JP5061039B2 - 減衰力可変ダンパ - Google Patents

Description

本発明は、車両の懸架装置に用いられ減衰力を可変にする減衰力可変ダンパに関する。

減衰力可変ダンパとしては、磁気粘性流体を用いて減衰力を可変にするものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。磁気粘性流体を用いて減衰力を可変にするには、磁気粘性流体にかける磁力を可変にする必要があり、通常、電磁石を用いて磁力を可変にしているので、減衰力可変ダンパに電力を供給する必要がある。

また、磁気粘性流体を用いずに減衰力を可変にする減衰力可変ダンパが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。この減衰力可変ダンパは、磁気粘性流体を用いないので、電力の供給を受ける必要がない。
特開２００６−７７７８７号公報 Motor Fan illustrated(モーターファン・イラストレーテッド)モーターファン別冊／ダンパーのテクノロジー、「Chapter5 減衰力可変システム／常用域の快適性に着目、周波数特性の最適化へ」、０４６頁、平成１９年１０月２９日発行

特許文献１の減衰力可変ダンパでは、減衰力を可変にするのに電力を供給する必要があるため、運用コストが発生するという問題があった。

非特許文献１の減衰力可変ダンパでは、減衰力の異なる２つの流路を切換えて流体を流すため、流路の切換点があり、この切換点において変化する減衰力の不連続性が発生するという問題があった。これにより、減衰力可変ダンパの振動時に段付き感が生まれ、乗り心地を悪化させる虞があった。

本発明は、これらの問題を解決するものであり、運用コストを発生させることなく、かつ、減衰力の不連続性を発生させることなく減衰力を可変することが可能な減衰力可変ダンパを提供することを目的とする。

本発明は、車両の懸架装置に用いられ減衰力を可変にする減衰力可変ダンパであって、
内部を流体で満たしたシリンダと、
前記シリンダの一端を貫通するように設けられるピストンロッドと、
前記ピストンロッドの前記シリンダ内部に位置する端部に設けられ、前記シリンダの内周面に摺動可能に設けられる外ピストンと、
前記外ピストンの内部に配置され、前記外ピストンの内周面に摺動可能に設けられる内ピストンと、
前記外ピストンの内部と外部とで前記流体を相互に流動させる第１流体通路と、
前記内ピストンに設けられ、前記内ピストンで区画された前記外ピストンの内部間で前記流体を相互に流動させる第２流体通路と、
前記外ピストンの振幅量に応じて前記第２流体通路に発生させる減衰力を連続的に変化させる減衰力調整手段とを備え、
前記減衰力調整手段は、
前記第１流体通路から前記外ピストンの内部に前記流体が流入した際に、流入方向とは反対方向に、前記内ピストンを前記流体の流入した流量に応じて連続的に変化する第１付勢力で付勢する第１弾性手段と、
前記第１付勢力と同じ方向に、前記内ピストンを前記相対的な振幅量に応じて連続的に変化する第２付勢力で、前記第１弾性手段と並行に付勢する第２弾性手段と、
弁体が前記第２弾性手段の先端に設けられるとともに、弁座が前記第２流体通路に設けられ、前記第２付勢力と前記第２流体通路を通過する流体の圧力によって前記弁体に働く力とが釣り合うと前記第２流体通路を開ける第１弁機構とを備えていることを特徴としている。

本発明の特徴によれば、外ピストンの振幅量に応じて、第１流体通路を介してシリンダの内部と外ピストンの内部の間を流動する流体の流量が連続的に増減する。この流体の流量に応じて、外ピストンに対する内ピストンの相対的な振幅量が連続的に増減する。したがって、外ピストンの振幅量に応じて、内ピストンの相対的な振幅量が連続的に増減するので、減衰力調整手段は、外ピストンの振幅量に応じて第２流体通路に発生させる減衰力を連続的に変化させることを、内ピストンの前記相対的な振幅量に応じて、内ピストンに設けられた第２流体通路に発生させる減衰力を連続的に変化させることで実現できる。そして、減衰力調整手段によれば、非特許文献１のように２つの減衰力の異なる流路を切換えるのではなく、第２流体通路に発生させる減衰力を連続的に変化させているので、減衰力可変ダンパの振動時に段付き感が生じるのを抑制することができ、乗り心地の悪化を抑えることができる。また、減衰力を可変にするのに電力を供給する必要がないため、運用コストを発生させることがない。

外ピストンの振幅量に応じて内ピストンの前記相対的な振幅量が連続的に変化するのに加え、前記第２弾性手段で前記相対的な振幅量に応じて第２付勢力を連続的に変化させ、第１弁機構で連続的に変化する第２付勢力と前記第２流体通路を通過する流体の圧力によって前記弁体に働く力とが釣り合うと第２流体通路を開けることにより、第２流体通路に発生させる減衰力を連続的に変化させることができる。そして、前記第１弾性手段によれば、前記第２付勢力に釣り合う前記弁体に働く力を調圧することができる。また、外ピストンの振幅量が小さく、内ピストンの振幅量が小さくなり、第２付勢力と前記第２流体通路を通過する流体の圧力によって前記弁体に働く力とが釣り合っていないときは、流体の圧力は連続的に変化する第１付勢力に釣り合い、流体に連続的に変化する減衰力を発生させることができる。このように、外ピストンの振動時に発生する流体の圧力と、連続的に変化する第１付勢力と第２付勢力との釣り合いに応じた減衰力を発生できるので、連続的に変化する減衰力を発生させることができる。

そして、前記第１付勢力は、前記内ピストンの内部で前記内ピストンにより区画された流体室間の圧力差と、前記内ピストンが前記流体の圧力を受ける受圧面積との積に比例し、
前記第２付勢力は、前記内ピストンの内部で前記内ピストンにより区画された流体室間の圧力差と、前記第１弁機構が前記流体の圧力を受ける受圧面積との積に比例し、
前記第１弾性手段と前記第２弾性手段は、互いに異なるばね定数を有し、
前記減衰力調整手段は、
前記外ピストンの振幅量が所定値未満の場合は、前記第２付勢力は前記第１付勢力より大きくなり、前記第２流体通路が閉塞され、
前記外ピストンの振幅量が所定値以上の場合は、前記第２付勢力は前記第１付勢力以下になり、前記第２流体通路が開放されることが好ましい。

第１付勢力と第２付勢力とはそれぞれ、外ピストンの振幅量に応じて連続的に変化し、所定値において大小関係が入れ替わるので、所定値において第１付勢力と第２付勢力の大きさは等しくなっている。そして、第２流体通路が閉塞された状態では、第１付勢力に応じて減衰力が発生し、第２流体通路が開放された状態では、第２付勢力に応じて減衰力が発生するので、所定値前後における減衰力は連続した状態になる。前記より、第１付勢力に応じて発生する減衰力が連続的に変化し、第２付勢力に応じて発生する減衰力が連続的に変化するだけでなく、第１付勢力と第２付勢力の切り換りにおいても減衰力は連続的に変化する。このため、減衰力可変ダンパの振動時に段付き感を低減することができ、乗り心地の悪化を抑制することができる。

また、前記第１弾性手段と前記第２弾性手段は、互いに異なるばね定数を有し、
前記減衰力調整手段は、
弁体が前記第１弾性手段の先端に設けられ、弁座が前記第２流体通路に設けられ、前記第１付勢力と前記第２流体通路を通過する流体の圧力によって前記弁体に働く力とが釣り合うと前記第２流体通路を開ける第２弁機構を備え、
前記内ピストンに、前記第２流体通路と前記第１弁機構と前記第２弁機構とが設けられていることが好ましい。

前記第１弁機構の場合と同様に、第２弁機構を用いることによって、外ピストンの振幅量に応じて内ピストンの前記相対的な振幅量が連続的に変化するのに加え、前記第１弾性手段で前記相対的な振幅量に応じて第１付勢力を連続的に変化させ、第２弁機構で連続的に変化する第１付勢力と前記第２流体通路を通過する流体の圧力によって前記弁体に働く力とが釣り合うと第２流体通路を開けることにより、第２流体通路に発生させる減衰力を連続的に変化させることができる。

本発明によれば、運用コストを発生させることなく、減衰力の不連続性を発生させることなく減衰力を可変することが可能な減衰力可変ダンパを提供できる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る減衰力可変ダンパ１を切断した斜視図であり、図２は本発明の第１の実施形態に係る減衰力可変ダンパ１の機構図である。減衰力可変ダンパ１は、バイクや四輪等の車両の懸架装置に用いられ、車両に生じる振動を迅速に減衰させることができる。

減衰力可変ダンパ１は、内部を気体や液体の流体で満たしたシリンダ２と、前記シリンダ２の一端を貫通するように設けられるピストンロッド３と、前記ピストンロッド３の前記シリンダ２内部に位置する端部に設けられ、前記シリンダ２の内周面に摺動可能に設けられる外ピストン４とを有している。外ピストン４は、ナット１４によって、ピストンロッド３に固定されている。

外ピストン４の端部外周にピストンリング４ｂが設けられ、このピストンリング４ｂがシリンダ２の内周面に接しており、車両の振動に伴って摺動する。外ピストン４は、筒部４ｃと、ピストンリング４ｂが外周に形成されている底部４ｄとを有し、筒部４ｃと底部４ｄの連結面は、Ｏリング４ｅによってシールされている。そして、外ピストン４は、後記する内ピストン５に対してシリンダとして機能している。

外ピストン４により、シリンダ２の内部は２つの部屋、第１流体室１５と、第４流体室１８とに区画されている。第１流体室１５は、ピストンロッド３側に設けられ、第４流体室１８は、外ピストン４を挟んで第１流体室１５の反対側に設けられている。

前記外ピストン４の内部には内ピストン５が配置されている。内ピストン５は、外ピストン４の内周面に摺動可能なように設けられている。そして、内ピストン５により、外ピストン４の内部は２つの部屋、第２流体室１６と、第３流体室１７とに区画されている。第２流体室１６は、第１流体室１５側に設けられ、第３流体室１７は、内ピストン５を挟んで第２流体室１６の反対側に設けられている。第３流体室１７は、第４流体室１８の側に設けられている。

外ピストン４の上端面と下端面とにはそれぞれ、複数の第１流体通路４ａが設けられている。外ピストン４の上端面にある第１流体通路４ａは、外ピストン４の外部の第１流体室１５と、外ピストン４の内部の第２流体室１６との間を連通し、前記流体は、第１流体室１５から第２流体室１６へ、また、第２流体室１６から第１流体室１５へ、流動する。外ピストン４の下端面にある第１流体通路４ａは、外ピストン４の外部の第４流体室１８と、外ピストン４の内部の第３流体室１７との間を連通し、前記流体は、第４流体室１８から第３流体室１７へ、また、第３流体室１７から第４流体室１８へ、流動する。

内ピストン５には、複数の第２流体通路５ａが設けられている。第２流体通路５ａは、外ピストン４の内部の第２流体室１６と第３流体室１７との間を連通し、前記流体は、第２流体室１６から第３流体室１７へ、また、第３流体室１７から第２流体室１６へ、流動する。

また、減衰力可変ダンパ１は、減衰力調整手段を有している。減衰力調整手段は、第１弾性手段６と、第２弾性手段７と、第１弁機構１０とを有している。減衰力調整手段は、前記外ピストン４の振幅量に応じて前記第２流体通路５ａに発生させる減衰力を連続的に変化させる。

第１弾性手段６には、例えば、図１と図２に示すように、ピストンロッド３に巻きつけたコイルばねを用いることができる。第１弾性手段６は、第２流体室１６に設けられている第１弾性手段６ａと、第３流体室１７に設けられている第１弾性手段６ｂとで構成されている。第１弾性手段６ａは、第２流体室１６から内ピストン５への方向に、内ピストン５を第１付勢力で付勢している。第１弾性手段６ｂは、第３流体室１７から内ピストン５への方向に、内ピストン５を第１付勢力で付勢している。

第２弾性手段７には、例えば、図１と図２に示すように、コイルばねを用いることができる。第２弾性手段７は、第２流体室１６に設けられている第２弾性手段７ａと、第３流体室１７に設けられている第２弾性手段７ｂとで構成されている。

第２弾性手段７ａは、内ピストン５の第２流体室１６に面する上面と、この上面に対向する外ピストン４の内面とのそれぞれに設けられた穴に、一部が挿入され、穴によって第２弾性手段７ａの伸縮がガイドされている。また、第２弾性手段７ａの一端は、外ピストン４の内面に設けられた穴の底に固定されている。そして、この穴の位置に第１流体通路４ａが配置されている。また、内ピストン５の第２流体室１６に面する上面に設けられた穴の位置には、第２流体通路５ａが配置されている。第２弾性手段７ａは、第２流体室１６から内ピストン５への方向に、内ピストン５を第２付勢力で弁体８ａを介して付勢している。

第２弾性手段７ｂは、内ピストン５の第３流体室１７に面する下面と、この下面に対向する外ピストン４の内面とのそれぞれに設けられた穴に、一部が挿入され、穴によって第２弾性手段７ｂの伸縮がガイドされている。また、第２弾性手段７ｂの一端は、外ピストン４の内面に設けられた穴の底に固定されている。そして、この穴の位置に第１流体通路４ａが配置されている。また、内ピストン５の第３流体室１７に面する下面に設けられた穴の位置には、第２流体通路５ａが配置されている。第２弾性手段７ｂは、第３流体室１７から内ピストン５への方向に、内ピストン５を第２付勢力で弁体８ｂを介して付勢している。

なお、詳細は後記するが、第２弾性手段７ｂのばね定数は、第２弾性手段７ａのばね定数より大きく設定されている。このことにより、減衰力可変ダンパ１においては、振動が増大している状態の圧縮時の減衰力よりも、引っ張り時の減衰力を大きくすることができる。

第１弁機構１０には、例えば、図１と図２に示すように、球状の弁体８とテーパ面を備えた弁座９とを有するポペット弁を用いることができる。第１弁機構（ポペット弁）１０では、弁体８が弁座９に当接することで閉弁し、弁体８が弁座９から離間することで開弁する。弁体８は、第２弾性手段７ａの先端に設けられる弁体８ａと、第２弾性手段７ｂの先端に設けられる弁体８ｂとで構成されている。

弁体８ａは、第２弾性手段７ａによって、弁座９ａに第２付勢力で圧接（付勢）することで、第１弁機構１０ａは閉弁している。弁体８ｂは、第２弾性手段７ｂによって、弁座９ｂに第２付勢力で圧接（付勢）することで、第１弁機構１０ｂは閉弁している。このように、弁体８ａとこれに対応する弁座９ａ（９）とで第１弁機構１０ａを構成し、弁体８ｂとこれに対応する弁座９ｂ（９）とで第１弁機構１０ｂを構成している。弁座９（９ａ、９ｂ）は、前記第２流体通路５ａに設けられ、第１弁機構１０（１０ａ、１０ｂ）を開弁、閉弁することにより、第２流体通路５ａを開閉することができる。

次に、減衰力可変ダンパ１の動作について説明する。なお、説明では、減衰力可変ダンパ１において、振動の振幅が減少している状態の圧縮状態を例に説明する。振幅が増大している状態の引っ張り状態については、符号の添え字のａをｂに変えることで、例えば、第１弁機構１０ａを第１弁機構１０ｂに変えることで、読み替えることができる。

図３（ａ）に、減衰力可変ダンパ１のＡ状態として、外ピストン４の振幅が小さくブローポイントに達していない状態を示している。減衰力可変ダンパ１において、振動の振幅が減少している状態であり、ピストンロッド３と外ピストン４とは、ピストンロッド３が配置されている第１流体室１５から第４流体室１８への方向に移動している。この移動により、流体は、第１流体通路４ａを介して、第４流体室１８から第３流体室１７へ流れ、第２流体室１６から第１流体室１５へ流れる。これらの流れにより、第２流体室１６の体積は減少し、第３流体室１７の体積は増大し、内ピストン５は、第３流体室１７から第２流体室１６への方向に、外ピストン４に対して相対移動する。すなわち、第１流体通路４ａから外ピストン４の内部（第３流体室１７）に流体が流入した際に、その流入方向に内ピストン５が移動する。前記より、外ピストン４の移動量（変位）に対して、内ピストン５の移動量（変位）は相関関係を持っていることがわかる。

内ピストン５の移動により、第１弾性手段６ａと第２弾性手段７ａとが縮む。第１弾性手段６ａでは、内ピストン５の移動量に応じて（流体の流入した流量に応じて）縮み、内ピストン５に対する前記第１付勢力が連続的に増大する。この連続的な増大に伴い、流体は室間の移動を妨げられるようになり、ピストンロッド３の変位を妨げる方向にこの減衰力が連続的に増大することになる。

図４に、外ピストン４のピストン変位に対する、内ピストン５が流体から受ける圧力と、第１弁機構１０ａの弁体８ａが流体から受ける圧力の関係を示している。

前記第１付勢力は、内ピストン５が流体から受ける圧力と、内ピストン５が流体の圧力を受ける受圧面積との積で算出される力に一致して釣り合い、互いの力は比例関係にある。また、前記より、外ピストン４の移動量（変位）に対して、内ピストン５の移動量（変位）は相関関係を持っていることがわかっているので、図４に示すように、外ピストン４の移動量（変位）に対して、内ピストン５が流体から受ける圧力は比例関係を有する。

同様に、第２弾性手段７ａでは、内ピストン５の移動量に応じて（流体の流入した流量に応じて）縮み、内ピストン５に対する前記第２付勢力が連続的に増大する。前記第２付勢力は、第１弁機構１０ａの弁体８ａが流体から受ける圧力と、第１弁機構１０ａの弁体８ａが流体の圧力を受ける受圧面積との積で算出される力に一致して釣り合い、互いの力は比例関係ある。また、同様に、外ピストン４の移動量（変位）に対して、内ピストン５の移動量（変位）は相関関係を持っていることがわかっているので、図４に示すように、外ピストン４の移動量（変位）に対して、第１弁機構１０ａの弁体８ａが流体から受ける圧力は比例関係を有する。なお、図４に示すように、内ピストン５が流体から受ける圧力の直線の傾きと、第１弁機構１０ａの弁体８ａが流体から受ける圧力の直線の傾きとの大きさを違えるには、第１弾性手段６ａと第２弾性手段７ａとで互いに異なるばね定数を設定すればよい。また、第１弁機構１０ａの弁体８ａが流体から受ける圧力の直線が、圧力軸上で（外ピストンのピストン変位がゼロのとき）ゼロでない値を持つのは、第２弾性手段７ａが予め圧縮されてセットされているからである。

そして、図４には、Ａ状態において、内ピストン５が流体から受ける圧力と、第１弁機構１０ａの弁体８ａが流体から受ける圧力とが、外ピストンのピストン変位毎に異なる値を取るように示されているが、実際には外ピストンのピストン変位毎に流体は１つの圧力値しか取らない。実際の圧力は、低い方である内ピストン５が流体から受ける圧力に一致し、第１弁機構１０ａの弁体８ａが流体から受ける圧力も、内ピストン５が流体から受ける圧力に一致する。そして、第１弁機構１０ａの弁体８ａが流体から受ける圧力と、内ピストン５が流体から受ける圧力の差圧は、第１弁機構１０ａの弁体８ａを弁座９ａに圧接させ閉弁するために用いられることになる。

図５に、外ピストン４のピストン速度に対する、Ａ状態、Ｂ状態、Ｃ状態のそれぞれで減衰力可変ダンパ１に生じる減衰力の関係を示している。

Ａ状態では、外ピストン４のピストン速度に対して、減衰力可変ダンパ１に生じる減衰力は比例する。外ピストン４のピストン速度が増加すると、減衰力可変ダンパ１に生じる減衰力も、Ｂ状態やＣ状態に比べて僅かではあるが増加することがわかる。この増加は、第１流体通路４ａによって流体の流路が絞られているために起こる流動抵抗の増加によると考えられる。

図３（ｂ）に、減衰力可変ダンパ１のＢ状態として、ブローポイントのときの状態を示している。減衰力可変ダンパ１において、Ａ状態よりさらに、振動の振幅が増大している状態であり、ピストンロッド３と外ピストン４とは、ピストンロッド３が配置されている第１流体室１５から第４流体室１８への方向にＡ状態よりさらに移動し、流体は、第１流体通路４ａを介して、Ａ状態よりさらに、第４流体室１８から第３流体室１７へ流れ、第２流体室１６から第１流体室１５へ流れる。Ａ状態よりさらに、第２流体室１６の体積は減少し、第３流体室１７の体積は増大し、内ピストン５は、第３流体室１７から第２流体室１６への方向に、Ａ状態よりさらに、外ピストン４に対して相対移動する。第１弾性手段６ａと第２弾性手段７ａとが、Ａ状態よりさらに縮む。

図４に示すように、Ｂ状態（ブローポイント）においては、内ピストン５が流体から受ける圧力と、第１弁機構１０ａの弁体８ａが流体から受ける圧力と一致する。実際の流体の圧力も、これらの圧力に一致する。そして、前記第２付勢力は、第１弁機構１０ａの弁体８ａが流体から受ける圧力と、第１弁機構１０ａの弁体８ａが流体の圧力を受ける受圧面積との積で算出される力に一致して釣り合う。第１弁機構１０ａの弁体８ａは弁座９ａに圧接せず離間して、第１弁機構１０ａは開弁する。

図５に示すように、Ｂ状態（ブローポイント）においては、外ピストン４のピストン速度に対して、減衰力可変ダンパ１に生じる減衰力はほぼ比例する。外ピストン４のピストン速度が増加すると、減衰力可変ダンパ１に生じる減衰力も増加し、その増加率はＡ状態よりも大きいことがわかる。増加率が増大するのは、第２流体通路５ａによって流体の流路が絞られているためだけでなく、第１弁機構１０ａの弁体８ａと弁座９ａとの間に生じた流路が、第２付勢力によって絞られ、流動抵抗が増加しているためであると考えられる。

図３（ｃ）に、減衰力可変ダンパ１のＣ状態として、ブローポイント（Ｂ状態）を越えて外ピストン４の振幅が大きくなっている状態を示している。減衰力可変ダンパ１において、振動の振幅がＢ状態よりさらに増大している状態であり、ピストンロッド３と外ピストン４とは、Ｂ状態よりさらに、ピストンロッド３が配置されている第１流体室１５から第４流体室１８への方向に移動し、流体は、第１流体通路４ａを介して、Ｂ状態よりさらに、第４流体室１８から第３流体室１７へ流れ、第２流体室１６から第１流体室１５へ流れる。Ｂ状態よりさらに、第２流体室１６の体積は減少し、第３流体室１７の体積は増大し、内ピストン５は、第３流体室１７から第２流体室１６への方向に、Ｂ状態よりさらに、外ピストン４に対して相対移動する。第１弾性手段６ａと第２弾性手段７ａとがＢ状態よりさらに縮む。

図４に示すように、Ｃ状態においては、内ピストン５が流体から受ける圧力と、第１弁機構１０ａの弁体８ａが流体から受ける圧力とが、外ピストンのピストン変位毎に異なる値を取るように示されているが、実際には外ピストンのピストン変位毎に流体は１つの圧力値しか取らない。実際の圧力は、低い方である第１弁機構１０ａの弁体８ａが流体から受ける圧力に一致し、内ピストン５が流体から受ける圧力も、第１弁機構１０ａの弁体８ａが流体から受ける圧力に一致する。第１弁機構１０ａの弁体８ａが流体から受ける圧力と、実際の流体の圧力とが一致するので、前記第２付勢力は、第１弁機構１０ａの弁体８ａが流体から受ける圧力と、第１弁機構１０ａの弁体８ａが流体の圧力を受ける受圧面積との積で算出される力に一致して釣り合う。第１弁機構１０ａの弁体８ａは弁座９ａに圧接せず離間して、第１弁機構１０ａは開弁する。

言い換えると、Ａ状態である外ピストン４の変位（振幅量）が所定値（ブローポイント）未満の場合は、第２付勢力は第１付勢力より大きくなり、第１弁機構１０ａは閉弁して第２流体通路５ａが閉塞され、第１付勢力の連続的な増大に応じてピストンロッド３の変位を妨げる方向に力が連続的に増大する。Ｂ状態およびＣ状態である外ピストン４の変位（振幅量）が所定値（ブローポイント）以上の場合は、第２付勢力は第１付勢力以下になり、第１弁機構１０ａは開弁して第２流体通路５ａが開放される。そして、第２付勢力の連続的な増大に応じて第１弁機構１０ａの開弁時の流体の圧力が連続的に増大し、減衰力が連続的に増大することになる。

そして、Ａ状態とＣ状態とをつなぐ、Ｂ状態においては、定性的には、かろうじて第１弁機構１０ａが開弁した状態であり、減衰力可変ダンパ１で発生する減衰力の主力が、急激に第１弁機構１０ａに移行することはない。このため、減衰力は、Ａ状態からＢ状態を介してＣ状態へと連続的に変化させることができる。

図５に示すように、Ｃ状態においては、外ピストン４のピストン速度に対して、減衰力可変ダンパ１に生じる減衰力はほぼ比例する。外ピストン４のピストン速度が増加すると、減衰力可変ダンパ１に生じる減衰力も増加し、その増加率はＢ状態と同程度の大きさであることがわかる。ただ、減衰力自体は、外ピストンのピストン速度の全域にわたって、Ｂ状態より大きくなっている。このように減衰力が増大するのは、第２弾性手段７ａがＢの状態より縮まり第２付勢力大きくなることにより、第１弁機構１０ａの弁体８ａと弁座９ａとの間に生じた流路が絞られ、流動抵抗が増加しているためであると考えられる。外ピストン４のピストン速度が小さくても、Ｂ状態とＣ状態では、第１弁機構１０ａの弁体８ａと弁座９ａとの間の流路を絞っているので、比較的大きな減衰力が得られ、車両の操安性能を高めることができる。

（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態に係る減衰力可変ダンパ１を切断した斜視図であり、図７は、本発明の第２の実施形態に係る減衰力可変ダンパ１の機構図である。一見すると、図６と図７とで異なる構造の減衰力可変ダンパ１を記載しているように見えるが、同一構造の減衰力可変ダンパ１を示している。図６では、ピストンロッド３を挟んで内ピストン５の上側に配置されている第１弾性手段６ａと第２弾性手段７ａとが、図７では、機構の理解を容易にするために、ピストンロッド３の右側に展開されているのである。同様に、図６では、ピストンロッド３を挟んで内ピストン５の下側に配置されている第１弾性手段６ｂと第２弾性手段７ｂとが、図７では、機構の理解を容易にするために、ピストンロッド３の左側に展開されているのである。

第２の実施形態の減衰力可変ダンパ１が、第１の実施形態の減衰力可変ダンパ１と異なる点は、第１の実施形態の減衰力可変ダンパ１では、２つの第２弾性手段７ａがピストンロッド３を挟んで配置されていたが、第２の実施形態の減衰力可変ダンパ１では、図６に示すように、第２弾性手段７ａが減って１つになり、替わりに、第１弾性手段６ａが、第２弾性手段７ａとでピストンロッド３を挟む位置に移動している。図７に示すように、第１弾性手段６ａの先端には弁体１１ａが設けられ、弁座１２ａが第２流体通路５ａに設けられ、弁体１１ａと弁座１２ａとで第２弁機構（ポペット弁）１３ａを構成している。同様に、第２の実施形態の減衰力可変ダンパ１では、図６に示すように、第２弾性手段７ｂが減って１つになり、替わりに、第１弾性手段６ｂが、第２弾性手段７ｂとでピストンロッド３を挟む位置に移動している。図７に示すように、第１弾性手段６ｂの先端には弁体１１ｂが設けられ、弁座１２ｂが第２流体通路５ａに設けられ、弁体１１ｂと弁座１２ｂとで第２弁機構１３ｂを構成している。そして、第２弁機構１３ｂも前記減衰力調整手段に属することになる。第１付勢力と流体の圧力と弁体１１ａ、１１ｂの受圧面積の積とが釣り合うと第２弁機構１３ａ、１３ｂは開弁し、第２流体通路５ａを開通させる。内ピストン５に、第１弁機構１０（１０ａ、１０ｂ）だけでなく、第２弁機構１３（１３ａ、１３ｂ）も設けられている。

図８に、第２の実施形態の減衰力可変ダンパ１の外ピストン４のピストン変位に対する、ブロー圧力の関係のシミュレーション結果を示す。ブロー圧力は、外ピストン４が流体から受ける圧力であり、減衰力可変ダンパ１に生じる減衰力は、このブロー圧力に比例すると考えられる。引っ張り（ＴＥＮＳＩＯＮ）方向の外ピストン４のピストン変位に対して、ピストン変位０ｍｍから５ｍｍまではピストン変位に応じて連続的にブロー圧力（減衰力）は増加していることがわかる。ピストン変位５ｍｍ以上でブロー圧力（減衰力）が一定になるのは、内ピストン５が外ピストン４に着座し相対的に移動しなくなるためである。

圧縮（ＣＯＭＰＲＥＳＳＩＯＮ）方向の外ピストン４のピストン変位に対しても、同様に、ピストン変位０ｍｍから５ｍｍまではピストン変位に応じて連続的にブロー圧力（減衰力）は増加していることがわかる。ピストン変位５ｍｍ以上でブロー圧力（減衰力）が一定になるのは、内ピストン５が外ピストン４に着座し相対的に移動しなくなるためである。

なお、引っ張り方向のブロー圧力（減衰力）を、圧縮方向のブロー圧力（減衰力）よりも大きくするために、第１弾性手段６ｂのばね定数を第１弾性手段６ａのばね定数より大きく設定している。また、第２弾性手段７ｂのばね定数を第２弾性手段７ａのばね定数より大きく設定している。

図９に、第２の実施形態の減衰力可変ダンパ１の外ピストン４のピストン速度に対する、外ピストン４のピストン振幅毎の、減衰力可変ダンパ１に生じる減衰力の関係のシミュレーション結果を示す。減衰力の正方向が引っ張り（ＴＥＮＳＩＯＮ）方向であり、負方向が圧縮（ＣＯＭＰＲＥＳＳＩＯＮ）方向である。どのピストン振幅においても、外ピストン４のピストン速度が大きくなる程、減衰力は引っ張り側でも圧縮側でも、増大することがわかる。また、ピストン振幅が１ｍｍから５ｍｍまでは、ピストン振幅が大きくなる程、外ピストン４のピストン速度の全域にわたって、減衰力は引っ張り側でも圧縮側でも、増大することがわかる。これらの傾向は、図５の特徴によく一致している。すなわち、図５のＡ状態から、Ｂ状態を経て、Ｃ状態に移行することを、図９では、ピストン振幅を１ｍｍから５ｍｍまで増大させることで行っている。なお、ピストン振幅５ｍｍのグラフと２５ｍｍのグラフとが重なるのは、ピストン振幅５ｍｍ以上で、内ピストン５が外ピストン４に着座し相対的に移動しなくなるためである。

図１０に、第２の実施形態の減衰力可変ダンパ１の振動の振幅（入力振幅）が小さいとき（ブローポイントに達していない状態）の減衰力特性のシミュレーション結果を示す。図１０（ａ）は外ピストン４のピストン変位と内ピストン５のピストン変位の時間変化を示し、図１０（ｂ）は外ピストン４のピストン速度の時間変化を示し、図１０（ｃ）は減衰力可変ダンパ１に生じる減衰力の時間変化を示している。なお、ピストン変位の正方向には振動の振幅が増大する（ＴＥＮＳＩＯＮ）方向をとっている。ピストン速度の正方向には振動の振幅が増大する（ＴＥＮＳＩＯＮ）方向の速度をとっている。減衰力の負方向には、引っ張り（ＴＥＮＳＩＯＮ）方向をとっている。図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）を横断している矢印について、時間０．３ｓｅｃにおける矢印は、外ピストン４が最も下がったタイミングを示している。時間０．５ｓｅｃにおける矢印は、外ピストン４が最も上がったタイミングを示している。

図１０（ａ）に示すように、外ピストン４のピストン変位に正弦波を入力すると、内ピストン５のピストン変位として、正負の反転した正弦波が出力されることがわかる。さらに、図１０（ａ）の外ピストン４のピストン変位の波形を微分すると、図１０（ｂ）に示すような外ピストン４のピストン速度が得られる。外ピストン４のピストン速度は、外ピストン４のピストン変位に対して９０度位相がずれている。図１０（ａ）の外ピストン４のピストン変位と図１０（ｂ）の外ピストン４のピストン速度から、図１０（ｃ）に示すように、減衰力として、外ピストン４のピストン変位の正弦波に対して正負を反転した波形が得られる。減衰力が連続的に変化していることがわかる。

図１１に、入力振幅が大きいとき（ブローポイントを越えている状態）の減衰力特性のシミュレーション結果を示す。図１１（ａ）は外ピストン４のピストン変位の時間変化を示し、図１１（ｂ）は外ピストン４のピストン速度の時間変化を示し、図１１（ｃ）は減衰力可変ダンパ１に生じる減衰力の時間変化を示している。なお、図１１（ａ）の外ピストンのピストン変位の正方向には振動の振幅が増大する（ＴＥＮＳＩＯＮ）方向をとっている。図１１（ｂ）の外ピストンのピストン速度の正方向には振動の振幅が増大する（ＴＥＮＳＩＯＮ）方向の速度をとっている。図１１（ｃ）の減衰力の負方向には、引っ張り（ＴＥＮＳＩＯＮ）方向をとっている。図１１（ａ）、図１１（ｂ）、図１１（ｃ）を横断している矢印について、時間約０．４ｓｅｃにおける矢印は、内ピストン５が外ピストン４に着座し相対的に移動しなくなるタイミングを示している。時間約０．５２ｓｅｃにおける矢印も、内ピストン５が外ピストン４に着座し相対的に移動しなくなるタイミングを示している。

図１１（ａ）に示すように、外ピストン４のピストン変位に、時間とともに振幅の大きくなる正弦波を入力している。さらに、図１１（ａ）の外ピストン４のピストン変位の波形を微分すると、図１１（ｂ）に示すような外ピストン４のピストン速度が得られる。外ピストン４のピストン速度は、外ピストン４のピストン変位に対して９０度位相がずれている。図１１（ａ）の外ピストン４のピストン変位と図１１（ｂ）の外ピストン４のピストン速度から、図１１（ｃ）に示すような減衰力の波形が得られる。減衰力は、外ピストン４のピストン速度の高低周期に同期するように、周期的に高低変化する。そして、減衰力の極大値から極小値へは概して傾きを持って連続的に減少していることがわかる。また、減衰力の極小値から極大値へは概して傾きを持って連続的に増大していることがわかる。

（第３の実施形態）
図１２は、本発明の第３の実施形態に係る減衰力可変ダンパ１を切断した斜視図であり、図１３は、本発明の第３の実施形態に係る減衰力可変ダンパ１の機構図である。第３の実施形態の減衰力可変ダンパ１が、第１の実施形態の減衰力可変ダンパ１と異なる点は、第１弾性手段６（６ａ、６ｂ）が省かれている点である。すなわち、第２弾性手段７（７ａ、７ｂ）が、第１弾性手段６（６ａ、６ｂ）の機能を兼ねていると考えることができる。

本発明の第１の実施形態に係る減衰力可変ダンパを切断した斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る減衰力可変ダンパの機構図である。 （ａ）はＡ状態（外ピストンの振幅が小さくブローポイントに達していない状態）における減衰力可変ダンパの機構図であり、（ｂ）はＢ状態（ブローポイント）における減衰力可変ダンパの機構図であり、（ｃ）はＣ状態（ブローポイントを越えて外ピストンの振幅が大きい状態）における減衰力可変ダンパの機構図である。 外ピストンのピストン変位に対する、内ピストンにかかる圧力と、第１弁機構にかかる圧力の関係を示すグラフである。 外ピストンのピストン速度に対する、Ａ状態、Ｂ状態、Ｃ状態のそれぞれで減衰力可変ダンパに生じる減衰力の関係を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る減衰力可変ダンパを切断した斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る減衰力可変ダンパの機構図である。 外ピストンのピストン変位に対する、ブロー圧力（ブローポイント）の関係を示すグラフである。 外ピストンのピストン速度に対する、外ピストンのピストン振幅毎の、減衰力可変ダンパに生じる減衰力の関係を示すグラフである。 入力振幅が小さいとき（ブローポイントに達していない状態）の減衰力特性であり、（ａ）は外ピストンのピストン変位と内ピストンのピストン変位の時間変化を示し、（ｂ）は外ピストンのピストン速度の時間変化を示し、（ｃ）は減衰力可変ダンパに生じる減衰力の時間変化を示す。 入力振幅が大きいとき（ブローポイントを越えている状態）の減衰力特性であり、（ａ）は外ピストンのピストン変位の時間変化を示し、（ｂ）は外ピストンのピストン速度の時間変化を示し、（ｃ）は減衰力可変ダンパに生じる減衰力の時間変化を示す。 本発明の第３の実施形態に係る減衰力可変ダンパを切断した斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る減衰力可変ダンパの機構図である。

符号の説明

１ 減衰力可変ダンパ
２ シリンダ
３ ピストンロッド
４ 外ピストン
４ａ 第１流体通路
４ｂ ピストンリング
４ｃ 筒部
４ｄ 底部
４ｅ Ｏリング
５ 内ピストン
５ａ 第２流体通路
６、６ａ、６ｂ 第１弾性手段
７、７ａ、７ｂ 第２弾性手段
８、８ａ、８ｂ 弁体
９、９ａ、９ｂ 弁座
１０、１０ａ、１０ｂ 第１弁機構
１１、１１ａ、１１ｂ 弁体
１２、１２ａ、１２ｂ 弁座
１３、１３ａ、１３ｂ 第２弁機構
１４ ナット
１５ 第１流体室
１６ 第２流体室
１７ 第３流体室
１８ 第４流体室

Claims (3)

1. 車両の懸架装置に用いられ減衰力を可変にする減衰力可変ダンパであって、
   内部を流体で満たしたシリンダと、
   前記シリンダの一端を貫通するように設けられるピストンロッドと、
   前記ピストンロッドの前記シリンダ内部に位置する端部に設けられ、前記シリンダの内周面に摺動可能に設けられる外ピストンと、
   前記外ピストンの内部に配置され、前記外ピストンの内周面に摺動可能に設けられる内ピストンと、
   前記外ピストンの内部と外部とで前記流体を相互に流動させる第１流体通路と、
   前記内ピストンに設けられ、前記内ピストンで区画された前記外ピストンの内部間で前記流体を相互に流動させる第２流体通路と、
   前記外ピストンの振幅量に応じて前記第２流体通路に発生させる減衰力を連続的に変化させる減衰力調整手段とを備え、
   前記減衰力調整手段は、
   前記第１流体通路から前記外ピストンの内部に前記流体が流入した際に、流入方向とは反対方向に、前記内ピストンを前記流体の流入した流量に応じて連続的に変化する第１付勢力で付勢する第１弾性手段と、
   前記第１付勢力と同じ方向に、前記内ピストンを前記相対的な振幅量に応じて連続的に変化する第２付勢力で、前記第１弾性手段と並行に付勢する第２弾性手段と、
   弁体が前記第２弾性手段の先端に設けられるとともに、弁座が前記第２流体通路に設けられ、前記第２付勢力と前記第２流体通路を通過する流体の圧力によって前記弁体に働く力とが釣り合うと前記第２流体通路を開ける第１弁機構と、
   を備えていることを特徴とする減衰力可変ダンパ。
2. 前記第１付勢力は、前記内ピストンの内部で前記内ピストンにより区画された流体室間の圧力差と、前記内ピストンが前記流体の圧力を受ける受圧面積との積に比例し、
   前記第２付勢力は、前記内ピストンの内部で前記内ピストンにより区画された流体室間の圧力差と、前記第１弁機構が前記流体の圧力を受ける受圧面積との積に比例し、
   前記第１弾性手段と前記第２弾性手段は、互いに異なるばね定数を有し、
   前記減衰力調整手段は、
   前記外ピストンの振幅量が所定値未満の場合は、前記第２付勢力は前記第１付勢力より大きくなり、前記第２流体通路が閉塞され、
   前記外ピストンの振幅量が所定値以上の場合は、前記第２付勢力は前記第１付勢力以下になり、前記第２流体通路が開放されることを特徴とする請求項１に記載の減衰力可変ダンパ。
3. 前記第１弾性手段と前記第２弾性手段は、互いに異なるばね定数を有し、
   前記減衰力調整手段は、
   弁体が前記第１弾性手段の先端に設けられ、弁座が前記第２流体通路に設けられ、前記第１付勢力と前記第２流体通路を通過する流体の圧力によって前記弁体に働く力とが釣り合うと前記第２流体通路を開ける第２弁機構を備え、
   前記内ピストンに、前記第２流体通路と前記第１弁機構と前記第２弁機構とが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の減衰力可変ダンパ。

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