JP5667480B2 - ロッドのシール構造 - Google Patents

Description

本発明は、例えば磁気粘性流体を封入したシリンダ型ダンパーのように、磁気粘性流体を封入した容器と、その容器を貫通して往復動するロッドとの隙間をシールする、ロッドのシール構造に関する。

磁気粘性流体は、磁化可能な金属粒子（以下「磁性粒子」という。）を分散媒に分散させてなる液体である。この磁気粘性流体は、磁場の作用のないときには流体として機能する一方、磁場を作用させたときには、磁性粒子がクラスターを形成して液体が増粘し、液体の内部応力が増大する。その内部応力の増大により磁気粘性流体は、剛体のように機能してせん断流れや圧力流れに対して抗力を示すようになる。

従来より、磁気粘性流体を用いたシリンダ型ダンパーが提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。この種のダンパーによれば、磁性流体に与える磁場に応じて所望の粘度を発現させることができるため、効果的に制動対象物の運動エネルギーを磁気粘性流体に吸収させることができる。

特開２００４−１９７４１号公報

磁気粘性流体を用いたダンパーでは、一般的な作動油を用いたダンパーと同様に、内部の磁気粘性流体が外部に漏出しないよう、シリンダチューブとシリンダロッドの外周面との隙間をシールするシール部材が設けられる。一般的な作動油を用いたダンパーでは、シール部材としてゴム製のロッドパッキンが用いられているが、磁気粘性流体を作動油として用いたダンパーでは、磁気粘性流体中の磁性粒子によって、ロッドパッキンが摩耗し、液密性が損なわれることが懸念される。

本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、磁気粘性流体を封入した容器（例えば、シリンダチューブ）と、その容器を貫通して往復動するロッド（例えば、シリンダロッド）の表面との隙間をシールするシール部材を備える、ロッドのシール構造において、磁気粘性流体中の磁性粒子によるシール部材の摩耗を抑制することができる、ロッドのシール構造を提供することを目的とする。

本発明のロッドのシール構造（第１の発明）は、磁気粘性流体を封入した容器と、該容器に往復動可能に挿通されたロッドの外周面との隙間をシールするシール部材を備えるものを前提とし、前記シール部材よりも容器中側において前記容器と前記ロッドの外周面との間に磁性粒子の通過を規制する磁性粒子規制装置を備えるものである。この磁性粒子規制装置は、前記容器と前記ロッドの外周面との間に、軸方向にスペースをあけて嵌め込まれた一対の環状の磁性板と、前記一対の磁性板の間の内径側のスペースに磁路を形成するように設けられた磁場発生部材と、を有するものである。また、前記ロッドの少なくとも外周面が非磁性体とされている。

かかる構成を備えるロッドのシール構造によれば、磁場発生部材によって、一対の磁性板の間の内径側のスペースに磁路が形成されるため、当該スペースに存在する磁気粘性流体中の磁性粒子がクラスターを形成して増粘し、この増粘部分がシールとして機能する。すなわち、磁性粒子が、磁性粒子規制装置とロッドの外周面との隙間を通過してシール部材側へ移動しようとしても上記増粘部分が当該磁性粒子の通過を規制するように働く。また、ロッドの少なくとも外周面が非磁性体からなることから、ロッドには前記磁場発生部材による磁路が形成されず、ロッドの外周面に磁性粒子が吸着しにくくなっている。このため、ロッドの往復動作に対する磁気粘性流体よる抵抗が低く抑えられる。

前記磁場発生部材は、例えば、前記一対の磁性板の間において磁極が当該一対の磁性板の側面の外径側にそれぞれ接するように配設され、内径が当該一対の磁性板の内径より大きく形成された環状の永久磁石である（第２の発明）。

前記磁性粒子規制装置は、軸方向に連なって複数設けられており、前記各磁場発生部材の磁極の向きが隣接する磁場発生部材の磁極の向きと相反しているものであることが望ましい（第３の発明）。

かかる構成を備えるロッドのシール構造によれば、磁性粒子規制装置が軸方向に連なって複数設けられているので、シール部材へ到達する磁性粒子をより一層少なくすることができる。

第３の発明において、隣接する磁性粒子規制装置が、それらの磁場発生部材の間に配置される磁性板として１枚の磁性板を共有しているものであってもよい。

第３の発明において、隣接する磁性粒子規制装置の隣り合う磁性板の間に非磁性板が介在していてもよい。

第３の発明において、隣接する磁性粒子規制装置の隣り合う磁性板同士の合わせ面とこれらの各磁性板の内径面との交差部位にアール加工又は面取り加工が施されているものであってもよい。

既述のロッドのシール構造において、例えば、前記容器をシリンダチューブとし、前記ロッドをシリンダロッドとし、前記シール部材をロッドパッキンとすることができる。

本発明のロッドのシール構造によれば、磁気粘性流体中の磁性粒子がシール部材に到達し難くなるので、磁性粒子によるシール部材の摩耗が抑制される。

本発明の実施形態に係るロッドのシール構造を備えるシリンダ装置を示す断面図である。 図１のＡ部拡大図である。 図２において、磁性板、永久磁石、シリンダロッドおよびシリンダチューブの断面に施していたハッチングを省略し、永久磁石の磁極の位置に文字「Ｓ」、「Ｎ」を付した図である。 図２に対応する図面であって、「他の実施形態１」に係るロッドのシール構造を示す断面図である。 図２に対応する図面であって、「他の実施形態１」に係るロッドのシール構造を示す断面図である。 図２に対応する図面であって、「他の実施形態２」に係るロッドのシール構造を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施形態に係るロッドのシール構造を備えるシリンダ装置１００を示す断面図である。図２は図１のＡ部拡大図である。本実施形態では、シリンダ装置１００の一実施形態として直動式のダンパーを例に挙げて説明する。

シリンダ装置１００は、磁気粘性流体５０を封入した容器としてのシリンダチューブ１０と、このシリンダチューブ１０に往復動可能に挿通されたシリンダロッド２０と、シリンダチューブ１０内に摺動自在に設けられたピストン３０と、シール部材としてのロッドパッキン４２とを備えている。シリンダ装置１００は、シリンダチューブ１０内に封入された磁気粘性流体５０の粘度を変化させて、ダンパーとしての減衰力を変化させるため、当該磁気粘性流体５０に対して磁場を与える磁場発生装置（図示せず）も備えている。なお、この磁場発生装置は、後述する磁性粒子規制装置６０に含まれる磁場発生部材（永久磁石６２）とは別異のものである。

シリンダチューブ１０には、例えば先端が閉塞し、基端にシリンダロッド２０の挿通孔１１が形成された筒体が用いられている。このシリンダチューブ１０の基端部の内周面１２（挿通孔１１）には、ロッドパッキン４２等を装着するためのシール溝４４〜４６が形成されている。なお、シリンダチューブ１０には、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）等の非磁性体が用いられることが望ましい。

シリンダロッド２０には、例えば中実円柱部材が用いられ、その先端部付近にピストン３０が連結されている。このピストン３０は、シリンダチューブ１０内を往復動するものであり、このピストン３０によりシリンダチューブ１０内が２室に区画されている。これらの２室は図示しない細長い通路にて連通されてシリンダ装置１００をダンパーとして機能させるようになっている。なお、シリンダロッド２０には、ステンレス鋼等の非磁性体が用いられている。但し、シリンダロッド２０の全体が非磁性体であることは必ずしも要求されず、少なくともその外周面２０Ａが非磁性体であればよい。例えば、非磁性体の被膜をロッドの外周面に形成したものを上記シリンダロッド２０として採用してもよい。

シリンダチューブ１０の基端部の内周面１２に形成されたシール溝４４〜４６には、シリンダチューブ１０の中側から順にバッファリング４１、ロッドパッキン４２、ダストシール４３が装着されている。バッファリング４１は、ロッドパッキン４２への異物の侵入を規制するためなどに設けられている。ロッドパッキン４２は、シリンダチューブ１０の基端部の内周面１２とシリンダロッド２０の外周面２０Ａとの隙間をシールするシール部材である。図１ではロッドパッキン４２は、バックアップリング４７とともにシール溝４５に嵌着されている。ロッドパッキン４２には、一般に、ニトリルゴム、ウレタンゴムなどの合成樹脂が用いられる。ダストシール４３は、外部からシリンダチューブ１０内へゴミ、粉塵などの異物が侵入するのを防止するために設けられている。なお、ダストシール４１が設けられる位置は、後述する磁性粒子規制装置６０よりもシリンダチューブ１０の中側（ピストン３０側）であってもよい。

バッファリング４１、ロッドパッキン４２等よりもシリンダチューブ１０の中側において、シリンダチューブ１０とシリンダロッド２０の外周面２０Ａとの間に、磁性粒子規制装置６０が設けられている。この磁性粒子規制装置６０は、ロッドパッキン４２側への磁性粒子の移動を規制するために設けられている。

以下、上記磁性粒子規制装置６０について更に詳しく説明する。図２に示すように、磁性粒子規制装置６０は、シリンダロッド２０の軸方向にスペースＺをあけて嵌め込まれた環状の磁性板６１と、磁性板６１同士の間の内径側のスペースに磁路を形成するように設けられた磁場発生部材としての永久磁石６２とを備えている。

上記磁性板６１は、シリンダチューブ１０の内周面とシリンダロッド２０の外周面２０Ａとの間に嵌め込まれており、２枚一対で１つの磁路を形成する。対をなす各２枚の磁性板６１，６１の間の外径側には、環状の永久磁石６２が挟み込まれている。図２に示す例では磁性粒子規制装置６０が、軸方向に連なって複数設けられており、隣接する２つの磁性粒子規制装置６０，６０は、それらの永久磁石６２，６２の間に配置される磁性板として１枚の磁性板６１を共有している。つまり、当該１枚の磁性板６１内には２つの磁路が形成されるようになっている。

永久磁石６２は、その磁極が磁性板６１，６１の側面の外径側に接するように配設されており、各永久磁石６２の磁極の向きは、隣接する他の永久磁石６２の磁極の向きと相反するように設置されている。また、永久磁石６２の内径Ｄ１は、シリンダロッド２０の外径Ｄ２および磁性板６１の内径Ｄ３より大きくなっている。これにより、各一対の磁性板６１，６１と、シリンダロッド２０の外周面２０Ａと、永久磁石６２の内周面６２Ａとに囲まれたスペースＺが形成されている。なお、永久磁石６２の磁極を磁性板６１，６１の側面の外径側に接するように配置するのは、各磁性板６１，６１の間の内径側のスペースＺに磁路を形成させるためである。

以下、磁性粒子規制装置６０の作用について図３を参照しながら説明する。図３は、図２において、説明の便宜上、磁性板６１、永久磁石６２、シリンダロッド２０およびシリンダチューブ１０の断面に施していたハッチングを省略し、永久磁石６２の磁極の位置に文字「Ｓ」、「Ｎ」を付した図である。

図３に示すように、磁性粒子規制装置６０においては、磁性板６１の側面の外径側に接する永久磁石６２によって、磁性板６１，６１同士の間の内径側の各スペースＺに磁路Ｙが形成される。このため、各スペースＺに存在する磁気粘性流体中の磁性粒子がクラスターを形成して増粘し、この増粘部分がシールとして機能する。すなわち、磁性粒子規制装置６０とシリンダロッド２０の外周面２０Ａとの隙間をロッドパッキン４２側へ磁性粒子が通過しようとしても上記スペースＺに形成された磁気粘性流体の増粘部分がその通過を規制するように働く。

また、磁性粒子規制装置６０とシリンダロッド２０の外周面２０Ａとの隙間をロッドパッキン４２側へ磁性粒子が通過しようとしても、当該磁性粒子は、永久磁石６２により磁化された磁性板６１に吸着される。この吸着作用も磁性粒子の通過を規制するように働く。

ところで、シリンダロッド２０の外周面２０Ａが非磁性体からなることにより、その外周面２０Ａに磁性粒子が吸着しにくくなっている。このため、磁性粒子がシリンダロッド２０の外周面２０Ａに付着してロッドパッキン４２まで運搬される可能性が少なくなっている。しかも、シリンダロッド２０の外周面２０Ａのごく近傍では、磁気粘性流体が増粘し難いことから、磁気粘性流体がシリンダロッド２０の往復動作の抵抗として作用しにくくなっている。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係るロッドのシール構造によれば、磁気粘性流体中の磁性粒子がロッドパッキン４２に到達し難くなっており、磁性粒子によるロッドパッキン４２の摩耗が抑制される。

＜他の実施形態１＞
既述の実施形態では、隣接する磁性粒子規制装置６０，６０が、それらの永久磁石６２，６２の間に配置された１枚の磁性板６１を共有していたが、図４に示すように、隣接する磁性粒子規制装置６０，６０が、それらの永久磁石６２，６２の間に配置される磁性板６１として各別に磁性板６１，６１を有するものとしてもよい。この場合、互いに重なり合っている磁性板６１，６１にそれぞれ各１本の磁路Ｙが形成され、スペースＺにおける磁束密度の増大が期待できる。スペースＺにおける磁束密度が増大すれば、磁気粘性流体の増粘によるシール効果の増大および磁性板６１による吸着効果の増大が期待できる。

隣接する磁性粒子規制装置６０，６０に形成される２つの磁路Ｙどうしの干渉を防止するために、重なり合っている磁性板６１，６１どうしの合わせ面６１Ａと内径面６１Ｂとの交差部位のエッジ部６１ａ（図４参照）に、アール加工を施して、図５に示すようにしてもよい。あるいは、アール加工の代わりに面取り加工を施してもよい。

＜他の実施形態２＞
図６に示すように、隣接する磁性粒子規制装置６０，６０の間にそれぞれ環状の非磁性板６３（ハッチングで示す板材）を介在させてもよい。これにより、隣接する磁性粒子規制装置６０，６０に形成される２つの磁路Ｙどうしの干渉がより確実に防止され、スペースＺにおけるさらなる磁束密度の増大が期待できる。なお、図６に示す非磁性板６３は、磁性板６１と同じ内外径を有する環状のものとなっている。

本発明は、例えば、磁気粘性流体を用いた直動型のダンパーのシリンダロッドのシール構造として適用可能である。

１０ シリンダチューブ（容器）
２０ シリンダロッド（ロッド）
２０Ａ シリンダロッドの外周面（ロッドの外周面）
４２ ロッドパッキン（シール部材）
５０ 磁気粘性流体
６０ 磁性粒子規制装置
６１ 磁性板
６１Ａ 合わせ面
６１Ｂ 内径面
６２ 永久磁石（磁場発生部材）
６３ 非磁性板
Ｚ スペース

Claims (7)

1. 磁気粘性流体を封入した容器と、該容器に往復動可能に挿通されたロッドの外周面との隙間をシールするシール部材を備える、ロッドのシール構造において、
   前記シール部材よりも容器中側において前記容器と前記ロッドの外周面との間に磁性粒子の通過を規制する磁性粒子規制装置を備え、
   前記磁性粒子規制装置は、
   前記容器と前記ロッドの外周面との間に、軸方向にスペースをあけて嵌め込まれた一対の環状の磁性板と、
   前記一対の磁性板の間の内径側のスペースに磁路を形成するように設けられた磁場発生部材と、
   を有するものであり、
   前記ロッドの少なくとも外周面が非磁性体とされた、ことを特徴とするロッドのシール構造。
2. 請求項１に記載のロッドのシール構造において、
   前記磁場発生部材は、前記一対の磁性板の間において磁極が当該一対の磁性板の側面の外径側にそれぞれ接するように配設され、内径が当該一対の磁性板の内径より大きく形成された環状の永久磁石である、ことを特徴とするロッドのシール構造。
3. 請求項１又は２に記載のロッドのシール構造において、
   前記磁性粒子規制装置は、軸方向に連なって複数設けられており、
   前記各磁場発生部材の磁極の向きが隣接する磁場発生部材の磁極の向きと相反している、ことを特徴とするロッドのシール構造。
4. 請求項３に記載のロッドのシール構造において、
   隣接する磁性粒子規制装置が、それらの磁場発生部材の間に配置される磁性板として１枚の磁性板を共有している、ことを特徴とするロッドのシール構造。
5. 請求項３に記載のロッドのシール構造において、
   隣接する磁性粒子規制装置の隣り合う磁性板の間に非磁性板が介在している、ことを特徴とするロッドのシール構造。
6. 請求項３に記載のロッドのシール構造において、
   隣接する磁性粒子規制装置の隣り合う磁性板同士の合わせ面とこれらの各磁性板の内径面との交差部位にアール加工又は面取り加工が施されていることを特徴とするロッドのシール構造。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載のロッドのシール構造において、
   前記容器はシリンダチューブであり、前記ロッドはシリンダロッドであり、前記シール部材はロッドパッキンである、ことを特徴とするロッドのシール構造。