JPH10500471A - 動的つり合わせ法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 回転装置のつり合いの逸脱を動的につり合わせるためのつり合わせ装置。大きさ及び重量が等しい第一の組の重りを、装置が軸また他の回転可能な部材に取り付けられた後に回転する際に第一のグルーブまたはレース内で自由に移動できるように取り付ける。大きさ及び重量が等しい第二の組の重りを、同様に、第一のレースの内側に設けられた第二のグルーブまたはレース内で自由に移動できるように取り付ける。第一の組の重りは、大きさ及び重量が第二の組の重りとは異なる。予め決められた速度で、ロック装置が重りをロックし、開放する。補足的に、異なる粘度の流体及びレース形状を用いることにより、重りの動力学を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】 動的つり合わせ法及び装置 導入 本発明は、つり合わせ方法及び装置、より詳しくは回転体のつり合い状態の逸 脱を動的につり合わせるための方法及び装置に関する。 発明の背景 回転体のつり合い状態の逸脱をつり合わせるための多くの異なる装置が知られ ている。通常、そのような装置は、回転体の不つり合いに対抗するために、回転 軸から予め決められた位置に配置されている、予め決められた値の重量を有する つり合い重りを含む。不つり合いの大きさは、一般的に知られており、従って、 つり合い重りに必要な重量及び位置は、該重りが既知の不つり合いを相殺するよ うに作用するであろう位置に配置されるように計算され得る。これらの装置は、 それらが使用される目的については満足に機能するか、他の用途については充分 に正確または有用であるとは言えない。 動的条件においては；即ち、回転体が軸について回転しており、回転体の不つ り合いが外的条件その他により生じる場合は、従来技術はかなり満足度の低い状 態でしか開発されていない。例えば、ドリルビットまたはドリルストリングにお いては、作動中の振動により誘導されるエネルギーが深刻な不つり合いを生じさ せ得る。そのような不つり合いに対抗するために用いられる技術の一つは、米国 特許4,905,776（Beynet等）に開示されている。Beynet等には、装置周囲に、そ れに沿ってその方向に延びる複数の環状グルーブまたはレースを用いた制振装置 が教示されている。複数のボールまたはローラーが各レース内に設置される。そ のようなボールまたはローラーはレースに沿って移動自在であり、これにより不 つり合い力を相殺する。 別の同様の構造が米国特許4,674,356(Kilgore)に開示されている。Kilgoreは 、本体の外周面に形成したレース内の移動自在の複数のボールであって、該ボー ルが回転部材内の不つり合いを相殺するために用いられるものを教示している。 しかしながら、そのような従来技術には欠点がある。Beynet等の文献は、回転 体から大きな不つり合いを除去するには充分であるが、しばしばあるように、つ り合い装置の長さを限定する必要のある場合には、Beynet等の技術を利用するの は難しい。同様に、Beynet等の技術は、ドリルストリングから大きな不つり合い を大まかに除去するには充分であるが、その後に残る不つり合い、特にBeynet等 のレース中のボールが、不つり合いを相殺するためにレース中の最適位置に配置 されている場合に残り得る不つり合いの全てまたは殆どを除去するための設備に ついての記載はない。 この後者の問題は、上記Kilgoreの文献にも固有のものでもある。Kilgoreは、 二つのつり合い構造、即ち、シャフトにおける不つり合いまたはシャフトにより 駆動する回転構造における不つり合いの力を相殺するために、シャフトの両端に 配置されるものを教示している。ボールがそれらの最適位置に配置されていない 場合は、シャフトの不つり合いは除去されないであろう。 つり合い装置における種々のレースの重りの動きの動力学は、重りが適正に“ セットアップ(set-up)”され、種々の作動条件で不つり合いを除去するための、 重りの効率的な動きには重要な要件である。そのような条件には、ゼロから一定 の予め決められた定常状態の作動速度または回転数(r.p.m)への回転装置の加速 、特定のシステムに固有の二つの自然の振動モードの間の機械の作動、及び回転 励起当たりの追加のノーワンタイム(non-one time)、即ち、装置の回転速度とは 異なる周波数で装置に適用される力のかけられる機械または装置の作動が含まれ る。 可動重りを有する一つのレースにおいて、レース中の重りが多いと、変化する 作動条件に対して、同様の質量及び大きさの可動重りの観点から、同様の一般的 な方法で対応する。さらに、重りはしばしは互いに接触し、個々の重りの独立の 動きへの干渉が生じる。これは、不つり合い状態が除去されないか、または充分 には除去されない場合を導き得る。しかしながら、一つより多いレースを用い、 各レースが複数の重りを有すると、各レース中の重りの動きは他のレースの重り から独立であり、従って、各々の複数の重りが異なる方法で作動条件の変化に対 応する。これは、第一のレースにおける可動重りが、不つり合いの除去に不適切 に、例えば最適の望ましい位置から離れるように対応すると、第二のレースの可 動重りが適切に対応して、第一のレースの可動重りの不適切な挙動に影響を与え 、 補償し、または終結させることになる。二つまたはそれ以上のレースにおけるこ れらの現象は、“レース フォア レース(race for race)”補償と呼ばれる。 異なる時間における重りの独立した動きは、いくつかの変数の影響下にある。 そのような変数には、重り及びレースの材料、重り及びレースの形状、重り及び レースの大きさ、種々のレースの直径及び種々のレース中の流体の存在または不 存在が含まれる。流体が存在すれば、使用される流体の粘度が特に重要である。 移動可能な物体の動きの独立性は、個々のレースの動力学を変化させることに より確立し得る。異なるグルーブにおける異なる大きさのボールを設ける以外の 方法において、重りまたはボールの動きの動力学が重要である。他のファクター が等しければ、より密度の高い材料により形成したボールが、より軽いボールに 比べてより速く不つり合いに対応することが見出された。この不つり合いに対す るより速い反応は、可動重りを、公知の鉄鋼材料の密度よりも高い密度を有する カーバイド材料のような材料により製造することにより達成し得る。また、重り が固い材料よりなり、従ってより自由に動き得る場合には、ボールのより速い動 きが得られることも注目される。同様に、中で重りが動くレースが、比較的固い 材料よりなる場合も、重りまたはボールのより速い動きが達成され得る。 レース内の重りの動きに影響する別のパラメーターは、流体の存在または不存 在、及び該流体の粘度である。より詳しくは、他のファクターが等しければ、よ り粘度の高い流体を使用するとボールまたは重りのレース内での動きが後れ、よ り粘度の低い流体の存在により、重りの動きはより速くなるであろう。従って、 異なるレースにおいて異なる流体を使用すれば、各レースにおける重りの動きを 、一定の適用に有用な予め決められた速度で起こすことができるであろう。 例えば、他のファクターが等しい場合、同じサイズの重りを有する二つのレー スがある場合、第一のレースにおいては第一の粘度の流体を用い、第二のレース においては第二の粘度の流体を用い、二つの流体の粘度を異なるものとすると、 より高い粘度を有する第二のレース内の流体により、第二のレース内の重りは、 不つり合いを除去するための始動に際して第一のレースのボールまたは重りより も速く動き、“セットアップ”する。逆に、流体粘度がより高いと、初期の不つ り合いを除去するためにすでにボールがセットアップしている場合、作動速度に おける重りまたはボールの動きが後れることになり、装置内にさらに不つり合い が生じる。従って、望まれる作動特性に応じて、第一の粘度の流体を、より遅い 速度での“セットアップ”を強化するために用い、第二の粘度の流体をより速い 速度での“セットアップ”を強化するために用いることができる。この方法にお いて、不つり合いを除去するために予め決められた時間に、予め決められた回転 角速度で、または予め決められた部材の角加速度で“セットアップ”するシステ ムを設計することができる。そして、二つのレースを用いるシステムについて記 載してきたが、つり合わせ装置が三つ以上のレースを有する場合も、つり合わせ 装置の各レースにおいて異なる流体を使用することを考慮し得る。 さらに、ここに示した説明は、実験的及び計算された結果並びに実験室のシュ ミレーションに基づいて正しいと信じられている。しかしながら、さらに研究す ることにより、これらの説明が変更されることもあり、そのような説明はここに おいて、保護が求められる技術の完全な開示の目的で示されたものである。 発明の要旨 本発明の一つの観点によると、回転部材における不つり合いを除去するための 装置であって、該回転部材の回転軸と同軸的に形成された第一、第二及び第三の 通路(pathway)、該第一、第二及び第三の通路に各々案内される第一、第二及び 第三の可動重りを含み、該第一、第二及び第三の通路の各々において、重りの大 きさが実質的に等しいものが提供される。 本発明の別の観点によると、回転軸を有する回転部材から不つり合いを除去す る装置であって、該部材の周囲に設けられたガイド部材及び該ガイド部材により 案内され、それに沿って自在に移動する複数の重りを含むものが提供される。 本発明のさらに別の観点によると、軸に対して回転する部材から不つり合いを 除去する装置であって、一定の幅を有し、該軸と同軸に設けられ、該軸から第一 の距離の円周を有する第一の通路、及び該軸から第二の距離で配置され、該第一 の通路から同軸的に隔置され、該第二の距離が該第一の距離より大きい第二の通 路、及び該第一及び第二の通路の各々に配置された複数の可動重りを有するもの が提供される。 本発明のさらに別の観点によると、回転体における不つり合いを除去するため のつり合い装置であって、第一の環状レース(race)内で移動可能な第一の複数の 重りと、第二の環状レース内で移動可能な第二の複数の重りを含み、該第一の環 状レースが、さらに第一の粘度を有する第一の流体を含み、該第二の環状レース が、第二の粘度を有する第二の流体を含み、該第二の流体の粘度が該第一の流体 の粘度と異なるものが提供される。 本発明のさらに別の観点によると、第一の軸について回転可能な第一の環状レ ース、該第一のレース内で移動可能な複数の第一の重り、予め決められた第一の 角速度に到達する第一の位置に該第一の重りを維持し、予め決められた第二の角 速度で該第一の重りを該第一の位置から開放するように作動させ得るロック部材 を含むつり合わせ装置が提供される。 本発明のさらに別の観点によると、回転装置において不つり合いを除去する方 法であって、該装置の回転速度を予め決められた第一の回転速度に達するまで上 げ、第一のレース内の複数の可動重りを、予め決められた第一の回転速度に達し た該重りの第一の位置に維持し、該装置の回転速度を予め決められた第二の回転 速度まで上げ、そして該第二の回転速度で、維持されていた複数の可動重りを開 放することを含む。 本発明のさらに別の観点によると、回転体の不つり合いを除去するためのつり 合わせ装置であって、第一のレース内に複数の第一の重りを含み、該第一のレー スが第一の形状を有し、第二のレース内に複数の第二の重りを含み、該第二のレ ースが第二の形状を有し、該第一のレースの形状が該第二のレースの形状と異な るものが提供される。 図面の簡単な説明 ここで、本発明の具体的な実施態様を、下記の図面を用いて、単に例示として 説明する： 図１は、本発明によるつり合わせ装置の第一の実施態様の側断面線図であり； 図２は、図１のII−II線に沿う端面図であり； 図３は、本発明によるつり合わせ装置の第二の実施態様の側断面線図であり； 図４は、図３のIV−IV線に沿う端面図であり； 図５は、本発明によるつり合わせ装置の別の実施態様の側断面線図であり； 図６は、本発明によるつり合わせ装置の別の実施態様の側断面線図であり； 図７は、その作動位置で図示された図６の装置の側断面線図であり； 図８Ａ及び図８Ｂはシャフトに設けられる本発明の別の実施態様の端面図であ り、各々シャフトに取り付けられ、または取り付けられていない状態におけるつ り合わせ装置を示し； 図９は、軸の範囲内に作動可能に配置されている、本発明によるつり合わせ装 置の別の実施態様の側断面線図であり； 図１０は、図９のＸ−Ｘ線に沿う端面図であり、装置が配置されたシャフトの 回転中の可動重りの代表的な位置を示し； 図１１は、本発明によるつり合わせ装置を示す図であって、該装置の軸から半 径方向の垂直面を示し； 図１２は、本発明の別の実施態様によるボール保持装置の断面線図であり、 図１３は、本発明の別の実施態様によるボール保持ピン装置の断面線図であり 、 図１４は、本発明によるつり合わせ装置の二つのバージョン、いずれも通常の ボールベアリングと共に使用され得るものを示し、 図１５Ａは、つり合わせ装置を搭載した洗浄装置のタブの外側を示す線図であ り 図１５Ｂは、図１５Ａの１５Ｂ−１５Ｂ線に沿う線図であり、 図１５Ｃは、図１５Ａの１５Ｃ−１５Ｃ線に沿う線図であり、 図１６は、車輛の後端駆動軸及びディファレンシャルを示す図、 図１７は、本発明によるつり合わせ装置を取り付けたコンプレッサまたは内燃 エンジンに連結した典型的なクランクシャフトを示す図、 図１８は、本発明のさらに別の実施態様の側−断面図であり、 図１９Ａ及び１９Ｂは、本発明のさらに別の観点による環状Ｉ−ビーム配列を 示し；そして 図２０は、本発明の別の観点による搭載装置を示す。 図２１は、本発明の別の観点による、予め決められた速度範囲で重りを保持す るのに使用される重りロック装置を示す等角線図であり、 図２２は、先ず可動重りが予め決められた回転速度に達するまでその位置に保 持され、その後開放される本発明によるつり合わせ装置の部分断面図であり； 図２３は、複数のフリー重り及びコントロール重りにより開放されるもう一組 の重りを使用する本発明によるつり合わせ装置の部分断面図であり；そして 図２４は、本発明の他の観点による、作動中の重りの挙動を変更し得る二つの 代表的なレース形状の部分断面図である。 具体的な実施態様の記載 ここで図面を参照すると、本発明によるつり合わせ装置は、図３の１０に概略 的に示されている。これは、第一の組の環状のレースまたはグルーブ11，12，13 ，14，15を含み、反対側に位置するレース11，15は同一であるのが好都合であり 、反対側に位置する12，14もまた同一であるのが好都合であると理解される。“ レース”または“レース（複数形）”の語は、作動中に重りが動く物理的な境界 を意味するものと理解される。または、下記に詳細に記載されるように、その上 またはその中を動く重りをガイドする作用を有する通路をも含み得る。 複数の重り21，22，23，24，25は、ボール形状の球形であるのが好都合であり 、各々レース11，12，13，14，15に取り付けられる。各レース内の複数の重りは 、同じサイズ及び重量であるのが好都合であり、即ちレース11内の重り21は全て 同じサイズ及び重量であり、レース12内の重り22も全て同じサイズ及び重量であ り、他も同様である。しかしながら、少なくとも二つのレース内の重りのサイズ 及び重量は異なっていることが重要である。即ち、レース13の重り23は、レース 14内の重り24より好ましくは大きく且つ重い。さらに、“重り”の語は、種々の 異なる形状、例えば球状、円板状または円柱状の重りを含む。また、この語は、 この明細書に記載されているものとは異なる形状の重りをも含む。 ボール21，22，23，24，25は、各々つり合わせ装置10の周囲のレース11，12， 13，14，15内で自由に移動し得る。つり合わせ装置の作動中のボールとこれに対 応するレースまたはグルーブとの摩擦を減らし、また、ボールにより生じる騒音 を減少するために、さらに、下記に記載するようにボールに適当な量の粘性減衰 を生じさせるために、適当な潤滑剤30、好ましくはシリコンをつり合わせ装置10 に添加する。 ボール21，22，23，24，25は、焼き入れした材料により製造しても良い。同様 に、レースまたはグルーブ11，12，13，14，15は焼き入れしても良い。焼き入れ は、ボールがグルーブまたはレース内で自由に移動する性質を低下させ、ボール のつり合いをとる動きの効果を低減する、ボールまたはレース上の“フラッド” の形成を防ぐため、望ましい。 作動 作動において、つり合わせ装置10はシャフト32に、例えば装置10とシャフト32 の間でキー31を用いることにより、これと固定回転するように取り付けられる。 つり合い状態の逸脱を起こす、33に概略的に示した不つり合い部材の作動が開始 されると、図示したように、シャフト32が部材33及びつり合わせ装置10と共に回 転する。 つり合い状態の逸脱が部材33内で発生すると、レース11，12，13，14，15内の 各々においてボール21，22，23，24，25が動き、つり合い状態の逸脱をつり合わ せるように作用する。 ボールが動くことが知られてる全ての原理を詳細に述べるのは困難であるが、 実験データにより、つり合わせ装置の最適な挙動を予想するための式及びより良 い理解を導くことができ、下記の説明がなされるが、現在は知られていない情報 がそのような説明をさらに展開し、部分修正し、または変更することが予想され る。 レース13内のより大きいボール23は、部材33内のつり合い状態のより大きな逸 脱を除去すると信じられている。レース12，14内の幾分小さなボール22，24は、 部材33内のつり合い状態の幾分小さな逸脱を除去すると信じられている。最後に 、レース11，15内の最も小さなボール21，25は、部材33内のつり合い状態の最も 小さな逸脱を除去すると信じられている。従って、部材33内の全てのつり合い状 態の逸脱が、“微調整(fine tuning)”により、即ち、分けられたレース内に配 置された複数の異なる大きさのボールを用いて、異なる度合いの不つり合いを最 適に除去することによる動的条件における不つり合いの除去により除去される。 図３の一番左のレース11及び部材33の不つり合いを相殺する代表的且つ動的に つり合わされた位置にあるボール21を図示する図４を参照すると、適当なシャフ トのr.p.m.に調節されたタイミングライトを用いて観察されるように、ボール21 の最適な挙動が、図示したように動的につり合った位置でそれらが互いに接触し ない場合に起こることが見出された。ボール21の多くが互いに接触するようにな る場合は、つり合い現象が最適ではなく、構造または重量を変えることによるつ り合わせ装置10の変更が必要となり得ることが見出された。 図３及び図４に示された本発明の実施態様は、動的作動条件で部材33に大きな 潜在的な不つり合いの問題がある場合に好都合に使用される。部材33の潜在的不 つり合いの問題が小さければ、レース及びその中にある関連するボールの数を２ 個程度に減らすことができ、各々のレース内のボールは全て同じ大きさ及び重量 であり、第一のレースのボールは第二のレースのボールと大きさ及び重量が異な り、前者のボールはより大きく、大きな不つり合いを除去するように作用し、後 者のボールはより小さく、より小さな残存する不つり合いを除去するように作用 する。 ここで、図１及び２を参照すると、ここには、図１に示されるように、幅が“ Ｗ”に限定される場合に望ましく使用される別の実施態様が示されている。この 実施態様においては、各々ボール40，41，42が設けられている三つのグルーブま たはレース34，35，36が存在する。レース34中の複数のボール40は、全て同じ大 きさ及び重量である。レース35中の複数のボール41も同様に、全て同じ大きさ及 び重量であり、レース36中の複数のボール42も同様に、全て同じ大きさ及び重量 である。しかしながら、レース34中のボール40は、レース35中のボール41よりも 大きく、重く、さらにレース35中のボール41は、レース36中のボール42よりも大 きく、重い。作動条件下で、シャフト32の回転中に部材３３に不つり合いが生じ た場合、ボール40，41，42は、不つり合いを相殺する位置を占める。図２に示し たボール40，41，42の位置を代表する図は、不つり合いが最適に除去される位置 であろう。即ち、既に記載したように、各レースまたはグルーブ内のボールは互 いに接触しない。 本発明の別の実施態様を図５に示す。この実施態様においても、“Ｗ”を考慮 し、第一の複数の円柱形ディスク様重り50，51，52を、レース43，44，45の各々 に移動自在に配置し、このレース43，44，45は、ハブ60に、スペーサー61，62， 63の間に配置された環状ディバイター53，54，55により形成されている。シリコ ン潤滑剤65がハウジング64内に添加され、密閉部材70がキャップスクリュー71を 使用することによりハウジング64に連結される。 作動中、ハウジング64は、図１の方法に関連して記載したように回転シャフト 32に固着されている。部材３３に不つり合いが生じると、円柱状の重り50，51， 52が、レース43，44，45内を、部材33に生じた不つり合いを相殺する位置を占め るまで自由に移動する。シリコン潤滑剤65の使用によりディバイダー53，54，55 とディスク50，51，52との間に生じ得る吸着に影響されないように、ディスク50 ，51，52を最小限の表面積でディバイダー53，54，55に接触させるために、円柱 状ディスク50，51，52の縁部がわずかにたわんでいるのが好ましいことが見出さ れた。図１及び３の実施態様の重り及びボールについてもそうであるように、円 柱またはディスク50，51，52は、レース43，44，45内のディバイダー53，54，55 の間を、できるだけ自由に移動するのが好ましい。 本発明のさらに別の実施態様を図６及び図７に示す。図６は、四つのグルーブ またはレースを示し、図７は、三つのグルーブまたはレースのみを示す。この実 施態様において、75として概略的に示したつり合わせ装置は軸76，72に対して対 称であり、図１の実施態様と同様にシャフト３２に取りつけられる。 しかしながら、この実施態様においては、固体片材料よりなる中央環状部材73 は、両面に、77として概略的に図示された複数の環状のレースが切削されている 。レース80，81，82，83には、ボールが取り付けられており、最も外側のレース 80に取りつけられたボールが最も大きく、最も内側のレース83に取り付けられた ボールが最も小さい。各レース内にシリコン潤滑剤77を供給した後、キャップス クリュー82を使用して二つの端板85を環状部材73に取り付ける。作動は図３の実 施態様の作動と同様である。即ち、部材33に不つり合いが生じると、各レース内 のボールが不つり合いが除去される位置を占める。 何故そうなるのかは現在知られていないが、各々の実施態様において各レース または環状スペース内のボールまたは重りの個数は７個であるのが最適であるこ とが見出された。しかしながら、より多いまたはより少ないボールまたは重りも 、種々の作動条件の下で、種々の不つり合いを除去するのに有用であろう。 本発明の別の実施態様を図８Ａ，８Ｂに示す。この実施態様において、本発明 によるつり合わせ装置78は、二つの切片90，91よりなることが示されている。こ れらの切片は、キャップスクリュー92，93によりシャフト32に取りつけられてお り、切片90，91は、キャップスクリューを除去することによりシャフト32から自 由に取り外せる。この実施態様は、特に、回転シャフト32またはつり合い部材33 （図１）の外部への変更を最小限になすことが望ましい場合に有用である。むし ろ、つり合わせ装置78は、つり合わせ装置78を取りつけることができる位置に単 純に連結され、キャップスクリュー92，93を締めて、装置78をシャフト32に強固 に結合される。 さらに別の実施態様を図９及び図１０に示す。この実施態様においては、つり 合わせ装置87を回転シャフト32の外周に設けることが企図されている。図９に示 すように、グルーブまたはレース100，101，102は、シャフト32の固体材料に直 接切削されており、ボール103，104，105は、それに対して移動自在に直接配置 される。カバー110は、シャフト32に連結され、これによりボール103，104，105 が保持される。作動中に、つり合い部材33（図１）の外側またはシャフト32自体 につり合い状態の逸脱が起こると、ボール103，104，105が図10に示すように位 置に配置する。そのような位置においては、シャフト32及び／または不つり合い 部材33は、動的作動条件下におけるボール103，104，105の位置によりつり合う 。 一定の条件下では、特につり合わせ装置10の回転数が低い場合においては、重 り21（図11）が、重り21がレース11の内径の最も外側にまたは半径25の一方から 他方へ運ばれる点につり合わせ装置の回転数が増加するまで、または遠心力が重 りに外方向に作用して、それらを、レース11に沿って旋回させるのに寄与する一 定の摩擦力を発生するであろうレース11の外側の表面に作動的に係合させるまで 、レース11内の実質的に安定な位置に止まることが見出された。作動速度になる と、重り21は最小限の動きで迅速に再配列して、不つり合い状態を適正につり合 わせるであろう。例えば、つり合い装置のより高い回転速度で、レース内の重り 21は迅速に再配列して、装置内の不つり合いを除去することが見出された。しか しながら、低速度ではこのようになるとは限らず、従って、レース内を重りを移 動させる手段を利用するか、少なくとも、重りを、軸に関して旋回するようにレ ース内を移動させる力を可動重りに提供するのが都合が好い。 不つり合いの除去における如何なる遅れも不利である。例えばシャフトがつり 合って回転していて、突然バランスを失うとことになると、システムに損傷を与 えるまえに、重り21がバランスの崩れを除去するのに充分迅速に動かないであろ うと考えられるからである。 バランスの逸脱の除去に対応するシステムについて迅速性を改良するために使 用される手段は、いくつかの形態をとり得る。例えば、重り21が部材10の“オー バーザトップポジション(over the top position)”として示される安定な位置 から、そして部材10の軸26から延びるラジアル25の一方から他方へと動くような 力を重り21に付与するような物質を、レース11に添加し得る。また、機械的また は電気的手段も使用し得る。 図11を参照すると、レース11内の重り21の初期の動きは、初期に重りに一定の 力を与えて重り21の動きを開始させるような物質の添加により起こり得る。例え ば、そのような物質は、グリースのような重りの回転運動を付与するのに適する 流体であり得る。そのような物質の全てのリストは膨大であり、ここには添付さ れないが、そのようなリストには、重り21の動きを開始する実質的にあらゆる物 質が含まれるであろう。砂でさえ、そのような物質として企図され得るが、当然 ながら、砂は汚れとなり、レース11内の重り21に付着することになり、重りの動 きの迅速性が必要ないであろう正常な作動に影響を与えるため、適さないであろ う。 また、初期の重りの動きは、つり合わせ装置10の外側から開始するともできる と予想される。例えば、重り21が磁性材料からなる場合、外側のプローブ（図示 せず）が適当な磁場を重り21に与え、不つり合いの状態が起こったときに重り21 の動きを迅速に開始させることができる。このことは、不つり合い状態を除去し うる重り21の回転数を減少させ、これにより不つり合い装置の損傷の機会を減少 する意図である。 図12を参照すると、つり合い装置が106として概略的に締めされている。液体1 07がつり合い装置106に添加され、ボール103の形態の可動重りの上の位置108を とる。Ｖ字形のレース109が、ボール103が動くレース110内に形成されている。 Ｖ字形のレース109は、レース109から液体の貯蔵容器（図示せず）に延びる複数 の通路111を有する。 作動中、つり合わせ装置106が回転し始めると、液体107はレース110内を回転 し、ボール103をレース110に沿って回転させる力をボール103に与える。つり合 わせ装置の回転速度が増加すると、液体に対する遠心力が増加し、その結果、液 体107が通路111を通って外に出ることになり、これにより、この時間までに、 つり合わせ装置106と同じ速度で回転しているボール103の動きに対するさらなる 影響が終結される。これは、既に言及した理由のため有利である。即ち、ボール 103が迅速に動けば、生じたいかなる不つり合いも迅速に修正されるからである 。 本発明の別の実施態様は図13を参照して示す。200により概略的に示されたつ り合わせ装置は、ボール形状の可動重り201を含み、半径方向に外側に向かって 延びる開口204内にバネを介して取りつけられたピン202を含む。圧力スプリング 203は、ピン202を図示した位置より内側に押圧するように作用し、これにより、 ボール201の動きを軸206に対するつり合わせ装置の初期の回転時に抑制する。 つり合わせ装置200が軸206に対して回転を開始すると、図示した位置にあるピ ン202がボール201のレース205に沿った回動を起こす。スピードが増加し、それ につれて、開口204内でピン202に作用している遠心力がピン202を軸206から外側 に向かって動かし、これにより、ボール201がレース205内を移動できるようにな り、つり合わせ装置200が取り付けられた回転装置内の不つり合いを修正するた めのいかなる位置をも自由に取り得るようになる。 ここで図14を参照する。該図は、本発明の二つの実施態様を概略的に示し、こ れは、摩擦の少ないシャフト302の回転を可能にするように取り付けられた、標 準的なボール301を有するベアリング300を用いて使用され得る。しかしながら、 シャフト302内の不つり合いを除去するのが望ましく、そのためにつり合わせ装 置303またはつり合わせ304を加え得る。 つり合わせ装置303は、シャフト302と共に回転するように連結され、ボール30 5，307，308の形態の可動重りは、軸306の方向に垂直な平面内に、同軸的に、外 方に向かって配置されたレース内をシャフト302の軸306に関して移動し、つり合 わせ装置304においては、ボール310，311，312の形態の重りが、長手方向に隔置 した、シャフト32と同軸のレース内を回転する。 ボール305，307，308は、異なる直径を有し、これは、ボール310，311，312の 直径についても同様である。各々の形状は、シャフト302及びベアリング300を含 む使用されている装置に存在する幾何学的な考慮に依存する。 ここで、図15Ａを参照する。これは、回転軸406に関して回転可能な通常の洗 濯機の衣類収容シリンダーまたは“スピンバスケット”400を示す。二つのつり 合わせ装置402，403はバスケット400に連結され、作動時のあらゆる不つり合い を除去する。しかし、当然ながら不つり合いを除去するには一つでも充分であり 得る。つり合わせ装置402，403は、二つの異なる形態を取っても良い。 最初に図15Ｂを参照すると、つり合わせ装置402は、軸406に関して周方向に延 び、且つ軸406と同軸の複数のレース404，405の形態をとり得る。ボール407，40 8の形態の可動重りは、レース404，405に取りつけられ、バスケット400の回転時 の不つり合いの除去に寄与する。 また、つり合わせ装置402は、軸406を横断する平面に切削されたレース409，4 10を有していても良い。ボール411，412は、各々レース409，410内で移動自在で あり、バスケット400が軸406について回転する際に不つり合いを除去する。 本発明のさらに別の実施態様を図16により説明する。ここには、車輛500の後 端が概略的に示されている。ギアボックスまたはディファレンシャル501は、ギ アボックス501の外側に延び、且つ当然ながら車輛の運転中に車軸502，503に関 して回転する車輪504，505に連結する、二つの車軸502，503を有する。 このシステムにおいて不つり合いが起こり得る。例えば、タイヤ504，505がタ イヤにパンクが生じた場合などの種々の理由によりバランスを失い得る。これは 特に、サーキットを通じて車のスピードが著しく変化し、タイヤに著しく変化す る負荷がかかるフォーミュラレーシングカーの場合に特に当てはまる。 不つり合いを是正するために、つり合わせ装置506，507，508，509を車軸502 ，503に各々加えても良い。しかし、各軸について１個しか要求されないことも ある。これらは、車軸502，503が、図示したように軸方向に且つギアボックス50 1に関して回転する際に、既に論じてきたのと同様に機能しうる。ギアボックス5 01に関する回転がひどくない場合には、図16に示すように車軸502，503にではな く、車輪504，505上につり合わせ装置508，509を搭載するのが好都合である。 ここで、図17を参照する。ここには、ピストン602に連結するピストンロッド6 01が取りつけられたクランクピン605を有するクランクシャフト600が図示されて いる。ピストン602は、例えばコンプレッサーに使用され得る。二つのつり合わ せ装置603，604は図示したようにクランクシャフト600に連結される。各々の作 動は上記の作動と同様であり、前記のようにシステムにおける不つり合いを 連続的に除去するのに寄与する。 ここで、図18を参照する。ここには、六つの環状且つ同心円状のレースがつり 合わせ装置700内に示されている。外側の三つのレース701，702，703において重 り704の直径は等しい。内側のレース710，711，712において、レース710内のボ ール713は同じ大きさであり、レース712内のボール715は同じ大きさであり、レ ース710内のボール713は同じ大きさであるが、ボール713，714及び715の大きさ は、軸716に近づくにつれ小さくなる。 次に、図19Ａ及び19Ｂを参照する。ここには、環状のＩビーム及び可動重りの 組み合わせを用いる本発明の実施態様が、800として概略的に示されている。Ｉ ビーム801は、軸803に関して回転する部材802の周囲に溶接によりまたは接着に より取り付けられ、例えば複数の可動重り804がＩビーム801上に、これに関して 移動自在に取り付けられている。この本発明の実施態様は、廉価であるという利 点があり、重り804とＩビーム801との摩擦が大きな問題とならないいくつかの用 途、例えば装置800が液中に浸漬される場合等において好都合である。 ここで、図20を参照する。ここには、中に可動重り902が取り付けられている 複数のレース901を、回転軸903からの距離が大きくなっていくように有する900 で示される装置が概略的に図示されている。重り902の大きさは、図示されてい るように軸903から重り902にまでの距離に応じて大きくなるように示されている が、大きさが一定でもよく、また軸903からの距離が増加するにつれ小さくなっ てもよいものと理解されたい。 本発明のさらに別の実施態様が図21に示されている。この実施態様においては 、1000として概略的に示されている複数の重りまたはボールが、通常、重り1000 が移動自在であるレース1001内に示されている。環状のディスク1002が、1003と して概略的に図示されたつり合わせ装置の周囲に取り付けられており、このディ スク1002は、二方向ソレノイド1004の影響により、矢印で示したように軸方向に 移動可能である。ディスク1002は、その周囲に配置されたピン1011によりプレー ト1010に作動可能に連結されている。 ソレノイド1004は、つり合わせ装置1003のRPM数を計測するタコメーター（図 示せず）に連結している。タコメーターの読み取り値が一定の決められた値に達 すると、ソレノイド1004を活性化することによりプレート1010が動き始める。ソ レノイド1004が図１に示すように左方に動くと、重りまたはボール1000がその位 置にロックされる。その後、タコメーターが第二の値に達すると、ソレノイド10 04が右方に動き、プレート1002を放してボール又は重り1000を開放する。そのよ うな構成は、一定の速度範囲で不つり合いを除去し、その後、重り1000が開放さ れた時に存在する全ての不つり合いを除去するためにボールが最終的なつり合い 位置をとった後、ボール100をロックすることが望まれる場合に有用であり得る 。 ここで、図22を参照する。この実施態様においては、ボール1100とグルーブ11 03内に配置された材料1101、好ましくはゴムの間に発生する力により、重りまた はボール1100が定位置に保持され又はロックされる。ゴム製ボール保持材料1101 の片側には、可動ハーフグルーブカラー1110に取り付けられている。カラー1110 は、複数のバネ付きピン1111を有し、これはカラー1110を、つり合わせ装置1113 の周囲に、間歇的に取りつけられたコントロールボール1112と接触させるように 付勢する。コントロールボール1112は、スプリング1114により内方へ動くように 付勢されている。 作動において、つり合わせ装置1113が回転し始めると、つり合い重り1100が、 カラー1110及び面板1120により、予め決められた回転速度に達するまで定位置に 保持される。その後、コントロールボール1112をスプリング1114の力に抗して外 方へ動かす遠心力が、ボール1112を、回転軸1121に関して外方へ、カラー1110が ボール1112との接触により制止されなくなるまで移動させる。カラー1110は、互 いの方向に動いて、つり合いボール1100を開放し、不つり合いが実質的に減少ま たは除去される位置に自由に動かす。装置の回転速度が実質的に低下すると、ボ ール1112がスプリング1114により内方へ付勢され、カラー1110が外方へ移動して つり合いボール1100を、再び予め決められた角速度に達するまで、つり合いボー ル1100を実質的に定位置に保持する。 ここで、図23を参照する。ここには、軸1201に関して回転するつり合わせ装置 が1200として示されている。装置1200は、三つのグルーブまたはレース1202，12 03，1204を有する。複数のつり合いボール1201はグルーブ1202内を自由に移動で き、第二のつり合いボール1211の組は、グルーブ1203内に取り付けられた摩擦パ ッド121及び同軸的に移動可能なカラー1213により、グルーブ1203内の図示した 位置にロックされている。同様に、複数のコントロールボール1214が、グルーブ 1204内の周面の、つり合わせ装置1200の外表面1220と可動カラー1213のくさび形 状面との間に、間歇的に配置されている。ボルト1222に連結された薄板ばね1221 が、カラー1213への力を、図23に示すように、カラー1213が左方へ付勢されるよ うに維持する。 作動においては、つり合わせ装置1200が最初に回転すると、グルーブ1202内を つり合いボール1210が自由に移動し、その時に存在する不つり合いを除去し得る 位置に到達する。しかしながら、予め決められた角速度において、コントロール ボール1214が、薄板ばね1221の力に抗してカラー1213を右方向に動かすのに充分 な力で、外側に動く。カラー1213が右方向へ動くと、ボール1211が開放され、装 置内の全ての不つり合いを除去し得る配置を迅速にとる。つり合い装置1200の回 転速度が低下すると、カラー1213がボール1211を定位置に捕らえ、装置の回転速 度が再びコントロールボールを可動カラー1213のくさび形表面に抗して外側に動 かすのに充分になるまで維持する。 さらに、図23の実施態様において、レース1203内のつり合い重り1211を、全て の回転状況においてロックされた位置に維持するのが望ましい場合は、ボルト12 24を締結すればよく、これによりカラー1213内の全ての軸の動きが、オペレータ ーがそうしないように望むまで、且つ手動でボルト1224を緩めるまで除かれる。 レースについての二つの代表的な形状を図24に示す。第一のレース1312は、図 示したように丸い。複数の重り1313は、第一のレース1312内に配置される。流体 1314も、第一のレース1312内に入れられる。 第二のレース1320は四角形であり、ボール1321がレース1320内に配置される。 流体1322も、第二のレース1320内に入れられる。 他の要因が等しければ、ボール1313に発生する剪断力は、ボールとレース内壁 との間の平均距離がより小さいため、レース1320内に流体1322によってボール13 21に発生する剪断力よりも高い。従って、ボール1321，1313の動きは、例えば同 じ粘度を有する流体を異なる形状の二つのレースに入れることによってずれ得る 。このことは、同じ形状を有するレース内に異なる粘度の流体を有する場合も同 じ効果を有することを意味するであろう。 レース内のボールまたは重りが異なる大きさ及び重りを有するように示されて いるが、材料の密度を変えてもよく、例えば一方のレースのボールまたは重りが 第二のレース内のボール重りと同じ大きさであるが、二つの異なる材料のため重 さは異なるようにしてもよい。同様に、各レース内の重りの大きさは異なるが、 用いる材料の密度により、重さは同じであるようにしても良い。 同様に、同じ幅の少なくとも三つの通路を有し、ボールまたは重りが全て等し い大きさである部材も一定の環境において満足に使用し得ることが予測できる。 この通路は、例えば三つの内側レースまたは通路を除いた以外は図18に示した実 施態様のように、同軸的で同形状であるのが好都合である。 本発明によるつり合わせ装置は金属材料により製造されることが現在では予定 されているが、つり合わせ装置を機能させる作動条件に応じて、複合材料構造及 びプラスチック等のような他の材料も適当であることが考慮される。 本発明の具体的な実施態様を記載してきたが、そのような実施態様は本発明の 説明としてのみ理解されるべきであり、添付したクレームにより定められる範囲 を限定するものではない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ハンナー アール クレイグ カナダ、アルバータ Ｔ３Ａ ２Ｙ２、カ ルガリー、フォーティーセカンド ストリ ート ノースウェスト 170−3335 (72)発明者 ビールズバ ポール カナダ、アルバータ Ｔ３Ｂ ４Ｙ５、カ ルガリー、シルバーグローブ ドライブ ノースウェスト 470 (72)発明者 ドイル ジョン ピー エム カナダ、アルバータ Ｔ２Ｘ １Ｙ３、カ ルガリー、サンハースト コート 31 (72)発明者 パーラッセ ランディー ダブリュ カナダ、アルバータ Ｔ２Ｗ ０Ｖ１、カ ルガリー、サザンプトン ドライブ サウ スウェスト 200

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 回転部材における不つり合いを除去するための装置であって、該回転部材 の回転軸と同軸に形成された第一、第二及び第三の通路、該第一、第二及び第三 の通路に各々案内される第一、第二及び第三の可動重りを含み、該第一、第二及 び第三の通路の各々において、重りの大きさが実質的に等しい装置。 ２． 少なくとも一つの追加の通路を前記第一、第二及び第三の通路の内方に含 み、前記追加の通路が、それにより案内される複数の可動重りを有し、該追加の 通路の可動重りの大きさが、前記第一、第二及び第三の通路の重りの大きさより も小さい請求の範囲第１項記載の装置。 ３． さらに、前記追加の通路の内方に且つそれに同軸に配置された第五及び第 六の通路を含み、該第五及び第六の通路が各々中に可動重りを含み、該第六の通 路の重りが第五の通路の重りより小さく、第五の通路の重りが、前記追加の通路 の重りよりも小さく、第六の通路が最も内側に設けられ、前記第五の通路が第六 の通路の外側に設けられている請求の範囲第１項記載の装置。 ４．回転軸を有する回転部材から不つり合いを除去する装置であって、該部材の 周囲に設けられたガイド部材及び該ガイド部材により案内され、それに沿って自 在に可動する複数の重りを含む装置。 ５．前記ガイド部材が、Ｉ字形であり、前記重りが前記Ｉ字形に相補的な形状を 有し、前記ガイド部材に嵌合する請求の範囲第４項記載の装置。 ６． 軸に対して回転する部材から不つり合いを除去する装置であって、一定の 幅を有し、該軸と同軸に設けられ、該軸から第一の距離の円周を有する第一の通 路、及び該軸から第二の距離で配置され、該第一の通路から同軸的に隔置され、 該第二の距離が該第一の距離より大きい第二の通路、及び該第一及び第二の通路 の各々に配置された複数の可動重りを有する装置。 ７．第三及び第四の通路が、前記軸に同軸に、且つ前記軸から第三及び第四の距 離で、軸に関して互いに隔置されて設けられ、前記第三の距離が前記第二の距離 よりも大きく、前記第四の距離が前記第三の距離より大きいことを特徴とする請 求の範囲第６項記載の装置。 ８． 前記重り全ての大きさが実質的に等しい請求の範囲第７項記載の装置。 ９． 前記重りの大きさが異なる請求の範囲第７項記載の装置。 １０．前記第一の通路中の重りが、前記第二の通路中の重りより小さく、該第二 の通路中の重りが前記第三の通路中の重りより小さく、該第三の通路中の重りが 前記第四の通路の重りよりも小さい請求の範囲第９項記載の装置。 １１．回転体における不つり合いを除去するためのつり合い装置であって、第一 の環状レース内で移動可能な第一の複数の重りと、第二の環状レース内で移動可 能な第二の複数の重りを含み、該第一の環状レースが、さらに第一の粘度を有す る第一の流体を含み、該第二の環状レースが、第二の粘度を有する第二の流体を 含み、該第二の流体の粘度が該第一の流体の粘度と異なる装置。 １２．さらに第三の環状レース内で移動可能な第三の複数の重りを含む請求の範 囲第１１項記載のつり合わせ装置。 １３．前記第三の環状レースが、第三の粘度を有する第三の流体を含む請求の範 囲第１２項記載のつり合わせ装置。 １４．前記第三の流体の粘度が、前記第一及び第二の流体の粘度と異なる請求の 範囲第１３項記載のつり合わせ装置。 １５．前記第一の複数の重りの大きさが、前記第二の複数の重りの大きさと異な る請求の範囲第１１項記載のつり合わせ装置。 １６．前記第一の複数の重りの各々の質量が、前記第二の複数の重りの各々質量 と異なる請求の範囲第１１項記載のつり合わせ装置。 １７．さらに、予め決められた第一の角速度に到達する第一の位置に、前記第一 の複数の重りを維持し、予め決められた第二の角速度で該第一の複数の重りを該 第一の位置から開放するように作動させ得るロック部材を含む請求の範囲第１１ 項記載のつり合わせ装置。 １８．前記及び第二のレースが、第一及び第二の形状を有し、前記第一のレース の第一の形状が前記第二のレースの第二の形状と異なる請求の範囲第１７項記載 のつり合わせ装置。 １９．第一の軸について回転可能な第一の環状レース、該第一のレース内で移動 可能な複数の第一の重り、予め決められた第一の角速度に到達する第一の位置に 該第一の重りを維持し、予め決められた第二の角速度で該第一の重りを該第一の 位置から開放するように作動させ得るロック部材を含むつり合わせ装置。 ２０．前記予め決められた第一の角速度が、前記予め決められた第二の角速度よ り低い請求の範囲第１９項記載のつり合わせ装置。 ２１．さらに、第三の環状レース及び該第三の環状レース内で移動可能な第三の 複数の重りを含み、該第三の環状レースが第三の粘度を有する流体を含み、該第 三のレース内の流体の粘度が、前記第一及び第二のレース内の流体の粘度と異な る請求の範囲第１１項記載のつり合わせ装置。 ２２．前記第一及び第二のレース内の流体の粘度が予め決められている請求の範 囲第１１項記載のつり合わせ装置。 ２３．回転装置において不つり合いを除去する方法であって、該装置の回転速度 を予め決められた第一の回転速度に達するまで上げ、第一のレース内の複数の可 動重りを、予め決められた第一の回転速度に達した該重りの第一の位置に維持し 、該装置の回転速度を予め決められた第二の回転速度まで上げ、そして該第二の 回転速度で、維持されていた複数の可動重りを開放することを含む方法。 ２４．回転体の不つり合いを除去するためのつり合わせ装置であって、第一のレ ース内に複数の第一の重りを含み、該第一のレースが第一の形状を有し、第二の レース内に複数の第二の重りを含み、該第二のレースが第二の形状を有し、該第 一のレースの形状が該第二のレースの形状と異なる装置。 ２５．前記第一のレースの形状が丸い請求の範囲第２４項記載のつり合わせ装置 。 ２６．前記第二のレースの形状が四角である請求の範囲第２５項記載の装置。 ２７．さらに、前記第一のレース内に第一の粘度の流体を含む請求の範囲第２４ 項記載の装置。 ２８．さらに、前記第二のレース内に第二の粘度の流体を含む請求の範囲第２７ 項記載の装置。 ２９．前記第一のレース内の流体の粘度が前記第二のレース内の流体の粘度と異 なる請求の範囲第２８項記載のつり合わせ装置。 ３０．さらに、前記第一の複数の重りを前記回転体の予め決められた角速度で第 一の位置に維持するための第一のロック部材を含む請求の範囲第２４項記載のつ り合わせ装置。 ３１．さらに、前記装置の回転速度を第三の予め決められた回転速度に上げ、前 記第一のレース内の可動重りを前記第三の予め決められた回転速度に達する前記 重りの第二の位置に維持することを含む請求の範囲第２３項記載の回転装置から 不つり合いを除去する方法。