JP2020118247A - 輪ばね要素を用いた摩擦機構及びそれを用いた摩擦ダンパー - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトな形状で大きなエネルギ性能を発揮できる輪ばねの特性を利用した、輪ばね要素を用いた摩擦機構を提供すること。【解決手段】外輪１及び内輪２からなる輪ばね要素と、外輪１の外周側に設けた筒状部材３とを備え、外輪１が、周方向に複数個に分割されてなり、輪ばね要素に圧縮方向に荷重がかかったときに、外輪１の外周面が筒状部材３の内周面に摺接するようにする。【選択図】図２

Description

本発明は、輪ばね要素を用いた摩擦機構及びそれを用いた摩擦ダンパーに関するものである。

ばね機構の１つとして、図９に示すような、円錐面をもつ外輪１０及び内輪２０を交互に積み重ねて構成され、圧縮方向に荷重がかかったときに、外輪１０は内輪２０によって広げられ、内輪２０は外輪１０によって周囲から圧縮される、輪ばねがある。
この輪ばねは、外輪１０及び内輪２０が構成材料の弾性限度内で変形することにより、軸方向の復元力が得られるため、ばね機構として各種用途に用いられ、特に、外輪１０及び内輪２０の円錐面における摩擦によるヒステリシス特性によって、減衰効果が発揮され、限られた空間で大きなエネルギを吸収することが要求される用途に用いられている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平１１−２９３９５５号公報

本発明は、コンパクトな形状で大きなエネルギ性能を発揮できる輪ばねの特徴を利用した、輪ばね要素を用いた摩擦機構及びそれを用いた摩擦ダンパーを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本第１発明の輪ばね要素を用いた摩擦機構は、外輪及び内輪からなる輪ばね要素と、外輪の外周側に設けた筒状部材とを備えた、輪ばね要素を用いた摩擦機構であって、前記外輪が、周方向に複数個に分割されてなり、輪ばね要素に圧縮方向に荷重がかかったときに、外輪の外周面が筒状部材の内周面に摺接するようにしてなることを特徴とする。

また、同じ目的を達成するため、本第２発明の輪ばね要素を用いた摩擦機構は、外輪及び内輪からなる輪ばね要素と、内輪の内周側に設けた軸部材とを備えた、輪ばね要素を用いた摩擦機構であって、前記内輪が、周方向に複数個に分割されてなり、輪ばね要素に圧縮方向に荷重がかかったときに、内輪の内周面が軸部材の外周面に摺接するようにしてなることを特徴とする。

また、本第３発明の輪ばね要素を用いた摩擦機構を用いた摩擦ダンパーは、上記第１又は第２発明の輪ばね要素を用いた摩擦機構と、該摩擦機構に与圧を与えることにより摩擦力を生じさせる与圧付与機構と、ダンパー機構とを備えてなることを特徴とする。

本発明の輪ばね要素を用いた摩擦機構及びそれを用いた摩擦ダンパーによれば、コンパクトな形状で大きなエネルギ性能を発揮できる輪ばねの特性を利用することで、コンパクトな形状で大きな摩擦力を得ることができる。

本発明に用いる輪ばね要素を示し、（ａ）は分割外輪の平面図、（ｂ）は同断面図、（ｃ）は同斜視図である。 本発明の輪ばね要素を用いた摩擦機構の第１実施例を示す断面図である。 本発明に用いる輪ばね要素を示し、（ａ）は分割内輪の平面図、（ｂ）は同断面図、（ｃ）は同斜視図である。 本発明の輪ばね要素を用いた摩擦機構の第２実施例を示す断面図である。 本発明の第１実施例の輪ばね要素を用いた摩擦機構を用いた摩擦ダンパーの一実施例を示す断面図である。 本発明の第２実施例の輪ばね要素を用いた摩擦機構を用いた摩擦ダンパーの一実施例を示す断面図である。 本発明に用いる輪ばね要素の変形例を示し、（ａ）は分割内輪の平面図、（ｂ）は同断面図、（ｃ）は同斜視図である。 図７に示す輪ばね要素に対応する軸部材を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は斜視図である。 従来の輪ばねを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は部分断面正面図である。

以下、本発明の輪ばね要素を用いた摩擦機構及びそれを用いた摩擦ダンパーの実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１〜図２に、本発明の輪ばね要素を用いた摩擦機構の第１実施例を示す。
この輪ばね要素を用いた摩擦機構は、外輪１及び内輪２からなる輪ばね要素と、外輪１の外周側に設けた筒状部材３とを備え、外輪１が、周方向に複数個に分割されてなり、輪ばね要素に圧縮方向に荷重がかかったときに、外輪１の外周面が筒状部材３の内周面に摺接するようにされている。

この場合において、外輪１の分割数は、本実施例の４個に限定されず、２個以上の任意の個数とすることができるが、外輪１の外周面が筒状部材３の内周面に均一に当接するように、周方向に等角度間隔で、３個以上に分割することが好ましい。

また、筒状部材３は、組立用部材４を介して外輪１及び内輪２からなる輪ばね要素に対して圧縮方向に荷重がかかることで、外輪１が内輪２によって外周方向に押し広げられ、外輪１の外周面が筒状部材３の内周面に当接したときに、塑性変形することなく外輪１を支持する剛性を有するように構成されている。

また、組立用部材４は、外輪１及び内輪２からなる輪ばね要素を組み立てるとともに、外輪１及び内輪２からなる輪ばね要素に対して圧縮方向に荷重が均一にかかるように構成されている。

この輪ばね要素を用いた摩擦機構は、組立用部材４を介して外輪１及び内輪２からなる輪ばね要素に対して圧縮方向に荷重がかかることで、外輪１が内輪２によって外周方向に押し広げられ、外輪１の外周面が筒状部材３の内周面に当接して支持されるため、外輪１の外周面が筒状部材３の内周面に摺接する際に、外輪１の外周面と筒状部材３の内周面との間に大きな摩擦力を生じさせることができる。

図３〜図４に、本発明の輪ばね要素を用いた摩擦機構の第２実施例を示す。
この輪ばね要素を用いた摩擦機構は、外輪１及び内輪２からなる輪ばね要素と、内輪２の内周側に設けた軸部材５とを備え、内輪２が、周方向に複数個に分割されてなり、輪ばね要素に圧縮方向に荷重がかかったときに、内輪２の内周面が軸部材５の外周面に摺接するようにされている。

この場合において、内輪２の分割数は、本実施例の４個に限定されず、２個以上の任意の個数とすることができるが、内輪２の内周面が軸部材５の外周面に均一に当接するように、周方向に等角度間隔で、３個以上に分割することが好ましい。

また、軸部材５は、組立用部材４を介して外輪１及び内輪２からなる輪ばね要素に対して圧縮方向に荷重がかかることで、内輪２が外輪１によって内周方向に押し縮められ、内輪２の内周面が軸部材５の外周面に当接したときに、塑性変形することなく内輪２を支持する剛性を有するように構成されている。

また、組立用部材４は、外輪１及び内輪２からなる輪ばね要素を組み立てるとともに、外輪１及び内輪２からなる輪ばね要素に対して圧縮方向に荷重が均一にかかるように構成されている。

この輪ばね要素を用いた摩擦機構は、組立用部材４を介して外輪１及び内輪２からなる輪ばね要素に対して圧縮方向に荷重がかかることで、内輪２が外輪１によって内周方向に押し縮められ、内輪２の内周面が軸部材５の外周面に当接して支持されるため、内輪２の内周面が軸部材５の外周面に摺接する際に、内輪２の内周面と軸部材５の内周面との間に大きな摩擦力を生じさせることができる。

図５に、本発明の第１実施例の輪ばね要素を用いた摩擦機構を用いた摩擦ダンパーの一実施例を示す。
この輪ばね要素を用いた摩擦機構を用いた摩擦ダンパーは、輪ばね要素を用いた摩擦機構、具体的には、外輪１及び内輪２からなる輪ばね要素と、外輪１の外周側に設けた筒状部材３と、内輪２の内周側に設けたピストンを構成する軸部材５とを備え、外輪１が、周方向に複数個に分割されてなり、輪ばね要素に圧縮方向に荷重がかかったときに、外輪１の内周面が筒状部材３の内周面に摺接するようにされてなる摩擦機構（本発明の第１実施例の輪ばね要素を用いた摩擦機構）と、この摩擦機構に与圧を与えることにより摩擦力を生じさせる与圧付与機構６と、ダンパー機構７とを備えてなるようにしている。

この場合において、筒状部材３は、ダンパー機構７のシリンダと共通化するとともに、軸部材５は、ダンパー機構７のピストンと共通化し、外輪１の外周面が摺接する筒状部材３の内周面に、適宜の摩擦材３１（例えば、ブレーキライニングに用いられる素材を好適に用いることができる。）を設けるようにしている。

また、組立用部材４は、外輪１及び内輪２からなる輪ばね要素を組み立てるためのもので、外輪１及び内輪２並びに摩擦機構に与圧を与えることにより摩擦力を生じさせる与圧付与機構６としての皿ばね群を貫通する軸部材５の端部を締結するようにしている。

また、ダンパー機構７は、シリンダとしての筒状部材３と、ピストンとしての軸部材５と、シリンダとしての筒状部材３内に充填される粘性流体や弾性体等からなる充填物７３とから構成されている。
なお、ダンパー機構７としての粘性流体の通路穴（オリフィス）等は、周方向に分割された外輪１の隙間等で適宜形成することができる。

この輪ばね要素を用いた摩擦機構を用いた摩擦ダンパーは、与圧付与機構６によって、組立用部材４を介して外輪１及び内輪２からなる輪ばね要素に対して圧縮方向に荷重がかかることで、外輪１が内輪２によって外周方向に押し広げられ、外輪１の外周面が筒状部材３の内周面に当接して支持されるため、外輪１の外周面が筒状部材３の内周面に摺接する際に、外輪１の外周面と筒状部材３の内周面との間に大きな摩擦力を生じさせることができる。
そして、この輪ばね要素を用いた摩擦機構を用いた摩擦ダンパーを、例えば、建物等の構造物の免震や制震の用途に用いた場合に、摩擦力によって定位置に維持され、大きな外力が加わったときに、摩擦力に抗して、シリンダとしての筒状部材３内でピストンとしての軸部材５が移動することによって、ダンパー機構７が作用するようにしている。

図６に、本発明の第２実施例の輪ばね要素を用いた摩擦機構を用いた摩擦ダンパーの一実施例を示す。
この輪ばね要素を用いた摩擦機構を用いた摩擦ダンパーは、輪ばね要素を用いた摩擦機構、具体的には、外輪１及び内輪２からなる輪ばね要素と、内輪２の内周側に設けた軸部材５とを備え、内輪２が、周方向に複数個に分割されてなり、輪ばね要素に圧縮方向に荷重がかかったときに、内輪２の内周面が軸部材５の外周面に摺接するようにされてなる摩擦機構（本発明の第２実施例の輪ばね要素を用いた摩擦機構）と、この摩擦機構に与圧を与えることにより摩擦力を生じさせる与圧付与機構６と、ダンパー機構７とを備えてなるようにしている。

この場合において、軸部材５は、ダンパー機構７のピストン７２と共通化するとともに、内輪２の内周面が摺接する軸部材５の外周面に、適宜の摩擦材５１（例えば、ブレーキライニングに用いられる素材を好適に用いることができる。）を設けるようにしている。

また、組立用部材４は、外輪１及び内輪２からなる輪ばね要素を組み立てるための軸方向に並ぶ複数の外輪１を貫通するロッド４１を備えるとともに、端部に、摩擦機構に与圧を与えることにより摩擦力を生じさせる与圧付与機構６としての皿ばね群を設けるようにしている。

また、ダンパー機構７は、シリンダ７１と、ピストン７２と、シリンダ７１内に充填される粘性流体や弾性体等からなる充填物７３とから構成されている。

この輪ばね要素を用いた摩擦機構を用いた摩擦ダンパーは、与圧付与機構６によって、組立用部材４を介して外輪１及び内輪２からなる輪ばね要素に対して圧縮方向に荷重がかかることで、内輪２が外輪１によって内周方向に押し縮められ、内輪２の内周面が軸部材５の外周面に当接して支持されるため、内輪２の内周面が軸部材５の外周面に摺接する際に、内輪２の内周面と軸部材５の内周面との間に大きな摩擦力を生じさせることができる。
そして、この輪ばね要素を用いた摩擦機構を用いた摩擦ダンパーを、例えば、建物等の構造物の免震や制震の用途に用いた場合に、摩擦力によって定位置に維持され、大きな外力が加わったときに、摩擦力に抗して、シリンダ７１内でピストン７２が移動することによって、ダンパー機構７が作用するようにしている。

以上、本発明の輪ばね要素を用いた摩擦機構及びそれを用いた摩擦ダンパーについて、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、各実施例に記載した構成を適宜組み合わせる等、具体的には、輪ばねを構成する外輪１や内輪２の個数を調整することにより摩擦力の増減を図るようにしたり、摩擦力を生じさせる摺接面の形状、性状を変更する（例えば、内輪２の内周面が軸部材５の外周面に摺接する摺接面の形状を図７〜図８の変形例に示すように平面状に形成する（外輪１の外周面が筒状部材３の内周面に摺接する摺接面の形状も同様。）。）ことにより大きな摩擦力を安定して得ることができるようにする等、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明の輪ばね要素を用いた摩擦機構及びそれを用いた摩擦ダンパーは、コンパクトな形状で大きなエネルギ性能を発揮できる輪ばねの特性を有していることから、各種の摩擦機構及びそれを用いた摩擦ダンパーの用途、例えば、建物等の構造物の免震や制震の用途に好適に用いることができる。

１ 外輪
２ 内輪
３ 筒状部材
３１ 摩擦材
４ 組立用部材
４１ ロッド
５ 軸部材
５１ 摩擦材
６ 与圧付与機構
７ ダンパー機構
７１ シリンダ
７２ ピストン
７３ 充填物

Claims (3)

1. 外輪及び内輪からなる輪ばね要素と、外輪の外周側に設けた筒状部材とを備えた、輪ばね要素を用いた摩擦機構であって、前記外輪が、周方向に複数個に分割されてなり、輪ばね要素に圧縮方向に荷重がかかったときに、外輪の外周面が筒状部材の内周面に摺接するようにしてなることを特徴とする輪ばね要素を用いた摩擦機構。
2. 外輪及び内輪からなる輪ばね要素と、内輪の内周側に設けた軸部材とを備えた、輪ばね要素を用いた摩擦機構であって、前記内輪が、周方向に複数個に分割されてなり、輪ばね要素に圧縮方向に荷重がかかったときに、内輪の内周面が軸部材の外周面に摺接するようにしてなることを特徴とする輪ばね要素を用いた摩擦機構。
3. 請求項１又は２に記載の輪ばね要素を用いた摩擦機構と、該摩擦機構に与圧を与えることにより摩擦力を生じさせる与圧付与機構と、ダンパー機構とを備えてなることを特徴とする輪ばね要素を用いた摩擦機構を用いた摩擦ダンパー。

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