JP4361519B2 - 減衰装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば地震等の際に建築構造体の2つの対象部間の相対変位に伴って発生するエネルギーを、最終的に粘性流体の熱エネルギーに変換して減衰させる装置に関する。
地震時のエネルギー等を減衰させる装置は、例えば特開平10−184757号公報に開示されているように、公知である。
同公報の図1に示す減衰装置は、筒形状のケーシングと、このケーシング内に収容されたボールねじ機構および回転体と、ケーシングと回転体との間に収容された粘性流体とを備えている。このボールねじ機構は、ナットとこのナットに螺合されたねじ棒とを有している。上記ナットと回転体は互いに固定されている。上記ねじ棒の一端はケーシングの一端から突出して建築構造体の一方の対象部に連結され、ケーシングの他端は建築構造体の他方の対象部に連結される。
地震時のように建築構造体の対象部間に相対変位が生じた時には、ねじ棒がケーシングに対して軸方向に変位する。すると、ねじ棒とナットの間の螺合作用により、回転体の回転運動に変換され、さらに、この回転体に接している粘性流体が摩擦抵抗等で発熱する。その結果、上記変位に伴うエネルギーが粘性流体の熱エネルギーに変換されて減衰する。
上記減衰装置では、ボールねじ機構とそれに対応するケーシングの一部分が、上記対象部間の相対変位を回転運動に変換するための変換部を構成し、回転体と粘性流体とそれに対応するケーシングの他の部分が、回転運動エネルギーを熱エネルギーに変換して減衰するための減衰部を構成する。
上記公報の図1の減衰装置は次のようにして組み立てられる。最初に、ボールねじ機構のナットに回転体を固定することによりボールねじ機構と回転体とを一体にする。次にナットと回転体とを一緒にケーシングに挿入し、軸方向に離れた一対のベアリングで回転可能に支持する。すなわち、一方のベアリングを、ケーシングの一端とナットとの間に装着し、他方のベアリングをケーシングの他端と回転体との間に装着する。次に、ケーシングの注入穴からケーシングと回転体との間に粘性流体を充填する。
上記組み立て方法は、特に、大型建築構造体に設置されて大きな地震エネルギーを減衰する装置、例えば総重量が1トンを越える大型の装置には、不適切である。なぜなら、ボールねじ機構と回転体とからなる重くて長い一体構造物を、重くて長いケーシングに挿入し、その際、両者の間に一対のベアリングを高精度に装着する必要があり、作業が非常に困難となるからである。また、上記一体物をケーシングに挿入する際、両者の長さの和以上の組み立て作業スペースを必要とし、作業スペースの増大を招くからである。これは、保守等のために分解する際にも言えることである。
また、上記減衰装置では、変換部と減衰部の一方の仕様を変えた場合には他方の仕様を変える必要があり、仕様変更に伴うコストが高かった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、構造体の2つの対象部間に配置される減衰装置であって、上記対象部間の相対変位を回転運動に変換する変換部と、この回転運動のエネルギーを減衰させる減衰部とを備え、上記変換部が、第1ケーシングとボールねじ機構とを有し、このボールねじ機構が、第1ケーシングに回転可能に収容されたナットと、このナットに螺合して第1ケーシングから突出し上記構造体の一方の対象部に連結されるねじ棒を含み、上記減衰部が、上記構造体の他方の対象部に連結される第2ケーシングと、この第2ケーシングに回転可能に収容された回転体と、これら第2ケーシングと回転体との間に収容された粘性流体とを有する減衰装置において、
上記変換部のナットが、軸方向に離れた複数のベアリングにより第1ケーシングに回転可能に支持され、上記減衰部の回転体が、軸方向に離れた複数のベアリングにより第2ケーシングに回転可能に支持され、上記変換部と減衰部が同軸をなした状態で、変換部のナットと減衰部の回転体とが回転伝達可能に連結されるとともに、上記第1,第2のケーシングが連結され、上記ナットと回転体が連結部を有し、一方の連結部の端には凸部が形成され、他方の連結部の端には凹部が形成され、これら凸部と凹部が噛み合うことにより上記ナットと回転体が着脱可能かつ回転伝達可能に連結されていることを特徴とする。
好ましくは、上記ナットと回転体が、軸方向移動に伴って凸部と凹部を噛み合わせることにより、連結される。
好ましくは、上記ナットと回転体は上記連結部としてそれぞれ連結筒を有し、これら連結筒のうち、一方の連結筒の端には凸部が形成され、他方の連結筒の端には凹部が形成される。
また本発明は、構造体の2つの対象部間に配置される減衰装置であって、上記対象部間の相対変位を回転運動に変換する変換部と、この回転運動のエネルギーを減衰させる減衰部とを備え、上記変換部が、第1ケーシングとボールねじ機構とを有し、このボールねじ機構が、第1ケーシングに回転可能に収容されたナットと、このナットに螺合して第1ケーシングから突出し上記構造体の一方の対象部に連結されるねじ棒を含み、上記減衰部が、上記構造体の他方の対象部に連結される第2ケーシングと、この第2ケーシングに回転可能に収容された回転体と、これら第2ケーシングと回転体との間に収容された粘性流体とを有する減衰装置において、
上記変換部のナットが、軸方向に離れた複数のベアリングにより第1ケーシングに回転可能に支持され、上記減衰部の回転体が、軸方向に離れた複数のベアリングにより第2ケーシングに回転可能に支持され、上記変換部と減衰部が同軸をなした状態で、変換部のナットと減衰部の回転体とが回転伝達可能に連結されるとともに、上記第1,第2のケーシングが連結され、上記ナットが上記第1ケーシングの両端部に配置された上記ベアリングにより支持され、上記回転体が上記第2ケーシングの両端部に配置された上記ベアリングにより支持されていることを特徴とする。
好ましくは、上記第1,第2ケーシングが着脱可能に連結されている。
好ましくは、上記第1,第2ケーシングの互いに対峙する端部が連結筒を介して着脱可能に連結されている。
本発明によれば、変換部と減衰部のケーシングを別体にし、変換部においてボールねじ機構のナットを複数のベアリングによって第1ケーシングに回転可能に支持し、減衰部において回転体を複数のベアリングによって第2ケーシングに回転可能に支持する構造であるため、これら変換部と減衰部を別々に組み立てた後で、連結することができ、組み立て作業のスペースが小さくて済むとともに、組み立て作業を容易にすることができる。また、変換部と減衰部を別途に組み立てる構成を採用できるため、一方の仕様変更があっても他方の仕様変更を回避することも可能となる。
また、変換部と減衰部とを同軸をなして近づけて連結するようにすれば、ナットと回転体とを容易に連結することができる。
また、第1,第2ケーシングを着脱可能にすれば、ナットと回転体の連結、第1,第2ケーシングの連結を解除することにより、変換部と減衰部に分割することができる。さらに連結筒を用いれば、変換部と減衰部を別々に仕様変更することが容易となる。
以下、本発明の第1実施形態をなす減衰装置について図1〜図4を参照して説明する。減衰装置は、例えば建築構造体における2つの対象部間に設けられている。本実施形態の減衰装置は、図1に示すように直線的に延びており、基本構成として、長手方向に分割可能な2つの組立体10,30と、両者を連結するジョイント部50を有している。一方の組立体10は、上記建築構造体の対象物間の相対変位を回転運動に変換する変換部となり、他方の組立体30は、回転運動のエネルギーを熱エネルギーに変換する減衰部となっている。
上記変換部10は、円筒形状をなすケーシング11(第1ケーシング)と、ボールねじ機構12とを備えている。このボールねじ機構12は、ケーシング11内に回転可能に収容されたナット13と、このナット13にボール14(図2、図3に示す)を介して螺合されたねじ棒15とを有している。このねじ棒15は、ケーシング11と同軸をなしてケーシング11に収容され、その一端がケーシング11から突出している。このねじ棒15の突出端には、円盤形状の取付部16が設けられている。
次に、上記ナット13を回転可能に支持する手段について説明する。この回転支持手段は、軸方向に離れてケーシング11の両端部に配置された一対(複数)のベアリング17と、ナット13の両端に固定された一対の支持筒18とを有している。一対のベアリング17がそれぞれ支持筒18とケーシング11との間に介在されることにより、ナット13が高速回転可能に支持されている。尚、この実施形態でのベアリングはスラストベアリング、クロスローラベアリングを用いている。
各ベアリング17は、環状に2列に配列されたボールと、このボールを受ける3つの軌道輪とを有している。上記一対の支持筒18の外端には、ベアリング17の中間の軌道輪を押さえる環状の押さえ部材19a,19bが固定され、ケーシング11の両端には、ベアリング17の外側の軌道輪を押さえる環状の押さえ部材20a,20bが固定されている。
次に、減衰部30について説明する。この減衰部30は、円筒形状のケーシング31(第2ケーシング)と、このケーシング31に同軸をなして高速回転可能に収容された円筒形状の回転体32と、両者の隙間に収容された粘性流体33(図2〜図4に示す)とを有している。なお、粘性流体33は、粘性体とも言い、弾性を有するもの(粘弾性体)と弾性を有さないものを含んでいる。粘性流体の例としてポリイソブチレン等がある。
上記ケーシング31においてジョイント部50の反対側の端には、円盤形状の取付部34が設けられている。
上記ケーシング31と回転体32の両端間には一対(複数)のラジアルベアリング35が設けられており、これらベアリング35の近傍にはベアリング35より軸方向内側に位置して、粘性流体33をシールするためのシール構造40が設けられている。
ケーシング31のジョイント部50側に位置するベアリング35は、後述するジョイント部50の連結筒52(押さえ部材)によって押さえられている。また、ジョイント部50の反対側に位置するベアリング35は環状の押さえ部材39によって押さえられている。
上記シール構造40について、図4を参照しながら詳述する。シール構造40は、シール部材41、42と、これらシール部材41,42を支持する2つの支持リング43,44とを有している。
上記支持リング43は短筒形状をなし、一端に径方向,外方向に突出するフランジ43aを有し、他端に径方向,内方向に突出するフランジ43bを有しており、フランジ43bの端面に形成された環状溝43cには、Oリングからなる上記シール部材42が嵌め込まれている。支持リング44は断面四角形をなして支持リング43のフランジ43bに当たっている。シール部材41は断面略F字形をなし、互いに離間対峙する一対のシール片41a,41bと径方向、外方向に突出するフランジ41cとを有している。
上記シール部材41のフランジ41cは、支持リング43,44間に挟まれている。シール部材41の外側のシール片41aは支持リング43のフランジ43bの内周面に接し、内側のシール片41bは、回転体32の縮径された端部外周面に接するようになっている。これらシール片41a,41bは、自然状態では、先端に向かって互いに離れるように広がっており、それ故、上記支持リング43の内周面,回転体32の外周面にそれぞれ弾性をもって接し、良好なシール機能を発揮できるようになっている。
上記支持リング43,44は、予めシール部材41,42を図示のように装着した状態で、ケーシング31と回転体32の端部間に挿入される。この際、シール部材41の外側のシール片41aは支持リング43に予め弾性変形した状態で接しており、また、内側のシール片41bは挿入の際に回転体32に形成されたテーパ面32aに案内されるので、これらシール片41a,41bが破損することはない。
上記シール部材41は、支持リング43と回転体32との間をシールし、シール部材42は、支持リング43とケーシング31との間をシールする。これにより、ケーシング31と回転体32との間に収容された粘性流体33の漏れを防止することができる。なお、上記粘性流体33は,ケーシング31に形成された注入穴31aから充填される。
上記ジョイント部50は、内側の一対の連結筒51,52と外側の連結筒53とを備えている。
内側の一方の連結筒51はフランジ51aを有し、このフランジ51aがボルト54によって変換部10の押さえ部材19bに固定されている。それ故、この連結筒51は、この押さえ部材19b,支持筒18を介してナット13に固定されている。この連結筒51は、上記ナット13の噛合部(連結部)として提供される。
内側の他方の連結筒52はフランジ52aを有し、このフランジ52aがボルト55によって回転体32の端面に固定されている。なお、この連結筒52は、ベアリング35の押さえ部材としての役割も担っている。この連結筒52は回転体32の噛合部(連結部)として提供される。
上記連結筒51の端には周方向に離れた2ヶ所に凸部51bが形成されており、連結筒52の端には凹部52bが形成されている。これら凸部51bと凹部52bの噛み合いによって、ナット13と回転体32とが回転伝達可能,着脱可能に連結されている。
上記外側の連結筒53は、両端に径方向,外方向に突出するフランジ53aを有している。このフランジ53aがボルト56によってケーシング11,31の互いに対峙する端面に連結されている。これにより、ケーシング11,31は連結筒53を介して着脱可能に連結されている。
上記構成の減衰装置において、変換部10におけるねじ棒15の取付部16と減衰部30におけるケーシング31の取付部34が、建築構造体の2つの対象部にそれぞれ連結される。
地震等の時の建築構造体の歪みに伴い、この2つの対象部は、互いに接近したり遠ざかるように相対変位する。この際、ねじ棒15がケーシング11に対して軸方向に変位する。このねじ棒15の軸方向変位(直線運動)は、ねじ棒15に螺合するナット13の回転運動に変換され、このナット13に連結筒51,52を介して連結された回転体32の回転運動をもたらす。この回転体32の外周面の速度は、ねじ棒15のケーシング11に対する相対変位速度に比べて飛躍的に増大する。
上記回転体32が回転する際、回転体32とケーシング31との間に収容された粘性流体33の摩擦抵抗を受ける。その結果、回転体32の回転に伴う運動エネルギーが、粘性流体33の熱エネルギーに変換されて減衰し、これにより、建築構造体を地震から守ることができる。
上記変換部10のケーシング11は、連結筒53を介して減衰部30のケーシング31に連結されており、一対のベアリング17を介してナット13を支持している。その結果、ナット13にねじ棒15からの曲げ荷重等が付与されても、ナット13への荷重負担を軽減でき、上記回転運動への変換機能を確保することができる。
次に、上記減衰装置の組み立てについて詳述する。上記変換部10と減衰部30を別々に組み立て、最終工程でジョイント部50を介して変換部10と減衰部30を連結する。
上記変換部10の組み立ては次の通りである。ケーシング11を垂直に立てた状態でボールねじ機構12を垂直に吊り下げ、ケーシング11内に挿入する。なお、ボールねじ機構12のナット13には予め一対の支持筒18が固定されている。この挿入状態で、一対のベアリング17を装着し、これらベアリング17を押さえるための押さえ部材19a,19b、20a,20bを取り付ける。
上記変換部10の組み立てに際して、ケーシング11,ボールねじ機構12が減衰装置の全長に比べて短いので、大きな組み立てスペースを必要とせずに、ボールねじ機構12を簡単にケーシング11に挿入することができ、ベアリング17も高精度で容易に装着することができる。また、この変換部10の組立体において、ナット13は一対のベアリング17によって安定した支持状態となっている。
なお、この変換部10の組み立て工程の最後に連結筒51を押さえ部材19bに固定する。
上記減衰部30の組み立ては次の通りである。ケーシング31を垂直に立てた状態で、回転体32を吊り下げてこのケーシング31に挿入する。この挿入状態で、前述したように一対のシール構造40をケーシング31の両端から装着し、次に一対のベアリング35を装着し、これらを押さえる連結筒52,押さえ部材39を取り付ける。
上記減衰部30の組み立てに際して、ケーシング31,回転体32が減衰装置の全長に比べて短いので、回転体32を大きな組み立てスペースを必要とせずに簡単にケーシング31に挿入することができ、ベアリング35も高精度で容易に装着することができる。また、この減衰部30の組立体において、回転体32は一対のベアリング35によって安定した支持状態となっている。
上記のようにして別々に組み立てられた変換部10と減衰部30は、図2に示すようにして最終工程で連結される。すなわち、減衰部30を垂直に立てた状態で、変換部10を吊り下げて減衰部30の真上に位置させ、減衰部30と同軸にする。
次に、減衰部30と変換部10との間に連結筒53を介在させた状態で、変換部10を下降させる(軸方向に移動させる)。すると、減衰部30の連結筒51の凸部51bが変換部10の連結筒52の凹部52bに嵌り込む。これにより、連結筒51,52が同軸をなして回転伝達可能に連結され、ひいてはナット13と回転体32が同軸をなして回転伝達可能に連結される。
上記連結筒51,52の連結が完了した時点では、外側の連結筒53の一方のフランジ53aが押さえ部材20bを介してケーシング11の端面に当たり、他方のフランジ53aが支持リング43を介してケーシング31の端面に当たった状態となり、この状態でボルト56により一対のフランジ53aをケーシング11,31に連結する。
上記変換部10と減衰部30の間に挿入関係がないので、大きな組み立てスペースを必要とせず、連結作業も簡単である。
上記第1実施形態において、その要部特にジョイント部近傍を図5に示すように変形することができる。詳述すると、この変形例の減衰装置は、変換部10Aと、減衰部30Aと、これらを連結するジョイント部50Aとを備えている。この変形例において上記第1実施形態に対応する構成部には同番号を付してその詳細な説明を省略する。
上記変換部10Aは、ケーシング11、ボールねじ機構12、一対のベアリング17A,ベアリング17Aを押さえる押さえ部材20a,20bを備えている点において、第1実施形態と同様であり、組み立ての仕方も同様である。上記減衰部30Aは、ケーシング31A,回転体32A,粘性流体33,一対のラジアルベアリング35,一対のシール構造40を有している点で、第1実施形態と同様である。
上記ジョイント部50Aは外側の連結筒53に関しては、第1実施形態と同様であるが、ナット13と回転体32Aの連結構造が若干異なる。詳述するとナット13には凸部51bを有する連結筒51A(噛合部、連結部)が直接固定されている。回転体32Aの端部はケーシング31Aから突出しており、この突出端部が凹部52bを有する連結筒52A(噛合部,連結部)となっている。
別々に組み立てられた変換部10Aと減衰部30Aを最後に連結してジョイント部50Aを構成する点は第1実施形態と同様であり、同様の利点を有している。
次に、図6を参照しながら本発明の第2の実施形態について説明する。この実施形態では、図5の要部構成を備えている。ただし、回転体32Aは、その軸方向中間部に円盤部32xを有しており、これに対応してケーシング31xにも円盤部32xを囲む円盤部31xを有している。これら円盤部31x,32x間にも上記粘性流体33が収容されている。これら円盤部31x,32x間の粘性流体33が主たる減衰効果を発揮する。
上記減衰部30Aの組み立てに際しては、ケーシング31Aへの回転体32Aの収容作業の過程で、3つの部材からなるケーシング31Aの組み立てがなされるため、第1実施形態に比べてやや煩雑であるが、組み立てスペースが小さくて済む点、ベアリング35の装着を高精度で容易に行える点で第1実施形態と同様である。
本発明は、上記実施形態に制約されず、種々の形態を採用可能である。例えば、第1,第2実施形態において、連結筒53は予め一方のケーシングの一方に連結しておいてもよい。この場合には、最後に連結筒53を他方のケーシングに連結する。
また、連結筒51,52(51A,52A)は上記の変換部10(10A),減衰部30(30A)の連結に際してこれら変換部,減衰部に取り付けてもよい。
粘性流体33の充填作業、取付部16,34の取り付け作業は、上記変換部10(10A)と減衰部30(30A)の連結の前後いずれに行っても良い。
連結筒51(51A)に凹部を形成し、連結筒52(52A)に凸部を形成してもよい。
連結筒53を省いてもよい。この場合、ケーシング11,31(31A)の互いに対峙する端部が延長し、この延長端部のフランジ同士がボルト等で連結される。
上記第1、第2実施形態において、ねじ棒15は、必要に応じて回転体32、32Aを貫通してケーシング31Aから突出するような長さにしても良い。その場合でも、従来のようにボールねじ機構と回転体とを一体にした状態でケーシングに挿入する組み立て方法に比べて、本発明の利点を得ることができる。
上記第1,第2実施形態において、ナットと回転体との連結部の構造としていわゆるオルダム軸継手を採用したが、ボールスプライン結合としてもよいし、第1,第2ケーシングの連結に際してナットと回転体の連結部を圧接させることにより、回転伝達可能に連結してもよい。
第2実施形態において、図2の要部構造を採用してもよい。
本発明の第1実施形態に係わる減衰装置を一部切り欠いて示す斜視図である。 同減衰装置の要部の拡大縦断面図である。 同減衰装置の最終組み立て工程を示す要部拡大縦断面図である。 同減衰装置において、粘性流体をシールする構造を示す要部拡大縦断面図である。 同減衰装置の要部の変形例を示す拡大縦断面図である。 本発明の第2実施形態に係わる減衰装置を示す縦断面図である。
符号の説明
10,10A 変換部
11 第1ケーシング
12 ボールねじ機構
13 ナット
14 ボール
15 ねじ棒
17、17A ベアリング
30、30A 減衰部
31,31A 第2ケーシング
32,32A 回転体
33 粘性流体
35 ベアリング
50,50A ジョイント部
51,52、51A、52A 連結筒(噛合部)
53 連結筒(連結部材)
51b 凸部
52b 凹部

Claims (9)

  1. 構造体の2つの対象部間に配置される減衰装置であって、
    上記対象部間の相対変位を回転運動に変換する変換部と、この回転運動のエネルギーを減衰させる減衰部とを備え、
    上記変換部が、第1ケーシングとボールねじ機構とを有し、このボールねじ機構が、第1ケーシングに回転可能に収容されたナットと、このナットに螺合して第1ケーシングから突出し上記構造体の一方の対象部に連結されるねじ棒を含み、
    上記減衰部が、上記構造体の他方の対象部に連結される第2ケーシングと、この第2ケーシングに回転可能に収容された回転体と、これら第2ケーシングと回転体との間に収容された粘性流体とを有する減衰装置において、
    上記変換部のナットが、軸方向に離れた複数のベアリングにより第1ケーシングに回転可能に支持され、上記減衰部の回転体が、軸方向に離れた複数のベアリングにより第2ケーシングに回転可能に支持され、
    上記変換部と減衰部が同軸をなした状態で、変換部のナットと減衰部の回転体とが回転伝達可能に連結されるとともに、上記第1,第2のケーシングが連結され、
    上記ナットが、上記第1ケーシングから上記減衰部に向かって突出する連結部を有し、上記回転体が、上記第2ケーシングから上記変換部に向かって突出する連結部を有し、
    これらナットの連結部と回転体の連結部のうち、一方の連結部の端には凸部が形成され、他方の連結部の端には凹部が形成され、これら凸部と凹部が噛み合うことにより上記ナットと回転体が着脱可能かつ回転伝達可能に連結されていることを特徴とする減衰装置。
  2. 上記ナットと回転体が、軸方向移動に伴って凸部と凹部を噛み合わせることにより、連結されることを特徴とする請求項1に記載の減衰装置。
  3. 上記ナットと回転体は上記連結部としてそれぞれ連結筒を有し、これら連結筒のうち、一方の連結筒の端には凸部が形成され、他方の連結筒の端には凹部が形成されることを特徴とする請求項1または2に記載の減衰装置。
  4. 上記回転体が円筒形状をなし、その端部が上記第2ケーシングから突出しており、この突出端部が上記連結筒として提供されることを特徴とする請求項3に記載の減衰装置。
  5. 上記ナットが上記第1ケーシングの両端部に配置された上記ベアリングにより支持され、上記回転体が上記第2ケーシングの両端部に配置された上記ベアリングにより支持されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の減衰装置。
  6. 上記減衰部において、上記第2ケーシングと上記回転体が同軸の円筒形状をなし、これら第2ケーシングと回転体の隙間に上記粘性流体が収容され、上記第2ケーシングの両端部に上記回転体を支持する一対のベアリングが配置されており、これらベアリングの近傍にはベアリングより軸方向内側に位置して、粘性流体をシールするためのシール構造が設けられていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の減衰装置。
  7. 上記第1,第2ケーシングの互いに対峙する端部が外側の連結筒を介して着脱可能に連結され、当該外側の連結筒が、噛み合い状態にある上記ナットの連結部と上記回転体の連結部を覆っていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の減衰装置。
  8. 上記外側の連結筒は、上記第2ケーシングの端部に配置された上記回転体支持用のベアリングを押さえていることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の減衰装置。
  9. 上記外側の連結筒は、その両端に径方向,外方向に突出するフランジを有し、これらフランジが上記第1、第2ケーシングの端面に着脱可能に連結されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の減衰装置。
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