JP2010121749A - サスペンション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ストローク長を確保しつつも外径の大径化を招かずに装置全長の短縮化を実現することができるサスペンション装置を提供することである。
【解決手段】本発明の課題解決手段は、螺子軸１と螺子軸１に螺合されるナット２とナット２に連結されるモータＭとを備えたアクチュエータＡと、シリンダ３とシリンダ３内に摺動自在に挿入されてシリンダ３内を二つの作動室Ｒ１，Ｒ２に区画するピストン４とシリンダ３内に移動自在に挿入されてピストン４に連結されるロッド５とを備えた液圧ダンパＤとを備え、アクチュエータＡの螺子軸１と液圧ダンパＤのシリンダ３とを連結したサスペンション装置において、螺子軸１に液圧ダンパＤのシリンダ３に連通される中空部１ａを設け、当該中空部１ａ内に気室Ｇと上記作動室Ｒ１，Ｒ２のうち一方に連通される液室Ｌとを形成したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、サスペンション装置の改良に関する。

従来のサスペンション装置にあっては、たとえば、螺子軸と螺子軸に螺合されるナットとナットに連結されるモータとを備えたアクチュエータと、シリンダとシリンダ内に摺動自在に挿入されてシリンダ内を二つの作動室に区画するピストンとシリンダ内に移動自在に挿入されてピストンに連結されるロッドとを備えた液圧ダンパとを備え、アクチュエータの螺子軸と液圧ダンパのシリンダとを連結して構成されている。

そして、このサスペンション装置は、液圧ダンパで主として高周波振動を吸収し、アクチュエータの推力で車体と車軸との相対振動をダンピングして、アクティブサスペンションとしてもパッシブサスペンションとしても機能するようになっている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００８−９５７９９号公報

従来のサスペンション装置は、上述のように、アクティブサスペンションとしてもパッシブサスペンションとしても機能でき、また、高周波振動を吸収できる点で非常に有用ではあるが、アクチュエータと液圧ダンパとを直列連結する構成を採用しているため、装置全体が長尺となり、車両への搭載性の点で問題がある。

そのため、サスペンション装置の短縮化が望まれているのであるが、単に、アクチュエータや液圧ダンパの全長を短くしただけでは、サスペンション装置全体のストローク長も短くなってしまい、必要とされるストローク長を確保できない虞がある。

また、液圧ダンパを外周に環状のリザーバを備えたいわゆる複筒型のダンパとすれば、液圧ダンパの全長を短縮化しつつ必要なストローク長を維持できるが、リザーバ容積を大きくしないと、リザーバ内の気室の圧縮比が大きくなって作動室内の圧力が過大となり、この作動室内の圧力がロッド外周をシールしているシール部材に作用してシール部材の緊迫力が過剰となり、シール部材の負担が大きくなるばかりで無く、シール部材とロッドとの摺動摩擦が大きくなって、液圧ダンパの円滑な伸縮が妨げられて、高周波振動を吸収することが難しくなる。

それゆえ、液圧ダンパを複筒型に設定して全長を短縮化しても、リザーバ容積を確保するために、液圧ダンパの外径の大型化を招き、サスペンション装置の車両への搭載性が悪化してしまうことになる。

そこで、本発明は上記した点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、ストローク長を確保しつつも外径の大径化を招かずに装置全長の短縮化を実現することができるサスペンション装置を提供することである。

本発明の課題解決手段は、螺子軸と螺子軸に螺合されるナットとナットに連結されるモータとを備えたアクチュエータと、シリンダとシリンダ内に摺動自在に挿入されてシリンダ内を二つの作動室に区画するピストンとシリンダ内に移動自在に挿入されてピストンに連結されるロッドとを備えた液圧ダンパとを備え、アクチュエータの螺子軸と液圧ダンパのシリンダとを連結したサスペンション装置において、螺子軸に液圧ダンパのシリンダに連通される中空部を設け、当該中空部内に気室と上記作動室のうち一方に連通される液室とを形成したことを特徴とする。

本発明のサスペンション装置によれば、液圧ダンパのシリンダ内にロッドが出入りする際の体積補償を螺子軸内に設けたリザーバとして機能する中空部で行うので、シリンダ内にフリーピストンを摺動自在に挿入して気室を区画したり、複筒型としてリザーバを設けたりする必要がなくなる。

また、リザーバとして必要な容積を螺子軸の中空部で確保することができるので、液圧ダンパのストローク長を充分に確保することができる。

したがって、片ロッド型に設定された液圧ダンパに必須のリザーバが液圧ダンパのシリンダ内あるいはシリンダ周りに設けるのではなく、液圧ダンパのシリンダに連結される螺子軸内に設けられるので、液圧ダンパの全長を短くしてサスペンション装置全体の短縮化を図っても、液圧ダンパの外径が大きくならず液圧ダンパのストローク長を充分に確保できるのである。

以下、図に示した一実施の形態に基づいて本発明について説明する。図１は、本発明の一実施の形態におけるサスペンション装置の縦断面図である。図２は、本発明の他の実施の形態におけるサスペンション装置の縦断面図である。

一実施の形態におけるサスペンション装置は、図１に示すように、螺子軸１と螺子軸１に螺合されるナットたるボール螺子ナット２とボール螺子ナット２に連結されるモータＭとを備えたアクチュエータＡと、シリンダ３とシリンダ３内に摺動自在に挿入されてシリンダ３内を二つの作動室Ｒ１，Ｒ２に区画するピストン４とシリンダ３内に移動自在に挿入されてピストン４に連結されるロッド５とを備えた液圧ダンパＤとを備えて構成されるとともに、アクチュエータＡの螺子軸１と液圧ダンパＤのシリンダ３とが連結されており、螺子軸１に液圧ダンパＤのシリンダ３に連通される中空部１ａを設け、当該中空部１ａ内に気室Ｇと上記作動室Ｒ１に連通される液室Ｌとが形成されている。

そして、作動室Ｒ１，Ｒ２および液室Ｌ内には、作動油等の液体が充填され、気室Ｇ内には、気体が充填されている。

以下、各部の詳細について説明する。螺子軸１は、図１に示すように、有頂筒状とされて内部に下端から開口する中空部１ａが形成され、その外周に形成した螺旋状の図示しない螺子溝と、軸線となる螺子軸１の直線運動方向に沿って形成した直線状の図示しないスプライン溝とを備えるとともに、下端には外周に螺子部１ｃを有するフランジ１ｂが設けられ、当該フランジ１ｂを後述する液圧ダンパＤのシリンダ３の上端内周に螺合することで、螺子軸１と液圧ダンパＤのシリンダ３とが連結されている。

ナットたるボール螺子ナット２は、周知であるので詳細には図示しないが、たとえば、筒状本体の内周に設けた螺子軸１の螺子溝に対向する螺旋状の通路と、筒状本体内に設けられ上記通路の両端を連通する循環路と、該通路および循環路に収容されるとともに螺子溝１を走行する複数の符示しないボールと、各ボール間に介装されるスペーサとを備えて構成され、各ボールは、上記ループ状に形成された通路と循環路を循環することができるようになっている。なお、本実施の形態では、螺子ナットをボール螺子ナット２として螺子軸１の円滑な直線運動を実現するようにしているが、上述したように非可逆でなければ、単に、螺子軸１の螺子溝に螺合する螺子山を備えたナットとしてもよい。

そして、このボール螺子ナット２は、モータＭを保持する筒状のホルダ６に回転自在に保持されており、また、ホルダ６は、螺子軸１のスプライン溝を走行する複数のボールを備えたボールスプラインナット７を回転不能に保持しており、螺子軸１はホルダ６に対して軸周りの回転が拘束され、ホルダ６に対して図１中上下方向の直線運動のみが許容されている。

また、ホルダ６は、外周にアクチュエータＡを車両の車体へ取付けるマウント１２を備えており、後述の液圧ダンパＤのロッド５を車両の車軸へ取付けることで、サスペンション装置を車両の車体と車軸との間に介装することができるようになっている。なお、サスペンション装置は、図１ではアクチュエータＡを上方に配置して車体へ取付けるようになっているが、天地逆向きに車両へ搭載するようにしてもよい。

ボールスプラインナット７は、周知であるので詳細には図示しないが、たとえば、筒状本体の内周に設けた螺子軸１の外周に設けたスプライン溝に対向する直線状の通路と、筒状本体内に設けられ上記通路の両端を連通する循環路と、該通路および循環路に収容されるとともにスプライン溝を走行する複数の符示しないボールと、各ボール間に介装されるスペーサとを備えて構成され、各ボールは、上記ループ状に形成された通路と循環路を循環することができるようになっている。

なお、螺子軸１のホルダ６に対する回り止めは、本実施の形態にあっては、螺子軸１の外周に設けたスプライン溝とボールスプラインナット７とで構成されているが、螺子軸１の直線運動が可能であれば、これら以外の構成で回り止めするようにしてもよい。

モータＭは、図１に示すように、筒状のケース８と、ケース８の内周に固定されるコアとコアに巻装したコイルとで構成されるステータ９と、ケース８内に回転自在に収容されて螺子軸１の挿通を許容する筒状のロータシャフト１０と、ロータシャフト１０の外周に装着されてステータ９に対向する磁石１１とを備えて構成されている。そして、ケース８は、ホルダ６内に収容されて固定されており、このようにホルダ６にモータＭを固定すると、ロータシャフト１０の下端に設けた切欠１０ａ内にボール螺子ナット２の上端に設けた突起２ａが入り込み、ロータシャフト１０とボール螺子ナット２とが互いに回転運動を伝達することが可能とされた状態で連結される。なお、モータＭとナットの連結には、上述のようにロータシャフト１０とボール螺子ナット２とが相対回転不能な状態で連結されるほか、歯車機構や減速機を介して連結されてもよい。

アクチュエータＡは、上述の如く構成され、モータＭでボール螺子ナット２を回転駆動させて螺子軸１を直線運動させることができるとともに、螺子軸１が外力で強制的に直線駆動させられる場合には、モータＭのトルクでこの螺子軸１の直線運動を抑制することができるようになっている。また、螺子軸１の直線運動を抑制する場合には、モータＭが外部入力される運動エネルギを回生して電気エネルギに変換することによって発生する回生トルクで螺子軸１の図１中上下方向の直線運動を抑制することもできる。

つまり、このサスペンション装置は、単に、螺子軸１の直線運動を抑制する減衰力を発生するばかりではなく、アクチュエータとしても機能することから、このサスペンション装置が車両の車体と車軸との間に介装されて使用されると、車両の車体の姿勢制御も同時に行うことができ、これにより、アクティブサスペンションとしても機能することができる。

なお、上述のように、このサスペンション装置では、アクチュエータＡの螺子軸１に液圧ダンパＤが直列に連結されており、この液圧ダンパＤは、主として高周波振動を吸収する目的で設けられている。すなわち、液圧ダンパＤは、慣性モーメントが大きく高周波振動の入力に対して伸縮しにくく振動を伝達しやすくなるアクチュエータＡに直列して連結されることで、比較的加速度が大きい振動等の高周波振動の入力に対して、この振動エネルギを吸収するようになっている。

このように、このサスペンション装置は、低周波振動のみならず路面の突起乗り上げ時等の高周波振動の入力に対しても振動を効果的に抑制することができ、車両における乗り心地を向上することができるのである。

つづいて、液圧ダンパＤについて説明する。シリンダ３は、筒状とされており、図１中下端には環状のロッドガイド１３が嵌合され、図１中上端内周には、螺子軸１のフランジ１ｂが螺着されている。

また、シリンダ３内にはピストン４が摺動自在に挿入されてシリンダ３内には二つの作動室Ｒ１，Ｒ２が形成されている。そして、この実施の形態の場合、シリンダ３の上端が螺子軸１に連結されることにより、螺子軸１の中空部１ａがシリンダ３内の作動室Ｒ１に連通されている。そして、中空部１ａ内に摺動自在に挿入したフリーピストン１４で中空部１ａ内を液室Ｌと気室Ｇとを形成しており、液室Ｌ内には液圧ダンパＤが最伸長した状態で液体の液面が中空部１ａ内に位置するように液体が充填され、液室Ｌは、作動室Ｒ１に連通されている。また、気室Ｇ内には、気体が充填されている。なお、螺子軸１の下端にフランジ１ｂを設けてシリンダ３の内周に螺着することで、螺子軸１とシリンダ３とを連結しているが、溶接や他の方法を利用して連結するようにしてもよく、また、螺子軸１にフランジ１ｂを設けず、シリンダ３の端部を閉塞する図示しないキャップを設けておき、このキャップに螺子軸を連結するようにしてもよく、螺子軸１およびシリンダ３の形状および構造についても任意に設定することができる。

このサスペンション装置の場合、液圧ダンパＤが車軸側に配置されるので、気室Ｇが液室Ｌより上方配置されるため、気室Ｇと液室Ｌをフリーピストン１４で仕切らずとも作動室Ｒ１内に気体の混入を回避可能であるので、フリーピストン１４を省略することもできる。換言すれば、フリーピストン１４を設けることで、サスペンション装置を天地逆にして使用することができるとともに、また、気室Ｇと液室Ｌとを完全に分離するので作動室Ｒ１への気体混入を確実に阻止しえることになる。

戻って、ピストン４には、上記作動室Ｒ１と作動室Ｒ２とを連通する通路４ａが設けられており、該通路４ａの途中には、減衰力発生要素４ｂが設けられている。減衰力発生要素４ｂは、上記通路４ａを液体が通過する際に液体の流れに抵抗を与え、所定の圧力損失を生じさせるものであればよく、具体的にはたとえば、オリフィスやリーフバルブといった減衰バルブを採用することができる。

ロッド５は、シリンダ３の下端を封止する環状のロッドガイド１３の内周に筒状のベアリング１５を介して軸支されて、シリンダ３外へ突出されており、このロッド５の下端を図示しない取付部を介して車両における車軸に取付けることができるようになっている。

また、このサスペンション装置にあっては、アクチュエータＡと液圧ダンパＤが直列に連結されており、双方とも伸縮可能であるので、場合によっては液圧ダンパＤが伸び切りあるいは縮みきった状態に維持される可能性がある。このような状態では、高周波振動を吸収する液圧ダンパＤの働きが減殺されてしまい車両における乗り心地を損なう虞があるため、液圧ダンパＤを中立位置に位置決めるバネ部材１６，１７が設けられている。詳しくは、ロッド５の下端に固定される筒部材１８の内周にバネ部材１６，１７が直列に収容されており、このバネ部材１６，１７の間にシリンダ３に取付けたバネ受１９が介装され、ロッド５に対してシリンダ３がバネ部材１６，１７によって中立位置に位置決められている。なお、中立位置とは、サスペンション装置を車両における車体と車軸との間に介装した状態で、ロッド５に対してシリンダ３が位置決められる位置であり、必ずしもシリンダ３の中央にピストン４が配置される状態、あるいは、ピストン４がストローク中心に配置される状態のみを指すものではない。

そして、この液圧ダンパＤにあっては、シリンダ３に対してピストン４が図１中上下方向へ移動すると、ピストン３の移動に伴って容積が減少する作動室Ｒ１（Ｒ２）から容積が増大する作動室Ｒ２（Ｒ１）へ通路４ａを介して移動する液体の流れに減衰力発生要素４ｂで抵抗を与えて圧力損失を生じせしめ、作動室Ｒ１と作動室Ｒ２に差圧を所持せしめて減衰力を発揮するようになっている。また、ロッド５がシリンダ３内から退出する場合、ロッド５がシリンダ３から退出する体積分の液体が作動室Ｒ１，Ｒ２内で不足することになるが、フリーピストン１４が螺子軸１に対して中空部１ａ内を下方へ移動して気室Ｇの容積を拡大するとともに液室Ｌから上記不足分の液体が作動室Ｒ１，Ｒ２内に供給されて体積補償が行われる。反対に、ロッド５がシリンダ３内へ侵入する場合、ロッド５がシリンダ３内へ侵入する体積分の液体が作動室Ｒ１，Ｒ２内で過剰となるが、フリーピストン１４が螺子軸１に対して中空部１ａ内を上方へ移動して気室Ｇの容積を減少せしめるとともに作動室Ｒ１，Ｒ２内から排出される上記過剰分の液体を液室Ｌの容積拡大によって吸収することによって体積補償が行われる。すなわち、螺子軸１に設けた中空部１ａがリザーバとして機能することになる。

このように本発明のサスペンション装置にあっては、液圧ダンパＤのシリンダ３内にロッド５が出入りする際の体積補償を螺子軸１内に設けたリザーバとして機能する中空部１ａで行うので、シリンダ３内にフリーピストンを摺動自在に挿入して気室を区画したり、複筒型としてリザーバを設けたりする必要がなくなる。

また、リザーバとして必要な容積を螺子軸１の中空部１ａで確保することができるので、液圧ダンパＤのストローク長を充分に確保することができる。

したがって、片ロッド型に設定された液圧ダンパＤに必須のリザーバが液圧ダンパＤのシリンダ内あるいはシリンダ周りに設けるのではなく、液圧ダンパＤのシリンダ３に連結される螺子軸１内に設けられるので、液圧ダンパＤの全長を短くしてサスペンション装置全体の短縮化を図っても、液圧ダンパＤの外径が大きくならず液圧ダンパＤのストローク長を充分に確保できるのである。

つづいて、他の実施の形態のサスペンション装置について説明する。他の実施の形態のサスペンション装置にあっては、図２に示すように、上記した一実施の形態のサスペンション装置の外周にエアバネ２０を設け、エアバネ２０内を螺子軸１の中空部１ａ内に形成される気室Ｇに連通したものである。

このエアバネ２０は、ホルダ６の外周に取付けた筒状のエアチャンバ２１と、液圧ダンパＤのロッド５の下端に取付けたエアチャンバ２１より小径な筒部材１８をエアピストンとして利用し、さらに、エアチャンバ２１とエアピストンとしての筒部材１８との間に介装される筒状のダイヤフラム２２とを備えて構成され、エアチャンバ２１と筒部材１８とダイヤフラム２２とで区画される空間２３内には圧縮状態で気体が充填されている。すなわち、エアバネ２０は、ホルダ６を介してモータＭと液圧ダンパＤのロッド５との間に介装されており、サスペンション装置全体を伸長させる方向に弾発力を発揮している。

また、モータＭのケース８内は、エアバネ２０内に連通されており、モータＭのケース８は、エアバネ２０の外殻の一部として機能しており、モータＭ内はエアバネ２０の空間２３の一部を成している。

なお、他の実施の形態のサスペンション装置は、一実施の形態のサスペンション装置の外周にエアバネ２０を設け、螺子軸１の上端は開口されて中空部１ａの気室Ｇがエアバネ２０内に連通されるほかは、一実施の形態のサスペンション装置と同様の構成とされているので、説明の重複を避けるため、他の実施の形態のサスペンション装置の説明に際して一実施の形態のサスペンション装置と同様の部材については同じ符号を付して、詳しい説明は省略する。

そして、上記のようにアクチュエータＡおよび液圧ダンパＤの外周周りに設けられたエアバネ２０の空間２３は、螺子軸１の中空部１ａの気室Ｇに連通されており、液圧ダンパＤの作動室Ｒ１，Ｒ２内には気室Ｇに面する液室Ｌを介してエアバネ２３内となる空間２３の圧力が作用している。

なお、螺子軸１の中空部１ａ内に形成される気室Ｇをエアバネ２０に連通するには、図示するように、螺子軸１を筒状として中空部１ａの上端が開放するようにしておくほか、側部に中空部１ａをエアバネ２０内に連通する孔を設けるようにしてもよい。

なお、中空部１ａ内に摺動自在に挿入されたフリーピストン１４については、液圧ダンパＤを車軸側となる下方に配置するのであれば、省略することができるのは上述の一実施の形態と同様である。

このように、他の実施の形態のサスペンション装置にあっても、シリンダ３内にロッド５が出入りする際の体積補償を螺子軸１に設けたリザーバとして機能する中空部１ａで行うので、シリンダ内にフリーピストンを摺動自在に挿入して気室を区画したり、複筒型としてリザーバを設けたりする必要がなくなって、液圧ダンパＤの全長を短くしてサスペンション装置全体の短縮化を図っても、液圧ダンパＤの外径が大きくならず液圧ダンパＤのストローク長を充分に確保できるのであるが、これに加えて、気室Ｇをエアバネ２０に連通することで、気室Ｇの容積を中空部１ａ内のみで確保する必要が無く、液圧緩衝器Ｄの最収縮時に中空部１ａの容積の大部分を液室Ｌに割り当てることができるので、液圧ダンパＤのストローク長をより長く確保することができる。

また、サスペンション装置が伸縮する際には、エアチャンバ１０とエアピストン１１とが遠近して、上記エアバネ２０の空間２３の容積を拡縮することになり、エアバネ５内の圧力が変動するようになっており、車両に搭載される重量が大きくなると、シリンダ２内の作動室Ｒ１，Ｒ２の圧力を上昇させることになる。

ゆえに、積載物を含めた車両重量が大きくなる場合には、液圧ダンパＤが発生する減衰力も大きくなり、車両重量の増加に応じて車両に適する減衰力を発揮することができ、車両重量増加時の減衰力不足を解消する。

反対に、積載物を含めた車両重量が小さくなるとエアバネ２０内の圧力が減少するので、上記したところとは反対に、液圧ダンパＤの減衰力は小さくなって、車両重量の減少に応じて車両に適する減衰力を発揮することができ、車両重量減少時に減衰力過剰となってしまう事態を招くことも無い。

さらに、液圧ダンパＤの場合、エアバネ２０内の圧力を変化させることで、発生減衰力が変化する構造となっているので、エアバネ２０内の圧力を制御することによって、減衰力可変型の緩衝器としても使用することができる。

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。

本発明の一実施の形態におけるサスペンション装置の縦断面図である。 本発明の他の実施の形態におけるサスペンション装置の縦断面図である。

符号の説明

１ 螺子軸
１ａ 螺子軸における中空部
１ｂ 螺子軸におけるフランジ
１ｃ 螺子軸における螺子部
２ ナットたるボール螺子ナット
２ａ ボール螺子ナットにおける突起
３ シリンダ
４ ピストン
４ａ 通路
４ｂ 減衰力発生要素
５ ロッド
６ ホルダ
７ ボールスプラインナット
８ ケース
９ ステータ
１０ ロータシャフト
１０ａ ロータシャフトにおける切欠
１１ 磁石
１２ マウント
１３ ロッドガイド
１４ フリーピストン
１５ ベアリング
１６，１７ バネ部材
１８ 筒部材
１９ バネ受
２０ エアバネ
２１ エアチャンバ
２２ ダイヤフラム
２３ 空間
Ａ アクチュエータ
Ｄ 液圧ダンパ
Ｇ 気室
Ｌ 液室
Ｍ モータ
Ｒ１，Ｒ２ 作動室

Claims (4)

1. 螺子軸と螺子軸に螺合されるナットとナットに連結されるモータとを備えたアクチュエータと、シリンダとシリンダ内に摺動自在に挿入されてシリンダ内を二つの作動室に区画するピストンとシリンダ内に移動自在に挿入されてピストンに連結されるロッドとを備えた液圧ダンパとを備え、アクチュエータの螺子軸と液圧ダンパのシリンダとを連結したサスペンション装置において、螺子軸に液圧ダンパのシリンダに連通される中空部を設け、当該中空部内に気室と上記作動室のうち一方に連通される液室とを形成したことを特徴とするサスペンション装置。
2. 液圧ダンパのロッドとアクチュエータのモータとの間に介装されるエアバネを備え、螺子軸の中空部内に設けた気室をエアバネ内に連通した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. 中空部内に摺動自在に挿入されて中空部内を上記作動室のうち一方に連通される液室と気室とを区画するフリーピストンを設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のサスペンション装置。
4. エアバネは、モータに連結される筒状のエアチャンバと、ロッドに連結され筒状であってエアチャンバより小径のエアピストンと、エアチャンバとエアピストンとの間に介装されるダイヤフラムとを備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のサスペンション装置。

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