JPH07190118A - 空気ばね - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高周波微小振動を防振する。 【構成】 アウターシェル１およびピストン２のそれぞ
れに気密に連結した筒状ゴム膜３の外周面に筒状質量体
７を取付けることにより、空気室５への加圧空気の充填
下で、その筒状質量体７を主質量とするばね−質量系を
構成し、そのばね−質量系の軸線方向の固有振動数を１
０Hz以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、車両用の懸架装置に
適用し得る他、産業機械、精密機械等の防振支持装置と
しても適用することができる空気ばねに関するものであ
り、とくには、高周波微小振動に対してすぐれた振動絶
縁機能を発揮するものである。

【０００２】

【従来の技術】振動系の一方側の部材に連結されるアウ
ターシェルもしくは上面板と、振動系の他方側の部材に
連結されるピストンと、これらのそれぞれに端部分を気
密に連結した繊維補強筒状ゴム膜とを具える従来既知の
空気ばねとしては図８〜１０に示すものがある。

【０００３】ここで、図８に示す自動車用空気ばねは、
上面側を自動車ボディに連結される、多くは金属製のア
ウターシェル２１と、下面側をシャシーに連結される、
これも多くは金属製のピストン２２とのそれぞれに、繊
維補強筒状ゴム膜２３のそれぞれの端部分を、金属バン
ドその他のバンド２４によって気密に連結し、これらに
よって区画された空気室内に、所定圧力の加圧空気を封
入したものである。

【０００４】また、図９に示す例は、アウターシェル２
１の円筒部を、筒状ゴム膜２３の外周面に接触させて、
そのゴム膜２３の反転部付近まで下方へ長く延在させる
とともに、筒状ゴム膜２３のそれぞれの端部を、環状ビ
ードワイヤを埋設したビード部２３ａの、アウターシェ
ル２１およびピストン２２のそれぞれに設けた中央環状
突部への気密なる嵌着によってアウターシェル２１およ
びピストン２２のそれぞれに連結したものである。

【０００５】そして、図１０に示す空気ばねは、上面板
３１とピストン２２とのそれぞれに、筒状ゴム膜２３
を、その端部に設けたそれぞれのビード部２３ａによっ
て、図９に示すものと同様にして気密に連結したところ
において、その筒状ゴム膜２３の円筒部外周面に、それ
を覆う薄肉筒状部材２５を、筒状ゴム膜２３に設けた環
状凸条２３ｂによって取付けたものである。なおこの例
においては、薄肉筒状部材２５は極めて軽量であるた
め、筒状ゴム膜２３の凸条２３ｂを、薄肉筒状部材２５
の内周面に設けた環状溝に嵌め合わせるだけで、空気室
から加圧空気を排出してもなお、その薄肉筒状部材２５
の脱落を十分に防止することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これらの空気ばねを、
たとえば、自動車の懸架装置に適用した場合には、ばね
下側からの比較的大きな振幅（±５mm以上）の振動に対
しては、ばね定数の動的倍率が約１．４倍（空気の断熱
圧縮膨脹によるポリトロープ指数は１．４）となり、振
動数に余り影響されずに軟かいばねとして働くので、良
好な乗心地が得られるのに対し、比較的小さな振幅（±
１mm以下）の振動で、とくに、振動数が約１５Hz以上の
振動に対しては、繊維補強筒状ゴム膜２３の転動抵抗
（フリクション）が空気力による動ばね定数を上回るこ
とになるため、車両への乗心地の低下が余儀なくされて
いる。ところで、この現象は、約６０km/h以上の車速で
舗装道路の舗装の継ぎ目、マンホール蓋、道路の損傷箇
所などの上を走行した場合にしばしば発生する。

【０００７】なおここで、繊維補強筒状ゴム膜２３の転
動抵抗を低減させるべく、そのゴム膜２３の厚さを薄く
すること、ゴム膜２３の補強繊維の材質、太さ、打込み
本数等を調整すること、ピストン２２とゴム膜２３との
接触部に潤滑処理を施すことなどが提案されているが、
補強繊維の材質等を調整することおよび、潤滑処理を施
すことによってはほとんど効果が上がらず、ゴム膜を薄
くすることによっては若干の効果は生じるものの、それ
を薄くすることに起因する、耐圧強度の低下、耐環境性
の低下などのおそれが高いという不都合があった。

【０００８】そこで、高周波微小振動の吸収を可能なら
しめるものとして、図１１に例示するように、アウター
シェル２１の頂壁を、中央部分２１ａと周辺部分２１ｂ
とに区分し、それらの両者を環状弾性体２６によって相
互連結したものがある。

【０００９】これによれば、空気室への加圧空気の充填
下で、筒状ゴム膜２３および環状弾性体２６と、アウタ
ーシェル２１の周辺部分２１ｂとがばね−質量系を構成
することになって、微小振動に対する防振効果が得られ
ることになるも、ピストン２２の、たとえば円弧状の運
動軌跡をとる上下運動に起因する、そのアウターシェル
周辺部分２１ｂの、図では左右方向の揺動運動に対する
耐久性が低いという問題があった。すなわち、自動車の
通常の懸架方式では、ピストン２２は、上述したような
円弧状の上下運動を繰返し行うことになるため、アウタ
ーシェル中央部分２１ａと環状弾性体２６および、その
環状弾性体２６とアウターシェル周辺部分２１ｂとのそ
れぞれの接合部に剥離その他の損傷が発生し易い。

【００１０】これに対し、接合部の強度を高めるべく、
環状弾性体２６と、前記中央部分２１ａおよび周辺部分
２１ｂとの接合面積を大きくしたときには、環状弾性体
２６の体積が大きくなり、ばね定数もまた大きくなるた
め、ばね−質量系の固有振動数を十分に低減させること
ができないという問題があった。

【００１１】この発明は、従来技術の有するこのような
問題点を解決することを課題として検討した結果なされ
たものであり、この発明の目的は、すぐれた耐久性の下
で、約１５Hz以上の高周波微小振動を有効に吸収するこ
とができる空気ばねを提供するにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は、振動系の一
方側の部材に連結される第１の取付部材、たとえばアウ
ターシェルと、このアウターシェルから間隔をおいて配
置されて、振動系の他方側の部材に連結される第２の取
付部材、これもたとえばピストンと、それぞれの端部分
を前記アウターシェルおよびピストンのそれぞれに気密
に連結した、補強繊維層を有する筒状ゴム膜とを具え、
それらに区画される空気室内へ加圧空気を充填してなる
空気ばねであって、前記筒状ゴム膜の外周面に、筒状質
量体を取付けることにより、空気室への加圧空気の充填
下で、前記筒状質量体を主質量とするばね−質量系を構
成し、このばね−質量系の、軸線方向の固有振動数を１
０Hz以下としたものである。

【００１３】ここで好ましくは、筒状ゴム膜の外周面
に、少なくとも一本の剛性リングを取付け、この剛性リ
ングに、筒状質量体を、それの内周面に設けた環状溝を
介して嵌め合わせ固定し、また好ましくは、筒状質量体
の上端部を、筒状弾性体によって、いずれか一方の取付
部材に連結する。そしてより好ましくは、筒状ゴム膜
の、第１および第２のそれぞれの取付部材への連結部の
近傍部分に、折返し反転部を形成する。

【００１４】

【作用】この空気ばねでは、筒状質量体を主質量とし、
ダイナミックダンパーとしての機能も有するばね−質量
系の、軸線方向の固有振動数を１０Hz以下とし、それに
よって、空気ばね全体としての振動伝達率、なかでも絶
対変位伝達率を低減させることにより、１５Hz以上の周
波数の加振微小振動に対し、筒状ゴム膜の転動抵抗の影
響を十分小ならしめることができ、これがため、たとえ
ば、空気ばねを適用した自動車の、ばね下側からばね上
側へ伝達される振動を効果的に低減させることができ
る。

【００１５】すなわち、前記ばね−質量系の絶対変位伝
達率についてみると、図１に示すように、振動数比ｆ／
ｆｎ（ここで、ｆは系に入力する加振振動数をいい、ｆ
ｎは系の固有振動数をいう）の関数として表わされるそ
の絶対変位伝達率

【数１】 を１未満とするためには、振動数比ｆ／ｆｎを√２を越
える値とすることが必要となり、ここにおいて、ばね−
質量系に入力される加振振動数を１５Hzとすると、伝達
振動の低減のための条件として、 ｆ／ｆｎ＞√２ ひいては、 １５／ｆｎ＞√２ が成立することを要し、これを整理すると、

【数２】 となり、従って、ばね−質量系の固有振動数ｆｎを１０
Hz以下とすることによって、１５Hz以上の高周波加振振
動の絶対変位伝達率を１未満とすることが可能となる。
ちなみにここで、加振振動数ｆを１５Hzとし、ばね−質
量系の固有振動数を７．５Hzとしたときには、振動数比
ｆ／ｆｎは２．０となり、このときの変位伝達率は、変
位伝達率が１の場合の約１／３となる。

【００１６】かくして、固有振動数が１０Hz以下のばね
−質量系とした、この発明の空気ばねによれば、高周波
微小振動の伝達を有効に阻止することができ、加えて、
ピストンの円弧状の上下運動に対してもなお、十分な耐
久性を発揮させることができる。

【００１７】ところで、上述した空気ばねにおいて、筒
状ゴム膜の外周面に取付けた剛性リングに、筒状質量体
を嵌め合わせ固定した場合には、空気ばねからその内圧
を排出してもなお、筒状質量体の脱落を十分に防止する
ことができる。

【００１８】また、筒状質量体の上端部を、そこに接着
させた筒状弾性体によって、たとえばアウターシェルに
連結した場合には、筒状弾性体の脱落を一層有効に防止
することができるとともに、筒状弾性体をもって、筒状
ゴム膜を外部環境から保護することもできる。

【００１９】そしてさらに、筒状ゴム膜の、それぞれの
取付部材への連結部の近傍部分に、折返し反転部を形成
した場合には、筒状ゴム膜全体としてのばね特性を十分
柔軟なものとすることができ、これによれば、筒状質量
体の質量を十分小ならしめてなお、ばね−質量系の固有
振動数を所期した通りに低下させることができる。

【００２０】

【実施例】以下にこの発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図２は、この発明の実施例を示す縦断面図であ
り、図中１は、振動系の一方側の部材に連結される第１
の取付部材としてのアウターシェルを、２は、振動系の
他方側の部材に連結される第２の取付け部材としてのピ
ストンをそれぞれ示し、図に示すところでは、アウター
シェル１とピストン２とは同軸に位置する。

【００２１】ここで、アウターシェル１の下端部およ
び、ピストン２の上端部のそれぞれには、補強繊維層を
埋設した筒状ゴム膜３のそれぞれの端部分を、たとえば
バンド４によって締付け固定することにより気密に連結
し、そして、これらのそれぞれにて区画される空気室５
には、所定圧力の加圧空気を充填する。なおここにおけ
る補強繊維層は通常は、繊維コードがゴム膜３の軸線方
向に対して傾斜して延在し、かつ層間でコードが相互に
交差する二枚の層により構成することができる。

【００２２】またここでは、組付け状態の筒状ゴム膜３
の外周面に、その周方向に環状に延びる少なくとも一本
の剛性リング６を加硫その他によって接着させ、この剛
性リング６に、所要の質量を有する筒状質量体７を、そ
れの内周面に設けた環状溝７ａと剛性リング６との嵌ま
り合いによって固定する。ここでこの嵌まり合いは、た
とえば、複数個の円弧状セグメントからなる筒状質量体
７を、剛性リング６の周りで組立てることにより実現す
ることができる他、一体的に構成したその質量体７を縮
径変形させることによってももたらすことができる。

【００２３】これにより、空気室５への加圧空気の充填
下で、筒状質量体７を主質量とし、ダイナミックダンパ
ーとして機能するばね−質量系が構成されることにな
り、そのばね−質量系の、軸線方向の固有振動数

【数３】 は、とくには、筒状質量体７の質量を選択することによ
って、１０Hz以下の適宜の値とすることができる。すな
わち、特定の加振周波数に対する所要の固有振動数は、
前述したように、その加振周波数の１／√２倍以下の周
波数であるので、固有振動数を１０Hzとすることによっ
て、１５Hz以上の全ての加振周波数に対して振動伝達率
を１．０以下とすることはできるが、その固有振動数を
１０Hzより小さい適宜の値とすることによって、振動伝
達率の一層の低減を図ることができる。

【００２４】ここにおいて、所定圧力の加圧空気を充填
した状態での、空気ばね全体としてのばね−質量系の固
有振動数は、その状態で振動実験を行なうことにより容
易に特定することができる。なお、加圧空気自体のばね
定数および筒状ゴム膜３の質量のそれぞれは、加圧空気
の充填下での、筒状ゴム膜３のばね定数および筒状質量
体７の質量のそれぞれより通常は十分小さいので、これ
らによる影響を無視して設計することができる。

【００２５】従って、このような構成を有する空気ばね
によれば、上述しようなばね−質量系の作用による、高
周波振動の伝達率の低減に基づき、微小振幅振動を有効
に吸収してすぐれた防振効果を発揮することができる。
また、この空気ばねでは、その内圧を排出してもなお、
筒状質量体７の脱落を十分に防止することができる他、
筒状質量体７を事後的に交換することによって、その筒
状質量体７の質量を所要に応じて変更することもでき
る。しかもここでは、ピストン２の直線的な上下運動に
対してはもちろん、円弧状の上下運動に対してもまたば
ね−質量系の耐久性を十分に高めることができる。

【００２６】ところで、この空気ばねでは剛性リング６
と、筒状質量体７の環状溝７ａとを、接着剤その他を介
して接合させることもでき、また、剛性リング６を省い
て、筒状質量体７を筒状ゴム膜３に直接的に加硫接着さ
せることも可能である。

【００２７】図３はこの発明の他の実施例を示す縦断面
図であり、この例は、筒状ゴム膜３に設けたそれ自身の
環状凸条３ａに、筒状質量体７の環状溝７ａを嵌め合わ
せ、ときとしては、それに加えて接着をも行うととも
に、その筒状質量体７の上端部分に、加硫その他によっ
て接着した、ゴム，プラスチックなどからなる筒状弾性
体８を、バンド９をもってアウターシェル１に締付固定
したものである。ここでは、筒状弾性体８をも含んだ状
態で、前述したと同様のばね−質量系が構成されること
になり、加えて、筒状弾性体８が筒状質量体７の脱落防
止機能および／または、筒状ゴム膜３の保護機能を発揮
することになるので、前述したと同様の作用効果をもた
らしてなお、筒状ゴム膜３を外傷その他から有効に保護
することができる。

【００２８】なお、この場合、補強繊維層を含む、また
は含まない筒状弾性体８を若干たるませた状態で固定す
ること等によって、筒状弾性体８の軸線方向のばね定数
を筒状ゴム膜３のそれに比して極めて小さいものとすれ
ば、筒状弾性体８の、ばね−質量系の固有振動数に与え
る影響を無視することができ、所要の固有振動数を得る
ための設計が容易になる。

【００２９】なおこの例において、筒状ゴム膜３の外周
面に、環状凸状３ａに代えて、もしくは加えて、少なく
とも一本の剛性リングを取付けることもでき、このこと
によれば、筒状質量体７の脱落を一層効果的に防止する
ことができる。また、空気ばねの適用姿勢のいかんによ
っては、筒状弾性体８をピストン２に連結することもで
きる。

【００３０】図４はこの発明のさらに他の例を示す縦断
面図であり、これは、筒状ゴム膜３に柔軟なばね特性を
付与することによって、筒状質量体７の質量の低減を可
能としたものである。

【００３１】すなわち、図２および３に示す実施例によ
れば、筒状ゴム膜３は、ピストン２への連結部の近傍に
位置する折返し反転部分では、比較的柔かいばね特性を
有することになるも、それの、アウターシェル１への連
結部近傍には折返し反転部が存在せず、そこでは硬いば
ね特性を有することになり、筒状ゴム膜全体としてみた
ときには、比較的硬いばね特性を示すことになるので、
ばね−質量系の固有振動数を１０Hz以下の低周波数とす
るためには、筒状質量体７の質量を大きくすることが必
要になるところ、図示例によれば、全体としてほぼ筒状
をなし、実質的に等しい外径を有する第１および第２の
それぞれの取付部材１１，１２に連結した筒状ゴム膜３
を、それらの各取付部材１１，１２の近傍部分にて折返
し反転させていることから、筒状ゴム膜全体としてのば
ね特性は十分柔軟なものとなり、従って、その筒状ゴム
膜３の外周面に、環状凸条３ａを介して取付けた筒状質
量体７の質量は、図１０に示す薄肉筒状部材２５と同程
度に小さいものであってもなお、十分小さい固有振動数
を実現することが可能となる。

【００３２】ところで、この例によれば、筒状質量体７
の内径を、その長さ方向の中央部分で最も小径とし、そ
の両端に向けてテーパ状に次第に拡径させていることか
ら、筒状質量体７および筒状ゴム膜３の上下方向の運動
に際し、テーパ状拡径部分が筒状ゴム膜３に及ぼす変形
抑制力によって、筒状質量体７の位置を十分安定に保つ
ことができる。

【００３３】図５は、それぞれの取付部材１１，１２に
連結した筒状ゴム膜３に、その上下方向の中央部分に取
付けた筒状質量体７によって括れ部を形成したものであ
り、この例によってもまた、筒状ゴム膜３のそれぞれの
折返し反転部の作用下で、ばね−質量系の固有振動数を
十分小ならしめることができ、また、筒状ゴム膜３の括
れ部の作用下で、そのゴム膜３の上下方向の変形を有効
に抑制することができる。

【００３４】そして図６は、筒状ゴム膜３の内周側に配
設した剛性リング１３に対し、筒状ゴム膜３の外周側に
配設した筒状質量体７の中央部分をかしめ固定すること
によって、筒状質量体７の取付けの確実性をより一層高
めたものであり、これによれば、剛性リング１３もまた
質量の一部として作用することになる。なお図中１４
は、図では上下方向に二分割した筒状ゴム膜３の端部間
隙間を示す。この隙間１４は必須の要件ではないが、そ
れが存在する場合には、筒状質量体７にかしめ加工を施
した場合に、それぞれのゴム膜部分の端部分がそこへ逃
げ込むことになり、筒状ゴム膜３の十分な圧縮変形、ひ
いては、十分なかしめ量の確保が可能となる。この一方
において、筒状ゴム膜３を二分割することなしに、前述
した実施例と同様の連続筒状ゴム膜とすることも可能で
ある。このような実施例によってもまた、図４および５
に示すものと同様の作用効果をもたらし得ることはもち
ろんである。

【００３５】図７はさらに他の実施例を示す図であり、
これは筒状質量体７をほぼ直円筒形状とする一方、それ
ぞれの取付部材１１，１２に、それらに取付けた筒状ゴ
ム膜側に向くテーパ面１１ａ，１２ａを設け、それらの
テーパ面１１ａ，１２ａによって、筒状ゴム膜３の上下
方向の変形を拘束するものである。このような実施例に
よってもまた、筒状質量体７の小さな質量の下で、ばね
−質量系の固有振動数を所期した通りに低下させること
ができる。

【００３６】なお、図示はしないが、これらの実施例に
おいてもまた、筒状質量体７の少なくとも一方の端部分
を、その質量体７の支持および／または保護機能を有す
る可撓膜、弾性膜、蛇腹状部材などによって取付部材に
連結することもできる。

【００３７】

【発明の効果】以上に述べたところから明らかなよう
に、この発明によれば、とくには、第１および第２の取
付部材のそれぞれに連結した筒状ゴム膜の外周面に筒状
質量体を取付けることによって、固有振動数が１０Hz以
下のばね−質量系を構成することにより、１５Hz以上の
周波数の加振微小振動に対してすぐれた防止効果を発揮
させることができ、しかも、ピストンもしくはアウター
シェルの、円弧状をなす上下運動に対し、そのばね−質
量系の耐久性、ひいては、空気ばねの耐久性を大きく向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ばね−質量系の、振動数比による絶対変位伝達
率を示すグラフである。

【図２】この発明の実施例を示す縦断面図である。

【図３】この発明の他の実施例を示す縦断面図である。

【図４】この発明の実施例を示す縦断面図である。

【図５】この発明の実施例を示す縦断面図である。

【図６】この発明の他の実施例を示す縦断面図である。

【図７】この発明のさらに他の実施例を示す縦断面図で
ある。

【図８】従来例を示す縦断面図である。

【図９】他の従来例を示す縦断面図である。

【図１０】他の従来例を示す縦断面図である。

【図１１】さらに他の従来例を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ アウターシェル ２ ピストン ３ 筒状ゴム膜 ３ａ 環状凸条 ４，９ バンド ５ 空気室 ６ 剛性リング ７ 筒状質量体 ７ａ 環状溝 ８ 筒状弾性体 １１ 第１の取付部材 １２ 第２の取付部材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動系の一方側の部材に連結される第１
   の取付部材と、この第１の取付部材から間隔をおいて配
   置されて、振動系の他方側の部材に連結される第２の取
   付部材と、それぞれの端部分を前記第１および第２のそ
   れぞれの取付部材に気密に連結した、補強繊維層を有す
   る筒状ゴム膜とを具え、それらに区画される空気室内へ
   加圧空気を充填してなる空気ばねであって、 前記筒状ゴム膜の外周面に、筒状質量体を取付けること
   により、第１および第２のそれぞれの取付部材と、筒状
   ゴム膜とで画成される空気室への加圧空気の充填下で、
   前記筒状質量体を主質量とするばね−質量系を構成し、
   このばね−質量系の、軸線方向の固有振動数を１０Hz以
   下としてなる空気ばね。
2. 【請求項２】 筒状ゴム膜の外周面に、少なくとも一本
   の剛性リングを取付け、この剛性リングに、筒状質量体
   を、それの内周面に設けた環状溝を介して嵌め合わせ固
   定してなる請求項１記載の空気ばね。
3. 【請求項３】 筒状質量体の上端部を、筒状弾性体によ
   って第１および第２の取付部材の少なくとも一方に連結
   してなる請求項１もしくは２記載の空気ばね。
4. 【請求項４】 筒状ゴム膜の、第１および第２のそれぞ
   れの取付部材への連結部の近傍部分に、折返し反転部を
   形成してなる請求項１〜３のいずれかに記載の空気ば
   ね。