JP2008249030A - 可変減衰力ダンパー - Google Patents

Abstract

【課題】 構造が簡単で応答性に優れた可変減衰力ダンパーを提供する。
【解決手段】 可変減衰力ダンパーのシリンダに摺動自在に嵌合するピストン１９に設けた減衰力制御機構は、棒状のピエゾ素子よりなる一対の弁体２８をピストン本体２７の流体通路２７ａの開口を閉鎖するように並置し、両端を前記ピストン本体２７にピン２９で固定して構成される。弁体２８に対する通電を停止すると、弁体２８が収縮して流体通路２７ａを閉塞して減衰力が増加し、弁体２８に通電して相互に離反する方向に湾曲させると流体通路２７ａが開放されて減衰力が減少するので、可変減衰力ダンパーの減衰力を簡単な構造で応答性良く制御することができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、流体が充填されたシリンダと、前記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、前記ピストンに連結されて前記シリンダの端壁を貫通するピストンロッドと、ピストン本体に設けられて前記第１、第２流体室を連通させる流体通路と、前記流体通路の開度を変化させて減衰力を制御する減衰力制御機構とを備えた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、上記特許文献１に記載された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、構造が簡単で応答性に優れた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、流体が充填されたシリンダと、前記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、前記ピストンに連結されて前記シリンダの端壁を貫通するピストンロッドと、ピストン本体に設けられて前記第１、第２流体室を連通させる流体通路と、前記流体通路の開度を変化させて減衰力を制御する減衰力制御機構とを備えた可変減衰力ダンパーにおいて、前記減衰力制御機構は、棒状のピエゾ素子よりなる一対の弁体を前記流体通路の開口を閉鎖するように並置して両端を前記ピストン本体に固定し、前記弁体に通電して相互に離反する方向に湾曲させることで前記流体通路の開口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。

また請求項２に記載された発明によれば、流体が充填されたシリンダと、前記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、前記ピストンに連結されて前記シリンダの端壁を貫通するピストンロッドと、ピストン本体に設けられて前記第１、第２流体室を連通させる流体通路と、前記流体通路の開度を変化させて減衰力を制御する減衰力制御機構とを備えた可変減衰力ダンパーにおいて、前記減衰力制御機構は、前記流体通路の開口に連通可能な弁孔を有して前記ピストン本体の端面に相対回転自在に当接する弁板と、前記ピストン本体および前記弁板間に配置された超音波モータとを備え、前記超音波モータで前記弁板を回転させることで前記流体通路の開口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。

請求項１の構成によれば、可変減衰力ダンパーのピストンに設けた減衰力制御機構が、棒状のピエゾ素子よりなる一対の弁体をピストン本体の流体通路の開口を閉鎖するように並置して両端を前記ピストン本体に固定し、弁体に通電して相互に離反する方向に湾曲させることで流体通路の開口の開度を変化させるので、可変減衰力ダンパーの減衰力を簡単な構造で応答性良く制御することができる。

また請求項２の構成によれば、可変減衰力ダンパーのピストンに設けた減衰力制御機構が、ピストン本体に設けた超音波モータで弁孔を有する弁孔を回転させることでピストン本体に形成した流体通路の開口の開度を変化させるので、可変減衰力ダンパーの減衰力を簡単な構造で応答性良く制御することができる。

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実施の形態に基づいて説明する。

図１〜図６は本発明の第１の実施の形態を示すもので、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３−３線拡大断面図（閉弁時）、図４はピストンの分解斜視図、図５は前記図３に対応する作用説明図（開弁時）、図６はピストン速度に対する減衰力の特性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１６と、シリンダ１６の上端および下端をそれぞれ閉塞する上部端板１７および下部端板１８と、シリンダ１６に摺動自在に嵌合するピストン１９と、ピストン１９から上方に延びて上部端板１７に設けたシール部材２０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２１と、シリンダ１６の下部に摺動自在に嵌合するフリーピストン２２とを備える。

シリンダ１６の内部にピストン１９により仕切られた上側の第１流体室２３および下側の第２流体室２４が区画されており、これらの第１、第２流体室２３，２４には流体が充填される。またフリーピストン２２の下部には高圧ガスが封入されたガス室２５が区画される。ダンパー１４が収縮してピストンロッド２１がシリンダ１６の内部に進入したとき、シリンダ１６の内部に存在するピストンロッド２１の容積の増加分が、フリーピストン２２の下降によるガス室２５の圧縮により吸収される。

図３および図４に示すように、ピストンロッド２１の下端にナット２６で固定されたピストン本体２７は、ピストンロッド２１の周囲を囲むように配置された断面楕円形の８個の流体通路２７ａ…を備えており、これらの流体通路２７ａ…を介して第１流体室２３および第２流体室２４が連通する。

ピストン本体２７の上面に開口する各々の流体通路２７ａは、ピエゾ素子（圧電素子）を棒状に形成した一対の弁体２８，２８により閉塞される。一対の弁体２８，２８は相互に接するように平行に配置され、弁体２８，２８の中心側の端部および外周側の端部がピン２９…によりピストン本体２７に固定され、弁体２８，２８の径方向中間部がピストン本体２７に対して相対移動可能とされる。

尚、弁体２８…に対する通電の制御は、ピストンロッド２１の内部を通して外部に導かれる導線を介して行われる。またピストン本体２７およびフリーピストン２２の外周面にはシリンダ１６の内周面との間をシールするシール部材３０，３１が配置される。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

図６の実線はダンパー１４の伸長（テンション）方向のピストン速度および収縮（コンプレッション）方向のピストン速度に対する減衰力の理想的な特性を示すものであり、一般的に伸長および収縮の何れの場合にもピストン速度の増加に伴って減衰力が増加するように設定される。しかしながら、操縦安定性を重視した走行状態ではピストン速度が小さくても変位が大きい場合には、その変位を抑えるために大きな減衰力が必要になり、またピストン速度が大きい場合でも、あまり減衰力を大きくすると乗り心地が悪くなるため、減衰力の増加を抑制する必要がある場合もある。

本実施の形態では、ピエゾ素子よりなる弁体２８…への通電を遮断すると、図３に示すように、弁体２８…が収縮して相互に平行に接する状態になり、ピストン本体２７の流体通路２７ａ…が閉塞され、そこを流体が通過し難くなって減衰力が最大値に増加する。一方、ピエゾ素子よりなる弁体２８…に通電すると、図５に示すように、弁体２８…が伸長して相互に離反する方向に湾曲することで、ピストン本体２７の流体通路２７ａ…が完全に開放され、そこを流体が通過し易くなって減衰力が最小値に減少する。よって、図３の全閉状態および図５の全開状態の間で流体通路２７ａ…の開度を無段階に制御することで、ダンパー１４の減衰力を図６の斜線の領域の内部で自由に変化させ、理想の特性に近い特性を得ることができる。

しかも弁体２８…自体をピエゾ素子で構成し、それに通電することで開弁させるので、極めて簡単で低コストな構造で可変減衰力のダンパー１４を得ることができるだけでなく、ピエゾ素子は伸縮の応答性が高いのでダンパー１４の減衰力制御の応答性を高めることができる。

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。

図７〜図１０は本発明の第２の実施の形態を示すもので、図７可変減衰力ダンパーの縦断面図、図８は図７の８−８線拡大断面図（閉弁時）、図９はピストンの分解斜視図、図１０は前記図８に対応する作用説明図（開弁時）である。

上述した第１の実施の形態ではピストン本体２７の流体通路２７ａ…をピエゾ素子で構成した弁体２８…で開閉しているが、第２の実施の形態はピストン本体２７の流体通路２７ａ…を超音波モータ４１で回転する弁板４５で開閉するようになっている。

環状に形成された超音波モータ４１はピストン本体２７の上面外周部に形成した段部２７ｂに沿うように装着されるもので、ピストン本体２７側に固定されるステータ４２と、ステータ４２の上面に積層されて回転するロータ４３とで構成される。

ステータ４２は弾性材（金属）よりなるリングの裏面に多数のピエゾ素子を円周方向に配置したもので、それらのピエゾ素子に相互に位相の異なる電圧を印加して円周方向に伸縮させることで弾性材リングに超音波振動（進行波）を発生させ、弾性材リングに接するロータ４３を前記進行波による摩擦力で回転させるものである。

ピストン本体２７の上面に、ピストンロッド２１にベアリング４４を介して回転自在に支持された円板状の弁板４５が摺接する。ピストン本体２７にはピストンロッド２１を囲むように複数の流体通路２７ａ…が上下方向に貫通しており、弁板４５には前記流体通路２７ａ…と重なり合う形状の複数の弁孔４５ａ…が上下方向に貫通している。そして超音波モータ４１のロータ４３の上面を弁板４５の下面に接続することで、弁板４５は所定の角度範囲でピストン本体２７に対して相対回転可能である。

しかして、超音波モータ４１で弁板４５を回転させ、弁板４５がピストン本体２７の流体通路２７ａ…を閉塞する閉弁位置（図８参照）と、弁板４５の弁孔４５ａ…がピストン本体２７の流体通路２７ａ…に重なる開弁位置（図１０参照）との間の任意の位置に制御することで、ダンパー１４の減衰力を任意の大きさに制御することができる。

この第２の実施の形態によっても、超音波モータ４１で弁板４５を回転させるだけの簡単な構造でダンパー１４の減衰力を高い精度かつ高い応答性で制御することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、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、実施の形態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。

本発明の第１の実施の形態に係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縦断面図 図２の３−３線拡大断面図（閉弁時） ピストンの分解斜視図 前記図３に対応する作用説明図（開弁時） ピストン速度に対する減衰力の特性を示すグラフ 本発明の第２の実施の形態に係る可変減衰力ダンパーの縦断面図 図７の８−８線拡大断面図（閉弁時） ピストンの分解斜視図 前記図８に対応する作用説明図（開弁時）

符号の説明

１６ シリンダ
１９ ピストン
２１ ピストンロッド
２３ 第１流体室
２４ 第２流体室
２７ ピストン本体
２７ａ 流体通路
２８ 弁体
４１ 超音波モータ
４５ 弁板
４５ａ 弁孔

Claims (2)

1. 流体が充填されたシリンダ（１６）と、
   前記シリンダ（１６）に摺動自在に嵌合して該シリンダ（１６）を第１、第２流体室（２３，２４）に区画するピストン（１９）と、
   前記ピストン（１９）に連結されて前記シリンダ（１６）の端壁を貫通するピストンロッド（２１）と、
   ピストン本体（２７）に設けられて前記第１、第２流体室（２３，２４）を連通させる流体通路（２７ａ）と、
   前記流体通路（２７ａ）の開度を変化させて減衰力を制御する減衰力制御機構と、
   を備えた可変減衰力ダンパーにおいて、
   前記減衰力制御機構は、
   棒状のピエゾ素子よりなる一対の弁体（２８）を前記流体通路（２７ａ）の開口を閉鎖するように並置して両端を前記ピストン本体（２７）に固定し、前記弁体（２８）に通電して相互に離反する方向に湾曲させることで前記流体通路（２７ａ）の開口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。
2. 流体が充填されたシリンダ（１６）と、
   前記シリンダ（１６）に摺動自在に嵌合して該シリンダ（１６）を第１、第２流体室（２３，２４）に区画するピストン（１９）と、
   前記ピストン（１９）に連結されて前記シリンダ（１６）の端壁を貫通するピストンロッド（２１）と、
   ピストン本体（２７）に設けられて前記第１、第２流体室（２３，２４）を連通させる流体通路（２７ａ）と、
   前記流体通路（２７ａ）の開度を変化させて減衰力を制御する減衰力制御機構と、
   を備えた可変減衰力ダンパーにおいて、
   前記減衰力制御機構は、
   前記流体通路（２７ａ）の開口に連通可能な弁孔（４５ａ）を有して前記ピストン本体（２７）の端面に相対回転自在に当接する弁板（４５）と、前記ピストン本体（２７）および前記弁板（４５）間に配置された超音波モータ（４１）とを備え、前記超音波モータ（４１）で前記弁板（４５）を回転させることで前記流体通路（２７ａ）の開口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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