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JP5876815B2 - ストロークセンサ及びストロークセンサを備える流体ばね - Google Patents

ストロークセンサ及びストロークセンサを備える流体ばね Download PDF

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JP5876815B2 JP2012251398A JP2012251398A JP5876815B2 JP 5876815 B2 JP5876815 B2 JP 5876815B2 JP 2012251398 A JP2012251398 A JP 2012251398A JP 2012251398 A JP2012251398 A JP 2012251398A JP 5876815 B2 JP5876815 B2 JP 5876815B2
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Description

本発明は、ストロークセンサ及びストロークセンサを備える流体ばねに関するものである。
従来から、車両のサスペンション装置に、空気などの圧縮性流体の圧力を利用した流体ばねが用いられている。流体ばねを用いる場合には、圧縮性流体の圧力によって車高を任意に調整できるが、流体ばねのストロークから車高を検出するストロークセンサを併設する必要がある。
特許文献１には、シャシフレームとアクスルとの間に配置されたエアスプリングと、車高の変化に伴って回動するレバーの角度からエアスプリングのストロークを検出するセンサとを有する車両のエアサスペンション装置が開示されている。
特開２００２−３０７９２５号公報
しかしながら、特許文献１に記載のエアサスペンション装置は、車高の変化に伴って回動するレバーなどのリンク機構やセンサが設けられるため、装置全体の構造が複雑であった。そのため、エアサスペンション装置を車両へ搭載する際には、大きなスペースが必要であった。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、空気ばねに適用可能であり省スペース化が可能なストロークセンサを提供することを目的とする。
本発明は、第一部材と、前記第一部材に対して近接離間方向に移動可能に設けられる第二部材との間の距離を検出するストロークセンサであって、前記第一部材に設けられ、磁気を発生する磁気発生部と、前記第二部材に設けられ、前記磁気発生部から発せられた磁力によって前記磁気発生部に向けて付勢される磁性体と、前記第二部材に設けられ、前記磁気発生部からの磁力によって付勢された前記磁性体が当接し、前記磁性体から作用する圧力の変化に基づいて前記第一部材と前記第二部材との間の距離を検出する圧力検出器と、を備える。
本発明では、第一部材の磁気発生部からの磁力によって第二部材の磁性体が付勢され、その付勢力を圧力検出器が検出することによって第一部材と第二部材との間の距離を検出する。そのため、第一部材と第二部材とを、それぞれ空気ばねを構成する部材とすることで、ストロークセンサを空気ばねの内部に収容することが可能である。したがって、空気ばねに適用可能であり省スペース化が可能なストロークセンサを提供することができる。
本発明の実施の形態に係る流体ばねが適用される懸架装置の側面図である。 本発明の実施の形態に係る流体ばねの側面の断面図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係るストロークセンサ３０と、ストロークセンサ３０を備える流体ばねとしての空気ばね１００について説明する。空気ばね１００では、圧縮性流体として圧縮空気が用いられる。
まず、図１を参照して、空気ばね１００が適用される懸架装置１の構成について説明する。
懸架装置１は、トレーリングアーム式のエアサスペンション装置である。図１において、左側が車両（図示省略）の前方である。懸架装置１は、フレーム２から下方に延びるハンガーブラケット３と、ハンガーブラケット３に支持される片持ちのロアアーム４と、フレーム２に支持される片持ちのアッパーアーム５と、ロアアーム４及びアッパーアーム５を介してフレーム２に支持され後輪車軸７ａと一体に設けられるサスペンションビーム６とを備える。
ハンガーブラケット３は、逆三角形状に形成され、底辺側の一端３ａがフレーム２に固定され、頂点側の他端３ｂがフレーム２の下方に位置するものである。
ロアアーム４は、ハンガーブラケット３の他端３ｂに一端４ａが支持される。ロアアーム４は、ハンガーブラケット３に支持された一端４ａを中心として、他端４ｂが円弧運動可能に設けられる。
アッパーアーム５は、ロアアーム４と略平行に設けられる。アッパーアーム５は、一端５ａがフレーム２に支持される。アッパーアーム５は、フレーム２に支持された一端５ａを中心として、他端５ｂが円弧運動可能に設けられる。
サスペンションビーム６は、ロアアーム４の他端４ｂとアッパーアーム５の他端５ｂとによって支持される。サスペンションビーム６は、ロアアーム４とアッパーアーム５との円弧運動に伴って上下動可能に設けられる。これにより、後輪車軸７ａに連結される車輪７は、ロアアーム４及びアッパーアーム５の円弧運動によって、フレーム２に対して上下動可能となる。
懸架装置１は、フレーム２と車輪７との間に配設され上下動を緩衝する空気ばね１００と、空気ばね１００と並列に設けられ上下動を減衰するショックアブソーバ８とを備える。
空気ばね１００は、サスペンションビーム６の前後両端に各々設けられる。つまり、一対の空気ばね１００が、後輪車軸７ａの前後に設けられる。空気ばね１００は、フレーム２とサスペンションビーム６との間に挟まれて支持され、その弾性力によってフレーム２とサスペンションビーム６との間の上下動を緩衝する。空気ばね１００については、図２を参照しながら後で詳しく説明する。
ショックアブソーバ８は、一端８ａがフレーム２に固定され、他端８ｂがサスペンションビーム６に固定される。これにより、ショックアブソーバ８は、フレーム２とサスペンションビーム６との間の上下動を減衰する。
次に、主に図２を参照して、空気ばね１００の構成について説明する。
空気ばね１００は、車輪７を支持するサスペンションビーム６とフレーム２との間に設けられ、供給される圧縮空気によってばね定数を調整可能なスリーブ型のものである。空気ばね１００は、空気圧に応じて拡縮する流体室２３を画成する袋状弾性部材としてのダイヤフラム２０と、ダイヤフラム２０の上端部に設けられるトッププレート２２と、円筒状に形成されてダイヤフラム２０に対して進退可能に設けられるピストン１０とを備える。
ピストン１０は、金属などの剛体によって形成される。ピストン１０は、底部１０ａがサスペンションビーム６に固定される。ピストン１０には、上端の開口部を閉塞する円形のプレート１０ｂが設けられる。ピストン１０の内部に形成された空間には、ダイヤフラム２０内の圧縮空気の圧力が低下した場合にトッププレート２２を支持する支持部１１が立設される。
プレート１０ｂの上面には、ゴムなどの弾性部材によって形成されるクッション部１２が取り付けられる。このクッション部１２が設けられることによって、トッププレート２２が当接したときの衝撃が吸収される。
支持部１１は、ピストン１０の内周に設けられる円筒状の部材である。支持部１１は、ピストン１０の底部１０ａとプレート１０ｂとの間を連結する。支持部１１は、トッププレート２２がクッション部１２に当接した際に、トッププレート２２から伝達される車両の重量を底部１０ａに支持させる。支持部１１の内周には、後述するストロークセンサ３０の磁性体３２と圧電素子３３とが設けられる。
ダイヤフラム２０は、ゴムなどの弾性体によって袋状に形成される。ダイヤフラム２０は、ピストン１０の上面を覆うように形成される。ダイヤフラム２０は、最下部が内側に折り返され、ピストン１０におけるプレート１０ｂの外周近傍に固定される。これにより、ピストン１０が、ダイヤフラム２０に対して上下に進退可能となる。
流体室２３には、コンプレッサ（図示省略）によって圧縮されサージタンク（図示省略）に溜められた圧縮空気が供給されて充填される。また、流体室２３に充填された圧縮空気は、バルブ（図示省略）を開放することによって、大気開放可能である。
トッププレート２２は、フレーム２に当接して設けられる（図１参照）。トッププレート２２は、ブラケット２４を介してフレーム２に固定される。これにより、空気ばね１００は、サスペンションビーム６とフレーム２との間で、その弾性力によってフレーム２を支持することとなる。トッププレート２２には、後述するストロークセンサ３０の磁気発生部３１が設けられる。
また、空気ばね１００は、トッププレート２２と、トッププレート２２に対して近接離間方向に移動可能に設けられる支持部１１との間の距離を検出するストロークセンサ３０を備える。ここでは、ダイヤフラム２０に設けられるトッププレート２２が第一部材に該当し、ピストン１０に設けられる支持部１１が第二部材に該当する。
ストロークセンサ３０は、トッププレート２２に設けられ、磁気を発生する磁気発生部３１と、支持部１１に設けられ、磁気発生部３１から発せられた磁力によって磁気発生部３１に向けて付勢される磁性体３２と、支持部１１に設けられ、磁気発生部３１からの磁力によって付勢された磁性体３２が当接し、磁性体３２から作用する圧力の変化に基づいてトッププレート２２と支持部１１との間の距離を検出する圧力検出器としての圧電素子３３とを備える。
磁気発生部３１は、永久磁石である。磁気発生部３１は、支持部１１の上方に位置するようにトッププレート２２の下面に固定される。磁気発生部３１は、磁性体３２を吸着する方向の磁界を発生する。
磁性体３２は、円筒状の支持部１１の内周を軸方向に移動可能に設けられる。磁性体３２は、磁気発生部３１が発生する磁界によって、磁気発生部３１に向けて付勢される。磁性体３２は、磁気発生部３１との間の距離が近いほど強い力で磁気発生部３１に向けて付勢される。
圧電素子３３は、支持部１１の内周にて磁性体３２と磁気発生部３１との間に位置するように設けられる。圧電素子３３は、支持部１１に対して軸方向に移動しないようにプレート１０ｂに固定される。圧電素子３３の下面には、磁気発生部３１からの磁力によって付勢された磁性体３２が当接する。
圧電素子３３は、作用する圧力の大きさに応じて出力する電圧の大きさが変化するものである。圧電素子３３は、磁性体３２から作用する圧力の変化に基づいてトッププレート２２と支持部１１との間の距離に応じた電圧を出力する。
次に、ストロークセンサ３０の作用について説明する。
車両の車高が比較的高い場合には、フレーム２とサスペンションビーム６との間の距離が大きいため、ダイヤフラム２０に対するピストン１０の進入量が小さい。そのため、トッププレート２２に設けられた磁気発生部３１と支持部１１に設けられた磁性体３２との間の距離は大きい。よって、磁気発生部３１の磁力の磁性体３２への影響が小さいため、磁気発生部３１が磁性体３２を吸い寄せる付勢力は比較的小さい。したがって、磁性体３２から圧電素子３３に対して作用する圧力が比較的小さいため、圧電素子３３が出力する電圧も小さい。
一方、車両の車高が比較的低い場合には、フレーム２とサスペンションビーム６との間の距離が小さいため、ダイヤフラム２０に対するピストン１０の進入量が大きい。そのため、トッププレート２２に設けられた磁気発生部３１と支持部１１に設けられた磁性体３２との間の距離は小さい。よって、磁気発生部３１の磁力の磁性体３２への影響が大きいため、磁気発生部３１が磁性体３２を吸い寄せる付勢力は比較的大きい。したがって、磁性体３２から圧電素子３３に対して作用する圧力が比較的大きいため、圧電素子３３が出力する電圧も大きい。
このように、車両の車高に応じて圧電素子３３から出力される電圧の大きさが変化する。よって、圧電素子３３から出力される電圧をモニターすることで、車両の車高を検出することができる。
従来のストロークセンサは、車高の変化に伴って回動するレバーを有するリンク機構と、レバーの回動角度からエアスプリングのストロークを検出するセンサとを備えていた。このストロークセンサを空気ばね１００に適用した場合には、レバーなどのリンク機構やセンサが空気ばね１００の外部に設けられることとなる。そのため、装置全体の構造が複雑であり、車両へ搭載する際に大きなスペースが必要であった。
これに対して、ストロークセンサ３０では、圧電素子３３から出力される電圧の大きさから空気ばね１００のストロークを検出することができ、車両の車高を検出することができる。このように、トッププレート２２に磁気発生部３１を設け、支持部１１に磁性体３２と圧電素子３３とを設けることで、ストロークセンサ３０を空気ばね１００の内部に収容することが可能である。したがって、ストロークセンサ３０を空気ばね１００に適用した場合には、省スペース化が可能である。
また、磁気発生部３１はトッププレート２２に固定され、磁性体３２と圧電素子３３とは支持部１１の内周に設けられる。そのため、ダイヤフラム２０の内部に形成される流体室２３の容積は、ストロークセンサ３０が設けられない場合と変わらない。したがって、空気ばね１００の作動に影響を及ぼすことなく、空気ばね１００にストロークセンサ３０を内蔵することができる。
以上の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。
トッププレート２２の磁気発生部３１からの磁力によって支持部１１の磁性体３２が付勢され、その付勢力を圧電素子３３が検出することによってトッププレート２２と支持部１１との間の距離を検出する。このように、トッププレート２２に磁気発生部３１を設け、支持部１１に磁性体３２と圧電素子３３とを設けることで、ストロークセンサ３０を空気ばね１００の内部に収容することが可能である。したがって、ストロークセンサ３０を空気ばね１００に適用した場合には、省スペース化が可能である。
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
例えば、支持部１１に磁気発生部３１を設けて、トッププレート２２に磁性体３２と圧電素子３３とを設ける構成にしてもよい。この場合でも、上述した実施の形態と同様に、ストロークセンサ３０を空気ばね１００に内蔵することが可能である。なお、この場合、ピストン１０に設けられる支持部１１が第一部材に該当し、ダイヤフラム２０に設けられるトッププレート２２が第二部材に該当することとなる。
１００ 空気ばね（流体ばね）
１ 懸架装置
２ フレーム
６ サスペンションビーム
７ 車輪
１０ ピストン
１１ 支持部（第二部材）
２０ ダイヤフラム（袋状弾性部材）
２２ トッププレート（第一部材）
２３ 流体室
３０ ストロークセンサ
３１ 磁気発生部
３２ 磁性体
３３ 圧電素子

Claims (5)

  1. 第一部材と、前記第一部材に対して近接離間方向に移動可能に設けられる第二部材との間の距離を検出するストロークセンサであって、
    前記第一部材に設けられ、磁気を発生する磁気発生部と、
    前記第二部材に設けられ、前記磁気発生部から発せられた磁力によって前記磁気発生部に向けて付勢される磁性体と、
    前記第二部材に設けられ、前記磁気発生部からの磁力によって付勢された前記磁性体が当接し、前記磁性体から作用する圧力の変化に基づいて前記第一部材と前記第二部材との間の距離を検出する圧力検出器と、を備えることを特徴とするストロークセンサ。
  2. 前記圧力検出器は、前記第一部材と前記第二部材との間の距離に応じた電圧を出力する圧電素子であることを特徴とする請求項１に記載のストロークセンサ。
  3. 請求項１又は２に記載のストロークセンサを備え、供給される圧縮性流体によってばね定数を調整可能な流体ばねであって、
    流体圧に応じて拡縮する流体室を画成する袋状弾性部材と、
    筒状に形成されて前記袋状弾性部材に対して進退可能に設けられるピストンと、を備え、
    前記第一部材と前記第二部材との一方は、前記袋状弾性部材に設けられ、
    前記第一部材と前記第二部材との他方は、前記ピストンに設けられることを特徴とする流体ばね。
  4. 前記第一部材は、前記袋状弾性部材の上端部に設けられるトッププレートであることを特徴とする請求項３に記載の流体ばね。
  5. 前記第二部材は、前記ピストンに設けられ前記袋状弾性部材内の圧縮性流体の圧力が低下した場合に前記トッププレートを支持する支持部であることを特徴とする請求項４に記載の流体ばね。
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