説明

緩衝器

【課題】モータの電磁力を利用して減衰力を発生する緩衝器にあっても車両の乗り心地を向上することである。
【解決手段】 車体Bと車軸との直線相対運動を回転運動に変換する運動変換機構Tと、該運動変換機構Tにより変換された回転運動が伝達されるモータMとを備えた緩衝器Dにおいて、モータMが車体B側に固定されるとともに、車体Bと車軸との間に上記運動変換機構Tが介装されてなり、バネ上側連結質量を軽量化して車軸側からの振動の入力を車体B側へ伝達する力を小さくすることで車両における乗り心地を向上する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、モータに生じる電磁力で上記車体と車軸との相対移動を抑制する緩衝器の改良に関する。
【背景技術】
【0002】
この種緩衝器としては、車体を弾性支持するコイルバネと、車軸側に連結されるボール螺子ナットに回転自在に螺合した螺子軸と、螺子軸の一端に連結されるとともに車体側に連結されるモータとで構成され、モータが発生する回転トルクで車体と車軸との相対移動をアクティブ制御するものがある(たとえば、特許文献1参照)。
【0003】
また、モータを車体内側に配置するとともにモータに連結される螺子軸を車体外側に配置して、防振ゴムを介して車体に搭載するものもある(たとえば、特許文献2参照)。
【特許文献1】特開平08−197931号公報(段落番号0023,図1)
【特許文献2】特開2003−343648号公報(段落番号0042,図1)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、上述した従来の緩衝器は、油等を必要としない点で非常に有用であるが、以下の問題点がある。
【0005】
すなわち、上記緩衝器では、減衰力発生するためモータを備え、また、車体と車軸との直線相対運動を回転運動に変換するため螺子軸を備えているので、車両のバネ上側すなわち車体側に弾性体である防振ゴム等を介して連結される各部品の総質量(以下、バネ上側連結質量という)は、概算的にはモータと螺子軸の両方の質量を合算したものになる。
【0006】
すると、モータの質量は非常に大きいので、モータを使用して減衰力を発生する従来の緩衝器の上記バネ上側連結質量は非常に大きくなるが、バネ上側連結質量が大きい分車両バネ下たる車軸側からの振動の入力を車両バネ上たる車体側へ伝達する力が大きくなり、車両における乗り心地が悪化する。
【0007】
そこで、本発明は、上記の不具合を勘案して創案されたものであって、その目的とするところは、モータの電磁力を利用して減衰力を発生する緩衝器にあっても車両の乗り心地を向上することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記した目的を達成するため、車体と車軸との直線相対運動を回転運動に変換する運動変換機構と、該運動変換機構により変換された回転運動が伝達されるモータとを備えた緩衝器において、モータが車体側に固定されるとともに、車体と車軸との間に上記運動変換機構が介装されることを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
各請求項の発明によれば、この緩衝器にあっては、モータは車体に固定されており、バネ上側連結質量にはモータの質量は含まれないこととなるから、バネ上側連結質量を軽量化することができる。
【0010】
すなわち、バネ上側連結質量を軽量にすることができるので、車両バネ下たる車軸側からの振動の入力を車両バネ上たる車体側へ伝達する力も上記軽量化によって小さくなり、車両における乗り心地を向上できることとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図1は、本発明の一実施の形態における緩衝器の縦断面図である。図2は、カップリングの縦断面図である。
【0012】
図1に示すように、一実施の形態における緩衝器Dは、基本的には、モータMと、モータMに回転運動を伝達する運動変換機構Tとで構成されている。
【0013】
以下、詳細に説明すると、モータMは、図1に示すように、ケース2と、上記ロータ1と、ステータ5とで構成され、ロータ1は、シャフト3と、シャフト3の外周に取付けられた磁石4とで構成されてケース2にボールベアリング8,9を介して回転自在に支持されている。
【0014】
他方、ステータ5は、ケース2の内周であって上記磁石4と対向するように取付けた電機子鉄心たるコア6と、コア6に巻回した巻線7とで構成され、このモータMは、いわゆるブラシレスモータとして構成されている。
【0015】
なお、磁石4は、環状に成形されており、N極とS極が円周に沿って交互に現れる分割磁極パターンを有しているが、複数の磁石を接着等して環状となるように形成してもよい。
【0016】
そして、モータMは、ロータ1の回転トルクを制御可能なように図示しない制御装置およびに外部電源に接続されており、所望の減衰力を得られるよう調整されるとともに、モータMを積極的に駆動してこの緩衝器Dを緩衝器のみならずアクチュエータとして機能させるようにしてある。
【0017】
ちなみに、図示はしないが、モータMには、回転子の位置検出手段としてホール素子やレゾルバ等の磁気センサや光センサ等が搭載されており、回転子の回転運動の状況(回転角や角速度等)に応じて緩衝器Dが発生する車体と車軸との相対移動を抑制する制御力を制御できるようにしてある。
【0018】
なお、本実施の形態においてはモータMをブラシレスモータとしているが、電磁力発生源として使用可能であれば、様々なモータ、たとえばブラシ付直流モータや交流モータ、誘導モータ等も使用可能である。
【0019】
このモータMは、そのケース2の下端側が車体Bに図示しないボルトおよびナットにより締結され、車体B内側に固定されている。なお、モータMの車体Bへの固定方法は、ボルトとナットによる以外にも溶接その他の固定方法を採用してよいことは無論であるが、メンテナンスを念頭に置けば、モータMを車体Bへ強固に固定することができるとともに取外し可能である固定方法を採用することが好ましい。
【0020】
なお、本実施の形態においては、モータMの直径を大きくして、熱容量を大きくしてあるので、磁石4の熱減磁およびモータMの熱損を防止されるとともに、車体B内側にモータMを設けても邪魔にならないように長さを短くしてある。
【0021】
つづいて、運動変換機構Tは、螺子軸10と螺子ナットたるボール螺子ナット11とで構成されている。
【0022】
そして、螺子軸10は、ボールベアリング23,24を介して、内筒20に回転自在に支持されており、このボールベアリング23,24は、内筒20の図1中上端内に嵌着のキャップ体21に保持されており、さらに、キャップ体21は、外周側に鍔部22が設けられ、この鍔部22は、底部に孔が設けられたカップ状のアッパーサポート25にボルト(付示せず)で締結されている。
【0023】
なお、螺子軸10の上端側には、段部10aが設けられ、この段部10aとナット60とでボールベアリング23,24を挟持しており、内筒20に対して螺子軸10の軸ぶれが防止されている。
【0024】
さらに、アッパーサポート25の図1中上端には、防振ゴム26が溶着されており、この防振ゴム26の図1中上端には、環状のプレート27が溶着され、またさらに、このプレート27は、図示しないボルトとナットにより上記車体Bの下端側に締結され固定されている。
【0025】
そして、螺子軸10の図1中上端は、カップリングたる筒状のフレキシブルカップリング30が連結され、このフレキシブルカップリング30の他端たる図1中上端には、モータMのシャフト3の図1中下端が挿入され連結されて、螺子軸10の回転運動をこのフレキシブルカップリング30を介してモータMのロータ1に伝達可能とされており、さらに、このフレキシブルカップリング30は、上記アッパーサポート25内に収容されている。
【0026】
このフレキシブルカップリング30は、図2に示すように、筒状に成形され、その側部には、互い違いとなるように複数の切欠31が設けられており、ロータ1のシャフト3に対して螺子軸10の揺動、上下動等の位置ずれが許容されている。
【0027】
なお、フレキシブルカップリング30としては、図示したもの以外に、ベローズ型や、板バネを介装したものなど、種々のものを使用可能であるが、少なくとも、ロータ1に対する螺子軸10の揺動および図1中上下動を許容するものであれば使用可能であり、また、ここで、螺子軸10の位置ずれとは、少なくとも揺動および上下動を含み、またこれに加えて偏心もしくは捩れもしくはその両方を含んでもよい。
【0028】
ここで、フレキシブルカップリング30が、偏心をも許容する場合には、緩衝器Dの組み付けが容易となる。
【0029】
ちなみに、このアッパーサポート25によりフレキシブルカップリング30に車両走行中の飛び石や雨水等が直接当たることが回避されている点でカップ状のアッパーサポート25を設ける利点がある。
【0030】
また、図示するところでは、支持部材は、上記内筒20およびキャップ体21およびアッパーサポート25とで構成されており、他方、弾性体は防振ゴム26となり、これにより、支持部材と車体Bとの間に弾性体を介装している、すなわち、運動変換機構Tと車体Bとの間に弾性体を介装していることとなるが、支持部材は必ずしも上記構成をとる必要はなく、単に螺子軸10を回転自在に支持可能であって防振ゴムを車体Bとの間に介装可能な形状とされればよい。
【0031】
さらに、この実施の形態の場合、アッパーサポート25から防振ゴム26、プレート27にかけての部分がいわゆるマウント部分とされるが、このマウント部分についてはマウントとして機能する限りにいおいて他の構成および形状としても差し支えない。
【0032】
転じて、螺子軸10に螺合されている螺子ナットたるボール螺子ナット11は、内筒20より小径の連携筒40の図1中上端に回動不能に連結されており、この連携筒40は、詳しくは図示はしないが、その下端で車軸側取付部Eを介して内筒20外周側に軸受35,36を介して摺動自在に配在される外筒41に結合されている。
【0033】
すなわち、ボール螺子ナット11は、連携筒40および車軸側取付部Eを介して車両の車軸側に連結可能とされており、ボール螺子ナット11が螺子軸10に対し図1中上下方向の直線運動を呈すると、ボール螺子ナット11は、車軸側に固定される連携筒40により回転運動が規制されているので、螺子軸10は強制的に回転駆動され、逆に、モータMを駆動して螺子軸10を回転させると、ボール螺子ナット11の回転が規制されているので、これによりボール螺子ナット11を上下方向に移動せしめることができる。
【0034】
なお、外筒41と内筒20との間には軸受35,36が設けられ、外筒41に対する内筒20の軸ぶれが防止され、結果的に、ボール螺子ナット11に対する螺子軸10の軸ぶれが防止され、これにより、ボール螺子ナット11の一部のボール(図示せず)に集中して荷重がかかることを防止でき、上記ボールもしくは螺子軸10の螺子溝の劣化を避けることが可能である。
【0035】
また、上記ボールもしくは螺子軸10の螺子溝の劣化を防止できるので、螺子軸10のボール螺子ナット11に対する回転および緩衝器Dの伸縮方向への移動の各動作の円滑さを保つことができ、上記各動作の円滑を保てるので、緩衝器Dとしての機能も損なわれず、ひいては、緩衝器Dの故障を防止できる。
【0036】
さらに、上記螺子軸10とボール螺子ナット11は、内筒20および外筒41内に収容されているので、外部からの飛び石等の干渉を受けないので、この点でも緩衝器Dの故障等を防止できる。
【0037】
また、外筒41の外周側には、懸架バネ受け50が設けられており、この懸架バネ受け50と上記防振ゴム26との間には、懸架バネSが介装されており、このように構成することで、車両に過度のバンピングが生じても懸架バネSの上端を防振ゴム26で受けているので、車体側への伝達される振動を柔らかく吸収して車両における乗り心地を向上できるようになっている。
【0038】
なお、フレキシブルカップリング30は、螺子軸10の揺動を可能としているので、防振ゴム26が振動の入力により撓んでも、その変化を吸収して緩衝器Dの円滑な伸縮を妨げることはないだけでなく、緩衝器Dの機能劣化も防止され、また、螺子軸10の上下動をも可能としているので、この点でも、緩衝器Dの機能劣化が防止される。
【0039】
さらに、外筒41の図1中上端には、上端に鍔を備えた筒状のストッパ部材42が嵌着され、このストッパ部材42の内周側に配在の環状のダストシール43が内筒20の外周と外筒41との間をシールして、外筒41および内筒20内への埃や雨水等の侵入が防止されて、螺子軸10やボール螺子ナット11の品質劣化が防止されている。
【0040】
また、上記ストッパ部材42の上端は、この緩衝器Dが収縮して任意の長さまで収縮すると、内筒20の図1中上端外周側に設けた蛇腹筒状のバンプストッパ28と当接するようになっており、緩衝器Dの収縮時の衝撃を緩和できるようになっているとともに、また、螺子軸10の下端の車体側取付部Eへの衝突、すなわち、緩衝器Dのいわゆる底付きが防止され、緩衝器Dの最収縮時における車両における乗り心地が向上される。
【0041】
他方、緩衝器Dの最収縮時におけるボール螺子ナット11とキャップ体21との衝突の衝撃を緩和するため、内筒20内には、キャップ体21の下端に当接するクッションゴム29が設けられており、これにより、ボール螺子ナット11ひいては緩衝器Dの品質劣化が防止されるとともに、この点でも緩衝器Dの最収縮時における車両における乗り心地が向上される。
【0042】
さて、上述のように構成された緩衝器Dにあっては、路面から力を受けて車体と車軸とが直線相対運動すると、車軸側に連結されるボール螺子ナット11と車体B側に連結される螺子軸10とが直線相対運動を呈し、この相対運動が上記のように螺子軸10の回転運動に変換され、モータMのロータ1に伝達される。
【0043】
そして、モータMのロータ1が回転運動を呈すると、モータM内の巻線7が磁石4の磁界を横切ることとなり、該巻線7に誘導起電力を発生させることよりモータMにエネルギ回生させて電磁力を発生させ、モータMのロータ1には誘導起電力に起因する電磁力による回転トルクが作用し、上記回転トルクがロータ1の回転運動を抑制することとなる。
【0044】
このロータ1の回転運動を抑制する作用は、上記螺子軸10の回転運動を抑制することとなり、螺子軸10の回転運動が抑制されるのでボール螺子ナット11の直線運動を抑制するように働き、緩衝器Dは、上記電磁力によって、この場合減衰力として働く制御力を発生し、振動エネルギを吸収緩和する。
【0045】
このとき、積極的に巻線7に外部電源から電流供給する場合には、ロータ1に作用する回転トルクを調節することで緩衝器Dの伸縮を自由に制御、すなわち、緩衝器Dの制御力を発生可能な範囲で自由に制御することが可能であるので、緩衝器Dの減衰特性を可変としたり、緩衝器Dをアクチュエータとして機能させたりすることも可能であり、また、上述のエネルギ回生による減衰力にあわせて緩衝器Dをアクチュエータとして機能させて適切な制御を行う場合には、緩衝器Dをアクティブサスペンションとしても機能させることも可能である。
【0046】
なお、上述のように積極的にアクチュエータとして機能させる必要が無い場合、すなわち、減衰力の発生させるだけであれば、モータMを外部電源に接続する必要はなく、モータMのロータ1が強制的に回転させられるときに巻線7に生じる誘導起電力により、すなわち、エネルギ回生のみにより発生する電磁力に起因する回転トルクで螺子軸10とボール螺子ナット11との直線相対運動を抑制するとしてもよいことは勿論である。
【0047】
そして、この緩衝器Dにあっては、モータMは車体Bに固定されており、バネ上側連結質量にはモータMの質量は含まれないこととなるから、バネ上側連結質量を軽量化することができる。
【0048】
すなわち、バネ上側連結質量を軽量にすることができるので、車両バネ下たる車軸側からの振動の入力を車両バネ上たる車体側へ伝達する力も上記軽量化によって小さくなり、車両における乗り心地を向上できることとなる。
【0049】
なお、本実施の形態においては、運動変換機構Tと車体Bとの間に弾性体たる防振ゴム26を介装しているとともにモータMが車体B側に固定されているので、バネ上側すなわち車体B側に連結されるバネ上側連結質量は、モータMの質量は含まれず略螺子軸10の質量となるので、バネ上側連結質量を油圧緩衝器におけるロッド質量相当程度に軽量化することができ、弾性体たる防振ゴム26にて振動をも吸収できるのでさらに車両における乗り心地を向上させることができるのである。
【0050】
また、バネ上側連結質量が軽量化されるとともに、ロータ1と螺子軸10とを連結するカップリングは、ロータ1に対する螺子軸10の位置ずれを許容するので、螺子軸10の上下横方向への振動にも対応でき緩衝器Dの機能劣化を防止できるとともに、従来緩衝器のように緩衝器の上端に配置されるモータを中心として振動することがなくなり、すなわち、緩衝器が螺子軸のボール螺子ナットが螺合している付近を中心としてくの字になるように前後左右に振動してしまうことがなくなるとともに、螺子軸10の先端近傍を中心として振動することになるから、その振幅も従来緩衝器より小さくなり、車体側に伝達される上記前後左右の振動により異音が生じるという不具合も解消され、さらに、バネ上側連結質量が軽量化されて固有振動数も高くなるから、車両搭乗者に特に乗り心地が悪いと感じる領域の周波数で共振してしまう弊害もなく、この点でも車両における乗り心地を向上することが可能となる。
【0051】
なお、カップリングがロータ1に対する螺子軸10の捩れを許容する、すなわち、ロータ1と螺子軸10とを連結した状態からロータ1に対し螺子軸10が周方向に回転することを許容する場合には、本構成の緩衝器D特有の慣性モーメントによる不要な減衰力の発生を低減することができる。
【0052】
ここで、慣性モーメントによる減衰力について少し説明すると、緩衝器Dが発生する減衰力は、概ね、螺子軸10の慣性モーメントと、モータMのロータ1の慣性モーメントと、ボール螺子ナット11の慣性モーメントと、モータMの発生する電磁力の総和であり、上記各慣性モーメントは、モータMのロータ1の角加速度が、上記緩衝器Dの伸縮運動の加速度に比例することから、緩衝器Dの伸縮運動の加速度に比例して大きくなるが、螺子軸10の慣性モーメントは比較的大きく減衰力に対する影響は無視できない。
【0053】
そして、この上記螺子軸10の慣性モーメントは、上述の通り上記伸縮運動の加速度に比例することから、路面等から緩衝器Dに入力される緩衝器Dの軸方向の力に対し、緩衝器DはモータMの電磁力に依存しない減衰力を発生することになり、特に急激な軸方向の力が入力された場合には、より高い減衰力を発生することになり、車両搭乗者にゴツゴツ感を知覚させてしまうこととなる。
【0054】
したがって、常に電磁力に依存した減衰力に先んじて螺子軸10の慣性モーメントによる減衰力が発生することとなり、また、緩衝器Dの伸縮運動の加速度に依存する螺子軸10の慣性モーメントにより発生する減衰力は制御しづらいので、螺子軸10の慣性モーメントが小さければ小さいほど、螺子軸10の慣性モーメントの減衰力に対する影響を抑制することができることとなるが、上述のようにカップリングが螺子軸10の捩れを許容する場合には、カップリングで螺子軸10の慣性モーメントによる減衰力を緩和することができ、当該緩衝器Dの発生減衰力の制御性が向上するとともに、当該緩衝器Dが車両に適用される場合には、車両における乗り心地を向上することが可能となる。
【0055】
さらに、モータMを特に車体Bの内側に固定しているから、緩衝器Dの相対運動部分の長さは、緩衝器D全体の長さからモータMの長さを除した長さとなり、緩衝器Dのストロークの確保が容易となる。つまり、モータMが車体Bの下部、すなわち、車体B外方に取付ける場合に比較すると、モータMの長さ分のストロークを長く取ることが可能となる。
【0056】
また、モータMを特に車体Bの内側に固定しているから、マウント部分の変更なしに、この実施の形態の場合、アッパーサポート25から防振ゴム26、プレート27にかけての部分を変更することなしに、緩衝器Dを車両に搭載することが可能となり、マウント部分を規格化できコスト低減可能となるとともに、フルバウンドした場合の衝撃的な荷重は上記マウント部分を介して車体に伝達されるようにしてあるので、モータMに大きな力が作用してしまうことを防止可能である利点もある。
【0057】
さらに、モータMを車体Bの内側に固定することおよびカップリングは、ロータ1に対する螺子軸10の位置ずれを許容するので、モータMに路面から直接大きな荷重が入力されることを回避することができ、モータMの劣化機会を減ずることが可能となる。
【0058】
また、モータMを車体Bの内側に配置することで、モータMの各電極から延設されるであろう電線(図示せず)を車体B内側で取り回すことが可能であり、当該電線を外方の制御装置、制御回路に接続することも容易となり、当該電線は車体B内に収納されることとなるので、電線の劣化機会も減ずることが可能となる。
【0059】
ちなみに、本実施の形態においては、モータMを車体B内側に固定しているが、モータMを車体B外側に固定しても、やはり、バネ上側連結質量を軽量化することができ、また、モータMを車体外側に固定し、かつ運動変換機構Tとの間に弾性体を介装しておけばさらに乗り心地を向上することができる。ただし、この場合、モータMを車体B内側に固定するメリットは失われることとなる。
【0060】
なお、本実施の形態においては、運動変換機構Tがボール螺子ナット11と螺子軸10とで構成されているが、これを他の構成、たとえば、ラックアンドピニオンで構成されてもよく、この場合モータMを、たとえば、車体側に横向きに配置して固定するか、または、縦配置するには別途歯車機構を介する必要はあるが、バネ上側連結質量を軽量化することができるので、車両における乗り心地を向上できることになる。
【0061】
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【0062】
【図1】本発明の一実施の形態における緩衝器の縦断面図である。
【図2】カップリングの縦断面図である。
【符号の説明】
【0063】
1 ロータ
2 ケース
3 シャフト
4 磁石
5 ステータ
6 電機子鉄心たるコア
7 巻線
8,9,23,24 ボールベアリング
10 螺子軸
10a 段部
11 螺子ナットたるボール螺子ナット
20 内筒
21 キャップ体
22 鍔部
25 アッパーサポート
26 弾性体たる防振ゴム
27 プレート
28 バンプストッパ
29 クッションゴム
30 カップリングたる筒状のフレキシブルカップリング
31 切欠
35,36 軸受
40 連携筒
41 外筒
42 ストッパ部材
43 ダストシール
50 懸架バネ受け
60 ナット
B 車体
D 緩衝器
E 車軸側取付部
M モータ
S 懸架バネ
T 運動変換機構

【特許請求の範囲】
【請求項1】
車体と車軸との直線相対運動を回転運動に変換する運動変換機構と、該運動変換機構により変換された回転運動が伝達されるモータとを備えた緩衝器において、モータが車体側に固定されるとともに、車体と車軸との間に上記運動変換機構が介装されることを特徴とする緩衝器。
【請求項2】
モータが車体内側に固定されることを特徴とする請求項1に記載の緩衝器。
【請求項3】
運動変換機構と車体もしくはモータとの間に弾性体を介装したことを特徴とする請求項1または2に記載の緩衝器。
【請求項4】
運動変換機構が、モータに連結される螺子軸と、車軸側に連結されるとともに上記螺子軸に回転自在に螺合される螺子ナットであることを特徴とする請求項1から3に記載の緩衝器。
【請求項5】
ロータに対する螺子軸の位置ずれを許容するカップリングを介して螺子軸とモータのロータとを連結したことを特徴とする請求項4に記載の緩衝器。
【請求項6】
螺子軸を回転自在に支持する支持部材を設け、該支持部材が車体側もしくはモータに弾性体を介して固定されるとともに、螺子ナット側に懸架バネ受けを設け、当該懸架バネ受けと上記弾性体との間に懸架バネを介装したことを特徴とする請求項4または5に記載の緩衝器。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2006−57668(P2006−57668A)
【公開日】平成18年3月2日(2006.3.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−237910(P2004−237910)
【出願日】平成16年8月18日(2004.8.18)
【出願人】(000000929)カヤバ工業株式会社 (2,151)
【Fターム(参考)】