JP2008209001A - ウェブ付き貫通ピボット - Google Patents

Abstract

【課題】ウェブ付き貫通ピボットを提供する。
【解決手段】固定子（２）および回転子（３）を含む貫通ピボット（１）であって、回転子が、回転軸（Ａ）を中心に、固定子に対して回転することができ、かつ回転軸と整列された貫通シャフトを受け入れることができる貫通ピボット（１）において、回転子の回転を許容するように変形可能な複数のウェブ（４）によって回転子が固定子に接続されることと、静止状態において、回転軸を通過する半径方向に対してウェブが傾斜角度を形成することと、を特徴とする貫通ピボット（１）。
【選択図】図１

Description

本発明は、貫通ピボット、すなわちピボットの両側から延びる回転シャフトを支持できる装置を意味する貫通ピボットと、このピボットを用いて作製された、回転振幅に制限がある回転シャフト用の取り付け台と、に関する。

宇宙用途では、アンテナ、ブーム等、衛星または宇宙船のある一定の部品を所定の方向に向けて、たとえば、それらを決まった星に向けるか、地球の表面上の地点に照準を維持するか、または地球もしくはある天体の表面における特定の領域を走査するようにできることが必要である。これらの位置決めには、不可避な方向ドリフトを補償するために頻繁な補正が必要であり、これらの数多くの補正には、これらのビークル付属物およびそれらの取り付け台のための多数のマイクロ回転サイクルが含まれる。この局面は、精捕捉追尾として周知である。

軌道への衛星投入の不可逆的な性質ゆえに、宇宙船の設計は、取り付け台に対しては、サイクル数で測定される非常に長い寿命で作成して、この膨大な数の応力に耐える取り付け台の能力を保証するようにしなければならない。たとえば、この寿命は、６００，０００サイクルを超える場合がある。取り付け台の他の要件は、（取り付けられたシャフトにかかる外力および曲げモーメントに耐える）大きな機械的強度、高い横剛性、高精度なゼロトレランスの案内、両方向における１°より大きな回転振幅および低抵抗トルクである。

交差可撓性ウェブを有するピボット、特に「ベンディックスピボット（Ｂｅｎｄｉｘ Ｐｉｖｏｔ）」という名前で知られたピボットを備えた、回転シャフト用の取り付け台を構成することが、周知の方法である。このタイプのピボットは、貫通ピボットではない。したがって、取り付けシャフトをカンチレバー式に取り付けることが必要であるが、これは、ピボットのウェブにおける大きな応力と、たとえ二重ピボットの取り付け台を用いても大きな応力が支持フレームに伝達されることと、を意味する。したがって、このタイプのピボットは、制限された機械的強度および横剛性を呈し、精捕捉追尾装置の全ての要件を十分に満たすわけではない。

２個のボールベアリングを含む取り付け台でシャフトを支持することもまた、周知の方法である。かかる装置は、摩耗を受けやすく、したがって寿命に限界がある。したがって、それはまた、宇宙用途のための精捕捉追尾取り付け台設計用の全ての要件を十分に満たすわけではない。

本発明の目的は、先行技術の上述の欠点の少なくともいくつかを回避する、回転シャフト用のピボットおよび取り付け台を提供することである。特に、本発明の目的は、とりわけ宇宙用途のために、精捕捉追尾装置を構成するのに適した、回転シャフト用のピボットおよび取り付け台を提供することである。

この目的のために、本発明は、固定子および回転子を含む貫通ピボットを提供するが、この回転子は、回転軸を中心に、固定子に対して回転することができ、かつ回転軸と整列された貫通シャフトを受け入れることができ、またこのピボットは、回転子が、回転子の回転を許容するように変形可能な複数の可撓性要素によって固定子に接続されることと、静止状態において、可撓性要素が、回転軸を通過する半径方向に対して傾斜角度を形成することとを特徴とする。

これらの特徴ゆえに、ピボットは、貫通シャフトを支持することができ、かくして、優れた機械的挙動を提供する。さらに、可撓性要素の変形によって回転子の回転が許容されるので、摩擦による機械的摩耗がなく、その寿命が伸ばされる。可撓性要素をある傾斜角度で配置することによって、可撓性要素における張力および曲げ力が制限されることが観察された。したがって、可撓性要素における抵抗性トルクおよび応力は低く、これによって、数度の振幅にわたる正確な案内および寿命の伸びが可能になる。

固定子は、正多角形の形状のフレームを含むのが好ましく、可撓性要素は、フレームの対応する頂点に固定される。

回転子は、円筒状リングを含むのが有利であり、可撓性要素は、前記リングの外面に固定される。

特定の一実施形態において、リングは中心孔を有し、回転子は、前記中心孔を通る貫通シャフトを受け入れることができる。

ピボットは、３個の均等に配分された可撓性要素を含むのが有利である。

可撓性要素は、回転軸に平行な平面上に配置された、平面矩形形状のウェブであるのが有利である。これによって、軸方向の力に耐えることができる。

特定の一実施形態において、傾斜角度は２°〜１０°であり、好ましくは４°〜５°である。

本発明はまた、それぞれの回転軸が同一直線上にあるように、ある距離をもって互いに離されて配置された、上記の発明による２個のピボットを含むシャフト取り付け台を提供する。

この配置は、取り付けられたシャフトにかかる力をより効果的に吸収し、かくして機械的強度および剛性を向上させる。さらに、シャフトが、取り付け台の両側で有用な部品を担持することが可能である。

本発明ならびに本発明の他の目的、詳細、特徴および利点のより明瞭な理解は、添付の図面に関連して純粋に非限定的な実例として提示された、本発明の特定の一実施形態の次の説明によって与えられるであろう。

ピボット１には、二等辺三角形の形状をしたフレームを含む固定子２と、軸Ａを中心に固定子２に対して回転できる回転子３と、が含まれる。回転子３は、軸Ａを有する円筒状回転リングの形状をしている。固定子２および回転子３の中心は、互いに一致する。

固定子２および回転子３は、３個のウェブ４によって接続される。ウェブ４は、矩形平面プレートのように成形される。それらは、一方の短側部に沿って固定子２の対応する頂点に接続され、もう一方の短側部に沿って回転子３の外面に接続される。

固定子は、そのまわりの機構に依存して異なる形状にすることができ、またたとえば、ウェブの数（必ずしも３個ではない）に適合する異なる数の側部を有することができる。さらに、ウェブは、チューブなどの他の可撓性要素で置き替えることが可能である。

図２は、ウェブ４の配置をより正確に示す。図２は、ピボット１が静止状態にある場合、すなわち回転子３を回転させようとするトルクがない場合のウェブ４の位置を示す。装着円５および６は、ウェブ４の短側部のそれぞれの位置に対応する直径を有する。直線Ｄは、軸Ａを通過する半径方向に対応する。ウェブ４が、半径方向に対して、傾斜角度αと呼ばれる角度を形成することが理解されるであろう。

回転子３は、図４において矢印１５で示す方向に回転できるが、これは、傾斜角度αの方向に一致する。図４において、破線４’は、回転子３が数度回転した場合のウェブ４の位置を表わす。図３は、印加されたトルクと図２に見える位置を基準にした回転角度との関係を示す。トルクは、回転子３の回転による、ウェブ４の張力および曲げ力に対応する。

曲線７は、ウェブがまっすぐであること、すなわち傾斜角度αがゼロであることに対応し、ウェブの傾斜が異なる場合の抵抗性トルクとの間で比較ができるようにする。張力および曲げによるトルク成分が一緒に加えられるので、トルクが回転角と共に漸近的に増加することが理解されるであろう。曲線８および９は、４°および５°の傾斜角度αにそれぞれ対応する。トルクは、関心のある回転角度の範囲において低く、安定したままである。なぜなら、この場合には、ある回転角度から張力成分が符号を変え、曲げ成分から減算されるからである。

ピボット１によって、回転子３が、制限され安定したトルクで、したがってモータの最大出力を超過せずに、基準位置を中心に数度の範囲内で回転可能になることが、結果として観察される。図示の例において、１．５°が基準位置として選択され、また回転子３は、この位置を中心に両方向に回転することができる。図４において、破線４’は、回転子３が基準位置にある場合のウェブ４の位置を表わす。

図７および８は、ウェブ４の表面に存在する応力を、回転角度の関数として示す。曲線１５および１８は、まっすぐなウェブに対応し、曲線１６および１９は、４°の傾斜角度αに対応し、曲線１７および２０は、５°の傾斜角度αに対応する。曲線１５および１８をその他と比較することによって、非ゼロの傾斜角度αが、応力を制限し、ピボット１の機械的強度および寿命を向上させることが示される。

トルクおよび／または応力を最小限にする最適な傾斜角度αが存在する。この最適の角度は、ピボット１の寸法および用いられる材料に依存する場合がある。最適な角度は、たとえば２°〜１０°、好ましくは４°〜５°の範囲であろう。

図５および６は、２個のピボット１を用いて作製された、回転シャフト１１の取り付け台１０を示す。ピボット１の固定子２は、それらの軸Ａが同一直線上にあるように互いに離されて構造体１２に固定される。回転シャフト１１は、軸Ａと整列され、２個の回転子３に固定される。この取り付け台では、矢印１３によって表わされた、シャフト１１にかかる力は、矢印１４が示すように２個のピボットによって担われ、かくして取り付け台の機械的強度が向上される。

本発明を特定の一実施形態に関連して説明したが、本発明がこの実施形態に決して限定されないこと、ならびに本発明が、説明した手段の全ての技術的均等物およびそれらの組み合わせを、それらが本発明の範囲内に入る場合に、含むことが明らかであろう。

本発明の一実施形態におけるピボットの斜視図である。 図１に見えるピボットにおけるウェブの配置のダイアグラムである。 図１に見えるピボットについて、異なる傾斜角度に対して、印加されるトルクと回転角度との間の関係を示すグラフである。 図２と類似の図である。 図１に見えるタイプの２個のピボットを含む取り付け台である。 図５に見える取り付け台の端から端までの断面である。 図１のピボットのウェブにおける、回転角度の関数としての応力を示すグラフである。 図１のピボットのウェブにおける、回転角度の関数としての応力を示すグラフである。

符号の説明

１ ピボット
２ 固定子
３ 回転子
４ ウェブ
４’ 破線
５ 装着円
６ 装着円
７ 曲線
８ 曲線
９ 曲線
１０ 取り付け台
１１ シャフト
１２ 構造体
１３ 矢印
１４ 矢印
１５ 矢印
１５ 曲線
１６ 曲線
１７ 曲線
１８ 曲線
１９ 曲線
２０ 曲線
Ａ 軸
Ｄ 直線
α 傾斜角度

Claims (8)

1. 固定子（２）および回転子（３）を含む貫通ピボット（１）であって、前記回転子が、回転軸（Ａ）を中心に前記固定子に対して回転することができ、かつ前記回転軸と整列された貫通シャフト（１１）を受け入れることができる貫通ピボット（１）において、前記回転子の回転を許容するように変形可能な複数の可撓性要素（４）によって前記回転子が前記固定子に接続されることと、静止状態において、前記回転軸を通過する半径方向（Ｄ）に対して、前記可撓性要素が２°〜１０°の傾斜角度（α）を形成することと、を特徴とする貫通ピボット（１）。
2. 前記固定子が正多角形の形状のフレームを含み、前記可撓性要素が前記フレームの対応する頂点に固定される、請求項１に記載のピボット。
3. 前記回転子が円筒状リングを含み、前記可撓性要素が前記リングの外面に固定される、請求項１および２のいずれか一項に記載のピボット。
4. 前記リングが、自身を通過する貫通シャフトを受け入れることができる中心孔を有する、請求項３に記載のピボット。
5. ３個の均等に配分された可撓性要素を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のピボット。
6. 前記可撓性要素が、前記回転軸に平行な平面上に配置された、平面矩形形状のウェブである、請求項１〜５のいずれか一項に記載のピボット。
7. 前記傾斜角度が４°〜５°である、請求項１に記載のピボット。
8. それぞれの回転軸（Ａ）が同一直線上にあるように、ある距離をもって離されて設置された請求項１〜７のいずれか一項に記載の２個のピボット（１）を含む、シャフト（１１）用取り付け台（１０）。