JP2013036512A - 飛しょう体のジンバル機構 - Google Patents

Abstract

【課題】剛性の高いガタの無いジンバル機構を提供することを課題とする。
【解決手段】実施形態に係る飛しょう体のジンバル機構は、アンテナなどの可動体の回転軸を飛しょう体の支持部に対して回転自在に支持する２組の組合せアンギュラ玉軸受を有する。組合せアンギュラ玉軸受の内輪は、内輪押さえによって、可動体の回転軸に取り付けられ且つ軸方向に沿った与圧が与えられる。組合せアンギュラ玉軸受の外輪は、支持部に対して軸方向にスライド自在に取り付けられた保持スリーブによって保持される。この保持スリーブは、固定部材によって、そのスライド位置をガタの無い位置に調節された状態で支持部に固定される。
【選択図】 図３

Description

本発明の実施形態は、飛しょう体の先端に設けたアンテナなどの可動体の回転軸の両端を組合せアンギュラ玉軸受で支持したジンバル機構に関する。

飛しょう体のジンバル機構として、例えば、撮像装置などのジンバル被搭載物（可動体）を互いに直交する２軸で回動自在に支持したジンバル機構が知られている。

ミサイルなどの飛しょう体は、極めて高速で航行するため、この種のジンバル機構で支持された可動体には、極めて速い動作が要求され、ジンバル機構自体にも、高い剛性が必要とされている。

特開２００６−３４２９９３号公報

しかし、上述した従来のジンバル機構のように、可動体を２軸で支持する構造の場合、可動体の可動範囲を広げることができる反面、可動体を回動自在に支持する軸受の数が多くなり、可動体にガタを生じ易い。

よって、飛しょう体に搭載する可動体のための、剛性の高いガタの無いジンバル機構の開発が望まれている。

実施形態に係る飛しょう体のジンバル機構は、アンテナなどの可動体の回転軸を飛しょう体の支持部に対して回転自在に支持する２組の組合せアンギュラ玉軸受を有する。組合せアンギュラ玉軸受の内輪は、内輪押さえによって、可動体の回転軸に取り付けられると同時に軸方向に沿った与圧が与えられる。組合せアンギュラ玉軸受の外輪は、支持部に対して軸方向にスライド自在に取り付けられた保持スリーブによって保持される。この保持スリーブは、固定部材によって、そのスライド位置をガタの無い位置に調節された状態で支持部に固定される。

図１は、参考例に係る飛しょう体のジンバル機構を示す概略図である。 図２は、図１のジンバル機構の要部を部分的に拡大して示す部分拡大断面図である。 図３は、実施形態に係るジンバル機構の要部を部分的に拡大して示す部分拡大断面図である。

実施形態について説明する前に、参考例として、飛しょう体１００に搭載したアンテナ１（可動体）を回動自在に支持するジンバル機構１０の一例について、図１および図２を参照して説明する。図１には、飛しょう体１００の先端近くの概略図を示してある。また、図２には、図１の領域Ｆ２を部分的に拡大した部分拡大断面図を示してある。

図１に示すように、参考例のジンバル機構１０は、飛しょう体１００の先端近くでアンテナ１を回動自在に支持している。具体的には、ジンバル機構１０は、飛しょう体１００の互いに離間した一対の支持フレーム１０２、１０２（支持部）の間に配置したアンテナ１の回転軸２、２を、各支持フレーム１０２、１０２に対して回動自在に取り付けた２組の組合せアンギュラ玉軸受３、３（以下、単に玉軸受３と称する場合もある）を有する。

組合せアンギュラ玉軸受３は、周知のものであり、ここではその詳細な説明を省略するが、ここで説明する玉軸受３は、２個の単列アンギュラ玉軸受３ａ、３ｂ（図２参照）を軸方向に並べてその背面同士を接合させたタイプのものである。つまり、この玉軸受３を取り付ける際には、内輪４（図２参照）に軸方向に沿った与圧を与えることで、ジンバル機構１０に剛性を付与することになる。なお、アンテナ１の両側に設けられた２組の玉軸受３は、略同じ構造および機能を有するため、ここでは一方のみについて代表して説明する。

図２に示すように、組合せアンギュラ玉軸受３は、内輪４、外輪５、および複数個のベアリング６を有する。軸方向に沿ってアンテナ１に近い内側の単列アンギュラ玉軸受３ａは、内輪４ａと外輪５ａとの間に複数個のベアリング６を収容配置したものであり、軸方向に沿ってアンテナ１から離間した外側の単列アンギュラ玉軸受３ｂは、内輪４ｂと外輪５ｂとの間に複数個のベアリング６を収容配置したものである。

つまり、組合せアンギュラ玉軸受３の内輪４は、２個の単列アンギュラ玉軸受３ａ、３ｂそれぞれの内輪４ａ、４ｂを軸方向に並べたものであり、組合せアンギュラ玉軸受３の外輪５は、２個の単列アンギュラ玉軸受３ａ、３ｂそれぞれの外輪５ａ、５ｂを軸方向に並べたものである。図示のように２個の単列アンギュラ玉軸受３ａ、３ｂの背面同士を接合させたタイプの組合せアンギュラ玉軸受３の場合、内輪４ａ、４ｂが近づく方向に押圧されることで、玉軸受３に与圧が付与されることになる。

また、ジンバル機構１０は、この他に、玉軸受３の内輪４ａ、４ｂを回転軸２の段部２ａに向けて軸方向に押圧して与圧を付与すると同時に、内輪４をアンテナ１の回転軸２に固設するための円環状の内輪押さえナット１１、軸方向内側の単列アンギュラ玉軸受け３ａの内輪４ａと回転軸２の段部２ａとの間に取り付けられる円環状のシム１２、および、玉軸受３の外輪５ａ、５ｂを軸方向に挟んで保持するハウジング１３および外輪押さえ部材１４を有する。

内輪押さえナット１１は、回転軸２のアンテナ１から離間した先端近くの外周面に設けられたねじ部２ｂに螺合される。

ハウジング１３は、玉軸受３の外周面に接触する筒状部分の内面１３ａ、軸方向内側の単列アンギュラ玉軸受３ａの軸方向内側の端部を当接させる環状の段部１３ｂ、支持フレーム１０２のアンテナ１に対向した内側面に接触する円環状の接触面１３ｃ、および支持フレーム１０２に対して軸方向にスライド自在に接触するスライド面１３ｄを有する。

また、外輪押さえ部材１４は、軸方向外側の単列アンギュラ玉軸受３ｂの軸方向外側の端部を当接させる環状の段部１４ａ、および支持フレーム１０２のアンテナ１から離間した外側面に接触する円環状の接触面１４ｂを有する。

ハウジング１３の接触面１３ｃおよび外輪押さえ部材１４の接触面１４ｂがそれぞれ支持フレーム１０２の内側面および外側面に接触した状態で、理想的には、ハウジング１３の段部１３ｂが内側の単列アンギュラ玉軸受３ａの内側の端部に接触し、外輪押さえ部材１４の段部１４ａが外側の単列アンギュラ玉軸受３ｂの外側の端部に接触する。

ハウジング１３および外輪押さえ部材１４は、支持フレーム１０２の図示しない貫通孔と同軸に、図示しないボルトを挿通するための図示しない挿通孔をそれぞれ有する。そして、ハウジング１３、支持フレーム１０２、および外輪押さえ部材１４の孔を通してボルトを挿通してナットで締め付けることで、ハウジング１３と外輪押さえ部材１４との間で支持フレーム１０２が挟持され、ハウジング１３および外輪押さえ部材１４が支持フレーム１０２に固設される。

ここで、上述した参考例の組合せアンギュラ玉軸受３の取り付け方法の一例について説明する。
まず、アンテナ１の回転軸２の段部２ａに円環状のシム１２を接触させて取り付ける。シム１２は、後述するように、ハウジング１３の段部１３ｂと玉軸受３との間のガタＧを無くすための調節代を作るため、軸方向に沿った厚さを有する。

一方、支持フレーム１０２の内側からハウジング１３を取り付ける。そして、ハウジング１３内にアンテナ１の回転軸２を挿入し、回転軸２の外側からハウジング１３との間に組合せアンギュラ玉軸受３を取り付ける。

さらに、外輪押さえ部材１４を図示しないボルトおよびナットによってハウジング１３とともに支持フレーム１０２に仮留め固定し、玉軸受３の外輪５を保持する。この状態で、ハウジング１３は、支持フレーム１０２に対して軸方向にわずかにスライド可能である。

また、内輪押さえナット１１をねじ部２ｂに螺合して、玉軸受３の内輪４をシム１２との間で内輪押さえナット１１により挟持し、玉軸受３の内輪４を回転軸２に固定する。このとき、内輪押さえナット１１の締め具合を適当な値に調節して玉軸受３に与圧を与える。また、この後、図示しないボルトおよびナットを締め付けてハウジング１３と外輪押さえ部材１４を支持フレームに固定する。

上記のように玉軸受３を取り付けると、シム１２の厚みにより、図２に示すように、軸方向内側の単列アンギュラ玉軸受３ａの軸方向内側の端部とハウジング１３の段部１３ｂとの間にガタＧを生じる。上述したように、飛しょう体１００のジンバル機構１０には、比較的高い剛性が必要であり、このようなガタＧを無くす必要がある。

このため、本参考例では、ガタＧを無くすため、玉軸受３を一旦取り外してシム１２を削って厚さを調整し、再び玉軸受３を取り付ける作業を繰り返すようにしている。この場合、ハウジング１３の段部１３ｂと単列アンギュラ玉軸受３ａとの間の隙間を見てシム１２の削り量を調節することになるが、玉軸受３に適当な与圧を付与した上で、ガタＧを無くす作業には熟練を要し、作業負担が大きかった。

図３には、実施形態に係るジンバル機構２０の要部の構造を部分的に拡大した部分拡大断面図を示してある。このジンバル機構２０は、組合せアンギュラ玉軸受３の支持フレーム１０２に対する取り付け構造が異なる以外、上述した参考例のジンバル機構１０と同様に機能する。よって、ここでは、参考例と同様に機能する構成要素には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

本実施形態のジンバル機構２０は、組合せアンギュラ玉軸受３の内輪４ａ、４ｂを回転軸２の段部２ａに向けて軸方向に押圧して与圧を付与すると同時に、内輪４をアンテナ１の回転軸２に固設するための円環状の内輪押さえナット１１を有する。この内輪押さえナット１１は、回転軸２のねじ部２ｂに螺合される。

また、このジンバル機構２０は、玉軸受３の外輪５の外周面に接触する内周面２１ａ、および支持フレーム１０２の取り付け孔の内周面１０２ａに接触する外周面２１ｂを有する略円筒形の保持スリーブ２１を有する。保持スリーブ２１の外周面２１ｂは、支持フレーム１０２の取り付け孔に対して軸方向に沿ってスライド自在となっている。

保持スリーブ２１の内周面２１ａには、組合せアンギュラ玉軸受３の軸方向内側の単列アンギュラ玉軸受３ａの軸方向内側の端部を当接させるための環状の段部２１ｃ、および外輪押さえナット２２を螺合せしめるためのねじ部２１ｄが設けられている。しかして、玉軸受３の外輪５は、段部２１ｃと外輪押さえナット２２によって挟持されて、保持スリーブ２１に固定される。

一方、保持スリーブ２１の外周面２１ｂには、支持フレーム１０２の軸方向内側から取り付けられる内側ナット２３ａを螺合せしめるためのねじ部２１ｅ、および支持フレーム１０２の軸方向外側から取り付けられる外側ナット２３ｂを螺合せしめるためのねじ部２１ｆが設けられている。各ナット２３ａ、２３ｂと支持フレーム１０２との間には、それぞれ、ワッシャー２４ａ、２４ｂが挿入配置される。

保持スリーブ２１は、ねじ部２１ｅに螺合した内側ナット２３ａおよびねじ部２１ｆに螺合した外側ナット２３ｂを互いに近づく方向に締め付けることで、支持フレーム１０２の取り付け孔１０２ａの縁に固定される。このとき、内側ナット２３ａおよび外側ナット２３ｂの軸方向に沿った位置を調節することで、保持スリーブ２１の軸方向に沿ったスライド位置を任意の位置に決めることができる。すなわち、内側ナット２３ａおよび外側ナット２３ｂは、保持スリーブ２１を軸方向に位置決めして支持フレーム１０２に固定する固定部材として機能する。

ここで、本実施形態のジンバル機構２０における組合せアンギュラ玉軸受３の取り付け方法の一例について説明する。
まず、保持スリーブ２１を支持フレーム１０２の取り付け孔１０２ａに取り付ける。この際、保持スリーブ２１を支持フレーム１０２の取り付け孔１０２ａに挿入した後、軸方向内側から、ワッシャー２４ａを介して、保持スリーブ２１の外周面にあるねじ部２１ｅに内側ナット２３ａを螺合する。また、この際、保持スリーブ２１の反対側（軸方向外側）から、ワッシャー２４ｂを介して、ねじ部２１ｆに外側ナット２３ｂを螺合する。

このとき、保持スリーブ２１を支持フレーム１０２に対して軸方向にわずかに移動可能にするため、内側ナット２３ａおよび外側ナット２３ｂは、支持フレーム１０２を締め付けることなく、緩く取り付けられる。この状態で、保持スリーブ２１が支持フレーム１０２に仮留めされる。

次に、保持スリーブ２１の軸方向内側から、保持スリーブ２１の中にアンテナ１の回転軸２が挿通配置され、組合せアンギュラ玉軸受３が、軸方向外側から、回転軸２の外周面と保持スリーブ２１の内周面２１ａとの間に挿入配置される。このとき、玉軸受３の軸方向内側の端部が、回転軸２の段部２ａおよび保持スリーブ２１の段部２１ｃに当接して係合する。

そして、この次に、内輪押さえナット１１を、軸方向外側から、アンテナ１の回転軸２のねじ部２ｂに螺合し、回転軸２の段部２ａとの間で玉軸受３の内輪４を挟持する。この際、内輪押さえナット１１の締め付け具合を調節することで、玉軸受３に付与する与圧が調節される。同時に、玉軸受３の内輪４が回転軸２にガタなく固定される。

この後、軸方向外側から、保持スリーブ２１の内面２１ａに形成されたねじ部２１ｄに外輪押さえナット２２が螺合され、保持スリーブ２１の段部２１ｃとの間で玉軸受３の外輪５が挟持される。このとき、外輪押さえナット２２を締めることで、保持スリーブ２１が軸方向に移動して位置決めされる。

最後に、位置決めされた保持スリーブ２１を支持フレーム１０２に固定するため、内側ナット２３ａおよび外側ナット２３ｂを締め付ける。このとき、保持スリーブ２１が軸方向に移動しないように、２つのナット２３ａ、２３ｂを締め付ける。例えば、内側ナット２３ａが止まるまで締めた後に、外側ナット２３ｂを締め付ける。

以上のように、本実施形態によると、可動体１０の回転軸２の両端に組合せアンギュラ玉軸受３を備えたジンバル機構２０において、ガタ調整の必要がなく、玉軸受３に対して所望の与圧を付与することができる。よって、飛しょう体１００のジンバル機構２０に必要とされる程度の高い剛性を付与することができる。

１つの実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

例えば、上述した実施形態では、飛しょう体のジンバル機構に本発明を適用した場合について説明したが、これに限らず、他の比較的イナーシャの大きい回転体のジンバル機構に本発明を適用しても良い。

１…アンテナ、２…回転軸、３…組合せアンギュラ玉軸受、４、４ａ、４ｂ…内輪、５、５ａ、５ｂ…外輪、６…ベアリング、１０、２０…ジンバル機構、１１…内輪押えナット、１２…シム、１３…ハウジング、１４…外輪押さえ部材、２１…保持スリーブ、２２…外輪押さえナット、２３ａ…内側ナット、２３ｂ…外側ナット、Ｇ…ガタ。

Claims (3)

1. 可動体の回転軸の両端をそれぞれ飛しょう体の支持部に対して回転自在に支持する２組の組合せアンギュラ玉軸受を有するジンバル機構であって、
   上記組合せアンギュラ玉軸受の内輪を上記可動体の回転軸に取り付けると同時に当該アンギュラ玉軸受に軸方向の与圧を与える内輪押さえと、
   上記組合せアンギュラ玉軸受の外輪を保持するとともに上記支持部に対して軸方向にスライド自在に取り付けられた保持スリーブと、
   この保持スリーブのスライド位置を調節可能に上記支持部に固定する固定部材と、
   を有するジンバル機構。
2. 上記内輪押さえは、上記可動体の回転軸の周りに設けられた環状の段部との間で、上記アンギュラ玉軸受の内輪を軸方向に挟んで締め付けるナットを有する請求項１のジンバル機構。
3. 上記保持スリーブは、上記アンギュラ玉軸受の外輪の外周面に接する内面に、上記外輪の軸方向端部を当接させる環状の段部と、この段部との間で上記外輪を軸方向に挟んで締め付けるナットを螺合するためのねじ部と、を有する請求項１のジンバル機構。

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