減衰力可変ダンパ
【課題】圧電体を使用して高い応答性で減衰力を変化できる減衰力可変ダンパを提供することを課題とする。
【解決手段】シリンダ２に摺動可能に収納されて第１流体室２ａと第２流体室２ｂに区画するピストン組立体３と、ピストン組立体３に形成される下部機構室３０Ｌを経由して第１流体室２ａと第２流体室２ｂを連通する流体通路を、下部機構室３０Ｌを摺動して開閉するロアピストン３２と、ロアピストン３２を摺動させるピストン作動部３２ｂと、電圧が印加された圧電素子積層体４０の伸長で摺動し作動油を介してピストン作動部３２ｂを摺動させるアッパピストン３１と、を備える減衰力可変ダンパ１とする。そして、アッパピストン３１に形成され、圧電素子積層体４０に電圧が印加されていない定常状態のときにピストン作動部３２ｂと当接するプッシュロッド３１を備えることを特徴とする。
【解決手段】シリンダ２に摺動可能に収納されて第１流体室２ａと第２流体室２ｂに区画するピストン組立体３と、ピストン組立体３に形成される下部機構室３０Ｌを経由して第１流体室２ａと第２流体室２ｂを連通する流体通路を、下部機構室３０Ｌを摺動して開閉するロアピストン３２と、ロアピストン３２を摺動させるピストン作動部３２ｂと、電圧が印加された圧電素子積層体４０の伸長で摺動し作動油を介してピストン作動部３２ｂを摺動させるアッパピストン３１と、を備える減衰力可変ダンパ１とする。そして、アッパピストン３１に形成され、圧電素子積層体４０に電圧が印加されていない定常状態のときにピストン作動部３２ｂと当接するプッシュロッド３１を備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に備わる減衰力可変ダンパに関する。
【背景技術】
【０００２】
車体を支持して振動を吸収するダンパとして、減衰力を可変に構成される減衰力可変ダンパが広く知られている。
そして、このような減衰力可変ダンパの減衰力を、圧電体の伸縮変位で変化させる技術が特許文献１に開示されている。
特許文献１に開示される技術によると、ピストンが挿入されるシリンダ内に充填される作動油の流路を圧電体の伸縮変位を利用して開閉し、ピストンがシリンダ内を摺動するときの流体抵抗を変化させることで減衰力を変化させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−８５２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示される技術によると、ピストンに組み込まれるスプールを圧電体の伸長にともなって摺動させて作動油の流路を閉じることができる。
また、特許文献１には、非圧縮性液体を利用して圧電体の微小な変位（伸長）を増幅してスプールを摺動する技術が開示されている。この技術によると、圧電体の変位に応じて上下動するプランジャとスプールの間に非圧縮性液体を密封充填する。そして、スプールが非圧縮性液体と接する面の面積とプランジャが非圧縮性液体と接する面の面積を異なる面積にすることでプランジャの動作量、すなわち、圧電体の変位量を増幅してスプールに伝達し、圧電体の変位量に対するスプールの動作量を増幅している。
【０００５】
特許文献１に開示される技術は、完全な非圧縮性液体を利用することができれば減衰力可変ダンパの減衰力を変化させるときの応答性を高めることができる。
しかしながら、完全な非圧縮性液体は存在せず、プランジャの上下動にともなって非圧縮性液体であってもわずかながら圧縮する。
また、スプールが停止した状態にあるとき、スプールには静摩擦力が作用している。したがって、圧電体の変位に応じてプランジャが上下動したとき、非圧縮性液体の圧力が静摩擦力に打ち勝つまでの間は非圧縮性液体がわずかに圧縮し、スプールが動作を開始するまでにわずかな遅れが生じる。そして、この遅れによって、減衰力可変ダンパの減衰力が変化するときの応答性が悪化するという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、圧電体を使用して高い応答性で減衰力を変化できる減衰力可変ダンパを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために本発明の請求項１は、作動油が充填されたシリンダと、前記シリンダに摺動可能に収納されて当該シリンダを第１流体室と第２流体室とに区画するピストン組立体と、前記ピストン組立体内に形成されて前記作動油が充填される第２空間を経由して前記第１流体室と前記第２流体室とを連通する流体通路と、前記第２空間内を摺動して前記流体通路を開閉する第２ピストンと、前記ピストン組立体内に形成されて前記作動油が充填される第１空間内を摺動する第１ピストンと、電圧が印加されたときに、収縮した定常状態から伸長し、前記第１ピストンを直接的に押して当該第１ピストンを摺動させる圧電体と、前記第１空間と前記第２空間を連通する流路部と、前記流路部内を摺動して前記第２ピストンを摺動させるピストン作動部と、を備え、前記第１ピストンに形成されて前記第１空間内で前記作動油に接する第１平面と、前記ピストン作動部に形成されて前記流路部内で前記作動油に接する第２平面と、前記第１空間と、前記流路部と、で囲まれて前記作動油で満たされ、前記第１ピストンの摺動方向への前記第１平面の投影面積が、前記ピストン作動部の摺動方向への前記第２平面の投影面積より大きい液密部が形成される減衰力可変ダンパとする。そして、前記第１ピストンと前記ピストン作動部の少なくとも一方には、前記圧電体が前記定常状態のときに、前記液密部を貫通して他方と当接する接触部を備えることを特徴とする。
【０００８】
この発明によると、第１ピストンの第１平面とピストン作動部の第２平面の間に作動油が充填する液密部を形成し、第１ピストンの摺動方向への第１平面の投影面積をピストン作動部の摺動方向への第２平面の投影面積より大きくして、第１ピストンの動作量に対するピストン作動部の動作量を増幅することができる。そして、圧電体の伸長で第１ピストンを摺動させるとともに、第１ピストンの動作量を増幅してピストン作動部を摺動できる。さらに、圧電体が収縮した定常状態のとき、接触部を介して第１ピストンの第１平面とピストン作動部の第２平面を直接接触した状態にしておくことができる。したがって、圧電体が定常状態のときに電圧が印加されて圧電体が伸長し、第１ピストンが摺動するときには、接触部でピストン作動部を直接押してピストン作動部を摺動するように構成できる。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は請求項１に記載の減衰力可変ダンパであって、前記圧電体が前記定常状態のときに電圧が印加されて伸長した場合、前記ピストン作動部は前記第１ピストンが摺動を開始するのと同時に摺動を開始し、その後、前記接触部が前記第１ピストン又は前記ピストン作動部から離反することを特徴とする。
【００１０】
この発明によると、ピストン作動部の摺動と第１ピストンの摺動を同時に開始することができ、その後、接触部が第１ピストン又はピストン作動部から離反する構成にすることができる。従って、第１ピストンの動作量に対するピストン作動部の動作量が増幅したときには接触部が第１ピストン又はピストン作動部から離反し、接触部によってピストン作動部の動作量の増幅が規制されることがない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、圧電体を使用して高い応答性で減衰力を変化できる減衰力可変ダンパを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】減衰力可変ダンパの構造を示す図である。
【図２】（ａ）はピストン組立体の一構成例を示す図、（ｂ）は流通孔と減衰力調節孔の配置の一例を示す図である。
【図３】（ａ）はロアピストンを上方から見た図、（ｂ）はロアピストンを側方から見た図である。
【図４】（ａ）はダンパが収縮するときにロアピストンが作動油から受ける力を示す図、（ｂ）はダンパが伸長するときに下部機構室に作動油が流れ込む状態を示す図、（ｃ）はダンパが伸長するときにロアピストンが作動油から受ける力を示す図である。
【図５】（ａ）はプッシュロッドが備わらない構成を示す図、（ｂ）はプッシュロッドが備わらない構成でアッパピストンが下動したときにロアピストンにかかる荷重の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態について、適宜図を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る減衰力可変ダンパ１は、シリンダ２、ピストンヘッドとなるピストン組立体３、およびピストンロッド４を有するダンパ１ａと、ダンパ１ａの減衰力を制御する制御装置１０と、を備えて構成される。
ピストン組立体３は、作動油Ｏｉｌが封入されるシリンダ２内を摺動可能に備わり、シリンダ２の内部を摺動方向に２つの流体室（第１流体室２ａ、第２流体室２ｂ）に区画している。以下、第１流体室２ａの側を上方、第２流体室２ｂの側を下方とする。
なお、本実施形態において、シリンダ２に封入される作動油Ｏｉｌは、シリコーン油など非圧縮性液体であってもよいし、潤滑油のような圧縮性のある液体（圧縮性液体）であってもよい。
【００１４】
ピストン組立体３の上方にはピストンロッド４が取り付けられ、ピストン組立体３と一体に動作（上下動）する。そして、ピストンロッド４は上方でシリンダ２の外部に延出し、ピストン組立体３の動作（上下動）をシリンダ２の外部に伝達する。
なお、シリンダ２の内部の上端部にはオイルシール２ｃが備わり、シリンダ２とピストンロッド４の隙間から作動油Ｏｉｌが漏出することを防止している。
【００１５】
また、本実施形態に係るピストン組立体３には、ダンパ１ａの減衰力を調整する減衰力調整機構が組み込まれ、この減衰力調整機構は制御装置１０で制御される。制御装置１０が出力する電圧などの制御信号は、ピストンロッド４の内部に配線される図示しない制御線を経由してピストン組立体３の減衰力調整機構に入力される。
【００１６】
図２の（ａ）に示すように、ピストン組立体３の内部には空洞の第１空間（以下、上部機構室３０Ｕと称する）と第２空間（以下、下部機構室３０Ｌと称する）とが上下方向に形成され、上部機構室３０Ｕと下部機構室３０Ｌとは流路部３０ａで連通している。
ピストン組立体３が円柱状の場合、例えば、上部機構室３０Ｕと下部機構室３０Ｌは同じ直径の円筒形空間として形成され、流路部３０ａは上部機構室３０Ｕより小さい直径の管状空間として形成されることが好ましい。
【００１７】
下部機構室３０Ｌは、例えばピストン組立体３の下側（底部３ａ）に開口する流通孔３４と減衰力調節孔３５と、によって第２流体室２ｂと連通する。
流通孔３４と減衰力調節孔３５の配置は限定するものではないが、例えば図２の（ｂ）に示すように、ピストン組立体３の底部３ａの略中心に１つの流通孔３４が開口し、その周囲に複数（図２の（ｂ）では８つを図示）の減衰力調節孔３５が配置される。
さらに、下部機構室３０Ｌは、作動油流路３６で第１流体室２ａと連通する。
この構成によって、流通孔３４、減衰力調節孔３５、および作動油流路３６は、下部機構室３０Ｌを経由して第１流体室２ａと第２流体室２ｂを連通する流体通路を形成する。
【００１８】
ピストン組立体３が上下動するとき、シリンダ２に封入される作動油Ｏｉｌが流通孔３４、減衰力調節孔３５、下部機構室３０Ｌ、作動油流路３６を介して第１流体室２ａと第２流体室２ｂの間を流れ、ダンパ１ａ（図１参照）の減衰力を発生する。
【００１９】
なお、ピストン組立体３には、周囲に広がってピストン組立体３とともにシリンダ２の内部を摺動するシール部材３３が取り付けられる。シール部材３３は、シリンダ２の内壁に常時密着するように備わって第１流体室２ａと第２流体室２ｂの間を密閉している。
【００２０】
そして、本実施形態に係る減衰力可変ダンパ１（図１参照）は、ピストン組立体３に備わる複数の減衰力調節孔３５を後記するロアピストン３２によって開閉することで、ダンパ１ａ（図１参照）の減衰力を調節するように構成される。
そのため、下部機構室３０Ｌには、上下方向に摺動して複数の減衰力調節孔３５を開閉する第２ピストン（ロアピストン３２）が収容されている。
また、上部機構室３０Ｕには、上下方向に摺動してロアピストン３２を動作する第１ピストン（アッパピストン３１）が収容されている。
【００２１】
ロアピストン３２は、下動したときにピストン組立体３の底部３ａに着地して複数の減衰力調節孔３５の全てを閉じるとともに、上動したときに底部３ａから離反して複数の減衰力調節孔３５の全てを開く開閉部３２ａを含んで構成され、上部機構室３０Ｕに充填される作動油Ｏｉｌに接してロアピストン３２を下動させるピストン作動部３２ｂが一体に形成されている。
ピストン作動部３２ｂは、開閉部３２ａの上方に形成されて流路部３０ａ内に収容され、その上面には流路部３０ａの径方向の断面積とほぼ等しい面積（投影面積）の第２平面３２ｃが形成される。ここでいう投影面積は、第２平面３２ｃを上下方向、すなわち、ピストン作動部３２ｂの摺動方向に投影したときの面積を示す。
なお、ピストン作動部３２ｂと流路部３０ａの側壁の間は、例えば、シール部材３２ｂ１で密閉されることが好ましい。
また、ロアピストン３２の下方には、ロアピストン３２を上方に移動させるためのリターンスプリング３７が備わっている。
【００２２】
第２平面３２ｃは、上部機構室３０Ｕ内の作動油Ｏｉｌの油圧をロアピストン３２の上下動に変換する。この構成によって、上部機構室３０Ｕの容積が減少して作動油Ｏｉｌが上部機構室３０Ｕから流路部３０ａに押し出されると、押し出された作動油Ｏｉｌの油圧でロアピストン３２が下動する。
【００２３】
また、図３の（ａ）に示すように、ロアピストン３２の開閉部３２ａは、複数の減衰力調節孔３５（図２の（ｂ）参照）が配置される半径と略同等の半径の円状に形成され、ピストン作動部３２ｂから周囲に広がる複数（図３の（ａ）には４つを例示）のアーム３２ａ１でピストン作動部３２ｂに取り付けられる。
図３の（ｂ）に示すように、複数のアーム３２ａ１は、ピストン作動部３２ｂの底面３２ｄよりさらに下方に伸び、開閉部３２ａはピストン作動部３２ｂの底面３２ｄより下方に配置されることが好ましい。この構成によって、開閉部３２ａが下部機構室３０Ｌの底部３ａ（図２の（ａ）参照）に着地して減衰力調節孔３５（図２の（ａ）参照）を閉じたとき、下部機構室３０Ｌの底部３ａとピストン作動部３２ｂの底面３２ｄとの間に所定の空間を確保できる。そして、流通孔３４を常に開放した状態にすることができる。
【００２４】
説明を図２に戻す。アッパピストン３１の下面には、上部機構室３０Ｕの径方向の断面積とほぼ等しい投影面積の第１平面３１ａが形成される。
なお、ここでいう投影面積は、第１平面３１ａを上下方向、すなわち、アッパピストン３１の摺動方向に投影したときの面積を示す。また、アッパピストン３１と上部機構室３０Ｕの側壁の間は、例えば、シール部材３１ｃで密閉されることが好ましい。
そして、第１平面３１ａ、第２平面３２ｃ、上部機構室３０Ｕ、および流路部３０ａで囲まれた密閉空間を形成する。この密閉空間には作動油Ｏｉｌが満たされ、特許請求の範囲に記載される液密部を形成する。
【００２５】
液密部に満たされる作動油Ｏｉｌが圧縮性液体の場合、アッパピストン３１が下動すると上部機構室３０Ｕの容積が減少して作動油Ｏｉｌはわずかに圧縮し、限界まで圧縮したときに流路部３０ａに押し出される。
つまり、アッパピストン３１は下動して、作動油Ｏｉｌを上部機構室３０Ｕから流路部３０ａに押し出す機能を有する。
【００２６】
径方向の断面積がＳｕｐの円筒形空間として上部機構室３０Ｕが形成されるとき、アッパピストン３１が動作量ΔＬｕｐだけ下動すると、上部機構室３０Ｕの容積は、ΔＶｕｐ（＝ΔＬｕｐ×Ｓｕｐ）だけ減少する。そして、作動油Ｏｉｌの圧縮を考慮しなければ、減少した容積ΔＶｕｐに相当する量の作動油Ｏｉｌが上部機構室３０Ｕから流路部３０ａに押し出され、押し出された作動油Ｏｉｌはロアピストン３２のピストン作動部３２ｂを動作量ΔＬｄｎだけ動作（下動）させる。
径方向の断面積がＳｍｉｄの管状空間として流路部３０ａが形成されるとき、ピストン作動部３２ｂがΔＬｄｎだけ下方に動作すると流路部３０ａには、ΔＶｍｉｄ（＝ΔＬｄｎ×Ｓｍｉｄ）の空間が形成され、上部機構室３０Ｕから押し出された作動油Ｏｉｌが流路部３０ａに流れ込む。したがって、「ΔＶｕｐ＝ΔＶｍｉｄ」、つまり、「ΔＬｕｐ×Ｓｕｐ＝ΔＬｄｎ×Ｓｍｉｄ」になる。
【００２７】
また、流路部３０ａは上部機構室３０Ｕより直径の小さな管状空間として形成されることから、「Ｓｕｐ＞Ｓｍｉｄ」である。したがって、「ΔＬｕｐ＜ΔＬｄｎ」となる。
すなわち、アッパピストン３１の動作量ΔＬｕｐが、ピストン作動部３２ｂ（ロアピストン３２）の動作量ΔＬｄｎに増幅される。
このように、上部機構室３０Ｕ、流路部３０ａ、アッパピストン３１の第１平面３１ａ、ロアピストン３２のピストン作動部３２ｂ（第２平面３２ｃ）と、を含んで、アッパピストン３１の動作量（ΔＬｕｐ）をロアピストン３２の動作量（ΔＬｄｎ）に増幅する「動作量増幅機構」が構成される。
【００２８】
一方、アッパピストン３１がΔＬｕｐだけ上動すると、上部機構室３０Ｕの容積は、ΔＶｕｐ（＝ΔＬｕｐ×Ｓｕｐ）だけ増大し、上部機構室３０Ｕに充填される作動油Ｏｉｌの油圧が低下する。その結果、ピストン作動部３２ｂに第２平面３２ｃを介して作用する油圧が低下し、ロアピストン３２は上動しやすい状態になる。
そしてロアピストン３２は、リターンスプリング３７（図２の（ａ）参照）によって上動する。
【００２９】
なお、リターンスプリング３７が備わらない構成、または、弾性力の弱いリターンスプリング３７を備える構成、とすることも可能である。この場合、ロアピストン３２は下記のように上動する。
ピストン組立体３が下動するとき、図４の（ａ）に示すように、ロアピストン３２は開閉部３２ａで閉じている減衰力調節孔３５から下部機構室３０Ｌに流入しようとする作動油Ｏｉｌや開放された状態の流通孔３４から流入する作動油Ｏｉｌから上方に向かう力を受ける。アッパピストン３１が上動してロアピストン３２が上動しやすい状態になっていると、ロアピストン３２は作動油Ｏｉｌから受ける上向きの力によって上動する。
【００３０】
一方、ダンパ１ａ（図１参照）が伸長してピストン組立体３が上動するとき、図４の（ｂ）に示すように、下部機構室３０Ｌには第１流体室２ａ（図２の（ａ）参照）から作動油流路３６を介して作動油Ｏｉｌが流れ込む。そして、図４の（ｃ）に示すように下部機構室３０Ｌに流れ込んだ作動油Ｏｉｌの一部は、開閉部３２ａに下方を向いたＰ１の力を作用させる。
また、下部機構室３０Ｌに流れ込んだ作動油Ｏｉｌの他の一部は、下部機構室３０Ｌの底部３ａとピストン作動部３２ｂの底面３２ｄの間に形成される空間に流れ込み、その一部は流通孔３４から第２流体室２ｂ（図２の（ａ）参照）に流出し、残った作動油Ｏｉｌは当該空間内でピストン作動部３２ｂの底面３２ｄに上方を向いたＰ２の力を作用させる。
【００３１】
したがって、開閉部３２ａに作用する下方を向いた力Ｐ１より、ピストン作動部３２ｂの底面３２ｄに作用する上方を向いた力Ｐ２が大きくなるように構成すると、アッパピストン３１が上動して上動しやすい状態になっているロアピストン３２は、作動油Ｏｉｌから受ける上向きの力Ｐ２によって上動する。
【００３２】
例えば、下方を向いた力Ｐ１を受ける開閉部３２ａの面積より、上方を向いた力Ｐ２を受けるピストン作動部３２ｂの底面３２ｄの面積を大きくすると、上方を向いた力Ｐ２を、下方を向いた力Ｐ１より大きくすることができ、ロアピストン３２を上動させることができる。
【００３３】
このように構成することによって、リターンスプリング３７が備わらない構成、または、弾性力の弱いリターンスプリング３７を備える構成であっても、アッパピストン３１が上下動した場合にロアピストン３２を上動させることができる。
【００３４】
また、図２の（ａ）に示すように、本実施形態に係るアッパピストン３１は、圧電体によって動作（上下動）するように構成される。
圧電体は、例えば、複数の圧電素子（ピエゾ素子）が上下方向に積層して構成される圧電素子積層体４０であり、制御装置１０から所定の電圧が印加されると上下方向に伸長し、電圧の印加が停止すると収縮するように構成される。
圧電素子単体の変位量は微小であるが、複数の圧電素子を上下方向に積層した圧電素子積層体４０を使用することで、必要な変位量を得ることができる。
以下、圧電素子積層体４０に電圧が印加されて伸長した状態を伸長状態、電圧の印加が停止して収縮した状態を定常状態と称する。
【００３５】
例えば、ピストンロッド４の下側内部に、ピストン組立体３の上部機構室３０Ｕと連通するような空間からなる圧電素子収納室４１が形成され、圧電素子収納室４１には、上下方向に摺動可能に動作部材４３が収納される。
動作部材４３は上方が開口して下方に底部を有する略有底円筒状に形成され、内側に圧電素子積層体４０が収納される。そして動作部材４３は、圧電素子積層体４０が定常状態のときに上方と圧電素子収納室４１の上端部との間にわずかな間隙を形成し、下方が動作部材４３の底部に接するように収納され、圧電素子積層体４０が伸長すると動作部材４３が下動するように構成される。
【００３６】
また、動作部材４３は上方向に付勢される構成が好ましい。例えば、動作部材４３の上部に、周囲に広がるフランジ４３ａを形成し、フランジ４３ａを上方向に付勢するように、動作部材４３の周囲に圧縮バネ４２を備える構成とすればよい。また、図示はしないが、フランジ４３ａを上方に引き上げるように引張りバネを備える構成としてもよい。
なお、圧縮バネ４２の弾性力は、圧電素子積層体４０が伸長するときに発生する荷重より小さいことが好ましい。
また、圧電素子積層体４０が定常状態のときに動作部材４３の上方と圧電素子収納室４１の上端部との間にわずかな間隙が形成されることで、圧縮バネ４２の弾性力で圧電素子積層体４０に予荷重（セット荷重）を常に与えることができる。
【００３７】
このように圧縮バネ４２を備えると、動作部材４３にはフランジ４３ａを介して圧縮バネ４２から周囲に均等に上向きの力（付勢力）が作用し、圧電素子積層体４０が伸長したときに動作部材４３が傾くことなく下動する。また、圧電素子積層体４０への電力供給が停止して圧電素子積層体４０が収縮するときに動作部材４３が傾くことなく上動する。
【００３８】
さらに、圧電素子積層体４０が定常状態のときに、動作部材４３の例えば底部が、アッパピストン３１の例えば上部と接し、動作部材４３の下動にともなってアッパピストン３１が下動するように構成すると、圧電素子積層体４０の伸長でアッパピストン３１を押して下動させることができる。
さらに、動作部材４３とアッパピストン３１とが互いに係合する係合部４３ｂ、３１ｄをそれぞれ形成し、動作部材４３の上動に伴ってアッパピストン３１が上動するように構成すると、圧電素子積層体４０への電圧の印加が停止したときに圧縮バネ４２の付勢力でアッパピストン３１を上動させることができる。
【００３９】
動作部材４３は、圧電素子積層体４０が伸長したときに圧電素子積層体４０との接触部が圧縮変形しない剛性の高い素材（セラミックス、金属等）で構成されることが好ましく、この構成によって、圧電素子積層体４０がアッパピストン３１と直接接触しているのと同等の効果を得ることができる。
つまり、圧電素子積層体４０とアッパピストン３１が直接接触していなくても、剛性の高い素材を介在しての接触であれば、圧電素子積層体４０が伸長するときに、アッパピストン３１を直接押しているのと同等の効果を得ることができる。
そして、本実施形態においては、圧電素子積層体４０が伸長時に、直接アッパピストン３１に接触して押す構成のほか、剛性の高い素材を介在してアッパピストン３１に接触して押す構成を含んで、圧電素子積層体４０がアッパピストン３１を直接的に押すと称する。
【００４０】
もちろん、動作部材４３を備えることなく、圧電素子積層体４０がアッパピストン３１と直接接触して伸長時に直接押す構成としてもよい。
また、動作部材４３をアッパピストン３１と一体に形成し、圧電素子積層体４０がアッパピストン３１と直接接触して伸長時に直接押す構成としてもよい。
【００４１】
そして、本実施形態に係る減衰力可変ダンパ１（図１参照）には、図２の（ａ）に示すように、圧電素子積層体４０が定常状態でアッパピストン３１が最上位置にあるときに、液密部を貫通して、最上位置にあるロアピストン３２の第２平面３２ｃと当接する接触部（プッシュロッド３１ｂ）が備わっている。
なお、最上位置とは、アッパピストン３１およびロアピストン３２が上方の限界まで上動した位置（上方限界の位置）を示すものとする。
プッシュロッド３１ｂは、例えばアッパピストン３１の第１平面３１ａから下方に向かって延びるように形成され、ピストン作動部３２ｂの第２平面３２ｃの投影面積より小さい接触面積で第２平面３２ｃに当接するように構成される。そして、ロアピストン３２がアッパピストン３１の動作量より大きな動作量で下動したときに第２平面３２ｃから離反するように構成される。
【００４２】
例えば、図５の（ａ）に示すようにプッシュロッド３１ｂ（図２の（ａ）参照）が備わらない場合、最上位置にあるアッパピストン３１と最上位置にあるロアピストン３２は、上部機構室３０Ｕ（液密部）に充填される作動油Ｏｉｌを介して接続される。
この状態で圧電素子積層体４０に電圧が印加されて圧電素子積層体４０が伸長するとアッパピストン３１が下動する。
前記したように上部機構室３０Ｕの径方向の断面積がＳｕｐであり、アッパピストン３１が動作量ΔＬｕｐで下動する場合、上部機構室３０Ｕの容積がΔＶｕｐ（＝ΔＬｕｐ×Ｓｕｐ）だけ減少する。このとき作動油ＯｉｌはΔＶｕｐに相当する容積を流路部３０ａに確保するため、ロアピストン３２を下動させる。
【００４３】
しかしながら、ロアピストン３２は停止した状態であって静摩擦力が作用している。そして、この静摩擦力に打ち勝ってロアピストン３２を動作させる圧力が作動油Ｏｉｌに発生するまで作動油Ｏｉｌはわずかに圧縮し、ロアピストン３２は停止した状態を維持する。
【００４４】
図５の（ｂ）に示すように、時刻Ｔ１でアッパピストン３１が下動を開始すると、時刻Ｔ２まではロアピストン３２は停止した状態であり、作動油Ｏｉｌがわずかに圧縮して液密部の圧力が増大する（ロアピストン３２にかかる荷重が増大する）。そして、時刻Ｔ２において、ロアピストン３２にかかる荷重が静摩擦力を超えたときにロアピストン３２が下動を開始し、ロアピストン３２にかかる荷重は減少する。時刻Ｔ３でロアピストン３２が下部機構室３０Ｌの底部に着地した後は、アッパピストン３１の下動にともなって時刻Ｔ４までロアピストン３２にかかる荷重が増大する。
【００４５】
このように、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間はアッパピストン３１の下動に応じてロアピストン３２が下動せず、いわゆる不感帯が形成される。そして、不感帯では減衰力可変ダンパ１（図１参照）の減衰力が変化せず減衰力の変化に遅れが発生する。
【００４６】
これに対し、図２の（ａ）に示すようにプッシュロッド３１ｂが形成されて、最上位置にあるアッパピストン３１と最上位置にあるロアピストン３２がプッシュロッド３１ｂを介して接続した状態の場合、圧電素子積層体４０が伸長するときに発生する荷重をアッパピストン３１、プッシュロッド３１ｂを介して、ロアピストン３２に直接伝達できる。
【００４７】
そして、アッパピストン３１が下動（摺動）を開始するのと同時に、ロアピストン３２のピストン作動部３２ｂはプッシュロッド３１ｂに押されて下動（摺動）を開始する。つまり、圧電素子積層体４０が伸長を開始するのと同時にロアピストン３２の下動を開始することができる。
また、下動を開始したロアピストン３２には動摩擦力が作用する。一般的に動摩擦係数は静止摩擦係数より小さく、ロアピストン３２は下動されやすい状態になる。そして、プッシュロッド３１ｂによって下動を開始したロアピストン３２は、上部機構室３０Ｕの容積が小さくなって押し出された作動油Ｏｉｌで容易に下動する。
【００４８】
このように、本実施形態に係るロアピストン３２は、圧電素子積層体４０の伸長に対応してアッパピストン３１が下動（摺動）を開始するのと同時に、最初はプッシュロッド３１ｂに押されて下動（摺動）を開始する。
前記したように、ロアピストン３２の動作量はアッパピストン３１の動作量より大きいことから、アッパピストン３１の第１平面３１ａとピストン作動部３２ｂの第２平面３２ｃの距離は次第に大きくなり、ロアピストン３２の下動が開始した後、プッシュロッド３１ｂはロアピストン３２の第２平面３２ｃから離反する。そして、ロアピストン３２は上部機構室３０Ｕから流路部３０ａに押し出された作動油Ｏｉｌによって下動が継続する。
【００４９】
その結果、ロアピストン３２はアッパピストン３１の下動（摺動）に応じて不感帯が形成されることなく連続的に下動（摺動）して減衰力調節孔３５（図２の（ｂ）参照）を閉じることができる。
【００５０】
以上のように、本実施形態に係る減衰力可変ダンパ１（図１参照）は、圧電素子積層体４０（図２参照）の伸長に対応して不感帯を形成することなく速やかにロアピストン３２（図２参照）を下動させて減衰力調節孔３５（図２の（ｂ）参照）を閉じることができ、減衰力を速やかに変化させることができる。換言すると、減衰力可変ダンパ１の減衰力の変化の応答性を向上できる。
また、アッパピストン３１が下動を開始したとき、ロアピストン３２のピストン作動部３２ｂはプッシュロッド３１ｂに押されて下動を開始することから、作動油Ｏｉｌが圧縮性液体であっても圧縮の影響を受けることなくロアピストン３２の下動を開始できる。したがって、作動油Ｏｉｌとして圧縮性液体と非圧縮性液体のいずれも利用可能となる。例えば、圧縮性液体、非圧縮性液体を選択することなく安価な作動油Ｏｉｌを利用することも可能であり、減衰力可変ダンパ１の製造コストを低下できる。
【００５１】
なお、本実施形態においては図２の（ａ）に示すように、プッシュロッド３１ｂがアッパピストン３１の第１平面３１ａから下方に向かって形成されているが、この構成に限定されない。
例えば、図示はしないが、ロアピストン３２の第２平面３２ｃから上方に向かって延びるように形成され、アッパピストン３１の第１平面３１ａに接触するプッシュロッドであってもよい。
この場合、プッシュロッドは、ロアピストン３２がアッパピストン３１の動作量より大きな動作量で下動したときに第１平面３１ａから離反するように構成される。
また、プッシュロッドが第２平面３２ｃに形成される部分の面積は、第２平面３２ｃの投影面積より小さいことが好ましい。
【００５２】
さらに、アッパピストン３１の第１平面３１ａから下方に向かって延びるように形成されて第２平面３２ｃと接触するプッシュロッド３１ｂと、ロアピストン３２の第２平面３２ｃから上方に向かって延びるように形成されて第１平面３１ａと接触するプッシュロッドと、をともに備える構成であってもよい。
【００５３】
また、例えばアッパピストン３１の第１平面３１ａから下方に向かって円錐状に形成されるプッシュロッドや、ロアピストン３２の第２平面３２ｃから上方に向かって円錐状に形成されるプッシュロッドであってもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１ 減衰力可変ダンパ
２ シリンダ
２ａ 第１流体室
２ｂ 第２流体室
３ ピストン組立体
３０ａ 流路部（液密部）
３０Ｕ 上部機構室（第１空間、液密部）
３０Ｌ 下部機構室（第２空間）
３１ アッパピストン（第１ピストン）
３１ａ 第１平面（液密部）
３１ｂ プッシュロッド（接触部）
３２ ロアピストン（第２ピストン）
３２ｂ ピストン作動部
３２ｃ 第２平面（液密部）
３４ 流通孔（流体通路）
３５ 減衰力調節孔（流体通路）
３６ 作動油流路（流体通路）
４０ 圧電素子積層体（圧電体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に備わる減衰力可変ダンパに関する。
【背景技術】
【０００２】
車体を支持して振動を吸収するダンパとして、減衰力を可変に構成される減衰力可変ダンパが広く知られている。
そして、このような減衰力可変ダンパの減衰力を、圧電体の伸縮変位で変化させる技術が特許文献１に開示されている。
特許文献１に開示される技術によると、ピストンが挿入されるシリンダ内に充填される作動油の流路を圧電体の伸縮変位を利用して開閉し、ピストンがシリンダ内を摺動するときの流体抵抗を変化させることで減衰力を変化させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−８５２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示される技術によると、ピストンに組み込まれるスプールを圧電体の伸長にともなって摺動させて作動油の流路を閉じることができる。
また、特許文献１には、非圧縮性液体を利用して圧電体の微小な変位（伸長）を増幅してスプールを摺動する技術が開示されている。この技術によると、圧電体の変位に応じて上下動するプランジャとスプールの間に非圧縮性液体を密封充填する。そして、スプールが非圧縮性液体と接する面の面積とプランジャが非圧縮性液体と接する面の面積を異なる面積にすることでプランジャの動作量、すなわち、圧電体の変位量を増幅してスプールに伝達し、圧電体の変位量に対するスプールの動作量を増幅している。
【０００５】
特許文献１に開示される技術は、完全な非圧縮性液体を利用することができれば減衰力可変ダンパの減衰力を変化させるときの応答性を高めることができる。
しかしながら、完全な非圧縮性液体は存在せず、プランジャの上下動にともなって非圧縮性液体であってもわずかながら圧縮する。
また、スプールが停止した状態にあるとき、スプールには静摩擦力が作用している。したがって、圧電体の変位に応じてプランジャが上下動したとき、非圧縮性液体の圧力が静摩擦力に打ち勝つまでの間は非圧縮性液体がわずかに圧縮し、スプールが動作を開始するまでにわずかな遅れが生じる。そして、この遅れによって、減衰力可変ダンパの減衰力が変化するときの応答性が悪化するという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、圧電体を使用して高い応答性で減衰力を変化できる減衰力可変ダンパを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために本発明の請求項１は、作動油が充填されたシリンダと、前記シリンダに摺動可能に収納されて当該シリンダを第１流体室と第２流体室とに区画するピストン組立体と、前記ピストン組立体内に形成されて前記作動油が充填される第２空間を経由して前記第１流体室と前記第２流体室とを連通する流体通路と、前記第２空間内を摺動して前記流体通路を開閉する第２ピストンと、前記ピストン組立体内に形成されて前記作動油が充填される第１空間内を摺動する第１ピストンと、電圧が印加されたときに、収縮した定常状態から伸長し、前記第１ピストンを直接的に押して当該第１ピストンを摺動させる圧電体と、前記第１空間と前記第２空間を連通する流路部と、前記流路部内を摺動して前記第２ピストンを摺動させるピストン作動部と、を備え、前記第１ピストンに形成されて前記第１空間内で前記作動油に接する第１平面と、前記ピストン作動部に形成されて前記流路部内で前記作動油に接する第２平面と、前記第１空間と、前記流路部と、で囲まれて前記作動油で満たされ、前記第１ピストンの摺動方向への前記第１平面の投影面積が、前記ピストン作動部の摺動方向への前記第２平面の投影面積より大きい液密部が形成される減衰力可変ダンパとする。そして、前記第１ピストンと前記ピストン作動部の少なくとも一方には、前記圧電体が前記定常状態のときに、前記液密部を貫通して他方と当接する接触部を備えることを特徴とする。
【０００８】
この発明によると、第１ピストンの第１平面とピストン作動部の第２平面の間に作動油が充填する液密部を形成し、第１ピストンの摺動方向への第１平面の投影面積をピストン作動部の摺動方向への第２平面の投影面積より大きくして、第１ピストンの動作量に対するピストン作動部の動作量を増幅することができる。そして、圧電体の伸長で第１ピストンを摺動させるとともに、第１ピストンの動作量を増幅してピストン作動部を摺動できる。さらに、圧電体が収縮した定常状態のとき、接触部を介して第１ピストンの第１平面とピストン作動部の第２平面を直接接触した状態にしておくことができる。したがって、圧電体が定常状態のときに電圧が印加されて圧電体が伸長し、第１ピストンが摺動するときには、接触部でピストン作動部を直接押してピストン作動部を摺動するように構成できる。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は請求項１に記載の減衰力可変ダンパであって、前記圧電体が前記定常状態のときに電圧が印加されて伸長した場合、前記ピストン作動部は前記第１ピストンが摺動を開始するのと同時に摺動を開始し、その後、前記接触部が前記第１ピストン又は前記ピストン作動部から離反することを特徴とする。
【００１０】
この発明によると、ピストン作動部の摺動と第１ピストンの摺動を同時に開始することができ、その後、接触部が第１ピストン又はピストン作動部から離反する構成にすることができる。従って、第１ピストンの動作量に対するピストン作動部の動作量が増幅したときには接触部が第１ピストン又はピストン作動部から離反し、接触部によってピストン作動部の動作量の増幅が規制されることがない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、圧電体を使用して高い応答性で減衰力を変化できる減衰力可変ダンパを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】減衰力可変ダンパの構造を示す図である。
【図２】（ａ）はピストン組立体の一構成例を示す図、（ｂ）は流通孔と減衰力調節孔の配置の一例を示す図である。
【図３】（ａ）はロアピストンを上方から見た図、（ｂ）はロアピストンを側方から見た図である。
【図４】（ａ）はダンパが収縮するときにロアピストンが作動油から受ける力を示す図、（ｂ）はダンパが伸長するときに下部機構室に作動油が流れ込む状態を示す図、（ｃ）はダンパが伸長するときにロアピストンが作動油から受ける力を示す図である。
【図５】（ａ）はプッシュロッドが備わらない構成を示す図、（ｂ）はプッシュロッドが備わらない構成でアッパピストンが下動したときにロアピストンにかかる荷重の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態について、適宜図を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る減衰力可変ダンパ１は、シリンダ２、ピストンヘッドとなるピストン組立体３、およびピストンロッド４を有するダンパ１ａと、ダンパ１ａの減衰力を制御する制御装置１０と、を備えて構成される。
ピストン組立体３は、作動油Ｏｉｌが封入されるシリンダ２内を摺動可能に備わり、シリンダ２の内部を摺動方向に２つの流体室（第１流体室２ａ、第２流体室２ｂ）に区画している。以下、第１流体室２ａの側を上方、第２流体室２ｂの側を下方とする。
なお、本実施形態において、シリンダ２に封入される作動油Ｏｉｌは、シリコーン油など非圧縮性液体であってもよいし、潤滑油のような圧縮性のある液体（圧縮性液体）であってもよい。
【００１４】
ピストン組立体３の上方にはピストンロッド４が取り付けられ、ピストン組立体３と一体に動作（上下動）する。そして、ピストンロッド４は上方でシリンダ２の外部に延出し、ピストン組立体３の動作（上下動）をシリンダ２の外部に伝達する。
なお、シリンダ２の内部の上端部にはオイルシール２ｃが備わり、シリンダ２とピストンロッド４の隙間から作動油Ｏｉｌが漏出することを防止している。
【００１５】
また、本実施形態に係るピストン組立体３には、ダンパ１ａの減衰力を調整する減衰力調整機構が組み込まれ、この減衰力調整機構は制御装置１０で制御される。制御装置１０が出力する電圧などの制御信号は、ピストンロッド４の内部に配線される図示しない制御線を経由してピストン組立体３の減衰力調整機構に入力される。
【００１６】
図２の（ａ）に示すように、ピストン組立体３の内部には空洞の第１空間（以下、上部機構室３０Ｕと称する）と第２空間（以下、下部機構室３０Ｌと称する）とが上下方向に形成され、上部機構室３０Ｕと下部機構室３０Ｌとは流路部３０ａで連通している。
ピストン組立体３が円柱状の場合、例えば、上部機構室３０Ｕと下部機構室３０Ｌは同じ直径の円筒形空間として形成され、流路部３０ａは上部機構室３０Ｕより小さい直径の管状空間として形成されることが好ましい。
【００１７】
下部機構室３０Ｌは、例えばピストン組立体３の下側（底部３ａ）に開口する流通孔３４と減衰力調節孔３５と、によって第２流体室２ｂと連通する。
流通孔３４と減衰力調節孔３５の配置は限定するものではないが、例えば図２の（ｂ）に示すように、ピストン組立体３の底部３ａの略中心に１つの流通孔３４が開口し、その周囲に複数（図２の（ｂ）では８つを図示）の減衰力調節孔３５が配置される。
さらに、下部機構室３０Ｌは、作動油流路３６で第１流体室２ａと連通する。
この構成によって、流通孔３４、減衰力調節孔３５、および作動油流路３６は、下部機構室３０Ｌを経由して第１流体室２ａと第２流体室２ｂを連通する流体通路を形成する。
【００１８】
ピストン組立体３が上下動するとき、シリンダ２に封入される作動油Ｏｉｌが流通孔３４、減衰力調節孔３５、下部機構室３０Ｌ、作動油流路３６を介して第１流体室２ａと第２流体室２ｂの間を流れ、ダンパ１ａ（図１参照）の減衰力を発生する。
【００１９】
なお、ピストン組立体３には、周囲に広がってピストン組立体３とともにシリンダ２の内部を摺動するシール部材３３が取り付けられる。シール部材３３は、シリンダ２の内壁に常時密着するように備わって第１流体室２ａと第２流体室２ｂの間を密閉している。
【００２０】
そして、本実施形態に係る減衰力可変ダンパ１（図１参照）は、ピストン組立体３に備わる複数の減衰力調節孔３５を後記するロアピストン３２によって開閉することで、ダンパ１ａ（図１参照）の減衰力を調節するように構成される。
そのため、下部機構室３０Ｌには、上下方向に摺動して複数の減衰力調節孔３５を開閉する第２ピストン（ロアピストン３２）が収容されている。
また、上部機構室３０Ｕには、上下方向に摺動してロアピストン３２を動作する第１ピストン（アッパピストン３１）が収容されている。
【００２１】
ロアピストン３２は、下動したときにピストン組立体３の底部３ａに着地して複数の減衰力調節孔３５の全てを閉じるとともに、上動したときに底部３ａから離反して複数の減衰力調節孔３５の全てを開く開閉部３２ａを含んで構成され、上部機構室３０Ｕに充填される作動油Ｏｉｌに接してロアピストン３２を下動させるピストン作動部３２ｂが一体に形成されている。
ピストン作動部３２ｂは、開閉部３２ａの上方に形成されて流路部３０ａ内に収容され、その上面には流路部３０ａの径方向の断面積とほぼ等しい面積（投影面積）の第２平面３２ｃが形成される。ここでいう投影面積は、第２平面３２ｃを上下方向、すなわち、ピストン作動部３２ｂの摺動方向に投影したときの面積を示す。
なお、ピストン作動部３２ｂと流路部３０ａの側壁の間は、例えば、シール部材３２ｂ１で密閉されることが好ましい。
また、ロアピストン３２の下方には、ロアピストン３２を上方に移動させるためのリターンスプリング３７が備わっている。
【００２２】
第２平面３２ｃは、上部機構室３０Ｕ内の作動油Ｏｉｌの油圧をロアピストン３２の上下動に変換する。この構成によって、上部機構室３０Ｕの容積が減少して作動油Ｏｉｌが上部機構室３０Ｕから流路部３０ａに押し出されると、押し出された作動油Ｏｉｌの油圧でロアピストン３２が下動する。
【００２３】
また、図３の（ａ）に示すように、ロアピストン３２の開閉部３２ａは、複数の減衰力調節孔３５（図２の（ｂ）参照）が配置される半径と略同等の半径の円状に形成され、ピストン作動部３２ｂから周囲に広がる複数（図３の（ａ）には４つを例示）のアーム３２ａ１でピストン作動部３２ｂに取り付けられる。
図３の（ｂ）に示すように、複数のアーム３２ａ１は、ピストン作動部３２ｂの底面３２ｄよりさらに下方に伸び、開閉部３２ａはピストン作動部３２ｂの底面３２ｄより下方に配置されることが好ましい。この構成によって、開閉部３２ａが下部機構室３０Ｌの底部３ａ（図２の（ａ）参照）に着地して減衰力調節孔３５（図２の（ａ）参照）を閉じたとき、下部機構室３０Ｌの底部３ａとピストン作動部３２ｂの底面３２ｄとの間に所定の空間を確保できる。そして、流通孔３４を常に開放した状態にすることができる。
【００２４】
説明を図２に戻す。アッパピストン３１の下面には、上部機構室３０Ｕの径方向の断面積とほぼ等しい投影面積の第１平面３１ａが形成される。
なお、ここでいう投影面積は、第１平面３１ａを上下方向、すなわち、アッパピストン３１の摺動方向に投影したときの面積を示す。また、アッパピストン３１と上部機構室３０Ｕの側壁の間は、例えば、シール部材３１ｃで密閉されることが好ましい。
そして、第１平面３１ａ、第２平面３２ｃ、上部機構室３０Ｕ、および流路部３０ａで囲まれた密閉空間を形成する。この密閉空間には作動油Ｏｉｌが満たされ、特許請求の範囲に記載される液密部を形成する。
【００２５】
液密部に満たされる作動油Ｏｉｌが圧縮性液体の場合、アッパピストン３１が下動すると上部機構室３０Ｕの容積が減少して作動油Ｏｉｌはわずかに圧縮し、限界まで圧縮したときに流路部３０ａに押し出される。
つまり、アッパピストン３１は下動して、作動油Ｏｉｌを上部機構室３０Ｕから流路部３０ａに押し出す機能を有する。
【００２６】
径方向の断面積がＳｕｐの円筒形空間として上部機構室３０Ｕが形成されるとき、アッパピストン３１が動作量ΔＬｕｐだけ下動すると、上部機構室３０Ｕの容積は、ΔＶｕｐ（＝ΔＬｕｐ×Ｓｕｐ）だけ減少する。そして、作動油Ｏｉｌの圧縮を考慮しなければ、減少した容積ΔＶｕｐに相当する量の作動油Ｏｉｌが上部機構室３０Ｕから流路部３０ａに押し出され、押し出された作動油Ｏｉｌはロアピストン３２のピストン作動部３２ｂを動作量ΔＬｄｎだけ動作（下動）させる。
径方向の断面積がＳｍｉｄの管状空間として流路部３０ａが形成されるとき、ピストン作動部３２ｂがΔＬｄｎだけ下方に動作すると流路部３０ａには、ΔＶｍｉｄ（＝ΔＬｄｎ×Ｓｍｉｄ）の空間が形成され、上部機構室３０Ｕから押し出された作動油Ｏｉｌが流路部３０ａに流れ込む。したがって、「ΔＶｕｐ＝ΔＶｍｉｄ」、つまり、「ΔＬｕｐ×Ｓｕｐ＝ΔＬｄｎ×Ｓｍｉｄ」になる。
【００２７】
また、流路部３０ａは上部機構室３０Ｕより直径の小さな管状空間として形成されることから、「Ｓｕｐ＞Ｓｍｉｄ」である。したがって、「ΔＬｕｐ＜ΔＬｄｎ」となる。
すなわち、アッパピストン３１の動作量ΔＬｕｐが、ピストン作動部３２ｂ（ロアピストン３２）の動作量ΔＬｄｎに増幅される。
このように、上部機構室３０Ｕ、流路部３０ａ、アッパピストン３１の第１平面３１ａ、ロアピストン３２のピストン作動部３２ｂ（第２平面３２ｃ）と、を含んで、アッパピストン３１の動作量（ΔＬｕｐ）をロアピストン３２の動作量（ΔＬｄｎ）に増幅する「動作量増幅機構」が構成される。
【００２８】
一方、アッパピストン３１がΔＬｕｐだけ上動すると、上部機構室３０Ｕの容積は、ΔＶｕｐ（＝ΔＬｕｐ×Ｓｕｐ）だけ増大し、上部機構室３０Ｕに充填される作動油Ｏｉｌの油圧が低下する。その結果、ピストン作動部３２ｂに第２平面３２ｃを介して作用する油圧が低下し、ロアピストン３２は上動しやすい状態になる。
そしてロアピストン３２は、リターンスプリング３７（図２の（ａ）参照）によって上動する。
【００２９】
なお、リターンスプリング３７が備わらない構成、または、弾性力の弱いリターンスプリング３７を備える構成、とすることも可能である。この場合、ロアピストン３２は下記のように上動する。
ピストン組立体３が下動するとき、図４の（ａ）に示すように、ロアピストン３２は開閉部３２ａで閉じている減衰力調節孔３５から下部機構室３０Ｌに流入しようとする作動油Ｏｉｌや開放された状態の流通孔３４から流入する作動油Ｏｉｌから上方に向かう力を受ける。アッパピストン３１が上動してロアピストン３２が上動しやすい状態になっていると、ロアピストン３２は作動油Ｏｉｌから受ける上向きの力によって上動する。
【００３０】
一方、ダンパ１ａ（図１参照）が伸長してピストン組立体３が上動するとき、図４の（ｂ）に示すように、下部機構室３０Ｌには第１流体室２ａ（図２の（ａ）参照）から作動油流路３６を介して作動油Ｏｉｌが流れ込む。そして、図４の（ｃ）に示すように下部機構室３０Ｌに流れ込んだ作動油Ｏｉｌの一部は、開閉部３２ａに下方を向いたＰ１の力を作用させる。
また、下部機構室３０Ｌに流れ込んだ作動油Ｏｉｌの他の一部は、下部機構室３０Ｌの底部３ａとピストン作動部３２ｂの底面３２ｄの間に形成される空間に流れ込み、その一部は流通孔３４から第２流体室２ｂ（図２の（ａ）参照）に流出し、残った作動油Ｏｉｌは当該空間内でピストン作動部３２ｂの底面３２ｄに上方を向いたＰ２の力を作用させる。
【００３１】
したがって、開閉部３２ａに作用する下方を向いた力Ｐ１より、ピストン作動部３２ｂの底面３２ｄに作用する上方を向いた力Ｐ２が大きくなるように構成すると、アッパピストン３１が上動して上動しやすい状態になっているロアピストン３２は、作動油Ｏｉｌから受ける上向きの力Ｐ２によって上動する。
【００３２】
例えば、下方を向いた力Ｐ１を受ける開閉部３２ａの面積より、上方を向いた力Ｐ２を受けるピストン作動部３２ｂの底面３２ｄの面積を大きくすると、上方を向いた力Ｐ２を、下方を向いた力Ｐ１より大きくすることができ、ロアピストン３２を上動させることができる。
【００３３】
このように構成することによって、リターンスプリング３７が備わらない構成、または、弾性力の弱いリターンスプリング３７を備える構成であっても、アッパピストン３１が上下動した場合にロアピストン３２を上動させることができる。
【００３４】
また、図２の（ａ）に示すように、本実施形態に係るアッパピストン３１は、圧電体によって動作（上下動）するように構成される。
圧電体は、例えば、複数の圧電素子（ピエゾ素子）が上下方向に積層して構成される圧電素子積層体４０であり、制御装置１０から所定の電圧が印加されると上下方向に伸長し、電圧の印加が停止すると収縮するように構成される。
圧電素子単体の変位量は微小であるが、複数の圧電素子を上下方向に積層した圧電素子積層体４０を使用することで、必要な変位量を得ることができる。
以下、圧電素子積層体４０に電圧が印加されて伸長した状態を伸長状態、電圧の印加が停止して収縮した状態を定常状態と称する。
【００３５】
例えば、ピストンロッド４の下側内部に、ピストン組立体３の上部機構室３０Ｕと連通するような空間からなる圧電素子収納室４１が形成され、圧電素子収納室４１には、上下方向に摺動可能に動作部材４３が収納される。
動作部材４３は上方が開口して下方に底部を有する略有底円筒状に形成され、内側に圧電素子積層体４０が収納される。そして動作部材４３は、圧電素子積層体４０が定常状態のときに上方と圧電素子収納室４１の上端部との間にわずかな間隙を形成し、下方が動作部材４３の底部に接するように収納され、圧電素子積層体４０が伸長すると動作部材４３が下動するように構成される。
【００３６】
また、動作部材４３は上方向に付勢される構成が好ましい。例えば、動作部材４３の上部に、周囲に広がるフランジ４３ａを形成し、フランジ４３ａを上方向に付勢するように、動作部材４３の周囲に圧縮バネ４２を備える構成とすればよい。また、図示はしないが、フランジ４３ａを上方に引き上げるように引張りバネを備える構成としてもよい。
なお、圧縮バネ４２の弾性力は、圧電素子積層体４０が伸長するときに発生する荷重より小さいことが好ましい。
また、圧電素子積層体４０が定常状態のときに動作部材４３の上方と圧電素子収納室４１の上端部との間にわずかな間隙が形成されることで、圧縮バネ４２の弾性力で圧電素子積層体４０に予荷重（セット荷重）を常に与えることができる。
【００３７】
このように圧縮バネ４２を備えると、動作部材４３にはフランジ４３ａを介して圧縮バネ４２から周囲に均等に上向きの力（付勢力）が作用し、圧電素子積層体４０が伸長したときに動作部材４３が傾くことなく下動する。また、圧電素子積層体４０への電力供給が停止して圧電素子積層体４０が収縮するときに動作部材４３が傾くことなく上動する。
【００３８】
さらに、圧電素子積層体４０が定常状態のときに、動作部材４３の例えば底部が、アッパピストン３１の例えば上部と接し、動作部材４３の下動にともなってアッパピストン３１が下動するように構成すると、圧電素子積層体４０の伸長でアッパピストン３１を押して下動させることができる。
さらに、動作部材４３とアッパピストン３１とが互いに係合する係合部４３ｂ、３１ｄをそれぞれ形成し、動作部材４３の上動に伴ってアッパピストン３１が上動するように構成すると、圧電素子積層体４０への電圧の印加が停止したときに圧縮バネ４２の付勢力でアッパピストン３１を上動させることができる。
【００３９】
動作部材４３は、圧電素子積層体４０が伸長したときに圧電素子積層体４０との接触部が圧縮変形しない剛性の高い素材（セラミックス、金属等）で構成されることが好ましく、この構成によって、圧電素子積層体４０がアッパピストン３１と直接接触しているのと同等の効果を得ることができる。
つまり、圧電素子積層体４０とアッパピストン３１が直接接触していなくても、剛性の高い素材を介在しての接触であれば、圧電素子積層体４０が伸長するときに、アッパピストン３１を直接押しているのと同等の効果を得ることができる。
そして、本実施形態においては、圧電素子積層体４０が伸長時に、直接アッパピストン３１に接触して押す構成のほか、剛性の高い素材を介在してアッパピストン３１に接触して押す構成を含んで、圧電素子積層体４０がアッパピストン３１を直接的に押すと称する。
【００４０】
もちろん、動作部材４３を備えることなく、圧電素子積層体４０がアッパピストン３１と直接接触して伸長時に直接押す構成としてもよい。
また、動作部材４３をアッパピストン３１と一体に形成し、圧電素子積層体４０がアッパピストン３１と直接接触して伸長時に直接押す構成としてもよい。
【００４１】
そして、本実施形態に係る減衰力可変ダンパ１（図１参照）には、図２の（ａ）に示すように、圧電素子積層体４０が定常状態でアッパピストン３１が最上位置にあるときに、液密部を貫通して、最上位置にあるロアピストン３２の第２平面３２ｃと当接する接触部（プッシュロッド３１ｂ）が備わっている。
なお、最上位置とは、アッパピストン３１およびロアピストン３２が上方の限界まで上動した位置（上方限界の位置）を示すものとする。
プッシュロッド３１ｂは、例えばアッパピストン３１の第１平面３１ａから下方に向かって延びるように形成され、ピストン作動部３２ｂの第２平面３２ｃの投影面積より小さい接触面積で第２平面３２ｃに当接するように構成される。そして、ロアピストン３２がアッパピストン３１の動作量より大きな動作量で下動したときに第２平面３２ｃから離反するように構成される。
【００４２】
例えば、図５の（ａ）に示すようにプッシュロッド３１ｂ（図２の（ａ）参照）が備わらない場合、最上位置にあるアッパピストン３１と最上位置にあるロアピストン３２は、上部機構室３０Ｕ（液密部）に充填される作動油Ｏｉｌを介して接続される。
この状態で圧電素子積層体４０に電圧が印加されて圧電素子積層体４０が伸長するとアッパピストン３１が下動する。
前記したように上部機構室３０Ｕの径方向の断面積がＳｕｐであり、アッパピストン３１が動作量ΔＬｕｐで下動する場合、上部機構室３０Ｕの容積がΔＶｕｐ（＝ΔＬｕｐ×Ｓｕｐ）だけ減少する。このとき作動油ＯｉｌはΔＶｕｐに相当する容積を流路部３０ａに確保するため、ロアピストン３２を下動させる。
【００４３】
しかしながら、ロアピストン３２は停止した状態であって静摩擦力が作用している。そして、この静摩擦力に打ち勝ってロアピストン３２を動作させる圧力が作動油Ｏｉｌに発生するまで作動油Ｏｉｌはわずかに圧縮し、ロアピストン３２は停止した状態を維持する。
【００４４】
図５の（ｂ）に示すように、時刻Ｔ１でアッパピストン３１が下動を開始すると、時刻Ｔ２まではロアピストン３２は停止した状態であり、作動油Ｏｉｌがわずかに圧縮して液密部の圧力が増大する（ロアピストン３２にかかる荷重が増大する）。そして、時刻Ｔ２において、ロアピストン３２にかかる荷重が静摩擦力を超えたときにロアピストン３２が下動を開始し、ロアピストン３２にかかる荷重は減少する。時刻Ｔ３でロアピストン３２が下部機構室３０Ｌの底部に着地した後は、アッパピストン３１の下動にともなって時刻Ｔ４までロアピストン３２にかかる荷重が増大する。
【００４５】
このように、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間はアッパピストン３１の下動に応じてロアピストン３２が下動せず、いわゆる不感帯が形成される。そして、不感帯では減衰力可変ダンパ１（図１参照）の減衰力が変化せず減衰力の変化に遅れが発生する。
【００４６】
これに対し、図２の（ａ）に示すようにプッシュロッド３１ｂが形成されて、最上位置にあるアッパピストン３１と最上位置にあるロアピストン３２がプッシュロッド３１ｂを介して接続した状態の場合、圧電素子積層体４０が伸長するときに発生する荷重をアッパピストン３１、プッシュロッド３１ｂを介して、ロアピストン３２に直接伝達できる。
【００４７】
そして、アッパピストン３１が下動（摺動）を開始するのと同時に、ロアピストン３２のピストン作動部３２ｂはプッシュロッド３１ｂに押されて下動（摺動）を開始する。つまり、圧電素子積層体４０が伸長を開始するのと同時にロアピストン３２の下動を開始することができる。
また、下動を開始したロアピストン３２には動摩擦力が作用する。一般的に動摩擦係数は静止摩擦係数より小さく、ロアピストン３２は下動されやすい状態になる。そして、プッシュロッド３１ｂによって下動を開始したロアピストン３２は、上部機構室３０Ｕの容積が小さくなって押し出された作動油Ｏｉｌで容易に下動する。
【００４８】
このように、本実施形態に係るロアピストン３２は、圧電素子積層体４０の伸長に対応してアッパピストン３１が下動（摺動）を開始するのと同時に、最初はプッシュロッド３１ｂに押されて下動（摺動）を開始する。
前記したように、ロアピストン３２の動作量はアッパピストン３１の動作量より大きいことから、アッパピストン３１の第１平面３１ａとピストン作動部３２ｂの第２平面３２ｃの距離は次第に大きくなり、ロアピストン３２の下動が開始した後、プッシュロッド３１ｂはロアピストン３２の第２平面３２ｃから離反する。そして、ロアピストン３２は上部機構室３０Ｕから流路部３０ａに押し出された作動油Ｏｉｌによって下動が継続する。
【００４９】
その結果、ロアピストン３２はアッパピストン３１の下動（摺動）に応じて不感帯が形成されることなく連続的に下動（摺動）して減衰力調節孔３５（図２の（ｂ）参照）を閉じることができる。
【００５０】
以上のように、本実施形態に係る減衰力可変ダンパ１（図１参照）は、圧電素子積層体４０（図２参照）の伸長に対応して不感帯を形成することなく速やかにロアピストン３２（図２参照）を下動させて減衰力調節孔３５（図２の（ｂ）参照）を閉じることができ、減衰力を速やかに変化させることができる。換言すると、減衰力可変ダンパ１の減衰力の変化の応答性を向上できる。
また、アッパピストン３１が下動を開始したとき、ロアピストン３２のピストン作動部３２ｂはプッシュロッド３１ｂに押されて下動を開始することから、作動油Ｏｉｌが圧縮性液体であっても圧縮の影響を受けることなくロアピストン３２の下動を開始できる。したがって、作動油Ｏｉｌとして圧縮性液体と非圧縮性液体のいずれも利用可能となる。例えば、圧縮性液体、非圧縮性液体を選択することなく安価な作動油Ｏｉｌを利用することも可能であり、減衰力可変ダンパ１の製造コストを低下できる。
【００５１】
なお、本実施形態においては図２の（ａ）に示すように、プッシュロッド３１ｂがアッパピストン３１の第１平面３１ａから下方に向かって形成されているが、この構成に限定されない。
例えば、図示はしないが、ロアピストン３２の第２平面３２ｃから上方に向かって延びるように形成され、アッパピストン３１の第１平面３１ａに接触するプッシュロッドであってもよい。
この場合、プッシュロッドは、ロアピストン３２がアッパピストン３１の動作量より大きな動作量で下動したときに第１平面３１ａから離反するように構成される。
また、プッシュロッドが第２平面３２ｃに形成される部分の面積は、第２平面３２ｃの投影面積より小さいことが好ましい。
【００５２】
さらに、アッパピストン３１の第１平面３１ａから下方に向かって延びるように形成されて第２平面３２ｃと接触するプッシュロッド３１ｂと、ロアピストン３２の第２平面３２ｃから上方に向かって延びるように形成されて第１平面３１ａと接触するプッシュロッドと、をともに備える構成であってもよい。
【００５３】
また、例えばアッパピストン３１の第１平面３１ａから下方に向かって円錐状に形成されるプッシュロッドや、ロアピストン３２の第２平面３２ｃから上方に向かって円錐状に形成されるプッシュロッドであってもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１ 減衰力可変ダンパ
２ シリンダ
２ａ 第１流体室
２ｂ 第２流体室
３ ピストン組立体
３０ａ 流路部（液密部）
３０Ｕ 上部機構室（第１空間、液密部）
３０Ｌ 下部機構室（第２空間）
３１ アッパピストン（第１ピストン）
３１ａ 第１平面（液密部）
３１ｂ プッシュロッド（接触部）
３２ ロアピストン（第２ピストン）
３２ｂ ピストン作動部
３２ｃ 第２平面（液密部）
３４ 流通孔（流体通路）
３５ 減衰力調節孔（流体通路）
３６ 作動油流路（流体通路）
４０ 圧電素子積層体（圧電体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動油が充填されたシリンダと、
前記シリンダに摺動可能に収納されて当該シリンダを第１流体室と第２流体室とに区画するピストン組立体と、
前記ピストン組立体内に形成されて前記作動油が充填される第２空間を経由して前記第１流体室と前記第２流体室とを連通する流体通路と、
前記第２空間内を摺動して前記流体通路を開閉する第２ピストンと、
前記ピストン組立体内に形成されて前記作動油が充填される第１空間内を摺動する第１ピストンと、
電圧が印加されたときに、収縮した定常状態から伸長し、前記第１ピストンを直接的に押して当該第１ピストンを摺動させる圧電体と、
前記第１空間と前記第２空間を連通する流路部と、
前記流路部内を摺動して前記第２ピストンを摺動させるピストン作動部と、
を備え、
前記第１ピストンに形成されて前記第１空間内で前記作動油に接する第１平面と、前記ピストン作動部に形成されて前記流路部内で前記作動油に接する第２平面と、前記第１空間と、前記流路部と、で囲まれて前記作動油で満たされ、前記第１ピストンの摺動方向への前記第１平面の投影面積が、前記ピストン作動部の摺動方向への前記第２平面の投影面積より大きい液密部が形成される減衰力可変ダンパにおいて、
前記第１ピストンと前記ピストン作動部の少なくとも一方には、前記圧電体が前記定常状態のときに、前記液密部を貫通して他方と当接する接触部を備えることを特徴とする減衰力可変ダンパ。
【請求項２】
前記圧電体が前記定常状態のときに電圧が印加されて伸長した場合、前記ピストン作動部は前記第１ピストンが摺動を開始するのと同時に摺動を開始し、
その後、前記接触部が前記第１ピストン又は前記ピストン作動部から離反することを特徴とする請求項１に記載の減衰力可変ダンパ。
【請求項１】
作動油が充填されたシリンダと、
前記シリンダに摺動可能に収納されて当該シリンダを第１流体室と第２流体室とに区画するピストン組立体と、
前記ピストン組立体内に形成されて前記作動油が充填される第２空間を経由して前記第１流体室と前記第２流体室とを連通する流体通路と、
前記第２空間内を摺動して前記流体通路を開閉する第２ピストンと、
前記ピストン組立体内に形成されて前記作動油が充填される第１空間内を摺動する第１ピストンと、
電圧が印加されたときに、収縮した定常状態から伸長し、前記第１ピストンを直接的に押して当該第１ピストンを摺動させる圧電体と、
前記第１空間と前記第２空間を連通する流路部と、
前記流路部内を摺動して前記第２ピストンを摺動させるピストン作動部と、
を備え、
前記第１ピストンに形成されて前記第１空間内で前記作動油に接する第１平面と、前記ピストン作動部に形成されて前記流路部内で前記作動油に接する第２平面と、前記第１空間と、前記流路部と、で囲まれて前記作動油で満たされ、前記第１ピストンの摺動方向への前記第１平面の投影面積が、前記ピストン作動部の摺動方向への前記第２平面の投影面積より大きい液密部が形成される減衰力可変ダンパにおいて、
前記第１ピストンと前記ピストン作動部の少なくとも一方には、前記圧電体が前記定常状態のときに、前記液密部を貫通して他方と当接する接触部を備えることを特徴とする減衰力可変ダンパ。
【請求項２】
前記圧電体が前記定常状態のときに電圧が印加されて伸長した場合、前記ピストン作動部は前記第１ピストンが摺動を開始するのと同時に摺動を開始し、
その後、前記接触部が前記第１ピストン又は前記ピストン作動部から離反することを特徴とする請求項１に記載の減衰力可変ダンパ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−９２８８３（Ｐ２０１２−９２８８３Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３９７８６（Ｐ２０１０−２３９７８６）
【出願日】平成２２年１０月２６日（２０１０．１０．２６）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２６日（２０１０．１０．２６）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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