JP6523848B2 - 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する。

フロントフォークは、二輪車又は三輪車等の鞍乗型車両の前輪を支持するのに利用されている。このようなフロントフォークの中には、内部に封入する気体の圧力で車体を弾性支持する空圧ばね式のフロントフォークがある。

例えば、特許文献１に記載のフロントフォークは、アウターチューブと、このアウターチューブに出入りするインナーチューブとを有するテレスコピック型の筒部材と、この筒部材内に設けられて筒部材の伸縮時に減衰力を発揮する正立型のダンパとを備える。そして、筒部材とダンパとの間に液体が貯留されるとともに、その液面の上方に気体が封入されて気室が形成されており、この気室内に封入される気体が圧縮されると弾性力を発揮してフロントフォークを伸長方向へ附勢する。つまり、上記フロントフォークでは、上記気室により気体ばねが構成されており、当該気体ばねで車体を弾性支持できるので軽量になる。

また、上記フロントフォークでは、アウターチューブとインナーチューブの重複部の間に形成される筒状隙間の外気側開口がインナーチューブの外周に摺接する環状のメインシールで塞がれている。さらに、この筒状隙間には、軸受と、この軸受の摺接面を潤滑する潤滑用の液体が収容されていて、インナーチューブの円滑な摺動を可能にするとともに、当該インナーチューブに形成される孔を介してインナーチューブ内の液体を摺動隙間に供給できる。

特開２０１３−５３６７１号公報

しかしながら、従来のフロントフォークでは、気体ばねとして機能する気室の圧力がインナーチューブの孔を介してメインシールに作用してメインシールの内径が縮径されるので、メインシールによるインナーチューブを締め付ける緊迫力が大きくなる。このようにメインシールの緊迫力が大きくなるとフロントフォークの動き始めの抵抗が大きくなる。よって、例えば、フロントフォークがモトクロス用のバイクに利用される場合には特に、車両が跳躍して着地する際に受ける力を逃がし難くなって車両の乗り心地が悪化する。

なお、気室内の気体を抜いて気室内の圧力を下げればメインシールの緊迫力が小さくなる。しかし、上記フロントフォークでは、気室内の圧力を利用して車体を弾性支持しているので、上記圧力を下げると気体ばねの弾性力が不足して、この場合にも車両の乗り心地の悪化を招く。つまり、前述のような気体ばねで車体を弾性支持する従来のフロントフォークでは、気体内の圧力を維持しつつメインシールの緊迫力を小さくするのが難しい。そして、このような不具合は、特開２０１３−５３６７１号公報に記載のフロントフォークに限られず、気体ばねとして機能する気室の圧力が筒状隙間の外気側開口を塞ぐメインシールに作用する場合において生じ得る。

そこで、本発明は、上記不具合を解消し、車両の乗り心地を向上できるフロントフォークの提供を課題とする。

上記課題を解決する請求項１に記載の発明は、筒部材のインナーチューブとダンパのシリンダとの間に摺動可能に挿入されて、前記筒部材の筒状隙間及び前記シリンダ内に連通される液室を形成するフリーピストンと、前記筒部材内に封入される気体の圧力で前記液室を縮小する方向に前記フリーピストンを附勢する気体ばねと、前記液室を拡大する方向に前記フリーピストンを附勢する弾性部材とを備える。このため、気室内の圧力を維持しつつ弾性部材で筒状隙間内の圧力を下げて、筒状隙間の外気側開口を塞ぐメインシールの緊迫力を小さくできる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の構成を備えるとともに、前記シリンダが外周の軸方向の異なる位置に一対のリリーフ溝を有する。また、前記フリーピストンが前記筒部材と前記シリンダとの間の空間を前記液室と、液体が貯留される液溜室とに区画するとともに、内周に環状の内周シールを有する。そして、前記内周シールと前記各リリーフ溝が対向した状態で、前記液室と前記液溜室との連通が許容されるとともに、前記内周シールと反液溜室側の前記リリーフ溝が対向した状態で、前記弾性部材が前記液溜室側に前記フリーピストンを附勢する。つまり、弾性部材が筒状隙間の圧力を下げる減圧ばねとして機能するとともに、内周シールと反液溜室側のリリーフ溝との対向状態を解除する戻しばねとしても機能する。よって、フロントフォークを構成する部品数を減らしてフロントフォークの組立性を良好にでき、フロントフォークの製造コストを低減できる。

本発明のフロントフォークによれば、車両の乗り心地を向上できる。

本発明の一実施の形態に係るフロントフォークの取付状態を簡略化して示した側面図である。 本発明の一実施の形態に係るフロントフォークを具体的に示した縦断面図である。 図２の一部を拡大して示した図である。 （ａ）は、図３のフリーピストンが下側のリリーフ溝に第二摺接部のＯリングが対向するまで移動した状態を示した図である。（ｂ）は、図３のフリーピストンが上側のリリーフ溝に第二摺接部のＯリングが対向するまで移動した状態を示した図である。

以下に本発明の実施の形態について、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に示すように、本発明の一実施の形態に係るフロントフォークＦは、自動二輪車の車体Ｂと前輪Ｗとの間に介装される。フロントフォークＦは、車体Ｂ側のアウターチューブ１と、このアウターチューブ１内に摺動自在に挿入される車輪Ｗ側のインナーチューブ２とを有して構成されるテレスコピック型の筒部材Ｔを備える。アウターチューブ１の外周には、上下の車体側ブラケット１０が固定されており、これら車体側ブラケット１０が車体Ｂの骨格となる車体フレームに連結される。他方のインナーチューブ２の図１中下端部外周には、車輪側ブラケット２０が固定されており、この車輪側ブラケット２０が前輪Ｗの車軸に連結される。よって、路面凹凸による衝撃が前輪Ｗに入力されると、アウターチューブ１にインナーチューブ２が出入りして筒部材Ｔが伸縮し、これによりフロントフォークＦが伸縮する。

なお、上記フロントフォークＦを搭載する車両は、図示する限りではなく、二輪車又は三輪車等の鞍乗型車両であればよい。また、上記車両における原動機の有無も問わない。また、フロントフォークＦによる前輪Ｗの懸架方法も図示する限りではなく、当該懸架方法及びフロントフォークＦの周辺部品に応じて車体側ブラケット１０及び車輪側ブラケット２０の構成も適宜変更できる。

つづいて、上記フロントフォークＦの内部構造について説明する。図２に示すように、フロントフォークＦは、筒部材Ｔの内部に正立型のダンパＤを収容するとともに、エアを封入している。そして、上記ダンパＤでフロントフォークＦの伸縮運動を抑制する減衰力を発揮するとともに、上記エアの圧力でフロントフォークＦを伸長方向に附勢して車体Ｂを弾性支持できる。つまり、上記フロントフォークＦは、懸架ばね又はメインスプリングと称されるコイルばねに替えて、エアばね（気体ばね）Ｓを有し、当該エアばねＳで車体Ｂを弾性支持できるので軽量になる。

筒部材Ｔにおいて、アウターチューブ１の図２中上端開口がキャップ１１で塞がれ、インナーチューブ２の図２中下端開口が当該インナーチューブ２と車輪側ブラケット２０の間に挟まれて固定される環状の封止部材２１で塞がれる。さらに、アウターチューブ１とインナーチューブ２の重複部の間にできる筒状隙間ｔ１の図２中下側の開口（外気側開口）が、アウターチューブ１の内周に保持されてインナーチューブ２の外周に摺接する環状のメインシールであるオイルシール１２とダストシール１３で塞がれる。よって、筒部材Ｔの内部を密閉空間にして外気と区画できる。

また、筒状隙間ｔ１におけるオイルシール１２よりも図２中上方には、上下一対の環状のブッシュ２２，１４が設けられる。図２中上側のブッシュ２２は、インナーチューブ２の外周に取り付けられてアウターチューブ１の内周に摺接し、図２中下側のブッシュ１４は、アウターチューブ１の内周に取り付けられてインナーチューブ２の外周に摺接する。これらブッシュ２２，１４は、インナーチューブ２を支えて、当該インナーチューブ２がアウターチューブ１内を円滑に摺動できるようにしている。

つづいて、アウターチューブ１の内側で、且つインナーチューブ２の内側にできる柱状の空間ｔ２に、上記正立型のダンパＤが収容されるとともに上記エアばねＳを構成する気室Ｇが形成されている。

ダンパＤは、インナーチューブ２の内側に起立する筒状のシリンダ３と、このシリンダ３の内部に摺動自在に挿入されるピストン４と、図２中下端部がピストン４に連結されて図２中上側がシリンダ３外に延びるロッド５と、シリンダ３の図２中上側開口部に固定されてロッド５を摺動自在に軸支する環状のロッドガイド６と、シリンダ３の図２中下側開口部に固定されるボトム部材７と、このボトム部材７の軸部７ａ外周に保持されるベースバルブ８とを有する。

ロッド５は、シリンダ３から突出する図２中上端部がキャップ１１に螺子結合されるとともに、ロックナット５０で緩み止めされており、キャップ１１を介してアウターチューブ１に連結される。また、ボトム部材７が車輪側ブラケット２０に図示しないボルトで固定されており、このボトム部材７にシリンダ３が螺子結合されている。つまり、シリンダ３は、ボトム部材７と車輪側ブラケット２０とを介してインナーチューブ２に連結される。したがって、フロントフォークＦが伸縮してインナーチューブ２がアウターチューブ１に出入りすると、ロッド５がシリンダ３に出入りしてダンパＤが伸縮し、ピストン４がシリンダ３内を軸方向に移動する。

シリンダ３の内部には、ピストン４で区画されるロッド５側の伸側室Ｌ１とピストン４側の圧側室Ｌ２が形成されており、これら伸側室Ｌ１と圧側室Ｌ２に作動油が充填されている。ロッドガイド６は、ロッド５の外周に摺接する環状のパッキン６１を有し、シリンダ３の図２中上側開口を塞ぐ。他方のシリンダ３の図２中下側開口はボトム部材７で塞がれる。

また、シリンダ３のベースバルブ８よりも図２中下側で、且つ、ボトム部材７との螺子結合部よりも図２中上側には、シリンダ３内外を連通する孔３ａが形成されている。シリンダ３の外側には、後に詳細に説明するように、作動油が充填されるダンパ側液室Ｌ３が形成されており、当該ダンパ側液室Ｌ３が上記孔３ａを介してシリンダ３内におけるベースバルブ８の図２中下方まで延びる。そして、このダンパ側液室Ｌ３がベースバルブ８により圧側室Ｌ２と区画される。

つづいて、シリンダ３の内部に摺動自在に挿入されるピストン４は、環状に形成されてロッド５の取付部外周にナット５１で固定されており、伸側室Ｌ１と圧側室Ｌ２とを連通する伸側流路４ａと圧側流路４ｂとを有する。ピストン４の図２中下端には、伸側流路４ａの出口を開閉する伸側バルブ４０が積層される。他方のピストン４の図２中上端には、圧側流路４ｂの出口を開閉する圧側バルブ４１が積層される。

伸側バルブ４０及び圧側バルブ４１は、ともに環状板を一枚以上重ねたリーフバルブであって、内周部をピストン４とともにロッド５の外周に固定され、外周側の撓みが許容されている。そして、伸側バルブ４０は伸側室Ｌ１の圧力を受けて撓み、伸側流路４ａの連通を許容するとともに当該伸側流路４ａを伸側室Ｌ１から圧側室Ｌ２へ向かう作動油の流れに抵抗を与える。他方の圧側バルブ４１は圧側室Ｌ２の圧力を受けて撓み、圧側流路４ｂの連通を許容するとともに当該圧側流路４ｂを圧側室Ｌ２から伸側室Ｌ１へ向かう作動油の流れに抵抗を与える。

また、ボトム部材７に取り付けられるベースバルブ８は、圧側室Ｌ２とダンパ側液室Ｌ３とを連通する吸込流路８０ａと排出流路８０ｂとを有して軸部７ａ外周にナット７０で固定される環状の隔壁部８０と、この隔壁部８０の図２中上端に積層されて吸込流路８０ａの出口を開閉するチェックバルブ８１と、隔壁部８０の図２中下端に積層されて排出流路８０ｂの出口を開閉する減衰バルブ８２とを備える。

チェックバルブ８１及び減衰バルブ８２は、ともに環状板を一枚以上重ねたリーフバルブであって、内周部を隔壁部８０とともに軸部７ａの外周に固定され、外周側の撓みが許容されている。そして、チェックバルブ８１は、ダンパ側液室Ｌ３の圧力を受けて撓み、吸込流路８０ａをダンパ側液室Ｌ３から圧側室Ｌ２へ向かう作動油の流れのみを許容する。他方の減衰バルブ８２は圧側室Ｌ２の圧力を受けて撓み、排出流路８０ｂの連通を許容するとともに当該排出流路８０ｂを圧側室Ｌ２からダンパ側液室Ｌ３へ向かう作動油の流れに抵抗を与える。

上記構成によれば、フロントフォークＦが伸長してダンパＤが伸長すると、ピストン４がシリンダ３内を図２中上方へ移動して伸側室Ｌ１が圧縮され、圧側室Ｌ２が拡大する。すると、圧縮される伸側室Ｌ１内の圧力が上昇し、伸側室Ｌ１の作動油が伸側バルブ４０を押し開いて伸側流路４ａを通過し圧側室Ｌ２へ移動する。シリンダ３内では、退出したロッド体積分の作動油が不足するが、チェックバルブ８１が開いて不足分に見合った作動油が吸込流路８０ａを通ってダンパ側液室Ｌ３から圧側室Ｌ２に供給される。

伸側室Ｌ１から圧側室Ｌ２へ向かう作動油の流れに対しては、伸側バルブ４０で抵抗が与えられるため、伸側室Ｌ１内の圧力が上昇する。これに対して、圧側室Ｌ２はダンパ側液室Ｌ３からの作動油の供給を受けるので、シリンダ３外部の圧力と略等しくなる。よって、伸側室Ｌ１と圧側室Ｌ２の圧力に差圧が生じ、この差圧がピストン４に作用してダンパＤがフロントフォークＦの伸長を妨げる減衰力を発揮する。

反対に、フロントフォークＦが収縮してダンパＤが収縮すると、ピストン４がシリンダ３内を図２中下方へ移動して圧側室Ｌ２が圧縮され、伸側室Ｌ１が拡大する。すると、圧縮される圧側室Ｌ２内の圧力が上昇し、圧側室Ｌ２の作動油が圧側バルブ４１を押し開いて圧側流路４ｂを通過し伸側室Ｌ１へ移動する。シリンダ３内では、進入したロッド体積分の作動油が余剰になるが、この余剰分の作動油が減衰バルブ８２を押し開いて排出流路８０ｂを通過し圧側室Ｌ２からダンパ側液室Ｌ３へ移動する。

圧側室Ｌ２から伸側室Ｌ１及びダンパ側液室Ｌ３へ向かう作動油の流れに対しては、圧側バルブ４１及び減衰バルブ８２で抵抗が与えられるため、圧側室Ｌ２内の圧力が上昇する。これに対して、拡大する伸側室Ｌ１内の圧力は低下する。よって、圧側室Ｌ２と伸側室Ｌ１の圧力に差圧が生じ、この差圧がピストン４に作用してダンパＤがフロントフォークＦの収縮作動を妨げる減衰力を発揮する。

なお、本実施の形態においては、減衰力を発生するための流体として作動油を利用しているが、これ以外の液体を利用してもよい。また、ピストン４に設けたバルブの構成及びベースバルブ８の構成も、所望の減衰力の特性又は作動油の流量に応じて適宜変更できる。

また、上記ダンパＤでは、ロッドガイド６とピストン４との間に伸切ばね６０が設けられ、フロントフォークＦの最伸長時に伸切ばね６０が圧縮されて弾性力を発揮して最伸長時の衝撃を緩和できる。他方のフロントフォークＦの最圧縮時の衝撃は、ロッドガイド６の図２中上部に起立するオイルロックケース６ａに、ロッド５の外周に取り付けられる図示しないオイルロックピースが嵌入する際に発揮されるオイルロック効果により緩和される。

つづいて、シリンダ３の外部に筒部材Ｔとの間にできる空間は、シリンダ３の外周とインナーチューブ２の内周に摺接するフリーピストン９で図２中上下に区画される。また、当該フリーピストン９は、シリンダ３の外周に取り付けられる図２中上下のストッパ３０，３１の間を図２中上下に摺動する。そして、このフリーピストン９の図２中下側に作動油が充填される液室Ｌ３が形成され、フリーピストン９の図２中上側に作動油が貯留される液溜室Ｒが形成される。この液溜室Ｒは、作動油が貯留される液室Ｌ４と、作動油の油面Ｏ上方に設けられてエアが封入される気室Ｇとからなる。本実施の形態において、液室Ｌ３と液室Ｌ４とを区別するため、図２中下側の液室Ｌ３をダンパ側液室Ｌ３、図２中上側の液室Ｌ４を気室側液室Ｌ４と呼んでいる。

上記液溜室Ｒにおける気室Ｇは、車体を弾性支持する前述のエアばねＳを構成し、インナーチューブ２がアウターチューブ１に進入するほど圧縮されて、当該圧縮量が大きくなるほど大きな弾性力を発揮する。また、上記エアばねＳのばね特性を、車体Ｂを弾性支持するのに適した特性にする都合上、気室Ｇ内の圧力が高く設定されている。そして、キャップ１１にはエアバルブ１５が設けられており、当該エアバルブ１５を介して気室Ｇにエアを給排してエアばねＳのばね特性を調節できる。なお、気室Ｇに封入される気体は、エア以外の気体でもよく、当該エア以外の気体を利用して気体ばねとして機能させてもよい。

なお、エアばねＳのみでも車体Ｂを弾性支持できるものの、このようにすると、フロントフォーク全体としてのばね特性がエアばねのみの特性となって、非線形特性となる。したがって、フロントフォークのばね特性をストローク後半の所望の特性に合わせて設定すると、ストローク前半の特に最伸長時近傍の弾性力が過剰になって乗り心地を悪化させる。そこで、上記フロントフォークＦは、ロッドガイド６とピストン４との間にエアばねＳと附勢する方向が逆になる、即ち、フロントフォークＦを収縮方向に附勢できるバランスばね６２を設けている。そして、フロントフォークＦの最伸長状態で、エアばねＳによる伸長方向に作用する附勢力をバランスばね６２で相殺するとともに、エアばねＳとバランスばね６２の合成の特性をストローク量に対して比例するコイルばねの特性に近似させている。このようにすると、フロントフォークＦを搭載する車両の乗り心地を良好にできる。

上記気室Ｇ内の圧力は、油面Ｏを介して気室側液溜室Ｌ４に伝わり、上記フリーピストン９を介してダンパ側液室Ｌ３に伝わる。また、このダンパ側液室Ｌ３と圧側室Ｌ２はベースバルブ８の流路を介して相互に連通され、圧側室Ｌ２と伸側室Ｌ１がピストン４の流路を介して相互に連通される。よって、気室Ｇ内の圧力を高くするとシリンダ３内の圧力を高くできる。このようにシリンダ３内の圧力が高くなると液柱剛性が高くなり、ダンパＤにおける減衰力発生応答性を向上できる。

また、気室Ｇ内の圧力は、インナーチューブ２の孔２ａを介して筒状隙間ｔ１にも伝わる。なお、インナーチューブ２の図２中上部には、シール部材２３が取り付けられており、筒状隙間ｔ１の図２中上端開口を塞いでいるので、気室Ｇ内の圧力は筒状隙間ｔ１に直接作用せず、ダンパ側液室Ｌ３を介して作用する。よって、気室Ｇ内の圧力を高くすると筒状隙間ｔ１内の圧力も高くなる。

さらに、上記シール部材２３を設けると、筒状隙間ｔ１内の作動油が液溜室Ｒ側に漏れるのを防止できるとともに、気室Ｇ内のエアが筒状隙間ｔ１に侵入するのを防止できる。よって、ダンパ側液室Ｌ３から筒状隙間ｔ１にかけての空間が常に作動油で満たされた状態になり、当該作動油でブッシュ２２，１４の摺接面を潤滑してインナーチューブ２の円滑な摺動を可能にできる。また、筒状隙間ｔ１の図２中上端開口がシール部材２３で塞がれるとともに、ダンパ側液室Ｌ３の図２中上端がフリーピストン９で塞がれるので、気室Ｇ内のエアの流出を確実に防止できる。以下、フリーピストン９で液溜室Ｒと区画され、フリーピストン９に面するダンパ側液室Ｌ３と、このダンパ側液室Ｌ３と相互に連通されるシリンダ３内部及び筒状隙間ｔ１とを合わせた部屋をフリーピストン区画室Ｐという。

本実施の形態において、シール部材２３は、インナーチューブ２の内周に螺合する結合部２４ａと、この結合部２４ａよりも外径が大きくインナーチューブ２から外側に張り出してアウターチューブ１の内周に摺接する摺接部２４ｂとを有するホルダ２４と、結合部２４ａとインナーチューブ２との間を塞ぐＯリング２５と、摺接部２４ｂに装着されてアウターチューブ１の内周に摺接する環状のパッキン２６とを備える。しかし、筒状隙間ｔ１の図２中上端開口を塞ぐための構成は上記の限りではなく、適宜変更できる。例えば、パッキン２６を直接インナーチューブ２に装着してもよく、この場合にはホルダ２４を省略できる。

つづいて、シリンダ３の外周に設けた図２中上側のストッパ３０の下側には、環状のゴム部材３２が設けられ、図２中下側のストッパ３１の上側には、コイルばねである減圧ばね３３が設けられている。そして、フリーピストン９が図２中上方に移動してゴム部材３２がフリーピストン９とストッパ３０との間で圧縮されると弾性力を発揮する。反対に、フリーピストン９が図２中下方に移動して減圧ばね３３がフリーピストン９とストッパ３１との間で圧縮されると弾性力を発揮する。上記上下のストッパ３０，３１は、ともに、シリンダ３の外周に周方向に沿って形成される環状溝に嵌る環状のスナップリング（符示せず）の外周に嵌合し、ゴム部材３２又は減圧ばね３３の一端を支える。

なお、図２中上側のストッパ３０の取付方法及び構造は、シリンダ３の軸方向所定位置よりも図２中上方への移動が規制され、ゴム部材３２の図２中上端を支えられる限り、適宜変更できる。他方の図２中下側のストッパ３１の取付方法及び構造も、シリンダ３の軸方向所定位置よりも図２中下方への移動が規制され、減圧ばね３３の図２中下端を支えられる限り、適宜変更できる。また、ゴム部材３２及び減圧ばね３３は、弾性を有して圧縮されると当該圧縮に反発する弾性力を発揮する弾性部材であれば、ゴム（エラストマー）、コイルばね、コイルばね以外のばねであってもよい。

上記フリーピストン９は、図３に示すように、インナーチューブ２の内周に摺接する環状の第一摺接部９ａと、シリンダ３の外周に摺接する環状の第二摺接部９ｂと、上記第一摺接部９ａと第二摺接部９ｂとを連結する環状の連結部９ｃと、第一摺接部９ａの外周に周方向に沿って形成される環状溝（符示せず）に装着されて第一摺接部９ａとインナーチューブ２との間を塞ぐ外周シールである環状のＯリング９０と、第二摺接部９ｂの内周に周方向に沿って形成される環状溝（符示せず）に装着されて第二摺接部９ｂとシリンダ３との間を塞ぐ内周シールである環状のＯリング９１とを有して構成される。また、第一摺接部９ａにおけるＯリング９０の装着部（環状溝）よりも図３中上側には、第一摺接部９ａの肉厚を貫く第一の孔９ｄが形成される。他方の第二摺接部９ｂにおけるＯリング９１の装着部（環状溝）よりも図３中下側には、第二摺接部９ｂの肉厚を貫く第二の孔９ｅが形成されている。

さらに、第一摺接部９ａから連結部９ｃにかけての内径は、略一定であり、シリンダ３における第二摺接部９ｂが摺接する部分の外径よりもやや大きい。よって、第一摺接部９ａ及び連結部９ｃの内周がシリンダ３の外周に接触せず、第一摺接部９ａ及び連結部９ｃとシリンダ３との間に環状の隙間９２ができる。また、第二摺接部９ｂから連結部９ｃにかけての外径は、略一定であり、インナーチューブ２における第一摺接部９ａが摺接する部分の内径よりもやや小さい。よって、第二摺接部９ｂ及び連結部９ｃの外周がインナーチューブ２の内周に接触せず、第二摺接部９ｂ及び連結部９ｃとインナーチューブ２との間に環状の隙間９３ができる。上記構成によれば、例えば、フロントフォークＦがモトクロス用のバイクに利用され、車両が跳躍して着地するとき等、筒部材Ｔに大きな曲げモーメントが入力されてインナーチューブ２が多少撓ったとしても、上記隙間９２，９３の分フリーピストン９が傾くとともに、この傾いた状態で摺動できる。よって、フリーピストン９の軸方向長さが長くても筒部材Ｔの撓りによりフリーピストン９の移動が阻害されるのを抑制できる。加えて、上記構成によれば、フリーピストン９自体が変形せずに傾いた状態で摺動できるので、フリーピストン９に負荷がかからない。

また、シリンダ３の外周には、周方向に沿って形成される環状のリリーフ溝３ｂ，３ｃが軸方向に二条並べて形成されている。そして、フリーピストン９は、第二摺接部９ｂを、シリンダ３におけるリリーフ溝３ｂ，３ｃの間の部分（以下、シリンダ・フリーピストン摺接部３ｄという）に摺接させている。上記Ｏリング９１は、無負荷状態における内径がシリンダ・フリーピストン摺接部３ｄの外径よりもやや小さく形成されている。よって、当該シリンダ・フリーピストン摺接部３ｄにＯリング９１が締め代をもって接している間、当該Ｏリング９１で第二摺接部９ｂとシリンダ３との間を塞ぎ、ダンパ側液室Ｌ３と気室側液室Ｌ４との連通を阻止できる。しかし、フリーピストン９が移動してリリーフ溝３ｂ，３ｃに対向すると、Ｏリング９１の内周に作動油の通過が可能な隙間ができる。よって、フリーピストン９とリリーフ溝３ｂ，３ｃが対向すると、Ｏリング９１の内周から作動油が漏れてダンパ側液室Ｌ３と気室側液室Ｌ４との間を移動する。

また、フリーピストン９の図３中上方に設けたゴム部材３２は、第二摺接部９ｂのＯリング９１が図３中上側のリリーフ溝３ｂに対向した状態で圧縮されて弾性力を発揮し、図３中下側となるダンパ側液室Ｌ３側へ向けてフリーピストン９を附勢する。他方のフリーピストン９の図３中下方に設けた減圧ばね３３は、上記Ｏリング９１が図３中下側のリリーフ溝３ｃに対向した状態で圧縮されて弾性力を発揮し、図３中上側となる液溜室Ｒ側へ向けてフリーピストン９を附勢する。この減圧ばね３３の附勢する方向は、エアばねＳの附勢する方向と逆であり、減圧ばね３３の附勢力がダンパ側液室Ｌ３を拡大する方向に作用する。よって、減圧ばね３３を設けると、気室Ｇ内の圧力を低下させずに筒状隙間ｔ１の圧力を下げて、オイルシール１２の緊迫力を小さくできる。

以下、説明の便宜上、ロッド５においてロッドガイド６で支えられる部分の外径を直径とする円の面積をロッド断面積Ａ１とし、アウターチューブ１においてブッシュ２２が摺接する部分の内径を直径とする円の面積と、インナーチューブ２においてブッシュ１４が摺接する部分の外径を直径とする円の面積との差分を筒状隙間断面積Ａ２とし、インナーチューブ２においてフリーピストン９の第一摺接部９ａが摺接する部分の内径を直径とする円の面積と、シリンダ・フリーピストン摺接部３ｄの外径を直径とする円の面積との差分をダンパ側液室断面積Ａ３とし、フロントフォークＦのストローク量をストローク量Ｍとする。また、上記フロントフォークＦでは、ロッド断面積Ａ１が筒状隙間断面積Ａ２よりも大きく設定されている（Ａ１＞Ａ２）。

すると、後に詳細に説明するようにフロントフォークＦが伸縮した場合、ロッド断面積Ａ１と筒状隙間断面積Ａ２の差分にストローク量Ｍを乗じた分（（Ａ１−Ａ２）・Ｍ）の作動油がダンパ側液室Ｌ３で減少したり増加したりする。そして、フリーピストン９のＯリング９１がシリンダ３外周を塞いでダンパ側液室Ｌ３と気室側液室Ｌ４との連通を遮断した状態では、ダンパ側液室Ｌ３内の作動油の増減分に応じてフリーピストン９が図３中上下に動く（ストロークする）。このフリーピストン９のストローク量は、上記ダンパ側液室Ｌ３で増減した作動油量をダンパ側液室断面積Ａ３で割った値（（Ａ１−Ａ２）・Ｍ／Ａ３）となる。

また、シリンダ・フリーピストン摺接部３ｄの軸方向長さは、フロントフォークＦが最伸長状態から最収縮状態まで収縮したときに、ダンパ側液室Ｌ３で増加した作動油量をダンパ側液室断面積Ａ３で割った値と同じか、これよりもやや大きく設定される。そして、組立時においては、フリーピストン９の位置が最も下がるフロントフォークＦの最伸長状態で、第二摺接部９ｂのＯリング９１が図３中下側のリリーフ溝３ｃの直上部に位置するように設定される。よって、通常、フロントフォークＦが伸縮してもフリーピストン９のＯリング９１は図３中上下のリリーフ溝３ｂ，３ｃに対向せずに、これらの間を移動する。しかし、温度変化等の理由により作動油の体積が変化すると、上記Ｏリング９１がリリーフ溝３ｂ，３ｃに対向するまでフリーピストン９が移動する。このように、フリーピストン９とリリーフ溝３ｂ，３ｃが対向すると、Ｏリング９１の内周に隙間ができる。すると、ロッド断面積Ａ１と筒状隙間断面積Ａ２の差分にストローク量Ｍを乗じた分（（Ａ１−Ａ２）・Ｍ）の作動油が上記隙間を通ってダンパ側液室Ｌ３と気室側液室Ｌ４との間を移動するようになるので、フリーピストン９の移動が停止する。

図３中上下のリリーフ溝３ｂ，３ｃは、ともに、断面台形状となっており、内側に各リリーフ溝３ｂ，３ｃを形成する上下の壁面がこれらの間の底面に向けて徐々に間隔が狭くなるように傾斜している。シリンダ・フリーピストン摺接部３ｄと壁面との境界部分は面取りされており、Ｏリング９１が通過したときに当該Ｏリング９１を傷つけないようになっている。さらに、各リリーフ溝３ｂ，３ｃの深さ（開口端から底面までの距離）は、Ｏリング９１がリリーフ溝３ｂ，３ｃに対向した状態でＯリング９１の内周に隙間を形成し、当該隙間を介した作動油の漏れを許容できるように設定される。また、各リリーフ溝３ｂ，３ｃの図３中上下の幅となる軸方向長さは、Ｏリング９１の軸方向長さよりも長い。上記構成によれば、Ｏリング９１がリリーフ溝３ｂ，３ｃを通過するのを確実に防止できるので、Ｏリング９１とリリーフ溝３ｂ，３ｃが対向した状態でフリーピストン９の移動を確実に停止させられる。

なお、リリーフ溝３ｂ，３ｃの形状は上記の限りではなく、第二摺接部９ｂのＯリング９１がリリーフ溝３ｂ，３ｃに対向した状態で作動油の漏れを許容し、フリーピストン９の移動を停止できる限りにおいて、適宜変更できる。例えば、上記リリーフ溝３ｂ，３ｃは環状であるが、周方向に連続していなくてもよく、軸方向に直線状に延びていてもよい。

また、フリーピストン９は、図３中下限位置まで移動した状態、即ち、第二摺接部９ｂのＯリング９１が下側のリリーフ溝３ｃに対向した状態で、第一摺接部９ａのＯリング９０がインナーチューブ２の孔２ａよりも上方に位置するように設定される（図４（ａ））必要がある。そして、当該孔２ａの位置は、フロントフォークＦの最伸長時であっても、ブッシュ１４よりも図３中上方に位置するように設定される。さらに、フリーピストン９の最大ストローク量は、前述のように、ロッド断面積Ａ１、筒状隙間断面積Ａ２等から求めたリリーフ溝３ｂ，３ｃの間隔により決まるが、第一摺接部９ａのＯリング９０がシリンダ３の上端を超えない範囲でフリーピストン９を摺動させる必要がある。また、汎用のインナーチューブ２とシリンダ３を利用する場合、これらの間隔が狭くてフリーピストン９の肉厚を厚くできない。よって、外周のＯリング９０と内周のＯリング９１を軸方向の同じ位置に径方向に並べて設けられず、軸方向にずらして設ける必要がある。

つまり、フリーピストン９を設計する場合、上記したような各条件を満たすようにする必要があり、その結果、フリーピストンが軸方向に長くなる場合がある。このように軸方向に長いフリーピストンの内周と外周の摺接面を軸方向に長くすると、前述のようにインナーチューブ２が撓ったときにフリーピストンの摺動が阻害され易くなる。しかし、上記フリーピストン９では、前述のように隙間９２，９３を設けて摺接面の軸方向長さをなるべく短くして、フリーピストン９が傾いた状態で摺動できるようにしている。よって、上記フリーピストン９によれば、軸方向に長くなってもインナーチューブ２の多少の撓りでは摺動が阻害されず、円滑に摺動できる。

なお、フリーピストン９の構成は上記の限りではなく、適宜変更できる。例えば、フリーピストン９の内周を塞ぐ内周シールと外周を塞ぐ外周シールがともにＯリング９０，９１であるが、これ以外のパッキン、又は金属製の補強環にゴム等を一体化させたオイルシールであってもよい。また、フリーピストン９の円滑な摺動が可能であれば、フリーピストン９の内周全体をシリンダ・フリーピストン摺接部３ｄに摺接させたり、フリーピストン９の外周全体をインナーチューブ２に摺接させたりしてもよい。また、フリーピストン９の内周シールであるＯリング９１が各リリーフ溝３ｂ，３ｃに対向した状態でフリーピストン９の移動を停止できれば、第一、第二の孔９ｄ，９ｅの一方又は両方を省いてもよい。

以下、本実施の形態に係るフロントフォークＦの作動について説明する。

まず、通常状態におけるフロントフォークＦの伸長行程では、シリンダ３から退出したロッド体積分、即ち、ロッド断面積Ａ１にフロントフォークＦの伸長ストローク量を乗じた分の作動油がダンパ側液室Ｌ３内から圧側室Ｌ２に流出する。しかし、アウターチューブ１とインナーチューブ２の重複量が少なくなって筒状隙間ｔ１の容積が縮小するので、筒状隙間断面積Ａ２にフロントフォークＦの伸長ストローク量を乗じた分の作動油が筒状隙間ｔ１からダンパ側液室Ｌ３内に流入する。すると、ダンパ側液室Ｌ３では、ロッド断面積Ａ１と筒状隙間断面積Ａ２の差分に上記伸長ストローク量を乗じた分作動油が少なくなるので、当該減少量に応じてフリーピストン９が図２中下方へ移動する。

反対に、通常状態におけるフロントフォークＦの収縮工程では、シリンダ３に進入したロッド体積分、即ち、ロッド断面積Ａ１にフロントフォークＦの収縮ストローク量を乗じた分の作動油が圧側室Ｌ２からダンパ側液室Ｌ３内に流入する。しかし、アウターチューブ１とインナーチューブ２の重複量が多くなって筒状隙間ｔ１の容積が拡大するので、筒状隙間断面積Ａ２にフロントフォークＦの収縮ストローク量を乗じた分の作動油がダンパ側液室Ｌ３内から筒状隙間ｔ１に流出する。すると、ダンパ側液室Ｌ３では、ロッド断面積Ａ１と筒状隙間断面積Ａ２の差分に上記収縮ストローク量を乗じた分作動油が多くなるので、当該増加量に応じてフリーピストン９が図２中上方に移動へする。

このように、通常状態では、フリーピストン９は第二摺接部９ｂのＯリング９１がリリーフ溝３ｂ，３ｃに対向しない範囲で、ダンパ側液室Ｌ３と気室側液室Ｌ４との連通を遮断しながら図２中上下に移動する。よって、ダンパ側液室Ｌ３における作動油の油量変化をフリーピストン９の移動により補償できる。

これに対して、外気温の低下、及びフロントフォークＦの長時間の停止等の影響で作動油の温度が低下して作動油の体積が減少する等、フリーピストン区画室Ｐの作動油の油量が減少した状態でフロントフォークＦが最伸長時近傍まで伸長すると、図４（ａ）に示すように、第二摺接部９ｂのＯリング９１が図４中下側のリリーフ溝３ｃに対向するまでフリーピストン９が下降する。すると、Ｏリング９１の内周に隙間ができて、ダンパ側液室Ｌ３と気室側液室Ｌ４が連通する。さらに、上記フリーピストン９の第二摺接部９ｂには、第二の孔９ｅが設けられているので、第二摺接部９ｂとシリンダ３との間の隙間が小さく作動油が通り難い場合であっても、Ｏリング９１の内周を通過した作動油が第二の孔９ｅとフリーピストン９の外周の隙間９３を通ってダンパ側液室Ｌ３に移動できる。

このように、ダンパ側液室Ｌ３と気室側液室Ｌ４が連通した状態では、フロントフォークＦが伸長を続けてダンパ側液室Ｌ３で作動油が減少しても、当該減少分に見合った作動油がＯリング９１の内周にできる隙間を通って気室側液室Ｌ４からダンパ側液室Ｌ３内に流入するのでフリーピストン９が動かなくなる。

また、第二摺接部９ｂのＯリング９１が図４中下側のリリーフ溝３ｃに対向した状態では、減圧ばね３３が圧縮されて弾性力を発揮し、フリーピストン９を図４中上方に押し上げる方向へ附勢する。よって、フロントフォークＦが収縮作動に転じると、減圧ばね３３の附勢力によりフリーピストン９が図４中上方へ移動し、Ｏリング９１がリリーフ溝３ｃに対向する状態から速やかに脱してダンパ側液室Ｌ３と気室側液室Ｌ４との連通を遮断する。すると、前述のようにフロントフォークＦの伸縮に伴うダンパ側液室Ｌ３の作動油の増減によりフリーピストン９が図４中上下に移動する通常の作動に戻る。

反対に、外気温の上昇、及びフロントフォークＦが伸縮を繰り返して作動油が流路を移動する際の摩擦の影響等により、作動油の温度が上昇して作動油の体積が増加したり、ロッドガイド６のパッキン６１部分からシリンダ３内に作動油が流入したりする等、フリーピストン区画室Ｐの作動油の油量が増加した状態でフロントフォークＦが最収縮時近傍まで収縮すると、第二摺接部９ｂのＯリング９１が図４中上側のリリーフ溝３ｂに対向するまでフリーピストン９が上昇する。すると、Ｏリング９１の内周に隙間ができて、ダンパ側液室Ｌ３と気室側液室Ｌ４が連通する。さらに、上記フリーピストン９の第一摺接部９ａには第一の孔９ｄが設けられているので、後述するように、ゴム部材３２がフリーピストン９で圧縮されて第一摺接部９ａ内周とシリンダ３との間を塞いだとしても、Ｏリング９１の内周を通過した作動油がフリーピストン９の内周の隙間９２と第一の孔９ｄを通って気室側液室Ｌ４に移動できる。

このように、ダンパ側液室Ｌ３と気室側液室Ｌ４が連通した状態では、フロントフォークＦが収縮を続けてダンパ側液室Ｌ３で作動油が増加しても、当該増加分に見合った作動油がＯリング９１の内周にできる隙間を通ってダンパ側液室Ｌ３内から気室側液室Ｌ４に流出するのでフリーピストン９が動かなくなる。

また、第二摺接部９ｂのＯリング９１が図４中上側のリリーフ溝３ｂに対向した状態では、ゴム部材３２が圧縮されて弾性力を発揮し、フリーピストン９を図４中下方に押し下げる方向へ附勢する。よって、フロントフォークＦが伸長作動に転じると、ゴム部材３２の附勢力によりフリーピストン９が図４中下方へ移動し、Ｏリング９１がリリーフ溝３ｂに対向する状態から速やかに脱してダンパ側液室Ｌ３と気室側液室Ｌ４との連通を遮断する。すると、前述のようにフロントフォークＦの伸縮に伴うダンパ側液室Ｌ３の作動油の増減によりフリーピストン９が図４中上下に移動する通常の作動に戻る。

また、フロントフォークＦの最伸長時には、減圧ばね３３の圧縮量が最も大きく、当該減圧ばね３３によるダンパ側液室Ｌ３拡大させる方向へ附勢する力が大きくなる。よって、フロントフォークＦの最伸長時に上記減圧ばね３３の大きな附勢力で筒状隙間ｔ１の圧力を低下させ、インナーチューブ２に対するオイルシール１２の緊迫力を小さくできる。例えば、フロントフォークＦがモトクロス用のバイクに搭載される場合であって車両が跳躍して着地する際に、インナーチューブ２に対するオイルシール１２の緊迫力が大きいと最伸長状態から収縮するフロントフォークＦの動き出しが悪く、乗り心地の悪化を招く。しかし、上記減圧ばね３３を設けてオイルシール１２の緊迫力を小さくすると、最伸長状態から収縮するフロントフォークＦの動き始めの抵抗を小さくできるので、車両の乗り心地を良好にできる。

また、上記減圧ばね３３は、フリーピストン９がゴム部材３２を圧縮するまで上昇した状態では当該フリーピストン９から離れるものの、通常状態（作動油の著しい温度上昇又は著しい温度低下のない状態）では、フリーピストン９の略全ストローク領域でフリーピストン９に附勢力を作用させている。このため、フロントフォークＦの略全ストローク領域でオイルシール１２によるインナーチューブ２の緊迫力を小さくし、インナーチューブ２の円滑な摺動を可能にしている。

つまり、減圧ばね３３は、筒状隙間ｔ１の圧力を下げる機能と、伸長作動から収縮作動に転じたときにＯリング９１とリリーフ溝３ｂとの対向状態を解除する機能の両方を有する。よって、フロントフォークＦを構成する部品数を減らしてフロントフォークＦの組立性を良好にでき、フロントフォークＦの製造コストを低減できる。なお、減圧ばね３３がフリーピストン９に附勢力を及ぼす範囲は、上記の限りではなく、適宜変更できる。例えば、フロントフォークＦの最伸長時近傍でのみ、減圧ばね３３がダンパ側液室Ｌ３を拡大させる方向へフリーピストン９を附勢するとしてもよい。

以下、本実施の形態のフロントフォークＦの作用効果について説明する。

本実施の形態において、シリンダ３は、外周の軸方向の異なる位置に一対のリリーフ溝３ｂ、３ｃを有する。また、フリーピストン９は、筒部材Ｔとシリンダ３との間の空間をダンパ側液室（液室）Ｌ３と、液体が貯留される液溜室Ｒとに区画するとともに、内周に環状のＯリング（内周シール）９１を有する。そして、Ｏリング（内周シール）９１と各リリーフ溝３ｂ，３ｃが対向した状態で、ダンパ側液室（液室）Ｌ３と液溜室Ｒとの連通が許容されるとともに、Ｏリング（内周シール）９１と図２中下側（反液溜室側）のリリーフ溝３ｃが対向した状態で、減圧ばね（弾性部材）３３が図２中上側（液溜室Ｒ側）へフリーピストン９を附勢する。

上記構成によれば、減圧ばね（弾性部材）３３が筒状隙間ｔ１の圧力を下げる本来の機能を発揮するとともに、Ｏリング（内周シール）９１とリリーフ溝３ｃとの対向状態を解除する戻しばねとしても機能する。よって、上記構成によれば、フロントフォークＦを構成する部品数を減らしてフロントフォークＦの組立性を良好にでき、フロントフォークＦの製造コストを低減できる。

さらに、上記構成によれば、Ｏリング９１とリリーフ溝３ｂ，３ｃとを対向させる位置に応じてフリーピストン９の移動を軸方向の所定位置で規制できる。そして、このようにフリーピストン９の移動が規制された状態では、ダンパ側液室（液室）Ｌ３と液溜室Ｒとの連通が許容される。よって、温度変化等の要因によりフリーピストン加圧室（フリーピストン９で液溜室Ｒと区画される部屋）Ｐに充填される作動油の油量が変わり、フリーピストン９の移動が規制された状態でフロントフォークＦが伸長を続けたり収縮を続けたりしても、Ｏリング９１の内周を作動油が通過できるので、上記油量の変化を補償できる。

なお、フリーピストン９の移動を軸方向の所定位置で規制するための構成、及びフリーピストン９の構成は、上記の限りではなく、適宜変更できる。そして、このような変更は、減圧ばね３３の効くフロントフォークＦのストローク範囲の設定によらず可能である。

また、本実施の形態において、フロントフォークＦは、アウターチューブ１とこのアウターチューブ１内に移動可能に挿入されるインナーチューブ２とを有する筒部材Ｔと、アウターチューブ１とインナーチューブ２の重複部の間に形成される筒状隙間ｔ１の図２中下側（外気側）開口を塞ぐ環状のオイルシール（メインシール）１２と、インナーチューブ２に連結されてインナーチューブ２内に設けられるシリンダ３とアウターチューブ１に連結されてシリンダ３内に移動可能に挿入されるロッド５とを有するダンパＤと、インナーチューブ２とシリンダ３との間に摺動可能に挿入されて、筒状隙間ｔ１及びシリンダ３内に連通されるダンパ側液室（液室）Ｌ３を形成するフリーピストン９と、筒部材Ｔ内に封入されるエア（気体）の圧力で筒部材Ｔを伸長方向へ附勢するとともにダンパ側液室Ｌ３を縮小する方向へフリーピストン９を附勢するエアばね（気体ばね）Ｓと、ダンパ側液室（液室）Ｌ３を拡大する方向へフリーピストン９を附勢する減圧ばね（弾性部材）３３とを備える。

上記構成によれば、気室Ｇ内の圧力を低下させずに、減圧ばね（弾性部材）３３で筒状隙間ｔ１内の圧力を低下させて、オイルシール（メインシール）１２の緊迫力を小さくできる。よって、気室Ｇ内の圧力を車体Ｂを弾性支持するのに適した圧力に設定できるとともに、フロントフォークＦの動き始めの抵抗を小さくでき、車両の乗り心地を良好にできる。

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、変形および変更が可能である。

Ｄ・・・ダンパ、Ｆ・・・フロントフォーク、Ｌ３・・・ダンパ側液室（液室）、Ｒ・・・液溜室、Ｓ・・・エアばね（気体ばね）、Ｔ・・・筒部材、ｔ１・・・筒状隙間、１・・・アウターチューブ、２・・・インナーチューブ、３・・・シリンダ、３ｂ，３ｃ・・・リリーフ溝、５・・・ロッド、９・・・フリーピストン、１２・・・オイルシール（メインシール）、３３・・・減圧ばね（弾性部材）、９１・・・Ｏリング（内周シール）

Claims (2)

1. アウターチューブと、前記アウターチューブ内に移動可能に挿入されるインナーチューブとを有する筒部材と、
   前記アウターチューブと前記インナーチューブの重複部の間に形成される筒状隙間の外気側開口を塞ぐ環状のメインシールと、
   前記インナーチューブに連結されて前記インナーチューブ内に設けられるシリンダと、前記アウターチューブに連結されて前記シリンダ内に移動可能に挿入されるロッドとを有するダンパと、
   前記インナーチューブと前記シリンダとの間に摺動可能に挿入されて、前記筒状隙間及び前記シリンダ内に連通される液室を形成するフリーピストンと、
   前記筒部材内に封入される気体の圧力で前記筒部材を伸長方向へ附勢するとともに、前記液室を縮小する方向へ前記フリーピストンを附勢する気体ばねと、
   前記液室を拡大する方向へ前記フリーピストンを附勢する弾性部材とを備える
   ことを特徴とするフロントフォーク。
2. 前記シリンダは、外周の軸方向の異なる位置に一対のリリーフ溝を有し、
   前記フリーピストンは、前記筒部材と前記シリンダとの間の空間を前記液室と、液体が貯留される液溜室とに区画するとともに、内周に環状の内周シールを有し、
   前記内周シールと前記各リリーフ溝が対向した状態で、前記液室と前記液溜室との連通が許容されるとともに、
   前記内周シールと反液溜室側の前記リリーフ溝が対向した状態で、前記弾性部材が前記液溜室側へ前記フリーピストンを附勢する
   ことを特徴とする請求項１に記載のフロントフォーク。
   

Images