(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部フレームと、該下部フレームに対しリンク機構を介して上下動自在に取り付けられた上部フレームと、該上部及び下部フレームに同一磁極が対向した状態で取り付けられた永久磁石とを有し、上記リンク機構を複数のリンクアームと、該リンクアームを軸受を介して回動自在に連結する連結部材とにより構成し、上記リンクアームを非磁性体で構成する一方、上記軸受を強磁性体で構成した磁気ばね構造体。
【請求項２】
上記連結部材を非磁性体で構成した請求項１に記載の磁気ばね構造体。
【請求項３】
エンジンマウントとして使用するようにした請求項１あるいは２に記載の磁気ばね構造体。
【請求項４】
上記上部及び下部フレームの間に弾性材を設け、エンジンマウントとして使用するようにした請求項１あるいは２に記載の磁気ばね構造体。
【請求項５】
上記永久磁石として２極磁石を使用した請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁気ばね構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同一磁極が対向する磁気ばね構造体に関し、さらに詳しくは、磁気ばね構造体が持つ動的ばね定数を変化できるようにした動的ばね定数可変構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車技術をはじめ、いろいろな乗り物の技術がめまぐるしい発展をとげ、運動性能だけでなく安全性や快適性も求められてきている。疲労促進・視力低下など様々な問題を引き起こす要因となる振動乗り心地の改善がアクティブセーフティの面からも重要な課題となってきている。そのために乗り物が人体に与える振動を低減するメカニズムが必要となり、様々な振動モデルが提案され、実用化されている。
【０００３】
近年になり、高保持力、高残留磁束密度を有する永久磁石が実用化されるに伴い、磁気浮上、磁気軸受、磁性流体を用いたダンパー等の磁気制御系の研究が盛んに行われている。磁気浮上制振技術は物体を非接触で支持することが可能となるため、摩擦や磨耗の問題も少なく、高速運動させることが可能であり、振動や騒音も少ないという利点を持つ。さらに、磁石の特徴でもある特殊雰囲気中での使用が可能であるという長所や、力の方向が全方位であるという長所を有しており、このような特性を利用した磁気浮上車両や磁気軸受等の応用機械が開発されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、磁石の磁気力を用いた浮上技術は吸引力を利用したものが大半を占めるのに対し、反発力を利用した磁気回路は系の不安定さと反発力の著しい非線形性による制御の困難さにより、振動制御に利用されにくいのが現状である。
【０００５】
そこで、本願発明者らは、反発系磁石を利用した磁気ばね構造体、あるいは、この磁気ばね構造体を利用したサスペンションユニット等の実用化のため、鋭意研究を重ねた結果、そのメカニズムもほぼ把握できるようになった。
【０００６】
しかしながら、これまでの研究に使用した磁気ばね構造体の場合、動的ばね定数は入力振動の振幅に関係なく一定となっており、入力振幅に応じて動的ばね定数が変化する構造が振動吸収の点で有利であった。
【０００７】
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、動的ばね定数を可変とすることにより外部からの入力振動を効果的に減衰できるようにした安価でコンパクトな磁気ばね構造体を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項１に記載の発明は、下部フレームと、該下部フレームに対しリンク機構を介して上下動自在に取り付けられた上部フレームと、該上部及び下部フレームに同一磁極が対向した状態で取り付けられた永久磁石とを有し、上記リンク機構を複数のリンクアームと、該リンクアームを軸受を介して回動自在に連結する連結部材とにより構成し、上記リンクアームを非磁性体で構成する一方、上記軸受を強磁性体で構成したことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、上記連結部材を非磁性体で構成したことを特徴とする。
【００１０】
さらに、請求項３に記載の発明は、磁気ばね構造体をエンジンマウントとして使用するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、上記上部及び下部フレームの間に弾性材を設け、磁気ばね構造体をエンジンマウントとして使用するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、上記永久磁石として２極磁石を使用したことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１及び図２は、本発明にかかる磁気ばね構造体Ｍを示しており、例えば車両用サスペンションユニットとして使用される。この磁気ばね構造体Ｍは、振動源側に取り付けられる下部フレーム２と、リンク機構を介して下部フレーム２に上下動自在に取り付けられた上部フレーム４とを備えている。
【００１４】
リンク機構は、磁気ばね構造体Ｍの両側に設けられたＸ−リンク６，６を有し、Ｘ−リンク６，６の各々は、２本のリンクアーム６ａ，６ｂで構成されている。リンクアーム６ａの上端は、上部フレーム４の前端部に回動自在に取り付けられた回動軸８の一端に枢着されるとともに、リンクアーム６ａの下端は、下部フレーム２の後端部に回動自在に取り付けられた回動軸１０の一端に枢着されている。一方、リンクアーム６ｂの上端は、上部フレーム４の後端部に回動自在に取り付けられた回動軸１２の一端に枢着されるとともに、リンクアーム６ｂの下端は、下部フレーム２の前端部に回動自在に取り付けられた回動軸１４の一端に枢着されている。また、２本のリンクアーム６ａ，６ｂの中間部は、軸受１６を介して回動自在に連結されている。
【００１５】
さらに、下部フレーム２の上面及び上部フレーム４の下面には、同一磁極が対向する２極永久磁石１８，２０がそれぞれ取り付けられており、二つの２極磁石１８，２０により磁気ばねを構成し、その反発力を上部フレーム４の持ち上げ力に利用している。
【００１６】
上記構成の磁気ばね構造体Ｍを車両用サスペンションユニットとして使用する場合、下部フレーム２は車体フロア等の振動源側に取り付けられる一方、上部フレーム４にはシートが取り付けられる。シートに乗員が着座すると、乗員の荷重は、二つの永久磁石１８，２０の反発力により支持される。
【００１７】
この磁気ばね構造体Ｍは、非線形のバネ特性を持ち、振動源側からの入力を一定振幅に減衰させるとともに、減衰された振動をさらにリンク機構を利用して微小振動に変換し、吸収する。
【００１８】
さらに詳述すると、リンクアーム６ａ，６ｂ等のリンク類、及び、軸受１６を介してリンクアーム６ａ，６ｂを回動自在に連結している連結部材としてのピン２２は、非磁性体（例えば、アルミニウム）で構成する一方、軸受１６を構成する外輪、内輪、ボール等を強磁性体（例えば、鉄あるいはスチール）で構成すると、永久磁石１８，２０からの磁束が軸受１６に集中し、軸受１６の動きが拘束される。
【００１９】
図３は、軸受１６を流れる磁束を示しており、（ａ）はアルミニウム製ピンを使用した場合を、（ｂ）は鉄製ピンを使用した場合を示しており、（ｃ）は（ａ）の線IIIc-IIIcに沿った断面図である。
【００２０】
図３に示されるように、ピン２２を非磁性体で構成した場合、外部磁束が軸受１６のボール２１,…,２１に集中することから、リンクアーム６ａ，６ｂの連結部の摩擦力が増大して、抵抗荷重が増大し、磁気ばね構造体Ｍの動摩擦係数が変化する。なお、２３はボール２１,…,２１を回動自在に保持するリテーナである。
【００２１】
図４は、磁気ばね構造体Ｍに振動が入力された場合の入力振幅に対する動的ばね定数の変化を示すグラフであり、永久磁石１８，２０として７０ｍｍＬ×３５ｍｍＷ×１０ｍｍＨのものを使用し、磁石間距離は３５ｍｍに設定されている。図中、「Ｘ−リンク（アルミ）」及び「Ｘ−リンク（鉄）」とは、ピン２２を含むリンク類をそれぞれアルミニウム製及び鉄製とした場合を示しており、「リンクなし」とは、磁気ばね構造体ＭにおいてＸ−リンク６，６を取り外すとともに、上部フレーム４を下部フレーム２に対し上下動自在に支持した場合を示している。
【００２２】
図４のグラフから分かるように、「リンクなし」の場合には、入力振幅が０．１ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍと変化しても、動的ばね定数には大きな変化が見られないのに対し、「Ｘ−リンク（鉄）」の場合には、外部磁束が軸受１６に集中して磁気ばね構造体Ｍの動摩擦係数が変化し、動的ばね定数が入力振幅に応じてかなり変化している。また、「Ｘ−リンク（アルミ）」の場合には、外部磁束が軸受１６のボールに集中することから、動的ばね定数が入力振幅に応じて大きく変化し、入力振幅が小さくなるにつれて動的ばね定数は著しく増大している。
【００２３】
また、図５乃至図７は、磁気ばね構造体Ｍに振動が入力された場合の時間に対する荷重の変化を示すグラフであり、入力振幅が０．１ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍの場合をそれぞれ示している。
【００２４】
図５乃至図７のグラフから分かるように、外部磁束が、軸受１６、特にボールに集中することにより、上述したようにリンクアーム６ａ，６ｂの連結部の摩擦力が増大して、抵抗荷重が増大する。また、この現象は入力振幅が小さいほど顕著であり、入力振動を効果的に減衰できることを示している。
【００２５】
ここで、軸受１６を流れる磁束と作動トルクとの関係について、図８を参照しながら説明する。
ある軸受１６を磁束が全くない場に置いた場合、図８（ａ）に示されるように、軸受１６の軸方向に磁束を通過させた場合、及び、図８（ｂ）に示されるように、軸受１６の軸方向に垂直な方向に磁束を通過させた場合について、軸受１６の作動トルクを調べたところ、表１のような結果が得られた。
【表１】
0003969470.tif 000002
【００２６】
なお、軸受１６の各ボールは、すべてが強磁性体である必要はなく、一部（例えば、各ボールの１／２の半球状部分）を強磁性材料で作製し、他の一部を非磁性材料で作製してもよい。
【００２７】
図９及び図１０は、本発明にかかる磁気ばね構造体を採用したエンジンマウントＥ１を示している。
【００２８】
このエンジンマウントＥ１は、車体フロアに取り付けられる下部フレーム２４と、リンク機構を介して下部フレーム２４に上下動自在に取り付けられた上部フレーム２６とを備えている。
【００２９】
リンク機構は、２本のリンクアーム２８ａ，２８ｂからなるＸ-リンク２８で構成されている。リンクアーム２８ａの上端は、上部フレーム２６の前端部に枢着されており、リンクアーム２８ａの下端は、下部フレーム２４の後端部に枢着されている。一方、リンクアーム２８ｂの上端は、上部フレーム２６の後端部に枢着されており、リンクアーム２８ｂの下端は、下部フレーム２４の前端部に枢着されている。また、２本のリンクアーム２８ａ，２８ｂの中間部は、軸受３０及び連結部材としてのピン３１を介して回動自在に連結されている。
【００３０】
また、下部フレーム２４及び上部フレーム２６の左右両側には、同一磁極が対向する２極永久磁石３２，３４，３６，３８がそれぞれ取り付けられており、二つの２極永久磁石３２，３６（及び３４，３８）により磁気ばねを構成し、その反発力を上部フレーム４の持ち上げ力に利用している。
【００３１】
上記構成のエンジンマウントＥ１において、上部フレーム２６に載置されたエンジン（図示せず）の荷重は、二つの磁気ばね３２，３６及び３４，３８の反発力により支持されるとともに、エンジンからの振動は、磁気ばねの非線形ばね特性により減衰され、さらにリンク機構により吸収される。
【００３２】
図１１及び図１２は、本発明にかかる磁気ばね構造体を採用した別のエンジンマウントＥ２を示している。
【００３３】
このエンジンマウントＥ２は、車体フロアに取り付けられる下部フレーム４０と、下部フレーム４０に上下動自在に取り付けられた上部フレーム４２とを備えており、上部及び下部フレーム４２，４０の間には、前後端に弾性材としてのゴム４４，４６がそれぞれ設けられるとともに、中央部にばね体Ｍ２が挿入され、固定されている。
【００３４】
図１３に示されるように、ばね体Ｍ２は、同一磁極が対向する二つの永久磁石４８，５０と、永久磁石４８，５０の両側に設けられたＸ−リンク５２，５２を有し、Ｘ−リンク５２，５２の各々は、２本のリンクアーム５２ａ，５２ｂで構成されている。リンクアーム５２ａの上端は、上部永久磁石５０の前端に固定された上部ブラケット５４に枢着されるとともに、リンクアーム５２ａの下端は、下部永久磁石４８の後端に固定された下部ブラケット５６に回動自在に取り付けられた回動軸５８の一端に枢着されている。一方、リンクアーム５２ｂの上端は、上部永久磁石５０の後端に固定された上部ブラケット６０に回動自在に取り付けられた回動軸６２の一端に枢着されるとともに、リンクアーム５２ｂの下端は、下部永久磁石４８の前端に固定された下部ブラケット６４に枢着されている。また、２本のリンクアーム５２ａ，５２ｂの中間部は、軸受６６及び連結部材としてのピン６７を介して回動自在に連結されている。
【００３５】
上記構成において、二つの永久磁石４８，５０により磁気ばねを構成し、その反発力を上部フレーム４２の持ち上げ力に利用している。
【００３６】
図１４は、本発明にかかる磁気ばね構造体を採用した更に別のエンジンマウントＥ３を示しており、図１１及び図１２に示されるエンジンマウントＥ２のばね体Ｍ２に代えて図１５に示されるばね体Ｍ３を使用した点で、エンジンマウントＥ２と相違している。
【００３７】
図１６に示されるように、ばね体Ｍ３は、同一磁極が対向する二つの永久磁石４８，５０と、永久磁石４８，５０の両側に設けられたｙ−リンク６８，６８を有し、ｙ−リンク６８，６８の各々は、長短２本のリンクアーム６８ａ，６８ｂで構成されている。長尺のリンクアーム６８ａ（リンクアーム５２ａと同じ）の上端は、上部永久磁石５０の前端に固定された上部ブラケット５４に枢着されるとともに、リンクアーム６８ａの下端は、下部永久磁石４８の後端に固定された下部ブラケット５６に回動自在に取り付けられた回動軸５８の一端に枢着されている。一方、リンクアーム６８ｂの上端は、軸受６６を介してリンクアーム６８ａの中間部に回動自在に連結されるとともに、リンクアーム６８ｂの下端は、下部永久磁石４８の前端に固定された下部ブラケット６４に枢着されている。
【００３８】
上記構成のエンジンマウントＥ２、Ｅ３において、上部フレーム４２に載置されたエンジン（図示せず）の荷重は、磁気ばね４８，５０の反発力及びゴム４４，４６の弾性力により支持されるとともに、エンジンからの振動は、磁気ばね４８，５０及びゴム４４，４６により減衰され、さらにリンク機構により吸収される。
【００３９】
なお、エンジンマウントＥ２，Ｅ３では、永久磁石４８，５０には単極磁石が使用されているが、エンジンマウントＥ１と同様、２極磁石を使用することもできる。
【００４０】
ここで、同一サイズの二つの２極磁石と二つの単極磁石で構成される磁気ばねにおける磁力分布について、図１７乃至図３２を参照しながら説明する。
【００４１】
図１７は、７０ｍｍＬ×３５ｍｍＷ×１０ｍｍＨの二つの２極磁石で構成される磁気ばねを示しており、図１８の(ａ)，（ｂ），（ｃ）及び（ｄ）は図１７のＡ面、Ｂ面、Ｃ面及びＤ面における磁力分布を示している。また、図１９、図２１及び図２３は、上記磁石の離間距離をそれぞれ３８ｍｍ、５４ｍｍ及び１０８ｍｍにそれぞれ設定した状態を示しており、図２０、図２２及び図２４は、そのときのＡ面における磁力分布である。
【００４２】
同様に、図２５は、上記２極磁石と同一サイズの二つの単極磁石で構成される磁気ばねを示しており、図２６の(ａ)及び（ｂ）は、図２５のＡ面及びＢ面における磁力分布を示している。また、図２７、図２９及び図３１は、上記磁石の離間距離をそれぞれ３８ｍｍ、５４ｍｍ及び１０８ｍｍにそれぞれ設定した状態を示しており、図２８、図３０及び図３２は、そのときのＡ面における磁力分布である。
【００４３】
なお、磁力分布図における矢印の太さは磁力の大きさを示している。
【００４４】
図１８の（ａ），（ｂ）と図２６の（ａ），（ｂ）とを比較し、図２０と図２８、図２２と図３０、図２４と図３２とをそれぞれ比較するとわかるように、２極磁石で構成される磁気ばねは単極磁石で構成される磁気ばねに比べて磁力（反発力）が大きく、２極磁石を使用することにより効率的な磁気ばねを提供することができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
本発明のうちで請求項１に記載の発明によれば、リンク機構を複数のリンクアームと、このリンクアームを軸受を介して回動自在に連結する連結部材とにより構成し、リンクアームを非磁性体で構成する一方、軸受を強磁性体で構成したので、上部及び下部フレームに取り付けられた永久磁石からの磁束が軸受に集中して摩擦力が増大し、入力振動に応じて磁気ばね構造体の動摩擦係数が変化する。その結果、動的ばね定数が変化し、入力振動を効果的に減衰することができる。
【００４６】
また、請求項２に記載の発明によれば、連結部材を非磁性体で構成したので、軸受のボールに磁束が集中し、動的ばね定数を大きく変化させることができる。
【００４７】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、エンジンマウントとして使用することにより、エンジンから車体に入力される振動を極力低減することができる。
【００４８】
また、請求項４に記載の発明によれば、上部及び下部フレームの間に弾性材を設け、エンジンマウントとして使用することにより、エンジンから車体に入力される振動をさらに低減することができる。
【００４９】
また、請求項５に記載の発明によれば、永久磁石として反発力の大きい２極磁石を使用したので、磁気ばね構造体をコンパクトで安価に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかる磁気ばね構造体の斜視図である。
【図２】  図１の磁気ばね構造体の分解斜視図である。
【図３】  図１の磁気ばね構造体のリンク機構に設けられた軸受を流れる磁束を示しており、（ａ）は軸受を支持する連結部材を非磁性体で構成した場合を、（ｂ）は強磁性体で構成した場合をそれぞれ示しており、（ｃ）は（ａ）の線IIIc-IIIcに沿った断面図である。
【図４】  図１の磁気ばね構造体に振動が入力された場合の入力振幅に対する動的ばね定数の変化を示すグラフである。
【図５】  図１の磁気ばね構造体に振動が入力された場合の時間に対する荷重の変化を示すグラフであり、入力振幅が０．１ｍｍの場合を示している。
【図６】  図１の磁気ばね構造体に振動が入力された場合の時間に対する荷重の変化を示すグラフであり、入力振幅が０．５ｍｍの場合を示している。
【図７】  図１の磁気ばね構造体に振動が入力された場合の時間に対する荷重の変化を示すグラフであり、入力振幅が１．０ｍｍの場合を示している。
【図８】  軸受を流れる磁束を示しており、（ａ）は軸受の軸方向に磁束が通過する場合を、（ｂ）は軸方向に垂直に磁束が通過する場合をそれぞれ示している。
【図９】  本発明にかかる磁気ばね構造体を採用したエンジンマウントの斜視図である。
【図１０】  図９のエンジンマウントの分解斜視図である。
【図１１】  本発明にかかる磁気ばね構造体を採用した別のエンジンマウントの斜視図である。
【図１２】  図１１のエンジンマウントの分解斜視図である。
【図１３】  図１１のエンジンマウントに設けられたばね体の分解斜視図である。
【図１４】  本発明にかかる磁気ばね構造体を採用したさらに別のエンジンマウントの斜視図である。
【図１５】  図１４のエンジンマウントに設けられたばね体の斜視図である。
【図１６】  図１５のばね体の分解斜視図である。
【図１７】  ２極磁石で構成される磁気ばねの斜視図である。
【図１８】  図１７の各面における磁力分布図を示しており、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、それぞれＡ面、Ｂ面、Ｃ面及びＤ面における磁力分布図である。
【図１９】  図１７の磁気ばねにおいて磁石間距離を３８ｍｍに設定した状態を示す斜視図である。
【図２０】  図１９のＡ面における磁力分布図である。
【図２１】  図１７の磁気ばねにおいて磁石間距離を５４ｍｍに設定した状態を示す斜視図である。
【図２２】  図２１のＡ面における磁力分布図である。
【図２３】  図１７の磁気ばねにおいて磁石間距離を１０８ｍｍに設定した状態を示す斜視図である。
【図２４】  図２３のＡ面における磁力分布図である。
【図２５】  単極磁石で構成される磁気ばねの斜視図である。
【図２６】  図２５の各面における磁力分布図を示しており、（ａ）及び（ｂ）は、それぞれＡ面及びＢ面における磁力分布図である。
【図２７】  図２５の磁気ばねにおいて磁石間距離を３８ｍｍに設定した状態を示す斜視図である。
【図２８】  図２７のＡ面における磁力分布図である。
【図２９】  図２５の磁気ばねにおいて磁石間距離を５４ｍｍに設定した状態を示す斜視図である。
【図３０】  図２９のＡ面における磁力分布図である。
【図３１】  図２５の磁気ばねにおいて磁石間距離を１０８ｍｍに設定した状態を示す斜視図である。
【図３２】  図３１のＡ面における磁力分布図である。
【符号の説明】
２，２４，４０  下部フレーム
４，２６，４２  上部フレーム
６，２８，５２  Ｘ−リンク
6a,6b,28a,28b,52a,52b,68a,68b  リンクアーム
８，１０，１２，１４，５８，６２  回動軸
１６，３０，６６  軸受
１８，２０，３２，３４，３６，３８，４８，５０  永久磁石
２２  ピン
４４，４６  ゴム
５４，６０  上部ブラケット
５６，６４  下部ブラケット
６８  ｙ−リンク
Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３  エンジンマウント
Ｍ  磁気ばね構造体
Ｍ２，Ｍ３  ばね体
【図１】
0003969470.tif 000003
【図２】
0003969470.tif 000004
【図３】
0003969470.tif 000005
【図４】
0003969470.tif 000006
【図５】
0003969470.tif 000007
【図６】
0003969470.tif 000008
【図７】
0003969470.tif 000009
【図８】
0003969470.tif 000010
【図９】
0003969470.tif 000011
【図１０】
0003969470.tif 000012
【図１１】
0003969470.tif 000013
【図１２】
0003969470.tif 000014
【図１３】
0003969470.tif 000015
【図１４】
0003969470.tif 000016
【図１５】
0003969470.tif 000017
【図１６】
0003969470.tif 000018
【図１７】
0003969470.tif 000019
【図１８】
0003969470.tif 000020
【図１９】
0003969470.tif 000021
【図２０】
0003969470.tif 000022
【図２１】
0003969470.tif 000023
【図２２】
0003969470.tif 000024
【図２３】
0003969470.tif 000025
【図２４】
0003969470.tif 000026
【図２５】
0003969470.tif 000027
【図２６】
0003969470.tif 000028
【図２７】
0003969470.tif 000029
【図２８】
0003969470.tif 000030
【図２９】
0003969470.tif 000031
【図３０】
0003969470.tif 000032
【図３１】
0003969470.tif 000033
【図３２】
0003969470.tif 000034