特開 2023-158705 サスペンション要素部品評価装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023158705

(43)【公開日】2023-10-31

(54)【発明の名称】サスペンション要素部品評価装置

(51)【国際特許分類】

   G01M 99/00 20110101AFI20231024BHJP

   G01M 17/10 20060101ALI20231024BHJP

【ＦＩ】

G01M99/00 Z

G01M17/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022068640

(22)【出願日】2022-04-19

(71)【出願人】

【識別番号】306020818

【氏名又は名称】トヨタテクニカルディベロップメント株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002516

【氏名又は名称】弁理士法人白坂

(72)【発明者】

【氏名】榎本 勇介

(72)【発明者】

【氏名】法輪 洋

(72)【発明者】

【氏名】横山 翔大

(72)【発明者】

【氏名】竹端 純一

(72)【発明者】

【氏名】田中 真司

(72)【発明者】

【氏名】毛木 飛鳥

(72)【発明者】

【氏名】森永 洋史

(72)【発明者】

【氏名】大神 憲一郎

【テーマコード（参考）】

2G024

【Ｆターム（参考）】

2G024AD01

2G024BA11

2G024CA13

(57)【要約】

【課題】極微低速、微振動領域における高精度の動作をノイズ無く実現し、さらに、装置の剛性を高めて外力を加える種類の試験にも対応可能なサスペンション要素部品評価装置を提供する。
【解決手段】少なくとも２本のシャフト部と、２本のシャフト部と平行に配置されリニアモータにより構成されるレール状昇降可動部と、２本のシャフト部及びレール状昇降可動部を備える装置本体部と、２本のシャフト部のそれぞれが挿通され、空気流入により摺動抵抗を低下させるエアベアリングを備えるブッシング部と、レール状昇降可動部と係合して摺動する可動子と、ブッシング部、可動子、及び被試験物を固定するステージ部を備える昇降部と、ブッシング部のエアベアリングへ空気を供給する空気供給部と、可動子の可動する方向と垂直となる向きの力を被検査物に加える外力付加部を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも２本のシャフト部と、
前記２本のシャフト部と平行に配置されリニアモータにより構成されるレール状昇降可動部と、
前記２本のシャフト部及び前記レール状昇降可動部を備える装置本体部と、
前記２本のシャフト部のそれぞれが挿通され、空気流入により摺動抵抗を低下させるエアベアリングを備えるブッシング部と、
前記レール状昇降可動部と係合して摺動する可動子と、
前記ブッシング部、前記可動子、及び被試験物を固定するステージ部を備える昇降部と、
前記ブッシング部の前記エアベアリングへ空気を供給する空気供給部と、
前記可動子の可動する方向と垂直となる向きの力を前記被検査物に加える外力付加部と、を備える
ことを特徴とするサスペンション要素部品評価装置。

【請求項2】

前記昇降部に、前記２本のシャフト部のそれぞれを掴持するクランパ部が備えられる請求項１に記載のサスペンション要素部品評価装置。

【請求項3】

前記昇降部にリニアスケールが備えられる請求項１または２に記載のサスペンション要素部品評価装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はサスペンション要素部品評価装置に関し、特にサスペンション要素部品に対して時間をかけて均等な押圧を繰り返しサスペンション要素部品の変形量を評価するための評価装置に関する。

【背景技術】

【0002】

車体に装着されるサスペンション要素部品には、加わる負荷、荷重に基づいた正確な変化量の測定が、部品の精度において求められる。この場合、評価対象のサスペンション要素部品に対して荷重を加える機構として直動機構及び回転機構があり、ボールねじ、ボールベアリング、リニアガイド等の部品が使用される。これらに共通して使用される部品にあっては、回転球の動作に伴う転動の周期振動が振動ノイズとして加重センサに重畳されることがある。一般的な電動リニアサーボモータ（リニアアクチュエータ）の場合、回転から直動へ変換するためのボールねじの振動がノイズとなる。他に、油圧サーボモータの場合、油圧式静圧軸受での油圧脈動が、音、振動のノイズとして重畳する。

【0003】

加えて、電動リニアサーボモータでは軸受け、ボールねじ等の機械要素が応答性悪化の要因となっていた。油圧サーボモータでは作動油の弾性が応答性悪化の要因となっていた。従前の動作機構とその部品では、極微低速、微振動領域における高精度の動作が不可能であった。このため、負荷補償手段として空気圧駆動式のシリンダを使用する場合、負荷補償手段自体の機械特性、応答性が測定結果に影響を及ぼしかねない。

【0004】

また、従来の部品評価装置では、支持のための装置部材の剛性が不足しがちなため、軸受け等の装置の部位に破損が生じることから曲げ剛性の不足が指摘されている。これらの点を踏まえ、例えば、振動を発生させる駆動源と、駆動源により駆動される振動体と、振動体を摺動可能にガイドするガイド部とを備え、ガイド部に振動体の被ガイド部を空気圧で支持する空気軸受を設け、空気軸受に所定圧の圧縮空気を供給する空気供給手段を設けた振動発生機が提案されている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０００－１４６７４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、既存の部品評価装置の場合、依然として極微低速、微振動領域における高精度の動作への対応が不十分であった。また、装置の剛性不足のため、外力を加えた条件下の試験に不向きである。

【0007】

本発明は上述の点に鑑みなされたものであり、極微低速、微振動領域における高精度の動作をノイズ無く実現し、さらに、装置の剛性を高めて外力を加える種類の試験にも対応可能なサスペンション要素部品評価装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

すなわち、実施形態のサスペンション要素部品評価装置は、少なくとも２本のシャフト部と、２本のシャフト部と平行に配置されリニアモータにより構成されるレール状昇降可動部と、２本のシャフト部及びレール状昇降可動部を備える装置本体部と、２本のシャフト部のそれぞれが挿通され、空気流入により摺動抵抗を低下させるエアベアリングを備えるブッシング部と、レール状昇降可動部と係合して摺動する可動子と、ブッシング部、可動子、及び被試験物を固定するステージ部を備える昇降部と、ブッシング部のエアベアリングへ空気を供給する空気供給部と、可動子の可動する方向と垂直となる向きの力を被検査物に加える外力付加部を備えることを特徴とする。

【0009】

さらに、サスペンション要素部品評価装置の昇降部に、２本のシャフト部のそれぞれを掴持するクランパ部が備えられることとしてもよい。

【0010】

さらに、サスペンション要素部品評価装置の昇降部にリニアスケールが備えられることとしてもよい。

【発明の効果】

【0011】

本発明のサスペンション要素部品評価装置によると、少なくとも２本のシャフト部と、２本のシャフト部と平行に配置されリニアモータにより構成されるレール状昇降可動部と、２本のシャフト部及びレール状昇降可動部を備える装置本体部と、２本のシャフト部のそれぞれが挿通され、空気流入により摺動抵抗を低下させるエアベアリングを備えるブッシング部と、レール状昇降可動部と係合して摺動する可動子と、ブッシング部、可動子、及び被試験物を固定するステージ部を備える昇降部と、ブッシング部のエアベアリングへ空気を供給する空気供給部と、可動子の可動する方向と垂直となる向きの力を被検査物に加える外力付加部を備えるため、極微低速、微振動領域における高精度の動作をノイズ無く実現し、さらに、装置の剛性を高めて外力を加える種類の試験にも対応可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施形態のサスペンション要素部品評価装置の全体斜視図である。

【図2】図１のサスペンション要素部品評価装置の上方からの斜視図である。

【図3】装置本体部の斜視図である。

【図4】昇降部の斜視図である。

【図5】（Ａ）従来の評価装置の昇降部の模式図、（Ｂ）実施形態の評価装置の昇降部の模式図である。

【図6】（Ａ）従来の評価装置の速度及び位置の波形例のグラフ、（Ｂ）実施形態の評価装置の速度及び位置の波形例のグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

実施形態のサスペンション要素部品評価装置は、評価対象のサスペンション要素部品（被検査物）に荷重を加え、当該サスペンション要素部品に生じる弾性変形、塑性変形等を評価、計測する装置である。評価対象のサスペンション要素部品は評価装置の所定位置に装着された後、当該評価装置は、目測不可能な程度の速度の極微低速、微振動領域において可動し、評価対象のサスペンション要素部品に対して荷重が加えられる。このため、サスペンション要素部品評価装置では、計測時の装置の構成部材に生じるごく僅かな振動、歪み等のノイズに起因して計測精度が低下するおそれがある。そこで、実施形態のサスペンション要素部品評価装置では、構成部材に起因するノイズの影響を極力低減した機構が採用されている。以降、各図に基づいて実施形態のサスペンション要素部品評価装置を説明する。

【0014】

図１は実施形態のサスペンション要素部品評価装置１の全体を表す斜視図、図２は上方からの斜視図である。サスペンション要素部品評価装置１は、装置本体部１０と、装置本体部１０に装着される昇降部２０を備える。なお、圧縮空気を供給する空気供給部（図示省略）もサスペンション要素部品評価装置１に含められる。図１中の破線の部材は外力付加部４０である。外力付加部４０にはサスペンション要素部品（被検査物）の掴持部４１が備えられる。実施形態の外力付加部４０はエアシリンダ（図示省略）により駆動される。なお、図２、図３では外力付加部４０は省略される。

【0015】

昇降部２０は矩形の板面部２７により構成され、板面部２７の正面部２６にステージ部２１が接続されている。ステージ部２１に評価対象のサスペンション要素部品（図示省略）が固定される。昇降部２０の構成については後出の図４にて詳述する。図中の符号３０は空気流入部であり、後出の図４にて詳述する。

【0016】

装置本体部１０は台部１１に形成された直方体状の部材であり、本体正面部１５側に少なくとも２本のシャフト部１２，１２が左右対称に備えられる。図示では、シャフト部は２本としている。装置の大きさ等によりシャフト部は４本に拡張するようにしても良い。２本のシャフト部１２，１２のそれぞれは、各シャフト部の上下に取り付けられた本体支持部１６により本体正面部１５側に固定される。そして、本体正面部１５側にシャフト部１２，１２と平行にレール状昇降可動部１３が備えられる。

【0017】

レール状昇降可動部１３にはリニアモータが採用される。リニアモータの場合、磁石の反発力により可動できるため、油圧または空気圧等は介在されず、また、ボールねじ等の機械要素が含まれないため、極めて可動時の抵抗は小さい。図２の斜視図から理解されるように、レール状昇降可動部１３は、垂直方向に平行に並ぶ４本のレール部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを備える。後出の図４の可動子２３がレール部の間に挿入される。４本のレール部への可動子の挿入については、図４にて説明する。

【0018】

図３の斜視図は、サスペンション要素部品評価装置１において昇降部２０を撤去した状態であり、装置本体部１０の本体正面部１５側を向けた状態を表す。シャフト部１２，１２は昇降部２０の接続、さらにはサスペンション要素部品の評価試験を考慮した強度が考慮された円柱状物である。図示のとおり、左右一対の２本のシャフト部１２，１２の各上下端は４個の本体支持部１６により本体正面部１５側に固定される。

【0019】

実施形態では、レール状昇降可動部１３（リニアモータ）は、均等な荷重により昇降部２０を上下昇降させる。この必要性から、２本のシャフト部１２，１２が平行に配置された幅方向におけるシャフト部１２，１２同士の中間位置に、レール上昇降可動部１３の全てのレール部が備えられる。なお、評価対象となるスペンション要素部品自体の重量を考慮して、レール状昇降可動部は２機（２箇所）以上に増設されてもよい。

【0020】

図４の斜視図は、昇降部２０の板面部２７について背面部２５側を表す。昇降部２０の背面部２５側には、２本のシャフト部１２，１２のそれぞれが挿通されるブッシング部２２が備えられる。ブッシング部２２は昇降部２０をシャフト部１２に摺動自在に保持する部材である。また、シャフト部１２の掴持のためのクランパ部２４が備えられる。クランパ部２４は昇降部２０をシャフト部１２に係止する部材である。実施形態では、１本のシャフト部１２に上下２個のブッシング部２２，２２が備えられる（左右で計４個）。そして、上下２個のブッシング部２２，２２の間に上下２個のクランパ部２４，２４が備えられる（左右で計４個）。

【0021】

ブッシング部２２にはエアベアリングが採用される。エアベアリングの機構が採用されることにより、ブッシング部２２への空気流入によりブッシング部２２とシャフト部１２との間の摺動抵抗は低下する。ブッシング部２２への空気供給では、空気供給部（図示省略）により生成された圧縮空気が空気流入部３０に送気され、同空気流入部３０から個々のブッシング部２２へ分岐されて供給される。エアベアリングの動作時（空気供給時）、ブッシング部２２の内壁面からシャフト部１２の表面は離間する状態が形成される。すなわち、シャフト部１２の表面はブッシング部２２の内壁面から噴出する空気により浮いて接点を持たない状態となる。よって、部材同士の接触のない極めて摩擦（摺動抵抗）の低い状態が生じる。

【0022】

同時に、図示の実施形態のように２本のシャフト部１２，１２のそれぞれは４個のブッシング部２２により挿通されて保持されるため、昇降部２０の板面部２７の左右方向（シャフト部１２との直交方向）の安定性が良好となる。

【0023】

ブッシング部２２に隣接して設けられるクランパ部２４は、シャフト部１２に昇降部２０を固定する部材であり、例えば、サスペンション要素部品評価装置１の可動停止時、または、スペンション要素部品の固定時等の昇降部２０の動きを止める際に用いられる。クランパ部２４は、電磁石によるソレノイド、またはエアクランパの機構が好ましく用いられる。実施形態では公知のエアクランパが採用される。

【0024】

空気供給部から空気流入部３０へ流入した空気は、個々のクランパ部２４へ分岐して供給される。サスペンション要素部品評価装置１の可動時には、クランパ部２４のエアクランパに空気が流入して、シャフト部１２を押圧しているピン（図示せず）がクランパ部２４側へ後退しクランパ部２４とシャフト部１２との接触が解除される。結果、昇降部２０は２本のシャフト部１２，１２に対して上下の昇降可能となる。なお、サスペンション要素部品評価装置１の停止時等では、クランパ部２４のエアクランパへの空気流入は停止されてクランパ部２４内のばね等の弾性力によりピンが前進してシャフト部１２と接触して昇降部２０の位置が固定される。

【0025】

実施形態の昇降部２０では、左右に配置された４個のブッシング部２２及び４個のクランパ部２４の間に挟まれるように、レール状昇降可動部１３（リニアモータ）と係合して摺動する可動子２３が備えられる。可動子２３は磁性を帯びた金属からなり、図示の実施形態では２本（２条）の可動子板部２３ａ及び２３ｂから構成される。可動子板部２３ａはレール状昇降可動部１３のレール部１３ｃ，１３ｄの間に挿入される。また、可動子板部２３ｂはレール状昇降可動部１３のレール部１３ａ，１３ｂの間に摺動自在に挿入される。むろん、可動子に含まれる可動子板部の数は実施形態の２本（２条）に限られず、３本以上の適宜とされる。可動子は、評価対象となるスペンション要素部品自体の重量が考慮されて設計される。

【0026】

レール状昇降可動部１３のレール部１３ａ，１３ｂ及びレール部１３ｃ，１３ｄ側の電磁石のより生じる磁界の移動に伴い、可動子２３の可動子板部２３ａ及び２３ｂも移動する。そこで、レール状昇降可動部１３の操作に追従して、可動子２３を備えた昇降部２０も昇降可能となる。

【0027】

実施形態の昇降部２０では、背面部２５側にリニアスケール２８が装着される。リニアスケール２８は主に本体支持部１６と昇降部２０との間の距離を計測する。リニアスケール２８を通じて昇降部２０の経時的な移動量が計測され、昇降部２０の昇降移動の不具合等の有無が検出可能となる。

【0028】

図５は実施形態の昇降部２０の改良点を示す模式図である。図５（Ａ）は従来の昇降部の例を示す。表示の昇降部２０ｘには可動子２３が備えられ、レール状昇降可動部１３と係合している。この図示では、昇降部２０ｘは、可動子２３のみを介してレール状昇降可動部１３と係合する。可動子２３は摺動のためレール状昇降可動部１３と僅かに間隙を有して係合する。そのため、昇降部２０ｘではその上下の昇降動作の際、紙面の左右方向の曲げに脆弱である。特に、図１に開示の外力付加部４０が備えられる場合、可動子２３の可動方向（図示紙面の上下方向）と垂直な方向（紙面の手前と奥の向き）に生じる力が、外力付加部４０を通じて評価対象の被試験物であるサスペンション要素部品（図示省略）に加わる。そこで、可動子２３がレール状昇降可動部１３と接触して、摩擦を生じさせることになる。そうすると、たとえ、リニアモータ（コアレスリニアモータ）を使用して円滑な上下動の実現を図ろうとしても、不用意な摩擦の影響は回避しきれない。

【0029】

これに対し、図５（Ｂ）は実施形態の昇降部２０の例であり、可動子２３とレール状昇降可動部１３と係合していることに加え、レール状昇降可動部１３の左右それぞれに２本のシャフト部１２，１２も備えられている。実施形態の昇降部２０では、２本のシャフト部１２，１２はブッシング部２２により支持される。そこで、実施形態の昇降部２０は、図５（Ａ）の昇降部２０ｘと異なり、仮に可動子２３がレール状昇降可動部１３を上下に昇降移動する際、可動子２３の可動方向（図示紙面の上下方向）と垂直な方向（紙面の手前と奥の向き）に生じる力が、外力付加部４０により評価対象の被試験物であるサスペンション要素部品（図示省略）に加わる外力が生じるとしても、２本のシャフト部１２，１２により、外力が可動子２３に伝わりにくくなり、可動子２３とレール状昇降可動部１３との接触が回避されて摩擦は軽減可能となる。こうして、実施形態の昇降部２０は左右方向の曲げに抵抗可能としている。さらに、ブッシング部２２にエアベアリングが用いられているため、シャフト部１２とブッシング部２２との間の摺動抵抗は極力軽減される。

【0030】

実施形態の昇降部２０は２本のシャフト部１２，１２を支持する構成である。可動子２３がレール状昇降可動部１３を上下に昇降移動する際に生じた外力により、可動子２３がレール状昇降可動部１３と接触して摩擦を生じさせるおそれは軽減される。また、ブッシング部２２にエアベアリングが用いられるため、ブッシング部２２自体が摩擦の原因とならないようにしている。従って、実施形態の昇降部２０は、極めて摺動抵抗の少ない状態を維持して上下の昇降動作を実現することができる。

【0031】

図６のグラフは昇降部の動作により生じる速度波形及び位置波形の模式図である。図中、横軸は時間であり、速度波形の縦軸は速度であり、移動距離の縦軸は昇降部の最下からの位置である。なお、模式図であるため、縮尺は厳密ではない。図６（Ａ）は、例えば図５（Ａ）に示した昇降部２０ｘ、または既存のボールねじ等の機構を用いた装置の速度波形及び位置波形のグラフとなる。位置波形から見かけ上の位置の変化は比較的円滑に推移しており、特段問題ないように思われる。しかしながら、昇降動作時に生じる各所の摩擦の影響から速度波形に乱れが生じる。すなわち、本来均等な速度が所望されているにもかかわらず、昇降速度の乱れが回避できていなかった。

【0032】

続いて、図６（Ｂ）は実施形態のサスペンション要素部品評価装置１における昇降部２０の昇降状態の速度波形及び位置波形のグラフである。昇降動作の位置波形のグラフの動きと速度波形のグラフがほぼ連動した挙動となって現れている。また、機構、構成部品等の摩擦抵抗の影響が軽減されていることから、速度波形に乱れがなく円滑な動きが実現されている。

【0033】

一連の説明から理解されるように、実施形態のサスペンション要素部品評価装置にあっては、昇降動作の駆動系にリニアモータが使用されるため、機械要素による摩擦の影響が軽減される。また、昇降部を支持するシャフト部は２本一対で備えられるため、昇降部の動作時に左右方向から受ける外力、撓み変形の影響が軽減される。さらに、シャフト部に昇降部を保持させるブッシング部にエアベアリングが用いられることから、摺動抵抗の軽減が図られている。これらの構成が備えられるため、極微低速、微振動領域における高精度の昇降部の動作が円滑かつノイズ無く行われる。

【符号の説明】

【0034】

１ サスペンション要素部品評価装置
１０ 装置本体部
１１ 台部
１２ シャフト部
１３ レール状昇降可動部１３
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ レール部
１５ 本体正面部
１６ 本体支持部
２０ 昇降部
２１ ステージ部
２２ ブッシング部
２３ 可動子
２３ａ，２３ｂ 可動子板部
２４ クランパ部
２５ 背面部
２６ 正面部
２７ 板面部
２８ リニアスケール
３０ 空気流入部
４０ 外力付加部
４１ 掴持部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】