JP5789422B2 - 磁気粘性流体緩衝器 - Google Patents

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。この磁気粘性流体ダンパは、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、すなわち、減衰係数が段階的に変化する。また、磁場発生装置の周囲を磁気粘性流体が覆う構造であるため、磁場発生装置が発生する磁界が発散してしまい、効率よく磁気粘性流体に作用させることができなかった。

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、磁気を効率よく作用させて、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、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シリンダ内に摺動自在に配置されるピストンと、ピストンが連結されるピストンロッドと、シリンダに取り付けられてシリンダ内に磁界を作用させる磁石部と、を備える磁気粘性流体緩衝器であって、磁石部は、周方向に着磁され、シリンダの外周に沿う内周形状を有する円弧状のセグメント形状を有する一対の永久磁石により構成され、一対の前記永久磁石が、シリンダの中心軸を挟んで対向して、互いに分離して配置され、一対の永久磁石の磁極は、シリンダの中心軸に対して互いに相反して配置されていることを特徴とする。

本発明では、シリンダとピストンとは非磁性体によって形成され、磁気粘性流体に磁界を作用させるシリンダの外周に沿う形状の永久磁石が取り付けられるので、シリンダの周囲に磁界を発生させ、磁界を効率よく磁気粘性流体に作用させることができる。さらに、磁界の作用はピストンがストロークして永久磁石に近付くに従って徐々に大きくなり、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。さらに、一対の永久磁石を互いに分離して配置したので、互いに向き合う磁束によってシリンダの外縁に沿うような方向に磁界が発生し、ピストンとシリンダとの間の間隙に存在する磁気粘性流体に作用し、磁気粘性流体の見かけの粘度を上昇させることができる。

本発明の実施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の実施形態のシリンダ及び磁石のＡ−Ａ断面を示す説明図である。図２（ａ）は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。図２（ｂ）は、永久磁石の説明図である。 本発明の第１の実施形態の磁気粘性流体緩衝器の作用を説明するグラフ図である。 本発明の第２の実施形態のシリンダ及び磁石のＡ−Ａ断面を示す説明図である。図４（ａ）は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。図４（ｂ）は、永久磁石の説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態の磁気粘性流体緩衝器１００の断面図である。

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によって、軸方向に加わる力に対する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、ピストン２１の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、シリンダ１０の軸方向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の外周に固定されてシリンダ１０内に磁界を作用させる磁石部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。磁気粘性流体の粘度は、作用する磁界の強さに応じて変化し、磁界の影響がない場合に最低となる。

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磁石部３０の磁界が効率的に作用する。

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環状の凹部１５を有する。凹部１５の周囲に磁石部３０が嵌装される。

ピストン２１は、その外径がシリンダ１０における円筒部１１の内径よりも小径の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に磁石部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。

次に、磁石部３０について説明する。

図２は、本発明の第１の実施形態の磁石部３０の説明図である。図２（ａ）は、図１におけるＡ−Ａ断面図であり、図２（ｂ）は、磁石部３０の永久磁石３１の説明図である。

磁石部３０は、図２（ａ）に示すように、その断面が円環状に形成されており、シリンダ１０の凹部１５の周囲に嵌装されている。凹部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、磁石部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。

磁石部３０は、一対の永久磁石３１（３１−１、３１−２）と、永久磁石３１を支持する支持部材３３と、永久磁石３１及び支持部材３３の周囲に嵌装される円環状のリング部材３２とから構成される。

永久磁石３１は、シリンダ１０の軸の中心と同一の軸を中心とする第１の円周の一部の弧からなる内周面３１ａと、第１の円周と同一の中心を有し第１の円周よりも径が大きな第２の円周の一部の弧からなる外周面３１ｂと、内周面３１ａ及び外周面３１ｂとを結ぶ側面３１ｃとによって囲まれた円弧状の形状を有するセグメント形状（Ｃ型）の永久磁石である。永久磁石３１−１と３１−２とは同一の形状であり、シリンダ１０の中心軸に対して対称に配置される。

永久磁石３１は、図２（ｂ）に示すように周方向に一組の磁極が着磁されており、周方向の一方の側部３１ｃがＮ極に、他方の側部３１ｃがＳ極に、それぞれ着磁される。永久磁石３１−１と３１−２とは、それぞれシリンダ１０の軸の中心に対して回転対称に配置される。永久磁石３１−１と３１−２との磁極は、互いに異極と対向する。

すなわち、永久磁石３１−１の一方の側部３１ｃの磁極がＮ極であり、これに対向する永久磁石３１−２の側部３１ｃの磁極はＳ極である。また、永久磁石３１−１の他方の側部３１ｃの磁極がＳ極であり、これに対向する永久磁石３１−２の側部３１ｃの磁極はＮ極である。

支持部材３３は、その内周側は環状に形成された凹部１５の周囲に沿うような円筒形状に形成され、その外周側は円周上の外径に永久磁石３１が固定されるための溝部３３ａ、３３ｂが形成される。溝部３３ａ、３３ｂに永久磁石３１がそれぞれ固定された状態で、支持部材３３の外周が、前述の第２の円周と同一の円となる。なお、支持部材３３は、非磁性材料によって構成されている。

支持部材３３の外周には、円環状のリング部材３２が嵌装される。リング部材３２は、溝部３３ａ、３３ｂに永久磁石３１がそれぞれ固定された支持部材３３の外周に密着して嵌装される。なお、リング部材３２は、非磁性材料によって構成されている。リング部材３２は、永久磁石３１に不純物が付着することを防止する目的で取付けられるものであり、筒状の非磁性部材に限られず、塗装やコーティング等であってもよい。

永久磁石３１−１と３１−２とは、支持部材３３によって分離して固定される。すなわち、永久磁石３１は、内周面３１ａ及び外周面３１ｂの中心角が１８０°未満に設定される。また、永久磁石３１の外周面３１ｂは、リング部材３２の内周面に密接している。

このような構成により、磁石部３０は、図２（ａ）に示す白抜き矢印のような方向に磁界が発生する。すなわち、一対の永久磁石３１の配置によって、特に側部３１ｃ付近では、互いに向き合う磁極によってシリンダ１０の外縁に沿うような方向に磁界が発生する。この磁界は、ピストン２１とシリンダ１０との間の間隔に存在する磁気粘性流体に作用し、磁気粘性流体の粘度を上昇させることができる。

磁石部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、磁石部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、磁石部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部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。

次に、磁気粘性流体緩衝器１００の作用について説明する。

図３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に磁石部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。

磁石部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、磁石部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部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、磁石部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磁石部３０の内周側に進入し、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の位置に相当する位置に磁石部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。

以上のように、本発明の第１の実施形態によれば、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部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部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の外周形状に沿う内周形状を有するセグメント形状の一対の永久磁石３１を備え、これら一対の永久磁石３１の磁極が、シリンダ１０の中心軸に対して互いに相反して配向するので、磁界がピストン２１の外壁に沿うような方向となる。これにより、磁界を効率的に磁気粘性流体に作用させることができる。

次に本発明の第２の実施形態を説明する。

図４は、本発明の第２の実施形態の磁石部３０の説明図である。図４（ａ）は、図１におけるＡ−Ａ断面図であり、図４（ｂ）は、磁石部３０の永久磁石３１の説明図である。なお、第２の実施形態は、前述の第１の実施形態の図１に示す基本構成は同一であり、磁石部３の構成のみが異なる。

磁石部３０は、第１の実施形態における図２と同様に、一対の永久磁石３１（３１−１、３１−２）と、永久磁石３１を支持する支持部材３３と、永久磁石３１及び支持部材３３の周囲に嵌装される円環状のリング部材３２とから構成される。

永久磁石３１は、セグメント形状（Ｃ型）の永久磁石であり、永久磁石３１−１と３１−２とはシリンダ１０の軸に対称に配置される。

第２の実施形態においては、永久磁石３１は、図４（ｂ）に示すように周方向に一組の磁極が着磁されており、周方向の一方の側部３１ｃがＮ極に、他方の側部３１ｃがＳ極に、それぞれ着磁される。また、永久磁石３１−１と３１−２とは、それぞれシリンダ１０の軸の中心に対して対称に配置される。すなわち、永久磁石３１−１の一方の側部３１ｃの磁極がＮ極であり、これに対向する永久磁石３１−２の側部３１ｃの磁極はＮ極である。また、永久磁石３１−１の他方の側部３１ｃの磁極がＳ極であり、これに対向する永久磁石３１−２の側部３１ｃの磁極はＳ極である。

このような構成により、磁石部３０は、図４（ａ）に示す白抜き矢印のような方向に磁界が発生する。すなわち、一対の永久磁石３１の磁極の組み合わせによって、シリンダ１０の外縁に沿うような方向に磁界が発生する。この磁界は、ピストン２１とシリンダ１０との間の間隔に存在する磁気粘性流体に満遍なく作用し、磁気粘性流体の粘度を上昇させることができる。

特に、永久磁石３１の側部３１ｃ付近では、互いに磁極が相反して配置されるので、互いに反発する方向に大きな磁界が発生し、磁気粘性流体の粘度を上昇させることができる。

以上のように、本発明の第２の実施形態では、前述の第１の実施形態と同様に、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、第２の実施形態では、一対の永久磁石３１の磁極を、互いに同極となるように対向させたので、側部３１ｃ付近では、相対する磁極同士で反発する強い磁界が発生する。これにより、より効率的に磁界を磁気粘性流体に作用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。

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 凹部
２１ ピストン
２２ ピストンロッド
３０ 磁石部
３１ 永久磁石
３２ リング部材
３３ 保持部材

Claims (4)

1. 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部と、を備える磁気粘性流体緩衝器であって、
   前記磁石部は、
   周方向に着磁され、前記シリンダの外周に沿う内周形状を有する円弧状のセグメント形状を有する一対の永久磁石により構成され、
   一対の前記永久磁石が、前記シリンダの中心軸を挟んで対向して、互いに分離して配置され、
   一対の前記永久磁石の磁極は、前記シリンダの中心軸に対して互いに相反して配置されていることを特徴とする磁気粘性流体緩衝器。
2. 前記磁石部は、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に対応して前記永久磁石が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。
3. 前記永久磁石の周囲に、非磁性材料からなるリング状のリング部材を嵌装す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。
4. 一組の前記永久磁石は、非磁性材料からなる支持部材に支持され、前記支持部材によって互いに分離して固定され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。

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