JP4937100B2 - スターリングエンジンの防振支持装置 - Google Patents
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Description
具体的には、家庭用に設置されるスターリングエンジンは鉛直方向(上下方向)に例えば±1mm程度の振幅(周波数は例えば50Hz)で振動を生じるが、その支持体やケーシング等における振動は±0.03mm程度以下の振幅に抑制することが望ましい。
例えば下記特許文献1には、スターリングエンジンを引張コイルばねにて吊下状態に支持し、引張コイルばねの弾性変形に基づいて振動吸収し、防振支持するようになしたものが提案されている。
図17はその具体例を示している。
即ちスターリングエンジン200は、引張コイルばね204にて吊下状態に弾性支持されており、スターリングエンジン200で発生した振動は引張コイルばね204の弾性変形に基づいて吸収され、支持体202への振動伝達が抑制される。
そのためにはスターリングエンジン200をできるだけ軟らかいばねを用いて支持することが必要で、そのために特許文献1に開示のものでは、長さの長い引張コイルばねを用いてスターリングエンジン200を軟らかく支持するようにしている。
例えば図17の引張コイルばね204は自由長が150mm程度の長いものであり、そしてスターリングエンジン200を吊下げ支持したときには、この引張コイルばね204は長さが250mm程度の長いものとなる。
図6のBは引張コイルばね204を用いてスターリングエンジン200を防振支持した場合の振動伝達特性を示したものであるが、図に示しているように周波数の変化に伴ってサージングに起因するピークが発生している。
また他の目的として、スターリングエンジンの横揺れを防止して、安定した支持を可能とすることを目的とする。
それ故、防振ゴム部材をブラケットと支持体との間に介在させ、かかる防振ゴム部材を圧縮コイルばねと並列配置して、全体でスターリングエンジンを防振支持するようになした場合においても、防振支持装置全体のばね特性を軟らかいものとなすことができ、上記サージングの抑制効果と相俟って振動伝達を良好に抑制し得て、目的とする防振領域における振動伝達率を低くすることができる。
また防振ゴム部材はスターリングエンジンの荷重を支持しておらず、従って防振ゴム部材に常時発生する歪も小さく抑え得て、その耐久寿命を高めることができ、またコイルばねについても圧縮コイルばねを用いているため、コイルばねに発生する歪も小さく抑え得て耐久寿命を高めることができる。
このようにすることで、防振ゴム部材における上下方向のばね定数を小さくすることができ、スターリングエンジンの上下方向の振動に対する防振性能を高めることができる。
即ち、圧縮コイルばねに防振ゴム部材を付加して防振支持装置を構成した場合においても、防振支持装置の上下方向のばね定数に対する防振ゴム部材の影響を少なくし、防振支持装置のばね定数を防振ゴム部材が高めてしまうといったことを良好に抑制することができる。
ここで小角度とは水平方向に対し20°以下の角度を意味する。
或いはかかる防振ゴム部材として、ゴム弾性体の容器の内部に液体を封入した液封のものを用いることができる(請求項6)。
このように液封の防振ゴム部材を用いた場合、ソリッドゴムの防振ゴム部材を用いた場合に比べて防振ゴム部材における減衰特性を高めることができる。
このようにすれば、一対の防振ゴム部材,ブラケット及び取付具の全体を一つの加硫品となすことができ、防振支持装置の所要部品点数を少なくできるとともに、防振支持装置の組付けの工数を低減することができる。
このようにすれば、ブラケット,取付具を金具で構成した場合において、ゴム被膜による被覆によって防錆を図ることができる。
またゴム弾性体とブラケット,取付具とが接着剥離するのを有効に防止することができる。
本発明で用いる圧縮コイルばねのばね定数を小さくしようとすると、軸方向の長さを長くしておくことが望ましい。
しかしながらそのようにすると圧縮コイルばねが座屈を起す恐れが生ずる。
この場合においてその大径のコイルばねの周方向に沿った複数箇所に上記の防振ゴム部材を圧縮コイルばねに対し並列接続状態となるように配置しておくことができる(請求項13)。
このようにすることでスターリングエンジンの支持を安定化することができる。
この請求項15によれば、スターリングエンジンから支持体に伝わる高周波(スターリングエンジンの動作周波数よりも高い周波数)の振動を、防振ゴムパッドの防振作用で良好に抑制することができる。
図1において、10はスターリングエンジンで、12はその支持体である。支持体12は、ここでは支持フレームを備えたケーシングからなっている。
支持体12には、中央部に挿通孔16を有する円板状の支持プレート(支持部)14が備えられており、この支持プレート14に対してスターリングエンジン10が、その外周面から外方に突出した状態でスターリングエンジン10に固設されたリング(突出部)18,上下方向に延びる吊り棒20及び後述の防振ユニット22を有する防振支持装置を介して吊持状態に取り付けられている。
ここでリング18及び吊り棒20は全体としてスターリングエンジン10の被支持部を成すものである。
図示のようにこの実施形態において、スターリングエンジン10は、その上部が支持プレート14の挿通孔16を図中上向きに挿通して突き出している。
同図において、24はスターリングエンジン10のハウジングで円筒形状をなしている。
ハウジング24の上部の容器部24Aの内部空間にはヘリウムガスが充填されている。
シリンダ26の外面と容器部24Aの内面との間には環状の隙間が形成されていて、その環状の隙間に再生器30が設けられ、この再生器30にて容器部24Aの内部空間が上側の加熱側作動空間32-1と、下側の冷却側作動空間32-2とに区画されている。
但し再生器30はヘリウムガスが通過可能で、加熱側作動空間32-1と冷却側作動空間32-2とは再生器30を介して連通しており、上側の加熱側作動空間32-1内のヘリウムガスと冷却側作動空間32-2内のヘリウムガスとは再生器30を上下に通過可能である。
尚、固定プレート36には上下の貫通孔38が設けられている。
従ってスターリングエンジン10は加熱器40に対して相対運動する。
尚、図2では加熱器40とスターリングエンジン10との間に隙間が生じているが、実際にはその隙間にはシール材が設けられており、加熱器40内の高温の燃焼ガスがその隙間から外部へと漏れることはない。
但しシール材は可撓性を有するもので、従ってスターリングエンジン10は、位置固定に設けられた加熱器40に対し相対運動可能である。
ここではディスプレーサピストン28が後述の出力ピストン45と同じ周期(ここでは50Hz)で上下に往復運動するようにその周期が調節されている。
ロッド46にはマグネット48が上下に一体移動する状態で設けられており、また一方ハウジング24側には、対応する位置に鉄芯50とコイル52とが固定状態に設けられている。
ハウジング24の内部にはまた、上下に板ばね等から成るばね54が設けられていて、その中心部がロッド46に、また外周部がハウジング24に固定されている。
そしてその圧力の変化に基づいて、冷却側作動空間32-2に面した出力ピストン45が、ばね54の付勢力との協働作用でディスプレーサピストン28と同じ周期で上下に往復運動する。
そしてこの出力ピストン45の上下運動に基づいて、マグネット48,鉄芯50,コイル52等から成る発電機で交流電力が生じる。
この交流電力の周波数はディスプレーサピストン28,出力ピストン45の上下振動(上下移動)の周波数と同じ周波数で、ここでは50Hzである。
これらの図において、56は支持プレート14の上側に配置された金属製且つ断面逆U字形状を成すブラケットで、上部に水平なばね受部58を有し、そのばね受部58の両端から垂下部60が図中下向きに垂下した形態をなしている。
この吊り棒20の上端部には雄ねじ部66が設けられていて、そこにナット70,71が螺合され、それら雄ねじ部66及びナット70,71にて吊り棒20の上端部がブラケット56に締結(結合)されている。
尚圧縮コイルばね72の下端は、図3の部分拡大図に明らかに示しているようにフランジ状のばね座128付きのばねガイド130及びナット132にて、水平方向に位置決めされるようになっている。
その結果として圧縮コイルばね72の下端位置が水平方向に位置決めされる。
尚ナット142は、ナット132をロックするロックナットとしてのものである。
また併せて吊り棒20の上端側が水平方向において予め定めた適正位置に位置決めされることで、スターリングエンジン10自体が傾き防止され、これらによって防振支持装置の耐久性も高められる。
そして一方の端部金具78において、これに固設されたボルト82及びナット84により、ブラケット56の垂下部60に固定されている。
ここで各防振ゴム部材74は、ゴム弾性体76の軸心が水平向きとなる状態に横向きに配置され、またこれら一対の防振ゴム部材74は、互いに180°隔たった位置で同軸状に互いに対向する位置関係で配置されている。
ここで防振ゴム部材74は、ゴム弾性体76を軸方向(水平方向)に一定量予圧縮(1〜5%程度)した状態で取り付けられている。
そしてスターリングエンジン10が上下方向に振動を生じたときに、これに伴って防振ゴム部材74のゴム弾性体76が剪断方向に弾性変形し、振動吸収作用をなす。
ここで各防振ユニット22及び吊り棒20は周方向に90°間隔で設けられており、且つそれぞれの向きもまた90°毎異なった向きで支持プレート14上に配置されている。
但し何れの場合においても、スターリングエンジン10に対し横向きの力が加わったときに、その向きが水平方向において何れの向きであっても均等な力で抵抗を及ぼし、水平方向移動を抑制するようになしておくことが望ましい。
即ち防振ゴムパッド88が、スターリングエンジン10とブラケットとの間に、詳しくはここではリング18と吊り棒20との間に介在させられ、かかる防振ゴムパッド88が吊り棒20に対し圧縮コイルばね72と直列接続の関係で取り付けられている。
従ってスターリングエンジン10の荷重はリング18,防振ゴムパッド88,吊り棒20,ブラケット56及び圧縮コイルばね72を経て上記の支持プレート14に作用せしめられる。
尚、雄ねじ部86にはリング18の上側においてナット90が締め込まれている。
加えてこの防振支持装置においては、防振ゴム部材74がスターリングエンジン10の荷重を支持する役割を担っておらず、従ってこの防振ゴム部材74はばね定数を可及的に小さくし、ばね特性を軟らかいものとなしておくことができる。
また数Hzの周波数帯で共振が生じているが、防振ゴム部材74の有する減衰作用に基づいてその共振時のピーク値を低く抑制している。
従って防振ゴム部材74に常時発生する歪はほとんど無く、その耐久寿命を高くすることができ、またコイルばねについてもこの実施形態では圧縮コイルばね72を用いているため、そこに発生する歪も小さく抑え得、防振支持装置全体の耐久寿命を高めることができる。
またこの実施形態では、万一圧縮コイルスプリング72や防振ゴム部材74が破断を生じた場合においても、スターリングエンジン10が支持を失って落下してしまうことがない利点も有している。
この実施形態は、上記防振部材74に代えて液封の防振ゴム部材92を用いた例である。
ここで防振ゴム部材92は、薄い膜状で高い可撓性を有する可撓部94と、これよりも僅かに厚肉をなす周壁部96と、可撓部94とは反対側の底部98と、可撓部94の中心部に設けられた筒状部100とを有する容器状のゴム弾性体102の内部に液104を封入した形態のもので、軸心を水平向きとする状態で配置されている。そしてその筒状部100にシャフト105が内嵌され、シャフト104の雄ねじ部82とナット84とでブラケット56の垂下部60に固定されている。
また反対側の底部98の側において、取付金具86により支持プレート14に取り付けられている。
この例は、スターリングエンジン10の底面の中心部からストッパ取付部106を下向きに突出させ、そしてそこに水平方向にストッパ作用をなすゴムストッパ110を取り付ける一方、対応する剛性の当接部112を固定状態に設けて、その凹所114内にゴムストッパ110を挿入し、スターリングエンジン10の下端部が水平方向に横揺れを生じようとしたときに、ゴムストッパ110にて横揺れを抑制するようになしたものである。
このゴムストッパ110の外周面には、ゴムストッパ110の当り面となる凹所114の円形の内周面に向って突出し、且つ先端側に向って上下の肉厚が漸次小となるリップ部118が設けられ、それらリップ部118を凹所114の内周面116に対し水平方向に当てるようになしてある。
また上下の各段のリップ部118は、切欠き120の周方向位置が異ならせてあり、リップ部118の周方向位置が上下の各段で互いに異ならせてある。
この例は、圧縮コイルばねとしてスターリングエンジン10の周りを取り巻くように巻回された大径のコイル径を有する単一の圧縮ばね124を用いた例である。
図12に示しているように、この実施形態ではブラケット56が円環状のプレート部材からなる第1部材122と、L字状をなす第2部材123とで構成され、それらが吊り棒20の雄ねじ部66にねじ込まれた一対のナット70,71にて吊り棒20に固定されている。
そしてこの単一の圧縮コイルばね124の周方向に沿って90°毎異なった4箇所で、防振ゴム部材74がブラケット56の垂下部60に一端側が固定されている。
尚防振ゴム部材74の構成は図3に示したものと同様である。但しかかる防振ゴム部材74に代えて図6及び図7に示す防振ゴム部材92その他のものを用いることも可能である。
この例は、挿通孔144を有する円板状の支持プレート(支持部)146を支持体12側に備え、そしてその支持プレート146とリング18との間に防振ユニット22を配して、上記のような吊り棒20を介することなくスターリングエンジン10を直接的に防振支持するようになした例である。
尚防振ユニット22によるスターリングエンジン10の支持構造については第1の実施形態で示したのと基本的に同様である。
但しこの実施形態では、図14に示しているように防振ゴムパッド88がリング18とブラケット56との間に介在させてある。
例えば上記実施形態では防振ゴム部材の一端側を支持部となる支持プレート14に固定しているが、場合によって支持体における上記支持部以外の他の個所にこれを連結するようになすことも可能であるし、また防振ゴム部材を、その軸心が厳密な水平向きでなく、若干の傾斜を持たせて配置しておくことも可能である。
この例では、図3の防振ユニット22における一対の防振ゴム部材74における端部金具78,80が省略されて、ゴム弾性体76が直接的にブラケット56及びL字状をなす取付金具86に対し加硫接着にて一体に接着固定されている。
従って図15に示す防振ユニット22は、その全体が一つの加硫品を成している。
尚角度θは最大でも20°以下となしておく。
この実施形態では、防振ユニット22が単一の加硫品で構成してあるため、防振支持装置の所要部品点数が少なくて済み、また組付けの工数も少なくすることができる。
尚防振ゴム部材74の取付けは、圧縮コイルばね72にてスターリングエンジン10の荷重を支持した状態で、取付金具86を図3の支持プレート14或いは図14の支持プレート146等に固定することにより行う。
このときゴム弾性体76に対して所定の予圧縮を与える。
尚図15及び図16は、各防振ゴム部材74を何れもスターリングエンジン10を取り付けた状態で示している。即ち圧縮コイルばね72にてスターリングエンジン10の荷重が支持した状態での形状を示している。
またブラケット56及び取付金具86には貫通の連結孔150が形成されており、これら連結孔150においてゴム弾性体76とゴム被膜148とが一体に連結状態とされている。
またブラケット56及び取付金具86の大部分をゴム被膜148にて被覆してあることによって、それらを防錆することができる。
12 支持体
14,146 支持プレート(支持部)
20 吊り棒
22 防振ユニット
56 ブラケット
58 ばね受部
60 垂下部
72,124 圧縮コイルばね
74,92 防振ゴム部材
76 ゴム弾性体
88 防振ゴムパッド
104 液
110 ゴムストッパ
112 当接部
118 リップ部
Claims (16)
- スターリングエンジンと支持体との間に介装されて、該スターリングエンジンを防振支持するスターリングエンジンの防振支持装置であって
(イ)ばね受部を有し、該ばね受部を前記支持体における支持部の上側に位置させる状態に設けられて前記スターリングエンジンの被支持部に結合された剛性のブラケットと
(ロ)該ブラケットの該ばね受部と前記支持部とで上下方向に圧縮状態に挟まれ、前記スターリングエンジンの荷重を弾性支持する金属製の圧縮コイルばねと
(ハ)前記ブラケットと前記支持体との間に前記圧縮コイルばねとともに並列配置され、該圧縮コイルばねにて前記スターリングエンジンの荷重を支持した状態の下で一端側が該ブラケットに、他端側が前記支持体にそれぞれ固定状態とされて、該ブラケットと該支持体とを弾性接続するゴム弾性体を主要素とした防振ゴム部材と
を有していることを特徴とするスターリングエンジンの防振支持装置。 - 請求項1において、前記防振ゴム部材は、前記支持部上で上下方向の縦向きに対して軸心を横向きにして配置され、該軸心方向の一端側が前記ブラケットに、他端側が前記支持体にそれぞれ固定されていることを特徴とするスターリングエンジンの防振支持装置。
- 請求項2において、前記防振ゴム部材は軸心が水平向きとなる状態で設けられていることを特徴とするスターリングエンジンの防振支持装置。
- 請求項2において、前記防振ゴム部材は、軸心が前記ブラケットに向けて小角度で斜め上向きに傾斜した状態で設けられていることを特徴とするスターリングエンジンの防振支持装置。
- 請求項1〜4の何れにおいて、前記防振ゴム部材がソリッドゴムにて構成してあることを特徴とするスターリングエンジンの防振支持装置。
- 請求項1〜4の何れかにおいて、前記防振ゴム部材が、ゴム弾性体の容器の内部に液体を封入した液封のものであることを特徴とするスターリングエンジンの防振支持装置。
- 請求項2〜6の何れかにおいて、前記圧縮コイルばねを間にして水平方向の両側に前記防振ゴム部材が平面視において直線状をなすように互いに対向して一対配置されており、該一対の防振ゴム部材の各一端側が前記ブラケットに、他端側が前記支持体に固定されており、それら圧縮コイルばね,ブラケット及び一対の防振ゴム部材が全体として1組の防振ユニットを成していることを特徴とするスターリングエンジンの防振支持装置。
- 請求項7において、前記一対の防振ゴム部材の前記他端側が取付具を介して前記支持体に固定されており、前記防振ゴム部材の前記ゴム弾性体が、それらブラケット及び取付具に対して一体に加硫接着されていることを特徴とするスターリングエンジンの防振支持装置。
- 請求項8において、前記ブラケットの前記ばね受部に形成した挿通孔の周りの部分を除いた全体及び前記取付具の前記支持体への固定部を除いた全体が、前記ゴム弾性体と一体のゴム被膜にて被覆してあることを特徴とするスターリングエンジンの防振支持装置。
- 請求項7〜9の何れかにおいて、前記ブラケットは、前記ばね受部から垂下する前記一対の防振ゴム部材に対応した一対の垂下部を有しており、各垂下部に各防振ゴム部材のそれぞれの一端側が固定してあることを特徴とするスターリングエンジンの防振支持装置。
- 請求項7〜10の何れかにおいて、前記防振ユニットが前記スターリングエンジン周りに複数組設けてあり、且つ各防振ユニットは水平方向において異なった向きで配置されていることを特徴とするスターリングエンジンの防振支持装置。
- 請求項1〜6の何れかにおいて、前記圧縮コイルばねとして、前記スターリングエンジンの周りを取り巻くように巻回されたコイルばねが用いられていることを特徴とするスターリングエンジンの防振支持装置。
- 請求項12において、前記圧縮コイルばねの周方向に沿った複数個所に前記防振ゴム部材が配置されていることを特徴とするスターリングエンジンの防振支持装置。
- 請求項1〜13の何れかにおいて、前記被支持部を、前記スターリングエンジンの外周面から外方に突出した突出部及び上下方向に配向されて下端側が該突出部に固定された吊り棒を有するものとなし、該吊り棒の上端側を前記ブラケットに結合して、前記スターリングエンジンを吊下状態で支持するようになしてあることを特徴とするスターリングエンジンの防振支持装置。
- 請求項1〜14の何れかにおいて、前記スターリングエンジンと前記ブラケットとの間には、該スターリングエンジンの荷重を受けて弾性変形する防振ゴムパッドが前記圧縮コイルばねに対し直列接続の関係で介在させてあり、該スターリングエンジンの荷重が該防振ゴムパッド,前記ブラケット及び前記圧縮コイルばねを経て前記支持体の前記支持部に作用するようになしてあることを特徴とするスターリングエンジンの防振支持装置。
- 請求項1〜15の何れかにおいて、前記スターリングエンジンの下端部には水平方向にストッパ作用をなすゴムストッパが設けてあるとともに、該ゴムストッパを水平方向に当接させる当接部が設けてあり、且つ該ゴムストッパのストッパ作用時に該当接部に当る部分が、先端側に向って漸次細くなる断面山形状のリップ部となしてあることを特徴とするスターリングエンジンの防振支持装置。
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