JPH05238496A - 支持構造体と被支持構造体の間で震動を受動的に分離するための震動分離および減衰装置 - Google Patents

支持構造体と被支持構造体の間で震動を受動的に分離するための震動分離および減衰装置

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JPH05238496A JP4315574A JP31557492A JPH05238496A JP H05238496 A JPH05238496 A JP H05238496A JP 4315574 A JP4315574 A JP 4315574A JP 31557492 A JP31557492 A JP 31557492A JP H05238496 A JPH05238496 A JP H05238496A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 取付けベースを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しながら、反動輪を分離する
ための震動分離装置および減衰装置を得ることである。 【構成】 宇宙船内部で支持ベースへ震動を伝えること
から被支持構造体を分離する装置が運動力学的装着にお
いて６度の自由度を与える。ねじられている６つの分離
器対の対称的な配置の６つの分離器要素が、打上げおよ
び宇宙における活動中に粘性減衰と震動および衝撃の減
衰を行う。分離器は主軸線方向の曲りを確保し、曲げモ
ーメントを最小にするために各取付け点において２自由
度のたわみ継ぎ手を採用し、性能を最高にするために調
整ばねを有する。この装置により決定論的設計を行うこ
とができ、公称形状と分離器の軸線方向スチフネスから
全ての荷重を計算できる。分離器部材の移動を制限する
ために、支持構造体と被支持構造体の間に制限ストップ
が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は粘性分離装置に関するも
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分離するための震動分離装
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
震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震動擾乱を生ずる。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、分離装置は特定
の固有震動数より高い震動数を減衰し、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震動を分離せねばならない。
【０００３】震動を分離する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
支された単軸分離装置を採用し、それらの分離装置はユ
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分
離装置が開示されている。上記分離装置にとって重要な
ことは分離要素の設計である。典型的には、従来の分離
要素は１５Ｈｚのオーダまたはそれより高い、比較的高
い震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震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震動数および
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
動は比較的低い震動数（４．０Ｈｚ）における分離が求
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震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、分
離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。強く取付けられた分離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震動数を
正確に制御できなかった。
【０００４】更に、粘性で減衰させられる分離装置は、
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、半径方向並進分離装置震動数のピーキ
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。低震動数半径方向並進分離装置は従
来の分離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、低い半径方向のスチフネスへ結合され
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、その結果として分離装置は打ち上げ震動中の
ストッパーの間で震動し、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分離要素
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分
離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。希望の共振震動数で最大に
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震動を受動的に分離する震動分離
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
の分離装置が二脚すなわち対にまとめられ、それらの分
離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
方向荷重だけが分離装置の各要素により支持されるよう
に、分離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
が分離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
の分離装置と、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、分
離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。分離装置はクレードル
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。分離装置対
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。分離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、各分離装置
の両端部が軸線方向に相対的に動くことができ、かつ各
分離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、分離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震動
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
ピーダンスを震動数の関数として供給するために分離装
置は構成される。更に詳しくいえば、分離装置対はほぼ
１２０度離れて配置され、各分離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。分離装置の第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、分離装置により
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
対の分離装置の第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。反動輪組立体の震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、分離
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、粘性震動および減衰分離装置は内面
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
ンパのスチフネスが大きくされる。分離装置にはステム
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、
被支持構造体の震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分離装置の好適な実施例はベースす
なわち支持構造体１０と、複数の粘性分離器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。分離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。各分離
器にはたわみ継ぎ手２０が設けられる。その継ぎ手によ
り関連する分離器を少なくとも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。関連する分離器のステム２４に
触れないように、１つの分離器ステム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分離器の設計
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、分離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
各分離器対に配置される。この構成によってストップは
分離器の要素と平行に置かれ、その結果、ストップの接
触力が分離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つの分
離器対の対照的なパターンで配置された同一の一自由度
分離要素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。各分離器対の
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、各分離器要素
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、各分離器対の各分離器部材は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分離器
を説明する。この分離器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】ベローズはスチフネスが低いので、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。所要のスチフネスを得るようにそのコイ
ルばねを調整する。そのスチフネスの約３分の１が多数
のベローズが負担し、３分の２が負担する。
【００１３】各対中の１つの分離器はステム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
記ずれにより分離器のステムおよび近くの分離器のステ
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の流体室および分
離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】分離器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。分離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震動負荷は
分離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。分
離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。比較的低いスチフ
ネスを有するから、たわみは分離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分離器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、分離器は緩衝
器、震動吸収器、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分離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、それにより分離器要素が、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】分離器の確定的設計によって、力と、力の
向きと、予測される震動の震動数の範囲と、震動の振幅
と、震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、求められているスチフネスを定める
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分離器要素を
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。要素のスチフネス
（Ｑ）と、減衰定数（Ｃ）と、ねじれ角度()とは、たと
えば、Ｘ／Ｙ移動震動数（ｆｘ）と、Ｘ／Ｙ回転震動数
（ｆｘ）と、Ｘ／Ｙ移動ピーキング震動数（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。等弾性スチフネス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＝Ｋ
ｚである。方位軸に対して傾けられている分離器要素を
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、スチフネス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
のスチフネス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、装置の軸線方向ス
チフネス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の共振震動
数が求められる。したがって、Ｘ座標とＹ座標の広い震
動数範囲にわたって十分な分離が得られ、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、停止スチフネ
スがセットされる。分離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分離器要素のス
チフネス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
ズは必要とするスチフネスの約３分の１を負担するよう
に構成される。残りのスチフネス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ス
チフネス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、望ましくない震動数を抑制して制御
トルク発生震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、この分離器構造を震動
分離と減衰を行うために用いることもできる。更に、分
離器はＺ軸に関して所定の角度だけねじられ、分離器対
のベースとＺ軸からの共通半径Ｒにおける分離器の上側
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、分離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
分離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震動分離器要素の横
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 粘性分離器 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 デビッド・ シイ・カニンガム アメリカ合衆国 85337 アリゾナ州・ケ アフリー・ピイオーボックス 2507・（番 地なし) (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

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 与えられた震動数にわたって所定のトル
    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度の自由度にわたって動けるようにし
    ながら、支持構造体と被支持構造体の間で震動を受動的
    に分離するための震動分離および減衰装置において、 ａ．前記支持構造体を支持するためのクレードルと、複
    数の分離器とを備え、各分離器はボディーと前記支持構
    造体へ固定して取付けられた第１の端部と、前記クレー
    ドルへ固定して取付けられた第２の端部とを有し、前記
    分離器は前記クレードルを前記支持構造体に対して支持
    し、対とされた分離器は前記支持構造体に連結される共
    通の取付部を有し、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であり、前記分離
    器は前記方位軸の周囲にほぼ等しい角度で配置され、前
    記分離器の第１の端部と第２の端部のおのおのにおける
    たわみ継ぎ手が少なくとも２度の運動自由度を持つよう
    にされ、したがって、各前記分離器の両端が軸線方向に
    相対的に動くことができ、各前記分離器は、前記被支持
    構造体を前記支持構造体に対する運動学的関係に維持し
    ながら、それぞれの長手軸に沿って互いに相対的に動く
    ことができるものであり、 ｂ．前記分離器は震動数の関数として所定の複素インピ
    ーダンスを供給し、かつ前記与えられた震動数範囲にわ
    たって前記制御トルクを伝えるようにされる、支持構造
    体と被支持構造体の間で震動を受動的に分離するための
    震動分離および減衰装置。
  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、軸線方向に膨脹伸縮でき、流体を充たされる第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端部が円
    周方向に連結される第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
    短く、内径が前記第２の円筒形ハウジングより長く、前
    記第１の主円筒形ハウジングの軸線方向に膨脹収縮でき
    る第２のベローズと、 ｅ．前記ピストンの軸線方向孔の中に滑ることができる
    ようにして配置され、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
    内面へ連結され、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線方向孔と共
    に形成する軸線方向軸と、 ｆ．前記ベース部材の前記内面と前記ピストンの前記第
    １の面の間に配置され、所定の軸線方向スチフネスを持
    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、 ｇ．前記第１の主円筒形ハウジングの閉じられている第
    １の端部へ連結されたステム手段と、を備え、 ｈ．前記第２の中空円筒形ハウジングの外部と前記ピス
    トンおよび前記第２のベローズは、前記ピストンの前記
    軸線方向孔を通じて前記第１の流体室と通じる流体が充
    たされる第２の流体室を構成し、前記第２の中空円筒形
    ハウジングは第１の閉じられている端部と、第２の閉じ
    られている端部と、環状の孔と、前記第２のベローズと
    共に流体シールを形成する外部の中央に配置されたフラ
    ンジとを有し、前記ステム手段はそれへ力が加えられた
    時に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へ動いた時の流体の粘性抵抗
    を利用することにより、前記ステム手段の往復運動を制
    動する、粘性震動および減衰分離装置。
  3. 【請求項３】 与えられた震動数にわたって所定のトル
    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度の自由度にわたって動けるようにし
    ながら、支持構造体と被支持構造体の間で震動を受動的
    に分離するための震動分離および減衰装置において、 ａ．前記支持構造体を支持するためのクレードルと、 ｂ．ボディーと、前記支持構造体へたわみ可能に固定さ
    れた第１の端部と、前記クレードルへたわみ可能に固定
    された第２の端部とを各々有し、前記クレードルを前記
    支持構造体に関して支持する複数の分離器と、 ｃ．前記クレードルの平面に対して平行に、かつ前記ク
    レードルを通る前記方位軸に対して半径方向に配置され
    た第１の金属管と、この第１の金属管と同軸の第２の金
    属管とで構成され、前記支持構造体に対する前記クレー
    ドルの最大運動であって、前記分離器のために設けられ
    ている前記支持構造体に対する前記クレードルの最大運
    動より小さい前記最大運動を制限する手段と、を備え、 ｄ．前記分離器の対が前記支持構造体に連結される共通
    の取付部を有し、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ために配置された交
    差する長手軸を有し、前記対は、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であり、前記分離器
    は前記方位軸の周囲にほぼ等しい角度で配置され、前記
    分離器の第１の端部と第２の端部のおのおのにおけるた
    わみ継ぎ手が少なくとも２度の運動自由度を持つように
    され、したがって、各前記分離器の両端が軸線方向に相
    対的に動くことができ、各前記分離器は、前記被支持構
    造体を前記支持構造体に対する運動学的関係に維持しな
    がら、それぞれの長手軸に沿って互いに相対的に動くこ
    とができ、 ｅ．前記分離器は震動数の関数として所定の機械的複素
    インピーダンスを供給し、かつ前記与えられた震動数範
    囲にわたって前記制御トルクを伝えるようにされ、 ｆ．前記分離器はほぼ１２０度隔てられている３つの対
    として配置され、各分離器の各分離器部材が前記クレー
    ドルの平面に対してほぼ３８．３度傾けられ、 ｇ．前記クレードルは、前記被支持構造体のためにその
    被支持構造体の上に横方向に等しい角度で配置された複
    数の装着表面と、前記分離器の前記第２の端部における
    前記たわみ可能な継ぎ手の重心を含むように、前記分離
    器の前記第２の端部を支持するために前記クレードルに
    対して直角に延長する各前記分離器対に組み合わされる
    部材とを更に備え、 前記分離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、関連する分離器のステムの
    間に間隙を設けるために、各分離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、前記金属管
    の前記方位軸に近い第１の端部が前記方位軸へ連結さ
    れ、前記第１の管は前記分離器対の近くで前記クレード
    ルへ取付けられ、前記クレードルには、ストップ・アー
    ムが半径方向外側へ延長するための所定の間隙を有する
    孔が設けられ、前記ストップ・アームは前記第２の管の
    第２の端部へ取付けられ、かつ、前記支持構造体に対す
    る前記クレードルの運動を制約するために配置され、そ
    こで前記被支持構造体の運動によりひき起こされる前記
    クレードルの所定の方向偏差により、前記ストップ・ア
    ームは所定の反力を前記クレードルへ弾力的に加えさせ
    られ、それにより前記分離器が所定の値より大きく曲げ
    られることを抑制する、支持構造体と被支持構造体の間
    で震動を受動的に分離するための震動分離および減衰装
    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、軸線方向に膨脹伸縮でき、流体を充たされる第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の面へ前記開かれている端部が円
    周方向に連結される第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
    短く、内径が前記第２の円筒形ハウジングより長く、前
    記第１の主円筒形ハウジングの軸線方向に膨脹収縮でき
    る第２のベローズと、 ｅ．前記ピストンの軸線方向孔の中に滑ることができる
    ようにして配置され、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
    内面へ連結され、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線方向孔と共
    に形成する軸線方向軸と、 ｆ．前記ベース部材の前記内面と前記ピストンの前記第
    １の面の間に配置され、所定の軸線方向スチフネスを持
    たせるために前記第１のベローズの外周の周囲に配置さ
    れる調整ばねと、 ｇ．前記第１の主円筒形ハウジングの閉じられている第
    １の端部へ連結されたステム手段と、 ｈ．前記第１のベローズを囲む第３の膨脹収縮可能なベ
    ローズと、 ｉ．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、流体が充たされて、前記
    軸線方向の軸の流体通路を介して前記半径方向間隙と前
    記第１の流体室および前記第２の流体室へ流体的に連結
    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、 ｊ．温度が変化した時に前記流体に正圧を生じさせ、し
    かも、前記温度補償ベローズの対応する膨脹または収縮
    と協働することにより、流体の体積を膨脹または収縮で
    きるようにするために、前記第２の円筒形ハウジングの
    環状孔の中と前記温度補償ベローズの中に配置され、か
    つその温度補償ベローズへ連結される補償器ばねと、を
    備え、 ｋ．前記第２の中空円筒形ハウジングの外部と前記ピス
    トンおよび前記第２のベローズは、前記ピストンの前記
    軸線方向孔を通じて前記第１の流体室と通じる流体が充
    たされる第２の流体室を構成し、前記第２の中空円筒形
    ハウジングは第１の閉じられている端部と、第２の閉じ
    られている端部と、前記第２のベローズと共に流体シー
    ルを形成する外部の中央に配置されたフランジとを有
    し、前記ステム手段はそれへ力が加えられた時に前記ピ
    ストンを軸線方向へ動かし、前記第１の主円筒形ハウジ
    ングの軸線方向へ動いた時の流体の粘性抵抗を利用する
    ことにより、前記ステム手段の往復運動を制動し、前記
    ピストンは、前記第１の主円筒形ハウジングおよび第２
    の円筒形ハウジングにより囲まれた前記囲みと前記第３
    のベローズの間を圧力が伝えられるようにする別の通路
    も有する、粘性震動および減衰分離装置。
  5. 【請求項５】 被支持構造体を支持構造体に関して６度
    の自由度にわたって動けるようにしながら、支持構造体
    と被支持構造体の間で震動を受動的に分離するための震
    動分離および減衰装置において、 ａ．前記支持構造体を支持するためのクレードルと、複
    数の分離器とを備え、各分離器はボディーと前記支持構
    造体へ固定して取付けられた第１の端部と、前記クレー
    ドルへ固定して取付けられた第２の端部とを有し、前記
    分離器は前記クレードルを前記支持構造体に対して支持
    し、対とされた分離器は前記支持構造体に連結される共
    通の取付部を有し、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ために配置された
    交差する長手軸を有し、前記分離器の前記第１の端部は
    前記支持構造体と前記クレードルを通る方位軸に関して
    第１の所定の半径で配置され、前記分離器は前記方位軸
    の周囲にほぼ等しい角度で配置され、前記分離器の第１
    の端部と第２の端部のおのおのにおけるたわみ継ぎ手が
    少なくとも２度の運動自由度を持つようにされ、したが
    って、各前記分離器の両端が軸線方向に相対的に動くこ
    とができ、各前記分離器は、前記被支持構造体を前記支
    持構造体に対する運動学的関係に維持しながら、それぞ
    れの長手軸に沿って互いに相対的に動くことができ、前
    記分離器の前記第２の端部は前記方位軸から別の所定の
    半径のところに配置され、 ｂ．前記分離器は震動数の関数として所定の複素インピ
    ーダンスを供給し、かつ前記与えられた震動数範囲にわ
    たって前記制御トルクを伝えるようにされる、支持構造
    体と被支持構造体の間で震動を受動的に分離するための
    震動分離および減衰装置。
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