(57)【要約】  質量体の振動を減衰又は隔離するためのシステム（１００）が提供される。システム（１００）は、ハウジング（２０２、６０２）と、シャフト（２０８）と、ハウジング磁石（２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄ）と、シャフト磁石（２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄ）とを有する。ハウジング（２０２、６０２）は通路（２０６、６０６）を画定する内側表面（２０４、６０４）を有する。シャフト（２０８）は外側表面を有する。ハウジング磁石（２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄ）はハウジングの内側表面（２０４、６０４）に結合される。シャフト磁石（２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄ）はシャフトの外側表面に結合され、ハウジング磁石（２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄ）と整合し、ハウジング磁石（２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄ）に反発するように形状づけられる。
2008539385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量体の振動を減衰又は隔離するためのシステム（１００）であって、
通路（２０６、６０６）を画定する内側表面（２０４、６０４）を有するハウジング（２０２、６０２）と；
ハウジング（２０２、６０２）の通路（２０６、６０６）内に位置し、その中で軸方向に移動するように形状づけられ、外側表面を有するシャフト（２０８、６０８）と；
ハウジング（２０２、６０２）の内側表面（２０４、６０４）に結合されたハウジング磁石（２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄ、６２０ａ、６２０ｂ）と；
シャフト（２０８）の外側表面に結合され、ハウジング磁石（２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄ、６２０ａ、６２０ｂ）と整合し、ハウジング磁石に反発するように形状づけられたシャフト磁石（２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄ、６１８ａ、６１８ｂ）と；を有することを特徴とするシステム。
【請求項２】
シャフト（２０８）が端部（２２６）を有し、システム（１００）は、更に、ハウジング（２０２、６０２）の通路（２０６）内に位置し、シャフト（２０８）の端部（２２６）に結合されたシールベローズ（２１０）を有することを特徴とする請求項１のシステム。
【請求項３】
ハウジング（２０２）の通路（２０６）内に位置し、シールベローズ（２１０）に結合されたバネ（２１２）を更に有することを特徴とする請求項２のシステム。
【請求項４】
シャフト（２０８）が第２の端部（２２８）を有し、システム（１００）は更に、シャフト（２０８）の第２の端部（２２８）に近接してハウジング（２０２、６０２）の通路（２０６、６０６）内に位置するバネ（２１４）を有することを特徴とする請求項２のシステム。
【請求項５】
バネ（２１４）に結合され、質量体に結合されるように形状づけられた可撓性部材（２１８）を更に有することを特徴とする請求項４のシステム。  
【請求項６】
シャフト（２０８）が第２の端部（２２８）を有し、システム（１００）が更に、シャフト（２０８）の第２の端部（２２８）に近接してハウジング（２０２）の通路（２０６）内に位置する補償ベローズ（２１６）有することを特徴とする請求項１のシステム。
【請求項７】
ハウジング（２０２、６０２）の内側表面（２０４、６０４）内に形成された溝（２３４ａ、２３４ｂ、２３４ｃ、２３４ｄ、６２２ａ、６２２ｂ）を更に有し、ハウジング磁石（２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄ、６２０ａ、６２０ｂ）が溝（２３４ａ、２３４ｂ、２３４ｃ、２３４ｄ、６２２ａ、６２２ｂ）内に位置することを特徴とする請求項１のシステム。
【請求項８】
シャフト（２０８）の外側表面内に形成された溝（２３６ａ、２３６ｂ、２３６ｃ、２３６ｄ、６２４ａ、６２４ｂ）を更に有し、シャフト磁石（２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄ、６１８ａ、６１８ｂ）が溝（２３６ａ、２３６ｂ、２３６ｃ、２３６ｄ、６２４ａ、６２４ｂ）内に位置することを特徴とする請求項１のシステム。
【請求項９】
ハウジング（２０２、６０２）の内側表面（２０４、６０４）に結合された第２のハウジング磁石（２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄ、６２０ａ、６２０ｂ）と；
第２のハウジング磁石（２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄ、６２０ａ、６２０ｂ）に整合してシャフト（２０８）の外側表面に結合され、第２のハウジング磁石に反発するように形状づけられた第２のシャフト磁石（２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄ、６１８ａ、６１８ｂ）と；を更に有することを特徴とする請求項１のシステム。
【請求項１０】
ハウジング（２０２、６０２）が円筒状であり、第１及び第２のハウジング磁石（２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄ、６２０ａ、６２０ｂ）は、各々が互いから等距離となるように、ハウジング（２０２、６０２）の内側表面（２０４、６０４）上に位置することを特徴とする請求項９のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明は、一般的に質量体（mass）が経験する振動の減少に関し、特に、低外乱力（low disturbance forces）を減少させるための減衰又は隔離（damping or isolation）システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]望遠鏡のようなセンサを担持する精密指針システムは、構造上の振動及びその結果の指針誤差を生じさせるような外乱に影響され易いことがある。このような振動は、精密指針システムにおいてアクチュエータとして使用される反力ホイール組立体のような機械的な要素又は組立体に帰することがある。大半の部分に対して、このようなシステムが大幅な固有の減衰を有する傾向がないので、このような構造上の振動はシステムの性能を低下させることがあり、経時的に構造的な疲労を生じさせることさえある。それ故、システムに対して振動の減衰又は隔離を提供する有効な手段が要求されることがある。
【０００３】
[0003]ある状況においては、構造体を減衰し、精密指針システムにより担持されるペイロードを隔離するために受動質量減衰システムが使用される。受動質量減衰システムは多くの形状のうちの任意の１つを有することができる。１つの例においては、システムは質量体を備えた容器と、その中に装着されたバネとを有する。流体はまた容器内に位置し、流体をせん断することにより減衰を提供する。質量体はその外周辺部のまわりに形成された複数のくぼみと、各くぼみ内に位置するボールとを有する。ボールは容器の内側表面に当接して、容器内での質量体の低摩擦振動を提供する。
【０００４】
[0004]他の状況においては、振動により生じる性能の低下を最少にするために隔離器のような剛直な体積ダンパが使用される。隔離器はその中に摺動自在に装着されたピストンを備えた円筒状の容器を有することができ、ピストンは容器を２つの区分に分割する。一定の体積の流体が典型的には容器内に位置していて、ピストンが容器を通して移動するときに、流体が一方の区分から他方の区分へ流れるようになっている。ボールはピストンと容器の内側表面との間に位置していて、容器を通るピストンの運動により生じる摩擦を最小にする。
【０００５】
[0005]上述のシステムは大半の応用において有効に作動するが、他の応用において実施するのに適さない場合がある。例えば、システムがマイクロポンドの範囲の外乱力を経験するような状況においては、システムは適当な減衰を提供できない。特に、上述のシステムの双方においては、ボールが容器の内側表面に当接しているときに摩擦力が発生し、外乱力が摩擦力よりも小さい場合は、ボールは回転できず、減衰を提供できない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
[0006]従って、マイクロポンドの範囲の外乱力を減衰又は隔離するように作動できるシステムを有することが望ましい。更に、システムが比較的軽量であることが望ましい。更に、システムの製造費が安価であることが望ましい。更にまた、本発明の他の望ましい特質及び特徴は、添付図面及び発明の背景に関連して行う本発明の以下の詳細な説明及び特許請求の範囲から明らかとなろう。  
【課題を解決するための手段】
【０００７】
[0007]質量体の振動を減衰又は隔離するためのシステムが提供される。このシステムは、ハウジングと、シャフトと、ハウジング磁石と、シャフト磁石とを有する。ハウジングは通路を画定する内側表面を有する。シャフトはハウジングの通路内に位置し、その中で軸方向に運動するように形状づけられる。シャフトは外側表面を有する。ハウジング磁石はハウジングの内側表面に結合される。シャフト磁石はシャフトの外側表面に結合され、ハウジング磁石と整合し、ハウジング磁石に反発するように形状づけられる。
【０００８】
[0008]別の実施の形態においては、単なる例として、質量体を減衰するための隔離器が提供される。隔離器はハウジングと、シャフトと、シールベローズと、バネと、可撓性部材と、ハウジング磁石と、シャフト磁石とを有する。ハウジングは通路を画定する内側表面を有する。シャフトは通路内に位置し、その中で軸方向に運動するように形状づけられる。シャフトは端部及び外側表面を有する。シールベローズは通路内に位置し、シャフトの端部に結合される。バネは通路内に位置し、第１の端部及び第２の端部を有し、第１の端部はシールベローズ及び第２の端部に結合される。可撓性部材はバネの第２の端部に結合され、質量体に結合するように形状づけられる。ハウジング磁石はハウジングの内側表面に結合される。シャフト磁石はシャフトの外側表面に結合され、ハウジング磁石と整合し、ハウジング磁石に反発するように形状づけられる。
【０００９】
[0009]更に別の実施の形態においては、単なる例として、質量体を減衰するための調整質量ダンパが提供され、このダンパはハウジングと、シャフトと、バネと、ハウジング磁石と、シャフト磁石とを有する。ハウジングは通路を画定する内側表面を有する。シャフトは通路内に位置し、その中で軸方向に運動するように形状づけられる。シャフトは端部及び外側表面を有する。バネは通路内に位置し、シャフトの端部に結合される。ハウジング磁石はハウジングの内側表面に結合され、シャフト磁石はシャフトの外側表面に結合される。シャフト磁石はハウジング磁石と整合し、ハウジング磁石に反発するように形状づけられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
[0010]以下、図面に関連して本発明を説明するが、図面においては、同様の要素は同様の符号で示す。[0018]本発明の以下の詳細な説明は本質的に単なる例示であって、本発明又は本発明の適用及び使用を限定する意図のものではない。更に、本発明の先の背景及び本発明の以下の詳細な説明において提示されるいかなる原理によっても束縛されるものではない。
【００１１】
[0019]図１は、振動隔離能力を有する例示的なシステムを示す。システム１００はベース１０２と、ペイロード（payload；荷重）１０４と、少なくとも１つの隔離器１０６とを有する。システム１００は空中、地上又は水中のような多数の環境のうちの任意の環境内で実施することができる。ベース１０２はペイロード１０４及び隔離器１０６をこれに結合するプラットフォームを提供するように形状づけられ、多数の応用に適した装置のうちの任意のものとすることができる。例えば、空中応用においては、ベース１０２は衛星、衛星のアーム、宇宙ステーション又は多数の他の普通に使用される空中装置のいずれかとすることができる。ペイロード１０４は、好ましくは有効に作動するために振動隔離を必要とするような装置であり、例えば望遠鏡又はカメラのような多数の装置のうちの任意のものとすることができる。隔離器１０６はペイロード１０４が経験することのある振動を減衰及び隔離し、従って、ペイロード１０４及びベース１０２間で結合される。図１は４つの隔離器の使用を示すが、一層少数又は一層多数の隔離器を同様に使用できることを認識されたい。
【００１２】
[0020]図２は、例示的な隔離器２００の断面図を示す。隔離器２００は通路２０６を画定する内側表面２０４を備えたハウジング２０２と、シャフト２０８と、シールベローズ２１０と、ダンパバネ２１２と、ペイロードバネ２１４と、補償ベローズ２１６とを有し、これらの各々は通路２０６内に位置する。隔離器２００はまたハウジング２０２に結合された可撓性部材２１８を有する。
【００１３】
[0021]ハウジング２０２は図２に示すような多部片から構成することができるか又は、代わりに、単一の要素から形成することができる。更に、ハウジング２０２は一端又は両端に形成された開口２１９を有することができ、開口はシャフト２０８及び隔離器２００の他の要素をベース１０２又はペイロード１０４に結合するように形状づけられる。
【００１４】
[0022]ここで図３に戻ると、隔離器２００の一部の拡大図が提供される。図３に示すように、流体２０３はハウジング２０２内に位置し、その区分を通って移動する。シャフト２０８はハウジング２０２内で摺動でき、通路２０６を通って軸方向に移動する。好ましくは、長手軸線２２４のまわりでのシャフト２０８の回転は許容されない。これに関し、シャフト２０８の第１の端部２２６はシールベローズ２１０に固定的に取り付けられる。代わりの実施の形態においては、シャフト１０８の第２の端部２２８は補償ベローズ２１６に固定的に取り付けられる。シャフト２０８の外側表面２２２とハウジング２０２の内側表面２０４との間にギャップ２２０が形成される。ギャップ２２０はシャフト２０８とハウジング２０２との間の接触を阻止し、これらの間の摩擦を減少させる。
【００１５】
[0023]ギャップ２２０が維持されるのを保証し、シャフト２０８とハウジング２０２との間の摩擦を更に減少させるため、反発磁石２３０ａ、２３０ｂ、２３２ａ、２３２ｂを隔離器２００内に設ける。磁石２３０ａ、２３０ｂ、２３２ａ、２３２ｂは、例えば永久磁石及び電磁石のような磁場を発生させるために使用される任意の普通の軽量装置とすることができる。磁石２３０ａ、２３０ｂはハウジング２０２の内側表面２０４に結合され、多数の方法のうちの任意の方法でこの内側表面に結合できる。例えば、ハウジング２０２の内側表面２０４は溝２３４ａ、２３４ｂを有することができ、その中に磁石２３０を配置することができる。好ましくは、磁石２３０は互いに実質上等間隔で離間する。磁石２３２ａ、２３２ｂはシャフト２０８の外側表面２２２に結合され、磁石２３０ａ、２３０ｂと同様、任意の普通の方法で結合される。図４に示すように、磁石２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄはシャフト２０８内に形成された溝２３６ａ、２３６ｂ、２３６ｃ、２３６ｄ内に配置することができる。更に、磁石２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄはまた互いに実質上等間隔で離間することができる。
【００１６】
[0024]図３に示すように、磁石２３０ａ、２３０ｂの各々は好ましくは磁石２３２ａ、２３２ｂの対応する磁石と整合する。４組の磁石２３０ａ、２３０ｂ、２３２ａ、２３２ｂを示すが、一層多数又は一層少数の組を組み込むことができる。更に、磁石２３０ａ−２３０ｄ及び２３２ａ−２３２ｄは各々別個の部片として図４に示すが、これらは図５に示すようにリング形状のような任意の他の形状を有することができる。
【００１７】
[0025]図２に戻ると、ダンパバネ１２及びプレロードバネ２１４はシールベローズ２１０及び補償ベローズ２１６にそれぞれ結合される。ダンパバネ１２及びプレロードバネ２１４は各々所定のこわさを有する。１つの例示的な実施の形態においては、ダンパバネ１２及びプレロードバネ２１４は各々、例えば開口２１９を介してハウジング１０２から取り外すことができる。このような実施の形態においては、ダンパバネ１２及びプレロードバネ２１４は所定のこわさとは異なるこわさを有するバネと交換することができ、それによって、隔離器２００を調整できる。
【００１８】
[0026]可撓性部材２１８は開口２１９を介してハウジング２０２の一端及びプレロードバネ２１４に結合される。可撓性部材２１８は更に、共に図１に示すベース１０２及びプレロード１０４に結合するように形状づけられる。従って、ベース１０２又はプレロード１０４が振動したときに、振動は可撓性部材２１８を介してプレロードバネ２１４に伝達され、最終的にシャフト２０８に伝達される。第２の可撓性部材２３８はハウジングの他端に結合することができ、ダンパバネ２１２と連通することができることを認識されたい。
【００１９】
[0027]図６は、振動減衰能力を有する別の例示的なシステム５００を示す。システム５００はベース５０２と、ペイロード５０４と、少なくとも１つの調整質量ダンパ５０６とを有する。システム５００は空中、地上又は水中のような種々の環境にうちの任意の環境において実行することができる。ベース５０２はペイロード５０４をそこに結合するプラットフォームを提供するように形状づけられ、多数の応用に適した装置のうちの任意のものとすることができる。例えば、空中応用においては、ベース５０２は衛星、衛星のアーム、宇宙ステーション又は多数の他の普通に使用される空中装置のいずれかとすることができる。ペイロード５０４は、好ましくは有効に作動するために振動隔離を必要とする装置であり、例えば望遠鏡又はカメラのような多数の装置のうちの任意のものとすることができる。調整質量ダンパ５０６はペイロード５０４が経験することのある振動を減衰し、ボルトやエポキシやテープ等のような種々の手段を介してペイロードに結合することができる。
【００２０】
[0028]図７は、例示的な調整質量ダンパ５０６の断面図を示す。調整質量ダンパ５０６は通路６０６を画定する内側表面６０４を備えたハウジング６０２と、シャフト６０８と、バネ６１０と、充填カップ６２６と、カバー６２８とを有する。ハウジング６０２はその中に容積６３６を画定し、多部片から構成されるか又は、代わりに、単一の要素から形成することができる。シャフト６０８はハウジング６０２内で摺動でき、通路６０６を通って軸方向に運動する。好ましくは、長手軸線６３４のまわりでのシャフト６０８の回転運動は許容されない。これに関して、シャフト６０８はバネ６１０に固定的に取り付けられる。シャフト６０８の外側表面６１４とハウジング６０２の内側表面６０４との間にギャップ６１２が形成される。ギャップ６１２はシャフト６０８とハウジング６０２との間の接触を阻止し、これらの間の摩擦を減少させる。
【００２１】
[0029] ギャップ６１２が維持されるのを保証し、シャフト６０８とハウジング６０２との間の摩擦を更に減少させるため、図７に示すように、反発磁石６１８ａ、６１８ｂ、６２０ａ、６２０ｂを調整質量ダンパ５０６内に設ける。磁石６１８ａ、６１８ｂ、６２０ａ、６２０ｂは、例えば永久磁石及び電磁石のような磁場を発生させるために使用される任意の普通の軽量装置とすることができる。磁石６１８ａ、６１８ｂはハウジング６０２の内側表面６０４に結合され、多数の方法のうちの任意の方法でこの内側表面に結合できる。例えば、ハウジング６０２の内側表面６０４は溝６２２ａ、６２２ｂを有することができ、その中に磁石６２０ａ、６２０ｂを配置することができる。好ましくは、磁石６２０ａ、６２０ｂは互いに実質上等間隔で離間する。磁石６１８ａ、６１８ｂはシャフト６０４の外側表面６１４に結合され、磁石６２０ａ、６２０ｂと同様、任意の普通の方法で結合される。磁石６１８ａ、６１８ｂｄはシャフト６０４内に形成された溝６２４ａ、６２４ｂ内に配置することができる。更に、磁石６１８ａ、６１８ｂはまた互いに実質上等間隔で離間することができる。
【００２２】
[0030] 磁石６２０ａ、６２０ｂの各々は好ましくは磁石６１８ａ、６１８ｂの対応する磁石と整合する。４組の磁石６１８ａ、６１８ｂ、６２０ａ、６２０ｂを示すが、一層多数又は一層少数の組を組み込むことができる。更に、磁石６１８ａ、６１８ｂ、６２０ａ、６２０ｂは各々別個の部片であるが、６１８ａ、６１８ｂ、６２０ａ、６２０ｂは任意の他の形状を有することができる。
【００２３】
[0031]バネ６１０は、シャフト６０８と充填キャップ６２６との間で結合される。バネ６１０は所定のこわさを有し、１つの例示的な実施の形態では、例えば充填キャップ６２６を介して、ハウジング６０２から取り外すことができる。このような実施の形態においては、バネ６１０は所定のこわさとは異なるこわさを有するバネと交換することができ、それによって、調整質量ダンパ５０６を調整できる。シャフト６０８の質量は増大又は減少させることができ、これまた調整質量ダンパ５０６の調整を可能にする。取り外し可能なことに加えて、充填キャップ６２６は長手軸線６３４のまわりでのシャフト６０８の回転を拘束し、これに関し、ハウジング６０２に結合される。
【００２４】
[0032]カバー６２８は、体積６３６を少なくとも２つの区分６３６ａ、６３６ｂに分割する。カバー６２８はその中央に形成された孔６３８を有し、この孔は区分６３６ａ、６３６ｂ間での流体の流通を許容するために設けられる。カバー６２８は、ハウジング６０２に結合されベローズ６３０にも結合された外側周辺表面を有する。ベローズ６３０はまたベローズキャップ６３２に結合される。ハウジング６０２の内部の温度が増大したとき、流体は孔６３８を通って区分６３６ａから区分６３６ｂへ流れ、ベローズ６３０を引き伸ばす。その結果、温度の増大の場合でも、ハウジング６０２内の圧力は比較的低く維持され、温度の減少の場合でも、大幅には低下しない。
【００２５】
[0033]ここまでで、マイクロポンドの範囲内で外乱力を減衰又は隔離するように作動できるシステムを提供した。更に、システムは比較的軽量である。更に、システムの製造は安価である。
【００２６】
[0034]本発明の上述の詳細な説明において少なくとも１つの例示的な実施の形態を提示したが、多数の変形が存在することを認識すべきである。また、例示的な実施の形態（単数又は複数）は単なる例であり、いかなる意味においても本発明の要旨、適用性又は形状を限定するものではないことを認識すべきである。むしろ、上述の詳細な説明は、当業者に対して、本発明の例示的な実施の形態を履行するための便利なロードマップを提供し、特許請求の範囲で規定されたような本発明の要旨及びその法上の等価物から逸脱することなく、例示的な実施の形態において述べた要素の機能及び構成について種々の変更が可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】[0011]振動隔離を有する例示的なシステムの概略図である。
【図２】[0012]図１に示すシステムに使用する例示的な隔離器の断面図である。
【図３】[0013]図２に示す例示的な隔離器の一部の拡大図である。
【図４】[0014]３−３線における図１の例示的な隔離器の別の断面図である。
【図５】[0015]図１の例示的な隔離器の別の例示的な実施の形態の断面図である。
【図６】[0016]振動減衰を有する例示的なシステムの概略図である。
【図７】[0017]図６に示すシステムに使用する例示的な調整質量ダンパの断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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2008539385.tif 000011
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