(57)【要約】【課題】  シリンダ内に挿入されるフリーピストンで気体が封入される気室と作動液が充填される液室とを区画する緩衝器を備える場合においても、ストローク検出装置を小型化でき、ストローク検出装置の取り付けが容易で、正確に緩衝器のストロークを求めることが可能な懸架装置を提供する。【解決手段】  内部に液室Ｌが形成されるシリンダ１に出入りするピストンロッド３の先端部に保持されて液室Ｌを伸側室Ｌ１と圧側室Ｌ２とに区画するピストン２と、シリンダ１内の反ピストンロッド側に摺動可能に挿入されて液室Ｌと気室Ｇとを区画するフリーピストン４とを備える緩衝器Ｄと、緩衝器Ｄのストロークを検出するストローク検出装置５とを備える懸架装置において、ストローク検出装置５は、フリーピストン４の軸方向の変位を検出するストロークセンサ５０と、当該検出された値から緩衝器Ｄのストロークを求めるストローク演算手段５１とを備えている。【選択図】  図１
2015052335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に作動液が充填される液室が形成されるシリンダと、このシリンダに出入りするピストンロッドと、このピストンロッドの先端部に保持されて上記液室を伸側室と圧側室とに区画するピストンと、上記シリンダ内の反ピストンロッド側に摺動可能に挿入されて上記液室と気体が封入される気室とを区画するフリーピストンとを備える緩衝器と、この緩衝器のストロークを検出するストローク検出装置とを備える懸架装置において、
上記ストローク検出装置は、上記フリーピストンの軸方向の変位を検出するストロークセンサと、当該検出された値から上記緩衝器のストロークを求めるストローク演算手段とを備えていることを特徴とする懸架装置。
【請求項２】
上記緩衝器は、車体側チューブと車輪側チューブとからなるテレスコピック型のチューブ部材と、上記車体側チューブの上側開口を塞ぐキャップ部材とを備えており、
上記シリンダは、上記キャップ部材に保持されて上記車体側チューブの軸心部に起立するとともに、
上記ストロークセンサは、上記キャップ部材と上記フリーピストンの一方に保持される筒状のセンサシリンダと、上記キャップ部材と上記フリーピストンの他方に保持されて上記センサシリンダに出入りするセンサロッドとを備えており、上記センサシリンダに対する上記センサロッドの変位を電気信号として出力するように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の懸架装置。
【請求項３】
上記気室には、気体が圧縮されながら封入されており、当該気体圧力で上記フリーピストンを介して上記液室を加圧していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の懸架装置。
【請求項４】
上記ピストンロッドの径方向の断面積をＸ１、上記フリーピストンの径方向の断面積をＸ２、上記フリーピストンの軸方向の変位をＭとし、上記緩衝器のストロークをＭ×Ｘ２／Ｘ１で求めることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の懸架装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、懸架装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両において、車体と車輪との間に介装される懸架装置の中には、緩衝器のストロークを検出するストローク検出装置を備えているものがあり、当該ストローク検出装置を備えることで、車高調整の自動化や、乗り心地を改善することができる。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示の懸架装置において、緩衝器は、内部に作動液が充填されるシリンダと、このシリンダに出入りするピストンロッドと、シリンダに外付けされてシリンダに出入りするピストンロッド体積分に相当する量の作動液を貯留するサブタンクと、このサブタンクの内周面に摺接しサブタンク内に気室を区画するフリーピストンとを備えており、気室に封入される気体圧力で作動液を加圧している。
【０００４】
そして、特許文献１に開示のストローク検出装置は、シリンダからサブタンクに移動する作動液の流量を検出する流量計、または、サブタンク内圧力を検出する圧力センサを備えており、流量計や圧力センサで検出された値を基に、ストローク演算手段で緩衝器のストロークを求めることができる。このようにすることで、緩衝器のストロークを直接ストロークセンサで検出する場合と比較して、ストローク検出装置を小型化できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２５７４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、懸架装置が二輪車の前輪を懸架するフロントフォークである場合等、取り付けスペースの都合上、サブタンクをシリンダに外付けできない場合には、シリンダの軸方向長さを延長してこのシリンダ内にフリーピストンを挿入することが一般的である。
【０００７】
しかしながら、この場合、流量計を取り付けようとすると、緩衝器に流量計を内蔵しなければならず、構造が複雑化して実現性に乏しい。
【０００８】
他方、圧力センサは、緩衝器の構造を複雑化させることなく、取り付け可能であるものの、圧力センサで検出された値から緩衝器のストロークを求める場合、気室内圧を検出しているので、サブタンク内温度や、気室の断熱膨張及び断熱圧縮等の影響を考慮して補正しなければならない。また、気室内圧は、ピストンロッドのストロークに対して直線的に変化しないので、圧力センサで検出された値から正確なピストンロッドのストロークを求めることが困難であり、不正確になる虞がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、シリンダ内に挿入されるフリーピストンで気体が封入される気室と作動液が充填される液室とを区画する緩衝器を備える場合においても、ストローク検出装置を小型化できるとともに、当該ストローク検出装置の取り付けが容易で、正確に緩衝器のストロークを求めることが可能な懸架装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための手段は、内部に作動液が充填される液室が形成されるシリンダと、このシリンダに出入りするピストンロッドと、このピストンロッドの先端部に保持されて上記液室を伸側室と圧側室とに区画するピストンと、上記シリンダ内の反ピストンロッド側に摺動可能に挿入されて上記液室と気体が封入される気室とを区画するフリーピストンとを備える緩衝器と、この緩衝器のストロークを検出するストローク検出装置とを備える懸架装置において、上記ストローク検出装置は、上記フリーピストンの軸方向の変位を検出するストロークセンサと、当該検出された値から上記緩衝器のストロークを求めるストローク演算手段とを備えていることである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の懸架装置によれば、シリンダ内に挿入されるフリーピストンで気体が封入される気室と作動液が充填される液室とを区画する緩衝器を備える場合においても、ストローク検出装置を小型化できるとともに、当該ストローク検出装置の取り付けが容易で、正確に緩衝器のストロークを求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る緩衝器を部分的に切欠いて示した正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に本発明の一実施の形態に係る懸架装置について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１に示すように、本実施の形態に係る懸架装置は、内部に作動液が充填される液室Ｌが形成されるシリンダ１と、このシリンダ１に出入りするピストンロッド３と、このピストンロッド３の先端部に保持されて上記液室Ｌを伸側室Ｌ１と圧側室Ｌ２とに区画するピストン２と、上記シリンダ１内の反ピストンロッド側に摺動可能に挿入されて上記液室Ｌと気体が封入される気室Ｇとを区画するフリーピストン４とを備える緩衝器Ｄと、この緩衝器Ｄのストロークを検出するストローク検出装置５とを備えている。そして、上記ストローク検出装置５は、上記フリーピストン４の軸方向の変位を検出するストロークセンサ５０と、当該検出された値から上記緩衝器Ｄのストロークを求めるストローク演算手段５１とを備えている。
【００１５】
以下、詳細に説明すると、本実施の形態に係る懸架装置は、二輪車や三輪車等の鞍乗型車両の前輪を懸架するフロントフォークである。当該フロントフォークの構成は周知であるので、詳細に図示しないが、前輪の両側に起立する一対の緩衝器（一方の緩衝器Ｄのみを図示し、他方の緩衝器を省略する）と、これらの緩衝器Ｄを連結するとともに車体の骨格となる車体フレームに連結される車体側ブラケット（図示せず）と、上記各緩衝器Ｄの下端部を前輪の車軸に連結する車輪側ブラケットＢとを備えており、一対の緩衝器Ｄで前輪を両側から支えている。なお、懸架装置は、一本の緩衝器Ｄで前輪を片持ち支持するフロントフォークや、後輪を懸架するリヤサスペンションであってもよく、また、自動車等の鞍乗型車両以外の懸架装置であってもよい。
【００１６】
本実施の形態において、一対の緩衝器Ｄは共通の構成を備えているので、以下、一方の緩衝器Ｄについてのみ詳細に説明する。なお、緩衝器Ｄの構成は適宜変更することが可能であり、一対の緩衝器Ｄの一方と他方が異なる構成を備えるとしてもよい。
【００１７】
上記緩衝器Ｄは、本実施の形態において、車体側チューブ９０と車輪側チューブ９１とからなるテレスコピック型のチューブ部材９を備えており、当該チューブ部材９が緩衝器Ｄの外殻となる。そして、車体側チューブ９０が車輪側チューブ９１よりも大径に形成されるとともに、車体側チューブ９０の外周に図示しない車体側ブラケットが固定され、車輪側チューブ９１の下端部に車輪側ブラケットＢが固定されているので、路面凹凸による衝撃が入力されると、車体側チューブ９０に車輪側チューブ９１が出入りして緩衝器Ｄがストロークする。なお、車輪側チューブ９１が車体側チューブ９０よりも大径に形成されて、車輪側チューブ９１に車体側チューブ９０が出入りするとしてもよい。
【００１８】
チューブ部材９において、車体側チューブ９０の上側開口はキャップ部材Ｃで塞がれ、車輪側チューブ９１の下側開口は車輪側ブラケットＢで塞がれ、車体側チューブ９０と車輪側チューブ９１の重複部の間に形成される筒状隙間は車体側チューブ９０の下端部内周に保持されて車輪側チューブ９１の外周面に摺接する環状のシール部材９２で塞がれているので、チューブ部材９は密閉され、内部に収容される作動液や気体が外側に漏れないようになっている。
【００１９】
また、緩衝器Ｄは、キャップ部材Ｃに筒状の連結部材１０を介して保持されて車体側チューブ９０の軸心部に起立するシリンダ１と、このシリンダ１の下側開口を塞ぐ環状のロッドガイド６と、車輪側ブラケットＢの底部に起立しロッドガイド６で軸支されながらシリンダ１に出入りするピストンロッド３と、このピストンロッド３の上端部（先端部）に固定されシリンダ１内に摺動可能に挿入されるピストン２と、シリンダ１の反ピストンロッド側の軸心部に起立するベースロッド８と、このベースロッド８の下端部に固定されるベース部材７と、ベースロッド８とシリンダ１との間に摺動可能に挿入される環状のフリーピストン４とを備えている。
【００２０】
そして、シリンダ１内には、作動液が充填される液室Ｌが形成されており、この液室Ｌは、ピストン２で区画される伸側室Ｌ１及び圧側室Ｌ２と、当該圧側室Ｌ２とベース部材７で区画される液溜室Ｌ３とからなる。作動液として、作動油と称される油や、水、水溶液等の液体が利用される。上記液溜室Ｌ３は、フリーピストン４で気体が封入される気室Ｇと区画されている。キャップ部材Ｃにシリンダ１を連結する連結部材１０には、通孔１０ａが形成されており、気体が通孔１０ａを通ってシリンダ１内外を自由に移動できるようになっている。また、シリンダ１の外側には、チューブ部材９との間に作動液が貯留されており（図示せず）、気室Ｇは、シリンダ１外における作動液の液面の上側から、シリンダ１内におけるフリーピストン４の上側にかけて形成されている。
【００２１】
気室Ｇには、気体が圧縮されながら封入されており、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するとともに、作動液を加圧している。キャップ部材Ｃには、気室Ｇに気体を吸排するエアバルブＶが設けられているので、このエアバルブＶで気室Ｇの気体量を調節できる。なお、シリンダ１内外で気室Ｇを区画し、シリンダ１外の気室を懸架ばね用、シリンダ１内の気室を作動液加圧用として、シリンダ１内外の気室の機能を別けるとしてもよい。この場合には、エアバルブを二つ設け、シリンダ１内外の気室に別々に気体を吸排できるようにすることが好ましい。また、本実施の形態において、懸架ばねはエアばねからなるが、コイルばねからなるとしてもよい。
【００２２】
ピストン２とロッドガイド６との間には、コイルばねからなるバランスばねＳ１と、伸切ばねＳ２が設けられている。バランスばねＳ１は、比較的長く形成されており、緩衝器Ｄの最伸長時における懸架ばね（気室Ｇ）の反力を相殺できるようになっている。また、伸切ばねＳ２は、比較的短く形成されており、緩衝器Ｄの最伸長時の衝撃を緩和する。
【００２３】
もどって、伸側室Ｌ１と圧側室Ｌ２とを区画するピストン２には、伸側室Ｌ１と圧側室Ｌ２を連通する伸側ピストン通路２ａと圧側ピストン通路２ｂが形成されるとともに、伸側ピストン通路２ａを伸側室Ｌ１から圧側室Ｌ２に移動する作動液の流れを許容し、この反対方向の流れを阻止する伸側減衰弁２０と、圧側ピストン通路２ｂを圧側室Ｌ２から伸側室Ｌ１に移動する作動液の流れを許容し、この反対方向の流れを阻止する圧側逆止弁２１が積層されている。本実施の形態において、伸側減衰弁２０が伸側ピストン通路２ａを通過する作動液に与える抵抗は比較的大きく、圧側逆止弁２１が圧側ピストン通路２ｂを通過する作動液に与える抵抗は比較的小さくなるように設定されている。しかし、ピストン２に積層される弁の仕様は所望の減衰力の特性に応じて適宜変更できる。
【００２４】
圧側室Ｌ２と液溜室Ｌ３とを区画するベース部材７には、圧側室Ｌ２と液溜室Ｌ３を連通する伸側ベース部材通路７ａと圧側ベース部材通路７ｂが形成されるとともに、伸側ベース部材通路７ａを液溜室Ｌ３から圧側室Ｌ２に移動する作動液の流れを許容し、この反対方向の流れを阻止する伸側逆止弁７０と、圧側ベース部材通路７ｂを圧側室Ｌ２から液溜室Ｌ３に移動する作動液の流れを許容し、この反対方向の流れを阻止する圧側減衰弁７１が積層されている。本実施の形態において、伸側逆止弁７０が伸側ベース部材通路７ａを通過する作動液に与える抵抗は比較的小さく、圧側減衰弁７１が圧側ベース部材通路７ｂを通過する作動液に与える抵抗は比較的大きくなるように設定されている。しかし、ベース部材７に積層される弁の仕様も所望の減衰力の特性に応じて適宜変更できる。
【００２５】
液溜室Ｌ３と気室Ｇとを区画するフリーピストン４は、環状に形成される本体部４ａと、この本体部４ａの外周に取り付けられてシリンダ１の内周面に摺接する環状の外周シール４ｂと、本体部４ａの内周に取り付けられてベースロッド８の外周面に摺接する環状の内周シール４ｃとを備えており、ベース部材７とキャップ部材Ｃとの間を軸方向に移動できる。
【００２６】
つづいて、上記緩衝器Ｄのストロークは、ストローク検出装置５で検出することができ、当該ストローク検出装置５は、フリーピストン４の軸方向の変位を検出するストロークセンサ５０と、このストロークセンサ５０で検出された値を基に緩衝器Ｄのストロークを求めるストローク演算手段５１とを備えている。
【００２７】
ストロークセンサ５０は、キャップ部材Ｃに保持される筒状のセンサシリンダ５０ａと、フリーピストン４に保持されてセンサシリンダ５０ａに出入りするセンサロッド５０ｂとを備えるとともに、センサシリンダ５０ａに対するセンサロッド５０ｂの変位を電気信号として出力するように設定されている。このセンサロッド５０ｂの変位は、フリーピストン４の軸方向の変位に等しい。
【００２８】
緩衝器Ｄのストロークは、ピストンロッド３のシリンダ１に対する変位に等しく、当該ピストンロッド３の変位をＮ、フリーピストン４の変位をＭ、ピストンロッド３の径方向の断面積をＸ１、フリーピストン４の径方向の断面積をＸ２とすると、Ｎ＝Ｍ×Ｘ２／Ｘ１となり、フリーピストン４の軸方向の変位Ｍから緩衝器Ｄのストロークを算出できる。本実施の形態において、当該演算を行うストローク演算手段５１は、車載のコントロールユニットからなる。
【００２９】
つづいて、本実施の形態に係る懸架装置の作動について説明する。
【００３０】
車輪側チューブ９１が車体側チューブ９０から退出するとともに、ピストンロッド３がシリンダ１から退出して緩衝器Ｄの伸長方向にストロークすると、縮小される伸側室Ｌ１の作動液は、伸側減衰弁２０を開き、伸側ピストン通路２ａを通って圧側室Ｌ２に移動するので、緩衝器Ｄは、伸側減衰弁２０の抵抗に起因する伸側減衰力を発生する。
【００３１】
また、緩衝器Ｄが伸長方向にストロークする場合、シリンダ１から退出したピストンロッド体積分（＝Ｎ×Ｘ１）、シリンダ内容積が増加するので、この分の作動液が伸側逆止弁７０を開き、伸側ベース部材通路７ａを通って液溜室Ｌ３から圧側室Ｌ２に移動する。このため、フリーピストン４が図１中下側に移動して、センサロッド５０ｂがセンサシリンダ５０ａから退出し、ストロークセンサ５０がフリーピストン４の変位Ｍを検出するとともに、ストローク演算手段５１が当該検出された値（Ｍ）から、緩衝器Ｄのストロークを求める（Ｎ＝Ｍ×Ｘ２／Ｘ１）。
【００３２】
反対に、車輪側チューブ９１が車体側チューブ９０に進入するとともに、ピストンロッド３がシリンダ１に進入して緩衝器Ｄが圧縮方向にストロークすると、縮小される圧側室Ｌ２の作動液は、圧側逆止弁２１を開き、圧側ピストン通路２ｂを通って伸側室Ｌ１に移動する。
【００３３】
また、緩衝器Ｄが圧縮方向にストロークする場合、シリンダ１に進入したピストンロッド体積分（＝Ｎ×Ｘ１）、シリンダ内容積が減少するので、この分の作動液が圧側減衰弁７１を開き、圧側ベース部材通路７ｂを通って圧側室Ｌ２から液溜室Ｌ３に移動する。このため、緩衝器Ｄは、圧側逆止弁２１及び圧側減衰弁７１の抵抗に起因する圧側減衰力を発生する。このとき、フリーピストン４は図１中上側に移動してセンサロッド５０ｂがセンサシリンダ５０ａに進入し、ストロークセンサ５０がフリーピストン４の変位Ｍを検出するとともに、ストローク演算手段５１が当該検出された値（Ｍ）から、緩衝器Ｄのストロークを求める（Ｎ＝Ｍ×Ｘ２／Ｘ１）。
【００３４】
つづいて、本実施の形態に係る懸架装置の作用効果について説明する。
【００３５】
本実施の形態において、気室Ｇには、気体が圧縮されながら封入されており、当該気体圧力でフリーピストン４を介して液室Ｌを加圧している。
【００３６】
上記構成によれば、減衰力発生の応答性を良好にすることができるとともに、フリーピストン４とキャップ部材Ｃとの間が気室Ｇとなっているので、この部分をストロークセンサ５０の収容スペースとして有効に利用することができる。しかし、フリーピストン４とキャップ部材Ｃとの間にコイルばねを介装し、このコイルばねで液室Ｌを加圧するとしてもよい。
【００３７】
また、本実施の形態において、緩衝器Ｄは、車体側チューブ９０と車輪側チューブ９１とからなるテレスコピック型のチューブ部材９と、上記車体側チューブ９０の上側開口を塞ぐキャップ部材Ｃとを備えている。そして、シリンダ１は、キャップ部材Ｃに保持されて上記車体側チューブ９０の軸心部に起立する。また、ストロークセンサ５０は、キャップ部材Ｃに保持される筒状のセンサシリンダ５０ａと、フリーピストン４に保持されて上記センサシリンダ５０ａに出入りするセンサロッド５０ｂとを備えており、上記センサシリンダ５０ａに対する上記センサロッド５０ｂの変位を電気信号として出力するように設定されている。
【００３８】
上記構成によれば、ストロークセンサ５０をばね上に配置できるので、路面凹凸による衝撃がストロークセンサ５０に伝わることを抑制できる。なお、この場合、シリンダ１が車体側に連結されるとともに、ピストンロッド３が車輪側に連結されて、緩衝器Ｄが倒立型となるが、ピストンロッド３を車体側に連結するとともにシリンダ１を車輪側に連結して、緩衝器Ｄを正立型にしてもよい。また、本実施の形態においては、キャップ部材Ｃにセンサシリンダ５０ａを保持させるとともに、フリーピストン４にセンサロッド５０ｂを保持させているが、逆に、キャップ部材Ｃにセンサロッド５０ｂを保持させるとともに、フリーピストン４にセンサシリンダ５０ａを保持させるとしてもよい。さらに、ストロークセンサ５０の構成も、上記の限りではなく、フリーピストン４の軸方向の変位Ｍを検出することが可能な限りにおいて、適宜変更することができる。
【００３９】
また、本実施の形態において、懸架装置は、内部に作動液が充填される液室Ｌが形成されるシリンダ１と、このシリンダ１に出入りするピストンロッド３と、このピストンロッド３の先端部に保持されて上記液室Ｌを伸側室Ｌ１と圧側室Ｌ２とに区画するピストン２と、上記シリンダ１内の反ピストンロッド側に摺動可能に挿入されて上記液室Ｌと気体が封入される気室Ｇとを区画するフリーピストン４とを備える緩衝器Ｄと、この緩衝器Ｄのストロークを検出するストローク検出装置５とを備えている。そして、上記ストローク検出装置５は、上記フリーピストン４の軸方向の変位Ｍを検出するストロークセンサ５０と、当該検出された値（Ｍ）から上記緩衝器Ｄのストロークを求めるストローク演算手段５１とを備えている。
【００４０】
上記構成によれば、フリーピストン４の軸方向の変位Ｍから緩衝器Ｄのストロークを算出することで、当該緩衝器Ｄのストロークを直接ストロークセンサ５０で検出する場合と比較してストロークセンサ５０を小型化することができ、延いては、ストローク検出装置５を小型化することができる。
【００４１】
また、上記構成によれば、フリーピストン４がシリンダ１内に挿入される緩衝器Ｄであっても、気室Ｇを利用してストロークセンサ５０を取り付けられるので、ストローク検出装置５の取り付けが容易になる。
【００４２】
また、上記構成によれば、作動液が充填される液室Ｌと気体が封入される気室Ｇとをフリーピストン４で区画する緩衝器Ｄであっても、フリーピストン４の軸方向の変位Ｍは、緩衝器Ｄのストロークに対して直線的に変化するので、ストロークセンサ５０で検出された値から正確な緩衝器Ｄのストロークを求めることができる。
【００４３】
以上、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明したが、特許請求の範囲から逸脱することなく改造、変形及び変更を行うことができることは理解すべきである。
【符号の説明】
【００４４】
Ｃ  キャップ部材
Ｄ  緩衝器
Ｇ  気室
Ｌ  液室
Ｌ１  伸側室
Ｌ２  圧側室
１  シリンダ
２  ピストン
３  ピストンロッド
４  フリーピストン
５  ストローク検出装置
９  チューブ部材
５０  ストロークセンサ
５０ａ  センサシリンダ
５０ｂ  センサロッド
５１  ストローク演算手段
９０  車体側チューブ
９１  車輪側チューブ
【図１】
2015052335.tif 000003