JP2016014432A - 電磁ダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】振動減衰特性を向上可能な電磁ダンパを提供する。【解決手段】電磁ダンパ１０は、ナット５２の直線運動をねじ軸３２の回転運動に変換し、この回転運動をモータ３６に伝達してモータ３６の電磁力により振動減衰力を発生させる。ねじ軸３２は、バンプストッパ８０よりもナット５２から離間した位置に径方向突出部７２を備える。ねじ軸３２の軸方向において径方向突出部７２とバンプストッパ８０との間に摩擦部材８２を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、ねじ軸に対するナットの直線運動をねじ軸の回転運動に変換し、この回転運動をモータに伝達して、モータの電磁力により振動減衰力を発生させる電磁ダンパに関する。

特許文献１には、ボール螺子ナット３（以下「ナット３」という。）に螺子軸２を回転自在に螺入することにより、ナット３の直線運動を螺子軸２を介してモータ６の回転運動に変換する機構を有し、モータ６のシャフト６ａの回転運動に起因する電磁力で減衰力を発生する電磁緩衝器が開示されている（要約、［０００１］）。

特許文献１では、ナット３の上方にバンプストッパ１（以下「ストッパ１」ともいう。）を配在する（図１）。これにより、電磁緩衝器の収縮運動時のナット３と軸受８等の部材との干渉を防止すると同時に、ナット３や軸受８に負荷される衝撃や圧力を吸収する。従って、ナット３及び軸受８等の損傷を防止し、ひいては電磁緩衝器の品質の悪化を防止するとされている（要約、［００６２］〜［００６７］）。

ナット３により押しつぶされたバンプストッパ１は、その外周が外筒５の内周面に圧接する。これと同時に、ストッパ１は、その内周が螺子軸２に圧接し、且つその下端部がナット３の上端面に圧接する。これらにより、ストッパ１とナット３の間及びストッパ１と螺子軸２の間に摩擦力が発生し、螺子軸２の回転を抑制することで、上方へのナット３の移動を効果的に抑制することができるとされている（［００６３］）。

特開２００４−０１１７５４号公報

上記のように、特許文献１では、ストッパ１とナット３の間及びストッパ１と螺子軸２の間に摩擦力が発生し、螺子軸２の回転を抑制することで、上方へのナット３の移動を効果的に抑制することを企図している。しかしながら、振動減衰特性の点で特許文献１には改善の余地がある。

本発明は上記のような課題を考慮してなされたものであり、振動減衰特性を向上可能な電磁ダンパを提供することを目的とする。

本発明に係る電磁ダンパは、ナットと前記ナット内に回転自在に螺合したねじ軸とを有する電磁ダンパ本体と、前記ねじ軸を回動可能に支持するハウジングと、前記ナットと前記ハウジングの間に設けられたバンプストッパと、出力軸が前記ねじ軸と連結された又は前記ねじ軸と一体化されたモータとを有し、前記ナットの直線運動を前記ねじ軸の回転運動に変換し、この回転運動を前記モータに伝達して前記モータの電磁力により振動減衰力を発生させるものであって、前記ねじ軸は、前記バンプストッパよりも前記ナットから離間した位置に径方向突出部を備え、前記ねじ軸の軸方向において前記径方向突出部と前記バンプストッパとの間に摩擦部材を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ナットにより押圧されたバンプストッパは、摩擦部材を介してねじ軸の径方向突出部を押圧する。このため、ナットからの軸方向の力をバンプストッパが軽減することに加え、バンプストッパにより押圧された摩擦部材と、回転中のねじ軸の径方向突出部との摩擦接触によりナットからの軸方向の力を軽減することが可能となる。従って、ナットからの軸方向の力をハウジング側に伝達し難くすることで、減衰性能を向上することが可能となる。その結果、例えば、電磁ダンパを搭載した乗り物（車両等）の乗り心地を向上することが可能となる。

また、仮に耐摩耗性を考慮してバンプストッパを硬めにした場合、バンプストッパがナットとねじ軸の径方向突出部との間で急激に押しつぶされた際、衝撃を十分に軽減できないおそれも生じる。しかしながら、本発明によれば、バンプストッパとねじ軸の径方向突出部との間に摩擦部材を介在させ、摩擦部材とねじ軸との間で摩擦力を発生させる分、バンプストッパの素材を柔らかいものとすることが可能となる。これにより、減衰性能を向上し、例えば、電磁ダンパを搭載した乗り物（車両等）の乗り心地を向上することが可能となる。

前記電磁ダンパは、前記摩擦部材と前記ハウジングとの相対回転を抑止する回り止め機構を有してもよい。これにより、ねじ軸が回転していても、摩擦部材は、回り止め機構により回転が規制される。このため、バンプストッパに対して、ねじ軸における回転力（捻りトルク）の伝達を制限し、バンプストッパの耐久性を向上させることが可能となる。

前記電磁ダンパは、前記軸方向において前記径方向突出部から離間するように前記摩擦部材を付勢又は保持する摩擦部材保持部材を備えてもよい。これにより、ねじ軸の径方向突出部（又は摩擦部材）とナットの間でバンプストッパが押しつぶされていない場合、摩擦部材は径方向突出部から離間する。また、径方向突出部（又は摩擦部材）とナットの間でバンプストッパが押しつぶされる場合、摩擦部材は径方向突出部に接触する。従って、径方向突出部に対して摩擦部材を必要なときにのみ接触させることができる。よって、径方向突出部（又は摩擦部材）とナットの間でバンプストッパが押しつぶされてない場合における慣性抵抗を低下させ、電磁ダンパの応答性（振動の入力に対する電磁ダンパの動き易さ）を向上することが可能となる。

本発明によれば、振動減衰特性を向上することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る電磁ダンパの第１状態を簡略的に示す正面断面図である。 前記実施形態に係る前記電磁ダンパの第２状態を簡略的に示す正面断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

Ａ．一実施形態
［１．電磁ダンパ１０の構成］
（１−１．全体構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る電磁ダンパ１０（以下「ダンパ１０」ともいう。）の第１状態を簡略的に示す正面断面図である。図２は、電磁ダンパ１０の第２状態を簡略的に示す正面断面図である。ここにいう第１状態は、後述するナット５２がバンプストッパ８０（衝突ストッパ）に接触せず摩擦プレート８２が作動していない一状態である。また、第２状態は、ナット５２がバンプストッパ８０に接触して摩擦プレート８２が作動している一状態である。本実施形態のダンパ１０は、車両のサスペンション装置の一部を構成する。

ダンパ１０は、連結部２０と、インナチューブ２２とを車輪側の部材として備える。また、ダンパ１０は、アウタチューブ３０と、ねじ軸３２と、軸受３４と、モータ３６とを車体側の部材として備える。さらに、ダンパ１０は、ストッパ機構４０を備える。以下では、連結部２０と、インナチューブ２２、アウタチューブ３０、ねじ軸３２及び軸受３４を備えるものを電磁ダンパ本体４２ともいう。

（１−２．車輪側）
連結部２０は、サスペンション装置のナックル（図示せず）に固定されることで、車輪に連結される。

インナチューブ２２は、アウタチューブ３０の内部に配置された円筒状部材である。インナチューブ２２の車輪側（図１中、下側）には下底部５０が形成されて閉塞されている。下底部５０には、連結部２０が固定されている。また、インナチューブ２２の車体側（図１中、上側）には上底部としてのナット５２が形成され、ねじ軸３２の通過孔５４を除き閉塞されている。通過孔５４を形成するナット５２の内周面には、複数の鋼球（図示せず）が配置される。インナチューブ２２の内部には、ねじ軸３２の進退を許容する空間５６が形成されている。

インナチューブ２２は、アウタチューブ３０の内部において、アウタチューブ３０に対してねじ軸３２の軸方向Ｘ１、Ｘ２への進退可能且つ回転可能に収容されている。

インナチューブ２２の先端側（図１中、上側）の外周面には、円環状のメタルブッシュ５８が固定されている。メタルブッシュ５８は、アウタチューブ３０の内周面に面して配置され、インナチューブ２２がアウタチューブ３０の内部を進退することを容易にしている。

（１−３．車体側）
アウタチューブ３０は、車体の一部を構成するハウジング６０に固定された円筒状部材である。アウタチューブ３０の車輪側（図１中、下側）には下底部６２が形成され、インナチューブ２２の通過孔６４を除き閉塞されている。また、アウタチューブ３０の車体側（図１中、上側）は、ハウジング６０に固定されている。アウタチューブ３０の内部には、インナチューブ２２の進退を許容する空間６６が形成されている。本実施形態のアウタチューブ３０は、ハウジング６０に固定されているため、回転不可である。

アウタチューブ３０の先端側（図１中、下側）の外周面には、円環状のメタルブッシュ６８が固定されている。メタルブッシュ６８は、インナチューブ２２の外周面に面して配置され、インナチューブ２２がアウタチューブ３０の内部を進退することを容易にしている。

さらに、アウタチューブ３０の根本側には、軸線Ａｘに向かって突出する凸部７０が形成されている。凸部７０は、摩擦プレート８２（図１〜図３）を支持する支持部材として機能すると共に、ストッパ機構４０を構成する摩擦プレート収容部８４（図１及び図３）の一部として機能する（詳細は後述する。）。

ねじ軸３２は、ハウジング６０内に配置された軸受３４に支持されると共に、モータ３６の出力軸（モータ出力軸）と同軸上においてモータ出力軸に連結されている。このため、ねじ軸３２が回転しても、軸方向Ｘ１、Ｘ２におけるねじ軸３２の位置は変化しない。ねじ軸３２は、モータ出力軸自体であってもよい。或いは、ねじ軸３２は、モータ出力軸と平行に配置され、減速機を介してモータ出力軸に連結されてもよい。

本実施形態における軸受３４は、アンギュラ玉軸受である。このため、ラジアル方向（径方向）のみでなく、スラスト方向（軸方向Ｘ１、Ｘ２）の荷重を受けることが可能である。従って、ねじ軸３２にスラスト方向の荷重が発生しても、当該スラスト方向の荷重がモータ３６に伝達することを防止することが可能となる。軸受３４は、アンギュラ玉軸受以外の軸受であってもよい。

図１に示すように、本実施形態のねじ軸３２は、ストッパ機構４０の一部を構成するバンプストッパ８０よりもナット５２から離間した位置（図１中、上側）にフランジ７２（径方向突出部）を備える。これにより、ナット５２の上面からフランジ７２に対してナット５２の推力Ｆｎｕｔを伝達することが可能となる。

ねじ軸３２の先端側（図１中、下側）には、ねじ軸３２がインナチューブ２２から抜けるのを防ぐ抜止め７６が配置されている。

モータ３６は、図示しないモータコントローラからの指令に応じて、ねじ軸３２に動力（反力）を伝達可能である。例えば、モータコントローラは、図示しない横加速度センサが検出した横加速度［ｍ／ｓ／ｓ］又は図示しないヨーレートセンサが検出したヨーレート［ｒａｄ／ｓ］に応じてモータ３６の出力（又はモータ３６への目標電流）を制御する。或いは、モータコントローラは、電磁ダンパ１０のストローク速度Ｖｄ［ｍｍ／ｓ］に応じてモータ３６の出力を制御することもできる。或いは、モータコントローラは、ねじ軸３２の回転速度［ｄｅｇ／ｓ］が所定の閾値（回転速度閾値）以下となるようにモータ３６をフィードバック制御してもよい。或いは、モータコントローラによる制御なしに単なる発電手段としてモータ３６を機能させてもよい。

（１−４．ストッパ機構４０）
ストッパ機構４０は、車輪側のナット５２から車体側の部材（ここでは、ねじ軸３２のフランジ７２）に対して加えられる衝撃力（推力Ｆｎｕｔ）を緩和する。図１に示すように、ストッパ機構４０は、バンプストッパ８０と、摩擦プレート８２（摩擦部材）と、摩擦プレート収容部８４と、コイルばね８６とを備える。上述したナット５２、軸受３４及びねじ軸３２のフランジ７２もストッパ機構４０の一部を構成する。

バンプストッパ８０（以下「ストッパ８０」ともいう。）は、内部の貫通孔９０内にねじ軸３２を貫通させた状態で、ナット５２と摩擦プレート８２及びフランジ７２との間において摩擦プレート８２に固定される。ナット５２がフランジ７２に対して接近してバンプストッパ８０に接触すると、バンプストッパ８０が収縮することにより、ナット５２の推力Ｆｎｕｔを減衰させる。図１に示すように、バンプストッパ８０は、フランジ７２からナット５２に向かうに連れて径が小さくなる円錐台形状を基調とし且つ断面が鋸歯状の部材である。バンプストッパ８０は、例えば樹脂から構成される。

貫通孔９０を形成するバンプストッパ８０の内周面の径は、通常状態においてねじ軸３２と接触しない値に設定される。これにより、通常状態においてねじ軸３２が回転する際は、バンプストッパ８０がねじ軸３２に接触しないため、慣性抵抗を低くすると共に、ねじ軸３２（ねじ部）の摩耗を抑制することが可能となる。

図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。摩擦プレート８２は、ストッパ８０を介したナット５２の推力Ｆｎｕｔによりねじ軸３２のフランジ７２に押し付けられることで摩擦力Ｆｆを発生させる。これにより、ナット５２の推力Ｆｎｕｔを減衰させる。

図３に示すように、軸方向Ｘ１、Ｘ２に見たとき、摩擦プレート８２は、円環状の一部を切り欠いた形状をしている。摩擦プレート８２には、例えば、車両のブレーキパッドと同様の素材（レジンモールド材、焼結材等）を用いることができる。

図１及び図３に示すように、摩擦プレート収容部８４（以下「収容部８４」ともいう。）は、アウタチューブ３０の内周面側において、摩擦プレート８２を収容する。収容部８４は、軸線Ａｘに向かって突出した凸部７０に加え、凸部７０において摩擦プレート８２の形状に合わせて形成された凹部１００を備える。凹部１００に収容された状態の摩擦プレート８２は、回転が規制される。すなわち、収容部８４は、摩擦プレート８２の回り止め機構として機能する。なお、コイルばね８６により摩擦プレート８２を凹部１００に対して付勢させるためには、ナット５２がストッパ８０に接触していない状態において、摩擦プレート８２の上面の方が、凸部７０の上面よりもコイルばね８６に対して近い位置にある。

図１に示すように、コイルばね８６は、ハウジング６０と摩擦プレート８２の間に配置され、摩擦プレート８２を図１中、下方に付勢する。これにより、ナット５２がストッパ８０に接触していない状態では、摩擦プレート８２は、フランジ７２から離間する（図１）。

［２．本実施形態における作用］
以上のような本実施形態の電磁ダンパ１０によれば、次のような作用を奏する。以下では、ナット５２がストッパ８０に接触していない場合（通常時）と、ナット５２がストッパ８０に接触する場合（衝撃入力時）とに分けて説明する。

（２−１．ナット５２がストッパ８０に接触しない場合（通常時））
車輪側から連結部２０に対して振動が入力され、連結部２０に図１中、例えば上向きに推力Ｆｗが加わると、アウタチューブ３０に対してインナチューブ２２及びナット５２が上昇し、ねじ軸３２が回転する。この際、モータ３６からねじ軸３２に対して反力を発生させることにより、車輪側からの振動を減衰して車体側に伝達することが可能となる。ここでの反力は、必ずしもモータ３６を駆動させることにより発生させる必要はなく、モータ３６の発電を伴う反力であってもよい。

（２−２．ナット５２がストッパ８０に接触する場合（衝撃入力時））
衝撃入力時における基本的な作用は、通常時と同様である。すなわち、車輪側から連結部２０に対して振動が入力され、連結部２０に図２中、上向きに推力Ｆｗが加わると、アウタチューブ３０に対してインナチューブ２２及びナット５２が上昇し、ねじ軸３２が回転する。

この際、車輪側から連結部２０への振動（推力Ｆｗ）が大きいと、ナット５２がバンプストッパ８０に接触し、バンプストッパ８０を圧縮又は変形させることで、振動を減衰させる。

また、バンプストッパ８０を介して摩擦プレート８２が、コイルばね８６からの付勢力に抗して図１中、上側に移動すると、摩擦プレート８２がねじ軸３２のフランジ７２に接触する（図２）。この際、コイルばね８６を収縮させる分、振動は減衰する。加えて、摩擦プレート８２がフランジ７２に接触した際に発生する摩擦力Ｆｆにより、振動を減衰させる。なお、摩擦プレート８２は、アウタチューブ３０の凹部１００内に嵌め込まれている（図３）。このため、回転中のねじ軸３２に摩擦プレート８２を接触させても、摩擦プレート８２は回転しない。

［３．本実施形態における効果］
以上のような本実施形態によれば、ナット５２により押圧されたバンプストッパ８０は、摩擦プレート８２（摩擦部材）を介してねじ軸３２のフランジ７２（径方向突出部）を押圧する（図２）。このため、ナット５２からの推力Ｆｎｕｔ（軸方向Ｘ１、Ｘ２の力）をバンプストッパ８０が軽減することに加え、バンプストッパ８０により押圧された摩擦プレート８２と、回転中のねじ軸３２のフランジ７２との摩擦接触によりナット５２からの推力Ｆｎｕｔを軽減することが可能となる。従って、ナット５２からの推力Ｆｎｕｔをハウジング６０側に伝達し難くすることで、減衰性能を向上することが可能となる。その結果、電磁ダンパ１０を搭載した車両の乗り心地を向上することが可能となる。

また、仮に耐摩耗性を考慮してバンプストッパ８０を硬めにした場合、ストッパ８０がナット５２とねじ軸３２のフランジ７２との間で急激に押しつぶされた際、衝撃を十分に軽減できないおそれも生じる。しかしながら、本実施形態によれば、ストッパ８０とねじ軸３２のフランジ７２との間に摩擦プレート８２を介在させ、摩擦プレート８２とねじ軸３２との間で摩擦力Ｆｆを発生させる分、ストッパ８０の素材を柔らかいものとすることが可能となる。これにより、減衰性能を向上し、例えば、電磁ダンパ１０を搭載した乗り物（車両等）の乗り心地を向上することが可能となる。

本実施形態において、電磁ダンパ１０は、摩擦プレート８２とハウジング６０との相対回転を抑止する回り止め機構としての収容部８４（凸部７０及び凹部１００）を有する（図１及び図３）。これにより、ねじ軸３２が回転していても、摩擦プレート８２は、収容部８４により回転が規制される。このため、バンプストッパ８０に対して、ねじ軸３２における回転力（捻りトルク）の伝達を制限し、バンプストッパ８０の耐久性を向上させることが可能となる。

本実施形態において、電磁ダンパ１０は、軸方向Ｘ１、Ｘ２においてフランジ７２（径方向突出部）から離間するように摩擦プレート８２を付勢又は保持するコイルばね８６（摩擦部材保持部材）を備える（図１）。

これにより、ねじ軸３２のフランジ７２（又は摩擦プレート８２）とナット５２の間でバンプストッパ８０が押しつぶされていない場合、摩擦プレート８２はフランジ７２から離間する（図１）。また、フランジ７２（又は摩擦プレート８２）とナット５２の間でストッパ８０が押しつぶされる場合、摩擦プレート８２はフランジ７２に接触する（図２）。従って、フランジ７２に対して摩擦プレート８２を必要なときにのみ接触させることができる。よって、フランジ７２（又は摩擦プレート８２）とナット５２の間でストッパ８０が押しつぶされてない場合における慣性抵抗を低下させ、電磁ダンパ１０の応答性（又は乗員の快適性）を向上することが可能となる。

Ｂ．変形例
なお、本発明は、上記実施形態に限らず、本明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。

［１．適用対象］
上記実施形態では、電磁ダンパ１０を車両に適用した例を説明した。しかしながら、例えば、摩擦プレート８２（摩擦部材）の機能に着目すれば、これに限らない。例えば、減衰性能を要するその他の装置（例えば、製造装置、エスカレータ又はエレベータ）に電磁ダンパ１０を適用することも可能である。

［２．電磁ダンパ１０］
（２−１．全体構成）
上記実施形態では、車輪側にインナチューブ２２及びナット５２を設け、車体側にアウタチューブ３０、ねじ軸３２及びモータ３６を設けた（図１）。しかしながら、例えば、摩擦プレート８２（摩擦部材）の機能に着目すれば、これに限らない。例えば、車輪側にアウタチューブ３０、ねじ軸３２及びモータ３６を設け、車体側にインナチューブ２２及びナット５２を設けることも可能である。

（２−２．ストッパ機構４０）
上記実施形態では、摩擦プレート８２と接触するためのねじ軸３２の部位としてフランジ７２を設けた（図１）。しかしながら、例えば、摩擦プレート８２と接触するためにねじ軸３２に設ける径方向突出部との観点からすれば、これに限らない。例えば、平坦な部材であるフランジ７２の代わりに、円錐形状又は円錐台形状を基調とする部位をねじ軸３２に設けることも可能である。

上記実施形態では、ストッパ８０を摩擦プレート８２に固定した（図１参照）。しかしながら、例えば、ナット５２とねじ軸３２のフランジ７２（径方向突出部）の間においてストッパ８０が圧縮された状態で摩擦プレート８２を機能させる観点からすれば、これに限らない。例えば、ストッパ８０を摩擦プレート８２に固定しないことも可能である。この場合、ストッパ８０は、ナット５２に合わせて変位（上下動）する。

上記実施形態では、摩擦プレート８２を凹部１００内に配置することにより、摩擦プレート８２の回転を規制した（図１及び図３参照）。しかしながら、例えば、回転中のねじ軸３２に接触しても摩擦プレート８２の回転を規制する観点からすれば、これに限らない。例えば、摩擦プレート８２をボルト又は接着剤によりアウタチューブ３０又はハウジング６０に固定することも可能である。また、場合によっては、回り止め機構を設けないことも可能である。

上記実施形態では、コイルばね８６により摩擦プレート８２を付勢した（図１）。しかしながら、例えば、摩擦プレート８２とねじ軸３２との摩擦接触に着目すれば、コイルばね８６を省略することも可能である。

１０…電磁ダンパ ３２…ねじ軸
３６…モータ ４２…電磁ダンパ本体
５２…ナット ６０…ハウジング
７２…フランジ（径方向突出部） ８０…バンプストッパ
８２…摩擦プレート（摩擦部材）
８４…摩擦プレート収容部（回り止め機構）
８６…コイルばね（摩擦部材保持部材）

Claims (3)

1. ナットと前記ナット内に回転自在に螺合したねじ軸とを有する電磁ダンパ本体と、
   前記ねじ軸を回動可能に支持するハウジングと、
   前記ナットと前記ハウジングの間に設けられたバンプストッパと、
   出力軸が前記ねじ軸と連結された又は前記ねじ軸と一体化されたモータと
   を有し、
   前記ナットの直線運動を前記ねじ軸の回転運動に変換し、この回転運動を前記モータに伝達して前記モータの電磁力により振動減衰力を発生させる電磁ダンパであって、
   前記ねじ軸は、前記バンプストッパよりも前記ナットから離間した位置に径方向突出部を備え、
   前記ねじ軸の軸方向において前記径方向突出部と前記バンプストッパとの間に摩擦部材を備える
   ことを特徴とする電磁ダンパ。
2. 請求項１に記載の電磁ダンパにおいて、
   前記摩擦部材と前記ハウジングとの相対回転を抑止する回り止め機構を有する
   ことを特徴とする電磁ダンパ。
3. 請求項１又は２記載の電磁ダンパにおいて、
   前記軸方向において前記径方向突出部から離間するように前記摩擦部材を付勢又は保持する摩擦部材保持部材を備える
   ことを特徴とする電磁ダンパ。

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