KR20210022667A - 서스펜션 - Google Patents

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KR20210022667A
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다카시 사쿠야마
쇼 다니구치
데츠히로 니시데
사토시 히라타
히로시 가네시게
쇼 이와시로
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티에치케이 가부시끼가이샤
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Abstract

스프렁 매스와 언스프렁 매스 사이에 감쇠력을 발생시킬뿐 아니라 차륜을 전타할 수 있는 서스펜션을 제공한다. 서스펜션(3)은, 차량의 스프렁 매스에 연결되고, 나사 홈(5a)과 스플라인 홈(5b)이 형성되는 축(5)과, 볼(17)을 개재하여 축(5)에 조립 장착되는 볼 나사 너트(6)와, 볼(10)을 개재하여 축(5)에 조립 장착되는 볼 스플라인 너트(7)와, 볼 나사 너트(6)에 접속되는 볼 나사용 모터(8)와, 볼 스플라인 너트(7)에 접속되는 볼 스플라인용 모터(9)와, 차량의 언스프렁 매스에 연결되고, 볼 나사용 모터(8)와 볼 스플라인용 모터(9)를 보유 지지하는 케이스(18)를 구비한다. 볼 스플라인용 모터(9)가 볼 스플라인 너트(7)와 축(5)을 케이스(18)에 대하여 상대적으로 회전시킨다.

Description

서스펜션
본 발명은 차량용 서스펜션에 관한 것이며, 특히 볼 나사를 구비하는 서스펜션에 관한 것이다.
차량용 서스펜션으로서, 볼 나사를 구비하는 서스펜션이 제안되어 있다. 예를 들어 특허문헌 1에는, 볼 나사와, 볼 나사 너트에 접속되는 모터를 구비하는 서스펜션이 제안되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 서스펜션에 있어서, 스프렁 매스와 언스프렁 매스가 접근·이격되는 동안, 볼 나사가 역작동하여 너트가 회전하여 모터가 발전기로서 기능한다. 이것에 의하여 스프렁 매스와 언스프렁 매스 사이에 감쇠력을 발생시킬 수 있다. 또한 특허문헌 1에 기재된 서스펜션에 있어서, 모터가 액추에이터로서 액티브하게 감쇠력을 발생시킬 수도 있다. 즉, 모터는 볼 나사를 정작동시켜 나사축을 축 방향으로 이동시킨다. 이것에 의하여 스프렁 매스와 언스프렁 매스 사이에 액티브하게 축 방향의 힘(즉, 감쇠력)을 발생시킬 수 있다.
일본 특허 공개 제2009-29246호 공보
그러나 특허문헌 1에 기재된 서스펜션에 있어서는, 모터는, 스프렁 매스와 언스프렁 매스 사이에 나사축의 축 방향의 힘을 작용시킬 뿐이지 차륜을 전타할 수 없다. 차륜의 전타는, 스티어링 휠에 연결되는 스티어링 장치(예를 들어 스티어링 샤프트, 기어, 타이 로드, 파워 어시스트 액추에이터 등)에 의하여 행해진다.
서스펜션이 차륜을 전타시킬 수 있으면 스티어링 장치를 불요하게 할 수 있으며, 스티어링 장치가 있는 경우에도, 스티어링 장치와 서스펜션을 병용하여 차륜을 전타함으로써 차량의 다양한 제어가 가능해진다.
그래서 본 발명은, 스프렁 매스와 언스프렁 매스 사이에 감쇠력을 발생시킬뿐 아니라 차륜을 전타할 수 있는 서스펜션을 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 양태는, 차량의 스프렁 매스와 언스프렁 매스 중 어느 한쪽에 연결되고, 나사 홈과 스플라인 홈이 형성되는 축과, 볼을 개재하여 상기 축에 조립 장착되는 볼 나사 너트와, 볼을 개재하여 상기 축에 조립 장착되는 볼 스플라인 너트와, 상기 볼 나사 너트에 접속되는 볼 나사용 모터와, 상기 볼 스플라인 너트에 접속되는 볼 스플라인용 모터와, 상기 차량의 상기 스프렁 매스와 상기 언스프렁 매스 중 다른 쪽에 연결되고, 상기 볼 나사용 모터와 상기 볼 스플라인용 모터를 보유 지지하는 케이스를 구비하고, 상기 볼 스플라인용 모터가 상기 볼 스플라인 너트와 상기 축을 상기 케이스에 대하여 상대적으로 회전시키는 서스펜션이다.
본 발명에 따르면, 볼 나사 너트에 접속되는 볼 나사용 모터가 스프렁 매스와 언스프렁 매스 사이에 감쇠력을 발생시킨다. 또한 볼 스플라인 너트에 접속되는 스플라인용 모터가 볼 스플라인 너트와 축을 케이스에 대하여 상대적으로 회전시키므로 스프렁 매스에 대하여 언스프렁 매스를 회전시킬 수 있으며, 따라서 차륜을 전타할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 서스펜션의 정면도(차량의 전방으로부터 보았을 때의 정면도)이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태의 서스펜션의 수직 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태의 서스펜션의 수직 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시 형태의 서스펜션의 수직 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시 형태의 서스펜션의 정면도(차량의 전방으로부터 보았을 때의 정면도)이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시 형태의 서스펜션의 수직 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제6 실시 형태의 서스펜션의 수직 단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태의 서스펜션을 상세히 설명한다. 단, 본 발명의 서스펜션은 다양한 형태로 구체화할 수 있으며, 본 명세서에 기재되는 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 본 실시 형태는, 명세서의 개시를 충분하게 함으로써 당업자가 발명의 범위를 충분히 이해할 수 있도록 하는 의도를 갖고 제공되는 것이다.
(제1 실시 형태)
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태의 서스펜션의 정면도(차량의 전방으로부터 보았을 때의 정면도)이다. 1은 차체, 2는 차륜이다. 차체(1)와 차륜(2)은 본 실시 형태의 서스펜션(3)을 개재하여 접속된다. 서스펜션(3)은 코일 스프링 등의 스프링(4)을 구비한다. 서스펜션(3)의 스프링(4)에 의하여 지지되는 부재를 스프렁 매스라 하고, 스프링(4)에 의하여 지지되어 있지 않은 부재를 언스프렁 매스라 한다. 스프렁 매스는 차체(1)측이고, 언스프렁 매스는 차륜(2)측이다. 서스펜션(3)은 4개의 차륜(2)별로 마련되며, 4개의 차륜(2)별로 전자 제어 장치(ECU)에 의하여 제어된다.
도 2는, 본 실시 형태의 서스펜션(3)의 수직 단면도이다. 5는 축, 6은 볼 나사 너트, 7은 볼 스플라인 너트, 8은 볼 나사용 모터, 9는 볼 스플라인용 모터, 18은 케이스이다. 이하에 이들 구성 요소를 순번대로 설명한다.
축(5)의 외면에는, 소정의 리드를 갖는 나선형의 나사 홈(5a)이 형성된다. 또한 축(5)의 외면에는, 축 방향으로 연장되는 직선형의 스플라인 홈(5b)이 형성된다. 나사 홈(5a)과 스플라인 홈(5b)은 교차한다. 나사 홈(5a)과 스플라인 홈(5b)의 교차 부분에 있어서, 나사 홈(5a)은 스플라인 홈(5b)보다도 깊게 형성된다. 이것에 의하여, 나사 홈(5a)을 전동하는 볼(17)이 나사 홈(5a)과 스플라인 홈(5b) 사이의 단차를 타고넘어 스플라인 홈(5b)으로 이행하는 것을 방지한다. 스플라인 홈(5b)을 전동하는 볼(10)은 볼 스플라인 너트(7)의 보유 지지기에 보유 지지된다. 이것에 의하여, 스플라인 홈(5b)을 전동하는 볼(10)이 교차 부분에서 나사 홈(5a)으로 이행하는 것을 방지한다. 축(5)은 중공이다.
축(5)의 상단부는, 차체(1)에 설치되는 플랜지(11)에 연결된다. 축(5)의 상단부에는 고무 부시, 구면 조인트 등의 조인트(12)가 마련된다. 축(5)의 상단부는 조인트(12)를 개재하여 플랜지(11)에 연결된다. 조인트(12)는 축(5)의 회전을 구속함과 함께, 축(5)과 플랜지(11)의 중심 맞춤(얼라인먼트)의 오차를 흡수하는 역할을 갖는다.
볼 나사 너트(6)는 축(5)에 볼(17)을 개재하여 조립 장착된다. 볼 나사 너트(6)는 볼 스플라인 너트(7)보다도 하측에 배치된다. 볼 나사 너트(6)의 내면에는, 축(5)의 나사 홈(5a)에 대향하는 나선형의 나사 홈(6a)이 형성된다. 볼 나사 너트(6)의 나사 홈(6a)과 축(5)의 나사 홈(5a) 사이에는, 볼(17)이 구름 운동 가능하게 개재된다. 볼 나사 너트(6)에는, 볼(17)을 순환시키는 순환로가 마련된다.
볼 나사 너트(6)는 베어링(13)에 회전 가능하게 지지된다. 베어링(13)은, 외륜(14)과, 볼 나사 너트(6)와 일체인 내륜(15)과, 외륜(14)과 내륜(15) 사이에 개재되는 베어링 볼(16)을 구비한다. 외륜(14)은 케이스(18)에 고정된다. 볼 나사 너트(6)는 케이스(18)에 회전 가능하게 지지된다.
볼 스플라인 너트(7)는 축(5)에 볼(10)을 개재하여 조립 장착된다. 볼 스플라인 너트(7)의 내면에는, 축(5)의 스플라인 홈(5b)에 대향하는 직선형의 스플라인 홈(7a)이 형성된다. 축(5)의 스플라인 홈(5b)과 볼 스플라인 너트(7)의 스플라인 홈(7a) 사이에는, 볼(10)이 구름 운동 가능하게 개재된다. 볼 스플라인 너트(7)는, 볼(10)을 보유 지지하는 보유 지지기를 갖는다. 볼 스플라인 너트(7)에는, 볼(10)을 순환시키는 순환로가 마련된다.
볼 스플라인 너트(7)는 베어링(19)에 회전 가능하게 지지된다. 베어링(19)은, 외륜(21)과, 볼 스플라인 너트(7)와 일체인 내륜(22)과, 외륜(21)과 내륜(22) 사이에 개재되는 베어링 볼(20)을 구비한다. 외륜(21)은 케이스(18)에 고정된다. 볼 스플라인 너트(7)는 케이스(18)에 회전 가능하게 지지된다.
볼 나사용 모터(8)는 볼 나사 너트(6)에 접속됨과 함께, 케이스(18)에 보유 지지된다. 볼 나사용 모터(8)는, 스테이터(8a)와, 로터(8b)를 구비한다. 스테이터(8a)가 케이스(18)에 고정된다. 로터(8b)가 볼 나사 너트(6)에 접속된다. 볼 나사용 모터(8)는 중공 모터이며, 축(5)이 볼 나사용 모터(8)를 관통한다.
볼 스플라인용 모터(9)는 볼 스플라인 너트(7)에 접속됨과 함께, 케이스(18)에 보유 지지된다. 볼 스플라인용 모터(9)는, 스테이터(9a)와, 로터(9b)를 구비한다. 스테이터(9a)가 케이스(18)에 고정된다. 로터(9b)가 볼 스플라인 너트(7)에 접속된다. 볼 스플라인용 모터(9)는 중공 모터이며, 축(5)이 볼 스플라인용 모터(9)를 관통한다. 볼 나사 너트(6), 볼 나사용 모터(8), 볼 스플라인용 모터(9), 볼 스플라인 너트(7)는 축(5)의 축 방향으로 나열된다. 볼 나사 너트(6)와 볼 스플라인 너트(7) 사이에 볼 나사용 모터(8)와 볼 스플라인용 모터(9)가 배치된다.
케이스(18)에는 볼 나사용 모터(8)와 볼 스플라인용 모터(9)가 수용된다. 케이스(18)는, 볼 스플라인용 모터(9)가 수용되는 제1 케이스(18a)와, 볼 나사용 모터(8)가 수용되는 제2 케이스(18b)와, 축(5)의 하단부가 수용되는 제3 케이스(18c)를 구비한다. 케이스(18)의 하단부는 차륜(2)의 너클에 연결된다.
케이스(18)의 상단부와 플랜지(11) 사이에는 스프링(4)이 개재된다. 스프링(4)의 내경은 케이스(18)의 외경보다도 작고, 스프링(4)은 케이스(18)의 상방에 축 방향으로 어긋나게 배치된다. 스프링(4)의 양 단부에는 스프링 받침부(23a, 23b)가 마련된다. 플랜지(11)에 대한 케이스(18)의 회전을 허용할 수 있도록 플랜지(11)와 스프링 받침부(23a) 사이에는 베어링(24)이 개재된다. 벨로우즈(25)는 스프링(4)의 내측에 배치된다. 벨로우즈(25)는 스프링 받침부(23a, 23b) 사이에 개재되어, 케이스(18)로부터 돌출하는 축(5)의 상부를 덮는다.
이하에 본 실시 형태의 서스펜션(3)의 작용을 설명한다. 노면에 요철이 있어서 스프렁 매스(차체(1)측)와 언스프렁 매스(차륜(2)측)가 접근·이격되는 동안, 스프링(4)이 신축하여 축(5)과 케이스(18)가 축 방향으로 상대적으로 이동한다. 이에 수반하여, 볼 나사(축(5) 및 볼 나사 너트(6))의 역동작에 의하여 볼 나사 너트(6)가 축(5)에 대하여 회전하여 볼 나사용 모터(8)가 발전기(업소버)로서 기능한다. 이것에 의하여 스프렁 매스와 언스프렁 매스 사이에 감쇠력을 발생시킬 수 있다.
또한 본 실시 형태의 볼 나사용 모터(8)는, 스프렁 매스(차체(1)측)와 언스프렁 매스(차륜(2)측) 사이에 액티브하게 축 방향의 힘을 발생시키는 액추에이터로서도 기능한다. 즉, 볼 나사용 모터(8)는 볼 나사 너트(6)를 회전 구동시켜, 축(5)에 대하여 볼 나사 너트(6)를 축 방향으로 이동시키고, 축(5)에 대하여 케이스(18)를 축 방향((1) 방향)으로 이동시킨다. 스카이훅 이론에 의하여 볼 나사용 모터(8)를 제어하면, 노면의 요철에 맞추어 차륜(2)을 상하 이동시켜 충격을 흡수할 수 있다. 또한 볼 나사용 모터(8)가 액추에이터로서의 기능을 가지므로, 커브 시의 차체(1)의 경사(롤)나 가감속 시의 차체(1)의 경사(피치)를 억제하거나, 주행 시 또는 정차 시에 유저가 차고를 임의로 변화시키거나, 차의 승하차 시에 차고를 낮게 하거나 할 수 있다.
여기서, 본 실시 형태의 볼 나사용 모터(8)는 ECU의 제어를 변경함으로써, 업소버로서만 기능하는 것도, 액추에이터로서만 기능하는 것도, 업소버와 액추에이터의 양쪽으로서 기능하는 것도 가능하다.
볼 스플라인용 모터(9)가 볼 스플라인 너트(7)를 회전 구동시키면, 볼 스플라인 너트(7)와 함께 케이스(18)가 축(5)에 대하여 회전한다(회전을 (2)로 나타냄). 이것에 의하여 스프렁 매스(차체(1)측)에 대하여 언스프렁 매스(차륜(2)측)를 회전시킬 수 있으며, 따라서 차륜(2)을 전타할 수 있다. 서스펜션(3)이 차륜(2)을 전타할 수 있으면 스티어링 장치를 불요하게 할 수 있다. 스티어링 장치가 있는 경우에도, 스티어링 장치와 서스펜션(3)을 병용하여 차륜(2)을 전타함으로써 차량의 다양한 제어가 가능해진다. 예를 들어 차량이 오버스티어에 있을 때, 차량의 스핀을 회피하기 위하여 차륜(2)을 선회 방향과 역방향으로 전타할 수 있다. 또한 차량이 고속 주행 시에 있을 때, 차량의 안정성을 향상시키기 위하여 차륜(2)의 토우인양을 조정할 수 있다. 또한 차고 입고 시에 차륜(2)을 선회시켜 주차를 하기 쉽게 할 수(예를 들어 편측에 벽이 있는 타차 A와 타차 B의 사이에 종렬 주차하는 경우, 차륜(2)을 선회시켜 벽을 향하여 진행하고, 타차 A와 타차 B 사이에 자차가 들어가면 차륜(2)의 선회를 되돌릴 수) 있다.
또한 볼 스플라인용 모터(9)가 볼 스플라인 너트(7)를 회전 구동시키면, 볼 나사(축(5) 및 볼 나사 너트(6))의 정동작에 의하여 축(5)에 대하여 케이스(18)가 축 방향으로 이동해 버린다. 이를 피하기 위하여 볼 나사용 모터(8)가, 볼 스플라인 너트(7)의 회전량과 동일한 회전량만큼 볼 나사 너트(6)를 회전시킨다.
이상에 본 실시 형태의 서스펜션(3)의 구성 및 작용을 설명하였다. 본 실시 형태의 서스펜션(3)에 따르면 이하의 효과를 발휘한다.
볼 나사용 모터(8)와 볼 스플라인용 모터(9)가, 축(5)이 관통하는 중공 모터이므로, 서스펜션(3)을 슬림화할 수 있어서 서스펜션(3)을 스프렁 매스와 언스프렁 매스의 좁은 공간에 배치할 수 있다.
볼 나사 너트(6)와 볼 스플라인 너트(7) 사이에 볼 나사용 모터(8)와 볼 스플라인용 모터(9)가 배치되므로, 볼 나사 너트(6)와 볼 스플라인 너트(7)에 의한 축(5)의 지지 스팬을 길게 할 수 있어서 축(5)의 회전과 축 방향 이동을 안정시킬 수 있다.
축(5)이 스프렁 매스에 연결되고, 케이스(18)가 언스프렁 매스에 연결되고, 볼 나사 너트(6)가 볼 스플라인 너트(7)보다도 하측에 배치되므로, 차체(1)의 중량은, 축(5), 볼 나사 너트(6), 볼 나사 너트(6)보다도 하방의 케이스(18)를 통하여 차륜(2)에 전해진다. 볼 나사 너트(6)보다도 상방의 케이스(18)에는 차체(1)의 중량이 걸리지 않으므로, 케이스(18)의 두께를 얇게 할 수 있어서 케이스(18)의 경량화·외경의 슬림화가 가능해진다.
스프렁 매스를 지지하는 스프링(4)의 내경이 케이스(18)의 외경보다도 작고, 스프링(4)이 케이스(18)의 상방에 배치되므로, 서스펜션(3)의 외경의 슬림화가 가능해진다.
(제2 실시 형태)
도 3은, 본 발명의 제2 실시 형태의 서스펜션(31)의 수직 단면도를 도시한다. 제2 실시 형태의 서스펜션(31)은, 제1 실시 형태의 서스펜션(3)에 댐퍼(32)를 부가한 것이다. 이 댐퍼(32)는, 노면의 미세한 요철에 의한 진동을 흡수하는 역할을 갖는다. 볼 나사용 모터(8)가 노면의 요철에 의한 진동을 항시 액티브하게 흡수하는 경우, 볼 나사(축(5) 및 볼 나사 너트(6))를 항시 미소하게 작동시킬 필요가 있다. 이를 방지하기 위하여, 노면의 미세한 요철에 의한 진동을 댐퍼(32)가 패시브하게 흡수한다. 볼 나사용 모터(8)는, 노면의 큰 요철에 의한 진동을 액티브하게 흡수한다. 이것에 의하여 볼 나사용 모터(8)의 제어가 심플해져, 볼 나사(축(5) 및 볼 나사 너트(6))의 프레팅 마모나 압흔 등의 파손을 방지하는 것이 가능해진다.
제2 실시 형태의 플랜지(11), 스프링(4), 케이스(18), 볼 나사용 모터(8), 볼 스플라인용 모터(9), 볼 나사 너트(6), 볼 스플라인 너트(7)의 구성은 제1 실시 형태와 대략 동일하므로, 동일한 부호를 붙여서 그 설명을 생략한다.
댐퍼(32)는, 플랜지(11)와 축(5) 사이에 개재되는 댐퍼 축(33)을 구비한다. 댐퍼 축(33)의 상단부는 플랜지(11)에 조인트(12)를 개재하여 연결된다. 댐퍼 축(33)의 하단부는 중공의 축(5)에 상대적으로 슬라이드 가능하게 끼워진다. 축(5)의 구성은 제1 실시 형태와 대략 동일하므로, 동일한 부호를 붙여서 그 설명을 생략한다.
축(5)의 내부는 구획판(34)에 의하여 오일실(35a)과 가스실(35b)로 구획된다. 오일실(35a)에는 작동액으로서의 오일이 봉입된다. 가스실(35b)에는 가스가 봉입된다. 댐퍼 축(33)의 하단부에는 피스톤(36)이 고정된다. 피스톤(36)에는, 오일이 통과하는 것을 허용하는 소경 구멍이 뚫려 있다. 피스톤(36)이 축(5)의 오일실(35a)을 상대적으로 상하 이동함으로써 감쇠력이 발생하여, 노면의 미세한 요철에 의한 차체(1)의 진동을 흡수할 수 있다. 피스톤(36)의 상하 이동에 수반하여 구획판(34)도 상하 이동한다. 구획판(34)은 가스실(35b)의 가스에 의하여 가압된다.
댐퍼 축(33)과 축(5)은 볼 스플라인(37)에 의하여 축 방향으로 상대 이동 가능하게, 상대 회전 불가능하게 연결된다. 축(5)의 상단부는 패킹(38)에 의하여 시일된다.
(제3 실시 형태)
도 4는, 본 발명의 제3 실시 형태의 서스펜션(71)의 수직 단면도를 도시한다. 제3 실시 형태의 서스펜션(71)은, 제2 실시 형태의 볼 나사용 모터(8)를 사용한 액티브한 제진과, 댐퍼(32)를 사용한 패시브한 제진을 떼어놓아, 서로의 영향을 받지 않도록 한 것이다.
케이스(18)(제1 케이스(18a), 제2 케이스(18b), 제3 케이스(18c)), 볼 나사용 모터(8), 볼 스플라인용 모터(9), 볼 나사 너트(6), 볼 스플라인 너트(7), 축(5), 댐퍼(32)(댐퍼 축(33), 피스톤(36), 오일실(35a), 가스실(35b), 구획판(34))의 구성은 제2 실시 형태와 대략 동일하므로, 동일한 부호를 붙여서 그 설명을 생략한다.
제2 실시 형태에서는 스프링(4)(도 3 참조)이 플랜지(11)와 케이스(18) 사이에 개재되는 것에 대하여, 제3 실시 형태에서는 스프링(72)이 플랜지(11)와 축(5)의 상단부 사이에 개재된다. 즉, 축(5)의 상단부에는 스프링 베이스(73)가 고정된다. 스프링(72)은, 플랜지(11)측의 스프링 받침부(23a)와 축(5)측의 스프링 베이스(73) 사이에 개재된다. 댐퍼 축(33)은 벨로우즈(74)에 의하여 덮인다. 축(5)의 상부는 벨로우즈(75)에 의하여 덮인다.
제3 실시 형태에서도 제2 실시 형태와 마찬가지로, 댐퍼 축(33)은 조인트(12)를 개재하여 플랜지(11)에 회전 불가능하게 연결된다. 축(5)은 댐퍼 축(33)에 축 방향으로 이동 가능하게, 회전 불가능하게 연결된다. 케이스(18)에는 차륜(2)이 연결된다. 노면의 미세한 요철에 의하여 케이스(18)가 상하동하면, 볼 나사 너트(6)에 의하여 케이스(18)와 함께 축(5)이 상하동한다. 이 때문에, 축(5)이 댐퍼 축(33)에 대하여 상하동하여 댐퍼(32)에 감쇠력이 발생한다. 따라서 노면의 미세한 요철에 의한 진동을 댐퍼(32)가 패시브하게 흡수할 수 있다.
볼 나사용 모터(8)를 사용하여 노면의 요철에 의한 진동을 액티브하게 흡수하는 경우, 볼 나사용 모터(8)가 볼 나사(축(5) 및 볼 나사 너트(6))를 정작동시켜 노면의 요철에 맞추어 케이스(18)를 상하동시킨다. 이것에 의하여, 노면의 요철에 의한 진동을 액티브하게 흡수할 수 있다. 여기서, 축(5)의 상단부는 스프링(72)을 개재하여 플랜지(11)에 연결되어 있어서, 볼 나사용 모터(8)가 케이스(18)를 상하동시키더라도 댐퍼(32)가 작동하는 일이 없다. 이 때문에 액티브한 제진과 패시브한 제진을 떼어놓을 수 있다.
제3 실시 형태의 서스펜션(71)에 따르면, 볼 나사용 모터(8)를 사용한 액티브한 제진과, 댐퍼(32)를 사용한 패시브한 제진을 떼어놓을 수 있으므로, 댐퍼(32)의 설계나 볼 나사용 모터(8)의 제어가 용이해진다는 효과를 발휘한다.
또한 도 4에서는, 볼 나사용 모터(8) 및 볼 스플라인용 모터(9)의 구성이 상세히 도시되어 있다. 구체적으로는 80은, 볼 스플라인용 모터(9)의 로터(9b)의 내측에 고정되는 통형 연결부이다. 로터(9b)는 통형 연결부(80)를 개재하여 볼 스플라인 너트(7)에 연결된다. 마찬가지로 81은, 볼 나사용 모터(8)의 로터(8b)의 내측에 고정되는 통형 연결부이다. 로터(8b)는 통형 연결부(81)를 개재하여 볼 나사 너트(6)에 연결된다. 78, 79는, 볼 스플라인용 모터(9) 및 볼 나사용 모터(8) 각각을 냉각하기 위한 핀이다.
(제4 실시 형태)
도 5는, 본 발명의 제4 실시 형태의 서스펜션(41)의 정면도(차량의 전방으로부터 보았을 때의 정면도)이다. 1은 차체, 2는 차륜이다. 제1 실시 형태에서는 차체(1)측에 축(5)이 연결되고, 차륜(2)측에 케이스(18)가 연결된다. 제4 실시 형태에서는 차체(1)측에 케이스(43)가 연결되고, 차륜(2)측에 축(5)(도 6 참조)이 연결된다.
도 6은, 제4 실시 형태의 서스펜션(41)의 수직 단면도이다. 5는 축, 6은 볼 나사 너트, 7은 볼 스플라인 너트, 8은 볼 나사용 모터, 9는 볼 스플라인용 모터, 43은 케이스, 42는 댐퍼이다. 이하에 이들 구성 요소를 순번대로 설명한다.
케이스(43)는, 볼 스플라인용 모터(9)가 수용되는 제1 케이스(43a)와, 볼 나사용 모터(8)가 수용되는 제2 케이스(43b)와, 축(5)의 상단부가 수용되는 제3 케이스(43c)를 구비한다. 케이스(43)의 상단부는, 차체(1)에 설치되는 플랜지(11)에 조인트(12)를 개재하여 연결된다.
축(5)은 중공이다. 축(5)의 외면에는 나선형의 나사 홈(5a)과 직선형의 스플라인 홈(5b)이 형성된다. 축(5)은 플랜지(11)에 연결되어 있지 않다. 축(5)은 볼 나사용 모터(8)와 볼 스플라인용 모터(9)에 의하여 축 방향((1) 방향)으로 상하동하여 회전한다(회전을 (2)로 나타냄).
볼 나사 너트(6), 볼 스플라인 너트(7), 볼 나사용 모터(8), 볼 스플라인용 모터(9)의 구성은 제1 실시 형태와 대략 동일하므로, 동일한 부호를 붙여서 그 설명을 생략한다.
축(5)의 하단부에는 댐퍼(42)가 연결된다. 댐퍼(42)는, 축(5)에 볼 스플라인(45)을 개재하여 연결되는 댐퍼 케이스(46)를 구비한다. 볼 스플라인(45)은 축(5)과 댐퍼 케이스(46)를 축 방향 이동 가능하게, 회전 불가능하게 연결한다. 댐퍼 케이스(46)는 차륜(2)의 너클에 연결된다.
댐퍼 케이스(46)의 내부는 구획판(47)에 의하여 오일실(48a)과 가스실(48b)로 구획된다. 오일실(48a)에는 작동액으로서의 오일이 봉입된다. 가스실(48b)에는 가스가 봉입된다. 축(5)의 하단부에는 피스톤(49)이 고정된다. 피스톤(49)에는, 오일이 통과하는 것을 허용하는 소경 구멍이 뚫려 있다. 피스톤(49)이 오일실(48a)를 상하 이동함으로써 감쇠력이 발생하여, 노면의 미세한 요철에 의한 차체(1)의 진동을 흡수할 수 있다.
케이스(43)와 댐퍼(42) 사이에는 스프링(51)이 개재된다. 스프링(51)의 내경은 케이스(43)의 외경보다도 크고, 스프링(51)은 케이스(43)의 일부를 둘러싼다. 스프링(51)의 양 단부에는 스프링 받침부(52a, 52b)가 마련된다. 스프링(51)에 대한 댐퍼(42)의 회전을 허용할 수 있도록 스프링 받침부(52b)와 댐퍼(42) 사이에는 베어링(53)이 개재된다. 벨로우즈(54)는 스프링 받침부(52a, 52b) 사이에 개재되어, 케이스(43)로부터 돌출하는 축(5)의 하부를 덮는다.
이하에 제4 실시 형태의 서스펜션(41)의 작용을 설명한다. 노면에 요철이 있어서 스프렁 매스(차체(1)측)와 언스프렁 매스(차륜(2)측)가 접근·이격되는 동안, 스프링(51)이 신축하여 케이스(43)와 축(5)이 축 방향으로 상대적으로 이동한다. 이에 수반하여, 볼 나사(축(5) 및 볼 나사 너트(6))의 역동작에 의하여 볼 나사 너트(6)가 축(5)에 대하여 회전하여 볼 나사용 모터(8)가 발전기(업소버)로서 기능한다.
또한 본 실시 형태의 볼 나사용 모터(8)는, 스프렁 매스(차체(1)측)와 언스프렁 매스(차륜(2)측) 사이에 액티브하게 축 방향의 힘을 발생시키는 액추에이터로서도 기능한다. 즉, 볼 나사용 모터(8)는 볼 나사 너트(6)를 회전 구동시켜, 볼 나사 너트(6)에 대하여 축(5)을 축 방향으로 이동시키고, 케이스(43)에 대하여 축(5)을 축 방향으로 이동시킨다. 스카이훅 이론에 의하여 볼 나사용 모터(8)를 제어하면, 노면의 요철에 맞추어 차륜(2)을 상하 이동시켜 충격을 흡수할 수 있다.
또한 본 실시 형태의 볼 나사용 모터(8)는, 업소버로서만 기능하는 것도, 액추에이터로서 기능하는 것도, 업소버와 액추에이터의 양쪽으로서 기능하는 것도 가능하다.
볼 스플라인용 모터(9)가 볼 스플라인 너트(7)를 회전 구동시키면, 볼 스플라인 너트(7)와 함께 축(5)이 케이스(43)에 대하여 회전한다. 이것에 의하여 스프렁 매스(차체(1)측)에 대하여 언스프렁 매스(차륜(2)측)를 회전시킬 수 있으며, 따라서 차륜(2)을 전타할 수 있다.
제4 실시 형태의 서스펜션(41)에 따르면 이하의 효과를 발휘한다. 케이스(43), 볼 나사용 모터(8), 볼 스플라인용 모터(9)가 스프렁 매스(차체(1)측)에 연결되어 있어서, 축 방향으로 이동하거나 회전하거나 하는 부분(축(5), 댐퍼(42))의 중량이 작다. 이 때문에 작은 에너지로 서스펜션(41)을 작동시킬 수 있다.
댐퍼(42)가 노면의 미세한 요철에 의한 진동을 패시브하게 흡수하므로, 볼 나사용 모터(8)는 노면의 큰 요철에 의한 진동을 액티브하게 흡수하기만 하면 된다. 이 때문에 볼 나사용 모터(8)의 제어가 심플해져, 볼 나사(축(5) 및 볼 나사 너트(6))의 프레팅 마모나 압흔 등의 파손을 방지하는 것이 가능해진다.
케이스(43)가 스프렁 매스에 연결되고, 축(5)이 언스프렁 매스에 연결되고, 볼 나사 너트(6)가 볼 스플라인 너트(7)보다도 상측에 배치되므로, 차체(1)의 중량은, 볼 나사 너트(6)보다도 상방의 케이스(43), 볼 나사 너트(6), 축(5), 댐퍼(42)를 통하여 차륜(2)에 전해진다. 볼 나사 너트(6)보다도 하방의 케이스(43)에는 차체(1)의 중량이 걸리지 않으므로, 케이스(43)의 두께를 얇게 하여 케이스(43)의 경량화·외경의 슬림화가 가능해진다.
스프링(51)의 내경이 케이스(43)의 외경보다도 크고, 스프링(51)이 케이스(43)의 적어도 일부를 둘러싸므로, 스프링(51)과 케이스(43)를 축 방향으로 중첩시킬 수 있어서 서스펜션(41)의 축 방향의 길이를 짧게 할 수 있다.
(제5 실시 형태)
도 7은, 본 발명의 제5 실시 형태의 서스펜션(61)의 수직 단면도이다. 43은 케이스, 5는 축, 6은 볼 나사 너트, 7은 볼 스플라인 너트, 8은 볼 나사용 모터, 9는 볼 스플라인용 모터, 42는 댐퍼이다. 축(5)이 긴 점을 제외하고 이들 구성 요소는 제4 실시 형태의 서스펜션(41)과 대략 동일하므로, 동일한 부호를 붙여서 그 설명을 생략한다.
제4 실시 형태에서는 스프링(51)의 내경이 케이스(43)의 외경보다도 크고, 스프링(51)이 케이스(43)의 일부를 둘러싸고 있다. 이에 대하여, 제5 실시 형태에서는 스프링(55)의 내경이 케이스(43)의 외경보다도 작고, 스프링(55)은 케이스(43)와 댐퍼(42) 사이에 케이스(43)와는 축 방향으로 어긋나게 배치된다. 제5 실시 형태의 서스펜션(61)에 따르면 서스펜션(61)의 외경의 슬림화가 가능해진다.
또한 본 발명은, 상기 실시 형태로 구현화되는 것에 한정되는 일은 없으며, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서 다른 실시 형태로 변경 가능하다.
예를 들어 상기 실시 형태에서는, 스프렁 매스를 지지하는 스프링으로 코일 스프링을 사용하고 있지만, 공기 스프링을 사용할 수도 있다.
제4 및 제5 실시 형태의 서스펜션에 있어서, 댐퍼를 생략하는 것도 가능하다.
상기 실시 형태에서는, 볼 나사용 모터 및 볼 스플라인용 모터에 볼 나사 너트 및 볼 스플라인 너트를 직결하고 있지만, 이들 사이에 감속기를 내장하는 것도 가능하다. 또한 볼 나사용 모터 및 볼 스플라인용 모터에 축이 관통하는 중공 모터를 사용하고 있지만, 축으로부터 오프셋시킨 기어드 모터 등을 사용하는 것도 가능하다.
상기 실시 형태의 서스펜션의 구성은 일례이며, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서 다른 구성을 채용할 수 있다.
본 명세서는, 2018년 6월 28일에 출원된 일본 특허 출원 제2018-123252호에 기초한다. 이 내용은 전부 여기에 포함시켜 둔다.
3: 서스펜션
4: 스프링
5: 축
5a: 나사 홈
5b: 스플라인 홈
6: 볼 나사 너트
7: 볼 스플라인 너트
8: 볼 나사용 모터
9: 볼 스플라인용 모터
10: 볼
17: 볼
18: 케이스
31: 서스펜션
32: 댐퍼
33: 댐퍼 축
41: 서스펜션
42: 댐퍼
43: 케이스
51: 스프링
55: 스프링
61: 서스펜션
71: 서스펜션
72: 스프링

Claims (10)

  1. 차량의 스프렁 매스와 언스프렁 매스 중 어느 한쪽에 연결되고, 나사 홈과 스플라인 홈이 형성되는 축과,
    볼을 개재하여 상기 축에 조립 장착되는 볼 나사 너트와,
    볼을 개재하여 상기 축에 조립 장착되는 볼 스플라인 너트와,
    상기 볼 나사 너트에 접속되는 볼 나사용 모터와,
    상기 볼 스플라인 너트에 접속되는 볼 스플라인용 모터와,
    상기 차량의 상기 스프렁 매스와 상기 언스프렁 매스 중 다른 쪽에 연결되고, 상기 볼 나사용 모터와 상기 볼 스플라인용 모터를 보유 지지하는 케이스를 구비하고,
    상기 볼 스플라인용 모터가 상기 볼 스플라인 너트와 상기 축을 상기 케이스에 대하여 상대적으로 회전시키는, 서스펜션.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 한쪽과 상기 축 사이에는 댐퍼가 개재되는 것을 특징으로 하는 서스펜션.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 축의 적어도 일부가 중공으로 형성되고,
    상기 축의 중공부에는 상기 댐퍼의 오일이 봉입되는 것을 특징으로 하는 서스펜션.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 댐퍼는, 상단부가 상기 스프렁 매스에 연결되고, 하단부가 상기 축에 축 방향으로 상대 이동 가능하게 연결되는 댐퍼 축을 구비하고,
    상기 스프렁 매스를 지지하는 스프링이, 상기 스프렁 매스와 상기 축의 상단부 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 서스펜션.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 볼 나사용 모터와 상기 볼 스플라인용 모터가, 상기 축이 관통하는 중공 모터인 것을 특징으로 하는 서스펜션.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 볼 나사 너트와 상기 볼 스플라인 너트 사이에 상기 볼 나사용 모터와 상기 볼 스플라인용 모터가 배치되는 것을 특징으로 하는 서스펜션.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 축이 상기 스프렁 매스에 연결되고,
    상기 케이스가 상기 언스프렁 매스에 연결되고,
    상기 볼 나사 너트가 상기 볼 스플라인 너트보다도 하측에 배치되는 것을 특징으로 하는 서스펜션.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 케이스가 상기 스프렁 매스에 연결되고,
    상기 축이 상기 언스프렁 매스에 연결되고,
    상기 볼 나사 너트가 상기 볼 스플라인 너트보다도 상측에 배치되는 것을 특징으로 하는 서스펜션.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스프렁 매스를 지지하는 스프링의 내경이 상기 케이스의 외경보다도 크고,
    상기 스프링이 상기 케이스의 적어도 일부를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 서스펜션.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스프렁 매스를 지지하는 스프링의 내경이 상기 케이스의 외경보다도 작고,
    상기 스프링이 상기 케이스로부터 축 방향으로 어긋나게 배치되는 것을 특징으로 하는 서스펜션.
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