(57)【要約】      （修正有）【課題】磁気粘性流体を用いた可変減衰力ダンパーにおいて、ピストンロッド外周面のシール部材が磁気粘性流体との接触により摩耗するのを回避する。【解決手段】内部に第１、第２流体室２９，３０を区画したインナーシリンダ２２とその外周に嵌合するアウターチューブ２１との間に第３流体室３１を区画し、ピストン２５の内部にコイル３７を設けるとともにピストン２５の移動方向両端に永久磁石３５，３６を設ける。ピストン２５がインナーシリンダ２２内を往復移動するときにコイル３７を励磁すると、第３流体室３１内の磁気粘性流体の磁性体微粒子がコイル３７の周囲に吸引されてピストン２５と共に第３流体室３１内を移動することで、ピストン２５の移動に抵抗を与えてダンパー１４の減衰力を任意に制御することができる。また永久磁石３５，３６の近傍に常時磁性体微粒子が吸引されて集まっているので、応答性を高めることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粘性流体が充填されたシリンダ（２２）と、
シリンダ（２２）に摺動自在に嵌合して該シリンダ（２２）を第１、第２流体室（２９，３０）に区画するピストン（２５）と、
ピストン（２５）に連結されてシリンダ（２２）の端壁に設けたシール部材（２６）を貫通するピストンロッド（２７）と、
ピストン（２５）を貫通して第１、第２流体室（２９，３０）を連通させるオリフィス（３８）と、
ピストン（２５）の移動を阻止する抵抗力を変化させて減衰力の大きさを制御する減衰力制御機構と、
を備えた可変減衰力ダンパーにおいて、
前記減衰力制御機構は、
第１、第２流体室（２９，３０）から隔絶された第３流体室（３１）と、
第３流体室（３１）に充填されてピストン（２５）の移動に伴って流動する磁気粘性流体と、
磁気粘性流体の流動特性を変化させる磁界発生手段（３５，３６，３７，４４）と、
を備えたことを特徴とする可変減衰力ダンパー。
【請求項２】
前記第３流体室（３１）が、シリンダ（２２）と該シリンダ（２２）の外周に嵌合するアウターチューブ（２１）との間に区画され、
前記磁界発生手段が、ピストン（２５）の内部に設けられたコイル（３７）と、ピストン（２５）の移動方向両端に設けられた永久磁石（３５，３６）とを備えたことを特徴とする、請求項１に記載の可変減衰力ダンパー。
【請求項３】
シリンダ（２２）に摺動自在に嵌合するフリーピストン（２８）により、ピストン（２５）を挟んでピストンロッド（２７）の反対側に位置する第２流体室（３０）と第３流体室（３１）とを区画し、第３流体室（３１）の中間部に配置した前記減衰力制御機構が、磁気粘性流体が通過するオリフィス（４３）と、このオリフィス（４３）を通過する磁界を発生するコイル（４４）よりなる前記磁界発生手段とを備えたことを特徴とする、請求項１に記載の可変減衰力ダンパー。
【請求項４】
前記第３流体室（３１）が、フリーピストン（２８）よりも下方のシリンダ（２２）内に区画された内側第３流体室（３１Ａ）と、シリンダ（２２）と該シリンダ（２２）の外周に嵌合するアウターチューブ（２１）との間に区画された外側第３流体室（３１Ｂ）とで構成され、外側第３流体室（３１Ｂ）の上部に高圧ガスが充填されたガス室（４１）を形成したことを特徴とする、請求項３に記載の可変減衰力ダンパー。
【請求項５】
前記オリフィス（４３）および前記コイル（４４）を備えたオリフィスブロック（４２）をシリンダ（２２）の内壁に固定したことを特徴とする、請求項３または請求項４に記載の可変減衰力ダンパー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁界の作用で粘性が変化する磁気粘性流体を用いて減衰力を任意に制御することが可能な可変減衰力ダンパーに関する。
【背景技術】
【０００２】
サスペンション装置用の可変減衰力ダンパーの粘性流体として、磁界の作用で粘性が変化する磁気粘性流体（ＭＲＦ： Magneto-Rheological Fluids ）を採用し、シリンダに摺動自在に嵌合するピストンに、その流体通路中の磁気粘性流体に磁界を作用させるためのコイルを設けたものが、下記特許文献１により公知である。この可変減衰力ダンパーによれば、コイルに通電して発生した磁界で流体通路中の磁気粘性流体の粘性を変化させることで、ダンパーの減衰力を任意に制御することができる。
【特許文献１】特開昭５８−２２１０３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記従来の可変減衰力ダンパーは、シリンダの端壁を貫通するピストンロッドの外周面をシールするシール部材がシリンダに充填された磁気粘性流体に直接接触するため、磁気粘性流体に含まれる磁性体微粒子でシール部材が摩耗する虞があり、摩耗したシール部材から磁気粘性流体が漏洩するのを防止するために該シール部材の締め代を大きく設定する必要があった。そのため、ピストンロッドとシール部材との間の摩擦抵抗が増加してしまい、その摩擦力によってダンパーが発生する減衰力の大きさを精度良く制御することが難しくなるという問題があった。
【０００４】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、磁気粘性流体を用いた可変減衰力ダンパーにおいて、ピストンロッドの外周面をシールするシール部材が磁気粘性流体との接触により摩耗するのを回避することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、粘性流体が充填されたシリンダと、シリンダに摺動自在に嵌合して該シリンダを第１、第２流体室に区画するピストンと、ピストンに連結されてシリンダの端壁に設けたシール部材を貫通するピストンロッドと、ピストンを貫通して第１、第２流体室を連通させるオリフィスと、ピストンの移動を阻止する抵抗力を変化させて減衰力の大きさを制御する減衰力制御機構とを備えた可変減衰力ダンパーにおいて、前記減衰力制御機構は、第１、第２流体室から隔絶された第３流体室と、第３流体室に充填されてピストンの移動に伴って流動する磁気粘性流体と、磁気粘性流体の流動特性を変化させる磁界発生手段とを備えたことを特徴とする可変減衰力ダンパーが提案される。
【０００６】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記第３流体室が、シリンダと該シリンダの外周に嵌合するアウターチューブとの間に区画され、前記磁界発生手段が、ピストンの内部に設けられたコイルと、ピストンの移動方向両端に設けられた永久磁石とを備えたことを特徴とする可変減衰力ダンパーが提案される。
【０００７】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、シリンダに摺動自在に嵌合するフリーピストンにより、ピストンを挟んでピストンロッドの反対側に位置する第２流体室と第３流体室とを区画し、第３流体室の中間部に配置した前記減衰力制御機構が、磁気粘性流体が通過するオリフィスと、このオリフィスを通過する磁界を発生するコイルよりなる前記磁界発生手段とを備えたことを特徴とする可変減衰力ダンパーが提案される。
【０００８】
また請求項４に記載された発明によれば、請求項３の構成に加えて、前記第３流体室が、フリーピストンよりも下方のシリンダ内に区画された内側第３流体室と、シリンダと該シリンダの外周に嵌合するアウターチューブとの間に区画された外側第３流体室とで構成され、外側第３流体室の上部に高圧ガスが充填されたガス室を形成したことを特徴とする可変減衰力ダンパーが提案される。
【０００９】
また請求項５に記載された発明によれば、請求項３または請求項４の構成に加えて、前記オリフィスおよび前記コイルを備えたオリフィスブロックをシリンダの内壁に固定したことを特徴とする可変減衰力ダンパーが提案される。
【００１０】
尚、実施例のインナーシリンダ２２は本発明のシリンダに対応し、実施例の永久磁石３５，３６およびコイル３７，４４は本発明の磁界発生手段に対応する。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の構成によれば、粘性流体が充填されたシリンダに摺動自在に嵌合するピストンが往復移動すると、そのピストンの両側に区画された第１、第２流体室の容積が拡大・縮小するため、第１、第２流体室に充填した粘性流体がピストンに設けたオリフィスを通過して減衰力が発生する。このとき、第１、第２流体室から隔絶された第３流体室に充填された磁気粘性流体がピストンの移動に伴って流動するが、その磁気粘性流体の流動特性を磁界発生手段により変化させることで、ピストンの移動に伴う減衰力を任意に制御することができる。このように、磁気粘性流体を第３流体室に充填し、ピストンロッドが摺動自在に貫通するシール部材が臨む第１、第２流体室には磁気粘性流体ではなく粘性流体を充填するので、磁気粘性流体に含まれる磁性体微粒子でシール部材が摩耗することがない。従って、ピストンロッドとシール部材との締め代を小さく設定することができ、シール部材からピストンロッドが受ける摩擦抵抗を低減してダンパーが発生する減衰力の大きさを精度良く制御することができる。
【００１２】
請求項２の構成によれば、シリンダとその外周に嵌合するアウターチューブとの間に第３流体室を区画し、ピストンの内部にコイルを設けるとともにピストンの移動方向両端に永久磁石を設けたので、ピストンがシリンダ内を往復移動するときにコイルを励磁すると、第３流体室内の磁気粘性流体の磁性体微粒子がコイル周囲に吸引されてピストンと共に第３流体室内を移動することで、ピストンの移動に抵抗を与えてダンパーの減衰力を任意に制御することができる。またコイルを消磁したときでも永久磁石の近傍に磁性体微粒子が吸引されて集まっているので、コイルを励磁したときに磁性体微粒子を速やかにコイルに吸引して応答性を高めることができる。
【００１３】
請求項３の構成によれば、シリンダに摺動自在に嵌合するフリーピストンで第２流体室と第３流体室とを区画し、第３流体室の中間部に配置した減衰力制御機構に磁気粘性流体が通過するオリフィスとコイルとを設けたので、ピストンがシリンダ内を往復移動すると、それに応じてフリーピストンがシリンダ内を往復移動して第３流体室に設けた減衰力制御機構のオリフィスを磁気粘性流体が通過する。従ってコイルを励磁して磁界を発生させることで、オリフィスを通過する磁気粘性流体の抵抗を変化させてダンパーの減衰力を任意に制御することができる。
【００１４】
請求項４の構成によれば、フリーピストンよりも下方のシリンダ内に区画された内側第３流体室と、シリンダとその外周に嵌合するアウターチューブとの間に区画された外側第３流体室とで第３流体室を構成し、外側第３流体室の上部に高圧ガスが充填されたガス室を形成したので、外側第３流体室内で磁気粘性流体および高圧ガス間を仕切る別のフリーピストンが不要になって部品点数を削減することができる。
【００１５】
請求項５の構成によれば、オリフィスおよびコイルを備えたオリフィスブロックをシリンダの内壁に固定したので、磁気粘性流体が充填された第３流体室に配置されたオリフィスブロックが摩耗する虞がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１７】
図１〜図４は本発明の第１実施例を示すもので、図１は車両のサスペンション装置の正面図、図２は可変減衰力ダンパーの拡大断面図、図３は図２の３部拡大図、図４は図３に対応する作用説明図である。
【００１８】
図１に示すように、四輪の自動車の車輪Ｗを懸架するサスペンション装置Ｓは、車体１１にナックル１２を上下動自在に支持するサスペンションアーム１３と、サスペンションアーム１３および車体１１を接続する可変減衰力のダンパー１４と、サスペンションアーム１３および車体１１を接続するコイルバネ１５とを備える。ダンパー１４の減衰力を制御する電子制御ユニットＵには、バネ上加速度を検出するバネ上加速度センサＳａからの信号と、ダンパー１４の変位（ストローク）を検出するダンパー変位センサＳｂからの信号と、車両の操舵角を検出する操舵角センサＳｃからの信号と、車両の横加速度を検出する横加速度センサＳｄからの信号とが入力される。
【００１９】
図２に示すように、ダンパー１４は、下端がサスペンションアーム１３に接続されたアウターチューブ２１と、アウターチューブ２１の内部に同軸に配置されたインナーシリンダ２２と、アウターチューブ２１およびインナーシリンダ２２の上端および下端をそれぞれ閉塞する上部端板２３および下部端板２４と、インナーシリンダ２２に摺動自在に嵌合するピストン２５と、ピストン２５から上方に延びて上部端板２３に設けたシール部材２６を液密に貫通し、上端を車体１１に接続されたピストンロッド２７と、インナーシリンダ２２の下部に摺動自在に嵌合するフリーピストン２８とを備える。
【００２０】
インナーシリンダ２２の内部にピストン２５により仕切られた上側の第１流体室２９および下側の第２流体室３０が区画されており、これらの第１、第２流体室２９，３０にはオイルのような粘性流体が充填される。またアウターチューブ２１およびインナーシリンダ２２に囲まれた円筒状の第３流体室３１には、オイルのような粘性流体に鉄粉のような磁性体微粒子を分散させた磁気粘性流体が充填される。磁気粘性流体は、磁界を加えると磁力線に沿って磁性体微粒子が整列することで粘性流体が流れ難くなり、見かけの粘性が増加する性質を有している。またフリーピストン２８の下部には高圧ガスが封入されたガス室３２が区画される。
【００２１】
図３に示すように、ピストン２５は、ピストンロッド２７にナット３３で固定されたピストン本体３４と、ピストン本体３４の上面および下面にそれぞれ固定されてインナーシリンダ２２の内周面に沿う円筒状の永久磁石３５，３６と，ピストン本体３４の内部に収納された環状のコイル３７と，コイル３７の径方向内側に配置されて第１、第２流体室２９，３０を連通させる複数のオリフィス３８…とを備える。電子制御ユニットＵはコイル３７への通電を制御することで、以下のようにしてダンパー１４の減衰力を制御する。
【００２２】
コイル３７を励磁していないとき、ダンパー１４が収縮してインナーシリンダ２２に対してピストン２５が下動すると（矢印Ａ参照）、第１流体室２９の容積が増加して第２流体室３０の容積が減少するため、第２流体室３０の粘性流体がピストン２５のオリフィス３８…を通過して第１流体室２９に流入し（矢印ａ参照）、逆にダンパー１４が伸長してインナーシリンダ２２に対してピストン２５が上動すると（矢印Ｂ参照）、第２流体室３０の容積が増加して第１流体室２９の容積が減少するため、第１流体室２９の粘性流体がピストン２５のオリフィス３８…を通過して第２流体室３０に流入し（矢印ｂ参照）、その際にオリフィス３８…を通過する粘性流体の抵抗によりダンパー１４が減衰力を発生する。
【００２３】
このとき、永久磁石３５，３６の磁力がインナーシリンダ２２を通して第３流体室３１内の磁気粘性流体に作用するため、磁気粘性流体に含まれる磁性体微粒子の一部が永久磁石３５，３６の近傍に吸引され、永久磁石３５，３６の近傍において磁性体微粒子の密度が高くなる。ピストン２５がインナーシリンダ２２の内部を移動すると、ピストン２５と一体の永久磁石３５，３６に引きずられて第３流体室３１の磁気粘性流体の磁性体微粒子の密度が高い部分も移動するが、永久磁石３５，３６の磁力は比較的に弱いために磁性体微粒子の密度もそれほど高くならず、ピストン２５の移動に大きな抵抗を与えることはない。
【００２４】
尚、ダンパー１４に衝撃的な圧縮荷重が加わって第２流体室３０の容積が減少するとき、ガス室３２を縮小させながらフリーピストン２８が下降することで衝撃を吸収する。またダンパー１４に衝撃的な引張荷重が加わって第２流体室３０の容積が増加するとき、ガス室３２を拡張させながらフリーピストン２８が上昇することで衝撃を吸収する。更に、ピストン２５が下降してインナーシリンダ２２内に収納されるピストンロッド２７の容積が増加したとき、その容積の増加分を吸収するようにフリーピストン２８が下降する。
【００２５】
しかして、電子制御ユニットＵは、バネ上加速度センサＳａで検出したバネ上加速度、ダンパー変位センサＳｂで検出したダンパー変位、操舵角センサＳｃで検出した操舵角および横加速度センサＳｄで検出した横加速度に基づいて、各車輪Ｗ…の合計４個のダンパー１４…の減衰力を個別に制御することで、路面の凹凸を乗り越える際の車両の動揺を抑えて乗り心地を高めるスカイフック制御のような乗り心地制御と、車両の旋回時のローリングや車両の急加速時や急減速時のピッチングを抑える操縦安定制御とを、車両の運転状態に応じて選択的に実行する。
【００２６】
このように、ダンパー１４の減衰力を制御すべく電子制御ユニットＵからの指令でピストン２５のコイル３７が励磁されると、図４に示すように、永久磁石３５，３６に吸引されていた磁性体微粒子が、永久磁石３５，３６よりも強い磁力を発生するコイル３７に吸引されるため、コイル３７に対向する第３流体室３１に磁性体微粒子の密度が非常に高い部分が形成される。このように、コイル３７に近い位置にある永久磁石３５，３６に予め磁性体微粒子を吸引しておくことにより、コイル３７を励磁したときに永久磁石３５，３６の近傍に集まっていた磁性体微粒子を速やかにコイル３７に吸引して応答性を高めることができる。
【００２７】
しかして、ピストン２５の移動に追従して、第３流体室３１の磁気粘性流体の内部を磁性体微粒子の密度が非常に高い部分が移動すると、大きな抵抗が発生してダンパー１４の減衰力が高められる。このとき、ダンパー１４が発生する減衰力の大きさは、コイル３７に供給する電流を変化させることで任意に制御することができる。
【００２８】
本実施例のダンパー１４によれば、ピストンロッド２７が貫通するシール部材２６が臨む第１流体室２９に磁気粘性流体ではなく、ただの粘性流体が充填されているため、磁気粘性流体に含まれる磁性体微粒子でシール部材２６が摩耗することがない。従って、ピストンロッド２７とシール部材２６との締め代を小さく設定することができ、シール部材２６からピストンロッド２７が受ける摩擦抵抗を低減してダンパー１４が発生する減衰力の大きさを精度良く制御することができる。
【００２９】
図５〜図７は本発明の第２実施例を示すもので、図５は前記図２に対応する図、図６は図５の６部拡大図、図７は図６に対応する作用説明図である。
【００３０】
図５および図６に示すように、第２実施例のダンパー１４は、インナーシリンダ２２に摺動自在に嵌合するフリーピストン２８の下方に内側第３流体室３１Ａを備えるとともに、インナーシリンダ２２およびアウターチューブ２１の間（第１実施例の第３流体室３１に相当する部分）に外側第３流体室３１Ｂを備えており、インナーシリンダ２２の下端に形成した連通孔２２ａ…で相互に連通する内側第３流体室３１Ａおよび外側第３流体室３１Ｂが第２実施例の第３流体室３１を構成する。外側第３流体室３１Ｂの上端部は、フリーピストン２８の移動を許容する高圧ガスが充填されたガス室４１とされる。
【００３１】
第２実施例のピストン２５は単純な構造であり、第１、第２流体室２９，３０を連通させるオリフィス３８…のみを備えている。その代わりに、内側第３流体室３１Ａの下部に固定されたオリフィスブロック４２には、内側第３流体室３１Ａおよび外側第３流体室３１Ｂを連通させるオリフィス４３…と、オリフィス４３…の径方向内側に配置されたコイル４４とを備える。このコイル４４への通電は、第１実施例と同様に電子制御ユニットＵにより制御される。
【００３２】
従って、ダンパー１４が収縮してインナーシリンダ２２に対してピストン２５が下動すると、第１流体室２９の容積が増加して第２流体室３０の容積が減少するため、第２流体室３０の粘性流体がピストン２５のオリフィス３８…を通過して第１流体室２９に流入し、逆にダンパー１４が伸長してインナーシリンダ２２に対してピストン２５が上動すると、第２流体室３０の容積が増加して第１流体室２９の容積が減少するため、第１流体室２９の粘性流体がピストン２５のオリフィス３８…を通過して第２流体室３０に流入し、その際にオリフィス３８…を通過する粘性流体の抵抗によりダンパー１４が減衰力を発生する。
【００３３】
このようにしてピストン２５が上下動すると第１流体室２９内に位置するピストンロッド２７の容積が増減するため、その容積の増減を吸収すべくガス室４１の容積を拡大・縮小させながらフリーピストン２８が上下動し、それに応じて内側第３流体室３１Ａおよび外側第３流体室３１Ｂの磁気粘性流体がオリフィスブロック４２のオリフィス４３…を双方向に通過する。その際にコイル４４に通電すると、図７に示すように、磁束の通路に存在するオリフィス４３…内の磁気粘性流体の磁性体微粒子の密度が高まるため、そのオリフィス４３…を通過する磁気粘性流体の抵抗が増加してダンパー１４の減衰力が高められる。このとき、ダンパー１４が発生する減衰力の大きさは、コイル４４に供給する電流を変化させることで任意に制御することができる。
【００３４】
この第２実施例のダンパー１４によっても、ピストンロッド２７が貫通するシール部材２６が臨む第１流体室２９に磁気粘性流体が充填されていないため、磁気粘性流体に含まれる磁性体微粒子でシール部材２６が摩耗することがない。従って、ピストンロッド２７とシール部材２６との締め代を小さく設定し、シール部材２６からピストンロッド２７が受ける摩擦抵抗を低減してダンパー１４が発生する減衰力の大きさを精度良く制御することができる。
【００３５】
しかも、ガス室４１を外側第３流体室３１Ｂの上部に形成したので、軽い高圧ガスが上側に位置して重い磁気粘性流体が下側に位置することになり、両者の間を仕切る別のフリーピストンを配置する必要がなくなって部品点数が削減される。またオリフィス４３…およびコイル４４を備えたオリフィスブロック４２をインナーシリンダ２２の内壁に固定したので、磁気粘性流体が充填された第３流体室３１に可動部材を配置する必要がなくなり、磁気粘性流体に含まれる磁性体微粒子により可動部材が摩耗する虞がない。
【００３６】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３７】
例えば、実施例ではサスペンション装置用のダンパー１４を例示したが、本発明の可変減衰力ダンパーは他の任意の用途に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】車両のサスペンション装置の正面図
【図２】可変減衰力ダンパーの拡大断面図
【図３】図２の３部拡大図
【図４】図３に対応する作用説明図
【図５】本発明の第２実施例に係る、前記図２に対応する図
【図６】図５の６部拡大図
【図７】図６に対応する作用説明図
【符号の説明】
【００３９】
２１        アウターチューブ
２２        インナーシリンダ（シリンダ）
２５        ピストン
２６        シール部材
２７        ピストンロッド
２８        フリーピストン
２９        第１流体室
３０        第２流体室
３１        第３流体室
３１Ａ      内側第３流体室
３１Ｂ      外側第３流体室
３５        永久磁石（磁界発生手段）
３６        永久磁石（磁界発生手段）
３７        コイル（磁界発生手段）
３８        オリフィス
４１        ガス室
４２        オリフィスブロック
４３        オリフィス
４４        コイル（磁界発生手段）
【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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【図７】
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