(57)【要約】【課題】複数の共振点を有したり、広範囲な回転数域にある場合でも、振れ回り振動が抑制できる中空回転軸の防振構造を提供すること。【解決手段】両端部に球面軸受７ａを有したハリ５と、そのハリ５に装着されたダンパーマス４と、球面軸受７ａを支持する支持台座１０、１０ａからなるダイナミックダンパー２が中空回転軸１の内部に配設されており、そのダイナミックダンパー２の支持台座１０、１０ａがラジアル玉軸受１２を介して中空回転軸１内に設置され、中空回転軸１の回転とダイナミックダンパー２の回転が絶縁されるとともに、中空回転軸１の外部位置からワイヤー２２によってダイナミックダンパー２が回り止めされている。【選択図】　図１
2004108445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体を有するハリと、そのハリに装着されたダンパーマスと、前記支持体を保持する支持台座からなるダイナミックダンパーを中空回転軸の内部に配設したことを特徴とする中空回転軸の防振構造。
【請求項２】
前記ハリの支持体を保持する前記支持台座を軸受けを介して中空回転軸内に設けて、中空回転軸の回転にダイナミックダンパーが追従しないように中空回転軸とダイナミックダンパーを絶縁するとともに、ダイナミックダンパーを回り止めしたことを特徴とする請求項１に記載の中空回転軸の防振構造。
【請求項３】
前記ハリの支持体を前記支持台座に両端単純支持、両端固定支持又は片持支持のいずれかで支持したことを特徴とする請求項１又は２に記載の中空回転軸の防振構造。
【請求項４】
ハリに装着されたダンパーマスが、ダンパーマスの両側に位置する前記支持台座とダンパーマスの外周側を覆う外筒で包囲されたことを特徴とする請求項１、２又は３のいずれかに記載の中空回転軸の防振構造。
【請求項５】
ダンパーマスが支持台座と外筒で包囲された空間部に、流体物又は固形物を封入したことを特徴とする請求項４に記載の中空回転軸の防振構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紡糸巻取機やフィルム、紙などの薄状物ロール製品の巻出機、巻取機などに装備されるスピンドルを形成する中空回転軸の防振構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、中空回転軸を回転させた場合、その加工誤差や組付時のアライメント誤差を起因として中空回転軸に振れ回り振動が生じ、共振点付近でこの振動はより顕著となり、その中空回転軸によってトルク伝達を受ける製品や装置の加工や位置決めの精度に悪影響がおよんだり、また、騒音が発生したりすることがある。
【０００３】
そこで、従来においては、図４（Ｉ）、（ＩＩ）に示されるように、中空回転軸３１の振れ回り振動を低減させるため、中空回転軸３１の内部にダイナミックダンパー（振動吸収機構）３３を挿入し、このダイナミックダンパー３３によって中空回転軸３１の振動吸収を行っている。ダイナミックダンパー３３は、中空回転軸３１の内部に配設されており、外輪３４と、ダンパーマス３５と、外輪３４とダンパーマス３５の間に配置されるゴム部材３６から構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の中空回転軸３１の防振構造の場合、その加工精度や支持部への組付精度上、少なからず芯ずれなど静的な不釣合いを生じている。また、ダイナミックダンパー３３を構成するダンパーマス３５は、中空回転軸３１の中心に重心が位置するように設計されているが、ダンパーマス３５が芯ずれしたり、中空回転軸３１の断面中心とダイナミックダンパー３３の構成部品の中心にずれが生じる。つまり、中空回転軸３１およびダイナミックダンパー３３は共に静的な不釣合いを持っている。
【０００５】
そのため、従来の中空回転軸３１の防振構造では、ダイナミックダンパー３３が圧入などにより中空回転軸３１内に固定設置されているので、ダイナミックダンパー３３は中空回転軸３１の回転数と同じ回転数で回転する。そのため上述の不釣合いにより、中空回転軸３１およびダイナミックダンパー３３のダンパーマス３５には、それぞれ回転速度の２乗に比例した遠心力が生じ、ダイナミックダンパー３３自身に振れ回り振動が生じるという問題がある。
【０００６】
このことは図５に示される、従来の中空回転軸におけるダイナミックダンパーの作用についての概念図で説明される。図５中央部の鎖線で示される円は、仮に中空回転軸３１の振れ回り振動が円軌道しているとして、その振れ回り振動の軌道を示しており、さらに、中空回転軸３１の長手方向に直角な断面の中心を通る直線上に点Ａ、点Ｂ、点Ｃをとって、中空回転軸３１の１回転の振れ回り振動中における９０度回転毎の前記各点の位置関係が示されている。点Ａは、遠心力によってダンパーマス３５が最も中空回転軸３１に近づく側とし、それに相反する側を点Ｃとしている。
【０００７】
中空回転軸３１とダイナミックダンパー３３は同じ回転速度で回転するため、１回転中のどの段階でもＡ点は常に前記振れ回り振動の円軌道に対し最も外側に位置し、逆にＣ点は最も内側に位置しているのでアンバランス量が一定方向に片寄る。これは、吸振作用を得るためには中空回転軸３１とダイナミックダンパー３３の遠心力の作用方向を相反する方向にする、すなわちダイナミックダンパー３３の往復動が必要であるのに対し、その往復動に匹敵する作用が得られないことを示すものである。
【０００８】
このように、従来からのダイナミックダンパー３３においては、ダイナミックダンパー本来の往復動による動吸振作用が得られないことが問題となっていた。
【０００９】
換言すれば、従来のダイナミックダンパー３３は、前記往復動の必要のない中空回転軸３１の所定回転数でのアンバランス量の釣り合わせを目的としたものであるといえる。
【００１０】
しかし、所定の回転数でのアンバランス量の釣り合いがとれたとしても、所定外の回転数では中空回転軸３１の持つアンバランス量が変化し、別のアンバランスが生じていた。この結果、設定した回転数以外の回転数では、振れ回り振動が起り、それが有害な振動や騒音の発生要因になっていた。
【００１１】
すなわち、上述のダイナミックダンパー３３は所定回転数外でのバランス取りが不可能なため、中空回転軸３１の停止から最高回転数までの領域で複数の共振点を通過する場合などには使用できなかった。
【００１２】
さらに、上述のダイナミックダンパー３３は、ダンパーマス３５にゴム部材３６が固着されているので、中空回転軸３１の構造変更等に伴う固有振動数の微細なチューニングが困難であるとともに、取り扱いに不便をきたす面もあった。
【００１３】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、ダイナミックダンパーにふれまわり振動を生じさせないことで中空回転軸の共振を効果的に抑制することができ、また、ダイナミックダンパー構成部材のサイズ調整や材質変更によって簡便にダイナミックダンパーの性能をチューニングし得る中空回転軸の防振構造を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、支持体を有するハリと、そのハリに装着されたダンパーマスと、前記支持体を支持する支持台座からなるダイナミックダンパーを中空回転軸の内部に配設し、前記ハリの支持体を支持する支持台座を軸受けを介して中空回転軸内に設けて、中空回転軸の回転にダイナミックダンパーが追従しないように中空回転軸とダイナミックダンパーを絶縁するとともに、ダイナミックダンパーを回り止めしたことを特徴としている。
【００１５】
そして、前記ハリの支持体は前記支持台座に両端単純支持、両端固定支持又は片持支持することができ、また、ダンパーマスをダンパーマスの両側に位置する前記支持台座とダンパーマスの外周側を覆う外筒で包囲し、その包囲された空間部に流体物又は固形物を封入するようにもできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る中空回転軸の防振構造が適用される巻取りスピンドル５０を一実施例として示している。この巻取りスピンドル５０は、図２に示されるような一般に糸条の巻取りに用いられる紡糸巻取装置３７に設置されているものであり、片持ち支持で軸受支持部及び駆動モーター（共に図示せず）を結んで回転動力の伝達を受けて回転するようになっている。
【００１７】
このスピンドル５０（以下中空回転軸１と称する）の内部に配設されるダイナミックダンパー２は、鋼線でできた所定の線径をもつハリ５と、そのハリの略中央部に装着されたダンパーマス４と、そのダンパーマス４の両側に位置する支持台座１０、１０ａを有している。
【００１８】
ハリ５の両端部には支持体７が設けられている。この支持体７はハリ５の両端部にカラー７ａが固着され、そのカラー７ａに球面軸受７ｂがそれぞれ止め輪７ｃによって取り付けられた構成になっている。
【００１９】
そして、この支持体７は支持台座１０、１０ａに両端単純支持されている。この両端単純支持とは、一方の支持体７がハリ５の長手方向で支持台座に固定され、他方が支持台座にハリ５の長手方向に自由支持された状態をいう。
【００２０】
本実施例では支持台座１０側の支持体７を、支持台座１０のボス部内径面の段付部８と止め輪１１とによって支持台座１０に固定し、支持台座１０ａ側の支持体７を支持台座１０ａのボス部内径面に装入している。この場合、支持体７部に球面軸受７ｂを設けることにより両端の支持体７ではダンパーマス４によるモーメントの掛かる方向への拘束がなく、支持体７の一方をハリ５の長手方向に自由支持しているのでこの長手方向の変位も拘束されない。
【００２１】
支持体７の別の支持方法として、両端固定支持とすることもできる。これは図示しないが前記両端単純支持の球面軸受７ｂを有せずハリ５両端の支持体７を直接支持台座１０、１０ａに固定するものである。この場合はダンパーマス４によるモーメントの掛かる方向や、ハリ５の長手方向への変位は拘束されることになる。
【００２２】
支持体７のさらに別の支持方法として、これも図示しないが片持支持とすることもできる。これは前記両端固定支持の片側のみを支持台座１０又は１０ａのいずれかに固定するものである。
【００２３】
前記３通りのいずれの支持方法でも制振作用は働くので、中空軸の固有振動数、あるいはハリ５の支持体７の設置スペースなどの制振対象条件によっていずれかを選定すればよい。前記固有振動数は、片持支持＜両端単純支持＜両端固定支持の順に設定値を高くすることができる。
【００２４】
ダンパーマス４は鋼材によって円柱形状に形成され、ハリ５両端部の支持体７間の略中央部に取付けボルト６のハリ５への押圧によって固定されている。ダンパーマス４の両側面からは穴４ａが穿設されており、それぞれの穴深さは、取付けボルト６のハリ５への押圧部におけるダンパーマス４とハリ５の接触長さが、取付けボルト６がハリ５を押圧するのに必要な最小限の長さとなる位置までが好ましい。
【００２５】
これは、、ハリ５を介して支持体７を支点としたダンパーマス４の振動に対してハリ５が復元要素として働くのでハリ５に曲げ変形が生じることになるが、ハリ５とダンパーマス４の接触長さが長いと、その曲げ変形が抑制されてハリの作用効果が得られないためである。
【００２６】
また、ダンパーマス４の穴４ａの直径は、ハリ５の前記曲げ変形時にハリ５とダンパーマス４が干渉しない値に設定する。
【００２７】
なお、本実施例ではダンパーマスの材質を鋼材にしているが、非鉄金属や樹脂などを使用しても差し支えない。
【００２８】
支持台座１０、１０ａのボス部外周面にはそれぞれラジアル玉軸受１２が圧入されており、このラジアル玉軸受１２は、そのボス部先端外周面に形成されたねじにカラー１３を介して螺合されるキャップ１４によって抜け止めされている。そして、支持台座１０側のラジアル玉軸受１２の外輪がテーパ台座１５に圧入され、支持台座１０ａ側のラジアル玉軸受１２の外輪が支持フランジ１６に圧入されている。テーパ台座１５の外周面はダンパーマス４側を大径としたテーパ形状になっており、支持フランジ１６の外周面には雄ねじが形成されている。
【００２９】
また、支持台座１０、１０ａのフランジ部の外周面にはそれぞれ雄ねじが形成されており、その雄ねじに外筒３を螺合することにより、ハリ５、ダンパーマス４及び支持台座１０、１０ａ並びにキャップ１４、テーパ台座１５及び支持フランジ１６がユニット化される。
【００３０】
このように、本発明のダイナミックダンパー２は中空回転軸１への配設前に外部でユニットとして組上げておくことができるので、ダイナミックダンパー２の組み立て作業が容易に行える。
【００３１】
なお、本実施例では支持台座１０、１０ａのボス部にラジアル玉軸受１２を圧入しているが、これはラジアル軸受であればよく、他にラジアルころ軸受などでも差し支えない。
【００３２】
次に、組上げられたダイナミックダンパー２の中空回転軸１内部への配設であるが、その位置はできるだけ中空回転軸１の曲げ振動モードが大きい箇所が効果的である。
【００３３】
別途組上げられたダイナミックダンパー２の中空回転軸１内部への配設は、まず、中空回転軸１の内周面にダイナミックダンパー２のテーパ台座１５のテーパ部と係合するテーパを内周面に有したテーパ受座１８と、ダイナミックダンパー２の支持フランジ１６外周の雄ねじと係合するねじを内周面に有したねじ台座１９がダイナミックダンパー２の配設位置でダイナミックダンパー２を介装する状態に圧入によって固定される。
【００３４】
ダイナミックダンパー２の挿入は図２（ＩＩ）のスピンドル５０の先端側からが好ましく、図１でいえば矢印の方向に挿入される。従って、テーパ受座１８はテーパ部の大径側がダンパーマス４を向く方向となるように配置し、ねじ台座１９のねじ内径寸法はダイナミックダンパー２の外筒３が通過できるように外筒３の外径寸法より大きくする。
【００３５】
また、テーパ台座１５側のキャップ１４の端面に予め取り付けられたフック２０にワイヤー２２が締結されて中空回転軸１内部の長手方向に這わされている。
【００３６】
そして、ワイヤー２２をダイナミックダンパー２の挿入方向に引張りながら、別途組上げられたダイナミックダンパー２をねじ台座１９側から挿入して支持フランジ１６をねじ台座１９に捩じ込んでいき、テーパ台座１５のテーパ部がテーパ受座１８のテーパ部に当接して係止された時点で締付リング１７によって支持フランジ１６に回り止めが施され、ダイナミックダンパー２が中空回転軸１内に配設される。
【００３７】
ワイヤー２２は中空回転軸１の回転によるダイナミックダンパー２の供回りを抑止するためのものであり、フック２０に締結された反対側端部を図示しない中空回転軸１の支持部、駆動部を経て回転系外である装置フレームなどに固定して張設されている。
【００３８】
このダイナミックダンパー２の供回りを抑止するためのワイヤー２２には固定バーを用いることも可能である。
【００３９】
このように、本発明の防振構造によれば、中空回転軸１とダイナミックダンパー２との回転系がラジアル玉軸受１２を介して絶縁された状態であり、さらに、ワイヤー２２によってダイナミックダンパー２が回り止めされているので、ダイナミックダンパー２は中空回転軸１からの回転作用の影響を受けることがなく、ダンパーマス４による中空回転軸１の振れ回り加振に対し、本来のダンパーとしての動的吸振作用が働く。
【００４０】
つまり、ダンパーマス４に静的不釣合いが生じていてもダンパーマス４は中空回転軸１の回転に追従して回転することがないので、回転による振れ回り振動が生じず、従来の防振構造で発生していたような不具合を解消することができるのである。
【００４１】
図３は中空回転軸の回転数と振動レベルの関係が線図によって示されたものであり、実線▲１▼は本実施の形態、破線▲２▼は従来例、鎖線▲３▼はダンパー無しの例を示している。この線図からダンパー無しの場合に比べて従来例では振動レベルのピークはある程度抑えられるが、本実施の防振構造においてはさらにそのピークが抑えられ、中空回転軸の振れ回り振動の抑制に格段な効果が得られることが分る。
【００４２】
前述したように本発明の防振構造はダンパーマス４に振れ回り振動が生じないので、従来の防振構造で発生していた設定振動数以外の回転数領域での不都合な励振作用が生じない。従って、中空回転軸１内にダイナミックダンパー２を複数配設したり、あるいは、ダイナミックダンパー２内にダンパーマス４を複数設けることで中空回転軸１の複数の共振点に対して振動抑制効果を奏することができる。
【００４３】
また、本発明の防振構造は、ダンパーの実験モデルから得られるダンパーとしての最適なパラメータを利してダイナミックダンパー２を構成する部材、つまりダンパーマス４の質量、はり５の直径寸法、外筒３の長手寸法などを総合的に修正することによって、ダイナミックダンパー２の固有振動数の微調整ができるので、中空回転軸１の固有振動数のバラツキに対応でき、中空回転軸１の広い領域における回転数に適用できる。
【００４４】
さらに、ダイナミックダンパー２において、ダンパーマス４が支持台座１０、１０ａと外筒３とキャップ１４で包囲された空間部に流体物又は固形物を封入し、それらの質量、粘性および摩擦抵抗等から得られる減衰効果を調節することで振動抑制効果も調節でき、最適な動吸振作用を得ることも可能である。
【００４５】
流体物を封入の場合、前記空間部は密閉にする必要があり要部をＯリングやグランドパッキン等でシールする。封入する流体物としては工業用潤滑油が好ましい。
【００４６】
一方、封入する固形物としては発泡スチロールや不織布等が好ましい。
【００４７】
前記した減衰効果の調節は、封入する部材の種類や封入量の加減によって行うことができる。
【００４８】
以上、本発明では紡糸巻取装置のスピンドルを実施例としたが、本発明はそれだけに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいてフイルム、紙などの薄物状ロール製品の巻出機、巻取機などに装備されるスピンドルは勿論のこと、その他、工作機械など各種の機械に装備される中空回転軸に好適に採用し得るものである。
【００４９】
【発明の効果】
このように本発明の防振構造によれば、中空回転軸内にダイナミックダンパーを配設し、中空回転軸の回転にダイナミックダンパーが追従しないように絶縁するとともに、ダイナミックダンパーを回り止めすることで、ダイナミックダンパーに振れ回り振動が生じず中空回転軸の振れ回り振動が抑制できる。
【００５０】
また、この防振構造によれば、中空回転軸の固有振動数に対応したダイナミックダンパーを構成できるので、中空回転軸の広い領域における回転数に適応でき、さらに、中空回転軸内に複数のダイナミックダンパーを配設することにより、中空回転軸の複数の共振点における振れ回り振動に対しても防振効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である中空回転軸の防振構造を示す横断面図である。
【図２】本発明の実施例に適用されるスピンドルを備えた紡糸巻取装置の概略図面であり、（Ｉ）は側面図、（ＩＩ）は正面図を示している。
【図３】中空回転軸の回転数と振動レベルの関係を示す線図である。
【図４】従来の中空回転軸の防振構造の概念図であり、（Ｉ）は軸心長手に垂直な断面、（ＩＩ）は軸心長手断面を示している。
【図５】従来の中空回転軸におけるダイナミックダンパーの作用を説明するための概念図である。
【符号の説明】
１、３１　中空回転軸
２、３３　ダイナミックダンパー
３　外筒
４、３５　ダンパーマス
４ａ　穴
５　ハリ
６　取付ボルト
７　支持体
７ａ、１３　カラー
７ｂ　球面軸受
７ｃ、１１　止め輪
１０、１０ａ　支持台座
１２　玉軸受
１４　キャップ
１５　テーパ台座
１６　支持フランジ
１７　締付リング
１８　テーパ受座
１９　ねじ台座
２０　フック
２２　ワイヤー
３４　外輪
３６　ゴム部材
３７　紡糸巻取装置
５０　スピンドル
【図１】
2004108445.tif 000003
【図２】
2004108445.tif 000004
【図３】
2004108445.tif 000005
【図４】
2004108445.tif 000006
【図５】
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