JP2007303645A

JP2007303645A - Ｍｒ流体バルブ

Info

Publication number: JP2007303645A
Application number: JP2006135307A
Authority: JP
Inventors: Akiyoshi Horikawa; 昭芳堀川; Koji Shioda; 浩司塩田; Yukio Kawakami; 幸男川上; Katsushi Sato; 克司佐藤; Tomohito Mukoyama; 智史向山; Ryuta Ihara; 龍太伊原
Original assignee: Koganei Corp
Current assignee: Koganei Corp
Priority date: 2006-05-15
Filing date: 2006-05-15
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2026-05-15
Also published as: JP4682086B2

Abstract

【課題】本発明は外部からＭＲ流体に対して効率的に磁場を印加してＭＲ流体の粘性を高精度で調整することができる小型のＭＲ流体バルブを提供する。
【解決手段】ＭＲ流体バルブ１０はＭＲ流体Ｌの流路１１が形成されたバルブ本体１２と、これを構成する２つの円筒部材１２ａ，１２ｂの間に組み込まれる絞り１３とを有し、絞り１３には小径のオリフィス１４が形成されている。バルブ本体１２および絞り１３は非磁性材料であるアルミニウムにより形成されている。バルブ本体１２の外側にはコイル２６が設けられており、コイル２６に通電すると、オリフィス１４内のＭＲ流体Ｌにおける磁束密度は、流路１１のＭＲ流体Ｌにおける磁束密度よりも高くなり、オリフィス１４の部分の粘性が他の部分よりも高くなる。粘性が集中的に高くなる部分によりオリフィス１４を流れるＭＲ流体の流速が制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は流路内におけるＭＲ流体の流量を制御する磁性体バルブに関する。

油等の液体を作動媒体する流体圧作動機器を駆動する流圧回路には、流路内を流れる液体の流量を制御するために流量制御弁が用いられており、弁体により流路の開度を変化させることにより流量が制御される。

作動媒体としては上述した油以外に、磁性流体(magnetic fluid)やＭＲ流体(magneto rheological fluid)がある。磁性流体やＭＲ流体は油や水等の液体に微細な強磁性体粒子を分散させた溶液であり、流体に磁界を印加すると流体の粘性が変化するという性質を有している。この性質は緩衝器やダンパにおける作動媒体として利用することができ、例えば、車輪から車体に伝搬される振動を減衰するための緩衝器としては、特許文献１に記載されるものがある。この緩衝器は、車輪側に取り付けられるハウジングと、車体側に取り付けられるシャフトとを有し、ハウジングに固定された複数の磁極板と、シャフトに固定された複数の磁極板とをハウジング内に配置するとともにハウジング内に磁性流体またはＭＲ流体を封入し、外部に配置されたコイルにより磁性流体またはＭＲ流体の粘性を変化させて減衰力を調整するようにしている。

磁性流体やＭＲ流体を利用したダンパとしては、特許文献２に記載されるものがある。このダンパは、磁性流体またはＭＲ流体が封入される２つのチャンバーを連結するシリンダと、コイルおよび永久磁石からなりシリンダの外部に配置される複合磁石とを有し、シリンダ内の磁性流体またはＭＲ流体にその流れ方向に垂直に複合コイルにより磁場を印加させて２つのチャンバー相互に加わる振動を減衰するようにしている。
特開昭６２−２５１２２０号公報特開２００５−１２１１３５号公報

上述した従来の緩衝器やダンパにおいては、ＭＲ流体を収容するハウジングやＭＲ流体を案内するシリンダを磁気回路とし、コイルによりＭＲ流体に磁場を印加し、その粘性を調整するようにしている。また、シリンダ内を流れるＭＲ流体にその流れ方向に垂直に磁場を印加させるには、コイルをシリンダに対して直角に放射状に配置する必要があり、断面円形のシリンダの外側に放射状にコイルを配置すると、シリンダ周囲にコイルが突出してシリンダ周囲のスペースを有効に活用することができない。

本発明の目的は、外部からＭＲ流体に対して効率的に磁場を印加してＭＲ流体の粘性を高精度で調整することができるＭＲ流体バルブを提供することにある。

本発明の他の目的は、小型かつコンパクトなＭＲ流体バルブを提供することにある。

本発明のＭＲ流体バルブは、ＭＲ流体を案内する流路が形成され、前記ＭＲ流体よりも比透磁率が低い材料からなるバルブ本体と、前記バルブ本体の内部に設けられ、前記流路を仕切るとともに前記流路よりも小径のオリフィスが形成され、前記ＭＲ流体よりも比透磁率が低い材料からなる絞りと、前記バルブ本体の外側に設けられ、前記バルブ本体を透過して前記ＭＲ流体に流れ方向の磁界を発生させるコイルとを有することを特徴とする。

本発明のＭＲ流体バルブにおいては、前記絞りを前記バルブ本体に一体に形成することを特徴とする。また、前記バルブ本体を第１の円筒部材と第２の円筒部材とにより形成し、前記第１の円筒部材と前記第２の円筒部材との間に前記絞りを装着することを特徴とする。さらに、前記バルブ本体および前記絞りをアルミニウムまたは樹脂等の非磁性材料により形成することを特徴とする。

本発明のＭＲ流体バルブは、駆動側のピストンが設けられた駆動側のシリンダを前記バルブ本体の一端部側に設け、従動側のピストンが設けられた従動側のシリンダを前記バルブ本体の他端部側に設け、前記駆動側のピストンにより前記ＭＲ流体を介して駆動される前記従動側のピストンの速度を前記コイルに対する通電により制御することを特徴とする。

本発明のＭＲ流体バルブは、第１のピストンが設けられた第１のシリンダを前記バルブ本体の一端部側に設け、第２のピストンが設けられた第２のシリンダを前記バルブ本体の他端部側に設け、前記バルブ本体を第１の部材に取り付ける一方、前記第２のピストンに取り付けられたピストンロッドを第２の部材に取り付け、第１のピストンに対してＭＲ流体を介して第２のピストンへ復帰力を付勢する付勢手段を前記第１のシリンダに設け、前記第１の部材と前記第２の部材の相互間の相対振動の減衰量を前記コイルに対する通電により制御することを特徴とする。

本発明のＭＲ流体バルブは、前記バルブ本体の一端部にＭＲ流体供給部を接続し、前記バルブ本体の他端部にＭＲ流体を作動媒体とする流体作動機器を接続し、前記流体作動機器に前記ＭＲ流体供給部から供給されるＭＲ流体の流量を前記コイルに対する通電により制御することを特徴とする。

本発明によれば、バルブ本体に設けられた絞りにバルブ本体内の流路の内径よりも小径のオリフィスを形成し、オリフィスを介して流路内にＭＲ流体が流れるようにし、コイルによりＭＲ流体の流れ方向に生成された磁界によるオリフィスの部分における磁束密度が流路内よりも高くなるようにしたので、オリフィスの部分におけるＭＲ流体の粘性が他の部分よりも高くなり、その部分でのＭＲ流体の流れをコイルへの通電量により制御することができる。

本発明によれば、ＭＲ流体バルブにオリフィスを通過させるようにＭＲ流体をピストンによって加圧供給するようにしても良く、ポンプ等のＭＲ流体供給部から加圧供給するようにしても良い。

本発明のＭＲ流体バルブを２つの部材相互間の相対的な振動を減衰させるためのダンパ、ショックアブソーバまたは減衰装置として適用することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態であるＭＲ流体バルブを示す断面図であり、図２は図１の斜視図であり、図３は図１および図２に示されたＭＲ流体バルブが組み込まれたロッド駆動装置を示す断面図である。

図１に示されるように、ＭＲ流体バルブ１０は、ＭＲ流体Ｌを案内する流路１１が形成された円筒形状のバルブ本体１２を有し、このバルブ本体１２は非磁性材料であるアルミニウムにより形成されている。ＭＲ流体Ｌは微細な強磁性体粒子を液体に分散させた溶液であり、その比透磁率は強磁性体粒子の種類によって１００〜３００程度となる。比透磁率は相対透磁率とも言われており、真空の透磁率μ₀と物質の透磁率μとの比（μ／μ₀）で表される。比透磁率の値が大きい程、真空中に比較し磁界中において磁束が生成されやすくなる。バルブ本体１２の材料であるアルミニウムの比透磁率は１であり、バルブ本体１２の比透磁率はＭＲ流体Ｌの比透磁率（１００〜３００）よりも低い値となっている。

バルブ本体１２は２つの円筒部材１２ａ，１２ｂにより形成されており、２つの円筒部材１２ａ，１２ｂの間には絞り１３が挟み込まれている。この絞り１３はバルブ本体１２と同様にアルミニウムにより形成され、外径がバルブ本体１２と同一となった環状部１３ａと、この内側に環状部１３ａと一体となった径方向部１３ｂとを有し、径方向部１３ｂには流路１１の内径よりも小径のオリフィス１４が貫通孔により形成されている。絞り１３は、バルブ本体１２と同様にアルミニウムにより形成されているので、バルブ本体１２と同一の比透磁率となっている。

バルブ本体１２を形成する２つの円筒部材１２ａ，１２ｂのうち一方の円筒部材１２ａにはこれに一体となって駆動側のシリンダ１５が設けられ、他方の円筒部材１２ｂにはこれに一体となって従動側のシリンダ１６が設けられている。このように、駆動側のシリンダ１５はバルブ本体１２の一端部側となる円筒部１２ａに設けられ、従動側のシリンダ１６はバルブ本体１２の他端部側となる円筒部１２ｂに設けられており、それぞれのシリンダ１５，１６の内径は流路１１より大径となっている。駆動側のシリンダ１５には駆動側のピストン１７がシリンダ内周面に接触して軸方向に移動自在に装着され、従動側のシリンダ１６には従動側のピストン１８がシリンダ内周面に接触して軸方向に移動自在に装着されており、ＭＲ流体Ｌは２つのピストン１７，１８間に封入されている。

図示するＭＲ流体バルブ１０にはバルブ本体１２の両端部にそれぞれシリンダ１５，１６が一体となって設けられているが、バルブ本体１２とシリンダ１５，１６とを分離し、流体配管を介してバルブ本体１２の両端部にシリンダ１５，１６を接続するようにしても良い。

駆動側のピストン１７に取り付けられたピストンロッド２１を軸方向に往復動すると、作動媒体としてのＭＲ流体Ｌを介して従動側のピストン１８に取り付けられたピストンロッド２２が軸方向に駆動される。そのときには、ＭＲ流体Ｌはオリフィス１４を通過することになる。ピストンロッド２１は、図３に示すように、空気圧シリンダ２３のピストン２４に連結されており、空気圧シリンダ２３の圧力室２５ａに圧縮空気を供給すると、駆動側のピストン１７には図３において左方向に一定の推力が軸方向に加えられ、圧力室２５ｂに圧縮空気を供給すると、駆動側のピストン１７には逆方向に一定の推力が軸方向に加えられる。

図１に示すように、バルブ本体１２の外側には２つのコイル２６が軸方向に隣り合って設けられており、それぞれのコイル２６は樹脂等の非磁性材料からなるボビン２７に巻き付けられている。コイル２６に通電すると、コイル２６により発生した磁界は、バルブ本体１２を透過して流路１１内においてはＭＲ流体Ｌの流れ方向を向くことになる。これにより、ＭＲ流体Ｌに含まれる磁性体粒子が流れ方向に沿って磁気的に連結されてクラスタが形成され、クラスタの磁気的結合度によりＭＲ流体Ｌの粘性が変化する。コイル２６に印加される電流が増えるにつれて粘性抵抗が増加する。

オリフィス１４における磁束密度は、絞り１３がバルブ本体１２と同様にＭＲ流体Ｌよりも比透磁率が低い材料により形成されており、絞り１３の部分では磁界がオリフィス１４に生成されるので、オリフィス１４における磁束密度は流路１１における磁束密度よりも高くなり、磁界により形成されるオリフィス１４のクラスタ密度も流路１１におけるクラスタ密度よりも高くなる。したがって、オリフィス１４におけるＭＲ流体Ｌの粘性は他の部分よりも高くなる。このように、オリフィス１４に磁束密度を集中させてオリフィス１４の部分で粘性を調整することができるので、空気圧シリンダ２３から駆動側のピストン１７を介してＭＲ流体Ｌに一定の推力を加えた状態のもとで、コイル２６に対して印加する電力を変化させることにより、従動側のピストン１８の速度を制御することができる。

従動側のピストン１８は、駆動側のピストン１７に空気圧シリンダ２３により図３において左方向の推力を加える場合と、逆方向の推力を加える場合のいずれにおいても、速度制御することができる。なお、ピストンロッド２２の軸方向の往復動ストロークは、駆動側のシリンダ１５と従動側のシリンダ１６の長さにより任意に設定することができる。

図４は本発明の他の実施の形態であるＭＲ流体バルブが搭載されたダンパを示す断面図である。このダンパ３０は、車両のサスペンションに組み込まれ、車輪から車体に伝搬される振動を減衰して吸収するために使用される。第１の部材としての車輪側のアーム部材３１に取り付けられるブラケット３３ａと、これに対向し第２の部材としての車体３２に取り付けられるブラケット３３ｂとを有し、両方のブラケット３３ａ，３３ｂの間には、圧縮コイルばね３４が装着されている。

バルブ本体１２にはその両端部にシリンダ１５ａ，１６ａが一体に設けられており、バルブ本体１２の下端部に一体となったシリンダが第１のシリンダ１６ａとなっており、バルブ本体１２の上端部に一体となったシリンダが第２のシリンダ１５ａとなっている。第１のシリンダ１６ａには第１のピストン１８ａがシリンダ内周面に接触して軸方向に移動自在に装着され、第２のシリンダ１５ａには第２のピストン１７ａがシリンダ内周面に接触して軸方向に移動自在に装着されており、ＭＲ流体Ｌは２つのピストン１８ａ，１７ａ間に封入されている。

第１のシリンダ１６ａ内にはピストン１８ａに対してピストン１７ａに向かう復帰力を付勢するためにばね部材３５が付勢手段として装着されている。したがって、ピストン１８ａに加えられる復帰力によりＭＲ流体Ｌを介してピストン１７ａには図４において上方に向かう付勢力が加えられている。ピストン１８ａの上昇限位置はピストン１８ａが絞り１３に当接することにより規制される。

バルブ本体１２は、これの両端部に一体となったシリンダ１５ａ，１６ａとともにブラケット３３ａに固定され、ブラケット３３ａを介して第１の部材であるアーム部材３１に取り付けられている。一方、第２のピストン１７ａに固定されたピストンロッド２１ａはブラケット３３ｂに固定され、ブラケット３３ｂを介して第２の部材である車体３２に取り付けられている。

したがって、コイル２６に対して印加する電力を変化させ、オリフィス１４を通過するＭＲ流体Ｌの粘性を変化させることにより、第１の部材である車輪側のアーム部材３１と第２の部材である車体３２の相互間の相対振動の減衰量を、コイル２６に対する通電量により制御することができる。

図５は本発明の他の実施の形態であるＭＲ流体バルブが設けられたロッド駆動装置を示す液圧回路図であり、図６は図５に示されたＭＲ流体バルブを示す断面図である。

図５に示すロッド駆動装置４０は、ポンプ４１により吐出されるＭＲ流体Ｌにより流体圧シリンダ４２のピストンロッド４３を駆動するためのものであり、ピストンロッド４３は流体圧シリンダ４２内に往復動自在に組み込まれたピストン４５に取り付けられており、流体圧シリンダ４２内はピストン４５により２つの圧力室４４ａ、４４ｂに仕切られている。それぞれの圧力室４４ａ、４４ｂに接続される流路４６ａ，４６ｂは、流路切換弁４７を介して供給流路４８および排出流路４９に接続されている。供給流路４８および排出流路４９は、作動媒体としてのＭＲ流体Ｌを収容する収容容器５０と流路切換弁４７との間に設けられ、供給流路４８にはポンプ４１、アキュムレータ５１、およびＭＲ流体バルブ１０が取り付けられている。

したがって、図５に示すロッド駆動装置４０においては、ＭＲ流体供給部としてのポンプ４１から吐出されるＭＲ流体Ｌを流路切換弁４７を操作して２つの圧力室４４ａ，４４ｂに交互に供給することにより、流体作動機器としての流体圧シリンダ４２のピストンロッド４３を直線方向に往復動することができる。そのときにおけるピストンロッド４３の移動速度を、ＭＲ流体バルブ１０によって供給流路４８内を流れるＭＲ流体の流量を調整することにより制御することができる。

図６に示されるＭＲ流体バルブ１０は、バルブ本体１２と絞り１３とがアルミニウム材料を用いて一体に形成されており、バルブ本体１２の両端部には供給流路４８としての配管が接続されるジョイント部５２，５３が一体に設けられており、それぞれのジョイント部５２，５３には配管がねじ止めされる雌ねじが形成されている。バルブ本体１２の外側には１つのコイル２６が設けられているが、図１に示した場合と同様に複数のコイル２６をバルブ本体１２に設けるようにしても良く、バルブ本体１２の外側には任意の数のコイル２６を取り付けることができる。

なお、図１〜図４に示したＭＲ流体バルブにおいても、絞り１３とバルブ本体１２とを同一素材により一体に形成しても良く、図６に示したＭＲ流体バルブにおいてもバルブ本体１２を２つの菅部材により形成し、両方の菅部材の間に絞り１３を配置するようにしても良い。上述したそれぞれの実施の形態においては、バルブ本体１２および絞り１３はアルミニウム材料により形成されているが、樹脂材料によりバルブ本体１２および絞り１３を形成するようにしても良い。また、バルブ本体１２および絞り１３としては、ＭＲ流体Ｌよりも低い比透磁率であれば、非磁性材料以外の材料により形成しても良い。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、絞り１３に貫通孔により形成されるオリフィス１４の数は１つに限られず、任意の数とすることもできる。

本発明の一実施の形態であるＭＲ流体バルブを示す断面図である。図１の斜視図である。図１および図２に示されたＭＲ流体バルブが組み込まれたロッド駆動装置を示す断面図である。本発明の他の実施の形態であるＭＲ流体バルブが搭載されたダンパを示す断面図である。発明の他の実施の形態であるＭＲ流体バルブが設けられたロッド駆動装置を示す液圧回路図である。図５に示されたＭＲ流体バルブを示す断面図である。

符号の説明

１０ＭＲ流体バルブ
１１流路
１２バルブ本体
１３絞り
１４オリフィス
１５シリンダ（駆動側のシリンダ）
１５ａシリンダ（第２のシリンダ）
１６シリンダ（従動側のシリンダ）
１６ａシリンダ（第１のシリンダ）
１７ピストン（駆動側のピストン）
１７ａピストン（第２のピストン）
１８ピストン（従動側のピストン）
１８ａピストン（第１のピストン）
２６コイル
３０ダンパ
４０ロッド駆動装置

Claims

ＭＲ流体を案内する流路が形成され、前記ＭＲ流体よりも比透磁率が低い材料からなるバルブ本体と、
前記バルブ本体の内部に設けられ、前記流路を仕切るとともに前記流路よりも小径のオリフィスが形成され、前記ＭＲ流体よりも比透磁率が低い材料からなる絞りと、
前記バルブ本体の外側に設けられ、前記バルブ本体を透過して前記ＭＲ流体に流れ方向の磁界を発生させるコイルとを有することを特徴とするＭＲ流体バルブ。
請求項１記載のＭＲ流体バルブにおいて、前記絞りを前記バルブ本体に一体に形成することを特徴とするＭＲ流体バルブ。
請求項１記載のＭＲ流体バルブにおいて、前記バルブ本体を第１の円筒部材と第２の円筒部材とにより形成し、前記第１の円筒部材と前記第２の円筒部材との間に前記絞りを装着することを特徴とするＭＲ流体バルブ。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のＭＲ流体バルブにおいて、前記バルブ本体および前記絞りをアルミニウムまたは樹脂等の非磁性材料により形成することを特徴とするＭＲ流体バルブ。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のＭＲ流体バルブにおいて、駆動側のピストンが設けられた駆動側のシリンダを前記バルブ本体の一端部側に設け、従動側のピストンが設けられた従動側のシリンダを前記バルブ本体の他端部側に設け、前記駆動側のピストンにより前記ＭＲ流体を介して駆動される前記従動側のピストンの速度を前記コイルに対する通電により制御することを特徴とするＭＲ流体バルブ。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のＭＲ流体バルブにおいて、第１のピストンが設けられた第１のシリンダを前記バルブ本体の一端部側に設け、第２のピストンが設けられた第２のシリンダを前記バルブ本体の他端部側に設け、前記バルブ本体を第１の部材に取り付ける一方、前記第２のピストンに取り付けられたピストンロッドを第２の部材に取り付け、第１のピストンに対してＭＲ流体を介して第２のピストンへ復帰力を付勢する付勢手段を前記第１のシリンダに設け、前記第１の部材と前記第２の部材の相互間の相対振動の減衰量を前記コイルに対する通電により制御することを特徴とするＭＲ流体バルブ。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のＭＲ流体バルブにおいて、前記バルブ本体の一端部にＭＲ流体供給部を接続し、前記バルブ本体の他端部にＭＲ流体を作動媒体とする流体作動機器を接続し、前記流体作動機器に前記ＭＲ流体供給部から供給されるＭＲ流体の流量を前記コイルに対する通電により制御することを特徴とするＭＲ流体バルブ。