JPWO2018025992A1 - ダンパー - Google Patents

Abstract

簡易な構造で、相対変位量に応じた適切な減衰力を機能させる。シリンダ２内を相対運動するピストン３の外周面に巻き付けられた線状部材３２と、線状部材３２に付着され、粘性減衰力を発揮する粘性流体とを有している。シリンダ２及びピストン３の相対運動により張力が生じ、振幅が小さいほど、線状部材３２は、隣り合って巻き付けられた部位それぞれが該線状部材３２自体の円周方向に沿ってねじれるように変形しようとし、振幅が大きいほど、隣り合って巻き付けられた部位同士が一体となった状態で変形しようとする傾向が強くなる。振幅が小さい場合には、摩擦抵抗の低下によってピストン３の運動がスムーズになり、粘性流体の粘性減衰力により、適切な減衰力が得られる。振幅が大きい場合には、線状部材３２の隣り合って巻き付けられた部位が一体的に変形しようとする傾向が高まり、摩擦減衰力の作用が相対的に大きくなる。

Description

本発明は、ダンパーに関する。

自動車の座席を支持するためのシートサスペンション、車輪と車体との間に配設されるサスペンション等においては、走行中の振動を吸収するための各種のダンパー（ショックアブソーバ）が配設されている。また、自動車などの乗物に限らず、各種産業機器、ロボットの関節部、ドアやノートパソコン等の開閉部やヒンジ部などにおいて、振動吸収、衝撃の緩衝等のため、様々なダンパーが用いられている。これらのダンパーとしては、特許文献１のように、シリンダ内に粘性流体を充填し、その内部をピストンが摺動することによって粘性抵抗を利用したダンパー（粘性ダンパーやオイルダンパー）、特許文献２のように、ピストンとシリンダとの間の摩擦力を利用した摩擦ダンパーなどが知られている。

特開２０１５−７８７２５号公報 特開２０１５−１１７７５４号公報

特許文献１のような粘性流体の粘性抵抗を利用する場合、小ストローク、低速度の領域において十分な減衰力が得られない場合がある。また、特許文献２の摩擦ダンパーは、小ストローク入力では、大きな摩擦減衰力によりダンパーとして機能せずに剛体となる場合がある。

本発明は上記に鑑みなされたものであり、簡易な構造でありながら、変位量が小さい場合、変位量がより大きな場合のいずれであっても適切な減衰力を発揮することができるダンパーを提供することを課題とし、さらに制御対象の構造体の共振（主共振）が生じる周波数付近と、二次共振が生じる周波数付近とにおいて、各振動周波数に応じた減衰力を発揮でき、制御対象の構造体の振動を効果的に除振できるダンパーを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明のダンパーは、
ケーシングと、前記ケーシング内で相対運動する可動体とを備えたダンパーであって、
前記可動体の外周面に巻き付けられ、前記相対運動時に、前記ケーシングとの間で摩擦減衰力を発揮する線状部材と、
前記ケーシングと前記可動体との相対運動により粘性減衰力を発揮する粘性減衰要素と
を有し、
前記線状部材が、前記相対運動に応じて張力が変化し、前記線状部材及び前記ケーシング間の摩擦減衰力と前記粘性減衰要素の粘性減衰力とを変化させ、両者を合わせた全体の減衰力を前記相対運動時の振幅及び速度に応じて変化させる機能を有していることを特徴とする。

前記ケーシング及び前記可動体の相対運動時の振幅及び速度が所定以下の領域における前記全体の減衰力が、前記粘性減衰要素を有していないことを除いて同じ構造の摩擦ダンパーの減衰力と実質的に同じか又はそれ以下になっている構成であることが好ましい。
前記線状部材は、前記可動体の外周面に密接して巻き付けられていることが好ましい。
前記線状部材は、前記可動体の外周面に、前記相対運動方向を基準として、３０度以上傾斜させて巻き付けられていることが好ましい。
前記線状部材は、表面が起毛されているか短繊維が植毛されていることが好ましい。
前記粘性減衰要素が、前記線状部材に付着された粘性流体であることが好ましい。
前記粘性流体が、グリースであることが好ましい。
また、前記ケーシング及び前記可動体が、永久磁石と導体とを用いてなり、前記永久磁石と前記導体とにより形成される磁界が前記粘性減衰要素を構成している構造とすることもできる。

また、本発明は、前記ケーシングがシリンダであり、前記可動体が前記シリンダ内を軸方向に変位するピストンからなる伸縮式のダンパーに適用することができる。この場合、本発明のダンパーは、相対変位する２つの部材間に、前記シリンダ及び前記ピストンを略水平姿勢で配置することができる。さらに、本発明は、前記可動体が、前記ケーシング内に回転可能に配設されたローターからなる回転式のダンパーに適用することができる。

本発明は、可動体の外周面に巻き付けられた線状部材と、ケーシング及び可動体の相対運動時に粘性減衰力を発揮する粘性減衰要素とを有している。線状部材は、ケーシング及び可動体の相対運動によりいずれかの方向に移動し始めると、該線状部材自体が回転し並びに張力が生じて変形し、それにより、弾塑性体である線状部材は塑性変形せずに復元力（弾性力）を生じる。特に、振幅が小さいほど、巻き付けられた線状部材は、隣り合って巻き付けられた部位それぞれが該線状部材自体の円周方向に沿って回転が生じ、ねじれが発生する。一方、振幅が大きくなると、隣り合って巻き付けられた線状部材同士が一体となった状態ですべり変形しようとする傾向が強くなり、摩擦力が発生してくる。その結果、特許文献２のような摩擦ダンパーと異なり、振幅が小さい場合には、摩擦抵抗は低下し、可動体は弾性力を伴いながら運動することになり、線状部材に付着された粘性減衰要素（粘性流体）が発生する粘性減衰力により、全体として小さな変位量に応じた適切な減衰力が得られる。振幅が大きい場合には、上記のように線状部材の隣り合って巻き付けられた部位が一体的に変形しようとする傾向が高まるため、弾性力と粘性減衰力に摩擦減衰力が組み合わさり、全体としてより高い減衰力が得られる。すなわち、本発明のダンパーは、線状部材が、ねじり変形による減衰力を可変させる機能と、ねじり変形及び張力による弾性機能とを有しており、変位量が小さい場合、変位量がより大きな場合のいずれであっても系全体として、それに応じた適切な減衰力を発揮することができる。
また、ケーシング及び可動体として、永久磁石と導体とを用い、永久磁石と導体とにより形成される磁界によって粘性減衰要素を構成することもできる。この場合も粘性流体を用いた場合と同様の作用効果を奏すると共に、永久磁石の選択による磁力調整、ヨークの有無等によって速度依存の粘性減衰力を様々に調整することができ、ダンパーの適用範囲を広げることができる。

図１は、本発明の一の実施形態にかかるダンパーを示す平面図である。 図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。 図３（ａ）〜（ｃ）は、上記実施形態にかかるダンパーにおける線状部材の巻き付け方の例を示した図である。 図４（ａ），（ｂ）は、上記実施形態にかかるダンパーの作用を説明するための図である。 図５は、上記実施形態にかかるダンパーについて、振幅±１ｍｍで振動を与えた場合の周波数毎の減衰特性を示した図である。 図６は、上記実施形態にかかるダンパーについて、振幅±３ｍｍで振動を与えた場合の周波数毎の減衰特性を示した図である。 図７は、上記実施形態にかかるダンパーについて、振幅±５ｍｍで振動を与えた場合の周波数毎の減衰特性を示した図である。 図８は、上記実施形態にかかるダンパーについて、振幅±７ｍｍで振動を与えた場合の周波数毎の減衰特性を示した図である。 図９は、比較例にかかるダンパーについて、振幅±１ｍｍで振動を与えた場合の周波数毎の減衰特性を示した図である。 図１０は、比較例にかかるダンパーについて、振幅±３ｍｍで振動を与えた場合の周波数毎の減衰特性を示した図である。 図１１は、比較例にかかるダンパーについて、振幅±５ｍｍで振動を与えた場合の周波数毎の減衰特性を示した図である。 図１２は、比較例にかかるダンパーについて、振幅±７ｍｍで振動を与えた場合の周波数毎の減衰特性を示した図である。 図１３は、上記実施形態にかかるダンパーと比較例のダンパーの周波数（横軸）と減衰力（縦軸）との関係を示したグラフである。 図１４は、上記実施形態にかかるダンパーの速度０．３ｍ／ｓでの減衰力の解析値と公知のオイルダンパーの０．３ｍ／ｓの減衰力をあわせて示したグラフである。 図１５は、図１４において、上記実施形態にかかるダンパーのデータを拡大して示したグラフである。 図１６は、上記実施形態にかかるダンパーの速度０．３ｍ／ｓ、０．１ｍ／ｓ、０．０５ｍ／ｓでの減衰力の解析値を周波数との関係で示したグラフである。 図１７は、上記実施形態にかかるダンパーを配設したシートサスペンションの例を示す斜視図である。 図１８は、図１７の正面図である。 図１９は、図１７の平面図である。 図２０は、図１９のＡ−Ａ線断面図である。 図２１（ａ）〜（ｃ）は、図１７のシートサスペンション動きを説明するための図であり、図２１（ａ）が中立位置から２０ｍｍ上昇した状態を、図２１（ｂ）が中立位置における状態を、図２１（ｃ）が中立位置から２０ｍｍ下降した状態をそれぞれ示す。 図２２は、図１７のシートサスペンションに設けた前後位置調整部のガイド部材として、上記実施形態のダンパーを適用した例を示した図である。 図２３は、振動実験における振動伝達率を示した図である。 図２４（ａ）は、他の態様に係るダンパーの外観を示す斜視図であり、図２４（ｂ）はその分解斜視図である。 図２５（ａ）は、図２４（ａ），（ｂ）に係る態様のダンパーの外筒を示す断面図であり、図２５（ｂ）は、図２４（ａ），（ｂ）に係る態様に係るダンパーの断面図であり、図２５（ｃ）は、図２４（ａ），（ｂ）に係る態様のダンパーのピストンを示す側面図であり、図２５（ｄ）は、ピストンに線状部材を巻き付けた状態を示す側面図である。

以下、図面に示した実施形態に基づき本発明をさらに詳細に説明する。図１及び図２は、本実施形態のダンパー１を示した図である。本実施形態のダンパー１は、ケーシングに相当するシリンダ２と、可動体に相当するピストン３とを有する伸縮式のタイプである。

シリンダ２は、筒状体からなり、閉塞側の端部に、制御対象の機器のいずれかの部位に連結される連結部２ａが設けられている。ピストン３は、シリンダ２の開口端２ｂからその内部に挿入される。ピストン３には、ピストンロッド３１が連結されており、該ピストンロッド３１の端部３１ａが、シリンダ２の開口端２ｂから外部に突出し、制御対象の機器において、シリンダ２の連結部２ａが連結された部位に対応する部位に連結される。

ピストン３の外周面には、線状部材３２が巻き付けられている。線状部材３２は、図２に示したように、ピストン３の外周面に軸方向に隙間がほとんど生じないように密接させて巻き付けられていることが好ましい。また、ピストン３の相対運動方向を基準として、所定の角度に傾斜させて巻き付けることがより好ましい（図３（ａ），（ｂ）参照）。この場合の傾斜角度θは、ピストン３の相対運動方向の軸線ｘと、線状部材３２のピストン３の外周面に沿って隣接して巻き付けられたそれぞれの部位（巻き付け部位）３２ａとがなす鋭角側の角の角度で３０度以上傾斜させて巻き付けることが好ましい（図３（ａ）はθ＝約６０度の例であり、図３（ｂ）はθ＝約９０度の例である）。それにより、ピストン３の相対運動時の力が巻き付け部位３２ａに対してより直径方向に作用しやすくなり、線状部材３２を構成する各巻き付け部位３２ａを変形させやすくなる。

線状部材３２は、本実施形態では糸又は紐から形成される。その材質は限定されるものではなく、合成繊維、天然繊維等から形成される。また、糸は、モノフィラメント、マルチフィラメントのいずれでも用いることができるが、後述する粘性減衰要素である粘性流体４が付着しやすいことと、シリンダ２の内周面に対して多点で接触でき、高い摩擦減衰力を期待できること等から、繊維の束からなるマルチフィラメントで構成することが好ましい。なお、いずれの場合も線状部材３２を構成する糸又は紐の表面に、短繊維を植毛したり、あるいは、線状部材３２を構成する糸又は紐の表面を起毛させたりすることが好ましい。このように短繊維を植毛したり、起毛させたりすることにより、粘性流体４を付着させやすくなる。

線状部材３２を構成する糸又は紐の線径（外径）も限定されるものではないが、ピストン３の外周面に巻き付け、シリンダ２及びピストン３間の相対運動時に、シリンダ２の内周面に対して所定の摩擦力を発揮できる程度のものが選択される。また、その線径によっては、ピストン３の外周面に二重、三重といったように複数層で巻き付けることも可能である。複数層で巻き付ける場合、上記のように、ピストン３の相対運動方向を基準として、所定の角度に傾斜させて巻き付けると共に、例えば、図３（ｃ）に示したように、１層目と２層目でクロスするように巻き付けることも可能である（図３（ｃ）はθ１及びθ２が共に約７０度でクロスさせた例である）。なお、線状部材３２を構成する糸や紐の素材、直径若しくは巻き付け回数、さらには、それらに植毛する短繊維の素材、長さ若しくは直径、起毛の程度、線状部材３２の張力などは、ダンパー１に求められる減衰力、シリンダ２やピストン３の材質や大きさ等を考慮して適宜に設定される。

線状部材３２には粘性減衰要素としての粘性流体４が付着されている（図４（ａ），（ｂ）参照）。粘性流体４の種類は限定されるものではなく、ダンパー１に求められる減衰力に応じて、所定の特性のものを選択できる。但し、線状部材３２に付着させるものであるため、オイルよりも流動性の低いもの、例えばグリースを用いることが好ましい。特に、ＪＩＳ Ｋ ２２２０のちょう度が、２５℃で、１７５〜３４０の範囲のものが好ましく、２２０〜２５０の範囲のものがより好ましい。付着方法としては、例えば、線状部材３２の糸や紐を構成する繊維間で保持されるように含浸させたり、植毛手段や起毛手段により設けた短繊維間に保持されるように刷毛やへらを使って塗布したりする方法を用いることができる。

本実施形態のダンパー１は、ピストン３の外周面に線状部材３２が巻き付けられている。そのため、ピストン３の移動に伴って、線状部材３２にねじれ変形並びに張力が発生する。具体的には、ピストン３がシリンダ２内を相対変位すると、ピストン３の外周面に設けられた線状部材３２がシリンダ２の内周面に摺接しつつ移動するため、軸方向（ピストン３の移動方向）に沿って引っ張られて張力が生じたり、小振幅、低速の入力では摩擦力が優勢となり、線状部材３２にねじれ変形が生じたりする。それにより線状部材３２には、ピストン３に巻き付けられた巻き付け部位３２ａのそれぞれに対して軸方向と回転方向に力が加わり、各巻き付け部位３２ａが略扁平形になるような変形を生じる。そのため、シリンダ２の内周面との摩擦力は減少していくが、線状部材３２の変形を伴う張力の上昇によって復元力（弾性力）が生じる。また、摩擦力が減少するため、粘性流体４の粘性減衰力の作用が相対的に大きくなっていく。

具体的には、相対的にピストン３の変位量が小さい場合すなわち小振幅の場合は、線状部材３２の各巻き付け部位３２ａは、図４（ａ）に示したように、隣接したもの同士がピストン３の変位に伴って、該各巻き付け部位３２ａ自体の円周方向に沿って回転するようなねじれを生じ、若干略扁平形になるような変形も加わって張力が高くなる。それにより、線状部材３２のシリンダ２の内周面に対する摩擦力は、ピストン３が動き始めると、線状部材３２に付着された粘性流体４による摩擦係数の低下に伴い、ピストン３が速やかに動き始める。それと同時に、シリンダ２の内周面と線状部材３２間は、粘性流体４の粘性減衰力が作用するため、ピストン３には、粘性減衰力と線状部材３２のねじり変形と張力による弾性力という速度依存型の減衰力が主として作用する。もちろん、線状部材３２は、上記の変形によって低下するものの所定の摩擦減衰力も作用する。

一方、相対的にピストン３の変位量の大きい場合すなわち大振幅の場合は、線状部材３２の各巻き付け部位３２ａは、変位量の小さい間は、図４（ａ）と同様にそれぞれがトーションバーのようにねじられて回転しようとするものの、一方向又は逆方向へさらに大きく変位していくと、図４（ｂ）に示したように、各巻き付け部位３２ａ同士が一体的に同方向へ押されるような変形を示す。そのため、小振幅時よりも、線状部材３２とシリンダ２の内周面との接触面積が大きくなり総和としての摩擦力は高くなる。よって、大振幅の場合には、小振幅時よりもねじり応力による弾性力も加わり摩擦減衰力が大きく作用する。もちろん、線状部材３２に保持させた粘性流体の粘性減衰力もあわせて作用するため、全体として高い減衰力が発揮される。

例えば、従来、速度依存型の減衰特性と変位依存型の減衰特性を有するダンピングシステムを作ろうとする場合、ピストンとシリンダを複数組準備し、いずれかの組を速度依存型の特性を有する構成とし、他の組を変位依存型の特性を有する構成として、それら全体を一つの系と捉えて、複合型のダンピングシステムとしたものは知られている。しかしながら、そのようなダンピングシステムは、構成が複雑で、建物の耐震用システムなどに適用される大型のものとならざるを得ず、小型のダンパーとしては適切ではない。

しかるに、本発明のダンパー１は、ピストン３に線状部材３２を巻き付け、それに粘性流体４を付着させることで、線状部材４が、上記のように、相対運動に応じてねじり応力による弾性力、張力が変化し、付着された粘性流体４の小さな摩擦係数が組み合わされ、摩擦減衰力を変化させ、速度依存の粘性減衰力と変位依存の弾性力がそれぞれに変化し、両者を合わせると、全体の減衰力を各依存性にあわせて変化させる機能を有している。そのため、シリンダ２及びピストン３を一組しか有していないにも拘わらず、小振幅においては、低速時では速度依存型の減衰特性により適切な減衰力を発揮させることができると共に、振幅が大きくなるほど摩擦力が加算されて全体の減衰力が高くなる変位・速度依存型の減衰特性を併有しており、複合型の減衰特性を有するものでありながら、小型化に適している。

（実験例１）
ダンパー１をサーボパルサー（（株）島津製作所）にセットし、シリンダ２に対してピストン３を相対的に変位させた。振動周波数は、０．５Ｈｚから８．０Ｈｚまで０．５Ｈｚ刻みで変化させ、振幅は、±１ｍｍ、±３ｍｍ、±５ｍｍ、±７ｍｍで行った。ダンパー１は、線状部材３２として、ポリアミド（ＰＡ６）製、線径４７０ｄｔｅｘのマルチフィラメントの糸の表面に、ポリアミド（ＰＡ６．６）製、線径０．９ｄｔｅｘ、長さ０．５ｍｍの短繊維を植毛したものを、ピストン３の外周面に、図３（ａ），（ｂ）に示した角度θ＝約８５度で一層密巻きにし、この線状部材３２に、粘性流体４であるグリース、具体的には、商品名：バリアントグリースＲ２（昭和シェル石油（株）、増ちょう剤：リチウム石けん、基油：合成油（ＪＩＳ Ｋ ２２８３の動粘度（１００℃）：１９．３、ＪＩＳ Ｋ ２２２０のちょう度２３６（不混和）、混和（２７４））をへらを使って付着させた。

図５〜図８は、本実施形態のダンパー１の実験結果の変位量（横軸）と減衰力（縦軸）の関係を示すリサージュ図形であり、図９〜図１２は、本実施形態の線状部材３２に粘性流体４を含浸させなかったことを除いて、本実施形態と同様の構造のダンパー（比較例：摩擦ダンパー）の実験結果の変位量（横軸）と減衰力（縦軸）の関係を示すリサージュ図形である。

両者を比較すると、振幅±１ｍｍの場合、周波数１Ｈｚ以上において、本実施形態のダンパー１（図５参照）は、比較例のダンパー（図９参照）よりも減衰によるエネルギー吸収量が大きくなっている。そして、本実施形態のダンパー１では、リサージュ図形の全体形状が比較例よりも顕著に左肩上がりである。これは、線状部材３２の張力による弾性力がピストン３の変位方向と同一方向に作用し、速度依存の粘性力が生じていることを示すものである。ところが、本実施形態のダンパー１の振幅±３ｍｍのデータである図６からは、このばね特性が消失し、通常の粘性力、摩擦力により描かれるリサージュ図形となっている。また、比較例のダンパーの振幅±３ｍｍのデータである図１０は摩擦力のみのリサージュ図形である。この±１ｍｍの振幅におる運動挙動が、線状部材３２の位置エネルギーを利用した本実施形態のダンパー１の特徴である。また、本実施形態のダンパー１のデータである図７及び図８と、比較例のダンパーのデータである図１１及び図１２を比較すると、本実施形態では摩擦減衰に加え粘性減衰力が相乗的に作用し、比較例よりもエネルギー吸収量が大きく、しかも、周波数が高くなるほど、それが顕著に現れていることがわかる。

図１３は、本実施形態のダンパー１及び比較例のダンパーについて、図５〜図１２の実験結果を利用して、周波数と減衰力（ダンパー１全体の減衰力）との関係を、変位量（振幅）毎に折れ線グラフで示した図である。なお、図１３において、「引張」は、ピストン３が、中立点を基準として、シリンダ２の底面から離間する方向に変位した場合の減衰力を示し、「圧縮」は、ピストン３が、中立点を基準として、シリンダ２の底面に接近する方向に変位した場合の減衰力を示す。

図１３から、本実施形態のダンパー１は、振幅が小さいほど減衰力が低い一方、小振幅であっても、例えば、±３ｍｍの場合であればそのいずれも、粘性流体を有していない比較例よりも減衰力が高くなっている。また、振幅±１ｍｍを見ても、１Ｈｚ以上では、粘性流体を有していない比較例よりも減衰力が高くなっている。しかしながら、振幅±１ｍｍ、周波数０．５Ｈｚの場合、「引張」側では、本実施形態は約１１Ｎ、比較例は約１０Ｎで約１Ｎの差（比較例の減衰力を基準として１０％の違い）しかなく実質的に同じといえる。「圧縮」側では、減衰力が絶対値でみて比較例よりも小さくなっている。すなわち、本実施形態のダンパー１は、振幅及び速度が所定以下の領域、図１３の実験結果では、振幅が±３ｍｍ未満（例えば±１ｍｍ）で、周波数１Ｈｚ未満（例えば０．５Ｈｚ）における全体の減衰力が、比較例の摩擦ダンパーと実質的に同じか又はそれ以下になっている。従って、本実施形態のダンパー１は、ピストン３の変位量が小さい場合においては、摩擦抵抗がほとんど生じず、スムーズに動き始める性質を有し、その上、粘性流体４の作用により、適切な減衰力を発揮できる。しかも、周波数が低いほど全体の減衰力が低く、振幅に拘わらず、周波数が高くなるほど、減衰力は高くなる傾向を示し、速度依存型の特性を有することがわかる。線状部材３２の各巻き付け部位３２ａは、周波数が低い場合には、図４（ａ）のように個別に動きやすいが、周波数が高くなると、各巻き付け部位３２ａは図４（ｂ）のように一体的となって動くため、摩擦減衰力が高くなり、かつ粘性減衰力が働くため、全体の減衰力が高くなっている。また、いずれの周波数においても、振幅が大きくなるほど減衰力は高くなり、変位依存型の減衰特性を有することがわかる。これに対し、粘性流体を有していない比較例は、周波数が変化しても減衰力はほとんど同じであり、また、振幅が大きくなっても、本実施形態のダンパー１と比較すると、発揮される減衰力は遙かに小さいことがわかる。

すなわち、本実施形態のダンパー１は、上記の線状部材３２のねじり応力及び張力により、ピストン３の動き始めである振幅±１ｍｍにおいては力が小さくなる負のばね特性を示し、その作用によって動きやすくなっていると共に、粘性流体４により低速度で摩擦力が急減するため、この特性もピストン３を動きやすくする要因になっている。これらの動き始めに示す感度により、本実施形態のダンパー１の図１３の±１ｍｍのグラフは、１Ｈｚを境界として非線形特性を示している。また、ピストン３が高速になるに従い、高い粘性減衰力が作用する。このダンパー１は、例えれば、摩擦の小さなリンク機構の特性を備えた摺動構造体といえ、そのため、動き始めはスムーズで、大きな変位、速度になると高い減衰力を示すようになる。その結果、本実施形態のダンパー１が取り付けられる制御対象の構造体（例えば、シートサスペンション）は、共振周波数が減衰力の影響を受けにくく、構造体のばね機構のばね定数に応じた周波数となるが、ゲインはダンパー１の減衰力により小さく抑えられ、高い減衰効果が得られる。

ここで、図１４は、図１３のデータを、ピストン３の移動速度を０．３ｍ／ｓとして換算した際の減衰力を、横軸を伸側減衰力とし、縦軸を圧縮側減衰力としてプロットしたグラフであり、従来公知の種々のオイルダンパーの特性をあわせて示したものである。図１５は、図１４中、本実施形態の減衰力が現れている範囲を拡大して示したグラフである。これらの図からも、本実施形態のダンパー１が、振幅によって異なる特性を示すことがわかる。±１ｍｍ及び±３ｍｍの振幅の小さい場合には、±５ｍｍや±７ｍｍのような振幅の大きな場合よりも、高い減衰力を示している。これは、図１３のデータと逆の関係であるが、０．３ｍ／ｓと移動速度が速くなると、粘性流体４として塗布したグリースによって滑りが生じ、このような特性を示すものと考えられる。従って、本実施形態のダンパー１は、後述するような自動車に搭載するシートサスペンション１００に用いた場合、通常小振幅となる高周波の領域（５〜１０Ｈｚ付近の二次共振が生じる範囲）において高い減衰力を示し、それによって高周波領域における振動伝達率を低減し、大振幅となる低周波の領域（３〜４Ｈｚ付近の共振（主共振）が生じる範囲）において減衰力が小さくなり、そのためシートサスペンション１００に備えられたばね機構による振動吸収機能が主となって、共振点付近の振動伝達率を低減するように利用されることになる。すなわち、本実施形態のダンパー１によれば、振動周波数に応じた減衰力で除振することができる。

また、±１ｍｍ及び±３ｍｍの振幅の小さいデータを見ると、縦軸の切片が圧縮側減衰力で負の領域になっている。これは、小振幅で低周波ほど、すなわち、動き始めにおける抵抗がほとんど作用せず、スムーズに動くことを示している。参考に、従来公知の複数のオイルダンパーの減衰力特性を調べたところ、それらの減衰力は、Ａ〜Ｄの４種類の直線付近にプロットされた。また、Ａ〜Ｄの直線は、いずれも縦軸の切片が負になるものはなく、実際、いずれのオイルダンパーも、±１ｍｍのような小振幅では非常に動きが悪かった。

また、図１６は、図１４のピストン３の移動速度０．３ｍ／ｓの減衰力の解析値に加えて、０．１ｍ／ｓ、０．０５ｍ／ｓの減衰力の解析値を、いずれも周波数との関係で示したグラフである。図１６から、いずれの速度においても、振幅に依存して減衰力が変化することがわかる。

本実施形態のダンパー１は、一方の部材に対して他方の部材が相対的に変位する制御対象の構造体に取り付けられる。例えば、図１７〜図２２は、自動車のシートを支持するシートサスペンション１００を示し、上部フレーム１１０にシートが設定され、下部フレーム１２０が車体フロアに固定される。

上部フレーム１１０と下部フレーム１２０との間には、両サイドに、略直角三角形のリンク部材１３０，１３０が斜辺部１３１，１３１が後方斜め下方向を向く姿勢で配置されている。略直角三角形のリンク部材１３０，１３０の略直角の角部付近が下部フレーム１２０に軸支された回転中心１３２，１３２となっており、後部寄りに位置する角部１３３，１３３付近が上部フレーム１１０に軸支されている。回転中心１３２，１３２の下部寄りには、上部側パイプフレーム１１２が掛け渡されており、上部側パイプフレーム１１２の中央付近に、下方に延び、相互に所定間隔をおいた２枚のブラケット１１３，１１３が設けられている。この２枚のブラケット１１３，１１３間に、軸ピン１１４を介して、ピストンロッド３１の端部３１ａが軸支されている。

一方、下部フレーム１２０の両サイドフレーム１２１，１２１における前後方向中央付近には、第２パイプフレーム１２２が掛け渡されている。第２パイプフレーム１２２の中央付近に、相互に所定間隔をおいた２枚のブラケット１２３，１２３が設けられており、この２枚のブラケット１２３，１２３間に、軸ピン１２４を介して、シリンダ２の連結部２ａが軸支されている。

このとき、図２０及び図２１に示したように、一対のリンク部材１３０，１３０、上部フレーム１１０、ブラケット１１３，１１３及び軸ピン１１４を介してピストンロッド３１を軸支することにより、ピストンロッド３１の支持高さが、下部フレーム１２０付近となるように設定する。それにより、ダンパー１を、下部フレーム１２０付近に、例えば、スライダのロアレール１２５の若干上方の位置で略水平に配設することができる。

シートサスペンション１００の減衰手段として、オイルダンパーを用いた場合、気泡の混入を防止する必要があることから、水平配置することはできず、上部フレーム１１０と下部フレーム１２０との間に斜めに傾斜して配置せざるを得ない。この配置姿勢の制限が、シートサスペンション１００の更なる薄型化を阻害する要因の一つにもなっている。しかしながら、本実施形態のダンパー１は、粘性流体４を線状部材３２に付着させ、好ましくは上記のちょう度を有するグリースを付着させている。そのため、配置姿勢に制限はなく、図１７〜図２２に示したように、略水平に配置することが可能であり、本実施形態のダンパー１を用いることにより、シートサスペンション１００の更なる薄型化に貢献できる。

このシートサスペンション１００によれば、一対のリンク部材１３０，１３０は、上部フレーム１１０が上下動することにより、下部フレーム１２０と連結されている回転中心１３２，１３２を中心に回転する。それにより、上部側パイプフレーム１１２及び下向きに延びる２枚のブラケット１１３，１１３が前後に回動し、図２１（ａ）〜（ｃ）に示したように、上部フレーム１１０の下部フレーム１２０に対する相対位置によって、ピストンロッド３１が、シリンダ２に対して伸縮し、ピストン３のシリンダ２内の相対位置が変化する。このときの変位量の大小、変位速度の高低により、それぞれに対応した減衰特性が作用することは上記したとおりである。

ここで、図１７〜図２２のシートサスペンション１００の上部フレーム１１０には、上部フレーム１１０に支持されるシートクッション用のクッション部材の前後位置を調整する前後位置調整部１５０が設けられている。前後位置調整部１５０は、図１７に示したように、前後位置調整フレーム１５１と、幅方向に所定間隔離間して設けられた一対のガイド部材１５２，１５２等を有しており、このガイド部材１５２，１５２として、上記実施形態のダンパー１の機構を用いている。

すなわち、ダンパー１に相当するガイド部材１５２のシリンダ２を前縁フレーム１１５にブラケット１１５ａを介して固定し、ピストンロッド３１，３１０を前後位置調整フレーム１５１に連結する。なお、ガイド部材１５２は、図２２に示したように、シリンダ２内に配置されるピストン３の両端部からピストンロッド３１，３１０を突出させている点が上記実施形態のダンパー１の構成と異なる。これは、一方のピストンロッド３１を前後位置調整フレーム１５１の後部に連結し、他方のピストンロッド３１０を前後位置調整フレーム１５２の前部に連結して、前後位置調整フレーム１５１を安定してガイドするためである。但し、ピストン３の周囲に、線状部材３２が巻回され、粘性流体が含浸されていることは上記実施形態で説明したとおりである。

前後位置調整部１５０をこのような構成とすることにより、前後位置調整フレーム１５１を前後に動作させると、ピストンロッド３１，３１０を介して、ピストン３がシリンダ２内を移動する。このとき、ピストン３の周囲に巻回された線状部材３２が、上記のように変形し、張力が変化し、それに応じて、粘性流体の粘性減衰力と線状部材３２による摩擦減衰力が作用する。すなわち、例えば従来公知の摩擦ダンパーを用いて前後位置調整フレーム１５１の動きを遅動させようとした場合、変位量が小さい場合には動作しにくい可能性があるが、本実施形態のダンパー１を用いた構成では、動作速度や調整量に応じた減衰力を機能させることができるため、例えればバターナイフでバターを切るような粘性が作用しながらも、動き始めはスムーズな高級感のある動きを動作速度や調整量に応じて実現できる。本実施形態のダンパー１は、上記のように水平配置が可能であることから、このような前後位置調整部のガイド部材１５２，１５２としての応用が可能である。

（実験例２）
図１７〜図２２のシートサスペンション１００が組み付けられた自動車用シートを加振機にセットして、振動実験を行った。具体的には、ＪＩＳ Ａ ８３０４：２００１（ＩＳＯ ７０９６：２０００）に基づいて、ＳＥＡＴ値（Seat Effective Amplitude Transmissibility factor）を求めた。「５０，０００ｋｇ以下のクローラ式トラクタドーザ」の基準である入力スペクトルクラスＥＭ６（励振中心周波数７．６、ＰＳＤの最高値０．３４（ｍ／ｓ^２）^２／Ｈｚ）で、体重５５ｋｇ、９８ｋｇの被験者２名について試験を行った。その結果、得られたＳＥＡＴ値の平均値は、それぞれ０．５４、０．５２であった。ＥＭ６のＳＥＡＴ値の基準が０．７未満であるため、基準を満たしていた。

自動車用シートの場合、シートクッション部として、ばね定数１〜３ｋｇ／ｍｍのものを用いると、５〜８Ｈｚ近傍に二次共振が現れる特性となるものが多い。この二次共振を抑えるため、所定のシートサスペンションを採用して、シートクッション部のばね定数を０〜１ｋｇ／ｍｍにすることも行われている。しかし、シートサスペンションとしてこのような機能を有するものは高価で重いものが多い。この点、本実施形態の粘性流体４を付着させた線状部材３２を含んだダンパー１を採用したシートサスペンション１００は、ダンパー１の構成が簡素であり、安価でかつ重量もあまり嵩まないという特徴を備えている。しかしながら、共振点は４〜５Ｈｚ近傍とやや高めになる傾向がある。その一方、上記のＥＭ６での振動実験により得られるＳＥＡＴ値は、５〜８Ｈｚ近傍の振動伝達率に相当するものであるが、上記のＳＥＡＴ値から、当該領域における振動伝達率が低く、二次共振を低減できる構造であると言える。これは、小振幅でも高周波になると、上記ダンパー１が高い減衰力、減衰係数を発揮するという特性を有するためである。

図２３は、上記の入力スペクトルクラスＥＭ６で実施した振動実験の振動伝達率を示したグラフである。図２３において、「本実施形態のシートサスペンション」は、本実施形態のダンパー１を採用した図１７〜図２２のシートサスペンション１００のデータであり、「オイルダンパーを用いたシートサスペンション」は、本実施形態のダンパー１に代えて、上部フレームと下部フレームの間に斜めに掛け渡したオイルダンパーを用いたシートサスペンションのデータである。なお、ここで使用したオイルダンパーは、図１４及び図１５で示したＢ−３の減衰力を有するもの、すなわち、本実施形態のダンパー１と同程度の減衰力を有するものであり、いずれも、体重９８ｋｇの被験者を着座させて実施した。

図２３から、「オイルダンパーを用いたシートサスペンション」は、共振点が３Ｈｚ近傍であるものの、７Ｈｚ近傍において二次共振点が存在している。これに対し、「本実施形態のシートサスペンション」は、「オイルダンパーを用いたシートサスペンション」と比較して、共振点が若干高周波側に移行して約４Ｈｚであるが、５〜８Ｈｚ近傍に二次共振点が出現していないことがわかる。図２３のデータからも、本実施形態のダンパー１が、小振幅、高周波の領域において、高い減衰力及び減衰係数を備えていることが裏付けられる。

ここで、図２４及び図２５は、ダンパー１のシリンダ２の構成を、外筒２１及び内筒２２とから構成した態様を示している。外筒２１は強度を考慮してスチールから形成されているが、内筒２２はアルミニウム合金の押し出し品から形成されている。また、外筒２１内に内筒２２が間隙２３をもって配設されている。内筒２２の長手方向各端部２２ａ，２２ｂは、外筒２１の各端部に装着されたキャップ部材２４，２４により固定されている。そして、内筒２２内に、ピストン３が摺動可能に配設されている。ピストン３の外周面３ａには上記実施形態と同様に線状部材３２が巻回されているが、この態様では、線状部材３２の位置ずれを抑制するため、ピストン３の外周面３ａにローレット加工等の滑り止め加工を施している。なお、線状部材３２には粘性流体が付着されていること等、その他の構成は図１〜図４に示した態様と同様である。

図２４及び図２５に示した態様のダンパー１によれば、内筒２２をアルミニウム合金の押し出し品から形成したため、内周面が滑らかで、該内周面に摺接する線状部材３２の動作時における引っかかり等がなく、円滑な動きを達成できる。それにより、線状部材３２による上記の各作用、すなわち、ピストン３の変位量が小振幅の場合に、線状部材３２の各巻き付け部位３２ａのねじり変形が生じ（図４（ａ）参照）、ピストン３が速やかに動き始める作用、大振幅の場合に、各巻き付け部位３２ａ同士が一体的に変形し（図４（ｂ）参照）、それにより、小振幅時よりも、線状部材３２とシリンダ２の内周面との接触面積が大きくなり総和としての摩擦力は高くなる作用等を有効に発揮できる。また、内筒２２は、外筒２１との間に間隙２３をもって配設されている。仮に、アルミニウム合金製の内筒２２がスチール製の外筒２１に密着して設けられていたりとすると、ピストン３の摺動に伴う熱により該内筒２２に熱膨張変化が生じた場合、該内筒２２は長手方向両端部２２ａ，２２ｂがキャップ部材２４，２４によって規制されているため、長手方向中途部が内方に突出するような変形を生じる可能性がある。しかし、図２４及び図２５の態様では、外筒２１との間に間隙２３を有することにより、内筒２２の熱膨張変形を該間隙２３において吸収することができ、ピストン３の円滑な動作を妨げることがない。

上記実施形態では、粘性減衰要素として線状部材３２に付着させた粘性流体４を用いているが、ケーシング及び可動体であるシリンダ２及びピストン３を、永久磁石と導体とを用いて構成し、永久磁石と導体とにより形成される磁界によって粘性減衰要素を構成することもできる。例えば、特開２０１１−２４１９３３に開示の磁気ダンパーの構成を適用することができる。この磁気ダンパーは、シリンダ２を銅等の導体から形成し、ピストン３を、軸方向に沿って同極同士が対向するように配置した永久磁石から構成している。また、シリンダ２の外周面はヨークで被覆し、ピストン３の各永久磁石間にもヨークを介在させた構造である。このような磁気ダンパーは、ピストン３がシリンダ２内を往復動することにより、磁界が変化し、導体に誘導電流を発生させて振動エネルギーを熱エネルギーに変換させて速度依存の粘性減衰力を発揮する。よって、永久磁石の材料選択や、ヨークの有無等によって粘性減衰要素である磁界を調整すれば、種々の粘性減衰力が得られる。
なお、このような磁気ダンパー構造を採用する場合も、ピストン３の周囲には線状部材３２を巻回する。これにより、線状部材３２とシリンダ２の内周面との間では、上記実施形態と同様に、摩擦減衰力が作用する。

本発明のダンパー、特に、伸縮式のダンパーは、乗物の座席を支持するためのシートサスペンション、車輪と車体との間に配設されるサスペンション等に用いることができる。また、乗物に限らず、各種産業機器において相対運動する部材間に配設して用いることができる。また、ロボットの関節部、ドアのヒンジ部やドアクローザー、ノートパソコン等のヒンジ部などにおいて、振動吸収、衝撃緩衝、あるいはドア等の制御対象の動きを遅動させる部材等として用いることができる。なお、回転動作するドアのヒンジ部やドアクローザー等に用いる場合には、回転式のダンパー構成とすることができる。この場合には、ケーシング内で回転可能に配設されたローターの外周面に線状部材を巻き付けることで上記実施形態と同様の機能を実現できる。

１ ダンパー
２ シリンダ
３ ピストン
３１，３１０ ピストンロッド
３２ 線状部材
３２ａ 巻き付け部位
４ 粘性流体
１００ シートサスペンション
１１０ 上部フレーム
１２０ 下部フレーム

Claims (11)

1. ケーシングと、前記ケーシング内で相対運動する可動体とを備えたダンパーであって、
   前記可動体の外周面に巻き付けられ、前記相対運動時に、前記ケーシングとの間で摩擦減衰力を発揮する線状部材と、
   前記ケーシングと前記可動体との相対運動により粘性減衰力を発揮する粘性減衰要素と
   を有し、
   前記線状部材が、前記相対運動に応じて張力が変化し、前記線状部材及び前記ケーシング間の摩擦減衰力と前記粘性減衰要素の粘性減衰力とを変化させ、両者を合わせた全体の減衰力を前記相対運動時の振幅及び速度に応じて変化させる機能を有していることを特徴とするダンパー。
2. 前記ケーシング及び前記可動体の相対運動時の振幅及び速度が所定以下の領域における前記全体の減衰力が、前記粘性減衰要素を有していないことを除いて同じ構造の摩擦ダンパーの減衰力と実質的に同じか又はそれ以下になっている請求項１記載のダンパー。
3. 前記線状部材は、前記可動体の外周面に密接して巻き付けられている請求項１又は２記載のダンパー。
4. 前記線状部材は、前記可動体の外周面に、前記相対運動方向を基準として、３０度以上傾斜させて巻き付けられている請求項３記載のダンパー。
5. 前記線状部材は、表面が起毛されているか短繊維が植毛されている請求項３又は４記載のダンパー。
6. 前記粘性減衰要素が、前記線状部材に付着された粘性流体である請求項１〜５のいずれか１に記載のダンパー。
7. 前記粘性流体が、グリースである請求項６記載のダンパー。
8. 前記ケーシング及び前記可動体が、永久磁石と導体とを用いてなり、前記永久磁石と前記導体とにより形成される磁界が前記粘性減衰要素を構成している請求項１〜５のいずれか１に記載のダンパー。
9. 前記ケーシングがシリンダであり、前記可動体が前記シリンダ内を軸方向に変位するピストンからなる伸縮式である請求項１〜８のいずれか１に記載のダンパー。
10. 相対変位する２つの部材間に、前記シリンダ及び前記ピストンが略水平姿勢で配置される請求項９記載のダンパー。
    
11. 前記可動体が、前記ケーシング内に回転可能に配設されたローターからなる回転式である請求項１〜８のいずれか１に記載のダンパー。