JP5539243B2

JP5539243B2 - 磁気粘性流体緩衝器

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Publication number: JP5539243B2
Application number: JP2011039994A
Authority: JP
Inventors: 啓司斎藤
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2031-02-25
Also published as: JP2012177406A

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、減衰力を変化させるものがある。

特許文献１には、磁気粘性流体が封入されたシリンダにおける軸方向の両端部に永久磁石が取り付けられた磁気粘性流体ダンパが開示されている。この磁気粘性流体ダンパは、シリンダの外周にヨーク材が設けられ、ピストンとピストンロッドの一部とが強磁性体で形成されるものである。ピストンが中立領域に位置しているときには、永久磁石の磁力は磁気粘性流体に作用しないが、ピストンが中立領域を越えてストロークしたときには、永久磁石から、ピストンロッドとピストンとヨーク材とを介して磁気回路が形成される。これにより、永久磁石の磁力がピストンとシリンダとの間の磁気粘性流体に作用し、磁気粘性流体の粘度が高くなって減衰係数が大きくなる。

特開２００７−２３９９８２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の磁気粘性流体ダンパは、ピストンが中立領域を越えてストロークしたときに、永久磁石の磁力が磁気粘性流体に作用して減衰係数が大きく変化するものである。即ち、この磁気粘性流体ダンパでは、ピストンが中立領域に位置するときと、ピストンが中立位置を越えたときとで、磁気粘性流体の粘度が段階的に変化する。これにより、この磁気粘性流体ダンパの減衰係数は、シリンダ内を摺動するピストンのストローク量に応じて段階的に変化することとなる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、シリンダに磁石が取り付けられる磁気粘性流体緩衝器において、ピストンのストローク量に対して減衰係数を連続的に変化させることを目的とする。

本発明は、非磁性体によって円筒形に形成され、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るシリンダと、非磁性体によって形成され、前記シリンダの内周との間に磁気粘性流体が通過可能な間隔をもって前記シリンダ内に摺動自在に配置されるピストンと、前記ピストンが連結されるピストンロッドと、前記シリンダ内に磁界を作用させる磁石と、を備える磁気粘性流体緩衝器であって、前記シリンダは、その外周面と内周面との少なくともいずれか一方に形成され軸方向に向かってテーパ状に肉厚が変化するテーパ部を有し、前記磁石は、前記シリンダの外周で前記テーパ部が形成される位置に取り付けられることを特徴とする。

本発明では、シリンダの軸方向に向かってテーパ状に肉厚が変化するテーパ部がシリンダに形成され、テーパ部が形成される位置に磁石が取り付けられる。よって、シリンダ内に封入される磁気粘性流体と磁石との距離は、テーパ部のテーパに倣って連続的に変化することとなる。したがって、ピストンのストローク量に対して磁気粘性流体に作用する磁界の強さが連続的にするため、減衰係数を連続的に変化させることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る磁気粘性流体緩衝器の断面図である。本発明の第２の実施の形態に係る磁気粘性流体緩衝器の断面図である。本発明の第３の実施の形態に係る磁気粘性流体緩衝器の断面図である。本発明の第１から第３の各実施の形態に係る磁気粘性流体緩衝器の作用を説明するグラフ図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

（第１の実施の形態）
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る磁気粘性流体緩衝器１００について説明する。

磁気粘性流体緩衝器１００は、磁界の作用によって粘性が変化する磁気粘性流体を用いることで減衰係数が変化可能なダンパである。磁気粘性流体緩衝器１００は、その減衰係数が、ストローク量に応じて比例的に変化するように形成される。

磁気粘性流体緩衝器１００は、磁気粘性流体が封入されるシリンダ１０と、シリンダ１０内に摺動自在に配置されるピストン２１と、ピストン２１が連結されるピストンロッド２２と、シリンダ１０の外周に固定されシリンダ１０内に磁界を作用させる磁石３０と、を備える。

シリンダ１０内に封入される磁気粘性流体は、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に応じて変化し、磁界の影響がなくなると元の状態に戻る。

シリンダ１０は、その両端に開口部を有する円筒状に形成される円筒部１１と、円筒部１１における両端の開口部に取り付けられるヘッド部材１２とボトム部材１３とを備える。

円筒部１１は、一方の開口部における内周に形成される螺合部１１ａと、他方の開口部における内周に形成される螺合部１１ｂとを有する。

ヘッド部材１２の外周には、螺合部１１ａと螺合する螺合部１２ｂが形成される。円筒部１１の内周とヘッド部材１２の外周との間には、シール部材１４ａが設けられ、シリンダ１０内の磁気粘性流体がシールされる。ヘッド部材１２には、ピストンロッド２２が挿通する孔１２ａが形成される。

同様に、ボトム部材１３の外周には、螺合部１１ｂと螺合する螺合部１３ｂが形成される。円筒部１１の内周とボトム部材１３の外周との間には、シール部材１４ｂが設けられ、シリンダ１０内の磁気粘性流体がシールされる。ボトム部材１３には、ピストンロッド２２が挿通する孔１３ａが形成される。

シリンダ１０は、非磁性体によって形成される。これにより、シリンダ１０が磁路になることが防止され、シリンダ１０内に封入された磁気粘性流体に効率的に磁場が作用するようにできる。

シリンダ１０は、円筒部１１の外周面に設けられ軸方向に向かってテーパ状に形成されて円筒部１１の肉厚を徐々に変化させるテーパ平面部１５を有する。磁気粘性流体緩衝器１００では、テーパ平面部１５がテーパ部に該当する。

テーパ平面部１５は、シリンダ１０における円筒部１１の外周面に凹状に形成される。テーパ平面部１５は、１８０度間隔で二箇所に形成される。一対のテーパ平面部１５は、矩形に形成され、互いに対向するように設けられる。テーパ平面部１５は、円筒状に形成されるシリンダ１０の接線方向に形成される。

テーパ平面部１５は、ピストンロッド２２がシリンダ１０内に最も進入したときのピストン２１の位置に対応する位置に対応してシリンダ１０の外周面に形成される。テーパ平面部１５は、ピストンロッド２２がシリンダ１０内へ進入する方向に向かって、シリンダ１０における円筒部１１の肉厚が薄くなるように形成される。

テーパ平面部１５を形成するかわりに、シリンダ１０の外周面の曲面に沿って凹状に形成されるテーパ部を設け、テーパ部の曲面に沿った円弧状の形状に磁石３０を形成してもよい。

ピストン２１は、その外径がシリンダ１０における円筒部１１の内径より小さな円柱状に形成される。つまり、ピストン２１は、シリンダ１０における円筒部１１の内周との間に磁気粘性流体が通過可能な環状の間隔をもって形成される。

ピストン２１がシリンダ１０内を軸方向に摺動すると、ピストン２１とシリンダ１０との間の間隔を磁気粘性流体が通過する。磁気粘性流体緩衝器１００は、ピストン２１とシリンダ１０との間の環状の間隔が絞りの役割をすることによって、減衰力を発生するものである。

ピストン２１は、非磁性体によって形成される。これにより、ピストン２１に磁石３０の磁界が直接作用することはなく、また、ピストン２１が片側に寄せられてフリクションが増加することを防止できる。

ピストンロッド２２は、ピストン２１と同軸になるように形成され、ピストン２１の中心を挿通する。ピストンロッド２２は、ピストン２１と一体に形成される。ピストンロッド２２をピストン２１と別体に形成して、ねじ等によって接合してもよい。

ピストンロッド２２の一方の端部２２ａは、ヘッド部材１２の孔１２ａを挿通し、ヘッド部材１２に摺動自在に支持されるとともに、シリンダ１０の外部へと延在する。ピストンロッド２２の他方の端部２２ｂは、ボトム部材１３の孔１３ａを挿通し、ボトム部材１３に摺動自在に支持される。

このように、ピストンロッド２２は、ヘッド部材１２及びボトム部材１３に摺動自在に支持されることによって、ピストン２１の外周面とシリンダ１０の内周との間に環状の間隔があいていても、シリンダ１０内にて径方向にずれることなく軸方向に摺動可能である。

磁石３０は、その端面３１がシリンダ１０のテーパ平面部１５に対応した形状に形成される永久磁石である。磁石３０は、一対のテーパ平面部１５に各々取り付けられる。テーパ平面部１５は、シリンダ１０の外周面に凹状に形成されるため、シリンダ１０の他の部分と比較して薄肉である。よって、磁石３０の磁界がシリンダ１０内に封入される磁気粘性流体に作用することを妨げない。

磁石３０は、矩形に形成されるテーパ平面部１５に対応して、その端面３１が矩形になるような直方体状に形成される。この他にも、テーパ平面部１５を円形に形成して、磁石３０を、その端面３１が円形になるような円柱状に形成してもよい。

このように、シリンダ１０の外周面にテーパ平面部１５が形成されることによって、取り付けられる磁石３０をシリンダ１０の外周面に対応した円弧状の形状に形成する必要はなく、磁石３０の端面３１を平面状に形成することが可能となる。よって、磁石３０の加工コストを低減できるとともに、シリンダ１０への磁石３０の取付性を向上できる。

磁石３０は、互いに対向するように一対設けられる。一方の磁石３０は、シリンダ１０のテーパ平面部１５と当接する端面３１がＮ極であり、他方の磁石３０は、シリンダ１０のテーパ平面部１５と当接する端面３１がＳ極である。これにより、対向する一対の磁石３０の間に直線的な磁界を発生させ、シリンダ１０内の磁気粘性流体に磁界を作用させることを可能としている。

磁石３０を、テーパ平面部１５に取り付けられたときに、シリンダ１０の外径寸法に収まる厚さの平板状に形成してもよい。この場合、磁石３０がシリンダ１０から外周に突出しないため、磁石３０が設けられない通常の緩衝器と同様に用いることが可能である。例えば、磁気粘性流体緩衝器１００の外周にコイルばねを取り付けて、スプリングダンパとして用いることが可能である。

磁石３０は、ピストンロッド２２がシリンダ１０内に最も進入したときのピストン２１の位置に対応して配設される。つまり、図１では、磁石３０は、ピストン２１が最も下降したときにピストン２１の外周に臨むように配設される。

これにより、シリンダ１０内の磁気粘性流体は、磁石３０から離れた位置では、磁界の影響が小さいため粘度が低く、磁石３０に近付くほど磁界の影響が大きくなり強磁性を有する微粒子が集まることによって粘度が高くなる。

また、磁石３０は、テーパ平面部１５に取り付けられるため、磁石３０とシリンダ１０内の磁気粘性流体との距離は、軸方向の位置によって相違する。そのため、一対の磁石３０間においても、シリンダ１０内の磁気粘性流体の粘度は、軸方向の位置によって相違することとなる。

具体的には、一対の磁石３０間では、テーパ平面部１５が形成されることによって、ピストンロッド２２がシリンダ１０内に進入する方向に向かって、円筒部１１の肉厚が徐々に小さくなる。そのため、テーパ平面部１５に取り付けられる磁石３０と、シリンダ１０内の磁気粘性流体との間の距離は、テーパ平面部１５のテーパに倣って連続的に小さく変化する。よって、磁気粘性流体の粘度は、ピストンロッド２２がシリンダ１０内に進入する方向に向かって徐々に高くなる。

以上より、ピストンロッド２２がシリンダ１０内に進入する方向にストロークすると、ピストン２１とシリンダ１０との間の間隔を通過する磁気粘性流体への磁石３０による磁界の影響が徐々に大きくなる。これにより、シリンダ１０内に進入する方向へのピストンロッド２２のストローク量に応じて、磁気粘性流体の見かけの粘度が比例的に高くなる。したがって、磁気粘性流体緩衝器１００の減衰係数は、ピストンロッド２２がシリンダ１０内に進入するほど大きくなることとなる。

ここで、図４を参照して、磁気粘性流体緩衝器１００における減衰係数の変化について説明する。図４において、横軸は、シリンダ１０に対するピストンロッド２２の進入量であるストローク量［ｍ］であり、縦軸は、磁気粘性流体緩衝器１００の減衰係数［Ｎ・ｓ／ｍ］である。

磁気粘性流体緩衝器１００の減衰係数は、図４における直線Ａのように、比例的に大きくなる。

具体的には、ストローク量がＳ_minの状態からピストンロッド２２がシリンダ１０内に進入してゆくと、減衰係数は比例的に大きくなり、ストローク量がＳ_maxのときに減衰係数が最大となる。これは、ピストン２１とシリンダ１０との間の環状の間隔における磁気粘性流体の粘度が徐々に高くなるためである。

このように、シリンダ１０にテーパ平面部１５が形成されることによって、シリンダ１０内に封入される磁気粘性流体と磁石３０との距離は、テーパ平面部１５のテーパに倣って連続的に変化することとなる。したがって、ピストン２１のストローク量に対して磁気粘性流体に作用する磁界の強さが連続的に変化するため、減衰係数を連続的に変化させることができる。

なお、テーパ平面部１５におけるテーパの角度を調整することで、ストローク量に対する減衰係数の変化率を調整することが可能である。

以上の第１の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。

シリンダ１０の軸方向に向かってテーパ状に肉厚が変化するテーパ平面部１５が円筒部１１に形成され、テーパ平面部１５が形成される位置に磁石３０が取り付けられることによって、シリンダ１０内に封入される磁気粘性流体と磁石３０との距離は、テーパ平面部１５のテーパに倣って連続的に変化することとなる。したがって、ピストン２１のストローク量に対して磁気粘性流体に作用する磁界の強さが連続的に変化するため、減衰係数を連続的に変化させることができる。

（第２の実施の形態）
以下、図２を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る磁気粘性流体緩衝器２００について説明する。なお、以下に示す各実施の形態では、前述した実施の形態と同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。

第２の実施の形態では、シリンダ２１０の外周面に平面部２１５が形成され、シリンダ２１０の内周にテーパ内周部２１６が形成される点で、前述した実施の形態とは相違する。

シリンダ２１０は、円筒部１１の外周面にシリンダ２１０の他の部分と比較して薄肉に形成される一対の平面部２１５と、円筒部１１の内周に設けられ軸方向に向かってテーパ状に形成されて円筒部１１の肉厚を徐々に変化させるテーパ内周部２１６とを有する。磁気粘性流体緩衝器２００では、テーパ内周部２１６がテーパ部に該当する。

平面部２１５は、シリンダ２１０における円筒部１１の外周面に凹状に形成される。平面部２１５は、１８０度間隔で二箇所に形成される。一対の平面部２１５は、互いに平行に対向するように設けられる。平面部２１５は、円筒状に形成されるシリンダ１０の接線方向に平行な平面として矩形に形成される。一対の平面部２１５には、磁石３０が各々取り付けられる。

このように、シリンダ２１０の外周面に平面部２１５が形成されることによって、取り付けられる磁石３０をシリンダ２１０の外周面に対応した円弧状の形状に形成する必要はなく、磁石３０の端面３１を平面状に形成することが可能となる。よって、磁石３０の加工コストを低減できるとともに、シリンダ２１０への磁石３０の取付性を向上できる。

テーパ内周部２１６は、外周面に平面部２１５が形成された位置に対応してシリンダ２１０の内周に形成される。テーパ内周部２１６は、ピストンロッド２２がシリンダ２１０内に最も進入したときのピストン２１の位置に対応する位置に対応してシリンダ２１０の内周に形成される。テーパ内周部２１６は、ピストンロッド２２がシリンダ２１０内へ進入する方向に向かって、シリンダ２１０における円筒部１１の肉厚が薄くなるように形成される。

磁石３０は、テーパ内周部２１６が形成された位置に対応してシリンダ２１０の外周面に形成される平面部２１５に取り付けられる。そのため、一対の磁石３０間では、ピストンロッド２２がシリンダ１０内に進入する方向に向かって、円筒部１１の肉厚が徐々に小さくなる。即ち、磁石３０と、シリンダ１０内の磁気粘性流体との間の距離は、テーパ内周部２１６のテーパに倣って連続的に小さく変化する。よって、ピストンロッド２２がシリンダ２１０内に進入する方向に向かって、磁石３０から磁気粘性流体に作用する磁界が徐々に強くなるため、磁気粘性流体の粘度は徐々に高くなる。

以上より、ピストンロッド２２がシリンダ２１０内に進入する方向にストロークすると、ピストン２１とシリンダ２１０との間の間隔を通過する磁気粘性流体への磁石３０による磁界の影響が徐々に大きくなる。これにより、シリンダ２１０内に進入する方向へのピストンロッド２２のストローク量に応じて、磁気粘性流体の見かけの粘度が比例的に高くなる。したがって、磁気粘性流体緩衝器１００の減衰係数は、ピストンロッド２２がシリンダ１０内に進入するほど大きくなることとなる。

磁気粘性流体緩衝器２００の減衰係数は、図４における直線Ｂのように、比例的に大きくなる。磁気粘性流体緩衝器２００の減衰係数は、第１の実施の形態における磁気粘性流体緩衝器１００の減衰係数と比較すると、ストローク量に対する増加率が小さい。これは、磁石３０と磁気粘性流体との距離が徐々に近付くのと同時に、絞りの役割をするピストン２１とシリンダ１０との間の環状の間隔が徐々に大きくなるためである。

磁気粘性流体緩衝器２００では、ピストン２１とシリンダ１０との間の環状の間隔が大きくなることによる影響と比較して、磁石３０が近付くことによって磁気粘性流体の粘度が高くなることによる影響の方が大きい。これにより、磁気粘性流体緩衝器２００の減衰係数は、ストローク量に対して比例的に大きくなる。

以上の第２の実施の形態によれば、シリンダ２１０にテーパ内周部２１６が形成されるため、シリンダ２１０内に封入される磁気粘性流体と磁石３０との距離は、テーパ内周部２１６のテーパに倣って連続的に変化することとなる。したがって、ピストン２１のストローク量に対して磁気粘性流体に作用する磁界の強さが連続的に変化するため、減衰係数を連続的に変化させることができる。

（第３の実施の形態）
以下、図３を参照して、本発明の第３の実施の形態に係る磁気粘性流体緩衝器３００について説明する。

第３の実施の形態では、シリンダ３１０の外周面にテーパ平面部１５が形成されるとともに、シリンダ３１０の内周にテーパ内周部２１６が形成される点で、前述した実施の形態とは相違する。

シリンダ３１０は、円筒部１１の外周面に設けられ軸方向に向かってテーパ状に形成されて円筒部１１の肉厚を徐々に変化させるテーパ平面部１５と、円筒部１１の内周に設けられ軸方向に向かってテーパ状に形成さて円筒部１１の肉厚を徐々に変化させるテーパ内周部２１６とを有する。磁気粘性流体緩衝器３００では、テーパ平面部１５とテーパ内周部２１６とがテーパ部に該当する。

磁気粘性流体緩衝器３００の減衰係数は、図４における直線Ｃのように、比例的に大きくなる。磁気粘性流体緩衝器３００の減衰係数は、ストローク量に対する増加率が、第１の実施の形態における磁気粘性流体緩衝器１００の減衰係数と比較すると小さく、第２の実施の形態における磁気粘性流体緩衝器２００と比較すると大きい。

これは、テーパ内周部２１６が形成されることによって、磁石３０と磁気粘性流体との距離が徐々に近付くとともに、絞りの役割をするピストン２１とシリンダ１０との間の環状の間隔が徐々に大きくなるが、テーパ平面部１５が形成されることによって、磁石３０と磁気粘性流体との距離が更に近付くためである。

以上の第３の実施の形態によれば、シリンダ３１０にテーパ平面部１５とテーパ内周部２１６とが形成されるため、シリンダ２１０内に封入される磁気粘性流体と磁石３０との距離は、テーパ平面部１５とテーパ内周部２１６とのテーパに倣って連続的に変化することとなる。したがって、ピストン２１のストローク量に対して磁気粘性流体に作用する磁界の強さが連続的に変化するため、減衰係数を連続的に変化させることができる。

以上のように、第１の実施の形態では、テーパ部としてシリンダ１０の外周面にテーパ平面部１５が形成される。第２の実施の形態では、テーパ部としてシリンダ１０の内周にテーパ内周部２１６が形成される。第３の実施の形態では、テーパ部としてシリンダ１０の外周面と内周との双方にテーパ平面部１５とテーパ内周部２１６とが形成される。

このように、シリンダの外周面と内周面との少なくともいずれか一方にテーパ部を形成すれば、シリンダの肉厚は軸方向に向かってテーパ状に変化し、ピストン２１のストローク量に対して磁気粘性流体に作用する磁界の強さが連続的に変化するため、減衰係数を連続的に変化させることができる。

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。

本発明に係る磁気粘性流体緩衝器は、車両などに搭載される緩衝器として利用することができる。

１００磁気粘性流体緩衝器
１０シリンダ
１１円筒部
１５テーパ平面部（テーパ部）
２１ピストン
２２ピストンロッド
３０磁石
３１端面
２００磁気粘性流体緩衝器
２１０シリンダ
２１５平面部
２１６テーパ内周部（テーパ部）
３００磁気粘性流体緩衝器
３１０シリンダ

Claims

非磁性体によって円筒形に形成され、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るシリンダと、
非磁性体によって形成され、前記シリンダの内周との間に磁気粘性流体が通過可能な間隔をもって前記シリンダ内に摺動自在に配置されるピストンと、
前記ピストンが連結されるピストンロッドと、
前記シリンダ内に磁界を作用させる磁石と、を備える磁気粘性流体緩衝器であって、
前記シリンダは、その外周面と内周面との少なくともいずれか一方に形成され軸方向に向かってテーパ状に肉厚が変化するテーパ部を有し、
前記磁石は、前記シリンダの外周で前記テーパ部が形成される位置に取り付けられることを特徴とする磁気粘性流体緩衝器。
前記テーパ部は、前記ピストンロッドが前記シリンダ内へ進入する方向に向かって、前記シリンダの肉厚が薄くなるように形成され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。
前記テーパ部は、前記ピストンロッドが前記シリンダ内に最も進入したときの前記ピストンの位置の前記シリンダの外周面と内周面との少なくともいずれか一方に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気粘性流体緩衝器。
前記テーパ部は、前記シリンダの外周に凹状に形成され前記磁石が取り付けられるテーパ平面部であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の磁気粘性流体緩衝器。
前記シリンダは、その外周に凹状に形成され前記磁石が取り付けられる平面部を有し、
前記テーパ部は、前記シリンダの内周に形成されるテーパ内周部であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の磁気粘性流体緩衝器。
前記テーパ部は、前記シリンダの外周に凹状に形成され前記磁石が取り付けられるテーパ平面部と、前記シリンダの内周に形成されるテーパ内周部とであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の磁気粘性流体緩衝器。