JP4728861B2

JP4728861B2 - 磁気粘性流体ダンパ

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Publication number: JP4728861B2
Application number: JP2006099661A
Authority: JP
Inventors: 貴裕村上; 英夫荒関
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2026-03-31
Also published as: JP2007239982A

Description

本発明は、磁気粘性流体ダンパに関する。さらに詳述すると、本発明は、例えば構造物の免震ダンパとして用いて好適な磁気粘性流体ダンパに関する。

従来の磁気粘性流体ダンパとしては、図８に示すように、概略円筒状をなし且つ両端が閉じられたシリンダボディ１０１と、シリンダボディ１０１のシリンダ室に嵌装されてシリンダボディ１０１の軸心に沿って直線的に往復移動するピストンヘッド１０２と、ピストンヘッド１０２によりシリンダボディ１０１内に区画された第一流体室１０３及び第二の流体室１０４と、第一の流体室１０３及び第二の流体室１０４に充填された磁性粒子を含有する磁気粘性流体１０５と、ピストンヘッド１０２の外周に凹設された溝部１０２ａに電線を巻き付けたコイルからなる電磁石１０８と、配線１０９を経由して電磁石１０８に電力を供給する外部の給電制御装置１１０とを有し、給電制御装置１１０により電磁石１０８に給電して流体通路１０７に磁場を形成し、この磁場の作用によって流体通路１０７を通過する磁気粘性流体１０５の見かけの粘性抵抗を増大させてダンパ減衰力を調整するものが知られている（特許文献１）。

特開２００４−３１６７９７号

しかしながら、特許文献１の磁気粘性流体ダンパ１００では、ダンパの減衰力を制御・調整するために、給電制御装置１１０のようなピストンの変位を感知するセンサとセンサの信号を基にピストンの変位に合わせてリアルタイムで電磁石１０８に供給する電力を制御する制御装置とが必要である。このため、ダンパの構造が複雑になると共に制御が煩雑となる。また、製造に手間が掛かると共に、ダンパに加えて外部装置が必要であり、コストアップにつながる。

また、特許文献１の磁気粘性流体ダンパ１００では、外部からの制御命令の伝達並びに電力の供給が必要とされ、ダンパ単独で減衰力を調整しながら自立して作動することができない。したがって、作動有無にかかわらず制御装置を常時稼働状態（電源オン状態）にしておかなければならず、待機状態が長期間継続したり長時間連続して作動したりする場合には不経済となる。また、故障等により外部からの制御命令が遮断されたり、又は外部からの電力供給が遮断された場合には、減衰力を調整することができないので所定の性能を発揮することができず、信頼性が高いとは言えない。このため、例えば、構造物の免震ダンパのように待機状態が長期間継続する一方で突発的に発生した地震に対して確実に作動して所定の性能を発揮することが必要とされる減衰装置や、自動車のサスペンションのように所定の性能を発揮しながら連続して作動し続けることが必要とされる減衰装置への適用に適しているとは言い難い。

そこで、本発明は、ピストンの変位を感知するセンサや電力の供給を制御する制御装置を必要とせず、ピストンの変位に応じて自働的に減衰力を変化させて自立して作動することができる磁気粘性流体ダンパを提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、請求項１記載の磁気粘性流体ダンパは、磁気粘性流体と、強磁性体製ピストンと、磁気粘性流体を密封すると共にピストンを収容するシリンダ部と、シリンダ部を貫通してピストンを支持するピストンロッドと、シリンダ部の外に設けられた磁場発生装置と、シリンダ部の周囲に配置された第一のヨーク材と、シリンダ部の外でピストンロッドの周囲に配置された第二のヨーク材とを有し、ピストンロッドは、ピストンが中立領域を超えて軸方向の一方に変位したときにピストンと第一のヨーク材と磁場発生装置と第二のヨーク材と共に第一の磁気回路を形成する強磁性部及びピストンが中立領域を超えて軸方向の他方に変位したときにピストンと第一のヨーク材と磁場発生装置と第二のヨーク材と共に第二の磁気回路を形成する強磁性部、並びに、ピストンが中立領域内にあるときに第一の磁気回路を遮断すると共に第二の磁気回路を遮断する非磁性部を有し、ピストンとシリンダとの間の間隙を通る磁気回路の磁束密度がピストンの軸方向の変位に応じて変化するようにしている。

したがって、この磁気粘性流体ダンパによると、磁場発生装置によって磁場を発生させると共にピストンロッドに加振力がかかってピストンが軸方向に変位した場合、第二のヨーク材とピストンロッドの強磁性部との間の磁束の通り易さが変化してピストンとシリンダとの間を通る磁気回路の磁束密度が変化し、このピストンとシリンダとの間の間隙部分の磁気粘性流体に印加される磁場の大きさが変化して磁気粘性流体の見かけの粘性が変化する。

具体的には、ピストンの変位量が中立領域内にあるときには、ピストンロッドの非磁性部が第二のヨーク材と対向し、ピストンと第一のヨーク材との間を経由する磁気回路は形成されないか若しくは磁束密度が低く、ピストン周面近傍、具体的にはピストン外周面とシリンダ室内周面との間の間隙部分の磁気粘性流体に磁場は殆ど印加されず磁気粘性流体の見かけの粘性は殆ど変化しない。したがって、通常の流体ダンパと同様に磁気粘性流体の元々の粘性抵抗による減衰力に近い減衰力を有する流体ダンパとして制振効果を発揮する。一方、ピストンの変位量が大きく、中立領域を超えると、第二のヨーク材とピストンロッドの強磁性部とが接近しあるいは対向するので、ピストンと第一のヨーク材との間を経由する磁気回路の磁束密度が高くなってピストン周面近傍の磁気粘性流体に印加される磁場が大きくなる。これにより、ピストン周面近傍の磁気粘性流体の見かけの粘性が増加して磁気粘性流体ダンパの減衰力が増加し、磁気粘性流体ダンパは強い制振効果を発揮する。

ここで、中立領域とは、中立位置（ピストンが初期設定状態のまま変位しておらず待機状態にあるときの通常位置）を含み、本発明の磁気粘性流体ダンパが、ピストンが変位したときに通常の流体ダンパと同様に磁気粘性流体の元々の粘性抵抗による減衰力に近い減衰力を発揮する範囲のことをいう。そして、この範囲は、第二のヨーク材とピストンロッドの強磁性部との配置関係によって任意に決定される。

また、磁気粘性流体とは、一般的には、１〜１０μｍ程度の粒子径をもつ強磁性金属粒子から構成される高濃度の懸濁液を意味する。しかしながら、本明細書においては、磁気粘性流体とは、粒子径に拘わらず強磁性体が溶液中に分散し印加される磁場の大きさによって見かけの粘性が変化する流体を意味するものとして用いる。したがって、１μｍ未満の粒子径をもつ強磁性体が分散している流体でも良いし、又は１０μｍより大きい粒子径を持つ強磁性体が分散している流体でも良い。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の磁気粘性流体ダンパにおいて、磁場発生装置として永久磁石を用いるようにしている。この場合には、永久磁石を用いることにより、外部からの電力の供給を受けることなく磁場を発生させることができる。

また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の磁気粘性流体ダンパにおいて、磁場発生装置としてソレノイドを用いるようにしている。この場合には、ソレノイドを用いることにより、小さな装置で強い磁場を発生させることができる。

請求項１記載の磁気粘性流体ダンパによれば、ピストンの変位量に応じて流体ダンパ内に形成される磁気回路の磁束密度が変化し、ピストン外周面とシリンダ室内周面との間の間隙部分の磁気粘性流体に印加される磁場の大きさが変化して磁気粘性流体の見かけの粘性を自働的に変化させることが可能であるので、ピストンの変位を感知するセンサや磁場発生装置に供給する電力を制御する制御装置を用いることなくピストンの変位に応じて自働的に減衰力を変化させて自立して作動することができ、流体ダンパの構造、制御並びに製造を簡単にすることができると共にコストダウンを図ることができる。

そして、この磁気粘性流体ダンパによれば、ピストンの変位量が中立領域内にあるときには通常の流体ダンパと同様に磁気粘性流体の元々の粘性抵抗による減衰力に近い減衰力が発揮され、ピストンの変位量が中立領域を超えるときにはピストン周面近傍の磁気粘性流体の見かけの粘性が増加して大きな減衰力が発揮される。これにより、この磁気粘性流体ダンパは、ピストンの変位量が中立領域内にあるときには単なる流体ダンパとしての減衰力を有するダンパとして制振効果を発揮し、ピストンの変位量が中立領域を超えるときには大きな減衰力を有するダンパとして強い制振効果を発揮する。すなわち、異なる二種類の減衰力を組み合わせて有し、二つの制振効果を発揮するダンパとして機能する。

また、減衰力制御式ダンパでありながら磁場発生装置に供給する電力を制御する制御装置を必要とせず、したがってダンパ減衰力の制御に電力を必要としないので経済性の向上を図ることができる。

さらに、減衰力制御式ダンパでありながら外部からの制御命令を受けることなくピストンの変位に応じて自働的に減衰力を変化させて自立して作動することが可能であるので、流体ダンパの信頼性の向上を図ることができる。

また、請求項２記載の磁気粘性流体ダンパによれば、磁場発生装置として永久磁石を用いることにより、外部からの電力の供給を受けることなく磁場を発生させることが可能であるので、自立して作動することでき、信頼性の向上を図ることができる。また、減衰力の制御並びに磁場の発生に電力を必要としないので経済性の向上を図ることができる。

また、請求項３記載の磁気粘性流体ダンパによれば、磁場発生装置としてソレノイドを用いることにより、小さな装置で強い磁場を発生させることが可能であり、磁気粘性流体ダンパを小型化したり、強い磁場を発生させて強い減衰力を発揮させることができる。

以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。

図１から図４に、本発明の磁気粘性流体ダンパの第一の実施形態の一例を示す。この磁気粘性流体ダンパ１は、磁気粘性流体８と、強磁性体製ピストン２と、磁気粘性流体８を密封すると共にピストン２を収容するシリンダ部３と、シリンダ部３を貫通してピストン２を支持するピストンロッド４と、シリンダ部３の外に設けられた磁場発生装置６と、シリンダ部３の周囲に配置された第一のヨーク材５と、シリンダ部３の外でピストンロッド４の周囲に配置された第二のヨーク材７とを有している。

シリンダ部３は、中空部（即ちシリンダ室）を有すると共に軸方向の両端面を有する中空円筒状に形成される。シリンダ部３の軸方向の両端面の中央部にはピストンロッド４を貫通させるための貫通孔が設けられる。この貫通孔周縁には、ピストンロッド４を摺動可能に支持すると共にシリンダ部３のシリンダ室に充填される磁気粘性流体８の漏洩を防ぐためのシーリング部材１３が設けられる。

なお、シリンダ部３の形状は中空円筒状に限られるものではなく、例えば、シリンダ部３のシリンダ室の軸断面の形状は楕円形や多角形でも良い。また、シリンダ部３の外形はどのような形状であっても良い。

また、シリンダ部３は、流体ダンパのシリンダとして通常必要とされる強度や耐久性を有すると共にヨーク材等の高透磁率材料と比べて透磁率が十分に小さい材料（以下、低透磁率材料と呼ぶ）で形成されていれば良く、具体的には例えば鉛、銅、アルミニウムなどを用いて形成される。

ピストン２は、流体ダンパのピストンとして通常必要とされる強度や耐久性を有する高透磁率材料で形成されていれば良く、具体的には例えば鉄や磁性セラミックなどを用いて形成される。

また、ピストン２の形状は、シリンダ部３のシリンダ室の軸断面に合わせた形状であって、通常の流体ダンパと同様にピストン２の外周面とシリンダ部３のシリンダ室の周面との間に間隙を形成する形状であればどのような形状であっても良い。本実施形態では、ピストン２は、シリンダ部３のシリンダ室の軸断面形状に合わせて軸断面が円形に形成される。

シリンダ部３のシリンダ室は、ピストン２により、ピストン２の軸方向両側のシリンダ室３ａとシリンダ室３ｂとに区分される。そして、シリンダ室３ａとシリンダ室３ｂとは、ピストン２の外周面とシリンダ部３のシリンダ室の周面との間の間隙である流体流路３ｃによって繋がれる。なお、流体流路３ｃの断面はシリンダ室３ａやシリンダ室３ｂの断面よりも小さい。

ピストンロッド４は、ピストン２が中立領域を超えてシリンダ室３ａ側に変位したときにピストン２と第一のヨーク材５と磁場発生装置６と第二のヨーク材７と共に第一の磁気回路９ａを形成する強磁性部４ａ_１、及びピストン２が中立領域を超えてシリンダ室３ｂ側に変位したときにピストン２と第一のヨーク材５と磁場発生装置６と第二のヨーク材７と共に第二の磁気回路９ｂを形成する強磁性部４ａ_２、並びに、ピストン２が中立領域内にあるときに第一の磁気回路９ａを遮断すると共に第二の磁気回路９ｂを遮断する非磁性部４ｂをピストンロッド強磁性部４ａ_１及び４ａ_２の軸方向外側に有する。

ピストンロッド強磁性部４ａ_１、４ａ_２は、透磁率の高い領域を有していれば足り、例えば、表面が高透磁率材料で覆われているようにしても良いし（図４（Ａ））、又は全体が高透磁率材料で形成されているようにしても良い（図４（Ｃ））。また、ピストンロッド非磁性部４ｂは、ピストンロッド強磁性部４ａ_１、４ａ_２よりも透磁率が低い領域を有していれば足り、好ましくは非磁性体の使用である。例えば、表面が低透磁率材料で覆われているようにしても良いし（図４（Ｂ））、又は全体が低透磁率材料で形成されているようにしても良い（図４（Ｃ））。なお、本実施形態では、ピストン２とピストンロッド強磁性部４ａ_１及び４ａ_２とが一体として形成されるようにしている。

ピストンロッド強磁性部４ａ_１、４ａ_２の構成が、表面が高透磁率材料で覆われている構成の場合には（図４（Ａ））、例えば、ピストンロッド強磁性部４ａ_１、４ａ_２の内側に雌ねじが形成されると共にピストンロッド非磁性部４ｂに端面から延び出る雄ねじが形成される。そして、ピストン２と一体形成されたピストン２の両側のピストンロッド強磁性部４ａ_１及び４ａ_２にピストンロッド非磁性部４ｂが嵌め合わされて一体のピストンロッド４が形成されることが考えられる。

また、ピストンロッド強磁性部４ａ_１、４ａ_２全体が高透磁率材料で形成されていると共にピストンロッド非磁性部４ｂ全体が低透磁率材料で形成されている構成の場合には（図４（Ｃ））、例えば、ピストンロッド強磁性部４ａ_１、４ａ_２に端面から突出する雄ねじが形成されると共にピストンロッド非磁性部４ｂの端部に雌ねじが形成される。そして、ピストン２と一体形成されたピストン２の両側のピストンロッド強磁性部４ａ_１及び４ａ_２にピストンロッド非磁性部４ｂが嵌め合わされて一体のピストンロッド４が形成されることが考えられる。

さらにまた、ピストンロッド非磁性部４ｂの構成が、表面が低透磁率材料で覆われた構成の場合には（図４（Ｂ））、例えば、ピストンロッド強磁性部４ａ_１、４ａ_２に端面から延び出る雄ねじが形成されると共にピストンロッド非磁性部４ｂの内側に雌ねじが形成される。そして、ピストン２と一体形成されたピストン２の両側のピストンロッド強磁性部４ａ_１及び４ａ_２にピストンロッド非磁性部４ｂが嵌め合わされて一体のピストンロッド４が形成されることが考えられる。

ピストンロッド強磁性部４ａ_１、４ａ_２を形成する高透磁率材料は、ダンパのピストンロッドとして通常必要とされる強度や耐久性を有する高透磁率材料であれば良く、具体的には例えば鉄や磁性セラミックなどが用いられる。さらに、ピストンロッド非磁性部４ｂを形成する低透磁率材料は、ダンパのピストンロッドとして通常必要とされる強度や耐久性を有する低透磁率材料であれば良く、具体的には例えば鉛、銅、アルミニウムなどが用いられる。

第一のヨーク材５は、本実施形態では、中空部５ａを有すると共に軸方向の両端面を有する中空円筒状に形成される。第一のヨーク材５の軸方向の両端面の中央部にはピストンロッド４を摺動可能に支持して貫通させるための貫通孔が設けられる。なお、第一のヨーク材５は、例えばシリンダ部３の外周を覆う円筒部とその両側のキャップ部とが組み合わされて全体として中空円筒状に形成されるようにしても良い。これにより、流体ダンパの組立を簡便なものとすることができる。

第一のヨーク材中空部５ａは、シリンダ部３の外周面と第一のヨーク材中空部５ａの周面とが接するように形成される。さらに、シリンダ部３の軸方向両側に磁場発生装置６及び第二のヨーク材７を収容する空間を有するように形成される。

第二のヨーク材７は、ピストンロッド４を摺動可能に貫通させる貫通孔を中央部に有する環状に形成される。そして、第二のヨーク材７は、シリンダ部３の軸方向両側に配置される。

磁場発生装置６は、磁場発生装置６とピストンロッド４とが接することがないようにピストンロッド４を貫通させる貫通孔を中央部に有する環状に形成される。そして、磁場発生装置６は、シリンダ部３の軸方向両側に配置され、第二のヨーク材７、及び、本実施形態では、第一のヨーク材中空部５ａの軸方向の端面に接して設けられる。

磁場発生装置６及び第二のヨーク材７の軸断面の半径は、第一のヨーク材中空部５ａの軸断面の半径よりも小さく設定される。これにより、第一のヨーク材中空部５ａの周面と磁場発生装置６及び第二のヨーク材７の外周面との間に、ピストン２と第一のヨーク材５と磁場発生装置６と第二のヨーク材７とピストンロッド強磁性部４ａ_１、４ａ_２とが連なる磁気回路９ａ、９ｂを形成するための間隙１０が形成される。

なお、磁場発生装置６は、磁場を発生する材質により形成されているか、又は磁場を発生させる装置であれば良い。本実施形態では、磁場発生装置６として永久磁石が用いられている。また、第二のヨーク材７は、高透磁率材料であれば良く、具体的には例えば鉄や磁性セラミックなどが用いられる。

ピストン２並びにピストンロッド強磁性部４ａ_１及び４ａ_２の軸方向の全長は、ピストン２が中立領域内にあるときにはピストンロッド強磁性部４ａ_１、４ａ_２が第二のヨーク材７と接することがなく、且つ、ピストン２の変位量が中立領域を超えたときにはピストンロッド強磁性部４ａ_１、４ａ_２が第二のヨーク材７と接する長さに設定される。なお、シリンダ部３の軸方向両側に配置される第二のヨーク材７の間隔に対するピストン２並びにピストンロッド強磁性部４ａ_１及び４ａ_２の軸方向の全長を調整することにより、磁気粘性流体ダンパ１が磁気粘性流体の元々の粘性抵抗による減衰力に近い減衰力を発揮する範囲即ち中立領域の幅を調整することができる。具体的には、全長を長くした場合にはピストン２の変位量が小さくても強い減衰力を発揮するようになり、逆に全長を短くした場合にはピストン２の変位量が大きいときのみ強い減衰力を発揮するようになる。

ピストン２及びピストンロッド４を収容したときにシリンダ部３内に形成されるシリンダ室３ａ及び３ｂ並びに流体流路３ｃには磁気粘性流体８が充填される。磁気粘性流体８は、マイクロスケールの強磁性体粒子を含み、磁場の強さに応答して粘性が変化する。すなわち、磁場が印加されると見かけの粘性が増加し、磁場が除かれると見かけの粘性が元に戻る。なお、一般的には、流体中に分散させる強磁性体の粒子径が大きいほどせん断応力の変化が小さいために磁場の印加による減衰力の変化が比較的小さく、流体ダンパの設置場所や用途等によって磁気粘性流体８に分散させる強磁性体の粒子径を変化させることで、期待される減衰力に合わせて適切な流体ダンパを提供することが可能である。

上述した第一の実施形態の磁気粘性流体ダンパ１の動作を以下に説明する。

図２（Ａ）に示すように、ピストン２が中立位置にあるときは第二のヨーク材７とピストンロッド強磁性部４ａ_１、４ａ_２とが離れ、ピストンロッド非磁性部４ｂが第二のヨーク材７とピストンロッド強磁性部４ａ_１、４ａ_２との間の磁束の通り路のギャップとなる。このため、磁場発生装置６と第二のヨーク材７とピストンロッド強磁性部４ａ_１、４ａ_２とピストン２と第一のヨーク材５とが連なる磁気回路９ａ、９ｂは形成されないか若しくは磁束密度が低い。したがって、図３（Ａ）に示すように、流体流路３ｃ部分の磁気粘性流体８に磁場は殆ど印加されないので磁気粘性流体８の見かけの粘性も殆ど変化しない。また、このとき、ピストンロッド４やピストン２を経由しない磁気回路即ち磁場発生装置６と第一のヨーク材５と第二のヨーク材７とが連なる磁気回路が形成されている。この状態では、磁気粘性流体ダンパ１は磁気粘性流体８の元々の粘性抵抗による減衰力に近い減衰力を有する流体ダンパとして働く。なお、図３において、図中の矢印１１の向きは矢印の始点位置における磁場の向きを表し、矢印１１の長さは磁場の強さを表す。

この状態で、ピストンロッド４に矢印２０の向きの加振力が与えられるとピストンロッド４並びにピストン２が矢印２０の向きに変位する。このとき、ピストン２の変位に合わせて、磁気粘性流体８がシリンダ室３ａから流体流路３ｃを通ってシリンダ室３ｂに流動する。この際、ピストン２が中立位置にあるときは流体流路３ｃ部分の磁気粘性流体８に磁場は殆ど印加されず見かけの粘性も殆ど変化しないので、ピストン２の変位初期の段階では、磁気粘性流体ダンパ１は磁気粘性流体８の元々の粘性抵抗による減衰力に近い減衰力を有する流体ダンパとして制振効果を発揮する。

そして、ピストンロッド４並びにピストン２が矢印２０の向き即ちシリンダ室３ａ側に更に変位すると、図２（Ｂ）に示すように、ピストンロッド強磁性部４ａ_１がシリンダ部３から突出し第二のヨーク材７の中央部の貫通孔に進入して第二のヨーク材７とピストンロッド強磁性部４ａ_１との間で磁束が通り易くなる。このため、磁気回路９ａの磁束密度が高くなる。これにより、流体流路３ｃ部分の磁気粘性流体８に強い磁場が印加され（図３（Ｂ））、磁気粘性流体８の見かけの粘性が増加して磁気粘性流体ダンパ１の減衰力が増加し、磁気粘性流体ダンパ１は強い制振効果を発揮する。

また、ピストンロッド４並びにピストン２が矢印２０’の向き即ちシリンダ室３ｂ側に大きく変位すると、図２（Ｃ）に示すように、ピストンロッド強磁性部４ａ_２がシリンダ部３から突出し第二のヨーク材７の中央部の貫通孔に進入して第二のヨーク材７とピストンロッド強磁性部４ａ_２との間で磁束が通り易くなる。このため、磁気回路９ｂの磁束密度が高くなる。これにより、流体流路３ｃ部分の磁気粘性流体８に強い磁場が印加され、磁気粘性流体８の見かけの粘性が増加して磁気粘性流体ダンパ１の減衰力が増加し、磁気粘性流体ダンパ１は強い制振効果を発揮する。

このように、本発明の磁気粘性流体ダンパ１は、振幅が僅かな振動時でピストンの変位量が小さい場合には、磁気粘性流体８の元々の粘性抵抗による減衰力に近い減衰力を発揮して加速度応答を効率良く低減する流体ダンパとして働く。そして、振動の振幅が大きくなるに従ってピストン２の変位量が次第に大きくなってピストンロッド強磁性部４ａ_１、４ａ_２が第二のヨーク材７に近付くようになり、それに伴って流体流路３ｃ部分の磁気粘性流体８に印加される磁場が次第に強くなり、磁気粘性流体８の見かけの粘性の増加に伴って減衰力が次第に増加する流体ダンパとして働く。そしてさらに、振幅が大きい振動時でピストンの変位量が大きい場合には、ピストンロッド強磁性部４ａ_１、４ａ_２が第二のヨーク材７に多く進入して流体流路３ｃ部分の磁気粘性流体８に強い磁場が印加され、磁気粘性流体８の見かけの粘性が大きくなって強い減衰力を発揮して大変形を抑止する流体ダンパとして働く。これにより、本発明の磁気粘性流体ダンパ１は、ピストンロッド４に大きな加振力がかかった場合でも急激に強力な減衰力を発揮して衝撃の大きい制御をするのではなく減衰力を徐々に増加させてスムーズな制振効果を発揮すると共に、ピストンロッド４にかかる加振力が大きくピストン２の変位量が大きい場合には強い減衰力を発揮して強力な制振効果を発揮する。

なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本実施形態では、磁気粘性流体８はシリンダ部３によって密封されるため、第一のヨーク材５は磁気粘性流体８を密封する必要はない。したがって、第一のヨーク材５は、ピストン２と磁場発生装置６との間で磁気回路９ａ、９ｂの一部を形成するものであればどのような形状であっても良い。具体的には例えば、シリンダ部３の周りに筋状のヨーク材を軸方向に貼り付けるようにしても良い。この場合には、ヨーク材の配置間隔や本数、並びに断面の大きさ等を変化させることにより磁気回路の形成の程度を加減して流体ダンパの減衰力を調整することができる。

また、本実施形態では、ピストンロッド４は、透磁率が高い強磁性部４ａ_１、４ａ_２及び透磁率が低い非磁性部４ｂのみから構成されるようにしているが、強磁性部４ａ_１、４ａ_２と非磁性部４ｂとの間に強磁性部４ａ_１、４ａ_２の透磁率と非磁性部４ｂの透磁率との間の透磁率を有する部分を設ける構成としても良い。また、ピストン２に近い方から遠い方に向けてピストンロッド４の透磁率が徐々に低くなるようにしても良い。ピストンロッド４の透磁率の変化を調整することによって磁気粘性流体ダンパ１の減衰力を調整することが可能である。

また、本実施形態では、磁場発生装置６として永久磁石を用いているが、永久磁石の代わりにソレノイド（直流コイル又は交流コイル）を用いることも可能である。この場合には、永久磁石を用いる場合と比べて磁気粘性流体ダンパ１を小型化したり、強い磁場を発生させてより強い減衰力を発揮させることができるという利点がある。

続いて、図５に、本発明の磁気粘性流体ダンパの第二の実施形態の一例を示す。第一の実施形態では、シリンダ部３の構成部材とシリンダ部３の周囲に配置される第一のヨーク材５とが別部材で構成されるようにしている。これに対し、第二の実施形態では、シリンダ部３の構成部材と第一のヨーク材５とが同一部材で構成されるようにしている。具体的には、中空部５ａを有すると共に軸方向の両端面を有する中空円筒状に形成された第一のヨーク材５と中空部５ａ内の二つの隔壁１２とによってシリンダ部３が形成される。

本実施形態のように、シリンダ部３の構成部材と第一のヨーク材５とが同一部材で構成される場合には、シリンダ部３自体が第一のヨーク材５として磁気回路の一部になる役割を担うと共に、第一のヨーク材５がシリンダ部３の一部として磁気粘性流体８を密封する役割を担う。

隔壁１２は、流体ダンパの構成部品として通常必要とされる強度や耐久性を有する低透磁率材料で形成されていれば良く、具体的には例えば鉛、銅、アルミニウムなどを用いて形成される。隔壁１２の中央部にはピストンロッド４を貫通させるための貫通孔が設けられる。そして、この貫通孔の周縁には、ピストンロッド４を摺動可能に支持すると共にシリンダ部３のシリンダ室（本実施形態では、具体的には、第一のヨーク材中空部５ａの両隔壁１２によって挟まれる空間）の磁気粘性流体８の漏洩を防ぐためのシーリング部材１３が設けられる。

また、図６に、本発明の磁気粘性流体ダンパの第三の実施形態の一例を示す。この実施形態も、シリンダ部３の構成部材と第一のヨーク材５とが同一部材で構成される。この実施形態では、シリンダ部３の軸方向両端面中央部のピストンロッド４を貫通させるための貫通孔周縁に設けられたシーリング部材１３は、ピストン２を経由しない磁気回路の形成を防ぐために低透磁率材料で形成される。

この実施形態では、磁場発生装置６はシリンダ部３の軸方向両側に配置されシリンダ部３の軸方向の端面に接して設けられる。

また、磁場発生装置６の中央部貫通孔の内周面とピストンロッド４の外周面との間の間隙１０’が、シーリング部材１３とシリンダ室３ａ、３ｂと共に磁気回路を形成するための空間となる。

また、図７に、本発明の磁気粘性流体ダンパの第四の実施形態の一例を示す。この実施形態も、シリンダ部３の構成部材と第一のヨーク材５とが同一部材で構成される。また、この実施形態では、シリンダ部３の軸方向片側の端面を貫通してピストン２を片側から支持する片ロッド４’が用いられている。なお、片ロッド４’が貫通する端面と軸方向反対側のシリンダ部３の端面は閉じられている。また、片ロッド４’を用いるこの磁気粘性流体ダンパ１は、通常の片持ちシリンダと同様に、シリンダ部３内に進入する片ロッド４’の体積の変化に対応するため、シリンダ部３のシリンダ室内にフリーピストン１４ａによって仕切られたアキュムレータ１４が設けられている。

そして、この実施形態では、片ロッド４’は、図７（Ｂ）に示すように、ピストン２が中立領域を超えて矢印２０の向き即ちシリンダ室３ａ側に変位したときにピストン２と第一のヨーク材５と磁場発生装置６と第二のヨーク材７と共に第一の磁気回路９ａを形成するピストンロッド強磁性部４ａ_１、４ａ_２及び４ａ_３と、図７（Ｃ）に示すように、ピストン２が中立領域を超えて矢印２０’の向き即ちシリンダ室３ｂ側に変位したときにピストン２と第一のヨーク材５と磁場発生装置６と第二のヨーク材７と共に第二の磁気回路９ｂを形成するピストンロッド強磁性部４ａ_３とを有する。

また、片ロッド４’は、ピストン２が中立領域内にあるときに第二のヨーク材７とピストンロッド強磁性部４ａ_１、４ａ_２及び４ａ_３との間で磁束の通り路のギャップになるように、ピストンロッド強磁性部４ａ_１とピストンロッド強磁性部４ａ_３との間にピストンロッド非磁性部４ｂを有する。

さらに、ピストンロッド強磁性部４ａ_１及び４ａ_３、並びにピストンロッド非磁性部４ｂの配置は、ピストン２が中立領域内にあるときにはピストンロッド強磁性部４ａ_１、４ａ_３が第二のヨーク材７と接することがなく、且つ、ピストン２の変位量が中立領域を超えたときにはピストンロッド強磁性部４ａ_１、４ａ_３が第二のヨーク材７と接するように設定される。

片ロッド４’を上述の構成とすることにより、片ロッドダンパでありながら、ピストン２が中立位置からどちらの方向に変位する場合であっても、中立領域を除いて流体ダンパ内に磁気回路９ａ，９ｂを形成させると共にこの磁気回路９ａ，９ｂの磁束密度を変化させることができるので、ピストン２の変位の大きさに応じて流体流路３ｃ部分の磁気粘性流体８に印加される磁場の強さを変化させ、磁気粘性流体８の見かけの粘性を変化させて磁気粘性流体ダンパ１の減衰力を変化させることができる。

本発明の磁気粘性流体ダンパの第一の実施形態の一例を示す断面図である。第一の実施形態の磁気粘性流体ダンパの動作を説明する断面図である。（Ａ）はピストンが変位していない状態を示す断面図である。（Ｂ）はピストンが中立領域を超えて一方に変位した状態を示す断面図である。（Ｃ）はピストンが中立領域を超えて他方に変位した状態を示す断面図である。第一の実施形態の磁気粘性流体ダンパの磁場分布を示す断面図である。（Ａ）はピストンが変位していないときの磁場分布を示す断面図である。（Ｂ）はピストンが中立領域を超えて変位したときの磁場分布を示す断面図である。ピストンロッドの構造を説明する断面図である。（Ａ）はピストンロッド強磁性部の表面が高透磁率材料で覆われている構造の場合の断面図である。（Ｂ）はピストンロッド非磁性部の表面が低透磁率材料で覆われている構造の場合の断面図である。（Ｃ）はピストンロッド強磁性部全体が高透磁率材料で形成されると共にピストンロッド非磁性部全体が低透磁率材料で形成されている構造の場合の断面図である。本発明の磁気粘性流体ダンパの第二の実施形態の一例を示す断面図である。本発明の磁気粘性流体ダンパの第三の実施形態の一例を示す断面図である。本発明の磁気粘性流体ダンパの第四の実施形態の一例を示す断面図である。（Ａ）はピストンが変位していない状態を示す断面図である。（Ｂ）はピストンが中立領域を超えて一方に変位した状態を示す断面図である。（Ｃ）はピストンが中立領域を超えて他方に変位した状態を示す断面図である。従来の磁気粘性流体ダンパを示す断面図である。

符号の説明

１磁気粘性流体ダンパ
２、２ａ、２ｂピストン
３シリンダ部
４ピストンロッド
４’ 片ロッド
４ａ_１、４ａ_２、４ａ_３ピストンロッド強磁性部
４ｂピストンロッド非磁性部
５第一のヨーク材
６磁場発生装置
７第二のヨーク材
８磁気粘性流体
９ａ第一の磁気回路
９ｂ第二の磁気回路

Claims

磁気粘性流体と、強磁性体製ピストンと、前記磁気粘性流体を密封すると共に前記ピストンを収容するシリンダ部と、前記シリンダ部を貫通して前記ピストンを支持するピストンロッドと、前記シリンダ部の外に設けられた磁場発生装置と、前記シリンダ部の周囲に配置された第一のヨーク材と、前記シリンダ部の外で前記ピストンロッドの周囲に配置された第二のヨーク材とを有し、前記ピストンロッドは、前記ピストンが中立領域を超えて軸方向の一方に変位したときに前記ピストンと前記第一のヨーク材と前記磁場発生装置と前記第二のヨーク材と共に第一の磁気回路を形成する強磁性部及び前記ピストンが前記中立領域を超えて軸方向の他方に変位したときに前記ピストンと前記第一のヨーク材と前記磁場発生装置と前記第二のヨーク材と共に第二の磁気回路を形成する強磁性部、並びに、前記ピストンが前記中立領域内にあるときに前記第一の磁気回路を遮断すると共に前記第二の磁気回路を遮断する非磁性部を有し、前記ピストンと前記シリンダとの間の間隙を通る磁気回路の磁束密度が前記ピストンの軸方向の変位に応じて変化することを特徴とする磁気粘性流体ダンパ。
前記磁場発生装置として永久磁石を用いることを特徴とする請求項１記載の磁気粘性流体ダンパ。
前記磁場発生装置としてソレノイドを用いることを特徴とする請求項１記載の磁気粘性流体ダンパ。