JP4383986B2 - 緩衝器 - Google Patents

Description

本発明は、モータに生じる電磁力で上記車体と車軸との相対移動を抑制する緩衝器の改良に関する。

この種緩衝器としては、車体を弾性支持するコイルバネと、車軸側に連結されるボール螺子ナットに回転自在に螺合した螺子軸と、螺子軸の一端に連結されるとともに車体側に連結されるモータとで構成され、モータが発生する回転トルクで車体と車軸との相対移動をアクティブ制御するものがある（たとえば、特許文献１参照）。

また、モータを車体内側に配置するとともにモータに連結される螺子軸を車体外側に配置して、防振ゴムを介して車体に搭載するものもある（たとえば、特許文献２参照）。
特開平０８−１９７９３１号公報（段落番号００２３，図１） 特開２００３−３４３６４８号公報（段落番号００４２，図１）

しかし、上述した従来の緩衝器は、油等を必要としない点で非常に有用であるが、以下の問題点がある。

すなわち、上記緩衝器では、減衰力発生するためモータを備え、また、車体と車軸との直線相対運動を回転運動に変換するため螺子軸を備えているので、車両のバネ上側すなわち車体側に弾性体である防振ゴム等を介して連結される各部品の総質量（以下、バネ上側連結質量という）は、概算的にはモータと螺子軸の両方の質量を合算したものになる。

すると、モータの質量は非常に大きいので、モータを使用して減衰力を発生する従来の緩衝器の上記バネ上側連結質量は非常に大きくなるが、バネ上側連結質量が大きい分車両バネ下たる車軸側からの振動の入力を車両バネ上たる車体側へ伝達する力が大きくなり、車両における乗り心地が悪化する。

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、モータの電磁力を利用して減衰力を発生する緩衝器にあっても車両の乗り心地を向上することである。

上記した目的を達成するため、車体と車軸との直線相対運動を回転運動に変換する運動変換機構と、該運動変換機構により変換された回転運動が伝達されるモータとを備えた緩衝器において、モータが車体側に固定されるとともに、車体と車軸との間に上記運動変換機構が介装されることを特徴とする。

上記した目的を達成するため、車体と車軸との直線相対運動を回転運動に変換する運動変換機構と、該運動変換機構により変換された回転運動が伝達されるモータとを備え、このモータが車体側に固定されるとともに、車体と車軸との間に上記運動変換機構が介装される緩衝器であって、運動変換機構をモータに連結される螺子軸と、車軸側に連結されてこの螺子軸に回転自在に螺合される螺子ナットとから構成するとともに、上記螺子軸を回転自在に支持する支持部材を設け、この支持部材が車体側もしくはモータに弾性体を介して固定されるとともに、螺子ナット側に懸架バネ受けを設け、当該懸架バネ受けと上記弾性体との間に懸架バネを介装したことを特徴とする。

すなわち、バネ上側連結質量を軽量にすることができるので、車両バネ下たる車軸側からの振動の入力を車両バネ上たる車体側へ伝達する力も上記軽量化によって小さくなり、車両における乗り心地を向上できることとなる。
また、運動変換機構を、モータに連結される螺子軸と、車軸側に連結されてこの螺子軸に回転自在に螺合される螺子ナットとから構成するとともに、上記螺子軸を回転自在に支持する支持部材を設け、この支持部材を車体側もしくはモータに弾性体を介して固定させるとともに、螺子ナット側に懸架バネ受けを設け、当該懸架バネ受けと上記弾性体との間に懸架バネを介装したので、この弾性体でバネ下側の振動をも吸収でき、さらに車両における乗り心地を向上させることができる。

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図1は、本発明の一実施の形態における緩衝器の縦断面図である。図２は、カップリングの縦断面図である。

図１に示すように、一実施の形態における緩衝器Ｄは、基本的には、モータMと、モータMに回転運動を伝達する運動変換機構Ｔとで構成されている。

以下、詳細に説明すると、モータＭは、図１に示すように、ケース２と、上記ロータ１と、ステータ５とで構成され、ロータ１は、シャフト３と、シャフト３の外周に取付けられた磁石４とで構成されてケース２にボールベアリング８，９を介して回転自在に支持されている。

他方、ステータ５は、ケース２の内周であって上記磁石４と対向するように取付けた電機子鉄心たるコア６と、コア６に巻回した巻線７とで構成され、このモータＭは、いわゆるブラシレスモータとして構成されている。

なお、磁石４は、環状に成形されており、Ｎ極とＳ極が円周に沿って交互に現れる分割磁極パターンを有しているが、複数の磁石を接着等して環状となるように形成してもよい。

そして、モータＭは、ロータ１の回転トルクを制御可能なように図示しない制御装置およびに外部電源に接続されており、所望の減衰力を得られるよう調整されるとともに、モータＭを積極的に駆動してこの緩衝器Ｄを緩衝器のみならずアクチュエータとして機能させるようにしてある。

ちなみに、図示はしないが、モータＭには、回転子の位置検出手段としてホール素子やレゾルバ等の磁気センサや光センサ等が搭載されており、回転子の回転運動の状況（回転角や角速度等）に応じて緩衝器Ｄが発生する車体と車軸との相対移動を抑制する制御力を制御できるようにしてある。

なお、本実施の形態においてはモータＭをブラシレスモータとしているが、電磁力発生源として使用可能であれば、様々なモータ、たとえばブラシ付直流モータや交流モータ、誘導モータ等も使用可能である。

このモータＭは、そのケース２の下端側が車体Ｂに図示しないボルトおよびナットにより締結され、車体Ｂ内側に固定されている。なお、モータＭの車体Ｂへの固定方法は、ボルトとナットによる以外にも溶接その他の固定方法を採用してよいことは無論であるが、メンテナンスを念頭に置けば、モータＭを車体Ｂへ強固に固定することができるとともに取外し可能である固定方法を採用することが好ましい。

なお、本実施の形態においては、モータＭの直径を大きくして、熱容量を大きくしてあるので、磁石４の熱減磁およびモータＭの熱損を防止されるとともに、車体Ｂ内側にモータＭを設けても邪魔にならないように長さを短くしてある。

つづいて、運動変換機構Ｔは、螺子軸１０と螺子ナットたるボール螺子ナット１１とで構成されている。

そして、螺子軸１０は、ボールベアリング２３，２４を介して、内筒２０に回転自在に支持されており、このボールベアリング２３，２４は、内筒２０の図１中上端内に嵌着のキャップ体２１に保持されており、さらに、キャップ体２１は、外周側に鍔部２２が設けられ、この鍔部２２は、底部に孔が設けられたカップ状のアッパーサポート２５にボルト（付示せず）で締結されている。

なお、螺子軸１０の上端側には、段部１０ａが設けられ、この段部１０ａとナット６０とでボールベアリング２３，２４を挟持しており、内筒２０に対して螺子軸１０の軸ぶれが防止されている。

さらに、アッパーサポート２５の図１中上端には、防振ゴム２６が溶着されており、この防振ゴム２６の図１中上端には、環状のプレート２７が溶着され、またさらに、このプレート２７は、図示しないボルトとナットにより上記車体Ｂの下端側に締結され固定されている。

そして、螺子軸１０の図１中上端は、カップリングたる筒状のフレキシブルカップリング３０が連結され、このフレキシブルカップリング３０の他端たる図１中上端には、モータＭのシャフト３の図１中下端が挿入され連結されて、螺子軸１０の回転運動をこのフレキシブルカップリング３０を介してモータＭのロータ１に伝達可能とされており、さらに、このフレキシブルカップリング３０は、上記アッパーサポート２５内に収容されている。

このフレキシブルカップリング３０は、図２に示すように、筒状に成形され、その側部には、互い違いとなるように複数の切欠３１が設けられており、ロータ１のシャフト３に対して螺子軸１０の揺動、上下動等の位置ずれが許容されている。

なお、フレキシブルカップリング３０としては、図示したもの以外に、ベローズ型や、板バネを介装したものなど、種々のものを使用可能であるが、少なくとも、ロータ１に対する螺子軸１０の揺動および図１中上下動を許容するものであれば使用可能であり、また、ここで、螺子軸１０の位置ずれとは、少なくとも揺動および上下動を含み、またこれに加えて偏心もしくは捩れもしくはその両方を含んでもよい。

ここで、フレキシブルカップリング３０が、偏心をも許容する場合には、緩衝器Ｄの組み付けが容易となる。

ちなみに、このアッパーサポート２５によりフレキシブルカップリング３０に車両走行中の飛び石や雨水等が直接当たることが回避されている点でカップ状のアッパーサポート２５を設ける利点がある。

また、図示するところでは、支持部材は、上記内筒２０およびキャップ体２１およびアッパーサポート２５とで構成されており、他方、弾性体は防振ゴム２６となり、これにより、支持部材と車体Ｂとの間に弾性体を介装している、すなわち、運動変換機構Ｔと車体Ｂとの間に弾性体を介装していることとなるが、支持部材は必ずしも上記構成をとる必要はなく、単に螺子軸１０を回転自在に支持可能であって防振ゴム２６を車体Ｂとの間に介装可能な形状とされればよい。

さらに、この実施の形態の場合、アッパーサポート２５から防振ゴム２６、プレート２７にかけての部分がいわゆるマウント部分とされるが、このマウント部分についてはマウントとして機能する限りにいおいて他の構成および形状としても差し支えない。

転じて、螺子軸１０に螺合されている螺子ナットたるボール螺子ナット１１は、内筒２０より小径の連携筒４０の図１中上端に回動不能に連結されており、この連携筒４０は、詳しくは図示はしないが、その下端で車軸側取付部Ｅを介して内筒２０外周側に軸受３５，３６を介して摺動自在に配在される外筒４１に結合されている。

すなわち、ボール螺子ナット１１は、連携筒４０および車軸側取付部Ｅを介して車両の車軸側に連結可能とされており、ボール螺子ナット１１が螺子軸１０に対し図１中上下方向の直線運動を呈すると、ボール螺子ナット１１は、車軸側に固定される連携筒４０により回転運動が規制されているので、螺子軸１０は強制的に回転駆動され、逆に、モータＭを駆動して螺子軸１０を回転させると、ボール螺子ナット１１の回転が規制されているので、これによりボール螺子ナット１１を上下方向に移動せしめることができる。

なお、外筒４１と内筒２０との間には軸受３５，３６が設けられ、外筒４１に対する内筒２０の軸ぶれが防止され、結果的に、ボール螺子ナット１１に対する螺子軸１０の軸ぶれが防止され、これにより、ボール螺子ナット１１の一部のボール（図示せず）に集中して荷重がかかることを防止でき、上記ボールもしくは螺子軸１０の螺子溝の劣化を避けることが可能である。

また、上記ボールもしくは螺子軸１０の螺子溝の劣化を防止できるので、螺子軸１０のボール螺子ナット１１に対する回転および緩衝器Ｄ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、上記各動作の円滑を保てるので、緩衝器Ｄとしての機能も損なわれず、ひいては、緩衝器Ｄの故障を防止できる。

さらに、上記螺子軸１０とボール螺子ナット１１は、内筒２０および外筒４１内に収容されているので、外部からの飛び石等の干渉を受けないので、この点でも緩衝器Dの故障等を防止できる。

また、外筒４１の外周側には、懸架バネ受け５０が設けられており、この懸架バネ受け５０と上記防振ゴム２６との間には、懸架バネＳが介装されており、このように構成することで、車両に過度のバンピングが生じても懸架バネＳの上端を防振ゴム２６で受けているので、車体側への伝達される振動を柔らかく吸収して車両における乗り心地を向上できるようになっている。

なお、フレキシブルカップリング３０は、螺子軸１０の揺動を可能としているので、防振ゴム２６が振動の入力により撓んでも、その変化を吸収して緩衝器Ｄの円滑な伸縮を妨げることはないだけでなく、緩衝器Ｄの機能劣化も防止され、また、螺子軸１０の上下動をも可能としているので、この点でも、緩衝器Ｄの機能劣化が防止される。

さらに、外筒４１の図１中上端には、上端に鍔を備えた筒状のストッパ部材４２が嵌着され、このストッパ部材４２の内周側に配在の環状のダストシール４３が内筒２０の外周と外筒４１との間をシールして、外筒４１および内筒２０内への埃や雨水等の侵入が防止されて、螺子軸１０やボール螺子ナット１１の品質劣化が防止されている。

また、上記ストッパ部材４２の上端は、この緩衝器Ｄが収縮して任意の長さまで収縮すると、内筒２０の図１中上端外周側に設けた蛇腹筒状のバンプストッパ２８と当接するようになっており、緩衝器Ｄの収縮時の衝撃を緩和できるようになっているとともに、また、螺子軸１０の下端の車体側取付部Ｅへの衝突、すなわち、緩衝器Ｄのいわゆる底付きが防止され、緩衝器Ｄの最収縮時における車両における乗り心地が向上される。

他方、緩衝器Ｄの最収縮時におけるボール螺子ナット１１とキャップ体２１との衝突の衝撃を緩和するため、内筒２０内には、キャップ体２１の下端に当接するクッションゴム２９が設けられており、これにより、ボール螺子ナット１１ひいては緩衝器Ｄの品質劣化が防止されるとともに、この点でも緩衝器Ｄの最収縮時における車両における乗り心地が向上される。

さて、上述のように構成された緩衝器Ｄにあっては、路面から力を受けて車体と車軸とが直線相対運動すると、車軸側に連結されるボール螺子ナット１１と車体Ｂ側に連結される螺子軸１０とが直線相対運動を呈し、この相対運動が上記のように螺子軸１０の回転運動に変換され、モータMのロータ１に伝達される。

そして、モータＭのロータ１が回転運動を呈すると、モータＭ内の巻線７が磁石４の磁界を横切ることとなり、該巻線７に誘導起電力を発生させることよりモータＭにエネルギ回生させて電磁力を発生させ、モータＭのロータ１には誘導起電力に起因する電磁力による回転トルクが作用し、上記回転トルクがロータ１の回転運動を抑制することとなる。

このロータ１の回転運動を抑制する作用は、上記螺子軸１０の回転運動を抑制することとなり、螺子軸１０の回転運動が抑制されるのでボール螺子ナット１１の直線運動を抑制するように働き、緩衝器Ｄは、上記電磁力によって、この場合減衰力として働く制御力を発生し、振動エネルギを吸収緩和する。

このとき、積極的に巻線７に外部電源から電流供給する場合には、ロータ１に作用する回転トルクを調節することで緩衝器Ｄの伸縮を自由に制御、すなわち、緩衝器Dの制御力を発生可能な範囲で自由に制御することが可能であるので、緩衝器Dの減衰特性を可変としたり、緩衝器Ｄをアクチュエータとして機能させたりすることも可能であり、また、上述のエネルギ回生による減衰力にあわせて緩衝器Dをアクチュエータとして機能させて適切な制御を行う場合には、緩衝器Ｄをアクティブサスペンションとしても機能させることも可能である。

なお、上述のように積極的にアクチュエータとして機能させる必要が無い場合、すなわち、減衰力の発生させるだけであれば、モータＭを外部電源に接続する必要はなく、モータＭのロータ１が強制的に回転させられるときに巻線７に生じる誘導起電力により、すなわち、エネルギ回生のみにより発生する電磁力に起因する回転トルクで螺子軸１０とボール螺子ナット１１との直線相対運動を抑制するとしてもよいことは勿論である。

そして、この緩衝器Ｄにあっては、モータＭは車体Ｂに固定されており、バネ上側連結質量にはモータＭの質量は含まれないこととなるから、バネ上側連結質量を軽量化することができる。

すなわち、バネ上側連結質量を軽量にすることができるので、車両バネ下たる車軸側からの振動の入力を車両バネ上たる車体側へ伝達する力も上記軽量化によって小さくなり、車両における乗り心地を向上できることとなる。

なお、本実施の形態においては、運動変換機構Ｔと車体Ｂとの間に弾性体たる防振ゴム２６を介装しているとともにモータＭが車体Ｂ側に固定されているので、バネ上側すなわち車体Ｂ側に連結されるバネ上側連結質量は、モータＭの質量は含まれず略螺子軸１０の質量となるので、バネ上側連結質量を油圧緩衝器におけるロッド質量相当程度に軽量化することができ、弾性体たる防振ゴム２６にて振動をも吸収できるのでさらに車両における乗り心地を向上させることができるのである。

また、バネ上側連結質量が軽量化されるとともに、ロータ１と螺子軸１０とを連結するカップリングは、ロータ１に対する螺子軸１０の位置ずれを許容するので、螺子軸１０の上下横方向への振動にも対応でき緩衝器Ｄの機能劣化を防止できるとともに、従来緩衝器のように緩衝器の上端に配置されるモータを中心として振動することがなくなり、すなわち、緩衝器が螺子軸のボール螺子ナットが螺合している付近を中心としてくの字になるように前後左右に振動してしまうことがなくなるとともに、螺子軸１０の先端近傍を中心として振動することになるから、その振幅も従来緩衝器より小さくなり、車体側に伝達される上記前後左右の振動により異音が生じるという不具合も解消され、さらに、バネ上側連結質量が軽量化されて固有振動数も高くなるから、車両搭乗者に特に乗り心地が悪いと感じる領域の周波数で共振してしまう弊害もなく、この点でも車両における乗り心地を向上することが可能となる。

なお、カップリングがロータ１に対する螺子軸１０の捩れを許容する、すなわち、ロータ１と螺子軸１０とを連結した状態からロータ１に対し螺子軸１０が周方向に回転することを許容する場合には、本構成の緩衝器Ｄ特有の慣性モーメントによる不要な減衰力の発生を低減することができる。

ここで、慣性モーメントによる減衰力について少し説明すると、緩衝器Ｄが発生する減衰力は、概ね、螺子軸１０の慣性モーメントと、モータＭのロータ１の慣性モーメントと、ボール螺子ナット１１の慣性モーメントと、モータＭの発生する電磁力の総和であり、上記各慣性モーメントは、モータＭのロータ１の角加速度が、上記緩衝器Ｄの伸縮運動の加速度に比例することから、緩衝器Ｄの伸縮運動の加速度に比例して大きくなるが、螺子軸１０の慣性モーメントは比較的大きく減衰力に対する影響は無視できない。

そして、この上記螺子軸１０の慣性モーメントは、上述の通り上記伸縮運動の加速度に比例することから、路面等から緩衝器Ｄに入力される緩衝器Ｄの軸方向の力に対し、緩衝器ＤはモータＭの電磁力に依存しない減衰力を発生することになり、特に急激な軸方向の力が入力された場合には、より高い減衰力を発生することになり、車両搭乗者にゴツゴツ感を知覚させてしまうこととなる。

したがって、常に電磁力に依存した減衰力に先んじて螺子軸１０の慣性モーメントによる減衰力が発生することとなり、また、緩衝器Ｄの伸縮運動の加速度に依存する螺子軸１０の慣性モーメントにより発生する減衰力は制御しづらいので、螺子軸１０の慣性モーメントが小さければ小さいほど、螺子軸１０の慣性モーメントの減衰力に対する影響を抑制することができることとなるが、上述のようにカップリングが螺子軸１０の捩れを許容する場合には、カップリングで螺子軸１０の慣性モーメントによる減衰力を緩和することができ、当該緩衝器Ｄの発生減衰力の制御性が向上するとともに、当該緩衝器Ｄが車両に適用される場合には、車両における乗り心地を向上することが可能となる。

さらに、モータＭを特に車体Ｂの内側に固定しているから、緩衝器Ｄの相対運動部分の長さは、緩衝器Ｄ全体の長さからモータＭの長さを除した長さとなり、緩衝器Ｄのストロークの確保が容易となる。つまり、モータＭが車体Ｂの下部、すなわち、車体Ｂ外方に取付ける場合に比較すると、モータＭの長さ分のストロークを長く取ることが可能となる。

また、モータＭを特に車体Ｂの内側に固定しているから、マウント部分の変更なしに、この実施の形態の場合、アッパーサポート２５から防振ゴム２６、プレート２７にかけての部分を変更することなしに、緩衝器Ｄを車両に搭載することが可能となり、マウント部分を規格化できコスト低減可能となるとともに、フルバウンドした場合の衝撃的な荷重は上記マウント部分を介して車体に伝達されるようにしてあるので、モータＭに大きな力が作用してしまうことを防止可能である利点もある。

さらに、モータＭを車体Ｂの内側に固定することおよびカップリングは、ロータ１に対する螺子軸１０の位置ずれを許容するので、モータＭに路面から直接大きな荷重が入力されることを回避することができ、モータＭの劣化機会を減ずることが可能となる。

また、モータＭを車体Ｂの内側に配置することで、モータＭの各電極から延設されるであろう電線（図示せず）を車体Ｂ内側で取り回すことが可能であり、当該電線を外方の制御装置、制御回路に接続することも容易となり、当該電線は車体Ｂ内に収納されることとなるので、電線の劣化機会も減ずることが可能となる。

ちなみに、本実施の形態においては、モータＭを車体Ｂ内側に固定しているが、モータＭを車体Ｂ外側に固定しても、やはり、バネ上側連結質量を軽量化することができ、また、モータＭを車体外側に固定し、かつ運動変換機構Ｔとの間に弾性体を介装しておけばさらに乗り心地を向上することができる。ただし、この場合、モータＭを車体Ｂ内側に固定するメリットは失われることとなる。

なお、本実施の形態においては、運動変換機構Ｔがボール螺子ナット１１と螺子軸１０とで構成されているが、これを他の構成、たとえば、ラックアンドピニオンで構成されてもよく、この場合モータＭを、たとえば、車体側に横向きに配置して固定するか、または、縦配置するには別途歯車機構を介する必要はあるが、バネ上側連結質量を軽量化することができるので、車両における乗り心地を向上できることになる。

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緩衝器の縦断面図である。 カップリングの縦断面図である。

符号の説明

１ ロータ
２ ケース
３ シャフト
４ 磁石
５ ステータ
６ 電機子鉄心たるコア
７ 巻線
８，９，２３，２４ ボールベアリング
１０ 螺子軸
１０ａ 段部
１１ 螺子ナットたるボール螺子ナット
２０ 内筒
２１ キャップ体
２２ 鍔部
２５ アッパーサポート
２６ 弾性体たる防振ゴム
２７ プレート
２８ バンプストッパ
２９ クッションゴム
３０ カップリングたる筒状のフレキシブルカップリング
３１ 切欠
３５，３６ 軸受
４０ 連携筒
４１ 外筒
４２ ストッパ部材
４３ ダストシール
５０ 懸架バネ受け
６０ ナット
Ｂ 車体
Ｄ 緩衝器
Ｅ 車軸側取付部
Ｍ モータ
Ｓ 懸架バネ
Ｔ 運動変換機構

Claims (4)

1. 車体と車軸との直線相対運動を回転運動に変換する運動変換機構と、該運動変換機構により変換された回転運動が伝達されるモータとを備え、このモータが車体側に固定されるとともに、車体と車軸との間に上記運動変換機構が介装される緩衝器であって、運動変換機構をモータに連結される螺子軸と、車軸側に連結されてこの螺子軸に回転自在に螺合される螺子ナットとから構成するとともに、上記螺子軸を回転自在に支持する支持部材を設け、この支持部材が車体側もしくはモータに弾性体を介して固定されるとともに、螺子ナット側に懸架バネ受けを設け、当該懸架バネ受けと上記弾性体との間に懸架バネを介装したことを特徴とする緩衝器。
2. モータが車体内側に固定されることを特徴とする請求項１に記載の緩衝器。
3. 運動変換機構と車体もしくはモータとの間に弾性体を介装したことを特徴とする請求項１または２に記載の緩衝器。
4. ロータに対する螺子軸の位置ずれを許容するカップリングを介して螺子軸とモータのロータとを連結したことを特徴とする請求項１、２または３に記載の緩衝器。

Images