KR100331934B1

KR100331934B1 - 자기스프링을구비한진동기구

Info

Publication number: KR100331934B1
Application number: KR1019980017586A
Authority: KR
Inventors: 이쓰노리 후지타; 유타카 사카모토; 히로키 혼다; 야스히데 다카타; 히로키 오시모; 가즈요시 지즈카
Original assignee: 가부시키가이샤 데루타 쓰링구
Priority date: 1997-05-15
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 2002-12-05
Also published as: EP0878638A2; KR19980087114A; EP0878638A3; CN1077965C; JPH1130274A; CN1199831A; US6084329A

Abstract

자기 스프링과 금속 스프링을 중첩한 스프링 정수를 적당히 설정함으로써 염가로 간소한 구성의 자기 스프링을 구비한 진동기구를 제공한다.

하부 프레임(2, 22, 24)에 링크기구(6, 24, 24a, 44)를 개재하여 상부 프레임(4, 25, 45)을 상하 운동이 자유롭게 부착하며, 상부 프레임(4, 25, 4=5)과 하부프레임(2, 22, 42)에 반발 자극이 서로 마주보는 2개의 영구자석(14, 16, 32, 34, 52, 54)을 각기 부착하고, 또, 여러 개의 스프링(10, 30, 48)을 링크기구(6, 24, 24a, 44)에 걸리게 함으로써 상부 프레임(4, 25, 46)의 인양력을 발생시킴과 동시에, 영구자석(14, 16, 32, 34, 52, 54)과 스프링(10, 30, 40)이 중첩한 스프링 정수의 일부를 음수로 설정하였다.

Description

자기 스프링을 구비한 진동기구{VIBRATION MECHANISM HAVING A MAGNETIC SPRING}

본 발명은 제진(除振) 장치 혹은 가진(加振) 장치로서 사용 가능하고, 동일(반발) 자극이 대향하는 여러 개의 영구자석으로 된 자기 스프링을 구비한 진동기구에 관한 것이다.

현재, 여러 가지 형상으로 진동모델이 제안되어 실용화되고 있다. 진동(振動) 특성은 일반적으로 부하질량 의존성과 입력 의존성이 있다. 부하질랑 의존성은 하중-변위 특성의 곡률과 상관이 있으며, 입력 의존성은 하중-변위특성의 히스테리시스와 상관이 있다고 생각되고 있다.

예컨대, 자동차용 시이트에 부착되어 차체 바닥에서 전해지는 진동을 억제하는 제진 유닛에는 금속 스프링 혹은 공기스프링 등이 종래 사용되고 있어, 소프트한 스프링을 사용하면, 공진점(resonance point)은 저주파 쪽으로 이동하지만 진동전달률이 높아져서, 공진점의 전달률을 낮추려면, 댐퍼의 감쇠비를 크게 할 필요가 있다. 그러나, 감쇠비를 크게 하면 고주파의 전달률이 높아지므로, 종래의 수동적인 진동모델에서는 그 성능에 한계가 발생한다. 모든 조건에서의 최적화를 위해서 능동적 제어가 필요하다.

최근에는 자동차용 시이트에 작동기를 부착하여, 진동을 능동적으로 제어함에 따라 착석감을 향상한 활성 서스펜션 시이트(active suspension seat)도 제안되고 있다.

한편, 가진 장치는 여러가지 물품의 진동특성을 조사한다거나, 놀이기구 등의 진동원으로서 사용되고 있다.

상기 진동기구중 금속 스프링, 공기스프링 등을 사용한 제진 장치는 차체바닥으로부터 전하여지는 진동 중에서 2∼12Hz의 진동주파수를 저하시켜서 착석감 혹은 사용감을 더욱 향상시킬 수 없었다.

또, 활성서스펜션 시이트는 무겁고 값비쌀 뿐 아니라 작동기를 항상 작동시켜둘 필요가 있으며, 작동기를 끄면 진동이 작동기를 통해 승무원에게 직접 전해져, 착석감이 떨어지는 문제가 있었다.

또한, 진동에너지 흡수성은 스트로우크에 의존하기 때문에, 스트로우크가 작고 나중에 설명하는 S.E.A.T. 값이 낮은 현가 장치의 실현은 곤란하였다.

한편, 가진 장치에는 물품의 무게중력에 저항하여 물품을 가진(加振)한다거나 튀어 오르게 하는 작동기 등이 필요하고, 구조도 비교적 복잡하고 고가였다.

본 발명은 종래 기술이 지닌 이와 같은 문제점에 비추어서 이루어진 것이며, 자기 스프링과 금속 스프링을 중첩한 스프링 정수(constant)를 적당히 설정함에 따라 염가이며 간소한 구성의 자기 스프링을 구비한 진동기구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 제1특징에 의한 본 발명은 차량용 현가 장치로서 사용되어, 진동원측에 부착된 하부 프레임과, 링크기구를 개재하여 상기 하부 프레임에 상하 움직임이 자유롭게 부착된 상부 프레임과, 이 상부 프레임과 상기 하부 프레임에 각기 부착되어 반발 자극이 대향하는 적어도 2개의 영구자석과, 상기 링크기구에 걸리게 되어 상기 상부 프레임의 인양력을 발생하는 여러 개의 스프링 등을 구비하여, 2∼10Hz에 있어서의 진동 전달률이 1G/G이하이고, 10Hz이상의 고주파영역에 있어서의 진동 전달률이 약 1G/G의 동적 특성을 나타내며, 상기 2개의 영구자석을 상기 하부 프레임과 상부 프레임에 대하여 경사지게 하여, 상기 상부 프레임의 상기 하부 프레임에 대한 상하 운동에 의한 상기 2개의 영구자석의 대향 면적의 변화시에 발생한 자석대향면에 평행한 힘을 상기 인양력으로 이용한 것을 특징으로 하는 자기 스프링을 구비한 진동기구이다.

또한, 제2특징에 의한 본 발명은 차량용 현가 장치로서 사용되어, 진동원측에 부착된 하부 프레임과, 링크기구를 개재하여 상기 하부 프레임에 상하 움직임이 자유롭게 부착된 상부 프레임과, 이 상부 프레임과 상기 하부 프레임에 각기 부착되어 반발 자극이 대향하는 적어도 2개의 영구자석과, 상기 링크기구에 걸리게 되고, 상기 상부 프레임의 인양력을 발생하는 여러 개의 스프링 등을 구비하여, 상기 영구자석과 상기 스프링이 중첩한 스프링 정수의 일부를 2Kg/mm이하로 설정하며, 상기 2개의 영구자식을 상기 하부 프레임과 상부 프레임에 대하여 경사지게 하여, 상기 상부 프레임의 상기 하부 프레임에 대한 상하 운동에 의한 상기 2개의 영구자석의 대향 면적의 변화시에 발생한 자석대향면에 평행한 힘을 상기 인양력으로 이용한 것을 특징으로 하는 자기 스프링을 구비한 진동기구이다.

도 1은 동일 자극이 대향하는 2개의 영구자석의 자석표면간 거리와 반발력과의 관계를 나타낸 그래프.

도 2는 2개의 영구자석으로 된 자기 스프링의 동적 특성을 나타낸 그래프이며, 자석사이즈가 다른 경우를 나타낸 도면.

도 3은 자기 스프링의 동적 특성을 나타낸 그래프이며, 부하질량을 바꾸었을 경우를 나타낸 도면.

도 4는 2개의 영구자석의 한쪽을 다른 쪽에 대하여 회전시킴에 따라 기하학적 치수를 변화시켰을 경우의 하중-변위의 관계를 나타낸 그래프.

도 5는 슬라이드형 모델의 사시도.

도 6은 2개의 영구자석의 자석간 거리를 3mm로 유지한 상태에서, 한쪽을 다른 쪽에 대하여 슬라이딩시켰을 경우의 입력과 출력의 관계를 나타낸 그래프.

도 7은 슬라이드형 모델의 입출력의 실험값을 나타낸 그래프.

도 8은 회전형 모델의 회전각에 대한 입출력의 실험값을 나타낸 그래프.

도 9는 회전형 모델의 입출력의 실험값을 나타낸 그래프.

도 10은 서스펜션 시이트용 제진 장치의 동적 특성을 나타낸 그래프이며,(a)는 금속 스프링을, (b)는 공기스프링을, (c)는 자기 스프링을 사용하였을 경우를 나타낸 것.

도 11은 종래의 서스펜션 시이트와 본 발명에 관계되는 서스펜션 시이트의 정적 특성을 나타낸 그래프.

도 12는 자기 스프링 유닛의 진동모델을 나타낸 개략도.

도 13은 파라렐 링크를 이용한 자기 스프링 모델의 동적 특성을 나타낸 그래프.

도 14는 진폭이 일정한 경우의 종래의 서스펜션 시이트와 본 발명에 관계되는 서스펜션 시이트의 동적 특성을 나타낸 그래프도.

도 15는 가속도가 일정한 경우의 종래의 서스펜션 시이트와 본 발명에 관계되는 서스펜션 시이트의 동적 특성을 나타낸 그래프.

도 16은 파라렐 링크를 이용한 자기 스프링 모델과 종래의 S.E.A.T. 값을 나타낸 그래프.

도 17은 XX링크를 이용한 자기 스프링 모델과 종래의 S.E.A.T. 값을 나타낸 그래프.

도 18은 본 발명의 제1실시형태에 관계되는 자기 스프링을 구비한 진동기구의 사시도.

도 19는 도 18의 진동기구에 있어서의 코일스프링 단체의 정적 특성을 나타낸 그래프.

도 20은 도 18의 진동기구에 있어서의 영구자석 단체의 정적 특성과, 이 정적 특성에 코일스프링 단체의 정적 특성을 중첩한 정적 특성을 구비한 그래프.

도 21은 도 18의 진동기구에 있어서의 영구자석 단체의 동적 특성을 나타낸 그래프.

도 22는 도 21의 동적 특성을 나타낸 진동기구에 스토퍼를 설치하였을 경우의 동적 특성을 나타낸 그래프.

도 23은 도 18의 진동기구의 동적 특성을 나타낸 그래프.

도 24는 도 20의 곡선(G)의 정적 특성을 나타낸 진동기구에 코일스프링을 더 추가하여 최소 스프링 정수를 감소시켰을 경우의 정적 특성을 나타낸 그래프.

도 25는 본 발명의 제2실시형태에 관계되는 자기 스프링을 구비한 진동기구의 사시도.

도 26는 도 25의 진동기구에 설치된 X링크에 의한 상부 프레임의 인양력을 나타낸 그래프.

도 27은 도 25의 진동기구에 있어서, 하중-휨 곡선에 있어서의 설정하중 혹은 상승점을 변경하는 파라미터를 설명하기 위한 그래프이며, (a)는 금속 스프링의 스프링 정수 혹은 자석사이즈를 바꾸었을 경우를, (b)는 금속 스프링의 초기장력을 바꾸었을 경우.

도 28의 (a)는 도 25의 진동기구의 양측의 각각에 하나의 X링크를 설치하였을 경우를, (b)는 2개의 X링크를 설치하였을 경우를, (c)는 (a )혹은 (b)의 링크형상이 하중-휨 곡선에 미치는 영향을 나타낸 그래프이며, (d)는 (a) 혹은 (b)의 링크형상의 높이가 하중-휨 곡선에 미치는 영향을 나타낸 그래프.

도 29는 도 25의 진동기구에 사이즈 75L×75W×20H의 영구자석만을 내장하였을 경우의 하중-휨 곡선을 나타낸 그래프.

도 30은 도 25의 진동기구에 4개의 코일스프링만을 내장하였을 경우의 하중-휨 곡선을 나타낸 그래프.

도 31은 도 29의 하중-휨 곡선을 나타낸 유닛에 4개의 코일스프링을 내장하였을 경우의 하중-휨 곡선을 나타낸 그래프.

도 32는 도 25의 진동기구에 있어서, 제1 및 제2영구자석의 사이즈를 75L× 75W×20H로 설정함과 동시에, 4개의 코일스프링을 사용하여, 부하질량을 43Kg으로 하였을 경우의 하중-휨 곡선을 나타낸 그래프.

도 33은 도 25의 진동기구에 있어서, 제1 및 제2영구자석의 사이즈를 75L×75W×20H로 설정함과 동시에, 5개의 코일스프링을 사용하여, 부하직량을 55Kg으로 하였을 경우의 하중-휨 곡선을 나타낸 그래프.

도 34는 도 25의 진동기구에 있어서, 제1 및 제2영구자석의 사이즈를 75L×75W×20H로 설정함과 동시에, 6개의 코일스프링을 사용하여, 부하질량을 68Kg으로 하였을 경우의 하중-휨 곡선을 나타낸 그래프.

도 35는 도 25의 진동기구에 있어서, 제1 및 제2영구자석의 사이즈를 75L×75W×20H로 설정함과 동시에, 7개의 코일스프링을 사용하여, 부하질량을 90Kg으로 하였을 경우의 하중-휨 곡선을 나타낸 그래프.

도 36은 도 25의 진동기구를 채용한 서스펜션 유닛과 종래 서스펜션 유닛의 하중-휨 곡선을 나타낸 그래프.

도 37은 75L×75W×20H의 자석과 6개의 코일스프링을 사용하여, 68Kg의 부하질량을 가하였을 경우의 도 8의 진동기구를 채용한 서스펜션 유닛 단체의 동적 특성을 나타낸 그래프.

도 38은 쿠션재로 우레탄을 사용하였을 경우의 시이트의 동적 특성을 나타낸 그래프.

도 39는 쿠션재로 우레탄을 사용한 시이트를 도 8의 진동기구에 탑재한 서스펜션 시이트의 동적 특성을 나타낸 그래프.

도 40은 종래의 서스펜션 시이트와 도 25의 진동기구를 구비한 서스펜션 시이트의 동적 특성을 나타낸 그래프.

도 41은 도 25의 진동기구에 있어서의 영구자석 단체의 정적 특성과 이 정적특성에 코일스프링 단체의 정적 특성을 중첩한 정적 특성을 나타낸 그래프.

도 42는 도 25의 진동기구(M2)에 있어서 , 부하질랸을 68Kg으로 설정하여, 영구자석의 사이즈를 변경하였을 경우의 동적 특성을 나타낸 그래프.

도 43은 도 25의 진동기구의 변형예를 나타낸 사시도.

도 44는 본 발명의 제3실시형태에 관계되는 자기 스프링을 구비한 진동기구의 사시도.

도 45는 도 44의 진동기구에 설치된 영구자석의 평면도.

도 46은 도 44의 진동기구를 차량용 갭마운트로서 사용하였을 경우의 사시도.

도 47은 도 46의 갭마운트를 장착한 차량의 부분사시도.

도 48은 본 발명의 제4실시형태에 관계되는 자기 스프링을 구비한 진동기구의 사시도.

도 49는 도 48의 진동기구의 분해사시도.

도 50은 도 48의 진동기구에 설치된 팬터그래프(pantagraph)형 링크기구의 사시도.

도 51은 도 48의 진동기구에 설치된 X링크의 분해사시도.

도 52는 도 48의 진동기구에 있어서, 상부 코일스프링을 완전히 부착하지 못하였을 경우의 정적 특성을 나타낸 그래프.

도 53은 도 48의 진동기구에 있어서, 상부 코일스프링을 2개 부착하였을 경우의 정적 특성을 나타낸 그래프.

도 54는 도 48의 진동기구에 있어서, 상부 코일스프링을 4개 부착하였을 경우의 정적 특성을 나타낸 그래프.

도 55는 도 48의 진동기구에 있어서, 상부 코일스프링을 6개 부착하였을 경우의 정적 특성을 나타낸 그래프.

도 56은 도 48의 진동기구와, 완충기를 구비한 종래 기구의 동적 특성을 나타낸 그래프.

도 57은 시험을 받는 사람의 체중이 80Kg인 경우 도 48의 진동기구의 동적 특성을 나타낸 그래프.

도 58은 본 발명의 제5실시형태에 관계되는 자기 스프링을 구비한 진동기구의 사시도.

도 59는 도 58의 진동기구의 분해사시도.

도 60은 도 58의 진동기구에 상부 코일스프링만을 부착하였을 경우의 정적 특성을 나타낸 그래프.

도 61은 도 58의 진동기구에 영구자석만을 부착하였을 경우의 정적 특성을 나타낸 그래프.

도 62는 도 58의 진동기구에 영구자석과 상부 코일스프링을 부착하였을 경우의 정적 특성을 나타낸 그래프.

도 63은 도 58의 진동기구에 부착한 수평판에 68Kg의 부하를 가하였을 경우의 동적 특성을 나타낸 그래프.

도 64는 도 58의 진동기구에 부착한 시이트에 55Kg의 부하를 가하였을 경우의 동적 특성을 나타낸 그래프.

도 65는 영구자석의 경사각이 10°인 도 58의 진동기구에 수평판을 부착하였을 경우의 파워 스펙트럼을 나타낸 그래프.

도 66은 도 58의 진동기구를 사용하였을 경우의 가진대(加振坮) 위의 파형과 시험을 받는 사람의 뒷걸음질 파형을 나타낸 그래프.

도 67은 도 58의 진동기구에 있어서, 영구자석의 부착각도를 나타낸 개략 측면도.

도 68은 도 58의 진동기구에 있어서, 영구자석의 부착각도를 여러 가지로 변화시켰을 경우의 상부 영구자석의 운동의 궤적을 나타낸 개략측면도.

도 69는 영구자석의 부착각도를 바꾸었을 경우의 간극량과, X축 및 Z축 방향의 하중의 관계를 나타낸 그래프.

도 70은 영구자석의 부착각도를 바꾸었을 경우의 스트로우크 양과, X축 및 Z축 방향의 하중의 관계를 나타낸 그래프.

도 71은 다른 영구자석을 사용하여, 그 부착각도를 바꾸었을 경우의 간극량과, X축 및 Z축 방향의 하중의 관계를 나타낸 그래프.

도 72는 다른 영구자석을 사용하여, 그 부착각도를 바꾸었을 경우의 스트로우크 양과, X축 및 Z축 방향의 하중의 관계를 나타낸 그래프.

도 73은 도 59에 나타낸 진동기구의 변형예의 분해사시도.

도 74는 도 73의 진동기구와 본 발명에 관계되는 다른 진동기구의 정적 특성을 나타낸 그래프.

도 75는 본 발명의 제6실시형태에 관한 자기 스프링을 구비한 진동기구의 사시도.

도 76은 도 75의 진동기구의 분해사시도.

도 77은 도 75의 진동기구의 정적 특성과, 도 75의 진동기구에 있어서 영구자석을 부착하지 않았을 경우의 정적 특성을 나타낸 그래프.

도 78은 도 75의 진동기구와 종래 기구의 정적 특성을 나타낸 그래프.

도 79는 도 75의 진동기구와 종래 기구의 동적 특성을 나타낸 그래프.

도 80은 도 75의 진동기구에 있어서, 스트로우크를 규제하였을 경우의 정적 특성을 나타낸 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2, 22, 42, 72, 102 : 하부 프레임

4, 26, 46, 76, 104 : 상부 프레임

6, 106 : 레버

10, 30, 48, 82, 92, 116, 118 : 코일스프링

14, 32, 52 : 제1영구자석

16, 34, 54 : 제2영구자석

24, 75 : X링크

24a : Y링크

44, 74 : 팬터그래프형 링크기구

60 : 운전대

94, 96, 98, 100, 124, 126 : 영구자석

130 : 벨트

M1, M2, M3, M4, M5, M6 : 진동기구(振動機構)

(실시예)

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.

서로 떨어져 동일 자극이 대향하는 자기 스프링에 있어서의 하중-변위특성은 마찰손실이 무시할 수 있을 만큼 작을 때, 가역적(可逆的)이다.

도 1은 2개의 영구자석(Nd-Fe-B계열)을 서로 반발하도륵 대향시켰을 때의 자석표면간 거리(z)와 반발력(F)과의 관계를 나타낸 것이며, 표 1은 여러 가지의 자석사이즈에 따라 n(z의 지수(指數))의 값을 나타내고 있다. 자석 사이에 작용하는반발력은 자석간 거리에 따라 k/z에서 k/z⁴로 변화한다. 서스펜션 시이트의 자기 스프링 특성으로서는 입력조건에서 k/z로 근사한 영역을 사용한다. 이때, 반발력(F)은 F₀을 정수로 하여 k/z + F₀으로 부여되고, k=k(m) 즉 k는 부하질량(負荷疾量)에 의존하여 변화한다. 표 2는 여러 가지의 자석사이즈에 따라 k 및 F₀의 간을 나타내고 있다.

[표 1]

[표 2]

따라서, 상부자석에 추를 재치(載置)하였을 때의 운동방정식은

로 되어, m은 추(m₁)와 상부자석(m₂)을 합친 질량이다.

c는 점성 감쇠 계수이고, 제2항은 감쇠(減衰)항을 뜻하며, 제4항은 중력항(重力項)이고, F(t)는 외력이다. 추를 재치한 자석의 평형위치(Z₀)는 다음식으로 부여된다.

평형위치(z₀)을 원점으로 하는 변위량에 대한 운동방정식은 식(1) 및 (2)로부터일 때,

으로 근사하게 나타낼 수 있다. 여기에서

이므로, 식(3)으로부터 고유진동수 ω₀는

이라 나타내어, 고유진동수와 스프링 정수의 관계가 금속 스프링과는 반대의 관계로 되어 있다.

여기서, 주기적인 외력에 대한 스프링구조 계열에서의 감쇠항에 대하여 생각하고, 스프링항의 근사를 2차항까지 고려하면, 식(3)은

으로 된다. 단,

미소진동영역에서는 주기적인 외력에 대하여 부단히 일정한 반발력()이 가해져서, 감쇠효과를 나타낼 수 있다.

도 2는 부라질량 30Kg(일정)로, 자석의 대향 면적이 50×50㎟, 75×75㎟와 다를 경우의 진동특성이다. 부하질량이 동일한 경우에는 자석의 대향 면적이 커지면 자석간 거리가 커져서, k가 커지므로 식(5)에 나타낸 바와 같이 ω₀이 작아진다. 즉, 공진점(도면 속의 화살표)은 저주파영역으로 이동하여, 진동 전달률도 떨어진다.

도 3은 대향 면적이 75×75㎟, 두께 15㎜의 자석에 대하여, 부하질량이 30Kg 및 20Kg일 때의 공진점과 진동특성이다. 부하질량이 커지면 진동 전달률은 떨어진다.

또, 부상제어시스템의 불안정도를 이용하여, 작은 힘으로 정자계(靜磁界)를 변화시킴에 따라 자석이 지닌 정자(淨磁) 에너지를 끌어내어, 기계적 증폭기를 실현시킬 수 있다.

도 4는 반발계열내에서 영구자석간의 기하학적 치수를 외력에 의하여 변화시켰을 경우의 하중-변위 특성을 나타내고 있으며, 0 → a의 반발력보다 b → 0의 반발력을 크게 하여, 그 최대반발력을 영구자석간 거리가 최소인 위치에서 조금 빗나간 위치에서 발생하고 있다.

여기서, 도 4에 나타낸 바와 같은 회전에 의한 면적변환 특성모텔에 있어서 점(a)에서 점(b)로 나타낸 상태로 이행시키기 위한 외력에 대하여 생각한다. 계산을 단순하게 하기 위하여, 면적변화율이 선형으로 변화하는 슬라이드형 모델로 생각한다.

슬라이드형 모델이라 함은 예컨대 도 5에 나타낸 바와 같이 하부 영구자석(2)을 베이스(6)에 수평방향으로 슬라이딩이 자유롭게 부착하는 한편, 상부 영구자석(4)을 슬라이더(8)에 상하방향으로 슬라이딩이 자유롭게 부착한 것이다.

희토류(希土類) 자석에서는 내부 자기 모우먼트가 자계에 의한 영향을 받기 어렵고, 감자곡선(減磁曲線) 상에서 자화(磁化)의 세기는 거의 변화하지 않고, 대략 그 포화 자화가 세기의 값을 유지하고 있다. 그 단면상에 자화가 균일하게 분포하고 있다고 가정한 하전모델을 사용하여 힘을 계산하면, 반발력의 x성분 F_x, z성분 F_z는

으로 주어진다.

도 6은 그 계산결과를 나타내고 있으며, 자석간 거리를 3mm로 유지하여, 완전히 어긋난 상태(x=-50mm) → 완전 랩(lap)상태 (x=0mm) → 완전히 이동한 상태(x=50mm)까지의 F_x(파선)과 F_z실선의 관계를 나타내고 있다. 이 결과는 실험값과 5%의 오차범위 내에서 잘 일치하고 있다.

도 7은 대향 면적 50×25㎟, 두께 10mm의 자석으로, 마찰손실을 최대한 억제한 슬라이드형 원리모델의 입출력의 실험값을 나타낸 것이다. 동작점을 선택하면, 1주울(Joule)의 입력으로 6주울의 출력을 낼 수 있다. 마찬가지로, 면적변환률 80%(대향 면적 : 250 → 1250㎟)의 슬라이드형으로부터 면적변화가 비선형의 회전형이고, 면적변화률을 50%(대향 면적 : 625 → 1250㎟)로 바꾸었을 경우에 대하여 설명한다.

도 8 및 도 9는 같은 회전형 원리모델의 입력과 출력의 실험값을 나타낸 것이다. 이 경우도 입력 1에 대하여 출력이 2배 강하게 되어 있다, 이것들 영구자석을 사용한 에너지 인출기구는 자석에 운동을 부여하는 입력과 그 운동에 의한 정자에너지의 변화분이 가산되어서 출력으로 되어, 겉보기상 에너지를 만들어낸다.

여기서, 전체행정 60mm의 동전형 3축 가진기(動電型 3軸加振機)와 전체행정 100mm의 유압형 1축 가진기 상의 각종 시이트에 시험을 받는 사람을 착석시켜, 전신을 상하방향으로 요동케 하였다. 요동을 가한 진동은 진폭이 일정하여 5mm, 가속도 일정하여 0.3G, Log-Sweep의 각 sin파와 ISO 7096 : 1982 규격 개정에 관한 위원회 입력스펙트럼 EM4, 6을 사용하였다.

도 10은 서스펜션 시이트용 제진 장치로서 사용되고 있는 기구의 진동특성을나타내고 있으며, (a) 및 (b)는 금속 스프링 혹은 공기스프링을 각기 사용한 종래기구의 진동특성을, (c)는 서스펜션 시이트용 규격의 자기 스프링 기구의 진동특성이다.

도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 종래 기구는 진동 전달률이 전체적으로 높고, 댐퍼를 부착함에 따라 공진 주파수의 진동 전달률을 저하시킬 수 있으나, 자기 스프링기구는 댐퍼를 부착함이 없이 고주파수 영역 및 공진 주파수에 있어서의 진동 전달률을 함께 저하시킬 수 있다.

또, 도 11은 자동차용 혹은 건설기계용으로서 사용되는 종래의 서스펜션 시이트의 정적 특성(파선)과, 그에 대응하는 자기 스프링을 사용한 서스펜션 시이트의 정적 특성(실선)을 나타내고 있다. 또한, 도면에 나타내고 있는 XX링크 및 파라렐 링크(parallel links)의 구조에 대하여는 나중에 설명한다.

도 11에 나타낸 바와 같이, 자기 스프링을 사용한 서스펜션 시이트는 자기 스프링의 지닌 부하질량 비의존성 즉 질량에 따라서 변화하는 스프링 정수(k=k(m))를 입력 비의존성에 응용하여, 작은 스트로우크로 공진점에서의 높은 감쇠성을 달성하고, 0.3G∼0.6G까지의 입력에서는 대략 입력 비의존성을 달성할 수 있음과 동시에 높은 충격흡수성을 뜻한다. 또, 자기 스프링이 지닌 높은 스프링 정수라도 낮은 공진 주파수가 되는 특성을 살려서, 금속 스프링만으로는 만들 수 없는 스페이스 절약화와 뛰어난 진동흡수성을 실현할 수 있다.

또, 도 12는 자기 스프링 유닛의 진동모델을, 도 13은 파라렐 링크를 이용한 자기 스프링 모델이며 체중조정을 하지 않을 경우의 진동특성을 나타내고 있고 부하질량차를 흡수하고, 부하질량 비의존성을 달성한다. 또한, 도 14는 진폭이 일정(5mm)한 Log-Sweep사인파에서의 진동특성이고, 도 15는 가속도가 일정(0.3G)한 Log-Sweep사인파에서의 진동특성을 나타내고 있다. 파라렐 링크의 특징은 체중조정이 불필요하고, 고주파·고가속도 대응으로 되어 있어, 자기 스프링 모델 XX링크는 체중조정이 필요하며, 저주파· 대진폭 대응으로 되어 있다. 공통적인 것은 종래에 비하여 1/2의 스트로우크로 뛰어난 진동 절연성을 달성함에 있다.

도 16 및 도 17은 ISO 7096 : 1982규격개정에 관한 위원회안 입력스펙트럼의 EM6, EM4에서의 종래품과 자기 스프링 모델의 비교데이터이다. 스트로우크가 적어져 있음에도 불구하고, S.E.A.T.값은 종래보다 낮게 억제되어, 뛰어난 절연효과를 갖고 있다. 종래는 물질의 탄성을 이용하여 진동에너지를 흡수하는 구조임에 대하여, 자기 스프링 모델은 금속 스프링에 의한 역 위상의 진동과 물체의 관성을 이용한 진동에너지 절연구조이다. 그 때문에, 자기 스프링 모델은 주파수의 영향을 받기 어렵고, 작은 스트로우크로 진동에너지를 저감할 수 있다.

또, 비선형의 자기 스프링과 선형의 금속 스프링의 조합에 의한 제진 기구는 동흡진기(動吸振器) 효과가 있고 음수의 감쇠를 이용한 배율기구는 작은 입력으로 큰 출력을 내는 기계적 증폭기가 된다. 수직방향의 가진 장치에 음의 감쇠 입출력특성을 응용한 사례에서는 보이스 코일 모우터의 8.5Kg의 구동입력으로, 부하질량 70Kg을 3∼20Hz, 0.1G의 범위에서 상하 이동시킬 수 있다. 또한, 격벽이 있는 구조체에서도 비접촉 동력전달이 가능하며, 또한, 진동에너지를 흡수하는 유연성구조 작동기이기도 하다.

이하, 자기 스프링을 이용한 진동기구의 구체적인 예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.

도 18은 본 발명의 제1실시형태에 관한 자기 스프링을 구비한 진동기구(M1)를 나타내고 있으며, 진동원측의 바닥 등에 부착된 하부 프레임(2)과, 링크기구를 개재하여 하부 프레임(2)에 상하 움직임이 자유롭게 부착된 상부 프레임(4) 등을 구비하고 있다. 링크기구는 진동기구(M1)의 양측에 설치되어 있으며, 각기 2개의 레버(6, 6)로 된 파라렐 링크들로 구성되었고, 각 레버(6)의 하단은 하부 프레임(2)에 회전 운동이 자유롭게 부착되는 한편, 그 상단은 상부 프레임(4)에 회전 운동이 자유롭게 부착되어 있다.

또, 파라렐 링크를 구성하는 레버(6)중에서, 전방으로 위치하는 레버(6, 6)는 로드(8)를 개재하여 서로 연결되어 있으며, 이 로드(8)에 여러 개의 인장코일 스프링(10, …, 10)의 일단을 걸게함과 함께, 코일스프링(10, …, 10)의 타단을 하부 프레임(2)에 세워 설치된 핀(12, …, 12)에 걸게함에 따라 상부 프레임(4)에 인양력을 발생한다.

또한, 하부 프레임(2)의 후방중앙에는 제1영구자석(14)이 부착되는 한편, 상부 프레임(4)의 거의 중앙에는 제1영구자석(14)과, 반발 자극이 대향하도록 제2영구자석이 부착되어 있으며, 2개의 영구자석(14, 16)의 반발력에 의하여 상부 프레임(4)에 인양력을 발생한다.

도 19는 도 18의 진동기구(M1)에 있어서, 제1 및 제2영구자석(14, 16)을 제거한 상태의 코일스프링(10) 단체의 정적 특성을 나타낸 그래프이고,코일스프링(10)의 개수를 바꾸었을 경우의 파라렐 링크에 의한 상부 프레임(4)의 인양력을 나타내고 있다.

이 인양력은 상부 프레임(4)에 질량이 부하되어, 정적평형상태로 되었을 때, 스프링 정수를 거의 영의 상태로 한다. 또한, 외부압력에 의하여 부하질량에 가속도, 속도가 발생하였을 때, 부하질량에 대하여는 들어 내리는 힘으로서 기능하고, 부하질량이 진동하는 실마리로 된다. 즉, 이 들어 내리는 힘은 미소한 진동에너지에도 반응하여, 부하질량에 위상지연, 역위상이 발생하기 쉬운 상태를 환기한다.

도 19의 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 도 18의 진동기구(M1)는 영구자석(14, 16)을 제거하면, 변위가 증가함에 따라서 지지할 수 있는 하중이 감소하는 음수의 스프링 정수를 지니고, 코일스프링(10)의 개수가 증가함에 따라서 하중이 증대함과 동시에 음수의 스프링 정수의 최소값이 감소(스프링 정수의 절대값은 증대)한다.

도 20은 도 18의 진동기구(M1)에 있어서, 코일스프링(10)을 제거한 상태의 영구자석(14, 16)만의 정적 특성과, 영구자석(14, 16)의 정적 특성과 도 19의 코일스프링(10) 단체의 정적 특성을 중첩한 정적 특성을 나타낸 그래프이다. 도 20에 있어서, 곡선(A)은 영구자석(14, 16)만의 정적 특성을 나타내고 있으며, 곡선(B, C, D, E, F, G)은 곡선(A)에 코일스프링(10)의 개수를 1개에서 6개까지 증가하였을 경우의 정적 특성이다.

도 20의 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 도 18의 진동기구(M1)는 코일스프링(10)을 제거하면, 변위가 증가함에 따라서 지지할 수 있는 하중이 증대하는정수의 스프링 정수를 지니고, 코일스프링(10)을 부착한 도 18의 상태에서는 스프링 정수가 영인 부분이 나타나게 된다. 또, 코일스프링(10)의 개수를 증가함에 따라서, 음수의 스프링 정수가 서서히 감소하여, 곡선(G)의 최소 스프링 정수는 약 1Kg/mm로 설정되어 있다.

도 21은 도 18의 진동기구(M1)에 있어서, 코일스프링(10)을 제거한 상태의 영구자석(14, 16)만의 동적 특성을 나타내고 있고, 영구자석(14, 16)으로서 75L×75W×20H의 것을 사용하여, 실험을 받는 사람의 체중은 53Kg와 75Kg이였다. 이 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 저주파영역에 있어서의 진동 진달률이 각기 2.5G/G를 초과하고 있어, 영구자석(14, 16)만의 제진 성능은 대단하다고는 말할수 없다.

도 22는 도 21의 동적 특성을 나타낸 진동기구에 스토퍼를 설치한 기구의 동적 특성을 나타내고 있으며(실험받는 자 : 55Kg), 저주파영역에 있어서의 진동 전달률의 최대치가 억제됨(1,5G/G 이하)과 동시에, 스토퍼에 의한 충돌감쇠가 발생한다. 또, 이때의 S.E.A.T.값은 1.2였다.

여기에서, S.E.A.T.값이라 함은 다음 식으로 나타내는 값을 말한다.

S.E.A.T. = awS₁₂/ awP₁₂

awS₁₂: 주파수범위 f₁∼f₂에 있어서의 시이트 상의 보정진동 가속도 실효치

awP₁₂: 주파수범위 f₁∼f₂에 있어서의 진동대의 보정진동 가속도 실효치

또, 도 23은 본 발명에 관한 도 18의 진동기구(M1)의 동적 특성을 나타내고있으며(실험받는 자 : 68Kg), 저주파영역(2∼10Hz)에 있어서의 진동 전달률이 1G/G이하로 억제되어 있다. 도 21의 동적 특성에 비하여, 고주파영역에 있어서의 진동 전달률이 탄력에 의하여 다소 커져 있으나, 고주파영역에 있어서의 진동 전달률은 시이트에 탄성부재, 예컨대 우레탄을 사용함에 따라 제진할 수 있다. 이때의 S.E.A.T.값은 1.6이였다.

이것은 진동기구(M1)에 스프링 정수가 약 -1.Kg/mm 이상의 음수의 부분을 부여함에 따라, 저주파영역에 있어서의 대진폭의 진동에 대하여 충돌감쇠를 발생시키므로서 위상의 어긋남이 발생하여, 가속도 전달률이 감소한 것이라고 해석된다. 즉 종래의 제진 장치와 달라서 완충기를 설치하지 않더라도, 음수의 스프링 정수를 나타낸 부분이 가속도 전달률을 억제하여 완충기의 기능을 수행하게 되어, 작은 스트로우크로 S.E.A.T.값이 작은 서스펜션 시이트를 실현할 수 있다.

더욱이, 진동기구(M1)에 가하는 부하가 작을 경우에도, 정적 특성에 스프링정수가 음수의 부분을 마련하지 않더라도, 스프링 정수가 거의 영인 부분(예컨대, 도 20의 B 혹은 C)을 이용함에 따라 불안정상태를 만들어 냄으로서 위상의 어긋남을 발생시켜, 공진점의 가속도 전달률을 억제한 서스펜션 시이트를 실현할 수 있다.

또, 도 24는 도 20의 곡선(G)의 정적 특성을 나타낸 진동기구에 코일스프링을 더 추가하여 최소 스프링 정수를 약 -2Kg/mm정도까지 감소시킨 것이다.

이 진동기구는 외부로부터의 입력에 의하여 하부 프레임(2)과 상부 프레임(4)이 서로 접근한 다음, 이반(離反) 속도를 높여서 되돌아감을 빠르게 함에따라 상부 프레임(4)을 중력에 저항하여 치밀어 올릴 수 있다. 이 정적 특성을 나타낸 진동기구를 장난감 등에 사용하면, 상하로 움직이는 진동원으로서 종래 필요하였던 작동기를 설치할 필요가 없다.

또한, 상기 실시형태에 있어서, 하부 프레임(2)과 상부 프레임(4)에 각각 하나의 영구자석을 부착하는 구성으로 하였으나, 하부 프레임(2)에 여러 개의 영구자석을 부착하는 한편, 상부 프레임(4)에 같은 수의 영구자석을 반발 자극이 서로 마주보는 모양으로 부착하는 구성으로 할 수도 있다.

도 25는 본 발명의 제2실시형태에 관한 자기 스프링을 구비한 진동기구(M2)를 나타내고 있으며, 진동원 쪽인 바닥 등에 부착되는 하부 프레임(22)과, 여러 개의 X링크(24)(전술한 XX링크)로 된 링크기구를 개재하여 하부 프레임(22)에 상하운동이 자유롭게 부착된 상부 프레임(26)등을 구비하고 있다.

각 X링크(24)를 구성하는 2개의 레버의 일단은 하부 프레임(22) 혹은 상부 프레임(26)에 회전 운동이 자유롭게 부착되는 한편, 그 타단은 하부 프레임(22) 혹은 상부 프레임(26)의 측벽 내면에 부착된 슬라이더(28)에 슬라이딩이 자유롭도록부착되어 있다. 또, 각 X링크(24)에는 여러 개의 인장코일스프링(30)이 걸리게 되어, 각 X링크(24)를 구성하는 2개의 레버의 상단(혹은 하단)을 닫는 방향으로 힘이 작용하여 상부 프레임(26)의 인양력을 발생시킨다. 또한, X링크(24)를 구성하는 레버 중에서, 좌우에 대응하는 레버는 로드(29, …, 29)를 개재하여 서로 연결되어 있으며, 대응하는 로드의 일부(29, 29)는 또 다른 로드(31)를 개재하여 서로 연결되어 있으며, 전후의 X링크(24)가 서로 동기(同期)하여 상부 프레임(36)을 들어올리도록 한다.

또한, 상부 프레임(26)에 부하질량이 가해졌을 경우의 들어 내리는 힘에 대하여는 상술한 진동기구(M1)에 있어서의 코일스프링(30)을 들어 내리는 힘과 거의 같으므로, 그 설명은 생략한다.

게다가, 하부 프레임(22)의 거의 중앙에는 제1영구자석(32)이 부착되는 한편, 상부 프레임(26)의 거의 중앙에는 제1영구자석(32)과 반발 자극이 대향하도록 제2영구자석(34)이 부착되어 있어, 2개의 영구자석(32, 34)의 반발력에 의하여 상부 프레임(26)을 들어올리는 힘이 발생한다.

도 26은 도 25의 진동기구(M2)의 정적 특성을 나타낸 그래프이고, X링크(24)에 의한 상부 프레임(26)을 들어올리는 힘을 보여주고 있다.

X링크(24)를 구성하는 각 레버의 하부 프레임(22)에 대한 각도를 θ, 스프링정수를 k, 변위를 x라 하였을 때의 탄력(f)과, 탄력에 의한 상부 프레임(26)을 들어올리는 힘(F)은 다음과 같이 나타낸다.

f=kx

F=f·tanθ=kx·tanθ

여기서, 변위(x)를 상부 프레임(26)의 굽힘량으로 나타내면, 탄력(f)은 도 26의 A로 나타낼 수 있는 곡선으로 되어, X링크(24)를 개재한 상부 프레임(26)을 들어올리는 힘(F)은 도 26의 B로 나타내는 곡선으로 된다.

또, 도 26의 곡선(C)은 대향하는 2개의 영구자석(32, 34)의 반발력에 의거한 들어올리는 힘을 나타내고 있으며, 곡선(D)은 B의 들어올리는 힝과 C의 들어올리는힘을 합성한 총합 들어올리는 힘을 나타내고 있다.

도 26의 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 코일스프링(30)의 탄력과 영구자석(32, 34)의 반발력을 이용함에 따라, 굴절량이 변화하여도 일정한 범위에서 인양력을 거의 일정하게 할 수 있다. 즉, 도 25의 진동기구(M2)를 서스펜션 시이트에 채용하였을 경우, 스프링 정수가 0인 부분을 지니고, 차체로부터 입력되는 하중(진동)에 대하여, 하부 프레임(22)만이 상하방향으로 변위(變位)하며, 상부 프레임(6) 및 그 위에 재치된 시이트는 거의 변위하지 않으므로, 저주파영역의 대진폭의 입력에 대하여 위상의 어긋남 혹은 역위상을 발생시켜 진동에너지를 흡수할 수 있다. 더욱이, 고주파영역에 대하여도, 역위상과 고탄성의 우레탄 특성으로 더욱 제진할 수 있다.

또, 거의 수평으로 달리는 설정하중을 결정하는 요인으로서는 금속 스프링의 스프링 정수나 초기장력, 자석의 사이즈나 그 배치계획 혹은 링크형상을 생각할 수 있다.

더욱 상세히 설명하면, 도 27(a)에 도시된 바와 같이, 금속 스프링의 스프링정수를 크게 함에 따라 상기 설정하중은 커지며, 자석사이즈를 크게 함에 따라 상승점이 도면 중 좌측으로 이동한다. 같은 자석을 사용하였을 경우에도, 대향 면적을 변화시킴에 따라 상승점을 좌우로 이동시킬 수 있다. 또, 도 27(b)에 나타낸 바와 같이, 금속 스프링의 초기장력을 크게 하면 상기 설정하중은 커지게 된다.

또, 도 28(a) 및 (b)는 진동기구(M2)의 양측에 각기 설치된 X링크의 형상을 나타내고 있으며, 높이 방향의 스페이스(1)가 동일한 경우에는 도 25의진동기구(M2)에 채용한 (b)의 형상의 편이 상승점이 도면 중 좌측으로 이동한다. 또한, 높이(1)를 높게 하면(두꺼운 형으로 한다) 상기 설정하중은 커진다. 또, 전체의 스트로우크를 규제하는 것도, 거의 수평으로 활주하는 영역을 규제하여, 부하질량에 의존하지 않는 동적 특성을 만들 수 있다.

도 29는 코일스프링을 내장하지 않고, 제1 및 제2영구자석(32, 34)으로서 사이즈 75L×75W×20H의 것을 사용하였을 경우의 하중-굴절곡선을 나타내고 있으며, 도 30은 영구자석을 내장함이 없이, 4개의 코일스프링만을 사용하였을 경우의 하중-굴절곡선을 나타내고 있다. 단, 사용한 링크기구는 동일하지 않으며, X링크(24)와 슬라이더(28)와의 마찰계수는 상이하다.

또, 도 31은 도 29의 하중-굴절곡선을 나타낸 진동기구에 4개의 코일스프링을 내장하였을 경우의 하중-굴절곡선을 나타내고 있다.

도 31의 정적 특성을 나타낸 진동기구(M2)는 소정의 변위량에 있어서 스프링정수가 작은 값(약 0.1Kg/mm)으로부터 서서히 원활하게 상승하는 비선형 특성을 갖고 있으므로 이 진동기구(M2)를 서스펜션 유닛으로서 사용하면, 저주파/대진폭의 진동에너지를 흡수할 수 있을 뿐 아니라, 대진폭 때 치밀어 올리는 자극도 느껴지지 않는다.

도 32∼도 35는 도 25의 진동기구(M2)에 있어서, 제1 및 제2영구자석(32, 34)의 사이즈를 75L×75W×20H로 설정하고, 코일스프링(30) 및 부하질량을 각기 4개∼43Kg, 5개∼55Kg, 6개-68Kg, 7개-90Kg으로 변경하였을 경우의 정적 특성을 나타낸 하중-굴절곡선이다.

도 32∼도 35의 그래프에 있어서, 저주파영역에 있어서의 진동기구(M2)의 스프링 정수(영구자석과 코일스프링을 중첩한 스프링 정수)는 0.1∼0.4Kg/mm에서 종래의 서스펜션 유닛에 비하여 작은 값으로 되어 있으며, 이 진동기구(M2)를 채용한 차량용 서스펜션 유닛은 차체바닥으로부터의 입력에 의하여 변위량이 변화하여도 하중변동이 적음을 나타내고 있다. 그러나, 영구자석의 반발력(자석사이즈)과 코일스프링의 탄력의 조합을 적당히 변경함에 따라 임의의 스프링 정수를 얻을 수 있으며, 차량에 따라서는 2Kg/mm 이하로 설정하는 것이 좋을 경우도 있다. 최대변위량도 2Hz에서 거의 60mm 혹은 그 이하로 억제할 수 있으며, 종래에 비하여 스트로우크 양이 작은 서스펜션 유닛을 실현할 수 있다. 더욱이, 7Hz 혹은 8Hz 이상의 고 주파수 영역에서 진동에너지가 작아지는 경우 변위량은 일정하고, 도 25의 진동기구는 강체(剛體)로서 작용한다. 또, 고주파로 가속도가 큰 영역, 즉 진동에너지가 큰 영역에서는 위상의 어긋남 역위상을 발생시켜, 가속도 전달률을 낮은 수준에서 억제할 수 있다.

도 36은 본 발명의 진동기구(M2)를 채용한 서스펜션 유닛과 종래 서스펜션 유닛의 하중-굴절곡선을 나타내고 있다.

도 36의 그래프에 있어서, 본 발명에 관계되는 서스펜션 유닛은 금속 스프링과 자기 스프링을 조합하여 하중-굴절특성을 얻고 있으며, 그 특성에 있어서의 바운드 영역 즉, 변위가 크고 하중도 증대하는 영역에서 금속 스프링의 특성비율을 경감하고, 자기 스프링의 특성을 강하게 한 것을 특징으로 한다. 자기 스프링이 지닌 부하질량비 의존성, 즉 k=k(m) : 질량에 따라서 변화하는 스프링 정수를 입력비의존성에 응용하여, 작은 스트로우크로 공진점에서의 높은 감쇠성을 달성함과 동시에, 0.3G∼0.6G까지의 입력에서는 거의 입력 비의존성을 달성하고, 높은 자극의 흡수성을 얻었다. 또, 자기 스프링이 지닌 높은 스프링 정수에서도 낮은 공진 주파수로 되는 특성을 살려서, 금속 스프링만으로는 만들 수 없는 공간이 절약된 뛰어난 진동흡수성을 실현하였다.

여기서, 자기 스프링 및 금속 스프링의 스프링 정수를 K_magnet, K_metal이라하면

K_matnet=1/(K_metal)ⁿ·A (A:계수)

의 관계가 있으며, A는 자석사이즈나, 금속 스프링의 사용상태가 고르지 못함으로 변화하는 값이다, 예컨대, K_magnet=3.3의 자기 스프링은 K_metal=0.74의 금속 스프링과 대략 동일한 공진점을 지니고 있으므로,

3.3=1/0.74⁴·A로 되어, 이 경우, A≒1.0이다.

한편, 종래형(1)의 서스펜션 유닛은 스프링 정수가 거의 일정한 선형특성을 나타내고 있으며, 큰 진폭의 경우 스프링 정수가 급격하게 상승하고 있는 사실로부터, 충격(shock)을 야기할 염려가 있다. 또, 종래형(2)의 서스펜션 유닛은 금속 스프링만으로 본 발명에 관한 서스펜션 유닛과 같은 특성을 나타내도록 한 것으로, 금속 스프링만으로는 스트로우크가 극히 크며, 또, 스트로우크 엔드에 도달하였을때의 특성변화가 크기 때문에 바닥이 부딪히는 느낌을 야기함과 동시에 공간 절약도 달성할 수가 없다. 그리고, 스프링 정수를 낮게 억제하기 위하여, 스프링 정수가변, 초기장력가변을 한정한 스페이스 중에서 달성하기 위해서는 금속 스프링이 굵고 크며, 개수도 증가한다. 그 때문에, 부하질량이 스페이스에 의하여 한정된다. 종래의 시이트에서는 120Kg 전후가 한계값이다.

도 37은 도 25의 진동기구(M2)를 채용한 서스펜션 유닛 단체(單體)의 가속도 일정한 사인파로 입력하였을 때의 동적 특성인 가속도 전달률을 나타낸 그래프이며, 제1 및 제2영구자석(32, 34)의 사이즈를 75L×75W×25H로 설정함과 동시에, 6개의 코일스프링(30)을 사용하여, 68Kg의 부하질량을 가한 것이다.

이 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 저주파영역(2∼10Hz)에서는 가속도 전달률이 1G/G로 작게 억제되어 진동에너지가 충분히 흡수되고 있음에 대하여, 10Hz이상의 진동에너지의 작은 고주파영역에서는 가속도 전달률이 약 1G/G 부근에 있어, X링크의 동적 마찰이 정지 마찰로 변하여 서스펜션 유닛이 강체로서 작용한다. 그러나, 진동에너지가 커지면 역위상이 발생하여, 화살표로 나타낸 바와 같이 가속도 전달률이 감소한다.

또, 이 서스펜션 유닛에 재치하는 시이트의 완충재로서 우레탄을 채용하면, 서스펜션 유닛이 강체로서 작용하는 주파수영역에서는 우레탄의 특성이 충분히 발휘된다.

도 38은 부하질량 68Kg인 경우의 고반발 우레탄의 특성을 나타낸 그래프이며, 도 39는 완충재로서 우레탄을 채용한 시이트를 본 발명에 관계되는 진동기구(M2)에 탑재한 서스펜션 시이트의 동적 특성을 나타낸 그래프이다. 우레탄은 경도 17, 두께 100mm인 것을 채용하고, 영구자석은 75L×75W×20H의 것을 채용하였다.

도 39의 그래프로부터, 본 발명에 관계되는 진동기구(M2)를 내장한 서스펜션시이트는 부하질량이 가벼우면, 진동에너지가 작기 때문에, 가속 전달률로 말하면, 어떤 고주파영역에서는 다소 커지는 경향이 있으나, 인체가 주로 감지하는 2∼20Hz의 영역에서는 부하질량에 관계없이 거의 같은 특성을 나타내고 있다.

도 40은 3개의 종래 서스펜션 시이트 A, B, C와 본 발명에 관계되는 진동기구(M2)를 내장한 서스펜션 시이트의 동적 특성을 나타낸 그래프이며, 본 발명에 관계되는 진동기구(M2)를 구비한 서스펜션 시이트는 저주파영역에 있어서의 가속도 전달률이 대단히 작을 뿐 아니라, 전체주파수영역에 있어서 그 동적 특성이 개선되어 있다.

또한, 도 40의 그래프에 있어서, 부하질량은 어느 것이나 68Kg으로 설정하고, 진동기구(M2)(서스펜션 유닛)의 자석사이즈는 75L×75W×20H, 코일스프링의 수량은 6개로 하였다.

도 41은 도 25의 진동기구(M2)에 있어서, 제1 및 제2영구자석(32, 34)의 사이즈를 일정(50L×50W×20H)하게 한 상태에서, 코일스프링(30)의 수를 0개에서 8개까지 변화시켰을 경우의 정적 특성을 나타낸 그래프이다. 이 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 코일스프링(30)의 수를 증가함에 따라서, 영구자석(32, 34)을 약하게(혹은 작게) 함으로써 반발력을 작게 함에 따라, 영구자석(32, 34)과 코일스프링(30)을 중첩한 스프링 정수는 음수의 값을 나타내게 되어, 도 18의 진동기구(M1)와 마찬가지의 정적 특성을 나타낸 구성으로 할 수도 있다.

또, 도 42는 도 25의 진동기구(M2)에 있어서, 부하질량을 68Kg으로 설정하고, 영구자석(32, 34)의 사이즈를 50L×50W×15H(A), 50L×50W×20H(B), 75L×75W×15H(C)로 각기 변경하였을 경우의 동적 특성을 나타낸 그래프이다. 이 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 영구자석(32, 34)의 반발력이 작을수록 입력되는 진동에너지에 민감하게 되어, 위상의 어긋남과, 역위상을 발생시켜, 고주파영역에 있어서의 진동 전달률은 감소한다. 자기 스프링의 경우, 대향하는 영구자석의 반발력으로 떠받침되어서, 평형점이 만들어지게 되나 하아드 스프링(hard spring)의 경우, 충격력에 강하고, 입력변동이 있어도 변위량은 작다. 한편, 소프트 스프링(soft spring)의 경우, 입력 변동에 대하여 변위의 변동이 크기 때문에 진폭이 발생하여, 위상의 어긋남과, 역위상이 발생하여, 가속도 전달률이 감소하지만, 충격력에 약하여 바닥에 부딪히는 경향으로 된다. 그 때문에, 바닥에 부딪힘에 대하여 다른 감쇠재, 스프링재를 보완할 필요가 발생한다. 덧붙여서, 도 42의 그래프에 있어서, 곡선(C)의 스프링 정수(영구자석과 코일스프링을 중첩한 스프링 정수)는 대략 영이며, 곡선(B)의 스프링 정수는 약 -0.1Kg/mm이고, 곡선(A)의 스프링 정수는 곡선(B)의 스프링 정수보다 더욱 작게 설정되어 있다.

또한, 상기 실시형태에 있어서, 하부 프레임(22)과 상부 프레임(26)에 각기 하나의 영구자석을 부착하는 구성으로 하였으나, 하부 프레임(22)에 여리 개의 영구자석을 부착하는 한편, 상부 프레임(26)에 같은 수의 영구자석을 반발 자극이 대향한 상태에서 부착하는 구성으로 할 수도 있다.

또, 상기 실시형태에 있어서, 링크기구를 여러 개의 X링크(24)로 구성하였으나, 도 43에 나타낸 바와 같이, X링크로 바꾸어서 Y링크(24a)를 사용하면 링크기구의 마찰저항을 더욱 저감할 수 있다.

도 44는 본 발명의 제3실시형태에 관계되는 자기 스프링을 구비한 진동기구(M3)를 나타내고 있으며, 진동원측인 바닥 등에 부착되는 하부 프레임(42)과, 여러 개의 링크로 된 팬터그래프형 링크기구(44, 44)를 개재하여 하부 프레임(42)에 상하운동이 자유롭게 부착된 상부 프레임(46) 등을 구비하고 있다.

링크기구(44, 44)의 각각은 좌우대상에 "<"형으로 연결된 2조의 링크쌍(44a, 44b)으로 되어 있다. 또, 링크쌍(44a, 44b)의 중간부는 코일스프링(48)의 양단에 연결되어 있으며, 코일스프링(48)에 의하여 링크쌍(44a, 44b)을 안쪽으로 가압함으로써 상부 프레임(46)의 인양력을 발생한다.

또한, 하부 프레임(42)의 거의 중앙에는 제1영구자석(52)이 고정되는 한편, 상부 프레임(46)의 거의 중앙에는 제1영구자석(52)과 대향하는 제2영구자석(54)이 수평방향으로 회전 운동이 자유롭게 부착되어 있다. 제1 및 제2영구자석(52, 54)의 각각은 도 45에 나타낸 바와 같이 2개의 N극과 2개의 S극을 90도 간격으로 번갈아 배설한 영구자석으로서, 제2영구자석(54)을 제1영구자석(52)에 대하여 회전손잡이(56)로 적당히 회전함에 따라, 반발력 혹은 흡인력을 조정할 수 있다. 더욱이, 제2영구자석(54)의 회전각은 회전손잡이(56)에 연결된 핀을 상부 프레임(46)에 천설된 여러 개의 구멍(58, …, 58)중의 하나에 끼워 넣음으로서 유지된다.

상기 구성의 진동기구(M3)의 정적 특성 및 동적 특성을 조사하였던 바, 도25에 나타내는 본 발명의 제2실시형태에 관계되는 진동기구(M2)의 것과 거의 같은 결과를 얻을 수 있었으므로 정적 특성 혹은 동적 특성을 나타낸 그래프에 대하여는 할애한다.

도 46 및 도 47은 도 44에 나타내는 진동기구(M13)를 차량의 운전대(60)를 지지하는 갭마운트로서 사용한 상태를 나타내고 있으며, 운전대(60)의 앞부분에 2개(도해 없음) 및 후부에 2개 부착되어 있다. 양 도면에 나타낸 바와 같이, 하부 프레임(42)은 차체에 부착하는 한편, 상부 프레임(46)은 운전대(60)에 고정된 브래킷(62)의 하면에 고정되어 있다.

상술한 바와 같이, 도 44의 진동기구(M3)는 도 25의 진동기구(M2)와 거의 같은 동적 특성을 나타내므로, 노면에서 운전대(60)로 전달되는 진동에 대하여, 저주파영역의 가속도 전달률을 갭마운트에 의하여 대폭 저감할 수 있음과 동시에, 고무계열의 재료로 구성되는 스프링계열(61)(도 46)을 병용함으로써 고주파에서 변위가크고 가속도가 큰 영역 및 충격력에 가까운 에너지도 동시에 저감할 수 있다. 또, 운전대(60)에 설치되는 시이트의 완충재로서 예컨대 우레탄을 채용함에 따라 고주파영역의 진동 전달률도 저감할 수 있다.

도 48 및 도 49는 본 발명의 제4실시형태에 관계되는 자기 스프링을 구비한 진동기구(M4)를 나타내고 있으며, 진동원 쪽인 바닥등에 부착되는 하부 프레임(72)과, 여러 개의 링크로 된 한 쌍의 팬터그래프형 링크기구(74), (74) 및 한 쌍의 X링크(75, 75)를 개재하여 하부 프레임(72)에 상하운동이 자유롭게 부착된 상부 프레임(76) 등을 구비하고 있다.

도 (50)에 나타낸 바와 같이, 팬터그래프형 링크기구(74, 74)의 각각은 좌우대상에 "<"형으로 연결된 2조의 링크쌍(74a, 74b)으로 되었고, 링크쌍(74a, 74b)의 하단은 브래킷(78), (78)을 개재하여 하부 프레임(72)에 회전 운동이 자유롭도록 부착됨과 동시에, 그 상단은 브래킷(80), (80)을 개재하여 상부 프레임(76)에 회전 운동이 자유롭게 부착되어 있다. 또, 링크쌍(74a, 74b)의 중간부는 여러 개의 코일스프링(82, …), (82)의 양단에 연결되어 있으며, 코일스프링(82, …, 82)에 의하여 링크쌍(74a, 74b)을 안쪽으로 가압함에 따라 상부 프레임(76)의 들어올리는 힘 및 들어 내리는 힘을 발생한다.

한편, 도 51에 나타낸 바와 같이 X링크(75, 75)의 각각은 거의 중앙부가 서로 회전 운동이 자유롭도록 연결된 2개의 레버(75a, 75b)로 되었고, 레버(75a, 75b)의 하단은 하부 프레임(72)에 회전 운동이 자유롭도록 부착됨과 동시에, 그 상단은 중공축(84, 86)에 고정되어 있다. 중공축(84)은 레버(88, 88)를 개재하여 상부 프레임(76)에 회전 운동이 자유롭게 부착되어 있으며, 중공축(86)은 상부 프레임(76)에 직접 회전 운동이 자유롭게 부착되어 있다, 또, 중공축(84)에는 중공축(84)과 떨어지게 하여 평행으로 연장되어 있는 로드(90)가 부착되어 있으며, 로드(90)에 여러 개의 코일스프링(92, …, 92)의 일단을 걸리게 함과 동시에, 코일스프링(92, …, 92)의 타단을 상부 프레임(76)에 걸리게 함에 따라, 상부 프레임(76)의 들어올리는 힘을 발생한다.

또한, 하부 프레임(72)의 팬터그래프형 링크기구(74, 74)의 옆쪽에는 2개의 영구자석(94, 96)이 역자극을 위로 향한 상태에서 부착됨과 동시에, 2개의 영구자석(94, 96)과 동일 자극이 대향하는 2개의 영구자석(98, 100)을 상부 프레임(76)에 부착함에 따라, 영구자석(94, 96, 98, 100)의 반발력에 의하여 상부 프레임(76)이 들어올리는 힘을 발생하고 있다.

상기 구성의 진동기구(M4)에 있어서, 영구자석(94, 96) 및 영구자석(98, 100)으로서 75L×75W×20H(2극)의 것을 사용하여, 코일스프링(92, …, 92)의 개수를 바꾸어서 정적 특성을 조사하였던 바, 도 52∼도 55에 나타낸 그래프를 얻을 수 있었다. 여기서, 도 52의 정적 특성은 코일스프링을 완전히 부착하지 못하였을 경우를, 도 53의 정적 특성은 코일스프링을 2개 부착하였을 경우를, 도 54의 정적 특성은 코일스프링을 4개 부착하였을 경우를, 도 55의 정적 특성은 코일스프링을 6개 부착하였을 경우를 각각 나타내고 있다. 도 52∼도 55의 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 코일스프링의 개수가 증가함에 따라 코일스프링(92, …), (92)과 영구자석(94, 96, 100)을 중첩한 스프링 정수는 커지게 되어 있어, 코일스프링(92, …), (92)의 개수와 영구자석(94, 96, 98, 100)의 크기를 적당히 선택함에 따라 희망하는 스프링 정수 및 상이한 부하질량에 가장 적절하게 대응하는 정적 특성을 구비한 진동기구(M4)를 제공할 수 있다.

도 56은 본 발명에 관계되는 진동기구(M4)와 완충기를 구비한 종래 기구의 동적 특성을 나타내고 있으며, 실험을 받는 사람의 체중은 73Kg이었다. 도 56의 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 관계되는 진동기구(M4)는 저주파에 있어서의 가속도 전달률을 충분히 작게 억제할 수 있어, 종래 기구와 같이 완충기를 설치하지 않더라도 진동특성을 개선할 수 있다.

또, 도 57은 실험을 받는 사람의 체중이 80Kg인 경우의 동적 특성을 나타내고 있으며, 저주파에 있어서의 가속도 전달률이 더욱 저감되어 있다. 통상의 시이트는 활성제어를 하지 않으면 역위상은 발생하지 않으나, 본 발명에 관계되는 진동기구(M4)의 경우, 입력의 진동에너지에 의하여 일정한 체중에서 역위상이 발생하여, 가속도 전달률을 대폭 저감할 수 있게 된다.

도 58은 자기 스프링만의 기본구조를 나타내었고, 도 59는 본 발명의 제5실시형태에 관계되는 자기 스프링을 구비한 진동기구(M5)를 나타내고 있으며, 진동원쪽의 바닥 등에 부착하게 되는 하부 프레임(102)과, 링크기구를 개재하며 하부 프레임(102)에 상하운동이 자유롭도록 부착된 상부 프레임(104)을 구비하고 있다. 링크기구는 진동기구(M5)의 양측에 설치되어 있으며, 각기 2개의 레버(106), (106)로 된 파라렐 링크에 의하여 구성되었고, 각 레버(106)의 하단은 하부 프레임(102)에 회전 운동이 자유롭도록 부착된 중공축(108)에 고정되는 한편, 그 상단은 상부 프레임(104)에 회전 운동이 자유롭도록 부착된 중공축(110)에 고정되어 있다.

또, 레버(106, …, 106)의 상단이 고정된 중공축(110, 110)중에서, 전방에 위치하는 중공축(110)에는 하방으로 일정한 거리가 떨어진 로드(112)가 브래킷을 개재하여 연결되는 한편, 후방에 위치하는 중공축(110)에는 상방으로 일정거리가 떨어져 로드(114)가 브래킷을 개재하여 연결되어 있다. 또한, 전방의 로드(112)에는 코일스프링(116)의 일단이 걸려있으며, 코일스프링(116)의 타단은 하부 프레임(102)에 걸려있다. 이 코일스프링(116)은 상부 프레임(104)에 일정한 부하가가하여지면, 대략 수평으로 유지되어 수축한 상태에 있고, 상부 프레임(104)이 상방 혹은 하방으로 이동하면, 그 탄력에 의하여 상부 프레임(104)이 천정에 부딪힘 또는 바닥에 부딪힘을 완화하도록 작용한다. 한편, 후방의 로드(114)에는 여러 개의 코일스프링(118, …), (118)의 일단이 걸려 있고, 코일스프링(118, …), (118)의 타단은 상부 프레임(104)에 나사식으로 부착된 고정부재(120)에 걸려 있으며, 상부 프레임(104)의 인양력을 발생한다.

하부 프레임(120)의 전방중앙에는 고정부재(122)를 개재하여 영구자석(124)이 일정한 각도로 고정되어 있으며, 이 영구자석(124)의 상단면과 평행으로 연장하여 있는 하단면을 구비하여 동일 자극이 대향하는 영구자석(126)이 상부 고정부재(120)에 고정되어 있어, 2개의 영구자석(124, 126)의 반발력에 의하여 상부 프레임(104)에 인양력을 발생한다.

상기 구성의 진동기구(M5)의 정적 특성을 조사하였던 바, 도 60∼도 62와 같은 결과를 얻을 수 있었다. 여기서, 도 60은 영구자석(124, 126) 및 하부 코일스프링(116)을 부착함이 없이, 상부 코일스프링(118, …), (118)만을 부착하여, 상부 코일스프링(118, …), (118)의 개수를 바꾸었을 경우의 정적 특성을 나타낸 그래프이며, 도 61은 코일스프링을 전혀 부착함이 없이, 영구자석(124, 126)만을 부착하였을 경우의 정적 특성을 나타낸 그래프이고, 도 62는 영구자석(124, 126)과 상부코일스프링(118, …), (118)을 5개 부착하였을 경우의 그래프이다. 또한, 하부 코일스프링(116)을 부착하면 탄력감이 세져서, 평형점이 떨어짐과 동시에 커어브가 평활하게 되어, 천정에 부딪힘 및 바닥에 부딪힘이 완화된다. 또, 도 61 및 도 62의 그래프에 도시되어 있는 0°, 5°, 10°이라 함은 영구자석(124, 126)의 부착각도를 나타낸 것이고, 진동기구(M5)의 동적 특성을 영구자석(124, 126)의 부착각도와 함께 다음에 설명한다.

도 61 및 도 62는 그래프로부터, 영구자석(124, 126)의 부착각도를 5°씩 변경하였을 경우의 변위-하중의 관계는 약간밖에 변화하지 않는 것과 같이 생각되나, 도 63 및 도 64의 그래프에서 볼 수 있는 바와 같이 일정한 부착각도(도 63에서는 10°)에서 역위상의 영향에 따라 저주파에 있어서의 가속도 전달률이 저하하고 있다. 여기서, 도 63의 그래프는 부하(실험받는 사람의 체중)가 68Kg에서 정반(定盤)(진동기구만으로 시이트 없음)의 경우를 나타내고 있음에 대하여, 도 64의 그래프는 부하가 55Kg에서 진동기구에 시이트를 재치하였을 경우를 나타내고 있다.

또, 도 65는 영구자석(124, 126)의 부착각도를 10" 로 설정하뎌, 68Kg와 73Kg의 부하를 정반에 얹고 진동을 가하였을 경우의 파워 스펙트럼을 나타내고 있다. 이 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 파선으로 나타내는 가진력(加振力)에 대하여 부하의 진동은 주파수의 거의 전체영역에 있어서 크게 감쇠하고 있으며, 저주파에 있어서 역위상이 발생하고 있음을 확인할 수 있다.

도 66은 가진하는 주파수가 2Hz에서 실험받는 사람이 94Kg인 경우의 진동을 가하는 단상 파형과 실험을 받는 자의 퇴보파형을 나타내고 있다. 이 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 자기 스프링을 이용한 진동기구에 있어서는 위상의 어긋남이 발생하여 가속도 전달률을 저하시킬 수 있다.

여기서, 영구자석(124, 126)의 부착각도에 대하여 상세히 설명한다. 본 출원명세서에 있어서, 영구자석(124, 126)의 부착각도 0°이라 함은 도 67에 나타낸 바와 같이, 하부 프레임(102) 혹은 상부 프레임(104)에 대하여 소정각도 경사진 상태를 말하며, 이 상태에서 시계방향으로 5°경사진 상태를 부착각도 5°, 시계방향으로 다시금 5°경사지게 한 상태를 부착각도 10°이라 일컫는다.

또, 68은 부착각도가 0°, 5°, 10°인 경우의 상부 영구자석(126)의 하부 영구자석(124)에 대한 운동의 궤적을 나타내고 있으며, 스트로우크양은 일정하지만, 부착각도가 클수록 대향 면적의 변화가 커진다.

도 69 및 도 70은 영구자석(124, 126)으로서 75mmL×75mmW×20mmH를 사용하였을 경우의 간극량에 대한 X축 방향 및 Z축 방향의 하중과 스트로우크 양에 대한 X축 방향 및 Z축 방향의 하중을 각각 나타내고 있으며, 이것은 도 6의 입출력특성을 이용한 것이다.

도 71 및 도 72는 영구자석(124, 126)으로서 75mmL×75mmW×15mmH를 사용하였을 경우의 간극량에 대한 X축 방향 및 Z축 방향의 하중과, 스트로우크 양에 대한 X축 방향 및 Z축 방향의 하중을 각각 나타내고 있다. 도면 중에서, 시프트 0이라 함은 대향 면적은 동일하고, Z축 방향만 변화시킨 상태를 말한다.

도 69∼도 72의 그래프에 있어서, Z축 방향의 하중은 영구자석(124, 126)의 부착각도가 작을수록 크지만, X축 방향의 하중은 간극량 혹은 스트로우크 양이 소정량 이상인 경우, 영구자석(124, 126)의 부착각도가 클수록 크다. Z축 및 X축 방향의 하중은 양편 모두, 상부 프레임(104)의 인양력에 대하여 모우먼트로서 작용하므로, 영구자석(124, 126)의 부착각도를 일정각도로 설정함에 따라, 정자 에너지의변화분을 상부 프레임(104)의 인양력으로 유효하게 변환할 수 있다.

또, 전술한 바와 같이, 도 63 및 도 64의 그래프에 있어서 역위상의 영향을 확인할 수 있으나, 이것은 영구자석(124, 126)의 기울기에 의하여 발생하는 X축 방향의 하중에 기인하여, 평형점 간극 16mm으로부터 입력에 의하여 아래 방향으로 이동하여 간극이 작아져서, 급격하게 X방향 하중이 변화함에 따라, 위상의 어긋남, 역위상 혹은 브레이크가 발생함에 따른 것이라고 생각된다. 또, 0°로 설정하였을 경우에는 저주파의 충격력에 대하여 관능평가(官能平價)로 브레이크 효과가 확인되었다.

도 73은 도 59에 나타낸 진동기구(M5)의 변형예(M5')를 나타내고 있으며, 진동기구(M5)에 설치된 하부 코일스프링(116)을 Y자 형상 코일스프링(116')으로 바꿔놓은 것이다.

도 74는 상기 진동기구(M5')의 정적 특성을, 하부 코일스프링(116)을 설치하지 않았을 때의 도 59의 진동기구(M5)와, 여러 개의 하부 코일스프링(116, …, 116)을 병렬로 설치한 진동기구(도해 없음)와의 정적 특성과 비교하여 도시한 것이다.

이 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 하부 코일스프링의 형태(Y형, 병렬 등)에 의하여 정적 특성을 적당히 변경할 수 있어, 설정된 입력조건이나 부하 등에 따라서 하중-변위곡선의 최적화를 도모할 수 있다.

도 75 및 도 76은 본 발명의 제6실시형태에 관계되는 자기 스프링을 구비한 진동기구(M6)를 나타내고 있으며, 기본적으로는 도 59에 나타낸 진동기구에 있어서하부 코일스프링(116)을 제거함과 동시에, 도 44에 나타낸 팬터그래프형 링크 기구(44)의 양단을 하부 프레임(102)과 상부 프레임(104)의 한쪽으로 회전 운동이 자유롭게 부착된 것이다.

도 77은 상기 구성의 진동기구(M6)의 정적 특성 및 진동기구(M6)에서 영구자석을 부착하지 않았을 경우의 정적 특성을 나타내고 있다. 도 77의 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 영구자석을 부착하지 않았을 경우, 정적 특성이 평탄하고 체중조정이 필요함에 대하여, 영구자석을 부착함에 따라 자기 스프링의 특성과 자기 스프링의 영향이 희박한 금속 스프링의 특성이, 동적 특성에서는 따로따로 가능함으로서 하중대응 범위가 확대하여 체중조정이 불필요하게 되고, 또 진동절연성도 향상된다.

또, 도 78 및 도 79는 진동기구(M6)와 종래 기구의 정적 특성 및 불규칙파가 입력되었을 경우의 동적 특성을 나타내고 있어, 양도면에 기재된 종래 기구(A)와는 고무스프링 현가 장치를, 종래 기구(B)라 함은 금속 스프링 서스펜션을 말한다. 진동기구(M6)인 경우, 종래 기구에 비하여 스트로우크가 작을 뿐 아니라, 특히 0∼10Hz의 저주파영역에 있어서, 위상의 어긋남 또는 역위상의 영향으로 가속도 전달률이 저감한다.

상기 진동기구(M6)에 있어서, 후방의 레버(106, 106)의 하단이 고정된 중공축(108)과, 전방의 레버(106, 106)가 회전이 자유롭도록 부착된 로드(128)에 벨트(130)의 끝을 말아서 팽팽하게 하고, 진동기구(M6)의 스트로우크를 규제함에 따라, 진동기구의 박형화(薄型化) 및 체중조정 불필요를 달성할 수 있다.

이 벨트(130)는 본 발명의 제1∼제5실시형태에 관계되는 진동기구(M1∼M5)중의 어느 하나에 사용할 수도 있으며, 참고하기 위하여, 진동기구(M2)에 채용하였을 경우의 정적 특성을 나타낸 그래프를 도 80에 나타내었다.

본 발명은 이상 설명한 바와 같이 구성되어 있으므로, 다음에 기재된 바와 같은 효과가 있다.

또한, 제1특징에 의한 본 발명에 의하면, 하부 프레임에 링크기구를 개재하여, 상부 프레임을 상하(上下) 운동이 자유롭도록 부착함과 동시에, 상부 프레임을 적어도 2개의 영구자석과 여러 개의 스프링 등으로 들어올려, 진폭넓이가 큰 2∼10Hz에 있어서의 진폭 전달률은 1G/G이하이고, 10Hz이상에서 진폭넓이가 작고 가속도가 큰 고주파영역에 있어서의 진동 전달률이 약 1G/G의 동적 특성을 나타낸 구성으로 하였으므로, 저주파진동이 억제되는 한편, 고주파진동에 대하여는 탄성이 뛰어난 우레탄특성을 이용하여 제진할 수 있으며, 동일 자극이 대향하는 2개의 영구자석을 기울게 하였으므로, 정자 에너지의 변화분을 상부 프레임의 인양력으로 유효하게 변환하여, 위상의 어긋남, 역위상 혹은 제동력을 이용한 진동기구를 제공할 수 있다.

또한, 제2특징에 의한 본 발명에 의하면 하부 프레임에 링크기구를 개재하여 상부 프레임을 상하운동이 자유롭도록 부착함과 동시에, 상부 프레임을 적어도 2개의 영구자석과 여러 개의 스프링 등으로 들어올리고, 영구자석과 스프링이 중첩한스프링 정수를 2Kg/mm이하로 설정하였으므로, 저주파수 영역에 있어서의 제진 성능을 향상시킬 수 있으며, 동일 자극이 대향하는 2개의 영구자석을 기울게 하였으므로, 정자 에너지의 변화분을 상부 프레임의 인양력으로 유효하게 변환하여, 위상의 어긋남, 역위상 혹은 제동력을 이용한 진동기구를 제공할 수 있다.

Claims

차량용 서스펜션 유닛으로서 사용되어, 진동원측에 부착된 하부 프레임과, 링크기구를 개재하여 상기 하부 프레임에 상하운동이 자유롭도록 부착된 상부 프레임과, 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임에 각기 부착되어 반발 자극이 대향하는 적어도 2개의 영구자석과, 상기 링크기구에 걸리게 되어 상기 상부 프레임에 인양력을 발생하는 여러 개의 스프링을 포함하며, 2∼10Hz에 있어서의 진동 전달률이 1G/G이하이고, 10Hz이상의 고주파 영역에 있어서의 진동 전달률이 약 1G/G의 동적특성을 나타내고, 상기 2개의 영구자석을 상기 하부 프레임과 상부 프레임에 대하여 경사지게 하고, 상기 하부 프레임에 대한 상기 상부 프레임의 상하운동에 의한 상기 2개의 영구자석의 대향 면적의 변화시에 발생한 자석대향면에 평행한 힘을 상기 인양력에 이용한 것을 특징으로 하는 자기 스프링을 구비한 진동기구.
차량용 서스펜션 유닛으로서 사용되어, 진동원측에 부착된 하부 프레임과, 링크기구를 개재하여 상기 하부 프레임에 상하운동이 자유롭도록 부착된 상부 프레임과, 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임에 각기 부착되어 반발 자극이 대향하는 적어도 2개의 영구자석과, 상기 링크기구에 걸리게 되어 상기 상부 프레임에 인양력을 발생하는 여러 개의 스프링을 포함하며, 상기 영구자석과 상기 스프링이 중첩한 스프링 정수의 일부를 2Kg/mm이하로 설정하고, 상기 2개의 영구자석을 상기 하부 프레임과 상부 프레임에 대하여 경사지게 하고, 상기 하부 프레임에 대한 상기 상부 프레임의 상하운동에 의한 상기 2개의 영구자석의 대향 면적의 변화시에 발생한 자석대향면에 평행한 힘을 상기 인양력에 이용한 것을 특징으로 하는 자기스프링을 구비한 진동기구.