JP6892378B2 - Cylinder device - Google Patents
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Description
本発明は、例えば自動車、鉄道車両等の車両に搭載され、車両の振動を緩衝するのに好適に用いられるシリンダ装置に関する。 The present invention relates to a cylinder device mounted on a vehicle such as an automobile or a railroad vehicle and preferably used to buffer the vibration of the vehicle.
一般に、自動車等の車両には、車体(ばね上)側と各車輪(ばね下)側との間に油圧緩衝器に代表されるシリンダ装置が設けられている。ここで、特許文献1には、作動流体として電気粘性流体を用いた振動ダンパ(緩衝器)が記載されている。この振動ダンパは、内筒と電極筒と外筒との3つの筒により構成された3重管構造であり、内筒と電極筒との間が電気粘性流体の流路となっている。
Generally, a vehicle such as an automobile is provided with a cylinder device represented by a hydraulic shock absorber between the vehicle body (upper spring) side and each wheel (unsprung) side. Here,
特許文献1に記載された技術の場合、電気粘性流体の温度上昇に伴って、減衰力が低下(不足)する可能性がある。また、長時間の電圧の印加に伴って、減衰力が低下(不足)する可能性もある。
In the case of the technique described in
本発明の目的は、減衰力が低下(不足)することを抑制できるシリンダ装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a cylinder device capable of suppressing a decrease (insufficient) in damping force.
上述した課題を解決するため、本発明によるシリンダ装置は、電界により流体の性状が変化する電気粘性流体が封入され、内部にロッドが挿入されるシリンダ装置であって、前記ロッドが挿入される内筒と、前記内筒の外周側に設けられる外筒と、前記内筒と前記外筒との間に設けられ、軸方向の一端側から他端側に向けて前記ロッドの進退動により前記電気粘性流体が流動する通路を前記内筒との間に形成し、電極となる第1筒と、前記第1筒と前記外筒との間に形成され、前記電気粘性流体および作動流体が封入されるリザーバ室と、前記内筒と前記外筒の一端を閉塞するように設けられ、前記ロッドを支持するロッドガイドと、電界供給部からの電界を前記第1筒に付与する付与部と、を有し、プラス側の電位である前記第1筒とアース側の電位である前記外筒との間に、アース側の電位である第2筒を設けている。 In order to solve the above-mentioned problems, the cylinder device according to the present invention is a cylinder device in which an electrorheological fluid whose properties change due to an electric potential is sealed and a rod is inserted inside, and the rod is inserted. The electric potential is provided between the cylinder, the outer cylinder provided on the outer peripheral side of the inner cylinder, and the inner cylinder and the outer cylinder, and the rod moves forward and backward from one end side to the other end side in the axial direction. A passage through which the viscous fluid flows is formed between the inner cylinder and the first cylinder as an electrode, and is formed between the first cylinder and the outer cylinder, and the electrorheological fluid and the electrorheological fluid are sealed. A reservoir chamber, a rod guide provided so as to close one end of the inner cylinder and the outer cylinder to support the rod, and an imparting portion for applying an electric potential from an electric potential supply unit to the first cylinder. A second cylinder having a potential on the ground side is provided between the first cylinder having a positive potential and the outer cylinder having a potential on the ground side.
本発明のシリンダ装置は、減衰力が低下(不足)することを抑制できる。 The cylinder device of the present invention can suppress a decrease (insufficiency) in the damping force.
以下、実施形態によるシリンダ装置について、4輪自動車等の車両に取付けられる緩衝器に適用した場合を例に挙げ、添付図面に従って説明する。 Hereinafter, the cylinder device according to the embodiment will be described with reference to the accompanying drawings, taking as an example a case where the cylinder device is applied to a shock absorber attached to a vehicle such as a four-wheeled vehicle.
図1ないし図4は、実施形態を示している。図1において、シリンダ装置としての緩衝器1は、減衰力の調整が可能な減衰力調整式の油圧緩衝器(セミアクティブダンパ)として構成されており、内部に封入する作動油(作動流体)として電気粘性流体2が用いられている。電気粘性ダンパとも呼ばれる緩衝器1は、例えば、コイルばねからなる懸架ばね(図示せず)と共に、車両用のサスペンション装置を構成することができる。即ち、緩衝器1は、車両の相対移動する2部材間である車体と車輪(いずれも図示せず)との間に設けられる。例えば、後述の図4に示すように、緩衝器1を4輪自動車に装着する場合は、車両1台当たり、それぞれの車輪(左前輪、右前輪、左後輪、右後輪)に対応して合計4個の緩衝器1を設けることができる。
1 to 4 show embodiments. In FIG. 1, the shock absorber 1 as a cylinder device is configured as a damping force adjusting type hydraulic shock absorber (semi-active damper) whose damping force can be adjusted, and is used as a hydraulic oil (electrorheological fluid) to be sealed inside. The
ところで、作動油として電気粘性流体を用いた特許文献1の緩衝器は、内筒と電極筒と外筒との3つの筒により構成された3重管構造となっている。このような緩衝器の場合、電気粘性流体の温度上昇に伴って、減衰力が低下(不足)する可能性がある。即ち、電気粘性流体は、温度上昇に伴って抵抗値が低下する。一方、供給できる電力は上限があるため、必要な高電圧を印加するために必要な電流が不足する可能性がある。その結果、電圧印加が不十分になり、減衰力が低下する可能性がある。また、長時間の電圧の印加に伴って、減衰力が低下(不足)する可能性もある。即ち、電極筒にプラスの電圧が印加されることに伴って、リザーバ室側となる電極筒の外周面側に電気粘性流体の粒子(ウレタン粒子)が堆積する可能性がある。これにより、流路を流れる電気粘性流体の粒子濃度(ウレタン濃度)が低下し、減衰力が低下する可能性がある。そこで、従来の緩衝器が3重管構造であるのに対して、実施形態の緩衝器1は、内筒3と電極筒18と追加筒19と外筒4との4つの筒により構成された4重管構造としている。
By the way, the shock absorber of
即ち、図1に示すように、実施形態の緩衝器1は、内筒3と、外筒4と、ピストン7と、ピストンロッド10と、ロッドガイド11と、ボトムバルブ13と、第1筒としての電極筒18と、第2筒としての追加筒19とを含んで構成されている。この場合、電極筒18と追加筒19との2つの中間筒が、内筒3と外筒4との間に設けられている。なお、以下の説明では、緩衝器1の軸方向の一端側を「下端」側とし、軸方向の他端側を「上端」側として説明するが、緩衝器1の軸方向の一端側を「上端」側とし、軸方向の他端側を「下端」側としてもよい。
That is, as shown in FIG. 1, the
内筒3は、軸方向に延びる円筒状の筒体として形成され、内部に電気粘性流体2が封入されている。内筒3の内部には、ピストンロッド10が挿入されている。内筒3の外側には、外筒4の他、電極筒18および追加筒19が同軸となるように設けられている。
The
内筒3は、下端側がボトムバルブ13のバルブボディ14に嵌合して取付けられている。内筒3の上端側は、ロッドガイド11に嵌合して取付けられている。内筒3の上端側でロッドガイド11よりも下側には、電極通路20に常時連通する油穴3Aが径方向の横孔として周方向に離間して複数(例えば、4個)形成されている。即ち、内筒3内のロッド側油室Bは、油穴3Aによって電極通路20(前段側電極通路20A)と連通している。また、図1および図2に示すように、内筒3の外周側には、後述の内側隔壁21が螺旋状に巻回して設けられている。
The
外筒4は、緩衝器1の外殻をなすもので、円筒体として形成されている。外筒4は、内筒3、電極筒18および追加筒19の外周側に設けられている。外筒4は、これら電極筒18および追加筒19との間に、電極通路20と連通するリザーバ室Aを形成している。この場合、外筒4は、その下端側がボトムキャップ5により溶接手段等を用いて閉塞された閉塞端となっている。ボトムキャップ5は、ボトムバルブ13のバルブボディ14と共にベース部材を構成している。外筒4の上端側は、開口端となっている。外筒4の開口端側には、ピストンロッド10との間を液密、気密に封止(シール)するシール部材6が設けられている。
The
ここで、内筒3と外筒4はシリンダを構成し、このシリンダ内には、電気粘性流体2が封入されている。なお、図1(および図2,3,5)では、封入されている電気粘性流体2を無色透明で表している。ERF(Electro Rheological Fluid)と呼ばれる電気粘性流体2は、電界(電圧)により性状が変化する流体(機能性流体)である。即ち、電気粘性流体2(以下、ERF2という)は、印加される電圧に応じて粘度が変化し、流通抵抗(減衰力)が変化する流体である。
Here, the
ERF2は、例えば、シリコンオイル等からなる基油(ベースオイル)と、該基油に混ぜ込まれ(分散され)電界の変化に応じて粘性を可変にする粒子(微粒子)、例えばウレタン粒子とにより構成されている。ERF2は、電圧が印加されることにより、ウレタン粒子が架橋(鎖状に連結)し、オイルの流れに対して抵抗力を発生させることで、減衰力を上昇させることができる。即ち、電圧を印加することで、ERF2の剪断応力が上昇し、減衰力が上昇する。実施形態の緩衝器1は、内筒3と電極筒18との間および電極筒18と追加筒19との間の電極通路20内に電位差を発生させ、この電極通路20を通過するERF2の粘度(抵抗力)を制御することで、発生減衰力を制御(調整)する構成となっている。
ERF2 is composed of, for example, a base oil (base oil) made of silicon oil or the like, and particles (fine particles) that are mixed (dispersed) in the base oil and whose viscosity changes according to a change in an electric field, for example, urethane particles. Has been done. In ERF2, when a voltage is applied, urethane particles are crosslinked (connected in a chain) to generate a resistance force against the flow of oil, so that the damping force can be increased. That is, by applying a voltage, the shear stress of ERF2 increases and the damping force increases. The
内筒3と外筒4との間、より具体的には、電極筒18(および追加筒19)と外筒4との間には、リザーバタンクとなる環状のリザーバ室Aが形成されている。リザーバ室A内には、ERF2と共に、作動気体となるガスが封入されている。このガスは、大気圧状態の空気であってもよく、また圧縮された窒素ガス等の気体を用いてもよい。リザーバ室A内のガスは、ピストンロッド10の縮小(縮み行程)時に、当該ピストンロッド10の進入体積分を補償すべく圧縮される。
An annular reservoir chamber A serving as a reservoir tank is formed between the
ピストン7は、内筒3内に摺動可能に設けられている。ピストン7は、内筒3内を第1室となるロッド側油室Bと第2室となるボトム側油室Cとに分けている。ピストン7には、ロッド側油室Bとボトム側油室Cとを連通可能とする油路7A,7Bがそれぞれ複数個、周方向に離間して形成されている。
The
ここで、実施形態による緩衝器1は、ユニフロー構造となっている。このため、内筒3内のERF2は、ピストンロッド10の縮み行程と伸び行程との両行程で、ロッド側油室B(即ち、内筒3の油穴3A)から電極通路20に向けて常に一方向(即ち、図1ないし図3中に二点鎖線で示す矢印Fの方向)に流通する。
Here, the
このようなユニフロー構造を実現するため、ピストン7の上端面には、例えば、ピストンロッド10の縮小行程(縮み行程)でピストン7が内筒3内を下向きに摺動変位するときに開弁し、これ以外のときには閉弁する縮み側逆止弁8が設けられている。縮み側逆止弁8は、ボトム側油室C内の油液(ERF2)がロッド側油室Bに向けて各油路7A内を流通するのを許し、これとは逆向きに油液が流れるのを阻止する。即ち、縮み側逆止弁8は、ボトム側油室Cからロッド側油室BへのERF2の流通のみを許容する。
In order to realize such a uniflow structure, a valve is opened on the upper end surface of the
ピストン7の下端面には、例えば、伸長側のディスクバルブ9が設けられている。伸長側のディスクバルブ9は、ピストンロッド10の伸長行程(伸び行程)でピストン7が内筒3内を上向きに摺動変位するときに、ロッド側油室B内の圧力がリリーフ設定圧を越えると開弁し、このときの圧力を、各油路7Bを介してボトム側油室C側にリリーフする。
For example, a
ロッドとしてのピストンロッド10は、内筒3内を軸方向(内筒3および外筒4、延いては、緩衝器1の中心軸線と同方向であり、図1ないし図3の上下方向)に延びている。即ち、緩衝器1は内部にピストンロッド10が挿入されている。ピストンロッド10は、その下端が内筒3内でピストン7に連結(固定)され、その上端がロッド側油室Bを通って内筒3および外筒4の外部へ延出されている。この場合、ピストンロッド10の下端側には、ナット10A等を用いてピストン7が固定(固着)されている。一方、ピストンロッド10の上端側は、ロッドガイド11を介して外部に突出している。
The
ロッドガイド11は、内筒3と外筒4の一端(上端)を閉塞するように設けられている。ロッドガイド11は、ピストンロッド10を支持するものである。即ち、ロッドガイド11は、その内周側でピストンロッド10を軸方向に摺動可能に案内(ガイド)する。
The
内筒3の下端側には、該内筒3とボトムキャップ5との間に位置してボトムバルブ13が設けられている。ボトムバルブ13は、ボトム側油室Cとリザーバ室Aとを連通・遮断するものである。このために、ボトムバルブ13は、バルブボディ14と、伸び側逆止弁15と、ディスクバルブ16とを含んで構成されている。
A
バルブボディ14は、ボトムキャップ5と内筒3との間でリザーバ室Aとボトム側油室Cとを画成する。バルブボディ14には、リザーバ室Aとボトム側油室Cとを連通可能とする油路14A,14Bがそれぞれ周方向に間隔をあけて形成されている。
The
伸び側逆止弁15は、例えば、バルブボディ14の上面側に設けられている。伸び側逆止弁15は、ピストンロッド10の伸長行程でピストン7が上向きに摺動変位するときに開弁し、これ以外のときには閉弁する。伸び側逆止弁15は、リザーバ室A内の油液(ERF2)がボトム側油室Cに向けて各油路14A内を流通するのを許し、これとは逆向きに油液が流れるのを阻止する。即ち、伸び側逆止弁15は、リザーバ室A側からボトム側油室C側へのERF2の流通のみを許容する。
The extension
縮小側のディスクバルブ16は、例えば、バルブボディ14の下面側に設けられている。縮小側のディスクバルブ16は、ピストンロッド10の縮小行程でピストン7が下向きに摺動変位するときに、ボトム側油室C内の圧力がリリーフ設定圧を越えると開弁し、このときの圧力を、各油路14Bを介してリザーバ室A側にリリーフする。
The
内筒3と外筒4との間には、軸方向に延びる圧力管からなる電極筒18が設けられている。電極筒18は、ロッドガイド11とバルブボディ14とに対して保持部材17,17を介して支持されている。保持部材17,17は、例えば電気絶縁性材料(アイソレータ)により形成されている。上側の保持部材17は、内筒3およびロッドガイド11と電極筒18との間を電気的に絶縁した状態に保っている。下側の保持部材17は、内筒3、追加筒19およびバルブボディ14と電極筒18との間を電気的に絶縁した状態に保っている。
An
電極筒18は、内筒3と外筒4との間の第1筒(第1の中間筒)となるものである。電極筒18は、導電性材料を用いて形成され、筒状の電極を構成している。即ち、電極筒18は、プラス側の電位となっている。これに対して、追加筒19は、内筒3と外筒4との間の第2筒(第2の中間筒)となるものである。追加筒19は、電極筒18の外側に設けられている。追加筒19は、内筒3および外筒4と同様に、アース側(グランド側)の電位である。即ち、アース側の電位(GND電位)である追加筒19は、プラス側の電位である電極筒18とアース側の電位である外筒4との間に設けられている。
The
電極筒18は、内筒3との間にロッド側油室Bと連通する電極通路20(より具体的には、通路としての前段側電極通路20A)を形成している。即ち、電極筒18は、内筒3の外周側を全周にわたって取囲むことにより、電極筒18の内周側と内筒3の外周側との間に環状の通路となる前段側電極通路20Aを形成している。また、電極筒18は、追加筒19との間にリザーバ室Aと連通する電極通路20(より具体的には、後段側電極通路20B)を形成している。即ち、追加筒19は、電極筒18の外周側を全周にわたって取囲むことにより、電極筒18の外周側と追加筒19の内周側との間に環状の通路となる後段側電極通路20Bを形成している。
The
図1および図3に示すように、電極筒18の下端側には、前段側電極通路20Aと後段側電極通路20Bとを常時連通する油穴18Aが径方向の横孔として周方向に離間して複数(例えば、4個)形成されている。また、電極筒18の外周側には、後述の外側隔壁23が螺旋状に巻回して設けられている。さらに、図1に示すように、電極筒18の外周面で、追加筒19よりも上方には、追加筒19の開口縁を覆うように返し部18Bが設けられている。返し部18Bは、例えば、電極筒18の外周面から径方向外側に全周にわたって鍔状に突出する突出部として形成されている。このような返し部18Bは、後段側電極通路20Bからリザーバ室Aに流出するERF2を下方に向けて案内するものである。
As shown in FIGS. 1 and 3, an
実施形態では、ロッド側油室Bとリザーバ室Aとは電極通路20により連通している。電極通路20は、内筒3側から内筒3の油穴3Aを介して流入したERF2が下側に向けて流通する前段側電極通路20Aと、前段側電極通路20Aから電極筒18の油穴18Aを介して流入したERF2が上側に向けて流通する後段側電極通路20Bとにより構成されている。前段側電極通路20A内は、複数の内側隔壁21によって複数の内側流路22が形成されている。後段側電極通路20B内も、複数の外側隔壁23によって複数の外側流路24が形成されている。
In the embodiment, the rod-side oil chamber B and the reservoir chamber A are communicated with each other by the
電極通路20(20A,20B)は、ERF2が流通する通路であり、ピストン7の摺動によってERF2の流れが生じる。即ち、電極通路20(20A,20B)内のERF2は、ピストンロッド10が内筒3内を進退動するとき(即ち、縮み行程と伸び行程を繰返す間)に、この進退動により前段側電極通路20Aの軸方向の上端側から下端側に向けて流動し、後段側電極通路20Bの軸方向の下端側から上端側に向けて流動する。そして、後段側電極通路20BのERF2は、追加筒19の上端側からリザーバ室Aへと流出する。このとき、電極通路20内には、電極筒18に印加される電圧に応じた電位差が発生し、ERF2の粘度が変化する。即ち、電極通路20内のERF2に印加する電圧を変化させることでERF2を硬化させ、緩衝器1の減衰力を調整することができる。この場合、ダンパ減衰力に占める流体の寄与分は、ERF2が流通する流路長に比例する。そこで、実施形態では、電極通路20を、前段側電極通路20Aと後段側電極通路20Bとにより構成している。さらに、実施形態では、前段側電極通路20A内に流路形成部材としての内側隔壁21が設けられており、後段側電極通路20B内に流路形成部材としての外側隔壁23が設けられている。
The electrode passages 20 (20A, 20B) are passages through which ERF2 flows, and the sliding of the
図1および図2に示すように、内側隔壁21は、内筒3と電極筒18との間に複数(4本)設けられている。各内側隔壁21は、内筒3と電極筒18との間で周まわりに斜めに延びている。内側隔壁21は、例えば、内筒3の外周側に接着等により固着して設けられている。内側隔壁21は、絶縁材料、例えば、合成ゴム、合成樹脂等の高分子材料により形成されている。内側隔壁21は、内筒3と電極筒18との間、即ち、前段側電極通路20A内に、複数(4本)の内側流路22を形成している。即ち、各内側隔壁21は、電極筒18の内周側と内筒3の外周側との間で、ERF2の流通を複数の内側流路22に仕切る(ERF2の流れを案内する)ものである。各内側流路22は、ピストンロッド10の進退動に伴って、軸方向の上端側から下端側に向けてERF2が流動する。図2に示すように、各内側隔壁21は、周方向に延びる部分を有する螺旋状に形成されている。これにより、隣り合う内側隔壁21間に形成される内側流路22も、周方向に延びる部分を有する螺旋状の流路となっている。即ち、各内側流路22は、内筒3の軸方向の上側(油穴3A側)から下側に見て時計回りの方向にERF2が流動する流路となっている。これにより、軸方向に直線的に延びる流路と比較して、内筒3の油穴3Aから電極筒18の油穴18Aまでの流路の長さを長くできる。
As shown in FIGS. 1 and 2, a plurality (4)
図1および図3に示すように、外側隔壁23は、電極筒18と追加筒19との間に複数(4本)設けられている。各外側隔壁23は、電極筒18と追加筒19との間で周まわりに斜めに延びている。外側隔壁23は、例えば、電極筒18の外周側(または追加筒19の内周側)に接着等により固着して設けられている。外側隔壁23は、絶縁材料、例えば、合成ゴム、合成樹脂等の高分子材料により形成されている。外側隔壁23は、電極筒18と追加筒19の間、即ち、後段側電極通路20B内に、複数(4本)の外側流路24を形成している。即ち、各外側隔壁23は、追加筒19の内周側と電極筒18の外周側との間で、ERF2の流通を複数の外側流路24に仕切る(ERF2の流れを案内する)ものである。各外側流路24は、ピストンロッド10の進退動に伴って、軸方向の下端側から上端側に向けてERF2が流動する。図3に示すように、各外側隔壁23は、周方向に延びる部分を有する螺旋状に形成されている。これにより、隣り合う外側隔壁23間に形成される外側流路24も、周方向に延びる部分を有する螺旋状の流路となっている。即ち、各外側流路24は、電極筒18の軸方向の下側(油穴18A側)から上側に見て時計回りの方向にERF2が流動する流路となっている。これにより、軸方向に直線的に延びる流路と比較して、電極筒18の油穴18Aから追加筒19の上端縁までの流路の長さを長くできる。
As shown in FIGS. 1 and 3, a plurality (4)
電極通路20は、外筒4および内筒3内でピストン7の摺動によって流通する流体、即ち、ERF2となる電気粘性流体に抵抗を付与する。このために、電極筒18は、電源となるバッテリ25の正極に、例えば、電極接続部26および高電圧を発生する高電圧ユニット27を介して接続されている。この場合、図4に示すように、高電圧ユニット27は、車両に搭載された4個の緩衝器1(の電極筒18)に接続されている。即ち、実施形態では、バッテリ25からの電力を1つの高電圧ユニット27を介して4個の緩衝器1に供給する構成となっている。
The
バッテリ25および高電圧ユニット27は、電圧供給部(電界供給部)となり、電極筒18は、電極通路20内の流体であるERF2、即ち、機能性流体としての電気粘性流体に電界(電圧)をかける電極(エレクトロード)となる。また、電極接続部26は、緩衝器1の外筒4の外側から電極筒18までの間を電気的に接続するものである。電極接続部26は、例えば、電極筒18に接続される電極ピン26Aと、この電極ピン26Aを外筒4および追加筒19に対して支持するケース部材(図示せず)とを含んで構成されている。
The
電極ピン26Aは、バッテリ25および高電圧ユニット27からの電界を電極筒18に付与する(電圧を印加する)付与部となるものである。ケース部材は、外筒4および追加筒19に固定され、これら外筒4および追加筒19と電極ピン26Aとの間を電気的に絶縁するものである。また、電極筒18の両端側は、電気絶縁性の保持部材17,17によって電気的に絶縁されている。一方、内筒3および追加筒19は、ロッドガイド11、ボトムバルブ13、ボトムキャップ5、外筒4、高電圧ドライバ等を介して負極(グランド)に接続されている。これにより、外筒4と内筒3と追加筒19は、アース側の電位となっている。なお、実施形態では、外筒4および追加筒19を貫通するように電極接続部26を設ける構成としているが、これに限らず、例えば、電極接続部をロッドガイドに設ける構成としてもよい。
The
高電圧ユニット27は、緩衝器1の減衰力を可変に調整するための制御装置となるコントローラ27Aと、バッテリ25から出力される直流電圧を昇圧する高電圧ドライバ27Bとを備えている。コントローラ27Aは、セントラルECUとも呼ばれており、例えば、車高センサ等の車両状態量を検出する検出センサからの検出値に基づいて必要な減衰力を演算すると共に、この減衰力を発生させるために必要な指令(高電圧指令)を高電圧ドライバ27Bに出力する。高電圧ドライバ27Bは、「HV Box」とも呼ばれており、昇圧回路(図示せず)を含んで構成されている。
The
高電圧ドライバ27Bは、コントローラ27Aから出力される指令に基づいてバッテリ25から出力される直流電圧を昇圧して電極筒18に供給(出力)する。これにより、電極筒18と内筒3との間および電極筒18と追加筒19との間の電極通路20内には、電極筒18に印加される電圧に応じた電位差が発生し、電気粘性流体であるERF2の粘度が変化する。この場合、緩衝器1は、電極筒18に印加される電圧(例えば、0〜5kV)に応じて、発生減衰力の特性(減衰力特性)をハード(Hard)な特性(硬特性)からソフト(soft)な特性(軟特性)に連続的に調整することができる。なお、緩衝器1は、減衰力特性を連続的でなくとも、2段階または複数段階に調整可能なものであってもよい。
The
実施形態による緩衝器1は、上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。
The
緩衝器1を自動車等の車両に実装するときは、例えば、ピストンロッド10の上端側を車両の車体側に取付け、外筒4の下端側(ボトムキャップ5側)を車輪側(車軸側)に取付ける。車両の走行時に、路面の凹凸等により、上,下方向の振動が発生すると、ピストンロッド10が外筒4から伸長、縮小するように変位する。このとき、高電圧ユニット27は、コントローラ27Aの指令に基づいて電極通路20(20A,20B)内に電位差を発生させ、電極通路20内の各流路22,24を通過するERF2の粘度を制御することにより、緩衝器1の発生減衰力を可変に調整する。
When mounting the
例えば、ピストンロッド10の伸び行程時には、内筒3内のピストン7の移動によってピストン7の縮み側逆止弁8が閉じる。ピストン7のディスクバルブ9の開弁前には、ロッド側油室Bの油液(ERF2)が加圧され、内筒3の油穴3Aを通じて電極通路20(20A,20B)内に流入する。このとき、ピストン7が移動した分の油液は、リザーバ室Aからボトムバルブ13の伸び側逆止弁15を開いてボトム側油室Cに流入する。
For example, during the extension stroke of the
一方、ピストンロッド10の縮み行程時には、内筒3内のピストン7の移動によってピストン7の縮み側逆止弁8が開き、ボトムバルブ13の伸び側逆止弁15が閉じる。ボトムバルブ13(ディスクバルブ16)の開弁前には、ボトム側油室Cの油液がロッド側油室Bに流入する。これと共に、ピストンロッド10が内筒3内に浸入した分に相当する油液が、ロッド側油室Bから内筒3の油穴3Aを通じて電極通路20(20A,20B)内に流入する。
On the other hand, during the contraction stroke of the
いずれの場合も(伸び行程時も縮み行程時も)、電極通路20(20A,20B)内に流入した油液は、電極通路20(20A,20B)の電位差(電極筒18と内筒3および追加筒19との間の電位差)に応じた粘度で電極通路20(20A,20B)内を出口側に向けて通過し、電極通路20(20A,20B)から電極筒18と追加筒19の上端縁との間を通じてリザーバ室Aに流れる。このとき、緩衝器1は、電極通路20(20A,20B)内の各流路22,24を通過するERF2の粘度に応じた減衰力が発生し、車両の上下振動を緩衝(減衰)することができる。
In either case (during the expansion stroke and the contraction stroke), the oil liquid flowing into the electrode passage 20 (20A, 20B) has a potential difference between the electrode passage 20 (20A, 20B) (the
ここで、実施形態の緩衝器1は、内筒3と電極筒18と追加筒19と外筒4との4つの筒により構成された4重管構造としている。このため、電極通路20を、内筒3と電極筒18との間だけでなく、電極筒18と追加筒19との間にも設けることができる。即ち、電極通路20を、内筒3と電極筒18との間の前段側電極通路20Aと、電極筒18と追加筒19との間の後段側電極通路20Bとの往路と復路とにより構成することができる。このため、従来の3重管構造の緩衝器と比較して、電極通路20の長さ、即ち、ERF2が流動する流路長を2倍にできる。このため、電極通路20内でのERF2の粘性抵抗に基づく減衰力を倍増させることができ、ERF2が高温となったときの減衰力の不足を抑制できる。
Here, the
しかも、実施形態では、内筒3と電極筒18との間に内側隔壁21が設けられており、電極筒18と追加筒19との間に外側隔壁23が設けられている。これにより、内側流路22および外側流路24が螺旋状となっているため、軸方向に直線的に延びる流路と比較して、流路長を長くすることができる。これにより、この面からも、減衰力を向上することができる。
Moreover, in the embodiment, the
また、従来の3重管構造の場合、電極筒の外周側がリザーバ室となるため、電極筒の外周面にERFの粒子(ウレタン粒子)が堆積する可能性がある。なお、従来の3重管構造の場合でも、電極筒と内筒との間はERFの粒子が堆積しない。これは、電極筒と内筒との間の電極通路内はERFが流通するため、即ち、リザーバ室側のERFの流速に対して電極通路内のERFの流速が速いためと考えられる。これに対して、4重管構造である実施形態では、電極筒18の内周側と外周側との両方がERF2の流通する電極通路20(前段側電極通路20A、後段側電極通路20B)となる。即ち、3重管構造では電気粘性流体の粒子が堆積する電極筒の外周側(リザーバ室)が、4重管構造ではERF2が流通する後段側電極通路20Bとなる。このため、電極筒18の表面にERF2の粒子が堆積することを抑制できる。これにより、ERF2の粒子濃度(ウレタン濃度)が低下することに伴う減衰力の不足を抑制することができる。なお、リザーバ室Aに対面する追加筒19の外周面は、アース電位(GND電位)であるため、ERF2の粒子は堆積しない。
Further, in the case of the conventional triple tube structure, since the outer peripheral side of the electrode cylinder is the reservoir chamber, ERF particles (urethane particles) may be deposited on the outer peripheral surface of the electrode cylinder. Even in the case of the conventional triple tube structure, ERF particles do not accumulate between the electrode cylinder and the inner cylinder. It is considered that this is because the ERF flows in the electrode passage between the electrode cylinder and the inner cylinder, that is, the flow velocity of the ERF in the electrode passage is faster than the flow velocity of the ERF on the reservoir chamber side. On the other hand, in the embodiment having a quadruple tube structure, both the inner peripheral side and the outer peripheral side of the
また、従来の3重管構造の場合、電極筒の外側に絶縁粉体のコーティング(塗布)を施す必要がある。この絶縁粉体のコーティングは、リザーバ室側のERFに電圧が印加されることを抑制するものである。即ち、従来の3重管構造の場合、電極筒に絶縁粉体のコーティングを施すことにより、リザーバ室の上側で作動気体(窒素ガス)の絶縁耐圧不足によるスパークが生じることを抑制する必要がある。また、リザーバ室の下側で、電圧印加によりERFが硬化する(粘性が高くなる)ことによるボトムバルブでの吸込み不足を抑制する必要がある。これに対して、実施形態では、電極筒18と外筒4との間に追加筒19が設けられるため、追加筒19によってリザーバ室Aへの電界を遮蔽することができる。これにより、電極筒18のうち追加筒19に覆われる部分は、絶縁体のコーティング(絶縁膜塗装)が不要となり、絶縁粉体使用量を低減することができる。
Further, in the case of the conventional triple tube structure, it is necessary to coat (coat) the insulating powder on the outside of the electrode cylinder. The coating of the insulating powder suppresses the application of a voltage to the ERF on the reservoir chamber side. That is, in the case of the conventional triple tube structure, it is necessary to coat the electrode cylinder with an insulating powder to prevent sparks from occurring due to insufficient withstand voltage of the working gas (nitrogen gas) on the upper side of the reservoir chamber. .. Further, it is necessary to suppress insufficient suction at the bottom valve due to hardening of the ERF (increased viscosity) by applying a voltage on the lower side of the reservoir chamber. On the other hand, in the embodiment, since the
さらに、電極筒18の外周面には、追加筒19の上端開口縁よりも上側に位置して返し部18Bが設けられている。即ち、後段側電極通路20BからERF2が上側に向けて流出する部位は、リザーバ室Aの空気層(ガス室)となる可能性がある。この場合、エアレーション(キャビテーション)が発生する可能性が考えられるが、後段側電極通路20Bから流出するERF2は、返し部18Bに沿って下側に向かうため、エアレーションを抑制することができる。
Further, a return portion 18B is provided on the outer peripheral surface of the
なお、緩衝器1への出力電流はERF2の流路の長さに比例する。このため、実施形態(4重管構造)の場合、従来構造(3重管構造)と比較すると、高電圧ドライバ27Bから各緩衝器1への出力電流が2倍になり、高電圧ドライバ27Bの発熱が増大する可能性がある。ここで、それぞれの緩衝器1毎に高電圧ドライバ27Bを直接取り付ける構成とした場合、緩衝器1の熱が高電圧ドライバ27Bに伝わることにより、この面からも、高電圧ドライバ27Bの温度が上昇する可能性がある。そこで、実施形態では、図4に示すように、高電圧ドライバ27Bを含んで構成される高電圧ユニット27は、緩衝器1から離れた場所、具体的には、緩衝器1よりも環境温度および設置面温度の低い場所に配置している。即ち、高電圧ドライバ27Bは、コントローラ27Aと共に高電圧ユニット27を構成し、かつ、高電圧ドライバ27Bとコントローラ27Aとが一体になった高電圧ユニット27を、車体の座席の下等の温度の低い場所に配置している。これにより、高電圧ドライバ27Bを含む高電圧ユニット27の温度の上昇を抑制することができる。また、高電圧ユニット27と各緩衝器1との間は、それぞれ高電圧ハーネス28により接続することができる。即ち、高電圧ハーネス28を用いて緩衝器1に高電圧を印加することができる。
The output current to the
なお、実施の形態では、電極通路20は、その途中(下端側)で折り返し(Uターン)がある往復路(前段側電極通路20Aと後段側電極通路20Bとが直列)とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、図5に示す変形例のように、電極通路31を、並列に延びる第1の電極通路31Aと第2の電極通路31Bとにより構成してもよい。この場合、内筒3の油穴3Aから流出したERF2は、電極筒32の上側で第1の電極通路31Aと第2の電極通路31Bとに分岐し、第1の電極通路31A内を下側に向けて流れると共に第2の電極通路31B内を下側に向けて流れる。第1の電極通路31A内を上側から下側に向けて流れたERF2は、電極筒32の下端側に設けられた油穴32A、および、追加筒33の下端側に設けられた油穴33Aを通じてリザーバ室Aに流出する。第2の電極通路31B内を上側から下側に向けて流れたERF2は、追加筒33の下端側に設けられた油穴33Aを通じてリザーバ室Aに流出する。
In the embodiment, the
このような変形例では、電極筒32の軸方向の全体を追加筒33により覆うことができる。即ち、第2筒としての追加筒33により、第1筒としての電極筒32がリザーバ室Aの空気層(ガス室)に露出しないようにできる。このため、電極筒32は、絶縁体のコーティング、即ち、絶縁膜塗装が不要になる。また、変形例は、実施形態と比較して流路長が短くなるが、第2筒(電極筒)の外周側が流路である点で実施形態と共通する。即ち、変形例も、実施形態と同様に、電極筒32の内周側と外周側との両方がERF2の流通する電極通路31(第1の電極通路31A、第2の電極通路31B)となる。このため、電極筒32の表面にERF2の粒子が堆積することを抑制できる。これにより、ERF2の粒子濃度(ウレタン濃度)が低下することに伴う減衰力の不足を抑制することができる。
In such a modification, the entire axial direction of the
実施形態および変形例では、4重管構造、即ち、内筒3と外筒4との間に電極筒18と追加筒19とを設ける構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、内筒と外筒との間に、第1筒(電極筒)と第2筒(追加筒)とを2組設けてもよい。即ち、径方向内側から順に、内筒、第1筒、第2筒、第1筒、第2筒、外筒となるように配置した6重管構造としてもよい。換言すれば、4重管構造以上の偶数管構造とすることができる。
In the embodiment and the modified example, a case where a quadruple tube structure, that is, a configuration in which an
実施形態および変形例では、電極筒18に電圧を印加する電極ピン26Aを、外筒4の外側からこの外筒4および追加筒19を貫通するように設けることにより、付与部(電極ピン26A)と第1筒(電極筒18)とを接続(接触)する構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、ロッドガイドに第1筒(電極筒)と接続(接触)する付与部を設けてもよい。
In the embodiment and the modified example, the
実施形態および変形例では、流路22,24の方向を規制する流路形成部材としての隔壁21,23を4本設ける構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、隔壁を2本または3本設ける構成としてもよいし、5本以上設ける構成としてもよい。その場合、隔壁の本数は、必要な性能(減衰性能)、製造コスト、仕様等に応じて適宜設定することができる。
In the embodiment and the modified example, the case where four
実施形態および変形例では、複数の隔壁21,23により複数の流路22,24を形成する構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、一の隔壁(流路形成部材)により一の流路を形成する構成としてもよい。
In the embodiment and the modified example, a case where a plurality of
実施形態および変形例では、隔壁21,23を合成ゴム、合成樹脂等の高分子材料により形成した場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、高分子材料以外の材料、即ち、電気的絶縁性を有する各種の材料(絶縁材料)を用いて流路を形成してもよい。
In the embodiments and modifications, the case where the
実施形態および変形例では、内側流路22および外側流路24をいずれも螺旋状の流路とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、流路を、蛇行する流路としてもよい。即ち、実施形態では、図2に示すように、内側隔壁21は、螺旋状であり、内筒3の上端側から下端側にわたり一様に同方向に周回している。また、図3に示すように、外側隔壁23は、螺旋状であり、電極筒18の下端側から上端側にわたり一様に同方向に周回している。これに対して、例えば、隔壁を、途中で折り返す(周回方向が途中から逆転する、途中で時計方向から反時計方向に、または、反時計方向から時計方向に変化する)ように構成してもよい。
In the embodiment and the modified example, the case where both the
実施形態および変形例では、内筒3と電極筒18との間、および、電極筒18と追加筒19との間の両方に、流路形成部材である内側隔壁21および外側隔壁23を設ける構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、内筒と第1筒(電極筒)との間、または、第1筒(電極筒)と第2筒(追加筒)との間のいずれか一方に設ける構成としてもよい。また、流路形成部材を省略してもよい。
In the embodiment and the modified example, the
実施形態および変形例では、緩衝器1を上下方向に配置する構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、エアレーションを起こさない範囲で傾けて配置する等、取付対象に応じて所望の方向に配置することができる。
In the embodiment and the modified example, the case where the
実施形態および変形例では、シリンダ装置としての緩衝器1を4輪自動車に用いる場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、2輪車に用いる緩衝器、鉄道車両に用いる緩衝器、一般産業機器を含む各種の機械機器に用いる緩衝器、建築物に用いる緩衝器等、緩衝すべき対象を緩衝する各種の緩衝器(シリンダ装置)として広く用いることができる。
In the embodiment and the modified example, the case where the
以上説明した実施形態に基づくシリンダ装置として、例えば下記に述べる態様のものが考えられる。 As the cylinder device based on the embodiment described above, for example, the one described below can be considered.
(1).第1の態様としては、電界により流体の性状が変化する電気粘性流体が封入され、内部にロッドが挿入されるシリンダ装置であって、前記ロッドが挿入される内筒と、前記内筒の外周側に設けられる外筒と、前記内筒と前記外筒との間に設けられ、軸方向の一端側から他端側に向けて前記ロッドの進退動により前記電気粘性流体が流動する通路を前記内筒との間に形成し、電極となる第1筒と、前記第1筒と前記外筒との間に形成され、前記電気粘性流体および作動流体が封入されるリザーバ室と、前記内筒と前記外筒の一端を閉塞するように設けられ、前記ロッドを支持するロッドガイドと、電界供給部からの電界を前記第1筒に付与する付与部と、を有し、プラス側の電位である前記第1筒とアース側の電位である前記外筒との間に、アース側の電位である第2筒を設けている。 (1). The first aspect is a cylinder device in which an electrorheological fluid whose properties change due to an electric potential is sealed and a rod is inserted inside, the inner cylinder into which the rod is inserted and the outer circumference of the inner cylinder. A passage provided between the outer cylinder provided on the side and the inner cylinder and the outer cylinder, through which the electrorheological fluid flows by advancing and retreating the rod from one end side to the other end side in the axial direction. A reservoir chamber formed between the inner cylinder and serving as an electrode, a reservoir chamber formed between the first cylinder and the outer cylinder, and filled with the electrorheological fluid and the working fluid, and the inner cylinder. It has a rod guide that is provided so as to close one end of the outer cylinder and supports the rod, and an imparting portion that applies an electric potential from the electrorheological fluid supply portion to the first cylinder, and has a potential on the positive side. A second cylinder having a potential on the ground side is provided between the first cylinder and the outer cylinder having a potential on the ground side.
この第1の態様によれば、第1筒と外筒との間に第2筒を設けることにより、内筒と第1筒との間だけでなく、第1筒と外筒との間も、電気粘性流体が流動する通路にすることができる。これにより、例えば、電気粘性流体が流動する流路長を長くすることができる。この場合には、減衰力を向上(減衰力の調整幅を大きく)することができ、例えば、電気粘性流体の温度が上昇しても、減衰力が低下(不足)することを抑制できる。 According to this first aspect, by providing the second cylinder between the first cylinder and the outer cylinder, not only between the inner cylinder and the first cylinder but also between the first cylinder and the outer cylinder. , Can be a passage through which electrorheological fluid flows. Thereby, for example, the length of the flow path through which the electrorheological fluid flows can be lengthened. In this case, the damping force can be improved (the adjustment range of the damping force is increased), and for example, even if the temperature of the electrorheological fluid rises, it is possible to prevent the damping force from decreasing (insufficient).
また、プラス側の電位である第1筒の外周面側を、電気粘性流体が流動する通路にすることができる。このため、第1筒の外周面側に粒子(ウレタン粒子)が堆積しにくくなり、電気粘性流体の粒子濃度(ウレタン濃度)が低下することを抑制できる。このため、粒子濃度の低下により減衰力が低下(不足)することを抑制できる。 Further, the outer peripheral surface side of the first cylinder, which has a positive potential, can be a passage through which the electrorheological fluid flows. Therefore, particles (urethane particles) are less likely to be deposited on the outer peripheral surface side of the first cylinder, and it is possible to suppress a decrease in the particle concentration (urethane concentration) of the electrorheological fluid. Therefore, it is possible to prevent the damping force from decreasing (insufficient) due to the decrease in particle concentration.
さらに、プラス側の電位である第1筒の外周面のうち、アース側の電位である第2筒で覆われる部分は、リザーバ室側への電界を遮断するための絶縁被膜を形成する必要がなくなる。即ち、絶縁被膜が必要な部分を低減することができ、絶縁粉体を塗布する量(絶縁粉体使用量)を低減することができる。 Further, of the outer peripheral surface of the first cylinder having a positive potential, the portion covered with the second cylinder having a potential on the ground side needs to form an insulating film for blocking the electric field to the reservoir chamber side. It disappears. That is, the portion where the insulating coating is required can be reduced, and the amount of the insulating powder applied (the amount of the insulating powder used) can be reduced.
(2).第2の態様としては、第1の態様において、前記内筒と前記第1筒との間、および/または、前記第1筒と前記第2筒との間には、前記電気粘性流体が流動する流路を形成する流路形成部材が設けられ、前記流路は、周方向に延びる部分を有する螺旋状または蛇行する形状である。 (2). In the second aspect, in the first aspect, the electrorheological fluid flows between the inner cylinder and the first cylinder and / or between the first cylinder and the second cylinder. A flow path forming member for forming a flow path is provided, and the flow path has a spiral or meandering shape having a portion extending in the circumferential direction.
この第2の態様によれば、流路が螺旋状または蛇行する形状であるため、軸方向に直線的に延びる流路と比較して、流路長を長くすることができる。これにより、減衰力を向上することができる。 According to this second aspect, since the flow path has a spiral or meandering shape, the flow path length can be lengthened as compared with a flow path extending linearly in the axial direction. Thereby, the damping force can be improved.
1 緩衝器(シリンダ装置)
2 ERF(電気粘性流体)
3 内筒
4 外筒
10 ピストンロッド
11 ロッドガイド
18,32 電極筒(第1筒)
19,33 追加筒(第2筒)
20,31 電極通路
20A 前段側電極通路(通路)
20B 後段側電極通路
21 内側隔壁(流路形成部材)
22 内側流路(流路)
23 外側隔壁(流路形成部材)
24 外側流路(流路)
25 バッテリ(電界供給部)
26A 電極ピン(付与部)
27 高電圧ユニット(電界供給部)
27B 高電圧ドライバ(電界供給部)
31A 第1の電極通路(通路)
31B 第2の電極通路
A リザーバ室
1 Shock absorber (cylinder device)
2 ERF (Electrorheological Fluid)
3
19,33 additional cylinder (second cylinder)
20,31
20B
22 Inner flow path (flow path)
23 Outer partition wall (flow path forming member)
24 Outer flow path (flow path)
25 Battery (electric field supply unit)
26A Electrode pin (giving part)
27 High voltage unit (electric field supply unit)
27B high voltage driver (electric field supply unit)
31A First electrode passage (passage)
31B Second electrode passage A Reservoir chamber
Claims (2)
前記ロッドが挿入される内筒と、
前記内筒の外周側に設けられる外筒と、
前記内筒と前記外筒との間に設けられ、軸方向の一端側から他端側に向けて前記ロッドの進退動により前記電気粘性流体が流動する通路を前記内筒との間に形成し、電極となる第1筒と、
前記第1筒と前記外筒との間に形成され、前記電気粘性流体および作動流体が封入されるリザーバ室と、
前記内筒と前記外筒の一端を閉塞するように設けられ、前記ロッドを支持するロッドガイドと、
電界供給部からの電界を前記第1筒に付与する付与部と、
を有し、
プラス側の電位である前記第1筒とアース側の電位である前記外筒との間に、アース側の電位である第2筒を設けることを特徴とするシリンダ装置。 A cylinder device in which an electrorheological fluid whose properties change due to an electric field is sealed and a rod is inserted inside.
The inner cylinder into which the rod is inserted and
An outer cylinder provided on the outer peripheral side of the inner cylinder and
A passage provided between the inner cylinder and the outer cylinder and through which the electrorheological fluid flows by advancing and retreating the rod from one end side to the other end side in the axial direction is formed between the inner cylinder and the inner cylinder. , The first cylinder that becomes the electrode,
A reservoir chamber formed between the first cylinder and the outer cylinder and in which the electrorheological fluid and the working fluid are sealed.
A rod guide provided so as to block one end of the inner cylinder and the outer cylinder and supporting the rod,
An applying unit that applies an electric field from the electric field supply unit to the first cylinder,
Have,
A cylinder device characterized in that a second cylinder having a potential on the ground side is provided between the first cylinder having a potential on the positive side and the outer cylinder having a potential on the ground side.
前記流路は、周方向に延びる部分を有する螺旋状または蛇行する形状であることを特徴とする請求項1に記載のシリンダ装置。 A flow path forming member for forming a flow path through which the electrorheological fluid flows is provided between the inner cylinder and the first cylinder and / or between the first cylinder and the second cylinder. ,
The cylinder device according to claim 1, wherein the flow path has a spiral or meandering shape having a portion extending in the circumferential direction.
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