JP5938691B2 - 回転振動抑制装置 - Google Patents

Description

本発明は、動力伝達系における回転振動を抑制するための装置であって、磁気粘性流体を用いた回転振動抑制装置に関する。

従来より内部に磁気粘性流体を封入した回転デバイスが提案されている。例えば特許文献１に開示されている回転デバイス（ロータリーダンパ）は、ケーシングと、ケーシング内に相対回転可能に設けられたロータと、電磁石とを備え、ケーシングとロータとの隙間に磁気粘性流体を封入したものである。電磁石は、磁場を発生するコイルと、コイルを巻き付けたボビンと、磁路を誘導する磁性体のヨークとで構成されている。この回転デバイスは、磁気粘性流体に与える磁場の強さを変えることで、磁気粘性流体の粘度（ずり応力）を変化させ、これにより、ロータの回転に対する減衰力を調整することができるようになっている。

特開２００８−２０２７４４号公報

ところで、歯車機構を介して回転動力を伝達する動力伝達系において、歯車同士の噛み合いによる継続的な振動や、歯車の回転方向の反転に伴ってバックラッシュが詰まることによる一時的な振動が発生することが知られている。

このような回転振動は、歯車機構の出力側に特許文献１の回転デバイスを配置することで抑制することが可能である。すなわち、回転デバイスのロータと一体回転するシャフトを歯車機構の出力側に接続するとともに、回転デバイスのケーシングを回転動力伝達系外に固定し、磁気粘性流体の粘度を適度に調節すれば、シャフトに伝達した回転振動が磁気粘性流体に吸収されて抑制される。

しかしながら、かかる従来の回転デバイスは、電磁石によって磁気粘性流体に磁場を与えることから、装置への電力の供給が必要であり、装置の構造が複雑になる等の点で問題があった。

本発明は、かかる課題に鑑みて創案されたものであり、電力を必要とすることなく、簡易な構造で回転振動を抑制することが可能な回転振動抑制装置を提供することを目的とする。

本発明の回転振動抑制装置は、回転軸と一体に同じ軸線回りに回転する円板と、前記円板の両面にそれぞれ所定の隙間を介して対向する対向面を有し、前記円板および前記回転軸に対して相対回転自在に設けられたケーシングと、前記所定の隙間に介在する磁気粘性流体と、前記磁気粘性流体が介在する前記所定の隙間および前記円板を貫通する磁場を発生させる磁場発生手段と、を備え、前記磁場発生手段が、前記ケーシングの外部において前記円板の外縁の板厚方向両側で対極に配設された一対の永久磁石である、ことを特徴とする。

かかる構成を備える回転振動抑制装置では、回転軸が回転振動すると、その回転振動が円板に伝達される。円板とケーシングとの所定の隙間には、磁場が付与された磁気粘性流体が介在し、ケーシングの外部において円板の外縁の板厚方向両側で対極に一対の永久磁石が配設されているため、ケーシングを回転系外に固定しておくことで、円板に伝達する回転振動は磁気粘性流体による粘性抵抗によって減衰される。これにより、回転軸が設置された回転動力伝達系における回転振動が抑制される。

既述の構成を備える回転振動抑制装置において、前記ケーシングおよび前記円板は、前記一対の永久磁石の間に介在する部分の一部又は全部が磁性体からなる、ものであることが望ましい。

かかる構成を備える回転振動抑制装置によれば、磁気粘性流体に付与できる磁場を強くすることができ、上記回転振動に対する減衰力を大きくすることができる。

既述の構成を備える回転振動抑制装置において、前記ケーシングおよび前記円板は、前記一対の永久磁石の間に介在する部分の一部又は全部が磁性体からなり、その磁性体以外の部分が非磁性体からなる、ものであることがさらに望ましい。

かかる構成を備える回転振動抑制装置によれば、一対の永久磁石間以外に磁路が拡散することがなくなり、永久磁石間のみに磁路を形成することで、磁気粘性流体に付与する磁場を一層強くすることが可能となる。

既述の構成を備える回転振動抑制装置において、前記永久磁石と前記ケーシングとの前記円板の板厚方向の離間距離を調整するための離間距離調整手段を備えるものであることが望ましい。

かかる構成を備える回転振動抑制装置によれば、離間距離調整手段により、ケーシングと永久磁石との離間距離を調整することで、円板の両面とケーシングの対向面との隙間に介在する磁気粘性流体を貫通する磁場の強さを調整することができる。その結果、当該磁気粘性流体の粘度の調整も可能となり、回転軸の回転振動の減衰度合いを適度に調整することができるようになる。

前記離間距離調整手段は、例えば、前記永久磁石に一体に設けられた磁石サポート部材と、前記磁石サポート部材に螺着され、先端部が前記磁石サポート部材側から前記ケーシング側に向かって延出・縮退することで前記離間距離を調節するボルトと、を有する、ものとすることができる。

本発明の回転振動抑制装置によれば、簡易な構造で回転軸が設置された回転動力伝達系における回転振動を抑制することが可能である。しかも、永久磁石によって磁気粘性流体に磁場を付与するため、電力の供給を要しない。

本発明の実施の形態に係る回転振動抑制装置を回転軸の軸線方向から視た正面図である。 図１のＡ−Ｂ−Ｃ断面図である。永久磁石の断面には磁極を示すために、ハッチングを省略している（他の図も同様）。 図１のＡ−Ｂ−Ｄ断面図である。 図１のＡ−Ｂ−Ｄ断面図である。 他の実施形態に係る回転振動抑制装置の断面図であって、図２と同様の断面部位を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る回転振動抑制装置について図１〜図４を参照しながら説明する。回転振動抑制装置１００は、ロータ１０、ケーシング２０、磁気粘性流体３０、磁場発生手段４０、離間距離調整手段５０等で構成されている。回転軸６０は、図示しない電動モータ等の駆動源から歯車機構等を介して回転動力が伝達されるようになっている。上記歯車機構は、駆動源からの回転動力の回転方向を反転させることができるようになっているものとする。

ロータ１０は、互いに一体に形成された円板１１とロータハブ１２を有している。ロータハブ１２は、その中心に回転軸６０が嵌め込まれる軸穴１３を有しており、外径側には、円板１１が一体に形成されている。ロータハブ１２には、その外周から軸穴１３まで貫通した雌ねじが形成されており、この雌ねじに止めねじ１４が螺着されている。軸穴１３に回転軸６０を嵌め込んで止め螺子１４を締めつけることで、ロータ１０と回転軸６０とが軸線Ｎ回りに一体回転するよう相互に固定されている。

円板１１は、回転軸６０と一体に同じ軸線Ｎ回りに回転するように設けられている。円板１１の両面１１ａ，１１ｂは、軸線Ｎに直交する平坦面となっている。また、円板１１において所定の第１半径Ｒ１〜第２半径Ｒ２の範囲に入る部分（後述する一対の永久磁石４０の間に介在する部分）は、磁性体で構成され、その磁性体以外の部分およびロータハブ１２は非磁性体で構成されている。

ケーシング２０は、軸線Ｎを含む平面上に接合面を持つ２分割構造からなり、この２分割可能な部材は、図示しないボルト等により互いに締結されている。ケーシング２０を構成する両部材にはそれぞれ、半円板状の空洞が形成されており、両部材を接合することで、ケーシング２０内に円板１１の直径および板厚より少し大きな円板状の空洞２３が形成される。図２および図３に示すように、ケーシング２０は、円板１１の両面１１ａ，１１ｂおよび外周面を覆っており、円板１１の両面１１ａ，１１ｂにそれぞれ所定の隙間を介して対向する対向面２１，２２を有する。この対向面２１，２２は、円板１１の両面１１ａ，１１ｂと同様に軸線Ｎに直交した平坦面となっている。

このケーシング２０はロータ１０（円板１１）および回転軸６０に対して相対回転自在に設けられている。例えば図２および図３に示すように、ケーシング２０には、軸穴２４が形成されており、この軸穴２４にロータハブ１２が径方向隙間を介して内嵌されている。また、ロータハブ１２の外周部と、ケーシング２０の内周部との間にはベアリング２５が介装されている。これらにより、ケーシング２０がロータ１０（円板１１）および回転軸６０に対して相対回転自在となっている。本実施形態では、ケーシング２０は図示しない回転動力伝達系外の図示しない物体（壁面等）に固定されている。なお、ロータハブ１２およびケーシング２０にはベアリング２５のハウジング１２ａ，２０ａがそれぞれ形成され、ベアリング２５は、ケーシング２０にボルト締結された環状の保持板２６によってハウジング１２ａ，２０ａから脱抜しないよう保持されている。

また、ケーシング２０の対向面２１，２２を含む壁体のうち、所定の第１半径Ｒ１〜第２半径Ｒ２の範囲に入る部分（後述する一対の永久磁石４０の間に介在する部分）は、磁性体で構成されており、その他の部分は非磁性体で構成され、その磁性体以外の部分は非磁性体で構成されている。

磁気粘性流体３０は、円板１１とケーシング２０との隙間に封入されることで、円板１１の両面１１ａ，１１ｂと、ケーシング２０の各対向面２１，２２との隙間に介在している。この磁気粘性流体３０は、磁性粒子を分散媒に分散させてなる液体であり、特にその磁性粒子がナノサイズの金属粒子（金属ナノ粒子）からなるものが使用できる。磁性粒子は磁化可能な金属材料からなり、金属材料に特に制限はないが軟磁性材料が好ましい。軟磁性材料としては、例えば鉄、コバルト、ニッケル及びパーマロイ等の合金が挙げられる。

金属ナノ粒子は、その平均粒子径が２０〜５００ｎｍであることが好ましく、７０〜２００ｎｍであれば更に好ましい。また、磁性粒子には、金属ナノ粒子が凝集した凝集体を含んでいても良く、特に金属ナノ粒子が塊状に凝集した凝集体を含んでいても良い。塊状の凝集体は、例えば棒状又は鎖状の凝集体が磁気粘性流体に含まれる場合と比較して、基底粘度を低下させることになる。凝集体の大きさは、レーザー回折散乱法による平均粒子径が、１０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以下であれば更に好ましい。

分散媒は、特に限定されるものではないが、一例として疎水性のシリコーンオイルを挙げることができる。採用する分散媒の種類に応じて、磁性粒子に対し、その分散媒と親和性の高い表面改質を施すようにすればよい。こうすることで、磁性粒子の分散安定性が高まる。例えば疎水性のシリコーンオイルを分散媒として採用する場合、磁性粒子にはカップリング剤による表面改質を施すことが好ましい。

磁気粘性流体における磁性粒子の配合量は、例えば３〜４０ｖｏｌ％とすればよい。磁気粘性流体にはまた、所望の各種特性を得るために、各種の添加剤を添加することも可能である。

磁場発生手段４０は、円板１１および磁気粘性流体３０を貫通する磁場を円板１１の板厚方向に発生させる、一対の永久磁石４０からなる。この一対の永久磁石４０は、ケーシング２０の外部において円板１１の板厚方向両側に配設されており、互いに異なる磁極を対向させている。本実施形態では、永久磁石４０として軸線Ｎを中心とした円環状のものが採用されており、該永久磁石４０の外径側には、非磁性体からなる磁石サポート部材４１が一体に形成されている。

円板１１およびケーシング２０のうち、所定の第１半径Ｒ１〜第２半径Ｒ２の範囲に入る部分、つまり、一対の永久磁石４０の間に介在する部分は、磁性体からなり、円板１１およびケーシング２０の磁性体からなる部分以外の部分は非磁性体で構成されている。このため、一対の永久磁石４０間以外に磁路が拡散することがなくなり、永久磁石４０間のみに磁路が形成されることで、磁気粘性流体３０に付与する磁場が強くなる。

離間距離調整手段５０は、永久磁石４０とケーシング２０との離間距離（円板の板厚方向の離間距離）を調整するためのものである。図３および図４に例示する離間距離調整手段５０は、磁石サポート部材４１およびこの磁石サポート部材４１に螺着されたボルト４２で構成されている。すなわち、磁石サポート部材４１には、雌ねじが軸線Ｎに平行な方向に貫通形成されており、この雌ねじに上記ボルト４２が螺着されている。ボルト４２のねじ長さ寸法は、上記雌ねじのねじ深さ寸法より長く、ボルト４２の先端部が磁石サポート部材４１のケーシング２０側の面４１ａから露出可能となっている。したがって、ボルト４２を一方（例えば右）に廻すと、ボルト４２の先端部が磁石サポート部材４１側からケーシング２０側に向かって延出し、永久磁石４０がケーシング２０の磁性体からなる部分に吸着しようとする力に抗して離間距離が拡大される。一方、ボルト４２を反対側（例えば左）に廻すと、ボルト４２の先端部が磁石サポート部材４１側へ縮退し、永久磁石４０がケーシング２０の磁性体からなる部分に吸着しようとする力によって、これらの離間距離が縮小される。

上記離間距離調整手段５０によって、ケーシング２０と永久磁石４０との離間距離が拡大するほど、円板１１の両面１１ａ，１１ｂとケーシング２０の対向面２１，２２との隙間に介在する磁気粘性流体３０を貫通する磁場は弱くなる。その結果、磁気粘性流体３０の粘度は低くなり、ロータ１０の回転エネルギーや回転振動エネルギーの吸収率も低くなる。一方、ケーシング２０と永久磁石４０との離間距離が縮小するほど、上記隙間に介在する磁気粘性流体３０を貫通する磁場は強くなる。その結果、磁気粘性流体の粘度が高くなり、ロータ１０の回転エネルギーや回転振動エネルギーの吸収率も高くなる。

以上のように構成された回転振動抑制装置１００において、図示しない駆動源から歯車機構を介して回転軸６０に回転動力が伝達されると、回転軸６０は軸線Ｎ回りに回転する。このとき、歯車機構で発生する継続的な回転振動や、歯車機構によって回転方向が反転され、バックラッシュが詰まる際に発生する一時的な回転振動が回転軸６０を介してロータ１０の円板１１に伝達される。円板１１とケーシング２０との隙間には、磁場が付与された磁気粘性流体３０が介在しており、かつ、ケーシング２０が回転系外に固定されているので、磁気粘性流体３０に付与される磁場の強さが適値であれば、円板１１の回転振動は、磁気粘性流体３０による粘性抵抗によって減衰され、上記回転動力の伝達系における回転振動が抑制される。

磁気粘性流体３０に付与される磁場の強さ、つまり、磁気粘性流体３０による粘性抵抗は、離間距離調整手段５０によって調整可能であり、歯車機構等が持つ固有の特性に応じて適宜最適な状態に調整することが望ましい。つまり、最も回転振動の抑制効果が得られるように、ケーシング２０と永久磁石４０との離間距離を調整すればよい。

＜他の実施形態＞
既述の実施形態では、回転軸６０と円板１１との間にロータハブ１２が介在しているが、円板１１と回転軸６０とが一体に同じ軸線回りに回転するのであれば、回転軸６０と円板１１との間にロータハブ１２以外のものが介在していてもよい。あるいは、円板が直接回転軸６０に、例えばスプライン嵌合などにより、回転一体に取付けられていてもよい。

既述の実施形態で説明したように、永久磁石４０は円環状のものが望ましいが、円板１１および磁気粘性流体３０を貫通する磁場を円板１１の板厚方向に発生させるものであれば、円環状の永久磁石に限定されない。例えば、周方向に間隔をおいて複数配置された永久磁石であってもよい。

既述の実施形態によれは、離間距離調整手段５０によって、磁気粘性流体３０に付与する磁場の強さをいつでも簡単に調節することができるが、離間距離調節手段５０を設けず、他の方策によって、磁気粘性流体３０に適切な強さの磁場を与えてもよい。例えば図５に示す回転振動抑制装置１００Ａのように、直接ケーシング２０の外面（対向面２１，２２の裏側面）に環状の永久磁石４０を着脱可能に設け、この永久磁石４０として異なる磁力を持つ環状の永久磁石４０複数用意しておき、これらを順次取付けてみて、最も回転振動の低減効果が得られる永久磁石を採用するようにしてもよい。なお、図５において、既述の実施形態と同様の構成については、図１〜図４と同符号を付している。

既述の実施形態では、円板１１およびケーシング２０のうち、一対の永久磁石４０の間に介在する部分の全部が磁性体からなり、その磁性体からなる部分以外の部分は非磁性体で構成されているが、円板１１およびケーシング２０のうち、一対の永久磁石４０の間に介在する部分の一部が磁性体からなり、その磁性体からなる部分以外の部分が非磁性体で構成されていても磁気粘性流体３０に磁場を付与することは可能である。

本発明は、例えば、歯車機構を介して回転動力を伝達する動力伝達系において回転振動を抑制するための装置に適用することができる。

１１ 円板
１１ａ，１１ｂ 円板の両面
２０ ケーシング
２１，２２ 対向面
３０ 磁気粘性流体
４０ 永久磁石（磁場発生手段）
４１ 磁石サポート部材
４２ ボルト
５０ 離間距離調整手段
６０ 回転軸
１００ 回転振動抑制装置
１００Ａ 回転振動抑制装置

Claims (3)

1. 回転軸と一体に同じ軸線回りに回転する円板と、
   前記円板の両面にそれぞれ所定の隙間を介して対向する対向面を有し、前記円板および前記回転軸に対して相対回転自在に設けられたケーシングと、
   前記所定の隙間に介在する磁気粘性流体と、
   前記磁気粘性流体が介在する前記所定の隙間および前記円板を貫通する磁場を発生させる磁場発生手段と、
   を備える回転振動抑制装置であって、
   前記磁場発生手段は、前記ケーシングの外部において前記円板の外縁の板厚方向両側で対極に配設された一対の永久磁石であり、
   前記ケーシングおよび前記円板は、前記一対の永久磁石の間に介在する部分の一部又は全部が磁性体からなり、その磁性体以外の部分が非磁性体からなる、ことを特徴とする回転振動抑制装置。
2. 請求項１の何れか１項に記載の回転振動抑制装置において、
   前記永久磁石と前記ケーシングとの前記円板の板厚方向の離間距離を調整するための離間距離調整手段を備えることを特徴とする回転振動抑制装置。
3. 請求項２に記載の回転振動抑制装置において、
   前記離間距離調整手段は、
   前記永久磁石に一体に設けられた磁石サポート部材と、
   前記磁石サポート部材に螺着され、先端部が前記磁石サポート部材側から前記ケーシング側に向かって延出・縮退することで前記離間距離を調節するボルトと、
   を有する、ことを特徴とする回転振動抑制装置。