JP2012149690A - 油圧ダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】シール部材の劣化を抑制する。
【解決手段】作動油としてシリコンオイルが充填される油室を有するシリンダチューブ１１と、一端側から荷重が入力されるロッド１２と、前記ロッド１２の他端側に連結されると共に前記油室内に収められ、前記ロッド１２に入力された荷重に応じて前記油室内のシリコンオイルを圧縮し、前記油室内を往復動するピストン１５と、を備える油圧ダンパ１である。そして、前記油室は、その内周面に対して前記ピストン１５が摺動しながら往復動可能なように、前記ピストン１５と略同様の内径を有する領域と、前記ピストン１５が往復動する範囲外に形成されて、前記ピストン１５の径よりも大きい内径を有する領域と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は油圧ダンパに関する。

従来の油圧ダンパとして、シリンダチューブ内に作動油としてシリコンオイルを封入し、スプリングとしての機能と、ダンパとしての機能と、を併せ持つものが開示されている（特許文献１参照）。

特開２００１−２７７８０９号公報

しかしながら、前述した従来の油圧ダンパは、大きな負荷が入力されたときに、シリンダチューブ内の内部圧力が過渡的に大きくなって、シリンダチューブ内の密封を図るシール部材にかかる負荷が大きくなり、シール部材の劣化を早めるという問題点があった。

本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、シール部材の劣化を抑制することを目的とする。

本発明は、作動油としてシリコンオイルが充填される油室を有するシリンダチューブと、一端側から荷重が入力されるロッドと、前記ロッドの他端側に連結されると共に前記油室内に収められ、前記ロッドに入力された荷重に応じて前記油室内のシリコンオイルを圧縮し、前記油室内を往復動するピストンと、を備える油圧ダンパである。そして、前記油室は、その内周面に対して前記ピストンが摺動しながら往復動可能なように、前記ピストンと略同様の内径を有する領域と、前記ピストンが往復動する範囲外に形成されて、前記ピストンの径よりも大きい内径を有する領域と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ピストンが往復動する範囲外に、前記ピストンの径よりも大きい内径を有する領域を含むようにシリコンオイルが充填される油室を形成した。これにより、油室内の内部圧力の増加を抑えることができるので、シリンダチューブ内の密封を図るシール部材にかかる負荷を抑え、シール部材の劣化を抑制することができる。

本発明の一実施形態による片ロッド型油圧ダンパを備えるキャスタの側面図である。 本発明の一実施形態による片ロッド型油圧ダンパの断面図である。 本発明の一実施形態による片ロッド型油圧ダンパの断面図である。 本発明の他の実施形態による片ロッド型油圧ダンパの断面図である。 比較例による片ロッド型油圧ダンパの断面図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態による片ロッド型油圧ダンパ（以下「油圧ダンパ」という。）１を備えるキャスタ２の側面図である。

図１に示すように、キャスタ２は、荷物を運搬する台車や車椅子、ベビーカ等の車体に締結されるブラケット２１と、ブラケット２１に回動可能に支持されるリンク２２と、リンク２２の先端部に回動可能に支持される車輪２３と、を備える。車輪２３は、リンク２２の先端部に連結されるボルト２２１によって、図示しないベアリングを介して回転可能に支持される。

ブラケット２１は、その上部を垂直方向に貫通するボルト２１１によってベアリング２１２を介して車体に連結される。これにより、ブラケット２１がボルト２１１の軸回りに回動し、車輪２３が進行方向を向くようになっている。

リンク２２は、回動基端部がボルト２２２を介してブラケット２１に対して水平軸回りに回動可能に支持される。リンク２２の回動基端部にはスリーブ２２３が固着され、スリーブ２２３はボルト２２２を介してブラケット２１に回転可能に連結される。

ブラケット２１とリンク２２との間には、油圧ダンパ１が介装される。油圧ダンパ１は、リンク２２の回動に伴って伸縮し、車体に加わる荷重を支持するスプリングとしての機能と、リンク２２の振動を減衰するダンパとしての機能と、を併せ持つ。以下、図２及び図３を参照してこの油圧ダンパ１の詳細な構成について説明する。

図２及び図３は、油圧ダンパ１の断面図である。図２は、油圧ダンパ１が最も伸張した状態を示す図である。図３は、油圧ダンパ１が途中まで収縮した状態を示す図である。

図２及び図３に示すように、油圧ダンパ１は、ブラケット２１にピン２１３を介して連結されるシリンダチューブ１１と、一端側がリンク２２にピン２２４を介して連結されるロッド１２と、ロッド１２の他端側にワッシャ１３を介してボルト１４によって結合されて、シリンダチューブ内に摺動可能に収められるピストン１５と、を備える。

シリンダチューブ１１の開口端内周面には、ねじ部１１１が設けられる。このねじ部１１１に円筒状のエンド部材１６が螺合され、エンド部材１６の内側にロッド１２が摺動可能に嵌合する。ロッド１２とエンド部材１６との間、及び、エンド部材１６とシリンダチューブ１１との間には、それぞれＯリング１７，１８が介装され、シリンダチューブ１１内の密封が図られる。

シリンダチューブ１１内の油室１１２には、高粘度作動油としてのシリコンオイルが充填される。シリコンオイルは、ジメチルポリシロキサン構造を持った合成油で、圧力を受けると粘度が急速に増加し、有機系オイルに比べて非常に大きな圧縮率を示す。

図３に示すように、ピストン１５は、油圧ダンパ１の収縮時に、油室１１２を左室１１２ａ及び右室１１２ｂの２つに仕切る。左室１１２ａと右室１１２ｂとは、ピストン１５の外周面と、シリンダチューブ１１の内周面との間に形成される微小な環状隙間１９によって連通している。この環状隙間１９を介して、シリコンオイルが左室１１２ａと右室１１２ｂとを往来可能になっている。

そして、車体に加わる荷重に応じてロッド１２がシリコンオイルを圧縮させながらシリンダチューブ１１内に進入し、リンク２２の傾きが決まる。車体に加わる荷重が大きい場合、ロッド１２がシリンダチューブ１１内に進入するのに伴ってシリコンオイルの圧力が急上昇する。これにより、キャスタ２の沈み込みが抑えられ、リンク２２の動きを確保できる。

また、車輪２３が路面から受ける入力に応じてロッド１２が伸縮作動し、環状隙間１９を通過するシリコンオイルの粘性抵抗が作動速度に応じて発生することによってリンク２２の振動が有効に減衰される。

このようにして、油圧ダンパ１は、車体に加わる荷重を支持するスプリングとしての機能と、リンク２２の振動を減衰するダンパとしての機能を果たす。

ここで本実施形態では、ピストン移動範囲のシリンダチューブ１１内の油室１１２の内径に比べて、ピストン移動範囲外の油室１１２の内径を大きくした。つまり、油室１１２を、油室１１２に対してピストン１５が摺動しながら往復動可能なように、ピストン１５と略同様の内径を有する領域と、ピストン１５が往復動する範囲外に形成されて、ピストン１５の径よりも大きい内径を有する領域と、に区別することにした。この理由について以下説明する。なお、ピストン１５の移動量は、ロッド１２のストローク量と等しい。

キャスタ２に緩衝機能を持たせるために本実施形態のように油圧ダンパ１を取り付ける場合、スペースを十分に確保できない箇所での取り付けになるため、油圧ダンパ１の小型化が必須であり、ロッド１２のストローク量を小さくする必要がある。その上で、シリコンオイルの圧縮性を利用して油圧ダンパ１にスプリングとしての十分な機能を持たせるためには、ロッド１２の収縮時におけるシリンダチューブ１１内の油室の内部圧力をかなり高い圧力に設定する必要がある。

このとき、シリコンオイルは通常作動油として使用される有機系のオイルと比べて粘度が高いので、ロッド１２の収縮速度が速いと、左室１１２ａと右室１１２ｂとの間でシリコンオイルの往来がスムーズに行われないおそれがある。そのため、ロッド１２の収縮時において、シリンダチューブ１１内の油室１１２の内部圧力が過渡的に非常に高くなるおそれがある。そうすると、シリンダチューブ１１内の密封性を確保しているＯリングにかかる負荷が大きくなり、Ｏリングの劣化を早めるおそれがある。

また、シリコンオイルは温度変化による体積変化が通常の有機系オイルと比べて大きいので、キャスタ２が使用される雰囲気環境温度が高い場合にも、シリンダチューブ１１内の油室１１２の内部圧力が高くなって、シリンダチューブ１１内の密封性を確保しているＯリングにかかる負荷が大きくなり、Ｏリングの劣化を早めるおそれがある。

そこで本実施形態では、ピストン移動範囲のシリンダチューブ１１内の油室１１２の内径に比べて、ピストン移動範囲外の油室１１２の内径を大きくすることで、ロッド１２の収縮時におけるシリンダチューブ１１内の油室１１２の内部圧力上昇値Δｐを抑制することとしたのである。

内部圧力上昇値Δｐは、ロッドストロークがゼロ（図２の状態）の場合における油室１１２の体積をＶ、シリコンオイルの体積弾性係数をＫ、ロッド１２のストローク量をｓ、ロッド１２の断面積をＡとして、以下の（１）式で表すことができる。Δｖは、油室１１２へのロッド１２の進入体積を表す。

ここで、本発明の理解を容易にするために、図５を参照し、本実施形態の油圧ダンパ１とは異なる比較例による油圧ダンパ１００について説明する。なお、本実施形態による油圧ダンパ１と同様の機能を有する部品については、同じ符号を付して説明する。

図５は、比較例による油圧ダンパ１００の断面図である。

この比較例による油圧ダンパ１００は、ピストン移動範囲のシリンダチューブ１１内の油室１１２の内径と、ピストン移動範囲外の油室１１２の内径と、が同じ内径のものである。

この比較例による油圧ダンパ１００と、本実施形態による油圧ダンパ１と、を比較すると、本実施形態による油圧ダンパ１のほうが、ピストン移動範囲外の油室１１２の内径を大きくしている分だけ、ロッドストロークがゼロの場合における油室１１２の体積Ｖが大きくなる。

そのため、（１）式から明らかなように、本実施形態による油圧ダンパ１のほうが、ロッド１２の収縮時における内部圧力上昇値Δｐを小さくすることができる。したがって、ロッド１２の収縮速度が速くなったり、雰囲気環境温度が高くなった場合においても、内部圧力が高くなり過ぎるのを抑制することができる。よって、Ｏリング１７，１８にかかる負荷を抑制することができるので、Ｏリング１７，１８の劣化を抑制することができる。内部圧力が低下するので、ピストン移動範囲外のシリンダチューブ１１の肉厚を薄くしても問題はない。

ここで、ロッドストロークがゼロの場合における油室１１２の体積Ｖを大きくすると、その分だけ、ロッド１２の収縮時におけるシリコンオイルの圧縮率が低下するため、油圧ダンパ１のスプリング特性が減少する。本実施形態では、このスプリング特性の減少分を補うために、シリンダチューブ１１の油室１１２内に、ピストン１５を常にロッド１２側に付勢するコイルスプリング２０を設けた。これにより、従来通りのスプリング特性を確保しつつ、油室内の内部圧力が過剰に高くなるのを抑えることができる。

また、ロッドストロークがゼロの場合における油室１１２の体積Ｖを大きくするだけであれば、ピストン移動範囲の内径も大きくするのが望ましいとも思われる。しかしながら、ピストン移動範囲の内径を大きくしてしまうと、ピストン１５の断面積自体が大きくなってしまうので、ピストン１５がシリコンオイルから受ける粘性抵抗力が変化し、減衰特性が変化してしまう。

これに対して、本実施形態のように、ピストン移動範囲外の油室１１２の内径のみを大きくすることで、減衰特性を変化させずに済む。つまり、油圧ダンパ１の設計変更時において、ピストン移動範囲外の油室１１２の内径を大きくしたことによるスプリング特性の変化のみに注目すれば良いので、スプリング特性と減衰特性とをそれぞれ切り離して考えることができ、開発工数等の削減を図ることができる。

さらに、ピストン１５を常にロッド１２側に付勢するコイルスプリング２０を設けたことで、以下の効果を得ることができる。つまり、キャスタ２が使用される雰囲気環境が、想定された環境よりも温度の低い場所であった場合には、シリコンオイルの体積が想定よりも減少し、ガタが発生するおそれがある。これ対し、ピストン１５を常にロッド１２側に付勢するコイルスプリングを設けることで、このような雰囲気環境の変化に伴うガタの発生を確実に防止することができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

例えば、上記実施形態では、コイルスプリング２０をシリンダチューブ１１内に内蔵したが、図４に示すように、ロッド１２とエンド部材１６との間にコイルスプリング２０と同様の機能を果たす皿ばね３０を介在させても良い。

１ 油圧ダンパ
１１ シリンダチューブ
１２ ロッド
１５ ピストン
２０ コイルスプリング（ばね部材）
３０ 皿ばね（ばね部材）
１１２ 油室

Claims (5)

1. 作動油としてシリコンオイルが充填される油室を有するシリンダチューブと、
   一端側から荷重が入力されるロッドと、
   前記ロッドの他端側に連結されると共に前記油室内に収められ、前記ロッドに入力された荷重に応じて前記油室内のシリコンオイルを圧縮し、前記油室内を往復動するピストンと、
   を備える油圧ダンパであって、
   前記油室は、
   その内周面に対して前記ピストンが摺動しながら往復動可能なように、前記ピストンの径と略同様の内径を有する領域と、
   前記ピストンが往復動する範囲外に形成されて、前記ピストンの径よりも大きい内径を有する領域と、
   を備えることを特徴とする油圧ダンパ。
2. 前記ロッドに対して、そのロッドの他端側から一端側に向く所定のばね力を付与するばね部材を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の油圧ダンパ。
3. 前記ばね部材は、前記油室内に設けられて、前記ピストンを前記ロッドの一端側に向けて所定のばね力を付与するコイルスプリングである、
   ことを特徴とする請求項２に記載の油圧ダンパ。
4. 前記スプリングは、前記ロッドと前記シリンダとの間に設けられて、前記ロッドの一端部に対して所定のばね力を付与する皿ばねである、
   ことを特徴とする請求項２に記載の油圧ダンパ。
5. 前記ばね部材によって付与する所定のばね力は、前記ピストンの径よりも大きい内径を有する領域の容積に応じて設定される、
   ことを特徴とする請求項２から請求項４までのいずれか１つに記載の油圧ダンパ。

Images