WO2012157071A1 - シリンダ装置設計方法およびシリンダ装置 - Google Patents

シリンダ装置設計方法およびシリンダ装置 Download PDF

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chamber
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porous body
pores
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修一 武馬
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Toyota Motor Corp
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    • F16F9/10—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using liquid only; using a fluid of which the nature is immaterial
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    • F16F9/18—Devices with one or more members, e.g. pistons, vanes, moving to and fro in chambers and using throttling effect involving only straight-line movement of the effective parts with a closed cylinder and a piston separating two or more working spaces therein
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    • F16F9/30—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium with solid or semi-solid material, e.g. pasty masses, as damping medium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/32—Details
    • F16F9/3207—Constructional features
    • F16F9/3235—Constructional features of cylinders

Definitions

  • the present invention relates to a design method of a cylinder device that is provided between two objects that are arranged vertically and that move relative to each other, accommodates a porous body having pores and a working fluid, and functions as a colloidal damper.
  • the present invention relates to a cylinder device that functions as a colloidal damper designed by a design method.
  • the cylinder device described in the following patent document contains a colloidal solution in which a porous material such as hydrophobized porous silica gel and a working fluid are mixed, and operates on the pores of the porous material. It is configured to expand and contract as the liquid flows in and out. Since the hydraulic fluid flows into the pores against the surface tension, the pressure in the cylinder device is increased as the hydraulic fluid flows into the pores. In addition, the hydraulic fluid repeatedly flows in and out of the pores under the action of surface tension, thereby dissipating energy applied from the outside and functioning as a damper.
  • a cylinder device that contains a colloidal solution therein is called a colloidal damper and has the characteristics described above.
  • this colloidal damper is configured such that the pressure in the cylinder device increases as the working fluid flows into the pores of the porous body. For this reason, the colloidal damper can support an object connected to the upper side of the cylinder device by the pressure in the cylinder device in a state where the working fluid flows into the pores of the porous body.
  • the above-described cylinder device functioning as a colloidal damper and a spring has characteristics required depending on the object it supports and the situation in which it is used. That is, it is considered that the practicality of the cylinder device functioning as the colloidal damper and the spring is improved by designing a cylinder device having characteristics required in accordance with the use situation and realizing such a cylinder device.
  • the present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a cylinder device that functions as a highly practical colloidal damper. It is an object of the present invention to provide a cylinder device design method for obtaining characteristics required according to the above.
  • the cylinder device design method operates on the pores of the porous body according to the weight of the upper one of the two relatively moving objects.
  • a reference cracking pressure is set as an indication of the cracking pressure, which is the internal pressure of the chamber when the liquid begins to flow in. Based on the reference cracking pressure, based on the balance between the internal pressure of the chamber and the internal pressure of the pores of the porous body Based on the relationship between the determined cracking pressure and the pore diameter of the porous body, the reference pore diameter that serves as a guide for the pore diameter of the porous body is determined.
  • the cylinder device design method provides an initial compression spring constant that is a change gradient of the internal pressure of the chamber with respect to the stroke amount of the cylinder device until the working fluid starts to flow into the pores of the porous body.
  • Set the pressure receiving area of the hydraulic fluid and piston, and the initial compression spring constant is activated based on the determined bulk elastic modulus of the hydraulic fluid, the set pressure receiving area of the piston, and the set initial compression spring constant.
  • the amount of the working fluid is determined on the basis that the product of the volume modulus of the fluid and the square of the pressure receiving area of the piston is divided by the amount of the working fluid.
  • the cylinder device design method sets an initial compression spring constant, a piston pressure receiving area, a housing volume, and a porous body volume, and sets the set piston pressure receiving area and housing pressure. Based on the volume of the portion excluding the volume of the porous body from the volume and the initial spring constant at the time of compression, the bulk modulus calculated based on the same relationship as in the second invention is determined as the design bulk modulus. In order to accommodate a material having a volume modulus of elasticity different from that of the hydraulic fluid in the chamber and adjust the volume modulus of the chamber to the design volume modulus, the material to be accommodated in the chamber is determined. Is done.
  • a cylinder device is configured such that a substance having a volume elastic modulus lower than the volume elastic modulus of water, which is a working fluid, is accommodated in the chamber.
  • a cylinder device includes a sub-housing that is connected to a housing and has an interior communicating with the interior of the housing to define a chamber, and the volume of the sub-housing is porous from the volume of the housing. It is characterized by being 46% to 100% of the volume excluding the volume of the mass.
  • the cracking pressure or the initial compression spring constant which is a characteristic of the colloidal damper, is determined depending on the situation in which the cylinder device is used. It is possible to That is, the cylinder device designed by the cylinder device design method of the present invention is highly practical.
  • the cylinder device according to the fourth aspect is a cylinder device suitable for realizing the design bulk modulus determined by the cylinder device design method according to the third aspect, and the cylinder device according to the fifth aspect. Is a cylinder device suitable for containing the amount of hydraulic fluid determined by the cylinder device design method according to the third aspect.
  • the following item (1) is not a design method of the claimable invention, but is a term indicating a configuration which is a premise of the cylinder device that is a target of the design method, and will be described later in the item (1).
  • the aspect to which the technical feature described in any one of the items up to (11) is added corresponds to the design method of the claimable invention.
  • the item (5) that cites the item (1) corresponds to the item (1)
  • the claim 1 is obtained by adding the technical features of the item (6). This corresponds to item 2.
  • a combination of the items (1), (8), and (10) corresponds to claim 3
  • a combination of the items (1), (8), and (11) is claim 4.
  • the technical feature of (9) is added to claim 3 or claim 4 and corresponds to claim 5.
  • the following item (21) is not a claimable cylinder device, but a term indicating a configuration that is a premise of the claimable invention, and the technical item described in any of the following items is included in the item (21).
  • the aspect to which the feature is added corresponds to the claimable invention.
  • the combination of the items (21), (22), and (23) corresponds to claim 6, and the technical feature of claim (25) is included in claim 6.
  • a feature to which features are added corresponds to claim 7.
  • a combination of the items (21), (26), and (27) corresponds to claim 8.
  • the technical feature of (28) is added to any one of claims 6 to 8, which corresponds to claim 9.
  • A a housing connected to one of the two objects that move relative to each other, (B) a piston connected to the other of the two objects and slidable within the housing, and (C) the housing And a porous body having a large number of pores accommodated in a chamber defined by the piston and the working fluid, and (i) an object located on the upper side of the two objects, Support depending on the internal pressure of the chamber caused by the state in which the working fluid flows into the pores of the porous body, and (ii) to the pores of the porous body according to the relative movement of the two objects
  • this section is a section showing a configuration that is a premise of the cylinder device that is a target of the design method of the claimable invention.
  • the aspect described in this section is an aspect in which the basic components of the colloidal damper that are the object of the design method of the claimable invention are listed, and the design method of the cylinder device described below has been conventionally studied. Can be widely applied to colloidal dampers of construction.
  • the cylinder device described in this section in which the colloidal solution in which the porous body and the hydraulic fluid are mixed, is called a colloidal damper and has a surface tension with respect to the pores of the porous body. It is configured to dissipate energy applied from the outside by repeatedly flowing in and out of the working fluid under the action.
  • the colloidal damper is configured such that the pressure in the chamber increases as the working fluid flows into the pores of the porous body, and the colloidal damper depends on the internal pressure of the chamber when the working fluid flows into the porous body. It is possible to support an object located above itself, that is, to function as a spring.
  • the characteristics of the cylinder device are optimized in accordance with the weight of the object located on the upper side and the degree of relative movement (amplitude, frequency, etc.) of the two objects. It is desirable. That is, in order to set the characteristics of a cylinder device that functions as a colloidal damper, a design method for the cylinder device is indispensable.
  • a colloidal solution in which “porous body” and “working fluid” are mixed is used.
  • the types of these “porous bodies” and “hydraulic fluids” are not particularly limited, but they have low affinity to each other and are difficult to bind to each other. To put it plainly, the porous bodies are hardly soluble in the hydraulic fluid. It is desirable.
  • silica gel, aerogel, ceramics, zeolite, porous glass, porous polystyrene, or the like can be adopted as the porous body.
  • water, a mixed solution of water and an antifreezing agent ethanol, ethylene glycol, propylene glycol, glycerin, etc.
  • mercury, molten metal, or the like can be used as the “working fluid”. Since water has a relatively large surface tension, when water is used as the working fluid, a large force is generated by the large surface tension when water flows into and out of the pores of the porous body. It becomes a colloidal damper.
  • the two objects are a vehicle body and a wheel holding member that rotatably holds the wheel
  • the housing is connected to one of the vehicle body and the wheel holding member
  • the piston is connected to the other of the vehicle body and the wheel holding member
  • the cylinder device constitutes a suspension device for a vehicle and is a suspension cylinder that suspends the vehicle body
  • the cylinder device to be designed is one component of the vehicle suspension device. More specifically, the design method described in this section is a design method of a cylinder device that functions as a shock absorber that attenuates the relative movement between the vehicle body and the wheel holding member.
  • the working fluid and porous body used in the cylinder device are determined.
  • water since water has a large surface tension, it is suitable as a working fluid for a colloidal damper.
  • the porous body is desirably hydrophobic, and the latter mode is a desirable mode.
  • the cylinder device design method is A reference cracking pressure that serves as a measure of the cracking pressure that is the internal pressure of the chamber when the working fluid starts to flow into the pores of the porous body according to the weight of the upper one of the two objects
  • Cracking pressure setting process to set Based on the relationship between the cracking pressure determined based on the balance between the internal pressure of the chamber and the internal pressure of the pores of the porous body and the pore diameter of the porous body, based on the reference cracking pressure, the porous
  • the hydraulic pressure of the working fluid is first increased in the colloidal solution in the chamber.
  • the hydraulic pressure of the hydraulic fluid increases to a certain level, the hydraulic fluid flows into the pores of the porous body against the surface tension of the hydraulic fluid.
  • the aspect described in this section is a design method in which the internal pressure of the chamber when the working fluid starts to flow into the pores of the porous body, that is, the cracking pressure is appropriately set.
  • the cracking pressure is appropriately set.
  • the cracking pressure is determined, the approximate magnitude of the force generated by the cylinder device to support the object located on the upper side is determined. Further, the force generated by the cylinder device to support the object located on the upper side is determined by the internal pressure of the chamber and the pressure receiving area of the piston.
  • the reference cracking pressure is arbitrarily set, and the standard of the piston pressure receiving area is determined based on the reference cracking pressure and the weight of the object located on the upper side. Can be set. Further, as will be described in detail later, it is also possible to set a standard for the pressure receiving area of the piston and set the reference cracking pressure based on it and the weight of the object located on the upper side.
  • the relationship between the cracking pressure and the pore diameter of the porous body is determined based on the balance between the internal pressure of the chamber and the internal pressure of the pores of the porous body.
  • the internal pressure of the pores of the porous body depends on the surface tension of the hydraulic fluid, and is determined by the surface tension of the hydraulic fluid, the contact angle of the hydraulic fluid, and the pore diameter. That is, once the hydraulic fluid is determined, the pore diameter of the porous body can be determined by setting the reference cracking pressure. In other words, the cracking pressure can be adjusted by adjusting the pore diameter of the porous body.
  • a porous body having a pore diameter close to the reference pore diameter is actually applied to the cylinder device. Can be adopted. Further, if a porous body having the reference pore diameter exists and the porous body having the reference pore diameter is actually employed in the cylinder device, the reference pore diameter becomes the design value itself. When a porous body having the reference pore diameter is actually employed in the cylinder device, the reference cracking pressure that is a parameter for determining the reference pore diameter is also the set value itself.
  • a reference pressure receiving area serving as a guide for the pressure receiving area of the piston is set, and the reference cracking pressure is set based on the reference pressure receiving area and the weight of an object located above the two objects ( 5.
  • the reference cracking pressure can be set by setting the reference pressure receiving area. That is, the mode described in this section is effective when the pressure receiving area of the piston is almost fixed.
  • the cylinder device design method is The porous body used in the cylinder device is determined based on the reference cracking pressure, the reference pore diameter, and a reference pressure receiving area that is a measure of the pressure receiving area of the piston, and the cracking according to the porous body is determined.
  • the cracking pressure and the pore diameter of the porous material described above are determined. Based on the relationship, the design value of the cracking pressure is determined, and the design value of the pressure receiving area of the piston is also determined based on the design value of the cracking pressure.
  • the reference cracking pressure that is a parameter for determining the reference pore diameter is also the set value itself.
  • the cylinder device design method is An initial compression spring constant setting process for setting an initial compression spring constant that is a change gradient of the internal pressure of the chamber with respect to the stroke amount of the cylinder device until the working fluid starts to flow into the pores of the porous body ( The cylinder device design method according to any one of items 1) to (7).
  • the force with which the cylinder device supports the object located on the upper side mainly depends on the internal pressure of the chamber generated by the working fluid flowing into the pores of the porous body.
  • the inflow / outflow of the working fluid into the pores of the porous body is not so much. This is not done, and the cylinder device expands and contracts with the change in the volume of the chamber whose main element is the change in the volume of the hydraulic fluid. That is, in such a case, the stroke of the cylinder device mainly depends on the volume modulus of elasticity (reciprocal of the compressibility) of the hydraulic fluid.
  • the initial compression spring constant is the dynamic spring constant of the cylinder device. It is thought that it has a great influence on Therefore, in the “initial compression spring constant setting process” described in this section, the initial compression spring constant can be set so as to be the target value of the dynamic spring constant of the cylinder device. .
  • the aspect described in this section is limited in the size for setting the initial compression spring constant.
  • the spring constant determined depending on the bulk modulus of water is too large for the dynamic spring constant of the cylinder device described above.
  • the initial compression spring constant is set to a value smaller than the spring constant determined depending on the volume elastic modulus of the water, the dynamic spring constant of the cylinder device is optimized. Will be.
  • the cylinder device design method is Selecting the hydraulic fluid and setting the pressure receiving area of the piston, based on the volume elastic modulus of the selected hydraulic fluid, the set pressure receiving area of the piston, and the set initial compression spring constant, The amount of the hydraulic fluid is determined on the basis that the spring constant at the time of initial compression is equal to a value obtained by dividing the product of the volume elastic modulus of the hydraulic fluid and the square of the pressure receiving area of the piston by the amount of the hydraulic fluid.
  • the cylinder device design method according to item (8) or (9), including a hydraulic fluid amount determination process.
  • the cylinder device design method is The pressure receiving area of the piston and the amount of hydraulic fluid are set, and the initial compression spring constant based on the set pressure receiving area of the piston, the amount of hydraulic fluid, and the set initial compression spring constant. Is determined as a design bulk modulus based on the fact that is equal to the product of the bulk modulus of the hydraulic fluid and the square of the pressure-receiving area of the piston divided by the amount of the hydraulic fluid
  • a bulk modulus determination process to A substance having a volume elastic modulus different from that of the hydraulic fluid is accommodated in the chamber, and the volume elastic modulus of the chamber, which is the reciprocal of the volume change of the chamber with respect to the force applied to the chamber, is changed to the design volume elastic modulus.
  • the aspect described in the above two sections embodies a method for realizing the set initial compression spring constant.
  • the spring constant at the time of initial compression is equal to a value obtained by dividing the product of the volume elastic modulus of the hydraulic fluid and the square of the pressure receiving area of the piston by the amount of hydraulic fluid.
  • the former mode is a method of adjusting the amount of hydraulic fluid to set the initial compression spring constant to a set size
  • the latter mode is to adjust the volumetric modulus of the chamber, that is, the hydraulic fluid.
  • This is a method of setting the initial compression spring constant to a set size by changing the apparent bulk modulus.
  • the cylinder device that accommodates the amount of hydraulic fluid determined by the hydraulic fluid amount determination process is realized by, for example, increasing the length of the cylinder device and increasing the radial dimension of the cylinder device. Is possible. However, since there are various restrictions depending on the location of the cylinder device, etc., as will be described in detail later, it is possible to operate by providing a sub-housing that connects to the housing using a part of the space outside the cylinder device. It is also possible to realize a cylinder device that contains the amount of hydraulic fluid determined by the fluid amount determination process.
  • the “substance” described in the latter embodiment includes any of gas, liquid, and solid. Specifically, various materials such as compressed air, rubber, and oil can be adopted as the substance. In addition, since the volume elasticity modulus of these and those illustrated is lower than that of water, the initial compression spring constant is smaller than the spring constant determined depending on the volume elasticity of water. It is suitable as a substance.
  • the substance may be put directly into the chamber. However, in the case of gas or liquid, the substance may be sealed in a container or the like and the container may be put into the chamber.
  • (21) a housing connected to one of the two objects that move relative to each other; A piston coupled to the other of the two objects and slidable within the housing; A porous body and a working fluid having a large number of pores housed in a chamber defined by the housing and the piston; It is flexible and forms a sealed space inside the chamber, and seals the porous body and a part of the hydraulic fluid in the sealed space in a mixed state, and deforms itself. And a sealing member that allows a change in the volume of the sealed space, Depending on the pressure in the sealed space generated by the working fluid flowing into the pores of the porous body, the two objects are supported on the upper side, and the two objects are supported. A cylinder device that functions as a colloidal damper by attenuating the relative movement of the two objects by changing the amount of the working fluid flowing into the pores of the porous body according to the relative movement of .
  • this term is a term that shows the premise of the claimable invention cylinder device. That is, the aspect described in this section is an aspect in which basic components of the colloidal damper of the claimable invention are listed.
  • the cylinder device described in this section is configured so that the colloidal solution is sealed in the space formed by the sealing member, and the porous and hydraulic fluid do not flow out of the sealed space. That is, according to the aspect of this section, the porous body does not rub against the piston, and wear in the housing can be prevented. Therefore, according to the aspect of this section, a colloidal damper having excellent durability is realized.
  • the aspect of this section is an aspect configured to transmit the force applied to the housing and the piston to the sealing member via the hydraulic fluid outside the sealed space that is the remaining part of the hydraulic fluid.
  • the “part of hydraulic fluid (hereinafter sometimes referred to as“ hydraulic fluid in sealed space ”)” described in this section and the above “remaining hydraulic fluid (fluid outside the sealed space)” are the same. It may be a liquid or may be liquids that are different in nature.
  • the “sealing member” described in this section is to allow a change in the volume of the colloidal solution accompanying the inflow / outflow of the working fluid to the porous body while maintaining the sealed state of the colloidal solution.
  • the sealing member may form a space for sealing the colloidal solution only by the sealing member, or may form a space for sealing the colloidal solution in cooperation with the housing.
  • an embodiment in which the space for sealing the colloidal solution is formed only by the sealing member can be realized by, for example, a container-like sealing member that fills the colloidal solution therein.
  • the aspect in which the sealing member forms a space for sealing the colloidal solution in cooperation with the housing can be realized, for example, by fixing the outer peripheral portion of the flexible member to the inner surface of the housing.
  • the sealing member is elastically deformed to change the volume in the sealed space.
  • a plate-shaped member, a bag-shaped member, or a member having elasticity can be used.
  • the material thereof is not particularly limited, and those made of rubber or metal can be adopted.
  • the cylinder device is The cylinder device according to item (21), wherein the cylinder device is provided outside the sealed space inside the chamber and includes a substance having a volume elastic modulus different from that of the hydraulic fluid.
  • the hydraulic fluid is water, The cylinder device according to item (22), wherein the substance has a bulk modulus lower than that of water.
  • the volume elastic modulus of the chamber can be adjusted by the “substance”. That is, it is possible to adopt the above-mentioned “substance” determined by the “volume elastic modulus adjusting substance determination process” described above, and by configuring as such, In the cylinder device, the spring constant at the time of initial compression is made appropriate, and the dynamic spring constant is made appropriate.
  • sealing member is a first sealing member
  • the cylinder device according to any one of (22) to (24), wherein the cylinder device includes a second sealing member that has flexibility and seals the substance inside.
  • the embodiment described in this section can prevent the bulk modulus adjusting material which is liquid or gas from being mixed with the working fluid when the bulk modulus adjusting material is liquid or gas. That is, the mode described in this section is suitable when the bulk modulus adjusting substance is a liquid or a gas.
  • the cylinder device is The cylinder device according to (21), further comprising: a sub-housing connected to the housing and having an interior thereof communicating with the interior of the housing to define the chamber.
  • the “sub-housing” is for adjusting the amount of hydraulic fluid stored in the chamber to the amount of hydraulic fluid determined by the “hydraulic fluid determination process” described above. It can be.
  • the amount of hydraulic fluid stored in the chamber is increased by the volume of the sub housing.
  • the spring constant is smaller than the spring constant determined depending on the volume modulus of water. The amount needs to be increased. That is, the aspect of this section is particularly effective when a hydraulic fluid having a relatively large volume modulus of elasticity such as water is employed.
  • the cylinder device described in this section has a space only in a part of the outside of the cylinder device when the length of the cylinder device is limited or when there is some device around the cylinder device. If there is, it can be arranged.
  • the size of the sub housing is limited, and the size of the sub housing is the volume of the portion excluding the volume of the porous body from the maximum volume of the housing, that is, the housing can be accommodated. Is determined based on the maximum amount of hydraulic fluid.
  • the spring constant at the time of initial compression can be set to about 70% to 50% of the spring constant of the cylinder device not including the sub housing. That is, the aspect of this section is also particularly effective when a hydraulic fluid having a relatively large volume modulus of elasticity such as water is employed.
  • the cylinder device is Any of the items (21) to (27), wherein the amount that can be stroked to the contraction side is larger than the amount that can be stroked to the expansion side from the state where the two objects are stopped.
  • the colloidal damper increases the internal pressure of the chamber near the center of the expansion range of these cylinder devices and on the contraction side. There may be a delay. In other words, when the cylinder device repeatedly expands and contracts, there is a risk that the center position of the expansion / contraction range may be lowered from the neutral position in the stopped state. On the other hand, in the cylinder device described in this section, since the neutral position of the stopped state is set to the extension side, the stroke range during operation is optimized.
  • the cylinder device 10 functioning as a colloidal damper having a simple configuration shown in FIG. 1 as an example.
  • the cylinder device 10 includes a housing 12 and a piston 14 that slides in the housing 12.
  • a chamber 16 formed by the housing 12 and the piston 14 is filled with a colloidal solution 24 in which a porous body 20 and a working fluid 22 are mixed.
  • FIG. 2 schematically shows a cross-sectional view of the porous body 20.
  • the porous body 20 is a spherical particle having an outer diameter D on the order of several ⁇ m to several tens of ⁇ m, and has a large number of pores 30 having an inner diameter d on the order of several nm to several tens of nm.
  • FIG. 3 shows the relationship between the relative movement amount S (stroke of the cylinder device 10) between the housing 12 and the piston 14 and the internal pressure P of the chamber 16.
  • the change amount of the internal pressure P with respect to the change amount of the stroke S that is, the change gradient of the internal pressure P with respect to the stroke S is referred to as a spring constant.
  • each characteristic from point A to FB shown in FIG. 3 will be described in order, and a process of deriving an equation that is a concept of the cylinder device design method of the present embodiment will be described.
  • K 1 P intr ⁇ Ap / (dV f / Ap) (3)
  • Ap is the pressure receiving area of the piston 14.
  • the initial compression spring constant K 1 is obtained by dividing the product of the volume modulus of elasticity G 1 of the hydraulic fluid 22 and the square of the piston pressure receiving area Ap by the hydraulic fluid amount V f . Is equal to the value obtained.
  • K 1 G 1 ⁇ (Ap 2 / V f ) (5)
  • Point C is a point at which the working fluid 22 begins to flow into the pores 30 of the porous body 20.
  • the internal pressure of the chamber 16 when the working fluid 22 starts to flow into the pores 30 will be referred to as a cracking pressure P intr .
  • the cracking pressure P int is obtained from a balance equation between the internal pressure of the chamber 16 and the internal pressure of the pores 30 (capillary pressure, Laplace pressure). Is done.
  • P intr -2 ⁇ ⁇ ⁇ cos ⁇ in / r + P G ⁇ (6)
  • sigma is the surface tension of the working fluid 22
  • theta in is the contact angle at the inflow of the working fluid 22
  • r is the radius of the pores
  • P G is compressed air in the pores 30 It is the pressure by what was done.
  • the sizes of P G is very small compared to the size of the components that rely on surface tension of the working fluid 22, it can be ignored. That is, it can be seen that a parameter that is dominant when determining the cracking pressure P intr is the radius r (pore diameter d) of the pore 30.
  • the cylinder device 10 When the cylinder device 10 is configured to support an object positioned above itself by the internal pressure P of the chamber 16 generated by the state in which the hydraulic fluid 22 flows into the pore 30, the cracking pressure P intr The approximate weight that can be supported by the cylinder device 10 is determined by the pressure receiving area Ap of the piston 14.
  • the spring characteristics (hereinafter sometimes referred to as “the spring characteristics of the colloidal solution”) due to the working fluid 22 flowing into the pores 30 of the porous body 20 are referred to as “a colloid solution spring characteristic”. Since this is the main characteristic, the spring constant K 2 (hereinafter sometimes referred to as “the spring constant K 2 of the colloidal solution”), which is the spring characteristic of the colloidal solution, is calculated below.
  • the change d ⁇ in the contact area can be expressed by the following equation using dV as the amount of the working fluid 22 flowing in by the stroke of the cylinder device 10.
  • d ⁇ 2 ⁇ dV / r (9)
  • the inflow amount dV of the hydraulic fluid 22 can be expressed by the following equation using the displacement amount Xp of the piston 14 relative to the housing 12 from the point C.
  • dV Ap ⁇ Xp (10)
  • Substituting the formulas (9) and (10) into those formulas (8) gives the following formula.
  • Point E-Point F-Point B (return path characteristics)
  • Point E is a point at which the working fluid 22 starts to flow out of the pores 30 of the porous body 20.
  • the pressure in the chamber at this point F is obtained from a balance equation between the internal pressure of the chamber 16 and the internal pressure of the pores 30 and is expressed by the following equation.
  • P extr -2 ⁇ ⁇ ⁇ cos ⁇ ex / r + P G ⁇ (19)
  • ⁇ ex is the contact angle when the hydraulic fluid 22 flows out.
  • the contact angle ⁇ ex at the time of outflow is a value closer to 90 deg than the contact angle ⁇ in at the time of inflow, cos ⁇ ex is small, and the force for the working fluid 22 to flow out of the pore 30 is also small.
  • the rubber, resin, seal, the hydraulic fluid 22 in the chamber 16 and the mixed air are released from the compressed state.
  • the internal pressure of the chamber 16 rapidly decreases.
  • the hydraulic fluid 22 flows out from the pores 30 of the porous body 20 in the section from the point F to the point B, the volume of the colloidal solution 24 increases, and the cylinder device 10 expands. Stroke operation will be performed.
  • the cylinder device 10 is configured so that the change in the internal pressure of the chamber 16 in the operation of one cycle from the neutral position, which is a position in a state where the two objects that are moving relative to each other are stopped, If it shows by relationship, it will become like the broken line shown in FIG.
  • the cylinder device 10 has a difference between the internal pressure of the chamber 16 when the hydraulic fluid flows in (shrinks) and the internal pressure of the chamber 16 when the hydraulic fluid flows out (expands).
  • hysteresis occurs in the change in the internal pressure of the chamber 16 with respect to the change in the stroke S of the cylinder device 10.
  • the area surrounded by the two-dot chain line in FIG. 3 corresponds to energy dissipated in one cycle of operation.
  • the above broken line is a static characteristic, and the dynamic characteristic becomes elliptical, so that the attenuation efficiency is lowered.
  • a cylinder device 50 that is a target of the present design method is a component of a vehicle suspension device and a suspension cylinder that suspends a vehicle body.
  • the vehicle suspension device is an independent suspension type device provided corresponding to each of the wheels 52 of the vehicle, and is a multi-link suspension device.
  • the suspension device includes a first upper arm 60, a second upper arm 62, a first lower arm 64, a second lower arm 66, and a toe control arm 68, each of which is a suspension arm.
  • each of the five arms 60, 62, 64, 66, 68 is rotatably connected to the vehicle body, and the other end is an axle carrier 70 as a wheel holding member that rotatably holds the wheel 52. It is connected to the pivotable. With these five arms 60, 62, 64, 66, 68, the axle carrier 70 is allowed to move up and down along a certain locus with respect to the vehicle body.
  • the cylinder device 50 is disposed between a mount portion 72 provided in a tire housing that is a part of the vehicle body and the second lower arm 66.
  • the cylinder device 50 uses a colloidal solution in which hydrophobic porous silica gel and water as a working fluid are mixed. That is, in the cylinder device 50, each of the particles of the hydrophobic porous silica gel functions as a porous body.
  • the cracking pressure P int is expressed by equation (6) based on the balance equation between the internal pressure of the chamber 16 and the internal pressure of the pore 30 (capillary pressure, Laplace pressure).
  • the P intr -2 ⁇ ⁇ ⁇ cos ⁇ in / r + P G ⁇ (6)
  • the size of P G is very small compared to the size of the components that rely on surface tension of the working fluid 22, it can be ignored. Since ⁇ and ⁇ in are eigenvalues of water as the working fluid, there is a defined relationship between the cracking pressure P intr and the pore radius r of the porous body.
  • N 9 average value
  • 'it is substantially the same size as, the reference cracking pressure P intr' the reference cracking pressure P intr reference pressure receiving area Ap 'used for calculating the, and the design value of the pressure receiving area Ap of the piston.
  • the internal pressure P of the chamber is the water to the pores of the hydrophobized porous silica gel in the entire range in which the cylinder device 50 is stroked to the contraction side, that is, from full rebound to full bound. It is designed to stroke within the range proportional to the amount of inflow.
  • the amount (volume) of hydrophobic porous silica gel and the amount (volume) of water are set. First, in the cylinder device 50, the bounce direction from the neutral position in the standard state (for example, no one is on the vehicle, nothing is loaded, and the vehicle is stopped on the horizontal plane).
  • an amount of water equal to the volume change ⁇ V can flow into the hydrophobic porous silica gel.
  • ⁇ is the ratio of the limit amount of water in which the hydrophobic porous silica gel can be introduced to the volume of the hydrophobic porous silica gel
  • V Smin the required minimum amount (volume) V Smin of the hydrophobic porous silica gel
  • the amount (volume) V S ′ of the hydrophobized porous silica gel as a guide was determined by the following equation.
  • V S ' V Smin / ⁇
  • the initial compression time the spring constant K 1 is a spring constant of from the point B shown in FIG. 3 to point C.
  • the initial compression spring constant K 1 has a great influence on the dynamic characteristics of the cylinder device 50, and therefore needs to be set.
  • the initial compression spring constant K 1 is expressed by the equation (5).
  • K 1 G 1 ⁇ (Ap 2 / V f ) (5)
  • the design bulk modulus G 1 was set to 60% of the bulk modulus Gw of water.
  • a material is configured to be contained within the chamber. Specifically, as will be described in detail later, the elastic modulus of water is lowered by enclosing compressed air in a sealed container and accommodating the sealed container in the chamber. In addition, the initial pressure of the compressed air in the sealed container is adjusted so that the volume elastic modulus of the chamber becomes the design volume elastic modulus G 1 .
  • FIG. 7 shows a cylinder device 50 configured based on the design values determined by the above-described cylinder device design method.
  • FIG. 7 is a front sectional view of the cylinder device 50, and the configuration of the cylinder device 50 will be described in detail with reference to FIG.
  • the cylinder device 50 includes a generally cylindrical housing 80 and a piston 82 slidably disposed with respect to the housing 80.
  • the piston 82 has a piston main body 90, and the piston main body 90 divides the inside of the housing 80 into an upper chamber 92 and a lower chamber 94, which are two chambers, sandwiching itself.
  • the piston 82 further includes a piston rod 98, which is connected to the piston main body 90 at the lower end portion and extends from a lid portion provided at the upper end portion of the housing 80. And the piston rod 98 is connected with the lower surface side of the mount part 72 via the upper support 102 comprised including the anti-vibration rubber 100 in the upper end part.
  • the housing 80 is connected to the second lower arm 66 through the bush 104 at the lower end thereof.
  • the housing 80, the piston rod 98, and the piston main body 90 coupled thereto can be relatively moved in the axial direction in accordance with the approach / separation of the vehicle body (mount portion 72) and the wheel 52 (axle carrier 70). ing.
  • the cylinder device 50 can be expanded and contracted according to the approach and separation between the vehicle body and the wheels 52.
  • the cylinder device 50 includes a cover tube 110.
  • the cover tube 110 accommodates the piston rod 98 and the upper portion of the housing 80, and prevents entry of dust, mud and the like from the outside. Yes.
  • a bellows 120 is fixed to the lower end of the housing 80 and is accommodated in the lower chamber 94.
  • the bellows 120 is hermetically sealed with a colloidal solution 126 in which a hydrophobic porous silica gel 122 and water 124 are mixed.
  • the bellows 120 is configured to expand and contract in the vertical direction while being fixed in the housing 80. Therefore, the bellows 120 is formed in a container shape, and functions as a first sealing member that forms a sealed space only by itself and seals the colloidal solution 126 therein, and this cylinder device 50 includes a colloidal solution sealing body 130 including the bellows 120 and the colloidal solution 124.
  • bellows 140 is fixed to the colloidal solution sealing body 130 described above.
  • the bellows 140 is sealed with compressed air 142 as a bulk elastic body adjusting substance determined by the previous design method. That is, the bellows 140 functions as a second sealing member.
  • the lower chamber 94 is filled with water 150 in a state where the colloidal solution sealing body 130 and the bulk modulus adjusting substance are accommodated.
  • the upper chamber 92 is also filled with water 150.
  • the piston main body 90 described above is provided with a plurality of communication passages 152 that penetrate the piston main body 90 in the axial direction and connect the upper chamber 92 and the lower chamber 94. That is, when the volumes of the upper chamber 92 and the lower chamber 94 change as the piston 82 slides with respect to the housing 80, the water 150 flows between the upper chamber 92 and the lower chamber 94 by the communication path 152. Is acceptable.
  • a plurality of high-pressure seals 154 are provided in the lid portion at the upper end portion and the lid portion at the lower end portion of the housing 80 in order to prevent water 150 from leaking.
  • two seals 156 that are in contact with the sliding surface of the piston rod 98 are provided on the lid at the upper end where the piston rod 98 slides. Grease is sealed between the two seals 156 to improve the sealing performance.
  • the cylinder device 50 has a mechanism for restricting the approaching and separating operation between the vehicle body and the wheel 52, a so-called bound stopper and a rebound stopper.
  • the bound stopper is configured to include an annular buffer rubber 160 attached to the upper inner end of the cover tube 110, and the upper end of the housing 80 contacts the cover tube 110 via the buffer rubber 160. It is configured to touch.
  • the rebound stopper is configured to include an annular buffer rubber 162 attached to the lower surface of the upper lid portion of the housing 80, and the upper surface of the piston main body 90 and the upper lid portion of the housing 80 are buffered. It is configured to abut via a rubber 162.
  • the colloidal solution 126 is sealed in the bellows 120, but the force applied from the outside is transmitted to the sealed colloidal solution 130 through the water 150. That is, the hydraulic pressure of the water 150 is increased by the force applied from the outside, and the hydraulic pressure of the water 124 accommodated in the bellows 120 is also increased. Then, when the hydraulic pressure of the water 124 rises to a certain height, the water 124 flows into the pores of the hydrophobic porous silica gel 122 against the surface tension. Accordingly, the volume of the colloidal solution sealing body 130 decreases while the bellows 120 contracts.
  • FIG. 8 shows a stroke amount and a cylinder when a cylinder device that does not include a bulk modulus adjusting substance, that is, a cylinder device whose initial compression spring constant depends on the volume modulus of water Gw is vibrated. Shows the relationship with force.
  • the excitation condition is that the excitation amplitude A is ⁇ 15 mm, ⁇ 25 mm, ⁇ 35 mm, and the frequency is constant at 0.53 Hz. As can be seen from FIG.
  • the dynamic spring constant is almost the same as the spring constant based on the volumetric modulus Gw of water, which is the spring constant at the time of initial compression. . That is, in the cylinder device functioning as a colloidal damper, the dynamic spring constant is greatly affected by the initial compression spring constant when vibration having a small amplitude occurs.
  • the cylinder device 50 the initial compression time the spring constant K 1 is the bulk modulus adjustment material, the bulk modulus of water are smaller than reliance on the spring constant, a small vibration amplitude occurs In this case, deterioration of the attenuation performance is suppressed.
  • the relationship between the stroke amount of the cylinder device 50 and the cylinder force is shown by the solid line in FIG.
  • the amount that can be bound stroke is larger than the amount that can be rebound stroke from the state where the vehicle is stopped.
  • the position where the cylinder force having the same magnitude as the shared load Wcf is generated is located on the rebound side from the center of the stroke possible range. That is, the vehicle height in the stop state is set to be high.
  • the initial pressure is applied in the housing 80 by closing the upper cover of the housing 80 in a state where the pressure set in the piston 82 is applied. Accordingly, the cylinder force is balanced with the shared load Wcf on the rebound side from the center of the stroke possible range.
  • the change in the cylinder force when starting a stroke from the stopped state to the bounce side and then performing two cycles thereafter is shown by a two-dot chain line. While the stroke to the bounce side in the first cycle operates along the static characteristics indicated by the solid line, the increase in cylinder force is delayed in the stroke to the bounce side in the second cycle. I understand. Thus, when the vehicle body and the wheel 52 are relatively moved, the vehicle height is lower than the stopped state. As described above, the cylinder device 50 is set so that the vehicle height in the stopped state is high, so that the amount of stroke possible in both the bound side and the rebound side is appropriate because the vehicle height decreases during traveling. Will be converted.
  • the cylinder device design method according to the second embodiment is different from the design method according to the first embodiment in a method for realizing the initial compression spring constant K 1 set by the initial compression spring constant setting process. Therefore, only the design method of the second embodiment will be described, and then the cylinder device 200 designed by the design method of the second embodiment will be described.
  • the initial compression spring constant K 1 is expressed by equation (5).
  • K 1 G 1 ⁇ (Ap 2 / V f ) (5)
  • the initial compression spring set to a magnitude of about 60% of the spring constant depending on the volume elastic modulus Gw of the water, the previously determined design pressure receiving area Ap of the piston, and the volume elastic modulus Gw of the water.
  • the amount of hydraulic fluid V f that is, the total amount of water in the chamber was determined based on the above equation (5).
  • FIG. 10 is a front sectional view of the cylinder device 200 configured based on the design value determined by the cylinder device design method of the second embodiment. Since the cylinder device 200 includes the same components as the cylinder device 50 of the first embodiment, description thereof will be omitted.
  • the cylinder device 200 has substantially the same configuration as the cylinder device 50 of the first embodiment, but the compressed air 120, which is a volume elastic modulus adjusting material included in the cylinder device of the first embodiment, is accommodated in the chamber. It has not been.
  • the cylinder device 200 of this embodiment includes a sub housing 210.
  • the sub-housing 210 is connected to the lower end of the housing 80, and the inside of the sub-housing 210 communicates with the lower chamber 94 of the housing 80.
  • the sub housing 210 is also filled with water 150 that is a working fluid.
  • the volume of the sub housing 210 is determined based on the amount of hydraulic fluid V f determined by the design method described above. In other words, the volume of the sub-housing 210 can accommodate an amount obtained by subtracting the amount of water stored in the housing 80 and the amount of water in the colloid solution sealed body 130 from the amount of hydraulic fluid V f. It has been decided.
  • the cylinder device 200 of the present embodiment also has an initial compression spring constant K 1 smaller than a spring constant that depends on the volume modulus of water Gw, and vibration with a small amplitude. In this case, the deterioration of the attenuation performance in the case of the occurrence of the phenomenon is suppressed.
  • Cylinder device 12 Housing 14: Piston 16: Chamber 20: Porous body 22: Hydraulic fluid 30: Pore 50: Cylinder device [suspension cylinder] 52: Wheel 70: Axle carrier [Wheel holding member] 72: Mount part [Body] 80: Housing 82: Piston 92: Upper chamber 94: Lower chamber [chamber] 120: Bellows (first sealing member) 122: Hydrophobized porous silica gel [porous body] 124: Water [hydraulic fluid] 140: Bellows [second sealing member] 142: Compressed air [volume elastic modulus adjusting substance] 150: Water [hydraulic fluid] 200: Cylinder device 210: Sub housing

Landscapes

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Abstract

　上下配置されて相対動作する２つの物の間に設けられ、細孔を有する多孔質体と作動液とが収容されてコロイダルダンパとして機能するシリンダ装置を設計する際に、相対動作する２つの物のうちの上方側に位置する物の重量に応じて、多孔質体の細孔に作動液が流入し始める時のチャンバの内圧であるクラッキング圧Ｐintrの目安となる基準クラッキング圧Ｐintr'を設定し、その基準クラッキング圧Ｐintr'に基づき、チャンバの内圧Pと多孔質体の細孔の内圧との釣り合い式Ｐintr＝－２・σ・cosθin／ｒ（ここで、σは作動液の表面張力，θinは作動液の浸入時の接触角）を根拠に、多孔質体の細孔径ｄの目安となる基準細孔径ｄ'（＝２・ｒ'）を決定する。

Description

シリンダ装置設計方法およびシリンダ装置
　本発明は、上下配置されて相対動作する２つの物の間に設けられ、細孔を有する多孔質体と作動液とが収容されてコロイダルダンパとして機能するシリンダ装置の設計方法に関し、また、その設計方法によって設計されたコロイダルダンパとして機能するシリンダ装置に関する。
　下記特許文献に記載されているシリンダ装置は、疎水化多孔質シリカゲル等の多孔質体と作動液とが混合されたコロイド溶液を内部に収容しており、多孔質体が有する細孔への作動液の流入・流出に伴って、伸縮するように構成されている。そして、その細孔に対して作動液が表面張力に抗して流入することから、作動液の細孔への流入に伴って、シリンダ装置内の圧力が高くなるように構成されている。また、細孔に対し、作動液が表面張力の作用下で繰り返し流入・流出することにより、外部から加えられたエネルギを散逸させて、ダンパとして機能するように構成されている。内部にコロイド溶液を収容するシリンダ装置は、コロイダルダンパと呼ばれ、上述したような特性を有している。
　また、このコロイダルダンパは、上述したように、多孔質体の細孔への作動液の流入に伴ってシリンダ装置内の圧力が高くなるように構成されている。このため、コロイダルダンパは、多孔質体の細孔に作動液が流入した状態におけるそのシリンダ装置内の圧力によって、シリンダ装置の上方側に連結された物を支持することが可能となる。
特開２００６－１１８５７１号公報 特開２００４－４４７３２号公報
　上記のコロイダルダンパおよびスプリングとして機能するシリンダ装置は、それが支持する物やそれが使用される状況等に応じて要求される特性とされることが望ましい。つまり、使用状況に応じて要求される特性を有するシリンダ装置を設計し、そのようなシリンダ装置を実現することによって、そのコロイダルダンパおよびスプリングとして機能するシリンダ装置の実用性が向上すると考えられる。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、実用性の高いコロイダルダンパとして機能するシリンダ装置を提供することを課題とし、その実用性の高いシリンダ装置を実現すべく、使用状況等に応じて要求される特性とするためのシリンダ装置の設計方法を提供することを課題とする。
　上記課題を解決するため、本発明の第１の観点に従うシリンダ装置設計方法は、相対動作する２つの物のうちの上方側に位置する物の重量に応じて、多孔質体の細孔に作動液が流入し始める時のチャンバの内圧であるクラッキング圧の目安となる基準クラッキング圧を設定し、その基準クラッキング圧に基づき、チャンバの内圧と多孔質体の細孔の内圧との釣り合いに基づいて定まるクラッキング圧と多孔質体の細孔径との関係を根拠に、多孔質体の細孔径の目安となる基準細孔径を決定するものとされる。
　また、本発明の第２の観点に従うシリンダ装置設計方法は、多孔質体の細孔に作動液が流入し始めるまでのシリンダ装置のストローク量に対するチャンバの内圧の変化勾配である初期圧縮時ばね定数，作動液，ピストンの受圧面積を設定し、その定められた作動液の体積弾性率，設定されたピストンの受圧面積，および設定された初期圧縮時ばね定数に基づき、初期圧縮時ばね定数が作動液の体積弾性率とピストンの受圧面積の２乗との積を作動液量で除した値に等しいことを根拠に、作動液の量を決定するものとされる。
　さらに、本発明の第３の観点に従うシリンダ装置設計方法は、初期圧縮時ばね定数，ピストンの受圧面積，ハウジングの容積，多孔質体の体積を設定し、設定されたピストンの受圧面積，ハウジングの容積から多孔質体の体積を除いた部分の容積，および設定された初期圧縮時ばね定数に基づき、第２の発明と同様の関係を根拠に算出される体積弾性率を設計体積弾性率として決定し、体積弾性率が作動液の体積弾性率と異なる物質をチャンバ内に収容してチャンバの体積弾性率を設計体積弾性率に調整するために、そのチャンバ内に収容する物質を決定するものとされる。
　さらにまた、本発明の第４の観点に従うシリンダ装置は、体積弾性率が作動液である水の体積弾性率より低い物質がチャンバの内部に収容された構成とされる。本発明の第５の観点に従うシリンダ装置は、ハウジングに連結されて自身の内部がハウジングの内部と連通してチャンバを区画形成するサブハウジングを備え、そのサブハウジングの容積が、ハウジングの容積から多孔質体の体積を除いた容積の４６パーセント以上１００パーセント以下とされたことを特徴とする。
　本発明の第１から第３の観点に従う３つのシリンダ装置設計方法によれば、コロイダルダンパの特性であるクラッキング圧および初期圧縮時ばね定数のいずれかを、シリンダ装置が使用される状況等に応じたものとすることが可能である。つまり、本発明のシリンダ装置設計方法によって設計されたシリンダ装置は、実用性の高いものとなる。なお、上記第４の観点に従うシリンダ装置は、上記第３の観点に従うシリンダ装置設計方法により決定された設計体積弾性率を実現するのに好適なシリンダ装置であり、上記第５の観点に従うシリンダ装置は、上記第３の観点に従うシリンダ装置設計方法により決定された量の作動液を収容するのに好適なシリンダ装置である。
発明の態様
　以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、それらの発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から何某かの構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。
　なお、下記（１）項は、請求可能発明の設計方法ではなく、その設計方法の対象となるシリンダ装置の前提となる構成を示した項であり、その（１）項に、それ以降に掲げる（１１）項までのいずれかに記載の技術的特徴を付加した態様が、請求可能発明の設計方法に相当する。種々の態様とされた請求可能発明のうち、（１）項を引用する（５）項が請求項１に相当し、その請求項１に（６）項の技術的特徴を付加したものが請求項２に相当する。また、（１）項，（８）項，（１０）項を合わせたものが請求項３に相当し、（１）項，（８）項，（１１）項を合わせたものが請求項４に相当し、請求項３または請求項４に（９）項の技術的特徴を付加したものが請求項５に相当する。
　下記（２１）項は、請求可能のシリンダ装置ではなく、請求可能発明の前提となる構成を示した項であり、その（２１）項に、それ以降に掲げる項のいずれかに記載の技術的特徴を付加した態様が、請求可能発明に相当する。種々の態様とされた請求可能発明のうち、（２１）項，（２２）項，（２３）項を合わせたものが請求項６に相当し、その請求項６に（２５）項の技術的特徴を付加したものが請求項７に相当する。また、（２１）項，（２６）項，（２７）項を合わせたものが請求項８に相当する。さらに、請求項６ないし請求項８のいずれか１つに（２８）項の技術的特徴を付加したものが請求項９に相当する。
　（１）(A)相対動作する２つの物の一方に連結されるハウジングと、(B)前記２つの物の他方に連結されて前記ハウジング内を摺動可能なピストンと、(C)前記ハウジングと前記ピストンとによって区画形成されたチャンバの内部に収容された多数の細孔を有する多孔質体および作動液とを備え、(i)前記２つの物のうちの上方側に位置する物を、前記多孔質体の細孔に前記作動液が流入した状態によって生じる前記チャンバの内圧に依存して支持するとともに、(ii)前記２つの物の相対動作に応じて前記多孔質体の細孔へ流入している前記作動液の量が変化することによって、それら２つの物の相対動作を減衰させ、コロイダルダンパとして機能するシリンダ装置の設計方法。
　先に説明したように、本項は、請求可能発明の設計方法の対象となるシリンダ装置の前提となる構成を示した項である。つまり、本項に記載の態様は、請求可能発明の設計方法の対象となるコロイダルダンパの基本的構成要素を列挙した態様であり、以下に記載するシリンダ装置の設計方法は、従来検討されている構成のコロイダルダンパに広く適用できる。
　本項に記載されている、多孔質体と作動液とが混合されたコロイド溶液が内部に収容されたシリンダ装置は、コロイダルダンパと呼ばれ、多孔質体が有する細孔に対し、表面張力の作用下で作動液が繰り返し流入・流出することにより、外部から加えられたエネルギを散逸させるように構成されるものである。また、コロイダルダンパは、多孔質体の細孔への作動液の流入に伴ってチャンバ内の圧力が高くなるように構成されており、多孔質体に作動液が流入した状態におけるチャンバの内圧によって、自身の上方側に位置する物を支持すること、つまり、スプリングとして機能させることが可能である。シリンダ装置を、そのように用いる場合には、上方側に位置する物の重量や、２つの物の相対動作の程度（振幅や周波数等）などに応じて、そのシリンダ装置の特性を適切化することが望ましい。つまり、コロイダルダンパとして機能するシリンダ装置の特性を設定するには、そのシリンダ装置の設計方法が必要不可欠である。
　本項に記載のシリンダ装置には、「多孔質体」および「作動液」が混合されたコロイド溶液が用いられる。それら「多孔質体」および「作動液」の種類は、特に限定されないが、互いに親和性が低く、容易に結合しにくいものどうしであること、平たく言えば、多孔質体が作動液に溶けにくいことが望ましい。その「多孔質体」には、ｎｍ（ナノメータ）オーダの細孔を有するμｍ（マイクロメータ）オーダの粒状物（マイクロ粒子）を採用可能であり、例えば、疎液性を有して作動液に容易に溶けないものや、疎液性の物質により被覆されたものを採用することが可能である。具体的には、例えば、その多孔質体には、シリカゲル，アエロゲル，セラミックス，ゼオライト，多孔質ガラス，多孔質ポリスチレン等を採用可能である。また、「作動液」には、例えば、水，水と不凍剤（エタノール，エチレングリコール，プロピレングリコール，グリセリン等）との混合液，水銀，溶融金属等を採用可能である。なお、水は表面張力が比較的大きいため、作動液として水を採用した場合には、多孔質体の細孔に水が流入・流出する際に、その大きな表面張力によって、大きな力を発生させるコロイダルダンパとなる。なお、作動液に水を用いる場合には、上述したように、多孔質体には、親水性の低いものや、疎水化処理されたものを用いることが望ましい。
　（２）前記２つの物が、車体と、車輪を回転可能に保持する車輪保持部材であって、
　前記ハウジングが、前記車体と前記車輪保持部材との一方に連結されるものであるとともに、前記ピストンが、前記車体と前記車輪保持部材との他方に連結されるものであり、
　当該シリンダ装置が、車両用サスペンション装置を構成して、前記車体を懸架する懸架シリンダとされ、
　当該シリンダ装置設計方法が、その懸架シリンダとされたシリンダ装置の設計方法である(1)項に記載のシリンダ装置設計方法。
　本項に記載の設計方法は、設計の対象となるシリンダ装置が、車両用サスペンション装置の一構成要素とされている。詳しく言えば、本項に記載の設計方法は、車体と車輪保持部材との相対動作を減衰させるショックアブソーバとして機能するシリンダ装置の設計方法である。
　（３）前記作動液が、水である(1)項または(2)項に記載のシリンダ装置設計方法。
　（４）前記多孔質体が、疎水化処理された多孔質シリカゲルである(3)項に記載のシリンダ装置設計方法。
　上記２つの項に記載の態様は、シリンダ装置に用いる作動液，多孔質体が定められている。先にも述べたように、水は表面張力が大きいため、コロイダルダンパの作動液として好適である。そして、作動液を水とした場合には、多孔質体は、疎水性を有するものであることが望ましく、後者の態様は、その望ましい態様である。
　（５）当該シリンダ装置設計方法が、
　前記２つの物のうちの上方側に位置する物の重量に応じて、前記多孔質体の細孔に作動液が流入し始める時の前記チャンバの内圧であるクラッキング圧の目安となる基準クラッキング圧を設定するクラッキング圧設定プロセスと、
　前記チャンバの内圧と前記多孔質体の細孔の内圧との釣り合いに基づいて定まる前記クラッキング圧と前記多孔質体の細孔径との関係を根拠に、前記基準クラッキング圧に基づいて、前記多孔質体の細孔径の目安となる基準細孔径を決定する細孔径決定プロセスと
　を含む(1)項ないし(4)項のいずれか１つに記載のシリンダ装置設計方法。
　シリンダ装置に力を加えると、チャンバ内のコロイド溶液においては、まず、作動液の液圧が高められる。作動液の液圧がある大きさまで高まると、作動液は、その作動液の表面張力に抗って、多孔質体の細孔に流入する。本項に記載の態様は、その多孔質体の細孔に作動液が流入し始める時のチャンバの内圧、つまり、上記クラッキング圧を適切な大きさとする設計方法である。なお、従来の研究や実験によって、一般的なコロイダルダンパの特性として、チャンバの内圧がクラッキング圧に達した後には、チャンバの内圧とシリンダ装置のストローク量とが、ほぼリニアな関係にある範囲が存在することが解っている。したがって、クラッキング圧を定めれば、上方側に位置する物を支持するためにシリンダ装置が発生させる力のおおよその大きさが定まることになる。また、上方側に位置する物を支持するためにシリンダ装置が発生させる力は、チャンバの内圧とピストンの受圧面積とによって定まる。つまり、本項の態様の「クラッキング圧設定プロセス」においては、基準クラッキング圧を任意に設定し、その基準クラッキング圧と上方側に位置する物の重量とに基づいて、ピストンの受圧面積の目安を設定するようにすることができる。また、後に詳しく説明するように、ピストンの受圧面積の目安を設定し、それと上方側に位置する物の重量とに基づいて、基準クラッキング圧を設定するにすることもできる。
　クラッキング圧と多孔質体の細孔径との間には、チャンバの内圧と多孔質体の細孔の内圧との釣り合いに基づいて定まる関係がある。なお、多孔質体の細孔の内圧は、作動液の表面張力に依拠したものであり、その作動液の表面張力，作動液の接触角，細孔径によって定まるものである。つまり、作動液を定めれば、基準クラッキング圧を設定することで、多孔質体の細孔径を決定することができる。換言すれば、多孔質体の細孔径を調整することで、クラッキング圧を調整することができるのである。なお、本項に記載の「細孔径決定プロセス」において決定されるのは、あくまで目安の値であるため、例えば、その基準細孔径に近い細孔径を有する多孔質体を、シリンダ装置に実際に採用することができる。また、その基準細孔径を有する多孔質体が存在し、その基準細孔径を有する多孔質体をシリンダ装置に実際に採用すれば、その基準細孔径が設計値そのものとなる。なお、その基準細孔径を有する多孔質体をシリンダ装置に実際に採用した場合には、その基準細孔径を決定するパラメータとなった基準クラッキング圧も、設定値そのものとなる。
　（６）前記クラッキング圧設定プロセスにおいて、
　前記ピストンの受圧面積の目安となる基準受圧面積を設定し、その基準受圧面積と、前記２つの物のうちの上方側に位置する物の重量とに基づいて、前記基準クラッキング圧を設定する(5)項に記載のシリンダ装置設計方法。
　上述したように、シリンダ装置が発生させる力は、受圧面積とチャンバの内圧とによって定まるため、上記基準受圧面積を設定すれば、基準クラッキング圧を設定することができる。つまり、本項に記載の態様は、ピストンの受圧面積がほぼ定まっているような場合に有効である。
　（７）当該シリンダ装置設計方法が、
　前記基準クラッキング圧，前記基準細孔径，および前記ピストンの受圧面積の目安となる基準受圧面積に基づいて、当該シリンダ装置に用いる前記多孔質体を決定するとともに、その多孔質体に応じた前記クラッキング圧の設計値および前記ピストンの受圧面積の設計値を決定する設計値決定プロセスを含む(5)項または(6)項に記載のシリンダ装置。
　先に述べた「細孔径決定プロセス」において決定されるのは、あくまで目安の値である。そのため、本項に記載の「設計値決定プロセス」においては、例えば、細孔径決定プロセスによって決定された基準細孔径に近い細孔径を有する多孔質体を、シリンダ装置に実際に採用するようにすることができる。また、その基準細孔径を有する多孔質体が存在しており、その基準細孔径を有する多孔質体をシリンダ装置に実際に採用すれば、その基準細孔径が設計値そのものとなる。
　そして、シリンダ装置に実際に採用する多孔質が決定すれば、つまり、シリンダ装置に実際に採用する多孔質体の細孔径が決定すれば、先に述べたクラッキング圧と多孔質体の細孔径との関係に基づいて、クラッキング圧の設計値が定まり、そのクラッキング圧の設計値に基づいて、ピストンの受圧面積の設計値も定まることになる。なお、上記のように基準細孔径を有する多孔質体をシリンダ装置に実際に採用した場合には、その基準細孔径を決定するパラメータとなった基準クラッキング圧も、設定値そのものとなる。
　（８）当該シリンダ装置設計方法が、
　前記多孔質体の細孔に作動液が流入し始めるまでの当該シリンダ装置のストローク量に対する前記チャンバの内圧の変化勾配である初期圧縮時ばね定数を設定する初期圧縮時ばね定数設定プロセスを含む(1)項ないし(7)項のいずれか１つに記載のシリンダ装置設計方法。
　シリンダ装置が、上方側に位置する物を支持する力は、主に、多孔質体の細孔内に作動液が流入することによって生じるチャンバの内圧に依拠するものである。しかしながら、２つの物の少なくとも一方に振動が生じてシリンダ装置が繰り返し伸縮し、かつ、その伸縮幅が小さいような場合には、多孔質体の細孔内への作動液の流入・流出があまり行われず、作動液の体積変化を主な要素とするチャンバの容積変化に伴って、シリンダ装置が伸縮することになる。つまり、そのような場合には、シリンダ装置のストロークは、主に、作動液の体積弾性率（圧縮率の逆数）に依拠することになるのである。そして、多孔質体の細孔に作動液が流入し始めるまでのシリンダ装置のストロークは、主に作動液の圧縮によるものであり、上記初期圧縮時ばね定数は、シリンダ装置の動的なばね定数に、大きな影響を与えるものであると考えられる。したがって、本項に記載の「初期圧縮時ばね定数設定プロセス」においては、シリンダ装置の動的なばね定数の目標値となるように、上記初期圧縮時ばね定数を設定するようにすることができる。
　（９）前記初期圧縮時ばね定数設定プロセスにおいて、
　前記初期圧縮時ばね定数を、水の体積弾性率に依拠して定まるばね定数より小さい値に設定する(8)項に記載のシリンダ装置設計方法。
　本項に記載の態様は、初期圧縮時ばね定数を設定する大きさが限定されている。水の体積弾性率に依拠して定まるばね定数は、上述したシリンダ装置の動的なばね定数としては、大きすぎる。本項に記載の態様によれば、その水の体積弾性率に依拠して定まるばね定数より小さい値に初期圧縮時ばね定数が設定されるため、シリンダ装置の動的なばね定数が、適切化されることになる。
　（１０）当該シリンダ装置設計方法が、
　前記作動液を選定するとともに前記ピストンの受圧面積を設定し、その選定された作動液の体積弾性率，設定された前記ピストンの受圧面積，および前記設定された初期圧縮時ばね定数に基づき、前記初期圧縮時ばね定数が前記作動液の体積弾性率と前記ピストンの受圧面積の２乗との積を前記作動液の量で除した値に等しいことを根拠に、前記作動液の量を決定する作動液量決定プロセスを含む(8)項または(9)項に記載のシリンダ装置設計方法。
　（１１）当該シリンダ装置設計方法が、
　前記ピストンの受圧面積，前記作動液の量を設定し、その設定された前記ピストンの受圧面積，前記作動液の量，および前記設定された初期圧縮時ばね定数に基づき、前記初期圧縮時ばね定数が前記作動液の体積弾性率と前記ピストンの受圧面積の２乗との積を前記作動液の量で除した値に等しいことを根拠に算出される体積弾性率を、設計体積弾性率として決定する体積弾性率決定プロセスと、
　体積弾性率が前記作動液の体積弾性率と異なる物質をチャンバ内に収容して、前記チャンバに加わる力に対する前記チャンバの容積変化の逆数である前記チャンバの体積弾性率を前記設計体積弾性率に調整すべく、そのチャンバ内に収容する物質を決定する体積弾性率調整物質決定プロセスと
　を含む(8)項または(9)項に記載のシリンダ装置設計方法。
　上記２つの項に記載の態様は、設定された初期圧縮時ばね定数を実現するための手法が具体化されている。これら２つの態様においては、初期圧縮時ばね定数が、作動液の体積弾性率とピストンの受圧面積の２乗との積を作動液量で除した値に等しい関係にあることが利用されている。そして、前者の態様は、作動液量を調整することで初期圧縮時ばね定数を設定された大きさとする手法であり、後者の態様は、チャンバの体積弾性率を調整すること、つまり、作動液の見かけ上の体積弾性率を変更することで、初期圧縮時ばね定数を設定された大きさとする手法である。
　前者の態様において、作動液量決定プロセスによって決定された量の作動液を収容するシリンダ装置は、例えば、シリンダ装置の長さを長くすること、シリンダ装置の径方向の寸法を大きくすることで実現することが可能である。ただし、シリンダ装置を配置する場所等によって種々の制限があるため、後に詳しく説明するが、シリンダ装置の外部にある一部のスペースを利用して、ハウジングに連結するサブハウジングを設けることで、作動液量決定プロセスによって決定された量の作動液を収容するシリンダ装置を、実現することも可能である。
　後者の態様に記載の「物質」は、気体，液体，固体のいずれのものをも含む。具体的には、その物質には、圧縮空気，ゴム，オイル等の種々のものを採用可能である。なお、それら、例示した物は、いずれの体積弾性率も、水の体積弾性率より低いものであるため、初期圧縮時ばね定数を、水の体積弾性率に依拠して定まるばね定数より小さな値とする物質として、好適である。なお、その物質を、チャンバ内に直接入れてもよいが、気体や液体である場合には、その物質を容器等に密封して、その容器をチャンバ内に入れるようにしてもよい。
　（２１）相対動作する２つの物の一方に連結されるハウジングと、
　前記２つの物の他方に連結されて前記ハウジング内を摺動可能なピストンと、
　前記ハウジングと前記ピストンとによって区画形成されたチャンバの内部に収容された多数の細孔を有する多孔質体および作動液と、
　可撓性を有し、前記チャンバの内部に密封空間を区画形成するとともにその密封空間に前記多孔質体と前記作動液の一部とをそれらが混合した状態で密封し、自身が変形することによって、前記密封空間の容積の変化を許容する密封部材と
　を備え、
　前記多孔質体の細孔に前記作動液が流入した状態によって生じる前記密封空間内の圧力に依存して、前記２つの物のうちの上方側に位置する物を支持するとともに、前記２つの物の相対動作に応じて、前記多孔質体の細孔へ流入している前記作動液の量が変化することによって、それら２つの物の相対動作を減衰させることで、コロイダルダンパとして機能するシリンダ装置。
　先に説明したように、本項は、請求可能発明シリンダ装置の前提となる構成を示した項である。つまり、本項に記載の態様は、請求可能発明のコロイダルダンパの基本的構成要素を列挙した態様である。
　本項に記載のシリンダ装置は、コロイド溶液が密封部材によって形成される空間に密封されており、多孔質および作動液がその密封空間外へは流出しないように構成されている。つまり、本項の態様は、多孔質体がピストンと擦れ合うことがなく、ハウジング内の摩耗を防止することが可能である。したがって、本項の態様によれば、耐久性に優れたコロイダルダンパが実現することになる。
　本項に記載のシリンダ装置においては、密封部材によって密封空間内に隔離された作動液の一部を除いた作動液の残部は、チャンバの内部でかつ密封空間の外部に存在することになる。つまり、本項の態様は、ハウジングおよびピストンに加わる力を、密封部材に、作動液の残部である密封空間外作動液を介して伝達するように構成された態様である。本項に記載の「作動液の一部（以下、「密封空間内作動液」という場合がある。）」と、上記の「作動液の残部（密封空間外作動液）」とは、同一の液体であってもよく、性質において互いに異なる液体であってもよい。
　本項に記載の「密封部材」は、コロイド溶液を密封した状態を保持しつつ、多孔質体への作動液の流入・流出に伴うコロイド溶液の体積の変化を許容するためのものである。その密封部材は、密封部材のみでコロイド溶液を密封する空間を形成するものであってもよく、ハウジングと協同してコロイド溶液を密封する空間を形成するようなものであってもよい。詳しく言えば、密封部材のみでコロイド溶液を密封する空間を形成する態様は、例えば、コロイド溶液を内部に充填させる容器状の密封部材とすることで実現可能である。また、密封部材がハウジングと協同してコロイド溶液を密封する空間を形成する態様は、例えば、ハウジング内面に可撓性のある部材の外周部を固着させることで実現可能である。なお、密封部材は、弾性変形することによって、密封空間内の容積を変化させるものであり、例えば、板状のもの，袋状のもの，伸縮性を有するもの等を採用可能である。また、それの材質も特に限定されず、ゴムや金属等により製造されたものを採用可能である。
　（２２）当該シリンダ装置が、
　前記チャンバの内部における前記密封空間の外部に収容され、体積弾性率が前記作動液の体積弾性率と異なる物質を備えた(21)項に記載のシリンダ装置。
　（２３）前記作動液が、水であり、
　前記物質が、体積弾性率が水の体積弾性率より低いものである(22)項に記載のシリンダ装置。
　（２４）前記物質が、圧縮された空気である(22)項または(23)項に記載のシリンダ装置。
　上記３つの項に記載のシリンダ装置によれば、上記「物質」によって、チャンバの体積弾性率を調整したものとすることが可能である。つまり、上記「物質」を、先に述べた「体積弾性率調整物質決定プロセス」によって決定されたものを採用することが可能であり、そのように構成することで、上記３つの項に記載のシリンダ装置は、初期圧縮時ばね定数が適切化され、動的なばね定数が適切化されたものとなる。
　（２５）前記密封部材を、第１密封部材とした場合に、
　当該シリンダ装置が、可撓性を有して前記物質を内部に密封する第２密封部材を備えた(22)項ないし(24)項のいずれか１つに記載のシリンダ装置。
　本項に記載の態様は、体積弾性率調整物質が液体や気体である場合に、その液体や気体である体積弾性率調整物質が、作動液と混ざり合わないようにすることができる。つまり、本項に記載の態様は、体積弾性率調整物質が液体や気体である場合に好適である。
　（２６）当該シリンダ装置が、
　前記ハウジングに連結され、自身の内部が前記ハウジングの内部と連通して前記チャンバを区画形成するサブハウジングを備えた(21)項に記載のシリンダ装置。
　本項に記載のシリンダ装置においては、「サブハウジング」を、チャンバ内に収容する作動液量を、先に述べた「作動液量決定プロセス」によって決定された作動液量に調整するためのものとすることができる。そして、本項に記載のシリンダ装置は、サブハウジングの容積分だけ、チャンバ内に収容される作動液の量が多くされている。例えば、作動液が水であるシリンダ装置においては、先に述べたように、水の体積弾性率に依拠して定まるばね定数より小さいばね定数とされることが望ましいため、作動液である水の量を増加させる必要がある。つまり、本項の態様は、作動液として、水のように体積弾性率が比較的大きいものが採用された場合に特に有効である。なお、本項に記載のシリンダ装置は、シリンダ装置の長さに制限がある場合や、シリンダ装置の周囲に何らかの装置等が存在するような場合に、シリンダ装置の外部の一部にのみスペースがあれば、配置することが可能である。
　（２７）前記サブハウジングの容積が、前記ハウジングの容積から前記多孔質体の体積を除いた部分の容積の４５パーセント以上１００パーセント以下とされた(25)項に記載のシリンダ装置。
　本項に記載の態様は、サブハウジングの大きさが限定されており、そのサブハウジングの大きさが、ハウジングの最大容積から多孔質体の体積を除いた部分の容積、つまり、ハウジングが収容可能な作動液の最大量を基準に定められている。本項の態様のシリンダ装置においては、初期圧縮時ばね定数を、サブハウジングを備えていないシリンダ装置のばね定数の７０パーセントから５０パーセント程度の大きさにすることができる。つまり、本項の態様も、作動液に、水のように体積弾性率が比較的大きいものが採用された場合に特に有効である。
　（２８）当該シリンダ装置が、
　前記２つの物が停止している状態から、収縮側にストローク可能な量が、伸張側にストローク可能な量に比較して大きくなるように構成された(21)項ないし(27)項のいずれか１つに記載のシリンダ装置。
　２つの物の少なくとも一方に振動が生じてシリンダ装置が繰り返し伸縮しているような場合、コロイダルダンパは、それらシリンダ装置の伸縮範囲の中央付近およびそれより収縮側においては、チャンバの内圧の増加に遅れが生じる場合がある。つまり、そのことにより、シリンダ装置が繰り返し伸縮しているような場合、その伸縮範囲の中央位置が、停止状態における中立位置より下がったような状態となる虞がある。それに対して、本項に記載のシリンダ装置は、停止状態の中立位置が伸張側に設定されているため、動作中のストローク範囲が適切化されることになる。
コロイダルダンパとして機能する簡便な構成のシリンダ装置の正面断面図である。 図１に示す多孔質体を模式的に示す断面図である。 図１に示すコロイダルダンパにおけるストロークとチャンバの内圧との関係を示す図である。 図２に示す多孔質体の細孔の内圧とチャンバの内圧との釣り合い状態を模式的に示す断面図である。 請求可能発明の実施例としての設計方法が設計の対象とするシリンダ装置である懸架シリンダを一構成要素とした車両用サスペンション装置の正面図である。 細孔径の異なる３種の疎水化多孔質シリカゲルを用いたシリンダ装置の各々のストロークとシリンダ力との関係を示す図である。 請求可能発明の第１実施例としての設計方法により設計されたシリンダ装置の正面断面図である。 図７に示した体積弾性率調整物質を備えていないシリンダ装置を加振した場合におけるストロークとシリンダ力との関係を示す図である。 図７に示したシリンダ装置におけるストロークとシリンダ力との関係を示す図である。 請求可能発明の第２実施例としての設計方法により設計されたシリンダ装置の正面断面図である。
　以下、請求可能発明の代表的な実施形態を、実施例として、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、請求可能発明は、下記実施例の他、前記〔発明の態様〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することができる。
　＜シリンダ装置設計方法の概念＞
　本実施例のシリンダ装置設計方法の説明の前に、まず、図１に示す簡便な構成のコロイダルダンパとして機能するシリンダ装置１０を例に、コロイダルダンパの特性について詳しく説明する。シリンダ装置１０は、ハウジング１２と、そのハウジング１２内を摺動するピストン１４とを含んで構成される。そして、シリンダ装置１０は、それらハウジング１２とピストン１４とによって形成されるチャンバ１６内に、多孔質体２０と作動液２２とが混合されたコロイド溶液２４が充填されたものである。図２に、多孔質体２０の断面図を模式的に示す。多孔質体２０は、外径Ｄが数μｍ～数十μｍオーダの球形状の粒子であり、内径ｄが数ｎｍ～数十ｎｍオーダの多数の細孔３０を有するものである。
　図３に、ハウジング１２とピストン１４との相対動作量Ｓ（シリンダ装置１０のストローク）と、チャンバ１６の内圧Ｐとの関係を示す。なお、以下の説明において、ストロークＳの変化量に対する内圧Ｐの変化量、つまり、ストロークＳに対する内圧Ｐの変化勾配を、ばね定数と呼ぶ。以下に、その図３に示す点ＡからＦ－Ｂまでの各特性を、順に説明するとともに、本実施例のシリンダ装置設計方法の概念となる式を導出する過程を説明する。
　i）Ａ－Ｂ
　点Ａから点Ｂまでは、シリンダ装置１０の組付時等にチャンバ１６内に混入してしまう空気、複数の多孔質体２０の間の空気、および、シール部間隙の空気等の存在によって生じるストローク、つまり、無駄ストロークである。
　ii）Ｂ－Ｃ（初期圧縮時ばね定数の算出）
　点Ｂから点Ｃまでは、シリンダ装置１０の収縮ストロークに伴って、シリンダ装置１０が有するゴム，樹脂，シールや、チャンバ１６内の作動液２２，混入してしまった空気等が圧縮することにより、チャンバ１６の内圧Ｐが上昇する過程である。なお、その主な要素は、作動液２２の圧縮によるものであるため、このＢ－Ｃ間のばね定数を、作動液２２の圧縮率βfに基づいて算出する。その作動液２２の圧縮率βfは、下記の（１）式で表せすことができる。
　　βf＝（ｄＶf／Ｐintr）・（１／Ｖf）　・・・（１）
ここで、Ｖfが作動液量であり、ｄＶfがその作動液２２の体積変化であり、Ｐintrが、後に詳しく説明するが、作動液２２が多孔質体２０内に流入する際のチャンバ１６の内圧である。また、上記（１）式を変形し、作動液２２の体積変化ｄＶfを表した式が、下記の（２）式である。
　　ｄＶf＝βf・Ｐintr・Ｖf　・・・（２）
次に、Ｂ－Ｃ間のばね定数である初期圧縮時ばね定数Ｋ1は、下記の（３）式で表すことができる。
　　Ｋ1＝Ｐintr・Ａｐ／（ｄＶf／Ａｐ）・・・（３）
ここで、Ａｐは、ピストン１４の受圧面積である。この（３）式に、上記（２）式を代入すると、以下の式が得られる。
　　Ｋ1＝Ｐintr・Ａｐ2／（βf・Ｐintr・Ｖf）＝１／βf・（Ａｐ2／Ｖf）　・・・（４）
上記（４）式の１／βは、作動液２２の圧縮率βの逆数であり、作動液２２の体積弾性率Ｇ1である。つまり、下記（５）式に示すように、初期圧縮時ばね定数Ｋ1は、作動液２２の体積弾性率Ｇ1とピストンの受圧面積Ａｐの２乗との積を作動液量Ｖfで除した値に等しくなるのである。
　　Ｋ1＝Ｇ1・（Ａｐ2／Ｖf）　・・・（５）
　iii）点Ｃ（クラッキング圧）
　点Ｃは、多孔質体２０が有する細孔３０内に、作動液２２が流入し始めるポイントである。以下、この細孔３０内に作動液２２が流入し始める時のチャンバ１６の内圧をクラッキング圧Ｐintrと呼ぶこととする。このクラッキング圧Ｐintは、図４(ａ)の概念図に示すように、チャンバ１６の内圧と細孔３０の内圧（毛管の圧力，ラプラス圧力）との釣り合い式から求められ、次式で表される。
　　Ｐintr＝－２・σ・cosθin／ｒ＋ＰG　　　・・・（６）
ここで、σは作動液２２の表面張力であり、θinは作動液２２の流入時の接触角であり、ｒは細孔３０の半径であり、ＰGは細孔３０内の空気が圧縮されたことによる圧力である。ちなみに、そのＰGの大きさは、作動液２２の表面張力に依拠した成分の大きさに比較して非常に小さいため、無視することが可能である。つまり、クラッキング圧Ｐintrを定める際に支配的なパラメータは、細孔３０の半径ｒ（細孔径ｄ）であることが分かる。そして、シリンダ装置１０を、細孔３０内に作動液２２が流入した状態によって生じるチャンバ１６の内圧Ｐによって、自身の上方に位置する物を支持するように構成する場合、このクラッキング圧Ｐintrとピストン１４の受圧面積Ａｐとによって、シリンダ装置１０が支持することが可能なおおよその重量が定まることになるのである。
　iv）Ｃ－Ｄ付近（コロイド溶液に依拠したばね特性）
　チャンバ１６の内圧がクラッキング圧に到達し、さらに、シリンダ装置１０をストロークさせると、作動液２２がさらに圧縮するとともに、それによる液圧の上昇によって多孔質体２０の細孔３０への作動液２２の流入量が増加することになる。そして、その多孔質体２０への作動液２２の流入によって、コロイド溶液２４の体積が減少し、シリンダ装置１０が収縮するようにストロークすることになる。つまり、点ＣからＤ付近までの区間においては、シリンダ装置１０は、上述した作動液２２の体積弾性率Ｇ1に依存した特性のばねと、多孔質体２０の細孔３０に作動液２２が流入することによる特性のばねとが直列に配置されたばね特性を有すると考えることができる。つまり、多孔質体２０の細孔３０に作動液２２が流入することに依拠したばね特性のばね定数をＫ2とすれば、この点ＣからＤ付近までの区間のばね定数Ｋallは、次式によって表すことができる。
　　Ｋall＝１／（１／Ｋ1＋１／Ｋ2）　　　・・・（７）
この点ＣからＤ付近までの区間においては、多孔質体２０の細孔３０に作動液２２が流入することによるばね特性（以下、「コロイド溶液のばね特性」と呼ぶ場合がある。）が、主な特性であるため、以下に、そのコロイド溶液のばね特性であるばね定数Ｋ2（以下、「コロイド溶液のばね定数Ｋ2」と呼ぶ場合がある。）を算出する。
　点ＣからＤ付近までの区間においては、シリンダ装置１０の収縮ストロークに応じて、チャンバ１６の内圧は増加し、それによってシリンダ装置１０が持つ位置エネルギも増加することになる。その位置エネルギＥと、多孔質体２０の細孔３０内における作動液２２の接触面積の変化ｄΩとの関係は、次式で表される。そして、その次式を使用して、上記コロイド溶液のばね定数Ｋ2を導出する。
　　Ｅ＝－σ・ｄΩ・cosθin　・・・（８）
　上記の接触面積の変化ｄΩは、シリンダ装置１０のストロークにより流入する作動液２２の量をｄＶを用いて、次式で表すことができる。
　　ｄΩ＝２・ｄＶ／ｒ　・・・（９）
また、その作動液２２の流入量ｄＶは、点Ｃからのハウジング１２に対するピストン１４の変位量Ｘｐを用いて、次式で表すことができる。
　　ｄＶ＝Ａｐ・Ｘｐ　・・・（１０）
それら（８）式に（９）式および（１０）式を代入すると、次式が得られる。
　　Ｅ＝－２・σ・cosθin・Ａｐ・Ｘｐ／ｒ　・・・（１１）
一方、シリンダ装置１０がばね定数Ｋ2のスプリングとして機能すると考えた場合に、そのシリンダ装置１０が持つ位置エネルギは、次式であらわすことができる。
　　Ｅ＝１／２・Ｋ2・Ｘｐ2　・・・（１２）
これら（１１）式および（１２）式から、次式が得られる。
　　－２・σ・cosθin・Ａｐ・Ｘｐ／ｒ＝１／２・Ｋ2・Ｘｐ2　・・・（１３）
この（１３）式を、コロイド溶液のばね定数Ｋ2について変形すれば、次式となる。
　　Ｋ2＝－４・σ・Ａｐ・cosθin／（ｒ・Ｘｐ）　・・・（１４）
なお、点Ｃからの線形領域とする変位量（有効ストローク）をＸｐｒとすれば、その有効ストロークＸｐｒは、多孔質体２０の量Ｖpm，その多孔質体２０の細孔容積率δvp，多孔質体の密度ρ，ピストン１４の受圧面積Ａｐを用いて、次式で表すことができる。
　　Ｘｐｒ＝Ｖpm・δvp・ρ／Ａｐ　・・・（１５）
この（１５）式を（１４）式に代入して、有効ストローク範囲のコロイド溶液のばね定数を算出したものが、次式である。
　　Ｋ2＝－４・σ・Ａｐ2・cosθin／（ｒ・Ｖpm・δvp・ρ）　・・・（１６）
この（１６）式のうちの多孔質体２０および作動液２２が持つ固有値のみで定まる要素をＧ2とすれば、（１６）式は、以下のようにまとめることができる。
　　Ｋ2＝Ｇ2・（Ａｐ2／Ｖpm）　・・・（１７）
　　Ｇ2＝－４・σ・cosθin／（ｒ・δvp・ρ）　・・・（１８）
つまり、このＧ2は、コロイド溶液の体積弾性率Ｇ2に相当するものと考えることができる。
　v）点Ｄ付近～点Ｅ（非線形領域）
　点Ｄ付近～点Ｅ（非線形領域）においては、作動液２２が、流入できる限界付近まで多孔質体２０内に流入すると、作動液２２の液圧が大きく上昇し始める。ちなみに、この領域において非線形となる要因は明らかにはなっていないが、例えば、多孔質体２０の重量に対する細孔容積率、細孔径の勾配、多孔質体２０が疎水化されたものである場合の疎水化処理の濃淡等が起因するのではないかと考えられている。
　vi）点Ｅ～点Ｆ～点Ｂ（復路の特性）
　点Ｅにおいて、シリンダ装置１０のストロークが収縮側から伸張側に反転するポイントである。また、点Ｆは、多孔質体２０が有する細孔３０内から、作動液２２が流出し始めるポイントである。この点Ｆでのチャンバ内の圧力は、図４(ｂ)の概念図に示すように、チャンバ１６の内圧と細孔３０の内圧との釣り合い式から求められ、次式で表される。
　　Ｐextr＝－２・σ・cosθex／ｒ＋ＰG　　　・・・（１９）
ここで、θexは作動液２２の流出時の接触角である。その流出時の接触角θexは、流入時の接触角θinより９０degに近い値となるためcosθexが小さく、作動液２２が細孔３０内から流出しようとする力も小さくなる。そのことにより、点Ｅから点Ｆまでの区間においては、シリンダ装置１０が有するゴム，樹脂，シールや、チャンバ１６内の作動液２２，混入してしまった空気等が圧縮した状態から解放されて、急激にチャンバ１６の内圧が低下することになる。そして、チャンバ１６の内圧が低下すると、点Ｆから点Ｂまでの区間において、多孔質体２０の細孔３０から作動液２２が流出し、コロイド溶液２４の体積が増加し、シリンダ装置１０が伸張するようにストローク動作することになる。
　vii）減衰特性
　シリンダ装置１０は、相対動作する２つの物が停止している状態における位置である中立位置からの１サイクルの動作におけるチャンバ１６の内圧の変化を、シリンダ装置１０のストロークＳとの関係で示せば、図３に示す破線のようになる。シリンダ装置１０は、先にも説明したように、作動液流入時（収縮時）のチャンバ１６の内圧と、作動液流出時（伸張時）のチャンバ１６の内圧とに差が生じ、図３に示すように、シリンダ装置１０のストロークＳの変化に対するチャンバ１６の内圧の変化に、ヒステリシスが生じる。そして、その図３の二点鎖線によって囲まれた面積が、１サイクルの動作において散逸したエネルギに相当する。なお、上記の破線は、静的な特性であり、動的な特性は、楕円化するため、減衰効率は落ちることになる。
　次に、第１実施例のシリンダ装置設計方法について、詳しく説明する。まず、本設計方法の対象となるシリンダ装置５０は、図５に示すように、車両用サスペンション装置の一構成要素であり、車体を懸架する懸架シリンダである。詳しく言えば、その車両用サスペンション装置は、車両が有する車輪５２の各々に対応して設けられる独立懸架式のものであり、マルチリンクサスペンション装置とされる。サスペンション装置は、それぞれがサスペンションアームである第１アッパアーム６０，第２アッパアーム６２，第１ロアアーム６４，第２ロアアーム６６，トーコントロールアーム６８を備えている。５本のアーム６０，６２，６４，６６，６８のそれぞれの一端部は、車体に回動可能に連結され、他端部は、車輪５２を回転可能に保持する車輪保持部材としてのアクスルキャリア７０に回動可能に連結されている。それら５本のアーム６０，６２，６４，６６，６８により、アクスルキャリア７０は、車体に対して一定の軌跡に沿った上下動が許容されている。そして、本シリンダ装置５０は、車体の一部であるタイヤハウジングに設けられたマウント部７２と、上記第２ロアアーム６６との間に配設される。
　本シリンダ装置５０には、疎水化多孔質シリカゲルと作動液としての水とが混合されたコロイド溶液を用いる。つまり、本シリンダ装置５０においては、疎水化多孔質シリカゲルの粒子の各々を、多孔質体として機能させるようになっている。
　＜クラッキング圧，細孔径，受圧面積の決定＞
　i）クラッキング圧設定プロセス
　まず、疎水化多孔質シリカゲル粒子の細孔内に水が流入した状態におけるチャンバの内圧によって、車体の分担荷重Ｗｃｆ（＝6000N）を受け持つように、シリンダ装置５０を設計する。シリンダ装置５０が発生させる力は、チャンバの内圧Ｐとピストンの受圧面積Ａｐとの積によって定まるため、まず、一般的な車両用のシリンダ装置の受圧面積を考慮して、ピストンの受圧面積の目安となる基準受圧面積Ａｐ'（＝2.01cm2）を設定した。その基準受圧面積Ａｐ'に基づけば、中立位置におけるチャンバの内圧ＰとしてＷｃｆ／Ａｐ'（＝29.9MPa）だけ必要である。また、車体と車輪との相対動作範囲，図３の点ＣからＤ付近までの区間のばね定数Ｋallを一般的な車両のばね定数を目標値とすることを考慮し、クラッキング圧の目安となる基準クラッキング圧Ｐintr'（＝２５MPa）を設定した。
　ii）細孔径決定プロセス
　クラッキング圧Ｐintは、上述したように、チャンバ１６の内圧と細孔３０の内圧（毛管の圧力，ラプラス圧力）との釣り合い式に基づいて、（６）式で表される。
　　Ｐintr＝－２・σ・cosθin／ｒ＋ＰG　・・・（６）
ちなみに、ＰGの大きさは、作動液２２の表面張力に依拠した成分の大きさに比較して非常に小さいため、無視することが可能である。そして、σおよびθinは、作動液である水が持つ固有値であるため、クラッキング圧Ｐintrと多孔質体の細孔の半径ｒとの間には定められた関係がある。つまり、その（６）式を根拠に、水の表面張力σ（＝72.8mN/m），水の表面張力の流入時の接触角θin（＝128.5deg），上記の基準クラッキング圧Ｐintr'に基づき、多孔質体である疎水化多孔質シリカゲルの細孔径の目安となる基準細孔半径ｒ'（＝－２・σ・cosθin／Ｐintr'＝3.62nm）を決定した。
　iii）設計値決定プロセス
　次に、疎水化多孔質シリカゲルの細孔径が異なるものを３種類用意した。細孔半径が、3.5nm，5.0nm，7.5nmのものである。それらのストローク量とシリンダ力との関係を実測したものを、図６に示す。なお、実測に用いたシリンダ装置のピストンは、上記基準受圧面積Ａｐ'とされたものである。図６からも、基準細孔半径ｒ'に近い細孔半径3.5nmのものが、分担荷重Ｗｃｆ（＝6000N）を受け持つのに、最適であることが分かる。したがって、多孔質シリカゲルの細孔径の設計値を、7nm（半径3.5nm）と決定した。なお、上記の細孔半径3.5nmの疎水化多孔質シリカゲルを用いたシリンダ装置のクラッキング圧の実測値は、25.55MPa（N=9の平均値）であった。つまり、上記基準クラッキング圧Ｐintr'とほぼ同じ大きさであるため、その基準クラッキング圧Ｐintr'を算出するのに用いた基準受圧面積Ａｐ'を、ピストンの受圧面積Ａｐの設計値とした。
　＜目安となる疎水化多孔質シリカゲルの量の決定＞
　また、本設計方法においては、シリンダ装置５０を、収縮側にストロークする全範囲において、つまり、フルリバウンドからフルバウンドまでの間において、チャンバの内圧Ｐが疎水化多孔質シリカゲルの細孔への水の流入量に比例する範囲内でストロークするように設計する。シリンダ装置５０を、そのような構成とするために、疎水化多孔質シリカゲルの量（体積）と水の量（体積）を設定する。まず、シリンダ装置５０において、標準状態（例えば、車両に一人も乗車しておらず、かつ、何も積載しておらず、さらに、水平面上において停車している状態）における中立位置から、バウンド方向にストローク量Ｓb（＝70mm），リバウンド方向にストローク量Ｓr（＝70mm）だけストロークできるようにすると、フルリバウンドからフルバウンドまでのチャンバの容積変化ΔＶは、次式のように求まる。
　　ΔＶ＝Ａｐ・（Ｓb＋Ｓr）
　そして、本シリンダ装置５０においては、この容積変化ΔＶに等しい量の水が、疎水化多孔質シリカゲルに流入できるようにする。つまり、疎水化多孔質シリカゲルの体積に対する疎水化多孔質シリカゲルの水を流入できる限界量の比をηとすれば、疎水化多孔質シリカゲルの必要最低量（体積である）ＶSminが、次式によって定まる。
　　ＶSmin＝ΔＶ／η
なお、疎水化多孔質シリカゲルは、疎水化処理の際に、全てが疎水化されずに吸水性を有するシリカゲルが残ってしまう場合がある。例えば、疎水化処理を行った全量に対する、疎水化されなかったシリカゲルの量を除いた疎水化されたシリカゲルの量の割合を、疎水化率αと定義すれば、その疎水化率のばらつき等に対応するために、目安となる疎水化多孔質シリカゲルの量（体積である）ＶS'を、次式によって決定した。
　　ＶS'＝ＶSmin／α
　＜初期圧縮時ばね定数，設計体積弾性率の決定＞
　i）初期圧縮時ばね定数設定プロセス
　次に、本設計方法においては、図３に示す点Ｂから点Ｃまでのばね定数である初期圧縮時ばね定数Ｋ1を設定する。後に詳しく説明するが、この初期圧縮時ばね定数Ｋ1は、シリンダ装置５０の動特性に大きく影響するため、これを設定する必要があるのである。本設計方法においては、初期圧縮時ばね定数Ｋ1を、水の体積弾性率Ｇｗ（＝１／βｗ，βｗ：水の圧縮率）に依拠したばね定数より小さな値となるように、具体的には、水の体積弾性率Ｇｗ（＝１／βｗ，βｗ：水の圧縮率）に依拠したばね定数の６０％程度の値となるように設定した
　ii）体積弾性率決定プロセス
　先に述べたように、初期圧縮時ばね定数Ｋ1は、（５）式で表される。
　　Ｋ1＝Ｇ1・（Ａｐ2／Ｖf）　・・・（５）
その作動液量は、シリンダ装置のハウジングの容積の設定値ＶHから、先に設定された疎水化多孔質シリカゲルの量ＶS'を引いた容積である。そして、その目安となる作動液量Ｖf'（＝ＶH－ＶS'）と、先に決定されたピストンの設計受圧面積Ａｐ（＝＝2.01cm2）とに基づけば、上記（５）式を根拠に、チャンバの体積弾性率の設計値である設計体積弾性率Ｇ1を決定する。つまり、本設計方法においては、初期圧縮時ばね定数Ｋ1を、水の体積弾性率Ｇｗ（＝１／βｗ，βｗ：水の圧縮率）に依拠したばね定数の６０％程度の大きさとなるように、設計体積弾性率Ｇ1を、水の体積弾性率Ｇｗの６０％の大きさに設定した。
　ii）体積弾性率調整物質決定プロセス
　本設計方法においては、シリンダ装置５０を、上記設計体積弾性率Ｇ1（＝0.6・Ｇｗ）を実現するために、作動液としての水の弾性率を低下させる物質をチャンバ内に収容するように構成する。具体的には、後に詳しく説明するが、密封容器内に圧縮した空気を封入させ、その圧縮空気が密封された容器をチャンバ内に収容させることで、水の弾性率を低下させる。なお、チャンバの体積弾性率が、上記設計体積弾性率Ｇ1となるように、密封容器内の圧縮空気の初期圧を調整する。
　＜コロイダル溶液のばね定数，疎水化多孔質シリカゲルの量の決定＞
　i）コロイド溶液ばね定数決定プロセス
　次に、上記の（７）式を利用して、コロイダル溶液のばね定数Ｋ2を決定する。
　　Ｋall＝１／（１／Ｋ1＋１／Ｋ2）　　　・・・（７）
図３に示した点Ｃから点Ｄ付近のばね定数Ｋallは、一般的な車両に用いられるサスペンションスプリングのばね定数Ｋｔｃ（＝36010Ｎ/m）に設定した。そして、コロイダル溶液のばね定数Ｋ2を、そのばね定数Ｋｔｃと、先に決定された初期圧縮時ばね定数Ｋ1とに基づき、（７）式を利用して決定した。
　ii）疎水化多孔質シリカゲル量決定プロセス
　先に述べたように、コロイダル溶液のばね定数Ｋ2は、上記の（１７）式で表される。
　　Ｋ2＝Ｇ2・（Ａｐ2／Ｖpm）　・・・（１７）
このＧ2は、上記の（１８）式で表されるものであり、多孔質体としての疎水化多孔質シリカゲルおよび作動液としての水が持つ固有値のみで定まるものである。
　　Ｇ2＝－４・σ・cosθin／（ｒ・δvp・ρ）　・・・（１８）
つまり、このコロイド溶液の体積弾性率と、先に決定されたピストンの設計受圧面積Ａｐ（＝2.01cm2）、および、上記のように決定されたコロイダル溶液のばね定数Ｋ2に基づき、（１７）式を根拠に、疎水化多孔質シリカゲルの量ＶSを決定した。
　＜設計されたシリンダ装置の構成＞
　上記のシリンダ装置設計方法により決定された設計値をもとに構成されたシリンダ装置５０を、図７に示す。図７は、シリンダ装置５０の正面断面図であり、その図７を参照しつつ、シリンダ装置５０の構成を詳しく説明する。
　シリンダ装置５０は、概して円筒状のハウジング８０と、そのハウジング８０に対して摺動可能に配設されたピストン８２とを含んで構成されている。ピストン８２は、ピストン本体９０を有しており、そのピストン本体９０が、ハウジング８０の内部を、自身を挟んで２つのチャンバである上室９２と下室９４とに区画している。ピストン８２は、さらに、ピストンロッド９８を有しており、そのピストンロッド９８は、下端部においてピストン本体９０に連結されるとともに、ハウジング８０の上端部に設けられた蓋部から延び出している。そして、ピストンロッド９８は、上端部において防振ゴム１００を含んで構成されるアッパサポート１０２を介してマウント部７２の下面側に連結されている。一方、ハウジング８０は、それの下端部において、ブシュ１０４を介して第２ロアアーム６６に連結されている。
　つまり、ハウジング８０と、ピストンロッド９８およびそれに連結されたピストン本体９０とは、車体（マウント部７２）と車輪５２（アクスルキャリア７０）との接近・離間に応じて軸線方向に相対移動可能とされている。換言すれば、シリンダ装置５０は、車体と車輪５２との接近・離間に応じて伸縮可能とされているのである。
　ちなみに、シリンダ装置５０は、カバーチューブ１１０を備えており、そのカバーチューブ１１０は、上記ピストンロッド９８およびハウジング８０の上部を収容し、外部からの塵埃，泥等の侵入を防止するようにされている。
　ハウジング８０内の下端部には、ベローズ１２０が固定されており、下室９４に収容されている。そのベローズ１２０には、疎水化多孔質シリカゲル１２２と、水１２４とが混合されたコロイド溶液１２６が充填された状態で密封されている。なお、ベローズ１２０は、ハウジング８０内に固定された状態において、上下方向に伸縮するようになっている。したがって、ベローズ１２０は、容器状に形成されたものであり、自身のみによって密封空間を形成してその内部にコロイド溶液１２６を密封する第１密封部材として機能するものとなっており、本シリンダ装置５０は、ベローズ１２０とコロイド溶液１２４とを含んで構成されたコロイド溶液密封体１３０を備えたものとなっている。
　また、上記のコロイド溶液密封体１３０には、もう１つのべーローズ１４０が固定されている。このベローズ１４０には、先の設計方法により決定された体積弾性体調整物質としての圧縮空気１４２が密封されている。つまり、そのベローズ１４０は、第２密封部材として機能するものとなっている。
　なお、下室９４には、上記コロイド溶液密封体１３０および体積弾性率調整物質が収容された状態で、水１５０が充填されている。また、上室９２にも、水１５０が充填されている。先に述べたピストン本体９０には、それを軸方向に貫通し、上室９２と下室９４とを連通させる複数の連通路１５２が設けられている。つまり、ハウジング８０に対するピストン８２の摺動に伴って上室９２および下室９４の容積が変化する場合に、上記連通路１５２によって、上室９２と下室９４との間で、水１５０の流通が許容されるのである。なお、ハウジング８０の内部は高圧になるため、ハウジング８０の上端部の蓋部、および、下端部の蓋部には、水１５０の漏れを防止するために、複数の高圧シール１５４が設けられている。特に、ピストンロッド９８が摺動する上端部の蓋部には、そのピストンロッド９８の摺動面に接する２つのシール１５６が設けられている。それら２つのシール１５６の間にグリースが密封されており、シール性が高められている。
　シリンダ装置５０は、車体と車輪５２との接近離間動作を規制する機構、いわゆるバウンドストッパ、および、リバウンドストッパを有している。具体的には、バウンドストッパは、カバーチューブ１１０の内側の上端に貼着された環状の緩衝ゴム１６０を含んで構成され、ハウジング８０の上端部が、緩衝ゴム１６０を介してカバーチューブ１１０に当接するように構成されている。また、リバウンドストッパは、ハウジング８０の上方側の蓋部の下面に貼着された環状の緩衝ゴム１６２を含んで構成され、ピストン本体９０の上面とハウジング８０の上方側の蓋部とが、緩衝ゴム１６２を介して当接するように構成されている。
　なお、上述したように、本シリンダ装置５０は、コロイド溶液１２６がベローズ１２０内に密封されているが、外部から加えられた力は、水１５０を介してコロイド溶液密封体１３０に伝達される。つまり、外部から加えられた力によって、水１５０の液圧が上昇させられ、それとともに、ベローズ１２０内に収容された水１２４の液圧も上昇する。そして、水１２４の液圧が、ある高さまで上昇すると、その水１２４は、表面張力に抗して疎水化多孔質シリカゲル１２２の細孔内に流入する。それに伴って、ベローズ１２０は収縮しつつ、コロイド溶液密封体１３０は、体積が減少することになるのである。一方、自身に加わる力がなくなると、水１２４の液圧が低下し、疎水化多孔質シリカゲル１２２の細孔から水１２４が流出する。それに伴って、ベローズ１２０は伸張しつつ、コロイド溶液密封体１３０は、体積が増加することになる。
　＜本シリンダ装置の特性＞
　本シリンダ装置５０は、上述した設計方法によって、初期圧縮時ばね定数Ｋ1が適切化されている。図８に、体積弾性率調整物質を備えていないシリンダ装置、つまり、初期圧縮時ばね定数が水の体積弾性率Ｇｗに依拠した大きさとされているシリンダ装置を加振した場合のストローク量とシリンダ力との関係を示す。加振条件は、加振振幅Ａが、±15mm，±25mm，±35mmで、周波数は0.53Hzで一定である。図８から分かるように、振幅が小さい場合ほど、疎水化多孔質シリカゲルへの水の流入・流出がなく、作動液である水の体積変化に依拠したストロークしか行われていない。特に、加振振幅が±15mmである場合には、動的なばね定数が、初期圧縮時ばね定数である水の体積弾性率Ｇｗに依拠したばね定数と、ほぼ同程度となってしまっている。つまり、コロイダルダンパとして機能するシリンダ装置は、振幅の小さな振動が生じている場合に動的なばね定数が、初期圧縮時ばね定数の影響を大きく受けることになる。それに対して、本シリンダ装置５０は、初期圧縮時ばね定数Ｋ1が、体積弾性率調整物質によって、水の体積弾性率に依拠したばね定数より小さくされており、振幅の小さな振動が生じている場合の減衰性能の悪化が抑制されたものとなっている。
　また、本シリンダ装置５０のストローク量とシリンダ力との関係を図９の実線に示す。本シリンダ装置は、車両が停止している状態から、バウンドストローク可能な量が、リバウンドストローク可能な量に比較して大きくされている。換言すれば、分担荷重Ｗｃｆと同じ大きさのシリンダ力を発生させる位置が、ストローク可能範囲の中央よりリバウンド側に位置している。つまり、停止状態おける車高が高めに設定されている。具体的には、ピストン８２に設定された圧力を加えた状態でハウジング８０の上蓋を閉じることで、ハウジング８０内に初期圧が加えられている。それによって、ストローク可能範囲の中央よりリバウンド側で、シリンダ力が分担荷重Ｗｃｆと釣り合うようになっている。
　本シリンダ装置５０において、停止状態からバウンド側にストロークを開始し、その後に２サイクルした場合のシリンダ力の変化を二点鎖線に示している。１サイクル目のバウンド側へのストロークが、実線で示した静特性に沿って動作しているのに対して、２サイクル目のバウンド側へのストロークにおいて、シリンダ力の増加に遅れが生じているのが分かる。このことによって、車体と車輪５２との間で相対動作しつけている場合には、車高が停止状態より低下したような状態となる。本シリンダ装置５０は、上述したように、停止状態における車高が高めに設定されているため、走行中に車高が低下することで、バウンド側，リバウンド側の両方向へのストローク可能量が適切化されることになる。
第２実施例
　次に、第２実施例のシリンダ装置設計方法について説明する。第２実施例のシリンダ装置設計方法は、第１実施例の設計方法と、初期圧縮時ばね定数設定プロセスによって設定された初期圧縮時ばね定数Ｋ1を実現する方法が異なる。そのため、第２実施例の設計方法については、その方法のみを説明し、その後、第２実施例の設計法により設計されたシリンダ装置２００について説明する。
　＜作動液量決定プロセス＞
　先に述べたように、初期圧縮時ばね定数Ｋ1は、（５）式で表される。
　　Ｋ1＝Ｇ1・（Ａｐ2／Ｖf）　・・・（５）
本シリンダ装置２００の作動液は、第１実施例のシリンダ装置５０と同様に水であるため、チャンバの体積弾性率Ｇ1は、水の体積弾性率Ｇｗと等価と考える。そして、その水の体積弾性率Ｇｗ、先に決定されたピストンの設計受圧面積Ａｐ、および、水の体積弾性率Ｇｗに依拠したばね定数の６０％程度の大きさに設定された初期圧縮時ばね定数Ｋ1に基づき、上記（５）式を根拠に、作動液量Ｖf、つまり、チャンバ内のトータルの水の量を決定した。
　＜設計されたシリンダ装置の構成＞
　上記第２実施例のシリンダ装置設計方法により決定された設計値をもとに構成されたシリンダ装置２００を、図１０の正面断面図に示す。なお、このシリンダ装置２００は、第１実施例のシリンダ装置５０と同じ構成要素を含むため、それらの説明は省略するものとする。
　本シリンダ装置２００は、第１実施例のシリンダ装置５０とほぼ同様の構成であるが、第１実施例のシリンダ装置が備えていた体積弾性率調整物質である圧縮空気１２０は、チャンバ内に収容されていない。本実施例のシリンダ装置２００は、サブハウジング２１０を備えている。そのサブハウジング２１０は、ハウジング８０の下端に連結され、自身の内部が、ハウジング８０の下室９４に連通している。そして、サブハウジング２１０内も、作動液である水１５０が充填されている。そして、そのサブハウジング２１０は、それの容積が、上述した設計法により決定された作動液量Ｖfに基づいて、定められている。つまり、サブハウジング２１０の容積は、その作動液量Ｖfから、ハウジング８０内に収容された水の量と、コロイド溶液密封体１３０内の水の量とを引いた量を、収容できるように決定されているのである。
　本実施例のシリンダ装置２００も、第１実施例のシリンダ装置５０と同様に、初期圧縮時ばね定数Ｋ1が水の体積弾性率Ｇｗに依拠したばね定数より小さくされており、振幅の小さな振動が生じている場合の減衰性能の悪化が抑制されたものとなっている。
　１０：シリンダ装置　　１２：ハウジング　　１４：ピストン　　１６：チャンバ　　２０：多孔質体　　２２：作動液　　３０：細孔　　５０：シリンダ装置〔懸架シリンダ〕　　５２：車輪　　７０：アクスルキャリア〔車輪保持部材〕　　７２：マウント部〔車体〕　　８０：ハウジング　　８２：ピストン　　９２：上室　　９４：下室〔チャンバ〕　　１２０：ベローズ〔第１密封部材〕　　１２２：疎水化多孔質シリカゲル〔多孔質体〕　　１２４：水〔作動液〕　　１４０：ベローズ〔第２密封部材〕　　１４２：圧縮空気〔体積弾性率調整物質〕　　１５０：水〔作動液〕　　２００：シリンダ装置　　２１０：サブハウジング
　ｒ：細孔半径　　ｒ'：基準細孔半径　　Ｓ：ストローク　　Ｐ：チャンバの内圧　　Ｐintr：流入時のクラッキング圧　　Ｐintr'：基準クラッキング圧　　Ｐextr：流出時のクラッキング圧　　Ｖf：作動液量　　Ｋ1：初期圧縮時ばね定数　　Ｇ1：作動液の体積弾性率　　Ｇｗ：水の体積弾性率　　Ａｐ：ピストンの受圧面積　　Ａｐ'：基準受圧面積　　σ：作動液の表面張力　　θin：作動液の流入時の接触角　　Ｋ2：コロイド溶液のばね定数　　Ｇ2：コロイド溶液の体積弾性率　　θex：作動液の流出時の接触角　　Ｗｃｆ：分担荷重

Claims (9)

  1. 　(A)相対動作する２つの物の一方に連結されるハウジングと、(B)前記２つの物の他方に連結されて前記ハウジング内を摺動可能なピストンと、(C)前記ハウジングと前記ピストンとによって区画形成されたチャンバの内部に収容された多数の細孔を有する多孔質体および作動液とを備え、(i)前記２つの物のうちの上方側に位置する物を、前記多孔質体の細孔に前記作動液が流入した状態によって生じる前記チャンバの内圧に依存して支持するとともに、(ii)前記２つの物の相対動作に応じて前記多孔質体の細孔へ流入している前記作動液の量が変化することによって、それら２つの物の相対動作を減衰させ、コロイダルダンパとして機能するシリンダ装置の設計方法であって、
    　前記２つの物のうちの上方側に位置する物の重量に応じて、前記多孔質体の細孔に作動液が流入し始める時の前記チャンバの内圧であるクラッキング圧の目安となる基準クラッキング圧を設定するクラッキング圧設定プロセスと、
    　前記チャンバの内圧と前記多孔質体の細孔の内圧との釣り合いに基づいて定まる前記クラッキング圧と前記多孔質体の細孔径との関係を根拠に、前記基準クラッキング圧に基づいて、前記多孔質体の細孔径の目安となる基準細孔径を決定する細孔径決定プロセスと
    　を含むシリンダ装置設計方法。
  2. 　前記クラッキング圧設定プロセスにおいて、
    　前記ピストンの受圧面積の目安となる基準受圧面積を設定し、その基準受圧面積と、前記２つの物のうちの上方側に位置する物の重量とに基づいて、前記基準クラッキング圧を設定する請求項１に記載のシリンダ装置設計方法。
  3. 　(A)相対動作する２つの物の一方に連結されるハウジングと、(B)前記２つの物の他方に連結されて前記ハウジング内を摺動可能なピストンと、(C)前記ハウジングと前記ピストンとによって区画形成されたチャンバの内部に収容された多数の細孔を有する多孔質体および作動液とを備え、(i)前記２つの物のうちの上方側に位置する物を、前記多孔質体の細孔に前記作動液が流入した状態によって生じる前記チャンバの内圧に依存して支持するとともに、(ii)前記２つの物の相対動作に応じて前記多孔質体の細孔へ流入している前記作動液の量が変化することによって、それら２つの物の相対動作を減衰させ、コロイダルダンパとして機能するシリンダ装置の設計方法であって、
    　前記多孔質体の細孔に作動液が流入し始めるまでの当該シリンダ装置のストローク量に対する前記チャンバの内圧の変化勾配である初期圧縮時ばね定数を設定する初期圧縮時ばね定数設定プロセスと、
    　前記作動液を選定するとともに前記ピストンの受圧面積を設定し、その選定された作動液の体積弾性率，設定された前記ピストンの受圧面積，および前記設定された初期圧縮時ばね定数に基づき、前記初期圧縮時ばね定数が前記作動液の体積弾性率と前記ピストンの受圧面積の２乗との積を前記作動液の量で除した値に等しいことを根拠に、前記作動液の量を決定する作動液量決定プロセスと
    　を含むシリンダ装置設計方法。
  4. 　(A)相対動作する２つの物の一方に連結されるハウジングと、(B)前記２つの物の他方に連結されて前記ハウジング内を摺動可能なピストンと、(C)前記ハウジングと前記ピストンとによって区画形成されたチャンバの内部に収容された多数の細孔を有する多孔質体および作動液とを備え、(i)前記２つの物のうちの上方側に位置する物を、前記多孔質体の細孔に前記作動液が流入した状態によって生じる前記チャンバの内圧に依存して支持するとともに、(ii)前記２つの物の相対動作に応じて前記多孔質体の細孔へ流入している前記作動液の量が変化することによって、それら２つの物の相対動作を減衰させ、コロイダルダンパとして機能するシリンダ装置の設計方法であって、
    　前記多孔質体の細孔に作動液が流入し始めるまでの当該シリンダ装置のストローク量に対する前記チャンバの内圧の変化勾配である初期圧縮時ばね定数を設定する初期圧縮時ばね定数設定プロセスと、
    　前記ピストンの受圧面積，前記作動液の量を設定し、その設定された前記ピストンの受圧面積，前記作動液の量，および前記設定された初期圧縮時ばね定数に基づき、前記初期圧縮時ばね定数が前記作動液の体積弾性率と前記ピストンの受圧面積の２乗との積を前記作動液の量で除した値に等しいことを根拠に算出される体積弾性率を、設計体積弾性率として決定する体積弾性率決定プロセスと、
    　体積弾性率が前記作動液の体積弾性率と異なる物質をチャンバ内に収容して、前記チャンバに加わる力に対する前記チャンバの容積変化の逆数である前記チャンバの体積弾性率を前記設計体積弾性率に調整すべく、そのチャンバ内に収容する物質を決定する体積弾性率調整物質決定プロセスと
    　を含むシリンダ装置設計方法。
  5. 　前記初期圧縮時ばね定数設定プロセスにおいて、
    　前記初期圧縮時ばね定数を、水の体積弾性率に依拠して定まるばね定数より小さい値に設定する請求項３また請求項４に記載のシリンダ装置設計方法。
  6. 　(A)相対動作する２つの物の一方に連結されるハウジングと、(B)前記２つの物の他方に連結されて前記ハウジング内を摺動可能なピストンと、(C)前記ハウジングと前記ピストンとによって区画形成されたチャンバの内部に収容された多数の細孔を有する多孔質体および作動液と、(D)可撓性を有し、前記チャンバの内部に密封空間を区画形成するとともにその密封空間に前記多孔質体と前記作動液の一部とをそれらが混合した状態で密封し、自身が変形することによって、前記密封空間の容積の変化を許容する密封部材とを備え、(i)前記多孔質体の細孔に前記作動液が流入した状態によって生じる前記密封空間内の圧力に依存して、前記２つの物のうちの上方側に位置する物を支持するとともに、(ii)前記２つの物の相対動作に応じて、前記多孔質体の細孔へ流入している前記作動液の量が変化することによって、それら２つの物の相対動作を減衰させることで、コロイダルダンパとして機能するシリンダ装置であって、
    　当該シリンダ装置が、さらに、
    　前記チャンバの内部における前記密封空間の外部に収容され、体積弾性率が前記作動液の体積弾性率と異なる物質を備え、
    　前記作動液が、水であり、前記物質が、体積弾性率が水の体積弾性率より低いものであるシリンダ装置。
  7. 　前記密封部材を、第１密封部材とした場合に、
    　当該シリンダ装置が、可撓性を有して前記物質を内部に密封する第２密封部材を備えた請求項６に記載のシリンダ装置。
  8. 　(A)相対動作する２つの物の一方に連結されるハウジングと、(B)前記２つの物の他方に連結されて前記ハウジング内を摺動可能なピストンと、(C)前記ハウジングと前記ピストンとによって区画形成されたチャンバの内部に収容された多数の細孔を有する多孔質体および作動液と、(D)可撓性を有し、前記チャンバの内部に密封空間を区画形成するとともにその密封空間に前記多孔質体と前記作動液の一部とをそれらが混合した状態で密封し、自身が変形することによって、前記密封空間の容積の変化を許容する密封部材とを備え、(i)前記多孔質体の細孔に前記作動液が流入した状態によって生じる前記密封空間内の圧力に依存して、前記２つの物のうちの上方側に位置する物を支持するとともに、(ii)前記２つの物の相対動作に応じて、前記多孔質体の細孔へ流入している前記作動液の量が変化することによって、それら２つの物の相対動作を減衰させることで、コロイダルダンパとして機能するシリンダ装置であって、
    　当該シリンダ装置が、さらに、
    　前記ハウジングに連結され、自身の内部が前記ハウジングの内部と連通して前記チャンバを区画形成するサブハウジングを備え、
    　そのサブハウジングの容積が、前記ハウジングの容積から前記多孔質体の体積を除いた部分の容積の４５パーセント以上１００パーセント以下とされたシリンダ装置。
  9. 　当該シリンダ装置が、
    　前記２つの物が停止している状態から、収縮側にストローク可能な量が、伸張側にストローク可能な量に比較して大きくなるように構成された請求項６ないし請求項８のいずれか１つに記載のシリンダ装置。
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