JP4361478B2 - 緩衝器 - Google Patents

Description

本発明は、モータが出力するトルクで伸縮を制御する緩衝器に関する。

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。
特開平０８−１９７９３１号公報（段落番号００２３，図１）

この種緩衝器においては、車両走行中には絶えず伸縮するのでモータ絶えず回転しつづけ、その結果、モータの巻線には電流が絶え間なく流れることとなる。

すると、モータの巻線は発熱することとなり、この巻線の発熱によるモータの温度上昇が激しい場合には、巻線を形成する導線の絶縁被膜の化学変化等により絶縁性が劣化し、その結果漏電等を生じ、モータ自体が損傷する危惧があり、また、モータの温度上昇による磁石の減磁が発生する危惧もある。

そして、この種緩衝器においてモータは、減衰力を発生する必要不可欠な部品であるから、モータの損傷は、即ちサスペンション装置としての機能を損なうこととなる。

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、緩衝器のモータの温度上昇を抑制することである。

上記した目的を達成するため、第１の筒と、この第１の筒に挿入される第２の筒と、上記第１の筒もしくは第２の筒の一方に設けられるボール螺子ナットと、このボール螺子ナット内に回転自在に螺合される螺子軸と、上記第１の筒もしくは第２の筒の他方に固定されて上記螺子軸に連結されるモータとを備え、上記モータがその外郭をなすケースと、上記螺子軸に連結されるシャフトと、このシャフトの外周にヨークを介して取付けられた磁石と、この磁石に対向して取付けられたコアと、このコアに嵌装した巻線とから構成され、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、この回転運動を上記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螺子軸の回転運動を抑制することによる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している緩衝器において、上記モータが上記ケースに設けられて上記モータ内に外気を給排する孔と、上記ケースと上記第１の筒もしくは第２の筒の他方とを連通する孔と、上記モータ内を通過する通孔とを設け、上記ケースと上記第１の筒もしくは第２の筒の他方とが気体漏れなく連結されると共に、上記第１の筒と第２の筒とで形成された空間を有することを特徴とする。
この場合において、上記外気を給排する孔に、水滴がモータ内へ侵入することを防ぐフィルタを設けることが好ましい。
同じく、上記外気を給排する孔は、その出口が下方を向くようにして設けられることが好ましい。
同じく、上記ヨークに上記モータ内を通過する通孔を設けることが好ましい。
同じく、上記コアに上記モータ内を通過する通孔を設けることが好ましい。

本発明によれば、車両走行中において緩衝器は絶えず伸縮を繰り返すこととなるので、空間へ気体が頻繁に流入および排出されることとなり、この気体の流入および排出がモータ内を介して行われるので、巻線は、モータ内の気体の通過により、速やかに冷却されることとなる。

したがって、巻線の温度上昇が抑制され、モータに熱がこもることがなく、モータの温度上昇を抑制可能であり、巻線を形成する導線の絶縁被膜の化学変化等により絶縁性が劣化し、その結果漏電等を生じ、モータ自体が損傷する危惧もない。

さらに、モータの損傷を回避できるので、緩衝器の機能を損なう事態が防止されることが可能となる。

また、モータの温度上昇を抑制することができるとともに、気体は磁石とコアとの間の隙間を通過してエアカーテン効果が発揮され、巻線の熱が磁石に伝達されてしまうことが防止され、磁石の熱減磁によるモータの発生トルクが減少してしまうといった性能劣化の危惧もない。

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、一実施の形態における緩衝器を概念的に示す図である。図２は、他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、本実施の形態における緩衝器は、第１の筒たる外筒２と、外筒２内に摺動自在に挿入される第１の筒たる内筒５と、外筒２内に設けたボール螺子ナット４と、ボール螺子ナット４内に回転自在に螺合される螺子軸３と、内筒５の上端に固定され螺子軸３に連結されるモータ１とで構成され、この緩衝器が伸縮するとき、すなわち第１の筒たる外筒２と第２の筒たる内筒５との相対運動をするときに、ボール螺子ナット４の直線運動を螺子軸３の回転運動に変換し、上記回転運動をモータ１のシャフト１０に伝達して当該モータ１に電磁力を発生させ、この電磁力に起因し上記シャフト１０の回転に抗するトルクを上記螺子軸３の回転運動を抑制することによるボール螺子ナット４の直線運動を抑制する減衰力として利用し、外筒２と内筒５との軸方向の相対移動を抑制することが出来るものである。

そして、この緩衝器は、本実施の形態の場合、外筒２が、外筒２の図１中下端に設けたアイＥを介して車両の車軸側部材に連結されるとともに、内筒５は、上記マウント２０を介して車体側部材に連結され、結果的に、車軸側部材と車体側部材の相対移動を抑制することが可能である。

以下、各部の詳細な構造について説明する。モータ１は、内筒５の図１中上端に連結したマウント２０のマウント内筒２１内に載置連結されており、また、モータ１のシャフト１０は、内筒５内にボールベアリング８，９を介して回転自在に挿入される螺子軸３に連結されている。なお、モータ１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、内筒５の図１中上端には、上述のように、車両へこの緩衝器を取付ける為のマウント２０が設けられているが、このマウント２０は、マウント内筒２１と、マウント外筒２２と、マウント内筒２１とマウント外筒２２とを連結する防振ゴム２３とで構成され、マウント内筒２１の底部には上記モータ１のシャフト１０が挿入される孔以外に、別に、内筒５内に通じる孔２１ａが設けられている。

そして、具体的には、マウント外筒２２を車体側に連結して、この緩衝器が車体側に連結される。

他方、モータ１は、図１に示すように、ケース３０と、上記シャフト１０と、シャフト１０の外周に円筒状のヨーク３１を介して取付けられた磁石３２と、ケース３０の内周であって上記磁石３２と対向するように取付けた電機子鉄心たるコア３３と、コア３３に嵌装した巻線３４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３２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。

また、ヨーク３１には、軸線に沿い、かつ、同心円上に等間隔をもって複数の通孔３１ａが設けられおり、この通孔３１ａを気体が通過することが可能なようになっている。

そして、モータ１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１を積極的に駆動してこの緩衝器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１には、回転子の位置検出手段４０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外筒２と内筒５、ひいては、車体側部材と車軸側部材との相対移動を制御できるようにしてある。この位置検出手段４０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１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。

そして、ケース３０には、その図１中上端と下端に気体の通過を許容する通路たる孔３０ａ，３０ｂが穿設されており、上記上端側に設けられる孔３０ｂは、ケース３０の内外を連通、すなわちモータ１内外を連通し、他方の下端側に設けられる孔３０ａは、マウント内筒２１に設けた孔２１ａに対向させてある。

さらに、ケース３０の図１中下端面と、マウント内筒２１の底部内面との間には、シール部材３５、この場合、Ｏリングが介装されており、ケース３０とマウント内筒２１との間から気体漏れが生じないようになっている。

また、上記孔３０ｂには、水滴のモータ１内への侵入を防止するフィルタＦが設けられており、このフィルタＦは、具体的にたとえば、ポリウレタン樹脂やフッ素樹脂等を加工して得られる防水素材で形成されればよく、水滴のみならず埃等の侵入も防止可能な程度の微細な孔を備えているものが好ましい。

ちなみに、本実施の形態においては、マウント２０のマウント内筒２１をモータ１のケースとして活用してもよく、その場合には、マウント内筒２１にコア３３および巻線３４を取付けるとともに、マウント内筒２１の図１中上端開口部を閉塞する蓋を設けるとすればよい。

つづいて、シャフト１０に連結された螺子軸３は、その外周に螺子溝が設けられ、上述の外筒２の底部から立ち上がる連繋筒６の図１中上端部に回動不能に設けら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。

すなわち、この実施の形態の場合、運動変換機構Ｈは、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１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、外筒２と内筒５との間には軸受１１，１２が設けられ、外筒２に対する内筒５の軸ぶれが防止されるとともに、連繋筒６と内筒５の図１中下端との間には、軸受１５が設けられており、連繋筒６と内筒５との軸ぶれが防止されており、結果的に、ボール螺子ナット４に対する螺子軸３の軸ぶれが防止され、これにより、ボール螺子ナット４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３の螺子溝が損傷する事態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３の螺子溝の損傷を防止できるので、螺子軸３のボール螺子ナット４に対する回転および緩衝器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、緩衝器としての機能も損なわれず、ひいては、緩衝器の故障を防止できる。

さらに、外筒２と内筒５との間であって、軸受１１より上方にはダストシール１３が設けられており、この外筒２内は略密閉状態とされている。

また、内筒５の図１中下方側部には孔５ａが穿設されており、この孔５ａを介して外筒２内と内筒５内とが連通されており、これにより外筒２内と内筒５内とで略密閉された空間Ｒが形成されている。

なお、連繋筒６は、必ずしも筒状に形成される必要はなく、ボール螺子ナット４をその回動が規制された状態で外筒２に連結することができるものであればよい。

さらに、軸受１５を省略するとしてもよく、この場合にあってもボール螺子ナット４に対する螺子軸３の軸ぶれは、上記した軸受１１，１２により防止されるので不都合は無く、また、軸受１５の省略によって内筒５内と外筒２内は連通して空間Ｒが形成されるので孔５ａを省略することができる。

そして、上記空間Ｒは、上記した孔３０ａおよび孔２１ａを介してモータ１内に連通されており、この孔３０ａおよび孔２１ａは、モータ１内と空間Ｒとを連通する通路となる。

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に対し内筒５が図１中上下に移動すると、この外筒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１のシャフト１０も回転する。

モータ１のシャフト１０が回転運動を呈すると、モータ１内の巻線３４が磁石３２の磁界を横切ることとなり、誘導起電力が発生し、モータ１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３４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、緩衝器の発生する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。

転じて、緩衝器が伸長する場合、外筒２から内筒５が退出するから空間Ｒは拡大し、空間Ｒには、モータ１のケース３０に設けた孔３０ｂおよび孔３０ａおよびマウント内筒２１に設けた孔２１ａを介して気体が流入するので、必ず気体はモータ１内を通過することとなる。

反対に、緩衝器が収縮する場合、外筒２から内筒５が侵入するから空間Ｒは収縮し、空間Ｒから、モータ１のケース３０に設けた孔３０ｂおよび孔３０ａおよびマウント内筒２１に設けた孔２１ａを介して気体が排出されるので、必ず気体はモータ１内を通過して排気されることとなる。

この気体の空間Ｒへの流入および排出は、車両走行中において通常緩衝器は絶えず伸縮するので頻繁に行われることとなるが、気体の流入および排出がモータ１内を介して行われるので、巻線３４は、モータ１内の気体の通過により、速やかに冷却されることとなる。

したがって、巻線３４の温度上昇が抑制され、モータ１に熱がこもることがなく、モータ１の温度上昇を抑制可能であり、巻線３４を形成する導線の絶縁被膜の化学変化等により絶縁性が劣化し、その結果漏電等を生じ、モータ自体が損傷する危惧もない。

さらに、モータ１の損傷を回避できるので、緩衝器の機能を損なう事態が防止されることが可能となる。

また、モータ１の温度上昇を抑制することができるとともに、気体は磁石３２とコア３３との間の隙間を通過してエアカーテン効果が発揮され、巻線３４の熱が磁石３２に伝達されてしまうことが防止され、磁石３２の熱減磁によるモータ１の発生トルクが減少してしまうといった性能劣化の危惧もない。

また、さらに、図１に示すように、ヨーク３１に同心円上に等間隔をもって複数の通孔３１ａを設けてあるので、気体は、磁石３２とコア３３との間の隙間以外にも、この通孔３１ａを通過することができるので、ヨーク３１からも気体に熱放散させることができるので磁石３２の熱減磁を防止する効果が一層高まるとともに、気体のモータ１内通過時の圧力損失が過大となってしまうことが防止され、緩衝器の伸縮を速やかならしめることができる。

なお、上記の気体の流入時には、気体は必ずケース３０に設けた孔３０ｂを通過することになり、この孔３０ｂにはフィルタＦが設けられているので、モータ１内に雨水等の水滴が侵入することが防止され、これによりモータ１が雨水等から保護されると同時に、ボールベアリング８，９やモータ１内のボールベアリング（付示せず）や螺子軸３やボール螺子ナット４等に雨水等の水滴が附着して錆が生じてしまうことが防止され、これにより円滑な緩衝器の伸縮動作が保障される。

さらに、フィルタＦで埃等の侵入をも防ぐ場合には、モータ１および運動変換機構Ｈを埃等から保護でき、この点でも円滑な緩衝器の伸縮動作が保障される。

つづいて、図２に示した他の実施の形態における緩衝器について説明する。なお、上述の一実施の形態における緩衝器と同様の部材については、同様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ととする。

この他の実施の形態における緩衝器にあっては、一実施の形態における緩衝器と異なるのは、モータ部分であり、他の部分については一実施の形態における緩衝器と同様の構成である。

この異なる部分について詳細に説明すると、他の実施の形態における緩衝器のモータ５１は、図２に示すように、ケース６０と、上記シャフト１０と、シャフト１０の外周に円筒状のヨーク５２を介して取付けられた磁石３２と、ケース６０の内周であって上記磁石３２と対向するように取付けた電機子鉄心たるコア５３と、コア５３に嵌装した巻線３４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。

そして、コア５３には、軸線に沿い、かつ、同心円上に等間隔をもって複数の通孔５３ａが設けられおり、この通孔５３ａを気体が通過することが可能なようになっている。

また、ケース６０には、その図２中上端と下端に気体の通過を許容する通路たる孔６０ａ，６０ｂが穿設されており、上記上端側に設けられる孔６０ｂは、ケース６０の内外を連通するが、孔６０ｂのケース６０の外方側の開口端は下方を向くように形成してある。

さらに、上記孔６０ｂのケース外方側の開口端には、水滴のモータ５１内への侵入を防止する一実施の形態と同様のフィルタＦが設けられている。

異なるのは以上であり、この他の実施の形態の緩衝器においても、緩衝器の伸縮により空間Ｒ内への気体の流入および排出が行えるので、基本的には上記した一実施の形態における緩衝器と同様の効果を奏するが、他の実施の形態の緩衝器においては、孔６０ｂのケース外方側開口端が下方を向いており、モータ５１内への雨水等の水滴の侵入が一実施の形態における緩衝器に比較してより一層防止されている。

また、この他の実施の形態における緩衝器にあっては、電機子のコア５３の通孔５３ａをも気体が通過するので、コア５３からも気体に熱放散させることができるので巻線３４の温度上昇を抑制して磁石３２の熱減磁を効果的に防止することができ、また、気体のモータ１内通過時の圧力損失が過大となってしまうことが防止され、緩衝器の伸縮を速やかならしめることができる。

なお、ヨーク５２に一実施の形態におけるヨーク３１と同様に通孔を設けておくとしてもよく、この場合には、コア５３からの熱放散に加えてヨーク５２からも熱放散可能となるので、より一層磁石３２の熱減磁を防止することが可能となる。

なお、上記した各実施の形態においては、第２の筒たる内筒５側にモータ１を固定するとしているが第１の筒たる外筒２側に螺子軸３に連結したモータ１を固定し、内筒５側にボール螺子ナット４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。

一実施の形態における緩衝器を概念的に示す図である。 他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

１，５１ モータ
２ 第１の筒たる外筒
３ 螺子軸
４ ボール螺子ナット
５ 第２の筒たる内筒
６ 連繋筒
８，９ ボールベアリング
１０ シャフト
１１，１２，１５ 軸受
１３ ダストシール
２０ マウント
２１ マウント内筒
５ａ，２１ａ，３０ａ，３０ｂ 孔
２２ マウント外筒
２３ 防振ゴム
３０，６０ ケース
３１，５２ ヨーク
３１ａ，５３ａ 通孔
３２ 磁石
３３，５３ コア
３４ 巻線
３５ シール部材
４０ 位置検出手段
Ｅ アイ
Ｈ 運動変換機構

Claims (5)

1. 第１の筒（２）と、この第１の筒（２）に挿入される第２の筒（５）と、上記第１の筒（２）もしくは第２の筒（５）の一方に設けられるボール螺子ナット（４）と、このボール螺子ナット（４）内に回転自在に螺合される螺子軸（３）と、上記第１の筒（２）もしくは第２の筒（５）の他方に固定されて上記螺子軸（３）に連結されるモータ（１）とを備え、上記モータ（１）がその外郭をなすケース（３０）と、上記螺子軸（３）に連結されるシャフト（１０）と、このシャフト（１０）の外周にヨーク（３１）を介して取付けられた磁石（３２）と、この磁石（３２）に対向して取付けられたコア（３３）と、このコア（３３）に嵌装した巻線（３４）とから構成され、上記ボール螺子ナット（４）の直線運動を上記螺子軸（３）の回転運動に変換し、この回転運動を上記モータ（１）のシャフト（１０）に伝達して当該モータ（１）に電磁力を発生させ、この電磁力に起因し上記シャフト（１０）の回転に抗するトルクを上記螺子軸（３）の回転運動を抑制することによる上記ボール螺子ナット（４）の直線運動を抑制する減衰力として利用している緩衝器において、上記モータ（１）が上記ケース（３０）に設けられて上記モータ（１）内に外気を給排する孔（３０ｂ）と、上記ケース（３０）と上記第１の筒（２）もしくは第２の筒（５）の他方とを連通する孔（３０ａ）と、上記モータ（１）内を通過する通孔とを設け、上記ケース（３０）と上記第１の筒（２）もしくは第２の筒（５）の他方とが気体漏れなく連結されると共に、上記第１の筒（２）と第２の筒（５）とで形成された空間（Ｒ）を有することを特徴とする緩衝器。
2. 上記外気を給排する孔（３０ｂ）に、水滴がモータ（１）内へ侵入することを防ぐフィルタ（Ｆ）を設けたことを特徴とする請求項１に記載の緩衝器。
3. 上記外気を給排する孔（３０ｂ）は、その出口が下方を向くようにして設けられ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. 上記ヨーク（３１）に上記モータ（１）内を通過する通孔（３１ａ）を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の緩衝器。
5. 上記コア（３３）に上記モータ（１）内を通過する通孔（５３ａ）を設けたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の緩衝器。

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