JP6699524B2 - 制振装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気粘性流体（ＭＲ流体）を用いた制振装置に関する。

シリンダーの密閉領域内に磁気粘性流体が封入され、電磁石に流れる電流を制御することにより磁気粘性流体に加えられる磁束を調整し、これにより磁気粘性流体の粘性を調整して制振を行う制振装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１８４８１６号公報

上記技術では、磁気粘性流体に含まれている磁性体粒子に力が加わることにより、磁性体粒子が劣化する可能性がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁気粘性流体を用いた制振装置において、磁気粘性流体の磁性体粒子の劣化を抑制できる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の制振装置は、振動体から圧力が加えられる上室と、下室とを有する本体部と、前記上室と前記下室に封入された磁気粘性流体と、前記上室と前記下室との間に設けられ、前記磁気粘性流体を流通させる少なくとも２つの流路と、（１）前記上室の圧力と前記下室の圧力の大小関係、および、（２）前記上室の圧力と、前記磁気粘性流体の飽和蒸気圧に基づいて定められる所定圧力との大小関係の少なくとも一方に応じて、前記少なくとも２つの流路の前記磁気粘性流体の流れやすさをそれぞれ制御するように、前記少なくとも２つの流路を横切る磁束を生成する磁束生成部と、を備える。

この態様によると、（１）上室の圧力と下室の圧力の大小関係、および、（２）前記上室の圧力と、前記磁気粘性流体の飽和蒸気圧に基づいて定められる所定圧力との大小関係の少なくとも一方に応じて、少なくとも２つの流路の磁気粘性流体の流れやすさをそれぞれ制御するように磁束を生成するので、磁性体粒子に過度な力が加わり難いように磁気粘性流体を上室と下室の間で流通させることができる。従って、磁気粘性流体の磁性体粒子の劣化を抑制できる。

本発明によれば、磁気粘性流体の磁性体粒子の劣化を抑制できる。

第１の実施形態に係る制振装置の縦断面図である。 第１パターンを説明するための図１の仕切り部材の縦断面図である。 第２パターンを説明するための図１の仕切り部材の縦断面図である。 第３パターンを説明するための図１の仕切り部材の縦断面図である。 第４パターンを説明するための図１の仕切り部材の縦断面図である。 図１の制御部の処理を説明するフローチャートである。 第２の実施形態に係る制御部の処理を説明するフローチャートである。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る制振装置１の縦断面図である。制振装置１は、振動体からの振動を制振する。振動体は、特に限定されないが、ここでは車両のエンジンである一例について説明する。

図１に示すように、制振装置１は、本体部１０と、ダイヤフラム１２と、仕切り部材１４と、支柱１６と、圧力センサ１７と、磁気粘性流体１８と、制御部２０と、を備える。

本体部１０は、ケース２２と、弾性体２４と、取付部材２６とを有する。ケース２２は、金属などから構成され、底部を有する略円筒形状を有しており、その底部が車両のフレームなどに固定される。以下では、エンジン側を上と表し、フレーム側を下と表す。

ケース２２の上部には、底部が開口し、内部が空洞になっている略半球状の弾性体２４が取り付けられている。弾性体２４は、ゴムなどにより構成されている。弾性体２４の上部には、金属などから構成される取付部材２６が取り付けられている。取付部材２６は、エンジンに取り付けられ、エンジンからの振動を受ける。

ケース２２内には、金属などから構成されたダイヤフラム１２が取り付けられ、ケース２２とダイヤフラム１２によって空間が形成されている。この空間には、例えば空気などの気体が充填されている。

ダイヤフラム１２の上方であってケース２２と弾性体２４との境界付近において、ダイヤフラム１２とケース２２と弾性体２４とで密閉される密閉領域を仕切る仕切り部材１４がケース２２内に取り付けられている。ダイヤフラム１２と仕切り部材１４により下室３０が形成され、仕切り部材１４と弾性体２４により上室３２が形成されている。このように、本体部１０は、上室３２と下室３０とを有する。

仕切り部材１４は、リング状の第１電磁石４０と、リング状の永久磁石部材４２と、リング状の第２電磁石４６とを有する。第１電磁石４０は、上側から見て仕切り部材１４の中心付近に位置する。永久磁石部材４２は、上側から見て第１電磁石４０を囲うように配置されている。第２電磁石４６は、上側から見て永久磁石部材４２を囲うように配置されている。

仕切り部材１４において、第１電磁石４０と永久磁石部材４２との間にはリング状の第１流路５０が形成され、第２電磁石４６と永久磁石部材４２との間にはリング状の第２流路５２が形成されている。つまり、第１流路５０と第２流路５２は、上室３２と下室３０との間に設けられている。

第１電磁石４０は、ケース２２の底部に取り付けられた支柱１６によって支持されている。支柱１６は、金属などから構成されている。永久磁石部材４２は、第１流路５０の一部を横切る支持部材（図示せず）により、第１電磁石４０に固定されている。第２電磁石４６の外周は、ケース２２の内壁に固定されている。

第１電磁石４０、永久磁石部材４２および第２電磁石４６は、第１流路５０および第２流路５２を横切る磁束を生成する磁束生成部４８としても機能する。

第１電磁石４０は、リング状に巻かれた第１コイル６０と、第１流路５０側に空隙を空けて第１コイル６０の周囲を覆うリング状の第１ヨーク６２と、第１ヨーク６２の空隙に設けられたリング状の第１非磁性部材６４とを有する。第１コイル６０には、制御部２０から電流が供給される。

永久磁石部材４２は、リング状の永久磁石７０と、第１流路５０側および第２流路５２側に空隙を空けて永久磁石７０を上下から挟み込むリング状の２つの第２ヨーク７２と、第２ヨーク７２の各空隙に設けられたリング状の２つの第２非磁性部材７４とを有する。永久磁石７０は、上側にＳ極が配置され、下側にＮ極が配置されている。

第２電磁石４６は、リング状に巻かれた第２コイル８０と、第２流路５２側に空隙を空けて第２コイル８０の周囲を覆うリング状の第２ヨーク８２と、第２ヨーク８２の空隙に設けられたリング状の第３非磁性部材８４とを有する。第２コイル８０には、制御部２０から電流が供給される。

圧力センサ１７は、上室３２内の支柱１６の上に設けられて、上室３２の圧力Ｐ１を検出する。圧力センサ１７は、検出された圧力Ｐ１に関する信号を制御部２０に供給する。

磁気粘性流体１８は、密閉領域を形成している上室３２、下室３０、第１流路５０および第２流路５２に封入されている。磁気粘性流体１８は、溶媒中に磁性体粒子を混入したものであり、磁場を受けると磁性体粒子が鎖状につながり、せん断変形を受けたり流れが生じたりした場合に、抵抗力を発生させる。抵抗力の大きさは、ある程度までは磁場が大きくなるほど大きくなる。

制御部２０は、上室３２の圧力Ｐ１に応じて、磁束生成部４８が生成する磁束を制御する。制御部２０は、圧力Ｐ１に応じて、第１電磁石４０と第２電磁石４６に流れる電流を個別に制御し、第１流路５０内の磁気粘性流体１８の粘性と、第２流路５２内の磁気粘性流体１８の粘性とを個別に制御する。磁束生成部４８は、上室３２と下室３０の圧力に応じて第１流路５０および第２流路５２の磁気粘性流体１８の流れやすさをそれぞれ個別に制御するように、第１流路５０および第２流路５２を横切る磁束を生成する。

具体的には、制御部２０は、上室３２の圧力Ｐ１が下室３０の圧力Ｐ２より高い場合と、圧力Ｐ１が圧力Ｐ２より低い場合とにおいて、第１電磁石４０および第２電磁石４６の電流の向きを切り替え、第１電磁石４０が発生する磁束の向きおよび第２電磁石４６が発生する磁束の向きを切り替える。下室３０の圧力Ｐ２は、取付部材２６に力が加えられていない平衡状態における予め測定された圧力であり、制御部２０に予め記憶されている。

第１コイル６０に流れる電流の向きと、第２コイル８０に流れる電流の向きのパターンは、以下に説明する第１パターンから第４パターンのいずれかである。

［第１パターン］
図２は、第１パターンを説明するための図１の仕切り部材１４の縦断面図である。第１コイル６０の一方の断面６０−１には、図２の紙面の表から裏に向けて電流が流れ、第１コイル６０の他方の断面６０−２には、紙面の裏から表に向けて電流が流れる。また、断面６０−１側の第２コイル８０の一方の断面８０−１には、図２の紙面の裏から表に向けて電流が流れ、第２コイル８０の他方の断面８０−２には、紙面の表から裏に向けて電流が流れる。

この状態では、第１流路５０において、第１電磁石４０による磁束Ｍ１の向きと、永久磁石部材４２による磁束Ｍ２の向きとが反対である。そのため、第１電磁石４０による磁束Ｍ１を調整することにより、これらの磁束Ｍ１，Ｍ２が互いに打ち消し合い、第１流路５０の磁束の総和はほぼゼロになる。よって、第１流路５０の磁気粘性流体１８の粘性は低く、流れやすい。第２流路５２においても同様であり、磁気粘性流体１８は流れやすい。

［第２パターン］
図３は、第２パターンを説明するための図１の仕切り部材１４の縦断面図である。第１コイル６０の電流の向きは、第１パターンと同じである。第２コイル８０の電流の向きは、第１パターンとは逆である。

第１流路５０においては、第１パターンと同様に、磁気粘性流体１８は相対的に流れやすい。圧力Ｐ１に応じて第１電磁石４０の電流を調整することにより、第１流路５０における磁気粘性流体１８の流れやすさを調整できる。

第２流路５２においては、第２電磁石４６による磁束Ｍ３の向きと、永久磁石部材４２による磁束Ｍ２の向きとが同一である。そのため、これらの磁束Ｍ２，Ｍ３が加算され、第２流路５２の磁束密度は大きくなり、第２流路５２の磁気粘性流体１８の粘性は高くなり、流れ難くなる。

従って、第１流路５０は、上室３２の圧力Ｐ１が下室３０の圧力Ｐ２より低い場合に、第２流路５２と比較して下室３０から上室３２に磁気粘性流体１８を流通させやすい。

［第３パターン］
図４は、第３パターンを説明するための図１の仕切り部材１４の縦断面図である。第２コイル８０の電流の向きは、第１パターンと同じである。第１コイル６０の電流の向きは、第１パターンとは逆である。

第１流路５０においては、第１電磁石４０による磁束Ｍ１の向きと、永久磁石部材４２による磁束Ｍ２の向きとが同一である。そのため、これらの磁束Ｍ１，Ｍ２が加算され、第１流路５０の磁束密度は大きくなり、第１流路５０の磁気粘性流体１８の粘性は高くなり、流れ難くなる。

第２流路５２においては、第１パターンと同様に、磁気粘性流体１８は相対的に流れやすい。圧力Ｐ１に応じて第２電磁石４６の電流を調整することにより、第２流路５２における磁気粘性流体１８の流れやすさを調整できる。

［第４パターン］
図５は、第４パターンを説明するための図１の仕切り部材１４の縦断面図である。第１コイル６０の電流の向き、および、第２コイル８０の電流の向きは、第１パターンとは逆である。

第１流路５０においては、第１電磁石４０による磁束Ｍ１の向きと、永久磁石部材４２による磁束Ｍ２の向きとが同一である。そのため、第１パターンと比較して、第１流路５０の磁気粘性流体１８の粘性は高くなり、流れ難くなる。第２流路５２においても同様であり、磁気粘性流体１８は流れ難い。第４パターンにおいても、第１電磁石４０の電流と、第２電磁石４６の電流とを個別に調整することにより、第１流路５０と第２流路５２における磁気粘性流体１８の流れやすさを異ならせることができる。

制御部２０は、上室３２の圧力Ｐ１が下室３０の圧力Ｐ２より低い場合、圧力Ｐ１が第１閾値より高いと第２パターンに切り替え、圧力Ｐ１が第１閾値以下であると第４パターンに切り替える。その上で、制御部２０は、第１流路５０に生じる磁束密度が第２流路５２に生じる磁束密度より小さく、かつ、圧力Ｐ１が低くなるほど第１流路５０に生じる磁束密度が大きくなるよう、第１電磁石４０の電流を制御する。このような制御により、磁束生成部４８は、上室３２の圧力Ｐ１が下室３０の圧力Ｐ２より低い場合に、第２流路５２と比較して第１流路５０が下室３０から上室３２に磁気粘性流体１８を流通させやすいように、磁束を生成する。

制御部２０は、圧力Ｐ１が圧力Ｐ２より高い場合、圧力Ｐ１が第２閾値以下であると第３パターンに切り替え、圧力Ｐ１が第２閾値より高いと第４パターンに切り替える。その上で、制御部２０は、第２流路５２に生じる磁束密度が第１流路５０に生じる磁束密度より小さく、かつ、圧力Ｐ１が高くなるほど第２流路５３に生じる磁束密度が大きくなるよう、第２電磁石４６の電流を制御する。このような制御により、磁束生成部４８は、上室３２の圧力Ｐ１が下室３０の圧力Ｐ２より高い場合に、第１流路５０と比較して第２流路５２が上室３２から下室３０に磁気粘性流体１８を流通させやすいように、磁束を生成する。

なお、制御部２０は、圧力Ｐ１が圧力Ｐ２と等しい場合には、パターンを切り替えなくてもよいし、例えば第２パターンに切り替えてもよい。また、本実施形態では第１パターンは用いない。

次に、制振装置１の全体的な動作を説明する。振動体であるエンジンが振動を発生すると、エンジンから取付部材２６に圧力が加えられる。この圧力に応じて、弾性体２４は変形し、上室３２の体積が変化し、上室３２の圧力Ｐ１が変化する。このように、振動体から上室３２に圧力が加えられる。圧力Ｐ１に応じて、制御部２０は次のように動作する。

図６は、図１の制御部２０の処理を説明するフローチャートである。図６の処理は、定期的に繰り返し行われる。まず、制御部２０は、圧力センサ１７を用いて上室３２の圧力Ｐ１を検出する（Ｓ１０）。次に、制御部２０は、圧力Ｐ１が圧力Ｐ２より高いか判定しする（Ｓ１２）。圧力Ｐ１が高い場合（Ｓ１２のＹ）、制御部２０は、第３パターンまたは第４パターンに切り替え、圧力Ｐ１が高くなるほど第１流路５０内の磁気粘性流体１８の粘性が高くなるよう第１電磁石４０の電流を調整し（Ｓ１４）、処理を終了する。磁束の増加に伴い、磁気粘性流体１８の粘性が高くなり、ある程度まで減衰係数は増加する。よって、磁束を制御することにより、制振を行うことができる。

一方、Ｓ１２で圧力Ｐ１が圧力Ｐ２より高くない場合（Ｓ１２のＮ）、制御部２０は、第２パターンまたは第４パターンに切り替え、圧力Ｐ１が低くなるほど第２流路５２内の磁気粘性流体１８の粘性が高くなるよう第２電磁石４６の電流を調整し（Ｓ１６）、処理を終了する。

このように本実施形態によれば、上室３２の圧力Ｐ１が下室３０の圧力Ｐ２より低い場合、第１流路５０が下室３０から上室３２に磁気粘性流体１８を流通させる。一方、上室３２の圧力Ｐ１が下室３０の圧力Ｐ２より高い場合、第２流路５２が上室３２から下室３０に磁気粘性流体１８を流通させる。つまり、磁気粘性流体１８は、上室３２から下室３０に移動する場合と、下室３０から上室３２に移動する場合とにおいて、異なる流路を流通する。これにより、下室３０、第１流路５０、上室３２、第２流路５２、下室３０の順で図１の方向Ｄ１に磁気粘性流体１８を循環させることができるので、同じ磁性体粒子に応力が繰り返し加わり難くできる。従って、磁気粘性流体１８の磁性体粒子の劣化を抑制できる。

また、エンジン停止中などの制振装置１が動作していない場合、第１電磁石４０と第２電磁石４６が磁束を発生しないが、永久磁石７０の磁束により、磁性体粒子は第１流路５０と第２流路５２付近に留まることができる。これにより、磁性体粒子が自重によりダイヤフラム１２側に沈むことを抑制でき、制振装置１の起動後、より高速に制振することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、上室の圧力Ｐ１が所定圧力Ｐ０より低下した場合に、第１パターンに切り替えることが第１の実施形態と異なる。以下では、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

振動体から取付部材２６に圧縮荷重が加えられた後、引っ張り荷重が加えられた場合、上室３２の圧力Ｐ１が低下する。圧力Ｐ１が磁気粘性流体１８の溶媒の飽和蒸気圧未満に低下すると、溶媒が蒸発することにより、磁気粘性流体１８にキャビテーションが発生する。

このキャビテーションは、圧力Ｐ１が再び高くなったときに液体に戻るが、その際に、磁性体粒子や周辺部材に衝撃力が加えられる可能性がある。これにより、磁性体粒子が劣化する可能性がある。

そこで第２の実施形態では、制御部２０は、上室３２の圧力Ｐ１が所定圧力Ｐ０より低下した場合に、第１パターンに切り替える。所定圧力Ｐ０は、磁気粘性流体１８の溶媒の飽和蒸気圧にマージンを加えた値である。

図７は、第２の実施形態に係る制御部２０の処理を説明するフローチャートである。図７の処理は、図６の処理と並行して定期的に繰り返し行われる。まず、圧力センサ１７は、上室３２の圧力Ｐ１を検出する（Ｓ２０）。次に、制御部２０は、圧力Ｐ１が所定圧力Ｐ０より低いか判定し（Ｓ２２）、低い場合（Ｓ２２のＹ）、第１パターンに切り替え（Ｓ２４）、処理を終了する。制御部２０は、図５の処理によって電流を調整中であっても強制的に第１パターンに切り替えてもよい。一方、制御部２０は、Ｓ２２で圧力Ｐ１が所定圧力Ｐ０以上である場合（Ｓ２２のＮ）、処理を終了する。

このように本実施形態によれば、上室３２の圧力Ｐ１が所定圧力Ｐ０より低下した場合に、第１パターンに切り替えるので、磁気粘性流体１８が下室３０から上室３２に流れやすくなる。これにより、磁気粘性流体１８の圧力のさらなる低下が抑制されるため、キャビテーションの発生を抑制できる。従って、キャビテーションの発生に起因した磁性体粒子の劣化を抑制できる。

以上、実施形態をもとに本発明を説明した。実施形態はあくまでも例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

例えば、第１および第２の実施形態では、２つの第１流路５０および第２流路５２が設けられる一例について説明したが、少なくとも２つの流路が設けられていればよく、３つ以上の流路が設けられてもよい。この変形例では、流路の面積の総和をより増加させることができるので、流路内の磁束密度がゼロのときの減衰係数をより小さくできる。よって、減衰係数の変化量をより大きくできる。この効果は、流路の数を増加させずに、流路の面積を増加させても得ることができる。

また、第１の実施形態において、リング状ではなく、柱状の第１流路５０および第２流路５２を設け、第１流路５０および第２流路５２のそれぞれが磁気粘性流体１８の流通方向を１方向に制限するワンウェイバルブなどの流通方向制限部材を有してもよい。第１流路５０の流通方向制限部材は、流通方向を下室３０から上室３２の方向に制限する。第２流路５２の流通方向制限部材は、流通方向を上室３２から下室３０の方向に制限する。従って、第１流路５０は、上室３２の圧力Ｐ１が下室３０の圧力Ｐ２より低い場合に、下室３０から上室３２に磁気粘性流体１８を流通させ、上室３２から下室３０に流通させない。第２流路５２は、上室３２の圧力Ｐ１が下室３０の圧力Ｐ２より高い場合に、上室３２から下室３０に磁気粘性流体１８を流通させ、下室３０から上室３２に流通させない。磁束生成部４８は、１つの電磁石から構成される。この変形例では、制御部２０は、上室３２の圧力Ｐ１に応じて電磁石の電流の大きさを制御するだけでよく、電流の向きを切り替える必要がないため、制御を簡素化できる。

また、第１流路５０と第２流路５２の位置関係を反転させ、第１流路５０を第２流路５２の外側に設けてもよい。
また、第２の実施形態において、第２パターンと第３パターンを用いず、磁気粘性流体１８を循環させなくてもよい。この変形例では、制御部２０は、圧力Ｐ１が圧力Ｐ２より高い場合、第１パターンまたは第４パターンにおいて、圧力Ｐ１が高くなるほど第１流路５０および第２流路５２内の磁気粘性流体１８の粘性が高くなるよう第１電磁石４０および第２電磁石４６の電流を調整すればよい。また、制御部２０は、圧力Ｐ１が所定圧力Ｐ０以上であり、且つ、圧力Ｐ２より低い場合、第１パターンまたは第４パターンにおいて、圧力Ｐ１が低くなるほど第１流路５０および第２流路５２内の磁気粘性流体１８の粘性が高くなるよう第１電磁石４０および第２電磁石４６の電流を調整すればよい。

１…制振装置、１０…本体部、１８…磁気粘性流体、３０…下室、３２…上室、４８…磁束生成部、５０…第１流路、５２…第２流路。

Claims (1)

1. 振動体から圧力が加えられる上室と、下室とを有する本体部と、
   前記上室と前記下室に封入された磁気粘性流体と、
   前記上室と前記下室との間に設けられ、前記磁気粘性流体を流通させる少なくとも２つの流路と、
   （１）前記上室の圧力と前記下室の圧力の大小関係、および、（２）前記上室の圧力と、前記磁気粘性流体の飽和蒸気圧に基づいて定められる所定圧力との大小関係の少なくとも一方に応じて、前記少なくとも２つの流路の前記磁気粘性流体の流れやすさをそれぞれ制御するように、前記少なくとも２つの流路を横切る磁束を生成する磁束生成部と、
   を備えることを特徴とする制振装置。

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