JP2006342906A - ショックアブソーバ - Google Patents

Abstract

【課題】旋回時に車体に発生するロールを抑制できる新規なショックアブソーバの提供。
【解決手段】ピストン部材10を車体Ｓ側に連結すると共にシリンダ部材20をアクスル部材Ｄ側に連結し、前記シリンダ部材20に、前記アクスル部材Ｄに設けられたタイヤＴの接地点に前記車体Ｓの幅方向への応力が発生したときに、その応力によって当該シリンダ部材20内の流体圧力を変動させて前記車体Ｓのロールを制御するロール制御機構を備える。これによって、車両Ｓの旋回時にシリンダ部材20内の圧力が高くなってそのピストン部材10を戻す反力が発生するため、車体Ｓに発生するロールを効果的に抑制することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車の車輪および車軸（アクスル）を支える懸架装置の一部を構成するショックアブソーバに関するものである。

一般に乗用車などの四輪車は、旋回中に車体がロールして外側に車体が傾斜するような現象が発生するが、このような車体のロール現象を抑制するための従来技術としては、例えば、以下の特許文献１に示すような方法が提案されている。
すなわち、この特許文献１に開示されている従来技術は、車輪を車体側に支持連結するサスペンションシステムの左右各油圧シリンダにそれぞれ油路を介して調圧シリンダを接続し、この調圧シリンダによって各油圧シリンダの圧力（減衰力）を調節することで車体のロールを抑制するようにしている。
特開平１１−１９８６２８号公報

ところで、このような従来技術は、左右の車輪が同時に逆方向にストロークすることで始めて減衰力が発生する構造となっているため、ロール現象がある程度発生した状態でないとそれを抑制する機能が発揮できない。
また、一般に不整地などを走行する場合は、各車輪は独自に減衰力を発揮する必要がある。
さらに、左右の各油圧シリンダを連通する油路や調圧シリンダが別個必要となり、また、そのための設置スペースを新たに確保しなければならない。
そこで、本発明はこのような課題を有効に解決するために案出されたものであり、その目的は、旋回時の車体のロールを効果的に抑制することができる新規なショックアブソーバを提供するものである。

前記課題を解決するために本発明のショックアブソーバは、
粘性を有する流体が充填されたシリンダ部材内にピストン部材を挿入すると共に、当該ピストン部材を車体側に連結すると共に前記シリンダ部材をアクスル部材側に連結したショックアブソーバにおいて、
前記アクスル部材を前記シリンダ部材に対してキャンバ方向に変位自在に連結すると共に、前記シリンダ部材にこれと連通する追加シリンダ部材を設け、当該追加シリンダ部材内に前記アクスル部材の変位に連動して摺動する追加ピストン部材を備えたことを特徴とするものである。

これによって、車両の旋回時にシリンダ部材内の流体の圧力が高くなってそのピストン部材を戻すような反力が発生するため、車体に発生するロールを効果的に抑制することができる。
すなわち、車両の旋回時においては、外側のタイヤの接地点には車両幅方向（キャンバ方向）内側へ応力が発生してそれを支持するアクスル部材も同じくキャンバ方向に変位するような応力が加わる。そして、このようなキャンバ方向の応力が発生すると追加ピストン部材が追加シリンダ部材内に押し込まれるように連動してシリンダ部材の内圧が一気に高まってそのシリンダ部材内を摺動するピストン部材を押し上げるな反力が発生するため、そのピストン部材の動きが規制されて車体に発生するロールを効果的に抑制することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面を参照しながら詳述する。
図１および図２は、本発明に係るショックアブソーバ１００の実施の一形態を示したものであり、図１は、このショックアブソーバ１００の取付け状態およびその構造を示す縦断面図、図２は、このショックアブソーバ１００の外観斜視図である。
図示するように、このショックアブソーバ１００は、車体Ｓ側に連結されるピストン部材１０と、タイヤＴを軸支するアクスル部材Ｄ側に連結されたシリンダ部材２０とから構成されている。

このシリンダ部材２０は、筒状をシリンダ本体２１内に適度な粘性を有する流体Ｆ、例えばダンパオイルなどの液体を封入したものであり、その内部に前記ピストン部材１０のピストン本体１１が摺動自在に挿入されている。
また、このシリンダ本体２１の下端付近には、タイヤＴ方向に延びる連結部材２２が一体的に形成されており、この連結部材２２に連結ピン２３を介して前記アクスル部材Ｄがキャンバ方向に揺動自在に軸支されている。

一方、ピストン部材１０は、このシリンダ本体２１内に摺動自在に挿入された円板状のピストン本体１１と、車体Ｓ側からこのシリンダ本体２１の上端を貫通してピストン本体１１に接続されるピストンロッド１２とから構成されている。
そして、このシリンダ本体２１には、少なくとも１つ以上の流路孔（スリット）１３が形成されており、ピストン本体１１の動きに伴ってシリンダ本体２１内の流体Ｆがこの流路孔１３を通過する際に発生する抵抗によって所定の減衰力が発生するようになっている。

また、このシリンダ部材２０のシリンダ本体２１下端付近には、タイヤＴ方向とその反対方向にそれぞれほぼ水平に延出するように２つの追加シリンダ部材３０、４０が設けられている。
この追加シリンダ部材３０、４０は、それぞれ前記シリンダ本体２１と連通するように一体成型された筒状の追加シリンダ本体３１、４１内に、これを塞ぐように円板状の追加ピストン部材３２、４２をそれぞれ摺動自在に挿入された構造となっており、さらに、これら各追加ピストン部材３２、４２には、それぞれピストンロッドを兼用する連結ロッド３３、４３がそれぞれアクスル部材Ｄ側に延びるように連結されている。

そして、この連結ロッド３３、４３の延出端部は、前記連結部材２２を上下に挟むように前記アクスル部材Ｄ側に連結ピン３４、４４を介して軸支されている。
すなわち、この追加シリンダ部材３０、４０内の各追加ピストン部材３２、４２は、連結部材２２の連結ピン２３を軸としてアクスル部材Ｄが前記シリンダ部材２０に対してキャンバ方向の揺動（変位）に連動して追加シリンダ本体３１、４１内をそれぞれ摺動するような構造となっている。

また、この追加シリンダ部材３０、４０の各追加ピストン部材３２、４２は、図３および図４に示すように、それぞれ連結ロッド３３、４３の先端に一対の金属製円板５０，５０間に、これより外径がやや大きいリング状のシールラバー５１を挟み、それら取付けボルト５２で固定した構造となっている。
そして、図３に示すように、このシールラバー５１の外周面が追加シリンダ本体３１、４１の内壁に密着しながら摺動することでその隙間からの流体Ｆの漏れを防止するようになっている。
また、このシールラバー５１の外周面はかまぼこ型に隆起しており、図示するように追加ピストン部材３２、４２が径方向に多少芯ずれた場合であってもこのシールラバー５１の外周面が常に追加シリンダ本体３１、４１の内壁に密着するようになっている。

次に、このような構造をした本発明の係るショックアブソーバ１００の作用を説明する。
なお、このショックアブソーバ１００には、図示しないコイルスプリングなどの緩衝部材が一体（ストラット方式）で設けられており、車体Ｓを弾性支持すると共に車体Ｓとアクスル部材Ｄ間の変位を吸収して緩和するようになっている。また、図１中Ｌは、アクスル部材Ｄの下端側を支持するロアアーム、Ｂは、シリンダ部材２０と車体Ｓとの衝突を防止するためのバンプストッパである。

先ず、直線走行時において車両が路面の凹凸を通過するなどによってタイヤＴが車体Ｓに対して鉛直方向に変位すると、その変位がアクスル部材Ｄを介してシリンダ部材２０に伝達してシリンダ部材２０も同様に変位することになるが、このショックアブソーバ１００に付設されたコイルスプリングなどの緩衝部材によってそのシリンダ部材２０の変位が車体Ｓ側に直接伝わることはなく、その変位はこれらの緩衝部材によって吸収される。

また、この緩衝部材の収縮動に伴ってピストン部材１０のピストン本体１１がシリンダ部材２０内を往復動することになるが、その往復動に伴ってその流路孔１３を流体Ｆが通過する際にその流体Ｆが往復動の抵抗となってその往復動作を減衰する力となるため、その緩衝部材の収縮動が短時間で収斂することになる。
従って、本発明のショックアブソーバ１００は、直線走行などの通常走行においては、従来のそれと同様に減衰装置（ダンパ）としての機能を十分に発揮することができる。

一方、このような直線走行から車両がカーブにさしかかり、旋回走行状態に入ると遠心力によって車体Ｓがカーブの外側にふくらむようにロールし始める。
このように車体Ｓがロールすると、直線走行時には左右両輪にほぼ均一にかかっていた車両の荷重が旋回外周側の車輪に集まるため、図５に示すように、旋回外側の車輪のタイヤ接地面には、車両幅方向内側への力が発生してタイヤＴおよびこれを支えるアクスル部材Ｄの下端側をキャンバ方向に揺動（変位）するような力が発生する。
そして、このようなキャンバ方向への力がタイヤＴに作用すると、これと同時に追加シリンダ部材３０および４０内の追加ピストン部材３２、４２が連結ロッド３３、４３を介してそれぞれシリンダ部材２０側へ押し込まれるように移動してシリンダ部材２０内の圧力を上昇させる。

すると、シリンダ部材２０内のピストン部材１０が押し上げられるように作用し、これが反力となってピストン部材１０を押し下げるように作用するロール荷重を相殺するようになるため、シリンダ部材２０内のピストン部材１０の沈み込み量が大幅に少なくなって車体Ｓのロールを効果的に抑制することができる。
そして、このロール加重によるピストン部材１０が押し上げられ力と、内圧上昇によるピストン部材１０を押し上げる力である反力がつり合うように各部材を設計すれば、理論上、ロール角を「０」にすることも可能となる。

例えば、図６に示すように、ロール荷重によるピストンロッド１２への入力を「Ｆ´」、ピストンロッド１２の反力を「Ｐａ」、シリンダ部材２０の内圧を「Ｐ」、ピストンロッド１２の断面積を「ａ」、旋回時のタイヤ接地面のキャンバ方向の応力を「Ｆ」、アクスル部材Ｄの路面からの高さを「ｘ」、追加シリンダ部材の断面積を「Ａ」、シリンダ部材２０に対するアクスル部材Ｄの変位モーメント「Ｍ」、シリンダ部材２０とアクスル部材Ｄとの軸支部から連結ロッド３３、４３とアクスル部材Ｄとの軸支部までの各垂直距離をそれぞれ「ｘ´、ｘ´」とすると、
ロール角「０」を満たす条件は、
Ｍ＝Ｆｘ＝２ＡＰｘ´…（１：モーメントのつり合い）
Ｆ´＝Ｐａ…（２：ロッド反力のつり合い）
上記の式（１）、（２）により、
Ｆｘ＝（２ＡＦ´ｘ´）／ａ
Ａｘ´＝Ｆａｘ／２Ｆ´…（３）
となる。

ここで、「Ｆ」、「Ｆ´」は旋回Ｇに比例する値であるため、旋回Ｇによらず上記式（３）の右項は一定となることから、上記式（３）の「Ａ」、「ｘ´」を設定することでロール角「０」とすることが可能となる。
そして、このようなロール角「０」を満たす条件に基づいて、実車の相場値による検証を行った一例を以下に示す。
実車の車輪間の距離を「１５００ｍｍ」、路面から実車の重心距離を「５５０ｍｍ」、旋回Ｇを「０．５Ｇ」、車体荷重を「５００ｋｇｆ」とすると、
本発明のショックアブソーバ１００のピストンロッド１０に加わるロール荷重「Ｆ´」は、
Ｆ´＝５００×５５÷１５００×０．５×９．８＝８９８Ｎとなる。

一方、タイヤＴの接地面にかかるキャンバ方向の応力「Ｆ」は、
Ｆ＝５００×０．７（車体荷重の約７０％（０．５Ｇ旋回時））×９．８＝３４３０Ｎとなる。
そして、ピストンロッド１０の断面積「ａ」、アクスル部材Ｄの地上高「ｘ」をそれぞれ、
「ａ」＝３１４ｍｍ^２ 、「ｘ」＝２００ｍｍ^２とすると、
上記（３）式より、
Ａｘ´＝（３４３０×３１４×２００）／（２×８９８）＝１２００００ｍｍ^２
となることから、
「ｘ´」を５０ｍｍとすると、追加ピストンの断面積「Ａ」を２４００ｍｍ^２＝９４φとすることで、ロール角「０」を実現することが可能となる。

ところで、本発明のショックアブソーバ１００は、旋回時にタイヤＴの接地面にかかるキャンバ方向の応力によってシリンダ部材２０の内圧を上昇させてロール荷重に抗するような反力を発生させることで旋回時の車体Ｓのロールを抑制するようにしたものであるが、このような構成をした本発明のショックアブソーバ１００は、ロールの発生を許容する代わりにタイヤの接地性を格段に向上させることができる装置としての機能も発揮することが可能となっている。

すなわち、従来のショックアブソーバ構造（サスペンション構造）では、ロールが発生するとタイヤのキャンバ角も傾いてタイヤの接地面が路面に対して垂直に位置しなくなってしまうが、本発明のショックアブソーバ１００では、アクスル部材Ｄがシリンダ部材２０に対してキャンバ方向に変位（揺動）自在に連結されていることから、図７に示すようにピストン部材１０にロール荷重が加わってシリンダ部材２０の内圧が上昇すると、これによって図中矢印に示すように、追加シリンダ部材３０、４０内の追加ピストン部材３２、４２が外側に押し出されるように移動し、これに伴ってアクスル部材Ｄの下端側が車両の外側に移動するように揺動することになる。
これによって、車体Ｓがロールした場合であっても、常にタイヤＴの接地面が路面に対して垂直に位置するようになるため、タイヤＴの接地性を格段に向上させることができる。

なお、図７は、旋回の外周側のショックアブソーバ１００およびタイヤＴの動きを示したものであるが、旋回の内周側のショックアブソーバ１００およびタイヤＴは、これとは反対方向に動作するために、旋回の外周側のタイヤＴのみならず、旋回の内周側のタイヤＴについても同様に常にタイヤＴの接地面を路面に対して垂直に位置させることができることは勿論である。

また、このようにロールの発生を許容する代わりにタイヤＴの接地性を格段に向上できる装置として機能させるには、図７に示すようにアクスル部材Ｄを水平状態からさらにその下端が車体Ｓ外側に変位可能に連結すると共に、前述した具体例に示したようにピストン部材１０に入力されるロール荷重によりもタイヤＴ側からの反力を小さくするように各部位を設計することによって容易に達成することができる。

また、本実施の形態では、追加シリンダ部材３０、４０をタイヤＴ方向とその反対方向にそれぞれ１つずつ設けた例で示したが、図８や図９に示すように、少なくとも１つあれば本発明の作用・効果を発揮することが可能であり、また、さらに２つ以上設ければ、各追加シリンダ部材３０、４０のサイズを小さくすることが可能となるため、限られたスペースに対しても容易に適用することができる。
また、図２および図９に示すように、連結ロッド３３、４３を二股に分岐してアクスル部材Ｄに軸支することによって一定の方向にのみ荷重を加えることができるため、追加ピストン部材３２、４２に加わる荷重が一定の向きに偏って追加ピストン部材が３２、４２こじって流体漏れなどが起こるといった不都合を未然に防止することができる。

本発明に係るショックアブソーバの実施の一形態を示す説明図である。 本発明に係るショックアブソーバの実施の一形態を示す外観構造図である。 追加シリンダ部材の構造を示す断面図である。 追加シリンダ部材に挿入される追加ピストン部材の構成を示す分解図である。 本発明に係るショックアブソーバの作用を示す説明図である。 本発明に係るショックアブソーバの設計例を示す説明図である。 本発明に係るショックアブソーバの他の実施の形態を示す説明図である。 本発明に係るショックアブソーバの他の実施の形態を示す説明図である。 本発明に係るショックアブソーバの他の実施の形態を示す外観斜視図である。

符号の説明

１００ ショックアブソーバ
１０ ピストン部材
２０ シリンダ部材
３０、４０ 追加シリンダ部材
３３、４３ 連結ロッド
Ｆ 流体
Ｄ アクスル部材
Ｓ 車体
Ｔ タイヤ

Claims (8)

1. 粘性を有する流体が充填されたシリンダ部材内にピストン部材を挿入すると共に、当該ピストン部材を車体側に連結すると共に前記シリンダ部材をアクスル部材側に連結したショックアブソーバにおいて、
   前記シリンダ部材に、前記アクスル部材に設けられたタイヤの接地点に前記車体の幅方向への応力が発生したときに、その応力によって当該シリンダ部材内の流体圧力を変動させて前記車体のロールを制御するロール制御機構を備えたことを特徴とするショックアブソーバ。
2. 粘性を有する流体が充填されたシリンダ部材内にピストン部材を挿入すると共に、当該ピストン部材を車体側に連結すると共に前記シリンダ部材をアクスル部材側に連結したショックアブソーバにおいて、
   前記アクスル部材を前記シリンダ部材に対してキャンバ方向に変位自在に連結すると共に、前記シリンダ部材にこれと連通する追加シリンダ部材を設け、当該追加シリンダ部材内に前記アクスル部材の変位に連動して摺動する追加ピストン部材を備えたことを特徴とするショックアブソーバ。
3. 請求項２に記載のショックアブソーバにおいて、
   前記追加シリンダ部材を、前記シリンダ部材の側部から前記アクスル側に延出するように前記シリンダ部材と一体形成したことを特徴とするショックアブソーバ。
4. 粘性を有する流体が充填されたシリンダ部材内にピストン部材を挿入すると共に、当該ピストン部材を車体側に連結すると共に前記シリンダ部材をアクスル部材側に連結したショックアブソーバにおいて、
   前記アクスル部材を前記シリンダ部材に対してキャンバ方向に変位自在に連結すると共に、前記シリンダ部材に、前記車体がロールしたときに、その応力によって当該シリンダ内の流体圧力を変動させて前記アクスル部材をキャンバ方向に変位させるキャンバ変位機構を備えたことを特徴とするショックアブソーバ。
5. 請求項４に記載のショックアブソーバにおいて、
   前記キャンバ変位機構は、前記シリンダ部材と連通する追加シリンダ部材と、当該追加シリンダ部材内に摺動自在に挿入され、前記アクスル部材の変位と連動する追加ピストン部材とを備えたことを特徴とするショックアブソーバ。
6. 請求項５に記載のショックアブソーバにおいて、
   前記キャンバ変位機構の追加シリンダ部材を、前記シリンダ部材の側部から前記タイヤ側に延出するように前記シリンダ部材と一体形成したことを特徴とするショックアブソーバ。
7. 請求項２、３、５、６のいずれか１項に記載のショックアブソーバにおいて、
   前記追加シリンダ部材と追加ピストン部材をそれぞれ２つ以上備えたことを特徴とするショックアブソーバ。
8. 請求項２、３、５、６のいずれか１項に記載のショックアブソーバにおいて、
   前記追加ピストン部材と前記アクスル部材間を連結ロッドで連結すると共に、当該連結ロッドの前記アクスル部材側を前記シリンダ部材を挟むように二股に分岐して当該アクスル部材に揺動自在に軸支したことを特徴とするショックアブソーバ。

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