JP3979825B2

JP3979825B2 - 磁気回路を利用した除振装置

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Publication number: JP3979825B2
Application number: JP2001347951A
Authority: JP
Inventors: 悦則藤田; 芳美榎; 裕樹大下
Original assignee: Delta Tooling Co Ltd
Current assignee: Delta Tooling Co Ltd
Priority date: 2000-11-15
Filing date: 2001-11-13
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2021-11-13
Also published as: JP2002213529A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気回路を利用した除振装置に関し、例えば、自動車、電車、船舶などの乗物のシートに用いられるサスペンションユニットやエンジンマウント等における除振構造に組み込むことができるの磁気回路を利用した除振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
剛性を確保するために、内部減衰の少ない材料で構成されることが多い機械や構造物の振動・騒音対策として、様々な制振材、制振器、制御方法が提案されている。
【０００３】
特に、乗物については高速化が進み、人体の振動暴露による肉体や神経系の損傷が問題とされている。これらは、疲労、頭痛、肩こり、腰痛、視力低下などの症状として表れる。通常、振動絶縁については、金属バネ、空気バネ、ゴム、粘弾性材料、ダンパといったバネと減衰材を最適に組み合わせて用いるが、この組合せは、動倍率と損失係数のように背反関係にあることが多い。すなわち、低周波特性を改善するために動倍率を小さくすれば、損失係数の小さい硬いバネになり高周波特性が悪くなる。高周波特性を改善するために損失係数を上げれば、減衰材に近く動倍率の大きい柔らかいバネになり、低周波特性が悪くなる。そのため、動吸振器を含めた受動制振装置や準能動・能動制御により振動を抑制する試みが数多くなされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような中で、近年、減衰装置として磁気バネ構造を使用し、これに、金属バネやゴム等の弾性部材や緩衝部材を組み合わせることにより、全体のバネ定数を擬似的に略０に設定できる除振機構が知られている。本出願人も種々の磁気バネ構造を利用した除振機構を提案しており、磁気バネ構造とショックアブソーバを共通のリンク機構に併設し、磁気バネ構造で除振する一方で、大きな入力振動に伴う大変位に対しては、ショックアブソーバの減衰力により底付きを防止する機構も提案している。
しかしながら、磁気バネ構造とショックアブソーバを併設した場合には、全体的に大型化し、構造が複雑となる。従って、磁気バネ構造による除振機能とショックアブソーバによる減衰機能との両方を、簡易な構成で実現し、小型化に資する除振装置の開発が望まれている。
一方、従来提案されている除振機構は、上下方向の振動を制御する１自由度系か、あるいはこれに前後左右の振動を制御可能に設計された３自由度系のものしか提案されていない。上記のようにショックアブソーバを併設したものにあっては１自由度系のみであり、コンパクトな設計でありながら、３次元におけるＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の振動と各軸回りの回転も加えた６自由度の振動を制御可能でかつ粘性減衰機能を備えた除振機構は未だ提案されていない。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、簡易な構成で小型化が可能な粘性減衰機能を備えた除振装置を提供することを課題とする。また、本発明は、６自由度の振動を制御可能であると共に、大きな振動が入力された場合には粘性減衰機能を発揮することができ、しかもコンパクトな構造とすることができる磁気回路を利用した除振装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明者は、まず、軸方向における所定の変位量範囲において負のバネ定数を生じさせる磁気回路を利用して１自由度系の磁気バネ構造を形成すると共に、この磁気バネ構造のケーシングを利用して粘性液体を用いたダッシュポット系を構成することに着目した。また、Ｘ軸、Ｙ軸方向への可動部材の位置ずれ、すなわち回転方向を含む他の方向への変位を復元する復元機構と、正のバネ定数をもち、前記磁気バネ構造とによって所定の変位量範囲における重畳したバネ定数を擬似的に略０に設定できる弾性部材を設置することで、コンパクトな構造でありながら６自由度の振動を制御可能であることに着目し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、請求項１記載の本発明では、ケーシングに対して軸方向に沿って相対的に移動可能に配設された可動部材と、
前記可動部材に固定される可動側磁石と、
前記ケーシング内に固定配置され、前記可動側磁石とにより、前記可動部材の軸方向における所定の変位量範囲のバネ定数が負となる磁界を形成する固定側磁石と、
前記可動部材をケーシングの底壁に対して離間する方向に付勢し、前記可動側磁石と固定側磁石とにより形成される磁界の磁力と弾性力との重畳されたバネ定数が、軸方向における所定の変位量範囲において略０となるように設定する弾性部材と、
前記可動部材の軸方向への変位量が所定以上に至ると、可動部材に押圧されて移動し、前記ケーシング内に充填された粘性液体を押圧して流体抵抗を生じさせるピストンとを備えてなり、
前記ピストンは、外周面がケーシングの内周面に摺接可能な外径を有する所定の厚みの環状のネット部材と、このネット部材の上面及び下面に積層される円形プレートとを具備して構成され、前記可動部材のケーシングに対する軸方向への所定以上の変位に伴ういずれかの円形プレートが受ける流体圧力によって、前記ネット部材が変形して網目が小さくなり、この網目が流体抵抗を生じさせるオリフィスとして機能するものであって、かつ、前記ネット部材が、所定間隔をおいて配置された表面メッシュ層と裏面メッシュ層とを有すると共に、表面メッシュ層と裏面メッシュ層との間に、対向方向に多数のパイルが配置されるようにして該メッシュ層同士を結合した三次元構造であることを特徴とする磁気回路を利用した除振装置を提供する。
請求項２記載の本発明では、前記可動部材の、軸方向を除いた回転方向を含む他の方向への変位を復元させる復元機構を具備することを特徴とする請求項１記載の磁気回路を利用した除振装置を提供する。
請求項３記載の本発明では、前記復元機構が、前記可動部材の周囲に当接し、可動部材の前記他の方向への変位に伴って変位する連動部材と、この連動部材と前記ケーシングとの間に介在配設され、弾性復元力により原位置に復元させるゴム部材とを具備して構成されることを特徴とする請求項２記載の磁気回路を利用した除振装置を提供する。
請求項４記載の本発明では、前記復元機構が、前記可動部材の周囲に当接し、可動部材の前記他の方向への変位に伴って変位する連動部材と、この連動部材に取り付けられる第１の復元用磁石と、前記ケーシングに取り付けられる第２の復元用磁石とを備えて構成され、第１の復元用磁石と第２の復元用磁石とがその磁力により常時正対する位置に付勢されるように着磁されていることを特徴とする請求項２記載の磁気回路を利用した除振装置を提供する。
請求項５記載の本発明では、前記固定側磁石が、前記ケーシング内で可動側磁石の外側と内側に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の磁気回路を利用した除振装置を提供する。
請求項６記載の本発明では、前記弾性部材が金属バネから構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載の磁気回路を利用した除振装置を提供する。
請求項７記載の本発明では、前記可動部材を構成する可動シャフト回りに固定される可動蓋部材に連結され、この可動蓋部材を、ケーシング又は復元機構を構成する部材のいずれかに対して所定間隔をおいて支持可能であり、ケーシング又は復元機構を構成する部材のいずれかに当接することにより、前記可動部材の下方向への移動範囲を規制する機能と、ケーシング内に充填される粘性液体の漏れを防止する機能とを兼ね備えた環状シール部材を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１に記載の磁気回路を利用した除振装置を提供する。
【０００８】
【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更に詳しく説明する。図１及び図２は本発明の第１の実施形態に係る除振装置１０を示し、図１はその断面図、図２は分解斜視図である。
【０００９】
この除振装置１０は、ケーシング２０と、可動部材３０とを有して構成される。ケーシング２０は、略円筒形状の外筒部２１と、該外筒部２１の底部開口を閉塞する環状の底壁部材２２とを有している。外筒部２１の底部開口を形成する部位は内方に突出する内向きフランジ部２１ａからなり、底壁部材２２は、この内向きフランジ部２１ａ上に、シール部材としてのゴム等からなるパッキン２１ｂを介して配設されている。環状の底壁部材２２の孔部には、後述する金属バネ５０を支持する底部側突出軸２３が突設されている。また、外筒部２１の上端縁には、内方に突出すると共に、略中央部に可動シャフト３１の直径よりも大きな径で形成されたシャフト突出孔２４ｂを有する環状上蓋部２４が設けられている。
【００１０】
さらに、本実施形態では、外筒部２１の内側に積層され、底壁部材２２の下端縁を当接させて配設される筒状のヨーク２５を備えていると共に、このヨーク２５と同径で形成され、該ヨーク２５の上端縁と環状上蓋部２４との間に配設される内筒部２６を備えている。内筒部２６の内面は、後述のピストン３５が摺接する摺接面として機能する。
【００１１】
ヨーク２５の内側には、固定側磁石２７が固定配設される。固定側磁石２７は環状に形成され、かついずれも径方向に着磁された２枚の永久磁石２７ａ，２７ｂの積層体からなり、異極同士が積層方向に隣接するように設けられている。なお、固定側磁石２７は、可動側磁石３７を可動部材３０の動作方向に付勢する磁界を形成できればよく、使用する永久磁石の形状、積層数、着磁方向等はこれに限定されるものではない。
【００１２】
可動部材３０は、ケーシング２０に対し、その軸方向に沿って相対的に移動可能に配設される。可動部材３０は、環状上蓋部２４のシャフト突出孔２４ｂからケーシング２０の外方に突出する可動シャフト３１を有しており、この可動シャフト３１における外方に突出している部位が負荷質量を支持するフレーム等に連結される。
【００１３】
可動シャフト３１の中途には、外周面が断面円弧状に加工された金属製のリング部材３１ａが装着されている。一方、上記の環状上蓋部２４の下面には、環状のゴム部材２４ａが固着されていると共に、このゴム部材２４ａの下面には、図１において断面略Ｌ字型に加工された金属製の連動部材２８が固着されている。連動部材２８の端面には、摩擦抵抗を小さくする加工が施された当接板２８ａが固着されており、該当接板２８ａを介してリング部材３１ａの外周面に当接している。これにより、可動シャフト３１が、図１において軸心から横方向（Ｘ軸、Ｙ軸方向）、回転方向あるいはねじれ方向に変位した場合には、ゴム部材２４ａのせん断応力により、変位した位置から軸心位置（原位置）に可動シャフト３１を復帰させることができる。
【００１４】
可動シャフト３１の先端には、ケーシング２０の直径よりも外径の小さな円板部材３２が設けられていると共に、先端に可動側磁石３７を備えた磁石保持用筒部材３３が設けられている。磁石保持用筒部材３３は、その軸方向中途に、外周に突出させたフランジ部３３ａを有しており、このフランジ部３３ａが上記円板部材３２に対して所定の間隙を有して対峙するように配置されている。なお、フランジ部３３ａの外径は、円板部材３２とほぼ同径で、ケーシング２０の直径よりも小さく形成されている。
【００１５】
円板部材３２とフランジ部３３ａとにより形成される間隙には、ピストン３５が配置される。このピストン３５は、ケーシング２０内に充填された粘性液体を押圧して流体抵抗を生じさせるものであり、かかる機能を果たすものであればよいが、ピストン３５がケーシング２０に対し、相対的に僅かでも動くと減衰作用が機能するように設定すると、例えば、１ｍｍ以下の小振幅の振動を除振することが困難となる。従って、ピストン３５は、振動の大きさが所定以上となった場合に、減衰作用が機能する構成とすることが好ましい。
【００１６】
このため、本実施形態では、ピストン３５として、上記の円板部材３２とフランジ部３３ａとにより形成される間隙に挿入可能な所定の厚みを有すると共に、外周面がケーシング２０の内周面に摺接可能な外径を有する環状のネット部材３５１と、このネット部材３５１の上面と円板部材３２との間に配設される第１の円形プレート３５２と、ネット部材３５１の下面とフランジ部３３ａとの間に配設される第２の円形プレート３５３とを有する構造のものを用いている。なお、第１及び第２の円形プレート３５２，３５３は、外径が円板部材３２及びフランジ部３３ａの外径よりも大きい一方で、ネット部材３５１の外径よりも小さく形成されている。
【００１７】
この結果、振動が小さい場合には、ピストン３５がケーシング２０に対して相対的に移動しても、ネット部材３５１はほとんど変形せず、その網目を通じて粘性液体が流動することになるため、流体抵抗が発揮されないが、所定以上の振動となった場合には、第１及び第２の円形プレート３５２，３５３にかかる圧力によってネット部材３５１が変形して網目が小さくなりオリフィスとして機能し、減衰性能を発揮するものである。
【００１８】
ネット部材３５１の外径は、上記のように、各円形プレート３５２，３５３よりも大きく、ケーシング２０の内周面に摺接し得る大きさを有している。これにより、可動シャフト３１が、例えば、ねじれ方向に動作したとしても、ケーシング２０の内周面との摺接状態が損なわれることがなく、ケーシング２０の内周面との間に隙間が生じて減衰性能が減殺してしまうことを防止することができる。また、ネット部材３５１及び各円形プレート３５２，３５３のいずれも、その内径が、フランジ部３３ａを備えた磁石保持用筒部材３３の外周面との間に、所定の間隙を形成し得る程度に形成されており、可動シャフト３１の横方向への動きを許容している。
【００１９】
ピストン３５を構成するネット部材３５１は、所定の厚みを有する立体メッシュ構造であることが好ましく、例えば、所定間隔をおいて配置された表面メッシュ層と裏面メッシュ層とを有すると共に、表面メッシュ層と裏面メッシュ層との間に、対向方向に多数のパイルが配置されるようにして該メッシュ層同士を結合した三次元構造のものを用いることができる。
【００２０】
図３は、このネット部材３５１の構造を示すものである。このうち、表面メッシュ層３５１ａは、例えば、図４に示したように、単繊維を撚った糸から、ハニカム状（六角形）のメッシュを有する構造に形成されている。裏面メッシュ層３５１ｂは、例えば、図５に示したように、単繊維を撚った糸をゴム編みにして形成され、表面メッシュ層３５１ａのハニカム状のメッシュよりも小さなメッシュ（細目）を有する構造に形成されている。パイル３５１ｃは、単繊維又は糸で形成し、表面メッシュ層３５１ａと裏面メッシュ層３５１ｂとが所定の間隔を保持するように、該表面メッシュ層３５１ａと裏面メッシュ層３５１ｂとの間に編み込んだもので、この立体メッシュニットとなっているネット部材３５１に所定の剛性を付与している。なお、本明細書中、単に「繊維」と述べた場合には、単繊維（モノフィラメント）と糸（マルチフィラメント）の両者のほか、紡績糸等をも含む意味である。
【００２１】
表面メッシュ層３５１ａ、裏面メッシュ層３５１ｂ又はパイル３５１ｃを構成する繊維の材料としては、熱可塑性樹脂が好ましい。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などに代表される熱可塑性ポリエステル樹脂類、ナイロン６、ナイロン６６などに代表されるポリアミド樹脂類、ポリエチレン、ポリプロピレンなどに代表されるポリオレフィン樹脂類、あるいはこれらの樹脂を２種類以上混合した樹脂などを用いることができる。
【００２２】
パイル３５１ｃを構成する繊維の太さは、例えば、３８０ｄ以上で、好ましくは６００ｄ以上がよい。これにより、小振幅の範囲でのパイル３５１ｃの倒れによるつぶれを防止できる一方、振幅範囲が所定以上になった場合には、パイル３５１ｃの倒れによって、網目を小さくしてオリフィスとして機能させることができる。
【００２３】
表１に、ピストン３５に用いることができる三次元構造のネット部材３５１の諸特性を例示する。
【００２４】
【表１】

【００２５】
表１において、「ｄ」はデニールを表し、１ｄは１グラムの繊維を９，０００ｍ引っ張ったときの太さの単位であり、例えば、２２０ｄは１グラムの繊維を９，０００／２２０＝４０．９ｍ引っ張ったときの太さの繊維である。「ｆ」はフィラメントを表し、単繊維の数を示す単位で、例えば、７０ｆは７０本の単繊維で１本の糸を構成していることを意味する。引張強度の「ｋｇ／５ｃｍ」は、５ｃｍ幅のものを引っ張ったときの強度である。パイル組織の「パラレル」は表面メッシュ層３５１ａと裏面メッシュ層３５１ｂとを連結するパイル３５１ｃが側面から見て交差していない状態をいい、「クロス」とは側面から見て交差している状態をいう。
【００２６】
磁石保持用筒部材３３の下端には、可動側磁石３７が接着などにより固定されて支持される。可動側磁石３７は、磁石保持用筒部材３３とほぼ同径の環状の永久磁石から構成され、厚み方向に着磁されていると共に、固定側磁石２７を構成する積層された永久磁石２７ａ，２７ｂの内面の磁極配置に対応させて、上側にＮ極を、下側にＳ極を位置させている。これにより、固定側磁石２７と可動側磁石３７との相対位置の変化に伴い、吸引力の作用が大きくなったり、反発力の作用が大きくなったりして、固定側磁石２７と可動側磁石３７との相対的な位置関係によって両者により構成される磁気バネの動的バネ定数が変化する。
【００２７】
図６は、図１及び図２に示したものと同様の構成の固定側磁石２７に対して、上方向から下方向に向かって可動側磁石３７をストローク４０ｍｍで変位させた際の荷重−変位特性を示す図である。この図において、荷重の正の値は、固定側磁石２７及び可動側磁石３７間の反発力を示し、負の値は、固定側磁石２７及び可動側磁石３７間の吸引力を示している。また、変位量２０ｍｍの位置が、図１に示したように、固定側磁石２７の軸方向ほぼ中央で可動側磁石３７が対峙する位置である。
【００２８】
この図から明らかなように、可動側磁石３７が固定側磁石２７に接近するに従って徐々に反発力が大きくなり、反発力が最大となる変位量約１５ｍｍのａ点に至るまでは、変化曲線の傾きとして現れるバネ定数が正の値を示す一方で、このａ点から吸引力が最大となる変位量約２５ｍｍのｂ点に至るまでは、バネ定数が負の値を示す。一方、弾性部材である後述の金属バネ５０は、図６に示したように、線形のバネ定数を示す。従って、固定側磁石２７と可動側磁石３７とにより構成される磁気バネ構造において、バネ定数負の値を示す範囲を利用可能な位置に、可動側磁石３７を位置させると共に、絶対値がほぼ同じバネ定数を正の値でもつ金属バネ５０を用いることにより、図６に示したように、両者の重畳したバネ定数が変位量約１５ｍｍ〜約２５ｍｍの範囲において略０となる。なお、バネ定数略０の範囲を有効に活用するため、可動シャフト３１に負荷質量を連結支持させた状態で、図６に示した変位量約２０ｍｍの位置に相当する、固定側磁石２７の軸方向ほぼ中央で可動側磁石３７が対峙するように初期設定することが好ましい。
【００２９】
ここで、ケーシング２０の環状上蓋部２４と内筒部２６との境界付近には、連動部材２８の取付位置よりも、下面が下方に突出する大きさで形成された上方向ストッパ部材２９が配設されている。上方向ストッパ部材２９は、ゴム、合成樹脂等から形成され、可動部材３０がケーシング２０に対して相対的に上方向に大きく振動した際に、円板部材３２がこの上方向ストッパ部材２９に当接することで、可動部材３０の上方向への動作範囲が規制されるものである。
【００３０】
また、可動シャフト３１におけるリング部材３１ａよりも上部位置には、該可動シャフト３１の外周面に溶接等により可動蓋部材４０が固着されている。また、内周部がこの可動蓋部材４０の下面に固着され、外周部がケーシング２０の外筒部２１の外周面に固着される、ゴム等からなる環状シール部材４１が配設されている。この環状シール部材４１は、ケーシング２０内に充填される粘性液体の漏れを防止するものであるが、内周部付近には、他の部位よりも厚い肉厚部４１ａが形成されている。可動シャフト３１に固着された可動蓋部材４０は、ゴム等からなる環状シール部材４１を介してケーシング２０に連結されているため、可動シャフト３１と共に上下動する。従って、可動シャフト３１がケーシング２０に対して相対的に下方向に大きく振動した場合には、環状シール部材４１の肉厚部４１ａがケーシング２０の環状上蓋部２４の上面に当接することになり、可動部材３０の下方向への動作範囲を規制して底付きを防止する機能も果たす。また、可動シャフト３１が回転方向（ねじれ方向）に変位した際には、可動蓋部材４０を介して連結されたこの環状シール部材４１は、その弾性力により、変位位置から原位置へ復帰させる機能を果たす。
【００３１】
金属バネ５０は、本実施形態では、可動部材３０をケーシング２０の底壁部材２２から離間する方向に付勢するコイルスプリングからなり、底壁部材２２に支持させた底部側突出軸２３と磁石保持用筒部材３３の上端面から図において下方に突出させた支持軸３３ｂとの間に配設している。金属バネ５０の配設位置は、もちろんこれに限定されるものではなく、後述する第２の実施形態のようにケーシング２０の外周部に配設する構成とすることも可能である。
【００３２】
なお、本実施形態では、図１及び図２に示したように、ケーシング２０の底壁部材２２の下面に環状の補助用ゴム部材６０を積層した上で、車体フレーム等に固定するための取付ボルト６１を突出配置した取付板６２を有している。これは、取付の際の便宜のためであるが、底壁部材２２と取付板６２間の補助用ゴム部材６０は、上記の可動シャフト３１の軸回りに位置するゴム部材２４ａと共に、可動部材３０が図１において横方向やねじれ方向等に動作した際に、せん断応力によって軸心位置に復帰させる機能を果たす。特に、可動部材３０の横方向等への位置ずれが大きい場合でも、可動部材３０を迅速に原位置に復帰させるために、補助的に設けたものである。
【００３３】
本実施形態の除振装置１０によれば、入力振動が所定以下の振幅の範囲内の場合には、図６に示したように、固定側磁石２７と可動側磁石３７とにより構成される磁気バネ構造と、弾性部材である金属バネ５０との重畳したバネ定数が略０であるため、入力振動の伝達を遮断することができる。この際、ピストン３５を構成するネット部材３５１はその網目がほとんとつぶれないことから、オリフィスとしては機能せず、粘性液体が圧縮されない。微振動範囲において、ピストン３５、ケーシング２０及び粘性液体から構成されるダッシュポット系が作用すると、入力振動に伴う固定側磁石２７及び可動側磁石３７の相対変位と金属バネ５０の弾性力を利用したバネ定数を略０にする除振メカニズムの機能が損なわれることになる。しかしながら、本実施形態によれば、ネット部材３５１の網目は流体圧力を受けて所定以上変形しないとオリフィスとして機能しないため、磁気バネ構造による除振機能を有効に活用できる。
【００３４】
その一方、振幅の大きい大入力が加わった場合には、ピストン３５を構成するネット部材３５１がつぶれ、網目が小さくなるため、この網目がオリフィスとして機能して流体抵抗を発生させ、衝撃を吸収し、底付きを抑制する。
【００３５】
また、可動シャフト３１を含む可動部材３０が軸心から横方向やねじれ方向等に位置ずれした場合には、可動シャフト３１に装着されたリング部材３１ａによって、連動部材２８を介してケーシング２０の上部付近に配設されたゴム部材２４ａがせん断方向に変形するため、そのせん断応力により、ずれた位置から軸心位置（原位置）に可動シャフト３１を速やかに復帰させる。また、可動部材３０の軸心からの横方向やねじれ方向の位置ずれに伴って、環状シール部材４１及び金属バネ５０も変形すると共に、可動部材３０の横方向等への位置ずれが大きい場合には、上記の補助用ゴム部材６０も変形し、その弾性復元力によって可動シャフト３１を含む可動部材３０を原位置に復帰させるように機能する。
【００３６】
この結果、可動部材３０とケーシング２０との相対位置の変化が上下方向の場合だけでなく、軸心から横方向やねじれ方向等に相対変位しても、復元機構として機能する上記のゴム部材２４ａ、環状シール部材４１、金属バネ５０及び補助用ゴム部材６０により、可動部材３０に保持された可動側磁石３７とケーシング２０に保持された固定側磁石２７との相対位置が、速やかに設計位置に復帰する。このため、可動部材３０が回転方向を含むいずれの方向に変化しても、入力振動に伴う固定側磁石２７及び可動側磁石３７の上下方向の相対変位と金属バネ５０の弾性力を利用したバネ定数を略０にする除振メカニズムにより、振動を絶縁することができる。
【００３７】
図７及び図８は、本発明の第２の実施形態に係る除振装置１０を示す。これらの図において、図１及び図２に示したものと同一符号の部材は同じ機能を果たす部材を示す。本実施形態においては、まず、固定側磁石２７０が、外側磁石２７１と内側磁石２７２とから構成される点で、上記第１の実施形態の固定側磁石２７と相違する。外側磁石２７１は、第１の実施形態の固定側磁石２７と同様であり、環状に形成されてケーシング２０の内周面に固定配設される。また、２つの環状の永久磁石２７１ａ，２７１ｂが積層されて構成され、その磁極の向きについても第１の実施形態の固定側磁石２７と同様に構成されている。内側磁石２７２は、底壁部材２２の略中央部に配設された底部側突出軸２３の外周に固定される。内側磁石２７２は、環状の２つの永久磁石２７２ａ，２７２ｂが底部側突出軸２３の外周に上下に２段積層されて固定されている。この永久磁石２７２ａ，２７２ｂは、厚み方向に着磁され、上段の永久磁石と下段の永久磁石とが互いに吸引し合う方向に積層されていると共に、可動側磁石３７の磁極配置に対応させて、上段の永久磁石はＮ極が、下段の永久磁石はＳ極がそれぞれ可動側磁石３７に対峙するように配設されている。
【００３８】
本実施形態においては、このように、固定側磁石２７０が、可動側磁石３７の外側に配置される外側磁石２７１と、可動側磁石３７の内側に配置される内側磁石２７２とを有して構成される。可動側磁石３７からは、磁力線が外方と内方に出るが、上記した第１の実施形態では、固定側磁石２７が可動側磁石３７の外側にしか配置されていないため、可動側磁石３７から内方に出る磁力線の利用効率が悪い。これに対し、本実施形態によれば、可動側磁石３７の内側にも固定側磁石２７０を構成する内側磁石２７２が配置されているため、可動側磁石３７から出る磁力線の利用効率を向上させることができる。
【００３９】
また、本実施形態では、可動シャフト３１の中途に装着されるリング部材３１ａの周面に当接する断面略Ｌ字型の連動部材２８が、ケーシング２０の環状上蓋部２４の上方に位置するように配設される。そして、連動部材２８とケーシング２０の環状上蓋部２４との間にゴム部材２４０が配設されており、このゴム部材２４０によって可動シャフト３１の軸心からの横方向やねじれ方向等への位置ずれをせん断応力により修正することができる。ゴム部材２４０は、環状上蓋部２４の上面に積層可能な環状に形成されていると共に、連動部材２８と環状上蓋部２４とを連結してせん断応力を発揮する連結部２４１と、連結部２４１から環状上蓋部２４の内周縁を通過し、該環状上蓋部２４の下面に回り込んで固着され、円板部材３２が上方向に大きく振動した際に当接する上方向ストッパ部２４２とを有している。また、連結部２４１の外周には、上方に立ち上がる外周壁部２４３を有し、さらに、その上部から内方に屈曲された内側突出部２４４は、可動シャフト３１の外周面に溶接等により取り付けられた可動蓋部材４０の下面に固着されている。本実施形態のゴム部材２４０は、このように外周壁部２４３と内側突出部２４４とを有しているため、上記第１の実施形態における環状シール部材としての機能、すなわち、粘性液体の漏れ防止機能と、可動部材３０の下方向への動作範囲の規制部材としての機能を果たす。
【００４０】
なお、本実施形態の可動蓋部材４０は、ケーシング２０の筒状部の直径よりも外径が大きく形成されている。また、ケーシング２０の底壁部材２２及び取付板６２の外径もケーシング２０の筒状部の直径より大きく、該筒状部の下部を底壁部材２２及び取付板６２の外周縁に沿わせて抱持させ、下部フランジ２０１を形成している。そして、ケーシング２０の外周であって、可動蓋部材４０と下部フランジ２０１との間に、弾性部材として、コイルスプリングからなる金属バネ７０を配設している。
【００４１】
本実施形態の除振装置１０の場合も、上記第１の実施形態と同様に、固定側磁石２７０と可動側磁石３７とにより構成される磁気バネ構造と、金属バネ７０との重畳したバネ定数を略０に設定できるため、入力振動が所定以下の振幅の範囲内の場合には、ピストン３５、ケーシング２０及び粘性液体から構成されるダッシュポット系が作用せずに、この磁気バネ構造により、入力振動の伝達を遮断する。その一方、振幅の大きい大入力が加わった場合には、ピストン３５を構成するネット部材３５１がつぶれ、網目が小さくなるため、この網目がオリフィスとして機能して流体抵抗により、衝撃を吸収し、底付きを抑制する。
【００４２】
可動シャフト３１を含む可動部材３０が、軸方向を除いた他の方向、例えば、軸心から横方向やねじれ方向等に位置ずれした場合には、可動シャフト３１に装着されたリング部材３１ａによって、連動部材２８を介してゴム部材２４０の連結部２４１がせん断方向に変形すると共に、金属バネ７０も変形するため、これらの弾性復元力によって可動シャフト３１を含む可動部材３０を原位置に復帰させることができる。この結果、可動部材３０がケーシング２０に対して軸心から横方向やねじれ方向等へ相対変位しても、これを速やかに復元させ、入力振動に伴う固定側磁石２７及び可動側磁石３７の上下方向の相対変位と金属バネ７０の弾性力を利用したバネ定数を略０にする除振メカニズムにより除振することができる。
【００４３】
なお、ケーシング２０と可動蓋部材４０との間には、ゴム部材２４０の外周壁部２４３が形成されているが、この外周壁部２４３は、その肉厚を、固定側磁石２７及び可動側磁石３７の上下方向の相対変位と金属バネ７０の弾性力とを重畳したバネ定数が略０となる変位量範囲において座屈するように設定されている。この結果、ゴム部材２４０の外周壁部２４３のバネ力を考慮せずに、固定側磁石２７及び可動側磁石３７の上下方向の相対変位と、金属バネ７０の弾性力とにより、バネ定数略０となる変位量範囲を設定することができる。但し、この外周壁部２４３をこのように所定の変位量範囲において座屈するように設計するのではなく、正のバネ定数を発揮し得るように設計することもできる。この場合には、金属バネ７０とこの外周壁部２４３とを合わせた弾性力による正のバネ定数に対して、固定側磁石２７及び可動側磁石３７により発揮される負のバネ定数の大きさを調整し、両者を重畳したバネ定数が略０となるように設定する。
【００４４】
また、可動部材３０が上方向へ大きく振動した場合には、円形部材３２がゴム部材２４０の上方向ストッパ部２４２に当接し、上方向への動作範囲が規制される。一方、可動部材３０が下方向へ大きく振動した場合には、可動蓋部材４０に固着されたゴム部材２４０の内側突出部２４４が連動部材２８に当接することにより、下方向への動作範囲が規制される。
【００４５】
図９〜図１１は、本発明の第３の実施形態に係る除振装置１０を説明するための図である。本実施形態の除振装置１０は、第１の実施形態のものとほぼ同様の構造であるが、可動部材３０の復元機構を、第１の実施形態のゴム部材２４ａに代えて、磁石を用いた構成した点で相違する。
【００４６】
すなわち、可動部材３０の横方向等への位置ずれに伴って変位する連動部材２８の上面に固着される第１の復元用磁石２５０と、ケーシング２０の環状上蓋部２４の下面に固着される第２の復元用磁石２５１とを備えて構成されている。いずれかの復元用磁石、本実施形態では第２の復元用磁石２５１における第１の復元用磁石２５０との対向面には、摩擦抵抗を低減する非磁性材料からなる摺動板２５２が積層されており、可動部材３０の横方向等への変位に伴って、第１の復元用磁石２５０が摺動板２５２に対して相対的に摺動する。
【００４７】
第１の復元用磁石２５０と第２の復元用磁石２５１は、いずれも環状に形成され、常態において異極同士が対面するように着磁されており、さらには、可動部材３０とケーシング２０とが相対変位した場合に、第１の復元用磁石２５０と第２の復元用磁石２５１とが正対する方向に常時付勢されるように着磁されている。本実施形態の第１の復元用磁石２５０と第２の復元用磁石２５１は、図１０に示したように、いずれも環状に形成されている一方で、Ｎ極とＳ極とが円周方向に沿って交互に多数着磁され、かつ異極同士が対面するように配置されている。両者が常時正対する方向に付勢される構成である限り、着磁手段は限定されるものではないが、図１０に示したように着磁して磁極を多数形成することにより、可動部材３０が横方向に位置ずれした場合はもちろんのこと、可動シャフト３１が所定量回転方向に変位した場合でも、吸引力と反発力により原位置に復帰させることができるため好ましい。
【００４８】
本実施形態の除振装置１０における磁気バネ構造のバネ定数略０による除振メカニズム及びピストン３５による衝撃吸収メカニズムの作用は上記した各実施形態と全く同様である。但し、本実施形態においては、可動部材３０の横方向やねじれ方向等への位置ずれは、第１の実施形態や第２の実施形態のようにゴム部材２４ａ，２４０のせん断応力ではなく、主として上記したように第１の復元用磁石２５０と第２の復元用磁石２５１とにより形成される磁界の作用によって復元する。なお、環状シール部材４１は、上記第１の実施形態と同様に、ねじれ方向等への位置ずれを復元させるように機能する。
【００４９】
図１２は、振動伝達特性を示す図である。試験例は図１及び図２に示した除振装置１０を用いたデータであり、可動シャフト３１に負荷質量を支持した状態で、可動側磁石３７の位置が図６のａ−ｂ間におけるほぼ中立となるように初期設定した上で、ケーシング２０の取付ボルト６１を用いて加振装置のテーブルに固定して加振し、周波数に対する負荷質量の振動伝達率を測定したものである。また、比較のため、従来、エンジンマウントに使用しているゴムマウント中に液を封入した減衰機構である「液封エンジンマウント」について所定の質量を支持させて振動伝達率を測定した。図において、「０．５ｍｍ」及び「１．０ｍｍ」は振幅量である。なお、この範囲では、ピストン３５を構成するネット部材３５１はその網目がほとんとつぶれないことから、オリフィスとしては機能せず、粘性液体を押圧することによるダッシュポット系の減衰機能は作用しない。
【００５０】
図１２から明らかなように、試験例の除振装置によれば、比較例である液封エンジンマウントの振動伝達率より、いずれの周波数領域においも遙かに低かった。特に、試験例の場合には、比較例と比較して共振峰が低周波域に移行し、人体が敏感に感ずる３Ｈｚ以上から高周波領域までの広い範囲の振動を低減している。
【００５１】
なお、上記した各実施形態にかかる除振装置を組み立てるに当たって、例えば、図１のケーシング２０内に固定側磁石２７を配設する作業などは手間がかかる。また、これらの各磁石の取り付け作業と、粘性液体の充填や金属バネその他の部材の組み付け作業とが全く別の工場（施設）で行われることも多い。例えば、ある一つの工場では、ケーシングと可動部材のそれぞれに各磁石の取り付け作業を行うだけで、他の工場（施設）でその他の組み付け作業を行うこともある。しかしながら、この場合、固定側磁石が固着されたケーシングと、可動側磁石が固着された可動部材とを別々にして他の工場に出荷したのでは、出荷先の他の工場においてこれらを組み合わせる作業が必要となる。
【００５２】
そこで、図１３（ａ）に示したように、固定側磁石５００を底壁部材５１０上に固着しておき、その周囲にヨークとなる筒部材５２０を配設すると共に、可動部材５３０にも可動側磁石５４０を固着し、その上で、ビス５５０によって底壁部材５１０と可動部材５３０とを一体化した状態をサブアッセンブリ状態として出荷できる構成とすることが好ましい。このような構成とすれば、図１３（ｂ）に示したように、出荷先の他の工場（施設）においては、ビス５５０を取り外して、ケーシング５６０内に固定側磁石５００を保持した筒部材５２０を配置し、可動部材５３０に可動シャフト５７０を連結するなどするだけで、容易に本発明の除振装置を組み立てることができる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の磁気回路を利用した除振装置によれば、可動側磁石と固定側磁石との軸方向に沿った相対変位と金属バネの弾性力とを利用したバネ定数を略０にする除振メカニズムにより、振動伝達を絶縁することができる。しかも、ピストンが粘性液体を押圧することにより、大きな振動が入力された場合には粘性減衰機能を発揮することができ、底付きを防止できる。従って、ショックアブソーバ機構を別途に設けることなく、粘性減衰機能を発揮可能であり、簡易な構造の小型な除振装置を提供できる。また、ピストンは、可動部材とケーシングとの相対変位が所定量以上に至らないと、流体抵抗を生じさせない構成であるため、所定量以下の大きさの入力振動に対する上記の磁気バネ構造による除振メカニズムを阻害することがない。なお、ピストンを、所定の厚みを有するネット部材を用いた構成とすることにより、可動部材とケーシングとの相対変位が所定量以上となるまで粘性減衰機能を発揮させない機構を簡易な構成で作製することができる。
【００５４】
また、復元機構を備えた構成とすることにより、軸方向（Ｚ軸方向）の振動だけでなく、横方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）や各軸回りの回転方向、あるいはこれらが重なり合ったねじれ方向への変位を復元機構によって速やかに原位置に復帰させ、軸方向の振動として除振できるため、簡易な構造でありながら６自由度の振動を制御可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る除振装置を示す概略断面図である。
【図２】図２は、上記第１の実施形態に係る除振装置の分解斜視図である。
【図３】図３は、ピストンに用いられるネット部材を示す断面図である。
【図４】図４は、ネット部材を構成する表面メッシュ層を示す図である。
【図５】図５は、ネット部材を構成する裏面メッシュ層を示す図である。
【図６】図６は、上記第１の実施形態に係る除振装置の荷重−変位特性を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施形態に係る除振装置を示す概略断面図である。
【図８】図８は、上記第２の実施形態に係る除振装置の分解斜視図である。
【図９】図９は、本発明の第３の実施形態に係る除振装置を示す概略断面図である。
【図１０】図１０は、上記第３の実施形態で用いた復元用磁石の構成を示す平面図である。
【図１１】図１１は、上記第３の実施形態に係る除振装置の分解斜視図である。
【図１２】図１２は、本発明の第１の実施形態に係る除振装置と従来の液封エンジンマウントの振動伝達特性を比較した試験結果を示す図である。
【図１３】図１３（ａ）は、固定側磁石を保持する筒部材と可動側磁石を保持する可動部材とをサブアッセンブリした状態を示す図であり、図１３（ｂ）は、サブアッセンブリしたものからビスを取り外して本発明の除振装置とした状態を示す図である。
【符号の説明】
１０除振装置
２０ケーシング
２４環状上蓋部
２４ａゴム部材
２４０ゴム部材
２７固定側磁石
２７０固定側磁石
２７１外側磁石
２７２内側磁石
２５０第１の復元用磁石
２５１第２の復元用磁石
２８連動部材
３０可動部材
３１可動シャフト
３５ピストン
３５１ネット部材
３７可動側磁石
４０可動蓋部材
４１環状シール部材
５０，７０金属バネ

Claims

ケーシングに対して軸方向に沿って相対的に移動可能に配設された可動部材と、
前記可動部材に固定される可動側磁石と、
前記ケーシング内に固定配置され、前記可動側磁石とにより、前記可動部材の軸方向における所定の変位量範囲のバネ定数が負となる磁界を形成する固定側磁石と、
前記可動部材をケーシングの底壁に対して離間する方向に付勢し、前記可動側磁石と固定側磁石とにより形成される磁界の磁力と弾性力との重畳されたバネ定数が、軸方向における所定の変位量範囲において略０となるように設定する弾性部材と、
前記可動部材の軸方向への変位量が所定以上に至ると、可動部材に押圧されて移動し、前記ケーシング内に充填された粘性液体を押圧して流体抵抗を生じさせるピストンとを備えてなり、
前記ピストンは、外周面がケーシングの内周面に摺接可能な外径を有する所定の厚みの環状のネット部材と、このネット部材の上面及び下面に積層される円形プレートとを具備して構成され、前記可動部材のケーシングに対する軸方向への所定以上の変位に伴ういずれかの円形プレートが受ける流体圧力によって、前記ネット部材が変形して網目が小さくなり、この網目が流体抵抗を生じさせるオリフィスとして機能するものであって、かつ、前記ネット部材が、所定間隔をおいて配置された表面メッシュ層と裏面メッシュ層とを有すると共に、表面メッシュ層と裏面メッシュ層との間に、対向方向に多数のパイルが配置されるようにして該メッシュ層同士を結合した三次元構造であることを特徴とする磁気回路を利用した除振装置。
前記可動部材の、軸方向を除いた回転方向を含む他の方向への変位を復元させる復元機構を具備することを特徴とする請求項１記載の磁気回路を利用した除振装置。
前記復元機構が、前記可動部材の周囲に当接し、可動部材の前記他の方向への変位に伴って変位する連動部材と、この連動部材と前記ケーシングとの間に介在配設され、弾性復元力により原位置に復元させるゴム部材とを具備して構成されることを特徴とする請求項２記載の磁気回路を利用した除振装置。
前記復元機構が、前記可動部材の周囲に当接し、可動部材の前記他の方向への変位に伴って変位する連動部材と、この連動部材に取り付けられる第１の復元用磁石と、前記ケーシングに取り付けられる第２の復元用磁石とを備えて構成され、第１の復元用磁石と第２の復元用磁石とがその磁力により常時正対する位置に付勢されるように着磁されていることを特徴とする請求項２記載の磁気回路を利用した除振装置。
前記固定側磁石が、前記ケーシング内で可動側磁石の外側と内側に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の磁気回路を利用した除振装置。
前記弾性部材が金属バネから構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載の磁気回路を利用した除振装置。
前記可動部材を構成する可動シャフト回りに固定される可動蓋部材に連結され、この可動蓋部材を、ケーシング又は復元機構を構成する部材のいずれかに対して所定間隔をおいて支持可能であり、ケーシング又は復元機構を構成する部材のいずれかに当接することにより、前記可動部材の下方向への移動範囲を規制する機能と、ケーシング内に充填される粘性液体の漏れを防止する機能とを兼ね備えた環状シール部材を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１に記載の磁気回路を利用した除振装置。