JP5131678B2

JP5131678B2 - 減衰力可変ダンパ

Info

Publication number: JP5131678B2
Application number: JP2007053731A
Authority: JP
Inventors: 重信関谷
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2007-03-05
Filing date: 2007-03-05
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2027-03-05
Also published as: JP2008215487A

Description

本発明は、自動車用サスペンションを構成する磁性流体式または磁気粘性流体式の減衰力可変ダンパに係り、詳しくは、磁気流体バルブに複合軟磁性材料等の低強度素材からなるヨークをピストンに採用可能とする技術に関する。

近年、自動車のサスペンションに用いられる筒型ダンパでは、乗り心地や操縦安定性の向上を図るべく、減衰力の可変制御が可能な減衰力可変ダンパが種々開発されている。減衰力可変ダンパとしては、オリフィス面積を変化させるロータリバルブをピストンに設け、このロータリバルブをアクチュエータによって回転駆動する機械式のものが主流であったが、構成の簡素化や応答性の向上等を実現すべく、作動液に磁気粘性流体を用い、ピストンに一体化された磁気流体バルブによって磁気粘性流体の粘度を制御するものが出現している（特許文献１参照）。

特許文献１の減衰力可変ダンパでは、磁気流体バルブ（ピストン）が、外周にコイルが巻き回された円柱状のインナヨークと、インナヨークの両端に配置された一対のエンドプレートと、インナヨークと両エンドプレートを収容する円筒状のアウタヨークとから主に構成されている。インナヨークおよびアウタヨークはともに鋼材等の強磁性体を素材としており、エンドプレートによって保持されることによって両者の間に環状流路が形成される。エンドプレートは、非磁性体を素材とした円盤状のものであり、環状流路に連通する複数の円弧状孔と、インナヨーク端部の凸部が係合する環状凹部と、ピストンロッド固定用のリングが係合する環状溝とを有している。また、インナヨークおよびエンドプレートは、アウタヨークの両端外縁を加締めることによって固定されている。
米国特許６２６０６７５号公報

特許文献１の減衰力可変ダンパでは、図９に示すように減衰力を制御すべくコイルに供給する励磁電流を変化させても、インナヨークやアウタヨーク内に発生する渦電流によって磁束変化に遅れが生じ、減衰力が速やかに変化しない（すなわち、応答遅れが生じる）問題があった。そこで、本発明者等は、磁気流体バルブ用ヨークの素材として、電気絶縁被覆処理した鉄粉をバインドしてなる複合軟磁性（Soft Magnetic Composite：以下、ＳＭＣと記す）材料に着目した。ＳＭＣ材料を用いて製造されたヨークは、優れた磁気特性（低渦電流損失、高飽和磁束密度）や形状精度を有する他、粉末成形機による大量生産が可能である等の特長を有している。しかしながら、ＳＭＣ材料はバインディング材に樹脂等を用いているため、鋼材等に較べて機械的強度が小さく可塑変形能も殆ど無いことから、インナヨークやエンドプレートの固定にあたって、アウタヨークの両端外縁を加締める方法を採用することができなかった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、磁気流体バルブに複合軟磁性材料等の低強度素材からなるヨークをピストンに採用可能とした減衰力可変ダンパを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、磁性流体または磁気粘性流体が充填されるとともに車体側部材と車輪側部材とのどちらか一方に連結されたシリンダと、前記シリンダを一側液室と他側液室とに区画するとともに前記磁性流体または磁気粘性流体を当該一側液室と他側液室との間で流通させる環状流路が形成されたピストンと、前記車体側部材と車輪側部材とのどちらか他方を当該ピストンに連結するピストンロッドとを有し、前記環状流路を通過する前記磁性流体または前記磁気粘性流体に磁界を印可することで減衰力が制御される減衰力可変ダンパであって、前記ピストンは、前記ピストンの外周側部分を形成するアウタヨークと、前記アウタヨークの内側に所定の間隙をもって設置され、当該アウタヨークとの間に前記環状流路を画成するインナヨークと、前記インナヨークに保持され、前記磁界の形成に供されるコイルと、前記アウタヨークおよび前記インナヨークの両端に配設され、当該アウタヨークおよび当該インナヨークの保持に供される一対のエンドプレートと、前記環状流路の内側で前記一対のエンドプレートおよび前記インナヨークをそれぞれが貫通し、締結されることで前記アウタヨークと当該インナヨークとを当該一対のエンドプレートによって挟圧して保持させる複数のボルトとを備え、前記アウタヨークと前記インナヨークとの少なくとも一方が複合軟磁性材料を素材としたことを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載の減衰力可変ダンパにおいて、前記ボルトには前記一側液室と他側液室とを連通させるバイパス通路が穿設され、当該ボルトが前記エンドプレートの一方と前記インナヨークと前記エンドプレートの他方とを順に貫通した後にナットによって締結されることを特徴とする。

請求項１の減衰力可変ダンパによれば、例えば、締結時に圧縮応力のみが作用するように構成することで、アウタヨークやインナヨークを低強度素材によって製造することができる。また、請求項２の減衰力可変ダンパによれば、インナヨークにバイパス通路を設ける必要がなくなり、製造金型の簡素化等を図ることができる。また、請求項３の減衰力可変ダンパによれば、インナヨークやアウタヨーク内に磁束変化を阻害する渦電流が発生し難くなり、減衰力の制御応答性が向上する。また、複合軟磁性材料のバインダとしてシリコーン樹脂等の潤滑性を有するものを用いれば、ピストンやシリンダの摩耗が効果的に抑制され、減衰力可変ダンパの耐久性が向上する。

以下、図面を参照して、本発明を４輪自動車のリヤサスペンションに適用した２つの実施形態を詳細に説明する。図１は実施形態に係るリヤサスペンションの斜視図であり、図２は実施形態に係るダンパの縦断面図であり、図３は図２中のIII部拡大図であり、図４は実施形態に係るピストンの下面図であり、図５は実施形態に係るピストンの展開斜視図である。

《実施形態の構成》
図１に示すように、本実施形態のリヤサスペンション１は、いわゆるＨ型トーションビーム式サスペンションであり、左右のトレーリングアーム２，３や、両トレーリングアーム２，３の中間部を連結するトーションビーム４、懸架ばねである左右一対のコイルスプリング５、左右一対のダンパ６等から構成されており、左右のリヤホイール７，８を懸架している。ダンパ６は、ＭＲＦ（Magneto-Rheological Fluid：磁気粘性流体）を作動流体とする減衰力可変型ダンパであり、トランクルーム内等に設置されたＥＣＵ９によってその減衰力が可変制御される。

＜ダンパ＞
図２に示すように、本実施形態のダンパ６は、モノチューブ式（ド・カルボン式）であり、ＭＲＦが充填された円筒状のシリンダ１２と、このシリンダ１２に対して軸方向に摺動するピストンロッド１３と、ピストンロッド１３の先端に装着されてシリンダ１２内を上部液室（一側液室）１４と下部液室（他側液室）１５とに区画するピストン１６と、シリンダ１２の下部に高圧ガス室１７を画成するフリーピストン１８と、ピストンロッド１３等への塵埃の付着を防ぐカバー１９と、フルバウンド時における緩衝を行うバンプストップ２０とを主要構成要素としている。

シリンダ１２は、下端のアイピース１２ａに嵌挿されたボルト２１を介して、車輪側部材であるトレーリングアーム２の上面に連結されている。また、ピストンロッド１３は、上下一対のブッシュ２２とナット２３とを介して、その上部ねじ軸１３ａが車体側部材であるダンパベース（ホイールハウス上部）２４に連結されている。

＜ピストン＞
ピストン１６は、ＭＬＶ（Magnetizable Liquid Valve：磁気流体バルブ）と一体となっており、図３〜図５に示すように、その外周面がシリンダ１２の内壁面に摺接するアウタヨーク３１と、アウタヨーク３１の内側に配置されたインナヨーク３２と、アウタヨーク３１およびインナヨーク３２を挟持／位置決めする上下一対のエンドプレート３３，３４と、インナヨーク３２の軸方向中央部に外嵌したＭＬＶコイル（磁界印可手段）３５と、締結手段である３組のボルト３６およびナット３７と、ピストン１６をピストンロッド１３に固定するための係止リング３８とから構成されている。

アウタヨーク３１は、ＳＭＣ材料を素材とした円筒状の粉末成形品であり、エンドプレート３３，３４の外縁が内嵌する環状段差部３１ａ，３１ｂをその両端に有している。また、インナヨーク３２も、ＳＭＣ材料を素材とした円柱状の粉末成形品であり、エンドプレート３３，３４の端面に突設された円盤状凸部３３ａ，３４ａが内嵌する環状フランジ３２ａ，３２ｂをその両端に有している。アウタヨーク３１の内周面とインナヨーク３２の外周面とは所定の間隙をもって対峙しており、これにより、アウタヨーク３１とインナヨーク３２との間に環状流路４１が画成されている。

インナヨーク３２には、ボルト３６が挿通される３つのボルト孔３２ｃが等角度間隔（１２０°間隔）で穿設されるとともに、上部端面の中央にピストンロッド１３の端部が嵌入する保持穴３２ｄが形成されている。

両エンドプレート３３，３４は、非磁性体であるアルミニウム合金（ジュラルミン）を素材とした円盤状のものであり、ボルト３６が挿通される３つのボルト孔３３ｂ，３４ｂがインナヨーク３２のボルト孔３２ｃと同位置に穿設されるとともに、環状流路４１を介して上部液室１４と下部液室１５とを連通させる３つの円弧状孔３３ｃ、３４ｃを有している。また、上部のエンドプレート３３は、ピストンロッド１３が内嵌するロッド孔３３ｄと、係止リング３８が内嵌するリング係止溝３３ｅとを有している。

ボルト３６は、いわゆる六角孔付ボルトであり、上部液室１４と下部液室１５とを連通させるバイパス孔３６ａがその軸心に穿設されている。また、係止リング３８は、ばね鋼を素材とする線材をＣ字状に成形したものであり、ピストンロッド１３に形成されたリング保持溝１３ｂに所定の緊縛力をもって嵌合する。

≪実施形態の作用≫
本実施形態では、ピストン１６が以下の手順で組み立てられる。先ず、図６（ａ）に示すように、上部のエンドプレート３３のロッド孔３３ｄにピストンロッド１３を嵌挿させた後、ピストンロッド１３のリング保持溝１３ｂに係止リング３８を外嵌させる。次に、エンドプレート３３のボルト孔３３ｂにそれぞれボルト３６を挿通させた後、アウタヨーク３１およびインナヨーク３２の上端をエンドプレート３３側に嵌合させる。次に、下部のエンドプレート３４をアウタヨーク３１およびインナヨーク３２の下端に嵌合させた後、ナット３７をボルト３６に螺合／締結する。これにより、図６（ｂ）に示すように、アウタヨーク３１とインナヨーク３２とが両エンドプレート３３，３４によって挟圧／保持され、その間に環状流路４１が画成されることになる。両ヨーク３１，３２は、ＳＭＣ材料を素材とした粉末成形品であるが、圧縮応力を受けるのみであるために強度上の問題は生じない。

自動車が走行を開始すると、ＥＣＵ９は、前後Ｇセンサ、横Ｇセンサ、および上下Ｇセンサから得られた車体の加速度や、車速センサから入力した車体速度、車輪速センサから得られた各車輪の回転速度等に基づき各車輪についてダンパ６の目標減衰力を設定した後、ＭＬＶコイル３５に対して励磁電流を供給する。すると、図７に示すように、ピストン１６内に磁界が形成され、環状流路４１を流通するＭＲＦの粘度が変化し、ダンパ６の減衰力が増大あるいは減少する。この際、本実施形態では、アウタヨーク３１およびインナヨーク３２がＳＭＣ材料を用いて製造されているため、高い磁束密度が得られるとともに、磁束変化を阻害する渦電流の発生が極めて少ない。そのため、図８に示すように、ＭＬＶコイル３５に供給される励磁電流が変化すると、磁束（すなわち、減衰力）も速やかに変化して高い制御応答性を実現することができた。

また、ＳＭＣ材料には自己潤滑性を有する樹脂がバインダとして用いられているため、ピストン１６（アウタヨーク３１）がシリンダ１２内を摺動する際の摩擦抵抗が有意に小さくなり、ダンパ６の耐久性も従来装置に較べて向上させることができた。そして、本実施形態では、ボルト３６にバイパス孔３６ａを設けるようにしたため、インナヨーク３２の強度低下が抑制されるとともに、インナヨーク３２の製造金型を簡素化できた。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態は４輪自動車のリヤサスペンションを構成する磁気粘性流体式の減衰力可変ダンパに本発明を適用したものであるが、本発明は、磁性流体式の減衰力可変ダンパやフロントサスペンション用の減衰力可変ダンパ、２輪自動車等の減衰力可変ダンパ等にも当然に適用可能である。また、上記実施形態ではアウタヨークやインナヨークの素材として複合軟磁性材料を用いたが、フェライトや積層電磁鋼板等を採用してもよい。その他、アウタヨークやインナヨークの具体的形状やダンパの具体的構造等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

実施形態に係るリヤサスペンションの斜視図である。実施形態に係るダンパの縦断面図である。図２中のIII部拡大図である。実施形態に係るピストンの下面図である。実施形態に係るピストンの展開斜視図である。実施形態に係るピストンの組立手順を示す説明図である。実施形態の作動状態を示すダンパの縦断面図である。実施形態の効果を示すグラフである。従来装置の問題点を示すグラフである。

符号の説明

２トレーリングアーム（車輪側部材）
６ダンパ
１２シリンダ
１３ピストンロッド
１４上部液室（一側液室）
１５下部液室（他側液室）
１６ピストン
２２ダンパベース（車体側部材）
３１アウタヨーク
３２インナヨーク
３２ａ環状フランジ
３２ｄ保持穴
３３エンドプレート
３４エンドプレート
３５ＭＬＶコイル
３６ボルト（締結手段）
３６ａバイパス孔（バイパス通路）
３７ナット（締結手段）
４１環状流路

Claims

磁性流体または磁気粘性流体が充填されるとともに車体側部材と車輪側部材とのどちらか一方に連結されたシリンダと、前記シリンダを一側液室と他側液室とに区画するとともに前記磁性流体または磁気粘性流体を当該一側液室と他側液室との間で流通させる環状流路が形成されたピストンと、前記車体側部材と車輪側部材とのどちらか他方を当該ピストンに連結するピストンロッドとを有し、前記環状流路を通過する前記磁性流体または前記磁気粘性流体に磁界を印可することで減衰力が制御される減衰力可変ダンパであって、
前記ピストンは、
前記ピストンの外周側部分を形成するアウタヨークと、
前記アウタヨークの内側に所定の間隙をもって設置され、当該アウタヨークとの間に前記環状流路を画成するインナヨークと、
前記インナヨークに保持され、前記磁界の形成に供されるコイルと、
前記アウタヨークおよび前記インナヨークの両端に配設され、当該アウタヨークおよび当該インナヨークの保持に供される一対のエンドプレートと、
前記環状流路の内側で前記一対のエンドプレートおよび前記インナヨークをそれぞれが貫通し、締結されることで前記アウタヨークと当該インナヨークとを当該一対のエンドプレートによって挟圧して保持させる複数のボルトとを備え、
前記アウタヨークと前記インナヨークとの少なくとも一方が複合軟磁性材料を素材としたことを特徴とする減衰力可変ダンパ。
前記ボルトには前記一側液室と他側液室とを連通させるバイパス通路が穿設され、当該ボルトが前記エンドプレートの一方と前記インナヨークと前記エンドプレートの他方とを順に貫通した後にナットによって締結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。