JP2017110758A - 可変慣性質量型制振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制振対象に加わる所定の振動に対して、回転軸部材に慣性体を一体化して回転モーメントを増大させ、大きな慣性質量により振動を効果的に抑制する。【解決手段】 ケーシング２とスリーブ３との間の軸方向の相対移動をボールねじ４及びボールナット５により軟磁性材からなる回転軸部材６の回転運動に変換する。回転軸部材６の外周との間に密閉領域１１を形成し、ケーシング２内に軟磁性材からなる慣性体７を回転軸部材６と同軸的に支持する。回転軸部材６及び慣性体７を磁気回路の一部として密閉領域１１を横切る磁場Ｍを形成する電磁石８をケーシング２の内壁に固定する。第１密閉領域１１内に、電磁石８による磁場を印加することにより磁気粘性流体の粘性硬度を増し、回転軸部材６と一体的に慣性体７を回転させ、回転モーメントを増大させて振動抑制に必要な慣性質量を得る。【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば二部材間に生じる接近離反方向の相対振動を低減するための慣性質量を利用した制振装置に関する。

回転慣性質量型の制振装置は、特許文献１に記載のように、二部材間の直線的振動をボールねじ及びこれに螺合するボールナットで回転運動に変換し、ボールねじに一体的に結合された慣性体を回転させて、慣性体の慣性モーメントにより制振対象である二部材間の振動を抑制する。

特開平7-259909号公報

本発明は、二部材間の振動の緩急に応じて慣性体の慣性モーメントを変更して効果的に制振することができる制振装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明においては、制振対象である一方の部材と制振対象である他方の部材との間に固定され、振動に伴う両者間の直線的相対移動を回転運動に変換する運動変換機構と、この運動変換機構に連結して共回りするようにケーシング２内に回転自在に支持される回転軸部材６と、この回転軸部材６と係合し、その慣性モーメントにより回転抵抗を付与する慣性体７とを具備させ、慣性体の慣性モーメントを運動変換機構により慣性質量に変換して振動を抑制する慣性質量型制振装置１を構成する。ケーシング２は、回転軸部材６及び慣性体７を磁気回路の一部として磁場Ｍを形成する電磁石８を備える。慣性体７は、ケーシング２内に回転軸部材６と同軸上に相対回転自在に支持され、回転軸部材６との間に密閉領域１１を形成し、密閉領域１１に、磁場Ｍの印加により粘性が変化する磁気粘性流体１２を封入した。電磁石８により密閉領域１１を横切る磁場Ｍを印加し、回転軸部材６と慣性体７との間の磁気粘性流体１２に対する相対回転に粘性硬度を高めて、慣性体７を回転軸部材６と一体的に回転させる。

本発明の制振装置は、電磁石への通電により、密閉領域を横切る磁界を形成し、密閉領域内の磁気粘性流体の粘性硬度を高め、慣性体を回転軸部材と一体的に回転させて、大きな慣性モーメントを付加することができ、運動変換機構により変換された大きな慣性質量が振動を抑制することができる。この制振装置を複数連設すれば、振動の緩急に応じた慣性質量に調整することができ、振動を効果的に抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る制振装置の断面図である。 図１の制振装置の一部を拡大した断面図である。 本発明の第２実施形態に係る制振装置の断面図である。 図３の制振装置の一部を拡大した断面図である。 本発明の第３実施形態に係る制振装置の断面図である。 本発明の第４実施形態に係る制振装置の断面図である。

図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１において、本発明における可変慣性質量型の制振装置１は、制振対象である一方の部材に接続部２ａを介して固定されるケーシング２と、制振対象である他方の部材に接続部３ａを介して固定されるスリーブ３とを具備する。

ケーシング２は、同軸的に結合された大径シリンダ２ｂと、小径シリンダ２ｃとを具備する。大径シリンダ２ｂは、一端側において端壁２ｄで閉塞し、他端側において小径シリンダ２ｃに連通する。接続部２ａは端壁２ｄの外側に固着されている。

ケーシング２の小径シリンダ２ｃ内には、それの軸心を貫通するように、ボールねじ４が設けられる。ボールねじ４は、ケーシング２に、軸周り回転自在、軸方向移動不可能に支持される。

スリーブ３は、円筒状で、一端側が小径シリンダ２ｃに軸方向に進退動可能、軸周り回転不可能に挿入される。

小径シリンダ２ｃに挿入されるスリーブ３の一端部に、ボールねじ４に螺合するボールナット５が固着される。ボールねじ４は、ボールナット５を貫通してスリーブ３の軸心に沿って延びる。ボールナット５は、制振対象である二部材間の振動に伴うケーシング２とスリーブ３との間の軸方向の相対移動をボールねじ４の回転運動に変換する。

ボールねじ４には、軸心に沿って延び大型シリンダ２ｂの両端部に回転自在に支持される回転軸部材６が同軸的に結合される。

回転軸部材６周りには、回転軸部材６と隙間を置いて慣性体７が大径シリンダ２ｂの両端部に回転自在に支持される。慣性体７は、図２に示すように、非磁性材からなるホイール部７ａと軟磁性材からなるヨーク部７ｂとが軸方向に交互に配置固定される。

大径シリンダ２ｂの内側壁には、概略円筒状の電磁石８が固定される。電磁石８は、概略円筒状の軟磁性材からなる磁石ケーシング８ａ内に、コイル８ｂとヨーク８ｃとが軸方向に交互に複数固定される。ヨーク８ｃは、慣性体７のヨーク部７ｂと対向して配置される。磁石ケーシング８ａは、大径シリンダ２ｂの内壁に嵌合固定される。大径シリンダ２ｂと回転軸部材６との間には、それぞれ回転用のシール材９，１０が介設される。これによって、回転軸部材６と慣性体７との間に密閉領域１１が形成される。密閉領域１１には、磁気粘性流体１２が充填封入される。

電磁石８は、図２に示すように、コイル８ｂの通電により、大径シリンダ２ｂ，慣性体７及び回転軸部材６を磁気回路として、密閉領域１１を軸線直交方向に横切る磁場Ｍを形成する。密閉領域１１内の磁気粘性流体１２は、電磁石８により印加される磁場Ｍにより、その粘性硬度が増す。この磁気粘性流体１２を介する回転軸部材６と慣性体７との相対回転に対して通常より大きな摩擦力のような抵抗が発生し、実質的に慣性体７に回転が伝達されて、回転軸部材６の慣性モーメントに慣性体７のそれが加わった大きな慣性モーメントが得られる。逆に、コイル８ｂに電流を流した慣性モーメントの大きな状態から、通電を断つことにより磁場Ｍを消すと、磁気粘性流体１２の粘性が復帰し、回転軸部材６は慣性体７に対して空回り状態となり、小さい慣性モーメントとなる。

この可変慣性質量型制振装置１においては、制振対象である二部材間の振動に伴うケーシング２とスリーブ３との間の軸方向の相対移動をボールナット５及びボールねじ４により回転軸部材６の回転運動に変換する。回転軸部材６の慣性モーメントは、ボールナット５とボールねじ４により軸線方向の慣性質量に変換される。回転軸部材６と共に慣性体７が回転するときには、回転軸部材６のみが回転するときより大きな慣性モーメントになるため、大きな慣性質量に変換される。

制振対象に緩慢な振動が加わると、回転軸部材６のみの小さな慣性モーメントによる小さな慣性質量が作用して振動を許容する。
一方、急激な振動が加わると、電磁石８のコイル８ｂが通電して、図２に示すように、大径シリンダ２ｂ，慣性体７及び回転軸部材６を磁気回路とする密閉領域１１を軸線直交方向に横切る磁場Ｍを形成し、密閉領域１１内の磁気粘性流体１２の粘性硬度を増す。この磁気粘性流体１２を介して回転軸部材６と慣性体７の間で通常より大きな摩擦力のような抵抗が発生し、この抵抗力により回転軸部材６の回転が慣性体７に伝達される。従って、回転軸部材６と慣性体７が一体となって回転するため、大きな慣性モーメントになり、大きな慣性質量に変換されて、振動を抑制する。

なお、地震等による振動の緩急は、例えば加速度計などのセンサーで検知し、所定値において直流電源に接続される回路が閉じることにより電磁石８に通電するものとする。

第２の実施形態を図３に示す。なお、以下において先の実施形態と同一の構成部分には同一符号を付して説明を省略する。この可変慣性質量型制振装置１３における回転軸部材６は、一端がボールねじ４に結合され、他端が慣性体１４に相対回転自在に支持されている。回転軸部材６上には、大径シリンダ２ｂ内において軸線直交方向に延出する拡径部６ａが一体的に形成されている。拡径部６ａは、大径シリンダ２ｂの内側壁の電磁石８の対応する位置に配置される。慣性体１４は、回転軸部材６周りに大径シリンダ２ｂの内壁から隙間を置いて配置され、一端が回転軸部材６上に、他端が大径シリンダ２ｂの端壁に回転自在に支持される。慣性体１４は、図４に示すように、回転軸部材６が貫通する略円柱状の軟磁性材からなる。慣性体１４には、回転軸部材６の拡径部６ａが内壁面から隙間を置いて配置される密閉領域１４ａが形成され、ここに磁気粘性流体１２が充填封入される。

この可変慣性質量型制振装置１３においても、制振対象である二部材間の振動に伴うケーシング２とスリーブ３との間の軸方向の相対移動をボールナット５及びボールねじ４により回転軸部材６の回転運動に変換する。緩慢な振動が加わると、回転軸部材６のみが回転して小さな慣性モーメントが軸線方向の小さな慣性質量に変換されて、振動を許容する。
一方、急激な振動が加わると、電磁石８のコイル８ｂへの通電により、図４に示すように、大径シリンダ２ｂ、慣性体１４及び回転軸部材６の拡径部６ａを磁気回路とする密閉領域１４ａを軸方向に横切る磁場Ｍを形成し、密閉領域１４ａに満たされた磁気粘性流体１２の粘性硬度が増す。従って、回転軸部材６と共に慣性体１４が一体的に回転して、回転軸部材６のみが回転するときより大きな慣性モーメントが軸線方向の大きな慣性質量に変換され、振動を抑制する。

第３の実施形態を図５に示す。この可変慣性質量型制振装置１５は、第１の実施形態における可変慣性質量型制振装置１と略同一構造の第１及び第２の制振装置１５ａ，１５ｂを軸方向に二つ連設した概略構造である。即ち、ボールねじ４側の第１の可変慣性質量型制振装置１５ａの回転軸部材６及び大径シリンダ２ｂは、第２の可変慣性質量型制振装置１５ｂの回転軸部材６及び大径シリンダ２ｂにそれぞれ軸方向に一体的に結合され、各慣性体７はそれぞれ独立している。密閉領域１１内には、磁気粘性流体１２が充填封入されている。第１，第２の制振装置１５ａ，１５ｂの電磁石８は、地震等による振動の緩急に応じた慣性質量に対応する慣性モーメントに設定するように一方又は両方が通電される。

この可変慣性質量型制振装置１５の第１及び第２の制振装置１５ａ，１５ｂにおいては、制振対象に緩慢な振動が加わると、これらの回転軸部材６のみの小さな慣性モーメントによる小さな慣性質量が作用して振動を許容する。急激な振動が加わると、第１及び第２の制振装置１５ａ，１５ｂの電磁石８のコイル８ｂへの通電により、回転軸部材６と共に慣性体７が一体的に回転して、二つの両制振装置１５ａ，１５ｂの大きな慣性モーメントが軸線方向の大きな慣性質量に変換され、振動を抑制する。この際、急激な振動の程度に応じて、第１，第２の可変慣性質量型制振装置１５ａ，１５ｂの一方又は両方の電磁石８を選択的に通電することにより、回転軸部材６に係合する慣性体７の数を変更できるので、振動に応じた慣性質量に調整できる。また、可変慣性質量型制振装置１５ａ，１５ｂの連結数をさらに増やすことにより、振動を抑制する慣性質量を大きくすることができるし、多段階に調整できる。

第４の実施形態を図６に示す。この可変慣性質量型制振装置１６は、第２の実施形態における可変慣性質量型制振装置１３と略同一構造の第１及び第２の制振装置１６ａ，１６ｂを軸方向に連設した概略構造である。即ち、第１，第２の可変慣性質量型制振装置１６ａ，１６ｂの大径シリンダ２ｂはそれぞれ軸方向に一体的に結合されている。第１の可変慣性質量型制振装置１６ａの回転軸部材６は、第２の可変慣性質量型制振装置１６ｂの回転軸部材６から独立している。第１の可変慣性質量型制振装置１６ａの慣性体１４は、第２の可変慣性質量型制振装置１６ｂの回転軸部材６に一体に結合している。従って、第２の可変慣性質量型制振装置１６ｂの回転軸部材６は第１の可変慣性質量型制振装置１６ａの慣性体１４と共回りする。そして、第２の可変慣性質量型制振装置１６ｂの慣性体１４は、第１及び第２の可変慣性質量型制振装置１６ａ，１６ｂの両電磁石８が通電することにより回転する。

この可変慣性質量型制振装置１６の第１及び第２の制振装置１６ａ，１６ｂにおいては、緩慢な振動が加わると、第１の制振装置１６ａの回転軸部材６のみが回転し小さな慣性モーメントが軸線方向の小さな慣性質量に変換されて、振動を許容する。急激な振動が加わると、第１及び第２の制振装置１５ａ，１５ｂの電磁石８のコイル８ｂへの通電により、回転軸部材６と共に慣性体７が一体的に回転して、二つの両制振装置１５ａ，１５ｂの大きな慣性モーメントが軸線方向の大きな慣性質量に変換され、振動を抑制する。この際、急激な振動の程度に応じて、第１の可変慣性質量型制振装置１５ａの電磁石８又は両方の電磁石８を選択的に通電することにより、回転軸部材６に係合する慣性体７の数を変更できるので、振動に応じた慣性質量に調整できる。また、可変慣性質量型制振装置１５ａ，１５ｂの連結数をさらに増やすことにより、振動を抑制する慣性質量を大きくすることができるし、多段階に調整できる。また、可変慣性質量型制振装置１６ａ，１６ｂの連結数をさらに増やすことにより、振動に対して大きな減衰力を発生させることができるし、多段階に調整できる。

１ 質量可変型慣性制振装置
２ ケーシング
２ａ 接続部
２ｂ 大径シリンダ
２ｃ 小径シリンダ
２ｄ 端壁
３ スリーブ
３ａ 接続部
４ ボールねじ
５ ボールナット
６ 回転軸部材
７ 慣性体
７ａ ホイール部
７ｂ ヨーク部
８ 電磁石
８ａ 磁石ケーシング
８ｂ コイル
８ｃ ヨーク
９ シール材
１０ シール材
１１ 密閉領域
１２ 磁気粘性流体
１３ 密閉領域
１４ 慣性体
１４ａ ホイール部
１４ｂ ヨーク部
１５ 可変慣性質量型制振装置
１５ａ 第１の可変慣性質量型制振装置
１５ｂ 第２の可変慣性質量型制振装置
１６ 可変慣性質量型制振装置
１６ａ 第１の可変慣性質量型制振装置
１６ｂ 第２の可変慣性質量型制振装置

Claims (6)

1. 制振対象である一方の部材と制振対象である他方の部材との間に固定され、振動に伴う両者間の直線的相対移動を回転運動に変換する運動変換機構と、この運動変換機構に連結して共回りするようにケーシング内に回転自在に支持される回転軸部材と、この回転軸部材に係合し、その慣性モーメントにより回転抵抗を付与する慣性体とを具備し、慣性体の慣性モーメントを運動変換機構により慣性質量に変換して振動を抑制する慣性質量型制振装置において、
   前記ケーシングは、前記回転軸部材及び前記慣性体を磁気回路の一部として磁場を形成する電磁石を備え、
   前記慣性体は、前記ケーシング内に回転軸部材と同軸上に相対回転自在に支持され、前記回転軸部材との間に密閉領域を形成し、
   前記密閉領域には、磁場の印加により粘性が変化する磁気粘性流体を封入し、
   前記電磁石により密閉領域を横切る磁場を印加し、前記回転軸部材の前記慣性体に対する相対回転に粘性抵抗を付与して、慣性体を回転軸部材と一体的に回転させることを特徴とする可変慣性質量型制振装置。
2. 前記密閉領域は、前記回転軸部材周りに環状に形成され、回転軸部材と前記慣性体との間に軸線直交方向の磁場が形成されることを特徴とする請求項１に記載の可変慣性質量型制振装置。
3. 前記回転軸部材が鍔状に拡径して、前記密閉領域内に突出し、回転軸部材と前記慣性体との間に軸線方向の磁場が形成されることを特徴とする請求項１に記載の可変慣性質量型制振装置。
4. 前記ケーシング及び前記回転軸部材を共通にして請求項２に記載の可変慣性質量型制振装置が軸方向に複数の連設され、前記電磁石をそれぞれ順次通電することにより段階的に慣性質量を増加させることを特徴とする可変慣性質量型制振装置。
5. 前記ケーシングを共通にして、請求項３に記載の可変慣性質量型制振装置が軸方向に複数連設され、互いに隣接する可変慣性質量型制振装置の前記慣性体と前記回転軸部材とが結合し、前記電磁石をそれぞれ順次通電することにより段階的に慣性質量を増加させることを特徴とする可変慣性質量型制振装置。
6. 前記運動変換機構は、制振対象である一方の部材に固定されるケーシングと、
   前記ケーシング内に軸周り回転自在、軸方向移動不可能に支持され、前記回転軸部材に同軸的に結合されるボールねじと、
   制振対象である他方の部材に固定され前記ケーシングに軸方向に進退動可能、軸周り回転不可能に挿入され、前記ボールねじに螺合するボールナットを備えたスリーブとを具備することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の可変慣性質量型制振装置。

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