JP2009216209A - 減衰力可変ダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】 ＭＲＦを用いた可変減衰力ダンパに於いて、磁気回路の効率を向上させ、減衰力の可変幅を大きく、車両の乗り心地性能を向上させる。
【解決手段】 ダンパのピストンロッド１３が、相対的に非磁性体からなる部分を介してピストン１６に結合され、ピストン内に組み込まれた磁気回路からピストンロッドへの磁束の漏洩を最小化する。磁気回路の効率が向上し、減衰力の可変幅を大きくすることが可能となる。相対的に非磁性体からなる部分としては、ピストンロッドとピストン内のインナヨークとの間の摩擦溶接による結合部分であって良い。
【選択図】 図３

Description

本発明は、自動車用サスペンションを構成するテレスコピック式の減衰力可変ダンパに係り、詳しくは、減衰力の可変幅を大きくする技術に関する。

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、作動液に磁気粘性流体を用い、ピストンと一体に形成された磁気流体バルブによって磁気粘性流体の粘度を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強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環状流路が形成される。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、環状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。
米国特許６，２６０，６７５号公報

このような減衰力可変ダンパに於いては、好適な或いは広範囲の用途に適用可能なものであるためには、減衰力の可変幅が大きく、かつ応答性が良好であることが望まれる。特許文献２及び特許文献３には、ピストンの外周に軸線方向溝を設け、非通電時の減衰力を小さくしたり、ピストン速度に対する減衰力を最適化することが提案されている。
米国特許６，６３７，５５６号公報 米国特許６，３１８，５１９号公報

一般に、減衰力の可変幅を大きくし、非通電時の減衰力を小さくすると良く、応答性を向上させるためには、コイルのインダクタンスを小さくすると良い。しかしながら、実際には、非通電時の減衰力を効果的に小さくすることが困難であり、減衰力の応答性に遅れが出る等の問題があった。

その原因としては、従来のＭＲＦを用いた可変減衰力ダンパは減衰力を発生させる流路の中間部にコイルを配置していたため流路全長が長くなってしまい、結果電流を通電しないときの減衰力が大きくなってしまい、乗り心地性能を悪化させていたという問題があった、また、従来のＭＲＦを用いた可変減衰力ダンパでは、コイルを流路内周面近傍に配置しており、インダクタンスが大きくなり制御指示電流に対する減衰力の応答性を悪化させていた。

このような従来技術の問題点に鑑み、本発明の主な目的は、ＭＲＦを用いた可変減衰力ダンパに於いて、磁気回路の効率を向上させ、減衰力の可変幅を大きく、車両の乗り心地性能を向上させることにある。

本発明の第２の目的は、ＭＲＦを用いた可変減衰力ダンパに於いて、磁気回路が組み込まれたピストンの小型化を図ることにある。

本発明の第３の目的は、ＭＲＦを用いた可変減衰力ダンパに於いて、ピストンの小型化を図り、それにより非通電時の減衰力を小さく、減衰力の可変幅をより一層大きくすることにある。

このような目的は、本発明によれば、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、前記ピストン内に設けられたコイルと、前記コイルのためのヨークとを有し、前記コイルに電流を流すことにより発生する磁界を前記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、前記ピストンロッドが、相対的に非磁性体からなる部分を介して前記ピストンに結合されていることを特徴とする減衰力可変ダンパを提供することにより達成される。

このような構成によれば、コイルに電流を流すことにより発生した磁界の、ヨークからピストンロッドを介して漏洩する量を最小化することができ、ピストンに組み込まれた磁気回路の磁気効率を最大化することができる。

相対的に非磁性体からなる部分は、ヨークよりも低い透磁率を有する部材からなるものとすれば良く、そのような部材としては、ピストンロッドとヨークとの間に介在する構造部材であっても、ピストンロッドとヨークとの間の結合構造例えば溶接、ろう付け部分からなるものであって良い。溶接構造に於いては、溶接に伴う熱、フラックス、酸化物、その他の影響により形成される低い透磁率を有する部分からなるものであって良い。特に、摩擦圧接によれば、溶接部分が、高い結合強度と低い透磁率とを有するものとなり、好適な結果が得られる。更に、ピストンロッドが、高い強度と低い透磁率とを兼ね備えた種類の金属性材料、例えばステンレス合金等の、低透磁率材料からなるものであると良い。

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を詳細に説明する。

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。

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。

図３はピストン１６の詳細を示す。ピストン１６の中心部には、円柱状をなす強磁性体からなるインナヨーク２６が設けられ、その一方の軸線方向端にピストンロッド１３の一端が結合されている。インナヨーク２６は、軸線方向に分割された２つの部分２６ａ、２６ｂからなり、ピストンロッド１３側の第１の部分２６ａの、ピストンロッド１３から離反する側の端部の中心部には、雌ねじ孔４９が設けられ、第２の部分２６ｂの、雌ねじ孔４９に対向する部分には、雄ねじ突部４８が設けられ、かつ雌ねじ孔４９に螺合されている。第２の部分２６ｂの外側の軸線方向端部の中心には、インナヨーク２６の両部分を互いに螺合して締結するための工具を係合するための凹部５０が設けられている。

インナヨーク２６の両部分２６ａ、２６ｂの互いに離反する側の軸線方向端面外周には、半径方向フランジ２５ａ、２５ｂが設けられ、これらフランジ２５ａ、２５ｂ間には、エンドピース３２を介して、強磁性体からなる円筒状のフラックスリング即ちアウタヨーク４０が挟持されている。即ち、インナヨーク２６の両部分２６ａ、２６ｂを互いに捩じ込むことにより、両フランジ２５ａ、２５ｂ間に、エンドピース３２及びアウタヨーク４０が緩みなく挟持されるようになっている。エンドピース３２は、強磁性体又は非磁性体からなり、それぞれ周方向に等間隔に設けられた４つの円弧状スロット３６を備えている。また、アウタヨーク４０の内周面は、インナヨーク２６の外周面に対して同心状に所定の間隔の空隙４１をおいて対峙している。エンドピース３２及びアウタヨーク４０の外周面は、互いに協働して、ピストン１６の外周面を画定している。この外周面自体がピストン１６の摺動面をなすものでも、或いは別途図示されないピストンリング部材或いはコーティングを用いて、それをピストン１６の摺動面とすることもできる。

更に、ピストンロッド１３は、インナヨーク２６の対向端面の中心に設けられた凹部３５の底面に対して、摩擦圧接法により結合されている。摩擦圧接法とは、接合する部材（たとえば金属や樹脂など）を高速で擦り合わせ、その
とき生じる摩擦熱によって部材を軟化させると同時に圧力を加えて接合する技術である。

インナヨーク２６の、外周の軸線方向中間部分には環状溝２８が設けられ、その内部にコイル３０が受容され、樹脂モールド２９内に埋め込まれている。この場合コイル３０は、インナヨーク２６の周方向に巻かれたコイルをなしている。また、環状溝２８の外周部側には、コイル３０の外周に向けてオーバーハングするようにインナヨーク２６の部分が軸線方向に延出することにより形成される軸線方向延出部３１が設けられている。図示された実施例では、この軸線方向延出部３１は、環状溝２８の両側から軸線方向に対称に延出している。このようにして、インナヨーク２６の外周部分は、全体として概ね一定半径の円周面をなす外周面を画定すると共に、環状溝２８の両側に位置する部分が、インナヨーク２６の両部分２６ａ、２６ｂをなしている。

また、インナヨーク２６の両部分の分割面３３は、ピストンロッド１３と離反する側の環状溝２８の側面と同一面上に位置している。

図５に最も良く示されているように、コイル３０は、インナヨーク２６の両部分間に画定された環状空間内に、樹脂モールド２９により保持されている。樹脂モールド２９は、環状の本体部分５６に加えて、本体部分５６のピストンロッド１３側の端面に対して、直径線方向に架設された直径部分５１と、該直径部分の中心からピストンロッド１３に向けて突出する大径ロッド部５２と、大径ロッド部の遊端面から同軸的に突出する小径ロッド部５３とを有する。コイル３０のリード線４４は、コイル３０から、直径部分５１を経て、大径ロッド部５２及び小径ロッド部５３の内部を通過して、ピストンロッド１３の内孔４６内から外部に引き出されている。

また、小径ロッド部５３は、インナヨーク２６の第１の部分２６ａ内の中心孔５４内に突入し、かつ両部分間にＯリング５５が挟持され、これにより、リード線４４を引き出すために設けられたピストンロッド１３の内孔４６を、ダンパ内のＭＲＦ流体に対してシールしている。

次に、このダンパ６の作動の要領を説明する。車両の走行などにより、車体に対して車輪が相対変位すると、その変位は、ピストンロッド１３を介してピストン１６に伝達され、ピストン１６とシリンダ１２との間に相対変位が引き起こされる。その結果、両液室１４、１５の容積が変化し、その変化に応じて、ＭＲＦ（Magneto-Rheological Fluid：磁気粘性流体）が、一方のエンドプレート３４ａの円弧状スロット３６、インナヨーク２６とアウタヨーク４０との間の空隙４１及び両エンドピース３２の円弧状スロット３６を通過する。非通電時であれば、ＭＲＦは比較的抵抗を受けることなく流れ、概ねピストン１６とシリンダ１２との間の相対速度に比例する低い減衰力を発生する。コイル３０に通電した場合には、ＭＲＦがインナヨーク２６とアウタヨーク４０との間の空隙を通過するときに、空隙４１内に形成された磁界により強い流路抵抗が引き起こされ、概ねピストン１６とシリンダ１２との間の相対速度に比例する高い減衰力を発生する。このような特性を利用し、コイル３０に制御された電流を供給することにより、所望のダンパ制御が実現される。

本実施例に於いては、ピストンロッド１３が、インナヨーク２６の対向端面に、摩擦圧接法により結合されている。摩擦圧接を行うと、溶接部分が高温となり、焼きが入る。図６は、互いにロッド（Ｓ４５Ｃ）を衝き合わせて摩擦圧接を行った場合の、軸線方向についての硬度の分布を測定した結果であって、焼きなましを行わない状態では、圧接部に焼き入れがされていることにより、圧接部分の硬度が高くなることを示している。図７は、炭素量の大きさに関わらず、焼き入れ材では、焼きなまし材よりも飽和磁気密度が低くなることが示されている。

図８は、炭素鋼に於いては、印加した磁界に対する磁束密度が、焼き入れ材では、焼きなまし材よりも低くなり、これは焼き入れ材の非透磁率が相対的に低いことを意味する。特に、焼き入れ材では、印加した磁界の強さの小さい領域での、磁界強度の増大に対する磁束密度の立ち上がりが顕著に小さい。従って、本実施例では、ピストンロッド１３は、Ｓ４５Ｃ等の炭素鋼からなり、摩擦圧接を行った後に焼きなましを行わないまま利用するものとした。

また、ピストンロッド１３を、例えばステンレス合金等の低透磁率金属材料からなるものとすることもできる。更に、所要の強度を達成できるものであれば、ピストンロッド１３をセラミックス、ガラス等の無機構造材料や、プラスチック等の有機構造材料或いは低透磁率の複合材料からなるものとすることもできる。

図９、１０は、ピストンロッド１３をインナヨーク２６に結合する際に、材料の組織に変更を加えることなく結合した場合（図９）と、摩擦圧接を行い、しかに焼きなましを行わないまま利用した場合（図１０）とついて、通電時に、インナヨーク２６とアウタヨーク４０との間に形成される磁束を示す。この場合、インナヨーク２６、アウタヨーク４０及びピストンロッド１３の材質をＳ２５Ｃ、コイルの材質を銅、コイル巻き数を１０５巻としてピストンを構成し、空隙４１にＭＲＦが充填された状態で、コイルに５Ａの電流を流した場合の磁場をシュミレーションしたものである。図９の場合、磁束のかなりの部分がピストンロッド１３内に向けて漏洩し、磁気的に無効となっているのに対し、図１０の場合、そのような磁束の漏洩がなく、発生した磁束のより大きな部分が有効に利用されていることがわかる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態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、インナヨークに設けられる環状溝或いは軸線方向延出部の形状、寸法及び配置等についても、上記実施形態における例示に限るものではなく、設計や製造上の要請に応じて自由に設定可能である。

本発明が適用されたリヤサスペンションの斜視図である。 本発明に基づくダンパの縦断面図である。 本発明の好適実施例を示す、図２中のＩＩＩ部拡大図である。 図３の断面に対して直交する断面について見た同様の縦断面図である。 コイルが埋設された樹脂モールドを、その延長部と共に一部を破断して示す斜視図である。 ロッド（Ｓ４５Ｃ）を衝き合わせて摩擦圧接を行った場合の、軸線方向についての硬度の分布を測定した結果を示すグラフである。 炭素量の異なる炭素鋼についての飽和磁気密度の大きさを、焼き入れ材と焼きなまし材との間で対比して示すグラフである。 印加した磁界に対する磁束密度の大きさを、焼き入れ材と焼きなまし材との間で対比して示すグラフである。 ピストンロッドを、透磁率の低い部分を介することなくピストンに結合した場合に於ける磁束の分布を示すダイヤグラム図である。 ピストンロッドを、透磁率の低い部分を介してピストンに結合した場合に於ける磁束の分布を示すダイヤグラム図である。

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）
２６ インナヨーク
２８ 環状溝
３０ コイル
３１ 軸線方向延出部
４０ アウタヨーク（フラックスリング）

Claims (4)

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、前記ピストン内に設けられたコイルと、前記コイルのためのヨークとを有し、前記コイルに電流を流すことにより発生する磁界を前記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、
   前記ピストンロッドが、相対的に非磁性体からなる部分を介して前記ピストンに結合されていることを特徴とする減衰力可変ダンパ。
2. 相対的に非磁性体からなる部分が、前記ヨークよりも低い透磁率を有することを特徴とする請求項１に記載の減衰力可変ダンパ。
3. 前記ピストンロッドが、摩擦圧接により前記ピストンに結合されていることを特徴とする請求項１に記載の減衰力可変ダンパ。
4. 前記ピストンロッドが、低透磁率材料からなることを特徴とする請求項１に記載の減衰力可変ダンパ。
   

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