(57)【要約】  振動および防振装置（１００）が開示される。装置（１００）は、流体、第１の流体閉じ込めチャンバ（１４６）、第２の流体閉じ込めチャンバ（１４８）、および第１の流体閉じ込めチャンバ（１４６）と第２の流体閉じ込めチャンバ（１４８）を接続する制動パス（１２２）を含む。第１の流体閉じ込めチャンバ（１４６）および第２の流体閉じ込めチャンバ（１４８）の断面積と、制動パス（１２２）の断面積との比によって、振動絶縁に有効な流体質量が生成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真の流体質量、密度、および粘性を有する流体と、
前記流体の第１の部分を収容する第１の流体閉じ込めチャンバ（１４６）と、
前記流体の第２の部分を収容する第２の閉じ込めチャンバ（１４８）と、
前記第１の流体閉じ込めチャンバと前記第２の流体閉じ込めチャンバの間の制動パス（１２２）とを備え、
前記第１の流体閉じ込めチャンバ（１４６）および前記第２の流体閉じ込めチャンバ（１４８）の断面積と前記制動パス（１２２）の断面積との比が、前記流体の有効質量を生成して振動制動および絶縁を向上させるように選択される、振動および防振装置。
【請求項２】
前記流体の前記有効質量の能動的な調整が可能になるように、前記制動パス（１２２）の断面積を変えることができる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記流体の前記有効質量の能動的な調整が可能になるように、前記第１の流体閉じ込めチャンバ（１４６）または前記第２の流体閉じ込めチャンバ（１４８）の断面積を変化させることができる、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記流体の前記真の質量が、前記装置に連結されたペイロードの質量よりも小さく、かつ前記流体の前記有効質量が、前記ペイロードの質量よりも大きいかそれと等しい、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記流体の前記有効流体質量が、有意な共振の後の少なくとも１ディケードについて、ディケード当たり−６０ｄＢのロールオフを前記装置に与えるように選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
４つの調整可能なパラメータを備えた防振装置と機械的に同等であり、前記４つの調整可能なパラメータが、第２のばね（ＫＢ）と平行な第１のばね（ＫＡ）、有効流体質量（ＦＬＵＩＤ  ＭＡＳＳ）、および第１の制動器（ＣＡ）を直列で含む、振動制動および絶縁のための流体で充填された防振装置。
【請求項７】
第１のばね力（ＫＡ）が、第１の流体チャンバ（１４６）および第２の流体チャンバ（１４８）の設計によって形成される剛性から形成される、請求項６に記載の防振装置。
【請求項８】
前記制動器（ＣＡ）が、前記第１の流体チャンバ（１４６）と前記第２の流体チャンバ（１４８）の間に配置された制動環（１２２）を通る前記流体のせん断力によって実質的に提供される、請求項６に記載の防振装置。
【請求項９】
第２のばね力（ＫＢ）が、前記第１の流体閉じ込めチャンバ（１４６）および前記第２の流体閉じ込めチャンバ（１４８）の三次元剛性、ならびに前記第１の流体閉じ込めチャンバ（１４６）および前記第２の流体閉じ込めチャンバ（１４８）に結合された軸方向の剛性から形成される、請求項６に記載の防振装置。
【請求項１０】
前記有効流体質量が、前記第１の流体閉じ込めチャンバ（１４６）および前記第２の流体閉じ込めチャンバ（１４８）の断面積を、前記制動環（１４８）の断面積で除算した比を、二乗した値に比例する、請求項６に記載の防振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動制動および防振の分野に関する。より具体的には、本発明は、流体質量効果を利用した粘性防振および制動ストラットに関する。
【背景技術】
【０００２】
精密機器のペイロードなどのペイロードを輸送または操作する際、構造振動が生成されるのを回避するため、多くの場合、ペイロードに対する外乱を絶縁し制動する必要がある。絶縁および制動を行わなければ、これらの構造振動は、ペイロード機器の性能を低下させたり、あるいは機器に永久的な損傷を与えることもある。ペイロードが宇宙船に搭載されている場合、ペイロードに対する振動を絶縁し制動する必要性は特に重要である。
【０００３】
この問題を克服するため、様々な制動および防振のシステムが利用されてきた。例えば、様々な形態の制動および防振ストラットが提案されてきた。一例としては、ニュージャージー州モリスタウン（Ｍｏｒｒｉｓｔｏｗｎ，Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ）のハネウェル社（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ）製のＤ−ＳＴＲＵＴ（商標）防振ストラットがある。Ｄ−ＳＴＲＵＴ（商標）防振ストラットは、３パラメータの振動絶縁システムである。すなわち、Ｄ−ＳＴＲＵＴ（商標）防振ストラットは、機械的には、直列ばね（ＫＢ）および制動器（ＣＡ）と平行なばね（ＫＡ）のような作用をする。Ｄ−ＳＴＲＵＴ（商標）防振ストラットの機械的構造の概略図を、図１Ａに示す。Ｄ−ＳＴＲＵＴ（商標）防振ストラットは、デイビス（Ｄａｖｉｓ）らによる「３パラメータ粘性制動器および防振装置（Ｔｈｒｅｅ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒ  Ｖｉｓｃｏｕｓ  Ｄａｍｐｅｒ  ａｎｄ  Ｉｓｏｌａｔｏｒ）」という名称の米国特許第５，３３２，０７０号に開示されている、防振ストラットの市販の実施形態である。この特許を参照により本明細書に組み込む。
【０００４】
一般的な一実施形態では、複数のＤ−ＳＴＲＵＴ（商標）防振ストラットが、一端では宇宙船の床やデッキなどの基部に連結され、他端では、絶縁すべき機器が取り付けられているプラットホームに連結されて、複数の自由度で防振と制動を行う。
【０００５】
防振システムがペイロードを絶縁し、振動を減衰する能力は、伝達率の伝達関数で説明される。伝達率とは、出力振動と入力振動（すなわち、床の振動に関わるペイロードの振動）の比である。伝達率は入力振動周波数に応じて変わる。あらゆる構造は、システムの剛性および質量に比例する固有周波数を有する。共振周波数として知られているこの周波数では、防振システムはｖｉを減衰しないが、振動の周波数が上昇するにしたがって減衰量が増加する。周波数の上昇に伴う減衰量は、ロールオフとして知られており、周波数ディケード当たりのゲインで測定される。周波数ディケードは周波数のオーダーの変化であり、ゲインはデシベル（ｄＢ）で表される。したがって、ロールオフはｄＢ／ディケードで表すことができる。Ｄ−ＳＴＲＵＴ（商標）防振ストラットのような３パラメータシステムでは、−４０ｄＢ／ディケードのロールオフを達成することができる。
【０００６】
３パラメータシステムは、一般に−２０ｄＢ／ディケードのロールオフしか達成できなかった、２パラメータシステムなどの従来の設計よりも優れた改善を示す。２パラメータシステムの機械的概略図を図１Ｂに示す。より精密で脆弱なペイロードによって、さらなる減衰の必要性が高まるにつれて、２パラメータシステムおよび３パラメータシステムの両方よりも大きなロールオフを達成できる、防振システムを求めることが必要になる。さらに、能動システムに関連する複雑性、コスト、およびリスクの増大を回避するため、受動的な解決策を有することが望ましい。
【０００７】
したがって、ロールオフが向上した４パラメータ防振装置を設計することが望ましい。本発明の他の望ましい特徴および特性は、以下の詳細な説明および添付の特許請求の範囲を、添付図面および上述の技術分野ならびに背景技術と併せ読むことで、明らかになるであろう。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態では、振動および防振装置が開示される。この装置は、流体、第１の流体閉じ込めチャンバ、第２の流体閉じ込めチャンバ、および第１の流体閉じ込めチャンバと第２の流体閉じ込めチャンバとを接続する制動パスを含む。第１の流体閉じ込めチャンバおよび第２の閉じ込めチャンバの断面積と、制動パスの断面積との比は、振動絶縁に有効な流体質量を生成することが分かる。
【０００９】
本発明の別の実施形態では、本発明にしたがって、共振周波数における３パラメータシステムと同様の増幅で高周波数における防振が改善された、４パラメータシステムを実現する振動制動および防振装置が開示される。この装置は、中を通る軸を有し、第１および第２の端部を有するシャフトを含む。ピストンが、シャフトと同軸で配置されて、間に制動パスを形成することで制動器となる。ピストンは、装置を荷重に結合するための、ピストンから放射方向に延びるフランジを含む。第１の延長部は、シャフトの第１の端部に連結され、かつそこから放射方向に延び、第２の延長部は、シャフトの第２の端部に連結され、かつそこから放射方向に延びる。補助防振手段は、第１および第２の延長部から同軸上に延びて、制動器と直列で第１の三次元剛性を提供する。主要防振手段は、フランジを第１および第２の延長部に接続し、また、シャフトと同軸であって、制動器および補助防振手段と平行で第２の三次元剛性を提供する。補助防振手段は、第１および第２の延長部を通る流体パスを介して主要防振手段に接続される。主要防振手段の断面積と制動パスの断面積の比、ならびに流体キャビティの容量、すなわち流体の実際の質量は、制動器および第１の三次元剛性と直列で、かつ第２の三次元剛性と平行で、流体質量効果を提供するように選択される。有効流体質量は、防振システムの第４のパラメータとなり、３パラメータシステムと比べて改善された性能をもたらすことができる。
【００１０】
本発明のさらに別の実施形態では、防振および制動システムが開示される。防振および制動システムは、ペイロードを固定するプラットホームと複数の防振ストラットとを備え、防振ストラットは一端がプラットホームに、他端が基部に取り付けられる。複数の防振ストラットそれぞれの機械的同等物は、４つの調整可能なパラメータを含む。４つの調整可能なパラメータは、第２のばねと平行な第１のばね、有効流体質量、および制動器を直列で含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明を図面に関連して以下に記載するが、図面において、類似の参照番号は類似の要素を表すものとする。
【００１２】
以下の詳細な説明は、本質的に例示のみを目的とし、本発明または本発明の応用および用途を限定するものではない。さらに、上述の技術分野、背景技術、発明の開示、または以下の詳細な説明において明示または暗示する、いずれの理論によっても限定することを意図しない。
【００１３】
本発明は例示的な防振ストラットに関連して検討されるが、本発明の教示は、防振ストラットの任意の一実施形態に限定されるものではない。代わりに、本発明の教示は、異なる設計の防振ストラットに使用することができる。一実施形態では、本発明の複数の防振ストラットが、一端ではペイロードを保持するように設計されたプラットホームに、他端では宇宙船のデッキなどの基部に連結されて、防振および制動システムを形成してもよい。これは１つの例示的な用途であるが、本発明はまた、流体で充填された防振ストラットが必要とされるあらゆる状況で使用することができる。本発明で使用されるとき、流体は、当技術分野で既知の任意の粘性流体または任意の気体であってよい。以下の説明では、防振装置および防振ストラットは置き換えて使用することができる。
【００１４】
本発明による例示的な防振装置１００を、図２〜４を参照して説明する。この特定の防振装置１００の説明は、単に例示のためのものであり、他の防振装置設計に本発明の教示を利用することができる。防振装置１００は、振動源からペイロードを絶縁し、生じる振動を減衰する。防振装置１００は、一実施形態では、流体を利用して制動（エネルギーの除去）を行う受動的な防振装置である。本発明の原理を、モータなどのアクチュエータを利用できる能動的システムに利用して、付加的な制動を行うか、または防振ストラットのパラメータを操作（防振ストラットを「調整」）することもできる。
【００１５】
防振装置１００は、中心軸１０４を有するシャフト１０２を含む。シャフト１０２は、防振装置１００の内部構造を互いに接続するので、これらの構造のあらゆる動きが結合される。シャフト１０２は、第１の延長部１１０を第１のシャフト端部１０６に接続し、第２の延長部１１２を第２のシャフト端部１０８に接続する。
【００１６】
第１の延長部１１０および第２の延長部１１２は実質的に同じ設計のものであり、両方とも複数の補助流体パス３０２を含み、これら流体パスは、第１の延長部１１０を通して延び、同様に第２の延長部１１２も通して延びる。第１の延長部１１０はまた、軸１０４と同軸であって、かつシャフト端部１０６を中で固定するように寸法が決められた開口部３０４を含む。さらに、第１の延長部１１０は、金具１１６を介して基部１１８に接続するためのフランジ１１４を含み、そのような接続を以下にさらに説明する。同じく、第２の延長部１１２は同様の構造を含む。
【００１７】
ピストン１２０が、シャフト１０２と同軸に配置される。ピストン１２０は、シャフト１０２の直径よりも大きな直径の軸方向穴を有して、ピストン１２０とシャフト１０２の間に、流体で充填された主要制動環１２２を形成する。主要制動環１２２により、粘性流体が防振装置１００の内部で動くことができるようになる。フランジ１２６は、ピストン１２０のほぼ中間部分から放射方向外向きに延びる。フランジ１２６は、外部荷重を防振装置１００に結合する。図２〜４の例では、ピボットフレキシャ１２８はチューブ１３０に連結され、チューブ１３０はカバー１３４に連結される。カバー１３４は金具８６を介してフランジ１２６に連結される。ピボットフレキシャ１２８が動くことでチューブ１３０が動き、チューブ１３０がカバー１３４を動かし、カバー１３４が、ピストン１２０に取り付けられたフランジ１２６を動かす。防振装置１００内部の流体は、環を通過するときに、ピストン１２０が環の中で動く動きによってせん断され、この動きに制動を加える。
【００１８】
防振装置１００はさらに、一実施形態では流体で充填された空間として定義されるベローズを含み、これは、第１の主要ベローズ１３８と第２の主要ベローズ１４０を含む。フランジ１２６は、第１の主要ベローズ１３８の一端と第２の主要ベローズ１４０の一端とが取り付けられる接合部分１４５を含む。第１の主要ベローズ１３８の他端と第２の主要ベローズ１４０の他端は、それぞれ、第１の延長部１１０の接合部分１４２と第２の延長部１１２の接合部分１４４とに連結される。接合部分１４２、１４４、および１４５は、溶接継手、エポキシ樹脂、または選択された粘性媒体中で溶解しない他の接着剤などのシーリング材で、主要ベローズ１３８および１４０の端部に取り付けられる。本明細書に記載するベローズは、ニッケル、銅の積層体、または他の任意の適切な材料から作成することができ、マサチューセッツ州ウェルズリー（Ｗｅｌｌｅｓｌｅｙ，ＭＡ）のパーキンエルマー社（Ｐｅｒｋｉｎ−Ｅｌｍｅｒ）、またはニュージャージー州シーダーグローブ（Ｃｅｄａｒ  Ｇｒｏｖｅ，Ｎ．Ｊ．）のサーボメータ社（Ｓｅｒｖｏｍｅｔｅｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から現在入手可能である。
【００１９】
第２の主要ベローズ１４０は、第２の主要流体チャンバ１４８を形成する。第１の主要流体チャンバ１４６と第２の主要流体チャンバ１４８は、主要制動環１２２の流体パスを介して接続される。図１Ａの３パラメータシステムの機械的概略図に示すように、第１および第２の主要ベローズ１３８および１４０は、実質的に剛性ＫＡを備える。別の防振ストラット設計では、機械ばねをベローズと平行に用いて、ＫＡの剛性を増大させることができる（一般的に、ベローズの軸方向の剛性のみを用いることが実用的または実現可能ではない、より剛直な設計に用いられる）。制動器ＣＡは、主要制動環１２２とピストン１２０の動きとによる非圧縮性流体のせん断力によって、実質的に提供される。
【００２０】
防振装置１００は、図２〜４に示す例示的な実施形態では、一対の追加のベローズ、すなわち第１の補助ベローズ１５０および第２の補助ベローズ１５２を含む。第１の補助ベローズ１５０は、第１の延長部１１０の接合部分１４２と、第１の補助シーリング部材１５４とに取り付けられて、第１の補助流体チャンバ１５８を形成する。第１の補助流体チャンバ１５８は、第１の延長部１１０を通って延びる補助流体パス１４３によって、第１の主要流体チャンバ１４６に連結される。同様に、第２の補助ベローズ１５２は、第２の延長部１１２の接合部分１４４に接続される第１の端部と、第２の補助シーリング部材１５６とを有して、第２の補助流体チャンバ１６０を形成する。第２の補助流体チャンバ１６０は、第２の延長部１１２を通る補助流体パス１４７を介して、第２の主要流体チャンバ１４８に連結される。防振装置１００はさらに、防振装置１００を地面または付加的な荷重に結合する基部１６４を備える。
【００２１】
補助ベローズ１５０および１５２がなければ、主要ベローズ１３８および１４０の三次元剛性は剛性ＫＢとなる。補助ベローズ１５０および１５２は、剛性ＫＢを提供するためには不要であり、また設計の機能性にとって必須ではないが、ＫＢを目標値に調整するのに使用することができる。補助ベローズ１５０および１５２の軸方向の剛性を追加することで、主要ベローズ１３８および１４０の三次元剛性に直列剛性が提供される。補助ベローズ１５０および１５２が含まれると、これらの直列剛性は剛性ＫＢとなる。別の防振ストラット設計では、補助ベローズ１５０および１５２を、主要ベローズと直列で軸方向の剛性を提供できる任意のデバイスと置き換えることができる。例えば、機械ばねを使用して、主要ベローズと直列で軸方向の剛性を提供することができ、それを用いてＫＢを目標値に調整することができる。
【００２２】
防振装置１００は、クーロン摩擦または静摩擦を帯びるか、あるいはそれを引き起こす恐れがある、滑動または摺動する要素を有さない。主要制動環１２２は、ピストン１２０をシャフト１０２から所定の距離に位置決めし、シャフトの端部１０６と第１の延長部１１０ならびにシャフトの端部１０８と第２の延長部１１２をそれぞれ接続することによって、また、主要ベローズ１３８および１４０それぞれを介して、フランジ１２６を第１の延長部１１０および第２の延長部１１２と接続することによって、その距離を維持することで、継続的に維持される。
【００２３】
防振装置１００の機能は、第１および第２の主要ベローズ１３８および１４０、第１および第２の補助ベローズ１５０および１５２、第１および第２のシーリング部材１５４および１５６、ピストン１２０、シャフト１０２、主要制動環１２２、複数の補助流体パス１４３および１４、ならびに防振装置１００内に収容された非圧縮性流体によって提供され、これらの構成要素はすべて、軸１０４に関して軸対称である。防振装置１００に力が印加されると、シャフト１０２とピストン１２０の間に運動が生じて、流体が、制動環１２２を介して主要流体チャンバ１４６および１４８の一方から他方に流れる。主要制動環１２２の中で流体のせん断が生じて、システムの制動が起こる。流体の一部は、第１および第２の主要流体チャンバ１４６および１４８から、第１および第２の補助流体パス１４３および１４７を通って、第１および第２の補助流体チャンバ１５８および１６０にも流れる。補助流体パス１４３および１４７を通る流れの抵抗は、主要制動環１２２に比べて小さくなるようにされて、そのような補助流体パス１４３および１４７による制動が最小限に抑えられる。
【００２４】
ＫＡとＫＢはどちらも、ベローズの壁厚またはベローズのひだの数のどちらかを変更することで、変えることができる。例えば図３では、防振装置１００は、図に示すように、２つのひだを有する主要ベローズと、３つのひだを有する補助ベローズ１５０および１５２を含む。同様に、例示的な厚さ、すなわち主要ベローズ１３８および１４０の壁は約０．００５６９ｃｍ（０．００２２４インチ）であり、補助ベローズ１５０および１５２の壁厚は約０．００７０１ｃｍ（０．００２７６インチ）である。当業者であれば理解するように、そうした値は、ＫＡおよびＫＢの目標値、ならびに他の設計基準に応じて変えることができる。
【００２５】
ここまでは、記載したような防振装置１００は、米国特許第５，３３２，０７０号に開示されているものと類似の３パラメータシステムである。防振装置１００内の流体質量がシステムに及ぼす効果については、ここまでは検討してこなかった。従来の防振装置では、防振装置１００内部の流体質量の影響を考慮しなかったか、あるいは流体質量効果が無視できる設計の防振装置であった。
【００２６】
従来技術のシステムでは、流体質量効果を用いて防振装置の性能を向上させることができる点は認識されなかった。知られていたのは、十分な流体質量が存在することで、３つのパラメータの挙動が理想的ではなくなる点であった。流体質量を有さない３パラメータシステムの伝達率の一例を、流体質量を有する同じ３パラメータの伝達率とともに図６に示し、挙動を例証する。図６は、流体質量効果によって、共振周波数が変動すること、２つ以上の共振ピークが存在すること、ならびに共振で増幅定数が変化することを示す。従来技術の防振装置では、これらの効果は、理想的な３パラメータの伝達率を悪化させるため、望ましくないと考えられてきた。第１の曲線５０１は、流体質量効果がなかった場合の伝達率を表す。第１の曲線５０１は、増幅と、次により高い周波数で減衰を示す減少とがあり得る、共振振動数を示す。第２の曲線５０３は、有効流体質量が防振装置に連結されたペイロードの質量の１０倍の場合のものであり、２つの共振エリアを示し、第２の共振エリアは第１の曲線５０１よりも高い周波数の位置にある。有効流体質量とペイロードの質量の比が変わると、結果得られる伝達率曲線は変動する。以下にさらに詳述するように、防振装置を、有効流体質量とペイロード質量の比に関して、流体質量を「調整」するように設計することができる。設計者が望む特性に応じて、異なる比を選択することができる。例えば、以下に詳述する図８では、本発明の教示による例示的な防振装置の伝達率曲線を示す。この例では、防振装置は、より大きなロールオフを提供するように設計されている。一実施形態では、有効流体質量とペイロード質量の有用な比は、１対１の比から有効流体質量がペイロード質量よりも大きい比の範囲で変わる。しかし、応用例によっては、防振装置の設計者は、ペイロードの質量よりも小さい有効流体質量を用いることを選択してもよい。
【００２７】
本発明では、流体質量効果を最小限に抑え、それを考慮に入れない代わりに、ＫＡ、ＫＢ、およびＣＡとともに、流体質量効果が「調整可能なパラメータ」として作用するように設計することで、４パラメータ防振装置が達成される。調整可能とすることで、防振装置１００の様々な設計パラメータを変えて、流体質量の有益な効果を変えることができる。本発明では、流体質量を防振装置の設計に含めることで、４つのパラメータがすべて適切に調整されると、初期ロールオフの向上を含めて性能を向上させることができる。
【００２８】
図７は、図２〜４に関連して記載したもののような、例示的な防振ストラット４００の簡略断面図を示す。上述したように、この特定の防振ストラット４００の説明は単に例示のためのものであり、他の防振装置設計に本発明の教示を利用することができる。防振ストラット４００は、頂部延長部４０４および底部延長部４０６を固定するシャフト４０２を備える。ベローズ４０８は、頂部延長部４０４と第２の延長部４０６の間で固定されて、第１の流体閉じ込めエリア４０５および第２の流体閉じ込めエリア４０７を画定する。ベローズ４０８は、一実施形態では、軸方向に円形の断面を有する。
【００２９】
防振ストラット４００はさらに、シャフト４０２の周囲にそれと同軸のピストン４０９を含む。ピストン４０９は、シャフト４０２の周囲に形成されたフランジ４１０を含む。フランジ４１０が軸方向または放射方向のいずれかに動くことにより、ピストン４０９と、ピストン４０９のところでフランジ４１０に連結されたベローズ４０８の壁とが動く。ピストン４０９は、従来のピストンか、またはフランジの動きに同様に反応する他の任意の可動構成要素であってよい。
【００３０】
防振ストラット４００における流体の有効質量は、流体の真の質量に、制動環（第１の流体閉じ込めエリア４０５と第２の流体閉じ込めエリア４０７の間の流体パス）の断面積とベローズの断面積の比の二乗を掛けたものに比例する。
【００３１】
【数１】
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【００３２】
ベローズの断面積を算出するには、ベローズの直径を決定しなければならない。図７の実施形態では、ベローズの断面積は、断面積が最も外側のひだ４１２のところにある最大値から、断面積が最も内側のひだ４１４で得られる最小値まで変化する。断面積を決定するため、ひだの平均直径（ＡＤＣ）が、ひだの外径（ＯＤＣ）（最大直径）とひだの内径（ＩＤＣ）（最小直径）とから算出される。
【００３３】
【数２】
2007531852.tif 000004
【００３４】
次に、ベローズの面積は、円の面積を求める公式から算出できる（これは、この例のように、ベローズの断面積が円形の場合に該当し、そうでなければ、異なる面積公式が用いられる）。
【００３５】
【数３】
2007531852.tif 000005
【００３６】
ただし、防振装置のベローズには、シャフトの断面積が含まれる。シャフトの断面積は、ＡＤＣを用いて算出した面積から差し引かなければならない。シャフトは、この実施形態では断面が円形である。シャフトの直径がＳＤのとき、シャフトの断面積は次式のとおりである。
【００３７】
【数４】
2007531852.tif 000006
【００３８】
結果、ベローズの面積は次式のとおりである。
【００３９】
【数５】
2007531852.tif 000007
【００４０】
制動環の面積は、環状制動領域の断面積として算出することができ、これは、シャフトがないものとした場合の環状領域の直径ＡＤを有する円形領域の面積から、シャフトの面積を差し引いたものである。
【００４１】
【数６】
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【００４２】
上述の関係と流体の真の質量を用いて、ベローズ、シャフト、および／または環状領域の面積を変えて、有効質量を変化させることができる。ベローズの面積と環状領域の面積の比が二乗されるので、比における小さな変化が有効質量のより大きな変化を引き起こす場合がある。これは増幅効果として知られている。流体の実際の真の質量が非常に小さい場合に、増幅は、有効流体質量が大きくなるという利点をもたらす。したがって、より少ない流体を使用し、それによって重量と空間を節約することができる。
【００４３】
例示的な一実施形態では、ベローズの面積は１．１５３ｃｍ２（０．４５４インチ２）であり、環状領域の面積は０．０４３４ｃｍ２（０．０１７１インチ２）であり、また、流体の真の質量は１．７８０６×１０−６スネイルなので、流体の有効質量は１．３×１０−３スネイルとなり、ここで、１スネイル＝１７５．１ｋｇ（１ポンド秒２／インチ）である。この実施形態では、他のパラメータは、ＫＡ＝０．７７ｋｇ／ｃｍ（３．７９ポンド／インチ）、ＫＢ＝２３．２１ｋｇ／ｃｍ（１３０ポンド／インチ）、およびＣＡ＝０．６２３Ｎｓｅｃ／ｃｍ（０．３５６ポンド秒／インチ）である。当然ながら、他の設計では上記のパラメータは変化する。４パラメータシステムの機械的概略を図５に示す。
【００４４】
流体の有効質量を調節する別の方法は、密度の異なる流体を選択して真の質量を変化させることである。体積が一定であれば、密度が増加するにしたがって真の質量が増加する。また、防振装置内の流体の体積を増加させることで、流体の有効質量が増加する。
【００４５】
ここに記載した防振装置は受動デバイスであり、上記で算出した面積はハードウェアの幾何学形状によって変わる。この幾何学形状は、外部のアクチュエータ（モータなど）を使用して、能動的に変えられる可能性がある。外部のアクチュエータを用いて、記載した設計においてベローズの面積または環の面積を変化させ、それによって有効流体質量を能動的に変えられるようにしてもよい。
【００４６】
４パラメータ防振装置の達成可能な性能の一例を図８に示す。４パラメータ防振装置６０２および３パラメータシステム６０４の、伝達率のプロットを示す。低周波数では、どちらのシステムも伝達率１を有する。その後、伝達率は正数で増加してピークに達するが、このピークは共振周波数の位置にある。そのピークの後、伝達率は減衰する（ロールオフ）。４パラメータシステムでは、伝達率の伝達関数の中に実際には２つの共振ピークがある。適切に調整されると、共振のうち１つの振幅を、（この共振が存在することがほとんど分からなくなる）非常に小さな数値に制限することができる。第２の共振は、３パラメータシステムで見られる従来の共振に近づくように調節することができる。４パラメータシステムでは、目に見える共振の後の第１周波数ディケードにおけるロールオフは、−６０ｄＢ／ディケードである。３パラメータシステムのロールオフは−４０ｄＢ／ディケードである。目に見える共振の後の第１ディケードの後、両方のシステムのロールオフは−４０ｄＢ／ディケードである。したがって、４つのパラメータがそれぞれ適切に調整されると、４パラメータシステムは、ある周波数範囲全体にわたる振動の減衰に関して、３パラメータシステムよりも優れた改善を示す。
【００４７】
少なくとも１つの例示的な実施形態を上述の詳細な説明で示してきたが、非常に多数の変形例があ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、利用可能性、または構成を、いかなる形でも限定しようとするものではないことも理解されたい。逆に、上述の詳細な説明は、１つまたは複数の例示的な実施形態を実施するための便利な道筋を当業者に提供するであろう。添付の特許請求の範囲およびその法的同等物に記載されるように、本発明の範囲から逸脱することなく、要素の機能および配置を様々に変更できることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１Ａは、３パラメータの防振および制動システムの機械的概略図である。図１Ｂは、２パラメータの防振および制動システムの機械的概略図である。
【図２】例示的な粘性防振装置の上面図である。
【図３】線Ａ−Ａに沿った例示的な粘性防振装置の断面図である。
【図４】線Ｂ−Ｂに沿った粘性防振装置の断面図である。
【図５】４パラメータ防振装置の機械的概略図である。
【図６】流体質量効果を示す伝達率のプロットである。
【図７】例示的な防振装置の簡略化した機械的概略図である。
【図８】３パラメータおよび４パラメータにおける伝達率の伝達関数の例の比較である。
【図１Ａ】
2007531852.tif 000009
【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007531852.tif 000014
【図６】
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【図７】
2007531852.tif 000016
【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年12月13日(2006.12.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真の流体質量、密度、および粘性を有する流体と、
前記流体の第１の部分を収容する第１の流体閉じ込めチャンバ（１４６）と、
前記流体の第２の部分を収容する第２の閉じ込めチャンバ（１４８）と、
前記第１の流体閉じ込めチャンバと前記第２の流体閉じ込めチャンバの間の制動パス（１２２）とを備え、
前記第１の流体閉じ込めチャンバ（１４６）および前記第２の流体閉じ込めチャンバ（１４８）の断面積と前記制動パス（１２２）の断面積との比が、前記流体の有効質量を生成して振動制動および絶縁を向上させるように且つ有意な共振の後の少なくとも１ディケードについて、ディケード当たり−６０ｄＢのロールオフを前記装置に与えるように選択される、振動および防振装置。
【請求項２】
前記制動パス（１２２）の断面積および、前記第１の流体閉じ込めチャンバ（１４６）または前記第２の流体閉じ込めチャンバ（１４８）の断面積が、流体の前記有効質量の能動的な調整が可能になるように変えることができる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
４つの調整可能なパラメータを備えた防振装置と機械的に同等であり、前記４つの調整可能なパラメータが、第２のばね（ＫＢ）と平行な第１のばね（ＫＡ）、有効流体質量（ＦＬＵＩＤ  ＭＡＳＳ）、および第１の制動器（ＣＡ）を直列で含む、振動制動および絶縁のための流体で充填された防振装置。
【国際調査報告】
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2007531852.tif 000020