JP2008038980A - 油圧・磁性流体複合型制振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁性流体の使用量、それの変質による性能変化が小さく、磁場発生装置が小型で、減衰特性切り替え時の応答性が良好な油圧・磁性流体複合型の制振装置を提供する。
【解決手段】制振装置１は、支持体又は被支持体の一方に連結され内部に作動油Ａが充填されるシリンダ２と、その内部を隔室１３，１４に区画するピストン３と、支持体又は被支持体の他方に連結されるピストンロッド４と、隔室１４に連通するオイルリザーバ５と、隔室１３，１４に連通し作動油Ａを流通させるバイパス流路６と、その内部の羽根車７と、その回転を制動する磁性流体ブレーキ８とを具備する。ピストン３は、弁２０を持つ油通路３ａを備える。隔室１４とオイルリザーバ５及びバイパス流路６とを接続する油通路１１ａには弁１１が介設される。羽根車７の回転を小さな磁性流体ブレーキ８で制動して制振作用を行う。
【選択図】図１

Description

この発明は、油圧と、磁界に応答して粘性を変化させる磁性流体とを使用した制振装置に関する。特に振動を油圧により回転動作に変換し、この回転動作を磁性流体により制動する油圧・磁性流体複合型の制振装置に関する。

従来、磁界に応答して粘性を変化させる磁性流体を用いた制振装置が特許文献1に記載されている。この制振装置は、内部に磁性流体を収容し支持体又は被支持体に連結されるシリンダと、このシリンダに挿入されシリンダ内に２つの隔室を形成するピストンと、被支持体又は支持体に連結されるピストンロッドと、シリンダに付設され両端においてシリンダの各隔室に連通するバイパス管とを有し、バイパス管内には電磁石が固定される。電磁石は管体との間に磁界を形成し、この間を流通する磁性流体の流動抵抗を制御する。支持体と被支持体とが振動により相対変位すると、シリンダとピストンロッドが軸線方向に相対変位して、シリンダ内の磁性流体がバイパス管内を流動する。このとき電磁石に磁界を生じさせて、磁性流体の流動抵抗を高めることにより支持体と被支持体との相対変位を抑制する。
一方、油圧制振装置では、磁性流体に代えて作動油を用い、減衰力の制御に電磁弁を用いる（例えば特許文献２）。すなわち、電磁弁の動作で、装置内の作動油の流路を断面積の異なるものに切り替えることにより振動減衰特性を変更可能にしている。
特開２００１−１６５２２９号公報 特開２００２−２１３５１５号公報

上記従来の制振装置において使用される磁性流体は高価である。制振装置が大型化（大容量化）するに伴って、使用する磁性流体の量も多くなるから製造コストが非常に大きくなるという問題点がある。電磁石の大型化により減衰力の切り替え時の応答性能が悪化する。比較的大量の磁性流体内において、磁性体微粒子の沈降による変質が生じると性能が大きく変化するという問題点もある。
上記油圧制振装置では、作動油の流路が複雑になるし、電磁弁が高価でコスト高となる。振動減衰特性の変更は、電磁弁による作動油の流路の変更に依存するから段階的であり、任意の変更は不可能である。
したがって、この出願に係る発明は、大容量でも磁性流体の使用量を増大させたり、磁場発生装置を大型化させたりすることなく、また磁性流体の変質による性能変化が生じず、減衰特性切り替え時の応答性も良好な油圧・磁性流体複合型の制振装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するため、この出願に係る発明においては、支持体又は被支持体の一方に連結され内部に作動油が充填されるシリンダと、このシリンダ内を第１及び第２の隔室に区画するように挿入されるピストンと、支持体又は被支持体の他方に連結されるピストンロッドと、シリンダの第２の隔室に連通するオイルリザーバと、シリンダの第１及び第２の隔室に連通し両隔室間の作動油を流通させるバイパス流路と、このバイパス流路内に設けられる羽根車と、この羽根車の回転を制動するように設けられる磁性流体ブレーキとを具備させて制振装置を構成する。シリンダは、軸線方向一端に第1のエンドキャップ、他端に第2のエンドキャップを有する。ピストンは、シリンダの第１、第２の隔室間を連通する油通路を備える。ピストンロッドは、シリンダの第１の隔室内を伸びて第1のエンドキャップを軸線方向出入り自在に貫通する。羽根車は、作動油の流動による抵抗で回転し、その回転軸をバイパス流路外へ延出させる。ピストンの油通路には、第２の隔室から第１の隔室への油の流れを許容し、逆方向の油の流れを阻止する弁が介設される。シリンダの第２の隔室とオイルリザーバとを接続する油通路及び第２の隔室とバイパス流路とを接続する油通路には、それぞれオイルリザーバ及びバイパス流路から第２の隔室への油の流れを許容し、逆方向の油の流れを阻止する弁が介設される。ピストンの軸線方向往復移動により、バイパス流路には、第１の隔室から出て第２の隔室へ向かう一方向の油の流れのみが形成され、それによって羽根車が一方向にのみ回転する。磁性流体ブレーキは、ハウジング室を備えるハウジングと、ハウジング室内に伸びて羽根車の回転軸に結合される軸と、この軸上に固定されハウジング室内に配置されるロータと、このロータの外周辺部付近に配置される電磁コイルと、ロータに接触するようにハウジング室内に収容され流動性が電磁コイルの磁場の影響を受ける磁性流体とを具備する。
また、この出願に係る発明においては、ピストンの両側から第１及び第２のピストンロッドを延出させる構成を採用することができる。第1のピストンロッドは、シリンダの第１の隔室内を伸びて1のエンドキャップを軸線方向出入り自在に貫通し、支持体又は被支持体の他方に連結される。第２のピストンロッドは、シリンダの第２の隔室内を伸びて第２のエンドキャップを軸線方向出入り自在に貫通する。ピストンの軸線方向往復移動により、バイパス流路には、交互に反対方向の油の流れが形成され、それによって羽根車が交互に反対方向に回転する。

この出願に係る発明によれば、制振装置のシリンダ内に磁性流体を収容しないから、大容量でも磁性流体の使用量を増大させたり、磁場発生装置を大型化させたりすることがない。また磁性流体が羽根車に掻き回されるので、沈降による変質、それに伴う性能変化が生じない。磁性流体の容量が少ないので、減衰特性切り替え時の応答性も良好である。

図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図１は第１の実施形態の断面図、図２は磁性流体ブレーキの断面図、図３は第２の実施形態の断面図である。

図１，図２において、制振装置１は、シリンダ２と、ピストン３と、ピストンロッド４と、オイルリザーバ５と、バイパス流路６と、バイパス流路内の羽根車７と、磁性流体ブレーキ８とを具備する。

シリンダ２は、円筒状本体９の一端に第1のエンドキャップ１０、他端に第2のエンドキャップ１１が固定され、内部に作動油Aが充填される。エンドキャップ１１は引手１２を備え、この引手を介して支持体又は被支持体の一方に連結される。

ピストン３は、シリンダ２内を第１及び第２の隔室１３，１４に区画するようにシリンダ２内に挿入される。ピストンは、シリンダの第１、第２の隔室１３，１４間を連通する油通路３aを備える。油通路３aには、第２の隔室１４から第１の隔室１３への油の流れを許容し、逆方向の油の流れを阻止する弁２０が介設される。

ピストンロッド４は、ピストン３の一方の側面からシリンダの第１の隔室１３内を伸びて第1のエンドキャップ１０を軸線方向出入り自在に貫通し、外側端に引手１５を有する。ピストンロッド４は、引手１５を介して支持体又は被支持体の他方に連結される。

オイルリザーバ５は、エンドキャップ１１に設けられた油通路１１aを介してシリンダの第２の隔室１４に連通する。

バイパス流路６は、シリンダ２に固着されたケーシング１６内に設けられ、一端側においてエンドキャップ１０に設けられた油通路１０aを介してシリンダの第１の隔室１３に連通すると共に、他端側においてエンドキャップ１１の油通路１１aを介してシリンダの第２の隔室１４に連通する。

羽根車７はバイパス流路６途上の室６a内に設けられる。羽根車７の回転軸１７はバイパス流路６内を伸びてケーシングの端壁１８，１９に支持される。したがって、羽根車７は、図１において左方への作動油Aの流動抵抗で回転する。

シリンダの第２の隔室１４とオイルリザーバ５及びバイパス流路６とを接続する油通路１１aには、それぞれオイルリザーバ５及びバイパス流路６から第２の隔室１４への油の流れを許容し、逆方向の油の流れを阻止する弁２１が介設される。

ピストン３の軸線方向往復移動により、バイパス流路６には、第１の隔室１３から出て第２の隔室１４へ向かう一方向（図１において左方向）の油の流れのみが形成され、それによって羽根車７が一方向にのみ回転する。

磁性流体ブレーキ８は、ケーシング１６に隣接して設けられるハウジング２２を備える。ハウジング２２は、ケーシングの端壁１８と、これに対向するハウジング端壁２３と、両端壁１８，２３の外周を包囲する側壁２４とからなり、内側にハウジング室２５が形成される。ハウジング室２５内には、両端壁１８，２３に支持される回転軸２６が伸びる。図示の実施形態において、回転軸２６は、端壁１８を貫通した羽根車の回転軸１７に一体に結合される。この軸２６上にロータ２７が固定され、ハウジング室２５内に配置されると、このロータ２７の外周辺部付近に電磁コイル２８が配置される。またハウジング室２５内には、ロータに接触するように磁性流体Bが収容される。磁性流体Bは、その流動性が電磁コイル２８の磁場の影響を受け、ロータ２７が剪断する際の抵抗を変化させる。高価な磁性流体Bは、比較的小容量のハウジング室２５内に限定的に使用される。シリンダ２が大径化、長ストローク化して容量が増大しても、磁性流体Bの使用量は、極端に増大させる必要がない。磁性流体Bの使用量が少ないし、ロータ２７の回転で攪拌されるので、沈降による性能変化を最小限に止めることができる。電磁コイルは小型で済み、安価であるし、応答性も良好に保つことができる。

地震等により、支持体と被支持体との間に相対変位が生じると、シリンダ２とピストンロッド４との間に軸線方向の相対変位が生じる。例えば、ピストンロッド４が図１において左行すると、隔室１４内の作動油Aは、弁２０を開いて油通路３aを通り、隔室１３へ入る。両隔室１３，１４間の断面積の相違に基づき、隔室１３内の作動油 Aは油通路１０aを出てバイパス流路６内を左行し、油通路１１aを通り、隔室１４へ流入する。この間、バイパス流路６内において、羽根車７を回転させる。羽根車７の回転は、回転軸１７，２６を介してロータ２７に伝えられる。同様に、ピストンロッド４が図１において右行すると、隔室１３内の作動油Aが、油通路１０aを出てバイパス流路６内を左行し、油通路１１aを通り、オイルリザーバ５及び隔室１４へ流入する。この間、バイパス流路６内において、羽根車７を回転させる。羽根車７の回転は、回転軸１７，２６を介してロータ２７に伝えられる。

このとき電磁コイル２８が付勢されると、図２に示すように、磁束Mが生成される。磁束Mは、磁性流体Bを軸２６と平行に通過し、ロータ２７を軸方向の両側面に垂直に通り抜ける。これにより、磁性流体Bの流動性が低下し、ロータ２７が回転するために必要な剪断力が増大するから、ロータ２７の回転が抑制される。これにより、支持体と被支持体との間の相対変位が抑制される。常時は、電磁コイル２８が消勢されているから、温度変化等に伴う支持体と被支持体との間の相対変位は許容される。

図３に示す他の実施形態において、制振装置３１は、シリンダ３２と、ピストン３３と、ピストンロッド３４ａ，３４bと、オイルリザーバ３５と、バイパス流路３６と、バイパス流路内の羽根車３７と、磁性流体ブレーキ３８とを具備する。

シリンダ３２は、円筒状本体３９の一端に第1のエンドキャップ４０、他端に第2のエンドキャップ４１が固定され、内部に作動油Aが充填される。エンドキャップ４１は引手４２を備え、この引手を介して図示しない支持体又は被支持体の一方に連結される。

ピストン３３は、シリンダ３２内を第１及び第２の隔室４３，４４に区画するようにシリンダ３２内に挿入される。

ピストンロッド３４aは、ピストン３３の一方の側面からシリンダの第１の隔室４３内を伸びて第1のエンドキャップ４０を軸線方向出入り自在に貫通し、外側端に引手４５を有する。ピストンロッド３４aは、引手４５を介して図示しない支持体又は被支持体の他方に連結される。ピストンロッド３４ｂは、ピストン３３の他方の側面からシリンダの第２の隔室４４内を伸びて第２のエンドキャップ４１を軸線方向出入り自在に貫通して支持される。

オイルリザーバ３５は、エンドキャップ４０に設けられた油通路４０aを介してシリンダの第１の隔室４３に連通すると共に、エンドキャップ４１に設けられた油通路４１aを介してシリンダの第２の隔室１４に連通する。油通路４０ａ，４１aには、弁５０，５１が介設される。

バイパス流路３６は、シリンダ３２に固着されたケーシング４６内に設けられ、一端側におい、エンドキャップ４０に設けられた油通路４０aを介してシリンダの第１の隔室４３に連通すると共に、他端側においてエンドキャップ４１の油通路４１aを介してシリンダの第２の隔室４４に連通する。

羽根車３７はバイパス流路３６途上の室３６a内に設けられる。羽根車３７の回転軸４７はバイパス流路３６内を伸びてケーシングの端壁４８，４９に支持される。したがって、羽根車３７は、図１において左右方向への作動油Aの流動抵抗で正逆回転する。

ピストン３３の軸線方向往復移動により、バイパス流路３６には、第１の隔室４３から出て第２の隔室４４へ向かう（図３において左方向）の油の流れと、第２の隔室４４から出て第１の隔室４３へ向かう（図３において右方向）の油の流れが交互に生じ、それによって羽根車７が正逆回転する。

磁性流体ブレーキ３８は、先の実施形態と同様の構造であるから図３において先の実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。

ピストンロッド４が図３において左行すると、隔室４４内の作動油Aは、油通路４１aを出てバイパス流路３６内を右行し、油通路４０aを通り、隔室４３へ流入する。ピストンロッド４が図３において右行すると、隔室４３内の作動油Aは、油通路４０aを出てバイパス流路３６内を左行し、油通路４１aを通り、隔室４４へ流入する。この間、バイパス流路３６内において、羽根車７を正逆交互に回転させる。羽根車７の回転は、回転軸４７，２６を介してロータ２７に伝えられる。制動のメカニズムは先の実施形態と同様である。オイルリザーバ３５は、温度変化による作動油の体積変化を吸収する。

この発明は、例えば、工場の建屋のような支持体とその内部の配管のような被支持体との間に介在するように設置される制振装置として利用することができる。

本発明に係る制振装置の断面図である。 本発明に係る制振装置における磁性流体ブレーキの断面図である。 本発明に係る制振装置の他の実施形態の断面図である。

符号の説明

１ 制振装置
２ シリンダ
３ ピストン
３ａ 油通路
４ ピストンロッド
５ オイルリザーバ
６ バイパス流路
７ 羽根車
８ 磁性流体ブレーキ
９ シリンダ本体
１０ 第１のエンドキャップ
１０ａ 油通路
１１ 第２のエンドキャップ
１１ａ 油通路
１２ 引手
１３ 第１の隔室
１４ 第２の隔室
１５ 引手
１６ ケーシング
１７ 回転軸
１８ 端壁
１９ 端壁
２０ 弁
２１ 弁
２２ ハウジング
２３ ハウジング端壁
２４ ハウジング側壁
２５ ハウジング室
２６ 軸
２７ ロータ
２８ 電磁コイル
３１ 制振装置
３２ シリンダ
３３ ピストン
３４ａ ピストンロッド
３４ｂ ピストンロッド
３５ オイルリザーバ
３６ バイパス流路
３７ 羽根車
３８ 磁性流体ブレーキ
３９ シリンダ本体
４０ 第１のエンドキャップ
４０ａ 油通路
４１ 第２のエンドキャップ
４１ａ 油通路
４２ 引手
４３ 第１の隔室
４４ 第２の隔室
４５ 引手
４６ ケーシング
４７ 回転軸
４８ 端壁
４９ 端壁
５０ 弁
５１ 弁
Ａ 作動油
Ｂ 磁性流体
M 磁束

Claims (2)

1. 軸線方向一方の端に第1のエンドキャップを有し、他方の端に第2のエンドキャップを有し、支持体又は被支持体の一方に連結され、内部に作動油が充填されるシリンダと、
   このシリンダ内に軸線方向移動可能に挿入され、シリンダ内を第１及び第２の隔室に区画すると共に、第１、第２の隔室間を連通する油通路を備えるピストンと、
   このピストンから前記シリンダの第１の隔室内を伸びて前記第1のエンドキャップを軸線方向出入り自在に貫通し、前記支持体又は被支持体の他方に連結されるピストンロッドと、
   前記シリンダに固定され、シリンダの第２の隔室に連通するオイルリザーバと、
   前記第１及び第２の隔室に連通し、両隔室間の作動油を流通させるように前記シリンダに固定されるバイパス流路と、
   前記作動油の流動による抵抗で回転するように、前記バイパス流路内に設けられ、回転軸をバイパス流路外へ延出させる羽根車と、
   この羽根車の回転を制動するように、前記シリンダに固定される磁性流体ブレーキとを具備し、
   この磁性流体ブレーキは、ハウジング室を備えるハウジングと、ハウジング室内に伸びて前記羽根車の回転軸に結合される軸と、この軸上に固定されハウジング室内に配置されるロータと、このロータの外周辺部付近に配置される電磁コイルと、前記ロータの少なくとも一部に接触するようにハウジング室内に収容され流動性が前記電磁コイルの磁場の影響を受ける磁性流体とを具備し、
   前記ピストンの油通路には、前記第２の隔室から第１の隔室への油の流れを許容し、逆方向の油の流れを阻止する第１の弁が介設され、
   前記シリンダの第２の隔室と前記オイルリザーバとを接続する油通路及び第２の隔室と前記バイパス流路とを接続する油通路には、それぞれオイルリザーバ及びバイパス流路から第２の隔室への油の流れを許容し、逆方向の油の流れを阻止する第２の弁が介設され、
   前記ピストンの軸線方向往復移動により、前記バイパス流路には、第１の隔室から出て前記第２の隔室へ向かう一方向の油の流れのみが形成され、それによって前記羽根車が一方向にのみ回転することを特徴とする請求項１に記載の油圧・磁性流体複合型制振装置。
2. 軸線方向一方の端に第1のエンドキャップを有し、他方の端に第2のエンドキャップを有し、支持体又は被支持体の一方に連結され、内部に作動油が充填されるシリンダと、
   このシリンダ内に軸線方向移動可能に挿入され、シリンダ内を第１及び第２の隔室に区画するピストンと、
   このピストンから前記シリンダの第１の隔室内を伸びて前記第1のエンドキャップを軸線方向出入り自在に貫通し、前記支持体又は被支持体の他方に連結される第1のピストンロッドと、
   前記ピストンから前記シリンダの第２の隔室内を伸びて前記第２のエンドキャップを軸線方向出入り自在に貫通する第２のピストンロッドと、
   前記第１及び第２の隔室に連通し、両隔室間の作動油を流通させるように前記シリンダに固定されるバイパス流路と、
   前記作動油の流動による抵抗で回転するように、前記バイパス流路内に設けられ、回転軸をバイパス流路外へ延出させる羽根車と、
   この羽根車の回転を制動するように、前記シリンダに固定される磁性流体ブレーキとを具備し、
   この磁性流体ブレーキは、ハウジング室を備えるハウジングと、ハウジング室内に伸びて前記羽根車の回転軸に結合される軸と、この軸上に固定されハウジング室内に配置されるロータと、このロータの外周辺部付近に配置される電磁コイルと、前記ロータの少なくとも一部に接触するようにハウジング室内に収容され流動性が前記電磁コイルの磁場の影響を受ける磁性流体とを具備し、
   前記ピストンの軸線方向往復移動により、前記バイパス流路には、交互に反対方向の油の流れが形成され、それによって前記羽根車が交互に反対方向に回転することを特徴とする油圧・磁性流体複合型制振装置。

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