(57)【要約】【課題】取り付け姿勢による影響を受けない安定した減衰力を得るとともに、大きな減衰力を小型軽量なダンパで発生可能とする。【解決手段】ケース１とキャップ２、３に囲まれた空間に粒状体１０が充填されており、その中でピストン８がロッド９の動きに伴って、ケース１に対して相対的に変位する構造になっている。キャップ２、３はそれぞれスプリング４、５により常に粒状体を圧縮する向きに力を受けている。ケース１に対してピストン８が相対的に変位するようにロッド９に変位を与えた場合、粒状体１０はピストン８の動きに伴って流動し、それにより減衰力が発生する。粒状体１０を流動させるために必要な力が、スプリング４、５によりキャップ２、３が受けている力よりも大きな場合は、その力とスプリング４、５からキャップ２、３が受けている力が釣り合う位置までキャップ２、３は変位する。キャップ２、３が変位すると、粒状体１０が充填されているケース内容積は増加し、それにより粒状体１０の流動が促進される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースとキャップに囲まれた空間に粒状体が充填されており、その中をピストンおよびロッドが配置されたダンパ装置において、
前記キャップがバネ機構により前記粒状体を圧縮力する向きに力を受けており、その力よりも前記粒状体を流動させるために必要な力が大きい場合に、前記キャップが前記粒状体を圧縮力する向きと反対側に変位してケース内容積が増加し前記粒状体の流動が促進される構成としたことを特徴とするダンパ装置。
【請求項２】
前記ケースは、前記粒状体を圧縮力する向きへの前記キャップの変位を拘束するためのストッパを有することを特徴とする請求項１に記載のダンパ装置。
【請求項３】
前記バネ機構は、前記キャップに対し前記粒状体を圧縮力する向きに力を与えるスプリングと、このスプリングのスプリング力を調整するスプリング力調整手段とを有することを特徴とする請求項１または２に記載のダンパ装置。
【請求項４】
前記スプリング力調整手段は、前記スプリングを支持するスプリングセットスクリュであって、その外周部がネジになっており、それが前記ケースに設けられたネジに取り付けられてその取り付け位置が変更可能になっていることを特徴とする請求項３に記載のダンパ装置。
【請求項５】
前記バネ機構は、気体の圧力を用いて前記キャップに対し前記粒状体を圧縮力する向きに力を与える構成となっていることを特徴とする請求項１または２に記載のダンパ装置。
【請求項６】
前記ケースには、前記粒状体が充填されている空間を大気開放とするための穴が設けられており、前記キャップに対し前記粒状体が充填されている空間と反対側を高圧室とし、この高圧室に大気よりも高圧の気体を封入することで、前記キャップに対し前記粒状体を圧縮力する向きに力を与える構成となっていることを特徴とする請求項５に記載のダンパ装置。
【請求項７】
前記キャップに対し前記粒状体が充填されている空間と反対側を大気開放とし、前記粒状体が充填されている空間を低圧室とし、この低圧室に前記粒状体と一緒に封入されている気体の圧力を負圧にすることで、前記キャップに対し前記粒状体を圧縮力する向きに力を与える構成となっていることを特徴とする請求項５に記載のダンパ装置。
【請求項８】
前記粒状体は磁性材料で製作されており、前記ケースの外部または前記ロッドに内蔵された電磁石により前記粒状体に磁場を印加することで減衰力を変えることができる構成としたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載のダンパ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダンパ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のダンパ装置として、剛性を有するケース内に充填された粒状体群の中にピストンロッドを配し、その動きに応じて粒状体に発生する摩擦を用いて振動を吸収するダンパが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２１９３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来のダンパ装置では、ケース内容積に対する粒状体の充填率の影響を受けてダンパの減衰特性が変化する。すなわち、充填率が低くケース内に空隙が多い場合には減衰力は小さく、反対に充填率が高くケース内に空隙が少ない場合には減衰力は大きくなり、さらに充填率を高くしていくと粒状体の流動性が失われダンパとして機能しなくなる。したがって適当な充填率（適当な空隙がある状態）を選ぶ必要がある。その場合、ケース内に充填された粒状体の分布は均等ではなく、粒状体の密度が小さな領域が存在する。この粒状体の密度が小さな領域がピストンの進行方向前方に存在する場合、粒状体がピストンの動きにより移動し、その領域の粒状体密度がある程度以上になるまでの間は、ダンパの減衰力は非常に小さい。したがって、例えばピストンが垂直方向に動くようにダンパを設置した時は重力の影響を受け、ピストンロッドが上向きに動く際に発生する減衰力は、下向きに動く際に発生する減衰力よりも小さくなるといった現象が生じる。すなわち、ダンパの設置方向やピストンロッドが動く向きにより、発生する減衰力は変化する。一方、ピストンが水平方向に動くようにダンパを設置した場合でも、ピストンの動く向きが反転した直後では、同じようにピストンの進行方向前方の粒状体密度は小さい状態になり、あたかもダンパにガタがあるような挙動が現れる。この現象が発生する場合は振幅が小さな振動に対して減衰を与えることができない。
【０００５】
また、粒状体の流動性を確保したままダンパの減衰力を大きくするためには、必然的に粒状体の質量を大きくする必要があり、ダンパの小型化や軽量化の妨げとなる。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みて、取り付け姿勢による影響を受けない安定した減衰力を得るとともに、粒状体の質量を大きくしなくても減衰力を大きくできるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ケースとキャップに囲まれた空間に粒状体が充填されており、その中をピストンおよびロッドが配置されたダンパ装置において、キャップがバネ機構により粒状体を圧縮力する向きに力を受けており、その力よりも粒状体を流動させるために必要な力が大きい場合に、キャップが粒状体を圧縮力する向きと反対側に変位してケース内容積が増加し粒状体の流動が促進される構成としたことを特徴とする。
【０００８】
このようにキャップが粒状体を圧縮力する向きと反対側に変位してケース内容積が増加し粒状体の流動が促進される構成としているので、取り付け姿勢による影響を受けない安定した減衰力を得るとともに、粒状体の質量を大きくしなくても減衰力を大きくすることができる。
請求項２に記載の発明では、ケースは、粒状体を圧縮力する向きへのキャップの変位を拘束するためのストッパを有することを特徴とする。このことにより、キャップの変位が拘束される位置を規定することができる。
【０００９】
上記したバネ機構としては、請求項３に記載の発明のように、キャップに対し粒状体を圧縮力する向きに力を与えるスプリングと、このスプリングのスプリング力を調整するスプリング力調整手段とを有するものとすることができる。具体的には、請求項４に記載の発明のように、スプリング力調整手段は、スプリングを支持するスプリングセットスクリュであって、その外周部がネジになっており、それがケースに設けられたネジに取り付けられてその取り付け位置が変更可能になっているものとすることができる。このような調整機能を用いることでダンパの減衰特性を変更することができる。
【００１０】
また、上記したバネ機構としては、請求項５に記載の発明のように、バネ機構は、気体の圧力を用いてキャップに対し粒状体を圧縮力する向きに力を与える構成とすることができる。具体的には、請求項６に記載の発明のように、ケースには、粒状体が充填されている空間を大気開放とするための穴が設けられており、キャップに対し粒状体が充填されている空間と反対側を高圧室とし、この高圧室に大気よりも高圧の気体を封入することで、キャップに対し粒状体を圧縮力する向きに力を与える構成とすることができる。この場合、高圧室に封入する気体の圧力を調整することでダンパの減衰特性を変更することができる。また、請求項７に記載の発明のように、キャップに対し粒状体が充填されている空間と反対側を大気開放とし、粒状体が充填されている空間を低圧室とし、この低圧室に粒状体と一緒に封入されている気体の圧力を負圧にすることで、キャップに対し粒状体を圧縮力する向きに力を与える構成とすることもできる。この場合、低圧室内の気体の圧力を調整することでンパの減衰特性を変更することができる。
【００１１】
さらに、請求項８に記載の発明のように、粒状体は磁性材料で製作されており、ケースの外部またはロッドに内蔵された電磁石により粒状体に磁場を印加することで減衰力を変えることができる構成とすれば、減衰力可変ダンパとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るダンパ装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示すダンパ装置における動作を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るダンパ装置の構成を示す図である。
【図４】本発明のダンパ装置に係る減衰力と変位の関係を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るダンパ装置の構成を示す図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係るダンパ装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。なお、以下に示す各実施形態において、同一の符号を付した部分は、同一もしくは均等な物を示す。
【００１４】
（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態に係るダンパ装置の構成を示す。図１に示すように、ダンパ装置は、ケース１とキャップ２、３に囲まれた空間に粒状体１０が充填されており、その中でピストン８がロッド９の動きに伴って、ケース１に対して相対的に変位する構造になっている。キャップ２、３はそれぞれスプリング４、５により常に粒状体を圧縮する向きに力を受けている。スプリング４、５はスプリングセットスクリュ６、７により支持されている。
【００１５】
ケース１に対してピストン８が相対的に変位するようにロッド９に変位を与えた場合、粒状体１０はピストン８の動きに伴って流動することで、粒状体１０やピストン８、ケース１などの間には、摩擦や反発現象が発生し、それにより減衰力が発生する。この減衰力は粒状体の大きさや充填率、ケース内容積やその形状などにより変化する。
【００１６】
粒状体１０を流動させるために必要な力が、スプリング４、５によりキャップ２、３が受けている力よりも小さな場合は、キャップ２、３のストッパ２ａ、３ａはケースのストッパ１ａ、１ｂに当たっており、キャップ２、３の変位は拘束され、粒状体１０が充填されているケース内容積は変化しない。反対に粒状体１０を流動させるために必要な力が、スプリング４、５によりキャップ２、３が受けている力よりも大きな場合は、その力とスプリング４、５からキャップ２、３が受けている力が釣り合う位置までキャップ２、３は変位する。キャップ２、３が変位すると、粒状体１０が充填されているケース内容積は増加し、それにより粒状体１０の流動が促進される。
【００１７】
スプリングセットスクリュ６、７は外周部がネジ６ａ、７ａになっており、ケース１に設けてあるネジ１ｃ、１ｄで取り付けられる構造のため、その位置は自由に変更可能である。したがってキャップ２、３がスプリング４、５から受ける力は、スプリングセットスクリュ６、７の位置の変更によりスプリング４、５のセット長を変えることや、スプリング４、５にバネ定数や自由長が異なるものを用いることで容易に調整可能である。この調整機能を用いることで自由にダンパの減衰特性を変更することができる。また、キャップ２がスプリング４から受ける力と、キャップ３がスプリング５から受ける力を異なる値に調整することで、変位の向きによって異なる減衰特性を有するダンパにすることも可能である。
【００１８】
なお、ケース１やキャップ２、３、スプリングセットスクリュ６、７、ピストン８、ロッド９はアルミニウム合金や鋼、真鍮などの金属材料で製作可能であるが、ダンパに求められる減衰力に対して十分な剛性と耐磨耗性を有するものであれば、プラスチックも使用可能である。粒状体１０は必ずしも大きさが揃った球である必要はなく、材質も金属やプラスチック、ガラス、砂などを必要に応じて使い分けることができる。キャップ２、３を固定とし、ケース１の内径をφ３１ｍｍ、ピストン９の外径をφ２０ｍｍにした場合、粒状体に直径φ０．５から１．５ｍｍの鋼球を用いた条件でダンパとして機能することを確認してある。
【００１９】
図２は図１に示したダンパ装置の動作を示したものである。静止状態では、キャップ２、３はそれぞれスプリング４、５の力によりケース１のストッパ２ａ、３ａへ押さえつけられている。この時、粒状体が充填されているケース１内の粒状体１０の密度はほぼ均一になるようにしておく（状態（Ａ））。この状態からロッド９を介してピストン８に変位を与えると、ピストン８の進行方向前方の粒状体１０はほとんど流動しないため、キャップ３はピストン８と共に同じ向きに変位する。それにより粒状体が充填されているケース内容積が増加して空隙ができるため、粒状体１０の流動が始まる（状態（Ｂ））。粒状体１０の流動が始まるとキャップ３は、粒状体１０から受ける力とスプリング５から受ける力が釣り合う位置、もしくはケース１のストッパで変位が拘束される位置まで変位する（状態（Ｃ））。  ダンパへの負荷形態が振動の場合には、状態（Ａ）から（Ｃ）までの動作が、向きを変えながら繰り返し行われる。
【００２０】
このように本実施形態によれば、粒状体１０は常にスプリング機構４、５による圧縮力を受けており、粒状体１０を流動させるために必要な力がスプリング力を上回る場合にはダンパのケース内容積が増加し、それにより粒状体の流動を促進する構成としているので、取り付け姿勢による影響を受けない安定した減衰力を得ることができ、また粒状体の質量を大きくしなくても粒状体の流動性を確保できるので、大きな減衰力を小型軽量なダンパで発生可能とすることができる。
【００２１】
（第２実施形態）
図３に、本発明の第２実施形態に係るダンパ装置の構成を示す。この実施形態では、図１に示したダンパ装置に電磁石１１を付加した構成となっている。また、粒状体１０は、飽和磁化が高くなるように、ある程度の大きさを持つ磁性材料で製作したものとなっている。
【００２２】
電磁石１１に電流を流すと、電磁石の磁力線１２の方向に沿った方向の粒状体１０の結合力が強まる。これにより粒状体１０間の摩擦力が大きくなり、それに従ってダンパの減衰力も大きくなる。この機構を用い電磁石１１に流す電流を制御することで、ダンパのセミアクティブ制御が可能になる。なお、電磁石１１はピストン８に内蔵しても同様な効果が期待できる。また、電磁石１１の設置方向や数を変更すると、それによって発生する磁場分布、すなわち粒状体１０の結合力が強まる向きやその強さなどを変えることが可能であり、様々な減衰特性を有するダンパを製作可能である。
【００２３】
図４はダンパ装置で得られると考えられる減衰力−変位曲線である。キャップ２、３を固定し、ダンパを垂直方向に設置した場合では、ピストンの動く向きが上向きの場合にはダンパの減衰力は非常に小さく、反対に下向きにピストンが動く場合には、ダンパの減衰力の大きさはピストンの位置に依存している（状態（Ａ））。同じくキャップ２、３を固定し、水平方向に設置した場合では、ピストンの動く向きが反転した直後の位置において減衰力が非常に小さな領域が発生する（状態（Ｂ））。それに対して図１に示したダンパ装置では、状態（Ａ）や（Ｂ）に存在する減衰力が非常に小さな領域は無い（状態（Ｃ））。さらにスプリング力を変えることや、図３に示したように電磁石１１を付加することで、発生する減衰力の大きさや、変位に対する減衰特性を自由に制御することができる（状態（Ｃ）、（Ｄ））。
（第３実施形態）
図５に、本発明の第３実施形態に係るダンパ装置の構成を示す。このダンパ装置は、図１に示したスプリング４、５およびスプリングセットスクリュ６、７で得られるスプリング力の代わりに気体の圧力を用いるものである。ケース１とキャップ２、３で囲まれた空間を高圧室１３、１４とし、そこに高圧の気体を封入し、さらにケース１に粒状体を充填している空間を大気開放とするための穴１ｅを設けることで、キャップ２、３は粒状体１０を圧縮する向きの力を受ける。高圧室１３、１４に封入する気体の圧力を調整することで、自由にダンパの減衰特性を変更することができる。また、高圧室１３と高圧室１４に封入する気体の圧力を異なる値に設定することで、変位の向きによって異なる減衰特性を有するダンパにすることも可能である。高圧室１３、１４は密閉構造にする必要があるため、Ｏリング等のシール１ｆ、１ｇ、２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃが必要になる。なお、高圧室に封入する気体は空気や窒素などが適当である。
【００２４】
（第４実施形態）
図６に、本発明の第４実施形態に係るダンパ装置の構成を示す。このダンパ装置も、図１に示したスプリング４、５およびスプリングセットスクリュ６、７で得られるスプリング力の代わりに気体の圧力を用いるものである。ケース１とキャップ２、３で囲まれた粒状体を充填する空間を低圧室１５とし、そこに粒状体と一緒に封入されている気体の圧力を負圧にすることで、キャップ２、３は粒状体１０を圧縮する向きの力を受ける。低圧室１５内の気体の圧力を調整することで、自由にダンパの減衰特性を変更することができる。低圧室１５は密閉構造にする必要があるため、Ｏリング等のシール２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃが必要になる。なお、低圧室内の気体は空気や窒素などが適当である。
【００２５】
（他の実施形態）
上記した第３、第４実施形態のダンパ装置についても、第２実施形態に記載のように、ダンパ外部もしくはピストン８に内蔵した電磁石１１により粒状体１０に磁場を印加することで減衰力を変える構成としてもよい。
【００２６】
また、図１に示したスプリング機構、図５、図６に示した気体によるバネ機構以外に、他のバネ機構を用いてダンパの減衰特性を変更するように構成してもよい。
【００２７】
また、キャップ２、３の両方の変位を可能とするものを示したが、適用対象によってはキャップ２、３の一方のみを変位可能とする構成となっていてもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１  ケース
１ａ、１ｂ  ストッパ
１ｃ、１ｄ  ねじ、
２、３  キャップ
２ａ、３ａ  ストッパ、
４、５  スプリング
６、７  スプリングセットスクリュ
６ａ、７ａ  ねじ、
８  ピストン
９  ロッド
１０  粒状体
１１  電磁石
１２  磁力線
１３、１４  高圧室
１５  低圧室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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