JPWO2010103570A1 - ビスカスカップリング、およびサスペンション装置 - Google Patents

ビスカスカップリング、およびサスペンション装置 Download PDF

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Abstract

ビスカスカップリング１０は、粘性流体を収容する作動室１６を形成するケース体１２と、ケース体１２に相対回転可能に挿通されたシャフト２０と、シャフト２０に連結された複数のインナープレート３０と、ケース体１２に連結され、作動室１６においてインナープレート３０と、シャフト２０の軸方向に間隔を開けて配置された複数のアウタープレート５０と、を備える。ビスカスカップリング１０は、インナープレート３０およびアウタープレート５０の一方を、シャフト２０またはケース体１２の回転速度に応じて変形させることで、インナープレート３０とアウタープレート５０との間隔を調整可能とした。

Description

本発明は、ビスカスカップリング、およびビスカスカップリングを搭載したサスペンション装置に関する。
従来、ビスカスカップリングをロールダンパ装置に採用した構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このロールダンパは、ロッド（シャフト）に対して回転自在に設けられた中空ケーシング内において、中空ケーシングの内周面に固着されたドーナツ盤状のアウタープレートと、ロッドの外周面に固着されたドーナツ盤状のインナープレートとが交互に重合されてそれぞれ複数枚配設されるとともに、ケーシング内にシリコンオイルが封入されている。そして、封入オイルの粘性抵抗によって減衰力を発生させている。
特許第２８０３８７０号公報 特開平１０−１０９５２９号公報 特開平１０−１０９５２８号公報 特開平２−６２４３１号公報
上述の状況において、本発明者は以下の課題を認識するに至った。
すなわち、ビスカスカップリングでは、シリコンオイル等の粘性流体が封入された作動室内でインナープレートとアウタープレート（以下、総称してプレートと呼ぶ場合がある）とが差動回転し、その回転差に応じて粘性流体にせん断力が生じてトルクが発生する。当該ビスカスカップリングをショックアブソーバとしてサスペンション装置に搭載した場合、この発生トルクがサスペンション装置における減衰力となる。ビスカスカップリングで発生する減衰力は、プレート間隔、およびプレートの重なり合う面積などに応じて決定される。
ここで、サスペンション装置のサスペンション特性は、乗り心地と共に車両の操縦安定性、すなわち操安性に影響を与える。たとえば、ショックアブソーバ（減衰力発生手段）の減衰力を大きく設定すると、車両の操安性は向上するが乗り心地は悪くなる。反対にショックアブソーバの減衰力を小さく設定すると、車両の操安性は低下するが乗り心地は良くなる。そこで、たとえばサスペンション特性を以下のように設定することで、車両の操安性と乗り心地を向上させることができる。すなわち、低域ストローク速度で減衰力を大きくして操安性を確保し、中高域ストローク速度で減衰力を小さくして乗り心地を確保する。
しかしながら、従来のビスカスカップリングは、プレート間隔、およびプレート重なり面積は設計段階で予め定められた一つのものに固定されていた。したがって、従来のビスカスカップリングでは、プレートの差動回転速度に対して比例の関係で、すなわちリニアに減衰力を発生させることしかできず、差動回転速度に応じて最適な減衰力を発生させることができなかった。そのため、たとえば、中高域ストローク速度での乗り心地を確保するために減衰力を小さく設定した場合には、低域ストローク速度での減衰力不足が生じてしまうおそれがあった。一方、低域ストローク速度での操安性を確保するために減衰力を大きく設定した場合には、中高域ストローク速度での減衰力過大が生じてしまうおそれがあった。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、サスペンション装置に好適に採用可能なビスカスカップリングを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある態様のビスカスカップリングは、粘性流体を収容する作動室を形成するケース体と、前記ケース体に相対回転可能に挿通されたシャフトと、前記シャフトに連結された複数の第１プレートと、前記ケース体に連結され、前記作動室において前記第１プレートと、前記シャフトの軸方向に間隔を開けて配置された複数の第２プレートと、を備え、前記第１プレートおよび前記第２プレートの一方を、前記シャフトまたは前記ケース体の回転速度に応じて変形させることで、前記第１プレートと前記第２プレートとの間隔を調整可能としたことを特徴とする。
この態様によれば、回転速度に応じて減衰力を変化させることができるため、サスペンション装置に好適に採用可能なビスカスカップリングを提供することができる。
上記態様において、前記第１プレートは、前記シャフトの軸に平行な断面視で軸方向に傾斜した傾斜部を含み、前記第１プレートの開放端と前記傾斜部を含む領域は前記シャフトを中心として放射状に延びるスリットにより複数の可動プレートに分割されており、
前記可動プレートの開放端側の端部は、連結端側の端部よりも質量が大きく、前記第２プレートは、前記傾斜部と対向する領域が前記傾斜部と平行に延びるように傾斜し、前記シャフトまたは前記ケース体の回転に応じて前記可動プレートにかかる力によって前記可動プレートが変位して、前記間隔が変化してもよい。これによれば、回転速度に応じて減衰力を変化させることができる。
上記態様において、前記第１プレートは、前記スリットの延在する範囲内に前記シャフトの軸周り方向に延びる肉薄部を有してもよい。これによれば、回転速度に応じて第１プレートまたは第２プレートをより確実に変位させることができる。
上記態様において、前記シャフトおよび前記ケース体が非回転状態で、前記第１プレートと、当該第１プレートと隣り合う２枚の第２プレートのうち一方の第２プレートとの間隔は、当該第１プレートと他方の第２プレートとの間隔よりも狭くてもよい。これによれば、回転速度の増加にともなう減衰力の過剰な増加を抑えることができる。
上記態様において、前記可動プレートの開放端側の端部は、前記第１プレートの回転方向の端面のうち一方の端面が他方の端面よりも面積が大きくてもよい。これによれば、シャフトまたはケース体の回転方向に応じて減衰力を異ならせることができる。
上記態様において、前記可動プレートは、開放端側の端部が折り曲げられていてもよい。これによれば、より簡単にビスカスカップリングを形成することができる。
上記態様において、前記第１プレートは、前記第２プレートの開放端よりもシャフト側の領域に一体または別体に設けられた小プレートを含み、前記第２プレートは、開放端からシャフト側に突出する突出部を含み、前記小プレートと前記突出部とは、前記第１プレートと前記第２プレートとの間隔よりも狭い間隔で対向してもよい。これによれば、シャフトまたはケース体の回転角度に応じて発生させる減衰力を調整することができるため、サスペンション装置により好適に適用可能となる。
上記態様において、前記小プレートおよび前記突出部は、前記ケース体に対する前記シャフトの回転角度が回転範囲の限界領域にあるときに互いが対向するように設けられていてもよい。これによれば、シャフトまたはケース体の回転角度が回転範囲の限界領域にあるときに、減衰力を増大させることができる。
本発明の別の態様は、サスペンション装置である。このサスペンション装置は、車両が上下に変位した際に当該車両に伝わる衝撃を緩衝するための減衰力発生手段として上述のいずれかの態様のビスカスカップリングを備えている。このサスペンション装置によれば、乗り心地および操舵安定性の向上を図ることができる。
上記態様において、前記第１プレートは、前記第２プレートの開放端よりも前記シャフト側の領域に一体または別体に設けられた小プレートを含み、前記第２プレートは、開放端から前記シャフト方向に突出し、前記第１プレートと前記第２プレートとの間隔よりも狭い間隔で前記小プレートと対向する突出部を含み、前記小プレートおよび前記突出部は、前記車両が変位上端領域または変位下端領域にあるときに互いに対向するように配置されてもよい。これによれば、車両のトッピングおよびボトミングを低減することができる。
上記態様において、前記第１プレートは、前記シャフトの軸に平行な断面視で軸方向に傾斜した傾斜部を含み、前記第１プレートの開放端と前記傾斜部を含む領域は前記シャフトを中心として放射状に延びるスリットにより複数の可動プレートに分割されており、前記可動プレートの開放端側の端部は、前記第１プレートの回転方向の端面のうち前記車両の上方への変位によって前記シャフトが回転したときに前進する側の端面が、前記車両の下方への変位によって前記シャフトが回転したときに前進する側の端面よりも面積が大きくてもよい。これによれば、車両の乗り心地をより向上させることができる。
本発明によれば、サスペンション装置に好適に採用可能なビスカスカップリングを提供することができる。
実施形態１に係るサスペンション装置の取付構造を示す図である。 実施形態１に係るビスカスカップリングの概略断面図である。 図３（Ａ）は、インナープレートの概略斜視図であり、図３（Ｂ）は、インナープレートの概略平面図であり、図３（Ｃ）は、インナープレートの概略側面図である。 図４（Ａ）は、インナープレートの可動プレート近傍の拡大図であり、図４（Ｂ）は、可動プレート近傍の概略断面図である。 図５（Ａ）は、アウタープレートの概略斜視図であり、図５（Ｂ）は、アウタープレートの概略平面図であり、図５（Ｃ）は、アウタープレートの概略側面図である。 図６（Ａ）は、シャフトとケース体とが非回転の状態を示す概略断面図であり、図６（Ｂ）は、シャフトとケース体とが回転した状態を示す概略断面図である。 図７（Ａ）は、シャフトとケース体との差動回転速度ｖと減衰力Ｆとの関係を示す図であり、図７（Ｂ）は、シャフトとケース体との差動回転角度θと減衰力Ｆとの関係を示す図である。 図８（Ａ）は、実施形態２に係るビスカスカップリングにおける可動プレートの開放端近傍の拡大図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示す部分を図８（Ａ）とは別の視点から見たときの拡大図である。 変形例に係るビスカスカップリングにおけるインナープレートの一部を示す概略断面図である。
符号の説明
１ サスペンション装置、 １０ ビスカスカップリング、 １２ ケース体、 １６ 作動室、 ２０ シャフト、 ３０ インナープレート、 ３０ａ 開放端、 ３２ 垂直部、 ３４ 傾斜部、 ３５ 連結部、 ３６ 重り部、 ３８ 小プレート、 ４０ 可動プレート、 ５０ アウタープレート、 ５０ａ 開放端、 ５２ 垂直部、 ５４ 傾斜部、 ５８ 突出部、 ７０ スリット。
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るサスペンション装置の取付構造を示す図である。図１に示すように、サスペンション装置１は、車輪２を回転可能に支持するキャリア３と、キャリア３を上下に揺動可能に支持するロアアーム４およびアッパアーム５を備える。車両本体６、ロアアーム４、アッパアーム５、およびキャリア３はリンク機構７を構成し、ロアアーム４およびアッパアーム５は、車両本体６に回転可能に取り付けられる。
本実施形態において、サスペンション装置１は、リンク機構７のジョイント部にビスカスカップリング１０を備えて構成される。本実施形態におけるリンク機構７は、４節リンク機構を構成しており、ビスカスカップリング１０は、車両本体６とロアアーム４とのジョイント部８ａ、車両本体６とアッパアーム５とのジョイント部８ｂ、アッパアーム５とキャリア３とのジョイント部８ｃ、ロアアーム４とキャリア３とのジョイント部８ｄのいずれに設けられてもよい。図１に示す例では、ビスカスカップリング１０が、車両本体６とロアアーム４のジョイント部８ａを構成している。以下、ジョイント部８ａ〜８ｄを総称する場合には、「ジョイント部８」と呼ぶ。
ビスカスカップリング１０は、ケース体と、ケース体に挿通されたシャフトを有する。ケース体が１つのリンクに取り付けられ、またシャフトが当該リンクに隣接するリンクに取り付けられることで、隣り合う２つのリンクを相対回転可能に連結するジョイント部８が構成される。図１に示す例では、ケース体が車両本体６に固定され、またシャフトがロアアーム４に連結されることで、ロアアーム４の上下動に応じてシャフトとケース体とが相対回転し、減衰力を発生する。
なお本実施形態において、リンク機構７の構造は例示であり、サスペンション装置１が他のリンク機構を有してもよい。さらに、図１に示す例ではビスカスカップリング１０がジョイント部８ａを構成しているが、他のジョイント部８ｂ、８ｃ、８ｄを構成してもよく、また複数のビスカスカップリング１０が複数のジョイント部８を構成してもよい。
図２は、実施形態１に係るビスカスカップリングの概略断面図である。ビスカスカップリング１０は、ロアアーム４（図１参照）に連結されてロアアーム４の上下動に応じて回転するシャフト２０と、シャフト２０が挿通された円筒状のケース体１２とを備える。シャフト２０は、ケース体１２に相対回転可能に挿通されている。ケース体１２は、環状張出部１４において車両本体６（図１参照）に連結されている。なおシャフト２０が車両本体６に連結され、ケース体１２がロアアーム４に連結されてもよく、またシャフト２０およびケース体１２が、リンク機構７における他の隣り合うリンクに連結されてもよい。
シャフト２０は、軸受１８ａ、軸受１８ｂにより、ケース体１２に対して相対回転可能に支持されている。ケース体１２は中空の円筒状部材であり、シャフト２０の外周面とケース体１２の内周面との間には作動室１６が形成されている。作動室１６は、シリコンオイル等の粘性流体が充填されており、オイルシール２２ａ、オイルシール２２ｂにより封止されている。
シャフト２０の外周面には、複数枚のインナープレート３０（第１プレート）が連結されている。ケース体１２の内周面には、複数枚のアウタープレート５０（第２プレート）が連結されている。複数枚のインナープレート３０と複数枚のアウタープレート５０とは、ともに円盤状の部材であり、作動室１６においてシャフト２０の軸方向に所定の間隔を開けて配置されている。本実施形態では、複数枚のインナープレート３０と複数枚のアウタープレート５０が、作動室１６において交互に配置されている。インナープレート３０の径は、ケース体１２の内周面で形成される円の径よりも小さく、そのためシャフト２０に連結されていない側のインナープレート３０の端部は開放端３０ａとなっている。また、アウタープレート５０の中心にはシャフト２０が挿通される開口５１が形成されている。開口５１の径は、シャフト２０の径よりも大きく、そのため、ケース体１２の内周面に連結されていない側のアウタープレート５０の端部は開放端５０ａとなっている。
また、インナープレート３０は、後述する小プレート３８を含み、アウタープレート５０は、後述する突出部５８を含む。インナープレート３０およびアウタープレート５０の構成については後に詳細に説明する。
ここで、従来のビスカスカップリングをサスペンション装置に適用した場合における差動回転速度と発生トルクとの関係を説明する。図１に示すように、ビスカスカップリングをサスペンション装置に組み込んだ場合、差動回転速度はサスペンションストローク速度、発生トルクは減衰力に対応する。
車輪２（図１参照）の挙動によりロアアーム４（図１参照）が上下動すると、シャフトが回転して、シャフトとケース体が相対回転する。これにより、それぞれに連結されている複数枚のインナープレートとアウタープレートとが差動回転（相対回転）し、その回転差に応じて粘性流体にせん断力が発生してトルク（抵抗）が発生する。この発生トルクは、サスペンション装置１における減衰力となる。
以下、ビスカスカップリングにおける発生トルクＴ０の計算式を示す。
Figure 2010103570
 Ｓｎ：プレート間隔（ピッチ）
Ｎ：流体粘度（動粘度）
ｅ：密度
ｒａ：インナープレートの外径
ｒｉ：アウタープレートの内径
Δｎ：差動回転速度
また、ビスカスカップリングによる差動回転速度と発生トルクとの関係は、以下の式２（クエット流れの式）で表すことができる。
Figure 2010103570
 τ：抵抗
μ：摩擦係数
Ｕ：回転速度
ｈ：プレート間隔
式１および式２から分かるように、ビスカスカップリングでは、プレート間隔Ｓｎ（プレート間隔ｈ）の大きさに反比例してトルク（抵抗τ）が発生する。すなわち、プレート間隔Ｓｎ（プレート間隔ｈ）が小さいほど、発生トルクＴ０（抵抗τ）は大きくなる。
サスペンション装置のサスペンション特性としては、ストローク速度に応じて調整可能であることが望ましい。一例として、サスペンション特性は、低域ストローク速度で減衰力を大きくして操安性を確保し、中高域ストローク速度で減衰力を小さくして乗り心地を確保するために減衰力を大きくすることが好ましい。しかしながら、従来のビスカスカップリングは、プレート間隔、およびプレート重なり面積がプレートの差動回転速度によらず不変であったため、減衰力をリニアに発生させることしかできなかった。
そこで、本発明者は、インナープレート３０およびアウタープレート５０の一方を、シャフト２０またはケース体１２の回転速度に応じて変形させることで、インナープレート３０の少なくとも一部の領域と、当該領域に対向するアウタープレート５０の領域との間隔を調整可能とした。そして、これにより、プレートの差動回転速度に応じて発生させる減衰力を異ならせることとした。
以下、インナープレート３０およびアウタープレート５０の構成について詳細に説明する。図３（Ａ）は、インナープレートの概略斜視図であり、図３（Ｂ）は、インナープレートの概略平面図であり、図３（Ｃ）は、インナープレートの概略側面図である。図４（Ａ）は、インナープレートの可動プレート近傍の拡大図であり、図４（Ｂ）は、可動プレート近傍の概略断面図である。図５（Ａ）は、アウタープレートの概略斜視図であり、図５（Ｂ）は、アウタープレートの概略平面図であり、図５（Ｃ）は、アウタープレートの概略側面図である。
図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示すように、インナープレート３０の中心には、シャフト２０が挿嵌される開口３１が設けられている。また、インナープレート３０は、垂直部３２と、傾斜部３４と、連結部３５と、重り部３６と、小プレート３８とを含む。
垂直部３２は、インナープレート３０がシャフト２０に連結された状態で、シャフト２０の軸に垂直な方向に延びている。垂直部３２の内側の端部はインナープレート３０の連結端であって、シャフト２０に連結されている。垂直部３２の外側の端部、すなわちケース体１２側の端部は、連結部３５を介して傾斜部３４に連結されている。
傾斜部３４は、シャフト２０の軸に平行な断面視で、シャフト２０の軸方向に傾斜しており、シャフト２０の軸周りに設けられている。傾斜部３４は、連結部３５を介して垂直部３２の外側の端部に連結されている。そのため、インナープレート３０は、略傘状、もしくは略皿状となっている。
連結部３５は、垂直部３２の外側の端部と傾斜部３４の内側の端部とを連結している。図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように、連結部３５は、シャフト２０の軸に平行な断面視で、両側の面が厚さ方向に凹んでおり、これによりシャフト２０の軸周り方向に延びる括れ（肉薄部）が形成されている。本実施形態の連結部３５は、複数の括れが設けられて蛇腹状となっている。括れは、シャフト２０の軸周り全周にわたって設けられている。連結部３５に括れが設けられたことで、後述する可動プレート４０がシャフト２０の軸方向に変位しやすくなっている。
傾斜部３４の外側の端部には重り部３６が連結されている。重り部３６の外側の端部は、インナープレート３０の開放端３０ａである。重り部３６は垂直部３２および傾斜部３４よりも肉厚となっている。そのため、重り部３６が設けられたことで、後述する可動プレート４０の外側の端部（開放端側の端部）が内側の端部（連結端側の端部）よりも質量が大きくなっている。
小プレート３８は、平面視略扇形状の部材であり、アウタープレート５０の開放端５０ａよりもシャフト２０側において、インナープレート３０と一体または別体に設けられている。言い換えれば、インナープレート３０は、小プレート３８が設けられた領域において、板厚が厚くなっている。小プレート３８は、内側の端部がシャフト２０に連結され、外側の端部は開放端５０ａよりも内側の領域にある。また、小プレート３８は、垂直部３２におけるシャフト２０の軸周り方向の所定領域に設けられており、インナープレート３０とアウタープレート５０とのプレート間隔よりも狭い間隔で突出部５８と対向する（図２参照）。
インナープレート３０の開放端３０ａと傾斜部３４を含む領域は、シャフト２０を中心として放射状に延びるスリット７０によって複数の可動プレート４０に分割されている。本実施形態では、スリット７０が開放端３０ａから連結部３５まで延びており、可動プレート４０は、開放端と反対側の端部（シャフト２０側の端部）が連結部３５に連結されており、連結部３５側の端部を支点にして、シャフト２０の軸方向に変位可能となっている。可動プレート４０は、上述のように、開放端側の端部が重くなっている。そのため、可動プレート４０は、シャフト２０とケース体１２の相対回転によって可動プレート４０にかかる慣性力、または遠心力により、連結端側の端部を支点としてシャフト２０の軸方向に変位しやすくなっている。また、上述のように、連結部３５には括れが設けられているため、可動プレート４０は連結部３５側の端部を支点にしてシャフト２０の軸方向により変位しやすくなっている。
なお、スリット７０が垂直部３２まで延び、垂直部３２が可動プレート４０の一部を構成していてもよい。さらに、スリット７０がインナープレート３０の連結端まで延び、可動プレート４０がインナープレート３０の開放端３０ａから連結端にまで延在する構成であってもよい。また、インナープレート３０は、垂直部３２を含まず、傾斜部３４がシャフト２０まで延びていてもよい。なお、括れが設けられる位置は、連結部３５に限定されず、インナープレート３０の径方向におけるスリット７０の延在する範囲内であればよい。
図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示すように、アウタープレート５０は、垂直部５２と、傾斜部５４と、突出部５８とを含む。
垂直部５２は、アウタープレート５０がケース体１２に連結された状態で、シャフト２０の軸に垂直な方向に延びている。垂直部５２の内側の端部、すなわちシャフト２０側の端部はアウタープレート５０の開放端５０ａである。垂直部５２の外側の端部は、傾斜部５４に連結されている。
傾斜部５４は、インナープレート３０の傾斜部３４と対向する領域に設けられ、傾斜部３４と平行に延びるように傾斜している。傾斜部５４は、垂直部５２の外側の端部に連結されている。
突出部５８は、平面視略扇形状であり、アウタープレート５０の開放端５０ａからシャフト２０側に突出している。突出部５８は、外側の端部が開放端５０ａに連結され、内側の端部がシャフト２０と緩衝しない状態で、開口５１内に設けられている。本実施形態では、突出部５８は、シャフト２０の軸周りの所定位置に２つ設けられており、インナープレート３０とアウタープレート５０とのプレート間隔よりも狭い間隔で小プレート３８と対向する（図２参照）。
ここで、小プレート３８と突出部５８とは、ケース体１２に対するシャフト２０の回転角度が回転範囲の限界領域にあるときに互いが対向するように、それぞれインナープレート３０の垂直部３２とアウタープレート５０の開放端５０ａとに配置されている。ビスカスカップリング１０を備えたサスペンション装置１では、小プレート３８と突出部５８とが設けられる位置は、車両が概ね変位上端領域または変位下端領域、すなわち、ストローク上下限領域にあるときに互いが対向する位置である。
小プレート３８と突出部５８とをこのような位置に設けることで、シャフト２０の回転角度が回転範囲の限界領域に達したときに、小プレート３８と突出部５８との間で減衰力を発生させることができる。そして、小プレート３８と突出部５８とは、インナープレート３０とアウタープレート５０との間隔よりも狭い間隔で対向するため、シャフト２０の回転角度が回転範囲の限界領域に達したときに減衰力が増大する。そのため、ビスカスカップリング１０を搭載したサスペンション装置１では、車両が変位上端または下端に達したときに減衰力を増大させることができ、車両のボトミングやトッピングを防止することができる。これにより、車両の乗り心地を向上させることができる。
続いて、上述の構成を備えたビスカスカップリング１０の動作について説明する。図６（Ａ）は、シャフトとケース体とが非回転の状態を示す概略断面図であり、図６（Ｂ）は、シャフトとケース体とが回転した状態を示す概略断面図である。図６（Ａ）および図６（Ｂ）では、インナープレート３０の可動プレート４０近傍を示している。図７（Ａ）は、シャフトとケース体との差動回転速度ｖと減衰力Ｆとの関係を示す図であり、図７（Ｂ）は、シャフトとケース体との差動回転角度θと減衰力Ｆとの関係を示す図である。図７（Ａ）および図７（Ｂ）において、実線Ｅは、本実施形態に係るビスカスカップリング１０の減衰力特性を示し、破線Ｃは、従来のビスカスカップリングの減衰力特性を示している。
図６（Ａ）に示すように、シャフト２０とケース体１２とが非回転の状態では、インナープレート３０と、隣り合う２枚のアウタープレート５０との間隔が異なるように配置されている。すなわち、インナープレート３０と、隣り合う２枚のアウタープレート５０のうち一方のアウタープレート５０との間隔が、他方のアウタープレート５０との間隔よりも狭くなっている。具体的には、インナープレート３０と、可動プレート４０が変位したときに遠ざかる側のアウタープレート５０Ｂ（図６（Ａ）中、右側のアウタープレート）との間隔ｂが、インナープレート３０と、可動プレート４０が変位したときに近づく側のアウタープレート５０Ａ（図６（Ａ）中、左側のアウタープレート）との間隔ａよりも狭くなっている。たとえば、間隔ｂが約１ｍｍであり、間隔ａが約１．４ｍｍである。
そして、ロアアーム４（図１参照）の上下動によってシャフト２０が回転すると、シャフト２０とケース体１２が相対回転する。これにより、それぞれに連結された複数枚のインナープレート３０とアウタープレート５０とが差動回転する。差動回転速度が低速域にあるときにはインナープレート３０にかかる慣性力が小さいため、インナープレート３０は図６（Ａ）に示す状態のまま回転する。そして、インナープレート３０と、当該インナープレート３０に対して間隔ｂを開けて配置されたアウタープレート５０Ｂとの間で主に減衰力が発生する。そのため、図７（Ａ）に示すように、差動回転速度が低速域にあるときには、差動回転速度に比例してリニアに減衰力が発生する。なお、インナープレート３０と、間隔ａを開けて配置されたアウタープレート５０Ａとの間ではほとんど減衰力が発生しない。
差動回転速度が増加するとインナープレート３０にかかる慣性力が大きくなり、差動回転速度が中高速域になると、可動プレート４０が連結部３５側の端部を支点としてシャフト２０の軸方向（図６（Ｂ）中の白抜き矢印の方向）に変位し始める。これにより、インナープレート３０とアウタープレート５０Ｂとの間隔ｂが広がっていく。可動プレート４０の変位量は、差動回転速度の増加にともなって増大し、したがって間隔ｂも差動回転速度の増加にともなって大きくなっていく。これにより、中高速域においては、図７（Ａ）に示すように、差動回転速度が増加しても減衰力はリニアに増加せず、中高速域における減衰力の過剰な増加を抑えることができる。可動プレート４０は、差動回転速度の増加にともなって徐々に変位していくため、差動回転速度が低速域から中高速域に、もしくは中高速域から低速域に移行したときに減衰力はなめらかに変化する。そのため、減衰力が急激に変化することによる乗り心地の悪化を回避することができる。
可動プレート４０は、たとえば、変位量が最大となった状態で、近づく側のアウタープレート５０Ａと最短距離にある傾斜部３４の領域と、アウタープレート５０Ａ、５０Ｂとの間隔ａ、間隔ｂがほぼ等しくなるまで変位する。たとえば、間隔ｂが約１ｍｍであり、間隔ａが約１．４ｍｍの場合、最大変位量は約０．２ｍｍであり、変位した状態での間隔ａおよび間隔ｂが約１．２ｍｍとなる。なお、可動プレート４０の変位量が増大すると、インナープレート３０とアウタープレート５０Ａとの間隔ａが狭まっていき、インナープレート３０とアウタープレート５０Ａとの間で減衰力が発生し始める。しかしながら、可動プレート４０の変位量が最大となった状態、すなわち、インナープレート３０とアウタープレート５０Ａとの間で発生する減衰力が最大となった状態であっても、インナープレート３０とアウタープレート５０Ａとの間で発生する減衰力と、インナープレート３０とアウタープレート５０Ｂとの間で発生する減衰力との合計の減衰力が、従来のビスカスカップリングで発生する減衰力を上回ることはない。
また、ケース体１２とシャフト２０との差動回転角度が増大すると、小プレート３８と突出部５８とが重なり始め、差動回転角度の増大にともなって小プレート３８と突出部５８との重なり領域が増加していく。ここで、上記式１から分かるように、ビスカスカップリングでは、インナープレートの外径ｒａの４乗とアウタープレートの内径ｒｉの４乗との差に比例の関係でトルクが発生する。すなわち、シャフト２０の軸方向から見て、差動回転する２枚のプレートが重なり合う領域の大きさに比例してトルクが発生する。したがって、小プレート３８と突出部５８とのプレート重なり領域が大きくなるほど小プレート３８と突出部５８との間で発生する減衰力も増大する。これにより、図７（Ｂ）に示すように、差動回転角度が回転範囲の限界領域にあるときに、減衰力が立ち上がる。なお、小プレート３８と突出部５８との重なり領域の大きさは、差動回転角度の増加にともなって徐々に増加するため、回転範囲限界領域の境界において減衰力はなめらかに変化する。そのため、減衰力が急激に変化することによる乗り心地の悪化を回避することができる。
なお、差動回転速度の低速域および中高速域の範囲、および差動回転角度の回転範囲限界領域の範囲は、車両の乗り心地や操安性の向上を考慮して適宜設定されるものであり、設計者がシミュレーションや各種の実験に基づいて適宜設定することが可能である。
続いて、ビスカスカップリング１０の組み立て方法の一例を説明する。
まず、ケース体１２が、図示しない蓋体が外された状態で、開口が上になるように配置される。そして、オイルシール２２ｂと軸受１８ｂとを貫通するようにシャフト２０が挿入される。続いて、小プレート３８が予め設けられたインナープレート３０がシャフト２０に挿嵌され、予め規定された位置に固定される。次に、アウタープレート５０がケース体１２の予め規定された位置に取り付けられ、固定される。これが繰り返されて全てのインナープレート３０、およびアウタープレート５０が取り付けられたら、粘性流体としてのシリコンオイルがケース体１２の筺体部内に充填されて、蓋体が取り付けられ、ビスカスカップリング１０が完成する。なお、蓋体を取り付けた後に、オイル孔よりシリコンオイルを充填して、充填後オイル孔を封止することでビスカスカップリング１０を形成してもよい。
以上説明した構成による作用効果を総括すると、本実施形態に係るビスカスカップリング１０では、インナープレート３０を、シャフト２０またはケース体１２の回転速度に応じて変形させている。そして、これによりインナープレート３０と、アウタープレート５０との間隔を調整可能としている。そのため、シャフト２０とケース体１２の差動回転速度に応じて減衰力を調整することができ、その結果、本実施形態にかかるビスカスカップリングはサスペンション装置に好適に用いることができる。
具体的には、インナープレート３０にスリット７０を入れて複数の可動プレート４０に分割し、可動プレート４０がシャフト２０の軸方向に折り曲げられて傾斜部３４が形成されている。また、可動プレート４０の開放端側には重り部３６が設けられている。また、アウタープレート５０には、傾斜部３４と平行に延びる傾斜部５４が形成されている。そして、シャフト２０またはケース体１２の回転に応じて可動プレート４０にかかる慣性力により可動プレート４０が変位して外側に開き、インナープレート３０とアウタープレート５０との間隔が変化する。このような構成によっても、シャフト２０とケース体１２の差動回転速度に応じて減衰力を調整することができる。
また、インナープレート３０は垂直部３２を含み、可動プレート４０が連結部３５を介して垂直部３２に連結されている。そして、連結部３５には括れが設けられて蛇腹状になっており、そのため、可動プレート４０が変位しやすくなっている。これにより、差動回転速度に応じて可動プレート４０をより確実に変位させることができ、また、可動プレート４０の変位量をより自由に調整することができる。また、シャフト２０とケース体１２とが非回転状態で、インナープレート３０と、隣り合うアウタープレート５０のうち一方のアウタープレート５０の間隔が、他方のアウタープレート５０との間隔よりも狭くなっている。これにより、差動回転速度が中高速域にあるときに、差動回転速度に対して減衰力の増加量が徐々に小さくなる飽和型特性で減衰力を発生させることができる。そのため、中高速域における減衰力の過剰な増加を抑えることができ、差動回転速度に応じて最適な減衰力を発生させることができる。
また、インナープレート３０はアウタープレート５０の開放端５０ａよりも内側の領域に小プレート３８を含み、アウタープレート５０は、開放端５０ａから突出する突出部５８を含んでいる。そして、小プレート３８と突出部５８とは、インナープレート３０とアウタープレート５０との間隔よりも狭い間隔で対向する。これにより、シャフト２０またはケース体１２が回転して小プレート３８と突出部５８とが重なった時に、より大きい減衰力を発生させることができる。そのため、差動回転角度に応じて最適な減衰力を発生させることができる。特に、小プレート３８と突出部５８が、シャフト２０の回転角度が回転範囲の限界領域にあるときに互いが対向する位置に設けられた場合には、シャフト２０の回転角度が限界領域に達した時に減衰力を増大させることができる。また、ビスカスカップリング１０をサスペンション装置１に適用した場合、小プレート３８と突出部５８とを、車両が変位上端または下端にあるときに互いに対向する位置に設けることで、車両のトッピングおよびボトミングを低減することができる。
さらに、本実施形態に係るサスペンション装置１は、車両が上下に変位した際に当該車両に伝わる衝撃を緩衝するための減衰力発生手段として、差動回転速度に応じて減衰力を調整することが可能なビスカスカップリング１０を採用している。これにより、車両の乗り心地の向上と、操舵安定性の向上とを図ることができる。
（実施形態２）
実施形態２に係るビスカスカップリングは、インナープレートに設けられた重り部の形状が実施形態１と異なる。以下、本実施形態について説明する。なお、サスペンション装置の構成、およびビスカスカップリングのその他の構成、ビスカスカップリングの組み立て方法等は実施形態１と基本的に同一である。実施形態１と同一の構成については同一の符号を付し、その説明は適宜省略する。
図８（Ａ）は、実施形態２に係るビスカスカップリングにおける可動プレートの開放端近傍の拡大図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示す部分を図８（Ａ）とは別の視点から見たときの拡大図である。
図示は省略するが、本実施形態に係るビスカスカップリング１０は、実施形態１と同様に、シャフト２０と、ケース体１２とを備える。シャフト２０は、ケース体１２に対して相対回転可能に支持されている。ケース体１２は中空の円筒状部材であり、シャフト２０の外周面とケース体１２の内周面との間には作動室１６が形成されて、シリコンオイル等の粘性流体が充填されている。シャフト２０の外周面には、複数枚のインナープレート３０（第１プレート）が連結され、またケース体１２の内周面には、複数枚のアウタープレート５０（第２プレート）が連結されている。複数枚のインナープレート３０と複数枚のアウタープレート５０とは、作動室１６においてシャフト２０の軸方向に所定の間隔を開けて配置されている。本実施形態では、複数枚のインナープレート３０と複数枚のアウタープレート５０とは、作動室１６において交互に配置されている。
インナープレート３０は、垂直部３２と、傾斜部３４と、連結部３５と、重り部３６と、小プレート３８とを含む。垂直部３２は、シャフト２０の軸に垂直な方向に延びている。傾斜部３４は、シャフト２０の軸方向に傾斜している。連結部３５は、垂直部３２の外側の端部と傾斜部３４の内側の端部とを連結している。連結部３５には、シャフト２０の軸周り方向に延びる括れ（肉薄部）が形成されている。傾斜部３４の外側の端部には重り部３６が連結されている。重り部３６が設けられたことで、可動プレート４０の外側の端部が内側の端部よりも質量が大きくなっている。小プレート３８は、アウタープレート５０の開放端５０ａよりもシャフト２０側において、インナープレート３０と一体または別体に設けられている。インナープレート３０は、シャフト２０を中心として放射状に延びるスリット７０によって複数の可動プレート４０に分割されている。可動プレート４０は、開放端と反対側の端部が連結部３５に連結されており、連結部３５側の端部を支点にして、シャフト２０の軸方向に変位可能となっている。
アウタープレート５０は、垂直部５２と、傾斜部５４と、突出部５８とを含む。垂直部５２は、シャフト２０の軸に垂直な方向に延びている。傾斜部５４は、インナープレート３０の傾斜部３４と対向する領域に設けられ、傾斜部３４と平行に延びるように傾斜している。傾斜部５４は、垂直部５２の外側の端部に連結されている。突出部５８は、アウタープレート５０の開放端５０ａからシャフト２０側に突出している。
小プレート３８と突出部５８とは、ケース体１２に対するシャフト２０の回転角度が回転範囲の限界領域にあるときに互いが対向するように、それぞれインナープレート３０とアウタープレート５０とに配置されている。ビスカスカップリング１０を備えたサスペンション装置１では、小プレート３８と突出部５８とが設けられる位置は、車両が概ね変位上端領域または変位下端領域にあるときに互いが対向する位置である。小プレート３８と突出部５８とは、インナープレート３０とアウタープレート５０とのプレート間隔よりも狭い間隔で対向する。
本実施形態では、可動プレート４０の開放端側の端部、すなわち重り部３６において、インナープレート３０の回転方向の端面のうち一方の端面が他方の端面よりも面積が大きくなっている。具体的には、重り部３６は、略円錐形状であり、その底面と先端がインナープレート３０の回転方向に向くように配置された形状である。なお、重り部３６の形状は特にこれに限定されず、たとえば四角錐形状などであってもよい。
ここで、ビスカスカップリングにおける発生トルクは、以下の式３で表すことができる。
Figure 2010103570
 Ｆ：発生トルク
Ｃｄ：抵抗係数
ρ：流体密度
Ｖ：回転速度
Ａ：進行方向から見たときの回転する物体の面積
式３から分かるように、抵抗係数Ｃｄが大きいほど発生トルクは大きくなる。ここで、サスペンション装置のサスペンション特性は、車両が路面に対して上方に移動したとき、すなわち伸び側で減衰力が高く、車両が路面に対して下方に移動したとき、すなわち圧側で減衰力が低いことが、車両の乗り心地を向上させる面から好ましい。しかしながら、従来のビスカスカップリングでは、プレートの形状が単純な円盤状であったため、伸び側と圧側とで発生させる減衰力を異ならせることはできなかった。
これに対し、本実施形態のビスカスカップリング１０では、可動プレート４０を有し、可動プレート４０の開放端に円錐形状の重り部３６が設けられている。そして、粘性流体が円錐の底面側から先端側に流動した場合の抵抗係数は、粘性流体が円錐の先端側から底面側に流動した場合の抵抗係数よりも大きくなる。たとえば、粘性流体が円錐の底面側から先端側に流動した場合の抵抗係数は約１．１であり、粘性流体が円錐の先端側から底面側に流動した場合の抵抗係数は約０．５である。したがって、本実施形態に係るビスカスカップリング１０によれば、インナープレート３０の回転方向、すなわちシャフト２０またはケース体１２の回転方向に応じて発生させる減衰力を異ならせることができる。なお、面積Ａは、インナープレート３０の回転方向がどちらであっても、円錐の底面の面積と等しくなる。
本実施形態では、車両の上方への変位によってシャフト２０が回転したときに前進する方向に円錐の底面が向けられ、車両の下方への変位によってシャフト２０が回転したときに前進する方向に円錐の先端が向けられる。これにより、車両が伸び側に変位したときに相対的に大きい減衰力を発生させ、車両が圧側に変位したときに相対的に小さい減衰力を発生させることができる。
以上説明した構成による作用効果を総括すると、本実施形態に係るビスカスカップリング１０では、可動プレート４０の開放端側の端部におけるインナープレート３０の回転方向の端面のうち、一方の端面が他方の端面よりも面積が大きくなっている。したがって、実施形態１の効果に加えて、インナープレート３０の回転方向に応じて減衰力を異ならせることができるという効果が得られる。すなわち、本実施形態にかかるビスカスカップリングは、シャフト２０またはケース体１２の回転方向に応じて適切な減衰力を発生させることができるため、サスペンション装置に好適に用いることができる。
また、車両の伸び側への変位によってシャフト２０が回転したときに前進する側の端面の面積を、車両の圧側への変位によってシャフト２０が回転したときに前進する側の端面の面積よりも大きくした場合、圧側よりも伸び側で減衰力を大きくすることができる。これにより、車両の乗り心地をより向上させることができる。
本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の各要素を適宜組み合わせたものも、本発明の実施の形態として有効である。また、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれ得る。各図に示す構成は、一例を説明するためのもので、同様な機能を達成できる構成であれば、適宜変更可能であり、同様な効果を得ることができる。
たとえば、可動プレート４０は、図９に示すように、開放端側の端部が折り曲げられていてもよい。図９は、変形例に係るビスカスカップリングにおけるインナープレートの一部を示す概略断面図である。すなわち、可動プレート４０の開放端側の端部が折り返されて重ねられ、これにより重り部３６が形成されている。重り部３６をこのような形状とすることで、重り部３６をより簡単に形成することができ、ひいてはビスカスカップリング１０を簡単に製造することができる。また、可動プレート４０の開放端側の端部が連結端側の端部よりも重くなる構造であれば、重り部３６の形状は特に限定されない。たとえば、可動プレート４０を連結端側の端部から開放端側の端部にかけて、段階的もしくは無段階に板厚が厚くなる形状とし、可動プレート４０の外側の端部が重り部３６を構成していてもよい。また重り部３６が傾斜部３４を構成する材料よりも密度の高い材料で形成されることで、可動プレート４０の開放端側の端部が連結端側の端部より重くなっていてもよい。
また、上述の各実施形態では、括れにより肉薄部を形成しているが、一方の面に凹みを設けて肉薄部を形成してもよい。さらに、肉薄部を設ける構成に限らず、インナープレート３０の一部に可撓性を持たせることで、当該部分を支点にして可動プレート４０が変位できるようにしてもよい。また、小プレート３８は、シャフト２０の全周にわたって設けるとともに、その厚さを段階的もしくは無段階に変化させ、シャフト２０の回転角度が限界領域にあるときに突出部５８と対向する部分が最も厚くなるようにしてもよい。
また、上述の各実施形態では、インナープレート３０にスリット７０を設けて可動プレート４０を形成したが、求められるサスペンション特性に応じて、アウタープレート５０に可動プレート４０を形成してもよい。これによっても、シャフト２０とケース体１２の差動回転速度に応じて減衰力を調整することができる。また、各実施形態では可動プレート４０をシャフト２０の軸周り全周に設けているが、求められるサスペンション特性に応じて、シャフト２０の軸周り所定領域のみに設けてもよい。
本発明は、サスペンション装置に利用できる。

Claims (11)

  1. 粘性流体を収容する作動室を形成するケース体と、
    前記ケース体に相対回転可能に挿通されたシャフトと、
    前記シャフトに連結された複数の第１プレートと、
    前記ケース体に連結され、前記作動室において前記第１プレートと、前記シャフトの軸方向に間隔を開けて配置された複数の第２プレートと、
    を備え、前記第１プレートおよび前記第２プレートの一方を、前記シャフトまたは前記ケース体の回転速度に応じて変形させることで、前記第１プレートと前記第２プレートとの間隔を調整可能としたことを特徴とするビスカスカップリング。
  2. 前記第１プレートは、前記シャフトの軸に平行な断面視で軸方向に傾斜した傾斜部を含み、前記第１プレートの開放端と前記傾斜部を含む領域は前記シャフトを中心として放射状に延びるスリットにより複数の可動プレートに分割されており、
    前記可動プレートの開放端側の端部は、連結端側の端部よりも質量が大きく、
    前記第２プレートは、前記傾斜部と対向する領域が前記傾斜部と平行に延びるように傾斜し、
    前記シャフトまたは前記ケース体の回転に応じて前記可動プレートにかかる力によって前記可動プレートが変位して、前記間隔が変化することを特徴とする請求項１に記載のビスカスカップリング。
  3. 前記第１プレートは、前記スリットの延在する範囲内に前記シャフトの軸周り方向に延びる肉薄部を有することを特徴とする請求項２に記載のビスカスカップリング。
  4. 前記シャフトおよび前記ケース体が非回転状態で、前記第１プレートと、当該第１プレートと隣り合う２枚の第２プレートのうち一方の第２プレートとの間隔は、当該第１プレートと他方の第２プレートとの間隔よりも狭いことを特徴とする請求項２または３のいずれか１項に記載のビスカスカップリング。
  5. 前記可動プレートの開放端側の端部は、前記第１プレートの回転方向の端面のうち一方の端面が他方の端面よりも面積が大きいことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載のビスカスカップリング。
  6. 前記可動プレートは、開放端側の端部が折り曲げられていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載のビスカスカップリング。
  7. 前記第１プレートは、前記第２プレートの開放端よりもシャフト側の領域に一体または別体に設けられた小プレートを含み、
    前記第２プレートは、開放端からシャフト側に突出する突出部を含み、
    前記小プレートと前記突出部とは、前記第１プレートと前記第２プレートとの間隔よりも狭い間隔で対向することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のビスカスカップリング。
  8. 前記小プレートおよび前記突出部は、前記ケース体に対する前記シャフトの回転角度が回転範囲の限界領域にあるときに互いが対向するように設けられたことを特徴とする請求項７に記載のビスカスカップリング。
  9. 車両が上下に変位した際に当該車両に伝わる衝撃を緩衝するための減衰力発生手段として請求項１ないし８のいずれか１項に記載のビスカスカップリングを備えたことを特徴とするサスペンション装置。
  10. 前記第１プレートは、前記第２プレートの開放端よりも前記シャフト側の領域に一体または別体に設けられた小プレートを含み、
    前記第２プレートは、開放端から前記シャフト方向に突出し、前記第１プレートと前記第２プレートとの間隔よりも狭い間隔で前記小プレートと対向する突出部を含み、
    前記小プレートおよび前記突出部は、前記車両が変位上端領域または変位下端領域にあるときに互いに対向するように配置されたことを特徴とする請求項９に記載のビスカスカップリング。
  11. 前記第１プレートは、前記シャフトの軸に平行な断面視で軸方向に傾斜した傾斜部を含み、前記第１プレートの開放端と前記傾斜部を含む領域は前記シャフトを中心として放射状に延びるスリットにより複数の可動プレートに分割されており、
    前記可動プレートの開放端側の端部は、前記第１プレートの回転方向の端面のうち前記車両の上方への変位によって前記シャフトが回転したときに前進する側の端面が、前記車両の下方への変位によって前記シャフトが回転したときに前進する側の端面よりも面積が大きいことを特徴とする請求項９または１０に記載のビスカスカップリング。
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