(57)【要約】【課題】微小な振動も減衰可能なダンパを構成することを目的とする。【解決手段】ピストン式ダンパ１は、軸方向の両側にロッド４が設けられ、軸方向の一方の面２１から他方の面２２まで延伸した複数の溝２３が形成されたピストン２を備える。また、ピストン式ダンパ１は、軸方向の両側に設けられたロッド４それぞれが貫通する貫通孔５が形成され、ピストン２を内包するシリンダ３であって、内壁とピストン２との隙間に流体が充填されたシリンダ３とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向の両側にロッドが設けられ、前記軸方向の一方の面から他方の面まで延伸した複数の溝が形成されたピストンと、
両側に設けられた前記ロッドそれぞれが貫通する貫通孔が形成され、前記ピストンを内包するシリンダであって、内壁と前記ピストンとの隙間に流体が充填されたシリンダと
を備えるピストン式ダンパ。
【請求項２】
前記複数の溝は、前記軸方向の中央部に近くなるにつれ浅くなる
請求項１に記載のピストン式ダンパ。
【請求項３】
前記シリンダは、
前記ピストンを内包するインナーシリンダと、
前記インナーシリンダを隙間を空けて内包するアウターシリンダと
を有する請求項１又は２に記載のピストン式ダンパ。
【請求項４】
前記流体は、前記インナーシリンダと前記ピストンとの隙間と、前記アウターシリンダと前記インナーシリンダとの隙間とを流通可能である
請求項３に記載のピストン式ダンパ。
【請求項５】
前記ピストン式ダンパは、さらに、
両側に設けられた前記ロッドそれぞれに対応して前記シリンダの外側に設けられ、対応する前記ロッドの端部に接続された蓋と、
両側に設けられた前記ロッドそれぞれに対応して設けられ、対応する前記ロッドの周囲を囲み、対応する前記ロッドの端部が接続された前記蓋と前記シリンダとを接続するベローズと
を備える請求項１から４までのいずれか１項に記載のピストン式ダンパ。
【請求項６】
両側に設けられた前記ロッドそれぞれについての、前記ロッドと前記ベローズと前記蓋と前記アウターシリンダとに囲まれて形成される空間の体積の合計が一定となる
請求項５に記載のピストン式ダンパ。
【請求項７】
前記流体は、前記アウターシリンダと前記インナーシリンダとの隙間と、前記ロッドと前記ベローズと前記蓋と前記アウターシリンダとに囲まれて形成される空間とを流通可能である
請求項６に記載のピストン式ダンパ。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項に記載のピストン式ダンパを有するアイソレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、振動を減衰させるピストン式ダンパと、ピストン式ダンパを用いたアイソレータとに関する。
【背景技術】
【０００２】
高精度な位置決め又は指向制御を行う構造では、制御分解能を高めるため、駆動機器が発生する微小振動の低減が求められている。特許文献１〜３には、広帯域の振動を減衰する振動絶縁装置に関する記載がある。
【０００３】
特許文献１には、オイルを作動流体とし、オイルの流れに応じて伸縮する溶接ベローズ式ダンパについて記載されている。
特許文献１に記載されたベローズは金属製であり、耐環境性を持つ。ベローズは軸方向に規定寸法内での自在な伸縮性を確保する必要から、薄板を成形した構造、又は、薄板を溶接した構造を持つ。長寿命化の観点から、ベローズは、応力が集中しにくい、薄板を溶接した構造とすることが推奨されている。
【０００４】
特許文献２には、オイルを作動流体とするピストン式ダンパを有する装置について記載されている。ピストン式ダンパは大振幅の振動に有効であるが、摩擦が大きいため、微小振動の低減効果は得にくいという課題がある。このため、特許文献２では、微小振動の低減を、ピストン式ダンパに加えて粘弾性体を用いて低減している。
【０００５】
特許文献３には、微小振動を絶縁するために、ダンパの締結部材に微小な隙間が発生しない結合方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１７−０６７２７２号公報
【特許文献２】特開平１１−１４１１７４号公報
【特許文献３】特開２００５−１２６９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されているように、ベローズは、軸方向に伸縮性を持つ他に、ベローズの板が変形することによる体積弾性を持つ。体積弾性は、荷重の入力される軸と直交方向の伸縮性である。ベローズが振動により圧縮力を受けた際に、ベローズからオリフィスへ流れ、減衰を発現するオイル流量は、ベローズの軸方向の伸縮により変化した体積から、体積弾性により膨張した体積分を除外した量となる。
特許文献１に記載されたべローズ式ダンパでは、微小振動時に体積弾性により膨張した体積が有意となり、減衰性能を劣化させてしまうという課題がある。
【０００８】
これに対して、特許文献２に記載されたピストン式ダンパでは体積弾性がほとんどないため微小振動であっても、この劣化は生じない。しかし、上述した摩擦が大きいという課題がある。
【０００９】
この発明は、微小な振動も減衰可能なダンパを構成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係るピストン式ダンパは、
軸方向の両側にロッドが設けられ、前記軸方向の一方の面から他方の面まで前記軸方向に延伸した複数の溝が形成されたピストンと、
両側に設けられた前記ロッドそれぞれが貫通する貫通孔が形成され、前記ピストンを内包するシリンダであって、内壁と前記ピストンとの隙間に流体が充填されたシリンダと
を備える。
【発明の効果】
【００１１】
この発明では、ピストンに軸方向に延伸した複数の溝が形成されているため、ピストンが傾きシリンダと接触することが防止される。これにより、摩擦抵抗を抑えることができ、微小な振動についても減衰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係るピストン式ダンパ１の断面図。
【図２】実施の形態１に係るインナーシリンダ３１を切断して広げた状態を示す図。
【図３】実施の形態１に係る溝２３の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１から図３を参照して、実施の形態１に係るピストン式ダンパ１の構成を説明する。
【００１４】
図１に示すように、ピストン式ダンパ１は、ピストン２と、シリンダ３とを備える。ピストン２は、軸方向の両側にロッド４が設けられている。シリンダ３は、両側に設けられたロッド４それぞれが貫通する貫通孔５が形成され、ピストン２を内包する。シリンダ３は、内壁とピストン２との隙間にオイルといった粘性の高い流体が充填されている。ここでは、この流体を以下オイルと呼ぶ。
シリンダ３は、ピストン２を内包するインナーシリンダ３１と、インナーシリンダ３１を隙間を空けて内包するアウターシリンダ３２とを有する。インナーシリンダ３１には、貫通孔５である孔５１が形成され、アウターシリンダ３２には、貫通孔５である孔５２が形成されている。孔５１にロッド４が貫通された場合に、インナーシリンダ３１における孔５１の開口端部とロッド４との間には、隙間ができる。また、孔５２にロッド４が貫通された場合に、アウターシリンダ３２における孔５２の開口端部とロッド４との間には、隙間ができる。
シリンダ３に充填されたオイルは、インナーシリンダ３１に形成された孔５１を介して、インナーシリンダ３１とピストン２との隙間と、アウターシリンダ３２とインナーシリンダ３１との隙間とを流通可能である。つまり、オイルは、インナーシリンダ３１における孔５１の開口端部とロッド４との間にある隙間を介して、流通可能である。
【００１５】
図２及び図３に示すように、ピストン２には、軸方向の一方の面２１から他方の面２２まで軸方向に延伸した複数の溝２３が形成されている。図３に示すように、複数の溝２３それぞれは、軸方向の端部ほど深く、軸方向の中央部に近くなるにつれ浅くなる。複数の溝２３それぞれは、例えば、軸方向と垂直な方向の断面が、楔形、半円形、半楕円形、又はＵ字形である。
【００１６】
図１に示すように、ピストン式ダンパ１は、両側に設けられたロッド４それぞれに対応して、蓋６とベローズ７とを備える。蓋６は、シリンダ３の外側に設けられ、対応するロッド４の端部に接続されている。ベローズ７は、対応するロッド４の周囲を囲み、対応するロッド４の端部に接続された蓋６とアウターシリンダ３２とを接続する。ベローズ７は、一端が蓋６のアウターシリンダ３２側の面に結合されており、他端がアウターシリンダ３２の蓋６側の面に結合されている。なお、両側に設けられたロッド４それぞれに対応するベローズ７は、同じ寸法及び剛性である。
ベローズ７とロッド４との隙間には、オイルが充填されている。オイルは、アウターシリンダ３２に形成された孔５２を介して、ベローズ７とロッド４との隙間と、アウターシリンダ３２とインナーシリンダ３１との隙間とを流通可能である。つまり、オイルは、アウターシリンダ３２における孔５２の開口端部とロッド４との間にある隙間を介して、流通可能である。
【００１７】
図１に示すように、ピストン式ダンパ１は、シリンダ３を固定するための固定フランジ８を備える。
【００１８】
ピストン式ダンパ１は、振動を絶縁するアイソレータを構成可能である。ピストン式ダンパ１を用いてアイソレータを構成する場合には、ピストン式ダンパ１と１次バネとが並列して設置される。アイソレータは、１次バネの共振周波数よりも高い周波数の振動を絶縁する。
なお、ピストン式ダンパ１が備えるベローズ７に、伸縮方向に適切な剛性を持たせることにより、アイソレータの１次バネとして機能させることも可能である。つまり、ベローズ７に伸縮方向に適切な剛性を持たせることで、別途１次バネを用いることなく、アイソレータを構成することができる。
【００１９】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
図１を参照して、実施の形態１に係るピストン式ダンパ１の動作を説明する。
軸方向両側のロッド４に振動が伝達されると、ピストン２が移動することにより、インナーシリンダ３１の内部におけるピストン２の一方側の空間が加圧され、他方側の空間が減圧される。すると、加圧された側の空間にあるオイルは、インナーシリンダ３１における孔５１の開口端部とロッド４との間にある隙間を流れる。これにより、振動が減衰される。
なお、孔５１の開口端部とロッド４との間の隙間は、オイルの動粘性抵抗により振動の減衰を生じさせる隙間寸法及び形状に設定される。
【００２０】
ピストン２の軸がシリンダ３の中心軸に対してわずかに角度を持つと、つまりピストン２の軸が傾くと、ピストン２が移動する際にインナーシリンダ３１に接触してしまう。つまり、ピストン２がインナーシリンダ３１に片当たりしてしまう。これにより、摩擦抵抗が発生する。
しかし、ピストン式ダンパ１では、ピストン２に複数の溝２３が形成されている。この複数の溝２３により、ピストン２の軸が傾いた場合に、ピストン２の軸の傾きを復元させる力をオイルに発揮させる。これにより、ピストン２の軸が傾くことが防止され、ピストン２がインナーシリンダ３１に片当たりすることが防止される。その結果、摩擦抵抗が低減される。
具体的には、ピストン２が移動する際、ピストン２が片当たりしそうになると、片当たりしそうな部分に形成された溝２３と、インナーシリンダ３１の内壁との間の隙間は狭くなる。そのため、局所的に圧力が高くなる。一方、片当たりしそうな部分に対して軸対象な部分に形成された溝２３と、インナーシリンダ３１の内壁との間の隙間は広くなる。そのため、局所的に圧力が低くなる。この圧力差により、ピストン２に対して、片当たりを回避する向きのモーメント力が発生する。特に、複数の溝２３それぞれは、軸方向の端部ほど深く、軸方向の中央部に近くなるにつれ浅くなる。そのため、片当たりを回避する向きのモーメント力が発生し易い。
ここで、複数の溝２３それぞれは、軸方向に面２１から面２２まで形成されており、深さがゼロになる部分がない。そのため、ピストン２が移動しておらず、ピストン２がインナーシリンダ３１の内壁に片当たりしている状態から、ピストン２が移動を開始した場合にも、複数の溝２３それぞれのオイルの流量はゼロにはならない。そのため、ピストン２が移動を開始した直後に、片当たりを回避する向きのモーメント力が発生する。その結果、ピストン２が片当たりすることがない。
【００２１】
軸方向両側のロッド４に振動が伝達され、ピストン２が移動すると、加圧された側の空間にあるオイルは、インナーシリンダ３１における孔５１の開口端部とロッド４との間にある隙間を流れる。インナーシリンダ３１は、アウターシリンダ３２に内包されている。そのため、インナーシリンダ３１における孔５１の開口端部とロッド４との間にある隙間を流れたオイルは、アウターシリンダ３２とインナーシリンダ３１との間の空間に流れる。
ピストン２が移動し、減圧された側の空間は負圧になっている。そのため、アウターシリンダ３２とインナーシリンダ３１との間の空間のオイルが、減圧された側の空間に流れる。
ここで、アウターシリンダ３２は、インナーシリンダ３１を隙間を空けて内包している。この隙間は、オイルが容易に流動できる程度の断面積を有する。そのため、ピストン２が移動することに伴うオイルの流動速度は、ほぼゼロである。したがって、アウターシリンダ３２とインナーシリンダ３１との間の空間の内圧は、振動によるインナーシリンダ３１の内部の圧力とは無関係にほぼ一定になる。
【００２２】
ピストン式ダンパ１を人工衛星といった宇宙で使用される製品に使用することが考えられる。この場合、地上では外気圧１気圧の環境下であるが、軌道上では外気圧がほぼゼロになる。そのため、ピストン式ダンパ１の内部のオイルの相対圧力は、地上ではゼロであるが、軌道上では＋１気圧の陽圧になる。また、激しい温度環境の変化にさらされ、オイルの温度変化により体積が増減する。
ピストン式ダンパ１では、インナーシリンダ３１の内部の圧力の変動を、アウターシリンダ３２とインナーシリンダ３１との間の空間により吸収することができる。そのため、宇宙で使用させる製品にピストン式ダンパ１が用いられた場合でも、インナーシリンダ３１の内部の圧力の変動に伴う減衰性能の変化を低減することができる。
【００２３】
シリンダ３の軸方向の両外側には、それぞれベローズ７が対向して配置されている。ベローズ７は、体積弾性により圧力を緩和する。両外側に配置された２つのべローズ７の長さの合計は、ロッド４によって固定されている。２つのベローズ７の長さの合計が固定されているため、一方のべローズ７が圧縮されると、圧縮された分だけ他方のべローズ７が膨張する。また、オイルは、ベローズ７とアウターシリンダ３２との間の空間と、アウターシリンダ３２とインナーシリンダ３１との間の空間とを流動可能である。
そのため、２つのべローズ７は、ピストン２により励起されるオイルの流量に影響を及ぼさない。一方、２つのべローズ７は、静的な圧力の変化を吸収し、減衰性能の低下を防止することができる。
【００２４】
＊＊＊実施の形態１の効果＊＊＊
以上のように、実施の形態１に係るピストン式ダンパ１は、インナーシリンダ３１とピストン２との隙間にオイルが充填され、かつ、ピストン２に中央部分ほど浅くなる複数の溝２３が形成されている。これにより、片当たりを回避する向きのモーメント力が発生し、片当たりが防止される。その結果、摩擦抵抗が低減される。
【００２５】
また、ピストン式ダンパ１は、アウターシリンダ３２が、隙間を空けてインナーシリンダ３１を内包している。これにより、インナーシリンダ３１の内圧の変化と、温度変化といった要因に基づき、減衰性能の低下を防止することができる。
【００２６】
また、ピストン式ダンパ１は、シリンダ３の軸方向の両外側に、それぞれベローズ７が配置されている。これにより、圧力の変化を吸収し、減衰性能の低下を防止することができる。
なお、ベローズ７を用いた場合における、体積弾性により膨張した体積が有意となり、減衰性能を劣化させてしまうという課題がある。この課題については、ベローズ７とアウターシリンダ３２との間の空間と、アウターシリンダ３２とインナーシリンダ３１との間の空間とをオイルが流動可能とすることにより、解消されている。
【００２７】
つまり、従来のピストン式ダンパでは、体積弾性による流量の減少は生じないが、摩擦抵抗が大きいという課題１があり、従来のベローズ式ダンパでは、摩擦抵抗は生じないが、体積弾性による流量の減少が生じるという課題２があった。また、従来の宇宙用途のオイル式ダンパでは、環境による圧力変動を緩和する機能を持たせ減衰性能を安定化する必要があるという課題３があった。
これに対して、実施の形態１に係るピストン式ダンパ１は、ピストン２の側面周囲に細い溝２３を有することにより、前記課題１，２を解決している。
また、実施の形態１に係るピストン式ダンパ１は、全長が変化せず、対向して動作する２つのベローズ機構を備えることにより前記課題３を解決している。つまり、実施の形態１に係るピストン式ダンパ１が備えるベローズ機構は、ベローズ７の体積弾性により圧力を緩和するとともに、ベローズ機構を用いる際に生じる前記課題３に対する解決手段として、２対のベローズ配置部のオイルが自由に流動出来ることにより内圧の変動を生じさせない機能を有する。
【００２８】
つまり、前記課題１，２を解決するために、実施の形態１に係るピストン式ダンパ１は、
軸方向の両側にロッドが設けられ、前記軸方向の一方の面から他方の面まで延伸した複数の溝が形成されたピストンと、
両側に設けられた前記ロッドそれぞれが貫通する貫通孔が形成され、前記ピストンを内包するシリンダであって、内壁と前記ピストンとの隙間に流体が充填されたシリンダとを備える。
【００２９】
また、前記課題３を解決するために、実施の形態１に係るピストン式ダンパ１は、
軸方向の両側にロッドが設けられたピストンと、
両側に設けられた前記ロッドそれぞれが貫通する貫通孔が形成され、前記ピストンを内包するシリンダと、
両側に設けられた前記ロッドそれぞれに対応して前記シリンダの外側に設けられ、対応する前記ロッドの端部に接続された蓋と、
両側に設けられた前記ロッドそれぞれに対応して設けられ、対応する前記ロッドの周囲を囲み、対応する前記ロッドの端部が接続された前記蓋と前記シリンダとを接続するベローズとを備える。
【００３０】
また、前記課題３を解決するために、実施の形態１に係るピストン式ダンパ１は、
両側に設けられた前記ロッドそれぞれについての、前記ロッドと前記ベローズと前記蓋と前記アウターシリンダとに囲まれて形成される空間の体積の合計が一定となる。
【００３１】
また、前記課題３を解決するために、実施の形態１に係るピストン式ダンパ１は、
前記アウターシリンダと前記インナーシリンダとの隙間と、前記ロッドと前記ベローズと前記蓋と前記アウターシリンダとに囲まれて形成される空間とを流通可能に流体が充填されている。
【符号の説明】
【００３２】
１  ピストン式ダンパ、２  ピストン、２１，２２  面、２３  溝、３  シリンダ、３１  インナーシリンダ、３２  アウターシリンダ、４  ロッド、５  貫通孔、５１，５２  孔、６  蓋、７  ベローズ、８  固定フランジ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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