(57)【要約】【課題】  摩擦振動を抑制することのできる回転摺動機構を極めて簡単な構成で安価に提供する。【解決手段】  回転摺動機構１は、回転駆動される円盤状をした駆動ディスク２と、駆動ディスク２に被接触部３ａが接触する円盤状をした従動ディスク３と、従動ディスク３を支持する支持軸４とを備えて構成される。被接触部３ａが円環状をした従動ディスク３の一定点Ｂは、円盤状をした駆動ディスク２の回転中心Ａに対して偏心して配置される。駆動ディスク２の回転駆動方向βは、支持部４による復元力の復元方向αと所定角度φで交差する。したがって、復元力の復元方向αに対して直交する回転駆動成分Ｖｓｉｎφが駆動ディスク２から円環状をした被接触部３ａに与えられる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動体支持部に支持されて回転中心を中心に回転する駆動体と、従動体支持部に支持され、前記駆動体の回転面に被接触部が接触して生じる摩擦力によって一定点を中心とする回転トルクが与えられ、前記被接触部が前記回転面を摺動する従動体とを備える回転摺動機構において、
前記従動体は、前記一定点が前記回転中心に対して偏心して配置され、前記摩擦力によって前記従動体支持部または前記駆動体支持部に生じるねじれに抗して前記一定点周りまたは前記回転中心周りに発揮される復元力の復元方向と所定角度範囲内で交差する方向に回転駆動される前記駆動体に前記被接触部が接触し、前記復元力の復元方向に対して直交する回転駆動成分が前記駆動体から前記被接触部に与えられることを特徴とする回転摺動機構。
【請求項２】
前記駆動体および前記従動体の前記被接触部は、一方が円盤状をして他方が円環状をしている、または、双方が円盤状もしくは円環状をしていることを特徴とする請求項１に記載の回転摺動機構。
【請求項３】
前記駆動体は円盤状をし、前記従動体の前記被接触部は、前記一定点から離れた１箇所以上に局所的に位置して任意の形状をし、前記復元力の復元方向と所定角度範囲内で交差する方向に回転駆動される前記駆動体に接触することを特徴とする請求項１に記載の回転摺動機構。
【請求項４】
前記所定角度範囲は、前記駆動体の回転駆動方向が前記復元力の復元方向と成す角度φの絶対値を│φ│としたときに不等式０＜│φ│≦９０°で示される範囲であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転摺動機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動体の回転面に従動体の被接触部が接触して生じる摩擦力によって従動体に回転トルクが与えられ、従動体の被接触部が駆動体の回転面を摺動する回転摺動機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来この種の回転摺動機構として、特許文献１の図７および図８に開示されたディスクブレーキ装置がある。
【０００３】
このディスクブレーキ装置は、制動対象のディスクが摩擦パッドと摺動可能に配置されて構成され、摺動部に発生する摩擦振動を抑制する駆動機構および制動制御手段を備える。ディスクブレーキ装置の作動時には、回転するディスクの回転方向Ｒの接線方向αに対して臨界駆動角度φcだけ傾斜させた方向βから、駆動機構により、摩擦パッドをディスクに摺動させる。制動制御手段は、ディスクと摩擦パッドとの相対速度Ｖrelを検出し、検出した相対速度Ｖrelを変数とする動摩擦係数μ（Ｖrel）を算出する。そして、制動制御手段は、この動摩擦係数μ（Ｖrel）によって規定される臨界駆動角度φcを算出し、算出した臨界駆動角度φcで摩擦パッドをディスクに摺動させるように、駆動機構に指示する。
【０００４】
臨界駆動角度φcで摩擦パッドをディスクに摺動させると、摩擦パッドの摺動方向βに直交する駆動力が横滑り力として摩擦パッドに与えられ、摩擦パッドとディスクとの間に生じる摩擦振動が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−７７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されたディスクブレーキ装置のような上記従来の回転摺動機構では、摩擦パッドとディスクとの間に生じる摩擦振動を抑制させるために、臨界駆動角度φcで摩擦パッドをディスクに摺動させる駆動機構や、臨界駆動角度φcを算出する制動制御手段が必要とされる。このため、上記従来の回転摺動機構は、摩擦振動を抑制させるために構成が複雑になり、また、製品コストも高価になってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、
駆動体支持部に支持されて回転中心を中心に回転する駆動体と、従動体支持部に支持され、駆動体の回転面に被接触部が接触して生じる摩擦力によって一定点を中心とする回転トルクが与えられ、被接触部が前記回転面を摺動する従動体とを備える回転摺動機構において、
従動体が、一定点が回転中心に対して偏心して配置され、前記摩擦力によって従動体支持部または駆動体支持部に生じるねじれに抗して一定点周りまたは回転中心周りに発揮される復元力の復元方向と所定角度範囲内で交差する方向に回転駆動される駆動体に被接触部が接触し、復元力の復元方向に対して直交する回転駆動成分が駆動体から被接触部に与えられることを特徴とする。
【０００８】
本構成によれば、従動体支持部または駆動体支持部が発揮する復元力の復元方向に対して直交する方向の横滑り駆動成分が駆動体から従動体に与えられることで、従動体に作用する摩擦力の復元方向成分と、従動体支持部または駆動体支持部の発揮する復元力とが自律的に安定して平衡する状態になり、駆動体と従動体との間に生じる摩擦に摩擦振動が生じなくなる。したがって、従来の回転摺動機構における駆動機構や制動制御手段などの摩擦振動を抑制させるための特別の構成要素を用いることなく、駆動体と従動体との間における相対位置関係を適切に設定するだけで、摩擦振動を抑制することができる。このため、摩擦振動を抑制することのできる回転摺動機構を極めて簡単な構成で安価に提供することが可能になる。
【０００９】
また、本発明は、駆動体および従動体の被接触部が、一方が円盤状をして他方が円環状をしている、または、双方が円盤状もしくは円環状をしていることを特徴とする。
【００１０】
本構成によれば、被接触部が円環状または円盤状をした従動体の一定点が、円盤状または円環状をした駆動体の回転中心に対して偏心して配置され、復元力の復元方向と所定角度範囲内で交差する方向に回転駆動される駆動体に被接触部が接触することで、復元力の復元方向に対して直交する回転駆動成分が駆動体から従動体の被接触部に与えられる。このため、従動体の被接触部に作用する摩擦力の復元方向成分と、従動体支持部または駆動体支持部の発揮する復元力とが自律的に安定して平衡する状態になり、円盤状または円環状をした駆動体と円環状または円盤状をした被接触部との間に生じる摩擦に摩擦振動が生じなくなる。
【００１１】
また、本発明は、駆動体が円盤状をし、従動体の被接触部が、一定点から離れた１箇所以上に局所的に位置して任意の形状をし、復元力の復元方向と所定角度範囲内で交差する方向に回転駆動される駆動体に接触することを特徴とする。
【００１２】
本構成によれば、被接触部が任意の形状をした従動体の一定点が、円盤状をした駆動体の回転中心に対して偏心して配置され、復元力の復元方向と所定角度範囲内で交差する方向に回転駆動される駆動体に任意の形状をした被接触部が接触することで、復元力の復元方向に対して直交する回転駆動成分が駆動体から任意の形状をした被接触部に与えられる。このため、任意の形状をした被接触部に作用する摩擦力の復元方向成分と、従動体支持部または駆動体支持部の発揮する復元力とが自律的に安定して平衡する状態になり、円盤状をした駆動体と任意の形状をした被接触部との間に生じる摩擦に摩擦振動が生じなくなる。
【００１３】
また、本発明は、所定角度範囲が、駆動体の回転駆動方向が復元力の復元方向と成す角度φの絶対値を│φ│としたときに不等式０＜│φ│≦９０°で示される範囲であることを特徴とする。
【００１４】
本構成によれば、復元力の復元方向に対して直交する回転駆動成分が非零になって駆動体から従動体に与えられ、横滑り駆動成分に起因して、摩擦振動に対する減衰作用が発現される。このため、駆動体と従動体との間の摩擦に生じる摩擦振動が抑制される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、摩擦振動を抑制することのできる回転摺動機構を極めて簡単な構成で安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施形態による回転摺動機構の正面図および平面図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、本発明の回転摺動機構の原理を説明するための平面図および側面図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、一実施形態による回転摺動機構と比較される回転摺動機構の正面図および平面図である。
【図４】一実施形態による回転摺動機構の制動性能を測定する実験装置の概略の側面図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は、偏心距離ε＝０[ｍｍ]の比較対象とされる回転摺動機構についての実験結果、（ｃ），（ｄ）は、偏心距離ε＝１０[ｍｍ]の一実施形態による回転摺動機構についての実験結果を示す。
【図６】（ａ）は、一実施形態による回転摺動機構の変形例に用いられる従動ディスクの正面図、（ｂ）は、（ａ）に示す従動ディスクの比較に用いられる従動ディスクの正面図である。
【図７】図６（ｂ）に示す従動ディスクを有する比較対象とされる回転摺動機構の比較実験結果を示し、（ａ），（ｂ）は、偏心距離ε＝０[ｍｍ]のときの実験結果を示すグラフ、（ｃ），（ｄ）は、偏心距離ε＝１０[ｍｍ]のときの実験結果を示すグラフである。
【図８】図６（ａ）に示す従動ディスクを有する変形例による回転摺動機構の比較実験結果を示し、（ａ），（ｂ）は、偏心距離ε＝０[ｍｍ]のときの実験結果を示すグラフ、（ｃ），（ｄ）は、偏心距離ε＝１０[ｍｍ]のときの実験結果を示すグラフである。
【図９】一実施形態および変形例による回転摺動機構における、従動ディスクの被接触部における任意の点Ｐでの駆動ディスクの回転速度Ｖ、従動ディスクの回転速度ｖ、および摩擦力Ｆの関係を表す図である。
【図１０】一実施形態の変形例による回転摺動機構の一適用例を示す正面図である。
【図１１】図１０に示す力関係にある回転摺動機構を有するＣＭＰ装置の構造を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明による回転摺動機構を実施するための形態について、説明する。
【００１８】
図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施形態による回転摺動機構１の正面図および平面図である。
【００１９】
回転摺動機構１は、回転駆動される円盤状をした駆動ディスク２と、駆動ディスク２に被接触部３ａが接触する円盤状をした従動ディスク３と、従動ディスク３を支持する支持軸４とを備えて構成される。図１（ａ）に示す正面図では、従動ディスク３は円環状をした被接触部３ａだけが示されており、また、支持軸４の図示は省略されている。また、駆動ディスク２は図示しない駆動体支持軸に回転自在に支持されている。従動ディスク３は、被接触部３ａが駆動ディスク２の回転面２ａに垂直に支持軸４から所定の押圧力で押し付けられている。したがって、駆動ディスク２が回転駆動されると、支持軸４に固定支持されている従動ディスク３の被接触部３ａと回転面２ａとの間に摩擦力を生じながら、被接触部３ａは回転面２ａを摺動する。
【００２０】
駆動ディスク２は、回転中心Ａを中心に回転する駆動体を構成する。従動ディスク３は、回転面２ａに被接触部３ａが接触して生じる摩擦力によって一定点Ｂを中心とする回転トルクが与えられる従動体を構成する。支持軸４は、従動ディスク３に与えられるこの回転トルクによって生じるねじれに抗する復元力を、一定点Ｂの周りに発揮する。
【００２１】
本実施形態では、従動ディスク３の一定点Ｂが駆動ディスク２の回転中心Ａに対して距離εだけ偏心して配置されている。また、駆動ディスク２の回転駆動方向βは、支持軸４による復元力の復元方向αと所定角度φで交差し、従動ディスク３には、復元力の復元方向αに対して直交する駆動ディスク２の回転駆動成分Ｖｓｉｎφが与えられる。
【００２２】
駆動ディスク２の回転駆動方向βが復元力の復元方向αと成す角度φ（ミスアライメント角度）の絶対値│φ│は、不等式０＜│φ│≦９０°で示される所定角度範囲内に設定され、駆動成分Ｖｓｉｎφが非零に設定される。この設定により、復元力の復元方向αに対して横滑りを起こす駆動ディスク２の回転駆動成分Ｖｓｉｎφが確保される。
【００２３】
このような本実施形態の回転摺動機構１によれば、支持軸４が発揮する復元力の復元方向αに対して直交する回転駆動成分Ｖｓｉｎφが駆動ディスク２から従動ディスク３に与えられることで、従動ディスク３に作用する摩擦力Ｆの復元方向成分Ｆｃｏｓθと、支持軸４の発揮する復元力とが自律的に安定して平衡する状態になり、駆動ディスク２と従動ディスク３との間に生じる摩擦に摩擦振動が生じなくなる。
【００２４】
ここで、θは、駆動ディスク２の回転駆動速度Ｖと、支持軸４から従動ディスク３に与えられる復元力の復元速度ｖとの相対速度Ｖrel が、復元力の復元方向αに対して成す角度である。復元力の復元速度ｖは、支持軸４のねじりに応じて被接触部３ａがその円周方向に変位する変位量ｘの１階微分ｘ’で表される。従動ディスク３に作用する摩擦力Ｆは、この相対速度Ｖrelを減じる方向に作用するので、摩擦力Ｆが復元力の復元方向αに対して成す角度もθとなる。
【００２５】
すなわち、被接触部３ａが円環状をした従動ディスク３の一定点Ｂが、円盤状をした駆動ディスク２の回転中心Ａに対して偏心して配置され、駆動ディスク２の回転駆動方向βが復元力の復元方向αと所定角度範囲内で交差することで、復元力の復元方向αに対して直交する回転駆動成分Ｖｓｉｎφが駆動ディスク２から円環状をした被接触部３ａに与えられる。本実施形態では、回転駆動方向βと復元方向αとの成すミスアライメント角度φが０＜│φ│≦９０°の範囲に設定されるので、復元力の復元方向αに対して直交する回転駆動成分Ｖｓｉｎφが非零になって従動ディスク３に与えられ、横滑りを起こすこの回転駆動成分Ｖｓｉｎφに起因して、摩擦振動に対する減衰作用が発現される。このため、円環状をした被接触部３ａに作用する摩擦力Ｆの復元方向成分Ｆｃｏｓθと、支持軸４の発揮する復元力とが自律的に安定して平衡する状態になり、円盤状をした駆動ディスク２と円環状をした被接触部３ａとの間に生じる摩擦に摩擦振動が生じなくなる。
【００２６】
したがって、本実施形態の回転摺動機構１によれば、特許文献１に開示された従来の回転摺動機構における駆動機構や制動制御手段などの摩擦振動を抑制させるための特別の構成要素を用いることなく、駆動ディスク２と従動ディスク３との間における相対位置関係を適切に設定するだけで、摩擦振動を抑制することができる。このため、摩擦振動を抑制することのできる回転摺動機構１を極めて簡単な構成で安価に提供することが可能になる。
【００２７】
なお、上記実施形態による回転摺動機構１では、駆動ディスク２が円盤状をし、従動ディスク３の被接触部３ａが円環状をしている場合について、説明した。しかし、駆動ディスク２および従動ディスク３の被接触部３ａは、一方が円盤状をして他方が円環状をしていても、または、双方が円盤状もしくは円環状をしていてもよい。つまり、駆動ディスク２が円環状、被接触部３ａが円盤状をしていても、また、駆動ディスク２および被接触部３ａの双方が円盤状をしていても、また、駆動ディスク２および被接触部３ａの双方が円環状をしていても、構わない。
【００２８】
本構成によれば、被接触部３ａが円環状または円盤状をした従動ディスク３の一定点Ｂが、円盤状または円環状をした駆動ディスク２の回転中心Ａに対して偏心して配置され、駆動ディスク２の回転駆動方向βが復元力の復元方向αと所定角度範囲内で交差することで、復元力の復元方向αに対して直交する回転駆動成分Ｖｓｉｎφが駆動ディスク２から従動ディスク３の被接触部３ａに与えられる。このため、従動ディスク３の被接触部３ａに作用する摩擦力Ｆの復元方向成分Ｆｃｏｓθと、支持軸４の発揮する復元力とが自律的に安定して平衡する状態になり、円盤状または円環状をした駆動ディスク２と円環状または円盤状をした被接触部３ａとの間に生じる摩擦に摩擦振動が生じなくなる。
【００２９】
図２（ａ）および（ｂ）は、本実施形態の回転摺動機構１の原理を説明するための平面図および側面図である。同図は、従動体の球５と駆動体の平板６との間の滑り摩擦を模式的に表している。以下に述べる原理は、球５を本実施形態の従動ディスク３、平板６を駆動ディスク２に当てはめて、本実施形態の回転摺動機構１の原理に適用することができる。
【００３０】
静止した壁７に左端が固定された剛性ｋのばね８があり、その右端に質量ｍの球５が取り付けられている。球５の運動はばね８のたわみ方向（ｘ方向）の並進のみが許されている。また、平板６は垂直荷重Ｗで球５と接触し、駆動速度Ｖでｘ方向とミスアライメント角度φを成して直動している。ばね８が自然長のときの球５の位置を原点０として、時刻ｔにおける球５の位置をｘ（ｔ）とすると、球５の運動速度はｔに関する微分（’）を用いてｘ’と表せる。平板６の駆動速度Ｖと球５の運動速度ｘ’との相対速度Ｖrelがｘ方向となす角度をθとすると、球５に作用する摩擦力Ｆは相対速度Ｖrelを減じる方向に作用するので、摩擦力Ｆがｘ方向と成す角度もθとなる。ミスアライメント角度φ≠０のとき、相対速度Ｖrelは非零な側方滑り成分Ｖｓｉｎφを持ち、また、運動速度ｘ’の変化により摩擦力Ｆの向きが変化する。
【００３１】
球５に作用する摩擦力の大きさを相対速度Ｖrelの関数Ｆ＝Ｆ（Ｖrel）で表すと、球５の運動方程式は次の式（１）で与えられる。
ｍｘ’’＋ｋｘ＝Ｆ（Ｖrel）・ｃｏｓθ  …（１）
【００３２】
ここで、相対速度Ｖrelと角度θは幾何学的に式（２）、（３）で定まる。
Ｖrel＝（Ｖ２−２ｖｘ’・ｃｏｓφ＋ｘ’２）１／２  …（２）
ｃｏｓθ＝（Ｖｃｏｓφ−ｘ’）／Ｖrel  …（３）
【００３３】
また、ミスアライメント角度φ≠０のとき、球５に作用する摩擦力は動摩擦力に限られるので、Ｆ（Ｖrel）は動摩擦係数μ（Ｖrel）を用いて次の式（４）で与えられる。
Ｆ（Ｖrel）＝μ（Ｖrel）・Ｗ  …（４）
【００３４】
球５に作用する摩擦力Ｆのｘ成分Ｆｃｏｓθとばね８の復元力ｋｘが釣り合うとき、ｘ’＝０を考慮して得られる関係Ｖrel＝Ｖ、θ＝φから、平衡点ｘeqは次の式（５）で与えられる。
ｘeq＝Ｆ（Ｖ）・ｃｏｓφ／ｋ  …（５）
【００３５】
この平衡点ｘeqの安定性を検討するために平衡点ｘeqからの擾乱ｘ〜 を次の式（６）で与え、
ｘ＝ｘeq＋ｘ〜   …（６）
式（６）を式（１）〜（３）に代入し、（ｘ〜）’／Ｖを微少量とみなして線形化すると、次の式（７）が得られる。
ｍ（ｘ〜）’’＋（ｃ１＋ｃ２）（ｘ〜）’＋ｋｘ〜＝０   …（７）
【００３６】
ここで、左辺第２項の（ｘ〜）’の係数ｃ１，ｃ２は次の式（８），（９）とした。
ｃ１＝μ’（Ｖ）・Ｗ・ｃｏｓ２φ  …（８）
ｃ２＝（μ（Ｖ）・Ｗ／Ｖ）・ｓｉｎ２φ  …（９）
【００３７】
式（８）のμ’（Ｖ）は、Ｖrel＝Ｖにおける関数μ＝μ（Ｖrel）の傾きを意味する。係数ｃ１は、摩擦係数の相対速度依存性により発現する粘性減衰作用を表し、係数ｃ２は、非零なミスアライメント角度φ（側方滑り成分Ｖｓｉｎφ）を与えることにより発現する粘性減衰作用を表す。
【００３８】
式（７）は２階の線形常微分方程式なので、平衡点ｘeqの安定性は（ｘ〜）’の係数の正負で決まる。すなわち、次の式（１０）
ｃ１＋ｃ２＞０  …（１０）
が成立するとき、平衡点ｘeqは安定となる。式（８）〜（１０）を整理すると、平衡点ｘeqの安定条件として、最終的に次の式（１１）の不等式が得られる。
ｔａｎ２φ＞−μ’（Ｖ）・Ｖ／μ（Ｖ）  …（１１）
【００３９】
μ’（Ｖ）＞０のときは式（１１）は任意のφに対して成り立つが、μ’（Ｖ）＜０のとき、ｃ１＜０（負減衰）が平衡点ｘeqを不安定化するが、次の式（１２）
φ＞φc＝ｔａｎ−１（−μ’（Ｖ）・Ｖ／μ（Ｖ））−１／２  …（１２）
を満たすミスアライメント角度φを与えると、ｃ２＞０（正減衰）の効果がｃ１＜０の効果を上回り、平衡点ｘeqは安定となる。このときは、平衡点ｘeqの近傍で摩擦振動は発生せず、なめらかな滑りの中で摩擦力Ｆｃｏｓθと復元力ｋｘとが釣り合う。すなわち、ミスアライメント角度φを不等式φc＜φ≦９０°で示される範囲に設定すると、摩擦振動は最大限に抑制されて発生しなくなる。
【００４０】
図３（ａ）および（ｂ）は、本実施形態の回転摺動機構１と比較される回転摺動機構１１の正面図および平面図である。なお、図３において図１と同一または相当する部分には同一の符号を付してその説明は省略する。
【００４１】
回転摺動機構１１は、従動ディスク３の一定点Ｂが駆動ディスク２の回転中心Ａに一致して、本実施形態の回転摺動機構１のように偏心して配置されていない点だけが、本実施形態の回転摺動機構１と相違する。その他の構成は本実施形態の回転摺動機構１と同様である。
【００４２】
図４は、回転摺動機構の制動性能を測定する実験装置２１の概略の側面図である。この実験装置２１を用いて、図１に示す本実施形態の回転摺動機構１と図３に示す回転摺動機構１１との制動性能の比較実験を行った。
【００４３】
実験装置２１は、駆動ディスク２がフライホイール２２に連結されて構成され、ハンドル２３を手動で回転することで、フライホイール２２が回転する。フライホイール２２の回転速度は図示しないデジタルタコメータによって計測され、フライホイール２２の回転に連動して、駆動ディスク２が回転駆動される。従動ディスク３は移動支持台２４に取り付けられた支持軸４によって支持固定されている。移動支持台２４はリニアガイド２５上に固定されており、リニアガイド２５は支持軸４の軸心方向（図の左右方向）に移動自在に、偏心スタンド２６に取り付けられている。偏心スタンド２６は支持軸４の軸心方向に直交する方向（図の紙面に垂直な方向）に移動自在に構成され、偏心スタンド２６がこの方向に移動されることで、従動ディスク３の一定点Ｂの駆動ディスク２の回転中心Ａに対する偏心距離εの大きさが調節される。
【００４４】
この偏心スタンド２６に固定された固定支持台２７にはジャッキ２８が設けられており、ジャッキ２８に設けられたコイルスプリング２９によって移動支持台２４は図の左方に付勢される。この付勢によって従動ディスク３の被接触部３ａは駆動ディスク２の回転面２ａに所定の押圧力で押し付けられる。この押圧力は、支持軸４に同軸に固定支持台２７に取り付けられたロードセル３０によって計測される。また、従動ディスク３が支持軸４にねじり与えることで、支持軸４が発揮するねじりに抗する復元力は、従動ディスク３のねじり回転加速度を図示しない加速度計で測定することで、計測した。
【００４５】
比較実験は、フライホイール２２を手動で０〜２４０[ｒｐｍ]の回転速度まで回転させ、その後、ジャッキ２８により、従動ディスク３の被接触部３ａを駆動ディスク２の回転面２ａに１５[Ｎ]の押圧力で押し付けて、行った。また、駆動ディスク２は直径１８０[ｍｍ]に形成し、従動ディスク３の円環状被接触部３ａは代表直径８０[ｍｍ]、半径方向の幅８[ｍｍ]のベークライト材で形成した。また、支持軸４の直径は５[ｍｍ]にした。
【００４６】
図５（ａ），（ｃ）は、デジタルタコメータで測定した駆動ディスク２の回転速度Ｎ[ｒｐｍ]と経過時間ｔ[ｓ]との関係を示すグラフであり、グラフの縦軸が回転速度Ｎ[ｒｐｍ]、横軸が経過時間ｔ[ｓ]である。また、図５（ｂ），（ｄ）は、従動ディスク３のねじり回転加速度ａ[ｍ／ｓ２]と経過時間ｔ[ｓ]との関係を示すグラフであり、グラフの縦軸がねじり回転加速度ａ[ｍ／ｓ２]、横軸が経過時間ｔ[ｓ]である。
【００４７】
図５（ａ），（ｂ）は、偏心距離ε＝０[ｍｍ]の比較対象とされる回転摺動機構１１についての実験結果、図５（ｃ），（ｄ）は、偏心距離ε＝１０[ｍｍ]の本実施形態による回転摺動機構１についての実験結果を示す。
【００４８】
比較対象の回転摺動機構１１では、図５（ａ）に示すように、駆動ディスク２の回転が止まる。また、図５（ｂ）に示すように、従動ディスク３のねじり回転加速度ａは、駆動ディスク２の回転当初に正側および負側に大きく振動し、その後、駆動ディスク２の回転が止まるまで振動が継続している。このことから、従動ディスク３にはねじり振動が生じ、駆動ディスク２と従動ディスク３との摩擦に摩擦振動が発生していることが理解される。一方、本実施形態の回転摺動機構１では、図５（ｃ）に示すように、駆動ディスク２の回転が止まる。また、図５（ｄ）に示すように、従動ディスク３のねじり回転加速度ａは、駆動ディスク２の回転当初に小さく振動するが、駆動ディスク２の回転が止まる前にはほぼ消滅している。このことから、従動ディスク３にはねじり振動がほとんど生じず、駆動ディスク２と従動ディスク３との摩擦に摩擦振動はほとんど発生していないことが理解される。この結果、本実施形態の回転摺動機構１によれば、上述の作用効果が奏されることを確認することができる。
【００４９】
図６（ａ）は、本実施形態による回転摺動機構１の変形例に用いられる従動ディスク３Ａの正面図、図６（ｂ）は、同図（ａ）に示す従動ディスク３Ａの比較に用いられる従動ディスク３Ｂの正面図である。なお、図６において図１と同一または相当する部分には同一の符号を付してその説明は省略する。
【００５０】
本変形例による回転摺動機構１およびその比較に用いられる回転摺動機構は、従動ディスク３Ａおよび３Ｂの構成が相違するだけで、その他の構成は上記実施形態による回転摺動機構１と同様である。
【００５１】
図６（ａ）に示す従動ディスク３Ａの各被接触部３ｂ１，３ｂ２は、一定点Ｂから離れた２箇所に局所的に位置して、一定点Ｂを中心とする円弧状をしており、ｘ軸方向とそれぞれγの角度を成している。各被接触部３ｂ１，３ｂ２では、駆動ディスク２の回転駆動方向βが、復元力の復元方向αと所定のミスアライメント角度φ１，φ２で交差する。これら角度φ１，φ２の絶対値│φ１│，│φ２│も、上記の実施形態と同様に、不等式０＜│φ１│≦９０°，０＜│φ２│≦９０°で示される所定角度範囲内に設定され、横滑りを起こす回転駆動成分Ｖｓｉｎφ１，Ｖｓｉｎφ２が非零に設定される。
【００５２】
図６（ｂ）に示す従動ディスク３Ｂの各被接触部３ｃ１，３ｃ２は、一定点Ｂを中心とする円弧状をしているが、ｘ軸方向と成す角度γが０になっている。各被接触部３ｃ１，３ｃ２では、駆動ディスク２の回転駆動方向βが復元力の復元方向αと一致し、ミスアライメント角度φ１，φ２が０となって横滑りを起こす回転駆動成分Ｖｓｉｎφ１，Ｖｓｉｎφ２が無い。
【００５３】
図６（ａ）に示す従動ディスク３Ａを用いた変形例による回転摺動機構１によれば、被接触部３ｂ１，３ｂ２が円弧状をした従動ディスク３Ａの一定点Ｂが、円盤状をした駆動ディスク２の回転中心Ａに対して距離εだけ偏心して配置される。そして、駆動ディスク２の回転駆動方向βが、支持部４による復元力の復元方向αと所定角度範囲内で交差し、復元力の復元方向αに対して直交する回転駆動成分Ｖｓｉｎφ１，Ｖｓｉｎφ２が駆動ディスク２から円弧状をした被接触部３ｂ１，３ｂ２に与えられる。よって、円弧状をした被接触部３ｂ１，３ｂ２に作用する摩擦力Ｆの復元方向成分Ｆｃｏｓθと、支持軸４の発揮する復元力とが自律的に安定して平衡する状態になる。したがって、円盤状をした駆動ディスク２と円弧状をした被接触部３ｂ１，３ｂ２との間に生じる摩擦に摩擦振動が生じなくなる。このため、本変形例による回転摺動機構１によっても、上記実施形態による回転摺動機構１と同様な作用効果が奏される。
【００５４】
図６（ａ）に示す従動ディスク３Ａを用いた本変形例による回転摺動機構１についても、図６（ｂ）に示す従動ディスク３Ｂを用いた回転摺動機構を比較対象として、上記実施形態における比較実験と同様な比較実験を行った。この実験における実験条件は、本変形例による回転摺動機構１では、ｘ軸方向とγ＝６０°の角度をそれぞれ成す円弧状をした被接触部３ｂ１，３ｂ２を従動ディスク３Ａが有し、比較対象の回転摺動機構では、ｘ軸方向とγ＝０°の角度をそれぞれ成す円弧状をした被接触部３ｃ１，３ｃ２を従動ディスク３Ｂが有する点だけが、上記実施形態における比較実験と異なる。各被接触部３ｂ１，３ｂ２および３ｃ１，３ｃ２は、上記実施形態における回転摺動機構１に用いられる従動ディスク３の被接触部３ａを形成する、代表直径８０[ｍｍ]で半径方向の幅８[ｍｍ]の円環状ベークライト材を各円弧状に形成したものである。
【００５５】
なお、図６（ａ）に示す従動ディスク３Ａにおいて、偏心距離ε＝１０[ｍｍ]のときに、駆動ディスク２の回転駆動方向βが復元力の復元方向αと成すミスアライメント角度φ１，φ２は、それぞれ１３°，−１０°である。
【００５６】
図７は比較対象とされる回転摺動機構の比較実験結果、図８は本変形例による回転摺動機構１の比較実験結果を示すグラフである。これら各図の分図（ａ），（ｂ）は、偏心距離ε＝０[ｍｍ]の実験結果、分図（ｃ），（ｄ）は偏心距離ε＝１０[ｍｍ]の実験結果を示す。また、分図（ａ），（ｃ）は、デジタルタコメータで測定した駆動ディスク２の回転速度Ｎ[ｒｐｍ]と経過時間ｔ[ｓ]との関係を示すグラフであり、グラフの縦軸が回転速度Ｎ[ｒｐｍ]、横軸が経過時間ｔ[ｓ]である。また、分図（ｂ），（ｄ）は、従動ディスク３Ａ，３Ｂのねじり回転加速度ａ[ｍ／ｓ２]と経過時間ｔ[ｓ]との関係を示すグラフであり、グラフの縦軸がねじり回転加速度ａ[ｍ／ｓ２]、横軸が経過時間ｔ[ｓ]である。
【００５７】
比較対象の回転摺動機構では、偏心距離ε＝０，１０[ｍｍ]のときに、駆動ディスク２の回転は、図７（ａ），（ｃ）に示すようにそれぞれ止まる。また、従動ディスク３Ｂのねじり回転加速度ａは、図７（ｂ），（ｄ）に示すように、駆動ディスク２の回転当初に正側および負側に大きく振動し、その後、駆動ディスク２の回転が止まるまで振動が継続している。このことから、従動ディスク３Ｂにはねじり振動が生じ、駆動ディスク２と従動ディスク３Ｂとの摩擦に摩擦振動が発生していることが理解される。
【００５８】
一方、本変形例による回転摺動機構１では、偏心距離ε＝０[ｍｍ]のときには、駆動ディスク２の回転は、図８（ａ）に示すように止まる。また、従動ディスク３Ａのねじり回転加速度ａは、図８（ｂ）に示すように、駆動ディスク２の回転当初に正側および負側に大きく振動し、その後、駆動ディスク２の回転が止まるまで振動が継続している。しかし、偏心距離ε＝１０[ｍｍ]のときには、駆動ディスク２の回転は、図８（ｃ）に示すように止まる。また、従動ディスク３Ａのねじり回転加速度ａは、図８（ｄ）に示すように、駆動ディスク２の回転当初から振動が小さく、駆動ディスク２の回転が止まる際には振動がほぼ消滅している。このことから、本変形例による回転摺動機構１では、偏心距離ε＝１０[ｍｍ]のときには、従動ディスク３Ａにはねじり振動がほとんど生じず、駆動ディスク２と従動ディスク３Ａとの摩擦に摩擦振動はほとんど発生しないことが理解される。この結果、本変形例の回転摺動機構１によれば、上記実施形態による回転摺動機構１と同様な前述の作用効果が奏されることを確認することができる。
【００５９】
上記実施形態および変形例による回転摺動機構１では、従動ディスク３，３Ａの被接触部３ａ、３ｂ１，３ｂ２における任意の点Ｐにおける駆動ディスク２の回転駆動速度Ｖ、従動ディスク３，３Ａの復元速度ｖ、および摩擦力Ｆは、図９に示すように表される。なお、同図において図１および図６と同一または相当する部分には同一符号を付してその説明は省略する。ここで、駆動ディスク２の回転中心Ａを中心とする回転半径をｒ１、従動ディスク３，３Ａの一定点Ｂを中心とする回転半径をｒ２、点Ｐが回転中心Ａの周りにｘ軸と成す角度をγ１、点Ｐが一定点Ｂの周りにｘ軸と成す角度をγ２とすると、各回転半径ｒ１，ｒ２は次の式（１３），（１４）に表される。
ｒ１＝ｒ２・{（ｓｉｎγ２）２＋（ｃｏｓγ２＋ε／ｒ２）２}１／２  …（１３）
ｒ２＝ｃｏｎｓｔ．（一定）  …（１４）
【００６０】
また、駆動ディスク２の回転駆動速度Ｖは、駆動ディスク２の角速度をΩ１（＝ｃｏｎｓｔ．）とすると、次の式（１５）に表される。
Ｖ＝ｒ１・Ω１  …（１５）
【００６１】
従動ディスク３，３Ａの復元速度ｖは、従動ディスク３，３Ａの一定点Ｂの周りの回転角度をｓ２とし、その１階微分をｓ２’すると、次の式（１６）に表される。
ｖ＝ｒ２・ｓ２’  …（１６）
【００６２】
また、回転駆動速度Ｖと復元速度ｖとの相対速度Ｖrelは、次の式（１７）に表される。
Ｖrel＝（Ｖ２−２Ｖ・ｖ・ｃｏｓφ＋ｖ２）１／２  …（１７）
【００６３】
また、ミスアライメント角度φは次の式（１８）に表され、点Ｐが回転中心Ａおよび一定点Ｂの周りにそれぞれｘ軸と成す角度γ１およびγ２に依存する。
φ＝γ２−γ１  …（１８）
ここで、γ１のｔａｎは次の式（１９）に表される。
ｔａｎγ１＝ｓｉｎγ２／（ｃｏｓγ２＋ε／ｒ２）  …（１９）
【００６４】
また、相対速度Ｖrelおよび摩擦力Ｆが復元方向αと成す角度θのｃｏｓは、次の式（２０）に表される。
ｃｏｓθ＝（Ｖ・ｃｏｓφ−ｖ）／Ｖrel  …（２０）
【００６５】
なお、上記変形例による回転摺動機構１では、従動ディスク３Ａの各被接触部３ｂ１，３ｂ２が一定点Ｂを中心とする円弧状をして、２箇所に設けられている場合について、説明した。しかし、被接触部３ｂ１，３ｂ２の形状およびその個数はこれに限定されるものではなく、任意の形状をしていて、一定点Ｂから離れた１箇所以上に局所的に位置すればよい。この場合においても、上記の実施形態と同様な作用効果が奏される。
【００６６】
また、上記実施形態および変形例による回転摺動機構１では、従動ディスク３，３Ａを支持軸４が支持する場合について、説明した。しかし、従動ディスク３，３Ａを支持するものは支持軸４に限定されることはない。例えば、従動ディスク３，３Ａの円周側面に沿って設けられるゴム等からなるＯリングや、従動ディスク３，３Ａの背面に設けられるゴム等からなる円板などを、従動ディスク３，３Ａを支持する従動体支持部とすることができる。この場合においても、上記の実施形態と同様な作用効果が奏される。なお、Ｏリングを従動体支持部とした場合、Ｏリングの中心が一定点Ｂとなり、従動ディスク３，３ＡにはＯリングの中心を中心とする復元力がＯリングによって発揮される。
【００６７】
また、上記実施形態および変形例による回転摺動機構１では、従動ディスク３，３Ａを支持する支持軸４が柔構造を有し、従動ディスク３，３Ａに与えられる回転トルクによって支持軸４に生じるねじれに抗して、一定点Ｂの周りに復元力が発揮される場合について、説明した。しかし、駆動ディスク２を支持する支持軸等の駆動体支持部が柔構造を有し、従動ディスク３，３Ａに与えられる回転トルクによってこの駆動体支持部に生じるねじれに抗して、回転中心Ａの周りに復元力が発揮される場合においても、上記の実施形態と同様な作用効果が奏される。つまり、駆動ディスク２の回転駆動方向βが、駆動ディスク２を支持する駆動体支持部による復元力の復元方向αと所定角度範囲内で交差し、この復元力の復元方向αに対して直交する回転駆動成分Ｖｓｉｎφ，Ｖｓｉｎφ１，Ｖｓｉｎφ２が駆動ディスク２から被接触部３ａ，３ｂ１，３ｂ２に与えられることで、被接触部３ａ，３ｂ１，３ｂ２に作用する摩擦力Ｆの復元方向成分Ｆｃｏｓθと、駆動体支持部の発揮する復元力とが自律的に安定して平衡する状態になり、駆動ディスク２と被接触部３ａ，３ｂ１，３ｂ２との間に生じる摩擦に摩擦振動が生じなくなる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
上述した実施形態および変形例による回転摺動機構１は、回転摺動機構全般に対して応用が可能であり、従動ディスク３，３Ａを上述のように支持軸４で固定する場合には、自動車におけるブレーキなどの制動装置やメカニカルシールなどとして、利用することができる。また、支持軸４を固定せずに従動ディスク３，３Ａと共に連動して回転させる場合には、動力伝達装置などに利用することができる。
【００６９】
図１０は、変形例による回転摺動機構１の一適用例を示し、変形例による回転摺動機構１をブレーキキャリパに適用する場合を想定した回転摺動機構１Ａの力関係を示す図である。なお、同図において図１および図６と同一または相当する部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【００７０】
この適用例における従動体３Ｃは、駆動ディスク２と一部が重なるように配置された円盤状に描かれているが、一定点Ｂと被接触部３ｄとを含む形状であればよく、二点鎖線で示す矩形状をした従動体３Ｃ’であってもよい。この場合、駆動ディスク２が自動車のシャフトに設けられるブレーキディスク、従動体３Ｃ’がブレーキキャリパに相当する。このような構成の回転摺動機構１Ａにおいても、駆動ディスク２の回転駆動方向βが、支持軸４による復元力の復元方向αと所定角度範囲内で交差し、この復元力の復元方向αに対して直交する回転駆動成分Ｖｓｉｎφが駆動ディスク２から被接触部３ｄに与えられることで、被接触部３ｄに作用する摩擦力Ｆの復元方向成分Ｆｃｏｓθと、支持軸４の発揮する復元力とが自律的に安定して平衡する状態になり、駆動ディスク２と被接触部３ｃとの間に生じる摩擦に摩擦振動が生じなくなる。
【００７１】
図１１は、図１０に示す力関係にある回転摺動機構１Ａを有するＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)装置４１の構造を示す斜視図である。
【００７２】
ＣＭＰ装置４１では、デバイスウエハがトップリング４２に保持され、ターンテーブル４３上に貼り付けられたパッドにデバイスウエハが押し付けられて研磨される。トップリング４２はスプラインシャフト４４を介して加圧と回転が付与される。スプラインシャフト４４はスイングアーム４５によってスイングシャフト４６を中心に揺動される。デバイスウエハの研磨中においてはスイングシャフト４６が回転しないように揺動モータが電気的にロックされる。
【００７３】
この場合、ターンテーブル４３は駆動ディスク２に相当し、トップリング４２に保持されるデバイスウエハは被接触部３ｄに相当する。また、トップリング４２，スプラインシャフト４４およびスイングアーム４５は従動体３Ｃ’、スイングシャフト４６は支持軸４、スイングシャフト４６の軸心は一定点Ｂに相当する。ただし、図１０に示す回転摺動機構１Ａでは被接触部３ｄが回転していなかったが、本例では被接触部３ｄであるデバイスウエハは回転する。
【００７４】
被接触部３ｄであるデバイスウエハが回転する本例においても、駆動ディスク２であるターンテーブル４３の回転駆動方向βが、支持軸４であるスイングシャフト４６による復元力の復元方向αと所定角度範囲内で交差し、この復元力の復元方向αに対して直交する回転駆動成分Ｖｓｉｎφが駆動ディスク２から被接触部３ｄに与えられることで、ターンテーブル４３とデバイスウエハとの間に生じる摩擦に摩擦振動が生じなくなる。
【符号の説明】
【００７５】
１，１Ａ…回転摺動機構
２…駆動ディスク（駆動体）
２ａ…駆動ディスク２の回転面
３，３Ａ，３Ｃ，３Ｃ’…従動ディスク（従動体）
３ａ、３ｂ１，３ｂ２、３ｄ…従動ディスク３，３Ａ，３Ｃ，３Ｃ’の被接触部
４…支持軸
Ａ…駆動ディスク２の回転中心
Ｂ…従動ディスク３の一定点
α…復元力の復元方向
β…駆動ディスク２の回転駆動方向
φ…復元方向αと回転駆動方向βとが成すミスアライメント角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018189157.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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