JP5747045B2 - 減衰及び慣性油圧装置 - Google Patents

Description

本発明は、振動力などの機械力を制御するための一体型の減衰及び慣性装置に関する。

力制御装置が、多数の用途に存在し、例えば自動車の懸架システムに使用される。典型的な機械装置が、米国特許第７，３１６，３０３号明細書（「イナータ」）に開示され、懸架システムを構成する構成要素に任意の所望の機械インピーダンスをもたらす。この装置は、フライホイールへと接続された直線−回転トランスデューサを備えることができる。この装置のいくつかの変種が提案され、例えば、ボールねじまたはラックアンドピニオンの使用などである。

これらのすべてにおける欠点は、可動部品の数が多い点にある。

上述の問題に対処するために、可動部品の数が実質的に減らされ、製造の容易さが高められる力制御油圧装置が提案されている。力制御油圧装置は、液体を収容するシリンダを備えることができ、シリンダが一方の端末へと取り付けられ、ピストンがもう１つの端末へと取り付けられて、シリンダ内を移動することができ、ピストンの移動によって、らせん状の通路などの流路に沿った液体の流れが生じる。移動する流体が、運動エネルギーの貯蔵庫として機能し、端末における機械力を端末間の相対の加速度に実質的に比例するように制御する液体の質量による慣性力を生じさせる。

任意の受動的な機械インピーダンスを作り出すための米国特許第７，３１６，３０３号明細書に記載されるいくつかの方法では、装置の相互接続を、ばねおよびダンパとともに、さまざまな回路構成にて備えている。

本発明のいくつかの実施形態は、可動部品の数が実質的に少なくなると同時に、他の受動的な回路要素との単一のユニットへの一体化が可能になるよう、イナータが流体を使用して実現される装置を提供することを目的とする。典型的な構成は、ダンパと直列なイナータである。

本発明は、装置の調節可能性を実現するために好都合な方法をもたらす流体の流れの制御を可能にする。

次に、本発明の種々の実施形態の例を、添付の図面を参照して説明する。

本発明の一実施形態による力制御油圧装置の概略図である。 別の力制御油圧装置の概略図である。 （一定の）ピストン速度に応じた図１の装置における圧力低下を示す。 （一定の）ピストン速度に応じた図１の装置のピストンへの減衰力を示す。 ピストンに位置するらせんと貫通ロッドとを備える本発明の別の実施形態による流体イナータを部分切断図にて示す。 ピストンに位置するらせんと加圧ガスリザーバとを備える本発明の別の実施形態による流体イナータを部分切断図にて示す。 イナータが外部のらせん状の流路によって形成され、直列ダンパがピストン内のオリフィスを通過する流体に係る減衰手段によって形成される本発明の別の実施形態による直列イナータ−ダンパを示す。 図７に示した装置の等価回路を示す。 外側のらせん状の流路を形成するための二重管構成および貫通ロッドを有する軸に取り付けられたピストンとして設計された本発明の別の実施形態による直列ダンパ−イナータの側面断面図を示す。 図９に示した装置のためのらせんインサートの外面の斜視図を示す。 図９に示した装置のためのらせんインサートの外面の斜視図を示す。 外側のらせん状の流路を形成するための二重管構成、軸に取り付けられたピストン、および加圧ガスリザーバとして設計された本発明の別の実施形態による直列ダンパ−イナータの側面断面図を示す。 外側のらせんのための二重管構成、軸に取り付けられたピストン、貫通ロッド、およびらせんの流路の有害抵抗の減衰特性を変えるためにらせん状の流路に直列に加えられた２方向減衰ピストンとして設計された本発明の別の実施形態による直列ダンパ−イナータの側面断面図を示す。 ダンパに並列な本発明の別の実施形態による直列ダンパ−イナータを示す。 図１４に示した装置の等価回路を示す。 イナータに並列な本発明の別の実施形態による直列ダンパ−イナータを示す。 図１６に示した装置の等価回路を示す。 ばねダンパとイナータとの直列接続に並列な本発明の別の実施形態による直列ダンパ−イナータを示す。 図１８に示した装置の等価回路を示す。 本発明の別の実施形態による並列ばね−ダンパに直列なイナータを示す。 図２０に示した装置の等価回路を示す。 外側のらせんのための二重管構成、軸に取り付けられたピストン、加圧ガスリザーバ、および慣性流に直列な流れを制御するための貫通双方向ピストンとして設計された本発明による直列ダンパ−イナータの側面断面図を示す。 外側のらせんのための二重管構成、軸に取り付けられたピストン、加圧ガスリザーバ、慣性流に直列な流れを制御するための貫通双方向ピストン、および減衰および慣性のそれぞれの流路の流れを制御するために使用される外部の調節装置として設計された本発明による直列ダンパ−イナータの側面断面図を示す。 外側のらせんのための二重管構成、軸に取り付けられたピストン、加圧ガスリザーバ、ならびにコンピュータ制御のフローバルブまたは磁性流体を制御するための磁界発生装置として設計された本発明による直列ダンパ−イナータの側面断面図を示す。

本発明の原理を理解しやすくするために、図面に示される実施形態を参照し、それらを説明するために具体的な用語を使用する。しかしながら、それらは決して本発明の技術的範囲を限定しようとするものではなく、例示の装置の変更およびさらなる改良、ならびに本明細書に例示される本発明の原理のさらなる応用は、本発明に関する技術の当業者にとって通常に想到されると考えられることは当然である。本発明の少なくとも１つの実施形態を説明および図示するが、本願は、本発明の他の実施形態を示し、および／または記載しうる。「本発明」とは、一群の発明の或る実施形態を指し、或る１つの実施形態に含まれる装置、プロセス、または構成が、とくにそのようでないと述べられない限りは、すべての実施形態に含まれる必要はないことは当然である。さらに、本発明のいくつかの実施形態によってもたらされる「利点」が説明されるかもしれないが、他の実施形態がそのような利点を含まなくてもよく、他の利点を含んでもよいことは当然である。本明細書に記載される利点を、いずれの請求項も限定するものとして解釈してはならない。

種々の具体的な量（空間における寸法、温度、圧力、時間、力、抵抗、電流、電圧、濃度、波長、周波数、熱伝達係数、無次元のパラメータ、など）が本明細書において述べられるが、そのような具体的な量は、あくまでも例として提示されるにすぎず、特記されない限りは、概略値であり、あたかもそれぞれの量に「約」という言葉が前置きされるかのように理解されなければならない。さらに、事物の具体的な構成に関する説明は、あくまでも例にすぎず、その構成の他の種の適用可能性を制限するものではなく、記載の構成に関係しない他の構成の適用可能性を制限するものでもない。

油圧力制御装置の試作品を製作して試験した。そのような試作品には、図１に示されるようにシリンダの外側にコイルが設けられ、流体として水を使用する試作品、および図２に示されるようにピストンそのものに内部のらせん状の流路が設けられ、油圧流体を使用する別の試作品が含まれる。

図１は、力制御油圧装置１の例を示す。装置１は、別個独立に移動可能な端末を含む油圧手段を備え、別個独立に移動可能な端末は、この例では、シリンダ２およびシリンダ内を移動可能なピストン３にそれぞれ含まれてよい。液体４が、シリンダ２の内部に収容される。さらに装置は、２つのオリフィス（６、７）を介してシリンダ２からの液体の流出およびシリンダ２への液体の流入を生じさせる密封された流路を形成するらせん管５を、シリンダ２の外側に配置して備える。油圧手段は、端末の相対移動によって液体の流れを生じさせるように構成される。ピストン３が移動することで、液体４がらせん管５を通って流れ、移動する液体４の質量に起因して慣性力が生じる。シリンダ２が、一方の端末を含むことができ、ピストン３が、もう１つの端末を含むことができる。後述されるように、端末間の相対移動によって引き起こされる移動する液体の質量に起因する慣性力により、端末における機械力を、端末間の相対の加速度に実質的に比例するように制御する。

ピストン３の運動を、ばねバッファ（図示されていない）などの装置によって規制することができる。そのような手段は、ピストンの行程の限界において大きな力または速度が生じた場合に装置を保護するための有用な安全の特徴をもたらすことができる。

図１の装置は、貫通ロッド８を使用して実現される。フローティングピストンまたは二重管あるいは他の同様の機構を有する単一のロッドを使用する代案も、同様に実現可能である。油圧手段の他の構成も、後述されるさらに具体的な実施形態において同様に実現可能であることを、理解できるであろう。流体を加圧するための手段（図示略）が考えられる。

図２は、本発明による力制御油圧装置１１の別の例を示す。装置１１は、シリンダ１２と、シリンダ内で移動可能なピストン１３と、シリンダ１２内の液体１４とを備える。ピストン１３の外面が、シリンダ１２の内側に挿入されたときにピストン１３とシリンダ１２との間にらせん状の流路１５が形成されるよう、らせん状の溝を有する。ピストン１３が移動することで、液体１４がらせん状の流路１５を通って流れ、シリンダ１２の内部を移動する液体１４の質量に起因して慣性力が生じる。図２の例では、らせん状の流路１５が、機械加工に便宜な半円形の断面を有する。他の断面形状も、装置の減衰特性を制御するために好都合に使用することができる。図２の例は、貫通ロッド１５を使用して実現される。

図１に示した例において、装置１を特徴付けるパラメータ、すなわち端末に加わる力と端末間の相対の加速度とを関連付ける比例定数を、ピストン、シリンダ、およびらせん管の半径、シリンダの長さ、ならびに液体の密度などの値を変えることによって変更することができる。そのようなパラメータの影響を、以下で詳しく述べる。

図１に示した構成に関して、ピストンの半径をｒ_１とし、シリンダの内径をｒ_２とし、らせん管の内径をｒ_３とし、らせんの半径をｒ_４とし、らせんのピッチをｈとし、らせんの巻きの数をｎとし、シリンダの内側の長さをＬとし、液体の密度をρとする。さらに、Ａ_１＝π（ｒ_２ ^２−ｒ_１ ^２）がシリンダの断面積であり、Ａ_２＝πｒ_３ ^２が管の断面積である。

らせん管内の液体の総質量は、下記式（１）にほぼ等しい。

シリンダ内の液体の総質量は、下記式（２）にほぼ等しい。

ピストンにｘに等しい直線変位が加わる場合、らせん管内の流体要素は、下記式（３）にほぼ等しい角度変位θ（ラジアン）を期待することができる。

らせん管内の全液体の質量について、ピストンの軸を中心とする慣性モーメントは、下記一般式にほぼ等しい。

ここで、装置１が、端末間に生じる慣性力が端末間の相対の加速度に比例する理想的な挙動を有し、比例定数がｂで表わされると仮定すると、下記式（４）と考えることができ、下記式（５）がもたらされる。

全液体の質量を、ｍ_ｔｏｔ＝ｍ_ｈｅｌ＋ｍ_ｃｙｌとする。図１に示した実施形態に使用した２つの異なる液体について、典型的な値が下記の表にまとめられる。以下の例において、ｒ_４＝ｒ_２＋ｒ_３、ｈ＝２ｒ_３、およびＬ＝ｎｈとした。また、装置の外径（ＯＤ）を、２（ｒ_４＋ｒ_３）に等しくした。

表１および表２に示されるように、モデル化および試験の作業によって、生じる慣性抵抗効果（加速度に比例した力）が、充分に大きくなりうる（比例定数ｂが、５０ｋｇよりも大きい）ことが実証された。そのような効果は、装置がばねおよびダンパに並列に配置される場合に必要になると考えられる。

さらに、モデル化および試験によって、液体の粘性が理想的な挙動からの乖離をもたらすことが実証された。さらなる有害抵抗要素が、流体の圧縮性によってもたらされる可能性があり、そのような流体の圧縮性を、２つの並列な要素に直列なばねとしてモデル化することができる。

米国特許第７，３１６，３０３号明細書においては、理想的（すなわち、力が相対の加速度に比例する）な装置が開示され、摩擦やバックラッシュなどによって引き起こされる乖離は、必要なだけ小さくすることができる有害抵抗と考えられる。しかしながら、本発明の場合には、液体の粘性によって引き起こされる非線形な減衰が内在し、大きなピストン速度において理想的な挙動からの乖離を引き起こす。

本発明の非線形な減衰は、「累進的」であり、すなわち力が相対速度につれて線形よりも高い割合で増大する。自動車の用途における実際のダンパは、多くの場合に逆進的であり、すなわち力が相対速度につれて線形よりも低い割合で増大する。油圧流体などの通常の液体を使用する場合でも、本発明による装置を、調節手段を使用して理想的な挙動を示すように構成することができる。例えば、無視できない並列ダンパとなるものの、オリフィス６、７におけるシムパックまたはバルブ機構を使って、より線形な減衰特性を達成することができる。これは、線形ダンパを並列に有する本発明による理想的な挙動を有する便宜な一体型の装置を生み出す可能性を有する。他の状況においては、粘性の影響を補償しない方が好都合である可能性がある。

以下に、減衰の影響を詳述する。らせん管における流体の平均速度をｕとし、ピストンの両側にわたる圧力低下をΔｐとし、流体の粘性をμとし、らせん管の長さをｌとすると、下記式（６）である。

次に、平均速度ｕの管内の流れを維持するために必要な主たるピストンの両側にわたる圧力低下Δｐを計算する。これは、下記ピストン相対速度を維持するために必要な定常力を計算可能にし、したがって減衰係数を計算可能にする。

上記一般式に鑑み、管のレイノルズ数（Ｒｅ）は、下記式（７）に等しく、層流から乱流への移行は、（Ｒｅ）＝２×１０^３の付近で生じる。層流が保たれるようにｕが充分に小さいと仮定し、直線管についてのハーゲン−ポワズイユの式を使用して、下記式（８）が得られる。

上記定常の相対速度を維持するために必要なピストンへの力は、ΔｐＡ_１に等しい。このことは、下記式（９）に等しい線形な減衰レート係数を示唆する。

乱流を維持するために必要な圧力低下は、ダーシーの法則によれば、下記式（１０）であり、ｆは無次元の摩擦係数である。

滑らかな管において、ブラシウスの実験式は、下記式（１１）である。

これにより、定常速度を維持するために必要なピストンへの定常力の以下の式（１２）が得られる。

流体を、ρ＝１００ｋｇｍ^−３およびμ＝１０^−３Ｐａｓの水であるとする。ｌ＝７ｍ、ｒ_１＝８ｍｍ、ｒ_２＝２０ｍｍ、ｒ_３＝４ｍｍ、Ｌ＝３００ｍｍとする。これにより、
ｍ_ｈｅｌ＝０．３５２ｋｇ
ｍ_ｃｙｌ＝０．３１７ｋｇ
ｂ＝１５５ｋｇ
の装置が得られる。

乱流への移行は、下記一般式のピストン速度において生じ、層流に一致する速度において、ダンパレートはｃ＝７７．６Ｎｓｍ^−１である。

乱流の条件における圧力低下および直線力が、図３および図４にそれぞれ示される。

ｒ_１、ｒ_２、およびｒ_３がすべて２倍に増やされ、ｌが４分の１に減らされる場合、ｍ_ｈｅｌおよびｂは変わらないが、ｍ_ｃｙｌが４倍に増え、乱流における減衰力が、２^１．２５＝２．３８という係数で減少する。

油圧手段の別の構成も、同様に実現可能である。図１に示したらせん管を、本発明の他の実施形態においては、別の形状の管で置き換えることができる。さらに、液体の流路をシリンダの内部に設けてもよく、ピストンを、例えばらせん状の液体の流路またはいくつかの同心ならせんが形成されるように成形することができる。ピストンの周囲のすき間を使ってシリンダの内部に流路を形成してもよい。実際には、最良の結果は、らせん状の流路によって達成されると考えられる。

図５は、ピストンの外面に位置する半円形の断面のらせん状の溝と、図２の概略図のように配置された貫通ロッドとを有する流体イナータを示す。図６は、ピストンの外面のらせん状の溝と、標準的な伸縮式ダンパと同様の単一のロッドと、加圧ガスリザーバとを有する流体イナータを示す。

図７は、本発明による力制御油圧装置１０の例を示す。図１の装置と同様に、装置１０は、シリンダ２０と、シリンダ内を移動可能なピストン３０と、シリンダ２０内の液体４０とを備える。さらに装置は、２つのオリフィス（６０、７０）を介してシリンダ２０からの液体４０の流出およびシリンダ２０への液体４０の流入を生じさせる密封された流路を形成するらせん管５０を、シリンダ２０の外側に配置して備える。したがって、２つのオリフィス（６０、７０）が、らせん管５０における液体の流れを制御するための基本的な手段を示す。液体の流れを制御するための手段が、他の構成を有してもよいことを、理解できるであろう。そのような構成として、例えば電子弁、コンピュータ制御のフローバルブ、またはさらに詳しく後述されるように磁性流体とともに使用される磁界発生器が挙げられる。図１の装置と異なり、本発明によるピストン３０には、オリフィス９０の形態の減衰手段が設けられる。

ピストン３０の移動によって、液体４０がオリフィス９０（第１の流路）を通って流れて減衰力を生じさせるとともに、らせん管５０（第２の流路）を通って流れて移動する液体４０の質量に起因する慣性力を生じさせる。この構成において、外側のらせん管５０内の圧力低下は、ピストン３０の両側にわたる圧力低下と同じである。この圧力低下にピストンの面積を乗算したものが、端末において直面される力に等しい。したがって、第１および第２の流路が流体によって結合し、イナータに直列に組み合わせられたダンパが得られる。オリフィス９０の代わりに、従来の油圧ダンパに使用されるような他の減衰手段を使用してもよい。

図８は、図７に示した液体直列ダンパ−イナータの等価回路を概略的に示す。この回路は、らせん管５０を通って流れる液体４０によって設けられるイナータ３００と、らせん管５０を通る液体４０に起因する粘性効果によって引き起こされる有害抵抗（非線形の並列な減衰）２００と、オリフィス９０または同様の減衰手段によって設けられるダンパ６００とを備える。

後述されるように、図７に示した構成の変形および追加が、実際には可能である。

図９は、本発明による力制御油圧装置の例を示す。この装置は、外側のらせん状の流路を形成する二重管の構成と、軸に取り付けられた減衰ピストンとを有する。この装置は、圧縮または伸張の際に、ピストンを通過し、あるいはピストンの周囲に位置する２つの流体の流路を提供する。ピストンの移動は、シリンダ内で双方向である。標準的な種類のダンパ軸、ピストン、およびシムの構成を使用することができる。

第１の流路が、軸に取り付けられた減衰ピストンを通って設けられる。第１の流路は、減衰力を生じさせる主たる軸のピストンのシムまたはオリフィスを通過する従来の液体の流れである。第２のらせん状の流路は、第１の流路に流体に関して直列に接続される。らせん状の流路は、液体にスピン運動を生じさせ、回転する流体の慣性が慣性抵抗を生じさせる。らせん状の流路を通過する流れは、粘性減衰も生じさせる。

両方の流路が流体に関して接続されるため、この構成は、それぞれの流路における圧力が等しくなるために、直列な力の接続を構成する。主たる軸部のピストンの両側にわたる圧力差が、軸の動きに抵抗する（あるいは、軸の動きを促進する）力に変換される。

図９に示した装置は、軸部がピストンを通過してダンパの両側から外へと延びる貫通ロッド型ダンパの一例である。これは、液体の押し出しを防止し、押し出された液体を受けるためのリザーバを不要にする。しかしながら、温度の上昇が予想される場合には、熱膨張リザーバが、典型的には必要である。らせん状の流路がピストンの内部に含まれ、外部の液体の流路がオリフィスを有する固定のピストンによって制限される内外が逆の例も可能である。この構成においては、貫通ロッドに取り付けられたオリフィス付きの別のピストンが、らせん状の流路において得られる減衰と並列なさらなる減衰を達成し、有害抵抗の減衰を変えるための手段を提供する。

複数のらせんインサートを、らせん状の流路の長さを増加または減少させて慣性抵抗効果の大きさを調節できるようにするために追加したり取り除いたりすることができる。図１０および図１１が、らせん状の流路の長さを増減させて慣性抵抗を増減させるために図９の装置の第２の流路に並べることができるらせんインサートを示す。インサートを、らせん状の流路を整列させるためにピンまたはスロットを使用して配置することができる。これは、開発またはレーシングカーに使用される装置においてとくに有用である。

らせんインサートの使用を図示および説明したが、他の実施形態は、流体に渦流を付与するための他の手段を備える。そのような渦形成手段の一例として、第２の流路に半らせん状または完全にらせん状に延びる複数の別々の羽根が挙げられる。そのような羽根は、圧力容器の内径またはピストンの円筒形の流路の外径に配置することができる。例えばＭＲ流体など、とくには高密度および／または粘性の流体の場合に、必ずしも３６０度にわたる完全な流体の案内を用意する必要がないことは当然である。

再び図９を参照すると、ピストンが移動する内側の管のそれぞれの端部に１つ以上のオリフィスが形成されることを、見て取ることができる。これらのオリフィスのいくつかに、一方向には実質的に自由な流体の流れをもたらすが、他方の方向の流体の流れは実質的に遮る逆止弁など、一方向のバルブを配置してもよい。

さらに、さらに別の実施形態は、ショックアブソーバのピストンにおいて一般的に見られるシム式一方向バルブと同様の圧力低下に応じて変化する流れの開口を生じるバルブを備える。上述の実施形態において、一方向バルブは、減衰に流体の流れの方向に依存する慣性成分をもたらすように機能する。そのような実施形態においては、一例として、沈み込みの際に比較的軽い慣性効果を有し、跳ね返りの際により大きな慣性効果を有することができる。さらに別の例として、バルブを、主たる移動ピストンの両側にわたる圧力低下が少ないときには慣性効果が小さく、移動ピストンの両側にわたる圧力低下がより大きいときにはより大きな慣性効果をもたらすように、構成することができる。

図１２は、本発明による力制御油圧装置の別の例を示す。この装置は、軸によって押し出される液体および減衰用の液体の熱膨張を受けるためのリザーバを有するより従来的なダンパを含む。この単動式ロッドの構成は、従来からのダンパの技術と同様に、浮動ピストンを有する外部チャンバを使用する。これにより、装置を加圧するための便宜な手段が得られる。頭弁ピストンを有し、あるいは頭弁ピストンを有さない典型的なダンパのリザーバが、軸によって押し出される液体を受け、ダンパに正の圧力を維持するために使用される。加圧ガスリザーバが備えられる。

いくつかの実施形態においては、図１０および図１１に示した形式のらせんインサートを、頭弁と浮動ピストンとの間でリザーバに挿入することができる。そのようなリザーバのらせんインサートが、主たるシリンダのピストンの周囲のらせん状の流路を置き換えることができ、あるいは主たるシリンダのピストンの周囲のらせん状の流路を補助することができる。

図１３は、本発明による力制御油圧装置の別の例を示す。この装置は、貫通ロッドの一例であり、より低い速度においていくらかの追加の制御可能な減衰をもたらすために、双方向の減衰ピストンが外部のらせん状の流路に直列に追加される。

図９、図１２、図１３、および図２２〜図２４は、本発明の種々の実施形態による流体ショックアブソーバを示す。以下の説明において、説明のうちの一部は図９、図１２、図１３、および図２２〜図２４に示した実施形態のすべてに関係するかもしれないが、他の説明は、図９、図１２、図１３、および図２２〜図２４に示した実施形態のすべてにではなく一部にのみ当てはまる。これらの図および他の図は、特定の実施形態をさらに説明する本文を含む。そのテキストおよび説明は、あくまでも例としてのみ提示され、本発明を限定するものとして解釈されてはならない。

２つの端部および円筒形の内壁を有する内側ハウジングが存在する。内壁の内側をスライドできるピストンが存在する。このピストンは２つの面を有し、内壁と協働して、かつ一方の面から一方の端部までの第１の流体空間と、他方の面から他方の端部までの第２の流体空間とを形成するように、一方の面から他方の面へとピストンを通過する第１の流路を有する。内側ハウジングを受け入れる外側ハウジングが存在し、外側ハウジングおよび内側ハウジングが、前記第１の空間および前記第２の空間の両方に連通する第２の流路を形成し、この第２の流路が、内壁の外側を巡って周方向に取り囲む。いくつかの実施形態においては、第２の流路が、少なくとも約１回転にわたって周方向に取り囲む。

外側ハウジングは、略円筒形の内面および外面を有し、内側ハウジングは、略円筒形の内面および外面を有する。外側ハウジングおよび内側ハウジングが、略環状の空間を両者の間に形成し、第２の流路が、この環状の空間を通る。

いくつかの実施形態は、内側ハウジングと外側ハウジングとの間に配置された別途の円筒部材をさらに備え、この部材が、部材の円筒の軸の周囲を少なくとも１回転にわたって延びる溝を有し、この溝が内側ハウジングまたは外側ハウジングの少なくとも一方と協働して、第２の流路を形成する。円筒部材は、ショックアブソーバに着脱可能であってよい。第２の流路は、複数の円筒部材を備える。

各々の部材の溝は、入り口および出口を有するらせん状であってよく、１つの円筒部材の出口が、隣接する円筒部材の入り口へと流体をもたらすように整列する。

第２の流路は、複数回転にわたって内側ハウジングの周囲を周方向に取り囲み、第２の流路を通って流れる流体の角度モーメントを実質的に増加するように構成および設定される。第２の流路は、略渦巻き状であってよい。

第１の空間または第２の空間の一方から第２の通路を通って第１の空間または第２の空間の他方へと流れる流体を、らせん形状の範囲内に実質的に閉じ込めることができる。

第２の流路は、比較的少ない粘性による圧力低下で第２の流路を通って流れる流体の慣性に実質的に関連するフロー特性を示し、第１の圧力低下が、そこを通って流れる流体の速度および粘性に実質的に関連するフロー特性を示す。いくつかの実施形態においては、第２の通路の粘性による圧力低下が、第１の通路の粘性による圧力低下よりも実質的に少ない。

第１の流路は、一方の面から他方の面へと流れる流体について所定の流体の流れの特性を有するバルブを備える。いくつかの実施形態は、第１の空間または第２の空間の一方から第３の空間への連通をもたらすバルブをさらに備え、このバルブが、第３の空間へと流入する流体について第１の所定の流体のフロー特性を有し、第３の空間から流出する流体について第２の別の所定の流体のフロー特性を有する。

外側ハウジングは、第１の取り付け手段を備え、ロッドが、第２の取り付け手段を備え、各々の取り付け手段が、車両の懸架装置の別の構成要素へと接続されるように構成および設定される。さらに、いくつかの実施形態は、２つの端部を有するロッドを備え、一端がピストンに固定接続され、他端が外側ハウジングの外へと突き出する。

流体は、油圧流体または磁性（ＭＲ）流体であってよい。ＭＲ流体は、典型的には、懸濁状の鉄粒子を含み、したがってきわめて密度が高く、より大きな慣性効果をもたらすとともに、磁界の印加によって粘性を調節することもできる。

図１０および図１１のらせんインサートを図１２および図１３の装置の第２の流路に配置して、らせん状の流路の長さを増減させてもよい。図１３は、３組のらせんインサート（各々が断面で図示される）が対向面においてピンで一体化される実施形態を示す。

図７に示したらせん管を、本発明の他の実施形態において、別の形状の管で置き換えてもよい。さらに、図２、図５、および図６に示されるように、液体の流路を、例えばピストンをらせん状の流路またはいくつかの同心ならせんが形成されるように形作り、シリンダ内に設けることが可能である。ピストンの周囲のすき間を使って、シリンダ内に流路を形成してもよい。実際には、最良の結果は、らせん状の流路によって達成されると考えられる。他の実施形態においては、両方の液体の流路を、軸アセンブリに形成されるらせん状の流路など、ピストンの内部に設けてもよい。

さらに、本発明による装置の外側のらせん状の流路について、複数の始点および変化する断面形状も想定される。より小さな形状のらせんによって早期の段階において粘性減衰をもたらし、次いで、より大きな断面を残して慣性抵抗を生じさせてもよい。

図２２〜図２４が、らせん状の（第２の）流路を通過する液体の流れを制御するためのいくつかの選択肢を示す。図２２〜図２４の実施形態において、らせん状の流路は、双方向のピストンを通って案内されて慣性流を制御する。図２２〜図２４の実施形態においては、加圧ガスリザーバが、系を加圧し、熱膨張を許容するために使用されるが、ダンパから押し出されてガスリザーバに受け入れられる流体が存在しない貫通ロッドの構成を使用することも可能である。

外部から調節することができる慣性抵抗が、装置の内側管を、らせん状の流路に対して軸方向に調節して第１の流路を形成することができる本発明による装置について考えられる。これは、動かされたときに、流体のらせん状の柱の開始点を設定し、らせん状の流路の一部分を実質的に追加または除去することで、慣性抵抗を変化させる。

図２３は、減衰および慣性のそれぞれの流路の流れを制御するために外部の調節手段が使用される実施形態を示す。調節手段は、ブリード式、ブローオフ式、シムプレロード式、または他の種類の調節手段のいずれでもよい。

さらに、図２４の実施形態に示されるとおり、本発明による設計と連動して動作するようにコンピュータ制御のバイパスバルブを使用してもよい。コンピュータ制御バルブを使ってらせん状の流路を巡るバイパスの流れを制御してもよいが、らせん状の流路を通る流れを制御することによって慣性抵抗を別に制御してもよい。

図２４に示した実施形態においてＭＲ流体が使用される場合には、磁界によって粘性を調節することが可能である。磁界発生装置を、第１または第２の流路における減衰特性を変化させるために使用することができる。

本発明による装置を、例えば運動の制御をもたらすためにオートバイのフォークの内部または自動車のストラットの内部に設置することができる。

本発明による装置を含む一体型の装置を製作できる。ここで、別の装置が本発明による装置と並列に作用する図１４、図１６、および図１８の３つの例が提示される。

図１４は、ダンパ１２１に並列な直列ダンパ−イナータを示す。この装置は、２つの別々な流体チャンバ１２４および１２２を備える。装置は、チャンバ１２４において貫通ロッドとして機能するロッド１２８を備える。ピストン１３１および１３２が、ロッドに取り付けられる。チャンバ１２４により、流体で満たされた外側のらせん状の流路１２５と、入り口および出口ポート１２６および１２７と、ピストン１３１のオリフィス１２３とを備えるタイプ１０（図７に示される）の装置が動作する。らせん状の流路１２５によって、イナータ効果（第１の流路）が得られ、オリフィス１２３によって、直列なダンパ（第２の流路）が得られる。第２のチャンバ１２２が、ピストン１３２のオリフィス１３３によって並列ダンパが得られる。チャンバ１２２は、外部のチャンバ１３０および浮動ピストン１２９を備え、ロッドによって押し出される流体を受ける。このチャンバは、装置を加圧するように機能してもよい。

図１５は、ダンパ１６１をダンパ１６２とイナータ１６３との直列接続に並列に備える図１４による装置の回路図を示す。らせん状の流路からの有害抵抗の減衰または意図的に導入される減衰は、イナータ要素のみに並列に作用すると考えられる。

図１６は、イナータ１４１に並列な直列ダンパ−イナータを示す。この装置は、２つの別々な流体チャンバ１４４および１４２を備える。装置は、チャンバ１４４において貫通ロッドとして機能するロッド１４８を備える。ピストン１５１および１５２が、ロッドに取り付けられる。チャンバ１４４により、流体で満たされた外側のらせん状の流路１４５と、入り口および出口ポート１４６および１４７と、ピストン１５１のオリフィス１４３とを備えるタイプ（図７に示される）の装置１０の動作が得られる。らせん状の流路１４５によって、イナータ効果（第１の流路）が得られ、オリフィス１４３によって、直列なダンパ（第２の流路）が得られる。第２のチャンバ１４２が、外部のらせん状の流路１５５によって並列イナータをもたらす。チャンバ１４２は、外部のチャンバ１５０および浮動ピストン１４９を備え、ロッドによって押し出される流体を受ける。このチャンバは、装置を加圧するように機能させてもよい。

図１７は、イナータ１８１をダンパ１８２とイナータ１８３との直列接続に並列に備える図１６による装置の回路図を示す。らせん状の流路からの有害抵抗の減衰または意図的に導入される減衰は、イナータ要素に並列に作用すると考えられる。

図１８は、ばねダンパとイナータ２２１との直列接続に並列な直列ダンパ−イナータを示す。この装置は、２つの別々な流体チャンバ２２４および２２２を備える。装置は、チャンバ２２４において貫通ロッドとして機能するロッド２２８を備える。ピストン２３１が、ロッド２２８に取り付けられる。ばね付勢式のピストン２３２が、ばね２３４によってロッド２２８へと摺動自在に取り付けられる。チャンバ２２４が、流体で満たされた外側のらせん状の流路２２５と、入り口および出口ポート２２６および２２７と、ピストン２３１のオリフィス２２３とを備えるタイプ（図７に示される）の装置１０の動作が得られる。らせん状の流路２２５によって、イナータ効果（第１の流路）が得られ、オリフィス２２３によって、直列なダンパ（第２の流路）が得られる。第２のチャンバ２２２が、外側のらせん状の流路２３５と、ばね付勢式のピストン２３２と、ピストンのオリフィス２３３とによる直列イナータ−ばね−ダンパを並列にもたらす。チャンバ２２２は、外部のチャンバ２３０および浮動ピストン２２９を備えロッドによって押し出される流体を受ける。このチャンバは、装置を加圧するように機能させてもよい。

図１９は、ダンパ２４１とイナータ２４２との直列接続をばね２４３とダンパ２４４とイナータ２４５との直列接続に並列に備える図１８による装置の回路図を示す。らせん状の流路からの有害抵抗の減衰または意図的に導入される減衰は、イナータ要素のみに並列に作用すると考えられる。

図２０は、本発明による装置３２１を示す。装置３２１は、シリンダ３２２と、シリンダ内を移動可能なロッド３２８と、シリンダ３２２内の流体３２４とを備える。オリフィス３２３を有するピストン３３１がロッド３２８に固定され、さらなるばね付勢式のピストン３３２が、ロッド３２８に摺動自在に取り付けられる。さらに装置は、２つのオリフィス（３２６、３２７）を介してシリンダ３２２からの液体の流出およびシリンダ３２２への液体の流入を生じさせる密封された流路を形成するらせん管３２５を、シリンダ３２２の外側に配置して備える。ロッドが移動することで、液体３２４がらせん管３２５を通って流れ、移動する液体３２４の質量に起因して慣性力が生じる。図７の装置と同様に、ピストン３３１が、オリフィス３２３の形態の減衰手段を備える。第２のばね付勢式のピストン３３２が、並列なばねの作用をもたらす。装置３２１は、外部のチャンバ３２９および浮動ピストン３３０を備えロッドによって押し出される流体を受ける。このチャンバは、装置を加圧するように機能させてもよい。

図２１は、ばね３４２とダンパ３４３との並列接続に直列なイナータ３４１の接続を含む図２０による装置の回路図を示す。

Claims (24)

1. 機械力の制御に使用するための装置であって、
   使用時に機械力を制御するためにシステムの構成要素に接続される独立に可動な第１および第２の端末と、
   前記端末の間に接続され、液体を含み、使用時に前記端末の相対移動を受けて少なくとも２つの流路に沿って液体の流れを生じさせるように構成された油圧手段と、を備え、
   第１の流路に沿った前記液体の流れが、前記第１の流路に沿った液体の流れの速度に比例する減衰力を生じさせ、
   第２の流路に沿った前記液体の流れが、前記液体の質量に起因する慣性力を生じさせ、前記力は、前記第２の流路に沿った流体の流れの加速度に略比例し、
   前記減衰力が、前記慣性力に等しく、前記端末における機械力を制御することを特徴とする装置。
2. 前記油圧手段が、
   前記端末のうちの一方に取り付けられ、前記液体を収容するチャンバを形成するハウジングと、
   他方の端末に取り付けられ、前記チャンバ内で可動なピストンと、
   をさらに備え、
   前記ピストンの移動により、前記第１の流路および前記第２の流路に沿った液体の流れが生じることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記第１の流路が、前記ピストンを貫通して設けられることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記第１の流路が、前記チャンバの外側に設けられることを特徴とする請求項２または３に記載の装置。
5. 前記第２の流路が、前記チャンバの外側に設けられることを特徴とする請求項２または３に記載の装置。
6. 前記第２の流路が、前記チャンバの内側に設けられることを特徴とする請求項２または３に記載の装置。
7. 前記第２の流路が、らせん状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の装置。
8. 前記第１の流路に沿った圧力を制御するための手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の装置。
9. 前記第１の流路のサイズが調節可能であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の装置。
10. 前記第２の流路の長さが調節可能であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の装置。
11. 前記２つの端末の相対移動の程度を制限するための手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の装置。
12. 前記第１の流路に沿った流れを制御するための手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の装置。
13. 前記第２の流路に沿った流れを制御するための手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の装置。
14. 前記流れを制御するための手段がコンピュータ制御バルブであることを特徴とする請求項１２または１３に記載の装置。
15. 前記流れを制御するための手段が、前記第２の流路の長さを調節するための外部の手段を備えることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
16. 前記液体が、磁性液体であり、前記流れを制御するための手段が、磁性流体の制御のための手段であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の装置。
17. 請求項１〜１６に記載の少なくとも１つの装置を備え、ばね、ダンパ、または別の請求項１〜１６に記載の装置のうちの少なくとも１つに接続され、互いに一体化されることを特徴とするシステム。
18. 前記少なくとも１つの装置が、第１のダンパに直列に接続されて直列ダンパ−イナータが形成され、前記直列ダンパ−イナータが、第２のダンパに並列に接続されることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
19. 第１の装置が、ダンパに直列に接続されて直列ダンパ−イナータが形成され、前記直列ダンパ−イナータが、第２の装置に並列に接続されることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
20. 第１の装置が、第１のダンパに直列に接続されて第１の直列ダンパ−イナータが形成され、
    第２の装置が、第２のダンパに直列に接続されて第２の直列ダンパ−イナータが形成され、
    前記第１の直列ダンパ−イナータが、前記第２の直列ダンパ−イナータに並列に接続されることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
21. ばねが、ダンパに並列に接続されて並列ばね−ダンパが形成され，前記並列ばね−ダンパが、前記少なくとも１つの装置に直列に接続されることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
22. 自動車の懸架装置、鉄道の懸架装置、またはオートバイの懸架装置におけるシステムの機械的減衰システムであって、
    請求項１〜１６のいずれかに記載の装置を備える機械的減衰システム。
23. 前記装置が、前記２つの端末のどちらも固定点に接続されないように構成されることを特徴とする請求項２２に記載の機械的減衰システム。
24. 振動を吸収するための方法であって、請求項１〜１６のいずれかに記載の装置を使用する工程を含む方法。

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