JP2019007599A - シリンダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンロッドの行程反転後のオーバーシュートを抑制すると共に、静粛性を向上したシリンダ装置を提供する。
【解決手段】緩衝器１には、電界により流体の粘性が変化する作動流体２が封入され、内部にピストンロッド９が挿入されている。緩衝器１は、互いに異なる電位の電極となる内筒３および該内筒３の外側に設けられる電極筒１８と、内筒３と電極筒１８との間に形成され、ピストンロッド９の少なくとも伸び側の移動により軸方向の一方側から他方側に向けて作動流体２が流動する電極間通路１９と、電極間通路１９に設けられた隔壁２０とを有している。電極間通路１９には、電極間通路１９の流路面積が大きな大流路部２１Ａと、大流路部２１Ａの流路面積よりも小さな流路面積となった小流路部２１Ｂとが設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば自動車、鉄道車両等の車両の振動を緩衝するのに好適に用いられるシリンダ装置に関する。

一般に、自動車等の車両には、車体（ばね上）側と各車輪（ばね下）側との間に油圧緩衝器に代表されるシリンダ装置が設けられている。ここで、特許文献１には、作動流体として電気粘性流体を用いたダンパ（緩衝器）において、内筒と電極筒（中間筒）との間に螺旋部材を設け、螺旋部材間を流路とした構成が開示されている。

国際公開第２０１４／１３５１８３号

ところで、特許文献１に開示されたシリンダ装置では、ピストンロッドの伸び行程から縮み行程および縮み行程から伸び行程での行程反転後に、内筒から電極筒内に導入された電気粘性流体の流れが変化して、減衰力が目標値を越えるオーバーシュートが発生する虞がある。オーバーシュートが発生すると、ピストンロッドの加速度が変化して異音が発生する可能性がある。

本発明の目的は、ピストンロッドの行程反転後のオーバーシュートを抑制すると共に、静粛性を向上したシリンダ装置を提供することにある。

上述した課題を解決するため、本発明は、電界により流体の粘性が変化する電気粘性流体が封入され、内部にロッドが挿入されるシリンダ装置であって、互いに異なる電位の電極となる内筒電極および該内筒電極の外側に設けられる外筒電極と、前記内筒電極と前記外筒電極との間に形成され、前記ロッドの少なくとも伸び側の移動により軸方向の一方側から他方側に向けて前記電気粘性流体が流動する流路と、前記流路に設けられたシール手段と、を有し、前記流路には、前記流路の流路面積が大きな大流路部と、前記大流路部の流路面積よりも小さな流路面積となった小流路部とが設けられていることを特徴としている。

本発明のシリンダ装置によれば、ピストンロッドの行程反転後のオーバーシュートを抑制すると共に、静粛性を向上することができる。

実施形態によるシリンダ装置としての緩衝器を示す縦断面図。 内筒と電極筒とシール手段（隔壁）とを示す断面図。 内筒と電極筒とシール手段とを図２中の矢示III−III方向からみた断面図。 ピストンロッドのストロークに対する減衰力の関係を示す減衰力リサージュ波形図。

以下、実施形態によるシリンダ装置について、４輪自動車等の車両に設けられる緩衝器に適用した場合を例に挙げ、図１ないし図４に従って説明する。

図１において、シリンダ装置としての緩衝器１は、内部に封入する作動油等の作動流体２として機能性流体（即ち、電気粘性流体）を用いた減衰力調整式の油圧緩衝器（セミアクティブダンパ）として構成されている。緩衝器１は、例えば、コイルばねからなる懸架ばね（図示せず）と共に、車両用のサスペンション装置を構成する。なお、以下の説明では、緩衝器１の軸方向の一端側を「上端」側とし、軸方向の他端側を「下端」側として記載するが、緩衝器１の軸方向の一端側を「下端」側とし、軸方向の他端側を「上端」側としてもよい。

緩衝器１は、内筒３、外筒４、ピストン６、ピストンロッド９、ボトムバルブ１３、および電極筒１８等を含んで構成されている。内筒３は、軸方向に延びる円筒状の筒体として形成され、内部に機能性流体である作動流体２が封入されている。また、内筒３の内部には、ピストンロッド９が挿入されている。内筒３の外側には、外筒４および電極筒１８が設けられている。なお、本実施形態では、内筒３を内筒電極としており、電極筒１８を外筒電極としている。

内筒３は、下端側がボトムバルブ１３のバルブボディ１４に嵌合して取付けられており、上端側は、ロッドガイド１０に嵌合して取付けられている。内筒３には、電極間通路１９に常時連通する油穴３Ａが、径方向の横孔として周方向に離間して複数（例えば、４個）形成されている。即ち、内筒３内のロッド側油室Ｂは、４個の油穴３Ａによって電極間通路１９と連通している。また、内筒３の外周側には、後述の隔壁２０が螺旋状に巻回して設けられている。

図２、図３に示すように、内筒３の軸線Ｏ１−Ｏ１は、電極筒１８の軸線Ｏ２−Ｏ２に対して左，右方向の一側（軸線Ｏ２−Ｏ２に直交する方向）に向けて寸法Ｅだけずらして配設されている。即ち、内筒３と電極筒１８との間の隙間寸法は、左，右方向の一側が幅狭な隙間寸法Ｆとなり、他側が隙間寸法Ｆよりも広い隙間寸法Ｇ（Ｆ＜Ｇ）となっている。これにより、作動流体２が流通する後述の螺旋流路２１における流路面積に大小の変化を生じさせている。即ち、螺旋流路２１は、作動流体２が流れやすい部分と流れにくい部分とが交互に形成されている。螺旋流路２１の流路面積については、後述で詳しく説明する。

外筒４は、緩衝器１の外殻をなすもので、円筒体として形成されている。外筒４は、内筒３および電極筒１８の外周に設けられており、該電極筒１８との間に電極間通路１９と連通するリザーバ室Ａを形成している。この場合、外筒４は、電極筒１８の軸線Ｏ２−Ｏ２と同軸に配設され、その下端側がボトムキャップ５により溶接手段等を用いて閉塞された閉塞端となっている。ボトムキャップ５は、ボトムバルブ１３のバルブボディ１４と共にベース部材を構成している。

外筒４の上端側は、開口端となっている。外筒４の開口端側には、例えば、かしめ部４Ａが径方向内側に屈曲して形成されている。かしめ部４Ａは、シール部材１２の環状板体１２Ａの外周側を抜け止め状態で保持している。

ここで、内筒３と外筒４はシリンダを構成し、該シリンダ内には、作動流体２が封入されている。実施形態では、シリンダ内に充填（封入）される流体、即ち、作動油となる作動流体２として、機能性流体の一種である電気粘性流体（ERF：Electro Rheological Fluid）を用いている。なお、図１および図２では、封入されている作動流体２を無色透明で表している。

電気粘性流体は、電界（電圧）により性状が変化する流体（機能性流体）である。即ち、電気粘性流体は、印加される電圧に応じて粘度が変化し、流通抵抗（減衰力）が変化するものである。電気粘性流体は、例えば、シリコンオイル等からなる基油（ベースオイル）と、該基油に混ぜ込まれ（分散され）電界の変化に応じて粘性を可変にする粒子（微粒子）とにより構成されている。

後述するように、緩衝器１は、内筒３と電極筒１８との間の電極間通路１９内に電界を発生させ、該電極間通路１９を通過する電気粘性流体の粘度を制御することで、発生減衰力を制御（調整）する構成となっている。なお、実施形態では機能性流体として電気粘性流体（ＥＲ流体）を例に挙げて説明するが、例えば、機能性流体として、磁界により流体の性状が変化する磁性流体（ＭＲ流体）を用いてもよい。

内筒３と外筒４との間、より具体的には、電極筒１８と外筒４との間には、リザーバとなる環状のリザーバ室Ａが形成されている。リザーバ室Ａ内には、作動流体２と共に作動気体となるガスが封入されている。このガスは、大気圧状態の空気であってもよく、また圧縮された窒素ガス等の気体を用いてもよい。リザーバ室Ａ内のガスは、ピストンロッド９の縮小（縮み行程）時に、当該ピストンロッド９の進入体積分を補償すべく圧縮される。

ピストン６は、内筒３内に摺動可能に設けられている。ピストン６は、内筒３内を第１室となるロッド側油室Ｂと第２室となるボトム側油室Ｃとに分けている。ピストン６には、ロッド側油室Ｂとボトム側油室Ｃとを連通可能とする油路６Ａ，６Ｂがそれぞれ複数個、周方向に離間して形成されている。

ここで、実施形態による緩衝器１は、ユニフロー構造となっている。このため、内筒３内の作動流体２は、ピストンロッド９の縮み行程と伸び行程との両行程で、ロッド側油室Ｂ（即ち、内筒３の油穴３Ａ）から電極間通路１９に向けて常に一方向（即ち、図１中に二点鎖線で示す矢印Ｄの方向）に流通する。

このようなユニフロー構造を実現するため、ピストン６の上端面には、例えば、ピストンロッド９の縮小行程（縮み行程）でピストン６が内筒３内を下向きに摺動変位するときに開弁し、これ以外のときには閉弁する縮み側逆止弁７が設けられている。縮み側逆止弁７は、ボトム側油室Ｃ内の油液（作動流体２）がロッド側油室Ｂに向けて各油路６Ａ内を流通するのを許し、これとは逆向きに油液が流れるのを阻止する。即ち、縮み側逆止弁７は、ボトム側油室Ｃからロッド側油室Ｂへの作動流体２の流通のみを許容する。

ピストン６の下端面には、例えば、伸長側のディスクバルブ８が設けられている。伸長側のディスクバルブ８は、ピストンロッド９の伸長行程（伸び行程）でピストン６が内筒３内を上向きに摺動変位するときに、ロッド側油室Ｂ内の圧力がリリーフ設定圧を越えると開弁し、このときの圧力を、各油路６Ｂを介してボトム側油室Ｃ側にリリーフする。

ロッドとしてのピストンロッド９は、内筒３内を軸方向（図１および図２の上下方向）に延びている。即ち、ピストンロッド９は、その下端が内筒３内でピストン６に連結（固定）され、その上端がロッド側油室Ｂを通って内筒３および外筒４の外部へ延出されている。この場合、ピストンロッド９の下端側には、ナット９Ａ等を用いてピストン６が固定（固着）されている。一方、ピストンロッド９の上端側は、ロッドガイド１０を介して外部に突出している。なお、ピストンロッド９の下端をさらに延ばしてボトム部（例えば、ボトムキャップ５）側から外向きに突出させた両ロッド形式の緩衝器としてもよい。

内筒３と外筒４の上端側には、これら内筒３と外筒４の上端側を閉塞するように段付円筒状のロッドガイド１０が嵌合して設けられている。ロッドガイド１０は、ピストンロッド９を支持するもので、例えば金属材料、硬質な樹脂材料等に成形加工、切削加工等を施すことにより所定形状の筒体として形成されている。ロッドガイド１０は、内筒３の上側部分および電極筒１８の上側部分を、外筒４の中央に位置決めする。これと共に、ロッドガイド１０は、その内周側でピストンロッド９を軸方向に摺動可能に案内（ガイド）する。

ここで、ロッドガイド１０は、上側に位置して外筒４の内周側に挿嵌される環状の大径部１０Ａと、該大径部１０Ａの下端側に位置して内筒３の内周側に挿嵌される短尺筒状の小径部１０Ｂとにより段付円筒状に形成されている。ロッドガイド１０の小径部１０Ｂの内周側には、ピストンロッド９を軸方向に摺動可能にガイドするガイド部１０Ｃが設けられている。ガイド部１０Ｃは、例えば金属筒の内周面に４フッ化エチレンコーティングを施すことにより形成されている。

一方、ロッドガイド１０の外周側で大径部１０Ａと小径部１０Ｂとの間には、環状の保持部材１１が嵌合して取付けられている。保持部材１１は、電極筒１８の上端側を軸方向に位置決めした状態で保持している。保持部材１１は、例えば電気絶縁性材料（アイソレータ）により形成され、内筒３およびロッドガイド１０と電極筒１８との間を電気的に絶縁した状態に保っている。

ロッドガイド１０の大径部１０Ａと外筒４のかしめ部４Ａとの間には、環状のシール部材１２が設けられている。シール部材１２は、中心にピストンロッド９が挿通される孔が設けられた金属性の環状板体１２Ａと、該環状板体１２Ａに焼き付等の手段で固着されたゴム等の弾性材料からなる弾性体１２Ｂとを含んで構成されている。シール部材１２は、弾性体１２Ｂの内周がピストンロッド９の外周側に摺接することにより、ピストンロッド９との間を液密、気密に封止（シール）する。

内筒３の下端側には、該内筒３とボトムキャップ５との間に位置してボトムバルブ１３が設けられている。ボトムバルブ１３は、ボトム側油室Ｃとリザーバ室Ａとを連通・遮断するものである。このために、ボトムバルブ１３は、バルブボディ１４と、伸び側逆止弁１５と、ディスクバルブ１６とを含んで構成されている。バルブボディ１４は、ボトムキャップ５と内筒３との間でリザーバ室Ａとボトム側油室Ｃとを画成する。

バルブボディ１４には、リザーバ室Ａとボトム側油室Ｃとを連通可能とする油路１４Ａ，１４Ｂがそれぞれ周方向に間隔をあけて形成されている。バルブボディ１４の外周側には、段差部１４Ｃが形成され、該段差部１４Ｃには、内筒３の下端内周側が嵌合して固定されている。また、段差部１４Ｃには、環状の保持部材１７が内筒３の外周側に嵌合して取付けられている。

伸び側逆止弁１５は、例えば、バルブボディ１４の上面側に設けられている。伸び側逆止弁１５は、ピストンロッド９の伸長行程でピストン６が上向きに摺動変位するときに開弁し、これ以外のときには閉弁する。伸び側逆止弁１５は、リザーバ室Ａ内の油液（作動流体２）がボトム側油室Ｃに向けて各油路１４Ａ内を流通するのを許し、これとは逆向きに油液が流れるのを阻止する。即ち、伸び側逆止弁１５は、リザーバ室Ａ側からボトム側油室Ｃ側への作動流体２の流通のみを許容する。

縮小側のディスクバルブ１６は、例えば、バルブボディ１４の下面側に設けられている。縮小側のディスクバルブ１６は、ピストンロッド９の縮小行程でピストン６が下向きに摺動変位するときに、ボトム側油室Ｃ内の圧力がリリーフ設定圧を越えると開弁し、このときの圧力を、各油路１４Ｂを介してリザーバ室Ａ側にリリーフする。

保持部材１７は、電極筒１８の下端側を軸方向に位置決めした状態で保持している。保持部材１７は、例えば電気絶縁性材料（アイソレータ）により形成され、内筒３およびバルブボディ１４と電極筒１８との間を電気的に絶縁した状態に保っている。また、保持部材１７には、電極間通路１９をリザーバ室Ａに対して連通させる複数の油路１７Ａが形成されている。

内筒３の外側、即ち、内筒３と外筒４との間には、軸方向に延びる圧力管からなる電極筒１８が設けられている。電極筒１８は、内筒３と外筒４との間の中間筒となるもので、筒状の外筒電極に相当する。電極筒１８は、導電性材料を用いて形成され、筒状の電極を構成するものである。電極筒１８は、内筒３との間にロッド側油室Ｂと連通する電極間通路１９を形成している。

即ち、電極筒１８は、内筒３の外周側に軸方向（上下方向）に離間して設けられた保持部材１１，１７を介して取付けられている。電極筒１８は、内筒３の外周側を全周にわたって取囲むことにより、電極筒１８の内部（電極筒１８の内周側と内筒３の外周側との間）に環状の通路、即ち、作動流体２が流通する流路としての電極間通路１９を形成している。電極間通路１９（即ち、内筒３の外周面と電極筒１８の内周面との間）には、軸方向（軸線Ｏ２−Ｏ２）に対して傾斜角度をもった複数の隔壁２０が形成されている。そして、隣り合う隔壁２０間は、作動流体２が流通する後述の螺旋流路２１となっている。

電極間通路１９は、内筒３に径方向の横孔として形成した油穴３Ａによりロッド側油室Ｂと常時連通している。即ち、図１で作動流体２の流れの方向を矢印Ｄで示すように、緩衝器１は、ピストン６の圧縮行程および伸び行程の両方で、ロッド側油室Ｂから油穴３Ａを通じて電極間通路１９内に作動流体２が流入する。電極間通路１９内に流入した作動流体２は、ピストンロッド９が内筒３内を進退動するとき（即ち、縮み行程と伸び行程を繰返す間）に、この進退動により電極間通路１９の軸方向の上端側から下端側に向けて流動する。

このとき、電極間通路１９内の作動流体２は、各隔壁２０によって案内されつつ各隔壁２０間の螺旋流路２１を流動する。即ち、ピストンロッド９の伸び側の移動と縮み側の移動とにより、作動流体２が内筒３内から電極間通路１９に流入し、螺旋流路２１内を軸方向の一方側（上端側）から他方側（下端側）に向けて流動する。そして、電極間通路１９内に流入した作動流体２は、電極筒１８の下端側から保持部材１７の油路１７Ａを介してリザーバ室Ａへと流出する。

電極間通路１９は、外筒４および内筒３内でピストン６の摺動によって流通する流体、即ち、作動流体２となる電気粘性流体に抵抗を付与する。このために、電極筒１８は、電源となるバッテリ２２の正極に、例えば、高電圧を発生する高電圧ドライバ（図示せず）を介して接続されている。バッテリ２２（および高電圧ドライバ）は、電圧供給部（電界供給部）となり、電極筒１８は、電極間通路１９内の流体である作動流体２、即ち、電気粘性流体に電界（電圧）をかける電極（エレクトロード）となる。この場合、電極筒１８の両端側は、電気絶縁性の保持部材１１，１７によって電気的に絶縁されている。一方、内筒３は、ロッドガイド１０、ボトムバルブ１３、ボトムキャップ５、外筒４、高電圧ドライバ等を介して負極（グランド）に接続されている。

高電圧ドライバは、緩衝器１の減衰力を可変に調整するためのコントローラ（図示せず）から出力される指令（高電圧指令）に基づいて、バッテリ２２から出力される直流電圧を昇圧して電極筒１８に供給（出力）する。これにより、電極筒１８と内筒３との間、即ち電極間通路１９内には、電極筒１８に印加される電圧に応じた電位差が発生し、電気粘性流体である作動流体２の粘度が変化する。この場合、緩衝器１は、電極筒１８に印加される電圧に応じて、発生減衰力の特性（減衰力特性）をソフト（Soft）な特性（軟特性）とハード（Hard）な特性（硬特性）との間で連続的に調整することができる。なお、緩衝器１は、減衰力特性を連続的でなくとも、２段階または複数段階に調整可能なものであってもよい。

ここで、緩衝器の減衰力可変幅は、主に外筒と内筒との間で隔壁２０（螺旋部材）によって形成される螺旋流路２１の長さによって決まる。従って、より大きな減衰力可変幅を得るために、電極間通路１９内に螺旋状の隔壁２０を形成して流路長を長くしている。

シール手段（シール部材）としての複数本の隔壁２０は、内筒３の外周側に位置して上下方向に延びる螺旋状に設けられている。各隔壁２０は、例えば４本形成され、内筒３と電極筒１８との間に後述の複数本（４本）の螺旋流路２１を形成するものである。各隔壁２０は、エラストマ等の弾性を有し、かつ電気的絶縁性を有する高分子材料、例えば合成ゴムにより形成されている。各隔壁２０は、例えば接着剤等を用いて内筒３に対して固着（接着）されている。

図２に示すように、各隔壁２０よりも上側の位置でかつ、各隔壁２０の上端部と軸方向に対向（対面）する位置には、内筒３の油穴３Ａが設けられている。即ち、内筒３の油穴３Ａと各隔壁２０の上端部は、軸方向に一致するように配置されている。なお、油穴３Ａの位置は、これに限らず、例えば各隔壁２０よりも上側の位置でかつ、各隔壁２０間に設けられていてもよい。なお、緩衝器１をバイフロー構造とした場合には、油穴３Ａに加えて各隔壁２０よりも下側の位置にも油穴を設けることになる。

ここで、図２、図３に示すように、内筒３の軸線Ｏ１−Ｏ１と電極筒１８の軸線Ｏ２−Ｏ２とは、寸法Ｅだけずれて（偏心して）いる。従って、各隔壁２０は、左，右方向（軸線Ｏ１−Ｏ１方向に直交する方向）で厚さ寸法が異なっている。具体的には、各隔壁２０は、内筒３と電極筒１８との間の隙間寸法Ｆに嵌合する薄肉部２０Ａと、内筒３と電極筒１８との間の隙間寸法Ｇに嵌合する厚肉部２０Ｂとを含んで構成されている。

次に、各隔壁２０により形成される作動流体２の各螺旋流路２１について説明する。

各螺旋流路２１は、隣り合う隔壁２０間に形成されている。即ち、電極間通路１９には、４本の隔壁２０間に４本の螺旋流路２１が形成されている。各螺旋流路２１には、ピストンロッド９の進退動に伴って、軸方向の上端側から下端側に向けて作動流体２が流動する。図２に示すように、各隔壁２０は、周方向に延びる螺旋状に形成されている。これにより、隣り合う隔壁２０間に形成される螺旋流路２１も、周方向に延びる螺旋状となっている。

各螺旋流路２１は、内筒３の軸方向の上側（油穴３Ａ側）から下側に見て時計回りの方向に作動流体２が流動する。これにより、軸方向に直線的に延びる流路と比較して、油穴３Ａから保持部材の油路１７Ａまでの流路の長さを長くできる。そして、螺旋流路２１には、螺旋流路２１の流路面積が大きな大流路部２１Ａと、大流路部２１Ａの流路面積よりも小さな流路面積となった小流路部２１Ｂとが設けられている。

大流路部２１Ａは、螺旋流路２１のうち隔壁２０の厚肉部２０Ｂに対応する位置に設けられている。即ち、大流路部２１Ａは、内筒３の軸線Ｏ１−Ｏ１を電極筒１８の軸線Ｏ２−Ｏ２から寸法Ｅだけ左，右方向の一側に向けてずらしたことにより、内筒３と電極筒１８との間の隙間が広くなった隙間寸法Ｇの部分を構成している。大流路部２１Ａは、螺旋流路２１のうち作動流体２が流通しやすい部分となっている。

一方、小流路部２１Ｂは、螺旋流路２１のうち隔壁２０の薄肉部２０Ａに対応する位置に設けられている。即ち、小流路部２１Ｂは、内筒３の軸線Ｏ１−Ｏ１を電極筒１８の軸線Ｏ２−Ｏ２から寸法Ｅだけ左，右方向の一側に向けてずらしたことにより、内筒３と電極筒１８との間の隙間が狭くなった隙間寸法Ｆの部分を構成している。ここで、各小流路部２１Ｂは、電極間通路１９の上流側から下流側に形成された各螺旋流路２１のうち最も小さい（狭い）部分となっている。即ち、小流路部２１Ｂは、螺旋流路２１のうち作動流体２が流動しにくい部分となっている。

そして、内筒３に形成された油穴３Ａの個数Ｘ、各油穴３Ａの面積（断面積）Ｓ１、螺旋流路２１の本数Ｙ、各小流路部２１Ｂの面積（断面積）Ｓ２とすると、下記数1の式の関係となっている。

本実施形態では、油穴３Ａの個数が４個（Ｘ＝４）、螺旋流路２１の本数が４本（Ｙ＝４）であることから、４Ｓ１＞４Ｓ２の関係が成り立つように、油穴３Ａの大きさ（面積Ｓ１）と内筒３のずらし寸法Ｅ（隙間寸法Ｆ）が設定されている。このように小流路部２１Ｂを設定することにより、小流路部２１Ｂは、螺旋流路２１を流通する作動流体２の絞りとなっている。

図２に示すように、各螺旋流路２１には、流路面積が大きい大流路部２１Ａと、流路面積が小さい小流路部２１Ｂとが交互に配置されている。これにより、小流路部２１Ｂは、ピストンロッド９の行程反転後における作動流体２の流れの変化を小さく抑え、急激な流れ変化を緩和することができる。その結果、ピストンロッド９は、急激な動きが低減されて滑らかに作動する。従って、ピストンロッド９の作動による異音の発生を抑制して、ピストンロッド９の作動時の静粛性を向上することができる。

バッテリ２２は、正極が図示しない高電圧ドライバを介して電極筒１８に接続されている。このバッテリ２２は、電極筒１８への電圧供給部（電界供給部）となっている。これにより、バッテリ２２は、電極間通路１９内を流通する作動流体２（電気粘性流体）に印加される電圧（電界）の大きさに応じて、発生減衰力の特性（減衰力特性）をソフト（Soft）な特性（軟特性）とハード（Hard）な特性（硬特性）との間で連続的に調整している。

本実施形態による緩衝器１は、上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。

緩衝器１を自動車等の車両に実装するときは、例えば、ピストンロッド９の上端側を車両の車体側に取付け、外筒４の下端側（ボトムキャップ５側）を車輪側（車軸側）に取付ける。車両の走行時には、路面の凹凸等により、上，下方向の振動が発生すると、ピストンロッド９が外筒４から伸長、縮小するように変位する。このとき、コントローラからの指令によりバッテリ２２を用いて電極間通路１９内に電位差を発生させ、電極間通路１９内の各螺旋流路２１を通過する作動流体２、即ち電気粘性流体の粘度を制御することにより、緩衝器１の発生減衰力を可変に調整する。

ピストンロッド９の伸び行程時には、内筒３内のピストン６の移動によってピストン６の縮み側逆止弁７が閉じる。ピストン６のディスクバルブ８の開弁前には、ロッド側油室Ｂの油液（作動流体２）が加圧され、内筒３の油穴３Ａを通じて電極間通路１９内に流入する。このとき、ピストン６が移動した分の油液は、リザーバ室Ａからボトムバルブ１３の伸び側逆止弁１５を開いてボトム側油室Ｃに流入する。

一方、ピストンロッド９の縮み行程時には、内筒３内のピストン６の移動によってピストン６の縮み側逆止弁７が開き、ボトムバルブ１３の伸び側逆止弁１５が閉じる。ボトムバルブ１３（ディスクバルブ１６）の開弁前には、ボトム側油室Ｃの油液がロッド側油室Ｂに流入する。これと共に、ピストンロッド９が内筒３内に進入した分に相当する油液が、ロッド側油室Ｂから内筒３の油穴３Ａを通じて電極間通路１９内に流入する。

従って、いずれの場合も（伸び行程時も縮み行程時も）、電極間通路１９内に流入した作動流体２は、電極間通路１９の電位差（電極筒１８と内筒３との間の電位差）に応じた粘度で電極間通路１９内を出口側（下側）に向けて通過し、電極間通路１９から保持部材１７の油路１７Ａを通じてリザーバ室Ａに流れる。このとき、緩衝器１は、電極間通路１９内の各螺旋流路２１を通過する作動流体２の粘度に応じた減衰力が発生し、車両の上下振動を緩衝（減衰）することができる。

ところで、上述した従来技術では、ピストンロッドの伸び行程から縮み行程および縮み行程から伸び行程での行程反転後に、内筒から電極筒内（流路）に導入された作動流体の流れが変化する虞がある。この場合、図４の減衰力リサージュ波形３１における二点鎖線３１Ａに示すように、減衰力が目標値を越えるオーバーシュートが発生する虞がある。オーバーシュートが発生すると、ピストンロッドの加速度が増加して異音が発生する可能性がある。

そこで、本実施形態では、螺旋流路２１は、作動流体２が流れやすい大流路部２１Ａと、作動流体２が流れにくい小流路部２１Ｂとを含んで構成されている。具体的には、小流路部２１Ｂは、内筒３の軸線Ｏ１−Ｏ１を電極筒１８の軸線Ｏ２−Ｏ２からずらす（偏心する）ことにより、内筒３と電極筒１８との間の隙間寸法Ｆを小さく（狭く）することにより形成されている。これにより、各螺旋流路２１は、上流側から下流側に向けて大流路部２１Ａと小流路部２１Ｂとが交互に形成されている。

各螺旋流路２１に形成された小流路部２１Ｂは、各螺旋流路２１の上流側から下流側のうち最も狭い部分となっている。そして、小流路部２１Ｂの総面積（総断面積）４Ｓ２は、４個の油穴３Ａの総面積（総断面積）４Ｓ１よりも小さく設定されている（４Ｓ２＜４Ｓ１）。即ち、ロッド側油室Ｂから各油穴３Ａを介して電極間通路１９に流入する単位時間当たりの作動流体２の総流量は、各螺旋流路２１の小流路部２１Ｂを流通する単位時間当たりの総流量よりも大きく設定されている。これにより、各油穴３Ａを作動流体２の絞りとすることなく、小流路部２１Ｂを作動流体２の絞りとして形成している。

これにより、小流路部２１Ｂは、ピストンロッド９の行程反転後における作動流体２の流れの変化を抑制することができる。その結果、図４の減衰力リサージュ波形３１の二点鎖線３１Ａで示された過渡的な波形が、実線３１Ｂに示すように滑らかになって連続し、オーバーシュートを抑制することができる。従って、ピストンロッド９の作動が滑らかになり、異音の要因となるピストンロッド９の加速度を低減することができるので、ピストンロッド９の作動時の静粛性を向上することができる。

なお、実施形態では、内筒３の軸線Ｏ１−Ｏ１を電極筒１８の軸線Ｏ２−Ｏ２から寸法Ｅだけずらして螺旋流路２１を大流路部２１Ａと小流路部２１Ｂとを含んで構成した場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば内筒３を電極筒１８に対して傾斜させるようにずらして内筒３と電極筒１８との間の隙間寸法を変化させて大流路部と小流路部とを形成してもよい。

実施形態では、隔壁２０を直線状に内筒３の外周側に巻回して、螺旋流路２１の幅寸法を一定にした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば隣り合う隔壁を互いに近付くように屈曲（湾曲）させて隣り合う隔壁間の寸法を小さくして小流路部を形成してもよい。

実施形態では、螺旋流路２１を螺旋状の流路とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば流路を蛇行させてもよい。即ち、実施形態では、隔壁２０は、螺旋状であり、内筒３の上端側から下端側にわたり一様に同方向に周回している。これに対して、例えば隔壁を途中で折り返す（周回方向が途中から逆転する、途中で時計方向から反時計方向にまたは反時計方向から時計方向に変化する）ように構成してもよい。

実施形態では、隔壁２０を内筒３の外周側に巻回して、螺旋流路２１を形成した場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、内筒３の軸線と同方向に延びるように、隔壁２０を設け、隣り合う隔壁の間隔を異ならせるようにしてもよい。

実施形態では、隔壁２０を合成ゴムにより形成した場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば合成樹脂等の合成ゴム以外の高分子材料を用いて形成してもよい。さらには、高分子材料以外にも、流路を形成することができる各種の材料を用いることができる。いずれの場合も、隔壁となるシール手段は、電気的絶縁性を有する絶縁材料により形成する。

実施形態では、隔壁２０は、内筒３の外周側に固着して設ける場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば隔壁を中間筒（電極筒）の内周側に固着して設ける構成としてもよい。

実施形態では、隔壁２０を内筒３と電極筒１８との間に設ける構成、即ち、螺旋流路２１を内筒３と電極筒１８との間に形成する構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば流路を中間筒（電極筒）と外筒との間に設けてもよい。即ち、隔壁を中間筒（電極筒）と外筒との間に設けてもよい。この場合、隔壁は、中間筒（電極筒）の外周面または外筒の内周面に固着して設けることができる。この場合、例えば中間筒を外筒に対してずらすことにより、流路を大流路部と小流路部とを含んで構成することができる。

実施形態では、緩衝器１をユニフロー構造とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、緩衝器をピストンロッドの伸縮に応じて作動流体が流路内を往復動するようなバイフロー構造としてもよい。

実施形態では、緩衝器１を上下方向に配置する構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えばエアレーションを起こさない範囲で傾けて配置する等、取付対象に応じて所望の方向に配置することができる。

実施形態では、内筒３を内筒電極としており、電極筒１８を外筒電極とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、電極筒を内筒電極としてもよく、外筒を外筒電極としてもよい。つまり、径方向に隣り合う筒が互いに異なる電位の電極となるようにすればよい。例えば、内筒と外筒との２つの筒によりシリンダ装置を構成し、これら内筒と外筒とをそれぞれ内筒電極と外筒電極としてもよい。

実施形態では、作動流体２は、軸方向の上端側（一端側）から下端側（他端側）に向けて流動する構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、緩衝器１の配設方向に応じて、例えば下端側から上端側に向けて流動する構成、左端側（または右端側）から右端側（または左端側）に向けて流動する構成、前端側（または後端側）から後端側（または前端側）に向けて流動する構成等、軸方向の他端側から一端側に向けて流動する構成とすることができる。

実施形態では、機能性流体としての作動流体２を、電気粘性流体（ＥＲ流体）により構成する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば磁界により流体の性状が変化する磁性流体（ＭＲ流体）を用いて機能性流体としての作動流体を構成してもよい。磁性流体を用いる場合には、中間筒である電極筒１８を電極に相当する磁極とする（即ち、磁界供給部からの磁界を中間筒である磁極筒に付与する）構成とすることができる。この場合は、例えば磁界供給部により、内筒（内筒電極）と磁極筒（外筒電極）との間（の磁極通路）に磁界を発生させ、発生減衰力を可変に調整するときには、磁界を可変に制御する。また、絶縁用の保持部材１１，１７等は、例えば、非磁性材料により形成することができる。

実施形態では、シリンダ装置としての緩衝器１を４輪自動車に用いる場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば２輪車に用いる緩衝器、鉄道車両に用いる緩衝器、一般産業機器を含む各種の機械機器に用いる緩衝器、建築物に用いる緩衝器等、緩衝すべき対象を緩衝する各種の緩衝器（シリンダ装置）として広く用いることができる。さらに、実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。即ち、シリンダ装置（緩衝器）は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更が可能である。

以上説明した実施形態に基づくシリンダ装置として、例えば以下に述べる態様のものが考えられる。

第１の態様としては、電界により流体の粘性が変化する電気粘性流体が封入され、内部にロッドが挿入されるシリンダ装置であって、互いに異なる電位の電極となる内筒電極および該内筒電極の外側に設けられる外筒電極と、前記内筒電極と前記外筒電極との間に形成され、前記ロッドの少なくとも伸び側の移動により軸方向の一方側から他方側に向けて前記電気粘性流体が流動する流路と、前記流路に設けられたシール手段と、を有し、前記流路には、前記流路の流路面積が大きな大流路部と、前記大流路部の流路面積よりも小さな流路面積となった小流路部とが設けられていることを特徴としている。

第２の態様としては、第１の態様において、前記シール手段は、軸方向に対して傾斜角度をもって配置されることを特徴としている。

第３の態様としては、第１，第２の態様において、前記大流路部と前記小流路部とは、前記内筒電極の軸線と前記外筒電極の軸線とをずらすことにより形成されていることを特徴としている。

１ 緩衝器（シリンダ装置）
２ 作動流体（電気粘性流体）
３ 内筒（内筒電極）
４ 外筒
９ ピストンロッド（ロッド）
１８ 電極筒（外筒電極）
２０ 隔壁（シール手段）
２１ 流路
２１Ａ 大流路部
２１Ｂ 小流路部
Ｏ１−Ｏ１ 内筒の軸線
Ｏ２−Ｏ２ 電極筒の軸線

Claims (3)

1. 電界により流体の粘性が変化する電気粘性流体が封入され、内部にロッドが挿入されるシリンダ装置であって、
   互いに異なる電位の電極となる内筒電極および該内筒電極の外側に設けられる外筒電極と、
   前記内筒電極と前記外筒電極との間に形成され、前記ロッドの少なくとも伸び側の移動により軸方向の一方側から他方側に向けて前記電気粘性流体が流動する流路と、
   前記流路に設けられたシール手段と、
   を有し、
   前記流路には、前記流路の流路面積が大きな大流路部と、前記大流路部の流路面積よりも小さな流路面積となった小流路部とが設けられていることを特徴とするシリンダ装置。
2. 前記シール手段は、軸方向に対して傾斜角度をもって配置されることを特徴とする請求項１に記載のシリンダ装置。
3. 前記大流路部と前記小流路部とは、前記内筒電極の軸線と前記外筒電極の軸線とをずらすことにより形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のシリンダ装置。

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