JP2019138348A - ダンパ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1のダンパ装置は、ピストンロッド、およびピストンの他に、シリンダ内に磁気粘性流体が充填される液室と、高圧ガスが充填されるガス室とを区画するフリーピストンが配置されている。
このような構成とすることで、ピストンロッドを大径化してダンパの剛性を高めた場合に、ダンパが収縮した際、シリンダ内に進入するピストンロッドの体積増加分を、フリーピストンがガス室を圧縮することで解消している。
また、ガス室に高圧ガスが充填されることに伴い、液室の密閉性を高めなければならない。このため、ピストンロッドとシール材との間の摺動抵抗が大きくなり、ダンパ装置のスムーズな伸縮が妨げられてしまうという問題も抱えている。
図1に示すように、本実施形態のダンパ装置1は、シリンダ10、ピストンロッド20、ピストン30、フリーピストン40、および制御手段50を備えている。
また、本実施形態のダンパ装置1は、4輪自動車のサスペンション(図示せず)を構成し、図1における下端部が車輪側(図示せず)に連結され、上端部が車体側(図示せず)に連結される。
隔壁11は、シリンダ10内におけるピストン30とフリーピストン40との間に、筒軸に直交しつつ、固定される円板からなり、シリンダ10の内部を筒軸方向に2つに区画している。そして、隔壁11は、板面を貫通するオリフィスからなる隔壁オリフィス12と、電磁コイルからなる隔壁コイル13とを備えている。
磁気粘性流体(MRF:Magneto-Rheological Fluid)LQは、磁性体からなる微細な粒子を均質に含有する粘性流体である。また、磁気粘性流体LQは、含有する強磁性微粒子によって、磁性を帯びている。そして、磁気粘性流体LQは、ダンパ装置1の作動流体として、シリンダ10内に形成される液室RLに充填されている。
ピストンロッド20は、棒状の部材からなる。また、ピストンロッド20は、ダンパ装置1の上方部を構成し、その上端部が車体側に連結される。
そして、ピストンロッド20は、その下端部が、シリンダ10の上側筒端(一側筒端)10aに対して、軸方向に往復動可能に貫通しつつ、隙間なく密閉されている。
そして、ピストン30は、板面を貫通するオリフィスからなるピストンオリフィス31と、電磁コイルからなるピストンコイル32とを備えている。
ピストンコイル32は、ピストンオリフィス31を通過する磁気粘性流体LQの流量を調整するピストン側可変流量構造を構成している。ピストンコイル32は、通電によって、前述の隔壁コイル13と同様の働きをすることで、ピストンオリフィス31を通過する磁気粘性流体LQの流量を調整する。
フリーピストン40は、筒軸に対して板面が直交するように配置された円板状の部材からなる。また、フリーピストン40は、シリンダ10内における下側筒端(他側筒端)10bとピストン30との間に、シリンダ10の筒内周壁に対して隙間なく、且つ筒軸方向に沿って往復動可能に配置されている。
液室RLには、前述の磁気粘性流体LQが充填され、ガス室RGには、空気や窒素ガスなどの圧縮性ガスGSが充填されている。
液室RLは、隔壁11、およびピストン30によって筒軸方向に3つに区画されている。
なお、上側筒端10aとピストン30との間を第1液室RL1、ピストン30と隔壁11との間を第2液室RL2、隔壁11とフリーピストン40との間を第3液室RL3と称する。
制御手段50は、ECU(Electronic Control Unit)51を備えている。
ECU51は、ダンパ装置1の収縮速度、および伸長速度に応じて、ピストンコイル32、および隔壁コイル13に印加する電圧、および電流を制御している。そして、制御手段50は、磁気粘性流体LQの見かけ上の粘度を変化させて、ピストンオリフィス31、および隔壁オリフィス12を通過する磁気粘性流体LQの流量を調整している。
なお、本実施形態では、ECU51は、ピストンオリフィス31を通過する磁気粘性流体LQの流量が、隔壁オリフィス12を通過する磁気粘性流体LQの流量よりも多くなるように制御している。
ダンパ収縮時、図1(b)に示すように、液室RL内の圧力は、過渡的に、
第2液室圧力 > 第3液室圧力 > 第1液室圧力
となる。
そして、磁気粘性流体LQが、ピストンオリフィス31、および隔壁オリフィス12を通過して、第2液室RL2から第1液室RL1、および第3液室RL3へそれぞれ移動する。このとき、移動する流量に応じて、減衰力が発生する。
したがって、充分な減衰力を得るには、ガス室RG内圧力を高めなければならない。
このため、ダンパを連続使用して、ダンパ装置1、および磁気粘性流体LQが温度上昇した場合、ガス室RG内のガス、および磁気粘性流体LQの体積が増大する。これによって、ガス室RG内圧力が過剰に高まり、減衰力に影響を及ぼすおそれがある。
このため、ガス室RG内のガス圧に関わらず、ピストンオリフィス31で減衰力を発生することができるため、ガス室RG内のガス圧をより低く設定することが可能になる。
そして、ダンパ装置1を連続使用し、温度が上昇した場合でも、ガス室RG内圧力は減衰力に影響を及ぼすほどには上昇しない。
つまり、安定した減衰力が得られる。
なお、ダンパ伸長時には、ダンパ速度に対して減衰力が低くなるように、各オリフィスを通過する磁気粘性流体LQの流量を制御することも可能である。このように制御した場合には、ダンパの伸長速度が高まり、車輪(図示せず)の路面追従性がさらに向上する。
本実施形態のダンパ装置1では、ピストンコイル32(ピストン側可変流量構造)と、隔壁コイル13(隔壁側可変流量構造)と、ピストンコイル32と、隔壁コイル13とを制御する制御手段50とを備えている。
このため、ガス室RG内の圧力を下げつつ、ピストンオリフィス31で減衰力を得ることができる。
これにより、ピストンロッド20を大径化することで、ダンパ収縮時に、シリンダ10内に進入するピストンロッド20の体積が増大しても、ガス室RGが収縮することで対応できる。
さらに、連続使用でダンパ装置1、および磁気粘性流体LQが高温になり、ガス室RG内のガス、および磁気粘性流体LQの体積が増大した場合でも、ガス室RGが過剰に高圧になることが抑制され、安定した減衰力を得ることができる。
したがって、ピストンロッド20の大径化によるダンパ装置1の高剛性化を図りつつ、安定した減衰力を得ることができる。
また、ガス室RGを低圧化できることで、液室の密閉性が緩和される。密閉性の高いシール材はピストンロッドとの間の摺動抵抗が大きいが、密閉性が緩和されることで、摺動抵抗が小さいシール材の採用が可能になる。
これによって、ダンパ装置1が、よりスムーズに伸縮することが可能になる。
これによって、比較的簡便な構造で、オリフィスを通過する粘性流体の流量を調整することができる。
たとえば、粘性流体として、一般的なダンパに充填される作動油(ダンパフルード)を採用することが可能である。
この場合には、可変流量構造として、円錐状の針(ニードル)を、ピストンオリフィス31、および隔壁オリフィス12のオリフィスに挿脱可能に配置して、オリフィスの開口面積を変化させ、流量を変化させる構成とする。
これによって、ガス室RGの低圧化が図れるため、より一層安定した減衰力を得ることができる。
このような構成とすることで、複筒式、倒立構造等と比較して、少ない部品点数、且つ単純な構造でダンパ装置1を構成することができる。
これによって、高剛性で、放熱性に優れ、且つ安定した減衰力を発生するダンパ装置1を低コストで製造することができる。
次に、ダンパ装置1の第2実施形態について、図面を参照しながら説明する。前述のダンパ装置1と同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図2に示すように、前述の第1実施形態と大きく異なるのは、制御手段50の構成、および制御方法である。
本実施形態の制御手段50は、ECU51の他に、ダンパーストロークセンサ52と、算出部53とを備えている(図2(a)参照)。
ダンパーストロークセンサ52は、ダンパ装置1が伸縮する際のストローク量を計測する。
算出部53は、計測したストローク量と、ピストンロッド20の軸径との積で、シリンダ10に出入りするピストンロッド20の体積Vを算出する。
そして、算出された体積Vと同量の磁気粘性流体LQが、隔壁オリフィス12を通過する場合には、ダンパ伸縮時にシリンダ10内を進退するピストンロッド20の体積を、ガス室RGが膨縮することで吸収することができる。
また、算出された体積V以下の磁気粘性流体LQが、隔壁オリフィス12を通過する場合には、進退するピストンロッド20の体積を吸収しつつ、隔壁オリフィス12で減衰力を発生させることができる。
本実施形態のダンパ装置1では、前述の第1実施形態と同様の作用効果が得られる。
また、本実施形態のダンパ装置1では、ダンパ伸縮時にシリンダ10内を進退するピストンロッド20の体積を算出している。そして、算出された体積V以下の量の磁気粘性流体LQが、隔壁オリフィス12を通過するように、ピストンコイル32と隔壁コイル13とを制御している。
これによって、ガス室RG内のガス圧をさらに低く設定することが可能になるため、減衰力をさらに安定させることができる。
10 シリンダ
11 隔壁
12 隔壁オリフィス
13 隔壁コイル(隔壁側可変流量構造)
20 ピストンロッド
30 ピストン
31 ピストンオリフィス
32 ピストンコイル(ピストン側可変流量構造)
40 フリーピストン
50 制御手段
GS 圧縮性ガス
LQ 磁気粘性流体(粘性流体)
Claims (5)
- 筒形状を有し、両筒端が閉止されたシリンダと、
該シリンダの一側筒端を貫通するピストンロッドの軸端に設置され、該シリンダ内に隙間なく、且つ筒軸方向に沿って往復動可能に配置されたピストンと、
該シリンダ内における他側筒端と該ピストンとの間に、隙間なく、且つ筒軸方向に沿って往復動可能に配置されたフリーピストンと、
該ピストンと該フリーピストンとの間で該シリンダ内に固定され、該シリンダ内を筒軸方向に区画する隔壁と、
該隔壁を貫通するオリフィスからなる隔壁オリフィスと、
該ピストンを貫通するオリフィスからなるピストンオリフィスと、
該シリンダ内における該フリーピストンよりも一側筒端側に形成される液室内に充填される粘性流体と、
該シリンダ内における該フリーピストンよりも他側筒端側に形成されるガス室内に充填される圧縮性ガスと、
該隔壁オリフィスを通過する該粘性流体の流量を調整する隔壁側可変流量構造と、
該ピストンオリフィスを通過する該粘性流体の流量を調整するピストン側可変流量構造と、
該隔壁側可変流量構造、および該ピストン側可変流量構造を制御する制御手段と、
を備える
ことを特徴とするダンパ装置。 - 前記粘性流体は、磁気粘性流体であり、
前記隔壁側可変流量構造、および前記ピストン側可変流量構造は、ともに電磁コイルからなる
ことを特徴とする請求項1に記載のダンパ装置。 - 前記制御手段は、
前記ピストンオリフィスを通過する前記粘性流体の流量が前記隔壁オリフィスを通過する該粘性流体の流量よりも多くなるように、該隔壁側可変流量構造と該ピストン側可変流量構造とを制御する
ことを特徴とする請求項1、または請求項2に記載のダンパ装置。 - 前記制御手段は、
ダンパ収縮時における前記隔壁オリフィスを通過する前記粘性流体の体積を、前記シリンダ内へ進入する前記ピストンロッドの体積以下に制御する
ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のダンパ装置。 - 前記シリンダは、
径方向に単層の円筒形状を有し、且つその他側筒端が、前記ピストンロッドよりも下方で支持され、
前記ピストンオリフィスと前記隔壁オリフィスとは、
該ピストンロッドの軸方向に沿って直列に配置され、且つ同一孔径のオリフィスに設定された
ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のダンパ装置。
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