JP3664198B2

JP3664198B2 - ロータリーダンパ

Info

Publication number: JP3664198B2
Application number: JP32074796A
Authority: JP
Inventors: 千誉堀場
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1996-11-15
Filing date: 1996-11-15
Publication date: 2005-06-22
Anticipated expiration: 2016-11-15
Also published as: JPH10141411A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、揺動運動を利用して車両やその他の外部振動を減衰する油圧式のロータリーダンパの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のロータリーダンパとして、本出願人は特願平８−１５０３０５号を出願している。このロータリーダンパの構造を図３に示す実施形態に基づいて説明する。シャフト１０１は内部に中空孔を有し、当該中空孔には外面にシール１０５Ａを装着したフリーピストン１０５が移動可能に収納され、シャフトの右端中空部１０１Ｂを含むタンク室１０４Ａと、所定圧力のガスが封入され前記タンク室１０４Ａを所定の圧力に加圧するガス室１０１Ａとを区画している。ベーン体１０６は２枚のベーン１０６Ａ，１０６Ｂを有するとともに、シャフト１０１に対してスプライン結合等の機械的結合により固定されている。
【０００３】
ケーシング１０２を挟持する左右一対のベアリング１０７，１０８は、ケーシング１０２に収容されたベーン１０６Ａ，１０６Ｂを回動可能に挟持する一方、その中心部においてベーン体１０６に結合されたシャフト１０１を回動可能に支持する軸受機能と、シャフト１０１のスラスト入力を受け持つスラストブッシュとしての機能とを持つとともに、油室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの高圧に耐えられる様に厚肉に形成されている。なお、ベーン体の円筒部１０６Ｃと摺接するベアリング１０７，１０８のベーン側には、図３（Ｂ）の拡大図に示すようにスラスト入力時にベーン１０６Ａ，１０６Ｂの側面がベアリング端面と直接摺動しない様に、微小段差ｄの突出部１０７Ａ，１０８Ａを設けている。突出部１０７Ａ，１０８Ａの外径は、ベーン体の円筒部１０６Ｃの外径よりやや小さく設定し、ケーシング１０２のセパレートブロック１０２Ａ，１０２Ｂの内径と干渉しないようになっている。
【０００４】
カートリッジ型チェックバルブ１０９，１１０，１１１，１１２は、ベーン１０６Ａ，１０６Ｂにそれぞれ図示の態様で圧入固定され、タンク室１０４Ａに連通するベーン内通路１０６Ｄ，１０６Ｅから負圧となる油室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに作動油を補給する。また、ベーン１０６Ａ，１０６Ｂには、伸圧減衰力比を設定するためのオリフィス１０６Ｆ，１０６Ｇがチェックバルブ１０９，１１２と並列に設けられている。ケーシング１０２には、１対のセパレートブロック１０２Ａ，１０２Ｂが形成されており、当該セパレートブロックから起立する位置決めピン１１３，１１４により左右１対のベアリング１０７，１０８との同芯が確保されている。
【０００５】
パッキンケースアッセンブリ１０３には、左方のベアリング１０７，ケーシング１０２，シール１１５を装着した右方のベアリング１０８及びロアキャップ１０４を内側に嵌挿して支持するとともに、左方底部には作動油を外部に洩らさない様にシャフト１０１を密封するオイルシール１１６が組み込まれている。ロアキャップ１０４は、ベアリング１０８を側方から支持しシール１１５を介して作動油を外部に洩らさない様に密封するとともに、中央部にオイルタンク室１０４Ａを形成している。当該ロアキャップ１０４の右端底部には、作動油注入用孔１０４Ｂが設けてあり、作動油を注入後、スチールボール１１６等の密封手段によって密封される。
【０００６】
前記パッキンケースアッセンブリ１０３は、車体取付け部材１０３Ｂとパッキンケース１０３Ａとを別部品として製作し、車体取付け部材１０３Ｂをパッキンケース１０３Ａにプロジェクション溶接等により固定する構造としたため、パッキンケース１０３Ａはロアキャップ１０４と同様、大量生産に適したプレス成形により製作することができるとともに、高圧が加わらないこともあって薄肉化することができる。パッキンケース１０３Ａはその端部を内側へ折り曲げ加工（加締め部Ｚ）することによって、前記一対のベアリング１０７，１０８及びケーシング１０２及びロアキャップ１０４を一体的に固定している。
【０００７】
なお、パッキンケース１０３Ａとケーシング１０２の固定方法は、所要の減衰トルクが圧入により得られる結合トルクより小さい場合は、圧入で十分である。減衰トルクが圧入により得られる保持トルクより大きい場合は、パッキンケース１０３と変形しにくいセパレートブロック部１０２Ａ，１０２Ｂの外周面とを部分的に溶融して一体化するレーザー溶接，セパレートブロック部１０２Ａ，１０２Ｂの外周面に対応するパッキンケース１０３側に予め穿孔しておき、穿孔部を一体的に溶接する栓溶接，パッキンケース１０３とセパレートブロック部１０２Ａ，１０２Ｂの外周面との間に電流を流して、電気抵抗を利用し部分的に溶融して一体化するプロジェクション溶接等により補強される。
【０００８】
次にロータリーダンパの作動を説明する。ケーシング１０２内にはケーシング１０２と同芯にベーン体１０６が回動自在に収納されており、ベーン体１０６には２枚のベーン１０６Ａ，１０６Ｂが１８０゜の間隔をもって一体に形成されている。ケーシング１０２の両側には、ベアリング１０７，１０８が設けられており、ベーン体１０６の円筒部１０６Ｃの両側面は、ベアリングの微小段差の突出部１０７Ａ，１０８Ａと摺接し、円筒部１０６Ｃはケーシング１０２のセパレートブロック部１０２Ａ，１０２Ｂの内周面に摺接している。
【０００９】
ベーン１０６Ａ，１０６Ｂはケーシング内面１０２Ｃ，１０２Ｄの内側で且つセパレートブロック１０２Ａ，１０２Ｂとの間に収容される一方、これらセパレートブロック１０２Ａ，１０２Ｂとベーン１０６Ａ，１０６Ｂとによって、ケーシング１０２内に高粘度作動油で満たされた４つの油室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを区画している。この場合、温度変化に対応して発生減衰力をほぼ一定に自動調整できる減衰力温度補償構造とするために、ケーシング１０２は鉄系の焼結合金又は鋳物材で構成し、ベーン体１０６はアルミ材で構成することにより、熱膨張係数の差を利用して上記クリアランスを調整できるようになっている。
【００１０】
外部からロータリーダンパのシャフト１０１に揺動運動が伝わると、シャフト１０１と機械的に結合されたベーン体１０６のベーン１０６Ａ，１０６Ｂがケーシング１０２内で揺動し、油室Ａ，ＤとＢ，Ｃとが交互に拡大又は縮小される。この時、縮小する側の油室内の作動油が、ベーン１０６Ａ，１０６Ｂとケーシング内面１０２Ｃ，１０２Ｄ間との嵌合隙間及びベーン１０６Ａ，１０６Ｂの側面とベアリング１０７，１０８間の隙間、更にベーン体の円筒部１０６Ｃとセパレートブロック１０２Ａ，１０２Ｂの内周面間の嵌合隙間、及びオリフィス１０６Ｆ，１０６Ｇからベーン内通路１０６Ｄ，１０６Ｅを経てチェックバルブ１１０，１１１を介して拡大する油室側へ押し出され、これら微小隙間を通る作動油の流動抵抗で所要の減衰力を発生する。
【００１１】
一方、縮小する油室からシャフト側へ漏出した作動油は、ベアリング１０８とシャフト１０１間の嵌合隙間及び油溝１０８Ｂを通過する間に減圧されながら、タンク室１０４Ａへ還流される。このためタンク室１０４Ａは高圧となることはないので、ロアキャップ１０４を薄肉プレス材で成形することができる。タンク室１０４Ａへ還流した作動油は、フリーピストン１０５が、ガス室１０１Ａの圧力により付勢されているため、油溝１０８Ｂ，ベーン内通路１０６Ｄ，１０６Ｅ、チェックバルブ１０９，１１０，１１１，１１２を通って拡大する油室内に補給され、キャビテーションの発生を防止する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術で説明した特願平８−１５０３０５号にあっては、図３（Ｃ）に示すように、ベーン体の右旋回によって縮小される油室Ａ，Ｄの作動油の一部はオリフィス１０６Ｆ，１０６Ｇを通過し、ベーン内通路１０６Ｄ，１０６Ｅを経て、チェックバルブ１１０，１１１を介して拡大する油室Ｂ，Ｃに補給されるべきなのであるが、チェックバルブ１１０，１１１が、オリフィス１０６Ｆ，１０６Ｇの出口側のベーン内通路１０６Ｄ，１０６Ｅに対して、タンク室１０４Ａに連なる還流通路１０８Ｂから遠い外周側に配置されていることもあって、オリフィスを通過した作動油がベーン内通路１０６Ｄ，還流通路１０８Ｂを介してタンク室１０４Ａに還流してしまい、チェックバルブ１１０，１１１を介する油室Ｂ，Ｃへの補給が不十分であった。
【００１３】
本発明は以上のような実情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、縮小する油室からオリフィスを介して流出する作動油を拡大する油室に効率良く補給できる構造を提供することである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に本発明に係るロータリーダンパの構造を図１に示す本発明の第１実施形態に基づいて説明する。従来技術と同一の部分は同一の部品番号を用い、異なる部分にのみ異なる部品番号を付して説明する。また、作動及び作用効果については、従来技術と異なる部分についてのみ説明する。
【００１５】
図１に示す本発明の第１実施形態の特徴は、図３に示す従来構造のベアリング１０７と位置決めピン１１３で位置合わせされたケーシング１０２とを１体に形成し、有底状ケーシング１としたことである。組み立てる際には、まず上記有底状ケーシング１に、シャフト１０１に予めスプライン等により結合されたベーン体６を収容する。次に外筒部内面１０３ＣのＬ₂区間に接着剤を塗布したパッキンケース１０３Ａに、ベーン体６を収容した前記有底状ケーシング１を嵌挿する。更にパッキンケース内面のＬ₁区間に接着剤を塗布した後、位置決めピン１１４により位置合わせして同芯性が確保されたベアリング１０８を嵌挿する。
【００１６】
その後ベアリング右端面側の外周面取り部にシール１１５を装着し、ベアリング右端面にロアキャップ１０４を密着させて嵌挿し、パッキンケース１０３Ａの端部を内側へ折り曲げ加工（図３の可締め部Ｚと同じ）することによって、有底状ケーシング１，ベアリング１０８，ロアキャップ１０４を１体的に固定する。勿論、外筒部内面１０３ＣのＬ₁＋Ｌ₂区間に接着剤を塗布したパッキンケース１０３Ａに、シャフト１０１に予めスプライン等により結合されたベーン体６を収容した有底状ケーシング１と、当該有底状ケーシング１に位置決めピン１１４により位置合わせされたベアリング１０８とを結合したサブアッセンブリーとして嵌挿することもできる。この場合は、有底状ケーシング１の外径部にヒトデ状の逃げ溝を数か所形成するか、或いは有底状ケーシング１の外径をベアリング１０８の外径より僅かに小さくする等の工夫をすることにより、接着剤が有底状ケーシング１により掻き取られベアリング１０８の接着が不十分となることを防止する。
【００１７】
上記のようにして組立てられたロータリーダンパはパッキンケース１０３Ａと有底状ケーシング１及びベアリング１０８とが接着剤により固着される。接着剤によるベアリング１０８の軸方向の固着強度をＦ₁，有底状ケーシング１の軸方向の固着強度をＦ₂，同じくベアリング１０８の回転方向の固着強度をＴ₁，有底状ケーシング１の回転方向の固着強度をＴ₂，固着した接着剤の破断応力をτ₁，パッキンケース材の破断応力をτ₂，パッキンケースの内径をＤとすると、下記の関係が成立する。Ｆ₁＝π・Ｄ・Ｌ₁・τ₁ （１）Ｆ₂＝π・Ｄ・Ｌ₂・τ₁ （２）Ｔ₁＝π・Ｄ²・Ｌ₁・τ₁／２（３）Ｔ₂＝π・Ｄ²・Ｌ₂・τ₁／２（４）（１）式と（２）式とを比較すると図１に示す形状からＬ₁＜Ｌ₂（即ちＦ₁＜Ｆ₂）であるので、（１）式により計算された固着強度Ｆ₁が、ロータリーダンパの内圧によりベアリングが受ける軸方向の推力Ｆрに対し、安全率をｋ₁として下式を満足するように、ＤとＬ₁を決めれば良い。Ｆ₁≧Ｆр・ｋ₁ （５）
【００１８】
次にベーン体６の回動により発生する最大減衰トルクＴｍに対する接着材の回転方向の接着強度について考える。ベアリング１０８には、ベーン体６の回動に伴う内周側当接面の回動摩擦トルクは受けるが、減衰トルクは直接には負荷されない。回動摩擦トルクは比較的小さいので、（３）式による回転方向の固着強度はほとんど問題にしなくてよい。しかし有底状ケーシング１には、前記最大減衰トルクＴｍが反力として作用する。この値は大きいので、（４）式により計算された回転方向の固着強度Ｔ₂が最大減衰トルクＴｍに対し、安全率をｋ₂として、下式を満足するようにＤとＬ₂を決めれば良い。
Ｔ₂≧Ｔｍ・ｋ₂ （６）
【００１９】
有底状ケーシング１とベアリング１０８の当接面には、ロータリーダンパの内圧が加わるので、パッキンケース１０３Ａの当該当接面に対応する部分には、前記ロータリーダンパの内圧に基づく軸方向の推力Ｆｐが、パッキンケースを伸ばす方向に作用する。よってパッキンケース１０３Ａの板厚をｔ，破断応力をτ₂，安全率をｋ₃とすれば、パッキンケースの破断強度をＦ₁（≒接着材による軸方向の固着強度）として下式を満足するような板厚ｔを採用すれば良い。Ｆ₁＝π・Ｄ・ｔ・τ₂≒π・Ｄ・Ｌ₁・τ₁≧Ｆｐ・ｋ₃ （７）
【００２０】
すなわち、有底状ケーシング１とベアリング１０８の外周側をパッキンケース１０３Ａの外筒部内面に接着剤で固定することにより、パッキンケースの可締め部Ｚにはロータリーダンパの軸方向の推力が加わらなくなる。このため可締め部Ｚはオイルタンク室１０４Ａの低い内圧にさえ耐えればよい。この場合の可締め強度は比較的小さくてよいので、（７）式による板厚ｔは薄くすることができるため、簡単な可締め構造にすることが可能となるとともに軽量化が可能となる。
【００２１】
次に各部品の材質について説明する。パッキンケース１０３Ａ及びロアキャップ１０４は高圧が加わらないために薄肉プレス鋼板等で成形される。有底状ケーシング１とベアリング１０８は鉄系焼結合金又は鋳物等の摺動性の良い材質で型成形し、シャフト１０１を直接回動可能に支持している。加締めに関連する部品は平面合わせ構造のため、有底状ケーシング１及びベアリング１０８とベーン６Ａ，６Ｂ間の適正隙間の確保が容易であるとともに、加締め加工が容易になる。
【００２２】
図１（Ｂ）においてベーン６Ａ，６Ｂが右旋回する場合、油室Ａ，Ｄは縮小するので、作動油の１部はオリフィス６Ｆ，６Ｇを通ってベーン内通路６Ｄ，６Ｅに吐き出される。しかしオリフィス６Ｆ，６Ｇのベーン内通路６Ｄ，６Ｅへの出口がタンク室１０４Ａへの還流通路１０８Ｂからみて、チェックバルブ１１０，１１１よりも外周側に配置されているために、オリフィスから吐き出された作動油は、通路が短く通路抵抗の小さいチェックバルブ１１０，１１１側へスムーズに流れ、拡大する油室Ｂ，Ｃに効率よく補給することができるため、作動油の補給不足に起因するキャビテーションの発生を防止することができる。
【００２３】
ベーン体６を挟持する一対の有底状ケーシング１及びベアリング１０８は、その中心部においてベーン６Ａ，６Ｂを回動可能に挟持する一方、ベーン体６に結合されたシャフト１０１を回動可能に支持する軸受機能と、シャフト１０１のスラスト入力を受け持つスラストブッシュとしての機能を持つとともに、油室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの高圧に耐えられる様に厚肉に形成されている。なお、ベーン体の円筒部６Ｃと摺接する有底状ケーシング１及びベアリング１０８のベーン側には、図１（Ａ）に示すようにスラスト入力時にベーン６Ａ，６Ｂの側面が直接摺動しない様に、微小段差ｄの突出部１Ｃ，１０８Ａを設けている。突出部１Ｃ，１０８Ａの外径は、ベーン体の円筒部６Ｃの外径よりやや小さく設定し、有底状ケーシング１のセパレートブロック１Ａ，１Ｂの内径と干渉しないようになっている。
【００２４】
次にロータリーダンパの作動を説明する。有底状ケーシング１内にはこれと同芯にベーン体６が回動自在に収納されており、ベーン体６には２枚のベーン６Ａ，６Ｂが１８０゜の間隔をもって一体に形成されている。有底状ケーシング１の右側には、ベアリング１０８が設けられており、ベーン体６の円筒部６Ｃの両側面は、ベアリングの微小段差の突出部１Ｃ，１０８Ａと摺接し、円筒部６Ｃは有底状ケーシング１のセパレートブロック部１Ａ，１Ｂの内周面に摺接している。
【００２５】
ベーン６Ａ，６Ｂはケーシング内面１Ｄ，１Ｅの内側で且つセパレートブロック１Ａ，１Ｂとの間に収容される一方、これらセパレートブロック１Ａ，１Ｂとベーン６Ａ，６Ｂとによって、有底状ケーシング１内に高粘度作動油で満たされた４つの油室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを区画している。この場合、温度変化に対応して発生減衰力をほぼ一定に自動調整できる減衰力温度補償構造とするために、有底状ケーシング１は鉄系の焼結合金又は鋳物材で構成し、ベーン体６はアルミ材で構成することにより、熱膨張係数の差を利用して上記クリアランスを調整できるようになっている。
【００２６】
外部からロータリーダンパのシャフト１０１に揺動運動が伝わると、シャフト１０１と機械的に結合されたベーン体６のベーン６Ａ，６Ｂが有底状ケーシング１内で揺動し、油室Ａ，ＤとＢ，Ｃとが交互に拡大又は縮小される。この時、縮小する側の油室内の作動油が、ベーン６Ａ，６Ｂとケーシング内面１Ｃ，１Ｄ間の嵌合隙間及びベーン６Ａ，６Ｂの側面とベアリング１０８間の隙間、更にベーン体の円筒部６Ｃとセパレートブロック１Ａ，１Ｂの内周面間の嵌合隙間、及びオリフィス６Ｆ，６Ｇからベーン内通路６Ｄ，６Ｅを経てチェックバルブ１１０，１１１を介して拡大する油室側へ押し出され、これら微小隙間を通る作動油の流動抵抗で所要の減衰力を発生する。
【００２７】
一方、縮小する油室からシャフト側へ漏出した作動油は、ベアリング１０８とシャフト１０１間の嵌合隙間及び還流通路１０８Ｂを通過する間に減圧されながら、タンク室１０４Ａへ還流される。このためタンク室１０４Ａは高圧となることはないので、ロアキャップ１０４を薄肉プレス材で成形することができる。
【００２８】
図２に示す本発明の第２実施形態は、第１実施形態に対して、ベアリング１０８と有底状ケーシング１の位置を入れ替えたものである。有底状ケーシング１のパッキンケース１０３Ａに対する接着巾Ｌ₁は大きいので、軸方向の固着強度が（２）式で示されるように第１実施例に対して格段に大きくなる。このためロータリーダンパの内圧による軸方向の推力Ｆｐにより固着部が剪断されて、当該推力Ｆｐが可締め部に加わる懸念はほとんどなくなる。
【００２９】
上記した懸念がなくなることもあって、パッキンケースの外筒部内面１０３ＣのＬ₁＋Ｌ₂区間に接着剤を塗布したパッキンケース１０３Ａに、シャフト１０１に予めスプライン等により結合されたベーン体６を収容した有底状ケーシング１とベアリング１０８とを、位置決めピン１１４により位置合わせして結合したサブアッセンブリーとして嵌挿することができる。この場合は、ベアリング１０８の外径を有底状ケーシング１の外径より僅かに小さくする等の工夫をすることにより、接着剤がベアリング１０８により掻き取られ有底状ケーシング１の接着が不十分となることを防止する。
【００３０】
パッキンケース１０３Ａの外筒部内面に接着材が付着した状態でシール１１５を装着した場合は、密封性能が低下することが懸念されるが、本実施形態の場合はロータリーダンパの内圧による軸方向の推力Ｆｐに対する有底状ケーシング１の接着巾Ｌ₂には十分な余裕があるので、接着巾Ｌ₂をシール１１５の装着部に掛からなくなるまで短くすることによって、この懸念を解消することができる。
【００３１】
また本実施形態の場合、ベアリング１０８に加わるロータリーダンパの内圧による軸方向の推力Ｆｐは、パッキンケース１０３Ａの底面で受けること、またベアリング１０８にはベーン体６の回動に伴う内周側当接面の比較的小さい回動摩擦トルクは受けるが減衰トルクは直接には負荷されず、回動摩擦トルクに対しては位置決めピンでも耐えうることから、ベアリング１０８部への接着剤の塗布を省略することもできる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明においては、縮小される油室側のオリフィス６Ｆ，６Ｇのベーン内通路６Ｄ，６Ｅへの出口を、拡大する油室側への作動油補給用のチェックバルブよりも、タンクへの還流通路１０８Ｂからみて遠い外周側に配置したので拡大する油室に効率よく補給することができるため、作動油の補給が容易になり、作動油の補給不足に起因するキャビテーションの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）本発明の第１実施形態に係るロータリーダンパのＸ−Ｏ−Ｘ線断面図である。（Ｂ）第１，第２実施形態に係るベーン部の横断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るロータリーダンパのＸ−Ｏ−Ｘ線断面図である。
【図３】（Ａ）従来技術に係るロータリーダンパのＸ−Ｏ−Ｘ線断面図である。（Ｂ）ベーン体の円筒部と摺接するベアリングのベーン側の断面図である。（Ｃ）従来技術に係るベーン部の横断面図である。
【符号の説明】
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ油室
１Ｃ，１０８Ａ微小段差の突出部
１有底状ケーシング
１Ａ，１Ｂセパレートブロック
６ベーン体
６Ａ，６Ｂベーン
６Ｄ，６Ｅベーン内通路
６Ｆ，６Ｇオリフィス
１０１シャフト
１０３Ａパッキンケース
１０４ロアキャップ
１０４Ａタンク室
１０８ベアリング
１０９，１１０，１１１，１１２チェックバルブ
１１５シール
１１６オイルシール

Claims

有底円筒状に形成したパッキンケースに、シャフトに結合されたベーン体を収容する形態で耐圧壁を構成するケーシングとベアリングを嵌挿し、当該一対のケーシング及びベアリングの中心部に、前記ベーン体を結合したシャフトを回動自在に挿通し、前記パッキンケースの底部に介装したオイルシールによって内部を密閉するとともに、前記ケーシングの内周面に設けたセパレートブロックとシャフト側から延びるベーンとで、ケーシング内を複数の油室に区画したロータリーダンパの本体構造において、ベーンによって区画された油室に、タンク室に連通するベーン内通路から作動油を吸入するチェックバルブと並列に設けられたオリフィスを、チェックバルブよりもタンク室から遠い外周側に設けたことを特徴とするロータリーダンパ。