(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【0010】
まず、
図1を参照して、本発明の実施の形態に係る磁気粘性流体緩衝器(以下、単に「緩衝器」と称する。)100の全体構成について説明する。
【0011】
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で減衰係数が変化可能なダンパである。緩衝器100は、例えば、自動車等の車両において車体と車軸との間に介装される。緩衝器100は、伸縮作動によって車体の振動を抑える減衰力を発生する。
【0012】
緩衝器100は、内部に磁気粘性流体が封入されるシリンダ10と、シリンダ10内に摺動自在に配置されるピストン20と、ピストン20に連結されてシリンダ10の外部へ延在するピストンロッド21とを備える。
【0013】
シリンダ10は、有底円筒状に形成される。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。磁気粘性流体の粘性は、作用する磁界の強さに応じて変化し、磁界の影響がなくなると元の状態に戻る。
【0014】
シリンダ10内には、ガスが封入されるガス室(図示省略)が、フリーピストン(図示省略)を介して画成される。ピストンロッド21の進退によるシリンダ10内の容積変化は、ガス室が設けられることによって補償される。
【0015】
ピストン20は、シリンダ10内に流体室11と流体室12とを画成する。ピストン20は、流体室11と流体室12との間で磁気粘性流体を移動可能とする環状の流路22と、貫通孔であるバイパス流路23とを有する。ピストン20は、流路22とバイパス流路23とを磁気粘性流体が通過することで、シリンダ10内を摺動することが可能である。ピストン20の構成については、後で詳細に説明する。
【0016】
ピストンロッド21は、ピストン20と同軸に形成される。ピストンロッド21は、一端21aがピストン20に固定され、他端21bがシリンダ10の外部に延出する。ピストンロッド21は、一端21aと他端21bとが開口する円筒状に形成される。ピストンロッド21の内周21cには、後述するピストン20のコイル33aに電流を供給する一対の配線(図示省略)が通される。ピストンロッド21の一端21a近傍の外周には、ピストン20と螺合する雄ねじ21dが形成される。
【0017】
次に、
図1から
図3を参照して、ピストン20の構成について説明する。
【0018】
ピストン20は、ピストンロッド21の端部に取り付けられる小径部30aと、小径部30aと比較して大径に軸方向に連続して形成され小径部30aとの間に段部30dを形成する拡径部30bと、拡径部30bと比較して大径に軸方向に連続して形成され外周にコイル33aが設けられる大径部30cとを有するピストンコア30を備える。
【0019】
また、ピストン20は、ピストンコア30の外周を取り囲みピストンコア30との間に磁気粘性流体の流路22を形成するリング体としてのフラックスリング35と、環状に形成されて小径部30aの外周に配置されフラックスリング35の一端35aに取り付けられるプレート40と、小径部30aに取り付けられ段部30dとの間にプレート40を挟持するストッパとしての固定ナット50とを備える。
【0020】
ピストンコア30は、ピストンロッド21の端部に取り付けられる第一コア31と、コイル33aが外周に設けられるコイルアセンブリ33と、第一コア31との間にコイルアセンブリ33を挟持する第二コア32と、第二コア32とコイルアセンブリ33とを第一コア31に締結する締結部材としての一対のボルト36とを備える。
【0021】
また、ピストンコア30は、コイル33aが発生する磁場の影響が流路22と比較して小さい位置に軸方向に貫通して形成されるバイパス流路23を備える。バイパス流路23は、第一コア31を貫通して形成される第一貫通孔23aと、第二コア32とコイルアセンブリ33とを貫通して形成される第二貫通孔23bとを有する。バイパス流路23は、
図3に示すように、180°間隔で二箇所に形成される。これに限らず、バイパス流路23の数は任意であり、また、バイパス流路23を設けなくてもよい。
【0022】
第一コア31は、小径部30aと、拡径部30bと、ピストンコア30の大径部30cの一部を形成する大径部31aと、中心を軸方向に貫通する貫通孔31bと、バイパス流路23の一部を形成する第一貫通孔23aとを有する。
【0023】
小径部30aは、フラックスリング35から軸方向に突出する円筒状に形成される。小径部30aの内周には、ピストンロッド21の雄ねじ21dと螺合する雌ねじ31cが形成される。ピストンコア30は、雄ねじ21dと雌ねじ31cとの螺合によってピストンロッド21に締結される。
【0024】
拡径部30bは、円筒状に形成される。拡径部30bは、小径部30aに連続して同軸に形成される。小径部30aと拡径部30bとの間には、環状の段部30dが形成される。段部30dは、プレート40が当接し、固定ナット50との間にプレート40を挟持するものである。また、小径部30aの先端の外周には、プレート40を挟持した状態で固定ナット50の雌ねじ50cが螺合する雄ねじ31eが形成される。
【0025】
大径部31aは、円筒状に形成される。大径部31aは、拡径部30bに連続して同軸に形成される。大径部31aの外周は、磁気粘性流体が通過する流路22に臨む。大径部31aは、コイルアセンブリ33と当接する。大径部31aの貫通孔31bには、後述するコイルアセンブリ33の円筒部33bが挿入されて嵌合する。大径部31aには、ボルト36が螺合する一対の雌ねじ31dが形成される。
【0026】
第一貫通孔23aは、第一コア31の大径部31aを軸方向に貫通する。第一貫通孔23aは、
図3に示すように、180°間隔で二箇所に形成される。第一貫通孔23aは、その穴径によってピストン20の摺動時の減衰特性が設定される。
【0027】
第二コア32は、ピストンコア30の大径部30cの一部を形成する大径部32aと、大径部32aの一端に大径部32aと比較して小径に形成される小径部32bと、ボルト36が貫通する貫通孔32cと、ボルト36の頭部が係合する深座繰り部32dと、バイパス流路23の一部を形成する第二貫通孔23bと、ピストン20を回転させるための工具(図示省略)が係合する複数の工具穴32fとを有する。
【0028】
大径部32aは、円柱状に形成される。大径部32aは、第一コア31の大径部31aと同径に形成される。大径部32aの外周は、磁気粘性流体が通過する流路22に臨む。大径部32aは、流体室12に臨む端面32eがフラックスリング35の他端35bと面一となるように形成される。
【0029】
小径部32bは、大径部32aと同軸の円柱状に形成される。小径部32bは、後述するコイルアセンブリ33のコイルモールド部33dの内周と同径に形成され、コイルモールド部33dの内周に嵌められる。
【0030】
貫通孔32cは、第二コア32を軸方向に貫通して一対形成される。貫通孔32cは、ボルト36の螺合部の径と比較して大径に形成される。貫通孔32cは、ピストンコア30が組み立てられた状態で、第一コア31の雌ねじ31dと同軸となるように形成される。
【0031】
深座繰り部32dは、貫通孔32cの端部に形成される。深座繰り部32dは、貫通孔32cと比較して大径に、かつボルト36の頭部と比較して大径に形成される。深座繰り部32dは、ボルト36の頭部を完全に収容可能な深さに形成される。貫通孔32cを挿通するボルト36が第一コア31の雌ねじ31dに螺合すると、深座繰り部32dの底面が第一コア31に押し付けられ、第二コア32は第一コア31に押し付けられる。
【0032】
第二貫通孔23bは、第一貫通孔23aと比較して大径に形成される。第二貫通孔23bは、
図3に示すように、180°間隔で二箇所に形成される。第二貫通孔23bは、ピストンコア30が組み立てられた状態で、第一貫通孔23aと同軸となるように形成される。ピストン20の摺動時の減衰特性は、第一貫通孔23aの穴径によって決定される。第二貫通孔23bの穴径は、ピストン20の摺動時の減衰特性に影響を及ぼさない。
【0033】
工具穴32fは、ピストン20をピストンロッド21に螺着する際に工具が嵌められる穴である。工具穴32fは、
図3に示すように、90°間隔で四箇所に形成される。本実施の形態では、四個の工具穴32fのうち二個は、第二貫通孔23bの端部に形成される。このように、工具穴32fは、第二貫通孔23bと共用される。
【0034】
コイルアセンブリ33は、コイル33aが挿入された状態で樹脂をモールドすることで形成される。コイルアセンブリ33は、第一コア31の貫通孔31bに嵌合する円筒部33bと、第一コア31と第二コア32との間に挟持される連結部33cと、内部にコイル33aが設けられるコイルモールド部33dとを有する。
【0035】
コイル33aは、外部から供給される電流によって磁界を形成する。この磁界の強さは、コイル33aに供給される電流が大きくなるほど強くなる。コイル33aに電流が供給されて磁界が形成されると、流路22を流れる磁気粘性流体の見かけの粘性が変化する。磁気粘性流体の粘性は、コイル33aによる磁界が強くなるほど高くなる。
【0036】
円筒部33bは、先端部33eがピストンロッド21の内周に嵌合する。円筒部33bの先端からは、コイル33aに電流を供給するための一対の配線が引き出される。円筒部33bの先端部33eとピストンロッド21の一端21aとの間には、封止部材としてのOリング34が設けられる。
【0037】
Oリング34は、第一コア31の大径部31aとピストンロッド21とによって軸方向に圧縮され、コイルアセンブリ33の先端部33eとピストンロッド21とによって径方向に圧縮される。これにより、ピストンロッド21の外周と第一コア31との間や、第一コア31とコイルアセンブリ33との間に侵入してきた磁気粘性流体がピストンロッド21の内周に流出して漏出することが防止される。
【0038】
連結部33cは、円筒部33bの基端部から連続して径方向に形成される。連結部33cは、円筒部33bとコイルモールド部33dとを連結する。連結部33cと円筒部33bとの内部には、コイル33aへ電流を供給する一対の配線が通過する。連結部33cは、ボルト36が貫通する貫通孔33fを有する。
【0039】
貫通孔33fは、第二コア32の貫通孔32cと同径に形成される。貫通孔33fは、ピストンコア30が組み立てられた状態で、第一コア31の雌ねじ31dと同軸となるように、かつ貫通孔32cと連続するように形成される。
【0040】
コイルモールド部33dは、連結部33cの外縁部から環状に立設される。コイルモールド部33dは、コイルアセンブリ33における円筒部33bと反対側の端部に突起して形成される。コイルモールド部33dは、第一コア31の大径部31aと同径に形成される。コイルモールド部33dの外周は、ピストンコア30の大径部30cの一部を形成する。コイルモールド部33dの内部には、コイル33aが設けられる。
【0041】
このように、ピストンコア30は、第一コア31と第二コア32とコイルアセンブリ33との三部材に分割して形成される。よって、コイル33aが設けられるコイルアセンブリ33のみをモールドして形成し、第一コア31と第二コア32との間に挟持すればよい。よって、ピストンコア30を単体で形成してモールド作業を行う場合と比較して、ピストンコア30の形成が容易である。
【0042】
ピストンコア30において、第一コア31はピストンロッド21に固定されるが、コイルアセンブリ33と第二コア32とは軸方向に嵌められているのみである。そこで、ピストン20では、一対のボルト36を締結することによって、第二コア32とコイルアセンブリ33とを第一コア31に押し付けるようにして固定している。
【0043】
ボルト36は、第二コア32の貫通孔32cとコイルアセンブリ33の貫通孔33fとを挿通して第一コア31の雌ねじ31dに螺合する。ボルト36は、その締結力によって、深座繰り部32dの底面を第一コア31に向けて押し付ける。これにより、第二コア32と第一コア31との間にコイルアセンブリ33が挟持され、ピストンコア30は一体となる。
【0044】
このように、ボルト36を締結するだけで、第二コア32とコイルアセンブリ33とが、第一コア31に押し付けられて固定される。したがって、ピストンコア30を容易に組み立てることができる。
【0045】
フラックスリング35は、略円筒状に形成される。フラックスリング35の外周は、シリンダ10の内周と略同径に形成される。フラックスリング35の内周は、ピストンコア30の外周に臨む。フラックスリング35の内周は、ピストンコア30の外周と比較して大径に形成され、ピストンコア30との間に流路22を形成する。フラックスリング35は、ピストンコア30と同軸となるように、プレート40を介してピストンコア30に固定される。
【0046】
フラックスリング35は、一端35aに形成されプレート40が嵌められる小径部35cを有する。小径部35cは、外周にプレート40が嵌まるように、フラックスリング35の他の部分と比較して小径に形成される。
【0047】
プレート40は、ピストンコア30に対してフラックスリング35の一端35aを支持して軸方向の位置を規定するものである。プレート40の外周は、フラックスリング35の外周と同径又はそれ以下の径に形成される。
【0048】
プレート40は、
図2に示すように、流路22に連通する貫通孔である複数の流路22aを有する。流路22aは、円弧状に形成されて等角度間隔に配置される。本実施の形態では、流路22aは、90°間隔で四箇所に形成される。流路22aは、円弧状に限らず、例えば複数の円形の貫通孔であってもよい。
【0049】
プレート40とピストンコア30の大径部30cとの間には、流路22aから流入した磁気粘性流体をバイパス流路23に導くバイパス分岐路25が形成される。バイパス分岐路25は、拡径部30bの外周に形成される環状の空隙である。
【0050】
流路22aからピストンコア30内に流入した磁気粘性流体は、バイパス分岐路25を介して流路22とバイパス流路23とに流れる。よって、流路22aとバイパス流路23との周方向の相対位置を合わせる必要がないため、ピストン20の組み立てが容易である。
【0051】
プレート40の内周には、第一コア31の小径部30aが嵌合する貫通孔40aが形成される。プレート40は、貫通孔40aに小径部30aが嵌合することによって、第一コア31との同軸度が確保される。
【0052】
プレート40の外周には、フラックスリング35の一端35aの小径部35cに嵌合する環状の鍔部40bが形成される。鍔部40bは、フラックスリング35に向けて軸方向に突起して形成される。鍔部40bは、小径部35cにロウ付けされることによって固定される。ロウ付けに代えて、溶接や締結などによってプレート40とフラックスリング35とを固定してもよい。
【0053】
プレート40は、ピストンコア30の小径部30aに対する固定ナット50の締結力によって段部30dに押し付けられて挟持される。これにより、プレート40に固定されるフラックスリング35のピストンコア30に対する軸方向の位置が規定されることとなる。
【0054】
固定ナット50は、略円筒状に形成され、ピストンコア30の小径部30aの外周に取り付けられる。固定ナット50は、先端部50aがプレート40と当接する。固定ナット50は、基端部50bの内周に、第一コア31の雄ねじ31eに螺合する雌ねじ50cが形成される。これにより、固定ナット50は、小径部30aに螺着される。
【0055】
以上のように、フラックスリング35の一端35aに取り付けられるプレート40が、ピストンロッド21の端部に取り付けられるピストンコア30の段部30dと、小径部30aに螺合する固定ナット50とによって挟持される。これにより、ピストンコア30に対してフラックスリング35が軸方向に固定される。よって、フラックスリング35の軸方向位置を規定するために、フラックスリング35の他端35bから軸方向に突出する他の部材を設ける必要はない。したがって、緩衝器100のピストン20の全長を短くすることができる。
【0056】
以下では、ピストン20の組み立て手順について説明する。
【0057】
最初に、ピストンコア30を組み立てる。まず、コイルアセンブリ33に第二コア32を取り付ける。コイルアセンブリ33のコイルモールド部33dの内周に第二コア32の小径部32bが嵌合するように取り付ける。
【0058】
次に、コイルアセンブリ33と第二コア32との組立体に、第一コア31を取り付ける。第一コア31の貫通孔31bに大径部31a側からコイルアセンブリ33の円筒部33bを挿入し、コイル33aに電流を供給する一対の配線を第一コア31の貫通孔31bの小径部30a側から引き出す。そして、一対のボルト36を、第二コア32の貫通孔32cとコイルアセンブリ33の貫通孔33fとに挿通した後、第一コア31の雌ねじ31cに螺合する。このボルト36の締結によって、ピストンコア30の組み立てが完了する。
【0059】
ピストンコア30の組み立てと並行して、フラックスリング35とプレート40とを一体に組み立てる。具体的には、プレート40の鍔部40bを、フラックスリング35の小径部35cに嵌合させ、ロウ付けを行う。
【0060】
次に、フラックスリング35と一体に組み立てられたプレート40を、ピストンコア30に組み付ける。具体的には、プレート40をピストンコア30の第一コア31の小径部30aの外周に嵌めこみ、第一コア31の段部30dに当接させる。そして、固定ナット50を小径部30aに螺着する。これにより、プレート40は、固定ナット50と段部30dとの間に挟持される。以上の手順によって、ピストン20が組み立てられる。
【0061】
ピストン20が組み立てられたら、ピストン20をピストンロッド21に取り付ける。具体的には、工具穴32fに工具を嵌めてピストン20を中心軸回りに回転させる。このとき、コイル33aに電流を供給する一対の配線を、ピストンロッド21の内周21cに挿通させる。これにより、ピストンコア30の第一コア31の雌ねじ31cとピストンロッド21の雄ねじ21dとが螺合する。このとき、ピストンロッド21の先端部33eとピストンロッド21の一端21aとの間に、予めOリング34を挿入しておく。
【0062】
このように、予め組み立てておいたピストン20をピストンロッド21に組み付けることによって、ピストン20とピストンロッド21との組み立てを容易に行うことができる。
【0063】
なお、本実施の形態では、ピストン20は、第一コア31と第二コア32とコイルアセンブリ33との三部材に分割されている。しかしながら、この構成に代えて、第一コア31とコイルアセンブリ33とを一体に形成して二部材としてもよく、また、第二コア32とコイルアセンブリ33とを一体に形成して二部材としてもよい。
【0064】
次に、緩衝器100の作用について説明する。
【0065】
緩衝器100が伸縮作動して、ピストンロッド21がシリンダ10に対して進退すると、磁気粘性流体は、プレート40に形成された流路22aとバイパス分岐路25とを介して流路22とバイパス流路23とを流れる。これにより、磁気粘性流体が流体室11と流体室12との間を移動することで、ピストン20はシリンダ10内を摺動する。
【0066】
このとき、ピストンコア30の第一コア31と第二コア32とフラックスリング35とは、磁性材によって形成され、コイル33aのまわりに生じる磁束を導く磁路を構成する。また、プレート40は非磁性材によって形成される。そのため、ピストンコア30とフラックスリング35の間の流路22は、コイル33aのまわりに生じる磁束が通過する磁気ギャップとなる。これにより、緩衝器100の伸縮作動時に、流路22を流れる磁気粘性流体にはコイル33aの磁場が作用する。
【0067】
緩衝器100が発生する減衰力の調節は、コイル33aへの通電量を変化させ、流路22を流れる磁気粘性流体に作用する磁場の強さを変化させることによって行われる。具体的には、コイル33aに供給される電流が大きくなるほど、コイル33aのまわりに発生する磁場の強さが大きくなる。よって、流路22を流れる磁気粘性流体の粘性が高くなって、緩衝器100が発生する減衰力が大きくなる。
【0068】
一方、バイパス流路23は、ピストンコア30の第一コア31に形成される第一貫通孔23aと、第二コア32及びコイルアセンブリ33に形成される第二貫通孔23bとによって形成される。ピストンコア30とプレート40との間には、環状のバイパス分岐路25が画成される。バイパス流路23は、一端がバイパス分岐路25を介して流路22aに連通し、他端がピストン20の端面32eに開口する。
【0069】
バイパス流路23は、磁性材からなるピストンコア30を軸方向に貫通する第一貫通孔23a及び第二貫通孔23bによって画成される。コイル33aはピストンコア30の外周部に内蔵される。そのため、バイパス流路23を流れる磁気粘性流体は、コイル33aの磁場の影響を受けにくい。
【0070】
バイパス流路23が設けられることによって、緩衝器100の伸縮作動時には、流路抵抗によってコイル33aの電流値が調整されるときに生じる圧力変動が緩和される。したがって、急激な圧力変動による衝撃や騒音等の発生が防止される。緩衝器100では、要求される減衰特性に応じてバイパス流路23の第一貫通孔23aの内径や長さが設定される。
【0071】
以上の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。
【0072】
緩衝器100では、フラックスリング35の一端35aに取り付けられるプレート40が、ピストンロッド21の端部に取り付けられるピストンコア30の段部30dと、小径部30aに螺合する固定ナット50とによって挟持される。これにより、ピストンコア30に対してフラックスリング35が軸方向に固定される。よって、フラックスリング35の軸方向位置を規定するために、フラックスリング35の他端35bから軸方向に突出する他の部材を設ける必要はない。したがって、緩衝器100のピストン20の全長を短くすることができる。
【0073】
ピストン20をピストンロッド21に取り付ける際には、工具穴32fに工具を嵌めてピストン20を中心軸回りに回転させる。これにより、ピストンコア30の第一コア31の雌ねじ31cとピストンロッド21の雄ねじ21dとが螺合する。このように、予め組み立てておいたピストン20をピストンロッド21に組み付けることによって、ピストン20とピストンロッド21との組み立てを容易に行うことができる。
【0074】
また、ピストンコア30は、第一コア31と第二コア32とコイルアセンブリ33との三部材に分割して形成される。よって、コイル33aが設けられるコイルアセンブリ33のみをモールドして形成し、第一コア31と第二コア32との間に挟持すればよい。よって、ピストンコア30を単体で形成してモールド作業を行う場合と比較して、ピストンコア30の形成が容易である。
【0075】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【0076】
例えば、緩衝器100は、コイル33aに電流を供給する一対の配線がピストンロッド21の内周を通過するものである。よって、コイル33aに印加された電流を外部に逃がすアースを廃止することができる。しかしながら、この構成に代えて、コイル33aに電流を印加する一本の配線のみがピストンロッド21の内部を通過するようにして、ピストンロッド21自体を通じて外部にアースされる構成としてもよい。