JP2015117754A - 摩擦ダンパー - Google Patents

Abstract

【課題】軽量で簡単な機構で小さいストロークでも優れた減衰効果を発現し、機械側のバネ定数を増加させにくい摩擦ダンパーを提供する。
【解決手段】構造部材間の振動を減衰させるための摩擦ダンパーであって、一方の構造部材に設けられるシャフト部材２と、他方の構造部材に設けられシャフト部材２が嵌入した孔部を有するハウジング部材３とを備え、シャフト部材２の外周面およびハウジング部材３の孔部内周面の一方に、弾性材および布材が一体化されてなり、かつ外周面に螺旋状の突条部または溝部６が形成された摺動部材４が設けられ、他方に、摺動部材４の突条部または溝部６と螺合する螺旋状の溝部６または突条部が形成されており、振動によりシャフト部材２およびハウジング部材３がシャフト部材２の軸方向に相対移動する際、突条部と溝部６との螺合による摩擦力を発生させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車などの乗り物や産業機械などの用途において、機械側が本来持つバネ定数を増加させずに、減衰特性をコントロールすることができる摩擦ダンパーに関する。

自動車などの乗り物や産業機械は、通常、運転中に振動が発生し、それによって騒音も発生しやすい。従来、上記のような用途において振動を減衰させるには、オイルなどの流体を用いる流体ダンパーや高圧ガスを用いるガスダンパーなどが用いられていた（特許文献１参照）。また、乗り物や産業機械等の構造部材の振動部に錘を取り付ける方法や、高減衰ゴムを構造部材間に挟み込む方法なども知られている。

しかしながら、上記方法では、下記(a)ないし(ｅ)などの問題がある。
（a）流体ダンパーはある程度のストロークでもって動かさないと減衰の効果が得られない。そのため、乗り物や産業機械等の用途で発生する小さいストロークの震動に対しては十分な減衰効果が得られない。さらに、流体ダンパーでは、作動時の発泡を抑制するために高圧ガスを封入する必要があり、装置が大型化する。
（b）高圧ガスを封入していないダンパーも開発されているが、機構が複雑で高コストである。
（c）錘や、高減衰ゴムを用いる方法では、重量が大きくなったり、減衰の効果を発揮できる振動周波数の範囲が狭いなどの問題がある。
（d）流体ダンパーや高減衰ゴムを用いた方法では、温度に依存して減衰特性が大きく変化してしまう問題がある。
（e）ゴム用いたものや、高圧ガスを用いたものも、バネ特性を内在していることから、機械側のバネ定数を変化させてしまい、減衰効果だけを発現することが難しいという問題が有る。

特開２０１３−１３３８９０号公報

本発明の課題は、軽量で簡単な機構で小さいストロークでも優れた減衰効果を発現し、機械側のバネ定数を増加させにくい摩擦ダンパーを提供することを目的とする。

本発明者は、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は以下の構成からなる。
（１）構造部材間の振動を減衰させるための摩擦ダンパーであって、一方の構造部材に設けられるシャフト部材と、他方の構造部材に設けられ前記シャフト部材が嵌入した孔部を有するハウジング部材とを備え、前記シャフト部材の外周面およびハウジング部材の孔部内周面のいずれか一方に、弾性材および布材が一体化されてなり、かつ外周面に螺旋状の突条部または溝部が形成された摺動部材が設けられ、前記シャフト部材の外周面およびハウジング部材の孔部内周面の他方に、前記摺動部材の突条部または溝部と螺合する螺旋状の溝部または突条部が形成されており、振動により前記シャフト部材およびハウジング部材がシャフト部材の軸方向に相対移動する際、前記突条部と溝部との螺合による摩擦力を発生させることを特徴とする摩擦ダンパー。
（２）前記布材は、織物布、編物布または不織布である前記（１）に記載の摩擦ダンパー。
（３）前記弾性材が、エラストマーである前記（１）または（２）に記載の摩擦ダンパー。
（４）構造部材間の振動を減衰させるための摩擦ダンパーであって、シャフト部材と、一方の構造部材に設けられ前記シャフト部材の一端部が嵌入した孔部を有する第一ハウジング部材と、他方の構造部材に設けられ前記シャフト部材の他端部が嵌入した孔部を有する第二ハウジング部材とを備え、前記シャフト部材の外周面または前記第一および第二ハウジング部材の前記孔部内周面に、弾性材および布材が一体化されてなり、かつ外周面に螺旋状の突条部または溝部が形成された摺動部材が設けられ、摺動部材が設けられていないシャフト部材の外周面または第一および第二ハウジング部材の前記孔部内周面に、前記摺動部材の突条部または溝部と螺合する螺旋状の溝部または突条部が形成されており、振動により前記シャフト部材およびハウジング部材がシャフト部材の軸方向に相対移動する際、前記突条部と溝部との螺合による摩擦力を発生させることを特徴とする摩擦ダンパー。
（５）前記布材は、織物布、編物布または不織布である前記（４）に記載の摩擦ダンパー。
（６）前記弾性材が、エラストマーである前記（４）または（５）に記載の摩擦ダンパー。

本発明の摩擦ダンパーは、シャフト部材の外周面およびハウジング部材の孔部内周面が摺動部材を介して接触摺動し、摩擦力を発生させるようにしたものであるため、バネ成分がほとんどなく、反発力が出ないという特質があり、そのため機械側のバネ定数に影響を与えることなく振動を減衰させることができる。特に、本発明では、シャフト部材の外周面およびハウジング部材の孔部内周面のいずれか一方に設けた摺動部材と、シャフト部材の外周面およびハウジング部材の孔部内周面の他方とに互いに螺合する螺旋状の溝部または突条部が形成されているので、振動時にシャフト部材とハウジング部材との間に螺合による旋回力が発生し、それらの間に摩擦力が発生すると共に、それらを支えている端部にも摩擦力が発生し減衰効果がより高められる。
また、本発明では、減衰特性が温度に依存しにくく、しかも簡単な機構であるため、従来のダンパーに比べて小型軽量化が可能である。従って、本発明の摩擦ダンパーは、自動車などの乗り物や産業機械などの用途に使用するのに好適である。
さらに、本発明によれば、漏れたり、劣化したりする可能性があるオイル等の流体を用いないので、保守・管理が容易である。さらに、実質的に振動のない通常時には、シャフト部材とハウジング部材の孔部とは摺動部材を介して螺合状態であるので、フラつきのない安定した状態を保持することができる。

本発明の一実施形態に係る摩擦ダンパーを示す概略破断斜視図である。 （a）は本発明の一実施形態に係る摩擦ダンパーの概略断面図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ線断面図である。 本発明の他の実施形態に係る摩擦ダンパーを示す概略断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

〔本発明の一実施形態〕
図１，２に示すように、本発明の一実施形態に係る摩擦ダンパー１は、円柱状で外周面に軸方向に沿って螺旋状の溝部６を有するシャフト部材２と、シャフト部材２が部分的に嵌入した孔部５を有するハウジング部材３と、円筒部３ａの孔部５の内周面に取り付けられシャフト部材２の溝部６に螺合する螺旋状の突条部７を外周面に有する摺動部材４とを備える。シャフト部材２は、円筒部３ａと、円筒部３ａをシャフト部材２の軸まわりに独立して回転可能とするベアリング部材３ｂと、このベアリング部材３ｂを介して外周部が円筒部３ａと連結され空気抜き孔３ｄを有する円板部を設けた取付部材３ｃを有する。

（シャフト部材２）
シャフト部材２は、乗り物や産業機械などを構成する構造部材のうちの一方の構造部材２００に取り付けられる。シャフト部材２の外周面に形成された螺旋状の溝部６は、摺動部材４の表面に形成された突条部７に螺合することで、振動等によりシャフト部材２およびハウジング部材３をシャフト部材２の軸方向に相対移動させたとき、円筒部３ａをシャフト部材２の軸まわりに回転させる旋回力に変換する作用をもたらす。

シャフト部材２の最大外径および長さは、使用用途や振動の大小等に応じて適宜調整することができ、特に制限されない。シャフト部材２の外周面は、平滑面であってもよいし、微細な凹凸面（粗面）であってもよい。シャフト部材２の角部は、面取りされていてもよい。１リード（ピッチ）の長さは、例えば、ストローク（稼動範囲）に対して１／４回転から１回転程度が好ましい。また、溝部６の深さは、乗り物や産業機械の種別や大きさ、振動の大小等に応じて、適宜決定すればよい。シャフト部材２は、一方の構造部材２００に一体に形成されていてもよく、あるいはボルト締めなどで着脱可能に固定されていてもよい。シャフト部材２を構成する材質としては、例えば、アルミニウム、鉄材、銅、真鍮などの金属；エラストマー；プラスチックなどが挙げられる。

（ハウジング部材３）
ハウジング部材３は、他方の構造部材２０１に取り付けられる。ハウジング部材３は、前記したように、円筒部３ａと、取付部材３ｃとをベアリング部材３ｂを介して連結した構造を有する。取付部材３ｃに設けた空気抜き孔３ｄは、シャフト部材２がハウジング部材３の孔部５内を取付部材３ｃに向かって進退したときに、孔部５内の空気を吸排気するためのものである。

円筒部３ａの孔部５の内径は、シャフト部材２を収納可能であれば特に限定されず、シャフト部材２の外周面と摺動部材４の表面とが螺合して所望の摩擦力が発生するように、シャフト部材２の外径、摺動部材４の厚みなどを考慮して適宜調整すればよい。
ベアリング部材３ｂは、円筒部３ａおよび取付部３ｃに取り付け可能で、円筒部３ａをシャフト部材２の軸まわりに摩擦ダンパー１を構成する他の部材とは独立して回転可能とするものであれば、特に限定されない。なお、摩擦ダンパー１では、ベアリング部材３ｂを用いたが、本発明ではこれに限定されず、例えば、摩擦ダンパー１の減衰効果を調整することを目的として、ベアリング部材３ｂの代わりに、より回転抵抗の高い滑り軸受などを用いてもよい。

（摺動部材４）
摺動部材４は、弾性材と布材とを一体化したものである。本実施形態においては、摺動部材４は孔部５の内周面全体に取り付けられているが、孔部５の内周面における必要な摺動面のみに取り付けられていてもよい。なお、摺動部材４は孔部５の内周面でなく、シャフト部材２の外周面に取り付けてもよい。

摺動部材４の表面には、溝部６に嵌合する螺旋状の突条部７を有する。この突条部７は、シャフト部材２の外周面に形成した螺旋状の溝部６と螺合することができれば、その深さ等は、所望の減衰性能に応じて、適宜決定することができる。突条部７およびこれに螺合する溝部６は、断面形状が三角形、四角形、半円形等の任意の形状をとり得る。

摺動部材４の厚みは、溝部６と突条部７とが螺合する厚みであれば特に限定されず、溝部６と突条部７との間には孔部５の径方向の隙間が形成されていてもよい。なお、摺動部材４の厚みとは、孔部５の径方向の厚みをいう。

弾性材は、主に、布材をハウジング部材３の孔部５の内周面上に保持し、シャフト部材２とハウジング部材３の孔部５との螺合部に押圧力を付与する。それにより、振動のない通常状態においてシャフト部材２およびハウジング部材３をフラつきなく安定な嵌合状態を維持できるようになる。

弾性材の材質としては、例えば、例えば、天然ゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ハイパロン、ポリブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）、水素添加アクリロニトリルブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、ミラブルウレタン、熱硬化性ポリウレタン、熱可塑性ポリウレタンまたは熱可塑性ポリエステルなどのエラストマーが挙げられ、これら一種以上が使用される。弾性材には、加硫剤、加硫促進助剤および補強剤が配合されてもよい。加硫剤としては、例えば、ジクミルパーオキサイドなどの有機過酸化物、有機硫黄化合物、金属酸化物などが挙げられる。加硫促進助剤としては、例えば、ステアリン酸などの脂肪酸、金属酸化物などが挙げられる。補強剤としては、例えば、カーボンブラック、ホワイトカーボンなどが挙げられる。さらに、例えば、老化防止剤、充填剤、可塑剤、粘着剤などもまた配合され得る。

摺動部材４を円筒部３ａの孔部５の内周面に形成する方法としては、例えば、接着剤を用いた方法などが挙げられる

布材は、主に、シャフト部材２の外周面と接触摺動し、摩擦ダンパー１の減衰効果を発現させるものである。布材の組織としては、特に限定されず、織物布、編物布、不織布などが挙げられ、なかでも織物布、編物布または不織布であるのが好ましい。布材の目付け量は、特に限定されず、通常２０〜２００ｇ／ｍ^２である。

布材の繊維としては、例えば、ナイロン繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維、炭素繊維、テフロン（登録商標）繊維、液晶ポリマー繊維、ガラス繊維、綿糸などが挙げられる。

弾性材と布材の一体化には、例えば、接着剤を用いて弾性材の表面に布材を貼り付ける方法；加圧して布材の織り目や編み目に弾性材が浸透した状態で弾性材を加熱硬化させる方法などが挙げられる。摺動部材４を円筒部３ａの孔部５の内周面に形成するにあたっては、あらかじめ弾性材と布材の一体化した後、孔部５の内周面に貼り合わせてもよく、あるいは、孔部５の内周面への貼り合わせと同時に、弾性材と布材の一体化を行ってもよい。

以上のようにして、内周面に摺動部材４を取り付けたハウジング部材３の孔部５にシャフト部材２を螺合させて、ダンパー１を得る。

〔摩擦ダンパー１の動作〕
摩擦ダンパー１は、下記（ａ），（ｂ）の動作をする。
（ａ）両構造部材２００、２０１が実質的に無振動の場合、主にシャフト部材２の螺合部にかかる弾性材の押圧力や振動吸収性能および布材の摩擦力により、摩擦ダンパー１は、シャフト部材２およびハウジング部材３の相対移動を制止させ、その状態を維持させる。
（ｂ）両構造部材２００、２０１の一方が振動した場合、摺動部材３と、シャフト部材２の外周面との接触摺動により発生する摩擦力により、振動が減衰される。

〔本発明の他の実施形態〕
本発明の他の実施形態に係る摩擦ダンパー１０を図３に示す。図３において、図１、２に示した摩擦ダンパー１を構成する部材と同一のものには同一の符号を付して、説明を省略する。
摩擦ダンパー１０は、円柱状で外周面に軸方向に沿って螺旋状の溝部６を有するシャフト部材１２と、孔部１５が形成された第一円筒部１３ａを有する第一ハウジング部材１３と、孔部１５´が形成された第二円筒部１３´ａを有する第二ハウジング部材１３´と、溝部６に嵌合する突条部７を有する摺動部材４とを備える。
摺動部材４は、第一ハウジング部材１３および第二ハウジング部材１３´の各孔部１５、１５´の内周面に取り付けられている。シャフト部材１２は、一端が摺動部材４を介して第一ハウジング部材１３の孔部５内に螺嵌され、他端が摺動部材４を介して第二ハウジング部材１３´の孔部５内に螺嵌されている。

シャフト部材１２は、一端から他端にかけて円柱状であって、外周面に溝部６を有する他は、シャフト部材２と同様である。
シャフト部材１２の外周面に形成された溝部６は、摺動部材４の表面に形成された突条部７に螺合することで、一方の構造部材２００および他方の構造部材２０１の振動（すなわちシャフト部材１２の軸方向の振動）により発生する、第一ハウジング部材１３および第二ハウジング部材１３´をシャフト部材１２の軸方向に伸縮させようとする力を、シャフト部材１２をその軸まわりに回転させる力に変換する作用をもたらす。

第一ハウジング部材１３と第二ハウジング部材１３´とは同一のものである。そして、前述の実施形態におけるベアリング部材３ｂを有さず、円筒部１３ａ、１３´ａと取付部１３ｃ、１３´ｃとが一体に形成されたものである他はハウジング部材３と同様である。取付部１３ｃ、１３´ｃには空気抜き孔１３ｄ、１３´ｄが形成されている。
なお、摩擦ダンパー１０では、第一ハウジング部材１３と第二ハウジング部材１３´とは同一のものであるが、本発明ではこれに限定されず、異なる形状、サイズ等であってもよい。その他は、前述の実施形態と同様である。

〔本発明のさらに他の実施形態〕
本発明においては、例えば、摺動部材４がハウジング部材３の孔部５でなく、シャフト部材２の外周面に取り付けられていてもよい。なお、摺動部材４がシャフト部材２の外周面に取り付けられる場合、シャフト部材２の外周面には溝部６が形成されていてもよいし、平滑な面であってもよい。

本発明の摩擦ダンパーは、乗り物、産業機械などの構造部材間に使用され、例えば、運転中に発生する幅広い範囲の振動周波数の振動を減衰させることができる。それによって運転中の騒音の大きさなどを安全に抑制できる。
乗り物としては、例えば、自動車、モータバイク、自転車、アミューズメント用乗り物、モータボート、鉄道車両、船舶、航空機、宇宙船などが挙げられる。産業機械としては、例えば、一般的な機械、工作機、ロボット、振動を嫌う生産設備、半導体製造装置、チップマウンターなどが挙げられる。

１，１０ 摩擦ダンパー
２，１２ シャフト部材
３ ハウジング部材
４ 摺動部材
５，１５，１５´ 孔部
６ 溝
７ 突条部
１３ 第一ハウジング部材
１３´ 第二ハウジング部材

Claims (6)

1. 構造部材間の振動を減衰させるための摩擦ダンパーであって、
   一方の構造部材に設けられるシャフト部材と、他方の構造部材に設けられ前記シャフト部材が嵌入した孔部を有するハウジング部材とを備え、
   前記シャフト部材の外周面およびハウジング部材の孔部内周面のいずれか一方に、弾性材および布材が一体化されてなり、かつ外周面に螺旋状の突条部または溝部が形成された摺動部材が設けられ、
   前記シャフト部材の外周面およびハウジング部材の孔部内周面の他方に、前記摺動部材の突条部または溝部と螺合する螺旋状の溝部または突条部が形成されており、
   振動により前記シャフト部材およびハウジング部材がシャフト部材の軸方向に相対移動する際、前記突条部と溝部との螺合による摩擦力を発生させることを特徴とする摩擦ダンパー。
2. 前記布材は、織物布、編物布または不織布である請求項１に記載の摩擦ダンパー。
3. 前記弾性材が、エラストマーである請求項１または２に記載の摩擦ダンパー。
4. 構造部材間の振動を減衰させるための摩擦ダンパーであって、
   シャフト部材と、一方の構造部材に設けられ前記シャフト部材の一端部が嵌入した孔部を有する第一ハウジング部材と、他方の構造部材に設けられ前記シャフト部材の他端部が嵌入した孔部を有する第二ハウジング部材とを備え、
   前記シャフト部材の外周面または前記第一および第二ハウジング部材の前記孔部内周面に、弾性材および布材が一体化されてなり、かつ外周面に螺旋状の突条部または溝部が形成された摺動部材が設けられ、
   摺動部材が設けられていないシャフト部材の外周面または第一および第二ハウジング部材の前記孔部内周面に、前記摺動部材の突条部または溝部と螺合する螺旋状の溝部または突条部が形成されており、
   振動により前記シャフト部材およびハウジング部材がシャフト部材の軸方向に相対移動する際、前記突条部と溝部との螺合による摩擦力を発生させることを特徴とする摩擦ダンパー。
5. 前記布材は、織物布、編物布または不織布である請求項４に記載の摩擦ダンパー。
6. 前記弾性材が、エラストマーである請求項４または５に記載の摩擦ダンパー。