JP2006300152A - 液封位置調整装置およびそれを用いた軸用制振システム - Google Patents

Abstract

【課題】制御応答性に優れ、かつ車輪、プーリ、ロボットのアームなどの回転軸で生じる振動を、少ない設置スペースで制御する。
【解決手段】支持金具２の下方への偏倚により弾性部材４が撓んで、剛性板７が下方にスライド移動すると共に、磁気粘性流体ＭＲが第１の室Ｒ１から第２の室Ｒ２にオリフィス７ａを通じて流れる場合、第１の電磁ソレノイド１１を励磁することでオリフィス７ａおよび連通路（通路９ａ，９ｂ）を通じての流れが規制される。一方、第２の電磁ソレノイド１２を励磁することで、永久磁石６との間に生ずる反発作用で、剛性板７と共に、可動部材９を上方に移動させる。これにより、支持金具２が、第１の室Ｒ１内の磁気粘性流体を介して持ち上げられる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液封位置調整装置およびそれを用いた軸用制振システムに関する。

従来より、車輪、プーリ、ロボットのアームなどの回転軸で生じる振動を、設置スペースが少なくてすむ装置で制御したいという要求がある。

しかし、回転軸に対し、多方向から回転軸の振動を制御できる装置がないのが現状である。

ところで、第１の部材と第２の部材とが間隔を置いて筒状の弾性部材で結合されてハウジングが形成され、そのハウジングの内部に非圧縮性流体が封入され、前記非圧縮性流体の挙動を制御することで防振効果を発揮する防振装置は知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

そこで、そのような装置を、支持装置として円周方向に配置して、回転軸を支持させ、防振効果（制振効果）を得ることが考えられる。
特開平５−１７３９号公報 特開平５−１６４１８１号公報

しかしながら、上述したような防振装置は、そのままでは構造が複雑であるし、制御応答性に劣り、回転軸を支持させても十分な制振効果が得られない。

そこで、発明者は、前述したような防振支持装置の構造を工夫して、制御応答性を高め、軸受け部分に組み込めば、車輪、プーリ、ロボットのアームなどの回転軸で生じる振動を、設置スペースが少なくてすむ装置で制御することができる本発明をなすに至ったものである。

本発明は、制御応答性に優れる液封位置調整装置を提供すると共に、前記液封位置調整装置を、軸受け部分に組み込めば、車輪、プーリ、ロボットのアームなどの回転軸で生じる振動を、設置スペースが少なくてすむ装置で制御することができる軸用制振システムを提供することを目的とするものである。

請求項１の発明は、第１の部材と第２の部材とが筒状の弾性部材で結合されてハウジングが形成され、そのハウジングの内部に非圧縮性流体が封入され、前記非圧縮性流体の挙動を制御することで前記第１の部材と第２の部材との間隔を調整する液封位置調整装置において、前記非圧縮性流体は磁気粘性流体であり、前記第２の部材が、底壁部と、その底壁部の中央部において一側に延びる筒状の内壁部と、前記底壁部の外縁より前記内壁部と同一側に前記内壁部より上方まで延びる外壁部とを有し、前記底壁部に前記内壁部に対応して設けた永久磁石と、前記外壁部の端部付近に前記ハウジング内部を区画して前記第１の部材側に第１室を形成し、中央部付近にオリフィスを有する第１の弾性板と、円柱形状で、前記内壁部内に一端部が移動可能に差し込まれ、他端部が前記第１の弾性板に結合され、周壁に開孔を有しこの開孔と前記第１の弾性板のオリフィスとを連通する連通路を有する可動部材と、この可動部材に設けられ前記連通路の周囲であって前記オリフィス付近に設けられる第１の電磁ソレノイドと、前記可動部材に設けられ前記永久磁石付近に位置する第２の電磁ソレノイドと、前記第１及び第２の電磁ソレノイドを制御する制御手段とを備えていることを特徴とする。ここで、磁気粘性流体としては、例えば、分散媒であるシリコン等の油中に強磁性体であるカルボニル鉄粉（直径５μｍ程度）を数十体積％の割合で均一分散させてなるものが用いられる。また、第１および第２の部材は、使用目的に応じた一定の剛性を有するものであればよく、金属材のほか、合成樹脂材（繊維強化樹脂を含む）で形成することも可能である。

このようにすれば、第１の部材の下方への偏倚により弾性部材が撓んで、磁気粘性流体が第１の室から第２の室にオリフィスを通じて流れる場合、第１の電磁ソレノイドを励磁することで、オリフィスおよび連通路を通じての流れる磁気粘性流体の粘度が調整され、その流量が規制される。一方、第１の部材を元の位置に復帰させる場合には、第２の電磁ソレノイドを励磁することで、永久磁石との間に生ずる反発作用で、可動部材を上方に移動させる。これにより、第１の部材が、第１の室内の磁気粘性流体を介して持ち上げられる。

請求項２に記載のように、前記内壁部と前記外壁部とが第２の弾性板にて連結され、この第２の弾性板と前記第１の弾性板との間に第２の室が、前記第２の弾性板と前記底壁部との間に第３の室がそれぞれ形成され、前記第１および第２の室に前記磁気粘性流体が、前記第３室に空気が封入されている構成とすることも可能である。

このようにすれば、第２の弾性板が、第２の室の圧力変動を吸収するダイヤフラムとして、そして第３の室がダイヤフラム室としてそれぞれ機能する。

請求項３に記載のように、前記弾性部材は、前記第２の部材側から前記第１の部材側に向かって半径が徐々に小さくなっている構成とすることができる。

このようにすれば、第１の部材の下降により、弾性部材が外側に広がるように無理なく変形することができる。

請求項４に記載のように、前記第１の弾性板に代えて、剛性板を用いることもできる。ここで、「剛性板」とは、必要な剛性を有する金属板や、合成樹脂板（繊維強化樹脂板を含む）を意味する。

請求項５の発明は、装置本体に、軸部材が支持される軸用制振システムであって、前記軸部材が内筒部材内に挿通されて支持され、前記内筒部材が外筒部材内に直接的または間接的に嵌挿されて支持され、前記外筒部材が、前記外筒部材の外周囲に周方向にかつ対称に配置された請求項１〜４のいずれかに記載の液封位置調整装置を介して前記装置本体に支持され、前記各液封位置調整装置の、前記内筒部材側あるいはそれとは反対側に圧力センサが配置され、前記各圧力センサよりの信号に基づいて前記各液封位置調整装置の第１および第２の電磁ソレノイドを制御する構成とされていることを特徴とする。

このようにすれば、軸部材と装置本体との間で生じる振動を、設置スペースをあまり必要としない液封位置調整装置を利用して、制御することができる。また、軸部材の両端が逆方向に動く振れも抑制することができる。なお、軸部材の両端に請求項１〜３のいずれかに記載の液封位置調整装置を取り付ける場合には、軸方向に配置してなくても、前述した逆方向の動く振れを抑制することは可能である。

その場合、請求項６に記載のように、前記外筒部材は環状の中空ゴム栓を介して装置本体に弾性的に支持され、前記中空ゴム栓内に前記請求項１〜４のいずれかに記載の液封位置調整装置が設けられていることができ、さらに、請求項７に記載のように、前記中空ゴム栓内には、ガスなどの媒体が充填されている構成とすることもできる。

このようにすれば、軸部材と装置本体との間で生ずる振動は、液封位置調整装置およびゴム栓、あるいは液封位置調整装置およびゴム栓、ガスなどの媒体によって支えられる。

以上のように構成したから、本発明によれば、制御応答性に優れる液封位置調整装置が得られる。また、そのような液封位置調整装置を、装置本体の軸部材を支持する部分に組み込めば、軸部材と装置本体との間で生ずる振動（例えば車輪、プーリ、ロボットのアームなどの回転軸で生じる振動）を、設置スペースをあまり必要としない液封位置調整装置を利用して、制御することを可能とする。

以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。

図１は本発明にかかる液封位置調整装置の一実施の形態を示す概略断面図である。

図１に示すように、液封位置調整装置１は、第１の部材である円板形状の支持金具２と第２の部材である筒状金具３の上端部とが間隔を置いて筒状の弾性部材４で結合されて、内部空間が密閉空間となるハウジング５が形成されている。そのハウジング５の内部に磁気粘性流体が封入されている。

筒状金具３は、円板形状の底壁部３ａと、その底壁部３ａの中央部において上側に延びる円筒状の内壁部３ｂと、底壁部３ａの外周縁より内壁部３ｂと同一側に内壁部３ｂよりも上方まで延びる円筒状の外壁部３ｃとを有する。また、底壁部３ａの中央部分には、内壁部３ｂに対応して永久磁石６が埋設されている。なお、この実施の形態では、外壁部３ｃの直径、高さおよび壁厚さは、それぞれ、内壁部３ｂの直径、高さおよび壁厚さのほぼ３倍程度で、外壁部３ｃの上端面は、内周側ほど高さが低くなる環状の傾斜面とされている。

筒状金具３の外壁部３ｃの上端部付近において、円板形状の剛性板７（例えば金属板）が内周面に沿ってスライド移動可能に設けられている。この剛性板７によって、ハウジング５の内部が区画されて、支持金具２側に第１室Ｒ１が形成されている。この剛性板７の中央部付近には、オリフィス７ａが設けられている。なお、筒状金具３の上端部には、剛性板７の移動を抑制する環状のストッパ１３が設けられている。

また、剛性板７と平行に配置される環状の弾性板８（第２の弾性板）によって、内壁部３ｂの外周面と外壁部３ｃの内周面とが結合され、この弾性板８によってもハウジング５の内部空間が区画されている。具体的には、弾性板８は、剛性板７との間に第２の室Ｒ２を、底壁部３ａとの間に第３の室Ｒ３をそれぞれ形成している。

このようにして、ハウジング５内に形成される第１及び第２の室Ｒ１，Ｒ２内には磁気粘性流体ＭＲが封入される一方、第３室Ｒ３には空気が封入されている。

また、筒状金具３のハウジング５内には、円柱形状の可動部材９が上下方向に移動可能に設けられている。この可動部材９は、下端部が内壁部３ｂ内に移動可能に差し込まれ、上端部が剛性板７の下面に結合され、この可動部材９の移動により剛性板７がスライド可能に変位し、第１室Ｒ１の内圧（容積）を変化させるようになっている。

この可動部材９は、剛性板７のオリフィス７ａに一端部が連通し上下方向（軸線方向）に延びる第１の通路９ａが形成されている。この通路９ａは、可動部材９の上端部から上下方向中間位置付近まで延び、一端部が可動部材９の外周面に開放される第２の通路９ｂの他端部に連通している。この両通路９ａ，９ｂによって、剛性板７のオリフィス７ａと可動部材９の外周壁の開孔とを連通する連通路が構成される。

また、この可動部材９には、第１の通路９ａの周囲に第１の電磁ソレノイド１０が設けられている。この第１の電磁ソレノイド１０は、オリフィス７ａ付近に設けられ、第１の通路９ａ内を流れる磁気粘性流体ＭＲの粘度を変化させて、連通路における磁気粘性流体ＭＲの流量を制御するものである。

また、第２の通路９ｂの下側には、第１の電磁ソレノイド１０に対応して同軸状に第２の電磁ソレノイド１１が設けられている。この第２の電磁ソレノイド１１は、永久磁石６付近に位置し、励磁されることで永久磁石６との間に反発力を生じ、底壁部３ａと可動部材９との間隔が変化する構成とされている。なお、第１および第２の電磁ソレノイド１０，１１の励磁・消磁は、制御手段１２にて制御される。また、可動部材９と内壁部３ｂとの間にはシール手段１４が施され、可動部材９の移動により負圧状態が発生しないように底壁部３ａには空気抜き孔１５が設けられている。

このように構成すれば、例えば支持金具２の下方への偏倚により弾性部材４が外方に膨らむように撓むと、剛性板７が下方にスライド移動すると共に、磁気粘性流体ＭＲが第１の室Ｒ１から第２の室Ｒ２にオリフィス７ａを通じて流れる。この場合には、第１の電磁ソレノイド１０を励磁することで（第２の電磁ソレノイド１１は消磁状態で）第１の通路９ａ内の磁気粘性流体ＭＲの粘度が高められる。この粘度を調整することで、オリフィス７ａおよび連通路（通路９ａ，９ｂ）を通じての流量を制御することができ、支持金具２の位置の変化速度が調整される。

また、第１の電磁ソレノイド１０を消磁状態とすれば、弾性部材４の弾性力により、剛性板７が上方にスライド移動すると共に、第２の室Ｒ２から第１の室Ｒ１への磁気粘性流体ＭＲの流れが生じ、支持金具２を元の位置に戻す現象が発生するが、これは磁気粘性流体ＭＲの粘性のためにゆっくりとした動きである。なお、この場合、剛性板７の上限位置は、ストッパ１３にて規制される。

このとき、第２の電磁ソレノイド１１を励磁することで永久磁石６との間に反発力を生じさせると、この反発力により剛性板７および可動部材９が速やかに持ち上げられ、支持金具２の位置を変化させるので、支持金具２を元の位置に戻す場合の応答性が高まる。この第２の電磁ソレノイド１１の励磁による可動部材９の変位量は小さいので、制御する必要がある支持金具２の変位量が小さい場合に特に有効である。

続いて、上述したような液封位置調整装置１を用いて、図２に示すように、装置本体（の軸受け部）に、（軸部材としての）回転軸が回転可能に支持される軸用制振システム構成する場合について説明する。

回転軸（図示せず）が挿通される内筒部材２１が、ベアリング２２を介して外筒部材２３に取り付けられている。内筒部材２１には、回転軸を固定するキーを取り付けるためのキー溝２１ａが設けられている。

外筒部材２３の外側には、多数の液封位置調整装置１を内蔵する中空ゴム栓２４を介して装置本体である環状の部品２５が取り付けられている。この中空ゴム栓２４は、横断面がコの字形状で、中心側の開放部分が外筒部材２３の外周面に結合され、外筒部材２３と中空ゴム栓２４とで複数の液封位置調整装置１が配置される閉空間が構成されている。つまり、外筒部材２３は環状の中空ゴム栓２４を介して部品２５に弾性的に支持されている。中空ゴム栓２４内には、液封位置調整装置１が周方向に複数個が等角度間隔で対称に設けられ、軸方向には３列が間隔を存して設けられている。つまり、部品２５と、内筒部材２１（回転軸）を（ベアリング２２を介して）回転可能に支持する外筒部材２３との間に、軸方向、周方向にかつ対称に複数個（図２においては８個）の液封位置調整装置１が配置され、その複数個からなる組の液封位置調整装置１の環状列が、外筒部材２３の軸線方向においては３列配置されている。なお、この場合各液封位置調整装置１は、支持金具２が中心側に位置するように配置してもよいし、外方側に位置するように配置してもよい。

部品２５と外筒部材２３とは、中空ゴム栓２４を挟んで一体に結合されており、中空ゴム栓２４内は外筒部材２３の外周面によって密閉状態に閉塞されている。液封位置調整装置１の外側端部に対応する、中空ゴム栓２４の周壁部分に、外筒部材２３（回転軸）の振動（変動）を圧力として検出する圧力センサ２６が埋設されている。その密閉されたゴム栓２４内の空間にはガスＧが注入されており、ゴム栓２４、液封位置調整装置１およびガスＧからなる制振構造で、軸アッセンブリ（回転軸、内筒部材２１、ベアリング２２および外筒部材２３）を支える構成となっている。

このように、多方向に対称に複数の液封位置調整装置１を配置することで、各圧力センサ２６よりの信号に基づいて前記各液封位置調整装置１の第１および第２の電磁ソレノイド１０，１１を制御して、各部分の圧力がほぼ一定になるように制御することで、部品２５に対する外筒部材２３の位置をほぼ一定に維持することができるで、多方向からの回転軸の振動を制御する軸用制振システムを構成することができる。このシステムの場合は、制御する必要がある回転軸の変位量は小さいので、前述した構造の液封位置調整装置１を用いることは有効である。

なお、各圧力センサ２６および各液封位置調整装置１の電磁ソレノイド１０，１１は、図示しないコントローラに電気的に接続されており、前記コントローラが各圧力センサ２６よりの信号を受け、その信号に応じて前記各液封位置調整装置の第１および第２の電磁ソレノイド１０，１１の励磁・消磁を制御するようになっている。

よって、各圧力センサ２６で圧力の変動を測定し、低周波振動の場合は、液封位置調整装置１は第１の電磁ソレノイド１０でオリフィス７ａ内の磁気粘性流体ＭＲの粘度を調整して、第２の室Ｒ２と第１の室Ｒ１との間で移動する流量を調整することで、第１の室Ｒ１で圧力の変動と外筒部材２３からの入力とを同位相にし、低周波振動を制御（抑制）する。なお、第３の室Ｒ１はダイヤフラム調圧室として機能する。一方、高周波振動の場合は、第２の電磁ソレノイド１１と永久磁石６との間での反発力の変化で高周波振動を発生させることで、剛性板７も高周波振動させ、第１の室Ｒ１での圧力変動と外筒部材２３からの入力とを逆位相にし、高周波振動を制御（抑制）する。

そして、液封位置調整装置１を、多方向に配置することで、このような振動の抑制動作を多方向において行うことができるようになり、多方向の振動の制御をできる。よって、車輪、プーリ、ロボットのアームなどの回転軸で生じる振動の制御を、設置スペースが少なくてすむ液封位置調整装置１複数個用いることで実現することができる。

上記実施の形態のほか、本発明は、次のように構成することも可能である。
(i）内筒部材２１をベアリング２２を介して外筒部材２３で支持する必要はなく、例えば図３（ａ）（ｂ）に示すように、外筒部材１２３を、内筒部材２１が回転可能である摺動スリーブとして、ベアリングを省略することも可能である。

その場合、各圧力センサ２６は、中空ゴム栓ではなく、例えば図４（ａ）（ｂ）に示すように、外筒部材２２３（摺動スリーブ）に埋設することもできる。また、液封位置調整装置１は軸方向に複数組設ける必要はなく、図５（ａ）（ｂ）に示すように、外筒部材３２３の軸方向の中間部分に１組だけ液封位置調整装置１および圧力センサ２６を設けるようにしてもよい。また、軸方向の両端にだけ液封位置調整装置１および圧力センサ２６を設ければ、軸部材の軸方向の両端が互いに反対方向に動く振れを抑制することができる。
(ii)軸部材が回転する場合のみに限らず、軸部材と装置本体が共に静止している場合、両方が回転している場合、装置本体が回転する場合のいずれも適用可能である。
(iii)ゴム栓で密閉された空間部に充填するのは、ガスのほか、空気、水、アルキルグリコール、ポリアルキレングリコール、シリコーン油などを用いることが可能である。
また、軸部材に大きな荷重が作用せず、液封位置調整装置１だけで支えることができる場合には、ガスが充填されたゴム栓を用いて自動車タイヤのようにガス圧で荷重を指させる必要がないので、ガスや中空ゴム栓を省略することができる。
(iv)剛性板７に代えて、弾性板（第１の弾性板）を用いることもできる。この場合には、弾性板の外周縁が筒状金具３の外壁部３ｃの内周部分に結合され、可動部材９の移動に応じて、弾性板の中央部分が撓むので、それにより前述した実施の形態と同様な作用効果を発揮することができる。

本発明にかかる液封位置調整装置の一実施の形態を示す概略断面図である。 （ａ）（ｂ）はそれぞれ上記液封位置調整装置を用いた軸用制振システムの一実施の形態を示す概略正面断面図および概略側面断面図である。 （ａ）（ｂ）はそれぞれ上記液封位置調整装置を用いた軸用制振システムの一実施の形態を示す概略正面断面図および概略側面断面図である。 （ａ）（ｂ）はそれぞれ上記液封位置調整装置を用いた軸用制振システムの一実施の形態を示す概略正面断面図および概略側面断面図である。 （ａ）（ｂ）はそれぞれ上記液封位置調整装置を用いた軸用制振システムの一実施の形態を示す概略正面断面図および概略側面断面図である。

符号の説明

Ｒ１ 第１の室
Ｒ２ 第２の室
Ｒ３ 第３の室
１ 液封位置調整装置
２ 支持金具
３ 筒状金具
３ａ 底壁部
３ｂ 外壁部
３ｂ 内壁部
４ 弾性部材
５ ハウジング
６ 永久磁石
７ 剛性板
７ａ オリフィス
８ 弾性板
９ 可動部材
９ａ，９ｂ 通路
１１ 第１の電磁ソレノイド
１２ 第２の電磁ソレノイド
２１ 内筒部材
２２ ベアリング
２３，１２３，２２３，３２３ 外筒部材
２４ 中空ゴム栓
２５ 部品
２６ 圧力センサ

Claims (7)

1. 第１の部材と第２の部材とが筒状の弾性部材で結合されてハウジングが形成され、そのハウジングの内部に非圧縮性流体が封入され、前記非圧縮性流体の挙動を制御することで前記第１の部材と第２の部材との間隔を調整する液封位置調整装置において、
   前記非圧縮性流体は磁気粘性流体であり、
   前記第２の部材が、底壁部と、その底壁部の中央部において一側に延びる筒状の内壁部と、前記底壁部の外縁より前記内壁部と同一側に前記内壁部より上方まで延びる外壁部とを有し、
   前記底壁部に前記内壁部に対応して設けた永久磁石と、
   前記外壁部の端部付近に前記ハウジング内部を区画して前記第１の部材側に第１室を形成し、中央部付近にオリフィスを有する第１の弾性板と、
   円柱形状で、前記内壁部内に一端部が移動可能に差し込まれ、他端部が前記第１の弾性板に結合され、周壁に開孔を有しこの開孔と前記第１の弾性板のオリフィスとを連通する連通路を有する可動部材と、
   この可動部材に設けられ前記連通路の周囲であって前記オリフィス付近に設けられる第１の電磁ソレノイドと、
   前記可動部材に設けられ前記永久磁石付近に位置する第２の電磁ソレノイドと、
   前記第１及び第２の電磁ソレノイドを制御する制御手段とを備えていることを特徴とする液封位置調整装置。
2. 前記内壁部と前記外壁部とが第２の弾性板にて連結され、この第２の弾性板と前記第１の弾性板との間に第２の室が、前記第２の弾性板と前記底壁部との間に第３の室がそれぞれ形成され、前記第１および第２の室に前記磁気粘性流体が、前記第３室に空気が封入されていることを特徴とする請求項１記載の液封位置調整装置。
3. 前記弾性部材は、前記第２の部材側から前記第１の部材側に向かって半径が徐々に小さくなっていることを特徴とする請求項１または２記載の液封位置調整装置。
4. 前記第１の弾性板に代えて、剛性板を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液封位置調整装置。
5. 装置本体に、軸部材が支持される軸用制振システムであって、
   前記軸部材が内筒部材内に挿通されて支持され、前記内筒部材が外筒部材内に直接的または間接的に嵌挿されて支持され、前記外筒部材が、前記外筒部材の外周囲に周方向にかつ対称に配置された請求項１〜４のいずれかに記載の液封位置調整装置を介して前記装置本体に支持され、前記各液封位置調整装置の、前記内筒部材側あるいはそれとは反対側に圧力センサが配置され、前記各圧力センサよりの信号に基づいて前記各液封位置調整装置の第１および第２の電磁ソレノイドを制御する構成とされていることを特徴とする軸用制振システム。
6. 前記外筒部材は環状の中空ゴム栓を介して装置本体に弾性的に支持され、
   前記中空ゴム栓内に前記請求項１〜４のいずれかに記載の液封位置調整装置が設けられていることを特徴とする請求項５記載の軸用制振システム。
7. 前記中空ゴム栓内には、ガスなどの媒体が充填されていることを特徴とする請求項６記載の軸用制振システム。

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