JP4611802B2 - エアサスペンション装置 - Google Patents

Description

本発明は、エアサスペンション装置の改良に関する。

従来のエアサスペンション装置にあっては、たとえば、緩衝器本体と緩衝器本体内に出没可能に挿通されるピストンロッドとを備えた油圧緩衝器と、油圧緩衝器の外周側に形成されるエア室とを備えて構成されている。

そして、エア室は、具体的には、ピストンロッドに連結される筒状のエアチャンバと、緩衝器本体に連結される筒状のエアピストンと、エアチャンバとエアピストンとを連結するダイヤフラムとで形成され、油圧緩衝器の外周面を覆っている（たとえば、特許文献１参照）。

このエア室には、コンプレッサから供給される圧縮エアが充填されており、エアサスペンション装置は、エア室内の圧縮エアのエアバネ力で車両の車体重量を弾性的に支承するとともに、エア室内の圧力を増減させることで車高調整を行えるようになっている。

すなわち、このエアサスペンション装置にあっては、エア室内に充填される圧縮エアを懸架バネとして機能をさせている。
特開平９−２５０５８７号公報（図１）

ところで、減衰力発生源として電磁力を利用する電磁緩衝器（たとえば、特開２００４−１１７５０号公報等参照）の研究開発がなされるに至っており、この電磁緩衝器にあってはモータが減衰力発生源のみならずアクチュエータとしても機能することから省スペースでアクティブサスペンションを実現できる利点がある。

そして、上記した従来のエアサスペンション装置の油圧緩衝器を電磁緩衝器に変更することを考えた場合、上述のように、緩衝器の外周面を覆うエア室を備えていることから、電磁緩衝器の内筒と外筒との間をシールするシール部に、常に圧縮エアの圧力が作用してしまうことになる。

電磁緩衝器は内筒と外筒とで作られる空間に油圧緩衝器のように作動油が充填されず上記空間内の圧力が高められることがないので、上記シール部にて確実にシールしておかなくてはエア室が電磁緩衝器内を通じて外部へ連通してしまい、エアバネ力を十分に得られなくなってしまいかねない。

他方、上記シール部でエア室の密封をせずに、他の個所でシールを行い電磁緩衝器内とエア室とをまとめて密封することにするとモータの発した熱が内部にこもってしまい熱減磁を生じてしまうなど電磁緩衝器の機能を損ないかねない。

したがって、従来のエアサスペンション装置の構成に電磁緩衝器を適用する場合には、上記内筒と外筒との間のシール部にて確実にシールする方法を採用する以外には無いが、そのようにすると、内筒と外筒とが直線相対運動を呈すると、シール部にて大きな摺動抵抗が生じてしまい、この摺動抵抗によってエアサスペンション装置の伸縮動作がぎこちなくなって車両における乗り心地を損なう恐れがある。

そこで、本発明は、上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、車両における乗り心地を向上するエアサスペンション装置を提供することである。

本発明は、緩衝器と、緩衝器の外周側に形成されるエア室とを備え、緩衝器が外筒と、外筒に摺動自在に挿入される内筒と、内筒と外筒との間に介装されて内筒と外筒の直線運動を回転運動に変換する変換機構と、変換機構で変換された回転運動が伝達されて外筒と内筒との直線相対運動を抑制する電磁力を発生するモータとを備え、エア室が内筒あるいは外筒の一方に連結される筒状のエアチャンバと、内筒あるいは外筒の他方に連結される筒状のエアピストンと、エアチャンバとエアピストンとを連結するとともにエアチャンバとエアピストンの軸方向の相対移動を許容する隔壁体と、内筒に連結されるとともにエアピストンより小径な筒体と、該筒体とエアピストンとに連結される弾性隔壁とで隔成され、外筒の内筒側端部がエア室外に配置されるようにして、課題解決を図るものである。

本発明によれば、外筒の内筒側端部はエア室外に配置されており、外筒および内筒を介してエア室内の圧縮エアが外部へ抜けることが無いので、該内筒側端部に特別に外筒と内筒との間をシールするシール部材を配在させておく必要がない。

したがって、エアサスペンション装置にあっては、その伸縮時に外筒に対し内筒が出没する際の摺動抵抗を低減することができるので、エアサスペンション装置の伸縮動作がぎこちなくなって車両における乗り心地を損なうといった不具合が解消される。

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図1は、一実施の形態におけるエアサスペンション装置の縦断面図である。図２は、他の実施の形態におけるエアサスペンション装置の縦断面図である。

図１に示すように、一実施の形態におけるエアサスペンション装置は、緩衝器Ｄと、緩衝器Ｄの外周側に形成されるエア室Ａとを備えて構成されている。

具体的に説明すると、緩衝器Ｄは、外筒１と、外筒１内に摺動自在に挿入された内筒２と、外筒１と内筒２との間に介装された外筒１と内筒２の直線相対運動を回転運動に変換する変換機構３と、該回転運動が伝達されるモータＭとを備えて構成されている。

以下詳細に説明すると、変換機構３は、螺子軸４と螺子軸４に回転自在に螺合される螺子ナットたるボール螺子ナット５とで構成され、螺子軸４は内筒２の上端内周に固定されたボールベアリング６によって回転自在に軸支され、また、ボール螺子ナット５は、外筒１の下端に連結された内筒２より小径な連繋筒７の上端に固定されており、上記変換機構３は以上のようにして外筒１と内筒２との間に介装されている。

そして、上記外筒１と内筒２が直線相対運動を呈すると、ボール螺子ナット５が螺子軸４に対し直線運動して螺子軸４を回転運動させることにより、この変換機構３によって外筒１と内筒２の直線相対運動が回転運動に変換される。

さらに、上記螺子軸４の上端は、内筒２の上端に固定されたモータＭのロータ８に連結されており、螺子軸４の回転運動がロータ８に伝達されるようになっており、このロータ８の回転により該モータＭに電磁力を発生させ、この電磁力に起因し上記ロータ８の回転に抗するトルクを上記螺子軸４の回転運動を抑制することによるボール螺子ナット５の直線運動を抑制する減衰力として利用し、外筒１と内筒２との直線相対移動を抑制することが出来るものである。

なお、モータＭは、詳しくは図示しないが、内部に回転自在に設けられるロータ８と、ロータ８に対向するステータ（図示せず）とを備えて構成され、具体的には、ブラシレスモータ等とされるが、上述したように減衰力発生源として利用可能な電磁力を発生可能であれば、様々なモータ、たとえば直流モータや交流モータ、誘導モータ等が使用可能である。

そして、モータＭは、ロータ８の回転トルクを制御可能なように図示しない制御装置およびに外部電源に接続されており、所望の減衰力を得られるよう調整されるとともに、モータＭを積極的に駆動してこの緩衝器を緩衝器のみならずアクチュエータとして機能させるようにしてある。

また、外筒１と内筒２との間には軸受９が設けられ、外筒１に対する内筒２の軸ぶれが防止されるとともに、連繋筒７と内筒２の図１中下端との間には、軸受１０が設けられており、連繋筒７と内筒２との軸ぶれが防止されており、結果的に、ボール螺子ナット５に対する螺子軸４の軸ぶれが防止され、これにより、ボール螺子ナット５の一部のボール（図示せず）に集中して荷重がかかることを防止でき、上記ボールもしくは螺子軸４の螺子溝が損傷する事態を避けることが可能である。

また、上記ボールもしくは螺子軸４の螺子溝の損傷を防止できるので、螺子軸４のボール螺子ナット５に対する回転および緩衝器の伸縮方向への移動の各動作の円滑さを保つことができ、上記各動作の円滑を保てるので、緩衝器としての機能も損なわれず、ひいては、緩衝器の故障を防止できる。

さらに、外筒１の図１中上端内周と内筒２の外周との間には、ダストシールＳが設けられており、このダストシールＳは、外筒１と内筒２とで作られる緩衝器内部を緩衝器の外方から隔絶することとなり、上記緩衝器内部への雨水や埃等の侵入が防止されている。

なお、連繋筒７は、必ずしも筒状に形成される必要はなく、ボール螺子ナット５をその回動が規制された状態で外筒１に連結することができるものであればよい。

さらに、軸受１０を省略するとしてもよく、この場合にあってもボール螺子ナット５に対する螺子軸４の軸ぶれは、上記した軸受９により防止されるので不都合は無い。

つづいて、エア室Ａは、内筒２に連結される筒状のエアチャンバ１３と、外筒１に連結される筒状のエアピストン１４と、エアチャンバ１３とエアピストン１４とを連結するとともにエアチャンバ１３とエアピストン１４の軸方向の相対移動を許容する隔壁体たるダイヤフラム１５と、内筒２に連結されるとともにエアピストン１４より小径であって外筒１の外周に隣接した筒体１６と、該筒体１６とエアピストン１４とに連結される弾性隔壁たるダイヤフラム１７とで隔成されている。

より詳細に説明すると、筒体１６は、その図１中上端部内周が内筒２の図中上端に連結されており、その内周径は、外筒１が挿通可能なように外筒１の外周径より大きくなるように設定され、また、外周には鍔部１６１が設けられている。また、筒体１６の上端部にはその内外を連通する連通孔１６２が設けられている。

そして、エアチャンバ１３は、有底筒状に形成され、底部１３１には孔１３２が開口され、この孔１３２内には上記筒体１６の上端が挿通され、さらに、底部１３１と筒体１６の鍔部１６１とが環状の防振ゴム１８によって連結されている。

また、エアチャンバ１３は、底部１３１の上面に溶着される防振ゴム１９を介して、環状であって車両の車体に結合されるプレート２０に連結されており、内筒２の上端を上記した筒体１６およびエアチャンバ１３を介して車体に連結することが可能となっている。

なお、この実施の形態にあっては、車体に対してエアサスペンション装置を取り付けるマウント部分に防振ゴム１８，１９を配しているが、防振ゴム１９を廃してエアチャンバ３を直接車体に連結するようにしてもよい。ただし、上述のようにエアチャンバ１３と車体との間にも防振ゴム１９が介装されているので、車輪が路面の凹凸を乗り越えるような振動がそのまま車体側に伝達されることを抑制することが可能となっている。

そして、この緩衝器Ｄは、本実施の形態の場合、外筒１が、外筒１の図１中下端に設けられる図示しないブラケットを介して車両の車軸側部材に連結されるとともに、内筒２は、上述のマウント部分を介して車体側部材に連結され、モータＭが車体内に配置されるようになっている。

したがって、モータＭは風雨に晒されることが無いのでエアサスペンション装置の信頼性が向上するとともに、車体と車軸との間にモータＭが無いことから緩衝器のストローク長を容易に確保することが可能である。

他方、エアピストン１４は、筒部１６より大径の筒部１４１と、筒部１４１の下端から延設される環状板部１４２とを備えて構成され、この環状板部１４２の内周を外筒１の外周に溶接等することによってエアピストン１４を外筒１に連結している。

上述のように筒体１６の直径は、上記エアピストン１４の筒部１４１より小径に形成されているので、緩衝器Ｄが収縮する際には、筒体１６は筒部１４１内に侵入することになるが、環状板部１４２は、外筒１に対して緩衝器Ｄのフルストローク時に筒体１６の下端が接触しないように位置に取り付けられている。

そして、この筒体１６の下端外周には、ダイヤフラム１７の内周がリング２５によって圧接されて取り付けられ、また、エアピストン１４の筒部１４１の上端内周には、ダイヤフラム１７の外周がリング２６によって圧接されて取り付けられ、上記筒体１６とエアピストン１４がダイヤフラム１７によって連結され、さらに、エアチャンバ１３の下端外周には、ダイヤフラム１５の外周がリング２７によって圧接されて取り付けられ、また、エアピストン１４の筒部１４１の上端外周には、ダイヤフラム１５の内周がリング２８によって圧接されて取り付けられ、上記エアチャンバ１３とエアピストン１４がダイヤフラム１５によって連結されている。

また、上記エアチャンバ１３の下端には、ガイド筒２１が延設されており、ダイヤフラム１５は、上記ガイド筒２１とエアピストン１４の筒部１４１との間に設けられている。

すなわち、エア室Ａは、上記エアチャンバ１３、エアピストン１４、筒体１６およびダイヤフラム１５，１７によって緩衝器Ｄの外周側に環状に隔成されており、外筒１における内筒側端部１ａはエア室Ａ外に配置されるようになっている。

なお、図示はしないが、エア室Ａ内の圧縮エアの圧力を調節するバルブが、エアチャンバ１３の側部等に設けられており、このバルブを介して図外のコンプレッサから圧縮エアが上記エア室Ａ内に供給される。

さて、エアサスペンション装置は上記のように構成されるが、つづいて、その動作について説明する。

緩衝器Ｄが伸縮する、すなわち、外筒１に対して内筒２が進退すると、それに伴い、エアチャンバ１３および筒体１６で作られる空間内にエアピストン１４が進退することになり、エア室Ａを圧縮あるいは膨張させる。

すると、エア室Ａ内が加圧あるいは減圧され、この圧力変動の程度に見合うエアバネ反力が発生し、上記緩衝器Ｄの伸縮が抑制されることなる。

しかし、このような場合にも、上記外筒１の内筒側端部１ａはエア室Ａ外であるので、エア室Ａ内の圧力がいかなるようなものとなっても、内筒側端部１ａには何ら影響を与えないのである。

すなわち、外筒１および内筒２を介してエア室Ａ内の圧縮エアが外部へ抜けることが無いので、該内筒側端部１ａに特別に外筒１と内筒２との間をシールするシール部材を配在させておく必要がない。

したがって、エアサスペンション装置にあっては、その伸縮時に外筒１に対し内筒２が出没する際の摺動抵抗を低減することができるので、エアサスペンション装置の伸縮動作がぎこちなくなって車両における乗り心地を損なうといった不具合が解消される。

また、本実施の形態では、筒体１６に連通孔１６２が設けられており、緩衝器Ｄの収縮時に筒体１６と、ダイヤフラム１７と、エアピストン１４とで作られる空間Ｒは、上記連通孔１６２で外方へと通じ開空間とされているので、空間内の気体が圧縮されることによってダストシールＳに圧力を作用させてしまうことも防止されており、これによって、より一層外筒１と内筒２との摺動抵抗を低減させることができ、乗り心地の向上効果を高めている。

なお、連通孔１６２を筒体１６の上部に設けずに、たとえば、エアピストン１４の環状板部１４２に設けるようにしても上記のように乗り心地向上効果を高めることができるが、筒体１６の上部に設けることで空間Ｒを車体内に連通させているので、空間Ｒ内への雨水、塵および埃等の侵入を抑制することができる利点があり、この場合には、通常緩衝器ＤのダストシールＳそのものの省略も可能となる。

さらに、上記したように、ダイヤフラム１５はガイド筒２１とエアピストン１４との間に、ダイヤフラム１７はエアピストン１４と筒体１６に隣接する外筒１との間に配置されており、緩衝器Ｄの伸縮してエアピストン１４がエアチャンバ１３および筒体１６で作られる空間に対して進退する際のダイヤフラム１５，１７の図中左右方向への変形が上記ガイド筒２１、エアピストン１４および外筒１によって規制され、各ダイヤフラム１５，１７の受圧面積が略一定に保たれるので、外筒１と内筒２に作用させるエアバネ力が急激に変化することがなく、車両の搭乗者に違和感を知覚させることがない。

また、モータＭが内筒２の上端に固定され、熱伝導率の低いエアが充満するエア室Ａで覆われない位置に配置されていることから、モータＭが発熱しても速やかに放熱することができるので、モータＭが熱減磁等を生じてしまう危惧が無く、この点でもエアサスペンション装置の実用性、信頼性が向上する。

つづいて、他の実施の形態のエアサスペンション装置について説明する。なお、この他の実施の形態におけるエアサスペンション装置の説明にあたり、一実施の形態におけるエアサスペンション装置と同様の部分については、同じ符号を付するのみとして詳しい説明を省略し、一実施の形態におけるエアサスペンション装置と異なる部分について説明することとする。

この他の実施の形態におけるエアサスペンション装置は、図２に示すように、一実施の形態におけるエアサスペンション装置のガイド筒２１およびダイヤフラム１５を廃し、換わりにエアチャンバ１３とエアピストン１４とをベローズ２９で連結したものである。

上記のように、この他の実施の形態におけるエアサスペンション装置にあっては、ベローズ２９を採用していることから、一実施の形態におけるエアサスペンション装置で生じていた緩衝器Ｄの伸縮時のガイド筒２１およびエアピストン１４とダイヤフラム１５との間の摩擦は発生しない。

したがって、この他の実施の形態におけるエアサスペンション装置では、上記した一実施の形態におけるエアサスペンション装置の作用効果に加え、上記摩擦の発生が無いので、その分エアサスペンション装置の伸縮動作が円滑になり、車両における乗り心地をより一層向上することができる利点がある。

なお、上述したところでは、内筒２の上端にモータＭを固定しているが、これを内筒２内に固定したり、内筒２自体をモータＭのケースとして機能させてもよく、さらには、外筒１側にモータＭおよび螺子軸４を取り付け、内筒２にボール螺子ナット５を取り付けるようにしてもよい。

さらに、上記した実施の形態では、モータＭはロータを備えた回転型に設定されているが、たとえば、モータを内筒あるいは外筒の一方に巻き線を設け、他方に永久磁石を適宜配したリニアモータ型として、このモータの発生する電磁力を利用して内筒と外筒の直線相対運動を抑制するようにしてもよい。

以上で、本発明の説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

一実施の形態におけるエアサスペンション装置の縦断面図である。 他の実施の形態におけるエアサスペンション装置の縦断面図である。

符号の説明

１ 外筒
１ａ 外筒の内筒側端部
２ 内筒
３ 変換機構
４ 螺子軸
５ ボール螺子ナット
６ ボールベアリング
７ 連繋筒
８ ロータ
９，１０ 軸受
１３ エアチャンバ
１３１ 底部
１３２ 孔
１４ エアピストン
１４１ 筒部
１４２ 環状板部
１４３ 固定部
１５，１７ ダイヤフラム
１６ 筒体
１６１ 鍔部
１６２ 連通孔
１８，１９ 防振ゴム
２０ プレート
２１ ガイド筒
２５，２６，２７，２８ リング
２９ ベローズ
Ａ エア室
Ｄ 緩衝器
Ｍ モータ
Ｒ 空間
Ｓ ダストシール

Claims (4)

1. 緩衝器と、緩衝器の外周側に形成されるエア室とを備え、緩衝器が外筒と、外筒に摺動自在に挿入される内筒と、内筒と外筒との間に介装されて内筒と外筒の直線運動を回転運動に変換する変換機構と、変換機構で変換された回転運動が伝達されて外筒と内筒との直線相対運動を抑制する電磁力を発生するモータとを備え、エア室が内筒あるいは外筒の一方に連結される筒状のエアチャンバと、内筒あるいは外筒の他方に連結される筒状のエアピストンと、エアチャンバとエアピストンとを連結するとともにエアチャンバとエアピストンの軸方向の相対移動を許容する隔壁体と、内筒に連結されるとともにエアピストンより小径な筒体と、該筒体とエアピストンとに連結される弾性隔壁とで隔成され、外筒の内筒側端部がエア室外に配置されることを特徴とするエアサスペンション装置。
2. 隔壁体はベローズであることを特徴とする請求項１に記載のエアサスペンション装置。
3. エアチャンバの端部に延設されるガイド筒を設け、上記隔壁体は、エアピストンの外周とガイド筒の内周との間に設けられるダイヤフラムであることを特徴とする請求項１に記載のエアサスペンション装置。
4. エアピストンと筒体と弾性隔壁とで作られる空間は開空間とされることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のエアサスペンション装置。

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