JP4602191B2 - 可変減衰力ダンパー - Google Patents

Description

本発明は、磁性体の可動部材と磁界を発生させるコイルとを備え、コイルが発生する磁界でコイルスプリングの形状を変化させることで減衰力を任意に制御することが可能な可変減衰力ダンパーに関する。

粘性流体が充填されたシリンダを、その内部に摺動自在に嵌合するピストンによって第１、第２流体室に区画し、ピストンを貫通して第１、第２流体室を連通させる流体通路にソレノイドで開閉するスプール弁を配置したものが、下記特許文献１により公知である。この可変減衰力ダンパーによれば、ソレノイドに通電してスプール弁の開度を変化させることでダンパーの減衰力を任意に制御することができる。
特開２００４−２２５８３４号公報

ところで、上記従来の可変減衰力ダンパーは、ピストンの内部にソレノイドで作動するスプール弁を配置する必要があるため、部品点数が増加して構造が複雑化するだけでなく、ソレノイドに通電してからスプール弁の開度が変化するまでにタイムラグが存在するため、応答性が低くなる問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、部品点数が少ない簡単な構造で減衰力を応答性良く制御可能な可変減衰力ダンパーを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、粘性流体が充填されたシリンダと、シリンダに摺動自在に嵌合して該シリンダを第１、第２流体室に区画するピストンと、ピストンに連結されてシリンダの端壁を貫通するピストンロッドと、ピストンに設けられて１、第２流体室を連通させるオリフィスと、非磁性体で構成され、オリフィスを開閉すべく外周部が変形可能なように中央部を拘束された円板状のバルブプレートと、磁性体で構成され、バルブプレートの外周部を閉方向に付勢するコイルスプリングと、環状に形成されてコイルスプリングの内部に配置されたコイルとを備え、コイルが発生する磁界でコイルスプリングを変形させてオリフィスの開度を変化させることを特徴とする可変減衰力ダンパーが提案される。

尚、実施例の第１、第２オリフィス４２，４３は本発明のオリフィスに対応し、実施例の第１、第２バルブプレート５２，５７は本発明のバルブプレートに対応し、実施例の第１、第２コイルスプリング６１，６２は本発明のコイルスプリングに対応する。

請求項１の構成によれば、粘性流体を充填したシリンダに摺動自在に嵌合するピストンに設けたオリフィスの開度を変化させてダンパーの減衰力を任意に制御する際に、オリフィスを開閉すべく外周部が変形可能なように中央部を拘束された非磁性体の円板状のバルブプレートの外周部を磁性体のコイルスプリングで閉方向に付勢するとともに、コイルを環状に形成してコイルスプリングの内部に配置したので、コイルの非励磁時にはコイルスプリングのばね力のみでバルブプレートの開閉を制御し、コイルの励磁時にはコイルスプリングの変形により高荷重を出すことができるため、バルブプレート自体を磁性体とする場合よりも、オリフィスの開度を速やかに変化させて減衰力を応答性良く制御するとともに、バルブプレートの開閉の設定自由度を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の参考例および実施例に基づいて説明する。

図１〜図７は本発明の参考例を示すもので、図１は車両のサスペンション装置の正面図、図２は可変減衰力ダンパーの拡大断面図、図３は図２の３部拡大図であって図４の３−３線断面図（非励磁、低速時）、図４は図３の４−４線断面図、図５は図３に対応する作用説明図（非励磁、高速時）、図６は図３に対応する作用説明図（励磁時）、図７はピストン速度と減衰力との関係を示すグラフである。

図１に示すように、四輪の自動車の車輪Ｗを懸架するサスペンション装置Ｓは、車体１１にナックル１２を上下動自在に支持するサスペンションアーム１３と、サスペンションアーム１３および車体１１を接続する可変減衰力のダンパー１４と、サスペンションアーム１３および車体１１を接続するコイルバネ１５とを備える。ダンパー１４の減衰力を制御する電子制御ユニットＵには、バネ上加速度を検出するバネ上加速度センサＳａからの信号と、ダンパー１４の変位（ストローク）を検出するダンパー変位センサＳｂからの信号と、車両の操舵角を検出する操舵角センサＳｃからの信号と、車両の横加速度を検出する横加速度センサＳｄからの信号とが入力される。

図２に示すように、ダンパー１４は、下端がサスペンションアーム１３に接続されたシリンダ２２と、シリンダ２２の上端および下端をそれぞれ閉塞する上部端板２３および下部端板２４と、シリンダ２２に摺動自在に嵌合するピストン２５と、ピストン２５から上方に延びて上部端板２３に設けたシール部材２６を液密に貫通し、上端を車体１１に接続されたピストンロッド２７と、シリンダ２２の下部に摺動自在に嵌合するフリーピストン２８とを備える。

シリンダ２２の内部にピストン２５により仕切られた上側の第１流体室２９および下側の第２流体室３０が区画されており、これらの第１、第２流体室２９，３０にはオイルのような粘性流体が充填される。またフリーピストン２８の下部には高圧ガスが封入されたガス室３２が区画される。

図３および図４に示すように、ピストン２５は、ピストンロッド２７に上下一対のワッシャ３３，３４を介してナット３５で固定されたピストン本体３６を備える。ピストン本体３６の上面とワッシャ３３との間には磁性体を円板状に形成した第１バルブプレート３７の中央部が固定され、またピストン本体３６の下面とワッシャ３４との間には磁性体を円板状に形成した第２バルブプレート３８の中央部が固定される。ピストン本体３６の外周部を４個の流体通路３９，３９；４０，４０が９０°間隔で貫通しており、そのうち二つの第１流体通路３９，３９は直径方向両端に配置され、他の二つの第２流体通路４０，４０は９０°ずれた直径方向両端に配置される。

第２バルブプレート３８には第１流体通路３９，３９の下端に臨む通孔３８ａ，３８ａが形成され、第１バルブプレート３７には第２流体通路４０，４０の上端に臨む通孔３７ａ，３７ａが形成される。またピストン本体３６の外周部には第１バルブプレート３７および第２バルブプレート３８の閉位置を規制するための４本のストッパピン４１…が配置される。第１バルブプレート３７がストッパピン４１…に当接する閉位置にあるとき、第１バルブプレート３７の外周とシリンダ２２の内周との間には第１オリフィス４２が形成される。同様に、第２バルブプレート３８がストッパピン４１…に当接する閉位置にあるとき、第２バルブプレート３８の外周とシリンダ２２の内周との間には第２オリフィス４３が形成される。

第１、第２流体通路３９，３９；４０，４０よりも径方向内側のピストン本体３６に、ピストンロッド２７を囲むように環状のコイル４４が埋め込まれており、このコイル４４は電子制御ユニットＵに接続されて通電を制御される。磁性体は磁界によって変形するもので、コイル４４が消磁されているときには第１バルブプレート３７および第２バルブプレート３８は平坦な形状であり、コイル４４が励磁されると第１バルブプレート３７および第２バルブプレート３８はピストン本体３６に向けて湾曲するように変形しようとする。しかしなら、第１バルブプレート３７および第２バルブプレート３８はストッパピン４１…に当接してピストン本体３６側に湾曲することができないため、第１バルブプレート３７および第２バルブプレート３８を閉弁方向に付勢するセット荷重が発生する。

次に、上記構成を備えた参考例の作用を説明する。

図３に示すように、コイル４４を励磁していないとき、ダンパー１４が収縮してシリンダ２２に対してピストン２５が下動すると、第１流体室２９の容積が増加して第２流体室３０の容積が減少するため、第２流体室３０の粘性流体が第２バルブプレート３８の通孔３８ａ，３８ａを通過して第１流体通路３９，３９に流入する。このとき第２バルブプレート３８は閉弁方向の流体圧を受けてストッパピン４１…に押し付けられる。第１流体通路３９，３９を通過した粘性流体は第１バルブプレート３７の下面を開弁方向に付勢するが、ピストン２５の下動速度が図７のＶ１に達するまでは第１バルブプレート３７は自己の剛性で開弁しないため、粘性流体は第１バルブプレート３７の外周およびシリンダ２２の内周間の第１オリフィス４２を通って第１流体室２９に移動するため、第１オリフィス４２により抵抗が発生してダンパー１４の減衰力は急激に増加する。

図５に示すように、ピストン２５の下動速度が図７のＶ１に達すると第１バルブプレート３７は流体圧に屈して上方に湾曲し、第１オリフィス４２が機能しなくなるため、ピストン２５の下動速度の増加に応じてダンパー１４の減衰力がリニアに増加する（ラインａ参照）。

図６に示すように、電子制御ユニットＵからの指令でコイル４４に通電すると、コイル４４が発生する磁界で第１バルブプレート３７が下向きに変形しようとして閉弁方向のセット荷重が発生するため、ピストン２５の下動速度が更に増加して図７のＶ２に達するまで第１バルブプレート３７が開弁せず、第１オリフィス４２の機能でダンパー１４の減衰力の立ち上がりが強くなる（ラインｂ参照）。従って、コイル４４に供給する電流を変化させることで、ダンパー１４の減衰力を任意に制御することができる。

尚、ダンパー１４に衝撃的な圧縮荷重が加わって第２流体室３０の容積が減少するとき、ガス室３２を縮小させながらフリーピストン２８が下降することで衝撃を吸収する。またダンパー１４に衝撃的な引張荷重が加わって第２流体室３０の容積が増加するとき、ガス室３２を拡張させながらフリーピストン２８が上昇することで衝撃を吸収する。更に、ピストン２５が下降してインナーシリンダ２２内に収納されるピストンロッド２７の容積が増加したとき、その容積の増加分を吸収するようにフリーピストン２８が下降する。

以上、ピストン２５が下動する場合について説明したが、ピストン２５が上動する場合には、第１バルブプレート３７および第２バルブプレート３８の役割が入れ代わることで、上述したピストン２５の下動の場合と同様に第２流体通路４０，４０を通過する粘性流体の流れを調整し、ダンパー１４の減衰力を任意に制御することができる。

しかして、電子制御ユニットＵは、バネ上加速度センサＳａで検出したバネ上加速度、ダンパー変位センサＳｂで検出したダンパー変位、操舵角センサＳｃで検出した操舵角および横加速度センサＳｄで検出した横加速度に基づいて、各車輪Ｗ…の合計４個のダンパー１４…の減衰力を個別に制御することで、路面の凹凸を乗り越える際の車両の動揺を抑えて乗り心地を高めるスカイフック制御のような乗り心地制御と、車両の旋回時のローリングや車両の急加速時や急減速時のピッチングを抑える操縦安定制御とを、車両の運転状態に応じて選択的に実行することができる。

磁性体は磁界の変化に対する変形の応答性が高いため、ダンパー１４の減衰力の制御応答性を高めることができる。また磁性体の第１、第２バルブプレート３７，３８を採用したことで、部品点数の削減と構造の簡素化が可能になる。また円板状の第１、第２バルブプレート３７，３８および環状のコイル４４を同心に配置したので、コイル４４で発生した磁界を第１、第２バルブプレート３７，３８に効果的に作用させて該コイル４４の小型化を図ることができる。しかもピストン２５とその両端面に配置した第１、第２バルブプレート３７，３８とでコイル４４の磁路を構成したので、コイル４４で発生した磁界を第１、第２バルブプレート３７，３８に一層効果的に作用させることができる。

図８〜図１１は本発明の実施例を示すもので、図８は前記図２に対応する図、図９は図８の９部拡大図（非励磁、低速時）、図１０は図９に対応する作用説明図（非励磁、高速時）、図１１は図９に対応する作用説明図（励磁時）である。

実施例のピストン２５は、ピストン本体３６の径方向外側に２個の第１流体通路３９，３９を備えるとともに、ピストン本体３６の径方向内側に２個の第２流体通路４０，４０を備える。ピストン本体３６の上面にはスペーサプレート５１、第１バルブプレート５２、コイルホルダ５３、コイル５４およびスプリングシート５５が積層され、ピストン本体３６の下面にはスペーサプレート５６、第２バルブプレート５７、コイルホルダ５８、コイル５９、スプリングシート６０およびワッシャ６３が積層され、それら各部材はピストンロッド２７の下端に螺合するナット３５で共締めされる。スペーサプレート５１および第１バルブプレート５２には、第２流体通路４０，４０に粘性流体を導くための通孔５１ａ，５１ａ；５２ａ，５２ａが形成される。

実施例の第１バルブプレート５２および第２バルブプレート５７は磁性体ではなく、通常のばね板で構成される。

スプリングシート５５の下面と第１バルブプレート５２の上面との間には磁性体の第１コイルスプリング６１が配置され、またスプリングシート６０の上面と第２バルブプレート５７の下面との間には磁性体の第２コイルスプリング６２が配置される。第１、第２コイルスプリング６１，６２は磁界が作用しないときに収縮しており、第１バルブプレート５２および第２バルブプレート５７を殆ど付勢していないが、コイル５４，５９を励磁して磁界を発生させると、第１、第２コイルスプリング６１，６２は伸長して第１バルブプレート５２および第２バルブプレート５７を閉弁方向に付勢する。

ピストン本体３６の上面には、第１バルブプレート５２のストッパを構成する環状の突起が形成されており、その突起を切り欠くことで第１オリフィス４２が形成される。またピストン本体３６の下面には、第２バルブプレート５７のストッパを構成する環状の突起が形成されており、その突起を切り欠くことで第２オリフィス４３が形成される。

次に、上記構成を備えた実施例の作用を説明する。

図９に示すように、コイル５４，５９を励磁していないとき、ダンパー１４が収縮してシリンダ２２に対してピストン２５が下動すると、第１流体室２９の容積が増加して第２流体室３０の容積が減少するため、第２流体室３０の粘性流体が第１流体通路３９，３９に流入する。このとき第２バルブプレート５７は閉弁方向の流体圧を受けて第２流体通路４０，４０を閉鎖する。第１流体通路３９，３９を通過した粘性流体は第１バルブプレート５２の下面を開弁方向に付勢するが、ピストン２５の下動速度が図７のＶ１に達するまでは第１バルブプレート５２は自己の剛性で開弁しないため、粘性流体は第１オリフィス４２を通って第１流体室２９に移動し、その際に第１オリフィス４２により抵抗が発生してダンパー１４の減衰力は急激に増加する。

図１０に示すように、ピストン２５の下動速度が図７のＶ１に達すると流体圧によって第１バルブプレート５２は流体圧に屈して第１コイルスプリング６１を圧縮しながら上方に湾曲し、第１オリフィス４２が機能しなくなるため、ピストン２５の下動速度の増加に応じてダンパー１４の減衰力がリニアに増加する。

図１１に示すように、電子制御ユニットＵからの指令でコイル５４に通電すると、コイル５４が発生する磁界で第１コイルスプリング６１が伸長しようとして第１バルブプレート５２の閉弁方向のセット荷重が発生するため、ピストン２５の下動速度が更に増加して図７のＶ２に達するまで第１バルブプレート５２が開弁せず、第１オリフィス４２の機能でダンパー１４の減衰力の立ち上がりが強くなる。従って、コイル５４に供給する電流を変化させることで、ダンパー１４の減衰力を任意に制御することができる。

以上、ピストン２５が下動する場合について説明したが、ピストン２５が上動する場合には、第１バルブプレート５２および第２バルブプレート５７の役割が入れ代わることで、上述したピストン２５の下動の場合と同様に第２オリフィス４０，４０を通過する粘性流体の流れを調整し、ダンパー１４の減衰力を任意に制御することができる。

このように、コイル５４，５９の非励磁時には第１、第２コイルスプリング６１，６２のばね力のみで第１、第２バルブプレート５２，５７の開閉を制御し、コイル５４，５９の励磁時には第１、第２コイルスプリング６１，６２の変形により高荷重を出すことができるため、第１、第２バルブプレート５２，５７自体を磁性体とするよりも該第１、第２バルブプレート５２，５７の開閉の設定自由度を高めることができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例ではサスペンション装置用のダンパー１４を例示したが、本発明の可変減衰力ダンパーは他の任意の用途に適用することができる。

またコイル４４が発生する磁界で第１、第２オリフィス４２，４３を常時開放しておけば、図７にラインｃで示す減衰力特性を得ることもできる。

車両のサスペンション装置の正面図 可変減衰力ダンパーの拡大断面図 図２の３部拡大図であって図４の３−３線断面図（非励磁、低速時） 図３の４−４線断面図 図３に対応する作用説明図（非励磁、高速時） 図３に対応する作用説明図（励磁時） ピストン速度と減衰力との関係を示すグラフ 本発明の実施例に係る、前記図２に対応する図 図８の９部拡大図（非励磁、低速時図） 図９に対応する作用説明図（非励磁、高速時） 図９に対応する作用説明図（励磁時）

２２ シリンダ
２５ ピストン
２７ ピストンロッド
２９ 第１流体室
３０ 第２流体室
４２ 第１オリフィス（オリフィス）
４３ 第２オリフィス（オリフィス）
４４ コイル
５２ 第１バルブプレート（バルブプレート）
５４ コイル
５７ 第２バルブプレート（バルブプレート）
５９ コイル
６１ 第１コイルスプリング（コイルスプリング）
６２ 第２コイルスプリング（コイルスプリング）

Claims (1)

1. 粘性流体が充填されたシリンダ（２２）と、
   シリンダ（２２）に摺動自在に嵌合して該シリンダ（２２）を第１、第２流体室（２９，３０）に区画するピストン（２５）と、
   ピストン（２５）に連結されてシリンダ（２２）の端壁を貫通するピストンロッド（２７）と、
   ピストン（２５）に設けられて１、第２流体室（２９，３０）を連通させるオリフィス（４２，４３）と、
   非磁性体で構成され、オリフィス（４２，４３）を開閉すべく外周部が変形可能なように中央部を拘束された円板状のバルブプレート（５２，５７）と、
   磁性体で構成され、バルブプレート（５２，５７）の外周部を閉方向に付勢するコイルスプリング（６１，６２）と、
   環状に形成されてコイルスプリング（６１，６２）の内部に配置されたコイル（５４，５９）とを備え、
   コイル（４４，５４，５９）が発生する磁界でコイルスプリング（６１，６２）を変形させてオリフィス（４２，４３）の開度を変化させることを特徴とする可変減衰力ダンパー。

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