JP6554361B2 - Magnetorheological fluid damper - Google Patents

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Description

本発明は、磁気粘性流体を用いたダンパーに関する。   The present invention relates to a damper using a magnetorheological fluid.

例えば特許文献1に開示された磁気粘性流体ダンパーは、ピストンにオリフィスが形成され、オリフィス周囲に磁界印加手段(コイル)が埋設されたものとされている。磁界印加手段に電流を印加することで、オリフィスを流れる磁気粘性流体に磁場が付与されるようになっており、その磁場の強さを変えることで、所望の減衰力が得られるようになっている。   For example, in the magnetorheological fluid damper disclosed in Patent Document 1, an orifice is formed in a piston, and magnetic field applying means (coil) is embedded around the orifice. By applying a current to the magnetic field applying means, a magnetic field is applied to the magnetorheological fluid flowing through the orifice. By changing the strength of the magnetic field, a desired damping force can be obtained. There is.

特開2007−187176号公報JP 2007-187176 A

上記磁気粘性流体ダンパーは、オリフィスを通過する磁気粘性流体の粘度を調整することにより、ダンパーの減衰力をコントロールするものであるため、減衰力(減衰定数)のON/OFF比(最大減衰定数と最小減衰定数との比)を大きくすることが難しい。特に、オリフィスは構造上、常時、作動流体(磁気粘性流体)の流れを絞ってしまうため、磁気粘性流体に磁場を付与していない時でも、ある程度の大きさの減衰力が生じてしまう。このことから、所定条件でダンパーを無負荷に近い状態で作動させたという要望に応えることが困難である。   Since the above-mentioned magnetorheological fluid damper controls the damping force of the damper by adjusting the viscosity of the magnetorheological fluid passing through the orifice, the ON / OFF ratio of damping force (damping constant) (maximum damping constant and It is difficult to increase the ratio to the minimum damping constant). In particular, since the orifice always restricts the flow of the working fluid (magnetic viscous fluid) due to its structure, a certain amount of damping force is generated even when no magnetic field is applied to the magnetic viscous fluid. From this, it is difficult to meet the demand that the damper be operated in a near unloaded condition under predetermined conditions.

本発明は、かかる課題に鑑みて創案されたものであり、最低減衰定数を小さくすることが可能であり、これにより、減衰力のON/OFF比を大きくすることができる磁気粘性流体ダンパーを提供することを目的とする。   The present invention was devised in view of such a problem, and provides a magnetorheological fluid damper capable of reducing the minimum damping constant and thereby increasing the ON / OFF ratio of the damping force. The purpose is to

本発明の磁気粘性流体ダンパーは、非磁性体で構成されるシリンダボディ内に磁性体で構成されるピストンを直動可能に収容し、作動流体として磁気粘性流体を用いた、磁気粘性流体ダンパーであって、前記シリンダボディと前記ピストンとの間に、2箇所に形成された微小隙間と、前記シリンダボディと前記ピストンとの間に、前記2箇所の微小隙間の間に形成された前記微小隙間より大きな隙間(以下「大隙間」ともいう。)と、前記シリンダボディの前記2箇所の微小隙間を形成する部分の裏面にそれぞれ配置された磁極部と、を備える、ことを特徴としている。   The magnetorheological fluid damper of the present invention is a magnetorheological fluid damper in which a piston made of a magnetic material is accommodated in a cylinder body made of a non-magnetic material so that the piston can move directly, and a magnetorheological fluid is used as a working fluid. The minute gap formed at two positions between the cylinder body and the piston, and the minute gap formed between the two minute gaps between the cylinder body and the piston. It is characterized by comprising a larger gap (hereinafter also referred to as “large gap”) and a magnetic pole portion respectively disposed on the back surface of the portion of the cylinder body where the two minute gaps are formed.

かかる構成を備える磁気粘性流体ダンパーによれば、ピストン移動時に磁気粘性流体が通過する上記「大隙間」の寸法を十分に大きく設定することで、磁気粘性流体ダンパーの最低減衰定数を極めて低い値にすることができる。また、磁極部間に形成される磁路は、「微小隙間」を通過し、「大隙間」を通過しないため、「大隙間」の寸法を大きくしても最大減衰係数が低下することもない。   According to the magnetorheological fluid damper having such a configuration, the minimum damping constant of the magnetorheological fluid damper is set to a very low value by setting the dimension of the “large gap” through which the magnetorheological fluid passes when the piston moves. can do. In addition, since the magnetic path formed between the magnetic pole portions passes through the “small gap” and does not pass through the “large gap”, the maximum attenuation coefficient does not decrease even if the size of the “large gap” is increased. .

上記磁気粘性流体ダンパーは、前記ピストンの直動方向の前後部にそれぞれロッドが接続されており、前記ピストンは、これらのロッドを介して前記シリンダボディに直動可能に支持されている、ものとすることが望ましい。   The magnetorheological fluid damper has rods connected to the front and rear portions of the piston in the linear motion direction, and the piston is supported by the cylinder body through these rods so as to be linearly movable. It is desirable to do.

かかる構成を備える磁気粘性流体ダンパーによれば、上記「微小隙間」の寸法、上記「大隙間」の寸法が確実に保持され、所望する減衰性能が安定的に得られる。   According to the magnetorheological fluid damper having such a configuration, the dimension of the “fine gap” and the dimension of the “large gap” are reliably maintained, and desired damping performance can be stably obtained.

本発明に係る磁気粘性流体ダンパーによれば、最低減衰定数を低い値にすることが容易に可能であり、そうすることで、減衰定数のON/OFF比を大きくすることができる。   According to the magnetorheological fluid damper according to the present invention, it is possible to easily set the minimum damping constant to a low value, so that the ON / OFF ratio of the damping constant can be increased.

本発明の実施形態に係る磁気粘性流体ダンパーをロッドの軸線を含む平面で切断して表した断面図である。但し、磁場形成部、ロッド、ピストン等は断面化していない。FIG. 3 is a cross-sectional view of the magnetorheological fluid damper according to the embodiment of the present invention cut along a plane including the axis of the rod. However, the magnetic field forming portion, the rod, the piston and the like are not sectioned. 図1のA−A断面図である。但し、ロッド、ピストン等は断面化していない。It is AA sectional drawing of FIG. However, the rods, pistons, etc. are not cross-sectioned. 図1のB部拡大図である。It is the B section enlarged view of FIG. 図2のC−C断面図である。但し、磁場形成部の断面のハッチングは省略している。It is CC sectional drawing of FIG. However, hatching of the cross section of the magnetic field forming portion is omitted. 図1のB部拡大図に対応する図であって、ピストンが磁極部間にない状態を示す図である。It is a figure corresponding to the B section enlarged view of FIG. 1, Comprising: It is a figure which shows the state which does not have a piston between magnetic pole parts. 本発明の他の実施形態に係る磁気粘性流体ダンパーをロッドの軸線を含む平面で切断して表した断面図である。但し、ヨーク、ロッド、ピストン等は断面化していない。FIG. 7 is a cross-sectional view of the magnetorheological fluid damper according to another embodiment of the present invention cut along a plane including the axis of the rod. However, the yoke, the rod, the piston, etc. are not sectioned.

以下、本発明の実施形態に係る磁気粘性流体ダンパーについて図面を参照しつつ説明する。図1〜図4に示すように、本実施形態に係る磁気粘性流体ダンパー1は、シリンダボディ2、ピストン3、ロッド4,5、磁場形成部6、磁気粘性流体7等で構成されている。   Hereinafter, a magnetorheological fluid damper according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 to 4, the magnetorheological fluid damper 1 according to this embodiment includes a cylinder body 2, a piston 3, rods 4 and 5, a magnetic field forming unit 6, a magnetorheological fluid 7, and the like.

シリンダボディ2には、直動可能にピストン3が収容されている。シリンダボディ2とピストン3との間には、2箇所に微小隙間が形成され、更にこれら2箇所の微小隙間の周方向間には、当該微小隙間より大きな隙間が形成されている。例えば図4に示すように、シリンダボディ2およびピストン3は、何れも、磁極部6N,6S間に挟まれた方向を短手方向とし、これと直交する方向を長手方向とする断面矩形状のものとされている。そして、上記長手方向に沿って形成された面2a,3aは微小隙間を介して対向しており、上記短手方向に沿って形成された面2b,3bは上記微小隙間より大きな隙間を介して対向している。以下、上記微小隙間を介して対向する面2a,3aを近接対向面2a,3aといい、上記微小隙間より大きな隙間を介して対向する面2b,3bを遠隔対向面2b,3bともいう。なお、磁極部6N,6S間で形成される磁路が上記微小隙間を経由するように、シリンダボディ2は非磁性体で構成され、ピストン3は磁性体で構成されている。   A piston 3 is accommodated in the cylinder body 2 so as to be capable of direct movement. Between the cylinder body 2 and the piston 3, a minute gap is formed at two places, and a gap larger than the minute gap is formed between the circumferential directions of the two minute gaps. For example, as shown in FIG. 4, each of the cylinder body 2 and the piston 3 has a rectangular cross section in which the direction sandwiched between the magnetic pole portions 6N and 6S is the short direction and the direction orthogonal to the long direction is the longitudinal direction. It is supposed to be. The surfaces 2a and 3a formed along the longitudinal direction are opposed to each other through a minute gap, and the surfaces 2b and 3b formed along the shorter direction are disposed through a gap larger than the minute gap. Are facing each other. Hereinafter, the surfaces 2a and 3a facing each other through the minute gap are referred to as proximity facing surfaces 2a and 3a, and the surfaces 2b and 3b facing through the gap larger than the minute gap are also referred to as remote facing surfaces 2b and 3b. The cylinder body 2 is made of a non-magnetic material, and the piston 3 is made of a magnetic material so that the magnetic path formed between the magnetic pole portions 6N and 6S passes through the minute gap.

ピストン3の直動方向前後部には、図1に示すように、それぞれ非磁性体からなるロッド4,5が接続されている。一方のロッド4は、シリンダボディ2の一方に接続された第1案内筒10内に直動自在に支持されている。他方のロッド5は、シリンダボディ2の他方に接続された第2案内筒11内に直動自在に支持されている。これらの案内筒10,11により、上記近接対向面2a,3a間の微小隙間寸法、上記遠隔対向面2b,3b間の隙間寸法が確実に保持されるようになっている。なお、図3に示すように、シリンダボディ2と第1案内筒10との接続部の隙間、および、シリンダボディ2と第2案内筒11との接続部の隙間はシール材13にてシールされている。また、案内筒10,11の軸穴と各ロッド4,5との隙間にはOリング16、ブッシュ17等が嵌め込まれている。   As shown in FIG. 1, rods 4 and 5 made of nonmagnetic material are connected to front and rear portions in the linear motion direction of the piston 3 respectively. One rod 4 is supported so as to be linearly movable in a first guide cylinder 10 connected to one of the cylinder bodies 2. The other rod 5 is supported for direct movement in a second guide cylinder 11 connected to the other of the cylinder body 2. By these guide cylinders 10 and 11, the size of the minute gap between the adjacent facing surfaces 2a and 3a and the size of the gap between the remote facing surfaces 2b and 3b are securely held. As shown in FIG. 3, the gap at the connection portion between the cylinder body 2 and the first guide cylinder 10 and the gap at the connection portion between the cylinder body 2 and the second guide cylinder 11 are sealed with a sealing material 13. ing. In addition, an O-ring 16, a bush 17, and the like are fitted in the gaps between the shaft holes of the guide cylinders 10 and 11 and the rods 4 and 5.

磁場形成部6は、図1に示すように、2つの永久磁石8とこれらの間に連結されたヨーク9とで構成されており、その磁極部6N,6Sはシリンダボディ2を介して互いに対向したものとなっている。各磁極部6N,6Sは、図3に示すように、シリンダボディ2の近接対向面2aの裏面における、ピストン直動方向の特定位置(減衰力を効かせたいストローク位置)にそれぞれ設置されている。この磁極部6N,6Sの幅寸法(図4における縦寸法)は、ピストン3の断面の長手方向寸法と略同一とされている。なお、磁場形成部6はシリンダボディ2に対して任意の位置に設置可能となっており、磁極部6N,6Sの上記特定位置もピストン直動方向に沿って任意の位置に設定可能である。   As shown in FIG. 1, the magnetic field forming unit 6 is composed of two permanent magnets 8 and a yoke 9 connected between them, and the magnetic pole portions 6N and 6S face each other with the cylinder body 2 therebetween. It has become. As shown in FIG. 3, each magnetic pole portion 6N, 6S is installed at a specific position (stroke position where a damping force is desired to be applied) in the piston linear movement direction on the back surface of the proximity facing surface 2a of the cylinder body 2. . The width dimensions (vertical dimensions in FIG. 4) of the magnetic pole portions 6N and 6S are substantially the same as the longitudinal dimension of the cross section of the piston 3. In addition, the magnetic field formation part 6 can be installed in arbitrary positions with respect to the cylinder body 2, and the said specific position of the magnetic pole parts 6N and 6S can also be set in arbitrary positions along a piston linear motion direction.

磁気粘性流体7は、シリンダボディ2内において、ピストン3によって区画された2つの液室14,15、および、ピストン3とシリンダボディ2との隙間に充填されている。この磁気粘性流体7は、磁性粒子を分散媒に分散させてなる液体であり、特にその磁性粒子がナノサイズの金属粒子(金属ナノ粒子)からなるものが使用できる。磁性粒子は磁化可能な金属材料からなり、金属材料に特に制限はないが軟磁性材料が好ましい。軟磁性材料としては、例えば鉄、コバルト、ニッケル及びパーマロイ等の合金が挙げられる。分散媒は、特に限定されるものではないが、一例として疎水性のシリコーンオイルを挙げることができる。磁気粘性流体における磁性粒子の配合量は、例えば3〜40vol%とすればよい。磁気粘性流体にはまた、所望の各種特性を得るために、各種の添加剤を添加することも可能である。   The magnetorheological fluid 7 is filled in the cylinder body 2 in the two liquid chambers 14 and 15 defined by the piston 3 and in the gap between the piston 3 and the cylinder body 2. The magnetorheological fluid 7 is a liquid in which magnetic particles are dispersed in a dispersion medium, and in particular, a liquid in which the magnetic particles are composed of nano-sized metal particles (metal nanoparticles) can be used. The magnetic particles are made of a magnetizable metal material, and the metal material is not particularly limited, but a soft magnetic material is preferable. Examples of the soft magnetic material include alloys such as iron, cobalt, nickel and permalloy. The dispersion medium is not particularly limited, but can be, for example, a hydrophobic silicone oil. The compounding amount of the magnetic particles in the magnetorheological fluid may be, for example, 3 to 40 vol%. It is also possible to add various additives to the magnetorheological fluid to obtain various desired properties.

上記構成を備える磁気粘性流体ダンパー1において、図5の実線で示すように、ピストン3が磁極部6N,6Sの間から完全に離脱した位置X1にあるとき、磁極部6N,6S間には、磁気粘性流体と非磁性体からなるシリンダボディ2のみが介在することから磁路は形成されない。また、シリンダボディ2と位置X1にあるピストン3との近接対向面2a,3a間に介在する磁気粘性流体7X1に磁場が付与されることもない。このような状態のとき、微小隙間に介在する磁気粘性流体7X1は、最低粘度の状態にあり、磁気粘性流体ダンパー1の減衰定数は最低値となる。もちろん、この状態では、近接対向面2a,3a間以外に存在する磁気粘性流体7にも磁場は付与されていない。 In the magnetorheological fluid damper 1 having the above-described configuration, as shown by the solid line in FIG. 5, when the piston 3 is at the position X1 completely separated from between the magnetic pole portions 6N and 6S, between the magnetic pole portions 6N and 6S A magnetic path is not formed because only the cylinder body 2 made of the magnetorheological fluid and the nonmagnetic material intervenes. In addition, no magnetic field is applied to the magnetorheological fluid 7 X1 interposed between the close opposing surfaces 2 a and 3 a of the cylinder 3 and the piston 3 at the position X1. In such a state, the magnetorheological fluid 7 X1 interposed in the minute gap is in the lowest viscosity state, and the damping constant of the magnetorheological fluid damper 1 is the lowest value. Of course, in this state, no magnetic field is applied also to the magnetorheological fluid 7 existing other than between the close facing surfaces 2a and 3a.

ピストン3が上記位置X1から磁極部6N,6S間側に移動し、図5の2点鎖線で示すように、ピストン3の一部が磁極部6N,6S間に介在する位置X2に到達すると、磁極部6N,6S間に存在するピストン3の量に応じて、磁極部6N,6S間の磁気抵抗が小さくなり、これらの間に磁路が形成される。これにより、磁路上にある磁気粘性流体7X2はクラスターを形成してずり応力を発現し、磁気粘性流体ダンパー1の減衰定数が磁極部6N,6S間に存在するピストン3の量に応じて大きくなる。なお、磁路上にあるシリンダボディ2は非磁性体であるが、その厚さは磁路形成が可能なように十分に薄く設定されている。 When the piston 3 moves from the position X1 to the side between the magnetic pole portions 6N and 6S and a part of the piston 3 reaches a position X2 interposed between the magnetic pole portions 6N and 6S as shown by a two-dot chain line in FIG. In accordance with the amount of the piston 3 existing between the magnetic pole portions 6N and 6S, the magnetic resistance between the magnetic pole portions 6N and 6S decreases, and a magnetic path is formed between them. Thereby, the magnetorheological fluid 7 X2 on the magnetic path forms a cluster to develop a shear stress, and the damping constant of the magnetorheological fluid damper 1 is largely in accordance with the amount of the piston 3 existing between the magnetic pole portions 6N and 6S. Become. Although the cylinder body 2 on the magnetic path is a non-magnetic body, its thickness is set sufficiently thin so that the magnetic path can be formed.

次いで、ピストン3が上記位置X2から更に移動し、図3に示すように、完全に磁極部6N,6S間に介在する位置X3に到達すると、磁極部6N,6S間の磁気抵抗が最小となり、シリンダボディ2とピストン3との微小隙間に介在する磁気粘性流体7X3は最大ずり応力を発現し、磁気粘性流体ダンパー1の減衰定数が最高値となる。 Next, when the piston 3 further moves from the position X2 and reaches the position X3 completely interposed between the magnetic pole portions 6N and 6S, as shown in FIG. 3, the magnetic resistance between the magnetic pole portions 6N and 6S is minimized, The magneto-rheological fluid 7 X3 interposed in the minute gap between the cylinder body 2 and the piston 3 develops the maximum shear stress, and the damping constant of the magneto-rheological fluid damper 1 becomes the maximum value.

ところで、本実施形態に係る磁気粘性流体ダンパー1では、ピストン3の遠隔対向面3bとシリンダボディ2の遠隔対向面2bとの隙間に介在する磁気粘性流体7に磁場が付与されない構造となっている。このため、当該遠隔対向面2b,3b間の寸法を大きく(例えば1mm以上に)設定することが可能である。そして、遠隔対向面2b,3b間は、ピストン3がシリンダボディ2内を移動するときに、液室14,15間を移動する磁気粘性流体7の流路となることから、遠隔対向面2b,3b間の寸法を十分に確保することで、磁気粘性流体ダンパー1の最低減衰定数を極めて低い値にすることが可能となる。 By the way, in the magneto-rheological fluid damper 1 according to the present embodiment, a magnetic field is not applied to the magneto-rheological fluid 7 W present in the gap between the remote facing surface 3 b of the piston 3 and the remote facing surface 2 b of the cylinder body 2. There is. Therefore, the dimension between the remote facing surfaces 2b and 3b can be set large (for example, 1 mm or more). And between the remote opposing surfaces 2b and 3b, when the piston 3 moves in the cylinder body 2, it becomes a flow path of the magnetorheological fluid 7 that moves between the liquid chambers 14 and 15, so that the remote opposing surfaces 2b and 3b By sufficiently securing the dimension between 3b, the minimum damping constant of the magnetorheological fluid damper 1 can be made extremely low.

従来例に係る磁気粘性流体ダンパーでは、オリフィスでの流量を調整することにより、減衰定数を調整していたため、減衰定数のON/OFF比を大きくすることが困難であったが、本実施形態に係る磁気粘性流体ダンパー1によれば、上記のように最低減衰定数を極めて低い値にすることができるので、容易に減衰定数のON/OFF比を大きくすることができる。   In the magnetorheological fluid damper according to the conventional example, since the damping constant was adjusted by adjusting the flow rate at the orifice, it was difficult to increase the ON / OFF ratio of the damping constant. According to the magneto-rheological fluid damper 1 as described above, since the minimum damping constant can be set to a very low value as described above, the ON / OFF ratio of the damping constant can be easily increased.

<他の実施形態>
既述した実施形態では、磁場形成部6として永久磁石8を使用したが、図6に示す磁気粘性流体ダンパー1Aのように、ヨーク18と、ヨーク18に巻設されたコイル19と、コイル19に電流を供給する図示しない電流供給装置とを備える磁場形成部6Aを採用して、既述したようにシリンダボディ2の所定位置に磁極部6N,6Sを配置して磁場を付与するようにしてもよい。なお、この磁気粘性流体ダンパー1Aの磁場形成部6A以外の部分は、既述した実施形態に係る磁気粘性流体ダンパー1と同様に構成されている。
Other Embodiments
Although the permanent magnet 8 is used as the magnetic field forming portion 6 in the embodiment described above, the yoke 18 and the coil 19 wound around the yoke 18 and the coil 19 as in the magnetorheological fluid damper 1A shown in FIG. By adopting a magnetic field forming unit 6A including a current supply device (not shown) for supplying a current to the magnetic pole portion 6N, 6S disposed at a predetermined position of the cylinder body 2 as described above to apply a magnetic field It is also good. In addition, parts other than the magnetic field formation part 6A of this magnetorheological fluid damper 1A are comprised similarly to the magnetorheological fluid damper 1 which concerns on embodiment mentioned above.

本発明は、例えば、作動流体として磁気粘性流体を用いた直動型ダンパーに適用可能である。   The present invention is applicable to, for example, a direct acting damper using a magnetorheological fluid as a working fluid.

1,1A 磁気粘性流体ダンパー
2 シリンダボディ
3 ピストン
4,5 ロッド
6N,6S 磁極部
7 磁気粘性流体
1,1A Magnetorheological Fluid Damper 2 Cylinder Body 3 Piston 4, 5 Rod 6N, 6S Magnetic Pole 7 Magnetorheological Fluid

Claims (2)

非磁性体で構成されるシリンダボディ内に磁性体で構成されるピストンを直動可能に収容し、作動流体として磁気粘性流体を用いた、磁気粘性流体ダンパーであって、
前記シリンダボディと前記ピストンとの間に、2箇所に形成された微小隙間と、
前記シリンダボディと前記ピストンとの間に、前記2箇所の微小隙間の間に形成された前記微小隙間より大きな隙間と、
前記シリンダボディの前記2箇所の微小隙間を形成する部分の裏面にそれぞれ配置された磁極部と、を備える、
ことを特徴とする磁気粘性流体ダンパー。
A magnetorheological fluid damper that accommodates a piston composed of a magnetic material in a cylinder body composed of a non-magnetic material so as to be capable of direct movement, and uses a magnetorheological fluid as a working fluid,
Minute gaps formed at two places between the cylinder body and the piston;
A gap larger than the minute gap formed between the two minute gaps between the cylinder body and the piston,
And a magnetic pole portion respectively disposed on the back surface of a portion of the cylinder body where the two minute gaps are formed.
Magneto-rheological fluid damper characterized by
請求項1に記載の磁気粘性流体ダンパーにおいて、
前記ピストンの直動方向の前後部にそれぞれロッドが接続されており、前記ピストンは、これらのロッドを介して前記シリンダボディに直動可能に支持されている、ことを特徴とする磁気粘性流体ダンパー。
In the magnetorheological fluid damper according to claim 1,
Magnetorheological fluid dampers characterized in that rods are respectively connected to the front and rear portions of the piston in the linear movement direction, and the pistons are supported by the cylinder body through these rods so as to be linearly movable. .
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