JP2018179198A - 摩擦減衰式緩衝装置 - Google Patents

Abstract

【課題】極微低速域から減衰力を効果的に発生し，ピストンの変位に対して減衰力発生の遅れが少ない摩擦減衰式緩衝装置を提供する。【解決手段】摩擦減衰式緩衝装置１は、シリンダー孔４を有するシリンダー部２と、シリンダー孔４内を摺動可能であるピストン部１１であって、該ピストン部１１は、側面に摺動面１２ａを有する、前記ピストン部１１と、シリンダー部２に固定された状態で摺動面１２ａに接触する摩擦パッド１３と、シリンダー部２の側部に設けられた荷重付加部３であって、該荷重付加部３は、弾性体５を有し、該弾性体５を介して摩擦パッド１３に荷重を付加する、前記荷重付加部３と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、摩擦減衰式緩衝装置に関する。

従来、車両のサスペンション等で使用される緩衝装置は、多くがオイルの粘性抵抗を利用した減衰方式を用いている。このような減衰方式を利用した緩衝装置（オイルダンパー）は、一般に、内部にオイルなどの流体が充填されたシリンダーと、該シリンダー内を摺動自在に嵌合するピストンを有するピストンロッドと、該ピストンロッドにかかる力に応じてピストンが摺動する際に流体が移動するところの移動経路と、該移動経路に設けられた流路面積の小さいオリフィス若しくはバルブとを備えている。ピストンロッドにかけられた力は、流体がオリフィス若しくはバルブを通過する際の粘性抵抗によって減衰される。かかる緩衝装置では、オリフィスやバルブの開口を変化させることによって、減衰力を調節することが可能である。下記特許文献１には、従来のオイルダンパーの一例が示されている。

しかし、かかる従来のオイルダンパーでは、ストローク速度が極微低速のとき減衰力が小さいため効果的に減衰させることが困難であり、またオイルの圧縮性の性質により減衰力発生に応答遅れが発生する等の問題がある。

特開２０００−２７９１８号公報

本発明は、上記事実に鑑みなされたもので、ストローク速度が極微低速のときから減衰力を効果的に発生することができると共に、ピストンの変位に対する減衰力発生の応答遅れを改善した、簡易な構成を備えた、摩擦減衰式緩衝装置を提供することをその目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る摩擦減衰式緩衝装置は、シリンダー孔を有するシリンダー部と、前記シリンダー孔内を摺動可能であるピストン部であって、該ピストン部は、側面に摺動面を有する、前記ピストン部と、前記シリンダー部に固定された状態で前記摺動面に接触する摩擦部材と、前記シリンダー部の側部に設けられた荷重付加部であって、該荷重付加部は、弾性体を有し、該弾性体を介して前記摩擦部材に荷重を付加する、前記荷重付加部と、を備えて構成したものである。

好ましくは、前記荷重付加部は、その内部を貫通して前記シリンダー孔に至る側部孔を有しており、前記側部孔には、前記弾性体が前記摩擦部材に接触した状態で配置される。また好ましくは、前記側部孔には、外部から荷重が付加されるところの荷重受け取り部材がさらに配置されており、前記荷重受け取り部材と前記摩擦部材との間に前記弾性体が配置される。さらに好ましくは、前記荷重付加部は、前記荷重受け取り部材に付加された荷重により前記弾性体が縮んだ状態で前記荷重受け取り部材を固定する固定手段を備える。

例えば、前記摩擦部材は、係止孔を有しており、前記シリンダー部の側壁から前記シリンダー孔へと進入したネジの先端が前記係止孔に係合する。
好ましくは、前記摩擦部材は、前記摺動面と接触する底面を有し、前記摺動面及び前記底面は平面である。

例えば、前記ピストン部は、凹部を有しており、該凹部は、少なくとも前記摺動面によって画定される。この場合、前記凹部は、少なくとも、前記摺動面と、前記摺動面の両端辺から各々垂直に延在する第１及び第２の内壁とによって画定されていてもよく、前記摩擦部材が前記第１及び第２の内壁のいずれかと係合することによって、前記ピストン部の伸縮が係止される。

好ましくは、前記凹部と該凹部が対面する前記シリンダー部の内周面とが閉空間を画定しており、該閉空間にグリスが充填される。さらに好ましくは、前記摩擦部材は、前記弾性体が接触する上面を有し、前記上面と該上面が対面する前記シリンダー部の内周面との間には空間が形成される。

また、本発明の摩擦減衰式緩衝装置は、前記ピストン部に結合された第１の取り付け手段と、前記シリンダー部に結合された第２の取り付け手段と、をさらに備えていてもよい。例えば、本発明の摩擦減衰式緩衝装置は、前記第１の取り付け手段と前記第２の取り付け手段を用いて、車両のサスペンションに組み込まれていてもよい。

図１は、本発明の実施形態に係る、摩擦減衰式緩衝装置の分解斜視図である。 図２は、図１の摩擦減衰式緩衝装置を組み立てた際の当該装置の斜視図である。 図３は、本発明の実施形態に係る摩擦減衰式緩衝装置に備えられたシリンダー部の図であって、（ａ）は、シリンダー部の平面図、（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿って取られた、シリンダー部の断面図、（ｃ）は、シリンダー部が減衰力を作用する側から見たときのシリンダー部の斜視図、（ｄ）は、図１（ｃ）とは反対側から見たときのシリンダー部の斜視図である。 図４は、本発明の実施形態に係る摩擦減衰式緩衝装置に備えられたピストン部の側面図である。 図５は、本発明の実施形態に係る摩擦減衰式緩衝装置に備えられた摩擦パッドの図であって、(a)は、摩擦パッドの平面図、（ｂ）は、摩擦パッドの側面図、（ｃ）は、（ａ）に示すＣ−Ｃ線に沿って取られた摩擦パッドの断面図である。 図６は、本発明の実施形態に係る摩擦減衰式緩衝装置のグリス循環構造を説明するための図である。 図７は、本発明の実施形態の作用を説明するための本実施形態に係る摩擦減衰式緩衝装置の斜視片側断面図である。 図８は、本発明の実施形態に係る摩擦減衰式緩衝装置（フリクションダンパー）と従来のオイルダンパーとの特性比較グラフであって、横軸がストローク速度、縦軸が減衰力を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。
図１には、本発明の実施形態に係る摩擦減衰式緩衝装置が示されている。同図に示されるように、摩擦減衰式緩衝装置１（フリクションダンパー１）は、シリンダー孔４を有するシリンダー部２と、シリンダー孔４内を摺動可能であるピストン部１１と、を備えている。好ましくは、シリンダー孔４は、シリンダー部２の端部間を貫通する貫通孔である。なお、シリンダー部２及びピストン部１１は、例えば超ジュラルミン等のアルミニウム合金でできており、好適にはテフロン硬質アルマイト処理が施される。勿論、本発明は、当該材料に限定されるものではない。

フリクションダンパー１は、図１及び図３（ａ）〜（ｄ）に示されるように、シリンダー部２の外側壁から垂直方向に各々延びる、荷重付加部３及び係止ネジ支持部７と、を備えている。荷重付加部３には、該荷重付加部３を貫通する側部孔１０が形成されている（特に図３（ｂ）参照）。

また、フリクションダンパー１は、図１に示されるように、側部孔１０に挿入可能である弾性体５と、側部孔１０に弾性体５が挿入された状態で側部孔１０内に挿入可能な荷重受け止め部材６と、を備えている。図３（ｂ）にも示されるように、側部孔１０は、シリンダー部２の壁を貫通しているため、弾性体５の先端は、シリンダー孔４内に侵入可能となっている。なお、荷重付加部３の側壁には、挿入された荷重受け止め部材６を側部孔１０内の所定位置に係止するための係止ネジ（図示せず）が螺合される貫通ネジ孔３ａが設けられていてもよい。

係止ネジ支持部７には、係止ネジ９が螺合される貫通ネジ孔８が形成されている。図３（ｂ）にも示されるように、ネジ孔８は、係止ネジ支持部７を貫通しているため、係止ネジ９の先端がシリンダー孔４内に侵入可能となっている。

ピストン部１１には、図１及び図４に示されるように、凹部１２が形成されている。凹部１２は、ピストン部１１の側面に形成された摺動面１２ａと、該摺動面１２ａから略垂直に延在する内壁１２ｂ、１２ｃ（図４）とによって画定される。摺動面１２ａは好ましくは平面として形成されており、摺動面１２ａ上の任意の点は、図４に示されるように、ピストン部１１の軸線Ｂ（ピストン部１１の摺動方向と合致若しくは平行である）に対して、同じ高さとなるように形成されている。従って、シリンダー部２内でのピストン部１１の摺動面１２ａの高さ（径方向位置）は、ピストン部１１の摺動の間に一定に維持される。

凹部１２には、摩擦パッド１３が配置されている。図５（ａ）〜（ｃ）に示されるように、摩擦パッド１３は、摺動面１２ａと接触して摩擦力を発揮する底面１３ａと、端面１３ｂ、１３ｃと、上面１３ｄと、側面１３ｅ、１３ｆと、係止ネジ９の先端と係合するため上面１３ｄに形成された係止孔１４と、を備えている。底面１３ａは、摺動面１２ａと接触する面を有しており、摺動面１２ａが平面の場合、好ましくは底面１３ａも平面に形成されている。上面１３ｄも弾性体５の先端が係合するように平面に形成されてもよい。これによって、上面１３ｄが対面するシリンダー部２の内周面が円筒形状の場合には、上面１３ｄと当該内周面との間に空間が形成されることになる。一方、側面１３ｅ、１３ｆは、これらが対面するシリンダー部２の内周面に沿った形状に形成されていてもよい（例えばシリンダー内周面が円筒形の場合は、側面の形状も円筒形の一部）。摩擦パッド１３は、例えば炭素鋼でできており、好適には、テフロン無電解ニッケルメッキが施される。勿論、本発明は、当該材料に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係るフリクションダンパー１は、車両のサスペンションの減衰機構として用いることができる。この場合、例えば、図１に示されるように、ピストン部１１の先端孔１５に、第１の取り付け部１６を結合し、シリンダー部２の反対側端部に、固定用ナット１８と共に、第２の取り付け部１７を結合する。シリンダー部２の反対側端部の外周には外周ネジが切られており、該外周ネジと、第２の取り付け部１７の開口内側に形成された内周ネジとが螺合することによって、第２の取り付け部１７をシリンダー部２に取り付けることができる。またナット１８もシリンダー部２の外周ネジと螺合し、ナット１８によって第２の取り付け部１７の位置をシリンダー部２に対して固定することができる。第１及び第２の取り付け部１６、１７を用いることによって車両のサスペンションのジョイント部分等にフリクションダンパー１を組み込むことが可能となる。

図１のフリクションダンパー１の各構成要件を組み付けした状態を図２に示す。図２は、シリンダー部２を透明化して示す（実際には、不透明）ことによって、弾性体５、係止ネジ９、摩擦パッド１３、凹部１２の関係を明確化したものである。

図２に示されるように、摩擦パッド１３はその底面１３ａがピストン部１１の摺動面１２ａに接触した状態で、凹部１２内に収容されている。また、係止ネジ支持部７の貫通ネジ孔８内に螺合された係止ネジ９の先端が摩擦パッド１３の係止孔１４に挿入されているため摩擦パッド１３はシリンダー部２に対して軸方向に動かないように固定されている。荷重付加部３の側部孔１０内に挿入された弾性体５は摩擦パッド１３の上面（１３ｄ）に接触して荷重受け取り部材６に付加された荷重を摩擦パッド１３に付加しているため、該荷重は摺動面１２ａに伝達される。

ここで、摩擦パッド１３の軸方向の長さは、凹部１２の軸方向の長さよりも小さいため、ピストン部１１の凹部１２内に、シリンダー部２に固定された摩擦パッドを収容していたとしても、摩擦パッド１３に対して、すなわちシリンダー部２に対してピストン部１１を軸方向に摺動させることが可能となっている。図２の例は、ダンパー１を一杯に伸ばした状態（ピストン部２を第１の車体取り付け部１６の方向にシリンダー部から伸ばした状態）を示しており、摩擦パッド１３の端面１３ｃが、シリンダー部２の内壁１２ｃと係合することによってダンパー１をさらに伸ばすことが係止されている。逆にダンパー１を一杯に縮ませた状態（ピストン部２を第２の車体取り付け部１７の方向へとシリンダー部内に押し込んだ状態）では、摩擦パッド１３の端面１３ｂが、シリンダー部２の内壁１２ｂと係合することによってダンパー１をさらに縮ませることが係止される。

図６には、ダンパー１が縮んだ時と伸びた時とのダンパー１の断面図が示されている。図６に示されているように、ピストン部１１の凹部１２とシリンダー部２の内周面との間には、閉空間が形成されている。本実施形態では、ダンパー１の伸縮特性を安定化させるため、この閉空間には、例えばグリス等が充填されている。

図６に示されるように、凹部１２の閉空間のうち摩擦パッド１３の周囲の空間よりも摩擦パッド１３が存在しない側の空間の方により多くのグリスが溜まるグリス溜まりが形成されている。ダンパー１を縮んだ状態から伸びた状態に移行させるとき、凹部１２の閉空間が摩擦パッド１３に対して移動するため、グリス溜まりに溜まっていたグリスは、摩擦パッド１３の方に移動し、面圧の高い部分に触れる。また、グリスの一部は、摩擦パッド１３の上面１３ｄとシリンダー部２の内周面との間に形成された空間を通って、面圧の高い部分に触れ、ダンパー１が完全に伸びた状態で、閉空間の反対側にグリス溜まりが形成される。ダンパー１をこの伸びた状態から縮んだ状態へと移行させるときも同様のグリス移動が起こる。すなわち、本発明の実施形態では、ダンパー１の伸縮によりグリスが内部で循環し、必要部位に塗布される構造となっている。

次に、本実施形態の作用を、図７を用いて説明する。
図７に示されるように、摩擦パッド１３の底面１３ａと摺動面１２ａとが接触した状態で、荷重付加部３の荷重受け止め部材６に荷重が付加される。付加された荷重は、荷重受け止め部材６から弾性体５に作用し、弾性体５は付加された荷重に応じた寸法に縮み、荷重は弾性体５から摩擦パッド１３に伝達される。ここで、荷重受け止め部材６を荷重付加部３すなわちシリンダー部２に対して固定すれば、一旦縮んだ弾性体５から、付加された荷重に相当する力が常時、摩擦パッド１３に伝達されることになり、以降に荷重をかける必要はなくなる。荷重受け止め部材６を固定する方法としては、貫通ネジ孔３ａ（図１、図３（ｂ））に係止ネジを螺合することで荷重受け止め部材６を係止させる。このとき荷重受け止め部材６の荷重付加部３内での位置に応じて摩擦パッド１３にかけられる荷重を調整することができる。

ピストン部１１をシリンダー部２に対して伸縮させるとき、摩擦パッド１３は、荷重がかけられた状態で摺動面１２ａ上を摺動することになる。このとき、摩擦パッド１３の底面１３ａと摺動面１２ａとの間には、これらの面の間の動摩擦係数と付加された荷重とによって決定される摩擦力が発生し、この摩擦力が、ダンパー１を伸縮させる際の力を減衰させる減衰力として作用する。

以上のように本発明の実施形態によれば、荷重付加部３に荷重を付加するというきわめて簡易な構成によって、荷重とに応じた摩擦力をダンパー１の伸縮時に作用することができる。これによって、本実施形態では、オイルの粘性抵抗を用いて減衰力を発生させる従来技術と比べて低速度域でも減衰力を効果的に発生させることが可能となる。また、圧縮性を持つオイルを用いていないため応答遅れも改善することが可能となり、ピストン部１１の変位量及び速度のより広い範囲に亘って、より安定した減衰力特性をもたらすことが可能となる。

また、本発明の実施形態によれば、荷重付加部３により荷重を調整することを可能としたので、簡単な構成によって荷重に応じた摩擦力すなわち減衰力を調整することができる。

さらに、本発明は、荷重付加部３に弾性体５を設けているため、摩擦パッド１３の底面１３ａや摺動面１２ａ等の摩擦発生部位が摩耗により擦り減ったとしても、弾性体５がその擦り減った分だけ伸びるため摩擦パッド１３への荷重の大幅な低下を防止することができる。これによって、摩耗による減衰力の実質的な低減を防止することができる。この目的のため、想定摩耗量に対してその撓み量が少なくとも約１０倍となるような弾性体５を選択するのが好ましい。

さらにまた、図６を用いて説明したようにダンパー１はグリス循環構造を有しているため、摩耗発生部位の耐摩耗性並びにダンパー特性のさらなる安定化を図ることができる。
図８には、従来のオイルダンパーと本発明の実施形態に係るフリクションダンパー１との特性比較グラフが示されている。

図８は、静止時を中立点としてサイン波形状にピストン部の変位（ストローク）を時間的に変化させたときに測定された、ピストン部のストローク速度（ｍｍ/s）に対するダンパーの減衰力（Ｎ）を示している。このとき、ピストン部のストロークは、伸工程と圧工程とを交互に繰り返しているが、図８のグラフでは、横軸の＋方向がストローク伸方向、−方向が縮方向であり、縦軸の＋方向が伸工程での減衰力、−方向が圧工程での減衰力である。すなわち、図８では、第１象限が伸工程、第３象限が圧工程に対応している。各象限において、曲線が二重に見えるのは、ストローク速度が増えていく場合（加速度が正）とストローク速度が減る場合（加速度が負）とで、減衰力に差があるためであり、実際には、各ダンパーの特性曲線は１本の閉曲線となっている。

図８より明らかに、本実施形態に係るフリクションダンパー１は、従来のオイルダンパーよりも、より低い速度域から減衰力が急激に立ち上がり、極微低速度域でも減衰力が効果的に作用していると共に応答遅れもより少ないことが理解できる。また、より広い範囲の変位で安定した減衰力を提供していることが理解できる。

以上が本発明の実施形態であるが、本発明は、上記例にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内において任意好適に変更可能である。
例えば、上記実施形態では、本発明のフリクションダンパー１は、車両のサスペンションに用いられる例を示したが、本発明のフリクションダンパー１は、この例に限定されず、減衰機構を利用可能な技術分野に適用可能である。

また、上記例では、荷重付加部３に弾性体５及び荷重受け取り部材６を配置したが、この構成に限定されず、弾性体５及び荷重受け取り部材６を一体に形成してもよい。また、摩擦パッド１３を弾性体５及び荷重受け取り部材６の一部の部材として構成してもよい。

また、摩擦パッド１３をシリンダー部２に固定する手段として係止ネジ９を用いたが、摩擦パッド１３をシリンダー部に対して軸方向に動かないように固定できれば、この係止手段には限定されない。

さらに、凹部１２や摩擦パッド１３の形状及び構成も上記例に限定されるものではない。摺動面１２ａや摩擦パッド１３も平面である必要はなく、互いに係合して摩擦力を発揮できるものであれば、任意形状の面を採用することが可能である。

１ 摩擦減衰式緩衝装置（フリクションダンパー）
２ シリンダー部
３ 荷重付加部
３ａ ネジ孔
４ シリンダー孔
５ 弾性体
６ 荷重受け止め部材
７ 係止ネジ支持部
８ ネジ孔
９ 係止ネジ
１０ 側部孔
１１ ピストン部
１２ 凹部
１２ａ 摺動面
１２ｂ、ｃ 内壁
１３ 摩擦パッド
１３ａ 底面（摩擦パッド）
１３ｂ、ｃ 端面（摩擦パッド）
１３ｄ 上面（摩擦パッド）
１３ｅ，ｆ 側面（摩擦パッド）
１４ 係止孔
１５ 先端孔
１６ 第１の取り付け部
１７ 第２の取り付け部
１８ 固定用ナット

Claims (12)

1. シリンダー孔を有するシリンダー部と、
   前記シリンダー孔内を摺動可能であるピストン部であって、該ピストン部は、側面に摺動面を有する、前記ピストン部と、
   前記シリンダー部に対して軸方向に動かない状態で前記摺動面に接触する摩擦部材と、
   前記シリンダー部の側部に設けられた荷重付加部であって、該荷重付加部は、弾性体を有し、該弾性体を介して前記摩擦部材に荷重を付加する、前記荷重付加部と、
   を備える、摩擦減衰式緩衝装置。
2. 前記荷重付加部は、その内部を貫通して前記シリンダー孔に至る側部孔を有しており、
   前記側部孔には、前記弾性体が前記摩擦部材に接触した状態で配置される、請求項１に記載の摩擦減衰式緩衝装置。
3. 前記側部孔には、外部から荷重が付加されるところの荷重受け取り部材がさらに配置されており、前記荷重受け取り部材と前記摩擦部材との間に前記弾性体が配置される、請求項２に記載の摩擦減衰式緩衝装置。
4. 前記荷重付加部は、前記荷重受け取り部材に付加された荷重により前記弾性体が縮んだ状態で前記荷重受け取り部材を固定する固定手段を備える、請求項３に記載の摩擦減衰式緩衝装置。
5. 前記摩擦部材は、係止孔を有しており、前記シリンダー部の側壁から前記シリンダー孔へと進入したネジの先端が前記係止孔に係合する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の摩擦減衰式緩衝装置。
6. 前記摩擦部材は、前記摺動面と接触する底面を有し、前記摺動面及び前記底面は平面である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の摩擦減衰式緩衝装置。
7. 前記ピストン部は、凹部を有しており、該凹部は、少なくとも前記摺動面によって画定される、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の摩擦減衰式緩衝装置。
8. 前記凹部は、少なくとも、前記摺動面と、前記摺動面の両端辺から各々垂直に延在する第１及び第２の内壁とによって画定されており、
   前記摩擦部材が前記第１及び第２の内壁のいずれかと係合することによって、前記ピストン部の伸縮が係止される、請求項７に記載の摩擦減衰式緩衝装置。
9. 前記凹部と該凹部が対面する前記シリンダー部の内周面とが閉空間を画定しており、該閉空間にグリスが充填される、請求項７又は８に記載の摩擦減衰式緩衝装置。
10. 前記摩擦部材は、前記弾性体が接触する上面を有し、前記上面と該上面が対面する前記シリンダー部の内周面との間には空間が形成される、請求項９に記載の摩擦減衰式緩衝装置。
11. 前記ピストン部に結合された第１の取り付け手段と、
    前記シリンダー部に結合された第２の取り付け手段と、
    をさらに備えている、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の摩擦減衰式緩衝装置。
12. 前記第１の取り付け手段と前記第２の取り付け手段を用いて、車両のサスペンションに組み込まれている、請求項１１に記載の摩擦減衰式緩衝装置。

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