JP5679864B2

JP5679864B2 - 磁気粘性流体緩衝器

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Publication number: JP5679864B2
Application number: JP2011039992A
Authority: JP
Inventors: 啓司斎藤; 伸一関根; 健太中田; 昌和大角
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2015-03-04
Anticipated expiration: 2031-02-25
Also published as: JP2012177405A

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、前記シリンダに取り付けられて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、その外周に当該シリンダの他の部分と比較して薄肉に形成される平面部を有し、前記磁石は、前記平面部に対応した形状に形成されて前記平面部に取り付けられることを特徴とする。

本発明では、ピストンがストロークすることによって、シリンダとピストンとの間の間隔を磁気粘性流体が通過する。このシリンダとピストンとは非磁性体によって形成され、シリンダにはシリンダ内の磁気粘性流体に磁界を作用させる磁石が取り付けられる。よって、シリンダやピストンが磁路を形成することはなく、シリンダとピストンとの間の間隔を通過する磁気粘性流体への磁界の影響は、ピストンがストロークして磁石に近付くにつれて徐々に大きくなることとなる。したがって、ピストンのストローク量に対して減衰係数を連続的に変化させることができる。

本発明の実施の形態に係る磁気粘性流体緩衝器の斜視図である。（ａ）は、図１におけるシリンダ及び磁石のＡ−Ａ断面を示す図であり、（ｂ）は、図１の変形例に係るシリンダ及び磁石のＡ−Ａ断面を示す図である。（ａ）は、磁気粘性流体緩衝器における磁石の斜視図であり、（ｂ）は、変形例に係る磁石の斜視図である。本発明の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。

まず、図１から図３を参照して、本発明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の外周にシリンダ１０の他の部分と比較して薄肉に形成される一対の平面部１５を有する。

平面部１５は、図２（ａ）に示すように、シリンダ１０における円筒部１１の外周に、１８０度間隔で二箇所に凹状に形成される。一対の平面部１５は、互いに平行に対向するように設けられる。平面部１５は、円筒状に形成されるシリンダ１０の接線方向に平行な平面として矩形に形成される。

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の平面部１５に対応した形状に形成され、一対の平面部１５に各々取り付けられる。平面部１５は、シリンダ１０の他の部分と比較して薄肉に形成されるため、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、図３（ａ）に示すように、矩形に形成される平面部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、平面部１５を円形に形成して、磁石３０を、図３（ｂ）に示すようにその端面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の外周に平面部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、図２（ａ）に示すように、互いに平行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、図２（ｂ）に示すように、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。そのため、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。具体的には、シリンダ１０内の磁気粘性流体は、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。一方、シリンダ１０内の磁気粘性流体は、磁石３０から離れるほど磁界の影響が小さくなって粘度が低くなる。

そのため、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。よって、シリンダ１０内に進入する方向へのピストンロッド４４のストロークに応じて、磁気粘性流体の見かけの粘度が高くなる。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り、ピストン２１のストローク量に対して減衰係数Ｃを連続的に変化させることができる。

以下、図４を参照して、磁気粘性流体緩衝器１００の作用について説明する。

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Ｓ［ｍ］であり、縦軸は、磁気粘性流体緩衝器１００の減衰係数Ｃ［Ｎ・ｓ／ｍ］である。図３において、直線Ｘは、磁気粘性流体緩衝器１００の減衰係数Ｃを示すものであり、直線Ｙは、磁気粘性流体緩衝器１００に磁石３０を設けずに、シリンダ１０内の磁気粘性流体に磁界が作用しない場合の減衰係数Ｃを示すものである。

磁石３０が設けられない場合には、シリンダ１０に対してピストンロッド２２が進入していっても、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は、常に一定である。また、磁石３０が設けられないため、シリンダ１０内の磁気粘性流体に磁界が影響せず、シリンダ１０内における磁気粘性流体の粘度はピストンロッド２２のストローク量にかかわらず一定である。よって、この場合の減衰係数Ｃは、直線Ｙに示すように、ストローク量Ｓの変化に対して常に一定の値である。

これに対して、磁気粘性流体緩衝器１００では、直線Ｘに示すように、シリンダ１０からピストンロッド２２が最も退出したストローク量がＳ_minの状態では、減衰係数Ｃは最小である。ただし、このストローク量がＳ_minの状態においても、シリンダ１０内の磁気粘性流体には磁石３０による磁界が影響して強磁性を有する微粒子が整列しているため、磁石３０が設けられない場合と比較すると減衰係数Ｃは大きくなっている。

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Ｃ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Ｃ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大きくなるためである。また、ピストン２１が、磁界の影響が大きい一対の磁石３０の間に進入し、ピストン２１とシリンダ１０との間の環状の間隔のうち、磁界の影響を直接的に受ける長さが徐々に大きくなるためである。

このように、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の位置に対応して磁石３０を配設することによって、ピストンロッド２２がシリンダ１０内に進入する方向のストローク量に対して、磁気粘性流体緩衝器１００の減衰係数Ｃを比例的に大きくすることができる。

以上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とピストン２１とは非磁性体によって形成され、シリンダ１０にはシリンダ１０内の磁気粘性流体に磁界を作用させる磁石３０が取り付けられる。よって、シリンダ１０やピストン２１が磁路を形成することはなく、シリンダ１０とピストン２１との間の間隔を通過する磁気粘性流体への磁界の影響は、ピストン２１がストロークして磁石３０に近付くにつれて徐々に大きくなることとなる。したがって、ピストン２１のストローク量に対して減衰係数Ｃを連続的に変化させることができる。

また、磁気粘性流体が封入される円筒形のシリンダ１０が、その外周に薄肉に形成される平面部１５を有し、この平面部１５に磁石３０が取り付けられる。よって、磁石３０をシリンダ１０の外周に対応する形状に形成する必要はない。したがって、磁石３０を直方体状や円柱状などのように端面３１が平面状になるように形成することが可能であるため、シリンダ１０への磁石３０の取付性を向上できる。

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
１２ヘッド部材
１３ボトム部材
１５平面部
２１ピストン
２２ピストンロッド
３０磁石
３１端面
４４ピストンロッド

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、
前記シリンダに取り付けられて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、その外周に当該シリンダの他の部分と比較して薄肉に形成される平面部を有し、
前記磁石は、前記平面部に対応した形状に形成されて前記平面部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。
前記磁石は、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に対応して配設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。
前記平面部は、互いに平行に対向するように一対設けられ、
前記磁石は、一対の前記平面部に各々取り付けら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。
一対の前記平面部の間の距離は、前記シリンダの外径より小さいことを特徴とする請求項３に記載の磁気粘性流体緩衝器。
前記平面部は矩形に形成され、
前記磁石は、直方体状に形成されて端面で前記平面部と当接し、
一対の前記磁石のうち一方は前記平面部にＮ極が当接し、他方は前記平面部にＳ極が当接することを特徴とする請求項３又は４に記載の磁気粘性流体緩衝器。
前記平面部は円形に形成され、
前記磁石は、円柱状に形成されて端面で前記平面部と当接し、
一対の前記磁石のうち一方は前記平面部にＮ極が当接し、他方は前記平面部にＳ極が当接することを特徴とする請求項３又は４に記載の磁気粘性流体緩衝器。
前記磁石は、前記平面部に取り付けられたときに、前記シリンダの外径寸法に収まる厚さに形成されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の磁気粘性流体緩衝器。