JP2008196606A - 回転慣性質量ダンパーおよびその設置構造 - Google Patents

Abstract

【課題】構成の簡略化とコストダウンを図ることができ、狭小な空間にも設置可能な有効適切な回転慣性質量ダンパーおよびその設置構造を提供する。
【解決手段】外周面にネジが形成されているボールネジ３を２つの部材１，２のうちのいずれか一方の部材を貫通する状態で配置し、一方の部材１の外側においてボールネジとともに回転するフライホイール５をボールネジの先端部に固定し、ボールネジの中間部に螺着されてボールネジの軸方向に相対変位可能とされているボールナット９を一方の部材１に対して固定し、ボールネジの基端部を回転自在かつ軸方向に変位不能に支持するサポートユニット７を他方の部材２に対して固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は回転慣性質量ダンパーおよびその設置構造に関する。

周知のように、回転慣性質量ダンパーとは、ダンパー両端の相対変位に比例した錘部材の回転量を生じる装置であり、錘部材の回転慣性モーメントと制動力の関係から「両端の相対加速度に比例した負担力」をもつ装置であって、てこの原理を利用して実際の錘質量に相対加速度を乗じた力と比較して１００倍以上もの力を負担できる特徴がある。

この種の回転慣性質量ダンパーの具体例としては、特許文献１に示すようにボールネジとフライホイールを組み合わせた減衰コマと称される形式のものが一般的である
これは、図２に示すように、相対変位する２部材に対して連結される第１の連結部材１０と第２の連結部材２０からなり、第１の連結部材１０には案内ねじ部１０ａを形成してボールベアリング１１を介して案内ナット１２を螺合するとともに、第２の連結部材２０にはケーシング２２を形成して、案内ナット１２により回転駆動される回転コマ１３をケーシング２２内に収容して回転自在に支持した構成のものである。

このような回転慣性質量ダンパーは、錘（フライホイールとしての回転コマ１３）の回転慣性モーメントと回転角加速度とによって錘に生じる角運動量の変化から慣性抵抗力を得るものである。すなわち、ダンパーの軸方向変位をｘ、錘の回転角をθとしたときに、ｘ＝αθ の関係があるとすると（α：単位回転角に対するダンパー軸方向の変位量）、ダンパーの負担力Ｐは次式で表される。

このようなボールネジを利用した回転慣性質量ダンパーでは、比較的コンパクトで大容量（大きな制御力）が得られ、工業製品として安定した性能を発揮できるとされている。
特開平１１−２０１２２４号公報

しかし、特許文献１に示したものをはじめとする従来一般のボールネジ式の回転慣性質量ダンパーは、いずれも回転体としての錘をケーシング内に回転自在に支持してケーシングを介して回転駆動することを基本としており、したがって錘をケーシング内において安定かつ確実に回転させるためには装置全体を高強度かつ高精度の機構として構成する必要があり、必然的に高価格となるばかりでなく設置後にも面倒な調整や保守点検が必要とされることから、必ずしも使用しやすいものではない。
また、振動低減対象の２部材の間にダンパーを配置してダンパーの両端部を双方の部材に対して固定するものであるので、必然的に双方の部材間にはダンパー全体を配置するに充分なスペースを必要とする。そのため、この種の回転慣性質量ダンパーは充分なスペースを確保できない狭小な空間や、所望の振動低減効果を得るために必要とされる作動ストロークを確保できないような狭小な空間には設置し難いものであり、適用範囲が限定されるものである。

上記事情に鑑み、本発明は構成の簡略化とコストダウンを図ることができ、また狭小な空間にも設置可能である有効適切な回転慣性質量ダンパーおよびその設置構造を提供することを目的としている。

請求項１記載の発明は、互いに離接する方向に相対変位する２部材間に介装されてそれら２部材間に生じる離接方向の相対振動を低減するための回転慣性質量ダンパーであって、外周面にネジが形成されているとともに前記２部材のうちのいずれか一方の部材を貫通する状態で配置されるボールネジと、前記ボールネジの先端部に固定されて前記一方の部材の外側において該ボールネジとともに回転可能なフライホイールと、前記ボールネジの中間部に螺着されて該ボールネジの軸方向に相対変位可能とされているとともに、前記一方の部材に対して固定されるボールナットと、前記ボールネジの基端部を回転自在かつ軸方向に変位不能に支持するとともに、前記２部材のうちの他方の部材に対して固定されるサポートユニットとにより構成されてなることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、互いに離接する方向に相対変位する２部材間に、それら２部材間に生じる離接方向の相対振動を低減するための回転慣性質量ダンパーを設置するための構造であって、外周面にネジが形成されているボールネジを前記２部材のうちのいずれか一方の部材を貫通する状態で配置し、前記一方の部材の外側において前記ボールネジとともに回転するフライホイールを該ボールネジの先端部に固定し、前記ボールネジの中間部に螺着されて該ボールネジの軸方向に相対変位可能とされているボールナットを前記一方の部材に対して固定し、前記ボールネジの基端部を回転自在かつ軸方向に変位不能に支持するサポートユニットを前記２部材のうちの他方の部材に対して固定してなることを特徴とする。

本発明によれば、従来一般の回転慣性質量ダンパーと同様に小質量のフライホイールであっても充分な振動低減効果が得られることはもとより、従来の回転慣性質量ダンパーに比べて構成が遙かに簡略化され、市販品を安価に調達して容易に製作することができ、大幅なコストダウンを実現し得る。また、フライホイールを部材の外側において回転させることから、設置スペースが狭小な場合であっても設置することが可能となるし、ストロークを大きく確保することも可能である。

本発明の一実施形態を図１に示す。本実施形態の回転慣性質量ダンパーは、互いに離接する方向に相対変位する２つの部材１，２間に介装されて、それら部材１，２間に生じる離接方向の相対振動を低減するためのものである。

符号３はボールネジであり、その外周面には両端部を除いてほぼ全長にわたってネジが形成されている。ボールネジ３の先端部は一方の部材１に形成されている孔４を貫通してその外側に突出しており、そこにはボールネジ３とともに回転する錘としてのフライホイール５がロックナット６により締結されて固定されている。

ボールネジ３の基端部はサポートユニット７により回転自在に支持されているが、該サポートユニット７に対するボールネジ３の軸方向の変位はロックナット６により拘束されている。サポートユニット７はベースプレート８を介して他方の部材２に固定されている。
なお、部材２に対するベースプレート８の固定や、ベースプレート８に対するサポートユニット７の固定は、引っ張り方向の荷重に耐えるように高力ボルトなどを使用して行えば良いが、構造的に耐えるものであれば他のボルトを使用したり、溶接などの別の接合手段によることでも良い。いずれにしても、ボールネジ３を予めサポートユニット７に対してロックナット６により一体化してからサポートユニット７をベースプレート８に対して固定すれば良い。ベースプレート８は予め部材２に固定しておいても良いし、サポートユニット７およびボールネジ３を組み付けてから部材２に固定することでも良い。

ボールネジ３の中間部にはボールナット９がボールネジ３の軸方向に相対変位可能に螺着されているが、そのボールナット９は部材１に形成されている孔４の内側においてその部材１に対して固定されている。部材１に対するボールナット９の固定も、引っ張り方向の荷重に耐えるように高力ボルトなどを使用して行えば良いが、構造的に耐えるものであれば他のボルトを使用したり、溶接などの別の接合手段によることでも良い。

以上の構成のもとに本実施形態の回転慣性質量ダンパーは、部材１，２どうしが離接する方向に相対振動を生じて双方の部材１，２間の間隔が変化した際には、部材１に固定されているボールナット９がボールネジ３の軸方向に滑らかに相対変位しつつボールネジ３を滑らかに回転させ、ボールネジ３の回転に伴ってその先端部に固定されているフライホイール５もボールネジ３とともに回転し、そのようなフライホイール５の回転によって大きな回転慣性質量が得られる。

すなわち、フライホイール５の径寸法をＤ、厚さをｔ、単位重量をρ、ボールネジ３のリード（ネジ山の間隔）をＬ_ｄとすると、フライホイール５の回転慣性モーメントＩ_θと、フライホイール５が回転することにより生じる回転慣性質量Ψは次式で表され、その回転慣性質量Ψはフライホイール５の実際の質量に比べて桁違いに大きなものとなり、それにより優れた振動低減効果が得られる。

具体的には、フライホイール５としてＰＬ−２５×１００φを使用してその重量を１．５ｋｇとした場合、回転慣性モーメントＩ_θは７．７ｋｇ・ｃｍ^２となる。
また、その場合においてリードＬ_ｄが１０ｍｍであると、回転慣性質量Ψは３０４ｋｇになり、実際の質量の２００倍にもなる。
なお、回転慣性質量Ψの大きさは、フライホイール５の質量とその径寸法のみならず、径方向の質量分布によっても決定されるものであり、質量が大きいほど、径寸法が大きいほど、質量が内周部よりも外周部に分布しているほど回転慣性質量Ψは大きくなるから、それらを適正に設定することによって回転慣性質量Ψを所望の大きさに設定することができ、所望の振動低減効果を得られる。

本実施形態の回転慣性質量ダンパーは、従来一般の回転慣性質量ダンパーと同様に小質量のフライホイール５であっても充分な振動低減効果が得られるものであることはもとより、従来の回転慣性質量ダンパーに比べて構成が遙かに簡略化されたものとなっており、大幅なコストダウンを実現し得るものとなっている。

すなわち、上述した減衰コマのような従来の回転慣性質量ダンパーは、フライホイールとしての錘（回転コマ１３）をケーシング２２内に回転自在に収容してそのケーシング２２を介して回転駆動するものであることから、ケーシング２２を始めとして各種の構成部品を頑強なものとし、かつそれらの部品を高精度で組み立てる必要があり、必然的に高価なものとなっていたのであるが、本実施形態の回転慣性質量ダンパーはフライホイール５を単にボールネジ３の先端部に直接固定して直接回転駆動するものであり、またボールネジ３の中間部に螺着したボールナット９を一方の部材１に対して単に直接固定し、ボールネジ３の基端はサポートユニット７を介して他方の部材２に対して単に回転自在に支持するだけの構成であるから、フライホイール５の安定かつ確実な回転を保証しつつ全体の構成を遙かに簡略化し得たものものとなっている。
しかも、フライホイール５はもとよりボールネジ３、ボールナット９、サポートユニット７その他の部品としては汎用の機械部品、特に一般的なボールネジ機構の構成部品をそのまま転用可能であって、それらの構成部品としては多くの市販製品のなかから所望の規格、仕様のものを安価に調達することが可能であるし、全体の組み立てや構造物に対する設置も極めて単純かつ容易に行うことができ、設置後の調整や保守もほとんど不要であり、以上のことから従来の一般の回転慣性質量ダンパーに比べてトータルコストを充分に削減することが可能である。

また、ボールネジ３の先端部を部材１に形成した孔４を通して外側に突出させてそこにフライホイール５を固定することにより、フライホイール５を部材１，２間ではなく部材１の外側において回転させる構成であることから、部材１，２間にフライホイール５の配置スペースを確保する必要がなく、したがって従来一般の回転慣性質量ダンパーでは設置が困難なような狭小の空間に対しても設置することが可能となるし、ストロークを大きく確保することも可能である。

なお、部材１，２どうしの間で面外方向の相対回転や面内方向の相対的なずれが生じることが想定される場合には、部材１に対するボールナット９の接合や、部材２に対するボールネジ３の基端部の接合をボールジョイント等の連結手段を介して行うことにより、ボールネジ３やボールナット９に無用な曲げ力が作用してしまうことを防止することができる。
また、必要であればボールネジ３やフライホイール５の外側にその全体あるいは一部を覆うような簡易な防塵用のケース（たとえば蛇腹状のもの）を装着することも考えられる。
その他、本発明は上記実施形態に限定されるものでは勿論なく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各部の具体的な構成や、各構成部品の形状、寸法等については適宜の設計的変更が可能であることはいうまでもない。
たとえば、部材１に対してボールナット９をフライホイール５と同じ側に取り付けても良い。また、ボールナットを９と部材１との間にもサポートユニット７と部材２との間に介装したものと同様のベースプレートを介装しても良く、さらにそのベースプレートを２分割構造としておけば、ボールネジ３を部材１を貫通させて部材２に取り付けた後に、ボールナット９を部材１に対して容易に接合することが可能となる。

本発明の一実施形態である回転慣性質量ダンパーの概略構成図である。 従来の回転慣性質量ダンパーの一例を示す図である。

符号の説明

１，２ 部材
３ ボールネジ
４ 孔
５ フライホイール
６ ロックナット
７ サポートユニット
８ ベースプレート
９ ボールナット

Claims (2)

1. 互いに離接する方向に相対変位する２部材間に介装されてそれら２部材間に生じる離接方向の相対振動を低減するための回転慣性質量ダンパーであって、
   外周面にネジが形成されているとともに前記２部材のうちのいずれか一方の部材を貫通する状態で配置されるボールネジと、
   前記ボールネジの先端部に固定されて前記一方の部材の外側において該ボールネジとともに回転可能なフライホイールと、
   前記ボールネジの中間部に螺着されて該ボールネジの軸方向に相対変位可能とされているとともに、前記一方の部材に対して固定されるボールナットと、
   前記ボールネジの基端部を回転自在かつ軸方向に変位不能に支持するとともに、前記２部材のうちの他方の部材に対して固定されるサポートユニットとにより構成されてなることを特徴とする回転慣性質量ダンパー。
2. 互いに離接する方向に相対変位する２部材間に、それら２部材間に生じる離接方向の相対振動を低減するための回転慣性質量ダンパーを設置するための構造であって、
   外周面にネジが形成されているボールネジを前記２部材のうちのいずれか一方の部材を貫通する状態で配置し、
   前記一方の部材の外側において前記ボールネジとともに回転するフライホイールを該ボールネジの先端部に固定し、
   前記ボールネジの中間部に螺着されて該ボールネジの軸方向に相対変位可能とされているボールナットを前記一方の部材に対して固定し、
   前記ボールネジの基端部を回転自在かつ軸方向に変位不能に支持するサポートユニットを前記２部材のうちの他方の部材に対して固定してなることを特徴とする回転慣性質量ダンパーの設置構造。

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