(57)【要約】【課題】磁気ばねユニットの作動量をサスペンションユニットの作動量より小さくすることにより、大きいストロークを確保するとともに小型化を達成することができるサスペンションユニットを提供すること。【解決手段】上部フレーム４を下部フレーム２に対し上下動自在にリンク機構を介して連結し、磁気ばねユニット７２を上部フレーム４とリンク機構とに係合させることで、上部フレーム４をリンク機構に対し弾性的に支持するようにした。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部フレームと、該下部フレームにリンク機構を介して上下動自在に取り付けられる上部フレームとを備えたサスペンションユニットであって、
前記上部フレームを前記リンク機構に対し弾性的に支持する磁気ばねユニットと、前記上部フレームと前記リンク機構の一部に両端が係止された複数の金属ばねをさらに備えたことを特徴とするサスペンションユニット。
【請求項２】
前記リンク機構が２本のリンクからなるＸリンクを有し、前記磁気ばねユニットを固定磁石ユニットと可動磁石ユニットとにより構成し、前記固定磁石ユニットを前記上部フレームに取り付けるとともに、前記可動磁石ユニットを前記Ｘリンクに取り付けたことを特徴とする請求項１に記載のサスペンションユニット。
【請求項３】
前記複数の金属ばねを伸縮させる操作手段を設け、該操作手段を操作することにより前記複数の金属ばねを伸縮させて負荷調整を行うようにしたことを特徴とする請求項１あるいは２に記載のサスペンションユニット。
【請求項４】
前記複数の金属ばねの一端を前記上部フレームに係止する一方、前記複数の金属ばねの他端を前記リンク機構の一部に係止したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のサスペンションユニット。
【請求項５】
前記リンク機構の一部に第１のトーションバーを取り付け、前記上部フレームの持ち上げ力を発生させるようにしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のサスペンションユニット。
【請求項６】
前記上部フレームに第２のトーションバーを取り付けるとともに、前記リンク機構の一部に当接板を取り付け、前記上部フレームの前記下部フレームに対する所定値以上の変位により前記第２のトーションバーを前記当接板に当接させ、前記上部フレームの持ち上げ力を発生させるようにしたことを特徴とする請求項５に記載のサスペンションユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ばねユニットと金属ばねを有するサスペンションユニットに関し、さらに詳しくは、負のばね定数を持つ磁気ばねユニットと正のばね定数を持つ金属ばねを組み合わせたばね定数が所定の領域で略０を示すサスペンションユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車技術をはじめ、様々な乗り物の技術がめまぐるしい発展を遂げ、運動性能だけでなく安全性や快適性も求められてきている。最近では、高保持力、高残留磁束密度を有する永久磁石が実用化されるに伴い、磁気浮上、磁気軸受、磁性流体を用いたダンパー等の磁気制御系の研究が盛んに行われており、本願発明者らも、磁気ばねを利用したサスペンションユニットをこれまで種々提案している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、負のばね定数を持つ磁気ばねユニットと正のばね定数を持つ金属ばねを組み合わせ、所定の領域で略０のばね定数を示すサスペンションユニットにおいて、ストロークを大きく取ろうとすると非常に大きいユニットになるのが現状であった。
【０００４】
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、磁気ばねユニットの作動量をサスペンションユニットの作動量より小さくすることにより、大きいストロークを確保するとともに小型化を達成することができるサスペンションユニットを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項１に記載の発明は、下部フレームと、該下部フレームにリンク機構を介して上下動自在に取り付けられる上部フレームとを備えたサスペンションユニットであって、前記上部フレームを前記リンク機構に対し弾性的に支持する磁気ばねユニットと、前記上部フレームと前記リンク機構の一部に両端が係止された複数の金属ばねをさらに備えたことを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２に記載の発明は、前記リンク機構が２本のリンクからなるＸリンクを有し、前記磁気ばねユニットを固定磁石ユニットと可動磁石ユニットとにより構成し、前記固定磁石ユニットを前記上部フレームに取り付けるとともに、前記可動磁石ユニットを前記Ｘリンクに取り付けたことを特徴とする。
【０００７】
さらに、請求項３に記載の発明は、前記複数の金属ばねを伸縮させる操作手段を設け、該操作手段を操作することにより前記複数の金属ばねを伸縮させて負荷調整を行うようにしたことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項４に記載の発明は、前記複数の金属ばねの一端を前記上部フレームに係止する一方、前記複数の金属ばねの他端を前記リンク機構の一部に係止したことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項５に記載の発明は、前記リンク機構の一部に第１のトーションバーを取り付け、前記上部フレームの持ち上げ力を発生させるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項６に記載の発明は、前記上部フレームに第２のトーションバーを取り付けるとともに、前記リンク機構の一部に当接板を取り付け、前記上部フレームの前記下部フレームに対する所定値以上の変位により前記第２のトーションバーを前記当接板に当接させ、前記上部フレームの持ち上げ力を発生させるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１及び図２は、本発明にかかるサスペンションユニットＳを示している。このサスペンションユニットＳは、例えばシートサスペンションとして使用され、車体フロアに取り付けられる略矩形状の下部フレーム２と、下部フレーム２に上下動自在に取り付けられた略矩形状の上部フレーム４とを備えており、車両用シート（図示せず）は上部フレーム４に載置されて取り付けられる。
【００１２】
サスペンションユニットＳの両側には、中間部が回動自在に連結された２本のリンク６，８からなるＸリンクが設けられている。また、左右のリンク６の前端部は略三角形状の揺動板１８に連結されるとともに、その後端部は円筒状の連結軸１２により互いに連結されている。一方、左右のリンク８の前端部は矩形状の揺動板１４の下端部に連結されるとともに、この連結部から所定長さだけ後方の部位同士が円筒状の連結軸１０により互いに連結されており、揺動板１４の上部に形成されたボス１５は下部フレーム２の前部にピン２０を介して枢着され、左右のリンク８の後端部は円筒状の連結軸１６により互いに連結されている。
【００１３】
また、揺動板１８の下部に形成されたボス１９は、ピン２１により上部フレーム４の前端部に枢着されており、揺動板１８のボス１９の前方には円筒状の連結軸２２の両端が接合されている。
【００１４】
リンク６の後部連結軸１２の両端には摺動リング２４を介して保持リング２６が取り付けられており、保持リング２６は下部フレーム２の側壁内側に固定されて後部連結軸１２を回動自在に保持している。この後部連結軸１２の内部には、正方形の断面形状を有するトーションバー２８が遊挿されており、トーションバー２４の一端はレバー３０の一端（後端）に固定されるとともに、レバー３０の他端（前端）は下部フレーム２の側壁に固定されている。また、トーションバー２４の他端は後部連結軸１２の端部に固定されている。
【００１５】
同様に、リンク８の後部連結軸１６の両端には摺動リング３２を介して保持リング３４が取り付けられており、保持リング３４は上部フレーム４の側壁内側に固定されて後部連結軸１６を回動自在に保持している。この後部連結軸１６の内部には、正方形の断面形状を有するトーションバー３６が遊挿されており、トーションバー３６の一端はレバー３８の一端（後端）に固定されるとともに、レバー３８の他端（前端）は上部フレーム４の側壁に固定されている。また、トーションバー３６の他端は後部連結軸１６の端部に固定されている。
【００１６】
また、連結軸２２にはＵ字状ブラケット４０が接合されており、Ｕ字状ブラケット４０の前部壁には長孔４０ａが穿設されている。この長孔４０ａには、前端部にノブ４２が取り付けられた操作軸４４が遊挿されており、ノブ４２の後端部とＵ字状ブラケット４０の前部壁との間には摺動リング４６が取り付けられている。操作軸４４には雄ねじが形成されており、雄ねじはＵ字状ブラケット４０の前部壁後方において負荷調整軸４８に形成された雌ねじ４８ａと螺合している。
【００１７】
さらに、負荷調整軸４８はＵ字状に折曲されたばね係止ブラケット５０の上端部に枢着されており、ばね係止ブラケット５０の下端部はＵ字状ブラケット４０の下端部に枢着されている。また、ばね係止ブラケット５０の後部にはばね係止軸５２が取り付けられており、このばね係止軸５２に複数の金属ばね５４の前端部が係止されている。なお、ばね係止ブラケット５０の側部には負荷（体重）目盛板５６が取り付けられており、負荷目盛板５６と対向するポインタ５８が、Ｕ字状ブラケット４０の側部に取り付けられている。
【００１８】
また、上部フレーム４には矩形開口部４ａが形成されており、矩形開口部４ａの前方の上部フレーム４には凹部４ｂが形成され、この凹部４ｂに収容された後部ばね係止軸６０に上述した複数の金属ばね５４の後端部が係止されている。上部フレーム４の後部下面にはブラケット（図示せず）を介してダンパー６２の後端部（上端部）が枢着されており、ダンパー６２の前端部（下端部）は、下部フレーム２の中央部近傍に接合されたブラケット６４に枢着されている。さらに、上部フレーム４の前部には、Ｕ字状に折曲されたトーションバー６６の内端部が取付部材６８により取り付けられており、トーションバー６６の外端部はリンク６に接合された当接板７０の上方に位置している。
【００１９】
また、ダンパー６２の両側には、上部フレーム４をＸリンク６，８に対し弾性的に支持する磁気ばねユニット７２が設けられており、各磁気ばねユニット７２は固定磁石ユニット７４と可動磁石ユニット７６とにより構成されている。
【００２０】
図３に示されるように、固定磁石ユニット７４は、所定の間隔をおいて同一磁極が対向する上部磁石対７４ａと下部磁石対７４ｂとを有し、同じ側に配置された上部及び下部永久磁石は異なる磁極が同じ方向（内方あるいは外方）に向くように互いに接合されている。一方、可動磁石ユニット７６は、固定磁石ユニット７４の内部スペースに挿入された永久磁石を有し、この永久磁石は上下方向に磁極が形成されており、上部磁極は固定磁石ユニット７４の上部磁石対７４ａと同一磁極が対向する一方、下部磁極は固定磁石ユニット７４の下部磁石対７４ｂと同一磁極が対向するように設定されている。なお、図３（ｂ）に示されるように固定磁石ユニット７４と可動磁石ユニット７６との間には所定のクリアランスが設けられている。
【００２１】
図２に示されるように、固定磁石ユニット７４は金属製枠体７８の側壁内面に取り付けられており、金属製枠体７８は上部フレーム４に取り付けられている。一方、固定磁石ユニット７４の内部スペースに挿入された可動磁石ユニット７６は、その両端に設けられた取付部材８０を介してＸリンクを構成する２本のリンク６，８にそれぞれ接合されたブラケット８２，８４に取り付けられている。
【００２２】
また、下部フレーム２及び上部フレーム４の後部には、金属製のベルト保持部材８６，８８が接合されており、このベルト保持部材８６，８８にストローク規制用ベルト９０の両端が取り付けられている。さらに下部フレーム２の後部には、例えば、ラバー等のクッション部材９２が取り付けられている。
【００２３】
上記構成の本発明にかかるサスペンションユニットＳの作用を以下説明する。
上部フレーム４に載置された車両用シートに着座すると、負荷（着座者の体重）に応じて上部フレーム４が下降する。上部フレーム４が下降すると、下部トーションバー２８及び上部トーションバー３６が捩れ、上部フレーム４の下降量に応じて上部フレーム４の持ち上げ力が発生する。同様に、上部フレーム４が下降すると、複数の金属ばね５４が伸長し、上部フレーム４の下降量に応じて上部フレーム４の持ち上げ力が発生する。一方、上部フレーム４に取り付けられたトーションバー６６の外端部は、無負荷の状態では、リンク６に接合された当接板７０とは離間しており、上部フレーム４に所定値以上の負荷が加わり、上部フレーム４が所定値（例えば、１０ｍｍ（図４参照））以上下降すると、当接板７０に当接し、下降量に応じて上部フレーム４の持ち上げ力を徐々に発生する。また、磁気ばねユニット７２は、上部フレーム４に所定値以上の負荷が加わり、上部フレーム４が所定値（例えば、２５ｍｍ（図４参照））以上下降するまでは、負のばね定数を示し、上部フレーム４が前記所定値よりさらに下降すると、正のばね定数を示し、その後は下降量に応じて上部フレーム４の持ち上げ力を徐々に発生する。
【００２４】
図４のグラフは、ノブ４２を回転して７０ｋｇで負荷調整を行った場合の、下部トーションバー２８、上部トーションバー３６、金属ばね５４、Ｕ字状トーションバー６６、及び、磁気ばねユニット７２のばね特性を示している。
【００２５】
図４のグラフから分かるように、下部トーションバー２８及び上部トーションバー３６は、変位（ストローク）に関係なく線形のばね定数を持ち、Ｕ字状トーションバー６６は所定値以上の変位に対し線形のばね定数を示す。また、金属ばね５４は線形に近いばね定数を持つが、所定値（図４のグラフでは約２０ｍｍ）以上の変位に対しては僅かながら負のばね定数を示す。さらに、磁気ばねユニット７２は所定範囲（図４のグラフでは約±２４ｍｍ）の変位に対しては負のばね定数を示し、この範囲外では正のばね定数を示す。
【００２６】
ここで、ノブ４２を回転することにより行われる負荷調整について説明する。
ノブ４２は操作軸４４の前端部に取り付けられており、操作軸４４に形成された雄ねじと負荷調整軸４８に形成された雌ねじ４８ａが螺合していることから、ノブ４２を回転することにより、ノブ４２と負荷調整軸４８との間隔が変化する。ノブ４２の回転により負荷調整軸４８がノブ４２に接近すると、ばね係止ブラケット５０がＵ字状ブラケット４０との枢着部（下端部）を中心にして前方に揺動して、前部ばね係止軸５２に係止された複数の金属ばね５４が伸長し、上部フレーム４の持ち上げ力が増加する。逆に、ノブ４２の回転により負荷調整軸４８がノブ４２から離反すると、ばね係止ブラケット５０がＵ字状ブラケット４０との枢着部を中心にして後方に揺動して、前部ばね係止軸５２に係止された複数の金属ばね５４が収縮し、上部フレーム４の持ち上げ力が減少する。
【００２７】
この負荷調整は、ポインタ５８が指し示す負荷目盛板５６の目盛を見ながら行うことができ、例えば５０〜１３０ｋｇの負荷範囲で調整可能である。
【００２８】
図５のグラフは、負荷が５０ｋｇ、７０ｋｇ、９０ｋｇ、１１０ｋｇ、１３０ｋｇの場合のサスペンションユニットＳ全体としての静特性を示しており、所定範囲の変位に対し略０あるいは０に近いばね定数を示している。
【００２９】
また、図６のグラフは、本発明にかかるサスペンションユニットＳの動特性を示しており、共振点の振動伝達率は低く抑えられ、共振点の振動特性や衝撃力の吸収性が良好で、かつ、高周波領域の振動特性も良好であることを示している。
【００３０】
なお、車体フレーム（図示せず）に振動が入力されると、ダンパー６２が作動して振動は減衰し、例えば衝撃力が入力されて下部フレーム２が上部フレーム４に異常に接近すると、後部連結軸１６がクッション部材９２に当接し、衝撃（底突き）を吸収する。また、下部フレーム２が上部フレーム４から異常に離反しようとすると、ストローク規制用ベルト９０に張力が加わり、下部フレーム２に対する上部フレーム４のストロークを規制する。
【００３１】
上記実施の形態は、車両用シートが取り付けられるシートサスペンションを例にとり説明したが、本発明はシートサスペンションに限定されるものではなく、車両用シート以外の装置を載置して外部からの振動を減衰する除振ユニットとしても使用されるものである。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
本発明によれば、磁気ばねユニットを上部フレームとリンク機構とに係合させ、上部フレームをリンク機構に対し弾性的に支持するようにしたので、磁気ばねユニットの作動量がサスペンションユニットの作動量より小さくなり、サスペンションユニット全体として大きいストロークを確保するとともに小型化を達成することができる。
【００３３】
また、磁気ばねユニットに加えて、上部フレームとリンク機構の一部に両端が係止された複数の金属ばねやリンク機構の一部に取り付けられたトーションバー等の弾性手段を設けたので、所定範囲の変位に対し略０のばね定数を持つサスペンションユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるサスペンションユニットの斜視図である。
【図２】図１のサスペンションユニットの分解斜視図である。
【図３】図１のサスペンションユニットに設けられた磁気ばねユニットを示しており、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は正面図である。
【図４】図１のサスペンションユニットを７０ｋｇで負荷調整を行った場合における各弾性手段のばね特性を示すグラフである。
【図５】図１のサスペンションユニットの静特性を示すグラフである。
【図６】図１のサスペンションユニットの動特性を示すグラフである。
【符号の説明】
２  下部フレーム、  ４  上部フレーム、  ６，８  リンク、
１０，１２，１６，２２  連結軸、  １４，１８  揺動板、
１５，１９  ボス、  ２０，２１  ピン、  ２４，３２，４６  摺動リング、
２６，３４  保持リング、  ２８，３６，６６  トーションバー、
３０，３８  レバー、  ４０  Ｕ字状ブラケット、  ４０ａ  長孔、
４２  ノブ、  ４４  操作軸、  ４８  負荷調整軸、  ４８ａ  雌ねじ、
５０  ばね係止ブラケット、  ５２  前部ばね係止軸、  ５４  金属ばね、
５６  負荷目盛板、  ５８  ポインタ、  ６０  後部ばね係止軸、
６２  ダンパー、  ６４，８２，８４  ブラケット、
６８，８０  取付部材、  ７０  当接板、  ７２  磁気ばねユニット、
７４  固定磁石ユニット、  ７６  可動磁石ユニット、  ７８  枠体、
８６，８８  ベルト保持部材、  ９０  ストローク規制用ベルト、
９２  クッション部材、  Ｓ  サスペンションユニット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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