JPH06272732A

JPH06272732A - 減衰力可変型緩衝器

Info

Publication number: JPH06272732A
Application number: JP5752293A
Authority: JP
Inventors: Isao Nakatani; 谷功中; Tsutomu Takahashi; 橋務高; Hitoshi Hamaguchi; 口仁浜; Noriyuki Naganuma; 沼伯之長; Munekatsu Shimada; 田宗勝島; Tatsuo Sugiyama; 山龍男杉
Original assignee: KYOSEKI SEIHIN GIJUTSU KENK; KYOSEKI SEIHIN GIJUTSU KENKYUSHO KK; Nissan Motor Co Ltd; National Research Institute for Metals
Current assignee: KYOSEKI SEIHIN GIJUTSU KENK; KYOSEKI SEIHIN GIJUTSU KENKYUSHO KK; Nissan Motor Co Ltd; National Research Institute for Metals
Priority date: 1993-03-17
Filing date: 1993-03-17
Publication date: 1994-09-27

Abstract

(57)【要約】【目的】流体の流速の広い範囲で所望の大きさの減衰
力を発生することができるようにした磁性流体利用の減
衰力可変型緩衝器を提供する。【構成】作動油として磁性流体１０を用いた減衰力可
変型緩衝器１において、磁性流体１０の流路６に、磁性
流体１０の流れ方向に対して直交ないしはほぼ直交する
方向の磁場を印加し且つ前記磁場を印加する部位を磁性
流体１０の流れ方向において複数個所以上形成して磁性
流体１０の流路６に圧力差を生じさせる磁性流体流動制
御機構１３をそなえた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁性流体を用いて減衰
力を変化させるのに利用される伸縮式や回転式などの減
衰力可変型緩衝器に関し、特に、電磁コイルへの通電量
を変えることによって磁性流体の流路を通過する前記磁
性流体の流動特性を変えることで発生減衰力を調整する
ことができるようにした磁性流体利用の伸縮式や回転式
などの減衰力可変型緩衝器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電磁コイルへの通電量を変えることによ
って磁性流体の流路を通過する前記磁性流体の粘性を変
化させることで発生減衰力を調整することができるよう
にした磁性流体利用の伸縮式減衰力可変型緩衝器として
は、例えば、実開昭６２−１５１４４８号公報に開示さ
れたものがあり、また、回転式減衰力可変型緩衝器とし
ては、例えば、特開昭６２−２５１２２０号公報に開示
されたものがある。

【０００３】図１９は、前者の伸縮式減衰力可変型緩衝
器１０１を示すものであって、シリンダ１０２の内部を
ピストンロッド１０３の先端に固定したピストン部１０
４で区画して、ロッド側室１０２ａとピストン側室１０
２ｂを形成すると共に、前記各室１０２ａ，１０２ｂに
充満されてピストン部１０４がシリンダ１０２内を摺動
するときに、流路１０５を通過する作動油として磁性流
体を用いている。

【０００４】そして、流路１０５には電磁コイル１０６
への通電によって磁界が発生し、前記流路１０５を通過
する作動油としての磁性流体の粘性が前記電磁コイル１
０６への通電量を変えることで変化して、発生減衰力が
変更調整されることになるものとしている。

【０００５】また、図２０は、後者の回転式減衰力可変
型緩衝器１１１を示すものであって、ハウジング１１２
の内部には磁性流体が満たされており、このハウジング
１１２を貫通するシャフト１１３には複数の円板１１４
が取り付けられていると共に、ハウジング１１２の内側
には同様にして複数の円板１１５が取り付けられてい
る。

【０００６】そして、電磁コイル１１６に通電すると磁
性流体の粘性が増加して、円板１１４，１１５の相対的
な回転が阻止される傾向となるため、減衰力が発生す
る。そしてまた、磁性流体の粘性は、電磁コイル１１６
への通電量を変えることで変化して、発生減衰力が変更
調整されることになるものとしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の伸縮式や回転式の減衰力可変型緩衝器１０１，
１１１にあっては、電磁コイル１０６，１１６への通電
量を変化させても、好ましい発生減衰力の変更調整をな
し難い不都合のあることが鋭意検討の結果明らかになっ
た。

【０００８】すなわち、上記した従来技術のものにおい
ては、電磁コイルをそなえた磁場発生装置は両端が解放
されたソレノイドであるため、必要な大きさの磁界が磁
性流体に有効に作用しないという欠点をもつ。また、伸
縮式の場合には磁界の方向が磁性流体の流れ方向と平行
であるため、磁界による磁性流体の粘性増加が大きくな
いという欠点を有している。

【０００９】さらに、磁性流体の粘性の磁場による増加
代には、流体の流速、つまり、せん断速度依存性がある
ため、流速の大きなところでは、粘性にもとづく大きな
調整幅の減衰力発生は期待することができ難いことが明
らかになった。

【００１０】また、磁性流体の磁場による粘性力の増加
分だけでは、たとえ流速が小さいときであったとして
も、所望の大きさの調整幅の減衰力発生は期待でき難い
ことがわかった。

【００１１】

【発明の目的】本発明は、このような従来技術がもつ問
題点にかんがみてなされたものであって、流体の流速の
広い範囲で所望の大きさの減衰力を発生することができ
るようにした磁性流体利用の減衰力可変型緩衝器を新た
に提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる減衰力可
変型緩衝器は、作動油として磁性流体を用いたことを特
徴とするものであるが、この磁性流体の磁界による粘性
の増加を顕著にさせるためには、磁界の方向は磁性流体
の流れ方向に対し直角成分をもたなくてはならないこ
と、および磁性流体の粘性の磁場による増加代には、流
体の流速、つまり、せん断速度依存性があるため、流速
の大きなところでは、粘性にもとづく大きな調整幅の減
衰力発生は期待することができ難いことが鋭意研究の結
果判明したことにもとづいてなされたものであって、本
発明では、磁性流体の磁場による粘性の増加を利用する
とともに、前記磁場の磁性流体に及ぼす磁気力の作用を
複数段で有効に利用するようにしたものである。

【００１３】すなわち、本発明に係わる減衰力可変型緩
衝器は、作動油として磁性流体を用いた減衰力可変型緩
衝器において、前記磁性流体の流路に、前記磁性流体の
流れ方向に対して直交ないしはほぼ直交する方向の磁場
を印加し且つ前記磁場を印加する部位を前記磁性流体の
流れ方向において複数個所以上形成して前記磁性流体の
流路に圧力差を生じさせる磁性流体流動制御機構をそな
えたことを特徴としている。

【００１４】本発明に係わる減衰力可変型緩衝器の実施
態様においては、作動油として磁性流体を用い、ピスト
ンをそなえたピストンロッドが摺動するシリンダ内のロ
ッド側室とピストン側室とを連通する磁性流体の流路を
そなえた伸縮式減衰力可変型緩衝器において、前記磁性
流体の流路に、前記磁性流体の流れ方向に対して直交な
いしはほぼ直交する方向の磁場を印加し且つ前記磁場を
印加する部位を前記磁性流体の流れ方向において多数個
所形成して前記磁性流体の磁場による粘性増加を利用す
るとともに前記磁場の磁性流体に及ぼす磁気力の作用を
多段で利用することにより前記磁性流体の流路に圧力差
を生じさせる磁性流体流動制御機構をそなえたものとす
ることができる。

【００１５】また、本発明に係わる減衰力可変型緩衝器
の他の実施態様においては、作動油として磁性流体を用
い、ハウジング内に、前記ハウジングに設けた固定壁
と、回転軸に設けた移動可能なベーンとで仕切られた部
屋を設け、部屋間を連通する磁性流体の流路をそなえた
回転式減衰力可変型緩衝器において、前記磁性流体の流
路に、前記磁性流体の流れ方向に対して直交ないしはほ
ぼ直交する方向の磁場を印加し且つ前記磁場を印加する
部位を前記磁性流体の流れ方向において多数個所形成し
て前記磁性流体の磁場による粘性増加を利用するととも
に前記磁場の磁性流体に及ぼす磁気力の作用を多段で利
用することにより前記磁性流体の流路に圧力差を生じさ
せる磁性流体流動制御機構をそなえたものとすることが
できる。

【００１６】そして、本発明においては、磁性流体とし
て、比初透磁率が１０程度以上で且つ飽和磁化が３００
Ｇ程度以上であるものを用いることができ、また、磁性
流体流動制御機構は磁場発生装置をそなえ、前記磁場発
生装置は電磁コイルとコアを用いた電磁石を有し、前記
コアの両極を狭隘な磁気ギャップを介して対向させ、前
記磁気ギャップに磁性流体の流路の一部ないしは多数部
を密接して設け、前記コアと磁性流体とが一体となって
閉じた磁気回路を形成するものとすることができ、そし
てまた、磁気ギャップ内に、磁性流体と共に高透磁率部
材を設けたものとすることもできる。

【００１７】

【発明の作用】ところで、本発明の内容を明確にするた
めには、ここで、本発明に至った背景について説明して
おく必要がある。

【００１８】本発明におけるような流体の流動下におい
て、磁性流体の流動を磁場によってどのように制御する
のかについては、文献等から知ることができないので、
以下に述べる基礎実験を行った。

【００１９】内径Ｒ，長さＬの円筒に、粘度ηの流体を
流量Ｑだけ流すときに、円筒の両端に発生する圧力差Δ
ｐは、次の（１）式で与えられる。

【００２０】 Δｐ＝（８・Ｌ・η／π・Ｒ^４）・Ｑ・・・（１）これは、円筒内層流粘性流の場合であり、例えば、一色
尚次著『わかりやすい熱と流れ』森北出版（１９
７９），第９８頁に述べられている。

【００２１】図１３に、実験装置の概要を示す。上記
（１）式に基づき、内径Ｒ，長さＬの円筒９１の両端の
圧力Ｐ_１，Ｐ_２を測定した。磁性流体では、粘度ηが磁
場により変化することが期待されるため、磁場を印加し
ない場合と印加した場合とでΔｐに違いが生ずるものと
考えられる。

【００２２】図１３において、流量Ｑをパラメータと
し、圧力Ｐ_１，Ｐ_２を測定した。

【００２３】磁場を印加していないときの圧力差をＰ_０
（＝Ｐ_１−Ｐ_２）とし、磁場を印加したときの圧力差を
Ｐ（＝Ｐ_１−Ｐ_２）とする。ここでの磁場は、２つの永
久磁石９２，９３を使用して、磁性流体の流れ方向に対
して直交する方向に印加した。

【００２４】実験に用いた磁性流体は、窒化鉄磁性流体
Ａ（ただし、Ａは試料を識別するための記号）と、比較
のためのタイホー工業（株）製の水ベースマグネタイト
磁性流体Ｗ４０である。この場合、窒化鉄磁性流体Ａは
新たに合成して作製した。

【００２５】内径４ｍｍ，外径６ｍｍ，長さ１１２ｍｍ
の銅製パイプの場合の結果を以下に示す。なお、磁場は
約１６００Ｏｅであった。

【００２６】図１４に、窒化鉄磁性流体Ａの流動特性を
測定した結果（測定は室温）を示す。図１４の横軸は平
均流速である。壁面でのせん断速度は、平均流速Ｗｍｅａｎと管径ｄとでと与えられる。ここで、ｄ＝０．４ｃｍであるので、平
均流速の２０倍がになる。なお、平均流速Ｗｍｅａｎは、流量ＱとＷｍｅ
ａｎ＝Ｑ／π・Ｒ^２なる関係になる。

【００２７】したがって、図１４の横軸は、平均流速で
あるが、せん断速度あるいは流量と読みかえることがで
きる。

【００２８】磁場を印加していないときの圧力差Ｐ
_０は、ほぼニュートン流体的に増加している。一方、磁
場を印加したときの圧力差ＰがＰ_０に対してどの位の大
きさになるかをみるために、Ｐ／Ｐ_０でプロットした。

【００２９】図１４に示すように、Ｐ／Ｐ_０は流速に対
して急速に減少している。すなわち、流速が大きなとこ
ろ、換言すればせん断速度の大きなところでは、磁場に
よって磁性流体の粘性（粘度η）が増加することによる
圧力増加の作用は期待できないことがわかる。

【００３０】図１５は、同一条件で測定した水ベースマ
グネタイト磁性流体Ｗ４０の流動特性を測定した結果を
示す。この場合には、Ｐ／Ｐ_０が窒化鉄磁性流体Ａに比
べて非常に小さい。また、この磁性流体の室温での粘度
ηは２７．０ｃＰであり（ただし、毛管粘度計による測
定結果）、この値を用いて前記（１）式の線を求めたも
のが図１５中に記入してある。このことから、水ベース
マグネタイト磁性流体Ｗ４０では、非ニュートン性が大
きいことがわかる。

【００３１】図１４の圧力差Ｐ_０と比較すると、水ベー
スマグネタイト磁性流体Ｗ４０での流動と窒化鉄磁性流
体Ａの流動とが違うことがよく理解される（なお、粘度
測定結果より、窒化鉄磁性流体Ａの粘度は、ほぼ同じ程
度であった）。

【００３２】この場合、窒化鉄磁性流体では、微粒子磁
化がマグネタイト磁性流体の微粒子磁化に比べて大きい
こと、および粒径がよくそろっていることが、窒化鉄磁
性流体の良流動性の理由であると考えられる。なお、毛
管粘度計におけるせん断速度は２００〜３００／ｓｅｃ程度である。

【００３３】さて、次に、磁性流体の磁気特性について
述べる。

【００３４】図１６は、窒化鉄磁性流体Ｂと水ベースマ
グネタイト磁性流体Ｗ４０の室温での直流磁気特性の測
定結果を示すものである。この図１６は、振動型磁力計
（ＶＳＭ）にて測定した結果を示すものであって、横軸
を有効磁界（Ｈｅｆｆ）に、縦軸を４πＩに直してプロ
ットしてある。

【００３５】また、磁化の立ち上がりを比較するため
に、約１０ｋＯｅでの磁化を飽和磁化とみなし、その飽
和磁化で規格化したのが図１７である。

【００３６】図１６および図１７に示すように、窒化鉄
磁性流体では、磁化曲線の立ち上がりが急峻であること
がわかる。そして、窒化鉄磁性流体では、６００Ｏｅ
の有効磁界（Ｈｅｆｆ）で９０％磁化するのに対して、
水ベースマグネタイト磁性流体Ｗ４０では、９０％磁化
させるのに４．４ｋＯｅの磁界が必要であることが図１
７よりわかる。

【００３７】窒化鉄微粒子の粒子磁化がマグネタイト微
粒子の粒子磁化に比べて大きいこと、および粒径がよく
そろっていることが、窒化鉄磁性流体の磁化曲線の立ち
上がりが急峻であることの理由であると解釈される。

【００３８】磁性流体の磁気特性について上記とは別の
観点から述べる。

【００３９】図１８は、振動型磁力計（ＶＳＭ）にて測
定した窒化鉄磁性流体Ａ´と水ベースマグネタイト磁性
流体Ｗ４０のそれぞれ室温での直流磁気特性を示すもの
である。この図１８において、横軸は外部磁場（Ｈｅ
ｘ）であり、縦軸は磁化の立上がりを比較するために５
ｋＯｅでの磁化で規格化して示してある。この場合、５
ｋＯｅでの磁化を飽和磁化であるとみなすことにする。

【００４０】図１８に示すように、窒化鉄磁性流体で
は、磁化曲線の立ち上がりが急峻であることがわかる。
そして、窒化鉄磁性流体では、２８０Ｏｅの外部磁界
（Ｈｅｘ）で９０％磁化するのに対して、水ベースマグ
ネタイト磁性流体Ｗ４０では、９０％磁化させるのに
２．５ｋＯｅの磁界が必要なことがわかる。

【００４１】前述したように、窒化鉄微粒子の粒子磁化
がマグネタイト微粒子の粒子磁化に比べて大きいこと、
および粒径がよくそろっていることが、窒化鉄磁性流体
の磁化曲線の立ち上がりが急峻であることの理由である
と解釈される。

【００４２】このような磁化曲線の立ち上がりの急峻さ
は、初透磁率の違いで代表させることができる。

【００４３】トロイダルコア状の容器に磁性流体を満し
て測定したＢ−Ｈ曲線から求めた比初透磁率は、窒化鉄
磁性流体Ｂでは１７、水ベースマグネタイト磁性流体Ｗ
４０では４であった。以下、比初透磁率のことを単に透
磁率と呼ぶことにする。

【００４４】さて、前述した磁性流体の流動実験より、
磁場を印加した際の粘性の増加だけでは、大きな圧力差
の発生は期待薄であることが判明した。ところで、磁性
流体は、磁場に引きつけられるという特性がある。この
磁気力の効果を有効に利用できないかという考えが本発
明に至った出発点なわけである。

【００４５】磁性流体が流れているパイプを考えてみる
と、その一部に磁場を印加したときの圧力上昇は、で与えられる。例えば、武富・近角著『磁性流体、基
礎と応用』日刊工業新聞社（１９８８）第２５頁参
照。

【００４６】ここで、Ｈは磁性流体に有効に作用してい
る磁場の大きさである。つまり、（２）式の右辺は、図
１６に示した磁化曲線の下の面積に相当する。

【００４７】ここで、Δｐの大きさを評価してみる。５
ｋＯｅの磁場（磁束密度）で磁化が３００Ｇであったと
すると、０．０３［Ｔ］×５×１０^３×７９．６［Ａ／
ｍ］＝１１．９×１０^３ＴＡ／ｍ＝１１．９ｋＰａ＝
０．１２気圧と概算される。すなわち、約０．１気圧の
圧力上昇が期待できることになる。

【００４８】この圧力上昇は、流れに対する抵抗とな
る。したがって、磁気力による圧力の発生が期待できる
ことになる。磁場を印加する個所を多数設けると、多段
効果が期待できることになり、大きな圧力を発生させる
ことが可能となる。

【００４９】これが、本発明の基本となる考え方であ
る。

【００５０】さて、図１３に示した実験装置での結果で
ある図１４には、上記した磁気力による圧力差も含まれ
ているわけであるが、窒化鉄磁性流体Ａの飽和磁化（飽
和磁束密度）は約３２０Ｇであり、印加した磁場が約
１．６ｋＯｅであることを考慮すると、大半が粘性によ
る効果であると考えられる。

【００５１】図１３に示した実験装置により、長い管を
用いかつ磁場印加部を電磁石にして、窒化鉄磁性流体Ａ
を用いて磁気力による分を実験により推定したところ、
上記した推算とほぼ同じ結果となった。すなわち、約４
ｋＯｅの磁場で約０．１気圧の圧力差が生じることがわ
かった。また、この磁気力による圧力の増加分は、流速
にはあまり依存しない結果となっていた。

【００５２】

【実施例】図１および図２は、本発明の一実施例におけ
る伸縮式減衰力可変型緩衝器を示すものである。

【００５３】この伸縮式減衰力可変型緩衝器１は、シリ
ンダ２内に挿通したピストンロッド３の下端に設けたピ
ストン４によって、シリンダ２の内部をロッド側室２ａ
とピストン側室２ｂとに区画している。そして、各室２
ａ，２ｂは、外筒５の外側に設けた磁性流体の流路６
と、シリンダ２と外筒５との間で形成されたスペース７
と、シリンダ２の底部蓋８に設けたオリフィス９によっ
て連通している。

【００５４】そして、各室２ａ，２ｂと、磁性流体の流
路６と、スペース７の一部は、磁性流体１０で満たされ
ている。また、スペース７の上部空間には、窒素ガスが
封入されており、スペース７はいわゆるリザーバの機能
をもっている。

【００５５】そして、伸びるときには、ピストン４に設
けたオリフィス１１は閉となり、シリンダ２の底部蓋８
に設けたオリフィス９は開となる。このため、ロッド側
室２ａの磁性流体１０は流路６を通って下向きに流れ、
スペース７、オリフィス９を通ってロッド側室２ｂに還
流する。

【００５６】また、縮むときには、シリンダ２の底部蓋
８に設けたオリフィス９は閉となり、ピストン４に設け
たオリフィス１１は開となって、シリンダ２内の各室２
ａ，２ｂにある磁性流体１０は押し込まれるピストンロ
ッド３の体積分だけ押し出され、流路６を通って下向き
に流れ、スペース７（リザーバ）７へと流れ込んで貯留
される。したがって、この実施例では、伸びるときも縮
むときも流路６における磁性流体１０の流れは同じ方向
になっている。また、流路６の入口と出口との間に発生
する圧力差によって、減衰力が発生する。

【００５７】次に、この減衰力可変型緩衝器１では、磁
性流体１０の流路６に、磁性流体流動制御機構１３をそ
なえているので、この流路６における構造を説明する。

【００５８】この流路６は、非磁性材料よりなるパイプ
１４で形成され、図２に示すように、円筒部材１５の外
側に巻きつけられている部分がある。この場合、円筒部
材１５は高透磁率材料で作製されている。この磁路６の
旋回部分には磁場が多数個所において印加される。図２
に、磁場印加を行うための構造を示す。

【００５９】図２に示すように、磁場印加のための磁場
発生装置１６として電磁石１７をそなえており、この電
磁石１７は、高透磁率材料よりなるコア１８と電磁コイ
ル１９からなっている。そして、コア１８と、流路６内
の磁性流体１０と、高透磁率材料よりなる円筒部材１５
とで磁気回路が形成される。したがって、電磁コイル１
９に通電すると、小さな電流で比較的大きな磁場が流路
６内の磁性流体１０に印加され、このとき、磁性流体１
０の流れの方向に対して直交する方向に磁場が印加され
る。また、電流量を変えることにより、印加磁場の大き
さを変えることができる。

【００６０】図１の構成では、電磁石１７は３つからな
っている。ここで、電磁石１７を分割したのは、電磁石
１７の作製の容易さ等を考慮したからである。

【００６１】このような磁場印加を行うための構成とす
ることによって、磁性流体１０の流れに対しほぼ垂直
に、しかも多数個所で磁場が印加でき、電磁コイル１９
に対する通電量を変えることによって磁性流体１０の粘
性および磁性流体１０に働く磁気力を変化させて磁性流
体１０の流動を制御する磁性流体流動制御機構１３が得
られることとなる。

【００６２】このような構成の減衰力可変型緩衝器１に
おいて、磁性流体の流路６を形成するパイプ１４の材料
としては、銅，オーステナイト系ステンレス鋼等の非磁
性金属、ポリ四フッ化エチレン（商品名テフロン）等
の樹脂を用いることができるが、もちろん、その他の非
磁性材料であれば何であってもよい。

【００６３】また、磁気回路を形成する円筒部材１５お
よびコア１８には、軟鉄，Ｆｅ−Ｓｉ合金，Ｆｅ−Ａｌ
合金，パーマロイ，ミューメタル等の高透磁率材料であ
れば何でも使用することができる。そしてまた、コア１
８にはケイ素鋼板等からなる積層コアやフェライトコア
等が用いられ、さらにはそれらに限らず、高周波用磁性
材料を用いると応答性のより優れた電磁石１７とするこ
とができる。

【００６４】図１および図２に示した伸縮式減衰力可変
型緩衝器１のさらに具体的な構成例を示すと、この実施
例では、ピストン４の径を３５ｍｍとし、ピストンロッ
ド３の径を２０ｍｍとした。したがって、受圧面積は、
伸びのときに６．４８ｃｍ^２、縮みのときに３．１４ｃ
ｍ^２となる。

【００６５】次に、流路６の流れがピストンスピード
０．６ｍ／ｓｅｃまで十分に層流域であるように内径を
決めた。そこで、内径８ｍｍ，外径１０ｍｍの銅製パイ
プ１４を用いて流路６を形成することとした。この銅製
パイプ１４は、円筒部材１５の外側に１０回巻きつける
ことにした。この場合、内径８ｍｍの銅製パイプ１４の
全長は２１９ｃｍであった。円筒部材１５は、肉厚２ｍ
ｍの軟鉄製のものとした。

【００６６】さらに、図２に示すコア１８も軟鉄で作製
し、４ｋＯｅの磁場の発生が十分可能な電磁石１７とし
た。図１に示すように、電磁石１７は３分割とした。こ
のとき、磁場の印加される個所は２０ケ所である。ま
た、スペース７の上部空間には大気圧のＮ_２ガスを入れ
た。

【００６７】以上の構成とすることにより、磁性流体１
０の磁場による粘性力とともに、磁気力を有効に利用し
た（後者の効果の方が大）減衰力可変型緩衝器とするこ
とができる。

【００６８】図１および図２に示した伸縮式減衰力可変
型緩衝器１において、磁性流体１０として窒化鉄磁性流
体Ａを用いたときの性能を図３に□印および○印で示
す。図３において、横軸がピストンスピードであり、縦
軸が減衰力である。また、＋が伸びであるとき、−が縮
みであるときをあらわしている。そして、磁場の印加が
ないとき（Ｈ＝０のとき）を□印で示し、約４ｋＯｅの
磁場を印加したとき（Ｈ＝４のとき）を○印で示してい
る。

【００６９】図３より明らかなように、窒化鉄磁性流体
Ａを用いたときに、伸びでみると、約２０ｋｇｆの可変
幅となっている。そして、電流量を調節することによ
り、この幅内の減衰力が得られることはいうまでもな
い。

【００７０】次に、飽和磁化の値が窒化鉄磁性流体Ａの
約４倍である窒化鉄磁性流体Ｃを磁性流体１０として用
いて性能を調べた。その結果も同じ図３に示す。このと
きＨ＝０では、磁性流体Ａより少し大きめであったが、
傾向は同じであったのでプロットを省略した。そして、
約４ｋＯｅの磁場を印加したとき（Ｈ´＝４のとき）を
△印で示している。この結果、伸びでみると約８０ｋｇ
ｆの可変幅となっており、さらに大幅な減衰力の調整が
できるものとなっている。

【００７１】なお、この磁性流体Ｃにおける図１３に示
した実験装置での測定結果は、平均流速が０付近でのＰ
／Ｐ_０の値が、図１４でのそれの２倍より少し大きめの
値となっていた（なお、Ｐ／Ｐ_０の挙動は同じであっ
た。）。

【００７２】以上の性能試験結果からわかるように、窒
化鉄磁性流体では、飽和磁化の大きな磁性流体が容易に
合成できるため、磁気力の利用が極めて有効にできるわ
けである（（２）式参照）。

【００７３】また、図１６，図１７および図１８の磁化
曲線からわかるように、透磁率が大きいので小さな磁場
で容易に磁化するため、このことも磁気力の利用を極め
て有効にしているわけである。

【００７４】そして、磁性流体１０の飽和磁化（磁束密
度）が３００Ｇ程度以上，透磁率が１０程度以上あれ
ば、窒化鉄磁性流体に限定されず、他の磁性流体であっ
ても同様の効果が得られることはいうまでもない。

【００７５】上記実施例において用いた窒化鉄磁性流体
は、気相液相反応法により合成したものである。すなわ
ち、鉄カルボニルＦｅ（ＣＯ）_５およびポリブテニルコ
ハク酸イミドをノルマルパラフィン系溶媒中に溶解させ
た後、アンモニアガスを吹き込みながら、８０〜１２０
℃程度に加熱して反応させ、鉄アンミンカルボニル化合
物を生成させる。これをさらに１２０℃以上の高温で加
熱することにより、鉄アンミンカルボニル化合物を分解
させて、窒化鉄磁性流体を得た。

【００７６】次に、他の実施例を示す。

【００７７】図１および図２に示した実施例では、磁性
流体１０の流動を制御して圧力差を発生させる磁性流体
流動制御機構１３を外筒５の外側に設けているが、別置
型のものとすることもできる。

【００７８】図４に、別置型の磁性流体流動制御機構１
３の一例の構造を示す。

【００７９】基本的には、図１および図２の実施例にお
ける磁性流体流動制御機構１３と同じ構造を有してお
り、ケーシング２１の内部には高透磁率材料よりなる円
筒部材２２が配設してあり、この円筒部材２２の内側に
非磁性材料よりなるパイプ１４を旋回状態で設けること
によって、このパイプ１４内で磁性流体１０の流路６を
形成すると共に、パイプ１４の内側に電磁石１７が設け
てある。この電磁石１７は、高透磁率材料よりなるコア
１８と電磁コイル１９により形成されていて、磁場発生
装置１６を構成している。そして、磁気回路は、コア１
８と、流路６内の磁性流体１０と、円筒部材２２で形成
される。また、この場合にも、電磁石１７は３つの電磁
石に分けてあり、作製の容易さを考慮すると、このよう
に分けた方が良い。また、このように分けることによ
り、制御の仕方に幅をもたせることも可能となる場合も
ありうる。

【００８０】この実施例においても、流路６内に流れる
磁性流体１０に対して磁場がその流れ方向に対しほぼ垂
直方向にそしてまた多数個所で印加されることになるの
で、前記図１および図２の場合と同様の性能を得ること
ができる。

【００８１】図５は、別置型の磁性流体流動制御機構１
３の他の例の構造を示すものであり、動作原理は図４に
示したものと同じである。ただし、流路６の入口と出口
が同じ面に設けられており、流路６を形成するパイプ１
４は、導線の無誘導巻きと同じ巻き方となっている。

【００８２】図６は、ピストン４に図４に示した磁性流
体流動制御機構１３を組み込んだ場合の一例を示す。こ
の場合、ピストンロッド３には、電磁石１７へ通電する
ためのリード線を通す貫通穴３ａが設けてある。そし
て、この実施例では、ピストンロッド３のストロークが
短くなるので、ストロークの要求が厳しくない緩衝器に
適しているといえる。

【００８３】図７および図８は本発明のさらに他の実施
例における回転式減衰力可変型緩衝器を示すものであ
る。

【００８４】この回転式減衰力可変型緩衝器３１は、ハ
ウジング３２の一方側で突出して回転する回転軸３３を
そなえており、この回転軸３３はベーン３４を一体でそ
なえていると共に、ハウジング３２の他方側には固定軸
３２ｃが設けてある。

【００８５】ハウジング３２内には、このハウジング３
２に設けた固定壁３５で形成された空間３７が設けてあ
ると共に、ベーン３４で仕切られた部屋３７ａ，３７ｂ
が設けてあり、ベーン３４で仕切られた部屋３７ａ，３
７ｂには磁性流体４０が満たしてある。そして、各部屋
３７ａ，３７ｂは、磁性流体４０の流路３６で連通して
いる。

【００８６】空間３７内には、後に詳しく説明するが、
磁性流体の流動を制御する磁性流体流動制御機構４３が
設けてある。

【００８７】図８において、回転軸３３が右回り（時計
方向）に回ると、部屋３７ｂ内の磁性流体４０は左側の
流路口３６ｂから流路３６を経由して右側の流路口３６
ａから部屋３７ａへと流れて移動する。また、回転軸３
３が左回り（反時計方向）に回ると、部屋３７ａ内の磁
性流体４０は右側の流路口３６ａから流路３６を経由し
て左側の流路口３６ｂから部屋３７ｂへと流れて移動す
る。

【００８８】次に、この減衰力可変型緩衝器３１では、
磁性流体４０の流路３６に、磁性流体流動制御機構４３
をそなえているので、この流路３６における構造を説明
する。

【００８９】この流路３６は、図７および図８に示すよ
うに、旋回したパイプ４４により形成されている。この
パイプ４４は、非磁性の金属材料である銅あるいはオー
ステナイト系ステンレススチールで作られていてもよ
く、また、ポリ四フッ化エチレン（商品名テフロン）
等の樹脂製であってもよい。もちろん、その他の非磁性
材料であれば何であってもよい。

【００９０】また、パイプ４４の外側には、高透磁率材
料よりなる円筒部材４５が設けてある。

【００９１】この磁性流体流動制御機構４３は、磁場印
加のための磁場発生装置４６として電磁石４７をそなえ
ており、この電磁石４７は、高透磁率材料よりなるコア
４８と電磁コイル４９からなっている。この場合、コア
４８は、図８に示すように、円形における対向する部分
が切除された形状をなすものとなっている。また、この
実施例では、電磁石４７は２つから成っている。このよ
うに電磁石４７を分割した構造にすると、電磁石４７の
作製が容易となる等の利点がある。

【００９２】そして、コア４８と、流路３６内の磁性流
体４０と、円筒部材４５とで磁気回路が形成される。し
たがって、電磁コイル４９に通電すると、磁性流体４０
の流れ方向に対してほぼ直交する方向に磁場が印加さ
れ、この実施例では、１０ケ所で磁場が磁性流体４０に
印加され、電磁コイル４９に対する通電を変えることに
よって磁性流体４０の粘性および磁性流体４０に働く磁
気力を変化させて磁性流体４０の流動を制御する磁性流
体流動制御機構４３が得られることとなる。

【００９３】この実施例において、円筒部材４５および
コア４８は、軟鉄，Ｆｅ−Ｓｉ合金，Ｆｅ−Ａｌ合金，
パーマロイ，ミューメタル等で作製されるが、コア４８
はケイ素鋼板等による積層コアとしてもよい。この場
合、積層コアあるいはフェライトコア等、さらにそれら
に限らず高周波用磁性材料を用いると、より優れた応答
性を有する電磁石４７とすることができる。

【００９４】そして、流路３６の一方の流路口３６ａと
他方の流路口３６ｂとで粘性力とともに磁気力の効果を
利用して大きな圧力差を発生させることとなるのであ
り、流路３６を磁性流体４０が流動する際の流動抵抗が
ベーン３４に抗力を及ぼすため、回転軸３３に減衰力が
発生することになる。

【００９５】図７および図８に示した回転式減衰力可変
型緩衝器３１のさらに具体的な構成例を示すと、回転軸
３３の径を２０ｍｍとし、ハウジング３２の内径を１２
０ｍｍとし、ベーン３４の幅を５０ｍｍとした。次に、
流路３６の流れが回転速度１００°／ｓｅｃまで十分に
層流域であるように、パイプ４４の内径を決めた。そこ
で、内径６ｍｍ，外径８ｍｍの銅製パイプ４４を用いて
流路３６を形成することにした。

【００９６】この銅製パイプ４４は、円筒部材４５の内
側で５回巻きとした。この場合、内径６ｍｍの銅製パイ
プ４４の全長は約６０ｃｍであった。円筒部材４５は、
肉厚２ｍｍの軟鉄製のものとした。

【００９７】さらに、コア４８も軟鉄で作製し、４ｋＯ
ｅの磁場の発生が十分可能な電磁石４７とした。図７に
示すように、電磁石４７は２分割とした。このとき、磁
場の印加される個所は１０ケ所である。

【００９８】以上の構成とすることにより、磁性流体４
０の磁場による粘性力とともに、磁気力を有効に利用し
た減衰力可変型の緩衝器とすることができる。

【００９９】図７および図８に示した回転式減衰力可変
型緩衝器３１において、磁性流体４０として窒化鉄磁性
流体Ａを用いたときの性能を図９に□印および○印で示
す。図９において、横軸が回転軸３３の回転速度［ｄｅ
ｇ／ｓｅｃ］であり、縦軸が減衰力、すなわちトルク
［ｋｇｆ・ｍ］である。そして、磁場の印加がないとき
（Ｈ＝０のとき）を□印で示し、約４ｋＯｅの磁場を印
加したとき（Ｈ＝４のとき）を○印で示している。

【０１００】図９より明らかなように、窒化鉄磁性流体
Ａを用いたときには、約２ｋｇｆ・ｍの可変幅となって
いる。そして、電流量を調節することにより、この幅内
の減衰力が得られることはいうまでもない。

【０１０１】次に、飽和磁化の値が窒化鉄磁性流体Ａの
約４倍である窒化鉄磁性流体Ｃ´を磁性流体４０として
用いて性能を調べた。その結果も図９に示す。このとき
Ｈ＝０では、磁性流体Ａより少し大きめの値であった
が、傾向は同じであったのでプロットを省略した。そし
て、約４ｋＯｅの磁場を印加したとき（Ｈ´＝４のと
き）を△印で示している。この結果、約６．４ｋｇｆ・
ｍの可変幅となっており、さらに大幅な減衰力の調整が
できるものとなっている。

【０１０２】なお、この磁性流体Ｃ´における図１３に
示した実験装置での測定結果は、平均流速が０付近での
Ｐ／Ｐ_０の値が、図１４でのそれの２倍より少し大きめ
の値となっていた（なお、Ｐ／Ｐ_０の挙動は同じであっ
た。）。

【０１０３】以上の性能試験結果からわかるように、窒
化鉄磁性流体では、飽和磁化の大きな磁性流体が容易に
合成できるため、磁気力の利用が極めて有効にできるわ
けである（（２）式参照）。

【０１０４】また、図１６，図１７および図１８の磁化
曲線からわかるように、透磁率が大きいので小さな磁場
で容易に磁化するため、このことも磁気力の利用を極め
て有効にしているわけである。

【０１０５】そして、磁性流体４０の飽和磁化（磁束密
度）が３００Ｇ程度以上、透磁率が１０程度以上あれ
ば、窒化鉄磁性流体に限定されず、他の磁性流体であっ
ても同様の効果が得られることはいうまでもない。

【０１０６】上記実施例において用いた窒化鉄磁性流体
は、気相液相反応法により合成したものであり、前述し
た工程により得ることができる。

【０１０７】次に、さらに他の実施例を示す。

【０１０８】図７および図８に示した実施例では、磁性
流体４０の流動を制御して圧力差を発生させる磁性流体
流動制御機構４３をハウジング３２内部の空間３７内に
設けているが、別置型のものとすることもできる。

【０１０９】図１０に、別置型の磁性流体流動制御機構
４３の一例の構造を示す。

【０１１０】基本的には、図７および図８の実施例にお
ける磁性流体流動制御機構４３と同じ構造を有してお
り、ケーシング５１の内部には高透磁率材料よりなる円
筒部材５２が配設してあり、この円筒部材５２の内側に
非磁性材料よりなるパイプ４４を旋回状態で設けること
によって、このパイプ４４内で磁性流体４０の流路３６
を形成する共に、パイプ４４の内側に電磁石４７が設け
てある。この電磁石４７は、高透磁率材料よりなるコア
４８と電磁コイル４９により形成されていて、磁場発生
装置４６を構成している。そして、磁気回路は、コア４
８と、磁路３６内の磁性流体４０と、円筒部材５２で形
成される。また、この場合には、電磁石４７は３つの電
磁石に分けてあり、作製のしやすさ、制御の仕方に幅を
もたせること等を考慮に入れて分けている。

【０１１１】この実施例においても、流路３６内に流れ
る磁性流体４０に対して磁場がその流れ方向に対しほぼ
垂直方向にそしてまた多数個所で印加されることになる
ので、前記図７および図８の場合と同様の性能を得るこ
とができる。

【０１１２】図１１は、別置型の磁性流体流動制御機構
４３の他の例の構造を示すものであり、動作原理は図１
０に示したものと同じである。ただし、流路３６の入口
と出口が同じ面に設けられており、流路３６を形成する
パイプ４４は、導線におけるいわゆる無誘導巻きと同じ
巻き方になっている。

【０１１３】このように、別置型の磁性流体流動制御機
構４３を使うと、回転軸３３の回転角の範囲がより大き
くできるという効果がある。

【０１１４】図１２は、別置型の磁性流体流動制御機構
（図１０または図１１に示したもの）４３を２個使用し
た場合の回転式減衰力可変型緩衝器３１を示すものであ
る。

【０１１５】この実施例において、ハウジング３２に
は、２つの固定壁３５（３５ａ，３５ｂ）が設けてある
と共に、回転軸３３には、２つのベーン３４（３４ａ，
３４ｂ）が設けてあり、固定壁３５（３５ａ，３５ｂ）
とベーン３４（３４ａ，３４ｂ）とで仕切られた４つの
部屋３７ａ（３７ａ−１，３７ａ−２），３７ｂ（３７
ｂ−１，３７ｂ−２）を磁性流体４０で満たしたものと
している。

【０１１６】そして、部屋３７ａ−１と部屋３７ｂ−１
とは流体穴３６ａ−１と流体穴３６ｂ−１とに連結され
る一方の磁性流体流動制御機構４３を介して連通してい
ると共に、同様に、部屋３７ａ−２と部屋３７ｂ−２と
は流体穴３６ａ−２と流体穴３６ｂ−２とに連結される
他方の磁性流体流動制御機構４３を介して連通してい
る。

【０１１７】このような構成としたときでも、減衰力を
発生する機構は、図７および図８に示した実施例と同じ
であり、図１２に示した回転式減衰力可変型緩衝器３１
では、回転角の範囲がせばめられるが、減衰力の可変範
囲を倍化できるという効果がある。

【０１１８】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係わ
る減衰力可変型緩衝器では、作動油として磁性流体を用
いた減衰力可変型緩衝器において、前記磁性流体の流路
に、前記磁性流体の流れ方向に対して直交ないしはほぼ
直交する方向の磁場を印加し且つ前記磁場を印加する部
位を前記磁性流体の流れ方向において複数個所以上形成
して前記磁性流体の流路に圧力差を生じさせる磁性流体
流動制御機構をそなえた構成としたから、磁性流体の磁
場による粘性増加を利用するのみならず、磁性流体に働
く磁気力の作用を複数段で利用することができるため、
大きな圧力差の発生が可能となり、したがって、大きな
減衰力の可変幅を有する緩衝器を提供することが可能に
なるという著しく優れた効果がもたらされ、磁性流体と
して透磁率が１０程度以上、飽和磁化が３００Ｇ程度以
上の磁性流体を用いることによって、所望の減衰力の可
変幅が容易に実現できるようになり、磁性流体の流路に
設ける磁性流体流動制御機構を別置の構造とすることも
できるので、従来の伸縮式や回転式などの緩衝器の基本
構造をあまり変更することなく、減衰力可変型の緩衝器
にすることが可能であるという著しく優れた効果がもた
らされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる減衰力可変型緩衝器の一実施例
を示す伸縮式減衰力可変型緩衝器の縦断面説明図であ
る。

【図２】図１に示した伸縮式減衰力可変型緩衝器におけ
る磁性流体流動制御機構部分の説明図である。

【図３】図１に示した伸縮式減衰力可変型緩衝器の減衰
力特性を示すグラフである。

【図４】図１に示した伸縮式減衰力可変型緩衝器におい
て磁性流体流動制御機構を別置型のものとした場合の一
例を示す縦断面説明図（図４の（ａ））および水平断面
説明図（図４の（ｂ））である。

【図５】図１に示した伸縮式減衰力可変型緩衝器におい
て磁性流体流動制御機構を別置型のものとした場合の他
の例を示す縦断面説明図である。

【図６】図１に示した伸縮式減衰力可変型緩衝器におい
て磁性流体流動制御機構をピストンの内部に組み込んだ
場合の一例を示す縦断面説明図である。

【図７】本発明に係わる減衰力可変型緩衝器の他の実施
例を示す回転式減衰力可変型緩衝器の縦断面説明図であ
る。

【図８】図７に示した回転式減衰力可変型緩衝器の横断
面説明図である。

【図９】図７に示した回転式減衰力可変型緩衝器の減衰
力特性を示すグラフである。

【図１０】図７に示した回転式減衰力可変型緩衝器にお
いて磁性流体流動制御機構を別置型のものとした場合の
一例を示す縦断面説明図（図１０の（ａ））および水平
断面説明図（図１０の（ｂ））である。

【図１１】図７に示した回転式減衰力可変型緩衝器にお
いて磁性流体流動制御機構を別置型のものとした場合の
他の例を示す縦断面説明図である。

【図１２】図７に示した回転式減衰力可変型緩衝器にお
いて二つの磁性流体流動制御機構をそなえる場合の一例
を示す横断面説明図である。

【図１３】磁性流体の流動特性を測定したときに用いた
実験装置の概要を示す説明図である。

【図１４】図１３に示した実験装置によって測定した窒
化鉄磁性流体Ａの流動特性を示すグラフである。

【図１５】図１３に示した実験装置によって比較のため
に測定した水ベースマグネタイト磁性流体Ｗ４０の流動
特性を示すグラフである。

【図１６】窒化鉄磁性流体Ｂと水ベースマグネタイト磁
性流体Ｗ４０の室温での直流磁気特性の測定結果を示す
グラフである。

【図１７】図１６の縦軸を飽和磁化で規格化した磁化曲
線を示すグラフである。

【図１８】窒化鉄磁性流体Ａ´と水ベースマグネタイト
磁性流体Ｗ４０の室温での直流磁気特性の測定結果を示
すグラフである。

【図１９】従来の磁性流体を利用した伸縮式減衰力可変
型緩衝器の一例を示す断面説明図である。

【図２０】従来の磁性流体を利用した回転式減衰力可変
型緩衝器の一例を示す断面説明図である。

【符号の説明】

１伸縮式減衰力可変型緩衝器２シリンダ２ａロッド側室２ｂピストン側室３ピストンロッド４ピストン６磁性流体の流路１０磁性流体（作動油）１３磁性流体流動制御機構１５高透磁率部材（円筒部材）１６磁場発生装置１７電磁石１８コア１９電磁コイル３１回転式減衰力可変型緩衝器３２ハウジング３３回転軸３４ベーン３５固定壁３６磁性流体の流路３７ａ，３７ｂ部屋４０磁性流体（作動油）４３磁性流体流動制御機構４５高透磁率部材（円筒部材）４６磁場発生装置４７電磁石４８コア４９電磁コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高橋務東京都目黒区中目黒２丁目３番12号科学技術庁金属材料技術研究所内 (72)発明者浜口仁埼玉県戸田市新曽南３丁目17番35号株式会社共石製品技術研究所内 (72)発明者長沼伯之埼玉県戸田市新曽南３丁目17番35号株式会社共石製品技術研究所内 (72)発明者島田宗勝神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者杉山龍男神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】作動油として磁性流体を用いた減衰力可
変型緩衝器において、前記磁性流体の流路に、前記磁性
流体の流れ方向に対して直交ないしはほぼ直交する方向
の磁場を印加し且つ前記磁場を印加する部位を前記磁性
流体の流れ方向において複数個所以上形成して前記磁性
流体の流路に圧力差を生じさせる磁性流体流動制御機構
をそなえたことを特徴とする減衰力可変型緩衝器。
【請求項２】作動油として磁性流体を用い、ピストン
をそなえたピストンロッドが摺動するシリンダ内のロッ
ド側室とピストン側室とを連通する磁性流体の流路をそ
なえた伸縮式減衰力可変型緩衝器において、前記磁性流
体の流路に、前記磁性流体の流れ方向に対して直交ない
しはほぼ直交する方向の磁場を印加し且つ前記磁場を印
加する部位を前記磁性流体の流れ方向において多数個所
形成して前記磁性流体の磁場による粘性増加を利用する
とともに前記磁場の磁性流体に及ぼす磁気力の作用を多
段で利用することにより前記磁性流体の流路に圧力差を
生じさせる磁性流体流動制御機構をそなえたことを特徴
とする減衰力可変型緩衝器。
【請求項３】作動油として磁性流体を用い、ハウジン
グ内に、前記ハウジングに設けた固定壁と、回転軸に設
けた移動可能なベーンとで仕切られた部屋を設け、部屋
間を連通する磁性流体の流路をそなえた回転式減衰力可
変型緩衝器において、前記磁性流体の流路に、前記磁性
流体の流れ方向に対して直交ないしはほぼ直交する方向
の磁場を印加し且つ前記磁場を印加する部位を前記磁性
流体の流れ方向において多数個所形成して前記磁性流体
の磁場による粘性増加を利用するとともに前記磁場の磁
性流体に及ぼす磁気力の作用を多段で利用することによ
り前記磁性流体の流路に圧力差を生じさせる磁性流体流
動制御機構をそなえたことを特徴とする請求項１に記載
の減衰力可変型緩衝器。
【請求項４】磁性流体として、比初透磁率が１０程度
以上で且つ飽和磁化（飽和磁束密度）が３００Ｇ程度以
上であるものを用いることを特徴とする請求項１ないし
３のいずれかに記載の減衰力可変型緩衝器。
【請求項５】磁性流体流動制御機構は磁場発生装置を
そなえ、前記磁場発生装置は電磁コイルとコアを用いた
電磁石を有し、前記コアの両極を狭隘な磁気ギャップを
介して対向させ、前記磁気ギャップに磁性流体の流路の
一部ないしは多数部を密接して設け、前記コアと磁性流
体とが一体となって閉じた磁気回路を形成することを特
徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の減衰力可
変型緩衝器。
【請求項６】磁気ギャップ内に、磁性流体と共に高透
磁率部材を設けたことを特徴とする請求項５に記載の減
衰力可変型緩衝器。