WO2012172961A1 - 磁気粘性流体緩衝器 - Google Patents

磁気粘性流体緩衝器 Download PDF

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magnetorheological fluid
piston
magnetic
shock absorber
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啓司 斎藤
美穂 島田
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カヤバ工業株式会社
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    • 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
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/32—Details
    • F16F9/53—Means for adjusting damping characteristics by varying fluid viscosity, e.g. electromagnetically
    • F16F9/535—Magnetorheological [MR] fluid dampers

Definitions

  • the present invention relates to a magnetorheological fluid shock absorber using a magnetorheological fluid whose apparent viscosity changes due to the action of a magnetic field.
  • Some shock absorbers mounted on vehicles such as automobiles change the damping force by applying a magnetic field to the flow path through which the magnetorheological fluid passes to change the apparent viscosity of the magnetorheological fluid.
  • JP 2007-239982A discloses a magnetorheological fluid damper in which permanent magnets are attached to both axial ends of a cylinder in which magnetorheological fluid is sealed.
  • a magnetorheological fluid damper In this magnetorheological fluid damper, a yoke material is provided on the outer periphery of a cylinder, and a piston and a part of the piston rod are formed of a ferromagnetic material.
  • the magnetic force of the permanent magnet does not act on the magnetorheological fluid.
  • the piston strokes beyond the neutral region a magnetic circuit is formed from the permanent magnet through the piston rod, the piston, and the yoke material. As a result, the magnetic force of the permanent magnet acts on the magnetorheological fluid between the piston and the cylinder, and the viscosity of the magnetorheological fluid increases and the damping coefficient increases.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and in a magnetorheological fluid shock absorber in which a magnet is attached to a cylinder, magnetism is efficiently applied to continuously reduce the damping coefficient with respect to the stroke amount of the piston.
  • the purpose is to change.
  • a magnetorheological fluid shock absorber using a magnetorheological fluid whose viscosity is changed by the action of a magnetic field is formed by a nonmagnetic material, and the magnetorheological fluid is enclosed in the inner periphery thereof.
  • a piston formed by a cylindrical cylinder and a non-magnetic material and slidably disposed in the cylinder with an interval through which the magnetorheological fluid can pass is connected between the cylinder and the piston.
  • a piston rod that is attached to the cylinder and causes a magnetic field to act in the cylinder, and the magnet portion is formed by a permanent magnet having an inner peripheral shape along the outer periphery of the cylinder, and a magnetic body. And a ring member disposed on the outer peripheral side of the permanent magnet.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a magnetorheological fluid damper according to a first embodiment of the present invention.
  • 2A is a cross-sectional view taken along the line IIA-IIA in FIG.
  • FIG. 2B is a diagram illustrating a permanent magnet of the magnetorheological fluid shock absorber according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a graph illustrating the operation of the magnetorheological fluid damper according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a sectional view of a piston, a cylinder, and a magnet part of a magnetorheological fluid shock absorber according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4B is a diagram illustrating a permanent magnet of a magnetorheological fluid shock absorber according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view of a piston, a cylinder, and a magnet part of a modification of the magnetorheological fluid damper according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5B is a diagram illustrating a permanent magnet of a modification of the magnetorheological fluid damper according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a magnetorheological fluid shock absorber 100.
  • the magnetorheological fluid shock absorber 100 is a damper capable of changing a damping coefficient with respect to a force applied in the axial direction by using a magnetorheological fluid whose viscosity is changed by the action of a magnetic field.
  • the magnetorheological fluid shock absorber 100 is formed such that the damping coefficient thereof changes in proportion to the stroke amount of the piston 21.
  • the magnetorheological fluid shock absorber 100 includes a cylindrical cylinder 10 in which a magnetorheological fluid is sealed on the inner periphery thereof, a piston 21 disposed in the cylinder 10 so as to be slidable in the axial direction of the cylinder 10, and a piston The piston rod 22 to which the reference numeral 21 is connected, and the magnet portion 30 that is fixed to the outer periphery of the cylinder 10 and applies a magnetic field to the cylinder 10.
  • the magnetorheological fluid sealed in the cylinder 10 changes its apparent viscosity by the action of a magnetic field, and is a liquid in which fine particles having ferromagnetism are dispersed in a liquid such as oil.
  • the viscosity of the magnetorheological fluid changes according to the strength of the applied magnetic field, and becomes the minimum when there is no influence of the magnetic field.
  • the cylinder 10 includes a cylindrical portion 11 formed in a cylindrical shape having openings at both ends thereof, and a head member 12 and a bottom member 13 attached to the openings at both ends of the cylindrical portion 11.
  • the cylindrical part 11 has a screwing part 11a formed on the inner periphery of one opening part and a screwing part 11b formed on the inner periphery of the other opening part.
  • a screwing portion 12b that is screwed with the screwing portion 11a of the cylindrical portion 11 is formed.
  • a seal member 14a is provided between the inner periphery of the cylindrical portion 11 and the outer periphery of the head member 12, and the magnetorheological fluid in the cylinder 10 is sealed.
  • the head member 12 is formed with a hole 12a through which the piston rod 22 is inserted.
  • a screwing portion 13b that is screwed with the screwing portion 11b of the cylindrical portion 11 is formed on the outer periphery of the bottom member 13.
  • a seal member 14b is provided between the inner periphery of the cylindrical portion 11 and the outer periphery of the bottom member 13, and the magnetorheological fluid in the cylinder 10 is sealed.
  • the bottom member 13 is formed with a hole 13a through which the piston rod 22 is inserted.
  • the cylinder 10 is formed of a nonmagnetic material. Accordingly, the cylinder 10 is prevented from becoming a magnetic path, and a magnetic field can be efficiently applied from the magnet unit 30 to the magnetorheological fluid sealed in the cylinder 10.
  • the cylinder 10 has an annular recess 15 formed on the outer periphery of the cylindrical portion 11 so as to be thinner than other portions of the cylinder 10.
  • a magnet unit 30 is fitted around the recess 15.
  • the piston 21 is formed in a columnar shape whose outer diameter is smaller than the inner diameter of the cylindrical portion 11 in the cylinder 10. That is, the piston 21 is formed between the inner periphery of the cylindrical portion 11 in the cylinder 10 with an annular interval through which the magnetorheological fluid can pass.
  • the magnetorheological fluid shock absorber 100 When the piston 21 slides in the cylinder 10 in the axial direction, the magnetorheological fluid passes through the space between the piston 21 and the cylinder 10.
  • the magnetorheological fluid shock absorber 100 generates a damping force by the annular space between the piston 21 and the cylinder 10 acting as a throttle.
  • Piston 21 is formed of a non-magnetic material. Thereby, the magnetic field of the magnet part 30 does not act directly on the piston 21, and it is possible to prevent the piston 21 from being brought to one side and increasing the friction.
  • the piston rod 22 is formed so as to be coaxial with the piston 21 and is inserted through the center of the piston 21.
  • the piston rod 22 is formed integrally with the piston 21.
  • the piston rod 22 may be formed separately from the piston 21 and joined by screws or the like.
  • One end 22a of the piston rod 22 is inserted into the hole 12a of the head member 12, is slidably supported by the head member 12, and extends to the outside of the cylinder 10.
  • the other end 22 b of the piston rod 22 is inserted into the hole 13 a of the bottom member 13 and is slidably supported by the bottom member 13.
  • the piston rod 22 is slidably supported by the head member 12 and the bottom member 13, so that even if there is an annular interval between the outer periphery of the piston 21 and the inner periphery of the cylinder 10, The cylinder 10 can slide in the axial direction without being displaced in the radial direction.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line IIA-IIA in FIG.
  • FIG. 2B is a diagram illustrating the permanent magnet 31 of the magnetorheological fluid shock absorber 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • the magnet part 30 has a circular cross section.
  • the magnet unit 30 is fitted around the recess 15 of the cylinder 10.
  • the recess 15 is formed thinner than the other part of the cylinder 10. Therefore, it does not prevent the magnetic field of the magnet unit 30 from acting on the magnetorheological fluid sealed in the cylinder 10.
  • the magnet unit 30 includes a pair of permanent magnets 31, a support member 33 that supports the permanent magnets 31, and an annular magnetic ring member 32 that is fitted around the permanent magnets 31 and the support member 33.
  • the permanent magnet 31 has an inner peripheral surface 31a composed of a partial arc of the first circumference centered on the same axis as the center of the cylinder 10, and the same center as the first circumference. Surrounded by an outer peripheral surface 31b made of a partial arc of a second circumference having a larger diameter than the first circumference, and a pair of side surfaces 31c connecting the inner peripheral face 31a and the outer peripheral face 31b. This is a C-shaped segment magnet having an arc shape.
  • the pair of permanent magnets 31 are formed in the same shape and are arranged symmetrically with respect to the central axis of the cylinder 10.
  • the permanent magnet 31 has a pair of magnetic poles magnetized in the radial direction.
  • the permanent magnets 31 are magnetized so that the inner peripheral surface 31a side is an N pole and the outer peripheral surface 31b side is an S pole.
  • the pair of permanent magnets 31 are arranged such that their magnetic poles face each other with respect to the central axis of the cylinder 10. That is, the pair of permanent magnets 31 are magnetized in the same direction and are arranged symmetrically with respect to a line segment passing through the central axis of the cylinder 10.
  • the inner peripheral side of the support member 33 is formed in a cylindrical shape along the periphery of the annular recess 15.
  • a groove 33a and a groove 33b for fixing the permanent magnet 31 to the outer shape on the circumference are formed on the outer peripheral side of the support member 33.
  • the support member 33 forms a circle having the same outer circumference as the second circumference described above in a state where the permanent magnets 31 are fixed to the groove 33a and the groove 33b, respectively.
  • the support member 33 is formed of a non-magnetic material in the same manner as the cylinder 10. Thereby, it is prevented that the supporting member 33 becomes a magnetic path, and the magnetic field from the magnet part 30 acts on a magnetorheological fluid efficiently.
  • An annular magnetic ring member 32 made of a magnetic material is fitted on the outer periphery of the support member 33.
  • the magnetic ring member 32 is fitted in close contact with the outer periphery of the support member 33 in a state where the permanent magnets 31 are fixed to the groove 33a and the groove 33b, respectively.
  • the magnetic ring member 32 constitutes a magnetic path of a magnetic field generated by the permanent magnet 31.
  • the magnetic ring member 32 is formed of a soft magnetic material having a high magnetic permeability and a small coercivity of the residual magnetic field.
  • the pair of permanent magnets 31 are fixed separately from each other by the support member 33. That is, in the permanent magnet 31, the center angle of the inner peripheral surface 31a and the outer peripheral surface 31b is set to be less than 180 °. Further, the outer peripheral surface 31 b of the permanent magnet 31 is in close contact with the inner peripheral surface of the magnetic ring member 32.
  • the magnet unit 30 generates a magnetic field in the direction indicated by the arrow in FIG. 2A. That is, by arranging the magnetic poles of the pair of permanent magnets 31 to face each other, a radial magnetic force is generated from the central axis of the cylinder 10. This magnetic force acts evenly on the magnetorheological fluid existing in the interval between the piston 21 and the cylinder 10, and can increase the viscosity of the magnetorheological fluid.
  • the magnetic ring member 32 made of a magnetic material is disposed outside the permanent magnet 31, the magnetic field directed toward the outer peripheral surface 31b passes through the inside of the magnetic ring member 32 without being diverged. Thereby, a magnetic field can be made to act on a magnetorheological fluid more efficiently.
  • the magnet unit 30 is arranged corresponding to the position of the piston 21 when the piston rod 22 enters the cylinder 10 most. Therefore, the viscosity of the magnetorheological fluid in the cylinder 10 differs depending on the position in the axial direction. Specifically, the magnetic viscous fluid in the cylinder 10 is more affected by the magnetic field as it gets closer to the magnet unit 30, and the viscosity increases due to the collection of ferromagnetic particles. On the other hand, as the magnetorheological fluid in the cylinder 10 moves away from the magnet unit 30, the influence of the magnetic field becomes smaller and the viscosity becomes lower.
  • the horizontal axis represents the stroke amount S [m], which is the amount of the piston rod 22 entering the cylinder 10, and the vertical axis represents the damping coefficient C [N ⁇ s / m] of the magnetorheological fluid shock absorber 100. is there.
  • a straight line X indicates the damping coefficient C of the magnetorheological fluid shock absorber 100
  • a straight line Y indicates the magnetorheological fluid in the cylinder 10 without providing the magnet unit 30 in the magnetorheological fluid shock absorber 100.
  • the attenuation coefficient C when no magnetic field acts on is shown.
  • the attenuation coefficient C in this case is always a constant value with respect to the change in the stroke amount S as shown by the straight line Y.
  • the damping coefficient C is the minimum when the stroke amount in which the piston rod 22 is most retracted from the cylinder 10 is S min as shown by the straight line X.
  • the stroke amount is S min
  • the magnetorheological fluid in the cylinder 10 is affected by the magnetic field by the magnet unit 30 and the ferromagnetic particles are aligned, so the magnet unit 30 is not provided.
  • the damping coefficient C is larger.
  • the damping coefficient C of the magnetorheological fluid shock absorber 100 can be increased proportionally.
  • the cylinder 10 and the piston 21 are formed of a non-magnetic material, and the cylinder 10 is attached with a magnet unit 30 that applies a magnetic field to the magnetorheological fluid in the cylinder 10. Therefore, the cylinder 10 and the piston 21 do not form a magnetic path, and the influence of the magnetic field on the magnetorheological fluid passing through the interval between the cylinder 10 and the piston 21 is caused by the piston 21 strokes to the magnet unit 30. It will gradually increase as you get closer. Therefore, the damping coefficient can be continuously changed with respect to the stroke amount of the piston 21.
  • the magnet unit 30 includes a pair of permanent magnets 31 that are C-shaped segment magnets having an inner peripheral shape along the outer peripheral shape of the cylindrical cylinder 10 in which the magnetorheological fluid is enclosed. Thereby, a magnetic field acts on the magnetorheological fluid which exists in the space
  • the magnetic ring member 32 of magnetic material is disposed outside the permanent magnet 31, the magnetic field toward the outer peripheral surface 31b passes through the magnetic ring member 32 without being diverged. Thereby, a magnetic field can be made to act on a magnetorheological fluid efficiently.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of the cylinder 10 and the magnet unit 30 of the magnetorheological fluid shock absorber according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 4B illustrates the magnetorheological fluid shock absorber according to the second embodiment of the present invention. It is a figure explaining the permanent magnet 31.
  • FIG. FIG. 4A is a cross-sectional view of the cylinder 10 and the magnet unit 30 of the magnetorheological fluid shock absorber according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 4B illustrates the magnetorheological fluid shock absorber according to the second embodiment of the present invention. It is a figure explaining the permanent magnet 31.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view of a cylinder 10 and a magnet unit 30 of a modification of the magnetorheological fluid shock absorber according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 5B is a magnetic diagram according to the second embodiment of the present invention. It is a figure explaining the permanent magnet 31 of the modification of the viscous fluid shock absorber 100.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view of a cylinder 10 and a magnet unit 30 of a modification of the magnetorheological fluid shock absorber according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 5B is a magnetic diagram according to the second embodiment of the present invention. It is a figure explaining the permanent magnet 31 of the modification of the viscous fluid shock absorber 100.
  • the magnetic viscous fluid shock absorber according to the second embodiment has the same basic configuration as the magnetic viscous fluid shock absorber 100 according to the first embodiment shown in FIG.
  • the magnetorheological fluid shock absorber according to the second embodiment is different from the magnetorheological fluid shock absorber 100 according to the first embodiment only in the configuration of the magnet unit 30.
  • the magnet unit 30 is fitted around a pair of permanent magnets 31, a support member 33 that supports the permanent magnets 31, and the permanent magnet 31 and the support member 33. And an annular magnetic ring member 32.
  • the permanent magnet 31 is a C-shaped segment magnet.
  • the pair of permanent magnets 31 are formed in the same shape and are arranged symmetrically with respect to the central axis of the cylinder 10.
  • the permanent magnet 31 has a pair of magnetic poles magnetized in the radial direction.
  • one permanent magnet 31 is magnetized so that the inner peripheral surface 31a side is an N pole and the outer peripheral surface 31b side is an S pole.
  • the other permanent magnet 31 is magnetized so that the inner peripheral surface 31a side is an S pole and the outer peripheral surface 31b side is an N pole.
  • the pair of permanent magnets 31 are arranged so that the respective magnetic poles are opposed to the central axis of the cylinder 10. That is, the magnetic poles of the pair of permanent magnets 31 are different from each other.
  • the magnet unit 30 generates a magnetic field in the direction indicated by the arrow in FIG. 4A. That is, by arranging the magnetic poles of the pair of permanent magnets 31 to be opposite to each other, a magnetic force from one permanent magnet 31 toward the other permanent magnet 31 is generated. This magnetic force acts on the magnetorheological fluid existing in the space between the piston 21 and the cylinder 10 to increase the viscosity of the magnetorheological fluid.
  • a magnetic field in a direction along the peripheral surface of the cylinder 10 is generated along the peripheral surface of the cylinder 10, particularly near the boundary between the pair of permanent magnets 31. Therefore, the magnetic field can be effectively applied to the magnetorheological fluid.
  • the magnetic ring member 32 made of a magnetic material is disposed outside the permanent magnet 31, the magnetic field from one permanent magnet 31 toward the other permanent magnet 31 passes through the magnetic ring member 32 without being diverged. . Thereby, a magnetic field can be made to act on a magnetorheological fluid efficiently.
  • the pair of permanent magnets 31 are arranged such that their magnetic poles are opposite to the central axis of the cylinder 10. That is, different magnetic poles face each other on the inner peripheral side of the permanent magnet 31.
  • the permanent magnet 31 may be formed in a ring shape and magnetized so that different magnetic poles face each other on the inner peripheral side thereof. Specifically, in the permanent magnet 31 formed in a ring shape, one half circumference part of the permanent magnet 31 is magnetized to N pole and the other half circumference part is magnetized to S pole. In this case, the support member 33 does not have a groove and has an outer peripheral shape along the inner periphery of the ring-shaped permanent magnet 31.
  • the magnet unit 30 With such a configuration, the magnet unit 30 generates a magnetic field in the direction indicated by the arrow in FIG. 5A. That is, in the ring-shaped permanent magnet 31, a magnetic field from the north pole to the south pole is generated. This magnetic field acts on the magnetorheological fluid existing in the sense between the piston 21 and the cylinder 10 and increases the viscosity of the magnetorheological fluid.
  • a magnetic field substantially parallel to the peripheral surface of the cylinder 10 is generated along the peripheral surface of the cylinder 10, particularly near the boundary between the north pole and the south pole of the ring-shaped permanent magnet 31. To do. Therefore, the magnetic field can be effectively applied to the magnetorheological fluid.
  • the damping coefficient can be continuously changed with respect to the stroke amount of the piston 21 as in the first embodiment described above.
  • the second embodiment of the present invention includes a pair of permanent magnets 31 that are C-shaped segment magnets having an inner peripheral shape along the outer peripheral shape of a cylindrical cylinder 10 in which a magnetorheological fluid is sealed.
  • the magnetic poles were arranged so as to oppose each other. Thereby, since the magnetic field of the direction along the surrounding surface of the cylinder 10 generate
  • the magnetic ring member 32 made of a magnetic material is disposed outside the permanent magnet 31, the magnetic field from one permanent magnet 31 toward the other permanent magnet 31 does not diverge, and the inside of the magnetic ring member 32 Therefore, the magnetic field can be applied to the magnetorheological fluid more efficiently.

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Abstract

　本発明は、磁界の作用によって粘性が変化する磁気粘性流体が用いられる磁気粘性流体緩衝器であって、非磁性体によって形成され、その内周に磁気粘性流体が封入される筒状のシリンダと、非磁性体によって形成され、前記シリンダの内周との間に磁気粘性流体が通過可能な間隔をもって前記シリンダ内に摺動自在に配置されるピストンと、前記ピストンが連結されるピストンロッドと、前記シリンダに取り付けられて前記シリンダ内に磁界を作用させる磁石部と、を備え、前記磁石部は、前記シリンダの外周に沿った内周形状を有する永久磁石と、磁性体によって形成され、前記永久磁石の外周側に配置されるリング部材と、を備える。

Description

磁気粘性流体緩衝器
　本発明は、磁界の作用によって見かけの粘性が変化する磁気粘性流体を利用した磁気粘性流体緩衝器に関するものである。
　自動車等の車両に搭載される緩衝器として、磁気粘性流体が通過する流路に磁界を作用させ、磁気粘性流体の見かけの粘性を変化させることによって、減衰力を変化させるものがある。
　ＪＰ２００７－２３９９８２Ａには、磁気粘性流体が封入されたシリンダにおける軸方向の両端部に永久磁石が取り付けられた磁気粘性流体ダンパが開示されている。この磁気粘性流体ダンパは、シリンダの外周にヨーク材が設けられ、ピストンとピストンロッドの一部とが強磁性体で形成されるものである。この磁気粘性流体ダンパでは、ピストンが中立領域に位置しているときには、永久磁石の磁力は磁気粘性流体に作用しない。一方、ピストンが中立領域を越えてストロークしたときには、永久磁石からピストンロッドとピストンとヨーク材とを介して磁気回路が形成される。これにより、永久磁石の磁力がピストンとシリンダとの間の磁気粘性流体に作用し、磁気粘性流体の粘度が高くなって減衰係数が大きくなる。
　しかしながら、ＪＰ２００７－２３９９８２Ａに記載の磁気粘性流体ダンパは、ピストンが中立領域を越えてストロークしたときに、永久磁石の磁力が磁気粘性流体に作用して減衰係数が大きく変化するものである。そのため、この磁気粘性流体ダンパは、ピストンが中立領域に位置するときと、ピストンが中立位置を越えたときとで、磁気粘性流体の粘度、すなわち減衰係数が段階的に変化する。また、磁場発生装置の周囲を磁気粘性流体が覆う構造であるため、磁場発生装置が発生する磁界が発散してしまい、磁気を効率よく磁気粘性流体に作用させることができなかった。
　本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、シリンダに磁石が取り付けられる磁気粘性流体緩衝器において、磁気を効率よく作用させて、ピストンのストローク量に対して減衰係数を連続的に変化させることを目的とする。
　本発明のある態様によれば、磁界の作用によって粘性が変化する磁気粘性流体が用いられる磁気粘性流体緩衝器であって、非磁性体によって形成され、その内周に磁気粘性流体が封入される筒状のシリンダと、非磁性体によって形成され、前記シリンダの内周との間に磁気粘性流体が通過可能な間隔をもって前記シリンダ内に摺動自在に配置されるピストンと、前記ピストンが連結されるピストンロッドと、前記シリンダに取り付けられて前記シリンダ内に磁界を作用させる磁石部と、を備え、前記磁石部は、前記シリンダの外周に沿った内周形状を有する永久磁石と、磁性体によって形成され、前記永久磁石の外周側に配置されるリング部材と、を備える磁気粘性流体緩衝器が提供される。
　本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
図１は、本発明の第一の実施形態による磁気粘性流体緩衝器の断面図である。 図２Ａは、図１におけるＩＩＡ－ＩＩＡ断面図である。 図２Ｂは、本発明の第一の実施形態による磁気粘性流体緩衝器の永久磁石について説明する図である。 図３は、本発明の第一の実施形態による磁気粘性流体緩衝器の作用を説明するグラフ図である。 図４Ａは、本発明の第二の実施形態による磁気粘性流体緩衝器のピストン，シリンダ，及び磁石部の断面図である。 図４Ｂは、本発明の第二の実施形態による磁気粘性流体緩衝器の永久磁石について説明する図である。 図５Ａは、本発明の第二の実施形態による磁気粘性流体緩衝器の変形例のピストン，シリンダ，及び磁石部の断面図である。 図５Ｂは、本発明の第二の実施形態による磁気粘性流体緩衝器の変形例の永久磁石について説明する図である。
　以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
　まず、図１を参照して、本発明の第一の実施形態による磁気粘性流体緩衝器１００の全体構成について説明する。図１は、磁気粘性流体緩衝器１００の断面図である。
　磁気粘性流体緩衝器１００は、磁界の作用によって粘性が変化する磁気粘性流体を用いることによって、軸方向に加わる力に対する減衰係数が変化可能なダンパである。磁気粘性流体緩衝器１００は、その減衰係数が、ピストン２１のストローク量に応じて比例的に変化するように形成される。
　磁気粘性流体緩衝器１００は、その内周に磁気粘性流体が封入される筒状のシリンダ１０と、シリンダ１０の軸方向に摺動自在なようにシリンダ１０内に配置されるピストン２１と、ピストン２１が連結されるピストンロッド２２と、シリンダ１０の外周に固定されてシリンダ１０内に磁界を作用させる磁石部３０と、を備える。
　シリンダ１０内に封入される磁気粘性流体は、磁界の作用によって見かけの粘性が変化するものであり、油等の液体中に強磁性を有する微粒子を分散させた液体である。磁気粘性流体の粘度は、作用する磁界の強さに応じて変化し、磁界の影響がない場合に最低となる。
　シリンダ１０は、その両端に開口部を有する円筒状に形成される円筒部１１と、円筒部１１における両端の開口部に取り付けられるヘッド部材１２とボトム部材１３とを備える。
　円筒部１１は、一方の開口部における内周に形成される螺合部１１ａと、他方の開口部における内周に形成される螺合部１１ｂと、を有する。
　ヘッド部材１２の外周には、円筒部１１の螺合部１１ａと螺合する螺合部１２ｂが形成される。円筒部１１の内周とヘッド部材１２の外周との間には、シール部材１４ａが設けられ、シリンダ１０内の磁気粘性流体がシールされる。ヘッド部材１２には、ピストンロッド２２が挿通する孔１２ａが形成される。
　同様に、ボトム部材１３の外周には、円筒部１１の螺合部１１ｂと螺合する螺合部１３ｂが形成される。円筒部１１の内周とボトム部材１３の外周との間には、シール部材１４ｂが設けられ、シリンダ１０内の磁気粘性流体がシールされる。ボトム部材１３には、ピストンロッド２２が挿通する孔１３ａが形成される。
　シリンダ１０は、非磁性体によって形成される。これにより、シリンダ１０が磁路になることが防止され、シリンダ１０内に封入された磁気粘性流体に磁石部３０から効率的に磁場が作用するようにできる。
　シリンダ１０は、円筒部１１の外周にシリンダ１０の他の部分と比較して薄肉に形成される環状の凹部１５を有する。凹部１５の周囲には、磁石部３０が嵌装される。
　ピストン２１は、その外径がシリンダ１０における円筒部１１の内径よりも小径の円柱状に形成される。つまり、ピストン２１は、シリンダ１０における円筒部１１の内周との間に磁気粘性流体が通過可能な環状の間隔をもって形成される。
　ピストン２１がシリンダ１０内を軸方向に摺動すると、ピストン２１とシリンダ１０との間の間隔を磁気粘性流体が通過する。磁気粘性流体緩衝器１００は、ピストン２１とシリンダ１０との間の環状の間隔が絞りの役割をすることによって、減衰力を発生するものである。
　ピストン２１は、非磁性体によって形成される。これにより、ピストン２１に磁石部３０の磁界が直接作用することはなく、また、ピストン２１が片側に寄せられてフリクションが増加することを防止できる。
　ピストンロッド２２は、ピストン２１と同軸になるように形成され、ピストン２１の中心を挿通する。ピストンロッド２２は、ピストン２１と一体に形成される。ピストンロッド２２をピストン２１と別体に形成して、ねじ等によって接合してもよい。
　ピストンロッド２２の一方の端部２２ａは、ヘッド部材１２の孔１２ａを挿通し、ヘッド部材１２に摺動自在に支持されるとともに、シリンダ１０の外部へと延在する。ピストンロッド２２の他方の端部２２ｂは、ボトム部材１３の孔１３ａを挿通し、ボトム部材１３に摺動自在に支持される。
　このように、ピストンロッド２２は、ヘッド部材１２及びボトム部材１３に摺動自在に支持されることによって、ピストン２１の外周とシリンダ１０の内周との間に環状の間隔があいていても、シリンダ１０内にて径方向にずれることなく軸方向に摺動可能である。
　次に、図２Ａ及び図２Ｂを参照して、磁石部３０について説明する。図２Ａは、図１におけるＩＩＡ－ＩＩＡ断面図である。図２Ｂは、本発明の第一の実施形態による磁気粘性流体緩衝器１００の永久磁石３１について説明する図である。
　磁石部３０は、図２Ａに示すように、その断面が円環状に形成されている。磁石部３０は、シリンダ１０の凹部１５の周囲に嵌装される。凹部１５は、シリンダ１０の他の部分と比較して薄肉に形成される。そのため、磁石部３０の磁界がシリンダ１０内に封入された磁気粘性流体に作用することを妨げない。
　磁石部３０は、一対の永久磁石３１と、永久磁石３１を支持する支持部材３３と、永久磁石３１と支持部材３３との周囲に嵌装される円環状の磁性リング部材３２と、から構成される。
　永久磁石３１は、シリンダ１０の軸の中心と同一の軸を中心とする第一の円周の一部の弧からなる内周面３１ａと、第一の円周と同一の中心を有して第一の円周と比較して径が大きな第二の円周の一部の弧からなる外周面３１ｂと、内周面３１ａと外周面３１ｂとを結ぶ一対の側面３１ｃと、によって囲まれた円弧状の形状を有するＣ型のセグメント磁石である。一対の永久磁石３１は、同一の形状に形成され、シリンダ１０の中心軸に対して対称に配置される。
　永久磁石３１は、図２Ｂに示すように、径方向に一組の磁極が着磁されている。図２Ｂに示す例では、永久磁石３１は、それぞれ、内周面３１ａ側がＮ極となり、外周面３１ｂ側がＳ極となるように着磁されている。磁石部３０において、一対の永久磁石３１は、それぞれの磁極がシリンダ１０の中心軸に対して向かい合わせに配置される。すなわち、一対の永久磁石３１は、互いに同方向に着磁され、シリンダ１０の中心軸を通過する線分に対して線対称に配置される。
　支持部材３３の内周側は、環状に形成された凹部１５の周囲に沿うような円筒形状に形成される。支持部材３３の外周側には、円周上の外形に永久磁石３１を固定するための溝部３３ａと溝部３３ｂとが形成される。支持部材３３は、溝部３３ａと溝部３３ｂとに永久磁石３１がそれぞれ固定された状態で、その外周が、前述した第二の円周と同一の円を形成する。
　支持部材３３は、シリンダ１０と同様に、非磁性体によって形成される。これにより、支持部材３３が磁路になることが防止され、磁石部３０からの磁界が磁気粘性流体に効率的に作用する。
　支持部材３３の外周には、磁性体によって構成される円環状の磁性リング部材３２が嵌装される。磁性リング部材３２は、溝部３３ａと溝部３３ｂとに永久磁石３１がそれぞれ固定された状態の支持部材３３の外周に密着して嵌装される。
　磁性リング部材３２は、永久磁石３１が発生する磁界の磁路を構成する。磁性リング部材３２は、透磁率が大きく、残留磁場の保磁力が小さい軟磁性体によって形成される。
　一対の永久磁石３１は、支持部材３３によって互いに分離して固定される。すなわち、永久磁石３１は、内周面３１ａ及び外周面３１ｂの中心角が１８０°未満に設定される。また、永久磁石３１の外周面３１ｂは、磁性リング部材３２の内周面に密接している。
　このような構成により、磁石部３０は、図２Ａに矢印で示す方向に磁界を発生する。すなわち、一対の永久磁石３１の磁極が向かい合わせになるように配設されることによって、シリンダ１０の中心軸から放射方向の磁力が発生する。この磁力は、ピストン２１とシリンダ１０との間の間隔に存在する磁気粘性流体に満遍なく作用し、磁気粘性流体の粘度を上昇させることができる。
　また、永久磁石３１の外側には磁性体の磁性リング部材３２が配置されているので、外周面３１ｂ側に向かう磁界は、発散することなく磁性リング部材３２の内部を通過する。これにより、磁界をより効率的に磁気粘性流体に作用させることができる。
　磁石部３０は、ピストンロッド２２がシリンダ１０内に最も進入したときのピストン２１の位置に対応して配設される。そのため、シリンダ１０内の磁気粘性流体の粘度は、軸方向の位置によって相違する。具体的には、シリンダ１０内の磁気粘性流体は、磁石部３０に近付くほど磁界の影響が大きくなり強磁性を有する微粒子が集まることによって粘度が高くなる。一方、シリンダ１０内の磁気粘性流体は、磁石部３０から離れるほど磁界の影響が小さくなって粘度が低くなる。
　そのため、ピストンロッド２２がシリンダ１０内に進入する方向にストロークすると、ピストン２１とシリンダ１０との間の間隔を通過する磁気粘性流体への磁石部３０による磁界の影響が徐々に大きくなる。よって、シリンダ１０内に進入する方向へのピストンロッド２２のストロークに応じて、磁気粘性流体の見かけの粘度が高くなる。したがって、磁気粘性流体緩衝器１００の減衰係数は、ピストンロッド２２がシリンダ１０内に進入するほど大きくなることとなり、ピストン２１のストローク量に対して減衰係数を連続的に変化させることができる。
　次に、図３を参照して、磁気粘性流体緩衝器１００の作用について説明する。
　図３において、横軸は、シリンダ１０に対するピストンロッド２２の進入量であるストローク量Ｓ［ｍ］であり、縦軸は、磁気粘性流体緩衝器１００の減衰係数Ｃ［Ｎ・ｓ／ｍ］である。図３において、直線Ｘは、磁気粘性流体緩衝器１００の減衰係数Ｃを示すものであり、直線Ｙは、磁気粘性流体緩衝器１００に磁石部３０を設けずに、シリンダ１０内の磁気粘性流体に磁界が作用しない場合の減衰係数Ｃを示すものである。
　磁石部３０が設けられない場合には、シリンダ１０に対してピストンロッド２２が進入していっても、絞りの役割をするピストン２１とシリンダ１０との間の環状の間隔は、常に一定である。また、磁石部３０が設けられないため、シリンダ１０内の磁気粘性流体に磁界が影響せず、シリンダ１０内における磁気粘性流体の粘度はピストンロッド２２のストローク量にかかわらず一定である。よって、この場合の減衰係数Ｃは、直線Ｙのようにストローク量Ｓの変化に対して常に一定の値である。
　これに対して、磁気粘性流体緩衝器１００では、直線Ｘのように、シリンダ１０からピストンロッド２２が最も退出したストローク量がＳminの状態では、減衰係数Ｃは最小である。ただし、このストローク量がＳminの状態においても、シリンダ１０内の磁気粘性流体には磁石部３０による磁界が影響して強磁性を有する微粒子が整列しているため、磁石部３０が設けられない場合と比較すると減衰係数Ｃは大きくなっている。
　ストローク量がＳminの状態からピストンロッド２２がシリンダ１０内に進入してゆくと、減衰係数Ｃは比例的に大きくなり、ストローク量がＳmaxのときに減衰係数Ｃが最大となる。これは、ピストン２１とシリンダ１０との間の環状の間隔における磁気粘性流体の粘度が徐々に大きくなるためである。また、ピストン２１が、磁界の影響が大きい磁石部３０の内周側に進入し、ピストン２１とシリンダ１０との間の環状の間隔のうち、磁界の影響を直接的に受ける長さが徐々に大きくなるためである。
　このように、ピストンロッド２２がシリンダ１０内に最も進入したときのピストン２１の位置に相当する位置に磁石部３０を配設することによって、ピストンロッド２２がシリンダ１０内に進入する方向のストローク量に対して、磁気粘性流体緩衝器１００の減衰係数Ｃを比例的に大きくすることができる。
　以上の第一の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。
　シリンダ１０とピストン２１とは非磁性体によって形成され、シリンダ１０にはシリンダ１０内の磁気粘性流体に磁界を作用させる磁石部３０が取り付けられる。よって、シリンダ１０やピストン２１が磁路を形成することはなく、シリンダ１０とピストン２１との間の間隔を通過する磁気粘性流体への磁界の影響は、ピストン２１がストロークして磁石部３０に近付くにつれて徐々に大きくなることとなる。したがって、ピストン２１のストローク量に対して減衰係数を連続的に変化させることができる。
　また、磁石部３０は、磁気粘性流体が封入される円筒形のシリンダ１０の外周形状に沿う内周形状を有するＣ型のセグメント磁石である一対の永久磁石３１を備える。これにより、磁界がピストン２１とシリンダ１０との間の間隔に存在する磁気粘性流体に作用し、磁気粘性流体の粘度を上昇させる。
　また、永久磁石３１の外側には磁性体の磁性リング部材３２が配置されているので、外周面３１ｂ側に向かう磁界は、発散することなく磁性リング部材３２を通過する。これにより、磁界を効率的に磁気粘性流体に作用させることができる。
　次に、図４Ａから図５Ｂを参照して、本発明の第二の実施形態について説明する。なお、第二の実施形態では、前述した第一の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。図４Ａは、本発明の第二の実施形態による磁気粘性流体緩衝器のシリンダ１０及び磁石部３０の断面図であり、図４Ｂは、本発明の第二の実施形態による磁気粘性流体緩衝器の永久磁石３１について説明する図である。また、図５Ａは、本発明の第二の実施形態による磁気粘性流体緩衝器の変形例のシリンダ１０及び磁石部３０の断面図であり、図５Ｂは、本発明の第二の実施形態による磁気粘性流体緩衝器１００の変形例の永久磁石３１について説明する図である。
　第二の実施形態による磁気粘性流体緩衝器は、図１に示される第一の実施形態による磁気粘性流体緩衝器１００と全体の基本構成は同一である。第二の実施形態による磁気粘性流体緩衝器は、第一の実施形態による磁気粘性流体緩衝器１００とは、磁石部３０の構成のみが相違する。
　磁石部３０は、図２に示される第一の実施形態と同様に、一対の永久磁石３１と、永久磁石３１を支持する支持部材３３と、永久磁石３１と支持部材３３との周囲に嵌装される円環状の磁性リング部材３２と、から構成される。
　永久磁石３１は、Ｃ型のセグメント磁石である。一対の永久磁石３１は、同一の形状に形成され、シリンダ１０の中心軸に対して対称に配置される。
　第二の実施形態においては、永久磁石３１は、図４Ｂに示すように、径方向に一組の磁極が着磁されている。図４Ｂに示す例では、一方の永久磁石３１は、内周面３１ａ側がＮ極となり、外周面３１ｂ側がＳ極となるように着磁されている。他方の永久磁石３１は、内周面３１ａ側がＳ極となり、外周面３１ｂ側がＮ極となるように着磁されている。磁石部３０において、一対の永久磁石３１は、それぞれの磁極がシリンダ１０の中心軸に対して相反するように配置される。すなわち、一対の永久磁石３１の磁極は、互いに相違する。
　このような構成により、磁石部３０は、図４Ａに矢印で示す方向に磁界を発生する。すなわち、一対の永久磁石３１の磁極が相反するように配設されることによって、一方の永久磁石３１から他方の永久磁石３１に向かう磁力が発生する。この磁力は、ピストン２１とシリンダ１０との間の間隔に存在する磁気粘性流体に作用し、磁気粘性流体の粘度を上昇させる。
　シリンダ１０では、特に一対の永久磁石３１の境目付近で、シリンダ１０の周面に沿ってシリンダ１０の周面に沿う方向の磁界が発生する。よって、磁界を磁気粘性流体に有効に作用させることができる。
　また、永久磁石３１の外側には磁性体の磁性リング部材３２が配置されているので、一方の永久磁石３１から他方の永久磁石３１に向かう磁界は、発散することなく磁性リング部材３２を通過する。これにより、磁界を効率的に磁気粘性流体に作用させることができる。
　図４Ｂに示されるように、磁石部３０において、一対の永久磁石３１は、それぞれの磁極がシリンダ１０の中心軸に対して相反するように配設される。すなわち、永久磁石３１の内周側にて、異なる磁極どうしが対峙している。
　これと同様の磁界を形成するために、図５Ｂに示すように、永久磁石３１をリング状に形成し、その内周側に異なる磁極どうしが対峙するように着磁させてもよい。具体的には、リング状に形成した永久磁石３１において、永久磁石３１の一方の半周部分をＮ極に、他の半周部分をＳ極に着磁させる。この場合、支持部材３３は溝部を有せず、リング状の永久磁石３１の内周に沿う外周形状を有する。
　このような構成により、磁石部３０は、図５Ａに矢印で示す方向に磁界を発生する。すなわち、リング状の永久磁石３１において、Ｎ極からＳ極に向かう磁界が発生する。この磁界は、ピストン２１とシリンダ１０との間の感覚に存在する磁気粘性流体に作用し、磁気粘性流体の粘度を上昇させる。
　この場合にも同様に、シリンダ１０では、特にリング状の永久磁石３１のＮ極とＳ極との境目付近で、シリンダ１０の周面に沿ってシリンダ１０の周面と略平行な磁界が発生する。よって、磁界を磁気粘性流体に有効に作用させることができる。
　以上のように、本発明の第二の実施形態では、前述した第一の実施形態と同様に、ピストン２１のストローク量に対して減衰係数を連続的に変化させることができる。
　また、本発明の第二の実施形態では、磁気粘性流体が封入される円筒形のシリンダ１０の外周形状に沿う内周形状を有するＣ型のセグメント磁石である一対の永久磁石３１を備え、これらの磁極が互いに相反するように配設した。これにより、シリンダ１０の周面に沿う方向の磁界が発生するので、磁界を磁気粘性流体に有効に作用させることができる。
　また、永久磁石３１の外側には磁性体の磁性リング部材３２が配置されているので、一方の永久磁石３１から他方の永久磁石３１に向かった磁界は、発散することなく磁性リング部材３２の内部を通過するので、磁界をより効率的に磁気粘性流体に作用させることができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
　本願は、２０１１年６月１３日に日本国特許庁に出願された特願２０１１－１３１２５７に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。
　この発明の実施例が包含する排他的性質又は特徴は、以下のようにクレームされる。

Claims (6)

  1. 　磁界の作用によって粘性が変化する磁気粘性流体が用いられる磁気粘性流体緩衝器であって、
    　非磁性体によって形成され、その内周に磁気粘性流体が封入される筒状のシリンダと、
    　非磁性体によって形成され、前記シリンダの内周との間に磁気粘性流体が通過可能な間隔をもって前記シリンダ内に摺動自在に配置されるピストンと、
    　前記ピストンが連結されるピストンロッドと、
    　前記シリンダに取り付けられて前記シリンダ内に磁界を作用させる磁石部と、を備え、
    　前記磁石部は、
    　前記シリンダの外周に沿った内周形状を有する永久磁石と、
    　磁性体によって形成され、前記永久磁石の外周側に配置されるリング部材と、を備える磁気粘性流体緩衝器。
  2. 　請求項１に記載の磁気粘性流体緩衝器であって、
    　前記磁石部は、前記ピストンロッドが前記シリンダ内に最も進入したときの前記ピストンの位置に対応して配設される磁気粘性流体緩衝器。
  3. 　請求項１に記載の磁気粘性流体緩衝器であって、
    　前記永久磁石は、前記シリンダの外周に沿った内周形状を有する円弧状に形成され、前記シリンダの中心軸を挟んで対向するように一対設けられる磁気粘性流体緩衝器。
  4. 　請求項３に記載の磁気粘性流体緩衝器であって、
    　一対の前記永久磁石は、径方向に着磁されており、それぞれの磁極が前記シリンダの中心軸に対して互いに対称となるように配置されている磁気粘性流体緩衝器。
  5. 　請求項３に記載の磁気粘性流体緩衝器であって、
    　一対の前記永久磁石は、径方向に着磁されており、それぞれの磁極が前記シリンダの中心軸に対して互いに相反するように配置されている磁気粘性流体緩衝器。
  6. 　請求項１に記載の磁気粘性流体緩衝器であって、
    　前記永久磁石は、前記シリンダの外周に沿った内周形状を有するリング状に形成され、その磁極が前記シリンダの中心軸に対して互いに相反するように配置されている磁気粘性流体緩衝器。
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