JP4985026B2 - 緩衝装置 - Google Patents

Description

本発明は、緩衝装置に関する。

車両用の緩衝装置として、例えば特許文献１に記載の発明では、ボルト部及びナット部からなる直線運動を回転運動に変換するネジ機構、及びボルト部の回転運動を減衰させる電気式の発電機等を有して構成されている。

なお、発電機は、ステータ及びステータ内で回転するロータ等を有して構成された回転電動機にて構成されており、この減衰器は、ロータを回転させるための磁気的な回転抵抗を利用して減衰力を発生させるものである。
特開２００６−１１７２０９号公報

ところで、一般的に、回転軸の軸方向両端側には、ゴム等の弾性部材にて構成されたストッパが配置されており、このストッパにて、ナット部が回転軸方向に所定以上変位することを規制している。しかし、緩衝装置に急激な入力があった場合には、ナット部がストッパに激しく衝突してしまい、ストッパが大きく損傷してしまうおそれがある。

本発明は、上記点に鑑み、ナット部がストッパに衝突したときに生じる衝撃を軽減することが可能な緩衝装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の緩衝装置は、雄ネジ部が形成されたボルト部、及び雄ネジ部とネジ結合する雌ネジ部が形成されたナット部を有し、外部から入力される直線運動を回転運動に変換するネジ機構と、ネジ機構にて変換された回転運動を減衰させるための減衰力を付与する減衰力付与手段と、ボルト部の回転軸方向両端側に配置され、ナット部が回転軸方向に所定以上変位することを規制するストッパとを備える。

そして、雌ネジ部に形成されるネジのピッチは全域において同一であり、雄ネジ部のうち、回転軸方向の両端側を除いた中立領域に形成されるネジのピッチは、雌ネジ部のピッチと同一であり、雄ネジ部のうち、中立領域以外に形成されるネジのピッチは、中立領域に形成されるネジのピッチとは異なる。

これにより、ナット部が雄ネジ部の一端側又は他端側（中立領域以外の領域）を変位する際には、ナット部（雌ネジ部）とボルト部（雄ネジ部）との間の摩擦抵抗が中立領域を変位する際に比べて大きくなるので、ナット部が、雄ネジ部の中立領域から中立領域以外の領域まで変位した際に大きく変位することが低減される。

このため、外部から緩衝装置に急激な入力があった場合であっても、ナット部が中立領域以外の領域で変位するときの速度が、雄ネジ部のピッチを全域同じとした場合に比べて遅くなるので、ナット部が雄ネジ部の端部に到達してストッパに衝突したときに生じる衝撃を十分に抑えることができる。したがって、ナット部がストッパに衝突したときに生じる衝撃を軽減することができる。

また、請求項１に記載の発明では、ボルト部と減衰力付与手段との間に、ボルト部の回転運動を減衰力付与手段へ伝達する動力伝達部が配置され、動力伝達部は、応力が大きくなるほど弾性係数が小さくなる超弾性部材にて構成されている。

これにより、振動等による外部からの入力が急激に変化する場合のみ、動力伝達部が大きく歪むので、ボルト部の回転角よりも、減衰力付与手段の回転角の方が小さくなる。したがって、ボルト部から減衰力付与手段へ伝達される回転運動の伝達率を小さくすることができるので、減衰力付与手段に加わる負荷を低減することができる。

また、ネジ機構は、請求項２に記載のようにボールねじにて構成されていれば、雄ネジと雌ネジにて構成される一般的なネジ機構よりも、絶対的な摩擦抵抗を小さくすることができるので、ナット部がボルト部の雄ネジ部を変位する際の損失を小さくすることができる。

また、ネジ機構をボールねじにて構成した場合には、請求項３に記載のように、雄ネジ部のうち、中立領域以外に形成されるネジのピッチは、中立領域に形成されるネジのピッチよりも小さくするとよい。

このようにすれば、ナットが、雄ネジ部の中立領域から中立領域以外の領域へ侵入した状態では、ボールねじのボールから作用する力は、雄ネジ部の溝間を広げる方向に働くとともに、ナット（雌ネジ）部の溝間を縮める方向に働く。

したがって、ナット部がボルト部よりも早く損失してしまうことを抑えることができるので、ナット部の交換時期を、ボルト部の交換時期よりも遅くすることができる。

本実施形態は、本発明に係る緩衝装置を、四輪の車両のサスペンションに適用したものであり、以下に本実施形態を図面と共に説明する。
１．サスペンションの全体構成
図１は、本実施形態のサスペンションの構成を表す構成図であり、本実施形態のサスペンションは、図１に示すように、コイルスプリング１０、及びコイルスプリング１０の振動を吸収するダンパ装置２０等にて構成されている。

ダンパ装置２０は、ネジ機構３０、減衰力付与機構４０、動力伝達部材５０及びブッシュ５２等の機械部分、並びに制御部７０等の電気部分を有して構成されている。
なお、ダンパ装置２０の機械部分は、コイルスプリング１０内に配置されてダンパ装置２０とコイルスプリング１０とが一体化（ユニット化）されており、本実施形態に係るサスペンションは、このように一体化された状態で、車両の車体（図示省略）に組み付けられる。

ネジ機構３０は、雄ネジ部３２ａが形成されたネジ軸３２、及び複数個のボール３４ｂを介して雄ネジ部３２ａとネジ結合する雌ネジ部３４ａが形成されたナット３４等から構成されたボールねじである。

また、ナット３４は、略筒状に形成された第１ハウジング（インナーチューブ）５４の内壁側に固定されており、この第１ハウジング５４は、略筒状に形成された第２ハウジング（アウターチューブ）５６内のうち長手方向一端側（図１の下端側）に変位可能に組み付けられている。そして、第１ハウジング５４の長手方向一端側（図１の下端側）は、車輪（図示省略）側に組み付けられる。

このため、路面の段差等によって車輪が上下に直動（直線）運動変位すると、この外部入力に応じて第１ハウジング５４が、第２ハウジング５６内をその軸方向に変位してナット３４が直動運動するため、その直動運動に応じてネジ軸３２が回転する。

つまり、本実施形態では、ナット３４を介して入力される車輪の直動運動がネジ機構３０にて回転運動に変換されて後述する減衰力発生機構４０のロータ４４に伝達される。
なお、第１ハウジング５４の長手方向他端側（図１の上端側）のうち外周部には、第２ハウジング５６の内周面と摺動可能に接触する摺接部５４Ａが設けられており、第１ハウジング５４の直動運動は、この摺接部５４Ａにて案内される。

そして、第２ハウジング５６の長手方向他端側（図１の上端側）には、第３ハウジング６０が固定されており、この第３ハウジング６０には、ネジ軸３２を回転可能に支持するベアリング５８が組み付けられている。

また、ネジ軸３２に形成された雄ネジ部３２ａは、図２に示すように、ネジ軸３２の回転軸３２ｂ方向中央部分におけるネジのリード（ピッチ）Ｌ１と、回転軸３２ｂ方向両端部分におけるネジのリードＬ２とが異なっている。

なお、リードとは、ネジ軸３２の１回転に伴い、ナット３４が軸方向に進む距離をいい（ＪＩＳ Ｂ １１９１等参照）、いわゆるネジのピッチと同意義である。
具体的には、ネジ軸３２の雄ネジ部３２ａのうち、中立領域Ａ１以外の領域Ａ２（以下、制動領域Ａ２という。）に形成されるネジのリードＬ２が、中立領域Ａ１に形成されるネジのリード（ピッチ）Ｌ１より小さく（Ｌ２＜Ｌ１）なるように設定されている。

一方、ナット３４の雌ネジ部３４ａは、全域、中立領域Ａ１におけるリードＬ１と同一のリードに設定されている。このため、後述するように、中立領域Ａ１においては、第１ハウジング５４の直動変位に応じてネジ軸３２が回転変位するのに対して、制動領域Ａ２においては、第１ハウジング５４の変位に対する抵抗力が発生する。

ここで、中立領域Ａ１とは、ナット３４が雄ネジ部３２ａにおいて正常に移動することができる領域、つまりダンパ装置２０を正常作動させることが可能な領域をいい、雄ネジ部３２ａから制動領域Ａ２を除いた領域をいう。

そして、制動領域Ａ２は、例えば雄ネジ部３２ａの一端から他端側へ向かって、ナット３４の回転軸３２ｂ方向の寸法Ｔに所定長αだけ加えた領域（Ｔ＋α）と、雄ネジ部３２ａの他端から一端側へ向かって、上記寸法Ｔに所定長αだけ加えた領域（Ｔ＋α）とをいう。

また、減衰力付与機構４０は、ネジ軸３２に対して、ネジ軸３２の回転運動を減衰させるための減衰力を付与する減衰力付与手段であり、この減衰力付与機構４０は、本実施形態では、ステータコイル４２、マグネットロータ４４及びこれら４２、４４を収納するハウジング４６等からなる周知のモータと同様なものである。

そして、減衰力付与機構４０は、第３ハウジング６０に組み付けられており、この第３ハウジング６０には、サスペンションを車両に固定するための固定具６２が設けられている。

また、マグネットロータ４４のロータ軸（回転軸）４４ａは、ネジ軸３２の回転軸３２ｂに対して同軸上に配置され、マグネットロータ４４とネジ軸３２ａとの間には、ネジ軸３２に伝わるトルク（ネジ軸３２の回転運動）を減衰力付与機構４０（マグネットロータ４４）へ伝達する動力伝達部材５０が配置されている。

また、動力伝達部材５０は、応力が大きくなるほど縦弾性係数（ヤング率）が小さくなる超弾性部材（本実施形態では、ＮｉＴｉ合金）にて構成されている。
このため、動力伝達部材５０に伝わるトルクが大きくなると、動力伝達部材５０に発生する応力が大きくなり、動力伝達部材５０に発生する歪みが非線形的に大きくなる。このため、単位時間あたりのマグネットロータ４４の回転角は、図３に示すように、動力伝達部材５０に伝わるトルクが大きいほど、単位時間あたりのネジ軸３２の回転角よりも小さくなる。

なお、本実施形態では、例えば、温度が３３７Ｋの場合において、動力伝達部材５０により発生される応力が最も小さい場合には、縦弾性係数が４００［ＭＰａ］程度となり、逆に動力伝達部材５０により発生される応力が最も大きい場合には、縦弾性係数が１０［ＭＰａ］程度となる。

また、ブッシュ５２は、雄ネジ部３２ａの回転軸３２ｂ方向の両端側に配置されて、ナット３４が回転軸３２ｂ方向に所定以上（雄ネジ部３２ａを超えて）変位することを規制するストッパであり、本実施形態では、ゴム等の弾性部材にてブッシュ５２が構成されている。

また、制御部７０は、減衰力付与機構４０がネジ軸３２に付与する減衰力を制御する制御手段であり、本実施形態に係る制御部７０は、ステータコイル４２への通電量を制御することにより、減衰力付与機構４０で発生する減衰力を制御している。

具体的には、図４に示すように、マグネットロータ４４の回転速度を検出する回転速度検出センサ７２が設けられており、制御部７０は、車輪が直動変位してマグネットロータ４４が回転すると、回転速度検出センサ７２から出力される検出信号に基づいて、ステータコイル４２への通電量を調節して減衰力を制御する。

なお、減衰力付与機構４０により発電される電力は、本実施形態では、レギュレータで適正な電圧に変換されて、車両に搭載されたバッテリ７４に回生される。
２．サスペンションの特徴的作動及び特徴
ナット３４が雄ネジ部３２の中立領域Ａ１に存在する際に（図１参照）、車輪からサスペンションに対して急激な入力があった場合には、ナット３４が、中立領域Ａ１を超えて、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、制動領域Ａ２（雄ネジ部３２ａの一端側又は他端側）に移動してしまう。

このとき、雄ネジ部３２ａのうち、中立領域Ａ１に形成されるネジのリードＬ１は、雌ネジ部３４ａのリードと同一であり、制動領域Ａ２に形成されるネジのリードＬ２は、中立領域Ａ１に形成されるネジのリードＬ１よりも小さいので（Ｌ２＜Ｌ１）、ナット３４が制動領域Ａ２を変位する際には、ナット３４（雌ネジ部３４ａ）とネジ軸３２（雄ネジ部３２ａ）との間の摩擦抵抗が中立領域Ａ１を変位する際に比べて大きくなる。

このため、ナット３４が、雄ネジ部３２ａの中立領域Ａ１から制動領域Ａ２まで変位した際に大きく変位することが低減されるので、車輪からサスペンションに急激な入力があ
った場合であっても、ナット３４が制動領域Ａ２で変位するときの速度が、雄ネジ部３２ａのリードを全域同じとして場合に比べて遅くなり、ナット３４がブッシュ５２に衝突したときの衝撃を十分に抑えることができる。

したがって、ナット３４がブッシュ５２に衝突したときに生じる衝撃を軽減することができる。
また、本実施形態では、車輪からサスペンションに対して急激な入力があった場合、雄ネジ部３２ａを介して動力伝達部材５０に大きなトルクが加わり、動力伝達部材５０では大きな応力が発生される。

ここで、動力伝達部材５０は、応力が大きくなるほど縦弾性係数が小さくなる超弾性部材にて構成されているので、動力伝達部材５０に大きなトルクが加わると、動力伝達部材５０が大きく歪み、単位時間あたりのネジ軸３２の回転角よりも、単位時間あたりのマグネットロータ４４の回転角が小さくなる。

このため、ネジ軸３２からマグネットロータ４４へ伝達される回転運動の伝達率を小さくすることができるので、マグネットロータ４４の回転数のピークを低減することができ、減衰力付与機構４０にて必要以上の電力が発電されること（過出力）を防止することができる。

したがって、マグネットロータ４４の過回転、及び減衰力付与機構４０の過出力を防止することができるので、ステータコイル４２が焼き付いて損傷してしまうことを防止することができるとともに、レギュレータの耐電圧を越えてしまうことを防止することができる。

また、本実施形態では、ネジ機構３０をボールねじにて構成しているので、ネジと雌ネジにて構成される一般的なネジ機構よりも、絶対的な摩擦抵抗を小さくすることができる。したがって、ナット３４がネジ軸３２の雄ネジ部３２ａを変位する際の損失を小さくすることができる。

また、本実施形態では、雄ネジ部３２ａのうち、制動領域Ａ２に形成されるネジのリードＬ２は、中立領域Ａ１に形成されるネジのリードＬ１よりも小さいので（Ｌ２＜Ｌ１）、ナット３４が中立領域Ａ１から制動領域Ａ２へ侵入した状態では、図６に示すように、ネジ機構３０のボール３４ｂが、雌ネジ部３４の溝のうち、ナット３４が変位している向きとは反対側の部分Ｐ１を押し付けるとともに、ボール３４ｂが、雄ネジ部３４ａの溝のうち、ナット３４が変位している向きの部分Ｐ２を押し付けることとなる。

このため、ボール３４ｂは、雌ネジ部３４ａを圧縮する力を与えるとともに、雄ネジ部３２ａを引っ張る力を与えるので、ナット３４がネジ軸３２よりも早く損失してしまうことを抑えることができ、ナット３４の交換時期を、ネジ軸３２の交換時期よりも遅くすることができる。

３．発明特定事項と実施形態との対応関係
本実施形態では、ネジ軸３２が特許請求の範囲に記載されたボルト部に相当し、ナット３４が特許請求の範囲に記載されたナット部に相当する。また、ブッシュ５２が特許請求の範囲に記載されたストッパに相当し、減衰力付与機構４０が特許請求の範囲に記載された減衰力付与手段に相当し、動力伝達部材５０が特許請求の範囲に記載された動力伝達部に相当する。

（その他の実施形態）
上記実施形態では、ネジ機構３０としてボールねじを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ボールねじに代えて、雄ネジと雌ネジとからなる一般的なネジ機構を用いてもよい。

また、上記実施形態では、雄ネジ部３２ａのうち、制動領域Ａ２に形成されるネジのリードＬ２を、中立領域Ａ１に形成されるネジのリードＬ１よりも小さくしていたが（Ｌ２＜Ｌ１）、本発明はこれに限定されるものではなく、雄ネジ部２６ｂのうち、制動領域Ａ２に形成されるネジのリードＬ２を、中立領域Ａ１に形成されるネジのリードＬ１よりも大きくしてもよい（Ｌ１＜Ｌ２）。

また、上述の実施形態では、減衰力を電気的に制御していたが、本発明はこれに限定されるものではなく、流体抵抗を用いたいわゆるオイルダンパーにて減衰力を発生させてもよい。

また、上述の実施形態では、ナット３４に車輪からの外力が伝達される構成であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、ネジ軸３２に車輪からの外力が伝達される構成であってもよい。

また、上述の実施形態では、ネジ軸３２の回転力が超弾性部材からなる動力伝達部材５０を介して間接的に減衰力発生機構４０に伝達されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば動力伝達部材５０をゴム等の通常の弾性部材にて構成する、又はネジ軸３２と減衰力発生機構４０とを直接的に連結してもよい。

また、上記実施形態では、本発明を四輪車両のサスペンションに適用していたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば鉄道車両や二輪車両に適用してもよい。
また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。

本実施形態のサスペンションの構成を表す構成図である。 雄ネジ部及び雌ネジ部のピッチを説明する説明図である。 動力伝達部材の特性を説明する説明図である。 本実施形態のサスペンションの電気的構成を説明する説明図である。 本実施形態のサスペンションの作動を説明する説明図である。 本実施形態のサスペンションの効果を説明する説明図である。

符号の説明

１０…コイルスプリング、２０…ダンパ装置、３０…ネジ機構、３２…ネジ軸、３２ａ…雄ネジ部、３２ｂ…回転軸、３４…ナット、３４ａ…雌ネジ部、３４ｂ…ボール、４０…減衰力付与機構、４２…ステータ、４４…マグネットロータ、４４ａ…ロータ軸、５０…動力伝達部材、５２…ブッシュ、５４…第１ハウジング、５６…第２ハウジング、５８…ベアリング、６０…第３ハウジング、６２…固定具、７０…制御部、７２…回転速度検出センサ、７４…バッテリ、Ａ１…中立領域、Ａ２…制動領域。

Claims (3)

1. 雄ネジ部が形成されたボルト部、及び前記雄ネジ部とネジ結合する雌ネジ部が形成されたナット部を有し、外部から入力される直線運動を回転運動に変換するネジ機構と、
   前記ネジ機構にて変換された回転運動を減衰させるための減衰力を付与する減衰力付与手段と、
   前記ボルト部の回転軸方向両端側に配置され、前記ナット部が前記回転軸方向に所定以上変位することを規制するストッパとを備え、
   前記雌ネジ部に形成されるネジのピッチは全域において同一であり、
   前記雄ネジ部のうち、前記回転軸方向の両端側を除いた中立領域に形成されるネジのピッチは、前記雌ネジ部のピッチと同一である一方、前記雄ネジ部のうち、前記中立領域以外に形成されるネジのピッチは、前記中立領域に形成されるネジのピッチとは異なっており、
   前記ボルト部と前記減衰力付与手段との間には、前記ボルト部の回転運動を前記減衰力付与手段へ伝達する動力伝達部が配置され、
   前記動力伝達部は、応力が大きくなるほど弾性係数が小さくなる超弾性部材にて構成されていることを特徴とする緩衝装置。
2. 前記ネジ機構は、ボールねじにて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の緩衝装置。
3. 前記雄ネジ部のうち、前記中立領域以外に形成されるネジのピッチは、前記中立領域に形成されるネジのピッチよりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の緩衝装置。

Images