JP2001513169A - 重負荷振動絶縁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 運動の変化を絶縁するために２つの部材の間で使用するための制動用取付け装置は、剛性を与えるためにダンパーと同時に作動するばね部材を有する２つの部材の間に連結された複数のダンパー（２１、２６）を組み込み、ばね（２６、８０）は空気式であって、荷重が重いときはばねが損傷することなく適正な剛性を与え、かつ／または望む場合には剛性を変えることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】 重負荷振動絶縁装置 発明の背景 本発明は、基本装置に取り付けられて、荷重を基本装置の振動から絶縁する働 きをする新しい装置に関し、特に、米国出願番号０８／７９０，６４７と国際出 願番号ＰＣＴ／ＵＳ９８／＿＿＿＿とを有する１９９７年１月２９日に出願され た荷重絶縁装置（「Ｌｏａｄ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ Ａｐｐａｒａｔｕｓ」）と 題するＤａｖｉｄ Ａ．Ｏｓｔｅｒｂｅｒｇの同時係属中の出願、および米国出 願番号０８／７９４，５５６と国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ９８／＿＿＿＿とを有 する１９９７年２月３日に出願されたＴｏｒｅｎ Ｓ．Ｄａｖｉｓ他の同時係属 中の出願（両方とも本発明の譲受人に譲渡されている）に記載されているような 、システムのための新しい空気ばね装置を提供することに関する。同時係属中の Ｏｓｔｅｒｂｅｒｇの出願では、回転方向の相対運動に関するよりも並進方向の 相対運動に関してより少ない剛性を有する荷重のための支持物を提供する、新し い減衰概念が記載されている。Ｄａｖｉｓ他の発明は、Ｏｓｔｅｒｂｅｒｇの出 願の安定性を改善し、破損から保護する。本発明は、システムの重量と複雑性を 減らすようにしたＯｓｔｅｒｂｅｒｇとＤａｖｉｓ他の出願において使用するた めの新しい空気ばね装置を提供する。 従来の技術の説明 上述の同時係属中の出願は、自動車や試験機械などを含むさまざまな分野に効 用があるが、便宜上、同時係属中の出願と本出願を、発射用輸送手段などの基台 の上に搭載された衛星などのペイロードの環境において記載する。同時係属中の 出願では、従来の技術による絶縁は、発射用輸送手段とペイロードとの間に弾性 部材を置いてから弾性部材の両端間に減衰部材を置き、減衰することによって達 成されると説明している。このような出願では、ペイロードを重心で支持するこ とは困難であり、並進運動を回転運動に交差結合できるようにして、ペイロード を動揺させることになる。この回転は、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）などのペイ ロードでは、これらを輸送手段に対して整列させて維持しなければならず、また 衛星では、動揺が衛星と空力整形板との間の利用可能な「ラトルスペース（ratt le space）」を使い果たすので、望ましくない。したがって、回転の自由度を硬 くし、並進の自由度を緩和させることが有利である。 従来の技術では、ペイロードは、一般的に各自由度に適正な剛性を与えるよう にさまざまな角度に独立したばね／ダンパーによって支持されている。このよう な構成では、各ばね／ダンパーは互いに独立して作動する。別の取り組み方は、 ペイロードの基台の周りに剛性と減衰を分散させることであった。これらの絶縁 システムの回転剛性は、ペイロードの重心の偏りと基台（取付け円）の直径によ って制限され、またばね／ダンパーの角度を変えることで適切な剛性の選択はい くらか自由になるが、結果は制限される。 同時係属中のＯｓｔｅｒｂｅｒｇの出願における発明は、反対側の制動エレメ ントを独立して作動させるのではなく、交差結合することによって従来の技術の 問題を克服し、３つの並進方向における運動に所定の剛性をもたらし、また回転 運動にかなり大きな剛性をもたらす。また本発明も、導管中の流体の加圧を行い 、熱膨張による過剰の流体を受け入れるために交差結合導管に連結されたアキュ ムレータを記載している。回転力によって流体の圧力が上昇するときに、アキュ ムレータへの流体の流れによる回転制動の緩和を防止するために、アキュムレー タへの導管を交差結合する導管よりも限定的にした。正常では、ほとんどの回転 力による圧力変化は温度変化による圧力変化よりもはるかに速いので、それが所 望の効果を有し、正常な回転力によって生ずる急速な圧力変化の間に、アキュム レータに流れる流体は大量ではないが、もっと緩やかな温度変化中にも流体はな おアキュムレータに流れる。しかしながら、非常に緩やかな回転力がほぼ静的な 条件で生じた場合でも、システムは所望の量の剛性をもたらし、またこの環境の 下で、アキュムレータへの管路における拘束は剛性を減らすアキュムレータへの 交差連結からの流体の流出を妨げないことがわかったことは望ましい。アキュム レータを完全に除去することはできるが（またアキュムレータを必要としない場 合もあるが）、たいていの場合、極端な温度変化または非常に大きな回転力によ る圧力、または回転力による圧力に加わった温度変化による圧力が、システムに 構造的な破損を生じさせるほど高くなる可能性がある。同時係属中のＤａｖｉｓ 他の出願は、この問題を、システムからアキュムレータへの加圧流体の流れを防 ぐ一方弁を設けて、アキュムレータが反対方向の流体の流れによってシステムを 加圧し続けることを可能にすることによって解決する。温度および／または回転 によって過度の圧力が発生することを防ぐために、逃し弁すなわち「吐出し」バ ルブを使用して、この状態の間にわずかな圧力を放出できるようにし、システム を望みのレベルに加圧するには十分でないようにする。 上述のシステムは満足に作動するが、ダンパーと同時に使用される機械式ばね は、絶縁すべき荷重の質量と組み合わされたダンパーと共に使用されるばねの固 有振動数をできるだけ低く保つことが望ましいので、非常に重い荷重については 決して望ましくはないことがわかった。固有振動数は、等式Ｆｎ＝１／２π（Ｋ ／Ｍ）^1/2（ただし、Ｋは絶縁物マウントの剛性、Ｍは絶縁すべき荷重の質量で ある）によって得られる。Ｍが増加すると、望みに応じて振動数が低下すること がわかるが、剛性が低い場合には変形量が大きくなり、慣性力が重力と結合する 打上げ発射などの非常に大きな重負荷条件では、ばねが極度に変形して破損する こともある。このような重負荷を取り扱ってさらに所望の剛性を可能にするため の機械式ばねを設計することは、非常に困難な問題となる。さらにまた、発射中 と発射後に新たな条件のためにばねの剛性を変えることが望まれ、これはもちろ ん機械式ばねで容易に行うことはできない。 発明の簡単な説明 本発明は、荷重と輸送手段との間に連結されたハウジングの中にピストンを含 む空気ばねに関するこれらの問題を解決する。ピストンは、ハウジングをそれぞ れが加圧されている２つのチャンバに分割する。２つのチャンバ内の圧力を正確 に調節することによって、ばねの剛性を所望通りに設定して非常に大きな負荷を 取り扱うことができる。さらに、２つのチャンバ内の圧力を変えることによって 、発射中と発射後に剛性を変えることができる。 図面の簡単な説明 第１図は、従来の技術によるばね／ダンパーの図である。 第２ａ図と第２ｂ図は、本発明による輸送手段とペイロードとの間の絶縁部分 の上面図と側面図である。 第３図は、本発明による交差結合装置の図である。 第４図は、本発明によるばね／ダンパーの断面図である。 第５図は、本発明によって使用する代替アキュムレータの断面図である。 好ましい実施形態の詳細な説明 第１図に、従来の技術において現在利用可能なばね／ダンパー１を示す。ばね ／ダンパー１は、ハウジング４を有する粘性ダンパー３の周りに巻かれたばね２ を有する。ばね２は静的剛性を与え、ダンパー３は、チャンバ５、６を分離する ピストン７の周りを流れるか、またはピストン７内の制限通路７ａを通過するハ ウジング４内のチャンバ５および６内の流体によって発生する減衰力を与える。 ピストン７はピストン・ロッド８を有し、ピストン・ロッド８はチャンバ６の頂 部におけるシールを通って上方に、またチャンバ５の底部におけるシールを通っ て下方に延びている。ピストン・ロッド８とハウジング４の下部には回転ピボッ ト９が連結されて、第２ａ図および第２ｂ図を参照すればよくわかるように、ペ イロードと発射用輸送手段との間にばね／ダンパー１が連結されたとき、小さな 回転を可能にする。 第２ａ図および第２ｂ図は、荷重１０を支持して、これを発射用輸送手段１２ から絶縁するために、ばね／ダンパーをどのように構成できるかを示している。 参照番号２０〜２７で示された８個のばね／ダンパーが、荷重１０と発射用輸送 手段１２との間の振動絶縁部分３９の中に矩形の配置として構成されていること がわかる。各ダンパーは、第１図の場合におけるようにピストンによって第１チ ャンバと第２チャンバとに分割されている。第１図におけるばね２などの各ばね は、不必要に複雑になることを避けるために、第２ａ図および第２ｂ図には図示 されていない。すべての自由度でシステムを完全に抑制するために最少６個のば ね／ダンパーを必要とするが、好ましい実施形態のために便利な数として、第２ ａ図および第２ｂ図には８個のばね／ダンパーを図示した。７個以上または９個 以上のばね／ダンパーを使用することもでき、矩形以外の構成形状を採用するこ とが可能であることは理解されよう。 第２ａ図および第２ｂ図では、ダンパー２０、２１は共に共通点３０において 荷重１０に連結され、ダンパー２１、２２は共通点３１において輸送手段１２に 連結され、ダンパー２２、２３は共通点３２において荷重１０に連結され、ダン パー２３、２４は共通点３３において輸送手段１２に連結され、ダンパー２４、 ２５は共通点３４において荷重１０に連結され、ダンパー２５、２６は共通点３ ５において輸送手段１２に連結され、ダンパー２６、２７は共通点３６において 荷重１０に連結され、ダンパー２７、２０は共通点３７において輸送手段１２に 連結されている。隣接するダンパーのピストンに連結された各ダンパーのピスト ンを図示しているが、これらの連結部を独立させて個々の点で荷重１０と輸送手 段１２に連結することができる。各ばね／ダンパーは、第２ｂ図の側面図で見る と輸送手段１２と荷重１０との間は角度αであり、また第２ａ図の上面図に見る と輸送手段１２と荷重１０との間は角度θである。角度αとθとはすべてのばね ／ダンパーについて同じである必要はない。角度αとθとを調節することによっ て、回転軸と並進軸におけるさまざまな剛性と減衰の比を調節することができる 。しかし、回転ピボットの周りの剛性と減衰はダンパーの角度を変えることによ って極めてわずかに制御できるのみであり、またダンパーを小さな取付け円とし たり、大きな取付け円となるように間隔をとって離すことによって、さらによく 回転の剛性と減衰を調節できると同時に、これはシステムの空間要件を変える。 上述のＯｓｔｅｒｂｅｒｇの出願の発明では、交差結合導管４０〜４７が配置 され、対向して置かれたダンパーチャンバの間で流体が流れるようにし、アキュ ムレータ４９が第３図でよくわかるように連結部によって各交差結合導管に連結 されている。 第３図に一例として、対向して置かれた２つのばね／ダンパー２１、２６を示 すが、ばね／ダンパーの各々と第２ａ図、第２ｂ図におけるその対向して置かれ た片方も、同様に相互連結されている。第３図では、ハウジング５３の内部に第 １すなわち上部チャンバ５０と第２すなわち下部チャンバ５２とを有するダンパ ー２１が示され、ハウジング５３は非圧縮性流体で満たされ、ピストン５４によ って分離されている。後で説明するように、チャンバ５０、５２の間の流体の流 れは交差導管４２、４３によって行われているので、ピストン５４を通過するか またはその周囲の制限通路は必要とされない。第１ピストン・ロッド５６はピス トン５４からダンパー２１の外部に上向きに延び、外部で第１図のピボット９と 類似のピボット５７によって点３０（第３図では図示せず）で荷重１０に連結さ れる。第２ピストン・ロッド５８はピストン５４からチャンバ５２の外部に下向 きに延び、外部でピストン６０に連結され、ピストン６０はチャンバ５９を上部 チャンバ６１と下部チャンバ６２とに分割して、後述するようにシステムのため のばね力を形成する。ピストン・ロッド５８はピストン５４の下部表面にある面 積を占め、ピストン５４は第１チャンバ５０と第２チャンバ５２において流体に 露出された同じ面積を有することが注目されよう。これによって、ピストン５４ は、ピストン・ロッド５６がダンパー２１の中または外へ移動したときに、両チ ャンバ５０、５２の中に（記号は逆であるが）同じ容積の非圧縮性流体を入れ替 えることができる。 ハウジング５３の下部は、点３１で輸送手段１２と連結するために（第３図で は図示せず）、第１図のピボット９に類似の別のピボット５７に連結され留用に 示されている。 チャンバ５０、５２の端部に上部すなわち第１ベローズ６３と下部すなわち第 ２ベローズ６４とを使用して、チャンバに対して流動シールを保って動くことが できるハーメチック・シールが示されている。導管６５は、ベローズ６３、６４ の内部にそれぞれピストン・ロッド５６、５８の内部を通じて接合し、流体流に 対して比較的非制限的に選択される。本発明の動作を妨げずに、滑り非ハーメチ ック・シールを含めて種々の別の密封技法を使用できることは理解されるであろ う。 圧縮性流体源６６が示されているが、これは、一対の圧力調整器６７とバルブ 装置６８を通じて上部チャンバ６１と下部チャンバ６２に圧力を送るので、シス テムが例えば発射中に荷重からの圧力がさまざまな条件で変化するときように、 動的荷重を受けているときは、後で第４図を参照して説明するように、チャンバ ６１、６２の中の圧力を圧力調整器６７によって独立して制御し、変化する条件 に対して適切な剛性を与えることができる。後で説明するように、荷重が発射台 上に静止しているような静的条件の下では、チャンバ６１、６２の中の圧力を独 立して変化させるために圧力調整器を使用する必要はなく、必要であるとしても 、漏洩を補償するために使用されるのみであろう。したがって、チャンバ６１、 ６２の中の圧力が平衡に達した後に、圧力調整器６７を手動または電動弁（図示 せず）によって遮断することができる。逃し弁７０が示されているが、これは、 圧力が所定の値を超過したときに圧力を放出してシステムを過加圧から防ぐよう に、チャンバ６２からボール弁６９へ通じる管路に連結されている。 ダンパー２６は、ピストン７４によって分離されたハウジング７３の内部に上 部すなわち第１チャンバ７１と下部すなわち第２チャンバ７２を有するダンパー ２１と同様に配置されている。やはり、チャンバ７１、７２の間の流体流が交差 導管４２、４３によって得られるので、ピストン７４を通るか又はその周りの制 限通路は要らない。ピストン７４に取り付けられた第１ピストン・ロッド７６は 、ダンパー２６の外部に上向きに延び、外部の点３６（第３図には図示せず）に おいて、第１図のピストン９に類似のピボット７７を通じて荷重１０に連結され ている。第２ピストン・ロッド７８は、ピストン７４からチャンバ７２の外部へ 下部チャンバ７９の中に下向きに延び、ここでピストン８０に連結され、ピスト ン８０はチャンバ７９を上部チャンバ８１と下部チャンバ８２とに区分し、後で 説明するようにばね／ダンパーのためのばね力を形成している。ピストン・ロッ ド７８はピストン７４の下部表面にある面積を占め、ピストン７４は第１チャン バ７０と第２チャンバ７２において流体に露出された同じ面積を有することが注 目されよう。これによって、ピストン７４は、ピストン・ロッド７６がダンパー ２６の中または外へ移動したときに、両チャンバ７１、７２の中に（記号は逆で あるが）同じ容積の非圧縮性流体を入れ替えることができる。 ハウジング７３の下部は、点３５において輸送手段１２と連結するために（第 ３図では図示せず）、第１図のピボット９に類似の別のピボット７７に連結して 示されている。 チャンバ７０、７２の端部に上部すなわち第１ベローズ８３と下部すなわち第 ２ベローズ８４とを使用して、チャンバに対して流動シールを保って動けるよう にするハーメチック・シールが示されている。導管８５は、ベローズ８３、８４ の内部にそれぞれピストン・ロッド７６、７８の内部を通じて接合し、流体流に 対して比較的非制限的に選択される。本発明の動作を妨げることなく、滑り非ハ ーメチック・シールを含めて種々の別の密封技法を使用できることは理解される であろう。 圧縮性流体源８６が示されているが、これは、一対の圧力調整器８７とバルブ 装置８８を通じて上部チャンバ８１と下部チャンバ８２に圧力を送るもので、シ ステムが例えば発射中に荷重からの圧力がさまざまな条件で変化するときように 、動的荷重を受けているときは、後で第４図を参照して説明するように、チャン バ８１、８２の中の圧力を圧力調整器８７によって独立して制御し、変化する条 件のために適切な剛性を与えることができる。後で説明するように、荷重が発射 台上に静止しているような静的条件の下では、チャンバ８１、８２の中の圧力を 独立して変化させるために圧力調整器を使用する必要はなく、必要であるとして も、漏洩を補償するために使用されるのみであろう。したがって、チャンバ８１ 、８２の中の圧力が平衡に達した後に、圧力調整器８７を手動または電動弁（図 示せず）によって遮断することができる。逃し弁９０が示されているが、これは 、圧力が所定の値を超過したときに圧力を放出することによってシステムを過加 圧から防ぐように、チャンバ８２からボール弁８９へ通じる管路に連結されてい る。ダンパー２１、２６は第５図を参照してさらによく説明する。 第３図には流体導管４２が示されているが、これはダンパー２１の第１チャン バ５０とダンパー２６の第２チャンバ７２との間に連結されている。同様に導管 ４３は、ダンパー２１の第２チャンバ５２とダンパー２６の第１チャンバ７０と の間に連結されている。荷重１２と輸送手段１０の並進運動によって、両ピスト ン５４、７４は同じ方向に移動しようとするが、輸送手段１０と荷重１２との間 の回転運動は、両ピストン５４、７４を反対の方向に移動させようとする。した がって並進運動によって、例えば第２図において上方向に、ダンパー２１、２６ のピストン５４、７４は両方とも上方向に移動しようとする。第２図においてピ ストン５４が上方向に移動すると、流体は導管４２を通ってチャンバ５０から流 出してダンパー２６のチャンバ７２の中に入り、これによって荷重の上向き並進 運動によって生じるピストン７４の上向き運動を助ける。同様に、流体は導管４ ３を通ってダンパー２６のチャンバ７０から流出してダンパー２１のチャンバ５ ２の中に入り、これによっピピストン５４の上向き運動を助ける。もちろん、ダ ンパー２１、２６の間の流体の流れは、荷重１２が輸送手段１０に対して下向き に移動する場合に説明される流体の流れとは反対になる。したがって減衰を並進 運動について全く柔軟なものにすることができる。 上述の同じ作用が、システム全体において対向して配置されたダンパーの各々 で発生するので、輸送手段１０に対する荷重１２の並進運動によって、導管４０ 〜４７の交差結合配置はシステムの剛性を望み通りに柔軟にすなわち少ない剛性 とことができる。 回転運動は一方では、例えば第２図において、ダンパー２１ではピストン５０ の上向き運動であるが、ダンパー２６ではピストン７４の下向き運動を起こさせ る。導管４２、４３の交差結合配置によって、この運動は、流体はチャンバ５０ 、７２から流出しようとするが、流体はチャンバ５２、７０の中に同時に流入し ようとするので、ダンパー２１、２６によって抵抗を受ける。もちろん、ダンパ ー２１、２６の間の流体の流れは、荷重１２が回転して第２図のダンパー２１に おけるピストン５０の下向き運動とダンパー２６におけるピストン７４の上向き 運動とを生じさせる場合に説明される流体の流れとは反対になる。したがって回 転運動の減衰は非常に硬くなる。 温度の変化による流体の膨張に備えるために、追加のリザーバすなわちアキュ ムレータ９１がある。このアキュムレータは、上述のＯｓｔｅｒｂｅｒｇの出願 およびＤａｖｉｓ他の出願においては、ばねによって下向きに強制駆動されるピ ストンを具備していた。本発明では、第５図を参照してさらによく説明する代替 の空気式アキュムレータが使用され、第３図に図示され、ハウジング９４の底部 に密封されて圧力調整器９８を通じて圧力源９６によって加圧されるブラダー９ ２を備えている。 上述の同時係属中のＯｓｔｅｒｂｅｒｇの出願では、アキュムレータは制限導 管によって導管４２、４３の間に直接連結されていた。その制限導管の断面積は 、リザーバ９１にダンパー２１、２６の間よりも制限された流れを供給するよう に、導管４２、４３の断面積よりも小さく作られていた。 上述のＤａｖｉｓ他の出願で説明されているように、アキュムレータは熱膨張 による流体を受け入れるように働くが、管路４２、４３における圧力が回転力に よって上昇するときには流体を受け入れることもでき、この回転力は、システム の剛性を軟化させるので望ましくない。これらの力の大部分は熱膨張によって生 ずる振動数よりもはるかに高い振動数を有するので、回転力が加えられている間 はごくわずかな流体がアキュムレータに移ることができたが、回転力の一部は非 常に低い振動数にあって、ほとんど静的であり、このような状況では、流体はゆ っくりと導管４２、４３を離れてアキュムレータ９１に入る。これはシステムの 剛性を回転力に変え、ラトルスペースは侵害される可能性があった。 Ｄａｖｉｓ他の出願は、第３図に示すように、アキュムレータ９１を導管１０ ０を通じて第１および第２一方弁すなわちボール弁１０４、１０６に連結し、こ れらのボール弁の他の側をそれぞれ導管４２、４３に連結することによって、こ の問題を解決した。両弁１０４、１０６は、流体がアキュムレータ９１からのみ 導管１００と弁１０４、１０６を通ってそれぞれ導管４２、４３に流れるように 配置されている。ボール弁１０４、１０６は流体の導管４２、４３からアキュム レータ９１への流れを防止し、したがって、回転力がピストン５４、７４を対向 する方向に動かすときに、流体の漏洩と圧力の損失を防止する。 こうして配置されたシステムは、極端な条件はシステムの機械的構造には有害 であるかもしれないが、温度の変化によるほとんどの正常な圧力増加に耐えるこ とができる。またシステムは、異常に高い力はおそらく除いて、ピストン５４、 ７４に作用する回転力によるほとんどの圧力増加に耐えることができる。温度に よる膨張と回転力とが同時に起こると、温度による膨張と回転力による圧力との 組合せは、圧力に関する所望の限界を超過することがある。極端な圧力によるシ ステムの構造的損傷を回避するために、一対の逃し弁すなわち「吐出し」バルブ １１０、１１２が、導管４２、４３とアキュムレータ９１との間に導管１１６に よって連結されて示されている。吐出しバルブ１１０、１１２は、所定の圧力を 超過したときに短時間の流れの放出が生じるように設定されている。吐出しバル ブ１１０、１１２はまた、短時間の流体の流れが導管４２、４３からアキュムレ ータ９１へのみ生じるように、そしてアキュムレータ９１から導管４２、４３へ は生じないように、矢印で示すように一方向として示されている。したがって、 事前設定された圧力を管路４２、４３のいずれかまたは両方で超過したときには 、吐出しバルブは急速に少量の流体を管路１１６とアキュムレータ９１とに放出 し、急速に圧力を低下させる。吐出しバルブ１１０、１１２が開いている短い時 間は、システム内の圧力を大きく低下させるには十分ではなく、また回転力によ る減衰は大きくは軟化されない。 導管４２、４３、１００の中の圧力を観察して監視することができるように、 これらの導管に圧力指示計１２０、１２２、１２４を取り付けることもできる。 さらにまた望むならば、手動式または電子式に動作する弁（図示せず）をボール 弁１０４、１０６と導管４２、４３との間にそれぞれ、ならびに吐出しバルブ１ １０、１１２と導管４２、４３との間にそれぞれ連結し、システムに損傷を与え る可能性のある圧力が発生しないとわかった場合には、バルブの動作を不能にす る。 第１図のダンパーが対向して配置された対の各々は、同じように連結されてい る。第２ａ図において単一のアキュムレータ４９が導管４０〜４７のすべてに連 結されて示されているが、複数のアキュムレータをさまざまな対の導管に連結し て使用できることを理解すべきである。すべての連結を行った後、システム内部 を排出して非圧縮性流体で満たす。 第４図に、本発明において使用するためのばね／ダンパー２００を示す。第４ 図では、ハウジング部材２０６のチャンバ２０４の中に置かれたピストン２０２ が示されている。ピストン２０２は左方向に延びるピストン・ロッド２１２を有 し、このピストン・ロッド２１２は、ハウジング２０６の端部材２１４を通過し て第１ベローズ２１６の内部に入り、ベローズ２１６の中でプラグ部材２１８に よって締め付けられる。プラグ部材２１８は差込み部材２２０を支持し、この差 込み部材２２０には、ピボット部材２２２が荷重１０への連結のために回転可能 に取り付けられている。同じ方式で、ピストン２０２は右方向に延びるピストン ・ロッド２３０を有し、このピストン・ロッド２３０は、ハウジング２０６の右 端を通過して第２ベローズ２３２の内部に入り、ベローズ２３２の中でプラグ部 材２３４によって締め付けられる。プラグ部材２３４は、ハウジング２４４のチ ャンバ２４２の中に置かれたピストン２４０に固定されている。別のピボット２ ４６がハウジング２４４の端部に、輸送手段１２への連結のために回転可能に取 り付けられている。ピストン・ロッド２１２、２３０は、ベローズ２１６、２３ ２の内部を連結してこの間に流体を通す働きをする内部ポート２５０を有する。 チャンバ２０４のピストン２０２左方の部分は、ハウジング２０６の中のポー ト２６０によって交差導管４２（第４図には図示せず）に連結され、チャンバ２ ０８のピストン２０２右方の部分は、ハウジング２０６の中のポート２６４によ って交差導管４３（第４図には図示せず）に連結されている。ベローズ２１６、 ２３２の中の流体は流体源（第４図には図示せず）から端部材２１４の中のポー ト２６８を通じて供給される。 チャンバ２４２のピストン２４０左方の部分は、圧力源（第４図には図示せず ）にポート２７０によってハウジング２４４を通じて連結され、チャンバ２４２ のピストン２４０右方の部分は、圧力源（第４図には図示せず）にポート２７４ によってハウジング２４４を通じて連結されている。 ピストン２４０の両側に圧力がかかっており、ピストン２０２のどのような意 図される運動も、ピストン２３４の両側のいずれかにかかる圧力によって抵抗を 受けることがわかる。この抵抗の強さは、ポート２７０、２７４を通じて圧力を 制御することによって、ピストン２４０の面積によって、またピストン２４０の いずれかの側にあるチャンバ２４４の部分の長さによって設定することができる 。（強さが大きい場合は、ベローズ２１６、２３２による力は無視できる。）強 さの式はＫ＝１．４Ｐ（Ａ／Ｌ）（ただし、Ｋは強さ、Ｐはピストン２４０の抵 抗側にかかる圧力、Ａはピストン２４０の面積、Ｌはピストン２４０の抵抗側に あるチャンバの長さ）によって得られる。第４図において、ピストン２４０の左 側の面積はピストン２４０の右側の面積より小さいので、両方向に同じ力を行使 させるには、ピストン２４０の左側にあるチャンバの中の圧力をピストン２４０ の右側にあるチャンバの中の圧力より高くしなければならないことに注目された い。好ましい実施形態では、ピストン２４０の左側の面積は４６．３平方インチ であり、ピストン２４０の右側の面積は５３．３平方インチであり、ピストン２ ４０の抵抗側にあるチャンバの長さ３．６インチであった。これらの条件の下で 、ポート２７０によって供給される圧力が１００ｐｓｉのときは、ピストン２４ ０の両側に同じ力がかかるようにするには、ポート２７４によって供給される圧 力は８６．９ｐｓｉであった。 発射前などの静的条件においては、荷重１０が輸送手段１２に取り付けられて いるときは、荷重１０の重量はピストン２０２の左側に力を加え、ピストン２４ ０は右に付勢されて、ピストン２４２の右側にあるチャンバの長さを減らす。ピ ストン２４０のいずれかの側にかかる圧力を正しく選択することによって、圧力 をその初期の静的荷重状況の下で均等化することができ、したがってこの圧力は 、ピストン２４０の端部におけるシールを通過する漏洩を排除する傾向がある。 圧力が均等化された後は、第３図の６７、６８などの圧力調整器は必要とせず、 また遮断することもできる。発射中などの動的条件中では、ピストン２０２にか かる圧力は最初は右側でより高く、飛行中に変化する。このような動的条件では 、調整器のスイッチを入れることができ、ピストン２４０のいずれかの側にかか る圧力を再び調節して、変化する条件のために所望の剛性とすることができる。 出願人たちは、輸送手段とこれに取り付けられた荷重との間の振動を減衰する ためのシステムを提供し、こうして並進振動を静かに減衰し、回転振動を堅く減 衰し、また緩やかな回転振動が発生したときに堅い減衰振動を失うことなく、さ らにまた圧力にシステムを損傷させることなくシステムを提供したことは明らか である。さらにまた出願人たちは、発射前、発射中、発射後に容易に調節して、 ばねを損傷することなく所望の剛性を準備することができ、またさまざまな荷重 条件に適応するように調節できる空気ばねを提供した。 第５図は、空気力を使用してシステムを加圧するアキュムレータを示す。第５ 図では、ハウジング３００は、ハウジング３００の底の内部に密封された可撓性 のブラダー３０４を備えている。ハウジング３００の上端部にある第１ポート３ ０８は、圧力源（第５図には図示せず）に連結され、ハウジング３００の下端部 にあるポート３１０は、第３図の管路１００を通過してシステムを加圧するため に使用される非圧縮性流体が入ったブラダー３０４の内部と連絡している。圧力 を望み通りにポート３１０を通じて増減するように、システムのための所望の圧 力がポート３０８を通じて圧力を調節することによって維持される。 好ましい実施形態に関連して示した構造に対する多くの明らかな変化が、当業 者には発生しよう。例えば、出願人たちはピストン式のダンパーを説明したが、 ベローズ式や他の形式のダンパーも採用することができ、また出願人たちは矩形 構成の８個のダンパーを説明したが、他の個数のダンパーも別の構成も採用する ことができる。また、取付け部は必ずしも荷重の底に必要とせず、どこにでも、 例えば重心に置くこともできる。同様に、ボール弁を他の一方形式の弁に取り代 えてもよく、別の圧力逃し弁を採用してもよい。ボール弁と圧力逃し弁を、導管 とアキュムレータとの間ではなくダンパーとアキュムレータとの間に連結するこ ともできよう。前述のように、第２図の交差結合された一対のダンパーの各々が 第３図に関連して示した例と同様に作動し、第３図に示すアキュムレータ９１が 交差結合されたすべての対のダンパーに共通にすることもでき、または各対がそ れ自体のアキュムレータを採用できることも理解されよう。さらにアキュムレー タはどの種類でもよく、必ずしも好ましい実施形態で示したブラダー形式にする 必要はない。したがって出願人たちは、本発明の好ましい実施形態を説明するた めに使用した特定の構造に限定することは望まない。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年２月８日（１９９９．２．８） 【補正内容】 補正明細書 同時係属中のＯｓｔｅｒｂｅｒｇの出願における発明は、反対側の制動エレメ ントを独立して作動させるのではなく、交差結合することによって従来の技術の 問題を克服し、３つの並進方向における運動に所定の剛性を与え、また回転運動 に著しく大きな剛性を与える。また本発明も、導管中の流体の加圧を行い、熱膨 張による過剰の流体を受け入れるために交差結合導管に連結されたアキュムレー タを記載している。回転力によって流体の圧力が上昇するときに、アキュムレー タへの流体の流れによる回転制動の緩和を防止するために、アキュムレータへの 導管を交差結合する導管よりも限定的にした。正常ではこれが、ほとんどの回転 力による圧力変化は温度変化による圧力変化よりもはるかに速いので、所望の効 果を有し、正常な回転力によって生ずる急速な圧力変化の間に、アキュムレータ に流れる流体は大量ではないが、もっと緩やかな温度変化中にも流体はなおアキ ュムレータに流れる。しかしながら、非常に緩やかな回転力がほぼ静的な条件で 生じた場合でも、システムは所望の量の剛性を与え、またこの環境の下で、アキ ュムレータへの管路における拘束は剛性を減らすアキュムレータへの交差連結か らの流体の流出を妨げないことがわかったことは望ましい。アキュムレータを完 全に除去することはできるが（またアキュムレータを必要としない場合もあるが ）、たいていの適用では、極端な温度変化または非常に大きな回転力による圧力 、または回転力による圧力に加わった温度変化による圧力は、システムに構造的 な破損を生じさせるほど高くなる可能性がある。同時係属中のＤａｖｉｓ他の出 願は、この問題を、システムからアキュムレータへの加圧流体の流れを防ぐ一方 弁を設けて、アキュムレータが反対方向の流体の流れによってシステムを加圧し 続けることを可能にすることによって解決する。温度および／または回転によっ て過度の圧力が発生することを防ぐために、逃し弁すなわち「吐出し」バルブを 使用して、この状態の間にわずかな圧力を放出できるようにし、システムを望み のレベルに加圧するには十分でないようにする。 特許ＷＯ９０／１０５５１は、商用輸送手段の本体と軸との間で使用されてス プリング動作特性を制御する液圧装置を開示し、輸送手段本体の異なる側におけ る第１および第２液圧シリンダの使用を説明しており、輸送手段本体は、シリン ダのピストンの上と下との流体空間の間に絞り弁と並んで方向切換弁を含む交差 連結部を有する。 上述のシステムは満足に動作するが、ダンパーと同時に使用される機械式ばね は、絶縁すべき荷重の質量と組み合わされたダンパーと共に使用されるばねの固 有振動数をできるだけ低く保つことが望ましいので、非常に重い荷重については 決して望ましくはないことがわかった。固有振動数は、等式Ｆｎ＝１／２π（Ｋ ／Ｍ）^1/2（ただし、Ｋは絶縁物マウントの剛性、Ｍは絶縁すべき荷重の質量で ある）によって得られる。Ｍが増加すると、望みに応じて振動数が低下すること がわかるが、剛性が低い場合には変形量が大きくなり、慣性力が重力と結合する 打上げ発射などの非常に大きな重負荷条件では、ばねが極度に変形して破損する こともある。このような重負荷を取り扱ってさらに所望の剛性を可能にするため の機械式ばねを設計することは、非常に困難な問題となる。さらにまた、発射中 と発射後に新たな条件のためにばねの剛性を変えることが望まれ、これはもちろ ん機械式ばねで容易に行うことはできない。 発明の簡単な説明 本発明は、荷重と輸送手段との間に連結されたハウジングの中にピストンを含 む空気ばねに関するこれらの問題を解決する。ピストンは、ハウジングをそれぞ れが加圧されている２つのチャンバに分割する。２つのチャンバ内の圧力を正確 に調節することによって、ばねの剛性を所望通りに設定して非常に大きな負荷を 取り扱うことができる。さらに、２つのチャンバ内の圧力を変えることによって 、発射中と発射後に剛性を変えることができる。 補正請求の範囲 １．第１および第２装置（１０、１２）の間に連結され、第１導管および第２導 管（４２、４３）によって交差連結されて、装置の並進運動のためには比較的低 い剛性を、また装置の回転運動のためには比較的高い剛性を得るために双方向流 体流を備える、第１および第２ダンパー（２１、２６）を有する振動絶縁システ ムにおいて、 各ダンパーと並んで空気ばね（６０、６１、６２、および８０、８１、８２） が取り付けられていることを特徴とする振動絶縁システム。 ２．空気ばね（６０、６１、６２、および８０、８１、８２）が、第１装置に連 結されて中にチャンバ（５９、７９）を有するハウジング（下部５３、７３）を 含み、またチャンバを第１の部分（６１、８１）と第２の部分（６２、８２）と に分割する第２装置に連結された部材（６０、８０）を含む請求項１に記載の振 動絶縁システム。 ３．チャンバ（５９、７９）の部分（６１、６２、および８１、８２）に連結さ れた圧力源（６６、８６）を含む請求項２に記載の振動絶縁システム。 ４．圧力源（６６、８６）が第１および第２の部分に圧力を供給して、第１およ び第２の圧力に応じた剛性をばねに与える請求項３に記載の振動絶縁システム。 ５．第１の部分（６１、８１）と第２の部分（６２、８２）における圧力が、空 気ばねの剛性を変化させるために独立して変化可能である請求項４に記載の振動 絶縁システム。 ６．部材（６０、８０）によって第１の部分（６１、８１）と第２の部分（６２ 、８２）との面積が異なる際に、第１の部分（６１、８１）と第２の部分（６２ 、８２）への圧力を独立して制御して、同じ圧力とする請求項５に記載の振動絶 縁システム。 ７．部分の少なくとも一つ（６２、８２）に連結されて、所定の値を超過する圧 力を防止する圧力放出手段（７０、９０）をさらに含む請求項６に記載の振動絶 縁システム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 排他所有権または排他権が請求される本発明の実施形態は、次のように定義さ れる。 １．第１装置と第２装置との間に連結された振動絶縁システムであって、 第１装置と第２装置との間に連結され、第１導管および第２導管によって交差 連結されて、並進運動のために緩やかな減衰を、また回転運動のために堅い減衰 をもたらす第１ダンパーおよび第２ダンパーと、 システムのための流体の加圧源を提供する手段と、 各ダンパーと並んで取り付けられた空気ばねと を含む振動絶縁システム。 ２．空気ばねが、 内部にチャンバを有し、第１装置に連結されているハウジングと、 チャンバを第１区画と第２区画とに分割する、第２装置に連結されている部材 と、 第１区画と第２区画とを加圧するために連結された圧力源と を含む、請求項１に記載の振動絶縁システム。 ３．第１および第２ダンパーが、ピストンによって分離された第１および第２シ リンダを含み、各シリンダの中に第１および第２チャンバを形成し、第１および 第２導管は第１シリンダの第１チャンバを第２シリンダの第２チャンバに連結し 、第１シリンダの第２チャンバを第２シリンダの第１チャンバに連結し、こうし て並進運動によって第１および第２シリンダのピストンは同じ方向に移動するが 、回転運動によって第１および第２シリンダのピストンは互いに逆方向に移動す る、請求項２に記載の振動絶縁システム。 ４．部材がピストンに連結されてピストンと共に移動する、請求項３に記載の振 動絶縁システム。 ５．第１および第２区画の中の圧力がシステムの剛性を変化させるために制御さ れる、請求項４に記載のシステム。 ６．第１および第２区画の中の圧力が互いに独立して制御され、こうしてこれら の圧力を、ピストンが第２区画に与える面積とは異なる面積を第１区画に与える ときに、同じにすることができる、請求項５に記載のシステム。 ７．第１装置を第２装置に取り付ける場合に使用するための制動システムであっ て、 第１部材に連結された第１流体チャンバと、 第２部材に連結された第２流体チャンバと、 第１チャンバの容積の増加が第２チャンバの容積の減少を伴うようにするため 、第１チャンバと第２チャンバを連結する第１手段と、 第１部材に連結された第３流体チャンバと、 第２部材に連結された第４流体チャンバと、 第３チャンバの容積の増加が第４チャンバの容積の減少を伴うようにするため 、第３チャンバと第４チャンバを連結する第２手段と、 第１チャンバと第４チャンバを連結する第１流体通路と、 第２チャンバと第３チャンバを連結する第２流体通路と、 加圧流体源を準備するリザーバと、 第５流体チャンバと、 第６流体チャンバと、 第５チャンバの容積の増加が第６チャンバの容積の減少を伴うようにするため 、第５チャンバと第６チャンバを連結する第３手段と、 第７流体チャンバと、 第８流体チャンバと、 第７チャンバの容積の増加が第８チャンバの容積の減少を伴うようにするため 、第７チャンバと第８チャンバを連結する第４手段と、 第１手段と第３手段を連結し、第２手段と第４手段を連結し、そうしてこれら は共に移動するようにする連結手段と、 第５、第６、第７、第８チャンバ内の圧力を変化させることによって変化する ことができる剛性ばねを準備するように、第５、第６、第７、第８チャンバに連 結された空気圧源と を含む制動システム。 ８．第１および第２チャンバが、第１可動ピストンを中に有するシリンダによっ て形成され、第３および第４チャンバが、第２可動ピストンを中に有するシリン ダによって形成され、第５および第６チャンバが、第３可動ピストンを中に有す るシリンダによって形成され、第７および第８チャンバが、第４可動ピストンを 中に有するシリンダによって形成された、請求項７に記載の装置。 ９．連結手段が、第１可動ピストンを第３可動ピストンに連結し、第２可動ピス トンを第４可動ピストンに連結する第１ピストン・ロッドとを圧縮する、請求項 ８に記載の装置。 １０．第１部材を第２部材に取り付けて、これらの間の並進運動がこれらの間の 回転運動よりも少なく減衰されるようにする制動装置であって、 複数のダンパーであって、各ダンパーが、第１および第２チャンバのうちの一 つの膨張が正常には第１および第２チャンバのうちの他の一つの収縮を伴うよう に連結された第１および第２膨張可能流体チャンバを有し、各ダンパーは第１お よび第２外部コネクタを有し、各ダンパーの第１外部コネクタは第１部材に連結 され、各ダンパーの第２外部コネクタは第２部材に連結されたハウジングを有す る空気ばねに連結された、複数のダンパーと、 複数の流体導管であって、このうちの第１流体導管は、第１ダンパーの第１膨 張可能チャンバを第２ダンパーの第２膨張可能チャンバに接合して、これらの間 に流体の流れを可能にし、第２流体導管は、第２ダンパーの第１膨張可能チャン バを第１ダンパーの第２膨張可能チャンバに接合して、これらの間に流体の流れ を可能にし、そうして第１部材と第２部材との間の第１並進運動によって、第１ および第２ダンパーの第１膨張可能チャンバは両方とも膨張し、また第１および 第２ダンパーの第２膨張可能チャンバは両方とも収縮するが、第１部材と第２部 材との間の第１回転運動によって、第１ダンパーの第１膨張可能チャンバと第２ ダンパーの第２膨張可能チャンバは両方とも膨張し、また第１ダンパーの第２膨 張可能チャンバと第２ダンパーの第１膨張可能チャンバは両方とも収縮する複数 の流体導管と、 第１、第２、第３、第４チャンバのための加圧流体源を準備する流体リザーバ と を含む制動装置。 １１．空気ばねが、第３および第４流体チャンバのうちの一つの膨張が正常には 第３および第４流体チャンバのうちの他の一つの収縮を伴うように隔壁によって 区分された第３および第４流体チャンバと、 隔壁をダンパーの第２外部コネクタに連結するための手段と を含む、請求項１０に記載の装置。 １２．流体リザーバが、ブラダーによって２つの区画に分離されたチャンバと、 システムに連結された第１区画と第２区画を加圧するために連結された圧力源と を含む、請求項１０に記載の装置。 １３．加圧流体源とダンパーとの間に流体を流し、またダンパーと加圧流体源と の間の流体の流れを遮断することができるように、加圧流体源を流体ダンパーに 連結する一方向流装置をさらに含む、請求項１２に記載の装置。 １４．システム内の圧力が所定の限界値を超過したときに所定量の流体を放出す るために、流体ダンパーに連結された圧力開放装置をさらに含む、請求項１３に 記載の装置。