JP2000291724A

JP2000291724A - 機能性流体を用いたアクチュエータによる振動制御装置および方法

Info

Publication number: JP2000291724A
Application number: JP10450099A
Authority: JP
Inventors: Makoto Morishita; 信森下; Takashi Tsuchiya; 高志土屋
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1999-04-12
Filing date: 1999-04-12
Publication date: 2000-10-20

Abstract

(57)【要約】【課題】機能性流体における応答速度の遅さを考慮し
た上で、ダンパを最適に操作して、応答側の振動を減衰
させることができる振動制御装置を提供する。【解決手段】振動制御装置に、応答側５の加速度信号
を検出する加速度ピックアップ７と、加速度ピックアッ
プ７の検出値があらかじめ設定されたしきい値を超えて
いるか否かを判断するしきい値フィルタ２２と、ＭＲ流
体に磁界を与える一定時間を調整するタイマ２４と、Ｍ
Ｒ流体に磁界を与える電源回路２３とを設ける。そし
て、加速度信号があるしきい値を超えた瞬間にＭＲ流体
に磁界を与え、一定時間後にこの磁界を強制的に解除す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機能性流体を用い
たアクチュエータを操作して応答側の振動を低減させる
振動制御装置および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の機械的性能は過去の技術開発に
より高度に引き上げられたが、さらなる安全性や快適性
の向上を求めて多くの種類の情報を正確かつ迅速に処理
することが必要不可欠となり、そのために自動車のエレ
クトロニクス化が急速に進められている。エレクトロニ
クス化の中核となる精密機器には制御用コンピュータ、
地図情報のためのＤＶＤプレーヤ、音楽用ＣＤプレーヤ
などがあり，これらの車載用電子機器によって走行中に
様々な情報処理が行われている。また、現在国家プロジ
ェクトとして進行しているインテリジェント・トランス
ポート・システム（ＩＴＳ）の実現のためには、ある程
度の高い処理能力を有するコンピュータを車載する要が
生じる。これらの動作信頼性を向上させるために、路面
の凹凸による周渡数の低い振動からエンジンによる周波
数の高い振動までに至る幅広い周波数の振動を抑制する
必要がある。

【０００３】現状では、車載用の精密機器の支持機構と
して高粘度シリコーン油を液封した小型マウント等が用
いられているが、これらは基本的には受動的振動抑制ア
クチュエータとして位置づけることができる。更なる振
動低減の要求のために準能動型、さらには能動型アクチ
ュエータの開発が試みられているが、制振性能と信頼性
の高さを同時に満足するという点では準能動型が有利で
ある。本発明者は、準能動型アクチュエータとして、外
部磁場によりレオロジー特性を変化させることが可能な
機能性流体として知られているＭＲ流体（Magneto−Rhe
ological Fluid：磁気粘性流体）を用いて、外部磁場に
より減衰特性が変化する小型液封マウントを提案してい
る（特願平１１―７９３１４号参照）。ＭＲ流体は外部
磁場により流体のもつ降伏応力を変化させることのでき
る機能性流体として知られ、一様な溶媒に高い透磁率を
もつ粒径０．１〜十数μｍの鉄の粉末を分散させた溶液
である。ＭＲ流体に外部から磁場を与えると、粒子各々
が磁化されて磁界方向に鎖状のクラスタを形成し、クラ
スタのもつ張力が降伏応力の変化に対応するとされてい
る。このクラスタ形成が流体の流動抵抗となることによ
り、マクロ的にみると流体のみかけ上の粘度が上昇す
る。

【０００４】磁場に応答する流体として知られる磁性流
体も基本的にはＭＲ流体と同様な組成を有し、かつ磁場
に反応するという意味では同じ特徴を持つ。しかし粒子
の大きさが磁性流体では高々数十ナノメータであるのに
対してＭＲ流体では数ミクロンメータ程度とはるかに大
きく、それに伴ってＭＲ流体の持つ特性は実際には磁性
流体と大きく異なっている。磁性流体の磁場の下での特
性は複雑ではあるが、磁性流体はニュートン粘度が変化
する流体である。一方、ＭＲ流体は塑性流体（Bingham
流体）としての特性を有している。

【０００５】ＭＲ流体の降伏応力が変化するメカニズム
はＥＲ流体とよく似ており，磁場と電場という点が異な
っている。特に発生する降伏応力の大きさに関してはＭ
Ｒ流体の方がＥＲ流体に比較して数十〜数百倍程度あ
り、高電圧を用いる必要がないという点とともにＭＲ流
体の適用可能性が高く評価される根拠となっている。基
本粘度はＥＲ流体の方が広く設定できると考えられ、ま
たＥＲ流体は流路に一対の電極を設置すれば特性を引き
出せるという簡便性を有しており、さらに流体の応答性
はＥＲ流体の方が良好であることなどを考慮すると、Ｅ
Ｒ流体とＭＲ流体は用途によりそれぞれの対応可能性が
残っていると発明者らは考える。

【０００６】ＭＲ流体中のクラスタ形成を確認するため
に、ＭＲ流体を１０倍程度に油で希釈し、光学顕微鏡に
て観察を行った結果が図１である。同図（ａ）は無磁場
における様子で、白い点状物質が鉄の微粒子である。鉄
の微粒子は、小さな不定形のクラスタを形成し、その集
まりが液中にランダムに配置されている。その後、
（ｂ），（ｃ），（ｄ）の順に徐々に磁束密度を１０[m
T]，１５[mT]，２０[mT]と増加させ、観察を行った。な
お、図中での磁界の方向は紙面縦方向にかけられてい
る。図１より、磁界が強くなるほど鎖状のクラスタは長
く成長し、またクラスタ同士の問隔が密になっていくの
がわかる。

【０００７】このように、磁場が加えられたマウントの
内部では、粒子が磁界方向に鎖状のクラスタを形成して
いるが、これに振動する物体を取り付けた場合、物体の
持つエネルギによって一部のクラスタが崩壊する。これ
は結果として振動の有するエネルギを散逸させているこ
とに等しく、減衰効果が得られるものと思われる。しか
しながら、分散された鉄の微粒子に磁界を加えて磁化さ
せることでクラスタ形成を行っているため、電流が流さ
れてから微粒子がクラスタを形成するまでにある程度の
時間を要する。また、磁場解除直後のクラスタが分解さ
れる過程においては、磁場の解除直後は鉄微粒子に磁場
が残留しているためクラスタは形成されたままになって
いると推定される。このため、磁場の解除後にクラスタ
を破壊するエネルギが必要になり、マウントが元の粘度
に戻るまである程度の時間を要する。このようなＭＲ流
体の応答性の悪い原因は、分散粒子の残留磁場にあると
推定され、応答性を高めるには残留磁場を消去するなど
の何らかの対策が必要であると思われる。

【０００８】ところで、一般的に自動車での振動制御を
行う際、スカイフック理論のように振動入力側と応答側
の相対変位の変化量を制御対象とした制御方法が有効で
あるとされている。

【０００９】スカイフック理論は別名Karnoppの近似則
とも呼ばれる。Karnoppの近似則は、図２に示すよう
に、減衰装置１に対して制御装置２を付け加えることで
スカイフック理論を模擬したものである。制御の方法に
ついて簡単に説明すると、図３に表現される。上向きを
正、下向きを負にとり、質量の速度をＶ_x、入力される
振動の速度をＶ_yとする。Ｖ_x＞０，かつＶ_x−Ｖ_y＞０、
あるいは、Ｖ_x＜０，かつＶ_x−Ｖ_y＜０となる場合、Ｃ
を小さく選び、また、Ｖ_x＞０，かつＶ_x−Ｖ_y＜０、あ
るいは、Ｖ_x＜０，かつＶ_x−Ｖ_y＞０となる場合、Ｃを
大きく選ぶ。減衰装置１をこのように制御することで、
質量に反映される振幅をできるだけ最小限に留めるよう
にする。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述のようなスカイフ
ック理論を使用して振動を制御する場合、減衰装置１
（アクチュエータ）の応答速度が充分に速く、振動に同
期して特性が変化することが必要となる。しかし、ＭＲ
流体を用いたアクチュエータは、上述のように応答速度
が遅いため、このようなスカイフック理論に基づいた制
御則を適用しても充分な制振効果を得ることは期待でき
ない。

【００１１】そこで、本発明は、機能性流体における応
答速度の遅さを考慮した上で、アクチュエータを最適に
操作して、応答側の振動を低減させることができる振動
制御装置および方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】以下、本発明について説
明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図
面の参照番号を括弧書きにて付記するが、それにより本
発明が図示の形態に限定されるものでない。

【００１３】請求項１の発明は、振動入力側（３）およ
び応答側（５）の少なくとも一方の振動信号を検出する
検出手段（７，８，２１）と、該検出手段（７，８，２
１）の検出値に基づいて機能性流体に磁界または電界を
与え、一定時間後に前記磁界または前記電界を解除する
アクチュエータ操作手段（１３，２３）とを備えること
を特徴とする機能性流体を用いたアクチュエータによる
振動制御装置により、上述した課題を解決する。ここ
で、磁界または電界の解除には、完全に磁界または電界
を消滅させる場合も含まれるし、磁界または電界を減少
させる場合も含まれる。また、アクチュエータとは流体
のエネルギを用いて機械的な仕事をする機器をいい、例
えば、ダンパ、ブレーキ、バルブ等が含まれる。

【００１４】機能性流体は、磁界または電界の解除直後
でも暫くはクラスタが崩壊しないために応答性が悪い。
本発明は応答性が悪いという問題を解決するために、こ
の現象を利用し、機能性流体に磁界または電界を与えた
一定時間後に強制的に磁界または電界を解除する。これ
により、残存しているクラスタを振動物体が有するエネ
ルギにより分解させて減衰を得る。

【００１５】請求項２の発明は、振動入力側（３）およ
び応答側（５）の少なくとも一方の振動信号を検出する
検出手段（７，８，２１）と、該検出手段（７，８，２
１）の検出値があらかじめ設定されたしきい値を超えて
いるか否かを判断する判断手段（１０，２２）と、該判
断手段（１０，２２）で前記検出値が前記しきい値を超
えていると判断された場合、機能性流体に磁界または電
界を与えるアクチュエータ操作手段（１３，２３）とを
備えることを特徴とする機能性流体を用いたアクチュエ
ータによる振動制御装置により、上述した課題を解決す
る。

【００１６】機能性流体を用いたアクチュエータは、粘
度を上昇させると剛性も上がってしまい、応答側の変位
が増加してしまう。この発明によれば、振動信号がある
しきい値を超えたときに機能性流体に磁界または電界が
与えられるので、アクチュエータはある時間遅れをもっ
て粘度が上昇することになる。このように、振動の入力
に対し、初めはアクチュエータの剛性を柔らかく、かつ
減衰を小さくし、振動の衝撃を和らげることで、振動に
よって最大となる応答側の変位ができるだけ抑えられ
る。その後、アクチュエータの粘度が上昇すると応答側
の振動が短時間で収縮する。

【００１７】請求項３の発明は、振動入力側（３）およ
び応答側（５）の少なくとも一方の振動信号を検出する
検出手段（７，８，２１）と、該検出手段（７，８，２
１）の検出値があらかじめ設定されたしきい値を超えて
いるか否かを判断する判断手段（１０，２２）と、該判
断手段（１０，２２）で前記検出値が前記しきい値を超
えていると判断された場合、機能性流体に磁界または電
界を与え、一定時間後に前記磁界または前記電界を解除
するアクチュエータ操作手段（１３，２３）とを備える
ことにより、上述した課題を解決する。

【００１８】この発明によれば、振動信号があるしきい
値を超えた瞬間に機能性流体に磁界または電界が与えら
れ、一定時間後にこの磁界または電界が解除される。こ
のため、アクチュエータ内部に封入された能性流体は、
ある時間遅れをもって粘度が上昇し、また、粘度が下降
していく。

【００１９】振動の入力に対し、初めはアクチュエータ
の減衰を小さくしておき、振動の衝撃を和らげること
で、振動によって最大となる応答側の変位をできるだけ
抑える。その後、アクチュエータにより生ずる減衰を上
昇させ、応答側の振動を短時間で収縮させる。そして、
磁界または電界の解除直後でも暫くはクラスタが崩壊し
ない現象を考慮し、あるタイミングで強制的に磁界また
は電界を解除する。これにより、残存しているクラスタ
を振動物体が有する振動エネルギにより分解させて更な
る減衰を得る。

【００２０】請求項４の発明は、請求項１または３に記
載の機能性流体を用いたアクチュエータによる振動制御
装置において、前記一定時間を調整する時間調整手段
（１０，２４）を備えることを特徴とする。

【００２１】この発明によれば、応答側の振動を効果的
に減衰させることができるよう磁界または電界を与える
時間を調整することができる。

【００２２】請求項５の発明は、請求項２ないし４に記
載の機能性流体を用いたアクチュエータによる振動制御
装置において、前記しきい値は、前記振動信号のピーク
時に、前記磁界または前記電界による前記アクチュエー
タの粘度の上昇が、そのピークを向かえる前となるよう
に設定されていることを特徴とする。

【００２３】本発明によれば、振動信号のピーク時に磁
界または電界によるアクチュエータ内部に封入された機
能性流体の粘度がそのピークを向かえる前となるよう
に、しきい値を設定することで、応答側の変位の増加を
効果的に防止することができる。

【００２４】請求項６の発明は、請求項１、３、４、５
のいずれかに記載の機能性流体を用いたアクチュエータ
による振動制御装置において、前記一定時間は、前記振
動信号の収縮時には、前記磁界または前記電界が解除さ
れるように設定されていることを特徴とする。

【００２５】この発明によれば、振動信号の収縮時に磁
界または電界を解除することで、収縮時の応答側の振動
エネルギが機能性流体のクラスタの破壊に使用され、応
答側の振動が効率的に減衰する。

【００２６】請求項７の発明は、請求項１ないし６のい
ずれかに記載の機能性流体を用いたアクチュエータによ
る振動制御装置において、前記検出手段（６，８，２
１）で前記振動入力側（３）または前記応答側（５）い
ずれか一方の加速度信号を検出することを特徴とする。

【００２７】スカイフック理論に基づき振動制御する場
合、振動入力側とばね上側（応答側）との相対変位、お
よびばね上側（応答側）の加速度を検出する必要があ
る。この発明によれば、振動入力側または応答側の加速
度信号を検出するだけで、応答側の振動を減衰させるよ
う制御できるので、制御装置の構成を簡単にすることが
できる。

【００２８】請求項８の発明は、請求項１ないし７のい
ずれかに記載の機能性流体を用いたアクチュエータによ
る振動制御装置において、前記機能性流体にはＭＲ流体
またはＥＲ流体が用いられ、前記アクチュエータ操作手
段（１３，２３）では、前記ＭＲ流体に前記磁界、また
は前記ＥＲ流体に前記電界を与えることを特徴とする。

【００２９】この発明によれば、アクチュエータの作動
流体にＭＲ流体またはＥＲ流体などの機能性流体を用い
ることで、機械的操作部を用いずに可変減衰アクチュエ
ータを実現することができる。

【００３０】請求項９の発明は、請求項４に記載の機能
性流体を用いたアクチュエータによる振動制御装置にお
いて、前記判断手段には、しきい値判定フィルタ（２
２）が用いられ、前記時間調整手段には、タイマ（２
４）が用いられることを特徴とする。

【００３１】この発明によれば、コンピュータを用いる
ことなく、簡単なアナログ回路で制御装置を構成するこ
とができるので、実用的な振動制御装置が得られる。

【００３２】請求項１０の発明は、振動入力側および応
答側の少なくとも一方の振動信号を検出する検出工程
と、前記検出工程の検出値があらかじめ設定されたしき
い値を超えているか否かを判断する判断工程と、前記判
断工程で前記検出値が前記しきい値を超えていると判断
された場合、機能性流体に磁界または電界を与え、一定
時間後に前記磁界または前記電界を解除するアクチュエ
ータ操作工程とを備えることを特徴とする機能性流体を
用いたアクチュエータによる振動制御方法により、上述
した課題を解決する。

【００３３】この発明によれば、振動信号があるしきい
値を超えた瞬間に機能性流体に磁界または電界が与えら
れ、一定時間後にこの磁界または電界が解除される。こ
のため、アクチュエータ内部に封入された機能性流体
は、ある時間遅れをもって粘度が上昇し、また、粘度が
下降していく。

【００３４】振動の入力に対し、初めはアクチュエータ
を柔らかくしておき、振動の衝撃を和らげることで、振
動によって最大となる応答側の変位をできるだけ抑え
る。その後、アクチュエータの粘度を上昇させ、応答側
の振動を短時間で収縮させる。そして、磁界または電界
の解除直後でも暫くはクラスタが崩壊しない現象を考慮
し、あるタイミングで強制的に磁界または電界を解除す
る。これにより、残存しているクラスタを振動のエネル
ギにより分解させて更なる減衰を得る。

【００３５】

【発明の実施の形態】図４は、本発明の第１の実施形態
における機能性流体を用いたアクチュエータによる振動
制御装置を組み込んだ試験装置を示すものである。この
試験装置では、質量５、ばね６、減衰部を有する１自由
度系が構成されている。減衰部は、電磁式加振器３の上
部に配置され、ＭＲ流体を用いたアクチュエータとして
の小型マウント４からなる。ここで、例えば車載用ＣＤ
プレーヤの支持系の特性値を参考に、マウント４に負荷
させる質量５を加速度ピックアップ７の質量を含んで
０．０６kg、また上部側のばね定数を１９６N/mとして
いる。

【００３６】図５は、マウント４を示したものである。
このマウント４は、本体部８とコイル部９とから構成さ
れている。マウント４のケースには、例えば車載用ＣＤ
プレーヤの防振対策として用いられている液封式小型マ
ウント用ケースが使用されている。本体部８は、ポリプ
ロピレン等の合成樹脂製のケース８ａに、ブチルゴム等
の弾性体８ｂを溶着したものある。弾性体８ｂは、経験
的に設計された形状を有している。本体部８の内部に
は、ＭＲ流体が例えば２ｃｃ封入されている。ＭＲ流体
には、粒径１〜１０μm程度の高純度のα鉄の粒子をＰ
ＡＯと呼ばれる合成潤滑油に分散させたものを用いてい
る。合成潤滑油の粘度は、例えば４．０[mPa]、粒子の
濃度は８０[wt%]とし、成分としては他に耐摩耗剤と分
散剤とを含んでいる。コイル部９は、ボビンに導線を複
数回巻き付けたもので、例えば、アルミで作製したボビ
ンにＳ１０Ｃの鉄芯を挿入し、０．３[mm]ポリイミド被
覆導線を３００回巻き付けることで形成されている。

【００３７】図６は、コイル部９に流れる電流とコイル
部９から発生する磁束密度の関係を示したグラフであ
る。コイル部９に０．２[A]ずつ流す電流を変えて、コ
イル部９の上方０．５[mm]にて磁束密度を測定した。こ
の図に示すように、コイル部９に発生する磁束密度は電
流にほぼ線形であることがわかる。

【００３８】図７は、電圧の印加による電流の時間変化
の指標となる自己インピーダンスを測定した結果を示し
たものである。この図に示すように、コイル部９の自己
インピーダンスが充分に小さいことから、この試作した
コイル部９は電圧の印加に対して瞬時に電流が流れるこ
とがわかる。

【００３９】ＭＲ流体を用いたマウント４で制振するに
あたり、マウント４の基本特性を知るため、図１に示す
試験装置に、掃引正弦波を入力し、ボード線図の作成を
行った。ボード線図の作成にあたって、コイル部９に直
流電流を流し、ここで発生した磁場によりマウント４内
部のＭＲ流体の特性を変化させて、マウント４の減衰特
性を変化させた。そして、加振器ベース側３および負荷
質量５側（応答側）に加速度ピックアップ７，８を取り
付け、両ピックアップ７，８の加速度および位相を測定
し、ボード線図に描いた。図８は、実験結果を示したも
のである。加振周波数を５〜２０[Hz]、振幅０．３[m
m]、掃引速度を１[Hz/S]として加振を行っている。電流
を与えることで振幅比が約７０％減少し、共振周波数が
１０[Hz]から１５[Hz]に上昇している。本実験では、磁
場を与えることで共振点が高くなっており、系全体での
等価な剛性が５０％増したことがわかる。

【００４０】図９は、電流の入力に対するマウント４の
特性が変化する応答速度を調べたものである。マウント
４側を共振周披数にて振幅０．３[mm]の定常正弦波で強
制加振し、質量５側の加速度を応答として検出した。図
上部はコイル部９に負荷される電流を表し、下部はそれ
に対する質量５側加速度である。電流を流すタイミング
と加速度の応答とを比較すると、電流を流した直後から
最小の振幅に到達するまでに約０．２４[S]、電流を遮
断してからもとの変位振幅に戻るまで約０．５５[S]を
要している。時定数にすると電流を流した直後で０．１
[S]、電流遮断後については、０．１９[S]であり、本マ
ウント４に関しては振動に同期した制御を行うにはかな
り応答速度が遅いことがわかる。

【００４１】本発明の第１の実施形態における制御装置
は、コンピュータ１０とリレー（図示せず）を導入して
ＭＲ流体に与える磁界を操作するもので、図１に示すよ
うに、応答側（質量５側）に取り付けられた検出手段と
しての加速度ピックアップ７と、この加速度ピックアッ
プ７の信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄボード１１
と、加速度ピックアップ７の信号に基づき、マウント４
の操作用プログラムを実行する判断手段および時間調整
手段を備えるコンピュータ１０と、コンピュータ１０か
らの信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａボード１２
と、ＭＲ流体に磁界を与えるアクチュエータ操作手段と
しての直流電源装置１３とで構成される。応答側の加速
度信号をコンピュータ１０に取り込む際しきい値を設
け、しきい値以上の値であれば、Ｄ／Ａボード１２に一
定時間信号を送るように、コンピュータ１０のプログラ
ムは実行される。Ｄ／Ａボードから出力された電圧によ
ってリレーが作動すると、直流電源装置１３からマウン
ト４のコイル部９に電圧が付加され、ＭＲ流体に磁界が
与えられる。

【００４２】図１０は、応答側の加速度信号と、コイル
部９の磁界の変化、およびマウント４の減衰力の変化と
の関係を示したタイムチャートである。同図（ａ）は入
力側の加速度信号を示し、同図（ｂ）はコイル部９の磁
界の変化を示し、同図（ｃ）はマウント４の減衰力の変
化を示す。この図に示すように、応答側の加速度信号が
あるしきい値を超えた瞬間にコイル部９に電流を流し、
ＭＲ流体に磁界を与えている。そして、このＭＲ流体に
与えた磁界は一定時間ｔ１後、強制的に解除される。こ
のように磁界が変化すると、マウント４は、ある時間遅
れをもって、粘度が上昇し、また下降していく。

【００４３】しきい値は、マッチングにより、加速度信
号のピーク時に、マウント４の粘度の上昇がそのピーク
を向かえる前となるように設定されている。特に望まし
いのは、加速度信号のピーク時に、マウント４の粘度が
上昇前とするのが望ましい。これは、マウント４の粘度
を上昇させるとマウント４の剛性も上がってしまうのを
考慮したものであり、加速度信号のピーク時に、マウン
ト４の剛性の上昇前とすることで、応答側の変位が増加
してしまうのを防止することができる。

【００４４】磁界を与える一定時間ｔ１は、加速度信号
の収縮時には、磁界が解除されるように設定されてい
る。このように設定することで、応答側の振動エネルギ
が磁界によって形成されたＭＲ流体のクラスタの破壊に
使用され、応答側の振動が減衰する。ここで、一定時間
ｔ１は、例えば、応答側の制振対象となる固有周期の１
／５〜１／１０程度の短時間に設定されるのが望ましい
が、クラスタを崩壊させるのに等しいエネルギを供給で
きる時間を算定して、振動のエネルギから換算すること
もできる。

【００４５】図１１および図１２に、上記第１の実施形
態の制御装置を適用した場合の振動入力側に対する質量
側の応答を示す。図１１は、インパルス入力に対する応
答を示したものであり、図１２は、１〜１００[Hz]のバ
ンド幅を持つランダム波入力に対する応答を示したもの
である。ここでは、電磁式加振器３にインパルス波また
はランダム波を出力させ、加振器加速度と出力側加速度
をＦＦＴアナライザに取り込み、ボード線図に描いてい
る。

【００４６】まず、インパルス入力に対する質量側の応
答について説明する。図１１中（ａ）は入力波形、同図
（ｂ）はコイルに電流を流さない場合の質量側応答、同
図（ｃ）はコイルに電流を流した場合の応答、同図
（ｄ）は電流について制御を行った場合の応答をそれぞ
れ表わしている。電流を流さない状態では、減衰して収
束するまでおよそ２．２[S]必要であることがわかる。
一方電流を流した状態では、収束するまでの時間は電流
を流さない場合の１／２以下に短縮されるが、マウント
の剛性が上昇しているために応答振幅の第１波が２倍に
まで増大してしまう。ここで、制御を取り入れた場合に
ついてみると、減衰して収束するまで時間は１／２以下
に短縮し、かつ振幅の増大は見られないという両者の長
所を採った特性をもつことがわかる。

【００４７】次に、ランダム波入力に対する応答につい
て説明する。図１２中（ａ）は電流を流さない場合の質
量側応答、同図（ｂ）はコイルに一定電流を流した場合
の質量側応答、同図（ｃ−１）は電流に対し制御を行っ
た場合の質量側応答、同図（ｃ−２）は制御時に実際に
流れた電流を表わす。一定電流を流した状態では、マウ
ントの剛性が上昇しているために応答振幅がところどこ
ろ増大してしまう。一方、制御を取り入れた場合につい
てみると、振幅の増大は見られないことがわかる。な
お、同図（ｄ）に示すように、電流に対して制御を行っ
た場合、電流を一旦流した後、一定時間後強制的に電流
が解除されているが、その直後にしきい値以上の加速度
信号が検出されると、電流が再び流れている。

【００４８】図１３に、質量側と加振器ベース側の加速
度応答の比のスペクトル分布をみた結果を示す。同図
（ａ）はコイルに電流を流さない場合、同図（ｂ）はコ
イルに一定の電流を流した場合、同図（ｃ）は流す電流
に制御を行った場合を示す。電流が与えられていない状
態で、振幅比のピーク値が４程度あったものが、電流を
与えることによって減少する。しかし、同時にマウント
の剛性が増加しているため、曲線によって囲まれる面積
が増加しているのがわかる。制御を取り入れた場合につ
いてみると、ピーク値が５０％減少するうえ、面積の増
加は抑えられた結果となっている。

【００４９】以上の実験は，小型マウント４を静置して
ある程度の時間が経過した後、マウント４内で粒子の沈
殿が発生したと推定される場合でも、ほぼ同じ効果が得
られることを再実験により確認している。ＭＲ流体は、
比較的短時間のうちに分散粒子の沈降が生ずることが知
られているが、外部磁場を加える、もしくは外部から振
動を加えることで容易に再分散がはかられ、時間経過が
特性に及ばす影響が小さいものと推定される。

【００５０】図１４は、本発明の第２の実施形態におけ
る機能性流体を用いた振動制御装置２０の概略構成図を
示したものである。この振動制御装置２０は、アナログ
回路でＭＲ流体に与える磁界を操作するもので、振動入
力側に取り付けられた検出手段としての加速度ピックア
ップ２１と、加速度ピックアップ２１の加速度信号がし
きい値を超えていたらＯＮとなる判断手段としてのしき
い値判定フィルタ２２と、しきい値判定フィルタ２２が
ＯＮとなると電源回路２３を一定時間ＯＮにする時間調
整手段としてのタイマ２４と、電磁コイルユニット２５
に磁界を発生させる操作手段としての電源回路２３から
構成される。このように振動制御装置２０をアナログ回
路で構成することで、実用性の高い振動制御装置が得ら
れる。なお、この実施形態では加速度ピックアップ２１
が入力側に設けられているが、出力側に設けてもよく、
また、振動信号として加速度を検出しているが、速度、
変位（相対変位を含む）いずれを検出してもよい。

【００５１】この振動制御装置２０でも、振動信号があ
るしきい値を超えた瞬間にＭＲ流体に磁界が与えられ、
一定時間後にこの磁界が解除される。このため、マウン
ト４は、ある時間遅れをもって粘度が上昇し、また、粘
度が下降していく。このように、振動の入力に対し、初
めはマウントを柔らかくしておき、振動の衝撃を和らげ
ることで、振動によって最大となる応答側の変位が抑え
られる。その後、マウント内部のＭＲ流体の粘度が上昇
するので、応答側の振動が短時間で収縮する。そして、
磁界または電界の解除直後でも暫くはクラスタが崩壊し
ない現象を考慮し、ある一定時間後に強制的に磁界を解
除する。これにより、残存しているクラスタを振動のエ
ネルギにより分解させて更なる減衰を得る。

【００５２】なお、上記の第１および第２の実施形態に
おいて、機能性流体としてＭＲ流体を用いているが、高
分子液晶等のＥＲ流体を用いてもよいのはもちろんであ
る。ＥＲ流体を用いる場合は、ＥＲ流体には磁界ではな
く電界が与えられる。その場合、コイルを用いるのでは
なく、マウント内部に電極を設置する構造がとられる。
さらに、上記の制御装置では一定時間磁界を与えるする
ように操作しているが、加速度振動がしきい値以上の場
合は磁界を発生させ、しきい値以下の場合は磁界を解除
するようにＯＮ、ＯＦＦ制御してもよい。また、ＭＲ流
体に加える磁界は一定の強さに設定されているが、振動
の形態に応じて種々変化させてもよい。

【００５３】また、上記実施形態の振動制御装置は、エ
ンジンからの振動と、路面からの振動との複数の振動が
あり、単一の制振特性では効率よく制振することが困難
な自動車の車載用電子機器の振動制御装置に適している
が、精密機器の振動を制御するものであれば、いかなる
精密機器の振動制御装置に対しても適用することができ
る。また、車載用電子機器の振動制御装置に限らず、路
面からの振動を減衰させるサスペンションの振動制御装
置にも適用することができる。さらに、振動を制御する
ものであれば、自動車に限らず、建築物の免震用の振動
制御装置にも適用することができる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
振動入力側および応答側の少なくとも一方の振動信号を
検出する検出手段と、該検出手段の検出値に基づいて機
能性流体に磁界または電界を与え、一定時間後に前記磁
界または前記電界を解除するアクチュエータ操作手段と
を備え、機能性流体に磁界または電界を与えた一定時間
後に強制的に磁界または電界を解除する。残存している
クラスタを振動のエネルギにより分解させて減衰を得る
ことで、ＭＲ流体またはＥＲ流体を用いたアクチュエー
タの応答性を向上させるとができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】磁界の強さと粒子の動きを示した図（図中
（ａ）は磁界が０[mT]の場合、図中（ｂ）は磁界が１０
[mT]の場合、図中（ｃ）は磁界が１５[mT]の場合、図中
（ｄ）は磁界が２０[mT]の場合を示す）。

【図２】Karnoppのスカイフック理論を示す模式図。

【図３】スカイフック理論に基づく制御則を示す模式
図。

【図４】本発明の第１の実施形態における振動制御装置
を組み込んだ試験装置を示す装置構成概略図。

【図５】マウントの構造を示す部分断面図。

【図６】発生磁束密度を示すグラフ。

【図７】コイル自己インピーダンスを示すグラフ。

【図８】位相曲線および共振曲線を示すグラフ。

【図９】応答曲線を示すグラフ。

【図１０】加速度信号と、磁界およびマウントの減衰の
変化の関係を示すタイムチャート。

【図１１】インパルス入力に対する応答を示すグラフ。

【図１２】ランダム波入力に対する応答を示すグラフ。

【図１３】ランダム波入力に対する振幅比によるボード
線図。

【図１４】本名発明の第２の実施形態における振動制御
装置を示す概略構成図。

【符号の説明】

３電磁式加振器（振動入力側）５負荷質量（応答側）７，８，２１加速度ピックアップ（検出手段）１３，２３電源回路（アクチュエータ操作手段）１０コンピュータ（判断手段、時間調整手段）２２しきい値判定フィルタ（判断手段）２４タイマ（時間調整手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3D001 AA19 DA17 EA03 EB00 3J048 AB08 AB09 AB11 AC07 AC08 BE05 CB11 CB12 EA13 3J069 AA34 BB03 DD25 EE63 EE64

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】振動入力側および応答側の少なくとも一
方の振動信号を検出する検出手段と、該検出手段の検出
値に基づいて機能性流体に磁界または電界を与え、一定
時間後に前記磁界または前記電界を解除するアクチュエ
ータ操作手段とを備えることを特徴とする機能性流体を
用いたアクチュエータによる振動制御装置。
【請求項２】振動入力側および応答側の少なくとも一
方の振動信号を検出する検出手段と、該検出手段の検出
値があらかじめ設定されたしきい値を超えているか否か
を判断する判断手段と、該判断手段で前記検出値が前記
しきい値を超えていると判断された場合、機能性流体に
磁界または電界を与えるアクチュエータ操作手段とを備
えることを特徴とする機能性流体を用いたアクチュエー
タによる振動制御装置。
【請求項３】振動入力側および応答側の少なくとも一
方の振動信号を検出する検出手段と、該検出手段の検出
値があらかじめ設定されたしきい値を超えているか否か
を判断する判断手段と、該判断手段で前記検出値が前記
しきい値を超えていると判断された場合、機能性流体に
磁界または電界を与え、一定時間後に前記磁界または前
記電界を解除するアクチュエータ操作手段とを備えるこ
とを特徴とする機能性流体を用いたアクチュエータによ
る振動制御装置。
【請求項４】前記一定時間を調整する時間調整手段を
備えることを特徴とする請求項１または３に記載の機能
性流体を用いたアクチュエータによる振動制御装置。
【請求項５】前記しきい値は、前記振動信号のピーク
時に、前記磁界または前記電界による前記アクチュエー
タの粘度の上昇が、そのピークを向かえる前となるよう
に設定されていることを特徴とする請求項２ないし４の
いずれかに記載の機能性流体を用いたアクチュエータに
よる振動制御装置。
【請求項６】前記一定時間は、前記振動信号の収縮時
には、前記磁界または前記電界が解除されるように設定
されていることを特徴とする請求項１、３、４、５のい
ずれかに記載の機能性流体を用いたアクチュエータによ
る振動制御装置。
【請求項７】前記検出手段で前記振動入力側または前
記応答側いずれか一方の加速度信号を検出することを特
徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の機能性流
体を用いたアクチュエータによる振動制御装置。
【請求項８】前記機能性流体にはＭＲ流体またはＥＲ
流体が用いられ、前記アクチュエータ操作手段では、前
記ＭＲ流体に前記磁界、または前記ＥＲ流体に前記電界
を与えることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか
に記載の機能性流体を用いたアクチュエータによる振動
制御装置。
【請求項９】前記判断手段には、しきい値判定フィル
タが用いられ、前記時間調整手段には、タイマが用いら
れることを特徴とする請求項４ないし８のいずれかに記
載の機能性流体を用いたアクチュエータによる振動制御
装置。
【請求項１０】振動入力側および応答側の少なくとも
一方の振動信号を検出する検出工程と、該検出工程の検
出値があらかじめ設定されたしきい値を超えているか否
かを判断する判断工程と、該判断工程で前記検出値が前
記しきい値を超えていると判断された場合、機能性流体
に磁界または電界を与え、一定時間後に前記磁界または
前記電界を解除するアクチュエータ操作工程とを備える
ことを特徴とする機能性流体を用いたアクチュエータに
よる振動制御方法。