JP5738418B2 - 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、詳しくは高速作動時におけるバルブプレートの過大な開弁を防ぐことで電力消費の抑制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２００８−２７５１２６号公報

特許文献１，２の減衰力可変ダンパには、ピストン本体の端面でバルブプレートを磁力吸引することに起因し、以下に述べるように、ダンパの高速作動時における電力消費量が非常に大きくなることがあった。すなわち、上述した構造のダンパでは、高速テレスコピック作動時に大量の作動油が連通油路を通過すると、作動油の急激な流入によって連通油路側（内側）の油圧が上昇する一方で、ピストンが離れる方向に移動することで油室側（外側）の油圧が低下し、バルブプレートが過剰に開弁することになる。そして、電磁コイルによる磁力吸引力の大きさはピストン本体（アウタヨークおよびインナヨーク）とバルブプレートとの間の距離の２乗に反比例するため、このようにバルブプレートの開弁量が大きくなると（ピストン本体の端面からバルブプレートがある程度離れると）、目標とする減衰力を得るために電磁コイルに大きな電流を供給する必要が生じる。その結果、自動車の車載バッテリの放電が進行することや、オルタネータの発電負荷の増大によって燃費が悪化することが避けられなくなる。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、高速作動時におけるバルブプレートの過大な開弁を防ぐことで電力消費の抑制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、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一方の油室（１４または１５）と他方の油室（１５または１４）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（３２）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、前記一方の油室に連通するとともに、前記他方の油室側の軸方向端面に開口を有する第１連通油路（３６，３７）と、前記第１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、前記他方の油室側の軸方向端面に固着され、前記バルブプレートの前記開口とは反対側に蓄圧室（７１，７２）を形成する蓄圧ハウジング（４６，４７）と、前記蓄圧室と前記他方の油室とを連通させる第２連通油路（６１，６２）とを有する。

また、本発明の第２の側面では、前記バルブプレートが前記他方の油室側の軸方向端面の略全体を覆う。

また、本発明の第３の側面では、前記バルブプレートには、前記第２連通油路の一部を形成する流量調整孔が形成された。

また、本発明の第４の側面では、前記一方の油室側にも前記バルブプレートと同様のバルブプレートが設けられ、更に、当該一方の油室側のバルブプレートに対応するように、第１，第２連通油路および蓄圧ハウジングが設けられる。

また、本発明の第５の側面では、前記シリンダの内周面と前記ピストンの外周面との間に所定の空隙が形成され、前記第２連通油路が当該空隙に開口する。

また、本発明の第６の側面では、蓄圧ハウジングが前記インナヨークに締結部品（１３，４９）によって締結され、前記第２連通油路は、少なくともその一部が前記締結部品の軸心に穿設された。

本発明によれば、ダンパのテレスコピック作動に伴ってピストンがシリンダ内を移動すると、作動油がバルブプレートを押し開けて第１連通油路から蓄圧室に流入するが、第１連通油路側の油圧と蓄圧室内の油圧とが均衡することでバルブプレートの過剰な開弁が抑制される。また、シリンダの内周面とピストンの外周面との間に所定の空隙が形成され、第２連通油路が当該空隙に開口するものでは、バルブプレートを介さずに第２連通油路を形成できるため、単筒式ダンパにも本発明を容易に適用できる。また、インナヨーク締結部品によって締結されて蓄圧室を形成する蓄圧ハウジングを備え、第２連通油路は、少なくともその一部が前記締結部品の軸心に穿設されたものでは、バルブプレートを介さずに第２連通油路を形成できるため、単筒式ダンパにも本発明を容易に適用できる。

以下、図面を参照して、自動車のリヤ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、ソレノイド式の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ＥＣＵ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、作動油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（下端）に装着されてシリンダ１２内を上部液室（一方の液室）１４と下部液室（他方の液室）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１３ｂ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＞
図３，図４に示すように、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、上下一対の連結部材４４，４５，伸び側蓄圧ハウジング４６，縮み側蓄圧ハウジング４７、ピストンリング４８、段付きの６角穴付きボルト（以下、単にボルトと記す）４９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、外周面がシリンダ１２の内周面に若干の空隙をもって対峙する円筒状のアウタヨーク３１と、アウタヨーク３１と同一の軸方向寸法を有するとともに外周面がアウタヨーク３１の内周面に空隙をもって対峙する円柱状のインナヨーク３２と、ピストン１６の軸方向上部でアウタヨーク３１とインナヨーク３２とを連結する円環状の連結部３３とからなる。インナヨーク３２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４９とがねじ込まれる雌ねじ孔３４，３５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第１連通油路３６と縮み側第１連通油路３７とが穿設されている。また、アウタヨーク３１およびインナヨーク３２には、伸び側第１連通油路３６の上部とアウタヨーク３１の外周側とを連通させる連通孔３８ａ，３８ｂと、縮み側第１連通油路３７の下部とアウタヨーク３１の外周側とを連通させる連通孔３９ａ，３９ｂとが各々穿設されている。なお、ピストンリング４８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に外嵌している。

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、ボルト孔５１および流量調整孔５２が穿設された円形の弁体５３と、弁体５３を支持するベース部５４とを有しており、ピストン本体３０の下面に伸び側蓄圧ハウジング４６を介してボルト４９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、ボルト孔５５および流量調整孔５６が穿設された円形の弁体５７と、弁体５７を支持するベース部５８とを有しており、ピストン本体３０の上面に縮み側蓄圧ハウジング４７を介してピストンロッド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、両バルブプレート４１，４２は、それぞれの厚みが連結部３３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、アウタヨーク３１とインナヨーク３２との空隙に嵌装されており、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６０に接続されている。電力供給線６０は、自動車の車室等に設置されたダンパ制御用のＥＣＵからの電力を電磁コイル４３に供給する。

連結部材４４，４５は、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）を素材とする円環状のものであり、アウタヨーク３１とインナヨーク３２との空隙に嵌挿され、圧入や溶接、接着等によって両ヨーク３１，３２に固着されている。連結部材４５には、アウタヨーク３１およびインナヨーク３２の連通孔３９ａ，３９ｂとともに第１径方向油路６１を形成する連通孔４５ａが穿設されている。一方、連結部材４４には、アウタヨーク３１およびインナヨーク３２の連通孔３８ａ，３８ｂとともに第２径方向油路６２を形成する連通孔４４ａが穿設されている。

伸び側蓄圧ハウジング４６は、両連結部材４４，４５と同様の非磁性体を素材とする有底円環状のものであり、その中心にはボルト４９が嵌入するボルト孔７０が穿設され、ピストン本体３０との間に伸び側バルブプレート４１を収容する伸び側蓄圧室７１を画成する。縮み側蓄圧ハウジング４７は、伸び側蓄圧ハウジング４６と同様品であり、ピストン本体３０との間に縮み側バルブプレート４２を収容する縮み側蓄圧室７２を画成する。

≪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６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、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３２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。

＜伸び側テレスコピック作動時＞
ダンパ６が伸び側にテレスコピック作動すると、図５に示すように、ロッド側油室１４内の作動油は、第２径方向油路６２と伸び側第１連通油路３６とを通過し、伸び側バルブプレート４１の弁体５３を開弁させて伸び側蓄圧室７１に流入する。伸び側蓄圧室７１に流入した作動油は、伸び側バルブプレート４１とピストン本体３０との間隙を通過した後、縮み側第１連通油路３７の下端部分と第１径方向油路６１とを経由してピストン側油室１５に流入する。すなわち、本実施形態においては、ダンパ６が伸び側にテレスコピック作動すると、縮み側第１連通油路３７の下端部分と第１径方向油路６１とが伸び側第２連通油路として機能する。

上述したように伸び側バルブプレート４１の弁体５３は伸び側第１連通油路３６から流入した作動油に押圧されることで開弁するが、この際に、流量調整孔５２を作動油が流通することもあいまって、伸び側蓄圧室７１内では弁体５３の上面側（電磁コイル４３側の面）の油圧と下面側の油圧とが略等しくなる。そのため、ダンパ６が伸び側に高速で作動し、伸び側第１連通油路３６からの作動油の流入速度が高くなった場合にも、伸び側バルブプレート４１の弁体５３の過剰な開弁が起こりにくくなる。これにより、ＥＣＵは、電磁コイル４３に非常に大きな電流を供給する必要がなくなるとともに、ダンパ６の作動速度にかかわらず目標電流を略同一に設定することができて減衰力の制御性も向上する。

＜縮み側テレスコピック作動時＞
ダンパ６が縮み側にテレスコピック作動すると、図６に示すように、ピストン側油室１５内の作動油は、第１径方向油路６１と縮み側第１連通油路３７とを通過し、縮み側バルブプレート４２の弁体５７を開弁させて縮み側蓄圧室７２に流入する。縮み側蓄圧室７２に流入した作動油は、縮み側バルブプレート４２とピストン本体３０との間隙を通過した後、伸び側第１連通油路３６の上端部分と第２径方向油路６２とを経由してロッド側油室１４に流入する。すなわち、本実施形態においては、ダンパ６が縮み側にテレスコピック作動すると、伸び側第１連通油路３６の上端部分と第２径方向油路６２とが縮み側第２連通油路として機能する。

上述したように縮み側バルブプレート４２の弁体５７は縮み側第１連通油路３７から流入した作動油に押圧されることで開弁するが、この際に、流量調整孔５６を作動油が流通することもあいまって、縮み側蓄圧室７２内では弁体５７の下面側（電磁コイル４３側の面）の油圧と上面側の油圧とが略等しくなる。そのため、ダンパ６が縮み側に高速で作動し、縮み側第１連通油路３７からの作動油の流入速度が高くなった場合にも、縮み側バルブプレート４２の弁体５７の過剰な開弁が起こりにくくなる。これにより、伸び側テレスコピック作動時と同様に、ＥＣＵは、電磁コイル４３に大きな電流を供給する必要がなくなるとともに、ダンパ６の作動速度にかかわらず目標電流を略同一に設定することができて減衰力の制御性も向上する。

次に、図７〜図１１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６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７，図８に示すように、第１変形例に係るピストン１６は、上述した実施形態と略同様の構成となっているが、第１径方向油路を設けることに代えて、ボルト４９の軸心に軸方向油路８１が形成されるとともに、インナヨーク３２側に縮み側第１連通油路３７と軸方向油路８１とを連通させる連通油路８２が形成されている。第１変形例の作用も、縮み側第１連通油路３７とピストン側油室１５との間における作動油の流通経路が異なる以外、実施形態と同様である。

＜第２変形例＞
図９，図１０に示すように、第２変形例に係るピストン１６は、上述した実施形態と略同様の構成となっているが、第２径方向油路を設けることに代えて、縮み側バルブプレート４２に伸び側第１連通油路３６に連絡する連通孔８５が穿設され、縮み側蓄圧ハウジング４７にロッド側油室１４と縮み側蓄圧室７２とを連通する連通孔８６が穿設されている。第２変形例の作用も、伸び側第１連通油路３６とロッド側油室１４との間における作動油の流通経路が異なる以外、実施形態と同様である。なお、第２変形例の場合、実施形態とは異なり、ピストン本体３０の上部に連結部材が設置されていない。

＜第３変形例＞
図１１に示すように、第３変形例に係るピストン１６は、上述した第１変形例と略同様の構成となっているが、伸び側蓄圧ハウジング４６として軸方向長さの長いものが採用されるとともに、伸び側蓄圧ハウジング４６の外周にピストンリング４８が外嵌する保持溝９１が形成されている。第３変形例の作用は第１変形例と略同様であるが、例えば伸び側蓄圧ハウジング４６とピストンリング４８とをサブアセンブリとしておくことで、ピストン１６の組立作業が容易となる。

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、上記実施形態はトーションビーム式リヤ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、ストラット式やダブルウッシュボーン式サスペンションの減衰力可変ダンパ、フロントサスペンション用の減衰力可変ダンパ、複筒式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、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。また、上記各実施形態では、第２連通油路をインナヨークやアウタヨークに形成したが、図１２に実線および二点差線で示すように、バルブプレート４１の流量調整孔を廃し、蓄圧ハウジング４６の端壁や側壁に専用の第２連通油路６１，６１’を設けるようにしてもよい。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リヤ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伸び側作動時における作用を示す要部拡大断面図である。 実施形態に係るダンパの縮み側作動時における作用を示す要部拡大断面図である。 第１変形例に係るダンパの伸び側作動時における作用を示す要部拡大断面図である。 第１変形例に係るダンパの縮み側作動時における作用を示す要部拡大断面図である。 第２変形例に係るダンパの伸び側作動時における作用を示す要部拡大断面図である。 第２変形例に係るダンパの縮み側作動時における作用を示す要部拡大断面図である。 第３変形例に係るダンパの伸び側作動時における作用を示す要部拡大断面図である。 第２連通油路の変形例を示す要部拡大断面図である。

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 インナヨーク
３３ 連結部
３６ 伸び側第１連通油路
３７ 縮み側第１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
４４，４５ 連結部材
４６ 伸び側蓄圧ハウジング
４７ 縮み側蓄圧ハウジング
６１ 第１径方向油路
６２ 第２径方向油路
７１ 伸び側蓄圧室
７２ 縮み側蓄圧室

Claims (4)

1. 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一方の油室と他方の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、
   前記一方の油室に連通するとともに、前記他方の油室側の軸方向端面に開口を有する第１連通油路と、
   前記第１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、
   前記他方の油室側の軸方向端面に固着され、前記バルブプレートの前記開口とは反対側に蓄圧室を形成する蓄圧ハウジングと、
   前記蓄圧室と前記他方の油室とを連通させる第２連通油路と
   を有し、
   前記バルブプレートが前記他方の油室側の軸方向端面の略全体を覆い、
   前記バルブプレートには、前記第２連通油路の一部を形成する流量調整孔が形成されたことを特徴とする減衰力可変ダンパ。
2. 前記一方の油室側にも前記バルブプレートと同様のバルブプレートが設けられ、更に、当該一方の油室側のバルブプレートに対応するように、第１，第２連通油路および蓄圧ハウジングが設けられた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. 前記シリンダの内周面と前記ピストンの外周面との間に所定の空隙が形成され、
   前記第２連通油路が当該空隙に開口することを特徴とする、請求項１または請求項２のいずれか一項に記載された減衰力可変ダンパ。
4. 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一方の油室と他方の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、
   前記一方の油室に連通するとともに、前記他方の油室側の軸方向端面に開口を有する第１連通油路と、
   前記第１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、
   前記他方の油室側の軸方向端面に固着され、前記バルブプレートの前記開口とは反対側に蓄圧室を形成する蓄圧ハウジングと、
   前記蓄圧室と前記他方の油室とを連通させる第２連通油路と
   を有し、
   蓄圧ハウジングが前記インナヨークに締結部品によって締結され、
   前記第２連通油路は、少なくともその一部が前記締結部品の軸心に穿設されたことを特徴とする減衰力可変ダンパ。

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