JP2019531449A - 水平運動振動アイソレータ - Google Patents

Abstract

水平運動振動アイソレータは、水平方向から絶縁されるべき対象物を支持する複数の湾曲屈曲部を用いている。各湾曲屈曲部は、ベースに結合されている固定端部と、片持ち梁状に支持され、絶縁されている対象物に結合された浮動端部を有している。湾曲屈曲部は、振動絶縁能力を損なうことなく、絶縁装置の鉛直高さを減少させる。圧縮スプリングまたは圧縮スプリング状の要素を、絶縁されている対象物の重量のいくらかを担うために追加し、アイソレータのペイロード容量を増大させることができる。

Description

本発明は、対象物またはペイロードとベースの間の振動運動の伝達から絶縁し、振動運動の伝達量を減少させるサスペンションシステムに関するものであり、さらに詳細には、コンパクトな水平運動振動アイソレータ（horizontal-motion vibration isolator）および絶縁システムであって、鉛直高さを低くすることができ、同時に、荷重変化に対するセンシティビティを低下させ、対象物とベースの間の水平振動の伝達量を効果的に減少させることができる水平運動振動アイソレータおよびシステムに関するものである。

本発明にしたがって作られたアイソレータは低周波数絶縁を提供し、計装セットアップに容易に組み入れることができる物理的形状因子を提供するとともに、高水準の振動絶縁能力を実現させることができる。

きわめて運動に敏感な装置、デバイスおよびプロセスに対する望ましくない振動に起因する問題は広く研究され、振動の伝達を防止し、低減させる数多くの解決策が提案され、開発されてきた。一般に振動アイソレータあるいはサスペンションデバイスと呼ばれる対象物とその周囲との間の望ましくない振動の伝達を低減させるように設計された数多くのデバイスは、たとえば、種々の材料から作られた弾性パッド、種々のタイプの機械的スプリング、空気圧デバイスなどの要素の種々の組み合わせを活用してきた。しかしながら、高周波領域において、高い絶縁性能を与える一方で、低いシステム固有振動数を得ることを防止し、内部構造共振応答を低い値に制限することを防止するこれらの従来の絶縁システムには欠点と不都合があった。

水平運動絶縁のための現在の方法は以下を含んでいる。

１）振り子：これらのデバイスは、一連のロッドまたはケーブルからペイロードを吊るすことによって、ペイロードを支持するものである。振り子、したがって、機械的なパスは、低周波を達成するためには、十分に長くなければならず、かなり複雑になる傾向がある。

２）倒立振り子またはコラム：これらは短くすることができるが、臨界的な座屈荷重に近づくにつれて、ペイロードの変化に対して強いセンシティビティを示す。コラム／倒立振り子は短く作られれば作られるほど、センシティビティよりが高くなる。

３）スプリング：自立でき、安定したスプリングは、鉛直方向および水平方向の絶縁を与える一方で、ペイロードを鉛直方向に支持するのに用いることができる。しかしながら、安定し、低い横剛性を有するスプリングを得ることはしばしば困難である。

４）浅い凹面ディスク間のボールベアリング：これらのメカニズムは、きわめて短く作ることができるが、このメカニズムに加わる静止摩擦力に打ち勝つのに十分な振幅がない場合には、摩擦力によってロックされるときに、低振幅における特性が制限される。

５）ラバーベローズ支持ジンバルピストン：これらのコンポーネントは、振動絶縁のために用いられる数多くのエアテーブルで見出される。しかしながら、これらは通常、剪断ローリング方式における空気圧操作により固く作られたラバーベローズメンブレンに依存するものであるため、これらのデバイスを利用して低周波を得ることはしばしば困難であった。

６）エラストマーのパッド：これらは、自己安定型直立スプリングと同様に動作する。しかしながら、これらは、水平方向においては、容易に、低い共振周波数を実現することができない。

水平運動を絶縁するこれらのコンポーネント／方法は、本発明が対処する限界を有している。

負の剛性を有する要素を用いて、支柱および支持ばねの剛性を低下させる新規な振動絶縁システムデバイスは、１９９４年５月１０日に発行された「振動絶縁システム」という名称の米国特許第５，５３０，１５７号明細書、１９９４年１２月６日に発行された「減衰振動システム」という名称の米国特許第５，３７０，３５２号明細書、１９９３年１月１２日に発行された「振動絶縁システム」という名称の米国特許第５，１７８，３５７号明細書、１９９６年８月２７日に発行された「振動絶縁システム」という名称の米国特許第５，５４９，２７０号明細書、１９９７年９月２３日に発行された「振動絶縁システム」という名称の米国特許第５，６６９，５９４号明細書、１９９８年１１月１０日に発行された「ラジアル曲げ、ビーム・カラムおよびチルト絶縁」という名称の米国特許第５，８３３，２０４号明細書、２０１６年２月１６日に発行された改良された振動絶縁システムという名称の米国特許出願第９,２６１,１５５号公報に記載されている。これらはここで引用することによって、本発明に組み込まれる。これらの振動アイソレータは、低い剛性と、複合システムの共振応答を制限する高い減衰機能と、高周波領域での効果的な絶縁を示し、高いアイソレータ内部構造共振周波数を提供することができる。

これらの特許に記載された振動絶縁システムは、軸方向（ほとんどの場合は、ペイロード重量の方向）および軸方向を実質的に横断する方向（ほとんどの場合は、水平方向）における低い剛性を示し、多目的な振動絶縁装置を提供し、３つの互いに直交する方向まわりの傾きまたは回転を提供することができる。しかしながら、本発明は、水平方向の振動運動を絶縁するのに用いられるアイソレータのみに向けられたものである。しかしながら、本発明は、２方向または全方向の絶縁を提供するため、鉛直運動アイソレータおよび／またはチルト運動アイソレータと直列に接続することもまた可能である。以下においては、ペイロードの方向を実質的に横切るあらゆる方向において、振動を絶縁することができるアイソレータを、水平運動アイソレータとして説明し、多数の水平運動アイソレータを用いたシステムを、水平運動アイソレータシステムとして説明する。

米国特許第５，５３０，１５７号明細書 米国特許第５，３７０，３５２号明細書 米国特許第５，１７８，３５７号明細書 米国特許第５，５４９，２７０号明細書 米国特許第５，６６９，５９４号明細書 米国特許第５，８３３，２０４号明細書 米国特許出願第９,２６１,１５５号公報

上述の特許に記載された実施態様においては、アイソレータは、弾性不安定性（elastic instability）の弾性構造のポイント（elastic
structure's point）に近づくために、そのアイソレータまたはその一部（支持された重量か、外部荷重メカニズムによる荷重）を形成する特定の弾性的構造に荷重を印加する（loading）特定の原理に依拠している。構造物の「臨界的座屈荷重」とも呼ばれている、弾性的不安定性のポイントに近づくための荷重印加は、アイソレータの鉛直方向の剛性か、水平方向の剛性を大幅に低下させ、鉛直方向および水平方向の剛性が低いアイソレータシステムを生成し、その構造物に固有の減衰能を増大させる。これらのアイソレータは、その剛性が低下するものの、ペイロード重量を支持する能力を保持している。

弾性的構造物に加わる荷重が臨界的座屈荷重より大きくなった場合には、過大な荷重は、その構造物を座屈形状にする傾向があり、「負の剛性」（"negative-stiffness"）または「負のばね定数」（"negative-spring-rate"）の機構を生成する傾向がある。スプリングの正の剛性をキャンセルし、または、ほとんどキャンセルするように調整されたスプリングを負の剛性メカニズムに組み合わせることによって、弾性不安定性のポイントに、または、その近くに設置することができるデバイスを得ることができる。負の剛性をもたらす荷重の大きさは調整することができ、所望の剛性が「微調整」（"fine-tuned"）されたアイソレータを作り出すことができる。

上述のこれらのアイソレータは、対象物とベースの間の振動運動の伝達を絶縁し、あるいは、減少させることができる優れたデバイスを提供することができる。しかしながら、水平運動アイソレータを構成するコンポーネントは、弾性的不安定性のビーム・コラム（beam-column’ point）のポイントに近づくように、荷重が印加される（支持された重量による荷重印加）長いビーム・コラム（beam-column）であることが多い。これらの支持ビーム・コラムはやや大きく、そのため、特定の振動の絶縁に用いる場合に、アイソレータの高さが高くなりすぎるという結果を招くことがある。本発明は、水平運動アイソレータをよりコンパクトに、ある振動の絶縁により適した好適な形状に作るときに、とくに有用である。しかしながら、よりコンパクトな形状が好ましい一方で、水平運動アイソレータの性能が損なわれないということが重要である。これまでの解決方法は、アイソレータのペイロード範囲にマイナスの影響を与えることなく、アイソレータを短く作ることにつき実用的な限界があった。これまでの解決方法により、低周波数絶縁を得る場合に要求される高さは、ある場合には、それを特別に実用的でないものにしている。本発明にかかる水平運動振動アイソレータ／システムの配置（geometry）は、低い共振周波数を実現するための複雑さを低減させるようになっている。したがって、本発明は、鉛直高さの低い水平運動アイソレータを実現するという課題を解決し、他の有用な特徴を提供するものである。

本発明は、水平方向（通常、ペイロードの重量の方向を横切る方向）における低い剛性を示すことによって、振動絶縁を提供する既存の方法を改良し、簡易化するものである。本発明にしたがって作られたアイソレータは、ペイロードの範囲を大きくする一方で、従来のものより、鉛直方向の高さをはるかに短くすることができ、また、水平方向の固有振動数を低くすることができる。本発明は、ペイロードの変化に対するアイソレータの感度を増大させることなく、このような特性を提供することができる。

本発明における水平方向の剛性は、ベース（すなわち、アイソレータの水平方向の固定部）から片持ち梁状に支持され、ペイロードを支持する浮動端部（floating end）によって、剪断力が加えられた（loaded in shear）、曲がったあるいは湾曲した屈曲部（bent or curved flexure）（以下、「湾曲屈曲部」（"bent
flexures"）という）を利用することによって提供される。湾曲屈曲部の両端部は、水平方向軸まわりに一方の端部が回転しないように拘束されている。湾曲屈曲部は、鉛直面、すなわち、Ｘ−Ｚ面およびＹ−Ｚ面に平行な方向にしか移動しないように拘束されており、したがって、水平方向に移動可能に構成されている。湾曲屈曲部は、ペイロードを支持する一方で、低い水平方向剛性と高い鉛直方向座屈荷重を提供する。湾曲屈曲部の座屈荷重（湾曲屈曲部が鉛直方向にペイロードによって加わる剪断力を支持できなくなる重量）は、ペイロードの範囲の実用的な上限を決定する。

本発明のある一つの態様においては、湾曲屈曲部は、その湾曲部が地球に対して鉛直になるように指向されている。湾曲屈曲部の形状（geometry）は、屈曲部が低い水平方向剛性を有したまま、高い鉛直方向剛性を有することを可能とする。湾曲屈曲部は、弾性不安定性の屈曲部ポイント（flexures' point）に近づくように荷重を印加するのに十分な可撓性を有する一方で、ペイロードを鉛直方向に支持するのに必要な強度を提供する適当な構造材料（structural material）、たとえば、プラスチック、金属、複合物などによって形成することができる。本発明のある側面においては、湾曲屈曲部は、シート材料によって作られていてもよく、母材の固体ブロックから作られたものであってもよい。

湾曲屈曲部は、振動アイソレータとして使われ、あるいは、振動アイソレータの一部として含まれている。本発明のある特徴においては、平行に並べられているわずか３つの湾曲屈曲部が、水平運動アイソレータを作り出すために用いられている。しかしながら、水平運動アイソレータを作り出すために用いられる平行な湾曲屈曲部の数に上限はない。

本発明のある一つの側面においては、湾曲屈曲部は、実質的に互いに垂直な（９０度）２つの面を有するように作ることができる。２つの面は、それらの長さ方向に延びる曲げポイント（bend point）（以下、「曲げ部」という）で合流する。湾曲屈曲部の２つの面の各々は、鉛直方向の長さと水平方向の長さを有している。湾曲屈曲部の鉛直方向の長さは、各種の要素からなる複合アイソレータ（composite isolator）の鉛直方向の高さを決定づける。したがって、鉛直方向の高さが低い水平運動アイソレータを作り出すためには、その鉛直方向の長さをできるだけ小さく保つことが望ましい。

本発明のある一つの側面においては、湾曲屈曲部は、曲げ部において、最小の半径を有している。すなわち、２つの面は、実質的に直交しており、曲げ部において、小さい曲率半径を有している。換言すれば、湾曲屈曲部は、曲げ部において、大きく、動く、湾曲した曲率半径を有している。本発明のさらに他の側面においては、湾曲屈曲部は、尖った曲げ半径を有している。すなわち、湾曲屈曲部の２つの面は、互いに鋭角をなすように位置している。あるいは、湾曲屈曲部は、その２つの面が、互いに鈍角をなすように位置し、鈍角の曲げ半径を有していてもよい。

本発明のある一つの側面においては、湾曲屈曲部の各面の鉛直方向の長さおよび水平方向の長さが同一、あるいは、実質的に同一であってもよい。他の実施態様においては、一方の面の水平方向の長さが、他方の面の水平方向の長さと大きく異なっていてもよい。本発明のさらに他の側面においては、湾曲屈曲部が、２つの大きな半径の曲げ部を含む連続的な面を有するＳ字状形状を有していてもよい。これらの湾曲屈曲部の構成は、各種の要素からなる複合アイソレータ（composite isolator）を作り出すために組み合わせてもよく、すなわち、アイソレータを形成するために、湾曲屈曲部の異なった構成を組み合わせてもよいことを理解すべきである。しかしながら、多くの場合、同じサイズで、同じ形状の湾曲屈曲部を用いて、アイソレータを製造する方が容易である。

本発明の特定の側面においては、協働して、ペイロードを支持する４つの湾曲屈曲部が用いられる。本発明の一つの側面においては、湾曲屈曲部の自由端部または浮動端部（free or floating end）が、絶縁すべき対象物を支持する頂部取り付け板に取り付けられていてもよい。湾曲屈曲部の固定端部は、土台またはグラウンド上に着座しているベースプラットフォームに取り付けられていてもよい。したがって、頂部取り付け板によって支持される対象物は、湾曲屈曲部の低い水平方向の剛性によって、グラウンドから絶縁されている。あるいは、湾曲屈曲部の浮動端部は、絶縁すべき対象物に直接取り付けられ、あるいは、そうではなく、絶縁すべき対象物に結合されていてもよい。

本発明のある一つの側面においては、あらかじめ圧縮されたスプリングまたはスプリング状要素が、（グラウンドまたは土台上に置かれている）ベースプラットフォームと、絶縁すべき対象物を支持している頂部取り付け板との間に付加されていてもよい。ペイロードの重量がないか、あるいは、あっても、スプリング荷重よりも小さいときは、湾曲屈曲部には、上方に向けて、剪断力が加えられる。湾曲屈曲部に加わる上向き荷重は、湾曲屈曲部の座屈強度によって制限される。ここに、湾曲屈曲部の座屈荷重は、湾曲屈曲部に加わる上向きの荷重または湾曲屈曲部に加わる下向きの荷重と同一である。湾曲屈曲部に加わる上向きの荷重が最大になるのは、ペイロードの重量がないときである。

本発明のこの側面においては、スプリングまたはスプリング状要素は、不安定荷重のすぐ近くで不安定な状態に近いように、設計され、荷重が印加されており、あるいは、それらの水平方向剛性が小さいか、ほとんどゼロか、もしくは、マイナスになるように、不安定な状態にある。また、スプリングまたはスプリング状要素の鉛直方向の剛性は、湾曲屈曲部の鉛直方向の剛性よりもはるかに小さいため、ペイロードからシステムに加わる下向きの荷重が変化しても、スプリングまたはスプリング状要素の水平方向の剛性は変化しない。何故なら、システムに加わる荷重の変化は、本質的に湾曲屈曲部に伝達されるからである。換言すれば、スプリングまたはスプリング状要素の圧縮長さは、垂直方向に剛性を有する湾曲屈曲部の高さによって本質的に固定され、ペイロード重量が追加されても、または、それが変化しても、湾曲屈曲部に加わる圧縮荷重は変わらない。

本発明のこの実施態様においては、この圧縮されたスプリングまたはスプリング状要素を既存の湾曲屈曲アイソレータシステムに付加することは、実質的に２倍のペイロードの増加およびシステムの固有振動数の減少を可能にする。ペイロードのないスプリングまたはスプリング要素の圧縮力および湾曲屈曲部に加わる上向きの荷重は、本質的に、スプリングまたはスプリング要素のない既存のアイソレータシステムのペイロード重量の限界になる。スプリングまたはスプリング状要素を用いるときは、元のペイロードを加えると、湾曲屈曲部に加わる上向き荷重を本質的にゼロに減少させることができるので、元のペイロードの限界を２倍にすることができる。元のペイロードを２倍にすると、屈曲部に加わる下向き荷重を、圧縮スプリングまたはスプリング状要素がない元のペイロードに起因する荷重にすることができる。システムの水平剛性が本質的に同一で、ペイロードの重量を２倍にすることは、システムの固有振動数を約０．７倍、すなわち、平方根の２倍以上に減少させることができる。負の剛性を生成するように設計された圧縮スプリングまたは圧縮スプリング状要素を用いることにより、システムの固有振動数をさらに減少させることができる。

あるいは、この実施態様によれば、与えられたペイロードに対して、低い高さの湾曲屈曲絶縁システムまたは同じ高さを有する固有振動数の低いシステムが得られる。ペイロード重量が半分のあらかじめ圧縮されたスプリングまたはスプリング状要素荷重を用いることによって、湾曲屈曲部を低い高さで、減少した座屈荷重を扱うことができるように設計し、同じ高さで低い剛性で、固有振動数が減少するように、設計することができる。負の剛性用に設計されたスプリングまたはスプリング状要素を用いる場合には、高さまたは固有振動数をさらに減少させることができる。

本発明のある側面においては、従来のコイルスプリングまたは種々のスプリング状要素を利用することができる。ある例では、端部に小さなスプリングを備えた硬いポスト（rigid post）、両端部に硬いポストとスプリングを備えた、機械加工されたスプリング、両端部にさらなる減衰を提供するネオプレン・ベアリングを備えた硬いポストなどが含まれている。

本発明にかかるアイソレータは、低い共鳴振動数を達成するために必要なコンポーネントの複雑さを減少させるように配置（geometry）されている。本発明によれば、完全なアイソレータ、たとえば、鉛直方向の、水平方向のおよび／または傾いた、もしくは、水平方向だけの、従来のアイソレータによって実現される鉛直方向の高さよりも低い高さを有するように作られたアイソレータが得られる。したがって、本発明は、水平方向の絶縁のみを提供するものとして開示されているが、鉛直方向の運動および／または傾いた方向の運動を絶縁するアイソレータまたはコンポーネントを、本発明の水平運動アイソレータに組み込んで、二方向または全方向の振動絶縁機能を有する各種の要素からなる絶縁システムを作り出すことが可能であるということを理解すべきである。

したがって、本発明は、振動絶縁機能を損なうことなく、作り出すことができるよりコンパクトな水平運動振動アイソレータを提供するものである。本発明の他の特徴および効果は、例として本発明の原理を図示した添付図面を併せれば、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

図１は、本発明にしたがって作られ、その上に、絶縁すべき対象物を置くことができる取り付け板（下のコンポーネントをよりよく示すため、破線で示されている）を支持する４つのコンパクトな水平方向振動アイソレータを利用する振動絶縁システムの一実施態様を示す斜視図である。 図２は、図１の振動絶縁システムの分解組立図である。 図３は、図１の振動絶縁システムを示す側面図である。 図４は、図１の振動絶縁システムを示す別の側面図である。 図５は、本発明にしたがって作られ、図１ないし図４に描かれた湾曲屈曲部を示す斜視図である。 図６は、本発明にしたがって作られた湾曲屈曲部の別の実施態様を示す斜視図である。 図７は、本発明にしたがって作られた湾曲屈曲部のさらに別の実施態様を示す斜視図である。 図８は、絶縁すべき対象物を置くことができる取り付け板（下のコンポーネントをよりよく示すため、破線で示されている）と基礎（ベースプラットフォーム）との間に付加された事前に圧縮されたスプリングまたはスプリング状要素を含む図１ないし図４に示されたのと同様な振動絶縁システムの別の実施態様を示す斜視図である。 図９は、図８の振動絶縁システムの分解組立図である。 図１０は、図８の振動絶縁システムを示す側面図である。である。 図１１は、図８の振動絶縁システムを示す側面図である。

図１ないし図５は、本発明によって作られたコンパクトな水平運動アイソレータ１０の一実施態様を示している。図１ないし図５に示された水平運動アイソレータ１０の実施態様は、基礎（ベース）に対して、ペイロード（図示せず）を支持し、ペイロードと基礎との間での水平振動（運動）の伝達を減少させるように設計されている。

本発明にかかるコンパクトな水平運動アイソレータ１０は、水平振動から絶縁すべき対象物を協働して支持する湾曲した屈曲部１２の形状をなした４つの支持部材を有している。各湾曲屈曲部１２は、ベースプラットフォーム１６に連結された第一の固定端部あるいは静止端部１４と、本実施態様においては絶縁されるべき対象物を支持するのに用いられる頂部取り付けプレート２０（図１においては、破線で示されている）に連結された自由端部または浮動端部１８を有している。ベースプラットフォーム１６は、基礎（foundation）の上に位置し、基礎に対して、ベースプラットフォーム１６を水平にするのに用いられる水平調節ねじ（図示せず）を有していてもよい。湾曲屈曲部１２の配置（geometry）によって、屈曲部がペイロードを支持するための高い垂直剛性を有し、その一方で、振動絶縁を提供するための低い水平剛性を有することが可能になる。本実施態様においては、４つの湾曲屈曲部１２が、ベースプラットフォームに取り付けられているように図示されているが、これらの湾曲屈曲部１２は、振動を絶縁するために、特定の構造体（たとえば、垂直絶縁装置）に直接取り付けられていてもよいことを理解すべきである。

湾曲屈曲部１２はそれぞれ、第一の面２２および第二の面２４を有し、面２２、２４は、面２２，２４の垂直長さに沿って延びる曲げ部２６においてつながっている。図１、図２および図５に最もよく示されているように、第一の面２２と第二の面２４は、互いに実質的に直交している（９０度で交わっている）。湾曲屈曲部１２の曲げ部２６は、図６に示された湾曲屈曲部１２が大きな曲げ半径を有しているのとは対照的に、最小の半径を有し、曲がり方が急であるように示されている。各湾曲屈曲部１２は、取り付けのために、静止端部１４および浮動端部１８の近傍に形成された少なくとも一つの取り付け開口部２８（図５ないし図７参照）を含んでいる。図１および図２から明らかなように、湾曲屈曲部１２の各浮動端部１８は、浮動端部１８に形成された取り付け開口部２８を通って延びるねじ３２などの取り付け具を利用する取り付けブロック３０に取り付けられている。組み立て体にさらなる強度と安定性を与えるために、ねじ３２と取り付けブロック３０との間に、クランプ板３４が配置されている。図１および図２に示されるように、各取り付けブロック３０は、ねじ付き開口部３６を含み、ねじ付き開口部３６によって、取り付けプレート２０を、各取り付けブロック３０に強固に結合するため、ねじ３２が頂部取り付けプレート２０上に形成された開口部３８内に配置することが可能になる。

同様に、湾曲屈曲部１２の各静止端部１４は、取り付けブロック３０に取り付けられており、取り付けブロック３０は、ベースプラットフォーム１６に強固に結合されている。ねじ３２は、静止端部１４を取り付けブロック３０に固定するために用いることができ、組み立て体に安定性を付与するクランプ板３４を含んでいてもよい。ねじあるいは他の取り付け具は、取り付けブロック３０をベースプラットフォーム１６に強固に結合するために用いることができる。

図３および図４を参照すると、ベースプラットフォーム１６に対する湾曲屈曲部１２の位置決め方法が示されている。まず、図３を参照すると、片持ち梁方式で、どのようにして、湾曲屈曲部１２をベースプラットフォーム１６に取り付け、浮動端部１８に頂部取り付けプレート２０を支持させるかが示されている。湾曲屈曲部１２の各浮動端部１８は、このように、ベースプラットフォーム１６から片持ち梁状に作られている。図１および図２のアイソレータ１０の別の端面図である図４からわかるように、湾曲屈曲部１２の浮動端部１８は頂部取り付けプレート２０に結合され、静止端部１４はベースプラットフォーム１６に結合されている。図４において、浮動端部１８は、手前に延びている。

ここに開示されたクランプ／取り付けコンポーネントは、湾曲屈曲部１２の端部１４および１８をベースプラットフォーム１６および頂部取り付けプレート２０に取り付けることができる数多くの方法のひとつに過ぎないことを理解すべきである。また、取り付け開口部２８が、湾曲屈曲部１２を取り付けブロックにクランプするために用いられているが、他のクランプ／取り付け組み立て体を用いる場合には、このような開口部は必ずしも必要でない。

図１ないし図５に図示された湾曲屈曲部１２は、互いに直交する２つの面２２、２４を有するように図示されている。図５を参照すると、２つの面２２、２４が、２つの面２２、２４の鉛直高さまたは長さ（ＶＬ）に沿って、鉛直方向に延びる（曲げ部２６が、地球またはペイロードの方向に対して鉛直になるように指向された）曲げ部２６において合流されているように図示されている。各湾曲屈曲部１２は、水平方向の長さ（ＨＬ）を有している。各面２２、２４は、実質的に同一の水平方向の長さ（ＨＬ）を有しているように描かれているが、一方の面の水平方向の長さ（ＨＬ）は他方よりも長くても、短くてもよいことを理解すべきことである。

図６を参照すると、本発明によって作られた湾曲屈曲部１２の別の実施態様が示されている。この図面から明らかなように、湾曲屈曲部１２は、曲げ部２６において、図１ないし図５に図示された湾曲屈曲部１２よりもはるかに大きく、湾曲した半径を有している。本発明の別の態様においては、湾曲屈曲部の面２２、２４が鋭角（図示せず）に交わるように形成することができ、すなわち、湾曲屈曲部の２つの面が鋭角をなすように位置決めすることができる。あるいは、湾曲屈曲部１２の面２２、２４が鈍角（図示せず）をなすようにしてもよい。

図７を参照すると、湾曲屈曲部１２のさらに別の実施態様が図示されている。この実施態様においては、湾曲屈曲部１２は、２つの異なった面２２、２４を有してはおらず、むしろ、湾曲屈曲部の水平長さに沿って延びる一対の湾曲した曲げ部を有するＳ字型構造を形成する連続的な面を有している。これは、本発明にしたがって作られた特定の湾曲屈曲部を生成するために用いることができる特定の湾曲構造に関するものに過ぎないということを理解すべきである。湾曲屈曲部のこれらの異なったヴァリエーションは、各種の要素からなる複合アイソレータ（composite isolator）を生成するのに同時に用いることもできるということ、すなわち、湾曲屈曲部の異なった構造を、アイソレータを形成するためにともに用いることができるということもまた理解すべきである。たとえば、図６に示された湾曲屈曲部の実施態様は、図１ないし図５に示された実施態様とともに用いることができる。しかしながら、ほとんどの場合、同じサイズと同じ形状を有する湾曲屈曲部を用いて、アイソレータを製造する方が容易であるであろう。

図１ないし図５に開示されたアイソレータの実施態様においては、ペイロードを協働して支持するために、４つの独立した（individual）湾曲屈曲部が利用されている。しかしながら、平行に並べられたわずか３つの湾曲屈曲部を用いて、水平運動アイソレータを生成することができる。しかしながら、各種の要素からなる複合アイソレータを生成するために同時に用いられる湾曲屈曲部の数には上限はない。

図８ないし図１１は、本発明にしたがって作られたコンパクトな水平運動アイソレータ１０の別の実施態様を示すものである。図８ないし図１１に示された本発明の実施態様にかかる水平運動アイソレータ１０は、頂部取り付けプレート２０およびベースプラットフォーム１６に取り付けられた、あらかじめ圧縮された一対のスプリングまたはスプリングに類似した要素（スプリング状要素）４０、４２が付加されている点を除いて、図１ないし図５に図示された水平運動アイソレータと同様である。ペイロードの重量がかかっていないとき、または、ばね荷重より小さいペイロードの重量がかかっているに過ぎないときは、湾曲屈曲部には上向きの剪断荷重が加わる。湾曲屈曲部に加えられる上向きの荷重は、湾曲屈曲部の座屈強度によって制限される。ここに、湾曲屈曲部の座屈強度は、屈曲部に加わる上向きの荷重または屈曲部に加わる下向きの荷重と同一である。屈曲部に加わる上向きの荷重は、ペイロード重量がないときに最大となる。

スプリングまたはスプリング状要素４０、４２は、それぞれ、不安定荷重のすぐ近くで不安定な状態に近いように、設計され、荷重が印加されており、あるいは、それらの水平方向剛性が小さいか、ほとんどゼロか、もしくは、マイナスになるように、不安定な状態にある。また、スプリングまたはスプリング状要素４０、４２の垂直方向剛性は、湾曲屈曲部１２の垂直方向剛性よりもはるかに低いので、ペイロードからシステムに加わる下向きの荷重を変化させても、スプリングまたはスプリング状要素４０、４２の水平剛性は変化しない。なぜなら、システムに加わる荷重の変化は、本質的に湾曲屈曲部１２に伝達されるからである。言い換えれば、スプリングまたはスプリング状要素４０、４２の圧縮長さは、垂直方向に剛性を有する湾曲屈曲部１２の鉛直高さ（すなわち、鉛直方向長さＶＬ）によって本質的に固定されている。したがって、スプリングまたはスプリング状要素４０、４２にかかる圧縮荷重は、ペイロード重量を追加し、あるいは、変化させても変化しない。スプリングまたはスプリング状要素４０、４２の端部は、標準的な取り付けコンポーネントを用いて、頂部取り付けプレート２０およびベースプラットフォーム１６に結合することができるということを理解すべきである（図８ないし図１１には図示されていない。）。

この圧縮されたスプリングまたはスプリング状要素４０、４２を既存の湾曲屈曲アイソレータシステムに付加することは、実質的に２倍のペイロードの増加およびシステムの固有振動数の減少を可能にする。ペイロードのないスプリングまたはスプリング要素４０、４２の圧縮および湾曲屈曲部１２に加わる上向きの荷重は、本質的に、スプリングまたはスプリング要素のない既存のアイソレータシステムのペイロード重量の限界になる。スプリングまたはスプリング状要素４０、４２を用いるときは、元のペイロードを加えると、湾曲屈曲部１２に加わる上向き荷重を本質的にゼロに減少させることができるので、元のペイロードの限界を２倍にすることができる。元のペイロードを２倍にすると、屈曲部に加わる下向き荷重を、圧縮スプリングまたはスプリング状要素がない元のペイロードに起因する荷重にすることができる。システムの水平剛性が本質的に同一で、ペイロードの重量を２倍にすることは、システムの固有振動数を約０．７倍、すなわち、平方根の２倍以上に減少させることができる。マイナスの剛性を生成するように設計された圧縮スプリングまたは圧縮スプリング状要素を用いることにより、システムの固有振動数をさらに減少させることができる。

あるいは、本実施態様は、与えられたペイロードに対して、湾曲屈曲アイソレータシステムの高さを低くすることができ、または、固有振動数がより低い同じ高さのシステムを可能にする。ペイロード重量が半分のあらかじめ圧縮されたスプリングまたはスプリング状要素荷重を用いることによって、湾曲屈曲部１２を低い高さ（ＶＬ）で、減少した座屈荷重を扱うことができるように設計し、同じ高さで低い剛性で、固有振動数が減少するように、設計することができる。マイナスの剛性用に設計された圧縮されたスプリングまたはスプリング状要素４０、４２を用いることによって、高さ（ＶＬ）または固有振動数をさらに減少させることができる。

本発明のこの実施態様においては、従来のコイルスプリングまたは種々のスプリング状の要素を用いることができる。いくつかの例では、これらは、端部に小さなスプリングを備えた剛性のあるポスト（rigid post）、端部に剛性のあるポスト）およびスプリングを有する機械加工されたスプリング、端部に、減衰機能を付与するネオプレン・ベアリングを備えた剛性のあるポストを含んでいる。

本発明の構造を作り出す湾曲屈曲部は、スチール、アルミニウム合金および適切な強度と弾性的性質を有する他の構造材料（structural material）などの一般的な構造材料によって作ることができる。たとえば、湾曲屈曲部は、適当な構造材料、たとえば、弾性不安定性の湾曲ポイント（flexures' point）に近づくまで荷重を印加するのに十分な柔軟性を有する一方で、ペイロードを鉛直方向に支持するのに必要な強度を有するプラスチック、金属、複合材料などから作ることができる。本発明のある態様においては、それらは、シート材料によって作ることができ、母材の固体ブロックから作られてもよい。水平長さ（ＨＬ）および鉛直長さ（ＶＬ）は、低い水平振動数を提供する一方で、ペイロードを支持する力支持能力を実現するために、必要に応じて、変化させることができる。また、湾曲屈曲部の鉛直高さあるいは長さ（ＶＬ）は、生成することができる水平運動アイソレータの全鉛直高さを決定することになる。

以上、本発明の特定の実施態様につき説明してきたが、本発明の精神および範囲を逸脱しない範囲で、種々の変形が可能である。したがって、本発明は請求の範囲の記載以外に限定されるものではない。

１０ 水平運動アイソレータ
１２ 湾曲屈曲部（屈曲部）
１４ 固定端部または静止端部
１６ ベースプラットフォーム
１８ 自由端部または浮動端部
２０ 頂部取り付けプレート
２２ 第一の面
２４ 第二の面
２６ 曲げ部
２８ 取り付け開口部
３０ 取り付けブロック
３２ ねじ
３４ 取り付け板
３６ ねじ付き開口部
３８ 開口部
４０ スプリング
４２ スプリング状要素

Claims (20)

1. ベースに対して、鉛直方向に対象物を平衡位置に支持する力支持（force-supporting）能力を有し、前記対象物と前記ベースの間の水平振動運動の伝達を抑制する振動アイソレータであって、
   前記平衡位置において、絶縁されるべき前記対象物を協働して支持する複数の湾曲屈曲部であって、前記湾曲屈曲部の各々が片持ち梁状に支持され、支持されている前記対象物によって剪断力が加えられるように、前記湾曲屈曲部の各々が、ベースに結合された固定端部と、絶縁されるべき前記対象物に結合された浮動端部を有することを特徴とする振動アイソレータ。
2. 前記複数の湾曲屈曲部が、水平方向にのみ運動可能なように制限されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の振動アイソレータ。
3. さらに、前記対象物と前記ベースの間に結合された少なくとも１つの圧縮スプリングまたは圧縮スプリング状要素を備えていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の振動アイソレータ。
4. さらに、前記対象物と前記ベースの間に結合された複数の圧縮スプリングまたは圧縮スプリング状要素を備えていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の振動アイソレータ。
5. 前記湾曲屈曲部の各々が、低い水平剛性と高い鉛直方向座屈荷重を有していることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の振動アイソレータ。
6. 前記湾曲屈曲部の少なくとも１つが、第一の面、第二の面および前記第一の面と前記第二の面との間に配置された曲げ部（bend）を有していることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の振動アイソレータ。
7. 前記各湾曲屈曲部の前記第一の面および前記第二の面が、互いに直角をなすように配置されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の振動アイソレータ。
8. 前記湾曲屈曲部の少なくとも１つが、Ｓ字形状構造を有していることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の振動アイソレータ。
9. ベースに対し、鉛直方向に対象物を平衡位置に支持する力支持（force-supporting）能力を有し、水平振動（運動）の前記対象物への伝達を抑制する振動アイソレータであって、
   絶縁されるべき前記対象物を支持する頂部取り付けプレートと、
   ベースプラットフォームと、
   絶縁されるべき前記対象物を協働して、前記平衡位置に支持する３つの湾曲屈曲部であって、前記湾曲屈曲部の各々が、前記ベースプラットフォームに結合された固定端部と、前記頂部取り付けプレートに結合された浮動端部とを有し、絶縁されるべき前記対象物の重量によって剪断力が加えられるように構成され、前記ベースから片持ち梁状に支持されていることを特徴とする振動アイソレータ。
10. 前記の湾曲屈曲部の各々が、水平方向にのみ運動可能なように制限されていることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の振動アイソレータ。
11. さらに、前記頂部取り付けプレートに結合された一端部と、前記ベースプラットフォームに結合された他端部を有する少なくとも１つの圧縮スプリングまたは圧縮スプリング状要素を備えていることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の振動アイソレータ。
12. さらに、前記頂部取り付けプレートに結合された一端部と、前記ベースプラットフォームに結合された他端部を有する少なくとも１つの圧縮スプリングまたは圧縮スプリング状の要素を備えていることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の振動アイソレータ。
13. 前記湾曲屈曲部の各々が、低い水平剛性と高い鉛直方向座屈荷重を有していることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の振動アイソレータ。
14. 前記湾曲屈曲部の少なくとも１つが、第一の面、第二の面および前記第一の面と前記第二の面との間に配置された曲げ部（bend）を有していることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の振動アイソレータ。
15. 前記屈曲部が、ペイロードの方向に平行な曲げ軸を画定していることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の振動アイソレータ。
16. 前記各湾曲屈曲部の前記第一の面と前記第二の面が互いに垂直に配置されていることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の振動アイソレータ。
17. 前記湾曲屈曲部の少なくとも１つが、Ｓ字形状構造を有していることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の振動アイソレータ。
18. さらに、前記湾曲屈曲部の各々を前記ベースプラットフォームに結合する取り付けアセンブリーを備えたことを特徴とする請求の範囲第９項に記載の振動アイソレータ。
19. 絶縁されるべきペイロードとベースの間において、水平運動絶縁を実現する方法であって、
    各々が固定端部と浮動端部を有する複数の湾曲屈曲部を提供し、
    前記湾曲屈曲部の各々の前記固定端部を前記ベースに結合し、
    前記ペイロードを、前記湾曲屈曲部の各々の前記浮動端部に結合して、前記湾曲屈曲部の各々の前記浮動端部が片持ち支持され、前記ペイロードの重量によって剪断荷重が加えられることを許容するように構成されたことを特徴とする水平運動絶縁を実現する方法。
20. 前記ペイロードの重量が、ペイロード方向を画定し、前記湾曲屈曲部の各々が、前記ペイロード方向を横切る方向にのみ運動可能なように制限されていることを特徴とする請求の範囲第１９項に記載の方法。

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