JP2014521898A - 軽量設計の車両用ショックアブソーバ - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つのショックアブソーバピストン（１１）が摺動して案内されるショックアブソーバチューブ（１０）を備え、ショックアブソーバチューブ（１０）が炭素繊維複合材料で作られ、かつ内面（１２）上にエポキシドで作られたコーティング（１３）を有する、車両用ショックアブソーバ（１）に関する。本発明は、さらに、ショックアブソーバ（１）用のショックショックアブソーバチューブ（１０）を製造するための方法に、およびショックアブソーバ（１）用のショックアブソーバチューブ（１０）を形成するための、エポキシドコーティングを有する炭素繊維複合材料で作られたチューブの使用に関する。

Description

本発明は、少なくとも１つのショックアブソーバピストンが摺動して案内され、かつ炭素繊維複合材料で作られたショックアブソーバチューブを有する、車両用ショックアブソーバに関する。さらに、本発明は、ショックアブソーバ用のショックアブソーバチューブを作製するための、炭素繊維複合材料で作られたチューブの使用を、並びにショックアブソーバ用のショックアブソーバチューブを製造するための方法を対象とする。

先行技術
ＤＥ１０００３０４６Ａ１から、車両用に使用できるショックアブソーバが知られており、そのショックアブソーバは、アルミニウム材料で作られたショックアブソーバチューブを備える。アルミニウムで作られたそのチューブの内部には、薄肉のスリーブが置かれ、そのスリーブは、少なくともアルミニウムチューブの本質的に径方向に進行する変形事象の際に前記アルミニウムチューブと強固に結合される。これは、完全にスチール材からショックアブソーバチューブを製造することがないことによってショックアブソーバの重量を減少させることを意図したものである。薄肉のスリーブのみがスチールスリーブとして設計され、ショックアブソーバの基本構造は、アルミニウム材料で作られている。しかしながら、その欠点は、ショックアブソーバの総重量が、ショックアブソーバチューブが金属材料から作られる場合、なお重いということである。

ＤＥ１０３１３４７７Ｂ３から、作動シリンダ用の円筒チューブが知られており、その円筒チューブは、熱可塑性材料で構成された内側チューブと、この内側チューブを包囲し、かつ繊維強化熱可塑性材料で作られた同軸配置された外側チューブとを備える。例えば、この繊維強化プラスチックは、炭素繊維複合材料であり得る。しかしながら、車両のショックアブソーバ用のショックアブソーバチューブとして使用するためにその作動シリンダを適合させることに向けた当該作動シリンダのさらなる展開は、その開示された作動シリンダとの関係では、示されていない。

ＦＲ２４７３９６１Ａ１は、炭素繊維複合材料から作製されたショックアブソーバ用円筒チューブに関する。炭素繊維複合材料は金属材料、特にスチールと比べてより軽量であるので、これは、ショックアブソーバの重量を低減することを可能にする。しかしながら、例えばショックアブソーバピストン用の、摺動相手としての内側摺動表面に関して不利点があり、炭素繊維複合材料で作られたチューブの直径が変動する内圧とともに変化することが知られ、これはいわゆる呼吸と呼ばれるものであるが、その結果、内側摺動表面上の通常の耐磨耗コーティングは適切なものではない。

発明の開示
従って、本発明の課題は、軽量材料を用いているにも拘わらず、車両の操作中の要求をなお満たし得る、軽量設計の車両用ショックアブソーバを提供することである。

この課題は、請求項１の前提部分によるショックアブソーバチューブを有する車両用ショックアブソーバから出発して、その特徴部分との関係において解決される。本発明のさらなる展開は、従属請求項に示されている。

本発明は、ショックアブソーバチューブの内面が、ショックアブソーバチューブ内を案内されるショックアブソーバピストンのための摺動相手を構成するコーティングを備え、そのコーティングがエポキシドにより構成されるという技術的教示を含んでいる。

ここで、本発明は、炭素繊維複合材料で作られたショックアブソーバチューブのベース本体を採用するとともに、同時に、耐久性でありかつショックアブソーバピストンの摺動相手を構成するショックアブソーバチューブの内面にコーティングを設けるという思想に基づいている。よって、ショックアブソーバチューブは、金属構成材を用いることなく組み立てることができ、その結果、アルミニウムの基本構造とスチールスリーブとから構成される態様と比較してショックアブソーバチューブの重量をさらに減少させることができる。ショックアブソーバチューブの内面上のコーティングは、繊維成分を有する炭素繊維複合材料が、ショックアブソーバピストンを摺動して案内するための摺動相手を既に構成することを防止する。このようにして生じる摺動相手は、可動性ショックアブソーバピストンと炭素繊維材料の繊維成分との間の接触の際に損傷し得る。

ショックアブソーバチューブの両端は、例えば締結具または接続部材に対し、シール部材により封止されており、ここで上記コーティングは、同時に、シール部材の接触表面を形成する。複数個のショックアブソーバピストンが、ショックアブソーバチューブ内を摺動して案内され得、その際、例えば、第１のショックアブソーバピストンは上にピストンロッドが配置されたプランジャーからなり得、他方もう一つのショックアブソーバピストンは、第１の流体チャンバを第２の流体チャンバから移動的に分離する分離ピストンの形態を取り得る。ショックアブソーバ内を移動して案内されるすべての要素、特にすべてのピストンは、ショックアブソーバチューブの内面上のコーティング上を摺動し得る。

本発明によると、ショックアブソーバチューブの内面上のコーティングは、これをエポキシドで構成することにより、非金属コーティングを備え得る。他の利点では、炭素繊維複合材料は、エポキシドから構成されるマトリックスを有し、上記コーティングを構成するエポキシドは、特に、上記マトリックスを構成するエポキシドを同じであるか、それに類似し、特に、炭素繊維複合材料は、６０％の体積割合の繊維を有し得る。

よって、マトリックスを有する炭素繊維複合材料は、ショックアブソーバチューブの壁厚に渡って形成されるが、そのマトリックスは、一定のエポキシドの複合材料中の割合においてはショックアブソーバチューブの内側表面に達しない。ショックアブソーバチューブ壁の全厚にわたって存在するエポキシドは、物質的に均一であり得、そして追加のエポキシドから構成されるコーティングは、繊維成分の半径方向において内側の繊維の位置を越えて内側に延び、ショックアブソーバピストンが繊維複合材料の繊維成分と接触することを容易に防止する。ここで、体積割合６０％の繊維は、コーティングを含まない炭素繊維複合材料に関するものであり、それにより、エポキシドにより満たされる残りの４０％の体積割合を生じる。

例えば、上記コーティングは、１０μｍ〜２００μｍの、好ましくは２０μｍ〜１５０μｍの、特に好ましくは３０μｍ〜１００μｍの厚さを有し得、ここで特に、上記コーティングは、Ｒｚ１０の値未満である表面粗さを、特にＲｚ５の表面粗さを有し得る。コーティング表面により構成されるショックアブソーバチューブの内面における高い表面品質は、巻取りマンドレルの高い表面品質により生み出され、例えばその上にコーティングを、炭素繊維複合材料を巻き取る前に適用することができる。例えば、コーティング、例えばエポキシドを巻取りマンドレルに巻回した場合、炭素繊維複合材料をその巻取りマンドレルに巻回し、その後硬化させることができる。ここで、巻取りマンドレルの高い表面品質は、ショックアブソーバチューブの内面に付与され、そして例えばＲｚ５で、ショックアブソーバの長期の使用にわたって損傷なくショックアブソーバピストンを円滑に摺動して案内するために十分である。

コーティングと炭素繊維複合材料を共に、特に熱硬化プロセスで硬化させることが特に有利である。コーティングを有する炭素繊維複合材料は、巻取りマンドレル上に配置されている間に硬化させることができ、その硬化によりコーティングを有する炭素繊維複合材料は直径が少し拡大するので、結果生成するショックアブソーバチューブは、巻取りマンドレルから容易に取り外すことができる。硬化プロセスは、コーティングを有する炭素繊維複合材料を特定の温度管理方式に供することに基づくことができ、硬化プロセスは、電磁線照射、例えばＵＶ照射に、または超音波の作用に基づくこともできる。

本発明によるショックアブソーバの有利なさらなる展開において、ショックアブソーバを車両のホイールキャリアに接続するための接続部材をショックアブソーバチューブの第１の端部側に設けることができる一方、ピストンロッドを通して案内してシールを形成するための締結具をショックアブソーバチューブの第２の端部側に設けることができる。接続部材および／または締結具とショックアブソーバチューブとの間の取り付けは、接着結合を介して、および／または接続部材および／もしくは締結具の少なくとも一部を炭素繊維複合材料と共に緊密に巻きつけることにより達成できる。他の有利な態様において、ショックアブソーバチューブのそれぞれの端上の接続部材および／または締結具は、特に接着結合との組み合わせにおいて、緊密な結合により固定し、それにより接続を液密にすることもできる。一つの特別の利点において、ショックアブソーバチューブは、一定のままの、特に端部側において不変のままの内径と外径を有し、その結果ショックアブソーバチューブを半仕上げチューブから所要の長さに切断することができる。

本発明は、さらに、ショックアブソーバのためのショックアブソーバチューブを作製するための、炭素繊維複合材料で作られたチューブの使用であって、少なくとも１つのショックアブソーバピストンが摺動してそのショックアブソーバチューブ内を案内され、そのショックアブソーバチューブの内面が、そのショックアブソーバチューブ内を案内されるショックアブソーバピストンの摺動相手を構成する、エポキシドで作られたコーティングを備えるところの使用を対象とする。ここで、本発明は、炭素繊維複合材料で作られた既知のチューブを、特に炭素繊維複合材料により形成されたその本体の内面にエポキシドコーティングを適用することによって、ショックアブソーバチューブとしての使用のために適格にするという思想を役立てている。従って、上記ショックアブソーバの特徴および利点は、炭素繊維複合材料で作られたチューブを用いるときに当てはまり得る。

さらに、本発明は、少なくとも１つのショックアブソーバピストンが摺動して案内される、ショックアブソーバ用ショックアブソーバチューブを製造するための方法であって、その方法は、巻取りマンドレルと、少なくとも１つの炭素繊維複合材料ウエブを用意する工程、前記少なくとも１つの炭素繊維複合材料ウエブを、少なくとも１つの、前記巻取りマンドレルに関してアキシャルの巻回成分と少なくとも１つのラジアル巻回成分とをもって前記マンドレルに巻回する工程、前記炭素繊維複合材料を硬化させる工程を少なくとも含む方法を対象とする。ここで、エポキシドから構成されたコーティングが上記ショックアブソーバチューブの内面に配置されるということが条件とされる。

可能な有利な態様によると、上記コーティングは、炭素繊維複合材料の巻取りマンドレルへの巻回開始前にコーティングを適用することによってショックアブソーバチューブの内面に配置することができる。そのとき、コーティング、具体的にはエポキシドをはけ塗りまたは吹きつけ塗りにより巻取りマンドレルに適用する。その後、炭素繊維複合材料ウエブをそのマンドレルに巻きつけることができ、その際、コーティングはショックアブソーバチューブの形成される内面を構成する。

代替の態様によると、コーティングは、巻取りマンドレルからショックアブソーバチューブを取り外した後に、ショックアブソーバチューブの内面に塗布方法例えば吹き付け塗りにより適用することができる。

また、少なくとも１つのアキシャル巻回成分と少なくとも１つのラジアル巻回成分を有する少なくとも１つの炭素繊維複合材料ウエブを、入ってくる炭素繊維複合材料ウエブと前記巻取りマンドレルとの間の相対運動により、前記巻取りマンドレル上にその軸方向において巻回することが有利である。アキシャル巻回成分およびラジアル巻回成分は、ショックアブソーバの長手方向に、ショックアブソーバの周方向に、またはショックアブソーバの長手方向と周方向との間のいずれもの斜め線上に整合させることができる。特に、炭素繊維複合材料ウエブは、複数の位置においてアキシャル成分、ラジアル成分および／またはダイアゴナル成分を有し得、それは、例えばショックアブソーバチューブの構築された厚さに渡って交互の位置方向に配置される。

接続部材および／または締結具を、巻取りマンドレル上に、若しくはそれに軸方向に隣接して配置することができ、その際、前記少なくとも１つの炭素繊維複合材料ウエブは、巻取りマンドレル上に、または接続部材および／または締結具の少なくとも一部上に巻回される。それにより、接続部材および／または締結具との間で緊密な結合が達成され得、その際、ショックアブソーバチューブを形成するための均質なチューブ本体を作り出すために、接続部材および／または締結具は、例えば、炭素繊維複合材料ウエブが、接続部材および／または締結具上に渡るまでそれらの上に巻きつけられ得るように巻取りマンドレル上に巻回される。

発明の好ましい態様
本発明を改善する追加の方策を、図面に基づいて、本発明の共通の典型的な態様の記述との関係において、以下、より詳しく説明する。

本発明の特徴を備えるショックアブソーバの典型的な態様を示す断面図。 ショックアブソーバチューブとそのショックアブソーバチューブの端部側に配置された締結具とを備えるショックアブソーバを示す詳細図。

図１は、車両用ショックアブソーバ１の断面図を表すが、ショックアブソーバ１の図示は抽象化されたものであり、従って単純化されている。ショックアブソーバ１は、ショックアブソーバチューブ１０を備え、ショックアブソーバピストン１１がショックアブソーバ１の長手軸１７に沿って移動し得るようにそのショックアブソーバチューブ内に案内される。ショックアブソーバピストン１１上にはピストンロッド１６が配置され、そのピストンロッド１６は、ショックアブソーバチューブ１０の端部側を閉鎖する締結具１５から外に出るように液密に案内される。

ショックアブソーバチューブ１０は、炭素繊維複合材料から構成され、その内面１２には、ショックアブソーバチューブ１０内を案内されるショックアブソーバピストン１１の摺動相手を構成するコーティング１３が適用されている。コーティング１３は、コーティング１３がショックアブソーバ１の全ストローク長に渡ってショックアブソーバピストン１１の摺動相手を構成するように、ショックアブソーバチューブ１０の全長にわたって内面１２を覆っている。コーティング１３は、エポキシドで作られており、これは上記炭素繊維複合材料を構成するエポキシドと同じエポキシドであり得る。

コーティング１３の厚さは、３０μｍ〜１０μｍの厚さを備え、その表面粗さはＲｚ５であり、それによりショックアブソーバチューブ１０内でのショックアブソーバの摺動を促進する持続性のあるストローク運動を可能とさせる。

コーティング１３は、ショックアブソーバチューブ１０の炭素繊維複合材料とともに熱硬化され、コーティング１３のエポキシドは、炭素繊維複合材料のエポキシドと、材料的に一体的に形成される。

締結具１５は、シール部材１８を備えており、そのため締結具１５は液密にショックアブソーバチューブ１０内に配置される。締結具１５の回りには、環状部材１９が配置され、これは、炭素繊維複合材料から作製されたショックアブソーバチューブの円錐状端部に対応する円錐状セグメント２０を備える。円錐状セグメント２０を有する環状部材１９がショックアブソーバチューブ１０の上記端部上に配置されていると、環状部材１９は、ショックアブソーバチューブ１０と接着結合され得、その結果、締結具１５は、同時に、ショックアブソーバチューブ１０の端部に強固に固定される。ここで、シール部材１８は、ショックアブソーバチューブ１０の内面１２のコーティング１３に対しシールを形成する。ショックアブソーバチューブの、締結具１５と反対側には、接続部材１４が設けられ、これは、また、円錐状セグメント２１を介してショックアブソーバチューブの端部に接着結合されている。接続部材１４は、もう一つのシール部材１９を内包しており、これが、また、ショックアブソーバチューブ１０の内面１２上のコーティング１３に対しシールを形成する。接続部材１４は、接続ラグ２２を備え、それによりショックアブソーバ１は車両のホイールキャリアと接続し得る。

ショックアブソーバチューブ１０は、炭素繊維複合材料から製造され、その炭素繊維複合材料は、炭素繊維複合材料のウエブが、例示的にショックアブソーバチューブ１０におけるその動きの方向をもって示されている異なる巻回方向２３に巻回される手法で作製される。巻回方向２３は、円周方向におけるラジアル巻回成分２４、長手方向におけるアキシャル巻回成分２５、および種々のダイアゴナル巻回成分２６を含み得る。ここで、ダイアゴナル巻回成分２６は、ラジアル巻回成分２４とアキシャル巻回成分２５との間でいずれもの角度で延び得る。種々の巻回成分２４、２５および／または２６が重なり合ってショックアブソーバチューブ１０を形成するときにのみ、後者は、ショックアブソーバ１を形成する際に使用するための炭素繊維複合材料で作られたショックアブソーバチューブ１０として十分良好な強度特性をもって設計され得る。

図２は、締結具１８の領域におけるショックアブソーバチューブ１０を備えるショックアブソーバ１の詳細図を提示する。締結具１５は、炭素繊維複合材料で作られたショックアブソーバチューブ１０内のインサート部材２７により固定されており、その炭素繊維複合材料は、囲包する取巻きセグメント２８内でインサート部材２７を取り囲み、それによりインサート部材２７は、ショックアブソーバチューブ１０内に確実に配置されるようになる。ショックアブソーバチューブ１０の内面１２上には、コーティング１３がその配置に関し一定の比例では拡大されていない状態で示されており、その上で、配置されたピストンロッド１６を有するショックアブソーバピストン１１が軸方向に摺動する。

これと関連して、ショックアブソーバチューブ１０を製造するためのもう一つの例示態様を提示するが、それは、半仕上げチューブから適切な大きさに切断するのではなく、半仕上げチューブを巻取りマンドレルに巻回し、その内面をコーティング１３でコートした後、ショックアブソーバチューブ１０をインサート部材２７とともに上記巻取りマンドレルに巻回するものである。この場合、炭素繊維複合材料のウエブは、巻取りマンドレル（詳しくは図示されていない）およびインサート部材２７の両者上に渡って延びる。巻取りマンドレルを取り外した後、構造中のインサート部材２７はショックアブソーバチューブ１０内に残り、その中に、囲包する取巻きセグメント２８により固定される。

本発明は、その実行が上記好ましい例示的態様に限定されるものではない。それどころか、いくつかの変形例が想定できる、基本的に異なる形態の態様であってもここに記載した解決策を利用するいくつかの変形例が想定できる。構造の詳細、空間的配置および手順のステップを含み、特許請求の範囲、明細書または図面から生じるすべての特徴および／または利点は、単独で受け取られても、広い範囲の組合せにおいて受け取られても、本発明にとって必須のものであり得る。

１ ショックアブソーバ
１０ ショックアブソーバチューブ
１１ ショックアブソーバピストン
１２ 内面
１３ コーティング
１４ 接続部材
１５ 締結具
１６ ピストンロッド
１７ 長手軸
１８ シール部材
１９ 環状部材
２０ 円錐状セグメント
２１ 円錐状セグメント
２２ 接続ラグ
２３ 巻回方向
２４ ラジアル巻回成分
２５ アキシャル巻回成分
２６ ダイアゴナル巻回成分
２７ インサート部材
２８ 囲包する取巻きセグメント

Claims (12)

1. 少なくとも１つのショックアブソーバピストン（１１）が摺動して案内されるショックアブソーバチューブ（１０）を備え、前記ショックアブソーバチューブ（１０）が炭素繊維複合材料で作られている車両用ショックアブソーバ（１）であって、前記ショックアブソーバチューブ（１０）の内面は、前記ショックアブソーバチューブ（１０）内を案内されるショックアブソーバピストン（１１）のための摺動相手を形成するコーティング（１３）を備え、前記コーティング（１３）は、エポキシドにより構成されることを特徴とするショックアブソーバ。
2. 前記炭素繊維複合材料が、エポキシドにより構成されるマトリックスを備え、前記コーティング（１３）を構成するエポキシドが、特に、前記マトリックスを構成するエポキシドと同じであるか、類似であり、特に、前記炭素繊維複合材料が６０％体積割合の繊維を有することを特徴とする請求項１に記載のショックアブソーバ（１）。
3. 前記コーティング（１３）が、１０μｍ〜２００μｍの、好ましくは２０μｍ〜１５０μｍの、そして特に好ましくは３０μｍ〜１００μｍの厚さを有し、および／または前記コーティング（１３）が、Ｒｚ１０の値未満である表面粗さを、特にＲｚ５の表面粗さを有することを特徴とする請求項１または２に記載のショックアブソーバ（１）。
4. 前記コーティング（１３）および炭素繊維複合材料が、一緒に、特に熱硬化プロセスで硬化されることを特徴とする請求項１〜３のうちの一項に記載のショックアブソーバ（１）。
5. 前記ショックアブソーバ（１）を車両のホイールキャリアと接続するための接続部材（１４）が、前記ショックアブソーバチューブ（１０）の第１の端部側に配置され、ピストンロッド（１６）をシールを形成するように通過案内するための締結具（１５）が前記アブソーバチューブ（１０）の第２の端部側に配置され、前記接続部材（１４）および／または締結具（１５）とショックアブソーバチューブ（１０）との間の取り付けは、接着結合を介して、および／または前記接続部材（１４）および／もしくは締結具（１５）の少なくとも一部を前記炭素繊維複合材料とともに緊密に巻回することにより、達成されていることを特徴とする請求項１〜４のうちの一項に記載のショックアブソーバ（１）
6. ショックアブソーバ（１）用のショックアブソーバチューブ（１０）を作製するための、炭素繊維複合材料で作られたチューブの使用であって、少なくとも１つのショックアブソーバピストン（１１）が摺動して前記ショックアブソーバチューブ内を案内され、前記ショックアブソーバチューブ（１０）の内面が、前記ショックアブソーバチューブ（１０）内を案内されるショックアブソーバピストン（１１）の摺動相手を構成する、エポキシドで作られたコーティング（１３）を備えるところの使用。
7. 請求項２〜６のうちの一項に記載のショックアブソーバ（１）のための、請求項６に記載の、炭素繊維複合材料で作られたチューブの使用。
8. 少なくとも１つのショックアブソーバピストン（１１）が摺動して案内される、ショックアブソーバ用ショックアブソーバチューブ（１０）を製造するための方法であって、前記方法は、少なくとも次の工程：
   巻取りマンドレルと、少なくとも１つの炭素繊維複合材料ウエブを用意する工程、
   前記少なくとも１つの炭素繊維複合材料ウエブを、少なくとも１つの前記巻取りマンドレルに関してアキシャルの巻回成分と少なくとも１つのラジアル巻回成分とをもって前記マンドレルに巻回する工程、
   前記炭素繊維複合材料を硬化させる工程
   を含み、エポキシドから構成されたコーティング（１３）が前記ショックアブソーバチューブ（１０）の内面に配置される前記方法。
9. 前記コーティング（１３）が、該コーティングを巻取りマンドレル上に適用し、ついで前記炭素繊維複合材料ウエブを該コーティング上に巻回することによって、前記ショックアブソーバチューブの内面（１２）上に配置されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記コーティング（１３）が、前記ショックアブソーバチューブ（１０）を前記巻取りマンドレルから取り外した後、塗布方法により、前記ショックアブソーバチューブ（１０）の内面（１２）に適用されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
11. 少なくとも１つのアキシャル巻回成分と少なくとも１つのラジアル巻回成分を有する前記少なくとも１つの炭素繊維複合材料ウエブを、入ってくる炭素繊維複合材料ウエブと前記巻取りマンドレルとの間の相対運動により、前記巻取りマンドレル上にその軸方向において巻回することを特徴とする請求項８〜１０のうちの一項に記載の方法。
12. 接続部材（１４）および／または締結具（１５）が、前記巻取りマンドレル上に、もしくはそれに対し軸方向に隣接して、配置され、前記少なくとも１つの炭素繊維複合材料ウエブが、前記巻取りマンドレル上に、および前記接続部材（１４）および／もしくは締結具（１５）の少なくとも一部上に巻回されることを特徴とする請求項８〜１１のうちの一項に記載の方法。

Images