JPH023718A

JPH023718A - 非線形ねじりばね

Info

Publication number: JPH023718A
Application number: JP15397888A
Authority: JP
Inventors: Shoichiro Matsunaga; 松永　昌一郎
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1988-06-22
Filing date: 1988-06-22
Publication date: 1990-01-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、コイルばね等のばね定数を任意に変化させる
ための手段に関する。

（従来の技術）コイルばねで非線形のばね特性を得るための手段として
、例えばコイルばね本体をゴムパイプで覆い、パイプの
内側の全空部に作動油を封入するとともに、この作動油
を作動油とエアーを封入した７キユームレータに接続し
、さらにこのアキ１−ムレータを加圧する油圧ポンプを
備えたコイルばねが知られている（特公昭６２−１９６
１１号）。

このコイルばねによれば金属ばねと空気ばねとゴムばね
の複合した非線形特性が得られ、さらに油圧ポンプによ
り７キユームレータの圧力を調整することで、ばね定数
を任意に変更することができる。

（発明の課題）しかし、このコイルばねの場合は油圧ポンプを別に設け
る必墾があり、その分全体重量が増し、広い取り付はス
ペースが必要になるという問題点があった。また、油圧
を介したばね定数の変更は応答性に欠けるため、ばね定
数を瞬間的に変更することはでさなかった。

本発明は、以上の問題点に鑑みて、コイルばねを含むね
じりばねのばね定数の変更を油圧ポンプ等の大型機器を
使用せずに、応答良く行えるよう１こすることを目的と
する。

（課題を達成するための手ｆｉ）本発明は、ばね本体を導電材の管体で構成し、この管体
の中心部に非導電材のサポートを介して同じく導電材の
輪部材を支持し、管体と輪部材との間に印加電圧に応じ
て粘性を変化させる電気粘性流体を封入するとともに、
管体と輪部材を電源に接続する電気配線を備えている。

（作用）電気配線を通じて導電材の管体と中心部に支持され輪部
材との間に印加電圧を加えると、これらの間の電気粘性
流体の粘性が増加し、ばね本体のねじり変形に対する剛
性が強化される。

（実施例）第１図〜第９図に本発明の実施例を示す。

第１図は第２図に示すコイルばね１の内部の構造を示し
、２はばね本体を構成する鋼や銅などコイルばねに適し
た導電材による外管、３は輪部材として外管２の中心に
同軸的に支持された同じく導電材による内管である。

コイルばね１の一端ＩＡには、外管２の内側に絶縁体に
よるシールリング４が、外管２に形成した内向きのかし
め部２Ａと２Ｂにより固定され、このシールリング４の
内側に内管３の端部が、第３図に示すように内管３に形
成した外向きのかしめ部３　Ａと３Ｂを介して係止され
る。さらに、この内？ＩＩ！３の端部の内側にはプラグ
５が、内管３に形成した内向きのかしめ部３Ｃと３Ｄに
より固定される。なお、シールリング４と外管２との間
にはＯリング７が、内管２との間には０リング８がそれ
ぞれ挟持され、内′ｉ７３とプラグ５の間には０リング
９が挟持される。

これらはいずれも外管２の外側に装′Ｘ１された絶縁体
のカバー１０１こ覆われ、外管２と内管３にそれぞれ接
続する−に気配線１１と１２のみがこのカバー１（）を
貫通して外側に導かれる。

コイルばね１のもう一端ＩＢにおいては、内管３の端部
に固着した絶縁体のエンドキャップ１３が外管２の端部
の内側に嵌合する。エンドキャップ１３と外管２との開
にはＯりング１４が挟持される。また、エンドキャップ
１３には内管３の内外を連通するボート１５が形成され
る。なお、このコイルばね１の端部ＩＢは外管２の外側
に装着された絶縁体のエンドカバー１６に覆われ、さら
に外ｆｆ２はカバー１０とエンドカバー１６との間に連
続する絶縁体のチューブ１７により全面的に覆われる。

一方、コイルばね１の端部ＩＡとＩＢの間に位置する内
管３は第４図及び第５図に示すよ）な絶縁体のサポート
１８に支持される。このサポート１８は内管３の外周に
嵌合する筒状部１８Ａと、筒状１１ｓ１８Ａから十字形
に張り出して外管２の内壁に当接ｒるウィング部１８Ｂ
からなり、内管３の横断方向の変位を規制して内管３を
外管２の中心に保持するものである。この篩状部１８Ａ
には内管３の外壁に面して多数の開口部１９が形成され
る。

外管２の内側は内管３により内側の流体室２０と外側の
流体室２１に画成される。これらの流体室２０と２１は
エンドキャップ１３に形成したポート１５並びに内管３
のかしめ部３Ｄに形成した通孔２３を介して連通する。

これらの流体室２０と２１には電場に応じて粘性を変化
させる電気粘性（ＥＲ）流体が封入される。

このｒ＞　ｒ＜流体はシリコンオイルや鉱油、塩化パラ
フィンなどの分散媒に、高分子やセラミックスなどの分
散質を浮ｉ什激させた流体であり、分散媒に臨む電極間
の印加電圧ｌこ応じて分散質の粒子が鎖状に連結し、流
体の粘性を瞬時に増加させる、いわゆやるウインズロウ
効果を呈するものである。

（日経メニカル１９８８．４．４号参照）また、外管３
の内側に封入されたこのＥＲ流体の体積の温度変化を補
償するために、内Ｉｒ！３の内側にゴムなどの弾性材の
内側に空気を密封した体積補償体２２が収ｖｃされる。

次に作用を説明する。

第２図に示すコイルばね１に対する軸方向力の作用は、
螺旋状に巻かれた外管２と内管３にねじりのトルクをも
たらす。この場合に例えば、外管２と内管３との間に電
圧が印加されていなければ、コイルばね１の内部に封入
されたＥＲ流体の粘性は低く、外管２と内管３は加えら
れるねじり剪断力に対して、それぞれの断面と構成材料
とに基づく剛性により独立して抵抗する。

一方、外管２と内管３の間に配線１１と１２を介して電
圧を印加すると、流体室２１のＥＲ原流体両側の外管２
と内管３とを電極とする電場が流体室２１に形成され、
ＥＲ原流体分散質の粒子が鎖状に結合して流体の粘性を
瞬時に増加させる。

この粘性は印加電圧の上昇とともに増加し、ＥＲ原流体
最終的に固体状となる。この状！！！では、ねじり剪断
力に対して、コイルばね１は外管２の外周から内’１７
３の内周に至る肉厚の一体の管体として抵抗するため、
コイルばね１の剛性は者しく強化される。

流体室２１のＥＲ原流体粘性は印加電圧に応じてこれら
の二通りの状態の間で無段階に変化し、これに伴いフィ
ルばね１の剛性も無段階に変化する。また、ＥＲ原流体
印加電圧の変化から粘性変化までの所要時間が十分の数
秒単位と短いため、コイルばね１のばね定数は電圧変化
とほぼ同時に変化する。さらに、Ｅ　Ｒ流体は電気伝導
度が極めて小さいため、ばね定数の変化のために消費さ
れる電シ（エネルギーは極く僅かである。

なお、温度変化によりＥＲ原流体体積が変化しても、流
体室２（）内の体積補償体２２がこれに応じて膨張ない
し収縮するので、流体室２０と２１は常に流体に満たさ
れ、空隙が生じる恐れはない。

また、内管３はウィング部１８Ｂを外管２の内壁に当接
する絶縁体のサポート１８により横断方向変位を規制さ
れるので、−ノｊの電極である内管：（はフィルばね１
の変形時においても、もう−Ｊｊの電極である外管２の
中心に保持され、流体室２１は常に一定の環状断面とな
るので、コイルばね１の剛性は全長に渡って均一に保た
れる。

このようなことから、例えば車両の懸巣スプリングにこ
のコイルばね１を適用し、走行条件の変化を検出して、
車」−に備えたコントローラがこの変化に基づきコイル
ばね１への供給電圧を制御するならば、簡易な構成で応
答性の高い、ばね特性のアクティブ制御が実現する。

なお、サポート１８については様々な設計変更が可能で
、例えば第６図及び１７図に示すようなｈ４状のブロッ
クを内管３に穿った穴２４に固定してサポート１８とす
ることもできる。この場合にはサポート１８が流体室２
１内の流体の移動を妨げないようサポート１８間に適当
な隙間を設けるものとする。

また、外ｗ２の中心部に支持される軸部材は必ずしも管
体である必要はない。したがって、例えば内管３を第８
図及び第９図のように４分割し、これをサポート１８の
筒状部１８Ａの外側にねじ２５で固定することもできる
。あるいは、軸部材として内管３の代りに導電材の中実
部材を使用することも可能で、要はＲＩＬ極として機能
するものであれば良い。

（発明の効果）以上のように、本発明のねじりばねは、ばね本体を構成
する導電材の管体の中心部に、非導電材のサボーＦを介
して導電材の軸部材を支持し、これらの間に印加電圧に
応じて粘性を変化させる電気粘性流体を充填したため、
管体と軸部材を介して供給される印加電圧の変化に即応
して電気粘性流体の粘性が変化し、ばね本体のねじり剛
性が変化動る。

したがって、ねじりばねの一種であるフィルばｈに本発
明を適用することにより、コイルばねのばね常数を印加
電圧の制御を通じて任意に応答良く変更することができ
る。

【図面の簡単な説明】

ｆｊＳ１図は本発明の実施例を示すフィルぼねの髪部を
拡大した断面し１、第２図はコイルばねの１１１１１而
図、第３図は第１図中のＡ−Ａ矢視図、第４図は同じ＜
１３−Ｂ矢視図、第５図はサポートの斜視図である。また、第６図は軸部材とサポートに関して別の構成を示
ｒコイルバネの横断面図、第７図は同じく軸部材へのサ
ポートの取り付は状況を示す斜視図であり、第８図は軸
部材とサポートに関して更に別の構成を示すコイルばね
の横断面図、第９図は同じく軸部材とサポートとの結合
状況を示す斜視図である。１・・・コイルばね、２・・・外管、３・・・内管、１１゜２・・・電気配線、１８・・・サポート、２０．２１　・・・流体室、２・・・体積補償体。

Claims

【特許請求の範囲】

ばね本体を導電材の管体で構成し、この管体の中心部に
非導電材のサポートを介して同じく導電材の輪部材を支
持し、管体と軸部材との間に印加電圧に応じて粘性を変
化させる電気粘性流体を封入するとともに、管体と軸部
材を電源に接続する電気配線を備えたことを特徴とする
非線形ねじりばね。