JPH063236B2 - 空気ばね - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内室に空気が充填され、必要に応じて制御弁
を介して圧気タンク又は大気と連通することができるば
ねベローを具備する基礎の上に振動体を支持するための
空気ばねに関する。

〔従来の技術〕

前記の種類の空気ばねは西独特許出願公開第3434658号
により公知である。しかしそれによって得られる、振動
体の元の中央位置への復帰は、ばねベローの構造によっ
ては以然としてあまり十分でない。

〔発明の目的〕

本発明の目的とするところは、ばねベローの構造や使用
の周辺条件に全くかかわりなく、振動体の元の中央位置
への良好な復帰が保証されると共に、振動体の良好な制
振を果すように、冒頭に挙げた種類の空気ばねを改良す
ることである。

〔目的を達成するための手段〕

本発明の空気ばねは、内室に空気が充填され、必要に応
じて制御弁を介して圧気タンク又は大気と連通すること
ができるばねベローを具備し、 制御弁がサーボピストンと補助ピストンと作動弁を含
み、 前記サーボピストンは、前面にばねベローの内圧が、背
面に可変ばね特性の調整ばねが負荷され、 前記補助ピストンは、前面が第１の制御室によって画定
され、該前面にばねベローの内圧が、背面に圧気タンク
の予圧された空気圧が負荷され、 前記作動弁は、ばねベローと圧気タンクを連通可能とす
る入口弁と、ばねベローと大気とを連通可能とする出口
弁とからなり、補助ピストンの前面及び背面に負荷され
る圧力間の差に応じて操作される、基礎の上に振動体を
支持するための空気ばねであって、 前記サーボピストンの背面が圧力室によって画定され、
調整ばねが圧力室に収容された気体クッションからな
り、 圧力室が信号操作入口弁を介して空気タンクと、また信
号操作出口弁を介して大気と連通し、 振動体の相対変位を検出するための変位変換器と、入口
弁及び出口弁に接続されて変位変換器の出力信号に基づ
き信号を送る発信器が設けられ、 サーボピストンに接続された空気逃し弁により補助ピス
トンの背面に負荷される予圧された空気の開放・遮断を
行なうことにより、前記作動弁を操作してばねベローを
圧気タンク又は大気と連通させるようにすることを特徴
とする。

従って本発明に基づく実施態様においては、振動から派
生するばねベローの圧力変化を補償するという、使用さ
れる制御弁の基本機能が、中央位置からの振動体の変位
運動が現れたときの、ばねベローの内圧の上昇又は下降
と重複する訳である。その場合に諸機能の相互阻害を防
止するために、発信器が周期的な変位を排除する機能を
具備すれば好都合であることが判明した。それによって
圧力室の圧力は、基礎に対する振動体の中央位置からの
長い持続的偏りが現れるときだけ変化させられる。

制御弁の圧力室は管路によって貯圧室及び吸込室と連通
し、貯圧室と吸込室はそれぞれ緩衝壁によって画定さ
れ、いずれの緩衝壁も振動体に対してリミットストップ
をなし、その際貯圧室の緩衝壁は振動体の上側リミット
ストップ、吸込室の緩衝壁は下側リミットストップをな
す。本発明の範囲内で上側リミットストップとは必ずば
ねベローの最小の伸びで接触するリミットストップを言
い、下側リミットストップとはばねベローの最大の伸び
で接触するリミットストップを言う。実際の運転中に大
抵ごく短時間しか持続しない極限運動が、この構造によ
って特に効果的に対処され、中央位置への振動体の極め
て急速な復帰が得られる。

適用される機能原理は次の通りである。即ち調圧器の通
常の応答速度をリミットストップと接触期間中に圧力室
内の圧力の当該の増加又は減少によって過比例的に増加
し、こうして空気ばねが担持する静荷重の増加又は減少
状態を一時的に模擬するのである。基本的な制御挙動は
これによって変化せず、当該のリミットストップを離脱
した後、再び元の応答速度が生じる。

リミットストップを離脱した後、緩衝壁を原位置に戻さ
なければならないが、これはばね部材又は別個の駆動装
置を使用して行うことができる。この目的の達成のため
に吸込室の緩衝壁がピストン・シリンダユニットのピス
トンからなり、これによってばね室から隔離され、ばね
室が制御管によってばねベローの内室と連通するなら
ば、特に有利であることが判明した。圧力室と第２の制
御室の圧力はごく僅かしか相違せず、吸込室13とばね室
18の圧力は等しい。しかし吸込室を画定する緩衝壁14の
ピストン面は、ばね室を画定するピストン面に比してピ
ストン棒の横断面だけ縮小している。従ってリミットス
トップが作動しない時は、上述のピストンは必ず原位置
にある。貯圧室では同様の構造が不要である。貯圧室は
管路を介して外部の圧力室からの圧力と連通し、従って
常に高い圧力を受けるから、貯圧室を画定する緩衝壁は
リミットストップを作動しない時に必ず原位置にある。

特に大きな応答速度を得ることに関連して、圧力室が貯
圧室又は吸込室の容積より小さい容積を有することが有
利であることが判明した。その差はなるべく大きいこと
が好ましく、圧力室が貯圧室又は吸込室の容積の最大限
半分の大きさの容積を有する構造で既に、応答速度の著
しい増加が得られる。この応答速度は、電動制御弁を使
用して得られるものより遥かに高い。吸込室と貯圧室の
間の管路の膨張は、管路の余りに大きな容積と同様に不
都合である。いずれも回避しなければならない。

制御弁の圧力室の圧力上昇又は圧力降下をもたらすリミ
ットストップはなるべくならば、振動体の極端な偏りが
現れた時に初めて短時間接触するのでなくて、振動体の
極端な振動振幅の発生をなるべく回避するために、比較
的大きな行程で既に予め接触することが好ましい。この
観点のもとに、リミットストップが駈上り斜面を具備す
ることが好ましいことが判明した。極端な振動振幅が現
れた時に制御弁の応答速度の漸進的増加を得るために、
上記の駈上り面は場合によっては漸進的に増加する傾角
を有する。

〔実施例〕

次の添付の図面に基づいて本発明を詳述する。

第１図に図示の実施例は自動車のシャシ上のフレームの
弾性支持に関するものである。その限りで、シャシは本
願の意味で基礎２を、フレームは振動体１をなす。

その他の応用、例えば運転者席又は運転者室への応用も
可能である。ばねベローは通常、蛇腹として構成される
が、ピストン・シリンダユニットで代用することもでき
る。

振動体１と基礎２の間に配設されたばねベロー３は、二
方向に貫流可能な制御管19によって制御弁４の第１の制
御室21及び第２の制御室22並びに下側リミットストップ
15のばね室18と連通する。第１の制御室21は片側が補助
ピストン23によって画定されている。補助ピストン23は
隔膜によって、制御弁４の囲壁に対して密閉される。第
１の制御室21の反対側は作動弁24によって画定されてい
る。作動弁24は複合入口・出口弁からなり、その円錐形
弁体は一方で圧縮ばね25により、他方で補助ピストン23
の押棒により、弁座に押し付けられる。

入口弁７は予圧空気入りの圧気タンクから圧力17の作用
を受け、出口弁８は作動弁24の円錐形弁体の出口側を貫
通する空気逃し管26を経て大気と連通する。

補助ピストン23は第１の制御室21の反対側で第３の制御
室27を画定する。この第３の制御室27は絞り管28によっ
て圧気タンクからの圧力17と連通するから、第３の制御
室27には常に高圧気体が供給される。こうして生じる圧
力は同時に空気逃し弁31の弁体に負荷し、空気逃し弁31
は第４の制御室29を経由して空気逃し管26と連通する。

空気逃し弁31の弁体は、制御ピストン30及びサーボピス
トン５に固着されている。この弁体はばねによって弁座
に当接され、サーボピストン５より小さな空気作用面を
有する。制御ピストン30とサーボピストンは環状隔膜に
よって制御弁４の壁体に対して密封される。二つのピス
トンは第２の制御室22の両側を画定する。サーボピスト
ン５は第２の制御室22の反対側で圧力室６を画定する。
圧力室６は管11により下側リミットストップ15及び上側
リミットストップ16の吸込室13及び圧力室12と連通す
る。また貯圧室６に入口弁７と出口弁８が接続し、これ
らの弁は一方で圧気タンクからの圧力17と、他方で空気
逃し管26と連通し、発信器10によって電気的に操作され
る。発信器10は変位変換器９と電導結合され、変位変換
器９から振動体１と基礎２との相対的相互関係に比例す
る入力信号を受領する。

また振動体１はリミットストップ15,16を具備する。基
礎２の極度の相対変位の場合にこれらのリミットストッ
プは、基礎２と連結されたローラ32により図示の位置か
ら右へ移動させられ、吸込室13の緩衝壁14又は貯圧室12
の緩衝壁14を移動する。漸進的に上昇する駈上り斜面20
によって、上述の移動は実際の相対変位度に応じて次第
に増大する。

〔作用〕

次に作用について説明する。

想定した初期状態で系は完全に放出されている。

振動体１が中央位置（振動体１と基礎２間の所定の間隔
により規定される）より下位にあるとき、変位変換器９
がその変位を発信器10に合図し、入口弁７を介して圧力
室６へ予圧気体の流入を行わせる。ここで生じる圧力上
昇がサーボピストン５の左向き運動と共に空気逃し弁31
の閉鎖を行わせる。絞り管28を経て引き続き送られる空
気はこのため逃失することができず、第３の制御室27の
圧力上昇をもたらす。この圧力上昇が補助ピストン23に
作用し、補助ピストン23は左へ移動し、作動弁24の入口
側弁体を弁座から浮き上がらせる。圧気タンク17から送
られる空気はこうしてばねベローに流入することができ
る。

ばねベロー３の中の圧力上昇の進行と共に基礎２に対す
る振動体１の離隔運動が進行する。振動体１が中央位置
に到達すると、変位変換器９が発信器10に対して入口弁
７の閉鎖を合図し、それによって圧力室６への予圧気体
のそれ以上の流入が制止される。圧力室６への高い流入
速度の結果、中央位置を一時的に越えることがある。こ
のことは許容される場合もあるし、望ましくない場合も
ある。この場合は流入速度を引き下げなければならない
が、それは流入断面の縮小又は小さな空気量の定量送入
によって行うことができる。圧力室６の中の圧力が支持
荷重に相当するレベルまで次第に上昇すると、最後にサ
ーボピストン５に力の釣り合いが生じ、そこで空気逃し
弁31が開放され、第３の制御室27の中の圧力が降下す
る。補助ピストン23が相対的に右へ変位するから、作動
弁２４の入口部が閉鎖され、ばねベロー３への予圧気体
の以後の流入が制止される。

振動体１と基礎２の間に相対振動運動が現れると、第１
の制御室21に脈動的な圧力変化が起こる。これは補助ピ
ストン23の対応する脈動運動をもたらし、その結果、作
動弁24が操作されて圧力変化を補償する。

すなわち、第１の制御室２１内の圧力が上昇するとき
は、補助ピストン２３は右行し、出口弁２４ｂを開いて
空気の排出を許容する。また、第１の制御室２１内の圧
力が減少するときは、補助ピストン２３は左行し、入口
弁２４ａを開いて空気の導入を許容する。このようにし
て、作動弁を通じて、空気の移動が起こり、その際に入
口弁と出口弁が絞りとして機能し、これが適当な減衰力
を与えるものである。

また、振動体１が中央位置より上位にあるとき、変位変
換器９がこれを検出して発信器１０に信号を送り、発信
器１０は出口弁８を開き、これにより管路２６を経て圧
力室６内の空気が排出され、サーボピストン５は右行
く、空気逃し弁３１を開く。このとき、補助ピストン２
３の背面側の圧力が降下し、補助ピストン２３は右行
く、作動弁２４における出口弁２４ｂを開く。このとき
ばねベロー３内の空気圧が排出され、振動体１は下降す
る。

支持荷重が増大すると、変位変換器９が発信器10を介し
て圧力室６への予圧気体の補給を行わせる。これによっ
て空気逃し弁31が一時的に閉鎖され、その結果ばねベロ
ー３の中の圧力が上昇する。再びサーボピストン５で力
の釣り合いに到達すると、ばねベロー３への予圧空気の
以後の供給が制止される。

支持荷重が減少すると、変位変換器９が発信器10を介し
て圧力室６の圧力の減少を行わせる。空気逃し弁31がこ
れによって開放され、その結果第３の制御室27の圧力が
降下する。

このため補助ピストン23の右向き運動が起こり、その結
果、作動弁24に含まれる出口弁が開放し、それと共にば
ねベロー３に収容された圧力が低下する。サーボピスト
ン５に再び力の釣り合いが起こるまで、これが持続す
る。

振動体１に対する基礎２の極端な距離が現れると、ロー
ラ32により上側リミットストップ16が右向きに変位す
る。

貯圧室12に収容された圧気体積はこのため自発的に圧力
室６へ変位し、その結果圧力が上昇すると共に空気逃し
弁31が閉じ、このため作動弁24の入口部が開放する。ば
ねベロー３の中の圧力はこうして自発的に上昇し、基礎
２の下向き相対運動と共に上側リミットストップ16の距
離の増加をもたらす。

圧力室６の中を依然として支配する圧力はリミットスト
ップ16の負荷の解消の後に、ピストンからなる貯圧室12
の緩衝壁14を復帰させる。

基礎２に対する振動体１の極端な隔離運動の場合には、
ローラ32によって下側リミットストップ15が操作され、
その結果、ピストンからなる吸込室13の緩衝壁14が右向
きに変位する。このことは圧力室６の圧力を自発的に低
下させ、その結果サーボピストン５を右向きに移動す
る。空気逃し弁31がこうして開放され、第３の制御室27
の圧力を減少し、その結果、補助ピストン23を右向きに
移動すると共に作動弁24の出口部を開放する。

このためばねベロー３の圧力が自発的に低下し、振動体
１と基礎２の間の相対運動の方向を反転させる。下側リ
ミットストップ15がなお操作されている限り、これが持
続する。その後再び正常な制御挙動が現れ、圧力室６の
圧力が貯圧室12の圧力と一致することにより緩衝壁14が
原位置に逆動させられる。

本発明は、以上述べた通りに構成されているので、空気
ばねの高さを自動的に調節することができると同時に、
空気ばねにより支えられる振動体（車両フレーム）の振
動を効果的に減衰することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づく空気ばねの回路図を示す。 １…振動体、２…基礎 ３…ばねベロー、４…制御弁 ５…サーボピストン、６…圧力室 ７…入口弁、８…出口弁 ９…変位変換器、10…発信器 11…管、12…貯圧室 13…吸込室、14…緩衝壁 15…下側リミットストップ 16…上側リミットストップ 17…圧力、18…ばね室 19…制御管、20…駈上り斜面 21…第１の制御室 22…第２の制御室 23…補助ピストン 24…作動弁 25…圧縮ばね 26…空気逃し管 27…第３の制御室 28…絞り管 29…第４の制御室 30…制御ピストン 31…空気逃し弁 32…ローラ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内室に空気が充填され、必要に応じて制御
   弁（４）を介して圧気タンク又は大気と連通することが
   できるばねベロー（３）を具備し、 制御弁がサーボピストン（５）と補助ピストン（２３）
   と作動弁（２４）を含み、 前記サーボピストン（５）は、前面にばねベローの内圧
   が、背面に可変ばね特性の調整ばねが負荷され、 前記補助ピストン（２３）は、前面が第１の制御室（２
   １）によって画定され、該前面にばねベローの内圧が、
   背面に圧気タンクの予圧された空気圧が負荷され、 前記作動弁（２４）は、ばねベロー（３）と圧気タンク
   を連通可能とする入口弁（２４ａ）と、ばねベロー
   （３）と大気とを連通可能とする出口弁（２４ｂ）とか
   らなり、補助ピストン（２３）の前面及び背面に負荷さ
   れる圧力間の差に応じて操作される、基礎（２）の上に
   振動体（１）を支持するための空気ばねであって、前記
   サーボピストン（５）の背面が圧力室（６）によって画
   定され、調整ばねが圧力室（６）に収容された気体クッ
   ションからなり、 圧力室（６）が信号操作入口弁（７）を介して圧気タン
   クと、また信号操作出口弁（８）を介して大気と連通
   し、 振動体（１）の相対変位を検出するための変位変換器
   （９）と、入口弁（７）及び出口弁（８）に接続されて
   変位変換器（９）の出力信号に基づき信号を送る発信器
   （１０）が設けられ、 サーボピストン（５）に接続された空気逃し弁（３１）
   により補助ピストン（２３）の背面に負荷される予圧さ
   れた空気の開放・遮断を行なうことにより、前記作動弁
   （２４）を操作してばねベローを圧気タンク又は大気と
   連通させるようにすることを特徴とする空気ばね。
2. 【請求項２】圧力室（６）が管路（１１）によって貯圧
   室（１２）及び吸込室（１３）と連通し、貯圧室（１
   ２）及び吸込室（１３）がそれぞれ緩衝壁（１４）によ
   って画定され、緩衝壁（１４）が振動体（１）に対する
   リミットストップ（１５，１６）をなし、振動体（１）
   によってばね力に抗して移動させられ、管路（１１）に
   過圧又は負圧を発生し、かつ貯圧室（１２）の緩衝壁
   （１４）が振動体（１）の上側リミットストップ（１
   ６）、吸込室（１３）の緩衝壁（１４）が下側リミット
   ストップ（１５）をなすことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の空気ばね。
3. 【請求項３】吸込室の緩衝壁（１４）がピストン・シリ
   ンダユニットのピストンからなり、このピストンによっ
   てばね室（１８）から隔離され、ばね室（１８）が制御
   管（１９）を経てばねベロー（３）の内室と連通するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の空気ば
   ね。
4. 【請求項４】圧力室（６）が貯圧室（１２）又は吸込室
   （１３）の容積より小さな容積を有することを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項又は第３項に記載の空気ばね。
5. 【請求項５】圧力室（６）が貯圧室（１２）又は吸込室
   （１３）の容積の最大限半分の大きさの容積を有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の空気ば
   ね。
6. 【請求項６】リミットストップ（１５，１６）が駈上り
   斜面（２０）を具備することを特徴とする特許請求の範
   囲第２項ないし第５項のいずれか１項に記載の空気ば
   ね。
7. 【請求項７】駈上り斜面（２０）が漸進的に増加する傾
   角を有することを特徴とする特許請求の範囲第６項に記
   載の空気ばね。