YAM 制振の原理と並進機械への応用

摘要

摩擦振動は，すべり摩擦をともなう機械要素の運動精度および静粛性の低下に繋がることから，その発生機構および抑制手法について古くから研究がなされてきた．Ibrahim [1]によると，摩擦振動の発生機構は，4 種類（stick-slip，動摩擦の速度弱化による振動，sprag-slip，およびモードカップリング）に大別される．これらの中で，動摩擦の速度弱化による振動は，初期の研究[2]から知られていた機構であるが，未だに有効な解決策が見出されていない．動摩擦の速度弱化とは，２面の相対速度の増加にともない動摩擦が減少する摩擦特性を指す．摺動面がこのような摩擦特性をもつ場合，摺動面近傍では，動力学的に不安定になる．したがって，動摩擦の速度弱化による自励振動を回避するためには，動摩擦の速度強化を実現するように摺動面を設計するか，ダンパなどの減衰要素を摺動面に付加する必要がある．しかし，潤滑された摺動面では，起動停止の際に混合潤滑域を通過することから，動摩擦の速度弱化の摩擦特性を変えることは難しく，また，ダンパなどの付加についても，取り付けるスペースやコストの増加が問題となる．このような状況下で，近年，動摩擦の速度弱化による自励振動を防止する新たな手法が提案された[3]．この手法は，従動面の剛性主軸の方向と駆動面の駆動方向の間に角度（ヨー角ミスアライメント（Yaw angle misalignment）, YAM）を付けることで生じる減衰効果を利用した制振手法である．この制振手法は，摺動面の摩擦特性の改善や減衰要素の付加を必要とせず，剛性主軸の設計変更のみで制振可能となることから，多くの機械への応用が期待される．そこで本報では，YAM 制振の原理，および著者がこれまでに検討してきた並進機械への応用に関する研究事例を紹介する．