JP4271411B2

JP4271411B2 - 電磁緩衝器

Info

Publication number: JP4271411B2
Application number: JP2002165785A
Authority: JP
Inventors: 義大須田; 卓宏近藤
Original assignee: Foundation for the Promotion of Industrial Science; KYB Corp
Current assignee: Foundation for the Promotion of Industrial Science; KYB Corp
Priority date: 2002-06-06
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2022-06-06
Also published as: JP2004011754A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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、ボール螺子ナット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電磁緩衝器に関し、特に電磁緩衝器の最収縮時における衝撃を和らげ、収縮ストロークを規制するストッパの改良に関する。
【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、たとえば、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、たとえば、図３のモデルに示すように、ボール螺子ナット３と、当該ボール螺子ナット３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３内に回転自在に螺合した螺子軸２と、螺子軸２の上端にカップリング４３とシャフト６ａを介して結合したモータ６とで構成したものである。
【０００８】
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６の上に設けられたフランジ２８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。
【０００９】
この場合、モータ６は、下端をフランジ３０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８を固定し、そのボール軸受８内に螺子軸２の上部を回転自在に挿入させている。
【００１０】
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３の直線運動のみが許容されるようになっている。
【００１１】
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３が矢印ａ方向に直線運動すると、ボール螺子ナット３内の螺子軸２は、ボール螺子ナット３内のボールと螺子軸２の外周の螺施溝２ａに案内されて回転運動に変換される。
【００１２】
このため、螺子軸２の回転運動が、螺子軸２の上端に取り付けられたカップリング４３を介してシャフト６ａ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６に誘導起電力が発生し、特には図示しないがモータ６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６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６は電磁力を発生する。
【００１３】
そして、この時、上記シャフト６ａの回転方向とは逆方向に電磁力が発生するようにモータ６の各電極を短絡または制御回路に接続しておけば、この電磁力に起因する回転に抗するトルクが発生し、モータ６のシャフト６ａの回転を抑制することとなる。
【００１４】
すると、シャフト６ａの回転を抑制することは、上記螺子軸２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３の直線運動を抑制する減衰力として作用する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の従来の電磁緩衝器では、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。
【００１６】
車両走行時に車両の旋回、路面の凹凸等により緩衝器に、比較的大きな軸力が負荷される。
【００１７】
そして、上述の軸力を受けた場合、ボール螺子ナット３が螺子軸２の上端へ向って移動する。
【００１８】
すると、ボール螺子ナット３は、フランジ３２及びボール軸受８に衝突し損傷を受ける可能性がある。
【００１９】
したがって、上記ボール螺子ナット３の損傷を防止するためには、ストッパを設ける必要がある。
【００２０】
しかし、ストッパを設けても、さらに、ストッパを単に円盤状のものを使用したのでは、ボール螺子ナット３がストッパに衝突した際の衝撃を吸収しきれず、若しくは、ボール螺子ナット３から受ける圧力によって、ストッパが隣接するボール軸受８またはボール螺子ナット３自体を損傷してしまう可能性があると指摘される恐れがある。
【００２１】
このことは、ストッパとボール軸受８との間にスペーサを配しても解消しきれず、かと言ってこの現象を嫌って、ストッパとボール軸受８の間にナット等を介して、ボール軸受８の損傷を回避しようとすると、今度は逆にボール螺子ナット３を損傷してしまう恐れがある。
【００２２】
そして、このボール螺子ナット３若しくはボール軸受８の損傷は、電磁緩衝器の根幹にかかわる螺子軸２の円滑な回転運動を損なうこととなり、ひいては、電磁緩衝器本来の性能を悪化させることにも繋がる。
【００２３】
したがって、上記構成を有する電磁緩衝器においては、上記のボール螺子ナット３及びボール軸受８の保護の重要性は大である。
【００２４】
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、電磁緩衝器の収縮運動時のボール螺子ナットと軸受等の部材との干渉を防止すると同時に、そのときにボール螺子ナットやボール軸受に負荷される圧力や衝撃等を効果的に緩和し、ボール螺子ナット及びボール軸受等の損傷を防ぎ、ひいては電磁緩衝器の故障を防止する事である。
【００２５】
【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、本発明の課題解決手段は、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、上記螺子軸に動力伝達手段を介して結合したモータを有してなり、上記ボール螺子ナットの直線運動を上記螺子軸の回転運動に変換し、この回転運動を動力伝達手段を介して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上記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、上記ボール螺子ナットの上方にバンプストッパを配在し、バンプストッパは、ボール螺子ナットにより押しつぶされると内周が螺子軸に圧接して螺子軸の回転を抑制することを特徴とする。
【００２６】
【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。
【００２７】
本発明にかかる電磁緩衝器の基本形態は、図１に示すように電磁緩衝器本体Ｄと、図１に示すようにモータ６と、動力伝達手段たるプラネタリギア７と、モータ軸受１２と、回転部材１９と、軸受止め１０、１８と、軸受保持部材９、と、ボール軸受８、１１と、螺子軸２と、バンプストッパ１と、ボール螺子ナット３と、中空ロッド４と、外筒５と、アイ型ブラケット１６により構成される。
【００２８】
以下、さらに詳細な構造について説明する。
【００２９】
電磁緩衝器本体Ｄは、車軸側にアイ型ブラケット１６を介して結合される中空ロッド４と中空ロッド４の上端部に結合されたボール螺子ナット３とボール螺子ナット３内に回転自在に螺合した螺子軸２とで構成されている。
【００３０】
中空ロッド４は、外筒５内に上下摺動自在に挿入され、中空ロッド４の下端はアイ型ブラケット１６を介して車軸に結合されるようになっている。
【００３１】
外筒５は、無くても使用可能であるが、路面からの飛び石や、雨水等が直接ボール螺子ナット３や螺子軸２に当たることを防止するために設けたほうが好ましい。
【００３２】
ここでは、ボール螺子ナット３の構造は特に図示しないが、たとえば、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。
【００３３】
上述のように、螺子軸２には、ボール螺子ナット３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３が上下方向の直線運動をすると、ボール螺子ナット３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２の螺旋状の螺子溝に沿って移動するから、螺子軸２は強制的に回転駆動される。
【００３４】
即ち、上記機構によりボール螺子ナット３の直線運動が螺子軸２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４の直線運動が螺子軸２の回転運動に変換されることとなる。
【００３５】
なお、中空ロッド４の直線運動を回転運動に変換する機構としては上記の機構が好ましいが、同様の効果がある機構であればボール螺子ナット３と螺子軸２の組み合わせによらなくても良い。
【００３６】
螺子軸２の上方は、軸受保持部材９により保持されたボール軸受８を介して外筒５に回転自在に挿入されており、また、ボール軸受８が脱落するのを防止するべく軸受止め１０が螺合されている。
【００３７】
そして、また、螺子軸２の上端部には、回転部材１９が螺合されており、この回転部材１９の上部には、上述のシャフト６ａに設けられたギアとかみ合うように設けられた二つのギアを有しており、この各ギアによりプラネタリギア７を構成している。
【００３８】
なお、回転部材１９も、螺子軸２と同様に、ボール軸受１１を介して回転自在に外筒５に挿入されている。
【００３９】
即ち、中空ロッド４が外筒５から出没する際には、ボール螺子ナット３も中空ロッド４と共に移動することとなるが、ボール螺子ナット３及びボール軸受８に対し螺子軸２が回転自在に保持されているので、螺子軸２が回転運動を呈することができる。
【００４０】
他方、モータ６は、外筒５の上方に結合されており、モータ６のモータ軸（付示せず）をモータ軸受１２により回転自在に保持されながら、モータ軸の下端部に上述のようにプラネタリギア７に接続されている。
【００４１】
したがって、上記構成により、螺子軸２が回転運動を呈すると、螺子軸２の上端部に螺合された回転部材１９も回転し、その回転は、プラネタリギア７を介して、モータ軸をも回転することとなるから、モータ６に螺子軸２の回転運動を伝達することができる。
【００４２】
ここでは、電磁力発生源としてのモータ６は、特に図示しないが、たと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６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られており、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。
【００４３】
また、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。
【００４４】
そして、モータ６は、制御回路等（図示せず）に接続されるか、直接モータ６の各電極（図示せず）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６ａ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６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。
【００４５】
なお、上記プラネタリギア７を介してシャフト６ａと螺子軸２とが連結されているので、上記プラネタリギア７のギア比を変化させることにより、所望する減衰力を得られるようにすることができる。
【００４６】
また、本実施の形態では、動力伝達手段にプラネタリギア７を使用しているが、また、螺子軸２の回転運動を、シャフト６ａに伝達する方法としては、プラネタリギア７以外にも、他の歯車機構や直接連結やトーションバーを利用しても良い。
【００４７】
次に、バンプストッパ１は、図１に示すようにボール螺子ナット３に対向しながら螺子軸２の上方外周に配置され、さらにこのバンプストッパ１の上端部を軸受保持部材９に隣接して外筒５内に挿入される。
【００４８】
なお、バンプストッパ１は、たとえば硬質ゴム、プラスチック等の弾性体であって、おおよそ、緩衝器に使用される材質のものであれば良いが、負荷される圧力や衝撃に耐えうる強度を有し、摩擦係数が高いもの選択することが好ましい。
【００４９】
引き続いて、作用について説明する。
【００５０】
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４に作用すると、この中空ロッド４が外筒５に沿って電磁緩衝器の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３と螺子軸２のボール螺子機構により、螺子軸２の回転運動に変換される。
【００５１】
すると、上記螺子軸２の回転運動は、プラネタリギア７を介してモータ６のシャフト６ａに伝達される。
【００５２】
モータ６のシャフト６ａが回転運動を呈すると、モータ６内のソレノイドが磁石の磁界を横ぎることとなり、誘導起電力が発生し、上述の通りモータ６の各電極を短絡等しておき、且つ、モータ６の電磁力に起因するシャフト６ａ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６ａの回転に抗するトルクがシャフト６ａの回転運動を抑制することとなる。
【００５３】
このシャフト６ａの回転運動を抑制する作用は、上述のようにプラネタリギア７を介して螺子軸２に連結されているので、螺子軸２の回転運動を抑制するように働く。
【００５４】
すると、上記モータ６の電磁力に起因する上記シャフト６ａに抗するトルクは、螺子軸２の回転運動を抑制するので、中空ロッド４の外筒５に沿う電磁緩衝器の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、操安性を向上させる。
【００５５】
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、バンプストッパは以下のように作用する。
【００５６】
図２に示す通り、車両走行時に車両走行時に車両の旋回、路面の凹凸等により緩衝器に、軸力が負荷されると、中空ロッド４が外筒５に没入する、即ち、ボール螺子ナット３が、螺子軸２の上方に向って、移動する。
【００５７】
そして、軸力が比較的大きいと、ボール螺子ナット３は、バンプストッパ１の下端部に衝突することとなるが、バンプストッパ１の形状の特性としてボール螺子ナット３の上方への移動に併せて、徐々に変形していく。
【００５８】
やがて、ある程度ボール螺子ナット３が上方へ移動すると、バンプストッパ１がボール螺子ナット３に押しつぶされて、バンプストッパ１の外周が図２のように外筒５の内周面に圧接すると同時に、バンプストッパ１の内周が螺子軸２に圧接し、かつ、バンプストッパ１の下端部がボール螺子ナット３の上端面に圧接することになる。
【００５９】
すると、バンプストッパ１とボール螺子ナット３との間及びバンプストッパ１と螺子軸２との間に摩擦力が発生し、この摩擦力は、螺子軸２の回転を抑制する方向に働くので、効果的にボール螺子ナット３の移動を規制すると同時に、ボール螺子ナット３から負荷される衝撃や圧力をバンプストッパ１が吸収して、ボール螺子ナット３の移動によりボール軸受８や軸受保持部９が干渉を受けることを防止することができる。
【００６０】
ここで、ボール螺子ナット３が上方に移動するときに路面等から負荷される力をｆとすると、ボール螺子が回転しようとするトルクをＴとし、ボール螺子のリードＬとすると、以下の式が成り立つ。
【００６１】
ｆ＝２πＴ／Ｌ
したがって、Ｌは螺子軸２のリードであり充分小さな値であるから、螺子軸２の回転トルクは、ボール螺子ナット３の移動しようとする力ｆより、小さいので、バンプストッパ１の摩擦係数を充分な摩擦力を得られるように材質を選択しておけば、ボール螺子ナット３の移動を抑制することが充分可能であることがわかる。
【００６２】
【発明の効果】
本発明の電磁緩衝器は、ボール螺子ナットの上方にバンプストッパを配在したことから、以下の効果を奏する。
【００６３】
（１）車両走行時の車両の旋回、路面の凹凸等により電磁緩衝器に、比較的大きな軸力が負荷され場合に、ボール螺子ナット３が上方へ移動すると、バンプストッパ１がボール螺子ナット３に押しつぶされて、バンプストッパ１の外周が図２のように外筒５の内周面に圧接すると同時に、バンプストッパ１の内周が螺子軸２に圧接し、かつ、バンプストッパ１の下端部がボール螺子ナット３の上端面に圧接することになるので、バンプストッパとボール螺子ナットとの間、バンプストッパとボール螺子の間に、摩擦力が発生し、ボール螺子の回転を抑制するから、ボール螺子ナットの上方への移動を効果的に抑制することができる。
【００６４】
（２）さらに、ボール螺子ナットとボール軸受等の間にバンプストッパの介在することにより、ボール螺子ナットの上方の移動による衝撃や圧力を効果的に吸収することができる。
【００６５】
（３）すると、上述の各効果により、ボール螺子ナットと軸受等の干渉を防止できるから、ボール螺子ナット若しくはボール軸受の損傷を防止することができる。
【００６６】
（４）そして、さらに、上記ボール螺子ナットやボール軸受の損傷を防止できることから、ボール螺子の回転運動を円滑な状態に保つことができる。
【００６７】
（５）さらに、ひいてはボール螺子ナットや軸受等の損傷を防止することにより、電磁緩衝器の品質の悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の電磁緩衝器の側面断面図である。
【図２】ボール螺子ナットがバンプストッパに接触した状態における電磁緩衝器の側面断面図である。
【図３】電磁緩衝器の概念図である。
【符号の説明】
１バンプストッパ
２ボール螺子
３ボール螺子ナット
４インナーチューブ
５アウターチューブ
８、１１、１２ボール軸受
９軸受保持部材
ｄボール螺子中心軸

Claims

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、上記螺子軸に動力伝達手段を介して結合したモータを有してなり、上記ボール螺子ナットの直線運動を上記螺子軸の回転運動に変換し、この回転運動を動力伝達手段を介して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上記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、上記ボール螺子ナットの上方にバンプストッパを配在し、バンプストッパは、ボール螺子ナットにより押しつぶされると内周が螺子軸に圧接して螺子軸の回転を抑制することを特徴とする電磁緩衝器。