JP2017172772A - 簡易回転ダンパー - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡単で、耐久性を向上することが可能且つ減衰力をオンオフ制御可能な簡易回転ダンパーを提供する。【解決手段】非磁性体製のダンパー・ケース７と、ダンパー・ケース７内に回転可能に配設された磁性体製の回転体９と、ダンパー・ケース７内に収容されダンパー・ケース７と回転体９との間に介在して磁束ＭＲが通過することで粘性が高くなる作動流体Ｆと、ダンパー・ケース７外で変位（回転）可能に支持された永久磁石２５と、永久磁石２５の変位領域（回転領域）Ｒの周囲に配置され、永久磁石２５の変位に応じて磁束ＭＲを永久磁石２５の磁極２５ａ，２５ｂと回転体９との間でループさせる第１磁路ＲＴ１及び永久磁石２５の磁極２５ａ，２５ｂ間で短絡ループさせる第２磁路ＲＴ２を選択的に形成するヨーク２７とを備えた。【選択図】 図２

Description

本発明は、磁性流体や磁気粘性流体の粘性変化を利用した減衰力のオンオフを制御し得る簡易回転ダンパーに関する。

従来の回転ダンパーとしては、例えば特許文献１に記載の制動装置がある。

この制動装置は、磁性体のケース内に磁気粘性流体を封入すると共に磁性体の回転板を相対回転自在に収容し、且つ電磁コイルをケース内に備えている。そして、電磁コイルの通電により磁束ループを形成し、ケース及び回転板間で磁気粘性流体の粘性を変化させるようになっている。

従って、かかる制動装置は、電磁コイルの通電により磁気粘性流体の粘性に応じてケース及び回転板間の相対回転に抵抗を与え、例えばケース及び回転板の一方を固定して用いれば、制動トルク（減衰力）を生じさせることができる。

このように、従来の制動装置は、電磁コイルの通電制御によって減衰力のオンオフを制御するため、配線構造が複雑であった。また、電磁コイルでの発熱がケース外へ発散し難く、耐久性を損なう問題もあった。

特開２０１４−２０５３９号公報

解決しようとする問題点は、減衰力をオンオフ制御可能な回転ダンパーは、構造が複雑であり、発熱により耐久性を損なう点である。

本発明は、減衰力をオンオフ制御可能な回転ダンパーにおいて、構造を簡単にし耐久性を向上するために、非磁性体製のダンパー・ケースと、前記ダンパー・ケース内に回転可能に配設された磁性体製の回転体と、前記ダンパー・ケース内に収容され前記ダンパー・ケースと前記回転体との間に介在して磁束が通過することで粘性が高くなる作動流体と、前記ダンパー・ケース外で変位可能に支持された永久磁石と、前記永久磁石の変位領域の周囲に配置され、前記永久磁石の変位に応じて前記磁束を前記永久磁石の磁極と前記回転体との間でループさせる第１磁路及び前記永久磁石の磁極間で短絡ループさせる第２磁路を選択的に形成するヨークとを備えた簡易回転ダンパーを最も主な特徴とする。

本発明の簡易回転ダンパーは、永久磁石の変位によって磁性流体や磁気粘性流体等の作動流体の粘性の変化をオンオフし、それによって作動流体の粘性変化を利用した減衰力のオンオフを制御できるため、構造が簡単で、発熱等の問題もなく、耐久性を向上することができる。

回転ダンパーの平面図である。（実施例） 図１のＩＩ−ＩＩ線に係る断面図であり、（Ａ）は減衰力のオン状態、（Ｂ）は減衰力のオフ状態を示す。（実施例） 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に係る断面図である。（実施例） 変形例に係る断面図であり、（Ａ）は減衰力のオン状態、（Ｂ）は減衰力のオフ状態を示す。（実施例）

減衰力をオンオフ制御可能な回転ダンパーにおいて、構造を簡単にし耐久性を向上するという目的を、永久磁石を用いた簡易回転ダンパーとして実現した。

すなわち、簡易回転ダンパーは、非磁性体製のダンパー・ケースと、ダンパー・ケース内に回転可能に配設された磁性体製の回転体と、ダンパー・ケース内に収容されこのダンパー・ケースと回転体との間に介在して磁束が通過することで粘性が高くなる作動流体と、ダンパー・ケース外で変位可能に支持された永久磁石と、永久磁石の変位領域の周囲に配置され、永久磁石の変位に応じて磁束を永久磁石の磁極と回転体との間でループさせる第１磁路及び永久磁石の磁極間で短絡ループさせる第２磁路を選択的に形成するヨークとを備える。

永久磁石は、長手方向の両側にそれぞれ磁極を有し、中心部周りに回転可能に支持された棒状であってもよい。この場合、ヨークは、永久磁石の回転位置に応じて第１磁路及び第２磁路を選択的に形成する。

ヨークは、永久磁石の回転領域を挟んだ両側の磁性部と、両側の磁性部間に配置されて両者間を磁気的に分離する非磁性部とを備えてもよい。

［簡易回転ダンパーの構造］
図１は、本発明の一実施例に係る回転ダンパーの平面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に係る断面図であり、図２（Ａ）は減衰力のオン状態、図２（Ｂ）は減衰力のオフ状態を示し、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に係る断面図である。

本実施例の簡易回転ダンパー（以下、単に「回転ダンパー」と称する）１は、例えば図示しない引き戸等が閉まる際に減衰力を生じさせるものであり、減衰力を生じさせるオン状態と減衰力を生じさせないオフ状態とを切り替えるオンオフ制御を可能とする。

回転ダンパー１は、図１〜図３のように、ダンパー部３と、ダンパー部３外のアクチュエータ部５とを一体に備えている。

ダンパー部３は、ダンパー・ケース７と、回転体９とを備えている。

ダンパー・ケース７は、非磁性体製であり、例えば樹脂で形成されている。なお、ダンパー・ケース７の材料は、非磁性体製であれば良く、非磁性体金属、セラミック等で形成することもできる。非磁性体金属としては、例えば銅、アルミニウム、ステンレス等を用いることができる。

ダンパー・ケース７は、円筒部１１と底壁部１３と蓋部１５とを備えている。

円筒部１１は、内外周共に断面円形に形成された中空筒状となっている。円筒部１１の外周には、後述するアクチュエータ・ケース２３の円筒部２９との間にフランジ部１７が一体に形成されている。

フランジ部１７には、固定用の孔１７ａが形成されている。この孔１７ａを介して、回転ダンパー１は、ビス等の締結具で固定側等に取り付けることができる。フランジ部１７は、円筒部１１に対し、接着、溶着などで一体的に形成することもできる。

底壁部１３は、ダンパー・ケース７の円筒部１１とアクチュエータ・ケース２３の円筒部２９との間で、両円筒部１１及び２９に一体に設けられている。この底壁部１３により、ダンパー・ケース７はアクチュエータ・ケース２３に対して区画されている。

底壁部１３には、回転体９の回転軸心に対応して軸１３ａが一体に設けられている。軸１３ａは、底壁部１３からダンパー・ケース７内へと突出する。

蓋部１５は、円筒部１１の軸心方向（回転体９の回転軸心に沿った方向と同じ。）の端部開口に接着、溶着等により一体的に取り付けられている。蓋部１５の軸心部（回転体９の軸心部と同じ。）には貫通孔１５ａが形成されている。

回転体９は、磁性体、例えば軟磁性材料である鉄、ケイ素鋼等で形成され、円柱状に形成されている。回転体９は、ダンパー・ケース７内に回転可能に配設されている。回転体９の軸心部には、回転軸心方向の一側に嵌合孔１７ａが形成されている。回転体９は、嵌合孔１７ａにおいてダンパー・ケース７の軸１３ａに回転自在に嵌合している。また、回転体９の軸心部には、回転軸心方向の他側に出力軸９ａが突設されている。出力軸９ａは、蓋部１５の貫通孔１５ａからダンパー・ケース７外に突出している。

蓋部１５の貫通孔１５ａには、シール部材１９が支持され、シール部材１９は、出力軸９ａに密接している。シール部材１９には、例えばＯリングやＸリングが用いられる。

出力軸９ａの外端には、ギヤ２１が取り付けられ、例えば、図示しない引き戸などに設けられたラックに噛み合っているか、引き戸が閉まる直前にラックが噛み合う構成等となっている。

ダンパー・ケース７内には、作動流体Ｆが収容されている。これにより、作動流体Ｆは、ダンパー・ケース７の内面と回転体９の外面との間に介在している。本実施例の作動流体Ｆは、ダンパー・ケース７の内面と回転体９外面との間の隙間全体に至る。ケース７の内面と回転体９外面との間では、その適切な隙間設定により、適切な量の作動流体が介在する。ケース７の内面及び回転体９外面とは、回転軸心周りの周面及び回転軸心方向の端面の双方を含む。

作動流体Ｆとしては、磁性流体（Magnetic Fluid）やＭＲ流体と称される磁気粘性流体（Magneto Rheological Fluid）が用いられる。このため、作動流体Ｆは、磁束ＭＲが通過することで粘性を増加させるものとなっている。この粘性の増加により、回転ダンパー１は、回転体９の回転に対する減衰力を生じさせる。本実施例の回転ダンパー１は、減衰力のオン状態とオフ状態とをアクチュエータ部５によって切り替えるオンオフ制御を可能とする。

アクチュエータ部５は、アクチュエータ・ケース２３と、永久磁石２５と、ヨーク２７とを備える。

アクチュエータ・ケース２３は、ダンパー・ケース７と同様、底壁部１３と円筒部２９と蓋部３１とを備えている。なお、底壁部１３は、ダンパー・ケース７側と共用するものであるから説明を省略する。

円筒部２９は、ダンパー・ケース７の円筒部１１と底壁部１３を挟んで逆向きに一体に設けられ、ダンパー・ケース７の円筒部１１と共に単一の円筒体を形成している。従って、円筒部２９も、非磁性体製である。円筒部２９は、内外共に断面円形に形成された中空筒状であるが、内径がダンパー・ケース７の円筒部１１よりも大きくなっている。

蓋部３１は、円筒部２９の軸心方向（回転体９の回転軸心に沿った方向と同じ。）の端部開口に接着、溶着などにより一体的に取り付けられている。

永久磁石２５は、アクチュエータ・ケース２３内で変位可能に支持されている。なお、永久磁石２５は、アクチュエータ・ケース２３を省略して固定側等に支持することも可能であり、ダンパー・ケース７外に設けられていれば良い。

本実施例の永久磁石２５は、長手方向の両側にそれぞれ磁極（Ｎ極、Ｓ極）２５ａ，２５ｂを有した棒状である。永久磁石２５の中心部には、貫通孔２５ｃが設けられている。この貫通孔２５ｃにピン３３が挿通され、永久磁石２５は中心部周りに回転可能に支持されている。ピン３３は、アクチュエータ・ケース２３の円筒部２９に支持される。

永久磁石２５は、後述するように減衰力をオンオフ制御するために回転される。このため、永久磁石２５には、アクチュエータ・ケース２３外へ至るノブ等を設け、ノブの操作等によって外部から回転操作可能に構成される。

永久磁石２５の回転可能範囲は、本実施例において図２（Ａ）の回転体９の回転軸心に略直交する状態から図２（Ｂ）の同回転軸心に沿った状態までの略９０度である。ただし、減衰力をオンオフ制御できる範囲において永久磁石２５の回転可能範囲を調整することが可能である。

永久磁石２５の両端面２５ａａ，２５ｂａは、永久磁石２５の変位領域である回転領域Ｒに応じて凸曲面状に湾曲している。これにより、回転領域Ｒの小型化、ひいてはアクチュエータ部５及び回転ダンパー１の小型化を図ることができる。ただし、永久磁石２５の両端面２５ａａ，２５ｂａは、湾曲させなくてもよい。

回転領域Ｒは、永久磁石２５の最大長さを径とする断面円形空間である。実際は、回転領域Ｒの径は、永久磁石２５の回転を許容するために永久磁石２５の最大長さよりも僅かに長く、回転領域Ｒの内面と永久磁石２５の端面２５ａａ，２５ｂａとの間には、クリアランスが確保されている。このクリアランスは、後述する第１磁路ＲＴ１及び第２磁路ＲＴ２を形成可能な範囲で大きくしてもよい。かかる回転領域Ｒは、ヨーク２７によって区画されている。

ヨーク２７は、アクチュエータ・ケース２３内に嵌合して収容され、磁性部３５ａ，３５ｂと、非磁性部３７ａ，３７ｂとで形成されている。

磁性部３５ａ，３５ｂは、ダンパー部３の回転体９と同様に磁性体で形成されている。磁性部３５ａ，３５ｂは、回転体９の回転軸心に沿った合わせ面３５ａａ，３５ｂａで両側に分割され、且つ回転体９の回転軸心に交差する方向で後述する非磁性部３７ａ，３７ｂを挟んで合わせられ、この状態で円柱形状をなしている。

これら磁性部３５ａ，３５ｂは、合わせ方向（回転体９の回転軸心に交差する方向）で相互に対向する凹部３５ａｂ，３５ｂｂを有している。凹部３５ａｂ，３５ｂｂは、相互に離間するように凹曲面状に形成されており、全体として断面円形の回転領域Ｒをヨーク２７の中心部に区画している。従って、磁性部３５ａ，３５ｂは、永久磁石２５の回転領域Ｒを挟んだ両側に配置された構成となっている。

凹部３５ａｂ，３５ｂｂに対する磁性部３５ａ，３５ｂの前記回転軸心方向での両側は、相対的に凸形状となっており、合わせ面３５ａａ，３５ｂａが形成されている。かかる合わせ面３５ａａ，３５ｂａ間には、回転軸心方向の両側でそれぞれ非磁性部３７ａ，３７ｂが位置する。

非磁性部３７ａ，３７ｂは、非磁性体製の板状であり、幅方向の両端面３７ａａ，３７ａｂが磁性部３５ａ，３５ｂの合わせ面３５ａａ，３５ｂａに当接している。これにより、非磁性部３７ａ，３７ｂは、磁性部３５ａ，３５ｂの合わせ面３５ａａ，３５ｂａ間を合わせ方向で離間させ、回転領域Ｒと共に磁性部３５ａ，３５ｂ間を磁気的に分離する。

非磁性部３７ａ，３７ｂの幅は、永久磁石２５の磁極２５ａ，２５ｂでの幅よりも狭い。このため、永久磁石２５の磁極２５ａ，２５ｂは、図２（Ｂ）のように非磁性部３７ａ，３７ｂに指向した状態（本実施例において永久磁石２５が回転体９の回転軸心方向に沿った状態）で、幅方向の両側が非磁性部３７ａ，３７ｂの両側から突出して両側の磁性部３５ａ，３５ｂに対向する。

これにより、永久磁石２５の両極の磁極２５ａ，２５ｂは、幅方向の両側で同時に同一の磁性部３５ａ，３５ｂに磁気的に接続され、ヨーク２７は、永久磁石２５の磁束ＭＲを磁性部３５ａ，３５ｂ内において磁極２５ａ，２５ｂ間で短絡ループさせる第２磁路ＲＴ２を形成する。このとき、回転ダンパー１は、磁束ＭＲが作動流体Ｆを通ることがないので、作動流体Ｆの粘性が変化せずに減衰力のオフ状態となる。

一方、図２（Ａ）のように、永久磁石２５の両極の磁極２５ａ，２５ｂは、磁性部３５ａ，３５ｂに指向した状態（本実施例において永久磁石２５が回転体９の回転軸心に交差する方向に沿った状態）で、それぞれ磁気的に分離した磁性部３５ａ，３５ｂにのみ対向する。

このため、永久磁石２５の磁極２５ａ，２５ｂは、それぞれ磁性部３５ａ，３５ｂに磁気的に接続され、そこから回転体９に磁気的に接続されることになる。なお、回転体９と磁性部３５ａ，３５ｂとの間は、非磁性部３７ａ，３７ｂに対して磁気的な接続性が確保されており、その範囲において、非磁性部３７ａ，３７ｂは、幅や材質等が適宜設定されている。

かかる磁気的な接続により、永久磁石２５の磁束ＭＲは、磁極２５ａ，２５ｂと回転体９との間でループする第１磁路ＲＴ１を形成する。このとき、回転ダンパー１は、磁束ＭＲがダンパー・ケース７と回転体９との間で作動流体Ｆを通り、作動流体Ｆの粘性を増加させて減衰力のオン状態となる。

［減衰力のオンオフ制御］
図２（Ａ）のように、永久磁石２５の回転位置を回転体９の回転軸心に交差させた減衰力のオン状態とすると、磁束ＭＲが第１磁路ＲＴ１を形成して永久磁石２５の磁極２５ａ，２５ｂと回転体９との間でループする。この結果、磁束ＭＲが回転体９とダンパー・ケース７との間を通って作動流体Ｆの粘性を増加させる。

このため、引き戸等の対象物からギヤ２１を介して回転体９にトルクが入力されると、回転体９の回転に対して粘性が増加した作動流体Ｆによって抵抗が与えられ、回転体９の回転ひいては対象物に対する減衰力を生じさせることができる。

一方、図２（Ｂ）のように、永久磁石２５の回転位置を回転体の回転軸心に沿った減衰力のオフ状態とすると、磁束ＭＲが第２磁路ＲＴ２を形成して永久磁石２５の磁極２５ａ，２５ｂ間で短絡ループする。この結果、磁束ＭＲがダンパー・ケース７内の作動流体Ｆに影響を及ぼすことがなく、作動流体Ｆの粘性が変化することはない。

このため、引き戸等の対象物からギヤ２１を介して回転体９にトルクが入力されても、作動流体Ｆの粘性が増加していないので、回転体９の回転に対する作動流体Ｆの抵抗が極めて微小となり、回転体９の回転や対象物に対する減衰力を生じさせることはない。ただし、オフ状態であっても、作動流体Ｆの初期粘性の設定によって減衰力が生じるようにしてもよい。つまり、本実施例では、作動流体Ｆの粘性変化を利用した減衰力のオンオフを制御できればよい。

回転ダンパー１は、永久磁石２５の回転位置によって減衰力の強弱を調整することも可能である。例えば、図２（Ａ）の回転位置に対して図２（Ｂ）の回転位置側へと移行する途中においては、図２（Ａ）の状態よりも減衰力を弱めることが可能である。

［実施例の効果］
本実施例の回転ダンパー１は、非磁性体製のダンパー・ケース７と、ダンパー・ケース７内に回転可能に配設された磁性体製の回転体９と、ダンパー・ケース７内に収容されダンパー・ケース７と回転体９との間に介在して磁束ＭＲが通過することで粘性が高くなる作動流体Ｆと、ダンパー・ケース７外で変位（回転）可能に支持された永久磁石２５と、永久磁石２５の変位領域（回転領域）Ｒの周囲に配置され、永久磁石２５の変位に応じて磁束ＭＲを永久磁石２５の磁極２５ａ，２５ｂと回転体９との間でループさせる第１磁路ＲＴ１及び永久磁石２５の磁極２５ａ，２５ｂ間で短絡ループさせる第２磁路ＲＴ２を選択的に形成するヨーク２７とを備えた。

従って、本実施例の回転ダンパー１は、永久磁石２５の変位によって作動流体Ｆの粘性の変化をオンオフし、それによって作動流体Ｆの粘性変化を利用した減衰力のオンオフを制御できるため、構造が簡単で、発熱等の問題もなく、耐久性を向上することができる。

永久磁石２５は、長手方向の両側にそれぞれ磁極２５ａ，２５ｂを有し、中心部周りに回転可能に支持された棒状であり、ヨーク２７は、永久磁石２５の回転位置に応じて第１磁路ＲＴ１及び第２磁路ＲＴ２を選択的に形成する。

従って、本実施例では、永久磁石２５を回転させることによって容易且つ確実に減衰力のオンオフを制御できる。

ヨーク２７は、永久磁石２５の回転領域Ｒを挟んだ両側の磁性部３５ａ，３５ｂと、両側の磁性部３５ａ，３５ｂ間に配置され両者間を磁気的に分離する非磁性部３７ａ，３７ｂとを備えた。

このため、永久磁石２５の回転位置に応じて第１磁路ＲＴ１及び第２磁路ＲＴ２を確実に形成することができ、減衰力のオンオフ制御を確実に行わせることができる。

［変形例］
図４は、変形例に係る回転ダンパーを示す断面図であり、図４（Ａ）は減衰力のオン状態、図４（Ｂ）は減衰力のオフ状態を示す。

図４の変形例では、永久磁石２５をヨーク２７に対してスライド移動するようにしたものである。すなわち、ヨーク２７は、ブロック状の磁性部３５ａ，３５ｂ間に非磁性部３７を挟み込んで形成され、アクチュエータ・ケース２３の円筒部２９の開口側に磁性部３５ａ，３５ｂに渡るスライド用の変位領域Ｒを区画している。これにより、永久磁石２５は、変位領域Ｒ内においてスライド移動によって変位する。

そして、図４（Ａ）のように、永久磁石２５のスライド位置を幅方向の中央部とすると、永久磁石２５の両極の磁極２５ａ及び２５ｂが磁性部３５ａ，３５ｂに磁気的にそれぞれ接続され、磁束ＭＲが磁極２５ａ及び２５ｂと回転体９との間でループして第１磁路ＲＴ１を形成する。つまり、回転ダンパー１は、減衰力のオン状態となる。

一方、図４（Ｂ）のように、永久磁石２５のスライド位置を幅方向の端部の一方とすると、永久磁石２５の磁極２５ａ，２５ｂが磁性部３５ａ及び３５ｂの一方にのみ磁気的に接続される。これにより、磁束ＭＲが磁極５ａ，２ｂ間で短絡ループして第２磁路Ｒ２を形成する。つまり、回転ダンパー１は、減衰力のオフ状態となる。

従って、かかる変形例でも上記実施例と同一の作用効果を奏することができる。

１ 簡易回転ダンパー
７ ダンパー・ケース
９ 回転体
２５ 永久磁石
２５ａ，２５ｂ 磁極
２７ ヨーク
３５ａ，３５ｂ 磁性部
７ａ，３７ｂ 非磁性部

Claims (3)

1. 非磁性体製のダンパー・ケースと、
   前記ダンパー・ケース内に回転可能に配設された磁性体製の回転体と、
   前記ダンパー・ケース内に収容され前記ダンパー・ケースと前記回転体との間に介在して磁束が通過することで粘性が高くなる作動流体と、
   前記ダンパー・ケース外で変位可能に支持された永久磁石と、
   前記永久磁石の変位領域の周囲に配置され、前記永久磁石の変位に応じて前記磁束を前記永久磁石の磁極と前記回転体との間でループさせる第１磁路及び前記永久磁石の磁極間で短絡ループさせる第２磁路を選択的に形成するヨークと、
   を備えたことを特徴とする簡易回転ダンパー。
2. 請求項１記載の簡易回転ダンパーであって、
   前記永久磁石は、長手方向の両側にそれぞれ磁極を有し、中心部周りに回転可能に支持された棒状であり、
   前記ヨークは、前記永久磁石の回転位置に応じて前記第１磁路及び第２磁路を選択的に形成する、
   ことを特徴とする簡易回転ダンパー。
3. 請求項２記載の簡易回転ダンパーであって、
   前記ヨークは、前記永久磁石の回転領域を挟んだ両側の磁性部と、前記両側の磁性部間に配置され該磁性部間を磁気的に分離する非磁性部とを備えた、
   ことを特徴とする簡易回転ダンパー。

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