JP2011080550A - 空気ばね - Google Patents

Abstract

【課題】ダイヤフラムの摩耗を抑制することの可能な空気ばねを提供する。
【解決手段】空気ばねはチャンバ部材、ピストン部材、ダイヤフラム３２、及び外筒部材６０を備えている。チャンバ部材は、有底円筒状とされ底部が上面になるようにして車体１５に固定されている。外筒部材６０のチャンバ部材側の一端部には、受部材６８が固定されている。受部材６８は、外筒部材６０の内側に嵌め込まれる筒部、及び、筒部のチャンバ部材側から径方向外側へ湾曲してフランジ形状とされた受面部６８Ｂを有している。受面部６８Ｂのチャンバ部材に対向する面は、断面が緩やかな弧状とされている。
【選択図】図７

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、チャンバと、ピストンと、ダイヤフラムを備えている。ダイヤフラムは、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及びピストンに連結され、内部にチャンバ室が形成されており、円筒状の外筒によって覆われている。

上記構成の空気ばねは、車両におけるサスペンション等に適用される。車両に適用する場合、チャンバが車体側に固定されると共に、ピストンが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、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。

ところで、特許文献１の空気ばねは、外筒を備えており、外筒の内壁がダイヤフラムの外周に固定されている。したがって、外筒がチャンバに固定されている場合と比較して、関節部が構成されることから、外筒がチャンバに対して移動可能となっており、外筒とピストンとが干渉し合ったり、ダイヤフラムの内外反転部分が、外筒とピストンの間に挟まれて極端に圧縮されたりすることが抑制されている。一方で、当該構成の空気ばねでは、チャンバ内の空気圧が高くなると、チャンバと外筒の間（関節部）からダイヤフラムが外筒よりも径方向外側へ膨らみ、ダイヤフラムが外筒の端部と摺接されて摩耗してしまうということが考えられる。

そこで、特許文献１では、外筒とダイヤフラム（ベローズ）との間に支承部を設け、ベローズの伸張を制限している。しかしながら、支承部を設けるために構成が複雑になってしまう。

特表２００３−５１１６３９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、簡易な構成でダイヤフラムの摩耗を抑制することの可能な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、本発明の第１態様に係る空気ばねは、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、一端部が前記チャンバ部材に連結されると共に他端部が内外反転状態となるように筒内に折り返されて前記ピストン部材に連結されたダイヤフラムと、前記チャンバ部材、前記ピストン部材、及び、前記ダイヤフラムに囲まれて構成されたチャンバ室と、筒状とされ、前記ダイヤフラムの外周に取り付けられると共に、前記チャンバ部材と離間して配置された外筒部材と、前記外筒部材の前記チャンバ部材側の一端部に固定され、前記外筒部材の径方向外側へ曲がり、前記チャンバ部材と対向する受面部が形成された受部材と、環状とされ、前記チャンバ部材との間に前記ダイヤフラムの一端部を挟持して前記ダイヤフラムの一端部を前記チャンバ部材に固定する固定リングと、を備えている。

上記構成の空気ばねでは、ダイヤフラムの一端部がチャンバ部材に連結され、他端部が内外反転状態となるように折り返されてピストン部材に連結されている。そして、ダイヤフラムの外周に、チャンバ部材と離間した状態で外筒部材が取り付けられている。ダイヤフラムの外周は、外筒部材で覆われているが、外筒部材とチャンバとが離間されているので、チャンバ室内の空気圧が高くなると、チャンバ部材と外筒部材との間からダイヤフラムが外側へ膨出する。

このとき、ダイヤフラムの膨出部分の外筒部材側は、外筒部材のチャンバ部材側の一端部に固定された受部材に押し当てられるが、受部材は径方向外側へ曲がり、チャンバ部材と対向する受面部が形成されているので、ダイヤフラムは、この受面部に押し当てられる。したがって、受面部構成されていない場合と比較して、ダイヤフラムの摩耗を抑制することができる。また、外筒部材と別体の受部材とするので、外筒部材とは異なる材料で構成することができ、例えば、外筒部材よりも摩擦係数の低い面を構成して、ダイヤフラムの摩耗をより効果的に抑制することができる。

本発明の第２の態様に係る空気ばねは、前記受部材が、樹脂材料で構成とされていること、を特徴とする。

このように、受部材を樹脂材料で構成することにより、形状の自由度が上がると共に、摩擦係数の低い受面を構成することができる。

本発明の第３の態様に係る空気ばねは、前記受面部が、前記外筒部材の一端部全周に形成されていること、を特徴とする。

このように、受面部を外筒部材の一端部全周に形成することにより、膨出したダイヤフラムを確実に受面部に当てることができる。

本発明の第４の態様に係る空気ばねは、前記受面部の外周端が前記固定リングよりも径方向外側に配置されていること、を特徴とする。

このように、受面部の外周端を記固定リングよりも径方向外側に配置さすることにより、膨出したダイヤフラムが受面部を乗り越えて径方向外側に突出しにくくすることができる。

本発明の第５の態様に係る空気ばねは、前記受面部が、前記外筒部材の一端部全周に形成され、フランジ形状とされていること、を特徴とする。

このように、受面部をフランジ形状とすることにより、フランジの外面で受面部を構成して、膨出するダイヤフラムをフランジの外面に当てることにより、ダイヤフラムの摩耗を抑制することができる。

本発明の第６の態様に係る空気ばねは、前記受面部が、テーパー形状とされていること、を特徴とする。

このように、受面部をテーパー形状とすることにより、テーパー内面で受面部を構成して、膨出するダイヤフラムをテーパーの内面に当てることにより、ダイヤフラムの摩耗を抑制することができる。

以上説明したように本発明に係る空気ばねによれば、受部材を外筒部材の一端に固定することにより、簡易な構成でダイヤフラムの摩耗を抑制することができる。

本発明の第１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、空気ばねの内圧が充填されていない状態を示している。 本発明の第１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、空気ばねの内圧が充填されており、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。 本発明の第１実施形態に係る空気ばねのダイヤフラムの取付部分の拡大断面図である。 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、本発明の第１実施形態に係る空気ばねの側面断面図である。 本発明の第１実施形態に係る空気ばねの外筒部材の変形例を示す拡大断面図である。 本発明の第１実施形態に係る空気ばねの外筒部材の他の変形例を示す拡大断面図である。 本発明の第１実施形態に係る空気ばねの外筒部材の他の変形例を示す拡大断面図である。 本発明の第２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、空気ばねの内圧が充填されており、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。 本発明の第２実施形態に係る空気ばねのダイヤフラムの取付部分の拡大断面図である。 本発明の第２実施形態に係る空気ばねの変形例に係るサスペンションの構成を示す側面断面図である。 本発明の第２実施形態に係る空気ばねの他の変形例に係るサスペンションの構成を示す側面断面図である。

[第１実施形態]
以下、本発明の第１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、図２には、本発明の実施形態に係る空気ばね１０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１０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は空気ばね１０に内圧が充填されていない状態であり、図２は空気ばね１０に内圧が充填されている状態である。

図１及び図２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、２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。

空気ばね１０は、チャンバ部材２２、ピストン部材２４、ダイヤフラム３２、及び外筒部材６０を備えている。

ピストン部材２４は、サスペンションアーム１４側に配置され、チャンバ部材２２は、車体１５側に配置されている。

ピストン部材２４は、略有底円筒状に形成され、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。

ダイヤフラム３２は、薄肉円筒状とされ、一端部３２Ａがチャンバ部材２２の被連結部２２Ｂに連結され、他端部３２Ｂがピストン部材２４の被連結部２８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いる。ダイヤフラム３２は、内圧が充填されていない状態では、図１に示すように、中間部分にピストン部材２４側が小径となるテーパー部３４が構成されている。ダイヤフラム３２の他端部３２Ｂは、テーパー部３４の小径側と略同径とされている。ダイヤフラム３２は、他端部３２Ｂ側がダイヤフラム３２の筒内へ入るように折り返されており、内周面と外周面とが内外反転されている。なお、ダイヤフラム３２は、ゴム膜にナイロン等の補強材を含んで構成することにより、耐久性を向上させることができる。

ダイヤフラム３２の他端部３２Ｂは、被連結部２８の外周を覆うように被連結部２８に外挿されている。他端部３２Ｂの外周側には、下側カシメリング２９が取り付けられている。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

外筒部材６０は、円筒状とされ、内径がダイヤフラム３２よりも大径とされている。外筒部材６０は、チャンバ部材２２と所定距離離間され、ダイヤフラム３２の外周側を覆うように配置されている。

外筒部材６０のチャンバ部材２２側の一端部には、受部材６８が固定されている。受部材６８は、外筒部材６０の内側に嵌め込まれる筒部６８Ａ、及び、筒部６８Ａのチャンバ部材２２側から径方向外側へ湾曲してフランジ形状とされた受面部６８Ｂを有している。受部材６８は、筒部６８Ａが外筒部材６６の筒内に嵌め込まれて固定されている。受面部６８Ｂのチャンバ部材２２に対向する面（以下「受面６８Ｃ」という）は、図３にも示すように、断面が緩やかな弧状とされている。受部材６８は、筒部６８Ａの先端部を、外筒部材６０の後述する中間部６０Ａの段差部分に当接させて位置決めを行うことができる。

受部材６８の筒部６８Ａの外径は、外筒部材６０の内径とほぼ同径とされて、外筒部材６０内に圧入固定されている。受部材６８は、樹脂材料、例えばポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）で構成することができる。

外筒部材６０は、金属製のものであってもよいし、樹脂製のものであってもよい。外筒部材６０と受部材６８が共に金属製であれば、溶接による接合、接着剤による接着により、外筒部材６０へ受部材６８を固定することができる。外筒部材６０と受部材６８が共に樹脂製であれば、２色成型により一体成形することができる。また、接着剤により接着してもよいし、溶着により接着してもよい。

ダイヤフラム３２は、チャンバ部材２２の下端と外筒部材６０の上端との間で、外筒部材６０から外側に露出されている（以下、この露出部分を「露出部３３」という）。この露出部３３を有することにより、外筒部材６０はチャンバ部材２２に対して揺動可能となっている。外筒部材６０は、チャンバ部材２２側の中間部６０Ａで筒の内壁がダイヤフラム３２の外周側に固定されている。ここでの固定は、環状リング６２をダイヤフラム３２の内側に配置し、外筒部材６０の外側から径方向内側へ加締めて環状リング６２と外筒部材６０の間にダイヤフラム３２挟み込んで固定している。中間部６０Ａは、径方向内側に縮径されて段差部が構成されている。外筒部材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。また、外筒部材６０により、ダイヤフラム３２の経時変化を抑制することができる。さらに、ダイヤフラム３２と他部材との干渉を回避することができる。

ダイヤフラム３２の一端部３２Ａの外周には、図３にも示すように、固定リング６６が配置されている。固定リング６６は、筒状とされ、ダイヤフラム３２の外周面に沿って配置されている。固定リング６６は、ダイヤフラム３２の一端部３２Ａをチャンバ部材２２との間で挟持しつつ、チャンバ部材２２へ外側から加締め固定されている。ダイヤフラム３２の筒内には、略円柱状のチャンバ室４４が形成される。受部材６８の受面部６８Ｂの外周端は、固定リング６６よりも径方向外側に配置されている。

図１及び図２に示されるように、チャンバ部材２２は、ピストン部材２４に対向する車体１５側の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。

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４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、ダイヤフラム３２の露出部３３は、径方向の外側に膨出し、サスペンションアーム１４の揺動により、固定リング６６と外筒部材６０の端部との間に挟み込まれる。この場合でも、膨出したダイヤフラム３２の露出部３３の外筒部材６０側は、受部材６８の受面６８Ｃに押し当てられるので、受部材６８を有していない場合と比較して、ダイヤフラム３２の摩耗を抑制することができる。

特に、受面部６８Ｂの外周端は、固定リング６６よりも径方向外側に配置されているので、膨出されたダイヤフラム３２が受面部６８Ｂを乗り越えにくく、受面部６８Ｂの外側の角部での摺接も抑制することができる。

また、受部材６８を、摩擦係数の低い樹脂材料、例えばポリアセタール樹脂で構成することにより、ダイヤフラム３２の摩耗をより効果的に抑制することができる。

なお、本実施形態では、受部材６８の受面部６８Ｂを筒軸方向から径方向外側に緩やかに湾曲させたフランジ形状としたが、受面部の構成は他の形状とすることもできる。例えば、図５に示すように、径方向外側へ屈曲させたフランジ形状とした受面部６７としてもよい。この場合には、膨出するダイヤフラム３２の露出部３３は、フランジの上面に押し当てられる。

また、受部材６８の受面部６８Ｂは、図６に示すように、径方向外側へ屈曲させたテーパー形状とした受面部６９としてもよい。この場合には、膨出するダイヤフラム３２の露出部３３は、テーパー面に押し当てられる。

また、受部材６８の受面部６８Ｂは、図７に示すように、先端側をピストン部材２２と逆側に折り返した形状の受面部７１とすることもできる。

また、本実施形態では、受面部を外筒部材６０の全周にわたって形成したが、サスペンションアーム１４の揺動方向（図１の左右方向）の両側のみに受面部を形成してもよい。

[第２実施形態]
次に、本発明の第２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。本実施形態では、第１実施形態と同様の部分については、同一の符号を付して図示し、その詳細な説明は省略する。

本実施形態の空気ばね７０は、抑え部材７２を備えている。抑え部材７２以外の構成については、第１実施形態と同様である。抑え部材７２は、図８、９に示すように、円筒状とされ、チャンバ部材２２に外挿されて、固定リング６６が内周面に圧入されている。抑え部材７２の外筒部材６０側の端面には、外筒部材６０の受面部６８Ｂと対向する抑え面７２Ａが構成されている。抑え面７２Ａは、固定リング６６の下面と並んで略面一となる位置に配置されている。抑え面７２Ａの外周端は、外筒部材６０の内周よりも径方向外側に配置されている。

本実施形態によれば、ダイヤフラム３２の露出部３３が、径方向の外側に膨出した場合でも、膨出したダイヤフラム３２の露出部３３は、抑え面７２Ａに押し当てられるので、抑え面７２Ａが構成されず、固定リング６６のみの場合と比較して、チャンバ部材２２側のダイヤフラム３２の摩耗を抑制することができる。

特に、抑え面７２Ａの外周端は、外筒部材６０の内周よりも径方向外側に配置されているので、膨出されたダイヤフラム３２が抑え面７２を乗り越えにくく、抑え部材７２の外側角部での摺接も抑制することができる。

なお、抑え部材７２は、必ずしも固定リング６６を筒内に圧入することにより固定する必要はなく、図１０に示すように、チャンバ部材２２の外周にかしめ固定してもよい。また、図１１に示すように、プレス加工により、底部７２Ｂ、筒部７２Ｃ、フランジ部７２Ｄの構成される抑え部材７２とし、フランジ部７２Ｄの外面側で抑え面７２Ａを構成すると共に、底部７２Ｂとチャンバ部材２２とを接着することにより、固定してもよい。

さらに、抑え部材７２は、必ずしも固定リング６６の全周にわたって形成する必要はなく、サスペンションアーム１４の揺動方向（図１の左右方向）の両側のみに形成してもよい。

１０ 空気ばね
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
３２ ダイヤフラム
３３ 露出部
４４ チャンバ室
６０ 外筒部材
６６ 固定リング
６８ 受部材
６８Ｂ 受面部

Claims (6)

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、一端部が前記チャンバ部材に連結されると共に他端部が内外反転状態となるように筒内に折り返されて前記ピストン部材に連結されたダイヤフラムと、
   前記チャンバ部材、前記ピストン部材、及び、前記ダイヤフラムに囲まれて構成されたチャンバ室と、
   筒状とされ、前記ダイヤフラムの外周に取り付けられると共に、前記チャンバ部材と離間して配置された外筒部材と、
   前記外筒部材の前記チャンバ部材側の一端部に固定され、前記外筒部材の径方向外側へ曲がり、前記チャンバ部材と対向する受面部が形成された受部材と、
   環状とされ、前記チャンバ部材との間に前記ダイヤフラムの一端部を挟持して前記ダイヤフラムの一端部を前記チャンバ部材に固定する固定リングと、
   を備えた、空気ばね。
2. 前記受部材は、樹脂材料で構成とされていること、を特徴とする請求項１記載の空気ばね。
3. 前記受面部は、前記外筒部材の一端部全周に形成されていること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気ばね。
4. 前記受面部は、外周端が前記固定リングよりも径方向外側に配置されていること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気ばね。
5. 前記受面部は、フランジ形状とされていること、を特徴とする請求項３または請求項４に記載の空気ばね。
6. 前記受面部は、テーパー形状とされていること、を特徴とする請求項３または請求項４に記載の空気ばね。

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