JP4500820B2

JP4500820B2 - 減衰力可変ダンパ

Info

Publication number: JP4500820B2
Application number: JP2007007607A
Authority: JP
Inventors: 重信関谷
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2007-01-17
Filing date: 2007-01-17
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2027-01-17
Also published as: JP2008175247A

Description

本発明は、自動車用サスペンションを構成するテレスコピック式の減衰力可変ダンパに係り、詳しくは、ピストンの小型軽量化や製造の容易化等を実現する技術に関する。

近年、自動車のサスペンションに用いられる筒型ダンパでは、乗り心地や操縦安定性の向上を図るべく、減衰力の可変制御が可能な減衰力可変ダンパが種々開発されている。減衰力可変ダンパとしては、オリフィス面積を変化させるロータリバルブをピストンに設け、このロータリバルブをアクチュエータによって回転駆動する機械式のものが主流であったが、構成の簡素化や応答性の向上等を実現すべく、作動液に磁気粘性流体を用い、ピストンと一体に形成された磁気流体バルブによって磁気粘性流体の粘度を制御するものが出現している（特許文献１参照）。

特許文献１の減衰力可変ダンパでは、ピストンが、外周にコイルが巻き回された円柱状のインナヨークと、インナヨークの両端に配置された一対のエンドプレートと、インナヨークと両エンドプレートを収容する円筒状のアウタヨークとから主に構成されている。インナヨークおよびアウタヨークはともに強磁性体を素材としており、エンドプレートによって保持されることによって両者の間に環状流路が形成される。エンドプレートは、非磁性体を素材とした円盤状のものであり、環状流路に連通する複数の円弧状孔と、インナヨーク端部の凸部が係合する環状凹部と、ピストンロッド固定用のリングが係合する環状溝とを有している。また、インナヨークおよびエンドプレートは、アウタヨークの両端外縁を加締めることによって固定されている。
米国特許６２６０６７５号公報

特許文献１の減衰力可変ダンパでは、インナヨークの両端部に比較的厚肉のエンドプレートが配置されるため、ピストンの重量や軸方向長さが大きくなることが避けられず、ダンパの作動性向上やコンパクト化を図ることが難しかった。また、ピストンの組立時にアウタヨークの端部を加締める必要があることから、製造ラインにプレス装置等の大掛かりなものを設置する必要がある他、リサイクル時等にピストンを容易に分解できない問題があった。更に、円柱状のインナヨークと円筒状のアウタヨークとを採用しているため、磁気飽和を防ぐべくアウタヨークのコイル近傍における肉厚を厚くすること等ができなかった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、ピストンの小型化や製造の容易化等を実現した減衰力可変ダンパを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、磁性流体または磁気粘性流体が充填されるとともに車体側部材と車輪側部材とのどちらか一方に連結されたシリンダと、前記シリンダを一側液室と他側液室とに区画するとともに前記磁性流体または磁気粘性流体を当該一側液室と他側液室との間で流通させる環状流路が形成されたピストンと、前記車体側部材と車輪側部材とのどちらか他方を当該ピストンに連結するピストンロッドとを有し、前記環状流路を通過する前記磁性流体または前記磁気粘性流体に磁界を印可することで減衰力が制御される減衰力可変式ダンパであって、前記ピストンは、強磁性体を素材とし、前記ピストンの外周側部分を形成するアウタヨークと、強磁性体を素材とし、前記アウタヨークの内側に所定の間隙をもって設置され、当該アウタヨークとの間に前記環状流路を画成するインナヨークと、前記インナヨークに保持され、前記磁界の形成に供されるコイルと、非磁性体を素材とし、前記アウタヨークと前記インナヨークとの間に別体で介装され、前記間隙の形成に供されるギャップスペーサとを備え、前記アウタヨークとインナヨークとのどちらか一方は、前記ギャップスペーサを介して他方を挟持すべく軸方向で分割され、締結部材によって締結／一体化されることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載の減衰力可変ダンパにおいて、前記アウタヨークと前記インナヨークとの間に形成される間隙は、前記ピストンの軸方向略中央から両端に向けて拡径するテーパに沿って均一な幅で形成されたことを特徴とする。

請求項１の減衰力可変ダンパによれば、厚肉のエンドプレートが不要となってピストンの体格や重量が大幅に削減される。また、ピストンの製造にプレス装置等の大掛かりなものが必要なくなり、設備コストを低くすることが可能になるとともに、リサイクル時等におけるピストンの分解も容易となる。また、請求項２の減衰力可変ダンパによれば、コイル近傍におけるアウタヨークの肉厚が大きくなることで磁気飽和が生じ難くなる他、コイルの径が小さくなることで通電時における発熱量が減少する。

以下、図面を参照して、本発明を４輪自動車のリヤサスペンションに適用した２つの実施形態を詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は第１実施形態に係るリヤサスペンションの斜視図であり、図２は第１実施形態に係るダンパの縦断面図であり、図３は図２中のIII部拡大図であり、図４は第１実施形態に係るピストンの下面図であり、図５は第１実施形態に係るピストンの展開斜視図である。

《第１実施形態の構成》
図１に示すように、本実施形態のリヤサスペンション１は、いわゆるＨ型トーションビーム式サスペンションであり、左右のトレーリングアーム２，３や、両トレーリングアーム２，３の中間部を連結するトーションビーム４、懸架ばねである左右一対のコイルスプリング５、左右一対のダンパ６等から構成されており、左右のリヤホイール７，８を懸架している。ダンパ６は、ＭＲＦ（Magneto-Rheological Fluid：磁気粘性流体）を作動流体とする減衰力可変型ダンパであり、トランクルーム内等に設置されたＥＣＵ９によってその減衰力が可変制御される。

＜ダンパ＞
図２に示すように、本実施形態のダンパ６は、モノチューブ式（ド・カルボン式）であり、ＭＲＦが充填された円筒状のシリンダ１２と、このシリンダ１２に対して軸方向に摺動するピストンロッド１３と、ピストンロッド１３の先端に装着されてシリンダ１２内を上部液室（一側液室）１４と下部液室（他側液室）１５とに区画するピストン１６と、シリンダ１２の下部に高圧ガス室１７を画成するフリーピストン１８と、ピストンロッド１３等への塵埃の付着を防ぐカバー１９と、フルバウンド時における緩衝を行うバンプストップ２０とを主要構成要素としている。

シリンダ１２は、下端のアイピース１２ａに嵌挿されたボルト２１を介して、車輪側部材であるトレーリングアーム２の上面に連結されている。また、ピストンロッド１３は、上下一対のブッシュ２２とナット２３とを介して、その上部ねじ軸１３ａが車体側部材であるダンパベース（ホイールハウス上部）２４に連結されている。

＜ピストン＞
ピストン１６は、ＭＬＶ（Magnetizable Liquid Valve：磁気流体バルブ）と一体となっており、図３〜図５に示すように、その外周面がシリンダ１２の内壁面に摺接するアウタヨーク３１と、アウタヨーク３１の内側に配置されたインナヨーク３２と、アウタヨーク３１とインナヨーク３２との間に介装された６個のギャップスペーサ３３と、インナヨーク３２の軸方向中央部に外嵌したＭＬＶコイル（磁界印可手段）３４と、インナヨーク３２の下面に設けられた温度感応遮断弁３５とを主要構成要素としている。

アウタヨーク３１は、フェライト等の強磁性体を素材としており、図５に示すように、概ね円筒状を呈しているが、その内周側には、軸方向中央に形成された比較的小径のストレート面３１ａと、このストレート面３１ａに連続するかたちで形成された上下のテーパ面３１ｂ、３１ｃとを有している。両テーパ面３１ｂ、３１ｃは、一定の拡径率をもって、アウタヨーク３１の端部に向かって拡径している。

インナヨーク３２も、アウタヨーク３１と同様に強磁性体を素材としているが、上部を形成する第１インナヨーク４１と下部を形成する第２インナヨーク４２とに２分割され、ギャップスペーサ３３を介してアウタヨーク３１を挟持した状態で、３本のスクリュー４３によって締結／一体化されている。図５に示すように、第１インナヨーク４１は、アウタヨーク３１のテーパ面３１ｂに間隙ｓをもって対峙するテーパ面４１ａと、ピストンロッド１３の下部ねじ軸１３ｂが挿通される貫通孔４１ｂとを有している。一方、第２インナヨーク４２は、アウタヨーク３１のテーパ面３１ｃに間隙ｓをもって対峙するテーパ面４２ａと、ピストンロッド１３の下部ねじ軸１３ｂがねじ込まれるねじ孔４２ｂとを有している。インナヨーク３２には、上部液室１４と下部液室１５を連通すべく、１２０°角度間隔で３つのバイパス流路４４が軸方向に貫通している。

ギャップスペーサ３３は、非磁性体であるアルミニウム合金（ジュラルミン）を素材とした円柱状のものであり、アウタヨーク３１とインナヨーク３２との間隙を保つべく等角度間隔（１２０°間隔）で上下に３本ずつ配置されている。なお、ギャップスペーサ３３は、接着等によってアウタヨーク３１に固着されるとともに、ピストン１６の両インナヨーク４１，４２に形成された係合凹部４１ｃ、４２ｃに係合する。

ＭＬＶコイル３４は、導線を円筒状に巻き回して樹脂モールドしたものであり、第２インナヨーク４２の上部に嵌着されている。ＭＬＶコイル３４の外周面は、アウタヨーク３１のストレート面３１ａに間隙ｓをもって対峙している。これにより、インナヨーク３２およびＭＬＶコイル３４とアウタヨーク３１との間には、ＭＲＦが流通する環状流路４５が形成されることになる。なお、ＭＬＶコイル３４には、図示しない配線を介して、ＥＣＵ９からの励磁電流が供給される。

図４に示すように、温度感応遮断弁３５は、ピボットスクリュー５１を介して第２インナヨーク４２に回動自在に支持された弁体５２と、弁体５２を図中反時計回りに回動させる形状記憶スプリング５３と、弁体５２を図中時計回りに常時付勢するバイアススプリング５４とから構成されている。弁体５２は、反時計回りに回動した際にインナヨーク３２のバイパス流路４４を閉鎖する３つの閉鎖片５２ａと、形状記憶スプリング５３およびバイアススプリング５４の一端がそれぞれ係合する一対のスプリング係合片５２ｂ，５２ｃと、回動範囲の規制に供されるストッパ片５２ｄとを有している。形状記憶スプリング５３は、形状記憶合金（本実施形態では、チタン−ニッケル合金）を素材とするスプリングであり、所定温度（例えば、３０〜４０℃）以上になることによって縮み、バイアススプリング５４のばね力に打ち勝って弁体５２を回動させる。図４中、符号５５で示す部材は、形状記憶スプリング５３およびバイアススプリング５４の他端をインナヨーク３２に係止する係止ピンであり、第２インナヨーク４２に圧入／一体化されている。また、符号５６で示す部材は、弁体５２の回動時にストッパ片５２ｄが当接する一対のストッパピンであり、これらも第２インナヨーク４２に圧入／一体化されている。

《第１実施形態の作用》
本実施形態のダンパ６では、上述した構成を採ったことにより、エンドプレートを用いた従来のものに較べ、ピストン１６の重量や軸方向長さが有意に小さくなり、ダンパの作動性向上やコンパクト化を図ることができた。また、スクリュー４３を緩めることにより、リサイクル時等において、アウタヨーク３１や両インナヨーク４１，４２を容易に分離できるようになった。

自動車が走行を開始すると、ＥＣＵ９は、前後Ｇセンサ、横Ｇセンサ、および上下Ｇセンサから得られた車体の加速度や、車速センサから入力した車体速度、車輪速センサから得られた各車輪の回転速度等に基づき各車輪についてダンパ６の目標減衰力を設定した後、ＭＬＶコイル３４に対して励磁電流を供給する。すると、図６に示すように、ピストン１６内に磁界が形成され、環状流路４５を流通するＭＲＦの粘度が変化し、ダンパ６の減衰力が増大あるいは減少する。なお、本実施形態においては、アウタヨーク３１のストレート面３１ａ近傍の肉厚が大きく、かつ、アウタヨーク３１とインナヨーク３２とがテーパ面３１ｃ，４１ａ，４２ａをもって対峙していることから、ピストン１６内での磁気飽和が起こり難くなって比較的強い磁界を形成することができるようになる。

運転者が冬季等に自動車を長時間停車させた場合、ダンパ６内ではＭＲＦの温度が低下してその粘度が上昇する。そのため、走行直後に上述した手順で減衰力制御が行われると、環状流路４５をＭＲＦが流通し難いことから、実際の減衰力が目標減衰力より大きくなる虞がある。ところが、本実施形態では、ＭＲＦの温度が低い場合には、図４に示すように、バイアススプリング５４のばね力によって温度感応遮断弁３５の弁体５２が反時計回りに回動させられ、バイパス流路４４が閉鎖片５２ａによって塞がれない状態となる。その結果、ＭＲＦは、図６中に破線の矢印で示すように、バイパス流路４４を介して上部液室１４と下部液室１５との間を自由に流通することになり、ダンパ６の減衰力が有意に小さくなって乗り心地等の悪化が防止される。

一方、自動車の走行に伴ってダンパ６が伸縮作動を繰り返すと、シリンダ１２とピストン１６との間の摩擦熱やピストン１６の移動に伴う攪拌熱によってＭＲＦの温度が次第に上昇する。そして、ＭＲＦの温度が所定温度に達すると、温度感応遮断弁３５では、図７中に矢印で示すように、形状記憶スプリング５３が縮んで弁体５２を反時計回りに回動させる。その結果、バイパス流路４４が弁体５２の閉鎖片５２ａによって塞がれ、ＭＲＦが環状流路４５のみを流通して所期の減衰力制御が行われることになる。

［第２実施形態］
図８は第２実施形態に係るダンパの要部拡大縦断面図である。
第２実施形態のダンパは、上述した第１実施形態のものと同様の全体構成を採っているが、ピストンの構造が若干異なっている。すなわち、図８に示すように、第２実施形態のピストン１６は、円筒状のアウタヨーク６１と、円柱状のインナヨーク６２と、球状を呈する８個のギャップスペーサ６３とから構成されている。アウタヨーク６１は、上部を形成する第１アウタヨーク６４と下部を形成する第２アウタヨーク６５とに２分割され、４本のスクリュー４３によって締結／一体化されている。両アウタヨーク６４，６５には、ギャップスペーサ３３が嵌合／係止される底付きの円弧状溝６４ａ，６５ａが形成されている。また、インナヨーク６２には、ギャップスペーサ６３の一部が嵌入する球状凹部６２ａが形成されている。第２実施形態のダンパ６は、上述した第１実施形態と略同様の作用／効果を有しているが、アウタヨーク６１の加工等が比較的容易である。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態は４輪自動車のリヤサスペンションを構成する減衰力可変式ダンパに本発明を適用したものであるが、本発明は、フロントサスペンション用の減衰力可変式ダンパにも適用できるし、２輪自動車等の減衰力可変ダンパ等にも適用可能である。また、ギャップスペーサの形状や個数、配置等についても、上記実施形態における例示に限るものではなく、設計や製造上の要請に応じて自由に設定可能である。その他、アウタヨークやインナヨークの具体的形状やダンパの具体的構造等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

第１実施形態に係るリヤサスペンションの斜視図である。第１実施形態に係るダンパの縦断面図である。図２中のIII部拡大図である。第１実施形態に係るピストンの下面図である。第１実施形態に係るピストンの展開斜視図である。第１実施形態の作用を示すダンパの要部縦断面図である。第１実施形態の作用を示すピストンの下面図である。第２実施形態に係るダンパの要部拡大縦断面図である。

符号の説明

２トレーリングアーム（車輪側部材）
６ダンパ
１２シリンダ
１３ピストンロッド
１４上部液室（一側液室）
１５下部液室（他側液室）
１６ピストン
２２ダンパベース（車体側部材）
３１アウタヨーク
３１ｂテーパ面
３１ｃテーパ面
３２インナヨーク
３３ギャップスペーサ
３４ＭＬＶコイル（コイル）
４１第１インナヨーク
４１ａテーパ面
４２第２インナヨーク
４２ａテーパ面
４５環状流路
６１アウタヨーク
６２インナヨーク
６３ギャップスペーサ
６４第１アウタヨーク
６５第２アウタヨーク

Claims

磁性流体または磁気粘性流体が充填されるとともに車体側部材と車輪側部材とのどちらか一方に連結されたシリンダと、前記シリンダを一側液室と他側液室とに区画するとともに前記磁性流体または磁気粘性流体を当該一側液室と他側液室との間で流通させる環状流路が形成されたピストンと、前記車体側部材と車輪側部材とのどちらか他方を当該ピストンに連結するピストンロッドとを有し、前記環状流路を通過する前記磁性流体または前記磁気粘性流体に磁界を印可することで減衰力が制御される減衰力可変式ダンパであって、
前記ピストンは、
強磁性体を素材とし、前記ピストンの外周側部分を形成するアウタヨークと、
強磁性体を素材とし、前記アウタヨークの内側に所定の間隙をもって設置され、当該アウタヨークとの間に前記環状流路を画成するインナヨークと、
前記インナヨークに保持され、前記磁界の形成に供されるコイルと、
非磁性体を素材とし、前記アウタヨークと前記インナヨークとの間に別体で介装され、前記間隙の形成に供されるギャップスペーサと
を備え、
前記アウタヨークとインナヨークとのどちらか一方は、前記ギャップスペーサを介して他方を挟持すべく軸方向で分割され、締結部材によって締結／一体化されることを特徴とする減衰力可変ダンパ。
前記アウタヨークと前記インナヨークとの間に形成される間隙は、前記ピストンの軸方向略中央から両端に向けて拡径するテーパに沿って均一な幅で形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の減衰力可変ダンパ。