WO2014057897A1 - 懸架装置 - Google Patents

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suspension device
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air chamber
cylinder
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寛洋 野口
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16F9/088—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using both gas and liquid where gas is in a chamber with a flexible wall comprising a gas spring with a flexible wall provided within the cylinder on the piston rod of a monotubular damper or within the inner tube of a bitubular damper

Definitions

  • the present invention relates to a suspension device.
  • a suspension device is interposed between a vehicle body and a wheel of an automobile, a two-wheeled vehicle, etc., and elastically supports the vehicle body by urging the shock absorber in the extending direction and generating a damping force. And a suspension spring.
  • the suspension device absorbs the impact caused by the road surface unevenness by the suspension spring, suppresses the expansion and contraction motion of the suspension spring accompanying the shock absorption by the shock absorber, and suppresses the impact caused by the road surface unevenness from being transmitted to the vehicle body. be able to.
  • a suspension device disclosed in JP2010-185572A is a front fork that suspends a front wheel in a straddle-type vehicle such as a two-wheeled vehicle or a three-wheeled vehicle.
  • the shock absorber of the above suspension device includes a shock absorber body having an outer tube and an inner tube that is inserted into the outer tube so as to be able to appear and retract. Further, the suspension spring of the suspension device is an air spring accommodated in the shock absorber body. The air spring is formed in the shock absorber main body and is made of compressed gas sealed in an air chamber whose volume expands and contracts as the shock absorber expands and contracts, and always biases the shock absorber in the extending direction.
  • the suspension device when the suspension spring is an air spring, the suspension device can be lighter than when the suspension spring is a coil spring. However, at the initial stroke of the suspension device in which the amount of compression of the shock absorber is small, the suspension device is quicker. There is a possibility that the ride comfort of the vehicle is deteriorated. For this reason, the above-described suspension device includes a balance spring that cancels the reaction force of the air spring (suspension spring) at the initial stroke of the suspension device, thereby suppressing deterioration of the riding comfort of the vehicle.
  • the amount of compression of the shock absorber is small, and the reaction force characteristic at the initial stroke at which the balance spring works is a composite characteristic of the balance spring and the air spring.
  • the balance spring is a coil spring
  • the reaction force characteristic of the suspension device is substantially linear.
  • the reaction force characteristics in the middle and latter strokes where the compression amount of the shock absorber is large and the balance spring does not work are the characteristics of only the air spring.
  • the pressure and volume of the gas are inversely proportional to each other at a constant temperature, the reaction force characteristic of the suspension device is a non-linear characteristic. For this reason, in the above suspension device, if the air spring (suspension spring) is adjusted so that the reaction force in the middle of the stroke is increased, the reaction force in the latter half of the stroke may be excessive.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and in a suspension device including an air spring that constantly biases the shock absorber in the extending direction, even if the reaction force in the middle stroke is increased, the reaction in the latter half of the stroke is achieved.
  • the purpose is to suppress excessive force.
  • the suspension device includes a shock absorber and a compressed gas sealed in an air chamber whose volume expands and contracts as the shock absorber expands and contracts. And an air spring for energizing the volume, and a volume expansion mechanism for expanding the volume of the air chamber according to an increase in the compression amount of the shock absorber when the compression amount of the shock absorber becomes a predetermined amount or more.
  • a suspension device is provided.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main part of a suspension device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a suspension device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which the suspension device according to the embodiment of the present invention is most compressed.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the stroke amount and the reaction force of the suspension device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between the stroke amount and the reaction force of the suspension device of the comparative example.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main part of a suspension device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a suspension device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which the suspension device according to the embodiment of the present invention is most compressed.
  • subjected through each drawing shows the same component.
  • the suspension device includes a shock absorber D and an air spring S1 that constantly biases the shock absorber D in the extending direction, as shown in FIG.
  • the air spring S1 is made of compressed gas enclosed in an air chamber E1 whose volume expands and contracts as the shock absorber D expands and contracts.
  • the suspension device also includes a volume expansion mechanism A that expands the volume of the air chamber E1 in accordance with an increase in the compression amount of the shock absorber D when the compression amount of the shock absorber D becomes equal to or greater than a predetermined amount.
  • the suspension device is a front fork that suspends front wheels in a straddle-type vehicle such as a two-wheeled vehicle or a three-wheeled vehicle.
  • the shock absorber D has a shock absorber body having an outer tube 1 connected to the vehicle body side and an inner tube 2 connected to the wheel side and inserted into the outer tube 1 so as to be able to appear and retract. T is provided.
  • the vehicle body side opening (upper end in FIG. 2) of the shock absorber body T is closed by a cap member 10 attached to the outer tube 1, and the wheel side opening (lower end in FIG. 2) is closed by a bottom member 20. .
  • the outside air side opening of the cylindrical gap t ⁇ b> 1 formed between the overlapping portions of the outer tube 1 and the inner tube 2 is held in series on the inner periphery of the wheel side end of the outer tube 1. It is closed by an annular oil seal C1 and an annular dust seal C2 that are in sliding contact with the outer peripheral surface.
  • the shock absorber D includes a cylinder body 3 that is held in a state of being suspended from the cap member 10 and stands on the axial center portion of the shock absorber body T. Between the cylinder body 3 and the shock absorber body T, A reservoir R is formed in the upper part.
  • the reservoir R stores a hydraulic fluid such as oil, water, and an aqueous solution to form a reservoir internal fluid chamber l1, and a gas is sealed above the hydraulic fluid to form a reservoir internal chamber e1. Yes.
  • the cylinder body 3 includes a sub-cylinder 30 and a cylinder 31 that are continuous in the axial direction.
  • the sub-cylinder 30 is held in a state where the base end portion is screwed with the cap member 10 and is suspended from the cap member 10.
  • the cylinder 31 is screwed into the inner periphery of the tip portion 30 a of the sub cylinder 30 and is held by the cap member 10 via the sub cylinder 30.
  • a free piston 4 slidably contacting the inner peripheral surface of the cylinder 31 is inserted into the cylinder 31 so as to be movable in the axial direction. Further, in the cylinder 31, a cylinder internal liquid chamber l2 that stores hydraulic fluid and a cylinder internal air chamber e2 that stores gas are formed. The cylinder internal liquid chamber l2 and the cylinder internal air chamber e2 are partitioned by a free piston 4.
  • the shock absorber D is held by the bottom member 20 and is inserted into the in-cylinder liquid chamber l2 so as to be able to protrude and retract.
  • the shock absorber D is held at the tip of the piston rod 21 and is in sliding contact with the inner peripheral surface of the cylinder 31.
  • the piston 22 and the base member 12 divide the in-cylinder liquid chamber 12 into three chambers L1, L2, and L3 that are filled with hydraulic fluid.
  • An extension side chamber L1 is formed below the piston 22, a pressure side chamber L2 is formed between the piston 22 and the base member 12, and a liquid reservoir chamber L3 is formed above the base member 12.
  • the piston 22 is formed with an extension-side piston channel 23 and a pressure-side piston channel 24 that communicate the extension-side chamber L1 and the pressure-side chamber L2. Further, the piston 22 includes an expansion side damping valve V1 that provides resistance to the hydraulic fluid that passes through the expansion side piston flow path 23, and the hydraulic fluid passes through the compression side piston flow path 24 and passes from the compression side chamber L2 to the expansion side chamber L1. And a pressure side check valve V2 that only allows movement to the position.
  • the base member 12 is formed with an extension-side base member flow path 13 and a pressure-side base member flow path 14 communicating the pressure-side chamber L2 and the liquid reservoir chamber L3. Further, the base member 12 includes an extension side check valve V3 that allows only hydraulic fluid to pass through the extension side base member flow path 13 and move from the liquid reservoir L3 to the pressure side chamber L2, and a pressure side base member. A pressure-side damping valve V4 that provides resistance to the hydraulic fluid passing through the flow path 14 is provided.
  • the shock absorber D generates a damping force due to the resistance when the hydraulic fluid passes through the piston flow paths 23 and 24 and the base member flow paths 13 and 14 as the suspension device expands and contracts.
  • the resistance due to the extension side check valve V3 and the pressure side check valve V2 is set to be smaller than the resistance due to the extension side damping valve V1 and the pressure side damping valve V4. Therefore, the damping force generated by the shock absorber D is mainly caused by the resistance of the expansion side damping valve V1 and the compression side damping valve V4.
  • the valve structure for the shock absorber D to generate a damping force is not limited to the above, and a well-known configuration can be adopted as appropriate.
  • the cylinder internal air chamber e2 formed in the cylinder 31 communicates with the reservoir internal air chamber e1 through a communication hole 32 formed in the sub cylinder 30, and together with the reservoir internal air chamber e1, the air chamber E1 is configured.
  • the inner tube 2 when the shock absorber D is extended, the inner tube 2 is retracted from the outer tube 1 and the free piston 4 is moved downward in FIG. 1, so that the volume of the air chamber E1 is increased. Further, when the shock absorber D is compressed, the inner tube 2 enters the outer tube 1 and the free piston 4 moves upward in FIG. 1, so that the volume of the air chamber E1 is reduced.
  • the air spring S1 functions as a suspension spring that urges the shock absorber D in the extending direction and elastically supports the vehicle body.
  • an air valve 15 for the air chamber E1 is attached to the cap member 10.
  • the reaction force of the air spring S1 can be adjusted by sucking and discharging gas into the air chamber E1 through the air valve 15.
  • the suspension device houses a balance spring S3 that biases the shock absorber D in the contraction direction in the expansion side chamber L1 at the initial stroke of the suspension device with a small amount of compression of the shock absorber D. .
  • the balance spring S3 cancels the reaction force of the air spring S1 (suspension spring) when the suspension device is fully extended. For this reason, even if an air spring is employed as a suspension spring that elastically supports the vehicle body, it is possible to suppress deterioration in the riding comfort of the vehicle.
  • the base rod 11 includes a screw portion 11a having a screw groove formed on the outer periphery thereof and screwed into the inner periphery of the holding portion 10a of the cap member 10, and a small portion extending coaxially to the distal end side of the screw portion 11a.
  • an attachment portion (not shown) on which the base member 12 is held on the outer periphery.
  • a stopper 6 of a volume expanding mechanism A which will be described later, is screwed onto the outer periphery of the screw portion 11a, and the base rod 11 is prevented from loosening with a double nut structure. Further, the stopper 6 is provided with a return spring S5 that pushes the free piston 4 back to the liquid reservoir L3 side (lower side in FIG. 1) when the free piston 4 abuts.
  • the free piston 4 includes an annular free piston main body 40, an annular inner peripheral seal 41 that is held on the inner periphery of the free piston main body 40 and slidably contacts the outer peripheral surface of the base rod 11, and an outer periphery of the free piston main body 40. And an annular outer peripheral seal 42 that is held in sliding contact with the inner peripheral surface of the cylinder 31.
  • the free piston 4 partitions the liquid storage chamber L3 (cylinder internal liquid chamber l2) and the cylinder internal air chamber e2 (air chamber E1). can do.
  • the shock absorber D is compressed and the free piston 4 moves upward in FIG. 1 and the inner peripheral seal 41 reaches the small outer diameter portion 11b as shown in FIG. 3, the return spring S5 is free piston. 4 and a gap is formed between the inner peripheral seal 41 and the small outer diameter portion 11b. For this reason, the hydraulic fluid in the liquid storage chamber L3 can move to the reservoir R through the clearance between the inner peripheral seal 41 and the small outer diameter portion 11b and the communication hole 32.
  • the free piston 4 moves to the liquid reservoir chamber L3 side (lower side in FIG. 3) by the reaction force of the return spring S5. Pushed back. As a result, the free piston 4 moves to a position where the inner peripheral seal 41 is in sliding contact with the outer peripheral surface of the large outer diameter portion 11c.
  • volume expansion mechanism A will be described.
  • the volume expansion mechanism A expands the volume of the air chamber E1 according to the increase in the compression amount of the shock absorber D when the compression amount of the shock absorber D becomes equal to or larger than a predetermined amount.
  • the volume expansion mechanism A includes a sub-cylinder 30, an auxiliary chamber E2 formed in the sub-cylinder 30, and a movable partition wall 5 that slidably contacts the inner peripheral surface of the sub-cylinder 30 and divides the air chamber E1 and the auxiliary chamber E2.
  • the compression amount of the air spring S2 as an urging means for urging the movable partition wall 5 toward the air chamber E1 (the lower side in FIG. 1) and the shock absorber D is less than a predetermined amount
  • the movable partition wall 5 And a stopper 6 for preventing movement to the chamber E1 side (lower side in FIG. 1).
  • the air spring S2 is a compressed gas sealed in the auxiliary chamber E2.
  • the internal pressure of the auxiliary chamber E2 is set so that the movable partition wall 5 moves to the auxiliary chamber E2 side (upper side in FIG. 1) when the compression amount of the shock absorber D becomes a predetermined amount or more.
  • an air valve 16 for the auxiliary chamber E2 is attached to the cap member 10, and the reaction force of the air spring S2, that is, the movable partition wall 5 is obtained by sucking and discharging gas into the auxiliary chamber E2 through the air valve 16. The force that urges the air chamber E1 toward the air chamber E1 can be adjusted.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the stroke amount and the reaction force of the suspension device according to the embodiment of the present invention.
  • the reaction force characteristic of the suspension device at this time is a combined characteristic of the balance spring S3 and the air spring S1.
  • the balance spring S3 of this embodiment is a coil spring, the reaction force characteristic at the initial stroke of the suspension device is substantially linear as shown by a solid line a1 in FIG.
  • the movable partition wall 5 is maintained in contact with the stopper 6. It does not move.
  • the reaction force characteristic of the suspension device at this time is only the characteristic of the air spring S1.
  • the reaction force characteristic in the middle of the stroke of the suspension device is a non-linear characteristic as shown by a solid line a2 in FIG.
  • the movable partition wall 5 is on the auxiliary chamber E2 side (upper side in FIG. 1) against the urging force of the air spring S2.
  • the reaction force characteristic of the suspension device at this time is a combined characteristic of the air spring S1 and the air spring S2, it becomes a non-linear characteristic as shown by a solid line a3 in FIG.
  • the stroke stage of the suspension is divided into the initial stroke, middle stroke and late stroke according to the stroke amount of the suspension (compression amount of the shock absorber D).
  • the threshold value can be arbitrarily set.
  • the reaction force characteristic of the suspension device is the combined characteristic of the balance spring and the air spring Become. Therefore, the reaction force characteristic at the initial stroke of the suspension device is substantially linear.
  • the reaction force characteristic of the suspension system is a characteristic of only the air spring. Therefore, the reaction force characteristics of the suspension device in the middle and later strokes are nonlinear characteristics.
  • the air spring suspension spring
  • the reaction force in the latter half of the stroke may be excessive as shown by the broken line in FIG.
  • the suspension device includes a shock absorber D and an air spring S1 that constantly biases the shock absorber D in the extending direction.
  • the air spring S1 expands and contracts as the shock absorber D expands and contracts. It consists of the compressed gas enclosed with the air chamber E1.
  • the suspension device according to the present embodiment has a volume expansion mechanism A that expands the volume of the air chamber E1 in accordance with an increase in the compression amount of the shock absorber D when the compression amount of the shock absorber D becomes equal to or greater than a predetermined amount. Is further provided.
  • the volume expansion mechanism A expands the volume of the air chamber E1 with an increase in the compression amount of the shock absorber D and reduces the compression amount of the shock absorber D only when the compression amount of the shock absorber D is equal to or greater than a predetermined amount. Accordingly, the volume of the air chamber E1 is reduced. Since the reaction force of the air spring S1 decreases as the volume of the air chamber E1 increases, by providing the volume expansion mechanism A, it is possible to cut the reaction force in the latter half of the stroke of the suspension device according to the stroke amount.
  • the reaction force in the latter half of the stroke may be excessive as described above. is there.
  • the reaction force at the end of the stroke is suppressed more than the reaction force when the volume expansion mechanism A indicated by the broken line a4 is not provided, as indicated by the solid line a3 in FIG. The Therefore, even if the reaction force in the middle of the stroke is increased, it is possible to suppress the reaction force in the latter half of the stroke from becoming excessive.
  • the volume expansion mechanism A includes a sub-cylinder 30, an auxiliary chamber E2 formed in the sub-cylinder 30, and a movable partition wall that slidably contacts the inner peripheral surface of the sub-cylinder 30 and divides the air chamber E1 and the auxiliary chamber E2.
  • the movable partition wall 5 moves to the auxiliary chamber E2 side when the compression amount of the shock absorber D becomes a predetermined amount or more.
  • the amount of movement of the movable partition 5 increases as the compression amount of the shock absorber D increases. That is, the movable partition wall 5 moves greatly toward the auxiliary chamber E2 as the compression amount of the shock absorber D increases.
  • the volume of the air chamber E1 can be easily increased as the compression amount of the shock absorber D increases.
  • volume expansion mechanism A moves the movable partition wall 5 to the air chamber E1 side when the compression amount of the air spring S2 that urges the movable partition wall 5 toward the air chamber E1 and the shock absorber D is less than a predetermined amount. And a stopper 6 for preventing this.
  • the biasing force of the air spring S2 is set so that the movable partition wall 5 moves toward the auxiliary chamber E2 against the biasing force of the air spring S2 when the compression amount of the shock absorber D reaches a predetermined amount.
  • the volume of the air chamber E1 can be increased as the compression amount of the shock absorber D increases. Therefore, it is possible to simplify the configuration for expanding the volume of the air chamber E1 as the compression amount of the shock absorber D increases.
  • stopper 6 it is possible to easily move the movable partition wall 5 only when the compression amount of the shock absorber D exceeds a predetermined amount.
  • the air spring S2 as the urging means is made of compressed gas sealed in the auxiliary chamber E2.
  • the means for urging the movable partition wall 5 toward the air chamber E1 is a coil spring or the like. Further, by sucking and discharging the gas into the auxiliary chamber E2, the urging force (reaction force) of the air spring S2 can be easily adjusted, and the timing at which the movable partition wall 5 starts to move can be easily adjusted.
  • the shock absorber D includes a shock absorber body T having an outer tube 1 and an inner tube 2 inserted into the outer tube 1 so as to be able to appear and retract, and the sub cylinder 30 is accommodated in the shock absorber body T. At the same time, an air chamber E1 is formed.
  • volume expansion mechanism A and the air spring S1 can be accommodated in the shock absorber body T, even if the volume expansion mechanism A is provided, an increase in the size of the suspension device can be suppressed.
  • the suspension device is a front fork that suspends a front wheel in a saddle-type vehicle such as a two-wheeled vehicle or a three-wheeled vehicle, but a rear cushion unit that suspends a rear wheel of the saddle-type vehicle.
  • a suspension device for another vehicle may be a suspension device for another vehicle.
  • the suspension device is set to an inverted type in which the outer tube 1 is disposed on the vehicle body side and the inner tube 2 is disposed on the wheel side.
  • the inner tube 2 may be arranged on the vehicle body side and the outer tube 1 may be set upright on the wheel side, and the configuration of the suspension device can be changed as appropriate.
  • the shock absorber D is set to an inverted type in which the cylinder 31 is disposed on the vehicle body side and the piston rod 21 is disposed on the wheel side.
  • the cylinder 31 may be arranged on the wheel side and the piston rod 21 may be set upright so that the piston rod 21 is arranged on the vehicle body side, and the configuration of the shock absorber D constituting the suspension device can be changed as appropriate. is there.
  • the volume expansion mechanism A is accommodated in the shock absorber main body T.
  • the present invention is not limited to this, and the sub tank 30 may be externally attached to the shock absorber main body T.
  • the subtank 30 and the cylinder 31 are formed as a different body, they may be integrally formed.
  • the volume expansion mechanism A is provided with the movable partition 5, and the volume of the air chamber E1 can be expanded by moving the movable partition 5 to the auxiliary chamber E2 side.
  • the volume of the air chamber E1 may be expanded by a method other than 5.
  • the movable partition 5 which comprises the volume expansion mechanism A is urged
  • the volume expansion mechanism A includes a sensor that detects the compression amount of the shock absorber D, a motor that drives the movable partition wall 5, a motion conversion mechanism that converts the rotational motion of the motor into a linear motion of the movable partition wall 5, and a sensor.
  • a control device that drives the motor based on the detected value may be provided, and the motor may be operated according to the compression amount of the shock absorber D to move the movable partition wall 5.
  • the air spring S2 is used as means for biasing the movable partition wall 5, but the biasing means may be a coil spring.

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Abstract

　懸架装置は、緩衝器と、緩衝器の伸縮に伴い容積が拡大、縮小するエア室に封入された圧縮気体からなり、緩衝器を常に伸長方向に附勢するエアばねと、緩衝器の圧縮量が所定量以上となったときに、緩衝器の圧縮量の増加に応じてエア室の容積を拡大させる容積拡大機構と、を備える。

Description

懸架装置
　本発明は、懸架装置に関するものである。
　一般的に、懸架装置は、自動車や二輪車等の車体と車輪との間に介装されており、減衰力を発生する緩衝器と、緩衝器を伸長方向に附勢して車体を弾性支持する懸架ばねとを備えている。これにより、懸架装置は、路面凹凸による衝撃を懸架ばねで吸収するとともに、この衝撃吸収に伴う懸架ばねの伸縮運動を緩衝器で抑制し、路面凹凸による衝撃が車体に伝達されることを抑制することができる。
　例えば、ＪＰ２０１０－１８５５７２Ａに開示されている懸架装置は、二輪車や三輪車等の鞍乗型車両において前輪を懸架するフロントフォークである。
　上記の懸架装置の緩衝器は、アウターチューブと、アウターチューブ内に出没可能に挿入されるインナーチューブと、を有する緩衝器本体を備えている。また、上記の懸架装置の懸架ばねは、緩衝器本体内に収容されているエアばねである。エアばねは、緩衝器本体内に形成されて緩衝器の伸縮に伴い容積が拡大、縮小するエア室に封入された圧縮気体からなり、常に緩衝器を伸長方向に附勢している。
　このように、懸架ばねがエアばねである場合は、懸架ばねがコイルスプリングである場合よりも懸架装置を軽量化できるが、緩衝器の圧縮量が少ない懸架装置のストローク初期では、懸架装置が速やかに圧縮されず、車両の乗り心地を悪化させる虞がある。このため、上記の懸架装置は、懸架装置のストローク初期においてエアばね（懸架ばね）の反力を相殺するバランスばねを備え、これにより、車両の乗り心地が悪化することを抑制している。
　上記の懸架装置では、緩衝器の圧縮量が小さく、バランスばねが働くストローク初期の反力特性は、バランスばねとエアばねとの合成特性となる。ここで、バランスばねはコイルスプリングであるので、懸架装置の反力特性は略線形特性となる。また、緩衝器の圧縮量が大きく、バランスばねが働かなくなるストローク中期及びストローク後期の反力特性は、エアばねのみの特性となる。ここで、気体の圧力と体積とは一定温度下で反比例の関係にあるので、懸架装置の反力特性は非線形特性となる。このため、上記の懸架装置において、ストローク中期の反力が大きくなるようにエアばね（懸架ばね）を調整すると、ストローク後期の反力が過大となる虞がある。
　本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、緩衝器を常に伸長方向に附勢するエアばねを備える懸架装置において、ストローク中期の反力を大きくしたとしても、ストローク後期の反力が過大となることを抑制することを目的とする。
　本発明のある態様によれば、懸架装置であって、緩衝器と、前記緩衝器の伸縮に伴い容積が拡大、縮小するエア室に封入された圧縮気体からなり、前記緩衝器を常に伸長方向に附勢するエアばねと、前記緩衝器の圧縮量が所定量以上となったときに、前記緩衝器の圧縮量の増加に応じて前記エア室の容積を拡大させる容積拡大機構と、を備える懸架装置が提供される。
図１は、本発明の実施形態に係る懸架装置の主要部を示す断面図である。 図２は、本発明の実施形態に係る懸架装置を示す模式図である。 図３は、本発明の実施形態に係る懸架装置が最圧縮された状態を示す断面図である。 図４は、本発明の実施形態に係る懸架装置のストローク量と反力との関係を示す図である。 図５は、比較例の懸架装置のストローク量と反力との関係を示す図である。
　以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
　図１は、本発明の実施形態に係る懸架装置の主要部を示す断面図である。図２は、本発明の実施形態に係る懸架装置を示す模式図である。図３は、本発明の実施形態に係る懸架装置が最圧縮された状態を示す断面図である。なお、各図面を通して付された同じ符号は、同じ部品を示す。
　本実施形態に係る懸架装置は、図１に示すように、緩衝器Ｄと、緩衝器Ｄを常に伸長方向に附勢するエアばねＳ１とを備える。エアばねＳ１は、緩衝器Ｄの伸縮に伴い容積が拡大、縮小するエア室Ｅ１に封入された圧縮気体からなる。また、懸架装置は、緩衝器Ｄの圧縮量が所定量以上となったときに、緩衝器Ｄの圧縮量の増加に応じてエア室Ｅ１の容積を拡大させる容積拡大機構Ａを備えている。
　以下、詳細に説明する。本実施形態に係る懸架装置は、二輪車や三輪車等の鞍乗型車両において前輪を懸架するフロントフォークである。緩衝器Ｄは、図２に示すように、車体側に連結されるアウターチューブ１と、車輪側に連結されてアウターチューブ１内に出没可能に挿入されるインナーチューブ２と、を有する緩衝器本体Ｔを備えている。
　緩衝器本体Ｔの車体側開口（図２における上端）は、アウターチューブ１に取り付けられるキャップ部材１０で塞がれ、車輪側開口（図２における下端）は、ボトム部材２０で塞がれている。また、アウターチューブ１とインナーチューブ２との重複部の間に形成される筒状隙間ｔ１の外気側開口は、アウターチューブ１の車輪側端部の内周に直列に保持されてインナーチューブ２の外周面に摺接する環状のオイルシールＣ１と環状のダストシールＣ２とで塞がれている。これにより、緩衝器本体Ｔ内が外気側と区画され、緩衝器本体Ｔ内に収容される気体や液体が緩衝器本体Ｔ外に流出することを防ぐことができる。
　また、緩衝器Ｄは、キャップ部材１０に吊り下げられた状態で保持されて緩衝器本体Ｔの軸心部に起立するシリンダ体３を備えており、シリンダ体３と緩衝器本体Ｔとの間にリザーバＲが形成されている。リザーバＲには、油、水、水溶液等の液体からなる作動液が貯留されてリザーバ内液室ｌ１が形成されるとともに、作動液の上側に気体が封入されてリザーバ内気室ｅ１が形成されている。
　シリンダ体３は、図１に示すように、軸方向に連なるサブシリンダ３０とシリンダ３１とからなる。サブシリンダ３０は、基端部がキャップ部材１０と螺合し、キャップ部材１０に吊り下げられた状態で保持されている。また、シリンダ３１は、サブシリンダ３０の先端部３０ａの内周と螺合し、サブシリンダ３０を介してキャップ部材１０に保持されている。
　シリンダ３１内には、図２に示すように、シリンダ３１の内周面に摺接するフリーピストン４が、軸方向に移動可能に挿入されている。また、シリンダ３１内には、作動液が収容されるシリンダ内液室ｌ２と、気体が収容されるシリンダ内気室ｅ２とが形成されている。シリンダ内液室ｌ２とシリンダ内気室ｅ２とは、フリーピストン４で区画されている。
　また、緩衝器Ｄは、ボトム部材２０に保持されてシリンダ内液室ｌ２内に出没可能に挿入されるピストンロッド２１と、ピストンロッド２１の先端に保持されてシリンダ３１の内周面に摺接するピストン２２と、キャップ部材１０に保持されてシリンダ３１のピストンロッド２１と反対側の軸心部に起立するベースロッド１１と、ベースロッド１１の先端に保持されてシリンダ３１の内周に固定されるベース部材１２と、を備えている。そして、ピストン２２とベース部材１２とが、シリンダ内液室ｌ２を、作動液が充填される三つの部屋Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に区画している。ピストン２２の下側には伸側室Ｌ１が形成され、ピストン２２とベース部材１２との間には圧側室Ｌ２が形成され、ベース部材１２の上側には液溜室Ｌ３が形成されている。
　ピストン２２には、伸側室Ｌ１と圧側室Ｌ２とを連通する伸側のピストン流路２３と圧側のピストン流路２４とが形成される。また、ピストン２２には、伸側のピストン流路２３を通過する作動液に抵抗を与える伸側減衰バルブＶ１と、作動液が圧側のピストン流路２４を通過して圧側室Ｌ２から伸側室Ｌ１へ移動することのみを許容する圧側チェック弁Ｖ２とが設けられている。
　ベース部材１２には、圧側室Ｌ２と液溜室Ｌ３とを連通する伸側のベース部材流路１３と圧側のベース部材流路１４とが形成される。また、ベース部材１２には、作動液が伸側のベース部材流路１３を通過して液溜室Ｌ３から圧側室Ｌ２へ移動することのみを許容する伸側チェック弁Ｖ３と、圧側のベース部材流路１４を通過する作動液に抵抗を与える圧側減衰バルブＶ４とが設けられている。
　上記の構成によれば、インナーチューブ２がアウターチューブ１から退出してピストンロッド２１がシリンダ３１から退出する緩衝器Ｄ（懸架装置）の伸長時には、ピストン２２で加圧された伸側室Ｌ１の作動液が、伸側のピストン流路２３を通過して圧側室Ｌ２に移動する。このとき、シリンダ３１から退出したピストンロッド２１の体積分の作動液が、伸側のベース部材流路１３を通過して液溜室Ｌ３から圧側室Ｌ２に移動するので、フリーピストン４が図２における下側に移動する。
　また、インナーチューブ２がアウターチューブ１内に進入してピストンロッド２１がシリンダ３１内に進入する緩衝器Ｄ（懸架装置）の圧縮時には、ピストン２２で加圧された圧側室Ｌ２の作動液が、圧側のピストン流路２４を通過して伸側室Ｌ１に移動する。このとき、シリンダ３１内に進入したピストンロッド２１の体積分の作動液が、圧側のベース部材流路１４を通過して圧側室Ｌ２から液溜室Ｌ３に移動するので、フリーピストン４が図２における上側に移動する。
　これにより、緩衝器Ｄは、懸架装置の伸縮に伴い、作動液がピストン流路２３、２４及びベース部材流路１３、１４を通過する際の抵抗に起因する減衰力を発生させる。なお、本実施形態では、伸側チェック弁Ｖ３や圧側チェック弁Ｖ２による抵抗は、伸側減衰バルブＶ１や圧側減衰バルブＶ４による抵抗よりも小さくなるように設定されている。したがって、緩衝器Ｄが発生させる減衰力は、主に伸側減衰バルブＶ１と圧側減衰バルブＶ４との抵抗に起因する。しかしながら、緩衝器Ｄが減衰力を発生させるためのバルブ構造は、上記の限りではなく、適宜周知の構成を採用することが可能である。
　シリンダ３１内に形成されるシリンダ内気室ｅ２は、図１に示すように、サブシリンダ３０に形成される連通孔３２を介してリザーバ内気室ｅ１と連通しており、リザーバ内気室ｅ１とともにエア室Ｅ１を構成している。
　上記の構成によれば、緩衝器Ｄの伸長時には、インナーチューブ２がアウターチューブ１から退出してフリーピストン４が図１における下側に移動するので、エア室Ｅ１の容積が拡大する。また、緩衝器Ｄの圧縮時には、インナーチューブ２がアウターチューブ１内に進入してフリーピストン４が図１における上側に移動するので、エア室Ｅ１の容積が縮小する。
　エア室Ｅ１には圧縮気体が封入され、封入された圧縮気体はエアばねＳ１として機能している。そして、エアばねＳ１は、緩衝器Ｄを常に伸長方向に附勢して車体を弾性支持する懸架ばねとして機能している。
　キャップ部材１０には、図１に示すように、エア室Ｅ１用のエアバルブ１５が取り付けられている。エアバルブ１５を介してエア室Ｅ１内に気体を吸排することで、エアばねＳ１の反力を調整することができる。
　また、懸架装置は、図２に示すように、緩衝器Ｄの圧縮量が少ない懸架装置のストローク初期において、緩衝器Ｄを収縮方向に附勢するバランスばねＳ３を伸側室Ｌ１に収容している。バランスばねＳ３は、懸架装置の最伸長時には、エアばねＳ１（懸架ばね）の反力を相殺する。このため、車体を弾性支持する懸架ばねとしてエアばねを採用したとしても、車両の乗り心地が悪化することを抑制することが可能となる。
　また、緩衝器Ｄの伸側室Ｌ１には、懸架装置の最伸長時に圧縮されて所定の反力を発生するリバウンドばねＳ４が設けられる。これにより、懸架装置の最伸長時の衝撃を吸収することができる。
　ベースロッド１１は、図１に示すように、外周に螺子溝が形成されてキャップ部材１０の保持部１０ａの内周に螺合する螺子部１１ａと、螺子部１１ａの先端側に同軸に延びる小外径部１１ｂと、小外径部１１ｂの先端側に同軸に延びて外径が小外径部１１ｂよりも大きく形成される大外径部１１ｃと、大外径部１１ｃの先端側に同軸に延びて外周にベース部材１２が保持される取り付け部（図示せず）と、を備えている。
　螺子部１１ａの外周には、後述する容積拡大機構Ａのストッパ６が螺合しており、ダブルナット構造でベースロッド１１の緩み止めをしている。また、ストッパ６には、フリーピストン４が当接したときに、フリーピストン４を液溜室Ｌ３側（図１における下側）に押し戻すリターンばねＳ５が設けられている。
　フリーピストン４は、環状に形成されるフリーピストン本体４０と、フリーピストン本体４０の内周に保持されてベースロッド１１の外周面に摺接する環状の内周シール４１と、フリーピストン本体４０の外周に保持されてシリンダ３１の内周面に摺接する環状の外周シール４２と、を備えている。
　内周シール４１が大外径部１１ｃの外周面に摺接している場合は、フリーピストン４は、液溜室Ｌ３（シリンダ内液室ｌ２）とシリンダ内気室ｅ２（エア室Ｅ１）とを区画することができる。しかし、緩衝器Ｄが圧縮されてフリーピストン４が図１における上側に移動し、図３に示すように、内周シール４１が小外径部１１ｂに達した場合は、リターンばねＳ５がフリーピストン４で圧縮されるとともに、内周シール４１と小外径部１１ｂとの間に隙間が生じる。このため、液溜室Ｌ３の作動液が、内周シール４１と小外径部１１ｂとの間の隙間及び連通孔３２を通過してリザーバＲに移動することができる。
　また、緩衝器Ｄが圧縮工程から伸長工程に転じて、液溜室Ｌ３の内圧が下がると、リターンばねＳ５の反力により、フリーピストン４が液溜室Ｌ３側（図３における下側）に押し戻される。これにより、内周シール４１が大外径部１１ｃの外周面に摺接する位置までフリーピストン４が移動する。
　続いて、容積拡大機構Ａについて説明する。
　容積拡大機構Ａは、緩衝器Ｄの圧縮量が所定量以上となったときに、緩衝器Ｄの圧縮量の増加に応じて、エア室Ｅ１の容積を拡大させる。容積拡大機構Ａは、サブシリンダ３０と、サブシリンダ３０内に形成される補助室Ｅ２と、サブシリンダ３０の内周面に摺接してエア室Ｅ１と補助室Ｅ２とを区画する可動隔壁５と、可動隔壁５をエア室Ｅ１側（図１における下側）に附勢する附勢手段としてのエアばねＳ２と、緩衝器Ｄの圧縮量が所定量に満たないときに、可動隔壁５がエア室Ｅ１側（図１における下側）に移動することを防止するストッパ６と、を備えている。
　エアばねＳ２は、補助室Ｅ２内に封入された圧縮気体である。補助室Ｅ２の内圧は、緩衝器Ｄの圧縮量が所定量以上となったときに、可動隔壁５が補助室Ｅ２側（図１における上側）に移動するように設定されている。また、キャップ部材１０には、補助室Ｅ２用のエアバルブ１６が取り付けられており、エアバルブ１６を介して補助室Ｅ２内に気体を吸排することで、エアばねＳ２の反力、すなわち、可動隔壁５をエア室Ｅ１側に附勢する力を調整することができる。
　続いて、容積拡大機構Ａの動作について図４を参照しながら説明する。図４は、本発明の実施形態に係る懸架装置のストローク量と反力との関係を示す図である。
　懸架装置のストローク初期、すなわち、緩衝器Ｄの圧縮量が所定量に達しておらず、バランスばねＳ３が働く状態では、可動隔壁５は、エアばねＳ２の附勢力でストッパ６に押し付けられているので、ストッパ６に当接した状態に維持されて動かない。このときの懸架装置の反力特性は、バランスばねＳ３とエアばねＳ１との合成特性となる。ここで、本実施形態のバランスばねＳ３はコイルスプリングであるので、懸架装置のストローク初期の反力特性は、図４に実線ａ１で示すように、略線形特性となる。
　また、懸架装置のストローク中期、すなわち、緩衝器Ｄの圧縮量が所定量に達しておらず、かつ、バランスばねＳ３が働かない状態では、可動隔壁５は、ストッパ６に当接した状態に維持されて動かない。このときの懸架装置の反力特性は、エアばねＳ１のみの特性となる。ここで、気体の圧力と体積とは一定温度下で反比例の関係にあるので、懸架装置のストローク中期の反力特性は、図４に実線ａ２で示すように、非線形特性となる。
　さらに、懸架装置のストローク後期、すなわち、緩衝器Ｄの圧縮量が所定量以上となる状態では、可動隔壁５は、エアばねＳ２の附勢力に抗して補助室Ｅ２側（図１における上側）に移動してストッパ６から離れる。そして、緩衝器Ｄの圧縮量が大きくなるほど、可動隔壁５の移動量も大きくなるので、緩衝器Ｄの圧縮量が大きくなるほど、エア室Ｅ１の容積が拡大する。このときの懸架装置の反力特性は、エアばねＳ１とエアばねＳ２との合成特性となるので、図４に実線ａ３で示すように、非線形特性となる。
　なお、懸架装置のストローク段階を、懸架装置のストローク量（緩衝器Ｄの圧縮量）に応じて、ストローク量が小さい方からストローク初期、ストローク中期、ストローク後期に区分けしているが、各ストローク段階の閾値は任意に設定することが可能である。
　次に、本実施形態に係る懸架装置の作用効果について、比較例を参照しながら説明する。
　容積拡大機構Ａを備えない懸架装置のストローク量と反力との関係は、図５に実線で示すようになる。
　容積拡大機構Ａを備えない場合は、懸架装置のストローク初期、すなわち、緩衝器の圧縮量が小さくバランスばねが働く状態では、懸架装置の反力特性は、バランスばねとエアばねとの合成特性となる。したがって、懸架装置のストローク初期の反力特性は、略線形特性となる。
　また、懸架装置のストローク中期及びストローク後期、すなわち、緩衝器の圧縮量が大きくなりバランスばねが働かなくなる状態では、懸架装置の反力特性は、エアばねのみの特性となる。したがって、懸架装置のストローク中期及びストローク後期の反力特性は、非線形特性となる。ここで、懸架装置のストローク中期の反力が大きくなるようにエアばね（懸架ばね）を調整すると、図５に破線で示すように、ストローク後期の反力が過大となる虞がある。
　本実施形態に係る懸架装置は、緩衝器Ｄと、緩衝器Ｄを常に伸長方向に附勢するエアばねＳ１とを備え、エアばねＳ１は、緩衝器Ｄの伸縮に伴い容積が拡大、縮小するエア室Ｅ１に封入された圧縮気体からなる。そして、本実施形態に係る懸架装置は、緩衝器Ｄの圧縮量が所定量以上となったときに、緩衝器Ｄの圧縮量の増加に応じてエア室Ｅ１の容積を拡大させる容積拡大機構Ａを、さらに備えている。
　容積拡大機構Ａは、緩衝器Ｄの圧縮量が所定量以上である場合にのみ、緩衝器Ｄの圧縮量の増加に伴いエア室Ｅ１の容積を拡大し、緩衝器Ｄの圧縮量の減少に伴いエア室Ｅ１の容積を縮小させる。エアばねＳ１の反力は、エア室Ｅ１の容積が大きくなるほど小さくなるので、容積拡大機構Ａを備えることで、懸架装置のストローク後期の反力をストローク量に応じてカットすることができる。
　懸架装置のストローク中期の反力が大きくなるようにエアばねの反力を調整した場合、容積拡大機構Ａを備えない懸架装置では、上記のように、ストローク後期の反力が過大となる虞がある。これに対して、本実施形態に係る懸架装置では、ストローク後期の反力が、図４に実線ａ３で示すように、破線ａ４で示す容積拡大機構Ａを備えない場合の反力よりも抑制される。したがって、ストローク中期の反力を大きくしたとしても、ストローク後期の反力が過大となることを抑制することが可能となる。
　また、容積拡大機構Ａは、サブシリンダ３０と、サブシリンダ３０内に形成される補助室Ｅ２と、サブシリンダ３０の内周面に摺接してエア室Ｅ１と補助室Ｅ２とを区画する可動隔壁５とを備え、可動隔壁５は、緩衝器Ｄの圧縮量が所定量以上となったときに、補助室Ｅ２側に移動する。可動隔壁５の移動量は、上記緩衝器Ｄの圧縮量の増加に応じて大きくなる。つまり、可動隔壁５は、緩衝器Ｄの圧縮量が大きくなるほど、補助室Ｅ２側に大きく移動する。
　このように、可動隔壁５を備えることで、緩衝器Ｄの圧縮量の増加に応じてエア室Ｅ１の容積を大きくすることが容易に可能となる。
　また、容積拡大機構Ａは、可動隔壁５をエア室Ｅ１側に附勢するエアばねＳ２と、緩衝器Ｄの圧縮量が所定量に満たないときに、可動隔壁５がエア室Ｅ１側に移動することを防止するストッパ６とを備えている。
　つまり、緩衝器Ｄの圧縮量が所定量に達したときに、エアばねＳ２の附勢力に抗して可動隔壁５が補助室Ｅ２側に移動するように、エアばねＳ２の附勢力を設定することで、緩衝器Ｄの圧縮量の増加に応じてエア室Ｅ１の容積を拡大させることができる。よって、緩衝器Ｄの圧縮量の増加に応じてエア室Ｅ１の容積を拡大させるための構成を簡易にすることが可能となる。
　また、ストッパ６を備えることで、緩衝器Ｄの圧縮量が所定量以上となったときにのみ、可動隔壁５を移動させることが容易に可能となる。
　また、附勢手段としてのエアばねＳ２は、補助室Ｅ２内に封入された圧縮気体からなる。
　したがって、可動隔壁５をエア室Ｅ１側に附勢する手段がコイルスプリング等である場合よりも懸架装置を軽量化することが可能となる。また、補助室Ｅ２内に気体を吸排することで、エアばねＳ２の附勢力（反力）を容易に調整することができるとともに、可動隔壁５が動き始めるタイミングを容易に調整することができる。
　また、緩衝器Ｄは、アウターチューブ１と、アウターチューブ１内に出没可能に挿入されるインナーチューブ２と、を有する緩衝器本体Ｔを備え、緩衝器本体Ｔ内にサブシリンダ３０が収容されるとともにエア室Ｅ１が形成されている。
　つまり、緩衝器本体Ｔ内に容積拡大機構Ａ及びエアばねＳ１を収容することができるので、容積拡大機構Ａを備えていても、懸架装置の大型化を抑制することができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
　例えば、上記実施形態においては、懸架装置が、二輪車や三輪車等の鞍乗型車両において前輪を懸架するフロントフォークであるとしたが、鞍乗型車両の後輪を懸架するリアクッションユニットであってもよく、他の車両用の懸架装置であってもよい。
　また、上記実施形態においては、懸架装置が、アウターチューブ１が車体側に配置され、インナーチューブ２が車輪側に配置される倒立型に設定されている。しかしながら、インナーチューブ２が車体側に配置され、アウターチューブ１が車輪側に配置される正立型に設定されてもよく、懸架装置の構成は適宜変更することが可能である。
　また、上記実施形態においては、緩衝器Ｄが、シリンダ３１が車体側に配置され、ピストンロッド２１が車輪側に配置される倒立型に設定されている。しかしながら、シリンダ３１が車輪側に配置され、ピストンロッド２１が車体側に配置される正立型に設定されてもよく、懸架装置を構成する緩衝器Ｄの構成は、適宜変更することが可能である。
　また、上記実施形態においては、容積拡大機構Ａが緩衝器本体Ｔ内に収容されているが、この限りではなく、サブタンク３０が緩衝器本体Ｔに外付けされていてもよい。また、上記実施形態において、サブタンク３０とシリンダ３１とは、別体として形成されているが、一体形成されてもよい。
　また、上記実施形態においては、容積拡大機構Ａが可動隔壁５を備えており、可動隔壁５を補助室Ｅ２側に移動させることにより、エア室Ｅ１の容積を拡大させることができるが、可動隔壁５以外の方法によってエア室Ｅ１の容積を拡大させてもよい。
　また、上記実施形態においては、容積拡大機構Ａを構成する可動隔壁５が、エアばねＳ２でエア室Ｅ１側に附勢され、緩衝器Ｄの圧縮量の増加に応じて補助室Ｅ２側に移動するので、エア室Ｅ１の容積を拡大させることが可能となる。しかしながら、容積拡大機構Ａが、緩衝器Ｄの圧縮量を検知するセンサと、可動隔壁５を駆動するモータと、モータの回転運動を可動隔壁５の直線運動に変換する運動変換機構と、センサで検知した値を基にモータを駆動する制御装置を備え、緩衝器Ｄの圧縮量に応じてモータを作動させ、可動隔壁５を移動させるようにしてもよい。
　また、上記実施形態においては、可動隔壁５を附勢する手段としてエアばねＳ２を用いているが、付勢手段はコイルスプリングであってもよい。
　本願は２０１２年１０月９日に日本国特許庁に出願された特願２０１２－２２３７６７に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (5)

  1. 　懸架装置であって、
    　緩衝器と、
    　前記緩衝器の伸縮に伴い容積が拡大、縮小するエア室に封入された圧縮気体からなり、前記緩衝器を常に伸長方向に附勢するエアばねと、
    　前記緩衝器の圧縮量が所定量以上となったときに、前記緩衝器の圧縮量の増加に応じて前記エア室の容積を拡大させる容積拡大機構と、
    を備える懸架装置。
  2. 　請求項１に記載の懸架装置であって、
    　前記容積拡大機構は、
    　サブシリンダと、
    　前記サブシリンダ内に形成される補助室と、
    　前記サブシリンダの内周面に摺接して前記エア室と前記補助室とを区画する可動隔壁と、
    を備え、
    　前記可動隔壁は、前記緩衝器の圧縮量が所定量以上となったときに、前記緩衝器の圧縮量が増加するほど、前記補助室側に大きく移動する懸架装置。
  3. 　請求項２に記載の懸架装置であって、
    　前記容積拡大機構は、
    　前記可動隔壁を前記エア室側に附勢する附勢手段と、
    　前記緩衝器の圧縮量が所定量に満たないときに、前記可動隔壁が前記エア室側に移動することを防止するストッパと、
    をさらに備える懸架装置。
  4. 　請求項３に記載の懸架装置であって、
    　前記附勢手段は、前記補助室に封入された圧縮気体からなる懸架装置。
  5. 　請求項２に記載の懸架装置であって、
    　前記緩衝器は、アウターチューブと、前記アウターチューブ内に出没可能に挿入されるインナーチューブと、を有する緩衝器本体を備え、
    　前記緩衝器本体内に、前記サブシリンダが収容されるとともに前記エア室が形成される懸架装置。
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