JP3718924B2

JP3718924B2 - 緩衝器

Info

Publication number: JP3718924B2
Application number: JP28329796A
Authority: JP
Inventors: 久保康丸; 河合一男
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1996-10-04
Filing date: 1996-10-04
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2016-10-04
Also published as: JPH10110769A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作動流体として電気粘性流体を利用している油圧式の緩衝器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車に利用される緩衝器には、作動流体として電気粘性流体を利用したものがある。電気粘性流体は、それに印加される電界が変えられると見かけ上の粘度が変化する流体である。印加電界を増大させると、粘度は変化しないが電気粘性流体中の分散粒子間のつながりが強固となり、降伏応力が増大する。そのため、見かけ上、電気粘性流体の粘度が増加したようになる（なお、電気粘性流体に関する文献としては、特開平５−179270号公報がある）。
【０００３】
緩衝器は、他から受けた衝撃力を減衰させる減衰力を発生するためのものであるから、種々の機器において、衝撃を緩和したい箇所に用いられる。自動車のサスペンションに利用される緩衝器は、乗り心地を良くするため、衝撃の激しい路面を走行する時には大なる減衰力を発生し、衝撃の少ない路面を走行する時には小さな減衰力を発生するようにされているのが望ましい。即ち、走行する路面の状況に応じて減衰力が調節できるものが望ましい。
作動流体として電気粘性流体を用いた緩衝器では、路面状況に応じて印加電界を変えることにより、減衰力を調節することが出来るので、自動車のサスペンションには好適な緩衝器である。
【０００４】
図３は、そのような従来の緩衝器を示す図である。まず、構成について説明する。図３において、１は緩衝器、２はピストンロッド、３はシール材、４Ａは上部ハウジング、４Ｂは中部ハウジング、４Ｃは下部ハウジング、４Ｃ−１は取付部、５Ａは上部ホルダー部、５Ｂは下部ホルダー部、６は電極円筒、７は連通孔、８は電極端子部、９はシリンダ、１０は電極端子部、１１はシリンダ上室、１２は制御用間隙、１３はピストン、１４は連通路、１５はチェックバルブ、１６はシリンダ下室、１７はリザーバ、１７−１は気体室、１８はシール材、１９は連通孔、２０はチェックバルブ、２１は連通路である。
【０００５】
ハウジングは導電性の材料で作られ、上部ハウジング４Ａと中部ハウジング４Ｂと下部ハウジング４Ｃとで構成され、シリンダ９の下部は下部ハウジング４Ｃに支持され、上部は上部ハウジング４Ａに支持されている。シリンダ９の外側には、制御用間隙１２を隔てて電極円筒６が配設されている。電極円筒６は、上部ホルダー部５Ａ，下部ホルダー部５Ｂにより、シリンダ９に支持されている。電極円筒６の外周面と各ハウジングとの間の隙間は、作動流体である電気粘性流体を蓄えておくリザーバ１７として利用される。リザーバ１７の下部には電気粘性流体が溜まっているが、その液面より上は空気等の気体が溜まっている。そこを気体室１７−１と呼ぶことにする。
【０００６】
シリンダ９内には、ピストンロッド２に連結されたピストン１３が挿入されている。ピストン１３の側面にはシール材１８が配設されており、ピストン１３より上側の室であるシリンダ上室１１と、下側の室であるシリンダ下室１６とを液密に分けている。ピストン１３の部分のうち、シリンダ下室１６を臨む部分には、チェックバルブ１５が設けられ、ピストン１３内には、該チェックバルブ１５からシリンダ上室１１に通ずる連通路１４が設けられている。
チェックバルブ１５は、シリンダ下室１６から連通路１４への方向（矢印Ｃの方向）のみ通流させるバルブである。
【０００７】
下部ハウジング４Ｃの部分のうち、シリンダ下室１６を臨む部分にはチェックバルブ２０が設けられ、下部ハウジング４Ｃ内には、該チェックバルブ２０からリザーバ１７に通ずる連通路２１が設けられている。チェックバルブ２０は、連通路２１からシリンダ下室１６への方向（矢印Ｄの方向）のみ通流させるバルブである。
また、シリンダ９の上部側壁には、シリンダ上室１１から制御用間隙１２へ通ずる連通孔７が設けられ、電極円筒６の下部側壁には、制御用間隙１２からリザーバ１７へ通ずる連通孔１９が設けられている。
【０００８】
作動流体としての電気粘性流体は、シリンダ下室１６，連通路１４，シリンダ上室１１，制御用間隙１２，連通路２１に満たされると共に、リザーバ１７の一部に満たされる。
電源からの電線（図示せず）は、電極端子部８と電極端子部１０とに接続される。どちらの端子部を正極あるいは負極としても構わないが、一般的には電極端子部１０が正極，電極端子部８が負極とされる。電極端子部１０は、ハウジングに開けられた穴に絶縁材を介して取り付けられ、その接触子１０−１にて電極円筒６に導電的に接触している。電極端子部８は、ハウジングを通じてシリンダ９に導電接続されている。従って、電極端子部８と電極端子部１０に電圧が印加されると、電極円筒６とシリンダ９との間、つまり制御用間隙１２の厚み方向に電圧が印加されることになる。制御用間隙１２を挟んで印加される電圧が大であればあるほど、その間にある電気粘性流体の見かけ上の粘度は大にされる。
【０００９】
従って、電極端子部８と電極端子部１０との間に大きな電圧が印加出来れば出来るほど、緩衝器で発生し得る減衰力の可変幅は大となる。しかし、この電圧は、リザーバ１７を形成する両側壁（電極円筒６とハウジング４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）間にも等しく印加される。
【００１０】
なお、自動車のサスペンション用緩衝器として利用可能な減衰力を発生させるには、制御用間隙１２において、２００ｍｍ程度の電極長さにわたり、数ＫＶ／ｍｍ程度の電界がかけられるようにする必要があることが知られている。電極の長さは緩衝器のサイズから決まるが、緩衝器のサイズは、自動車における設置スペースから制約を受ける。また、使用電源は高電圧のものほど高電界を発生し得るが、自動車に搭載される電源の電圧は、それほど高電圧ではない。
このようなことから、前記の電界を得るには、制御用間隙１２の厚み（つまり、電極間距離）を、約１ｍｍ程度にする必要がある。
【００１１】
次に動作を説明する。
（１）ピストン１３が下降する場合（圧縮時）の動作
ピストン１３が下降しようとすると、シリンダ下室１６側からチェックバルブ１５に加わる圧力が増加するので、シリンダ下室１６の電気粘性流体は、チェックバルブ１５と連通路１４を通って、シリンダ上室１１に流れる。一方、チェックバルブ２０もシリンダ下室１６側から圧力を受けるが、チェックバルブ２０は、シリンダ下室１６から連通路２１の方向への流れは阻止するから、電気粘性流体は連通路２１へは流れ込まない。
【００１２】
下降して来るピストンロッド２の体積増加分だけ電気粘性流体は押しのけられ、連通孔７を通って制御用間隙１２に入り、そこを通流して連通孔１９よりリザーバ１７へ流れ込む。その場合、制御用間隙１２に印加されている電界が大であれば、電気粘性流体の見かけ上の粘度も大となり、制御用間隙１２をなかなか通流しない。これは、ピストン１３の下降に対して大きな抵抗力となって作用する。つまり、大きな減衰力となって作用する。逆に印加電界が小であれば、見かけ上の粘度は小となり、電気粘性流体は制御用間隙１２を容易に通流することが出来、減衰力は小となる。
【００１３】
（２）ピストン１３が上昇する場合（伸縮時）の動作
ピストン１３が上昇しようとすると、シリンダ上室１１の体積が小とされるから、その中の電気粘性流体は、連通孔７を通って制御用間隙１２に入り、そこを通流して連通孔１９よりリザーバ１７に流れこむ。チェックバルブ１５の部分では、電気粘性流体が連通路１４からシリンダ下室１６に向かって流れ出ようとするが、この方向はチェックバルブ１５の阻止方向なので流れ出ることはない。
【００１４】
一方、シリンダ下室１６の体積は増加されるから、チェックバルブ２０には矢印Ｄの方向に圧力がかかる。チェックバルブ２０はこの方向には流し得るから、体積の増加分を埋めるべく、リザーバ１７の電気粘性流体は、連通路２１およびチェックバルブ２０を通ってシリンダ下室１６に流れこむ。
この場合も、ピストン１３を動かす力に対する減衰力は、制御用間隙１２に印加する電界を変えることによって調節することが出来る。
【００１５】
図４は、電気粘性流体を利用した緩衝器の減衰力特性を示す図である。横軸はピストン速度Ｖであり、縦軸は発生される減衰力Ｆであり、実線の曲線イは、制御用間隙１２に電界をかけない場合の特性を表し、点線の曲線ロは、許容される最大の電界を印加した場合の特性を表している。これらの曲線間の縦軸方向の長さ（図中の矢印Ｋで表す長さ）は、減衰力の可変範囲を示している。印加電界を変えることにより、この範囲で減衰力を任意に変えることが出来る。
【００１６】
なお、このような緩衝器に関する従来の文献としては、例えば、特開平６−174001号公報，特開平６−241264号公報，特開平６−241265号公報等がある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
（問題点）
しかしながら、前記した従来の緩衝器では、リザーバの径方向の厚みを小にすることが出来ず、緩衝器のサイズを小にすることが出来ないという問題点があった。
【００１８】
（問題点の説明）
シリンダ９への通電は、電極端子部８より導電性のハウジング（上部ハウジング４Ａ，中部ハウジング４Ｂ，下部ハウジング４Ｃ）を経て行われるから、シリンダ９と電極円筒６との間に電圧を印加すると、制御用間隙１２を横断する方向に電圧が印加されると同時に、リザーバ１７を横断する方向（径方向）にも電圧は印加されることになる。
【００１９】
電気粘性流体は、電界が印加されると、導電性を帯びた分散粒子が正電極と負電極との間に連なるように整列し、全体として幾らか導電性を帯びるという性質を有している。そのため、リザーバ１７内の電気粘性流体には、幾らかの電流が流れ、幾らかの電力が消費されることになる。しかし、この電力は、緩衝器としての減衰力発生には何ら寄与しないから、いわば無駄に消費される電力である。これが大きいと電源として高出力のものを用意しなければならないので、リザーバ１７での電力の消費は出来るだけ小に押さえる必要がある。そこで、リザーバ１７の径方向での電気抵抗を大にすべく、径方向の厚みを制御用間隙１２の厚みに比して充分に大となるように設計しているのが実情である。
【００２０】
しかしながら、自動車用のサスペンションとして利用する場合、それを取り付けるスペースを出来るだけ少なくしたいとか、車両重量を軽くしたいとか、コストを少なくしたいとかといった様々なことが要求されている。そのような要求に応えるためには、緩衝器のサイズを小にすることが必要であるが、従来のような構造の緩衝器では、前記したような制約から、緩衝器のサイズを小にするには限界があった。
本発明は、以上のような問題点を解決することを課題とするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明では、ピストンが挿入されたシリンダと、
該シリンダに外挿され、絶縁材製のホルダー部により該シリンダと制御用間隙を隔てて支持されている電極円筒と、該電極円筒とハウジングとの間の隙間を利用して形成されたリザーバと、ピストンの動きに従い前記シリンダ，前記制御用間隙，前記リザーバを通流する電気粘性流体と、前記シリンダと前記電極円筒との間に電圧を印加し、前記制御用間隙を通流する電気粘性流体の見かけ上の粘度を調節して減衰力を可変する緩衝器において、前記電極円筒の外周面またはハウジングの内周面のうち、少なくともいずれか一方の面の、少なくとも前記リザーバ内の電気粘性流体が接触する範囲に絶縁層を形成することとした。
【００２２】
また、リザーバ内の電気粘性流体と気体との境界を形成し、気密性で且つ絶縁性の弾性変形可能な材料で出来たベローズを、前記絶縁層の上方部分に取付けることとしてもよい。
【００２３】
（解決する作用の概要）
電極円筒の外周面またはハウジングの内周面に絶縁層を形成すると、電圧が印加されても、リザーバ内の両側壁間の絶縁は確保される。従って、リザーバ内の電気粘性流体に電流が流れることがなく、電力が消費されることもなくなる。
そのため、リザーバの径方向の厚みを小とすることが出来、緩衝器のサイズを小にすることが出来る。電源の出力は、リザーバ内の電気粘性流体で電力が消費されなくなるので、その分だけ低出力のものとすることが出来る。
【００２４】
また、絶縁層の上方部分をベローズとし、そのベローズによりリザーバ内の液体（電気粘性流体）と気体とを隔離すると、気体が電気粘性流体に混入しないようになる。電気粘性流体に気体が混入すると、緩衝器の減衰力が低下したり、応答性が悪化したりするので、混入しないよう緩衝器の取り扱いには充分注意する（例えば、逆さにしたり、横置きにしたりしないようにする）必要があった。しかし、混入する恐れがなくなるので、緩衝器の取り扱いが楽になる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態を示す図である。符号は図３のものに対応し、２２は絶縁層である。図３と同じ符号の部分は、同様のものであるので、それらの説明は省略する。
構成上、図３の従来例と相違する点は、リザーバ１７内の電気粘性流体が接触する範囲にある電極円筒６の外周面に、絶縁層２２を形成したという点である。電極端子部１０が電極円筒６の外周面に対して導電的に接触するための箇所は、電気粘性流体と接触する範囲より上方位置とされるから、その箇所には形成されないし、導電性を良好にしておく必要があることからも当然そこには形成されない。
絶縁層２２の形成は、ラバー等の絶縁材を巻き付けたり、絶縁材をコーティングしたりすることにより行われる。
【００２６】
電極円筒６の外周に絶縁層２２を形成すると、電気粘性流体が溜まっている電極円筒６とハウジングとの間には、絶縁層２２と電気粘性流体とが存在することになる。絶縁層２２の存在により、電極円筒６とハウジングとの間に電圧が印加された時、リザーバ１７内で消費される電力はなくなる。
【００２７】
電気粘性流体で消費されていた無駄な電力を供給する必要がなくなるので、電源は、従来よりも低出力のものとすることが出来る。また、電極円筒６とハウジングとの距離（言い換えれば、電極間距離）を短くしても、両者間の絶縁は絶縁層２２により充分に保たれているから、リザーバ１７の径方向の厚みを薄くして、緩衝器のサイズを小にすることが可能となる。
【００２８】
なお、図１では絶縁層２２を電極円筒６の外周面に形成するとしたが、絶縁層２２を形成した理由に照らして考えれば明らかなように、絶縁層は電極円筒６とハウジングとの間に存在すればよいから、電極円筒６の外周面と対向しているハウジング（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）の内周面に形成してもよい。
即ち、絶縁層は、リザーバ１７内の電気粘性流体が接触する範囲にある前記電極円筒６の外周面またはハウジングの内周面のうち、いずれか一方の面に形成すればよい。
【００２９】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態を示す図である。符号は図１のものに対応し、２２−１はベローズである。図１と同じ符号の部分は、同様のものであるので、それらの説明は省略する。ベローズ２２−１は、気密性で且つ絶縁性の弾性変形可能な材料（例、ラバー等）で作られる。
構成上、図１の第１の実施形態と相違する点は、絶縁層２２の上部にベローズ２２−１を取り付けたという点である。絶縁層２２とベローズ２２−１とは、一体になっていてもよいし、別体になっていてもよい。
【００３０】
ベローズ２２−１はリザーバ１７内で折り返された形とされ、その先端部は、電極円筒６の外周と対向しているハウジングの内壁に液密に密着させられている。該先端部は、該内壁に沿って移動自在となっていてもよいし、固着されていてもよい。
ベローズ２２−１より下方には、リザーバ１７の電気粘性流体が満たされるようにされる。つまり、ベローズ２２−１は、リザーバ１７内の液体（電気粘性流体）部分と気体部分（気体室１７−１）とを分ける境界を成している。
ピストン１３の動きに従い、リザーバ１７内の電気粘性流体の量が増減すると、それに応じてベローズ２２−１の中間部分の位置が上下する。
【００３１】
もし、リザーバ１７内で液体と気体とが直接接触していると、緩衝器を横置きにしたり逆さにしたりした時、液体中に気体が混入する。液体は非圧縮性の性質を有しているが、気体には圧縮性があるので、気体が混入した液体の非圧縮性は悪化する。また、封入されている気体が絶縁性の低い気体であった場合、その気体が混入した液体は、絶縁性が悪くなり、それを挟んで電圧を印加した時、低い電圧で放電してしまう。
【００３２】
リザーバ１７で気体が混入した液体は、ピストン１３の動きに従い制御用間隙１２にも移動して行く。
その結果、次のような好ましくない現象が生ずる。
▲１▼印加電圧が低い段階で、制御用間隙１２にて放電が生じてしまい、発生させられる減衰力が低下する。
▲２▼非圧縮性が悪くなるため、緩衝器の応答性が悪くなる。
【００３３】
しかし、第２の実施形態のように、電極円筒６の外周に形成する絶縁層２２をベローズ２２−１付きのものとして、リザーバ１７内の液体と気体とをベローズ２２−１という境界部材で明確に分けると、緩衝器を横置きにしたり逆さにしたりしても気体が混入することがない。従って、第１の実施形態で奏する効果（緩衝器のサイズを小に出来るという効果）の外に、前記したような好ましくない現象が生ずるのを防止すると共に、緩衝器の運搬時等での取り扱いが楽になる。
【００３４】
なお、図２では電極円筒６の外周に絶縁層２２を形成し、その上方にベローズ２２−１を取り付けた例を示しているが、第１の実施形態でも述べたように、絶縁層２２はハウジングの内周面の方に形成することも出来る。そちらに形成した場合は、ベローズもハウジングの内周面に形成した絶縁層の、上方部分に取り付けられることになることは言うまでもない。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明の緩衝器によれば、次のような効果を奏する。
（請求項１の効果）
▲１▼ 電極円筒の外周等に形成した絶縁層のため、リザーバ内の電気粘性流体で消費される電力がなくなるので、リザーバの径方向の厚みを小とすることが出来、緩衝器のサイズを小にすることが出来る。
▲２▼ リザーバ内の電気粘性流体で電力が消費されなくなるので、電源の出力は、その分だけ低出力のものとすることが出来る。
【００３６】
（請求項２の効果）
請求項１の効果の他に、次のような効果を奏する。
▲１▼ ベローズによりリザーバ内の液体（電気粘性流体）と気体とが隔離され、気体が電気粘性流体に混入することがないので、緩衝器の取り扱いが楽になると共に、緩衝器の減衰力が低下したり、応答性が悪化したりすることがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す図
【図２】本発明の第２の実施形態を示す図
【図３】従来の緩衝器を示す図
【図４】電気粘性流体を利用した緩衝器の減衰力特性を示す図
【符号の説明】
１…緩衝器、２…ピストンロッド、３…シール材、４Ａ…上部ハウジング、４Ｂ…中部ハウジング、４Ｃ…下部ハウジング、４Ｃ−１…取付部、５Ａ…上部ホルダー部、５Ｂ…下部ホルダー部、６…電極円筒、７…連通孔、８…電極端子部、９…シリンダ、１０…電極端子部、１１…シリンダ上室、１２…制御用間隙、１３…ピストン、１４…連通路、１５…チェックバルブ、１６…シリンダ下室、１７…リザーバ、１８…シール材、１９…連通孔、２０…チェックバルブ、２１…連通路、２２…絶縁層、２２−１…ベローズ

Claims

ピストンが挿入されたシリンダと、
該シリンダに外挿され、絶縁材製のホルダー部により該シリンダと制御用間隙を隔てて支持されている電極円筒と、
該電極円筒とハウジングとの間の隙間を利用して形成されたリザーバと、
ピストンの動きに従い前記シリンダ，前記制御用間隙，前記リザーバを通流する電気粘性流体と、
前記シリンダと前記電極円筒との間に電圧を印加し、前記制御用間隙を通流する電気粘性流体の見かけ上の粘度を調節して減衰力を可変する緩衝器において、
前記電極円筒の外周面またはハウジングの内周面のうち、少なくともいずれか一方の面の、少なくとも前記リザーバ内の電気粘性流体が接触する範囲に絶縁層を形成した
ことを特徴とする緩衝器。
リザーバ内の電気粘性流体と気体との境界を形成し、気密性で且つ絶縁性の弾性変形可能な材料で出来たベローズを、前記絶縁層の上方部分に取付けたことを特徴とする請求項１記載の緩衝器。