JP2009068630A - 空気ばね - Google Patents

Abstract

【課題】ダイヤフラムの寿命が低下することを防止すると共に、サイズの拡大も抑制された空気ばねを提供する。
【解決手段】ダストカバー５０は、環状とされており、内周側に筒状のカバー内周部５０Ａが、外周側に筒状のカバー外周部５０Ｂが、各々構成されている。ダストカバー５０中間部５０Ｍは、蛇腹状に形成されており、径方向へ伸縮可能とされている。カバー内周部５０Ａは、スリーブ部材６０の他端６０Ｂ側の外周に、バンド６２によりスリーブ部材６０へ圧接されることにより取り付けられている。また、カバー外周部５０Ｂは、ブラケット２６の開口部２６Ａ側の外周に、バンド６４によりブラケット２６へ圧接されることにより取り付けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気圧を利用して入力荷重に対して弾性的な反力を発生させ、この反力により入力荷重を支持する空気ばねに関する。

車両のサスペンション等に用いられる空気ばねとしては、例えば、特許文献１に記載されているものが知られている。この特許文献１記載の空気ばねは、支持体及び可動体の一方に連結されるシェル（チャンバ部材）と、支持体及び可動体の他方に連結されるピストン（ピストン部材）と、略円筒状に形成されると共に中間部が内外反転状態とされ、一端部及び他端部がそれぞれチャンバ部材及びピストン部材に連結され、内部にチャンバ室が形成されるダイヤフラムとを備えている。

また特許文献１の空気ばねは、オゾン、酸素等の反応性ガスを含む大気や土砂、石等の異物からダイヤフラムを保護するために、ダイヤフラムの外周側に配置されるダストカバーを備えている。このダストカバーには、その上端部にチャンバ部材の外周側に固定される連結筒部が設けられると共に、この連結筒部の下端部から外周側へ延出する肩部及び、この肩部の下端部から下方へ延出し、可動体の移動方向に沿って伸縮可能とされた筒状の蛇腹部が一体的に設けられている。

上記のような空気ばねは、車両におけるサスペンションに適用されることがある。この場合、チャンバ部材が支持体である車体側に固定されると共に、ピストン部材が可動体であるサスペンションアームに連結固定され、車体とサスペンションアームとの間にダイヤフラムが揺動方向に沿って伸縮可能な状態で配置される。これにより、路面側からの荷重によりサスペンションアームが車体側（バウンド方向）へ揺動すると、ダイヤフラム内のチャンバ室内の空気が圧縮されて空気圧が上昇すると共に、この空気圧によりサスペンションアームを介して路面側から入力する荷重を支持する。このとき、チャンバ室内に充填する空気の圧力を調整することにより、中立位置にあるサスペンションアームの位置を調整することが可能になる。

この特許文献１の空気ばねは、オゾン、酸素等の反応性ガスを含む大気や土砂、石等の異物からダイヤフラムを保護するために、ダイヤフラムの外周を覆うダストカバーを備えている。このダストカバーは、蛇腹状とされ、一端部がチャンバ部材側に固定され、他端部がピストン側に固定されて、ダイヤフラムの全体を覆っている。

上記のように、ダストカバーでダイヤフラム全体を覆うようにした場合には、ダストカバーが蛇腹状とされていることから、サスペンションアームの揺動により、ダストカバーの谷部とダイヤフラムとが摺接され、ダイヤフラムが摩耗して寿命が低下するという問題がある。また、この摺接を避けるためにダストカバーとダイヤフラムとの間隔を大きくすると、空気ばねの径方向のサイズが大きくなってしまうという問題がある。
特開２００４−１５６６６３号公報

本発明は、上記事実を考慮してなされたものであり、ダイヤフラムの寿命が低下することを防止すると共に、サイズの拡大も抑制された空気ばねを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の請求項１に係る空気ばねは、互いに相対移動する第１移動体及び第２移動体の間に配置される空気ばねであって、前記第１移動体側に取り付けられるチャンバ部材と、前記第２移動体側に取り付けられるピストン部材と、筒状とされると共に、一端部が前記チャンバ部材に連結され他端部が前記ピストン部材に連結されて内部にチャンバ室が形成され、中間部よりも小径の前記他端部が前記中間部を内外反転状態として筒内へ折り返されたダイヤフラムと、一端が前記第１移動体側に取り付けられると共に他端が開口され、前記ダイヤフラムより大径とされ、前記ダイヤフラムの外周を覆う筒状のスリーブ部材と、環状とされ、前記スリーブ部材の前記開口された他端側に取り付けられたカバー内周部と前記第２移動体側に取り付けられたカバー外周部とを有し、伸縮可能とされたダストカバーと、を備えている。

本発明の空気ばねは、互いに相対移動する第１移動体及び第２移動体の間に配置されるものである。ここでの第１移動体及び第２移動体は、少なくとも一方が移動して互いに相対移動するものであればよく、片方は移動されないものであってもよい。

チャンバ部材は第１移動体側に取り付けられ、ピストン部材は第２移動体側に取り付けられている。なお、チャンバ部材及びピストン部材の各々は、直接、第１移動体、第２移動体に取り付けられていてもよいし、他の部材を介して間接的に取り付けられていてもよい。

ダイヤフラムは、筒状とされると共に、一端部がチャンバ部材に連結され他端部がピストン部材に連結されて内部にチャンバ室が形成されている。他端部は中間部よりも小径とされており、この他端部が筒内へ折り返されている。これにより中間部は、内外反転状態とされている。

スリーブ部材は、一端が第１移動体側に取り付けられると共に他端が開口されている。また、ダイヤフラムより大径とされてダイヤフラムの外周を覆っている。一方、ダストカバーは、カバー内周部がスリーブ部材の前記開口された他端側に取り付けられ、カバー外周部が第１移動体側に取り付けられている。なお、カバー外周部は、第２移動体に直接取り付けられていてもよいし、他の部材を介して間接的に取り付けられていてもよい。

上記構成では、ダイヤフラムはスリーブ部材により覆われ、第１移動体と第２移動体とが相対移動する際には、スリーブ部材の内壁に接して径方向外側への拡張が規制される。このスリーブ部材の内壁は、ダストカバーのように伸縮する必要はないので、剛性部材で構成することができ、接触されるダイヤフラムの摩耗を抑制することができる。その結果、ダイヤフラムの寿命の低下を抑制することができる。

また、ダストカバーは、スリーブ部材の開口側端部に取り付けられているので、ダイヤフラムの外側にダストカバーを配置する場合と比較して、空気ばねのサイズを小さくすることができる。

本発明の請求項２に係る空気ばねは、請求項１記載の空気ばねにおいて、前記ダストカバーは、前記カバー内周部側よりも前記カバー外周部側が大径とされ、前記カバー内周部から径方向外側に向かって延出された外側位置に前記カバー外周部側が配置されていること、を特徴とする。

ここで、カバー内周部から径方向外側に向かって延出された外側位置は、スリーブ部材の開口位置よりも第１移動体側であって、第２移動体側であっても、開口位置付近であってもよい。

このように、ダストカバーを配置することにより、伸縮の要求されるダストカバーの長さを確保することができる。

本発明の請求項３に係る空気ばねは、請求項２記載の空気ばねにおいて、前記第２移動体側には、前記スリーブ部材よりも大径で前記第１移動体に向かって開口した皿状のブラケットが固定され、前記ピストン部材は前記ブラケット内に取り付けられ、前記ダストカバーのカバー外周部は前記ブラケットの外縁部に取り付けられていること、を特徴とする。

上記構成では、ダストカバーのカバー外周部はブラケットを介して第２移動体に取り付けられる。このように、ブラケットを用いることにより、容易にダストカバーを第２移動体へ取り付けることができる。

以上説明したように本発明に係る空気ばねによれば、ダイヤフラムの寿命が低下することを防止すると共に、空気ばねのサイズの拡大も抑制することができる。

以下、本発明の実施形態に係る空気ばねについて図面を参照して説明する。

図１には、本発明の実施形態に係る空気ばねが適用されたサスペンションが模式的に示されている。本実施形態の空気ばねは、第１移動体としての車体と第２移動体としてのサスペンションアームとの間に配置されるものである。図１に示されるように、サスペンション１２は、全体としてドラム状に形成された空気ばね１０及び梁状に形成されたサスペンションアーム１４を備えている。サスペンションアーム１４には、その長手方向に沿った基端部及び先端部にそれぞれ円筒状のブッシュホルダ１６、１８が配置されている。図１では、サスペンションアーム１４は、中立位置に配置されている。

サスペンションアーム１４は、基端側のブッシュホルダ１６がゴムブッシュ（図示省略）を介して車体１５側に揺動可能に連結され、先端側のブッシュホルダ１８は、ゴムブッシュを介してホイールハブ（図示省略）側に回転可能に連結される。これにより、サスペンションアーム１４は、基端側のブッシュホルダ１６を中心として車体１５により上下方向に沿って揺動可能に支持される。

図１に示されるように、空気ばね１０には、その下端側に略有底円筒状に形成されたピストン部材２４が設けられると共に、ピストン部材２４の上側にチャンバ部材２２が配置されている。

ピストン部材２４には、その上端部に下端側に対して内外径が縮径された円筒状の被連結部２８が一体的に形成されている。ピストン部材２４は、底板下面側で、ブラケット２６に固定されている。ブラケット２６は、浅皿状とされ、開口部２６Ａは、後述するスリーブ部材６０の外径よりも大径とされている。ブラケット２６の開口端は、外側で下方向に折り返されてＲ状の丸角２６Ｒとされている。ピストン部材２４は、ブラケット２６を介してサスペンションアーム１４に固定されている。

チャンバ部材２２は、有底円筒状とされ底部２２Ａが上面になるようにして車体１５に固定されている。チャンバ部材２２には、底部２２Ａの外周端部から下方へ突出するように円筒状の被連結部２２Ｂが屈曲形成されている。

空気ばね１０には、ダイヤフラム３２が設けられている。ダイヤフラム３２は、薄肉円筒状とされ、一端部３２Ａがピストン部材２４の被連結部２８に連結され、他端部３２Ｂがチャンバ部材２２の被連結部２２Ｂに連結されている。ダイヤフラム３２は、ゴム膜により形成されており、中間部にはＵ字部３４が形成されている。他端部３２Ｂは、Ｕ字部３４よりも小径とされている。ダイヤフラム３２は、他端部３２Ｂ側が筒内へ入るようにＵ字部３４で折り返されており、内周面と外周面とが反転されている。

ダイヤフラム３２の一端部３２Ａは円筒状に形成され、被連結部２２Ｂの外周を覆うように嵌挿される。また、他端部３２Ｂも円筒状に形成され、被連結部２８の外周を覆うように嵌挿される。

空気ばね１０には、他端部３２Ｂの外周側に巻き付けられる下側カシメリング２９が備えられると共に、一端部３２Ａの外周側に巻き付けられる上側カシメリング４２が備えられている。下側カシメリング２９は、他端部３２Ｂを内周側へ締め付けて被連結部２８の外周面に全周に亘って圧接させ、他端部３２Ｂを被連結部２８に気密状態となるように連結固定している。また上側カシメリング４２は、一端部３２Ａを内周側へ締め付けて被連結部２２Ｂの外周面に全周に亘って圧接させ、一端部３２Ａを被連結部２２Ｂに気密状態となるように連結固定している。これにより、ダイヤフラム３２の内周側には、略円柱状のチャンバ室４４が形成される。

図１に示されるように、チャンバ部材２２は、車体１５側のピストン部材２４に対向する位置に固定されている。これにより、空気ばね１０は、サスペンションアーム１４と車体１５との間に介装される。チャンバ部材２２の頂板部には圧力配管４６の一端部が接続されている。圧力配管４６は、その他端部が車体１５側に搭載されたエアポンプ、アキュームレータ等の圧縮空気の供給源（図示省略）に接続されており、圧縮空気の供給源をチャンバ室４４内へ連通している。圧力空気の供給源は、圧力配管４６を通して車両の走行状況や積載荷重に応じた空気圧を有する圧縮空気をチャンバ室４４内へ供給する。

空気ばね１０には、スリーブ部材６０が設けられている。スリーブ部材６０は、略円筒状とされ、ダイヤフラム３２よりも大径とされている。スリーブ部材６０は、一端６０Ａが上側カシメリング４２の外側に配置され、バンド６６によりチャンバ部材２２側へ圧接されることにより取り付けられている。まら、スリーブ部材６０の他端６０Ｂは、中立時におけるダイヤフラム３２のＵ字部３４付近に配置されている。すなわち、スリーブ部材６０は、中立時においてダイヤフラム３２の外周（側面）を覆うように配置されている。ダイヤフラム３２は、スリーブ部材６０の下側の開口６０Ｋから出入り可能とされている。スリーブ部材６０は、金属製とされており、ダイヤフラム３２の径方向外側への拡張を防止する。このように、スリーブ部材６０をダイヤフラム３２の外周を覆うように配置することにより、ダイヤフラム３２は、チャンバ室４４内の空気圧に応じて変形する際に、スリーブ部材６０の内壁に接するが、スリーブ部材６０の内壁は、平滑な曲面とされているので、ダイヤフラム３２は、摺接による摩耗が抑制される。

空気ばね１０には、樹脂製のダストカバー５０が設けられている。ダストカバー５０は、環状とされており、内周側に筒状のカバー内周部５０Ａが、外周側に筒状のカバー外周部５０Ｂが、各々構成されている。また、ダストカバー５０のカバー内周部５０Ａとカバー外周部５０Ｂとの間のダストカバー中間部５０Ｍには、周方向へ延在する多数の折線部が形成されている。多数の折線部に沿ってダストカバー中間部５０Ｍが内周側及び外周側へ交互に屈曲されて蛇腹状に形成されており、折線部をヒンジとして屈曲部の角度を変化させることにより径方向へ容易に伸縮可能とされている。

カバー内周部５０Ａは、スリーブ部材６０の他端６０Ｂ側の外周に、バンド６２によりスリーブ部材６０へ圧接されることにより取り付けられている。また、カバー外周部５０Ｂは、ブラケット２６の開口部２６Ａ側の外周に、バンド６４によりブラケット２６へ圧接されることにより取り付けられている。ダストカバー中間部５０Ｍのカバー内周部側５０Ａはカバー外周部側５０Ｂよりもサスペンションアーム１４側（図１において下側）に配置されている。ダストカバー５０により、ダイヤフラム３２のＵ字部３４は外部へ露出されることがなく、粉塵等の異物から保護されている。

なお、ダストカバー５０は、例えば、比較的柔軟性に富んだ樹脂材料であるポリオレフィンエラストマーを素材として、ブローモールディング成形（ブロー成形）により製造することができる。また、ダストカバー５０の成形素材は、ポリオレフィンエラストマー以外であっても柔軟性に富み、かつブロー成形可能なものならば他の樹脂材料、ゴム組成物等も使用可能である。

ブラケット２６の開口部２６Ａと、スリーブ部材６０の他端６０Ｂとの間の距離を、カバー長Ｌとすると、空気ばね１０が中立位置に配置されているときのカバー長ＬはＬ０となっている。

次に、上記のように構成された本実施形態に係る空気ばね１０の作用について説明する。

空気ばね１０は、車体１５とサスペンションアーム１４との間に介装されることにより、サスペンションアーム１４に対してチャンバ室４４内の空気圧に対応するばね反力を作用させる。そして、このばね反力により、路面側からサスペンションアーム１４に入力される荷重を支持する。すなわち、図２（Ａ）に示すように、路面側からの荷重によりサスペンションアーム１４が車体側（バウンド方向Ｘ）へ揺動すると、ピストン部材２４によりチャンバ室４４内の空気が圧縮されて空気圧が上昇し、この空気圧によりサスペンションアーム１４を介して路面側から入力する荷重が支持される。

このとき、スリーブ部材６０の他端６０Ｂがブラケット２６の底面側へ近づいて、ブッシュホルダ１８に最も近い位置のカバー長ＬがＬ１となり、ブッシュホルダ１６に最も近い位置のカバー長ＬがＬ２となる。カバー長Ｌについては、Ｌ０＜Ｌ２＜Ｌ１の関係となる。ダストカバー５０は、中間部５０Ｍが蛇腹状であることから、径方向に伸びて、スリーブ部材６０とブラケット２６との間の相対移動に追従する。

続いて、サスペンションアーム１４が車体から離れる方向（リバウンド方向Ｙ）へ揺動して、ピストン部材２４がスリーブ部材６０の外側へ移動すると、チャンバ室４４が拡張されて圧縮状態であった空気が減圧される。

このとき、スリーブ部材６０の他端６０Ｂがブラケット２６の底面から離れる方向へ移動し、ブッシュホルダ１８に最も近い位置のカバー長ＬがＬ３となり、ブッシュホルダ１６に最も近い位置のカバー長ＬがＬ４となる。カバー長Ｌについては、Ｌ０＜Ｌ４＜Ｌ３の関係となる。この場合にも、ダストカバー５０は径方向に伸びて、スリーブ部材６０とブラケット２６との間の相対移動に追従する。

本実施形態の空気ばね１０によれば、ダストカバー５０のカバー内周部５０Ａはスリーブ部材６０の他端６０Ｂ側に取り付けられているので、スリーブ部材６０の一端６０Ａ側に取り付けられた場合と比較して、ダストカバー５０を小さくすることができる。また、ダストカバー５０の中間部５０Ｍが、ダイヤフラム３２と接触することがなく、ダイヤフラム３２の摩耗を抑制することができる。

また、スリーブ部材６０の外周には、ダストカバー５０が配置されないので、空気ばね１０のサイズを小さくすることができる。さらに、車体１５への取付後の静止状態（初期状態）において、ダストカバー５０中間部５０Ｍのカバー内周部５０Ａ側がカバー外周部５０Ｂ側よりもサスペンションアーム１４側（図１において下側）に配置されているので、リバウンド方向におけるダストカバー５０の追従可能距離を長くすることができる。すなわち、リバウンド方向への動作時に、ダストカバー中間部５０Ｍは初期状態から一旦圧縮された後に伸張されるため、同一長さを追従させるために必要なダストカバー中間部５０Ｍの寸法を短くすることができる。

なお、本実施形態では、ブラケット２６をサスペンションアーム１４へ固定し、ブラケット２６の外縁にダストカバー５０のカバー外周部５０Ｂ側を取り付けたが、ブラケット２６はなくてもよい。ブラケット２６なしの場合には、図３に示すように、ダストカバー５０の他端５０Ｂをサスペンションアーム１４へ直接固定することにより、サスペンションアーム１４への取り付けを行うことができる。

また、本実施形態では、ダストカバー５０を下側に配置した例について説明したが、図４に示すように、空気ばね１０全体を上下逆に配置し、ブラケット２６を車体１５へ取り付け、チャンバ部材２２をサスペンションアーム１４へ取り付ける構成としてもよい。この場合には、圧力配管４６の一端部は、ブラケット２６を貫通させてピストン部材２４側へ接続させる。
また、ブラケット２６なしの図３に示す構成の空気ばねについても、上記と同様にして上下逆に配置する構成とすることもできる。このように、空気ばねを上下逆に配置する構成としても、本実施形態と同等の効果を奏することは言うまでもない。

本発明の実施形態に係る空気ばねが適用されたサスペンションの構成を示す側面断面図であり、サスペンションアームが中立位置にある状態を示している。 （Ａ）は、サスペンションアームがバウンド方向へ揺動された時の、本発明の実施形態に係る空気ばねの側面断面図であり、（Ｂ）は、サスペンションアームがりバウンド方向へ揺動された時の、本発明の実施形態に係る空気ばねの側面断面図である。 本発明の実施形態に係る空気ばねの変形例を示す側面断面図である。 本発明の実施形態に係る空気ばねの他の変形例を示す側面断面図である。

符号の説明

１０ 空気ばね
１２ サスペンション
１４ サスペンションアーム
１５ 車体
２２ チャンバ部材
２４ ピストン部材
２６ ブラケット
３２ ダイヤフラム
３２Ａ 一端部
３２Ｂ 他端部
４４ チャンバ室
５０Ｂ カバー外周部
５０Ａ カバー内周部
５０ ダストカバー
６０ スリーブ部材
６０Ａ 一端
６０Ｋ 開口
６０Ｂ 他端

Claims (3)

1. 互いに相対移動する第１移動体及び第２移動体の間に配置される空気ばねであって、
   前記第１移動体側に取り付けられるチャンバ部材と、
   前記第２移動体側に取り付けられるピストン部材と、
   筒状とされると共に、一端部が前記チャンバ部材に連結され他端部が前記ピストン部材に連結されて内部にチャンバ室が形成され、中間部よりも小径の前記他端部が前記中間部を内外反転状態として筒内へ折り返されたダイヤフラムと、
   一端が前記第１移動体側に取り付けられると共に他端が開口され、前記ダイヤフラムより大径とされ、前記ダイヤフラムの外周を覆う筒状のスリーブ部材と、
   環状とされ、前記スリーブ部材の前記開口された他端側に取り付けられたカバー内周部と前記第２移動体側に取り付けられたカバー外周部とを有し、伸縮可能とされたダストカバーと、
   を備えた空気ばね。
2. 前記ダストカバーは、前記カバー内周部側よりも前記カバー外周部側が大径とされ、前記カバー内周部から径方向外側に向かって延出された外側位置に前記カバー外周部側が配置されていること、を特徴とする請求項１に記載の空気ばね。
3. 前記第２移動体側には、前記スリーブ部材よりも大径で前記第１移動体に向かって開口した皿状のブラケットが固定され、
   前記ピストン部材は前記ブラケット内に取り付けられ、前記ダストカバーのカバー外周部は前記ブラケットの外縁部に取り付けられていること、を特徴とする請求項２に記載の空気ばね。

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