JP2013181647A - 緩衝器 - Google Patents

Abstract

【課題】振動エネルギを変換して得た熱エネルギを利用することができる緩衝器を提供することである。
【解決手段】上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、アウターチューブ２と、アウターチューブ２内に移動自在に挿入されるピストンロッド３とを備えてアウターチューブ２とピストンロッド３の相対移動を抑制する減衰力を発生する緩衝器１が、アウターチューブ２の外周に設けた熱電変換素子４を備えたので、緩衝器１が伸縮して振動エネルギを吸収して熱エネルギへ変換されると、この熱エネルギを熱電変換素子４が広範な機器で利用することができる電気エネルギへ変換することができ、熱エネルギを利用可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、伸縮に伴って発電する緩衝器に関する。

従来、この種の発電機能を備えた緩衝器は、たとえば、シリンダと、シリンダ内に移動自在に挿入されるピストンロッドと、ピストンロッドの先端に設けたピストンと、シリンダ内にピストンで区画したロッド側室とピストン側室と、ロッド側室とピストン側室とを連通する通路と、通路を開閉する減衰バルブとを備えて構成されており、伸縮する際に通路を通過する作動油の流れに減衰バルブで抵抗与えてロッド側室とピストン側室とに差圧を生じせしめて上記伸縮を妨げる減衰力を発生するようになっていて、振動エネルギを熱エネルギに変換することで振動エネルギを吸収する（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００４−１９０７１６号公報

上述した特許文献１の緩衝器は、振動エネルギを熱エネルギに変換するが、従来の緩衝器では熱エネルギを放熱することで外部へ捨てており、熱エネルギを利用することができなかった。

そこで、上記本発明は、上記問題を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、振動エネルギを変換して得た熱エネルギを利用することができる緩衝器を提供することである。

上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、アウターチューブと、アウターチューブ内に移動自在に挿入されるピストンロッドとを備えてアウターチューブとピストンロッドの相対移動を抑制する減衰力を発生する緩衝器において、アウターチューブの外周に設けた熱電変換素子を備えたことを特徴とする。

上記構成とすることで、緩衝器が伸縮して振動エネルギを吸収して熱エネルギへ変換されると、この熱エネルギを熱電変換素子が広範な機器で使用可能な電気エネルギへ変換する。

以上により、本発明の緩衝器によれば、振動エネルギを変換して得た熱エネルギを利用することができる。

一実施の形態における緩衝器の断面図である。 一実施の形態における緩衝器の斜視図である。

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図１に示すように、一実施の形態における緩衝器１は、基本的には、アウターチューブ２と、アウターチューブ２内に移動自在に挿入されるピストンロッド３と、アウターチューブ２の外周に設けた熱電変換素子４とを備えて構成されている。そして、この発明の緩衝器１にあっては、伸縮に伴って振動エネルギを熱エネルギに変換することで振動を吸収するとともに、熱電変換素子４が緩衝器１の発する熱によって発電する、つまり、熱エネルギを電気エネルギに変換するようになっている。

以下、緩衝器１の各部について詳細に説明する。アウターチューブ２内には、図１に示すように、ピストンロッド３に連結されるピストン５が摺動自在に挿入されており、このピストン５によってアウターチューブ２内が流体が充填される二つの圧力室Ｒ１，Ｒ２に区画されている。また、ピストン５には、上記した圧力室Ｒ１，Ｒ２同士を連通する通路６が設けられており、この通路６の途中には当該通路６を通過する流体の流れに抵抗を与える減衰バルブ７が設けられている。そして、この緩衝器１にあっては、伸縮作動に応じて圧力室Ｒ１，Ｒ２内に充填された流体が通路６を通過する際に減衰バルブ７にて抵抗を与えて当該伸縮作動を抑制する減衰力を発揮するようになっている。なお、流体には、作動油のほか、水、水溶液、気体を利用することができる。流体が液体である場合、上記した緩衝器１が片ロッド型であるので、アウターチューブ２内にピストンロッド３が出入りする体積を補償するために気体室やリザーバを備えるが、流体が気体である場合、気体室やリザーバを備えずともよい。

また、緩衝器１がリザーバを備えて伸長しても収縮してもアウターチューブ２内からリザーバへ通じる通路を介して流体が排出されるユニフロー型に設定される場合、アウターチューブ２内からリザーバへ通じる通路の途中に減衰バルブを設けて、流体の流れに抵抗を与えて減衰力を発揮するようにしてもよい。

さらに、この緩衝器１の場合、単筒型の緩衝器とされているが、アウターチューブ内にピストンが摺動するシリンダを設ける複筒型の緩衝器として構成されてもよい。

そして、アウターチューブ２は、図１および図２に示すように、６枚の平板状の基板８で形成した六角筒内に収容されている。この基板８とアウターチューブ２との間には、たとえば、鉄、銅等の金属やセラミック等といった良好な熱伝導性を備えた熱伝導材９でアウターチューブ２と基板８との間の隙間を埋めてあり、この熱伝導材９によってアウターチューブ２の外周に基板８が固定されている。熱伝導材９は、緩衝器１の伸縮に伴って発生する熱をアウターチューブ２から基板８へ速やかに伝達する役割を果たすことができればよいので、基板８をアウターチューブ２へ固定する部品を別途設けるようにしてもよいが、基板８をアウターチューブ２の外周に固定する役割を果たすことで上記部品を設ける必要がなくなる点で優れる。

また、予め基板８に熱電変換素子４を取り付けてあるので、熱電変換素子４をアウターチューブ２の外周への装着が容易となるが、基板８を用いずに直接にアウターチューブ２の外周に熱電変換素子４を取り付けることもできる。

なお、この場合、６枚の基板８を六角筒状に配置してアウターチューブ２を取り囲むようにしているが、基板８を筒状に配置するのであれば３枚以上であればよいが、基板８の枚数が少なくなれば緩衝器１が径方向に大型化し、基板８の枚数が多くなりすぎると、基板８が小さくなるので、基板８のアウターチューブ２への取り付け作業が煩雑となるので、基板８を筒状に配置してアウターチューブ２を取り囲むのであれば、４〜６枚程度とするのが効率的である。また、アウターチューブ２の外周を全て基板８で取り囲むことで、アウターチューブ２の全周の熱エネルギを利用することができるので効率的に発電することができるが、アウターチューブ２の全周を基板８で取り囲まずとも発電可能である。

この基板８には、直列に接続されるペルチェ素子等のゼーベック効果を発揮する多数の熱電変換素子４が取り付けられており、この一つの基板８に設けた熱電変換素子４の外表面には一つのヒートシンク１０が取り付けられている。熱電変換素子４は、温度差により起電力を生じるゼーベック効果を発揮するものである。熱電変換素子４の外表面とは、緩衝器１に対して外部側である外側を向く面を指し、反対に 内表面とは、緩衝器１に対して内部側、つまりアウターチューブ２側を向く面を指す。

ヒートシンク１０は、基板８上に取り付けられた全ての熱電変換素子４に密着する吸熱板１０ａと、この吸熱板１０ａから立ち上がる複数の放熱板１０ｂとからなり、熱電変換素子４の外表面に密着する吸熱板１０ａを介して熱電変換素子４から熱を吸収し放熱板１０ｂから熱を大気へ放出するようになっている。ヒートシンク１０は、必ずしも必要はないが、ヒートシンク１０を設けることで熱電変換素子４の外表面温度を低下させることができるので、熱を発するアウターチューブ２側の内表面温度と上記外表面温度との差を大きくすることができ、発電効率を高めることができる。

緩衝器１は、上記したように構成され、たとえば、車両、大型機械や建築物等の制振対象の振動を抑制するため、制振対象と振動入力部との間に介装されて使用される。制振対象と振動入力部の例を挙げれば、たとえば、車両にあっては、制振対象が車体、振動入力部が車輪とされるなど、建築物にあっては、制振対象が上層階、振動入力部が下層階とされるなど、免震装置では制振対象が建築物、振動入力部が地盤とされるなどである。

緩衝器１は、振動入力部から振動が入力される伸縮作動を呈し、減衰力を発揮して制振対象の振動を抑制する。緩衝器１が伸縮作動を呈して減衰力を発揮することは、上記したように、振動エネルギを熱エネルギに変換し吸収することであり、熱はアウターチューブ２を介して基板８上の熱電変換素子４に伝達される。このように緩衝器１が伸縮すると熱電変換素子４のアウターチューブ２側の面である内表面に熱が伝達される。他方、熱電変換素子４の外表面は大気によって冷やされるので、熱電変換素子４の内表面と外表面には温度差が生じ起電力を生じる。したがって、熱電変換素子４の両端に配線すれば、起電力に応じた電力を外部へ取り出すことができる。

つまり、緩衝器１が伸縮して振動エネルギを吸収して熱エネルギへ変換されると、この熱エネルギを熱電変換素子４が広範な機器で使用可能な電気エネルギへ変換する。

このように熱電変換素子４が発電することで、従来の緩衝器１が大気へ捨てていた熱エネルギを電気機器にて使用可能な電気エネルギに変換することができ、熱エネルギを利用することができる。

さらに、熱電変換素子４をアウターチューブ２の外周に取り付ける簡単な構成で緩衝器１の振動吸収による熱エネルギを電気エネルギへ変換することができるので、コイルや磁石を用いるといった振動エネルギを直接電気エネルギへ変換する場合に比較しても構造が簡単で重量増加も少なくて済む。

また、緩衝器１の減衰力を調節する場合、内部圧力や緩衝器１のストローク速度を検出する必要があるが、このような緩衝器制御に必要な情報を得るセンサへ熱電変換素子４が発電した電力を供給するようにしておくこともできるし、車両にあっては、緩衝器１の発電によってバッテリを充電することも可能である。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

１ 緩衝器
２ アウターチューブ
３ ピストンロッド
４ 熱電変換素子
８ 基板
９ 熱伝導材
１０ ヒートシンク

Claims (3)

1. アウターチューブと、アウターチューブ内に移動自在に挿入されるピストンロッドとを備えてアウターチューブとピストンロッドの相対移動を抑制する減衰力を発生する緩衝器において、アウターチューブの外周に温度差により起電力を生じる熱電変換素子を備えたことを特徴とする緩衝器。
2. 上記熱電変換素子は、上記アウターチューブの外周を取り囲む基板上に取り付けられ、当該基板と上記アウターチューブの外周との間に熱を伝達する熱伝導材を設けたことを特徴とする請求項１に記載の緩衝器。
3. 上記熱電変換素子の外表面に当該熱電変換素子から熱を吸収して大気へ放出するヒートシンクを設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の緩衝器。

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