(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
異極同士が軸方向に隣接する磁極配置がなされた外側磁石と、
軸方向に着磁されていると共に、異極同士を軸方向に隣接して二個以上積層した磁石からなり、前記外側磁石によって形成された間隙内を、軸方向に沿って相対的に移動可能に設けられ、外側磁石の磁界によって付勢される一方、荷重がほぼ線形に減少してバネ定数が負となる領域をその移動範囲中に少なくとも２カ所示し、このバネ定数が負となる領域の間の中間領域においては、該バネ定数が負となる領域と比較して荷重の減少率が小さく、バネ定数が相対的に大きな値となる荷重特性を示す内側磁石と
を具備することを特徴とする磁気バネ構造。
【請求項２】
前記中間領域のバネ定数が、前記バネ定数が負となる領域におけるバネ定数を１とした場合の比率で表した場合に、１未満で−１．１以上の範囲であることを特徴とする請求項１記載の磁気バネ構造。
【請求項３】
前記外側磁石と内側磁石とのクリアランスが、１０ｍｍ以下となるように設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気バネ構造。
【請求項４】
前記外側磁石が、配置面方向に互いに所定の間隙をおいて配置された複数から構成され、当該間隙を、前記内側磁石が相対移動可能に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の磁気バネ構造。
【請求項５】
前記外側磁石が、筒形に形成されており、その内部間隙を、前記内側磁石が相対移動可能に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の磁気バネ構造。
【請求項６】
前記外側磁石が、軸方向に直交する方向に沿って着磁されていると共に、異極同士を軸方向に隣接して積層した二極磁石からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載の磁気バネ構造。
【請求項７】
前記外側磁石及び内側磁石の各軸方向長さを調整することにより、バネ定数が負となる領域及びそれらの中間領域における荷重特性を適宜に設定可能であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１に記載の磁気バネ構造。
【請求項８】
前記内側磁石を形成する各磁石間のギャップを調整することにより、バネ定数が負となる領域及びそれらの中間領域における荷重特性を適宜に設定可能であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１に記載の磁気バネ構造。
【請求項９】
異極同士が軸方向に隣接する磁極配置がなされた外側磁石と、
前記外側磁石を支持する第１の支持部材と、
軸方向に着磁されていると共に、異極同士を軸方向に隣接して二個以上積層した磁石からなり、前記外側磁石によって形成された間隙内を、軸方向に沿って相対的に移動可能に設けられ、外側磁石の磁界によって付勢される一方、荷重がほぼ線形に減少してバネ定数が負となる領域をその移動範囲中に少なくとも２カ所示し、このバネ定数が負となる領域の間の中間領域においては、該バネ定数が負となる領域と比較して荷重の減少率が小さく、バネ定数が相対的に大きな値となる荷重特性を示す内側磁石と、
前記内側磁石を支持し、内側磁石と共に、前記外側磁石及び第１の支持部材に対して相対的に移動可能に設けられる第２の支持部材と、
前記内側磁石を軸方向に沿って付勢し、線形に変化する正のバネ定数を有する荷重特性を示し、前記内側磁石及び外側磁石からなる磁気バネ構造との重畳された荷重特性として、前記磁気バネ構造のバネ定数が負となる領域においては、荷重がほぼ一定となって略ゼロのバネ定数を形成し、中間領域においては、正のバネ定数を形成する弾性部材と
を具備し、前記第１の支持部材又は第２の支持部材に支持される負荷質量を、その平衡状態で、前記重畳されたバネ定数が正の値を示す中間領域において支持し得るように設定されていることを特徴とする除振機構。
【請求項１０】
前記中間領域のバネ定数が、前記バネ定数が負となる領域におけるバネ定数を１とした場合の比率で表した場合に、１未満で−１．１以上の範囲であることを特徴とする請求項９記載の除振機構。
【請求項１１】
前記外側磁石と内側磁石とのクリアランスが、１０ｍｍ以下となるように設けられていることを特徴とする請求項９又は１０記載の除振機構。
【請求項１２】
前記外側磁石が、配置面方向に互いに所定の間隙をおいて配置された複数から構成され、当該間隙を、前記内側磁石が相対移動可能に設けられていることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１に記載の除振機構。
【請求項１３】
前記外側磁石が、筒形に形成されており、その内部間隙を、前記内側磁石が相対移動可能に設けられていることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１に記載の除振機構。
【請求項１４】
前記外側磁石が、軸方向に直交する方向に沿って着磁されていると共に、異極同士を軸方向に隣接して積層した二極磁石からなることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１に記載の除振機構。
【請求項１５】
前記外側磁石及び内側磁石の各軸方向長さを調整することにより、バネ定数が負となる領域及びそれらの中間領域における荷重特性を適宜に設定可能であることを特徴とする請求項９〜１４のいずれか１に記載の除振機構。
【請求項１６】
前記内側磁石を形成する各磁石間のギャップを調整することにより、バネ定数が負となる領域及びそれらの中間領域における荷重特性を適宜に設定可能であることを特徴とする請求項９〜１５のいずれか１に記載の除振機構。
【請求項１７】
前記弾性部材が、金属バネから形成されることを特徴とする請求項９記載の除振機構。
【請求項１８】
前記外側磁石を支持する第１の支持部材が、ケーシングと、該ケーシングの内面を摺動可能なピストンとを有し、前記内側磁石を支持する第２の支持部材が相対的に所定以上可動した場合に、このピストンを摺動させてさらなる減衰力を発揮可能な構造であることを特徴とする請求項９〜１７のいずれか１に記載の除振機構。
【請求項１９】
前記ケーシング内に、粘性液体が密閉的に充填されていることを特徴とする請求項１８記載の除振機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車、電車、船舶などの乗物のシートに用いられるサスペンションユニットやエンジンマウント等における除振システムに組み込むことができる磁気バネ構造及び該磁気バネ構造を用いた除振機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、永久磁石を利用した磁気バネ構造を減衰装置として用い、これに、金属バネやゴム等の弾性部材を組み合わせた除振機構が知られており、本出願人も種々の機構を提案している。基本的には、まず、固定側と可動側とのそれぞれに永久磁石を配置して、それらの反発力や吸引力を利用することにより、所定の移動（変位）範囲においては、荷重が減少し、その範囲におけるバネ定数が負となる荷重特性を備えさせた磁気バネ構造を形成する。そして、この磁気バネ構造に、傾きがほぼ同じ正のバネ定数を有する金属バネ等の弾性部材を組み合わせ、所定の移動（変位）範囲において両者の重畳されたバネ定数が擬似的に略ゼロとなる定荷重領域を設定し、その範囲で負荷質量の平衡点を支持するように設けた構成である。
【０００３】
バネ定数が擬似的に略ゼロとなる領域を有しているため、加速度伝達率を抑制し、低周波から高周波まで広い周波数帯域での除振を可能としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した除振機構は上記のような優れた特性を有するものの、使用する磁石の強さ、金属バネのバネ特性等には、製造誤差などにより製品間にバラツキがある。このため、所定の変位範囲における全体のバネ定数を厳密にゼロに設定することは非常に困難である。この結果、実際には、バネ定数略ゼロの範囲を設定するにしても、多少なりともプラス又はマイナスの線形の傾きが生じることがあり、負荷質量の実際の平衡点が設計位置からずれてしまう。従来、この傾きを小さくするためには、製品毎の特性のバラツキを考慮して磁石と金属バネの組み合わせの選定等を厳密に行わなければず、製造工程上の大きな手間となっていた。
【０００５】
例えば、設計上の平衡点を挟んでその両側に１０ｍｍのバネ定数略ゼロの範囲を設定しようとした場合に、金属バネのバネ定数が設計値よりも大きい場合には、バネ定数略ゼロといっても、荷重特性上、多少右肩上がりの正のバネ定数値を示すことになる。この結果、負荷質量の平衡点が設計位置からずれて、例えば、バネ定数略ゼロの範囲が、実際には一方に５ｍｍ、他方に１５ｍｍといったようになり、設計通りの除振特性を発揮させることができない場合があった。
また、支持対象である負荷自体にも製品誤差があり、それによってもバネ定数略ゼロの範囲が設計位置からずれ、設計通りの除振特性を発揮できないという場合もあった。
【０００６】
本発明は上記に鑑みなされたものであり、使用する磁石や金属バネ等の特性にバラツキがあったとしても、あるいは負荷質量の重さ自体に製品誤差があったとしても、負荷質量の設計上の平衡点と実際の平衡点との誤差をできるだけ小さくし、負荷質量を安定した位置で支持して除振特性を十分に発揮させることができ、もって製造の容易化を図ることができる磁気バネ構造及び該磁気バネ構造を用いた除振機構を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するため、請求項１記載の本発明では、異極同士が軸方向に隣接する磁極配置がなされた外側磁石と、
軸方向に着磁されていると共に、異極同士を軸方向に隣接して二個以上積層した磁石からなり、前記外側磁石によって形成された間隙内を、軸方向に沿って相対的に移動可能に設けられ、外側磁石の磁界によって付勢される一方、荷重がほぼ線形に減少してバネ定数が負となる領域をその移動範囲中に少なくとも２カ所示し、このバネ定数が負となる領域の間の中間領域においては、該バネ定数が負となる領域と比較して荷重の減少率が小さく、バネ定数が相対的に大きな値となる荷重特性を示す内側磁石と
を具備することを特徴とする磁気バネ構造を提供する。
請求項２記載の本発明では、前記中間領域のバネ定数が、前記バネ定数が負となる領域におけるバネ定数を１とした場合の比率で表した場合に、１未満で−１．１以上の範囲であることを特徴とする請求項１記載の磁気バネ構造を提供する。
請求項３記載の本発明では、前記外側磁石と内側磁石とのクリアランスが、１０ｍｍ以下となるように設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気バネ構造を提供する。
請求項４記載の本発明では、前記外側磁石が、配置面方向に互いに所定の間隙をおいて配置された複数から構成され、当該間隙を、前記内側磁石が相対移動可能に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の磁気バネ構造を提供する。
請求項５記載の本発明では、前記外側磁石が、筒形に形成されており、その内部間隙を、前記内側磁石が相対移動可能に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の磁気バネ構造を提供する。
請求項６記載の本発明では、前記外側磁石が、軸方向に直交する方向に沿って着磁されていると共に、異極同士を軸方向に隣接して積層した二極磁石からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載の磁気バネ構造を提供する。
請求項７記載の本発明では、前記外側磁石及び内側磁石の各軸方向長さを調整することにより、バネ定数が負となる領域及びそれらの中間領域における荷重特性を適宜に設定可能であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１に記載の磁気バネ構造を提供する。
請求項８記載の本発明では、前記内側磁石を形成する各磁石間のギャップを調整することにより、バネ定数が負となる領域及びそれらの中間領域における荷重特性を適宜に設定可能であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１に記載の磁気バネ構造を提供する。
請求項９記載の本発明では、異極同士が軸方向に隣接する磁極配置がなされた外側磁石と、
前記外側磁石を支持する第１の支持部材と、
軸方向に着磁されていると共に、異極同士を軸方向に隣接して二個以上積層した磁石からなり、前記外側磁石によって形成された間隙内を、軸方向に沿って相対的に移動可能に設けられ、外側磁石の磁界によって付勢される一方、荷重がほぼ線形に減少してバネ定数が負となる領域をその移動範囲中に少なくとも２カ所示し、このバネ定数が負となる領域の間の中間領域においては、該バネ定数が負となる領域と比較して荷重の減少率が小さく、バネ定数が相対的に大きな値となる荷重特性を示す内側磁石と、
前記内側磁石を支持し、内側磁石と共に、前記外側磁石及び第１の支持部材に対して相対的に移動可能に設けられる第２の支持部材と、
前記内側磁石を軸方向に沿って付勢し、線形に変化する正のバネ定数を有する荷重特性を示し、前記内側磁石及び外側磁石からなる磁気バネ構造との重畳された荷重特性として、前記磁気バネ構造のバネ定数が負となる領域においては、荷重がほぼ一定となって略ゼロのバネ定数を形成し、中間領域においては、正のバネ定数を形成する弾性部材と
を具備し、前記第１の支持部材又は第２の支持部材に支持される負荷質量を、その平衡状態で、前記重畳されたバネ定数が正の値を示す中間領域において支持し得るように設定されていることを特徴とする除振機構を提供する。
請求項１０記載の本発明では、前記中間領域のバネ定数が、前記バネ定数が負となる領域におけるバネ定数を１とした場合の比率で表した場合に、１未満で−１．１以上の範囲であることを特徴とする請求項９記載の除振機構を提供する。
請求項１１記載の本発明では、前記外側磁石と内側磁石とのクリアランスが、１０ｍｍ以下となるように設けられていることを特徴とする請求項９又は１０記載の除振機構を提供する。
請求項１２記載の本発明では、前記外側磁石が、配置面方向に互いに所定の間隙をおいて配置された複数から構成され、当該間隙を、前記内側磁石が相対移動可能に設けられていることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１に記載の除振機構を提供する。
請求項１３記載の本発明では、前記外側磁石が、筒形に形成されており、その内部間隙を、前記内側磁石が相対移動可能に設けられていることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１に記載の除振機構を提供する。
請求項１４記載の本発明では、前記外側磁石が、軸方向に直交する方向に沿って着磁されていると共に、異極同士を軸方向に隣接して積層した二極磁石からなることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１に記載の除振機構を提供する。
請求項１５記載の本発明では、前記外側磁石及び内側磁石の各軸方向長さを調整することにより、バネ定数が負となる領域及びそれらの中間領域における荷重特性を適宜に設定可能であることを特徴とする請求項９〜１４のいずれか１に記載の除振機構を提供する。
請求項１６記載の本発明では、前記内側磁石を形成する各磁石間のギャップを調整することにより、バネ定数が負となる領域及びそれらの中間領域における荷重特性を適宜に設定可能であることを特徴とする請求項９〜１５のいずれか１に記載の除振機構を提供する。
請求項１７記載の本発明では、前記弾性部材が、金属バネから形成されることを特徴とする請求項９記載の除振機構を提供する。
請求項１８記載の本発明では、前記外側磁石を支持する第１の支持部材が、ケーシングと、該ケーシングの内面を摺動可能なピストンとを有し、前記内側磁石を支持する第２の支持部材が相対的に所定以上可動した場合に、このピストンを摺動させてさらなる減衰力を発揮可能な構造であることを特徴とする請求項９〜１７のいずれか１に記載の除振機構を提供する。
請求項１９記載の本発明では、前記ケーシング内に、粘性液体が密閉的に充填されていることを特徴とする請求項１８記載の除振機構を提供する。
【０００８】
（作用）
本発明によれば、磁気バネ構造によって負のバネ定数が作り出される領域中において、荷重が線形に減少する前後の領域に比較して、荷重の減少率が小さくなり（なお、本明細書では、「荷重の減少率が小さくなる」とは、前後の減少率と比較して減少率が小さくなる場合はもとより、荷重が減少せずに逆に増加する場合も含む）、バネ定数が、前後の領域のバネ定数よりも値が大きくなる中間領域を備えた荷重特性を有する。
【０００９】
この結果、正のバネ定数を有する弾性部材を組み合わせた場合には、前後の領域では、重畳したバネ定数として、擬似的に略ゼロとなり、その間の中間領域では、正のバネ定数を有する領域が形成される。換言すれば、従来であれば、バネ定数が略ゼロの線形の変化を示す範囲の中途に、バネ定数が変化する領域が形成され、本発明は、その範囲において弱い非線形特性を示す構造となっている。
【００１０】
従って、負荷質量の平衡点をこの中間領域となるように設計すれば、磁石や金属バネ等の特性に製品誤差があったとしても、あるいは負荷質量の重さ自体に製品誤差があったとしても、負荷質量の実際の平衡点は、この中間領域内でずれるだけであり、前後に形成されたバネ定数略ゼロの領域にまで、そのずれが及ばない。この結果、負荷質量の支持位置の安定性を向上させることができると共に、平衡点を任意の位置に設定することができる。
【００１１】
この平衡点においては、バネ定数が略ゼロではなく、正のバネ定数を有するが、高周波の振動は、正のバネ定数を有するバネ特性を利用しても除振できるため、除振特性上の問題はない。一方、低周波の振動が入力された場合には、内側磁石の相対的な変位量が大きくなるため、バネ定数が擬似的に略ゼロとなっている前後の領域において除振されることになる。従って、本発明によれば、低周波から高周波までの広い範囲での高い除振特性を維持しながら、負荷質量の支持位置の安定性を従来よりも向上させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて更に詳しく説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る磁気バネ構造を示し、このうち、図１（ａ）は外側磁石１０を、図１（ｂ）は内側磁石２０をそれぞれ示す。外側磁石１０は、図１（ａ）に示したように、全体として略円筒状に形成されており、２つのリング状の永久磁石（以下、「リング状磁石」）１１，１２を軸方向に積層した二極磁石構造である。リング状磁石１１，１２は、いずれも軸方向に直交する方向である半径方向に着磁されており、上側に配置されたリング状磁石１１は、内周面がＮ極に、外周面がＳ極にそれぞれ着磁されている。下側に配置されたリング状磁石１２は、内周面がＳ極に、外周面がＮ極にそれぞれ着磁されている。
【００１４】
従って、２つのリング状磁石１１，１２を積層した状態では、内周面では、上側がＮ極で下側がＳ極となり、外周面では、上側がＳ極で下側がＮ極となることから、結局、異極同士が軸方向に隣接する磁極配置がなされる。これにより、外側磁石１０は、磁力線が、軸方向に隣接する各リング状磁石１１，１２の磁極間でループ状に形成される磁気的に閉回路の構造となっている。
【００１５】
なお、図１（ａ）では、製造上の都合から、扇形磁石片１１ａ，１２ａを円周状に組み合わせることによりリング状磁石１１，１２を形成しているが、これに限定されるものではなく、リング状磁石１１，１２をそれぞれ一体に成形することも可能である。また、外側磁石１０を、図１（ａ）に示したような二極磁石から形成するのではなく、軸方向に、あるいは軸方向に対して直交する方向（例えば、円筒形であれば径方向）にＮ極、Ｓ極が着磁された略円筒状の単極磁石から形成することもできるが、内側磁石２０に作用する内周面から出る漏れ磁場の磁束密度が密になり、より小型化するのに適することから、図１（ａ）に示したような二極磁石構造とすることが好ましい。なお、二極以上の多極磁石構造とすることも可能であり、この場合には、後述の中間領域が複数形成されることになる。このため、正のバネ定数を備えた弾性部材と組み合わせた場合には、荷重特性上、バネ定数略ゼロの領域中に形成される正のバネ定数を示す中間領域が複数箇所に形成されるという特性を示すことになる。
【００１６】
また、外側磁石１０は、本実施形態のように略円筒状でなくても、角筒状のような筒形であってもよく、それらの中空部である内部間隙が、内側磁石２０を移動可能に配設することができる間隙として機能する形状であればよい。また、筒形のように、内側磁石２０の外周の全てを取り囲んでいるものである必要はなく、内側磁石２０の外周に、配置面方向に互いに複数離間させて設け、例えば、内側磁石２０を挟んで対向して板状の磁石を２つ設け、それらの間に形成される間隙を内側磁石２０が移動する間隙として機能させることができる構造であってもよい。
【００１７】
内側磁石２０は、図１（ｂ）に示したように、軸方向に着磁された２つの略円筒状の永久磁石（以下、「内側用円筒状磁石」という）２１，２２を、異極同士が隣接するように軸方向に積層した磁石構造（以下、「積層磁石構造」という）に形成される。各内側用円筒状磁石２１，２２の外径は、外側磁石１０の内径よりも小さく、該外側磁石１０の中空部（内部間隙）１３内を相対的に移動し得る大きさに形成される。また、内側磁石２０の軸方向の長さは限定されるものではないが、所望の特性を得るためには、外側磁石１０の軸方向の長さとほぼ同じであることが好ましい。なお、内側磁石２０が、略円筒状に限定されるものではないことはもちろんであり、外側磁石１０によって形成される間隙の形状に合わせて、例えば、角筒状、板状等に形成することもできる。
【００１８】
図２は、図１に示した外側磁石１０と内側磁石２０とから形成される第１の実施形態に係る磁気バネ構造の荷重−変位特性を示す図である。測定は、外側磁石１０をオートグラフ（ＡＧ−５０ｋＮＤ，（株）島津製作所）のテーブル上に固定し、内側磁石２０を外側磁石１０の中空部１３を通過するように上下に移動させ、そのときの内側磁石２０に働いた上下方向の荷重を求めることにより行った。また、外側磁石１０及び内側磁石２０の高さ方向（軸方向）の中心が合致する位置を変位０ｍｍとし、その位置を基準として５０ｍｍ上方を変位−５０ｍｍとし、５０ｍｍ下方を変位＋５０ｍｍとして、内側磁石２０を１００ｍｍの振幅で往復させて測定した。
【００１９】
なお、外側磁石１０のサイズは、外径４０ｍｍ、内径１８ｍｍ、高さ２０ｍｍであり、内側磁石２０のサイズは、外径１６ｍｍ、内径１０ｍｍ、高さ２０ｍｍであった。また、図２の荷重−変位特性中、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点、Ｅ点における外側磁石１０と内側磁石２０の相対位置関係は、それぞれ、図３の（ａ）〜（ｅ）に示したとおりである。
【００２０】
図２から明らかなように、Ａ点からＢ点に至る領域及びＤ点からＥ点に至る領域は変位量に応じて荷重が増加する正のバネ定数を示すが、Ｂ点からＤ点に至る領域において変位量が増加しても荷重が減少する負のバネ定数を有することがわかる。
【００２１】
しかも、本実施形態においては、Ｂ点からＤ点に至る領域内のほぼ中間領域であるＣ点付近においては、Ｂ点からＣ点付近までの前の領域と、Ｃ点付近からＤ点付近までの後の領域と比較して、荷重の減少率が小さく、負のバネ定数値を示すものの、バネ定数の値自体が前後の領域と比較して相対的に大きくなっている（バネ定数値が「正」寄りになる）ところに大きな特徴を有している。つまり、Ｂ点からＤ点に至る負のバネ定数を示す領域に限って考察した場合に、その範囲における荷重特性として線形に変化するのではなく、中間領域でバネ定数値が変わる弱い非線形特性を示すという特徴を備えている。
中間領域のバネ定数値は、上記した前後の領域（該中間領域を挟んで、それより前において荷重がほぼ線形に減少してバネ定数が負となっている領域と、後において荷重がほぼ線形に減少してバネ定数が負となっている領域）のバネ定数値と比較して、その差が大きい場合には、すなわち、中間領域のバネ定数値があまりに大きな正の値を示すような場合には、中間領域における振動吸収特性を損なうおそれがある。従って、中間領域のバネ定数値は、該中間領域を挟んでその前後に現れているバネ定数が負となっている領域のバネ定数値を１とした場合の比率で表した場合に、１未満で−１．１以上の範囲であることが好ましい。
【００２２】
ここで、上記したＢ点からＤ点までの領域において非線形の荷重−変位特性を示す原理を図４の模式図を用いて説明する。
【００２３】
内側磁石２０として本実施形態のように積層磁石構造を用いた場合には、上下の内側用円筒状磁石２１，２２との境界付近で微小な漏れ磁場が生じる。このことを前提に、内側用円筒状磁石２１，２２の境界付近の磁極である上部に位置する内側用円筒状磁石２１のＳ極と、下部に位置する内側用円筒状磁石２２のＮ極と、外側磁石１０の上部に配置されたリング状磁石１１のＮ極との３つの極の関係で荷重−変位特性を示すと図４（ａ）のようになる。同様に、隣接した位置関係にある上部に位置する内側用円筒状磁石２１のＳ極と、下部に位置する内側用円筒状磁石２２のＮ極と、外側磁石１０の下部に配置されたリング状磁石１２のＳ極との３つの極の関係で荷重−変位特性を示すと図４（ｂ）のようになる。
【００２４】
外側磁石１０は上記したように実際には、２つのリング状磁石１１，１２が積層された構造なので、隣接した位置関係にある上部に位置する内側用円筒状磁石２１のＳ極と、下部に位置する内側用円筒状磁石２２のＮ極とによって生じる漏れ磁場と、２つのリング状磁石１１，１２からなる外側磁石１０とのＡ点からＥ点までに示す変化は、図４（ａ）と図４（ｂ）のグラフに現れる荷重値を足して、図４（ｃ）に示したようになる。
【００２５】
一方、内側磁石２０として、本実施形態のように積層磁石構造でなく、図において上部と下部に磁極を有する通常の単極磁石を用いた場合の荷重−変位特性は図４（ｄ）に示すとおりである。すなわち、単極磁石を用いた場合には、Ｂ点からＤ点に至る領域において、変位量に対して同じ傾きで荷重が減少する線形の荷重特性を示す。
【００２６】
本実施形態の内側磁石２０は、内側用円筒状磁石２１，２２の積層構造であることから、それらの各境界付近と反対側の端部（内側磁石２０全体の上端と下端）にも当然磁極を有するが、この反対側の端部の２つの磁極の機能による荷重特性は、図４（ｄ）に示した単極磁石の場合と同様である。
【００２７】
従って、本実施形態の積層磁石構造からなる内側磁石２０の全体の荷重−変位特性は、結局、図４（ｃ）に示したグラフの荷重値と図４（ｄ）に示したグラフの荷重値との合算になり、図４（ｅ）において太線で示したようになる。すなわち、単極磁石であれば、荷重が線形に減少する負のバネ定数値を示すＢ点からＤ点の範囲内であるＣ点付近において、前後の領域よりも相対的にバネ定数値が大きくなる（負であればバネ定数値の絶対値が小さくなり、あるいは正のバネ定数値を示すようになること）傾きを示す中間領域が形成される。
但し、このような中間領域を形成するような弱い非線形特性を示すに当たっては、上記したように内側磁石２０を形成している内側用円筒状磁石２１，２２の境界付近での微小な漏れ磁場が大きく影響している。但し、漏れ磁場による影響は、残留磁束密度（磁石のサイズによっても異なる）にもよるが、例えば、残留磁束密度が約１．１〜１．２Ｔ（例えば、７５ｍｍ×７５ｍｍ×２５ｍｍから５０ｍｍ×５０ｍｍ×１５ｍｍの大きさのネオジウム磁石）の場合には、外側磁石１０と内側磁石２０とのクリアランス（径方向の隙間）が１０ｍｍ以下で距離に比例して減少するが、１０ｍｍを超えると距離の２乗に比例して減少するため、このクリアランスは、１０ｍｍ以下で使用することが好ましい。
【００２８】
以上のことから、本実施形態の磁気バネ構造によれば、内側磁石２０の移動範囲（変位範囲）中に、Ｂ点からＣ点に至るまでの領域と、Ｃ点を過ぎてからＤ点までの領域とにおいて、荷重がほぼ線形に減少し、バネ定数が負となる領域を有する。従って、絶対値がほぼ同じ正のバネ定数を有する弾性部材と組み合わせることにより、２つの領域においてバネ定数略ゼロの特性を持たせることができる。
【００２９】
一方、Ｃ点付近の中間領域においては、Ｂ点からＣ点に至るまでの負のバネ定数を示す領域と、Ｃ点を過ぎてからＤ点までの負のバネ定数を示す領域と比較して荷重の減少率が小さくなっており、バネ定数は負のままであるが、Ｂ点からＣ点に至るまでの負のバネ定数を示す領域と、Ｃ点を過ぎてからＤ点までの負のバネ定数を示す領域のバネ定数よりも大きくなっている（バネ定数値が「正」寄りになる）。従って、上記したＢ点からＣ点に至るまでの領域と、Ｃ点を過ぎてからＤ点までの領域においては、これらの領域の負のバネ定数と絶対値がほぼ同じ正のバネ定数を有する弾性部材を組み合わせた場合には、中間領域においては、バネ定数が略ゼロではなく、正のバネ定数を有することになる。
【００３０】
この結果、本実施形態の磁気バネ構造を正のバネ定数を有する金属バネ等の弾性部材と組み合わせて除振機構を形成した場合には、バネ定数が略ゼロの領域間に挟まれた状態で、正のバネ定数をもつ領域が形成されるため、負荷質量の平衡点を、この正のバネ定数を有する移動範囲（変位範囲）のみで支持することが可能となる。
【００３１】
次に、図５に示したように、上記した内側磁石２０を形成する内側用円筒状磁石２１，２２間のギャップを０ｍｍ〜３ｍｍ（ＧＡＰ０〜ＧＡＰ３）の範囲で変化させ、荷重特性を測定し、その結果を図６〜図８に示した。
【００３２】
このうち、図６は、隣接した位置関係にある上部に位置する内側用円筒状磁石２１のＳ極と、下部に位置する内側用円筒状磁石２２のＮ極とによって生じる漏れ磁場と、外側磁石１０を構成する上下のリング状磁石１１，１２とによる荷重−変位特性（すなわち、図４（ｄ）と同様の磁極関係についての荷重ー変位特性）を示している。図６から明らかなように、内側用円筒状磁石２１，２２の境界部での漏れ磁場の影響は、両者間のギャップが大きくなるほど大きくなっていることが分かる。
【００３３】
図７は、内側用円筒状磁石２１，２２の反対側の端部の磁極も合わせた、外側磁石１０と内側磁石２０との全体の相対変位に伴う荷重−変位特性を示した図であり、図８は、図７の荷重−変位特性図から求められるバネ定数値をプロットした図である。なお、内側用円筒状磁石２１，２２を本実施形態のように２つ積層した構造と、高さ２０ｍｍの一体の円筒状磁石とでは、特性が異なる。そこで、図７及び図８では、高さ２０ｍｍの一体の円筒状磁石の特性も併せて表示する。
【００３４】
これらの図から、ギャップが小さいほど、中間領域を挟んでその前後に現れているバネ定数が負となっている領域と比較した場合の該中間領域におけるバネ定数値の変化量が小さく、ギャップが大きくなるほど、中間領域におけるバネ定数値の変化量が大きい。これは、図６に示したように境界部における漏れ磁場の影響がギャップが大きくなるほど大きくなることによるものであり、内側用円筒状磁石２１，２２間のギャップを調整することにより、正のバネ定数を有する弾性部材と組み合わせた際の中間領域におけるバネ定数の大きさを任意に調整することができることが分かる。なお、高さ２０ｍｍの一体の円筒状磁石の場合には、変位量約−１０ｍｍから＋１０ｍｍの範囲において、ほぼ同じ大きさの負のバネ定数値を示しており、中間領域における非線形性が得られていない。従って、中間領域における非線形性を得るに当たっては、内側磁石２０として、積層磁石構造とすることが必要であることが分かる。
【００３５】
（第２の実施形態）
図９は、本発明の第２の実施形態に係る磁気バネ構造を示し、図９（ａ）は外側磁石１０’を示し、図９（ｂ）は内側磁石２０’を示す。外側磁石１０’の形状及び構造は、上記した第１の実施形態に係る外側磁石１０とほぼ同様であるが、軸方向長さ（高さ）のみが異なり、そのサイズは、外径４０ｍｍ、内径１８ｍｍ、高さ１０ｍｍとなっている。内側磁石２０’は、上記した第１の実施形態に係る内側磁石２０と形状、構造及び大きさ共に同一である。
【００３６】
この第２の実施形態の磁気バネ構造について、第１の実施形態と同様に測定した荷重−変位特性は、図１０に示したとおりである。なお、図１０において、Ｃ１点は、図３のＣ点よりもＢ点寄りの位置であり、Ｃ２点は、図３のＣ点よりもＤ点寄りの位置である。この図から明らかなように、Ｂ点からＣ１点までの領域、及びＣ２点からＤ点までの領域においては、ほぼ線形に荷重が減少していく負のバネ定数領域となっている。これに対し、Ｃ点付近である、Ｃ１点からＣ２点までの中間領域においては、荷重が増加し、正のバネ定数領域となっている。
【００３７】
従って、このような特性を有する磁気バネ構造に正のバネ定数を有する金属バネ等の弾性部材を組み合わせた場合には、Ｂ点からＣ１点までの前領域及びＣ２点からＤ点までの後領域の２つの領域においてバネ定数略ゼロの領域を作り出すことができる。これに対し、Ｃ１点からＣ２点までの中間領域においては、正のバネ定数を示すことになる。
【００３８】
このため、上記した第１の実施形態と同様に、２つのバネ定数略ゼロの領域間に正のバネ定数を備えた領域を有することになるため、負荷質量の平衡点をこの中間領域に設定することにより、安定した支持が可能となる。
【００３９】
但し、本実施形態の場合には、磁気バネ構造単独でも、Ｃ１点からＣ２点までの中間領域において正のバネ定数を有する。一方、上記した第１の実施形態の磁気バネ構造では、かかる中間領域におけるバネ定数は、該中間領域を挟んでその前後に現れているバネ定数が負となっている領域よりも大きい（絶対値が小さい）といっても、負のままである。従って、正のバネ定数を有する弾性部材と組み合わせた際のバネ定数は、第２の実施形態のものの方が大きくなる。また、第１の実施形態及び第２の実施形態を比較すると、外側磁石１０，１０’の高さ（軸方向長さ）に比し、内側磁石２０，２０’の高さ（軸方向長さ）が高い場合に、中間領域における荷重特性が、該中間領域を挟んでその前後に現れているバネ定数が負となっている領域における荷重特性と比較して大きな変化が得られることが分かる。いずれを使用するかは、負荷質量の平衡点位置等にもよるが、このようにして外側磁石１０，１０’と内側磁石２０，２０’の軸方向長さの関係を調整することにより、磁気バネ構造の中間領域におけるバネ定数を種々に設定することが可能となることが分かる。
【００４０】
（第３の実施形態）
次に、上記した特徴を備えた磁気バネ構造を組み込んだ除振機構３０の一例を、第３の実施形態として、図１１〜図１３基づき説明する。図１１は除振機構３０の外観図、図１２は断面図、図１３は分解斜視図である。
【００４１】
除振機構３０は、ケーシング４０、ピストン５０、ピストンロッド６０及び金属バネ７０を有している。ケーシング４０は、筒状側壁部４１とこの筒状側壁部４１の底部を閉塞する底板４２とを備えている。なお、底板４２の内面には、底付き防止用のゴム板４２ａが設けられている。また、筒状側壁部４１の上部には天付き防止用のストッパとして機能するリング状のゴム板４３が設けられ、さらにその上部には軸挿通孔４４ａを備えた密閉用の蓋部材４４が設けられている。
【００４２】
蓋部材４４の内周部には、図１（ａ）に示したものと同様の二極磁石構造からなる略円筒形の外側磁石１００が取り付けられている。従って、本実施形態においては、ケーシング４０が磁気バネ構造を形成する外側磁石１００を支持する第１の支持部材として機能する。
【００４３】
ピストン５０は、外周面が、上記筒状側壁部４１の内周面に摺動する環状摺動部材５１を有する。この環状摺動部材５１の内周面には、環状突条部５１ａが突設されている。環状摺動部材５１の内側には、略円筒状の動作部材５２が配設される。この動作部材５２は、外周面に形成された環状凹部５２ａを有しており、この環状凹部５２ａ内に、上記した環状摺動部材５１の環状突条部５１ａが配置される。環状凹部５２ａの軸方向長さは、図１２に示したように、環状突条部５１ａの厚みより大きい。動作部材５２が上下方向に所定量動作するまでは、環状摺動部材５１は動作せず、環状凹部５２ａを形成している上側端壁５２ｂ又は下側端壁５２ｃが環状突条部５１ａに接すると、それに押圧されて環状摺動部材５１が動作する構造である。
【００４４】
動作部材５２の中央には、ピストンロッド６０の先端部が連結されている。このピストンロッド６０の軸方向の中途であって、上記した外側磁石１００の配設位置に対応する位置に形成された溝部には、図１（ｂ）に示したものと同様の構造の略筒状の内側磁石１１０が装着されている。そして、ピストン５０とピストンロッド６０は、外側磁石１００及び第１の支持部材であるケーシング４０に対して相対的に移動可能である、内側磁石１１０を支持する第２の支持部材として機能する。
【００４５】
また、動作部材５２の底筒部５２ｄには、オリフィス５２ｅが貫通形成されており、ケーシング４０内に密閉的に充填される粘性液体がこのオリフィス５２ｅを通過することにより、粘性液体の粘性抵抗が発揮される構造となっている。
【００４６】
動作部材５２とケーシング４０の底板４２との間には、弾性部材としての金属バネ（コイルスプリング）７０が配設されている。この金属バネ７０は、動作部材５２をケーシング４０の底板４２から離間する方向、すなわち内側磁石１１０を外側磁石１００の中空部から離脱させる方向に付勢する弾性力を有し、その荷重特性としては、変位量の増加に伴い荷重が増加する線形の正のバネ定数を備えている。上記したように、外側磁石１００と内側磁石１１０とにより形成される磁気バネ構造は、所定の変位（移動）量範囲において、ほぼ線形の負のバネ定数を備えている。従って、金属バネ７０としては、磁気バネ構造により形成される負のバネ定数と絶対値がほぼ同じ正のバネ定数となるものを用いることにより、所定の変位量範囲において、両者を組み合わせた状態での重畳されたバネ定数をほぼゼロとすることができる。
【００４７】
図１４は、上記した第３の実施形態に係る除振機構３０の荷重−変位特性を示す図である。図１４において、変位量２０ｍｍの位置が、外側磁石１００と内側磁石１１０の軸方向中央部が一致している位置である。この図から明らかなように、変位量２０ｍｍ付近の中間領域（変位量約１７ｍｍ〜約２２ｍｍの領域）においては、変位量に応じて荷重が約２６０Ｎ〜約２９０Ｎの範囲で増加する傾きを示しており、バネ定数が正となっている。これに対し、この中間領域の前の領域（変位量約１０ｍｍ〜約１７ｍｍの領域）及び後の領域（変位量約２２ｍｍ〜約２９ｍｍの領域）においては、変位量に対して荷重が変化しないバネ定数略ゼロの領域となっている。
【００４８】
従って、磁気バネ構造を構成する外側磁石１００や内側磁石１１０の強さ、あるいは金属バネ７０のバネ特性等にバラツキがある結果、実際の負荷質量の平衡点が一定でないとしても、中間領域である約２６０Ｎ〜約２９０Ｎの範囲である限り、設計上の平衡点位置である変位量２０ｍｍを中心として±約２〜３ｍｍの範囲で位置ずれが生じるだけであり、負荷質量を設計上の平衡点位置近辺で安定して支持することができる。
【００４９】
そして、負荷質量の平衡点が上記した中間領域で支持されている限り、高周波の振動が入力された場合には、この中間領域の正のバネ定数を有する荷重特性によって、共振せずに除振できる。一方、低周波で大きな振幅が入力された場合には、中間領域の前後の領域に形成されているバネ定数略ゼロの荷重特性により、振動が伝達されず、除振することができる。
【００５０】
図１２に示したように、本実施形態においては、動作部材５２の変位量が所定以上となるような大きな振動が入力され、上記したバネ定数略ゼロの領域を超えた場合には、環状凹部５２ａを形成する上側端壁５２ｂ又は下側端壁５２ｃが環状突条部５１ａに接する。その結果、上側端壁５２ｂ又は下側端壁５２ｃに環状突条部５１ａが押圧されて、環状摺動部材５１が摺動する。この際、ケーシング４０に充填された粘性液体は、オリフィス５２ｅを通じてのみ流動することになるため、そのときに生じる抵抗によって、上記した大きな振動に伴う動作部材５２の相対的な動きが減衰される。なお、本実施形態では粘性液体を充填しているが、粘性液体を充填せずに、環状摺動部材５１とケーシング４０の内周面との摩擦抵抗のみを利用してさらなる減衰力を発揮させる構成とすることもできる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の磁気バネ構造は、外側磁石の中空部内を相対的に可動に設けられ、外側磁石の磁界によって付勢される一方、荷重がほぼ線形に減少してバネ定数が負となる領域をその可動範囲中に少なくとも２カ所有し、このバネ定数が負となる領域の間の中間領域においては、該バネ定数が負となる領域と比較して荷重の減少率が小さく、バネ定数が相対的に大きな値となる荷重特性を示す内側磁石を具備する。
【００５２】
そして、この磁気バネ構造に対し、正のバネ定数を有する弾性部材を組み合わせた場合には、中間領域において正のバネ定数を有し、該中間領域を挟んだそれより前の領域と後の領域においてバネ定数が略ゼロとなる特性を備えさせることができる。このため、負荷質量を中間領域において安定して支持することができる。従って、磁気バネ構造を構成する外側磁石や内側磁石の強さ、金属バネのバネ特性、あるいは負荷質量自体の重さ等にバラツキがある結果、実際の負荷質量の平衡点が一定でないとしても、負荷質量を設計上の平衡点位置近辺で安定して支持することができ、磁気バネ構造及び除振機構の設計の容易化を達成できる。
【００５３】
また、高周波帯の振動入力に対しては、正のバネ定数を有する中間領域で除振でき、低周波帯の振動入力に対しては、該中間領域を挟んだそれより前の領域と後の領域であるバネ定数略ゼロの荷重特性を有する領域で除振できる。従って、本発明によれば、バネ定数略ゼロの荷重特性を有する領域間の中間領域で正のバネ定数を有する荷重特性を有していながら、低周波帯から高周波帯まで広い範囲の入力振動に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る磁気バネ構造を構成する外側磁石を示す斜視図であり、図１（ｂ）は内側磁石を示す斜視図である。
【図２】図２は、上記実施形態に係る磁気バネ構造の荷重−変位特性を示す図である。
【図３】図３は、図２の荷重−変位特性におけるＡ点〜Ｅ点の各測定位置を示す図である。
【図４】図４は、図２の荷重−変位特性を示す原理を説明するための図である。
【図５】図５は、内側磁石を構成する磁石間にギャップを形成した状態を示す模式図である。
【図６】図６は、内側磁石を構成する磁石間に形成したギャップの大きさを異ならせて測定した内側用円筒状磁石の境界部の漏れ磁場の影響を示すための図である。
【図７】図７は、内側磁石を構成する磁石間に形成したギャップの大きさを異ならせて測定した荷重−変位特性を示す図である。
【図８】図８は、図７の荷重−変位特性から得られたバネ定数値と変位量の関係を示す図である。
【図９】図９（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る磁気バネ構造を構成する外側磁石を示す斜視図であり、図９（ｂ）は内側磁石を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、上記実施形態に係る磁気バネ構造の荷重−変位特性を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の第３の実施形態に係る除振機構を示す外観図である。
【図１２】図１２は、上記実施形態に係る除振機構の概略断面図である。
【図１３】図１３は、上記実施形態に係る除振機構の分解斜視図である。
【図１４】図１４は、上記第３の実施形態に係る除振機構の荷重−変位特性を示す図である。
【符号の説明】
１０，１０’，１００  外側磁石
２０，２０’，１１０  内側磁石
３０  除振機構
４０  ケーシング
５０  ピストン
６０  ピストンロッド
７０  金属バネ
【図１】
0003966540.tif 000002
【図２】
0003966540.tif 000003
【図３】
0003966540.tif 000004
【図４】
0003966540.tif 000005
【図５】
0003966540.tif 000006
【図６】
0003966540.tif 000007
【図７】
0003966540.tif 000008
【図８】
0003966540.tif 000009
【図９】
0003966540.tif 000010
【図１０】
0003966540.tif 000011
【図１１】
0003966540.tif 000012
【図１２】
0003966540.tif 000013
【図１３】
0003966540.tif 000014
【図１４】
0003966540.tif 000015