(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号の伝達を減衰させる振動減衰システムであって、
長手方向軸を規定する複数の螺旋コイルと、第１端と、第２端とを備える螺旋スプリングと、
第１内側部材を備える第１端部と、
第１減衰部材と、を備え、
前記複数の螺旋コイルは、前記第１端及び前記第２端の間にある前記螺旋スプリングの内部体積を規定し、
前記第１端部は前記螺旋スプリングの前記第１端に接続され、前記第１内側部材は前記螺旋スプリングの前記内部体積の中へ延び、
前記第１減衰部材は、前記第１減衰部材が前記螺旋スプリングの前記内部体積の中にあるように前記第１内側部材に締結され、前記入力信号が前記螺旋スプリングに与えられると、前記第１減衰部材は、前記第１端と前記第２端との間における前記螺旋スプリングの圧縮および伸長の少なくとも一方に応じて、前記螺旋スプリングに対して前記長手方向軸に沿って前記第１減衰部材が平行移動することを許容されるように前記螺旋スプリングと係合し、前記第１減衰部材は、前記長手方向軸に沿って前記螺旋スプリングに対して平行移動することを許容され、前記螺旋スプリングと前記第１減衰部材の間の摩擦抵抗によって、前記入力信号の少なくとも一部の伝達を減衰させ、
前記螺旋スプリングは、複数の第１螺旋コイルと、複数の第２螺旋コイルとを備え、
前記第１減衰部材は、前記螺旋スプリングが自然状態のとき、前記複数の第１螺旋コイルと前記複数の第２螺旋コイルとの間に配置され、
前記第１減衰部材は、前記螺旋スプリングの内径よりも小さいシャフトによって前記第１端部に接続され、前記複数の螺旋コイルが前記シャフトと係合せず、
前記第１内側部材は凹部を備え、
前記第１減衰部材は、前記第１内側部材の前記凹部に配置されることを特徴とする振動減衰システム。
【請求項２】
入力信号の伝達を減衰させる振動減衰システムであって、
長手方向軸を規定する複数の螺旋コイルと、第１端と、第２端とを備える螺旋スプリングと、
第１内側部材を備える第１端部と、
第１減衰部材と、を備え、
前記複数の螺旋コイルは、前記第１端及び前記第２端の間にある前記螺旋スプリングの内部体積を規定し、
前記第１端部は前記螺旋スプリングの前記第１端に接続され、前記第１内側部材は前記螺旋スプリングの前記内部体積の中へ延び、
前記第１減衰部材は、前記第１減衰部材が前記螺旋スプリングの前記内部体積の中にあるように前記第１内側部材に締結され、前記入力信号が前記螺旋スプリングに与えられると、前記第１減衰部材は、前記第１端と前記第２端との間における前記螺旋スプリングの圧縮および伸長の少なくとも一方に応じて、前記螺旋スプリングに対して前記長手方向軸に沿って前記第１減衰部材が平行移動することを許容されるように前記螺旋スプリングと係合し、前記第１減衰部材は、前記長手方向軸に沿って前記螺旋スプリングに対して平行移動することを許容され、前記螺旋スプリングと前記第１減衰部材の間の摩擦抵抗によって、前記入力信号の少なくとも一部の伝達を減衰させ、
前記螺旋スプリングは、複数の第１螺旋コイルと、複数の第２螺旋コイルとを備え、
前記第１減衰部材は、前記螺旋スプリングが自然状態のとき、前記複数の第１螺旋コイルと前記複数の第２螺旋コイルとの間に配置され、
前記第１減衰部材は、前記螺旋スプリングの内径よりも小さいシャフトによって前記第１端部に接続され、前記複数の螺旋コイルが前記シャフトと係合せず、
前記第１螺旋コイルと前記第１端の間の距離は、前記第２螺旋コイルと前記第１端の間の距離よりも大きく、
前記入力信号が前記螺旋スプリングに与えられるとき、前記第１減衰部材と前記第１螺旋コイルの間の第１係合力の大きさは、前記第１減衰部材と前記第２螺旋コイルの間の第２係合力の大きさよりも小さいことを特徴とする振動減衰システム。
【請求項３】
前記第１螺旋コイルは第１半径を有し、前記第２螺旋コイルは第２半径を有し、前記第１半径は前記第２半径よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の振動減衰システム。
【請求項４】
前記入力信号が前記螺旋スプリングに与えられるとき、前記第１係合力の大きさが実質的に０となるように、前記第１減衰部材は前記第１螺旋コイルと係合しないことを特徴とする請求項２に記載の振動減衰システム。
【請求項５】
入力信号の伝達を減衰させる振動減衰システムであって、
長手方向軸を規定する複数の螺旋コイルと、第１端と、第２端とを備える螺旋スプリングと、
第１内側部材を備える第１端部と、
第１減衰部材と、を備え、
前記複数の螺旋コイルは、前記第１端及び前記第２端の間にある前記螺旋スプリングの内部体積を規定し、
前記第１端部は前記螺旋スプリングの前記第１端に接続され、前記第１内側部材は前記螺旋スプリングの前記内部体積の中へ延び、
前記第１減衰部材は、前記第１減衰部材が前記螺旋スプリングの前記内部体積の中にあるように前記第１内側部材に締結され、前記入力信号が前記螺旋スプリングに与えられると、前記第１減衰部材は、前記第１端と前記第２端との間における前記螺旋スプリングの圧縮および伸長の少なくとも一方に応じて、前記螺旋スプリングに対して前記長手方向軸に沿って前記第１減衰部材が平行移動することを許容されるように前記螺旋スプリングと係合し、前記第１減衰部材は、前記長手方向軸に沿って前記螺旋スプリングに対して平行移動することを許容され、前記螺旋スプリングと前記第１減衰部材の間の摩擦抵抗によって、前記入力信号の少なくとも一部の伝達を減衰させ、
前記螺旋スプリングは、複数の第１螺旋コイルと、複数の第２螺旋コイルとを備え、
前記第１減衰部材は、前記螺旋スプリングが自然状態のとき、前記複数の第１螺旋コイルと前記複数の第２螺旋コイルとの間に配置され、
前記第１減衰部材は、前記螺旋スプリングの内径よりも小さいシャフトによって前記第１端部に接続され、前記複数の螺旋コイルが前記シャフトと係合せず、
前記振動減衰システムは、
第２内側部材を備える第２端部と、
前記第２内側部材に配置される第２減衰部材と、をさらに備え、
前記第２端部は前記螺旋スプリングの前記第２端に接続され、前記第２内側部材は、前記螺旋スプリングの前記内部体積の中へ延び、
前記第２減衰部材は、前記螺旋スプリングの前記内部体積の中にあり、前記入力信号が前記螺旋スプリングに与えられると、前記第２減衰部材は、前記複数の螺旋コイルの他の螺旋コイルと係合し、前記入力信号の少なくとも一部の前記伝達をさらに減衰させることを特徴とする振動減衰システム。
【請求項６】
安全紐をさらに備え、
前記安全紐の第１端は前記第１内側部材に接続され、前記安全紐の第２端は前記第２内側部材に接続されることを特徴とする請求項５に記載の振動減衰システム。
【請求項７】
振動エネルギーを減衰させるスプリング及びダンパーシステムであって、
少なくとも第１螺旋コイルと、第１長手方向軸とを備える第１スプリングと、
少なくとも第２螺旋コイルと、第２長手方向軸とを備える第２スプリングと、
外面と、受け入れ開口部と、前記受け入れ開口部の内面とを有する第１ダンパー部材と、を備え、
前記第１長手方向軸は、前記第１スプリングの第１内部体積の中にあり、前記第１スプリングの第１端は、第１端部に取り付けられ、前記第１スプリングの第２端は、第２端部に取り付けられ、
前記第１長手方向軸と前記第２長手方向軸は、実質的に位置合わせされ、前記第２螺旋コイルは、前記第１スプリングの前記第１内部体積の中に配置され、前記第２スプリングの第１端は、前記第１端部に取り付けられ、前記第２スプリングの第２端は、前記第２端部に取り付けられ、
前記受け入れ開口部は、少なくとも前記第２スプリングの前記第２螺旋コイルを受け入れ、前記第２螺旋コイルは前記内面に隣接し、前記第１スプリングの前記第１螺旋コイルは、前記外面に隣接して配置され、
前記第１スプリングの前記第１螺旋コイルは、少なくとも９０°の角度をなす第１の螺旋状の弧に沿って前記第１ダンパー部材の前記外面と係合するように構成及び配置され、
前記第２スプリングの前記第２螺旋コイルは、少なくとも９０°の角度をなす第２の螺旋状の弧に沿って前記第１ダンパー部材の前記内面と係合するように構成及び配置され、
前記第１螺旋コイルは、複数の第１コイルと、複数の第２コイルとを有し、第１減衰部材が前記複数の第１コイルと前記複数の第２コイルとの間に配置され、前記第１螺旋コイルが変形しないとき、前記複数の第１コイルは、前記第１減衰部材と係合せず、
前記第２螺旋コイルは、前記第２スプリングの第１コイルと、前記第２スプリングの第２コイルとを有し、前記第１減衰部材は、前記第２スプリングの第１コイルと前記第２スプリングの第２コイルとの間に配置され、前記第２スプリングの第１コイルは、前記第１減衰部材と前記第１端部との間に配置され、前記第１スプリングが自然状態のとき、前記第２スプリングの第１コイルは、前記第１減衰部材と係合せず、
前記第１スプリングは第３螺旋コイルを備え、前記第２スプリングは前記第１スプリングの前記第１内部体積の中に配置される第４螺旋コイルを備え、
前記スプリング及びダンパーシステムは、第２の外面と、第２受け入れ開口部と、前記第２受け入れ開口部の第２の内面と、を備える第２ダンパー部材を備え、
前記第２受け入れ開口部は、前記第２スプリングの少なくとも前記第４螺旋コイルを受け入れ、前記第４螺旋コイルは、前記第２の内面に隣接し、前記第１スプリングの前記第３螺旋コイルは、前記第２の外面に隣接して配置され、
前記第１スプリングの前記第３螺旋コイルは、少なくとも９０°の角度をなす第３の螺旋状の弧に沿って前記第２ダンパー部材の前記第２の外面と係合するように構成及び配置され、前記第２スプリングの前記第４螺旋コイルは、少なくとも９０°の角度をなす第４の螺旋状の弧に沿って、前記第２ダンパー部材の前記第２の内面と係合するように構成及び配置されることを特徴とするスプリング及びダンパーシステム。
【請求項８】
振動エネルギーを減衰させるスプリング及びダンパーシステムであって、
少なくとも第１螺旋コイルと、第１長手方向軸とを備える第１スプリングと、
少なくとも第２螺旋コイルと、第２長手方向軸とを備える第２スプリングと、
外面と、受け入れ開口部と、前記受け入れ開口部の内面とを有する第１ダンパー部材と、を備え、
前記第１長手方向軸は、前記第１スプリングの第１内部体積の中にあり、前記第１スプリングの第１端は、第１端部に取り付けられ、前記第１スプリングの第２端は、第２端部に取り付けられ、
前記第１長手方向軸と前記第２長手方向軸は、実質的に位置合わせされ、前記第２螺旋コイルは、前記第１スプリングの前記第１内部体積の中に配置され、前記第２スプリングの第１端は、前記第１端部に取り付けられ、前記第２スプリングの第２端は、前記第２端部に取り付けられ、
前記受け入れ開口部は、少なくとも前記第２スプリングの前記第２螺旋コイルを受け入れ、前記第２螺旋コイルは前記内面に隣接し、前記第１スプリングの前記第１螺旋コイルは、前記外面に隣接して配置され、
前記第１スプリングの前記第１螺旋コイルは、少なくとも９０°の角度をなす第１の螺旋状の弧に沿って前記第１ダンパー部材の前記外面と係合するように構成及び配置され、
前記第２スプリングの前記第２螺旋コイルは、少なくとも９０°の角度をなす第２の螺旋状の弧に沿って前記第１ダンパー部材の前記内面と係合するように構成及び配置され、
前記第１螺旋コイルは、複数の第１コイルと、複数の第２コイルとを有し、第１減衰部材が前記複数の第１コイルと前記複数の第２コイルとの間に配置され、前記第１螺旋コイルが変形しないとき、前記複数の第１コイルは、前記第１減衰部材と係合せず、
前記第２螺旋コイルは、前記第２スプリングの第１コイルと、前記第２スプリングの第２コイルとを有し、前記第１減衰部材は、前記第２スプリングの第１コイルと前記第２スプリングの第２コイルとの間に配置され、前記第２スプリングの第１コイルは、前記第１減衰部材と前記第１端部との間に配置され、前記第１スプリングが自然状態のとき、前記第２スプリングの第１コイルは、前記第１減衰部材と係合せず、
前記第１スプリングの第１端を前記第２スプリングの第２端に接続する第１端部をさらに備えることを特徴とするスプリング及びダンパーシステム。
【請求項９】
前記第１端部は、前記第１スプリングの少なくとも１つの螺旋コイルと係合する外面上の第１螺旋溝と、前記第２スプリングの少なくとも１つの螺旋コイルと係合する内面上の第２螺旋溝と、を備えることを特徴とする請求項８に記載のスプリング及びダンパーシステム。
【請求項１０】
振動エネルギーを減衰させるスプリング及びダンパーシステムであって、
少なくとも第１螺旋コイルと、第１長手方向軸とを備える第１スプリングと、
少なくとも第２螺旋コイルと、第２長手方向軸とを備える第２スプリングと、
外面と、受け入れ開口部と、前記受け入れ開口部の内面とを有する第１ダンパー部材と、を備え、
前記第１長手方向軸は、前記第１スプリングの第１内部体積の中にあり、前記第１スプリングの第１端は、第１端部に取り付けられ、前記第１スプリングの第２端は、第２端部に取り付けられ、
前記第１長手方向軸と前記第２長手方向軸は、実質的に位置合わせされ、前記第２螺旋コイルは、前記第１スプリングの前記第１内部体積の中に配置され、前記第２スプリングの第１端は、前記第１端部に取り付けられ、前記第２スプリングの第２端は、前記第２端部に取り付けられ、
前記受け入れ開口部は、少なくとも前記第２スプリングの前記第２螺旋コイルを受け入れ、前記第２螺旋コイルは前記内面に隣接し、前記第１スプリングの前記第１螺旋コイルは、前記外面に隣接して配置され、
前記第１スプリングの前記第１螺旋コイルは、少なくとも９０°の角度をなす第１の螺旋状の弧に沿って前記第１ダンパー部材の前記外面と係合するように構成及び配置され、前記第２スプリングの前記第２螺旋コイルは、少なくとも９０°の角度をなす第２の螺旋状の弧に沿って前記第１ダンパー部材の前記内面と係合するように構成及び配置され、
前記第１螺旋コイルは、複数の第１コイルと、複数の第２コイルとを有し、第１減衰部材が前記複数の第１コイルと前記複数の第２コイルとの間に配置され、前記第１螺旋コイルが変形しないとき、前記複数の第１コイルは、前記第１減衰部材と係合せず、
前記第２螺旋コイルは、前記第２スプリングの第１コイルと、前記第２スプリングの第２コイルとを有し、前記第１減衰部材は、前記第２スプリングの第１コイルと前記第２スプリングの第２コイルとの間に配置され、前記第２スプリングの第１コイルは、前記第１減衰部材と前記第１端部との間に配置され、前記第１スプリングが自然状態のとき、前記第２スプリングの第１コイルは、前記第１減衰部材と係合せず、
前記第１スプリングは第１の共鳴振動数を有し、前記第２スプリングは第２の共鳴振動数を有し、前記第１の共鳴振動数及び前記第２の共鳴振動数は、異なる共鳴振動数であることを特徴とするスプリング及びダンパーシステム。
【請求項１１】
振動エネルギーを減衰させるスプリング及びダンパーシステムであって、
少なくとも第１螺旋コイルと、第１長手方向軸とを備える第１スプリングと、
少なくとも第２螺旋コイルと、第２長手方向軸とを備える第２スプリングと、
外面と、受け入れ開口部と、前記受け入れ開口部の内面とを有する第１ダンパー部材と、を備え、
前記第１長手方向軸は、前記第１スプリングの第１内部体積の中にあり、前記第１スプリングの第１端は、第１端部に取り付けられ、前記第１スプリングの第２端は、第２端部に取り付けられ、
前記第１長手方向軸と前記第２長手方向軸は、実質的に位置合わせされ、前記第２螺旋コイルは、前記第１スプリングの前記第１内部体積の中に配置され、前記第２スプリングの第１端は、前記第１端部に取り付けられ、前記第２スプリングの第２端は、前記第２端部に取り付けられ、
前記受け入れ開口部は、少なくとも前記第２スプリングの前記第２螺旋コイルを受け入れ、前記第２螺旋コイルは前記内面に隣接し、前記第１スプリングの前記第１螺旋コイルは、前記外面に隣接して配置され、
前記第１スプリングの前記第１螺旋コイルは、少なくとも９０°の角度をなす第１の螺旋状の弧に沿って前記第１ダンパー部材の前記外面と係合するように構成及び配置され、前記第２スプリングの前記第２螺旋コイルは、少なくとも９０°の角度をなす第２の螺旋状の弧に沿って前記第１ダンパー部材の前記内面と係合するように構成及び配置され、
前記第１螺旋コイルは、複数の第１コイルと、複数の第２コイルとを有し、第１減衰部材が前記複数の第１コイルと前記複数の第２コイルとの間に配置され、前記第１螺旋コイルが変形しないとき、前記複数の第１コイルは、前記第１減衰部材と係合せず、
前記第２螺旋コイルは、前記第２スプリングの第１コイルと、前記第２スプリングの第２コイルとを有し、前記第１減衰部材は、前記第２スプリングの第１コイルと前記第２スプリングの第２コイルとの間に配置され、前記第２スプリングの第１コイルは、前記第１減衰部材と前記第１端部との間に配置され、前記第１スプリングが自然状態のとき、前記第２スプリングの第１コイルは、前記第１減衰部材と係合せず、
前記第１スプリングは第１ばね定数を有し、前記第２スプリングは第２ばね定数を有し、前記第１ばね定数及び前記第２ばね定数は、異なるばね定数であることを特徴とするスプリング及びダンパーシステム。
【請求項１２】
振動エネルギーを減衰させるスプリング及びダンパーシステムであって、
少なくとも第１螺旋コイルと、第１長手方向軸とを備える第１スプリングと、
少なくとも第２螺旋コイルと、第２長手方向軸とを備える第２スプリングと、
外面と、受け入れ開口部と、前記受け入れ開口部の内面とを有する第１ダンパー部材と、を備え、
前記第１長手方向軸は、前記第１スプリングの第１内部体積の中にあり、前記第１スプリングの第１端は、第１端部に取り付けられ、前記第１スプリングの第２端は、第２端部に取り付けられ、
前記第１長手方向軸と前記第２長手方向軸は、実質的に位置合わせされ、前記第２螺旋コイルは、前記第１スプリングの前記第１内部体積の中に配置され、前記第２スプリングの第１端は、前記第１端部に取り付けられ、前記第２スプリングの第２端は、前記第２端部に取り付けられ、
前記受け入れ開口部は、少なくとも前記第２スプリングの前記第２螺旋コイルを受け入れ、前記第２螺旋コイルは前記内面に隣接し、前記第１スプリングの前記第１螺旋コイルは、前記外面に隣接して配置され、
前記第１スプリングの前記第１螺旋コイルは、少なくとも９０°の角度をなす第１の螺旋状の弧に沿って前記第１ダンパー部材の前記外面と係合するように構成及び配置され、前記第２スプリングの前記第２螺旋コイルは、少なくとも９０°の角度をなす第２の螺旋状の弧に沿って前記第１ダンパー部材の前記内面と係合するように構成及び配置され、
前記第１螺旋コイルは、複数の第１コイルと、複数の第２コイルとを有し、第１減衰部材が前記複数の第１コイルと前記複数の第２コイルとの間に配置され、前記第１螺旋コイルが変形しないとき、前記複数の第１コイルは、前記第１減衰部材と係合せず、
前記第２螺旋コイルは、前記第２スプリングの第１コイルと、前記第２スプリングの第２コイルとを有し、前記第１減衰部材は、前記第２スプリングの第１コイルと前記第２スプリングの第２コイルとの間に配置され、前記第２スプリングの第１コイルは、前記第１減衰部材と前記第１端部との間に配置され、前記第１スプリングが自然状態のとき、前記第２スプリングの第１コイルは、前記第1減衰部材と係合せず、
前記第１スプリングと前記第１ダンパー部材の間の摩擦係合と、前記第２スプリングと前記第１ダンパー部材の間の摩擦係合とのうち、少なくとも一方は、前記第１ダンパー部材の長手方向における位置決めを安定させることを特徴とするスプリング及びダンパーシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、２０１５年３月２３日に出願された米国特許出願第１４／６６６，０６６号「エネルギーの伝達を減衰させるスプリング及びダンパーシステム」に基づく優先権を主張するものである。また、当該出願は、２０１０年２月２３日に出願された米国特許出願第１２／７１０，８９９号「引張スプリング取り付け具」と、２０１３年３月１４日に出願された米国特許出願第１３／８２９，８３０号「摩擦抵抗性コーティングを備える引張スプリング取り付け具」との一部継続出願であり、これら全ての内容を参照し、ここに組み込むものである。
【０００２】
本発明の分野は、概して部品又はシステムの振動を減衰させることに関する。具体的には、本発明は、入力信号及び／又は入力エネルギーの伝達を軽減及び減衰するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
機械的作用でスプリングの形状が弾性変形するとき、スプリングは、復元力を供給する。復元力は、スプリングが復元して弛緩するときや変形していないときの形状又は状態となるような方向に沿って向かう。したがって、スプリングは、構成要素又は構造の位置をスプリングの自然状態に対応する位置に付勢又は復元する必要があるときに、しばしば用いられる。
【０００４】
復元力は、スプリングの弾性的性質によるものである。すなわち、スプリングは弾性的に変形することにより、スプリングを変形させる機械的作用に関するエネルギーの少なくとも一部を蓄積する。この力学的ポテンシャルは、復元力を供給する。スプリングは、機械的作用の形で蓄積されたポテンシャルエネルギーを復元力によって放出することで、しばしば振動運動を生じる。例えば、螺旋状又はコイル状のスプリング等のいくつかのスプリングは、スプリングの長手方向に沿う弾性的な伸張及び／又は収縮によってエネルギーを蓄積する。
【０００５】
自然状態から離れるように変位したり変形したりする範囲内において、多くのスプリングの復元力の大きさと変位は、ほぼ線形に比例する。さらに、復元力は、変位方向とは反対の方向に向けられる。復元力は、線形変位の範囲内において、フックの法則を用いてモデル化することができる。少なくとも１次では、このようなスプリングの運動学は、調和運動又は正弦運動によって適切に近似される。
【０００６】
スプリング等の調和振動子は、他の構造や構成部材と組み合わせると、振動エネルギーの少なくとも一部を他の構造に伝達する。調和振動子及び調和振動子を含むシステムは、振動子及びシステムの特性に依存する所定の共鳴振動数で共振する。したがって、スプリングが共鳴振動数又は共鳴振動数付近で駆動されると、伝達されたエネルギーが増幅される。これにより、伝達された振動エネルギーを受ける振動子や他の構造に、損傷及び／又は壊滅的な故障が引き起こされる可能性がある。
【０００７】
エネルギー伝達信号によって駆動される振動システムにおいて、システムの伝達率は、入力エネルギーと伝達された出力エネルギーの比で定義される。入力信号の振動数は、変動することがあるため、大抵の場合、伝達率は信号の振動数の関数である。例えばダンパーのようなエネルギー消散部材は、振動エネルギーを消散させたり、システムの伝達率を減少させたりするために振動子と接続されることが多い。ダンパーがスプリングに接続されると、スプリングに蓄積されたエネルギーの少なくとも一部は、ダンパーに伝達され、システムの振動数の周期よりもずっと長いタイムスケールに渡って消散される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、大抵の場合、システム及びアセンブリの設計要件は、様々な用途で利用される減衰部材の物理的配置や種類を制約する。さらに、減衰部材又はダンパー部材をスプリングに接続させることは、更なる工学的課題を提示する可能性がある。また、複数の振動子を備えるシステムに減衰が必要なとき、工学的課題の複雑さが増大する。以下の開示が提供されるのは、これら及び他の考慮のためである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
入力信号の伝達を減衰する振動減衰システムを開示する。システムは、螺旋スプリングと、第１端部と、第１減衰部材とを備える。螺旋スプリングは、複数の螺旋コイルと、第１端と、第２端とを備える。複数の螺旋コイルは、第１端と第２端の間において、螺旋スプリングの内部体積を規定する。第１端部は、第１内側部材を備える。第１端部は、螺旋スプリングの第１端に接続される。第１内側部材は、螺旋スプリングの内部体積の中に延びる。第１減衰部材は、第１内側部材に配置される。第１減衰部材は、螺旋スプリングの内部体積の中にある。入力信号が螺旋スプリングに与えられると、第１減衰部材は、複数の螺旋コイルの少なくとも１つと係合し、入力信号の少なくとも一部の伝達を減衰させる。
【００１０】
好ましい実施形態では、減衰部材は、トロイダル減衰部材である。トロイダル減衰部材は、位相的に環状体と等しい。トロイダル減衰部材は、第１内側部材に配置される。トロイダル減衰部材における受け入れ開口部又は穴は、第１内側部材を受け入れる。内側部材は、凹部を有する。第１減衰部材は、第１内側部材の凹部に配置される。第１部材は、シャフトを備える。シャフトの少なくとも一部は、中空シャフトである。
【００１１】
第１端部は螺旋溝を備える。螺旋溝は、螺旋コイルの第１端に隣接する少なくとも１つの螺旋コイルと係合し、第１端部をスプリングに接続する。第１端部は、螺旋スプリングの内部体積に対して外側の部分を備える。外側の部分は、取り付け開口を備える。少なくとも１つの実施形態では、螺旋スプリングが第１の状態のとき、第１の量のエネルギーを蓄積するように、第１減衰部材は複数の螺旋コイルと係合しない。螺旋スプリングが第２の状態のとき、第１の量よりも大きい第２の量のエネルギーを蓄積するように、第１減衰部材は複数の螺旋コイルと係合する。
【００１２】
いくつかの実施形態では、第１減衰部材と複数の螺旋コイルの少なくとも１つとの間での係合は、第１減衰部材と複数のコイルの少なくとも１つとの間での摩擦係合を少なくとも含む。第１減衰部材と複数の螺旋コイルの少なくとも１つとの間での係合は、第１減衰部材に対する圧縮力を含む。
【００１３】
複数のコイルは、第１螺旋コイルと第２螺旋コイルとを備える。第１コイルと第１端との間の距離は、第２コイルと第１端との間の距離よりも大きい。入力信号が螺旋スプリングに与えられるとき、第１減衰部材と第１コイルとの間の第１係合力の大きさは、第１減衰部材と第２コイルとの間の第２係合力の大きさよりも小さい。第１コイルは第１半径を有し、第２コイルは第２半径を有する。第１半径は第２半径よりも大きい。入力信号が螺旋スプリングに与えられるとき、第１係合力の大きさが実質的に０となるように、第１減衰部材は第１コイルと係合しない。
【００１４】
種々の実施形態では、システムは、第２端部及び第２減衰部材をさらに備える。第２端部は、第２内側部材を備える。第２端部は、螺旋コイルの第２端に接続される。第２内側部材は、螺旋コイルの内部体積の中へ延びる。第２減衰部材は、第２内側部材に配置される。第２減衰部材は、螺旋コイルの内部体積の中にある。入力信号が螺旋コイルに与えられると、第２減衰部材は複数の螺旋コイルの他の螺旋コイルと係合し、入力信号の少なくとも一部の伝達をさらに減衰させる。システムは、更に、安全紐（Ｓａｆｅｔｙ  ｌｅａｓｈ）をさらに備えることができる。安全紐の第１端は、第１内側部材に接続される。安全紐の第２端は、第２内側部材に接続される。
【００１５】
ここでは、入力エネルギーを消散させるためのエネルギー消散アセンブリが開示される。アセンブリは、エネルギー蓄積装置と第１エネルギー消散装置とを備える。エネルギー蓄積装置は、エネルギー蓄積装置に与えられる機械的作用に対応するエネルギーの少なくとも一部を蓄積する。エネルギー蓄積装置にエネルギーが蓄積されると、エネルギー蓄積装置の内部空洞は、与えられた機械的作用に応じて弾性的に変形する。第１エネルギー消散装置は、第１エネルギー消散装置の表面に与えられる機械的作用に対応するエネルギーの少なくとも一部を消散させる。第１消散装置は、蓄積装置の内部空洞内に配置される。入力される機械的作用の量が作動しきい値よりも大きく、この機械的作用がエネルギー蓄積装置に与えられるとき、エネルギー蓄積装置の内部空洞は、弾性的に変形する。入力される機械的作用に対応するエネルギーであって、エネルギー蓄積装置に蓄積されたエネルギーは、第１エネルギー消散装置の表面に機械的作用を及ぼす。蓄積されたエネルギーの少なくとも一部は、消散される。
【００１６】
種々の実施形態では、エネルギー蓄積装置はコイルスプリングである。第１エネルギー消散装置は、エラストマー製の減衰部材でもよい。第１エネルギー消散装置は、第１内側端部材に配置される。エネルギー蓄積装置の内部空洞が弾性的に変形すると、第１内側端部材はエネルギー蓄積装置の長手方向軸に沿って平行移動し、エネルギー蓄積装置と第１エネルギー消散装置との間で係合が生じる。蓄積されたエネルギーの少なくとも一部は、第１エネルギー消散装置の表面に働く機械的作用に変換される。
【００１７】
少なくとも１つの実施形態では、エネルギー蓄積装置と第１エネルギー消散装置との間の摩擦係合は、蓄積されたエネルギーを第１エネルギー消散装置の表面に働く機械的作用に変換することができる。第１エネルギー消散装置の表面に働く機械的作用は、少なくとも、エネルギー蓄積装置によって、第１エネルギー消散装置の表面に働く力によって与えられる。力は圧縮力であってもよい。力は摩擦力であってもよい。
【００１８】
好ましい実施形態では、アセンブリは、第２エネルギー消散装置をさらに備える。第２エネルギー消散装置は、第２エネルギー消散装置の表面に与えられる機械的作用に対応するエネルギーの少なくとも一部を消散させる。第２消散装置は、蓄積装置の内部空洞内に配置される。入力される機械的作用の量が作動しきい値よりも大きく、この機械的作用が蓄積装置に与えられるとき、エネルギー蓄積装置の内部空洞は、弾性的に変形する。入力される機械的作用に対応するエネルギーであって、エネルギー蓄積装置に蓄積されたエネルギーは、第１エネルギー消散装置の表面に機械的作用を及ぼす。蓄積されたエネルギーの少なくとも他の一部は、消散される。アセンブリは、さらに、第１エネルギー消散装置に接続される紐を備える。紐は、エネルギー蓄積装置による壊滅的なエネルギー放出中において、第１エネルギー消散装置の運動を制限するように構成及び配置される。第１エネルギー消散装置は、環状の消散装置である。
【００１９】
ここでは、振動エネルギーを減衰させるスプリング及びダンパーシステムが開示される。システムは、第１スプリングと、第２スプリングと、第１ダンパー部材とを備える。第１スプリングは、少なくとも、第１螺旋コイルと、第１スプリングの第１内部体積内の第１長手方向軸とを備える。第２スプリングは、少なくとも、第２螺旋コイルと、第２長手方向軸とを備える。第１長手方向軸と第２長手方向軸は、実質的に位置合わせされている。第２コイルは、第１スプリングの第１内部体積の中に配置される。第１ダンパー部材は、外面と、受け入れ開口部と、開口部の内面とを備える。開口部は、少なくとも第２スプリングの第２コイルを受け入れる。第２コイルは内面に隣接している。第１スプリングの第１コイルは、外面に隣接して配置される。第１スプリングの第１コイルは、少なくとも９０°の角度をなす第１の螺旋状の弧に沿って第１ダンパー部材の外面と係合するように構成及び配置される。第２スプリングの第２コイルは、少なくとも９０°の角度をなす第２の螺旋状の弧に沿って第１ダンパー部材の内面と係合するように構成及び配置される。
【００２０】
好ましい実施形態では、第１スプリングは第３螺旋コイルを備える。第２スプリングは、第１スプリングの第１内部体積内に配置された第４螺旋コイルを備える。システムは、さらに、第２ダンパー部材および第３ダンパー部材を備える。第２ダンパー部材は、第２の外面、第２受け入れ開口部、及び第２開口部の第２の内面を備える。第２開口部は、第２スプリングの少なくとも第４コイルを受け入れる。第４コイルは、第２の内面に隣接している。第１スプリングの第３コイルは、第２の外面に隣接して配置される。第１スプリングの第３コイルは、少なくとも９０°の角度をなす第３の螺旋状の弧に沿って第２ダンパー部材の第２の外面と係合するように構成及び配置される。第２スプリングの第４コイルは、少なくとも９０°の角度をなす第４の螺旋状の弧に沿って、第２ダンパー部材の第２の内面と係合するように構成及び配置される。
【００２１】
システムは、さらに、第１スプリングの第１端を第２スプリングの第２端に接続する第１端部を備える。第１端部は、外面上に第１螺旋溝を備え、第１螺旋溝は、第１スプリングの少なくとも１つの螺旋コイルと係合する。第１端部は、内面上に第２螺旋溝を備え、第２螺旋溝は、第２スプリングの少なくとも１つの螺旋コイルと係合する。第１スプリングは、第１の共鳴振動数を有する。第２スプリングは、第２の共鳴振動数を有する。第１の共鳴振動数及び第２の共鳴振動数は、異なる共鳴振動数である。第１スプリングは第１ばね定数を有する。第２スプリングは第２ばね定数を有する。第１ばね定数及び第２ばね定数は、異なるばね定数である。第１スプリングと第１ダンパー部材の間の摩擦係合と、第２スプリングと第１ダンパー部材の間の摩擦係合とのうち、少なくとも一方は、第１ダンパー部材の長手方向における位置決めを安定させる。
【００２２】
ここでは、共振信号の伝達を減衰させるサスペンションアセンブリが開示される。アセンブリは、第１信号伝達装置と、第２信号伝達装置と、第１信号減衰装置とを備える。第２信号伝達装置は、第１信号伝達装置と並列に配置される。第１信号減衰装置は、第１信号伝達装置と第２信号伝達装置の両方に接続される。第１信号減衰装置は、第１信号伝達装置に与えられる第１信号と、第２信号伝達装置に与えられる第２信号の両方を実質的に減衰させるように構成及び配置される。
【００２３】
第１信号伝達装置と第２信号伝達装置のうち、少なくとも一方はスプリング装置である。第１信号伝達装置と第２信号伝達装置とは、同軸上に配置される。第１信号伝達装置と、第１信号減衰装置と、第２信号伝達装置とは、同軸上に配置される。第１信号伝達装置に与えられる第１信号は、第１信号伝達装置の共鳴振動数である。第２信号伝達装置に与えられる第２信号は、第２信号伝達装置の共鳴振動数である。第１信号伝達装置の第１インピーダンスは、第２信号伝達装置の第２インピーダンスと異なる。第１信号伝達装置は、第１信号減衰装置の外面と摩擦係合する。第２信号伝達装置は、第１信号減衰装置の内面に摩擦係合する。
【００２４】
本発明の好ましい例や代替例について、以下の図面を参照して詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】本実施形態において、エネルギー蓄積部材、２つのエネルギー消散部材、及び一対の端部アセンブリを備える振動減衰システムの自然状態を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ａの振動減衰システムの緊張状態を示す図である。
【図１Ｃ】図１Ａの振動減衰システムにおけるスプリングの一端及び端部を示す図である。
【図２Ａ】図１Ａにおける自然状態の振動減衰システムの断面図である。
【図２Ｂ】図１Ｂにおける緊張状態の振動減衰システムの断面図である。
【図２Ｃ】別の実施形態における振動減衰システムであって、中空部材を備え、緊張状態である振動減衰システムを示す図である。
【図３Ａ】もう一つの実施形態において、２つのエネルギー蓄積部材、各エネルギー蓄積部材とそれぞれ共通する２つのエネルギー消散部材、一対の端部を備える振動減衰システムを示す図である。
【図３Ｂ】図３Ａの振動減衰システムにおいて、共通のエネルギー消散部材の一方を拡大した拡大図である。
【図４Ａ】一実施形態におけるエネルギー消散部材を異なる視点から示した図である。
【図４Ｂ】一実施形態におけるエネルギー消散部材を異なる視点から示した図である。
【図４Ｃ】一実施形態におけるエネルギー消散部材を異なる視点から示した図である。
【図５】減衰されていない入力信号の伝達と減衰された入力信号の伝達をプロットした図であり、ここに開示される種々の実施形態によって可能となる、伝達された信号の減衰を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本開示は、構造体を接続するとともに、信号に関連するエネルギーを減少させるシステム及び方法を開示するものである。信号は、システムに供給されたり、構造体間で伝達されたりする。構造体の接続には、１つ以上の接続部材が用いられる。接続部材のうち、少なくとも１つは復元力を供給する。好ましい実施形態では、少なくとも１つの接続部材の形状が、機械的作用で変位または変形すると、変形した接続部材によって復元力が供給される。構造体と構造体の間の相対的な配置は、復元力によって偏る。構造体は、システム又はシステム周辺の環境から別の力が供給されない限り、偏った相対位置に配置される。少なくとも１つの接続部材は、エネルギー蓄積装置又はエネルギー蓄積部材であってもよい。複数の接続部材を含む実施形態では、システムは、並列に配置されたり、直列に配置されたり、あるいは直列と並列を組み合わせて配置されたりする接続部材を備える。接続部材には、例えば、螺旋状又はコイル状のスプリングが挙げられるが、これらに限られるものではない。
【００２７】
構造体間のエネルギー伝達信号の伝達を減少させることに加え、外側部材がここで開示される種々のシステムにエネルギーを入力すると、システム及び方法は、入力されるエネルギーの少なくとも一部を減衰及び／又は消散させる。例えば、エネルギー消散部材は、少なくとも１つの接続部材に接続される。接続部材とエネルギー消散部材との間におけるエネルギー伝達係合により、接続部材は、少なくとも一部の入力エネルギーをエネルギー消散部材に伝達する。エネルギー消散部材は、許容可能な時間間隔で、入力されたエネルギーの少なくとも一部を安全にシステムから逃がす。さらに、エネルギー消散部材は、接続された構造体間でのエネルギー伝達を減少させる。エネルギー消散部材には、例えば、ダンパー及び／又は減衰部材、減衰デバイスが挙げられるが、これらに限られるものではない。
【００２８】
ここで開示される種々の実施形態でのシステム及び方法は、非限定的な例の一つとして、例えば航空機、宇宙船、陸上車両のアセンブリ及び陸上車両のサブアセンブリに適用してもよい。以下では、概ね航空機及び宇宙船に関して説明するが、ここで開示される原理及び種々の実施形態は、外力又はエネルギー伝達信号が作用する任意の車両やその他のアセンブリ及び／又はシステムに容易に適用され得ることを理解されたい。
【００２９】
現代の航空機の設計では、多くの構造体を接続する必要があるとともに、同時に、構造体と構造体の間でエネルギーが伝達するのを減少させる必要もある。さらに、通常の飛行状態では、航空機の加速／減速、航空機の大気中における速度は、航空機が備える種々の構造体に対し、実質的にエネルギーを伝達したり、インパルスをもたらしたりする。例えば、乱気流に対して高速の平行移動は、航空機の部品に共鳴振動数での振動運動を誘発することがある。加速により、航空機の部品に対してこのようなことが誘発されると、部品や、部品を接続するための接続部材が壊滅的に破損したり、あるいは損傷を受けたりする可能性がある。さらに、航空機の設計では、接続されるいくつかの構造体間において、相対的に位置決めするための付勢力が必要である。
【００３０】
非限定的な例は、航空機の着陸装置に関する。着陸装置は、航空機や宇宙船の胴体又は他の構造部材に接続されなければならない。さらに、着陸装置が「上」位置又は格納位置に嵌り込むという許容できないシナリオを避けるため、「下」位置、「着陸」位置、あるいは突出位置に着陸装置を付勢する復元力が必要である。離陸後、油圧、空気圧、又は別の機構により、二次的な力が供給される。二次的な力は、復元力に逆らい、着陸装置を格納位置に位置決めすることができる。二次的な力が存在しない場合、復元力は、着陸装置を突出位置に付勢したり、復元したりし、着陸装置が格納位置において動かなくなる可能性を減少させる。スプリングは、少なくとも部分的に着陸装置を航空機に接続し、着陸装置を突出位置に付勢する復元力を供給するために用いられる。
【００３１】
種々の実施形態では、１つまたは複数のスプリングが航空機と着陸装置の間に接続される。着陸装置が格納位置にあるとき、スプリングは張力を受ける。格納されると、張力を受けたスプリングは復元力を供給する。着陸装置が突出すると、スプリングは格納状態に比べ、緩和される。したがって、飛行中のかなりの部分において、スプリングは張力を受けている。少なくとも１つのダンパーがスプリングに接続され、着陸装置と航空機との間のエネルギー伝達を減少させる。また、ダンパーは、比較的密度の高い大気を移動している間に航空機に供給されるエネルギーや、離陸、飛行、着陸の間での航空機の加速／宣言に関する力を減衰させる。また、ダンパーは、張力がかかったスプリングを介して、着陸装置へのこのような力の伝達を減衰させる。好ましい実施形態では、ダンパーの少なくとも１つは、振動数の範囲にわたってエネルギーを消散する。振動数の範囲は、航空機の種々のシステム又はアセンブリの少なくとも１つの共鳴振動数を含む。このようなシステムがなければ、航空機の通常の運転中に入力される力及び／又はエネルギー伝達信号を消散させたり減衰させたり、あるいは弱めたりすることができない。このため、種々の接続部材及びその他の航空機部品は、損傷したり、あるいは壊滅的に破損したりする。
【００３２】
上述したように、種々のシステム及び方法では、１つ又は複数のエネルギー消散部材と、エネルギーを蓄積する、１つ又は複数の接続部材とを組み合わせて用いる。エネルギー消散部材は、例えばダンパーであり、エネルギーを蓄積する接続部材は、例えば螺旋状又はコイル状のスプリングである。ダンパー部材は、スプリングが動いている間にコイルスプリングの側面と接触するように配置される。種々の実施形態では、ダンパー部材の少なくとも１つは、「埋め込まれて」おり、スプリングの内側にある。材料の弾性特性及びエネルギー消散部材の物理的寸法とともに、構成又はシステムで利用されるエネルギー消散ダンパー部材の総数を選択することで、システムの減衰の振幅及び反発力が調整される。
【００３３】
図１Ａは、一実施形態の振動減衰システム１００を示す図である。振動減衰システム１００は、エネルギー蓄積部材１０４と、２つのエネルギー消散部材１５０／１９０と、一対の端部アセンブリ１２０／１６０とを備える。種々の実施形態では、システム１００は、スプリング及びダンパーのシステムである。システム１００は、エネルギー消散アセンブリを備えてもよい。図１Ａは、自然状態におけるシステム１００を示すものである。張力を受けたり圧縮力を受けたりするときのエネルギー蓄積部材１０４に比べ、自然状態のときのエネルギー蓄積部材１０４は、減少した量のエネルギーを蓄積している。なお、図１Ａでは、本構成の様々な部分をより理解しやすく、かつ、説明しやすくするため、エネルギー蓄積部材１０４を透明に示している。
【００３４】
エネルギー蓄積部材１０４は、例えば、螺旋状又はコイル状のスプリングである。図１に示すように、いくつかの実施形態では、スプリング１０４は、引張スプリングである。他の実施形態では、スプリング１０４は、圧縮スプリングである。好ましい実施形態では、スプリング１０４は、自然状態のとき、張力も圧縮力も受けていない。螺旋スプリング１０４は、第１スプリング端部１０２及び第２スプリング端部１０６で終端する複数のコイルを備える。好ましい実施形態では、コイルは螺旋コイルである。スプリング１０４のコイルは、スプリングの内部体積を規定する。スプリングの内部体積は、第１スプリング端部１０２と、第２スプリング端部１０６と、コイルの内側の間で規定される。スプリング１０４は、スプリングの内部体積の長手方向軸と同軸の長手方向軸を備える。
【００３５】
第１端部アセンブリ１２０は、第１スプリング端部１０２に接続される。第１端部アセンブリ１２０は、第１端部内側サブアセンブリ１４０と、第１端部外側サブアセンブリ１３０とを備える。図１Ａに示すように、第１端部内側サブアセンブリ１４０の少なくとも一部は、スプリング１０４の内側スプリング容積の中に位置する。同様に、第１端部外側サブアセンブリ１３０は、スプリング１０４の内側スプリング容積の外側に位置する。第１端部内側サブアセンブリ１４０と、第１端部外側サブアセンブリ１３０とは、共に接続し、第１端部アセンブリ１２０を形成する。
【００３６】
図１Ｃは、第１端部内側サブアセンブリ１４０の拡大図である。第１エネルギー消散部材１５０は、第１端部内側サブアセンブリ１４０が備える内側シャフトに接続される。内側シャフトは、例えば、図１Ｃに示す第１端部内側シャフト１４２である。このように、第１エネルギー消散部材１５０は、スプリング１０４の内側スプリング容積の中に位置する。第１端部内側シャフト１４２は、スプリング１０４の長手方向軸と同軸を有する。第１端部内側アセンブリ１４０は、第１の螺旋溝セット１４４を備える。第１の螺旋溝セット１４４は、第１スプリング端部１０２のコイルの少なくとも１つを受け入れ、第１端部アセンブリ１２０をスプリング１０４に接続する。好ましい実施形態では、螺旋溝１４４が第１スプリング端部１０２の最も端にあるコイルを回転可能に受け入れることで、第１端部アセンブリ１２０がスプリング１０４に接続される。このような接続機構は、ナットのネジ山が対応するネジのネジ山を受け入れ、ボルトをネジに接続するものと同様のものである。
【００３７】
第１端部外側アセンブリ１３０は、第１端部外側シャフト１３２と、第１端部取り付け口１３４又は小穴とを備える。第１端部外側シャフト１３２及び第１端部取り付け口１３４の少なくとも一部は、スプリング１０４の内部体積の外側に位置する。取り付け口は、システム１００を別のシステム、構造体、アセンブリ等に接続することを可能にする。第１端部外側シャフト１３２は、第１端部内側シャフト１４２及びスプリング１０４の長手方向軸と同軸を有する。
【００３８】
図１Ａに示すように、同様に、第２スプリング端部１０６は、第２の螺旋溝セット１８４を介して第２端部アセンブリ１６０に接続される。第２端部アセンブリは、第１端部アセンブリ１２０と同様の構造を有する。したがって、第２端部アセンブリ１６０は、第２端部内側サブアセンブリ１８０と、第２端部外側サブアセンブリ１７０とを備える。図２Ａの断面図に示すように、第２エネルギー消散部材１９０は、第２端部内側シャフト１８２に配置される。第２端部外側サブアセンブリ１７０は、第２端部外側シャフト１７２と、第２端部取り付け口１７４とを備える。
【００３９】
システム１００は、安全紐１０８を備える。安全紐１０８は、スプリング１０４の内部体積を通り、第１端部内側アセンブリ１４０を第２端部サブアセンブリ１８０に接続する。スプリング１０４が壊滅的に破損したり、端部内側サブアセンブリ１４０／１８０の少なくとも１つに相当量のエネルギーを放出したりする場合がある。このような場合に端部アセンブリ１２０／１６０、スプリングの一部、又はその他の部品が脱落したり、飛び出したりすることを妨げるため、２つの端部内側サブアセンブリ１４０／１８０は、共に接続される。安全紐１０８は、コイル状の紐でもよい。これにより、スプリング１０４が張力を受けて延びるとき、コイル状の安全紐は、コイル状でない状態において、第１端部内側アセンブリ１４０と第２端部内側アセンブリ１８０との間で増加する距離を補う。安全紐１８０は、例えば、スチール製の編組ケーブルのような編組ケーブルでもよい。安全紐１０８は、例えばゴムシースのようなシースを備えてもよい。
【００４０】
スプリング１０４が振動しているとき、第１端部アセンブリ１２０の線形運動量の振幅は、第２端部アセンブリ１６０の線形運動量の振幅と略同一である。第１端部アセンブリ１２０及び第２端部アセンブリ１６０の両方の線形運動量は、スプリング１０４の長手方向軸に沿う方向を向くが、この線形運動量は、軸の対向する方向に沿っている。したがって、安全紐１０８で接続される第１端部アセンブリ１２０及び第２端部アセンブリ１６０は、端部アセンブリサブシステムを備え、端部アセンブリサブシステムは、実質的にゼロに等しい正味の線形運動量を有する。このように、スプリング１０４による壊滅的なエネルギー放出では、第１端部アセンブリ１２０又は第２端部アセンブリ１６０に伝達されるエネルギーは、端部アセンブリサブシステムの実質的な飛び出し動作をもたらさず、システム１００の安全性を高める。
【００４１】
図１Ａにおいて、システム１００は、２つの端部アセンブリ１２０／１４０と、２つのエネルギー消散部材１５０／１９０を備えるが、他の実施形態ではこのように制約されるものではない。例えば、少なくとも一つの実施形態では、システム１００は、１つのエネルギー消散部材及び／又は１つの端部アセンブリのみを備えてもよい。他の実施形態では、システム１００は、スプリング１０４の内部体積の中に配置されるエネルギー消散部材を更に備えてもよい。
【００４２】
エネルギー消散部材１５０／１９０のうち少なくとも１つは、ダンパー部材及び／又はダンパー装置である。一実施形態において、エネルギー消散部材は、図４Ａから図４Ｃに示すようなダンパー部材４５０である。エネルギー消散部材の形状は、トロイダル形状、環状、ドーナツ形状、リング形状、少なくとも部分的に中空の円筒形状等のうち、少なくとも１つである。エネルギー消散部材又はエネルギー消散装置は、振動運動を減衰させる任意の材料で構成することができる。このような材料には、例えば、天然ゴムや合成ゴム等のポリマー又はエラストマーが挙げられるが、これらに限られるものではない。したがって、エネルギー消散部材１５０／１９０は、ゴム製の「ドーナツ」体、環状体（ｔｏｒｕｓ）、環体（ａｎｎｕｌｕｓ）、リング体等であってもよい。好ましい実施形態では、エネルギー消散要素１５０／１９０は、航空宇宙用のゴムで構成される。
【００４３】
図１Ｂは、図１Ａの振動減衰システム１００の緊張状態を示す図である。スプリング１０４は、張力を受けて伸び、第１端部アセンブリ１２０と第２端部アセンブリ１６０との間の距離は増加している。コイル状の安全紐１０８は、同様に、スプリング１０４の伸びを補うため、コイル状でない状態である。
【００４４】
以下でより詳細に説明するように、伸長状態では、エネルギー消散部材１５０／１９０のそれぞれは、スプリング１０４のコイルの少なくとも１つと係合する。この係合により、スプリング１０４のコイルの中に蓄積されたエネルギーはエネルギー消散部材１５０／１９０に伝達される。すなわち、この係合は、エネルギー伝達係合である。エネルギー消散部材１５０／１９０は、この伝達エネルギーの少なくとも一部をシステム１００から逃がす。すなわち、システム１００は、振動（ｖｉｂｒａｔｉｏｎａｌ）及び／又は振動（ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｙ）の運動を減衰させる。図２Ａから図２Ｃのシステム１００の断面図は、スプリング１０４のコイルとエネルギー消散部材１５０／１９０との間のエネルギー伝達係合を示すものである。
【００４５】
システム１００の設計パラメータには、エネルギー消散部材１５０／１９０の外形と、スプリング１０４の内径とが含まれる。パラメータを適切に選択することで、少なくともスプリング１０４の一部が変位している間、エネルギー消散部材１５０／１９０のそれぞれがコイルの一部に係合することが確保される。このとき、コイルが減衰部材１５０／１９０を僅かに圧縮する。この摩擦及び／又は圧縮による係合は、コイルの運動エネルギーの一部を吸収（及び減衰）させる。
【００４６】
スプリング端部１０２／１０６に向けて配置されるコイルは、テーパ状に縮径している。図１Ｂに示すように、スプリングが伸長したり緊張したりするとき、ダンパーは、これらのテーパ状のコイルに強く係合する。したがって、末端のコイルを次第に細くすることで、漸進的な減衰効果が得られる。
【００４７】
図１Ｃは、図１Ａの振動減衰システムの第１スプリング端部１０２及び第１端部アセンブリ１２０の拡大図である。説明の都合上、スプリングは透明に示している。第１端部内側サブアセンブリ１４０の螺旋溝１４４は、第１スプリング端部１０２の最も端のコイル１１２を受け入れる。これにより、第１スプリング端部１０２が第１端部内側シャフト１４２と、第１端部外側シャフト１３２と、第１端部取り付け口１３４とに接続される。
【００４８】
第１端部内側シャフト１４２は、第１端部内側シャフトの最も内側の端部に第１端部受け部材１４６を備える。種々の実施形態では、第１エネルギー消散部材１５０は、第１端部受け部材１４６に配置されるとともに、接続される。すなわち、エネルギー消散部材１５０／１９０は、スプリング１０４に「埋め込まれて」いる。好ましい実施形態では、第１端部受け部材１４６は、凹部又は溝部１４８（図２Ａ参照）を備える。凹部又は溝部１４８は、第１エネルギー消散部材１５０を受け入れる。
【００４９】
上述したように、図４Ａから図４Ｃは、一実施形態におけるエネルギー消散部材を異なる視点で示した図であり、ここで開示される種々の実施形態に対応するものである。図４Ａは、トロイダル形状、環状、又はドーナツ状のエネルギー消散部材又はダンパーの部材４５０である。ダンパー部材４５０は、ダンパー開口部又は受け入れ開口部４５２と、ダンパー開口部４５２の内面４５４と、外面４５６とを有する。ダンパー開口部又は受け入れ開口部４５２は、ダンパー部材４５０における穴である。図４Ｂは、ダンパー部材４５０の側面図である。図４Ｃは、ダンパー部材４５０の上面図である。図４Ａから図４Ｃに示すように、ダンパー部材は、位相的に環状体と等しい。
【００５０】
ダンパー部材４５０は、ダンパー軸で規定される。ダンパー軸は、ダンパー開口部４５２の中心に位置する対称軸である。ダンパー部材４５０は、外径と、内径と、（ダンパー軸に沿う）長さとを備える。ダンパーの厚さ４５８は、外径と内径の差で規定される。ダンパー部材４５０の内径、外径、厚さ、長さ等の絶対的及び相対的寸法は、本発明で制約されるものではない。むしろ、これらの寸法は、本発明の特定の実施形態における特定の用途に合わせて調整される。エネルギー消散部材１５０／１９０は、それぞれ、ダンパー部材４５０と同様の特徴を備える。
【００５１】
図４Ａから図４Ｂに示すように、ダンパー外面４５６の（長手方向軸に関する）上部及び下部は、テーパ状、湾曲状、及び／又は段階的形状である。ダンパー部材４５０の上方及び／又は下方をテーパリングすることにより、例えばスプリング１０４のようなエネルギー蓄積装置のコイルと漸進的に係合することができる。テーパリングの結果、外径は、ダンパー部材４５０のテーパ部分にわたって変化する。
【００５２】
再び、図１Ｃを参照する。第１端部内側シャフト１４２の少なくとも一部は、エネルギー消散部材１５０における開口部を通過して受け入れられる。開口は、図４Ａから図４Ｃのダンパー開口部４５２と同様のものである。少なくとも１つの実施形態では、第１エネルギー消散部材１５０及び第１端部受け部材１４６は、圧入、締まり嵌め、摩擦嵌合等の少なくとも１つによって、互いに接続される。好ましくは、エネルギー消散部材１５０は、弾性的に変形したり伸長したりすることができ、側部のフランジ間で端部受け部材１４６の凹部１４８の中に嵌まる。内面４５４のようなエネルギー消散部材１５０の内面と、第１端部受け部材１４６の凹部１４８の面との間は、圧入による嵌合でも、摩擦嵌合でもよい。同様に、第１端部内側サブアセンブリ１４０は、安全紐１０８を第１端部内側サブアセンブリ１４０に接続するための接続タブ又は接続開口１９６を備える。上述したように、第２端部サブアセンブリ１６０は、第１端部サブアセンブリ１４０と同様の部材を備える。
【００５３】
図１Ｃに示すような自然状態において、エネルギー消散部材１５０の外面はコイル１９２の内面に隣接している。コイル１９２は、より末端側のコイル１９４よりもスプリング１０４の中央に近い。エネルギー消散部材１５０の外径及び自然状態のコイル１９２の内径の選択に依存して、エネルギー消散部材１５０は、隣接するコイル１９２と係合する。他の実施形態では、エネルギー消散部材１５０と自然状態のコイル１９２との間に隙間が存在する。この隙間があることにより、システム１００が自然状態にあるときは、エネルギー消散部材１５０とコイル１９２との間での摩擦接触が生じない。これらの実施形態では、スプリング１０４が張力を受けて伸長している状態であって、張力のしきい値のような作動しきい値を超えるときにのみ、エネルギー伝達係合が生じる。したがって、エネルギー消散部材１５０／１９０は、過剰に摩擦したり摩耗したりしない。これにより、エネルギー消散部材１５０／１９０の寿命が長くなる。図２Ｂの断面図に示すように、スプリング１０４が張力を受けて伸長している状態において、張力が張力しきい値を超えるとき、エネルギー消散部材１５０は、コイル１９４と係合する。全体を通じて述べているように、コイル１９４とのこのエネルギー伝達係合は、圧縮係合及び／又は摩擦係合でもよい。
【００５４】
エネルギー消散又はダンパーの部材は、エネルギー蓄積部材のコイルのうちの少なくとも１つと係合する。このとき、エネルギー蓄積部材のコイルに蓄積されたエネルギーの一部は、ダンパー部材に伝達される。この伝達されたエネルギーの一部は、ダンパー部材によってシステム１００から逃がされる。このエネルギーの少なくとも一部は、係合しているコイルとダンパー部材との間を移動する。これは、張力受けているときに、コイルがスプリング１０４の長手方向に伸びることによってエネルギーを蓄積することに起因する。これにより、係合しているコイルの内側寸法又は内径が減少する。内径が減少すると、伸びたコイルがダンパー部材の外面を圧迫する。この圧迫により、ダンパー部材の外面は弾性的に変形する。ダンパー部材を圧迫したり変形させたりすることにより、コイルからダンパーにエネルギーが伝達される。ダンパー部材の減衰特性により、伝達されたエネルギーのいくらかがシステムから逃がされる。
【００５５】
スプリング１０４が伸びたり縮んだりしている間、エネルギー消散部材１５０／１９０の間の相対的な位置は、スプリング１０４のコイルに対して平行移動する。したがって、いくつかの実施形態では、エネルギー消散部材１５０／１９０がスプリング１０４の長手方向軸に沿って平行移動する。このとき、エネルギー消散部材１５０／１９０の外面とコイルの内面との間での摩擦係合及び摩擦エネルギー損失によって、さらにエネルギーが逃がされる。
【００５６】
図２Ａは、図１Ａの自然状態の振動減衰システム１００の断面図である。システム１００は、第１／第２の端部外側シャフト１３２／１７２と、第１／第２の端部内側シャフト１４２／１８２と、第１／第２の端部受け部材１４６／１８６と、を有するいくつかの中実部材を備える。１つ又は複数の中実部材は、強度、質量、及び／又は剛性の少なくとも１つをシステム１００に与える。システム１００の第１端部において、螺旋溝１４４は、末端コイル１１２を受け入れる。同様に、システム１００の第２端部において、螺旋溝１８４は、末端コイル１１４を受け入れる。安全紐１０８は、コイル状である。第１及び第２の取り付け開口１３４／１７４は、システム１００を他の構造体に接続することができる。
【００５７】
第１端部受け部材１４６は、第１凹部１４８を備える。第１凹部１４８は、第１エネルギー消散部材１５０と、第１端部受け部材１４６とを接続することができる。同様に、第２端部受け部材１８６は、第２凹部１８８を備える。第２凹部１８８は、第２エネルギー消散部材１９０と、第２端部受け部材１８６とを接続することができる。第１及び第２の凹部１４８／１８８において、凹みの深さ及び凹みの長さはいずれも、第１／第２のエネルギー消散部材１５０／１９０を受け入れるとともに第１／第２のエネルギー消散部材１５０／１９０の位置を安定させるサイズである。凹部１４８／１８８の上方及び下方の縁は、端部受け部材１４６／１４８に沿ってエネルギー消散部材１５０／１９０の長手方向位置が変わる可能性を低くする。
【００５８】
上述したように、自然状態のとき、第１エネルギー消散部材１５０は、コイル１９２に隣接する。同様に第２エネルギー消散部材１９０は、対応するコイル１５２に隣接する。いくつかの実施形態では、スプリング１０４が自然状態のとき、エネルギー消散部材又はダンパー部材１５０／１９０は、それぞれ、コイル１９２／１５２とエネルギー伝達係合を形成する。この係合は摩擦及び／又は圧縮による係合であってもよい。好ましい実施形態では、自然状態のとき、ダンパー部材１５０／１９０と、これに対応して隣接するコイル１９２／１５２との間に隙間が存在する。これにより、スプリング１０４がしきい値の張力を受けない限り、係合は生じず、ダンパー部材１５０／１９０が過剰に摩擦するのを防止することができる。
【００５９】
図２Ｂは、図１Ｂの伸長状態の振動減衰システム１００の断面図である。スプリング１０４は伸長し、コイル１９４は、第１エネルギー消散部材１５０とエネルギー伝達係合を形成する。同様に、コイル１５４は、第２エネルギー消散部材１９０とエネルギー伝達係合を形成する。少なくともいくつかの実施形態では、他の複数のコイルは、同時に、エネルギー消散部材１５０／１９０の少なくとも一方と係合する。これらの係合により、システム１００の振動運動は減衰する。いくつかの実施形態では、エネルギー消散部材１５０／１９０と相互作用する、例えばコイル１９４／１５４のようなコイルは、縮小した半径を備えるか、あるいはテーパ状である。テーパ状のコイルと、テーパ状、湾曲状、及び／又は段階的形状であるエネルギー消散部材１５０の（長手方向軸に関する）上部及び下部は、漸進的な減衰効果を供給する。さらに、いくつかの実施形態では、スプリング１０４は、テーパ状のコイル付近で故障したり、破損したりしやすい。好ましい実施形態では、エネルギー消散部材１５０／１９０は、テーパ状のコイルと係合するように配置することで、スプリング１０４が壊滅的に故障したり破損したりする可能性を更に減少させる。
【００６０】
図２Ｃは、中空部材を備える、振動減衰システム１００のもう一つの実施形態を示す図である。システムは、伸長状態である。第１端部内側シャフト１４２及び第２端部内側シャフト１８２は、システム１００の全体の質量を減らすために中空に形成されている。
【００６１】
図３Ａは、２つのエネルギー蓄積部材３１０／３２０と、２つのエネルギー消散部材３３０／３４０とを備える、振動減衰システム３００のもう一つの実施形態を示す図である。各エネルギー消散部材３３０／３４０は、各エネルギー蓄積部材３１０／３２０と共通である。システム３００は、一対の端部３５０／３６０を備える。図３Ｂは、図３Ａの振動減衰システム３００の拡大図である。図３Ｂは、第１エネルギー蓄積部材３１０及び第２エネルギー蓄積部材３２０と係合する、共通の第１エネルギー消散部材３３０を拡大して示したものである。第１エネルギー消散部材３３０は、内面３３４と、外面３３２とを有する。種々の実施形態では、第１及び第２のエネルギー消散部材３３０／３４０の少なくとも一方は、図４Ａから図４Ｃのダンパー部材４５０と同様の特徴を備える。したがって、第１エネルギー消散部材３３０は、第１の環状ダンパー部材であり、第２エネルギー消散部材３４０は第２の環状ダンパー部材３４０である。
【００６２】
第１エネルギー蓄積部材３１０は、第１スプリングであり、第２エネルギー蓄積部材３２０は、第２スプリングである。第１スプリング３１０は、第１スプリング３１０と第２スプリングとの間において、伝達された力又はエネルギー伝達信号が分配されるように、第２スプリング３２０と平行に構成される。好ましい実施形態では、第１スプリング３１０及び第２スプリング３２０は、第１スプリング３１０の長手方向軸と第２スプリング３２０の長手方向軸が同軸となるように、同心状のスプリングとして構成される。第１スプリング３１０は、外側のスプリングであり、第２スプリング３２０は、内側のスプリングである。なお、図３Ａ及び図３Ｂにおいて２つのエネルギー消散部材３３０／３４０を示したが、いくつかの実施形態では、１つのエネルギー消散部材又はダンパーのみを備えるものでもよい。少なくとも１つの実施形態では、システム３００は、３つ以上のダンパー部材を備える。
【００６３】
第１端部３５０は、第１スプリング３１０と第２スプリング３２０を、スプリング３１０／３２０のそれぞれの第１端で接続する。同様に、第２端部３６０は、第１スプリング３１０と第２スプリング３２０を、スプリング３１０／３２０のそれぞれの第２端で接続する。端部３５０／３６０の内面は、内側スプリング３２０の第１端のコイルを回転可能に受け入れる螺旋溝を備える。端部３５０／３６０の外面は、内側スプリング３２０の第１端のコイルを回転可能に受け入れる螺旋溝を備える。好ましい実施形態である。
【００６４】
第１スプリング３１０は、第１スプリング３１０の復元力と第１スプリング３１０の変位との間の比例関係を特徴づける第１のばね定数を有する。同様に、第２スプリング３２０は、第２スプリング３２０の復元力と第２スプリング３１０の変位との間の比例関係を特徴づける第２のばね定数を有する。好ましい実施形態では、第１及び第２のばね定数は異なる。他の実施形態では、第１及び第２のばね定数は、略同一である。
【００６５】
第１及び第２のダンパー３３０／３４０は、同心状に配置された内側スプリング３２０と外側スプリング３１０との間に挟まれている。したがって、第１ダンパー３３０の第１の受け入れ開口部と、第２ダンパー３４０の第２の受け入れ開口部とは、いずれも内側スプリング３２０を受け入れる。所定位置のとき、外側第１スプリング３１０の少なくとも１つの螺旋コイルは、少なくとも９０°の角度をなす螺旋状の弧に沿ってダンパー３３０／３４０の少なくとも一方の外面と係合する。いくつかの実施形態では、螺旋状の弧がなす角度は、少なくとも１８０°である。少なくとも１つの実施形態では、螺旋状の弧がなす角度は、少なくとも３６０°である。好ましい実施形態では、第１スプリング３１０の複数のコイルは、第１ダンパー部材３３０の外面と係合し、第１スプリング３１０の別の複数のコイルは、第２ダンパー部材３４０の外面と係合する。
【００６６】
所定位置のとき、内側第２スプリング３２０の少なくとも１つの螺旋コイルは、少なくとも９０°の角度をなす螺旋状の弧に沿ってダンパー３３０／３４０の少なくとも一方の受け入れ開口部の内面と係合する。いくつかの実施形態では、螺旋状の弧がなす角度は、少なくとも１８０°である。少なくとも１つの実施形態では、螺旋状の弧がなす角度は、少なくとも３６０°である。いくつかの実施形態では、第２スプリング３２０の複数のコイルは、第１ダンパー部材３３０の内面と係合し、第２スプリング３１２の別の複数のコイルは、第２ダンパー部材３４０の内面と係合する。
【００６７】
全体を通して述べたように、コイルとダンパー部材との間の係合は、摩擦係合、圧縮係合、又はこれらの組み合わせでもよい。係合により、エネルギーはスプリング３１０／３２０からダンパー３３０／３４０に伝達される。ダンパー３３０／３４０は、システム３００からエネルギーを逃がすとともに、スプリング３１０／３２０における信号の伝達を減衰させる。また、ダンパー３３０／３４０は、システム３００の振動運動を減衰させる。好ましい実施形態では、ダンパー３３０／３４０は外側スプリング３１０と内側スプリング３２０の両方に同時に係合する。
【００６８】
少なくとも１つの実施形態では、内側スプリング３２０が圧縮力を受けると、内側スプリング３２０は、ダンパー３３０／３４０のそれぞれの内面と圧縮係合する。外側スプリング３１０が張力を受けると、外側スプリング３１０は、ダンパー３３０／３４０のそれぞれの外面と圧縮係合する。外側及び内側のスプリング３１０／３２０の振動運動は、略同一の振動数又は異なる振動数である。さらに、外側及び内側のスプリング３１０／３２０の振動運動は、相対的に同位相又は逆位相である。
【００６９】
いくつかの実施形態では、ダンパー３３０／３４０は、外側及び内側のスプリング３１０／３２０の同軸である長手方向軸に沿って配置され、スプリング３１０／３２０の破損しやすい領域に隣接する。好ましい実施形態では、ダンパー３３０／３４０は、振動数窓において効果的に振動運動を減衰させる。振動数窓は、第１スプリング３１０と第２スプリング３２０の両方の共鳴振動数を含む。ダンパー３３０／３４０が存在することにより、スプリング３１０／３２０が損傷する可能性が減少する。
【００７０】
図５は、減衰される入力信号の伝達及び減衰されない入力信号の伝達のプロットを示す図であり、ここに開示される種々の実施形態により、伝達を減衰させることができる。曲線５１０は、振動数が約７５Ｈｚから８５Ｈｚの間において、減衰されない入力信号の代表的な伝達率であり、減衰部材を備えないスプリングシステムにおいて、振動数に対する伝達率の変化を示すものである。信号の共鳴伝達は、７３Ｈｚから７４Ｈｚの間で起こる。曲線５２０は、減衰される入力信号の代表的な伝達率であり、ここで開示される実施形態に対応する減衰システムにおいて、振動数に対する伝達率の変化を示すものである。共鳴伝達は、７３Ｈｚから７４Ｈｚの間で減衰されたり、弱められたりする。なお、伝達率を示すｙ軸は、対数目盛である。信号の伝達を減衰させ、特に、共鳴振動数を含む帯域の伝達を減衰させることで、ここで開示されるスプリングシステムの損傷及び壊滅的な破損が防止される。
【００７１】
前述のように、本発明の好ましい実施形態を図示及び説明したが、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいて、多くの変更が可能である。従って、本発明の範囲は、明示した好ましい実施形態に限定されない。代わりに、本発明は以下の請求項を参酌して全体的に決定される。
【図１Ａ】
0006779223.tif 000002
【図１Ｂ】
0006779223.tif 000003
【図１Ｃ】
0006779223.tif 000004
【図２Ａ】
0006779223.tif 000005
【図２Ｂ】
0006779223.tif 000006
【図２Ｃ】
0006779223.tif 000007
【図３Ａ】
0006779223.tif 000008
【図３Ｂ】
0006779223.tif 000009
【図４Ａ】
0006779223.tif 000010
【図４Ｂ】
0006779223.tif 000011
【図４Ｃ】
0006779223.tif 000012
【図５】
0006779223.tif 000013