(57)【要約】【課題】接触ロール系の振動により発生するパターン形成現象に対する現場の根本的な対策方法はなく、このパターン形成現象が発生した場合、製品に致命的なダメージを与たり、ライン速度の上限を設定せざるを得ない状況に陥るため、接触ロール系以外にも幅広い分野に適用され且つ小型化可能な吸振装置の開発が急務となっている。【解決手段】振動体の直線的振動方向に対して直角方向に又は回転振動体の回転軸方向に位置し且つ相互に平行関係にした少なくとも一対の同一剛性の長尺剛性体と、振動体に取り付けられ前記長尺剛性体の一端部を回転可能に装着した吸振本体と、前記長尺剛性体の他端を回転可能に装着した重錘と、前記一対の長尺剛性体の回転角を面対称状態で又は平行関係で可変調製する剛性係数変更機構とから構成してなる可変剛性型動吸振装置。【選択図】図１
2005240906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動体の振動方向に対する同一直交面上に各軸心を位置し且つ横断面に長軸と短軸を有する一対の同一剛性長尺剛性体と、振動体に取り付けられ前記一対の剛性体の一端部を回転可能に装着した吸振本体と、前記一対の剛性体の他端を回転可能に装着した重錘と、前記一対の剛性体を面対称状態で互いに逆方向回転させて該一対の剛性体の合成振動方向を振動体の直線的振動方向に保持したままでその合成剛性係数を変更する機構とから構成してなる可変剛性型動吸振装置。
【請求項２】
振動体の振動方向に対する同一直交面上に各軸心を位置し且つ横断面に長軸と短軸を有する一対の同一剛性長尺剛性体と、振動体に取り付けられ前記一対の剛性体の一端部を回転可能に装着した吸振本体と、前記一対の剛性体の他端を回転可能に装着した重錘と、前記一対の剛性体を互いに平行状態で同一方向に回転させて該一対の剛性体の合成振動方向を振動体の曲線的（ねじれ）振動方向に保持したままでその合成剛性係数を変更する機構とから構成してなる可変剛性型動吸振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変剛性型動吸振装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業界では、接触回転系の稼働にともなって徐々に規則的なパタ−ンがロールやロールに接触している系に形成されて、それがまた激しい振動を誘発したり、製品に転写されて欠陥製品となる現象が多く見受けられる。たとえば、鉄道車両とレール、繊維機械のワインダ系の糸玉を介したドライブロールとボビンホルダ、一対の抄紙機ゴム巻きロール、自動車タイヤと道路、製鉄機械、工作機械などの系には特定のパターンが形成される。これらの現象はパターン形成現象と呼ばれ、その発生メカニズムの解明と対策の研究を行ってきた。
【０００３】
特に、製鉄機械においては、テンションレベラのチャタマーク、熱間・冷間圧延時のチャタリングなどが製品の精度要求の高まりとともに製品管理上重大な問題となっている。また、一方では、抄紙機のプレスパートにおけるスムーザロールやゲートロールサイズプレスのロール多角形化現象も、ライン速度の向上を阻害する最も主要な原因である。
これらの現象のほとんどは、ロールとロールが接触回転する接触ロール系に発生するパターン形成現象である。
【０００４】
このような接触回転系のパターン形成現象の研究は、世界的な研究の見地から見ても、主に工作機械のびびり現象と鉄道レールのコルゲーションが国内で多く研究されているのみで、ロールとロールが接触回転する接触ロール系のパターン形成現象に関する研究は、現在発展途上段階にある。特に、熱間圧延、冷間圧延等の製鉄機械に発生するチャタリング現象、抄紙機のロール多角変形化現象、紙などの薄帯巻き取り過程の異常振動等に関しては、その明確な発生メカニズムが未だ解明されていない。従って、このような接触ロール系に発生するパターン形成現象に対する現場の対策としては、ライン速度を遅くしたり、ロールの早期交換を余儀なくされたりするのみで、根本的な問題解決にはいたっていない。
この現象が発生した場合、製品に致命的なダメージを与たり、ライン速度の上限を設定せざるを得ない状況に陥るため、工業界ではその防止対策の開発が急務となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような防止対策は未だ検討されていなかった。
これまでの研究において、前記パターン形成現象の防止対策として、ロールの直径比を最適化して不安定度を低減させる手法およびロール回転速度を変動させるパターン形成の遅延対策を検討し、設計指針を提言してきた。直径比最適化による手法は、対をなすロールがともに均等に且つ対象的に変形する場合に有効であるが、一方のロールが変形する場合などは効果をなさない。また、回転数変動に対しては、製鉄機械や製紙機械など、一定回転数で運転せざるを得ないケースが多く存在するため、対策が利用できる機械の種類が限定されてしまう。
さらに、パッシブ型動吸振器を取り付けることにより、パターン形成現象がどのように影響させられるか理論的に解析を試みた。その結果、一般的な自励振動に対する動吸振器の制振効果と異なり、ドラスティックな制振は望めず、しかも、制振対象となる振動モードがあらたに出現する等の問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明は、上記の問題点を解決する可変剛性型動吸振器を提供するものであり、その特徴とする手段は次の通りである。
(1)．振動体の振動方向に対する同一直交面上に各軸心を位置し且つ横断面に長軸と短軸を有する一対の同一剛性長尺剛性体と、振動体に取り付けられ前記一対の剛性体の一端部を回転可能に装着した吸振本体と、前記一対の剛性体の他端を回転可能に装着した重錘と、前記一対の剛性体を面対称状態で互いに逆方向回転させて該一対の剛性体の合成振動方向を振動体の直線的振動方向に保持したままでその複合剛性係数を変更する機構とから構成してなる可変剛性型動吸振装置。
(2)．振動体の曲線的振動方向に対する同一直交面上に各軸心を位置し且つ横断面に長軸と短軸を有する一対の同一剛性長尺剛性体と、振動体に取り付けられ前記一対の剛性体の一端部を回転可能に装着した吸振本体と、前記一対の剛性体の他端を回転可能に装着した重錘と、前記一対の剛性体を互いに平行状態で同一方向に回転させて該一対の剛性体の合成振動方向を振動体の曲線的（ねじれ）振動方向に保持したままでその複合剛性係数を変更する機構とから構成してなる可変剛性型動吸振装置。
【発明の効果】
【０００７】
即ち本発明の可変剛性型動吸振装置は、剛性係数に異方性を有する剛性体の回転角を面対称状態で又は平行関係で変更することにより，一対の剛性体の合成剛性係数を変化させて、吸振本体側の固有振動数を振動体の固有振動数に一致させ振動体の振動を制止又は低減或いは遅延するのである。
又、構造的には、一対の剛性体の剛性係数変更機構としては手動式でも自動式でも可能であり簡便である。
更に一対の剛性体の回転角を面対称での調節又は平行関係での調節を行い、吸振本体側の固有振動数を振動体の固有振動に調整できるため，コンパクトで広い周波数範囲の振動の制止・低減・遅延制御を可能とするのである。
そして本発明は、次に紹介する通り製鉄機械や製紙機械等への多数の応用例があり工業的に極めて有益な効果を有するのである。製鉄機械や製紙機械などのようにロールが回転する場合は，ロール軸受部に吸振装置を装着して使用する他に以下のような手法が考えられる。
a）．円筒状のロール内に、中心軸を介してすべり軸受等の軸受を設け、その軸受を介し前記(1)の発明を配置することができる。
b）．ロール表面にバックアップロールを取り付け、バックアップロール軸受に前記(1)の発明を取り付ける。
これらの例は、ロール表面に接触するロール軸受部の振幅が小さい振動モードに対しても制振効果が得られる。
c）．レールのコルゲーション、車輪の多角形化防止装置として前記(1)の発明を応用する。
電車が走行を繰り返すうちにレールの表面や、車輪が多角形に変形し（コルゲーション）、騒音、レールの寿命低下、走行安全性の問題など発生している。車軸部分にベアリングを介して吸振装置を装着し、車輪の上下方向振動を抑制することにより、コルゲーションを防止する。
d）．工作機械への前記(1)の発明を応用する。
工作機械のびびり振動を抑制するために、バイト上に吸振装置を装着する。
e）．自動車用ブレーキ鳴き現象防止装置に前記(1)の発明を応用する。
自動車のディスクブレーキ鳴きは、ロータとパッド、あるいはロータとキャリパの連成による自励振動である。特に問題となっている後者は、キャリパに動吸振器を装着することで、確実に鳴きを抑えることができる。しかしながら、ベンチテストでチューニングした動吸振器を実車に取り付けた場合、シャーシ構造の違いから、効果が得られないことが多い。この吸振装置は容易にチューニングが可能であるため、実車のブレーキ鳴き現象にも効果的である。装着箇所としては、キャリパ、ロータ内部（この場合複数個必要となる）、油圧ピストン内などが考えられる。また、前者の鳴きに関しては、パッドに装着する。
f）．自動車用サスペンションに前記(1)の発明を応用する。
自動車のサスペンション上部に本装置を装着することにより、路面の強制振動による車体への振動を最小限度に抑えることができる。
g）．その他
地震による建物の振動抑制、電線の自励振動（ギャロッピング）抑制、電車のスキールノイズ防止などに前記(1)の発明を応用する。
h）．回転体のねじり振動防止用に前記(2)の発明を発明を応用する。
熱間圧延の低周波振動や，石灰石などを砕くミルロールの振動など、その回転軸を中心としたねじり振動により、問題が発生している場合がある。このような振動問題の対策として、前記(2)の発明を使用する。２本（一対）の剛性体の回転軸と平行で且つそれら間の中央にある軸と、回転体の回転軸を一致するるように吸振本体を取り付ける。この場合、一対の剛性体の複合剛性係数の連続変更用の回転方向は、直線的振動方向対策とは異なり，互いに平行状態で同一方向に回転させるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の可変剛性型動吸振装置において、剛性体の形状は、対単位で同一とし、しかも一対の剛性体から重錘が受ける合成振動方向は、常に振動体の振動方向と同一方向となり且つ回転角の面対称状態変更や平行状態変更で合成剛性係数が連続的に変化する矩形、楕円等の長軸・短軸を有する断面形状にするのである。
また剛性体の剛性係数変更機構としては、単独又は共用の剛性体回転装置を用いる。例えば後述の実施例に紹介のような歯車式回転装置例は、一対の剛性体が回転方向を互いに逆にして同時に面対称回転するように、一対の剛性体各々と吸振本体又は重錘との回転装着部に同一サイズの歯車を設けこれを各剛性体の断面長軸が振動方向に平行にした基準位置で互いに噛み合わせ、この歯車の一方を回転調節用モータの駆動歯車機構に噛み合わせたもの、或いは一対の剛性体が回転方向を互いに同一方向にして同時に回転するように、前記歯車間に中間歯車を設置したもの等が簡単である。
次に本発明の変形例を列記する。
(イ)．複数対の剛性体を設け、その対間の剛性係数を替えた前記可変剛性型動吸振装置。
例えば一対の２本を大まかな振動数調整用、他の一対の２本を細かい振動数調整用に設ける。
(ロ)．前記重錘の中に粘性流体を封入し減衰効果をコントロール可能にした前記可変剛性型動吸振装置。
(ハ)．前記吸振本体を３次元的に回転可能に振動体に装着し、外力の振動に応じた向に前記吸振本体を回転させる前記可変剛性型動吸振装置。
(ニ)．前記重錘と吸振本体間に弾性棒を差し込むことによりチューニング範囲を移動可能とした前記可変剛性型動吸振装置。
(ホ)．振動体の振幅だけでなく、振動体と前記重錘の振動の位相差をもとにチューニングを行う前記吸振本体の固有振動数の制御手法。
(ヘ)．ハイブリッド型可変剛性動吸振器。
剛性体と前記重錘の複数対を並列または直列につなぎ、吸振装置を１自由度振動系から多自由度振動系に拡張することにより、複数の振動数を１台の吸振装置で同時に制振できるハイブリッド型の可変剛性型動吸振装置。
(ト)．剛性係数変更機構の剛性体回転用モータを前記重錘部分に代用して小型化した可変剛性型動吸振装置。
(チ)．MR流体などを前記吸振本体または剛性係数変更機構等の稼働部に用いて、粘性、剛性ともにコントロール可能にした可変剛性型動吸振装置。
【実施例】
【０００９】
次に本発明(1)の１実施例（具体例）を図１〜図３と共に説明する。
図１は、本発明装置の１実施例を示す説明図であり図２の矢視A−Aからの平断面図である。図２は、図１の矢視B−Bからの側断面図である。図３は、図１の矢視C−Cからの正面図である。
図１〜図３において、振動体１に吸振本体２を取り付け、吸振本体２に一対の同一剛性係数の板バネ（長尺剛性体）３、４の一端部を回転可能に装着すると共に、板バネ用の剛性係数変更機構６を付設し、板バネ３、４の他端を重錘５に回転可能に装着する。
吸振本体２の下部面は、振動体１の振動方向Vに対する直交面H1にして振動体１に取り付けてある。
板バネ３、４は、断面形状を、図３に示すように同一の長方形（矩形の一種）にしてあり、その軸芯C1、C2を振動体１の振動方向Vに対する直交面H2上に平行関係に位置させ、又その断面長軸L1、L2を基準位置で該振動方向Vに平行に一致させる。
板バネ３、４の一端部と吸振本体２との装着は、板バネ３、４の一端部を回転軸3a、4aに成形し、吸振本体２にベァリング式軸受2a、2bを設け、ベァリング式軸受2a、2bに回転軸3a、4aを装着したものであり、板バネ３、４の他端部と重錘５との装着は、板バネ３、４の他端部を回転軸3b、4bに成形し、重錘５にベァリング式軸受5a、5bを設け、ベァリング式軸受5a、5bに回転軸3b、4bを装着したものである。
板バネ用の剛性係数変更機構６は、前記基準位置にした板ばね３、４の回転軸3a、4aに同一サイズの歯車6a、6bを固定し、これを互いに噛み合わせて、この歯車の回転で該一対の板ばね３、４を基準位置の０°から90°の範囲で面対称的に回転角度を連続変化させ一対の板ばねをハ型又は逆ハ型にしてその合成した剛性係数を下降変更し装置全体の固有振動数を可変することを可能にし、またこの歯車の回転駆動は、その一方に回転調節用サーボモーター6gの駆動歯車機構6cを噛み合わせて可能にし、回転調節用サーボモーター6gには振動体１と吸振本体２の振動周波数検出器6d、6eからの検出振動周波数とに基づきこれらが一致する板ばね回転角度に回転作動制御する制御器6fを設けたものである。
次に本発明(2)の１実施例（具体例）を図４と共に説明する。
図４の例は回転体10のねじり振動防止用に前記(2)の発明を応用したものである。
熱間圧延の圧延ロールからの低周波振動や，石灰石などを砕くミルロールの振動など、その回転体10の回転軸11を中心としたねじり振動により、問題が発生している場合がある。このような振動問題の対策として、２本（一対）の剛性体21、22の回転軸と平行で且つそれら間の中央にある中心線23と、該回転軸11の軸心線11aの延長上に一致させて吸振本体20を取り付ける。この場合、一対の剛性体21と22の複合剛性係数の連続変更用の回転方向は、直線的振動方向対策とは異なり，互いに平行状態で同一方向に回転させる。
この一対の剛性体21、22の回転方向を互いに同一方向にして同時に回転させる機構は、重錘27側に設けた、前記実施例の歯車6a、6b同様の歯車24、25の間に中間歯車26を設置し、歯車24を前例同様の回転調節用サーボモーターの駆動歯車機構を噛み合わせ、 回転調節用サーボモーターには振動体と吸振本体の振動周波数検出器からの検出振動周波数とに基づきこれらが一致する板ばね同一回転角度に回転作動制御する制御器を設ければよい。
【産業上の利用可能性】
【００１０】
本発明の可変剛性型動吸振装置は、前記したコンパクト化可能な構成により、吸振装置側の固有振動数を上下又は回転等の振動体の固有振動数に容易に一致させ該振動体の振動を制止又は低減或いは遅延することができ、前述の効果に紹介した多くの振動体に幅広く応用することができ、この種産業上の利用可能性は極めて高いものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明装置(1)の１実施例を示す説明図であり図２の矢視AA−AA及び図３の矢視A−Aからの平断面図。
【図２】図１の矢視BB−BB及び図３矢視B−Bからの側断面図。
【図３】図１の矢視CC−CC及び図２矢視C−Cからの正面図。
【図４】本発明装置(2)の１実施例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００１２】
１       振動体
２       吸振本体
３、４   剛性体
５       重錘
3a、4a   回転軸
2a、2b   ベァリング式軸受
5a、5b   ベァリング式軸受
６       剛性係数変更機構
6a、6b   歯車
6c       駆動歯車機構
6f       制御器
6g       回転調節用サーボモーター
【図１】
2005240906.tif 000003
【図２】
2005240906.tif 000004
【図３】
2005240906.tif 000005
【図４】
2005240906.tif 000006