JPH05157138A - トルク変動低減機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ミシンの上軸機構にトルク変動を低減する機
構を少ない部品点数で実現することを目的とする。 【構成】 上軸に対して対称に配置された遊星歯車が、
上軸の回転に伴い上軸回りを公転しながら自転する機構
を構成し、遊星歯車に取り付けた偏心質量に働く遠心力
によりトルクを発生させ、上軸に働くトルク変動を低減
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転機械の軸のトルク
変動低減機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えばミシンの上軸機構は、図６
に示すように、針棒２２、針棒クランクロッド２４、針
棒クランク２５、からなる針棒機構と、天秤２７、天秤
支え２８、天秤クランク２９、からなる天秤機構とから
構成され、針棒２２及び天秤２７の往復運動に伴う慣性
力により、上軸２０に働くトルクが図７に示すように変
動する。尚、横軸は針棒最上点を基準とした上軸回転角
を表す。この図より針棒最下点（回転角１８０゜）の前
後でトルクが大きく変動していることがわかる。また、
ミシンの上軸２０のトルク変動は、主に上軸回転周波数
の２倍と３倍の周波数の組合せによって表せることもわ
かる。この上軸トルクの変動に伴ってモータに働く負荷
も変動し、そのためモータから発生する振動や騒音が大
きくなる。

【０００３】そして、軸のトルク変動を低減する装置と
して、特公平２−１４５７３号公報に、回転する軸によ
って駆動されるトルク伝達ギヤと、前記軸と同心に配設
され且つトルク伝達ギヤによって軸と反対方向に回転駆
動されるリングギヤと、該リングギヤに前記軸の回転中
心に対して対称に位置するように枢支され且つ軸によっ
て回転駆動される一対の回転体と該一対の回転体にそれ
ぞれ取付けた偏心質量とからなることを特徴とする軸系
捩り振動消振機が提案されている。この装置は、１組の
歯車系により軸の回転周波数の

【０００４】

【数１】

【０００５】のトルクを消振するものである。ここで、 Ｒ：主ギヤ３２のピッチ円半径 ｒ：回転体３５、３５’のピッチ円半径 ｘ：回転体３５、３５’の回転中心ｃ，ｃ’よりリング
ギヤのピッチ円ｑまでの距離 である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記装
置を用いて軸の回転周波数の２倍と３倍の周波数で変動
するトルクを消振するには、２個の歯車装置が必要にな
る。このため、部品点数が多く安価に製造できないう
え、装置全体の寸法が大きくなり、例えばミシンフレー
ム内の狭いスペースに収納するのは困難である。

【０００７】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、回転機械の軸トルクの変動を低
減する機構を少ない部品点数で実現することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のトルク変動低減機構は、軸と同心に配置され
且つフレームに固定された固定歯車と、前記軸に固定さ
れた回転腕と、該回転腕に回転自在に支承され且つ前記
固定歯車に噛み合い且つ前記軸の回転中心に対して対称
に配置された遊星歯車の組と、該遊星歯車に固定された
偏心質量からなる。

【０００９】

【作用】上記の構成を有する本発明のトルク変動低減機
構は、軸が回転することにより、軸に固定された回転腕
が回転し、回転腕に回転自在に支承された遊星歯車が軸
回りを公転する。さらに該遊星歯車は、軸と同心に配置
され且つフレームに固定された固定歯車に噛み合ってい
るため自転もする。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。

【００１１】ミシンの上軸機構に、本発明のトルク変動
低減機構を付加した実施例を図１に、トルク変動低減機
構の詳細図を図２に示す。尚、従来技術の部材と同一の
部材は同一の符号を付け、その詳細な説明は省略する。

【００１２】ミシンの上軸機構は、針棒２２、針棒クラ
ンクロッド２４、針棒クランク２５、からなる針棒機構
と、天秤２７、天秤支え２８、天秤クランク２９、から
なる天秤機構からなり、上軸２０が回転することによ
り、針棒２２および天秤２７が往復運動する。

【００１３】トルク変動低減機構は、上軸２０と同心に
配置されると共に、ミシンフレーム３０に固定された固
定歯車１０と、上軸２０に固定された回転腕１１と、そ
の回転腕１１に回転自在に支承され且つ固定歯車１０に
噛み合い且つ上軸２０の回転中心に対して対称に配置さ
れた遊星歯車１２、１２’の組と、その遊星歯車１２、
１２’に固定された偏心質量１３、１３’からなる。

【００１４】上軸２０が回転することにより、上軸２０
に固定された回転腕１１が回転し、回転腕１１に対し支
承軸１４により回転自在に支承された遊星歯車１２、１
２’が上軸１０回りを公転する。さらに遊星歯車１２、
１２’は、軸２０と同心に配置され且つミシンフレーム
３０に固定された固定歯車１０に噛み合っているため自
転もする。

【００１５】前記のように構成されたトルク変動低減機
構の発生するトルクを図３を参照して説明する。偏心質
量１３の重心の位置は、上軸軸心を原点とし空間に固定
されたＸ−Ｙ座標系における座標値（Ｘ，Ｙ）で表す
と、

【００１６】

【数２】

【００１７】となる。ここで、 Θ：上軸２０の回転角 θ：回転腕１１に対する遊星歯車１２の回転角 α：初期位置（Θ＝０）に於ける回転腕１１に対する遊
星歯車１２の角度 Ｒ：固定歯車１１のピッチ円半径 ｒ：遊星歯車１２のピッチ円半径 ｅ：偏心質量１３の偏心量 である。次に、上軸軸心を原点とし上軸に固定されたｘ
−ｙ座標系における偏心質量１３の重心の加速度
（ａ_x，ａ_y）は、次式のようになる。

【００１８】

【数３】

【００１９】ここで、 Ω：上軸２０の回転角速度、Ω＝ｄΘ／ｄｔ ｎ：固定歯車１１と遊星歯車１２のピッチ円半径の比、
ｎ＝Ｒ／ｒ である。偏心質量１３、１３’は上軸２０の回転中心に
対称に配置されているため、偏心質量が加速度運動をす
ることにより発生する慣性力のうち、ｘ方向の成分は打
ち消され、ｙ方向の成分は回転腕１１に偶力を与える。
この偶力Ｔは、次式で表される。

【００２０】

【数４】

【００２１】ここで、 ｍ：偏心質量１３、１３’の質量 である。上式からわかるように、ｎの値を変えることに
より、発生するトルクの周波数を変えることができ、例
えば、ｎ＝２とすれば上軸回転周波数の２倍の周波数の
トルクが発生する。また、トルクの大きさは式(６)より
ｍ、ｅの値で調整することができる。異なるピッチ円半
径を持つ遊星歯車の複数組を対称に配置することで、１
つの装置で複数の周波数のトルクを発生することができ
る。

【００２２】Ｒ，ｎ，ｅ，ｍの値及び偏心質量１３，１
３’の初期位置αを適切に選ぶことにより、針棒２２及
び天秤２７の往復運動に伴う慣性力により発生した上軸
トルクを、前述の機構により発生するトルクにより打ち
消すことができる。

【００２３】実施例２として、図４の様にピッチ円半径
Ｒ＝１２mmの固定歯車１１と、ピッチ円半径ｒ₁＝６mm
の遊星歯車１５ａ、１５ｂと、偏心量ｅ₁＝２mm、質量
ｍ₁＝１８ｇの偏心質量１６ａ、１６ｂと、ピッチ円半
径ｒ₂＝４mmの遊星歯車１５ｃ、１５ｄと、偏心量ｅ₂＝
２mm、質量ｍ₂＝１２ｇの偏心質量１６ｃ、１６ｄを用
いて、上軸トルク変動低減機構を構成したときの上軸ト
ルクの変動の解析結果を図５に示す。横軸は針棒最上点
からの上軸回転角を、縦軸は上軸トルクを表す。破線は
トルク変動低減装置の無い上軸機構による解析結果を示
す。なお、解析で用いた針棒、針棒クランク、天秤、天
秤支えの質量はそれぞれ５４.５、７.１、１１.１、５.
１ｇ、上軸回転速度は７１０rpmである。この例では、
上軸トルクの最大値と最小値との差がトルク変動低減機
構のない時の２１.５kgfmmから４.４kgfmmと約８０％の
低減が可能である。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明のトルク変動低減機構は、少ない部品点数で軸トル
ク変動をかなり低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のミシンの上軸機構図である。

【図２】図２ａ 実施例１のトルク変動低減機構図の正
面図である。 図２ｂ 実施例１のトルク変動低減機構図の側面図であ
る。

【図３】実施例１の発生トルクの算出に用いる説明図で
ある。

【図４】実施例２のトルク変動低減機構図である。

【図５】実施例２の上軸トルク解析結果図である。

【図６】従来のミシンの上軸機構図である。

【図７】従来の上軸トルク解析結果図である。

【図８】従来の軸系捩り振動消振機の回転体の角速度算
出に用いる説明図である。

【符号の説明】

１０ 固定歯車 １１ 回転腕 １２、１２’ 遊星歯車 １３、１３’ 偏心質量 ２０ 上軸 ３０ ミシンフレーム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸と同心に配置され且つフレームに固定
   された固定歯車と、前記軸に固定された回転腕と、該回
   転腕に回転自在に支承され且つ前記固定歯車に噛み合い
   且つ前記軸の回転中心に対して対称に配置された遊星歯
   車の組と、該遊星歯車に固定された偏心質量からなるト
   ルク変動低減機構。