(57)【要約】【目的】小型軽量で、周波数の変化する振動体の振動を制振する能動型振り子式ダイナミックダンパを提供する。【構成】基台２上に設けたステッピングモータ３の出力軸４に中間部５ｂの基端を取付け、中間部５ｂの先端にマス５を設けて本体機構部６を構成する。ステッピングモータ３は基台２に設けた振動センサ７が検出した検出値に基づいて、制御部８が逆位相でマス５を振動するよう制御する。マス５の振動は、Ｒ×Ｗ（Ｒは揺動半径，Ｗはマス５の質量）からなる大きな等価質量Ｍが出力軸４の上で上下振動することと同じになり、大きな制振エネルギーを発生して制振することができる。このときレバー比を大きくでき、しかもフリクションロスが小さいので、エネルギー収支においてエネルギー効率がよく装置を小型・軽量化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力振動に応じてマスを揺動させることにより被制振体を制振する能動型振り子式ダイナミックダンパにおいて、
前記マスの揺動中心をステッピングモータの出力軸へ接続し、かつ前記マスの重心を揺動中心からオフセットさせるとともに、
入力振動に応じてステッピングモータでマスの揺動中心を往復回転駆動することにより、前記マスを揺動させて振り子運動をさせることを特徴とする能動型振り子式ダイナミックダンパ。
【請求項２】
前記マスは所定長さのアームの先端に設けられ、このアームの基端を前記ステッピングモータに取付けたことを特徴とする請求項１に記載した能動型振り子式ダイナミックダンパ。
【請求項３】
前記マスを支持する基台を被制振体へ取付け、前記基台に設けたセンサにより前記被制振体の振動を検出し、
この検出した振動に基づいて制御部により前記ステッピングモータを回転制御することを特徴とする請求項１又は２に記載した能動型振り子式ダイナミックダンパ。
【請求項４】
前記アームの軸線を前記被制振体に入力する振動の方向に応じて変化させることを特徴とする請求項３に記載した能動型振り子式ダイナミックダンパ。
【請求項５】
入力振動に応じてマスを揺動させることにより被制振体を制振する能動型振り子式ダイナミックダンパにおいて、前記マスをステッピングモータにて被制振体の振動に応じて揺動させ、
かつ前記マスの重心を揺動中心からオフセットさせるとともに、
前記ステッピングモータと前記マスの間にギヤ機構を介在させ、前記ステッピングモータの回転を前記マスへ減速して伝達することにより前記マスを振り子運動させるようにしたことを特徴とする能動型振り子式ダイナミックダンパ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、振り子を用いた能動型ダイナミックダンパに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のものとして、被制振体に取付けられるダイナミックダンパを、水平方向に片持支持されたアームと、その先端に設けられたマスと、ナットを介してアームと連結されかつ上下方向に配置されたボールネジと、このボールネジを正逆回転するサーボモータとで構成し、被制振体へ入力する振動に応じて、サーボモータでボールネジを正逆回転駆動してアームを上下方向へ揺動させることによりマスを振り子運動させて、被制振体を能動的に制振するものが公知である（特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３６０５１７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記の公知装置は、ボールネジ機構を用いて振り子運動を発生するものであるから、装置のフリクションロスが大きくなり、エネルギーロスが大きく、装置も複雑・大型化する。またそのうえ、振り子式ダイナミックダンパにおける制振エネルギーは、揺動中心とマスの重心との距離を揺動半径Ｒ、マスの質量をＷとしたとき、揺動時のモーメントＲ×Ｗに比例する。すなわち制振エネルギーは揺動半径Ｒの長さに応じたレバー比が効くことになる。
しかし、上記公知装置ではアームの中間部に設けたナットにボールネジを係合するものであるから、レバー比は揺動半径Ｒに対して揺動中心とナット間の長さ分に応じて小さなものとなり、入力エネルギーに対して制振エネルギーがそれだけ小さくなるからエネルギー収支において非効率的である。また、目的とする制振エネルギーを一定とすれば、レバー比の減少分だけマスを大型化しなければならないから、装置が大型かつ重量化する。
そのうえ、入力振動の方向が上下以外に変化した場合における方向の調整も容易ではない。そこで本願は、係る課題の解消を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため能動型振り子式ダイナミックダンパに係る請求項１の発明は、入力振動に応じてマスを揺動させることにより被制振体を制振する能動型振り子式ダイナミックダンパにおいて、
前記マスの揺動中心をステッピングモータの出力軸へ接続し、かつ前記マスの重心を揺動中心からオフセットさせるとともに、
入力振動に応じてステッピングモータでマスの揺動中心を往復回転駆動することにより、前記マスを揺動させて振り子運動をさせることを特徴とする。
【０００５】
請求項２の発明は上記請求項１において、前記マスは所定長さのアームの先端に設けられ、このアームの基端を前記ステッピングモータに取付けたことを特徴とする。
【０００６】
請求項３の発明は上記請求項１又は２において、前記マスを支持する基台を被制振体へ取付け、前記基台に設けたセンサにより前記被制振体の振動を検出し、
この検出した振動に基づいて制御部により前記ステッピングモータを回転制御することを特徴とする。
【０００７】
請求項４の発明は上記請求項３において、前記アームの軸線を前記被制振体に入力する振動の方向に応じて変化させることを特徴とする。
【０００８】
請求項５の発明は、入力振動に応じてマスを揺動させることにより被制振体を制振する能動型振り子式ダイナミックダンパにおいて、前記マスをステッピングモータにて被制振体の振動に応じて揺動させ、
かつ前記マスの重心を揺動中心からオフセットさせるとともに、
前記ステッピングモータと前記マスの間にギヤ機構を介在させ、前記ステッピングモータの回転を前記マスへ減速して伝達することにより前記マスを振り子運動させるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本願発明によれば、入力振動に応じてマスの揺動中心をステッピングモータにて往復回転駆動することによりマスを揺動させるとともに、マスの揺動中心とマスの重心をオフセットしたので、マスはステッピングモータにより振り子運動して被制振体を能動的に制振する。このとき、マスの振り子運動によって生じる制振エネルギーは、マスの質量が一定の場合は、マスの揺動中心とマスの重心との距離である揺動半径の大きさに比例し、揺動半径が大きいほど制振エネルギーが大きくなるので、マスの揺動中心とマスの重心とをオフセットさせることにより揺動半径を大きくして、大きなレバー比で制振エネルギーを増大させることができる。
【００１０】
しかも、マスの揺動中心をステッピングモータで往復回転駆動することにより、マスの揺動を高精度で制御できる。また、マスの揺動中心とマスの重心との中間部に揺動機構を設ける場合のような、装置の複雑・大型化を防ぎ、フリクションロスを低減させるので、エネルギー効率を向上させ、装置を簡単・小型化できる。
【００１１】
そのうえ、マスの揺動中心とマスとの間をアームで連結すれば、アーム長を調節することにより揺動半径の調節が容易になり、レバー比の調節も自由にできるようになる。
さらに、アームの軸線を入力振動の方向に応じて変化させることにより、入力振動の方向に対する調整も容易になる。
【００１２】
また、ギヤ機構を介し、ステッピングモータの回転を減速させてマスへ揺動させるようにすると、ギヤ比を大きくする分だけ制御角を小さくでき、ステッピングモータ単独でマスを揺動させる場合に比べて、その限界制御角をさらに微細な角度にして、より高精細な制御が可能になる。
しかも、ギヤ比分だけマスを振り回すためのトルクを大きくできるので、制振エネルギーをより大きくして、より大型で重量の大きな被制振体に対する制振が可能になる。そのうえ、マスの振り子運動による反力がステッピングモータの出力軸へ直接入らないようにすることができるので、ステッピングモータの負荷を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面に基づいて一実施例を説明する。図１は第１実施例に係る能動型振り子式ダイナミックダンパの構成図である。能動型振り子式ダイナミックダンパ１は、基台２と、その上に支持されたステッピングモータ３と、その出力軸４の回動により一体に揺動するマス５を備える。マス５は水平方向に長い形状をなし、基台２と、その上に支持されたステッピングモータ３と、その出力軸４の回動により一体に揺動する。
【００１４】
マス５は、水平方向に長い形状をなし、一端の小径のボス５ａにて出力軸４へ着脱自在に外嵌されて出力軸４と一体回動するよう結合される。基台２、ステッピングモータ３及びマス５とで本体機構部６を構成する。
マス５の中間部５ｂはボス５ａから他端の大径部５ｃ側へ向かって拡幅するよう変化し、大径部５ｃはボス５ａよりも大きな曲率の円弧状をなし、最大幅部をなす。
【００１５】
ボス５ａの中心は出力軸４の中心と一致して揺動中心Ｏ１をなす。すなわちマス５の揺動中心Ｏ１をステッピングモータ３の出力軸４で直接往復回転駆動するようになっている。
中間部５ｂにおける大径部５ｃ近傍の幅広部にはマス５の重心Ｏ２が位置する。揺動中心Ｏ１と重心Ｏ２を結ぶ軸線Ｃは水平方向に配置され、揺動中心Ｏ１と重心Ｏ２間の距離は揺動半径Ｒをなす。
マス５の重心Ｏ２が揺動中心Ｏ１から揺動半径Ｒ分だけ水平方向へオフセットされていることになる。
出力軸４の正逆回転による往復回転駆動により、重心Ｏ２は揺動中心Ｏ１から揺動半径Ｒ分だけオフセットされた状態で図のＡ矢示方向である上下方向へ振り子運動して揺動する。
【００１６】
ステッピングモータ３は、微細な回転角度を高精度で実現でき、かつ正逆回転による往復回転を高速度で応答性良く実現できる特性があり、公知のものを目的に応じて適宜使用できる。このとき、揺動半径Ｒの長さとマス５の質量Ｗに応じた出力を得ることができるように選択する。
揺動半径Ｒの長さとマス５の質量Ｗは任意に定めることができ、かつそれぞれの材質も任意に設定できる。なお、等価質量Ｍ＝Ｒ×Ｗの関係があるから、制振エネルギーはこの等価質量に比例する。Ｒ及びＷのいずれを大きくしても等価質量Ｍを大きくすることができる。但し、Ｗをあまり大きくすると、装置全体の重量が増大するので、Ｗを許容できる装置重量の範囲とし、Ｒを大きくすることにより等価質量を大きくして、レバー比をかせぐことが有利になる。
この場合におけるレバー比は、等価質量（Ｍ）／マスの質量（Ｗ）＝Ｒ
としても表現できる。
【００１７】
能動型振り子式ダイナミックダンパ１は、本体機構部６に加え、基台２へ設けられて入力振動Ｖの加速度や振動数等を検出する振動センサ７、この振動センサ７が検出した検出値に基づいて、マス５に必要な制振エネルギーを発生させるべく揺動させるためステッピングモータ３に対する制御信号を形成するマイクロコンピュータからなる制御部８、この制御信号によりステッピングモータ３の駆動信号を形成するドライバー９を備える。なお、振動センサ７は制御内容により必要な適宜データを検出するよう設定し、公知のものを使用できる。
【００１８】
制御部８は、振動センサ７の検出した検出値に基づいて、制振に必要なマス５に対する振動（以下、制振振動という）を演算する。このとき振動センサ７の検出した検出値により、制振振動の振動数、位相、振幅等を決定する。振幅は入力振動の加速度を検知することにより制御部８にて演算することができる。
上記制振振動の要素を演算後、揺動半径Ｒ及びマス５の質量Ｗを考慮して、ドライバー９に対する制御信号を生成し、これをドライバー９へ送り、ドライバー９にてステッピングモータ３を駆動することにより、本体機構部６における制振振動を制御する。
なお、制御部８の制御は、フィードバック制御や、予め内蔵している制御マップを用いてマップ制御すること等、公知の制御方法を採用できる。
【００１９】
本体機構部６は、被制振体１０上へ置かれ、基台２で被制振体１０へ取付けられる。被制振体１０は制振すべき種々の振動体が対象であり、例えば、自動車のフロア等や、各種の産業機械、さらには建造物等がある。
【００２０】
次に、この装置の作動原理を説明する。以下の説明は、便宜的に入力振動Ｖが被制振体１０へ上下方向に入力するものとする。マス５の軸線Ｃは予め振動の入力方向が上下方向であることに対応して水平方向へ軸線Ｃが向くように調整し、ステッピングモータ３へ通電した初期状態で軸線Ｃが水平方向へ向くようになっている。
【００２１】
この状態で、外部からの振動により被制振体１０が上下方向へＶなる振動をすると、振動センサ７がこの振動を検出して検出値を制御部８へ送る。
制御部８は振動センサ７の検出値に基づき、マス５を被制振体１０の振動Ｖと逆位相で制振振動するに必要な振動要素を決定し、この制御信号をドライバー９へ送る。
【００２２】
ドライバー９は制御部８の制御信号に基づいてステッピングモータ３を駆動する。ステッピングモータ３は、制振振動に必要な振幅に対応する回転角で、かつ必要な振動数に対応する回数の正逆回転を行う。この回転制御は、ステッピングモータ３の特性により、正確かつ高速に行うことができる。
【００２３】
ステッピングモータ３が所定の正逆回転を行うと、出力軸４と連結されたマス５が一体に揺動し、重心Ｏ２が上下方向へ揺動して振り子運動を生じる。
このときのマス５の振り子運動は、等価質量Ｍ＝Ｒ×Ｗが、出力軸４の上で矢示Ｂ方向（上下方向）へ振動することと同じになり、この振動（等価振動ということにする）は、被制振体１０の振動と逆位相で制御部８で決定された振動数及び振幅を有し、この等価振動のエネルギーが制振エネルギーとして被制振体１０へ加えられるため、被制振体１０は制振される。
【００２４】
このように、横長形状のマス５に対して一端のボス５ａをステッピングモータ３にて揺動させると、揺動中心Ｏ１から重心Ｏ２が揺動半径Ｒだけオフセットした状態でマス５を振り子運動させることができ、軸線Ｃの中間部にボールネジ機構などの揺動機構を設ける等の必要がないので、フリクションロスを低減させ、エネルギー効率を向上させ、装置を簡単・小型化できる。
【００２５】
また、横長形状をなすマス５の長手方向一端部を駆動することにより、制振エネルギーは、揺動半径Ｒを最大にできるから、レバー比を最大にすることができ、エネルギー収支において、エネルギー効率のよい制振が可能となる。
さらに、出力軸４に対してボス５ａの取付角度を変更することができ、マス５の軸線Ｃの方向を被制振体１０の振動方向に合わせて調整することができる。この点については後から詳述する。
【００２６】
次に、第２実施例を図２に基づいて説明する。なお、前実施例と共通部分については同一符号を用い重複説明を省略する（以下の実施例も同じ）。
図２は本体機構部６のみを示し、このマス５は、長いアーム状をなす中間部であるアーム状部５ｄの一端に小径のボス５ａを設け、他端に円形の大径部５ｃを設け、全体を一体に形成した、略亜鈴状をなすものである。ボス５ａの中心は出力軸４の中心と一致して揺動中心Ｏ１をなし、大径部５ｃの略中心は重心Ｏ２をなす。揺動中心Ｏ１と重心Ｏ２間の距離は揺動半径Ｒをなし、アーム状部５ｄのアーム長と略一致する。このようにすると、マス５を実質的に大径部５ｃで構成することになり、レバー比を稼ぎやすくなる。
【００２７】
次に、第３実施例を図３〜６に基づいて説明する。図３は第３実施例に係る能動型振り子式ダイナミックダンパの構成図である。能動型振り子式ダイナミックダンパ１は、基台２と、その上に支持されたステッピングモータ３と、その出力軸４の回動により一体に揺動するマス５を備える。マス５は丸棒状や球形等の適宜形状をなし（本実施例では図示状態で円形をなす丸棒状とする）、アーム１１の先端に取付けられる。アーム１１の基端にはボス状のジョイントリング１２が連結されている。
【００２８】
ジョイントリング１２の中心は出力軸４の中心と一致して揺動中心Ｏ１をなし、マス５の中心は重心Ｏ２をなす。揺動中心Ｏ１と重心Ｏ２間の距離は揺動半径Ｒをなし、アーム１１のアーム長Ｌよりも長くなっている。アーム長はアーム１１の両端でマス５及びジョイントリング１２と接続する部分間の長さである。
【００２９】
図４はステッピングモータ３の斜視図であり、ステッピングモータ３はケース２０で外側を覆われ、取付台座２１にてボルト２２により基台２（図示せず，図３参照）へ着脱自在に取付けられる。但し、被制振体１０側の構造によっては、被制振体１０へ直接取付けることができ、この場合には別体の基台２を省略し、取付台座２１を基台２とすることができる。
ケース２０の側面２０ａからは、出力軸４が突出し、その基端にジョイントリング１２が出力軸４と一体回転するように取付けられている。
【００３０】
図５は出力軸４に対するジョイントリング１２の取付構造を示す断面図であり、ジョイントリング１２は出力軸４の周囲へ嵌合され、キー１３等で出力軸４と結合される。さらに、ジョイントリング１２には径方向の取付穴１４が設けられ、これにアーム１１の基端１５が差し込まれてネジ止めされる。
【００３１】
取付穴１４には雌ネジが形成され、アーム１１の基端１５には雄ネジが形成されている。また、アジャストナット１７によりアーム１１の基端１５におけるネジ止め長さを調節でき、この長さを調整することにより、ある程度のアーム１１の長さを微調整してレバー比を調整できる。但し、大幅なアーム１１の長さを調整するには、長さの異なるアーム１１自体の交換による。
【００３２】
また、キー１３を抜けば、ジョイントリング１２は出力軸４の周囲へ任意に回動できるので、中立時の出力軸４に対して、ジョイントリング１２を必要角度回動させ、この回動位置でキー１３により再度結合すればジョイントリング１２の取付角度を変更でき、その結果、ジョイントリング１２と一体化されているアーム１１の取付角度θを任意に調整できる。なお、このようなキー１３による取付角度の調整を、予めジョイントリング１２に多数のキー溝を設けておくことで可能になる。さらにはセレーション結合させてもよい。また、ジョイントリング１２の径方向外方からネジ止めすることもできる。
【００３３】
図６はマス５の取付構造を示し、アーム１１の先端１６にも雄ネジが形成され、マス５の径方向に形成された取付穴１８へ差し込んでネジ止めされる。取付穴１８にも予め雌ネジが形成され、かつアジャストナット１９が設けられるため、アーム１１に対するマス５の取付位置を微調整可能である。また、アーム１１とマス５が着脱自在であるため、マス５の質量を変更する場合は、容易に質量の異なるマス５と交換できる。
【００３４】
このように、アーム１１の先端にマス５を取付け、基端をステッピングモータ３にて揺動させるので、アームの中間部に揺動機構を設ける等の必要がなく、アーム１１の基端を駆動することにより、制振エネルギーは、アームのほぼ全長を貢献させることになるから、レバー比を最大にすることができ、効率のよい制振が可能となる。しかも長短に長さの異なるアーム１１を適宜交換することにより、アーム長Ｌの変更が自在になり、等価質量Ｍの調整が容易になる。
【００３５】
アーム１１は軸線Ｃの位置を中心に出力軸４の軸直交方向と平行な回転平面内にて、制御部８により決定された振幅で揺動する。アーム１１の軸線Ｃの方向は振動の入力方向と直交するように設定される。
但し、ステッピングモータ３は、通電ＯＦＦにより出力軸４が回転フリーとなるため、マス５が下限位置へ移動しているが、通電するとアーム１１を設定角度（本実施例では水平、θ＝０）へ回動させて保持することができる（図５参照）。
【００３６】
アーム１１の軸線Ｃの水平線に対する取付角度θは調整自在であり、予めステッピングモータ３における中立時の出力軸４に対する取付角度を設定することにより、軸線Ｃを任意の取付角度θに調整できる。この任意の取付角度θは、例えば、４５°，９０°等にすることができ、それぞれ予め想定される主たる振動の入力方向へ合わせることができる。このため、アーム１１の軸線Ｃ方向を入力振動の方向に応じて変化させることにより、入力振動の方向に対する調整が容易になる。
【００３７】
次に、第４実施例を図７及び８に基づいて説明する。図７は本実施例に係る本体機構部６の正面図であり、図８は図７のＤ矢示方向から示す図である。
これらの図において、マス５は前実施例と同様にアーム１１に支持され、アーム１１はギヤ機構を介して揺動される。すなわちギヤ機構は、出力軸４と一体に回転する小径の駆動ギヤ３０と、これに噛み合う大径の従動ギヤ３１とで構成され、駆動ギヤ３０の回転を従動ギヤ３１で減速してアーム１１を揺動させる。減速比は任意に設定できる。
【００３８】
従動ギヤ３１は回転軸３２によりジョイントリング１２と回転軸３２を従動ギヤ３１及びジョイントリング１２をそれぞれ一体化することにより、従動ギヤ３１の回動によりアーム１１を一体に揺動させることができる。回転軸３２はステッピングモータ３と一体の支持部３３へ回転自在に軸受けされている。なお、ジョイントリング１２と回転軸３２の結合は、前実施例のように取付角度を調整自在にすることができる。
【００３９】
ジョイントリング１２の中心は回転軸３２の中心と一致して揺動中心Ｏ３をなし、マス５の中心は重心Ｏ２をなす。揺動中心Ｏ３と重心Ｏ２間の距離は揺動半径Ｒをなし、アーム１１のアーム長Ｌよりも長くなっている。
本実施例における出力軸４の中心Ｏ１は、揺動半径Ｒに関係が無く、アーム１１の揺動範囲外側に揺動中心Ｏ３から離れて位置し、振り子運動の揺動反力はアーム１１から回転軸３２へ入り、出力軸４へは直接入力されないようになっている。
【００４０】
このようにすると、ステッピングモータ３の駆動力は、出力軸４から一体の駆動ギヤ３０へ伝達され、さらに駆動ギヤ３０と噛み合う従動ギヤ３１を減速回転させることにより、従動ギヤ３１と同軸のアーム１１を揺動させてマス５を振り子運動させる。その結果、レバー比の効いた制振エネルギーを回転軸３２から被制振体１０へ及ぼすことができることは前各実施例と同様であるが、本実施例ではさらにギヤ駆動による、高精度の振動制御並びにステッピングモータ３の小型化等を実現することができる。
【００４１】
すなわち、ステッピングモータ３の制御角は、高精度のものでもせいぜい、１．８°程度である。しかし、減速機構とすることにより、ギヤ比を大きくすることができ、このギヤ比分だけ制御角を小さくできる。このため、ステッピングモータ３単独でアーム１１を揺動させる場合に比べて、その限界制御角をさらに微細な角度にして、より高精細な制御が可能になり、可変ダイナミックダンパを構成する等価マスをより精緻に制御できる。
【００４２】
また、ギヤ比分だけマス５を振り回すためのトルクを大きくできるので、等価マスをより大きくして、より大型で重量の大きな被制振体に対する制振が可能になる。そのうえ、マス５の振り子運動による上下方向へ作用する反力は回転軸３２へ入るから、ステッピングモータ３の出力軸４へ直接入らないようにすることができ、ステッピングモータ３の出力軸４に対する負荷を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】第１実施例に係る能動型振り子式ダイナミックダンパの構成図
【図２】第２実施例に係る本体機構部を示す図
【図３】第３実施例に係る能動型振り子式ダイナミックダンパの構成図
【図４】第３実施例に係るステッピングモータの斜視図
【図５】第３実施例に係るジョイント部材の構造を示す図
【図６】第３実施例に係るマスの取付構造を示す断面図
【図７】第４実施例に係る本体機構部を示す図
【図８】図７のＤ矢示方向から示す図
【符号の説明】
【００４４】
１：能動型振り子式ダイナミックダンパ、２：基台、３：ステッピングモータ、４：出力軸、５：マス、６：本体機構部、７：振動センサ、８：制御部、９：ドライバー、１０：被制振体、１１：アーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
2009103147.tif 000005
【図４】
2009103147.tif 000006
【図５】
2009103147.tif 000007
【図６】
2009103147.tif 000008
【図７】
2009103147.tif 000009
【図８】
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