JP5261316B2 - サスペンション装置 - 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サスペンション装置の改良に関する。

この種サスペンション装置としては、車体すなわち車両のバネ上部材を弾性支持する懸架バネと、車軸すなわちバネ下部材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一対のバネに介装されてバネ上部材に弾性支持されるモータとを備えたアクチュエータと、バネ上部材に固定されアクチュエータの上下方向の振動を減衰する油圧ダンパとで構成され、アクチュエータの推力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、このサスペンション装置の場合、減衰力発生源であるモータのトルクを直線方向に作用させるべき減衰力に変換する螺子軸とボール螺子ナットとで構成される運動変換機構を備えており、回転系の慣性質量が大きく、回転系のフリクションも相俟ってモータおよび運動変換機構が高周波振動入力時には伸縮動作しづらくなるので、上記した油圧ダンパおよび一対のバネで該高周波振動を吸収するようにしている。

特開平０８−１９７９３１号公報（段落番号００２３，図１）

しかしながら、このサスペンション装置にあっては、モータの直線運動をガイドするためモータを覆う外筒とモータとの間の二箇所に環状の軸受を介装しているため、油圧ダンパとモータを挟持するバネで高周波振動を吸収しようとしても、上記軸受の存在によって油圧ダンパが動きづらくなって、振動吸収を妨げてしまい、バネ上部材へ振動を伝達して車両における乗り心地が悪くなってしまう虞がある。

さらに、このサスペンション装置にあっては、車両走行中にジオメトリの変化などによって横方向から力が入力される場合もあり、螺子軸とボール螺子ナットとの螺合部位にて当該力を受ける構造となっており、当該力が螺子軸の溝や溝を走行するボール螺子ナットのボールに負荷されるため、サスペンション装置の根幹を成す部材である螺子軸とボール螺子ナットの劣化を促進してしまう可能性がある。

加えて、上記軸受がモータの上下動を妨げるので、アクチュエータに大きな加速度が作用しやすくなり、さらに、高周波振動入力時にはアクチュエータの各部が直接その高周波振動によって振動せしめられてしまう結果となり、高周波振動は加速度が大きいこともあって、緩衝器の信頼性の点で問題がある。

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、劣化の抑制と、信頼性および車両における乗り心地の向上を可能とするサスペンション装置を提供することである。

上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段におけるサスペンション装置は、直線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おける回転運動を呈する回転部材に連結されるモータとを備えたアクチュエータと、ロッドとロッドが出入りするダンパ本体とを有する流体圧ダンパとを備え、運動変換機構における直線運動を呈する直動部材に流体圧ダンパのロッドとダンパ本体の一方を連結してなるサスペンション装置において、上記流体圧ダンパに設けた外筒と、上記アクチュエータの外周に設けたエアチャンバと、上記外筒と上記エアチャンバとの間に架け渡されるダイヤフラムとでエアばねを形成するエア室を区画し、上記外筒が上記エアばねのエアピストンを兼ねるとともに、上記アクチュエータと上記外筒との間にベアリングを介装し、当該ベアリングが上記アクチュエータと上記外筒の少なくとも一つに転動自在に接触するボールと、当該ボールを転動自在に保持するボールケースとを備え、上記アクチュエータと上記外筒のうち上記ボールが転動するものに当該ボールが走行する溝を設けてボールの走行をガイドすることを特徴とする。

本発明のサスペンション装置によれば、ベアリングが車体と車軸の一方に連結される部材と、車体と車軸の他方に連結されて前記部材の外周に配置される外筒と、サスペンション装置の伸縮に対して、ベアリングが抵抗となる摩擦力を殆ど発生せず滑らかで円滑な伸縮作動が保証され、また、横力が運動変換機構に作用しないので、運動変換機構が保護されて劣化が抑制され円滑な運動変換が長期間に亘って維持される。

より具体的には、ベアリングが流体圧ダンパの一方に設けた外筒と、アクチュエータとの間に介装されるので、アクチュエータと流体圧ダンパの双方の伸縮に対して、ベアリングが抵抗となる摩擦力を殆ど発生せず滑らかで円滑な伸縮作動が保証され、また、横力が運動変換機構に作用しないので、運動変換機構が保護されて劣化が抑制され円滑な運動変換が長期間に亘って維持される。

また、ベアリングは横力を受けるものの流体圧ダンパの伸縮に影響を与えず、流体圧ダンパの円滑な伸縮が保証されるので、このサスペンション装置にあっては、入力される高周波振動を確実に吸収でき、車体への振動絶縁性を向上でき、車両における乗り心地を向上できる。

さらに、高周波振動の入力に対してベアリングが流体圧ダンパの伸縮を妨げないので、アクチュエータに直接衝撃的な力が作用することが抑制されてモータおよび運動変換機構を保護することができ、サスペンション装置の主要部品であるアクチュエータの信頼性が向上し、従来サスペンション装置の不具合を解消してサスペンション装置の信頼性を向上させることができる。

一実施の形態におけるサスペンション装置の縦断面図である。 一実施の形態におけるサスペンション装置のベアリングの斜視図である。 一実施の形態の一変形例におけるサスペンション装置の縦断面図である。

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に示すように、一実施の形態におけるサスペンション装置Ｓは、直線運動を回転運動に変換する運動変換機構Ｔと該運動変換機構Ｔにおける回転運動を呈する回転部材としてのボール螺子ナット１に連結されるモータＭとを備えた直動型のアクチュエータＡと、ロッド５とロッド５が出入りするダンパ本体６とを有する流体圧ダンパＤと、ダンパ本体６に設けられてアクチュエータＡの外周に配置される外筒３と、当該外筒３とアクチュエータＡとの間に介装されたベアリング４とを備え、運動変換機構Ｔにおける直線運動を呈する直動部材としての螺子軸２を流体圧ダンパＤのロッド５に連結して構成されている。

また、このサスペンション装置Ｓは、この実施の形態の場合、アクチュエータＡに連結される環状のエアチャンバ７と、流体圧ダンパＤの外周に設けたエアピストンとして機能する外筒３と、エアチャンバ７と外筒３とに架け渡される筒状のダイヤフラム８とで画成されるエア室Ｇによって懸架ばねとして機能するエアばねＡＳを外周側に備えている。

そして、このサスペンション装置Ｓは、アクチュエータＡをマウント１０にて車両の車体へ連結し、流体圧ダンパＤの下端となるダンパ本体６を車両の車軸へ連結することで、車両の車体と車軸との間に介装されるようになっている。すなわち、このサスペンション装置Ｓにあっては、基本的には、図示しない車両の車体と車軸との間に介装するにあたり、アクチュエータＡを車体へ流体圧ダンパＤを車軸へと連結するようにして介装されるようになっている。すなわち、この場合、車体に連結される部材をアクチュエータＡとしており、外筒３がダンパ本体６を介して車軸に連結されている。なお、後述するようにアクチュエータＡがモータＭを備えている場合には、アクチュエータＡを車体側に連結することでモータＭへの高周波振動の入力を低減することができる利点があるが、アクチュエータＡを車軸側へ外筒３を車体側へ連結することも可能である。

アクチュエータＡは、詳しくは、モータＭと、モータＭの回転運動を直線運動に変換する運動変換機構Ｔとを備えて構成されている。運動変換機構Ｔは、この場合、モータＭのロータＲに連結されるボール螺子ナット１とボール螺子ナット１に螺合する螺子軸２とを備えて構成されており、回転部材をボール螺子ナット１とし、直動部材を螺子軸２として、ボール螺子ナット１の回転運動を螺子軸２の直線運動に変換することが可能であり、また、螺子軸２の直線運動をボール螺子ナット１の回転運動に変換することも可能とされている。

また、ボール螺子ナット１は、筒状のホルダ１１の内周に回転自在に保持されており、モータＭも当該ホルダ１１内に挿入されて固定されている。さらに、このホルダ１１内には、螺子軸２がボール螺子ナット１とともに回転してしまうことを避けるため、ボールスプラインナット１２が収容固定されており、螺子軸２の外周にはボール螺子ナット１のボールが走行する螺旋状の螺子溝の他にボールスプラインナット１２のボールが走行する軸方向に沿う縦溝を備えている。

したがって、螺子軸２は、ホルダ１１を介してモータＭに回転不能に連結されるボールスプラインナット１２によって回り止めされて、図１中上下方向への移動のみが許容され、モータＭでボール螺子ナット１を回転駆動することで螺子軸２を図１中上下方向へ駆動させることができ、アクチュエータＡは直動型のリニアアクチュエータとして機能することができるようになっている。このようにアクチュエータＡは、この実施の形態にあっては、モータＭ、ホルダ１１、運動変換機構Ｔとしてのボール螺子ナット１および螺子軸２、ボールスプラインナット１２とで構成されている。

なお、螺子軸２を回転部材としてモータＭのロータＲに接続してこれを回転駆動できるようにし、ボール螺子ナット１を直動部材として図１中上下方向へ駆動するようにしてもよく、また、運動変換機構Ｔは、この場合、螺子軸２とボール螺子ナット１とで構成される送り螺子機構とされているが、ラックアンドピニオン、ウォームギア等の機構で構成されるようにしてもよい。

つづいて、流体圧ダンパＤは、ダンパ本体６に対してロッド５が出入りする伸縮作動を呈すると所定の減衰力を発揮するようになっており、主としてサスペンション装置Ｓに入力される高周波振動を吸収する目的で設けられている。

なお、流体圧ダンパＤは、周知であるので詳しく図示はしないが、ダンパ本体６がロッド５の先端に設けたピストンが摺動自在に挿入される筒状のシリンダを備えており、上記のシリンダ内にピストンで区画された二つの圧力室に作動流体を充填して構成されている。また、流体が液体である場合であって流体圧ダンパＤが片ロッド型に設定される場合には、ダンパ本体６にシリンダ内に出入りするロッド５の体積分の容積変化を補償するリザーバ或いは気室を備える。なお、流体圧ダンパＤにおける作動流体は、作動油や水、水溶液といった液体の他、気体とされてもよい。

そして、上記流体圧ダンパＤは、慣性モーメントが大きく高周波振動の入力に対して伸縮しにくく振動を伝達しやすくなるアクチュエータＡに直列して連結されることで、比較的加速度が大きい振動等の高周波振動の入力に対して、この振動エネルギを吸収するようになっている。なお、流体圧ダンパＤの外周に装着されるコイルばね１３，１４は、流体圧ダンパＤのダンパ本体６内に摺動自在に挿入されてロッド５に連結される図示しないピストンの位置を所定の中立位置へ復帰させ、流体圧ダンパＤが最伸長あるいは最収縮したままとなって高周波振動を吸収できなくなって車両における乗り心地を悪化させてしまう事態を防止する目的で設けられている。

このように構成されたサスペンション装置Ｓは、上述したように、モータＭが発生するトルクでボール螺子ナット１を回転駆動することによって螺子軸２を図１中上下方向へ直線運動させることが可能であって、外力の入力に対して、モータＭに積極的にトルクを発生させることによって螺子軸２に推力を与えることで螺子軸２の直線運動を抑制することもできる。また、螺子軸２が外力によって強制的に直線運動させられるとボール螺子ナット１に連結されるモータＭのロータＲが回転運動を呈し、モータＭは誘導起電力に起因するロータＲの回転運動を抑制するトルクを発生し、螺子軸２の直線運動を抑制するように機能する。すなわち、モータＭは外力によって強制的に駆動される場合にはジェネレータとして機能して外力に抗する積極的にトルクを発生して螺子軸２の直線運動を抑制することができる。

したがって、このサスペンション装置Ｓにあっては、単に、螺子軸２の直線運動を抑制する減衰力を発生するばかりではなく、アクチュエータとしても機能することから、このサスペンション装置Ｓが車両の車体と車軸との間に介装されて使用されると、車両の車体の姿勢制御も同時に行うことができ、これにより、アクティブサスペンションとして機能することができる。

なお、この実施の形態の場合、運動変換機構Ｔが回転運動と直線運動を可逆的に変換するようになっているが、アクチュエータＡがアクチュエータとしてのみ機能すればよい場合には、回転運動を直線運動に変換するが直線運動を回転運動に変換しない非可逆的な運動変換を行うものであってもよく、また、この場合、モータＭも外力にてジェネレータとして機能することを要せず、単に、サスペンション装置Ｓがアクティブサスペンションとして機能する上では、このように構成されてもよい。

また、上記したところでは、流体圧ダンパＤのロッド５を螺子軸２に連結するようにしているが、ダンパ本体６を螺子軸２に連結してもよく、さらに、直動部材がボール螺子ナット１である場合にはボール螺子ナット１を流体圧ダンパＤにおけるロッド５或いはダンパ本体６に連結するようにすればよい。

そして、流体圧ダンパＤの上記した直動部材に連結されていないほうの部材であるダンパ本体６の外周には、アクチュエータＡの外殻を成すホルダ１１に環状隙間を空けて対向する外筒３が設けてある。詳しくは、外筒３は、図１中下端をダンパ本体６の側部に連結されており、上端にはフランジ状のストッパ９を備えている。なお、このストッパ９は、アクチュエータＡの外周に設けられた環状のクッション１５と衝合することでサスペンション装置Ｓの最収縮長さを規制している。

また、ホルダ１１の外周には、環状のエアチャンバ７が連結されている。エアチャンバ７は、外筒３の外径より大径に設定される筒部７ａと、筒部７ａの上端をホルダ１１へ連結する環状の頂部７ｂとを備えて構成され、エアチャンバ７の筒部７ａと外筒３との間には環状隙間が形成されている。そして、エアチャンバ７の筒部７ａの下端と、外筒３の中間外周との間には筒状で可撓性を備えたダイヤフラム８が架け渡されており、アクチュエータＡと流体圧ダンパＤの外周にエアばねＡＳにおけるエア室Ｇが形成されている。このエア室Ｇ内には、気体を給排することができるようになっており、エア室Ｇ内の気圧を調節することで車両の車高とバネ定数を調整でき、エアばねＡＳは懸架バネとして機能するようになっている。

なお、この実施の形態の場合、懸架バネをエアばねＡＳとしているので、外筒３をエアピストンとして利用しているが、懸架バネをコイルばねとする場合には、当然であるが外筒３をエアピストンとして機能させる必要は無く、エアチャンバ７およびダイヤフラム８を廃止し、たとえば、アクチュエータＡの外周或いはマウントにコイルばねの上端を支持するばね受を設けるとともに、外筒３にコイルばねの下端を支持するばね受を設けるようにすればよい。

ここで、本実施の形態のサスペンション装置Ｓにあっては、ボール螺子ナット１と螺子軸２に外方から入力される横力が作用しないように、外筒３とアクチュエータＡの外周となるホルダ１１の外周との間には、ベアリング４が介装してある。

具体的には、ホルダ１１と外筒３には、一定の環状隙間を形成しつつ対向するベアリング走行面３ａ，１１ａを備えており、当該ベアリング走行面３ａ，１１ａ間にベアリング４が介装されている。すなわち、このサスペンション装置Ｓにあっては、車体と車軸の一方に連結される部材としてのホルダ１１と、車体と車軸の他方に連結される外筒３との間にベアリング４を介装している。

このベアリング４は、詳しくは、図１および図２に示すように、アクチュエータＡの外周となるホルダ１１の外周と外筒３との間に両者に接触しつつ転動自在に介装される複数のボール４ａと、当該ボール４ａを転動自在に保持するボールケースとしてのケージ４ｂとを備えたボールゲージ型に設定されている。また、この実施の形態の場合、具体的には、ボール４ａは、ベアリング４のケージ４ｂに軸方向に並べられて列をなし、当該ボール列が周方向に１６列設けられている。なお、ボール４ａの設置数、配置はこれに限定されるものではない。

そして、外筒３とアクチュエータＡの図１中上下方向となる軸方向の相対移動に対しては、アクチュエータＡの外周と外筒３との間でボール４ａが転動して殆ど抵抗なくこれを許容し、サスペンション装置Ｓに入力される横力に対してはこれをベアリング４で受けるので、ボール螺子ナット１、螺子軸２およびボールスプラインナット１２に横力が作用することが防止されている。

また、外筒３に対してアクチュエータＡが軸方向へストロークする範囲内では、常に、ベアリング４の軸方向長さの全てで外筒３とアクチュエータＡに対向するようになっている。

なお、ボール４ａが転動することでケージ４ｂが上下方向へ移動することになるが、ホルダ１１と外筒３のベアリング４の走行面３ａ，１１ａにおける軸方向の長さは、サスペンション装置Ｓが最大限伸縮作動を行っても、ケージ４ｂがアクチュエータＡの外殻を成すホルダ１１の外周と外筒３との間に脱落せずに介装された状態に維持されるように設定される。

すなわち、サスペンション装置Ｓにあっては、上記構造のベアリング４が流体圧ダンパＤに設けた外筒３とアクチュエータＡの外周との間に介装されるので、アクチュエータＡと流体圧ダンパＤの双方の伸縮に対して、ベアリング４が抵抗となる摩擦力を殆ど発生せず滑らかで円滑な伸縮作動が保証され、また、横力が運動変換機構Ｔに作用しないので、運動変換機構Ｔが保護されて劣化が抑制され円滑な運動変換が長期間に亘って維持される。

また、ベアリング４は横力を受けるものの流体圧ダンパＤの伸縮に影響を与えず、流体圧ダンパＤの円滑な伸縮が保証されるので、このサスペンション装置Ｓにあっては、入力される高周波振動を確実に吸収でき、車体への振動絶縁性を向上でき、車両における乗り心地を向上できる。

さらに、高周波振動の入力に対してベアリング４が流体圧ダンパＤの伸縮を妨げないので、アクチュエータＡに直接衝撃的な力が作用することが抑制されてモータＭおよび運動変換機構Ｔを保護することができ、サスペンション装置Ｓの主要部品であるアクチュエータＡの信頼性が向上し、従来サスペンション装置の不具合を解消してサスペンション装置Ｓの信頼性を向上させることができる。

また、この実施の形態のサスペンション装置Ｓでは、ベアリング４を介装するためだけに外筒３が設置されているのではなく、外筒３がエアばねＡＳを構成するエアピストンを兼ねているので、ベアリング４の設置にあたり部品点数が増加することがなく、また、サスペンション装置Ｓの全体としての重量増加も小さく抑えることができる。

なお、上述したところでは、流体圧ダンパＤのダンパ本体６にアクチュエータＡの外周に対向する外筒３を設けて、当該アクチュエータＡと外筒３との間にボールケージ型に設定されるベアリング４を介装するようにしているが、アクチュエータＡにダンパ本体６の外周に対向する外筒を設けて、ダンパ本体６と外筒との間にボールケージ型のベアリングを介装してもよいし、アクチュエータＡに外筒を設けて、流体圧ダンパＤのロッド５に外筒に対向する筒体等を設けて外筒と筒体との間にボールケージ型のベアリングを介装してもよい。

また、本実施の形態にあっては、アクチュエータＡのケースとして機能するホルダ１１にベアリング４を接触させ走行させる構成とされているが、モータＭのケースがアクチュエータＡのケースの全部または一部を兼ねるような場合には、モータＭのケースにベアリング４を走行させるようにしてもよい。

さらに、ボールスプラインのように、ホルダ１１と外筒３のベアリング４の走行面３ａ，１１ａに軸方向に沿う溝を設け、ベアリング４のボール４ａに当該溝を走行させるようにしてもよい。また、上記したところでは、ベアリング４におけるボール４ａは、ボールケースとしてのケージ４ｂに保持されてその場で転動するようになっているが、自身の転動によってボール４ａが循環するようになっていてもよい。

また、上記したようにベアリング４が、外筒３とこれに対向する部材、本実施の形態の場合、外筒３とアクチュエータＡの外周の両者に介装され、当該両者に転動自在に接触するボール４ａと、ボール４ａを転動自在に保持するケージ４ｂとでなるボールケージ型のベアリングとされているので、ボール４ａを循環させる必要が無く薄肉であるので、外筒３とこれに対向する部材との間に介装されても、サスペンション装置の大径化を最小限に留めることができる利点がある。これに対して、外筒３とこれに対向する部材、本実施の形態の場合、外筒３とアクチュエータＡの外周のいずれか一つにボールが転動自在に接触して、自身の転動によってボールケース内を循環する構造のベアリングを採用することも可能である。この場合には、外筒３とこれに対向する部材のうちボールが接触しない方にボールケースを固定するようにすればよい。このような構造のベアリングを用いる場合にあっても、ボールスプラインのように、外筒３とこれに対向する部材のうちボールが接触する方にボールが走行する溝を設けてボールの走行をガイドするようにしてもよい。

また、上記したように、ボール４ａがケージ４ｂに保持されてその場で転動するベアリング４の場合、図３に示すように、ベアリング４の軸方向の両端へ向かうほどボール４ａの直径が小さくなるようにしておく、つまり、両端側に配置されるボール４ａほど直径が小さくなるようにしておくことで、クラウニング処理と同等の効果を得ることができ、アクチュエータＡと流体圧ダンパＤの双方のより一層滑らかな伸縮を実現できる。さらに、横力の入力によってサスペンション装置Ｓに過大なモーメントが作用した際に、両端側へ向かうほどボール４ａの直径が小さくなっているので、一部のボール４ａに過大圧力が作用せずに各ボール４ａへの負荷を均等化でき、アクチュエータＡの外殻であり車体と車軸の一方に連結される部材であるホルダ１１、外筒３およびボール４ａに過大圧力が作用することを抑制できるとともに、モーメント作用時においてアクチュエータＡに対する外筒３の首振りが許容される範囲内で外筒３がアクチュエータＡに対して傾いたままでもサスペンション装置Ｓの伸縮に抵抗を与えることもない。

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。

本発明は、車両のサスペンション装置に利用することができる。

１ 回転部材としてのボール螺子ナット
２ 直動部材としての螺子軸
３ 外筒
３ａ 外筒におけるベアリング走行面
４ ベアリング
４ａ ベアリングにおけるボール
４ｂ ベアリングにおけるケージ
５ 流体圧ダンパにおけるロッド
６ 流体圧ダンパにおけるダンパ本体
７ エアチャンバ
７ａ エアチャンバにおける筒部
７ｂ エアチャンバにおける頂部
８ ダイヤフラム
９ ストッパ
１０ マウント
１１ ホルダ
１１ａ ホルダにおけるベアリング走行面
１２ ボールスプラインナット
１３，１４ コイルばね
１５ クッション
Ａ アクチュエータ
ＡＳ エアばね
Ｄ 流体圧ダンパ
Ｇ エア室
Ｍ モータ
Ｒ ロータ
Ｓ サスペンション装置
Ｔ 運動変換機構

Claims (3)

1. 直線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おける回転運動を呈する回転部材に連結されるモータとを備えたアクチュエータと、ロッドとロッドが出入りするダンパ本体とを有する流体圧ダンパとを備え、運動変換機構における直線運動を呈する直動部材に流体圧ダンパのロッドとダンパ本体の一方を連結してなるサスペンション装置において、上記流体圧ダンパに設けた外筒と、上記アクチュエータの外周に設けたエアチャンバと、上記外筒と上記エアチャンバとの間に架け渡されるダイヤフラムとでエアばねを形成するエア室を区画し、上記外筒が上記エアばねのエアピストンを兼ねるとともに、上記アクチュエータと上記外筒との間にベアリングを介装し、当該ベアリングが上記アクチュエータと上記外筒の少なくとも一つに転動自在に接触するボールと、当該ボールを転動自在に保持するボールケースとを備え、上記アクチュエータと上記外筒のうち上記ボールが転動するものに当該ボールが走行する溝を設けてボールの走行をガイドすることを特徴とするサスペンション装置。
2. 上記ベアリングは、上記アクチュエータと上記外筒との間に転動自在に介装した複数のボールと当該ボールを転動自在に保持するボールケースとを備えたことを特徴とする請求項１に記載のサスペンション装置。
3. 上記ベアリングにおけるボールの直径が当該ベアリングの軸方向の両端側へ配置されるボールほど小さくなるように設定されてなることを特徴とする請求項１または２に記載のサスペンション装置。

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