JP3662109B2 - ロータリダンパ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回動運動を利用して外部振動を減衰する油圧式のロータリダンパに関し、さらに詳しくは、自動車やオートバイまたは産業車両や特殊車両等の車体振動、或いは、その他の機器または装置の外部振動を減衰するシールレスタイプのロータリダンパの特性改善手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のシールレスタイプのロータリダンパにあっては、例えば、先に特許出願人が提案した特開平８−１００８２９号公報に示されるように、所定方向への回動時にのみ収縮側の作動油室からベーンに設けた錐穴を通してチェックバルブを開きつつ拡張側の作動油室へとオイルを逃がすことで、回動方向に応じた減衰トルク差の設定を行うようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そのために、このものによれば、錐穴を通して流れるオイルの流動抵抗が二乗特性になるとは言え、オイルの発生圧力の低い低速度域でのロータリダンパの動作時には、錐穴を通して容易にオイルが流動を起こすために回動方向に応じた比較的大きな減衰トルク差が得られる。
【０００４】
しかし、その反面、ロータリダンパの中・高速度域での動作に際しては、錐穴を通るオイルの流動抵抗が二次曲線的に急上昇して当該錐穴へと分流するオイルの流れが殆ど無くなることから、回動方向に応じた減衰トルク差が充分に得られなくなるという問題点を有していた。
【０００５】
しかも、上記したように、低速度域でのロータリダンパの動作時において回動方向に応じた比較的大きな減衰トルク差が得られるとは言え、その反面、錐穴を流れるオイルの流動抵抗が二乗特性であるがために減衰トルクが不足気味となってフワフワ感を生じ、車両としての操縦安定性が損なわれることになる。
【０００６】
また、回動方向に応じて減衰トルク差を充分にとるためにはベーンに対して加工長さの長い小径の錐穴を穿ってやらなければならならず、小径ドリルによる深い穴加工が必要となって錐穴加工と精度管理に困難を来すという問題点をも有していた。
【０００７】
したがって、この発明の目的は、低速度域から高速度域の全速度域に亙る動作に際し回動方向に応じて所定の減衰トルク差を確保すると共に、車両としての操縦安定性は勿論のこと加工性および加工精度に優れた減衰トルク差設定手段を備えたロータリダンパを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した目的は、この発明において、相対回動運動を行うベーンによってセパレートブロックを有するケーシングの内部を交互に拡張および収縮を繰り返す作動油室に区画し、かつ、ベーンに対して交互に拡張および収縮を繰り返す両作動油室を相互に連通する連通孔を穿つと共に、当該連通孔に小径部を偏心して設けたピン部材を挿通して上記連通孔の側壁と上記小径部の外側面との間に絞り油路を形成し、当該絞り油路を一方では抵抗油路を通して常にロータシャフトの内部に設けた貯油室に連通し、また他方では上記連通孔に絞り油路と直列に設けたチェックバルブを介して上記作動油室に連通させ、当該絞り油路を減衰トルク差設定用の絞り油路として構成したことにより達成される。
【０００９】
何となれば、上記のように構成することで、連通孔とピン部材で形作った絞り油路は、従来例における錐穴として構成した絞り油路のように二乗特性のオイル流れではなく、単なる連通路として働く一次特性のチョーク作用を行いつつオイルを流す。
【００１０】
その結果、低速度域から高速度域に亙る全速度域でのロータリダンパの回動方向に応じた減衰トルク差を所定の値に大きく保ち、車両用ダンパとしての減衰性能を充分に引き出すことが可能になる。
【００１１】
また、上記と併せて低速度域でのロータリダンパの動作時における減衰トルクを高めることができることから、低速度域における減衰トルクが不足気味となってフワフワ感を生じ、車両としての操縦安定性が損なわれることもなくなる。
【００１２】
さらに、ベーンに対する絞り油路の構成も簡単になることから、当該絞り油路の加工および精度管理も著しく容易となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基き、この発明の実施の形態であるシールレスタイプのロータリダンパ１について説明することにする。
【００１４】
ロータリダンパ１は、図１と図２にみられるように、外郭部分を形作るハウジング２と、当該ハウジング２の軸線に沿って回動自在に支架したロータ３の二つの主要部分とで構成されている。
【００１５】
ハウジング２は、鋳物や鉄系燒結合金等の摺動性に優れた耐圧強度をもつ金属材料を用いて円筒状に形成したケーシング４を有し、当該ケーシング４の内周面に１８０度の位相差をもって二つのセパレートブロック５，６（勿論、一つ或いは三つ以上であってもよい）を形成している。
【００１６】
ケーシング４の両端面には、同じく鋳物や鉄系燒結合金等の摺動性に優れた耐圧強度をもつ材料で作った肉厚のベアリング７，８を宛てがい、これらベアリング７，８でケーシング４を左右から挟み込みつつロータシャフト９を摺接支持すると共に、それらの上を薄肉プレス材等で成形したパッキンケース１０とエンドキャップ１１で覆って構成してある。
【００１７】
また、ケーシング４とベアリング７，８との間には、予めスペースの大きいセパレートブロック５，６の部分を利用して各二本づつの位置決めピン１２，１３を挿通し、これら位置決めピン１２，１３でケーシング４とベアリング７，８の同芯を確保しつつ回転方向へのずれをも規制している。
【００１８】
ベアリング８の背面外周にはシール１４を介装して他方のベアリング７との間にケーシング４を挟み、これらをエンドキャップ１１と共にパッキンケース１０の開口端から内部に納め、かつ、パッキンケース１０の開口端を加締めることによりシール１４でベアリング８とパッキンケース１０およびエンドキャップ１１との間を油密状態に保つようにしている。
【００１９】
なお、この場合において、パッキンケース１０とケーシング４およびベアリング７，８との間は接着剤で固定し、かつ、エンドキャップ１１を宛てがった状態でパッキンケース１０の開口端を加締め止めすることにより、回り止めと併せて内部作動圧力により加締部を押し開こうとする推力をも負担している。
【００２０】
ただし、パッキンケース１０とケーシング４は、必要とする減衰トルクが低い場合には上記した接着剤による固着手段だけでもよいが、必要とする減衰トルクが高い場合には、レーザー溶接やプラグ溶接等の溶着手段により固着してハウジング２を一体化してやればよい。
【００２１】
さらに、パッキンケース１０の外側壁には、ナット体等で構成した外部連結用の取付部材１５をプロジェクション溶接等の手段によって固着し、これら取付部材１５を利用してハウジング２側を外部振動体の一方即ち車両であれば車体側に対して直接或いはリンク等を介して結合するようにしてある。
【００２２】
一方、ロータ３は、ハウジング２側のベアリング７，８によって回動自在に両持ち支持したロータシャフト９と、これらベアリング７，８の内壁面に摺接してロータシャフト９にキー形結合の一種であるセレーション１６を用いて一体的に結合したベーン体１７とからなっている。
【００２３】
ロータシャフト９は、強度的に優位の鉄系材料を用いて冷間鍛造等の塑性加工により所定の形状に成形し、かつ、セレーション１６を介してベーン体１７を回転方向に規制して結合してある。
【００２４】
ベーン体１７は、鉄系材料のケーシング４およびベアリング７，８に比べて線膨張係数の大きいアルミ材で作ってあり、これらケーシング４およびベアリング７，８と互に共働してロータリダンパ１内における作動オイルの温度の高低に関係なく両者の間の摺接隙間をできるだけ一定に保つようにしている。
【００２５】
上記ロータシャフト９の一端は、パッキンケース１０の側壁を貫通して外部へと延び、この外部へと突出した部分を取付部１８として外部振動体の他方即ち車両であれば車輪側に対し直接或いはリンク等を介して結合すると共に、当該ロータシャフト９の突出部分をパッキンケース１０に設けたオイルシール１９で油密状態に保っている。
【００２６】
また、ロータシャフト９の他端は、エンドキャップ１１の内部と対向する部分で終わっており、かつ、ロータシャフト９の内部には、エンドキャップ１１の内部に連通して軸線方向に沿う有底の中空穴２０を設けてある。
【００２７】
この中空穴２０の内部には、外周面にシール２１を有するフリーピストン２２を移動可能に収装し、このフリーピストン２２によって中空穴２０の内部をエンドキャップ１１の内部に連通する貯油室２３と、当該貯油室２３内のオイル圧力に応じて圧縮および膨張するガス室２４とに区画している。
【００２８】
このようにして、ロータシャフト９における中空穴２０の内部をフリーピストン２２で貯油室２３とガス室２４とに区画することにより、当該ロータシャフト９の内部をアキュムレータとして構成している。
【００２９】
それに対して、セレーション１６によりロータシャフト９へと結合したベーン体１７は、ハウジング２側におけるケーシング４のセパレートブロック５，６と同数で同位相のベーン２５，２６を外周面に設けて構成してある。
【００３０】
ベーン体１７の外周面は、ケーシング４側におけるセパレートブロック５，６の先端面と摺接すると共に、ベーン２５，２６の先端面はケーシング４の内壁面と摺接し、これらセパレートブロック５，６とベーン２５，２６とによってロータリダンパ１の内部をハウジング２とロータ３との相対回動運動に伴って交互に収縮と拡張を繰り返す作動油室２７，２８と作動油室２９，３０とに区画している。
【００３１】
しかも、これと併せて、ベアリング７，８の内壁面には僅かな段差を設け、ハウジング２とロータ３間のスラスト力でベーン２５，２６がベアリング７，８へと強く押し付けられることがないように、当該段差でベーン２５，２６との間に極微小（図１では誇張してある）のクリアランス３１，３２を設けてある。
【００３２】
また、ベーン２５，２６には、作動油室２７，２８と作動油室２９，３０を相互に連通する連通孔３３，３４を穿ち、これら連通孔３３，３４に図３の部分拡大図にられるような小径部３５，３６を備えるピン部材３７，３８を挿通して連通孔３３，３４との間に作動油室２７と２８および作動油室２９と３０を互に連通する減衰トルク差設定用の絞り油路３９，４０をそれぞれ形成している。
【００３３】
なお、この実施の形態にあっては、小径部３５，３６をピン部材３７，３８に対し最大に偏心して形成し、これら小径部３５，３６によって当該小径部３５，３６の外側面と連通孔３３，３４の一方の側壁との間に間隙を残して、回動方向に応じた減衰トルク差設定用の絞り油路３９，４０を形成してある。
【００３４】
そして、上記減衰トルク差設定用の絞り油路３９，４０をピン部材３７，３８に穿った油孔４１，４２から、ピン部材３７，３８とそれぞれ直列に並べてベーン２５，２６の連通孔３３，３４に嵌着したチェックバルブ４３，４４を通して各作動油室２７，２９へと連通したのである。
【００３５】
また、これと併せて、油孔４１，４２をベーン２５，２６の内部に設けた油路４５，４６、および、セレーション１６の噛合部に設けた油路４７，４８、並びに、ロータシャフト９とベアリング８の軸受面との間に設けた抵抗油路４９を通し、さらに、ここからエンドキャップ１１の内部を通してロータシャフト９の内部に配設した貯油室２３へと連通している。
【００３６】
この場合においてロータシャフト９とベアリング７の軸受面間に対しても同様の油路５０を設けてあるが、この油路５０は、収縮する高圧の作動油室から洩れるオイルでベアリング７とオイルシール１９との間に籠った圧力オイルを拡張する低圧側の作動油室に逃がすためのものである。
【００３７】
かくして、外部振動体に発生した振動は、直接およびリンク等の連結機構を通してロータリダンパ１のハウジング２側における取付部材１５とロータ３側におけるロータシャフト９の取付部１８との間に伝えられる。
【００３８】
そのために、ロータリダンパ１のハウジング２とロータ３は、外部振動体の振動に伴って軸心周りに相対回動運動を起こし、セパレートブロック５，６とベーン２５，２６との間の作動油室２７，２９と作動油室２８，３０を交互に収縮および拡張させる。
【００３９】
このとき、収縮する側の作動油室２７，２９或いは作動油室２８，３０内の高圧オイルがベーン２５，２６の先端とケーシング４の内壁面の間の隙間、およびベーン２５，２６の側面とベアリング７，８の内側面の間の隙間、さらにはベーン体１７の外周面とセパレートブロック５，６の先端面の間の隙間を通して拡張する側の作動油室２８，３０或いは作動油室２７，２９に押し出され、これら微少の隙間を流れるオイルの流動抵抗で所定の減衰トルクを発生する。
【００４０】
一方、収縮する側の作動油室２７，２９或いは作動油室２８，３０内の高圧オイルは、ベーン体１７の側面とベアリング８の内側面の間の隙間からロータシャフト９とベアリング７の内周面の間の抵抗油路４９を通してロータシャフト９内の貯油室２３に流出しようとする。
【００４１】
しかし、このような作動油室２７，２９或いは作動油室２８，３０内の動圧に対しては、ロータシャフト９とベアリング８の間の隙間および抵抗油路４９が絞り効果を発揮して高圧をカットしつつ貯油室２３へと流入し、それによって、貯油室２３が高圧とならないことからエンドキャップ１１を薄肉プレス材で構成することが可能になる。
【００４２】
さらに、貯油室２３に流入したオイルは、ガス室２４の圧力によってフリーピストン２２が常に貯油室２３側へと付勢されているので、抵抗油路４９から油路４７，４８および油路４５，４６並びに油孔４１，４２を通り、かつ、絞り油路３９，４０からまたはチェックバルブ４３，４４を押し開いて拡張する作動油室２８，３０或いは作動油室２７，２９へと供給され、これら作動油室２８，３０或いは作動油室２７，２９内にキャビテーションが発生するのを防止する。
【００４３】
また、ここにおいて、シールレスタイプのロータリダンパ１における減衰トルクの発生は、ベーン２５，２６の周囲の各隙間および絞り油路３９，４０をオイルが流れるときの発生差圧Δｐによるものであって、したがって、減衰トルクの計算に当っては、ロータリダンパ１を構成する各部品の寸法に基づくそれぞれの隙間と絞り油路３９，４０によって生じる発生差圧を求めてやればよく、図４にはそれらの油圧回路図を、また、図５と図６に計算モデルをそれぞれ示す。
【００４４】
図４にみられるように、前記したロータリダンパ１の各部における隙間での絞りおよび絞り油路３９，４０による絞りは互に並列に配置されており、この中の絞り油路３９，４０による絞りが同一回動方向へと向けて開き動作するチェックバルブ４３，４４と共同してロータリダンパ１の所定の回動方向への発生減衰トルクに差を与える絞りとなる。
【００４５】
ここで、差圧Δｐのときにベーン２５，２６の周囲の各部隙間であるそれぞれの絞りを通して流れるオイル流量Ｑ１，Ｑ２１，Ｑ２２，Ｑ３，Ｑ４は平行隙間流れの式を用いて計算でき、また、一方向への回動に際して収縮する作動油室２８，３０からそれぞれの絞り油路３９，４０を通してチェックバルブ４３，４４を押し開きつつ流れるオイル流量Ｑ５は環状隙間流れの式を適用して計算可能である。
【００４６】
すなわち、これらのオイル流量Ｑ１，Ｑ２１，Ｑ２２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５は以下に示す
【００４７】
【数１】

の▲１▼式から▲６▼式の各式で各部のオイル流量が与えられる。
【００４８】
ただし、上記のオイル流量Ｑ５を求める式は、ピン部材３７，３８に対して小径部３５，３６を同芯状に形成した場合の式であって、これら小径部３５，３６をピン部材３７，３８に対し偏芯して形成した場合のオイル流量Ｑ５を求める式は、上式を変更して
【００４９】
【数２】

で与えられる。
【００５０】
しかも、この実施の形態のように小径部３５，３６を最大に偏芯して設けた場合には、「ε＝１」となってオイル流量Ｑ５を求める式は、
【００５１】
【数３】

となり、同芯状にした場合の二倍半のオイル流量Ｑ５を得ることができる。
【００５２】
ここにおいて、オイル流量Ｑ１，Ｑ２１，Ｑ２２，Ｑ３，Ｑ４およびＱ５の関係は、ベーンの枚数をｎとすると、下記▲７▼式の
【００５３】
【数４】

で表わされ、特に、チェックバルブ４３，４４が閉じる方向に向ってハウジング２とロータ３が相対的に回動する場合の減衰トルク発生時には「Ｑ５＝０」となる。
【００５４】
一方、上記▲７▼式での合計オイル流量Ｑは、ハウジング２とロータ３の相対回動運動に伴うオイルの排除体積よっても求めることができ、ワンストローク当りである「θｒａｄ」当りの排除体積Ｄは、
【００５５】
【数５】

の式で表わされる。
【００５６】
したがって、合計のオイル流量Ｑとワンストローク当りの排除堆積Ｄとの関係は、
【００５７】
【数６】

の▲８▼式となり、「ｄθ／ｄｔ＝ω」からオイル流量Ｑは、ロータリダンパ１の形状諸元と入力角速度によって求めることができる。
【００５８】
それに対して、発生減衰トルクＴは
【００５９】
【数７】

で表わされることから、ここで、上記▲７▼式と▲８▼式が等しいときの差圧Δｐを求めて上記した発生減衰トルクＴの式に代入することにより減衰トルクを求めることができる。
【００６０】
しかも、先に述べた差圧Δｐのときのベーン２５，２６の周囲の各部隙間であるそれぞれの絞りを通して流れるオイル流量と絞り油路３９，４０による絞りを通して流れるオイル流量を求める▲１▼式から▲６▼式によって分かるように、計算された差圧Δｐは入力角速度ωに対して図７の減衰トルク特性図のように線形となるために、減衰トルクＴも入力角速度ωに対して線形のリニアな特性となる。
【００６１】
それに対して、錐穴によるオリフィスを用いた従来のロータリダンパにあっては、オリフィス径をｄ，オイル密度をρ，流量係数をｃとすると、当該オリフィスを通して流れるオイル流量Ｑ５１は
【００６２】
【数８】

となり、当該オリフィスを通して流れるオイルによって発生する差圧Δｐはオイル流量Ｑ５の二乗に比例する特性となる。
【００６３】
よって、発生減衰トルクが入力角速度ωの二乗に比例する特性となり、入力角速度ωが大きくなるのに連れてベーンの周囲の各部隙間であるそれぞれの絞りへと分流するオイル流量Ｑ１，Ｑ２１，Ｑ２２，Ｑ３，Ｑ４が増加していき、結果として、オリフィスを通るオイル流量が少なくなることから入力角速度に対する減衰トルク特性が図８に示すようになり、高速度域での回動方向に応じた減衰トルクに差が得られないことになる。
【００６４】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明によれば、ベーンに対して交互に拡張および収縮を繰り返す両作動油室を相互に連通する連通孔を穿ち、当該連通孔に小径部を備えるピン部材を挿通して連通孔の側壁と小径部の外側面との間に減衰トルク差設定用の絞り油路を形成し、この絞り油路を一方ではチェックバルブを通して拡張側の作動油室に、また他方では、抵抗油路を通してロータシャフトの内部に設けた貯油室へと連通したことにより、絞り油路によって発生する減衰トルクは、オリフィスによる二乗特性ではなく発生差圧に対して一次的に比例するリニアな特性となり、したがって、ロータリダンパの低速度域から高速度域に亙る回動方向に応じて一定した大きな減衰トルク差が得られることになって、外部振動に対し一層優れた減衰特性を発揮しつつ振動吸収を行うことが可能になる。
【００６５】
しかも、これに加えて、低速度域から確りとした一次比例の減衰トルクを発生させることができることになるので、減衰トルクの不足によるフワフワ感を除去しつつ車両としての操縦安定性を良好に保つことが可能になる。
【００６６】
また、構造上からも、減衰トルク差を充分にとるためにベーンに対して加工長さの長い小径の錐穴を穿つ必要もなく、ベーンに対して連通孔を穿つと共に当該連通孔に対し小径部をもつピン部材を挿通してやればよいことことから、回動方向に応じて減衰トルク差を与えるための絞り油路作成時の精度管理の低減および加工時間の短縮を図ることも可能になるのである。
【００６７】
同じく請求項１の発明によれば、ベーンに穿った連通孔へと挿通したピン部材の小径部を当該ピン部材に対して偏心して設けているから、ピン部材に対して同心状態を保って小径部を設けた場合よりも発生差圧に対するオイル流量を二倍半とすることができ、小さなスペースの下でより大きな減衰トルク差を与え得ることから、これら減衰トルク差の設定の自由度を容易に広げることが可能になるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるシールレスタイプのロータリダンパの一実施の形態を示すもので、図２のＡ−Ａ線に沿って切断した展開縦断正面図である。
【図２】同上、ハウジングとロータの関係を示す縦断側面図である。
【図３】ロータにおける一方のベーンの部分を拡大して示す縦断側面図である。
【図４】シールレスタイプのロータリダンパを構成する各部品の寸法による隙間を流れるオイル流量を示す油圧回路図である。
【図５】同上の各隙間を流れるオイル流量を求めるための計算モデルを示す正面図である。
【図６】同じく、各隙間を流れるオイル流量を求めるための計算モデルを示す側面図である。
【図７】この発明によるロータリダンパの入力角速度に対する発生減衰トルクの関係を示す減衰トルク特性図である。
【図８】従来におけるロータリダンパの入力角速度に対する発生減衰トルクの関係を示す減衰トルク特性図である。
【符号の説明】
１ ロータリダンパ
２ ハウジング
３ ロータ
４ ケーシング
５，６ セパレートブロック
７，８ ベアリング
９ ロータシャフト
２２ フリーピストン
２３ 貯油室
２４ ガス室
２５，２６ ベーン
２７，２８，２９，３０ 作動油室
３３，３４ 連通孔
３５，３６ 小径部
３７，３８ ピン部材
３９，４０ 絞り油路
４３，４４ チェックバルブ
４９ 抵抗油路

Claims (1)

1. 相対回動運動を行うベーンによってセパレートブロックを有するケーシングの内部を交互に拡張および収縮を繰り返す作動油室に区画し、かつ、ベーンに対して交互に拡張および収縮を繰り返す両作動油室を相互に連通する連通孔を穿つと共に、当該連通孔に小径部を偏心して設けたピン部材を挿通して上記連通孔の側壁と上記小径部の外側面との間に絞り油路を形成し、当該絞り油路を一方では抵抗油路を通して常にロータシャフトの内部に設けた貯油室に連通し、また他方では上記連通孔に絞り油路と直列に設けたチェックバルブを介して上記作動油室に連通させ、当該絞り油路を減衰トルク差設定用の絞り油路として構成したことを特徴とするロータリダンパ。

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