摩擦阻力發生裝置的製作方法
2023-10-05 18:15:09 5
專利名稱：摩擦阻力發生裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用作對各種機械的旋轉運動施加由摩擦力所產生的任意阻力的機構的摩擦阻力發生裝置。
作為機械要素之一的軸承一般分為通過潤滑油而支承軸構件的滑動軸承和通過滾珠或滾柱而支承軸構件的滾動軸承，它們的目的都在於使軸構件始終順利地運動，故要儘量減小各構件之間的摩擦阻力。由於軸承不對運動的構件施加阻力以控制動力，故要在如門的自動關閉機構那樣將旋轉速度控制在一定值時，就要增加緩衝器或阻尼器等衰減裝置。
另外還有稱為離合器、轉矩限制器或制動器的機構，是在旋轉的兩個構件之間發生滑動摩擦，這些機構除了使各構件完全壓接外，還利用滑動摩擦邊在各構件間產生與負荷相應的旋轉差邊傳遞動力。
不過，在前述的滑動軸承中，如果潤滑油以理想狀態處於各構件間，則能以與滾動軸承同等的極小摩擦阻力來動作，但始終以理想狀態供給潤滑油是極為困難的，往往存在互相滑動的兩個面直接接觸而使摩擦力明顯增大的缺點。另外，在使用軸承的旋轉機構中，在想將旋轉速度控制在一定值的場合，除了增加價格昂貴的衰減裝置外別無適當的方法，因此會使成本升高，同時導致結構複雜化及大型化。
還有，在採用離合器等利用滑動摩擦來傳遞動力的機構時，極難將半連接狀態下的摩擦力控制在一定值，尤其是當一方構件相對另一方構件而以低速旋轉時，靜摩擦和動摩擦間歇性地作用在互相滑動的兩個面上，會使摩擦力極其不穩定，即容易發生所謂蠕動的缺點。
為此，本發明人曾在日本專利第2733200號及2801153號中提出了一種無需增加特別的機構即可對於物體的旋轉運動將速度控制在一定值、且容易控制、能始終產生穩定摩擦力的摩擦力發生裝置。
專利2801153號的發明是一種旋轉摩擦裝置，其具有以軸心為中心旋轉的旋轉體、沿旋轉體的旋轉軌道排列的許多滾柱、以各滾柱為間隔在徑向與旋轉體相對的被動體、互相留有間隔並轉動自如地保持各滾柱的保持架，將所述旋轉體及被動體的相對面形成分別與旋轉體的旋轉軸平行、使所述各滾柱的轉動軸傾斜成與包含旋轉體的旋轉軸在內的截面構成規定的角度。即，在該旋轉摩擦裝置中，通過向滾柱側施加任意負荷來按壓旋轉體或被動體的至少一方，並使旋轉體旋轉，則各滾柱一邊產生滑動摩擦一邊轉動，可產生穩定的摩擦力。
但是，在所述旋轉摩擦裝置中，由於傾斜的各滾柱分別與旋轉體及被動體的相對面接觸並轉動，故旋轉體及被動體的相對面必須是互相平行的平面或對稱形狀的面。因此，在由互相在徑向相對的圓筒狀或球狀的構件形成旋轉體及被動體的情況下，不能使各滾柱均勻地與旋轉體及被動體兩方的面接觸，從而難以應用在使用具有這種曲面形狀的相對面的旋轉體及被動體的裝置上。
鑑於上述的缺點，本發明的目的在於，提供一種即使旋轉體及被動體的相對面是圓周面或球面等曲面形狀也可產生始終穩定的摩擦力的摩擦阻力發生裝置。
本發明的摩擦阻力發生裝置具有可向規定方向旋轉的旋轉體；配置成與旋轉體的規定面相對的被動體；在規定方向互相留有間隔地配置在旋轉體及被動體的相對面間的許多滾柱，使各滾柱的旋轉軸傾斜成與旋轉體的旋轉方向構成規定的角度，分別將上述旋轉體及被動體的相對面形成規定的曲面形狀，將上述各滾柱轉動自如地安裝在旋轉體及被動體的相對面的任何一方上，並將各滾柱配置成可與旋轉體及被動體的相對面的另一方接觸。
由此，當一邊對被動體側施加負荷一邊向規定方向使旋轉體旋轉時，轉動自如地支承在旋轉體及被動體一方上的各滾柱就與旋轉體或被動體接觸並旋轉。此時，即使旋轉體及被動體的相對面是圓周面或球面等曲面形狀，各滾柱也可形成僅與旋轉體及被動體的任何一方接觸並旋轉的狀態。另外，由於各滾柱轉動自如地支承在旋轉體或被動體上，故各滾柱一邊被限制欲向相對旋轉體的旋轉方向傾斜規定的角度的方向滾動一邊進行旋轉。由此，在各滾柱與旋轉體或被動體之間產生與所述負荷相應的摩擦力。此時，由於各滾柱一邊旋轉一邊發生滑動摩擦，故在低速旋轉中也很少發生靜摩擦，可獲得始終穩定的阻力。
另外，在所述結構中，通過將旋轉體及被動體形成圓筒狀並互相配置成同軸狀，同時，在旋轉體的軸向設置多個滾柱列，僅使任意的滾柱列與旋轉體或被動體接觸狀地將旋轉體設成在軸向移動自如，則可由旋轉體的軸向的位置獲得任意的摩擦力。
此外，通過將旋轉體及被動體的相對面形成球面狀並互相配置成同心圓狀，同時，將旋轉體轉動自如地連接在任意的建築物的基礎構造物側，將被動體固定在地面側，則也可對建築物起到避震裝置的功能。
圖1是表示本發明第1實施形態的摩擦阻力發生裝置的分解立體圖。
圖2是摩擦阻力發生裝置的部分立體圖。
圖3是摩擦阻力發生裝置的主要部分的俯視圖。
圖4是滾柱及支承體的側剖視圖。
圖5是滾柱及支承體的俯視圖。
圖6是滾柱及支承體的側視圖。
圖7是表示摩擦阻力發生裝置動作的主要部分的側視圖。
圖8是表示摩擦阻力發生裝置動作的主要部分的俯視圖。
圖9是表示本發明第2實施形態的摩擦阻力發生裝置的分解立體圖。
圖10是表示摩擦阻力發生裝置動作的主要部分的俯視圖。
圖11是表示本發明第3實施形態的摩擦阻力發生裝置的分解立體圖。
圖12是表示本發明第4實施形態的滾柱及支承體的側剖視圖。
圖13是表示本發明第5實施形態的避震裝置的立體圖。
圖14是避震裝置的俯視圖。
圖15是避震裝置的側視圖。
圖16是表示避震裝置動作的側視圖。
實施形態圖1至圖8表示本發明第1實施例，是將本發明的摩擦阻力發生裝置做成可適用於旋轉制動器的例子。
本實施形態的摩擦阻力發生裝置包括沿旋轉方向A1旋轉的圓筒狀的旋轉體1；相對於旋轉體1外周面的圓筒狀的被動體2；沿旋轉體1的旋轉軌道A1排列的許多滾柱3，各滾柱3形成多個滾柱列。另外，各滾柱3利用支承體4而分別轉動自如地支承在被動體2的內周面上。在圖1中，為了便於說明，在軸向分開地表示旋轉體1、被動體2及各滾柱3，實際上旋轉體1及被動體2互相在徑向相對，各滾柱3配置在旋轉體1及被動體2的相對面之間。
各滾柱3呈向軸向延伸的圓柱狀，其直徑被形成從軸向兩端側向中央逐漸變小。即，各滾柱3被形成與旋轉體1的外周面線接觸的狀態，並以等間隔排列在旋轉體1的圓周方向上。在這種情況下，支承各滾柱3兩端的支承體4由軸承等摩擦較小的構件構成。
另外，所述摩擦阻力發生裝置是，在旋轉體1的軸向具有多個滾柱列群3a，滾柱列群3a由使各滾柱3向互相相反方向傾斜的一對滾柱列所構成。在這種情況下，各滾柱列群3a中，如圖3所示那樣被配置成滾柱3的旋轉軸B相對與旋轉體1的旋轉方向正交的截面C僅傾斜絕對值相等的角度θ(或-θ)。
如圖4所示，支承體4包括安裝在滾柱3的兩端部31上的一對軸承41、配置在滾柱3的兩側的一對支承框42、兩端被支承在各支承框42上的旋轉軸43，滾柱3通過各軸承41而被轉動自如地安裝在旋轉軸43上。另外，用螺栓45將各支承框42的腳部44固定在被動體2上。
另外，如圖5所示，在一腳部44上設有圓弧狀的長孔461構成的角度調整機構46，放鬆螺栓45就可任意地調整滾柱3的旋轉軸的傾斜角度θ(或-θ)。
此外，如圖6所示，旋轉軸43的端部431形成截面為方狀，在圖中上下方向自如地嵌合在設於各支承框42上的長孔462中。另外，在各長孔462內設有向上方按壓旋轉軸43的彈簧47，由彈簧47向旋轉體1側對滾柱3施力。還在旋轉軸43的兩端部431上分別安裝有螺栓433，由各螺栓433來限制旋轉軸43向軸向的移動。
在如上構成的摩擦阻力發生裝置中，如圖7所示，當在向被動體2側施加負荷F的狀態下使旋轉體1向A1方向旋轉時，各滾柱3就與旋轉體1接觸並旋轉。此時，各滾柱3如圖8所示，由於欲向僅傾斜角度θ(或-θ)的方向滾動受支承體4限制而進行旋轉，故在各滾柱3與旋轉體1之間發生與軸向B的負荷F相應的摩擦力。此時，由於各滾柱3一邊旋轉一邊發生滑動摩擦，故在低速旋轉時也很少發生靜摩擦，可獲得始終穩定的阻力。在這種情況下，假定在初期階段發生靜摩擦，也因滾柱3的旋轉而瞬時地轉變成動摩擦。並且，若解除旋轉體1的負荷，則也可獲得不發生摩擦力的狀態。
如此，採用本實施例的摩擦阻力發生裝置，由於通過使各滾柱3的旋轉軸B傾斜成相對與旋轉體1的旋轉方向A1正交的截面C構成規定的角度θ(或-θ)，而使各滾柱3一邊旋轉一邊發生滑動摩擦，故在旋轉體1的旋轉運動中可獲得與作用在被動體2側的負荷成正比的任意的阻力，而且通過使該負荷變化，可非常容易地控制旋轉體1的阻力。此時，所述滑動摩擦因隨著各滾柱3的旋轉而可以大大減小成為蠕動原因的靜摩擦，可獲得始終穩定的摩擦阻力。因此，在將所述摩擦阻力發生裝置應用於旋轉制動器等時是非常有利的。
另外，採用本實施例，由於通過支承體4將各滾柱3轉動自如地安裝在被動體2上，故可將各滾柱3形成一邊僅與旋轉體1接觸一邊旋轉的狀態，如前述實施形態所述，旋轉體1及被動體2的相對面可適用於曲面形狀的裝置。此外，在前述各實施形態中，是將各滾柱3安裝在被動體2的內周面上的，但也可例如利用外側的圓筒來形成旋轉體，在內側的被動體上安裝各滾柱。在這種情況下，由於各滾柱在與外側的旋轉體之間產生摩擦，故對於滾柱所產生的摩擦熱而來自外部的冷卻效果是優異的。
此外，所述摩擦力可通過改變角度θ來進行調整，而制動力的調整也可根據滾柱3的直徑、滾柱3的表面材質來進行。
又如圖8所示，雖然各滾柱列的滾柱3在互相相反方向產生相同程度的摩擦力f1、f2，但互相消除旋轉體1的軸向的力後，結果是，旋轉體1產生旋轉，而不會沿旋轉軌道A1在軸向產生錯位。也就是說，旋轉體1因自身的旋轉而不會向軸向移動，從而可僅利用使其在軸向變位的任意的外力向軸向移動。在這種情況下，各滾柱3雖然欲分別向各滾柱列的外側滾動，但由於將各滾柱列的滾柱3的傾斜角度θ(或-θ)設成分別與所述實施形態的相反方向，故各滾柱3分別欲向各滾柱列的內側滾動也可以。
接著，在前述實施形態中，可使其向旋轉體1的軸向(圖1中A2方向)移動。即，當使旋轉體1從僅與區域D的滾柱列群3a接觸的位置移動到與區域D及E的各滾柱列群3a接觸的位置時，所述摩擦阻力增大。同樣，當使旋轉體1移動到與區域D、E及G的各滾柱列群3a接觸的位置時，所述摩擦阻力更加增大。因此，可不調整各滾柱3的角度，而根據旋轉體1向箭頭A2方向的移動量來任意調整摩擦力的大小。另外，在調整所述摩擦力的情況下，另外設置使旋轉體1在軸向變位的調整裝置(未圖示)。
圖9及圖10是本發明的第2實施形態，除配置滾柱3外，其餘與第1實施形態相同，重複說明省略。
即，在本實施形態中，將各滾柱3配置成使相對旋轉體1旋轉方向A1的角度θ和-θ交替傾斜。由此，在一個滾柱列3b中，整體產生均勻的作用於旋轉體1的軸向一方及另一方上的力。由於可消除旋轉體1的軸向的力，故旋轉體1不會因自身的旋轉而在軸向產生錯位。在這種情況下，在旋轉體1的軸向設置多個滾柱列3b，與前述實施形態相同，通過使旋轉體1從各滾柱列3b的區域H移動到區域J，就可任意地調整摩擦力的大小。且在本實施形態中，是將各滾柱3一個一個交替地配置成相反的方向，但也可將各滾柱3多個多個地交替地配置成相反的方向。
圖11是本發明的第3實施形態，除配置滾柱3外，其餘與第1實施形態相同，重複說明省略。
即，在本實施形態中，將與第1實施形態同樣配置的滾柱列群3a沿以旋轉體1的軸心為中心的螺旋狀的軌道3c連續排列。由此，當旋轉體1向軸向移動時，與旋轉體1接觸的滾柱3的數目產生變化可任意地調整摩擦力的大小。在這種情況下，由於各滾柱在旋轉體1的軸向螺旋狀地連續配置，故可無級調整摩擦力的大小。另外，在本實施形態中，與第2實施形態相同，也可將各滾柱3一個一個交替地配置成向相反方向傾斜。
圖12是本發明的第4實施形態，具有靠所述滾柱3的旋轉驅動的發電機48。在這種情況下，發電機48設在一方的支承框42上，從滾柱3的一端部311將旋轉力傳遞給發電機48。即，在將本發明的摩擦阻力發生裝置用於旋轉制動器的情況下，可由發電機48來有效利用制動能，例如，只要將發電機48的電力積蓄在蓄電池中，就可用作為有關電子設備的電源等。另外，由於滾柱3的旋轉受到發電機48的負荷，故也可提高制動力。
此外，本發明當然並不限定於前述的各實施例，本發明的摩擦阻力發生裝置除了所述旋轉制動器機構外，也可適用於更多的設備，如汽車等驅動軸的離合器機構、門的自動關閉裝置、電梯的制動機構、汽車等緩衝機構及安全帶的制動機構等。
圖13至圖16表示本發明的第5實施形態，是將本發明的摩擦阻力發生裝置作為建築物的避震裝置的例子。對於與前述實施形態相同的結構部分標上相同的符號。
本實施形態的避震裝置包括形成半球狀的旋轉體5和與旋轉體5的內面相對的大致半球狀的被動體6，在旋轉體5與被動體6之間配置有轉動自如地被與前述實施形態等同的支承體4支承的許多滾柱3。旋轉體5及被動體6分別在凸面側向上方配置成互相同心圓狀。
為遮住被動體6，旋轉體5具有比被動體6的外徑稍大的內徑，在其下端部在周向留有間隔地設有向外側突出的多個突部51。另外，在旋轉體5的頂部設有與建築物側的構造物7連接的球狀的連接部52，連接部52轉動自如地與設在構造物7下面的軸承71嵌合。在這種情況下，只要連接部52在結構上是方便的位置，也可配置在旋轉體5的頂部以外。
被動體6形成比半球稍大，可固定在建築物的被配置的地面上。在被動體6的下端部在周向留有間隔地設置向外側突出的多個突部61，各突部61分別通過彈簧8而與旋轉體5的各突部51連接。即，各彈簧8構成了有彈性地對旋轉體5的旋轉進行限制的旋轉限制裝置。
各滾柱3通過支承體4而安裝在旋轉體5的內面上，在假定沿旋轉體5的下端的赤道線K的情況下，沿赤道線K排列在其上方的範圍X內。在這種情況下，各滾柱3的旋轉軸B相對旋轉體5的經線L構成角度θ(約45°)而傾斜配置。另外，由於各滾柱3的中央具有凹狀的曲面狀，故始終與被動體6的球面線接觸。
在如上構成的避震裝置中，在通常狀態下各彈簧8互相均勻配置，旋轉體5的頂部的位置與被動體6的頂部一致，保持圖15的狀態。這裡，當受到地震等橫向搖動時，如圖16所示，旋轉體5向橫向搖動的相反方向R轉動，被動體6與地面一起向M方向移動。此時，由於旋轉體5受到各滾柱3所產生的摩擦阻力(制動力)，所以，構造物7一側的N向的搖動因該摩擦阻力而被衰減。另外，由於旋轉體5的移動範圍受各彈簧8的限制，故旋轉體5不會極端地轉動，各滾柱3始終被保持成有效地與被動體6接觸的狀態。
如此，採用本實施形態的避震裝置，靜摩擦與動摩擦不會間歇地起作用，可利用非常穩定的制動力來衰減地震的搖動。另外，由於不使用緩衝器或阻尼器等複雜的衰減裝置等，故可獲得結構的簡化。此外，由於將旋轉體5及被動體6的相對面形成球面狀，故旋轉體5可向3維方向移動，可與一切方向的橫向搖動相對應。
另外，由於旋轉體5被形成從上方遮住被動體6及各滾柱3，故具有防塵功能，從而也可在地板或室內以外的苛刻的條件下使用。在這種情況下，因結構簡單，故對於家具或建築物等的避震裝置來說是最適宜的。
在前述實施形態中，揭示了將各滾柱3形成中央為凹狀的曲面並設在旋轉體5側上的結構，但也可將各滾柱3形成中央為凸狀的曲面並設在被動體6側上，使各滾柱3與旋轉體5的內面側接觸。
另外，在前述實施形態中，揭示了使用多個彈簧8來作為旋轉限制裝置，但也可由緩衝器或阻尼器等衰減裝置來構成。
此外，在前述實施形態中，揭示了將旋轉體5及被動體6的相對面形成球面狀的摩擦阻力發生裝置用於避震裝置的例子，但對於帶有制動功能的球關節連接器的各種機械也可適用。
權利要求
1.一種摩擦阻力發生裝置，其具有可向規定方向旋轉的旋轉體、配置成與旋轉體的規定面相對的被動體、在規定方向互相留有間隔地配置在旋轉體及被動體的相對面間的許多滾柱，使各滾柱的旋轉軸傾斜成與旋轉體的旋轉方向構成規定的角度，其特徵在於，所述旋轉體及被動體的相對面分別形成規定的曲面形狀，將所述各滾柱轉動自如地安裝在旋轉體及被動體的相對面的任何一方上，將各滾柱配置成可與旋轉體及被動體的相對面的另一方接觸。
2.如權利要求1所述的摩擦阻力發生裝置，其特徵在於，沿與旋轉體或被動體中的滾柱的接觸面的曲面形狀而形成所述各滾柱的周面。
3.如權利要求1所述的摩擦阻力發生裝置，其特徵在於，所述旋轉體及被動體的相對面分別形成圓周面狀。
4.如權利要求3所述的摩擦阻力發生裝置，其特徵在於，所述旋轉體及被動體分別形成圓筒狀並互相配置成同軸狀，將旋轉體設成以其軸心為中心可旋轉，在旋轉體的圓周方向排列所述各滾柱。
5.如權利要求4所述的摩擦阻力發生裝置，其特徵在於，具有使所述滾柱傾斜成互相相反方向的至少一對的滾柱列。
6.如權利要求4所述的摩擦阻力發生裝置，其特徵在於，具有每規定個數地交替地使所述滾柱傾斜的至少一個滾柱列。
7.如權利要求4、5或6所述的摩擦阻力發生裝置，其特徵在於，在旋轉體的軸向具有多個所述滾柱列，僅使任意的滾柱列與旋轉體或被動體接觸而在軸向移動自如地設置旋轉體。
8.如權利要求4、5或6所述的摩擦阻力發生裝置，其特徵在於，以旋轉體的軸心為中心將所述滾柱列配置成螺旋狀。
9.如權利要求8所述的摩擦阻力發生裝置，其特徵在於，僅使任意的滾柱列與旋轉體或被動體接觸而在軸向移動自如地設置旋轉體。
10.如權利要求1所述的摩擦阻力發生裝置，其特徵在於，所述旋轉體及被動體的相對面分別形成球面狀。
11.如權利要求10所述的摩擦阻力發生裝置，其特徵在於，所述旋轉體及被動體分別形成半球狀並互相配置成同心圓狀，將旋轉體設成以其圓心為中心可旋轉，沿旋轉體的球面而在規定的圓周方向排列各滾柱。
12.如權利要求11所述的摩擦阻力發生裝置，其特徵在於，設在任意的建築物的構造物與地面之間，轉動自如地將所述旋轉體與建築物的構造物側連接，所述被動體固定在地面側上。
13.如權利要求12所述的摩擦阻力發生裝置，其特徵在於，具有彈性地對所述旋轉體的旋轉進行限制的旋轉限制裝置。
14.如權利要求13所述的摩擦阻力發生裝置，其特徵在於，由將旋轉體及被動體互相連接起來的多個彈簧形成所述旋轉限制裝置。
15.如權利要求1所述的摩擦阻力發生裝置，其特徵在於，將所述各滾柱設成相對旋轉體及被動體的相對方向移動自如，並具有向旋轉體或被動體側對各滾柱施力的施力裝置。
16.如權利要求1所述的摩擦阻力發生裝置，其特徵在於，所述各滾柱被設成其旋轉軸的角度可任意調整。
17.如權利要求1所述的摩擦阻力發生裝置，其特徵在於，具有由所述滾柱的旋轉來驅動的發電機。
全文摘要
一種摩擦阻力發生裝置,具有旋轉體、配置成與旋轉體的規定面相對的被動體、配置在旋轉體及被動體的相對面間的許多滾柱,使各滾柱的旋轉軸傾斜成與旋轉體的旋轉方向構成規定的角度。所述旋轉體及被動體的相對面分別形成規定的曲面形狀,將所述各滾柱安裝在旋轉體及被動體的相對面的任何一方上,將各滾柱配置成可與旋轉體及被動體的相對面的另一方接觸。採用本發明,即使旋轉體及被動體的相對面是圓周面或球面等曲面形狀也可產生始終穩定的摩擦力。
文檔編號F16D7/00GK1258616SQ9912747
公開日2000年7月5日 申請日期1999年12月28日 優先權日1998年12月28日
發明者山地一平, 三村建治 申請人:凱翌技術股份有限公司