(57)【要約】回転軸系の主危険回転速度付近での回転による共振や、回転軸系の主危険回転速度以上での回転による自励振動を抑制することができる多重板バネ式制振装置を提供する。回転軸４およびこの回転軸に装着された回転体５を少なくとも含む回転軸系６の回転軸を嵌着させた軸受９を、適宜の間隔を置いて固設された複数の多重板バネ１１の先端近傍部分で狭持し、または、複数の多重板バネの先端近傍部分を軸受にそれぞれ接触させ、これにより軸受の振れ回り振動を抑制するようにした多重板バネ式制振装置において、多重板バネの基端近傍部分に、この多重板バネとほぼ同一の構造を備えかつ先端近傍部分が多重板バネの反対側方向へ予め加圧されて所定大きさの反発力を有する補助多重板バネ１３の基端近傍部分を、スペーサー１２を介在させかつ相対向させて固着して、多重板バネを二重構造の多重板バネユニット１４にしたことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸およびこの回転軸に装着された回転体を少なくとも含む回転軸系の前記回転軸を嵌着させた軸受を、適宜の間隔を置いて固設された複数の多重板バネの先端近傍部分で狭持し、または、複数の前記多重板バネの先端近傍部分を前記軸受にそれぞれ接触させ、これにより前記回転軸系の振動を抑制するようにした多重板バネ式制振装置において、
前記多重板バネの基端近傍部分に、この多重板バネとほぼ同一の構造を備えかつ先端近傍部分が多重板バネの反対側方向へ予め加圧されて所定大きさの反発力を有する補助多重板バネの基端近傍部分を、スペーサーを介在させかつ相対向させて固着して、前記多重板バネを二重構造の多重板バネユニットにしたことを特徴とする多重板バネ式制振装置。
【請求項２】
請求項１に記載の多重板バネ式制振装置において、
前記補助多重板バネのバネ定数は、前記多重板バネのものよりも大きいことを特徴とする多重板バネ式制振装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の多重板バネ式制振装置において、
前記多重板バネユニットは３個以上であることを特徴とする多重板バネ式制振装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の多重板バネ式制振装置において、
前記軸受はボールベアリングあるいはニードルベアリングとしかつ前記軸受に軸受ホルダを環装したことを特徴とする多重板バネ式制振装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載の多重板バネ式制振装置において、
前記補助多重板バネは前記多重板バネとほぼ平行することを特徴とする多重板バネ制振装置。
【請求項６】
請求項１または２に記載の多重板バネ式制振装置において、
少なくとも前記多重板バネユニットを潤滑剤によって包囲したことを特徴とする多重板バネ式制振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多重板バネ式制振装置に係り、より詳しくは、回転軸およびこの回転軸に装着された回転体を少なくとも含む回転軸系の前記回転軸を嵌着させた軸受を、適宜の間隔を置いて固設された複数の多重板バネの先端近傍部分で狭持し、または、複数の前記多重板バネの先端近傍部分を前記軸受にそれぞれ接触させ、これにより前記回転軸系の振動を抑制するようにした多重板バネ式制振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、回転軸およびこの回転軸に装着された回転体を少なくとも含む回転軸系が主危険速度付近で回転すると、この回転軸系は共振回転領域に入って共振する。【０００３】
また、回転軸系が主危険速度以上で回転して共振回転領域を過ぎたのち安定回転領域に入り、この高速回転が持続する段階で、この回転軸系に外乱などにより自励振動が突発的に発生して回転軸系は激しく振動することがある。【０００４】
一方、回転軸系に発生する振れ回り振動を抑制する制振装置の一つとして、軸受が嵌着される内部リングを複数の多重板バネの先端近傍部分によって狭持するとともに、これら多重板バネの基端部分を外部リングに固着して、軸受の振れ回り振動を板バネ間の摩擦力によって抑制するように構成された多重板バネ式制振装置がある。
【特許文献１】特開平７−１９０１４１号公報
【発明の開示】
【０００５】
そこで、本願の発明者たちは、回転軸系の共振あるいは自励振動を抑制すべく上述の多重板バネ式制振装置を回転軸系に適用することを試みたが、所望の効果が得られなかった。そのため、多重板バネ式制振装置の板バネの枚数を増やしたり厚さを変えたりして、多重板バネのバネ定数を大きくして、多重板バネの振動減衰力を増大させると、多重板バネが軸受を剛堅に支持することになって多重板バネと回転軸系との一体化が強まり、その結果、回転軸系の通常の回転中に発生する定常振動の加速度が大きくなるなどの問題があった。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、回転軸系の主危険速度付近での回転による共振や、回転軸系の主危険速度以上での回転における自励振動を抑制することができる多重板バネ式制振装置を提供することにある。
【０００７】
上記の目的を達成するために本発明の多重板バネ式制振装置は、回転軸およびこの回転軸に装着された回転体を少なくとも含む回転軸系の前記回転軸を嵌着させた軸受を、適宜の間隔を置いて固設された複数の多重板バネの先端近傍部分で狭持し、または、複数の前記多重板バネの先端近傍部分を前記軸受にそれぞれ接触させ、これにより前記回転軸系の振動を抑制するようにした多重板バネ式制振装置において、前記多重板バネの基端近傍部分に、この多重板バネとほぼ同一の構造を備えかつ先端近傍部分が多重板バネの反対側方向へ予め加圧されて所定大きさの反発力を有する補助多重板バネの基端近傍部分を、スペーサーを介在させかつ相対向させて固着して、前記多重板バネを二重構造の多重板バネユニットにしたことを特徴とする。
【０００８】
回転軸系の共振が抑制される現象について、回転軸系と多重板バネによる共振曲線Ｃと、回転軸系と多重板バネユニットによる共振曲線Ｄを表示した図４に基づき詳細に説明する。すなわち、回転軸系の回転速度を次第に上げていくと、共振曲線Ｃで示すように、回転軸系の回転速度の上昇に伴い回転軸系の回転軸の先端部分の振幅が次第に大きくなり、やがてＡ点に到達して回転軸の先端部分の振幅がＴになるとともに、回転軸の先端部分の状態が共振曲線Ｃの点線部分で示すものになろうとするが、この時点以後は、先端近傍部分が多重板バネの反対側方向へ予め加圧されて所定大きさの反発力を有する補助多重板バネに多重板バネの先端が接触して補助多重板バネの影響を受ける。すなわち、不連続バネ特性により、回転軸の先端部分の状態は、共振曲線Ｃの点線部分で示すものから共振曲線Ｄの実線部分で表示されるものに一時的に移行する。これにより、回転軸の先端部分が回転軸系の回転速度の上昇に伴い、振幅Ｔを維持しながら移行して共振曲線ＣのＢ点を超えたころ、回転軸の先端部分に多重板バネの振動減衰力が加わるとともに回転軸の復元力により、多重板バネの先端が補助多重板バネから離れるとともに回転軸自身が元の中心位置に復帰しながら回転軸系は回転を続ける。この結果、回転軸系と多重板バネとの共振は回避される。
【０００９】
また、回転軸系の自励振動が抑制される現象について、回転軸系の回転速度を一定にした状態の下、回転軸系に外乱が作用して回転軸の先端部分の振幅が時間の経過に伴って変化する状態を表示した図５に基づき詳細に説明する。すなわち、回転軸系の回転速度がさらに上昇にして主危険回転速度以上になったのち一定の回転速度で回転するとともに長い時間が経過した状態において、外乱などにより回転軸系に自励振動が突発的に発生した場合、この自励振動による回転軸の先端部分の振れ回り振動は、まず多重板バネによって抑制され、振れ回り振動のうち多重板バネによって抑制される部分を超えた部分は、補助多重板バネの振動減衰力によって抑制されるとともに、回転軸自身の復元力によって回転軸は元の中心位置に復帰するため、回転軸の先端部分の振幅が小さくなったのち、回転軸系は一定の回転速度で回転を続けることとなる。
【００１０】
以上の説明から明らかなように本発明は、回転軸およびこの回転軸に装着された回転体を少なくとも含む回転軸系の前記回転軸を嵌着させた軸受を、適宜の間隔を置いて固設された複数の多重板バネの先端近傍部分で狭持し、または、複数の前記多重板バネの先端近傍部分を前記軸受にそれぞれ接触させ、これにより前記回転軸系の振動を抑制するようにした制振装置において、前記多重板バネの基端近傍部分に、この多重板バネとほぼ同一の構造を備えかつ先端近傍部分が多重板バネの反対側方向へ予め加圧されて所定大きさの反発力を有する補助多重板バネの基端近傍部分を、スペーサーを介在させかつ相対向させて固着して、前記多重板バネを二重構造の多重板バネユニットにしたから、回転軸系が主危険速度付近で回転する場合には、回転軸の先端部分の状態を、回転軸系と多重板バネの共振曲線が画くものから、回転軸系の回転速度がさらに速い領域にあって回転軸系と多重板バネユニットの共振曲線が画くものへ一時的に移行させて、回転軸系と多重板バネの共振点の振幅よりも小さい振幅を維持しながら、回転軸系の回転速度を上昇させて共振領域を通過させることにより、回転軸系と多重板バネとの共振を回避することができ、また、主危険速度以上の一定回転速度で回転している回転軸系に自励振動が発生する場合には、自励振動のうち多重板バネによって抑制される部分を超えた部分を、補助多重板バネの振動減衰力によって抑制することが可能になるため、回転軸系の主危険速度付近での回転による共振や、回転軸系の主危険速度以上での回転における自励振動を適確に抑制することができるなどの優れた実用的効果を奏する。
【００１１】
すなわち、多重板バネに補助多重板バネを組み合わせて多重板バネユニットにすることにより、共振をスムーズに通過することができるだけでなく、回転軸系の回転中における部品破損などによる回転軸系の急なアンバランスの発生、または共振点の変化にも対応し、安全に回転軸系の停止が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の多重板バネ式制振装置を適用した回転軸系装置の一実施例について図１〜図６に基づき詳細に説明する。本回転軸系装置は、図３に示すように、二段重ね状のテーブル構造を成す機台１と、この機台１の上段テーブルの上面中央部に設置された下向きの電動機２と、この電動機２の出力軸に軸継ぎ手３を介して接続された上下方向へ指向する回転軸４およびこれに装着された円板５とで成る回転軸系６と、この回転軸系６の前記回転軸４の下部を嵌着させて回転軸４の下部の振れ回り振動を抑制する多重板バネ式制振装置７と、前記機台１の下段テーブルの下面中央部に装着されて前記多重板バネ式制振装置７を保持するケーシング８とで構成してある。【００１３】
そして、前記多重板バネ式制振装置７は、図１および図２に示すように、例えば、軸受としてのボールベアリング９を嵌着させた軸受ホルダ１０を先端近傍部分で狭持する複数の多重板バネ１１・１１と、これら複数の多重板バネ１１・１１の各基端近傍部分に、この多重板バネ１１とほぼ同一の構造を備えかつ先端近傍部分が多重板バネ１１の反対側方向へ予め加圧されて所定大きさの反発力を有する補助多重板バネ１３を多重板バネ１１の力を効率よく受けられるようにそれとほぼ平行に対向させかつスペーサー１２を介在させて基端近傍部分で固着させて成る二重構造多重板バネの多重板バネユニット１４と、短尺円柱状を成し上面中央部に前記軸受ホルダ１０を収納する短尺円柱状の凹み１５を有しかつ前記多重板バネユニット１４が水平に延びかつ立てた状態で埋没されて固着された溝１６を上面に複数刻設された保持部材１７と、この保持部材１７の上面に取り付けられたドーナツ状の蓋部材１８とで、構成してある。そして、前記保持部材１７の凹み１５には潤滑剤としてのグリスまたは油が充填してある。なお、図２では４つの多重板バネユニット１４を示しているが、該ユニットの総合作用を高めるために、３つ以上のユニットを用いることが好ましい。【００１４】
なお、前記多重板バネユニット１４の多重板バネ１１および補助多重板バネ１３は、長さの相違する複数の板バネで構成されて基端部が揃えられかつ先端部が階段状を成している。【００１５】
またなお、前記補助多重板バネ１３は先端近傍部分が多重板バネ１１とは反対方向へ予め加圧されて多重板バネ１１の反対側へ変形させたのち、保持部材１７に固定されたピン１９により、その変形を維持される（図２参照）。したがって、前記補助多重板バネ１３には前記多重板バネ１１方向へ向く所定大きさの反発力を有している。【００１６】
このように構成したものは、上述した図４における共振曲線Ｃで示すように、回転軸系６の回転速度を次第に上げていくと、共振曲線Ｃで示すように、回転軸系６の回転速度の上昇に伴い軸受ホルダ１０の振幅が次第に大きくなり、やがてＡ点に到達して振幅Ｔになるとともに、軸受ホルダ１０の状態が共振曲線Ｃの点線部分で示すものになろうとするが、この時点以後は、先端近傍部分が多重板バネ１１の反対側方向へ予め加圧されて所定大きさの反発力を有する補助多重板バネ１３に多重板バネ１１の先端が接触して補助多重板バネ１３の影響を受ける。すなわち、不連続バネ特性により、軸受ホルダ１０の状態は、共振曲線Ｃの点線部分で示すものから共振曲線Ｄの実線部分で示すものに一時的に移行する。これにより、軸受ホルダ１０が回転軸系６の回転速度の上昇に伴い、振幅Ｔを維持しながら移行して共振曲線ＣのＢ点を超えたころ、軸受ホルダ１０に多重板バネ１１の振動減衰力が加わるとともに回転軸４の復元力により、多重板バネ１１の先端が補助多重板バネ１３から離れるとともに回転軸４自身が元の中心位置に復帰しながら回転軸系６は回転を続ける。この結果、回転軸系６と多重板バネ１１との共振は回避される。【００１７】
また、回転軸系６の自励振動が抑制される現象について、上述した図５に基づき詳細に説明する。すなわち、回転軸系６の回転速度がさらに上昇にして主危険回転速度以上の一定の回転速度で回転するとともに長い時間が経過した状態において、外乱などにより回転軸系６に自励振動が突発的に発生した場合、この自励振動による軸受ホルダ１０の振れ回り振動は、まず多重板バネ１１によって抑制され、振れ回り振動のうち多重板バネ１１によって抑制される部分を超えた部分は、補助多重板バネ１３の振動減衰力によって抑制されるとともに、回転軸４自身の復元力によって回転軸４は元の中心位置に復帰するため、軸受ホルダ１０の振幅が小さくなったのち回転軸系６は一定の回転速度で回転を続けることとなる。【００１８】
また、多重板バネ１１のみによって制振した軸受ホルダ１０の振動加速度の変化と、多重板バネユニット１４によって制振した軸受ホルダ１０の振動加速度の変化とを比較すると図６に示すグラフのようになる。本願発明の多重板バネユニットは、従来の多重板バネに比べて、優れた制振効果を有していることが分かる。【００１９】
本発明の多重板バネ式制振装置は、遠心分離機、洗濯機、脱水機、扁平軸、液体容器、ボールバランス等に装着された回転軸を含む回転軸系のその回転軸が嵌着した軸受または軸受ホルダの振れ回り振動を抑制する手段として活用することができる。また、自動車、航空機、船舶などのエンジンにおける回転軸系の回転軸の振れ回り振動を抑制する手段として活用することができる。さらに、磁気軸受のバックアップ手段としても利用することが可能である。【００２０】
本発明の実施の形態を上に説明したが、その実施の形態は例示的なものであり、本発明はそれに限定されるものではなく、発明の技術的思想から逸脱することなく、多くの変更が可能であり、本発明はそういった変更を含むことを意図するものである。【００２１】
例えば、上記実施の形態においては、軸受としてボールベアリングを用いたが、それに代えて、ニードルベアリングとすることができることは、当業者にとって明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施例の一部断面正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】本発明の多重板バネ式制振装置を適用した回転軸系装置の一実施例の一部断面正面図である。
【図４】回転軸系と多重板バネとによる共振曲線Ｃと、回転軸系と多重板バネユニットとによる共振曲線Ｄを表示したグラフである。
【図５】回転軸系が主危険回転速度以上の一定の回転速度で回転するとともに長い時間が経過した状態において自励振動が生じたときの本発明の効果を表示するグラフである。
【図６】従来の多重板バネ式制振装置と本発明の多重板バネ式制振装置との性能を比較したグラフである。
【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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【国際調査報告】
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