JPS58500218A - センサーハウジング用振動隔離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 振動隔離装置の改良 発明の背景 １発明の分野 航空機や飛行体、宇宙飛行体などと同じようＫ、地上の乗り物のような、動いて いる乗り物に、程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、センサーによって供給され 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（ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ　）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、従来技術の貌明 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（ｌ５ｏｌａｔｉ ｏｎ　）　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、成る種の振動の影響 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、従来の据付は例では、ゴムのコラム（柱体）４が 、ハウジングの前面と稜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・定された面にしっかりと取りつげられる。その 面に往復振動が作用し、そして、ハウジングのＹ軸に沿って、弾性体を通ってハ 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 引っばられる。

しかしながら、２軸又はＹ軸に沿って作用する振動は、４本のコラムの全部に剪 断変形を起させる原因となる。弾性体の性質の故に、圧ｍ（又は引っばり）にお いては、剪断のときよりも固い（５ｔｉｆｆｅｒ　）　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２軸に沿う方向の往復振動は隔離される。しかし、スティフリニア（５ｔ ｉｆｆ　１ｉｎｅａｒ　）　＠Ｘのまわりの運動によって起るねじり振動は、Ｙ 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−引っばりの組 み合わせ状態になったり、剪断状態になったりする故に′、Ｚ軸のまわりのねじ り振動Ｃに対して、はんの部分的に有効である。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 によってもたらされるカ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。

本発明は、ハウジングの外＠に弾性体を置くことＫよって、直線往復振動を揺動 （ａｎｇｕｌａｒ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　）　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（ とも１／２が、ハウジングの少くとも２つの軸に沿った往復振動に応答する圧縮 状態になるように、そこからそらせる（　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 及び、成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、ハウジングの５つの軸に沿っ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、また、全コラムを圧縮状態にするような弾 性体を設けることＫより、２つの軸での既知の方法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それた時の角度は、セ、ンサー及びハウジ ングの重心のために、又はセンサーの対称性のために、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、例えは、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６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。取付部劇やトラン 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２ｏ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。

ブラケット２２は、鍛造や、機械加工によりハウジングがｆｌ）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 ラケット２２の第１の面２４で、ハウジング２０にしっかりと固定される。

ブラケット２２の第２の面２６は、好ましくはハウ／フグの！！に細学的な形状 に一致するように面とりされているものである。第２゜６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）Ｋ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、センサーが 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２．６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！するのが良（、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）６０で 面２６に適応するように形成され、そして面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７リコンゴムまたは、・・イダンプ（Ｈｉｄａｍｐ 　：登録商標）〔これは、マサチューセッツ州、ウォータタウン所在のバリーコ ントロール（Ｂａｒｒｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌｓ　）社でＩ！ｌ遺される弾性部材〕 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６４に−シするよ 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５５°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〜・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４１０として用いる場合Ｋ、センサーの対称性 に関する調整は完成ハウジング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 ・・ウジフグ２００重心からの偏心率に応じて、最少の振動感度となるよ５ｋ、 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。

ブラケット２２０面２６は、部材２８の第１の端部３０　Ｋ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Ｋなっているものである。また、 それと同様に１そのマウント３６の１１１Ｉｓ３４は、部材２８の第２の端部６ ２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って 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、１ｉ１２６と端部６４の間に部材２８をサンドイッチ状にはさみ込 む構造は、所望により、直線方向の振動（これは、Ｘ、　Ｙ軸により形成された 面での振動である）の２つの軸にそって、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。

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６６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 適当な手段によって取付けられる。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〜・る。

揺動スペース、即ち、隔離部材とハウジング２０　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、１Ｇから６Ｇ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Ｋよっ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ガ偏心率を減少 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６つの直線方向（Ｘ、Ｙ。

２）と、３つのねじり（ａｎｇ＋ｒｌａｒ　）　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、複雛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２００４つの隅部の外側Ｋ、ブラケット２２１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 ブロックが圧縮されるとき、少（とも２つの直線方向の振動−例えば（Ｘ。

Ｙ）ＶＣ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 変換を実質的に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、高さ約五〇センチ（１２インチ ）、長さ約５．１センチ（２インチ）、幅が約４．６センチ（１８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、非常にダイナミックで、 ランダムな振動ｉ衝撃、及び一様な加速度にさしされた。

第２，３図の実施例にしたがって設けられているブラケット２２゜弾性体２８及 びマウント６６よりなる隔離減衰システムのパー７オマンス（性能）は、＋３Ｇ から一３Ｇ（重力の３倍の正及び負のカ）がハウジング２００５つの軸のすべて にががった状態において、十分に満足すべきものであった。

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って、 １９８０年１０月２２日に第１９９５９７号として出願され、１９８２年１月１ ９日に特許された米国特許第４５１１０５３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　ＸＹＺＡＢＣ 自然振動数　１４４　１５２　７０　１１２　１３３　３７５Ｃ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Ｋ、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（、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軸方向のスティフネス（５ｔｉｆｆｎｅｓｓ　）　を増 すことによって、改善される。

形状のファクター（Ｓ）が弾性部材２８の負荷部分と無９荷部分の比に等しいと すると、前記ファクターＳは、圧縮状ＬＩＫ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一本発明による形状のファクターは、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、は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、形状のファクターは、Ｘ′とＹ′軸の共鳴振動数が、Ｘ。

Ｙ軸の共鳴振動数の各々には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（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 Ｋさせる。

これで明らかになったように、本発明は、振動又は加速度のコントロールが費求 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。

ＦＩＧ、　３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｔ　振動が伝えられる面上に、センサーハウジングを支持するための改良された 隔離装置であって、ハウジングは各々が直交する５つの軸を有し、次の構成より なるもの；上記した面上にしっかりと連結され、がっ、その上に少くとも２つの 端部な有する複数のマウント部材、少くとも第１の面をそれぞれが有し、かつハ ウジングにしっかりと連結された複数のブラケット、 ハウジングに伝えられる振動を減少させるために、各々のマウント端部の１つと 、各々のブラケットの第１の面との間で支持された弾性手段、 上記した弾性手段は、それによって３つの軸の少くとも２つに沿って分解された 振動が、弾性手段の数量の少（とも１／２を圧縮状態にするように、ハウジング に関して支持六れていること。 ２　クレーム第１項に記載された装置であって、振動が往復振動とねじり振動に より形成され、弾性手段は、少くとも１つの軸のまわりでのねじり振動に応答し て、そのすべてが圧縮状態となるようにされているもの。 五　クレーム第２項に記載された装置であって、弾性手段は、少くともその４つ の反対側の隅部で、−・ウジ７グから一定の間隔を保たせているもの。 弾性手段の各々は、第１の端部と第２の端部を有するもので、マウントの２つの 端部とブラケットの第１の面とが面取りされ【　・いるもの。 ５　クレーム第４］Ｊに記載された装置であって、さらＫ、ブラケットの第２の 面と、弾性体の第１の隅部との関に、およびマウントの各々の端部と弾性部材の 第２の端部との間に、それぞれ配設した接着手段を臀し、それらの間に弾性部材 が支えられているもの。 ６　クレーム第５項に記載された装置であって、面取りが、ハウジングに及ぼす 前記表面の振動の効果を最小にするように形成されているもの。 ｌ　クレーム第６項に記載された装置であって、ハウジングは長方形の平行六面 体であり、そして、ＷＪ取りが、少（とも２つの軸の１つに関して　３５°〜５ ５°の範囲でなされているもの。 ８、　クレーム第４項に記載された装置であって、ブラケットの第１の面の面取 りは、２つの軸の少くとも１つに関する第１の角度Ｗであり、そして、マウント の１つの端部に関する面取りは、少くとも２つの軸のＭ２のものに関する第２の 角度Ｗ′であるもの。 ９　クレーム第８項に記載された装置であって、センサーハウジングは、その中 に配置した非対称的なセンサーを有し、そして、角度ＷとＷ′は、そのような非 対称性を少（とも部分的に補償するように選ばれているもの。 １α　クレーム第９項に記載された装置であって、センサーは重心を有し、そし て、隔離装置は弾性中心を有しており、それらの中心は偏心しているとともに、 角度ＷとＷ′は、少（とも部分的にそのような偏心を補償するように選ばれてい るもの。 １ｔ　クレーム第４項に記載された装置であって、ハウジングは外方の隅部な有 する平行六面体であり、そして、少な（とも１つの弾性部材が、少（とも４つの 正反対の位置の隅部の外側に、放射状に配置されていること。