JP2019196804A - 磁気粘性流体型ダンパ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】微小振幅振動が入力された場合であっても、減衰力を正確に制御すること。【解決手段】磁気粘性流体１８が封入されたシリンダチューブ１２内を変位するピストン１４と、ピストン１４と一体的に変位するピストンロッド１６と、シリンダチューブ１２の外部とピストンロッド１６とをシールする第１オイルシール部材２６と、磁気粘性流体１８をシールする第２オイルシール部材３０とを備え、第２オイルシール部材３０は、外径側の環状鍔部４０と、ピストンロッド１６の外周面を囲繞する内径側のシール部４２とを有し、シール部４２とピストンロッドと１６は、ピストンロッド１６の変位に対してシール部４２が一体的に追従変位する「非摺動区間」と、ピストンロッド１６の変位に対してシール部４２が摺動変位する「摺動区間」とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、内部に磁気粘性流体が封入された磁気粘性流体型ダンパ装置に関する。

例えば、特許文献１では、磁気粘性流体（Magneto-Rheological Fluid ; MRF）を充填したシリンダ内にピストンを変位させることにより、ピストンで仕切られた油圧室間に磁気粘性流体を流通させることが可能な磁気粘性流体型ダンパ装置が開示されている。

この磁気粘性流体型ダンパ装置では、磁気粘性流体が流通する流路上の磁界によって磁気粘性流体の流路抵抗を増大させることで、ピストンロッドとシリンダとの伸縮動作を抑制している。

特許第５４８３５５９号公報

ところで、従来の磁気粘性流体型ダンパ装置では、磁気粘性流体の流路抵抗を制御することが可能であるが、例えば、微小振幅摺動時では、オイルシールの摺動抵抗が大きくなってスティックスリップが発生するおそれがある。

これにより、従来の磁気粘性流体型ダンパ装置では、微小荷重の振幅が入力された場合、摺動摩擦の影響によってその減衰力を正確に制御することが困難である。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、微小荷重の振幅が入力された場合であっても、減衰力を正確に制御することが可能な磁気粘性流体型ダンパ装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、シリンダ室内に磁気粘性流体が封入されたシリンダと、前記シリンダの前記シリンダ室内に変位可能に収装され、前記シリンダ室を第１シリンダ室と第２シリンダ室とに区画するピストンと、前記第１シリンダ室と前記第２シリンダ室とを連通させる連通路と、前記ピストンに連結され、前記ピストンと一体的に変位するピストンロッドと、前記シリンダの外部と前記ピストンロッドとをシールする第１オイルシール部材と、前記シリンダ室内に封入された前記磁気粘性流体をシールする第２オイルシール部材と、を備え、前記第２オイルシール部材は、円盤状を呈し、外径側の鍔部と、前記ピストンロッドの外周面を囲繞する内径側のシール部とを有し、前記鍔部は、伸縮性を有すると共に、外周縁部が前記シリンダの内周壁に固定され、前記シール部と前記ピストンロッドとは、前記ピストンロッドの変位に対して前記シール部が一体的に追従変位する非摺動区間と、前記ピストンロッドの変位に対して前記シール部が摺動変位する摺動区間とを有することを特徴とする。

本発明では、微小荷重の振幅が入力された場合であっても、減衰力を正確に制御することが可能な磁気粘性流体型ダンパ装置を得ることができる。

本発明の実施形態に係る磁気粘性流体型ダンパ装置の一部省略構成断面図である。 図１に示すシリンダチューブの上部側に配置された構成要素の分解斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、上下微小振幅ストローク時の動作説明に供される断面図である。 （ａ）は、上方向ストローク時において、ストローク初期から摺動開始時まで、（ｂ）は、上方向ストローク時において、ストローク初期から摺動開始時までの動作説明に供される断面図、（ｃ）は、下方向ストローク時において、ストローク初期から摺動開始時まで、（ｄ）は、下方向ストローク時において、ストローク初期から摺動開始時までの動作説明に供される断面図である。 本実施形態において、ピストンロッドの外周面と第２オイルシール部材のシール部材との接触関係を示す説明図である。 本実施形態と比較例とにおいて、摺動抵抗と時間との関係を示す説明図である。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る磁気粘性流体型ダンパ装置の一部省略構成断面図、図２は、図１に示すシリンダチューブの上部側に配置された構成要素の分解斜視図である。

図１に示されるように、本発明の実施形態に係る磁気粘性流体型ダンパ装置１０（以下、単に、ダンパ装置１０という）は、シリンダチューブ（シリンダ）１２と、ピストン１４と、ピストンロッド１６とを備えて構成されている。

シリンダチューブ１２は、有底円筒状を呈し、磁性粒子をオイル等に分散させた磁気粘性流体（以下、単に、「ＭＲＦ」という）１８が封入されている。

ピストン１４は、シリンダチューブ１２の軸方向に沿って変位可能に収装され、シリンダチューブ１２内を上側の第１流体室（第１シリンダ室）２０ａと下側の第２流体室（第２シリンダ室）２０ｂとに区分している。ピストンロッド１６は、ピストン１４に連結されてピストン１４と一体的に変位すると共に、上側の一部がシリンダチューブ１２の一端を貫通して外部に露出するように設けられている。

ＭＲＦ１８は、例えば、鉱物油等のオイルを分散媒としてこれに分散質として真球状で平均粒子が数μm程度の強磁性を有する微粒子を分散させたもので構成されている。

シリンダチューブ１２には、上側の第１流体室２０ａと下側の第２流体室２０ｂとを連通させる連通路２２が形成されている。また、この連通路２２には、該連通路２２を連通するＭＲＦ１８に磁場を印加する電磁コイル２４が配置され、図示しない給電線を介して電流が流れるように構成されている。なお、給電線は、図示しない制御電源に接続されている。本実施形態では、連通路２２をシリンダチューブ１２に設けているが、これに限定されるものではない。例えば、連通路２２をピストン１４に設けるようにしてもよい。

制御電源から図示しない給電線を介して電磁コイル２４に電流が流れると、第１流体室２０ａと第２流体室２０ｂとの間で連通路２２を流通するＭＲＦ１８に磁場が印加され、ＭＲＦ１８に含まれる磁性粒子が鎖状クラスタを形成し、連通路２２内を流通するＭＲＦ１８の見かけ上の粘度を増大させる。このようにＭＲＦ１８に印加する磁場の大きさを制御することにより、ダンパ装置１０で発生する減衰力を可変に制御することができる。

ピストンロッド１６の一部が外部に露出するシリンダチューブ１２の一端部には、第１オイルシール部材２６と、ブッシュ２８と、第２オイルシール部材３０とがそれぞれ配置されている。

図２に示されるように、第１オイルシール部材２６は、平面視して略円盤状を呈し、中央にピストンロッド１６が貫通する円形の貫通孔３２が形成されている。この第１オイルシール部材２６は、環状溝３３を介して、シリンダチューブ１２の上部側に固着（固定）されている。ピストンロッド１６は、第１オイルシール部材２６の貫通孔３２に対して摺動可能に設けられている。

ピストンロッド１６の軸方向に沿った第１オイルシール部材２６の下方側には、ブッシュ２８が配置されている。ブッシュ２８の中央には、ピストンロッド１６が貫通する環状孔部３８が形成されている。このブッシュ２８は、ピストンロッド１６が貫通する環状孔部３８を介して、ピストンロッド１６を摺動可能に支持するものである。

図１に示されるように、ピストンロッド１６の軸方向に沿ったブッシュ２８の下方側には、第１オイルシール部材２６よりも大径な第２オイルシール部材３０が配置されている。第１オイルシール部材２６と第２オイルシール部材３０とは、ピストンロッド１６の軸方向に沿って同軸状に所定距離だけ離間して配置されている。

図２に示されるように、第２オイルシール部材３０は、円盤状を呈し、伸縮性を有する素材で形成されている。この第２オイルシール部材３０は、外径側に設けられた環状鍔部（鍔部）４０と、径方向で環状鍔部４０に連続し内径側に設けられたシール部４２とを有する。シール部４２は、ピストンロッド１６の外周面を囲繞するように設けられ、環状鍔部４０と比較して軸方向の厚さが厚く形成されている。このシール部４２は、ピストンロッド１６の軸方向に沿った上部に位置する上側リップ４２ａと、下部に位置する下側リップ４２ｂとを有する（図１参照）。

第２オイルシール部材３０の外周縁部は、後記する液室４４を構成するシリンダチューブ１２に形成された環状溝３４内に接着されることで、内周壁３６に固定されている（図１参照）。

図１に示されるように、ピストンロッド１６が貫通するシリンダチューブ１２の上部側には、断面略矩形状の液室４４が設けられている。この液室４４は、ピストンロッド１６の軸方向に沿った第１オイルシール部材２６と第２オイルシール部材３０との間に位置し、第１オイルシール部材２６と第２オイルシール部材３０とによって形成されている。この液室４４には作動油４６が充填され、液室４４内は、作動油４６によって液密に密封されている。

液室４４は、ブッシュ２８の上側に位置する上側液室と、ブッシュ２８の下側に位置する下側液室とから構成されている。上側液室と下側液室とは、ブッシュ２８の環状孔部３８とピストンロッド１６の外周面との間に形成されたクリアランス４８を介して連通状態にある。第２オイルシール部材３０の下側には、ＭＲＦ１８が充填された第１流体室２０ａが設けられている。

第２オイルシール部材３０が半径方向に沿って延在する長さは、ピストンロッド１６の外周面からシリンダチューブ１２の内周壁３６までの水平方向に沿った離間距離よりも長くなっている。

また、第２オイルシール部材３０におけるひずみ（変形量、伸長量）の最大値は、「摺動区間」よりも「非摺動区間」の方が大きくなっている。

本実施形態に係るダンパ装置１０は、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。

図３（ａ）〜図３（ｃ）は、上下微小振幅ストローク時の動作説明に供される断面図である。
先ず、ダンパ装置１０に対して上下方向（ピストンロッド１６の軸方向）に沿った微小荷重の振幅Ｆ０が入力されたときの、上下微小振幅ストロークについて説明する。

図３（ａ）に示されるように、この上下微小振幅ストローク時では、微小荷重の振幅Ｆ０が入力されることで、ピストンロッド１６が上下方向（軸方向）に沿って変位する。これにより、第２オイルシール部材３０のシール部４２は、ピストンロッド１６の上下方向の変位に追従してピストンロッド１６と一体的に変位する。これにより、ピストンロッド１６の外周面と、第２オイルシール部材３０のシール部４２との摺動抵抗は、零になっている。

この場合、第２オイルシール部材３０のシール部４２は、ピストンロッド１６の外周面を摺動することがなく、ピストンロッド１６の外周面を囲繞して保持したまま、ピストンロッド１６と一体的に変位する（図３（ｂ）、図３（ｃ）参照）。同時に、第２オイルシール部材３０の環状鍔部４０は、伸縮性を有する素材で形成されているため、シール部４２の変位に伴って伸長する。

上下微小振幅ストローク時では、ピストンロッド１６が上方向及び下方向に同一のストローク量で変位し、作動油４６が充填された液室４４の圧力と、ＭＲＦ１８が充填された第１及び第２流体室２０ａ、２０ｂの圧力とは、同一に保持されている。また、液室４４に充填された作動油４６と、第１及び第２流体室２０ａ、２０ｂに充填されたＭＲＦ１８との間で体積変化は無い。さらに、ピストンロッド１６の上下方向への変位に伴って第２オイルシール部材３０のシール部４２が追従変位することで、液室４４内に充填された作動油４６が半径外方向に流動し、環状鍔部４０が下側に向かって撓曲した状態となる。

なお、上下微小振幅ストローク時において、第２オイルシール部材３０よりも上方に配置された第１オイルシール部材２６は、撓曲することがなく、ピストンロッド１６が貫通孔３２に沿って摺動する。

このように、上下微小振幅ストローク時において、第２オイルシール部材３０は、ピストンロッド１６の外周面に対して摺動することがなく、第２オイルシール部材３０とピストンロッド１６との接触関係において「非摺動区間」となっている（図３（ａ）参照）。

次に、ダンパ装置１０に対して、比較的大きな上方向荷重Ｆ１が入力されたときの、上方向ストロークについて説明する。なお、本実施形態では、上方向ストローク時を、ストローク初期から摺動開始時までと、摺動開始時からストローク停止時までの２つの状態に分けて説明する。

図４（ａ）は、上方向ストローク時において、ストローク初期から摺動開始時まで、図４（ｂ）は、上方向ストローク時において、ストローク初期から摺動開始時までの動作説明に供される断面図、図４（ｃ）は、下方向ストローク時において、ストローク初期から摺動開始時まで、図４（ｄ）は、下方向ストローク時において、ストローク初期から摺動開始時までの動作説明に供される断面図である。

図４（ａ）に示されるように、この上方向ストローク時では、ピストンロッド１６が上方向に向かって変位を開始すると、第２オイルシール部材３０が、ピストンロッド１６の変位に追従してピストンロッド１６と一体的に変位する。第２オイルシール部材３０のシール部４２によってピストンロッド１６の外周面が保持された状態を維持しながらさらピストンロッド１６が上方に変位する。

続いて、ピストンロッド１６の上方の変位が破線Ｌ１の区間を超えると、第２オイルシール部材３０の環状鍔部４０は、伸長の限界に到達する。これにより、第２オイルシール部材３０の環状鍔部４０は、前記とは反対に収縮する。この結果、第２オイルシール部材３０のシール部４２は、ピストンロッド１６の外周面に沿って下方に向かって摺動を開始する。換言すると、第２オイルシール部材３０は、伸縮性を有する環状鍔部４０が伸びの限界を超えたときに収縮して下方向への摺動を開始する。

第２オイルシール部材３０のシール部４２がピストンロッド１６の下方に向かって摺動を開始した摺動中は、第２オイルシール部材３０のシール部４２が、ピストンロッド１６に対し静止摩擦から動摩擦に切り替わる。これにより、ピストンロッド１６の外周面と第２オイルシール部材３０のシール部４２との間の摩擦抵抗が減少し、伸長していた環状鍔部４０が収縮して破線Ｌ２まで戻る（図４（ｂ）参照）。さらに、ストローク停止直前は、環状鍔部４０が収縮してストローク停止状態となる。

このように、上方向ストローク時では、第２オイルシール部材３０のシール部４２が、一旦、ピストンロッド１６と一体的に追従変位した後、伸長限界である破線Ｌ１の区間を超えるとシール部４２が変位方向とは逆方向である下方向に向かって摺動し、図４（ｂ）の状態でその摺動を停止する。第２オイルシール部材３０のシール部４２が摺動を開始したときからその摺動を停止するまでの間が「摺動区間」となる。

なお、図４（ｃ）及び図４（ｄ）に示されるように、比較的大きな下方向荷重Ｆ２が入力された場合、変位方向が異なるのみであって、下方向ストローク時も上方向ストローク時と同様となる。

本実施形態では、ピストンロッド１６と第２オイルシール部材３０のシール部４２との間の接触関係において、ピストンロッド１６の変位に対してシール部４２が一体的に追従変位する「非摺動区間」と、ピストンロッド１６の変位に対してシール部４２が摺動変位する「摺動区間」とを有している（図５参照）。

上下微小振幅ストローク時では、微小荷重の振幅Ｆ０が入力され、第２オイルシール部材３０のシール部４２は、ピストンロッド１６の上下方向の変位に追従してピストンロッド１６と一体的に上下方向に変位する。これにより、上下微小振幅ストローク時では、ピストンロッド１６の外周面と第２オイルシール部材３０のシール部４２との間の摺動抵抗を小さくすることができる。この結果、本実施形態では、上下方向の微小荷重の振幅Ｆ０が入力された場合であっても、微小荷重の振幅入力時の減衰力を容易に且つ正確に制御することができる。

例えば、比較例として、シリンダチューブ１２の内周壁３６に、環状溝３４を介して、可撓性を有する一対のオイルシール（図示せず）を配置した場合を想定する。なお、比較例では、一対のオイルシールと内周壁３６との間で形成された空間部（液室４４に対応する）内には、作動油４６が充填されていないものとする。比較例では、図６の破線で示されるように、ピストンロッド１６の上下微小振幅ストローク時において、一対のオイルシールによる摺動抵抗が同時に発生する。比較例における摺動抵抗は、一対のオイルシールの摺動抵抗がそれぞれ加算された抵抗値となる。

これに対して、本実施形態では、上下微小振幅ストロークの開始時において、第２オイルシール部材３０のシール部４２が、ピストンロッド１６の上下方向の変位に追従してピストンロッド１６と一体的に上下方向に変位する「非摺動区間」となっている。このため、本実施形態では、図６の実線で示されるように、上下微小振幅ストロークの開始時において、第１オイルシール部材２６の摺動抵抗のみが発生し、第２オイルシール部材３０の摺動抵抗は発生しない。この結果、本実施形態では、上下微小振幅ストロークの開始時から第２オイルシール部材３０の可撓性の限界時まで、比較例と比較して摺動抵抗を低減させることができる。

また、本実施形態では、第１オイルシール部材２６と第２オイルシール部材３０との間に、第１オイルシール部材２６と第２オイルシール部材３０とによって区画された液室４４を設け、この液室４４を作動油４６によって液密に密閉している。

本実施形態では、第１オイルシール部材２６と第２オイルシール部材３０との間に作動油４６で液密に密封された液室４４を設けることにより、上下微小振幅ストローク時に第２オイルシール部材３０のシール部４２がピストンロッド１６の外周面側に向かって押圧され、シール部４２が摺動変位することを防止して「非摺動区間」とすることができる。

例えば、従来では、ダンパストローク時にピストン１４の攪拌によって第１流体室２０ａ又は第２流体室２０ｂで圧力変動が発生する。この場合、可撓性を有する従来の単一のオイルシール（図示せず）では、第１流体室２０ａ又は第２流体室２０ｂ内の圧力上昇によって図示しないオイルシールが揺動（膨らむ・萎む）する。従来では、このオイルシールの揺動によって、上下微小振幅ストローク時に減衰力を効果的に発揮することができない、という不具合がある。

これに対して、本実施形態では、液室４４を作動油４６で液密にすることで、ＭＲＦ１８が充填された第１流体室２０ａ及び第２流体室２０ｂと、作動油４６が充填された液室４４との圧力差を無くして略同一圧力とすることができる。これにより、本実施形態では、従来のようなオイルシールの揺動（膨らむ・萎む）の発生を回避して上下微小振幅ストローク時に減衰力を効果的に発生させることができる。なお、本実施形態では、第２オイルシール部材３０の最大外径寸法と、液室４４内に充填される作動油４６の充填量とを適宜設定することで、上下方向の微小荷重の振幅Ｆ０の幅を可変とすることができる。

さらに、本実施形態では、第２オイルシール部材３０が半径方向に沿って延在する長さが、ピストンロッド１６の外周面からシリンダチューブ１２の内周壁３６までの水平方向に沿った離間距離Ｈよりも長くなっている。換言すると、本実施形態では、第２オイルシール部材３０が半径方向に沿って撓み状に延在する長さが、ピストンロッド１６の外周面からシリンダチューブ１２の内周壁３６までの水平方向に沿った直線状の離間距離Ｈよりも撓み分だけ長くなっている。

これにより、本実施形態では、第２オイルシール部材３０の撓み代を大きくすることが可能となり、ピストンロッド１６と第２オイルシール部材３０との間の「非接触区間」の領域を大きく設定することができる。

さらにまた、本実施形態では、第２オイルシール部材３０におけるひずみ（変形量、伸長量）の最大値は、「摺動区間」よりも「非摺動区間」の方が大きくなっている。これにより、本実施形態では、「非摺動区間」において第２オイルシール部材３０の環状鍔部４０が伸長すると共に、「摺動区間」において第２オイルシール部材３０の環状鍔部４０を収縮させることができる。

この結果、本実施形態では、例えば、ピストンロッド１６が一旦変位した後、再度ピストンロッド１６が変位する場合であっても、第２オイルシール部材３０をピストンロッド１６に追従変位させることができ、ピストンロッド１６とシール部４２との摺動抵抗を低減させることができる。

１０ 磁気粘性流体型ダンパ装置
１２ シリンダチューブ（シリンダ）
１４ ピストン
１６ ピストンロッド
１８ 磁気粘性流体（ＭＲＦ）
２０ａ 第１流体室（第１シリンダ室）
２０ｂ 第２流体室（第２シリンダ室）
２２ 連通路
２６ 第１オイルシール部材
３０ 第２オイルシール部材
３６ 内周壁
４０ 環状鍔部（鍔部）
４２ シール部
４４ 液室
４６ 作動油
Ｆ０ 微小荷重の振幅
Ｆ１ 上方向荷重
Ｆ２ 下方向荷重

Claims (5)

1. シリンダ室内に磁気粘性流体が封入されたシリンダと、
   前記シリンダの前記シリンダ室内に変位可能に収装され、前記シリンダ室を第１シリンダ室と第２シリンダ室とに区画するピストンと、
   前記第１シリンダ室と前記第２シリンダ室とを連通させる連通路と、
   前記ピストンに連結され、前記ピストンと一体的に変位するピストンロッドと、
   前記シリンダの外部と前記ピストンロッドとをシールする第１オイルシール部材と、
   前記シリンダ室内に封入された前記磁気粘性流体をシールする第２オイルシール部材と、
   を備え、
   前記第２オイルシール部材は、円盤状を呈し、外径側の鍔部と、前記ピストンロッドの外周面を囲繞する内径側のシール部とを有し、
   前記鍔部は、伸縮性を有すると共に、外周縁部が前記シリンダの内周壁に固定され、
   前記シール部と前記ピストンロッドとは、前記ピストンロッドの変位に対して前記シール部が一体的に追従変位する非摺動区間と、前記ピストンロッドの変位に対して前記シール部が摺動変位する摺動区間とを有することを特徴とする磁気粘性流体型ダンパ装置。
2. 請求項１記載の磁気粘性流体型ダンパ装置において、
   前記第１オイルシール部材と前記第２オイルシール部材との間には、前記第１オイルシール部材と前記第２オイルシール部材とによって区画された液室が設けられていることを特徴とする磁気粘性流体型ダンパ装置。
3. 請求項２記載の磁気粘性流体型ダンパ装置において、
   前記液室は、作動油によって液密に密閉されていることを特徴とする磁気粘性流体型ダンパ装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の磁気粘性流体型ダンパ装置において、
   前記第２オイルシール部材が半径方向に沿って延在する長さは、前記ピストンロッドの外周面から前記シリンダの内周壁までの水平方向に沿った離間距離よりも長いことを特徴とする磁気粘性流体型ダンパ装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の磁気粘性流体型ダンパ装置おいて、
   前記第２オイルシール部材におけるひずみの最大値は、前記摺動区間よりも前記非摺動区間の方が大きいことを特徴とする磁気粘性流体型ダンパ装置。

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