JP2006151161A - エアバネおよび懸架装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 省スペースかつ軽量で車両への搭載性の向上を可能とするエアバネおよびエアバネを利用した懸架装置を提供することである。
【解決手段】 本発明のエアバネＡは、車体と車軸との間に介装され車体と車軸の相対変位により容積が変化する一対の気室１，２と、各気室１，２を連通する通路３と、通路３の途中に設けた開閉弁４とを備え、上記各気室１，２の容積変化時の容積変化率が異なることを特徴とし、従来にあった第２のエアチャンバを設けることなくして開閉弁４の開閉によりエアバネＡが発生する力を変化させることができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、エアバネおよび懸架装置の改良に関する。

従来、この種エアバネおよびエアバネを利用した懸架装置にあっては、たとえば、車体と車輪間の上下変位に伴って容積が変化する第１のエアチャンバと、一定容積を保つ第２のエアチャンバと、第1のエアチャンバと第２のエアチャンバとを結ぶ連通路と、連通路の途中に設けたブレーキ操作と連動して切換動作される切換弁とを備えて構成され、ブレーキ操作時に第１エアチャンバと第２エアチャンバとが遮断されるようにされている（たとえば、特許文献１参照）。

そして、具体的には、自動二輪車のフロントフォーク内に第１のエアチャンバが形成されるとともに、連通路が上記フロントフォークを軸支するブロックに内設され、さらに、第２のエアチャンバおよび切換弁は上記ブロックに連設して設けてある。

すなわち、このエアバネおよびエアバネを利用した懸架装置にあっては、第１エアチャンバと第２エアチャンバとの連通と遮断との切換によりエアバネとして機能するエアチャンバの容積を変化させて車体と車輪間の上下変位に伴う容積変化率を可変にすることでエアバネおよびエアバネを利用した懸架装置のバネ反力を２段階に調節することが可能である。
特公昭５７−２０４９８号公報（発明の詳細な説明欄，図１）

しかしながら、上記したエアバネおよびエアバネを利用した懸架装置にあっては、バネ反力をブレーキ操作に応じて調整することが可能であるので、非常に有用な技術ではあるが、以下の不具合があると指摘される可能性がある。

上記エアバネおよびエアバネと利用した懸架装置にあっては、第２のエアチャンバを設ける必要がある。

そして、この第２のエアチャンバは、フロントフォークの外方に設けられるため、搭載スペースが必要であり、また、その分エアバネおよびエアバネを利用した懸架装置が大型化し重量も重くなる。

さらに、特に自動二輪車に搭載される場合には、フロントフォークを固定するブロックの部位には、計器類やヘッドライトが備え付けられ、第２のエアチャンバの搭載が困難な場合もある。

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、省スペースかつ軽量で車両への搭載性の向上を可能とするエアバネおよびエアバネを利用した懸架装置を提供することである。

上記した目的を達成するために、本発明のエアバネは、車体と車軸との間に介装され車体と車軸の相対変位により容積が変化する一対の気室と、各気室を連通する通路と、通路の途中に設けた開閉弁とを備え、上記各気室の容積変化時の容積変化率が異なることを特徴とする。

また、本発明の懸架装置は、車体と車軸との間に介装される一対のフロントフォークと、各フロントフォークのリザーバ室内に該リザーバ室に充填される油面を境として形成されフロントフォークの伸縮時に油面の上昇下降により容積が変化する気室と、各気室を連通する通路と、通路の途中に設けた開閉弁とを備え、上記各気室の容積変化時の容積変化率が異なることを特徴とする。

本発明のエアバネによれば、従来のエアバネに必要であった第２のエアチャンバを設けることなく、エアバネが発生する力を変化させることができ、これにより、エアバネを小型化することができ、エアバネの車両への搭載性が向上し、重量も従来に比較して軽くなることになる。

また、本発明の懸架装置によれば、従来の懸架装置に必要であった第２のエアチャンバを設けることなく、懸架装置の気室が発生する力を変化させることができ、これにより、懸架装置を小型化することができ、懸架装置の車両への搭載性が向上し、重量も従来に比較して軽くなることになり、さらに、特に二輪車に搭載される際に、第２のエアチャンバが不要であるから二輪車の美観を損ねることもない。

以下に、図示した実施の形態に基づいて、この発明を説明する。図1は、一実施の形態におけるエアバネを概念的に示す図である。図２は、一実施の形態におけるエアバネが具現化された懸架装置を概念的に示す図である。

一実施の形態におけるエアバネＡは、図１に示すように、車体と車軸との間に介装され車体と車軸の相対変位により容積が変化する一対の気室１，２と、各気室を連通する通路３と、通路３の途中に設けた開閉弁４とを備えて構成されている。

以下、詳細に説明すると、気室１は、筒状の容器１ａと、容器１ａ内に摺動自在に挿入されるピストン１ｃとで隔成され、他方の気室２も同じく筒状の容器２ａと、容器２ｂ内に摺動自在に挿入されるピストン２ｃとで隔成され、上記ピストン１ｃおよびピストン２ｃとは、連結部材５で連結され、ともに連動して容器１ａ，２ａ内を図１中上下に移動するようになっている。

そして、この連結部材５は、図示はしないが、車体もしくは車軸の一方に連結され、各容器１ａ，２ａは、車体もしくは車軸の他方に連結されて、車体と車軸とが上下に相対移動すると、それに伴って気室１，２の容積も夫々変化するようになっている。

また、上記ピストン１ｃの気室１に対向する受圧面積は、ピストン２ｃの気室２に対向する受圧面積と同様とされる一方、気室１の容積は、気室２の容積に較べて大きくなるように設定されており、また、ピストン１ｃおよびピストン２ｃとが互いに連結部材５により連結されているので車体と車軸とが上下に相対移動する際の気室１の容積変化率は気室２の容積変化率に較べて小さくなるようになっている。

さらに、上記気室１および気室２とを連通する通路３が設けられ、この通路３の途中に開閉弁４が設けられている。

この開閉弁４は、連通ポジション４ａと、遮断ポジション４ｂと、ソレノイド４ｃと、ソレノイド４ｃに対向するバネ４ｄとを備えた電磁開閉弁として構成され、ソレノイド４ｃを励磁しない状態において開閉弁４は、上記バネ４ｄに附勢されて連通ポジション４ａをとり、他方、ソレノイド４ｃを励磁した状態では、ソレノイド４ｃの推力がバネ４ｄのバネ力に打ち勝って開閉弁４を遮断ポジション４ｂに切換えることができ、また、ソレノイド４ｃへの供給電流を調整することにより開閉弁４の開度を調節して流量制御することが可能なようにしてもよい。

さて、上記のように構成されたエアバネＡにあっては、車体と車軸とが相対移動する際に、開閉弁４を連通ポジション４ａに保つと、気室１と気室２とが連通状態となり、気室１および気室２の内圧は同圧となり、気室１および気室２におけるピストン１ｃ，２ｃに作用する力は同一となる。

つまり、エアバネＡが車体と車軸との相対移動を抑制する力は、気室１および気室２が並列配置されているので、上記ピストン１ｃ，２ｃに作用する力の総和となる。

他方、上記状況下で開閉弁４を遮断ポジション４ｂに切換えると、気室１と気室２との連通が断たれ、気室１の容積変化率は気室２の容積変化率より小さいことから、気室２におけるピストン２ｃに作用する力はピストン１ｃに作用する力を上回ることになる。

開閉弁４が遮断ポジション４ｂを採る場合における気室１の容積変化率は、開閉弁４が連通ポジション４ａと採る場合における気室１および気室２の全体の容積変化率より低くなる。

これに対して、開閉弁４が遮断ポジション４ｂを採る場合における気室２の容積変化率は、開閉弁４が連通ポジション４ａを採る場合における気室１および気室２の全体の容積変化率より高くなる。

ここで、遮断ポジション４ｂを採る場合にエアバネＡ全体で発生する力は、気室１ｃおよび気室２ｃが並列配置されているので、ピストン１ｃおよびピストン２ｃに作用する力の総和であり、それぞれピストン１ｃ，２ｃの面積に気室１，２内の圧力を乗算して算出され、その総和としての力は、連通ポジション４ａを採る場合のエアバネＡが発生する力を上回ることになる。

したがって、エアバネＡがバネとして発生する力は、開閉弁４を操作して気室１と気室２とを連通遮断してやることで調節されることになる。

すなわち、このエアバネＡにあっては、従来のエアバネに必要であった第２のエアチャンバを設けることなく、エアバネＡが発生する力を変化させることができ、これにより、エアバネを小型化することができ、エアバネの車両への搭載性が向上し、重量も従来に比較して軽くなることになる。

また、上記したところでは開閉弁４を連通ポジション４ａと遮断ポジション４ｂとした場合について説明したが、開閉弁４を連通ポジション４ａに維持し、かつ、流量制御する場合には、容積変化率が大きい気室２内の圧力は、容積変化率が小さい気室１の圧力より大きくなることから、気体は気室２から気室１へ開閉弁４による抵抗を受けながら流入することになる。

すなわち、気体が開閉弁４を通過するときに所定の圧力損失が生じ、気室２と気室１の各々の圧力には所定の差を生じることになる。

この圧力差は、開閉弁４が遮断ポジション４ｂを採る場合に生じる圧力差よりは小さくなるので、上記流量制御時におけるエアバネＡが発生する力は、遮断ポジション４ｂを採る場合におけるエアバネＡが発生する力より小さくなり、開閉弁４を全開したときにおけるエアバネＡが発生する力より大きくなる。

つまり、開閉弁４の弁開度を調節して流量制御を行えば、エアバネＡが発生する力を最大から最小までの間で無段階に調節することが可能となる。

したがって、車両にこのエアバネＡを搭載する場合に、エアバネＡの発生する力を無段階に変化可能であるので、エアバネＡが発生する力を最適となるように制御することができ、車両における乗り心地を向上することができ、また、エアバネが発生する力を空圧ポンプ等の空圧源を使用して変化させる必要がなくなるので、省エネルギ、省スペースとなり、車両への搭載性も向上する。

なお、本実施の形態にあっては、二つの気室１，２の容積変化率を異ならしめるため、気室１，２のもともとの容積を異ならしめているが、たとえば、もともとの容積を同じに設定しておいても、エアバネＡの伸縮に際し、歯車などを利用した増速機構を用いてピストン１ｃとピストン２ｃの移動量を異なるようにしておけば同様の作用効果を得ることができる。

つづいて、図２に示したエアバネが具現化された懸架装置Ｓについて説明する。この懸架装置Ｓは、車体（図示せず）と車軸（図示せず）との間に介装される一対のフロントフォークＦｒ，Ｆｌと、各フロントフォークＦｒ，Ｆｌに夫々内蔵されるダンパＤｒ，Ｄｌとを備えている。

そして、該ダンパＤｒ，Ｄｌのリザーバ室Ｒｒ，Ｒｌ内には、該リザーバ室Ｒｒ，Ｒｌに充填される作動油の油面Ｏｒ，Ｏｌを境として気室Ｇｒ，Ｇｌが形成され、各気室Ｇｒ，Ｇｌは通路１０によって連通されるとともに、通路１０の途中には上記したエアバネＡで説明したものと同様の開閉弁４が設けられている。

一方のフロントフォークＦｒは、アウターチューブ２０と、アウターチューブ２０内に摺動自在に挿入されるインナーチューブ２１と、アウターチューブ２０とインナーチューブ２１との間に介装されるダンパＤｒとを備えている。

以下詳しく説明すると、ダンパＤｒは、シリンダ２２と、シリンダ２２内に摺動自在に挿入されたピストン２３と、ピストン２３に連結されシリンダ２２内に移動自在に挿入されたピストンロッド２４と、アウターチューブ２０と、インナーチューブ２１とで作られる空間に形成されたリザーバ室Ｒｒとで形成されている。

そして、ピストンロッド２４の図２中上端をインナーチューブ２１の上端に結合し、シリンダ２２の図２中下端をアウターチューブ２０の下端内周側に結合することにより、ダンパＤｒをアウターチューブ２０とインナーチューブ２１との間に介装している。

また、シリンダ２２内は、上記ピストン２３によって上室ａと下室ｂとに区画されるとともに、作動油が充填され、さらに、上室ａと下室ｂとは、ピストン２３に設けた通路２５，３１を介して連通されるとともに、下室ｂは、シリンダ２２の下端肉厚部分およびアウターチューブ２０の下端に形成した通路２６，３２を介してリザーバ室Ｒｒに連通されている。

さらに、上記通路２５，２６の途中にオリフィスやリーフバルブ等の減衰力発生要素２７，２８が夫々設けられるとともに、通路３１の途中には、上室ａから下室ｂへの作動油の流れを阻止する逆止弁３３が設けられ、また、通路３２の途中には、下室ｂからリザーバ室Ｒｒへの作動油の流れを阻止する逆止弁３４が設けられている。

またさらに、ダンパＤｒのシリンダ２２の上端と、インナーチューブ２１の内周に設けた環状のストッパ２９との間には、懸架バネ３０が介装されており、この懸架バネ３０により、フロントフォークＦｒが車体と車軸との間に介装された際、車体重量を受けて車高を維持することができるようになっている。

そして、上記フロントフォークＦｒが伸縮して、アウターチューブ２０とインナーチューブ２１とが相対移動すると、ダンパＤｒも伸縮し、シリンダ２２に対しピストンロッド２４が出没する。

特に、ダンパＤｒが収縮するときには、アウターチューブ２０内にインナーチューブ２１が侵入するのでリザーバ室Ｒｒの容積が減少し、また、このリザーバ室Ｒｒ内には、上述の気室Ｇｒが上記油面Ｏｒを境にして形成されているので、気室Ｇｒにおける容積は、フロントフォークＦｒの収縮によって減少することになる。

なお、作動油が減衰力発生要素２８を通過する時に圧力損失が生じ、ダンパＤｒは、ピストン２３の移動方向に対向する減衰力を発生する。

他方、フロントフォークＦｒが伸長するときには、アウターチューブ２０内からインナーチューブ２１が退出するのでリザーバ室Ｒｒの容積が増大し、また、このリザーバ室Ｒｒ内には、上述の気室Ｇｒが上記油面Ｏｒを境にして形成されているので、気室Ｇｒにおける容積は、フロントフォークＦｒの伸長によって増大することになる。

なお、作動油が減衰力発生要素２７を通過する時に圧力損失が生じるため、上室ａ内と下室ｂ内の圧力に差が生じて、ダンパＤｒは、ピストン２３の移動方向に対向する減衰力を発生する。

転じて、他方のフロントフォークＦｌも、上記したフロントフォークＦｒと略同様の構成ではあり、同様の部分については同じ符号を付するのみとして詳しい説明を省略するが、フロントフォークＦｌにあっては、リザーバ室Ｒｌ内に充填されている作動油が少なめに充填されており、この他方のフロントフォークＦｌが一方のフロントフォークＦｒと同じ長さに維持される場合に、フロンフォークＦｌにおけるリザーバ室Ｒｌ内の油面Ｏｌは、フロントフォークＦｒにおけるリザーバ室Ｒｒ内の油面Ｏｒより低くなるように設定されている。

そして、上記のように構成されたフロントフォークＦｒ，Ｆｌは、図示しないブラケットで結合された状態で車体と車軸との間に介装され、詳しくは、一対で二輪車の前輪を懸架する。

したがって、上記したフロントフォークＦｒ，Ｆｌは、車体と車軸とが相対移動すると、それに伴って、各フロントフォークＦｒ，Ｆｌは同期して伸縮し、このフロントフォークＦｒ，Ｆｌの伸縮の際、ダンパ各部を同一部材で形成してあるので、リザーバ室Ｒｒ，Ｒｌに流入もしくは排出される作動油量は略同量となり、気室Ｇｌにおける容積変化率は、フロントフォークＦｒの収縮時の気室Ｇｒにおける容積変化率より小さくなる。

そして、上記気室Ｇｒ，Ｇｌは、通路１０で連通され、さらに、この通路１０の途中に開閉弁４が設けられているので、この開閉弁４が気室Ｇｒ，Ｇｌの連通遮断を行うことにより、上記エアバネＡと同様に気室Ｇｒ，Ｇｌがエアバネとして作用する時に発生する力を調節することが可能である。

したがって、たとえば、搭乗者がブレーキ操作を行うような場面では、開閉弁４を遮断ポジション４ｂに切換えれば、気室Ｇｒ，Ｇｌがエアバネとして発生する力を最大にすることができ、これによって車体が前のめりになる、いわゆるノーズダイブを抑制することが可能となり、他方、車両が平坦路を直進するような場面では、開閉弁４を連通ポジション４ａに切換えて、気室Ｇｒ，Ｇｌがエアバネとして発生する力を最小にし、車両における乗り心地を向上することが可能となる。

すなわち、この懸架装置Ｓにあっては、従来の懸架装置に必要であった第２のエアチャンバを設けることなく、懸架装置Ｓの気室Ｇｒ，Ｇｌが発生する力を変化させることができ、これにより、懸架装置Ｓを小型化することができ、懸架装置Ｓの車両への搭載性が向上し、重量も従来に比較して軽くなることになり、さらに、特に二輪車に搭載される際に、第２のエアチャンバが不要であるから二輪車の美観を損ねることもない。

また、上記開閉弁４の開度調節によって上記力を最大から最小まできめ細かく制御することもできるので、車両走行状態に最適となる力を発生させることが可能で車両における乗り心地を向上することができ、また、気室Ｇｒ，Ｇｌが発生する力を空圧ポンプ等の空圧源を使用して変化させる必要がなくなるので、省エネルギ、省スペースとなり、車両への搭載性も向上する。

さらに、この懸架装置Ｓの通路１０には、この開閉弁４を迂回するバイパス路１１が設けられ、このバイパス路１１の途中には、気室Ｇｌから気室Ｇｒへの気体の流れのみを許容する逆止弁１２が設けられている。

この逆止弁１２は、開閉弁４が遮断ポジション４ｂを採るときに作動し、開閉弁４が遮断ポジション４ｂに切換えられたときよりもフロントフォークＦｒ，Ｆｌが伸長すると、気室Ｇｌより気室Ｇｒの容積変化率が大きい分、気室Ｇｒ内の圧力は気室Ｇｌ内の圧力より小さくなり、気室Ｇｌから気室Ｇｒへ気体が流入することになる。

すなわち、ノーズダイブ時に気室Ｇｒ，Ｇｌの両方で発生する力を大きくした後に、反動で車体が開閉弁４の遮断ポジション４ｂへの切換時よりも上昇するような場面では、逆止弁１２は、開放され、気室Ｇｒ内と気室Ｇｌ内の圧力をバランスするように作用するので、気室Ｇｒ，Ｇｌの両方で発生する車体を上昇させる力を緩和することができる。

したがって、ノーズダイブ後にあっても、車両における乗り心地を向上することができる。なお、ノーズダイブ後に開閉弁４を連通ポジション４ａに切換える事により上記した効果を得られるが、このノーズダイブの程度により切換えタイミングを変化させるなどの制御が必要となる場合もあるので、制御の必要がない逆止弁１２により気室Ｇｒ，Ｇｌの両方で発生する車体を上昇させる力を機械的に緩和することができる点で懸架装置Ｓを安価にすることができ、その応答性もよい。また、開閉弁４の制御が不能な状態となっても、確実に上記力の緩和が可能である。

なお、フロントフォークＦｒ，Ｆｌの伸縮時における気室Ｇｒおよび気室Ｇｌの容積変化率を異ならせるために、本実施の形態においては、リザーバ室Ｒｒ，Ｒｌ内への作動油の充填量をことならしめているが、作動油量を同量とする場合には、フロントフォークＦｒ，Ｆｌの伸縮時にリザーバ室Ｒｒ，Ｒｌに流入もしくは排出される作動油量を異ならしめることにより、フロントフォークＦｒ，Ｆｌの伸縮時における気室Ｇｒおよび気室Ｇｌの容積変化率を異ならしめるとしてもよい。

具体的には、各フロントフォークＦｒ，Ｆｌにおけるインナーチューブ２１の肉厚やインナーチューブ径を異なるものとしたり、ダンパＤｒ，Ｄｌのピストンロッド径を異なるものとしたりしてもよく、そうすることで、フロントフォークＦｒ，Ｆｌの伸縮時における気室Ｇｒおよび気室Ｇｌの容積変化率を異ならしめることができ上記作用効果を奏することが可能である。

ちなみに、本実施の形態にあっては、インナーチューブ２１にピストンロッド２４を連結し、アウターチューブ２０にシリンダ２２を連結するとしているが、逆にしてもよく、また、通路１０を気室Ｇｒ，Ｇｌに連通する限りアウターチューブ２０とインナーチューブ２１のどちらを車体に連結しても、本発明の作用効果は失われない。

また、エアバネがフロントフォークに具現化された場合について説明したが、エアバネＡ自体は、二輪車以外にも四輪車やそれ以外の車両等にも適用することができることは勿論である。

さらに、上記した各実施の形態において、通路を開閉する際にソレノイドを備えた電磁式の開閉弁を用いているが、手動で切換える開閉弁を使用してもよい。

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。

一実施の形態におけるエアバネを概念的に示す図である。 一実施の形態におけるエアバネが具現化された懸架装置を概念的に示す図である。

符号の説明

１，２、Ｇｒ，Ｇｌ 気室
１ａ，２ａ 容器
１ｃ，２ｃ，２３ ピストン
３，１０，２５，２６ 通路
４ 開閉弁
４ａ 連通ポジション
４ｂ 遮断ポジション
４ｃ ソレノイド
４ｄ バネ
５ 連結部材
１１ バイパス路
１２ 逆止弁
２０ アウターチューブ
２１ インナーチューブ
２２ シリンダ
２３ ピストン
２４ ピストンロッド
２７，２８ 減衰力発生要素
２９ ストッパ
３０ 懸架バネ
Ｓ 懸架装置
Ａ エアバネ
ａ 上室
ｂ 下室
Ｄｒ，Ｄｌ ダンパ
Ｆｒ，Ｆｌ フロントフォーク
Ｏｒ，Ｏｌ 油面
Ｒｒ，Ｒｌ リザーバ室

Claims (10)

1. 車体と車軸との間に介装され車体と車軸の相対変位により容積が変化する一対の気室と、各気室を連通する通路と、通路の途中に設けた開閉弁とを備え、上記各気室の容積変化時の容積変化率が異なることを特徴とするエアバネ。
2. 各気室の容積が異なることを特徴とする請求項１に記載のエアバネ。
3. 各気室を連通し開閉弁を迂回するバイパス路を設け、該バイパス路の途中に容積変化率が小さい気室から容積変化率の大きい気室へと向う気体の流れのみを許容する逆止弁を設けたことを特徴とする請求項２に記載のエアバネ。
4. 開閉弁は流量制御が可能であることを特徴とする請求項１から３に記載のエアバネ。
5. 車体と車軸とが伸縮自在な一対のフロントフォークを介して連結されるとともに、該フロントフォークのリザーバ室内に該リザーバ室に充填される作動油の油面を境として気室を形成したことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のエアバネ。
6. 車体と車軸との間に介装される一対のフロントフォークと、各フロントフォークのリザーバ室内に該リザーバ室に充填される作動油の油面を境として形成されフロントフォークの伸縮時に油面の上昇下降により容積が変化する気室と、各気室を連通する通路と、通路の途中に設けた開閉弁とを備え、上記各気室の容積変化時の容積変化率が異なることを特徴とする懸架装置。
7. 各気室の容積が異なることを特徴とする請求項６に記載の懸架装置。
8. 各気室を連通し開閉弁を迂回するバイパス路を設け、該バイパス路の途中に容積変化率が小さい気室から容積変化率が大きい気室へと向う気体の流れのみを許容する逆止弁を設けたことを特徴とする請求項６または７に記載の懸架装置。
9. ダンパ伸縮時にリザーバ室に流出入する作動油量が各フロントフォークで異なることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の懸架装置。
10. 開閉弁は流量制御が可能であることを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載の懸架装置。

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