JP5131594B2

JP5131594B2 - エアサスペンション装置

Info

Publication number: JP5131594B2
Application number: JP2008333184A
Authority: JP
Inventors: 仁山崎; 吉昭戸谷
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2028-12-26
Also published as: JP2010151296A

Description

本発明は、エアサスペンション装置に関するものである。

一般に、シリンダとシリンダの周囲に設けたエアばねからなるエアサスペンション装置は、シリンダの一端内部にロッドシールを備えており、該ロッドシールは、シリンダ内側から外側に向けて順に配置されるメインシールリップ及びダストシールリップがピストンロッドの外周面に圧接されて構成される。（特許文献１参照）
実開平０２−１４３５３８号公報

しかしながら、上述した特許文献１のエアサスペンション装置のロッドシールでは、エアばねからの圧力が増加した際、エアがシリンダ内に逆流する虞があり問題であった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、エアばねからの圧力の増加に対して、最適な機能を発揮するロッドシールを備えたエアサスペンション装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段として、本発明のうち請求項１に記載したエアサスペンション装置の発明は、シリンダの一端から突出するピストンロッドを有する緩衝器本体と、前記シリンダの一端内部に備えられた環状の座金の内周側に取り付けられると共に、前記ピストンロッドが挿入されるロッドシールと、前記緩衝器本体の周りに備えられたエアばねとを備えたエアサスペンション装置であって、前記ロッドシールは、前記座金の前記シリンダの一端側に設けられた逆流防止シールリップと前記座金の前記シリンダの他端側に設けられた主シールリップとを備えており、前記逆流防止シールリップの形状は、前記エアばねからの圧力を受けた際に、前記座金の前記シリンダの一端側端面の内周において前記ピストンロッドの外周面と接触する形状としたことを特徴とするものである。

本発明のエアサスペンション装置に採用したロッドシールは、エアばねからの圧力の増加に対して、最適な機能を発揮することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図１〜図７に基いて詳細に説明する。
本発明の実施の形態に係るエアサスペンション装置１は、図１及び図２に示すように、作動油にて減衰力を発生させる油圧緩衝器本体３と、該油圧緩衝器本体３の周りに配置されるエアばね２とを備えており、該油圧緩衝器本体３のシリンダ４の一端内部には、ピストンロッド５が挿入されるロッドシール１７が備えられ、該ロッドシール１７のシリンダ４の他端側にロッドガイド９が備えられている。

油圧緩衝器本体３は、図１に示すように、作動油が封入されたシリンダ４と、該シリンダ４内に摺動可能に挿入され、シリンダ４内を２室に区画するピストン（図示略）と、シリンダ４の一端から突出し、ピストンと一体的に移動するピストンロッド５と、シリンダ４とピストンとの相対運動に伴う作動油の流動に流動抵抗を付加して減衰力を発生させる減衰力発生機構（図示略）とを備えている。

図１に示すように、ピストンロッド５の一端に気密的に取り付けられる有底筒状のアッパケース６と、可撓性を有する筒状部材を折り返した形状のラバーチューブ７とがカシメリング８によって連結される。また、ラバーチューブ７と、シリンダ４の一端の周りに配置され該一端に取り付けられたバンプキャップ１０と、シリンダ４の周りに延びシリンダ４の下部外周面に気密的に取り付けられる筒状のロアケース１１とがカシメリング８によって連結される。
その結果、アッパケース６、ラバーチューブ７及びロアケース１１で囲まれた部位が空気室１２として機能し、該空気室１２に圧縮空気が供給されてエアばね２が構成される。
なお、ラバーチューブ７の外周には、ロアケース１１の周りに配置される筒状の伸縮カバー１３が連結される。また、空気室１２内において、シリンダ４の一端から突出されるピストンロッド５の外周にバンプラバー１４が配設される。
そして、シリンダ４の一端から突出されるピストンロッド５の一端が、アッパケース６及び連結部材１５等を介して車両の車体側に取り付けられ、一方、シリンダ４の他端が、ブラケット（図示略）等を介して車両の車軸側に取り付けられる。

これにより、本エアサスペンション装置１は、車体側に対する車軸側の変位に伴い、油圧緩衝器本体３のピストンロッド５が伸縮すると共にロアケース１１がラバーチューブ７を撓ませて変位して、エアばね２の空気室１２の容積を変化させることによって生じる空気室１２内の圧縮空気の圧力変化が弾性力として車軸側と車体側との間に作用する。これと同時に、油圧緩衝器本体３のピストンロッド５の伸縮によって生じる減衰力が車軸側と車体側との間に作用する。このようにして、適当なクッション及び減衰力が発生する。

また、図１及び図２に示すように、エアばね２を構成する空気室１２と連通するシリンダ４の一端の内部には、環状の座金１６と、該座金１６の内周側に取り付けられ、ピストンロッド５が挿入されて該ピストンロッド５の外周面を圧接するロッドシール１７とが配設される。なお、ロッドシール１７には、後述する第１〜第４実施形態（符号１７ａ〜１７ｄで示す）が採用される。
該ロッドシール１７は、合成樹脂製からなる円筒状に形成される。本実施の形態では、該ロッドシール１７の材質はＮＢＲゴムが採用される。また、図２に示すように、ロッドシール１７の内周部には、座金１６のシリンダ４の一端側に逆流防止シールリップ１８が形成され、座金１６のシリンダ４の他端側（シリンダ側）に主シールリップ１９が間隔を置いて形成される。ロッドシール１７の凹部２０に座金１６が焼き付けられている。また、座金１６のシリンダ４の他端側の外周部には、座金１６の外周面とシリンダ４の内周面との間をシールする外周シール２１がロッドシール１７と一体に形成されている。さらに、主シールリップ１９で、後述する第１主シールリップ２６が形成される部位の外周面にはシールの広がりを抑えるバックアップリング２３が備えられる。

逆流防止シールリップ１８は、凹部２０に臨むシリンダ４の一端側の薄壁部２５からシリンダ４の一端側に向かって次第に膨出するように断面Ｖ字状に延び、エアばね２からの圧力が作用しない外した状態では、その先端の内周面とピストンロッド５の外周面とのなす角度が３０°〜７０°の範囲となるような角度となっており、通常のダストシールが２０°程度であるのに対して大きな角度を持って形成されている。逆流防止シールリップ１８の先端形状の半径Ｒ値はそれぞれ所定値に設定される。
主シールリップ１９は、シリンダ４の他端側に形成される第１主シールリップ２６と、該第１主シールリップ２６と間隔を置いて形成される第２主シールリップ２７とから構成され、シリンダ４内の油液が外部に漏れるのを防止している。これら第１及び第２主シールリップ２６、２７は、それぞれの頂点がピストンロッド５の外周面に圧接される断面く字状に形成される。また、逆流防止シールリップ１８と第２主シールリップ２７との間には、断面台形状の空間が形成される。

次に、第１〜第４実施形態に係るロッドシール１７ａ〜１７ｄに関して、ロッドシール１７ａ〜１７ｄにエアばね２を設計する際に設定される最大圧（本実施例の設定最大圧力値は、２．３ＭＰａ）が作用した場合、逆流防止シールリップ１８ａ〜１８ｄとピストンロッド５の外周面との圧接面３０、該圧接面３０における面圧分布線の形状及び最大面圧値等を図３〜図７に基いて説明する。なお、面圧分布線は、圧接面３０の断面において、軸方向に沿った面圧の高低を示したものである。

まず、第１実施形態に係るロッドシール１７ａは、逆流防止シールリップ１８ａの先端Ｒ値（ｍｍ）を０．２に設定し、また、逆流防止シールリップ１８ａが薄壁部２５から膨出する基部の径を２２ｍｍに設定する。条件としては、エアばね２から作用する圧力が２．３ＭＰａに設定される。
その結果、第１実施形態に係るロッドシール１７ａでは、図３に示すように、逆流防止シールリップ１８ａとピストンロッド５の外周面との圧接面３０が座金１６のシリンダ４の一端側端面１６ａ内周を含む（端面１６ａ内周からシリンダ外側に向けて圧接面３０となる）ようになっている。また、該圧接面３０の断面における前記面圧分布線（図３で圧接面３０の下方に１点鎖線で示される線）は、その頂点（最大面圧）がシリンダ４の一端側端部に位置する山形状を呈するようになる。さらに、該圧接面３０における最大面圧値は７．２ＭＰａとなり、エアばね２からの圧力（２．３ＭＰａ）の２倍以上となる。
しかも、図７に示すように、第１実施形態に係るロッドシール１７ａおけるピストンロッド５の摺動抵抗は略２８Ｎとなり、従来採用していたロッドシールの４５Ｎよりも１０Ｎ以上低減している。
なお、第１実施形態に係るロッドシール１７ａにおいて、上述した条件下における最大応力発生部位は、図３に示すように、凹部２０の底面とシリンダ４の一端側壁面との境目付近で、その最大応力値は３．３ＭＰａであり、材料（ＮＢＲゴム）の引張強度に対して許容できる値となっている。

次に、第２実施形態に係るロッドシール１７ｂでは、逆流防止シールリップ１８ｂの先端Ｒ値（ｍｍ）を０．２に設定し、また、逆流防止シールリップ１８ｂが薄壁部２５から膨出する基部の外径を２１ｍｍに設定する。条件としては、第１実施形態に係るロッドシール１７ａと同様に、エアばね２から作用する圧力が２．３ＭＰａに設定される。
その結果、第２実施形態に係るロッドシール１７ｂでは、図４に示すように、第１実施形態に係るロッドシール１７ａと同様に、逆流防止シールリップ１８ｂとピストンロッド５の外周面との圧接面３０が座金１６のシリンダ４の一端側端面１６ａ内周を含むようになっている。本実施の形態では、正確には端面１６ａの内周が圧接面３０と成っていないが、０．１ｍｍ程度の軸方向外側から接触しているものであり、実質的に端面１６ａの内周で接触している。また、該圧接面３０の断面における前記面圧分布線（図４で圧接面３０の下方に１点鎖線で示される線）も第１実施形態に係るロッドシール１７ａと略同じで、頂点（最大面圧）がシリンダ４の一端側端部に位置する山形状を呈している。さらに、該圧接面３０における最大面圧値は６．６ＭＰａであり、第１実施形態に係るロッドシール１７ａよりも低い値を示すが、エアばね２からの圧力（２．３ＭＰａ）の２倍以上となる。
また、図７に示すように、第２実施形態に係るロッドシール１７ｂにおけるピストンロッド５の摺動抵抗は、第１実施形態に係るロッドシール１７ａにおける摺動抵抗と略同じとなる。
なお、第２実施形態に係るロッドシール１７ｂにおいて、上述した条件下における最大応力発生部位は、図４に示すように、第１実施形態に係るロッドシール１７ａと略同じ部位で、その最大応力値は３．０ＭＰａであり、材料（ＮＢＲゴム）の引張強度に対して許容できる値となっている。

次に、第３実施形態に係るロッドシール１７ｃは、図５に示すように、逆流防止シールリップ１８ｃの先端Ｒ値（ｍｍ）を０．２に設定し、また、逆流防止シールリップ１８ｃが薄壁部２５から膨出する基部の径を２０ｍｍに設定する。条件としては、第１及び第２実施形態に係るロッドシール１７ａ、１７ｂと同様に、エアばね２から作用する圧力が２．３ＭＰａに設定される。
その結果、第３実施形態に係るロッドシール１７ｃでは、図５に示すように、第１及び第２実施形態に係るロッドシール１７ａ、１７ｂと同様に、逆流防止シールリップ１８ｃとピストンロッド５の外周面との圧接面３０が座金１６のシリンダ４の一端側端面１６ａ内周を含むようになっている。また、該圧接面３０の断面における前記面圧分布線（図５で圧接面３０の下方に１点鎖線で示される線）も第１及び第２実施形態に係るロッドシール１７ａ、１７ｂと略同じで、頂点（最大面圧）がシリンダ４の一端側端部に位置する山形状を呈している。さらに、該圧接面３０における最大面圧値は５．９ＭＰａであり、第１及び第２実施形態に係るロッドシール１７ａ、１７ｂよりも低い値を示すが、エアばね２からの圧力（２．３ＭＰａ）の２倍以上になる。
また、図７に示すように、第３実施形態に係るロッドシール１７ｃにおけるピストンロッド５の摺動抵抗は、第１及び第２実施形態に係るロッドシール１７ａ、１７ｂにおける摺動抵抗と略同じとなる。
なお、第３実施形態に係るロッドシール１７ｃにおいて、上述した条件下における最大応力発生部位は、図５に示すように、第１及び第２実施形態に係るロッドシール１７ａ、１７ｂと略同じ部位で、その最大応力値は４．４ＭＰａであり、材料（ＮＢＲゴム）の引張強度に対して許容できる値となっている。

次に、第４実施形態に係るロッドシール１７ｄは、逆流防止シールリップ１８ｄの先端Ｒ値（ｍｍ）を０．６に設定し、また、逆流防止シールリップ１８ｄが薄壁部２５から膨出する基部の径を２０ｍｍに設定する。条件としては、第１〜第３実施形態に係るロッドシール１７ａ〜１７ｃと同様に、エアばね２から作用する圧力が２．３ＭＰａに設定される。
その結果、第４実施形態に係るロッドシール１７ｄでは、図６に示すように、第１〜第３実施形態に係るロッドシール１７ａ〜１７ｃと同様に、逆流防止シールリップ１８ｄとピストンロッド５の外周面との圧接面３０が座金１６のシリンダ４の一端側端面１６ａ内周を含むようになっている。また、該圧接面３０の断面における前記面圧分布線（図６で圧接面３０の下方に１点鎖線で示される線）は、その頂点（最大面圧）が軸方向略中央に位置する山形状を呈するようになる。さらに、該圧接面３０における最大面圧値は７．１ＭＰａで、第１実施形態に係るロッドシール１７ａと略同じであり、エアばね２からの圧力（２．３ＭＰａ）の２倍以上となる。
ところで、第４実施形態に係るロッドシール１７ｄでは、図７に示すように、ピストンロッド５の摺動抵抗は略３２Ｎとなり、第１〜第３実施形態に係るロッドシール１７ａ〜１７ｃの摺動抵抗よりも若干高くなるが、従来採用していたロッドシールの４５Ｎよりも１０Ｎ以上低減している。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係るエアサスペンション装置１に採用される、上述した第１〜第４実施形態に係るロッドシール１７ａ〜１７ｄでは、エアばね２からの圧力が増加した場合、逆流防止シールリップ１８ａ〜１８ｄとピストンロッド５の外周面との圧接面３０が座金１６のシリンダ４の一端側端面１６ａ内周を含み、しかも、該圧接面３０の断面における前記面圧分布線が山形状を呈するために、ロッドシール１７ａ〜１７ｄとして最適な機能、すなわち、圧接面３０のシール性能を確保しつつ、ピストンロッド５の摺動抵抗を従来よりも低減させることができる。また、シール性能の点から圧接面３０における前記面圧分布線の頂点（最大面圧）は、第１〜第３実施形態に係るロッドシール１７ａ〜１７ｃのようにシリンダ４の一端側に寄った方が好ましい。

また、本発明の実施の形態に係るエアサスペンション装置１に採用される、上述した第１〜第４実施形態に係るロッドシール１７ａ〜１７ｄは、いずれもシール性能、摺動抵抗及び最大応力に関して満足な結果を得ているが、シール性能の観点からは最大面圧値の一番高い第１実施形態に係るロッドシール１７ａが最も好ましく、一方、ピストンロッド５の摺動抵抗の観点からは第１〜第３実施形態に係るロッドシール１７ａ〜１７ｃが好ましい。このように、圧接面３０の最大面圧値を上げてシール性能を向上させつつ、摺動抵抗を小さくするためには、逆流防止シールリップ１８ａ〜１８ｄの薄壁部２５から膨出する基部の径を出来る限り大きく設定すると共に、先端Ｒ値の寸法を出来る限り小さく設定した方が良い。
なお、上記実施の形態では、モノチューブ式の緩衝器を用いた例を説明したが、複筒式の緩衝器においても、本発明を用いることができる。
また、上記実施の形態では、主シールリップを２段で設ける例を示したが、１段であっても３段であってもよい。

図１は、本発明の実施の形態に係るエアサスペンション装置を示す概略断面図である。図２の（ａ）は、ロッドシール及び座金の断面図であり、（ｂ）は正面図である。図３は、所定条件下の第１実施形態に係るロッドシールの逆流防止シールリップとピストンロッドとの圧接面、面圧分布、最大面圧値及び最大応力を示す図である。図４は、所定条件下の第２実施形態に係るロッドシールの逆流防止シールリップとピストンロッドとの圧接面、面圧分布、最大面圧値及び最大応力を示す図である。図５は、所定条件下の第３実施形態に係るロッドシールの逆流防止シールリップとピストンロッドとの圧接面、面圧分布、最大面圧値及び最大応力を示す図である。図６は、所定条件下の第４実施形態に係るロッドシールの逆流防止シールリップとピストンロッドとの圧接面、面圧分布及び最大面圧値を示す図である。図７は、所定条件下の第１〜第４実施形態に係るロッドシールにおけるピストンロッドの摺動抵抗を比較した図である。

符号の説明

１エアサスペンション装置，２エアばね，３油圧緩衝器本体（緩衝器本体），４シリンダ，５ピストンロッド，１２空気室，１７（１７ａ〜１７ｄ）ロッドシール，１８（１８ａ〜１８ｄ）逆流防止シールリップ，１９主シールリップ，３０圧接面

Claims

シリンダの一端から突出するピストンロッドを有する緩衝器本体と、前記シリンダの一端内部に備えられた環状の座金の内周側に取り付けられると共に、前記ピストンロッドが挿入されるロッドシールと、前記緩衝器本体の周りに備えられたエアばねとを備えたエアサスペンション装置であって、
前記ロッドシールは、前記座金の前記シリンダの一端側に設けられた逆流防止シールリップと前記座金の前記シリンダの他端側に設けられた主シールリップとを備えており、
前記逆流防止シールリップの形状は、前記エアばねからの圧力を受けた際に、前記座金の前記シリンダの一端側端面の内周において前記ピストンロッドの外周面と接触する形状としたことを特徴とするエアサスペンション装置。
前記逆流防止シールリップを前記シリンダの一端側に向かって延びる一つの環状リップとしたことを特徴とする請求項１に記載のエアサスペンション装置。
前記逆流防止シールリップと前記ピストンロッドの外周面との圧接面の最大面圧値は、前記エアばねの最大設定圧力値の２倍以上になることを特徴とする請求項１または２に記載のエアサスペンション装置。