JP6067459B2

JP6067459B2 - 回転型減衰装置

Info

Publication number: JP6067459B2
Application number: JP2013077009A
Authority: JP
Inventors: 祐治前田; 正彦藁科; 久士穂積
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2013-04-02
Filing date: 2013-04-02
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2033-04-02
Also published as: JP2014202235A

Description

本発明は各種機器や配管等の振動を抑えるための回転型減衰装置に関する。

一般に、各種プラント等で使用される機器、配管の通常運転時の振動や、地震時の大きな振動を抑える装置として、直線運動を回転運動に変換する機構を有するメカニカルスナッバや回転型減衰装置が使用されている。メカニカルスナッバは、振動による直線運動をフライホイールの回転運動に変換し、その慣性力によって振動を抑えるものである。また、回転型減衰装置は、例えば、直線運動を導体板の回転運動に変換し、固定部に設置した磁石と相対運動させて、その電磁作用により磁気減衰力を得ている（特許文献１）。

特許第２９８６４１４号公報

上述した従来のボールねじとボールナットにより直線運動を回転運動に変換する構成のメカニカルスナッバや回転型減衰装置は、大重量の機器や構造物の振動に起因する微小変位に対して大きな減衰力が必要となる大重量の制振対象物に適用する場合、微小変位に対する回転角度が少ないため、十分な制振効果が得られないという問題があった。

このため、回転型減衰装置を大容量化しようとすると、フライホイールを大型化したり、導体板と磁石の作用範囲を大きくする必要があり、装置全体が大型となって、重量も増大するという課題があった。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、装置の大型化や重量化を招くことなく、大重量の制振対象物の振動に対して大きな減衰力を得ることができる回転型減衰装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本実施形態に係る回転型減衰装置は、制振対象物に固定される第１の取付部を有する第１の固定部と、構造物に固定される第２の取付部を有する第２の固定部と、前記第１の固定部内に直線運動可能に配置され一端に第１のボールナットが取り付けられたボールナット固定部と、前記第２の固定部に固定された第２の筒固定部と、一端が前記第２の筒固定部に固定され他端が前記ボールナット固定部に固定された第１の筒固定部と、前記第１の筒固定部内に回転自在に配置され両端に第２及び第３のボールナットがそれぞれ取り付けられた第１の筒回転部と、前記第２の筒固定部内に回転自在に配置され内部に第４のボールナットが取り付けられた第２の筒回転部と、一端が前記第１の固定部に支持され他端が前記第１の筒回転部内に配置された軸継手に支持されるとともに前記第１及び第２のボールナットと螺合する第１のボールねじ軸と、一端が前記第２の固定部に支持され他端が前記軸継手に支持されるとともに前記第３及び第４のボールナットと螺合する第２のボールねじ軸と、を有する回転型減衰装置であって、前記第１のボールねじ軸及び第２のボールねじ軸はそれぞれの上部及び下部が逆向きにねじ切られていることを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、大重量の制振対象物の振動を効果的に抑制することができるコンパクトで減衰力が大きい回転型減衰装置を提供することができる。

第１の実施形態に係る回転型減衰装置の縦断面図。第２の実施形態に係る回転型減衰装置の縦断面図。第３の実施形態に係る回転型減衰装置の縦断面図。

以下、本発明に係る回転型減衰装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
第１の実施形態に係る回転型減衰装置について図１を参照して説明する。

（全体構成）
本実施形態に係る回転型減衰装置は、図１に示すように、第１の取付部２ａが取り付けられた第１の固定部１ａ、第２の取付部２ｂが取り付けられた第２の固定部１ｂ、第２の固定部１ｂに順次取り付けられた第２及び第１の筒固定部３ｂ、３ａ、第１の固定部１ａ内に直線運動可能に配置され、第１の筒固定部３ａに取り付けられたボールナット固定部４、第１の筒固定部３ａの内側にベアリング部６を介して回転可能に取り付けられた第１の筒回転部５ａ、第２の筒固定部３ｂの内側にベアリング部６を介して回転可能に取り付けられた第２の筒回転部５ｂ、から構成される。

ここで、第１の取付部２ａは配管、弁、ポンプ等の制振対象物に固定され、第２の取付部２ｂは壁、柱等の構造物に固定される（図示せず）。また、ボールナット固定部４はその外周面に設けられたキー溝等のガイド機構により第１の固定部１ａに対し直線運動可能に構成されている（図示せず）。

（ボールねじの構成）
次に、ボールねじ７、１０の構成について説明する。
第１の固定部１ａには、第１のボールねじ軸７の一端が第１の軸回転ベアリング部８ａを介して軸方向に剛かつ回転自由に取り付けられている。第１のボールねじ軸７は、ほぼ中央を境に上部及び下部が相互に逆方向にねじ切りされており、図１の例では、右ねじ部７ａ、左ねじ部７ｂから構成されている。

また、第１のボールねじ軸７の他端には軸継手９が取り付けられており、軸継手９には、第２の軸回転ベアリング部８ｂを介して第２のボールねじ軸１０の一端が軸方向に剛かつ回転自由に取り付けられている。第２のボールねじ軸１０は、ほぼ中央を境に上部及び下部が相互に逆方向にねじ切りされており、図１の例では、右ねじ部１０ａ、左ねじ部１０ｂから構成されている。この第２のボールねじ軸１０の他端には、ストッパ１１が取り付けられている。

ボールナット固定部４には第１のボールナット１２ａが取り付けられている。この第１のボールナット１２ａには第１のボールねじ軸７の右ねじ部７ａが螺合されている。また、第１の筒回転部５ａの一端には第２のボールナット１２ｂが取り付けられている。この第２のボールナット１２ｂには第１のボールねじ軸７の左ねじ部７ｂが螺合されている。

一方、第１の筒回転部５ａの他端には第３のボールナット１３ａが取り付けられている。この第３のボールナット１３ａには第２のボールねじ軸１０の右ねじ部１０ａが螺合されている。また、第２の筒回転部５ｂの内側に設けられたリブ部５ｃには、第４のボールナット１３ｂが取り付けられている。この第４のボールナット１３ｂには第２のボールねじ軸１０の左ねじ部１０ｂが螺合されている。

また、第２の筒回転部５ｂの内側には、羽根１４が取り付けられている。
さらに、本実施形態では、第２の固定部１ｂ、第１の筒固定部３ａ、第２の筒固定部３ｂ、ボールナット固定部４の内側には粘性流体１５が封入されており、これらの各部および第１のボールナット１２ａはシールされている。

（作用）
このように構成された回転型減衰装置において、第１の取付部２ａが取り付けられている制振対象物が地震等により振動して、第１の取付部２ａと第２の取付部２ｂの間隔を縮めようとした場合、第１の固定部１ａに取り付けられている第１のボールねじ軸７が、第１のボールナット１２ａおよび第２のボールナット１２ｂに対して押し込まれる。同時に、第１のボールねじ軸７に対して軸方向に剛に取り付けられている第２のボールねじ軸１０も、第３のボールナット１３ａおよび第４のボールナット１３ｂに対して押し込まれる。

その際、第１のボールナット１２ａはボールナット固定部４に取り付けられ、第１のボールねじ軸７は第１の固定部１ａに対して第１の軸回転ベアリング部８ａを介して回転自由に取り付けられているため、第１のボールねじ軸７の右ねじ部７ａが第１のボールナット１２ａに押し込まれると第１のボールねじ軸７全体が回転する。この回転は第１のボールねじ軸７の左ねじ部７ｂおよび第２のボールナット１２ｂを介して第１の筒回転部５ａに伝達される。

この時、第１のボールねじ軸７の左ねじ部７ｂが第２のボールナット１２ｂに対して同時に押し込まれるため、第２のボールナット１２ｂと共に回転する第１の筒回転部５ａはその分さらに回転する。例えば、第１のボールねじ軸７の右ねじ部７ａと左ねじ部７ｂが同じピッチとすると、前記第１のボールねじ軸７の回転数に対して２倍の回転数となる。また、第１の筒回転部５ａに取り付けられている第３のボールナット１３ａも２倍の回転数で回転する。

そして、第３のボールナット１３ａに取り付けられた第２のボールねじ軸１０は、第１のボールねじ軸７の端部に第２の軸回転ベアリング部８ｂを介して回転自由に取り付けられているため、第３のボールナット１３ａと共に回転する。この回転は第２のボールねじ軸１０の左ねじ部１０ｂおよび第４のボールナット１３ｂを介して第２の筒回転部５ｂに伝達される。

この時、第２のボールねじ軸１０の右ねじ部１０ａが第３のボールナット１３ａに対して同時に押し込まれるため、第２のボールねじ軸１０は、右ねじ部１０ａのピッチが前記ピッチと同じとすると前記第１のボールねじ軸７の回転数に対して３倍の回転数となる。

さらに、第２のボールねじ軸１０の左ねじ部１０ｂが第４のボールナット１３ｂに対して同時に押し込まれるため、第４のボールナット１３ｂと共に回転する第２の筒回転部５ｂは、左ねじ部１０ｂのピッチが前記ピッチと同じとすると、前記第１のボールねじ軸７の回転数に対して４倍の回転数となる。

一方、制振対象物の振動により、第１の取付部２ａと第２の取付部２ｂの間隔が広がるように移動する場合、前述の間隔を縮めようとした場合とは回転方向が逆方向となる他は同様に動作し、第１の筒回転部５ａ、第２の筒回転部５ｂの回転数が増大する。

また、第２の固定部１ｂ、第１の筒固定部３ａ、第２の筒固定部３ｂ、ボールナット固定部４の内側には粘性流体１５が封入されており、回転数が増大した第１の筒回転部５aおよび第２の筒回転部５ｂにより、大きな粘性減衰効果が得られる。さらに、第２の筒回転部５ｂの内側に羽根１４を取り付けたことにより、さらに粘性減衰効果が増大する。これにより、制振対象物の微小変位に対しても、さらに大きな減衰力を得ることができる。

なお、羽根１４は筒回転部５ｂの他に筒回転部５ａの内側に取り付けてもよく、筒回転部５ａ、筒回転部５ｂの外側に取り付けてもよい。
また、上記実施形態では、ボールねじのピッチが全て同じ場合について説明したが、異なるピッチとしてもよく、同様の効果が得られる。

さらに、減衰要素として、上記のような粘性流体による減衰だけではなく、磁石と導体材料の相対運動による磁気減衰部材、粘弾性材料、弾塑性材料、又は摩擦材料及びばねからなる減衰要素、あるいはそれらの組み合わせた減衰要素を使用してもよい。
なお、羽根１４及び粘性流体１５は回転型減衰装置の使用環境、必要な減衰力の大きさに応じて適宜省略することができる。

（効果）
以上説明したように、本実施形態によれば、それぞれ右ねじ部、左ねじ部を有する第１及び第２のボールねじを用いたことで大重量の制振対象物の微小な振動に対しても大きな減衰効果を得ることができる。また、粘性流体等による減衰要素を併用したことにより、又羽根１４により粘性流体１５を撹拌することで、さらに減衰効果を高めることができるとともに、各ボールねじ、ナット等の回転型減衰装置の構成要素からの発熱を低減することができる。

これにより、大重量の制振対象物の振動を効果的に抑制することができるとともに、回転型減衰装置の信頼性を向上させることができる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る回転型減衰装置について、図２を参照して説明する。なお、上記の実施形態と同一又は類似の構成には同一の符号を付し、重複説明は省略する。

本実施形態に係る回転型減衰装置は、図２に示すように、第２の筒固定部３ｂを二重筒構造とし、第２の筒回転部５ｂをその二重筒構造の間に嵌挿させることで、第２の筒回転部５ｂの筒面の外側だけではなく内側も第２の筒固定部３ｂと相対運動をする構成となっている。

このように構成された回転型減衰装置において、第２の筒回転部５ｂの筒面の外側だけではなく内側も第２の筒固定部３ｂと相対運動をするため、第２の筒回転部５ｂの長さを比較的小さくした場合でも大きな減衰力を得ることができる。

本実施形態によれば、第２の筒固定部３ｂを二重筒構造としたことにより、さらに大きな減衰力を得ることができるとともに、回転型減衰装置の小型化を図ることができる。

［第３の実施形態］
第３の実施形態に係る回転型減衰装置について、図３を参照して説明する。なお、上記の実施形態と同一又は類似の構成には同一の符号を付し、重複説明は省略する。

本実施形態は、図３に示すように、第２の筒回転部５ｂを、第１の筒回転部５ａと第１の筒固定部３ａの間にベアリング部６を介して配置した構成としている。この第２の筒回転部５ｂの端部には第２の筒回転部取付部１６が共に回転するように取り付けられている。第２の筒回転部取付部１６の他端には第４のボールナット１３ｂが取り付けられている。

このように構成された回転型減衰装置において、第１の筒回転部５ａの外側に第２の筒回転部５ｂを取り付けることで、第１の筒固定部３ａに対して第１の筒回転部５ａよりも回転数が大きい第２の筒回転部５ｂが相対運動するため、さらに大きな減衰力を得ることができる。また、第２の筒回転部５ｂの内側で同方向に第１の筒回転部５ａが回転することから、この間の減衰力により第２の筒回転部５ｂに生じる応力が緩和される。

本実施形態によれば、回転型減衰装置の減衰容量をさらに大きくすることができる。また、第２の筒回転部５ｂの応力緩和により回転型減衰装置の信頼性をさらに向上させることができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、組み合わせ、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ａ…第１の固定部、１ｂ…第２の固定部、２ａ…第１の取付部、２ｂ…第２の取付部、３ａ…第１の筒固定部、３ｂ…第２の筒固定部、４…ボールナット固定部、５ａ…第１の筒回転部、５ｂ…第２の筒回転部、５ｃ…リブ部、６…ベアリング部、７…第１のボールねじ軸、７ａ…右ねじ部、７ｂ…左ねじ部、８ａ…第１の軸回転ベアリング部、８ｂ…第２の軸回転ベアリング部、９…軸継手、９…左ねじ部、１０…第２のボールねじ軸、１０ａ…右ねじ部、１０ｂ…左ねじ部、１１…ストッパ、１２ａ…第１のボールナット、１２ｂ…第２のボールナット、１３ａ…第３のボールナット、１３ｂ…第４のボールナット、１４…羽根、１５…粘性流体、１６…第２の筒回転部取付部。

Claims

制振対象物に固定される第１の取付部を有する第１の固定部と、構造物に固定される第２の取付部を有する第２の固定部と、前記第１の固定部内に直線運動可能に配置され一端に第１のボールナットが取り付けられたボールナット固定部と、前記第２の固定部に固定された第２の筒固定部と、一端が前記第２の筒固定部に固定され他端が前記ボールナット固定部に固定された第１の筒固定部と、
前記第１の筒固定部内に回転自在に配置され両端に第２及び第３のボールナットがそれぞれ取り付けられた第１の筒回転部と、前記第２の筒固定部内に回転自在に配置され内部に第４のボールナットが取り付けられた第２の筒回転部と、
一端が前記第１の固定部に支持され他端が前記第１の筒回転部内に配置された軸継手に支持されるとともに前記第１及び第２のボールナットと螺合する第１のボールねじ軸と、
一端が前記第２の固定部に支持され他端が前記軸継手に支持されるとともに前記第３及び第４のボールナットと螺合する第２のボールねじ軸と、を有する回転型減衰装置であって、
前記第１のボールねじ軸及び第２のボールねじ軸はそれぞれの上部及び下部が逆向きにねじ切られていることを特徴とする回転型減衰装置。
前記第２の筒固定部は二重筒構造であり、前記第２の筒回転部を前記二重筒の内部に配置したことを特徴とする請求項１記載の回転型減衰装置。
前記第２の筒回転部を、第１の筒回転部と第１の筒固定部の間及び第２の筒固定部内に配置したことを特徴とする請求項１記載の回転型減衰装置。
前記第１及び第２の筒固定部並びに第２の固定部の内部に形成される領域の少なくとも一部に減衰要素を配置したことを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載の回転型減衰装置。
前記減衰要素は粘性流体、粘性材料、粘弾性材料、摩擦材料、弾塑性材料又は導体材料と磁石、あるいはそれらの組み合わせからなることを特徴とする請求項４記載の回転型減衰装置。
前記第１の筒回転部及び／又は第２の筒回転部の内側又は外側に少なくとも一つの羽根を設けたことを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項に記載の回転型減衰装置。