JP4976861B2 - 磁気粘性流体緩衝器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁界の作用によって見かけの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とその製造方法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、磁気粘性流体が通過する流路に磁界を作用させ、磁気粘性流体の見かけの粘性を変化させることによって、減衰力を発生させるものがある。

この種の緩衝器として、ロッドにピストンアッセンブリを固定し、そのピストンアッセンブリをシリンダ内に摺動自在に配置する構造のものがある。

特許文献１には、ピストンコアと、磁束リングと、ピストンコアの端部に配置されたエンドプレートとを備える緩衝器が開示されている。

特許文献１に記載の緩衝器の組み立ては、各部材を組み付け型内に配置した状態にて、クリンプダイにて圧縮荷重を加え、磁束リングとエンドプレートとをクリンプ部材を介して結合することによって行われる。
米国特許第６２６０６７５号明細書

しかしながら、特許文献１における緩衝器では、組み付け専用の型を必要とするため、緩衝器の組み立てを容易に行うことができない。

このように、磁気粘性流体を利用した緩衝器は、磁気粘性流体が通過する流路を形成するための部材や、その流路に磁界を作用させるコイル等の複数の部材にて構成されるため、組み立てには大変な労力を要する。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、組み立てが容易な簡便な構造を有す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、磁界の作用によって粘性が変化する磁気粘性流体が封入されたシリンダと、前記シリンダ内に摺動自在に配置され、前記シリンダ内を二つの流体室に画成するピストンアッシーと、前記ピストンアッシーに形成され、前記ピストンアッシーの摺動によって前記二つの流体室間の前記磁気粘性流体が通過する流路と、前記ピストンアッシーの内部に収容され前記流路に磁界を作用させるコイルと、前記ピストンアッシーが連結されるロッドと、を備える磁気粘性流体緩衝器の製造方法において、前記ピストンアッシーは、大径部の外周面の一部に前記コイルが巻回され、大径部の両側に小径部が形成された円筒状のピストンコアと、前記ピストンコアの前記大径部の外周に所定の間隔をもって配置されることによって前記ピストンコアの外周面との間に前記流路を形成する円筒状のピストンリングと、前記ピストンリングを前記ピストンコアの中心軸方向に挟持する環状の第１、第２プレートと、前記第１、第２プレートを前記ピストンコアに固定する第１、第２ナットとからなり、前記ピストンコアの前記小径部の一方に前記第１プレートを前記ピストンコアの中心軸方向から挿入し、前記第１プレートを前記ピストンコアの前記大径部と前記小径部との段差部に押し付けるように前記第１ナットを前記ピストンコアに螺合し、前記第１プレートの外周部に前記ピストンリングを前記中心軸方向から挿入し、前記第１プレートと前記ピストンリングを挟持するように、前記ピストンコアの前記小径部の他方に前記第２プレートを前記中心軸方向から挿入し、前記第２プレートを前記ピストンコアの前記大径部に押し付けるように前記第２ナットを前記ピストンコアに螺合して形成されることを特徴とする磁気粘性流体緩衝器の製造方法である。

本発明によれば、磁気粘性流体が通過する流路を形成するピストンアッシーは、ピストンコアと、ピストンリングと、ピストンリングを挟持する第１、第２プレート、第１、第２プレートをピストンコアに固定する第１、第２ナットとによって構成され、ピストンアッシーがロッドに締結される。このように、本発明に係る磁気粘性流体緩衝器は、簡便な構造を有するものであり、組み立てに際して型等の特別な治具を必要とせず、簡便に組み立てることができる。

図１を参照して本発明の第１の実施の形態である磁気粘性流体緩衝器１００について説明する。

図１は、磁気粘性流体緩衝器１００のピストンアッシー２を含む部分断面図である。

磁気粘性流体緩衝器１００は、例えば自動車等の車両の車体と車軸との間に介装され、車体姿勢の変化を抑制する緩衝器として機能するものである。

磁気粘性流体緩衝器１００は、有底薄肉円筒状のシリンダ１と、シリンダ１内に摺動自在に配置され、シリンダ１内を摺動方向に二つの流体室３、４に画成するピストンアッシー２と、一端をピストンアッシー２に接続し、他端をシリンダ１から突出して外部の車体部材等（不図示）に固定されるロッド５を備える。

シリンダ１内には磁気粘性流体が封入されており、この磁気粘性流体は、磁界の作用によって見かけの粘性が変化するものであり、油等の液体中に強磁性を有する微粒子を分散させた液体である。磁気粘性流体の粘性は、作用する磁界の強さを変更することによって調節することができ、磁界を除くことによって元の状態に戻る。

なお、シリンダ１内には、ロッド５のシリンダ１からの出入りに伴うシリンダ１内の容積変化を補償するガス室（図示せず）が設けられている。

シリンダ１内を摺動するピストンアッシー２は、ロッド５の端部が螺合する略円筒形状のピストンコア２ａと、ピストンコア２ａの外周に所定の間隔をもって同軸上に配置された薄肉円筒状のリング体（ピストンリング）２ｂとを備える。なお、ピストンコア２ａ及びリング体２ｂは、磁性材料で構成される。

以下、図２を用いてピストンコア２ａの詳細形状を説明する。

ピストンコア２ａは、略円筒形状を有し、外周面の中央部には他の部位（第１、第２小径部２ｆ、２ｈ）より径の大きい大径部２ｇを形成する。そしてこの大径部２ｇの外周面の一部に環状の凹部８が形成される。また、ロッド５側の第１小径部２ｆおよび大径部２ｇを挟んで反対側の第２小径部２ｈの外周面には端部からそれぞれ雄ねじ２ｉ、２ｊが形成される。

ピストンコア２ａの内周側には、径の異なる２種類の貫通孔２ｃ、２ｄが中心軸方向に段階的に形成され、大径側の貫通孔２ｃの一部に端部から雌ねじ２ｅが切られ、図１に示すように、ロッド５の端部の外周面に形成された雄ねじ５ａと螺合し、ロッド５にピストンコア２ａが固定される。さらにロッド５の雄ねじ５ａとピストンコア２ａの雌ねじ２ｅとの螺合部での磁気粘性流体の流通を防止するため、この界面に第１Ｏリング２１を設置する。

一方、小径側の貫通孔２ｄにはピストンコア２ａの凹部８と径方向に連通するように溝部２ｋが形成され、この溝部２ｋに略Ｕ字状のピン１０が軸方向に向いて配置される。このピン１０は、導電性材料からなり、ピン１０の一端が凹部８に、他端が貫通孔２ｃ内に延出する。

大径部２ｇに形成された凹部８には通電により磁界を生じるコイル９が巻回され、その端部がピン１０の一端に接続する。ピン１０の他端は、貫通孔２ｄを通って貫通孔２ｃ内に配置され、中空状のロッド５内を貫通して不図示のコントローラに接続する電線１５に連結する。コントローラは、コイル９に供給する電流量を制御し、コイル９が発生する磁界を制御する。

そして、ピン１０が設置される溝部２ｋ及び小径の貫通孔２ｄ内にピン１０を設置した状態で樹脂が充填され、ピン１０の位置が固定される。そして、図１に示すように充填した樹脂とピストンコア２ａとの間を通じて磁気粘性流体が流通しないように、この界面に第２Ｏリング２２を設置する。

ピストンコア２ａの大径部２ｇの外径と、その外周側に設置されたリング体２ｂの内径との差に応じて、磁気粘性流体が通過する環状の流路６が形成される。ピストンアッシー２がシリンダ１内を摺動することによって、磁気粘性流体が流路６を通過する。

ピストンコア２ａの大径部２ｇの外周面に形成された環状の凹部８にはコイル９が巻回され、コイル９は、流路６に面して形成されている。したがって、前述したように、不図示のコントローラの制御によりコイル９に電流を流すことによってコイル９は磁力を発生し、その磁力は、ピストンコア２ａ及びリング体２ｂが形成する流路６を介して、流路６を流れる磁気粘性流体に作用することになる。

ピストンコア２ａの第１、第２小径部２ｆ、２ｈには、一対の環状の第１、第２プレート１１、１２がリング体２ｂを挟持して配置され、第１、第２プレート１１、１２の内周面１１ａ、１２ａは、ピストンコア２ａの第１、第２小径部２ｆ、２ｈの外周面に軸方向に摺接して配置される。また、第１、第２プレート１１、１２の外周部には、図３に示すように環状のつば部１１ｃ、１２ｃが軸方向に延出して形成される。

図５に示すようにリング体２ｂは、外径が大径の大径部２ｂ２が中央部に形成され、その両端に小径の小径部２ｂ１が形成されており、第１、第２プレート１１、１２のつば部１１ｃ、１２ｃの内周面にリング体２ｂの小径部２ｂ１の外周面が摺接する。

このように流路６を画成するピストンコア２ａと第１、第２プレート１１、１２間、第１、第２プレート１１、１２とリング体２ｂ間をそれぞれ軸方向に摺接して、隙間なく挿入することで、各部品間の同軸度を向上させ、ピストンコア２ａとリング体２ｂ間に形成される流路６の寸法精度を確保し、流路６の流路面積のばらつきを抑制することができる。

さらに、第１、第２プレート１１、１２には、図３に示すように、軸方向に貫通する貫通孔１１ｂ、１２ｂが周方向に所定間隔で形成され、この貫通孔１１ｂ、１２ｂは、ピストンコア２ａとリング体２ｂ間に形成される流路６に面して開口する。したがって、流路６を流通する磁気粘性流体の流通を妨げることがない。

また、ピストンコア２ａの第１、第２小径部２ｆ、２ｈの外周面に形成された雄ねじ２ｉ、２ｊに螺合する第１、第２ナット１３、１４が設けられ、この第１、第２ナット１３、１４は、第１、第２プレート１１、１２をピストンコア２ａの大径部２ｇと小径部２ｆ、２ｈとの径差に基づき形成される段差部２ｍに押し付け、リング体２ｂを所定位置に固定する。なお、第１、第２ナット１３、１４は、図４に示すように円形の外周形状の一部を平面加工した２つの面を平行に形成してナット締め付け時の作業性を確保している。

図１に示すように、ピストンアッシー２をシリンダ１内に配置した状態では、ピストンアッシー２はシリンダ１内を摺動自在であるため、シリンダ１内周面とリング体２ｂ外周面との間には僅かな隙間が存在する。しがって、ピストンアッシー２の摺動の際には、この隙間に磁気粘性流体の流れが発生する。この流れは、リング体２ｂやロッド５の偏芯によって乱れる場合があり、その場合には、磁気粘性流体緩衝器１００の減衰力にばらつきが発生し、減衰力の制御性に悪影響を及ぼすことになる。

このような減衰力の制御性に対する悪影響を防止するためには、図５に示すようにリング体２ｂの大径部２ｂ２の外周面に、シリンダ１内周面と摺動する環状のシール部材２３を設けてもよい。

シール部材２３は、ピストンアッシー２の摺動の際に、リング体２ｂ外周面とシリンダ１内周面との間における磁気粘性流体の通過を防止する。したがって、磁気粘性流体緩衝器１００の減衰力のばらつきの発生が防止され、減衰力の制御性への悪影響を防止することができる。

シール部材２３を設けることによって、磁気粘性流体が通過する流路は、流路６のみとなる。この流路６のロッド５に対する同軸度等は、ピストンコア２ａとリング体２ｂとの相対位置によって決定される。そして、ピストンコア２ａとリング体２ｂとの相対位置は、第１、第２プレート１１、１２との寸法精度による。したがって、ピストンコア２ａとリング体２ｂと第１、第２プレート１１、１２との摺動部の寸法管理を行うことによって、流路６を通過する磁気粘性流体の流れの乱れを防止することができ、磁気粘性流体緩衝器１００の減衰力のばらつきを防止することが可能となる。

以上のように構成される磁気粘性流体緩衝器１００の動作について説明する。

シリンダ１内にてピストンアッシー２が摺動すると、ピストンアッシー２両側の流体室３、４の磁気粘性流体が流路６、第１、第２プレート１１、１２を介して移動する。このとき、コイル９に電流を流すと磁気粘性流体に磁力が作用し、磁気粘性流体の粘性が変化する。これにより、磁気粘性流体緩衝器１００は、流路６を流れる磁気粘性流体の粘性抵抗の大きさに応じた減衰力を発生する。

コイル９の電流が大きくなるほど磁気粘性流体の粘性は大きくなり、磁気粘性流体緩衝器１００の発生する減衰力も大きくなる。このように、磁気粘性流体緩衝器１００が発生する減衰力の調節は、コイル９に流す電流を変化させ流路６に作用する磁場の強さを変化させることによって行われる。

次に、磁気粘性流体緩衝器１００の組立方法について図６を用いて詳しく説明する。

まず工程（ａ）では、ピストンコア２ａの凹部８にコイル９を巻回すると共に、一端にコイル９に接続するピン１０を溝部２ｋに設置する。ピン１０には不図示のコントローラに繋がる電線１５を他端に接続する。

次工程（ｂ）では、溝部２ｋに樹脂を充填し、ピン１０を所定位置に固定する。ここで、充填した樹脂とピストンコア２ａとの間の磁気粘性流体の流通を禁止する第２Ｏリング２２を設置する。

工程（ｃ）では、第１プレート１１の内周面１１ａをピストンコア２ａの第１小径部２ｆの外周面に軸方向から摺接させつつ挿入し、その後、第１ナット１３をピストンコア２ａの雄ねじ２ｉに螺合して第１プレート１１を段差部２ｍに押し付け、固定する。

続く工程（ｄ）において、ピストンコア２ａの第２小径部２ｈ側からリング体２ｂをピストンコア２ａの大径部２ｇに軸方向から挿入し、第１プレート１１のつば部１１ｃの内周面にリング体２ｂの一方の小径部２ｂ１の外周面を摺接させつつ挿入する。さらに、リング体２ｂの他方の小径部２ｂ１の外周面を第２プレートのつば部１２ｃの内周面に摺接させつつ挿入すると共に、第２プレート１２の内周面１２ａを軸方向から第２小径部２ｈの外周面に摺接させつつ挿入して、その後、第２ナット１４を第２小径部２ｈの雄ねじ２ｊに螺合する。第２ナット１４は、第２プレート１２を第１プレート１１側に押し付け、リング体２ｂを第１、第２プレート１１、１２で挟持し、ピストンコア２ａに固定する。

このような工程により、工程（ｅ）に示すようなピストンアッシー２が形成され、ピストンアッシー２の雌ねじ２ｅにロッド５の雄ねじ５ａが螺合してロッド５にピストンアッシー２が固定される。ロッド５には、ロッド５の軸心を貫通する貫通孔が形成され、この貫通孔内に電線１５が配設され、不図示のコントローラに接続されている。ピストンアッシー２が固定されたロッド５はシリンダ１内に挿入され、磁気粘性流体緩衝器１００が構成される。

以上のように、本発明によれば、リング体２ｂを、ピストンコア２ａに摺接する一対の第１、第２プレート１１、１２に挟持させ、第１、第２プレート１１、１２を第１、第２ナット１３、１４でピストンコア２ａに固定することで、磁気粘性流体が通過する流路６がピストンコア２ａとリング体２ｂ間に形成される。また、ピストンアッシー２のロッド５への固定は、ピストンコア２ａに形成した雌ねじ２ｅにロッド５の雄ねじ５ａが螺合することで行われる。

このように、本発明の磁気粘性流体緩衝器１００は、流路６を形成するピストンアッシー２を予め組み立てておき、この組み立てられたピストンアッシー２をロッド５に螺合するという単純な組み立て構造を有するものであるため、組み立てに際して型等の特別な治具を必要としない。またピストンアッシー２の組立は、ピストンコア２ａの軸方向の両側から各部材を順番に組み付け、第１、第２ナット１３、１４でリング体２ｂを挟持する第１、第２プレート１１、１２をピストンコア２ａに固定するという工程であるため、簡便に行うことができる。

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。 ピストンコア２ａを示す断面図である。 第１、第２プレート１１、１２を示す断面図である。 第１、第２ナット１３、１４を示す断面図である。 リング体２ｂを示す断面図である。 ピストンアッシー２の組み立て工程を説明する図である。

符号の説明

１：シリンダ
２：ピストンアッシー
２ａ：ピストンコア
２ｂ：リング体
３、４：流体室
５：ロッド
６：流路
８：凹部
９：コイル
１０：ピン
１１、１２：第１、第２プレート
１３、１４：第１、第２ナット
１００：磁気粘性流体緩衝器

Claims (2)

1. 磁界の作用によって粘性が変化する磁気粘性流体が封入されたシリンダと、
   前記シリンダ内に摺動自在に配置され、前記シリンダ内を二つの流体室に画成するピストンアッシーと、
   前記ピストンアッシーに形成され、前記ピストンアッシーの摺動によって前記二つの流体室間の前記磁気粘性流体が通過する流路と、
   前記ピストンアッシーの内部に収容され前記流路に磁界を作用させるコイルと、
   前記ピストンアッシーが連結されるロッドと、
   を備える磁気粘性流体緩衝器の製造方法において、
   前記ピストンアッシーは、
   大径部の外周面の一部に前記コイルが巻回され、大径部の両側に小径部が形成された円筒状のピストンコアと、
   前記ピストンコアの前記大径部の外周に所定の間隔をもって配置されることによって前記ピストンコアの外周面との間に前記流路を形成する円筒状のピストンリングと、
   前記ピストンリングを前記ピストンコアの中心軸方向に挟持する環状の第１、第２プレートと、
   前記第１、第２プレートを前記ピストンコアに固定する第１、第２ナットとからなり、
   前記ピストンコアの前記小径部の一方に前記第１プレートを前記ピストンコアの中心軸方向から挿入し、
   前記第１プレートを前記ピストンコアの前記大径部と前記小径部との段差部に押し付けるように前記第１ナットを前記ピストンコアに螺合し、
   前記第１プレートの外周部に前記ピストンリングを前記中心軸方向から挿入し、
   前記第１プレートと前記ピストンリングを挟持するように、前記ピストンコアの前記小径部の他方に前記第２プレートを前記中心軸方向から挿入し、
   前記第２プレートを前記ピストンコアの前記大径部に押し付けるように前記第２ナットを前記ピストンコアに螺合して形成されることを特徴とする磁気粘性流体緩衝器の製造方法。
2. 前記第１、第２プレートの外周部に前記中心軸方向に延出するつば部を形成し、
   前記ピストンコアの前記小径部の一方の外周面に前記第１プレートの内周面を前記中心軸方向から摺接しつつ挿入し、
   前記第１プレートのつば部の内周面に前記ピストンリングの外周面を前記中心軸方向から摺接しつつ挿入し、
   前記第２プレートのつば部の内周面に前記ピストンリングの外周面を、かつ前記ピストンコアの小径部の他方の外周面に前記第２プレートの内周面を、それぞれ前記中心軸方向から摺接しつつ挿入す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の製造方法。