JP2004011750A - 電磁緩衝器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的とするところは、慣性モーメントによる減衰力の影響を抑制すると共に、電磁緩衝器を車両に適用する際にあっても、車両の乗り心地の向上を図り、また、電磁緩衝器の耐久性を向上し、更に、電磁緩衝器の生産性を向上し、電磁緩衝器の生産コストを下げることである。
【解決手段】本発明の電磁緩衝器は、ボール螺子ナット８とボール螺子ナット８内に回転自在に螺合した螺子軸１とを有する電磁緩衝器本体Ｄと、上記螺子軸１に連結したモータＭとを有してなり、ボール螺子ナット８の直線運動を介して螺子軸１の回転運動に変換し、この回転運動をモータＭのシャフト１ｂに伝達して当該モータ部Ｍに電磁力を発生させ、この電磁力に起因し上記シャフト１ｂの回転に抗するトルクをボール螺子ナット８の直線運動を抑制する減衰力として利用する電磁緩衝器において、上記シャフト１ｂと上記螺子軸１が一体成形されてなることを特徴とする。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールナットにボール螺子を回転自在に螺入することにより電磁緩衝器の伸縮運動をモータの回転運動に変換する機構を有し、上記モータの電磁力を減衰力として利用する電磁緩衝器に関し、特にモータのシャフトと螺子軸の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に車両の車体と車軸との間に懸架バネと並列にして油圧緩衝器を介在させたサスペンションが知られており、このサスペンションは車体を懸架するとともに路面からの振動等の入力を減衰して車両の乗り心地と操縦性を向上させ、或いは車体の変位を抑制して車高を一定に保持している。
【０００３】
他方、サスペンションの一部に油圧緩衝器等と併設した電磁緩衝器を組み込み、車体変化時にモータに電流を流して電磁力を発生し、この電磁力を車体変化を抑制する減衰力として利用する車両用のサスペンションも、例えば、特開平５−４４７５８号公報に開示されているように公知である。
【０００４】
しかしながら、上記の油圧緩衝器を利用したサスペンションでは、高減衰力が得られる反面油が必要であり、この油の漏れを防止するシール機構や複雑なバルブ機構を必要とする。
【０００５】
同様に電磁緩衝器を使用したサスペンションでは、電源、コントローラ等を必要とし、構造が複雑化し、コスト的にも不利である。
【０００６】
そこで、最近油、エアや電源等を必要としない新しい電磁緩衝器が研究され、その論文も公表されている。
【０００７】
この電磁緩衝器の基本構造は、例えば、図２のモデルに示すように、ボール螺子ナット８と、当該ボール螺子ナット８を保持するフランジ３４と、アイ型ブラケット３８が固着されたフランジ３７と、上記各フランジ３４、３７を連結するガイドロッド３６と、ボール螺子ナット８内に回転自在に螺合した螺子軸１８と、螺子軸１８の上端にカップリング４７とシャフト４６ａを介して結合したモータ４６とで構成したものである。
【０００８】
ここで、電磁力発生源としてのモータは、様々なモータ、例えば直流モータや誘導モータ等が使用されうるが、例えば直流モータを例に取ると、特に図示しないが、直流ブラシ付モータであれば、モータ４６内に磁界発生用の複数の永久磁石とソレノイドと電機子とヨークと整流子とフレームとシャフトとから構成され、シャフトには電機子が設けて導電線を巻きつけソレノイドを形成して、シャフトの回転によりソレノイドが上記永久磁石の発生する磁界を横切ることにより誘導起電力を発生するものである。
【０００９】
そして、この電磁緩衝器を、たとえば、車体と車軸との間に介在させてサスペンションとして利用する場合、電磁緩衝器の上端をモータ４６の上に設けられたフランジ４３に固着されたブラケット４０を介して車体側に結合し、電磁緩衝器下端を上記アイ型ブラケット３８を介して車軸側に結合させる。
【００１０】
この場合、モータ４６は、下端をフランジ４５及び連結ロッド３１を介してフランジ３２に結合し、上記フランジ３２の内周にはボール軸受４８を固定し、そのボール軸受４８内に螺子軸１８の上部を回転自在に挿入させている。
【００１１】
さらに、フランジ３２は、フランジ３５に連結ロッド３３により連結され、フランジ３５に設けられた孔の中には上記ガイドロッド３６が摺動可能に挿入されおり、ボール螺子ナット８の直線運動のみが許容されるようになっている。
【００１２】
この電磁緩衝器を利用するサスペンションの構想によれば、例えば、路面からの振動入力でボール螺子ナット８が矢印ａ方向に直線運動すると、ボール螺子ナット８内の螺子軸１８は、ボール螺子ナット８内のボールと螺子軸１８の外周の螺施溝１８ａに案内されて回転運動に変換される。
【００１３】
このため、螺子軸１８の回転運動が、螺子軸１８の上端に取り付けられたカップリング４７を介してシャフト４６ａの矢印ｂ方向の回転運動として伝達され、これによりモータ４６に誘導起電力が発生し、特には図示しないがモータ４６の各電極を電源を介さずに短絡するか所望の電磁力を得られるように制御回路に接続しておけば、モータ４６内のソレノイドに上記誘導起電力に起因する電流が流れ、モータ４６は電磁力を発生する。
【００１４】
そして、この時、上記シャフト４６ａの回転に抗する電磁力が発生するようにモータ４６の各電極を短絡又は制御回路に接続しておけば、この電磁力に起因し回転に抗するトルクが発生し、モータ４６のシャフト４６ａの回転を抑制することとなる。
【００１５】
すると、シャフト４６ａの回転を抑制することは、上記螺子軸１８の回転を抑制することであるから、上記トルクはボール螺子ナット８の直線運動を抑制する減衰力として作用する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の螺子軸１８とモータ４６のシャフト４６ａをカップリング等により接続することにより、モータ４６に螺子軸１８の回転運動を伝達する構成を採用している電磁緩衝器においては、電磁緩衝器を実際に車両に適用した際に、以下の不具合を生じる恐れがある。
【００１７】
すなわち、電磁緩衝器の伸縮運動に伴い螺子軸１８が回転し、その回転運動をカップリング４７を介してモータ４６に伝達するが、カップリング４７の慣性モーメントが電磁緩衝器の減衰力に与える影響は無視できない。
【００１８】
ここで、上記減衰力に対する影響は、どのようなものかを説明する。
【００１９】
おおむね、電磁緩衝器に発生する荷重（減衰力）は、モータの回転子の慣性モーメントと螺子軸及びカップリングの慣性モーメントとモータの発生する電磁力の総和であり、カップリングの慣性モーメントは、螺子軸の角加速度が、緩衝器の伸縮運動の加速度に比例することから、緩衝器の伸縮運動の加速度に比例する。
【００２０】
そして、この上記カップリング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、路面等からの突き上げ、振動等の電磁緩衝器に入力される緩衝器の軸方向の力に対し、モータ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る。
【００２１】
すなわち、上述した通り、上記カップリングの慣性モーメントは無視できないので、上記カップリング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れば、従来の電磁緩衝器を車両に適用した場合に比べ、乗り心地を向上することが可能になる。
【００２２】
また、電磁緩衝器の制御を考えた場合には、上記緩衝器の伸縮運動の加速度に依存するカップリングの慣性モーメントにより発生する減衰力は制御しづらく、出来れば上記慣性モーメントの影響が少ないほうが好ましい。
【００２３】
また、シャフト４６ａと螺子軸１８を別部品としてカップリング４７等の動力伝達手段を介して螺子軸１８の回転運動をシャフト４６ａに伝達することとすると、常に路面等からの衝撃を受ける電磁緩衝器にあっては、その動力伝達手段の構造上、電磁緩衝器の耐久性が劣化するという指摘を受ける可能性がある。
【００２４】
更に、シャフト４６ａと螺子軸１８を別部品とすると、動力伝達手段のカップリング等の部品点数が増えることとなるとともに、電磁緩衝器の加工工程も増えるから、生産性や生産コストが悪化する。
【００２５】
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、慣性モーメントによる減衰力の影響を抑制すると共に、電磁緩衝器を車両に適用する際にあっても、車両の乗り心地の向上を図り、また、電磁緩衝器の耐久性を向上し、更に、電磁緩衝器の生産性を向上し、電磁緩衝器の生産コストを下げることである。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために本発明は、ボール螺子ナットとボール螺子ナット内に回転自在に螺合した螺子軸とを有する電磁緩衝器本体と、上記螺子軸に結合したモータとを有してなり、ボール螺子ナットの直線運動を螺子軸の回転運動に変換し、この回転運動をモータのシャフトに伝達して当該モータに電磁力を発生させ、この電磁力に起因し上記シャフトの回転に抗するトルクをボール螺子ナットの直線運動を抑制する減衰力として利用する電磁緩衝器において、上記シャフトと上記螺子軸が一体成形されてなることを特徴とするものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。
【００２８】
本発明にかかる電磁緩衝器の基本形態は、中空ロッド９と中空ロッド９の端部に設けたボール螺子ナット８とボール螺子ナット８内に回転自在に螺合した螺子軸１とを有する電磁緩衝器本体Ｄと、上記螺子軸１のシャフト部１ｂに形成したモータＭとにより構成される。
【００２９】
以下、さらに詳細な構造について説明する。
【００３０】
螺子軸１は、モータＭが形成される丸棒状のシャフト部１ｂとボール螺子ナット８が螺合可能なように螺子溝を設けた丸棒状の螺子部１ａと、シャフト部１ｂと螺子部１ａとの間に設けた軸受挟持部１ｃと、軸受２１を前記軸受挟持部１ｃと協働して挟持するナット２３を螺合するための雌螺子部１ｄとを有してなり、上記シャフト部１ｂ、螺子部１ａ、軸受挟持部１ｃ、雌螺子部１ｄは一体形成される。
【００３１】
モータＭは、直流ブラシ付モータであり、磁界発生用の複数の永久磁石４ａ、４ｂと、ソレノイド２ａと、電機子２と、整流子３と、ブラシ５と、ブラシホルダ６と、上記螺子軸１のシャフト部１ｂと外筒１０から構成されている。
【００３２】
なお、永久磁石４ａ、４ｂは、対向して外筒１０内に取り付けられるが、磁界を発生するように取り付ければ、その数は２個以上でも良い。
【００３３】
上記シャフト部１ｂはその上端をボール軸受２０を介し、その下端を上記軸受挟持部１ｃ及びナット２３により挟持されたボール軸受２１を介して外筒１０に回転自在に挿入されながら、シャフト部１ｂの外周に電機子２を設けて導電線を巻きつけソレノイド２ａを形成し、ソレノイド２ａの複数の導電線（付示せず）は、シャフト部１ｂの上方に設けられた整流子３に接続され、上記整流子３はその側方に設けられたブラシホルダ６を介して外筒１０に結合されたブラシ５に当接しており、更に、ブラシ５はリード線７に接続されている。
【００３４】
そして、外筒１０の上端部には、キャップ１９が結合されており、外筒１０内に、雨や泥水の浸入が防止される。
【００３５】
更に、永久磁石４ａ、４ｂは、上記電機子２がカバー１内に収められた位置に符合させて外筒１０の内周に結合されており、これにより、上記電機子２に磁界がかけられることとなる。この場合、外筒は、モータＭのフレームとしての機能のほかにヨークとしての機能を有することとなる。
【００３６】
尚、リード線７は、制御回路等（図示せず）に接続されるか、直接各電極（図示せず）に接続されたリード線７同士をつなぎ閉回路としておき、且つ、電磁力に起因するシャフト部１ｂの回転に抗するトルクを発生するようにしておくことにより、モータＭに電磁力を発生するようにし、所望の減衰力を得られるよう調整しておく事が必要である。
【００３７】
この場合、特に制御回路を設ける必要がなければ、外筒１０外にリード線を設ける必要は無く、外筒１０内で上記各電極を短絡しても良いので、外筒１０に特にリード線７用の孔（付示せず）を設けずとも良い。
【００３８】
尚、本実施の形態では、モータＭに直流ブラシ付モータを使用した場合を説明したが、直流ブラシレスモータや、交流モータや誘導モータを使用しても良い。
【００３９】
また、シャフト部１ｂに永久磁石を固定して、外筒１０内周にソレノイドを結合しても良い。
【００４０】
以上、本実施の形態においては、モータＭのフレームを外筒１０としているが、モータＭのフレームを外筒１０とする必要は無く、別個にモータＭの固定子及び回転子を覆うフレームを設けて、外筒１０内に挿入し電磁緩衝器本体Ｄに接合してもよい。
【００４１】
次に、電磁緩衝器本体Ｄについて説明する。
【００４２】
電磁緩衝器本体Ｄは、車軸側にアイ型ブラケット１７を介して結合される中空ロッド９と中空ロッド９の上端部にボール螺子ナットブラケット１８を介して結合されたボール螺子ナット８とボール螺子ナット８内に回転自在に螺合した螺子軸１の螺子部１ｂとで構成されている。
【００４３】
そして、上記中空ロッド９は、外筒１０の下端に設けたロッドガイド１２の内周側ブッシュ１３と、ロッドガイド１２の下端に設けた電磁緩衝器本体Ｄ内に埃や雨水等の浸入を防ぐシールＳを介して上下摺動自在に挿入され、中空ロッド９の下端はアイ型ブラケット１７を介して車軸に結合されるようになっている。
【００４４】
尚、ロッドガイド１２は、無くても使用可能であるが、中空ロッド９の座屈を防止し、スムースに直線運動を案内するために設けたほうが好ましい。
【００４５】
ここでは、ボール螺子ナット８の構造は特に図示しないが、例えば、ボール螺子ナットの内周には、螺子軸の螺旋状の螺子溝に符合するように螺旋状のボール保持部が設けられており、前記保持部に多数のボールが配在されてなり、ボール螺子ナットの内部にはボールが循環可能なように前記螺旋状保持部の両端を連通する通路が設けられている周知のものであって、螺子軸を前記ボール螺子ナットに螺入された場合に、螺子軸の螺旋状の螺子溝にボール螺子ナットのボールが嵌合し、螺子軸の回転運動に伴いボール自体も螺子軸の螺子溝との摩擦力により回転するので、ラックアンドピニオン等の機構に比べ滑らかな動作が可能である。
【００４６】
上述のように、螺子軸１の螺子部１ａには、ボール螺子ナット８が螺子溝に沿って回転自在に装着され、ボール螺子ナット８が上下方向の直線運動をすると、ボール螺子ナット８のボールが上下方向に移動するが、この時、当該ボールは螺子軸１の螺子部１ａの螺旋状の螺子溝に沿って移動するから、螺子軸１は強制的に回転駆動される。
【００４７】
また、螺子軸１の螺子部１ｂの下端部にはゴム等からなる第１のクッション部材１５が挿入され、この第１のクッション部材１５はクッション取付部材１６で支持されている。
【００４８】
従って、ボール螺子ナット８が螺子軸１の下端たる最大下降位置までストロークした時、第１クッション部材１５はボール螺子ナット８に対する急激な衝突による衝撃の発生を防止すると共に、それ以上のボール螺子ナット８の下降ストロークを規制するストッパとして利用される。
【００４９】
同様に、外筒１０の上方内周にはゴム等からなる第２クッション部材１４が挿入されており、ボール螺子ナット８の最大上昇位置までストロークした時、第２クッション部材１４はボール螺子ナット８に対する急激な衝突による衝撃の発生を防止すると共に、それ以上のボール螺子ナット８の上昇ストロークを規制するストッパとして利用される。
【００５０】
即ち、上記機構によりボール螺子ナット８の直線運動が螺子軸１の回転運動に変換されることになり、上記構成により中空ロッド９の直線運動が螺子軸１の回転運動に変換されることとなる。
【００５１】
そして、上述のように螺子軸１の螺子軸１ｂの上方、即ち螺子軸１のシャフト部１ｂの下端部は、外筒１０内に軸受保持部材１１を介して取り付けられたボール軸受２１の内周に回転自在に挿入されている。
【００５２】
従って、螺子軸１はこのボール軸受２０、２１と上記ボール螺子ナット８とで回転自在に支持されているので、螺子軸１は、円滑に回転運動を呈することが可能である。
【００５３】
上記機構によりボール螺子ナット８の直線運動が螺子軸１の回転運動に変換されることになり、上記構成により中空ロッド９の直線運動が螺子軸１８の回転運動に変換されることとなる。
【００５４】
即ち、螺子軸１の回転運動は、螺子部１ａとシャフト部１ｂが一体であるため、モータＭに伝達されることとなる。
【００５５】
以上の構成をとることで、モータＭは及び電磁緩衝器本体Ｄは外筒１０内に収められることになり、雨や泥水、飛び石等が直接モータＭやボール螺子ナット８、螺子軸１に当たることが防止されるので、それらによるモータＭ等の損傷を防ぐことができる。
【００５６】
また、シャフト部１ｂと螺子軸の螺子部１ａを別部品では無く一体成形することにより、動力伝達手段のカップリング等を使用しなくてすむので、部品点数を減らすとともに、組付け等の作業の手間を省くことができるので、生産性の向上が図られ、生産コストを低く抑えることができる。
【００５７】
更に、上述のようにカップリング等の動力伝達手段を設ける必要が無いので、構造上強固にすることができるので、電磁緩衝器の耐久性が向上するという効果もある。
【００５８】
引き続いて、作用について説明する。
【００５９】
車両の走行中に路面からの突き上げ入力、振動等の衝撃が中空ロッド９に作用すると、この中空ロッド９が外筒１０に沿って伸縮方向に直線運動する。この直線運動はボール螺子ナット８と螺子軸１の螺子部１ａとのボール螺子機構により、螺子軸１の回転運動に変換される。
【００６０】
すると、上記螺子軸１の回転運動は、螺子軸１の螺子部１ａとシャフト部１ｂが一体成形されているから、モータＭに直接伝達される。
【００６１】
モータＭのシャフト部１ｂが回転運動を呈すると、シャフト部１ｂに取り付けられた電機子２のソレノイドも同時に回転し、上記ソレノイドが永久磁石４ａ、４ｂの磁界を横切ることとなり、誘導起電力が発生し、上述の通りモータＭの各電極を短絡等しておき、且つ、モータＭの電磁力に起因するシャフト部１ｂの回転に抗するトルクを発生するようにソレノイドに電流が流れる様にしてあるため、上記シャフト部１ｂの回転に抗するトルクがシャフト部１ｂの回転運動を抑制することとなる。
【００６２】
このシャフト部１ｂの回転運動を抑制する作用は、シャフト部１ｂが螺子軸１の螺子部１ａと一体成形されているから、螺子軸１自体の回転運動を抑制するように働く。
【００６３】
すると、上記モータＭの電磁力に起因するシャフト部１ｂの回転に抗するトルクは、螺子軸１の回転運動を抑制するので、中空ロッド９の外筒１０に沿う伸縮方向の直線運動を抑制する減衰力として作用し、路面からの衝撃エネルギを吸収緩和し、車両の乗り心地を向上し、操案性を向上させる。
【００６４】
以上、一連の動作により、電磁緩衝器としての機能を発揮することができるが、車両走行中には、絶えず路面から突き上げ入力等の荷重が、中空ロッド９に負荷される。
【００６５】
ここで、上述した通り、概ね、従来の電磁緩衝器に発生する荷重（減衰力）は、モータの回転子の慣性モーメントと螺子軸及びカップリングの慣性モーメントとモータの発生する電磁力の総和であり、カップリングの慣性モーメントは、螺子軸の角加速度が、緩衝器の伸縮運動の加速度に比例することから、緩衝器の伸縮運動の加速度に比例することとなる。
【００６６】
しかし、本発明ではシャフト部１ｂと螺子部１ａを一体成形しているので、上記カップリングを使用する必要が無いから、カップリングの慣性モーメントが上記荷重に付加されず、また、カップリングに対しその部分に対応するシャフト部１ｂの部位の慣性モーメントは構成上明らか小さいため、路面等から電磁緩衝器に入力される緩衝器の軸方向の力、特に急激な軸方向の力が入力された場合にあっても、従来の電磁緩衝器に比べて、電磁緩衝器全体の慣性モーメントが減衰力に与える上述の影響を抑制できる。
【００６７】
従って、常に電磁力に依存した減衰力に先んじて発生する慣性モーメントによる減衰力を抑制できることとなるため、車両の乗り心地を向上できることとなる。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、螺子軸のシャフト部と螺子部を一体成形したことにより、以下の効果を奏する。
【００６９】
（１）動力伝達手段のカップリング等を使用しなくてすむので、部品点数を減らすことが可能である。
【００７０】
（２）上記のように部品点数を減らせるので、組付け等の作業が容易となり、作業工程も短縮可能である。
【００７１】
（３）従って、組み立て、加工が容易となるので、生産性の向上を図ることができる。
【００７２】
（４）そして更に、部品点数が少なくなり、加工工程を少なくでき、生産性も向上するから、生産コストも低く抑えることができる。
【００７３】
（５）また、上述のようにカップリング等の動力伝達手段を設ける必要が無いので、構造上強固にすることができるので、電磁緩衝器の耐久性が向上するという効果もある。
【００７４】
（６）シャフト部と螺子部を一体成形しているので、上記カップリングを使用する必要が無いから、カップリングの慣性モーメントが上記荷重付加されず、また、カップリングに対しその部分に対応するシャフト部の部位の慣性モーメントは構成上明らか小さいため、路面等から電磁緩衝器に入力される緩衝器の軸方向の力、特に急激な軸方向の力が入力された場合にあっても、従来の電磁緩衝器に比べて、電磁緩衝器全体の慣性モーメントが減衰力に与える影響を抑制できる。
【００７５】
（７）従って、常に電磁力に依存した減衰力に先んじて発生する電磁緩衝器全体の慣性モーメントによる減衰力を抑制できることとなるため、車両の乗り心地を向上できることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる電磁緩衝器の側面断面図である。
【図２】従来の電磁緩衝器の側面図である。
【符号の説明】
１　　螺子軸
１ａ　螺子部
１ｂ　シャフト部
１ｃ　軸受挟持部
１ｄ　雌螺子部
２　　電機子
２ａ　ソレノイド
３　　整流子
４ａ、４ｂ　　永久磁石
５　　ブラシ
６　　ブラシホルダ
７　　リード線
８　　ボール螺子ナット
９　　中空ロッド
１０　外筒
Ｄ　　電磁緩衝器本体
Ｍ　　モータ

Claims (1)

1. ボール螺子ナットとボール螺子ナット内に回転自在に螺合した螺子軸とを有する電磁緩衝器本体と、上記螺子軸に連結したモータとを有してなり、ボール螺子ナットの直線運動を螺子軸の回転運動に変換し、この回転運動をモータのシャフトに伝達して当該モータに電磁力を発生させ、この電磁力に起因し上記シャフトの回転に抗するトルクをボール螺子ナットの直線運動を抑制する減衰力として利用する電磁緩衝器において、上記シャフトと上記螺子軸が一体成形されてなることを特徴とする電磁緩衝器。

Images