WO2018180363A1

WO2018180363A1 - シリンダ装置

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Publication number: WO2018180363A1
Application number: PCT/JP2018/009180
Authority: WO
Inventors: 有未田邊; 康浩青木; 片山　洋平
Original assignee: 日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2018-03-09
Publication date: 2018-10-04
Also published as: JPWO2018180363A1; JP6761897B2

Abstract

内筒電極３と外筒電極１８との間に、軸方向の上流側から下流側に向けてピストンロッド９の移動により内筒電極３内の電気粘性流体２が流動する各流路２０が設けられている。また、内筒電極３から各流路２０に向けて電気粘性流体２を導入する導入部２１が設けられている。この上で、各流路２０の導入部２１における電気粘性流体２に印加される電界強度は、導入部２１を通過した後における電界強度より小さくなるように、各流路２０の導入部２１近傍に絶縁体または高抵抗体からなる電界強度低下部材としてのスペーサ２２を設けている。

Description

シリンダ装置

　本発明は、例えば自動車、鉄道車両等の車両の振動を緩衝するのに好適に用いられるシリンダ装置に関する。

　一般に、自動車等の車両には、車体（ばね上）側と各車輪（ばね下）側との間に油圧緩衝器に代表されるシリンダ装置が設けられている。ここで、特許文献１には、電気粘性流体を用いたダンパ（緩衝器）において、内筒電極と外筒電極との間の流路で、電界により流体の性状が変化する電気粘性流体が流動する構成が開示されている。

国際公開第２０１４／１３５１８３号

　ところで、特許文献１に開示されたシリンダ装置では、電界による影響が無いために内筒電極内で高い流動性を保っている電気粘性流体が、電界が作用することで粘度が大きく増加した状態で、流動性の劣る流路に急激に導入される。このため、流動性の差によって内筒電極内と流路との境界付近で局所的に流速が増加してキャビテーションを起こし、電気粘性流体の流れが乱れるという問題がある。

　本発明は、上述した問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、内筒電極内と流路との境界付近で電気粘性流体を円滑に流通させることにより、安定した減衰力を得ることができるようにしたシリンダ装置を提供することにある。

　本発明の一実施形態は、電界により流体の性状が変化する電気粘性流体が封入され、内部にロッドが挿入されるシリンダ装置であって、互いに異なる電位の電極となる内筒電極および該内筒電極の外側に設けられる外筒電極と、前記内筒電極と前記外筒電極との間に形成され、軸方向の一端側から他端側に向けて前記ロッドの移動により前記電気粘性流体が流動する環状の流路と、前記流路内に前記電気粘性流体を導入する導入部と、を有し、前記流路の導入部における前記電気粘性流体に印加される電界強度は、前記導入部を通過した後における電界強度より小さくなるように、前記流路の導入部近傍に絶縁体または高抵抗体からなる電界強度低下部材を設けている。

　本発明の一実施形態に係るシリンダ装置によれば、内筒電極内と流路との境界付近で電気粘性流体を円滑に流通させることができ、安定した減衰力を得ることができる。

第１の実施形態によるシリンダ装置としての緩衝器を示す縦断面図である。図１中のＡ部を拡大して示す縦断面図である。スペーサを単体で示す縦断面図である。第２の実施形態による外筒電極とスペーサを内筒電極等と一緒に図２と同様位置から見た縦断面図である。

　以下、本発明の一実施形態に係るシリンダ装置について、４輪自動車等の車両に設けられる緩衝器に適用した場合を例に挙げ、添付図面に従って説明する。

　図１ないし図３は、本発明の第１の実施形態を示している。図１において、シリンダ装置としての緩衝器１は、内部に封入する作動油等を含む電気粘性流体２を用いた減衰力調整式の油圧緩衝器（セミアクティブダンパ）として構成されている。緩衝器１は、例えば、コイルばねからなる懸架ばね（図示せず）と共に、車両用のサスペンション装置を構成する。なお、以下の説明では、緩衝器１の軸方向の一端側を「上端」側とし、軸方向の他端側を「下端」側として記載するが、緩衝器１の軸方向の一端側を「下端」側とし、軸方向の他端側を「上端」側としてもよい。

　緩衝器１は、内筒電極３、アウタ筒４、ピストン６、ピストンロッド９、ロッドガイド１０、ボトムバルブ１３、外筒電極１８、流路２０、導入部２１および上側スペーサ２２を含んで構成されている。

　内筒電極３は、軸方向に延びる円筒体として形成され、内部に電気粘性流体２が封入されている。また、内筒電極３の内部には、ピストンロッド９が挿入され、内筒電極３の外側には、アウタ筒４および外筒電極１８が同軸となるように設けられている。

　内筒電極３は、下端側がボトムバルブ１３のバルブボディ１４に嵌合して取付けられており、上端側は、ロッドガイド１０に嵌合して取付けられている。内筒電極３には、ロッドガイド１０の近傍となる上側に位置して後述する複数個の導入部２１が設けられている。また、内筒電極３の外周側には、後述する複数本の隔壁１９が螺旋状に巻回して設けられている。ここで、内筒電極３は、導体となる材料からなり、負の電極として構成されている。内筒電極３は、後述するアウタ筒４、ロッドガイド１０、ボトムバルブ１３等を介してバッテリ２５の負極に電気的に接続されている。

　アウタ筒４は、緩衝器１の外殻をなすもので、導体となる材料によって円筒体として形成されている。アウタ筒４は、内筒電極３および外筒電極１８の外周に設けられており、該外筒電極１８との間に流路２０と連通するリザーバ室Ａを形成している。この場合、アウタ筒４の下端側は、溶接手段等を用いてボトムキャップ５が固着されることにより閉塞端となっている。

　一方、アウタ筒４の上端側は、開口端となっている。アウタ筒４の開口端側には、例えば、かしめ部４Ａが径方向の内側に屈曲して形成されている。かしめ部４Ａは、シール部材１２の環状板体１２Ａの外周側を抜止め状態で保持している。

　ここで、内筒電極３とアウタ筒４はシリンダを構成し、該シリンダ内には、電気粘性流体２（ERF：Electro Rheological Fluid）が封入されている。なお、図１および図２では、封入されている電気粘性流体２を無色透明で表している。

　電気粘性流体２は、電界（電圧）により性状が変化するものである。即ち、電気粘性流体２は、印加される電圧に応じて粘度が変化し、流通抵抗（減衰力）が変化する。電気粘性流体２は、例えば、シリコンオイル等からなる基油（ベースオイル）と、該基油に混ぜ込まれ（分散され）電界の変化に応じて粘性を可変にする粒子（微粒子）とにより構成されている。

　後述するように、緩衝器１は、内筒電極３と外筒電極１８との間の流路２０内に電位差を発生させ、該流路２０を通過する電気粘性流体２の粘度を制御することで、発生減衰力を制御（調整）する構成となっている。

　内筒電極３とアウタ筒４との間、より具体的には、外筒電極１８とアウタ筒４との間には、環状のリザーバ室Ａが形成されている。リザーバ室Ａ内には、電気粘性流体２と共に作動気体となるガスが封入されている。このガスは、大気圧状態の空気であってもよく、また圧縮された窒素ガス等の気体を用いてもよい。リザーバ室Ａ内のガスは、ピストンロッド９の縮小（縮み行程）時に、当該ピストンロッド９の進入体積分を補償すべく圧縮される。

　ピストン６は、内筒電極３内に摺動可能に設けられている。ピストン６は、内筒電極３内を上側に位置するロッド側油室Ｂと下側に位置するボトム側油室Ｃとに仕切っている。ピストン６には、ロッド側油室Ｂとボトム側油室Ｃとを連通可能とする油路６Ａ，６Ｂがそれぞれ周方向に離間して複数個形成されている。

　ここで、実施形態による緩衝器１は、ユニフロー構造になっている。このため、内筒電極３内の電気粘性流体２は、ピストンロッド９の縮み行程と伸び行程との両行程で、ロッド側油室Ｂから後述の導入部２１を通じて流路２０に向け、常に一方向（図２中の矢印Ｆの方向）に流通する。

　このようなユニフロー構造を実現するため、ピストン６の上端面には、例えば、ピストンロッド９の縮小行程（縮み行程）でピストン６が内筒電極３内を下向きに摺動変位するときに開弁し、これ以外のときには閉弁する縮み側逆止弁７が設けられている。縮み側逆止弁７は、ボトム側油室Ｃ内の電気粘性流体２がロッド側油室Ｂに向けて各油路６Ａ内を流通するのを許し、これとは逆向きに電気粘性流体２が流れるのを阻止する。即ち、縮み側逆止弁７は、ボトム側油室Ｃからロッド側油室Ｂへの電気粘性流体２の流通のみを許容する。

　ピストン６の下端面には、例えば、伸長側のディスクバルブ８が設けられている。伸長側のディスクバルブ８は、ピストンロッド９の伸長行程（伸び行程）でピストン６が内筒電極３内を上向きに摺動変位するときに、ロッド側油室Ｂ内の圧力がリリーフ設定圧を越えると開弁し、このときの圧力を、各油路６Ｂを介してボトム側油室Ｃ側にリリーフする。

　ロッドとしてのピストンロッド９は、内筒電極３内を軸方向（内筒電極３およびアウタ筒４の軸方向、即ち緩衝器１の中心軸線と同方向であり、図１の上，下方向）に延びている。ピストンロッド９は、下端が内筒電極３内でピストン６に連結（固定）され、上端がロッド側油室Ｂを通って内筒電極３およびアウタ筒４の外部へ延出されている。この場合、ピストンロッド９の下端側には、ナット９Ａ等を用いてピストン６が締着されている。一方、ピストンロッド９の上端側は、ロッドガイド１０を介して外部に突出している。なお、ピストンロッド９の下端をさらに延ばしてボトム部（例えば、ボトムキャップ５）側から外向きに突出させた両ロッド形式の緩衝器としてもよい。

　ロッドガイド１０は、内筒電極３とアウタ筒４の上端側に嵌合して設けられている。ロッドガイド１０は、段付円筒体として形成され、内筒電極３とアウタ筒４の上端側を閉塞している。ロッドガイド１０は、ピストンロッド９を支持するもので、例えば金属材料、硬質な樹脂材料等に成形加工、切削加工等を施すことにより所定形状の筒体として形成されている。この場合、ロッドガイド１０は、後述するバルブボディ１４が金属材料（導体）である場合に、絶縁体、誘電体、高抵抗体等からなる材料、例えば樹脂材料を用いて形成することができる。そして、ロッドガイド１０は、内筒電極３の上側部分および外筒電極１８の上側部分を、アウタ筒４の中央に位置決めする。これと共に、ロッドガイド１０は、その内周側でピストンロッド９を軸方向に摺動可能に案内（ガイド）する。

　ここで、ロッドガイド１０は、上側に位置してアウタ筒４の内周側に挿嵌される大径部１０Ａと、該大径部１０Ａの下端側に位置して内筒電極３の内周側に挿嵌される小径部１０Ｂとにより形成されている。ロッドガイド１０の小径部１０Ｂの内周側には、ピストンロッド９を軸方向に摺動可能にガイドするガイドブッシュ１１が挿嵌されている。このガイドブッシュ１１は、例えば金属筒の内周面に４フッ化エチレンコーティングを施すことにより形成されている。さらに、小径部１０Ｂの外周側には、大径部１０Ａの下側に位置して後述の上側スペーサ２２が設けられている。

　ロッドガイド１０の大径部１０Ａとアウタ筒４のかしめ部４Ａとの間には、環状のシール部材１２が設けられている。シール部材１２は、大径部１０Ａの上面に当接した金属性の円環状の板体からなる環状板体１２Ａと、該環状板体１２Ａの内径側に焼き付等の手段で固着された弾性を有する樹脂材料からなる弾性体１２Ｂとを含んで構成されている。シール部材１２は、弾性体１２Ｂの内周側がピストンロッド９の外周面に摺接することにより、ピストンロッド９との間を液密、気密に封止（シール）している。

　内筒電極３の下端側には、該内筒電極３とボトムキャップ５との間に位置してボトムバルブ１３が設けられている。ボトムバルブ１３は、ボトム側油室Ｃとリザーバ室Ａとを連通または遮断するものである。このために、ボトムバルブ１３は、バルブボディ１４、伸び側逆止弁１５およびディスクバルブ１６を含んで構成されている。バルブボディ１４は、ボトムキャップ５と内筒電極３との間でリザーバ室Ａとボトム側油室Ｃとを仕切っている。

　バルブボディ１４には、リザーバ室Ａとボトム側油室Ｃとを連通可能とする油路１４Ａ，１４Ｂがそれぞれ周方向に間隔をもって形成されている。バルブボディ１４の上面側には、段差部１４Ｃが形成され、該段差部１４Ｃには、内筒電極３の下端が嵌合して固定されている。また、段差部１４Ｃには、環状の下側スペーサ１７が内筒電極３の外周側に嵌合して取付けられている。ここで、バルブボディ１４は、前述したロッドガイド１０が金属材料（導体）である場合に、絶縁体、誘電体、高抵抗体等からなる材料、例えば硬質な樹脂材料を用いて形成することができる。

　伸び側逆止弁１５は、例えば、バルブボディ１４の上面側に設けられている。伸び側逆止弁１５は、ピストンロッド９の伸長行程でピストン６が上向きに摺動変位するときに開弁し、これ以外のときには閉弁する。伸び側逆止弁１５は、リザーバ室Ａ内の電気粘性流体２がボトム側油室Ｃに向けて各油路１４Ａ内を流通するのを許し、これとは逆向きに電気粘性流体２が流れるのを阻止する。即ち、伸び側逆止弁１５は、リザーバ室Ａ側からボトム側油室Ｃ側への電気粘性流体２の流通のみを許容する。

　縮小側のディスクバルブ１６は、例えば、バルブボディ１４の下面側に設けられている。縮小側のディスクバルブ１６は、ピストンロッド９の縮小行程でピストン６が下向きに摺動変位するときに、ボトム側油室Ｃ内の圧力がリリーフ設定圧を越えると開弁し、このときの圧力を、各油路１４Ｂを介してリザーバ室Ａ側にリリーフする。

　下側スペーサ１７は、外筒電極１８の下端側を軸方向および径方向に位置決めした状態で保持している。下側スペーサ１７は、例えば電気絶縁性材料（アイソレータ）を用いることで絶縁体または高抵抗体として形成され、内筒電極３と外筒電極１８との間、バルブボディ１４と外筒電極１８との間をそれぞれ電気的に絶縁した状態に保っている。また、下側スペーサ１７には、流路２０をリザーバ室Ａに対して連通させる複数の油路１７Ａが形成されている。

　外筒電極１８は、内筒電極３の外側に内筒電極３を取囲むように設けられている。外筒電極１８は、内筒電極３とアウタ筒４との間に位置して軸方向に延びる圧力管によって形成されている。外筒電極１８は、導体となる材料（例えば金属材料）からなり、円筒状の正の電極を構成している。外筒電極１８は、内筒電極３との間にロッド側油室Ｂと連通する流路２０を形成している。外筒電極１８は、後述するバッテリ２５の正極に電気的に接続されている。

　外筒電極１８は、下端側が下側スペーサ１７を介してボトムバルブ１３のバルブボディ１４に対して上，下方向と径方向に位置決め状態で保持されている。一方、外筒電極１８の上端側は、後述する上側スペーサ２２を介してロッドガイド１０に対して上，下方向と径方向に位置決め状態で保持されている。

　ここで、実施形態では、上側スペーサ２２の特徴部分の形状を明確に図示するために、内筒電極３と外筒電極１８との間の隙間を実際よりも誇張した状態の緩衝器１を図示している。実際の緩衝器１では、外筒電極１８は、内筒電極３の外側に僅かな隙間をもって配置されている。例えば、外筒電極１８の内周面と内筒電極３の外周面との間の隙間寸法（径方向の距離寸法）は、一般的な乗用車（トラック等を除く）の場合で、１ｍｍ以下に設定されている。これにより、外筒電極１８と内筒電極３との間に形成される流路２０の流路面積は、この流路２０に対応する導入部２１の開口面積よりも小さくなっている。

　内筒電極３の外周面には、複数本の隔壁１９が上，下方向に螺旋状に延びて設けられている。各隔壁１９は、内筒電極３の外周面から突出した突条として形成され、突条の先端部位は外筒電極１８の内周面に当接している。これにより、各隔壁１９は、内筒電極３と外筒電極１８との間に複数本の流路２０を形成している。各隔壁１９は、エラストマ等の弾性を有し、かつ電気的絶縁性を有する高分子材料、例えば合成ゴムにより形成されている。各隔壁１９は、例えば接着剤等を用いて内筒電極３に対して固着（接着）されている。

　各流路２０は、各隔壁１９によって螺旋状に分割されることにより、内筒電極３と外筒電極１８との間に複数形成されている。各流路２０は、軸方向の一端側となる上側から他端側となる下側に向け、ピストンロッド９の移動により内筒電極３内の電気粘性流体２が流動するものである。各流路２０は、電気粘性流体２の流れ方向の上流側となる上側が、内筒電極３に設けられた後述の導入部２１によりロッド側油室Ｂと常時連通している。即ち、図２に電気粘性流体２の流れ方向を矢印Ｆで示すように、緩衝器１は、ピストン６の縮み行程および伸び行程の両方で、ロッド側油室Ｂから各導入部２１を通じて各流路２０内に電気粘性流体２が導入される。各流路２０内に導入された電気粘性流体２は、ピストンロッド９が内筒電極３内を進退動するとき（即ち、縮み行程と伸び行程を繰返す間）に、この進退動により各流路２０を上端側から下端側に向けて流動する。

　このとき、電気粘性流体２は、ピストンロッド９の伸び側の移動と縮み側の移動とにより、内筒電極３内から各流路２０に流入し、各流路２０内を軸方向の一端側から他端側に向けて流動する。そして、各流路２０を流れた電気粘性流体２は、外筒電極１８の下端側から下側スペーサ１７の油路１７Ａを介してリザーバ室Ａへと流出する。

　各流路２０では、内筒電極３内でピストン６が摺動することによって流通する電気粘性流体２に抵抗を付与する。このために、外筒電極１８は、電源となるバッテリ２５の正極に、例えば、高電圧を発生する高電圧ドライバ（図示せず）を介して接続されている。バッテリ２５（および高電圧ドライバ）は、電圧供給部（電界供給部）となり、外筒電極１８は、流路２０内の電気粘性流体２に電界（電圧）をかける電極（エレクトロード）となる。この場合、外筒電極１８の両端側は、電気絶縁性の各スペーサ１７，２２によって電気的に絶縁されている。一方、内筒電極３は、ロッドガイド１０、ボトムバルブ１３、ボトムキャップ５、アウタ筒４、高電圧ドライバ等を介して負極（グランド）に接続されている。

　高電圧ドライバは、緩衝器１の減衰力を可変に調整するためのコントローラ（図示せず）から出力される指令（高電圧指令）に基づいて、バッテリ２５から出力される直流電圧を昇圧して外筒電極１８に供給（出力）する。これにより、外筒電極１８と内筒電極３との間、即ち、各流路２０内には、外筒電極１８に印加される電圧に応じた電位差が発生し、電気粘性流体２の粘度が変化する。この場合、緩衝器１は、外筒電極１８に印加される電圧に応じて、発生減衰力の特性（減衰力特性）をソフト（soft）な特性（軟特性）とハード（Hard）な特性（硬特性）との間で連続的に調整することができる。なお、緩衝器１は、減衰力特性を連続的でなくとも、２段階または３段階以上に調整可能なものであってもよい。

　導入部２１は、内筒電極３から各流路２０に向けて電気粘性流体２を導入するもので、各流路２０に対応するように複数個設けられている。各導入部２１は、各流路２０を電気粘性流体２が流通するときの流れ方向の上流側となる内筒電極３の上側部位に設けられている。この場合、各導入部２１は、内筒電極３を径方向に貫通する横孔として周方向に間隔をもって形成されている。即ち、内筒電極３内のロッド側油室Ｂは、各導入部２１によって各流路２０と連通している。

　次に、実施形態の特徴部分となるスペーサとしての上側スペーサ２２の構成について説明する。

　上側スペーサ２２は、内筒電極３の上部と外筒電極１８の上部との間に配置された電界強度低下部材を構成している（以下、単にスペーサ２２という）。スペーサ２２は、外筒電極１８の上端側を軸方向および径方向に位置決めした状態でロッドガイド１０側に保持するものである。スペーサ２２は、下側スペーサ１７と同様に、例えば電気絶縁性材料（アイソレータ）を用いることで絶縁体または高抵抗体として形成され、内筒電極３と外筒電極１８との間、ロッドガイド１０と外筒電極１８との間をそれぞれ電気的に絶縁した状態に保っている。

　図３に示すように、スペーサ２２は、上側（ロッドガイド１０の大径部１０Ａ側）に位置する大径筒部２２Ａと、該大径筒部２２Ａの下端部に段部２２Ｂを介して縮径して形成された小径筒部２２Ｃとを含んで構成されている。また、小径筒部２２Ｃの下側には、小径筒部２２Ｃの下端から径方向の外側に向けて逆Ｊ字状の切欠部２２Ｄが小径筒部２２Ｃの全周に亘って形成されている。この切欠部２２Ｄは、導入部２１に対面する上側部分を凹円弧状に形成していることにより、導入部２１から流路２０に向けて電気粘性流体２を円滑に導入することができる。また、切欠部２２Ｄにより、導入部２１から流出した電気粘性流体２は、上側（ロッドガイド１０の大径部１０Ａ側）に向う流れをなくし、下側に向けて円滑に導入することができるので、渦の発生などを抑えることができる。

　図２に示すように、スペーサ２２は、大径筒部２２Ａおよび小径筒部２２Ｃの内周面が、内筒電極３の上側位置、詳しくは、導入部２１よりも上側に位置する部位に外嵌している。また、小径筒部２２Ｃの外周側には、外筒電極１８の上側部位が外嵌状態で取付けられている。さらに、大径筒部２２Ａの上端は、ロッドガイド１０の大径部１０Ａの下端面に当接されている。

　ここで、図２に示すように、導入部２１に対面する小径筒部２２Ｃの下側部位には、小径筒部２２Ｃを内径側から切欠く切欠部２２Ｄを形成している。これにより、小径筒部２２Ｃの下側部位には、当該小径筒部２２Ｃの板厚寸法ｔを下側（流路２０の流れ方向の下流側）に向け徐々に（段階的に、漸減的に）減少させる板厚減少部２２Ｅが形成されている。板厚減少部２２Ｅは、導入部２１に連続（対面）する上側部位が、凹円弧状の内周面を有する円弧面形成部２２Ｅ１となり、この円弧面形成部２２Ｅ１の外周側から下側が、上側から下側に向けて拡径する楔状部２２Ｅ２となっている。板厚減少部２２Ｅは、外筒電極１８の内周面に沿うように直線状の外周面を有している。

　そして、スペーサ２２の切欠部２２Ｄは、導入部２１から流路２０に至る流路の一部を形成している。この上で、板厚減少部２２Ｅは、導入部２１の位置から下側に向けて板厚寸法ｔが徐々に変化して小さくなるように形成されている。また、導入部２１の上端からスペーサ２２の楔状部２２Ｅ２先端までを導入路２３とし、楔状部２２Ｅ２先端よりも流路２０の下流側を主流路２４とする。

　これにより、ロッド側油室Ｂから導入部２１を通じて流路２０に電気粘性流体２が導入されるときに、導入路２３において、電気粘性流体２に作用する電界強度は、板厚減少部２２Ｅの板厚寸法ｔが最大となる導入部２１の位置で最低となる。これにより、導入部２１の位置の電界強度は、導入部を通過した後における電界強度より小さくなる。また、電気粘性流体２が切欠部２２Ｄを流通する場合は、板厚減少部２２Ｅの板厚寸法ｔが徐々に小さくなり、導入部２１から離れるに従って流路面積が大きくなる。これに伴い、導入部２１から離れるに従い電気粘性流体２に作用する電界強度が徐々に大きくなる。電気粘性流体２が板厚減少部２２Ｅを通過して主流路２４に達すると、電気粘性流体２に作用する電界強度が最高（最大）となる。

　バッテリ２５は、正極が図示しない高電圧ドライバを介して外筒電極１８に接続されている。このバッテリ２５は、外筒電極１８への電圧供給部（電界供給部）となっている。これにより、バッテリ２５は、流路２０内を流通する電気粘性流体２（電気粘性流体）に印加される電圧（電界）の大きさに応じて、発生減衰力の特性（減衰力特性）をソフト（soft）な特性（軟特性）とハード（Hard）な特性（硬特性）との間で連続的に調整している。

　第１の実施形態による緩衝器１は、上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。

　緩衝器１を自動車等の車両に実装するときは、例えば、ピストンロッド９の上端側を車両の車体側に取付け、アウタ筒４の下端側（ボトムキャップ５側）を車輪側（車軸側）に取付ける。車両の走行時には、路面の凹凸等により、上，下方向の振動が発生すると、ピストンロッド９がアウタ筒４から伸長、縮小するように変位する。このとき、コントローラからの指令によりバッテリ２５を用いて各流路２０内に電位差を発生させ、各流路２０を通過する電気粘性流体２の粘度を制御することにより、緩衝器１の発生減衰力を可変に調整する。

　ピストンロッド９の伸び行程時には、内筒電極３内のピストン６の移動によってピストン６の縮み側逆止弁７が閉じる。ピストン６のディスクバルブ８の開弁前には、ロッド側油室Ｂの電気粘性流体２が加圧され、内筒電極３の各導入部２１を通じて各流路２０内に流入する。このとき、ピストン６が移動した分の電気粘性流体２は、リザーバ室Ａからボトムバルブ１３の伸び側逆止弁１５を開いてボトム側油室Ｃに流入する。

　一方、ピストンロッド９の縮み行程時には、内筒電極３内のピストン６の移動によってピストン６の縮み側逆止弁７が開き、ボトムバルブ１３の伸び側逆止弁１５が閉じる。ボトムバルブ１３（ディスクバルブ１６）の開弁前には、ボトム側油室Ｃの電気粘性流体２がロッド側油室Ｂに流入する。これと共に、ピストンロッド９が内筒電極３内に進入した分に相当する電気粘性流体２が、ロッド側油室Ｂから内筒電極３の各導入部２１を通じて各流路２０内に流入する。

　従って、いずれの場合も（伸び行程時も縮み行程時も）、各流路２０内に流入した電気粘性流体２は、各流路２０の電位差（外筒電極１８と内筒電極３との間の電位差）に応じた粘度で各流路２０内を出口側（下側）に向けて通過し、各流路２０から下側スペーサ１７の油路１７Ａを通じてリザーバ室Ａに流出する。このとき、緩衝器１は、流路２０内の各流路２０を通過する電気粘性流体２の粘度に応じた減衰力が発生し、車両の上下振動を緩衝（減衰）することができる。

　ところで、上述した緩衝器１の動作時には、内筒電極３内では、電界による影響が無いために電気粘性流体２が高い流動性を保っている。一方で、各流路２０内では、外筒電極１８と内筒電極３との間の電界が作用することで、電気粘性流体２の粘度が大きく増加している。従って、高い流動性をもった電気粘性流体２が、流動性の劣る流路２０に急激に導入されると、この流動性の差によって内筒電極３内と流路２０との境界付近、即ち、導入部２１で局所的に電気粘性流体２の流速が増加してキャビテーションを起こす虞があり、この場合、電気粘性流体２の流れが乱れて減衰力が不安定になることがある。

　そこで、第１の実施形態では、内筒電極３と外筒電極１８との間に、軸方向の上流側から下流側に向けてピストンロッド９の移動により内筒電極３内（ロッド側油室Ｂ）の電気粘性流体２が流動する各流路２０が設けられている。また、内筒電極３から各流路２０に向けて電気粘性流体２を導入する導入部２１が設けられている。この上で、各流路２０の導入部２１における電気粘性流体２に印加される電界強度は、導入部２１を通過した後における電界強度より小さくなるように、各流路２０の導入部２１近傍に絶縁体または高抵抗体からなる電界強度低下部材としてのスペーサ２２を設ける構成としている。

　従って、スペーサ２２は、高い流動性をもった電気粘性流体２が、流動性の劣る流路２０に急激に導入された場合でも、電界強度を徐々に強くすることができる。これにより、電気粘性流体２は、導入部２１から始まる導入路２３で、電気粘性流体２の粘度を漸増させながら、導入路２３から主流路２４に切換わる位置で電気粘性流体２の粘度を最大にすることができる。この結果、電気粘性流体２の流速が急激に増加することによるキャビテーションを防止できるから、電気粘性流体２の流れを円滑にして減衰力を安定させることができる。

　また、電気粘性流体２に印加される電界強度を、導入部２１を通過した後、徐々に強くなるようにする構成、即ち、板厚減少部２２Ｅ（切欠部２２Ｄ）は、外筒電極１８の上側を保持するスペーサ２２を利用し、その一部として形成している。これにより、組付ける部品点数を増やすことなく、緩衝器１の減衰力を安定させることができる。

　さらに、スペーサ２２の切欠部２２Ｄ（板厚減少部２２Ｅ）は、導入部２１に対面する上側部分を凹円弧状に形成している。これにより、板厚減少部２２Ｅの板厚寸法ｔを徐々に小さくしつつ、導入部２１から流路２０に向けて電気粘性流体２を円滑に導入することができる。

　次に、図４は本発明の第２の実施形態を示している。本実施形態の特徴は、スペーサに設けた板厚減少部の楔状部を、上側から下側に向けて縮径する構成としたことにある。なお、第２の実施形態では、前述した第１の実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

　図４において、第２の実施形態による外筒電極３１は、第１の実施形態による外筒電極１８とほぼ同様に、上側部分が後述の上側スペーサ３２を介して内筒電極３の外周側に保持されている。しかし、第２の実施形態による外筒電極３１は、導入部２１の下側位置に対応した高さ位置に、下側に向けて縮径したテーパ部３１Ａが設けられている点で、第１の実施形態による外筒電極１８と相違している。

　第２の実施形態による上側スペーサ３２は、内筒電極３の上部と外筒電極３１の上部との間に配置された電界強度低下部材を構成している（以下、単にスペーサ３２という）。スペーサ３２は、第１の実施形態によるスペーサ２２とほぼ同様に、大径筒部３２Ａ、段部３２Ｂ、小径筒部３２Ｃ、切欠部３２Ｄおよび板厚減少部３２Ｅにより構成されている。また、板厚減少部３２Ｅは、円弧面形成部３２Ｅ１と楔状部３２Ｅ２とにより形成されている。しかし、第２の実施形態によるスペーサ３２は、板厚減少部３２Ｅの楔状部３２Ｅ２が、外筒電極３１のテーパ部３１Ａに沿うように、上側から下側に向けて縮径している点で、第１の実施形態によるスペーサ２２と相違している。

　かくして、このように構成された第２の実施形態においても、前述した第１の実施形態による作用効果とほぼ同様の作用効果を得ることができる。

　なお、第１の実施形態では、上側スペーサ２２を形成する板厚減少部２２Ｅの楔状部２２Ｅ２を、内周面を上側から下側に向けて拡径することにより楔状に形成している。一方、第２の実施形態では、上側スペーサ３２を形成する板厚減少部３２Ｅの楔状部３２Ｅ２を、外周面を上側から下側に向けて縮径することにより楔状に形成している。しかし、本発明はこれらの構成には限らず、例えば、楔状部の内周面を拡径し、外周面を縮径することにより楔状に形成してもよい。また、楔形状以外にも、導入路２３を流通する電気粘性流体２の電界強度を徐々に変化させることができる形状であれば、他の形状とすることもできる。

　各実施形態では、緩衝器１をユニフロー構造とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、緩衝器をバイフロー構造としてもよい。なお、バイフロー構造とした場合には、ロッドの進退方向が反対になったときには、導入部が流出部となる。

　各実施形態では、緩衝器１を上下方向に配置する構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えばエアレーションを起こさない範囲で傾けて配置する等、取付対象に応じて所望の方向に配置することができる。

　各実施形態では、電気粘性流体２は、軸方向の上端側（一端側）から下端側（他端側）に向けて流動する構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、緩衝器１の配設方向に応じて、例えば下端側から上端側に向けて流動する構成、左端側（または右端側）から右端側（または左端側）に向けて流動する構成、前端側（または後端側）から後端側（または前端側）に向けて流動する構成等、軸方向の他端側から一端側に向けて流動する構成とすることができる。

　各実施形態では、導入部２１を内筒電極３に形成する構成を説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば導入部をロッドガイドやスペーサに形成してもよい。また、ロッドガイド１０と上側スペーサ２２を別体で設ける構成を説明した。しかし、ロッドガイドとスペーサを一体に形成してもよい。また、スペーサ２２を外筒電極１８に設ける構成を示したが、導入部が外筒電極１８と当接する位置まで径方向に延びて構成される場合には、スペーサ２２を内筒電極３に設ける構成としてもよい。その場合は、スペーサ２２を、小径筒部２２Ｃの下端から径方向内側に向けて逆Ｊ字状の切欠部となるように構成する。

　各実施形態では、シリンダ装置としての緩衝器１を４輪自動車に用いる場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば２輪車に用いる緩衝器、鉄道車両に用いる緩衝器、一般産業機器を含む各種の機械機器に用いる緩衝器、建築物に用いる緩衝器等、緩衝すべき対象を緩衝する各種の緩衝器（シリンダ装置）として広く用いることができる。さらに、実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。即ち、シリンダ装置（緩衝器）は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更が可能である。

　以上説明した実施形態に基づくシリンダ装置として、例えば以下に述べる態様のものが考えられる。

　第１の態様としては、電界により流体の性状が変化する電気粘性流体が封入され、内部にロッドが挿入されるシリンダ装置であって、互いに異なる電位の電極となる内筒電極および該内筒電極の外側に設けられる外筒電極と、前記内筒電極と前記外筒電極との間に形成され、軸方向の一端側から他端側に向けて前記ロッドの移動により前記電気粘性流体が流動する環状の流路と、前記流路内に前記電気粘性流体を導入する導入部と、を有し、前記流路の導入部における前記電気粘性流体に印加される電界強度は、前記導入部を通過した後における電界強度より小さくなるように、前記流路の導入部近傍に絶縁体または高抵抗体からなる電界強度低下部材を設けたことを特徴としている。

　第２の態様としては、第１の態様において、前記電界強度低下部材は、前記導入部から離れるに従い電界強度が大きくなるように構成されている。

　第３の態様としては、第１の態様において、前記電界強度低下部材は、前記導入部から離れるに従い徐々に電界強度が大きくなるように構成されている。

　第４の態様としては、第１乃至３の何れかの態様において、前記内筒電極と前記外筒電極との間には、前記ロッドを支持するロッドガイドと電極間の間隔を定める絶縁体または高抵抗体からなるスペーサとが設けられ、該スペーサが前記電界強度低下部材を形成している。

　第５の態様としては、第１乃至４の何れかの態様において、前記電界強度低下部材は、前記流路の流路面積が前記導入部から離れるに従い大きくなるように形成されている。

　第６の態様としては、第１乃至５の何れかの態様において、前記電界強度低下部材は、前記流路の流出部に向う方向と反対側に前記電気粘性流体が流れないように形成されている。

　第７の態様としては、第１乃至６の何れかの態様において、前記導入部は、前記ロッドの進退方向により、流出部となる。

　第８の態様としては、第１乃至７の何れかの態様において、前記内筒電極は、前記ロッドの端部に設けられたピストンが摺動するシリンダであり、前記導入部は、前記内筒電極の側面に穿設され、前記電界強度低下部材は、前記外筒電極の内面に設けられている。

　尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

　本願は、２０１７年３月３０日付出願の日本国特許出願第２０１７－０６８２１９号に基づく優先権を主張する。２０１７年３月３０日付出願の日本国特許出願第２０１７－０６８２１９号の明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約書を含む全開示内容は、参照により本願に全体として組み込まれる。

　１　緩衝器（シリンダ装置）　２　電気粘性流体　３　内筒電極（シリンダ）　６　ピストン　９　ピストンロッド（ロッド）　１０　ロッドガイド　１８，３１　外筒電極　２０　流路　２１　導入部　２２，３２　上側スペーサ（電界強度低下部材）

Claims

　シリンダ装置であって、
　前記シリンダ装置には、電界により流体の性状が変化する電気粘性流体が封入されており、
　また、前記シリンダ装置は、
　該シリンダ装置の内部に挿入されたロッドと、
　内筒電極と、
　外筒電極とを備えており、
　前記内筒電極と前記外筒電極は、互いに異なる電位の電極となっており、
　前記外筒電極は、前記内筒電極の外側に設けられており、
　また、前記シリンダ装置は、
　前記内筒電極と前記外筒電極との間に形成され、軸方向の一端側から他端側に向けて前記ロッドの移動により前記電気粘性流体が流動する環状の流路と、
　前記流路内に前記電気粘性流体を導入する導入部と、
　を有しており、
　前記導入部における前記電気粘性流体に印加される電界強度は、前記電気粘性流体が前記導入部を通過した後、前記流路において前記電気粘性流体に印加される電界強度より小さくなるように、前記流路の導入部近傍に絶縁体または高抵抗体からなる電界強度低下部材を設けたことを特徴とするシリンダ装置。
　請求項１に記載のシリンダ装置において、
　前記電界強度低下部材は、前記導入部から離れるに従い電界強度が大きくなるように構成されたことを特徴とするシリンダ装置。
　請求項１に記載のシリンダ装置において、
　前記電界強度低下部材は、前記導入部から離れるに従い徐々に電界強度が大きくなるように構成されたことを特徴とするシリンダ装置。
　請求項１乃至３の何れか１項に記載のシリンダ装置において、
　前記内筒電極と前記外筒電極との間には、
　前記ロッドを支持するロッドガイドと、
　前記内筒電極と前記外筒電極との間の間隔を定める絶縁体または高抵抗体からなるスペーサとが設けられており、
　該スペーサが前記電界強度低下部材を形成していることを特徴とするシリンダ装置。
　請求項１乃至４の何れかに記載のシリンダ装置において、
　前記電界強度低下部材は、前記流路の流路面積が前記導入部から離れるに従い大きくなるように形成されていることを特徴とするシリンダ装置。
　請求項１乃至５に記載の何れか１項に記載のシリンダ装置において、
　前記電界強度低下部材は、前記流路の流出部に向う方向と反対側に前記電気粘性流体が流れないように形成されていることを特徴とするシリンダ装置。
　請求項１乃至６の何れかに記載のシリンダ装置において、
　前記導入部は、前記ロッドの進退方向により、流出部となることを特徴とするシリンダ装置。
　請求項１乃至７の何れか１項に記載のシリンダ装置において、
　前記ロッドの端部に設けられたピストンが、前記内筒電極内に摺動可能に設けられており、
　前記導入部は、前記内筒電極の側面に穿設されており、
　前記電界強度低下部材は、前記外筒電極の内面に設けられていることを特徴とするシリンダ装置。