JP2018128055A - 回転ダンパー - Google Patents

Abstract

【課題】ダンパー・ケース及び回転体を残留磁気が生じ難い材質で形成しても、トルク発生面の摩耗を生じ難くすることが可能な回転ダンパーを提供する。【解決手段】磁性体のダンパー・ケース３と、このダンパー・ケース３内に相対回転自在に収容された磁性体の回転体５と、ダンパー・ケース３及び回転体５にわたる磁束ループＭを発生させる電磁コイル７と、磁束ループＭが通る磁路Ｒ上でダンパー・ケース３及び回転体５に設けられた相互に対向するトルク発生面４５ａ、４５ｂと、トルク発生面４５ａ、４５ｂ間に介在して磁束ループＭに応じてダンパー・ケース３及び回転体５間の相対回転に制動トルクを与える機能性流体Ｆと、トルク発生面４５ａ、４５ｂ上に形成されダンパー・ケース３及び回転体５の材質よりも高硬度の高硬度面４７ａ及び４７ｂとを備えた。【選択図】 図１

Description

本発明は、磁気粘性流体や磁性流体等の機能性流体を用いて磁気に応じた減衰力を生じさせ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に記載のように、磁性体のダンパー・ケース内に磁気粘性流体を封入すると共に磁性体の回転板を相対回転自在に収容し、電磁コイルの通電により、ダンパー・ケース及び回転板のトルク発生面間で磁気粘性流体による制動トルクを生じさせるものがある。この回転ダンパーでは、電磁コイルの通電制御によって制動トルクの調整やオンオフができる。

しかし、制動トルクのオンオフの際は、残留磁気等の影響により、電磁コイルを通電していないときにも制動トルクが生じることがあり、制動トルクのオンオフの切り替え精度に限界があった。

これに対し、ダンパー・ケース及び回転板を低炭素鋼等の残留磁気が生じ難い材質で形成することが考えられるが、この場合、ダンパー・ケース及び回転板の硬度が低下して磁気粘性流体に含まれる鉄粉によりトルク発生面が摩耗しやすいという問題がある。

ダンパー・ケース及び回転板に摩耗が生じると、磁気粘性流体に含まれる鉄粉の比率が多くなり、摩耗の加速や発熱量の増加を招き、回転ダンパーの耐久性に大きく影響する。

このような問題は、電磁コイルを用いる場合のみならず、永久磁石を回転ダンパーに近接離反させることで制動トルクをオンオフする場合等にも生じる。

特開２０１４−２０５３９号公報

解決しようとする問題点は、ダンパー・ケース及び回転体を残留磁気が生じ難い材質で形成するとトルク発生面に摩耗が生じやすい点である。

本発明は、ダンパー・ケース及び回転体を残留磁気が生じ難い材質で形成しても、トルク発生面の摩耗を生じ難くするために、磁性体のダンパー・ケースと、該ダンパー・ケース内に相対回転自在に収容された磁性体の回転体と、前記ダンパー・ケース及び回転体にわたる磁束を発生させる磁石と、前記磁束が通る磁路上で前記ダンパー・ケース及び前記回転体に設けられた相互に対向するトルク発生面と、前記トルク発生面間に介在して前記磁束に応じて前記ダンパー・ケース及び前記回転体間の相対回転に制動トルクを与える機能性流体と、前記トルク発生面上に形成され前記ダンパー・ケース及び前記回転体の材質よりも高硬度の高硬度面とを備えたことを回転ダンパーの最も主な特徴とする。

本発明の回転ダンパーは、ダンパー・ケース及び回転体を残留磁気が生じ難い材質で形成しても、高硬度面によりトルク発生面の摩耗を生じ難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）。 図１の回転ダンパーのトルク発生面周辺を示す概略断面図である。 回転ダンパーに用いられる機能性流体に含まれる鉄粉、ダンパー・ケース及び回転体の母材、並びに高硬度面の硬度を示すグラフである（実施例）。

ダンパー・ケース及び回転体を残留磁気が生じ難い材質で形成しても、トルク発生面の摩耗を生じ難くするという目的を、回転ダンパーのトルク発生面上にダンパー・ケース及び回転体の材質よりも高硬度の高硬度面を形成することで実現した。

すなわち、回転ダンパーは、磁性体のダンパー・ケースと、このダンパー・ケース内に相対回転自在に収容された磁性体の回転体と、ダンパー・ケース及び回転体にわたる磁束を発生させる磁石と、磁束が通る磁路上でダンパー・ケース及び回転体に設けられた相互に対向するトルク発生面と、トルク発生面間に介在して磁束に応じてダンパー・ケース及び回転体間の相対回転に制動トルクを与える機能性流体と、トルク発生面上に形成されダンパー・ケース及び回転体の材質よりも高硬度の高硬度面とを備えている。

高硬度面は、メッキ処理面又は硬化処理面としてもよい。メッキ処理面は、例えばトルク発生面にニッケルメッキを施して、そのニッケルメッキの表面によって構成することができる。硬化処理面は、例えばトルク発生面に窒化処理を施して、その窒化物の表面によって構成することができる。

ダンパー・ケース及び回転体の材質は、低炭素鋼としてもよい。

［回転ダンパーの構造］
図１は、回転ダンパーである制動装置の断面図である。なお、以下の説明において、軸心方向とは相対回転の回転軸心に沿った方向、径方向とは相対回転の回転半径方向、周方向とは、相対回転方向をいう。

図１のように、実施例の回転ダンパー１は、ダンパー・ケース３と、回転体５と、磁石としての電磁コイル７とを備え、ダンパー・ケース３と回転体５の対向部分に機能性流体Ｆを介在させるトルク発生面４５ａ及び４５ｂが形成されている。

かかる回転ダンパー１は、相対回転自在なダンパー・ケース３及び回転体５の一方を固定して用いることで、ダンパー・ケース３及び回転体５間の相対回転に対して後述する機能性流体Ｆにより制動トルクを与える。これにより、回転ダンパー１は、ダンパー・ケース３及び回転体５の他方に結合された可動部材の動作を減衰すること等が可能となる。

ダンパー・ケース３は、ケース本体９と蓋部１１とで構成されている。

ケース本体９は、全体として残留磁気を生じ難い磁性体によって形成されている。本実施例において、ケース本体９の材質は低炭素鋼となっている。このケース本体９は、周壁部１３、端壁部１５、支持筒部１７が一体に設けられている。

周壁部１３は、中空円筒状に構成され、軸心方向の一側内周に端壁部１５が設けられている。周壁部１３には、凹部又は非磁性体からなる高磁気抵抗部１３ａが軸心方向中間部に設けられている。高磁気抵抗部１３ａは、周壁部１３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１５は、全体として周回形状であり、相対的に薄肉の連結部１５ａを介して周壁部１３の一側内周に一体に形成されている。

端壁部１５の外周部は、周壁部１３に対向して周壁部１３との間に作動室１９の一部を区画している。端壁部１５の内周部には、回転体５の回転軸２９を挿通する孔部２１が設けられている。この孔部２１の周囲には、端壁部１５に対し、ダンパー・ケース３外でボス部２３が設けられ、ダンパー・ケース３内で支持筒部１７が設けられている。

支持筒部１７は、中空円筒状であり、端壁部１５に対して軸心方向でダンパー・ケース３内へ突出する。支持筒部１７の先端は、蓋部１１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。

支持筒部１７の内周は、孔部２１の一部を構成し、支持筒部１７の外周は、電磁コイル７の支持部を構成する。

蓋部１１は、ケース本体９に対し、周壁部１３の軸心方向他側の内周にスナップ・リング等の止め具２５によって固定されている。蓋部１１とケース本体９との間には、Ｏリング等のシール部材２７が介設されている。

蓋部１１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。非磁性体金属としては、例えば、銅、アルミニウム等がある。蓋部１１は、ケース本体９の軸心方向の他側を封止する。この蓋部１１には、外周側に湾曲部１１ａが形成されており、ダンパー・ケース３内の機能性流体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、ダンパー・ケース３内に相対回転自在に収容されており、回転軸２９と回転体本体３１とが磁性体により一体に形成されたものとなっている。回転軸２９は、円柱状に形成され、ダンパー・ケース３の孔部２１の内周にべアリング３３ａ及び３３ｂを介して回転自在に支持されている。べアリング３３ａ及び３３ｂは、孔部２１内にスナップリングなどの止め具３４ａ及び３４ｂによって固定されている。ベアリング３３ａ及び３３ｂ間は、スペーサー３５によって間隔が保持されている。このスペーサー３５は、磁路Ｒの一部を形成する役割も果たす。

べアリング３３ａ及び３３ｂに対するダンパー・ケース３の内側では、回転軸２９と孔部２１との間にＸリング等のシール部材３７が配置され、シール部材３７に対して更にダンパー・ケース３の内側には、回転軸２９と孔部２１との間にフィルター３９が配置されている。フィルター３９は、機能性流体Ｆ中の鉄粉を捉えてシール部材３７側に至らないようにし、シール部材３７を保護する。フィルター３９の更に内側では、回転軸２９の端部に回転体本体３１が一体に結合されている。

回転体本体３１は、回転軸２９の端部から径方向に延設された円板状となっている。回転体本体３１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３１ａを有し、膨出部３１ａは、ダンパー・ケース３の支持筒部１７と径方向で対向している。また、膨出部３１ａには、軸心方向で貫通した油路３１ｂが設けられている。回転体本体３１の外周部には、作動室１９内に位置する回転筒部４１が一体に設けられている。

回転筒部４１は、電磁コイル７の外周側でダンパー・ケース３の周壁部１３に沿って延設されている。回転筒部４１には、凹部又は非磁性体からなる高磁気抵抗部４１ａが設けられている。回転筒部４１の外周は、周壁部１３の内周に隙間を持って径方向で対向し、回転筒部４１の内周は、電磁コイル７及びダンパー・ケース３の端壁部１５の外周部に隙間を持って径方向で対向する。

これら回転体５とダンパー・ケース３との間には、電磁コイル７により、磁路Ｒを通る磁束ループＭが形成されることになる。なお、磁束ループＭは、ループ状の磁束であり、磁路Ｒは、その磁束の通り道である。

電磁コイル７は、ダンパー・ケース３の支持筒部１７の外周に嵌合している。この状態で、電磁コイル７は、スナップリング等の抜け止め具４３により、支持筒部１７外周からの抜け止めがなされている。

電磁コイル７には、軸心方向の一側に向けた突起部７ａが設けられている。この突起部７ａは、ダンパー・ケース３の端壁部１５の貫通孔１５ｂ内に嵌合し、外部に面した端部から通電用の電線７ｂを引き出している。なお、図１においては、電線７ｂと電磁コイル７との電気的な接続関係を省略している。突起部７ａと貫通孔１５ｂとの間は、Ｏリング等のシール部材４４によってシールされている。

かかる電磁コイル７は、支持筒部１７及び端壁部１５をヨークとする電磁石を構成し、支持筒部１７及び端壁部１５を介して磁束ループＭを形成することができる。この磁束ループＭにより、ダンパー・ケース３及び回転体５のトルク伝達面４５ａ及び４５ｂ間で機能性流体Ｆによる減衰力を生じさせる。具体的には後述する。

トルク発生面４５ａ及び４５ｂは、図１の太線ハッチングで示すように、磁束ループＭが通る磁路Ｒ上でダンパー・ケース３及び回転体５に設けられ、相互に対向する。トルク発生面４５ａは、ダンパー・ケース３上に設けられ、トルク発生面４５ｂは、回転体５上に設けられている。

トルク発生面４５ａは、ダンパー・ケース３の周壁部１３の内周面、端壁部１５の外周面、並びに支持筒部１７の外周面で構成されている。一方、トルク発生面４５ｂは、トルク発生面４５ａに対向する回転体５の回転筒部４１の内外周面、回転体本体３１の膨出部３１ａの内周面で構成されている。

トルク発生面４５ａ及び４５ｂは、後述するように両者間に機能性流体Ｆを介在させ、磁束ループＭに応じて制動トルクを生じさせる部分である。本実施例のトルク発生面４５ａ及び４５ｂ上に、ダンパー・ケース３及び回転体５の材質よりも高硬度の高硬度面４７ａ及び４７ｂをそれぞれ備えられている（図２）。

図２は、トルク発生面４５ａ及び４５ｂを示す概略断面図である。

トルク発生面４５ａ及びトルク発生面４５ｂは、何れも母材５１ａ及び５１ｂの表面上に母材５１ａ及び５１ｂ（ダンパー・ケース３及び回転体５の材質）よりも高硬度の高硬度面４７ａ及び４７ｂが形成されている。

ダンパー・ケース３側のトルク発生面４５ａの高硬度面４７ａは、本実施例においてメッキ処理面、特にニッケルメッキ処理面となっている。すなわち、高硬度面４７ａは、母材５１ａの表面上に施されたニッケルメッキ５３ａの表面によって構成されている。ニッケルメッキ５３ａは、外観上の観点から、ダンパー・ケース３の内外表面の全体にわたって形成されている。なお、高硬度面４７ａは、磁路Ｒの形成を妨げない限り、ニッケルメッキ以外のものでもよい。また、高硬度面４７ａは、メッキ処理面ではなく、次述するトルク発生面４５ｂの高硬度面４７ｂのように硬化処理面とすることも可能である。

回転体５側のトルク発生面４５ｂの高硬度面４７ｂは、本実施例において硬化処理面、特に窒化処理面となっている。すなわち、高硬度面４７ｂは、母材５１ｂの表面に対して窒化処理を施すことで形成された窒化物５３ｂの表面によって構成することができる。なお、高硬度面４７ｂは、窒化処理以外のアルマイト処理や浸炭処理等の硬化処理によって形成された硬化処理面とすることも可能である。また、高硬度面４７ａのようにメッキ処理面で構成してもよい。

機能性流体Ｆは、ダンパー・ケース３内に収容されて回転体５とダンパー・ケース３との間に渡っている。これにより、機能性流体Ｆは、トルク発生面４５ａ及び４５ｂ間に介在している。機能性流体Ｆは、鉄粉を分散した磁性流体（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、機能性流体Ｆは、電磁コイル７の磁束ループＭが通過することで、磁束ループＭに応じてクラスターを形成し、トルク発生面４５ａ及び４５ｂ間でせん断抵抗による制動トルクを生じさせる。これにより、回転ダンパー１は、制動トルクの調整やオンオフが可能となる。

［回転ダンパーの動作］
回転ダンパー１は、例えばダンパー・ケース３を固定側に、回転体５の回転軸２９を制動対象等の可動側に結合し、電磁コイル７の通電制御によって制動トルクを発生させる。

電磁コイル７を通電していない間は、機能性流体Ｆのクラスターが形成されていない状態にあり、回転体５及びダンパー・ケース３間の相対回転が円滑に行われる。

電磁コイル７を通電すると、図１のように磁束ループＭが形成され、トルク発生面４５ａ及び４５ｂ間で機能性流体Ｆにクラスターが形成される。このクラスターにより、回転体５及びダンパー・ケース３間の相対回転に対する剪断抵抗による制動トルクを生じさせる。従って、発生した制動トルクが、可動側の動作を減衰し、或は可動側の動作をロックすることができる。

このとき、トルク発生面４５ａ及び４５ｂは、クラスターとの凝着部分である高硬度面４７ａ及び４７ｂが母材５１ａ及び５１ｂよりも高硬度であるため、摩耗が抑制される。

図３は、機能性流体Ｆに含まれる鉄粉、ダンパー・ケース３及び回転体５の母材５１ａ及び５１ｂ、並びに高硬度面４７ｂの硬度を示すグラフである。なお、図３の縦軸は、硬度（ビッカーズ硬さ）を示し、横軸は、鉄粉、母材、高硬度面の種別を示す。

図３のように、本実施例では、高硬度面４７ｂが鉄粉並びに母材５１ａ及び５１ｂよりも高硬度であり、高硬度面４７ｂの硬度が鉄粉の硬度の約５倍ある。このため、クラスターとの凝着部分である高硬度面４７ｂの摩耗を抑制することができる。

一般に、凝着部分での摩耗は、硬度差が大きいほど抑制できるため、高硬度面４７ｂと鉄粉との硬度の比は、５倍以上、例えば１０倍等としてもよい。

また、高硬度面４７ｂと鉄粉との硬度の比が５倍未満であっても摩耗抑制の効果は認められ、高硬度面４７ｂは、少なくとも母材５１ａ及び５１ｂよりも硬度が高ければよい。

なお、高硬度面４７ａも、高硬度面４７ｂとは硬度の違いはあるが、高硬度面４７ｂと同様に摩耗を抑制することができる。

こうして可動側の減衰やロック等が完了すると、電磁コイル７の通電を解除する。通電を解除すると、上記の電磁コイル７を通電していない状態に戻る。このとき、ダンパー・ケース３及び回転体５が残留磁気を生じ難くする材料、特に低炭素鋼であるため、残留磁気を抑制しながら回転ダンパー１を円滑に電磁コイル７を通電していない状態に戻すことができる。

［実施例の効果］
本実施例の回転ダンパー１は、磁性体のダンパー・ケース３と、このダンパー・ケース３内に相対回転自在に収容された磁性体の回転体５と、ダンパー・ケース３及び回転体５にわたる磁束ループＭを発生させる電磁コイル７と、磁束ループＭが通る磁路Ｒ上でダンパー・ケース３及び回転体５に設けられた相互に対向するトルク発生面４５ａ、４５ｂと、トルク発生面４５ａ、４５ｂ間に介在して磁束ループＭに応じてダンパー・ケース３及び回転体５間の相対回転に制動トルクを与える機能性流体Ｆと、トルク発生面４５ａ、４５ｂ上に形成されダンパー・ケース３及び回転体５の材質よりも高硬度の高硬度面４７ａ及び４７ｂとを備えた。

従って、本実施例では、ダンパー・ケース３及び回転体５を残留磁気が生じ難い材質で形成しても、高硬度面４７ａ及び４７ｂによりトルク発生面４５ａ、４５ｂの摩耗を生じ難くすることができる。このため、機能性流体Ｆの鉄粉の含有比率を安定させ、回転ダンパー１の耐久性や動作を安定させることができる。

高硬度面４７ａ及び４７ｂは、メッキ処理面又は硬化処理面である。本実施例では、ダンパー・ケース３側の高硬度面４７ａがメッキ処理面であるため、ダンパー・ケース３の内外表面全体に外観上の観点から施されるメッキを利用して容易且つ確実に形成することができる。また、回転体５側の高硬度面４７ｂは、硬化処理面であるため、適切な箇所に容易且つ確実に形成することができる。

本実施例のダンパー・ケース３及び回転体５の材質（母材）が低炭素鋼であるため、ダンパー・ケース３及び回転体５に残留磁気を確実に生じ難くすることができ、制動トルクのオンオフの切り替え精度を向上することができる。この結果、回転ダンパー１では、余計な制動トルクの発生を抑制して、より確実に高硬度面４７ａ及び４７ｂの摩耗を抑制して耐久性や動作を安定させることができる。

１ 回転ダンパー
３ ダンパー・ケース
５ 回転体
７ 電磁コイル(磁石)
４５ａ，４５ｂ トルク伝達面
４７ａ，４７ｂ 高硬度面
Ｆ 機能性流体
Ｒ 磁路
Ｍ 磁束ループ（磁束）

Claims (3)

1. 磁性体のダンパー・ケースと、
   該ダンパー・ケース内に相対回転自在に収容された磁性体の回転体と、
   前記ダンパー・ケース及び回転体にわたる磁束を発生させる磁石と、
   前記磁束が通る磁路上で前記ダンパー・ケース及び前記回転体に設けられた相互に対向するトルク発生面と、
   前記トルク発生面間に介在して前記磁束に応じて前記ダンパー・ケース及び前記回転体間の相対回転に制動トルクを与える機能性流体と、
   前記トルク発生面上に形成され前記ダンパー・ケース及び前記回転体の材質よりも高硬度の高硬度面と、
   を備えた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、
   前記高硬度面は、メッキ処理面又は硬化処理面である、
   ことを特徴とする回転ダンパー。
3. 請求項１又は２記載の回転ダンパーであって、
   前記ダンパー・ケース及び前記回転体の材質は、低炭素鋼である、
   ことを特徴とする回転ダンパー。
   

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