JP2012082922A

JP2012082922A - 機械機構

Info

Publication number: JP2012082922A
Application number: JP2010230912A
Authority: JP
Inventors: Minoru Okuda; 実奥田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2010-10-13
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2012-04-26

Abstract

【課題】外輪レース部が荷重を受けてスラスト方向へ移動することを効果的に回避させることができ、軸の剛性等を確保することができる好適な機械機構を提供する。
【解決手段】内周面に外輪レース部１０を備えてなる円筒体１と、外輪レース部１０に複数のボールＢを介して回動可能に支持された内輪レース部２０を備えた円筒状枠体２とを具備してなり、円筒状枠体２の回動を利用して駆動力を伝達し得る機械機構Ｍにおいて、外輪レース部１０及び内輪レース部２０における第一、第二のラジアル当接面１０１、２０１及び第一、第二のスラスト当接面１０２、２０２の縦断面形状をそれぞれ直線に形成するものとした。
【選択図】図２

Description

本発明は、機械機構分野一般に関する。

従来から、外輪レース部を備えてなる円筒体と、前記外輪レース部に複数のボールを介して回動可能に支持された内輪レース部を備えた円筒状枠体とを具備してなり、前記円筒状枠体の回動を利用する機械機構には、例えば飛翔体の筐体内周面に位置する円筒状枠体をアクチュエータの駆動力により回動させ、この円筒状枠体の回動を利用して飛翔体の操蛇翼に駆動力を伝達し得るものが知られている（例えば特許文献１参照）。

ところで、円筒状枠体を回動可能に支持する構造には、従来から図４に示すようなものがある。すなわち、内周面に外輪レース部１０ａを備えてなる円筒体１ａと、内輪レース部２０ａを備えた円筒状枠体２ａとの間に、複数のボールＢａを介在させることにより円筒状枠体２ａを回動可能に支持してなるものである。

従来、ボールＢａと接触する外輪レース部１０ａ及び内輪レース部２０ａの接触面３０１、３０２は、図４ないし図６に示すように、縦断面形状をボールＢａの球面形状に対応させるべく、曲線状に形成させたものであった。

また、図４中左側の外輪レース部１０ａに隣接するスペーサＳ１、リング部材Ｒ１は図示しないバネ等の弾性部材を用いて図中右方向への一定の荷重を伝達しており、外輪レース部１０ａ、ボールＢａ及び円筒状枠体２ａを所要箇所に配置させるとともに、ガタの発生を抑止していた。

特開２００６−３８４１４号公報

しかしながら、円筒状枠体の回転により過大な駆動トルクが伝達された場合は、内輪レース部のボールとの接触面及び外輪レース部のボールとの接触面が曲面であるため、ラジアル荷重とともに過大なスラスト荷重が外輪レース部に伝達されてしまうという不具合があった。具体的には、図６に示すように、外輪レース部１０ａがスラスト方向Ｔｈに押し出され、移動してしまうという不具合が生じる。このため、外輪レース部１０ａの移動に伴い、ボールＢａを介して回動可能に支持されている円筒状枠体２ａはラジアル方向Ｒａへ位置ずれしてしまい、ガタの発生や動力伝達対象となる軸の剛性不足等の一因となっていた。さらに、内輪及び外輪レース部の縦断面形状を曲線に形成する必要があったため、加工が複雑であり、精度において一定の限界があった。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、主たる目的は、円筒状枠体の回転により過大な駆動トルクが発生した場合にも、ラジアル方向へ確実に荷重伝達するとともに、外輪レース部がスラスト方向に押し出され、移動してしまうことを効果的に回避することができる外輪及び内輪レース部の構造を備えた機械機構を提供することにある。

すなわち、本発明の機械機構は、外輪レース部を備えてなる円筒体と、前記外輪レース部に複数のボールを介して回動可能に支持された内輪レース部を備えた円筒状枠体とを具備してなり、前記円筒状枠体の回動を利用する機械機構において、前記外輪レース部が、前記ボールとラジアル方向に当接する第一のラジアル当接面と、スラスト方向に当接する第一のスラスト当接面とを備え、前記内輪レース部が、前記ボールがラジアル方向に当接する第二のラジアル当接面と、スラスト方向に当接する第二のスラスト当接面とを備えたものであって、前記第一、第二のラジアル当接面及び前記第一、第二のスラスト当接面の縦断面形状をそれぞれ直線に形成してなることを特徴とする。

このようなものであれば、円筒状枠体の回動により発生するラジアル荷重は、縦断面形状を直線に形成された内輪レース部の第二のラジアル当接面からボールを介して外輪レース部の第一のラジアル当接面に伝達されるため、ラジアル荷重を直線的にラジアル方向に伝達することができ、外輪レース部がスラスト荷重を受けることを極小にすることができる。また、第一、第二のスラスト当接面は、ボールとスラスト方向に当接するように配設されるため、ボールが所定位置から外れることがなく、しかもボールとの接触が点接触となるため、ボールから伝達されるスラスト荷重を最小限に抑えることができる。したがって、外輪レース部がスラスト方向へ押し出され、移動することが極めて少なくなり、ガタが発生することを効果的に抑止することができる。

また、第一、第二のラジアル当接面及び第一、第二のスラスト当接面の縦断面形状をそれぞれ直線に形成するため、従来と比較して外輪及び内輪レース部の加工を簡易かつ高精度なものとすることができるため実用性に富んだものとなる。

なお、本発明における機械機構としては、飛翔体に適用したものとして、飛翔体の外周部に位置し、内周面に外輪レース部を備えてなる円筒体と、前記外輪レース部に複数のボールを介して回動可能に支持された内輪レース部を備えた円筒状枠体とを具備してなり、前記円筒状枠体の回動を利用して飛翔体の操蛇翼に駆動力を伝達し得る飛翔体の機械機構において、前記外輪レース部が、前記ボールとラジアル方向に当接する第一のラジアル当接面と、スラスト方向に当接する第二のスラスト当接面とを備えたものであって、前記第一、第二のラジアル当接面及び前記第一、第二のスラスト当接面の縦断面形状をそれぞれ直線に形成してなることを特徴としたものなどがある。

ところで、ここでいう飛翔体の「外周部」とは、飛翔体の中心部（中心軸）に対する概念であり、飛翔体の外周を構成する筐体のほか、筐体の内周の近傍部を広く含んだ位置をいう。

また、「飛翔体」とは、イオンロケット、プラズマロケットなどの電気式ロケットや原子力ロケットや光子ロケットのような原子核エネルギーを利用するロケット、その他、研究用ロケット、観測用ロケット、輸送用ロケット、及び、宇宙空間用ロケット等が挙げられる。

以上説明したように本発明によれば、円筒状枠体の回動により外輪レース部がスラスト荷重を受けてスラスト方向へ押し出され、移動する事態を効果的に回避することができ、ガタの発生を抑え、軸の剛性等を確保することができる好適な機械機構を実現することができる。

本発明の飛翔体の機械機構（操蛇翼駆動機構）の斜視図である。本発明の飛翔体の機械機構（操蛇翼駆動機構）における内輪及び外輪レース部を示すＡ−Ａ断面図である。本発明の飛翔体の機械機構（操蛇翼駆動機構）における内輪及び外輪レース部を示す拡大図である。従来の機械機構における内輪及び外輪レース部を示すＡ−Ａ断面図である。従来の機械機構における内輪及び外輪レース部を示す拡大図である。従来の機械機構における内輪及び外輪レース部を示す拡大図である。対策効果確認のための試験形態図である。

以下、本発明の一実施形態である飛翔体の機械機構（飛翔体の操蛇翼駆動機構）を、図面を参照して説明する。

本発明は、図１に示すように、円筒体１の外周面の所定箇所に配設された第一のアクチュエータＡ１の駆動力を、カム機構等により構成される動作変換部Ｃを介して円筒体１の内周に設けられた円筒状枠体２を回動しうる動作に変換するとともに、円筒状枠体２の回動を利用して、第一の翼軸３１を動作させる機構において用いられるものである。なお、第二のアクチュエータＡ２の駆動力は、動作変換部Ｃを介して第二の翼軸３２に伝達される。このように、図１に示す飛翔体の操蛇翼駆動機構Ｍは、円筒状枠体２の回動を利用して翼軸３１を動作し得るものとすることにより、アクチュエータＡ１の設置箇所に自由度を与えることができるものである。

本発明に係る飛翔体の操蛇翼駆動機構Ｍは、図１ないし図３に示すように、飛翔体の外周部に位置し、内周面に外輪レース部１０を備えてなる円筒体１と、外輪レース部１０に複数のボールＢを介して回動可能に支持された内輪レース部２０を備えた円筒状枠体２とを具備してなる。

円筒体１は、高速流体に適応した形状に形成された飛翔体の筐体の一部をなす円筒形状のもので、内周面に外輪レース部１０を備えたものである。なお、本実施形態において、外輪レース部１０は円筒状枠体２の両側の開口端近傍に対応する円筒体１の内周面にそれぞれ配設されている。なお、図２中左側にはスペーサＳ及びリング部材Ｒが外輪レース部１０に隣接して配設され、外輪レース部１０、ボールＢ及び円筒状枠体２を所定位置に固定させている。

円筒状枠体２は、円筒体１の内側に設けられた円筒形状のもので、外周面に内輪レース部２０を備えたものである。なお、本実施形態における内輪レース部２０は、円筒状枠体２の両側の開口端近傍の外周面にそれぞれ配設され、円筒状枠体２と一体に形成されている。

ボールＢはボールベアリング等に用いられる通常の球体であり、外輪レース部１０と内輪レース部２０との間に介在し、円筒状枠体２を回動可能に支持するものである。

円筒体１の外輪レース部１０は、ボールＢとラジアル方向Ｒａに当接する第一のラジアル当接面１０１と、ボールＢとスラスト方向Ｔｈに当接する第一のスラスト当接面１０２とを備えてなる。

一方、円筒状枠体２の内輪レース部２０は、ボールＢとラジアル方向Ｒａに当接する第二のラジアル当接面２０１と、スラスト方向Ｔｈに当接する第二のスラスト当接面２０２とを備えてなる。

しかして、第一、第二のラジアル当接面１０１、２０１及び第一、第二のスラスト当接面１０２、２０２は、縦断面形状をそれぞれ直線に形成してなるものである。

外輪レース部の第一のラジアル当接面１０１及び内輪レース部の第二のラジアル当接面２０１は、ラジアル方向Ｒａに対して直交するように形成され、第一のラジアル当接面１０１と第二のラジアル当接面２０１とが平行に配設されている。一方、外輪レース部の第一のスラスト当接面１０２及び内輪レース部の第二のスラスト当接面２０２は、それぞれボールＢとスラスト方向Ｔｈに当接するように配設されている。

次に、このような構成を有する本発明の飛翔体の操蛇翼駆動機構の作用及び効果を述べる。

円筒状枠体２が回動すると、円筒状枠体２の内輪レース部２０に備えられた第２のラジアル当接面２０１が、ラジアル荷重をボールＢに直線的に伝達する。そして、ボールＢに伝達されたラジアル荷重を、外輪レース部１０のラジアル当接面１０１が受け止めるため、ラジアル荷重をラジアル方向Ｒａに直線的に伝達させることができる。このため、ボールＢから外輪レース部１０にスラスト荷重が伝達されることは極めて少なくなり、外輪レース部１０がスラスト方向Ｔｈへ押し出されて移動することを効果的に回避することができる。

また、第一、第二のスラスト当接面１０２、２０２の縦断面形状は直線に形成され、ボールＢとスラスト方向Ｔｈに当接するように配設されているため、ボールＢが所定位置から外れることはなく、さらにはボールＢとの接触を点接触とすることができるため、ボールＢから伝達されるスラスト荷重を最小限に抑えることができる。

図７に、本実施形態における効果を確認するための試験形態を示す。本試験は、操舵装置に所定のトルクを負荷した時のコマンドと実際に発生している舵角を確認することにより、がた量を確認するものである。なお、本図における舵角出力とは、参考としてサーボモータの直近に設置したものである。本試験の結果、従来技術によるがた量は４．５°であったが、本発明適用後は２．１°となった。本試験形態において、がたが発生する要素は本発明の機械機構部以外にもあるため、それを除いた結果、本発明によるがた量は１．４°から０．２°へと低減されており、本発明ががた量を削減することに対し有効であることが確認された。

このように、本実施形態に係る飛翔体の操蛇翼駆動機構は、外輪レース部が荷重を受けてスラスト方向へ押し出されて移動することを効果的に回避させることができるため、円筒状枠体がラジアル方向へずれることを抑制し、ガタの発生を回避するとともに、翼軸の剛性等を確保することができる好適な飛翔体の操蛇翼駆動機構を実現することができる。

なお、本発明は、以上に詳述した実施形態に限られるものではない。

例えば、円筒体は飛翔体の外周部に位置するものであればよく、必ずしも飛翔体の筐体に限定されるものではない。例えば、飛翔体の外周をなす筐体は円筒体とは別のものとしてもよく、その内側に円筒体を設けたものでも良い。

また、本発明における機械機構は、飛翔体の操蛇翼駆動機構に限定されるものではなく、一般産業用機械等に広く適用することができるものである。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１…円筒体
２…円筒状枠体
１０…外輪レース部
２０…内輪レース部
１０１…第一のラジアル当接面
１０２…第二のラジアル当接面
２０１…第一のスラスト当接面
２０２…第二のスラスト当接面
Ｂ…ボール
Ｍ…操蛇翼駆動機構（機械機構）

Claims

外輪レース部を備えてなる円筒体と、前記外輪レース部に複数のボールを介して回動可能に支持された内輪レース部を備えた円筒状枠体とを具備してなり、前記円筒状枠体の回動を利用する機械機構において、
前記外輪レース部が、前記ボールとラジアル方向に当接する第一のラジアル当接面と、スラスト方向に当接する第一のスラスト当接面とを備え、
前記内輪レース部が、前記ボールとラジアル方向に当接する第二のラジアル当接面と、スラスト方向に当接する第二のスラスト当接面とを備えたものであって、
前記第一、第二のラジアル当接面及び前記第一、第二のスラスト当接面の縦断面形状をそれぞれ直線に形成してなることを特徴とする機械機構。
飛翔体の外周部に位置し、内周面に外輪レース部を備えてなる円筒体と、前記外輪レース部に複数のボールを介して回動可能に支持された内輪レース部を備えた円筒状枠体とを具備してなり、前記円筒状枠体の回動を利用して飛翔体の操蛇翼に駆動力を伝達し得る飛翔体の機械機構において、
前記外輪レース部が、前記ボールとラジアル方向に当接する第一のラジアル当接面と、スラスト方向に当接する第二のスラスト当接面とを備えたものであって、
前記第一、第二のラジアル当接面及び前記第一、第二のスラスト当接面の縦断面形状をそれぞれ直線に形成してなることを特徴とする飛翔体の機械機構。