回転慣性質量ダンパー
【課題】大型化することなく、大きな慣性質量効果を得ることができる回転慣性質量ダンパーを提供する。
【解決手段】当接離間する方向に相対変位する第１部材および第２部材の間に介装され、相対振動を低減するための回転慣性質量ダンパー４０において、変位増幅機構を備え、変位増幅機構は、ねじ部と、ねじ部を挿通可能なナットと、ねじ部とナットとの間に配されたボールベアリングと、を有するボールねじ２１，２２と、ねじ部またはナットとともに回転可能に配された回転錘３１と、を備え、回転錘を境界にして両側に第１ねじ部１１および第２ねじ部１２がそれぞれ配されるとともに、第１ねじ部が挿通された第１ナット１３および第２ねじ部が挿通された第２ナット１４が配され、第１ねじ部および第１ナットの間に配された第１ボールベアリングの第１リードと、第２ねじ部および第２ナットの間に配された第２ボールベアリングの第２リードと、が異なっている。
【解決手段】当接離間する方向に相対変位する第１部材および第２部材の間に介装され、相対振動を低減するための回転慣性質量ダンパー４０において、変位増幅機構を備え、変位増幅機構は、ねじ部と、ねじ部を挿通可能なナットと、ねじ部とナットとの間に配されたボールベアリングと、を有するボールねじ２１，２２と、ねじ部またはナットとともに回転可能に配された回転錘３１と、を備え、回転錘を境界にして両側に第１ねじ部１１および第２ねじ部１２がそれぞれ配されるとともに、第１ねじ部が挿通された第１ナット１３および第２ねじ部が挿通された第２ナット１４が配され、第１ねじ部および第１ナットの間に配された第１ボールベアリングの第１リードと、第２ねじ部および第２ナットの間に配された第２ボールベアリングの第２リードと、が異なっている。
【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ーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転慣性質量ダンパーとは、ダンパー両端の相対変位に比例して錘部材の回転量を生じる装置であり、錘部材の回転慣性モーメントと制動力の関係から「両端の相対加速度に比例した負担力」をもつ装置である。
【０００３】
この種の回転慣性質量ダンパーの具体例としては、特許文献１に示すようにボールねじと回転錘（フライホイール）を組み合わせた減衰コマと称される形式のものが知られている。これは、図６に示すように、相対変位する２部材に対して連結される第１の連結部材１１０および第２の連結部材１２０からなり、第１の連結部材１１０には案内ねじ部１１０ａを形成してボールベアリング１１１を介して案内ナット１１２を螺合するとともに、第２の連結部材１２０にはケーシング１２２を形成して、案内ナット１１２により回転駆動される回転コマ１１３をケーシング１２２内に収容して回転自在に支持した構成のものである。
【０００４】
また、図７に示すように、１組のねじ部１３１・ボールナット１３３からなるボールねじ１３５と回転錘１３２とを備えた従来の装置（ダンパー）１３０では、回転錘１３２の回転慣性モーメントＩθと回転角加速度Ａとによって回転錘１３２に生じる角運動量の変化から軸方向の慣性抵抗力（負担力）Ｐが得られる。具体的に説明すると、ボールねじ１３５は、ねじ部１３１とボールナット１３３との噛み合わせ部にボールベアリング１３４を使用し、ほとんど抵抗無く回転できるように構成されている。つまり、ボールナット１３３を軸方向に拘束し、ねじ部１３１を出し入れすると、これと一体化した回転錘１３２が回転し、この回転錘１３２の回転慣性モーメントＩθとねじ部１３１の移動量から慣性質量効果が生じる。
【０００５】
ここで、ねじ部１３１のリード（ねじ山ピッチ）Ｌｄ、ダンパー１３０の軸方向変位をｘ、回転錘１３２の回転角をθとした場合、ｘ＝Ｌｄθ／（２π）の関係となり、ダンパー１３０の負担力（制御力）Ｐは次式で表される。
【０００６】
【数１】
【０００７】
ここで、円筒（円盤）状の回転錘１３２の直径をＤ、厚さをｔ、密度をρとすると、
【０００８】
【数２】
【０００９】
となる。大容量回転慣性質量ダンパーは、Ｄ／Ｌｄ＞１５であるため、
【００１０】
【数３】
【００１１】
となる。これは、実際の回転錘１３２の質量の１０００倍以上の慣性質量効果（相対加速度に対する負担力の比）が得られることを表す。このように、ボールねじ１３５を利用した回転慣性質量ダンパーは、小型であっても比較的大きな慣性質量効果を得ることができるが、更に大きな慣性質量効果を得ることが可能な回転慣性質量ダンパーや、同じ慣性質量効果でも更に小型化した回転慣性質量ダンパーの開発が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１１−２０１２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
つまり、従来の回転慣性質量ダンパーと比較してさらに大きな慣性質量効果を得るために、Ｄ／Ｌｄをさらに大きくすることが必要である。しかしながら、回転錘１３２の直径Ｄをあまり増大することは装置１３０の大型化になり好ましくない。そこで、リードＬｄを小さくすることを検討した。しかし、リードＬｄを小さくすると、図７において、ねじ溝に配置されるボールベアリング１３４の径も小さくなり、耐荷重性能が低下してしまう。そのため、ダンパー１３０の負担力Ｐを確保する点から、単にリードＬｄを小さくすることはできなかった。
【００１４】
そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、大型化することなく、大きな慣性質量効果を得ることができる回転慣性質量ダンパーを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、互いに当接離間する方向に相対変位する第１部材および第２部材の間に介装され、前記第１部材および前記第２部材の間に生じる相対振動を低減するための回転慣性質量ダンパーにおいて、前記第１部材および前記第２部材が相対変位したときの変位を増幅する変位増幅機構を備え、該変位増幅機構は、ねじ部と、該ねじ部を挿通可能な貫通孔が形成されたナットと、前記ねじ部と前記ナットとの間に配されたボールベアリングと、を有するボールねじと、前記ねじ部または前記ナットとともに回転可能に配された回転錘と、を備え、該回転錘を境界にして両側に第１ねじ部および第２ねじ部がそれぞれ配されるとともに、前記第１ねじ部が挿通された第１ナットおよび前記第２ねじ部が挿通された第２ナットが配され、前記第１ねじ部および前記第１ナットの間に配された第１ボールベアリングの第１リードと、前記第２ねじ部および前記第２ナットの間に配された第２ボールベアリングの第２リードと、が異なっていることを特徴としている。
【００１６】
請求項１に記載した発明によれば、変位増幅機構としてリードの異なる２つのボールねじを用いることで、回転慣性質量ダンパー両端間の変位に対するねじ部の変位（ナットに対する移動量）を大幅に拡大することができる。つまり、回転慣性質量ダンパー両端間の変位に対する回転錘の回転が大幅に増加し、慣性質量効果が増大する。なお、２つのボールねじはいずれも右ねじ、または、いずれも左ねじとする。
また、ボールねじのリードが回転錘を境界に異なるように構成するだけで、大きな慣性質量効果を得ることができる。つまり、従来の梃子やトグルを用いた変位拡大機構を備えたものと比較して、径方向の大きさを小さくすることができる。
さらに、慣性質量効果を増大させるために、第１リードおよび第２リードを小さくする必要がないため、第１ボールベアリングおよび第２ボールベアリングも過小な径のものを採用する必要がない。したがって、ねじ部の直径に合わせた所定のリードを確保することができるため、耐荷重性能が低減するのを防止することができる。
したがって、大型化することなく、大きな慣性質量効果を得ることができる回転慣性質量ダンパーを実現できる。
【００１７】
請求項２に記載した発明は、前記第１リードと前記第２リードとの差が小さいことを特徴としている。
【００１８】
請求項２に記載した発明によれば、リードの異なる２つのボールねじを用いることで、回転慣性質量ダンパー両端間の変位に対するねじ部の変位（ナットに対する移動量）を大幅に拡大することができる。そして、この拡大（増幅）率は、例えば、（第１リードの大きさ）／（第１リードと第２リードとのリード差）で表されるため、第１リードと第２リードとのリード差を小さくすることにより、ねじ部の変位をより確実に拡大（増幅）することができる。
【００１９】
請求項３に記載した発明は、前記第１ねじ部、前記第１ナットおよび前記第１ボールベアリングで構成される第１ボールねじが前記第１部材に連結される第１ケーシング内に支持固定されるとともに、前記第２ねじ部、前記第２ナットおよび前記第２ボールベアリングで構成される第２ボールねじが前記第２部材に連結される第２ケーシング内に支持固定され、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとは相対的に回転することなく、かつ、相対変位可能に構成され、前記回転錘は、前記第１ケーシングまたは前記第２ケーシングに相対変位可能に支持されていることを特徴としている。
【００２０】
請求項３に記載した発明によれば、回転錘をねじ部と一体化させ、ねじ部を軸中心に回転させる機構であるため、機構が単純で外径を小さくすることができる。したがって、回転慣性質量ダンパーの径方向の大きさを小さくすることができる。
【００２１】
請求項４に記載した発明は、前記第１部材と連結される第１ケーシングと、前記第２部材と連結される第２ケーシングと、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとの間にそれぞれと相対的に回転することなく、かつ、相対変位可能に構成された第３ケーシングと、を備え、前記第１ねじ部が前記第１ケーシングに固定されるとともに、前記第２ねじ部が前記第２ケーシングに固定され、前記第１ナットおよび前記第２ナットが前記第３ケーシングに相対変位することなく回転可能に支持され、前記回転錘は前記第１ナットおよび前記第２ナットにより固定されていることを特徴としている。
【００２２】
請求項４に記載した発明によれば、回転錘をナット（第１ナットおよび第２ナット）と一体化させ、ねじ部を回転させるのではなくナットを回転させる機構であるため、各部材が軸方向に可動するための隙間は小さくて済む。したがって、回転慣性質量ダンパーの軸方向の長さを短くすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の回転慣性質量ダンパーによれば、変位増幅機構としてリードの異なる２つのボールねじを用いることで、回転慣性質量ダンパー両端間の変位に対するねじ部の変位（ナットに対する移動量）を大幅に拡大することができる。つまり、回転慣性質量ダンパー両端間の変位に対する回転錘の回転が大幅に増加し、慣性質量効果が増大する。
また、ボールねじのリードが回転錘を境界に異なるように構成するだけで、大きな慣性質量効果を得ることができる。つまり、従来の梃子やトグルを用いた変位拡大機構を備えたものと比較して、径方向の大きさを小さくすることができる。
さらに、慣性質量効果を増大させるために、第１リードおよび第２リードを小さくする必要がないため、第１ボールベアリングおよび第２ボールベアリングも過小な径のものを採用する必要がない。したがって、ねじ部の直径に合わせた所定のリードを確保することができるため、耐荷重性能が低減するのを防止することができる。
したがって、大型化することなく、大きな慣性質量効果を得ることができる回転慣性質量ダンパーを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態における変位増幅機構の構成を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態における変位増幅機構の動きを説明する図である。
【図３】本発明の実施形態における慣性質量ダンパーの構成を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態における回転慣性質量ダンパーの第１の態様を示す図である。
【図５】本発明の実施形態における回転慣性質量ダンパーの第２の態様を示す図である。
【図６】従来の回転慣性質量ダンパーの一例を示す図である。
【図７】従来の回転慣性質量ダンパーの一例を詳細に説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
次に、本発明の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。
【００２６】
（変位増幅機構）
まず、本実施形態の回転慣性質量ダンパーに採用する変位増幅機構について説明する。
図１に示すように、変位増幅機構１０は、リードの異なる２つのねじ部１１，１２に、各々ボールナット１３，１４を噛み合わせる。図１において、左側に配された第１ねじ部１１と右側に配された第２ねじ部１２は軸中心が一致するように連結されており、同軸上で変位も回転も同じになるように一体化されている。この第１ねじ部１１と第２ねじ部１２を合わせてねじ部１５とする。ここでは、左側の第１ねじ部１１のリード（ねじ溝のピッチ）Ｌｄ１を３０ｍｍ、右側の第２ねじ部１２のリードＬｄ２を２０ｍｍとし、左側の第１ナット１３を固定端とし、右側の第２ナット１４を回転を拘束しつつ軸方向に変位可能に構成している。また、第１ねじ部１１の外周面と第１ナット１３の内周面にはそれぞれねじ溝が形成されており、第１ねじ部１１と第１ナット１３との間には第１ボールベアリング１７が配されている。同様に、第２ねじ部１２の外周面と第２ナット１４の内周面にはそれぞれねじ溝が形成されており、第２ねじ部１２と第２ナット１４との間には第２ボールベアリング１８が配されている。つまり、第１ナット１３および第２ナット１４はともに回転拘束されており、第２ナット１４はねじ部１５の軸方向に沿って移動可能になっている。なお、各ボールベアリング１７，１８の構成は、図７と略同一の構成である。
【００２７】
ここで、第１ねじ部１１、第１ナット１３および第１ボールベアリング１７で第１ボールねじ２１を構成し、第２ねじ部１２、第２ナット１４および第２ボールベアリング１８で第２ボールねじ２２を構成している。
【００２８】
このように構成された変位増幅機構１０において、第２ナット１４が軸方向に変位ｘ２移動したとき、ねじ部１５の回転角をθとすると、いずれも右ねじとして、
【００２９】
【数４】
【００３０】
となる。すなわち、本実施形態では、第１ねじ部１１のリードＬｄ１が３０ｍｍ、第２ねじ部１２のリードＬｄ２が２０ｍｍであるため、第２ナット１４の変位ｘ２に対して、ねじ部１５の変位ｘは３倍に拡大されることとなる。
【００３１】
具体的に説明すると、図２に示すように、ねじ部１５が１回転すると、第１ナット１３が固定端であるため、ねじ部１５は３０ｍｍ右方向に変位する。第２ナット１４のリードＬｄ２が２０ｍｍで、右ねじであるため、ねじ部１５が１回転すると第２ナット１４はねじ部１５に対して２０ｍｍ左方向に変位する。すなわち、固定端（第１ナット１３）に対しては１０ｍｍ右方向に変位することになる。その結果、第２ナット１４の変位１０ｍｍに対してねじ部１５の変位は３０ｍｍとなり、ねじ部の変位が３倍に拡大（増幅）されることとなる。
【００３２】
この変位増幅機構１０は、ボールねじ２１，２２の組み合わせだけで変位を拡大（増幅）することができ、梃子機構やトグル機構のように軸方向以外への部材が不要であり、ボールねじ２１，２２の軸方向の部材だけで成立するため、ロスも小さく、コンパクトで合理的である。
【００３３】
（慣性質量ダンパー）
次に、上述した変位増幅機構を用いた慣性質量ダンパーについて説明する。
図３に示すように、慣性質量ダンパー３０は、上述したリードの異なる第１ボールねじ２１および第２ボールねじ２２を備えた変位増幅機構１０と、第１ねじ部１１と第２ねじ部１２との間に配された回転錘３１と、を一体化して構成されている。
【００３４】
具体的には、慣性質量ダンパーとして機能する回転錘３１の両端に第１ボールねじ２１および第２ボールねじ２２を固定することで、ねじ部１５の変位を拡大することができる。ねじ部１５の変位が拡大されるということは、ねじ部１５の回転角も拡大される。すなわち、リードＬｄ１の第１ナット１３に噛み合う第１ねじ部１１にダンパー変位ｘ２が作用したときのねじ部１５の回転角θと比較すると、上述した変位増幅機構１０による場合のねじ部１５の変位ｘは、Ｌｄ１／（Ｌｄ１−Ｌｄ２）倍（本実施形態では３倍）に拡大され、ねじ部１５の回転角θも同じくＬｄ１／（Ｌｄ１−Ｌｄ２）倍に拡大されることとなる。各部の変位は、次式で表される。
【００３５】
【数５】
【００３６】
一方、回転錘（フライホイール）３１の回転角速度の変化によるトルク合力は、
【００３７】
【数６】
【００３８】
であり、第１ナット１３に作用するトルクＴ１および反力Ｒ１は、それぞれ、
【００３９】
【数７】
【００４０】
となり、第２ナット１４に作用するトルクＴ２および反力Ｒ２は、それぞれ、
【００４１】
【数８】
【００４２】
となる。
【００４３】
したがって、このダンパーの負担力Ｆ＝Ｒ１＝−Ｒ２と、ダンパー変位ｘ２との関係は、次式となる。
【００４４】
【数９】
【００４５】
上述した例においては、リードが大きい第１ナット１３は逆作動、リードが小さい第２ナット１４も同じく逆作動となる。各ナット１３，１４に対するねじ部１５の相対変位は第１ナット１３、第２ナット１４でそれぞれ次式となる。
【００４６】
【数１０】
【００４７】
この相対変位が、各ナット１３，１４に生じてねじ部１５が回転する。上述の例では、リードＬｄ１＝３０ｍｍの第１ナット１３に変位３ｘ２が、リードＬｄ２＝２０ｍｍの第２ナット１４に変位２ｘ２が生じた場合の回転となるため、両者ともリード１０ｍｍのボールねじに変位ｘ２が作用した場合と同じになる。すなわち、双方のナット１３，１４のリード差（Ｌｄ１−Ｌｄ２）をリードとしてもつ通常の慣性質量ダンパーと等価になることが分かる。このように、上記機構による変位増幅（拡大）機構は、回転錘３１の回転角に関する増速機構にもなっており、上記（１）式より慣性質量効果はリードを（Ｌｄ１−Ｌｄ２）としたものとして求められる。
【００４８】
一方、各ねじ部１１，１２と各ナット１３，１４の噛み合わせ部に作用するトルクは、上記（２）式に示すように同じリードをもつ通常の慣性質量ダンパーと同じである。
【００４９】
以上より、本実施形態によれば小さなリードのボールねじを使用しなくても、２つのボールねじ２１，２２のリード差が小さくなるように組み合わせることで、リードを小さくしたのと同等の効果を発揮できる。したがって、各々のボールねじ２１，２２についてはリードを十分にとれるため、ボールベアリング１７，１８の径を無理に小さくする必要がなく、耐荷重性能を低下させることもない。（１）式から明らかなように、リード差を小さくすることで慣性質量を大幅に増大できるため、回転錘３１の回転慣性モーメントＩθを小さくすることが可能となり、ダンパー装置の小型軽量化を図ることができる。
【００５０】
（回転慣性質量ダンパー）
（第１の態様）
次に、上述した機構を採用した回転慣性質量ダンパーの第１の態様について説明する。
図４に示すように、回転慣性質量ダンパー４０は、上述した慣性質量ダンパー３０と、第１ボールねじ２１を支持固定した第１ケーシング４１と、第２ボールねじ２２を支持固定した第２ケーシング４２と、を備えている。第１ケーシング４１および第２ケーシング４２は、ともに略有底筒状に形成されている。第１ケーシング４１における第２ケーシング４２が連結される側の内周面にガイド溝４４が形成され、第２ケーシング４２における第１ケーシング４１側の外周面にガイド溝４４に嵌合可能な突起４５が形成されている。そして、ガイド溝４４に突起４５が嵌合することで、第１ケーシング４１と第２ケーシング４２は、回転することなく軸方向にスライド（相対変位）できるように構成されている。さらに、第１ケーシング４１および第２ケーシング４２のそれぞれの軸方向外側端部には、構造体（不図示）への連結用のクレビス４７，４８が設けられている。なお、第１ケーシング４１に設けられたクレビス４７は構造体の第１部材（不図示）に連結され、第２ケーシング４２に設けられたクレビス４８は構造体の第２部材（不図示）に連結される。
【００５１】
第１ボールねじ２１および第２ボールねじ２２と、回転錘３１とはロックナット４３などにより一体化され、回転錘３１の自重によってねじ部１５が撓む（曲がる）のを防止するため、ベアリングスライド４９で第１ケーシング４１に支持されている。ベアリングスライド４９は、回転錘３１の「ねじ部１５の軸方向の変位」並びに「ねじ部１５の軸芯まわりの回転」を拘束せず、「ねじ部１５の軸直交方向の変位」を拘束するように構成されている。
【００５２】
上述したように構成された回転慣性質量ダンパー４０は、ダンパー両端に相対変位ｘ２が生じると、第１ボールねじ２１および第２ボールねじ２２が、θ＝２πｘ２／（Ｌｄ１−Ｌｄ２）だけ回転し、これと一体化された回転錘３１は、ｘ＝Ｌｄ１ｘ２／（Ｌｄ１−Ｌｄ２）だけ軸方向に変位をしながらボールねじと同じだけ回転する。
【００５３】
なお、第１ボールねじ２１、第２ボールねじ２２、および回転錘３１が、それぞれ第１ケーシング４１および第２ケーシング４２の軸方向端部や、第１ナット１３および第２ナット１４にぶるかることなく円滑に軸方向に可動するためには、このダンパーのストローク（片振幅）をＳとしたとき、下記の隙間が必要となる。
【００５４】
【数１１】
【００５５】
例えば、図４の回転慣性ダンパー４０において、第１ボールねじ２１のリードをＬｄ１＝３０ｍｍ、第２ボールねじ２２のリードをＬｄ２＝２０ｍｍ、ストロークＳ＝６０ｍｍとすると、Ｓ１＝１８０ｍｍ、Ｓ２＝１２０ｍｍとなり、また、Ｓ１およびＳ２は、それぞれ３箇所ずつ必要であるため、合計９００ｍｍの隙間が必要となる。なお、第１ケーシング４１と第２ケーシング４２との間のスライド機構（ガイド溝４４および突起４５）は、±Ｓの可動代が確保されている。
【００５６】
この態様によれば、回転慣性質量ダンパー４０は、回転錘３１をねじ部１５と一体化させ、ねじ部１５を軸中心に回転させる機構であるため、機構が単純で外径を小さくすることができる。したがって、回転慣性質量ダンパー４０の径方向の大きさを小さくすることができる。
【００５７】
（第２の態様）
次に、上述した機構を採用した回転慣性質量ダンパーの第２の態様について説明する。
図５に示すように、回転慣性質量ダンパー５０は、上述した慣性質量ダンパー３０と、構造体の第１部材（不図示）に連結される第１ケーシング５１と、構造体の第２部材（不図示）に連結される第２ケーシング５２と、第１ケーシング５１と第２ケーシング５２との間に設けられ、それぞれと軸方向に相対変位（スライド）可能な第３ケーシング５３と、を備えている。
【００５８】
第１ケーシング５１および第２ケーシング５２は、ともに略有底筒状に形成されている。また、第３ケーシング５３は、略円筒状に形成されており、軸方向両端の内周面にガイド溝５４がそれぞれ形成されている。さらに、第１ケーシング５１における第３ケーシング５３が連結される側の外周面および第２ケーシング５２における第３ケーシング５３が連結される側の外周面にガイド溝５４と嵌合可能な突起５５がそれぞれ形成されている。そして、ガイド溝５４に突起５５が嵌合することで、第１ケーシング５１と第３ケーシング５３は回転することなく軸方向にスライド（相対変位）できるように構成されるとともに、第２ケーシング５２と第３ケーシング５３も回転することなく軸方向にスライド（相対変位）できるように構成される。
【００５９】
また、第１ケーシング５１および第２ケーシング５２のそれぞれの軸方向外側端部には、構造体（不図示）への連結用のクレビス５７，５８が設けられている。なお、第１ケーシング５１に設けられたクレビス５７は構造体の第１部材（不図示）に連結され、第２ケーシング５２に設けられたクレビス５８は構造体の第２部材（不図示）に連結される。
【００６０】
回転錘３１は、第１ナット１３および第２ナット１４の間に設けられ、第１ナット１３および第２ナット１４と一体化されている。また、一体化された第１ナット１３、第２ナット１４および回転錘３１は、第３ケーシング５３内で軸方向に移動できず、軸中心に回転可能に保持されている。さらに、第１ねじ部１１は軸方向外側端部において第１ケーシング５１と一体化するように連結され、第２ねじ部１２は同様に軸方向外側端部において第２ケーシング５２と一体化するように連結されている。
【００６１】
このように構成された回転慣性質量ダンパー５０は、図５に示すように、リードが異なる第１ねじ部１１と第２ねじ部１２とは回転錘３１内で２分割され、第１ねじ部１１はクレビス５７を設けた第１ケーシング５１に固定され、第２ねじ部１２はクレビス５８を設けた第２ケーシング５２に固定されている。また、回転錘３１は中空円筒状に形成されており、第１ナット１３および第２ナット１４に挟持されるようにして固定されている。第１ナット１３および第２ナット１４は、第３ケーシング５３に対して回転自在に支持されるとともに、軸方向に変位拘束されている。したがって、第１ねじ部１１および第２ねじ部１２は回転せず、第１ナット１３および第２ナット１４が軸中心に回転するように構成されている。
【００６２】
上述したように構成された回転慣性質量ダンパー５０は、第３ケーシング５３に対して第１ケーシング５１がｘ変位すると、第１ねじ部１１に噛み合う第１ナット１３が、θ＝２πｘ／Ｌｄ１だけ軸中心に回転し、これと一体化された回転錘３１および第２ナット１４も同じように回転する。
【００６３】
これにより、第２ねじ部１２は、第２ナット１４（第３ケーシング５３に軸方向に固定）に対して、
【００６４】
【数１２】
【００６５】
だけ変位する。第１ねじ部１１および第２ねじ部１２がいずれも右ねじとすると、回転慣性質量ダンパー５０両端の変位ｘ２は、
【００６６】
【数１３】
【００６７】
となる。したがって、
【００６８】
【数１４】
【００６９】
となり、ダンパー変位と回転錘３１の回転角との関係は、第１の態様の場合と同じになる。
【００７０】
なお、第１ナット１３または第２ナット１４が、第１ケーシング５１または第２ケーシング５２の端部にぶつかったり、第１ねじ部１１または第２ねじ部１２が第１ナット１３または第２ナット１４から外れたりすることなく円滑に可動するためには、このダンパーのストローク（片振幅）をＳとしたとき、下記の隙間が必要となる。
【００７１】
【数１５】
【００７２】
例えば、図５に示す回転慣性質量ダンパー５０において、第１ボールねじ２１のリードをＬｄ１＝３０ｍｍ、第２ボールねじ２２のリードをＬｄ２＝２０ｍｍ、ストロークＳ＝６０ｍｍとすると、Ｓ１＝１８０ｍｍ、Ｓ２＝１２０ｍｍとなり、Ｓ１およびＳ２は、１箇所ずつあるため、合計３００ｍｍの隙間が必要となる。
【００７３】
第１の態様と比較すると、必要な隙間量は小さくなるため、ダンパー長さを短くすることができる。ただし、本態様の回転慣性質量ダンパー５０は、第１ナット１３および第２ナット１４を軸中心に回転させるため、第１ナット１３および第２ナット１４と第３ケーシング５３との間に、ハウジング（外表ケース）を設けたナット回転型６０を設ける必要がある。その結果、第１の態様の回転慣性質量ダンパー４０よりもやや外径が大きくなる。また、回転錘３１の形状を円筒形としてその中空部に第１ねじ部１１および第２ねじ部１２が出入りする空間（ナット間隔Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ以上）を確保する必要がある。なお、各ケーシング５１，５２，５３のスライド機構は、±Ｓ１（左側）および±Ｓ２（右側）の可動代が必要となり、第１の態様の回転慣性質量ダンパー４０より可動代が大きくなる。
【００７４】
この態様によれば、回転錘３１をナット（第１ナット１３および第２ナット１４）と一体化させ、ねじ部１５を回転させるのではなくナット（第１ナット１３および第２ナット１４）を回転させる機構であるため、各部材が軸方向に可動するための隙間は小さくて済む。したがって、回転慣性質量ダンパー５０の軸方向の長さを短くすることができる。
【００７５】
（回転錘の試算）
次に、本実施形態の回転慣性質量ダンパーの効果を確認するため、慣性質量２０００ｔｏｎを実現するための回転錘３１の形状を試算する。
【００７６】
まず、本実施形態の回転慣性質量ダンパー５０（４０）、つまり、リードの異なる第１ボールねじ２１および第２ボールねじ２２を用いた場合について説明する。
【００７７】
前提条件として、ねじ部１５（第１ねじ部１１および第２ねじ部１２）の直径を１２０ｍｍ、第１ねじ部１１のリードＬｄ１＝２８ｍｍ、第２ねじ部１２のリードＬｄ２＝２０ｍｍとする。
【００７８】
回転錘３１の大きさを直径φ３０５ｍｍ、軸方向長さを４９０ｍｍとし、材質は鉄製とする。回転錘３１は略円筒状に形成されているが、中空部は影響が小さいため無視する。すると、回転錘３１の質量ｍは、０．２８１ｔｏｎとなる。
【００７９】
このように構成された回転慣性質量ダンパーにおける回転慣性モーメントＩθおよび慣性質量ψは、以下のように求められる。
【００８０】
【数１６】
【００８１】
続いて、従来の回転慣性質量ダンパー、つまり、ボールねじを１組だけ用いた場合について説明する。
【００８２】
前提条件として、ねじ部の直径を１２０ｍｍ、ねじ部リードＬｄ＝２０ｍｍとする。
【００８３】
回転錘の大きさを直径φ４０５ｍｍ、軸方向長さを９８０ｍｍとし、材質は鉄製とする。回転錘は略円筒状に形成されているが、中空部は影響が小さいため無視する。すると、回転錘の質量ｍは、０．９９１ｔｏｎとなる。
【００８４】
このように構成された回転慣性質量ダンパーにおける回転慣性モーメントＩθおよび慣性質量ψは、以下のように求められる。
【００８５】
【数１７】
【００８６】
このように、本実施形態の回転慣性質量ダンパー５０（４０）によれば、第１ボールねじ２１および第２ボールねじ２２のリードを小さくしなくても、従来と同じ慣性質量を径も長さも小さな回転錘３１で実現することができ、回転慣性質量ダンパー５０（４０）の小型軽量化を図ることができる。
【００８７】
本実施形態によれば、変位増幅機構としてリードの異なる２つのボールねじ（第１ボールねじ２１および第２ボールねじ２２）を用いたため、回転慣性質量ダンパー４０（５０）両端間の変位に対するねじ部の変位（ナットに対する移動量）を大幅に拡大することができる。つまり、回転慣性質量ダンパー４０（５０）の両端間の変位に対する回転錘３１の回転が大幅に増加し、慣性質量効果が増大する。
【００８８】
また、第１ボールねじ２１および第２ボールねじ２２のリードが回転錘３１を境界に異なるように構成するだけで、大きな慣性質量効果を得ることができる。つまり、従来の梃子やトグルを用いた変位拡大機構を備えたものと比較して、径方向の大きさを小さくすることができる。
【００８９】
さらに、慣性質量効果を増大させるために、第１リードＬｄ１および第２リードＬｄ２を小さくする必要がないため、第１ボールベアリング（不図示）および第２ボールベアリング（不図示）も過小な径のものを採用する必要がない。したがって、ねじ部１５の直径に合わせた所定のリードを確保することができるため、耐荷重性能が低減するのを防止することができる。また、大型化することなく、大きな慣性質量効果を得ることができる回転慣性質量ダンパー４０（５０）を実現することができる。
【００９０】
また、リードの異なる２つのボールねじ（第１ボールねじ２１および第２ボールねじ２２）を用いることで、回転慣性質量ダンパー４０（５０）両端間の変位に対するねじ部の変位（ナットに対する移動量）を大幅に拡大することができる。そして、この拡大（増幅）率は、例えば、（第１リードの大きさＬｄ１）／（第１リードＬｄ１と第２リードＬｄ２とのリード差）で表されるため、第１リードＬｄ１と第２リードＬｄ２とのリード差を小さくすることにより、ねじ部の変位をより確実に拡大（増幅）することができる。
【００９１】
なお、リードの異なる２つのボールねじ（第１ボールねじ２１および第２ボールねじ２２）を併用することで、回転慣性質量ダンパー４０（５０）両端間の変位に対するボールねじの変位（ナットに対する移動量）を大幅に拡大することができる。この拡大（増幅）率は、（ボールナットのリード）／（ボールナットのリード差）で表され、リード差を小さくすることでボールねじの変位が増大する変位増幅機構となる。このメカニズムを回転慣性質量ダンパー４０（５０）に組み込み、回転錘３１をボールねじ機構と一体化させることで、回転慣性質量ダンパー４０（５０）両端間の変位に対する回転錘３１の回転が当該リードをもつ従来のダンパー（ボールねじを１組使用）と比較して大幅に増加する。これにより慣性質量効果が増大し、「２つのボールねじのリード差」をリードと読み替えたのと同じ性能を発揮する。
また、本実施形態の回転慣性質量ダンパー４０（５０）は、各ナットに作用する軸力やトルクは、リードによらず変わらない。したがって、ボールねじは当該リードをもつ従来のダンパーと同じ設計を行えばよい。
【００９２】
尚、本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態では、各ケーシングにガイド溝とガイド溝に嵌合可能な突起とを形成したが、ガイド溝および突起を逆の位置に形成してもよく、各ケーシングが回転せずに軸方向にスライド可能に構成される構造であればよい。
また、本実施形態では、第１ねじ部および第２ねじ部がいずれも右ねじの場合で説明したが、第１ねじ部および第２ねじ部がいずれも左ねじで構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００９３】
１０…変位増幅機構 １１…第１ねじ部（ねじ部） １２…第２ねじ部（ねじ部） １３…第１ナット（ナット） １４…第２ナット（ナット） １５…ねじ部 １７…第１ボールベアリング（ボールベアリング） １８…第２ボールベアリング（ボールベアリング） ２１…第１ボールねじ（ボールねじ） ２２…第２ボールねじ（ボールねじ） ３１…回転錘 ４０…回転慣性質量ダンパー ４１…第１ケーシング ４２…第２ケーシング ５０…回転慣性質量ダンパー ５１…第１ケーシング ５２…第２ケーシング ５３…第３ケーシング Ｌｄ１…第１リード Ｌｄ２…第２リード
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転慣性質量ダンパーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転慣性質量ダンパーとは、ダンパー両端の相対変位に比例して錘部材の回転量を生じる装置であり、錘部材の回転慣性モーメントと制動力の関係から「両端の相対加速度に比例した負担力」をもつ装置である。
【０００３】
この種の回転慣性質量ダンパーの具体例としては、特許文献１に示すようにボールねじと回転錘（フライホイール）を組み合わせた減衰コマと称される形式のものが知られている。これは、図６に示すように、相対変位する２部材に対して連結される第１の連結部材１１０および第２の連結部材１２０からなり、第１の連結部材１１０には案内ねじ部１１０ａを形成してボールベアリング１１１を介して案内ナット１１２を螺合するとともに、第２の連結部材１２０にはケーシング１２２を形成して、案内ナット１１２により回転駆動される回転コマ１１３をケーシング１２２内に収容して回転自在に支持した構成のものである。
【０００４】
また、図７に示すように、１組のねじ部１３１・ボールナット１３３からなるボールねじ１３５と回転錘１３２とを備えた従来の装置（ダンパー）１３０では、回転錘１３２の回転慣性モーメントＩθと回転角加速度Ａとによって回転錘１３２に生じる角運動量の変化から軸方向の慣性抵抗力（負担力）Ｐが得られる。具体的に説明すると、ボールねじ１３５は、ねじ部１３１とボールナット１３３との噛み合わせ部にボールベアリング１３４を使用し、ほとんど抵抗無く回転できるように構成されている。つまり、ボールナット１３３を軸方向に拘束し、ねじ部１３１を出し入れすると、これと一体化した回転錘１３２が回転し、この回転錘１３２の回転慣性モーメントＩθとねじ部１３１の移動量から慣性質量効果が生じる。
【０００５】
ここで、ねじ部１３１のリード（ねじ山ピッチ）Ｌｄ、ダンパー１３０の軸方向変位をｘ、回転錘１３２の回転角をθとした場合、ｘ＝Ｌｄθ／（２π）の関係となり、ダンパー１３０の負担力（制御力）Ｐは次式で表される。
【０００６】
【数１】
【０００７】
ここで、円筒（円盤）状の回転錘１３２の直径をＤ、厚さをｔ、密度をρとすると、
【０００８】
【数２】
【０００９】
となる。大容量回転慣性質量ダンパーは、Ｄ／Ｌｄ＞１５であるため、
【００１０】
【数３】
【００１１】
となる。これは、実際の回転錘１３２の質量の１０００倍以上の慣性質量効果（相対加速度に対する負担力の比）が得られることを表す。このように、ボールねじ１３５を利用した回転慣性質量ダンパーは、小型であっても比較的大きな慣性質量効果を得ることができるが、更に大きな慣性質量効果を得ることが可能な回転慣性質量ダンパーや、同じ慣性質量効果でも更に小型化した回転慣性質量ダンパーの開発が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１１−２０１２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
つまり、従来の回転慣性質量ダンパーと比較してさらに大きな慣性質量効果を得るために、Ｄ／Ｌｄをさらに大きくすることが必要である。しかしながら、回転錘１３２の直径Ｄをあまり増大することは装置１３０の大型化になり好ましくない。そこで、リードＬｄを小さくすることを検討した。しかし、リードＬｄを小さくすると、図７において、ねじ溝に配置されるボールベアリング１３４の径も小さくなり、耐荷重性能が低下してしまう。そのため、ダンパー１３０の負担力Ｐを確保する点から、単にリードＬｄを小さくすることはできなかった。
【００１４】
そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、大型化することなく、大きな慣性質量効果を得ることができる回転慣性質量ダンパーを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、互いに当接離間する方向に相対変位する第１部材および第２部材の間に介装され、前記第１部材および前記第２部材の間に生じる相対振動を低減するための回転慣性質量ダンパーにおいて、前記第１部材および前記第２部材が相対変位したときの変位を増幅する変位増幅機構を備え、該変位増幅機構は、ねじ部と、該ねじ部を挿通可能な貫通孔が形成されたナットと、前記ねじ部と前記ナットとの間に配されたボールベアリングと、を有するボールねじと、前記ねじ部または前記ナットとともに回転可能に配された回転錘と、を備え、該回転錘を境界にして両側に第１ねじ部および第２ねじ部がそれぞれ配されるとともに、前記第１ねじ部が挿通された第１ナットおよび前記第２ねじ部が挿通された第２ナットが配され、前記第１ねじ部および前記第１ナットの間に配された第１ボールベアリングの第１リードと、前記第２ねじ部および前記第２ナットの間に配された第２ボールベアリングの第２リードと、が異なっていることを特徴としている。
【００１６】
請求項１に記載した発明によれば、変位増幅機構としてリードの異なる２つのボールねじを用いることで、回転慣性質量ダンパー両端間の変位に対するねじ部の変位（ナットに対する移動量）を大幅に拡大することができる。つまり、回転慣性質量ダンパー両端間の変位に対する回転錘の回転が大幅に増加し、慣性質量効果が増大する。なお、２つのボールねじはいずれも右ねじ、または、いずれも左ねじとする。
また、ボールねじのリードが回転錘を境界に異なるように構成するだけで、大きな慣性質量効果を得ることができる。つまり、従来の梃子やトグルを用いた変位拡大機構を備えたものと比較して、径方向の大きさを小さくすることができる。
さらに、慣性質量効果を増大させるために、第１リードおよび第２リードを小さくする必要がないため、第１ボールベアリングおよび第２ボールベアリングも過小な径のものを採用する必要がない。したがって、ねじ部の直径に合わせた所定のリードを確保することができるため、耐荷重性能が低減するのを防止することができる。
したがって、大型化することなく、大きな慣性質量効果を得ることができる回転慣性質量ダンパーを実現できる。
【００１７】
請求項２に記載した発明は、前記第１リードと前記第２リードとの差が小さいことを特徴としている。
【００１８】
請求項２に記載した発明によれば、リードの異なる２つのボールねじを用いることで、回転慣性質量ダンパー両端間の変位に対するねじ部の変位（ナットに対する移動量）を大幅に拡大することができる。そして、この拡大（増幅）率は、例えば、（第１リードの大きさ）／（第１リードと第２リードとのリード差）で表されるため、第１リードと第２リードとのリード差を小さくすることにより、ねじ部の変位をより確実に拡大（増幅）することができる。
【００１９】
請求項３に記載した発明は、前記第１ねじ部、前記第１ナットおよび前記第１ボールベアリングで構成される第１ボールねじが前記第１部材に連結される第１ケーシング内に支持固定されるとともに、前記第２ねじ部、前記第２ナットおよび前記第２ボールベアリングで構成される第２ボールねじが前記第２部材に連結される第２ケーシング内に支持固定され、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとは相対的に回転することなく、かつ、相対変位可能に構成され、前記回転錘は、前記第１ケーシングまたは前記第２ケーシングに相対変位可能に支持されていることを特徴としている。
【００２０】
請求項３に記載した発明によれば、回転錘をねじ部と一体化させ、ねじ部を軸中心に回転させる機構であるため、機構が単純で外径を小さくすることができる。したがって、回転慣性質量ダンパーの径方向の大きさを小さくすることができる。
【００２１】
請求項４に記載した発明は、前記第１部材と連結される第１ケーシングと、前記第２部材と連結される第２ケーシングと、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとの間にそれぞれと相対的に回転することなく、かつ、相対変位可能に構成された第３ケーシングと、を備え、前記第１ねじ部が前記第１ケーシングに固定されるとともに、前記第２ねじ部が前記第２ケーシングに固定され、前記第１ナットおよび前記第２ナットが前記第３ケーシングに相対変位することなく回転可能に支持され、前記回転錘は前記第１ナットおよび前記第２ナットにより固定されていることを特徴としている。
【００２２】
請求項４に記載した発明によれば、回転錘をナット（第１ナットおよび第２ナット）と一体化させ、ねじ部を回転させるのではなくナットを回転させる機構であるため、各部材が軸方向に可動するための隙間は小さくて済む。したがって、回転慣性質量ダンパーの軸方向の長さを短くすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の回転慣性質量ダンパーによれば、変位増幅機構としてリードの異なる２つのボールねじを用いることで、回転慣性質量ダンパー両端間の変位に対するねじ部の変位（ナットに対する移動量）を大幅に拡大することができる。つまり、回転慣性質量ダンパー両端間の変位に対する回転錘の回転が大幅に増加し、慣性質量効果が増大する。
また、ボールねじのリードが回転錘を境界に異なるように構成するだけで、大きな慣性質量効果を得ることができる。つまり、従来の梃子やトグルを用いた変位拡大機構を備えたものと比較して、径方向の大きさを小さくすることができる。
さらに、慣性質量効果を増大させるために、第１リードおよび第２リードを小さくする必要がないため、第１ボールベアリングおよび第２ボールベアリングも過小な径のものを採用する必要がない。したがって、ねじ部の直径に合わせた所定のリードを確保することができるため、耐荷重性能が低減するのを防止することができる。
したがって、大型化することなく、大きな慣性質量効果を得ることができる回転慣性質量ダンパーを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態における変位増幅機構の構成を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態における変位増幅機構の動きを説明する図である。
【図３】本発明の実施形態における慣性質量ダンパーの構成を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態における回転慣性質量ダンパーの第１の態様を示す図である。
【図５】本発明の実施形態における回転慣性質量ダンパーの第２の態様を示す図である。
【図６】従来の回転慣性質量ダンパーの一例を示す図である。
【図７】従来の回転慣性質量ダンパーの一例を詳細に説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
次に、本発明の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。
【００２６】
（変位増幅機構）
まず、本実施形態の回転慣性質量ダンパーに採用する変位増幅機構について説明する。
図１に示すように、変位増幅機構１０は、リードの異なる２つのねじ部１１，１２に、各々ボールナット１３，１４を噛み合わせる。図１において、左側に配された第１ねじ部１１と右側に配された第２ねじ部１２は軸中心が一致するように連結されており、同軸上で変位も回転も同じになるように一体化されている。この第１ねじ部１１と第２ねじ部１２を合わせてねじ部１５とする。ここでは、左側の第１ねじ部１１のリード（ねじ溝のピッチ）Ｌｄ１を３０ｍｍ、右側の第２ねじ部１２のリードＬｄ２を２０ｍｍとし、左側の第１ナット１３を固定端とし、右側の第２ナット１４を回転を拘束しつつ軸方向に変位可能に構成している。また、第１ねじ部１１の外周面と第１ナット１３の内周面にはそれぞれねじ溝が形成されており、第１ねじ部１１と第１ナット１３との間には第１ボールベアリング１７が配されている。同様に、第２ねじ部１２の外周面と第２ナット１４の内周面にはそれぞれねじ溝が形成されており、第２ねじ部１２と第２ナット１４との間には第２ボールベアリング１８が配されている。つまり、第１ナット１３および第２ナット１４はともに回転拘束されており、第２ナット１４はねじ部１５の軸方向に沿って移動可能になっている。なお、各ボールベアリング１７，１８の構成は、図７と略同一の構成である。
【００２７】
ここで、第１ねじ部１１、第１ナット１３および第１ボールベアリング１７で第１ボールねじ２１を構成し、第２ねじ部１２、第２ナット１４および第２ボールベアリング１８で第２ボールねじ２２を構成している。
【００２８】
このように構成された変位増幅機構１０において、第２ナット１４が軸方向に変位ｘ２移動したとき、ねじ部１５の回転角をθとすると、いずれも右ねじとして、
【００２９】
【数４】
【００３０】
となる。すなわち、本実施形態では、第１ねじ部１１のリードＬｄ１が３０ｍｍ、第２ねじ部１２のリードＬｄ２が２０ｍｍであるため、第２ナット１４の変位ｘ２に対して、ねじ部１５の変位ｘは３倍に拡大されることとなる。
【００３１】
具体的に説明すると、図２に示すように、ねじ部１５が１回転すると、第１ナット１３が固定端であるため、ねじ部１５は３０ｍｍ右方向に変位する。第２ナット１４のリードＬｄ２が２０ｍｍで、右ねじであるため、ねじ部１５が１回転すると第２ナット１４はねじ部１５に対して２０ｍｍ左方向に変位する。すなわち、固定端（第１ナット１３）に対しては１０ｍｍ右方向に変位することになる。その結果、第２ナット１４の変位１０ｍｍに対してねじ部１５の変位は３０ｍｍとなり、ねじ部の変位が３倍に拡大（増幅）されることとなる。
【００３２】
この変位増幅機構１０は、ボールねじ２１，２２の組み合わせだけで変位を拡大（増幅）することができ、梃子機構やトグル機構のように軸方向以外への部材が不要であり、ボールねじ２１，２２の軸方向の部材だけで成立するため、ロスも小さく、コンパクトで合理的である。
【００３３】
（慣性質量ダンパー）
次に、上述した変位増幅機構を用いた慣性質量ダンパーについて説明する。
図３に示すように、慣性質量ダンパー３０は、上述したリードの異なる第１ボールねじ２１および第２ボールねじ２２を備えた変位増幅機構１０と、第１ねじ部１１と第２ねじ部１２との間に配された回転錘３１と、を一体化して構成されている。
【００３４】
具体的には、慣性質量ダンパーとして機能する回転錘３１の両端に第１ボールねじ２１および第２ボールねじ２２を固定することで、ねじ部１５の変位を拡大することができる。ねじ部１５の変位が拡大されるということは、ねじ部１５の回転角も拡大される。すなわち、リードＬｄ１の第１ナット１３に噛み合う第１ねじ部１１にダンパー変位ｘ２が作用したときのねじ部１５の回転角θと比較すると、上述した変位増幅機構１０による場合のねじ部１５の変位ｘは、Ｌｄ１／（Ｌｄ１−Ｌｄ２）倍（本実施形態では３倍）に拡大され、ねじ部１５の回転角θも同じくＬｄ１／（Ｌｄ１−Ｌｄ２）倍に拡大されることとなる。各部の変位は、次式で表される。
【００３５】
【数５】
【００３６】
一方、回転錘（フライホイール）３１の回転角速度の変化によるトルク合力は、
【００３７】
【数６】
【００３８】
であり、第１ナット１３に作用するトルクＴ１および反力Ｒ１は、それぞれ、
【００３９】
【数７】
【００４０】
となり、第２ナット１４に作用するトルクＴ２および反力Ｒ２は、それぞれ、
【００４１】
【数８】
【００４２】
となる。
【００４３】
したがって、このダンパーの負担力Ｆ＝Ｒ１＝−Ｒ２と、ダンパー変位ｘ２との関係は、次式となる。
【００４４】
【数９】
【００４５】
上述した例においては、リードが大きい第１ナット１３は逆作動、リードが小さい第２ナット１４も同じく逆作動となる。各ナット１３，１４に対するねじ部１５の相対変位は第１ナット１３、第２ナット１４でそれぞれ次式となる。
【００４６】
【数１０】
【００４７】
この相対変位が、各ナット１３，１４に生じてねじ部１５が回転する。上述の例では、リードＬｄ１＝３０ｍｍの第１ナット１３に変位３ｘ２が、リードＬｄ２＝２０ｍｍの第２ナット１４に変位２ｘ２が生じた場合の回転となるため、両者ともリード１０ｍｍのボールねじに変位ｘ２が作用した場合と同じになる。すなわち、双方のナット１３，１４のリード差（Ｌｄ１−Ｌｄ２）をリードとしてもつ通常の慣性質量ダンパーと等価になることが分かる。このように、上記機構による変位増幅（拡大）機構は、回転錘３１の回転角に関する増速機構にもなっており、上記（１）式より慣性質量効果はリードを（Ｌｄ１−Ｌｄ２）としたものとして求められる。
【００４８】
一方、各ねじ部１１，１２と各ナット１３，１４の噛み合わせ部に作用するトルクは、上記（２）式に示すように同じリードをもつ通常の慣性質量ダンパーと同じである。
【００４９】
以上より、本実施形態によれば小さなリードのボールねじを使用しなくても、２つのボールねじ２１，２２のリード差が小さくなるように組み合わせることで、リードを小さくしたのと同等の効果を発揮できる。したがって、各々のボールねじ２１，２２についてはリードを十分にとれるため、ボールベアリング１７，１８の径を無理に小さくする必要がなく、耐荷重性能を低下させることもない。（１）式から明らかなように、リード差を小さくすることで慣性質量を大幅に増大できるため、回転錘３１の回転慣性モーメントＩθを小さくすることが可能となり、ダンパー装置の小型軽量化を図ることができる。
【００５０】
（回転慣性質量ダンパー）
（第１の態様）
次に、上述した機構を採用した回転慣性質量ダンパーの第１の態様について説明する。
図４に示すように、回転慣性質量ダンパー４０は、上述した慣性質量ダンパー３０と、第１ボールねじ２１を支持固定した第１ケーシング４１と、第２ボールねじ２２を支持固定した第２ケーシング４２と、を備えている。第１ケーシング４１および第２ケーシング４２は、ともに略有底筒状に形成されている。第１ケーシング４１における第２ケーシング４２が連結される側の内周面にガイド溝４４が形成され、第２ケーシング４２における第１ケーシング４１側の外周面にガイド溝４４に嵌合可能な突起４５が形成されている。そして、ガイド溝４４に突起４５が嵌合することで、第１ケーシング４１と第２ケーシング４２は、回転することなく軸方向にスライド（相対変位）できるように構成されている。さらに、第１ケーシング４１および第２ケーシング４２のそれぞれの軸方向外側端部には、構造体（不図示）への連結用のクレビス４７，４８が設けられている。なお、第１ケーシング４１に設けられたクレビス４７は構造体の第１部材（不図示）に連結され、第２ケーシング４２に設けられたクレビス４８は構造体の第２部材（不図示）に連結される。
【００５１】
第１ボールねじ２１および第２ボールねじ２２と、回転錘３１とはロックナット４３などにより一体化され、回転錘３１の自重によってねじ部１５が撓む（曲がる）のを防止するため、ベアリングスライド４９で第１ケーシング４１に支持されている。ベアリングスライド４９は、回転錘３１の「ねじ部１５の軸方向の変位」並びに「ねじ部１５の軸芯まわりの回転」を拘束せず、「ねじ部１５の軸直交方向の変位」を拘束するように構成されている。
【００５２】
上述したように構成された回転慣性質量ダンパー４０は、ダンパー両端に相対変位ｘ２が生じると、第１ボールねじ２１および第２ボールねじ２２が、θ＝２πｘ２／（Ｌｄ１−Ｌｄ２）だけ回転し、これと一体化された回転錘３１は、ｘ＝Ｌｄ１ｘ２／（Ｌｄ１−Ｌｄ２）だけ軸方向に変位をしながらボールねじと同じだけ回転する。
【００５３】
なお、第１ボールねじ２１、第２ボールねじ２２、および回転錘３１が、それぞれ第１ケーシング４１および第２ケーシング４２の軸方向端部や、第１ナット１３および第２ナット１４にぶるかることなく円滑に軸方向に可動するためには、このダンパーのストローク（片振幅）をＳとしたとき、下記の隙間が必要となる。
【００５４】
【数１１】
【００５５】
例えば、図４の回転慣性ダンパー４０において、第１ボールねじ２１のリードをＬｄ１＝３０ｍｍ、第２ボールねじ２２のリードをＬｄ２＝２０ｍｍ、ストロークＳ＝６０ｍｍとすると、Ｓ１＝１８０ｍｍ、Ｓ２＝１２０ｍｍとなり、また、Ｓ１およびＳ２は、それぞれ３箇所ずつ必要であるため、合計９００ｍｍの隙間が必要となる。なお、第１ケーシング４１と第２ケーシング４２との間のスライド機構（ガイド溝４４および突起４５）は、±Ｓの可動代が確保されている。
【００５６】
この態様によれば、回転慣性質量ダンパー４０は、回転錘３１をねじ部１５と一体化させ、ねじ部１５を軸中心に回転させる機構であるため、機構が単純で外径を小さくすることができる。したがって、回転慣性質量ダンパー４０の径方向の大きさを小さくすることができる。
【００５７】
（第２の態様）
次に、上述した機構を採用した回転慣性質量ダンパーの第２の態様について説明する。
図５に示すように、回転慣性質量ダンパー５０は、上述した慣性質量ダンパー３０と、構造体の第１部材（不図示）に連結される第１ケーシング５１と、構造体の第２部材（不図示）に連結される第２ケーシング５２と、第１ケーシング５１と第２ケーシング５２との間に設けられ、それぞれと軸方向に相対変位（スライド）可能な第３ケーシング５３と、を備えている。
【００５８】
第１ケーシング５１および第２ケーシング５２は、ともに略有底筒状に形成されている。また、第３ケーシング５３は、略円筒状に形成されており、軸方向両端の内周面にガイド溝５４がそれぞれ形成されている。さらに、第１ケーシング５１における第３ケーシング５３が連結される側の外周面および第２ケーシング５２における第３ケーシング５３が連結される側の外周面にガイド溝５４と嵌合可能な突起５５がそれぞれ形成されている。そして、ガイド溝５４に突起５５が嵌合することで、第１ケーシング５１と第３ケーシング５３は回転することなく軸方向にスライド（相対変位）できるように構成されるとともに、第２ケーシング５２と第３ケーシング５３も回転することなく軸方向にスライド（相対変位）できるように構成される。
【００５９】
また、第１ケーシング５１および第２ケーシング５２のそれぞれの軸方向外側端部には、構造体（不図示）への連結用のクレビス５７，５８が設けられている。なお、第１ケーシング５１に設けられたクレビス５７は構造体の第１部材（不図示）に連結され、第２ケーシング５２に設けられたクレビス５８は構造体の第２部材（不図示）に連結される。
【００６０】
回転錘３１は、第１ナット１３および第２ナット１４の間に設けられ、第１ナット１３および第２ナット１４と一体化されている。また、一体化された第１ナット１３、第２ナット１４および回転錘３１は、第３ケーシング５３内で軸方向に移動できず、軸中心に回転可能に保持されている。さらに、第１ねじ部１１は軸方向外側端部において第１ケーシング５１と一体化するように連結され、第２ねじ部１２は同様に軸方向外側端部において第２ケーシング５２と一体化するように連結されている。
【００６１】
このように構成された回転慣性質量ダンパー５０は、図５に示すように、リードが異なる第１ねじ部１１と第２ねじ部１２とは回転錘３１内で２分割され、第１ねじ部１１はクレビス５７を設けた第１ケーシング５１に固定され、第２ねじ部１２はクレビス５８を設けた第２ケーシング５２に固定されている。また、回転錘３１は中空円筒状に形成されており、第１ナット１３および第２ナット１４に挟持されるようにして固定されている。第１ナット１３および第２ナット１４は、第３ケーシング５３に対して回転自在に支持されるとともに、軸方向に変位拘束されている。したがって、第１ねじ部１１および第２ねじ部１２は回転せず、第１ナット１３および第２ナット１４が軸中心に回転するように構成されている。
【００６２】
上述したように構成された回転慣性質量ダンパー５０は、第３ケーシング５３に対して第１ケーシング５１がｘ変位すると、第１ねじ部１１に噛み合う第１ナット１３が、θ＝２πｘ／Ｌｄ１だけ軸中心に回転し、これと一体化された回転錘３１および第２ナット１４も同じように回転する。
【００６３】
これにより、第２ねじ部１２は、第２ナット１４（第３ケーシング５３に軸方向に固定）に対して、
【００６４】
【数１２】
【００６５】
だけ変位する。第１ねじ部１１および第２ねじ部１２がいずれも右ねじとすると、回転慣性質量ダンパー５０両端の変位ｘ２は、
【００６６】
【数１３】
【００６７】
となる。したがって、
【００６８】
【数１４】
【００６９】
となり、ダンパー変位と回転錘３１の回転角との関係は、第１の態様の場合と同じになる。
【００７０】
なお、第１ナット１３または第２ナット１４が、第１ケーシング５１または第２ケーシング５２の端部にぶつかったり、第１ねじ部１１または第２ねじ部１２が第１ナット１３または第２ナット１４から外れたりすることなく円滑に可動するためには、このダンパーのストローク（片振幅）をＳとしたとき、下記の隙間が必要となる。
【００７１】
【数１５】
【００７２】
例えば、図５に示す回転慣性質量ダンパー５０において、第１ボールねじ２１のリードをＬｄ１＝３０ｍｍ、第２ボールねじ２２のリードをＬｄ２＝２０ｍｍ、ストロークＳ＝６０ｍｍとすると、Ｓ１＝１８０ｍｍ、Ｓ２＝１２０ｍｍとなり、Ｓ１およびＳ２は、１箇所ずつあるため、合計３００ｍｍの隙間が必要となる。
【００７３】
第１の態様と比較すると、必要な隙間量は小さくなるため、ダンパー長さを短くすることができる。ただし、本態様の回転慣性質量ダンパー５０は、第１ナット１３および第２ナット１４を軸中心に回転させるため、第１ナット１３および第２ナット１４と第３ケーシング５３との間に、ハウジング（外表ケース）を設けたナット回転型６０を設ける必要がある。その結果、第１の態様の回転慣性質量ダンパー４０よりもやや外径が大きくなる。また、回転錘３１の形状を円筒形としてその中空部に第１ねじ部１１および第２ねじ部１２が出入りする空間（ナット間隔Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ以上）を確保する必要がある。なお、各ケーシング５１，５２，５３のスライド機構は、±Ｓ１（左側）および±Ｓ２（右側）の可動代が必要となり、第１の態様の回転慣性質量ダンパー４０より可動代が大きくなる。
【００７４】
この態様によれば、回転錘３１をナット（第１ナット１３および第２ナット１４）と一体化させ、ねじ部１５を回転させるのではなくナット（第１ナット１３および第２ナット１４）を回転させる機構であるため、各部材が軸方向に可動するための隙間は小さくて済む。したがって、回転慣性質量ダンパー５０の軸方向の長さを短くすることができる。
【００７５】
（回転錘の試算）
次に、本実施形態の回転慣性質量ダンパーの効果を確認するため、慣性質量２０００ｔｏｎを実現するための回転錘３１の形状を試算する。
【００７６】
まず、本実施形態の回転慣性質量ダンパー５０（４０）、つまり、リードの異なる第１ボールねじ２１および第２ボールねじ２２を用いた場合について説明する。
【００７７】
前提条件として、ねじ部１５（第１ねじ部１１および第２ねじ部１２）の直径を１２０ｍｍ、第１ねじ部１１のリードＬｄ１＝２８ｍｍ、第２ねじ部１２のリードＬｄ２＝２０ｍｍとする。
【００７８】
回転錘３１の大きさを直径φ３０５ｍｍ、軸方向長さを４９０ｍｍとし、材質は鉄製とする。回転錘３１は略円筒状に形成されているが、中空部は影響が小さいため無視する。すると、回転錘３１の質量ｍは、０．２８１ｔｏｎとなる。
【００７９】
このように構成された回転慣性質量ダンパーにおける回転慣性モーメントＩθおよび慣性質量ψは、以下のように求められる。
【００８０】
【数１６】
【００８１】
続いて、従来の回転慣性質量ダンパー、つまり、ボールねじを１組だけ用いた場合について説明する。
【００８２】
前提条件として、ねじ部の直径を１２０ｍｍ、ねじ部リードＬｄ＝２０ｍｍとする。
【００８３】
回転錘の大きさを直径φ４０５ｍｍ、軸方向長さを９８０ｍｍとし、材質は鉄製とする。回転錘は略円筒状に形成されているが、中空部は影響が小さいため無視する。すると、回転錘の質量ｍは、０．９９１ｔｏｎとなる。
【００８４】
このように構成された回転慣性質量ダンパーにおける回転慣性モーメントＩθおよび慣性質量ψは、以下のように求められる。
【００８５】
【数１７】
【００８６】
このように、本実施形態の回転慣性質量ダンパー５０（４０）によれば、第１ボールねじ２１および第２ボールねじ２２のリードを小さくしなくても、従来と同じ慣性質量を径も長さも小さな回転錘３１で実現することができ、回転慣性質量ダンパー５０（４０）の小型軽量化を図ることができる。
【００８７】
本実施形態によれば、変位増幅機構としてリードの異なる２つのボールねじ（第１ボールねじ２１および第２ボールねじ２２）を用いたため、回転慣性質量ダンパー４０（５０）両端間の変位に対するねじ部の変位（ナットに対する移動量）を大幅に拡大することができる。つまり、回転慣性質量ダンパー４０（５０）の両端間の変位に対する回転錘３１の回転が大幅に増加し、慣性質量効果が増大する。
【００８８】
また、第１ボールねじ２１および第２ボールねじ２２のリードが回転錘３１を境界に異なるように構成するだけで、大きな慣性質量効果を得ることができる。つまり、従来の梃子やトグルを用いた変位拡大機構を備えたものと比較して、径方向の大きさを小さくすることができる。
【００８９】
さらに、慣性質量効果を増大させるために、第１リードＬｄ１および第２リードＬｄ２を小さくする必要がないため、第１ボールベアリング（不図示）および第２ボールベアリング（不図示）も過小な径のものを採用する必要がない。したがって、ねじ部１５の直径に合わせた所定のリードを確保することができるため、耐荷重性能が低減するのを防止することができる。また、大型化することなく、大きな慣性質量効果を得ることができる回転慣性質量ダンパー４０（５０）を実現することができる。
【００９０】
また、リードの異なる２つのボールねじ（第１ボールねじ２１および第２ボールねじ２２）を用いることで、回転慣性質量ダンパー４０（５０）両端間の変位に対するねじ部の変位（ナットに対する移動量）を大幅に拡大することができる。そして、この拡大（増幅）率は、例えば、（第１リードの大きさＬｄ１）／（第１リードＬｄ１と第２リードＬｄ２とのリード差）で表されるため、第１リードＬｄ１と第２リードＬｄ２とのリード差を小さくすることにより、ねじ部の変位をより確実に拡大（増幅）することができる。
【００９１】
なお、リードの異なる２つのボールねじ（第１ボールねじ２１および第２ボールねじ２２）を併用することで、回転慣性質量ダンパー４０（５０）両端間の変位に対するボールねじの変位（ナットに対する移動量）を大幅に拡大することができる。この拡大（増幅）率は、（ボールナットのリード）／（ボールナットのリード差）で表され、リード差を小さくすることでボールねじの変位が増大する変位増幅機構となる。このメカニズムを回転慣性質量ダンパー４０（５０）に組み込み、回転錘３１をボールねじ機構と一体化させることで、回転慣性質量ダンパー４０（５０）両端間の変位に対する回転錘３１の回転が当該リードをもつ従来のダンパー（ボールねじを１組使用）と比較して大幅に増加する。これにより慣性質量効果が増大し、「２つのボールねじのリード差」をリードと読み替えたのと同じ性能を発揮する。
また、本実施形態の回転慣性質量ダンパー４０（５０）は、各ナットに作用する軸力やトルクは、リードによらず変わらない。したがって、ボールねじは当該リードをもつ従来のダンパーと同じ設計を行えばよい。
【００９２】
尚、本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態では、各ケーシングにガイド溝とガイド溝に嵌合可能な突起とを形成したが、ガイド溝および突起を逆の位置に形成してもよく、各ケーシングが回転せずに軸方向にスライド可能に構成される構造であればよい。
また、本実施形態では、第１ねじ部および第２ねじ部がいずれも右ねじの場合で説明したが、第１ねじ部および第２ねじ部がいずれも左ねじで構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００９３】
１０…変位増幅機構 １１…第１ねじ部（ねじ部） １２…第２ねじ部（ねじ部） １３…第１ナット（ナット） １４…第２ナット（ナット） １５…ねじ部 １７…第１ボールベアリング（ボールベアリング） １８…第２ボールベアリング（ボールベアリング） ２１…第１ボールねじ（ボールねじ） ２２…第２ボールねじ（ボールねじ） ３１…回転錘 ４０…回転慣性質量ダンパー ４１…第１ケーシング ４２…第２ケーシング ５０…回転慣性質量ダンパー ５１…第１ケーシング ５２…第２ケーシング ５３…第３ケーシング Ｌｄ１…第１リード Ｌｄ２…第２リード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに当接離間する方向に相対変位する第１部材および第２部材の間に介装され、前記第１部材および前記第２部材の間に生じる相対振動を低減するための回転慣性質量ダンパーにおいて、
前記第１部材および前記第２部材が相対変位したときの変位を増幅する変位増幅機構を備え、
該変位増幅機構は、
ねじ部と、該ねじ部を挿通可能な貫通孔が形成されたナットと、前記ねじ部と前記ナットとの間に配されたボールベアリングと、を有するボールねじと、
前記ねじ部または前記ナットとともに回転可能に配された回転錘と、を備え、
該回転錘を境界にして両側に第１ねじ部および第２ねじ部がそれぞれ配されるとともに、前記第１ねじ部が挿通された第１ナットおよび前記第２ねじ部が挿通された第２ナットが配され、
前記第１ねじ部および前記第１ナットの間に配された第１ボールベアリングの第１リードと、前記第２ねじ部および前記第２ナットの間に配された第２ボールベアリングの第２リードと、が異なっていることを特徴とする回転慣性質量ダンパー。
【請求項２】
前記第１リードと前記第２リードとの差が小さい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ー。
【請求項３】
前記第１ねじ部、前記第１ナットおよび前記第１ボールベアリングで構成される第１ボールねじが前記第１部材に連結される第１ケーシング内に支持固定されるとともに、
前記第２ねじ部、前記第２ナットおよび前記第２ボールベアリングで構成される第２ボールねじが前記第２部材に連結される第２ケーシング内に支持固定され、
前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとは相対的に回転することなく、かつ、相対変位可能に構成され、
前記回転錘は、前記第１ケーシングまたは前記第２ケーシングに相対変位可能に支持されてい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ー。
【請求項４】
前記第１部材と連結される第１ケーシングと、前記第２部材と連結される第２ケーシングと、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとの間にそれぞれと相対的に回転することなく、かつ、相対変位可能に構成された第３ケーシングと、を備え、
前記第１ねじ部が前記第１ケーシングに固定されるとともに、前記第２ねじ部が前記第２ケーシングに固定され、
前記第１ナットおよび前記第２ナットが前記第３ケーシングに相対変位することなく回転可能に支持され、
前記回転錘は前記第１ナットおよび前記第２ナットにより固定されてい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ー。
【請求項１】
互いに当接離間する方向に相対変位する第１部材および第２部材の間に介装され、前記第１部材および前記第２部材の間に生じる相対振動を低減するための回転慣性質量ダンパーにおいて、
前記第１部材および前記第２部材が相対変位したときの変位を増幅する変位増幅機構を備え、
該変位増幅機構は、
ねじ部と、該ねじ部を挿通可能な貫通孔が形成されたナットと、前記ねじ部と前記ナットとの間に配されたボールベアリングと、を有するボールねじと、
前記ねじ部または前記ナットとともに回転可能に配された回転錘と、を備え、
該回転錘を境界にして両側に第１ねじ部および第２ねじ部がそれぞれ配されるとともに、前記第１ねじ部が挿通された第１ナットおよび前記第２ねじ部が挿通された第２ナットが配され、
前記第１ねじ部および前記第１ナットの間に配された第１ボールベアリングの第１リードと、前記第２ねじ部および前記第２ナットの間に配された第２ボールベアリングの第２リードと、が異なっていることを特徴とする回転慣性質量ダンパー。
【請求項２】
前記第１リードと前記第２リードとの差が小さい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ー。
【請求項３】
前記第１ねじ部、前記第１ナットおよび前記第１ボールベアリングで構成される第１ボールねじが前記第１部材に連結される第１ケーシング内に支持固定されるとともに、
前記第２ねじ部、前記第２ナットおよび前記第２ボールベアリングで構成される第２ボールねじが前記第２部材に連結される第２ケーシング内に支持固定され、
前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとは相対的に回転することなく、かつ、相対変位可能に構成され、
前記回転錘は、前記第１ケーシングまたは前記第２ケーシングに相対変位可能に支持されてい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ー。
【請求項４】
前記第１部材と連結される第１ケーシングと、前記第２部材と連結される第２ケーシングと、前記第１ケーシングと前記第２ケーシングとの間にそれぞれと相対的に回転することなく、かつ、相対変位可能に構成された第３ケーシングと、を備え、
前記第１ねじ部が前記第１ケーシングに固定されるとともに、前記第２ねじ部が前記第２ケーシングに固定され、
前記第１ナットおよび前記第２ナットが前記第３ケーシングに相対変位することなく回転可能に支持され、
前記回転錘は前記第１ナットおよび前記第２ナットにより固定されてい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ー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−７６３５（Ｐ２０１２−７６３５Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４１８３８（Ｐ２０１０−１４１８３８）
【出願日】平成２２年６月２２日（２０１０．６．２２）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２２日（２０１０．６．２２）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
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