JP5981227B2 - フロントフォーク - Google Patents

Description

本発明は、フロントフォークに関し、特に、スプリングに空気バネが適用された二輪車用のフロントフォークに関する。

従来、図８に示すように、特許文献１では、チャンバＭ２内の動作部材Ｍ３の進退位置に応じてチャンバＭ２内の気体Ｍ１の圧力が変化することに着目し、上記圧力を圧力検出手段Ｍ４で検出することで動作部材Ｍ３の進退位置を進退位置検出手段Ｍ５で検出し、さらに上記圧力に対し、チャンバＭ２内の温度の高さが影響を与えることに着目して、この温度を温度検出手段Ｍ６で検出し、この温度出力に基づき動作部材Ｍ３の進退位置に温度補正手段Ｍ７で補正を加えることで正確なストローク量を検出するようにした進退位置検出装置が開示されている。
一方、フロントフォークのサスペンションでは、機械的なスプリングとダンパとを一体に構成したフロントフォークを左右に配置したものや、左右のフロントフォークでスプリング、ダンパとの機能を分けて配置したものが知られている。
後者のフロントフォークでは、スプリングに機械的なコイルばねや空気ばねとを採用したものがある。
空気バネが採用されたフロントフォークは、車体側チューブの内部空間と車軸側チューブの内部空間とで構成される外側空気ばね室と、車軸側チューブに設けれらたガイドシリンダに、車体側チューブに取り付けられたピストンがガイドシリンダ内を摺動することで外側空気ばね室から区画される内側空気ばね室との２つの空気ばね室により構成される。サスペンションとしてのストローク動作に伴ない、外側空気ばね室は車体側チューブ及び車軸側チューブの全長が変化することで空気ばね室容積が増減し、内側空気ばね室はガイドシリンダ内をピストンが移動することで空気ばね室容積が増減することで、各空気ばね室内の空気の圧縮膨張が繰り返される。この空気の圧縮膨張は、空気ばね室内の温度を上昇させ、この温度上昇に伴なって空気ばね室内の圧力を上昇させてしまう。この温度上昇に伴なう空気ばね室内の圧力の上昇又は下降は、設計時の空気ばねとしての機能を変化させることになり、車両におけるサスペンション効果を低下させてしまう虞がある。このため、特許文献１に基づき、外側空気ばね室の温度や圧力を測定し、その変化によってストローク量を調整する進退位置検出装置を適用することが考えられる。

実開平３−４２７０６号公報

しかしながら、特許文献１による進退位置検出装置では、内側空気ばね室の容積よりも大きな外側空気ばね室の圧力及び温度を測定することでストローク量を検出しているため、ストローク検出の精度が低いものとなっている。即ち、外側空気ばね室は、内側空気ばね室よりも容積が大きいため、内側空気ばね室と外側空気ばね室との容積を変化させるピストンの進退による容積変化が相対的に小さいため圧力変動が小さく、センサにより測定される圧力や温度変化も小さいため、ストローク量の検出精度があまり良いものではないと思われる。また、１つのばね室のみで圧力と温度とを計測しているため、内側空気ばね室と外側空気ばね室との間の圧漏れ（空気漏れ）や、外側空気ばね室と外気との間の圧漏れを検出することができず、外側空気ばね室や内側空気ばね室の気密に異常が生じても直ちに異常を検出することができないという問題があった。しかも、圧力検出手段と温度検出手段とは、一組のみで構成されているため、これらが故障するとストローク量の検出が不可能となる欠点があった。

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、空気バネが採用されたフロントフォークのバネ脚において、バネ脚のストローク量を精度良く検出することを可能にするとともに、バネ脚における空気漏れを検出することができるフロントフォークを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、空気ばねからなるバネ脚と、ダンパを内蔵するダンパ脚とを平行配置したフロントフォークであって、バネ脚は、車体側に固定されて一端が閉塞される車体側チューブと、車軸が取り付けられ、一端が閉塞される車軸側チューブとを互いに挿入してなり、車体側チューブ又は車軸側チューブのいずれか一方のチューブの閉塞端から延長して内周空間に配置される円筒状のガイドシリンダと、他方のチューブの閉塞端から延長するガイドロッドの先端に取り付けられて、ガイドシリンダの内周面を摺動するピストンと、ガイドシリンダに、ピストンが取り付けられたガイドロッドを支持するロッドガイドと、ガイドシリンダの内部においてピストンにより区画される内側空気ばね室と、車体側チューブ及び車軸側チューブの内部において内側空気ばね室の外側に区画される外側空気ばね室と、ガイドシリンダに挿入されたピストンとロッドガイドとで区画されるリバウンド空気ばね室と、外側空気ばね室の圧力及び温度を検出する第１検出手段と、内側空気ばね室の圧力及び温度を検出する第２検出手段と、リバウンド空気ばね室の圧力及び温度を検出する第３検出手段と、第１，第２，第３検出手段からそれぞれ出力される圧力及び温度に基づき前記内側空気ばね室及び外側空気ばね室における温度変化に伴なう圧力への影響を補償しつつ、バネ脚のストローク量を検出するストローク検出補償手段とを備えることにより、正確なストローク量を算出することができる。
内側空気ばね室の圧力変動を第２検出手段により圧力と温度とを検出して、検出された圧力及び温度に基づいて、ストローク検出補償手段がストローク量を検出することで、精度の高いストローク量を検出することができる。また、バネ脚は、車体を支えるためのバネ機構のみからなるため、従来のようなダンパ（減衰機構）による発熱の影響を受けないので、外側空気ばね室と内側空気ばね室とに介在する空気の温度を第１及び第２検出手段により正確に測定して、精度良くストローク量を検出することができる。また、内側空気ばね室と外側空気ばね室とに個別に圧力及び温度を検出する第１，第２検出手段を備えていることで、内側空気ばね室と外側空気ばね室との間に圧漏れ（空気漏れ）が生じても、ストローク検出補償手段が、内側空気ばね室と外側空気ばね室における圧力の基準値からの増減を検出することで、内側空気ばね室と外側空気ばね室との間で圧漏れが生じているか、もしくは外側空気ばね室と外気との間で圧漏れが生じているかの圧漏れ箇所の特定をすることが可能となり、バネ脚における異常を直ちに検出することができる。また、バネ脚における内側空気ばね室及び外側空気ばね室のそれぞれに圧力及び温度を検出する第１及び第２検出手段からなる複数の検出手段を備えることで、第１又は第２いずれか一方の検出手段が破損、故障しても、他方の検出手段によりストローク量を検出することが可能となる。
また、バネ脚がガイドシリンダに、ピストンが取り付けられたガイドロッドを支持するロッドガイドと、ガイドシリンダに挿入されたピストンとロッドガイドとで区画されるリバウンド空気ばね室と、リバウンド空気ばね室の圧力及び温度を検出する第３検出手段とを備え、ストローク検出補償手段が、第１，第２，第３検出手段からそれぞれ出力される圧力及び温度に基づきバネ脚のストローク量を検出することにより、より精度の高いストローク量の検出を行なうことができる。
即ち、外側空気ばね室に比べて、ストロークに伴ない大きな圧力変動が得られる内側空気ばね室及びリバウンド空気ばね室の圧力及び温度に基づいて、精度の高いストローク量の検出が可能となる。また、内側空気ばね室からリバウンド空気ばね室への圧漏れ、内側空気ばね室から外側空気ばね室への圧漏れ、リバウンド空気ばね室から外側空気ばね室への圧漏れが生じても、ストローク検出補償手段により各ばね室における圧力の基準値からの増減を検出させることで、内側空気ばね室とリバウンド空気ばね室との間で圧漏れが生じているか、内側空気ばね室と外側空気ばね室との間で圧漏れが生じているか、リバウンド空気ばね室と外側空気ばね室との間で圧漏れが生じているか、もしくは外側空気ばね室と外気との間で圧漏れが生じているかの圧漏れ箇所の特定を可能とし、直ちに圧漏れ異常及び特定した圧漏れ箇所を検出することができる。
また、ストローク検出補償手段が、バネ脚の故障を報知する故障報知手段を備えることにより、バネ脚の各外側空気ばね室及び内側空気ばね室に圧漏れ等の異常が生じたときに、ライダーに対して異常を直ちに報知することができる。

本実施形態に係るフロントフォークの概略図である。 本実施形態に係るフロントフォークの構成図である。 本実施形態に係るバネ脚の部分拡大図である。 本実施形態に係るバネ脚のストローク量に対する反力を示すグラフである。 他の実施形態に係るバネ脚の構成図である。 他の実施形態に係るバネ脚のブロック図である。 他の実施形態に係るバネ脚のストローク量に対する反力を示すグラフである。 従来のバネ脚の概略構成図である。

以下、発明の実施形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明される特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必須であるとは限らず、選択的に採用される構成を含むものである。

実施形態
図１は、本発明に係るフロントフォークの実施の形態を示す外観図である。
同図に示すように、フロントサスペンション１は、左右一対のフロントフォークにより構成される。一方のフロントフォークは車体を支持するための空気バネ機構を有するバネ脚２、他方のフロントフォークはバネ脚２の動作により生じる振動を減衰させる減衰機構を有するダンパ脚３とからなり、左右のフロントフォークによって機能が異なる構成である。バネ脚２及びダンパ脚３は、仮想線（二点鎖線）で示す、フレームＦに対して車輪の操舵を可能にする三つ又と呼ばれる取付具Ｇにより互いに平行となるように固定される。
つまり、本発明に係るフロントフォークは、従来のようにフォーク内にダンパ機能と金属ばねによる車体のばね機能とを一体に内蔵せず、金属ばねによるばね機能を内蔵しないダンパ脚３と、ダンパ機能を内蔵しないとともに、金属ばねに換えて空気ばねにより構成されるバネ脚２とにより構成される。
なお、本実施形態では、バネ脚２及びダンパ脚３の車軸側に位置するチューブを車軸側チューブ２Ａ，３Ａ、車体側に固定されるチューブを車体側チューブ２Ｂ，３Ｂという。以下、説明において車体側を上、車軸側を下として説明する。

バネ脚２及びダンパ脚３は、それぞれ車軸側チューブ２Ａ，３Ａと車体側チューブ２Ｂ，３Ｂとにより構成され、車軸側チューブ２Ａ，３Ａの下端に車軸を取り付ける車軸取付部２Ｃ，３Ｃを備える。ダンパ脚３の車軸取付部３Ｃとバネ脚２の車軸取付部２Ｃとの間には、車輪が配置され、各車軸取付部２Ｃ，３Ｃと車輪とに車軸４を貫通させることで車輪が回転自在に固定される。

ダンパ脚３は、図２（ｂ）に示すように、従来のような金属ばねによる車体を支持するばね機能を内蔵せずに、ダンパ機能のみを有する。ダンパ脚３は、車軸側チューブ３Ａ内に所定量満たされたフォークオイル３Ｆ内に浸るように車体側チューブ３Ｂから延長するシリンダ３Ｄ内を車軸側チューブ３Ａに固定されたピストン３Ｅに形成されたオリフィス内にフォークオイル３Ｆを流通させることで減衰機構が構成される。

バネ脚２は、図２（ａ）に示すように、互いに摺動自在に設けられた車軸側チューブ２Ａと車体側チューブ２Ｂとにより構成され、内部に空気バネ機構を構成する外側空気ばね室５と内側空気ばね室６とを備える。
外側空気ばね室５は、車軸側チューブ２Ａの内部空間と車体側チューブ２Ｂの内部空間とが連通する空間により形成される。具体的には、外側空気ばね室５は、車軸側チューブ２Ａの外周が、車体側チューブ２Ｂの開口端側内周に設けられたスライドメタルと呼ばれる摺動部材８、オイルシール９、ダストシール１０によって車体側チューブ２Ｂと車軸側チューブ２Ａとの空間が摺動自在に封止されて形成される空間である。

摺動部材８は、車体側チューブ２Ｂの開口端側の内周に設けられた凹部に嵌まる所定肉厚の円筒体より成り、車体側チューブ２Ｂに対して車軸側チューブ２Ａを摺動可能に支持する。摺動部材８よりも車体側チューブ２Ｂの開口端側には、オイルシール９が設けられる。オイルシール９は、車体側チューブ２Ｂの内周と車軸側チューブ２Ａの外周との隙間をさらに封止して外側空気ばね室５から外気への圧漏れを阻止している。さらに、車体側チューブ２Ｂのオイルシール９よりも端部側には、オイルシール９に対して外界から異物が進入しないように保護するダストシール１０を備える。
従って、摺動部材８及びオイルシール９によって車体側チューブ２Ｂの内周空間と車軸側チューブ２Ａの外周空間との間が封止されることで、車軸側チューブ２Ａの内部空間と車体側チューブ２Ｂの内部空間とに連通する一つの外側空気ばね室５が形成されている。

内側空気ばね室６は、車体側チューブ２Ｂ内に設けられたガイドシリンダ１１と、車軸側チューブに取り付けられたピストン１２とにより構成される。
ガイドシリンダ１１は、車軸側チューブ２Ａの内径よりも小径な筒体である。ガイドシリンダ１１は、一端側の内周にネジ部１１Ａを備え、車体側チューブ２Ｂの端部を閉塞するキャップボルト１３に螺合させることで、車体側チューブ２Ｂの軸心と同軸に閉塞端側に固定される。

キャップボルト１３は、図３の拡大図に示すように、異なる外形の円筒を同軸上に重ねて階段状に形成される階段円筒状のネジ体であって、車体側チューブ２Ｂと螺合する大径ネジ部１３Ａと、ガイドシリンダ１１と螺合する小径ネジ部１３Ｂと、ガイドシリンダ１１の端面が接触する端面当接部１３Ｃとを備える。端面当接部１３Ｃは、大径ネジ部１３Ａと小径ネジ部１３Ｂとの間に形成され、ガイドシリンダ１１の外径よりも径大となるように形成されて、小径ネジ部１３Ｂとともに車体側チューブ２Ｂの内部空間内に突出する。なお、端面当接部１３Ｃの外周面は、ねじきり等の加工は施されずストレート面として形成される。

従って、キャップボルト１３は、大径ネジ部１３Ａを車体側チューブ２Ｂに螺合させるとともに、小径ネジ部１３Ｂをガイドシリンダ１１のネジ部１１Ａに螺合させることで、ガイドシリンダ１１が車体側チューブ２Ｂの内部空間において中央に位置し、小径ネジ部１３Ｂに螺合したガイドシリンダ１１の端面が端面当接部１３Ｃに当接することで、ガイドシリンダ１１の一端が閉塞される。

上記キャップボルト１３は、外側空気ばね室５の空気圧を調整する外側空気圧調整部２５と、内側空気ばね室６の空気圧を調整する内側空気圧調整部２６と、外側空気ばね室５の圧力及び温度を検出するための圧力センサ及び温度センサからなる第１検出手段１４と、内側空気ばね室６の圧力及び温度を検出するための圧力センサ及び温度センサからなる第２検出手段１５とを備える。

外側空気圧調整部２５及び内側空気圧調整部２６は、それぞれキャップボルト１３の外側端面１３Ｅに露出して、外部から外側空気ばね室５及び内側空気ばね室６内の空気の出し入れを可能にするバルブである。
外側空気圧調整部２５は、キャップボルト１３の端面当接部１３Ｃの外周面を貫通し、当該外側空気圧調整部２５まで延長して、外側空気圧調整部２５と外側空気ばね室５とを連通する連通孔２７によって接続される。
内側空気圧調整部２６は、キャップボルト１３の内側端面１３Ｆを貫通し、当該内側空気圧調整部２６まで延長して、内側空気圧調整部２６と内側空気ばね室６とを連通する連通孔２８によって接続される。
外側空気圧調整部２５及び内側空気圧調整部２６による外側空気ばね室５及び内側空気ばね室６の空気圧の調整は、例えば、フロントフォークが最長時（伸び切り状態）、即ち、外側空気ばね室５及び内側空気ばね室６の容積が最大となるとき行なわれる。本実施形態では、バネ脚２のストロークに伴なう荷重を受圧する内側空気ばね室６の受圧面積（ストロークに伴なう荷重を支持するための断面積）が、外側空気ばね室５の受圧面積よりも小さいものとし、フロントフォークが伸び切った状態において、内側空気ばね室６の空気圧が、外側空気ばね室５の空気圧よりも所定の圧力差で高くなるように、外側空気圧調整部２５及び内側空気圧調整部２６を介して調整される。本実施形態の場合、フロントフォークが縮んだときに外側空気ばね室５に作用する圧力と、内側空気ばね室６に作用する圧力とは異なるため、内側空気ばね室６の空気圧の圧力を外側空気ばね室５の空気圧の圧力よりも大きく設定しておくことで、図４に示すような反力を得ることができる。外側空気ばね室５の受圧面積は、内側空気ばね室６の受圧面積よりも大きいため、例えば、外側空気ばね室５の空気圧及び内側空気ばね室６の空気圧を同じ圧力に設定した場合、外側空気ばね室５に作用する空気ばね力は、内側空気ばね室６に作用する空気ばね力よりも大きく作用するため、最長時（伸び切り状態）においても硬くなりストロークをしなくなってしまう。そこで、あらかじめ外側空気ばね室５の空気圧の圧力を内側空気ばね室６の空気圧よりも小さく設定しておくことで、十分なストローク量を得ることが可能となる。

第１検出手段１４は、キャップボルト１３の端面当接部１３Ｃの外周面に露出するように設けられて、外側空気ばね室５内の温度及び圧力を検出する。第２検出手段１５は、キャップボルト１３の内側端面１３Ｆに露出するように設けられ、内側空気ばね室６内の温度及び圧力を検出する。第１検出手段１４と第２検出手段１５とからそれぞれ延長する信号入出力用の配線１４Ｃ，１５Ｃは、キャップボルト１３内に形成された配線引出し孔１３Ｄを介して、キャップボルト１３外に引き出され、後述のストローク検出補償手段１００に接続され、第１，第２検出手段１４，１５により検出された圧力及び温度がストローク検出補償手段１００にそれぞれ出力される。

即ち、バネ脚２は、内側空気ばね室６の空気圧を調整するための内側空気圧調整部２６とともに、内側空気ばね室６の圧力及び温度を計測する第２検出手段１５を有しつつ、外側空気ばね室５の空気圧を調整するための外側空気圧調整部２５とともに外側空気ばね室５の圧力と温度を計測する第１検出手段１４を内部に有する構成である。

図２（ａ）に戻り、ピストン１２は、車軸側チューブ２Ａの閉塞端から延長するガイドロッド１７の先端に取り付けられ、ガイドシリンダ１１内に沿って摺動する円形の柱体である。ガイドロッド１７は、円筒中空のパイプからなり、ピストン１２が取り付けられる端部の逆側の端部外周面に形成されたネジ部に、車軸側チューブ２Ａの端部を閉塞するためのボトムボルト１８に螺合することで車軸側チューブ２Ａの閉塞端側に固定される。また、ガイドロッド１７は、内周面と外周面とに貫通する貫通孔１７Ａを備え、ガイドロッド１７の中空空間がガイドシリンダ１１の内周空間と連通する。これにより、バネ脚２内における外側空気ばね室５内の容量を増加させて、バネ脚２の空気バネとしての効果を向上させている。なお、ガイドロッド１７は、バネ脚２が最長となったときに、ピストン１２がガイドシリンダ１１から抜け出ない長さ、及びバネ脚２が最短となったときに、ピストン１２がキャップボルト１３に衝突しない長さに設定されている。

ピストン１２は、ガイドシリンダ１１内に配置された状態において、ガイドロッド１７とガイドシリンダ１１との間にリバウンドスプリング１９が配設される。リバウンドスプリング１９は、ガイドシリンダ１１の開口端側に設けられる環状のスプリング止め部材２０とピストン１２との間でガイドロッド１７の外周を包囲するように配置されて、バネ脚２が最長となったときに、ピストン１２がスプリング止め部材２０に衝突しないようにするための緩衝具である。なお、スプリング止め部材２０は、ガイドシリンダ１１の端部において嵌着又は螺合して、ガイドロッド１７の摺動を支持するガイド部材である。

ガイドシリンダ１１と車軸側チューブ２Ａとの間には、バランススプリング２１が配設される。バランススプリング２１は、金属製のコイル状に成型されたばねであって、ガイドシリンダ１１の外部で、ガイドシリンダ１１の外周に設けたばね受２３と、車軸側チューブ２Ａの端部に螺合するスプリング止め部材２２との間に介挿され、外側空気ばね室５の空気ばねと、内側空気ばね室６の空気ばねのばね力に反して車体側チューブ２Ｂと車軸側チューブ２Ａを収縮させる方向に寄与させるものである。具体的には、バランススプリング２１は、車軸側チューブ２Ａの開口端に設けられる環状のスプリング止め部材２２と、ガイドシリンダの外周中途部に設けられたばね受２３との間でガイドシリンダ１１を包囲するように配置され、バネ脚２が縮んだときに外側空気ばね室５及び内側空気ばね室６で圧縮された空気の反力によって、車軸側チューブ２Ａを押し戻したときの勢いで急激に車軸側チューブ２Ａが伸張してしまうことを抑制するために設けられる。

従って、外側空気ばね室５は、車体側チューブ２Ｂと車軸側チューブ２Ａがガイドシリンダ１１における少なくとも上記内側空気ばね室６の外側に区画される空間により形成され、車体側チューブ２Ｂに対して車軸側チューブ２Ａが移動して空間内の容積が変化することで空気バネとしての役割を果たす。バネ脚２のストロークによる外側空気ばね室５の容積の変化は、上記第１検出手段１４によって空間内の圧力と温度とで検出される。

また、内側空気ばね室６は、車体側チューブ２Ｂに対して車軸側チューブ２Ａが移動することによって、車軸側チューブ２Ａに固定されたピストン１２が車体側チューブ２Ｂのガイドシリンダ１１内を移動して、ガイドシリンダ１１の内周面、ピストン１２、キャップボルト１３で囲まれる容積が変化することで、空気バネの役割を果たす。バネ脚２のストローク時の内側空気ばね室６の容積の変化は、上記第２検出手段１５によって空間内の圧力と温度とで検出される。

図３に示すように、ストローク検出補償手段１００は、いわゆるコンピュータであって、演算手段としてのＣＰＵ、記憶手段としてのＲＯＭ，ＲＡＭ、通信手段としての入出力インターフェイスを備える。記憶手段には、ストローク量を検出するための処理プログラムが記憶される。例えば、記憶手段に検出された圧力や温度によってストローク量を算出するためのデータマップを記憶しておくことで、精度の良いストローク量を容易に検出することができる。
ストローク検出補償手段１００は、進退位置算出手段１０１と、温度補償手段１０２と、圧漏れ検出手段１０３と、ストローク量算出手段１０４とを備える。

進退位置算出手段１０１は、外側空気ばね室５，内側空気ばね室６毎の進退位置を算出する。進退位置算出手段１０１は、第１検出手段１４の圧力センサによって検出された圧力に基づいて、車体側チューブ２Ｂに対する車軸側チューブ２Ａの基準位置からの進退位置を算出し、第２検出手段１５の圧力センサによって検出された圧力に基づいて、ガイドシリンダ１１に対するピストン１２の基準位置からの進退位置を算出する。基準位置は、例えば、フロントフォークが最長時（伸び切り状態）をゼロとして設定することで、外側空気ばね室５及び内側空気ばね室６の容積が最大となって、第１検出手段１４及び第２検出手段１５の圧力センサにより測定される圧力値を正値のみで検出することができるので、ストローク量の検出を容易にすることができる。なお、基準位置は、車両における１Ｇ状態、即ち、設計時に設定された体重を有する人が車両に一名乗車したときの位置をストローク量ゼロとして設定しても良く、空車時の位置をゼロとして設定しても良い。

温度補償手段１０２は、第１検出手段１４の温度センサ及び第２検出手段１５の温度センサにより検出された外側空気ばね室５及び内側空気ばね室６内の温度が、基準温度から上昇又は下降したときの温度変化に伴なう外側空気ばね室５及び内側空気ばね室６内の圧力の変化を補償するための手段である。

例えば、基準温度から外側空気ばね室５及び内側空気ばね室６の温度が上昇しているときには、第１及び第２検出手段１４，１５のそれぞれの圧力センサによって測定された圧力値は、実際にサスペンションに加えられた荷重、即ちバネ脚２のストロークによる外側空気ばね室５及び内側空気ばね室６の容積が変化したことに起因する圧力の変化に加えて、バネ脚２の動作により外側空気ばね室５及び内側空気ばね室６内の温度が変化したことに起因する圧力の変化とが加えられたものである。つまり、温度補償手段１０２は、第１及び第２検出手段１４，１５の圧力センサにより測定された圧力が、大きく又は小さく出力されることになるため、外側空気ばね室５及び内側空気ばね室６内の空気の温度変化に伴なう圧力値の変化を補正する。
温度補償を実現する方法の一つとして、基準温度から温度が上昇したとき、又は、低下したときの温度変化に伴なう膨張率及び収縮率をあらかじめ求めて温度補償手段１０２に記憶させておき、膨張率及び収縮率から温度変化による生じる圧力値を算出して、圧力センサで測定された圧力値から温度変化による圧力値を減じることで、ストローク量を検出する方法がある。

圧漏れ検出手段１０３は、基準値として設定された基準圧力値に対する第１検出手段１４の圧力センサ及び第２検出手段１５の圧力センサにより検出された圧力値の差である増減値を求め、増減値があらかじめ設定された所定の閾値よりも大きいときには、圧漏れ有りとして検出する。

具体的には、内側空気ばね室６に設定された基準圧力値に対して第２検出手段１５により検出された圧力値の増減値が閾値以下で、外側空気ばね室５に設定された基準圧力値に対して第１検出手段１４により検出された圧力値の増減値が閾値以上のときには、外側空気ばね室５と外気との間に圧漏れ有りと検出し、内側空気ばね室６に設定された基準圧力値に対して第２検出手段１５により検出された圧力値の増減値が閾値以上、かつ、外側空気ばね室５に設定された基準圧力値に対して第１検出手段１４により検出された圧力値の増減値が閾値以上のときには、外側空気ばね室５と内側空気ばね室６との間に圧漏れ有りと検出する。このように、検出された圧漏れは、ストローク検出補償手段１００に故障報知手段としての故障警告表示装置１１０を接続しておくことで、バネ脚２の各外側空気ばね室５及び内側空気ばね室６に圧漏れ等の異常が生じたときに、ライダーに対して異常を直ちに報知することができる。故障警告表示装置１１０は、例えば、バネ脚２の各外側空気ばね室５及び内側空気ばね室６のいずれかに圧漏れ等の異常が生じたときに、警告灯を点灯表示させる簡易的なものや、圧漏れした部位毎を詳細に表示するものであっても良い。

また、圧漏れを検出する他の方法として、第１検出手段１４の圧力センサと、第２検出手段１５の圧力センサとにより検出された圧力値を比較し、圧力値が同じ場合には、外側空気ばね室５と内側空気ばね室６との間に圧漏れ有りとして検出するようにしても良い。

ストローク量算出手段１０４は、進退位置算出手段１０１及び温度補償手段１０２により算出された位置及び圧力値に基づいて、実際のサスペンションに加わる荷重値に応じたストローク量を算出して出力する。
これにより、走行時のサスペンションに係る荷重に応じた正確なストローク量を算出することが可能となり、例えば、外側空気ばね室５及び内側空気ばね室６内に空気の出入りを可能とする図外の空気流入出装置を外側空気圧調整部２５及び内側空気圧調整部２６に接続することで、算出されたストローク量に基づいて外側空気ばね室５及び内側空気ばね室６内の空気圧を外側空気圧調整部２５及び内側空気圧調整部２６から空気を流入又は流出させて調整することにより、二輪車の安定した走行を制御することも可能となる。

本実施形態に係るバネ脚２の外側空気ばね室５及び内側空気ばね室６は、ストローク量に対して図４に示すような反力の特性が得られる。つまり、外側空気ばね室５の受圧面積よりも受圧面積の小さい内側空気ばね室６の空気圧の圧力を高く設定したことにより、フロントフォークの伸び切り時からストローク初期の反力を確保しつつ、サスペンションとしての動き出しを良好なものとすることができる。そして、内側空気ばね室６の空気圧よりも圧力が低く設定された外側空気ばね室５は、ストロークの中間付近からストローク奥（最短）にかけての補助的な反力となるように動作することが可能となる。従って、内側空気ばね室６内の空気圧の圧力値の高い、内側空気ばね室６の圧力を第２検出手段１５の圧力センサで検出し、さらに、第２検出手段１５の温度センサにより検出された温度に基づいて、圧力センサで検出された圧力を補正することで、精度良くストローク量を検出することができる。

また、外側空気ばね室５と内側空気ばね室６とのそれぞれの圧力及び温度を第１，第２検出手段１４，１５で個別に検出することで、外側空気ばね室５と内側空気ばね室６との間の圧漏れや、外側空気ばね室５と外気との圧漏れを検出することが可能となり、バネ脚２の故障を直ちに検出することができ、二輪車における安全な運行を提供することも可能となる。

図５は、他の形態のバネ脚２の構成を示し、図６は、図５に示す他の形態のバネ脚２のブロック図を示す。
上記実施形態のバネ脚２では、機械的なバランススプリング２１やリバウンドスプリング１９とともに外側空気ばね室５及び内側空気ばね室６からなる空気バネから構成されるとして説明したが、図５に示すように、バランススプリング２１やリバウンドスプリング１９のような機械的なばねを使用せずに、空気バネのみによってバネ脚２を構成しても良い。このように構成することでバネ脚２の重量が軽量化され、バネ下重量を軽減させることができるので、車輪の路面への追従性を向上させるとともに、バネ脚２の性能を向上させることができる。

具体的には、図５，図６に示すように、ガイドシリンダ１１の開口端に設けたスプリング止め部材２０に代えて、ガイドロッド１７の外周面とガイドシリンダ１１の内周面との空間を封止するとともに、ガイドロッド１７を支持するロッドガイド３０を設けて、ピストン１２、ロッドガイド３０及びガイドロッド１７内の中空空間からなるリバウンド空気ばね室７を構成し、バランススプリング２１及びリバウンドスプリング１９の代わりとするものである。

リバウンド空気ばね室７は、バネ脚２が縮み、内側空気ばね室６の容積が小さくなるようにピストン１２が移動したときに、容積が増加することになる。この容積の増加によって、リバウンド空気ばね室７の圧力は、基準圧力から減圧（負圧）状態となり、ピストン１２を基準位置に戻そうとする力が働くことになる。
よって、バネ脚２を急激に縮ませるような荷重が作用しても、リバウンド空気ばね室７に生じる圧力の変化（負圧）が、内側空気ばね室６を圧縮する力に対応するように作用するので、バネ脚２の急激なストローク量の変化を防止でき、上記実施形態のようなバランススプリング２１と同等の役割を果たすことができる。

また、バネ脚２は、圧縮された状態の外側空気ばね室５及び内側空気ばね室６の反力によって急激に伸びようとするときには、リバウンド空気ばね室７内の空気が圧縮されることで、上記実施形態のリバウンドスプリング１９と同様の役割を果たすことができる。なお、本実施形態においても、内側空気ばね室６の容積は、外側空気ばね室５の容積に比べて小さいものとして説明する。

リバウンド空気ばね室７には、当該リバウンド空気ばね室７の圧力及び温度を検出する第３検出手段１６が設けられる。具体的には、第３検出手段１６は、ガイドロッド１７を固定するボトムボルト１８に設けられる。
ボトムボルト１８は、図５（ａ），（ｂ）に示すように、円筒状のネジ体であって、車軸側チューブ２Ａと螺合する外側ネジ部１８Ａと、ガイドロッド１７と螺合する内側ネジ部１８Ｂとを備える。外側ネジ部１８Ａは、ボトムボルト１８の外周に形成されるねじ部であって、車軸側チューブ２Ａの端部に形成されるボルト取付孔のねじ部と螺合して車軸側チューブ２Ａの端部を閉塞する。内側ネジ部１８Ｂは、ボルト端面１８Ｃのほぼ中央からボルト中心線に沿って設けられる穴の内周面に形成される。内側ネジ部１８Ｂの寸法は、ガイドロッド１７の端部外周に形成されたねじ部に螺合する大きさである。

ボトムボルト１８は、リバウンド空気ばね室７の空気圧を調整するリバウンド空気圧調整部３２とリバウンド空気ばね室７内の圧力及び温度を検出するための圧力センサ及び温度センサからなる第３検出手段１６とを備える。

リバウンド空気圧調整部３２は、ボトムボルト１８の工具係合部側の端面１８Ｅに露出して、外部からリバウンド空気ばね室７内の空気の出し入れを可能にするバルブであって、ボトムボルト１８の内側ネジ部１８Ｂに貫通する貫通孔３３と連通する。貫通孔３３は、内側ネジ部１８Ｂの底部１８Ｄにおいて、リバウンド空気ばね室７と連通する。
リバウンド空気圧調整部３２によるリバウンド空気ばね室７の空気圧の調整は、外側空気圧調整部２５及び内側空気圧調整部２６による外側空気ばね室５及び内側空気ばね室６の空気圧の調整と同時に行われ、例えば、フロントフォークが最長時（伸び切り状態）、即ち、外側空気ばね室５及び内側空気ばね室６の容積が最大、リバウンド空気ばね室７の容積が最小となるとき行なわれる。本実施形態においても、内側空気ばね室６の受圧面積が、外側空気ばね室５の受圧面積よりも小さいものとし、フロントフォークが伸び切った状態において、内側空気ばね室６の空気圧が、外側空気ばね室５の空気圧よりも高く、リバウンド空気ばね室７の空気圧が内側空気ばね室６の空気圧よりも高くなるように、外側空気圧調整部２５、内側空気圧調整部２６及びリバウンド空気圧調整部３２を介して設定される。これにより、フロントフォークのバネ脚２が最短となるときに、ピストン１２がロッドガイド３０に衝突することを防ぐことができる。なお、内側空気ばね室６及びリバウンド空気ばね室７の受圧面積は同じである。

第３検出手段１６は、ボトムボルト１８の側面に露出するように設けられ、リバウンド空気ばね室７内の温度及び圧力を検出する。第３検出手段１６は、圧力センサ及び温度センサの検出部が貫通孔３３と連通する連通孔３４に露出することで、リバウンド空気ばね室７内の圧力及び温度を検出する。第３検出手段１６から延長する配線１６Ｃは、ボトムボルト１８から直接露出して、後述のストローク検出補償手段１００に接続される。第３検出手段１６により検出された圧力及び温度は、ストローク検出補償手段１００に出力される。

本実施形態に係るバネ脚２の外側空気ばね室５、内側空気ばね室６及びリバウンド空気ばね室７は、ストローク量に対して図７に示すような反力が得られる。つまり、外側空気ばね室５の受圧面積よりも受圧面積の小さい内側空気ばね室６の空気圧の圧力を高く設定し、さらに、内側空気ばね室６の容積が最大となりリバウンド空気ばね室７の容積が最小となるときの内側空気ばね室６の空気圧よりも、リバウンド空気ばね室７の空気圧を大きく設定することにより、フロントフォーク伸び切り時からストローク初期の反力を確保しつつ、サスペンションとして動き出しを良好なものとすることができる。そして、内側空気ばね室６及びリバウンド空気ばね室７の空気圧よりも圧力が低く設定された外側空気ばね室５は、ストロークの中間付近からストローク奥（最短時）までの補助的な反力が得られるように動作することが可能となる。従って、空気圧が高く設定された内側空気ばね室６及びリバウンド空気ばね室７の空気圧を第２検出手段１５の圧力センサ及び第３検出手段１６の圧力センサでそれぞれ検出し、さらに、第２検出手段１５の温度センサ及び第３検出手段１６の温度センサにより検出された温度に基づいて、圧力センサで検出された圧力を補正することで、精度良くストローク量を検出することができる。
初期の圧力値が高く設定された内側空気ばね室６及びリバウンド空気ばね室７は、少しのストローク量の変化であっても圧力の変化が、外側空気ばね室６の圧力の変化よりも大きく表れることから、内側空気ばね室６の圧力を第２検出手段１５、リバウンド空気ばね室７の圧力を第３検出手段１６でそれぞれ検出することで、検出された圧力に基づいて精度良くストローク量を検出することができる。

即ち、本発明に係るバネ脚２では、空気の初期の封入圧力が高く、ストローク量の変化に伴なう圧力変動が大きい、内側空気ばね室６及びリバウンド空気ばね室７の圧力を第２検出手段１５及び第３検出手段１６のそれぞれの圧力センサで検出し、さらに、第２検出手段１５及び第３検出手段１６の有するそれぞれの温度センサにより検出された温度に基づいて、圧力センサで検出された圧力を補正することで、温度補償のなされたストローク量を精度良く検出することができる。

また、外側空気ばね室５と、内側空気ばね室６と、リバウンド空気ばね室７とのそれぞれに、圧力及び温度を検出する第１，第２，第３検出手段１４，１５，１６を個別に設けて、外側空気ばね室５、内側空気ばね室６、リバウンド空気ばね室７の圧力及び温度を個別に検出するようにしたことで、外側空気ばね室５、内側空気ばね室６、リバウンド空気ばね室７における圧漏れを検出することができる。

ストローク量検出補償手段１００の圧漏れ検出手段１０３により、外側空気ばね室５と、内側空気ばね室６と、リバウンド空気ばね室７にそれぞれ基準値として設定された基準圧力値に対して、第１検出手段１４の圧力センサ、第２検出手段１５の圧力センサ、第３検出手段１６の圧力センサとにより検出された圧力値の差である増減値を検出して、増減値があらかじめ設定された所定の閾値よりも大きいときには、圧漏れ有りとして検出することができる。

即ち、内側空気ばね室６に設定された基準圧力値に対して第２検出手段１５により検出された圧力値の増減値が閾値以内で、外側空気ばね室５に設定された基準圧力値に対して第１検出手段１４により検出された圧力値の増減値が閾値以外のときには、外側空気ばね室５と外気との間に圧漏れ有りと検出し、内側空気ばね室６に設定された基準圧力値に対して第２検出手段１５により検出された圧力値の増減値が閾値以外、かつ、外側空気ばね室５に設定された基準圧力値に対して第１検出手段１４により検出された圧力値の増減値が閾値以外のときには、外側空気ばね室５と内側空気ばね室６との間に圧漏れ有りと検出し、内側空気ばね室６に設定された基準圧力値に対して第２検出手段１５により検出された圧力値の増減値が閾値以外、かつ、リバウンド空気ばね室７に設定された基準圧力値に対して第３検出手段１６により検出された圧力値の増減値が閾値以外のときには、内側空気ばね室６とリバウンド空気ばね室７との間に圧漏れ有りと検出し、リバウンド空気ばね室７に設定された基準圧力値に対して第３検出手段１６により検出された圧力値の増減値が閾値以外、かつ、外側空気ばね室５に設定された基準圧力値に対して第１検出手段１４により検出された圧力値の増減値が閾値以外以上のときには、外側空気ばね室５とリバウンド空気ばね室７との間に圧漏れ有りと検出することができる。

このように、圧漏れ検出手段１０３により検出された圧漏れは、ストローク検出補償手段１００に表示手段を接続しておき、圧漏れした部位毎の表示可能とすることで、バネ脚２の各外側空気ばね室５、内側空気ばね室６、リバウンド空気ばね室７に異常が生じても、ライダーに対して直ちに報知することができ、二輪車の安全な運行を提供することが可能となる。
また、内側空気ばね室６と外側空気ばね室５が互いに独立しているため、万が一車軸側チューブ２Ａに飛び石等が当たるチッピング（小傷）等によりチューブが損傷し、これに起因して外側空気ばね室５の空気圧が抜けて圧漏れが生じても、１名乗車分程度の荷重は内側空気ばね室６の反力により車体を支持でき、低速な走行が可能となる。

以上説明したように、バネ脚２に設けられた各空気ばね室５乃至７の内部に個別に圧力及び温度を計測する検出手段１４乃至１６を設け、この検出手段１４乃至１６からの出力に基づいて、ストローク検出補償手段１００で実際のストローク量を検出することで精度の高いストローク量の検出が可能となる。特に、圧縮比率が高くストローク量に伴なう圧力変動が大きい、各空気ばね室５，６，７に検出手段１４，１５，１６を設け、これら検出手段１４，１５，１６から出力される圧力及び温度に基づいてストローク量を検出するように構成したことで、従来よりも精度の高いストローク検出を可能としている。また、空気ばね室５乃至７の圧力とともに温度を検出し、検出された圧力に対して温度補償を行なうことができるので、各空気ばね室５乃至７の温度に依存しない精度の高いストローク検出を可能としている。さらに、各空気ばね室５乃至７に検出手段１４乃至１６を個別に設けたことで、区画された各空気ばね室５乃至７の圧漏れ検出が可能となり、バネ脚２としての非常時の検出が可能である。また、各空気ばね室５乃至７が、複数の検出手段１４乃至１６を備えることで、検出手段１４乃至１６のうちいずれかが破損しても、精度は下がるが破損していない検出手段によりストローク量を検出することが可能である。この精度の高いストローク量の検出に基づいて、例えば、各空気圧調整部２５，２６，３２に空気圧調整装置を接続することで、細かな車体姿勢制御への展開が可能となる。
また、本実施形態のように、バネ脚２の内部にストローク量を検出するための検出手段１４乃至１６を配設したことで、検出手段の破損を低減させるとともに、検出手段１４乃至１６の設置が容易となる。また、空気ばね室５乃至７の内部の空気の圧力及び温度をセンサにより電気的に測定して、ストローク量を検出しているので、ストローク量を容易かつ精度良く検出することが可能と成る。

なお、上記実施形態では、バネ脚２のストロークに伴なう荷重を受圧する外側空気ばね室５の受圧面積が内側空気ばね室６の受圧面積よりも大きいとして説明したが、外側空気ばね室５及び内側空気ばね室６の受圧面積が同じであっても良く、また、外側空気ばね室５の受圧面積が内側空気ばね室６の受圧面積よりも小さくても良い。
外側空気ばね室５及び内側空気ばね室６の受圧面積が同じ場合には、初期設定状態（例えば、伸び切り状態）における外側空気ばね室５及び内側空気ばね室６の空気圧を同じ圧力に設定すれば良い。この場合、第１検出手段１４及び第２検出手段１５によりそれぞれ検知された圧力値に差が生じた場合には、バネ脚２に異常ありとして直ちに故障警告表示装置１１０により故障を報知することができる。また、外側空気ばね室５の受圧面積が内側空気ばね室６の受圧面積よりも小さい場合には、外側空気ばね室５の空気圧を内側空気ばね室６の空気圧よりも高く設定することで、バネ脚２として必要な空気ばね力を得ることができる。
また、バネ脚２の各空気ばね室５，６，７に空気を封入するとして説明したが、空気に限らず、窒素等の他の気体であっても良い。

また、上記実施形態では、バネ脚２は、車体側チューブ２Ｂ内にガイドシリンダ１１を設け、車軸側チューブ２Ａにピストン１２を設けるとして説明したが、車軸側チューブ２Ａ内にガイドシリンダ１１を設け、車体側チューブ２Ｂにピストン１２を設けるように構成しても良い。また、本実施形態では、倒立式のサスペンションを一例として説明したが、正立式のサスペンションにも適用することができることは言うまでもない。

１ フロントサスペンション、２ バネ脚、３ ダンパ脚、４ 車軸、
５ 外側空気ばね室、６ 内側空気ばね室、７ リバウンド空気ばね室、
１１ ガイドシリンダ、１２ ピストン、１３ キャップボルト、
１４ 第１検出手段、１５ 第２検出手段、１６ 第３検出手段、１７ ガイドロッド、
１８ ボトムボルト、１９ リバウンドスプリング、２１ バランススプリング、
２５ 外側空気圧調整部、２６ 内側空気圧調整部、
３０ ロッドガイド、３２ リバウンド空気圧調整部、
１００ ストローク検出補償手段、１０１ 進退位置算出手段、１０２ 温度補償手段、
１０３ 圧漏れ検出手段、１０４ ストローク量算出手段。

Claims (2)

1. 空気ばねからなるバネ脚と、ダンパを内蔵するダンパ脚とを平行配置したフロントフォークであって、
   前記バネ脚は、車体側に固定されて一端が閉塞される車体側チューブと、車軸が取り付けられ、一端が閉塞される車軸側チューブとを互いに挿入してなり、
   前記車体側チューブ又は車軸側チューブのいずれか一方のチューブの閉塞端から延長して内周空間に配置される円筒状のガイドシリンダと、
   他方のチューブの閉塞端から延長するガイドロッドの先端に取り付けられて、前記ガイドシリンダの内周面を摺動するピストンと、
   前記ガイドシリンダに設けられ、前記ピストンが取り付けられたガイドロッドを支持するロッドガイドと、
   前記ガイドシリンダの内部においてピストンにより区画される内側空気ばね室と、
   前記車体側チューブ及び車軸側チューブの内部において内側空気ばね室の外側に区画される外側空気ばね室と、
   ガイドシリンダに挿入されたピストンと前記ロッドガイドとで区画されるリバウンド空気ばね室と、
   前記外側空気ばね室の圧力及び温度を検出する第１検出手段と、
   前記内側空気ばね室の圧力及び温度を検出する第２検出手段と、
   前記リバウンド空気ばね室の圧力及び温度を検出する第３検出手段と、
   前記第１，第２，第３検出手段からそれぞれ出力される圧力及び温度に基づき前記内側空気ばね室及び外側空気ばね室における温度変化に伴なう圧力への影響を補償しつつ、バネ脚のストローク量を検出するストローク検出補償手段とを備えることを特徴とするフロントフォーク。
2. 前記ストローク検出補償手段は、前記バネ脚の故障を報知する故障報知手段を備えることを特徴とする請求項１記載のフロントフォーク。

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