JP4945379B2

JP4945379B2 - 磁気粘性流体緩衝器

Info

Publication number: JP4945379B2
Application number: JP2007228867A
Authority: JP
Inventors: 啓司斎藤
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2007-09-04
Filing date: 2007-09-04
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2027-09-04
Also published as: JP2009063011A

Description

本発明は、磁界の作用によって粘性が変化する磁気粘性流体を利用した磁気粘性流体緩衝器の改良に関するものである。

自動車等の車両に搭載される緩衝器として、磁界の作用によって粘度が変化する磁気粘性流体を用い、ピストン部に減衰力調整弁の代りに、コイルを配置し、そのコイルに電流を印加し、制御部を流れる磁気粘性流体の粘性を変化させることにより、減衰力を調整するようにした減衰力調整式緩衝器が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の緩衝器では、コイルへの制御電流を小さくすると、磁気粘性流体の通路に作用する磁界が弱くなり、磁気粘性流体の粘度が低くなって減衰力が小さくなり、制御電流を大きくすると、通路に作用する磁界が強くなり、磁気粘性流体の粘度が高くなって、減衰力が大きくなる。
米国特許第６２６０６７５号明細書

しかしながら、特許文献１の緩衝器では、緩衝器のシリンダ内に磁気粘性流体を充填するため、高価な磁気粘性流体を大量に必要とするとともに、緩衝器の重量が重くなるという課題がある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、減衰力特性を維持したまま、磁気粘性流体の量を低減して重量の軽量化及び低コスト化を図る磁気粘性流体緩衝器を提供することを目的とする。

本発明は、底部開口端を閉止する蓋材を有し円筒状に形成される第１の軸部材と、前記第１の軸部材に対して軸方向に自由に支持される第２の軸部材と、前記第２の軸部材に対する前記第１の軸部材の軸方向変位を回転変位に変換する変換手段と、前記変換手段に接続し、前記回転変位により回転するロータと、内部に前記ロータを回転可能に配置するとともに磁気粘性流体を密封した隔室と、前記磁気粘性流体に対して磁界を作用させるコイルと、を備え、前記ロータは、外周方向へ延出する円板状の鍔部を有し、前記コイルは、前記第１の軸部材の内周側底面に接するとともに、前記鍔部の外周側を所定距離をもって取り囲むように配置され、前記隔室は、前記第１の軸部材の内周側底面と当該内周側底面から軸方向に所定距離離れて前記コイルの上面に接するように設置される区画部材との間に画成され、前記コイルに印加する電流に応じて、磁界が前記蓋材と前記区画部材とを介して前記隔室に対して軸方向に作用し、前記ロータの回転抵抗となる磁気粘性流体の粘性を変化させて減衰力を変化させることを特徴とする磁気粘性流体緩衝器である。

本発明によれば、外筒とロッドとの間の軸方向変位を変換手段により回転変位に変化させ、この回転変位に伴って回転するロータを磁気粘性流体が密封される隔室内に配置する。ロータが回転する隔室内にのみ磁気粘性流体を密封するため、磁気粘性流体の量を著しく減少させ、緩衝器の重量の軽量化と低コスト化を図ることができる。

図１を参照して本発明の第１の実施形態の磁気粘性流体緩衝器１００について説明する。

本発明の磁気粘性流体緩衝器１００は、車軸を懸架する懸架装置に接続する外筒１０と、車体に接続するロッド部材２２を備えたロッド２０と、外筒１０とロッド２０との間での上下（軸）方向の直線変位をロッド２０の中心線回りの回転変位に変換する変換手段３０と、磁界の作用により磁気粘性流体１の粘性特性が変化して減衰力を生じる減衰力発生部４０とを備える。

外筒１０は、円筒状の第１円筒部材１１と、その底部開口端を閉止する蓋材１９と、円筒部材１１の中心線に直交するように中心線が配置されて蓋材１９に固定される環状のブラケット１２と、このブラケット１２に圧入されるゴムブッシュ１３と、第１円筒部材１１の開口端部近傍に設置され、ロッド２０を軸方向に摺動可能に支持する軸受１４とから構成される。

ロッド２０は、下側に開口端を配置した蓋付き円筒状の第２円筒部材２１と、第２円筒部材２１の蓋部に固定され、車体に接続される棒状のロッド部材２２とを第１円筒部材１１の中心線上に配置して構成される。

変換手段３０は、いわゆるボールネジ機構３０ａからなり、ボールネジナット３１がロッド２０の第２円筒部材２１の開口端部近傍の内周面に嵌合、固定される。また、ボールネジナット３１と螺合するボールネジ軸３２は、軸方向に配置されて一端が第２円筒部材２１内に伸出する。ボールネジ軸３２の先端部には不図示の雄ねじが形成され、この雄ねじ部にボールネジナット３１の伸び側の移動量を規制するためのストッパナット３３が螺合する。このストッパナット３３は、ストッパナット３３とボールネジナット３１との接触時の衝撃を軽減するための緩衝材３４を備える。緩衝材３４は、例えばウレタン材やゴム材から構成される。一方、ボールネジ軸３２の他端は、第１円筒部材１１の底面１６（図２参照）に配置された軸受１５により中心線回りに回転自在に支持される。

このような構成により、車体に対して車軸が上下方向に相対変位するのに伴い、外筒１０がロッド２０に対して軸方向変位すると、ボールネジ機構の作用により軸方向変位が回転変位に変換され、ボールネジナット３１に螺合するボールネジ軸３２が中心線回りに回転する。

図２は、減衰力発生部４０の詳細構成を示す図である。第１円筒部材１１内には、底面１６から軸方向に所定距離離れて区画部材４３が設置され、区画部材４３により第１円筒部材１１内に隔室４９を区画して形成し、この隔室４９の内部に磁気粘性流体１を充満させる。またこの隔室４９内に、ボールネジ軸３２と一体に回転するロータ４１を配置して磁気粘性流体１の粘性がロータ４１の回転の抵抗力となり、この抵抗力が緩衝器の減衰力となる。更に、この減衰力を運転状態によって変化させるために、磁気粘性流体１に磁界を作用させ、その粘性を変えられるようにしている。

このため、減衰力発生部４０は、ボールネジ軸３２と連結して隔室４９内に配置され、ボールネジ軸３２とともに回転するロータ４１と、このロータ４１の外周部に所定の間隙をもって配置され、配線４８を通じて外部電源から電流が印加される環状のコイル４２とを備える。

また、磁気粘性流体１の外部への漏洩を防止するために、区画部材４３と第１円筒部材１１の内周面との間から磁気粘性流体１が漏洩するのを防止するＯリング４６を配置するための固定部材４４と、ボールネジ軸３２の外周面とロータ４１との間に、この間隙から磁気粘性流体１が漏洩することを防止するＯリング４７と、区画部材４３に設けられて前記ロータ４１との間での磁気粘性流体１の漏洩を防止するシール４５を設ける。

ロータ４１は、ボールネジ軸３２の端部外周面に、その内周面が嵌合する円筒状の本体部５１と、この本体部５１から外径方向へ延出する円板状の鍔部５２とからなり、この鍔部５２の外周側を所定距離をもって取り囲むようにコイル４２が配置される。

ここで、ロータ４１と区画部材４３と及び蓋材１９は、コイル４２への電流印加時の回転抵抗をより大きくするために磁性材料で構成されることが望ましい。

コイル４２は、第１円筒部材１１の内周側底面１６に接して配置され、コイル４２の軸方向の厚さが鍔部５２の厚さより厚く構成されており、また鍔部５２の軸中心線とコイル４２の中心線は略同一に配置される。したがって、鍔部５２の上下並びに外周には間隙が形成され、この間隙に磁気粘性流体１が満たされ、磁気粘性流体１は鍔部５２の周囲を取り囲むように充填される。そして、コイル４２上面に接するように区画部材４３が軸方向から設置されることで、磁気粘性流体１が満ちた隔室４９が画成される。

このように構成された減衰力発生部４０では、ボールネジ軸３２とともに回転するロータ４１の鍔部５２の周囲に磁気粘性流体１を満たす隔室４９が第１円筒部材１１内に区画されて、減衰力を生じる磁気粘性流体１の必要量を著しく低減し、重量の低減及び低コスト化を図ることができる。さらに緩衝器が長期間に渡って放置されたような場合に、磁気粘性流体１の量が多い場合には、分散している磁気粘性流体１内の鉄粉等の強磁性粒子が沈殿するため、十分撹拌されるまでの間、所期の減衰特性を発揮できないが、本発明のように使用する磁気粘性流体１の量が少ない場合には、撹拌時間が短縮され、早期に所期の減衰特性を得ることができる。

そして、コイル４２に電流が印加されると、図３に示すように磁界が軸方向に、言い換えると磁気粘性流体１に対して直交する方向に発生する。図３に電流供給時の磁場の状態を示す。発生した磁界により磁気粘性流体１の粘性が変化し、電流値が大きいほど磁力が強まり磁気粘性流体１の粘性が高まる。緩衝器１００の伸縮に伴って、すなわち第１円筒部材１１に対してロッド２０が伸縮動作すると、ロータ４１が磁気粘性流体１内を回転し、このとき磁気粘性流体１の粘性がロータ４１の回転を抑制する抵抗力として作用することになり、この抵抗力が本発明の緩衝器１００の伸縮動作に対する減衰力となる。ここで、磁気粘性流体１は、コイル４２に印加される電流に応じて瞬時に粘性が変化し、電流が大きいほど粘性が高まり、高減衰力を生じ、したがって、電流値を制御することで、発生する減衰力を可変制御することができる。

図４は、第２の実施形態の磁気粘性流体緩衝器２００の構成を説明する断面図であり、(ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面断面図である。

この実施形態の特徴は、第１の実施形態では変換手段３０としてボールネジ機構３０ａを用いて直線変位を回転変位へ変換したが、この第２の実施形態ではラックアンドピニオン機構３０ｂを用いて変換している点に特徴を有する。

図４に示すように、ラックアンドピニオン機構のラックギア１３１は、第１円筒部材１１の軸方向に配置され、その一端が固定部材１３６を介して第２円筒部材２１に固定される。第１円筒部材１１の内周面には、ラックギア１３１を軸方向に摺動可能にガイド１３５を介して支持する支持部材１３４が所定位置に固定され、このラックギア１３１を支持するガイド１３５と第１円筒部材１１の開口端部でロッド部材２２を支持する軸受１４とで、ロッド２０とラックギア１３１が第１円筒部材１１の内部で軸方向へ変位可能に支持される。ラックギア１３１に噛合するピニオンギア１３２は、その回転中心線と同軸上にピニオンシャフト１３３が設けられ、ピニオンシャフト１３３は、第１円筒部材１１を貫通して外部に突出する。

図５に示すように、第１円筒部材１１の外周面に減衰力発生部４０を内設するハウジング部１４０が固定されており、ハウジング部１４０内に配置された減衰力発生部４０は、第１の実施形態の減衰力発生部４０と同様に、ロータ４１とコイル４２とシール４５等と磁気粘性流体１とを備える。

ハウジング部１４０は、第１円筒部材１１に固定されるとともに、ピニオンシャフト１３３が貫通する本体部１４１と、ピニオンシャフト１３３の端部を軸受１４４を介して回転自在に支持し、本体部１４１に嵌合する蓋部１４２とから構成される。本体部１４１と蓋部１４２との間に隔室１４３が形成され、この隔室１４３内に本体部１４１内にピニオンシャフト１３３に嵌合するロータ４１等からなる減衰力発生部４０が配置され、ロータ４１の鍔部５２の回りに磁気粘性流体１が充填される。

ここで、ロータ４１と本体部１４１及び蓋部１４２は、コイル４２への電流印加時の回転抵抗をより大きくするために磁性材料で構成されることが望ましい。

したがって、緩衝器２００の伸縮がラックアンドピニオン機構３０ｂの作用により、ロータ４１の回転に変換され、コイル４２に電流を印加することで生じる磁界の作用に応じた磁気粘性流体１による減衰力が発生することになる。また、ラックアンドピニオンを用いた第２の実施形態の構成では、第１の実施形態の効果を維持したまま、緩衝器２００の軸方向の寸法を短縮することができるという効果がある。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明は、車両に搭載する磁気粘性流体緩衝器に適用することができる。

本発明を適用する磁気粘性流体緩衝器１００を示す断面図である。減衰力発生部の詳細断面図である。減衰力発生部の磁界の状態を説明する図である。第２の実施形態としての磁気粘性流体緩衝器２００を示す断面図である。減衰力発生部の詳細断面図である。

符号の説明

１磁気粘性流体
１０外筒
１１第１円筒部材
２０ロッド
２１第２円筒部材
２２ロッド部材
３０変換手段
３１ボールネジナット
３２ボールネジ軸
４０減衰力発生部
４１ロータ
４２コイル
４３区画部材
４９隔室
５１本体部
５２鍔部
１００、２００磁気粘性流体緩衝器
１３１ラックギア
１３２ピニオンギア
１３３ピニオンシャフト
１３４支持部材
１４０ハウジング部
１４１本体部
１４２蓋部
１４３隔室

Claims

底部開口端を閉止する蓋材を有し円筒状に形成される第１の軸部材と、
前記第１の軸部材に対して軸方向に自由に支持される第２の軸部材と、
前記第２の軸部材に対する前記第１の軸部材の軸方向変位を回転変位に変換する変換手段と、
前記変換手段に接続し、前記回転変位により回転するロータと、
内部に前記ロータを回転可能に配置するとともに磁気粘性流体を密封した隔室と、
前記磁気粘性流体に対して磁界を作用させるコイルと、
を備え、
前記ロータは、外周方向へ延出する円板状の鍔部を有し、
前記コイルは、前記第１の軸部材の内周側底面に接するとともに、前記鍔部の外周側を所定距離をもって取り囲むように配置され、
前記隔室は、前記第１の軸部材の内周側底面と当該内周側底面から軸方向に所定距離離れて前記コイルの上面に接するように設置される区画部材との間に画成され、
前記コイルに印加する電流に応じて、磁界が前記蓋材と前記区画部材とを介して前記隔室に対して軸方向に作用し、前記ロータの回転抵抗となる磁気粘性流体の粘性を変化させて減衰力を変化させることを特徴とする磁気粘性流体緩衝器。
前記変換手段は、ボールネジ機構からなることを特徴とする請求項１に記載の磁気粘性流体緩衝器。
前記第２の軸部材は、前記第１の軸部材に摺動自由に支持される筒部を備え、
前記ボールネジ機構は、前記筒部の内周面に嵌合するボールネジナットと、このボールネジナットに螺合して一端が前記筒部内に伸出するとともに、他端が前記第１の軸部材の底面に前記第２の軸部材の中心線回りに回転自在に支持されるボールネジ軸とを備え、
前記ロータは、前記ボールネジ軸に固定されることを特徴とする請求項２に記載の磁気粘性流体緩衝器。
前記変換手段は、ラックアンドピニオン機構からなることを特徴とする請求項１に記載の磁気粘性流体緩衝器。
前記ラックアンドピニオン機構は、前記第１の軸部材内に配置され、前記第２の軸部材と連結されるラックギアと、このラックギアに噛合するピニオンギアと、このピニオンギアに固定されるピニオンシャフトとを備え、
前記ロータは前記ピニオンシャフトに接続することを特徴とする請求項４に記載の磁気粘性流体緩衝器。
前記第１の軸部材の外面に前記隔室を有するハウジング部を備え、
前記ピニオンシャフトは、前記第１の軸部材を貫通して前記ハウジング部内に配置される前記ロータと接続することを特徴とする請求項５に記載の磁気粘性流体緩衝器。