JP3375996B2 - 支持構造体と被支持構造体の間で振動を受動的に絶縁するための振動絶縁および減衰装置 - Google Patents

支持構造体と被支持構造体の間で振動を受動的に絶縁するための振動絶縁および減衰装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は粘性絶縁装置に関するも
のであり、更に詳しく言えば、取付けベースが多数の自
由軸に沿って支持構造体に対して動けるようにされてい
る、支持構造体上の反動輪を絶縁するための振動絶縁装
置および減衰装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】望遠鏡のもののような照準制御システム
に用いられる宇宙船の反動輪組立体は宇宙船の構造体へ
振動を出すことがある。その結果として、宇宙船に搭載
されている光センサ内の画像がぼけることになる。反動
輪組立体の電磁装置およびその電磁装置の駆動用電子装
置が不完全であること、回転子の釣合いが取れていない
こと、スピン軸受が不完全であることのために、反動輪
組立体が回転した時に振動擾乱を生ずる。化学反応推進
装置がない光学素子を位置決めさせるために反動輪組立
体は希望の制御トルクを供給するから、絶縁装置は特定
の固有振動数より高い振動数を減衰し、希望の制御トル
クの伝達を妨げることなしに１つまたは複数の自由度に
おけるピーク係数を持たねばならない。正確さを保つた
めに、地上（１Ｇ）と軌道（０Ｇ）上の両方で支持構造
体と被支持構造体の間の振動を絶縁せねばならない。
【０００３】振動を絶縁する１つの装置が米国特許第
３，５４０，６８８号に記載されている。その米国特許
によれば、支持装置が二脚および四面体に構成された枢
支された単軸絶縁装置を採用し、それらの絶縁装置はユ
ニバーサル回転継手により支持されて運動する装着装置
を構成する。米国特許第４，８４８，５２５号には、直
線アクチュエータの上に装着されて磁気支持された位置
決め装置を有する能動六自由度ポインティングおよび絶
縁装置が開示されている。上記絶縁装置にとって重要な
ことは絶縁要素の設計である。典型的には、従来の絶縁
要素は１５Ｈｚのオーダまたはそれより高い、比較的高
い振動数のために設計されていた。したがって、地上の
荷重１Ｇおよび打ち上げ時の振動による方向偏差は比較
的小さく、制約する要因ではない。しかし、ある用途で
は、１つまたは複数の自由度の特定の固有振動数および
ピーキング係数を供給することを求められる。したがっ
て、磁気で支持される輪の用途では、半径方向の並進運
動は比較的低い振動数（４．０Ｈｚ）における絶縁が求
められ、磁気支持制御装置との相互作用を避けるため
に、非常に厳密に制御される振動数およびピーキング係
数が６つの自由度の全てに対して指定される。更に、絶
縁装置は地上環境と軌道環境の両方で動作することを求
められる。強く取付けられた絶縁装置を利用している従
来の装置では、４Ｈｚにおける半径方向の並進振動数を
正確に制御できなかった。
【０００４】更に、粘性で減衰させられる絶縁装置は、
制御される環の内部の流体のせん断により軸線方向に減
衰するように構成されていた。半径方向の減衰は軸線方
向の減衰と比較して非常に低く、正確に制御できなかっ
た。したがって、半径方向並進絶縁装置振動数のピーキ
ング係数を正確に制御できなかった。更に、半径方向の
方向偏差は、軸線方向および半径方向の減衰を良く行う
ために比較的小さくなければならない環の半径方向間隙
に制限されていた。低振動数半径方向並進絶縁装置は従
来の絶縁装置より大きい値の半径方向運動を必要として
いた。また更に、低い半径方向の剛体へ結合された小さ
い半径方向の間隙が１Ｇにおける半径方向の動作を阻止
し、その結果として絶縁装置は打ち上げ振動中のストッ
パーの間で振動し、衝撃荷重が反動輪組立体へ伝えられ
ることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、軸線方向の
加重だけを支持するために各端部が枢支される絶縁要素
の六脚ポッドを設けることにより前記諸制約を避けるも
のである。打ち上げ中に衝撃により発生された荷重が絶
縁要素へ伝えられることを避けるように、移動制限スト
ップが構造体へ組込まれる。希望の共振振動数で最大に
できる同調可能な粘性ダンパーが設けられる。
【０００６】本発明は、制御トルクを発生するトルク発
生装置を含む被支持構造体を支持構造体に関して６つの
自由度にわたって動かせるようにしながら、支持構造体
と被支持構造体の間で振動を受動的に絶縁する振動絶縁
および減衰装置を得ることにより、従来技術の諸問題を
解決するものである。所定の角度でねじられている３組
の絶縁装置が二脚すなわち対にまとめられ、それらの絶
縁装置はペイロードの重心の平面内で被支持構造体へ取
付けられる。ペイロードの回転および並進運動中に軸線
方向荷重だけが絶縁装置の各要素により支持されるよう
に、絶縁装置の各要素は各端部に枢着される。被支持構
造体の許容曲がりを最大にするように、および衝撃加重
が絶縁装置の角度ピボットを介して伝わることを避ける
ように、移動制限ストップを装置に組み込むことができ
る。更に詳しくいえば、本発明は、被支持構造体を支持
するためのクレードルと、おのおのボデイを有する複数
の絶縁装置と、支持構造体へたわむことができるように
して固定される第１の端部と、クレードルへたわむこと
ができるようにして固定される第２の端部とを備え、絶
縁装置はクレードルを支持構造体に関して相対的に動く
ことができるよにして支持する。絶縁装置はクレードル
の上の共通ベースの上に対となって配置され、支持構造
体に関して与えられた角度だけねじられる。絶縁装置対
は、支持構造体およびクレードルの中心を通る方位軸に
ほぼ平行である。絶縁装置は方位軸を中心としてほぼ等
角度で配置された対で配置され、被支持構造体を支持構
造体に対して運動学的関係を維持しながら、各絶縁装置
の両端部が軸線方向に相対的に動くことができ、かつ各
絶縁装置がそれぞれの長手方向に沿って相対的に動くこ
とができるように、絶縁装置の各端部において少なくと
も２つの自由度を与えるたわみ継ぎ手が設けられる。宇
宙船の他の構造体への反動輪組立体の望ましくない振動
数の伝達を抑制しながら、トルク発生装置の制御トルク
発生振動数の伝達を行えるようにする複雑な機械的イン
ピーダンスを振動数の関数として供給するために絶縁装
置は構成される。更に詳しくいえば、絶縁装置対はほぼ
１２０度離れて配置され、各絶縁装置は支持構造体の平
面に対してほぼ３８．３度傾けられる。絶縁装置の第２
の端部を支持することによりそれのたわみ継ぎ手の面が
被支持構造体の重心を含むように、支持構造体の装着面
が分布させられる。好適な実施例においては、この装置
は支持構造体に対するクレードルの最大運動を制限する
手段を含む。そうすると、許容運動は、絶縁装置により
設けられた支持構造体に対するクレードルの最大運動よ
り小さい。それらの制約は一対の同軸金属管により行わ
れる。それらの金属管の方位軸に近い第１の端部が連結
され、クレードルの平面に平行に、かつクレードルを通
る方位軸に対して放射状に配置される。外側の端部は一
対の絶縁装置の第１の端部において支持構造体へ固定す
ることが好ましく、クレードルにはストップが外側へ放
射状に延長するための所定の間隙を有する開口部が設け
られる。反動輪組立体の振動により引き起こされたクレ
ードルの曲がりにより、ストップ・アームに所定の反力
をクレードルへ弾力的に加えさせることによって、絶縁
装置が所定の値より大きく曲がらないように抑制するよ
うに、ストップ・アームは内側の管へ取付けられ、クレ
ードルの動きを抑制するために配置される。別の好適な
実施例においては、粘性振動および減衰絶縁装置は内面
および外面を有するベース部材と、外面を支持構造体へ
取付けるための備えとを有する。第１のベローズがベー
ス部材の内側へ連結されて流体シールを形成し、他端部
が軸線方向に整列されているピストンの第１の面へ連結
されてベース部材と、第１のベローズと、ピストンと
が、制動流体を充たされる第１の流体室を構成する。第
１のベローズは軸線方向に膨脹収縮できる。中空の主円
筒形ハウジングが閉じられた第１の端部と、開かれてい
る第２の端部を有する。そのハウジングはピストンと軸
線方向に整列させられ、それの周縁部がピストンの第２
の面へ連結される。第２のベローズが主円筒形ハウジン
グの中に受けられ、第１のベローズに軸線方向に整列さ
せられる。それの第１の端部がピストンの第２の向き合
う面へ連結され、第２の端部が、主円筒形ハウジングの
内部に同軸状に配置されている第２の中空円筒形ハウジ
ングへ連結される。第２のベローズも軸線方向に膨脹収
縮でき、それの外径は主円筒形ハウジングの内径より長
く、それの内径は第２の円筒形ハウジングの外径より長
い。したがって、第２の中空円筒形ハウジングと、第２
のベローズと、ピストンとは第２の流体室を構成する。
この第２の流体室にも減衰流体が充たされ、ピストンの
軸線方向孔を介して第１の流体室と通じる。第２の中空
円筒形ハウジングには閉じられた端部と、第２のベロー
ズに対する流体シールを形成する外部の中央に配置され
るフランジも設けられる。ピストンには軸線方向の孔が
設けられる。その孔の中に軸線方向の軸が摺動できるよ
うにして配置される。その軸線方向の軸の末端部はベー
ス部材の内面へ連結され、それの近端部が第２の中空円
筒形ハウジングの第１の端部へ連結される。軸線方向名
は軸線方向の軸と共に半径方向間隙を形成する。その半
径方向間隙は第１の流体室と第２の流体室の間で流体結
合する。ベースとピストンの間に置かれ、第１のベロー
ズの周囲に複数となって配置される調整ばねにより、ダ
ンパの剛性が大きくされる。絶縁装置にはステムも設け
られる。そのステムは主円筒形ハウジングの閉じられて
いる端部へ連結される。それは、ステムへ力が加えられ
た時にピストンを軸線方向へ動かすようにされ、被支持
構造体の振動によりステムが主円筒形ハウジングの軸線
方向へ動く時に、流体の粘性抵抗を利用することにより
ステムの往復運動を減衰させる。第２の円筒形ハウジン
グの中に温度補償ベローズを設けることにより温度補償
を行うことが好ましい。それは、第２の円筒形ハウジン
グの閉じられている端部により形成された端部キャップ
と共に流体シールを形成する。正圧を生じさせるために
補償ばねがベローズの内部に配置される。ベローズと第
２の円筒形ハウジングが第３の流体室を形成する。その
第３の流体室には流体が充たされ、半径方向間隙まで軸
線方向の軸に設けられている流体通路を介して第１の流
体室と第２の流体室へ連結され、それにより温度補償器
と第１の流体室および第２の流体室の間で流体を交換で
きるようにして、温度が変化しても装置内部の流体圧を
一定に保つ。
【０００７】
【実施例】図面とくに図１と図２を参照すると、本発明
に従って構成された絶縁装置の好適な実施例はベースす
なわち支持構造体１０と、複数の粘性絶縁器１４により
支持構造体に支えられるフレームすなわちクレードル１
２とを有する。クレードル１２には、Ｙ形にある角度を
おいて隔てられている複数の部材１６が備えられてい
る。各部材１６は別のアーム部材１６からほぼ１２０度
だけ隔てられる。反動輪組立体を装着するための複数の
装着面１３がクレードル１２の上に横方向に等距離に配
置される。絶縁器のステム端部を支持するために、部材
１８がクレードルの各端部で直角に延びている。各絶縁
器にはたわみ継ぎ手２０が設けられる。その継ぎ手によ
り関連する絶縁器を少なくとも２つの次元で自由に並進
運動できるようにされる。それらの継ぎ手は球面軸受け
また二軸たわみで形成できる。このようにして、ステム
を支持するたわみ継ぎ手の平面が反動輪組立体の重心を
含むように構成される。関連する絶縁器のステム２４に
触れないように、１つの絶縁器ステム２２の横方向がオ
フセットされる。非支持構造体へ電気的に接続するため
に、クレードル１２は関連するケーブルおよびコネクタ
２８も支持する。
【０００８】クレードルの許容相対変位が絶縁器の設計
によって与えられる変位より小さくなるように、支持構
造体１０に対するクレードル１２の最大変位を制限する
ストップ組立体２６が設けられる。図５〜８に示されて
いる一実施例においては、絶縁器の動きを制限するため
のストップは、支持構造体１０とクレードル１２の間の
各絶縁器対に配置される。この構成によってストップは
絶縁器の要素と平行に置かれ、その結果、ストップの接
触力が絶縁器の要素とピボットたわみを介して加えられ
ることはない。方位方向の加速度による予測並進運動
を、許容誤差を見込んで行えるようにするためにストッ
プの場所を選択できる。ストップの特別の例を以下に示
す。
【０００９】次に図２を参照する。本発明は、３つの絶
縁器対の対照的なパターンで配置された同一の一自由度
絶縁要素１４の６つの系で構成される。その系において
は各要素対は１２０度離れている点Ａ、ＢまたはＣで接
続される。それらの要素は３つの対の組すなわち二脚に
まとめられる。それらの組の反動輪の重心の平面内で半
径Ｒの位置でクレードルへ取付けられる。各絶縁器対の
要素は、長手方向に延長するＺ軸すなわち方位軸からあ
る角度だけねじられ、ＸＹ平面に対して直角である。そ
の角度は取付け点Ａ，ＢまたはＣを重心Ｍへ結ぶ線の周
囲で測られる。好適な実施例においては、各絶縁器要素
対のベース３０は支持構造体１０により形成される。好
適な実施例においては、各絶縁器対の各絶縁器部材はＺ
軸に対してほぼ３８．３度だけ傾けられる。
【００１０】次に、図３を参照して本発明の粘性絶縁器
を説明する。この絶縁器１４はベース部材３２を含む。
このベージ部材は外面と内面を有し、外面は下側ピボッ
ト部材２０により支持構造体（図示せず）へ連結され
る。下側ベローズ３３の第１の端部がベース３２の内面
３４へ連結され、接合されて流体のシールを行い、構造
体を一体にする。下側ベローズ３３の上端部がピストン
３５へ接合されて流体のシールを行い、構造体を一体に
する。ベローズ３３は軸線方向に膨張収縮可能であり、
ベース３２およびピストン３５とともに、シリコンのよ
うな適当な減衰流体を充たすべき第１の流体室を形成す
る。上側円筒形ハウジング３６は閉じられた端部３７を
有する。その端部はオフセット・ステム２２へ構造的に
取付けられる。円筒形ハウジング３７はピストン３５と
軸線方向に整列させられ、ハウジング３６の開かれてい
る端部３８がピストン３５へ構造体に連結される。第２
のベローズ４０がベローズ３３と軸線方向に整列させら
れ、上側円筒形ハウジング３６の内部に配置される。ベ
ローズ４０の第１の端部がピストン３５および円筒形ハ
ウジング３６の開かれている端部と共通に連結される。
ベローズ４０の第２の端部が第２の円筒形ハウジング４
２へ連結される。その円筒形ハウジングは上側の円筒形
ハウジング３６の内部に同軸状に配置される。ベローズ
４０も上側円筒形ハウジング３６の軸線方向に膨張収縮
可能であり、第２の円筒形ハウジング４２とベローズ４
０の間に、制動流体が充たされる第２の流体室を形成す
るように、それの内径は円筒形ハウジング３６の外径よ
り多少長い。
【００１１】ピストン３５には軸線方向の穴が設けられ
る。円筒形ハウジング４２の下端部が閉じられ、上端部
には端部キャップが被せられる。その端部キャップには
環状の穴が開けられ、第２のベローズに対する流体シー
ルを形成するために外側フランジを有する。ピストン３
５の穴の中に軸線方向の軸４３が挿入されて、その軸と
ピストンの内面との間に半径方向の間隙を形成する。こ
の半径方向の間隙は第１の流体室と第２の流体室を流体
的に連結する。軸４３の下端部がベース部材３２の内面
３４へ連結され、それの上端部が円筒形ハウジング４２
へ連結され、第３の流体室へ連結するための環状の孔が
設けられる。その第３の流体室の機能についてはあとで
説明する。
【００１２】ベローズは剛性が低いので、ベース３２の
内面とピストン３５の間に複数の調整ばねが第１のベロ
ーズ３３の外周の周囲にほぼ等しい角度間隔をおいて配
置される。すなわち主ベローズと並列にコイルばねが置
かれる。所要の剛性を得るようにそのコイルばねを調整
する。その剛性の約３分の１が多数のベローズに割り当
てられ、３分の２がコイルばねに割り当てられる。
【００１３】各対中の１つの絶縁器はステム２２も含
む。そのステムは図示のようにずらすこたができ、上側
のピボット２０へ力が加えられた時にピストン３５を軸
線方向へ動かすようにハウジング３６へ取付けられ、前
記ずれにより絶縁器のステムおよび近くの絶縁器のステ
ムは、支持構造体の必要なスペースを最小にして、自由
に動くことができる。
【００１４】第１のベローズ３３に冗長シールを提供す
るために第３のベローズ４５が用いられる。その第３の
ベローズはベース３２とピストン３５の間で流体シール
を行う。円筒形ハウジング３６と円筒形ハウジング４２
により形成された囲みとベローズ４５の間で圧力を通じ
合わせることができるようにするために流体通路が設け
られる。この目的のために通気ポート４６が設けられ
る。流体室に減衰流体を充たすために流体ポート４７が
用いられる。
【００１５】温度変化による流体の体積の変化が、減衰
流体に圧力を加えるように作用するばねに加重ピストン
により補償される。軸線方向軸に設けられている小さい
流体通路が流体の圧力が温度に対してほぼ一定に維持さ
れている環状通路の中間部で主流体体積へ補償器の体積
を結合する。この温度補償は、円筒形ハウジング４２の
内部に配置されて、下側端部キャップ５０によりシール
され、円筒形ハウジング４２の上側端部キャップにより
囲まれる温度補償ベローズ４８によって行われる。減衰
流体を、動作中に得られる最高圧力の半分まで実効的に
加圧するように、下側端部キャップに所定の圧力を加え
るために温度補償器ばね５２が配置される。温度上昇に
より流体が膨張すると、温度補償ベローズ４８が収縮さ
せられて、膨張させられた流体のための余分のスペース
を提供し、しかも温度補償器ばねにより所定の圧力を維
持し、それにより第１の流体室と第２の流体室および絶
縁器の減衰間隙の内部の過圧状態を開放してほぼ一定の
装置圧力を維持する。予負荷ばね５２により温度補償ベ
ローズ４８において維持される軸線方向の力が、広い温
度条件範囲にわたって減衰流体に正の圧力を加える。
【００１６】絶縁器１４のベース３２へ下側ピボット２
０が取付けられ、ステム２２へは同一の構造の上側ピボ
ット２０が取付けられる。絶縁器要素の両方の端部へそ
れらの自由に動く継ぎ手を設けることにより、任意の方
向にクレードル１２へ加えられる衝撃または振動負荷は
絶縁器要素のそれの運動中に軸線方向の負荷のみへ変換
される。したがって、１つの自由度に沿うばねおよびダ
ンパーの性能を最大にできる。図４はたわみ継ぎ手すな
わちたわみピボットの好適な実施例の斜視図である。絶
縁器の各端部でピボットは２つの角度自由度を有する。
それらのピボットは、中実の円筒形に機械加工された直
角に曲げられる２つの要素で構成されるから、それらの
ピボットは装置に摩擦を導入しない。比較的低い剛性を
有するから、たわみは絶縁器へ大きい曲げ負荷が加えら
れるのを阻止する。
【００１７】次に、このようにして製作された絶縁器１
４の動作を説明する。ベース３２が流体室５４へ向かっ
て押されるように下側ピボット２０が軸線方向へ動く
と、流体室５４の中の減衰流体のいくらかが、ピストン
３５の環状孔の中に形成されている半径方向間隙に通っ
て流体室５３の中に流れ込む。このようにして減衰流体
がピストン３５の中を流れると、軸線方向の軸４３によ
る流体の粘性抵抗により減衰力が発生される。その結
果、ピストン３５はその抵抗を受けてベローズ４０を圧
縮する。それと同時に、流体室５３の内部の流体が下側
ピボット２０の圧縮の深さに従って圧縮される。したが
って、ベローズ３３と４５が収縮し、それにより流体室
５４の容量が減少するから、その内部で流体により加え
られる力は増大する。他方、下側ピボット２０が主円筒
形ハウジング３６から離れるような向きに動くとする
と、流体室５３の内部の流体のいくらかがベース３２と
ピストン３５の間の流体室５４の中に流れ込む。また、
この場合には、ベローズ４０が伸びて流体がピストン３
５の内部の制約する半径方向の間隙を通って流れるか
ら、ステム２２の動きは減衰される。延長する向きの下
側ピボット２０の動きに応じて流体室５４の容量が増大
するから、ベローズ３３と４５は伸びる。したがって、
下側ピボット２０がステム２２に対して繰返し伸びた
り、縮んだりすると、またはステム２２が下側ピボット
２０に対して縮んだり、伸びたりすると、絶縁器は緩衝
器、振動吸収器、および減衰器として作用する。
【００１８】次に、打上げ中または無重力空間内でひき
起こされる過大な変位から絶縁器要素を保護する装置を
制限する構造が示されている図５〜８を参照する。図５
は支持構造体１０と、クレードル１２と、動き制限開口
部２６と、動きストップ６０，６１とを概略的に示す概
念的な平面図である。図示の構造においてはストップ６
０，６１はクレードルから支持される。しかし、別の実
施例においては、ストップ６０，６１を支持構造体１０
へ連結してクレードル１２に設けられている開口部を作
動的に制限する。この別の構造が図９と図１０に示され
ている。図５を参照すると、部材６２は、ベース構造体
１０へ取付けられ、運動制限開口部２６が設けられる。
この運動制限開口部はストップ６０，６１をそれぞれ所
定の限度内で動かせるように構成される。次に、ストッ
プ組立体が示されている図６を参照する。部材６２に運
動制限開口部２６が形成される。ストップ部材６０は軸
受け６４とクランク６５を含む同軸管組立体６３で構成
される。この図では、同軸管組立体はクレードル１２か
らつるされる。その軸受けの内部で同軸管組立体６３は
回転できるようにされる。図６の矢印７−７に沿う断面
図が図７に示されている。同軸管組立体６３はストップ
部材６６へ取付けられているクランク・アーム６５を支
持する。同軸管組立体６３はブッシング６４により支持
される。
【００１９】次に、同軸管組立体６３の詳細な断面図が
示されている図８を参照する。同軸管組立体６３は第１
の同軸管６６と第２の同軸管６７で構成される。それら
の同軸管はクレードル１２の平面と平行に配置され、端
部６８が溶接、ろう付け、またはその他の類似の手段に
より接合される。外側の管６６の１つの端部がベース構
造体１０へ固定される。内側の管６７の自由端部に軸６
９が設けられる。その軸６９は支持軸受け６４を貫通し
てクランク・アーム６５まで伸びる。クランク・アーム
６５にはストップ部材６０が軸６９に対して直角に設け
られる。被支持構造体の動きによりひきおこされるクレ
ードル１２の方向偏差に応じて、ストップ部材６０はク
レードルの所定の方向偏差の後で開口部２６に係合させ
られる。それによって自由アーム６５がトルクを内側の
管６７へ加えさせられ、所定の反力をクレードル１２へ
弾力的に加えさせられ、それにより絶縁器要素が、同軸
管組立体６３のばね定数と、ストップ部材６０と、運動
制限開口部２６とにより決定された所定の値より大きく
曲がることを制約する。
【００２０】図９と図１０は運動制限構造体の別の実施
例を示す。クレードル１２にはストップ部材６０を受け
るためのスロットが設けられる。そのストップ部材はク
ランク・アーム６５と再び係合して、ここではベース構
造体１０へ固定されている同軸管組立体６３から制限力
を生ずる。
【００２１】絶縁器の確定的設計によって、力と、力の
向きと、予測される振動の振動数の範囲と、振動の振幅
と、振動の向きとが与えられた時に、弾性部材の求めら
れている減衰量と、求められている剛性を定めるための
計算を行えるようにされることが、以上の説明からわか
る。この運動学的構造体は、支持構造体の変形と、望ま
しくない制約を加えることなしに絶縁器要素を支持構造
体へ連結するたわみ継ぎ手の取付け誤りに対して適応で
きる。
【００２２】要素の設計要求は装置の周波数とピーク
（Ｑ）要求から得ることができる。要素の剛性（Ｋ）
と、減衰定数（Ｃ）と、ねじれ角度()とは、たとえば、
Ｘ／Ｙ移動振動数（ｆｘ）と、Ｘ／Ｙ回転振動数（ｆ
ｘ）と、Ｘ／Ｙ移動ピーキング振動数（Ｑｘ）とに一致
するように選択できる。図１１〜１４に示すように、定
常状態周波数応答を既知の定数および伝達関数から計算
できる。等弾性剛性に対してねじれ角度()を選択するこ
とが可能である。ここに、Ｋｘ＝Ｋｙ＝Ｋｚである。方
位軸に対して傾けられている絶縁器要素を配置すること
により、Ｚ軸に沿うクレードルの動きに関して、剛性が
大幅に増大された装置を得ることができる。更に詳しく
いえば、軸線を中心とする支持要素の剛性に起因する軸
線方向の制約は角度の余弦の平方根と共に変化する。し
たがって、装置の軸線方向剛性は角度の増大と共に減少
する。
【００２３】図１１はＸ軸に沿う並進の伝達が４Ｈｚで
最大に達し、その後で急速に減衰することを示す。Ｙ軸
並進は図１２に示されている類似の特性に従う。図１３
と図１４はＸ回転軸とＹ回転軸に沿い、約９〜１０Ｈｚ
で最大になる、対応する回転伝達特性を示す。磁気支持
制御トルクを効果的に加えるための剛性を持たせるため
に、Ｘ軸とＹ軸の回転のために９〜１０Ｈｚの共振振動
数が求められる。したがって、Ｘ座標とＹ座標の広い振
動数範囲にわたって十分な絶縁が得られ、しかもＸ，
Ｙ，Ｚのそれぞれの軸を中心として希望の制御トルクを
伝えることができる。
【００２４】打上げ条件下における最大方向偏差と最大
衝撃負荷の間で折り合いをつけるために、停止剛体がセ
ットされる。絶縁器要素の設計により、飛行中よりも打
上げ中の減衰定数を大きくするために、非直線減衰技術
を使用することもできる。より高い減衰によりストロー
クを増大する必要なしに衝撃負荷を減少できる。
【００２５】調整ばねの新規な使用によって、非常に厳
格に制御された周波数応答を得るために絶縁器要素の剛
性を調整するために安くて便利な技術が得られる。調整
ばねはインターフェイスの次元を増さないようにして位
置させられる。上側のベローズと下側のベローズは必要
とする剛性の約３分の１を負担するように構成される。
残りの剛性は調整ばねと冗長シールベローズが供給す
る。金属ベローズは寸法の管理と剛性の調整をよりよく
行えるから、金属ベローズは合成ゴムその他のポリマー
製のベローズより好ましい。粘性の異なる減衰流体を用
いることにより減衰係数を大幅に変更できる。したがっ
て、この設計により性能の最適化における大幅な可撓性
が得られる。
【００２６】以上、望ましくない振動数を抑制して制御
トルク発生振動数の伝達を許す複雑な機械的インピーダ
ンスを本発明は供給するようにされているが、そのよう
な制御トルクが存在しない時に、この絶縁器構造を振動
絶縁と減衰を行うために用いることもできる。更に、絶
縁器はＺ軸に関して所定の角度だけねじられ、絶縁器対
のベースとＺ軸からの共通半径Ｒにおける絶縁器の上側
継ぎ手を有するが、希望の並進軸または回転軸の伝達特
性を得るために異なる半径でベースと上側継ぎ手が構成
される場合には、絶縁器の別の姿勢が望ましいことがあ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】地球軌道宇宙船に用いられている本発明の多軸
絶縁装置の斜視図である。
【図２】本発明の六脚形状を示す略図である。
【図３】本発明に従って製作された振動絶縁器要素の横
断面図である。
【図４】図３に示されている多軸ピポットの斜視図であ
る。
【図５】クレードルの許容曲りを予め決定するために用
いられる運動制限器要素の一実施例の概念側面図であ
る。
【図６】図５の運動制限器ストップの側面図である。
【図７】図６のストップ組立体の拡大図である。
【図８】図６のストップ組立体に対応する横断面図であ
る。
【図９】本発明のストップ構造の別の実施例の平面図で
ある。
【図１０】図９の構造の端面図である。
【図１１】Ｘ軸に沿う並進運動に対する周波数の関数と
しての伝動損失を示すグラフである。
【図１２】Ｙ軸に沿う並進運動に対する周波数の関数と
しての伝動損失を示すグラフである。
【図１３】本発明の好適な実施例のＸ軸を中心とする回
転に対する周波数の関数としての伝動損失を示すグラフ
である。
【図１４】Ｙを中心とする回転に対する周波数の関数と
しての伝動損失を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 支持構造体 １２ クレードル １４ 粘性絶縁器 １６ アーム ２０ たわみ継ぎ手 ２２，２４ ステム ２６ ストップ組立体 ３０ ベース ３２ ベース部材 ３３，４０，４５，４８ ベローズ ３５ ピストン ３６，４２ 円筒形ハウジング ４３ 軸 ５２ ばね ５３，５４ 流体室 ６０，６１ ストップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フランク・エム・シュミット アメリカ合衆国 85023 アリゾナ州・ フィーニックス・ノース 23アールディ アヴェニュ・17809 (56)参考文献 特開 平５−185997（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−208799（ＪＰ，Ａ) 米国特許3540688（ＵＳ，Ａ) 米国特許4848525（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B64G 1/38

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被支持構造体を支持構造体に関して６つ
    の方向自由度にわたって動けるようにしながら、前記支
    持構造体と被支持構造体の間で、与えられた振動数範囲
    にわたって、振動を受動的に絶縁するための振動絶縁お
    よび減衰装置において、 ａ．前記被支持構造体を支持するためのクレードルと、
    複数の絶縁器とを備え、各絶縁器はボディーと前記支持
    構造体に取り付けられる第１の端部と、前記クレードル
    に取り付けられる第２の端部とを有し、前記絶縁器は前
    記クレードルを前記支持構造体に対して支持し、前記複
    数の絶縁器の複数対は前記支持構造体に連結される共通
    の取付部に取り付けられており、かつ、前記取付部に対
    して所定の鋭角を成すほぼ二等辺三角形を構成するよう
    に配置された交差する長手軸を有し、前記絶縁器の複数
    対は、前記支持構造体と前記クレードルを通る方位軸に
    ほぼ平行に設けられているとともに前記方位軸の回りに
    ほぼ等しい角度で配置され、前記絶縁器の第１の端部と
    第２の端部のおのおのに、少なくとも２つの運動自由度
    を持つように装着された継ぎ手を設けて前記各絶縁器の
    両端が軸線方向に動くことができるよう構成し、前記被
    支持構造体と前記支持構造体とが前記複数の絶縁器を介
    して所定の運動学的関係に維持されている間、前記各絶
    縁器がそれぞれの長手軸に沿って動くことを可能にし、 ｂ．前記各絶縁器が振動数の関数として所定の機械的抵
    抗を発生して、前記与えられた振動数範囲にわたって、
    支持構造体と被支持構造体の間で振動を受動的に絶縁す
    るよう構成された振動絶縁および減衰装置。
  2. 【請求項２】 ａ．外面と内面およびその外面に支持構
    造体へ取付けるための手段を有するベース部材と、 ｂ．流体シールを形成するよう前記ベース部材の内面へ
    連結される第１の端部と、軸線方向に整列させられてい
    るピストンの第１の面へ連結される第２の端部とを備
    え、軸線方向に伸縮でき、かつ流体が入れられる第１の
    流体室を前記ベース部材、前記ピストンと共に形成する
    第１のベローズと、 ｃ．閉じられている第１の端部と開かれている第２の端
    部を有し、前記ピストンと軸線方向に整列させられ、前
    記ピストンの前記第２の面へ前記開かれている第２の端
    部が連結される第１の主円筒形ハウジングと、 ｄ．前記ピストンの第２の面へ連結される第１の端部
    と、前記第１の主円筒形ハウジングの中に同軸状に配置
    されている第２の中空円筒形ハウジングへ連結される第
    ２の端部とを有し、前記第１のベローズと軸線方向に整
    列させられ、前記第１の主円筒形ハウジングの中に受け
    られ、外径が前記第１の主円筒形ハウジングの内径より
    小さく、かつ内径が前記第２の円筒形ハウジングより大
    きい、前記第１の主円筒形ハウジングの軸線方向に伸縮
    できる第２のベローズであって、前記ピストンの軸方向
    の孔を介して前記第１の流体室との間で流体が流通可能
    な第２の流体室を、前記第２の円筒型ハウジングの外
    面、前記ピストンと共に形成する第２のベローズと、 ｅ．前記第２の円筒型ハウジングに設けられた第１、第
    ２の閉じられた端部と環状穴及び前記第２のベローズに
    対する流体シールを形成する外面中央に配置されたフラ
    ンジと、 ｆ．前記ピストンの軸方向の孔内にスライド可能に配置
    され、かつ一端部が前記ベース部材の内面に、他端部が
    前記第２の円筒形ハウジングの前記第１の端部にそれぞ
    れ連結され、前記第１の流体室と前記第２の流体室の間
    を流体結合する半径方向間隙を前記軸方向孔と共に形成
    する軸方向シャフト軸と、 ｇ．前記ベース部材の内面と前記ピストンの第１の面の
    間に配置され、軸線方向に所定の剛性を持たせるために
    前記第１のベローズの周囲に配置される調整ばねと、 ｈ．前記第１の主円筒型ハウジングの前記閉じられてい
    る第１の端部に連結されたステム手段であって、このス
    テム手段はそれへ力が加えられた時には、前記ピストン
    を軸線方向へ動かし、前記第１の主円筒形ハウジングの
    軸線方向に前記ステムが動いた時には、流体の粘性抵抗
    により、前記ステム手段の往復運動が制動される、粘性
    振動および減衰絶縁装置。
  3. 【請求項３】 被支持構造体を支持構造体に関して６つ
    の方向自由度にわた って動けるようにしながら、与えら
    れた振動数範囲にわたって前記支持構造体と被支持構造
    体の間で振動を受動的に絶縁するための振動絶縁および
    減衰装置において、 ａ．前記被支持構造体を支持するためのクレードルと、 ｂ．複数の絶縁器であって、これらの各絶縁器はボディ
    ーと前記支持構造体に取り付けられる第１の端部と、前
    記クレードルに取り付けられる第２の端部とを有し、前
    記絶縁器は前記クレードルを前記支持構造体に対して支
    持し、前記複数の絶縁器の複数対は前記支持構造体に連
    結される共通の取付部に取り付けられており、かつ、前
    記取付部に対して所定の鋭角を成すほぼ二等辺三角形を
    構成するように配置された交差する長手軸を有し、前記
    絶縁器の複数対は、前記支持構造体と前記クレードルを
    通る方位軸にほぼ平行に設けられているとともに前記方
    位軸の回りにほぼ等しい角度で配置され、前記絶縁器の
    第１の端部と第２の端部のおのおのに、少なくとも２つ
    の運動自由度を持つように装着された継ぎ手を設けて前
    記各絶縁器の両端が軸線方向に動くことができるよう構
    成し、前記被支持構造体と前記支持構造体とが前記複数
    の絶縁器を介して所定の運動学的関係に維持されている
    間、前記各絶縁器がそれぞれの長手軸に沿って動くこと
    を可能にし、 ｃ．前記各絶縁器が振動数の関数として所定の機械的抵
    抗を発生して、前記与えられた振動数範囲にわたって、
    支持構造体と被支持構造体の間で振動を受動的に絶縁す
    るよう構成され、 ｄ．前記複数の絶縁器はほぼ１２０度間隔で３つの絶縁
    器対を形成するよう配置され、かつこれらの各絶縁器対
    のおのおのの絶縁器は前記クレードル面に対してほぼ３
    ８．３度傾けられており、 ｅ．さらに、前記クレードルは前記被支持構造体を支持
    するため外側に等角度間隔で分布された複数の装着面を
    備えるとともに前記複数の絶縁器の第２の端部を支持す
    るため前記絶縁器対にそれぞれ連結する部材を備えて、
    前記複数の継ぎ手が形成する面が前記被支持構造体の重
    心を含むように構成し、 ｆ．前記絶縁器は前記ボディーから前記第２の端部支持
    部材まで延長するステムを有し、関連する絶縁器のステ
    ムの間に間隙を設けるために、各絶縁器対中の少なくと
    も１つの前記ステムの一部が横方向にずらされ、 ｇ．前記絶縁器により与えられる前記支持構造体に対す
    る前記クレードルの最大運動より小さい運動範囲となる
    よう前記クレードルの最大運動を制限する手段をさらに
    設け、この制限手段は前記クレードル面に平行にかつ前
    記クレードルが通る方位軸に対して半径方向に配置され
    るとともに前記方位軸に近接した第１の端部で連結され
    た同軸の第１、第２の金属管を有し、第１の金属管は前
    記絶縁器対に近接したクレードルに取り付けられ、この
    クレードルには外側及び半径方向に延びる動きストップ
    のための所定のクリアランスを有する穴が設けられてお
    り、前記動きストップは前記支持構造体に対する前記ク
    レードルの運動を制限するために前記第２の金属管の第
    ２の端部に取り付けられており、前記被支持構造体の運
    動により生ぜられるクレードルのたわみが前記動きスト
    ップに当該クレードルに対する抗力を弾性的に生じさせ
    て、所定以上のたわみが前記絶縁器に作用しないように
    した支持構造体と被支持構造体の間で振動を受動的に絶
    縁するための振動絶縁および減衰装置。
  4. 【請求項４】 ａ．外面と内面およびその外面を支持構
    造体へ取付けるための手段を有するベース部材と、 ｂ．流体シールを形成するために前記ベース部材の内面
    へ連結される第１の端部と、軸線方向に整列させられて
    いるピストンの第１の面へ連結される第２の端部とを備
    え、軸線方向に伸縮でき、流体が入れられる第１の流体
    室を前記ベース部材および前記ピストンと共に形成する
    第１のベローズと、 ｃ．閉じられている第１の端部と開かれている第２の端
    部を有し、前記ピストンと軸線方向に整列させられ、前
    記ピストンの前記第２の面に前記開かれている第２の端
    部で連結される第１の主円筒形ハウジングと、 ｄ．前記ピストンの第２の面へ連結される第１の端部
    と、前記第１の主円筒形ハウジングの中に同軸に配置さ
    れている第２の中空円筒形ハウジングへ連結される第２
    の端部とを有し、前記第１のベローズと軸線方向に整列
    させられ、前記第１の主円筒形ハウジングの中に受けら
    れ、外径が前記第１の主円筒形ハウジングの内径より短
    く、内径が前記第２の円筒形ハウジングより大きく、前
    記第１の主円筒形ハウジングの軸線方向に伸縮可能に構
    成されるとともに、前記第２の中空円筒ハウジングの外
    面とピストンとともに、該ピストンの軸方向の孔を介し
    て前 記第１の流体室と連絡する第２の流体室を形成する
    第２のベローズと、 ｅ．前記第２の円筒型ハウジングに設けられた第１、第
    ２の閉じられた端部と環状穴及び前記第２のベローズに
    対する流体シールを形成する外面中央に配置されたフラ
    ンジと、 ｆ．前記ピストンの軸方向孔内をスライド可能に配置さ
    れ、一端部が前記ベース部材の内面へ連結され、他端部
    が前記第２の円筒形ハウジングの前記第１の端部へ連結
    され、前記第１の流体室と第２の流体室の間を流体結合
    する半径方向間隙を前記軸方向孔と共に形成する軸方向
    シャフトと、 ｇ．前記ベース部材の内面と前記ピストンの第１の面の
    間に配置され、所定の軸線方向の剛性を持たせるために
    前記第１のベローズの外周に配置される調整ばねと、 ｈ．前記第１の主円筒形ハウジングの閉じられている第
    １の端部へ連結され、力が加えられたとき前記ピストン
    を軸方向に動かすステム手段であって、このステム手段
    が前記第１の主円筒ハウジングの軸方向に動いたとき流
    体の粘性抵抗により当該ステム手段の往復動が減衰させ
    られ、 ｉ．前記第１のベローズを囲むとともに、前記調整バネ
    の配置径より小さい外径を有し、かつ前記ベースの内面
    と前記ピストンの第１の面との間の流体シールをもたら
    す第３の伸縮可能なベローズと、前記第１の主円筒ハウ
    ジングと第２の中空円筒ハウジングにより形成される空
    間と前記第３のベローズとの間で圧力を伝達する前記ピ
    ストンに設けられた圧力伝達路と、 ｊ．前記第２の円筒形ハウジングの中に配置され、前記
    第２の円筒形ハウジングの第２の閉じられた端部により
    形成された端部キャップと共に流体シールを形成する第
    １の端部を有し、前記第２の円筒形ハウジングと共に、
    前記軸方向シャフトに設けられた流体通路を介して前記
    半径方向間隙と前記第１の流体室および第２の流体室へ
    流体結合される第３の流体室を形成する温度補償ベロー
    ズを含む温度補償器手段と、 ｋ．前記温度補償ベローズの対応する伸縮に協働するこ
    とにより流体容積の膨張収縮を許容可能にした状態で、
    温度変化にともない前記流体に正圧を生じさせよう前記
    第２の円筒形ハウジングの環状穴の周囲であって前記温
    度補償ベローズ の内側に配置される補償器ばねと、 を備える 粘性振動および減衰絶縁装置。
  5. 【請求項５】被支持構造体を支持構造体に関して６つの
    方向自由度にわたって動けるようにしながら、前記支持
    構造体と被支持構造体の間で、与えられた振動数範囲に
    わたって、振動を受動的に絶縁するための振動絶縁およ
    び減衰装置において、 ａ．前記被支持構造体を支持するためのクレードルと、
    複数の絶縁器とを備え、各絶縁器はボディーと前記支持
    構造体に取り付けられる第１の端部と、前記クレードル
    に取り付けられる第２の端部とを有し、前記絶縁器は前
    記クレードルを前記支持構造体に対して支持し、前記複
    数の絶縁器の複数対は前記支持構造体に連結される共通
    の取付部に取り付けられており、かつ、前記取付部に対
    して所定の鋭角を成すほぼ二等辺三角形を構成するよう
    に配置された交差する長手軸を有し、前記支持構造体と
    前記クレードルを通る方位軸に対して第１の所定の半径
    上に前記各絶縁器の第１の端部が、第２の所定の半径上
    に第２の端部がそれぞれ配置され、前記絶縁器の複数対
    が前記方位軸の回りにほぼ等しい角度で配置され、前記
    絶縁器の第１の端部と第２の端部のおのおのに、少なく
    とも２つの運動自由度を持つように装着された継ぎ手を
    設けて前記各絶縁器の両端が軸線方向に動くことができ
    るよう構成し、前記被支持構造体と前記支持構造体とが
    前記複数の絶縁器を介して所定の運動学的関係に維持さ
    れている間、前記各絶縁器がそれぞれの長手軸に沿って
    動くことを可能にし、 ｂ．前記各絶縁器が振動数の関数として所定の機械的抵
    抗を発生して、前記与えられた振動数範囲にわたって、
    支持構造体と被支持構造体の間で振動を受動的に絶縁す
    るよう構成された振動絶縁および減衰装置。
JP31557492A 1991-10-31 1992-11-02 支持構造体と被支持構造体の間で振動を受動的に絶縁するための振動絶縁および減衰装置 Expired - Lifetime JP3375996B2 (ja)

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