JP2001063336A - サスペンション装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両用空油圧式衝撃吸収システム、採鉱装
置、特に、大きな荷重を運ぶ車両用空油圧式サスペンシ
ョン装置を提供する。 【解決手段】 サスペンション装置１００は、ハウジン
グ１０４と、前記ハウジング内に摺動するピストンロッ
ド１０２と、前記ハウジングと前記ピストンロッドとの
間のシール１１６と、前記ハウジングと前記ピストンと
前記シールによって画成され、前記ピストンロッドと前
記ハウジングとの間の重複長により可変の容積を持つ密
封された内室１１４と、前記内室に注入された液体１１
８と、前記内室に注入されて第１ガス室１２２を占めて
おり、前記液体と常に同じ圧力を受けている第１ガス１
２０と、前記内室に注入されて第２ガス室１２８を占め
ており、拘束されているために前記液体と前記第１ガス
の圧力と同じか又は越える圧力を有する第２ガス１２６
とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両用の空油圧式
衝撃吸収システム、詳述すれば、採鉱装置、特に大きな
荷重(ペイロード)を運ぶ車両用空油圧式サスペンション
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】空油圧式(oleo-pneumatic)サスペンショ
ン装置は、鉱物運搬用トラックや航空機等の乗物に好適
なサスペンション装置である。大きな鉱物運搬用トラッ
クで用いられている種の空油圧式サスペンション装置Ｏ
Ｐの標準的な構成を図１、図３、それに図４に示す。

【０００３】図１に、従来型サスペンション装置におけ
る一般的な構成部品を示す。サスペンション装置ＯＰの
一方の端部に配置されているピストンロッド１０は乗物
のホイールに間接的に取りつけられている（図２、図５
を参照）。サスペンション装置ＯＰの他方の端部におい
ては、シリンダーハウジング１２がトラックのメインフ
レーム又はシャーシに取りつけられている（図２、図５
を参照）。

【０００４】標準的な空油圧式サスペンション装置ＯＰ
は、鉱業用トラックに図２や図５に示した状態で配置さ
れるのが通常である。図２では、例えば、空油圧式サス
ペンション装置ＯＰはトラックのフレームＦと、トラッ
クのタイヤＴと連結している部材の間に介装される。図
５では、空油圧式サスペンション装置ＯＰは、トラック
のフレームＦと、ホイールとタイヤの上に置かれている
サスペンションアームＳＡの間に介装される。

【０００５】空油圧式サスペンション装置ＯＰ内では、
ヘッド１４が３つの部分１６、１８、２０に分離可能な
内室を画成している。以下の説明で明らかなように、ピ
ストンロッド１０がシリンダハウジング１２に対して移
動するときに内室容積は変化する。

【０００６】内室の部分１８、２０はオイルＯで満たさ
れ、ピストンロッド１０とシリンダハウジング１２の間
にある摺動ベアリングやシールの滑りを滑らかにする。
内室の部分１６は加圧ガスＧで満たされている。窒素ガ
スは不活性であり、低コストで購入することができるの
で、窒素ガスが一般に加圧ガスＧとして選択される。そ
の動作において、ガスＧはその圧力を部分１８、２０内
のオイルに伝達させて、ピストンロッド１０に乗物がバ
ウンドとよる重量(スプラングウェイトないしバネ上重
量)を支えるに充分な釣合力を作用させる。

【０００７】部分１６にあるガスＧの圧力と部分１８、
２０にあるオイルの圧力は、ピストンロッド１０の有効
領域、乗物のサスペンションシステムの幾何学的構成、
それに個々のサスペンション装置ＯＰが支持する質量に
よって変わる。有効領域はふつう一定であり、また乗物
のサスペンションシステムの幾何学的構成はほぼ一定で
あるので、圧力はほとんどサスペンション装置ＯＰによ
り支えられている、乗物の全バネ上重量にそのまま比例
する。

【０００８】サスペンション装置ＯＰでは、環状オイル
室２０は、オイルＯがオリフィス２２やオリフィス２４
を介して環状室２０に流入出するため、主にピストンロ
ッド１０の動きを緩衝する働きをなす。オリフィス２２
にあるボールチェックバルブＢＣＶは、オイルの流れを
制限しているから、一方向へのピストンロッド１０の動
きに対しては他の方向への動きに対するよりも緩衝効果
を増している。

【０００９】空油圧式サスペンション装置ＯＰにおける
シリンダハウジング１２の内の内室部分１８、２０にあ
るオイルＯは、ほとんど非圧縮性である。従って、圧縮
性であるガスからオイルＯに作用するの大小にかかわら
ず、オイルＯはほとんど一定の体積を保つ。ガスＧの圧
力-体積特性は、当業者に周知の物理法則により求める
ことができる。

【００１０】図６は、懸架させたホイールＴ上への負荷
と、従来公知の空油圧式サスペンション装置（図１に示
されるごときもの）のハウジングに対するピストンの行
程（変位(deflection)）との間の典型的な関係を示して
いる。図６には、乗物が空荷状態と荷重状態の両方の条
件下での典型的な動作範囲が示されている。

【００１１】しかし、図６に示されている関係からは、
乗物が空荷状態にあるにしても、また、荷重状態にある
にしても、負荷と変位特性との間に十分なバランスは得
られないことがよく知られている。乗物が最小負荷を受
けている場合、曲線は、負荷が増える方向で十分な変位
応答性を示す。特に、トラックが空荷（空重量(emptywe
ight)）の時Ｂと空重量の２倍の負荷(２ｘ empty weigh
t)Ｃとの間の変位応答は約１０．１６ｃｍ（４インチ）
である。

【００１２】しかし、サスペンション装置ＯＰの変位応
答は印加される負荷によって変化する。図６に示す曲線
のように、乗物が満載の負荷を受けているとき、変位応
答は乗物が空のときの変位応答よりも小さい。特に、サ
スペンション装置ＯＰは、満載時の負荷Ｅとその２倍の
負荷Ｆとの間での変位応答はわずかに１．２７ｃｍ
（０．５インチ）でしかない。ここで、図６における
「満載荷重(Loaded Weight)」条件Ｅと「２倍満載荷
重」条件Ｆとの間の変位を参照するとよい。サスペンシ
ョン装置は、乗物が最大限の負荷を受けているときに十
分大きな変位を示すのが好ましい状態である。

【００１３】サスペンションの行程が短い変位距離に制
限されているだけの場合（この場合、サスペンションの
負荷の１００％増加について１．２７ｃｍ）、サスペン
ション装置は、トラックが凸凹路面を走行するときに発
生する大きな変位を吸収することができない。その結
果、トラックのフレームがその変位を受けて曲がること
があり、それほど曲がることがなくても、その際に受け
た力で損傷することがある。それに加えて、サスペンシ
ョンの変位距離が短い場合、さらに２つの問題点があ
る。（１）タイヤに過負荷がかかることがあり（そのた
め特にタイヤが損傷することがある）、（２）ドライバ
にとって乗りにくい（快適でない乗り心地）。一方、サ
スペンション装置が大きな変位をもたらす場合、サスペ
ンション装置は、乗物のフレームに有害な大きさの力を
及ぼすことなく地形の変化をより容易に吸収することが
でき、改善された乗り心地を提供することができる。

【００１４】従来型のサスペンション装置に本来備わっ
ている欠陥を克服するための方法は数多くある。ある方
法によれば、サスペンション装置内のオイルとガスを、
高圧下で圧縮されると共に、ガスよりも直線的な変位−
負荷曲線を示す液体エラストマーと置き換えることを提
案している。別の方法としては、オイルを圧縮性液体エ
ラストマーと置き換える一方で、当該液体エラストマー
の頂部にガス圧が作用されるようにするものである。さ
らに別の方法では、米国特許第4,798,398号に記載され
ているように、サスペンション装置の変位−負荷応答を
変えるために、二種のガスを別々に利用するものがあ
る。

【００１５】しかし、これらの従来公知の方法はどれも
商業的に実行可能でなく、成功しなかった。最初に説明
した二つの従来例では、圧縮性液体エラストマーの使用
を示唆しているが、非常に大きな圧力下（典型的な動作
圧力で７０ＭＰａ（約１００００ポンド／インチ²を超
える）でのみ液体は圧縮されるようになっており、液体
が圧縮したとしても比較的小さい体積変化しか示さない
ため、広く受け入れられてはいない。さらに、そのよう
な圧力下では、液体はサスペンション装置から漏出しや
すく、サスペンション装置は採鉱作業で遭遇するような
厳しい環境条件で長い耐用期間の間、動作できるように
許容できるような小さな割合での漏出に減らすことは困
難である。これらのサスペンションシステムでは、シー
ル構造が非常に高くつき、サスペンションシリンダの再
充填やオーバホールを所望よりも短い間隔でしばしば行
うことになる。

【００１６】三番目に説明した従来例、即ち、米国特許
第4,798,398号で記載されているシステム（その米国特
許公報の図１に記載のもの）では、その米国特許公報の
図２に記載している変位応答性を示す。その変位曲線
は、荷重状態にあるトラックのコンプライアンスを２．
５倍以上改善したことを示している。潜在的にはこのシ
ステムによって、トラックドライバにとっての改善され
た乗り心地等の大きな利点を得て、トラックのメインフ
レームのねじれを十分に減らし、そしてトラックを凸凹
路面で高速で運転できる改善された性能を得ることがで
きるであろう。

【００１７】これらの利点があるにもかかわらず、米国
特許第4,798,398号で記載されているシステムは、商業
的には利用し得ないものである。それはおそらく、記載
されているシステムの機構的複雑さによるものである。
システムが複雑であると、システムの維持管理に大きな
コスト（それに非常な困難性）が必要となると共に、大
きな生産コストが必要になる。また、システムはサスペ
ンション装置の外側にアキュムレータ１２、１６を必要
とする。外部アキュムレータや、主サスペンションシリ
ンダと外部アキュムレータの間の流体接続管を配置する
に好適な位置を見つけることも簡単なことではない。加
えて、外部アキュムレータ１２、１６と油圧装置６６、
６８、８０とは一般に液体漏出の原因となり易い（正確
なサスペンション動作効果の必然的なロスとなる）。こ
れらの全ての因子は、米国特許第4,798,398号で記載さ
れているシステムで言われているような利点が、合理的
なコスト（システムと維持の両方）では享受できないこ
とを意味する。

【００１８】最後に、前述した各システムは受動型シス
テムとして知られている。換言すれば、乗物の運転の
間、サスペンションシステムにはなんらの外力も働かな
いか、又は、制御がなされない。種々の受動型でない
（即ち、能動型）サスペンションシステムは既に開発さ
れている。しかし、全ての能動型サスペンションシステ
ムは、上述の受動型システムよりもさらに複雑である。
現在まで、鉱業用トラックの分野ではどの能動型サスペ
ンションシステムも受け入れられていない。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、米国
特許第4,978,398号に開示のサスペンション装置の利点
を温存しつつ、前述した如くの諸問題点を解消したサス
ペンション装置を提供することにある。

【００２０】また、本発明の目的は、改良された変位応
答性を持つ受動型サスペンション装置を提供することで
ある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】前記課題は、以下の本発
明により解決できる。即ち、本発明のサスペンション装
置は、ハウジング、前記ハウジング内に摺動可能なよう
に配置されるピストンロッドからなり、前記ハウジング
と前記ピストンロッドとで容積可変なように密封された
内室を画成する。液体は前記内室に注入されて、前記内
室より小さい容積を占有する。第１ガス室は前記内室に
配置され、前記内室より小さい容積を占めていると共
に、前記内室に注入されている液体と同一圧力を常に受
けている。第２ガス室は、前記内室内に配置され、前記
内室よりは小さい容積を占有し、シリンダ壁を摺動する
ピストンを含む手段によって液体と第１ガス室から分離
されていると共に、第２ガス室の膨張は、シリンダ壁の
内側にあるピストンの移動を制限する止め具によって制
限されている。

【００２２】また、軽負荷の場合、第２ガス室内のガス
の圧力が第１ガス室内のガスの圧力より高いのが望まし
い。

【００２３】さらに、本発明において、第１及び第２ガ
ス室内の両方のガスは窒素ガスであってもよい。

【００２４】ピストンとピストンが摺動するシリンダ壁
との間の摩擦を極小にするために、低摩擦ベアリングを
液体と第１ガス室から第２ガス室を分離するピストンに
配置してもよい。

【００２５】別の態様では、液体と第１ガス室から第２
ガス室を分離するピストンは、液体動力システム用のア
キュムレータで使用されている型のゴム製の空気袋やゴ
ム製のダイヤフラムで置き換えてもよい。

【００２６】さらに別の態様では、サスペンション装置
は、容積可変なように密封された内室の内側に配置さ
れ、液体から分離されている第３ガス室を含んでいても
よい。第１ガス室と第２ガス室は、前記内室内に配置さ
れており、同時に第３ガス室は、シリンダ壁を摺動する
第２ピストンを含む手段により液体、第１ガス室、第２
ガス室から分離されている。第３ガス室の膨張は、シリ
ンダ壁を摺動する第２ピストンの移動を制限する止めに
より制限されている。

【００２７】この態様では、軽負荷及び中負荷につい
て、第３ガス室の膨張の制限によって、第３ガス室のガ
ス圧を第２ガス室のガス圧より高くする。

【００２８】第１態様におけるのと同様に、第１、第
２、それに第３ガスは窒素ガス又はその他の適当な圧縮
性液体であってもよい。

【００２９】別の態様では、第３ガス室を液体、第１ガ
ス室と第２ガス室から分離する第２ピストンは、液体動
力システム用のアキュムレータで使用されている型のゴ
ム製空気袋やゴム製ダイヤフラムで置き換えてもよい。

【００３０】上述した本発明の態様は、以下に添付図面
と共に説明する。明細書を通して同一の構成部品には同
一の符号を用いて説明している。

【００３１】

【発明の実施の形態】本発明の第１実施の形態である空
油圧式サスペンション装置は、符号１００を以て図７か
ら図９にかけて示されている。サスペンション装置１０
０にはハウジング１０４内に摺動可能なピストンロッド
１０２を含んでいる。ピストンロッド１０２は、露出端
部１０６で端板１０８により密封されている。同様に、
ハウジング１０４は端板１１２により露出端部１１０が
密封されている。

【００３２】ピストン１０２とハウジング１０４とは、
図示の実施の形態では円筒形状であり、大型鉱業用トラ
ックで使用されているサスペンション装置の場合では、
ピストンロッド１０２の直径は、約２０．３２ｃｍ（８
インチ）から約３５．５６ｃｍ（１４インチ）までの範
囲にある。ピストンロッド１０２とハウジング１０４と
は、スチールからなるのが好ましい。しかし、ピストン
ロッド１０２とハウジング１０４とは円形の断面を有し
ないものと製造してもよい。さらに、ピストンロッド１
０２とハウジング１０４とは、採鉱現場環境下でトラッ
クがおよそ出会う応力によく耐えられるのであれば、ス
チール以外の適当な材料で形成されていてもよい。

【００３３】ピストンロッド１０２は中空である。ハウ
ジング１０４も中空である。ピストンロッド１０２がハ
ウジング１０４内に摺動自在に挿入されると、ハウジン
グとピストンロッドによりサスペンション装置１００の
内室１１４が画成される。ピストンロッド１０２とハウ
ジング１０４との間に配設されるシール１１６で内室１
１４を外部とは密閉して、内室１１４がかあつできるよ
うにする。シール１１６は、サスペンション装置１００
の動作中に作用する高圧に耐えるように設計されてい
る。このシール１１６は、当業者に知られているいずれ
の型のものであってもよい。

【００３４】本発明の好ましい実施の形態では、例えば
オイル１１８の如くのほぼ非圧縮性の液体を内室１１４
を部分的に充填してピストンロッド１０２とハウジング
１０４の両方の内部を部分的に充満させる。サスペンシ
ョン装置１００の機能を損なわない限りにおいて、使用
するオイルの種類は問わない。

【００３５】ボールチェックバルブ１１１は、ピストン
ロッド１０２がハウジング１０４内に移動するとき、オ
イル１１８をある部分から他の部分へ移動させるため
に、主室１１３は環状室１１５と連通するように、ピス
トンロッド１０２の壁を介して配設されていてもよい。
ボールチェックバルブ１１１は、主室１１３から環状室
１１５へのオイルの流れを制御して、サスペンション装
置１００の緩衝効果を制御する。また、ボールチェック
バルブ１１１に加えて、他の装置（図示せず）は、主室
１１３から環状室１１５へのオイル１１８の流れを容易
にするために壁を介して配置されてもよい。

【００３６】サスペンション装置１００における内室１
１４の残部は、ガスによって占められている。第１ガス
１２０は、ハウジング内の第１室１２２を満たしてい
る。この第１ガス１２０は不活性ガスであって、容易に
入手可能なことから窒素が好ましい。当然、第１室１２
２は内室１１４より小さい。

【００３７】第１バルブ１２４は、第１室１２２に連通
するハウジング１０４を介して配設される。第１バルブ
１２４により第１ガス１２０をサスペンション装置１０
０の外から第１室に導入する。また、サスペンション装
置１００の動作の間に第１ガス１２０の圧力を変えなけ
ればならないようであれば、第１ガス１２０は第１バル
ブ１２４を介して容易に加える（又は除去）ことができ
る。加えて、第１ガスの圧力をチェックしたい場合、圧
力ゲージ（図示せず）を第１バルブ１２４に取りつけて
もよい。

【００３８】第２ガス１２６は、ピストンロッド内の第
２室１２８を占めている。第１ガスと同様に、第２ガス
も窒素が好ましい。第１室と同様に、第２室は内室より
小さい。

【００３９】ハウジングを介する第１バルブと同様に、
第２バルブ１３０はピストンロッド１０２を介して配設
され、第２室と連通している。第２バルブ１３０を介し
てサスペンション装置１００の外から第２ガス１２６を
第２室１２８に導入する。また、サスペンション装置１
００の動作の間に第２ガスの圧力を変化させなければな
らないようであれば、第２ガス１２６は第２バルブ１３
０を介して容易に加える（又は除去する）ことができ
る。第１ガスの圧力をチェックする必要がある場合で
は、圧力ゲージ（図示せず）を第１バルブ１２４に取り
つけてもよい。

【００４０】ピストンロッド１０２において、ピストン
１３２は、第２ガス１２６とオイル１１８の間に配設さ
れている。ピストン１３２は、第２ガス１２６がオイル
１１８中から逃げて第１室１２２内の第１ガス１２２と
混じるのを防ぐために、第２ガス１２６を第２室１２８
内に押さえこんでいる。ピストン１３２は、スチールや
アルミニウム合金等の金属から構成されていることが好
ましい。

【００４１】サスペンション装置１００内に、第２ガス
１２６は、まず第１ガス１２０より高圧で充填される
（拡張（又は軽負荷下）されている状態のサスペンショ
ン装置について）。それによって、ピストンがピストン
ロッド１０２内の所定位置を過ぎて移動するのを防止す
るため（さらに、第２ガス１２６と第１ガス１２０との
間の圧力を一定に保つため）、ピストン止め１３４は、
ピストンロッド１０２内面に取りつけられている。ピス
トン止め３４は、ピストン１３２がピストンロッド１０
２内で第１室１２２に対してどれだけ離れることができ
るかを制限している。

【００４２】第２ガスのピストン１３２からの漏出防止
のために２つの機構が設けられている。サスペンション
装置１００が小さい（軽い）負荷の下にある場合、ピス
トンはピストン止め１３４に当接して静止している。こ
の条件下では、オイル圧力と第１ガス１２０の圧力は、
第２室１２８の第２ガス１２６の圧力よりかなり小さ
い。この条件下で第２ガスのピストン１３２からの漏出
を防止するために、ピストン１３２がピストン止め３４
に当接したときの圧力抵抗シールを防止するように、ピ
ストン１３２は弾性シール１３６を含む。サスペンショ
ン装置１００内のオイル１１８の圧力が第２ガス１２６
の初期充填圧力を超えるときには、（図９に示すよう
に）第２ガスを圧縮して、ピストン１３２がピストン止
め１３４から移動する。そのような場合、エラストマー
製シール１３６はもはやピストン止め１３４と密接して
いないので、第２ガス１２６の第２室１２８からの漏出
を妨げない。しかし、ピストン１３２は、ピストン止め
１３４から離れて移動する場合に第２ガス１２６の漏出
を妨げる第２シール１３８を備えている。

【００４３】また、ピストン１３２とピストンロッド１
０２の内壁との間の摩擦を極小にするために、ピストン
１３２は低摩擦ベアリング１４０を備えている。低摩擦
ベアリング１４０によって、オイル１１８（それに第１
ガス１２０）の圧力が第２ガス１２６についての「初期
充填圧力」を超えるときはいつでも、第２ガス１２６の
圧力をオイル１１８（それに第１ガス１２０）の圧力と
ほぼ同じになるようにピストン１３２は自由に移動する
ことを保証する。ピストン１３２の質量慣性を極小にす
るために壁厚みは極小に維持される。慣性をさらに減ら
す必要がある場合には、ピストン１３２はアルミニウム
合金等の低密度物質で構成してもよい。

【００４４】本発明の作用については図７から図９に関
して詳述する。サスペンション装置１００において、第
１ガス１２０は、図１３にグラフ化された空荷のトラッ
クの変位特性を示す主ガスとして作用する。また、第２
ガス１２６が内室１１４に含まれている間、サスペンシ
ョン装置１００内の圧力が低圧制限（第２ガス１２６に
関する「初期充填圧力」を越えない限り、第２ガス１２
６は圧縮しない。この低圧制限は、トラックが標準的な
空荷（又は軽負荷下）の状態にある場合のオイル１１８
（それに第１ガス１２０）の圧力より高い。

【００４５】サスペンション装置１００への負荷が十分
に大きくなってオイル１１８への圧力が低圧制限を越え
る場合には、第２ガス１２６は第１ガス１２０と第２ガ
ス１２６の合わせた体積について同じ割合で圧縮されて
いく。合計したガスの量は第１室１２２だけの場合より
も大きいため、（内室１１４の減少を伴って（即ち、ハ
ウジング１０４内でのピストンロッド１０２の動きを伴
って））圧力が増加する割合は第２室１２８がサスペン
ション装置１００に含まれていないと仮定する場合の割
合よりも小さい。これによってサスペンション装置の変
位と負荷特性を相当に改善できる。

【００４６】ピストン止め１３４を離れてピストン１３
２を動かすために、第１ガス１２０（それにオイル１１
８）の圧力は、第２ガスに関する「初期充填圧力」を全
く越えていなければならない。第１ガス１２０の圧力が
第２ガスに関する「初期充填圧力」を越えている場合、
第１ガス１２０と第２ガス１２６の間の圧力差は（１）
ピストン１３２とピストンロッド１０２の内壁との間の
摩擦及び／又は（２）（ピストンロッド１０２のハウジ
ング１０４に対する急速な動きによる）第１ガス１２０
の圧力が急速に変化する場合のピストン１３２の慣性効
果による。

【００４７】前述したように、第１ガス１２０は、サス
ペンション装置１００の頂部にある第１バルブ１２４を
介して充填される。適量の第１ガス１２０を第１室１２
２に充填するために、サスペンション装置１００は、こ
の動作においておよそ軽負荷又は全く負荷をうけない。
同様に、第２ガス１２６は、第２室１２８にサスペンシ
ョン装置１００の底部に配置された第２バルブ１３０を
介して供給できる。所定量のガス１２６を第２室１２８
に充填するために、サスペンション装置は、軽負荷又は
全く負荷を受けないようにしなければならない。第１バ
ルブ１２４と第２バルブ１３０はサスペンション装置１
００の外側から直ちにアクセスできるので,また、負荷
のかかっていないサスペンション装置１００に二つのガ
スを充填することができるので、従来の（一段型）空油
圧式サスペンション装置に充填するために通常必要とさ
れるほどの努力は必要でない（図１、図３、図４）。

【００４８】図１０から図１２には、本発明に係る空油
圧式サスペンション装置２００の第２実施の形態を示
す。この空油圧式サスペンション装置２００は、装置２
００の変位に対する負荷特性をさらに修正するために、
容積可変型の密封内室がさらに第３室２０４に収納され
る第３ガス２０２を加えるように分割されている（図１
３）。第３室２０４を画成するため、内部ハウジング２
０６がハウジング１０４の端板１１３の内面に取りつけ
られる。内部ハウジング２０６は、サスペンション装置
２００の通常の取扱いで受ける圧力を処理できるスチー
ルやその他の適当な物質からなっていてもよい。内部ハ
ウジング２０６は、第３室２０４内の第３ガス２０２を
シールして第３ガス２０２が内部ハウジング２０６から
逃げて第１室１２２の第１ガス１２０と混じることがな
い溶接やその他の接合方法によって端板１１３に取りつ
けられていてもよい。

【００４９】内部ハウジング２０６は、ハウジング１０
４のピストンロッド１０２の動きを妨げないためにピス
トン１０２より小さい断面を持つ必要がある。加えて、
内部ハウジング２０６の長さは、サスペンション装置２
００が重負荷を受けた場合にピストン１３２の動きを妨
げないようにする（図１２）。

【００５０】第１バルブ１２４と同様に第３バルブ２０
８も端板１１３を介して配置されている。第３バルブは
第３室２０４と連通し、サスペンション装置２００が軽
負荷又は全く負荷がかかっていないときに第３ガスを所
定の大きさの圧力にすることができる。第３ガス２０２
の圧力がサスペンション装置２００の操作の間に変化す
ることがある場合には、第３ガス２０２は第３バルブ２
０８を介して容易に付加（又は除去）することができ
る。また、第３ガスの圧力をチェックする必要があれ
ば、圧力ゲージを第３バルブ２０８に装着してもよい。

【００５１】内部ハウジング２０６では、第２ピストン
２１０が第３ガス２０２とオイル１１８の間に配置され
る。第２ピストン２１０は、第３ガスがオイル１１８中
に逃げて第１室１２２の第１ガス１２０と混じるのを防
止するために第３室内の第３ガスを包んでいる。ピスト
ン１３２と同様に、第２ピストン２１０はスチールやア
ルミニウム合金等の金属からなるのが好ましい。

【００５２】サスペンション装置２００内に、第３ガス
２０２は最初に第２ガスより高圧で充填される（延ばさ
れた状態（又は軽負荷の状態）にあるサスペンション装
置に）。そこで、第２ピストンが内部ハウジング２０６
の端部を越えて動くのを妨げるため（さらに、それによ
って第３ガス２０２と第１ガス１２０とを同じにするた
め）、第２ピストン止め２１２は、端板１１２ではなく
内部ハウジング２０６の端部に取りつけられている。

【００５３】ピストン１３２のように、第２ピストン２
１０がピストン１３２と同じ構造をもつことにより、２
つの機構によって第３ガスの第２ピストン２１０の周り
からの漏出を防止している。特に、サスペンション装置
２００が軽負荷下にある場合、第２ピストン２１０は第
２ピストン止め２１２に係合している。加えて、オイル
圧力と第１ガス１２０の圧力は、第３ガス２０２の圧力
よりも相当小さくてもよい。この条件下で第３ガスの第
２ピストンを越えた漏出を防止するため、第２ピストン
２１０は、第２ピストン止め２１２の内部に機械で正確
に形成された面に付着するエラストマー製シール２１４
を備えている。オイル１１８の圧力が第３ガス２０２の
初期充填圧力を超える場合、第３ガスは圧縮されて（図
１２）、第２ピストン２１０は第２ピストン止め２１２
から離れて動く。加えて、エラストマー製シール２１４
は、もはや第２ピストン止め２１２と付着していないた
め、第３ガス２０２の第３室２０４からの漏出を妨げな
い。しかし、第２ピストン２１０は第２ピストンが第２
ピストン止め２１２から離れて動いた場合に第３ガスの
漏出を防ぐ第２シールを備える。

【００５４】また、ちょうどピストン１３２と同じよう
に、第２ピストン２１０と内部ハウジング２０６の内面
との摩擦を極小にするため、第２ピストン２１０は低摩
擦ベアリング２１８を備えている。低摩擦ベアリングに
よって、オイル１１８の圧力が第３ガス２０２の「初期
充填圧力」を越えている場合はいつでも、第３ガス２０
２の圧力をオイル１１８（さらに第１ガス１２０）の圧
力とほぼ同じにするために第２ピストン２１０が自由に
動くことを保証している。第２ピストン２１０の質量慣
性を極小にするために、壁厚みを極小に維持している。
さらに慣性を減らす必要があれば、第２ピストン２１０
は、アルミニウム合金等の低密度物質からなる物であっ
てもよい。

【００５５】サスペンション装置２００の動作をここに
詳述する。サスペンション装置２００は、第３ガス２０
２が第２ガス１２６より高い初期充填圧力を持つ場合を
除いて、サスペンション装置１００と同じように動作す
る。ちょうどサスペンション装置１００と同様に、第１
ガスは主ガスとして働く。サスペンション装置２００内
の圧力が第２ガス１２６の初期充填圧力を超えない限
り、第２ガス１２６は、圧縮されない。同様に、サスペ
ンション装置２００内の圧力が第３ガス２０２の初期充
填圧力を超えるまで第３ガス２０２は圧縮されない。

【００５６】サスペンション装置１００と同様に、サス
ペンション装置２００への負荷が大きくなってオイルへ
の圧力が第２ガス１２６の初期充填圧力を超える場合、
装置２００は、第１ガス１２０と第２ガス１２６の合計
の体積に対応した割合で圧縮される。これは図１１に記
載されており、そこではサスペンション装置２００は中
間的な負荷を受けているように示されている。第３ガス
の下限閾値(lower threshold)へとサスペンション装置
２００の負荷が増すことにより、第３ガスは圧縮され始
める。その点での装置２００の圧縮割合は、第１ガス１
２０、第２ガス１２６、それに第３ガス２０２の合計体
積によっている。これは図１２に示されている。

【００５７】サスペンション装置１００と同様に、装置
２００においても第１ガス、第２ガス、それに第３ガス
は窒素ガスであってもよい。

【００５８】サスペンション装置１００に関する変位に
対する負荷曲線は、図１３におよそ記載した。サスペン
ション装置２００に関する変位に対する負荷曲線は、図
１４におよそ記載した。２つの曲線によって、一つのみ
の独立ガス室を備えた従来型の空油圧式装置（図６）と
比較した場合の装置に関する改良された特性を明らかに
している。

【００５９】サスペンション装置１００又はサスペンシ
ョン装置２００では、第２ガス１２６と第３ガス２０２
はそれぞれピストン内に含まれている必要はない。その
代わりに、ガスは、当業者に知られているエラストマー
状空気袋やダイアフラムによる緩衝装置内に含まれてい
てもよい。

【００６０】上記記載によって明らかにしたように、本
発明は、最も簡単な手段として、少なくとも２つの異な
る機能性ガスを含む装置を提供する。トラックが空荷の
場合やサスペンション装置にかかる負荷が小さい場合、
一方のガスがサスペンション装置の変位特性に寄与す
る。トラックが負荷を受け、装置への負荷がより大きい
場合、各機能性ガスの組み合わせたガスがサスペンショ
ン装置の変位特性に寄与する。本発明に係る装置は、こ
の２段又はそれ以上のガス効果を得るために上記の装置
よりもシンプルなものとできる。本発明のサスペンショ
ン装置のシンプルさによって製造及び維持コストを低く
でき、また、従来知られたサスペンション装置よりも高
い信頼性が得られる。

【００６１】図１３では、第２ガス室を有するサスペン
ション装置１００に関する変位に対する負荷曲線を実線
で示し、図６で示した従来のサスペンション装置ＯＰに
よる変位に対する負荷曲線を点線で記載している。サス
ペンション装置１００に関する変位に対する負荷曲線
は、一つの曲線ではなく少なくとも二つの曲線からな
る。オイル１１８の圧力が第２ガスの初期充填圧力を超
える程度に大きくなると、第２ガス室が圧縮され始めて
第２の曲線部分を示し、変位−負荷曲線が改善される。
図１４では、第２ガス室のみならず第３ガス室をも有す
るサスペンション装置２００に関する変位に対する負荷
曲線を実線で示し、図６で示した従来のサスペンション
装置ＯＰによる変位に対する負荷曲線を点線で記載して
いる。サスペンション装置２００に関する変位に対する
負荷曲線は、一つの曲線ではなく少なくとも三つの曲線
からなる。オイル１１８の圧力が第２ガスの初期充填圧
力を超える程度に大きくなると、第２ガス室が圧縮され
始めて第２の曲線部分を示し、さらに第３ガスの初期充
填圧力を超える程度に大きくなると、第３ガス室が圧縮
され始めて第３の曲線部分を示し、さらに変位−負荷曲
線が改善される。

【００６２】本発明は、上記実施形態やその要素にのみ
限定されるものではない。若干の説明用の実施形態を提
供したのみであるが、一方、本発明から外れることなく
多くの変形が可能であることを当業者は直ちに理解する
であろう。それゆえ、全ての変形は本発明の範囲に含ま
れるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 鉱業用輸送手段の技術分野において公知の典
型的な空油圧式サスペンション装置を示す図である。

【図２】 トラックの前部サスペンション支柱への空油
圧式サスペンション装置の典型的な配置を示す図であ
る。

【図３】 図２に示す空油圧式サスペンション装置の断
面図である。これは、従来型である空油圧式サスペンシ
ョン装置の別の典型例である

【図４】 従来技術での利用可能な空油圧式サスペンシ
ョン装置のさらに別の典型例の詳細を示す図である。

【図５】 トラックのフレームとサスペンションアーム
との間にある図４の空油圧式サスペンション装置の配置
を示す図である。

【図６】 従来技術に見られる型の空油圧式サスペンシ
ョン装置の典型的な変位と負荷との単一段特性との関係
を示すグラフである。

【図７】 軽負荷下における本発明の一つの態様に含ま
れる空油圧式サスペンション装置の断面図である。

【図８】 図７のハウジング、ピストンロッド、それに
第１ピストンの間の接触領域の拡大断面図である。

【図９】 重負荷下における図７の空油圧式サスペンシ
ョン装置の断面図である。

【図１０】 軽負荷下における本発明の別の態様である
３つの分離されたガス室のある空油圧式サスペンション
装置の断面図である。

【図１１】 中間負荷下における図１０の空油圧式サス
ペンション装置の断面図である。

【図１２】 重負荷下における図１０の空油圧式サスペ
ンション装置の断面図である。

【図１３】 追加の内部ガス室を組み込んでいる本発明
を適用した場合の変位と負荷との曲線を示すグラフであ
る（米国特許第4,798,398号の図２に示されている曲線
を反映させている。）。

【図１４】 追加の２つの内部ガス室を組み込んでいる
本発明を適用した場合の変位と負荷との曲線を示すグラ
フである。

【符号の説明】

Ｇ ガス Ｏ オイル ＯＰ サスペンション装置 ＳＡ サスペン
ションアーム Ｔ タイヤ １０ ピストンロ
ッド １２ シリンダハウジング １４ ヘッド １６、１８、２０ 部分 ２２ オリフィ
ス １００、２００ サスペンション装置 １０２ ピスト
ンロッド １０４ ハウジング １０６、１０８
露出端部 １０８ 端板 １１１ ボール
チェックバルブ（ＢＣＶ） １１３ 主室 １１４ 内室 １１６ シール １１８ オイル １２０ 第１ガス １２２ 第１ガ
ス室 １２４ 第１バルブ １２６ 第２ガ
ス １２８ 第２ガス室 １３０ 第２バ
ルブ １３２ ピストン １３４ ピスト
ン止め １３８ 第２シール １４０ ベアリ
ング ２０２ 第３ガス ２０４ 第３ガ
ス室 ２０６ ハウジング ２０８ 第３バ
ルブ ２１０ 第２ピストン ２１２ 第２ピ
ストン止め ２１４ 弾性的シール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アラン・ダブリュー・ディッカーソン オーストラリア3930ビクトリア州マウン ト・エリゾ、アランビ・コート２番

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングと、 前記ハウジング内を摺動するピストンロッドと、 前記ハウジングと前記ピストンロッドとの間のシール
   と、 前記ハウジングと前記ピストンと前記シールによって画
   成され、前記ピストンロッドと前記ハウジングとの間の
   重複長によって容積可変なように密封された内室と、 前記内室に注入された液体と、 前記内室に注入されて第１ガス室を占めており、前記液
   体と常に同一圧力を受けている第１ガスと、 前記内室に注入されて第２ガス室を占めており、拘束さ
   れているために前記液体と前記第１ガスの圧力と同一か
   又は越える圧力を有する第２ガスとからなるサスペンシ
   ョン装置。
2. 【請求項２】 前記内室に注入されて第３ガス室を占め
   ており、拘束されているために前記第２ガスの圧力と同
   一か又は越える圧力を有する第３ガスをさらに備えるこ
   とを特徴とする請求項１に記載のサスペンション装置。
3. 【請求項３】 前記第１ガスと前記第２ガスの両方のガ
   スは、窒素ガスであることを特徴とする請求項１に記載
   のサスペンション装置。
4. 【請求項４】 前記液体は、実質的に非圧縮性であるこ
   とを特徴とする請求項１に記載のサスペンション装置。
5. 【請求項５】 前記液体は、オイルであることを特徴と
   する請求項４に記載のサスペンション装置。
6. 【請求項６】 前記ピストンロッドにある前記第２ガス
   と前記液体間に摺動自在なように配置され、前記第２ガ
   スの圧力が前記液体と前記第１ガスの圧力と同一か又は
   越えるように第２ガスを拘束するピストンをさらに備え
   ることを特徴とする請求項１に記載のサスペンション装
   置
7. 【請求項７】 前記ピストンと前記ピストンロッド内面
   との間の摩擦を極小にするように前記ピストンに配設さ
   れる低摩擦ベアリングをさらに備えることを特徴とする
   請求項６に記載のサスペンション装置
8. 【請求項８】 前記第１ピストンは、アルミニウム合金
   からなることを特徴とする請求項７に記載のサスペンシ
   ョン装置。
9. 【請求項９】 内部ハウジングと、 前記第３ガスと内部ハウジングの外側の前記液体との間
   に摺動自在に配置され、前記第３ガスの圧力が前記液体
   と前記第１ガスの圧力と同一か又は越えるように前記第
   ３ガスを拘束するピストンをさらに備えることを特徴と
   する請求項６に記載のサスペンション装置
10. 【請求項１０】 前記ピストンと前記内部ハウジングの
    内面との間の摩擦を極小にするように前記ピストンに配
    置される低摩擦ベアリングをさらに備えることを特徴と
    する請求項９に記載のサスペンション装置。
11. 【請求項１１】 前記第２ピストンは、アルミニウム合
    金からなることを特徴とする請求項１０に記載のサスペ
    ンション装置。
12. 【請求項１２】 前記第１ガス、第２ガス及び第３ガス
    は、窒素ガスであることを特徴とする請求項２に記載の
    サスペンション装置。
13. 【請求項１３】 前記液体は、実質的に非圧縮性である
    ことを特徴とする請求項２に記載のサスペンション装
    置。
14. 【請求項１４】 前記液体は、オイルであることを特徴
    とする請求項１１に記載のサスペンション装置。