JP4654236B2 - 減衰力可変ダンパ - Google Patents

Description

本発明は、磁性流体または磁気粘性流体を作動流体として用いた減衰力可変ダンパに係り、詳しくは、減衰力可変範囲の増大や耐久性の向上等を実現する技術に関する。

近年、自動車のサスペンションに用いられる筒型ダンパでは、乗り心地や操縦安定性の向上を図るべく、減衰力の可変制御が可能な減衰力可変ダンパが種々開発されている。減衰力可変ダンパとしては、オリフィス面積を変化させるロータリバルブをピストンに設け、このロータリバルブをアクチュエータによって回転駆動する機械式のものが主流であったが、構成の簡素化や応答性の向上等を実現すべく、磁気粘性流体を作動流体として用い、ピストンと一体に形成された磁界生成手段（コイル）によって磁気粘性流体の粘度（すなわち、減衰力）を可変制御するものが出現している（特許文献１参照）。

特許文献１の減衰力可変ダンパでは、ピストンが、外周にコイルが巻き回された円柱状のインナヨークと、インナヨークの両端に配置された一対のエンドプレートと、インナヨークと両エンドプレートを収容する円筒状のアウタヨークとから主に構成されている。インナヨークおよびアウタヨークはともに磁性体を素材としており、エンドプレートによって保持されることによって両者の間に作動油流路が形成される。エンドプレートは、非磁性体を素材とした円盤状のものであり、作動油流路に連通する複数の円弧状孔と、インナヨーク端部の凸部が係合する環状凹部と、ピストンロッド固定用のリングが係合する環状溝とを有している。また、インナヨークおよびエンドプレートは、アウタヨークの両端外縁を加締めることによって固定されている。減衰力制御装置は、コイルに供給する駆動電流を変化させることによって作動油流路を流通する磁気粘性流体の粘度を増減させ、磁気粘性流体の流通抵抗（すなわち、減衰力）を可変制御する。
米国特許６２６０６７５号公報

通常、減衰力可変ダンパでは、機械構造用炭素鋼等を素材とするアウタヨークが用いられているが、素材の飽和磁束密度があまり高くないことから、減衰力可変範囲の増大を図ることが難しかった。そこで、本発明者等は、アウタヨークの素材として、高い飽和磁束密度を有する鉄−コバルト合金（パーメンジュール）等の軟磁性材料を用いることを試みた。ところが、周知のように、パーメンジュールは、その硬度が低く、伸び特性や絞り特性も劣っていることから、アウタヨークに採用するにあたって以下に述べるような問題があった。

すなわち、特許文献１等に記載されたアウタヨークがピストンの外殻を構成する減衰力可変ダンパに採用した場合、ダンパの作動時にシリンダの内周面に対してアウタヨークの外周面が相対摺動するとアウタヨークが比較的短期間で摩耗してしまい、シリンダ内でのピストンのがた付きに起因する異音や、シリンダとシリンダとの間の間隙の増大に起因する減衰力の低下等が生じる。また、特許文献１の減衰力可変ダンパでは、アウタヨークの端部を加締めることによってアウタヨークとインナヨークとエンドプレートとを結合・一体化しているが、絞り特性に劣るアウタヨークではこのような加締めによる結合方法を採用することも難しかった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、減衰力可変範囲の増大や耐久性の向上等を実現した減衰力可変ダンパを提供することを目的とする。

第１の発明は、磁性流体または磁気粘性流体が充填されるとともに車体側部材と車輪側部材とのどちらか一方に連結されたシリンダと、前記シリンダを一側液室と他側液室とに区画するとともに前記磁性流体または磁気粘性流体を当該一側液室と他側液室との間で流通させる作動油流路が形成されたピストンと、前記車体側部材と車輪側部材とのどちらか他方を当該ピストンに連結するピストンロッドとを有し、前記作動油流路を通過する前記磁性流体または前記磁気粘性流体に磁界を印加することで減衰力が制御される減衰力可変式ダンパであって、前記ピストンは、軟磁性体を素材とし、前記シリンダの内側に当該シリンダの内周面に所定の間隙をもって配置されるとともに、環状段差部が軸方向両端部に形成されたアウタヨークと、前記アウタヨークの内側に配置されるとともに、環状フランジが軸方向両端部に形成され、当該アウタヨークとの間に前記作動油流路を画成するインナヨークと、前記シリンダの内周面に摺接する薄肉円筒形状のピストンカバーと、前記アウタヨークおよび前記インナヨークの軸方向両端部にそれぞれ配置され、非磁性体を素材とするとともに、前記環状段差部が内嵌する外縁フランジと前記環状フランジが内嵌する円盤状凸部とが形成され、当該アウタヨークと当該インナヨークとを前記ピストンロッドに対して径方向で位置決めする一対のエンドプレートとを備え、前記ピストンカバーは、非磁性体を素材とするとともに、前記アウタヨークの外周を覆い、前記両エンドプレートに加締められて当該両エンドプレートを連結／一体化することを特徴とする。

第１の発明によれば、例えば、ピストンカバーを耐摩耗性の高い素材で製造することにより、減衰力可変ダンパの耐久性を向上させることができる。また、アウタヨークをパーメンジュール等で製造することにより、減衰力可変ダンパの減衰力可変範囲を増大させることができる。また、アウタヨークから外部への磁束の漏洩が抑制され、減衰力可変ダンパの駆動電流に対する発生減衰力を高めることができる。また、減衰力可変ダンパの製造工数の低減等を図ることができる。また、ピストンの軸方向端部から外部への磁束の漏洩が抑制され、減衰力可変ダンパの駆動電流に対する発生減衰力を高めることができる。また、ピストンの構成部材の結合・一体化が容易に行えるようになり、減衰力可変ダンパの製造工数の低減等を図ることができる。

以下、図面を参照して、本発明を４輪自動車のリヤサスペンションに適用した実施形態とその一部変形例とを詳細に説明する。

［実施形態］
図１は実施形態に係るリヤサスペンションの斜視図であり、図２は実施形態に係るダンパの縦断面図であり、図３は図２中のIII部拡大図であり、図４は実施形態に係るピストンの分解斜視図である。

《実施形態の構成》
図１に示すように、本実施形態のリヤサスペンション１は、いわゆるＨ型トーションビーム式サスペンションであり、左右のトレーリングアーム２，３や、両トレーリングアーム２，３の中間部を連結するトーションビーム４、懸架ばねである左右一対のコイルスプリング５、左右一対のダンパ６等から構成されており、左右のリヤホイール７，８を懸架している。ダンパ６は、ＭＲＦ（Magneto-Rheological Fluid：磁気粘性流体）を作動流体とする減衰力可変型ダンパであり、トランクルーム内等に設置されたＥＣＵ９によってその減衰力が可変制御される。

＜ダンパ＞
図２に示すように、本実施形態のダンパ６は、モノチューブ式（ド・カルボン式）であり、ＭＲＦが充填された円筒状のシリンダ１２と、このシリンダ１２に対して軸方向に摺動するピストンロッド１３と、ピストンロッド１３の先端に装着されてシリンダ１２内を上部液室（一側液室）１４と下部液室（他側液室）１５とに区画するピストン１６と、シリンダ１２の下部に高圧ガス室１７を画成するフリーピストン１８と、ピストンロッド１３等への塵埃の付着を防ぐカバー１９と、フルバウンド時における緩衝を行うバンプストップ２０とを主要構成要素としている。

シリンダ１２は、下端のアイピース１２ａに嵌挿されたボルト２１を介して、車輪側部材であるトレーリングアーム２の上面に連結されている。また、ピストンロッド１３は、上下一対のブッシュ２２とナット２３とを介して、その上部ねじ軸１３ａが車体側部材であるダンパベース（ホイールハウス上部）２４に連結されている。

＜ピストン＞
ピストン１６は、ＭＬＶ（Magnetizable Liquid Valve：磁気流体バルブ）と一体となっており、図３，図４に示すように、その外周面がシリンダ１２の内壁面に摺接する円筒状のピストンカバー（摺接部材）３０と、ピストンカバー３０の内側に保持された薄肉円筒状のアウタヨーク３１と、アウタヨーク３１の内側に配置された円柱状のインナヨーク３２と、アウタヨーク３１およびインナヨーク３２を軸方向に挟持する上下一対の円盤状のエンドプレート３３，３４と、インナヨーク３２の軸方向中央部に樹脂モールディングされたＭＬＶコイル（磁界印加手段）３５と、ピストン１６をピストンロッド１３に固定するための係止リング３６とを主要構成要素としている。

アウタヨーク３１やインナヨーク３２、エンドプレート３３，３４は、ピストンカバー３０の両端部が加締められることによって結合・一体化されている。なお、アウタヨーク３１は、エンドプレート３３，３４に形成された外縁フランジ３３ａ，３４ａが内嵌する環状段差部３１ａ，３１ｂをその両端に有している。また、係止リング３６は、ばね鋼を素材とする線材をＣ字状に成形したものであり、ピストンロッド１３に形成されたリング保持溝１３ｂに外嵌するとともに、インナヨーク３２とエンドプレート３３との間に所定のばね力をもって係合／保持されている。図３中に符号３７で示す部材はインナヨーク３２の軸心に嵌挿されたプラグであり、符号３８で示す部材は液圧シール用のＯリングである。

本実施形態のピストンカバー３０は、非磁性体であるオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６）を素材としている。また、アウタヨーク３１は、軟磁性体であるパーメンジュール（鉄とコバルトとを略５０％ずつ含む高透磁率合金）を素材としている。なお、アウタヨーク３１は、その外周面がシリンダ１２の内周面に所定の間隙（ピストンカバー３０の厚みと略等しい間隙）をもって配置されている。

インナヨーク３２は、磁性体である機械構造用炭素鋼（Ｓ２５Ｃ等）を素材とする一体成形品であり、エンドプレート３３，３４の端面に突設された円盤状凸部３３ｂ，３４ｂが内嵌する環状フランジ３２ａ，３２ｂをその両端に有している。アウタヨーク３１の内周面とインナヨーク３２の外周面とは所定の間隙をもって対峙し、これにより、アウタヨーク３１とインナヨーク３２との間に作動油流路３９が画成されている。

両エンドプレート３３，３４は、非磁性体であるアルミニウム合金（ジュラルミン）を素材としており、作動油流路３９を介して上部液室１４と下部液室１５とを連通させる４つの円弧状孔３３ｃ、３４ｃをそれぞれ有している。また、エンドプレート３３は、ピストンロッド１３が内嵌するロッド孔３３ｄを有している。

《実施形態の作用》
自動車が走行を開始すると、ＥＣＵ９は、前後Ｇセンサ、横Ｇセンサ、および上下Ｇセンサから得られた車体の加速度や、車速センサから入力した車体速度、車輪速センサから得られた各車輪の回転速度等に基づき、各車輪についてダンパ６の目標減衰力を設定してＭＬＶコイル３５に駆動電流（励磁電流）を供給する。すると、ピストン１６内に磁界が形成され、作動油流路３９を流通するＭＲＦの粘度が変化してダンパ６の減衰力が増大あるいは減少する。

この際、本実施形態では、アウタヨーク３１が高透磁率を有するパーメンジュール製であるため、その厚みが比較的薄いにも拘わらず、高い磁束密度による強い磁界がピストン１６内に形成される。そのため、非磁性体製のピストンカバー３０が磁束の漏れを抑制することもあいまって、減衰力可変範囲の増大（すなわち、高い減衰力特性）を実現することができる。

図５はＭＬＶコイル３５に駆動電流を印加した場合における減衰力とストローク速度との関係を示すグラフである。実施形態と従来装置（アウタヨーク３１の素材をＳ２５Ｃとしたもの）との間でピストン１６の各部寸法を同一に設定すると、ＭＬＶコイル３５に駆動電流の印加を行わない場合（０Ａ）には、減衰力の値は同一となる。ところが、同図から判るように、ＭＬＶコイル３５に最大駆動電流（本実施形態では、５Ａ）を印加した場合には、実施形態の減衰力（図中に実線で示す）が従来装置の減衰力（図中の破線で示す）に対して有意に大きくなる。

一方、本実施形態のピストンカバー３０は、耐摩耗性に優れたステンレス鋼を素材とするため、長期間にわたる使用（自動車の運転）が行われた場合にもその摩耗がごく少なく、ダンパ６の高い耐久性を実現できる。なお、オーステナイト系ステンレス鋼は伸び性や絞り性に優れるため、製造時における加締め作業が容易となって生産性も向上する。

＜一部変形例＞
図６は、上記実施形態の一部変形例に係るダンパの要部拡大縦断面図である。
一部変形例もその全体構成は実施形態と同様であるが、ピストン１６の構造が異なっている。すなわち、一部変形例のピストン１６は、ピストンカバー３０を備えておらず、アウタヨーク３１やインナヨーク３２、エンドプレート３３，３４は、インナヨーク３２およびエンドプレート３３，３４を軸方向に貫通する複数本のボルト４０によって締結・一体化されている。アウタヨーク３１は、実施形態と同様にパーメンジュールを素材としており、その外周面がシリンダ１２の内周面に所定の間隙をもって対峙している。また、本実施形態の場合、両エンドプレート３３，３４は、摺接部材を兼ねており、その外周面がシリンダ１２の内周面に摺接する。なお、両エンドプレート３３，３４は、シリンダ１２との相対摺動による摩耗を抑制すべく、その表面にメッキ等を施してもよい。一部変形例も、その作用・効果については、実施形態と略同様である。

上記実施形態や一部変形例では、このような構成を採ったことにより、飽和磁束密度の高いパーメンジュールをアウタヨーク３１の素材として採用しながら、高い耐久性を実現することができる。

以上で具体的実施形態および一部変形例の説明を終えるが、本発明はこれら実施形態等に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態は４輪自動車のリヤサスペンションを構成する減衰力可変式ダンパに本発明を適用したものであるが、本発明は、フロントサスペンション用の減衰力可変式ダンパにも適用できるし、２輪自動車等の減衰力可変ダンパ等にも適用可能である。また、上記実施形態ではピストンカバーの素材として非磁性体であるオーステナイト系ステンレス鋼を用いたが、磁性体である機械構造用炭素鋼等を採用してもよい。その他、アウタヨークやインナヨーク、エンドプレート等の具体的形状やダンパの具体的構造等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

実施形態に係るリヤサスペンションの斜視図である。 実施形態に係るダンパの縦断面図である。 図２中のIII部拡大図である。 実施形態に係るピストンの分解斜視図である。 実施形態に係る減衰力とストローク速度との関係を示すグラフである。 実施形態の一部変形例に係るダンパの要部拡大縦断面図である。

符号の説明

２ トレーリングアーム（車輪側部材）
６ ダンパ
１２ シリンダ
１３ ピストンロッド
１４ 上部液室（一側液室）
１５ 下部液室（他側液室）
１６ ピストン
２２ ダンパベース（車体側部材）
３０ ピストンカバー（摺接部材）
３１ アウタヨーク
３２ インナヨーク
３３ エンドプレート（摺接部材）
３４ エンドプレート（摺接部材）
３５ ＭＬＶコイル
３９ 作動油流路

Claims (1)

1. 磁性流体または磁気粘性流体が充填されるとともに車体側部材と車輪側部材とのどちらか一方に連結されたシリンダと、前記シリンダを一側液室と他側液室とに区画するとともに前記磁性流体または磁気粘性流体を当該一側液室と他側液室との間で流通させる作動油流路が形成されたピストンと、前記車体側部材と車輪側部材とのどちらか他方を当該ピストンに連結するピストンロッドとを有し、前記作動油流路を通過する前記磁性流体または前記磁気粘性流体に磁界を印加することで減衰力が制御される減衰力可変式ダンパであって、
   前記ピストンは、
   軟磁性体を素材とし、前記シリンダの内側に当該シリンダの内周面に所定の間隙をもって配置されるとともに、環状段差部が軸方向両端部に形成されたアウタヨークと、
   前記アウタヨークの内側に配置されるとともに、環状フランジが軸方向両端部に形成され、当該アウタヨークとの間に前記作動油流路を画成するインナヨークと、
   前記シリンダの内周面に摺接する薄肉円筒形状のピストンカバーと、
   前記アウタヨークおよび前記インナヨークの軸方向両端部にそれぞれ配置され、非磁性体を素材とするとともに、前記環状段差部が内嵌する外縁フランジと前記環状フランジが内嵌する円盤状凸部とが形成され、当該アウタヨークと当該インナヨークとを前記ピストンロッドに対して径方向で位置決めする一対のエンドプレートと
   を備え、
   前記ピストンカバーは、非磁性体を素材とするとともに、前記アウタヨークの外周を覆い、前記両エンドプレートに加締められて当該両エンドプレートを連結／一体化することを特徴とする減衰力可変ダンパ。

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