JP2009058081A - 磁性流体ダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数および組立工数の大幅な増加を招くことなく磁気粘性流体の使用量を削減し、流体ダンパのコスト低減を図る。
【解決手段】シリンダ１内に、作動油ＦＬが封入される油室１０と磁気粘性流体ＭＲが封入される流体室２０とを軸方向に画成する第１フリーピストン８を納め、流体室２０に連通するタンク２内にガスが封入されるガス室２２を画成する第２フリーピストン１８を納め、油室１０には油通路１１，１２を有するピストン４を摺動可能に配設すると共に、流体室２０には流体通路２１を有する電磁石ユニット１７を位置固定的に配設する。ピストンロッド５の伸縮動に伴う作動油ＦＬ並びに磁気粘性流体ＭＲの流動抵抗によって減衰力を発生させると共に、ピストンロッド５の退出および進入分の作動油ＦＲは、第１、第２フリーピストン８，１８の摺動によって補償し、磁気粘性流体ダンパは流体室２０の変位に伴う流体移動によって作動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車のサスペンション等に用いられる流体ダンパに係り、より詳しくは作動油の流動抵抗と磁気粘性流体の流動抵抗とによって減衰力を発生する流体ダンパに関する。

電磁作用を付与した磁気粘性流体の流動抵抗によって減衰力を発生する磁気粘性流体ダンパ（ショックアブソーバ）は、従来より知られている。この種の磁気粘性流体ダンパは、一般に、磁気粘性流体が封入されたシリンダ内に電磁石が組込まれたピストンを配設し、該ピストンと連結されたピストンロッドの伸縮動に伴う磁気粘性流体の流動抵抗によって減衰力を発生し、前記ピストンロッドの退出および進入分の磁気粘性流体は、モノチューブ式においてはシリンダの底部側にフリーピストンを介して画成したガス室の体積変化で、ツインチューブ式においてはシリンダとアウタチューブとの間のリザーバでそれぞれ補償する構造となっている。磁気粘性流体は、作動油中に磁性体粒子（鉄粉）を分散させてなっており、電磁石から印加される磁界強度によってその粘度が変化し、これに応じて発生する減衰力が変化する。

ところで、磁気粘性流体は、汎用の作動油に比べてかなり高価となっており、このため、磁気粘性流体の使用量をできるだけ抑えたい要求がある。そこで、たとえば、特許文献１には、外部シリンダと内部シリンダとを二重管式に配して、両シリンダの間に形成される外側の作動室に作動油を、内部シリンダ内の作動室に磁気粘性流体をそれぞれ封入し、外側の作動室および内側の作動室に各独立にピストンおよびピストンロッドを組込むと共に、各作動室に体積補償のアキュムレータ（ガス室）を連設し、所謂オイルダンパと磁気粘性流体ダンパとを併用するようにした二重管式ショックアブソーバが記載されている。
特開２００２−１９５３４０号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の二重管式ショックアブソーバによれば、ピストンおよびピストンロッドをはじめ、体積補償のためのガス室やシール手段など、流体ダンパとしての構成部品が二重に必要になり、部品点数および組立工数の大幅な増加による製品コストの上昇が避けられず、磁気粘性流体の使用量を削減したことによるコスト的な利点が失われる、という問題があった。

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、部品点数および組立工数の大幅な増加を招くことなく磁気粘性流体の使用量を削減し、もって製品コストの低減に寄与する流体ダンパを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、シリンダ内に、作動油が封入される油室と磁気粘性流体が封入される流体室とを軸方向に画成する第１仕切部材を納め、ガスが封入されるガス室を第２仕切部材を介して前記流体室に直列に連設し、前記油室には油通路を有するピストンを摺動可能に配設すると共に、前記流体室には流体通路を有する電磁石ユニットを位置固定的に配設し、前記ピストンに連結されたピストンロッドの伸縮動に伴って前記油通路、流体通路を流通する作動油並びに磁気粘性流体の流動抵抗によって減衰力を発生し、前記ピストンロッドの退出および進入分の作動油は、前記第１および第２仕切部材の変動によって補償する構成としたことを特徴とする。

このように構成した流体ダンパにおいては、オイルダンパとして用いる油室と体積補償のためのガス室との間に磁気粘性流体ダンパとして用いる流体室を配置し、磁気粘性流体ダンパは、流体通路を有する電磁石ユニットを位置固定して流体室の変位に伴う流体移動によって減衰力を発生するようにしたので、ピストンやピストンロッドなどのダンパ構成部品を二重に設ける必要がなくなり、部品点数の削減並びに組立工数の削減を図ることができる。

本発明において、上記第１仕切部材および第２仕切部材は、それぞれフリーピストンまたはダイアフラムからなる構成とすることができる。
また、上記ガス室は、前記シリンダと別体のタンク内に設けられていても、前記シリンダの底部に設けられていてもよく、前者の場合は第２仕切部材が該タンク内に、後者の場合は、第２仕切部材が該シリンダの底部に配設される。

本発明に係る流体ダンパによれば、ピストンやピストンロッドなどのダンパ構成部品を二重に設ける必要がないので、部品点数の削減並びに組立工数の削減を図ることができ、高価な磁気粘性流体の使用量を削減できることと相俟って、製品コストの低減に大きく寄与するものとなる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る流体ダンパの第１の実施形態を示したものである。同図において、１は有底のシリンダ、２は、シリンダ１の内底部に連通管（連通路）３を介して連絡するタンクである。シリンダ１内の上部側には、ピストン４が摺動可能に配設されており、ピストン４にはピストンロッド５の一端部が連結されている。ピストンロッド５の他端側は、シリンダ１の開口端部に装着したロッドガイド６を挿通してシリンダ外へ延ばされており、このロッドガイド６には、ピストンロッド５との間をシールするオイルシール７が保持されている。

また、シリンダ１内には、上記ピストン４よりも底部側に位置して第１フリーピストン（第１仕切部材）８がシール部材９を介して摺動可能に配設されている。この第１フリーピストン８と上記ロッドガイド６との間は油室１０として画成されており、該油室１０には、オイルダンパに汎用の作動油ＦＬが封入されている。ピストン４には、その上側の油室（ピストン上室）１０Ａと下側の油室（ピストン下室）１０Ｂとを連通する複数の油通路１１，１２が形成されており、一方の油通路１１にはピストン下室４Ａからピストン上室４Ａへの作動油ＦＬの流通のみを許容するチェック弁１３が、他方の油通路１２にはピストン上室１０Ａからピストン下室１０Ｂへの作動油Ｆ１の流通のみを許容するチェック弁１４がそれぞれ配設されている。

さらに、上記シリンダ１内の底部側には、ハウジング１５内にコイル１６を内装した電磁石ユニット１７が位置固定的に配設されている。一方、上記タンク２内には、第２フリーピストン（第２仕切部材）１８がシール部材１９を介して摺動可能に配設されている。前記シリンダ１内の第１フリーピストン８とタンク２内の第２フリーピストン１８との間は流体室２０として画成されており、該流体室２０には前記した磁気粘性流体ＭＲが封入されている。電磁石ユニット１７には、上側の流体室（コイル上室）２０Ａと下側の流体室（コイル下室）２０Ｂとを連通する流体通路２１が形成されており、磁気粘性流体ＭＲはこの流体通路２１を通ってコイル上室２０Ａとコイル下室２０Ｂとの間で移動できるようになっている。

一方、タンク２内の一端側には、前記第２フリーピストン１７によってガス室２２が画成されており、このガス室２２には、ガス（たとえば、窒素ガス）が封入されている。

以下、上記のように構成した流体ダンパの作用を説明する。
本流体ダンパは、自動車のサスペンションのショックアブソーバとして用いられる場合は、そのシリンダ１の底部に取付けた取付アイ２３とピストンロッド５の上端部に一体に形成したボルト部（図示略）とを利用して、車軸と車体との間に介装される。そして、ピストンロッド５が伸長する伸び行程時には、ピストン上室１０Ａ内の作動油ＦＬが他方の油通路１２を通ってピストン下室１０Ｂへ流れ、この間、油通路１２を通過する際の作動油ＦＬの流動抵抗で減衰力が発生する。一方、前記ピストンロッド５の伸長に応じて、その退出分に相当する体積の磁気粘性流体ＭＲが、ガス室２２のガス圧を受けてコイル下室２０Ｂから流体通路２１を通ってコイル上室２０Ａへ流動する。このとき、電磁石ユニット１７のコイル１６に電流を印加することで流体通路２１内に磁界が発生し、この磁界によって該流体通路２１を流通する磁気粘性流体ＭＲの粘度が変化し、その流動抵抗で減衰力が発生する。また、コイル上室２０Ａへの磁気粘性流体ＭＲの流入に応じて第１フリーピストン８が上動し、これによってピストンロッド５の退出分の作動油ＦＬが補償される。

ピストンロッド５が短縮する縮み行程時には、ピストン下室１０Ｂ内の作動油ＦＬが一方の油通路１１を通ってピストン上室１０Ａへ流れ、この間、油通路１１を通過する際の作動油ＦＬの流動抵抗で減衰力が発生する。一方、前記ピストンロッド５の短縮に応じて、その進入分に相当する体積の磁気粘性流体ＭＲが、コイル上室２０Ａから流体通路２１を通ってコイル下室２０Ｂへ流動する。このとき、電磁石ユニット１７のコイル１６に電流を印加することで流体通路２１内に磁界が発生し、この磁界によって該流体通路２１を流通する磁気粘性流体ＭＲの粘度が変化し、その流動抵抗で減衰力が発生する。また、コイル下室２０Ｂへの磁気粘性流体ＭＲの流入に応じて第１フリーピストン８が下動すると共に、第２フリーピストン１８がガス室２２内のガスを圧縮させて上動し、これによってピストンロッド５の進入分の作動油ＦＬが補償される。

このように本流体ダンパにおいては、オイルダンパとして用いる油室１０と体積補償のためのガス室２２との間に磁気粘性流体ダンパとして用いる流体室２０を配置し、磁気粘性流体ダンパは、流体通路２１を有する電磁石ユニット１７を位置固定して流体室２０の変位に伴う流体移動によって減衰力を発生するようにしたので、ピストン４やピストンロッド５などのダンパ構成部品を二重に設ける必要がなくなり、部品点数の削減並びに組立工数の削減を図ることができる。

ところで、たとえば、前記特許文献１に記載されるように磁気粘性流体ダンパとして機能するピストンをシリンダ内面に沿って摺動させる構成では、ピストンストロークが長いこともあって、ピストンの摺動部に浸入する磁気粘性流体中の磁性体粒子によってシール部材や摺動面が損傷する危険がある。しかし、本流体ダンパでは、ピストンロッド５の退出および進入分に相当する距離しか移動しない第１、第２のフリーピストン８、１８に磁気粘性流体ＭＲが接触しているだけであるので、シール部材９、１９が損傷する危険性はきわめて小さく、流体ダンパとしての寿命並びに性能の保証は十分となる。

図２は、本発明に係る流体ダンパの第２の実施形態を示したものである。なお、流体ダンパの基本構造は前記第１の実施形態と同じであるので、ここでは、同一構成要素に同一符号を付し、重複する説明を省略する。本第２の実施形態の特徴とするところは、上記第１の実施形態における第１フリーピストン８に代えて、蛇腹状のダイアフラム（第１仕切部材）３０を用いた点にある。ダイアフラム３０は、固定部材３１を用いてシリンダ１の内面に固定されており、その位置は不動となっている。

本第２の実施形態の作用は、上記第１の実施形態と基本的に同じであり、伸び行程時には、ピストンロッド５の退出分に相当する体積の磁気粘性流体ＭＲが、コイル下室２０Ｂから流体通路２１を通ってコイル上室２０Ａへ流動して減衰力が発生し、このとき、ダイアフラム３０が膨出変形しかつ第２フリーピストン１８が下動することで、油室２０内の作動油ＦＬが補償される。一方、縮み行程時には、ピストンロッド５の進入分に相当する体積の磁気粘性流体ＭＲが、コイル上室２０Ａから流体通路２１を通ってコイル下室２０Ｂへ流動して減衰力が発生し、このとき、ダイアフラム３０が収縮変形しかつ第２フリーピストン１８が上動することで、ピストンロッド５の進入分の作動油ＦＬが補償される。本第２の実施形態においては特に、油室１０と流体室２０とを仕切る第１仕切部材が、位置固定のダイアフラム３０からなっているので、磁気粘性流体ＭＲと接触する第１仕切部材の周りから摺動部がなくなり、これによって流体ダンパとしての寿命並びに性能の保証はより一層確実となる。

図３は、本発明に係る流体ダンパの第３の実施形態を示したものである。なお、流体ダンパの基本構造は前記第１の実施形態と同じであるので、ここでは、同一構成要素に同一符号を付し、重複する説明を省略する。本第３の実施形態の特徴とするところは、上記第１の実施形態におけるタンク２（図１）を廃止して、シリンダ１の底部にガス室２２を移設し、さらにガス室２２を画成する第２仕切部材としてフリーピストン８に代えて、蛇腹状のダイアフラム３２を用いた点にある。なお、ダイアフラム３２は、固定部材３３を用いてシリンダ１の内面に固定されており、その位置は不動となっている。

本第３の実施形態の作用は、上記第１の実施形態と基本的に同じであり、伸び行程時には、ピストンロッド５の退出分に相当する体積の磁気粘性流体ＭＲが、コイル下室２０Ｂから流体通路２１を通ってコイル上室２０Ａへ流動して減衰力が発生し、このとき、第１フリーピストン８が上動しかつダイアフラム３２が膨出変形することで、油室２０内の作動油ＦＬが補償される。一方、縮み行程時には、ピストンロッド５の進入分に相当する体積の磁気粘性流体ＭＲが、コイル上室２０Ａから流体通路２１を通ってコイル下室２０Ｂへ流動して減衰力が発生し、このとき、第１フリーピストン８が下動しかつダイアフラム３２が収縮変形することで、ピストンロッド５の進入分の作動油ＦＬが補償される。本第３の実施形態においては特に、流体室２０とガス室２２を仕切る第２仕切部材が、位置固定のダイアフラム３２からなっているので、磁気粘性流体ＭＲと接触する第２仕切部材の周りから摺動部がなくなり、流体ダンパとしての寿命並びに性能の保証はより一層確実となる。また、本第３の実施形態においては、タンク２（図１）が廃止されているので、シリンダ１の周りが簡素となり、車両への搭載性が向上する。

なお、上記第２の実施形態においては第１仕切部材をダイアフラム３０から構成し、第３の実施形態においては第２仕切部材をダイアフラム３２から構成したが、本発明は、第１、第２仕切部材の双方をダイアフラムから構成してもよいものである。

本発明に係る流体ダンパの第１の実施形態を示す断面図である。 本流体ダンパの第２の実施形態を示す断面図である。 本流体ダンパの第２の実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１ シリンダ
２ タンク
４ ピストン
５ ピストンロッド
８ 第１フリーピストン（第１仕切部材）
１０ 油室
１１，１２ 油通路
１７ 電磁石ユニット
１８ 第２フリーピストン（第２仕切部材）
２０ 流体室
２１ 流体通路
２２ ガス室
３０ ダイアフラム（第１仕切部材）
３２ ダイアフラム（第２仕切部材）
ＦＬ 作動油
ＭＲ 磁気粘性流体

Claims (4)

1. シリンダ内に、作動油が封入される油室と磁気粘性流体が封入される流体室とを軸方向に画成する第１仕切部材を納め、ガスが封入されるガス室を第２仕切部材を介して前記流体室に直列に連設し、前記油室には油通路を有するピストンを摺動可能に配設すると共に、前記流体室には流体通路を有する電磁石ユニットを位置固定的に配設し、前記ピストンに連結されたピストンロッドの伸縮動に伴って前記油通路、流体通路を流通する作動油並びに磁気粘性流体の流動抵抗によって減衰力を発生し、前記ピストンロッドの退出および進入分の作動油は、前記第１および第２仕切部材の変動によって補償することを特徴とする流体ダンパ。
2. 前記第１仕切部材および第２仕切部材が、それぞれフリーピストンまたはダイアフラムからなることを特徴とする請求項１に記載の流体ダンパ。
3. 前記ガス室が、前記シリンダと別体のタンク内に設けられており、前記第２仕切部材が該タンク内に配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の流体ダンパ。
4. 前記ガス室が、前記シリンダの底部に設けられており、前記第２仕切部材が該シリンダの底部に配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の流体ダンパ。

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