JPS5827123B2 - 平面振動系を有する懸架装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、前後力向の円振動系と上下刃向の直線振動
系の組み合わせにより構成した平面振動系の懸架装置へ
の適用に関するものである。

従来、自動車の懸架装置としては、ストラット型あるい
はウィツシュボーン型などの懸架装置が用いられ、この
装置によって、車輪は車体に対して上下方向に直線振動
ができる。

しかし、このような上下方向の直線振動系を有する懸架
装置では、車輪に上下刃向の衝撃力が作用したときはこ
れを吸収緩和できるけれども、前後力向に作用する衝撃
力に対しては殆んど応答せず、その点でいまだ充分な緩
衝効果を持っていないという欠点を有する。

このため、不整地走行時、前後力向の衝撃力により車体
にピッチングが生じて乗心地を損ったり、道路の継目を
通過する際の目地ショックなどの問題点が根本的な解決
を見ていない。

−力、モーターサイクルのフロントフォークは、前後力
向の曲げ振動による操安性・乗心地の低下という問題が
、鉄道車両の台車では、新幹線のような高速走行時に、
前後力向の衝撃抵抗が増大することによる振動の増大と
いう問題が、航空機では着陸時に前後力向の加速衝撃に
よってタイヤが発熱してこげるなどの問題がいずれも未
解決のまま放置されている。

ところで、こうした問題を解決する一手段として、本発
明者により偏心保持体力式の懸架装置（特許第７７２，
２１３号および特許第８０５，７９４号など）が提案さ
れている。

ここで、偏心保持体というのは、車輪支持部材に対して
車輪に前後力向の円振動の自由度を与えるための手段で
、これには外周面の軸と偏心した軸を中心とする偏心孔
を備えた偏心円筒などの回転体と、偏心軸を有する回転
体、および２つの平行軸を有する屈曲軸とがあるが、い
ずれも、平行な２つの軸を有する点で共通している。

しかし、この懸架装置をオートバイのフロントフォーク
に適用した結果によると、偏心保持体が偏心円筒の場合
、直径の大きい軸受を使うため、ばね下重量が増大する
と共にコスト高になるなどの問題が、偏心保持体が２つ
の平行軸を有する屈曲軸の場合には、車軸が組立て構造
になるので安全性に不安が生じたり、車輪をフォークに
取付ける際に、ボルトを７ケ所も余分に締めるため整備
性が悪くなるなどの問題が生じる。

また、系の特性を決定する偏心量も、屈曲軸では２０１
ｎｍ以下に設計できず、偏心円筒ではｌＯ＋ｉ以上にす
ることが不適当であるなどのため、系の最適設計が難か
しく、共振現象やシミー現象が発生しても、系の固有振
動数を簡単に変えられないなどの理由のために、未だ実
用化されていない。

本発明の第１の目的は共振現象やシミー現象などを防止
するため、ゴムブツシュ等のねじりはね定数によって容
易に固有振動数を変えられるようにした平面振動系を有
する懸架装置を提供することにある。

本発明の第２の目的は、整備性、安全性およびコストの
点で改善された平面振動系を有する懸架装置を提供する
ことにある。

本発明の第３の目的は、前後円振動系と上下直線振動系
とを組み合わせ、かつ力の伝達が車輪→円振動系→直線
振動系→車体となるようにして、高度の防振・緩衝効果
を与えられた平面振動系を有する懸架装置を提供するこ
とにある。

いま、第１図において車体荷重Ｗの加わっている車輪１
が、路面突起２を乗り越えるとき、車軸３に加わる力Ｆ
は、上下方向の力だけでなく前後力向の力も働くため、
その力面は図のように絶えず変化する。

従って、このような入力に応答する懸架装置は、図のよ
うな直線振動Ｂを行なう直線振動系では不完全で、平面
振動系を持たなければならない。

このため、前後方向の円振動系と上下方向の直線振動系
との組み合わせによる平面振動系を構成した。

一力、これまでの偏心保持体懸架装置では、円振動系に
ねじりばね力は作用していない。

しかし、円振動系にねじりばね力を作用させ、直線振動
系と直列に結合すると、２つのばねの直列結合になって
系全体のばね定数を下げることができる。

ばねの伝える力は、ばね定数にばねのたわみをかけたも
のに等しいから、はね定数が小さくなれば車体に伝わる
力は減少するため都合がよい。

また、円振動系にねじりばね力を与えると、円振動系の
特性が偏心量とねじりばね定数の２つに依存することに
なって、系の最適設計が容易になる利点もあげられる。

以下、このような考えに基ず〈実施例に基ずいて、本発
明の詳細な説明する。

第２図は、自動車のストラット型と呼ばれている懸架装
置で、４はショックアブソーバ（ダンパ）とリテーナ５
を一体にしたストラットで、上部はコイルばね６によっ
て支持し、リテーナ５の下部にボールジヨイントを取付
け、これとトランスバースリンク７の一端を接続し、他
端をゴムブツシユヲ介シてサスペンションメンバ８に取
付ケである。

さらに、トランスバースリンク７は車体とゴムブツシュ
９を介して取付いたテンションロッド１０で支持され、
ストラット全体の前後動を抑制し、左右のトランスバー
スリンク７はトーションバ一式スタビライザ１１で連繋
を持たせている。

これが公知のストラット型懸架装置で、図のような上下
直線振動系を構成している。

本発明は、まず偏心保持体として偏心円筒を用い、第２
図のように車輪１５をころがり軸受を介して車軸１３で
支えると共に、この車軸を偏心円筒１２の偏心孔にはめ
こんで固着し、この偏心円筒の外周を、ばね・ダンパ等
よりなるストラット型上下懸架装置の車輪支持部材、す
なわちリテーナ５にゴムブツシュ１４を介してはめこみ
、偏心円筒１２の軸線が車軸１３の軸線に対し下側に位
置される構造になっている。

勿論、偏心円筒１２と車軸１３とは、強度面から見て、
鍛造による一体成形品としてもよく、さらに第５図２１
のような肉抜きを行なってもよい。

なお、リテーナ５は偏心円筒１２の回転によって高さが
変わる。

それ故、リテーナの高さを４輪とも合わせるため、最初
の組み込みに際しては、４つの偏心円筒１２のリテーナ
５に対する回転角を一致させねばならない。

この位置決め手段として、第９図に示したようなキイ５
０．５１やスプラインなどを利用してもよい。

第２図のような懸架装置を有する車輪１５が走行すると
、車輪に加わった衝撃力は、車軸１３と偏心円筒１２が
偏心しているためにゴムブツシュ１４にはまっている偏
心円筒をねじり振動させ、これに伴なって車輪はまず偏
心円筒１２の偏心量を半径とする前後方向の円振動を起
こし、次いで、リテーナ５からストラット４へと伝わっ
た力はコイルはね６に加わって、車輪を上下直線振動さ
せることになる。

このように、衝撃力は、車輪→円振動系→直線振動系→
車体へと伝達される。

このとき、車輪１５の運動範囲を図示すると第３図のよ
うになる。

矢印Ａは円振動を矢印Ｂは直線振動を示しており、斜線
部が車輪の運動範囲になる。

図より、矢印Ａは車輪が前後入力に、矢印Ｂは上下入力
にそれぞれ応答できることを意味しているので、このよ
うな平面振動系を有する懸架装置は、車輪１５に加わる
前後・上下入力に対して緩衝効果を発揮することになる
。

第４図の実施例は、偏心保持体として、２つの平行軸１
３，１６を有する屈曲軸を用いた場合で、この屈曲軸の
１つの軸１３を車軸として、その部分に車輪１５をころ
がり軸受を介して嵌め込み、他の軸１６をゴムブツシュ
１４を介して、ばね・ダンパ等よりなるストラット型上
下懸架装置の車輪支持部材、すなわちリテーナ５に嵌め
込んだ構造になっている。

この場合は、２つの平行軸１３゜１６の偏心量を半径と
する車輪の円振動が第２図で示した偏心円筒１２の偏心
量を半径とする車輪の円振動に対応している。

第５図は、航空機の緩衝装置に偏心円筒型の偏心保持体
を適用した実施例で、第２図と同一形式の構造になって
いる。

１７は緩衝支柱、１８は緩衝支柱１７と一体化したリテ
ーナ、１９はこのリ−ｒ−す１Ｂにゴムブツシュ２０を
介して嵌め込まれた偏心円筒で、重量軽減のための肉抜
き２１が行なわれている。

２２は車軸で偏心円筒１９の偏心孔に嵌合固着され、そ
の両端部にはころがり軸受２３を介して車輪２４が回転
できるように嵌め込まれている。

この場合も、偏心円筒１９の偏心量を半径とする円振動
と緩衝支柱１７による上下直線振動とが可能になる。

第６図は、鉄道車両の台車に偏心保持体として偏心円筒
を適用した実施例で、この場合も第２図と類似の構造に
なっている。

２５は台車枠、２６は軸ばね、２７はふたをはずして示
した軸箱、２８は車軸２９と一体となった車輪、３０は
レールである。

図において、軸箱２７に偏心円筒３２をゴムブツシュ３
１を介して嵌め込み、さらに偏心円筒３２の偏心孔に車
軸２９をころがり軸受３３を介して嵌め込む。

この場合には、軸受３３が第２図、第５図の実施例とは
異なり、車軸２９と偏心円筒３２の偏心孔との嵌め合い
部分に位置している。

このようにして、車輪２８は偏心円筒３２の偏心量を半
径とする円振動と軸ばね２６による上下直線振動とが可
能になる。

第７図は、オートバイのフロントフォークに偏心保持体
として偏心円筒を適用した実施例で、基本的には第２図
において片持ちはりで支持されていた車輪１５が、両端
支持はりで支持された構造になっている。

簡単に説明すると、図において３４がコイルはねとショ
ックアブソーバ（ダンパ）を内臓したフロントフォーク
のアウターチューブ、３８は偏心円筒でゴムブツシュ３
９を介してアウターチューブ３４の下端４５に嵌め込ま
れている。

さらに、偏心円筒３Ｂの偏心孔に車軸３５を嵌め込み、
この車軸に玉軸受３７を介して車輪のハブ３６が嵌め込
まれている。

図において、５２はドラムブレーキのブレーキパネルで
ある。

第８図は、同じくオートバイのフロントフォークに偏心
保持体として偏心円筒を適用した実施例で、偏心円筒を
アウターチューブ３４から車輪のハブ３６に移した点に
特徴がある。

この実施例は、偏心円筒４０の外周に玉軸受４１を介し
て車輪のハブ３６を嵌め込み、この偏心円筒４０の偏心
孔４３に車軸３５を嵌め込み、さらにこの車軸をばね・
ダンパ等よりなるテレスコピックフォーク型上下懸架装
置の車輪支持部材、すなわちアウターチューブ３４の下
端４５にゴムブツシュ４２と玉軸受４６を介して嵌め込
んだ構造になっている。

ここで、玉軸受４６は車軸３５に加わる軸方向の力を受
けるためのものである。

軸方向の力を受けるには、ゴムブツシュを円錐台状のリ
ングに変える工夫も適用できる。

図において、ゴムブツシュを挿入する位置は、偏心孔４
３と車軸３５の嵌め合い部であっても同じ効果が得られ
る。

偏心円筒４０をハブ３６に移したこのような構造でも、
偏心円筒４０の偏心量を半径とする円振動とテレスコピ
ックフォークによる上下直線振動とが可能になる。

第７図と第８図で二輪車のテレスコピックフォークにつ
いての実施例を示したが、このフォークは第９図に示す
ように地面と約６０’の傾き角を持つている。

このため車輪の直線振動Ｂは、その方向が図のように傾
くことになる。

このような場合の対策として、図のようにアウターチュ
ーブ３４ノ下端４５に凹部をゴムブツシュ３９の外輪に
凸部５０を設け、さらに偏心円筒３８に凹部をゴムブツ
シュ３９の内輪に凸部５１を設けて各々嵌め込むことに
より、車軸中心０と偏心円筒の中心Ｐとを結ぶ線をアウ
ターチューブ３４の軸線に一致させる。

このような方法を採用すれば、車輪に第３図で示したと
同じような平面の自由度を与えることができる。

ところで、特許請求の範囲で用いた、ばね・ダンパ等よ
りなる上下懸架装置の車輪支持部材というのは、第２図
、第４図、第５図ではリテーナ５あるいは１８、第６図
では軸箱２７、第７図、第８図ではアウターチューブ３
４に相当する。

またねじりばねとしては、ゴムブツシュのほかにトーシ
ョンバーなどを使用することができる。

以上説明したことから理解されるように、要するにこの
発明は、第１に円振動系と直線振動系により構成した平
面振動系、第２に車輪に加わった力が、車輪→円振動系
→直線振動系→車体へと伝わるような直列的な系の構成
、第３に円振動を可能にする偏心した２つの回転嵌合部
のうち、車輪の回転を支える部分は軸受とし、もう１つ
の回転嵌合部をねじりばねに置換することなどに特徴が
ある。

この他にも、本発明の懸架装置は、円振動系のばねと直
線振動系のばねとの直列結合によって系全体のはね定数
を小さくし、ねじりばねのはね定数という新たなパラメ
ータによって系の最適構成を容易にした。

また、偏心保持体の偏心量を変えると、ブレーキパネル
のまわり止め機構の変更を伴うが、本発明のようにゴム
ブツシュを取換えるときには、そのような変更を生じな
い。

さらに、偏心円筒の外周に嵌め込んでいた大径のころが
り軸受をゴムブツシュにしたことによって、ばね下重量
とコストを低減した。

一方、２つの平行軸を持つ屈曲軸の場合には、第４図の
ような片持ちはり構造であれば、単体であるため安全上
の問題はな（、整備性も現在のものと変わらない。

なお、図では軸１６とリテーナ５との嵌め合い部にゴム
ブツシュ１４のみシカ挿入していないが、コーナリング
時に作用する過大な軸力に耐えるため、第８図に示した
玉軸受４６のようなスラスト荷重を受けるための軸受を
追加することができる。

また、ねじり角を大きくとるため、ゴムブツシュの代り
にナイトハルトばねなどのねじりばねを利用してもよい
。

勿論、こうした工夫は他の実施例にも適用できる。

この他にも、円振動系の減衰力は直列結合した直線振動
系のダンパが効くため、値段の高い回転ダンパを必要と
しない利点もある。

また、ねじりばねを入れたことによって、円振動系の前
後入力に対するエネルギ吸収量を大きくできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は車輪が路面突起を乗り越える時の正面図、第２
図は本発明実施例１の斜視図、第３図は本発明の懸架装
置を有する車輪の運動範囲を示す正面図、第４図は本発
明実施例２の斜視図、第５図は本発明実施例３の斜視図
、第６図は本発明実施例４の斜視図、第７図は本発明実
施例５の縦断正面図、第８図は本発明実施例６の縦断正
面図、第９図は本発明実施例７の部分側面図である。 Ｌ１５，２４，２Ｂ・・・・・・車輪、３，１３，２２
。 ２９．３５・・・・・・車軸、５，１８・・・・・・リ
テーナ、６・・・・・・コイルばね、１２ 、１９ 、
３２ 、３Ｂ 、 ４０・・・・・・偏心円筒、１３，
１６・・・・・・屈曲軸、１４，２０゜３１．３９，４
２・・・・・・ゴムブツシュ、１７・・・・・・緩衝支
柱、２６・・・・・・軸ばね、２７・・・・・・軸箱、
３４・・・・・・アウターチューブ、３６・・・・・・
車輪のハブ、４６・・・・・・玉軸受。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 車輪を平行な２つの軸を有する偏心保持体を介して
   、はね・ダンパ等よりなる公知の上下懸架装置の車輪支
   持部材で支持する装置において、車輪の軸を偏心保持体
   の上側に位置される一力の軸と一致させ、偏心保持体の
   下側に位置されるもう１つの軸をゴムブツシュ等のねじ
   りばねを介して車輪支持部材で支持することにより、車
   輪にその軸まわりの回転運動と、偏心保持体の偏心量を
   半径とする前後力向の円振動、およびこれにつづく上下
   方向の直線振動を行なう平面振動系を有する懸架装置。 ２ 偏心保持体として、外周面の軸と偏心した軸を中心
   とする偏心孔を備えた回転体を用いる特許請求の範囲１
   の装置。 ３ 偏心保持体として偏心軸を有する回転体を用いる特
   許請求の範囲１の装置。 ４ 偏心保持体として２つの平行軸を有する屈曲軸を用
   いる特許請求の範囲１の装置。