(57)【要約】【課題】コンパクトで、車両への搭載性に優れた車高調整機能付きサスペンション装置を提供する。【解決手段】車体１を支持するコイルスプリング２と、コイルスプリング２の上端を受ける環状の上側ばねシート３と、上側ばねシート３に対する車体１の高さ位置を変化させる直動アクチュエータ６とを有する車高調整機能付きサスペンション装置である。直動アクチュエータ６は、螺旋凸条２６を内周にもつ外輪部材２０と、外輪部材２０の中心に配置された回転軸２１と、回転軸２１を回転駆動する電動モータ１３と、外輪部材２０の内周と回転軸２１の外周との間に組み込まれた遊星ローラ２２とを有する。【選択図】図１
2016022837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体（１）を支持するコイルスプリング（２）と、
そのコイルスプリング（２）の上端を受ける環状の上側ばねシート（３）と、
その上側ばねシート（３）に対する前記車体（１）の高さ位置を変化させる直動アクチュエータ（６）と、
を有する車高調整機能付きサスペンション装置において、
前記直動アクチュエータ（６）が、
前記上側ばねシート（３）の内周から前記コイルスプリング（２）の内側を下方に延びる筒状に形成されて螺旋凸条（２６）を内周にもつ外輪部材（２０）と、その外輪部材（２０）の中心に配置された回転軸（２１）と、その回転軸（２１）を回転駆動する電動モータ（１３）と、前記外輪部材（２０）の内周と前記回転軸（２１）の外周との間に組み込まれ、前記螺旋凸条（２６）に係合するらせん溝または円周溝（２７）を外周にもつ複数の遊星ローラ（２２）とを有するものであることを特徴とする車高調整機能付きサスペンション装置。
【請求項２】
前記回転軸（２１）の回転角度をθｓ（ｒａｄ）、前記遊星ローラ（２２）の軸方向変位をｘ（ｍｍ）としたときに、次式（１）で定義される等価リード角αが、０．５（ｄｅｇ）以下となるように、前記回転軸（２１）の直径Ｄｓ（ｍｍ）を設定した請求項１に記載の車高調整機能付きサスペンション装置。
【数１】
2016022837.tif 000005
【請求項３】
前記直動アクチュエータ（６）に掛かる軸方向荷重の大きさを検出する荷重センサ（３２）を更に設けた請求項１または２に記載の車高調整機能付きサスペンション装置。
【請求項４】
前記複数の遊星ローラ（２２）を自転可能かつ公転可能に保持するキャリヤ（２３）と、そのキャリヤ（２３）を公転可能に支持するスラスト軸受（２４）と、そのスラスト軸受（２４）を介して前記キャリヤ（２３）から軸方向の荷重を受け止める支持ディスク（２５）とを更に有し、
前記荷重センサ（３２）は、前記支持ディスク（２５）のたわみ量を検出するたわみセンサである請求項３に記載の車高調整機能付きサスペンション装置。
【請求項５】
前記荷重センサ（３２）は、前記電動モータ（１３）に流れる電流値に基づいて前記軸方向荷重の大きさを検出する請求項３に記載の車高調整機能付きサスペンション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車体の高さ位置を調整することが可能な車高調整機能付きサスペンション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の走行中に路面から受ける衝撃を吸収するサスペンション装置に、車両の積載量や運転者の好み等に応じて車体の高さ位置を調整することが可能な車高調整機能を付加したものとして、例えば、特許文献１〜３に記載のものが知られている。
【０００３】
特許文献１に記載の車高調整機能付きサスペンション装置は、車体を支持する空気ばねと、その空気ばねに圧縮空気を供給する管路と、その管路に接続されたエアタンクと、外気を圧縮して管路に送り込むエアコンプレッサと、管路と空気ばねの間に設けられた電磁弁とを有する空気式のものである。
【０００４】
特許文献２に記載の車高調整機能付きサスペンション装置は、車体を支持するコイルスプリングと、そのコイルスプリングの上端を受ける環状の上側ばねシートと、その上側ばねシートに対する車体の高さ位置を変化させる直動アクチュエータとを有する。この直動アクチュエータは、電動モータと、電動モータの回転を減速して伝達する複数段の減速機構と、その減速機構で減速された回転を直線運動に変換する送りねじ機構とを有する送りねじ式のものである。
【０００５】
特許文献３に記載の車高調整機能付きサスペンション装置は、特許文献２と同様、車体を支持するコイルスプリングと、そのコイルスプリングの上端を受ける環状の上側ばねシートと、その上側ばねシートに対する車体の高さ位置を変化させる直動アクチュエータとを有する。この直動アクチュエータは、電動モータと、電動モータの回転を直線運動に変換する送りねじ機構とを有する送りねじ式のものである。送りねじ機構には、ボールねじが使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−３０７０１号公報
【特許文献２】特開２００７−２５３８６２号公報
【特許文献３】特開２０１１−１４８３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の車高調整機能付きサスペンション装置は、エアコンプレッサ、エアタンク、制御弁等が必要であるため、装置の設置スペースが大きく、車両への搭載性に劣る。また、車高が変化すると、それに伴い空気ばねのばね定数も変化するので、車両の乗り心地が悪くなるという問題もある。
【０００８】
特許文献２の車高調整機能付きサスペンション装置は、回転を直線運動に変換する機構が一般的な送りねじ機構なので、車高調整に必要とされる大きな直線駆動力を確保するために、比較的大きな回転トルクを送りねじ機構に入力する必要がある。そのため、複数段の減速機構を必要とし、車両への搭載性に劣るという問題がある。
【０００９】
特許文献３の車高調整機能付きサスペンション装置も、回転を直線運動に変換する機構が一般的な送りねじ機構なので、車高調整に必要とされる大きな直線駆動力を確保するために、比較的大きな回転トルクを送りねじ機構に入力する必要がある。そのため、電動モータとして、大トルクを出力可能な特殊なモータ（アウターロータ型のモータ）を必要とし、高コストである。また、同文献のサスペンション装置は、動力の伝達ロスを低減するために、ボールねじを使用しているが、ボールねじは自己保持機能が無いことから、車高を保持するため、電動モータに常時電力を供給しなければならず、消費電力が多くなるという問題もある。
【００１０】
この発明は、コンパクトで、車両への搭載性に優れ、さらには低消費電力にも優れた車高調整機能付きサスペンション装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するため、この発明においては、以下の構成を車高調整機能付きサスペンション装置に採用した。
車体を支持するコイルスプリングと、
そのコイルスプリングの上端を受ける環状の上側ばねシートと、
その上側ばねシートに対する前記車体の高さ位置を変化させる直動アクチュエータと、
を有する車高調整機能付きサスペンション装置において、
前記直動アクチュエータが、
前記上側ばねシートの内周から前記コイルスプリングの内側を下方に延びる筒状に形成されて螺旋凸条を内周にもつ外輪部材と、その外輪部材の中心に配置された回転軸と、その回転軸を回転駆動する電動モータと、前記外輪部材の内周と前記回転軸の外周との間に組み込まれ、前記螺旋凸条に係合するらせん溝または円周溝を外周にもつ複数の遊星ローラとを有するものであることを特徴とする車高調整機能付きサスペンション装置。
【００１２】
このようにすると、回転軸を１回転させたときの遊星ローラと外輪部材の軸方向の相対移動量は極めて小さいため、遊星ローラ機構が、回転を直線運動に変換する運動変換機構と回転トルクを大きくするための減速機構とを兼ねることになり、この結果、複数段の減速機構を別個に設けずに、小型の電動モータによって車高調整に必要とされる大きな直線駆動力を得ることが可能となる。また、遊星ローラ機構の外輪部材が、コイルスプリングの内側に収容された配置となっているので、サスペンション装置がコンパクトである。
【００１３】
前記回転軸の回転角度をθｓ（ｒａｄ）、前記遊星ローラの軸方向変位をｘ（ｍｍ）としたときに、次式（１）で定義される等価リード角αが、０．５（ｄｅｇ）以下となるように、前記回転軸の直径Ｄｓ（ｍｍ）を設定すると好ましい。
【数１】
2016022837.tif 000003
【００１４】
このようにすると、遊星ローラに作用する車体重量により遊星ローラが回転するのを防止し、電動モータへの電力の供給を停止した状態で、電動モータに電力を供給せずに車高を保持することが可能となる。そのため、車高を保持するために電動モータに常時電力を供給する必要がなくなり、消費電力を少なくすることが可能となる。
【００１５】
前記直動アクチュエータに掛かる軸方向荷重の大きさを検出する荷重センサを更に設けることができる。このようにすると、車体の積載量に応じて荷重センサの検出値が変化するので、車体の積載量に応じて最適な車高となるように車体の高さ位置を調整することが可能となる。
【００１６】
前記複数の遊星ローラを自転可能かつ公転可能に保持するキャリヤと、そのキャリヤを公転可能に支持するスラスト軸受と、そのスラスト軸受を介して前記キャリヤから軸方向の荷重を受け止める支持ディスクとを更に有する場合、前記荷重センサとしては、前記支持ディスクのたわみ量を検出するたわみセンサを採用することができる。
【００１７】
また、前記荷重センサとして、前記電動モータに流れる電流値に基づいて前記軸方向荷重の大きさを検出するものを採用することもできる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明の車高調整機能付きサスペンション装置は、螺旋凸条を内周にもつ外輪部材と、その外輪部材の中心に配置された回転軸との間に、外輪部材の内周の螺旋凸条に係合するらせん溝または円周溝を外周にもつ複数の遊星ローラを組み込んだ遊星ローラ機構を用いているので、複数段の減速機構を別個に設けずに、車高調整に必要とされる大きな直線駆動力を得ることが可能であり、コンパクトである。また、遊星ローラ機構の外輪部材が、コイルスプリングの内側に収容された配置となっているので、コンパクトである。そのため、車両への搭載性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の実施形態に係る車高調整機能付きサスペンション装置を示す断面図
【図２】図１の直動アクチュエータの近傍の拡大断面図
【図３】図２のIII−III線に沿った断面図
【図４】図２の荷重センサの近傍の拡大断面図
【図５】図２に示す回転軸を回転させることで遊星ローラが外輪部材に対して軸方向に相対移動した状態を示す図
【図６】図２に示す電動モータに減速機を取り付けた変形例を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に、この発明の実施形態の車高調整機能付きサスペンション装置を示す。このサスペンション装置は、車体１を支持するコイルスプリング２と、コイルスプリング２の上端を受ける上側ばねシート３と、コイルスプリング２の下端を支持する下側ばねシート４と、コイルスプリング２の振動を減衰させるダンパ機構５と、上側ばねシート３に対する車体１の高さ位置を変化させる直動アクチュエータ６と、直動アクチュエータ６と車体１の間に設けられたアッパーサポート７とを有する。
【００２１】
アッパーサポート７は、車体１の下面に固定される車体固定板１０と、車体固定板１０をスラスト軸受１１を介して支持する環状のフランジ部材１２とを有する。フランジ部材１２には、直動アクチュエータ６の駆動源である電動モータ１３が固定されている。車体固定板１０には、電動モータ１３との干渉を防止するモータ逃がし穴１４が形成されている。なお、電動モータ１３とフランジ部材１２には、図示は省略しているが外輪部材２０に対して軸方向の相対移動を許容しながら相対回転を阻止する回り止めの機構が設けられている。
【００２２】
コイルスプリング２は、ばね鋼からなる線材を螺旋状に曲げて形成され、軸方向が上下を向くように配置されている。上側ばねシート３は、コイルスプリング２の上側の端末を受けるように環状に形成されている。下側ばねシート４も、コイルスプリング２の下側の端末を受けるように環状に形成されている。
【００２３】
ダンパ機構５は、上端が開口する筒状のダンパハウジング１５と、ダンパハウジング１５にスライド可能に挿入されたピストンロッド１６とを有する。ダンパハウジング１５には、ピストンロッド１６が軸方向移動するときに減衰力を生じる油圧回路が内蔵されている。ダンパハウジング１５の下端には、車輪を支持するロアアーム１７に回動可能に連結するための連結部１８が設けられている。ダンパハウジング１５の外周に下側ばねシート４が固定されている。
【００２４】
図２に示すように、直動アクチュエータ６は、上側ばねシート３の内周からコイルスプリング２（図１参照）の内側を下方に延びる筒状の外輪部材２０と、外輪部材２０の中心に配置された回転軸２１と、回転軸２１を回転駆動する電動モータ１３と、外輪部材２０の内周と回転軸２１の外周との間に組み込まれた遊星ローラ２２と、遊星ローラ２２を自転可能かつ公転可能に保持するキャリヤ２３と、そのキャリヤ２３を公転可能に支持するスラスト軸受２４と、そのスラスト軸受２４を介してキャリヤ２３を軸方向に支持する支持ディスク２５とを有する。
【００２５】
図３に示すように、遊星ローラ２２は、回転軸２１の外周と外輪部材２０の内周の間の環状空間に周方向に等間隔となるように複数設けられている。図３の例では３個の遊星ローラ２２を設けているが、３個に限らない。各遊星ローラ２２は、回転軸２１の外周および外輪部材２０の内周にそれぞれ転がり接触している。回転軸２１の外周の遊星ローラ２２が接触する部分は円筒面である。外輪部材２０の内周には、螺旋凸条２６が設けられている。螺旋凸条２６は、円周方向に対して斜めに延びる螺旋状の凸状である。遊星ローラ２２の外周には、螺旋凸条２６に係合する円周溝２７が設けられている。この実施形態では遊星ローラ２２の外周にリード角が０度の円周溝２７を設けているが、円周溝２７のかわりに、螺旋凸条２６と異なるリード角をもつ螺旋溝を設けてもよい。
【００２６】
図２に示すように、キャリヤ２３は、複数の遊星ローラ２２の中心をそれぞれ貫通する複数のキャリヤピン２３Ａと、キャリヤピン２３Ａの下端同士を連結する環状のキャリヤプレート２３Ｂと、キャリヤピン２３Ａの上端同士を連結する環状のキャリヤ本体２３Ｃとからなる。各キャリヤピン２３Ａの両端には、それぞれ縮径リングばね２８が取り付けられている。縮径リングばね２８は、各キャリヤピン２３Ａを半径方向内方に付勢し、その付勢力によって遊星ローラ２２を回転軸２１の外周に押圧し、回転軸２１と遊星ローラ２２の間の滑りを防止する。
【００２７】
キャリヤ本体２３Ｃと各遊星ローラ２２の間には、遊星ローラ２２を自転可能に支持するスラスト軸受２９が組み込まれている。キャリヤプレート２３Ｂとキャリヤ本体２３Ｃは、隣り合う遊星ローラ２２の間を軸方向に延びる柱部３０を介して連結され、この連結によって、キャリヤプレート２３Ｂとキャリヤ本体２３Ｃの両者が一体回転するようになっている。スラスト軸受２４とキャリヤ本体２３Ｃの間には間座３１が組み込まれている。
【００２８】
この直動アクチュエータ６には、直動アクチュエータ６に掛かる軸方向荷重の大きさを検出する荷重センサ３２が設けられている。荷重センサ３２は、この実施形態では支持ディスク２５のたわみ量を検出するたわみセンサである。すなわち、直動アクチュエータ６に軸方向荷重が掛かったとき、その軸方向荷重はスラスト軸受２４を介して支持ディスク２５に作用する。そして、支持ディスク２５は、スラスト軸受２４を介して支持ディスク２５に作用する軸方向荷重の大きさに応じて軸方向のたわみを生じるように組み込まれている。
【００２９】
具体的には、支持ディスク２５は、フランジ部材１２の内周から下方に延びるように形成された円筒部３３内に組み込まれ、支持ディスク２５の外周縁が軸方向に支持された固定端の状態であり、支持ディスク２５の内周端が軸方向に支持されない自由端の状態となっている。一方、支持ディスク２５がスラスト軸受２４を介して軸方向荷重を受ける位置は、支持ディスク２５の外周縁よりも半径方向内方である。そのため、直動アクチュエータ６に軸方向荷重が掛かると、支持ディスク２５が軸方向荷重の大きさに応じてその外周縁を支点としてたわみ、そのたわみ量を検出することで、軸方向荷重の大きさを検出することができる。
【００３０】
図４に示すように、荷重センサ３２（すなわちたわみセンサ）は、支持ディスク２５の内周に固定された磁気ターゲット３４と、磁気ターゲット３４が発生する磁界の強さを検出する磁気センサ３５とで構成されている。磁気センサ３５は、円筒部３３内に固定して設けられた固定部材３６に取り付けられている。磁気センサ３５は、例えばホールＩＣである。固定部材３６の内周には、回転軸２１を回転可能に支持する２個のラジアル軸受３７が組み付けられている。
【００３１】
磁気ターゲット３４は、２個の永久磁石３８を、一方の永久磁石３８のＮ極と他方の永久磁石３８のＳ極とが軸方向に隣接するように配置したものである。磁気センサ３５は、磁気ターゲット３４を構成する２個の永久磁石３８の隣り合う磁極の境目の近傍に配置されている。ここで、２個の永久磁石３８の境目に配置された磁気センサ３５の付近には、軸方向に交差する方向の磁束が高い密度で存在している。そのため、磁気ターゲット３４と磁気センサ３５の軸方向の僅かな相対変位に対して、磁気センサ３５の出力信号が急峻に変化する。したがって、磁気ターゲット３４と磁気センサ３５の相対変位が極めて小さいときも、その相対変位量を精度よく検出することが可能となっている。
【００３２】
図２に示すように、外輪部材２０の下端には端板４０が設けられている。端板４０はピストンロッド１６の上端に固定されている。
【００３３】
回転軸２１の回転角度をθｓ（ｒａｄ）、遊星ローラ２２の軸方向変位をｘ（ｍｍ）としたときに、次式（１）で定義される等価リード角αが、０．５（ｄｅｇ）以下（好ましくは０．３（ｄｅｇ）以下）となるように、回転軸２１の直径Ｄｓ（ｍｍ）は設定されている。
【数２】
2016022837.tif 000004
このようにすると、遊星ローラ機構の逆効率（遊星ローラ２２に軸方向荷重を入力することにより回転軸２１を回転させるときの、仮に摩擦が無いとしたときの理論上の出力トルクに対する、実際の出力トルクの比）がほぼゼロとなるので、遊星ローラ２２に作用する車体１の重量により遊星ローラ２２が回転するのを防止し、電動モータ１３への電力の供給を停止した状態で、車高を保持することが可能となる。そのため、車高を保持するために電動モータ１３に常時電力を供給する必要がなくなり、低消費電力に優れた車高調整機能付きサスペンション装置を得ることが可能となる。
【００３４】
回転軸２１の下端外周には、キャリヤ２３の下方への移動を規制する止め輪４１が装着されている。図では、回転軸２１を電動モータ１３の出力軸と一体に形成しているが、回転軸２１を電動モータ１３の出力軸とは別体とし、その回転軸２１を電動モータ１３の出力軸に継ぎ手を介して接続するようにしてもよい。
【００３５】
この車高調整機能付きサスペンション装置の動作例を説明する。
【００３６】
図２に示す電動モータ１３に電力を供給し、回転軸２１を回転させると、遊星ローラ２２がキャリヤピン２３Ａを中心に自転しながら回転軸２１を中心に公転する。このとき、図５に示すように、螺旋凸条２６と円周溝２７の係合によって遊星ローラ２２が外輪部材２０に対して軸方向に相対移動し、遊星ローラ２２を保持するキャリヤ２３も軸方向に移動する。ここで、キャリヤ２３は、スラスト軸受２４、支持ディスク２５、フランジ部材１２を介してアッパーサポート７（図１参照）を軸方向に支持しているので、キャリヤ２３の軸方向移動に伴い、アッパーサポート７に支持された車体１の高さ位置が変化する。その後、電動モータ１３への電力の供給を停止すると、車体１の高さ位置が保持される。
【００３７】
この車高調整機能付きサスペンション装置は、螺旋凸条２６を内周にもつ外輪部材２０と、その外輪部材２０の中心に配置された回転軸２１との間に、外輪部材２０の内周の螺旋凸条２６に係合するらせん溝または円周溝２７を外周にもつ複数の遊星ローラ２２を組み込んだ遊星ローラ機構を用いているので、回転軸２１を１回転させたときの遊星ローラ２２と外輪部材２０の軸方向の相対移動量が極めて小さい。そのため、遊星ローラ機構が、回転を直線運動に変換する運動変換機構と回転トルクを大きくするための減速機構とを兼ねることになり、この結果、複数段の減速機構を別個に設けずに、小型の電動モータ１３によって車高調整に必要とされる大きな直線駆動力を得ることが可能となっており、軸方向寸法がコンパクトである。また、遊星ローラ機構の外輪部材２０が、コイルスプリング２の内側に収容された配置となっているので、コンパクトである。そのため、サスペンションのストロークを長く取ることができ、車両への搭載性が優れている。また、電動モータ１３と遊星ローラ機構が直列配置になっていることで、車体内での搭載性も優れている。
【００３８】
また、この車高調整機能付きサスペンション装置は、車体１の積載量に応じて荷重センサ３２の検出値が変化するので、車体１の積載量に応じて最適な車高となるように車体１の高さ位置を調整することが可能である。また、車両走行中に各車輪に作用する輪荷重を荷重センサ３２で検出することで、車両の運動制御を高度化することも可能である。
【００３９】
上記実施形態では、荷重センサ３２として、支持ディスク２５のたわみ量を検出するたわみセンサを採用したが、別の形式のものを採用することも可能である。例えば、電動モータ１３に流れる電流値に基づいて軸方向荷重の大きさを検出する荷重センサ３２を採用してもよい。
【００４０】
また、上記実施形態では、電動モータ１３と回転軸２１を直接接続し、電動モータ１３の回転を減速せずにそのまま回転軸２１に入力するものを例に挙げて説明したが、図６に示すように、電動モータ１３の回転を減速して伝達する減速機４２を設け、その減速機４２を介して電動モータ１３の回転を回転軸２１に入力するようにしてもよい。このように減速機４２を採用することで電動モータ１３の更なる小型化が可能となり、消費電力を少なくすることが可能となる。また、図６では減速機４２は遊星歯車減速機を採用し、電動モータ１３と遊星ローラ機構と減速機４２を直列配置しているので、車体への搭載性に優れている。なお、減速機はその他の減速機構を採用してもよい。
【００４１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４２】
１        車体
２        コイルスプリング
３        上側ばねシート
６        直動アクチュエータ
１３      電動モータ
２０      外輪部材
２１      回転軸
２２      遊星ローラ
２３      キャリヤ
２４      スラスト軸受
２５      支持ディスク
２６      螺旋凸条
２７      円周溝
３２      荷重センサ
【図１】
2016022837.tif 000006
【図２】
2016022837.tif 000007
【図３】
2016022837.tif 000008
【図４】
2016022837.tif 000009
【図５】
2016022837.tif 000010
【図６】
2016022837.tif 000011