JP2015102244A - 入れ子式フレキシャデバイスを有するアイソレータおよびその製造のための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】入れ子式フレキシャデバイス（１２）を有するアイソレータ（１０）の実施形態が提供され、同様に、入れ子式フレキシャデバイス、および、それを製造するための方法の実施形態を提供すること。【解決手段】一実施形態では、アイソレータは、アイソレータ本体部（１６）と、アイソレータ本体部の端部部分に装着されている入れ子式フレキシャデバイスとを含む。入れ子式フレキシャデバイスは、アイソレータの作用軸に直交する第１および第２の垂直軸に沿って柔軟な内側フレキシャアレイ（８２）を含む。入れ子式フレキシャデバイスは、第１および第２の垂直軸に沿って柔軟な外側フレキシャアレイ（８０）であって、外側フレキシャアレイ（８０）は、内側フレキシャアレイと直列に連結されており、内側フレキシャアレイの少なくとも一部分を囲む、外側フレキシャアレイ（８０）をさらに含む。【選択図】図１

Description

連邦政府資金による研究開発の記載
[0001]この発明は、ＭＩＴ＿Ｌｉｎｃｏｌｎ Ｌａｂｓによって獲得された政府契約＃ＦＡ８７２１−０５−Ｃ−０００２による政府支援を用いて行われた。政府は、本発明に一定の権利を有している。

[0002]本発明は、概して、フレキシャに関し、より具体的には、軸方向減衰アイソレータ内での使用に非常に適している入れ子式フレキシャデバイスの実施形態、および、入れ子式フレキシャデバイスを製造するための方法に関する。

[0003]単一の自由度（「ＤＯＦ」）の軸方向アイソレータは、一般に、フレキシャデバイスを含むように製造され、アイソレータの装着点間の角度的な心ずれまたは回転心ずれに対処する。理想的には、そのようなフレキシャデバイスは、所望の角度的な柔軟性を提供するための比較的低い半径方向の剛性、およびアイソレータ性能を損なうことを回避するための比較的高い軸方向の剛性によって特徴付けられる。ボールジョイントとは対照的に、フレキシャデバイスは、ジョイント間の遊びを排除し、したがって、ジッタなど低振幅の振動を減衰させるために利用されるアイソレータ内への組み込みに非常に適している。しかし、従来のフレキシャデバイスは、いくつかの点で制限がある。例えば、フレキシャデバイスの角度的な可動範囲（「ＲＯＭ」）は、一般に、フレキシャ長さによって限定される。フレキシャデバイスの長さが減少するにつれて、フレキシャデバイスの柔軟な部分（例えば、ブレードタイプのフレキシャデバイスの長方形ビーム）内の応力集中が増加する。フレキシャデバイスが軸方向に非常にコンパクトであることが要求される用途では、フレキシャデバイスの角度的なＲＯＭは、望ましくはないが、高い応力集中および材料強度限界によって制限され得る。並外れて高い材料強度を有するエキゾチック合金（ｅｘｏｔｉｃ ａｌｌｏｙ）からフレキシャデバイスを製作することによって、角度的なＲＯＭを増加させることが可能となり得るが、そのような合金は、コストがかかる傾向にあり、依然として、フレキシャデバイスの角度的なＲＯＭの比較的に少量の増加を許容するのみである可能性がある。

[0004]したがって、軸方向に比較的にコンパクトであり、フレキシャデバイスの柔軟な部分内の応力集中を最小化しながら、比較的に広範の角度的なＲＯＭを適用するフレキシャデバイスの実施形態を提供することが望ましい。理想的には、そのような軸方向にコンパクトなフレキシャデバイスの実施形態は、単一のＤＯＦの軸方向減衰アイソレータ内での使用に非常に適することになるが、装着点間で軸方向の力を伝達しながら装着点間で角度的な柔軟性を提供することが望ましい様々な他の用途において利用することも可能である。最後に、そのような軸方向にコンパクトなフレキシャデバイスを含む単一のＤＯＦアイソレータの実施形態、および、そのようなフレキシャデバイスを製造するための方法の実施形態を提供することがさらに望ましいであろう。本発明の実施形態の他の望ましい特徴および性質は、添付の図面および先述の背景技術と関連して、後に続く詳細な説明および添付の特許請求の範囲から明らかになる。

米国特許第５，３３２，０７０号 米国特許第７，１８２，１８８Ｂ２号

[0005]入れ子式フレキシャデバイスを有するアイソレータの実施形態が提供される。一実施形態では、アイソレータは、アイソレータ本体部と、アイソレータ本体部の端部部分に装着されている入れ子式フレキシャデバイスとを含む。入れ子式フレキシャデバイスは、内側および外側フレキシャアレイを含み、それらは、アイソレータの作用軸に直交する第１および第２の垂直軸に沿ってそれぞれ柔軟である。外側フレキシャアレイは、内側フレキシャアレイと直列に連結されており、内側フレキシャアレイの少なくとも一部分を囲む。

[0006]長手方向軸を有する入れ子式フレキシャデバイスの実施形態がさらに提供される。一実施形態では、入れ子式フレキシャデバイスは、長手方向軸に直交する第１および第２の垂直軸に沿って柔軟な内側フレキシャアレイを含む。入れ子式フレキシャデバイスは、第１および第２の垂直軸に沿って柔軟であり、内側フレキシャアレイと直列に連結されており、内側フレキシャアレイの少なくとも一部分を囲む外側フレキシャアレイをさらに含む。

[0007]入れ子式フレキシャデバイスを製造するための方法の実施形態がさらに提供されている。一実施形態では、方法は、長手方向軸、長手方向軸の周りに延在する内側環状側壁部、および、内側環状側壁部の少なくとも一部分を囲む外側環状側壁部を有する、弾性構造体を提供するステップを含む。内側フレキシャアレイは、内側環状側壁部内に形成されており、長手方向軸に直交する第１および第２の垂直軸に沿って柔軟である。外側フレキシャアレイは、外側環状側壁部内に形成されており、第１および第２の垂直軸に沿って柔軟であり、内側フレキシャアレイと直列に連結されている。

[0008]本発明の少なくとも１つの例は、以下の図と関連して以降に説明されることになり、同様の符号は、同様の要素を示す。

[0009]本発明の例示的な実施形態に従って示されているように、入れ子式フレキシャデバイスを含む単一のＤＯＦの軸方向アイソレータの断面図である。 [0010]図１に示されている例示的な入れ子式フレキシャデバイスの等角図である。 図１に示されている例示的な入れ子式フレキシャデバイスの上面図である。 図１に示されている例示的な入れ子式フレキシャデバイスの第１の側面図である。 図１に示されている例示的な入れ子式フレキシャデバイスの第２の側面図である。 [0011]フレキシャデバイスの内部構造体をより明確に示すために、様々な切断平面に沿って切られている、図１〜図５に示されている例示的な入れ子式フレキシャデバイスの断面図である。 フレキシャデバイスの内部構造体をより明確に示すために、様々な切断平面に沿って切られている、図１〜図５に示されている例示的な入れ子式フレキシャデバイスの断面図である。 フレキシャデバイスの内部構造体をより明確に示すために、様々な切断平面に沿って切られている、図１〜図５に示されている例示的な入れ子式フレキシャデバイスの断面図である。 フレキシャデバイスの内部構造体をより明確に示すために、様々な切断平面に沿って切られている、図１〜図５に示されている例示的な入れ子式フレキシャデバイスの断面図である。 [0012]入れ子式フレキシャデバイスを生産するための方法の例示的な実施形態に従って製造されるように、生産の様々な段階において、図１〜図９に示されている入れ子式フレキシャデバイスを示す等角図である。 入れ子式フレキシャデバイスを生産するための方法の例示的な実施形態に従って製造されるように、生産の様々な段階において、図１〜図９に示されている入れ子式フレキシャデバイスを示す断面図である。

[0013]以下の詳細な説明は、本質的に例示的なものにすぎず、本発明、または、本発明の用途および使用を限定することは意図していない。そのうえ、先行する背景技術または以下の詳細な説明に提示されている任意の理論によって限定されることは意図されていない。

[0014]図１は、本発明の例示的な実施形態に従って示されているように、入れ子式フレキシャデバイス１２を含むアイソレータ１０の断面図である。この場合では、アイソレータ１０は、３パラメータデバイスであり、それは、少なくとも部分的に、一次的なばねとして働き、一次的なばねは、直列に連結されている二次的なばねおよびダンパと並列に連結されている。また、アイソレータ１０は、作用軸１４を有する単一のＤＯＦの軸方向減衰デバイスとして説明することが可能であり、それは、フレキシャデバイス１２の長手方向軸と同軸とすることが可能である。アイソレータ１０は、多点装着構成での使用に非常に適している。例えば、アイソレータ１０は、例えば、六脚または八腕タイプの装着構成で、複数の同様のアイソレータと組み合わせられ、高忠実度（ｈｉｇｈ ｆｉｄｅｌｉｔｙ）の６自由度の減衰を提供することが可能である。そのような多点装着構成は、宇宙船と宇宙船によって担持されるペイロードとの間で伝達される振動または衝撃力を減衰させるために利用される宇宙船絶縁システム内で有用に用いられている。本例にもかかわらず、入れ子式フレキシャデバイス１２の実施形態は、地球上の用途、水上輸送の用途、飛行機輸送の用途、および人工衛星の用途内で利用される様々な他のタイプのアイソレータ（他の３パラメータアイソレータおよび２パラメータアイソレータ（例えば、同調質量ダンパ）など）内に組み込むことが可能であることが強調される。より一般的には、フレキシャデバイス１２は、すべての実施形態において、アイソレータ内に組み込まれる必要はなく、その代わりに、装着点間で軸方向の力を伝達することが望まれる様々な他の用途またはプラットフォーム内で、装着点間の比較的に高い程度の回転柔軟性を提供しながら利用することが可能である。

[0015]３パラメータアイソレータ１０は、細長いチューブ状のアイソレータ本体部１６を含む。入れ子式フレキシャデバイス１２は、例えば、複数のボルト１８を利用して、アイソレータ本体部１６の第１の端部に装着されている。軸方向に突出する端部ピース２０が、追加的なセットのボルト２２を利用して、アイソレータ本体部１６の反対側端部に取り付けられている。したがって、入れ子式フレキシャデバイス１２および軸方向に突出する端部ピース２０は、アイソレータ１０の対向する機械的な入力／出力としての役割を果たす。アイソレータ１０が所与の適用例内に設置されるときに、入れ子式フレキシャデバイス１２および端部ピース２０は、ハードウェアを利用して（例えば、ボルト、クランプ、ブラケットなどを利用して）、接着によって（例えば、溶接もしくははんだ付けによって）、および／または、他の取り付け手段を利用することによって、第１および第２の装着点にそれぞれ取り付けることが可能である。具体的には、アイソレータ１０が宇宙船絶縁システム内で用いられるときには、入れ子式フレキシャデバイス１２または端部ピース２０のいずれかが、宇宙船本体部に取り付けられ、一方、フレキシャデバイス１２および端部ピース２０のもう一方が、オプティカルベンチなどのようなペイロード支持構造体に取り付けられる。外側の機械加工されたばね２４が、アイソレータ本体部１６の中間部分に形成されている。例えば、機械加工されたばね２４は、レーザー切断または放電加工（「ＥＤＭ」）ワイヤ加工を利用して、本体部１６に切り込むことが可能である。以下に説明されることになるように、外側の機械加工されたばね２４は、３パラメータアイソレータ１０の主要ばねとしての役割を果たすことが可能である。しかし、さらなる実施形態では、個別のコイルばねが、アイソレータ１０内に組み込まれ、この目的のために利用することが可能である。

[0016]ダンパアセンブリ２６が、チューブ状のアイソレータ本体部１６内に収容されている。ダンパアセンブリ２６は、対向するベローズ３０と、ディスク形状のダンパピストン３２とを含み、ディスク形状のダンパピストン３２とは、ベローズ３０の間に弾性的に懸架されている。対向する液圧チャンバ３４は、一部分において、ベローズ３０およびピストン３２によって画定されている。チャンバ３４は、環体部３６によって流体連結されており、環体部３６は、ダンパピストン３２および細長いロッド３８によってさらに画定されており、細長いロッド３８は、ピストン３２内に設けられた中央開口部を通って、および、ベローズ３０を通って延在している。チャンバ３４は、流体密封されており、シリコーンベースの減衰流体などのような減衰流体を密封して含むように構成されている。アイソレータ１０は、最初に、減衰流体なしで製造および分配することが可能であり、減衰流体は、後で、アイソレータ１０の使用の前に、液圧チャンバ３４内へ導入することが可能である。例えば、図１に示されているように、減衰流体は、充填ポート４０を通して液圧チャンバ３４内へ導くことが可能であり、充填ポート４０は、ロッド３８内に設けられた流路４２を介して、チャンバ３４に流体連結されている。ダンパピストン３２は、アイソレータ１０の動作の間にストローク運動するので、ベローズ３０が拡張および収縮し、液圧チャンバ３４のそれぞれの体積が増加および減少し、減衰流体が、制限された環体部３６を通して押し込まれ、所望の減衰効果を提供する。望まれる場合には、ばね付勢された熱的補償デバイス４４（一般に「熱的補償器」と称される）は、流路４２を介してチャンバ３４にさらに流体連結され、チャンバ３４内に保持されている減衰流体を加圧し、アイソレータ１０の動作の間に発生する、熱的に誘導された減衰流体体積の変動を補償することを助けることが可能である。

[0017]チューブ状の内側ばね構造体２８が、チューブ状のアイソレータ本体部１６内にさらに収容されており、それは、アイソレータ本体部１６と実質的に同軸とすることが可能である。内側ばね構造体２８は、ダンパアセンブリ２６と入れ子式フレキシャデバイス１２との間に機械的に連結されている。例えば、図１に示されているように、内側ばね構造体２８の第１の端部は、第１のセットのボルト４６によって、入れ子式フレキシャデバイス１２に取り付けることが可能であり、一方、構造体２８の反対側端部は、第２のセットのボルト４８によって、ダンパピストン３２の外側円周方向の部分に取り付けることが可能である。軸方向にコンパクトなフォームファクタ（ｆｏｒｍ ｆａｃｔｏｒ）をアイソレータ１０に与えることを助けるように、入れ子式フレキシャデバイス１２は、内側ばね構造体２８の第１の端部部分内へ延在しており、一方、ベローズ３０のうちの一方、および、ダンパピストン３２の一部は、ばね構造体２８の対向する端部部分内へ延在している。内側の機械加工されたばね５０は、内側ばね構造体２８に切り込まれ、またはそうでなければ、内側ばね構造体２８内に形成されており、より完全に以下に説明されているように、アイソレータ１０の二次的なばねまたはチューニングばねとしての役割を果たす。

[0018]図１に示されている例示的な実施形態を引き続き参照すると、２つの並列の荷重経路、すなわち（ｉ）入れ子式フレキシャデバイス１２から、アイソレータ本体部１６を通って（したがって、外側の機械加工されたばね２４を通って）、軸方向に突出する端部ピース２０へ延在している第１の荷重経路、および、（ｉｉ）入れ子式フレキシャデバイス１２から、内側ばね構造体２８を通って（したがって、内側の機械加工されたばね５０を通って）、ダンパアセンブリ２６を通って、熱的補償器４４を通って、端部ピース２０へ延在している第２の荷重経路が、アイソレータ１０を通して提供されている。したがって、アイソレータ１０は、主要ばね（外側の機械加工されたばね２４）を含む３パラメータデバイスを含み、主要ばねは、直列に連結されている二次的なばね（内側の機械加工されたばね５０）およびダンパ（ダンパアセンブリ２６）と並列に連結されている。２パラメータ粘弾性アイソレータなどのような他のタイプの受動的アイソレータと比較すると、３パラメータアイソレータは、ジッタなど、高周波数で低振幅の起振力の優れた減衰を提供する。３パラメータアイソレータのさらなる議論は、１９８４年１月２６日に発行された表題「ＴＨＲＥＥ ＰＡＲＡＭＥＴＥＲ ＶＩＳＣＯＵＳ ＤＡＭＰＥＲ ＡＮＤ ＩＳＯＬＡＴＯＲ」の米国特許第５，３３２，０７０号、および、２００７年２月２７日に発行された表題「ＩＳＯＬＡＴＯＲ ＵＳＩＮＧ ＥＸＴＥＲＮＡＬＬＹ ＰＲＥＳＳＵＲＩＺＥＤ ＳＥＡＬＩＮＧ ＢＥＬＬＯＷＳ」の米国特許第７，１８２，１８８Ｂ２号に見出すことが可能であり、その両方は、本出願の譲受人に譲渡されている。

[0019]場合によっては、パッキングの制約により、入れ子式フレキシャデバイス１２は、軸方向にコンパクトなフォームファクタ、具体的には、比較的に低い長さ対直径比、例えば、１：１よりも小さい長さ対直径比を有することを必要とする可能性がある。それと同時に、フレキシャデバイス１２は、デバイス１２内の応力集中を最小化しながら、８°に近い、または８°を超える角度的なＲＯＭなど、比較的大きい角度的なＲＯＭを提供することが望ましい可能性がある。ほとんどの（すべてではないが）従来のフレキシャデバイスは、望ましくない程に高い応力集中がフレキシャデバイス内に発生し、これがデバイスの動作寿命を時期尚早に限定する可能性があるので、軸方向にコンパクトな外包内にそのように大きな角度的なＲＯＭを提供することはできない。それとは対照的に、入れ子式フレキシャデバイス１２は、これらの対立する基準の両方を満足することが可能である。また、さらなる利点として、デバイス１２が、チューブ状のアイソレータ本体部１６および二次的なばね構造体２８内に埋め込まれる手法に起因して、入れ子式フレキシャデバイス１２は、アイソレータ１０の全体的な軸方向の長さを最小化することを助ける。ここで、入れ子式フレキシャデバイス１２は、そのような軸方向にコンパクトなフォームファクタ、および、比較的に広範の角度的なＲＯＭを提供することが可能であるという手法が、図２〜図９と関連して議論されることになる。

[0020]図２、図３、および図４は、それぞれ、入れ子式フレキシャデバイス１２の等角図、上面図、および側面図であり、より詳細にデバイス１２を示す。また、図５は、入れ子式フレキシャデバイス１２の側面図を提供しているが、図４に示されている側面図に対して、デバイス１２の長手方向軸（図２の線６０によって表されている）の周りに９０°だけ回転されている。図６および図７は、それぞれ、図３で特定されている線６−６および線７−７に沿って、入れ子式フレキシャデバイス１２を断面で示す。同様に、図８は、デバイス１２の４分の１だけが示されるように、図３の屈曲した線６−７に沿って、入れ子式フレキシャデバイス１２の断面図を示す。最後に、図９は、長手方向軸６０（図２）に直交し、以下に説明されているデバイス１２のブレードフレキシャを通って延在する平面に沿って、入れ子式フレキシャデバイス１２の一層さらなる断面図を提供している。以下の説明は、デバイス１２の内部構造体の相対的な複雑さに起因して、入れ子式フレキシャデバイス１２の示されている実施形態を議論するときに、図２〜図９をまとめて参照する。説明の簡単のために、「上側」、「下側」などのような用語は、図２〜図９に示されている入れ子式フレキシャデバイス１２の示されている配向を参照して利用することが可能である。しかし、示されているデバイス１２の配向は任意であること、および、デバイス１２は三次元の空間内で任意の配向に機能することが可能であることは理解されよう。

[0021]入れ子式フレキシャデバイス１２は、外側環状構造体または側壁部６２（図２および図４〜図９）と、内側環状構造体または側壁部６４（図６〜図９）とを含む。図６〜図９に最も明確に示されているように、外側環状側壁部６２は、内側環状側壁部６４の少なくとも一部分の周りを、および、好ましくは、内側環状側壁部６４の実質的に全体の周りを囲み、または延在している。環状側壁部６２および６４は、入れ子式フレキシャデバイス１２の長手方向軸６０（図２）の周りにさらに延在し、側壁部６２および６４が実質的に同心円状となるようになっている。環状側壁部６２および６４は、ディスク形状の端壁またはベースプレート６８によって、その下側端部において接合されている（図２および図４〜図９）。環状側壁部６２および６４は、円周方向のクリアランスまたは環状のギャップ６６によって、さらに半径方向に間隔を離して配置されている（図６〜図９）。図６〜図９に示されているように、環状のギャップ６６（以下では、より簡単に「環体部６６」と称されている）は、入れ子式フレキシャデバイス１２の長手方向軸６０（図２）と同心円状であり、デバイス１２の上側端部を貫通し、ベースプレート６８において終端することが可能である。したがって、ベースプレート６８は、環体部６６を横切って広がり、または延在し、環状側壁部６２および６４を物理的に接合している。環体部６６は、有底の環状のまたはチューブ状の穴部であると考えることが可能であり、それは、一方の端部において、ベースプレート６８の内側半径方向面によって軸方向に境界を定められ、外側環状側壁部６２の内側円周方向表面、および、内側環状側壁部６４の外側円周方向表面によって、円周方向に境界を定められている。以下でより完全に説明されることになるように、環体部６６は、内側環状側壁部６４が、外側環状側壁部６２に対して、物理的な接触がそれらの間で発生することなく傾くことを可能にするように、十分な円周方向のクリアランスを提供している。

[0022]半径方向フランジ７２（図２〜図８）は、外側環状側壁部６２の上側縁部から突出している。半径方向フランジ７２は、中央開口部７６を含み、中央開口部７６は、環体部６６の拡張部とすることが可能である。軸方向の拡張部７０（図２〜図８）は、内側環状側壁部６４に接合されており、そこから開口部７６を通って、半径方向フランジ７２、内側環状側壁部６４、ベースプレート６８、および、フレキシャデバイス１２の他のコンポーネントから離れる方向に、軸方向に延在している。半径方向フランジ７２および軸方向の拡張部７０は、入れ子式フレキシャデバイス１２の取り付け点としての役割を果たす。入れ子式フレキシャデバイス１２が、図１に示されているアイソレータ１０内に設置されるとき、半径方向フランジ７２は、チューブ状のアイソレータ本体部１６、および、先述の手法でその中に収容されている二次的なばね構造体２８にボルト締めすることが可能であるか、または、そうでなければ取り付けることが可能である。この点において、半径方向フランジ７２は、複数の締結具開口部７４（図３にだけ示されている）を含むように製作することが可能であり、アイソレータ本体部１６および内側ばね構造体２８への入れ子式フレキシャデバイス１２の取り付けを促進させる。長手方向のチャネル７８（図２、図３、および図６〜図９）は、入れ子式フレキシャデバイス１２を通してさらに設けられており、内側環状側壁部６４の内側円周方向表面を画定している。示されている例では、チャネル７８は、ベースプレート６８を通って、および、軸方向の拡張部７０を通って延在しており、入れ子式フレキシャデバイス１２の長手方向軸６０（図２）、内側環状側壁部６４、外側環状側壁部６２、および環体部６６と同軸である。

[0023]入れ子式フレキシャデバイス１２は、外側フレキシャシステムまたはアレイ８０（図２および図４〜図９）と、内側フレキシャシステムまたはアレイ８２（図４〜図９）とをさらに含む。外側フレキシャアレイ８０は、内側フレキシャアレイ８２の少なくとも一部分の周りを囲むか、またはその周りに延在している。したがって、内側フレキシャアレイ８２は、外側フレキシャアレイ８０によって取り囲まれ、外側フレキシャアレイ８０によって取り巻かれ、または、外側フレキシャアレイ８０内に入れ子にされているとして、説明することが可能である。外側フレキシャアレイ８０および内側フレキシャアレイ８２は、デバイス１２の取り付け点（すなわち、半径方向フランジ７２および軸方向の拡張部７０）の間に延在している入れ子式フレキシャデバイス１２を通る１つまたは複数の荷重経路に沿って、直列に連結されている。追加的に、外側フレキシャアレイ８０および内側フレキシャアレイ８２は、入れ子式フレキシャデバイス１２の長手方向軸６０（図２）に対して垂直な、したがって、アイソレータ１０の作用軸１４（図１）に対して垂直な、少なくとも１つの軸に沿って、それぞれ柔軟である。本明細書で出現するように、フレキシャまたはフレキシャアレイを、第１の軸に沿って「柔軟である」として参照することは、第１の軸に対して垂直な第２の軸に沿うフレキシャまたはフレキシャのアレイの剛性よりも小さい、第１の軸に沿う剛性を、フレキシャまたはフレキシャアレイが有することを示す。好適な実施形態では、外側フレキシャアレイ８０および内側フレキシャアレイ８２は、それぞれ半径方向に柔軟である。すなわち、入れ子式フレキシャデバイス１２の長手方向軸６０およびアイソレータ１０の作用軸１４に直交する第１および第２の垂直軸に沿って柔軟である（図４および図５の座標凡例８４によって軸「Ｘ」および「Ｙ」として特定されている）。それと同時に、フレキシャアレイ８０および８２は、軸方向に（すなわち、デバイス１２の長手方向軸６０およびアイソレータ１０の作用軸１４に沿って（座標凡例８４によって軸「Ｚ」として特定されている））それぞれ比較的剛性が高くまたは剛体であることが好ましい。

[0024]外側フレキシャアレイ８０は、複数のフレキシャ８０（ａ）〜（ｄ）を含み、複数のフレキシャ８０（ａ）〜（ｄ）は、外側環状側壁部６２内に形成され、入れ子式フレキシャデバイス１２の長手方向軸６０（図２）の周りに円周方向に間隔を置いて配置されている。同様に、内側フレキシャアレイ８２は、複数のフレキシャ８２（ａ）〜（ｄ）を含み、複数のフレキシャ８２（ａ）〜（ｄ）は、内側環状側壁部６４内に形成され、長手方向軸６０の周りに円周方向に間隔を置いて配置されている。図４および図５において特定されているように、フレキシャ８０（ａ）〜（ｄ）およびフレキシャ８２（ａ）〜（ｄ）は、開口部８６によって画定されており、開口部８６は、それぞれ、側壁部６２および６４に切り込まれ、または、そうでなければ、側壁部６２および６４を通して形成されている。また、複数の湾曲したスロットまたは弓状溝部８８、９０、９２、および９４は、外側側壁部６２および内側側壁部６４に切り込まれ、または、そうでなければ、外側側壁部６２および内側側壁部６４内に形成され、フレキシャ８０（ａ）〜（ｄ）およびフレキシャ８２（ａ）〜（ｄ）をさらに画定している。例えば、および図６および図８に最も明確に示されているように、弓状溝部８８および９０は、外側環状側壁部６２および内側環状側壁部６４の上側部分にそれぞれ切り込むことが可能である。具体的には、一対の溝部８８は、フランジ７２の下面に接近して、外側環状側壁部６２の上側部分に切り込むことが可能であり、一方、一対の溝部９０は、軸方向の拡張部７０の内側端部に接近して、内側環状側壁部６４の上側部分に切り込むことが可能である。そのうえ、溝部８８および９０は、以下に記載されているＥＤＭワイヤ加工などのような一般の切削作業を利用して、半径方向に整合および製造され得る。追加的に、図７および図８に最も明確に示されているように、二対の弓状溝部９２および９４は、外側側壁部６２および内側側壁部６４の下側部分にそれぞれ切り込むことが可能である。下側弓状溝部９２および９４は、ベースプレート６８の直ぐ上方に位置付けすることが可能であり、また、入れ子式フレキシャデバイス１２の異なる半径に沿って整合することが可能である。

[0025]図２〜図９に示されている例示的な実施形態を引き続き参照すると、外側フレキシャアレイ８０は、全部で４つのフレキシャ８０（ａ）〜（ｄ）を含み、４つのフレキシャ８０（ａ）〜（ｄ）は、入れ子式フレキシャデバイス１２の長手方向軸６０の周りに９０°間隔で均等に間隔を置いて配置され得る。同様に、内側フレキシャアレイ８２は、全部で４つのフレキシャ８２（ａ）〜（ｄ）を含み、４つのフレキシャ８２（ａ）〜（ｄ）も、軸６０の周りに９０°間隔で均等に間隔を置いて配置されている。代替的な実施形態では、外側フレキシャアレイ８０および／または内側フレキシャアレイ８２は、より少ない数の、または、より多い数のフレキシャを含むことが可能であり、それは、軸６０の周りに一定の間隔で間隔を置いて配置することも可能であり、そうしないことも可能である。そのうえ、フレキシャアレイ８０および８２は、すべての実施形態において、同じ数またはタイプのフレキシャを含む必要はない。図４〜図９に最も明確に示されているように、外側フレキシャアレイ８０内に含まれているそれぞれのフレキシャ８０（ａ）〜（ｄ）は、内側フレキシャアレイ８２内に含まれているフレキシャ８２（ａ）〜（ｄ）のうちの１つと半径方向に整合している（すなわち、入れ子式フレキシャデバイス１２の半径に沿って整合している）。とりわけ、外側フレキシャ８０（ａ）は、内側フレキシャ８２（ａ）と半径方向に整合しており、外側フレキシャ８０（ｂ）は、内側フレキシャ８２（ｂ）と半径方向に整合しており、以下同様となっている。アレイ８０および８２のフレキシャ間のそのような半径方向のアライメントは、図１０および図１１と関連して説明されているタイプのＥＤＭワイヤ加工などのような一般の切削作業を利用して、フレキシャの同時形成を可能にする。これにもかかわらず、アレイ８０のフレキシャは、すべての実施形態において、アレイ８２のフレキシャと半径方向に整合する必要はない。例えば、アレイ８０および８２が、異なるピース内に形成され、それが、その後に組み立てられ、入れ子式フレキシャデバイス１２を製造する実施形態では、外側フレキシャアレイ８０は、例えば、デバイス１２の長手方向軸６０（図２）の周りに４５°の角度だけ、内側フレキシャアレイ８２に対して、時計方向にずらす（ｃｌｏｃｋｅｄ）ことが可能である。

[0026]示されている例では、アレイ８０のフレキシャ８０（ａ）〜（ｄ）、および、アレイ８２のフレキシャ８２（ａ）〜（ｄ）は、ブレードフレキシャであり、ブレードフレキシャは、長方形の断面幾何学形状を有している（図９に最も明確に示されている）。そのようなブレードフレキシャは、高い柱剛性（すなわち、軸方向に高い剛性を有している）を有しており、したがって、軸方向の力を、デバイス１２を通して伝達するのに非常に適している。追加的に、ブレードフレキシャは、第１の軸に沿って（すなわち、それらの大きい断面寸法または幅を通して）、比較的に高い断面剛性を有している。一方、ブレードフレキシャは、第１の軸に対して垂直な第２の軸に沿って、その小さい断面寸法を通して（すなわち、その厚さを通して）、比較的に低い断面剛性、または、高い柔軟性を有している。長手方向軸６０（図２）の周りのそれらの相対的な位置決め、および、それらのそれぞれの配向に起因して、アレイ８０および８２内のいくつかのフレキシャは、長手方向軸６０（図２）およびアイソレータ１０の作用軸１４（図１）に対して垂直な第１の軸に沿って柔軟であり、一方、アレイ８０および８２内の他のフレキシャは、長手方向軸６０および作用軸１４に対して垂直な第２の軸に沿って柔軟である。とりわけ、アレイ８０内に含まれている第１のサブセットのフレキシャ（フレキシャ８０（ａ）および８０（ｃ））、および、アレイ８２内に含まれている第１のサブセットのフレキシャ（フレキシャ８２（ａ）および８２（ｃ））は、長手方向軸６０および作用軸１４に対して直交する第１の軸（すなわち、図４および図５において座標凡例８４によって特定されているＸ軸）に沿って柔軟である。同様に、アレイ８０内に含まれている第２のサブセットのフレキシャ（フレキシャ８０（ｂ）および８０（ｄ））、および、アレイ８２内に含まれている第２のサブセットのフレキシャ（フレキシャ８２（ｂ）および８２（ｄ））は、長手方向軸６０および作用軸１４に対して直交する第２の軸（すなわち、座標凡例８４によって特定されているＹ軸）に沿って柔軟である。

[0027]フレキシャアレイ８０および８２は、同じ軸に沿って柔軟であり、入れ子式フレキシャデバイス１２を通る荷重経路に沿って直列に連結されているフレキシャをそれぞれ含む。例えば、外側フレキシャアレイ８０のフレキシャ８０（ａ）、および、内側フレキシャアレイ８２のフレキシャ８２（ａ）は、直列に連結されており、図４および図５で特定されているＸ軸に沿って、その最大の柔軟性を有している。同様に、アレイ８０のフレキシャ８０（ｃ）、および、アレイ８２のフレキシャ８２（ｃ）は、直列に連結されており、図４および図５で特定されているＸ軸に沿って、その最大の柔軟性を有している。同様に、アレイ８０のフレキシャ８０（ｂ）、および、アレイ８２のフレキシャ８２（ｂ）は、直列に連結されており、図４および図５で特定されているＹ軸に沿って、その最大の柔軟性を有している。最後に、アレイ８０のフレキシャ８０（ｄ）、および、アレイ８２のフレキシャ８２（ｄ）が、さらに直列に連結されており、図４および図５のＹ軸に沿って、その最大の柔軟性を有している。別の言い方をすれば、外側フレキシャアレイ８０は、第１の軸に対して垂直な第２の軸（例えば、図４および図５のＹ軸）に沿ってよりも、作用軸１４に対して垂直な第１の軸（例えば、図４および図５のＸ軸）に沿って高い柔軟性を有するように配向されている、第１のサブセットのブレードフレキシャ（フレキシャ８０（ａ）および８０（ｃ））と、第１の軸に沿ってよりも第２の軸に沿って高い柔軟性を有するように配向されている第２のサブセットのブレードフレキシャ（フレキシャ８０（ｂ）および８０（ｄ））とを有している。同様に、内側フレキシャアレイ８２は、第２の軸に沿ってよりも第１の軸に沿って高い柔軟性を有するように配向されている第１のサブセットのブレードフレキシャ（フレキシャ８２（ａ）および８２（ｃ））と、第１の軸に沿ってよりも第２の軸に沿って高い柔軟性を有するように配向されている第２のサブセットのブレードフレキシャ（フレキシャ８２（ｂ）および８２（ｄ））とを含む。そのうえ、内側フレキシャアレイ８２内に含まれている第１のサブセットのブレードフレキシャは、外側フレキシャアレイ８０内に含まれている第１のサブセットのブレードフレキシャと直列に連結されており、内側フレキシャアレイ８２内に含まれている第２のサブセットのブレードフレキシャは、外側フレキシャアレイ８０内に含まれている第２のサブセットのブレードフレキシャと直列に連結されている。

[0028]上述の構造的な構成の結果として、長手方向軸６０に直交する垂直軸（すなわち、図４および図５のＸ軸およびＹ軸）の周りの回転心ずれは、外側フレキシャアレイ８０のフレキシャと内側フレキシャアレイ８２のフレキシャとの間で実質的に等しく共有される。したがって、直列に連結されているアレイ８０および８２のフレキシャは、アレイ８０および８２内の任意の所与のフレキシャの長さの２倍の長さを有する単一のアレイのフレキシャとして効果的に作用し、それによって、フレキシャデバイス１２の柔軟領域内の応力集中を低減させる。そして、これは、入れ子式フレキシャデバイス１２の角度的なＲＯＭが、最大化され、少なくともいくつかの場合において、場合により、８°に接近するか、または、８°を超えることを可能にする。そのうえ、デバイス１２の全体的な軸方向の長さは、内側フレキシャアレイ８２が外側フレキシャアレイ８０内に入れ子にされる手法に起因して、最小化することが可能である。例えば、一実施形態では、デバイス１２の軸方向の長さは、その直径よりも小さい。また、デバイス１２の入れ子式設計に起因して、デバイス１２を通る任意の所与の荷重経路は、外側フレキシャアレイ８０、ベースプレート６８、および内側フレキシャアレイ８２を通って延在する、実質的に正弦曲線のまたは起伏する部分またはセグメントを有することになることが留意されることになる。したがって、アレイ８０および８２内に含まれているフレキシャは、入れ子式フレキシャデバイス１２の回転的なまたは角度的なたわみの間に、端部ピース７０、内側環状側壁部６４、ベースプレート６８、外側環状側壁部６２、および半径方向フランジ７２の間の相対的な回転変位または傾斜を可能にし、比較的に広範の角度的なＲＯＭをデバイス１２に与える。

[0029]入れ子式フレキシャデバイス１２は、複数の個別のコンポーネントから製造することが可能であり、複数の個別のコンポーネントが組み立てられてデバイス１２を製造する。例えば、内側環状側壁部６４、内側フレキシャアレイ８２、および軸方向の拡張部７０は、第１の機械加工されたピースとして製造することが可能であり、第１の機械加工されたピースは、外側環状側壁部６２、外側フレキシャアレイ８０、半径方向フランジ７２、およびベースプレート６８を含む第２の機械加工されたピース内に着座し、第２の機械加工されたピースに取り付けられている（例えば、溶接されている）。しかし、好適な実施形態では、入れ子式フレキシャデバイス１２は、モノリシックの構造体または単一のピースとして製造される。この場合では、入れ子式フレキシャデバイス１２の製作は、弾性材料のモノリシックの本体部（所定の長さのバーストックなど）を提供することにともに開始することが可能である。次いで、材料の弾性本体部は、例えば、旋盤加工を利用して、ニアネットシェイプに機械加工することが可能である。図１１は、外側環状側壁部６２の外側円周方向表面、半径方向フランジ７２、および軸方向の拡張部７０を全体的に画定するように外部を機械加工した後の、そのような弾性材料のモノリシックの本体部１００（以降では、「弾性本体部１００」と称される）を示す。一実施形態では、弾性本体部１００は、チタン合金などのような、弾性金属または合金から構成されている。

[0030]次に、追加的な材料除去プロセスが実施され、図１１に全体的に示されているように、弾性本体部１００および環体部６６を通して長手方向のチャネル７８を製造することが可能である。例えば、１つまたは複数のドリル加工または旋盤加工が利用され、チャネル７８を製造し、それによって、内側環状側壁部６４の内側円周方向の壁部を画定することが可能である。一方、ＥＤＭプランジング加工が利用され、環体部６６を作り出し、それによって、外側環状側壁部６２の内側円周方向の壁部、内側環状側壁部６４の外側円周方向の壁部、および、ベースプレート６８の内側半径方向面を画定する。ＥＤＭプランジング加工は、環体部６６の所望の半径方向幅に対応する壁部厚さを有するチューブ状のまたはカップ形状の電極を利用して行うことが可能である。その後に、ＥＤＭワイヤ加工などのような追加的な切削加工が行われ、弾性本体部１００の選択された領域を除去し、それによって、外側フレキシャアレイ８０、内側フレキシャアレイ８２、ならびに、弓状溝部８８、９０、９２、および９４を作り出すことが可能である。とりわけ、ＥＤＭワイヤ加工の間に、半径方向に整合しているアレイ８０および８２のフレキシャは、外側環状側壁部および内側環状側壁部６４の両方を貫通する十分な長さを有する電極を利用して、同時に形成することが可能である。同様に、半径方向に整合している溝部８８および９０、ならびに、半径方向に整合している溝部９２および９４は、同じまたは同様のＥＭＤワイヤ加工を利用して、同時に形成することが可能である。

[0031]したがって、軸方向にコンパクトなフォームファクタおよび比較的に大きい角度的なＲＯＭを有する入れ子式フレキシャデバイスの実施形態が提供されている。好適な実施形態では、入れ子式フレキシャデバイスは、モノリシックの弾性構造体を含み、モノリシックの弾性構造体内に、内側および外側フレキシャアレイが形成されている。また、そのような軸方向にコンパクトなフレキシャデバイスを含む単一のＤＯＦアイソレータの実施形態が提供されている。主として、単一のＤＯＦの軸方向減衰アイソレータと関連して上記に説明されているが、入れ子式フレキシャデバイスの実施形態は、装着点間で軸方向の力を伝達しながら、装着点間で角度的な柔軟性を提供することが望まれる任意の用途内で利用することが可能であることが強調される。この点において、ジョイントを排除し、例えば、静摩擦を低減し、および／または、フレキシャの長手方向軸に沿った低振幅の起振力の優れた伝達を提供することが望まれる例において、上述の入れ子式フレキシャデバイスの実施形態は、ボールジョイントの代わりに使用するのに非常に適している。また、最後に、先述のものは、軸方向にコンパクトな半径方向に柔軟である入れ子式フレキシャデバイスを製造するための方法の実施形態を提供した。

[0032]少なくとも１つの例示的な実施形態が、先述の詳細な説明で提示されてきたが、多数の変形例が存在することを理解されたい。また、１つまたは複数の例示的な実施形態は、単なる例であり、本発明の範囲、適用性、または構成を限定することを全く意図していないことをも理解されたい。むしろ、先述の詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態を実行するための便利な指針を当業者に提供することになる。様々な変形例は、添付の特許請求の範囲に述べられているような本発明の範囲を逸脱することなく、例示的な実施形態において説明されている要素の機能および配置内で作製することが可能であることが理解される。

１０ アイソレータ
１２ 入れ子式フレキシャデバイス
１４ 作用軸
１６ アイソレータ本体部
１８ ボルト
２０ 端部ピース
２２ ボルト
２４ ばね
２６ ダンパアセンブリ
２８ 内側ばね構造体
３０ ベローズ
３２ ダンパピストン
３４ 液圧チャンバ
３６ 環体部
３８ ロッド
４０ 充填ポート
４２ 流路
４４ 熱的補償デバイス、熱的補償器
４６ 第１のセットのボルト
４８ 第２のセットのボルト
５０ ばね
６０ 長手方向軸
６２ 外側環状側壁部
６４ 内側環状側壁部
６６ 環状のギャップ、環体部
６８ ベースプレート
７０ 軸方向の拡張部、端部ピース
７２ 半径方向フランジ
７４ 締結具開口部
７６ 中央開口部
７８ チャネル
８０ 外側フレキシャアレイ
８０ａ フレキシャ
８０ｂ フレキシャ
８０ｃ フレキシャ
８０ｄ フレキシャ
８２ 内側フレキシャアレイ
８２ａ フレキシャ
８２ｂ フレキシャ
８２ｃ フレキシャ
８２ｄ フレキシャ
８４ 座標凡例
８６ 開口部
８８ 弓状溝部
９０ 弓状溝部
９２ 弓状溝部
９４ 弓状溝部
１００ 弾性本体部

Claims (3)

1. 作用軸（１４）を有するアイソレータ（１０）であって、
   アイソレータ本体部（１６）と、
   前記アイソレータ本体部の端部部分に装着されている入れ子式フレキシャデバイス（１２）とを備え、前記入れ子式フレキシャデバイスは、
   前記作用軸に直交する第１および第２の垂直軸に沿って柔軟な内側フレキシャアレイ（８２）、および、
   前記第１および第２の垂直軸に沿って柔軟であり、前記内側フレキシャアレイと直列に連結されており、前記内側フレキシャアレイの少なくとも一部分を囲む外側フレキシャアレイ（８０）
   を含む、アイソレータ（１０）。
2. 前記入れ子式フレキシャデバイス（１２）が、
   前記外側フレキシャアレイ（８０）がその中に形成されている外側環状側壁部（６２）と、
   前記内側フレキシャアレイ（８２）がその中に形成されている内側環状側壁部（６４）であって、前記外側環状側壁部（６２）の周りに延在し、環状のギャップ（６６）によって前記外側環状側壁部（６２）から分離されている内側環状側壁部（６４）と、
   前記環状のギャップを横切って延在し、前記内側および外側環状側壁部を接合している端部プレート（６８）と、
   前記内側環状側壁部に接合され、前記内側環状側壁部から前記端部プレートと反対側の方向に延在している軸方向の拡張部（７０）と
   をさらに含む、請求項１に記載のアイソレータ（１０）。
3. 入れ子式フレキシャデバイス（１２）を製造するための方法であって、
   長手方向軸（６０）、前記長手方向軸の周りに延在する内側環状側壁部（６４）、および、前記内側環状側壁部の少なくとも一部分を囲む外側環状側壁部（６２）を有する、弾性材料のモノリシックの本体部（１００）を提供するステップと、
   前記内側環状側壁部内にあり、前記長手方向軸に直交する第１および第２の垂直軸に沿って柔軟である内側フレキシャアレイ（８２）を形成するステップと、
   前記外側環状側壁部内にあり、前記第１および第２の垂直軸に沿って柔軟であり、かつ、前記内側フレキシャアレイと直列に連結されている外側フレキシャアレイ（８０）を形成するステップと
   を含む方法。

Images