JP2007225021A - 緩衝器 - Google Patents

Abstract

【課題】 電磁力を減衰力として利用する緩衝器の性能悪化を防止することである。
【解決手段】 磁石に対向する巻線に作用する電磁力で伸縮を減衰する緩衝器Ｄ１において、伸縮を抑制する抑制手段Ｙ１を設けて、抑制手段Ｙ１で発生する減衰力を電磁力による減衰力に換えてあるいは付加することにより、巻線の温度上昇を抑制して磁石の熱減磁を防止することで、緩衝器の性能の悪化を防止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、緩衝器の改良に関する。

一般に緩衝器にあっては、相対運動をする２つの部材間に介装され、上記部材の相対運動を減衰力で抑制する。

そして、特に、上記減衰力の発生源として磁石に対向させた巻線に作用する電磁力を利用しているものにあっては、たとえば、筒と、筒内に挿入されるロッドと、筒に軸方向に沿って取り付けた複数の巻線と、ロッドの外周側に交互に磁極が現れるように取り付けられた複数の磁石とを備え、いわゆるリニアモータの出力する力で伸縮を抑制するもの（たとえば、特許文献１参照）や螺子軸とボール螺子ナットとで構成されるボール螺子機構を使用して車両の車体と車軸との相対運動を回転運動に変換可能としておき、螺子軸をモータの出力軸に連結しておくことで、モータの出力するトルクでボール螺子ナットの上下運動を抑制するもの（たとえば、特許文献２参照）が知られている。

そして、この種緩衝器にあっては、伸縮時に減衰力を発揮するだけでなく、巻線に電流供給を行うことによりアクチュエータとして機能も発揮することができる。
特開２００２−２２７９２７号公報（発明の実施の形態，図1および図２） 特開平０８−１９７９３１号公報（段落番号００２３，図１）

ところで、上記のような従来の緩衝器にあっては、車両等に適用されて使用される場合、車体の姿勢制御を行うときや車高を一定の高さに維持するとき等には、巻線に電流供給を行って常時伸び方向か縮み方向へ力を発揮させる必要がある。

しかし、そのような状態では巻線に電流供給をし続けることとなるが緩衝器自体は伸縮しないか伸縮速度が極めて低速となるので、電気エネルギの緩衝器における運動エネルギへの変換効率が悪化し、電気エネルギの殆どが熱に変換されることとなる。

すると、上記状況下では巻線の温度上昇が著しくなり、最悪の場合には磁石が不可逆減磁を生じたり、巻線の焼損により動作不良が生じたりしてモータの性能が悪化してしまい、結局のところ緩衝器の性能が悪化してしまうこともある。

そこで、本発明は上記不具合を解消するために創案されたものであって、その目的とするところは、電磁力を減衰力として利用する緩衝器の性能悪化を防止することである。

上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、磁石に対向する巻線に作用する電磁力で伸縮を減衰する緩衝器において、伸縮を抑制する抑制手段を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、磁石に対向する巻線に作用する電磁力による減衰力に加えて抑制手段によっても緩衝器の伸縮を抑制することができる。

したがって、緩衝器で車体の姿勢制御を行ったり、車高を一定の高さに維持したりする場合に、すなわち、巻線に積極的に通電して緩衝器をアクチュエータとしても機能させる場合に電磁力のみで姿勢制御、車高維持を行う必要が無く、抑制手段を併用することが可能である。

すると、巻線に供給すべき電流量も少なくてすむことになり、その結果、巻線の発熱を抑制できるで、巻線の焼損を防止することができ、また、磁石の不可逆減磁を防止することができ、緩衝器の性能の維持が可能となる。

以下、本発明を図に基づき説明する。図１は、第１の実施の形態における緩衝器の縦断面図である。図２は、第２の実施の形態における緩衝器の縦断面図である。図３は、第３の実施の形態における緩衝器の縦断面図である。

図１に示すように、第１の実施の形態における緩衝器Ｄ１は、伸縮運動を回転運動に変換する運動変換機構Ｈと、上記回転運動が伝達されるモータＭと、伸縮を抑制する抑制手段Ｙ１とを備えて構成され、この実施の形態の場合、運動変換機構Ｈは、螺子軸３と螺子軸３に回転自在に螺着されたボール螺子ナット４で構成されたボール螺子機構とされている。

そして、緩衝器Ｄ１が伸縮するとき、この運動変換機構Ｈによりボール螺子ナット４の上下方向の直線運動が螺子軸３の回転運動に変換され、上記回転運動がモータＭのシャフト１０に伝達される。

このとき、当該モータＭに電磁力が生じてシャフト１０の回転を抑制するトルクが発生され、このトルクをボール螺子ナット４の直線運動を抑制する減衰力として利用し、上記緩衝器Ｄ１の伸縮を抑制することが出来るものである。

また、この緩衝器Ｄ１は、本実施の形態の場合、ボール螺子ナット４をその内周側に保持する外筒２の図1中下端に設けたアイ１２を介して車両の車軸側部材に連結可能とされるとともに、他方、モータＭを図示しないマウント等を介して車体側部材に連結可能とされ、この緩衝器Ｄ１を車軸側部材と車体側部材との間に介装することが可能である。

また、モータＭは、図１に示すように、ケース１１と、上記シャフト１０と、シャフト１０の外周に取付けた図示しない磁石と、ケース１１の内周であって上記磁石と対向するように取付けた図示しない巻線とを備え、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、シャフト１０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Ｄ１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、モータＭには、回転子の位置検出手段が設けられており、回転子の回転運動の状況（回転角や角速度等）に応じて緩衝器が発生する減衰力を制御できるようにしてある。この位置検出手段としては、具体的にたとえば、ホール素子、磁気センサや光センサ等を用いればよい。

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、たとえば直流モータや交流モータ、誘導モータ等が使用可能である。

さらに、シャフト１０の下端には、螺子軸３が連結されており、この螺子軸３は、その外周に螺子溝が設けられ、上述の外筒２に保持されたボール螺子ナット４内に回転自在に螺合されている。なお、モータＭのシャフト１０と螺子軸３とを一体的に形成してもよい。

また、シャフト１０の下端上方側部には、円板状の摩擦板１４が取付けられている。

そして、摩擦板１４の外周面と同様の彎曲面を備えた摩擦部材１５，１５が上記摩擦板１４に対向させてあり、また、図示しない移動手段によってこの摩擦部材１５，１５を摩擦板１４に当接させたり離脱させたりすることができるようになっている。

なお、移動手段としては、電磁クラッチ、電磁ブレーキ等を使用することが可能であり、詳しくは図示しないが、具体的にたとえば、バネと電磁石と摩擦部材１５に設けた磁性体とを備え、バネで摩擦部材１５を摩擦板１４に向けて附勢して電磁石非通電時には摩擦部材１５と摩擦板１４を当接させ、逆に電磁石に通電し摩擦部材１５を吸引することにより摩擦部材１５を摩擦板１４から離脱および摩擦部材１５と摩擦板１４との当接時における押圧力の調整が可能なようになっている。

また、上記したほかにも車両のブレーキに採用されているような液圧を利用する手段を採用してもよく、いずれにせよ、この実施の形態の場合、この移動手段は、図示しない制御装置からの指令によって摩擦部材１５，１５を所定の力で摩擦板１４に当接させることができるように設定されている。

この場合、抑制手段Ｙ１は、シャフト１０に取付けた摩擦板１４、摩擦部材１５および図示しない移動手段で構成されており、摩擦部材１５，１５を摩擦板１４に適宜の押圧力で当接させることで、摩擦部材１５，１５と摩擦板１４との間に摩擦力を生じせしめ、この摩擦力でシャフト１０の回転を抑制することが可能、すなわち、摩擦部材１５，１５で摩擦板１４の両側を挟持するようにして摩擦力を発生できるようになっており、また、上記押圧力を変化させることで摩擦力を変化させることができるようになっている。

他方、運動変換機構Ｈは、上述のように螺子軸３とボール螺子ナット４とで構成されおり、ボール螺子ナット４が螺子軸３に対し図１中上下方向の直線運動をすると、ボール螺子ナット４は、車軸側に固定される外筒２により回転運動が規制されているので、螺子軸３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３を回転させると、ボール螺子ナット４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４を上下方向に移動せしめることができる。

なお、本実施の形態においては、運動変換機構Ｈがボール螺子ナットと螺子軸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、また、ボール螺子ナットを単なるナットに置き換えるとしてもよい。

さて、以上のように本発明の緩衝器は構成されるが、以下その作用について説明する。

まず、この緩衝器が伸縮する場合、すなわち、外筒２に連結されているボール螺子ナット４の上下への直線運動はボール螺子ナット４と螺子軸３のボール螺子機構により、螺子軸３の回転運動に変換され、上記螺子軸３に連結されたモータＭのシャフト１０も回転する。

モータＭのシャフト１０が回転運動を呈すると、モータＭ内の巻線には磁石の移動により誘導起電力が生じ、すなわち、運動エネルギが回生されて電気エネルギとなり、モータＭのシャフト１０には誘導起電力に起因する電磁力によるトルクが作用し、上記トルクがシャフト１０の回転運動を抑制することとなる。

このシャフト１０の回転運動を抑制する作用は、上記螺子軸３の回転運動を抑制することとなり、螺子軸３の回転運動が抑制されるのでボール螺子ナット４の直線運動を抑制するように働き、緩衝器は上記電磁力によって減衰力を発生し振動エネルギを吸収緩和する。

このとき、積極的に巻線に電流供給する場合には、シャフト１０に作用するトルクを調節することで緩衝器の伸縮を自由に制御、すなわち、緩衝器の発生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、緩衝器の減衰特性を可変としたり、緩衝器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る。

また、この緩衝器Ｄ１にあっては、モータＭが出力するトルクに加えて抑制手段Ｙ１による摩擦力、すなわち、摩擦板１４に摩擦部材１５，１５を当接することで生じる摩擦力を利用してシャフト１０の回転を抑制することができる。

したがって、緩衝器Ｄ１で車体の姿勢制御を行ったり、車高を一定の高さに維持したりする場合に、すなわち、モータＭの巻線に積極的に通電して緩衝器Ｄ１をアクチュエータとしても機能させる場合にモータＭが出力するトルクのみで姿勢制御、車高維持を行う必要が無く、抑制手段Ｙ１を併用することが可能である。

すると、モータＭ内の巻線に供給すべき電流量も少なくてすむことになり、その結果、巻線の発熱を抑制できるで、巻線の焼損を防止することができ、また、磁石の不可逆減磁を防止することができ、緩衝器の性能の維持が可能となる。

なお、車両停車時の車高維持には、モータＭを使用せずに抑制手段Ｙ１が発生する摩擦力のみで車高を維持することができ、一層の省電力かつモータＭの温度上昇を防止できる。

また、抑制手段Ｙ１で発生する摩擦力の大きさを制御するようにしておくことにより、モータＭのトルクのみでは減衰力が不足する場合に、追加的に不足分の減衰力を加えることも可能となり、発生減衰力の可変幅が広がることとなり、車両の姿勢制御上有利となる。

さらに、モータＭ内の温度を検知しておくことにより、巻線の焼損や磁石が不可逆減磁してしまうような温度に達する前に、緩衝器Ｄ１の減衰力の発生を抑制手段Ｙ１のみに切換えることも可能であり、この場合には、巻線の焼損および磁石の熱減磁を確実に防止することができる。

そして、抑制手段Ｙ１のみでも減衰力を発生することが可能であるから、モータＭに異常が発生してモータＭで減衰力が発生できなくなるフェール時においても、その場合には、抑制手段Ｙ１で減衰力を発生するとしてよいので、減衰力を発揮できなくなることが回避される。

またさらに、緩衝器Ｄ１の最圧縮あるいは最伸長時にボール螺子ナット４が摩擦板１４に、螺子軸３が外筒２の底部に、夫々衝突してしまう事態を抑制手段Y１で防止することができ、車体に衝突時の衝撃が伝達される事が無いので車両における乗り心地を向上することができる。

つづいて、第２の実施の形態における緩衝器Ｄ２について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の部材については、同一の符号を付するのみとして、その詳しい説明を省略する。

この第２の実施の形態における緩衝器Ｄ２では、図２に示すように、第１の実施の形態における緩衝器Ｄ１のモータＭのシャフト１０に抑制手段Ｙ１の摩擦板１４の換わりに、駆動歯車１６を取付け、さらに、この駆動歯車１６に従動歯車１７を噛合させ、さらに、従動歯車１７に摩擦板１８を上端に備えた円板１９を連結するとともに、この摩擦板１８に摩擦部材２０が対向させてある。

なお、上記摩擦部材２０もまた第１の実施の形態における摩擦部材１５と同様に図示しない移動手段によって摩擦板１８に当接させたり離脱させたりすることができるようになっている。

上記移動手段としては、第１の実施の形態の移動手段と同様に、電磁クラッチ、電磁ブレーキ、等と同じような構成を採用すればよく、摩擦板１８に摩擦部材２０を押圧するときの力を調節できるようになっている。

そして、駆動歯車１６の歯数は従動歯車１７の歯数より多くなるように設定されており、シャフト１０の回転速度を上記駆動歯車１６と従動歯車１７の歯車機構によって増速することが可能なようになっており、上記したところでは、増速手段は、上記駆動歯車１６と従動歯車１７の歯車機構で構成されている。

なお、第２の実施の形態におていは、抑制手段Ｙ２は、上記増速手段と、従動歯車１７に取付けた円板１９、摩擦板１８、摩擦部材２０および図示しない移動手段で構成されており、この場合においても摩擦部材２０，２０を摩擦板１８に所定の力で当接させることで、摩擦部材２０，２０と摩擦板１８との間に摩擦力を生じせしめ、この摩擦力でシャフト１０の回転を抑制することが可能となっている。

以上から明らかなように、この緩衝器Ｄ２にあっても、第１の実施の形態における緩衝器Ｄ１と同様に、モータＭの巻線の温度上昇、ひいては磁石の熱減磁を防止でき、緩衝器の機能を維持することができる。

そして、この第２の実施の形態における緩衝器Ｄ２にあっては、上記第１の実施の形態における緩衝器Ｄ１の作用効果に加えて、抑制手段Ｙ２に増速手段を備えているので、抑制手段Ｙ２で発生する摩擦力で伸縮を抑制する減衰力は増幅されることになる。

したがって、抑制手段Ｙ２の発生する摩擦力が小さくても充分な減衰力を得られることができ、抑制手段Ｙ２の移動手段が、特に、電磁石通電時に摩擦部材２０と摩擦板１８とが当接するような構成を採る場合、電磁石への通電量が少なくてすむので省電力となる。

また、摩擦力による減衰力を増幅することができるので、より一層発生減衰力の可変幅が広がることとなり、車両の姿勢制御上有利となる。

最後に、第３の実施の形態における緩衝器Ｄ３について説明する。この緩衝器Ｄ３は、図３に示すように、筒３０と、筒３０内に移動自在に挿入されたロッド３１と、筒３０内に軸方向に沿って設けた複数の巻線３２と、ロッド３１の外周に軸方向に沿って設けた複数の磁石３３と、筒３０とロッド３１との相対移動、すなわち、緩衝器Ｄ３の伸縮運動を抑制する抑制手段Ｙ３とで構成されている。

以下、詳細に説明すると、筒３０は、磁性体材料で形成されており、この筒３０の内周には、上記のごとく複数の巻線３２が軸方向に沿って取付けられている。また、巻線３２は、図示しないコアに巻回されて形成されている。

他方、ロッド３１も磁性体材料で形成され、ロッド３１が筒３０に対し移動すると、磁石３３が巻線３２に対して移動することになるので、巻線３２に誘導起電力が生じて磁石３３の移動を妨げるように電磁力が作用する。

また、巻線３２に積極的に通電する場合には、磁石３３を図３中上下移動させるように電磁力を発生させることもでき、この場合も、緩衝器Ｄ１，Ｄ２と同様に緩衝器Ｄ３をアクチュエータとして機能させることも可能である。

すなわち、筒３０内周に設けた巻線３２と、ロッド３１の外周に設けた磁石３３とで、いわゆる、リニアモータが形成されている。

そして、図示はしないが巻線３２の内周側に、非磁性体で形成された内筒を設けるとともに、ロッド３１の上端外周に内筒に摺接する環状の軸受を設け、さらには、内筒の下端にロッド３１の外周に摺接する環状の軸受を設けて、筒３０とロッド３１の軸ずれを防止するとともに、内筒で巻線３２を保護することが望ましい。

さらに、筒３０の下端には、摩擦部材３５，３５が設けられており、この摩擦部材３５，３５は、ロッド３１の外周面と同様の彎曲面を備えており、第１の実施の形態と同様の図示しない移動手段によって、それぞれロッド３１の両側からロッド３１に当接および離脱することができるようになっている。

したがって、この抑制手段Ｙ３は、ロッド３１の外周面に摩擦部材３５，３５でロッド３１の両側を挟持するようにして摩擦力を発生することができるようになっている。

そして、この緩衝器Ｄ３にあってもリニアモータ側で減衰力を発生するとともに、それに加えて、抑制手段Ｙ３で発生する摩擦力により筒３０に対するロッド３１の移動、すなわち、緩衝器Ｄ３の伸縮を抑制することが可能となっており、この摩擦力による減衰力を、リニアモータ側で発生する減衰力に付加することができる。

したがって、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することが可能であり、巻線３２の温度上昇、ひいては磁石３３の温度上昇を抑制でき、巻線３２の焼損や磁石３３の熱減磁が防止され、これにより、緩衝器の性能の維持が可能となる。

なお、上記した第１および第２の実施の形態においては、螺子軸３とモータＭとを連結するとしているが、螺子軸３の回転を阻止するようにしてボール螺子ナット４を回転させる場合には、ボール螺子ナット４の回転運動がモータＭに伝達されるようにしてもよい。

また、外筒２の外周側に抑制手段の摩擦部材を設けて外筒２の移動を抑制するとしてもよく、さらに、螺子軸３に抑制手段を設けるとしてもよい。

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。

第１の実施の形態における緩衝器の縦断面図である。 第２の実施の形態における緩衝器の縦断面図である。 第３の実施の形態における緩衝器の縦断面図である。

符号の説明

２ 外筒
３ 螺子軸
４ ボール螺子ナット
１０ シャフト
１１ ケース
１２ アイ
１４，１８ 摩擦板
１５，２０，３５ 摩擦部材
１６ 駆動歯車
１７ 従動歯車
１９ 円板
３０ 筒
３１ ロッド
３２ 巻線
３３ 磁石
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３ 緩衝器
Ｈ 運動変換機構
Ｍ モータ
Ｙ１、Ｙ２，Ｙ３ 抑制手段

Claims (5)

1. 磁石に対向する巻線に作用する電磁力で伸縮を減衰する緩衝器において、伸縮を抑制する抑制手段を設けたことを特徴とする緩衝器。
2. 伸縮時の直線運動を回転運動に変換する運動変換機構と、上記回転運動が伝達されるモータを備え、抑制手段は、上記直線運動もしくは回転運動を抑制することを特徴とする緩衝器。
3. 抑制手段は摩擦力を利用することを特徴とする請求項１または２に記載の緩衝器。
4. 抑制手段は回転運動の速度を増速する増速手段を備え、増速された回転運動を摩擦力によって抑制することを特徴とする請求項３に記載の緩衝器。
5. 抑制手段は、モータの出力シャフトに連繋する駆動歯車と、駆動歯車に噛合する従動歯車とを備えた増速手段と、従動歯車に連結される環状摩擦板と、摩擦板に向けて押圧可能に設けられる摩擦部材とで構成されることを特徴とする請求項４に記載の緩衝器。

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