CN1258616A - 摩擦阻力发生装置 - Google Patents

Abstract

一种摩擦阻力发生装置,具有旋转体、配置成与旋转体的规定面相对的被动体、配置在旋转体及被动体的相对面间的许多滚柱,使各滚柱的旋转轴倾斜成与旋转体的旋转方向构成规定的角度。所述旋转体及被动体的相对面分别形成规定的曲面形状,将所述各滚柱安装在旋转体及被动体的相对面的任何一方上,将各滚柱配置成可与旋转体及被动体的相对面的另一方接触。采用本发明,即使旋转体及被动体的相对面是圆周面或球面等曲面形状也可产生始终稳定的摩擦力。

Description

摩擦阻力发生装置

本发明涉及用作对各种机械的旋转运动施加由摩擦力所产生的任意阻力的机构的摩擦阻力发生装置。

作为机械要素之一的轴承一般分为通过润滑油而支承轴构件的滑动轴承和通过滚珠或滚柱而支承轴构件的滚动轴承，它们的目的都在于使轴构件始终顺利地运动，故要尽量减小各构件之间的摩擦阻力。由于轴承不对运动的构件施加阻力以控制动力，故要在如门的自动关闭机构那样将旋转速度控制在一定值时，就要增加缓冲器或阻尼器等衰减装置。

另外还有称为离合器、转矩限制器或制动器的机构，是在旋转的两个构件之间发生滑动摩擦，这些机构除了使各构件完全压接外，还利用滑动摩擦边在各构件间产生与负荷相应的旋转差边传递动力。

不过，在前述的滑动轴承中，如果润滑油以理想状态处于各构件间，则能以与滚动轴承同等的极小摩擦阻力来动作，但始终以理想状态供给润滑油是极为困难的，往往存在互相滑动的两个面直接接触而使摩擦力明显增大的缺点。另外，在使用轴承的旋转机构中，在想将旋转速度控制在一定值的场合，除了增加价格昂贵的衰减装置外别无适当的方法，因此会使成本升高，同时导致结构复杂化及大型化。

还有，在采用离合器等利用滑动摩擦来传递动力的机构时，极难将半连接状态下的摩擦力控制在一定值，尤其是当一方构件相对另一方构件而以低速旋转时，静摩擦和动摩擦间歇性地作用在互相滑动的两个面上，会使摩擦力极其不稳定，即容易发生所谓蠕动的缺点。

为此，本发明人曾在日本专利第2733200号及2801153号中提出了一种无需增加特别的机构即可对于物体的旋转运动将速度控制在一定值、且容易控制、能始终产生稳定摩擦力的摩擦力发生装置。

专利2801153号的发明是一种旋转摩擦装置，其具有以轴心为中心旋转的旋转体、沿旋转体的旋转轨道排列的许多滚柱、以各滚柱为间隔在径向与旋转体相对的被动体、互相留有间隔并转动自如地保持各滚柱的保持架，将所述旋转体及被动体的相对面形成分别与旋转体的旋转轴平行、使所述各滚柱的转动轴倾斜成与包含旋转体的旋转轴在内的截面构成规定的角度。即，在该旋转摩擦装置中，通过向滚柱侧施加任意负荷来按压旋转体或被动体的至少一方，并使旋转体旋转，则各滚柱一边产生滑动摩擦一边转动，可产生稳定的摩擦力。

但是，在所述旋转摩擦装置中，由于倾斜的各滚柱分别与旋转体及被动体的相对面接触并转动，故旋转体及被动体的相对面必须是互相平行的平面或对称形状的面。因此，在由互相在径向相对的圆筒状或球状的构件形成旋转体及被动体的情况下，不能使各滚柱均匀地与旋转体及被动体两方的面接触，从而难以应用在使用具有这种曲面形状的相对面的旋转体及被动体的装置上。

鉴于上述的缺点，本发明的目的在于，提供一种即使旋转体及被动体的相对面是圆周面或球面等曲面形状也可产生始终稳定的摩擦力的摩擦阻力发生装置。

本发明的摩擦阻力发生装置具有：可向规定方向旋转的旋转体；配置成与旋转体的规定面相对的被动体；在规定方向互相留有间隔地配置在旋转体及被动体的相对面间的许多滚柱，使各滚柱的旋转轴倾斜成与旋转体的旋转方向构成规定的角度，分别将上述旋转体及被动体的相对面形成规定的曲面形状，将上述各滚柱转动自如地安装在旋转体及被动体的相对面的任何一方上，并将各滚柱配置成可与旋转体及被动体的相对面的另一方接触。

由此，当一边对被动体侧施加负荷一边向规定方向使旋转体旋转时，转动自如地支承在旋转体及被动体一方上的各滚柱就与旋转体或被动体接触并旋转。此时，即使旋转体及被动体的相对面是圆周面或球面等曲面形状，各滚柱也可形成仅与旋转体及被动体的任何一方接触并旋转的状态。另外，由于各滚柱转动自如地支承在旋转体或被动体上，故各滚柱一边被限制欲向相对旋转体的旋转方向倾斜规定的角度的方向滚动一边进行旋转。由此，在各滚柱与旋转体或被动体之间产生与所述负荷相应的摩擦力。此时，由于各滚柱一边旋转一边发生滑动摩擦，故在低速旋转中也很少发生静摩擦，可获得始终稳定的阻力。

另外，在所述结构中，通过将旋转体及被动体形成圆筒状并互相配置成同轴状，同时，在旋转体的轴向设置多个滚柱列，仅使任意的滚柱列与旋转体或被动体接触状地将旋转体设成在轴向移动自如，则可由旋转体的轴向的位置获得任意的摩擦力。

此外，通过将旋转体及被动体的相对面形成球面状并互相配置成同心圆状，同时，将旋转体转动自如地连接在任意的建筑物的基础构造物侧，将被动体固定在地面侧，则也可对建筑物起到避震装置的功能。

图1是表示本发明第1实施形态的摩擦阻力发生装置的分解立体图。

图2是摩擦阻力发生装置的部分立体图。

图3是摩擦阻力发生装置的主要部分的俯视图。

图4是滚柱及支承体的侧剖视图。

图5是滚柱及支承体的俯视图。

图6是滚柱及支承体的侧视图。

图7是表示摩擦阻力发生装置动作的主要部分的侧视图。

图8是表示摩擦阻力发生装置动作的主要部分的俯视图。

图9是表示本发明第2实施形态的摩擦阻力发生装置的分解立体图。

图10是表示摩擦阻力发生装置动作的主要部分的俯视图。

图11是表示本发明第3实施形态的摩擦阻力发生装置的分解立体图。

图12是表示本发明第4实施形态的滚柱及支承体的侧剖视图。

图13是表示本发明第5实施形态的避震装置的立体图。

图14是避震装置的俯视图。

图15是避震装置的侧视图。

图16是表示避震装置动作的侧视图。

实施形态

图1至图8表示本发明第1实施例，是将本发明的摩擦阻力发生装置做成可适用于旋转制动器的例子。

本实施形态的摩擦阻力发生装置包括：沿旋转方向A1旋转的圆筒状的旋转体1；相对于旋转体1外周面的圆筒状的被动体2；沿旋转体1的旋转轨道A1排列的许多滚柱3，各滚柱3形成多个滚柱列。另外，各滚柱3利用支承体4而分别转动自如地支承在被动体2的内周面上。在图1中，为了便于说明，在轴向分开地表示旋转体1、被动体2及各滚柱3，实际上旋转体1及被动体2互相在径向相对，各滚柱3配置在旋转体1及被动体2的相对面之间。

各滚柱3呈向轴向延伸的圆柱状，其直径被形成从轴向两端侧向中央逐渐变小。即，各滚柱3被形成与旋转体1的外周面线接触的状态，并以等间隔排列在旋转体1的圆周方向上。在这种情况下，支承各滚柱3两端的支承体4由轴承等摩擦较小的构件构成。

另外，所述摩擦阻力发生装置是，在旋转体1的轴向具有多个滚柱列群3a，滚柱列群3a由使各滚柱3向互相相反方向倾斜的一对滚柱列所构成。在这种情况下，各滚柱列群3a中，如图3所示那样被配置成：滚柱3的旋转轴B相对与旋转体1的旋转方向正交的截面C仅倾斜绝对值相等的角度θ(或-θ)。

如图4所示，支承体4包括安装在滚柱3的两端部31上的一对轴承41、配置在滚柱3的两侧的一对支承框42、两端被支承在各支承框42上的旋转轴43，滚柱3通过各轴承41而被转动自如地安装在旋转轴43上。另外，用螺栓45将各支承框42的脚部44固定在被动体2上。

另外，如图5所示，在一脚部44上设有圆弧状的长孔461构成的角度调整机构46，放松螺栓45就可任意地调整滚柱3的旋转轴的倾斜角度θ(或-θ)。

此外，如图6所示，旋转轴43的端部431形成截面为方状，在图中上下方向自如地嵌合在设于各支承框42上的长孔462中。另外，在各长孔462内设有向上方按压旋转轴43的弹簧47，由弹簧47向旋转体1侧对滚柱3施力。还在旋转轴43的两端部431上分别安装有螺栓433，由各螺栓433来限制旋转轴43向轴向的移动。

在如上构成的摩擦阻力发生装置中，如图7所示，当在向被动体2侧施加负荷F的状态下使旋转体1向A1方向旋转时，各滚柱3就与旋转体1接触并旋转。此时，各滚柱3如图8所示，由于欲向仅倾斜角度θ(或-θ)的方向滚动受支承体4限制而进行旋转，故在各滚柱3与旋转体1之间发生与轴向B的负荷F相应的摩擦力。此时，由于各滚柱3一边旋转一边发生滑动摩擦，故在低速旋转时也很少发生静摩擦，可获得始终稳定的阻力。在这种情况下，假定在初期阶段发生静摩擦，也因滚柱3的旋转而瞬时地转变成动摩擦。并且，若解除旋转体1的负荷，则也可获得不发生摩擦力的状态。

如此，采用本实施例的摩擦阻力发生装置，由于通过使各滚柱3的旋转轴B倾斜成相对与旋转体1的旋转方向A1正交的截面C构成规定的角度θ(或-θ)，而使各滚柱3一边旋转一边发生滑动摩擦，故在旋转体1的旋转运动中可获得与作用在被动体2侧的负荷成正比的任意的阻力，而且通过使该负荷变化，可非常容易地控制旋转体1的阻力。此时，所述滑动摩擦因随着各滚柱3的旋转而可以大大减小成为蠕动原因的静摩擦，可获得始终稳定的摩擦阻力。因此，在将所述摩擦阻力发生装置应用于旋转制动器等时是非常有利的。

另外，采用本实施例，由于通过支承体4将各滚柱3转动自如地安装在被动体2上，故可将各滚柱3形成一边仅与旋转体1接触一边旋转的状态，如前述实施形态所述，旋转体1及被动体2的相对面可适用于曲面形状的装置。此外，在前述各实施形态中，是将各滚柱3安装在被动体2的内周面上的，但也可例如利用外侧的圆筒来形成旋转体，在内侧的被动体上安装各滚柱。在这种情况下，由于各滚柱在与外侧的旋转体之间产生摩擦，故对于滚柱所产生的摩擦热而来自外部的冷却效果是优异的。

此外，所述摩擦力可通过改变角度θ来进行调整，而制动力的调整也可根据滚柱3的直径、滚柱3的表面材质来进行。

又如图8所示，虽然各滚柱列的滚柱3在互相相反方向产生相同程度的摩擦力f1、f2，但互相消除旋转体1的轴向的力后，结果是，旋转体1产生旋转，而不会沿旋转轨道A1在轴向产生错位。也就是说，旋转体1因自身的旋转而不会向轴向移动，从而可仅利用使其在轴向变位的任意的外力向轴向移动。在这种情况下，各滚柱3虽然欲分别向各滚柱列的外侧滚动，但由于将各滚柱列的滚柱3的倾斜角度θ(或-θ)设成分别与所述实施形态的相反方向，故各滚柱3分别欲向各滚柱列的内侧滚动也可以。

接着，在前述实施形态中，可使其向旋转体1的轴向(图1中A2方向)移动。即，当使旋转体1从仅与区域D的滚柱列群3a接触的位置移动到与区域D及E的各滚柱列群3a接触的位置时，所述摩擦阻力增大。同样，当使旋转体1移动到与区域D、E及G的各滚柱列群3a接触的位置时，所述摩擦阻力更加增大。因此，可不调整各滚柱3的角度，而根据旋转体1向箭头A2方向的移动量来任意调整摩擦力的大小。另外，在调整所述摩擦力的情况下，另外设置使旋转体1在轴向变位的调整装置(未图示)。

图9及图10是本发明的第2实施形态，除配置滚柱3外，其余与第1实施形态相同，重复说明省略。

即，在本实施形态中，将各滚柱3配置成使相对旋转体1旋转方向A1的角度θ和-θ交替倾斜。由此，在一个滚柱列3b中，整体产生均匀的作用于旋转体1的轴向一方及另一方上的力。由于可消除旋转体1的轴向的力，故旋转体1不会因自身的旋转而在轴向产生错位。在这种情况下，在旋转体1的轴向设置多个滚柱列3b，与前述实施形态相同，通过使旋转体1从各滚柱列3b的区域H移动到区域J，就可任意地调整摩擦力的大小。且在本实施形态中，是将各滚柱3一个一个交替地配置成相反的方向，但也可将各滚柱3多个多个地交替地配置成相反的方向。

图11是本发明的第3实施形态，除配置滚柱3外，其余与第1实施形态相同，重复说明省略。

即，在本实施形态中，将与第1实施形态同样配置的滚柱列群3a沿以旋转体1的轴心为中心的螺旋状的轨道3c连续排列。由此，当旋转体1向轴向移动时，与旋转体1接触的滚柱3的数目产生变化可任意地调整摩擦力的大小。在这种情况下，由于各滚柱在旋转体1的轴向螺旋状地连续配置，故可无级调整摩擦力的大小。另外，在本实施形态中，与第2实施形态相同，也可将各滚柱3一个一个交替地配置成向相反方向倾斜。

图12是本发明的第4实施形态，具有靠所述滚柱3的旋转驱动的发电机48。在这种情况下，发电机48设在一方的支承框42上，从滚柱3的一端部311将旋转力传递给发电机48。即，在将本发明的摩擦阻力发生装置用于旋转制动器的情况下，可由发电机48来有效利用制动能，例如，只要将发电机48的电力积蓄在蓄电池中，就可用作为有关电子设备的电源等。另外，由于滚柱3的旋转受到发电机48的负荷，故也可提高制动力。

此外，本发明当然并不限定于前述的各实施例，本发明的摩擦阻力发生装置除了所述旋转制动器机构外，也可适用于更多的设备，如：汽车等驱动轴的离合器机构、门的自动关闭装置、电梯的制动机构、汽车等缓冲机构及安全带的制动机构等。

图13至图16表示本发明的第5实施形态，是将本发明的摩擦阻力发生装置作为建筑物的避震装置的例子。对于与前述实施形态相同的结构部分标上相同的符号。

本实施形态的避震装置包括形成半球状的旋转体5和与旋转体5的内面相对的大致半球状的被动体6，在旋转体5与被动体6之间配置有转动自如地被与前述实施形态等同的支承体4支承的许多滚柱3。旋转体5及被动体6分别在凸面侧向上方配置成互相同心圆状。

为遮住被动体6，旋转体5具有比被动体6的外径稍大的内径，在其下端部在周向留有间隔地设有向外侧突出的多个突部51。另外，在旋转体5的顶部设有与建筑物侧的构造物7连接的球状的连接部52，连接部52转动自如地与设在构造物7下面的轴承71嵌合。在这种情况下，只要连接部52在结构上是方便的位置，也可配置在旋转体5的顶部以外。

被动体6形成比半球稍大，可固定在建筑物的被配置的地面上。在被动体6的下端部在周向留有间隔地设置向外侧突出的多个突部61，各突部61分别通过弹簧8而与旋转体5的各突部51连接。即，各弹簧8构成了有弹性地对旋转体5的旋转进行限制的旋转限制装置。

各滚柱3通过支承体4而安装在旋转体5的内面上，在假定沿旋转体5的下端的赤道线K的情况下，沿赤道线K排列在其上方的范围X内。在这种情况下，各滚柱3的旋转轴B相对旋转体5的经线L构成角度θ(约45°)而倾斜配置。另外，由于各滚柱3的中央具有凹状的曲面状，故始终与被动体6的球面线接触。

在如上构成的避震装置中，在通常状态下各弹簧8互相均匀配置，旋转体5的顶部的位置与被动体6的顶部一致，保持图15的状态。这里，当受到地震等横向摇动时，如图16所示，旋转体5向横向摇动的相反方向R转动，被动体6与地面一起向M方向移动。此时，由于旋转体5受到各滚柱3所产生的摩擦阻力(制动力)，所以，构造物7一侧的N向的摇动因该摩擦阻力而被衰减。另外，由于旋转体5的移动范围受各弹簧8的限制，故旋转体5不会极端地转动，各滚柱3始终被保持成有效地与被动体6接触的状态。

如此，采用本实施形态的避震装置，静摩擦与动摩擦不会间歇地起作用，可利用非常稳定的制动力来衰减地震的摇动。另外，由于不使用缓冲器或阻尼器等复杂的衰减装置等，故可获得结构的简化。此外，由于将旋转体5及被动体6的相对面形成球面状，故旋转体5可向3维方向移动，可与一切方向的横向摇动相对应。

另外，由于旋转体5被形成从上方遮住被动体6及各滚柱3，故具有防尘功能，从而也可在地板或室内以外的苛刻的条件下使用。在这种情况下，因结构简单，故对于家具或建筑物等的避震装置来说是最适宜的。

在前述实施形态中，揭示了将各滚柱3形成中央为凹状的曲面并设在旋转体5侧上的结构，但也可将各滚柱3形成中央为凸状的曲面并设在被动体6侧上，使各滚柱3与旋转体5的内面侧接触。

另外，在前述实施形态中，揭示了使用多个弹簧8来作为旋转限制装置，但也可由缓冲器或阻尼器等衰减装置来构成。

此外，在前述实施形态中，揭示了将旋转体5及被动体6的相对面形成球面状的摩擦阻力发生装置用于避震装置的例子，但对于带有制动功能的球关节连接器的各种机械也可适用。

Claims (17)

1.一种摩擦阻力发生装置，其具有可向规定方向旋转的旋转体、配置成与旋转体的规定面相对的被动体、在规定方向互相留有间隔地配置在旋转体及被动体的相对面间的许多滚柱，使各滚柱的旋转轴倾斜成与旋转体的旋转方向构成规定的角度，其特征在于，

所述旋转体及被动体的相对面分别形成规定的曲面形状，

将所述各滚柱转动自如地安装在旋转体及被动体的相对面的任何一方上，

将各滚柱配置成可与旋转体及被动体的相对面的另一方接触。

2.如权利要求1所述的摩擦阻力发生装置，其特征在于，

沿与旋转体或被动体中的滚柱的接触面的曲面形状而形成所述各滚柱的周面。

3.如权利要求1所述的摩擦阻力发生装置，其特征在于，

所述旋转体及被动体的相对面分别形成圆周面状。

4.如权利要求3所述的摩擦阻力发生装置，其特征在于，

所述旋转体及被动体分别形成圆筒状并互相配置成同轴状，

将旋转体设成以其轴心为中心可旋转，

在旋转体的圆周方向排列所述各滚柱。

5.如权利要求4所述的摩擦阻力发生装置，其特征在于，

具有使所述滚柱倾斜成互相相反方向的至少一对的滚柱列。

6.如权利要求4所述的摩擦阻力发生装置，其特征在于，

具有每规定个数地交替地使所述滚柱倾斜的至少一个滚柱列。

7.如权利要求4、5或6所述的摩擦阻力发生装置，其特征在于，

在旋转体的轴向具有多个所述滚柱列，

仅使任意的滚柱列与旋转体或被动体接触而在轴向移动自如地设置旋转体。

8.如权利要求4、5或6所述的摩擦阻力发生装置，其特征在于，

以旋转体的轴心为中心将所述滚柱列配置成螺旋状。

9.如权利要求8所述的摩擦阻力发生装置，其特征在于，

仅使任意的滚柱列与旋转体或被动体接触而在轴向移动自如地设置旋转体。

10.如权利要求1所述的摩擦阻力发生装置，其特征在于，

所述旋转体及被动体的相对面分别形成球面状。

11.如权利要求10所述的摩擦阻力发生装置，其特征在于，

所述旋转体及被动体分别形成半球状并互相配置成同心圆状，

将旋转体设成以其圆心为中心可旋转，

沿旋转体的球面而在规定的圆周方向排列各滚柱。

12.如权利要求11所述的摩擦阻力发生装置，其特征在于，

设在任意的建筑物的构造物与地面之间，

转动自如地将所述旋转体与建筑物的构造物侧连接，

所述被动体固定在地面侧上。

13.如权利要求12所述的摩擦阻力发生装置，其特征在于，

具有弹性地对所述旋转体的旋转进行限制的旋转限制装置。

14.如权利要求13所述的摩擦阻力发生装置，其特征在于，

由将旋转体及被动体互相连接起来的多个弹簧形成所述旋转限制装置。

15.如权利要求1所述的摩擦阻力发生装置，其特征在于，

将所述各滚柱设成相对旋转体及被动体的相对方向移动自如，

并具有向旋转体或被动体侧对各滚柱施力的施力装置。

16.如权利要求1所述的摩擦阻力发生装置，其特征在于，

所述各滚柱被设成其旋转轴的角度可任意调整。

17.如权利要求1所述的摩擦阻力发生装置，其特征在于，

具有由所述滚柱的旋转来驱动的发电机。

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