JPS6044631A - 気体圧縮ばね - 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】 産業上の利用分野 本発明ｔま、励振体と連結された可動又は／及び可撓の
隔壁によって閉鎖され、大気圧以上に予圧された平均圧
力ＰＭの気体を収容し、供給管と連結された気体入口と
、ｌ￥整装置によって操作される各々１個の弁を備え、
大気に連通する気体出口とを有し、機械部桐と連結され
だケーシングから成シ、振動する励振体の上に機械部材
を支承する能動的な気体圧縮ばねに関する。

従来の技術 このような空気はねは米国特許公報第２９６５５７２号
により公知である。その場合、励振体と連結された可撓
の隔壁は、シリンダ内で往復動するピストンから成る。

ピストンは片側が平均圧力ＰＭの予圧気体によって付勢
され、外力によって変位する時に弁を操作する。背面に
負荷する気圧がこの弁によって、前面に働く圧力に整合
し、又ｔま大気中に解放される。こうして生じる差圧が
、中間位置へのピストンの復帰のために利用される。し
かしこの装置は相互に作用する２個の作動室と、それに
属する制御装置のだめ製造が高価であり、あまり普及し
ていない。

発明の目的 本発明の目的とするところは、製造費を低減すると共に
高周波振動を十分に絶縁し、共振領域の振動を十分に減
衰するように、冒頭に誉げた種類の能動制御気体圧縮ば
ねを改良することである。

発明の構成及び作用 本発明により、冒頭に埜げた種類の気体圧縮ばねにおい
て、特に特許請求の範囲第１項及び第４項に示すような
特徴によって上記の目的は好適に達成される。他の従属
した特許請求の範囲は好ましい実施態様に則するもので
ある。

即ち本発明は、励振体と連結された可動又は／及び可撓
の隔壁によって閉鎖され、大気圧以上に予圧された平均
気圧ＰＭの気体を収容し、ＰＭを超える圧力の気体を収
容する供給管と連結された気体入口と、調整装置によっ
て操作される各々１個の弁を備え大気に連通する気体出
口とを有し、機械部材と連結されたケーシングから成シ
、励振体の上に機械部材を支承する気体圧縮ばねにおい
て、気体入口及び出口を弁によって閉鎖することができ
、常に気体入口及び／又は出口が閉鎖されるように弁が
構成され、調整装置が少なくとも１個の圧力変換器から
成り、該圧力変換器がケーシングの内室の瞬時圧力と、
絞シ穴を介して内室と連通ずる補償室とのあいだの差圧
を検出し、最小値以下の差圧では弁の操作を排除し、Ｐ
Ｍより高い／低い気圧で気体出口／入口を開放するよう
弁と圧力変換器が連結されている気体圧縮ばねである。

提案の気体圧縮ばねは、米国特許公報第２９６５３７２
号によるものと違って、唯１個の作動室しかない。作動
室には平均圧力ＰＭの気体が充填され、これが振動する
励振体に支承される機械部材に対する本来のばね体をな
すものである０従って作動室は簡単な構造にし、例えば
下端を弾性ベローで閉じることができる。

特許請求の範囲第１項に示されているような能動的な気
体圧縮はねは、気体入口と気体出口の制御のだめの弁の
組合せを具備する主制御器に統合することが好ましい。

その場合、気体入口にはＰＭを上昇する圧力の気体が、
圧力発生装置又は予備補償圧力タンクから供給される。

気体圧縮はねの動的付勢が作動室内の圧力の変化をもた
らした場合、及びケーシングの内室の瞬時圧力と、絞シ
穴を介してこの内室と連通ずる減衰室との間の差圧が所
定の最小値を超える場合に、主制御装置の弁位置の変化
が起こる。

この場合、振動する励振体の動的収縮は内室の中の圧力
の増加をもたらし、現存する差圧が解消するまでのあい
だ、出口弁を解放させる。これに対してばねが伸張する
と、所望の圧力の釣合が生じるまで、入口弁が開放され
る。

第４図の曲線Ａは、このようにして得られる減衰効果を
説明する。との減衰効果は、曲線Ｂで表わされる従来の
気体圧縮ばねの減衰特性を遥かに超える。本発明により
提案される実施例においては、共振領域で導入され、大
変煩わしく感じられる振動の減衰のために、この効果が
利用される。

これに対して、この共振領域より上で生じる振動は、弁
の操作のためには不十分な差圧をもたらすに過ぎない。

従って弁は引続き閉鎖されており、支承された機械部利
の十分な絶縁をもたらす。

十分な減衰が望ましい共振領域は通常、ＯＨｚから固有
振動数の１．５倍の値にわたる。

特許請求の範囲第４項で提案するように、支持される機
械部材の加速を制御量として直接使用することも可能で
ある。この場合は生じる振動の方向に可動であって１機
械部材と気体圧縮ばねからなるユニットの固有振動数よ
り高い固有振動数を有する振動体が調整装置としてあれ
ばよい。なお、限界値以下の加速が弁の操作を生じない
ものとして、ばね伸張方向の機械部材の加速で気体入口
が開き、ばね収縮方向の機械部材の加速で気体出口が開
くように、振動体と弁を連結する。機械部材の加速の時
に気体入口が、励振体の方向の加速の時〈気体出口が開
放されるように、振動体を弁に直結することが好ましい
。

所望の限界値を超える軸方向変位で通路断面の変化が生
じることが保証されるならば、振動体自体が弁の構成部
分、例えば弁座又は円錐体を形成又は具備することもで
きる。この場合も大口弁と出口弁は桧能的に連結され、
閉じだ定位置から交互に開放することができる。定位置
では圧力気体を消費しない。

このようにして調整装置は共振領域で所定の制御量の２
つの場合に、弾性ペローの一部瀘過された静内圧と瞬時
動圧又は加速とのあいだの差圧を検出し、当該の偏差の
方向に従って大口弁又は出口弁を開閉して、補助圧力気
体をケーシングの中に入れ、又は高い圧力の気体を放出
することを任務とする。そのつどケーシング内にある気
体体積のこの動的変化によって、ケーシング内圧の動成
分が減少し、その結果１弾支される機械部材の振動の減
衰が生じる。特に気体圧扁ばねと機械部材重量並びにケ
ーシングから成る振動系の固有振動数の領域でこの減衰
効果は大きな利点があり、一方、高い励振体振動数では
空気はねの良好な絶縁性を利用することができる。

扶案の気体圧縮はねの弁と調整装置はケーシングの＋１
４成部分をなし、支持する機械部材にケーシングと共に
固着することが好ましい。振動技術的に見て、機械部材
は励振体からほとんど断絶され、従って励振体によって
加えられる振動が信頼性と寿命に悪影響を及ばずことは
ない。

供給圧力及び弾支される可変重量にかかわシなく、入口
弁と出口弁に等しい流量特性を得ることに関連して、サ
ーボピストンによって制御される調圧装置を気体入口に
前置し、サーボピストンが測定室を画定し、絞シ穴を介
して測定室と、ケーシングが取囲む内室とを連通ずるこ
とが好ましいことが判明した。場合によっては、絞シ穴
は調整可能な断面を有することができる。

それによって応答速度を変えることができる。

調圧装置の減圧比は０゜１乃至０．９の範囲、好ましく
は０．３乃至０．８の範囲である。特に有効な実施態様
では約０．５である。

ケーシング内の作動圧の調整のだめの上述の装置のはか
に、提案の気体圧縮ばねは１弾支された機械部材を当該
の負荷にかかわシなく所定の基準レベルに整定するレベ
ル調整装置を具備することができる。このようなレベル
調整装置があっても、気体圧縮ばね自体の機能には影響
がない。

発明の効果 提案の気体圧縮ｄねによって得られる利点は、とりわけ
次の点にある。即ち第４図で明らかなように、振動の減
少に関する結果が、従来の装置と比較して痕かに良好で
ある。電子制御は不要でおる。従って湿気、電源の故障
及び衝撃が機能の障害を招くことはない。周波数フィル
タとして設計された調整系統は特に共振領域でしかエネ
ルギを必要としないから、エネルギ消費が低い。高い周
波数では減衰効果がないため良好な絶縁効果が得られる
が、０．５Ｈｚ以下の極めて低い周波数、又それと共に
極めて小さな差圧の場合は、機械部材が励振体の運動に
追従する。

このことは例えば自動車では障害と感じないのである。

これらの性質と、提案の気体圧縮ばねを低い価格で製造
する可能性とに基づき、この気体圧縮ばねを自動車や鉄
道、一般に機械製作に使用することが好ましい。提案の
気体圧縮ばねほこの場合、ほかならぬ非周期励振にも正
しく、十分に迅速に反応することを保証する。

実施例 次に添付の図面に基づいて、本発明を詳述する。

第１図に示す気体圧縮ばねは、上側をフランジで閉じた
鋼管製ケーシング１から成る。ケーシングは中央に配設
されて垂直に突出するボルトＢを有し、支承される機械
部材、例えばトラックの運転者室に上記ポル）Ｂによっ
て固着することができる。

ケーシングの外延と平行に移動する隔壁２は、回転対称
に鋳造された鋼製部材から成る。その中央には突出する
ボルトＢ′があって、運転条件により振動する励振体１
例えばトラックのフレーム構造にこのポル）　Ｂ／によ
って連結することができる。パツキン、例えばローノー
ダイヤフラム３によって、隔壁２とケーシング１を気密
且つ軸方向可動に連結することができる。こうして部材
１，２．５は気密に閉じた内室を取囲む。

内室は予圧された、平均圧力ＰＭの気体、例えば圧縮空
気を収容し、改良形気体圧縮ばねの効果を有する。ケー
シング１の内部では、支持板６の上に調圧装置５と並ん
で主制御器４が配設されている。主制御器４は、ＰＭを
超える圧力の気体の供給によって付勢される入ロアと、
管路９を経て大気に連通ずる気体出口８とを有する。こ
うして組立に関して、大幅な単純化が得られる。調圧装
置と主制御器がケーシングと別個に組立てられ、ホース
又は管路を介してケーシングと連結される構造では、寸
法の減少が生じ、このため取付けもまた容易になる。

入口弁１０と出口弁１１は、棒によって互いに固着され
た各々１個のサーボ円錐体を具備する。このサーボ円錐
体は、大きな寸法の補償孔１２を介して内室と連通ずる
補償室２５に配設される。

大口弁１０の弁座は主制御器４０ハウジングに固設され
ている。これに対して出口弁１１の弁座は、補償室２５
と減衰室１４を互いに隔離する浮動ピストン１３に配設
されている。減衰室１４祉絞シ穴１５を介して内室と連
通ずる。

浮動ピストン自体は緩和室１６を取囲む。緩和室１６は
気体出口８を介して大気と連通し、補償室２５及び減衰
室１４に対しては、柔軟な弾性構造のロールダイヤスラ
ム１８によって密閉される。

共振領域での主制御器の機能を次に説明する。

共振の場合に典型的な、隔壁２の急激な収縮で、内室２
４の中、またそれと共に主制御器４の補償室２５の中の
圧力が上昇する。減衰室１４でも圧力の上昇が記録され
るが、絞シ穴１５の断面が狭いため著しく遅れるので、
はね２６０力に打勝った後に初めて浮動ピストン１３の
上昇運動が生じる。この上昇運動は出口弁１１の開放を
もたらすと共に、内室と補償室に収容される気体の体積
を、気体出口８を介して減少する。浮動ピストン１３０
両側にかかる圧力が均衡するまで、減少が紋く。大口弁
１０と出口弁１１はこの使用状態で再び閉じる。

隔壁２が適当に伸張すると、内室と補償室の圧力の自然
発生的降下が生じる。この場合も減衰室１４においては
減衰孔１５の断面が狭小であることにより圧力の変化が
著しく遅れるので、この時減衰室１４の中での暫時の高
い圧力は、ばね２６の力に打勝った後に、浮動ピストン
１３並びに出口弁１１及び入口弁１０の円錐形弁体の上
昇運動を生じる。入口弁１０はそれによって開放され、
浮動ピストン１３の両側にかかる圧力が均衡するまで、
補償室２５を介して圧力気体を内室２４に流入させる。

入口弁１０と出口弁１１はそこで再び閉じる。高周波振
動は内室２４の圧力の僅かな変化をもたらすに過ぎない
。これは弁の操作には不十分である。

主制御器４のｔｌかに、調圧装＠５が支持板６に配設さ
れている。調圧装置５は管路３６によって圧力気体接続
部１７と連結され、別の管路５１を介して主制御器４の
気体式ロアと連結される。内部に配設されたサーボピス
トン１９は、両側に接続するロールダイヤフラム３２．
３３と共に緩和室１６′を取囲む。緩和室１６′は管路
３５によって排気孔２０と連結される。緩和室１６′に
は片側にストップを有する摺動片にサーボ弁２３のサー
ボ円錐体が配設される。サーボピストン１９と両側のダ
イヤフラム３２及び３３は前室２１と、絞シ穴３４を介
して内室と連通ずる制御室２２とを隔離する。前室２１
に臨むダイヤフラムと制御室２２に臨むダイヤプラムの
比は０．５である。内室２４の圧力と、主制御室４の大
口弁１０に生じ−る使用圧との比がそれに対応しておシ
、このことは実際の圧力を内室２４の平均圧力ＰＭに整
合させる時に正負いずれでも等しく良好な応答感度を得
る上で大変好都合であり１重量と供給圧力の変化の際に
気体圧縮ばねを自動的に整合させる。

第２図による主制御器は別個に並設された入口弁１０と
出口弁１１を有する。両者は軸方向に移動自在に支承さ
れた振動ピストン２９から成る。振動ピストン２９はば
ね２８によって主制御器４のハウジング３０に弾支され
、その固有振動数は支持される機械部材の固有振動数よ
シ高い。

振動ピストン２９はロールダイヤフラム２７によってハ
ウジング３０に対して密閉される。

大口弁１０は気体式ロアと補償室２５のあいだに、山口
弁１１は出口８と補償室２５のあいだに配設されている
。振動ピストン２９は軸方向上下に可動であって、入ロ
アと出口８を間接的に閉鎖することができる。振動ピス
トン２９は図示の定位置で弁座に、運動方向に寸法Ａだ
け重なる。これは減衰されない高周波振動の振幅より大
きい。従って同様の振動が生じても、弁を操作すること
はできない。文旦の作動は共振領域に限られる。その場
合、振動ピストンの相対運動は寸法Ａよシ太きい。第２
図による実施例の共振領域での機能を次に説明する。

主制御器のハウジングは、気体圧縮ばねのケーシング１
を介して、機械部材に固着される。

従って機械部材のそれぞれの運動に追従する。

部材が収縮すると出口弁１１が開き、気体が大気へ流れ
る。部材が伸張すれば、大口弁１０が開く一方、出目弁
１１は閉じた位置に留まる。

こうして機械部材に働く支持力はこの場合も比較的一定
に保たれる。このことは空間位置にも当てはまる。妨害
的な振動の導入は起こらず。

主制御器４は静かに動作する。

第３図に示す主制御器の実施態様は、第２図と同様に互
いに独立に操作される人口弁１ｏ及び出口弁１１を有す
る。これらの弁は浮動ビス）　ン１５’ニよって操作さ
れる。浮動ピストン１３′は柔軟な弾性構造のロールダ
イヤフラム１８によって、絞り穴１５で内室２４から隔
離された減衰室１４に対して密閉される。２個の弁の開
放方向は逆向きである。第５図による本発明の実施例の
共振領域での機能を次に説明する。

この実施例でも両方の弁は休止状態で閉じている。内室
２４の中の圧力は直接に入口弁１０と出口弁１１に、ま
た絞り穴１５を介して遅れて、弁と連結された浮動ピス
トン１３′及びダイヤフラム１８に負荷される。

内室２４の圧力がばね２６の力を超えて自然発生的に上
昇すると、出目弁１１が開放される。

なぜなら補償室２５の中で弁にかかる圧力は、浮動ピス
トン１３′並びにダイヤフラム１８の背面にかかる圧力
より暫時大きいからである。その結果、出口弁１１を介
して内室２４の中の圧力が降下する。

これに対して内室２４の中の圧力が、ばね２６の力を超
えて自然発生的に降下する時は、減衰室１４に収容され
た気体体債は減衰孔１５の狭小のため同じ速度で逸出す
ることができず、大口弁１０を開放させる。入口弁１０
かも流入する気体の体積は、内室の中で降下した圧力レ
ベルを補償し、平均圧力Ｐ　Ｍに急速に等化される。

この招合も圧力の等化は大口弁１０の閉鎖をもたらす。

内室２４の中の圧力が再び変化した時に初めて、２個の
弁の一方が再び操作される。

高周波振動は低い振幅と小さな差圧を特徴とする。第２
図による主制御器を有する本発明の気体圧縮はねでは、
差がＡに達しないため、また第１図と第３図による主制
御ｉ器を有する気体圧縮ばねでは円錐形弁体とダイヤフ
ラムの有効直径の相違とばね２６の予圧により、高周波
振動が弁を作動しないのである。

共振領域での振動について以上説明した。この振動は、
入口弁と出口弁の変互運動に相幽する振動振幅をもたら
す。

第４図に示す線図は、本発明の気体圧縮ばねの伝達関数
を従来の構造の伝達関数Ｂと対比して示す。後者は共振
領域の振動の導入Ｗ／Ｗ。＝１の時に、支持される機械
部材の振幅の増加、即ち励振体の振動の振幅よシ大きな
振動の振れを生じる。曲線Ａで特徴づけられる本発明の
構造では、そのようなことがない。高周波振動の伝達は
いずれの場合も同様である。それは良好な絶縁を特徴と
する。

【図面の簡単な説明】

第１図はケーシングの内室に配設された主制御器と調圧
装置とを備えた気圧圧縮ばねの断面図、第２図は弁の操
作が独立の振動体によって行われる主制御器の変型の断
面図、第３図は主制御器の別の実施態様に関する断面図
、第４図は従来の気体圧縮ばねと比較した本発明の気体
圧縮ばねの伝達関数の線図を示す。 １：ケーシング、２：隔壁、５：ロールダイヤフラム、
４：主制御器、５：調圧装置、６：支持板、７：入口、
８：出口、９：管路、１゜：入口弁、１１：出口弁、１
２：補償孔、１３：浮動ピストン、１４：減衰室、１５
：絞シ穴、１６：緩和室、１７：圧力気体接続部、１８
：ロールダイヤフラム、１９：サーボピストン、２０：
排気孔、２１：前室、２２：制御室、２３：サーボ弁、
２４：内室、２５：補償室、２６：ばね、２７：ロール
ダイヤフラム、２８：ｉｄね、２９：振動ピストン、３
ｏ：ハウジング、３１＝管路、３２，３３：ロールダイ
ヤフラム、３４：絞シ穴、３５：管路、３６：管路出願
人代理人　古　谷　馨 第１図 第３図 ２ｂ　と→ 第４図 ０．３　０．６　１　２３　６　１０ 周璃ｅ比の／ω０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 励振体と連結された可動又は／及び可撓の隔壁によって
   閉鎖され、大気圧以上に予圧された平均気圧ＰＭの気体
   を収容し、供給管と連結された気体入口と、調整装置に
   よって操作される各々１個の弁を備え、大気に連通ずる
   気体出口とを鳴し、機械部材と連結されたケーシングか
   ら成り、振動する励振体の上に機械部材を支承する気体
   圧縮ばねにおいて。 供給管がＰＭ’を超える圧力の気体を収容し、気体入口
   及び出口を弁によって閉鎖することができ、当該の使用
   状態にかかわりなく常に気体入口及び／又は出口が閉鎖
   されるように弁が構成され、調整装置が少なく、とも１
   個の圧力変換器から成シ、該圧力変換器がケーシングの
   内室の瞬時圧力と、絞シ穴を介して内室と連通ずる補償
   室とのあいだの差圧を検出し、最小値以下の差圧では弁
   の操作が排除されるものとして、ＰＭより高い気圧では
   気体出口が、ＰＭよシ低い気圧では気体入口が開放され
   るように、上記圧力変換器が弁と連結されていることを
   特徴とする気体圧縮ばね。 ２　圧力変換器が、ダイヤフラムによって密閉されたザ
   ーボピストン及び／又は圧力測定器から成ることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の気体圧縮ばね。 ３　弁を互いに連結したことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項又は第２項に記載の気体圧縮はね。 ４　励振体と連結された可動又は／及び可撓の隔壁によ
   って閉鎖され、大気圧以上に予圧された平均圧力ＰＭの
   気体を収容し、ＰＭを絶えず超える圧力の気体を収容す
   る供給管と連結された気体入口と、調整装置によって操
   作される弁と、大気に連通ずる気体出口と、機械部材と
   連結されたケーシングとから成り。 機械部材を振動する励振体に支承する気体圧縮ばねにお
   いて、当該の使用状態にかかわりなく気体入口及び／又
   は出口が閉鎖されるように弁が構成され、調整装置が導
   入される振動の方向と平行に可動の少なくとも１個の振
   動体から成り、振動体の固有振動数が機械部材及びケー
   シングから成るユニットの固有振動数より高く、且つ限
   界値以下の加速は弁の操作を生じないものとして、はね
   伸張方向の機械部材の加速で気体入口が、はね収縮方向
   の加速で気体出口が開放されることを特徴とする気体圧
   縮ばね。 ５　振動体がダイヤフラムによって密閉されたピストン
   から成り、該ピストンが弁の貫通孔の断面に整合する延
   長部によって上記貫通孔に突入し、且つ延長部区域に、
   連続的又は段階的に細まる断面を有することを特徴とす
   る特許請求の範囲第４項に記載の気体圧縮ばね。 ６　サーボピストンによって制御される調圧装置を気体
   入口に前置し、サーボピストンが測定室を画定し、測定
   室がケーシングによって取囲まれる内室と絞り穴を介し
   て連通ずることを特徴とする特許請求の範囲第４項乃至
   第５項に記載の気体圧縮ばね。 ７　調圧装置の減圧比が０．１乃至０．９．好ましくは
   ０．３乃至０．８であることを特徴とする特許請求の範
   囲第６項に記載の気体圧縮ばね。