JP5061082B2 - 継手構造、継手方法及び減衰力可変ダンパ - Google Patents

Description

本発明は長手形状の挿入部材を被挿入部材に挿入して連結させる継手技術に関し、特に、道路車両等における車体の振動を減衰させる減衰力可変ダンパに適用される継手技術に関する。

それぞれ別々に機械加工された二つの部品を簡単・確実に連結させるために様々な方式が提案されている。被挿入部材に連結される中空の挿入部材（管状体）の内側又は外側のいずれか一方に高圧液体が存在し、この高圧液体が反対側に漏れるのを防止する公知の継手技術として、次のようなものが存在する。
図４（ａ）は、公知の継手構造において、挿入部材２と被挿入部材３とが連結する前の状態を示している。挿入部材２の先端部２ａと、被挿入部材３の挿入孔３ａとは、互いに略反転形状に加工され、図４（ｂ）に示されるように連結すると、周面が相互に密着するように構成される。

Ｃリング４は、先端部２ａの外周面に刻設された帯状溝２ｂに遊嵌し、被挿入部材３の挿入孔３ａの開口に挿入される際に、一時的に縮径して被挿入部材３の内周面を付勢しながら摺接する。そして、被挿入部材３の内周面に刻設された環状溝３ｂに到達した位置において、Ｃリング４は、形状回復して、この環状溝３ｂに係合する。このようにしてＣリング４は、挿入部材２及び被挿入部材３の抜止作用を発揮する。

Ｏリング５は、挿入部材２の先端部２ａのさらに先端の縮径部２ｃに配置された状態で、被挿入部材３の挿入孔３ａに挿入されると、当接面３ｃに押圧されて変形する。これにより、Ｏリング５は、挿入部材２及び被挿入部材３の接触する隙間を封止して、通路２ｄに充填される高圧液体が外側に液漏することがない。
特開２００２−２９５７５６号公報

ところで、Ｃリング４が配置される帯状溝２ｂは、肉薄円筒に成型される先端部２ａの外周面に設けられる切欠である。このために、繰り返し応力による疲労破断を回避するための安全設計により部品が大型化・重量化する問題がある。さらに、このＣリング４を挿入部材２に取り付ける工程そのものが製品の生産性を低下させる要因となる。また、Ｃリング４を取り付けることを失念した場合は、事後的な発見が困難で、挿入部材２が抜け落ちて初めてＣリング４の不在が発見されるといった問題がある。
本発明は前記した問題を解決することを課題とし、Ｃリング４を用いることなく、二つの部品を簡単・確実に連結させ継手構造を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために本発明は、長手形状の先端の外周部分が長手方向に延出してなる突出部が形成されている挿入部材と、前記挿入部材を挿入させる挿入孔の終端に、前記突出部が当接する当接面及びこの当接面から径方向外側に延びる連続面を含む環状溝が形成されている被挿入部材と、を連結する継手構造であって、前記挿入部材は、長手方向に貫通した管状通路と、前記管状通路の開口縁部から長手方向に延出する内側突起部と、を備え、前記内側突起部にシール部材を配設した状態で前記挿入部材を前記被挿入部材に圧入し、前記当接面に当接した前記突出部を変形させて前記環状溝に係止させることにより前記管状通路を封止することを特徴とする。
また、前記シール部材は、前記内側突起部の外周に当接するように保持され、前記突出部から離間していることを特徴とする。

このように発明が構成されることによって、Ｃリングを用いることなく挿入部材と被挿入部材とを連結させることができる。これにより、Ｃリングの入れ忘れを防止することができるとともに、連結に必要な部品点数を削減し、作業工程を簡略化し、生産性を向上させることができる。
突出部は、挿入部材の挿入前は軸方向に延出しているが、被挿入部材に挿入されてから径方向外側に塑性変形し環状溝を係止する。これにより、軸方向の負荷に対し、環状溝に係止される突出部の変形部位が、前記挿入部材の移動を規制するので、抜け落ちが防止される。
また挿入部材を被挿入部材に挿入する際に、特に突出部がこの挿入を阻害することもないので、組み付けも容易である。

さらに発明は、継手構造において、前記突出部の内周面は、前記挿入部材の挿入方向に向かって拡径した形状であることを特徴とする。

このように発明が構成されることによって、挿入部材の突出部が、被挿入部材の当接面に押圧されて、径方向外側に向かう変形が容易になり、環状溝にしっかり係止され、抜け止め機能が向上する。

さらに発明は、オイルが充填されたシリンダの内周面に摺接しつつ自在に移動するとともに二つに仕切った前記オイルを相互に移動させる連通部が設けられているピストンと、前記ピストンに先端が連結するとともに前記シリンダに貫通し側周面が摺接するロッドとを、備える減衰力可変ダンパにおいて、前記ロッドを前記挿入部材とし前記ピストンを前記被挿入部材とした継手構造を備えることを特徴とする。

このように発明が構成されることによって、道路車両等における車体の振動を減衰させる減衰力可変ダンパにおけるロッド及びピストンの連結は、セルフクリンチングによることになる。これにより、減衰力可変ダンパは、Ｃリングを用いなくともロッド及びピストンの抜止効果が発揮されるため、組み付けが容易になる。さらに、Ｃリングを用いない構造であるために、このＣリングを設置する帯状溝をロッド側に設ける必要がなく、この帯状溝からの疲労破断を設計面において考慮する必要性がなくなる。

さらに発明は、前記減衰力可変ダンパにおいて、前記オイルは磁性粒子を含む磁性流体又は磁気粘性流体であって、前記ピストンは前記連通部を移動する前記オイルに磁界を与えるコイルが巻回され、前記ロッドは前記コイルに給電する配線を通す中空構造を有し、前記給電に応じて前記オイルの粘性抵抗を変化させ減衰力を可変させることを特徴とする。

このように発明が構成されることによって、挿入部材（ロッド）は、帯状溝を設けず、セルフクリンチングにより被挿入部材（ピストン）に連結される。これにより、疲労破断を防止するための設計負担が軽減され、コイル給電用の配線の管状通路が設けられているロッドの壁厚を薄肉に成形することができる。

本発明により、Ｃリングを用いることなく、二つの部品を簡単・確実に連結させることができる継手構造が提供される。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１（ａ）は、第１実施形態において連結前の挿入部材２０Ａ及び被挿入部材３０Ａを示し、図１（ｂ）は連結後の継手構造体１０Ａの断面を示している。
なお、以下において、第１実施形態に係る部材を示す符号には添字Ａが、第２実施形態に係る部材を示す符号には添字Ｂが付されているが、両者を特に区別する必要がないときは、この添字を省略して記載する。
継手構造体１０Ａは、挿入部材２０を被挿入部材３０の挿入孔３５に圧入し、両部材を連結させた構造となっている。

挿入部材２０は、長手形状を有し、その先端の外周部分が長手方向に延出してなる突出部２３が形成されている。この突出部２３の内周面２３ａは、挿入部材２０Ａの挿入方向に向かって拡径した形状であり、本実施形態では円錐側面形状をとっている。なお、挿入部材２０の断面は、特に限定されないが、円形、矩形不定形のいずれの場合も取り得る。

被挿入部材３０は、挿入部材２０を挿入させる挿入孔３５の終端に、突出部２３が当接する当接面３６及びこの当接面３６から径方向外側に延びる連続面を含む環状溝３７が形成されている。
この挿入孔３５の内径は、挿入部材２０の外径に対して、プラス公差になるように設定される。これにより、挿入部材２０は、その外周面が挿入孔３５の内周面に締り嵌めされて被挿入部材３０との結合がより堅固になる。ただし、この締り嵌めによる結合は、接触面における摩擦力に依存するものであるので、大きな力が挿入方向と逆方向に作用した場合には、被挿入部材３０及び挿入部材２０が互いにずれるか抜け落ちる場合がある。

当接面３６は、図中矢印方向から挿入される挿入部材２０の突出部２３が当接し、さらに圧入されることにより、図１（ｂ）に示されるように、突出部２３を径方向外側に塑性変形させるものである。このように、突出部２３が径方向外側に向かって変形するように、当接面３６は、図示されるように径方向外側に向かって下り傾斜を有していることが好ましい。しかし、前記したように突出部２３の内周面２３ａが挿入方向に向かって拡径した形状を有していれば、そのような下り傾斜が当接面３６に形成されていなくても、突出部２３は径方向外側に向かって変形しやすくなる。

環状溝３７は、当接面３６から径方向外側に延びる連続面を含むようにして形成され、変形した突出部２３を収容する空間である。この当接面３６に当接した突出部２３は、当接面３６からの連続面に案内されながら径方向外側に向かって変形する。そして、図１（ｂ）に示されるように、変形した突出部２３が環状溝３７にしっかり係止されることにより、挿入方向と逆方向に大きな力が作用した場合であっても、挿入部材２０及び被挿入部材３０を互いにずれることなく抜け止め機能を発揮する。
また、変形し環状溝３７に収容された突出部２３の部分は、加工硬化により強度が向上しているために、逆挿入方向の応力に対する降伏値も高い性質を備える。

本発明によれば、挿入部材２０及び被挿入部材３０を剛に連結させる場合、挿入部材２０を被挿入部材３０の挿入孔３５に圧入し、突出部２３を終端に位置する当接面３６に当接させて連続面に沿って変形させて、環状溝３７に係止させるだけですむ（セルフクリンチング）。
これにより、連結に必要な部品点数を削減することができ、継手の作業工程を簡略化し、生産性を向上させることができる。
また突出部２３が挿入部材２０及び被挿入部材３０の挿入時に、他の部材と干渉することもないので、組み付けも容易になる。

＜第２実施形態＞
次に、図２及び図３を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。
図２は第２実施形態におけるロッド２０Ｂ（挿入部材２０）及びピストン３０Ｂ（被挿入部材３０）が連結した継手構造を減衰力可変ダンパ１０Ｂに採用したものの断面図である。図３は連結前のロッド２０Ｂ及びピストン３０Ｂの断面構造を示している。
以下の説明において、第２実施形態の構成要素のうち、第１実施形態の構成と共通するものについては、図１と同一の符号を付して、既にした説明を援用し記載を省略する。

減衰力可変ダンパ１０Ｂは、ロッド２０Ｂを挿入部材２０としピストン３０Ｂを被挿入部材３０とした継手構造を備えている。そして、この減衰力可変ダンパ１０Ｂは、作動流体として磁気粒子がオイルに含まれる磁性流体又は磁気粘性流体（以下「ＭＲ流体」という）を採用し、このＭＲ流体が充填された円筒状のシリンダ４０と、シリンダ４０内を第１室Ｐと第２室Ｑとに区画するピストン３０Ｂと、ピストン３０Ｂがシリンダ４０の長手方向においてスライド自在となるように取り付けられるロッド２０Ｂとを、備えている。
そして、第１室Ｐと第２室Ｑとは、ピストン３０Ｂに設けられた連通部３９により連通しており、ＭＲ流体はこの連通部３９を通して第１室Ｐと第２室Ｑとの間で移動可能となっている。

シリンダ４０の図示略の第２室Ｑ側の端部には、車輪側のトレーリングアームが連結し、ロッド２０Ｂ側の図示略の端部には車体側のダンパベース（ホイールハウス上部）が連結している。そして、車両の走行中、車輪側が拾う振動は、シリンダ４０の内部でピストン３０Ｂが変位する際に流動するＭＲ流体の粘性抵抗により、減衰されて車体側へ伝達される。

オイルは磁性粒子を含む磁性流体又は磁気粘性流体（ＭＲ流体；Magneto-Rheological Fluid）であって、給電されたコイル３１が発生する磁界により、オイルの粘性抵抗を変化させ減衰力可変ダンパ１０Ｂの減衰力を可変することができる。
図示しない電源装置から配線３１ａを通してコイル３１に電流を流すと、連通部３９を流通しているＭＲ流体に磁場が印加されると、ＭＲ流体に含まれる磁性粒子が鎖状クラスタを形成し、連通部３９内を通過するＭＲ流体の見かけ上の粘度が増大する。さらにコイル３１に流す電流の大きさを制御するとＭＲ流体に印加する磁場の大きさに応じて、減衰力を可変的に制御することができる。

コイル３１へ電流を供給するための２本の配線３１ａは、ピストンコア３８に刻設された溝（図示略）、樹脂封止部３５ａを経由して、さらにロッド２０Ｂに形成されている管状通路２１を通って、ロッド２０Ｂの他端（図示せず）から取り出され、図示しない電源装置等に接続される。

図３を参照して説明を続ける。
ピストン３０Ｂは、円筒状のピストンコア３８と、ピストンコア３８の外周面との間に一定間隙の連通部３９が形成されるように同心状に配置されるピストンリング３２と、このピストンコア３８の両端にそれぞれ配置されるサイドカバー３３，３４と、から構成される。
そして、ピストン３０Ｂは、オイルが充填されたシリンダ４０の内周面４０ａ（図２参照）に摺接しつつ自在にロッド２０Ｂの軸方向（図３中左右方向）に移動することができる。さらにピストン３０Ｂは、シリンダ４０の内部を第１室Ｐと第２室Ｑ（図２参照）とに仕切るとともに、貫通する連通部３９によりオイルを相互に移動させることができる。さらに、ピストン３０Ｂには、連通部３９を移動するオイルに磁界を与えるコイル３１が巻回されている。

ピストンコア３８は、良加工性で強磁性体である機械構造用炭素鋼等が材料として好適に用いられ、周方向に一定幅かつ一定深さで刻設される条溝３８ａと、この条溝３８ａに導線が巻回してなるコイル３１と、中心軸に沿って穿設される挿入孔３５とが設けられている。
挿入孔３５は、ロッド２０Ｂが挿入される側とは反対側の終端が、絶縁性の樹脂からなる樹脂封止部３５ａにより封止されている。そして、樹脂封止部３５ａに直近の挿入孔３５の内周面には、当接面３６及び環状溝３７が形成されている。

樹脂封止部３５ａとしては、接着剤として用いられるエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いるのが好適である。これによれば、ピストンコア３８との密着性（接着性）が高いために、ピストンコア３８と樹脂封止部３５ａとの境界に沿って、オイルが管状通路２１に浸入することを防止することができるためである。
そのような熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂，エポキシ樹脂，ユリア樹脂，メラミン樹脂，不飽和ポリエステル樹脂，ポリウレタン，ポリイミド等が挙げられる。

ピストンリング３２は、シリンダ４０（図２参照）の内周面４０ａに沿って摺動する部材であるため、摩擦摺動性能（例えば、耐摩耗性等）が考慮され、かつ強磁性である機械構造用炭素鋼等が材料として好適に用いられる。
ピストンリング３２は、ピストンコア３８の外周と所定の間隔を成す連通部３９を隔てて同軸に配置されている。そして、コイル３１に通電すると、その周囲のピストンリング３２及びピストンコア３８に閉ループの磁界が形成される。そして連通部３９を通過するＭＲ流体は、この磁界により鎖状クラスタを形成し、見かけ上の粘度が増大し、流動抵抗が向上することになる。

サイドカバー３３，３４はアルミニウム等の非磁性材料で加工性に優れる材料が好適に用いられ、連通部３９に連通する孔部３３ａ，３４ａと、ロッド２０Ｂが貫通する孔部３３ｂとが設けられている。
サイドカバー３３，３４は、ピストンコア３８を両端から同軸に挟持している。そして、ロッド２０Ｂが貫通する側のサイドカバー３３は、その外周がピストンリング３２の縁端の薄肉成形部に嵌入している。また、反対側のサイドカバー３４は、別体の固定螺子３４ｂにより固定されている。この固定螺子３４ｂは、その外周面がピストンリング３２の縁端の薄肉成形部の内側面と螺合し、さらに薄肉成形部の先端が内側に加締められていることにより回り止めされている。
これにより、ピストンコア３８は、ピストンリング３２に対して、一定間隔の連通部３９が形成される位置に固定されることになる。
このようにして、連通部３９は、その両端に位置する孔部３３ａ，３４ａとともに、第１室Ｐと第２室Ｑとを連通させて、ＭＲ流体を自在に流動させる。

ロッド２０Ｂは、その先端がピストン３０Ｂの挿入孔３５に連結するとともに、シリンダ４０の端面（図示略）に貫通し、オイルが漏れないようにその側周面２２ａで封止しながら摺接している。このロッド２０Ｂは、コイル３１に給電する配線３１ａを通す管状通路２１が軸方向に貫通した中空構造を有している。
ロッド２０Ｂは、側周面２２ａの外径を絞って、挿入孔３５の内周面に外接する段差部２２ｂが形成されている。そして、この段差部２２ｂの段差部分がサイドカバー３３の孔部３３ｂの縁部に当接することにより、ロッド２０Ｂのピストン３０Ｂに対する挿入量が規定される。

ロッド２０Ｂの先端のからは、突出部２３が、その外周部分から長手方向に延出しており、当接面３６に押圧されて変形し、環状溝３７に係止される（図２の部分拡大部を参照）。図３の左側の部分拡大部に示されるように、突出部２３の内側縁には挿入方向に向かって拡径した傾斜面が設けられている。この突出部２３の傾斜面は、図３の右側の部分拡大部に示される当接面３６の傾斜面に当接して、この突出部２３の径方向外側に向かう塑性変形が滞らないように作用する。
なお、突出部２３及び当接面３６に設けられている傾斜面は必須の構成要素ではなく、いずれか一方、若しくは両方が存在しない場合もありうる。
また、ロッド２０Ｂを貫通する管状通路２１の開口縁部からは、内側突起部２４が長手方向に延出しており、シールリングとしてのＯリング５が配設されている。このＯリング５は、樹脂封止部３５ａの露出面に押圧されて変形し、隙間を密閉する。

Ｏリング５としては、アクリルゴムやフッ素ゴム等のゴムからなるものが好適に用いられる。このＯリング５は、例えば、ＭＲ流体を構成するオイルが、ピストンコア３８と樹脂封止部３５ａとの間に浸透して管状通路２１へ漏れることや、或いは、ロッド２０Ｂの外周に沿って浸入して管状通路２１へ漏れることを、防止する機能を有する。

管状通路２１は、コイル３１からの配線３１ａを、ロッド２０Ｂを通して外部の電源装置に導くものであるので、図示略の反対側は外部に開口している。このために、シリンダ４０内に封入されている高圧のオイルが管状通路２１の一方の開口から漏れないようにするために、Ｏリング５による封止機能が充分に機能していることが要求される。

このように減衰力可変ダンパ１０Ｂが構成されることによって、ロッド２０Ｂ及びピストン３０Ｂの連結は、セルフクリンチングによることになる。このセルフクリンチング機構により、挿入部材（ロッド２０Ｂ）の被挿入部材（ピストン３０Ｂ）に対する抜け止め効果が充分に発揮される。これにより、減衰力可変ダンパ１０Ｂは、疲労破断の開始点となる切欠をロッド２０Ｂに設けることなく、ロッド２０Ｂ及びピストン３０Ｂの連結を確実にすることができる。
このことは、給電配線を外部に導く管状通路２１が設けられることにより薄肉な管構造となるロッド２０Ｂを採用し、ＭＲ流体の粘性抵抗を変化させ減衰力を可変する減衰力可変ダンパ１０Ｂにおいて顕著な効果が認められる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明の継手構造が採用される対象は、減衰力可変ダンパに限定されるものでなく、長手形状を有する挿入部材と、この挿入部材の先端部分を挿入する挿入孔が設けられた被挿入部材とを連結するものであれば、広く適用することができる。また、減衰力可変ダンパもＭＲ流体の粘性抵抗を変化させ減衰力を可変するものに限定されるのでない。現在、広く利用される、シリンダの内部を移動するピストンと、このピストンに連結しピストンの移動方向に長手方向を揃えたロッドとから構成される減衰力可変ダンパにも適用することができる。

本発明の第１実施形態に係る継手構造において、（ａ）は連結前の挿入部材及び被挿入部材を示し、（ｂ）は連結後の挿入部材及び被挿入部材を示している。 第２実施形態における連結後のロッド（挿入部材）及びピストン（被挿入部材）の継手構造を減衰力可変ダンパに採用したものを示す断面図である。 第２実施形態の減衰力可変ダンパにおいて採用されるロッド（挿入部材）及びピストン（被挿入部材）の連結前の断面構造を示している。 従来例に係る継手構造において、（ａ）は連結前の挿入部材及び被挿入部材を示し、（ｂ）は連結後の挿入部材及び被挿入部材を示している。

符号の説明

５ Ｏリング
１０Ａ 継手構造体
１０Ｂ 減衰力可変ダンパ
２０，２０Ａ 挿入部材
２０，２０Ｂ ロッド（挿入部材）
２１ 管状通路
２２ａ ロッドの側周面
２３ 突出部
２３ａ 突出部の内周面
３０，３０Ａ 被挿入部材
３０，３０Ｂ ピストン（被挿入部材）
３１ コイル
３１ａ 配線
３２ ピストンリング
３３ サイドカバー
３５ 挿入孔
３５ａ 樹脂封止部
３６ 当接面
３７ 環状溝
３８ ピストンコア
３９ 連通部
４０ シリンダ
４０ａ シリンダの内周面
Ｐ 第１室
Ｑ 第２室

Claims (6)

1. 長手形状の先端の外周部分が長手方向に延出してなる突出部が形成されている挿入部材と、
   前記挿入部材を挿入させる挿入孔の終端に、前記突出部が当接する当接面及びこの当接面から径方向外側に延びる連続面を含む環状溝が形成されている被挿入部材と、を連結する継手構造であって、
   前記挿入部材は、長手方向に貫通した管状通路と、前記管状通路の開口縁部から長手方向に延出する内側突起部と、を備え、
   前記内側突起部にシール部材を配設した状態で前記挿入部材を前記被挿入部材に圧入し、前記当接面に当接した前記突出部を変形させて前記環状溝に係止させることにより前記管状通路を封止することを特徴とする継手構造。
2. 前記シール部材は、前記内側突起部の外周に当接するように保持され、前記突出部から離間していることを特徴とする請求項１に記載の継手構造。
3. 前記突出部の内周面は、前記挿入部材の挿入方向に向かって拡径した形状であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の継手構造。
4. オイルが充填されたシリンダの内周面に摺接しつつ自在に移動するとともに二つに仕切った前記オイルを相互に移動させる連通部が設けられているピストンと、
   前記ピストンに先端が連結するとともに前記シリンダに貫通し側周面が摺接するロッドと、を備え、
   前記ロッドを前記挿入部材とし前記ピストンを前記被挿入部材とした前記請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の継手構造を備えることを特徴とする減衰力可変ダンパ。
5. 前記オイルは磁性粒子を含む磁性流体又は磁気粘性流体であって、
   前記ピストンは前記連通部を移動する前記オイルに磁界を与えるコイルが巻回され、
   前記ロッドは前記コイルに給電する配線を通す管状通路を有し、
   前記給電に応じて前記オイルの粘性抵抗を変化させ減衰力を可変させることを特徴とする請求項４に記載の減衰力可変ダンパ。
6. 長手方向に貫通した管状通路を備えた挿入部材を被挿入部材の挿入孔に挿入して連結するとともに前記管状通路を封止する継手方法において、
   前記管状通路の開口縁部から長手方向に延出形成された内側突起部にシール部材を保持する工程と、
   前記挿入部材の先端の外周部分が長手方向に延出してなる突出部を前記挿入孔の終端に位置する当接面に当接させる工程と、
   前記挿入部材を圧入し、前記突出部を前記当接面から径方向外側に延びる連続面に沿って変形させ、この連続面を含む環状溝に係止させる工程とを、含むことを特徴とする継手方法。

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