JP4296105B2

JP4296105B2 - マグネットユニット

Info

Publication number: JP4296105B2
Application number: JP2004044537A
Authority: JP
Inventors: 裕樹大下
Original assignee: Delta Tooling Co Ltd
Current assignee: Delta Tooling Co Ltd
Priority date: 2004-02-20
Filing date: 2004-02-20
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2024-02-20
Also published as: JP2005233332A

Description

本発明は、例えば、自動車、電車、船舶等の乗り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利用することができるバネ定数可変のマグネットユニットに関する。

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。

近年、減衰装置として磁気バネ構造を使用したものが知られており、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、全体のバネ定数を略０に設定することが可能な除振機構も提案されている。

例えば、従来の除振機構は、所定の間隔を置いて異なる磁極を対向して配置した複数の固定磁石間に、固定磁石の磁界の影響により固定磁石の磁化方向と平行な方向に付勢される移動体を設けた磁気バネ構造を有し、この磁気バネ構造を金属バネやゴム等の緩衝部材と組み合せて全体のバネ定数を略０に設定している（例えば、特許文献１参照。）。

また、固定磁石と動作体との間で形成される吸引系の磁気回路が持つ負のバネ定数に、絶対値が等しい正のバネ定数を持つ金属バネの弾性力を重畳することにより、所定の変位範囲における全体のバネ定数を略０に設定した除振機構も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００１−３４９３７４号公報（第５−６頁、図１２）特開２００２−２１９２２号公報（第３頁、図１）

しかしながら、特許文献１あるいは２に記載の除振機構は、磁気回路を含む複数のバネの組み合わせにより略０のバネ領域を実現するものであり、バネ定数を変化させることが可能な構成ではなく、様々な入力振動に対応できるものではなかった。

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、様々な入力振動に対し除振性能を対応させることができるバネ定数可変のマグネットユニットを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項１に記載の発明は、所定の間隔で離間した一対のフレームの各々に回動自在に取り付けられた第１及び第２の永久磁石と、該第１及び第２の永久磁石との間に所定のクリアランスを置いて配設され前記第１及び第２の永久磁石に対し上下動自在の第３の永久磁石を有する可動ブロックとを備え、前記第１及び第２の永久磁石と第３の永久磁石とにより構成される磁気バネのバネ定数を前記第１及び第２の永久磁石を連動して回転させることにより可変としたことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記第１及び第２の永久磁石がその対向面側に同一磁極が形成された２極永久磁石により構成されるとともに、前記第３の永久磁石が単極磁石により構成されることを特徴とする。

さらに、請求項３に記載の発明は、前記一対のフレームの各々に前記第１及び第２の永久磁石が接合された従動ギヤを回動自在に取り付けるとともに、該従動ギヤと噛合う駆動ギヤを前記一対のフレームに回動自在に取り付け、前記駆動ギヤを回転させることにより前記従動ギヤを介して前記第１及び第２の永久磁石を回転させるようにしたことを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、所定の間隔で離間した一対のフレームの一方に回動自在に取り付けられた第１の永久磁石と、前記一対のフレームの他方に固定された第２の永久磁石と、該第１及び第２の永久磁石との間に所定のクリアランスを置いて配設され前記第１及び第２の永久磁石に対し上下動自在の第３の永久磁石を有する可動ブロックとを備え、前記第１及び第２の永久磁石と第３の永久磁石とにより構成される磁気バネのバネ定数を前記第１の永久磁石を回転させることにより可変としたことを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、前記第１及び第２の永久磁石が２極永久磁石により構成され、前記第３の永久磁石が単極磁石により構成されることを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、前記第１の永久磁石が接合された従動ギヤを前記一対のフレームの一方に回動自在に取り付けるとともに、該従動ギヤと噛合う駆動ギヤを前記一対のフレームに回動自在に取り付け、前記駆動ギヤを回転させることにより前記従動ギヤを介して前記第１の永久磁石を回転させるようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、第１及び第２の永久磁石と第３の永久磁石とにより構成される磁気バネのバネ定数を第１及び第２の永久磁石の少なくとも一方を回転させることにより変更できるようにしたので、所定の範囲で略０のバネ定数領域を実現できるとともに、入力振動に対して共振しないようにバネ定数を制御することも可能である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１乃至図５は本発明にかかるマグネットユニットＭを示しており、回動自在の２極永久磁石が取り付けられた一対のフレーム２，４と、フレーム２，４に上下動自在に取り付けられる可動ブロック６とを備えている。また、一対のフレーム２，４は、複数本（図では４本）のロッド８により所定の間隔で離間した状態で保持されている。

フレーム２には、その中央部に従動ギヤ取付孔２ａが形成され、従動ギヤ取付孔２ａの下方には駆動ギヤ取付孔２ｂが形成されている。従動ギヤ取付孔２ａには、小径部１０ａと中間径部１０ｂと大径部１０ｃとからなる回転軸１０の中間径部１０ｂが回動自在に取り付けられ、外方に突出する小径部１０ａに形成されたねじ部には、ワッシャ１２が取り付けられた後、ナット１４が螺合される。

また、回転軸１０の大径部１０ｃには、従動ギヤ１６が同心状に接合され、上述した２極永久磁石１８を保持する円形の磁石保持体２０が従動ギヤ１６に同心状に接合されている。２極永久磁石１８は矩形状に形成されており、磁石保持体２０に形成された同一形状の磁石保持孔２０ａに嵌入して保持されている。

同様に、フレーム４には、回転軸２２が回動自在に取り付けられ、回転軸２２に同心状に接合されたは従動ギヤ２４には、２極永久磁石２６を保持する円形の磁石保持体２８が同心状に接合されている。なお、フレーム４側の構成は、フレーム２側の構成と左右対称なので、その詳細説明は省略する。

二つの従動ギヤ１６の下方には駆動軸３０が配設されており、駆動軸３０の両端はフレーム２，４にそれぞれ形成された駆動ギヤ取付孔２ｂ，４ｂに遊挿されている。駆動軸３０には二つの駆動ギヤ３２，３４が所定の間隔で一体的に取り付けられており、駆動ギヤ３２，３４は従動ギヤ１６，２４とそれぞれ噛合っている。

また、互いに対向する二つの２極永久磁石１８，２６あるいは二つの磁石保持体２０，２８は所定の間隔で離間しており、その離間距離より僅かに小さい幅を有する可動ブロック６は、二つの２極永久磁石１８，２６あるいは二つの磁石保持体２０，２８の間に上下動自在に取り付けられている。したがって、二つの２極永久磁石１８，２６と単極永久磁石３６との間には所定のクリアランスが設けられている。

なお、図１乃至図５に示される可動ブロック６は、上下方向のみならずあらゆる方向に移動自在に図示されているが、マグネットユニットＭが除振ユニットとして使用される場合、フレーム２，４は固定体に取り付けられる一方、可動ブロック６は被除振体に取り付けられ、その移動方向が拘束されることから、可動ブロック６は上下方向にのみ移動自在に設定される。

この可動ブロック６は、矩形状の単極永久磁石３６と、単極永久磁石３６と同一形状の磁石保持孔３８ａが形成された磁石保持体３８とにより構成されており、磁石保持体３８の両端には可動体（除振ユニットの場合、上述した被除振体）に取り付けられるねじ部４０が外方に突出するように取り付けられている。

図６に示されるように、フレーム２，４に取り付けられた２極永久磁石１８，２６はその対向面側の上部及び下部にＮ極及びＳ極がそれぞれ形成される一方（後述する回転角が０度の場合）、可動ブロック６に取り付けられた単極永久磁石３６は上部及び下部にＮ極及びＳ極がそれぞれ形成されている。すなわち、二つの２極永久磁石１８，２６は同一磁極が対向するようにフレーム２，４にそれぞれ取り付けられるとともに、２極永久磁石１８，２６の回転角が０度の場合、単極永久磁石３６は２極永久磁石１８，２６に同一磁極が対向するように位置決めされる。

上記構成の本発明にかかるマグネットユニットＭの作用を以下説明する。
所定のクリアランスをおいて互いに対向する２極永久磁石１８，２６と単極永久磁石３６とにより磁気バネが構成される。また、駆動軸３０を手動であるいは自動的に回転させて駆動ギヤ３２，３４を一体的に回転させると、駆動ギヤ３２，３４と噛合う従動ギヤ１６，２４が連動して回転する。その結果、２極永久磁石１８，２６と単極永久磁石３６との位置関係が徐々に変化し、磁気バネのバネ定数も変化する。

このマグネットユニットＭを例えば除振ユニットに適用すると、バネ定数を可変設定することで、様々な入力振動に対し除振性能を対応させることができる。

なお、駆動軸３０を自動的に回転させる場合、駆動軸３０の一端部に駆動源（例えば、駆動モータ）を連結し、入力振動に応じて駆動源を制御して駆動軸３０の回転角を制御することにより２極永久磁石１８，２６を適宜回転させることができる。

図７及び図８のグラフは、図６に示されるサイズの永久磁石を図１乃至図５に示されるマグネットユニットＭの２極永久磁石１８，２６及び単極永久磁石３６として使用するとともに、駆動軸３０を回転して互いに噛合う駆動ギヤ３２，３４及び従動ギヤ１６，２４を介して２極永久磁石１８，２６を０度から１８０度まで段階的に回転した場合の変位−荷重特性及び変位−バネ定数特性をそれぞれ示している。なお、両図における変位は下方への変位を正とし、荷重については可動ブロック６を持ち上げる荷重を正としている。

両図に示されるグラフから分かるように、本発明にかかるマグネットユニットＭは、２極永久磁石１８，２６の回転角に応じて変位−荷重特性及び変位−バネ定数特性がそれぞれ変化し、除振ユニットとして使用した場合、様々な入力振動に対し２極永久磁石１８，２６の回転角を適宜変えることにより除振性能を対応させることができる。

また、図９は本発明にかかるマグネットユニットＭを車両用シートのサスペンションユニットに使用した場合における金属バネとマグネットユニットＭの変位−荷重特性を示している。この場合のサスペンションユニットは、１９Ｎ／ｍｍのバネ定数を有する金属バネが２０ｍｍ撓んだときにマグネットユニットＭが図１乃至図４あるいは図６の状態になった状態で使用される。

図９に示されるように、２極永久磁石１８，２６の回転角が０度の場合、変位が約−８ｍｍ〜約＋８ｍｍの範囲で略０のバネ定数領域が出現しており、この領域を超えるような低周波大振幅の入力振動に対してはバネ定数を高くすることで共振を抑制することができる。

なお、上記実施の形態においては、二つの２極永久磁石１８，２６を同期して回転させるようにしたが、二つの２極永久磁石１８，２６のいずれか一方を固定するとともに他方の２極永久磁石１８あるいは２６を回転するようにしてもよい。

すなわち、図１乃至図５の構成において、従動ギヤ１６を取り付けることなく２極永久磁石１８を有する磁石保持体２０をフレーム２に固定するとともに、駆動軸３０に駆動ギヤ３４のみを一体的に取り付け、駆動ギヤ３４を従動ギヤ２４の噛合わせればよい。逆に、従動ギヤ２４を取り付けることなく２極永久磁石２６を有する磁石保持体２８をフレーム４に固定するとともに、駆動軸３０に駆動ギヤ３２のみを一体的に取り付け、駆動ギヤ３２を従動ギヤ１６の噛合わせることもできる。

図１０及び図１１のグラフは、図６に示されるサイズの永久磁石を図１乃至図５に示されるマグネットユニットＭの２極永久磁石１８，２６及び単極永久磁石３６として使用するとともに、駆動軸３０を回転して二つの２極永久磁石１８，２６のいずれか一方を０度から１８０度まで段階的に回転した場合の変位−荷重特性及び変位−バネ定数特性をそれぞれ示している。

図７あるいは図８に示されるグラフにおいては、二つの２極永久磁石１８，２６を同期して０度から１８０度まで回転させることによりプラス側とマイナス側とで対称的な荷重値あるいはバネ定数の値を示しているが、図１０あるいは図１１のグラフにおいては、二つの２極永久磁石１８，２６のいずれか一方を０度から１８０度まで回転させることによりプラス側あるいはマイナス側に偏倚した荷重値あるいはバネ定数の値を示している。

したがって、入力振動に応じて二つの２極永久磁石１８，２６を同時にあるいはいずれか一方を適宜回転させることで、種々の入力振動に対して共振を惹起しないマグネットユニットを提供することができる。

本発明にかかるマグネットユニットは、バネ定数が可変の磁気バネを有していることから、例えば車両用シート等のように様々な振動が入力されるものの除振ユニット等として有用である。

本発明にかかるマグネットユニットの斜視図である。図１のマグネットユニットの正面図である。図１のマグネットユニットの側面図である。図１のマグネットユニットの平面図である。図１のマグネットユニットの分解斜視図である。図１のマグネットユニットに設けられた複数の永久磁石を示しており、（ａ）はその斜視図であり、（ｂ）及び（ｃ）は永久磁石の具体例を示す側面図と正面図である。図６の永久磁石を備えた図１のマグネットユニットにおいて二つの２極永久磁石を０度から１８０度まで段階的に回転した場合の変位−荷重特性を示すグラフである。図６の永久磁石を備えた図１のマグネットユニットにおいて二つの２極永久磁石を０度から１８０度まで段階的に回転した場合の変位−バネ定数特性を示すグラフである。図６の永久磁石を備えた図１のマグネットユニットを車両用シートのサスペンションユニットに使用した場合における金属バネとマグネットユニットの変位−荷重特性を示すグラフである。図６の永久磁石を備えた図１のマグネットユニットにおいて二つの２極永久磁石の一方を固定するとともに他方の２極永久磁石を０度から１８０度まで段階的に回転した場合の変位−荷重特性を示すグラフである。図６の永久磁石を備えた図１のマグネットユニットにおいて二つの２極永久磁石の一方を固定するとともに他方の２極永久磁石を０度から１８０度まで段階的に回転した場合の変位−バネ定数特性を示すグラフである。

符号の説明

２，４フレーム、２ａ従動ギヤ取付孔、４ａ駆動ギヤ取付孔、
６可動ブロック、８ロッド、１０，２２回転軸、１０ａ小径部、
１０ｂ中間径部、１０ｃ大径部、１２ワッシャ、１４ナット、
１６，２４従動ギヤ、１８，２６２極永久磁石、２０，２８磁石保持体、
３０駆動軸、３２，３４駆動ギヤ、３６単極永久磁石、３８磁石保持体、
４０ねじ部、Ｍマグネットユニット。

Claims

所定の間隔で離間した一対のフレームの各々に回動自在に取り付けられた第１及び第２の永久磁石と、該第１及び第２の永久磁石との間に所定のクリアランスを置いて配設され前記第１及び第２の永久磁石に対し上下動自在の第３の永久磁石を有する可動ブロックとを備え、前記第１及び第２の永久磁石と第３の永久磁石とにより構成される磁気バネのバネ定数を前記第１及び第２の永久磁石を連動して回転させることにより可変としたことを特徴とするマグネットユニット。
前記第１及び第２の永久磁石がその対向面側に同一磁極が形成された２極永久磁石により構成され、前記第３の永久磁石が単極磁石により構成されることを特徴とする請求項１に記載のマグネットユニット。
前記一対のフレームの各々に前記第１及び第２の永久磁石が接合された従動ギヤを回動自在に取り付けるとともに、該従動ギヤと噛合う駆動ギヤを前記一対のフレームに回動自在に取り付け、前記駆動ギヤを回転させることにより前記従動ギヤを介して前記第１及び第２の永久磁石を回転させるようにしたことを特徴とする請求項１あるいは２に記載のマグネットユニット。
所定の間隔で離間した一対のフレームの一方に回動自在に取り付けられた第１の永久磁石と、前記一対のフレームの他方に固定された第２の永久磁石と、該第１及び第２の永久磁石との間に所定のクリアランスを置いて配設され前記第１及び第２の永久磁石に対し上下動自在の第３の永久磁石を有する可動ブロックとを備え、前記第１及び第２の永久磁石と第３の永久磁石とにより構成される磁気バネのバネ定数を前記第１の永久磁石を回転させることにより可変としたことを特徴とするマグネットユニット。
前記第１及び第２の永久磁石が２極永久磁石により構成され、前記第３の永久磁石が単極磁石により構成されることを特徴とする請求項４に記載のマグネットユニット。
前記第１の永久磁石が接合された従動ギヤを前記一対のフレームの一方に回動自在に取り付けるとともに、該従動ギヤと噛合う駆動ギヤを前記一対のフレームに回動自在に取り付け、前記駆動ギヤを回転させることにより前記従動ギヤを介して前記第１の永久磁石を回転させるようにしたことを特徴とする請求項４あるいは５に記載のマグネットユニット。