JPH06272735A

JPH06272735A - 緩衝機構

Info

Publication number: JPH06272735A
Application number: JP6021393A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Kumoi; 一成雲井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-03-19
Filing date: 1993-03-19
Publication date: 1994-09-27

Abstract

(57)【要約】【目的】横の荷重によって発生するモーメントに対し
て反力を発生する機構を追加して、水平方向のバネ定数
を垂直方向のバネ定数に近付け、全ての方向の共振点を
ほぼ等しい値にすることにより、どのような方向の振動
・衝撃も低減する緩衝機構を得る。【構成】基盤１に軸受６を介してＵ字型バネ５を連結
し、そのＵ字型バネ５とテーブル４をアーム７，８で連
結し、アイソレータ３の他にＵ字型バネ５のねじり剛性
で、モーメント反力を発生させる。テーブル４の並進方
向の動きに対しては、Ｕ字型バネ５は回転するのみで反
力は発生しないが、テーブル４が傾斜したときには、Ｕ
字型バネ５がねじられ、モーメント反力を発生する。そ
のため、緩衝機構の水平方向のバネ定数が垂直方向にほ
ぼ等しくなり、全ての方向の共振点が近い値になり、振
動・衝撃を効果的に緩衝するように設定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、艦船や車両などの振
動・衝撃などの厳しい場所に設置され、赤外線カメラな
どの敏感な電子機器の振動・衝撃を緩和するための、緩
衝機構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０は従来の緩衝機構を示す図で、図
１１はその側面図である。図において、１は基盤、２は
電子機器、３はアイソレータ、４はテーブルである。基
盤１が振動したとき、テーブル３に搭載される電子機器
２にその振動を伝えないように直接テーブルを基盤１に
固定するのでは無く、弾性体であるアイソレータ３が間
に配置され、その両端を自由に回転できる継ぎ手でテー
ブル４と基盤１にそれぞれ連結されている。

【０００３】従来の緩衝機構は上記のように構成され、
基盤１と電子機器２の間にアイソレータ３が介在してい
るために、基盤１が周波数ｆ、加速度１Ｇで上下に振動
したときの電子機器２に伝わる振動の加速度は、図１３
のようになる。図を見てわかるようにアイソレータ３の
共振周波数ｆ₀付近で基盤１が上下に振動したときに
は、加速度１Ｇ以上に増幅するが、周波数が高くなるに
つれてその振動を１Ｇ以下に低減し、電子機器２を振動
から緩衝するという作用があった。その反面、上記のよ
うに共振周波数ｆ₀に近い周波数で基盤１が振動すると
きにはその振動を増幅するという作用がある。しかし、
質量がｍの機器にバネ定数がｋのアイソレータを装着と
たときには、その共振周波数は式（１）のように、バネ
定数ｋの平方根に比例し、質量ｍの平方根に反比例する
ので、アイソレータ３のバネ定数を適当な値に設定する
ことにより、共振周波数ｆ₀を、基盤１の最低次の振動
の周波数ｆ_1Vの１／２程度に設定し、アイソレータ３が
振動を増幅し電子機器２に悪影響を与えないようにして
いた。

【０００４】

【数１】

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の緩衝機構では、
基盤１が上下に振動するときには前項に示すような効果
があり、また基盤１が前後・左右に振動するときも前項
に示す緩衝効果があるが、前後・左右の水平方向の振動
を受けたときのアイソレータ３の共振周波数ｆ_0hは次の
ようになる。図１２のように、従来の緩衝機構が矢印の
向き水平方向にＦの力を受けたときの等価バネ定数Ｋ′
を求めると次のようになる。電子機器２の重心が変位す
る量ｘは、式（２）のように、水平力Ｆによりアイソレ
ータ３がたわむ変位ｘ₁と、発生するモーメントＭによ
る変位ｘ₂の和である。アイソレータ３がたわむ変位ｘ
₁は、バネ定数の定義から式（３）である。

【０００６】また、モーメントＭにより、緩衝機構がθ
回転したと考えると、変位ｘ₂と回転角θの関係は式
（４）となる。ここで、ｈは電子機器２の重心の高さで
ある。アイソレータ３がたわむ変位ｘ₃は式（５）とな
る。ｌはアイソレータ３の間隔である。アイソレータ３
の反力はｋ・ｘ₃であるので、発生するモーメントは式
（６）となる。水平力Ｆにより受けるモーメントはＦｈ
であるので、そのつりあいを考えると式（７）が成立す
る。式（４）に式（５）と式（７）を代入すると、モー
メントＭによる変位ｘ₂は式（８）のように求まる。式
（３）と式（８）を式（２）に代入すると、電子機器２
の重心が変位する量ｘは式（９）となる。よって等価バ
ネ定数Ｋ′は式（１０）となる。このときの水平方向の
アイソレータ３の共振周波数ｆ_0hを、式（１）に式（１
０）を代入して求めると式（１１）となる。式からわか
るように、分母が常に１より大きくなり、ｆ_0hは上下方
向の共振周波数ｆ_0vに比べ小さくなる。共振周波数が小
さいと最低次の振動は電子機器２に伝えないので、緩衝
効果があるが、ｆ_0vを基盤１の最低次の振動の周波数ｆ
_1vの１／２程度に設定しているため、ｆ_0hはｆ₁の１／
３〜１／４程度となってしまい、垂直方向では問題にな
らなかった基盤の動揺の周波数ｆ_1dを増幅して電子機器
２に伝えてしまうという課題があった。

【０００７】

【数２】

【０００８】そこで、従来の緩衝機構においては、図１
４のように、ｆ_0vとｆ_0hをｆ_1vとｆ_1dの間に設定してい
たが、ｆ_1vの応答倍率は１程度となってしまい、垂直方
向成分の緩衝効果はある程度犠牲になるという課題もあ
った。

【０００９】また、従来の緩衝機構においては、式（１
１）における２ｈ²／ｌ²によるｆ_0hの低下を最小限に
押えるために、アイソレータ３の間隔ｌをできるだけ大
きく取るという工夫がなされていたが、テーブル４が広
くなり、緩衝機構と電子機器を設置するスペースが大き
く必要になるという課題があった。

【００１０】また、従来の緩衝機構においては、水平方
向の力を受けた場合、アイソレータ３は水平力Ｆにより
受ける力とモーメントＭにより受ける力の両方を受ける
ことになり、負担が大きく、水平力により破損しやすい
という課題もあった。

【００１１】この発明は、かかる課題を解決するために
なされたものであり、設置のためのスペースを広げず、
ｆ_0vとｆ_0hの差を極小にし、ｆ_1vとｆ_1dの間に収め、モ
ーメントによる荷重の負担をアイソレータ以外のバネに
受けさせることによってアイソレータが破損を最小限に
することなどを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる緩衝機
構は、垂直方向のバネ定数はそのままで、水平方向の等
価バネ定数だけを大きくするために、複数組のアームに
連結されたＵ字型のバネを装着したものである。

【００１３】また、同様に水平方向の等価バネ定数だけ
を大きくするために、テーブルと基盤を２組リンクで連
結し、そのリンクの間をコイルスプリングで連結したも
のである。

【００１４】

【作用】上記のように構成された緩衝機構においては、
装着したＵ字型バネやコイルスプリングが水平方向のみ
に作用するために、垂直方向の共振周波数ｆ_0vと水平方
向の共振周波数ｆ_0hの差を小さくできるという作用があ
る。

【００１５】同様に、水平力が生じたとき、力Ｆをアイ
ソレータで受け、モーメントＭを装着したＵ字型バネや
コイルスプリングで受け、それぞれの力を分担するた
め、アイソレータの負担が小さくなるという作用があ
る。

【００１６】また、リンクやバネを装着しただけで、テ
ーブルの大きさに変化がないため、必要なスペースが従
来と変更しなくてもよいという作用がある。

【００１７】

【実施例】

実施例１図１はこの発明の一実施例を示す図で、図２はその側面
図、図３，図４はリンクの作用を示す図である。図にお
いて、１〜７は従来の機器と全く同一の物である。５は
モーメントを発生するＵ字型バネ、６はそのＵ字型バネ
を基盤１に連結するための軸受、７と８はＵ字型バネ５
のモーメントをテーブル４に伝達するためのアームであ
る。

【００１８】前記のように構成された緩衝機構におい
て、基盤１が上下に振動したときを図３に示す。図に示
すように、電子機器２が上下に変位しても、アーム７は
上下に左右同方向に移動するので、それに連結されたＵ
字型バネ５は上下に回転する。しかし、アーム７はテー
ブル４とＵ字型バネ５にそれぞれ自由に回転できるよう
に連結されており、また、Ｕ字型バネ５も軸受６で基盤
１に連結されているために、全く反力を発生しない。従
って、基盤１が上下に振動したときには、本緩衝機構は
従来の緩衝機構と全く同じ状態で、垂直方向の共振周波
数ｆ_0vは従来の緩衝機構と全く同じ周波数になる。基盤
１が水平方向に振動して、電子機器２が矢印の方向に力
を受け、矢印の方向に移動したときの状態を図４に示
す。このとき、従来の緩衝機構と同様に、式（２）〜式
（５）は全く同様に成立する。

【００１９】ところが、テーブル４が図のように傾斜す
ると、左のアーム７は上に移動し、右のアーム８は下に
移動する。するとＵ字型バネ５は図のようにねじられる
ためにそれに逆らってモーメントを発生する。よって、
モーメントＭに対する反力はアイソレータ３だけではな
く、Ｕ字型バネ５も発生するため、Ｍはアイソレータ３
の反力によるモーメントとＵ字型バネ５の反力によるモ
ーメントの和となるので、式（６）は式（１２）のよう
に改められる。Ｋ_uはＵ字型バネ５のバネ定数である。
従来の緩衝機構と同様、式（１２）と式（３）と式
（５）から、ｘ₂を求め、式（２）に代入し、等価バネ
定数Ｋ′を求め、式（１）に代入し水平方向の共振周波
数ｆ_0hは式（１３）となる。式をみてわかるように、Ｕ
字型バネ７のバネ定数Ｋ_uを大きくすると、ｆ_0hの分母
は１に近づくので、ｆ_0hはｆ_0vに近づく。

【００２０】

【数３】

【００２１】実施例２図５はこの発明の次の実施例を示す図で、図６はその側
面図、図７，図８はリンクの作用を示す図である。図に
おいて、１〜６は従来の機器と全く同一の物である。９
〜１２は基盤１とテーブル４に自由に回転できるように
連結され、テーブル４にモーメントを伝えるアーム、１
３、１４はそれぞれのアームを連結するジョイント、１
５は各ジョイント間で力を発生し、テーブルにモーメン
トを発生するスプリングである。

【００２２】この実施例においても、電子機器が垂直方
向に振動したときは、図７に示すように、各アーム９〜
１２は同じ角度であるので、ジョイント１３、１４の間
隔は常に一定であり、スプリング１５は反力を発生しな
い。従って、電子機器２が垂直方向に運動したときは、
従来の緩衝機構と全く同じ状態であるため、垂直方向の
共振周波数ｆ_0Vは従来の緩衝機構と全く同じ周波数にな
る。基盤１が水平方向に振動して、電子機器２が矢印の
方向に力を受け、矢印の方向に移動したときの状態を、
図８に示す。このとき従来の緩衝機構と同様に、式
（２）〜式（５）は全く同様に成立する。ところが、テ
ーブル４が図のように傾斜すると、左のジョイント１３
は右上に移動し、右のジョイント１４は左下に移動す
る。するとスプリング１５は図のように圧縮されるため
にそれにさからってジョイント１３、１４を広げようと
する力を発生する。その力が各アーム９〜１２を介して
テーブル４にモーメントを発生することになる。

【００２３】従ってモーメントＭに対する反力はアイソ
レータ３だけではなく、スプリング１５も発生するた
め、Ｍはアイソレータ３の反力によるモーメントと、ス
プリング１５の反力によるモーメントの和となるので、
式（６）は式（１２）のように改められる。Ｋ_uはスプ
リング１５、アーム９〜１２、ジョイント１３、１４で
構成されるリンクのモーメントに対するバネ定数であ
る。従来の緩衝機構と同様、式（１２）と式（３）と式
（５）から、ｘ₂を求め、式（２）に代入し、等価バネ
定数Ｋ′を求め、式（１）に代入し水平方向の共振周波
数ｆ_0hは式（１３）となる。式をみてわかるように、ス
プリング１５、アーム９〜１２、ジョイント１３、１４
で構成されるリンクのモーメントに対するバネ定数Ｋ_u
を大きくすると、ｆ_0hの分母は１に近づくので、ｆ_0hは
ｆ_0vに近づく。

【００２４】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に記載されるような効果を有する。

【００２５】垂直方向の共振周波数ｆ_0vと水平方向の共
振周波数ｆ_0hの差が小さくなるので、図９に示すように
ｆ_0vを基盤の最低次の振動の周波数ｆ_1vより十分小さく
設定できる。よって、垂直方向の伝達率も１以下に設定
できるために、水平、垂直両方向の振動を緩衝するとい
う効果がある。

【００２６】同時に、モーメントをアイソレータ以外の
バネが受け、アイソレータの負担が減少するために、ア
イソレータが破損しにくいという効果がある。

【００２７】また、テーブルの傾斜が小さくなるため
に、電子機器を安定化させる制御が楽にでき、安定度が
向上するという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示す緩衝機構の図であ
る。

【図２】この発明の実施例１を示す緩衝機構の側面図で
ある。

【図３】この発明の実施例１を示す緩衝機構が下方向に
力を受けて変位したときの図である。

【図４】この発明の実施例１を示す緩衝機構が前方向に
力を受けて変位したときの図である。

【図５】この発明の実施例２を示す緩衝機構の図であ
る。

【図６】この発明の実施例２を示す緩衝機構の側面図で
ある。

【図７】この発明の実施例２を示す緩衝機構が下方向に
力を受けて変位したときの図である。

【図８】この発明の実施例２を示す緩衝機構が前方向に
力を受けて変位したときの図である。

【図９】この発明の実施例を示す緩衝機構の応答倍率
の、周波数に対する特性を示した図である。

【図１０】従来の緩衝機構の図である。

【図１１】従来の緩衝機構の側面図である。

【図１２】従来の緩衝機構の応答倍率の、周波数に対す
る特性を示した図である。

【図１３】従来の緩衝機構が前方向に力を受けて変位し
たときの図である。

【図１４】従来の緩衝機構の応答倍率の、周波数に対す
る特性を示した図である。

【符号の説明】

１基盤２電子機器３アイソレータ４テーブル５Ｕ字型バネ６軸受７アーム左８アーム右９アーム左上１０アーム左下１１アーム右上１２アーム右下１３ジョイント左１４ジョイント右１５スプリング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】装置全体が搭載される基盤からの振動・
衝撃を緩和する緩衝機構において、電子機器が固定さ
れ、上記基盤と離されたテーブル、このテーブルと上記
基盤を両端の自由に回転できる継ぎ手で連結し基盤の振
動を緩和する弾性体であるアイソレータ、上記基盤とテ
ーブルの間に介在し上記基盤から水平方向の振動・衝撃
を受けたとき上記電子機器が発生する転倒モーメント支
持機構として、モーメント反力を発生するＵ字型バネ、
このＵ字型バネを上記基盤に連結する軸受、上記テーブ
ルとＵ字型バネに自由に回転できる継ぎ手で連結されＵ
字型バネが発生するモーメント反力をテーブルに伝達す
るアームとから構成される複数組の転倒モーメント支持
機構とを具備したことを特徴とする緩衝機構。
【請求項２】転倒モーメント支持機構として、テーブ
ルに自由に回転できる継ぎ手で連結された左右２組のア
ーム、同様に基盤に自由に回転できる継ぎ手で連結され
た左右２組のアーム、両者に連結されたアームの左右そ
れぞれを上下連結するための２組のジョイント、この２
組のジョイントに両端をそれぞれ固定されジョイントの
相対距離の変化によって反力を発生するスプリングから
構成されるリンクを複数組具備したことを特徴とする、
請求項１記載の緩衝機構。