(57)【要約】磁気流体力学流体中に可動物を含むダンパーの減衰力を制御する方法であって、正の磁界を前記流体にかけて粘度の増大（及び減衰力の増大）を達成し、磁界を再度確立する前により低いレベルの負の電気エネルギーにより磁界の極性を反転させて残留磁気を除去して予測可能な粘度の減少（及び減衰力の減少）を達成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程を含む、ダンパーの減衰力の制御方法。
Ａ．  磁気流体力学流体中に位置する可動物を有するダンパーであって、その減衰力が流体の粘度により制御されるダンパーを車両に提供する工程；
Ｂ．  前記ダンパーと連絡するコントローラーであって、ダンパー内の電磁コイルへの電気エネルギーの供給を制御するコントローラーをダンパーに提供する工程；
Ｃ．  コントローラーを用いて電磁コイルに電気エネルギーを供給する工程であって、磁気流体力学流体がダンパー内の通路を流通する際に正の電圧が磁場を生じさせて流体の粘度を増大させ、それによってダンパーの減衰力を増大させる工程；及び
Ｄ．  コントローラーを用いて、電磁コイルに供給される電気エネルギーの極性を反転させる工程であって、減少された負の電圧が磁気流体力学流体中の電場を減少させて流体の粘度を減少させ、それによってダンパーの減衰力を減少させる工程。
【請求項２】
前記ダンパーが緩衝装置である請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記緩衝装置がピストン型緩衝装置である請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記緩衝装置がロータリー型緩衝装置である請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記可動物がピストンである請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記可動物がローターである請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記可動物がロッドである請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記コントローラーがコンピューターである請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダンパー(damper)の使用方法に関する。より詳細には、本発明は、ダンパーの減衰力(damping force)の制御方法に関する。
【０００２】
本出願において、「ダンパー」という語は、粘度が変化させられる流体中に可動物（ピストン、ローター又はロッドのような）を有する装置を意味し、「減衰力」(damping force)という語は該可動物の動きに対する抵抗を意味する。より詳細には、「ダンパー」という語は、従来のピストン型緩衝装置、ロータリー緩衝装置及び可動物の運動又は動きが、流体の粘度によって減衰される（すなわち抵抗又は低減される）他のあらゆる装置を意味する。
【０００３】
多くの例において、本発明は、従来のピストン型緩衝装置に特に言及して詳細に記載する。しかしながら、本発明は、ロータリー緩衝装置のような他の型のダンパーにも適用可能であることが理解されるであろう。
【背景技術】
【０００４】
従来の型の緩衝装置では、緩衝装置のシリンダーから伸び、自動車のシャーシのような可動塊の一部に連結された、往復運動するロッドの末端にピストンが担持され、緩衝装置の本体は車両走行装置に連結される。あるいは、緩衝装置の取り付けを逆にする場合には、これらの取り付けを逆にすることが可能である。
【０００５】
あるいは、ダンパーは、緩衝装置本体から伸び、自動車のシャーシや車両走行装置のような可動塊の一部に連結されるレバーを通常有するロータリー緩衝装置であり得る。連結は、通常、関節ラインによる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、自動車レースのような多くの状況下において、運転者は従来の又はロータリー緩衝装置によって可能な緩衝装置の動作に対して大きな制御を必要とする。より大きな制御は、安全性及び「勝利エッジ」(winning edge)を達成するために、レーストラック上で高速で移動する車を取り扱う際に必須的である。緩衝装置内では、このことは緩衝装置の減衰力をより大きく制御することを意味する。
【０００７】
したがって、この産業において、緩衝装置の減衰力をより大きく制御する方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
短く述べると、本発明は、磁気流体力学(magneto-rheological)緩衝装置の減衰力を制御するために特に適した方法を提供する。本出願において、「磁気流体力学緩衝装置」（又はM-R緩衝装置）とは、オイルの代わりに磁気流体力学流体（又はM-R流体）が用いられる緩衝装置を意味する。M-R緩衝装置は、M-R流体が緩衝装置中の１又は２以上の通路を流通する際に磁場を生成する（すなわち、M-R流体を磁化することにより）ように設計され、緩衝装置中のピストン、ローター、ロッド又は他の可動物の動きを減衰させる（すなわち抵抗）電磁コイルを具備する。
【０００９】
M-R流体の粘度は、磁場の強度に応答して変化するであろう。さらに、磁場の強度は、M-R緩衝装置の電磁コイルに与えられる電流又は電圧に依存して変化するであろう。
【００１０】
より詳細には、磁場の強度が増大するほどM-R流体の粘度は増大し、その結果、M-R緩衝装置の減衰力が増大する。逆に、磁場の強度が減少するほどM-R流体の粘度は減少し、その結果、M-R緩衝装置の減衰力が減少する。M-R緩衝装置の減衰力の増大又は減少により、運転者は車をより大きく制御できるようになる。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、ダンパーの使用方法を提供することである。
【００１２】
本発明のもう１つの目的は、ダンパーの減衰力を制御する方法を提供することである。
【００１３】
本発明のもう１つの目的は、緩衝装置の使用方法を提供することである。
【００１４】
本発明のもう１つの目的は、緩衝装置の減衰力を制御する方法を提供することである。
【００１５】
本発明のもう１つの目的は、磁気ヒステリシスの原理を利用し取り扱う方法を提供することである。
【００１６】
本発明のさらにもう１つの目的は、運転者が、自身が操作する車をより大きく制御できる方法を提供することである。
【００１７】
本発明のさらにもう１つの目的は、レース状態における高速下及び種々のトラック条件下において、レース車の運転者が車をより大きく制御できる方法を提供することである。
【００１８】
本発明のさらにもう１つの目的は、道路条件が種々変化し又は車への荷重が種々変化する場合に、運転者が車をより大きく制御できる方法を提供することである。
【００１９】
本発明のこれらの及び他の目的は、以下の図面及び詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は、以下の工程を含む、ダンパーの減衰力の制御方法を提供する。
磁気流体力学流体中に位置する可動物を有するダンパーであって、その減衰力が流体の粘度により制御されるダンパーを車両に提供する工程；
前記ダンパーと連絡するコントローラーであって、ダンパー内の電磁コイルへの電気エネルギーの供給を制御するコントローラーをダンパーに提供する工程；
コントローラーを用いて電磁コイルに電気エネルギーを供給する工程であって、磁気流体力学流体がダンパー内の通路を流通する際に正の電圧が磁場を生じさせて流体の粘度を増大させ、それによってダンパーの減衰力を増大させる工程；及び
コントローラーを用いて、電磁コイルに供給される電気エネルギーの極性を反転させる工程であって、減少された負の電圧が磁気流体力学流体中の電場を減少させて流体の粘度を減少させ、それによってダンパーの減衰力を減少させる工程。
【００２１】
本出願において先に述べたように、本発明の方法に用いる好ましいダンパーは従来のピストン型緩衝装置である。この緩衝装置では、好ましいM-R流体は、ノースカロライナ州CaryのLord Corporationから市販されている磁気流体力学流体である。M-R流体は、ミクロン大の磁化可能な粒子がオイル中に懸濁された懸濁液である。通常、M-R流体は、モーター油と同程度の粘稠度を有する、自由に流動する液体である。しかしながら、M-R流体に磁場がかけられると、見かけ粘度が変化し、M-R流体は濃厚化される。粘度の変化の程度は、基本的に、かけられる磁場の大きさに比例し、得られる緩衝装置の減衰力は、粘度に比例して変化する。
【００２２】
正の電気エネルギーによって、又は負の電気エネルギーにより磁場を反転させてM-R流体にかけられる磁場を変化させることにより、減衰力は迅速に変化され、車両の運転者により大きな制御を与える。磁場の極性が正でも負でも、M-R流体の粘度に明らかな違いはない。
【００２３】
しかしながら、問題がある。電磁石に残留磁気が残るので、電流を切った場合、常に磁気は完全には除去されず、電流を減少させた場合、磁気はそれに正比例して減少しない。この残留磁気は、電磁石に用いられる金属（通常、鉄合金）の特性の関数であり、これらの特性は、用いられる特定の金属についてのヒステリシス曲線を分析することにより定量及び説明できる。
【００２４】
本出願において、「ヒステリシス」という語は、磁化力が変化した時の強磁性物質の磁化の遅れのような、物体に作用する力が変化した時の効果の遅れを意味する。
【００２５】
図面を参照すると、本発明における典型的なヒステリシス曲線が示され、H(又は0)は電流又は電圧がないことを意味する。より詳細には、
１．  電圧がH1に増大すると、磁気がB1に増大する。
２．  H2の電圧において、材料の最大磁気「強度」であるB2（すなわちBmax)に達するので材料が「飽和」する。
３．  電圧をH3に減少させると、電圧を約８０％減少（図においてH2の２０％に減少させる）させたにもかかわらず、磁気はごくゆっくりとB3に低下する。これが磁気ヒステリシスである。B3における磁気は、約２０％しか減少しない。このように、電圧を減少させたとき、残留磁気のため磁気の減少は直線的ではない（電圧を８０％減少させても、磁気はわずか２０％しか減少しない）。
４．  実際、点B4において、電力はオフ(H=0)であり、残留磁気は+Bmaxの約７０％である。
５．  電圧の極性を反転して-H5（Hmaxの約-20%)に減少させると磁気はさらに約１５％減少して+B5になる（注：磁気が「+」で電圧が「−」である）。
６．  さらに逆向きの電圧をかけて（より大きな負の電圧をかけ）-H6にすると磁気が+B6に減少する（注：より大きな負の電圧(-H6)においてもまだ「＋」の磁気がある（H5よりも小さい）。
７．  逆方向の電圧をさらに大きくして-H7にすると、ついに残留磁気がなくなる(B=0)。
８．  逆方向の電圧をさらに大きくすると次に磁気極性が反転し、磁界強度がB8になる（図における最大値-Bmaxのおそらく６０％）。
９．  負の電圧を-H9に増大させると、磁気レベルは-Bmaxになる。これは極性が反転しているだけで以前と同じ大きさの磁界強度である（同じ負の電圧は+Bmaxと同じ大きさの負の磁界強度を与える）。これが他方向／極性の飽和である。
１０．  電圧のみを下げると、残留磁気のために、磁気強度は少しだけ下がる（３〜４のように）。H10はH4（０電圧）と同じである。B4は-B10と同じ磁界強度であるが、極性が逆である。
１１．  電圧を再度反転させる（再度正にする）と、電圧+H11において磁気が除去されるまで(B=0)磁気がゆっくりと減少する（まだ負の極性である）（段階５〜７のように）。
１２．  しかし（８と同様に）、逆方向の電圧をさらに増大させると極性が反転し（今度は最初の段階と同様、正になる）、H12においてBmaxの約６０％である+B12になる。
１３．  電圧をH13に増大させると、飽和レベルBmaxになる。サイクルは、工程３から繰返しを始める。
【００２６】
電磁コイルにかける電圧を増大させると、磁気及び減衰力が増大する。この効果は飽和点まで持続する。飽和の前に逓減点が存在し、ここから電圧の増大による磁気の増大がどんどん小さくなる。
【００２７】
しかしながら、あらゆる電圧から、電圧を減少させると、磁気は極くわずかしか減少しない。なぜなら、電磁石中の金属を磁化することにより残留磁気が生じるからである。このように、電力を切っても金属はまだより低い強度で磁化されている。
【００２８】
したがって、我々は、電圧を減少させても、電圧を増大させた場合に得られるのと同様な磁気レベルを期待することができなかった。これがヒステリシス原理である。実際、磁気レベルを減少させるために、我々は電力エネルギーの極性を反転させて残留磁気を減少又は除去することができる。一旦除去すると、電圧レベルが金属を新たな「反転極性」レベルに磁化させる。
【００２９】
図において、正電圧の飽和レベルである+Hmaxにある場合、逆向きの電圧は磁気（すなわち磁界）を除去する。しかしながら、これは新たな逆向きのレベルが、少なくとも、Hmaxの約６０％である-H7ある場合だけである。電圧がそれより小さい場合にはいずれの場合にも残留磁気を完全に除去することはできず、不所望な、容易に予測できない磁気レベルがもたらされる。したがって、我々は、緩衝装置においてどれだけの減衰力が発現されるのかを容易に知ることができない。
【００３０】
図に示すヒステリシス曲線において、減衰を減少させたい場合にはいつでも、新たな磁気レベルを予測可能なレベルにする（もっとも極性はまた逆である）ためには、電流の極性を反転して（残留磁気を除去するために）少なくとも「-60%」のレベルにしなければならない。これは予測可能な高いレベルであるが、元の又は以前のレベルより小さい。これはまた残留磁気を有するが、以前よりも小さい。
【００３１】
この点からより低いレベルを達成するためには、我々は本質的に同じことを行うことができる。電気エネルギーの極性を再び反転させると（以前の電圧レベルの少なくとも６０％の正のレベル）、反転した極性が新たな残留磁気レベルが除去され、新たなより低いレベルの反転した磁気極性が確立される。
【００３２】
電磁石は、少なくとも一度は運転者が車の操作を開始する前に飽和レベルに磁化されることが好ましい。なぜなら、図からわかるように、磁界が出発するとき（位置０、電圧０、磁気レベル０）、飽和レベル（位置２）に達するまでその増大の経路が異なるからである。その後は、磁界は、０、１及び２の間に示される「初期応答」には戻らない。
【００３３】
磁気レベルをさらに減少させる場合、予測性を得るためには同様な変化（先のレベルの約−６０％の逆極性）が必要である。
【００３４】
電磁石への電圧を増大させた場合には、磁気（及びそれに対応する残留磁気レベル）が飽和点まで増大するので、減衰力を増大させることはそれほど問題ではない。
【００３５】
このヒステリシス曲線は、電圧を飽和レベルよりも有意に低いレベルにまで増大させた場合に何が起きるのかを示してはいない。しかし、同様な応答が起きると信じられる。すなわち、いずれの磁気レベルも残留磁気を生じ、いずれの電圧減少も残留磁気の存在の故に総磁気の遅れた減少をもたらすであろう。電気エネルギーを切っても、残留磁気の存在の故に磁界は完全には除去されない。
【００３６】
図において、金属は、永久磁石に用いられる金属及びスチール合金において一般的な、大きなヒステリシスを有する。電磁石は通常、ヒステリシスが遥かに小さな「軟」磁気材料から形成されており、したがって、残留磁気を消去するためにこのような「大きなレベルの逆転」を必要としないであろう。
【００３７】
コントローラー（運転者又はコンピューターのような種々の手段により操作される）と、緩衝装置中の電磁コイルとの間の連絡は、電線、ラジオ信号、赤外線信号などの種々の手段により行うことができる。
【００３８】
電磁コイルに供給される電気エネルギーは、車の電気系統、別の電池又は他の手段により供給できる。
【００３９】
本発明をある具体例に特に言及して詳細に説明したが、以下の特許請求の範囲に定義される発明の精神及び範囲から逸脱することなく変形や修飾が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の方法の典型的なヒステリシス曲線を示す。
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004522924.tif 000021
【国際調査報告】
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