JP3976267B2

JP3976267B2 - トーションバースプリング

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Publication number: JP3976267B2
Application number: JP2003316900A
Authority: JP
Inventors: 洋生川上
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-09-09
Filing date: 2003-09-09
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2023-09-09
Also published as: JP2005082023A; US20050051396A1; CN1594907A; EP1514705A1

Description

本発明は、トーションバースプリングに関し、さらに詳しくは、車両のスタビライザに使用されるトーションバースプリングに関する。

従来、車両のスタビライザとして、トーションバーにアクチュエータを取り付けたものが知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。このスタビライザは、棒状のトーションバーと、このトーションバーに順逆両方向に捩り回転力を付与する油圧式回転アクチュエータとを備えている。このスタビライザでは、車両が旋回した際に、車体がローリングしてトーションバーに捩り回転力が加わると、その回転力に拮抗するように、トーションバーには油圧式回転アクチュエータによって逆の捩り回転力が付与されるようになっている。そして、このような逆の捩り回転力が付与されたトーションバーによって、車体のローリングは抑制される。
特開平７−４０７３１号公報（段落００２１、段落００５８及び図１）特開昭６１−２４６０９号公報（第２頁左下欄第１３行〜第１９行及び図１）

しかしながら、このスタビライザでは、車両が旋回を終えて、直進走行に移行する際に、トーションバーに付与した逆の捩り回転力を能動的に元に戻すように油圧式回転アクチュエータが制御されなければならない。したがって、スタビライザの制御が複雑になるという問題が生じる。

また、このスタビライザでは、油圧式回転アクチュエータに逆の捩り回転力を発生させるために、作動油貯留容器、この作動油貯留容器内の作動油を油圧式回転アクチュエータに輸送するための配管、作動油に所定の圧力を付与しつつ作動油を輸送する油圧ポンプ等で構成される油圧発生装置が不可欠となる。したがって、このスタビライザを車両に配設するためには、大きなスペースを要するという問題が生じる。また、このような油圧発生装置を車両に搭載することによって、車重が増大して車両の燃費が悪化するとともに、車両のコストが高くなるという問題も生じる。

そこで、本発明は、スタビライザの制御を簡単に行うことができるとともに、車両の低燃費化及び低コスト化を図ることができるトーションバースプリングを提供することを目的とする。

本発明者は、バネレートを自在に変更することができるようにトーションバースプリングを構成することによって、前記課題が解決されることを見出して本発明に到達した。

すなわち、前記課題を解決するための請求項１に記載のトーションバースプリングは、バネレートが不変の第１トーションバー部と、前記第１トーションバー部に接続されるとともに、バネレートが可変の第２トーションバー部とを備えるトーションバースプリングであって、前記第１トーションバー部が、棒状トーションバースプリングで構成されており、前記第２トーションバー部が、中空部を有するケーシングと、前記ケーシングの前記中空部に挿入されるとともに、前記中空部内で延びた一端が前記棒状トーションバースプリングに接続された板状トーションバースプリングと、前記ケーシングの中空部に封入された磁性流体と、前記磁性流体を励磁するコイルと、磁性体からなるセパレータとで構成されており、前記板状トーションバースプリングは、前記棒状トーションバースプリングから前記中空部内で延びた他端が前記中空部の軸方向端部の壁面と接続されて捻りが可能となっており、前記コイルは、前記板状トーションバースプリングが前記中空部内で延びる方向に沿うように前記ケーシングに複数配設され、前記セパレータは、各コイル同士の間のそれぞれに配置されてこのセパレータと前記磁性流体とを伝わる磁束流のループを形成するとともに、前記複数のコイルのうち電流を供給する数が調節されるように構成されていることを特徴とする。

このようなトーションバースプリングをスタビライザとして使用すると、車両が旋回することによって、車体がローリングしようとする際に、第１トーションバー部及び第２トーションバー部に捩り回転力が作用する。その一方で、第２トーションバー部は、そのバネレートが可変になっているので、車体に加わる遠心力の大きさに応じて、第２トーションバー部の剛性を調節することが可能となる。つまり、車両が旋回する際には、第２トーションバー部のバネレートが高められることによって、車体のローリングが抑制される。

また、このトーションバースプリングは、車両が旋回を終えて、直進走行に移行する際に、捩り回転力が消失するとともに捩れが復元する。したがって、このトーションバースプリングを使用したスタビライザは、従来の油圧式回転アクチュエータを備えたスタビライザのように、逆の捩り回転力を能動的に元に戻すような制御を必要としない。

また、このトーションバースプリングを使用したスタビライザは、第２トーションバー部のバネレートが可変であるので、従来の油圧式回転アクチュエータを備えたスタビライザのように、トーションバーに逆の捩り回転力を付与するための油圧発生装置を必要としない。

このトーションバースプリングでは、棒状トーションバースプリングと板状トーションバースプリングとが接続されて一体となっている。ここで、磁性流体が励磁されていない状態で、このトーションバースプリングに捩り回転力が加えられると、磁性流体は流動状態を維持しているので、板状トーションバースプリングがケーシングの中空部で磁性流体の影響を受けることなく捩られる。したがって、このトーションバースプリングでは、棒状トーションバースプリングと板状トーションバースプリングとが一体となっていることによって、このトーションバースプリングは不変のバネレートを有することになる。

その一方で、磁性流体が励磁手段によって励磁されると、中空部に封入された磁性流体は板状トーションバースプリング周りで固化する。その結果、板状トーションバースプリングを含む第２トーションバー部のバネレートが高められることによって、このトーションバースプリングはバネレートが高められる。

このトーションバースプリングでは、励磁手段が複数のコイルで構成されており、これらコイルに電流が供給されることによって、磁性流体が励磁される。そして、励磁された磁性流体は固化する。その一方で、これらコイルは、板状トーションバースプリングがケーシングの中空部内で延びる方向に沿うように配設されている。したがって、このトーションバースプリングによれば、各コイルに個別に電流を供給することによって、中空部内で固化する磁性流体の範囲を調節することができる。その結果、このトーションバースプリングでは、固化する磁性流体の範囲を調節することによって、バネレートが段階的に高められる。

請求項１に記載のトーションバースプリングによれば、このトーションバースプリングをスタビライザに使用した際に、従来の油圧式回転アクチュエータを備えたスタビライザのように、逆の捩り回転力を能動的に元に戻すような制御を必要としない。したがって、このトーションバースプリングによれば、制御が簡単なスタビライザを提供することができる。

また、このトーションバースプリングでは、従来の油圧式回転アクチュエータを備えたスタビライザのように、逆の捩り回転力を発生させるための油圧発生装置を必要としない。したがって、このトーションバースプリングによれば、車重が増大することがないので、車両の低燃費化を測ることができる。また、油圧発生装置を必要としないので、車両の低コスト化を図ることができる。

請求項２に記載のトーションバースプリングでは、トーションバーのバネレートを可変にするために磁性流体の固化作用を利用しているので、簡単な構造で請求項１に記載の発明と同様の効果を奏することができる。

請求項３に記載のトーションバースプリングによれば、請求項１に記載の発明と同様の効果を奏するほか、バネレートを段階的に高めることができるので、車両のローリングの抑制と、車両の乗り心地とのバランスをきめ細かく調節することができる。

請求項４に記載のトーションバースプリングでは、アーム部材に板状トーションバースプリングを捩るように、捩り回転力が付与された際に、そのバネレートを変化させることができる。したがって、このトーションバースプリングによれば、例えば、上下動をアーム部材で受け止めるような機構に好適に使用することができるので、トーションバースプリングの汎用性を広げることができる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係るトーションバースプリングをスタビライザとして使用した車両の概念図、図２は、本実施の形態に係るトーションバースプリングの斜視図、図３（ａ）は、図２のＡ−Ａ線における断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。

図１に示すように、トーションバースプリング１は、車両３の左右のロアアーム２にリンクロッド４を介して取り付けられている。このトーションバースプリング１は、車両３のスタビライザを構成しており、車両３が旋回した際の車体のローリングを抑制するものである。

このトーションバースプリング１は、図２に示すように、後記する棒状トーションバースプリング１０（図３（ａ））で構成される第１トーションバー部５と、この第１トーションバー部５に接続された第２トーションバー部６とを備えている。第１トーションバー部５は、第２トーションバー部６を挟み込むように第２トーションバー部６の左右に一対配置されている。そして、この第１トーションバー部５には、この第１トーションバー部５と同一の径及び同一の材質で形成された支持部７が接続されており、この支持部７には、第１トーションバー部５から延びる先端に、前記リンクロッド４（図１参照）とボルト締結するための孔７ａが形成されている。

第２トーションバー部６は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、カラー部８と、板状トーションバースプリング９と、磁性流体１１と、コイル１２とを備えている。なお、カラー部８は、特許請求の範囲にいう「ケーシング」に相当し、コイル１２は、特許請求の範囲にいう「励磁手段」に相当する。

カラー部８は、非磁性体で構成される円柱状部材であり、その長手方向に沿って延びる中空部８ａを有している。この中空部８ａは、カラー部８の一端で開口しており、この中空部８ａ内には、その開口から棒状トーションバースプリング１０の先端が棒状トーションバースプリング１０の軸周りに回転可能に挿入されている。

このカラー部８の中空部８ａには、板状トーションバースプリング９が挿入されているとともに、磁性流体１１が封入されている。そして、中空部８ａの前記開口の近傍には、中空部８ａから磁性流体１１が漏出しないように、カラー部８と棒状トーションバースプリング１０との間にシール部材１３が配設されている。

板状トーションバースプリング９は、その一端側が、中空部８ａ内に挿入された棒状トーションバースプリング１０の先端と接続されているとともに、この棒状トーションバースプリング１０から中空部８ａ内に延びた他端側が、中空部８ａの壁面、つまり、カラー部８と接続されている。

磁性流体１１は、励磁されていない状態では、流動性を示すとともに、励磁された状態では、固化するものである。この磁性流体１１としては、公知のものを使用することができ、例えば、鉄カルボニル粒子とシリコーンオイルとを含むものが挙げられる。

コイル１２は、カラー部８の周囲を巻回するように配置されており、図示しない電源に接続されている。このコイル１２は、通電されることによって、円柱状のカラー部８の軸方向に向かう磁束流ＭＦを誘起するものである。つまり、磁性流体１１は、この磁束流ＭＦによって励磁されることとなる。このようなコイル１２は、板状トーションバースプリング９がカラー部８の中空部８ａ内で延びる方向に沿うように複数配設されている。そして、これらコイル１２のそれぞれは、次に説明するセパレータ１４で両側から挟み込まれている。

セパレータ１４は、磁性体で構成される略環状の板状部材であり、円柱状のカラー部８の軸方向に沿って複数配置されている。そして、セパレータ１４は、その外周部でコイル１２を挟み込むとともに、その内周縁が中空部８ａに封入された磁性流体１１と向き合うようになっている。このようにコイル１２及びセパレータ１４が組み付けられたカラー部８は、外筒１５内に収容されるとともに、この外筒１５内に固定されている。この外筒１５の一端側には、棒状トーションバースプリング１０を外筒１５内に受け入れるための開口１５ａが形成されており、この開口１５ａを介して棒状トーションバースプリング１０がカラー部８の中空部８ａ内に挿入されるようになっている。また、外筒１５の他端側には、棒状トーションバースプリング１０が接続されている。

次に、本実施の形態に係るトーションバースプリング１の動作について、適宜図面を参照しながら説明する。図４は、トーションバースプリング１を構成する第２トーションバー部６において、磁性流体１１が励磁される様子を示した部分切り欠き斜視図、図５は、第２トーションバー部６を構成する板状トーションバースプリング９に捩り回転力が加えられた際に、板状トーションバースプリング９が変形した様子を示す斜視図、図６（ａ）は、トーションバースプリング１の端部１ａ（図２参照）に、上向きＸ（図２参照）の力が加わった際の、当該端部１ａに加わった力と、当該端部１ａの変位量との関係を示すグラフ、図６（ｂ）は、図６（ａ）のグラフの変化点における板状トーションバースプリング９の様子を示す概念図である。

まず、第２トーションバー部６を構成する磁性流体１１が励磁されていないときのトーションバースプリング１の動作について説明する。
図１に示すように、車両３の旋回時にこの車体がローリングしようとすると、タイヤ３ａに上向きＸの力が加わる。そして、タイヤ３ａに上向きＸの力が加わることによって、トーションバースプリング１の端部１ａに対しても、図２に示すような上向きＸの力が加わる。また、このような上向きＸの力が端部１ａに加わることによって、第１トーションバー部５、つまり棒状トーションバースプリング１０（図３（ａ）参照）には、捩り回転力が発生する。そして、この捩り回転力は、棒状トーションバースプリング１０に接続された板状トーションバースプリング９（図３（ａ）参照）に伝達される。そして、板状トーションバースプリング９の先端は、カラー部８（図３（ａ）参照）に接続されているので、この捩り回転力によって、棒状トーションバースプリング１０及び板状トーションバースプリング９は捩られる。このとき、磁性流体１１は、励磁されていないので流動状態を維持している。したがって、板状トーションバースプリング９は、カラー部８の中空部８ａ内で磁性流体１１の影響を受けることなく捩られる。

その一方で、捩られた棒状トーションバースプリング１０及び板状トーションバースプリング９は、その復元力でトーションバースプリング１の端部１ａにおける上向きＸの力に抗するように働く。その結果、タイヤ３ａにかかる上向きＸの力が軽減されることによって、車体のローリングは抑制される。

次に、第２トーションバー部６を構成する磁性流体１１が励磁されるときのトーションバースプリング１の動作について説明する。
まず、図３（ｂ）に示すように、第２トーションバー部６を構成するコイル１２に図示しない電源から電流Ｉが供給されると、図３（ａ）に示すように、磁性流体１１が封入されたカラー部８の中空部８ａには、磁束流ＭＦが誘起される。その結果、中空部８ａの磁性流体１１は励磁されることによって固化する。

次に、図４に示すように、コイル１２ａに電流Ｉ（図３（ｂ）参照）を供給し、コイル１２ｂに電流Ｉを供給しない場合について説明する。コイル１２ａに電流Ｉを供給すると、中空部８ａで誘起された磁束流ＭＦは、セパレータ１４が磁性体で構成されているため、セパレータ１４及び磁性流体１１を伝わるループを形成する。その一方で、電流Ｉが供給されないコイル１２ｂは、磁束流ＭＦを誘起しない。したがって、磁性流体１１には、固化された領域１１ａと固化されない領域１１ｂとが形成される。

ところで、このような第２トーションバー部６において、前記したと同様に、捩り回転力が板状トーションバースプリング９に加わると、板状トーションバースプリング９は、図５に示すように、固化された磁性流体１１に囲まれた板状トーションバースプリング部分９ａが捩られずに、固化されない磁性流体１１に囲まれた板状トーションバースプリング部分９ｂのみが捩られる。つまり、この第２トーションバー部６は、電流Ｉを供給するコイル１２の数を調節することによって、磁性流体１１が固化された領域１１ａ（図４参照）と固化されない領域１１ｂ（図４参照）との比率を変えれば、第２トーションバー部６のバネレートを段階的に変化させることができる。したがって、このような第２トーションバー部６を備えるトーションバースプリング１では、前記したようにトーションバースプリング１の端部１ａに上向きＸの力が加わった際に、その復元力は段階的に調節することができる。

なお、このようなトーションバースプリング１において、トーションバースプリング１の端部１ａに、上向きＸの力が加わった際の、当該端部１ａに加わった力と、当該端部１ａの変位量との関係は、図６（ａ）に示すグラフのようになる。つまり、図６（ａ）に示すように、磁性流体１１が励磁されておらず、固化していない場合（図６（ａ）中、Ｌ１で示す）は、板状トーションバースプリング９が磁性流体１１の影響を受けずに捩れていくので、後記する変化点に至るまでの、トーションバースプリング１の端部１ａに加わった力に対するトーションバースプリング１の変位量は大きい。また、磁性流体１１が部分的に励磁されることによって部分的に固化した場合（図６（ａ）中、Ｌ２で示す）は、磁性流体１１が固化された領域１１ａ（図４参照）における板状トーションバースプリング９は捩られないので、後記する変化点に至るまでの、トーションバースプリング１の端部１ａに加わった力に対するトーションバースプリング１の変位量はＬ１に比べて小さい。

ここで、変化点について説明すると、カラー部８の中空部８ａ内で捩られる板状トーションバースプリング９は、トーションバースプリング１の端部１ａに加わった力が増大していくにしたがって、その変位量を増大させていくが、図６（ｂ）に示すように、板状トーションバースプリング９が、中空部８ａの壁面、つまりカラー部８に接触すると、トーションバースプリング１の端部１ａに加わった力が増大したとしても、板状トーションバースプリング９の変位量は、それ以上に増大しない。その結果、トーションバースプリング１では、棒状トーションバースプリング１０が捩られることによる変位量の増大が支配的になる。したがって、トーションバースプリング１の端部１ａに加わった力に対するトーションバースプリング１の変位量は小さくなる。つまり、変化点とは、板状トーションバースプリング９が、カラー部８に接触することによって、トーションバースプリング１の変位量が小さくなるように変化する点をいう。

また、磁性流体１１の全てが励磁されることによって磁性流体１１の全てが固化した場合（図６（ａ）中、Ｌ３で示す）は、板状トーションバースプリング９が捩られないので、棒状トーションバースプリング１０のみが捩られる。その結果、トーションバースプリング１の端部１ａに加わった力に対するトーションバースプリング１の変位量は、Ｌ１及びＬ２に比べて小さい。なお、板状トーションバースプリング９が捩られないので、Ｌ３では、変化点が現れない。

このように、本実施の形態に係るトーションバースプリング１は、図６（ａ）から明らかなように、磁性流体１１を励磁して固化させることによってバネレートの変化の幅は大きくなる。

以上のような本実施の形態に係るトーションバースプリング１によれば、車両３が旋回を終えて、直進走行に移行する際に、それ自体の復元力によって捩れが復元するので、従来のスタビライザに設けられていた油圧式回転アクチュエータ等を車両３に搭載する必要がない。したがって、このトーションバースプリング１によれば、車重が増大することがないので、車両３の低燃費化を測ることができる。また、油圧式回転アクチュエータを必要としないので、車両３の低コスト化を図ることができる。また、油圧式回転アクチュエータを必要としないので、スタビライザの制御が複雑化しない。

また、このトーションバースプリング１では、第２トーションバー部６のバネレートを可変にするために磁性流体１１の固化作用を利用しており、しかも、磁性流体１１の固化する割合（比率）を調節することによってバネレートを段階的に高めることができるので、車両３のローリングの抑制と、車両３の乗り心地とのバランスをきめ細かく調節することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前記実施の形態には限定されない。本実施の形態では、板状トーションバースプリング９と棒状トーションバースプリング１０とを接続するように構成したが、次のような参考例としてのトーションバースプリングを挙げることができる。

このトーションバースプリングは、前記実施の形態に係るトーションバースプリング１において、板状トーションバースプリング９に接続された棒状トーションバースプリング１０に代えて後記アーム部材を板状トーションバースプリング９に接続するとともに、前記実施の形態に係るトーションバースプリング１において、カラー部８に接続された板状トーションバースプリング９の一端を自由端に変更した以外は、前記実施の形態に係るトーションバースプリング１の第２トーションバー部６（図３参照）と同様に構成されている。

このトーションバースプリング２１は、図７に示すように、板状トーションバースプリング９がカラー部８の中空部８ａ内で延びるとともに、板状トーションバースプリング９の一端には、アーム部材１６が取り付けられている。そして、このアーム部材１６は、板状トーションバースプリング９が延びる方向と交差する方向に延びるように板状トーションバースプリング９に配置されている。

このトーションバースプリング２１では、板状トーションバースプリング９が延びる方向を軸としてアーム部材１６が回動する際に、板状トーションバースプリング９が捩られる。その一方で、前記実施の形態と同様にして、コイル１２で磁性流体１１が励磁されることによってトーションバースプリング２１のバネレートが可変になっている。

このようなトーションバースプリング２１は、例えば、公知のアクティブスタビライザに取り付けて使用することができる。なお、このようなアクティブスタビライザにトーションバースプリング２１に取り付ける際には、トーションバースプリング２１のアーム部材１６側を、アクティブスタビライザのサスペンションアームに取り付け、そして、トーションバースプリング２１の外筒１５側をアクティブスタビライザの駆動系に取り付ければよい。

このようなトーションバースプリング２１によれば、前記したアクティブスタビライザに適用される場合のように、上下動をアーム部材１６で受け止めるような機構に好適に使用することができるので、トーションバースプリングの汎用性が広がる。

本実施の形態に係るトーションバースプリングをスタビライザとして使用した車両の概念図である。本実施の形態に係るトーションバースプリングの斜視図である。（ａ）は、図２のＡ−Ａ線における断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。本実施の形態に係るトーションバースプリングを構成する第２トーションバー部において、磁性流体が励磁される様子を示した部分切り欠き斜視図である。第２トーションバー部を構成する板状トーションバースプリングに捩り回転力が加えられた際に、板状トーションバースプリングが変形した様子を示す斜視図である。（ａ）は、本実施の形態に係るトーションバースプリングの端部（図２参照）に、上向きＸ（図２参照）の力が加わった際の、当該端部に加わった力と、当該端部の変位量との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、（ａ）のグラフの変化点における板状トーションバースプリングの様子を示す概念図である。参考例に係るトーションバースプリングの部分切り欠き斜視図である。

符号の説明

１，２１トーションバースプリング
５第１トーションバー部
６第２トーションバー部
８カラー部（ケーシング）
８ａ中空部
９板状トーションバースプリング
１０棒状トーションバースプリング
１１磁性流体
１２コイル（励磁手段）
１６アーム部材

Claims

バネレートが不変の第１トーションバー部と、前記第１トーションバー部に接続されるとともに、バネレートが可変の第２トーションバー部とを備えるトーションバースプリングであって、
前記第１トーションバー部が、棒状トーションバースプリングで構成されており、
前記第２トーションバー部が、中空部を有するケーシングと、
前記ケーシングの前記中空部に挿入されるとともに、前記中空部内で延びた一端が前記棒状トーションバースプリングに接続された板状トーションバースプリングと、前記ケーシングの中空部に封入された磁性流体と、前記磁性流体を励磁するコイルと、磁性体からなるセパレータとで構成されており、
前記板状トーションバースプリングは、前記棒状トーションバースプリングから前記中空部内で延びた他端が前記中空部の軸方向端部の壁面と接続されて捻りが可能となっており、
前記コイルは、前記板状トーションバースプリングが前記中空部内で延びる方向に沿うように前記ケーシングに複数配設され、前記セパレータは、各コイル同士の間のそれぞれに配置されてこのセパレータと前記磁性流体とを伝わる磁束流のループを形成するとともに、前記複数のコイルのうち電流を供給する数が調節されるように構成されていることを特徴とするトーションバースプリング。