、換言すれば通路２２内に発生する内圧が低いので、遮断ポジション１７をとることとなる。具体的には、図２中圧力室Ｐ１に貫通孔２ｄより空圧が導かれ、スプール弁３０を図２中下方に移動させるが、スプール弁３０は、附勢バネ１９のバネ力で附勢されているので、スプール弁３０の環状溝３０ｂが環状溝２ｃに対向するまで移動できずに結果的にバイパス路Ｂは遮断されたままの状態となる。すると、空圧緩衝器の伸長時の作動速度が所定の値以下の場合には、減衰力発生要素１２にて減衰力が発生されることとなる。

さらに、ピストン１のシリンダ３に対する移動速度が速くなり、空圧緩衝器の伸長時の作動速度が所定の値以上に高くなると、今度は、通路２２を介してバルブＶに負荷される空圧も高くなる。すると、バルブＶは、空圧によって押圧され附勢バネ１９のバネ力に抗して、連通ポジション１８をとることとなる。具体的には、図２中圧力室Ｐ１に貫通孔２ｄより空圧が導かれ、附勢バネ１９のバネ力に抗してスプール弁３０を図２中下方に移動させ、スプール弁３０の環状溝３０ｂが環状溝２ｃに対向する。そして、このことによりバイパス路Ｂは開放される。したがって、空圧緩衝器の伸長時の作動速度が所定の値以上の場合には、減衰力発生要素１２のみならずバルブＶによっても減衰力が発生されるが、このとき、バイパス路Ｂも開放されるので、空圧緩衝器の伸長時の作動速度が所定の値以下のときの高ゲインの減衰力に比較して、作動速度が所定の値以上となったときの方が、ガスの流路面積はバイパス路Ｂが開放される分大きくなるので、その発生減衰力は、低ゲインとなる。ここで、ゲインとは、発生減衰力を振動数で除したものを指し、振動数に対する減衰力の変化割合を示す。

逆に、ピストンロッド２がシリンダ３内に侵入する、すなわち、空圧緩衝器が収縮する場合には、第２室Ｒ２が収縮するので第２室Ｒ２内の空圧が高まり、第２室Ｒ２内のガスはピストン１に設けた流路Ｌ１およびバイパス路Ｂを通過して第１室Ｒ１に流入しようとする。そして、流路Ｌ１に設けた減衰力発生要素１１で減衰力が発生されるが、このとき、ピストン１のシリンダ３に対する移動速度が遅く、空圧緩衝器の収縮時の作動速度が所定の作動速度より低い場合には、通路２１を介して空圧がバルブＶに負荷される。そして、バルブＶは、それぞれ押圧されるが、空圧緩衝器が発生する減衰力、バネ反力、換言すれば通路２１内に発生する内圧が低いので、遮断ポジション１７をとることとなる。具体的には、図２中圧力室Ｐ２に第２室Ｒ２から空圧が導かれ、スプール弁３０を図２中上方に移動させるが、スプール弁３０は、附勢バネ２０のバネ力で附勢されているので、スプール弁３０の切欠３０ｄが環状溝２ｃに対向するまで移動できずに結果的にバイパス路Ｂは遮断されたままの状態となる。すると、空圧緩衝器の収縮時の作動速度が所定の値以下の場合には、減衰力発生要素１１にて減衰力が発生されることとなる。

さらに、ピストン１のシリンダ３に対する移動速度が速くなり、空圧緩衝器の収縮時の作動速度が所定の値以上に高くなると、今度は、通路２１を介してバルブＶに負荷される空圧も高くなる。すると、バルブＶは、空圧によって押圧され附勢バネ２０のバネ力に抗して、連通ポジション１６をとることとなる。具体的には、図２中圧力室Ｐ２に第２室Ｒ２より空圧が導かれ、附勢バネ２０のバネ力に抗してスプール弁３０を図２中上方に移動させ、スプール弁３０の切欠３０ｄが環状溝２ｃに対向する。そして、このことによりバイパス路Ｂは開放される。したがって、空圧緩衝器の収縮時の作動速度が所定の値以上の場合には、減衰力発生要素１１のみならずバルブＶによっても減衰力が発生されるが、このとき、バイパス路Ｂも開放されるので、空圧緩衝器の収縮時の作動速度が所定の値以下のときの高ゲインの減衰力に比較して、作動速度が所定の値以上となったときの方が、ガスの流路面積はバイパス路Ｂが開放される分大きくなるので、その発生減衰力は、低ゲインとなる。

なお、空圧緩衝器が伸縮する際にシリンダ３内で過不足となるピストンロッド２がシリンダ３内に対して侵入もしくは退出する体積分は、ガスには圧縮性があるので、その分ガスが圧縮もしくは膨張して補償されることとなるので、特に、補償室を形成する必要は無い。

上記したように、空圧緩衝器の伸縮時の作動速度が低い場合には、バイパス路Ｂは遮断され、空圧緩衝器の伸縮時の作動速度が所定の作動速度以上となる場合にはバイパス路Ｂは開放される。ここで、作動媒体のガスは気体であるので、油等の液体に比較して圧縮性が極めて高いので、空圧緩衝器の伸縮時の作動速度が大きくなればなるほどバネとしての反力も指数的に上昇するが、この空圧緩衝器にあっては、所定の作動速度以上の速度で伸長する場合、すなわち、車両における乗り心地を悪化するようなバネ反力をガスが発生してしまうような作動速度領域では、バイパス路Ｂが開放されるので、例えば、収縮する側の第１室Ｒ１内のガスは流路Ｌ２のみならずバイパス路Ｂをも通過して拡大する側の第２室Ｒ２内へ流入することとなり、車両における乗り心地を悪化するようなバネ反力をガスが発生してしまうような作動速度域での第１室Ｒ１内の圧力上昇を抑制する事ができる。逆に、空圧緩衝器が収縮してから伸長する場合においても、ガスの流れが上記とは反対となるが、同じように、第２室Ｒ２内の圧力上昇を抑制する。

すると、空圧緩衝器が所定の作動速度以上の速度領域で伸縮しても第１室Ｒ１内および第２室Ｒ２内の圧力上昇が抑制されるので、ガスの圧縮性に起因するバネ反力の上昇を効果的に抑制する事ができる。

また、上述のバイパス路を開放して、過剰なバネ反力を抑制することは、同時に、この空圧緩衝器にあっては、所定の作動速度以上の速度で伸長する場合、すなわち、車両における乗り心地を悪化するようなバネ反力をガスが発生してしまうような作動速度領域では、バイパス路Ｂが開放されるので、伸長する側の第２室Ｒ２内の圧力低下を抑制することとなり、この空圧緩衝器がその状態から収縮すると、第２室Ｒ２内の圧力上昇が早期に達成されるから、より大きな減衰力が早期に得られることとなり、逆に、空圧緩衝器が収縮してから伸長する場合においても、同様の結果を得ることができる。この現象を換言すれば、減衰力の応答性を高めることができるということであり、サスペンションとしての機能を向上させることができる。

さらに、上記形状のスプール弁を使用しているので、通路に導かれる空圧の大きさにより、すなわち、ピストンのシリンダに対する速度たる空圧緩衝器が伸縮する速度に応じてバイパス路の流路面積を変化可能であるので、ピストンのシリンダに対する速度たる空圧緩衝器が伸縮する速度が変化した場合に、この空圧緩衝器の発生する減衰力の減衰特性を急激に変化させることはない。すなわち、急激に減衰特性が変化することによる衝撃の発生を防止することができるので、この点でも車両における乗り心地が向上する。

なお、上述したところでは、図２に示すピストンロッド２の第１の通路たる貫通孔２ｄおよびストッパ部材５０の第２の通路の一部をなす孔５０ａを単にそれぞれ圧力室Ｐ１および圧力室Ｐ２内に空圧を導くための通路として説明したが、上記貫通孔２ｄおよび孔５０ａは、その口径、軸方向長さの影響により、いわゆる周波数特性を有している。したがって、基本的には、貫通孔２ｄおよび孔５０ａは、空圧緩衝器の伸縮時の振動が早くなる、すなわち、振動周波数が高くなる時に、各圧力室Ｐ１，Ｐ２に負荷される空圧に応答遅れを発生させることができる。したがって、たとえば、この空圧緩衝器に単発的な衝撃、いわゆる、作動速度の大きい過渡的な収縮方向の振動が入力されると、圧力室Ｐ１に導かれる空圧は貫通孔２ｄの周波数特性により応答遅れが生じ、振動入力の初期にはスプール弁３０がバイパス路Ｂを開放せず、空圧緩衝器は大きなバネ反力を発生する。その後、僅かに遅れて圧力室Ｐ１内の圧力が高まりスプール弁３０を図２中下方に移動させバイパス路Ｂを開放するようになる。このことから、この空圧緩衝器にあっては、上記振動入力初期では空圧緩衝器は大きなバネ反力でしっかり車体を支え、僅かに遅れて車体をやわらかく支えることができ、衝撃エネルギーの蓄積量を増大させ乗り心地を向上することができるのである。

また、貫通孔２ｄおよび孔５０ａの口径、軸方向長さの設定によりその周波数特性を調整して、各圧力室Ｐ１，Ｐ２に圧力が伝播し得なくなる空圧緩衝器の振動周波数を車両におけるバネ下共振周波数より僅かに低く設定しておけば、車両におけるバネ下共振周波数領域ではバイパス路Ｂは遮断されたままとなるので、流路Ｌ１，Ｌ２の途中に設けた減衰力発生要素１１，１２のみで減衰力を発生することとなるので、空圧緩衝器は高い減衰力を発生することが可能となる。ここで、減衰力発生要素１１，１２を車両におけるバネ下共振周波数領域で充分な減衰力が得られるよう設定しておけば、振動周波数に逆比例して減衰力が低下する空圧緩衝器にあっても、車両におけるバネ下部材たるタイヤの振動を効率よく抑制することが可能となる。なお、このことは図１中通路２１，２２の口径、長さの調整によっても実現できることは言うまでもない。ちなみに、貫通孔２ｄおよび孔５０ａ、さらには通路２１，２２の周波数特性の調整には、途中にオリフィス等の絞りを形成することも含まれる。

また、本実施の形態においては、空圧緩衝器をいわゆる片ロッド型緩衝器として説明してきたが、いわゆる両ロッド型としてもよい。

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。

第１の実施の形態における空圧緩衝器を原理的に示す概略断面図である。第１の実施の形態における空圧緩衝器のピストン部の概略断面図である。

符号の説明

１ピストン
２ピストンロッド
２ａ中空部
２ｂ孔
２ｃ，３０ｂ環状溝
２ｄ第１の通路たる貫通孔
３シリンダ
１１，１２減衰力発生要素
１６，１８連通ポジション
１７遮断ポジション
１９，２０附勢バネ
２１，２２通路
３０スプール弁
３０ｃポート
３０ｄ切欠
３２，３３減衰力発生要素たるリーフバルブ
５０ストッパ部材
５０ａ第２の通路の一部たる孔
Ｂバイパス路
Ｌ１，Ｌ２流路
Ｐ１，Ｐ２圧力室
Ｒ１第１室
Ｒ２第２室
Ｖバルブ

Claims

隔壁部材で区画された第１室と第２室と、第１室と第２室とを連通する流路と、流路の途中に設けた減衰力発生要素とを備え、車両の車体と車軸との間に介装される空圧緩衝器において、第１室と第２室とを連通するバイパス路と、バイパス路の途中に当該バイパス路を開閉可能な常閉型のバルブとを設け、所定の作動速度以上で伸縮する際に、当該バルブがバイパス路を開放すること特徴とする空圧緩衝器。
隔壁部材で区画された第１室と第２室と、第１室と第２室とを連通する流路と、流路の途中に設けた減衰力発生要素とを備え、車両の車体と車軸との間に介装される空圧緩衝器において、第１室と第２室とを連通するバイパス路と、バイパス路の途中に当該バイパス路を開閉可能な常閉型のバルブとを設け、車両におけるバネ下共振周波数以下の振動領域において所定の作動速度以上で伸縮する際に、当該バルブがバイパス路を開放すること特徴とする空圧緩衝器。
上記バルブが圧力の負荷によりバイパス路を開放することを特徴とする請求項１または２に記載の空圧緩衝器。
上記バルブが、バルブケースとスプールで構成され、当該バルブケース内に、バイパス路の全部もしくは一部をなす、中空部と中空部に連通する孔とを形成し、スプールは、有底筒状であって、その側部にスプール内外を連通するポートと、その外周部に開口側から設けた切欠とを備え、当該スプールを、その両端側から附勢しながら上記バルブケースの中空部内に摺動自在に挿入して、上記中空部内に上記スプールで２つの圧力室を隔成し、一方の圧力室をバルブケースに設けた第１の通路で第１室に連通するとともに、他方の圧力室をバルブケースに設けた第２の通路で第２室に連通し、所定の作動速度以上で伸縮する際に高圧となる圧力室内の圧力でスプールを中空部内で摺動させることによりバルブケースの孔とスプールのポートもしくはバルブケースの孔とスプールの切欠を対向させてバイパス路を開放することを特徴とする請求項３に記載の空圧緩衝器。
上記バルブが、バルブケースとスプールで構成され、当該バルブケース内に、バイパス路の全部もしくは一部をなす、中空部と中空部に連通する孔とを形成し、スプールは、有底筒状であって、その側部にスプール内外を連通するポートと、その外周部に開口側から設けた切欠とを備え、当該スプールを、その両端側から附勢しながら上記バルブケースの中空部内に摺動自在に挿入して、上記中空部内に上記スプールで２つの圧力室を隔成し、一方の圧力室をバルブケースに設けた第１の通路で第１室に連通するとともに、他方の圧力室をバルブケースに設けた第２の通路で第２室に連通し、車両におけるバネ下共振周波数以下の振動領域において所定の作動速度以上で伸縮する際に高圧となる圧力室内の圧力でスプールを中空部内で摺動させることによりバルブケースの孔とスプールのポートもしくはバルブケースの孔とスプールの切欠を対向させてバイパス路を開放することを特徴とする請求項３に記載の空圧緩衝器。
上記第１の通路および第２の通路がそれぞれの圧力室に負荷する空圧に応答遅れを生じさせる周波数特性を備えていることを特徴とする請求項４または５に記載の空圧緩衝器。
第１室と第２室がシリンダとシリンダ内に摺動自在に挿入したピストンにより隔成されるとともに、ピストンの一端側もしくは両端側にピストンロッドを設け、当該ピストンロッドをバルブケースとしたことを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の空圧緩衝器。