JP2017026142A

JP2017026142A - 主ばね直線案内システムを含む絶縁装置

Info

Publication number: JP2017026142A
Application number: JP2016095338A
Authority: JP
Inventors: ライアン・グールド; Ryan Goold; ポール・バチェル; Paul Buchele; ティモシー・ハインドル; Hindle Timothy; デール・トーマス・ルーブセイメン; Thomas Ruebsamen Dale
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2015-07-23
Filing date: 2016-05-11
Publication date: 2017-02-02
Also published as: US20170023092A1; US9618077B2; EP3121480A3; EP3121480A2; EP3121480B1

Abstract

【課題】軸外運動、特に絶縁装置が通常動作する低振動数において生じる横方向曲げモードに対して向上された抵抗性を有する、３パラメータ絶縁装置などの単一ＤＯＦの軸方向減衰絶縁装置の実施形態を提供すること。【解決手段】主ばね直線案内システムを含む、３パラメータ絶縁装置などの絶縁装置（１６）の実施形態が提供される。１つの実施形態では、絶縁装置は、第１および第２の対向した端部分（４４、４６）と、第１の端部分と第２の端部分との間に機械的に結合された主ばね（７６）と、第１の端部分から主ばねを越えて第２の端部分に向かって延在する直線案内システム（１１０）とを含む。直線案内システムは、作動軸（４８）に沿った主ばねのたわみと共に伸縮し、一方、作動軸に直交する第１および第２の軸に沿った主ばねの変位および回転を制限する。【選択図】図５

Description

合衆国政府の助成による研究または開発に関する陳述
[0001]本発明は、ＮＡＳＡジョンソン宇宙センタによって与えられた契約番号第ＮＮＪ０６ＴＡ２５Ｃ号の下で政府支援により成された。政府は、本発明において一定の権利を有する。

[0002]本発明は一般に、絶縁装置に関し、より詳細には、横方向擾乱力によって絶縁装置内に誘発される横方向曲げモードの激しさを軽減する主ばね直線案内システムを含む、３パラメータ絶縁装置および他の絶縁装置に関する。

[0003]姿勢調整の目的のために宇宙機内に配備された制御モーメントジャイロスコープアレイ、反動輪アレイ、および他のそのようなデバイスは、動作中に起振力を発生する。そのような姿勢調整デバイスから発せられた起振力が宇宙機本体を通じて宇宙機によって運ばれる振動の影響を受けやすい任意の構成要素（例えば、光学ペイロード）に伝達するのを最小限に抑えるために、振動絶縁システムが一般に用いられる。振動絶縁システムは、一般に、多点取付配置で宇宙機ペイロードと宇宙機本体との間に位置決めされた、いくつかの個々の振動絶縁装置（典型的には、３個から８個の絶縁装置）を含む。振動絶縁システムの性能は、主として、システムに含まれる絶縁装置の数、絶縁装置が配置される態様、および個々の絶縁装置の振動減衰特性によって決定される。直列に結合された第２のばねおよびダンパと並列に主ばねとして機械的に作動する３パラメータ絶縁装置を用いる振動絶縁システムは、粘弾性絶縁装置などの他のタイプの受動絶縁装置を用いる振動絶縁システムと比較して、高振動数の起振力（一般に、「ジッタ」と呼ばれる）の優れた減衰を提供する。３パラメータ絶縁装置は、有利には、単一の長手軸に沿った減衰を提供する、単一自由度（「ＤＯＦ」：ｓｉｎｇｌｅｄｅｇｒｅｅｏｆｆｒｅｅｄｏｍ）のデバイスとして実装される。単一ＤＯＦの３パラメータ絶縁装置の一例は、現在Ｍｏｒｒｉｓｔｏｗｎ、ＮｅｗＪｅｒｓｅｙに本部を置くＨｏｎｅｙｗｅｌｌ，Ｉｎｃ．によって開発され商業的に販売されている、Ｄ−ＳＴＲＵＴ（登録商標）絶縁装置である。

[0004]上記のように、３パラメータ絶縁装置は、一般に単一ＤＯＦデバイスとして設計される。したがって、ランダムな振動、横方向の衝撃、または他の環境要因からもたらされる横方向擾乱力は、絶縁装置に望ましくない曲げモードを誘発し得る。多くの場合、横方向擾乱力は微小であり、曲げモードは、問題にならないか、または絶縁装置に印加される入力を減らすことによって対処され得る。しかし、そうでない場合、主ばねおよび他の絶縁装置構成要素に著しい軸外運動（例えば、作動軸に直交する軸の周りでの横方向および回転的な変位）を誘発するのに十分な曲げモードが、絶縁装置内で生じ得る。そのような横方向および回転的な変位は、絶縁装置構成要素に望ましくなく高い機械的応力および急速な疲労を被らせ得る。このことは、ミッション要求に対する特定の感度の振動数でまたはそれに近い振動数で横方向モードが引き起こされるときに、特に問題になり得る。より高い構造的頑健性を有するように絶縁装置構成要素を製造することもできるが、これは通常、多くの空中輸送用途および宇宙空間輸送用途にとって都合の悪い、より重く、より嵩張る設計を要求する。

米国特許第５，３３２，０６０号米国特許第７，１７２，１７８（Ｂ２）号

[0005]したがって、軸外運動、特に絶縁装置が通常動作する低振動数において生じる横方向曲げモードに対して向上された抵抗性を有する、３パラメータ絶縁装置などの単一ＤＯＦの軸方向減衰絶縁装置の実施形態を提供することが望ましい。理想的には、そのような絶縁装置の実施形態は、比較的製造が容易で、コンパクトで、軽量なものということになる。本発明の他の望ましい特徴および特性は、添付の図面および上述の背景技術と併せ、後続の発明を実施するための形態、および添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。

[0006]主ばね直線案内システムを含む絶縁装置の実施形態が提供される。１つの実施形態では、絶縁装置は、第１および第２の対向した端部分と、第１の端部分と第２の端部分との間に機械的に結合された主ばねと、第１の端部分から主ばねを越えて第２の端部分に向かって延在する直線案内システムとを含む。直線案内システムは、作動軸に沿った主ばねのたわみと共に伸縮し、一方、作動軸に直交する第１および第２の軸に沿った主ばねの変位および回転を制限する。

[0007]さらなる実施形態では、絶縁装置は、第１の端部および第１の端部に対向した第２の端部を有する主ばねと、主ばねの第１の端部に固定結合された第１の案内部材と、主ばねの第２の端部に固定結合された第２の案内部材とを含む。第１の案内部材と第２の案内部材との間に、非密閉の摺動境界面が形成される。非密閉の摺動境界面は、作動軸に沿った第１および第２の案内部材の相対運動を許容する一方で、作動軸に直角をなす横軸に沿った第１および第２の案内部材の相対運動を妨げる。

[0008]なおもさらなる実施形態では、絶縁装置は、絶縁装置を貫いて並行に延在する内側および外側の荷重経路と、外側の荷重経路内に位置決めされた主ばねと、内側の荷重経路内に位置決めされたダンパ組立体と、内側の荷重経路内に位置決めされた同調ばねとを含む。直線案内システムが、主ばねと同軸に存在し、かつ、作動軸に沿って主ばねを越えて両方向に延在する。直線案内システムは、作動軸に沿った主ばねのたわみと共に伸縮し、一方、作動軸に直交する第１および第２の軸に沿った主ばねの変位および回転を制限する。内側の荷重経路は、直線案内システムを貫いて延在するが、外側の荷重経路は、直線案内システムの径方向内側または径方向外側のどちらかに存在し得る。

[0009]以下、本発明の少なくとも１つの例が、同様の番号が同様の要素を示す以下の図面に関連して説明される。

[0010]本発明の例示的な実施形態による、６自由度において宇宙機とペイロードとの間の振動の伝達を減衰するのに適した８個の絶縁装置を用いる、宇宙機絶縁システムの簡略図である。 [0011]従来技術の教示に従って示された、例示的な３パラメータ振動絶縁装置の概略図である。 [0012]図２に示された３パラメータ絶縁装置の伝達率プロフィルを２パラメータ絶縁装置および非減衰デバイスの伝達率プロフィルと比較して示す、振動数（横軸）対利得（縦軸）の伝達率プロットである。 [0013]図１に示された絶縁デバイスのうちの１つまたは全てとしての使用に適し、かつ、例示的な実施形態に従って示されるような主ばね直線案内システムを含む例示的な３パラメータ絶縁装置の等角図である。図１に示された絶縁デバイスのうちの１つまたは全てとしての使用に適し、かつ、例示的な実施形態に従って示されるような主ばね直線案内システムを含む例示的な３パラメータ絶縁装置の断面図である。図１に示された絶縁デバイスのうちの１つまたは全てとしての使用に適し、かつ、例示的な実施形態に従って示されるような主ばね直線案内システムを含む例示的な３パラメータ絶縁装置の分解組立図である。

[0014]以下の発明を実施するための形態は、事実上例示的なものに過ぎず、本発明または本発明の応用および使用を限定するように意図されたものではない。さらに、前述の背景技術または以下の発明を実施するための形態において提示されるいかなる理論にも束縛されることは意図されていない。

[0015]下記は、主ばね直線案内システム、つまり絶縁装置の動作中の主ばねの軸外運動を制限する直線案内システムを含む、３パラメータ絶縁装置などの絶縁装置の例示的な実施形態について説明する。直線案内システムは、理想的には、絶縁装置の作動軸に直交する軸に沿った主ばねの横方向の変位および回転の両方を防止するかまたは少なくとも著しく抑止する。その際、直線案内システムは、絶縁装置を通じて横方向モードを著しく減少させることができ、かつ／または、横方向モードをミッション要求にとってあまり重大でないかまたは問題にならないより高い振動数に変化させることができる。好ましい実施形態では、絶縁装置は、第２のまたは「同調」ばねと、同調ばねに直列に結合されかつ主ばねと並行するダンパ組立体とを（主ばねに加えて）含む、３パラメータ絶縁装置である。いくつかの実施形態では、絶縁装置の外包または軸方向の長さは、同調ばねおよび／または直列に結合されたダンパ組立体を直線案内システム内に入れ子にすることにより、都合良く最小限に抑えられ得る。直線案内システムは、主ばねの長さにまたがることができ、システムの径方向内側または外側のどちらにも位置決めされ得る。１つの実施態様では、直線案内システムは、主ばねが作動軸に沿ってたわむとそれらの間に摺動運動が生じる、入れ子式のシリンダを含む。必要に応じて、滑り軸受、ブッシュ、またはリニア軸受システム（例えば、１つまたは複数の回転要素軸受）が、入れ子式シリンダ間の摩擦を減少させるために、入れ子式シリンダの摺動境界面の間に位置決めされ得る。摺動境界面は、減衰流体または他の作動流体（例えば、ガスばねのガス）にさらされず、したがって、摺動境界面の両側にかかる圧力が等しくなるように、密閉されないままでいられることが好ましい。最終的に、横方向擾乱力の存在下での顕著な横方向モードに対する低下した感受性と比較的コンパクトで軽量の構造とを有する、非常に頑健な絶縁装置が提供される。

[0016]主ばね直線案内システムを含む単一ＤＯＦ（軸方向減衰）の３パラメータ絶縁装置の例示的な実施形態が、図４〜６に関連して以下で説明される。しかし、最初に、宇宙機絶縁システムの包括的な説明が、図１に関連して以下に提供され、また、宇宙機絶縁システムに含まれ得る３パラメータ絶縁装置の概要が、図２および３に関連して以下に提供される。本明細書では、主に多点宇宙機絶縁システム内に配備される単一ＤＯＦの３パラメータ絶縁装置について説明されるが、複数ＤＯＦでの絶縁を提供する３パラメータ絶縁装置および２パラメータ絶縁装置などの他のタイプの絶縁装置として、ダンパ外部熱補償器を含む絶縁装置の実施形態が実施され得ることが、強調される。さらに、以下で説明される絶縁装置の実施形態は、陸上、水上輸送、および空中輸送の絶縁システムなどの、宇宙機絶縁システム以外の多点絶縁システムに用いられ得る。

[0017]図１は、本発明の例示的な実施形態に従って示され、かつ、人工衛星などの宇宙機１２から宇宙機１２によって運ばれるペイロード１４への振動の伝達を軽減するのによく適した、宇宙機絶縁システム１０の簡略図である。絶縁システム１０は、ペイロード１４に機械的に結合されかつペイロード１４を集合的に支持する、複数の絶縁デバイスまたは絶縁装置１６を含む。３パラメータ絶縁装置１６の対向した端部は、複数の取付ブラケット２０を利用して、宇宙機取付インタフェース１８に取り付けられる。３パラメータ絶縁装置１６は、有利には、それぞれが軸方向における減衰を行う単一自由度ダンパとして実装される。絶縁装置１６は、多点取付配置で位置決めされる。この特定の例では、絶縁システム１０は、６自由度（「６−ＤＯＦ」）における高忠実度減衰を行うために８脚取付配置（ｏｃｔｏｐｏｄｍｏｕｎｔｉｎｇａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）で位置決めされた、８つの絶縁装置１６を含む。さらなる実施形態では、絶縁システム１０は、他の取付配置で位置決めされ得る、より少ないまたはより多くの絶縁デバイスを含み得る。例えば、一代替実施形態では、絶縁システム１０は、６脚またはスチュワートプラットフォーム型の取付配置で位置決めされた６つの絶縁装置１６を含み得る。

[0018]特定の実施形態では、ペイロード１４は、光学ペイロードまたはセンサ群などの、振動の影響を受けやすい構成要素の形態をとる場合があり、絶縁システム１０は、宇宙機１２上の振動発生源から宇宙機取付インタフェース１８を経てペイロード１４まで振動が伝達するのを最小限に抑える働きをすることができる。同様に、上記のように、絶縁システム１０は、宇宙機の打上げ中に宇宙機取付インタフェース１８を経てペイロード１４まで衝撃力が伝達するのを最小限に抑える働きをすることができる。他の実施形態では、ペイロード１４は、１つまたは複数の振動発生デバイスを含む場合があり、絶縁システム１０は、ペイロード１４から宇宙機１２とそれに配備された振動の影響を受けやすい任意の構成要素とに振動が伝達するのを軽減する働きをすることができる。後者に関して、ペイロード１４は、１つ若しくは複数の反動輪または制御モーメントジャイロスコープなどの、宇宙機１２の姿勢修正に利用される１つまたは複数の回転デバイスを含み得る。

[0019]図２は、ペイロード「Ｐ］と宇宙機「Ｓ／Ｃ］との間に機械的に結合されかつ従来技術の教示に従って示された、例示的な３パラメータ絶縁装置２２の概略図である。図２でモデル化されているように、３パラメータ絶縁装置２２は、以下の機械的な要素または構成要素、即ち、（ｉ）ペイロードＰとホスト宇宙機Ｓ／Ｃとの間に機械的に結合された第１のばね構成要素Ｋ_Ａ、（ｉｉ）第１のばね構成要素Ｋ_Ａと並列にペイロードＰと宇宙機Ｓ／Ｃとの間に機械的に結合された第２のばね構成要素Ｋ_Ｂ、および、第１のばね構成要素Ｋ_Ａと並列にかつ第２のばね構成要素Ｋ_Ｂと直列にペイロードＰと宇宙機Ｓ／Ｃとの間に機械的に結合されたダンパＣ_Ａを含む。３パラメータ絶縁装置２２の伝達率は、以下の式で表される：

式中、Ｔ（ω）は、伝達率であり、Ｘ_{ｏｕｔｐｕｔ}（ω）は、ペイロードＰの出力運動であり、Ｘ_{ｉｎｐｕｔ}（ω）は、宇宙機Ｓ／Ｃにより絶縁装置２２に付与される入力運動である。

[0020]図３は、３パラメータ絶縁装置２２（曲線２４）の減衰特性値を２パラメータ絶縁装置（曲線２６）および非減衰デバイス（曲線２８）と比較して示す、伝達率プロットである。図３に３０で示されるように、非減衰デバイス（曲線２８）は、示された例では１０ヘルツよりやや低い閾値振動数において、望ましくなく高いピーク利得をもたらす。それに比べて、２パラメータデバイス（曲線２６）は、ピーク振動数においてかなり低いピーク利得をもたらすが、閾値振動数を越えた後、振動数が増加すると共に望ましくなく緩やかな利得の減少（「ロールオフ」と呼ばれる）をもたらす。示された例では、２パラメータデバイス（曲線２６）のロールオフは、１ディケードにつき約−２０デシベル（「ｄＢ／ディケード」）である。最後に、３パラメータデバイス（曲線２４）は、図３において水平線３４によって示されるように、２パラメータデバイス（曲線２６）によって得られたピーク利得に実質的に等しい低いピーク利得をもたらし、さらに、約−４０ｄＢ／ディケードの比較的急なロールオフをもたらす。したがって、３パラメータデバイス（曲線２４）は、図３において曲線２４および２６に囲まれた領域３２によって数値化されているように、より高い振動数において著しく低い伝達率をもたらす。限定的ではない例として、３パラメータ絶縁装置に関するさらなる考察が、１９７４年１月２６日に発行され「ＴＨＲＥＥＰＡＲＡＭＥＴＥＲＶＩＳＣＯＵＳＤＡＭＰＥＲＡＮＤＩＳＯＬＡＴＯＲ」と題された米国特許第５，３３２，０６０号、および、２００７年２月２７日に発行され「ＩＳＯＬＡＴＯＲＵＳＩＮＧＥＸＴＥＲＮＡＬＬＹＰＲＥＳＳＵＲＩＺＥＤＳＥＡＬＩＮＧＢＥＬＬＯＷＳ」と題された米国特許第７，１７２，１７８（Ｂ２）号に見られ、これらはどちらも本出願の譲受人に譲渡されている。

[0021]図４、５、および６はそれぞれ、図１に示された３パラメータ絶縁装置１６のうちの１つまたは全てとしての使用に適した３パラメータ絶縁装置４０の例示的な実施形態の、等角図、断面図、および分解組立図である。例示的な３パラメータ絶縁装置４０は、第１の端部分４４と、対向した第２の端部分４６とを含む。端部分４４および４６は、図４〜６において両矢印４８で表されかつ図５において座標の凡例５０で識別されたＸ軸に対応する、絶縁装置４０の長手軸または作動軸に沿って離間される。端部分４４および４６は、３パラメータ絶縁装置４０の対向した機械的入力部／出力部として機能する。絶縁装置４０が宇宙機絶縁システム内に配備される場合、第１の端部分４４は、ホスト宇宙機に（例えば、図１に示されるように取付ブラケット２０を利用して）直接または間接的に取り付けられることができ、一方で、絶縁装置４０の第２の端部分４６は、宇宙機ペイロードに直接または間接的に取り付けられる（例えば、第２の端部分４６は、宇宙機ペイロードを支持するベンチ若しくはパレットにボルト留めされるかまたは他の方法でそれに取り付けられ得る）。あるいは、絶縁装置１６の配向は、第２の端部分４６がホスト宇宙機に直接または間接的に取り付けられ、第１の端部分４４が宇宙機ペイロードに固定されるように、反転されてもよい。上記は、絶縁装置４０は宇宙機絶縁システム内での使用だけに制限されないという了解の下で、単なる一例として挙げられたものである。

[0022]３パラメータ絶縁装置４０は、任意の数のディスクリートコンポーネントまたは部品から組み立てられ得る絶縁装置ハウジング４２（図４および５において識別される）をさらに含む。具体的には、示された例では、絶縁装置ハウジング４２は、２つの端キャップ５２および５４を含み、これらの端キャップは、軸方向に細長い管状ハウジング部品５６の対向した端部に固定される。端キャップ５２は、全体的に平坦な円板様の幾何形状を有し、かつ、いくつかの締め具開口部が貫通した外周フランジ５８を含む。３パラメータ絶縁装置４０が組み立てられるときには、いくつかの締め具（例えば、図４および５に示されたボルト６２）が締め具開口部の外側リングを通して受け入れられて、端キャップ５２のフランジ５８を管状ハウジング部品５６の第１の端部６０に固定する。端キャップ５４も同様に、第２のボルト６８一式（図４および５）を利用して管状ハウジング５６の反対側の端部６６に固定される、周辺フランジ６４を含む。しかし、端キャップ５２とは異なり、端キャップ５４は、円筒状空所７０を部分的に封入する管状またはカップ様の本体を有する。以下でより詳細に説明されるように、絶縁装置４０が組み立てられると、図５により明瞭に示されるように、空所７０は、予圧ばね７２の環状の集合体（そのサブセットが図５および６において標識されている）と、関連するばね保持器７４と、絶縁装置４０内にさらに含まれたダンパ組立体８０の端部分とを収容する。

[0023]３パラメータ絶縁装置４０は、一般に、（ｉ）第１のまたは主要なばね７６、（ｉｉ）第２のまたは「同調」ばね７８、および（ｉｉｉ）ダンパ組立体８０の、３つの能動構成要素またはデバイスを含む。好ましい実施形態では、また図４〜６に示されるように、主ばね７６は、機械加工により、管状ハウジング部品５６の環状の本体に一体に形成され得る。例えば、主ばね７６は、圧縮可能な弾性構造を形成するためにレーザカットまたは類似の方法を利用して材料が取り去られた、管状ハウジング部品５６のセクションの形態をとることができる。他の実施形態では、主ばね７６は、絶縁装置４０の対向した端部分４４と４６との間に配置されるコイルばねなどの、別個のまたは独立した要素である場合もある。第２のばね７８もまた、コイルばね、または他の別個の圧縮可能な構造であってもよいが、やはり機械加工されたばねとして実装されることが好ましい。例えば、図５および６に示されるように、第２のばね７８は、絶縁装置ハウジング４２内に具体的には管状ハウジング部品５６の中央空所内に収容される管状コネクタ部品８２の外側環状壁に形成された、機械加工されたばねであり得る。絶縁装置４０が組み立てられるときには、管状コネクタ部品８２の第１の端部が、例えば複数のボルト８４（図５において識別される）または他のそのような締め具を利用して、端キャップ５２に固定され得る。反対に、管状コネクタ部品８２の第２の対向した端部は、例えば環状の結合またはねじ式取付インタフェースを利用して、ダンパ組立体８０の対合する端部分に取り付けられ得る。

[0024]特に他の規定がない限り、ダンパ組立体８０の具体的な設計は、絶縁装置４０の実施形態の間で異なり得ることが、理解されるであろう。しかし、完全性のために、例示的なダンパ組立体８０の簡単な説明が本明細書において提供される。図５および６に最も明瞭に示されるように、ダンパ組立体８０は、（ｉ）内圧のかかった蛇腹８６および８８と、（ｉｉ）ダンパ組立体サブハウジング９０と、（ｉｉｉ）蛇腹８６および８８を通してサブハウジング９０に弾性的に結合されたピストン組立体９２とを含む。上記のように、ピストン組立体９２は、同調ばね７８が形成された管状コネクタ部品８２に固定される。反対に、ダンパ組立体サブハウジング９０は、周辺フランジ９３を含むように作られ、周辺フランジ９３は、例えば複数のボルト９４を利用して、端キャップ４６および管状ハウジング部品５６の第２の端部６６に固定結合される。したがって、ピストン組立体９２は、ダンパ組立体サブハウジング９０に対して絶縁装置４０の作動軸に沿って摺動することができる。蛇腹８６は、ピストン組立体９２、より全般的には３パラメータ絶縁装置４０が動作するにつれて、伸縮する。それに比べて、蛇腹８８は、蛇腹８６と８８との間の容積比、および温度変動による減衰流体体積の変化と共に、伸縮する。蛇腹８６および８８は、縁溶接された金属蛇腹などの金属蛇腹であることが好ましく、また、ダンパ組立体８０のさらなる実施形態では、蛇腹８６および８８のどちらかまたは両方が、外部から加圧され得る。

[0025]図５にさらに示されるように、液圧チャンバ９６および９８が、サブハウジング９０内に設けられる。液圧チャンバ９６および９８は、部分的に、ピストン組立体９２のピストン部材１０２によって流体的に区切られる。液圧チャンバ９６と９８との間で流体連通が許容されるが、制限されたオリフィスを通じた流体連通であり、具体的にはピストン部材１０２の外周面とサブハウジング９０の内周面とによって画定されたアニュラス１００を通じた流体連通である。追加の液圧チャンバ１０４および１０６が、それぞれ、蛇腹８６および８８の内側に設けられる。具体的には、液圧チャンバ１０６は、蛇腹８８、サブハウジング９０の端部、および浮動蛇腹カップ１０８によって囲まれる。予圧ばね７２は、蛇腹８８の反対側で蛇腹カップ１０８の面に接触して、カップ１０８に予圧を与え、ダンパ組立体８０内の液圧流体を加圧する。絶縁装置４０の動作中、減衰流体（例えば、シリコーンベースの減衰流体）は、所望の減衰効果を提供するために、ピストン組立体９２がダンパ組立体サブハウジング９０に対して動作するにつれて、ダンパ組立体８０の種々のチャンバ間でやりとりされるとともに、アニュラス１００を通過させられる。さらに、液圧チャンバ１０６、蛇腹８８、および予圧ばね７２は、熱的に誘導される減衰流体体積の変動を補償するのに役立つように、熱補償デバイスとして集合的に機能し得る。絶縁装置４０は、ダンパ組立体８０が、例えば図示されていない充填ポートを利用して、配備に先立って選択された減衰流体で充填され得る場合には、最初に減衰流体を含まずに提供されてもよい。

[0026]先に示されたように、例示的な振動絶縁装置４０は、上述の望ましい振動減衰特性、例えば、比較的低いピーク伝達率、および高周波振動の優れた減衰を提供する、３パラメータデバイスである。図２および３に関連して上記で導入された用語に合わせると、Ｋ_Ａは、主ばね７６の軸方向剛性によって主に決定される、３パラメータ絶縁装置４０の全体としての軸方向剛性であり、Ｋ_Ｂは、第２のばね７８の軸方向剛性によって主に決定される、絶縁装置４０の体積剛性（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）であり、Ｃ_Ａは、ダンパ組立体８０の減衰特性によって決定される。図４〜６に示された例示的な実施形態では、主ばね７６（Ｋ_Ａ）は、絶縁装置４０を貫いて延在する荷重伝達経路に沿って見たときに、直列に結合された第２のばね７８（Ｋ_Ｂ）およびダンパ組立体８０（Ｃ_Ａ）と並列に結合される。この例にかかわらず、振動絶縁装置４０は、全ての実施形態おいて３パラメータ絶縁装置である必要はなく、また、特定の実施形態では、代わりに、ダンパ（例えば、ダンパ組立体８０）に並列した主ばね（例えば、ばね７６）を含むが主ばねに並列しかつダンパと直列した第２のばね（例えば、ばね７８）を含まない、単一自由度の軸方向減衰の２パラメータ絶縁装置の形態をとる場合がある。

[0027]３パラメータ絶縁装置４０は、座標の凡例５０（図５）によって識別されたＸ軸に対応する作動軸４８に沿った振動減衰を提供するように設計された、単一ＤＯＦの軸方向減衰デバイスである。作動軸４８に直交する軸は、本明細書では「横」軸または「径方向」軸と呼ばれ、座標の凡例５０（図５）によりさらに識別されたＹ軸およびＺ軸に対応する。いくつかの応用では、横方向の擾乱力が、横軸に沿って振動絶縁装置に高振幅の曲げモードを誘発し得る。前述のように、曲げモードは、著しい機械的応力を生じさせ、場合により、十分な対策が提供されていない絶縁装置の構成要素に損害を与える可能性がある。さらに、場合により、横方向モードは、ミッション要求に対する特定の感度の１つ若しくは複数の振動数でまたはそれに近い振動数で存在し得る。そのような場合、ミッション要求にあまり関係しないかまたは問題にならないより高い振動数に絶縁装置４０の横方向曲げモードを効果的に変更することが、有益であり得る。この点について、３パラメータ絶縁装置４０は、絶縁装置４０の動作中の主ばね７６の動きを案内する、直線案内システム１１０をさらに備える。具体的には、直線案内システム１１０は、主ばね７６の望ましくない軸外運動、即ち、作動軸４８に直交する横軸（座標の凡例５０におけるＹ軸およびＺ軸）に沿った主ばね７６の変位および回転を、防止するかまたは少なくとも著しく抑止する。特定の実施形態において直線案内システム１１０が作動軸４８の周りでの主ばね７６の回転を制限または防止することも可能であるが、多くの応用において軸４８の周りでの回転は問題にならないので、これは不要であることが多い。最後に、直線案内システム１１０はまた、第２の便益として、作動軸４８に沿った軸方向運動に対して同調ばね８２およびダンパ組立体８０の動きをさらに制限することにより、これらの構成要素の動きを案内するのに同様に役立つことができる。

[0028]直線案内システム１１０は、絶縁装置４０の動作中の主ばね７６の横方向または軸外の運動を防止するか少なくとも大幅に減少させるのに適した、任意の形態をとることができる。多くの実施形態において、直線案内システム１１０（図５において識別される）は、少なくとも第１の案内部材１１２および第２の案内部材１１４を含み、これらの案内部材は、作動軸４８に沿った主ばね７６のたわみと共に案内システム１１０が伸縮できるように、摺動する関係で互いに係合する。好ましい実施形態では、また図４〜６に示されるように、案内部材１１２および１１４は、互いに同軸かつ実質的に同心でありまた絶縁装置４０の作動軸４８、およびその管状ハウジング部品５６／主ばね７６とも同軸かつ実質的に同心である、全体的に円筒体の形態をとる。さらに、案内部材１１２および１１４の円筒状本体は、入れ子の関係で対合するように係合する。具体的には、案内部材１１２は、部材１１４内に部分的に挿入されて部分１１４によって取り囲まれるように、案内部材１１４の開口端に受け入れられる。案内部材１１２は、管状ハウジング部品５６の端部６０に、したがって主ばね７６の第１の端部に、固定結合される。例えば、図５および６に示されるように、案内部材１１２は、部材１１２の管状本体から延在しかつ絶縁装置４０が組み立てられたときに端キャップ５２のフランジ５８と管状ハウジング部品５６の端部６０との間に捕捉される、外周フランジ１１６を含むことができる。同様に、案内部材１１４は、部材１１４の管状本体から延在しかつ絶縁装置４０が組み立てられたときにダンパ組立体８０のフランジ９３と管状ハウジング部品５６の対向端部６６との間に捕捉される、周辺フランジ１１８を含むことができる。さらなる実施形態では、案内部材１１２および１１４は、他の構造形態をとることができ、また、異なる取付技法またはデバイスを利用して、絶縁装置４０の対向した端部分に、場合により管状ハウジング部品５６／主ばね７６の対向した端部に、固定結合され得る。

[0029]したがって、案内部材１１２および１１４は、それらの間で管状ハウジング部品５６が延在ししたがって主ばね７６が延在する、３パラメータ絶縁装置４０の対向した端部分に固定結合される。さらに、図５で最も容易に分かるように、案内部材１１２の管状本体は、絶縁装置４０の対向した端部分に向かって、具体的には案内部材１１４のフランジ１１８に向かって延在するが、第１の軸方向間隙または環状隙間（図５では円１２０で示される）により、フランジ１１８から分離されたままである。案内部材１１４の管状本体も同様に、絶縁装置４０の対向した端部分に向かって、具体的には案内部材１１２のフランジ１１６に向かって延在するが、第２の軸方向間隙または環状隙間（図５では円１２２で示される）により、フランジ１１６から分離されている。これらの軸方向間隙または環状隙間は、主ばね７６が作動軸４８に沿ってたわむときに、案内部材１１２と１１４との間の相対的な軸方向運動を可能にし、したがって、直線案内システム１１０の軸方向の伸縮を可能にする。

[0030]作動軸４８に直交する横軸に沿った部材１１２および１１４の相対的な変位または回転、したがって主ばね７６の変位または回転を防止するために、案内部材１１２と１１４との間に、環状または管状の摺動境界面がさらに形成される。案内部材１１２と１１４との間に形成される摺動境界面は、全体的に環状または管状の幾何形状を有する、滑り軸受またはブッシュとして提供され得る。例えば、一実施形態では、案内部材１１２の内周面は、案内部材１１４の外周面に接触して、それに沿って相対的な滑り運動が生じる滑り環状軸受を形成し得る。この場合、静止摩擦力を減少させるために、接触面のうちの一方または両方が、低摩擦材料（例えば、ポリテトラフルオロエチレン被覆）で覆われ得る。しかし、３パラメータ絶縁装置４０が低振幅の振動に望ましく反応する実施形態においても、静止摩擦力のさらなる減少が望まれる場合がある。この場合、リニア軸受システムが、部材１１２と１１４との間の摺動境界面に提供され得る。例えば、図５および６に示されるように、部材１１２と１１４との間で絶縁装置４０および直線案内システム１１０の中心線の周りに均等に分散された複数の回転要素（例えば、ローラまたはボール）をそれぞれが含む、いくつかの環状リニア軸受１２６および１２８が提供され得る。この特定の例では、球形の回転要素が、いくつかの磁石により、内側の案内部材１１４に設けられたスロット内に保持され、スロットには回転要素が散在され、また、図６に最も明瞭に示される。さらなる実施形態では、他のタイプの回転要素リニア軸受が利用され得る。複数のリニア軸受を直線案内システム１１０に統合することにより、絶縁装置４０の作動軸または中心線４８に沿って離間された案内部材１１２と１１４との間に、複数の低摩擦接点が提供される。このようにして、リニア軸受システムは、作動軸４８に直交する横軸の周りでの主ばね７６の軸外回転をさらに防止するかまたは抑止する。

[0031]上記の構造配置により、直線案内システム１１０は、高い軸方向コンプライアンスを提供し、一方、横方向（この場合も、座標の凡例５０によって識別されたＹ軸およびＺ軸に対応する）における高い剛性をも提供する。このようにして、直線案内システム１１０は、３パラメータ絶縁装置４０の通常動作に対して実質的に透過的であると同時に、主ばね７６の横方向または軸外の運動を最小限に抑えて、対象となる振動数範囲にわたって絶縁装置４０のより高い次数の曲げモードを排除または減少させることができる。この点について、３パラメータ絶縁装置４０は、たとえランダムな振動、横方向の衝撃、および他の横方向の擾乱力によって誘導される顕著な横方向モードへの傾向が増大しても、直線案内システム１１０なしでその基本的な振動減衰機能をなおも提供し得ることが、留意され得る。このことは、絶縁装置４０および直線案内システム１１０と乗り物の緩衝装置などの入れ子式の部材を含むありふれたダンパとを区別するのに役立つことが、指摘される。ここで、直線案内システム１１０は、減衰流体、ガスばねのガス（絶縁装置４０には全くガスばねがないことに留意されたい）、または任意の他の作動流体にさらされないことを強調する。さらに、案内部材１１２、案内部材１１４、それらの間の摺動境界面、および（設けられていれば）任意のリニア軸受は、作動流体にさらされないので、これらの構成要素は、いかなる密閉機能も備える必要がなく、したがって、本明細書において「非密閉要素」と呼ばれる場合があり、案内システム１１０が全体としてそのように呼ばれ得る。したがって、本明細書において「非密閉要素」という用語が現れた場合、ガスであろうと液体であろうと加圧流体を含まない構造上の構成要素またはインタフェースを説明するものとして明確に定義される。この用語は、ガスばねのガスまたは流体ダンパの減衰流体にさらされる構成要素を明確に除外する。したがって、流体連通は、通常、それらの構造上の構成要素の両側にかかる圧力が等しくなるように、直線摺動境界面および（設けられていれば）任意のリニア軸受にわたって許容される。例えば、案内部材１１２および１１４が、絶縁装置４０の外部と流体連通しまたそれを通って第２のばね７８およびダンパ組立体８０が延在する、内側のチャネルまたは通路を画定することが述べられ得る。

[0032]したがって、直線案内システム１１０が、横方向擾乱力の存在下で３パラメータ絶縁装置４０の横方向曲げモードを著しく減少させ、かつ／または、横方向モードをミッション要求にとってあまり重大でないかまたは問題にならないより高い振動数に変化させることが、理解されるべきである。さらなる利点として、直線案内システム４０自体内に同調ばね７８および／または直列に結合されたダンパ組立体８０を部分的にまたは完全に入れ子にすることにより、絶縁装置４０の外包または軸方向の長さが有利に最小限に抑えられ得る。このことは、図４〜６、特に図５を再度参照することによって理解することができ、図５では、管状コネクタ部品８２および同調ばね７８が、部分的に直線案内システム１１０の案内部材１１２内に入れ子にされて案内部材１１２に取り囲まれていることが分かる。同様に、ダンパ組立体８０の大部分が、案内部材１１４の管状本体内に入れ子にされてそれに取り囲まれ、案内部材１１４の管状本体は、案内部材１１２の管状本体に取り囲まれている。また図５では、ダンパ組立体８０が、管状コネクタ部品８２および同調ばね７８への機械的な接続のために、案内部材１１４の一方の端部から案内部材１１４を通り抜けて案内部材１１４の対向した端部に向かって延在することが分かる。別の言い方をすれば、ダンパ組立体８０と同調ばね７８との間の接合境界面は、直線案内システム１１０の内部または機内に配置され、集合的に考慮されるダンパ組立体８０および同調ばね７８は、作動軸４８に沿って両軸方向に案内システム１１０を越えて延在する。したがって、絶縁装置４０の内側の荷重経路（つまり、Ｋ_Ｂ−Ｃ_Ａ荷重経路）は、絶縁装置４０の対向した端部間で直線案内システム１１０を貫いて延在する。最後に、外側の荷重経路（つまり、Ｋ_Ａ荷重経路）は、示された例では直線案内システム１１０の周りに延在してそれを取り囲むことが、留意される。しかし、さらなる実施形態では、直線案内システム１１０は、外側の荷重経路（Ｋ_Ａ荷重経路）がシステム１１０を貫いてさらに延在するように、主ばね７６の外側に配置され得る。どちらの場合においても、主ばね７６は、直線案内システム１１０に径方向に隣接して配置されることが好ましい。

[0033]したがって、主ばね直線案内システムを含む３パラメータ絶縁装置の例示的な実施形態が挙げられた。有利には、直線案内システムは、絶縁装置の作動軸に直交する軸に沿った主ばねの横方向の変位および回転の両方を、防止するかまたは少なくとも著しく抑止する。その際、案内システムは、絶縁装置を通じて横方向モードを著しく減少させることができ、かつ／または、横方向モードをミッション要求にとってあまり重大でないかまたは問題にならないより高い振動数に変化させることができる。さらに、同調ばねおよび／または直列に結合されたダンパ組立体を案内システム自体内に入れ子にすることにより、絶縁装置の外包または軸方向の長さが最小限に抑えられ得る。主ばね直線案内システムは、絶縁装置の可撓性部分および主ばねの長さにまたがることができ、主ばねは、案内システムの径方向内側または外側のどちらにも位置決めされ得る。さらに、好ましい実施形態では、直線案内システムは非密閉要素であり、ダンパ組立体から流体絶縁される。つまり、案内システムには、ダンパ組立体内に収容された減衰流体にさらされるまたはそれに接触する部分は存在しない。最終的に、横方向擾乱力の存在下での顕著な横方向モードに対する低下した感受性と比較的コンパクトで軽量の構造とを有する、非常に頑丈な絶縁装置が提供される。

[0034]上記の例示的な実施形態では、直線案内システムは、２つの入れ子式の管、またはスリーブ−軸の構成の形態で、２つの対合する案内部材を含んだ。入れ子式の管は、主ばねの対向した端部に固定結合され、したがって、主ばね、より全般的には絶縁装置が作動軸に沿ってたわむ（伸縮する）と、互いに摺動する。上記の例にかかわらず、直線案内システムは、他の態様でも実装され得る。例えば、直線案内システムは、主ばね自体と摺動境界面を形成して主ばねの望ましくない軸外運動を制限する、単一の案内部材を含むことが可能である。そのような実施形態では、案内部材は、主ばねの径方向内側または外側のどちらに配置されてもよく、また、様々な軸受または軸受システムが、主ばねまたは案内部材のどちらかに一体化され得る。さらなる実施形態では、主ばね直線案内システムは、数および構造配置が異なり得る、さらに他のタイプの案内部材を含み得る。例えば、作動軸の周りで円周方向に離間された複数のピンが、主ばねまたは絶縁装置の一方の端部に固着され、一方で、複数の管、スリーブ、または溝付き部材が、主ばねまたは絶縁装置の反対側の端部に固着され得る。ピンは、管、スリーブ、または溝付き部材に受け入れられて、主ばねが作動軸に沿ってたわむと、管、スリーブ、または溝付き部材に対して摺動して、作動軸に直交する第１および第２の軸の周りでの主ばねの変位および回転を防止し得る。そのような構成はまた、作動軸そのものの周りでの主ばねの回転を抑止し、このことは、特定の用途において望ましい特性であり得る。

[0035]少なくとも１つの例示的な実施形態が、上記の発明を実施するための形態において提示されたが、膨大な数の変形形態が存在することが、理解されるべきである。また、例示的な実施形態は単なる例であって、決して本発明の範囲、適用性、または構成を限定するように意図されたものではないことが、理解されるべきである。むしろ、上記の発明を実施するための形態は、本発明の例示的な実施形態を実施するのに都合のよい手引きを当業者に提供するものである。添付の特許請求の範囲に明記された本発明の範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態で説明された要素の機能および配置において様々な変更がなされ得ることが、理解されている。

１０宇宙機絶縁システム
１２宇宙機
１４ペイロード
１６絶縁装置
１８宇宙機取付インタフェース
２２３パラメータ絶縁装置
２４、１６、２８曲線
３４水平線
４０３パラメータ絶縁装置、振動絶縁装置
４２絶縁装置ハウジング
４４第１の端部分
４６第２の端部分
４８作動軸、中心線
５０座標の凡例
５２、５４端キャップ
５６管状ハウジング部品
５８外周フランジ
６０第１の端部
６２ボルト
６４周辺フランジ
６６第２の端部
６８第２のボルト
７０円筒状空所
７２予圧ばね
７４ばね保持器
７６第１のばね、主ばね
７８第２のばね、同調ばね
８０ダンパ組立体
８２管状コネクタ部品
８４ボルト
８６、８８蛇腹
９０ダンパ組立体サブハウジング
９２ピストン組立体
９３周辺フランジ
９４ボルト
９６、９８液圧チャンバ
１００アニュラス
１０２ピストン部材
１０４、１０６液圧チャンバ
１０８浮動蛇腹カップ
１１０直線案内システム
１１２第１の案内部材
１１４第２の案内部材
１１６外周フランジ
１１８周辺フランジ
１２０第１の軸方向間隙
１２２第２の軸方向間隙
１２６、１２８環状リニア軸受

Claims

作動軸（４８）を有する絶縁装置（１６）であって、
第１の端部分（４４）と、
前記作動軸に沿って前記第１の端部分から離間された第２の端部分（４６）と、
前記第１の端部分と前記第２の端部分との間に機械的に結合された主ばね（７６）と、
前記第１の端部分から前記主ばねを越えて前記第２の端部分に向かって延在する直線案内システム（１１０）であって、前記作動軸に沿った前記主ばねのたわみと共に伸縮し、一方、前記作動軸に直交する第１および第２の軸に沿った前記主ばねの変位および回転を制限する直線案内システム（１１０）と
を備える、絶縁装置（１６）。
前記主ばね（７６）に並行して前記第１の端部分（４４）と前記第２の端部分（４６）との間に機械的に結合されたダンパ組立体（８０）をさらに備え、
前記ダンパ組立体が、少なくとも部分的に前記直線案内システム（１１０）内に入れ子にされ、
前記ダンパ組立体が、前記絶縁装置の動作中に減衰流体の体積を保持し、
前記直線案内システムが、前記減衰流体から流体絶縁される、
請求項１に記載の絶縁装置（１６）。
前記直線案内システム（１１０）が、
前記絶縁装置の前記第１の端部分（４４）に固定結合され、かつ前記絶縁装置の前記第２の端部分（４６）に向かって延在するが第１の軸方向間隙（１２０）により前記第２の端部分（４６）から分離された、第１の管状本体（１１２）と、
前記絶縁装置の前記第２の端部分に固着され、かつ前記絶縁装置の前記第１の端部分に向かって延在するが第２の軸方向間隙（１２２）により前記第１の端部分から分離された、第２の管状本体と、を含み、
前記第１の管状本体の一部分が、前記第１の管状本体と前記第２の管状本体との間に環状摺動境界面が形成されるように、前記第２の管状本体に入れ子式に受容される、請求項１に記載の絶縁装置（１６）。