JP4638921B2

JP4638921B2 - 減衰力可変装置

Info

Publication number: JP4638921B2
Application number: JP2008079748A
Authority: JP
Inventors: 吾朗若松
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2028-03-26
Also published as: US20090241890A1; EP2105630B1; JP2009236139A; EP2105630A1; DE602009000028D1

Description

本発明は、オリフィスを流動するＭＲＦ（Magneto-Rheological Fluid）という磁性流体に磁場を印加して減衰力の大きさを変化させる減衰力可変装置に関する。

減衰力可変装置は、例えば、ダンパとして、車両等における車体の振動を減衰させるために用いられている。そして、減衰力可変装置としては、オリフィス（ギャップ）を流動するＭＲＦに磁場を印加して減衰力の大きさを変化させるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
米国特許第６２６０６７５号明細書

前記ＭＲＦには、微小な鉄粉が分散して入っているため、比重が大きい。このため、ＭＲＦに作用する慣性力が大きく、減衰させたい振動の周波数が高周波であると追従して流動できないので、振動を効率よく減衰できない場合があった。

本発明は、この課題を解決するものであり、振動の周波数が高周波でも減衰させることが可能な減衰力可変装置を提供することを目的とする。

本発明は、振動に起因してオリフィスを流動する磁性流体（ＭＲＦ）に磁場を印加して前記振動を減衰させる減衰力の大きさを変化させる減衰力可変装置において、前記ＭＲＦより比重が小さく、前記ＭＲＦの流動に伴って前記オリフィス内を移動するフロートを有し、前記ＭＲＦと前記フロートは、前記振動に追従して流動することを特徴としている。ＭＲＦが振動に追従して流動するとき、その流速はオリフィスにおいて最高速度になる。その最高速度は、オリフィス内のＭＲＦの質量に依存し、ＭＲＦの質量が小さいほど前記最高速度は大きくなる。そこで、本発明では、オリフィス内のＭＲＦの質量を小さくするために、ＭＲＦより比重の小さいフロートをオリフィス内に配置している。フロートはＭＲＦの流動に伴って移動するので、前記最高速度はオリフィス内のＭＲＦの質量とフロートの質量の和に依存する。オリフィス内のＭＲＦの質量とフロートの質量の和は、オリフィス内にＭＲＦだけが充填された場合のオリフィス内のＭＲＦの質量より軽くなっているので、フロートにより、前記最高速度を大きくすることができたことになる。前記最高速度が大きければ、高周波の振動に対しても、オリフィス内のＭＲＦとフロートは追従して流動することができ、高周波の振動を減衰させることができる。
また、本発明は、前記ＭＲＦが充填される外筒又はシリンダを備え、前記フロートの外径は、前記外筒又は前記シリンダの内径よりも小さいことが好ましい。

また、本発明の減衰力可変装置は、前記シリンダと、前記シリンダに対して摺動し前記ＭＲＦに圧力を印加するピストンとを備え、前記シリンダと前記ピストンの一方から伝達した振動を減衰させるダンパであり、前記フロートの振幅を制限するストッパを有することが好ましい。フロートが前記最大速度で移動できる移動距離は、最大でオリフィスの長さ程度であるので、この程度の移動距離を生じさせる振幅以下の振動であれば、振動を効果的に減衰させることができる。そして、具体的にダンパに伝達されるロードノイズなどは、小振幅で高周波の振動であるので、本発明によれば、効果的に減衰させることができる。

また、本発明の減衰力可変装置は、エンジンを支持し、前記エンジンから伝達した振動を減衰させるエンジンマウントであることが好ましい。エンジンで発生する振動も、小振幅で高周波の振動であるので、本発明によれば、効果的に減衰させることができる。特に、アイドリング時においては、振動の振幅が大きくなるが、本発明によれば、振動の減衰が可能であり、エンジン振動の車体への伝達を抑制できる。

また、本発明の減衰力可変装置は、サスペンションの部品間を連結し、走行により発生する振動を減衰させるブッシュであることが好ましい。具体的にロードノイズなどは、小振幅で高周波の振動であるので、本発明によれば、効果的に減衰させることができる。

本発明によれば、振動の周波数が高周波でも減衰させることが可能な減衰力可変装置を提供できる。

（第１の実施形態）
図１（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る減衰力可変装置１の縦断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ方向の矢視断面図である。減衰力可変装置１は、所謂、モノチューブ式（ド・カルボン式）の構造を有しており、ＭＲＦ６が充填された円筒状のシリンダ４と、前記振動を伝達してシリンダ４に対して軸芯方向にスライドするピストンロッド２と、ピストンロッド２の先端に装着され前記シリンダ４の内周面に対して前記軸芯方向に摺動しＭＲＦ６に圧力を印加するピストン３と、シリンダ４内を第１油室７と第２油室８とに区画する隔壁１０と、ＭＲＦ６の流入・流出によって変動する第２油室８の容積に合わせて前記シリンダ４の内周面に対して前記軸芯方向に摺動するフリーピストン５を備えている。なお、フリーピストン５は、ばね１４によって第２油室８の方向に押圧されている。

隔壁１０の側面には、電磁コイル１１が配置されている。隔壁１０の側面と電磁コイル１１の側面とは、対向するシリンダ４の内周面から離れており、この隔壁１０と電磁コイル１１の側面と、シリンダ４の内周面との間が、オリフィス９になっている。オリフィス９には、フロート１３が配置されている。フロート１３は、円環状であり、上下に配置されたストッパ１５の間を移動することができる。ストッパ１５は、隔壁１０をシリンダ４から支持しているが、図１（ｂ）に示すように、ストッパ１５間には間隔が設けられ、その間隔にもオリフィス９は確保されている。

ＭＲＦ６は、分散媒としての一様な鉱物油等のオイルに、分散質として真球状で平均粒径が数μｍ程度であり強磁性を有する磁性粒子を、分散させた流体である。ＭＲＦ６は、磁界を受けていないときは一般的な油圧作動油と同様に液状であり、ニュートン流体としての挙動を示すが、電磁コイル１１から磁界が加えられると、ＭＲＦ６中に均一に分散していた磁性粒子が磁力線１２に沿う方向（磁界方向）に沿って連結し、鎖状のクラスタを形成する。このクラスタが振動に伴うＭＲＦ６の変形（流動）に対して抵抗するために、ＭＲＦ６の見かけの粘度が急激に大きくなり、流動時には降伏応力を有する塑性流体の挙動を示す。ＭＲＦ６の磁界によるこのような粘性変化は可逆的であり、磁界を除くことにより速やかに元のニュートン流体の状態に戻る。また、磁界の強さを調節することにより、鎖状のクラスタの長さが変わることで、粘度の変化の程度を調節することができる。

図１（ａ）に描いた磁力線１２は、磁力線１２の密度が最も高くなる領域を通る磁力線１２を示している。この磁力線１２は、オリフィス９の上端と下端とにおいて、隔壁１０とシリンダ４の間を横断している。オリフィス９の上端と下端とにおいて、隔壁１０からシリンダ４にわたって、大きな磁場をＭＲＦ６に印加させて、粘度を大きくすることで、大きな減衰力を容易に生じさせている。

フロート１３は、前記磁力線１２上に移動しないように、ストッパ１５で移動範囲を制限している。ストッパ１５はオリフィス９の上端と下端とに設けられ、フロート１３は、その間で移動可能になっている。こうして、フロート１３は磁場への影響が少ない範囲を移動している。このため、磁力線１２上には常にＭＲＦ６が配置されることになるので、必要に応じていつでも粘度を大きくすることができる。フロート１３の材料としては、非磁性であって、ＭＲＦ６より比重が軽く、剛性の高い、アルミニウム（Ａｌ）、その合金や、樹脂、セラミックス等を用いることができる。

ＭＲＦ６は、シリンダ４内部の第１油室７と第２油室８に充填されているが、オリフィス９を通して第１油室７と第２油室８とが連通しており、ＭＲＦ６はこのオリフィス９を介して第１油室７と第２油室８相互を流通可能になっている。前記振動によりピストン３がシリンダ４に対して摺動すると、第１油室７の容積が変動し、ＭＲＦ６がオリフィス９を流動し、第２油室８の容積を変動させる。オリフィス９の隣の隔壁１０には電磁コイル１１が内蔵されており、この電磁コイル１１によりオリフィス９内を流動するＭＲＦ６に磁界を印加して、ＭＲＦ６の粘性を変化させ、減衰力可変装置１の減衰力を可変に制御している。また、ＭＲＦ６に印加する磁界の大きさを制御することにより、減衰力の大きさを制御することができる。

フロート１３は、振動に起因する前記ＭＲＦ６の流動に伴って前記オリフィス９内を移動する。オリフィス９内の流動物の質量は、オリフィス９内のＭＲＦ６の質量とフロート１３の質量の和になるが、この質量の和は、オリフィス９内にＭＲＦ６だけが充填された場合のオリフィス９内のＭＲＦ６の質量より軽くなっている。このため、振動が高周波であっても、オリフィス９内のＭＲＦ６とフロート１３は追従して流動することができ、高周波の振動を減衰させることができる。

減衰力可変装置１は、前記シリンダ４と前記ピストン３の一方から伝達した前記振動を減衰させるダンパとして機能させることができる。車両の走行中に、車輪側に振動が生じると、振動が図１（ａ）に示すようにピストンロッド２に伝達し、ピストン３を振動させる。そして、ＭＲＦ６が流動し、フロート１３が振動する。フロート１３の振幅は大きくなっても、上下のストッパ１５に制限され、ストッパ１５間の距離程度（最大振幅）までしか大きくなれない。

ここで、伝達された振動の振幅が大きく、フロート１３が上下一方のストッパ１５に止められた後も、ＭＲＦ６がフロート１３の脇を通ってオリフィス９内を流れたとすると、オリフィス９の流路断面積が、フロート１３によって狭められたことになり、高周波の振動に対する応答性は低下するが、大きな減衰力を得ることができる。

具体的にロードノイズなどは、小振幅で高周波の振動であるので、このような振幅が、フロート１３における振動では、ストッパ１５に制限される最大振幅以下になるように、オリフィス９やフロート１３の形状を設計しておく。こうすれば、ロードノイズなどの小振幅で高周波の振動を効率よく減衰させることができる。そして、路面不整などにより低周波であるが大振幅の振動が発生した場合には、前記のようにフロート１３によってオリフィス９を狭めて大きな減衰力を発生させることにより、効率よく大振幅の振動を減衰させることができる。

図２に、減衰力可変装置１に発生する減衰力の周波数特性を示す。図２において、「フロートあり」のラインが、第１の実施形態の減衰力可変装置１を用いて計測した場合を示し、「フロートなし」のラインが、第１の実施形態の減衰力可変装置１からフロート１３を除いた点のみが異なる装置を用いて計測した場合を示している。これより、フロート１３をオリフィス９内に配置することで、共振周波数の１次ピークと２次ピークとがともに高周波側に移動することがわかった。これは、オリフィス９内の可動部質量が低減できたためである。

図３に、本発明の第１の実施形態に係る減衰力可変装置１が、エンジンマウント１ａ、１ｂ、１ｃとしてエンジン１８を支持しているようすを示す車両１６の１部分を示す。フロントマウントとしてエンジンマウント１ｂ（１）が、車体１７のフレーム１７ｂ上に配置され、エンジン１８の前方からエンジン１８を支持している。また、リアマウントとしてエンジンマウント１ｃ（１）が、車体１７のフレーム１７ｃ上に配置され、エンジン１８の後方からエンジン１８を支持している。サイドマウントとしてエンジンマウント１ａ（１）が、車体１７のフレーム１７ａ上に配置され、エンジン１８の上部側方からエンジン１８を支持している。エンジン１８で発生する振動は、小振幅で高周波の振動であるので、減衰力可変装置１をエンジンマウント１ａ、１ｂ、１ｃとして用いることで、エンジン１８の振動を効果的に減衰させることができる。なお、エンジン１８とエンジンマウント１ａ、１ｂ、１ｃの連結にはブラケット１８ａを用い、防塵の為に摺動カバー１８ｂを用いてもよい。

図４に、本発明の第１の実施形態に係る減衰力可変装置１が、車両のサスペンション２５のダンパ１ｄとして用いられているようすを示す。タイヤ１９が回転自在にナックル２０に装着され、ダンパ１ｄ（１）がナックル２０にブッシュ１ｅを介して連結されている。ダンパ１ｄの下端はスタビライザ２１と連結され、上端は図示しない車体側部材であるダンパベース（ホイールハウス上部）に連結される。ダンパ１ｄに並列にばね２６が設けられている。スタビライザ２１には、車体側と連結するブッシュ１ｆが設けられている。なお、ブッシュ１ｅ、１ｆについては、詳細を後記する。ロードノイズなどの振動は、小振幅で高周波の振動であるので、減衰力可変装置１をダンパ１ｄとして用いることで、ロードノイズなどの振動を効果的に減衰させることができる。

図５に、本発明の第１の実施形態の変形例に係る減衰力可変装置１の縦断面図を示す。この変形例が、第１の実施形態と異なっている点は、ピストン３と隔壁１０とが一体となっている点である。このため、ストッパ１５は、シリンダ４には固定されておらず、離れている。ただし、ストッパ１５は、第１の実施形態と同様に、フロート１３に移動範囲をオリフィス９内に制限することができる。

減衰力可変装置１では、振動を減衰させるので、伝達された振動に同期して振動する振動サイドと、振動が減衰している不動サイドとを考えることができる。高周波の振動に同期するためには、振動サイドの質量が小さく軽い方が有利である。そこで、図１（ａ）の第１の実施形態のように振動サイドをピストンロッド２とピストン３にする場合は、隔壁１０と、電磁コイル１１と、ストッパ１５をシリンダ４に固定し、振動サイドの軽量化を図っている。そして、図５の変形例のように振動サイドをシリンダ４にする場合は、隔壁１０と、電磁コイル１１と、ストッパ１５をピストン３に固定（一体化）し、振動サイドの軽量化を図っている。

（第２の実施形態）
図６に、本発明の第２の実施形態に係る減衰力可変装置１の断面図を示す。減衰力可変装置１は、図４に示したサスペンション２５の部品間を連結し、走行により発生する振動を減衰させるブッシュ１ｅ、１ｆとして機能させることができる。
第２の実施形態が、第１の実施形態と異なる点は、ピストン３とシリンダ４に替えて、外筒２２と軸２４とが設けられている点である。ただ、ピストン３とシリンダ４とが相互に振動することでその振動を減衰させたように、外筒２２と軸２４とが相互に振動することで、その振動を減衰させる点では同じく機能する。そのため、第２の実施形態の減衰力可変装置１も、隔壁１０、電磁コイル１１、ストッパ１５、フロート１３、第１油室７、第２油室８、オリフィス９を有し、これらが、第１の実施形態と同様に機能する。なお、第２の実施形態の減衰力可変装置１は、外筒２２の内周面に弾性防振外壁２３を有し、防振製をさらに高めている。また、ストッパ１５は、櫛歯状でＭＲＦ６の流動を妨げず、弾性防振外壁２３に当れば曲がるように弾性を有している。ブッシュ１ｅ、１ｆには、ロードノイズなどの振動が伝達されるが、ロードノイズなどの振動は小振幅で高周波の振動であるので、２の実施形態の減衰力可変装置１によれば、効果的に減衰させることができる。

（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る減衰力可変装置の縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ方向の矢視断面図である。減衰力の周波数特性を示すグラフである。本発明の第１の実施形態に係る減衰力可変装置が、エンジンマウントとしてエンジンを支持しているようすを示す車両の部分の模式図である。本発明の第１の実施形態に係る減衰力可変装置がサスペンションのダンパとして用いられているようすを示す車両の部分の模式図である。本発明の第１の実施形態の変形例に係る減衰力可変装置の縦断面図である。本発明の第２の実施形態に係る減衰力可変装置の断面図である。

符号の説明

１減衰力可変装置
１ａ減衰力可変装置（エンジンマウント（サイドマウント））
１ｂ減衰力可変装置（エンジンマウント（フロントマウント））
１ｃ減衰力可変装置（エンジンマウント（リアマウント））
１ｄ減衰力可変装置（ダンパ）
１ｅ、１ｆ減衰力可変装置（ブッシュ）
２ピストンロッド
３ピストン
４シリンダ
５フリーピストン
６ＭＲＦ（磁性流体または磁気粘性流体）
７第１油室
８第２油室
９オリフィス
１０隔壁
１１電磁コイル
１２磁力線
１３フロート
１４ばね
１５ストッパ
１６車両
１７車体
１７ａ、１７ｂ、１７ｃフレーム
１８エンジン
１８ａブラケット
１８ｂ摺動カバー
１９タイヤ
２０ナックル
２１スタビライザ
２２外筒
２３弾性防振外壁
２４軸
２５サスペンション
２６ばね

Claims

振動に起因してオリフィスを流動する磁性流体に磁場を印加して前記振動を減衰させる減衰力の大きさを変化させる減衰力可変装置において、
前記磁性流体より比重が小さく、前記磁性流体の流動に伴って前記オリフィス内を移動するフロートを有し、
前記磁性流体と前記フロートは、前記振動に追従して流動することを特徴とする減衰力可変装置。
前記磁性流体が充填される外筒を備え、
前記フロートの外径は、前記外筒の内径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の減衰力可変装置。
前記磁性流体が充填されるシリンダを備え、
前記フロートの外径は、前記シリンダの内径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の減衰力可変装置。
前記シリンダと、
前記シリンダに対して摺動し前記磁性流体に圧力を印加するピストンとを備え、
前記シリンダと前記ピストンの一方から伝達した振動を減衰させるダンパであり、
前記フロートの振幅を制限するストッパを有することを特徴とする請求項３に記載の減衰力可変装置。
エンジンを支持し、前記エンジンから伝達した振動を減衰させるエンジンマウントであることを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の減衰力可変装置。
サスペンションの部品間を連結し、走行により発生する振動を減衰させるブッシュであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の減衰力可変装置。