JP6712493B2 - 回転ダンパー - Google Patents

Description

本発明は、磁性流体や磁気粘性流体の粘性変化を利用して減衰力を可変とする回転ダンパーに関する。

従来の回転ダンパーとしては、例えば特許文献１に記載の制動装置がある。この制動装置は、磁性体製のケース内に磁気粘性流体を封入すると共に磁性体製の回転板を相対回転自在に収容し、且つ電磁コイルをケース内に備えている。そして、電磁コイルの通電により磁束ループを形成し、ケース及び回転板間で磁気粘性流体の粘性を増加させるようになっている。

従って、磁気粘性流体の粘性に応じてケース及び回転板間の相対回転に対する抵抗を増加させ、例えばケース及び回転板の一方を固定して用いれば、制動トルク（減衰力）を生じさせることができる。このとき、電磁コイルの通電制御によって、制動トルクを可変とすることができる。

しかし、かかる制動装置では、電磁コイルを通電していないと減衰力を生じさせることができないため、初期減衰力を生じさせておいて、それを増減させるような制御を行う場合に消費電力が大きいという問題がある。

特開２０１４−２０５３９号公報

解決しようとする問題点は、初期減衰力を変化させて目的の減衰力を得る場合に消費電力が大きい点である。

本発明は、初期減衰力を変化させて目的の減衰力を得る場合の消費電力を小さくするために、磁性体製のケースと、該ケース内に相対回転可能に配設された磁性体製の回転体と、前記ケース内に収容され前記ケースと前記回転体との間に介在して磁束が通過することで粘性が高くなる作動流体と、前記ケースの軸心部で該ケース内へ突設された支持部と、該支持部の外周の支持面に取り付けられた電磁コイルと、前記支持部の一部を構成する永久磁石とを備え、前記永久磁石は、前記支持部を介して前記作動流体を通過する磁束の初期磁束を形成し、前記電磁コイルは、通電により前記初期磁束に対して相殺或は付加される制御磁束を前記支持部を介して形成し、前記作動流体に作用する実磁束を調整可能とした回転ダンパーであって、前記支持部は、中空筒状であり、径方向で相対的に厚肉に形成された厚肉部と、前記径方向で相対的に薄肉に形成された薄肉部とを備え、前記永久磁石は、前記薄肉部の外周に嵌合して前記厚肉部と共に前記支持面を構成する周回形状である回転ダンパーを最も主な特徴とする。

本発明の回転ダンパーは、永久磁石の初期磁束を電磁コイルの通電による制御磁束で調整して作動流体を通る磁束を調整できるため、電磁コイルの非通電時に初期減衰力を生じさせ、通電に応じて初期減衰力を変化させて目的の減衰力を得ることが可能となる。従って、初期減衰力を変化させて目的の減衰力を得る場合の消費電力を小さくすることができる。

回転ダンパーの断面図である。（実施例１） 減衰力特性を示すグラフである。（実施例１） 回転ダンパーの断面図である。（実施例２）

初期減衰力を変化させて目的の減衰力を得る場合の消費電力を小さくするという目的を、永久磁石による初期磁束を電磁コイルの制御磁束で調整することにより実現した。

すなわち、回転ダンパーは、磁性体製のケースと、ケース内に相対回転可能に配設された磁性体製の回転体と、ケース内に収容されケースと回転体との間に介在して磁束が通過することで粘性が高くなる作動流体と、ケースの軸心部でケース内へ突設された支持部と、支持部の外周の支持面に取り付けられた電磁コイルと、支持部の一部を構成する永久磁石とを備える。

永久磁石は、支持部を介して作動流体を通過する磁束の初期磁束を形成し、電磁コイルは、通電により初期磁束に対して相殺或は付加される制御磁束を支持部を介して形成し、作動流体に作用する実磁束を調整可能とする。

支持部は、中空筒状であり、径方向で相対的に厚肉に形成された厚肉部と、前記径方向で相対的に薄肉に形成された薄肉部とを備え、永久磁石は、薄肉部の外周に嵌合して厚肉部と共に支持面を構成する周回形状である、構成とすることも可能である。

この場合、支持部は、厚肉部が基端側に位置し、薄肉部が前記厚肉部に隣接して先端に位置し、回転ダンパーは、薄肉部に嵌合した永久磁石を厚肉部に締結する締結具を備えた、構成としてもよい。

或は、支持部は、厚肉部が先端に着脱可能に位置し、薄肉部が前記厚肉部に隣接して基端側に位置し、回転ダンパーは、薄肉部に嵌合した永久磁石を厚肉部と共にケース側に締結する締結具を備えた、構成としてもよい。

締結具は、電磁コイルに軸心方向で突き当てられる抜け止め用のカラーを有してもよい。

［回転ダンパーの構造］
図１は、本発明の実施例１に係る回転ダンパーの断面図である。

本実施例の回転ダンパー１は、ケース３と、回転体５と、電磁コイル７と、永久磁石９とを備えている。この回転ダンパー１は、相対回転自在なケース３及び回転体５の一方を固定して用いることで、ケース３及び回転体５間の相対回転に対して後述する作動流体Ｆの粘性に応じた制動トルク（減衰力）を発生させる。

かかる制動トルクは、永久磁石９による初期磁束Ｍ１自体により或は初期磁束Ｍ１を電磁コイル７の制御磁束Ｍ２で調整することにより得られる。

ケース３は、ケース本体１１と蓋部１３とで構成されている。

ケース本体１１は、全体として磁性体によって形成され、周壁部１５、端壁部１７、支持部１９が一体に設けられている。磁性体としては、例えば軟磁性材料である鉄、ケイ素鋼等を用いることができる。

周壁部１５は、中空円筒状に構成され、軸心方向の一側内周に端壁部１７が設けられている。周壁部１５には、凹部又は非磁性体からなる高磁気抵抗部１５ａが設けられている。高磁気抵抗部１５ａは、周壁部１５の他の部分に対して相対的に磁気抵抗が高くなっている。

端壁部１７は、全体として周回形状であり、相対的に薄肉の連結部１７ａを介して周壁部１５の一側内周に一体に形成されている。端壁部１７の軸心方向の一側は、周壁部１５及び連結部１７ａに対してケース３外へ突出している。端壁部１７の軸心方向の他側は、連結部１７ａに対してケース３内へ突出して、外周部が周壁部１５との間で作動室２５ａの一部を形成している。

端壁部１７の内周部には、回転体５の回転軸部５ａを挿通する孔部１７ｂが設けられている。この孔部１７ｂの周囲には、端壁部１７に対してケース３内へ伸びる支持部１９が設けられている。 支持部１９は、ケース３の軸心部でケース３内へ突設された構成となっている。具体的には、支持部１９は、中空円筒状であり、端壁部１７に一体に設けられて軸心方向でケース３内へ突出する。支持部１９の先端は、蓋部１３との間に回転体５を通すためのクリアランスが確保されている。

支持部１９は、厚肉部１９ａと薄肉部１９ｂとを備えている。本実施例において、厚肉部１９ａは、支持部１９の基端側に位置し、ケース３の端壁部１７に一体に設けられている。厚肉部１９ａは、径方向で相対的に厚肉に形成されている。薄肉部１９ｂは、径方向で相対的に薄肉に形成され、厚肉部１９ａに隣接して支持部１９の先端側に位置している。

薄肉部１９ｂの外周には、後述するように永久磁石９が配置される。これら厚肉部１９ａ及び永久磁石９の外周面により、支持部１９の外周には、電磁コイル７の支持面１９ｃが形成されている。支持部１９の内周は、端壁部１７から続く孔部１７ｂの一部を構成する。本実施例の支持部１９は、薄肉部１９ｂに対する先端側に後述するカラー３７を取り付けるための先端部１９ｄが形成されている。先端部１９ｄは、薄肉部１９ａよりも更に薄肉に形成されている。

蓋部１３は、ケース本体１１に対し、周壁部１５の他側内周にスナップ・リング等の止め具２１によって固定されている。蓋部１３とケース本体１１との間には、Ｏリング等のシール部材２３が介設されている。

蓋部１３は、全体として樹脂や非磁性体金属等の非磁性体によって形成された円板状となっている。非磁性体金属は、例えば、銅、アルミニウム等である。蓋部１３は、ケース本体１１の周壁部１５、端壁部１７、支持部１９と共に回転体５及び作動流体Ｆの収容室２５を区画する。また、蓋部１３は、外周側に湾曲部１３ａが形成されており、ケース３内の作動流体Ｆの体積変化を弾性変形によって吸収するようになっている。

回転体５は、回転軸部５ａと回転体本体５ｂとが磁性体により一体に形成されたものである。

回転軸部５ａは、円柱状に形成されており、上記のようにケース３の孔部１７ｂを挿通して先端部がケース３外に引き出されている。この回転軸部５ａは、べアリング２７ａ、２７ｂｂを介してケース３の孔部１７ｂ内に支持されている。これにより、回転軸部５ａ及び支持部１９を介して回転体５がケース３に相対回転自在に支持されている。べアリング２７ａ、２７ｂ間は、スペーサ２９によって間隔が保持されている。

べアリング２７ａ、２７ｂに対するケース７の内側では、回転軸部５ａと孔部１７ｂとの間にＸリング等のシール部材３１が配置され、シール部材３１に対して更にケース３の内側には、回転軸部５ａと孔部１７ｂとの間にフィルター３３が配置されている。フィルター３３は、作動流体Ｆ中の微粒子を捉えてシール部材３１側に至らないようにし、シール部材３１の保護を図る。フィルター３３のさらに内側で、回転軸部５ａの基端部には、回転体本体５ｂが一体に結合されている。

回転体本体５ｂは、ケース３内の収容室２５に収容される部分である。この回転体本体５ｂは、回転板部５ｃの外周部に回転筒部５ｄを備えている。

回転板部５ｃは、収容室２５内で回転軸部５ａの基端部から径方向に延設された円板状となっている。回転板部５ｃの内外周の中間部は、軸心方向で電磁コイル７側に膨出した膨出部５ｅを有し、膨出部５ｅは、ケース３の支持部１９と径方向で対向している。また、膨出部５ｅには、軸心方向で貫通した油路５ｆが設けられている。回転板部５ｃの外周部は、収容室２５の作動室２５ａに臨んでおり、作動室２５ａ内に位置する回転筒部５ｄに至る。

回転筒部５ｄは、電磁コイル７の外周側でケース３の周壁部１５に沿って延設されている。回転筒部５ｄには、凹部又は非磁性体からなる高磁気抵抗部５ｇが設けられている。回転筒部５ｄの外周は、周壁部１５の内周に隙間を持って径方向で対向し、回転筒部５ｄの内周は、電磁コイル７及びケース３の端壁部１７の外周部に隙間を持って径方向で対向する。 作動流体Ｆは、ケース３の収容室２５内に収容されて、回転体５とケース３との間に渡っている。作動流体Ｆは、磁性流体（Magnetic Fluid）やＭＲ流体と称される磁気粘性流体（Magneto Rheological Fluid）が用いられる。このため、作動流体Ｆは、磁束が通過することで粘性を増加させるものとなっている。

電磁コイル７は、ケース３の支持部１９外周の支持面１９ｃに取り付けられている。本実施例において、電磁コイル７は、軸心方向の一側で端壁部１７に突き当てられ、軸心方向の他側で後述するカラー３７が突き当てられて支持部１９に対する抜け止めがなされている。

この電磁コイル７は、支持部１９及び端壁部１７を介してループ状の制御磁束Ｍ２を形成することができる。なお、制御磁束Ｍ２は、図１中、上半分にのみ概念的に示しているが、下半分にも対称に生じる。

永久磁石９は、支持部１９の一部を構成する。本実施例では、支持部１９の先端部の電磁コイル７と径方向で重なる部分を構成し、永久磁石９及び電磁コイル７の先端側面が軸心方向で一致する。なお、永久磁石９は、本実施例において全体的に径方向で電磁コイル７と重なっているが、一部が重なるように配置することも可能である。

本実施例の永久磁石９は、周回形状、特に円環状に形成されている。永久磁石９は、ケース３の支持部１９の薄肉部１９ｂの外周に嵌合しており、上記のように支持部１９の一部として厚肉部１９ａと共に支持面１９ｃを構成している。この永久磁石９は、軸心方向の両側が磁極となっており、制御磁束Ｍ２の磁路上にループ状の初期磁束Ｍ１を形成する。なお、初期磁束Ｍ１も、図１中、上半分にのみ概念的に示しているが、下半分にも対称に生じる。

初期磁束Ｍ１は、それ自身又は制御磁束Ｍ２と相殺或は制御磁束Ｍ２が付加されることによって、作動流体Ｆに作用する実磁束を構成する。すなわち、電磁コイル７の非通電時には、初期磁束Ｍ１がそのまま実磁束となる。一方、電磁コイル７の通電時には、初期磁束Ｍ１と制御磁束Ｍ２とが逆方向の場合に初期磁束Ｍ１が制御磁束Ｍ２と相殺されて実磁束となり、同方向の場合に初期磁束Ｍ１に制御磁束Ｍ２が付加されて実磁束となる。

かかる永久磁石９は、周方向所定間隔毎に締結用の孔部９ａが設けられ、その孔部９ａを介し締結具３５により厚肉部１９ａに締結されている。

本実施例の締結具３５は、磁性体製のカラー３７及びボルト３９によって構成されている。カラー３７は、永久磁石９と同様に周回形状としての円環状に形成され、支持部１９の先端部１９ｄに嵌合している。

具体的には、永久磁石９が薄肉部１９ｂに嵌合した状態で支持部１９の先端部１９ｄが永久磁石９に対して軸心方向で突出する。この先端部１９ｄの外周にカラー３７が嵌合し、永久磁石９に軸心方向で突き当てられている。

また、カラー３７は、内径が永久磁石９よりも小さく、永久磁石９に対して内周面が径方向内側に突出して配置されている。さらに、カラー３７は、外径が永久磁石９よりも大きく、永久磁石９に対して外周面が径方向外側に突出して配置されている。この外周面側の突出により、カラー３７は、電磁コイル７にも軸心方向で突き当てられている。

カラー３７には、周方向所定間隔毎に、永久磁石９の孔部９ａに対応して締結用の孔部３７ａが設けられている。このカラー３７の孔部３７ａは、ボルト３９のヘッド部３９ａを収容すると共に永久磁石９側でボルト３９の軸部３９ｂを引き出している。引き出されたボルト３９の軸部３９ｂは、永久磁石９の孔部９ａ挿通し、先端が厚肉部１９ａの雌ねじ部１９ｆに螺合している。

こうして永久磁石９は厚肉部１９ａに締結されている。本実施例では、永久磁石９の締結を利用して、締結具３５のカラー３７により永久磁石９の抜け止めも行っている。

［回転ダンパーの動作］
回転ダンパー１は、例えばケース３を固定側に、回転体５の回転軸部５ａを減衰対象となる可動側に連動するように連結（結合）して用いる。なお、ケース３を可動側に、回転軸部５ａを固定側に結合してもよい。

この状態で、回転ダンパー１は、実磁束が形成されると、回転体５とケース３との間で作動流体Ｆの粘性を高め、可動側から入力される入力トルクに対する制動トルク又は減衰力を発生させる。

実磁束は、初期磁束Ｍ１と同様、支持部１９、端壁部１７を通って、回転体５の回転筒部５ｄを介してケース３の周壁部１５へと至る。周壁部１５と回転筒部５ｄとの間では、高磁気抵抗部５ｇ、１５ａを避けるようにして回転筒部５ｄ及び周壁部１５間を往復する。そして、回転体５の回転筒部５ｄからは、回転板部５ｃ及びカラー３７を介して支持部１９へと至る。

上記のとおり、電磁コイル７の非通電時に初期磁束Ｍ１がそのまま実磁束となり、電磁コイル７の通電時には、初期磁束Ｍ１に対し制御磁束Ｍ２が相殺又は付加されて実磁束となる。従って、本実施例では、電磁コイル７の非通電時に初期減衰力を生じさせ、電磁コイル７の通電に応じて初期減衰力を変化させて目的の減衰力を得ることが可能となる。

図２は、回転ダンパー１の減衰力特性を示すグラフである。初期磁束Ｍ１と制御磁束Ｍ２とが逆方向の場合には、初期磁束Ｍ１と制御磁束Ｍ２とが相殺されるため、線分ＳＡのように、電磁コイル７の電流を大きくしていくと初期減衰力から減衰力が減少していく特性となる。従って、初期磁束Ｍ１と制御磁束Ｍ２とが逆方向の場合には、線分ＳＣで示す永久磁石９を設けない従来技術と比較して逆向きの特性となる。

初期磁束Ｍ１と制御磁束Ｍ２とが同方向の場合には、初期磁束Ｍ１に制御磁束Ｍ２が付加されるため、線分ＳＢのように電磁コイル７の電流を大きくしていくと初期減衰力から減衰力が増加していく特性となる。従って、初期磁束Ｍ１と制御磁束Ｍ２とが同方向の場合には、線分ＳＣの従来技術と比較して線分ＳＢのように初期減衰力の分だけ底上げした特性を得ることができる。

［実施例１の効果］
本実施例の回転ダンパー１は、磁性体製のケース３と、ケース３内に相対回転可能に配設された磁性体製の回転体５と、ケース３内に収容されケース３と回転体５との間に介在して磁束が通過することで粘性が高くなる作動流体Ｆと、ケース３の軸心部でケース３内へ突設された支持部１９と、支持部１９の外周の支持面１９ｃに取り付けられた電磁コイル７と、支持部１９の一部を構成する永久磁石９とを備え、永久磁石９が、支持部１９を介して作動流体Ｆを通る磁束の初期磁束Ｍ１を形成し、電磁コイル７が、通電により初期磁束Ｍ１に対して相殺或は付加される制御磁束Ｍ２を支持部１９を介して形成し、作動流体Ｆに作用する実磁束を調整可能とする。

従って、本実施例の回転ダンパー１は、電磁コイル７の非通電時に初期減衰力を生じさせ、電磁コイル７の通電に応じて初期減衰力を変化させて目的の減衰力を得ることが可能となる。すなわち、初期減衰力を変化させて目的の減衰力を得る場合の消費電力を小さくすることができる。

支持部１９は、中空筒状であり、径方向で相対的に厚肉に形成された厚肉部１９ａと、径方向で相対的に薄肉に形成された薄肉部１９ｂとを備え、永久磁石９は、薄肉部１９ｂの外周に嵌合して厚肉部１９ａと共に支持面１９ｃを構成する周回形状である。

従って、本実施例では、電磁コイル７を支持する支持部１９の一部をそっくり永久磁石９に置き換えた構成であるため、大型化がない。しかも、電磁コイル７の内周に永久磁石９を位置させることになり、初期磁束Ｍ１に対する制御磁束Ｍ２の相殺或は付加を確実に行うことができる。

また、回転ダンパー１は、支持部１９の厚肉部１９ａが基端側に位置し、支持部１９の薄肉部１９ｂが厚肉部１９ａに隣接して先端に位置し、薄肉部１９ｂに嵌合した永久磁石９を厚肉部に締結する締結具３５を備えるので、永久磁石９の組み付けを容易に行わせることができる。

また、本実施例では、締結具３５が電磁コイル７に軸心方向で突き当てられる抜け止め用のカラーを有するため、永久磁石９の締結を利用して電磁コイル７の抜け止めも実現できる。従って、構成の簡素化を図り、組み付けを容易にすることができる。

図３は、本発明の実施例２に係る回転ダンパーの断面図である。なお、実施例２は、実施例１と基本構造が共通するため、対応する部分に同符号又は同符号にＡを付加した符号を用いて、重複した説明を省略する。

本実施例の回転ダンパー１Ａでは、支持部１９Ａの厚肉部１９Ａａを先端側に着脱可能に位置させ、支持部１９Ａの薄肉部１９Ａｂを厚肉部１９Ａａに隣接して基端側に位置させたものである。

本実施例の支持部１９Ａは、着脱可能な厚肉部１９Ａａを除くと、全体が薄肉状に構成されている。具体的には、支持部１９Ａは、基端側から薄肉部１９Ａｂ、中間部１９Ａｅ、先端部１９Ａｄが順に設けられている。

薄肉部１９Ａｂは、ケース３Ａの端壁部１７Ａに隣接して一体に設けられ、外周に永久磁石９が嵌合する。中間部１９Ａｅは、永久磁石９に対して軸心方向で突出し、外周に厚肉部１９Ａａを嵌合させる。中間部１９Ａｅは、先端部１９Ａｄと同様、薄肉部１９Ａｂよりも更に薄肉になっている。先端部１９Ａｄは、実施例１と同様に構成されており、中間部１９Ａｅと同等の肉厚を有し、外周にカラー３７を嵌合させる。

厚肉部１９Ａａ及び永久磁石９は、全体として電磁コイル７と径方向で重なる範囲に位置して支持面１９Ａｃを構成している。

厚肉部１９Ａａは、周回形状であり、特に円筒形状となっている。本実施例の厚肉部１９Ａａは、磁性体製で、締結具３５のカラー３７Ａと一体に設けられている。なお、厚肉部１９Ａａは、カラー３７Ａと分離して形成することも可能である。厚肉部１９Ａａの内周面は永久磁石９よりも径方向内側に位置し、厚肉部１９Ａａの外周面は永久磁石９と軸方向で平坦になっている。

厚肉部１９Ａａは、カラー３７Ａの一部として永久磁石９と共にケース３側である端壁部１７Ａに締結される。このため、厚肉部１９Ａａには、カラー３７Ａから続く孔部３７Ａａが設けられており、ボルト３９Ａの軸部３９Ａｂが挿通している。ボルト３９Ａの軸部３９Ａｂは、さらに永久磁石９の孔部９ａを挿通し、先端が端壁部１７Ａの雌ねじ部１７Ａｃに螺合している。

このように、本実施例では、支持部１９Ａの厚肉部１９Ａａが先端側に着脱可能に位置し、支持部１９Ａの薄肉部１９Ａｂが厚肉部１９Ａａに隣接して基端側に位置し、締結具３５Ａが支持部１９Ａの薄肉部１９Ａｂに嵌合した永久磁石９を厚肉部１９Ａａと共にケース３側としての端壁部１７Ａに締結する。

従って、本実施例では、厚肉部１９Ａａ及び永久磁石９の軸心方向のサイズを変更しやすく、異なる特性の回転ダンパー１Ａを容易に得ることができる。

その他、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

１・・・回転ダンパー ３・・・ケース ５・・・回転体 ７・・・電磁コイル ９・・・永久磁石 １９・・・支持部 １９ａ・・・厚肉部 １９ｂ・・・薄肉部 １９ｃ・・・支持面 １９ｄ・・・基端部 １９ｅ・・・先端部 ３５・・・締結具 ３７・・・カラー Ｆ・・・作動流体 Ｍ１・・・初期磁束 Ｍ２・・・制御磁束

Claims (4)

1. 磁性体製のケースと、
   該ケース内に相対回転可能に配設された磁性体製の回転体と、
   前記ケース内に収容され前記ケースと前記回転体との間に介在して磁束が通過することで粘性が高くなる作動流体と、
   前記ケースの軸心部で該ケース内へ突設された支持部と、
   該支持部の外周の支持面に取り付けられた電磁コイルと、
   前記支持部の一部を構成する永久磁石とを備え、
   前記永久磁石は、前記支持部を介して前記作動流体を通過する磁束の初期磁束を形成し、前記電磁コイルは、通電により前記初期磁束に対して相殺或は付加される制御磁束を前記支持部を介して形成し、前記作動流体に作用する実磁束を調整可能とした回転ダンパーであって、
   前記支持部は、中空筒状であり、径方向で相対的に厚肉に形成された厚肉部と、前記径方向で相対的に薄肉に形成された薄肉部とを備え、
   前記永久磁石は、前記薄肉部の外周に嵌合して前記厚肉部と共に前記支持面を構成する周回形状である、
   ことを特徴とする回転ダンパー。
2. 請求項１記載の回転ダンパーであって、
   前記支持部は、前記厚肉部が基端側に位置し、前記薄肉部が前記厚肉部に隣接して先端側に位置し、
   前記薄肉部に嵌合した前記永久磁石を前記厚肉部に締結する締結具を備えた、
   ことを特徴とする回転ダンパー。
3. 請求項１記載の回転ダンパーであって、
   前記支持部は、前記厚肉部が先端側に着脱可能に位置し、前記薄肉部が前記厚肉部に隣接して基端側に位置し、
   前記薄肉部に嵌合した前記永久磁石を前記厚肉部と共に前記ケース側に締結する締結具を備えた、
   ことを特徴とする回転ダンパー。
4. 請求項２又は３記載の回転ダンパーであって、
   前記締結具は、前記電磁コイルに軸心方向で突き当てられる抜け止め用のカラーを有する、
   ことを特徴とする回転ダンパー。

Images