JP2005054923A - 空圧緩衝器 - Google Patents

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とを連通する複数のバイパス路Ｂ１，Ｂ２を設け、一方のバイパス路Ｂ１の途中に所定の周波数以上で収縮する際にバイパス路Ｂ１を開放する常閉型の第１のバルブＶ１を設けるとともに、他方のバイパス路Ｂ２の途中に所定の作動速度以上で伸長する際にバイパス路Ｂ２を開放する常閉型の第２のバルブＶ２を設けた。
【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、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室とを連通する複数のバイパス路を設け、一方のバイパス路の途中に所定の作動速度以上で収縮する際にバイパス路を開放する常閉型の第１のバルブを設けるとともに、他方のバイパス路の途中に所定の作動速度以上で伸長する際にバイパス路を開放する常閉型の第２のバルブを設けたこと特徴とする。

本発明の第２の課題解決手段は、第１の課題解決手段において、バルブシート部材を備え、当該バルブシート部材に各バイパス路の一部を成すポートをそれぞれ設け、第１のバルブをバルブシート部材の一端面に設けた一方のポートを閉じる方向に附勢された板状のバルブとし、第２のバルブをバルブシート部材の他端面に設けた他方のポートを閉じる方向に附勢された板状のバルブとしたことを特徴とする。

また、本発明の第３の課題解決手段は、第２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、当該ピストンに接続され当該ピストンを介してシリンダ内に移動自在に挿入されるピストンロッドを設け、ピストンロッドに、ピストンロッドの先端側から開口する中空部と、当該中空部とピストンロッドの側部とを連通する孔と、ピストンロッドの先端に接続され上記バルブシート部材を保持する中空なバルブシート保持部材とを設け、バイパス路が、上記中空部と孔とバルブシート保持部材内と上記各ポートとで形成されたことを特徴とする。

さらに、第４の課題解決手段は、第３の課題解決手段において、上記中空部および孔の両方または一方がバルブシート保持部材内の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。

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作動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作動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。

そして、本発明の空圧緩衝器にあっては、そ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、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３の発明によれば、ピストンロッドの先端に第１および第２のバルブとバイパス路が具現化されており、バルブシート保持部材の外径をシリンダの内径近くまでの大きなものとすることができるので、これによりバルブシート部材およびバルブシート部材に形成される板状のバルブも比較的大きな形状とすることができ、設計の自由度が高まる利点があると同時に、バイパス路および板状のバルブがシリンダ内に全て納められるので、空圧緩衝器の外部にバイパス路および第１、第２のバルブを設ける場合に比較して、空圧緩衝器をコンパクトなものとすることができる。

さらに、請求項４の発明によれば、第４の課題解決手段によれば、中空孔および孔の両方または一方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、バルブシート保持部材内の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、バルブシート保持部材内の空圧は中空孔および孔の両方または一方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第１のバルブが一方のポートを開放せず、空圧緩衝器は大きなバネ反力を発生する。その後、僅かに遅れてバルブシート保持部材内が減圧され第１のバルブを移動させ一方のポート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、上述の伸長方向の過渡的な入力があった場合には、やはり、バルブシート保持部材内の圧力に応答遅れが生じるので、振動入力初期には第２のバルブが他方のポートを遮断し、その後僅かに遅れて他方のポートを開放するので同様の結果を得ることができる。

また、中空孔および孔の口径、軸方向長さの設定によりその周波数特性を調整して、バルブシート保持部材内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各ポート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。ここで、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。

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とに区画する隔壁画部材たるピストン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とを連通する複数のバイパス路Ｂ１，Ｂ２と、バイパス路Ｂ１，Ｂ２の途中に設けたバルブＶ１，Ｖ２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の先端が接続されている。そして、ピストン１には各流路Ｌ１，Ｌ２およびバイパス路Ｂ１，Ｂ２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Ｂ１，Ｂ２の途中にはそれぞれバルブＶ１，Ｖ２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Ｖ１は、附勢バネ３９で附勢され、第２室Ｒ２から第１室Ｒ１へと向うガスの流れのみを許容し、かつ、バイパス路Ｂ１を常時遮断する常閉型に設定されるとともに、第２室Ｒ２内の圧力が、空圧緩衝器が所定の作動速度で収縮したときに発生する開弁圧となるとバイパス路Ｂ１を開放するようになっている。また、バルブＶ２は、附勢バネ４０で附勢され、第１室Ｒ１から第２室Ｒ２へと向うガスの流れのみを許容し、かつ、バイパス路Ｂ１を常時遮断する常閉型に設定されるとともに、第１室Ｒ１内の圧力が、空圧緩衝器が所定の作動速度で伸長したときに発生する開弁圧となるとバイパス路Ｂ２を開放するようになっている。したがって、ガスは、この空圧緩衝器が収縮する場合であって、第２室Ｒ２内の圧力が開弁圧に達するときにバイパス路Ｂ１を通過することができるが、それ以外の状態ではバイパス路Ｂ１およびバイパス路Ｂ２を通過することができず、他方、この空圧緩衝器が伸長する場合であって、第１室Ｒ１内の圧力が開弁圧に達するときにバイパス路Ｂ２を通過することができるが、それ以外の状態ではバイパス路Ｂ１およびバイパス路Ｂ２を通過することはできない。すなわち、この実施の形態においては、一方のバイパス路はバイパス路Ｂ１とされ、第１のバルブはバルブＶ１とされ、他方のバイパス路はバイパス路Ｂ２とされ、第２のバルブはバルブＶ２とされている。そして、図示したところでは、空圧緩衝器の伸長時と収縮時にガスが通過しうるバイパス路をそれぞれ１つずつ設けているが、少なくとも、空圧緩衝器の伸長時と収縮時にガスが通過しうるバイパス路をそれぞれ１つ以上設けてあればよいので、複数ずつ設けるとしてもよい。

なお、図示したところでは、バイパス路Ｂ１は、その途中でバイパス路Ｂ２に合流するようになっているが、バイパス路Ｂ１とバイパス路Ｂ２とをそれぞれ別々に設けるとしてもよいし、また、バルブＶ１およびバルブＶ２の上流側と下流側で合流するようにしてもよい。

なお、上述のようにバルブＶ１，Ｖ２は、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ったときに、それぞれ各バイパス路Ｂ１，Ｂ２を開放するようになっているが、詳しくは、所定の作動速度となったときの第１室Ｒ１内および第２室Ｒ２内生じる圧力で各バルブＶ１，Ｖ２が開弁する。そして、この開弁圧は附勢バネ３９，４０のバネ荷重により決定され、当該開弁圧を生じさせる所定の作動速度の値は、ガスの圧縮性に起因して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Ｖ１，Ｖ２およびバイパス路Ｂ１，Ｂ２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、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。

図２に示すように、ピストンロッド２の先端部には、その先端側から開口する中空部２ｂが設けられており、この中空部２ｂとピストンロッド２の側部とを連通する孔２ａが設けられている。また、ピストンロッド２の先端が縮径されて段部２ｃが設けられ、この縮径された部位には、バルブストッパ２０と、減衰力発生要素たるリーフバルブ３２と、ピストン１と、減衰知力発生要素たるリーフバルブ３３と、バルブストッパ２１が挿入されている。そして、図２中下方からバルブシート保持部材３５をピストンロッド２の先端に螺合することによって、バルブストッパ２０、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２１がピストンロッド２の段部２ｃとバルブシート保持部材Ｋとで挟持されてピストンロッド２に固定されている。

そして、ピストン１には流路Ｌ１および流路Ｌ２が設けられ、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は、空圧緩衝器の伸長行程時には第１室Ｒ１内の圧力が高まるのでリーフバルブ３２により遮断されるが、収縮行程時には、第２室Ｒ２内の圧力が高まりリーフバルブ３２が撓みリーフバルブ３２とピストン１との間に隙間を生じ、ガスはこの隙間を通過することができるので、開放される。他方、流路Ｌ２は、空圧緩衝器の収縮行程時には第２室Ｒ２内の圧力が高まるのでリーフバルブ３３により遮断されるが、伸長行程時には、第１室Ｒ１内の圧力が高まりリーフバルブ３３が撓みリーフバルブ３３とピストン１との間に隙間を生じ、ガスはこの隙間を通過することができるので、開放される。そして、ガスが流路Ｌ１を通過する場合には、リーフバルブ３２で生じる圧力損失により減衰力が発生し、他方、流路Ｌ２を通過する場合には、リーフバルブ３３で生じる圧力損失により減衰力が発生する。

このように、減衰力発生要素１１，１２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Ｂ１，Ｂ２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Ｂ１，Ｂ２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。

さらに、バルブシート保持部材Ｋは、ピストンロッド２の先端外周に螺合可能なように内周に螺子部（付示せず）を有する小径の基端部３５と、基端部より延設される大径の筒部３４とで構成され、上述のように、その基端部がピストンロッド２の外周に螺合され、ピストン１等の各部材をピストンロッド２に固定する役割を有していると同時に、その筒部３４の先端内周側で、円盤状のバルブシート部材３６を保持しており、バルブシート部材３６をピストンロッド２に連結する役割をも有している。なお、本実施の形態においては、筒部３４の図２中下端をカシメてバルブシート部材３６の保持するとしているが、螺合、圧入、溶接といった方法が採用されても良い。また、バルブシート保持部材Ｋ内の空間Ａは、ピストンロッド２の中空部２ｂおよび孔２ａと連通していることから、第１室Ｒ１と連通している。

そして、バルブシート部材３６は、円盤状であって、図２中上下に貫通するポートＰ１，Ｐ２が設けられるとともに、その軸心部にはバルブストッパ５０が挿入される孔３６ｃが設けられている。また、バルブシート部材３６の図２中上面には弁座３６ａが設けられ、この弁座３６ａに着座する中心に孔３７ａを備えた第１のバルブＶ１たる環状の板バルブ３７をバルブシート部材３６の図２中上面に当接させてあり、他方、バルブシート部材３６の図２中下面には弁座３６ｂが設けられ、この弁座３６ｂに着座する中心に孔３８ａを備えた第２のバルブＶ２たる環状の板バルブ３８をバルブシート部材３６の図２中下面に当接させてある。他方、バルブシート部材３６を貫通するバルブストッパ５０は、複数の段部５１，５２を備えた円柱形状の部材であって、その図２中下端側面には螺子部（付示せず）が設けられている。

そして、このバルブストッパ５０は、バルブシート部材３６の孔３６ｃに挿入されナット６０でバルブシート部材３６に固定されるが、バルブストッパ５０とバルブシート部材３６の図２中上面との間には、附勢バネ３９と板バルブ３７が介装され、さらに、バルブシート部材３６の図２中下面とナット６０との間には、板バルブ３８と、円筒状のスペーサ４２と、軸方向薄肉円筒状のバルブストッパ４１と、附勢バネ４０とが介装される。詳しくは、板バルブ３７の内周側がバルブストッパ５０の段部５２とバルブシート部材３６の図２中上面とで挟持され、さらに、附勢バネ３９がバルブストッパ５０の段部５１と板バルブ３７との間に介装されている。また、板バルブ３８の内周側がバルブシート部材３６の図２中下面とスペーサ４２とで挟持され、附勢バネ４０の内径は、スペーサ４２の外周径より大きく設定され、スペーサ４２と同軸となるように配置されるとともに、板バルブ３８とバルブストッパ４１との間に介装されている。したがって、バルブストッパ５０とナット６０で、附勢バネ３９、板バルブ３７、板バルブ３８、スペーサ４２、バルブストッパ４１、および附勢バネ４０の各部材が挟持されバルブシート部材３６に固定されている。また、附勢バネ３９は圧縮されて介装されているので、そのバネ力により板バルブ３７は弁座３６ａに向けて附勢されており、他方、附勢バネ４０も圧縮されて介装されており、そのバネ力により板バルブ３８は弁座３６ｂに向けて附勢されている。

そして、ポートＰ１の図２中上方は、板バルブ３７が附勢されて弁座３６ａに着座しているので遮断されているが、その図２中下端は、板バルブ３８には当接せずに、板バルブ３８との間に若干隙間を有し開放されている。他方、ポートＰ２の図２中下方は、板バルブ３８が附勢されて弁座３６ｂに着座しているので遮断されているが、その図２中上端は、板バルブ３７には当接せずに、板バルブ３７との間に若干隙間を有し開放されている。

そして、ポートＰ１は、空圧緩衝器の伸長行程時には第１室Ｒ１内の圧力が高まり、この第１室Ｒ１と連通している空間Ａ内の圧力が高まるので板バルブ３７により遮断されるが、収縮行程時には、第２室Ｒ２内の圧力が高まると板バルブ３７が附勢バネ３９のバネ力に抗して図２中上方に撓んで板バルブ３７と弁座３６ａとの間に隙間を生じ、ガスはこの隙間を通過することができるが、このとき板バルブ３７が弁座３６ａから離座する、すなわち、板バルブ３７が開弁するときの圧力は、所定の作動速度で空圧緩衝器が収縮したときに生じる圧力に設定されている。他方、ポートＰ２は、空圧緩衝器の収縮行程時には第２室Ｒ２内の圧力が高まるので板バルブ３８により遮断されるが、伸長行程時には、第１室Ｒ１内の圧力が高まり空間Ａの圧力が高まるので板バルブ３８が附勢バネ４０のバネ力に抗して図２中下方に撓んで板バルブ３８と弁座３６ｂとの間に隙間を生じ、ガスはこの隙間を通過することができるのがこのとき板バルブ３８が弁座３６ｂから離座する、すなわち、板バルブ３８が開弁するときの圧力は、所定の作動速度で空圧緩衝器が伸長したときに生じる圧力に設定されている。すなわち、上述したところでは、一方のポートはポートＰ１とされ、他方のポートはポートＰ２とされている。そして、図示したところでは、空圧緩衝器の伸長時と収縮時にガスが通過しうるポートをそれぞれ１つずつ設けているが、少なくとも、空圧緩衝器の伸長時と収縮時にガスが通過しうるポートをそれぞれ１つ以上設けてあればよいので、複数ずつ設けるとしてもよい。

したがって、具体的なバルブＶ１，Ｖ２を備えた空圧緩衝器にあっては、緩衝器の伸縮時の作動速度が所定の作動速度以上となったときに、それぞれ各ポートＰ１，Ｐ２を開放するようになっており、このばあい、各ポートＰ１，Ｐ２、空間Ａ、中空部２ｂおよび孔２ａがバイパス路となる。そして、この場合においても、所定の作動速度により生じる開弁圧の値は附勢バネ３９，４０のバネ荷重により決定される。

すなわち、上述したところでは、ピストンロッド２の先端に第１および第２のバルブＶ１，Ｖ２とバイパス路が具現化されており、バルブシート保持部材Ｋの外径をシリンダ３の内径近くまでの大きなものとすることができるので、これによりバルブシート部材３６およびバルブシート部材３６に形成される板バルブ３７，３８も比較的大きな形状とすることができ、設計の自由度が高まる利点があると同時に、バイパス路Ｂ１，Ｂ２および板バルブ３７，３８がシリンダ３内に全て納められるので、空圧緩衝器の外部にバイパス路Ｂ１，Ｂ２および第１、第２のバルブＶ１，Ｖ２を設ける場合に比較して、空圧緩衝器をコンパクトなものとすることができる。なお、シリンダ３の外方にバルブシート部材３６を保持可能なバルブケース設けて、第１、第２のバルブＶ１，Ｖ２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、シリンダ内に第１，第２のバルブＶ１，Ｖ２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。

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Ｂ２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、空圧緩衝器の伸長時の作動速度が所定の作動速度より低い場合には、バイパス路Ｂ２の途中に設けられた第２のバルブＶ２は、第１室Ｒ１内の圧力が開弁圧に達しないので、バイパス路Ｂ２を遮断したままとなる。具体的には、図２中第１室Ｒ１の圧力が高まり、それに伴い、空間Ａ内の圧力も高まるが、バルブ３８は、附勢バネ４０のバネ力で附勢されているので、弁座３６ｂに着座したままとなり、結果的にポートＰ２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、第１室Ｒ１内の圧力が第２のバルブＶ２の開弁圧に達し、第２のバルブＶ２は、空圧によって押圧され附勢バネ４０のバネ力に抗して、バイパス路Ｂ２を連通することとなる。具体的には、図２中空間Ａ内の圧力によりバルブ３８が附勢バネ４０のバネ力に抗して撓んで弁座３６ｂから離座しポートＰ２を開放する。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のみならず第２のバルブＶ２によっても減衰力が発生されるが、このとき、バイパス路Ｂ２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Ｂ２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Ｂ１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、バイパス路Ｂ１の途中に設けられた第１のバルブＶ１は、第２室Ｒ２内の圧力が開弁圧に達しないので、バイパス路Ｂ１を遮断したままとなる。具体的には、図２中第２室Ｒ２の圧力が高まるが、バルブ３７は、附勢バネ３９のバネ力で附勢されているので、弁座３６ａに着座したままとなり、結果的にポートＰ１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、第２室Ｒ２内の圧力が第１のバルブＶ１の開弁圧に達し、第１のバルブＶ１は、空圧によって押圧され附勢バネ３９のバネ力に抗して、バイパス路Ｂ１を連通することとなる。具体的には、図２中第２室Ｒ２内の圧力によりバルブ３７が附勢バネ３９のバネ力に抗して撓んで弁座３６ａから離座しポートＰ１を開放する。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のみならず第１のバルブＶ１によっても減衰力が発生されるが、このとき、バイパス路Ｂ１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Ｂ１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Ｂ１，Ｂ２は遮断され、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Ｂ１，Ｂ２のいずれか一方は開放される。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作動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Ｂ２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Ｂ２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周波数領域での第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作動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。

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作動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Ｂ２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。

また、本発明の空圧緩衝器にあっては、そ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。

なお、上述したところでは、図２に示すピストンロッド２の中空孔２ｂおよび孔２ａを単にそれぞれ空間Ａ内に空圧を導くための通路として説明したが、上記中空孔２ｂおよび孔２ａ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、中空孔２ｂおよび孔２ａ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、空間Ａ内の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、空間Ａ内の空圧は中空孔２ｂおよび孔２ａ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板バルブ３７が一方のポートたるポートＰ１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、僅かに遅れて空間Ａ内が減圧され板バルブ３７を図２中上方に移動させ一方のポートたるポートＰ１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、上述の伸長方向の過渡的な入力があった場合には、やはり、空間Ａ内の圧力に応答遅れが生じるので、振動入力初期には板バルブ３８が他方のポートたるポートＰ２を遮断し、その後僅かに遅れて他方のポートたるポートＰ２を開放するので同様の結果を得ることができる。

また、中空孔２ｂおよび孔２ａ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、空間Ａ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各ポートＰ１，Ｐ２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。ちなみに、中空孔２ｂおよび孔２ａ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 孔
２ｂ 中空部
２ｃ 段部
３ シリンダ
１１，１２ 減衰力発生要素
３６ バルブシート部材
３９，４０ 附勢バネ
３２，３３ 減衰力発生要素たるリーフバルブ
Ｂ１，Ｂ２ バイパス路
Ｋ バルブシート保持部材
Ｌ１，Ｌ２ 流路
Ｐ１ 一方のポートたるポート
Ｐ２ 他方のポートたるポート
Ｒ１ 第１室
Ｒ２ 第２室
Ｖ１ 第１のバルブ
Ｖ２ 第２のバルブ

Claims (4)

1. 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室とを連通する複数のバイパス路を設け、一方のバイパス路の途中に所定の周波数以上で収縮する際にバイパス路を開放する常閉型の第１のバルブを設けるとともに、他方のバイパス路の途中に所定の周波数以上で伸長する際にバイパス路を開放する常閉型の第２のバルブを設けたこと特徴とする空圧緩衝器。
2. バルブシート部材を備え、当該バルブシート部材に各バイパス路の一部を成すポートをそれぞれ設け、第１のバルブをバルブシート部材の一端面に設けた一方のポートを閉じる方向に附勢された板状のバルブとし、第２のバルブをバルブシート部材の他端面に設けた他方のポートを閉じる方向に附勢された板状のバルブとしたことを特徴とする請求項１に記載の空圧緩衝器。
3. 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、当該ピストンに接続され当該ピストンを介してシリンダ内に移動自在に挿入されるピストンロッドを設け、ピストンロッドに、ピストンロッドの先端側から開口する中空部と、当該中空部とピストンロッドの側部とを連通する孔と、ピストンロッドの先端に接続され上記バルブシート部材を保持する中空なバルブシート保持部材とを設け、バイパス路が、上記中空部と孔とバルブシート保持部材内と上記各ポートとで形成されたことを特徴とする請求項２に記載の空圧緩衝器。
4. 上記中空部および孔の両方または一方がバルブシート保持部材内の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３に記載の空圧緩衝器。

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