TWI393827B - 氣簧式避震裝置與方法 - Google Patents

Description

氣簧式避震裝置與方法

本創作乃關於一種氣簧式避震裝置與方法，尤指一種可在運作時可隨時補充其氣槽壓力之避震裝置與方法，特別適用於行動輔具醫療器材之避震或動力系統，或車輛之避震系統者。

中華民國公開專利第200925419號提出一種「自行車之打氣裝置」，如圖1所示，可同時具有高壓及低壓兩種充氣功能，除可對輪胎施以低壓充氣外，亦可對自行車前叉避震器及後避震進行高壓充氣之緩衝調整，然其為一種需額外配置於車身之配件，且其充氣運作時需以人力進行，無法於車輛行駛時自動進行充氣。

中華民國專利第421169號提出一種「附設於自行車避震前叉 管中之氣壓裝置」，如圖2所示，於前叉上管之內設有儲氣筒及氣缸，若自行車在行經顛簸路段，儲氣筒則可藉由氣壓缸的受壓動作，使氣體得自氣壓缸導入於儲氣筒之中，且設有一逆止閥防止氣體回流、洩壓閥進行洩氣，於儲氣筒頂部設有一氣嘴及輸氣管於前叉肩部端面，可提供補充車胎氣壓之功能者；然其可提供之車胎用氣壓需求為極低氣壓，而氣簧式避震器之高壓氣艙氣壓極高；再者，該案之氣壓迴路體積龐大，而高性能避震器之重量要求極為嚴苛，並不容許一氣壓儲存製備系統於避震器當中，且體積龐大之系統，亦無法輕易適用於結構複雜、容積狹小、整合彈簧與阻尼系統於單側之避震系統中；另，該案中之氣壓缸與原有避震系統中之彈簧阻尼系統位於不同軸線，運作時將因兩者反作用力之不均、及相位之不同，而產生較嚴重之偏位扭矩，使得叉體較易發生扭曲偏位現象；故氣壓大小、結構、重量、運動方式等設計需求，與高性能避震系統可用之自動充氣系統具有一定差別。

中華民國專利第423445號提出一種「可調式液氣分離式避震結構」，其主要係避震結構的活塞桿與活塞上，分別設置有可相對配合的調整銷、孔、及微調螺絲，轉動微調螺絲可改變流口間隙，以達到調節油壓大小的效果，其內部雖有氣壓槽之設計，可提供活塞桿納入時之壓縮空間及部分回彈彈力，然其無法於車輛行駛時自動進行充氣，因此並未提供氣壓自動補償之效果。

中華民國專利第431391號提出一種「可調式多迴路前叉緩衝避震器」，於左緩衝避震器上包括一活塞，於活塞略下方與中空內管間設一O形環，以活塞區分為上氣室與下氣室，於活塞中央形成有一上下相通通道，於中空固定軸內部設一可供轉動升降之調整軸，可調整通道之流量大小，故可調整回彈速度；然此設計並未考慮氣室內之氣壓下降時，氣體自動補 充之功能。

中華民國專利第525612號提出一種「自行車智慧型動態回饋避震阻尼系統之構造」，於腳踏車之車體骨架上設有前後避震器，並加裝速度感測器，並設有一人工智慧內壓調整結構，包括一控制器及一充氣筒，有前後進出氣閥，藉以調整避震器之彈性阻尼係數，可符合不同重量的使用者及不同崎嶇程度之路面等需求，有效降低反作用彈力所產生的振動幅度，以有效降低車體的震動的振幅；然該案需有一電控系統方能運作，且充氣筒必須為一已備妥之高壓氣源，或即時由電動機進行充氣，而並未教導如何於行駛過程中藉由路面之衝擊力，進行氣體補充之效。

中華民國專利第545438號提出一種「自行車氣壓式避震可調整行程結構」，該避震裝置活塞內緣有一導槽，活塞部固設有外管、滑桿、及凸體抵頂於導槽，利用該控制體之滑移可自動開啟或關閉導槽，達其調整不同行程之結構功效；其雖可提供一簡便之阻尼力遠端調整切換功能，然其針對避震器內高壓氣艙之氣壓，並無自動補充之功能。

中華民國專利第559175號提出一種「機車半主動式之前避震器」，利用一封閉之液壓油流動迴路組裝於避震器上，再利用一阻尼控制閥控制液壓油之流量，藉以適度調整該避震器之阻尼，使機車於行進過程中動態調整最佳之阻尼，有效提高整體之操控性與舒適性效果；其雖可提供一簡便之阻尼力遠端調整切換功能，然其針對避震器內高壓氣艙之氣壓，並無自動補充之功能。

中華民國專利第590941號提出一種「可調整長度之自行車避震裝置」，可透過直接手控或遙控方式控制正負壓室連通與否之手段，達成讓伸縮管與外管相對定位於預定位置之功能，藉以改變整體長度及避震行程避震裝置；其雖可提供一簡便 之位置改變功能，然其針對避震器內氣壓艙之氣壓，並無自動補充或調整之功能。

中華民國專利M325269號提出一種「自行車避震調整器」，安裝在自行車椅墊下以調整椅墊高度，利用控制閥之連通或封閉閥道與氣壓空間，達成座椅調整高度之功能；同理，其雖可提供一簡便之位置改變功能，然其針對避震器內氣壓艙之氣壓，並無自動補充或調整之功能。

中華民國專利M332594號提出一種「騎乘車輛之氣控式避震器」，裝設於套管底端之各閥門，其腰部周緣開具複數個排氣孔，各排氣孔外側設有一只能排氣而不能進氣之單向閥，藉由吸氣孔控制空氣之吸入量的速度快慢，因而獲致延遲彈簧反作用力上升行程之速度者；然而，其並未以任何手動或自動之手段，針對其氣壓艙內之壓力達成持續增壓或維持其壓力之效果。

中華民國專利第M360153號提出一種「可調式避震器之控制裝置」，包括空氣動力裝置、避震組件及控制器所組成，而空氣動力裝置為具有可產生壓縮空氣之幫浦，透過管路與電磁閥、避震器相連接，可由使用者調整管路導入於避震器內部氣室之壓縮空氣阻尼高低動作，等同於改變彈簧之軟硬度，且更能隨路況調整避震器阻尼之最佳效果，進而達成在道路多變路況中維持良好舒適性與操控性；然該案需有一電控系統方能運作，且空氣動力裝置為由電動機進行充氣之高壓氣壓源，而並未涉及如何於行駛過程中藉由路面之衝擊力，進行氣體補充之效。

由於一般避震器內，例如自行車避震器，具有一高壓氣槽，藉由該氣槽之氣壓可提供避震器在受壓縮後之回彈力，亦可藉由該氣壓提供避震器內之流體受壓縮後，回流至原中性位 置所需之動力；然而該氣槽由於儲存氣體之壓力極高，氣體容易洩漏，且由於活塞隨時處於運動狀態，密封圈與缸壁之間會發生極大之摩擦及磨耗，且為防止高壓氣體洩漏，一般會設計該密封圈有極大之壓縮量，因此也會增加其磨擦與磨耗，氣體更容易洩漏；為維持長久之正常操作氣壓，一般可行之解決方法，至少包括選用強度較高耐磨性較好之密封圈，或者可採用一種行進時自動取用部分來震盪反力，作為補償用氣壓來源之結構。

本創作採用上述第二種解決方法，乃關於一種氣簧式避震裝置與方法，具有一活塞、氣缸、單向閥及調壓閥，可結合一避震器共同運作，具有以下特性：1.於避震器運作時，即可針對避震器中之高壓氣槽進行自動供氣，且供氣之氣壓極高；2.自動供氣時可利用調壓閥進行洩氣，藉以達成該高壓儲氣槽之壓力穩定之效；3.進行自動供氣動作時，不需駕者介入操作，故可保持行車之便利性及安全性；4.進行自動供氣動作時，不影響原車避震系統之彈簧阻尼特性，或影響率極低；5.結構簡單，體積小，重量輕，可與原車避震器相容，成為一種修補配件；亦可在製造過程中稍做設計，直接納入原車避震器內，可更為減輕其重量減少體積，且與原避震器之彈簧阻尼系統之運動軸線相同或相近，減少避震器操作時之偏位扭矩； 6.進行自動供氣動作時，可不需額外能源輸入，例如不需電能、高壓氣瓶等單元或相關零組件介入；因此，本創作特別適合用於低動力或無動力運動機具，例如自行車、機車、義肢、或移動式機器人之避震系統。

參考圖3為本創作之一第一實施例，本實施例以一自行車避震器之阻尼側叉管為例；其中，本創作(1)裝設於避震器(2)叉管之外，其活塞桿(11)及氣缸(12)分別樞接於阻尼側下叉(22)及阻尼側上叉(21)之適當位置，例如阻尼側下叉(22)外側及叉肩(24)，使得避震器之上下叉管進行相對運動時，可同時牽引本創作(1)之活塞桿(11)與氣缸(12)進行相對運動。

圖4為本創作第一實施例之等效迴路示意圖，其中本創作(1)架設於避震器之阻尼側上叉(21)與阻尼活塞(222)外部，其氣缸(12)上設有一第一單向閥(131)，當活塞桿(11)移動時可由大氣吸入空氣進入氣缸(12)內，另設有一第二單向閥(132)，當活塞桿(11)移動時可促使氣缸(12)內之空氣經由導管(14)被導送至避震器內之高壓氣艙(211)，在第二單向閥(132)與高壓氣艙(211)之間的管路中，設有一第三閥(13)可限制高壓氣艙(211)內之壓力，活塞桿(11)與氣缸(12)之直徑可經適當設計，使得僅需極小部分之外力(221)，即可推動活塞桿(11)往復運動。

其中，該第三閥(13)可為一調壓閥，使用者可改變及設定其洩壓壓力，一旦導管(14)或第二單向閥(132)內之氣壓達到所設定之壓力，該調壓閥即可對大氣排放其管路內之氣體。

於圖3或圖4中，避震器(2)中之彈性元件可為氣壓彈簧、或機械彈簧、或其他型式之彈性元件，該彈性元件可位於避震器(2)中之阻尼側(26)或彈簧側(25)，由上述說明可知，本創作 (1)僅需避震器(2)中具備一高壓氣艙(211)，以供氣缸(12)所產生之高壓氣體，得以灌輸至該高壓氣艙(211)即可。

另，若以氣壓彈簧式之避震器為例，該氣壓彈簧叉管若與阻尼叉管位於不同側者，氣壓彈簧亦會發生如上所述之漏氣現象，本創作針對此一設計亦有相同或類似之功效；如圖5為本創作之一第二實施例，此例表達本創作(1)實現於避震器之彈簧側(25)示意圖；而其等效迴路示意圖於圖6中表示，其中活塞桿(11)與彈簧側活塞(253)同動，在彈簧側(25)氣壓室之鄰接處設置一氣缸(12)，且該氣缸(12)上設有一第一單向閥(131)及一第二單向閥(132)，當活塞桿(11)向圖中下方移動時，第一單向閥(131)導通且第二單向閥(132)閉鎖，大氣中之空氣可流經第一單向閥(131)進入氣缸(12)內之活塞上方空間，準備進行受壓縮過程；另，當活塞桿(11)向圖中上方移動時，第一單向閥(131)閉鎖且第二單向閥(132)導通，可使氣缸(12)內之空氣經由導管(14)被導送至避震器內之彈簧側高壓氣室(254)，藉以補充該彈簧側高壓氣室(254)之氣壓，且可透過第三閥(13)進行壓力調整與限制。

再者，若再以氣壓彈簧式之避震器為例，而該氣壓彈簧與阻尼器位於相同側者，氣壓彈簧部位由於壓力極高，亦會發生如上所述之洩漏現象，本創作針對此一設計亦有相同或類似之功效；如圖7所示，其中外力(221)施加於阻尼活塞(222)，並與活塞桿(11)同動，於高壓氣艙(211)中設置一氣缸(12)，該氣缸(12)上設有一第一單向閥(131)及一第二單向閥(132)，當活塞桿(11)向圖中下方移動時，第一單向閥(131)導通且第二單向閥(132)閉鎖，大氣中之空氣可流經第一單向閥(131)進入氣缸(12)內之活塞上方空間，準備進行受壓縮過程；另，當活塞桿(11)向圖中上方移動時，第一單向閥(131)閉鎖且第二單向閥(132)導通，可使氣缸(12)內之空氣經由導管(14)(在本實施例中可為一導通孔)，被導送至避震器內之高壓氣艙 (211)，氣缸(12)上另設有一第三閥(13)，可調控被導送至高壓氣艙(211)之最高壓力，藉以達成維持高壓氣艙(211)內壓力之功能，以提供並維持此類同側氣簧式避震器之彈力功能。

一般車輛用之避震器，高壓氣艙常見之一問題即是高壓氣體洩漏問題，而在義肢與機器人之各運動關節方面，若裝設同類型之避震器，則氣體洩漏問題同樣會發生在此類場合；本創作除可應用於一般車輛用之避震器外，亦可應用於義肢之髖關節、膝關節、或踝關節之避震用途，如圖8所示為所說明之一種應用例；同理，針對機器人之各運動關節，亦可搭配應用本創作，而不脫離本創作對於高壓氣體自動補償之目的。

1‧‧‧本創作

11‧‧‧活塞桿

12‧‧‧氣缸

13‧‧‧第三閥

131‧‧‧第一單向閥

132‧‧‧第二單向閥

14‧‧‧導管

2‧‧‧避震器

21‧‧‧阻尼側上叉

211‧‧‧高壓氣艙

212‧‧‧油槽

22‧‧‧阻尼側下叉

221‧‧‧外力

222‧‧‧阻尼活塞

23‧‧‧端蓋

24‧‧‧叉肩

25‧‧‧彈簧側

251‧‧‧彈簧側上叉

252‧‧‧彈簧側下叉

253‧‧‧彈簧側活塞

254‧‧‧彈簧側高壓氣室

26‧‧‧阻尼側

圖1 中華民國公開專利第200925419號之先前技藝

圖2 中華民國專利第421169號之先前技藝

圖3 本創作之一第一實施例

圖4 本創作第一實施例之等效迴路示意圖

圖5 本創作之一第二實施例之配置示意圖

圖6 本創作第二實施例之等效迴路示意圖

圖7 本創作之一第三實施例之等效迴路示意圖

圖8 本創作應用於義肢或機器人之一實施例

1‧‧‧本創作

11‧‧‧活塞桿

12‧‧‧氣缸

13‧‧‧第三閥

14‧‧‧導管

2‧‧‧避震器

21‧‧‧阻尼側上叉

22‧‧‧阻尼側下叉

23‧‧‧端蓋

24‧‧‧叉肩

25‧‧‧彈簧側

26‧‧‧阻尼側

Claims (10)

1. 一種氣簧式避震裝置，包含：一第一活塞，滑接於一第一缸內部之第一端，於該第一缸 之第二端具有一高壓氣艙，該高壓氣艙內之氣體壓力增高時，可使該第一活塞具有往第一端移動之傾向，且其移動傾向與外力方向相反；一第二活塞，滑接於一第二缸內，且與該第一活塞同動，該第二缸內設有一第一單向閥、一第二單向閥及一導管，該導管連接第二單向閥及高壓氣艙；一第三閥，其第一端與第二單向閥或導管相連接，其第二端與大氣導通；當該第一活塞受外力往第一端方向移動時，第一活塞帶動第二活塞移動，可使氣體由第一單向閥流入第二缸，且此時該第二單向閥呈閉鎖狀態；當該第一活塞受外力往第二端方向移動時，第二缸內至少一部份氣體可經由第二單向閥輸送至該高壓氣艙，且此時該第一單向閥呈閉鎖狀態；藉此得以維持或改變該高壓氣艙內之氣體壓力作用於該第一活塞時之力量大小。
2. 如申請專利範圍第1項所述之氣簧式避震裝置，其中第三閥可為一調壓閥。
3. 如申請專利範圍第1項所述之氣簧式避震裝置，其中該第二缸可套接於第一缸內部。
4. 如申請專利範圍第1項所述之氣簧式避震裝置，其中該第 二單向閥可設置於第二活塞上。
5. 如申請專利範圍第4項所述之氣簧式避震裝置，其中該導管可為連接該第二單向閥及高壓氣艙之一孔。
6. 一種氣簧式避震方法，包含：準備一第一活塞，滑接於一第一缸內部之第一端，於該第一缸之第二端準備一高壓氣艙，該高壓氣艙內之氣體壓力增高時，可使該第一活塞具有往第一端移動之傾向，且其移動傾向與外力方向相反；準備一第二活塞，滑接於一第二缸內，且使之與該第一活塞同動，該第二缸內製備一第一單向閥、一第二單向閥及一導管，將該導管連接至第二單向閥及高壓氣艙；準備一第三閥，連接其第一端於第二單向閥或導管，連接其第二端至大氣端；以外力驅使該第一活塞往第一端方向移動時，當第一活塞帶動第二活塞移動時，促使氣體由第一單向閥流入第二缸，並使該第二單向閥呈閉鎖狀態；以外力驅使該第一活塞受外力往第二端方向移動時，促使第二缸內至少一部份氣體經由第二單向閥輸送至高壓氣艙，並使該第一單向閥呈閉鎖狀態；藉此維持或改變該高壓氣艙內之氣體壓力作用於該第一活塞時之力量大小。
7. 如申請專利範圍第6項所述之氣簧式避震方法，其中包括以一調壓閥取代該第三閥之步驟。
8. 如申請專利範圍第6項所述之氣簧式避震方法，其中包括一將該第二缸套接於第一缸內部之步驟。
9. 如申請專利範圍第6項所述之氣簧式避震方法，其中包括一將該第二單向閥設置於第二活塞上之步驟。
10. 如申請專利範圍第9項所述之氣簧式避震方法，其中包括以一孔將該第二單向閥及高壓氣艙連通之步驟。