JP2019002545A - 緩衝器 - Google Patents

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Abstract

【課題】 所定のストローク領域で緩衝器を収縮方向へ附勢するばね部材のばね特性を二段特性にできる緩衝器を提供する。【解決手段】 シリンダ30と、シリンダ30内に軸方向へ移動可能に挿入されるピストンロッド32と、ピストンロッド32の外周であって伸長時に接近するピストン31とロッドガイド33の間に設けられ、圧縮されるとピストン31とロッドガイド33を離間させる方向へ附勢するばね部材4とを備え、ばね部材4は、第一ばね5と、第一ばね5に直列配置される第二ばね6と、第一ばね5と第二ばね6が密着高さになるより前に第一ばね5の収縮を規制する規制部7とを有する。【選択図】 図2

Description

本発明は、緩衝器の改良に関する。
従来、緩衝器は、懸架ばね、伸切ばね、及びバランスばね等の機能(用途)の異なる複数種類のばねを備える。
例えば、伸切ばねは、緩衝器が最伸長状態に近づくと圧縮されて弾性力を発揮し、緩衝器を収縮方向へ附勢する。よって、当該伸切ばねにより緩衝器の伸長作動が妨げられて伸長速度が減速し、最伸長時の衝撃を緩和できる(例えば、特許文献1)。
また、バランスばねは、車体を弾性支持する懸架ばねをエアばねとした緩衝器に利用され、緩衝器の最伸長時におけるエアばねの弾性力を相殺する弾性力を発揮する。このようなバランスばねを設けると、エアばねのばね特性と、バランスばねのばね特性の合成の特性をコイルばねからなる懸架ばねのばね特性に近づけて車両の乗り心地を良好にできる(例えば、特許文献2)。
特開2013−108542号公報 特開2010−185572号公報
伸切ばね及びバランスばねは、ともに、緩衝器の伸長時に接近する二つの部材の間に設けられ、圧縮されると二つの部材を離間する方向へ附勢して、緩衝器を収縮方向へ附勢するばねである。さらに、伸切ばねとバランスばねは、緩衝器の収縮量が所定よりも小さくなると圧縮されて弾性力を発揮するばねであり、緩衝器の収縮量が所定よりも大きい領域では機能しない。
そして、伸切ばね及びバランスばねのように、緩衝器が最伸長した状態から最収縮するまでの全ストローク領域の一部で機能して、緩衝器を収縮方向へ附勢するばね(以下、伸切ばね等という)を備えた緩衝器では、伸切ばね等が機能する所定のストローク領域からそれ以外のストローク領域へ移行する際、伸切ばね等の伸切りを境に緩衝器全体としてのばね特性が変化する。
このように、緩衝器全体としてのばね特性がストロークの途中で切り換わる場合には、ばね特性の変化が急激に起こるのを抑制するのが好ましく、その対策としては、伸切ばね等のばね定数を途中で切り換えて、伸切ばね等のばね特性を二段特性にするのが有効である。そして、伸切ばね等のばね特性を二段特性にするには、不等ピッチのコイルばねを利用する方法と、長さの異なる一対のばねを並列に配置する方法があるが、これらの方法を採用できないことがある。
まず、伸切ばね等として不等ピッチのコイルばねを利用する場合、コイルばねの一部にピッチの小さい小ピッチ部を設け、圧縮の過程で小ピッチ部の線材を密着させるのを境にばね定数を切り換える。つまり、不等ピッチのコイルばねを利用してばね特性を二段特性にする場合、小ピッチ部の線材を密着させる必要がある。しかし、線材が密着する小ピッチ部では特に、バックリングが生じやすく、伸切ばね等にバックリングが生じると、緩衝器の摺動部を傷付ける虞がある。さらに、不等ピッチのコイルばねでは、線径を途中で変えられないので重量が重くなる。
次に、伸切ばね等として、並列に配置された一対のばねを利用する場合、径方向に嵩張るので取付スペースを確保するのが難しい。例えば、緩衝器がシリンダと、シリンダに出入りするピストンロッドとを備え、ピストンロッドとシリンダとの間に一対のばねを並列に配置する場合、緩衝器を搭載する車両等に応じてシリンダ径及びピストンロッド径が予め決められているのが一般的であり、シリンダとピストンロッドとの間に一対のばねを並列に配置するスペースを確保できないことがある。このような問題は、伸切ばねと、バランスばねの両方をシリンダ内に並列に設ける場合(例えば、特開2010−185572号公報)にも起こり得る。
これらの事情から、従来の緩衝器では、所定のストローク領域で緩衝器を収縮方向へ附勢するばね部材のばね特性を二段特性にしたくても実現できないことがある。そこで、本発明は、このような不具合を解消し、所定のストローク領域で緩衝器を収縮方向へ附勢するばね部材のばね特性を二段特性にできる緩衝器の提供を目的とする。
前記課題を解決する緩衝器は、チューブ内に軸方向へ移動可能に挿入される軸部材の外周であって伸長時に接近する二つの部材の間に設けられ、圧縮されると前記二つの部材を離間させる方向へ附勢するばね部材を備え、前記ばね部材が第一ばねと、前記第一ばねに直列配置される第二ばねと、前記第一ばねと前記第二ばねが密着高さになるより前に前記第一ばねの収縮を規制する規制部とを有する。
当該構成によれば、所定のストローク領域でばね部材を圧縮すると、ばね部材が機能して緩衝器を収縮方向へ附勢する。さらに、第一ばねの収縮を規制部で規制するのを境にばね部材のばね定数を切り換えられるので、ばね部材のばね特性を二段特性にできる。
そして、このようにばね部材のばね特性を二段特性にしても、第一ばねと第二ばねを直列配置しているので、ばね部材が径方向に嵩張らず、ばね部材の取付スペースを確保しやすい。さらに、第一ばねが密着高さになるのを規制部で防いでいるので、第一ばねのバックリングを抑制できる。また、ばね部材のばね特性を二段特性にするのに第一ばねと第二ばねの二本のばねを利用しているので、第一ばねと第二ばねの設計自由度が向上し、所望のばね特性に最適な線径にできる。よって、ばね部材を軽量化できる。
なお、前記緩衝器では、前記規制部が前記第一ばねと前記第二ばねとで挟まれるばね受け部を有し、前記軸部材の外周に摺動自在に装着されているとよい。当該構成によれば、規制部を小型化して軽量化できる。
また、前記緩衝器では、前記ばね部材が前記チューブの内側に設けられ、前記規制部が前記ばね受け部に連結されて前記第一ばねと前記軸部材との間に配置されるガイドを有し、前記ガイドで前記第一ばねの反第二ばね側端が前記ガイドの反ばね受け部側端よりもばね受け部側へ移動するのを防止し、前記ガイドと前記第一ばねとの間の隙間が前記第一ばねと前記チューブとの間の隙間よりも小さく設定されていると良い。当該構成によれば、第一ばねに万が一バックリングが生じても、第一ばねがチューブに接触するよりも先にガイドに接触するので、第一ばねがチューブに干渉してチューブの内周面が傷付くのを確実に防止できる。
また、前記緩衝器では、前記ばね部材が最伸長時の衝撃を緩和する伸切ばねとして機能するとよい。当該構成によれば、伸切ばねのばね特性を二段特性にできる。そして、伸切ばねのばね特性を二段特性にすると、緩衝器をモトクロス競技に使用される車両に利用した場合、着地時における緩衝器の動き出しが良好で、着地時の衝撃をいなす効果が高いので特に有効である。
また、前記緩衝器では、エア室内の圧力で前記伸縮部材を伸長方向へ附勢するエアばねを備え、前記ばね部材は、最伸長時における前記エアばねの弾性力を相殺する弾性力を発揮するバランスばねとして機能するとよい。当該構成によれば、バランスばねの特性を二段特性にできる。すると、緩衝器を車両に利用した場合、車両の乗り心地を良好にできる。さらに、ばね部材は、伸切ばねとしての機能とバランスばねとしての機能の両方の機能を担うこともできる。この場合には、伸切ばね及びバランスばねとして機能するばね部材が径方向に嵩張らす、取付スペースを確保しやすい。
また、前記緩衝器では、前記伸縮部材がシリンダと、前記シリンダ内に摺動自在に挿入されるピストンと、前記ピストンに連結されて一端が前記シリンダ外へ突出するピストンロッドと、前記シリンダの一端部に設けられて前記ピストンロッドを摺動自在に軸支するロッドガイドとを有する緩衝器本体であり、前記チューブが前記シリンダ、前記軸部材が前記ピストンロッドであり、前記ばね部材が前記ピストンロッドの外周であって、前記ピストンと前記ロッドガイドとの間に設けられているとよい。
当該構成によれば、ばね部材を取り付けやすい。また、一般的に、シリンダ径及びピストンロッド径は、緩衝器を搭載する車両等に応じて予め決められており、シリンダとピストンロッドとの間にばね部材を設ける場合、取付スペースの問題を生じやすい。よって、このような緩衝器に本発明を適用するのが特に有効である。
本発明の緩衝器によれば、所定のストローク領域で緩衝器を収縮方向へ附勢するばね部材のばね特性を二段特性にできる。
本発明の第一の実施の形態に係る緩衝器を簡略化して示した縦断面図である。 本発明の第一の実施の形態に係る緩衝器の一部を具体的に示した部分拡大縦断面図である。 本発明の第一の実施の形態に係る緩衝器のばね特性を示した図である。 本発明の第一の実施の形態に係る緩衝器の第一の変形例を示し、変更部を示した部分拡大縦断面図である。 本発明の第一の実施の形態に係る緩衝器の第二の変形例を示し、変更部を示した部分拡大縦断面図である。 本発明の第二の実施の形態に係る緩衝器を簡略化して示した縦断面図である。 本発明の第二の実施の形態に係る緩衝器のばね特性を示した図である。
以下に本発明の実施の形態の緩衝器について、図面を参照しながら説明する。いくつかの図面を通して付された同じ符号は、同じ部品か対応する部品を示す。
図1,6に示す本実施の形態に係る緩衝器D1,D2は、二輪車又は三輪車等の鞍乗型車両において前輪を懸架するフロントフォークに利用されている。以下の説明において、本実施の形態に係る緩衝器D1,D2を備えたフロントフォークが車両に取り付けられた状態での緩衝器D1,D2の「上」「下」を、特別な説明がない限り、単に緩衝器D1,D2の「上」「下」という。
<第一の実施の形態>
図1に示すように、本発明の第一の実施の形態に係る緩衝器D1は、アウターチューブ10とインナーチューブ11とを有して構成されるテレスコピック型のチューブ部材1と、チューブ部材1内に収容されてアウターチューブ10とインナーチューブ11との間に介装される懸架ばね2及び緩衝器本体3と、緩衝器本体3の伸長時に接近するピストン31とロッドガイド33との間に設けられ、圧縮されるとこれらを離間させる方向へ附勢するばね部材4とを備える。
チューブ部材1は、本実施の形態において、倒立型となっており、アウターチューブ10を上側(車体側)へ、インナーチューブ11を下側(車軸側)へ向けて配置される。つまり、本実施の形態では、アウターチューブ10が車体側チューブ、インナーチューブ11が車軸側チューブとなっている。
アウターチューブ10は、車体側ブラケット(図示せず)を介して鞍乗型車両の車体に連結され、インナーチューブ11は、車軸側ブラケット12を介して鞍乗型車両の前輪の車軸に連結されている。アウターチューブ10とインナーチューブ11の重複部の間には、ブッシュ13,14が設けられており、インナーチューブ11がアウターチューブ10内を円滑に摺動できる。そして、車両が凹凸のある路面を走行する等して前輪が上下に振動すると、インナーチューブ11がアウターチューブ10に出入りして緩衝器D1が伸縮する。
アウターチューブ10の上端開口は、キャップ15で塞がれる。また、インナーチューブ11の下端開口は、車軸側ブラケット12で塞がれる。さらに、アウターチューブ10とインナーチューブ11の重複部の間は、オイルシール、ダストシール等のシール部材16で塞がれる。このように、本実施の形態に係る緩衝器D1では、チューブ部材1の内側と外側を区画してチューブ部材1内に液体と気体を封入し、これらがチューブ部材1外へ漏れるのを防止する。
チューブ部材1内に収容される緩衝器本体3は、シリンダ30と、シリンダ30内に摺動自在に挿入されるピストン31と、一端がピストン31に連結されて他端がシリンダ30外へ突出するピストンロッド32と、シリンダ30の一端部に設けられてピストンロッド32を摺動自在に軸支する環状のロッドガイド33とを有する。
本実施の形態において、緩衝器本体3は、倒立型となっており、シリンダ30を上側(車体側)へ、ピストンロッド32を下側(車軸)へ向けて配置されている。そして、シリンダ30は、アウターチューブ10の内側に設けられ、キャップ15を介してアウターチューブ10に連結される。その一方、シリンダ30から下方へ突出するピストンロッド32の下端部が車軸側ブラケット12を介してインナーチューブ11に連結される。
このように、緩衝器本体3は、アウターチューブ10とインナーチューブ11との間に介装されており、緩衝器D1が伸縮すると、ピストンロッド32がシリンダ30に出入りして伸縮する。このように緩衝器本体3が伸縮すると、ピストン31がシリンダ30内を上下(軸方向)に移動する。
シリンダ30内には、作動油等の液体が収容されている。そして、ピストン31がシリンダ30内を上下に移動すると、ピストン31で区画された二つの部屋R1,R2の間を液体が行き来する。緩衝器本体3は、当該液体の流れにピストン31等に設けた減衰要素で抵抗を与え、緩衝器D1の伸縮作動を妨げる減衰力を発揮する。減衰要素は、如何なる構成であってもよいので、ここでの詳細な説明を省略するが、例えば、図2に示すような、ピストン31に積層されるリーフバルブV等を利用できる。
また、図示を省略するが、シリンダ30内には、フリーピストン、ブラダ、ベローズ等の可動隔壁によって膨縮可能な気室が形成されている。そして、当該気室によりシリンダ30に出入りするピストンロッド体積分のシリンダ内容積変化を補償したり、温度変化による液体の体積変化を補償したりする。
なお、緩衝器本体3の構成は、適宜変更できる。例えば、緩衝器本体3を正立型にして、シリンダ30を車軸側へ、ピストンロッド32を車体側へ向けて配置してもよい。また、気室に替えて、内部に液体を貯留する液溜室で体積補償等をしてもよい。この場合には、シリンダ30とは別置き型のリザーバタンクを設け、当該リザーバタンク内に液溜室を形成してもよく、緩衝器本体3を正立型にした場合には、チューブ部材1と緩衝器本体3の間を液溜室として利用してもよい。さらに、ピストン31の両側へピストンロッド32を延ばして、緩衝器本体3を両ロッド型にしてもよい。
つづいて、チューブ部材1と緩衝器本体3との間には、懸架ばね2が収容されている。懸架ばね2は、コイルばねであり、圧縮されると弾性変形して変形量に見合った弾性力を発揮する。懸架ばね2の上端は、シリンダ30の外周に設けた筒状のばね受け20、シリンダ30、及びキャップ15を介してアウターチューブ10に支持される。その一方、懸架ばね2の下端は、車軸側ブラケット12を介してインナーチューブ11に支持される。
このように、懸架ばね2は、アウターチューブ10とインナーチューブ11との間に介装されている。そして、緩衝器D1が収縮してシリンダ30がインナーチューブ11内へ進入すると、懸架ばね2の変形量が大きくなって懸架ばね2の弾性力が大きくなる。
当該懸架ばね2の弾性力は、アウターチューブ10とインナーチューブ11を離間させ、緩衝器D1を伸長させる方向へ作用する。そして、車両に利用される緩衝器D1では、懸架ばね2で車体を弾性支持するようになっている。緩衝器D1が伸長するのに伴い緩衝器本体3が伸長するので、懸架ばね2は緩衝器本体3を伸長方向へ附勢しているともいえる。
また、緩衝器本体3内には、緩衝器本体3の伸長時に接近するピストン31とロッドガイド33との間にばね部材4が設けられている。当該ばね部材4は、コイルばねからなる第一ばね5と第二ばね6とを有し、圧縮されるとこれらが弾性変形するので、変形量に見合った弾性力を発揮する。
当該ばね部材4の弾性力は、ピストン31とロッドガイド33を離間させ、緩衝器D1を収縮させる方向へ作用する。そして、本実施の形態に係る緩衝器D1では、ばね部材4が伸切ばねとして機能する。伸切ばねとは、緩衝器D1の最伸長時の衝撃を緩和するためのばねであり、緩衝器D1が伸切り(最伸長状態)に近づくと機能する。
このように、本実施の形態に係る緩衝器D1は、緩衝器本体3を伸長方向へ附勢して車体を弾性支持する懸架ばね2と、最伸長時近傍で緩衝器本体3を収縮方向へ附勢して、最伸長時の衝撃を緩和する伸切ばね(ばね部材4)とを備える。
ばね部材4は、直列に設けた第一ばね5及び第二ばね6と、第一ばね5及び第二ばね6が密着高さになるより前に第一ばね5の収縮を規制する規制部7とを有する。
規制部7は、ピストンロッド32の外周に摺動自在に装着されている。より詳しくは、図2に示すように、規制部7は、内側にピストンロッド32が挿通される筒状のガイド7aと、ガイド7aの軸方向の一端部から径方向外方へ突出する環状のばね受け部7bとを含む。
本実施の形態のでは、ガイド7aにおける軸方向の両端部内周にそれぞれ環状のブッシュ70,71を嵌合し、これらブッシュ70,71の内周をピストンロッド32の外周に摺接させている。このため、規制部7がピストンロッド32に対して軸方向へ円滑に摺動できる。しかし、規制部7の良好な摺動性を確保できれば、ブッシュ70,71を省略できる。
つづいて、第一ばね5と第二ばね6は、ともに、コイルばねであり、圧縮されると弾性変形して変形量に見合った弾性力を発揮する。第一ばね5は、一端をばね受け部7bに支えられた状態でガイド7aの外周に配置される。その一方、第二ばね6は、ばね受け部7bを挟んで第一ばね5の反対側に設けられ、一端をばね受け部7bで支えられている。
このように、本実施の形態のばね部材4では、ガイド7a側の第一ばね5と、反対側の第二ばね6とでばね受け部7bを挟んだ状態となっており、第一ばね5と第二ばね6が直列に配置されている。そして、このように直列配置された第一ばね5と第二ばね6の内側にピストンロッド32が挿通されている。
また、本実施の形態では、第一ばね5が第二ばね6の上側に設けられ、ばね部材4の下端部に位置する第二ばね6の下端部外周に環状のばね部材受け部8が嵌合する。ばね部材受け部8の内径は、ピストンロッド32の外径よりも大きい。その一方、ばね部材受け部8の外径は、シリンダ30の内周に嵌合可能な径となっている。
このため、ピストンロッド32がばね部材4内を軸方向へ移動する際に、ばね部材受け部8が当該移動の妨げにならない。また、ばね部材受け部8の外周をシリンダ30で支えているので、ばね部材受け部8が径方向へずれてピストンロッド32に干渉するのを防止できる。
前述のように、ばね部材受け部8に第二ばね6の下端部が嵌合するので、第二ばね6がシリンダ30内で径方向へずれるのをばね部材受け部8で防止できる。そして、ばね部材受け部8から上方へ延びる第二ばね6の上側に、第一ばね5と規制部7が積層される。また、当該規制部7は、ばね受け部7bを下側へ、ガイド7aの先端を上側へ向けて配置されている。
ばね受け部7bから上方へ延びるガイド7aの軸方向長さは、ばね受け部7bに起立する第一ばね5の自然長(荷重を負荷しない状態での軸方向長さ)よりも短く、第一ばね5の密着高さ(コイルばねの線材が全て接触するまで圧縮された状態での軸方向長さ)よりも長く設定されている。このため、無負荷状態では、第一ばね5の上端がガイド7aの先端から上方へ突出する。
また、ピストンロッド32の外周であってばね部材4よりも上側(ピストン31側)には、第一ばね5の上端とガイド7aの先端に対向するようにストッパ32aが設けられている。
より詳しくは、本実施の形態に係るピストンロッド32は、棒状のロッド本体320と、当該ロッド本体320の先端部外周に螺合して外周にピストン31を保持するセンターロッド321とを有する。ストッパ32aは、センターロッド321におけるピストン保持部32bよりも下側(ロッドガイド33側)に形成されており、ばね部材4に対向する部分が平坦面となっている。
ストッパ32aは、ピストン31とともにシリンダ30内を移動する。そして、緩衝器D1が伸長して伸切りに近づき、ピストン31がロッドガイド33にある程度接近すると、ストッパ32aが第一ばね5の上端に当接し、ばね部材4がストッパ32aとロッドガイド33とで挟まれて圧縮される。すると、第一ばね5と第二ばね6の収縮によりばね部材4が収縮し、収縮量に見合った弾性力を発揮する。当該ばね部材4の弾性力とは、第一ばね5と第二ばね6とを含むばね部材4全体としての弾性力のことである。
また、前述のように、ばね受け部7bから突出するガイド7aの軸方向長さは第一ばね5の密着高さよりも長い。よって、ばね部材4を圧縮していくと、第一ばね5が密着高さになるより前にガイド7aの先端がストッパ32aに突き当たり、それ以上第一ばね5が収縮するのを防ぐ。また、前述のように、規制部7は、第一ばね5及び第二ばね6が密着高さになるより前に、第一ばね5の収縮を規制する。よって、第一ばね5の収縮がガイド7aで規制された状態で、ばね部材4をさらに圧縮した場合には、第二ばね6のみが収縮する。
上記構成によれば、ガイド7aの先端がストッパ32aに当接したときのばね部材4の軸方向長さを所定長Mとすると、ばね部材4が所定長Mよりも長い場合には、直列につながる第一ばね5と第二ばね6の両方が機能する。このため、第一ばね5と第二ばね6とを含むばね部材4全体としてのばね定数(ばね部材4のばね定数)は、直列につながる第一ばね5と第二ばね6の全体のばね定数となる。
その一方、ばね部材4が所定長M以下の場合には、第二ばね6のみが機能する。このため、ばね部材4のばね定数は、第二ばね6単体のばね定数となり、第一ばね5と第二ばね6の全体のばね定数よりも大きくなる。このように、本実施の形態では、ばね部材4を圧縮していくと、ばね部材4が所定長Mになるのを境に、ばね部材4のばね特性をばね定数の小さな特性からばね定数の大きな特性へ切り換えて、二段特性にできる。
上記構成によれば、ばね部材4のばね特性を二段特性にする場合であっても、第一ばね5が密着高さになる前に当該第一ばね5の収縮を規制してばね定数を切り換えているので、第一ばね5にバックリングが生じるのを抑制できる。さらに、第一ばね5と第二ばね6の二本のばねを利用してばね部材4のばね特性を二段特性にしているので、各ばね(第一ばね5と第二ばね6)の線径等を所望のばね定数に合せて、最適な設計にできる。
また、ガイド7aにより、第一ばね5の収縮量を制限できる。具体的に、第一ばね5の収縮可能量は、第一ばね5がガイド7aから上方へ突出する突出量である。よって、第一ばね5の収縮可能量が一見して分かりやすく、当該収縮可能量の設定が容易である。また、ガイド7aをピストンロッド32の外周に摺動自在に装着しているので、規制部7のピストンロッド32に対する嵌合長が長くなり、ばね受け部7bの傾きを防止できる。これにより、第一ばね5及び第二ばね6の傾きを抑制できる。
以下、伸切ばねとして機能するばね部材4の作動について、図3を参照しながら説明する。
図3には、緩衝器D1の全ストローク領域のうちの、ばね部材4が機能するストローク領域Hを含む一部のストローク領域での緩衝器D1全体としてのばね特性を実線で示している。さらに、図3には、ばね部材4に替えて、ばね定数が一定のコイルばねからなる従来の伸切ばねを使用した場合のばね特性を点線で示している。
また、以下の説明では、図3に示すように、緩衝器D1の最伸長時をストローク量の基準(ストローク量ゼロ)とし、当該最伸長時からの収縮量をストローク量とする。つまり、ストローク量の減少は、緩衝器D1の伸長を意味し、ストローク量の増加は、緩衝器D1の収縮を意味する。
本実施の形態に係るばね部材4は、最伸長時を含む最伸長時近傍のストローク量の小さいストローク領域Hで圧縮されて弾性力を発揮し、緩衝器D1を収縮方向へ附勢する。当該ばね部材4による緩衝器D1を収縮方向へ附勢する力(収縮方向の附勢力)は、緩衝器D1の最伸長時に最大となる。反対に、緩衝器D1が収縮してストローク量が大きくなると、ストローク領域Hの終端でばね部材4が伸切り、以降のストローク領域Iではその力を発揮しない。
その一方、懸架ばね2は、緩衝器D1の略全ストローク領域で機能して、緩衝器D1を伸長方向へ附勢する。よって、ばね部材4が機能するストローク領域Hでは、緩衝器D1全体としてのばね特性が、ばね部材4のばね特性と懸架ばね2のばね特性の合成の特性となる。しかし、ばね部材4が伸び切った後のストローク領域Iでは、緩衝器D1全体としてのばね特性が、懸架ばね2のばね特性となる。
懸架ばね2による緩衝器D1を伸長方向へ附勢する力(伸長方向の附勢力)は、緩衝器D1の最収縮時に最大となり、ストローク量の減少、即ち、緩衝器D1の伸長に伴い小さくなる。そして、ばね部材4が機能するストローク領域Hの途中(図3中、ストローク量P)で、ばね部材4による収縮方向の附勢力が懸架ばね2による伸長方向の附勢力と釣り合い、さらに緩衝器D1が伸長すると、ばね部材4による収縮方向の附勢力が懸架ばね2による伸長方向の附勢力を上回る。すると、緩衝器D1が全体として収縮方向へ力を発揮するようになり、当該収縮方向の力で緩衝器D1の伸長速度(ピストン速度)を減速できる。よって、緩衝器D1の最伸長時の衝撃を緩和できる。
また、ばね部材4が機能するストローク領域Hにおける収縮側の領域h1では、ばね部材4の収縮量が小さく、第一ばね5の収縮が規制部7により規制されていない。よって、当該領域h1では、ばね部材4のばね定数が直列につながる第一ばね5と第二ばね6の全体のばね定数となる。その一方、ばね部材4が機能するストローク領域Hにおける伸長側の領域h2では、ばね部材4の収縮量が大きくなって、第一ばね5の収縮が規制部7で規制される。よって、当該領域h2では、ばね部材4のばね定数が第二ばね6単体のばね定数となって、収縮側の領域h1のばね定数よりも大きくなる。
このように、ばね部材4のばね特性が二段特性になり、収縮側の領域h1でのばね定数が小さくなる。よって、緩衝器D1全体としてのばね特性がばね部材4の伸切りを境に急激に変化するのを防止できる。換言すると、ばね部材4が機能するストローク領域Hでのばね特性と、ストローク領域Iにおける懸架ばね2のばね特性とのつながりを滑らかにできる。
さらに、収縮側の領域h2でのばね部材4のばね定数を小さくしても、伸長側の領域h2では、ばね部材4のばね定数が大きくなる。よって、ばね部材4による収縮方向の附勢力と懸架ばね2による伸長方向の附勢力が釣り合い、緩衝器D1の発揮する力がゼロになるストローク量Pを、ばね定数が一定の伸切ばねを利用したとき(図3中、点線)と変えずに、緩衝器D1の最伸長時における圧縮に抗する力(図3中、F)を確保できる。
また、伸切ばねとして機能するばね部材4のばね特性を二段特性にすると、緩衝器D1のストローク量がストローク量Pのときのばね定数を小さくできる。これは、緩衝器D1を搭載するフロントフォークがモトクロス競技用の車両に利用される場合において特に有効である。
なぜなら、モトクロス競技では、車輪が地面から離れる機会が多いためである。より詳しくは、車輪が地面から浮いた状態では緩衝器D1に負荷がかからない。このような無負荷状態では、緩衝器D1がストローク量Pになるまで収縮した状態となる。よって、着地時には、緩衝器D1が略ストローク量Pとなった状態から収縮を開始するのであるが、ストローク量Pでのばね定数を小さくすると、当該収縮開始時に緩衝器D1が収縮し易く、着地時の衝撃をいなして乗員の受ける衝撃を緩和できる。
以下、本実施の形態に係る緩衝器D1の作用効果について説明する。
本実施の形態において、緩衝器D1は、シリンダ30と、シリンダ30内に軸方向へ移動可能に挿入されるピストンロッド32とを有する緩衝器本体3と、ピストンロッド32の外周であって緩衝器本体3の伸長時に接近するピストン31とロッドガイド33の間に設けられ、圧縮されるとピストン31とロッドガイド33を離間させる方向へ附勢するばね部材4とを備える。そして、当該ばね部材4が、第一ばね5と、第一ばね5に直列配置される第二ばね6と、第一ばね5と第二ばね6が密着高さになるより前に第一ばね5の収縮を規制する規制部7とを有する。
上記構成によれば、ばね部材4が機能するストローク領域Hで、ばね部材4が緩衝器D1を収縮方向へ附勢できる。さらに、第一ばね5の収縮を規制部7で規制するのを境にばね部材4のばね定数を切り換えられるので、ばね部材4のばね特性を二段特性にできる。
そして、このようにばね部材4のばね特性を二段特性にしても、第一ばね5と第二ばね6を直列配置しているので、ばね部材4が径方向に嵩張らず、ばね部材4の取付スペースを確保しやずい。さらに、第一ばね5が密着高さになるのを規制部7で防いでいるので、第一ばね5のバックリングを抑制できる。
また、上記構成によれば、ばね部材4のばね特性を二段特性にするのに、第一ばね5と第二ばね6の二本のばねを利用しているので、第一ばね5と第二ばね6の設計自由度が向上し、第一ばね5と第二ばね6を所望のばね定数に応じた最適に設計できる。よって、不等ピッチのコイルばねを利用する場合と比較して、ばね部材4を軽量化できる。
具体的に、例えば、二段特性のばね特性を得るのに不等ピッチのコイルばねを利用する場合、ピッチの小さい小ピッチ部の線材が密着するのを境にばね定数を切り換える。しかし、このような不等ピッチのコイルばねを利用する場合、コイルばねの線径を途中で変更するのが難しい。よって、例えば、小ピッチ部のばね定数を小さくしようとしても、ばね定数に合せて線径を小さくできないので、重量が重くなる。これに対して、本実施の形態では、ばね部材4が直列につながる二本のばね(第一ばね5と第二ばね6)を有し、各ばねの線径を他のばねに影響されずに設定できるので、重量が増すのを抑制できる。
以上より、本実施の形態の緩衝器D1によれば、所定のストローク領域Hで緩衝器D1を収縮方向へ附勢するばね部材4のばね特性を二段特性にしても、取付スペース、バックリング、重量増加等の不具合を招かない。よって、ばね特性を二段ばね特性にしたばね部材4を緩衝器D1に採用しやすい。
また、本実施の形態において、規制部7は、第一ばね5と第二ばね6とで挟まれるばね受け部7bを有し、ピストンロッド32の外周に摺動自在に装着されている。この場合、シリンダ30の内周に規制部を摺動自在に装着した場合と比較して、規制部を小型化し、軽量化できる。加えて、ピストンロッド32の外周に規制部7を装着した状態で組み付けられるので、規制部7の組付作業を容易にできる。
さらに、本実施の形態において、ばね部材4は、シリンダ30の内側に設けられ、規制部7は、ばね受け部7bに連結されて第一ばね5とシリンダ30との間に配置されるガイド7aを有する。そして、ガイド7aは、第一ばね5の上端(反第二ばね6側端)がガイド7aの上端(反ばね受け部7b側端)よりも下側(ばね受け部7b側)へ移動するのを防止する。
換言すると、本実施の規制部7では、第一ばね5の軸方向長さがばね受け部7bから突出するガイド7aの長さ以下になるのを防ぎ、これにより第一ばね5の収縮を規制する。つまり、第一ばね5において、実質的に伸縮可能な領域は、ガイド7aから突出する部分に限られるので、第一ばね5の収縮可能量の設定が容易である。加えて、本実施の形態では、上記ガイド7aがピストンロッド32の外周に摺動自在に装着されている。このため、規制部7とピストンロッド32の嵌合長が長くなり、ばね受け部7bの傾きを防止できる。よって、第一ばね5及び第二ばね6の傾きを抑制できる。
なお、第一ばね5を圧縮可能で、且つ、第一ばね5が密着高さとなるより前に第一ばね5の収縮を規制できれば、規制部7の構成は、適宜変更できる。例えば、ガイド7aと第一ばね5との間の隙間を、第一ばね5とシリンダ30との間の隙間よりも小さくすれば、第一ばね5にバックリングが万が一生じても、第一ばね5がシリンダ30に接触するより先にガイド7aに接触する。よって、バックリングによりシリンダ30の内周が傷付くのを確実に防止できる。
本実施の形態では、ガイド7aが筒状であって、第一ばね5がコイルばねであるので、ガイド7aと第一ばね5との間隔を第一ばね5とシリンダ30との間隔よりも小さく設定するには、ガイド7aの外径と第一ばね5の内径との差を、第一ばね5の外径とシリンダ30の内径との差よりも小さくすればよい。しかし、第一ばね5の収縮の規制によりバックリングを充分に抑制できれば、ガイド7a、第一ばね5、及びシリンダ30の間にそれぞれ形成される隙間の間隔は適宜変更できる。
さらに、ガイド7aを第一ばね5の外側(反ピストンロッド32側)に設け、シリンダ30の内周に規制部を摺接させてもよい。また、ガイド7aは、筒状でなくてもよく、例えば、第一ばね5の軸方向に沿って起立する複数の板状部材を第一ばね5の周方向に並べて配置してもよい。
また、図4に示す規制部7Aのように、規制部7Aがピストンロッド32の外周に摺動自在に装着されるばね受け部72と、ピストンロッド32の外周に固定されてばね受け部72のピストンロッド32に対する移動を阻止するストッパ部73とに分割されていてもよい。この場合には、ストッパ部73でばね受け部72の移動を阻止すると、第一ばね5の収縮が規制される。
また、本実施の形態では、第一ばね5が第二ばね6の上側(ピストン31側)に設けられている。しかし、第一ばね5と第二ばね6の配置は、逆でもよい。例えば、図5に示すように、第一ばね5を第二ばね6の下側(ロッドガイド33側)に設けてもよい。このような変更は、規制部の構成によらず可能である。
加えて、ばね部材4を設ける位置も適宜変更できる。より詳しくは、チューブと、チューブ内に軸方向へ移動可能に挿入される軸部材とを有し、伸縮可能な伸縮部材における軸部材の外周であって、伸縮部材の伸長時に接近する二つの部材の間にばね部材4が設けられていればよい。
具体的に、本実施の形態では、緩衝器本体3が伸縮部材であって、シリンダ30と、シリンダ30内に摺動自在に挿入されるピストン31と、ピストン31に連結されて下端(一端)がシリンダ30外へ突出するピストンロッド32と、シリンダ30の下端部(一端部)に設けられてピストンロッド32を摺動自在に軸支するロッドガイド33とを有する。そして、シリンダ30が伸縮部材のチューブ、ピストンロッド32が伸縮部材の軸部材、ピストン31とロッドガイド33が伸縮部材の伸長時に接近する二つの部材に相当し、ピストンロッド32の外周であって、ピストン31とロッドガイド33との間にばね部材4が設けられている。このため、ばね部材4を取り付けやすい。
しかし、例えば、インナーチューブ11を伸縮部材のチューブ、シリンダ30を伸縮部材の軸部材として、緩衝器D1の伸縮時に接近するインナーチューブ11の上端部とシリンダ30の下端部との間にばね部材4を設けてもよい。このような変更は、規制部の構成、及び第一ばねと第二ばねの配置によらず可能である。
また、本実施の形態では、ばね部材4が伸切ばねとして機能する。このため、緩衝器D1がモトクロス競技に利用されるオートバイのフロントフォークに利用される場合において、着地時における緩衝器D1の動き出しが良好で、着地時の衝撃をいなす効果が高いので特に有効である。
なお、緩衝器D1とばね部材4の用途は、適宜変更できる。例えば、緩衝器D1は、オートバイ以外の車両に利用されてもよく、フロントフォーク以外の懸架装置に利用されてもよい。また、第二の実施の形態に係る緩衝器D2のように、ばね部材をバランスばねとして利用してもよく、ばね部材の用途に合わせてばね部材が機能する所定のストローク領域を設定できる。そして、これらの変更は、規制部の構成、第一ばねと第二ばねの配置、及びばね部材を設ける位置によらず可能である。
<第二の実施の形態>
次に、本発明の第二の実施の形態に係る緩衝器D2について説明する。図6に示すように、本実施の形態に係る緩衝器D2では、第一の実施の形態のコイルばねからなる懸架ばね2をエアばね2Aに変更し、第一の実施の形態の伸切ばねとして機能するばね部材4をバランスばねとして機能するばね部材4Aに変更した点で異なる。
以下、本実施の形態の緩衝器D2において、第一の形態の緩衝器D1と異なる構成について詳細に説明し、同じ又は対応する構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
チューブ部材1内と緩衝器本体3との間には、液体が貯留されるとともに、その液面上方にエア室Gが形成されている。エア室Gには、エアが圧縮された状態で封入されている。エア室G内の圧力は、アウターチューブ10とインナーチューブ11を離間させ、緩衝器D2を伸長方向へ附勢する。本実施の形態では、当該エア室Gを有してエアばね2Aが構成されており、当該エアばね2Aが車体を弾性支持する懸架ばねとして機能する。
つづいて、ばね部材4Aは、第一の実施の形態のばね部材4と同様に、ピストン31とロッドガイド33との間に設けられ、圧縮されると弾性力を発揮して緩衝器D2を収縮方向へ附勢する。そして、本実施の形態では、ばね部材4Aがバランスばねとして機能する。バランスばねとは、車体を弾性支持する懸架ばねとしてエアばねを利用した場合において、緩衝器の最伸長時におけるエアばねの弾性力を相殺するのに利用されるばねである。
このように、ばね部材4Aの機能は、第一の実施の形態のばね部材4と異なるが、ばね部材4Aの構造は、第一の実施の形態のばね部材4と同じであり、第一ばね5と、第一ばね5に直列配置される第二ばね6と、第一ばね5と第二ばね6が密着高さになるより前に第一ばね5の収縮を規制する規制部7とを有する。よって、ばね部材4Aの各構成についての詳細な説明は省略する。
以下、バランスばねとして機能するばね部材4Aの作動について、図7を参照しながら説明する。
最伸長状態の緩衝器D2が最収縮するまでのストローク領域を全ストローク領域とすると、本実施の形態のばね部材4Aは、全ストローク領域の前半のストローク領域Jで圧縮されて弾性力を発揮し、緩衝器D2を収縮方向へ附勢する。当該ばね部材4Aによる緩衝器D2を収縮方向へ附勢する力(収縮方向の附勢力)は、緩衝器D2の最伸長時に過大となる。反対に、緩衝器D2が収縮してストローク量が大きくなると、ストローク領域Jの終端でばね部材4Aが伸切り、後半のストローク領域Kではその力を発揮しない。
その一方、懸架ばねとして機能するエアばね2Aは、緩衝器D2の全ストローク領域で機能して、緩衝器D2を伸長方向へ附勢する。よって、ばね部材4Aが機能するストローク領域Jでは、緩衝器D2全体としてのばね特性が、ばね部材4Aのばね特性とエアばね2Aのばね特性の合成の特性となる。しかし、ばね部材4Aが伸び切った後のストローク領域Kでは、緩衝器D2全体としてのばね特性が、エアばね2Aのばね特性となる。
当該エアばね2Aによる緩衝器D2を伸長方向へ附勢する力(伸長方向の附勢力)は、緩衝器D2の最収縮時に最大となり、ストローク量の減少、即ち、緩衝器D2の収縮に伴い小さくなる。エアばね2Aのばね特性は、非線形特性であり、コイルばねからなる懸架ばね(例えば、図1の懸架ばね2)のように、弾性力がストローク量に比例して大きくなる比例特性ではない。
このため、エアばね2Aからなる懸架ばねのばね特性を後半のストローク領域Kの特性に合わせて設定すると、バランスばねを備えていない緩衝器では、前半のストローク領域Jで緩衝器全体として伸長方向の力が過剰になり(図7中、点線s1)、車両の乗り心地を悪化させる虞がある。これに対し、本実施の形態に係る緩衝器D2では、バランスばねとして機能するばね部材4Aを備え、当該バランスばね(ばね部材4A)の弾性力で緩衝器D2の最伸長時におけるエアばね2Aの弾性力を相殺し、ストローク領域Jで緩衝器D2全体としての伸長方向の力が過剰になるのを防止できるので、車両の乗り心地を良好にできる。
また、ばね部材4Aが機能するストローク領域Jにおいて、第一ばね5の収縮が規制部7により規制されていない収縮側の領域j1では、ばね部材4Aのばね定数が直列につながる第一ばね5と第二ばね6の全体のばね定数となる。その一方、ばね部材4Aが機能するストローク領域Jにおいて、第一ばね5の収縮が規制部7で規制される伸長側の領域j2では、ばね部材4Aのばね定数が第二ばね6単体でのばね定数となり、収縮側の領域j1のばね定数よりも大きくなる。
このように、ばね部材4Aのばね特性が二段特性になり、収縮側の領域j1でのばね定数が小さくなる。よって、緩衝器D2全体としてのばね定数がばね部材4Aの伸切りを境に急激に変化するのを防止できる。換言すると、ばね部材4Aが機能するストローク領域Jでのばね特性と、ストローク領域Kにおけるエアばね2Aのばね特性のつながりを滑らかにできる。よって、車両の乗り心地を良好にできる。
さらに、本実施の形態に係る緩衝器D2では、バランスばねとして機能するばね部材4Aの他に、伸切ばね(図示せず)を備えており、当該伸切ばねにより、緩衝器D2の最伸長時の衝撃を緩和できるようになっている(図7中、点線s2)。
以下、本実施の形態に係る緩衝器D2の作用効果について説明する。なお、第一の実施の形態と同様の構成については、同様の効果があり、同様の変更が可能であるので、ここでの詳細な説明を省略する。
本実施の形態において緩衝器D2は、エア室G内の圧力で緩衝器本体(伸縮部材)3を伸長方向へ附勢するエアばね2Aを有し、本実施の形態に係るばね部材4Aは、緩衝器D2の最伸長時におけるエアばね2Aの弾性力を相殺する弾性力を発揮するバランスばねとして機能する。そして、バランスばねとして機能するばね部材4Aが第一ばね5、第二ばね6及び規制部7を有し、そのばね特性が二段特性になっている。
このため、バランスばねが機能するストローク領域Jでのばね特性と、エアばね2Aのばね特性となるストローク領域Kでのばね特性のつながりを滑らかにして、車両の乗り心地を良好にできる。
なお、本実施の形態において、バランスばねとしてのばね部材4Aが機能するストローク領域Jは、緩衝器D2の全ストローク領域の伸長側の約半分の領域であるが、当該領域は適宜変更できる。また、前述の通り、ばね部材4Aの用途も適宜変更できる。
例えば、本発明に係るばね部材が伸切ばねとしての機能とバランスばねとしての機能の両方の機能を担うとしてもよい。具体的には、第一ばね5と第二ばね6の両方でバランスばねとして機能し、第二ばね6単独で伸切ばねとして機能するとしてもよい。この場合には、従来の緩衝器(例えば、特開2010−185572号公報)のように、伸切ばねとバランスばねを並列に配置しなくてもよい。
従来、伸切ばねとバランスばねとを備えた緩衝器の中には、シリンダ内に伸切ばねとバランスばねの両方を並列に設けたものがあるが、シリンダ内に伸切ばねとバランスばねを並列に取り付けるスペースを確保できないことがある。このような場合には、シリンダ内に伸切ばねを設け、シリンダ外にバランスばねを設けることもある。しかし、このような場合にも、シリンダとチューブ部材との間隔が狭く、バランスばねの取付スペースの確保が難しかったり、シリンダと軸方向にずらした位置にバランスばねを取り付けると構造が複雑化したりする問題がある。
これに対して、本発明に係るばね部材が、伸切ばねとバランスばねの両方を兼ねる場合には、取付スペースを確保し易く、構造が複雑化することもない。そして、このようなばね部材の用途の変更は、規制部の構成、第一ばねと第二ばねの配置、ばね部材を設ける位置、緩衝器の用途によらず可能である。
以上、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明したが、特許請求の範囲から逸脱しない限り、改造、変形及び変更が可能である。
D1,D2・・・緩衝器、G・・・エア室、3・・・緩衝器本体(伸縮部材)、2A・・・エアばね、4,4A・・・ばね部材、5・・・第一ばね、6・・・第二ばね、7,7A・・・規制部、7a・・・ガイド、7b・・・ばね受け部、30・・・シリンダ(チューブ)、31・・・ピストン(伸縮部材の伸長時に接近する二つの部材のうちの一方の部材)、32・・・ピストンロッド(軸部材)、33・・・ロッドガイド(伸縮部材の伸長時に接近する二つの部材のうちの他方の部材)

Claims (6)

  1. チューブと、前記チューブ内に軸方向へ移動可能に挿入される軸部材とを有する伸縮部材と、
    前記軸部材の外周であって前記伸縮部材の伸長時に接近する二つの部材の間に設けられ、圧縮されると前記二つの部材を離間させる方向へ附勢するばね部材とを備え、
    前記ばね部材は、第一ばねと、前記第一ばねに直列配置される第二ばねと、前記第一ばねと前記第二ばねが密着高さになるより前に前記第一ばねの収縮を規制する規制部とを有する
    ことを特徴とする緩衝器。
  2. 前記規制部は、前記第一ばねと前記第二ばねとで挟まれるばね受け部を有し、前記軸部材の外周に摺動自在に装着されている
    ことを特徴とする請求項1に記載の緩衝器。
  3. 前記ばね部材は、前記チューブの内側に設けられ、
    前記規制部は、前記ばね受け部に連結されて前記第一ばねと前記軸部材との間に配置されるガイドを有し、
    前記ガイドは、前記第一ばねの反第二ばね側端が前記ガイドの反ばね受け部側端よりもばね受け部側へ移動するのを防止し、
    前記ガイドと前記第一ばねとの間の隙間は、前記第一ばねと前記チューブとの間の隙間よりも小さい
    ことを特徴とする請求項2に記載の緩衝器。
  4. 前記ばね部材は、最伸長時の衝撃を緩和する伸切ばねとして機能する
    ことを特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載の緩衝器。
  5. エア室内の圧力で前記伸縮部材を伸長方向へ附勢するエアばねを備え、
    前記ばね部材は、最伸長時における前記エアばねの弾性力を相殺する弾性力を発揮するバランスばねとして機能する
    ことを特徴とする請求項1から4の何れか一項に記載の緩衝器。
  6. 前記伸縮部材は、シリンダと、前記シリンダ内に摺動自在に挿入されるピストンと、前記ピストンに連結されて一端が前記シリンダ外へ突出するピストンロッドと、前記シリンダの一端部に設けられて前記ピストンロッドを摺動自在に軸支するロッドガイドとを有する緩衝器本体であり、
    前記チューブは、前記シリンダであり、
    前記軸部材は、前記ピストンロッドであり、
    前記ばね部材は、前記ピストンロッドの外周であって、前記ピストンと前記ロッドガイドとの間に設けられている
    ことを特徴とする請求項1から5の何れか一項に記載の緩衝器。
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