ダンパ

本発明は、ダンパに関する。

従来、ダンパの中には、シリンダ内に作動油としてシリコンオイルを封入し、スプリングとしての機能と、ダンパとしての機能を併せ持つものがある(例えば、特許文献1)。

特開2012−149690号公報

しかしながら、従来のダンパのようにシリコンオイル等のオイルを減衰力発生用に利用する場合、オイルの流出を阻止するシールが必須になってコスト高になるとともに、液漏れの可能性を指摘される虞がある。そこで、本発明は、コストを低減するとともに、液漏れの問題を排除できるダンパの提供を目的とする。

上記課題を解決する請求項1に記載の発明は、伸縮時に粒状体を利用して減衰力を発揮する減衰部と、伸縮時に弾性力を発揮する弾性部とを備える。そして、前記減衰部と前記弾性部は、前記減衰力と前記弾性力が並列に発揮されるように連結されている。上記構成によれば、ダンパの伸縮時に粒状体と減衰部との間に生じる摩擦力を減衰力として利用でき、減衰力発生用にオイル等の液体を利用せずに済む。また、粒状体は、オイル等の液体や気体と異なり、シールを設けなくても流出により失われることがないので、シールが不要になる。

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の構成を備えるとともに、前記粒状体を収容する第一シリンダと、前記第一シリンダ内に移動可能に挿入されるロッドとを備え、前記減衰部が前記ロッドを有して構成される。このため、粒状体の変更と、ロッド径の変更により減衰力を調整できる。また、ピストンを設けない場合には、ダンパの構造を簡易にできる。

請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の構成を備えるとともに、前記ロッドに連結されて前記第一シリンダ内に配置される第一ピストンを備え、前記減衰部が前記第一ピストンを有して構成される。当該構成によれば、ピストンの形状によっても減衰力の調整ができるので、減衰力を調整するためのチューニング要素を増やすことができる。

請求項4に記載の発明は、請求項2又は3に記載の構成を備えるとともに、前記弾性部は、前記第一シリンダの外周に設けられ、前記第一シリンダと前記ロッドとの間に介装されるばねを有して構成される。当該構成によれば、ダンパのストロークを確保しつつ、ダンパの軸方向長さが長くなるのを防止できる。

請求項5に記載の発明は、前記第一シリンダから軸方向に延びて、内部に前記ロッドが移動可能に挿入される第二シリンダと、前記ロッドに連結されて前記第二シリンダ内に部屋を形成する第二ピストンとを備え、前記弾性部は、前記部屋に封入される気体を有して構成される気体ばねと、前記部屋に収容される弾性を有する粒状体のうちの少なくとも一方を有して構成される。当該構成によれば、気体の給排による部屋内の圧力の変更と、粒状体の変更の一方又は両方で弾性力を調整できるので、弾性力を調整するためのチューニング要素が多く、ばね特性を所望の特性にできる。

本発明のダンパによれば、コストを低減するとともに、液漏れの問題を排除できる。

本発明の第一の実施の形態に係るダンパの取付状態を簡略的に示した正面図である。

本発明の第一の一実施の形態に係るダンパの縦断面図であり、(a)はそのピストン部を示す。

本発明の第二の実施の形態に係るダンパの縦断面図であり、(a)はそのピストン部を示す。

本発明の第二の実施の形態の変形例に係るダンパの縦断面図である。

以下に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。

<第一の実施の形態> 図1に示すように、本発明の第一の実施の形態に係るダンパD1は、例えば、荷物を運搬する台車、車いす、又はベビーカー等のキャスタCに利用されている。具体的には、キャスタCは、車体に固定されるブラケットBと、ブラケットBに揺動可能に支持されるリンクLと、リンクLの先端部に回転可能に支持される車輪Wとを備え、ブラケットBとリンクLとの間にダンパD1を介在させている。

ダンパD1は、図2に示すように、シリンダ1と、このシリンダ1内に移動可能に挿入されるロッド2と、シリンダ1の図2中左端開口を塞ぎ、中心部をロッド2が貫通する環状のロッドガイド10と、ロッド2に連結されてシリンダ1内を軸方向に移動するピストン20と、シリンダ1から外方へ突出するロッド2の図2中左端に連結されるばね受21と、シリンダ1の外周に装着されるばね受11と、両ばね受21,11の間に介装されるばね3とを備える。

そして、ダンパD1の両端に位置するばね受21の図2中左端と、シリンダ1の図2中右端には、それぞれ取付部22,1eが設けられており、取付部22,1eの何れ一方がブラケットB(図1)に回転可能に連結され、他方がリンクL(図1)に回転可能に連結されている。このため、路面凹凸等により車輪W(図1)が上下に動くと、ロッド2がシリンダ1に出入りしてダンパD1が伸縮し、リンクL(図1)が揺動する。なお、ダンパD1の用途はキャスタCに限られず、適宜変更できる。

以下、ダンパD1を構成する各部材について説明する。

シリンダ1は、筒状のシリンダ本体1aと、このシリンダ本体1aの図2中左側に連なり内周に螺子溝が形成される環状の連結部1bと、シリンダ本体1aの図2中右側に連なり内径がシリンダ本体1aの内径よりも小さい環状のガイド部1cと、ガイド部1cの図2中右側に連なり、内径がガイド部1cの内径よりも大きい筒状のカバー1dと、カバー1dの図2中右側に連なり、外径がカバー1dの外径よりも大きい筒状の取付部1eとを有する。この取付部1eは、肉厚が厚く、曲げに対する強度が高くなっており、取付部1eに挿通されるピン12により、シリンダ1がブラケットB又はリンクLに連結される。

また、シリンダ1において、連結部1bの内周には、ロッドガイド10が螺合され、シリンダ本体1a、ロッドガイド10及びガイド部1cで囲われる部屋R1に粒状体が収容されている。粒状体は、ニトリルゴム(NBR)等のエラストマーで形成された粒の集合であり、弾性を有する。そして、粒状体を構成する粒の各々は、少なくとも荷重がかからない状態で、独立して動けるようになっている。

ロッドガイド10の内周とガイド部1cの内周には、それぞれブッシュ13,14が嵌合されており、これらブッシュ13,14の内側にロッド2が摺動自在に挿通されている。ブッシュ13,14とロッド2との間には、それぞれ摺動隙間が形成されるが、これらの隙間は狭い。このため、粒状体は、ロッド2とロッドガイド10との間、及びロッド2とガイド部1cとの間にシール等を設けなくても、これらの間からシリンダ1外へ流出する心配がない。さらに、粒状体は、連結部1bとロッドガイド10との間にシール等を設けなくても、これらの間からシリンダ1外へ流出する心配もない。

つづいて、ロッド2は、ロッドガイド10とガイド部1cで軸方向に移動自在に支えられて部屋を貫通し、図2中左端がシリンダ1外へ延びる一方、図2中右端がカバー1d内に配置される。そして、ロッド2の軸方向の略中央であって、部屋R1内に配置される部分の外周に、環状のピストン20が設けられている。

ピストン20は、ロッド2に固定され、ロッド2が図2中左右(軸方向)に動くと、当該ロッド2とともに移動して部屋R1の中を図2中左右に移動する。ピストン20の外径は、ロッド2の外径よりも大きく、シリンダ本体1aの内径よりも小さく形成されており、ピストン20外周とシリンダ1内周との間に粒状体が通過可能な環状の隙間が形成される。さらに、ピストン20の軸方向の両端部には、それぞれ栽頭円錐状のテーパ部20a,20bが設けられており、先端にかけて徐々に外径が小さくなっている(図2(a))。

また、ロッド2において、シリンダ1から外方へ突出する部分は、ばね受21で覆われる。このばね受21は、有底筒状に形成されていて、筒部21aをシリンダ1側に向けて配置されている。ロッド2は、ばね受21の筒部21a内を通って底部21bの中心部に連結され、底部21bにおけるロッド2の反対側に取付部22が固定されている。そして、取付部21cに挿通されるピン23により、ロッド2がブラケットB又はリンクLに連結される。

また、ばね受21の筒部21aには、シリンダ1が移動自在に挿入されている。このため、ばね受21でロッド2の摺動面を保護し、摺動面に土、砂、埃等の異物が付着したり、摺動面が傷付いたりするのを防止できる。筒部21aの内周をシリンダ1の外周に摺接させると、ロッド2の摺動面をより確実に保護できるが、筒部21aとシリンダ1との間に隙間があってもよい。

さらに、筒部21aの先端部の外周は拡径されており、筒部21aの先端と、この先端に対向するばね受11との間にばね3が介装される。シリンダ1の外周には、ガイド部1cと取付部1eの境界に環状の段差1fが形成されており、ばね受11は段差1fで支えられている。つまり、図2中、ばね3の左端がばね受21を介してロッド2で支えられ、ばね3の右端がばね受11を介してシリンダ1で支えられており、その結果、ばね3がロッド2とシリンダ1との間に介装された状態となる。ばね3は、線材を螺旋状に巻回して形成されるコイルばねであり、圧縮量に応じた弾性力を発揮する。

また、ロッド2において、カバー1d内へ突出する図2中右端部の外周には、ワッシャ24が装着されている。カバー1dは、ロッド2及びワッシャ24に干渉しない内径で、ロッド2がシリンダ1に対して図2中左右(軸方向)に動いても、ロッド2がシリンダ1の内側に配置され、ピン12に干渉しない長さに設定されている。よって、カバー1dでロッド2の摺動面を保護し、摺動面に土、砂、埃等の異物が付着したり、摺動面が傷付いたりするのを防止できる。さらに、ロッド2がシリンダ1から所定量退出すると、ワッシャ24がガイド部1cに突き当たり、それ以上のロッド2の退出、即ち、ダンパD1の伸長が規制される。図2には、荷重が作用しない状態(無負荷状態)でのダンパD1を示しており、無負荷状態では、ばね3の弾性力によりワッシャ24がガイド部1cに突き当たってダンパD1が伸び切った状態(最伸長状態)となる。

なお、ダンパD1では、カバー1dと取付部1eとの境界に、ばね受11を支持する段差1fが設けられているが、当該段差1fをカバー1dの外周に設けてもよい。また、ばね受11を廃し、段差1fをばね受として機能させて、シリンダ1自体でばね3の図2中右端を直接支持するようにしてもよい。

以下、本実施の形態に係るダンパD1の作動について説明する。

ロッド2がシリンダ1内に進入してダンパD1が収縮すると、ばね受21がばね受11に接近してばね3が圧縮されるので、ばね3の弾性力が大きくなる。さらに、ダンパD1の収縮時には、ピストン20が部屋R1内を図2中右方へ移動するので、ピストン20の図2中右側にある粒状体がピストン20の外周にできる隙間を通ってピストン20の左方へ移動する。すると、ピストン20と粒状体との間に摩擦力が生じ、当該摩擦力によりダンパD1の収縮が抑制される。

反対に、ロッド2がシリンダ1から退出してダンパD1が伸長すると、ばね受21がばね受11から離れてばね3が伸長するので、ばね3の弾性力が小さくなる。さらに、ダンパD1の伸長時には、ピストン20が部屋R1内を図2中左方へ移動するので、ピストン20の図3中左側にある粒状体がピストン20の外周にできる隙間を通ってピストン20の右方へ移動する。すると、ピストン20と粒状体との間に摩擦力が生じ、当該摩擦力によりダンパD1の伸長が抑制される。

そして、ダンパD1が取付状態にある場合、車体に加わる荷重に応じてダンパD1が収縮し、ばね3で車体を弾性支持するとともに、車輪Wが路面から受ける入力に応じてダンパD1が伸縮作動する。そして、ダンパD1が伸縮すると、路面凹凸による衝撃をばね3で吸収するとともに、ダンパD1の伸縮運動を、ピストン20と粒状体との間に生じる摩擦力により減衰させる。

つまり、ダンパD1では、摩擦力を減衰力として利用しており、ピストン20がダンパD1の伸縮時に粒状体を利用して減衰力を発揮する減衰部A1であり、ばね3がダンパD1の伸縮時に弾性力を発揮する弾性部E1である。そして、ダンパD1の伸縮時に部屋R1内をピストン20が移動するのでピストン20と粒状体との間に摩擦力が生じるとともに、ばね3が伸縮するようになっており、減衰力と弾性力が並列に発揮されるように減衰部A1と弾性部E1が連結されている。言い換えると、減衰部A1と弾性部E1は、力学的に並列に配置されており、ダンパD1が減衰力と弾性力とを合せた力を発揮する。

そして、ダンパD1全体としての伸縮に抗する力をダンパD1の反力とすると、ダンパD1では、弾性部E1としてコイルばねであるばね3を利用しているので、ダンパD1の変位に対する弾性力の特性(ばね特性)は比例特性となり、ダンパD1の変位に対する反力の特性(反力特性)は上記特性に近くなる。さらに、減衰力として摩擦力を利用しているので、ダンパD1の反力特性にヒステリシスが生じる。このダンパD1の反力特性は、シリコンオイルを利用した従来のダンパの反力特性に近く、ダンパD1が車いすに利用される場合には、乗り心地を良好にできる。

さらに、ダンパD1の変位に対する減衰力の特性(減衰特性)は、粒状体の粒の径、硬度、充填率、及び形状、並びに、ピストン20とシリンダ1間のクリアランス、ピストン20の軸方向長さ、及びテーパ部20a,20bの形状等の変更により調整できる。例えば、粒状体は弾性変形できるので、粒状体の粒の径をピストン20とシリンダ1間のクリアランスよりも大きくすると、ダンパD1の伸縮時に粒状体の粒がピストン20とシリンダ1との間で押しつぶされつつ移動するので、ピストン20と粒状体との間に生じる摩擦力が大きくなり、減衰力が大きくなる。また、粒状体の硬度を高くしたり、充填率を高くしたりしても減衰力が大きくなる。さらに、ロッド2の外周面とピストン20のテーパ部20a,20bの外周面がなす角度をテーパ部20a,20bの傾斜角θ(図2(a))とすると、この傾斜角θを小さくして90度に近づけたり、ピストン20の軸方向長さを長くしたりしも減衰力が大きくなる。そして、減衰力を大きくするとヒステリシスが大きくなる。このように、ダンパD1では、減衰力を調整するためのチューニング要素が多いので、減衰力を細かく調整し、所望の減衰特性を実現できる。

加えて、ダンパD1では、伸縮時にロッド2が部屋R1内を移動すると、ロッド2と粒状体との間にも摩擦力が生じる。つまり、ロッド2もピストン20とともに減衰部A1を構成するので、ロッド2の外径の変更によっても減衰力を変えられる。

また、ピストン20がロッド2から外周側に張り出しているので、ダンパD1が伸縮すると、ピストン20の進行方向にある粒状体がロッドガイド10又はガイド部1cとピストン20との間で圧縮されて弾性力を発揮する。つまり、部屋R1内の粒状体もばね3とともに弾性部E1を構成するので、ばね3の変更のみならず、粒状体の変更、ピストン20の外径の変更、テーパ部20a,20bの傾斜角θの変更等によってもばね特性を変えられる。

以下、本実施の形態に係るダンパD1の作用効果について説明する。

本実施の形態において、弾性部E1は、シリンダ(第一シリンダ)1の外周に設けられ、シリンダ(第一シリンダ)1とロッド2との間に介装されるばね3を有して構成される。このため、弾性部E1と減衰部A1とを構造的に並列にできるので、ストローク長を確保しつつダンパD1の軸方向長さを短くできる。また、ばね3として、コイルばねを利用した場合、ダンパD1の反力特性が比例特性に近くなる。しかし、弾性部E1の構成は、所望の反力特性に応じて適宜変更できる。例えば、弾性部E1が皿ばね、エアばね等、コイルばね以外のばねであってもよい。

また、本実施の形態において、ダンパD1は、粒状体を収容するシリンダ(第一シリンダ)1と、シリンダ1内に移動可能に挿入されるロッド2と、ロッド2に連結されてシリンダ1内に配置されるピストン(第一ピストン)20とを備え、減衰部A1がピストン(第一ピストン)20を有して構成される。このため、ピストン20の軸方向長さ、直径、テーパ部20a,20bの傾斜角θの変更により減衰力を調整できるので、チューニング要素が増えて、減衰力を一層細かく調整できる。

なお、前述のように、ダンパD1の伸縮時にロッド2と粒状体との間にも摩擦力が生じ、この摩擦力も減衰力として利用できるので、ピストン20を廃してロッド2のみで減衰部A1を構成するとしてもよい。さらに、ダンパD1は、ピストン20の両側へロッド2が延びる両ロッド型(スルーロッド型)とされているが、ロッド2がピストン20の片側へ延びる片ロッド型とされていてもよい。

また、本実施の形態において、ダンパD1は、粒状体を利用して減衰力を発揮する減衰部A1と、伸縮時に弾性力を発揮する弾性部E1とを備える。そして、減衰部A1と弾性部E1は、減衰力と弾性力が並列に発揮されるように連結されている。上記構成によれば、ダンパD1の伸縮時に粒状体と減衰部A1との間に生じる摩擦力を減衰力として利用でき、減衰力発生用の作動流体としてオイル等の液体を利用せずに済む。よって、ダンパD1では、液漏れが発生し得ず、液漏れの問題を排除できる。また、粒状体は、オイル等の液体や気体と異なり、シールを設けなくても流出により失われることがないので、シールが不要になる。よって、ダンパD1ではシールを廃してコストを削減できる。

さらに、上記構成によれば、粒状体の粒の径、硬度、充填率、及び形状等により減衰力を変更できて、減衰力を調整するためのチューニング要素が非常に多い。よって、減衰力を細かく調整できるので、減衰特性を所望の特性にできる。また、粒状体として線膨張率の低い素材を選択すれば、温度変化による減衰力特性の変化を小さくできる。

<第二の実施の形態> 図3に示す本発明の第二の実施の形態に係るダンパD2は、ダンパD1と同様に、例えば、荷物を運搬する台車、車いす、又はベビーカー等のキャスタに利用されている。

そして、ダンパD2は、有底筒状の第一シリンダ4と、第一シリンダ4が底部4a側から内側に挿入されるとともに、第一シリンダ4から図3中右方へ延びる有底筒状の第二シリンダ5と、第二シリンダ5から第一シリンダ4が抜け出るのを防止するキャップ50と、第一シリンダ4を貫通して第二シリンダ5内へ延び、軸方向に移動可能なロッド6と、第一シリンダ4の図3中左端開口を塞ぎ、中心部をロッド6が貫通する環状のロッドガイド40と、ロッド6に連結されて第一シリンダ4内を軸方向に移動する第一ピストン60と、ロッド6の図3中右端部に連結されて第二シリンダ5内を軸方向に移動する第二ピストン61とを備える。

そして、ダンパD2の両端に位置するロッド6の図3中左端と、第二シリンダの図3中右端には、それぞれ取付部62,5dが設けられており、取付部62,5dの何れか一方がキャスタのブラケットに回転可能に連結され、他方がキャスタのリンクに回転可能に連結されている。このため、路面凹凸等によりキャスタの車輪が上下に動くと、ロッド6が第一シリンダ4及び第二シリンダ5内を軸方向に移動してダンパD2が伸縮し、リンクが揺動する。なお、ダンパD2の用途はキャスタに限られず、適宜変更できる。

以下、ダンパD2を構成する各部材について説明する。

第一シリンダ4は、環状の底部4aと、底部4aの外周から一方へ延びる筒部4bとを有して有底筒状に形成されていて、筒部4bの開口端部にロッドガイド40が装着されている。そして、第一シリンダ4とロッドガイド40で囲われる部屋である第一室R2に粒状体が収容されている。粒状体は、ニトリルゴム(NBR)等のエラストマーで形成された粒の集合であり、弾性を有する。そして、粒状体を構成する粒の各々は、少なくとも荷重がかからない状態で独立して動けるようになっている。

ロッドガイド40の内周と第一シリンダ4の底部4aの内周には、それぞれブッシュ41,42が嵌合されており、これらブッシュ41,42の内側にロッド6が摺動自在に挿通されている。ブッシュ41,42とロッド6との間には、それぞれ摺動隙間が形成されるが、これらの隙間は狭いので、ロッド6とロッドガイド40との間、及びロッド6と底部4aとの間にシール等を設けなくても、これらの間から粒状体が第一シリンダ4外へ流出することはない。

また、ロッドガイド40の外周には、周方向に沿って環状のフランジ40aが設けられており、ロッドガイド40を第一シリンダ4に嵌合すると、フランジ40aが第一シリンダ4の図3中左端で支えられる。また、ロッドガイド40を第一シリンダ4に嵌合すれば、これらの間にシール等を設けなくても、粒状体が第一シリンダ4外へ流出することはない。

つづいて、第二シリンダ5は、内側に第一シリンダ4が挿入される外筒部5aと、この外筒部5aの図3中右側に連なり内径が外筒部5aの内径よりも小さい有底筒状の第二シリンダ本体5bと、第二シリンダ本体5bの底部5cから図3中右方へ延びる取付部5dとを有する。

外筒部5aの開口端部外周には螺子溝が形成されており、当該螺子溝を利用して第二シリンダ5にキャップ50が螺合される。キャップ50は、ロッド6の挿通を許容する貫通孔(符示せず)が形成されるとともに、ロッドガイド40のフランジ40aに引っ掛かる環状の蓋部50aと、この蓋部50aの外周から一方へ延びて第二シリンダ5に螺合する環状のナット部50bとを有する。また、第二シリンダ5の内周には、外筒部5aと第二シリンダ本体5bとの境界に環状の段差5eが形成されており、第二シリンダ本体5bの内径が第一シリンダ4の外径よりも小さい。

このため、第一シリンダ4を第二シリンダ5内へ挿入するとともに、第一シリンダ4にロッドガイド40を装着した状態で、ロッドガイド40の図3中左方からキャップ50を被せ、ナット部50bを外筒部5aに螺合すると、キャップ50の蓋部50aと第二シリンダ5の段差5eにより第一シリンダ4が挟持され、第二シリンダ5に固定される。そして、第二シリンダ5と、この第二シリンダ5に固定される第一シリンダ4は、第二シリンダ5の取付部5dに挿通されるピン51により、キャスタのブラケット又はリンクに連結される。以下、第一シリンダ4と第二シリンダ5とを合わせた部材を、シリンダ部材7とする。

つづいて、ロッド6は、キャップ50を貫通するとともに、ロッドガイド40と第一シリンダ4の底部4aで軸方向に移動自在に支えられて第一室R2を貫通し、図3中左端が第一シリンダ4からシリンダ部材7外へ延びる一方、図3中右端が第二シリンダ本体5b内に配置される。そして、ロッド6の軸方向の略中央であって、第一室R2内に配置される部分の外周に、環状の第一ピストン60が設けられている。

第一ピストン60は、ロッド6に固定され、ロッド6が図3中左右(軸方向)に動くと、当該ロッド6とともに移動して第一室R2の中を図3中左右に移動する。第一ピストン60の外径は、ロッド6の外径よりも大きく、第一シリンダ4の筒部4bの内径よりも小さく形成されており、第一ピストン60外周と第一シリンダ4内周との間に粒状体が通過可能な環状の隙間が形成される。さらに、第一ピストン60の軸方向の両端部には、それぞれ栽頭円錐状のテーパ部60a,60bが設けられており、先端にかけて徐々に外径が小さくなっている(図3(a))。

また、ロッド6において、シリンダ部材7から外方へ突出する部分の先端には、取付部62が固定されている。そして、取付部62に挿通されるピン63により、ロッド6がキャスタのブラケット又はリンクに連結される。なお、ダンパD2は、シリンダ部材7から外方へ突出するロッド6の外周を覆うカバーを備えていないが、カバーでロッド6の摺動面を保護するようにしてもよい。

また、ロッド6において、第二シリンダ本体5b内へ突出するロッド6の図3中右端部の外周には、第二ピストン61が設けられ、この第二ピストン61で第二シリンダ5内に第二の部屋である第二室R3を形成する。この第二室R3にも、粒状体が収容されており、この粒状体も、ニトリルゴム(NBR)等のエラストマーで形成された粒の集合であり、弾性を有する。そして、粒状体を構成する粒の各々は、少なくとも荷重がかからない状態で独立して動けるようになっている。図3中、第二室R3の粒状体の左端が第二ピストン61を介してロッド6で支えられる一方、粒状体の右端は第二シリンダ5の底部5cで支えられている。その結果、第二室R3の粒状体は、ロッド6とシリンダ部材7との間に介装された状態となり、第二室R3の粒状体が圧縮量に応じた弾性力を発揮する。

さらに、ロッド6がシリンダ部材7から所定量退出すると、第二ピストン61が第一シリンダ4の底部4aに突き当たり、それ以上のロッド6の退出、即ち、ダンパD2の伸長が規制される。図3には、荷重が作用しない状態(無負荷状態)でのダンパD2を示しており、無負荷状態では、第二室R3の粒状体の弾性力により第二ピストン61が底部に突き当たってダンパD2が伸び切った状態(最伸長状態)となる。

以下、本実施の形態に係るダンパD2の作動について説明する。

ロッド6がシリンダ部材7に進入してダンパD2が収縮すると、第二ピストン61で第二室R3の粒状体が圧縮されるので、当該粒状体の弾性力が大きくなる。さらに、ダンパD2の収縮時には、第一ピストン60が第一室R2内を図3中右方へ移動するので、第一ピストン60の図3中右側にある粒状体が第一ピストン60の外周にできる隙間を通って第一ピストン60の左方へ移動する。すると、第一ピストン60と粒状体との間に摩擦力が生じ、当該摩擦力によりダンパD2の収縮が抑制される。

反対に、ロッド6がシリンダ部材7から退出してダンパD2が伸長すると、第二ピストン61が第二室R3を拡大するので、当該第二室R3内の粒状体の弾性力が小さくなる。さらに、ダンパD2の伸長時には、第一ピストン60が第一室R2内を図3中左方へ移動するので、第一ピストン60の図3中左側にある粒状体が第一ピストン60の外周にできる隙間を通って第一ピストン60の右方へ移動する。すると、第一ピストン60と粒状体との間に摩擦力が生じ、当該摩擦力によりダンパD2の伸長が抑制される。

そして、ダンパD2が取付状態にある場合、車体に加わる荷重に応じてダンパD2が収縮し、第二室R3に収容される弾性体で車体を弾性支持するとともに、車輪が路面から受ける入力に応じてダンパD2が伸縮作動する。そして、ダンパD2が伸縮すると、路面凹凸による衝撃を第二室R3の粒状体で吸収するとともに、ダンパD2の伸縮運動を、第一ピストン60と第一室R2の粒状体との間に生じる摩擦力により減衰させる。

つまり、ダンパD2では、摩擦力を減衰力として利用しており、第一ピストン60がダンパD2の伸縮時に第一室R2の粒状体を利用して減衰力を発揮する減衰部A2であり、第二室R3の粒状体がダンパD2の伸縮時に弾性力を発揮する弾性部E2である。そして、ダンパD2の伸縮時に第一室R2内を第一ピストン60が移動するので第一ピストン60と第一室R2内の粒状体との間に摩擦力が生じるとともに、第二室R3内の弾性体が伸縮するようになっており、減衰力と弾性力が並列に発揮されるように減衰部A2と弾性部E2が連結されている。言い換えると、減衰部A2と弾性部E2は、力学的に並列に配置されており、ダンパD2が減衰力と弾性力とを合わせた力を発揮する。

そして、ダンパD2全体としての伸縮に抗する力をダンパD2の反力とすると、ダンパD2では、弾性部E2としてエラストマーで形成された粒状体を利用しているので、ダンパD2の変位に対する弾性力の特性(ばね特性)は非線形特性になり、ダンパD2の変位に対する反力の特性(反力特性)は上記特性に近くなる。そして、減衰力として摩擦力を利用しているので、ダンパD2の反力特性にヒステリシスが生じて、ダンパD2が車いすに利用される場合には、乗り心地を良好にできる。

また、ダンパD2の変位に対する減衰力の特性(減衰特性)は、粒状体の粒の径、硬度、充填率、及び形状、並びに、第一ピストン60と第一シリンダ4間のクリアランス、第一ピストン60の軸方向長さ、及びテーパ部60a,60bの形状等の変更により調整できる。例えば、粒状体は弾性変形できるので、粒状体の粒の径を第一ピストン60と第一シリンダ4間のクリアランスよりも大きくすると、ダンパD2の伸縮時に粒状体の粒が第一ピストン60と第一シリンダ4との間で押しつぶされつつ移動するので、第一ピストン60と粒状体との間に生じる摩擦力が大きくなり、減衰力が大きくなる。また、粒状体を構成する粒の硬度を高くしたり、充填率を高くしたりしても減衰力が大きくなる。さらに、ロッド6の外周面と第一ピストン60のテーパ部60a,60bの外周面がなす角度をテーパ部60a,60bの傾斜角θ(図3(a))とすると、この傾斜角θを小さくして90度に近づけたり、第一ピストン60の軸方向長さを長くしたりしも減衰力が大きくなる。そして、このように減衰力を大きくするとヒステリシスが大きくなる。

加えて、ダンパD2では、伸縮時にロッド6が第一室R2内を移動すると、ロッド6と第一室R2の粒状体との間にも摩擦力が生じる。つまり、ロッド6も第一ピストン60とともに減衰部A2を構成するので、ロッド6の外径の変更によっても減衰力を変えられる。

また、ダンパD2では、第二室R3に収容される粒状体を有して弾性部E2が構成されるので、第二室R3の粒状体の粒の径、硬度、充填率、及び形状、並びに、第二室R3の容積によりダンパD2のばね特性を変更できる。さらに、第一ピストン60がロッド6から外周側に張り出しているので、第一室R2内の粒状体も第二室R3の粒状体とともに弾性部E2を構成し、第一室R2に収容される粒状体の変更、第一ピストン60の外径の変更、テーパ部60a,60bの傾斜角θの変更等によってもばね特性を変えられる。このように、ダンパD2では、ばね特性を調整するためのチューニング要素が多いので、弾性力を細かく調整し、所望のばね特性を実現できる。

以下、本実施の形態に係るダンパD2の作用効果について説明する。

本実施の形態において、ダンパD2は、第一シリンダ4から軸方向に延びて、内部にロッド6が移動可能に挿入される第二シリンダ5と、ロッド6に連結されて第二シリンダ5内に第二室(部屋)R3を形成する第二ピストン61とを備える。そして、弾性部E2が、第二室(部屋)R3に収容される弾性を有する粒状体を有して構成される。このため、第二室R3の粒状体の粒の径、硬度、充填率、及び形状、並びに、第二室R3の容積によりダンパD2のばね特性を調整できる。このように、弾性部E2に弾性を有する粒状体を利用すると、ばね特性を調整するためのチューニング要素が非常に多いので、所望のばね特性を実現できる。

また、上記構成によれば、減衰力を発揮するための粒状体を収容する部屋と、弾性力を発揮するための粒状体を収容する部屋が第一室R2と第二室R3に分かれており、減衰力発生用の粒状体と弾性力発生用の粒状体が混ざり合うことがない。このため、各部屋の粒状体の変更により減衰特性とばね特性を略独立して調整できるので、調整が容易である。しかし、第一ピストン60と第二ピストン61の配置をダンパD2と逆にして、粒状体を収容する部屋を一つにしてもよい。

具体的に、ダンパD2を前述のように変更したものを図4に示す。図4に示す当該変形例に係るダンパD4は、シリンダ(第一シリンダ)8と、シリンダ8内に移動可能に挿入されるロッド9と、ロッド9に連結されてシリンダ8内に部屋R4を形成する第二ピストン90と、ロッド9の先端に連結されて部屋R4内に配置される第一ピストン91とを備える。そして、部屋R4には弾性を有する粒状体が収容されており、減衰部A3が第一ピストン91を有して構成され、弾性部E3が粒状体を有して構成される。このようなダンパD3では、ばね特性を変更しようとすると、減衰特性も同時に変更されるが、この場合にも、減衰力及び弾性力を調整するためのチューニング要素が多い。

また、ダンパD2,D3では、第二室R3又は部屋R4を密閉する場合、第二室R3又は部屋R4に収容される粒状体の粒と粒との間の空隙に存在する気体(エア)が第二室R3又は部屋R4に封入されて気体ばねとして機能するので、この気体ばねも弾性部E2,E3の構成要素となる。すると、第二室R3又は部屋R4内への気体(エア)の給排によっても弾性力を変更でき、第二室R3又は部屋R4に圧縮エアを充填して加圧すると、弾性部E2,E3による弾性力を大きくできる。なお、弾性部E2,E3の構成は、上記に限らず、適宜変更できる。例えば、第二室R3と部屋R4に収容される弾性体を廃して気体のみを封入し、気体ばねとして機能させたり、コイルばね、皿ばね等の金属製のばねを収容したりしてもよい。

また、本実施の形態において、ダンパD2は、粒状体を収容する第一シリンダ4と、第一シリンダ4内に移動可能に挿入されるロッド6と、ロッド6に連結されて第一シリンダ4内に配置される第一ピストン60とを有して構成される。このため、第一ピストン60の軸方向長さ、直径、テーパ部60a,60bの傾斜角θの変更により減衰力を調整できるので、チューニング要素が増えて、減衰力を一層細かく調整できる。当該効果は、ダンパD3でも同様に得られる。

なお、前述のように、ダンパD2の伸縮時にロッド6と粒状体との間にも摩擦力が生じ、この摩擦力も減衰力として利用できるので、第一ピストン60を廃してロッド6のみで減衰部A2を構成するとしてもよい。このような変更はダンパD3でも可能である。さらに、ダンパD3は第一ピストン91の片側へロッド9が延びる片ロッド型とされているが、両ロッド型でもよい。

また、本実施の形態において、ダンパD2,D3は、伸縮時に粒状体を利用して減衰力を発揮する減衰部A2,A3と、伸縮時に弾性力を発揮する弾性部E2,E3とを備える。そして、減衰部A2,A3と弾性部E2,E3は、減衰力と弾性力が並列に発揮されるように連結されている。上記構成によれば、ダンパD2,D3の伸縮時に粒状体と減衰部A2,A3との間に生じる摩擦力を減衰力として利用でき、減衰力発生用の作動流体としてオイル等の液体を利用せずに済む。よって、ダンパD2,D3では、液漏れが発生し得ず、液漏れの問題を排除できる。また、粒状体は、オイル等の液体や気体と異なり、シールを設けなくても流出により失われることがないので、シールが不要になる。よって、ダンパD2,D3ではシールを削減してコストを削減できる。

さらに、上記構成によれば、粒状体の粒の径、硬度、充填率、及び形状等により減衰力を変更できて、減衰力を調整するためのチューニング要素が非常に多い。よって、減衰力を細かく調整できるので、減衰特性を所望の特性にできる。また、粒状体として線膨張率の低い素材を選択すれば、温度変化による減衰力特性の変化を小さくできる。

以上、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明したが、特許請求の範囲から逸脱しない限り、改造、変形、及び変更が可能である。

A1,A2,A3・・・減衰部、D1,D2,D3・・・ダンパ、E1,E2,E3・・・弾性部、R1,R4・・・部屋、R2・・・第一室(部屋)、R3・・・第二室(部屋)、1,8・・・シリンダ(第一シリンダ)、2,6,9・・・ロッド、3・・・ばね、4・・・第一シリンダ、5・・・第二シリンダ、20・・・ピストン(第一ピストン)、60,91・・・第一ピストン、61,90・・・第二ピストン