JPH09217775A - 減衰装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動系における自由振動の減衰や強制振動
の共振抑制等に用いられる減衰装置であって、大きな減
衰力が得られるとともに、広い周波数領域に対応して適
切な減衰力が得られる減衰装置を提供する。 【解決手段】 シリンダ１内に粘性流体を充填すると
ともに、このシリンダ内で往復動するピストン２で仕切
られたシリンダ内の第１室５と第２室６との周壁に、そ
れぞれ開口１０を穿設し、これらの開口に連続して第１
室と第２室とを連通する連通管４を設ける。外部部材の
運動がシリンダロッド３を介してピストン２に伝えられ
ると、この連通管４によって形成される流体通路を通っ
て、粘性流体が移動する。このとき、オリフィス効果に
よる動圧抵抗と、速度が増大されて連通管内を移動する
流体の粘性抵抗とによって運動エネルギーが吸収され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願に係る発明は、構造物・
一般機械・鉄道車輌・自動車・航空機・計測機等の振動
系に用いられ、自由振動の減衰や強制振動の共振抑制等
に用いられる減衰装置、いわゆるダンパに関する。

【０００２】

【従来の技術】振動系のエネルギーを吸収し、減衰力を
付与するダンパとして、流体の動圧抵抗を用いるもの、
流体の粘性抵抗を用いるもの、固体摩擦を利用するも
の、電磁力を利用するもの等がある。このうち、流体を
用いるもの、つまり動圧抵抗を用いるもの又は粘性抵抗
を利用するものは安価で製作することができ、耐久性に
も優れていることから広く用いられている。

【０００３】図７は、流体の動圧抵抗を利用した油圧ダ
ンパの一例を示す概略断面図である。このダンパは、流
体が充填されたシリンダ１０１と、このシリンダ１０１
内部を第１室１０５と第２室１０６とに仕切るピストン
１０２とを有しており、このピストン１０２には第１室
１０５と第２室１０６との連通口１０２ａ（オリフィ
ス）が設けられている。このピストン１０２がシリンダ
１０１内で往復動するときに、充填された流体が連通口
１０２ａを通って第１室１０５と第２室１０６との間を
移動し、ピストン１０２の両面に生じる圧力差がピスト
ン１０２を動かそうとする力への抵抗力となってエネル
ギーを吸収する。つまり、連通口１０２ａを通過する流
体に乱流を生じさせてエネルギーを吸収するものであ
る。

【０００４】一方、粘性抵抗を利用する装置は、例えば
図８、図９に示すような構造を有するものである。図８
に示す装置は、板状部材１１１，１１２を間隙をおいて
対向するように配置し、その間隙内に粘性流体１１３を
充填したもので、板状部材１１１が対向面と平行な方向
に相対移動するときに、粘性流体１１３のせん断抵抗力
が作用し、これによってエネルギーを吸収するものであ
る。また、図９に示す装置は円板状部材１２１を固定板
１２２と対向して配置し、これらの間隙内に粘性流体１
２３を充填したものであり、円板状部材１２１が中心軸
回りに回転するときの粘性流体１２３の抵抗力によって
エネルギーを吸収する。つまり、これらは相対移動する
部材間に充填された流体に層流を生じさせ、その粘性抵
抗力でエネルギーを吸収するようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなダンパでは、次のような問題点がある。図７に示
すような流体の動圧抵抗を用いたダンパでは、減衰力が
ピストンとシリンダとの相対速度の２乗に比例する。こ
のため、低周波数領域では吸収するエネルギーが急激に
小さくなり、広い周波数領域に対応することは困難であ
る。このような問題点に対して、周波数領域によって減
衰装置を切り替えて用いたり、オリフィスの開口面積を
変化させる調圧弁を用いることが知られているが、装置
または使用方法が複雑となり、費用が多大となる。

【０００６】一方、図８または図９に示すような粘性抵
抗を用いる装置では、減衰力が速度に比例するという特
徴を有するが、大きな減衰力を得るには装置が大型化し
てしまう。また、減衰力の調整も困難である。

【０００７】本願に係る発明は上記のような問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、広い周波数領域
に容易に対応して大きな減衰力を得ることができる減衰
装置（ダンパ）を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、 請求項１に記載の発明は、 粘性流体が充填さ
れたシリンダと、 このシリンダ内で往復動するピスト
ンと、 このピストンで仕切られた前記シリンダ内の第
１室と第２室との周壁にそれぞれ設けられた開口に連続
し、前記第１室と第２室とを連通させる流体通路とを有
する減衰装置を提供する。

【０００９】請求項２に記載の発明は、 請求項１に記
載の減衰装置において、 前記流体通路が、前記シリン
ダの外部に取り付けられた連通管によって形成されてい
るものとする。

【００１０】請求項３に記載の発明は、 請求項１に記
載の減衰装置において、 前記流体通路が前記シリンダ
の周壁内に形成されているものとする。

【００１１】請求項４に記載の発明は、 請求項３に記
載の減衰装置において、 前記シリンダが、内管の外周
面と外管の内周面とが圧接されるように嵌め合わされた
二重構造を有し、 前記流体通路は、前記内管の外周面
又は外管の内周面の少なくともいずれか一方に形成され
た溝によって形成されるものとする。

【００１２】請求項５に記載の発明は、 請求項４に記
載の減衰装置において、 前記流体通路が、シリンダの
前記外管と内管との境界面に沿ってらせん状に形成され
ているものとする。

【００１３】請求項６に記載の発明は、 請求項１から
請求項５までに記載の減衰装置において、 前記シリン
ダと前記ピストンとの相対変位が生じたときに、復元力
を付与するバネ部材を有するものとする。

【００１４】請求項１または請求項２に記載の減衰装置
において、上記開口はシリンダの端部壁に設けてもよい
し、周壁に設けてもよい。また、請求項１から請求項５
までに記載の減衰装置において、シリンダ内の第１室と
第２室とを連通させる流体通路は一本に限らず複数設け
てもよいし、その断面形状、断面積等は適宜設計により
決定することができる。

【００１５】［作用］本願に係る発明は、上記のような
構成を有しているので次のように作用する。請求項１に
記載の減衰装置では、粘性流体を充填したシリンダ内が
ピストンで第１室と第２室とに仕切られ、これらを連通
する流体通路が設けられているので、シリンダロッドお
よびピストンが外力によりシリンダに対して相対運動す
ると、シリンダ内の粘性流体は流体通路を通って第１室
と第２室との間を移動する。このとき、流体通路への導
入および流体通路からの射出によって乱流が生じ、オリ
フィス効果によって運動エネルギーが吸収される。さら
に、流体通路内では、流速が増大した粘性流体と壁面と
の間で粘性抵抗が働く。この粘性抵抗はニュートンの粘
性法則に従うものであり、この抵抗力によっても運動エ
ネルギーが吸収される。このようにオリフィス効果によ
る圧力差のみでなく、粘性抵抗による圧力差による運動
エネルギーの吸収が付加され、シリンダロッドおよびピ
ストンの運動に大きな減衰力が付与される。

【００１６】上記のようにこの減衰装置では、流体の動
圧抵抗と粘性抵抗との双方によってエネルギーが吸収さ
れるので、流体通路の断面積、断面形状、長さ、または
粘性流体の粘度等を調整することにより、全体のエネル
ギー吸収量および上記動圧抵抗によるエネルギー吸収量
と粘性抵抗によるエネルギー吸収量との比を容易に調整
することができる。したがって、小型化しても大きな減
衰力を得ることができるし、粘性抵抗によるエネルギー
の吸収量を大きくして、低周波数領域でも有効に作用す
る減衰装置とすることが可能となる。

【００１７】また、請求項２に記載の減衰装置では、流
体通路がシリンダの外部に設けられた連通管によって形
成されているので、管の長さを調整することによって容
易に粘性抵抗が調整される。

【００１８】一方、請求項３に記載の減衰装置では、流
体通路がシリンダの周壁内に形成されているので、シリ
ンダ外部に連通管を取り付ける必要がなく、液密性を維
持して管を接続する構造が不要となって耐久性・信頼性
が向上する。

【００１９】請求項４に記載の減衰装置では、シリンダ
が内管と外管とを嵌め合わせた二重構造となっており、
流体通路は内管と外管との境界部に設けられているの
で、内管の外周面又は外管の内周面に溝を形成してお
き、これらを嵌め合わせることによって、シリンダの周
壁内に容易に流体通路を形成することができる。

【００２０】さらに、請求項５に記載の減衰装置では、
流体通路がシリンダの周壁内にらせん状に設けられてい
るので、流体通路の延長を自由に設定することができ、
粘性抵抗を大きく設定することも可能となる。

【００２１】また、請求項６に記載の減衰装置では、シ
リンダとピストンとの相対変位に対して復元力を付与す
るバネ部材を備えているので、外部の運動部材に減衰力
とともに復元力を付与することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本願に係る発明の実施の形
態を図に基づいて説明する。図１は、請求項１又は請求
項２に記載の発明の一実施形態である減衰装置を示す概
略断面図である。この減衰装置は、粘性流体が充填され
たシリンダ１と、このシリンダ１内を第１室５と第２室
６とに仕切るともに軸線方向に往復動するピストン２
と、このピストン２に外力を伝達するシリンダロッド３
と、シリンダ１内の第１室５と第２室６とを連通する連
通管４とを備えている。

【００２３】上記シリンダロッド３はシリンダ１の一方
の端部壁１ａを貫通して一端が外部に突出しており、こ
の端部に外部の固定部材または運動部材と接続するため
の取付部３ａが形成されている。一方、シリンダロッド
の他端３ｂはシリンダ１の隔壁１ｂを貫通し、控室７内
に突き出している。このシリンダロッド３とこれが貫通
する端部壁１ａ又は隔壁１ｂとの間には、シリンダロッ
ド３の往復動を許容するとともに粘性流体の流出を防止
するシール部材８が介挿されている。上記シリンダ１は
周壁に２つの開口１０，１０を有し、この開口部分の外
周面には、連通管４を接続するための突出部１１，１１
が設けられている。また、シリンダ１の控室７が設けら
れた側の端部壁１ｃには外部の運動部材または固定部材
と接続するための取付部１ｄが形成されている。

【００２４】上記連通管４は、シリンダ１の外周面に設
けられた突出部１１，１１に当接され、締め付けナット
１２，１２で上記突出部１１，１１に強固に接続できる
ものであり、シリンダ１に設けられた開口１０，１０を
通じて第１室５と第２室６との間で粘性流体が流動でき
るようにするものである。なお、図１中に示す符号１３
は、流体の温度上昇による膨張に対応するための緩衝室
を示す。この緩衝室は、シリンダの第２室と連通するよ
うに設けられているが、この他にもう一つの緩衝室を第
１室と連通するように設けてもよい。このように二つの
緩衝室を設けることにより、ピストン２とシリンダ１と
の間に大きな加速度が作用したときに、第１室５と第２
室６との間の圧力差が過大になるのを防止することがで
きる。また、符号１４はシリンダロッド３の移動によっ
て控室７内の気圧が変動するのを防止する空気抜き孔１
４を示すものである。

【００２５】このような減衰装置では、外力によりシリ
ンダ１とピストン２との間に相対運動が生じると、シリ
ンダ１内の粘性流体は周壁に設けられた開口１０から連
通管４を通ってシリンダ１内の第１室５と第２室６との
間で移動する。このとき、流体が開口１０から連通管を
通って移動することによる動圧抵抗と、速度が増幅され
た流体の連通管４内における粘性抵抗とによって運動エ
ネルギーが吸収される。このように流体の動圧抵抗によ
る効果と連通管内の粘性抵抗による効果との双方によっ
て運動を減衰するので大きな減衰力が得られる。また、
外力の周波数等に応じて連通管４を交換することがで
き、上記動圧抵抗による効果と粘性抵抗による効果との
比を調整して、広い範囲の周波数に対して適切な減衰力
を付与することができる。

【００２６】図２は、請求項１又は請求項３に記載の発
明の一実施形態である減衰装置を示す概略断面図であ
る。この減衰装置では、シリンダ２１の一部が軸線方向
に連続して増厚されており、この部分の周壁内に流体通
路２４が設けられ、シリンダ２１内の第１室２５と第２
室２６とを連通するようになっている。このシリンダ２
１の他の部分の構成およびこの減衰装置が有するピスト
ン２２、シリンダロッド２３の構成は、図１に示す減衰
装置と同じである。なお、上記流体通路２４は、シリン
ダ２１の一端から軸線方向に深い穴を穿設し、これを二
か所でシリンダ内と連通させるとともに、端部付近でこ
の穴を封鎖することによって形成することができる。穴
の封鎖は、金属片の圧入よって埋め戻してもよいし、ね
じ等を埋め込んでもよい。

【００２７】このような減衰装置においても、流体の動
圧抵抗と粘性抵抗との双方によってエネルギーが吸収さ
れ、大きな減衰力を得ることができる。また、流体通路
２４の径等を調整することにより、周波数に対する減衰
力の特性を調整することができる。さらに、流体通路を
シリンダ外部に設ける必要がないので、耐久性・信頼性
の向上を図るとともに、外形寸法を小型化することがで
きる。

【００２８】図３は、請求項１、請求項３又は請求項４
に記載の発明の一実施形態である減衰装置を示す概略断
面図である。この減衰装置では、シリンダ３１が内管３
１ａと外管３１ｂとを嵌め合わせた二重構造となってお
り、内管３１ａの外周面と外管３１ｂの内周面とが圧接
されている。そして、流体通路３４は、内管３１ａの外
周面の軸線方向に切削された溝と、この溝の両端に穿設
された貫通口３１ｃ，３１ｄとで形成されており、内管
３１ａと外管３１ｂとを嵌め合わせたときにシリンダ３
１内の第１室３５と第２室３６とを連通する管路を形成
するようになっている。このシリンダ３１の他の部分の
構成およびこの減衰装置が有するピストン３２、シリン
ダロッド３３の構成は、図１に示す減衰装置と同じであ
る。

【００２９】このような減衰装置でも図２に示す減衰装
置と同様の効果が得られるとともに、シリンダ３１の周
壁内に流体通路３４を容易に形成することができる。な
お、上記減衰装置では、内管３１ａの外周面に溝を切削
することによって流体通路３４を形成しているが、外管
３１ｂの内周面に溝を切削することによって形成しても
よいし、内管３１ａの外周面と外管３１ｂの内周面との
双方に溝を切削し、これらの位置が合うように嵌め合わ
せてもよい。また、流体通路３４は周方向の一箇所に設
けているが複数の流体通路を設けることもできる。

【００３０】図４は、請求項１、請求項３、請求項４又
は請求項５に記載の発明の一実施形態である減衰装置の
概略断面図である。この減衰装置のシリンダ４１は、図
３に示すものと同様に内管４１ａと外管４１ｂとを嵌め
合わせた構造となっているが、流体通路４４がシリンダ
４１の周壁に沿ってらせん状に形成されている。この減
衰装置の他の構成は図３に示す減衰装置と同じである。
このような減衰装置でも、図３に示す減衰装置と同様の
効果を得るとともに、らせんのピッチの設定により流体
通路４４の長さを適切に設定することができる。

【００３１】図５は、請求項６に記載の発明の一実施形
態である減衰装置を示す概略断面図である。この減衰装
置は、図２に示す装置と同じシリンダ５１、ピストン５
２、シリンダロッド５３、流体通路５４等を備えてお
り、さらにシリンダ５１内の第１室５５と第２室５６と
のそれぞれにコイルバネ５７，５８が収容されている。
これらのコイルバネはシリンダ５１の内周面より少し小
さい外径を有し、シリンダ５１の端部壁５１ａとピスト
ン５２との間、およびピストン５２と隔壁５１ｂとの間
に介挿され、ピストン５２がシリンダ５１内で軸線方向
に変位したときに復元力を付与するものである。このよ
うな減衰装置では、図２に示す減衰装置と同様に、高い
周波数領域であっても低い周波数領域であっても大きな
減衰力が得られように対応するのが容易であるととも
に、外部の運動部材に復元力を付与することができる。

【００３２】図６は、請求項６に記載の発明の他の実施
形態である減衰装置を示す概略断面図である。この減衰
装置では、シリンダ６１外に突き出したシリンダロッド
６３の一端付近に第１のつば状部材７１が設けられ、こ
の第１のつば状部材とシリンダ６１の端部壁６１ａとの
間に第１のコイルバネ７３が介挿されている。また、シ
リンダ６１の控室６７内に突き出したシリンダロッド６
３の他端に第２のつば状部材７２が設けられ、このつば
状部材７２と端部壁６１ｃとの間に第２のコイルバネ７
４が介挿されている。この減衰装置の他の構成は図２に
示す装置と同じである。このような減衰装置において
も、図５に示す装置と同様に大きな減衰力と復元力とを
運動部材に付与することができる。

【００３３】なお、上記図５および図６に示す減衰装置
は、二つのコイルバネを用い、双方向の変位に対して復
元力を付与するものであるが、一つのコイルバネを用い
て一方向の変位に対してのみ復元力を付与するものとし
てもよいし、一つのコイルバネの圧縮変形に対する復元
力および引張変形に対する復元力で双方向の変位に対す
る復元力を付与することもできる。

【００３４】また、図５および図６に示す減衰装置は、
シリンダの第１室と第２室とを連通する流体通路がシリ
ンダの周壁内に設けられたものであるが、図１、図３ま
たは図４に示すような減衰装置も、バネ部材を用いて同
様に復元力を付与する減衰装置とすることができる。

【００３５】

【発明の効果】以上、説明したように本願に係る発明の
減衰装置では、流体の動圧抵抗と流体通路内の粘性抵抗
との双方によってエネルギーを吸収し、運動を減衰させ
るようになっているので、大きな減衰力を得ることがで
きるとともに、運動速度に比例する粘性抵抗と、運動速
度の２乗に比例する動圧抵抗とを適切に組み合わせ、運
動の周波数領域に対応した減衰装置を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１又は請求項２に記載の発明の一実施形
態である減衰装置を示す概略断面図である。

【図２】請求項１又は請求項３に記載の発明の一実施形
態である減衰装置を示す概略断面図である。

【図３】請求項１、請求項３又は請求項４に記載の発明
の一実施形態である減衰装置を示す概略断面図である。

【図４】請求項１、請求項３、請求項４又は請求項５に
記載の発明の一実施形態である減衰装置を示す概略断面
図である。

【図５】請求項６に記載の発明の一実施形態である減衰
装置を示す概略断面図である。

【図６】請求項６に記載の発明の他の実施形態である減
衰装置を示す概略断面図である。

【図７】従来の減衰装置を示す概略断面図である。

【図８】流体の粘性抵抗を利用した従来の減衰装置を示
す概略断面図である。

【図９】流体の粘性抵抗を利用した従来の減衰装置の他
の例を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１，２１，３１，４１，５１，６１ シリンダ ２，２２，３２，４２，５２，６２ ピストン ３，２３，３３，４３，５３，６３ シリンダロッ
ド ４ 連通管 ２４，３４，４４，５４ 流体通路 ５，２５，３５，５５ シリンダ内の
第１室 ６，２６，３６，５６ シリンダ内の
第２室 ７，６７ 控室 ８ シール部材 １０ 開口 １１ 突出部 １２ 締め付けナット １３ 緩衝室 １４ 空気抜き孔 ５７，５８ コイルバネ ７１ 第１のつば状部材 ７２ 第２のつば状部材 ７３，７４ コイルバネ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粘性流体が充填されたシリンダと、 このシリンダ内で往復動するピストンと、 このピストンで仕切られた前記シリンダ内の第１室と第
   ２室との周壁にそれぞれ設けられた開口に連続し、前記
   第１室と第２室とを連通させる流体通路とを有すること
   を特徴とする減衰装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の減衰装置において、 前記流体通路は、前記シリンダの外部に取り付けられた
   連通管によって形成されていることを特徴とする減衰装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の減衰装置において、 前記流体通路は、前記シリンダの周壁内に形成されてい
   ることを特徴とする減衰装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の減衰装置において、 前記シリンダは、内管の外周面と外管の内周面とが圧接
   されるように嵌め合わされた二重構造を有し、 前記流体通路は、前記内管の外周面又は外管の内周面の
   少なくともいずれか一方に切削された溝によって形成さ
   れていることを特徴とする減衰装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の減衰装置において、 前記流体通路は、前記シリンダの前記外管と内管との境
   界面に沿ってらせん状に形成されていることを特徴とす
   る減衰装置。
6. 【請求項６】 請求項１から請求項５までに記載の減
   衰装置において、 前記シリンダと前記ピストンとの相対変位が生じたとき
   に、復元力を付与するバネ部材を有することを特徴とす
   る減衰装置。