JP2012229766A - 空気ばね - Google Patents

Abstract

【課題】チャンバ部材とピストン部材の相対移動量を確保することの容易な空気ばねを提供する。
【解決手段】空気ばね１０は、ピストン部材２４、チャンバ部材２２、及び、ダイヤフラム３２を備えている。ピストン部材２４の端取付部２８側は、空気室４４内に挿入されて、ダイヤフラム３２には、内周面と外周面とがＵ字状に反転された折返部３４が構成されている。規制部材７０による、車体１５とサスペンションアーム１４とが互いに離間する方向の相対移動の規制は、折返部３４が下側かしめリング４０とピストン部材２４の外周面との境界部２５よりも下側かしめリング４０側に配置される位置Ｐ１に設定されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、空気圧を利用して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、車体支持部材に連結されるチャンバーと、タイヤ支持部材側に連結されたピストンと、一端部及び他端部がそれぞれチャンバー及びピストンに各々連結され、内側に空気室を形成するダイヤフラムとを備えている。ダイヤフラムは、ピストン側が空気室内に挿入されるように内外反転するように折り返されている。

上記のような空気ばねでは、路面側からの荷重により、ピストンが車体へ近づく方向（バウンド方向）へ移動すると、ダイヤフラム内の空気室内の空気が圧縮されて空気圧が上昇すると共に、この空気圧により路面側から入力する荷重が支持される。また、ピストンは、バウンド方向への移動の反動により、ピストンが車体と離れる方向（リバウンド方向）へ移動する。

ところで、ピストンとチャンバーのリバウンド方向への相対移動量が大きくなると、ダイヤフラムに引張力が作用し、ダイヤフラムにダメージを与えるため、両者の相対移動を所定の位置で規制することが必要である。通常は、ピストンへダイヤフラムを取り付けるための取付部材よりも下（ピストンの底部側）に折り返し部分が配置されるように、すなわち、ピストンの外面とダイヤフラムとが常に接するように、規制位置が設定されている（特許文献２参照）。

しかしながら、取付部材よりも下に折り返し部分を配置すると、チャンバーとピストンの相対移動量、すなわち、ピストンのストロークを確保しづらいことがある。

特開２００６−１４４９４０号公報 特開２００１−６５６１９号公報

本発明は、上記事実を考慮して成されたものであり、チャンバ部材とピストン部材の相対移動量を確保することの容易な空気ばねを提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る空気ばねは、第１移動体に取り付けられるチャンバ部材と、前記第１移動体と互いに相対移動する第２移動体に取り付けられ、前記チャンバ部材と離間して対向するように配置され、前記チャンバ部材側に端取付部の形成された筒状のピストン部材と、弾性を有する筒膜状とされ、一端が前記チャンバ部材に取り付けられ、他端が前記ピストン部材の端取付部に取り付けられ、前記チャンバ部材と前記ピストン部材との間に空気室を構成し、前記ピストン部材側が該空気室内に挿入されるように折り返される折返部の構成されるダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの他端の外周に配置され、前記端取付部との間で前記ダイヤフラムの他端を挟持して取り付け、外周面と前記チャンバ部材の外周面とが面一状とされる取付部材と、前記第１移動体と前記第２移動体とが離れる方向の互いの相対移動を、前記ダイヤフラムの前記折返部が前記取付部材と前記ピストン部材の外周の境界部よりも前記取付部材側への移動を許容するよう規制する規制手段と、を備えたものである。

請求項１に係る空気ばねでは、第１移動体と第２移動体とが近づくように相対移動すると、ピストン部材が空気室内に入り込むように移動してチャンバ部材と近づく。これにより、空気室が縮小され、空気室内の空気が圧縮されて空気圧が上昇し、この空気圧により入力荷重が支持される。反動により、第１移動体と第２移動体とが離れるように相対移動すると、ピストン部材がチャンバ部材と離れる方向へ移動する。規制手段は、ダイヤフラムの折返部が取付部材とピストン部材の外周の境界部よりも取付部材側に配置される位置への移動を許容するように、第１移動体と第２移動体の相対移動を規制する。

上記の位置に、規制部材での第１移動体と第２移動体の相対移動の規制位置を設定することにより、規制位置が、折返部が取付部材とピストン部材の外周の境界部よりもピストン部材側に配置される位置に設定される場合と比較して、チャンバ部材とピストン部材の相対移動量、すなわち、ピストン部材のストロークを長くすることができる。したがって、チャンバ部材とピストン部材の相対移動量を容易に確保することができる。

また、折返部が取付部材とピストン部材の外周の境界部よりも取付部材側に配置される場合があるが、取付部材の外周面とピストン部材の外周面とは面一状とされていて段差が形成されていないので、両者の境界部による折返部へのダメージを抑制することができる。なお、ここでの「面一状」とは、段差がなく平坦な状態をいう。

請求項２に係る空気ばねは、前記端取付部は前記ピストン部材の前記第２移動体側よりも小径とされて径方向外側角部が湾曲形状とされた段差部が構成され、前記取付部材は、前記段差部に配置され前記段差部と対向する端部が前記湾曲形状に沿った形状とされていること、を特徴とする、を特徴とする。

このように、ピストン部材の端取付部を小径として段差部を構成し、取付部材を段差部に配置して、取付部材の外周面とピストン部材の外周面とを面一状とすることができる。また、段差部における、径方向外側角部を湾曲形状とし、取付部材の段差部と対向する端部を湾曲形状に沿った形状とすることにより、取付部材の外周面とピストン部材の外周面との境界部分における凹部を少なくして、滑らかな連続面を構成することができる。

請求項３に係る空気ばねは、前記取付部材が径方向内側において、前記段差部との間に前記ピストン部材の筒軸方向の隙間を構成していること、を特徴とする。

段差部における、径方向外側角部を湾曲形状とし、取付部材の段差部と対向する部分を湾曲形状に沿った形状とした場合、取付部材が段差部に接触した状態では、取付部材を外周側から内周側へかしめにくい。そこで、取付部材と段差部との間にピストン部材の筒軸方向の隙間を構成することにより、取付部材を外周側から内周側へ容易にかしめることができる。

以上説明したように本発明に係る空気ばねによれば、チャンバ部材とピストン部材の相対移動量を容易に確保することができる。

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。 図１の空気ばねの一部拡大図である。 本発明の実施形態に係る空気ばねがバウンド方向に移動した状態を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る空気ばねがリバウンド方向に移動した状態を示す断面図である。

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。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及びビーム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。

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に対して揺動可能に連結され、先端側のブッシュホルダ１８には、ゴムブッシュ等を介してホイールハブ（図示省略）が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に対し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、その下端部に底の浅い略有底円筒状に形成されたブラケット部材２０が設けられている。ブラケット部材２０は、その下面側がサスペンションアーム１４の上面側へ密着した状態とされ、ボルト締結等によりサスペンションアーム１４へ固定されている。

ブラケット部材２０には、ピストン部材２４が取り付けられている。ピストン部材２４は、ブラケット部材２０を介してサスペンションアーム１４へ取り付けられている。ピストン部材２４は、略有底円筒状に形成され、一端には、端取付部２８が構成されている。端取付部２８は、ピストン部材２４の他部分（端取付部２８よりブラケット部材２０側）よりも小径とされ、段差部２８Ｄが構成されている。段差部２８Ｄの径方向外側に配置される角部は、湾曲形状（Ｒ形状）とされている。以下この角部を「Ｒ角部２８Ｒ」という。ピストン部材２４の他端部は、ブラケット部材２０の底面上へ固定されている。

空気ばね１０には、ピストン部材２４と対向する位置に、円筒状のチャンバ部材２２が備えられている。チャンバ部材２２は、その頂面側が円形の頂板部２３により閉止されている。チャンバ部材２２の外周には、全周に亘って凹溝２２Ａが構成されている。

空気ばね１０には、ピストン部材２４の端取付部２８とチャンバ部材２２の外周とにそれぞれ連結固定される薄肉円筒状のダイヤフラム３２が設けられている。ダイヤフラム３２は、その内部にコード補強層（図示省略）が埋設されたゴム膜により形成されている。ダイヤフラム３２の上端部には、チャンバ部材２２に外挿される上側連結部３６が円筒状に構成されると共に、下端部には、ピストン部材２４の端取付部２８に外挿される下側連結部３８が円筒状に構成されている。

ダイヤフラム３２は、上側連結部３６がチャンバ部材２２に外挿され、外周側から上側かしめリング４２によりかしめられて、チャンバ部材２２と気密状態となるように連結固定される。また、下側連結部３８が端取付部２８に外挿され、外周側から取付部材としての下側かしめリング４０によりかしめられて、ピストン部材２４と気密状態となるように連結固定されている。これにより、ダイヤフラム３２の内周側には、下端部及び上端部がそれぞれピストン部材２４及びチャンバ部材２２により閉塞された空気室４４が形成される。

下側かしめリング４０は、図２にも示すように、段差部２８Ｄに配置されている。下側かしめリング４０の径方向の厚みは、かしめ締結後の下側かしめリング４０が段差部２８Ｄを埋めてピストン部材２４の外周面と下側かしめリング４０の外周面とが面一状になる厚みとされている。したがって、下側かしめリング４０の外周面とピストン部材２４の外周面との間に段差はなく、面一状となっている。下側かしめリング４０のＲ角部２８Ｒと対向する部分は、Ｒ角部２８Ｒの湾曲形状に沿った形状とされている。すなわち、下側かしめリング４０は、Ｒ角部２８Ｒと対向する端部が、径方向外側へ向かうにつれてピストン部材２４の軸方向との角度が小さくなるように湾曲する形状とされている。下側かしめリング４０の径方向内側と段差部２８Ｄとの間には、ピストン部材２４の筒軸方向の隙間Ｓが構成されている。

ピストン部材２４の端取付部２８側は、空気室４４内に挿入され、ダイヤフラム３２は、内周面と外周面とがＵ字状に反転され、折返部３４が構成されている。折返部３４は、ピストン部材２４とチャンバ部材２２の相対移動により、その位置が変化する。

チャンバ部材２２は、車体１５におけるサスペンションアーム１４の上面側と対向する部位に固定されている。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２３には、圧力配管４６の一端部が接続されている。この圧力配管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空気室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空気室４４内へ供給する。

空気ばね１０には、ダイヤフラム３２の外周側に略円筒状に形成されたダストカバー５０が設けられている。ダストカバー５０には、上端部に円筒状の上側連結筒部５４が形成されると共に、この上側連結筒部５４の下端部から斜め下方へ延出する肩部５６が一体的に形成されている。肩部５６は、その内外径が上端側から下端側へ向って序々に拡大するテーパ状に形成されている。ダストカバー５０には、肩部５６の下端部から下方へ延出する円筒状の蛇腹部５８が一体的に設けられている。蛇腹部５８は、サスペンションアーム１４の揺動方向に沿って伸縮（ストローク）可能とされ、その内径がダイヤフラム３２の外径よりも大きくされている。ダストカバー５０の蛇腹部５８の下側には、下側連結筒部６０が一体的に形成されている。

ダストカバー５０の上側連結筒部５４は、上側結束バンド６４により外周側から内周側へ向かって締め付けられ、チャンバ部材２２の外周で上側かしめリング４２の外側に取り付けられている。ダストカバー５０の下側連結筒部６０は、下側結束バンド６６により外周側から内周側へ向かって締め付けられ、ブラケット部材２０の外周に取り付けられている。

ここで、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）されている。なお、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。

空気ばね１０には、車体１５とサスペンションアーム１４の相対移動量を規制する規制手段７０が備えられている。規制手段７０は、車高センサ７６、排気バルブ７２、及び、給気バルブ７４を含んで構成されている。車高センサ７６は、車体の高さを検知可能であり、車体の高さ（車高）が、車体１５とサスペンションアーム１４とが互いに離れる方向へ所定量を超えて相対移動する高さになると、排気バルブ７２へ排気信号を出力する。この排気信号が入力されると、排気バルブ７２は開放され、空気室４４内の圧力低下により、車体１５とサスペンションアーム１４とが互いに離間する方向の相対移動が規制される。車体１５とサスペンションアーム１４とが互いに離間する方向の相対移動の規制は、図４に示されるように、ダイヤフラム３２の折返部３４が下側かしめリング４０とピストン部材２４の外周面との境界部２５よりも下側かしめリング４０側に配置される位置Ｐ１に設定されている。すなわち、折返部３４が境界部２５を越えて下側かしめリング４０側へ移動できるように規制されている。
また、車高が所定位置まで低くなると、車高センサ７６は給気バルブ７４へ給気信号を出力する。この給気信号が入力されると、給気バルブ７４は開放され、空気室４４内へ圧縮空気が給気され、車体１５とサスペンションアーム１４とが互いに近づく方向の相対移動が規制される。車体１５とサスペンションアーム１４とが互いに接近する方向の相対移動の規制は、図３に示されるように、ダイヤフラム３２の折返部３４がピストン部材２４の底部に達しない位置に設定されている。

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の動作及び作用について説明する。

本実施形態に係る空気ばね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に対して空気室４４内の空気圧に対応するばね反力を作用させ、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に入力する荷重を支持する。

すなわち、図３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により空気室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。バウンド方向Ｘへの移動が所定量を超えた場合には、車高センサ７６から給気バルブ７４へ給気信号が出力され、給気バルブ７４が開放される。これにより、空気室４４内へ圧縮空気が給気され、空気室４４内の空気圧が上昇し、車体１５とサスペンションアーム１４とが互いに近づく方向の相対移動が規制される。

続いて、図４に示すように、反動によりサスペンションアーム１４は、車体と離れる方向（リバウンド方向Ｙ）へ揺動する。リバウンド方向Ｙへの移動が所定量を超えた場合には、車高センサ７６から排気バルブ７２へ排気信号が出力され、、排気バルブ７２が開放される。これにより、空気室４４内の圧力が低下し、車体１５とサスペンションアーム１４とが互いに離間する方向の相対移動が規制される。

本実施形態の空気ばね１０では、規制手段７０によるリバウンド方向への車体１５とサスペンションアーム１４とが互いに離間する方向の相対移動の規制は、ダイヤフラム３２の折返部３４が境界部２５よりも下側かしめリング４０側に配置される位置Ｐ１に設定されている。したがって、ダイヤフラム３２の折返部３４が境界部２５よりもピストン部材２４側に配置されている場合と比較して、チャンバ部材２２とピストン部材２４の相対移動量を大きくすることができる。

また、本実施形態の空気ばね１０では、ダイヤフラム３２の折返部３４が境界部２５を乗り越えて下側かしめリング４０側に配置される場合があるが、下側かしめリング４０とピストン部材２４の外周面とが面一状となっているので、境界部２５に折返部３４が押し当てられた状態となっても、段差が構成されている場合と比較して、折返部３４へのダメージを抑制することができる。

なお、本実施形態の空気ばね１０では、段差部２８Ｄの径方向外側が湾曲形状のＲ角部２８Ｒとされ、下側かしめリング４０のＲ角部２８Ｒと対向する部分が、Ｒ角部２８Ｒの湾曲形状に沿った形状とされているが、必ずしもこのように角部をＲ形状にする必要はなく、面取りされていない角部とすることもできる。本実施形態のように、Ｒ角部２８Ｒとすることにより、下側かしめリング４０の外周面とピストン部材２４の外周面との境界部２５における凹部を小さくして、滑らかな連続面を構成することができる。これにより、境界部２５に折返部３４が押し当てられることによるダメージを、より抑制することができる。

また、本実施形態の空気ばね１０では、下側かしめリング４０の径方向内側と段差部２８Ｄとの間に隙間Ｓが構成されている。隙間Ｓは必須の構成ではないが、下側かしめリング４０は、かしめる前に段差部２８Ｄと接触させておくと、特にＲ角部２８Ｒに沿った部分はＲ角部２８Ｒに当たって径方向内側へかしめにくくなる。そこで、かしめ前には、下側かしめリング４０と段差部２８Ｄとを離間させておくことにより、下側かしめリング４０を径方向内側に容易にかしめることができる。かしめた後には、本実施形態のように、下側かしめリング４０の径方向内側と段差部２８Ｄとの間に、ピストン部材２４の筒軸方向の隙間Ｓが構成される。
なお、かしめた後に、下側かしめリング４０は、径方向内周面でピストン部材２４との間にダイヤフラム３２を挟持し、段差部２８Ｄの全体とは離れるようにしてもよい。

１０ 空気ばね
１４ サスペンションアーム（第２移動体）
１５ 車体（第１移動体）
２２ チャンバ部材
２４ ピストン部材
２５ 境界部
２８ 端取付部
２８Ｄ 段差部
２８Ｒ Ｒ角部
３２ ダイヤフラム
３４ 折返部
４０ 下側かしめリング
７０ 規制手段
Ｓ 隙間
Ｘ バウンド方向
Ｙ リバウンド方向

Claims (3)

1. 第１移動体に取り付けられるチャンバ部材と、
   前記第１移動体と互いに相対移動する第２移動体に取り付けられ、前記チャンバ部材と離間して対向するように配置され、前記チャンバ部材側に端取付部の形成された筒状のピストン部材と、
   弾性を有する筒膜状とされ、一端が前記チャンバ部材に取り付けられ、他端が前記ピストン部材の端取付部に取り付けられ、前記チャンバ部材と前記ピストン部材との間に空気室を構成し、前記ピストン部材側が該空気室内に挿入されるように折り返される折返部の構成されるダイヤフラムと、
   前記ダイヤフラムの他端の外周に配置され、前記端取付部との間で前記ダイヤフラムの他端を挟持して取り付け、外周面と前記チャンバ部材の外周面とが面一状とされる取付部材と、
   前記第１移動体と前記第２移動体とが離れる方向の互いの相対移動を、前記ダイヤフラムの前記折返部が前記取付部材と前記ピストン部材の外周の境界部よりも前記取付部材側への移動を許容するように規制する規制手段と、
   を備えた、空気ばね。
2. 前記端取付部は前記ピストン部材の前記第２移動体側よりも小径とされて径方向外側角部が湾曲形状とされた段差部が構成され、
   前記取付部材は、前記段差部に配置され前記段差部と対向する端部が前記湾曲形状に沿った形状とされていること、を特徴とする請求項１に記載の空気ばね。
3. 前記取付部材は径方向内側において、前記段差部との間に前記ピストン部材の筒軸方向の隙間を構成していること、を特徴とする請求項２に記載の空気ばね。

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