JP2012503159A - 低い固有振動数をもつ振動絶縁システム - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
前記第1および第2弾性部材の全体ポテンシャルエネルギーは、前記中立位置で最小になってよい。
前記第1弾性部材は、圧縮スプリングを含んでよい。
なお、前記第1弾性部材は、引張スプリングを含んでよい。
前記第2弾性部材は、前記中立位置で最大限に圧縮されてよい。
前記圧縮スプリングは、前記第1方向とは異なる第2方向に変位することができ、前記第2方向は前記第1方向と垂直になってよい。
前記圧縮スプリングは、回転できるように固定された一端を基準に回転しながら変位してよい。
前記第2弾性部材は、前記中立位置で最大限に引っ張られる引張スプリングを含んでよい。
前記引張スプリングは前記第1方向とは異なる第2方向に変位することができ、前記第2方向は前記第1方向と垂直になってよい。
前記圧縮スプリングは、回転できるように固定された一端を基準に回転しながら変位してよい。
前記第2弾性部材は、前記第2方向に変位する圧縮スプリングを含み、前記圧縮スプリングは前記中立位置で最大限に圧縮されてよい。
前記リンク部は、前記第1対象体に固定されて前記第1方向に移動し、湾曲部を備える第1リンクを含み、前記第2弾性部材の一端は前記第1リンクの前記湾曲部と接しており、前記第2弾性部材の他端は固定されてよい。
前記第2弾性部材は圧縮スプリングを含み、前記第1および第2対象体の相対運動によって、前記圧縮スプリングは圧縮状態を維持しつつ前記湾曲部と接してよい。
前記湾曲部は、前記中立位置で前記圧縮スプリングが最大限に圧縮されるように形成されてよい。
前記第2弾性部材は引張スプリングを含み、前記第1および第2対象体の相対運動によって、前記引張スプリングが引張状態を維持しつつ前記湾曲部と接してよい。
前記湾曲部は、前記中立位置で前記引張スプリングが最大限に引っ張られるように形成されてよい。
前記第2弾性部材は引張スプリングを含み、前記第2リンクの前記一端は、前記中立位置で前記引張スプリングが最大限に引っ張られる位置に配置されてよい。
前記第2弾性部材は圧縮スプリングを含み、前記第2リンクの前記一端は、前記中立位置で前記圧縮スプリングが最大限に圧縮される位置に配置されてよい。
前記第1および第2対象体間の振動を減衰させるダンパーを更に含んでよい。
前記第2弾性部材の一端を固定させる支持部を更に含んでよい。
第一に、振動絶縁システムの固有振動数を理論的に0Hzとし、実質的には固有振動数を1Hz以下に下げて0Hzの近くまで減少させ、第1対象体及び第2対象体間の相対運動によって伝わる衝撃又は振動を効果的に絶縁させるため、搭乗者に安定した乗車感を提供したり、機械システムの高精度を維持できる効果を提供する。
第二に、既存の振動絶縁システムに取り付けられる負剛性装置の構成が簡単かつ小型であるため、製作が容易なだけでなく、上記振動絶縁システムの全体重量が増加する効果が殆どなく、耐久性に優れ、システムの維持及び補修が容易であるという長所がある。
第三に、構造が簡単で、低コストで製作できるだけでなく、既存の振動絶縁システムに簡単に取り付けたり、単純な設計変更で取り付け可能である。
従って、本明細書に記載の実施形態と図に示された構成は、本発明の最も好適な一実施形態に過ぎず、本発明の技術的思想を全て代弁するものではないため、本出願時点において、これらに代替できる多様な均等物と変形例が存在ことを理解すべきである。
図4は、本発明の低い固有振動数をもつ振動絶縁システムの動作原理を示した概略図であり、図5は、図4の低い固有振動数をもつ振動絶縁システムがもつポテンシャルエネルギーの変化推移を示したグラフであり、図6ないし図13は、図4の低い固有振動数をもつ振動絶縁システムの多様な実施形態に係る負剛性装置の各々の形態を示した斜視図である。
図4に示されたように、本発明の低い固有振動数をもつ振動絶縁システム(以下、「振動絶縁システム」という)400は、第1対象体410と第2対象体420とメインスプリング(或いは、主スプリング)430及び負剛性装置500を含めて備えられ、選択的に一定のダンピング値をもつダンパー(Damper)440が付加的に更に含まれることができる。
前記第1対象体410、第2対象体420は、振動及び衝撃が伝えられる対象体の一部分を意味し、前記対象体は振動及び衝撃が伝えられる装置及び装備、即ち、車両を含めモーターサイクル、航空機、建設装備、昇降機などと、既存の振動及び衝撃を緩和させるための振動絶縁装置が設置可能な装置及び装備は全て当該されることができる。
ここで、前記図5の曲線(A)はメインスプリング430がもつポテンシャルエネルギーの変化曲線、即ち、第1対象体410と第2対象体420との間の相対変位に応じてメインスプリング430がもつ位置エネルギー関数を示し、曲線(B)は補助スプリング510がもつポテンシャルエネルギーの変化曲線、即ち、負剛性装置500内の補助スプリング510がもつ位置エネルギー関数を示す。
なお、曲線(C)は、曲線(A)と曲線(B)との和、即ち、メインスプリング430のポテンシャルエネルギーと補助スプリング510のポテンシャルエネルギーとを合算した本発明の振動絶縁システム400の全体ポテンシャルエネルギーの変化曲線を示す。
即ち、前記メインスプリング430は、本発明の振動絶縁システム400に上下振動のない中立位置である場合、前記第1対象体410によって支持される重量とメインスプリング430の力が平衡をなす状態の静的たわみ状態でポテンシャルエネルギーは最小値をもつ。
ここで、前記リンク部520は、前記第1対象体410と第2対象体420との間に位置し、一端部は前記第1対象体410の一側面に固定設置され、前記第1対象体410の動きに応じてともに上下移動し、他端部は前記補助スプリング510の一端と連結されるように装着される。
前記補助スプリング510は、前記中立位置で最大のポテンシャルエネルギーをもつ(図5参照)。第1および第2対象体410、420の相対位置が前記中立位置で変化することによって、補助スプリング510のポテンシャルエネルギーは陰(−)の変化率をもって変化するようになる。このような補助スプリング510は引張スプリング又は圧縮スプリングを含んでよい。引張スプリングを使った実施形態は図6ないし図10に該当し、圧縮スプリングを使った実施形態は図11ないし図13に該当する。説明の便宜上、ます補助スプリング510が引張スプリングである場合について説明する。
ここで、図5を参照すると、前記補助スプリング510は補助スプリング510のもつポテンシャルエネルギーの変化曲線である曲線(B)のように、本発明の振動絶縁システム400に加えられる振動の大きさに応じて、補助スプリング510がもつポテンシャルエネルギーは変化するようになる。
ここで、図6ないし図13を参照すると、前記リンク部520は第1リンク521、第2リンク522、第3リンク523、円形リンク524及びローラ525で構成されており、前記リンク521、522、523、524又はローラ525のうち、選択された複数個のリンク又はローラの組み合わせられた構成によって、前記リンク部520の機能を行うことができることは言うまでもない。
図6は、補助スプリング510が引張スプリングである場合の実施形態として、中立位置で補助スプリング510が最大限に引っ張られた状態を示す。第1リンク521は第1対象体410に固定され、第1対象体410の移動方向と同じ方向(即ち、上下方向)に移動する。第2リンク522の一端は第1リンク521に連結される。第3リンク523の一端は第2リンク522に連結され、第3リンク523の他端は補助スプリング510の一端に連結され、補助スプリング510の他端は固定される。第2リンク522は第1リンク521の移動方向を転換する役割をし、これにより第3リンク523は、第1リンク521の移動方向とは別の方向(即ち、水平方向)に移動するようになる。
補助スプリング510の圧縮スプリングであること、及び補助スプリング510の固定位置が異なる。図11を基準に、補助スプリング510の左側一端が固定される。補助スプリング510の右側一端は第3リンク523に連結され、第3リンク523が移動するにより、補助スプリング510の右側一端が移動するようになる。
次に、本発明の振動絶縁システム400が車両の運転者席又は同乗者席に適用され、前記振動絶縁システム400によって前記運転者席又は同乗者席へと伝わる振動が絶縁される構成及び動作原理について説明する。
ここで、前記第1対象体及び第2対象体は、振動及び衝撃が伝えられる対象体の一部分を意味し、前記対象体は振動及び衝撃が伝えられる装置及び装備、即ち、車両を含めモーターサイクル、航空機、建設装備、昇降機などと、既存の振動及び衝撃を緩和させるための振動絶縁装置が設置可能な装置及び装備は全て含まれることができる。
一方、前記下部レールガード110は車体に固定設置され、各角の一側には前記支持リンク130の下段部と連結されるように、リンク連結部A131Aが備えられる。
前記上部レールガード120は下部レールガード110の上部に位置し、上部面にシートクッション(図示せず)が装着され、前記メインスプリング140の一端が支持される固定板121が備えられ、各角の一側には前記支持リンク130の上段部と連結されるようにリンク連結部B131Bが形成される。
ここで、前記メインスプリング140の場合、本発明の振動絶縁システムが使われる用途と、加えられる振動の負荷の大きさの度合い及び使用環境を考慮して、エアスプリング、板スプリングなどがメインスプリング140として使用されることができる。
即ち、前記メインスプリング140は、本発明に係るサスペンションシステムに上下振動のない中立位置である、運転者の着席時に運転者の重さとスプリングの力が平衡をなす状態の静的たわみ状態では、ポテンシャルエネルギーは最小値をもつ。
まず、前記支持板210は前記負剛性装置が支持されて固定されるように、車体に直接固定設置されたり、車体に装着され固定された前記下部レールガード110の上部面に固定されて設置されることができる。
ここで、図14に示された矢印の方向のように、前記第1リンク231の上下の動きに対応し、第1リンク231と連結された第2リンク232が前記第3リンク233を引っ張るようになり、補助スプリング240の引張変位を変化させる v。
ここで、図5を参照すると、補助スプリング240は前記補助スプリング240がもつポテンシャルエネルギーの変化曲線である曲線(B)のように、本発明の振動絶縁システムに加えられる振動の大きさに応じて、補助スプリング240がもつポテンシャルエネルギーは変化するようになる。
ここで、前記中立位置は、メインスプリング140は静的たわみ状態にあり、補助スプリング240は最大引張変位を維持した状態、即ち、前記リンク部230の第2リンク232と第3リンク233とが水平となる状態を意味する。
このように、運転者の体重に応じて、前記中立位置に変化が生じると、メインスプリング140の最小ポテンシャルエネルギーの位置と、補助スプリング240の最大ポテンシャルエネルギーの位置が一致しなくなるため、振動絶縁システム本来の特性を極大化できなくなってしまう。
即ち、前記負剛性装置200は、前記メインスプリング140が圧縮又は引張変位量に応じて、前記メインスプリング140のポテンシャルエネルギー(Potential Energy)の変化が増加するのに対し、前記補助スプリング240のもつポテンシャルエネルギーは前記変位量に応じて減少する変化が生じるように備えられることを意味する。
ここで、前記第1対象体710及び第2対象体720の上下相対運動によるメインスプリング730の引張変位量に応じて、前記メインスプリング730がもつポテンシャルエネルギーの変化が増加するのに対し、負剛性装置500の補助スプリングがもつポテンシャルエネルギーは前記変位量に対応して減少する変化が生じるように備えられる。
Claims (46)
- 第1対象体と第2対象体との間に連結され、前記第1対象体と第2対象体との間の相対運動によって相互間で伝わる振動を絶縁させるメインスプリングが備わる振動絶縁システムに追加設置される振動絶縁システムの負剛性装置において、
最初の設置時に、最大限に引っ張られたり又は最大限に圧縮された状態で設置され、前記第1対象体と第2対象体との相対運動によって、初期の最大引張変位又は最大圧縮変位が緩和する補助スプリングを備えた振動絶縁システムの負剛性装置。 - 前記第1対象体と第2対象体との間に位置し、一端部は前記第1対象体の一側面に固定設置され、前記第1対象体の上下の動きに沿ってともに移動するリンク部と、
前記第1対象体と第2対象体との間に位置し、一端部は前記第2対象体の一側面に固定設置される支持部と、
を更に備え、
前記補助スプリングは、その一端が前記リンク部の他端部に連結され、その他端は前記支持部の他端部に連結されることを特徴とする請求項1に記載の振動絶縁システムの負剛性装置。 - 前記メインスプリングの圧縮又は引張変位量に応じて、前記メインスプリングのもつポテンシャルエネルギー(Potential Energy)は中立状態より増加し、前記補助スプリングのもつポテンシャルエネルギーは前記変位量に応じて中立状態より常に減少する変化が生じるように備えられ、前記振動絶縁システムの運動エネルギーに対するポテンシャルエネルギーの時間当りの交換率が減少することにより、前記振動絶縁システムの固有振動数を1Hz以下とすることを特徴とする請求項2に記載の振動絶縁システムの負剛性装置。
- 前記補助スプリングは、第1対象体及び第2対象体の相対運動方向と直角方向に設置されることを特徴とする請求項2に記載の振動絶縁システムの負剛性装置。
- 前記リンク部は、
前記第1対象体の一側部に固定されて第1対象体の動きに沿ってともに上下運動をする第1リンクと、
前記第1リンクの上下の動きを前記補助スプリングの水平変位に変換する第2リンクと、
第2リンクと連結され、前記補助スプリングの水平往復変位を可能とし、前記支持部の一部によって、その往復運動がガイドされる第3リンクと、
を含むことを特徴とする請求項2に記載の振動絶縁システムの負剛性装置。 - 第1対象体と第2対象体との間に連結され、前記第1対象体又は第2対象体の間の相対運動によって伝わる振動を絶縁させるメインスプリングと、
前記請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の振動絶縁システムの負剛性装置と、
を含む振動絶縁システム。 - 第1対象体に固定設置される上部レールガードと、
前記上部レールガードの下部に位置して第2対象体に固定設置される下部レールガードと、
前記上部レールガードと下部レールガードとの間に連結されて前記下部レールガードを中心に、前記上部レールガードを上下移動させる支持リンクと、
前記上部レールガードと下部レールガードとの間に連結されたり又は前記支持リンクの一側に連結され、前記第1対象体及び第2対象体から伝わる振動を緩衝させるメインスプリングと、
前記第2対象体又は前記下部レールガードの上部に固定設置される支持板と、
前記支持板の一側面に固定設置され、ガイド部を備えるリンクハウジングと、
前記ガイド部に挿入され、前記ガイド部内でスライディングされて水平往復移動ができるように備えられる第3リンクと、前記上部レールガードの一側部に固定されて前記上部レールガードの動きに沿ってともに上下移動するように備えられる第1リンクと、前記第1リンクの上下の動きに沿って前記第3リンクが水平往復移動するように、第3リンクと第1リンクとを連結する第2リンクを含むリンク部と、
前記リンク部の一側に一端部が連結され、他端部は前記支持板の一側に連結される補助スプリングを含む負剛性装置を備える車両運転者椅子用の振動絶縁サスペンションシステム。 - 前記補助スプリングは、最初の設置時に、最大限に引っ張られたり又は最大限に圧縮された状態で設置され、前記上部レールガード及び下部レールガードの相対運動によって、初期の最大引張変位又は最大圧縮変位が緩和するように備えられることを特徴とする請求項7に記載の車両運転者椅子用の振動絶縁サスペンションシステム。
- 前記メインスプリングの圧縮又は引張変位量に応じて、前記メインスプリングのもつポテンシャルエネルギー(Potential Energy)は中立状態より増加し、前記補助スプリングのもつポテンシャルエネルギーは前記変位量に応じて中立状態より常に減少する変化が生じるように備えられ、前記振動絶縁システムの運動エネルギーに対するポテンシャルエネルギーの時間当りの変換率が減少することにより、前記振動絶縁システムの固有振動数を1Hz以下とすることを特徴とする請求項8に記載の車両運転者椅子用の振動絶縁サスペンションシステム。
- 前記補助スプリングは、第1対象体及び第2対象体の相対運動方向と直角方向とに設置されることを特徴とする請求項8に記載の車両運転者椅子用の振動絶縁サスペンションシステム。
- 第1方向に相対運動する第1および第2対象体の間で伝わる振動を緩衝させ、中立位置でポテンシャルエネルギーが最小になる第1弾性部材と、
前記第1および第2対象体の相対運動に応じてポテンシャルエネルギーが変化する第2弾性部材と、
前記中立位置で前記第2弾性部材のポテンシャルエネルギーが最大になるように、前記第1対象体と前記第2弾性部材とを連結するリンク部と、
を含むことを特徴とする振動絶縁システム。 - 前記第1および第2対象体の相対位置が前記中立位置で変化することによって、前記第1弾性部材のポテンシャルエネルギーは増加することを特徴とする請求項11に記載の振動絶縁システム。
- 前記第1および第2対象体の相対位置が前記中立位置で変化することによって、前記第2弾性部材のポテンシャルエネルギーは減少することを特徴とする請求項11に記載の振動絶縁システム。
- 前記第1および第2弾性部材の全体ポテンシャルエネルギーは、前記中立位置で最小になることを特徴とする請求項11に記載の振動絶縁システム。
- 前記第1および第2対象体の相対位置が前記中立位置で変化することによって、前記第1および第2弾性部材の全体ポテンシャルエネルギーは増加することを特徴とする請求項14に記載の振動絶縁システム。
- 前記第1弾性部材は、圧縮スプリングを含むことを特徴とする請求項11に記載の振動絶縁システム。
- 前記第1弾性部材は、引張スプリングを含むことを特徴とする請求項11に記載の振動絶縁システム。
- 前記第2弾性部材は、前記中立位置で最大限に圧縮される圧縮スプリングを含むことを特徴とする請求項11に記載の振動絶縁システム。
- 前記圧縮スプリングは、前記第1方向とは異なる第2方向に変位することを特徴とする請求項18に記載の振動絶縁システム。
- 前記第2方向は前記第1方向と垂直になることを特徴とする請求項19に記載の振動絶縁システム。
- 前記圧縮スプリングは、回転できるように固定された一端を基準に回転しながら変位することを特徴とする請求項18に記載の振動絶縁システム。
- 前記第2弾性部材は、前記中立位置で最大限に引っ張られる引張スプリングを含むことを特徴とする請求項11に記載の振動絶縁システム。
- 前記引張スプリングは、前記第1方向とは異なる第2方向に変位することを特徴とする請求項22に記載の振動絶縁システム。
- 前記第2方向は、前記第1方向と垂直になることを特徴とする請求項23に記載の振動絶縁システム。
- 前記引張スプリングは、回転できるように固定された一端を基準に回転しながら変位することを特徴とする請求項22に記載の振動絶縁システム。
- 前記リンク部は、
前記第1対象体に固定されて前記第1方向に移動する第1リンクと、
前記第1リンクに連結されて前記第1リンクの移動方向を前記第2方向に転換するための第2リンクと、
一端が前記第2リンクに連結され、他端が前記第2弾性部材の一端に連結される第3リンクと、
を含み、
前記第2弾性部材の他端は固定されることを特徴とする請求項11に記載の振動絶縁システム。 - 前記第2方向は、前記第1方向と垂直になることを特徴とする請求項26に記載の振動絶縁システム。
- 前記第2弾性部材は前記第2方向に変位する引張スプリングを含み、
前記引張スプリングは前記中立位置で最大限に引っ張られることを特徴とする請求項26に記載の振動絶縁システム。 - 前記第2弾性部材は前記第2方向に変位する圧縮スプリングを含み、
前記圧縮スプリングは前記中立位置で最大限に圧縮されることを特徴とする請求項26に記載の振動絶縁システム。 - 前記リンク部は、前記第1対象体に固定されて前記第1方向に移動する第1リンクを含み、
前記第2弾性部材は圧縮スプリングで含み、
前記圧縮スプリングの一端は前記第1リンクに連結され、
前記圧縮スプリングの他端は回転できるように固定されることを特徴とする請求項11に記載の振動絶縁システム。 - 前記圧縮スプリングは前記中立位置で最大限に圧縮され、
前記第1および第2対象体の相対運動によって、前記圧縮スプリングは圧縮状態を維持しつつ、固定された前記圧縮スプリングの前記他端を基準に回転しながら変位することを特徴とする請求項30に記載の振動絶縁システム。 - 前記リンク部は、前記第1対象体に固定されて前記第1方向に移動し、湾曲部を備える第1リンクを含み、
前記第2弾性部材の一端は前記第1リンクの前記湾曲部と接しており、
前記第2弾性部材の他端は固定されることを特徴とする請求項11に記載の振動絶縁システム。 - 前記第2弾性部材はローラを介して前記湾曲部と接することを特徴とする請求項32に記載の振動絶縁システム。
- 前記第2弾性部材は圧縮スプリングを含み、
前記第1および第2対象体の相対運動によって、前記圧縮スプリングは圧縮状態を維持しつつ前記湾曲部と接することを特徴とする請求項32に記載の振動絶縁システム。 - 前記湾曲部は、前記中立位置で前記圧縮スプリングが最大限に圧縮されるように形成されることを特徴とする請求項34に記載の振動絶縁システム。
- 前記第2弾性部材は引張スプリングを含み、
前記第1および第2対象体の相対運動によって、前記引張スプリングは引張状態を維持しつつ前記湾曲部と接することを特徴とする請求項32に記載の振動絶縁システム。 - 前記湾曲部は、前記中立位置で前記引張スプリングが最大限に引っ張られるように形成されることを特徴とする請求項36に記載の振動絶縁システム。
- 前記リンク部は、
前記第1対象体に回転できるように連結される第1リンクと、
前記第1リンクと連結され、前記第1および第2対象体の相対運動によって回転できるように、一端が回転できるように固定される第2リンクと、
を含み、
前記第2弾性部材の一端は前記第2リンクの他端に連結され、前記第2弾性部材の他端は回転できるように固定されることを特徴とする請求項11に記載の振動絶縁システム。 - 前記第2弾性部材は引張スプリングを含み、
前記第2リンクの前記一端は、前記中立位置で前記引張スプリングが最大限に引っ張られる位置に配置されることを特徴とする請求項38に記載の振動絶縁システム。 - 前記第2弾性部材は圧縮スプリングを含み、
前記第2リンクの前記一端は、前記中立位置で前記圧縮スプリングが最大限に圧縮される位置に配置されることを特徴とする請求項38に記載の振動絶縁システム。 - 前記第1および第2対象体間の振動を減衰させるダンパーを更に含むことを特徴とする請求項11に記載の振動絶縁システム。
- 前記第2弾性部材の一端を固定させる支持部を更に含むことを特徴とする請求項11に記載の振動絶縁システム。
- 前記振動絶縁システムの固有振動数は1Hz以下であることを特徴とする請求項11に記載の振動絶縁システム。
- 請求項11ないし請求項43のいずれか一項に係る振動絶縁システムを含む車両運転者椅子用の振動絶縁サスペンションシステム。
- 請求項11ないし請求項43のいずれか一項に係る振動絶縁システムを含む自動車サスペンションシステム。
- 請求項11ないし請求項43のいずれか一項に係る振動絶縁システムを含む機械支持システム。
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