(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷重を支持するための空気ばねであって、
使用において圧力ガスを保持するためのチャンバ、
使用において荷重からの力を前記圧力ガスに伝達するように構成された荷重支持面、
ベローズ、および
ピストン、
を有し、
前記チャンバが、前記空気ばねのばね定数を下げるため、吸着材料の集積を収納するものであり、
前記チャンバが、使用の際に容積が変化するとともに前記ベローズ内に設けられた第１のサブチャンバと、固定容積を有するとともに前記ピストン内に設けられた第２のサブチャンバとを有するものであり、
前記吸着材料の集積が活性炭を含むことを特徴とする空気ばね。
【請求項２】
荷重を支持するための空気ばねであって、
使用において圧力ガスを保持するためのチャンバ、
使用において荷重からの力を前記圧力ガスに伝達するように構成された荷重支持面、
ベローズ、および
ピストン、
を有し、
前記チャンバが、前記空気ばねのばね定数を下げるため、吸着材料の集積を収納するものであり、
前記チャンバが、使用の際に容積が変化するとともに前記ベローズ内に設けられた第１のサブチャンバと、固定容積を有するとともに前記ピストン内に設けられた第２のサブチャンバとを有するものであり、
前記空気ばねが前記吸着材料の集積を収納するためのバリアを有し、前記バリアが前記吸着材料の集積と前記チャンバの残余空間の間の流体流通を可能にすることを特徴とする空気ばね。
【請求項３】
荷重を支持するための空気ばねであって、
使用において圧力ガスを保持するためのチャンバ、
使用において荷重からの力を前記圧力ガスに伝達するように構成された荷重支持面、
ベローズ、および
ピストン、
を有し、
前記チャンバが、前記空気ばねのばね定数を下げるため、吸着材料の集積を収納するものであり、
前記チャンバが、使用の際に容積が変化するとともに前記ベローズ内に設けられた第１のサブチャンバと、固定容積を有するとともに前記ピストン内に設けられた第２のサブチャンバとを有するものであり、
前記空気ばねが前記吸着材料の集積と前記チャンバの残余空間の間に１つ以上の制限開口を有することを特徴とする空気ばね。
【請求項４】
荷重を支持するための空気ばねであって、
使用において圧力ガスを保持するためのチャンバ、
使用において荷重からの力を前記圧力ガスに伝達するように構成された荷重支持面、
ベローズ、および
ピストン、
を有し、
前記チャンバが、前記空気ばねのばね定数を下げるため、吸着材料の集積を収納するものであり、
前記チャンバが、使用の際に容積が変化するとともに前記ベローズ内に設けられた第１のサブチャンバと、固定容積を有するとともに前記ピストン内に設けられた第２のサブチャンバとを有するものであり、
前記空気ばねが可逆スリーブ型空気ばねであり、
前記可逆スリーブ型空気ばねがピストンを有し、前記ピストンが前記吸着材料の集積を収納するものであることを特徴とする空気ばね。
【請求項５】
前記吸着材料の集積が粒状材料を含むことを特徴とする請求項２から４いずれか１項に記載の空気ばね。
【請求項６】
前記吸着材料の集積が活性炭を含むことを特徴とする請求項２から４いずれか１項に記載の空気ばね。
【請求項７】
前記活性炭が１５００ｍ２/ｇをこえるＮ２表面積を有することを特徴とする請求項１または６に記載の空気ばね。
【請求項８】
前記活性炭が市販タイプの、Ｃｈｅｍｖｉｒｏｎ（登録商標）社のＳＲＤ １０-０５４，ＳＲＤ ０９-００６及びＳＲＤ ０９-０１０の内の１つであることを特徴とする請求項１または６に記載の空気ばね。
【請求項９】
前記吸着材料の集積が前記空気ばねの設計容積の、２％と９０％の間、５％と７５％の間、１０％と５０％の間、１５％と４０％の間及び３０％と４０％の間の内の１つに等価な前記チャンバの容積を占めることを特徴とする請求項１から８いずれか１項に記載の空気ばね。
【請求項１０】
前記チャンバが加圧され、前記荷重支持面が荷重に取り付けられていることを特徴とする請求項１から９いずれか１項に記載の空気ばね。
【請求項１１】
前記ピストンが前記空気ばねの設計容量の１/３を占めるように前記吸着材料の集積で満たされていることを特徴とする請求項４に記載の空気ばね。
【請求項１２】
前記吸着材料の集積を収納し、前記吸着材料の集積と前記チャンバの残余空間の間の流体の流れを可能にするためのピストンリッドが備えられ、前記ピストンリッドが、前記吸着材料の集積へのガスの正味の出入りを可能にするように配された、ガーゼ、メッシュ、フィルタグリル及び柔軟な弾性膜の内の１つを有し得ることを特徴とする請求項４に記載の空気ばね。
【請求項１３】
前記ピストンリッドはオリフィスを定めるオリフィスプレートとすることができ、前記オリフィスが実質的に半球形のメッシュによって前記吸着材料の集積から保護され、前記オリフィスプレートが、前記半球形メッシュが取り付けられている、オリフィスリベットを有することを特徴とする請求項１２に記載の空気ばね。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は空気ばねに関する。詳しくは、本発明は荷重を支持するために車輌または工業用途に用いるための、ガス入りストラット及び空気タイヤホイールを含む、空気ばねに関する。
【背景技術】
【０００２】
空気ばねは１９３０年代末期に車輌サスペンションシステムに用いるためのさらに効率的なばね、すなわち振動絶縁装置としてファイアストーン(Firestone)（登録商標）社によって開発された。例えば、本明細書に参照として含められる、特許文献１を参照されたい。ファイアストーン社の空気ばねが名付けられているように、エアライド(Airide)（登録商標）は車輌に伝達される路面衝撃及び振動の大きさをサスペンションが減じるための手段を提供した。
【０００３】
１９５０年代初期には、多年の実験及び製品開発の後、空気ばねを備えたバスの生産が始まった。バス用途における空気ばねの成功はトラック及びトレーラー用途への、また工業における衝撃／振動絶縁用途及びアクチュエータ用途へも、新たな関心を高めた。
【０００４】
この結果、今日道路を走行しているほとんど全てのバス及び多くのトラック及びトレーラーは今では空気ばねに載っている。空気ばねは自動車用途において、また工業用途においても、ますます普通になっている。
【０００５】
空気ばねのばね定数及び固有振動数と絶縁有効性の間には直接の関係があることが知られている。
【０００６】
一般に、ばね定数または固有振動数が小さくなるほど、優れた絶縁装置になる。
【０００７】
例えば、二重コンボリュート型空気ばねは通常、与えられた圧力において、単コンボリュート型空気ばねより小さいばね定数及び固有振動数を有する。補助貯気槽を付加することにより空気ばねのばね定数及び固有振動数を小さくし、したがって絶縁有効性を高めることが知られている。もちろん、空気ばねと貯気槽の間には自由な空気流がなければならず、貯気槽は空気ばねの可能な限り近くに設置されるべきである。
【０００８】
貯気槽の使用は費用がかかり、嵩張って重く、荷重支持システムの保守費用を高める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第２２０８５３７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、従来技術の上述した欠点の１つ以上を軽減または排除すると同時に、空気ばねのばね定数を下げる手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明にしたがえば、添付される特許請求の範囲に述べられるような、使用、方法及び空気ばねが提供される。本発明のその他の特徴は従属請求項及び以下の説明から明らかであろう。
【００１２】
本発明にしたがえば、ばね定数を小さくするための、荷重を支持するために用いられる空気ばねにおける吸着材料の使用が提供される。
【００１３】
また、空気ばねを設計する方法も提供され、本方法はばね定数の所望の低下を達成するために空気ばねの荷重支持チャンバ内に入れる吸着材料の量を決定する工程を含む。
【００１４】
本発明にしたがえば、荷重を支持するための空気ばねが提供され、本空気ばねは、使用において加圧ガスを保持するためのチャンバ及び使用において荷重からの力を加圧ガスに伝達するように構成された荷重支持面を備え、チャンバの特徴は空気ばねのばね定数を低下させるための量の吸着材料を収めていることである。
【００１５】
ここで、術語「空気ばね」は、空気またはガスのいずれが満たされているかにかかわらず、空気ばね、ガス入りストラット及び空気タイヤホイールを含む。また、術語「加圧された」は大気圧より高い圧力にあることを意味するとされる。術語「ばね定数」はばねの力対変位曲線の勾配を意味する。
【００１６】
吸着材料には粒状材料を含めることができる。
【００１７】
吸着材料は活性炭を含むことが好ましい。活性炭は１５００ｍ２/ｇをこえるＮ２表面積を有することが好ましい。活性炭は、Ｃｈｅｍｖｉｒｏｎ（登録商標）社から市販されている、ＳＲＤ １０-０５４，ＳＲＤ ０９-００６及びＳＲＤ ０９-０１０のうちの１つであることが好ましい。活性炭はＣｈｅｍｖｉｒｏｎ社のＳＲＤ １０-０５４であることが好ましい。
【００１８】
本発明の一実施形態において、活性炭の集積は空気ばねの設計容積の０.２％と９０％の間と等価なチャンバの容積を占める。集積活性炭は、空気ばねの設計容積の５％と７５％の間、１０％と５０％の間、１５％と４０％の間及び３０％と４０％の間の１つに等価なチャンバの容積を占めることが好ましい。
【００１９】
ここで、術語「設計容積」は、空気ばねが製造業者の推奨設計位置に取り付けられたときのチャンバの容積を意味する。
【００２０】
空気ばねは吸着材料とチャンバの残余空間の間に１つ以上の制限開口を有することができる。ここで、術語「制限開口」は空気ばねに防振させるに十分な流体の流れに対する抵抗をつくるに十分に小さな開口を意味する。
【００２１】
チャンバは加圧され、荷重支持面は負荷に取り付けられることが好ましい。チャンバは少なくとも１ｂａｒｇ（大気圧より１００ｋＰａ高い）のゲージ圧に加圧されることが好ましい。チャンバは、１ｂａｒｇ（大気圧より１００ｋＰａ高い）と１０ｂａｒｇ（大気圧より１ＭＰａ高い）の間、２ｂａｒｇ（大気圧より２００ｋＰａ高い）と８ｂａｒｇ（大気圧より８００ｋＰａ高い）の間、３ｂａｒｇ（大気圧より３００ｋＰａ高い）と６ｂａｒｇ（大気圧より６００ｋＰａ高い）の間の内の１つに加圧されることが好ましい。
【００２２】
チャンバは空気で加圧されることが好ましい。しかし、別の構成において、チャンバは別のガス、例えば実質的に二酸化炭素からなるガスまたは実質的に窒素からなるガスで加圧することができる。
【００２３】
一実施形態例において、空気ばねは可逆スリーブ型空気ばねである。ピストンが吸着材料を収めることが好ましい。この場合、吸着材料を収めるが吸着材料と残余チャンバ領域の間の流体の流れを可能にするために、ピストンリッドが備えられる。ピストンリッドはこの目的のためにガーゼまたはメッシュまたはフィルタグリルを有することができる。ピストンリッドは吸着材料を出入りするガスの正味の運動を可能にするように構成された柔軟な弾性膜であることが好ましい。さらに、またはあるいは、ピストンリッドはオリフィスを定めるオリフィスプレートとすることができる。オリフィスは実質的に半球形のメッシュによって吸着材料から保護されることが好ましい。オリフィスプレートは半球形メッシュが取り付けられているオリフィスリベットを有することが好ましい。本実施形態例において、ピストンは空気ばねの設計容積のほぼ１/３を占めるように吸着材料で満たされることが好ましい。
【００２４】
可逆スリーブ空気ばねの関連実施形態例において、ベローズが吸着材料のためのケーシングを有し、吸着材料はケーシング内に収められる。ケーシングは空気ばねが完全に圧縮されたときにベローズに残される空間だけを占めるように構成される。一例において、ケーシングは円環形であり、空気ばねのベローズまたは上部ビードプレートに、あるいはベローズ及び上部ビードプレートのいずれにも、取り付けられる。ケーシングは弾性部材によって取り付けられることが好ましい。本実施形態例において、吸着材料は空気ばねの設計容積の１/３までを占め、好ましくは空気ばねの設計容積の１５％程度を占める。
【００２５】
本発明の別の関連実施形態において、ピストン及びベローズのいずれもが上述したような吸着材料を収める。
【００２６】
一実施例において、空気ばねはコンボリュート型空気ばねである。空気ばねはバンパーを有し、バンパーは、吸着材料とチャンバの残余空間の間の流体の流れを可能にするための、少なくとも１つの、ガーゼ付またはメッシュ付またはフィルタ付の開口を有することが好ましい。バンパーはバンパーを巡って上部から底部まで走るスパイラルスロットを定め、よって中空バンパーばねを形成する、螺旋壁体を有することが好ましい。中空バンパーばねは螺旋壁体と吸着材料の間にガーゼまたはメッシュまたはフィルタのバリアを有することが好ましい。
【００２７】
一実施形態例において、空気ばねはガス入りストラットであり、ガス入りストラットはロッド及び、さらに、ガス入りストラットのストロークに沿って一層線形のばね定数を付加的に生じさせる量の吸着材料を有する。吸着材料はガス入りストラットのロッドに対向する側の末端区画内に収められることが好ましい。吸着材料は、吸着材料とチャンバの残余空間の間の流体の流れを可能にするため、ガーゼまたはメッシュまたはフィルタによって収められることが好ましい。バリアは吸着材料を出入りするガスの正味の運動を可能に知るように構成された柔軟な弾性膜であることが好ましい。オリフィスを有するオリフィスプレートが吸着材料を収めるために配されることが好ましい。オリフィスはガス入りストラットに防振させるに十分な流体の流れに対する抵抗を生じさせるに十分に小さいことが好ましい。
【００２８】
一実施形態例において、空気ばねは、リム及びタイヤを有し、振動絶縁を高めるためにばね定数を低下させる量の吸着材料を有する、空気タイヤホイールである。吸着材料の量は、チャンバの２０％と３０％の間であることが好ましい。タイヤのトレッドまたは壁の作用を妨げずに可能な限り多くの吸着材料が用いられることが好ましいが、一般に吸着材料の量はチャンバの容積の３０％程度であると考えられ、本実施形態におけるチャンバはリム及びタイヤで定められている。吸着材料はチャンバの周縁に配されたセグメントに収められる。吸着材料はリムに隣接していることが好ましい。吸着材料を所定の場所に保持するため、リムにかけてメッシュが広がることが好ましい。吸着材料は布製ケーシング内に保持されることが好ましい。
【００２９】
若干異なる実施形態において、空気タイヤホイールは、空気タイヤホイール内の圧力がゼロの場合に空気タイヤホイールの動作を可能にするための、リムに取り付けられた強化リングを有する。吸着材料は強化リング内に収められ、強化リングは、吸着材料とチャンバの残余空間の間の流体の流れを可能にするための、少なくとも１つの流路を有する。少なくとも１つの流路は、十分に小さく、よって空気タイヤホイールに防振させるに十分な流体の流れに対する抵抗を生じさせる、オリフィスである。強化リングはセグメント構成であり、それぞれのセグメントに少なくとも１つの流路が配置される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は可逆スリーブ型空気ばねの斜視破断図である。
【図２】図２は本発明の第１の実施形態にしたがう可逆スリーブ型空気ばねの斜視破断図である。
【図３】図３は本発明の第２の実施形態にしたがう可逆スリーブ型空気ばねの斜視破断図である。
【図４】図４はコンボリュート型空気ばねの斜視破断図である。
【図５】図５は本発明の第３の実施形態にしたがうコンボリュート型空気ばねの斜視破断図である。
【図６】図６は本発明の第４の実施形態にしたがう、オリフィスプレートを有するように改変された、図２の可逆スリーブ型空気ばねの斜視破断図である。
【図７】図７は本発明の第５の実施形態にしたがうリベットの斜視破断図である。
【図８】図８は本発明の第６の実施形態にしたがうガス入りストラットの斜視破断図である。
【図９】図９は本発明の第７の実施形態にしたがう空気タイヤホイールの斜視破断図である。
【図１０】図１０は本発明の第８の実施形態にしたがうランフラットタイヤの斜視破断図である。
【図１１】図１１は、空の及び活性炭で半分満たされた、密閉１リットル容器に注入されるモル数に対する圧力を決定するための実験の結果を示す。
【図１２】図１２は、３つのタイプの活性炭で半分満たされた、密閉１リットル容器に注入されるモル数に対する圧力を決定するための実験の結果を示す。
【図１３】図１３は、空の及び活性炭で半分満たされた、密閉容器のばね定数を決定するための実験の結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明のさらに良い理解のため、及び実施形態例がどのように実行され得るかを示すため、添付図面がここで参照される。
【００３２】
本発明のいくつかの実施形態がここで説明される。本発明は初めに一般的な空気ばねに適用される。次いで、本発明はガス入りストラットに適用され、最後に空気タイヤホイールに適用される。これらの装置の全ては、本発明の説明及び特許請求のため、空気ばねであると見なされる。
【００３３】
図１は空気ばね１を示し、特に可逆スリーブ型空気ばねまたはローリングローブ型空気ばねを示す。空気ばね１は、空気ばねの普通の設計者には知られているであろうように、上部ビードプレート１０，ベローズ２０及び下面（本明細書では説明を容易にするために下部ビードプレート４０と呼ばれる）を有するピストン３０を備える。上部ビードプレート１０，ベローズ２０及びピストン３０によってチャンバ５０が定められ、チャンバ５０は通常、使用において、荷重を支持するために加圧ガスを収める。チャンバの内部圧力または空気ばねの高さが制御され得るように、加圧ガス源また排気をチャンバに接続するため、空気流入口（図示せず）が用いられることが多い。空気ばねの一利点は、特定の用途または必要に適するように高さを調節できることである。負荷（図示せず）は、通常、それぞれの取付けプレート（図示せず）を介して上部ビードプレート１０または下部ビードプレート４０の一方に取り付けられる。ピストンリッド３２が、ピストン３０をチャンバ５０から隔てる。
【００３４】
本発明にしたがえば、空気ばね１のばね定数及び固有振動数を下げるような態様で吸着材料が用いられる。空気ばね１のばね定数及び固有振動数を下げることで空気ばね１の絶縁有効性が高められる。車輌用途においては滑らかな乗り心地が達成される。工業用途においてはより優れた振動の遮断または絶縁が達成される。ガス入りストラット用途においては一層線形のばね定数が達成される。
【００３５】
特に、空気ばね１のばね定数及び固有振動数を下げるため、吸着材料の集積がチャンバ５０の内部に入れられる。集積吸着材料は、空気流入口（図示せず）の閉塞を避け、ベローズ２０または空気ばね１のいずれの可動部の作用の過度の妨害または制限も避けるような態様で、チャンバ５０内に配される。
【００３６】
本発明の第１の実施形態説明例が、図１の可逆スリーブ空気ばね１の改変形態を示す、図２を参照して説明される。この場合、空気ばね１は空気のピストン３０内への移動を可能にするように構成された流路６０を有する。チャンバ５０は実効的に２つのサブチャンバ５２，５４にさらに分割される。第１のサブチャンバ５２は概ねベローズ２０内にあり、使用において変化する容積を有する。第２のサブチャンバ５４は概ねピストン３０内にあり、固定容積を有する。本発明を達成するため、ピストン３０または第２のサブチャンバ５４は、少なくともある程度、吸着材料７０の集積で満たされる。
【００３７】
集積吸着材料７０はばね定数及び固有振動数の所望の低下をもたらすように選ばれるべきである。この第１の実施形態説明例においては、ピストン３０または第２のサブチャンバ５４の全体が集積吸着材料で満たされる。しかし、ピストン容積の５％と１００％の間を占めるいずれかの量の集積吸着材料も改善をもたらすであろう。
【００３８】
吸着材料が空気ばね１のばね定数及び固有振動数を低下させる理由についてのさらなる情報は本明細書で後に与えられる。
【００３９】
第２のサブチャンバ６４に吸着材料７０を収めるために改変されたピストンリッド３４が用いられる。改変されたピストンリッド３４は、第１のサブチャンバ５２と第２のサブチャンバ５４の間の空気の流通を可能にするため、目のつんだガーゼまたは工業用フィルタ織布の部分を有する。
【００４０】
一般に、ピストン（第２のサブチャンバ５４）の容積は、空気ばね１の設計容積のほぼ１/３を占める。出願人等によって得られた実験結果によれば、ピストン容積を完全に吸着材料で満たすと、６ｂａｒｇ（大気圧より６００ｋＰａ高い）の内部圧力において、空の空気ばね１のばね定数の２/３までのばね定数の低下（または緩和）が得られる。言い換えれば、チャンバ５０のほぼ１/３を吸着材料７０で満たすと、６ｂａｒｇ（大気圧より６００ｋＰａ高い）の内部圧力においてほぼ１/３までのばね定数低下が得られる。既知の手法を用いて１/３のばね定数緩和を達成するには、貯気槽により、チャンバ５０の容積の１/２をチャンバ容積にさらに追加する必要がある。吸着材料７０の付加の結果、空気ばね１の単位寸法当たりの振動絶縁が改善される。また、本発明の効果を別の観点から見ると、与えられた目的に対してかなり小さな空気ばね１を、同じ振動絶縁を達成しながら、用いることができる。したがって、本発明にしたがう空気ばね１を用いるサスペンションシステムは、従来の空気ばねと比較して、一層優れた性能を示すことができ、あるいはより小さくすることができ、安価にすることができ、装着及び保守が容易になり得る。
【００４１】
出願人等は、ばね定数の緩和の度合いが、動作振動数が高くなるにつれて低下することにも気付いた。例えば、１Ｈｚ及び６ｂａｒｇ（大気圧より６００ｋＰａ高い）においては、通常の（すなわち、吸着材料７０を有していない同等の空気ばね１と比較すると）７１％の緩和ばね定数が見られた。１０Ｈｚ及び６ｂａｒｇ（大気圧より６００ｋＰａ高い）においては、７７％の緩和ばね定数が見られた。出願人等は、ばね定数への吸着材料７０の効果へのこの制限は、吸着材料７０の吸着率への制限の結果であると考えている。
【００４２】
出願人等は、ばね定数の緩和の度合いが、圧力を低くするにつれて大きくなることにも気付いた。例えば、０.５ｂａｒｇ（大気圧より５０ｋＰａ高い）の内部圧力においては、５５％の緩和ばね定数が見られた。
【００４３】
試験及び概念実証実験中の吸着材料７０は十分に活性化した炭素であり、さらに詳しくは、Ｃｈｅｍｖｉｒｏｎ社の、ＳＲＤ １０-０５４，ＳＲＤ ０９-００６及びＳＲＤ ０９-０１０であった。しかし、出願人等はいずれの吸着材料７０も適していると考えている。特に、多孔質吸着材料が適していると考えられる。例えば、シリカゲル及びゼオライトが活性炭の信頼できる代替であると考えられる。
【００４４】
動作の振動数が高くなるにともなう緩和の低下の効果に対抗するため、出願人等は、炭素粉末のような、微細粒状炭素が粒状活性炭の８倍までの速い吸着速度を有することに気付いた。
【００４５】
本発明の第２の実施形態説明例は、図１の可逆スリーブ型空気ばね１の改変形態を示す、図３を参照して説明される。この場合、図２の第１の実施形態説明例とは異なり、ピストン３０は図１にも示されるピストンリッド３２を有する。
【００４６】
ピストン３０内に集積吸着材料を有する代わりに、集積吸着材料７０は、本例では、上部ビードプレート１０，ベローズ３０及びピストン３０によって定められるチャンバ５０（図２の第１のサブチャンバ５２）内のピストン３０の外側に保持される。吸着材料７０を収めているケーシング７２が、空気流入口（図示せず）の閉塞を避け、ベローズ２０または空気ばね１のいずれの可動部の作用の過度の妨害または制限も避けるような態様で、チャンバ５０内に配される。
【００４７】
詳しくは、空気ばね１が完全に圧縮された状態にあるときに空で残される空間の実質的に全てを占めるように、円環形またはリング状のケーシング７２が用いられるが、空気ばね１が純粋に軸方向の運動に用いられている場合には特に、ケーシング７２をより小さくすることができ、あるいは、吸着材料の圧潰を防止するような他の適する形状とすることができる。
【００４８】
ケーシング７２は、弾性化結束部材（図示せず）を用いてベローズ２０に、内表面２２上で上部ビードプレート１０に隣接して取り付けられる。しかし、ケーシング７２は、上部ビードプレート１０に隣接して配されたベローズの下側に、または上部ビードプレート１０自体に、あるいはベローズ２０の上部ビードプレート１０のいずれにも、取り付けることができる。
【００４９】
ケーシング７２は、チャンバ５０内の空気のケーシング７２内の吸着材料との流通を可能にするため、目のつんだガーゼまたは工業用フィルタ織布の部分を有する。本例において、ケーシング７２のチャンバに面する表面の全体が目のつんだガーゼまたは工業用フィルタ織布からなる。そのような構成は、高振動数におけるばね定数の低下に特に有用である。この有用性は、小さいかまたは微細な吸着材料７０を一層有効に用い得るからである。詳しくは、吸着材料７０の深さが制限されるであろうし、チャンバ５０内部のガスと直接に接触する材料７０の表面積がより大きくなるであろう。出願人等は、より小さいかまたは微細な吸着材料７０の高充填密度が、ガスが吸着材料７０からの出入りを繰り返すときに、最大有効深さが得られ、本実施形態での問題が克服されることを意味する、より大きな圧力降下を生じさせることに気付いた。
【００５０】
この場合も、吸着材料７０の量は、空気ばね１の物理的限界内で、ばね定数及び固有振動数の所望の低下が得られるように選ばれる。本例において、ピストン３０は下部ビードプレート４０に隣接するピストン３０の下端においてピストン３０から外側に向けて広がるフレア端部３６を有する。フレア端部３６は、ベローズ２０がフレア端部３６に移動したときに空気ばね１のばね定数を大きくするように作用し、空気ばね設計者は空気ばね１に含めるべき吸着材料の正しい量の決定に際してこの因子を考慮しなければならない。
【００５１】
チャンバ５０の可能な多くを吸着材料７０で満たすことでばね定数及び固有振動数の大きな低下が達成される。ピストン３０の充填（図２）及びケーシング７２の使用（図３）の両者により、ばね定数の大きな低下が達成される。したがって、空気ばね１内の吸着材料７０の占有率を高めるため、図２及び３に示される本発明の第１及び第２の実施形態を併合することができる。
【００５２】
そのような併合により、設計高さにおける空気ばね１の炭素含有量を空気ばね１の総容量の１/３からほぼ２/３まで大きくすることができる。出願人等は、６ｂａｒｇ（大気圧より６００ｋＰａ高い）の圧力において５０％の緩和ばね定数が達成されることを認めた。既知の手法を用いてこの改善を達成するには、補助貯気槽を用いて空気ばね容積を２倍にする必要があるであろう。
【００５３】
図４はコンボリュート型空気ばね１，特に３重コンボリュート型空気ばねを示す。ここでも、空気ばね１は、空気ばねの普通の設計者には知られているであろうように、上部ビードプレート１０，ベローズ２０及び下部ビードプレート４０を備える。この場合、ベローズ２０はさらに２つのグリドルフープ２４によって３つのサブベローズ２０ａ，２０ｂ、２０ｃに分割される。チャンバ５０は上部ビードプレート１０，ベローズ５０及び下部ビードプレート４０によって定められ、通常は、使用において荷重を支持するために加圧ガスが入っている。チャンバ５０の内部圧力が制御され得るようにチャンバに加圧ガス源または排気を接続するため、空気流入口（図示せず）が用いられることが多い。通常、上部ビードプレート１０または下部ビードプレート４０の一方にそれぞれの取付けプレート（図示せず）を介して負荷が取り付けられる。
【００５４】
さらに、図４の空気ばね１は、加圧された空気またはガスが空気ばね１内にないときに空気ばね１を保護するために用いられる、必要に応じるバンパー８０を備える。既知のバンパー８０は、中実ゴム材料、プラスチック材料、またはゴムと織布の材料でつくられる。バンパー８０はチャンバ５０内で下部ビードプレート４０上に取り付けられる。バンパーはバンパー容積として知られる空間をチャンバ５０内で占め、空気ばね１のばね定数及び固有振動数を上げる。
【００５５】
本発明の第３の実施形態説明例が、図４の空気ばね１の改変形態を示す、図５を参照して説明される。ここで、空気ばね１は、吸着材料７０の集積で少なくともある程度は満たされた中空バンパー８０を備える。バンパー８０は集積吸着材料７０のチャンバ５０との流体流通を可能にする流路を定める。この場合も、先の実施形態を参照して説明したように、空気路は、バンパー８０に吸着材料７０を収めるため、目のつんだガーゼ、メッシュまたは工業用フィルタペーパーを有する。この特定の実施形態説明例において、バンパー８０は。空気路として作用するため、螺旋に沿って走るスロットを定める螺旋側壁８２を有する。側壁は金属でつくられ、バンパーばねとしてもはたらく。メッシュ８４が吸着材料７０を収める。
【００５６】
このようにすれば、空気ばね１のばね定数はバンパー８０及び吸着材料７０の付加によって下げられ、振動絶縁が改善される。本実施形態では、バンパー体積が空気ばね１のアセンブリ容積の１/３もの大きさを占めるようにはならないであろう。
【００５７】
本発明の第４の実施形態説明例が、図２の可逆スリーブ空気ばね１の改変形態を示す、図６を参照して説明される。第１の実施形態の説明例と第４の実施形態説明例の違いだけが説明される。ここで、空気ばね１は改変されたピストンリッド３４の代わりにオリフィスプレート６２を有する。オリフィスプレート６２は、第１のサブチャンバ５２から吸着材料を隔てるために必要なガーゼまたは工業用フィルタペーパーの量を最小限に抑える、オリフィス６４を定める。言い換えれば、流路６０の面積が制限される。
【００５８】
流路６０の面積は、高流量において空気ばね１に防振させるに十分な抵抗を得るため、比較的狭いオリフィス６４を有することによってさらに制限される。そのような制振は単発のまたは非常に低振動数の衝撃事象の影響を減衰させ、衝撃を和らげ、さらに空気ばね１の底付きを防止することができる。吸着材料７０の存在は、吸着材料における吸着／脱着によるガス取込み増大により、オリフィス６４によって生じる防振効果を強めると考えられる。
【００５９】
オリフィス６４はオリフィスプレート６２のピストン側に必要に応じて用いられる半球形網かご（図示せず）によって、吸着材料７０による閉塞から保護される。
【００６０】
本発明の第５の実施形態説明例が、オリフィスリベット６６を示す、図７を参照して説明される。オリフィスリベット６６は、本実施形態において流路として作用するスロート６７を有する。スロート６７はガーゼでつくられた実質的に半球形のかごに連結する。オリフィスリベット６６は、オリフィスプレート６２にあらかじめ作成するか、あるいは既存のピストンリッド３２にドリル穴開けまたは穿孔することができる、オリフィス６４に嵌め込まれる。詳しくは、オリフィスリベット６６は真鍮でつくられるが、いずれかその他の熱伝導性で寸法的に比較的安定な材料でつくることができるであろう。
【００６１】
第５の実施形態により、空気ばね１にオリフィス（またはスロート６７）を形成する、より簡単で標準化された仕方が可能になる。
【００６２】
図８を参照すれば、ガス入りストラット１００は、当業者には知られているであろうように、本体１１０及びロッド１２０を備える。ロッド１２０は軸方向態様で本体１１０に出入りし、本体１１０内でプランジャー１２２において終端する。本体１１０はロッド１２０に対向する側の末端に末端区画１３０を有し、ロッド１２０に隣接する末端に封止部１４０を有する。ロッド１２０は封止部１２０を通して本体１１０に入る。末端区画１３０と封止部１４０の間に、本体１１０の長さに沿って軸方向に動くようにプランジャー１２２がその中に配されている、密封チャンバ１５０がある。封止部１４０は液体を満たすことができ、チャンバ１５０に収められたガスの抜け出しを防止する。ガスは加圧されていることが多い。
【００６３】
従来のガス入りストラットは等価な金属ばねより線形のばね定数を有する。それにもかかわらず、ばね定数は、プランジャー１２２が末端区画１３０に近づくにつれて末端区画１３０に閉じ込められたガスが圧縮されるから、大きくなる（プランジャー１２２は若干のガスの通過を可能にするように設計されるが、ロッドは、ロッドが従来のガス入りストラットの本体１１０に進入するにつれて次第に大きくなるチャンバ１５０の容積の比率を占め、よってロッドが内側に向けて進むにつれてチャンバ１５０の圧力を高めるであろうことに注意されたい）。
【００６４】
第６の実施形態にしたがえば、末端区画１３０が吸着材料１７０で占められ、よってガス入りストラット１００のばね定数を下げる。言い換えれば、ガス入りストラット１００は実際よりも長いかのように振る舞う。実際上、これはばね定数がロッド１２０及びプランジャー１３０の全ストロークにわたって一層線形になり得ることを意味する。この効果を別の観点から見ると、物理的に一層小さいガス入りストラットで同じガス入りストラット性能を得ることができる。一層小さいガス入りストラットは、冗長ストロークがあらかじめ用いられている場合には一層短くなり、ロッド１２０のチャンバ１５０の容積の取込みを補償するために余分の容積が必要な場合には一層細くなり得るであろう。
【００６５】
本実施形態において、末端区画１３０には吸着材料１７０を収めるためのオリフィスプレート１６０が備えられる。オリフィスプレート１６０はロッド１２０及びプランジャー１３０のストロークを制動するためのオリフィス１６２を有する。制動は末端区画１３０に収められた吸着材料を出入りするガスの流れを制限することによって達成される。
【００６６】
本発明の第７の実施形態説明例が、空気タイヤホイール２００の破断図を示す、図９を参照して説明される。ここで、本発明の効果は、空気ばね及びガス入りストラットの分野から離れ、空気タイヤホイールの分野に適用されている。空気タイヤホイールは荷重を支持し、ばね定数を示す。空気タイヤホイールのばね定数を下げれば、振動絶縁が改善される。
【００６７】
図９を参照すれば、空気タイヤホイール２００は、タイヤ（図示せず）を受け入れるように通常構成されているリム２１０を有する。タイヤはリムと２１０との封着部を形成してチャンバ２５０をつくり、バルブ（図示せず）を介して加圧ガスで満たされる。リム２１０とタイヤで形成されるチャンバの大きさ及び形状を含む、空気タイヤホイールの寸法は、タイヤ空気圧及び製造材料とともに、空気タイヤホイール２００のバネレートを決定するであろう。例えば、高性能自動車は、良好な操縦特性を示す広幅／ロープロファイルタイヤを着ける傾向があるが、そのようなタイヤは普通の幅及びプロファイルのタイヤに比較すると比較的高いばね定数を有する。
【００６８】
本発明の第７の実施形態にしたがえば、空気タイヤホイール２００のばね定数を下げるためにチャンバ２５０内に収められた吸着材料２７０の集積が提供される。詳しくは、集積吸着材料２７０は空気タイヤホイールのばね定数の所望の低下が得られるように選ばれる。
【００６９】
特に、この第７の実施形態説明例においては、集積吸着材料２７０はインサート２２０に入ってチャンバ２５０内に保持される。インサート２２０はウエブ２３０及び一連の小室２４０を有する。小室２４０はリム２１０の面に嵌るように設計され、リム２１０の全周に沿うように設計される。ウエブ２３０はタイヤがリム２１０に嵌る位置の直下の点においてリムにかけて嵌り、小室２４０を所定の場所に固定するように設計される。
【００７０】
小室２４０は、チャンバ２５０内の空気またはガスと吸着材料の集積の間の流通を可能にする、いずれか適する材料でつくられる。
【００７１】
吸着材料は、力がタイヤ容積を圧縮させるときにタイヤ内の空気を吸着し、タイヤが緩むときに空気を放出または脱着する。この作用が空気タイヤホイール２００のばね定数を下げ、乗り心地をより快適にすると考えられる。また、空気タイヤ２００の物理的寸法は不変のままであるから、空気タイヤホイールの操縦特性も維持される。また、大型の空気タイヤホイールの役目をこなすために小型の空気タイヤホイールを用いることもできる。
【００７２】
図示されていない第７の実施形態の改変形態において、活性炭２７０の集積は、好ましくは使用において通常は地面に接するタイヤ面の内側上で、ただしこれには限定されずに、タイヤ自体に着けたインサート２２０に保持することができる。このようにすれば、活性炭２７０の集積に作用する遠心力はタイヤ面による抵抗を受ける。
【００７３】
本発明の第８の実施形態が、一般に、トラクター、トラックまたはオフロード車のための、ランフラットまたはゼロ圧タイプの空気タイヤホイール３００の破断図を示す、図１０を参照して説明される。
【００７４】
空気タイヤホイール３００はリム３１０及びタイヤ３２０を有する。さらに、強化ポリウレタン支持リング３３０が、パンクまたはその他の圧力喪失に際してタイヤ３２０を支持するためにリング３３０が径方向に外側に向けて広がるように、リム３１０に取り付けられる。この構成は技術上既知である。リム３１０及びタイヤ３２０はリング３３０がその中に配されるチャンバ３５０を定める。技術上、通常は、リング３３０はチャンバ３５０の空気保持容積を少なくし、この結果、空気タイヤホイール３００のばね定数が大きくなり、したがって堅めの乗り心地になる。
【００７５】
第８の実施形態説明例では、ばね定数を下げるため、吸着材料３７０の集積がチャンバ３５０内に配される。実際上、集積吸着材料３７０はリング３３０または支持ケーシング内に配される。支持ケーシング３３０は、チャンバ内での空気またはガスの吸着及び脱着の発生を可能にするため、少なくとも１つの流路３６０を介して集積吸着材料とチャンバ３５０の間の空気／ガス流通を可能にするように構成される。本実施形態例においては、支持ケーシングの外周に沿って等間隔に配された複数の流路３６０が設けられる。流路３６０は、支持ケーシングに流入して吸着材料３７０に吸着される空気またはガスの量を制限する、オリフィスである。このようにすれば、いかなる衝撃の防振も達成され得る。
【００７６】
吸着材料３７０は、それぞれが実質的に大径の外径を有する、セグメント３４０内に配される。同様に、支持ケーシング３３０は対応する、セグメント３４０より若干大きい、セグメント３３２内に配される。吸着材料がチャンバ３５０内に入ることを防止するため、吸着材料３７０とそれぞれの流路３６０の間にメッシュ３７２が備えられる。
【００７７】
第８の実施形態説明例の空気タイヤホイール３００は、空気タイヤホイール自体が車輌単独のサスペンションとして作用する用途に用いられることが多く、よって本発明は、チャンバ３５０内の空間を占めている支持リング３３０の存在にもかかわらず、柔らかめの乗り心地を生じさせ得ることが利点である。
【００７８】
理論及び試験結果
特定の形態の吸着材料、すなわち活性炭は吸着により、与えられたガス圧において、自身の体積の５倍までの空気を、また自身の体積の１２倍までの二酸化炭素を、保持することができる。圧力が上がるにつれて、単位体積当たりの面積が大きく、様々な寸法の多くの細孔を有する、活性炭粒の表面上にガス分子が吸着する。吸着すると、ガス分子はもはやブラウン運動に関与せず、あるいは空間の圧力に寄与しないと考えられる。
【００７９】
活性炭は数１００の様々なグレードでつくられ、最も一般には、石炭、木材及びココナツ殻からつくられる。炭素の活性化を高めるほど、それぞれの炭素粒の多孔度が高まり、密度が低くなる。より強く活性化された炭素ほど、一般に高価になる。活性炭は数ｍｍから微細粉末までにわたる範囲の粒径で利用される。粒径が小さくなるほど吸着速度が速くなると考えられる。
【００８０】
実験中、１リットルの容積を有する密閉容器内の圧力が、同じ体積の空気が容器にポンプで送り込まれたときに、活性炭の付加によって著しく低下することが見いだされた（図１１を見よ）。
【００８１】
例えば、容器の半分がタイプ００６の活性炭で満たされているときのチャンバにポンプで送り込まれた空気の１モル当たりの圧力上昇は、チャンバに活性炭が入っていないときよりもかなり小さくなった。図１１はポンプの１動作当たりに０.００９８モルの空気を送ると測定された自転車用ポンプを用いて、上述したように行われた実験の結果を示す。大気圧は１０１５８Ｐａであり、温度１９１.０１５Ｋ，湿度は６４％であった。
【００８２】
容器の容積の５０％が「半固体」粒状材料で占められているから、空の容器に比較して注入ガスによるモル毎の容器の圧力上昇が小さかったことは若干驚きであった。例えば、容器の半分が水で満たされていれば、空の状態に比較して、注入ガスによるモル毎の圧力上昇は大きくなると考えられるであろう。
【００８３】
上述したように、それぞれで粒径及び多孔度が変わる、異なる様々な活性炭が存在する。３つのタイプ（００６，０５４及び０７３）の活性炭を、それぞれの場合に同様の効果が見られるかどうかを知るために、連続的に試験した。結果が、この静的試験に対し活性炭００６及び０７３は同様に振る舞うことを示す、図１２に見られる。しかし、活性炭０５４は容器の有効容積を他の２つの活性炭より若干大きくするように思われる。これは、活性炭００６及び０７３に対してより密な充填をもたらす活性炭０５４の小粒径によると考えることができる。
【００８４】
吸着材料、この場合は活性炭、がある場合とない場合について、密封空気量のばね定数を測定するため、別の実験を行った。フラスコをガラスシリンダーに連結し、振動台の上台に載せた。ぴったり嵌ったプランジャーを力変換器によりシリンダー内をほぼ２０ｍｍの行程の４Ｈｚの正弦波状運動で往復させるために上台を用いた。実験は、空のフラスコを用いて行い、次いで活性炭粒である程度満たしたフラスコを用いて行った。
【００８５】
変換器からの力のグラフを図１３に示す。
【００８６】
空のフラスコのグラフは、それぞれのストローク（上／下）によりプランジャーがかなりの力（左から右）を受けていることを示す。ストローク／戻りループグラフは、シリンダー内のプランジャーの締付け、プランジャーのシール周りのいくらかの空気の抜け出し及びガラスシリンダーの柔軟で若干弾性のある取付けにおけるヒステリシスによって生じた、実験における防振の結果である。グラフの勾配（破線を見よ）によって、この系のばね定数を決定した。
【００８７】
活性炭充填フラスコによるグラフは、それぞれのストロークにともなう力勾配が小さいことで示されるように、ばね定数がかなり緩和されていることを示す。これは、材料による空間の部分充填はばね定数を緩和させず、引き上げるはずであるから、反直感的である。ばね定数の緩和は、特に長いストロークにわたって、手でシリンダーを作動させると非常に顕著である。
【００８８】
いくつかの好ましい実施形態を示し、説明したが、当業者には、添付される特許請求の範囲に定められるような、本発明の範囲を逸脱することなく様々な変更及び改変がなされ得ることは当然であろう。
【符号の説明】
【００８９】
１    空気ばね
１０    上部ビードプレート
２０    ベローズ
３０    ピストン
３２，３４    ピストンリッド
４０    下部ビードプレート
５０    チャンバ
５２，５４    サブチャンバ
６０    流路
７０    吸着材料
１００    ガス入りストラット
２００，３００    空気タイヤホイール
【図１】
0006370849.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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