JP2004197815A - フロントフォーク - Google Patents

Abstract

【課題】電磁力を減衰力として利用し、油を使用しない電磁緩衝器をフロントフォークに適用可能なものとすることである。
【解決手段】制御装置に接続または各電極を短絡したモータＭを第１チューブ１内に結合させ、第２チューブ２内に第２チューブ２と一体的に移動するボール螺子ナット７を設け、上記ボール螺子ナット７内にモータＭのシャフト３５に直接または動力伝達手段Ｄを介して結合した螺子軸６、もしくは、モータＭのシャフト３５に形成した螺子軸６を回転自在に螺合し、ボール螺子ナット７の直線運動を螺子軸６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３５に伝達して当該モータＭに電磁力を発生させ、この電磁力に起因する上記シャフト３５の回転に抗するトルクを第２チューブ２の直線運動を抑制する減衰力として利用することを特徴とするフロントフォーク。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動二輪車の車体側と車軸側との間に介装して路面からの振動を減衰する緩衝器とフォークを兼ねたフロントフォークに関し、ボール螺子ナットに螺子軸を回転自在に螺入することにより、軸力伝達体の直線運動を螺子軸を介してモータの回転運動に変換する機構を有し、モータのシャフトの回転運動に起因する電磁力で減衰力を発生するフロントフォークに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に自動二輪車の車体と車軸との間に介装させたフロントフォークは、油圧式のものが知られており、この油圧式フロントフォークは車輪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自動二輪車の乗り心地を向上させる。
【０００３】
しかしながら、上記の油圧を利用したフロントフォークでは、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。また、万が一、油漏れが生じた場合には、油が環境汚染を招来する危惧があると指摘される恐れがある。
【０００４】
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（たとえば、非特許文献１参照）も公表されている。
【０００５】
この電磁緩衝器の基本構造は、たとえば、図４のモデルに示すように、ボール螺子ナット８７と、当該ボール螺子ナット８７を保持するフランジ７４と、アイ型ブラケット７８が固着されたフランジ７７と、上記各フランジ７４、７７を連結するガイドロッド７６と、ボール螺子ナット８７内に回転自在に螺合した螺子軸８８と、螺子軸８８の上端にカップリング８３とシャフト８９ａを介して結合したモータ８９とで構成したものである。
【０００６】
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８９の上に設けられたフランジ６８に固着されたブラケット８０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７８を介して車軸側に結合させる。
【０００７】
この場合、モータ８９は、下端をフランジ７０及び連結ロッド７１を介してフランジ７２に結合し、上記フランジ７２の内周にはボール軸受８４を固定し、そのボール軸受８４内に螺子軸８８の上部を回転自在に挿入させている。
【０００８】
さらに、フランジ７２は、フランジ７５に連結ロッド７３により連結され、フランジ７５に設けられた孔の中には上記ガイドロッド７６が摺動可能に挿入されおり、ボール螺子ナット８７の直線運動のみが許容されるようになっている。
【０００９】
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、たとえば、路面からの振動入力でボール螺子ナット８７が矢印ａ方向に直線運動すると、ボール螺子ナット８７内の螺子軸８８は、ボール螺子ナット８７内のボールと螺子軸８８の外周の螺子溝８８ａに案内されて回転運動に変換される。
【００１０】
このため、螺子軸８８の回転運動が、螺子軸８８の上端に取り付けられたカップリング８３を介してシャフト８９ａ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８９に誘導起電力が発生し、特には図示しないがモータ８９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９内のコイルに上記誘導起電力に起因する電流が流れ、モータ８９は電磁力を発生する。
【００１１】
そして、この時、上記シャフト８９ａの回転方向とは逆方向に電磁力が発生し、この電磁力に起因してシャフトの回転に抗するトルクが発生し、モータ８９のシャフト８９ａの回転を抑制することとなる。
【００１２】
すると、シャフト８９ａの回転を抑制することは、上記螺子軸８８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８７の直線運動を抑制する減衰力として作用する。
【００１３】
すなわち、上記の作用は、ボール螺子ナット８７がアイ型ブラケット７８に連結されているので、電磁緩衝器の伸縮運動を抑制する減衰力として作用することとなる。
【００１４】
ここで、ボール螺子ナット８７について着目すると、図５に示すように、ボール螺子ナット８７には、小径のボール８７ａが多数配在されており、このボール８７ａが螺子軸８８の螺旋状の溝８８ａに符合することにより、一対の螺子を形成しており、螺子軸８８はボール螺子ナット８７に対して、回転自在に螺入される。
【００１５】
このため、ボール螺子ナット８７が軸方向に直線運動するとボール８７ａが溝８８ａに沿って移動することから螺子軸８８に強制的に回転力が付与され、螺子軸８８が回転する。
【００１６】
したがって、螺子軸８８とボール螺子ナット８７の上記動作がスムーズであるから、電磁緩衝器に必要な直線運動を回転運動に変換する機構としては、有用なものである。
【００１７】
【非特許文献】末松、須田，「自動車における電磁サスペンションの研究」，社団法人自動車技術会，学術講演会前刷集，２０００年，Ｎｏ４−００
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように油を使用しない電磁緩衝器は、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せず、また、環境汚染を招来する危惧も無いので非常に有用ではあるが、この電磁緩衝器はもともと自動車のサスペンションとして開発されたものであるため、実際にフロントフォークとして使用する際には、以下のいろいろな問題点がある。
【００１９】
すなわち、一般にフロントフォークは車体と車軸間に傾けて介装されるので、自動二輪車の走行時に、自動二輪車の旋回、路面の凹凸等によりフロントフォークに働く力は、突き上げ入力や振動等が作用しボール螺子ナットには軸方向の力のみではなく、斜め方向からの曲げ力を受ける場合がある。
【００２０】
この曲げ力は、フランジ７５が担持するが、このフランジ７５とガイドロッド７６、フランジ７５と螺子軸８８との間には加工上どうしても若干の隙間ができ、この隙間に起因する遊びで、上記の曲げ力を完全に支えきれない場合がある。
【００２１】
同様に、ボール螺子ナット８７と螺子軸８８との間にも加工上発生する隙間による遊びがあり、両者の間にガタが発生する場合がある。
【００２２】
このため、斜め方向から大きい力を受けた場合、図６に示すように、電磁緩衝器が傾いで螺子軸８８の中心軸ｃとボール螺子ナット８７の中心軸ｄがずれる可能性がある。
【００２３】
なぜならば、電磁緩衝器にあっては、ボール螺子ナット８７はガイドロッド７６の上端部に嵌め込まれているから、ガイドロッド７６下端部に設けられたアイ７８からの横方向の力を受けるとガイドロッド７６に連結されているボール螺子ナット８７には、ボール螺子ナット８７と螺子軸８８の組み合わさっている部分を中心として回転モーメントが負荷されることとなり、図６に示すように、必然的に上記中心軸がずれてしまうこととなる。
【００２４】
そして、この中心軸のずれは、ボール螺子ナット８７が上述のとおり多数のボール８７ａを介して螺子軸８８に取付けられているに過ぎないから、ボール螺子ナット８７の一部のボール８７ｂ、８７ｃに集中して荷重がかかることとなり、ボール８７ｂ、８７ｃ若しくは螺子軸８８のねじ山が損傷する事態を生じさせることとなる。
【００２５】
すると、上述したボール８７ｂ、８７ｃ若しくは螺子軸８８のねじ山が損傷することにより、螺子軸８８とボール螺子ナット８７の回転若しくは緩衝器の伸縮方向への移動の各動作の円滑さが失われ、電磁緩衝器として機能が損なわれ、ひいては、電磁緩衝器の故障の原因となる危惧がある。
【００２６】
また、上記の電磁緩衝器の構成では、モータ８９、螺子軸８８、ボール螺子ナット８７が、剥き出しの状態であるから、雨や泥、石等のはねに対して、何ら隔離されておらず、特に、自動二輪車のフロントフォークにあっては、例えば、モータ１内に雨水や泥水が進入して、モータ８９が漏電して損傷したり、モータ８９、螺子軸８８、ボール螺子ナット８７に石等が当たり変形、破損する等によりモータ８９等の機能が損なわれたりする恐れがある。
【００２７】
さらに、上述の電磁緩衝器には、懸架バネが取付けられておらず、このまま自動二輪車の車体と車軸との間に介装したのでは、車体が沈み込んでしまうのみでフロントフォークとしての機能を果たせない。
【００２８】
そこで、本発明は、上記の不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、電磁力を減衰力として利用し、油を使用しない電磁緩衝器をフロントフォークに適用可能なものとすることである。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するため、本発明の第１の課題解決手段のフロントフォークは、第１チューブの内側または外側に第２チューブを摺動自在に嵌合するとともに、第１チューブと第２チューブとの間に介装した懸架バネにより常時伸び方向に附勢されているフロントフォークにおいて、制御装置に接続または各電極を短絡したモータを第１チューブ内に結合させ、第２チューブ内に第２チューブと一体的に移動するボール螺子ナットを設け、上記ボール螺子ナット内にモータのシャフトに直接または動力伝達手段を介して結合した螺子軸、もしくは、モータのシャフトに形成した螺子軸を回転自在に螺合し、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、この電磁力に起因する上記シャフトの回転に抗するトルクを第２チューブの直線運動を抑制する減衰力として利用することを特徴とするフロントフォーク。
【００３０】
上述のように、このフロントフォークにあっては、モータに発生した電磁力を減衰力として利用し、油を特に使用せずに減衰力の発生が可能である。したがって、油漏れによる環境汚染を防止することが可能である。
【００３１】
さらに、このフロントフォークにあっては、上記したように、モータやボール螺子ナットや螺子軸等のフロントフォークの主要部材がアウターチューブとインナーチューブで覆われているので、自動二輪車に適用されても、雨、泥、石等がフロントフォーク内に侵入することが防止され、上記主要部材に直接雨、泥、石等が当たる事を防ぐことができるから、それらを原因としたフロントフォークの損傷を効果的に防止することができる。
【００３２】
加えて、フロントフォーク内に懸架バネを設けているので、車体と車軸との間に介装されてもその機能を果たすことが可能であり、また、自動二輪車への取付けの際に懸架バネが邪魔とならない。
【００３３】
また、モータの各電極を制御装置に接続する場合には、誘導起電力に起因するコイルに流れる電流の大きさを制御装置によりコントロールすることが可能となるので、螺子軸の回転に抗するトルクの調節が可能となる。すなわち、このフロントフォークの発生する減衰力の調節が可能となる。
【００３４】
したがって、このフロントフォークを自動二輪車等に適用すれば、減衰力を調節でき乗り心地を向上することができる。
【００３５】
そして、本発明の第２の課題解決手段のフロントフォークは、第１の課題解決手段において、ボール螺子ナットが第２チューブ内に挿入したスペーサの一端側結合され、上記スペーサの他端を上記懸架バネのバネ力で第１チューブ側に設けたキャップ側またはバネ荷重調整機構側に固定されていることを特徴とする。
【００３６】
この場合には、第１の課題解決手段と同様の作用効果を奏することは勿論のこととして、第２チューブ内にスペーサを設け、このスペーサにボール螺子ナットを結合しているから、特に第２チューブ内の中間部にボール螺子ナットを結合する場合に比較して、スペーサを第２チューブより短いものを使用すれば、ボール螺子ナットを結合したスペーサを第２チューブに挿入するだけで、ボール螺子ナットを第２チューブの中間部に配置できるので加工が容易となる。
【００３７】
さらに、スペーサ内部にボール螺子ナットを配在しておけば、懸架バネとボール螺子ナットとが干渉することが無いので、ボール螺子ナットの損傷が防止される。
【００３８】
また、バネ荷重調整機構を第２チューブに設ける場合には、懸架バネ荷重を調整することも可能となる。
【００３９】
そして、また、本発明の第３の課題解決手段のフロントフォークは、第１、第２の課題解決手段において、第１チューブと第２チューブとの間に複数の軸受部材を介在させたことを特徴とする。
【００４０】
したがって、この場合には、第１チューブと第２チューブとの間に複数の軸受部材を介しており、複数点支持され、フロントフォークに大きな曲げ力が負荷されても、第１チューブに対して第２チューブは傾くことは無く、螺子軸とボール螺子ナットの中心軸がずれることが無く、ボール螺子ナットと螺子軸の損傷を防ぐことができ、結果的にフロントフォークの損傷を防止可能である。
【００４１】
さらに、本発明の第４の課題解決手段のフロントフォークは、第１、第２または第３の課題解決手段において、モータのフレーム内に動力伝達手段を設け、懸架バネが直接またはバネ受を介してフレームに当接することを特徴とする。
【００４２】
したがって、上述のようにモータのフレーム内には、モータの構成部材以外に動力伝達手段をも収められているので、このフロントフォークに路面等から突き上げ力等が負荷され、フロントフォークが収縮し、最圧縮状態となり、懸架バネの荷重が増大した状態となっても、上述のフレームが、言わばストッパとなり、バネ受けまたは懸架バネが動力伝達手段およびモータと干渉することが無いので、特に電磁力を減衰力として利用するフロントフォークの主要部材たるモータや動力伝達手段を損傷することが防止される。
【００４３】
また、さらに、本発明の第５の課題解決手段のフロントフォークは、第１、第２、第３または第４の課題解決手段において、動力伝達手段を歯車機構としたことを特徴とする。
【００４４】
したがって、モータのシャフトの回転速度を螺子軸の回転速度より増速もしくは減速させることが可能となり、各歯車のギア比を適切な組み合わせとすることで、所望の減衰力を得ることが出来る。
【００４５】
すなわち、実際にこのフロントフォークを自動二輪車等に適用する際に、適用車種に応じた必要な減衰力は、各歯車のギア比を適切なものとすれば、モータの規格を車種に応じて変更することなしに得られる。
【００４６】
また、ギア比によって、減衰力を変化させることができるので、大きな減衰力が必要な場合でも、フロントフォークに使用するモータを大型化する必要が無くなる。したがって、コスト的にも有利である。
【００４７】
そして、また、本発明の第６の課題解決手段のフロントフォークは、第１、第２、第３、第４または第５の課題解決手段において、制御装置が、車両速度、操舵角速度、前輪分担荷重の各値のうち、いずれか1つまたは任意に組み合わせた各値に基づき、上記モータに流れる電流を調節することを特徴とする。
【００４８】
したがって、制御装置が、車両速度、操舵角速度、前輪分担荷重の各値のうち、いずれか1つまたは任意に組み合わせた各値に基づいて、モータのシャフトの回転による誘導起電力に基づきモータのコイルに流れる電流量を調整することが可能となる。
【００４９】
また、このとき、モータのコイルには誘導起電力に基づく電流が流れるので、特に、通電する必要が無く、電力供給を制御装置のみに行えばよいので、消費電力を低く押えることが可能となるとともに、電流量を適切なものとすることにより、フロントフォークの発生する減衰力も自動二輪車等の走行状態に適したものとすることに調節可能であるので、乗り心地が向上する。
【００５０】
【発明の実施の形態】
本発明にかかるフロントフォークの基本形態は、図１に示すように、第１チューブたるアウターチューブ１と、アウターチューブ１内に軸受部材４、５を介して摺動自在に挿入した第２チューブたるインナーチューブ２と、インナーチューブ２内に同心に結合したスペーサ１０と、インナーチューブ２の上端に設けたバネ荷重調整機構と、各電極を短絡したモータMと、上記スペーサ１０内に結合したボール螺子ナット７と、モータＭのフレーム３２内でモータMのシャフト３５に連結した動力伝達手段Dと、動力伝達手段Dに連結した螺子軸６と、モータＭのフレーム３２とスペーサ１０と間に介装された懸架バネ８ａとで構成されている。
【００５１】
以下、詳細に説明すると、アウターチューブ１は、有底筒状であって、その下端に車軸を連結する孔１ａが設けられており、インナーチューブ２は、筒状であって、その上端がキャップCで封止され、軸受部材４、５を介して、アウターチューブに摺動自在に挿入されている。アウターチューブ１の開口端にはシールＳとリップＲがインナーチューブ２に摺接しているので、フロントフォーク内に雨や埃等が侵入することが防止される。
【００５２】
また、バネ荷重調整機構はキャップCに螺合したアジャスタ２１と、アジャスタ２１の側面に結合され、上記スペーサ１０に当接させたシート６０とで構成され、アジャスタ２１の上端には螺子部２５が設けてある。そして、このアジャスタ２１を回転させることにより、シート６０がインナーチューブ２内を図中上下方向に移動することにより、スペーサ１０を介して、懸架バネのバネ荷重を変更することが可能となっている。
【００５３】
さらに、アジャスタ２１の下端にはクッション２０が設けられ、クッション２０は、フロントフォークが最収縮した場合には、後述する螺子軸６がキャップＣとの間に生じる衝撃を吸収し、螺子軸６とキャップＣとを保護する。
【００５４】
スペーサ１０は、筒状であって、上述のように、その上端をインナーチューブ２の上端に設けたアジャスタ２１のシート６０に当接させ、その下端をバネ受８ｃを介して懸架バネ８ａに当接させ、インナーチューブ２内に挿入されるとともに、その上端にはボール螺子ナット７が結合されている。したがって、このスペーサ１０は、懸架バネ８ａにより常時シート６０側に附勢されているので、インナーチューブ２と一体的に移動可能となっている。
【００５５】
なお、図２に示すように、スペーサ１０を設けず、インナーチューブ２にボール螺子ナット７を結合させても良いが、特にインナーチューブ２内の中間部にボール螺子ナット７を結合する場合には、スペーサ１０を設け、スペーサ１０をインナーチューブ２より短いものを使用したほうが、ボール螺子ナット７を結合したスペーサ１０をインナーチューブ２に挿入するだけで、ボール螺子ナット７をインナーチューブ２の中間部に配置できるので加工が容易となる。
【００５６】
次に、モータＭは、ヨークたる筒状のフレーム３２と、フレーム３２にフレーム３２内に磁界を発生させるように取付けられた永久磁石３１ａ、３１ｂと、フレーム３２内に軸受３７、３８を介して回転自在に挿入したシャフト３５と、シャフト３５に上記永久磁石３１ａ、３１ｂと対向する位置に巻装したコイル３０と、同じくシャフト３５の外周に設けた整流子３３と、ブラシホルダ（付示せず）に取付けられたブラシ３４とで構成され、アウターチューブ１内の上方に結合されている。
【００５７】
なお、図示したところでは、モータＭを直流モータとしているが、モータの種類としては、直流ブラシ付モータの他に、ブラシレスモータ、交流モータ、誘導モータ等のモータも使用可能である。
【００５８】
また、ブラシ３４は、ブラシホルダを介して電線３６に接続され、電線３６は、図示はしないが各ブラシ３４に接続する２本の導線から構成されており、その先端で短絡されている。したがって、この場合には電線３６をアウターチューブ１外で短絡させる必要は無いので、各ブラシ３４同士をアウターチューブ１内で短絡させても良い。
【００５９】
なお、ブラシ３４が一つしか図示されていないが、ブラシ３４は一対となるように設けられ、各ブラシ３４が、整流子３３に接触するようになっており、コイル３０は整流子３３に接続されている。したがって、シャフト３５の回転によりコイル３０が永久磁石３１ａ、３１ｂの発生する磁界を横切ることにより誘導起電力を発生し、コイル３０が整流子３３、ブラシ３４、電線３６を介して短絡されているので、コイル３０に電流が流れ、電磁力を発生することが可能である。
【００６０】
また、動力伝達手段Ｄは、上記シャフトの先端に設けた第１太陽歯車４３と、上記モータＭのフレーム３２内に軸受５１を介して回転自在に挿入されたブラケット４１と、ブラケット４１に回転自在に取付けられた遊星歯車４２、４２と、フレーム３２内周に形成した第２太陽歯車４４とで構成され、第１太陽歯車３７と第２太陽歯車４４との間に遊星歯車４２、４２を介装して、各歯車が互いに噛合するようになっている。すなわち、これら歯車で歯車機構たるプラネタリギアＰを構成している。
【００６１】
つづいて、螺子軸６は、その下端部を上記フレーム３２内に軸受５２、５３を介して回転自在に挿入してあり、その下端部の先端は上述のブラケット４１に螺合し、上端にはホルダ２４に保持されたクッション２３を設け、螺子軸６の螺旋状の螺子溝６ａをボール螺子ナット７に螺合している。ボール螺子ナット７が螺子軸６の下端に移動した際には、クッション２３が、ボール螺子ナット７とボール螺子ナット７の抜け止め用のホルダ２４との干渉による衝撃を緩和し、ボール螺子ナット７の損傷が防止されている。
【００６２】
ここで、ボール螺子ナット７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。
【００６３】
上述のように、螺子軸６には、ボール螺子ナット７が螺子溝６ａに沿って回転自在に装着され、ボール螺子ナット７が上下方向の直線運動をすると、ボール螺子ナット７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６の螺旋状の螺子溝６ａに沿って移動するから、螺子軸６は強制的に回転駆動される。
【００６４】
即ち、上記機構によりボール螺子ナット７の直線運動が螺子軸６の回転運動に変換されることになる。したがって、ボール螺子ナット７がスペーサ１０を介してインナーチューブ２に一体的に移動可能となっているので、インナーチューブ２の直線運動が螺子軸６の回転運動に変換されることとなる。
【００６５】
さらに、フレーム３２の下端とスペーサ１０との間にバネ受８ｂ、８ｃを介して懸架バネ８ａが介装されている。ここで、上述のようにモータＭのフレーム３２内には、モータＭの構成部材以外に動力伝達手段Ｄをも収められているので、このフロントフォークに路面等から突き上げ力等が負荷され、フロントフォークが最圧縮状態となり、懸架バネの荷重が増大した状態となっても、バネ受け８ｂが動力伝達手段ＤおよびモータＭと干渉することが無いので、特に電磁力を減衰力として利用するフロントフォークの主要部材たるモータＭや動力伝達手段Ｄを損傷することが防止される。
【００６６】
また、図３に示すように、スペーサ１０の内部にボール螺子ナット７を設けるようにしておけば、スペーサ１０の端部が、バネ受８ｃから伝達される衝撃を受け止めることとなり、ボール螺子ナット７は、バネ受け８ｃと干渉することが防止されるので、この場合には、ボール螺子ナット７の損傷を防止することが可能である。
【００６７】
なお、上記構成としたので、このフロントフォークにあっては、モータＭやボール螺子ナット７や螺子軸６等のフロントフォークの主要部材がアウターチューブ１とインナーチューブ２で覆われているので、自動二輪車に適用されても、雨、泥、石等がフロントフォーク内に侵入することが防止され、上記主要部材に直接雨、泥、石等が当たる事を防ぐことができるから、それらを原因としたフロントフォークの損傷を効果的に防止することができる。
【００６８】
加えて、フロントフォーク内に懸架バネを設けているので、車体と車軸との間に介装されてもその機能を果たすことが可能であり、また、自動二輪車への取付けの際に懸架バネが邪魔とならない。
【００６９】
なお、図示したこのフロントフォークの基本形態は、インナーチューブ２を車体側に取付ける、いわゆる、正立型のフロントフォークとしているが、アウターチューブ１を車体側に取付ければ、倒立型としても使用可能であり、また、モータＭをインナーチューブ２側に取付け、ボール螺子ナット７をアウターチューブ１側に設けても使用可能である。
【００７０】
つづいて、その作用について説明する。このフロントフォークは、インナーチューブ２側がブラケットを介して自動二輪車の車体側に取付け、アウターチューブ１側が孔１ａを介して自動二輪車の車軸側に取付けて使用されるが、自動二輪車の走行中に路面等から、突き上げ入力や振動等が付加されると、フロントフォークが伸縮動作をする。
【００７１】
すなわち、アウターチューブ１内周に沿って、インナーチューブ２が直線運動することになる。
【００７２】
すると、インターチューブ２に対し一体的に移動するスペーサ１０に結合されたボール螺子ナット７も直線運動することとなり、このボール螺子ナット７の直線運動が上述のように螺子軸６の回転運動に変換されて、この螺子軸６の回転運動が、動力伝達手段Ｄに伝達され、最終的にモータＭのシャフト３５に伝達される。
【００７３】
このとき、動力伝達手段Ｄは、上述のようにプラネタリギアを構成しているので、そのギア比によりモータＭのシャフト３５の回転速度は、螺子軸６の回転速度より増速または減速される。
【００７４】
かくして、モータＭのシャフト３５が回転運動を呈すると、フレーム３２に取付けられた永久磁石３１ａ、３１ｂがつくる磁束をシャフト３５に巻装したコイル３０が横切ることとなり、コイル３０に誘導起電力が発生する。ここで、コイル３０は、上述のように短絡されているので、コイル３０に誘導起電力に起因する電流が流れて、コイル３０が電磁力を発生し、シャフト３５の回転に抗するトルクが発生して、このシャフト３５の回転に抗するトルクがシャフト３５の回転運動を抑制することとなる。
【００７５】
したがって、シャフト３５の回転を抑制することは、動力伝達手段Ｄを介して螺子軸６の回転を抑制することとなり、ボール螺子ナット７の直線運動を抑制し、ひいてはボール螺子ナット７と一体的に移動するインナーチューブ２の直線運動を抑制するので、この電磁力に起因するシャフト３５の回転に抗するトルクが減衰力として作用することとなる。
【００７６】
上述のように、このフロントフォークにあっては、モータに発生した電磁力を減衰力として利用し、油を特に使用せずに減衰力の発生が可能であり、自動二輪車の乗り心地を向上できる。したがって、油漏れによる環境汚染を防止することが可能である。
【００７７】
また、上記したところでは、コイル３０を短絡してシャフト３５の回転に抗するトルクを得ているが、これに換えて、たとえば、コイル３０を誘導機電力の大きさによって内部抵抗を変更可能な電気回路に接続し、誘導起電力に起因するコイル３０に流れる電流量を、この電気回路によって調節しても良い。そうすることによって、コイル３０に流れる電流量を調節することが可能となり、すると、フロントフォークの発生する減衰力も調節可能となる。
【００７８】
ここで、アウターチューブ１とインナーチューブ２との間には軸受部材４、５が配在され、上下で二点支持されているので、自動二輪車の走行時に、自動二輪車の旋回、路面の凹凸等によりフロントフォークに斜め方向からの曲げ力が負荷されても、アウターチューブ１に対してインナーチューブ２は傾くことは無く、螺子軸６とボール螺子ナット７の中心軸のずれを防止できる。
すると、螺子軸とボール螺子ナットの各中心軸がずれないので、ボール螺子ナットの一部のボールに集中して荷重がかかることを防止でき、ボール若しくは螺子軸のねじ山が損傷する事態を避けることが可能である。
【００７９】
また、ボール若しくは螺子軸のねじ山の損傷を防止できるので、螺子軸とボール螺子ナットの回転若しくはフロントフォーク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る。
【００８０】
したがって、上記各動作の円滑を保てるので、フロントフォークとしての機能も損なわれず、ひいては、フロントフォークの故障を防止できる。
【００８１】
さらに、本実施の形態においては、動力伝達手段Ｄに第１太陽歯車３７、遊星歯車４２、第２太陽歯車４４からなるプラネタリギアＰを使用しているので、モータＭのシャフト３５の回転速度を螺子軸６の回転速度より増速もしくは減速させることが可能となり、各歯車のギア比を適切な組み合わせとすることで、所望の減衰力を得ることが出来る。なお、動力伝達手段Ｄには、プラネタリギア以外にも、摩擦車や、ベルト伝動等の他の慣用手段を用いても良い。
【００８２】
すなわち、実際にこのフロントフォークを自動二輪車に適用する際に、適用車種に応じた必要な減衰力は、各歯車のギア比を適切なものとすれば、モータＭの規格を車種に応じて変更することなしに得られる。
【００８３】
また、ギア比によって、減衰力を変化させることができるので、大きな減衰力が必要な場合でも、フロントフォークに使用するモータＭを大型化する必要が無くなる。したがって、コスト的にも有利である。
【００８４】
なお、本実施の形態においてはモータＭのシャフト３５を動力伝達手段Ｄを介して螺子軸６に接続するとしているが、上述の動力伝達手段Ｄによる効果は失われるが、シャフト３５を直接螺子軸６に接続するとしても良い。
【００８５】
つづいて、本実施の形態の変形例について説明する。当該変形例にあっては、その基本構成は上述の実施の形態と同様にして、そのモータＭの電線３６を制御装置（図示せず）に接続したものである。
【００８６】
制御装置は、制御装置は、たとえば、自動二輪車の速度を検出する車速検出器と、車両の操舵角速度を検出する操舵角速度検出器と、車両の前輪分担荷重を検出する前輪分担荷重検出器と、前記車速と操舵角速度の検出結果に基づき減衰力を演算するコントローラと、前記コントローラの演算結果に基づき上記コイルに流れる電流量を調節する電流調節手段とで構成される。車速検出器および制動動作検出器および前輪分担荷重検出器には、慣用されているものを使用すればよい。
【００８７】
以下、詳細に説明すると、コントローラは、車速検出器と操舵角速度検出器と前輪分担荷重検出器とに接続され、上記各検出器が検出した検出結果を受け取り可能となっている。
【００８８】
ここで、コントローラは、ハードウェアとしては、図示しないが、各検出器が検出した車速および操舵角速度の信号を受け取り、前記各信号に基づいて制御力を演算でき、制御信号としての電力を出力できるものであれば良く、例えば、前記信号増幅するためのアンプと、アナログ信号をデジタル信号に変換する変換器と低周波及び高周波成分をカットするバンドパスフィルタと、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、水晶発振子及びこれらを連絡するバスラインからなるコンピュータシステムとにより構成され、フロントフォークの必要減衰力の演算に使用される演算処理手順と制御信号出力手順は、プログラムとしてＲＯＭに予め格納させておくとする周知なシステムで良い。
【００８９】
さらに、コントローラは、電流調節手段に接続されている。電流調節手段は、コントローラからの信号を受け取り、誘導起電力によってコイル３０に流れる電流量を調節できるものであれば良く、したがって、たとえば、電流調節手段は、コントローラからの信号により駆動するアクチュエータと、コイル３０と接続される電気回路内にポテンショメータを配設したものとして、アクチュエータによりポテンショメータを駆動して、当該電気回路の抵抗を変化させ、誘導起電力によってコイル３０に流れる電流量を調節するものとしても良いし、他に駆動源を用いずに電気的に電流調節手段の回路の抵抗を変化させても良い。
つづいて、本実施の形態におけるフロントフォークの動作について説明する。車両走行中に、先ず、車速検出器と操舵角速度検出器と前輪分担荷重検出器が、車速および操舵角速度および前輪分担荷重の各値を検出し、コントローラに前記車速および操舵角速度および前輪分担荷重が信号として入力される。
【００９０】
つぎに、コントローラは、入力された車速および操舵角速度および前輪分担荷重の各値に基づいて、フロントフォークの適切な減衰力を演算する。
【００９１】
そして、この演算結果に基づき電流調整手段が、誘導起電力によりコイル３０に流れる電流量を変化させて、コイル３０に生じる誘導起電力に起因するシャフト３５の回転運動に抗するトルク、すなわち減衰力を変化させる。
【００９２】
この状態で、シャフト３５が回転すると、上述のようにコイル３０に誘導起電力が発生し電流が流れるが、電流量は先程の電流調整手段によって調節されているので、フロントフォークはコントローラが演算した減衰力を発生することとなる。すなわち、本実施の形態における制御装置によって、フロントフォークの発生する減衰力を自動二輪車の走行状態に適したものとすることに調節可能であるので、乗り心地が向上する。
【００９３】
このとき、たとえば、上述のように電流調節手段が、アクチュエータと、ポテンショメータとで構成される場合には、アクチュエータがポテンショメータを駆動し電流調節手段の電気回路の抵抗値を変化させるが、あらかじめ、電流調節手段を、フロントフォークに必要な減衰力を発生させるのに必要とされる抵抗値を選択できるように調整しておけば良い。
【００９４】
また、コイル３０には誘導起電力に基づく電流が流れるので、特に、モータに通電する必要が無く、電力供給を制御装置のみに行えばよいので、消費電力を低く押えることが可能となる。
【００９５】
ここで、本実施の形態では、上述のように誘導起電力に起因してコイル３０に流れる電流量を調節することとなるので、コントローラにフロントフォークの減衰力を演算させるのではなく、フロントフォークが減衰力を発現させるのに、必要な抵抗値を演算させるようにしてもよい。
【００９６】
また、コントローラにあらかじめ記録される、車速および制動動作の有無および前輪分担荷重に基づくフロントフォークに発生させる減衰力を演算する演算手法についてであるが、このフロントフォークが搭載される自動二輪車等の運動性能や車重等により、適宜その自動二輪車等に適した制御を行えるように設定すればよい。たとえば、コントローラが自動二輪車の速度が高速の場合には、フロントフォークの発現する減衰力を高めような制御を行えるように設定されたり、制動動作時および前輪分担荷重が大きい場合には自動二輪車が前傾することを防止するために減衰力を高めるように設定されたりするであろう。なお、スカイフック制御則を用いた制御としても良いことは無論である。
【００９７】
なお、上記したところでは、車速、操舵角速度、前輪分担荷重の各値に基づいてコイルに流れる電流を調節しているが、上記した３つの各値のうち、いずれか１つまたは任意に組み合わせた各値に基づいてコイルに流れる電流を調節することも可能である。
【００９８】
【発明の効果】
以上のように、各請求項の発明によれば、モータに発生した電磁力を減衰力として利用し、油を特に使用せずに減衰力の発生が可能であり、自動二輪車の乗り心地を向上できる。したがって、油漏れによる環境汚染を防止することが可能である。
【００９９】
また、このフロントフォークにあっては、モータやボール螺子ナットや螺子軸等のフロントフォークの主要部材が第１チューブと第２チューブで覆われているので、自動二輪車に適用されても、雨、泥、石等がフロントフォーク内に侵入することが防止され、上記主要部材に直接雨、泥、石等が当たる事を防ぐことができるから、それらを原因としたフロントフォークの損傷を効果的に防止することができる。
【０１００】
加えて、フロントフォーク内に懸架バネを設けているので、車体と車軸との間に介装されてもその機能を果たすことが可能であり、また、自動二輪車への取付けの際に懸架バネが邪魔とならない。
【０１０１】
したがって、上述の各効果により、電磁緩衝器をフロントフォークに適用可能なものとできる。
【０１０２】
また、請求項２の発明によれば、スペーサを設けたので、特に第２チューブ内の中間部にボール螺子ナットを結合する場合には、スペーサを第２チューブより短いものとすれば、ボール螺子ナットを結合したスペーサを第２チューブに挿入して、その端部でスペーサと第２チューブとを結合するだけで、ボール螺子ナットを第２チューブの中間部に配置できるので加工が容易となる。
【０１０３】
さらに、スペーサの内部にボール螺子ナットを設けるようにしておけば、スペーサの端部が、フロントフォークの最圧縮時の衝撃を受け止めることとなり、ボール螺子ナットは、懸架バネと干渉することが防止されるので、この場合には、ボール螺子ナットの損傷を防止することが可能である。
【０１０４】
そして、さらに、請求項３に記載の発明によれば、第１チューブと第２チューブとの間には複数の軸受部材が配在され、複数点支持されているので、自動二輪車の走行時に、自動二輪車の旋回、路面の凹凸等によりフロントフォークに斜め方向からの曲げ力が負荷されても、第１チューブに対して第２チューブは傾くことは無く、螺子軸とボール螺子ナットの中心軸のずれを防止できる。
すると、螺子軸とボール螺子ナットの各中心軸がずれないので、ボール螺子ナットの一部のボールに集中して荷重がかかることを防止でき、ボール若しくは螺子軸のねじ山が損傷する事態を避けることが可能である。
【０１０５】
また、ボール若しくは螺子軸のねじ山の損傷を防止できるので、螺子軸とボール螺子ナットの回転若しくはフロントフォーク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る。
【０１０６】
したがって、上記各動作の円滑を保てるので、フロントフォークとしての機能も損なわれず、ひいては、フロントフォークの損障を防止できる。
【０１０７】
そして、また、請求項４の発明によれば、モータのフレーム内に、モータの構成部材以外に動力伝達手段をも収められているので、このフロントフォークに路面等から突き上げ力等が負荷され、フロントフォークが収縮し、最圧縮状態となり、懸架バネの荷重が増大した状態となっても、バネ受けまたは懸架バネが動力伝達手段およびモータと干渉することが無いので、特に電磁力を減衰力として利用するフロントフォークの主要部材たるモータや動力伝達手段を損傷することが防止される。
【０１０８】
また、さらに、請求項５の発明によれば、動力伝達手段に歯車機構を使用しているので、モータのシャフトの回転速度を螺子軸の回転速度より増速もしくは減速させることが可能となり、各歯車のギア比を適切な組み合わせとすることで、所望の減衰力を得ることが出来る。
【０１０９】
すなわち、実際にこのフロントフォークを自動二輪車に適用する際に、適用車種に応じた必要な減衰力は、各歯車のギア比を適切なものとすれば、モータの規格を車種に応じて変更することなしに得られる。
【０１１０】
また、ギア比によって、減衰力を変化させることができるので、大きな減衰力が必要な場合でも、フロントフォークに使用するモータを大型化する必要が無くなる。したがって、コスト的にも有利である。
【０１１１】
そして、また、請求項６の発明によれば、制御装置が、車両速度、操舵角速度、前輪分担荷重の各値のうち、いずれか1つまたは任意に組み合わせた各値に基づいて、モータのシャフトの回転による誘導起電力に基づきモータに流れる電流量を調整することが可能となる。
【０１１２】
また、このとき、モータには誘導起電力に基づく電流が流れるので、特に、通電する必要が無く、電力供給を制御装置のみに行えばよいので、消費電力を低く押えることが可能となるとともに、電流量を適切なものとすることにより、フロントフォークの発生する減衰力も自動二輪車等の走行状態に適したものとすることに調節可能であるので、乗り心地が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフロントフォークの側面断面図である。
【図２】ボール螺子ナットをインナーチューブに取付けた状態における側面断面図である。
【図３】ボール螺子ナットをスペーサの内部に配在させた状態における側面断面図である。
【図４】従来の電磁緩衝器の概念図である。
【図５】ボール螺子ナットに螺子軸を螺合させた状態における側面断面図である。
【図６】ボール螺子ナットの中心軸と螺子軸の中心軸とがずれた状態における側面断面図である。
【符号の説明】
１ 第１チューブたるアウターチューブ
２ 第２チューブたるインナーチューブ
４、５ 軸受部材
６ 螺子軸
７ ボール螺子ナット
８ａ 懸架バネ
８ｂ、８ｃ バネ受
１０ スペーサ
２１ アジャスタ
３５ シャフト
Ｃ キャップ
Ｄ 動力伝達手段
Ｍ モータ
Ｐ 歯車機構たるプラネタリギア

Claims (6)

1. 第１チューブの内側または外側に第２チューブを摺動自在に嵌合するとともに、第１チューブと第２チューブとの間に介装した懸架バネにより常時伸び方向に附勢されているフロントフォークにおいて、制御装置に接続または各電極を短絡したモータを第１チューブ内に結合させ、第２チューブ内に第２チューブと一体的に移動するボール螺子ナットを設け、上記ボール螺子ナット内にモータのシャフトに直接または動力伝達手段を介して結合した螺子軸、もしくは、モータのシャフトに形成した螺子軸を回転自在に螺合し、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、この電磁力に起因する上記シャフトの回転に抗するトルクを第２チューブの直線運動を抑制する減衰力として利用することを特徴とするフロントフォーク。
2. ボール螺子ナットが第２チューブ内に挿入したスペーサの一端側に結合され、上記スペーサの他端を上記懸架バネのバネ力で第１チューブ側に設けたキャップ側またはバネ荷重調整機構側に固定されていることを特徴とする請求項１に記載のフロントフォーク。
3. 第１チューブと第２チューブとの間に複数の軸受部材を介在させたことを特徴とする請求項１または２に記載のフロントフォーク。
4. モータのフレーム内に動力伝達手段を設け、懸架バネが直接またはバネ受を介してフレームに当接することを特徴とする請求項１、２または３に記載のフロントフォーク。
5. 動力伝達手段を歯車機構としたことを特徴とする請求項１、２、３または４に記載のフロントフォーク。
6. 制御装置が、車両速度、操舵角速度、前輪分担荷重の各値のうち、いずれか1つまたは任意に組み合わせた各値に基づき、上記モータに流れる電流を調節することを特徴とする請求項１、２、３、４または５に記載のフロントフォーク。

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