JP2008223911A - ダンパー構造 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、圧電素子を駆動源に用いても、減衰力の可変範囲が大きいダンパー構造を提供する。
【解決手段】ダンパー構造１１は振動などの力を受けるシリンダ１２とロッド１３をピストン１４を介して組合わせ、ピストン１４で押圧された流体が通るバルブ１５を配置し、バルブ１５の駆動力を付与する圧電素子１６が配置されている。バルブ１５の弁体４５に圧電素子１６が倍力機構１７を介して連結されているので、圧電素子１６の駆動量が倍力機構１７によって大きな移動量となって弁体４５を移動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動などの力に応じて、減衰力を調節することができるダンパー構造に関するものである。

ダンパー構造には、シリンダ内の流量を変更するバルブを設け、バルブを圧電素子によって駆動しているものがある（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−３０２６６号公報（第８頁、図１）

次に、特許文献１を簡単に説明する。
図６は、従来の技術（特許文献１）の説明図であり、従来の減衰特性可変型緩衝器２０１は、シリンダ２０２の外部に可変バルブ２０３が設けられ、可変バルブ２０３を背圧室２０４内のパイロット圧で制御する。パイロット圧を形成するパイロット圧室２０５には開閉するパイロット弁２０６が設けられ、パイロット弁２０６（パイロット弁体２０８）の閉方向（図の右）への駆動を圧電セラミック板２０７によって行っている。

しかし、特許文献１の減衰特性可変型緩衝器２０１では、減衰特性の可変量が小さいという問題がある。
パイロット弁体２０８は圧電セラミック板２０７によって移動するが、移動量（ストローク量）を圧電セラミック板２０７に対応させると、圧電素子の特性からパイロット弁体２０８の最大の開き量は小さいという問題がある。

可変バルブ２０３を他の緩衝器に採用した場合、必要な流量を確保できず、結果的に、必要な減衰力の可変範囲を得ることができないという問題がある。

本発明は、圧電素子を駆動源に用いても、減衰力の可変範囲が大きいダンパー構造を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、振動などの力を受けるシリンダとロッドをピストンを介して組合わせ、ピストンで押圧された流体が通るバルブを配置し、バルブの駆動力を付与する圧電素子が配置されているダンパー構造において、バルブの弁体に圧電素子が倍力機構を介して連結されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、圧電素子は、ロッド内にロッドと同軸に配置され、倍力機構は、ピストンの半径方向に伸びて弁体と圧電素子を連結しているレバー部材と、レバー部材の支点を支持する支点支持部と、を備えていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、支点支持部は、ピストンの中央に形成され、レバー部材は、一端が弁体に連結され、他端が支点支持部に連結され、他端の近傍に圧電素子の駆動力を加える力点連結部材を連結したことを特徴とする。

請求項１に係る発明では、振動などの力を受けるシリンダとロッドをピストンを介して組合わせ、ピストンで押圧された流体が通るバルブを配置し、バルブの駆動力を付与する圧電素子が配置されているダンパー構造において、バルブの弁体に圧電素子が倍力機構を介して連結されているので、圧電素子の駆動量が倍力機構によって大きな移動量となって弁体を移動させる。その結果、バルブの流量の範囲が大きくなり、圧電素子を駆動源に用いても、減衰力の可変範囲を大きくすることができるという利点がある。

請求項２に係る発明では、圧電素子は、ロッド内にロッドと同軸に配置され、倍力機構は、ピストンの半径方向に伸びて弁体と圧電素子を連結しているレバー部材と、レバー部材の支点を支持する支点支持部と、を備えているので、圧電素子をロッドの軸線方向に駆動させ、且つ、ロッドの軸線方向の圧電素子の変位（駆動量）を大きくすることができる。

また、ロッドの軸線方向の圧電素子の変位が倍力機構によって大きな移動量となって弁体を移動させる。従って、減衰力の可変範囲をより大きくすることができるという利点がある。

請求項３に係る発明では、支点支持部は、ピストンの中央に形成され、レバー部材は、一端が弁体に連結され、他端が支点支持部に連結され、他端の近傍に圧電素子の駆動力を加える力点連結部材を連結したので、支点支持部から力点連結部材までの距離と力点連結部材から弁体までの距離の比が大きくなり、弁体の移動量をより大きくすることができる。従って、減衰力の可変範囲をより大きくすることができるという利点がある。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は、本発明のダンパー構造の断面図である。
図２は、本発明のダンパー構造の斜視図である。

ダンパー構造１１は、シリンダ１２と、ロッド１３と、ピストン１４と、ピストン１４に設けたバルブ１５と、バルブ１５を駆動する圧電素子１６と、倍力機構１７を備え、例えば、自動車の懸架装置に用いられる。

自動車は、走行状態を検出する車両状態検出装置２１と、自動車の全体を制御する制御装置２２を備え、制御装置２２の減衰情報に基づいて圧電素子１６は制御される。
シリンダ１２は、ピストン１４で仕切られてロッド１３が配置されている前室２５と、ロッド１３が配置されていない後室２６を有する。

ピストン１４は、シリンダ１２の内径よりわずかに小さい外周面２８を形成し、外周面２８にシートリング３１、３１を取付け、前室２５の壁をなす前壁３２を形成し、後室２６の壁をなす後壁３３を形成し、後壁３３と前壁３２を結合部材３４で結合して、バルブ室３５を形成している。
結合部材３４を用いることで、ピストン１４の軽量化を図ることができる。
前壁３２には、ロッド１３を接続する第１めねじ部が形成されている。

ロッド１３は、前壁３２の第１めねじ部にねじ込んだおねじ部が切られ、一端３７に嵌合穴４１が深く形成され、嵌合穴４１の端に第２めねじ部が形成されている。

図３は、図１の３−３線断面図である。図１、図２を併用して説明する。
バルブ１５は、ピストン１４内（バルブ室３５）に設けられ、後壁３３に貫通している後流路４３と、前壁３２に向いている後流路４３の角に形成した弁座４４と、弁座４４に、閉じるときに当たる弁体４５と、ピストン１４の前壁３２に貫通させた前流路４６と、を備える。

倍力機構１７は、弁体４５に連結しているレバー部材４８と、レバー部材４８に連結している支点支持部５１と、レバー部材４８と圧電素子１６を接続している力点連結部材５２と、力点連結部材５２を圧電素子１６に押圧している弾性部材５３と、圧電素子１６をロッド１３の半径方向に対して支持し、ロッド１３の嵌合穴４１に嵌合している固定カラー５４と、を備える。具体的に説明する。

レバー部材４８は、一端（先端）に弁体４５がピンで揺動自在（矢印ａ１の方向）に連結され、他端が支点支持部５１にピンで揺動自在（矢印ａ２の方向）に連結され、支点支持部５１側に力点連結部材５２が連結されている。
支点支持部５１から力点連結部材５２までの距離はＬ１で、レバー部材４８の約１／４であり、力点連結部材５２から弁体４５までの距離をＬ２とし、距離Ｌ２は、Ｌ２＞Ｌ１で、Ｌ１の約３倍である。

弁体４５は、円錐形に形成され、円錐の底面に連ねてレバー部材４８に連結している取付け部５８を形成している。
支点支持部５１は、後壁３３の内面（前壁３２に向いている面）の中央にボス部６１が形成され、ボス部６１の端部にレバー部材４８を支持する溝部６２が形成されている。

力点連結部材５２は、レバー部材４８に連結している凸部６４が形成され、凸部６４に連ねて円盤部６５が形成され、円盤部６５の中央に素子支持ガイド部材６６が形成され、素子支持ガイド部材６６がロッド１３の嵌合穴４１に、ロッド１３の長手方向（Ｚ軸方向）にスライド自在に嵌合し、素子支持ガイド部材６６の掛止部６７に弾性部材５３の一端を当接するとともに弾性部材５３を嵌合穴４１に収納し、収納した弾性部材５３の他端を蓋部材６８に当接して蓋部材６８をロッド１３の接続めねじ部にねじ込んだものである。

圧電素子１６は、既存のもので、電圧を印加するとひずむ。円柱に形成し、且つ、長さＬと直径Ｄの比（Ｌ／Ｄ）を大きく形成している。つまり、細長いものである。そして、圧電素子１６の軸線Ｃをロッド１３と軸線Ｃ１と同軸に配置している。

次に、本発明のダンパー構造の作用を説明する。
図１に示しているダンパー構造１１は、通電していない状態で、通電していないときは、弾性部材５３によって、常時、バルブ１５を全開にしている。
弾性部材５３は、力点連結部材５２を圧電素子１６に押圧し続けているので、力点連結部材５２はレバー部材４８を開限位置Ｋに保持し続け、弁体４５を全開位置Ｍに保持する。

図４は、本発明のダンパー構造の減衰力の調節機構を説明する図である。図１を併用して説明する。
まず、図４を用いて油７１（点模様で示した）の流れを説明し、引き続き、図４でバルブ１５を絞る機構を説明する。

ダンパー構造１１は、図４のように圧縮（矢印ａ３の方向）の荷重が加わると、ピストン１４が移動するので、後室２６内の油７１は、後室２６から後流路４３を矢印ｂ１のように流れ、続けて、前流路４６を矢印ｂ２のように流れて、前室２５に移動する。従って、圧縮荷重（振動）を吸収することができる。

逆に、引張りの荷重が加わると、圧縮とは逆方向に油が流れるから、引張り荷重（振動）を吸収することができる。

ダンパー構造１１は、制御装置２２によって圧電素子１６に電圧を印加すると、圧電素子１６は、長手方向（Ｚ軸方向）に矢印ｂ３のように伸びて、倍力機構１７を介してバルブ１５を閉じ方向に移動させるので、バルブ１５の移動量を大きくすることができる。
なお、バルブ１５を閉じるので、開度が変化し、ダンパー構造１１の減衰力は変化する。

具体的には、圧電素子１６が長手方向に伸びると、弾性部材５３に抗して、力点連結部材５２を矢印ｂ３のように押すと同時にレバー部材４８を押す。レバー部材４８はピストン１４の中央の支点支持部５１を支点に揺動して、一端に取付けている弁体４５を後流路４３に形成している弁座４４に押圧するので、後流路４３は閉じられる。

その際、圧電素子１６が伸びδｐだけ伸びると、倍力機構１７の距離Ｌ１と距離Ｌ２の比によって、弁体４５はストローク（距離）Ｂ（Ｂ＞δｐ）だけ移動するので、弁体４５のストローク量を大きくすることができる。従って、減衰力の可変範囲を大きくすることができる。

図５は、ダンパーのピストンの速度とダンパーの減衰力の関係を示したグラフであり、横軸をダンパーのピストンの速度とし、縦軸をダンパーの減衰力としたものである。
破線は、比較例で、減衰力を変更できない一般的なダンパーを示し、ピストンの速度が速い領域では減衰力は高く、ピストンの速度が遅い領域では減衰力は低い。

実線は、実施の形態を示している。
実施の形態のダンパーは、圧電素子１６を用いても弁体４５のストローク量が大きく、上限Ｕと下限Ｗの幅が大きくなり、減衰力の範囲を大きくすることができる。

ピストンの速度が極めて低いときに、車両状態検出装置２１に基づいて、圧電素子１６に通電することで、バルブ１５を完全に閉じる（後流路４３の流量をゼロにする）。その結果、ピストンの速度が極めて低いときに、減衰力を付与することができる。

走行状態に応じて、車両状態検出装置２１に基づいて、圧電素子１６への通電量を変化させることで、必要な減衰力を発生させることができる。

尚、本発明のダンパー構造は、実施の形態ではレバー部材４８の他端が支点支持部５１に連結されているが、他端に力点連結部材５２を連結してもよい。その際には、支点支持部５１をレバー部材４８の中央側へ移動して、レバー部材４８の比を設定することで、同様の効果を発揮する。

バルブ１５は、ピストン１４に流路を４個形成したが数は任意である。すなわち、後流路４３や弁体４５を４個設けたが、４個以下でもよく、４個超えでもよい。

本発明のダンパー構造は、自動車の懸架装置に好適である。

本発明のダンパー構造の断面図である。 本発明のダンパー構造の斜視図である。 図１の３−３線断面図である。 本発明のダンパー構造の減衰力の調節機構を説明する図である。 ダンパーのピストンの速度とダンパーの減衰力の関係を示したグラフである。 従来の技術（特許文献１）の説明図である。

符号の説明

１１…ダンパー構造、１２…シリンダ、１３…ロッド、１４…ピストン、１５…バルブ、１６…圧電素子、１７…倍力機構、４５…弁体、４８…レバー部材、５１…支点支持部、５２…力点連結部材。

Claims (3)

1. 振動などの力を受けるシリンダとロッドをピストンを介して組合わせ、該ピストンで押圧された流体が通るバルブを配置し、該バルブの駆動力を付与する圧電素子が配置されているダンパー構造において、
   前記バルブの弁体に前記圧電素子が倍力機構を介して連結されていることを特徴とするダンパー構造。
2. 前記圧電素子は、前記ロッド内にロッドと同軸に配置され、
   前記倍力機構は、前記ピストンの半径方向に伸びて前記弁体と前記圧電素子を連結しているレバー部材と、該レバー部材の支点を支持する支点支持部と、を備えていることを特徴とする請求項１記載のダンパー構造。
3. 前記支点支持部は、前記ピストンの中央に形成され、
   前記レバー部材は、一端が前記弁体に連結され、他端が前記支点支持部に連結され、前記他端の近傍に前記圧電素子の駆動力を加える力点連結部材を連結したことを特徴とする請求項２記載のダンパー構造。

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