(57)【要約】【課題】  ダイアフラム及びその支持・補強部材に必要とされる耐久性の程度が軽減されたダイアフラム形空気ばねの取付構造を提供すること。【解決手段】  車両において車体とサスペンション・アームとの間に介装され、車体に取り付けられた第一の部材（エアチャンバ）と、アームに連結された第二の部材（ピストン）と、これら第一及び第二の部材を気密に連結した可撓性膜状部材（ダイアフラム）とを備え、これらの部材により形成された空間内に加圧空気が充填された空気ばねの車両への取り付け構造に、アームと第二の部材との連結部分に設けられ、アームのストロークによらず第二の部材を路面に対して略垂直の姿勢に保持する姿勢保持手段を設ける。姿勢保持手段は、第二の部材がアームに対してそのアーム長手方向に揺動可能となるように第二の部材をアームに連結する連結手段と、第二の部材のアームに対する揺動を所定の範囲内に制限する制限手段とから成る。【選択図】  図２
2006076527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両において車体とサスペンション・アームとの間に介装され、該車体に取り付けられた第一の部材と、該サスペンション・アームに連結された第二の部材と、これら第一及び第二の部材を気密に連結した可撓性膜状部材とを備え、これらの部材により形成された空間内に加圧空気が充填された空気ばねの車両への取り付け構造であって、
前記サスペンション・アームと前記第二の部材との連結部分に設けられ、該サスペンション・アームのストロークによらず該第二の部材を路面に対して略垂直の姿勢に保持する姿勢保持手段を有する、ことを特徴とする空気ばね取付構造。
【請求項２】
請求項１記載の空気ばね取付構造であって、
前記姿勢保持手段は、
前記第二の部材が前記サスペンション・アームに対してそのアーム長手方向に揺動可能となるように該第二の部材を該サスペンション・アームに連結する連結手段と、
前記第二の部材の前記サスペンション・アームに対する揺動を所定の範囲内に制限する制限手段とを有する、ことを特徴とする空気ばね取付構造。
【請求項３】
請求項２記載の空気ばね取付構造であって、
前記制限手段は、前記第二の部材と前記サスペンション・アームとを連結する弾性手段を含む、ことを特徴とする空気ばね取付構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、車両用懸架装置に用いられるばね別置きタイプのダイアフラム形空気ばねの取付構造に係り、特に、ダイアフラム及びその支持・補強部材に必要とされる耐久性の程度が軽減されたダイアフラム形空気ばねの取付構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両用懸架装置に用いられる空気ばねの一種として、ばね別置きタイプのダイアフラム形空気ばねが知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【特許文献１】特許第２６５０６８１号公報
【特許文献２】特開平７−１９０１１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の空気ばね及びそのサスペンション・アームへの取付構造によれば、バウンド／リバウンド時にサスペンション・アームのストロークによりダイアフラムにニーアクション（屈曲運動）が発生するため、ダイアフラム（及びその支持・補強構造）に然るべき耐久性を持たせることが必要となり、重量増・コスト増を招くおそれがある。また、ニーアクションが生じたダイアフラムが周辺部品と接触しないように横方向に空間マージンも必要となる。
【０００４】
ここで、ダイアフラムのニーアクションの様子を図１に模式的に示す。図１に示すように、従来の空気ばねは、車体に取り付けられたエアチャンバ１０１と、サスペンション・アーム１０２に取り付けられたピストン１０３と、エアチャンバ１０１とピストン１０３とを気密に連結するダイアフラム１０４とから成る。サスペンション・アーム１０２は、車体への取付点１０５を支点として上下方向にストローク可能である。ダイアフラム１０４は、例えばゴム製の可撓性を有する膜状部材である。エアチャンバ１０１とピストン１０３とダイアフラム１０４とにより形成される空間には加圧空気が充填される。
【０００５】
図１（ａ）は、バウンドもリバウンドもしていない平時の様子を模式的に示す。図１（ｂ）は、バウンド時の様子を模式的に示しており、サスペンション・アーム１０２の上方へのストロークにより、ダイアフラム１０４に捩れが生じている。図１（ｃ）は、リバウンド時の様子を模式的に示しており、サスペンション・アーム１０２の下方へのストロークにより、ダイアフラム１０４に捩れが生じている。
【０００６】
このようにバウンド・リバウンドのたびにダイアフラム１０４にニーアクションが生じる従来構造では、繰り返し生じる上述のような捩れに耐え得るだけの耐久性をダイアフラム１０４自体及び必要であればそれを支持・補強する部材（図示せず）に持たせなければならない。例えば、ダイアフラム１０４の膜厚を特定の部位について又は全体について厚くすれば、重量増・コスト増を招くおそれがある。また、図１から明らかなようにダイアフラム１０４はニーアクション発生時には横方向に広がるため、横方向に空間マージンが必要である。さらに、ダイアフラム１０４に掛かる負荷を低減するために内部を低圧化すれば、空気ばねとして必要な弾性特性を得るのに大径化が必要となるおそれがあり、同じく重量増・コスト増を招くおそれがあると共に、横方向により大きい空間マージンが必要となる。
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、ダイアフラム及びその支持・補強部材に必要とされる耐久性の程度が軽減されたダイアフラム形空気ばねの取付構造を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、車両において車体とサスペンション・アームとの間に介装され、該車体に取り付けられた第一の部材（例えばエアチャンバ）と、該サスペンション・アームに連結された第二の部材（例えばピストン）と、これら第一及び第二の部材を気密に連結した可撓性膜状部材（例えばダイアフラム）とを備え、これらの部材により形成された空間内に加圧空気が充填された空気ばねの車両への取り付け構造であって、上記サスペンション・アームと上記第二の部材との連結部分に設けられ、該サスペンション・アームのストロークによらず該第二の部材を路面に対して略垂直の姿勢に保持する姿勢保持手段を有する空気ばね取付構造である。
【０００９】
この一態様によれば、上記第二の部材の姿勢がサスペンション・アームのストロークによらず略垂直方向に保たれるため、上記可撓性膜状部材にニーアクションがほとんど生じない。したがって、この可撓性膜状部材に上述のようなバウンド／リバウンドのたびに繰り返される捩れに耐え得るほどの耐久性を備える必要がなくなる。
【００１０】
なお、この一態様において、上記姿勢保持手段は、例えば、上記第二の部材が上記サスペンション・アームに対してそのアーム長手方向に揺動可能となるように該第二の部材を該サスペンション・アームに連結する連結手段と、上記第二の部材の上記サスペンション・アームに対する揺動を所定の範囲内に制限する制限手段とを有する。
【００１１】
ここで、上記制限手段は、上記第二の部材が路面に対して略垂直の状態に保たれるように、該第二の部材の上記サスペンション・アームに対する揺動を制限することが好ましい。より具体的には、上記制限手段は、上記第二の部材が路面に対して略垂直の姿勢に満たない程度しか揺動していないときには略垂直の状態へと促し、略垂直の姿勢を越えて揺動しているときにはその揺動を抑制する、ように機能することが好ましい。
【００１２】
上記制限手段は、例えば、弾性特性が適切に設計された弾性手段（例えばコイルスプリングなど）で上記第二の部材と上記サスペンション・アームとを連結することにより実現される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ダイアフラム及びその支持・補強部材に必要とされる耐久性の程度が軽減されたダイアフラム形空気ばねの取付構造を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。なお、車両用懸架装置に用いられる空気ばね及びそれを利用したエアサスペンションの基本概念、主要なハードウェア構成、作動原理、及び基本的な制御手法等については当業者には既知であるため、詳しい説明を省略する。
【実施例】
【００１５】
本発明に係る空気ばね取付構造の一実施例について図２及び３を用いて説明する。図２は、本実施例に係る空気ばね取付構造を模式的に示すものであり、図１と対比しやすいように、図２（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）が平時、バウンド時、及びリバウンド時をそれぞれ示している。また、図１に示したのと同じ構成要素には同一の符号を付している。
【００１６】
本実施例に係る空気ばね２００は、図１に示した従来の空気ばね１００とほぼ同じ構成・構造を有し、但し、そのサスペンション・アーム１０２との取付構造において、新たにブッシュ２０１とスプリング２０２とを有する。
【００１７】
図２では便宜上模式的にしか示していないが、本実施例において、ブッシュ２０１は、円筒形のブッシュであり、ピストン１０３に設けられた車両前後方向の穴に圧入され、サスペンション・アーム１０２にボルト留めされる。これにより、ピストン１０３は、ブッシュ２０１を介してサスペンション・アーム１０２に連結されると共に、サスペンション・アーム１０２に対して車両左右方向に、すなわちサスペンション・アーム１０２の長手方向にブッシュ２０１の中心軸Ｘを回転支点として揺動可能となる。
【００１８】
また、スプリング２０２は、サスペンション・アーム１０２内に入り込んだピストン１０３の底面とサスペンション・アーム１０２の内部底面とを連結するものであり、ピストン１０３のブッシュ２０１を中心とした揺動を所定の範囲内に制限する。
【００１９】
既述のように、図１に示したような従来構造においてダイアフラム１０４にニーアクションが生じる原因は、ピストン１０３がサスペンション・アーム１０２に対して略直角に固定的に取り付けられているためである。そこで、本実施例では、上記ブッシュ２０１及びスプリング２０２の作用により、バウンド時には図２（ｂ）に示すようにピストン１０３がブッシュ２０１を中心として左回り（矢印Ａ）に揺動し、リバウンド時には図２（ｃ）に示すように右回り（矢印Ｂ）に揺動して、ピストン１０３の姿勢がサスペンション・アーム１０２のストロークによらず常に路面に対して略垂直な状態に保たれるようにする。
【００２０】
ここで、スプリング２０２は、バウンド時にピストン１０３が路面に対して略垂直な姿勢を越えて左回り（Ａ方向）へ揺動するのを規制すると共に、リバウンド時にピストン１０３が路面に対して略垂直な姿勢を越えて右回り（Ｂ方向）へ揺動するのを規制する役割を果たす。また、図２（ｂ）及び（ｃ）に示したピストン１０３のバウンド状態及びリバウンド状態から図２（ａ）の状態へ戻すのを促進する機能も持つ。
【００２１】
このように、本実施例に係るブッシュ２０１及びスプリング２０２は、協働して、バウンド時及びリバウンド時にピストン１０３を路面に対して略垂直な姿勢に保持する機能を有する。
【００２２】
この機能が確実に発揮されるためには、上述の垂直姿勢を越えた揺動の規制と共に、垂直な姿勢までの揺動が積極的に許容されなければならない。より具体的には、スプリング２０２のバネ定数ｋ及びピストン１０３への取付位置は、バウンド時には図２（ｂ）に示すようにピストン１０３が左回り（Ａ方向）に揺動し、リバウンド時には図２（ｃ）に示すようにピストン１０３が右回り（Ｂ方向）に揺動するように設定されなければならない。
【００２３】
そこで、以下、図３を用いて、本実施例が実効性を有するために満たされるべき諸条件について述べる。図３は、ピストン１０３の特に底面に作用する力を模式的に示した図である。
【００２４】
まず、図２に示した本実施例に係る空気ばね取付構造においては一例としてブッシュ２０１がスプリング２０２よりも車両内側に位置するため、図２（ｂ）及び（ｃ）からも明らかなように、リバウンド時のスプリング２０２の長さＬＲＢがバウンド時の長さＬＢよりも長くなければならないという条件が前提となる。
条件１：ＬＲＢ＞ＬＢ    ・・・式（１）
次に、図２（ｂ）に示すバウンド時にピストン１０３がブッシュ２０１を中心に左回り（Ａ方向）に揺動して図示するような略垂直な姿勢となるための条件として、ブッシュ２０１回りのモーメントの釣り合いを考える。
【００２５】
ブッシュ２０１を揺動軸Ｘとして、左回り（Ａ方向）のモーメントは、バウンド時の圧力をＰＢとすると、
ＰＢ・Ａ１・ｌａ１
となる。ここで、Ａ１は軸Ｘより車両外側の受圧面積であり、ＰＢ・Ａ１（＝Ｆａ１）は受圧面Ａ１に作用する力であり、ｌａ１は軸ＸからＦａ１の作用点（Ａ１の図心）までの距離である。
【００２６】
また、右回り（Ｂ方向）のモーメントは、
ＰＢ・Ａ２・ｌａ２＋ｋ・ΔＬＢ・ｌｋ
となる。ここで、Ａ２は軸Ｘより車両内側の受圧面積であり、ＰＢ・Ａ２（＝Ｆａ２）は受圧面Ａ２に作用する力であり、ｌａ２は軸ＸからＦａ２の作用点（Ａ２の図心）までの距離である。また、ｋはスプリング２０２のばね定数であり、ΔＬＢはバウンド時のスプリング２０２の縮み量であり、ｌｋは軸Ｘからスプリング２０２のばね力Ｆｋ（＝ｋ・ΔＬＢ）の作用点までの距離である。バウンド時のスプリング２０２の縮み量ΔＬＢは、スプリング２０２の自由長（図２（ａ）での長さ）をＬＳとすると、
ΔＬＢ＝ＬＳ−ＬＢ
として求められる。
【００２７】
したがって、バウンド時にピストン１０３がブッシュ２０１を中心に左回り（Ａ方向）に揺動するためには、上記左回りのモーメントが上記右回りのモーメントを上回ればよいため、
条件２：｜ｋ・ΔＬＢ・ｌｋ｜＜｜ＰＢ・（Ａ１・ｌａ１―Ａ２・ｌａ２）｜    ・・・式（２）
という条件が導かれる。
【００２８】
次に、図２（ｃ）に示すリバウンド時にピストン１０３がブッシュ２０１を中心に右回り（Ｂ方向）に揺動して図示するような略垂直な姿勢となるための条件として、同じくブッシュ２０１回りのモーメントの釣り合いを考えると、今度は右回りのモーメントが左回りのモーメントを上回ればよいため、
条件３：｜ｋ・ΔＬＲＢ・ｌｋ｜＞｜ＰＲＢ・（Ａ１・ｌａ１−Ａ２・ｌａ２）｜    ・・・式（３）
という条件が導かれる。ここで、ΔＬＲＢ（＝ＬＲＢ−ＬＳ）はリバウンド時のスプリング２０２の伸び量であり、ＰＲＢはリバウンド時の圧力である。バウンド時に比してリバウンド時にはエアチャンバ１０１、ピストン１０３、及びダイアフラム１０４により形成される空間の容量が大きくなるため、内部圧力が低下する。したがって、ここではＰＲＢ＜ＰＢである。
【００２９】
以上より、本実施例においては、上記式（１）、（２）、及び（３）で示された３つの条件を満たすようにスプリング２０２のばね定数やピストン１０３への取付位置などを設計することによって、バウンド時にはピストン１０３が図２（ｂ）に示すように左回りに揺動し、リバウンド時には図２（ｃ）に示すように右回りに揺動するような空気ばね取付構造を実現することができる。
【００３０】
このように、本実施例によれば、ピストン１０３の姿勢がサスペンション・アーム１０２のストロークによらず路面に対して略垂直に保持されるため、バウンド／リバウンド時にダイアフラム１０４にニーアクションが生じるのを防ぐことができる。よって、サスペンション・アーム１０２のストロークに応じて繰り返しニーアクションが生じる従来の構造に比してダイアフラム１０４及びその支持・補強構造に必要とされる耐久性の程度を軽減することができる。また、必要とされる横方向空間マージンも低減される。
【００３１】
なお、上記一実施例においては、スプリング２０２を略垂直方向に配設する場合について述べたが、本発明に係る空気ばね取付構造はこの形に限られない。例えば、図４に示すように、ピストン１０３底面に形成した突起部とサスペンション・アーム１０２に形成した突起部とを連結するようにスプリング２０２を横置きにすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、車両用懸架装置に用いられる空気ばねの車両への取付構造に利用できる。車両の外観、重量、サイズ、走行性能等は問わない。
【００３３】
また、当業者には明らかなように、本発明は車両用懸架装置以外の振動系に空気ばねを用いる場合にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】（ａ）平時の従来の空気ばねの様子を模式的に示す概略図である。（ｂ）バウンド時の従来の空気ばねの様子を模式的に示す概略図である。（ｃ）リバウンド時の従来の空気ばねの様子を模式的に示す概略図である。
【図２】（ａ）平時の本発明の一実施例に係る空気ばね及びその取付構造の様子を模式的に示す概略図である。（ｂ）バウンド時の本発明の一実施例に係る空気ばね及びその取付構造の様子を模式的に示す概略図である。（ｃ）リバウンド時の本発明の一実施例に係る空気ばね及びその取付構造の様子を模式的に示す概略図である。
【図３】本発明の一実施例に係る空気ばねのピストンに作用する力を示す模式図である。
【図４】バウンド時／リバウンド時の本発明の別の一実施例に係る空気ばね及びその取付構造の様子を模式的に示す概略図である。
【符号の説明】
【００３５】
１００、２００  空気ばね
１０１  エアチャンバ
１０２  サスペンション・アーム
１０３  ピストン
１０４  ダイアフラム
１０５  ストローク支点
２０１  ブッシュ
２０２  スプリング
【図１】
2006076527.tif 000003
【図２】
2006076527.tif 000004
【図３】
2006076527.tif 000005
【図４】
2006076527.tif 000006