6572041 回転慣性質量ダンパ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6572041

(24)【登録日】2019年8月16日

(45)【発行日】2019年9月4日

(54)【発明の名称】回転慣性質量ダンパ

(51)【国際特許分類】

   F16F 15/02 20060101AFI20190826BHJP

   F16F 7/10 20060101ALI20190826BHJP

【ＦＩ】

   F16F15/02 C

   F16F7/10

   F16F15/02 E

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2015-146564(P2015-146564)

(22)【出願日】2015年7月24日

(65)【公開番号】特開2017-26074(P2017-26074A)

(43)【公開日】2017年2月2日

【審査請求日】2018年5月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】304039065

【氏名又は名称】カヤバ システム マシナリー株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100122323

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 憲

(74)【代理人】

【識別番号】100067367

【弁理士】

【氏名又は名称】天野 泉

(72)【発明者】

【氏名】岡本 真成

(72)【発明者】

【氏名】石川 哲平

(72)【発明者】

【氏名】磯田 和彦

(72)【発明者】

【氏名】岡田 睦

(72)【発明者】

【氏名】丸山 大介

(72)【発明者】

【氏名】山本 和史

【審査官】 杉山 豊博

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１３２１３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２４５７２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０３１８２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３２０６０７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｆ １５／０２

Ｆ１６Ｆ ７／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

螺子軸を有するロッドと、
前記螺子軸に螺合されるボールナットと、
前記ロッドの外周に配置されるとともに前記ボールナットの回転運動が伝達される回転錘と、
前記ボールナットを回転自在に保持するとともに前記回転錘に対して反ロッド側に配置される保持筒と、
前記ボールナットと前記回転錘との間に設けた摩擦板と、
前記回転錘の前記ロッド側に配置されて前記回転錘を前記摩擦板側へ押圧する押圧部材と、
前記押圧部材より前記ロッド側に配置されて前記押圧部材の押圧力を調整する調整部とを備え、
前記押圧部材は、ばね部材と、前記ばね部材を保持する押圧部とを有し、
前記調整部は、前記保持筒に連結されて前記回転錘を覆うカバーの反保持筒側端部に設けたキャップに螺着される調整ボルトである
ことを特徴とする回転慣性質量ダンパ。

【請求項2】

前記ロッドの端部にボールジョイントを備え、
前記ボールジョイントは、
前記ロッド端に設けた球と、
前記球に回転自在に保持するブラケットと、
前記ブラケットに対する前記ロッド周りの回転を阻止する回り止めを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の回転慣性質量ダンパ。

【請求項3】

前記保持筒の内周に回転自在に収容されるとともに前記ボールナットに連結されるナットホルダを有し、
前記ボールナットは、前記ナットホルダに連結される取付フランジを反ロッド側端に有する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の回転慣性質量ダンパ。

【請求項4】

前記ボールナットは、前記回転錘内に配置される
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の回転慣性質量ダンパ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転慣性質量ダンパに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、回転慣性質量ダンパとしては、たとえば、螺子軸を有するロッドと、螺子軸に螺合されるボールナットと、ボールナットをホルダおよびボールベアリングを介して回転自在に保持する外筒と、外筒とボールナットとの間に収容される回転錘と、ボールナットのフランジと回転錘との間に介装される摩擦板と、回転錘を摩擦板へ向けて押圧するばねとを備えて構成されている。

【0003】

このように構成された回転慣性質量ダンパにあっては、ロッドに軸方向の振動が入力されて螺子軸が軸方向へ移動すると、ボールナットが回転するので、回転錘に回転方向の加速度が作用し、回転錘の慣性反力によってロッドの移動を抑制する反力を発揮する（たとえば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−１６７５４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来の回転慣性質量ダンパは、建築物、機械や車両等といった制振対象の振動を抑制すべく、制振対象の相対運動を呈する部材間にロッドと外筒とを取り付けて使用される。よって、外筒は、制振対象における部材に対して回転慣性質量ダンパが発揮する反力を伝達する役割を担っており、外筒には反力に等しい力が軸方向に作用する。

【0006】

それゆえ、前記反力の作用にも耐えうるよう外筒の肉厚を厚くし、外筒の強度を確保している。他方、外筒は、回転錘、ボールナット、ボールベアリングおよびホルダを収容して外部からこれら部品を保護するカバーとしても機能しているので、全長が長く、重量も非常に重いものとなっている。

【0007】

また、大きな反力を得るためには、回転錘の重量も大きくする必要があって、回転慣性質量ダンパの重心が反ロッド側端に近いところに位置するため、回転慣性質量ダンパにおける重量バランスが悪いという問題もあった。

【0008】

そこで、本発明は、前記問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、軽量でかつ良好な重量バランスを持つ回転慣性質量ダンパの提供である。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前記した目的を達成するため、本発明の回転慣性質量ダンパでは、両端がロッド端部と保持筒端部とされ、ボールナットを回転自在に保持する保持筒が回転錘に対して反ロッド側に配置されており、保持筒は回転錘を覆う必要がなく、回転錘を覆うカバーを反力を伝達する強度部材とする必要がない。よって、保持筒は回転錘の外周を覆う必要がないので全長が短くて済み、保持筒と回転錘が径方向で重ならず、回転慣性質量ダンパの一端側に重量が偏らない。

【0010】

また、回転慣性質量ダンパでは、ボールナットと回転錘との間に設けた摩擦板側へ回転錘を押圧する押圧部材を回転錘のロッド側に配置し、さらに、押圧部材よりロッド側に押圧部材の押圧力を調整する調整部を設けている。このように、押圧部材と調整部をロッド側に設けると、調整部にロッド側からアクセスでき、調整部を操作する工具を操作するスペースが確保される。したがって、回転慣性質量ダンパを被制振対象から取り外さずに押圧部材の押圧力を調整できる。

【0011】

さらに、回転慣性質量ダンパでは、押圧部材がばね部材とばね部材を保持する押圧部とを有し、調整部が保持筒に連結されて回転錘を覆うカバーの反保持筒側端部に設けたキャップに螺着される調整ボルトとされているので、回転慣性質量ダンパを被制振対象から取り外さずに押圧部材の押圧力を調整できる。

【0012】

請求項２の回転慣性質量ダンパでは、ボールジョイントにロッドの回り止めを設けている。ここで、ロッドの回り止めを別途設けると、回転錘およびボールナットを避ける位置で、ロッドがストロークしてもこれらに干渉しないように配慮する必要があり、全長が長くなってしまう。これに対して、請求項２の回転慣性質量ダンパではボールジョイントにロッドの回り止めを設けているので、全長を短縮化できる。

【0013】

また、請求項３の回転慣性質量ダンパでは、保持筒の内周に回転自在に収容されるとともにボールナットに連結されるナットホルダを有し、ボールナットがナットホルダに連結される取付フランジを反ロッド側端に有している。よって、螺子軸からボールナットに作用する応力分布が全長に亘って均一化され、耐荷重の点で有利となり、より軽量なボールナットの利用が可能となる。

【0014】

さらに、請求項４の回転慣性質量ダンパでは、ボールナットが回転錘内に配置されているので、ボールナットと回転錘が径方向に重なる位置に配置され、回転慣性質量ダンパの全長をより一層短くできる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、回転慣性質量ダンパを軽量にでき、かつ、回転慣性質量ダンパの重量バランスを良好にできる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】一実施の形態における回転慣性質量ダンパの縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。一実施の形態における回転慣性質量ダンパＤは、図１に示すように、螺子軸１ａを有するロッド１と、螺子軸１ａに螺合されるボールナット２と、ロッド１の外周に配置されるとともにボールナット２の回転運動が伝達される筒状の回転錘３と、ボールナット２を回転自在に保持するとともに回転錘３に対して反ロッド側に配置される保持筒４とを備えて構成されている。

【0018】

以下、回転慣性質量ダンパＤの各部について説明する。保持筒４は、図１中左端が蓋５によって閉塞されており、図１中右端には、環状のスペーサ６が装着されている。また、スペーサ６の図１中右端には、筒状のカバー７が連結されており、カバー７の図１中右端は、環状のキャップ８が取り付けられている。そして、保持筒４、蓋５、スペーサ６、カバー７およびキャップ８によってアウターシェルＯを形成しており、このアウターシェルＯに回転慣性質量ダンパＤにおける螺子軸１ａ、ボールナット２および回転錘３が収容されて保護されている。

【0019】

また、保持筒４には、回転慣性質量ダンパＤの反力によって軸力が作用するが、カバー７にはこの軸力が作用しないため、保持筒４はカバー７よりも高い強度を備えるべく、肉厚がカバー７の肉厚よりも厚くなっている。

【0020】

保持筒４の内周にボールベアリング１６が取り付けられており、このボールベアリング１６の内周には、内側へのロッド１の挿通を許容する筒状のナットホルダ１７が嵌合されている。ナットホルダ１７は、ボールベアリング１６を介して保持筒４に保持されているので、保持筒４内で軸周りに回転可能となっている。また、ナットホルダ１７のロッド１側端である図１中右端には、フランジ１７ａが設けられている。

【0021】

ロッド１は、途中から先端へかけて外周に螺旋状の螺子溝を備えた螺子軸１ａを備えており、螺子軸１ａ側をアウターシェルＯの内方へ向けてアウターシェルＯ内に挿入されている。また、キャップ８の内周には、環状のロッドガイド９が設けられている。ロッドガイド９は、内周に挿入されるロッド１の螺子軸１ａよりも図１中右端側となる基端の外周に摺接して、ロッド１の軸方向の移動を案内するようになっている。また、ロッド１の外周であって螺子軸１ａよりも基端側には、ボールナット２に螺着する螺子軸１ａがストローク以上に基端側へ移動しないよう規制するフランジ状のストッパ１ｂが設けられている。

【0022】

なお、ロッド１の基端には、ボールジョイント１０が設けられている。ボールジョイント１０は、ロッド１の基端に設けた球１１と、球１１を回転自在に保持するブラケット１２とを備えている。ブラケット１２は、ロッド１の挿通を許容する孔１３ａを備えて球１１を内方に収容する筒部１３と、筒部１３の図１中右端を閉塞して球１１の先端を抑えて筒部１３とともに球１１を保持するエンドキャップ１４とを備えている。また、球１１には、ロッド１の軸線に直交して球１１の中心を通る垂線を中心にし、ロッド１の軸線方向に伸びる長孔１１ａ，１１ａが設けられている。さらに、筒部１３には、先端が前記長孔１１ａ，１１ａにそれぞれ挿入されるボルト１５，１５が側部から貫通して螺着されている。球１１に設けた長孔１１ａ，１１ａとボルト１５，１５によって回り止めが構成されており、ロッド１の周方向への回転が阻止されている。よって、ボールジョイント１０は、ロッド１の歳差運動を許容するがロッド１の周方向周りの回転を防止するようになっている。なお、ボールジョイント１０に設ける回り止めであるが、前記構成に限られず、たとえば、筒部１３に長孔１１ａ，１１ａ内に挿入されるピンを設けてもよいし、球１１側にピンを設けて筒部１３の内周にピンが挿入される長孔を設けてもよい。

【0023】

そして、被制振対象へボールジョイント１０および蓋５を取り付ければ、回転慣性質量ダンパＤを被制振対象へ設置できる。なお、蓋５にもボールジョイントやクレビス等の継手を設けて、被制振対象に連結するようにしてもよい。

【0024】

ボールナット２は、ロッド１の螺子軸１ａに螺合されている。ボールナット２は、筒状であって、内周に螺子軸１ａの螺子溝を走行する複数のボールを備えており、ロッド１の軸方向の移動により軸周りに回転運動を呈するようになっている。また、ボールナット２の図１中左端には、取付フランジ２ａが設けられており、取付フランジ２ａをナットホルダ１７のフランジ１７ａにボルト１８により締結して、ボールナット２がナットホルダ１７に連結される。

【0025】

よって、ボールナット２は、ナットホルダ１７を介して保持筒４に取り付けられており、ナットホルダ１７とともに保持筒４に対して軸周りに回転可能となっている。つまり、ボールナット２は、保持筒４に回転自在に保持されている。

【0026】

このように、ボールナット２の取付フランジ２ａは図１中左端側となる反ロッド側に向けて設置されている。ロッド１の軸方向の移動によりボールナット２は軸周りに回転し、ロッド１の軸方向の往復運動がボールナット２の回転運動に変換されるが、その際にロッド１およびボールナット２は、ともに軸方向の荷重を受ける。この荷重によって、ロッド１の螺子軸１ａおよびボールナット２は軸方向に伸縮する。ロッド１が図１中左方へ移動すると、ボールナット２は、ロッド１から圧縮方向の荷重を受けるが、螺子軸１ａも圧縮荷重によって縮むために、ボールナット２の図１中右端側へ向かうほど大きな応力が生じる。また、ボールナット２は、ロッド１の図１中左方への移動による圧縮荷重を取付フランジ２ａで受け止めて縮むが、このボールナット２の収縮に起因してボールナット２に作用する応力は、取付フランジ２ａ側へ向かうほど大きくなる。このように、ロッド１の収縮によってボールナット２に作用する応力は、図１中右端側のほうが大きく、保持筒４からの反力によってボールナット２に作用する応力は、図１中左端側のほうが大きくなる。これに対して、ボールナット２の取付フランジ２ａを図１中右端側となるロッド側に向けて設置すると、ロッド１が図１中左方へ移動する際に、螺子軸１ａおよびボールナット２の収縮によりボールナット２に作用する応力は図１中右端側のほうが大きくなる。よって、取付フランジ２ａをロッド側に向けてボールナット２を設置する場合より、取付フランジ２ａを反ロッド側に向けてボールナット２を設置する場合のほうが、ボールナット２に作用する最大応力が小さくなるとともに応力分布が均一化される。本例の回転慣性質量ダンパＤでは、取付フランジ２ａを反ロッド側に向けてボールナット２を設置しているので、ボールナット２に作用する応力分布が全長に亘って均一化され、耐荷重の点で有利となり、より軽量なボールナット２の利用が可能となる。

【0027】

回転錘３は、肉厚の円筒状とされており、カバー７とボールナット２との間に収容されている。回転錘３の図１中左右端の内周には、ボールベアリング１９，２０が装着されている。ボールベアリング１９の内周には、ボールナット２の取付フランジ２ａに螺子締結された環状のカラー２１が嵌合され、ボールベアリング２０の内周には、キャップ８に連結された支持筒２２が嵌合されている。よって、回転錘３は、アウターシェルＯによって、回転自在に保持されており、カバー７内で軸周りに回転可能となっている。

【0028】

カラー２１は、ボールベアリング１９に嵌合される筒部２１ａと、筒部２１ａの反ロッド側の外周に設けられて取付フランジ２ａに螺子締結されるフランジ２１ｂを備えている。そして、筒部２１ａの外周であってフランジ２１ｂと回転錘３の図１中左端との間には、嵌板状の摩擦板２３が介装されている。

【0029】

また、支持筒２２の外周には、回転錘３を摩擦板２３へ向けて、つまり、図１中左方へ回転錘３を押圧する押圧部材２４が装着されている。押圧部材２４は、ばね部材２５と、支持筒２２の外周に摺接するとともにばね部材２５を保持する押圧部２６とを備えている。ばね部材２５は、複数枚の皿ばねを積層して構成されているが、コイルばね等の他、弾性体を利用できる。押圧部２６は、支持筒２２の外周に摺動自在に装着された内筒２６ａと、内筒２６ａの外周に設けた外筒２６ｂと、内筒２６ａと外筒２６ｂの回転錘３側端を閉塞するともにボールベアリング２０に当接する環状の底部２６ｃとを備えている。そして、ばね部材２５は、図１中左端が底部２６ｃに接して、内筒２６ａと外筒２６ｂとの間に収容されて押圧部２６に保持されている。また、ばね部材２５の図１中右端は、支持筒２２の外周に摺動自在に装着される環状プレート２７に接しており、押圧部２６の底部２６ｃと環状プレート２７とで圧縮されながら挟持されて、押圧部２６をボールベアリング２０へ向けて押圧している。ばね部材２５の押圧力は、ボールベアリング２０を介して回転錘３に伝達され、ばね部材２５は、回転錘３を摩擦板２３へ向けて押圧している。押圧部材２４の構成は、前述した構成に限定されるものではない。このように、回転錘３が摩擦板２３に押しつけられ、さらに、摩擦板２３は、ボールナット２に連結されるカラー２１に押しつけられている。そして、ボールナット２がロッド１の軸方向の移動により回転運動を呈すると、摩擦板２３と回転錘３およびカラー２１の間ですべりが生じない場合には、ボールナット２とともに回転錘３も周方向へ回転する。他方、ボールナット２がロッド１の軸方向の移動により回転運動を呈しても、摩擦板２３と回転錘３およびカラー２１の間ですべりが生じる場合、回転錘３は回転しないかあるいはボールナット２よりも遅い回転速度で回転するようになる。

【0030】

また、環状プレート２７は、キャップ８に螺着される調整ボルト２８の先端に当接されている。調整ボルト２８のキャップ８に対する回転操作によって調整ボルト２８が送り螺子の要領でキャップ８に対して図１中左右方向となる軸方向へ移動できる。そして、調整ボルト２８をキャップ８に対して進退させると、環状プレート２７の軸方向位置を調整でき、これにより、ばね部材２５の圧縮量を調整できる。よって、本例では、調整ボルト２８が押圧部材２４の押圧力を調整する調整部を構成している。なお、調整部の構成は、これに限られないが、キャップ８に設けると、押圧部材２４の押圧力の調整が回転慣性質量ダンパＤの外部から容易に行える。また、調整部をアウターシェルＯのロッド側端であるキャップ８に設けると、ロッド１側から調整部にアクセスでき、しかも、キャップ８とボールジョイント１０との間に調整部を操作する工具を操作するスペースが確保される。したがって、調整部をアウターシェルＯのロッド側端であるキャップ８に設けると、回転慣性質量ダンパＤを被制振対象から取り外さずに押圧部材２４の押圧力を調整できる。よって、調整ボルト２８で押圧部材２４の押圧力を調整すると、回転錘３が滑りだしてボールナット２の回転に追従しなくなる際に、ロッド１に作用している荷重（スリップ荷重）を調整できる。このスリップ荷重は、押圧部材２４の押圧力が大きくなればなるほど、大きくなる。

【0031】

このように構成された回転慣性質量ダンパＤは、ロッド１が図１中軸方向へ移動すると、ロッド１がボールジョイント１０によって回り止めされているので、螺子軸１ａに螺合されているボールナット２が回転運動を呈する。このボールナット２の回転運動が摩擦板２３を介して回転錘３に伝達されて、回転錘３もボールナット２とともに軸周りに回転運動を呈する。ロッド１の軸方向の移動によって回転錘３の回転速度を変化させる加速度が入力されると、回転慣性質量ダンパＤは、回転錘３の慣性力により、ロッド１の移動を妨げる反力を発生する。ロッド１に外力によって過剰な加速度が作用すると、ボールナット２に対して回転錘３が摩擦板２３によって滑りだして、ロッド１に過剰な荷重が作用するのを回避できる。

【0032】

そして、回転慣性質量ダンパＤにて生じる反力は、ロッド１に連結される被制振対象についてはロッド１を介して伝達されるとともに、保持筒４に連結される被制振対象についてはボールナット２を保持する保持筒４を介して被制振対象に伝達される。

【0033】

本発明の回転慣性質量ダンパＤでは、ボールナット２を回転自在に保持する保持筒４が回転錘３に対して反ロッド側に配置されているので、回転錘３を覆う必要もなく、回転錘３を覆うカバー７については、反力を伝達する強度部材とする必要がない。よって、保持筒４は、回転錘３の外周を覆う必要がなく全長が短くて済むので、回転慣性質量ダンパＤを軽量化できる。さらに、重量物である保持筒４は、同じく重量物である回転錘３よりも反ロッド側に配置されるので、保持筒４と回転錘３が径方向に重ならず、回転慣性質量ダンパＤの一端側に重量が偏らず、良好な重量バランスを実現できる。よって、回転慣性質量ダンパＤの被制振対象への設置作業も容易となる。

【0034】

また、本例では、ボールナット２と回転錘３との間に設けた摩擦板２３側へ回転錘３を押圧する押圧部材２４を回転錘３のロッド１側に配置し、さらに、押圧部材２４よりロッド１側に押圧部材２４の押圧力を調整する調整ボルト２８（調整部）を設けている。このように、押圧部材２４と調整部をロッド１側に設けると、調整部にロッド１側からアクセスでき、調整部を操作する工具を操作するスペースが確保される。したがって、回転慣性質量ダンパＤを被制振対象から取り外さずに押圧部材２４の押圧力を調整できる。

【0035】

なお、本例では、ボールジョイント１０にロッド１の回り止めを設けている。ここで、ロッド１の回り止めを別途設けると、回転錘３およびボールナット２を避ける位置で、ロッド１がストロークしてもこれらに干渉しないように配慮する必要があり、ロッド１の全長およびアウターシェルＯの全長が長くなる。よって、ボールジョイント１０にロッド１の回り止めを設けている本例の回転慣性質量ダンパＤでは全長を短縮化できる。

【0036】

また、本例の回転慣性質量ダンパＤでは、保持筒４の内周に回転自在に収容されるとともにボールナット２に連結されるナットホルダ１７を有し、ボールナット２が反ロッド側端にナットホルダ１７に連結される取付フランジ２ａを有している。よって、螺子軸１ａからボールナット２に作用する応力分布が全長に亘って均一化され、耐荷重の点で有利となり、より軽量なボールナット２の利用が可能となる。

【0037】

さらに、本例の回転慣性質量ダンパＤでは、ボールナット２が回転錘３内に配置されているので、ボールナット２と回転錘３が径方向に重なる位置に配置されて、回転慣性質量ダンパＤの全長をより一層短くできる。

【0038】

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されない。

【符号の説明】

【0039】

１・・・ロッド、１ａ・・・螺子軸、２・・・ボールナット、２ａ・・・取付フランジ、３・・・回転錘、４・・・保持筒、１０・・・ボールジョイント、１１・・・球、１２・・・ブラケット、１７・・・ナットホルダ、２３・・・摩擦板、２４・・・押圧部材、２５・・・ばね部材、２６・・・押圧部、２８・・・調整ボルト（調整部）、Ｄ・・・回転慣性質量ダンパ

【図1】