JP5636502B2 - 減衰力可変ダンパ - Google Patents

Description

本発明は、自動車のサスペンションに用いられるソレノイド式の減衰力可変ダンパに係り、詳しくはピストンの強度向上や電磁コイルの断線防止等を実現する技術に関する。

サスペンションは、自動車の走行安定性を左右する重要な要素であり、車体に対して車輪を上下動自在に支持させるためのリンク（アームやロッド類）と、撓むことにより路面からの衝撃等を吸収するスプリングと、スプリングの振動を減衰させるダンパとを主要構成部材としている。自動車サスペンション用のダンパでは、作動油が充填された円筒状のシリンダと、シリンダ内を軸方向に摺動するピストンと、ピストンが先端に装着されたピストンロッドとを備え、ピストンの作動に伴って作動油を複数の油室間で移動させる複筒式や単筒式の筒型が一般的である。

筒型ダンパでは、連通油路や可撓性を有するバルブプレートがピストンに設けられており、連通油路を介して油室間で移動する作動油に対し、バルブプレートによって流動抵抗を与えることで減衰力を得ることが一般的である。しかし、このようなダンパでは減衰特性が一定となることから、路面状態および走行状況に適した乗り心地や走行安定性を得ることができない。そこで、ピストン本体の上下面に磁性体を素材とする縮み側および伸び側のバルブプレートを設置するとともに、ピストン本体を構成するアウタヨークとインナヨークとの間に磁界を発生させる環状の電磁コイルを介装させ、電磁コイルへの通電量を増減することで磁界の強さを変化させ、これによってバルブプレートの開弁特性（すなわち、減衰力）を無段階に変化させる減衰力可変ダンパが提案されている（特許文献１，２参照）。

特許４５９９４２２号公報 特開２００６−３４２９５５号公報

特許文献１，２の減衰力可変ダンパでは、インナヨークとアウタヨークとの間に電磁コイルが介装されるためにピストン本体の機械的強度が低くなり、以下に述べるような問題が起こる虞があった。例えばマクファーソンストラット型のサスペンションでは、悪路走行時や旋回走行時に大きな横力や曲げ力がダンパに作用し、ピストンロッドに支持されたピストンがシリンダの内壁面に強く押し付けられる。すると、電磁コイルが変形することによってインナヨークの軸心に対してアウタヨークの軸心が偏心し、シリンダの軸心とピストン本体の軸心とが微少にずれてしまい、ダンパのテレスコピック作動が円滑に行われなくなると同時に、ピストンロッドが摺接するシリンダ端部のシールが比較的早期に摩耗する虞があった。また、電磁コイルは頻繁に圧縮変形すると断線等を起こしやすいため、ダンパの耐久性が低くなることが否めなかった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、ピストンの強度向上や電磁コイルの断線防止等を実現したソレノイド式の減衰力可変ダンパを提供することを目的とする。

本発明に係る減衰力可変ダンパの第１の側面では、内部に作動油が封入された円筒状のシリンダ（１２）と、前記シリンダ内を往復動するとともに当該シリンダ内をロッド側油室（１４）とピストン側油室（１５）とに区画する円柱状のピストン（１６）と、前記ピストンを先端に保持したピストンロッド（１３）とを備え、前記ピストンは、前記ピストンロッドに固定され、前記シリンダに対して同軸をなす外周面を備えた強磁性体性のインナヨーク（３４）と、前記インナヨークの外周面と同軸をなすとともに当該外周面に対して所定の空隙をもって対峙する内周面を備えた強磁性体性のアウタヨーク（３１）と、前記空隙に嵌装された電磁コイル（４３）と、少なくとも一方の軸線方向端部に開口を有し、前記ロッド側油室と前記ピストン側油室とを連通する連通油路（３８，３９）と、前記連通油路の前記開口を弾性をもって閉鎖するとともに前記電磁コイルの磁力によって閉方向に吸引される強磁性体性のバルブプレート（４１，４２）とを有し、前記インナヨークと前記アウタヨークとは、軸線方向において前記電磁コイルとは異なる位置で金属性の連結手段（３５，６１，６２）によって互いに連結される。

また、本発明の第２の側面では、前記ピストンには、異なる側の軸線方向端部におのおの開口を有する２つの連通油路が設けられ、前記バルブプレートは、前記両連通油路の開口に対してそれぞれ設けられた。

また、本発明の第３の側面では、前記電磁コイルは、前記両バルブプレートの軸線方向における中間位置に対して一方の側にオフセットしている。

また、本発明の第４の側面では、前記連結手段は、前記インナヨークおよび前記アウタヨークと一体に形成された強磁性体性の連結部（３５）である。

また、本発明の第５の側面では、前記連結部の軸方向寸法が前記バルブプレートの厚みよりも小さく設定された。

また、本発明の第６の側面では、前記連結手段が非磁性体性の連結部材（６１，６２）である。

また、本発明の第７の側面では、前記アウタヨークには前記シリンダの内周面と摺接するピストンリング（４５）が外嵌し、前記連結手段は、前記ピストンリングに対して軸線方向で離間した位置に設けられた。

本発明によれば、アウタヨークとインナヨークとが金属性の連結手段によって連結されているため、ピストンがシリンダの内壁面に強く押し付けられても電磁コイルが変形しにくくなり、シリンダの軸心とピストンの軸心とのずれやシールの摩耗が抑制され、電磁コイルの断線等も起こりにくくなる。また、ピストンの異なる側の軸線方向端部におのおの開口を有する２つの連通油路が設けられ、バルブプレートが両連通油路の開口に対してそれぞれ設けられたものでは、伸び側と縮み側との減衰力を１つの電磁コイルで可変制御できる。また、電磁コイルが両バルブプレートの軸線方向における中間位置に対して一方の側にオフセットしたものでは、例えば伸び側の減衰力を縮み側の減衰力よりも大きくすることができる。また、連結手段がインナヨークおよびアウタヨークと一体に形成された強磁性体性の連結部であるものでは、構成部品点数や組立工数の削減が可能となる。また、連結部の軸方向寸法がバルブプレートの厚みよりも小さく設定されたものでは、連結部に流れる磁束が少なくなることで、電磁コイルの両側で比較的大きな磁力を確保することができる。また、連結手段が非磁性体性の連結部材であるものでは、磁束が流れないことから連結部材の軸方向寸法を大きくすることができ、インナヨークとアウタヨークとの相対変位をより効果的に抑制できる。また、連結手段がピストンリングに対して軸線方向で離間した位置に設けられたものでは、ピストンの撓みや回転、捻れが効果的に抑制される。

以下、図面を参照して、自動車のフロントサスペンションを構成する単筒式の減衰力可変ダンパに本発明を適用した一実施形態を詳細に説明する。なお、実施形態の部材や位置関係については、図２中の上方を「上」として説明する。

≪実施形態の構成≫
＜サスペンション＞
図１に示すように、本実施形態のフロントサスペンション１は、いわゆるマクファーソンストラット型であり、ホイール２を回転自在に支持するステアリングナックル３（車輪側部材）と、ダンパマウント４（車体側部材）とステアリングナックル３とに上下端が各々連結されたストラットダンパ（以下、単にダンパと記す）５と、サスペンションメンバ６とステアリングナックル３とに左右端が各々連結されたロアアーム７と、ダンパ５の上部に外装されたスプリング８とを主要な構成要素としている。

＜ダンパ＞
図２に示すように、本実施形態のダンパ５は、モノチューブ式（ド・カルボン式）であり、ステアリングナックル３にその下部が連結されるとともに作動油が充填された円筒状のシリンダ１２、ダンパマウント４にその上端が連結されるとともにシリンダ１２に対して軸方向に摺動するピストンロッド１３、ピストンロッド１３の先端に装着されてシリンダ１２内をロッド側油室１４とピストン側油室１５とに区画するピストン１６、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、ピストンロッド１３等への塵埃の付着を防ぐカバー１９、フルバウンド時における緩衝を行うバンプストップ２０、シリンダ１２の上端でピストンロッド１３を摺動自在に支持するシール２１等から構成されている。カバー１９の上部にはスプリング８の上端が圧接するアッパスプリングシート２２が固着される一方、シリンダ１２の上下方向中央部にはスプリング８の下端が圧接するロアスプリングシート２３が固着されている。

＜ピストン＞
図３，図４にも示すように、ピストン１６は、ピストン本体３０、伸び側バルブプレート４１、縮み側バルブプレート４２、電磁コイル４３、６角穴付きボルト（以下、単にボルトと記す）４４、ピストンリング４５から構成されている。

ピストン本体３０は、フェライト系等の強磁性体を素材として粉末冶金法やダイキャスト法等によって製造された一体成型品であり、シリンダ１２に対して同軸をなす円筒状のアウタヨーク３１と、アウタヨーク３１と同軸をなし、アウタヨーク３１と同一の軸方向寸法を有するとともにその外周面がアウタヨーク３１の内周面に第１，第２空隙３２，３３をもって対峙する円柱状のインナヨーク３４と、ピストン１６の軸方向中央部でアウタヨーク３１とインナヨーク３４とを連結して第１，第２空隙３２，３３を区画する円環状の連結部３５とからなる。インナヨーク３４には、上部および下部の軸心にピストンロッド１３の雄ねじ部１３ａとボルト４４とがねじ込まれる雌ねじ孔３６，３７が各々形成されるとともに、どちらも軸方向に貫通する伸び側連通油路３８と縮み側連通油路３９とが穿設されている。なお、ピストンリング４５は、内燃機関用ピストンと同様に合い口（図示せず）を有する環状のものであり、アウタヨーク３１の下部に形成された保持溝４０に外嵌してシリンダ１２の内周面に摺接する。

伸び側バルブプレート４１は、弾性を有する強磁性体製の板材を打ち抜いてなる円板状のもので、縮み側連通油路３９にあたる部位に貫通孔５１を有しており、ピストン本体３０の下面にボルト４４によって締結されている。縮み側バルブプレート４２も、伸び側バルブプレート４１と同様に弾性を有する強磁性体製の板材を打ち抜いてなる円板状のもので、伸び側連通油路３８にあたる部位に貫通孔５２を有しており、ピストン本体３０の上面にピストンロッド１３（雄ねじ部１３ａ）によって締結されている。本実施形態の場合、伸び側バルブプレート４１および縮み側バルブプレート４２は、それぞれの厚みが連結部３５の厚みよりも有意に大きく設定されている。

電磁コイル４３は、ピストン本体３０の下方に位置する第２空隙３３に嵌装されており、そのリード線４３ａ，４３ｂがピストンロッド１３の軸心に配線された電力供給線５５に接続されている。電力供給線５５は、自動車の車室等に設置されたＥＣＵからの電力を電磁コイル４３に供給する。なお、図示はしないが、リード線４３ａ，４３ｂと電力供給線５５とは、第１空隙３２内で結線されている。

≪実施形態の作用≫
自動車が走行を開始すると、ＥＣＵは、前後Ｇセンサや横Ｇセンサ、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、ダンパ５の目標減衰力を設定して電磁コイル４３に駆動電流（励磁電流）を供給する。すると、図５中に破線で示すように、電磁コイル４３が形成した磁束がアウタヨーク３１およびインナヨーク３４の両端に達し、伸び側バルブプレート４１と縮み側バルブプレート４２とが磁力吸引される。

本実施形態の場合、電磁コイル４３が伸び側バルブプレート４１に近い部位に設置されているため、伸び側バルブプレート４１は縮み側バルブプレート４２よりも強い吸引力でピストン本体３０の下端面に磁力吸引されるとともに、吸引力（すなわち、伸び側減衰力）の制御幅も大きく設定できる。また、電磁コイル４３が形成した磁束の一部は連結部３５を通過するが、連結部３５の厚みが縮み側バルブプレート４２の厚みよりも小さいためにピストン本体３０の上端側における磁束の多くが縮み側バルブプレート４２に達し、縮み側バルブプレート４２も比較的強い吸引力で磁力吸引される。これにより、ダンパ５のテレスコピック作動に伴って作動油が伸び側連通油路３８や縮み側連通油路３９を通過する際に、伸び側バルブプレート４１や縮み側バルブプレート４２によって作動油の流通抵抗が生起されて所望の減衰力が発生する。なお、図５は、短縮時におけるダンパ５の作動を示している。

一方、自動車が悪路走行や旋回走行を行うと大きな横力や曲げ力がダンパ５に作用するが、ピストン本体３０では、連結部３５によって連結されたアウタヨーク３１とインナヨーク３４との相対変位が抑制され（アウタヨーク３１の軸心とインナヨーク３４の軸心とのずれが抑制され）、第１，第２空隙３２，３３の形状も殆ど変化しなくなる。その結果、ダンパ５のテレスコピック作動が円滑に行われ、ピストンロッド１３が摺接するシリンダ１２上端のシール２１も摩耗しにくくなるとともに、圧縮変形に起因する電磁コイル４３の断線等も効果的に抑制される。

次に、図６〜図１０を参照して、上記実施形態のいくつかの変形例を説明する。なお、これら変形例においてもダンパ５の全体構成等は上述した実施形態と同様であるため、同一の部材や部位に同一の符号を付すとともに重複する説明は省略する。

＜第１変形例＞
図６に示すように、第１変形例に係るピストン１６では、どちらも強磁性体からなる円筒状のアウタヨーク３１と円柱状のインナヨーク３４とが個別に形成されており、これら両ヨーク３１，３４が非磁性体（オーステナイト系ステンレス鋼やアルミニウム合金等）を素材とする円筒状の連結部材６１によって連結されている。連結部材６１は、アウタヨーク３１とインナヨーク３４との間に嵌挿されており、圧入や溶接、接着等によって両ヨーク３１，３４に固着されている。第１変形例では、実施形態のような強磁性体製の連結部が存在しないことから、図６中に矢印で示すように電磁コイル４３が形成した磁束が途中で洩れることなく両バルブプレート４１，４２に作用する。また、連結部材６１は実施形態の連結部に較べて軸方向寸法が遙かに大きいため、アウタヨーク３１とインナヨーク３４との相対変位がより効果的に抑制される。

＜第２変形例＞
図７に示すように、第２変形例に係るピストン１６では、実施形態と同様にアウタヨーク３１とインナヨーク３４とが連結部３５によって連結されているが、第１空隙３２における縮み側バルブプレート４２側に非磁性体製の連結部材６１が嵌挿・固着されている。第２変形例の作用も前述した実施形態と略同様であるが、連結部３５と連結部材６１とが併用されているため、アウタヨーク３１とインナヨーク３４との相対変位がより効果的に抑制される。

＜第３変形例＞
図８に示すように、第３変形例に係るピストン１６では、実施形態と同様にアウタヨーク３１とインナヨーク３４とが連結部３５によって連結されているが、第１空隙３２における縮み側バルブプレート４２側と第２空隙３３における伸び側バルブプレート４１側とに非磁性体製の連結部材６１，６２がそれぞれ嵌挿・固着されている。第３変形例の作用も第２変形例と略同様であるが、アウタヨーク３１とインナヨーク３４との相対変位が更に効果的に抑制される。

＜第４変形例＞
図９に示すように、第４変形例に係るピストン１６は、第１変形例と略同様の構成を採っているが、連結部材６１の軸方向寸法が短く設定されていることから、その全長を短く抑えることができた。これにより、シリンダ１２の全長を同一とした場合にはダンパ５のテレスコピックストロークを大きくすることが可能となり、サスペンションの設計自由度等が向上する。

＜第５変形例＞
図１０に示すように、第５変形例に係るピストン１６では、電磁コイル４３が軸方向中央に設置され、両端側に軸方向寸法の短い連結部材６１，６２を嵌装している。これにより、第４変形例と同様にピストン１６の全長を短く抑えることができる他、伸び側バルブプレート４１と縮み側バルブプレート４２とが略同一の吸引力で磁力吸引され、アウタヨーク３１とインナヨーク３４との相対変位もより効果的に抑制できる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれらに限られるものではない。例えば、上記実施形態はマクファーソンストラット型フロントサスペンションに用いられる単筒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、マクファーソンストラット型以外のフロントサスペンションやリヤサスペンション用の減衰力可変ダンパや、複筒式の減衰力可変ダンパにも当然に適用可能である。また、上記各実施形態は、ピストン本体の外周にピストンリングが装着されているが、ピストン本体がシリンダの内周面に直接摺接するものとしてもよい。また、上記実施形態では、伸び側バルブプレートや縮み側バルブプレートとして単板式のものを挙げたが、円形の薄板を重ねてなる多板式のものを採用してもよい。その他、ダンパやピストンの具体的構成や各部材の具体的形状等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

実施形態に係る自動車用フロントサスペンションの斜視図である。 実施形態に係る減衰力可変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分解斜視図である。 実施形態に係るダンパの作用を示す要部拡大断面図である。 第１変形例を示す要部拡大縦断面図である。 第２変形例を示す要部拡大縦断面図である。 第３変形例を示す要部拡大縦断面図である。 第４変形例を示す要部拡大縦断面図である。 第５変形例を示す要部拡大縦断面図である。

５ ダンパ
１２ シリンダ
１３ ピストンロッド
１４ ロッド側油室
１５ ピストン側油室
１６ ピストン
３０ ピストン本体
３１ アウタヨーク
３２ 第１空隙
３３ 第２空隙
３４ インナヨーク
３５ 連結部
３８ 伸び側連通油路
３９ 縮み側連通油路
４１ 伸び側バルブプレート
４２ 縮み側バルブプレート
４３ 電磁コイル
４５ ピストンリング
６１，６２ 連結部材

Claims (8)

1. 内部に作動油が封入された円筒状のシリンダと、前記シリンダ内を往復動するとともに当該シリンダ内をロッド側油室とピストン側油室とに区画する円柱状のピストンと、前記ピストンを先端に保持したピストンロッドとを備え、
   前記ピストンは、
   前記ピストンロッドに固定され、前記シリンダに対して同軸をなす外周面を備えた強磁性体性のインナヨークと、
   前記インナヨークの外周面と同軸をなすとともに当該外周面に対して所定の空隙をもって対峙する内周面を備えた強磁性体性のアウタヨークと、
   前記空隙に嵌装された電磁コイルと、
   少なくとも一方の軸線方向端部に開口を有し、前記ロッド側油室と前記ピストン側油室とを連通する連通油路と、
   前記連通油路の前記開口を弾性をもって閉鎖するとともに前記電磁コイルの磁力によって閉方向に吸引される強磁性体性のバルブプレートとを有し、
   前記インナヨークと前記アウタヨークとは、軸線方向において前記電磁コイルとは異なる位置で、流れる磁束が前記バルブプレートを流れる磁束よりも少ない金属性の連結手段によって互いに連結されたことを特徴とする減衰力可変ダンパ。
2. 前記ピストンは、
   前記連通油路の前記開口と異なる側の軸線方向端部に開口を有し、前記ロッド側油室と前記ピストン側油室とを連通する追加の連通油路と、
   前記追加の連通油路の前記開口を弾性をもって閉鎖するとともに前記電磁コイルの磁力によって閉方向に吸引される強磁性体性の追加のバルブプレートとを更に有することを特徴とする請求項１に記載された減衰力可変ダンパ。
3. 前記電磁コイルは、前記両バルブプレートの軸線方向における中間位置に対して一方の側にオフセットしたことを特徴とする請求項２に記載された減衰力可変ダンパ。
4. 前記連結手段は、前記インナヨークおよび前記アウタヨークと一体に形成された強磁性体性の連結部を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載された減衰力可変ダンパ。
5. 前記連結部の軸方向寸法が前記バルブプレートの厚みよりも小さく設定されたことを特徴とする、請求項４に記載された減衰力可変ダンパ。
6. 前記連結手段が非磁性体性の連結部材を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載された減衰力可変ダンパ。
7. 前記アウタヨークには前記シリンダの内周面と摺接するピストンリングが外嵌し、
   前記連結手段は、前記ピストンリングに対して軸線方向で離間した位置に設けられたことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載された減衰力可変ダンパ。
8. 前記連結手段が、前記電磁コイルに対して軸方向の両側に設けられたことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載された減衰力可変ダンパ。

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