JPH0242174B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 互いに直交する３つの軸（ｘ、ｙ、ｚ）を有
するセンサーハウジング２０を、直線方向および
回転方向の振動が伝えられる面３８上に支持する
ためのセンサーハウジング用振動隔離装置であつ
て、 上記した面３８にしつかりと連結された、複数
の細長いマウント部材３６、 ハウジング２０にしつかりと連結された複数の
ブラケツト２２、および ハウジング２０に伝えられる振動を減少させる
ために、各々のマウント部材３６の各端部３４
と、これに対向する各々のブラケツトの第１の面
２６との間に支持された別個の弾性手段２８を具
備し、 上記マウント部材の端部３４とブラケツト２２
の第１の面２６とは、それぞれ別個の弾性手段２
８をハウジング２０に対して、ハウジングの前記
軸のうちの第３の軸（ｚ）を含む各弾性手段の中
心面が前記直線方向振動の軸に対して鋭角をなす
ように保持するような方位を有し、これによつて
前記ハウジングの２つの軸（ｘ、ｙ）にそつて作
用する振動が弾性手段２８の半数を圧縮し、かつ
第３軸の回りの回転方向振動によつては、その振
動周期中に全ての弾性手段が圧縮されるように構
成されたことを特徴とするセンサーハウジング用
振動隔離装置。 ２ 弾性手段２８は、ハウジング２０から隔離さ
れて、その４隅に取付けられたことを特徴とする
請求項１記載のセンサーハウジング用振動隔離装
置。 ３ マウント部材３６の各端部３４およびブラケ
ツト２２の第１の面２６は２つの軸に関して面取
りされていることを特徴とする請求項１または２
記載のセンサーハウジング用振動隔離装置。 ４ 各ブラケツト２２の第１の面と各弾性手段２
８の第１の端面との間、および各マウント部材の
端部３４と各弾性手段２８の第２の端面との間に
は、それぞれの弾性手段２８をそれらの間に支持
するために接着剤が介在されたことを特徴とする
請求項３記載のセンサーハウジング用振動隔離装
置。 ５ ハウジングは長方形の平行六面体であり、面
取りが、前記２つの直線方向振動軸の１方に関し
て35゜〜55゜の範囲でなされたことを特徴とする請
求項３または４記載のセンサーハウジング用振動
隔離装置。 ６ ブラケツト２２の第１の面の面取りによつ
て、前記２つの軸の第１のものに関する第１の角
度の面が形成され、マウント３６の対応端部３４
の面取りによつて、前記２つの軸の第２のものに
関する第２の角度の面が形成されたことを特徴と
する請求項３または４記載のセンサーハウジング
用振動隔離装置。 ７ ハウジングが平行六面体であり、２つの対向
する隅部対上にある少なくとも４つの対向隅部の
放射方向の外側に、それぞれ、少なくとも１つの
弾性手段２８が配置されたことを特徴とする請求
項３記載のセンサーハウジング用振動隔離装置。 発明の背景 １ 発明の分野 本発明はセンサーハウジング用の振動隔離装置
に関する。 航空機や飛行体、宇宙飛行体など、または地上
の乗り物のような、動いている乗り物に、種々の
センサー技術を適用することは、センサーを振動
にさらすことである。 これらの振動は、センサーの固定軸のまわりで
の変位の変動の原因となる連続的又は非連続的、
あるいは周期的、非周期的な加速度として定義さ
れる。 センサーに加えられたときのそのような振動
は、センサーからの信号を隠したり（masking）、
変化させたりするなどして、センサーによつて供
給される情報に望ましくない影響をもたらすもの
である。 検知されようとしている特定のパラメータに応
答する周波数で振動するセンサーの場合には、そ
のような外側面からの振動は、特定のパラメータ
に応答する振動を変化させたり、著しく不明瞭に
する。このような振動は、往復動及び／又はねじ
り（回転方向）振動である。 センサーが、そのような振動に敏感であるとこ
ろでは、センサーは、それから明確な情報を得る
ために、これらの振動から隔離されなければなら
ない。 例えば、振動ワイヤー又はビームセンサーのよ
うな振動するセンサーメンバーは、そのような振
動メンバーの長手方向の面に垂直な方向の、外部
からの往復振動やねじり振動に敏感である。 ２ 従来技術の説明 従来例において、種々の形状のゴムのような弾
性体が振動隔離（isolation）部材として知られ
ている。同様に、センサーハウジングの周囲に弾
性体を配置し、その中に振動検知センサーを置く
ことにより、或る種の振動の影響を減少させるこ
とが知られている。 例えば、第１図に示すような、従来の据付け例
では、ゴムのコラム（柱体）４が、ハウジングの
前面と後面に取りつけられる。これらのコラム
は、ハウジングを所定の位置に支えるために、選
定された面にしつかりと取りつけられる。その支
持面に往復振動が作用し、そして、ハウジングの
Ｘ軸に沿つて、弾性体を通つてハウジングへ振動
が伝えられるときに、２本のコラムが圧縮され、
２本のコラムが伸張される。 しかしながら、Ｚ軸又はＹ軸に沿つて作用する
振動は、４本のコラムの全部に剪断変形を起させ
る原因となる。弾性体では、その性質の故に、圧
縮（又は伸長）においては、剪断のときよりも強
固な反応が起る。 コラムを追加して用いることは、単にコストを
増加させるだけであり、そして、ハウジングへの
望ましくない振動を起させるための連結手段を与
えるだけである。 Ｙ軸とＺ軸に沿う方向の往復（直線）振動は隔
離される。しかし、ステイフリニア（stiff
linear）軸Ｘのまわりの運動によつて起るねじり
（回転方向）振動は、Ｘ軸のまわりの往復振動が
ねじり振動Ｃに変換されるだろうというような付
加的な問題をも有している。 第１図の構成は、このような振動に応答して４
本のコラムが圧縮−伸張の組み合わせ状態になつ
たり、剪断状態になつたりする故に、Ｚ軸のまわ
りのねじり振動Ｃに対しては、ほんの部分的にし
か有効でない。ここで充分に開示したように、本
発明の結果は、４本のコラムのすべてが圧縮状態
にあるときに得られるねじり振動からの隔離を改
良することにある。 ハウジングの重心及び、隔離システムの弾性の
中心は一致させられるべきである。これらの中心
の偏心は、直線方向の加速度とともに、これらの
直線方向の振動によつてもたらされる力のモーメ
ントアームを形成し、前記直線方向振動がさらに
望ましくないねじり振動に変換されるからであ
る。 発明の要約 本発明の、ハウジングの外側に弾性体を置くこ
とによつて、直線往復振動を揺動（角振動）に変
換することなしに、往復振動を隔離するための装
置と方法に関するものであり、そして弾性体のコ
ラムの少くとも半数が、ハウジングの少くとも２
つの軸に沿つた往復振動に応答して圧縮状態にな
るように、弾性体コラムをずらせて支持部材に対
して斜角（垂直でも平行でもない）状態にする
（skew）のである。 センサーの隔離が希望されるような実施例にお
いて、例えば、センサーが直線的加速度及び、或
る角加速度に敏感なところでの、このように単純
で、比較的安価な解決法は、全コラムの弾性体を
圧縮状態にするが、剪断状態には実質上しないよ
うにすることにより、ハウジングの３つの軸に沿
つた往復振動を減少させ、センサーハウジングの
所望の軸での角加速度を減少させ、既知の方法に
比べて、２つの軸での振動の減少を増進させる。 さらに、弾性体がハウジングの軸からずらされ
る角度によつて、センサー及びハウジングの重心
のずれ、又はセンサーの対称性が部分的に補償さ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来例の振動減衰装置の概略を示す
斜視図である。 第２図は、例えば、それが隔離されようとして
いる航空機用の計器ハウジングのようなハウジン
グ、及び改良された振動隔離装置の平面図であ
り、その支持面に対する関係を示している。 第３図は、第２図の装置及び支持面とハウジン
グとの側面図である。 第４図は、第２図及び第３図における装置の振
動を隔離する弾性体の拡大断面図である。 第５図は、第２図のハウジングの平面図におけ
る直線方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ）軸及びねじり方向
（Ａ、Ｂ、Ｃ）の振動軸を示すための図である。

【発明の詳細な説明】

本発明にもとづいた好適な実施例が符号１０で
示されている。取付部材やトランスデユーサ−コ
ンポーネントのような他の構成要素や、センサー
を含むセンサーハウジングなどのような、隔離さ
れるべきハウジングは、符号２０で示される。ハ
ウジング２０は、好ましくは金属材料により、通
常の方法で形成されている。 ブラケツト２２は、鍛造や、機械加工によりハ
ウジングが作られるときに形成されるものである
か、又は、金属や他の適当な材料で別個に形成さ
れ、それがハウジングに溶接、ハンダづけ又は他
の既知の方法により取付けられるもので、ブラケ
ツト２２の第１の面２４で、ハウジング２０にし
つかりと固定される。 ブラケツト２２の第２の面２６は、好ましくは
ハウジングの幾何学的な形状に一致するように面
とりされているものである。第２，３図の実施例
では、ハウジング２０が長方形の平行六面体であ
るので、前記面２６は、軸の１つ（Ｙ軸として示
されている）に関して、角度Ｗで面とりされてお
り、その角度は好ましくは35゜〜55゜の範囲であ
る。しかし、センサーが対称的であり、センサー
ハウジング２０の中心に設けられた時には、前記
の角度は45゜であることが望ましい。 第２，３図に示した実施例において、49゜とい
う角度が、対称性を調節するために採用された。 弾性部材２８は第４図にも示されているもの
で、柱状を呈するのが良く、好ましくは長方形の
平行六面体である。前記部材２８は、第１の端部
（エツジ）３０で面２６に適応するように形成さ
れると共に、面２６上に支持されており、また、
なるべくは、適当な接着剤でそこに接着される。 弾性部材２８は、高減衰性のシリコンゴムまた
はハイダンプ（Hidamp：登録商標）〔マサチユ
ーセツツ州、ウオータタウン所在のバリーコント
ロール（Barry Controls）社で製造される弾性
部材〕で形成されている。 部材２８の第２の端部（エツジ）３２は、マウ
ント３６の一端３４に一致するように形成され、
かつこれに支持される。 端部３４もまた、Ｘ軸に関して角度W′で面取
りされている。前記角度W′は35゜から55゜の範囲に
あり、そして好ましくは45゜である。しかし、第
２，３図の１実施例において、角度Ｗが49゜であ
るときには、角度W′は41゜となる。角度を49゜と
41゜として用いる場合に、センサーの対称性に関
する調整は完成される。 ハウジング２０の内部には、多種のセンサーが
設けられることができる。そのような場合には、
センサーの対称性および、センサーの重心のハウ
ジング２０の重心からの偏心率に応じて、最少の
振動感度となるように、前記の角度Ｗおよび
W′が最適に選定されなければならない。 ブラケツト２２の面２６は、部材２８の第１の
端部３０に適応するように形成され、かつこれに
対する支持部を提供するようになつている。ま
た、それと同様に、そのマウント３６の端部３４
は、部材２８の第２の端部３２に適応するように
形成され、かつこれに対する支持部を提供するよ
うになつていることがわかる。 このように、部材２８を、その２つの面で横か
ら支える構造、換言すれば、角度ＷとW′で、面
２６と端部３４の間に部材２８をサンドイツチ状
にはさみ込む構造は、所望のように、直線方向の
振動（これは、Ｘ、Ｙ軸により形成された面で振
動である）の２つの軸にそつて、およびハウジン
グの揺動の１つの軸（ここでは回転軸Ｃ）のまわ
りで、部材２８の圧縮を生じさせる。 例えば回転軸Ｃについて考えると、第２図にお
いて、Ｚ軸の周りの支持面３８の時計方向の振動
によつては、右下および左上隅の、２個の弾性手
段２８が圧縮され、反対に反時計方向の振動によ
つては、右上および左下隅の、残りの２個の弾性
手段２８が圧縮されるので、結果として、Ｚ軸の
周りの回転方向振動の１周期中に４個の全ての弾
性手段２８が圧縮される（剪断変形は受けない）
ことになる。 前述のように、一般に弾性体は剪断力に対して
は撓み易く、屈服し易いが、圧縮・伸長に対して
は強く反発するものであるから、弾性体は、剪断
変形を受ける時に比べて、圧縮・伸長変形を受け
るときには比較的高い自然周波数を持つことにな
る。このために、特に回転軸Ｃの周りでの外部振
動に基づく角加速度が低減され、振動伝達防止の
効果が改善される。 ２つの角度の和が90゜である時に、部材２８は
その断面が長四角形であり、ハウジング２０は、
それにより部材２８の圧縮／ひずみの解析をより
単純化させる。 マウント３６は、それから、振動を受ける計器
ハウジングのフレーム又は航空機のフレームのよ
うなものの面３８に、取付ボルトやナツト、適当
な接着剤や他の適当な手段によつて取付けられ
る。圧力式、差圧式、電気式および、光学式カプ
ラーのような、通常の外部接続手段が、符号４０
で概略的に示されている。 振動スペース、即ち、隔離部材とハウジング２
０との距離は、加振されたときに両者の接触を妨
げるに十分なものが必要であることはもちろんで
ある。 少くとも４つの、直径上の反対側に位置する隅
部の外方に、放射状方向に配置された柱状の弾性
部材２８を備えた、本発明の振動隔離部材は、１
Ｇから３Ｇの加速度の範囲で満足すべき結果を証
明している。 従来例において、振動は、２つの基本的な方法
により、結合条件を最小のものとすることによつ
て減少させ得ることが知られている。第１は、ハ
ウジング２０の重心と振動隔離システムの弾性中
心との偏心率を減少させることであり、そして、
第２は、振動の６つのモード、即ち、第５図に示
されるような３つの直線方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と、
３つのねじりまたは回転方向（Ａ、Ｂ、Ｃ）の振
動モードを切りはなすことによるものである。 しかしながら、これは、結果として、複雑で高
価な解決法を要するような、困難で、むつかしい
問題である。 センサーが、３つの直線方向の加速度のすべて
と、１つのねじり方向の振動に敏感である場合
に、第２，３図の実施例に示されたような、35゜
〜55゜の角度でハウジング２０の４つの隅部の外
側に、ブラケツト２２、弾性部材２８、およびマ
ウント３６を設けることによる、高価でない解決
法は、部材２８のすべてのブロツクが圧縮される
ので、少くとも２つの直線方向例えば（Ｘ、Ｙ方
向）の振動に対して低感度にし、かつ、直線方向
振動のねじり振動（例えばＣ）への変換を減少さ
せることになる。 １つの好ましい実施例において、ハウジング
が、高さ約3.0センチ（1.2インチ）、長さ約5.1セ
ンチ（２インチ）、幅が約4.6センチ（1.8インチ）
のとき、振動部材形のセンサーを設けているハウ
ジングが、非常にダイナミツクで、ランダムな振
動と衝撃、及び一様な加速度にさらされた。 第２，３図の実施例にしたがつて設けられてい
るブラケツト２２、弾性体２８及びマウント３６
よりなる隔離減衰システムのパーフオマンス（性
能）は、＋3Gから−3G（重力の３倍の正及び負の
力）がハウジング２０の３つの軸のすべてにかか
つた状態において、十分に満足すべきものであつ
た。 このような振動部材の１つの動作および構造
は、本発明と同じ出願人によつて、1980年10月22
日に第199597号として出願され、1982年１月19日
に特許された米国特許第4311053号明細書に解説
されている。 テストされた具体例において、３つの直線方向
（並進運動）（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の軸と、３つの回転方
向軸（Ａ、Ｂ、Ｃ）の自然振動数は、次のとおり
である。 軸 Ｘ Ｙ Ｚ Ａ Ｂ Ｃ 自然振動数 144 132 70 112 133 375 Ｃ軸のまわりの高い自然振動数と、Ｘ及びＹ軸
方向の低い自然振動数を有することにより、例え
ば、Ｃ方向のねじり振動は、例えば、Ｘ、Ｙ方向
の往復振動から有効に切りはなされることが明確
である。このことは、必然的に、低いが、しか
し、容認し得るＺ方向の往復動の自然振動の原因
となる。 上述の如く、Ｃ方向の自然振動数は、部材２８
の全部が圧縮状態でそのような振動に応答するよ
うに、Ｃ軸方向のステイフネス（stiffness）を増
すことによつて、高くなるように改善される。 形状のフアクタ（Ｓ）が弾性部材２８の負荷部
分と無負荷部分の比に等しいとすると、前記フア
クターＳは、圧縮状態にある弾性部材２８の、剪
断力を受けている弾性部材２８に対する比を調整
することを可能にするものである。 ここに示したように、本発明による形状のフア
クターは、部材２８が、第２，３図の実施例にお
ける２つの直線方向の軸Ｘ、Ｙにより形成される
面の、どの軸に沿う振動に対しても、ほとんど同
じ共鳴振動数を発生させるような角度ＷとW′と
を有することにより調整される。 ここで、形状のフアクターは、X′とY′軸の共
鳴振動数が、Ｘ、Ｙ軸の共鳴振動数の各々にほぼ
等しくなるように調整される。ここで、X′と
Y′軸は、ＸとＹ軸の各々が35゜から55゜の間で回転
されてなるものである。 角度ＷとW′が45゜のときに、ＸとＹ軸方向の分
解された往復振動の力はこのように分解された振
動力又は加速度に応答して、４つの弾性部材２８
の少くとも２個が圧縮状態にあり、そして、残り
の２個は、剪断力を受ける状態にあるようにさせ
る。 これで明らかになつたように、本発明は、振動
又は加速度のコントロールが要求される所で、他
のセンサー及びハウジングと共に、そして、他の
装置のために用いられるのである。同様に、本発
明は、所望の各々の軸での振動と加速のコントロ
ールのために用いられることは明らかである。