JP4875377B2 - 可変減衰力ダンパー - Google Patents

Description

本発明は、磁性合金製のバルブプレートと磁界を発生させるコイルとを備え、コイルが発生する磁界でバルブプレートの形状を変化させることで減衰力を任意に制御することが可能な可変減衰力ダンパーに関する。

粘性流体が充填されたシリンダを、その内部に摺動自在に嵌合するピストンによって第１、第２流体室に区画し、ピストンを貫通して第１、第２流体室を連通させる流体通路にソレノイドで開閉するスプール弁を配置したものが、下記特許文献１により公知である。この可変減衰力ダンパーによれば、ソレノイドに通電してスプール弁の開度を変化させることでダンパーの減衰力を任意に制御することができる。
特開２００４−２２５８３４号公報

ところで、上記特許文献１に記載された可変減衰力ダンパーは、ピストンの内部にソレノイドで作動するスプール弁を配置する必要があるため、部品点数が増加して構造が複雑化するだけでなく、ソレノイドに通電してからスプール弁の開度が変化するまでにタイムラグが存在するため、応答性が低くなる問題があった。

そこで本出願人は、特願２００５−２３１９２５号により、ピストンに設けたオリフィスを開閉する磁性合金製のバルブプレートを、ピストンに設けたコイルで変形させて減衰力を制御する可変減衰力ダンパーを提案した。

この可変減衰力ダンパーによれば、上記特許文献１に記載された可変減衰力ダンパーに比べて高い応答性を得ることが可能であるが、ダンパーの減衰力をオリフィスの開度により調整しているため、ダンパーの最大減衰力を高めて減衰力の調整可能幅を充分に拡大することが困難であった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、可変減衰力ダンパーが発生可能な最大減衰力を高めて減衰力の調整可能幅を拡大することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、磁気粘性流体あるいは磁性流体からなる粘性流体が充填されたシリンダと、前記シリンダに摺動自在に嵌合して該シリンダを第１、第２流体室に区画するピストンと、前記ピストンに連結されて前記シリンダの端壁を貫通するピストンロッドと、前記ピストンに設けられて前記第１、第２流体室を連通させるオリフィスと、前記ピストンに埋設したコイルが発生する磁界で該ピストンに設けた磁性合金製のバルブプレートを変形させることで、前記オリフィスの開度を変化させて減衰力を制御する減衰力制御機構とを備えた可変減衰力ダンパーにおいて、前記オリフィスは、前記コイルが臨む前記ピストンの軸方向端面と前記バルブプレートとの間に形成され、前記バルブプレートが前記ピストンの軸方向端面に当接したときに所定の最小開度で開放することを特徴とする可変減衰力ダンパーが提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記オリフィスは前記ピストンの軸方向端面に溝状に形成されることを特徴とする可変減衰力ダンパーが提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記バルブプレートは前記ピストンの軸方向両端に配置された第１、第２バルブプレートからなり、前記コイルは第１、第２バルブプレートにそれぞれ対応する第１、第２コイルからなることを特徴とする可変減衰力ダンパーが提案される。

尚、実施の形態の第１、第２オリフィス４６，４７は本発明のオリフィスに対応する。

請求項１の構成によれば、磁気粘性流体あるいは磁性流体を充填したシリンダに摺動自在に嵌合するピストンにオリフィスを設け、ピストンに設けたバルブプレートをコイルが発生する磁界で変形させてオリフィスの開度を変化させることで、ダンパーの減衰力を任意に制御することができる。その際に、オリフィス内の磁気粘性流体あるいは磁性流体の粘性をコイルが発生する磁界で変化させることで、ダンパーの減衰力を任意に制御することができる。このように、オリフィスおよびバルブプレートにより発生する減衰力と磁気粘性流体あるいは磁性流体により発生する減衰力とを組み合わせることで、大きな減衰力を発生させて減衰力の調整可能幅を拡大することができる。

また請求項２の構成によれば、オリフィスをピストンの軸方向端面に溝状に形成したので、ピストンの軸方向端面にバルブプレートが吸着されたときにオリフィスの開度を最小開度とすることができる。

また請求項３の構成によれば、第１バルブプレートを対応する第１コイルで変形させ、第２バルブプレートを対応する第２コイルで変形させることで、これらの第１、第２バルブプレートを共通のコイルで変形させる場合に比べて、第１、第２コイルが励磁および消磁される時間間隔を２倍に伸ばすことができる。これにより、第１、第２コイルのインダクタンスの影響を最小限に抑えて電流の立ち上がりを速め、ダンパーへの高周波の入力時の応答性を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施の形態に基づいて説明する。

図１〜図９は本発明の実施の形態を示すもので、図１は車両のサスペンション装置の正面図、図２は可変減衰力ダンパーの拡大断面図、図３は図２の３−３線拡大断面図、図４は図３の４−４線断面図（非励磁、低速時）、図５は図３の５−５線断面図（非励磁、低速時）、図６は図４に対応する作用説明図（励磁、高速時）、図７は図５に対応する作用説明図（励磁、高速時）、図８はピストン速度と減衰力との関係を示すグラフ、図９は磁気粘性流体の効果を説明するグラフである。

図１に示すように、四輪の自動車の車輪Ｗを懸架するサスペンション装置Ｓは、車体１１にナックル１２を上下動自在に支持するサスペンションアーム１３と、サスペンションアーム１３および車体１１を接続する可変減衰力のダンパー１４と、サスペンションアーム１３および車体１１を接続するコイルバネ１５とを備える。ダンパー１４の減衰力を制御する電子制御ユニットＵには、バネ上加速度を検出するバネ上加速度センサＳａからの信号と、ダンパー１４の変位（ストローク）を検出するダンパー変位センサＳｂからの信号と、車両の操舵角を検出する操舵角センサＳｃからの信号と、車両の横加速度を検出する横加速度センサＳｄからの信号とが入力される。

図２に示すように、ダンパー１４は、下端がサスペンションアーム１３に接続されたシリンダ２２と、シリンダ２２の上端および下端をそれぞれ閉塞する上部端板２３および下部端板２４と、シリンダ２２に摺動自在に嵌合するピストン２５と、ピストン２５から上方に延びて上部端板２３に設けたシール部材２６を液密に貫通し、上端を車体１１に接続されたピストンロッド２７と、シリンダ２２の下部に摺動自在に嵌合するフリーピストン２８とを備える。

シリンダ２２の内部にピストン２５により仕切られた上側の第１流体室２９および下側の第２流体室３０が区画されており、これらの第１、第２流体室２９，３０には磁気粘性流体（ＭＲＦ： Magneto-Rheological Fluids ）が充填される。またフリーピストン２８の下部には高圧ガスが封入されたガス室３２が区画される。

図３〜図５に示すように、ピストン２５は、ピストンロッド２７に上下一対の非磁性体のストッパプレート３３，３４および磁性体のシム４２，４３を介してナット３５で固定されたピストン本体３６を備える。ピストン本体３６の上面とシム４２との間には強磁性合金を円板状に形成した第１バルブプレート３７の中央部が固定され、またピストン本体３６の下面とシム４３との間には強磁性合金を円板状に形成した第２バルブプレート３８の中央部が固定される。ピストン本体３６の内部を４個の流体通路３９，３９；４０，４０が９０°間隔で軸方向に貫通しており、そのうち二つの第１流体通路３９，３９は直径方向両端に配置され、他の二つの第２流体通路４０，４０は９０°ずれた直径方向両端に配置される。

第２バルブプレート３８には第１流体通路３９，３９の下端に臨む通孔３８ａ，３８ａ（図４参照）が形成され、第１バルブプレート３７には第２流体通路４０，４０の上端に臨む通孔３７ａ，３７ａ（図５参照）が形成される。またピストン本体３６の外周面には、シリンダ２２の内周面に摺接するピストンリング４１が装着される。第１バルブプレート３７の通孔３７ａ，３７ａに臨むように、ストッパプレート３３には通孔３３ａ，３３ａが形成され、また第２バルブプレート３８の通孔３８ａ，３８ａに臨むように、ストッパプレート３４には通孔３４ａ，３４ａが形成される。

第１、第２流体通路３９，３９；４０，４０よりも径方向外側のピストン本体３６の上半部に、ピストンロッド２７を囲むように環状の第１コイル４４が埋め込まれており、この第１コイル４４は電子制御ユニットＵに接続されて通電を制御される。また第１、第２流体通路３９，３９；４０，４０よりも径方向外側のピストン本体３６の下半部に、ピストンロッド２７を囲むように環状の第２コイル４５が埋め込まれており、この第２コイル４５は電子制御ユニットＵに接続されて通電を制御される。

第１コイル４４を励磁すると第１バルブプレート３７がピストン本体３６の上面に吸着されるが、そのとき第１流体通路３９，３９の上端が第１液室２９と連通するように、ピストン本体３６の上面に溝状の第１オリフィス４６，４６（図４参照）が形成される。また第２コイル４５を励磁すると第２バルブプレート３８がピストン本体３６の下面に吸着されるが、そのとき第２流体通路４０，４０の下端が第２液室３０と連通するように、ピストン本体３６の下面に溝状の第２オリフィス４７，４７（図５参照）が形成される。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

図４に示すように、第１、第２コイル４４，４５を励磁していないとき、ダンパー１４が収縮してシリンダ２２に対してピストン２５が下動すると、第１流体室２９の容積が増加して第２流体室３０の容積が減少するため、第２流体室３０の磁気粘性流体が第２バルブプレート３８の通孔３８ａ，３８ａを通過して第１流体通路３９，３９に流入する。このとき第２バルブプレート３８は閉弁方向の流体圧を受けてピストン本体３６の下面に押し付けられる。第１流体通路３９，３９を通過した実施の形態は第１バルブプレート３７の下面を開弁方向（上向き）に付勢するが、ピストン２５の下動速度が図８のＶ１に達するまでは第１バルブプレート３７は自己の剛性で開弁しないため、実施の形態は第１バルブプレート３７の下面およびピストン本体３６間の第１オリフィス４６，４６を通って第１流体室２９に流出することになり、第１オリフィス４６，４６により抵抗が発生してダンパー１４の減衰力は急激に増加する。

ピストン２５の下動速度が図８のＶ１に達すると、図６に示すように、第１バルブプレート３７は流体圧に屈して上方に湾曲し、第１オリフィス４６，４６が機能しなくなるため、ピストン２５の下動速度の増加に応じてダンパー１４の減衰力がリニアに増加する（ラインａ参照）。

このとき、電子制御ユニットＵからの指令で第１コイル４４に通電すると、第１コイル４４が発生する磁界（図６の破線矢印参照）で第１バルブプレート３７が下向きに変形しようとして閉弁方向のセット荷重が発生するため、ピストン２５の下動速度が更に増加して図８のＶ２に達するまで第１バルブプレート３７が開弁せず、第１オリフィス４２の機能でダンパー１４の減衰力の立ち上がりが強くなる（ラインｂ参照）。従って、第１コイル４４に供給する電流を変化させることで、ダンパー１４の減衰力を任意に制御することができる。

尚、ダンパー１４に衝撃的な圧縮荷重が加わって第２流体室３０の容積が減少するとき、ガス室３２を縮小させながらフリーピストン２８が下降することで衝撃を吸収する。またダンパー１４に衝撃的な引張荷重が加わって第２流体室３０の容積が増加するとき、ガス室３２を拡張させながらフリーピストン２８が上昇することで衝撃を吸収する。更に、ピストン２５が下降してインナーシリンダ２２内に収納されるピストンロッド２７の容積が増加したとき、その容積の増加分を吸収するようにフリーピストン２８が下降する。

第１、第２流体室２９，３０に充填された磁気粘性流体は、オイルのような粘性流体に鉄粉のような磁性体微粒子を分散させたもので、磁界を加えると磁力線に沿って磁性体微粒子が整列することで実施の形態が流れ難くなり、見かけの粘性が増加する性質を有している。従って、第１、第２コイル４４，４５を励磁して磁界が発生すると、第１、第２オリフィス４６，４６；４７，４７内の磁気粘性流体の見かけの粘性が増加し、ダンパー１４の減衰力が増加する。この減衰力の増加量は、第１、第２コイル４４，４５に供給する電流の大きさにより任意に制御することができる。

従って、ダンパー１４の減衰力は、図９のグラフに示すように、第１、第２オリフィス４６，４６；４７，４７の開度に応じて変化する成分と、磁気粘性流体の見かけの粘性に応じて変化する成分との和になり、ダンパー１４の減衰力の調整可能幅を拡大することができる。

以上、ピストン２５が下動する場合について説明したが、ピストン２５が上動する場合には、第１コイル４４の代わりに第２コイル４５が励磁することで、同様の作用効果が達成される。

しかして、電子制御ユニットＵは、バネ上加速度センサＳａで検出したバネ上加速度、ダンパー変位センサＳｂで検出したダンパー変位、操舵角センサＳｃで検出した操舵角および横加速度センサＳｄで検出した横加速度に基づいて、各車輪Ｗ…の合計４個のダンパー１４…の減衰力を個別に制御することで、路面の凹凸を乗り越える際の車両の動揺を抑えて乗り心地を高めるスカイフック制御のような乗り心地制御と、車両の旋回時のローリングや車両の急加速時や急減速時のピッチングを抑える操縦安定制御とを、車両の運転状態に応じて選択的に実行することができる。

第１、第２バルブプレート３７，３８を構成する強磁性合金は磁界の変化に対する変形の応答性が高いため、ダンパー１４の減衰力の制御応答性を高めることができる。また本実施例によれば、ダンパー１４の減衰力の制御応答性を、ピストン２５のコイルを第１、第２コイル４４，４５に二分割したことによって高めることができる。

即ち、ピストン２５のコイルはダンパー１４が収縮するとき（ピストン２５が下動するとき）とダンパー１４が伸長するとき（ピストン２５が上動するとき）とに励磁されるが、仮にコイルの個数が１個であるとすると、ダンパー１４の伸縮の１周期にコイルは励磁および消磁のサイクルを２回繰り返すことになる。このように、コイルに供給する電流を断続させると、その周期が短くなるほどコイルのインダクタンスの影響を受けて電流の立ち上がりが遅れ、第１、第２バルブプレート３７，３８を素早く吸着することができなくなって応答性が低下する問題がある。

しかしながら、本実施の形態によれば、ピストン２５に第１、第２コイル４４，４５を設けたことにより、第１コイル４４はピストン２５の下動時にのみ励磁され、第２コイル４５はピストン２５の上動時にのみ励磁されることになる。その結果、第１、第２コイル４４，４５はダンパー１４の伸縮の１周期に励磁および消磁のサイクルを１回だけ行えば良いことになり、第１、第２コイル４４，４５に供給する電流の周期を２倍に伸ばしてインダクタンスの影響を受け難くし、電流の立ち上がりの遅れを最小限に抑えて応答性を高めることができる。

また第１、第２オリフィス４６，４６；４７，４７と協働して第１、第２流体室２９，３０を連通させる第１、第２流体通路３９，３９；４０，４０を、ピストン２５に設けた第１、第２コイル４４，４５の径方向内側に配置したので、第１、第２流体通路３９，３９；４０，４０を流れる流体の圧力で第１、第２バルブプレート３７，３８が開こうとしても、第１、第２コイル４４，４５が発生する磁力で前記流体の圧力に抗して第１、第２バルブプレート３７，３８を確実に閉じることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態ではサスペンション装置用のダンパー１４を例示したが、本発明の可変減衰力ダンパーは他の任意の用途に適用することができる。

また実施の形態では第１、第２コイル４４，４５を設けているが、コイルの数は単一であっても良い。

車両のサスペンション装置の正面図 可変減衰力ダンパーの拡大断面図 図２の３−３線拡大断面図 図３の４−４線断面図（非励磁、低速時 図３の５−５線断面図（非励磁、低速時） 図４に対応する作用説明図（励磁、高速時） 図５に対応する作用説明図（励磁、高速時） ピストン速度と減衰力との関係を示すグラフ 磁気粘性流体の効果を説明するグラフ

２２ シリンダ
２５ ピストン
２７ ピストンロッド
２９ 第１流体室
３０ 第２流体室
３７ 第１バルブプレート
３８ 第２バルブプレート
４４ 第１コイル
４５ 第２コイル
４６ 第１オリフィス（オリフィス）
４７ 第２オリフィス（オリフィス）

Claims (3)

1. 磁気粘性流体あるいは磁性流体からなる粘性流体が充填されたシリンダ（２２）と、
   前記シリンダ（２２）に摺動自在に嵌合して該シリンダ（２２）を第１、第２流体室（２９，３０）に区画するピストン（２５）と、
   前記ピストン（２５）に連結されて前記シリンダ（２２）の端壁を貫通するピストンロッド（２７）と、
   前記ピストン（２５）に設けられて前記第１、第２流体室（２９，３０）を連通させるオリフィス（４６，４７）と、
   前記ピストン（２５）に埋設したコイル（４４，４５）が発生する磁界で該ピストン（２５）に設けた磁性合金製のバルブプレート（３７，３８）を変形させることで、前記オリフィス（４６，４７）の開度を変化させて減衰力を制御する減衰力制御機構と、
   を備えた可変減衰力ダンパーにおいて、
   前記オリフィス（４６，４７）は、前記コイル（４４，４５）が臨む前記ピストン（２５）の軸方向端面と前記バルブプレート（３７，３８）との間に形成され、前記バルブプレート（３７，３８）が前記ピストン（２５）の軸方向端面に当接したときに所定の最小開度で開放することを特徴とする可変減衰力ダンパー。
2. 前記オリフィス（４６，４７）は前記ピストン（２５）の軸方向端面に溝状に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の可変減衰力ダンパー。
3. 前記バルブプレートは前記ピストン（２５）の軸方向両端に配置された第１、第２バルブプレート（３７，３８）からなり、前記コイルは第１、第２バルブプレート（３７，３８）にそれぞれ対応する第１、第２コイル（４４，４５）からなることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の可変減衰力ダンパー。

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