(57)【要約】【課題】  粘性可変流体の抵抗力特性の範囲の増大を図って、衝突物体の減速度特性の改善を図ること。【解決手段】  シリンダと、このシリンダ内に挿入のピストンチューブとで形成の密閉空間内で、該密閉空間を第１の室と第２の室とに分ける壁部分に形成のオリフィス孔にメータリングピンを挿入して面積可変オリフィスを形成する。それから、シリンダの外周で長手方向に粘性可変流体が流れる粘性可変流体の通路を構成し、この通路内を流れる粘性可変流体の粘性による抵抗可変効果発生用オリフィスを設ける。そして、この粘性可変流体の通路の一方を前記第２の室に、他方を前記シリンダに形成のリザーバ室にそれぞれ連通したこと。【選択図】  図１
2005054846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダとこのシリンダ内を摺動自在に挿入したピストンチューブを有し、前記ピストンチューブ内に摺動自在に前記シリンダに固着のプランジャチューブが挿入され、このプランジャチューブにより粘性可変流体が満たされた密閉空間は第１の室と第２の室とに二分割されると共に、該プランジャチューブに前記第１及び第２の室とを連通するオリフィス孔が形成され、このオリフィス孔に前記ピストンチューブに固着のメータリングピンが挿入されて面積可変オリフィスが形成され、さらに前記シリンダの外周で長手方向に添って粘性可変流体の通路を形成し、この粘性可変流体の通路は磁性材と多数個長手方向に順次配したコイルと、ケースにより構成し、この粘性可変流体の通路内に抵抗可変効果発生用オリフィスを持ち、その一端が前記第２の室に、他端が前記シリンダに形成のリザーバ室にそれぞれ連通したことを特徴とする粘性可変流体緩衝器。
【請求項２】
前記粘性可変流体の通路は前記シリンダの長手方向で折り返して長手方向寸法の複数倍の長さとしたことを特徴とする請求項１記載の粘性可変流体緩衝器。
【請求項３】
粘性可変流体として、電流値によって変化される磁気の変化で粘性が変化されるＭＲ流体（磁気粘性流体）を用いたことを特徴とする請求項１記載の粘性可変流体緩衝器。
【請求項４】
抵抗可変効果発生用オリフィスとして、磁性材と粘性可変流体の通路を構成する部材との隙間により形成したことを特徴とする請求項１記載の粘性可変流体緩衝器。
【請求項５】
前記コイルへ印加する電流値を可変とすることで粘性可変流体の粘性を可変とすることを特徴とする請求項１又は３記載の粘性可変流体緩衝器。
【請求項６】
質量検知器を備え、この質量の検出器に比してコイルへの印加する電流値を定めるようにしたことを特徴とする請求項５記載の粘性可変流体緩衝器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鉄道車両の連結器、航空機の着陸装置、エレベータ落下時の緩衝装置などに応用されている流体を用いた緩衝器に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記分野に応用されている緩衝器は、いずれの場合も衝突物体に生じる減速度をできるだけ軽減するように衝突エネルギを吸収する能力を持たなければならない。この種の緩衝器は、そのほとんどがシリンダとピストンの摺動による面積可変のオリフィスを有する構造であり、その抵抗力は動圧による抵抗力と復元ばねによる抵抗力を組み合わせたもの、もしくは動圧による抵抗力のみによるもので，衝突物体の質量・速度を想定して、この条件下で面積可変のオリフィスを決定し、衝突条件に合わせて抵抗力−ストロークの特性を設計していた。
【０００３】
しかしながら、動圧による抵抗力はシリンダに対するピストンの相対変位に依存する動圧抵抗係数と、同じくピストンの相対速度の二乗との積で表されるため、衝突直後の抵抗力は、衝突速度のみに依存して、衝突物体の質量の大小にかかわりなく同一であり、したがって軽量物体の減速度は重量物体のそれよりも著しく高くなるという本質的な欠点があった。
【０００４】
すなわち、従来の技術では、図４に流体を用いた従来の緩衝器の抵抗力特性を実線で示したように、軽量物体の抵抗力は、ストローク開始点では、破線で示した重量物体の場合の一定抵抗力と同一であるものの、ストロークの増加とともに減少する。したがって、図５に流体を用いた従来の緩衝器における衝突物体の減速度波形を示した線図において、実線で示したように、軽量物体の減速度は破線で示した重量物体の一定の減速度とは対照的に、ストローク開始から著しく大きく、その後急激に減少するのである。
【０００５】
ところで、緩衝器の設置の実例では、緩衝器に取り付けられた緩衝ゴムなどの緩衝体や衝突物体そのものの弾性によるエネルギ吸収によって、衝突直後の緩衝器の抵抗力は軽量物体の場合の方が重量物体の場合よりもいくぶん低下するが、緩衝器の本質的な欠点は改善されていない。
【０００６】
また、近年、ＥＲ流体（または電気粘性流体と称する）という電圧を印加することによってその粘性が変化する性質を利用して作動流体に用いた振動減衰のダンパの例（例えば、特許文献１）があるが、この場合の抵抗力は、ダンパ内に設けた電極をＥＲ流体が通る際の粘性による抵抗力と電極に電圧を印加した場合のＥＲ流体の粘性変化による抵抗力の変化を応用したものである。
【特許文献１】特開平４−２１９５３６
【０００７】
しかし、電圧を印加しない場合の粘性可変流体緩衝器の抵抗力は、温度に依存するＥＲ流体粘性係数に比例するため、温度の変化によって変化してしまうこととなる。この温度による抵抗力の変化を印加電圧によるＥＲ流体の粘性変化の性質を利用して補正することもできるが、前記性質による抵抗力の最大値は、電極に印加しうる最大電圧によって制限されるので、ＥＲ流体を用いた緩衝器において温度変化の補正にこの抵抗力を充てることは、緩衝器の容量、すなわち最大吸収エネルギ量を減ずることになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＥＲ流体を用いた振動減衰のダンパの場合と同様に、電流の増加減少による磁界の変化によって粘性が変化するＭＲ流体（または磁気粘性流体と称する）を作動流体に用いた振動減衰のダンパの場合においても、磁界を印加しない場合の粘性の抵抗力は、温度に依存するＭＲ流体粘性係数に比例するため、温度の変化によって変化してしまうこととなる。この温度による抵抗力の変化を印加電流によるＭＲ流体の粘性変化の性質を利用して補正することもできるが、前記性質による抵抗力の最大値は、最大電流によって制限されるので、ＭＲ流体を用いた緩衝器において温度変化の補正にこの抵抗力を充てることは、緩衝器の容量、すなわち最大吸収エネルギ量を減ずることになる。
【０００９】
一方、動圧による抵抗力は温度変化の影響を受けないので、ＥＲ流体又はＭＲ流体のような粘性可変流体を用いた緩衝器において温度変化の影響をできるだけ少なくするには、動圧による抵抗力を発生させる構造を組み込み、全抵抗力の中で無電界時または無磁界時の粘性抵抗力の占める割合をできるだけ少なくすることが肝要となる。
【００１０】
このような観点から問題の解決を図った例がＥＲ流体緩衝器（特許文献２）であり、電圧印加により変化する粘性抵抗力を発生させる構造と動圧抵抗力を発生させる構造を組み合わせたものである。
【特許文献２】特開平８−２４７２０３
【００１１】
しかしながらその緩衝器においては、電圧印加により変化する粘性抵抗力を発生させる構造は、シリンダと摺動し得る中空ピストンロッドの内部に組み込まれているため、その全長が制限され、これによって緩衝器の容量、すなわち最大吸収エネルギ量には限界があった。
【００１２】
この発明は、粘性抵抗力を発生させる構造をシリンダの長さに影響を受けずに構成できるようにし、且つ緩衝器の衝突質量変化に対する緩衝器の抵抗力特性及び衝突物体の減速度特性の改善を図るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に係る粘性可変流体緩衝器は、シリンダとこのシリンダ内を摺動自在に挿入したピストンチューブを有し、前記ピストンチューブ内に摺動自在に前記シリンダに固着のプランジャチューブが挿入され、このプランジャチューブによる粘性可変流体が封入の密閉空間は第１の室と第２の室と二分割されると共に、該プランジャチューブに前記第１及び第２の室とを連通するオリフィス孔が形成され、このオリフィス孔に前記ピストンチューブに固着のメータリングピンが挿入されて面積可変オリフィスが形成され、さらに前記シリンダの外周で長手方向に添って粘性可変流体の通路を形成し、この粘性可変流体の通路は磁性材と多数個長手方向に順次配したコイルと、ケースにより構成し、この粘性可変流体内に抵抗可変効果発生用オリフィスを持ち、その通路の一端が前記第２の室に、他端が前記シリンダに形成のリザーバ室にそれぞれ連通したことにある（請求項１）。
【００１４】
これによって、衝突物など大きな力が緩衝器に加えられた時、ピストンチューブの第１の室内の粘性可変流体は、面積可変オリフィスを通り、さらに粘性可変流体の通路内を流れる。まず粘性可変流体が面積可変オリフィスを通る際に動圧による抵抗力が発生し、また粘性可変流体の通路を通る際に、コイルに印加される電流値に比例して生じた粘性により抵抗可変効果発生用オリフィスによって発生の粘性抵抗力及び復元ばねの抵抗力の和の抵抗力が発生する。前記粘性可変流体の通路は、シリンダの外側で長手方向に形成され、従来例よりも大きな長さが持たされ、充分な抵抗力特性範囲が得られることになり、小型大容量で減速制御特性の優れた緩衝器が得られる。
【００１５】
前記粘性可変流体の通路を前記シリンダの長手方向で折り返して長手方向寸法の複数倍の長さとすることが出来る（請求項２）。これにより、抵抗力の変化範囲の拡大となり、減速制御が良好となる。
【００１６】
また、粘性可変流体として、電流値によって変化される磁気の変化で粘性が変化されるＭＲ流体（磁気粘性流体）を用いている（請求項３）。このＭＲ流体により可変抵抗力の範囲が拡大した。
【００１７】
抵抗可変効果発生用オリフィスとして、磁性材で製造のシリンダや中間筒と粘性可変流体の通路を構成する他の部材との隙間により形成される（請求項４）。この隙間にて粘性可変流体に抵抗力を与えることができる。
【００１８】
さらに、前記コイルへの印加電流値を可変とすることで粘性可変流体の粘性を可変とすることができる（請求項５）。これにより加えられる力に比して抵抗力を可変でき、減速度を一定に保持することができる。
【００１９】
さらにまた、質量検出器を備え、この質量の検出値に比してコイルへの印加電流の値を変化させることで（請求項６）、質量の軽重があっても、粘性可変流体の通路の抵抗力の値が任意に変化させられるようになり、質量による減速度特性が変化しない効果が得られる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、粘性可変流体の通路が、シリンダの外側で長手方向に形成され、従来例よりも長く構成でき、充分な抵抗力を得ることができる。しかも、必要により、粘性可変流体の通路を折り返し設けることで、抵抗力の範囲を更に拡大できる。即ち抵抗力の大容量化で減速特性の優れた小型の緩衝器が得られる。
【００２１】
また前記コイルへ印加する電流値を可変することで、粘性可変流体の通路通過時の流体の粘性を可変とすることができ、しかも、質量検知器からの値により電流値を変化させれば、受け止める質量の軽重があっても、抵抗力の値を変化させ、もって、減速度を理論的最低限度の値に出来るだけ近づくように設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、実施例を図面にもとづいて説明する。
【実施例】
【００２３】
図１において、この発明に係る緩衝器１が示され、該緩衝器１は、シリンダ２が縦方向に配され、その内部に下部の開口からピストンチューブ４が摺動自在に挿入され、両者でＭＲ流体（磁気粘性流体）が満たされた密閉空間５が形成されている。また前記ピストンチューブ４内に、前記シリンダ２の天板６に固着のプランジャチューブ７が摺動自在に挿入されて、前記密閉空間５を第１の室８と、第２の室９とに分割している。
【００２４】
前記プランジャチューブ７のシリンダの反天板６側には、オリフィス孔１１が形成され、このオリフィス孔１１を介して該第１及び第２室８，９が連通状態となっている。このオリフィス孔１１には、前記ピストンチューブ７に固着のメータリングピン１２が挿入され、前記シリンダ２とピストンチューブ４との相対的な位置により流出量が変化する面積可変オリフィス１３が構成される。
【００２５】
この面積可変オリフィス１３は最軽量物体衝突時を想定して減速度が理論的最低限度に近づくように設定している。
【００２６】
粘性可変流体の通路１５は、前記シリンダ２の外周に設けられ、折り返される２重の通路１５ａ，１５ｂとなっている。即ち、シリンダ２とその外周の中間筒１６及びもっとも外周にケース１８を配し、前記シリンダ２と中間筒１６を磁性材により製造すると共にシリンダ２及び中間筒１６には、径寸法を交互に変更することで、凹部１７ａと凸部１７ｂとが多数個連続的に縦方向に形成している。
【００２７】
なお、前記凹部１７ａには、コイル１９が配されるし、前記シリンダ２側の凸部１７ｂは、前記中間筒１６との間で絞り作用を有する隙間が多数形成され、また中間筒１６側の凸部１７ｂは前記ケース１８との間で絞り作用を有する隙間が多数形成されている。この隙間の寸法は実験の結果から得られる。この隙間は粘性可変流体により抵抗可変効果発生用オリフィス２０となっている。
【００２８】
粘性可変流体の通路１５は、その内側の通路１５ａが前記シリンダ２の上方に形成の径方向孔２１を介して前記した第２の室９に連通している。そして、外側の通路１５ｂは、前記シリンダ２に形成の前記径方向孔２１よりも上方で、前記天板６により区切られたリザーバ室２４に径方向孔２３を介して連通されている。即ち、粘性可変流体の通路１５は、第２の室９と、前記リザーバ室２４とを結んでいる。２５は所定の加圧流体が封入された圧力室で、フリーピストン２８を押圧している。この加圧流体はシリンダ２とピストンチューブ４を離す方向へ動かす復元ばね作用をしている。
【００２９】
粘性可変流体の通路１５中を流れる粘性可変流体は、コイル１９に電流を印加することで励磁され、その粘性を変化させることができる例えばＭＲ流体である。即ち、この通路１５の抵抗可変効果発生用オリフィス２０を通る際には大きな抵抗力が発生する。この抵抗力は、電流値の増加により増加する関係となっている。
【００３０】
コイルに印加する電流は、外部に設けられた制御回路２６から出力され、この制御回路２６の出力は、質量検出器２７から入力される質量の値によって変化される。
【００３１】
緩衝体２９はゴム等で製造され、前記シリンダ２の上面に取付られ、落下する物体を受け止める際に使用される。しかし、この緩衝器１を航空機の車輪に採用される場合には、前記ピストンチューブ４側に車輪を、シリンダ２側をボディに取付て使用されるものである。
【００３２】
この発明の緩衝器１が落下する物体に対して緩衝作用を働かせる作用を説明すると、ピストンチューブ４側をグランドに固定する。そして、物体が落下して緩衝体２９に当接すると、シリンダ２がその物体を受け止め、該シリンダ２は下方（ピストンチューブ４方向）へ動く。
【００３３】
すると、第１の室８内に入っていた粘性可変流体は、まず面積可変オリフィス１３において動圧による抵抗力が発生することから、落下時のエネルギーの一部が吸収され、そして粘性可変流体の通路１５を通ることで、更に粘性可変流体の粘性抵抗によって落下時のエネルギーの大部分が吸収される。この粘性抵抗を利用するに当たり、コイル１９に印加する電流値を予め定めておくことが必要である。即ち、軽量物体、重量物体が共に同じ減速度特性線図を得ることが必要だからである。
【００３４】
また落下する質量が最軽量から最重量までの任意の値の場合には、質量検出器（例えば重量計）からの検出信号を用いれば、コイル１９に印加する電流値を変化させ、最適な抵抗力が得られ、最適な減速特性線図が得られるものである。即ち、最軽量物体であれば、コイル１７の励磁は行われず、質量が増加するにつれて電流値が大きくなって、磁力が増大し抵抗力が増加する。
【００３５】
すなわち、図２にこの発明における緩衝器のシミュレーション計算結果による抵抗力特性を示した線図において、最軽量物体の衝突時では、緩衝器の抵抗力は細い実線で示したように、一転鎖線で示す動圧抵抗力、二点鎖線で示す粘性抵抗力、点線で示す復元ばねによる抵抗力の三つの和の抵抗力となる。
【００３６】
そして、最重量物体時に、抵抗力は太い実線で示すように、破線で示すＭＲ流体の粘性の変化による抵抗力を前記の細い実線で示す三つの和の抵抗力に加えた抵抗力となる。その結果、図３に示すシミュレーション計算結果による物体の減速度線図における最軽量物体と最重量物体の減速度は、ほぼ同一となっている。
【００３７】
前記実施例では、粘性可変流体の通路１５は、内側の通路１５ａと外側の通路１５ｂとより成っているが、小容量の緩衝器の場合は、内側だけとしても良いし、また、大容量の緩衝器の場合は、内側及び外側の通路の外側に再に通路を形成することで、大容量の抵抗力を有するものを作ることができる。
【００３８】
なお、この発明の緩衝器に粘性可変流体としてＭＲ流体を用いた例を説明してきたが、粘性可変流体としてＥＲ流体に置き替えて使用することも可能と思えるが、電界印加時のＥＲ流体の最大降伏せん断応力は、磁場印加時のＭＲ流体の最大降伏せん断応力の２０分の１程度に過ぎず、ＥＲ流体緩衝器は必然的に大型化することになり、その実用性はＭＲ流体緩衝器よりもかなり低くなる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明の縦断面図である。
【図２】この発明の抵抗力線図である。
【図３】この発明の衝突物体の減速度線図である。
【図４】流体を用いた従来の緩衝器の抵抗力線図である。
【図５】流体を用いた従来の緩衝器における衝突物体の減速度線図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  緩衝器
２  シリンダ
４  ピストンチューブ
５  密閉空間
７  プランジャチューブ
８  第１の室
９  第２の室
１１  オリフィス孔
１２  メータリングピン
１３  面積可変オリフィス
１５  粘性可変流体の通路
１６  中間筒
１７ａ  凹部
１７ｂ  凸部
１９  コイル
２０  抵抗可変効果発生用オリフィス
２４  リザーバ室
２６  制御回路
２７  質量検出器
【図１】
2005054846.tif 000003
【図２】
2005054846.tif 000004
【図３】
2005054846.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005054846.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成15年8月1日(2003.8.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
また落下する質量が最軽量から最重量までの不確定の値の場合には、質量検出器（例えば重量計）からの検出信号を用いれば、コイル１９に印加する電流値を変化させ、最適な抵抗力が得られ、最適な減速特性線図が得られるものである。即ち、最軽量物体であれば、コイル１９の励磁は行われず、質量が増加するにつれて電流値が大きくなって、磁力が増大し抵抗力が増加する。