JP4556030B2

JP4556030B2 - 角度調節装置

Info

Publication number: JP4556030B2
Application number: JP2000088960A
Authority: JP
Inventors: 昭夫辻畑; 明宏宮坂; 省一飯倉; 敏克秋葉
Original assignee: Japan Aerospace Exploration Agency JAXA; NEC Space Technologies Ltd
Current assignee: Japan Aerospace Exploration Agency JAXA; NEC Space Technologies Ltd
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2000-03-28
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2020-03-28
Also published as: JP2001270500A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば人工衛星や宇宙ステーション等の宇宙航行体に搭載されるアンテナ装置や光学機器等の高精度な設置精度が要請される機器を高精度に設置するのに用いる角度調節装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、搭載機器、例えばアンテナ装置を宇宙航行体に搭載する手段としては、図９に示すようにアンテナ反射鏡１を、ブーム２の先端に取付けて、このブーム２の基端が角度調節装置３を介して宇宙航行体本体４に角度調整可能に取付けられる。そして、このようなアンテナ装置は、そのブーム２の組付け誤差や熱変形等により、アンテナ反射鏡１の指向方向に誤差が生じた場合、上記角度調節装置３が図中破線で示す如く可動制御されて、そのアンテナ反射鏡１の角度誤差が補正される。これにより、アンテナ反射鏡１は、そのブーム２を介して所望の指向方向に搭載された状態において、その指向方向が角度調節装置３を介して調整されて誤差が補正され、その給電部５と協動して信号の送受が行われる。
【０００３】
ところで、このような従来の角度調節装置３は、一般的に、２軸ジンバル機構等のいわゆるシリアルリンク構造のものが用いられている。例えば、ブーム２の基端側には、第１のテーブルが第１の軸回りに回動自在に取付けられ、この第１のテーブル上には、第２のテーブルが第１の軸に直交する第２の軸回りに回動自在に配設される。そして、上記第２のテーブル上には、上記アンテナ反射鏡１が設置される。
【０００４】
上記構成において、アンテナ反射鏡１は、第１の軸回りに回動制御されると、第２のテーブルが第１のテーブルと共に第１の軸回りに回動されて、その角度が可動調整され、第２の軸回りに回動制御されると、第２のテーブルが第２の軸回りに回動されて、その角度が可動調整される。
【０００５】
しかしながら、上記角度調節装置３では、シリアルリンク構造を採用し、その回転支軸が２軸積重状に存在するために、その構成が複雑となると共に、その回動支軸に、いわゆる「がた」と称する遊びが発生する虞れがあり、その固有振動数が低下して、高精度な角度調整が困難であるという問題を有する。
【０００６】
また、これによると、角度調節を回転型駆動装置で制御する場合は、第１及び第２のテーブルを位置決めするためのブレーキ機構を備えなければならないために、この点からも構成が複雑となる。
【０００７】
なお、係る問題は、特に、簡単な構成で、高精度な精度と共に、高信頼性の要請される宇宙開発の分野では、重要な課題の一つとなっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、従来の角度調節装置では、構成が複雑となると共に、高精度な角度調整が困難であるという問題を有する。
【０００９】
この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、簡易な構成で、且つ、信頼性の高い高精度な角度調整を容易に実現し得るようにした角度調節装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、角度調整部と支持部との間に放射状に配置され、相互間を連結する弾性変形自在な第１乃至第３の可撓性弾性体と、この第１乃至第３の可撓性弾性体の少なくとも２つを、軸方向に摺動させて前記角度調整部を前記支持部に対して角度調整してなる角度調節手段とを備えて角度調節装置を構成した。
【００１１】
上記構成によれば、第１乃至第３の可撓性弾性体の少なくとも２つを軸方向に摺動させると、これら第１乃至第３の可撓性弾性体が弾性変形することにより、他の一つを支点する直交２軸回りに回動されて、角度調整部が支持部に対して角度調整される。これにより、「がた」の発生原因となり易い、軸回りに回動可能な回動支軸を備えることなく、角度調整部の角度調整が可能となることにより、可及的に高精度な角度調整が可能となる。
【００１２】
また、この発明は、前記第１乃至第３の可撓性弾性体を、角度調整部と支持部との間に同心円上に配設して相互間を連結するように構成した。
【００１３】
上記構成によれば、第１乃至第３の可撓性弾性体の摺動制御の高精度な調整が簡易に実現されて、角度調整の簡略化が図れる。
【００１４】
さらに、この発明は、前記角度調整部と前記支持部との間に予圧を付与する付勢手段を備えて構成した。
【００１５】
上記構成によれば、角度調整部と支持部との間の「がた」を高精度に防止することが可能となり、さらに角度調整の高性能化が図れる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、の発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は、この発明の一実施の形態に係る角度調節装置を示すもので、支持構体等の支持部１０には、第１のテーブル１１が取付けられる。この第１のテーブル１１上には、第２のテーブル１２が、例えば図２に示すように仮想中心Ｏに対して同心円上に配置された弾性変形自在な第１乃至第３の可撓性弾性体１３，１４，１５を介していわゆるパラレルリンク構造に連結される。そして、第２のテーブル１２には、アンテナ装置等の角度調整用の被調整機器１６が設置される。
【００１８】
上記第１の可撓性弾性体１３は、その両端に螺子部１３１，１３２が形成され、この螺子部１３１，１３２が上記第１及び第２のテーブル１１，１２に挿通されてナット部材１７が螺着されて該第１及び第２のテーブル１１，１２間に固着される。そして、上記第２及び第３の可撓性弾性体１４（１５）は、略同様にその両端に螺子部１４１，１４２（１５１，１５２）が形成され、これら螺子部１４１，１４２（１５１，１５２）の一方が第２のテーブル１２に挿通されてナット部材１７がそれぞれ螺着されて該第２のテーブル１２に固着される。
【００１９】
また、上記第２及び第３の可撓性弾性体１４，１５の他方の螺子部１４２（１５２）には、スライド部材１９（２０）の一端が螺着される。これらスライド部材１９（２０）には、上記螺子孔１９１（２０１）がそれぞれ軸方向に対応して形成され、上記第１のテーブル１１に設けられた筒状の案内部材２１（２２）の案内部２１１（２２１）に矢印Ａ，Ｂ方向（軸方向）にそれぞれ摺動自在に挿着される。そして、これらスライド部材１９（２０）の螺子孔１９１（２０１）の他端側には、螺子部材２３（２４）の一端部が螺合調整自在に螺合される。
【００２０】
螺子部材２３（２４）には、その中間部に回転部２３１（２４１）が設けられ、この回転部２３１（２４１）は、軸受２５（２６）を介して上記案内部材２１（２２）に回転自在に支持される。また、螺子部材２３（２４）の他端には、駆動モータ２７（２８）が減速機構部２９（３０）を介して連結される。これら減速機構部２９（３０）及び駆動モータ２７（２８）は、上記案内部材２１（２２）に取付け部材３１（３２）を介して取付け配置される。
【００２１】
ここで、上記第１乃至第３の可撓性弾性体１３，１４，１５は、例えば第２及び第３の可撓性弾性体１４，１５がそれぞれ図３に示すように軸方向にδだけ摺動されると、それぞれが弾性変形して第１の可撓性弾性体１３を支点として第２のテーブル１２が、角度θ傾斜され、その支点間の長さＬが
ΔＬ＝（Ｌ²＋δ²）^0.5−Ｌ
の如く長くなる。
【００２２】
即ち、第２及び第３の可撓性弾性体１４，１５が同方向に摺動されると、第２のテーブル１２は、第１の可撓性弾性体１３を支点として直交２軸（Ｘ軸，Ｙ軸）のＸ軸回りに回動され、第２及び第３の可撓性弾性体１４，１５が逆方向に摺動されると、第１の可撓性弾性体１３を支点としてＹ軸回りに回動される（図２参照）。
【００２３】
さらに、上記第２及び第３の可撓性弾性体１４，１５の周囲には、予圧用スプリング部材３３（３４）がハウジング３５（３６）を介して装着される。これらスプリング部材３３（３４）は、その一端が第１のテーブル１１に係着され、その他端が第２のテーブル１２に、例えば離間する方向に付勢力を付与するように係着される。
【００２４】
上記構成において、第２のテーブル１２を第１のテーブル１１に対してＹ軸回りに角度調整する場合には、先ず駆動モータ２７，２８を同方向に回転駆動させる。すると、駆動モータ２７，２８の回転力は、減速機構部２９，３０を介して螺子部材２３，２４に伝達され、該螺子部材２３，２４が同方向に回転されて、スライド部材１９，２０の螺子孔１９１，２０１との螺合が調整され、図４に示すようにスライド部材１９，２０を矢印Ａ方向に移動付勢する。
【００２５】
ここで、第２及び第３の可撓性弾性体は、スライド部材１９，２０の移動量δｙだけ摺動されて、第２のテーブル１２が、第１の可撓性弾性体１３を支点として、角度θｙ傾斜され、被調整機器１６をＹ軸回りに角度調整させる。この際、第２及び第３の可撓性弾性体１４，１５は、スプリング部材３３，３４を介して所定の予圧が付与される。
【００２６】
また、第２のテーブル１２を第１のテーブル１１に対してＸ軸回りに角度調整する場合には、駆動モータ２７，２８が逆方向に駆動される。すると、駆動モータ２７，２８の回転力は、減速機構部２９，３０を介して螺子部材２３，２４に伝達されて、該螺子部材２３，２４が逆方向に回転され、スライド部材１９，２０の螺子孔１９１，２０１との螺合が調整され、該スライド部材１９，２０を矢印Ａ方向及び矢印Ｂ方向に移動付勢する。
【００２７】
ここで、第２及び第３の可撓性弾性体１４，１５は、図５に示すようにスライド部材１９，２０の移動量δｘだけ摺動されて、第２のテーブル１２が、第１の可撓性弾性体１３を支点として、角度θｘ傾斜され、被調整機器１６をＸ軸回りに角度調整させる。この際、第２及び第３の可撓性弾性体１４，１５は、同様にスプリング部材３３，３４を介して所定の予圧が付与される。
【００２８】
このように、上記角度調節装置は、第１及び第２のテーブル１１，１２を同心円上に配置した第１乃至第３の可撓性弾性体１３，１４，１５を介して対向配置して、その第２及び第３の可撓性弾性体１４，１５を、軸方向に摺動制御することにより、これら第１乃至第３の可撓性弾性体１３，１４，１５が弾性変形されて、第２のテーブル１２が第１の可撓性弾性体１３を支点として第１のテーブル１１に対して回動され、被調整機器１６が支持部１０に対して角度調整されるように構成した。
【００２９】
これによれば、「がた」の発生原因となり易い、軸回りに回動される回動支軸を備えることなく、支持部１０に対する被調整機器１６の角度調整を実現することができることにより、簡易な構成を実現したうえで、高精度な角度調整を実現することができる。
【００３０】
なお、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、図６、図７及び図８に示すように構成することも可能であり、いずれの構成においても略同様の効果が期待される。但し、図６、図７及び図８（ａ）（ｂ）においては、前記図１及び図２と同一部分について、同一符号を付して、その説明を省略する。
【００３１】
図６は、上記図１のスライド部材１９（２０）に代えて第２及び第１の可撓性弾性体１４，１５の他端にスライド部１４３（１５３）を一体的に設けて構成したものである。即ち、第２及び第３の可撓性弾性体１４（１５）には、その他端にスライド部１４３（１５３）が一体的に形成され、このスライド部１４３（１５３）は、上記案内部材２１（２２）の案内部２１１（２２１）に矢印Ａ，Ｂ方向に摺動自在に挿着される。このスライド部１４３（１５３）には、同様に螺子孔１４４（１５４）が軸方向に対応して形成され、この螺子孔１４４（１５４）には、上記螺子部材２３（２４）の一端部が螺合調整自在に螺合される。そして、この螺子部材２３（２４）は、同様にその回転部２３１（２４１）が、軸受２５（２６）を介して案内部材２１（２２）に回転自在に支持される。
【００３２】
また、螺子部材２３（２４）の他端には、動力伝達路変更用の歯車３７（３８）が嵌着される。この歯車３７（３８）には、駆動歯車３９（４０）が歯合され、この駆動歯車３９（４０）には、上記駆動モータ２７（２８）に連結された減速機構部２９（３０）の出力軸が嵌着される。これにより、第２及び第３の可撓性弾性体１４，１５は、第１及び第２のテーブル１１，１２の外周部に対して、動力伝達系を構成する減速機構部２９（３０）及び駆動モータ２７（２８）が邪魔となることなく、配置することが可能となることにより、その配置構成上の多様化が図れる。
【００３３】
さらに、上記第１及び第２のテーブル１１，１２には、予圧用第１及び第２の取付け台４１，４２が対応して設けられる。このうち第２のテーブル１２の第２の取付け台４２には、ローラ４２１が設けられ、第１のテーブル１１の第１の取付け台４１には、押圧部４１１が上記軸方向と直交する方向に移動自在に設けられる。
【００３４】
そして、第１の取付け台４１と押圧部４１１との間には、予圧用スプリング部材４３がローラ方向に付勢力を付与するように係着される。ここで、スプリング部材４３は、その付勢力を押圧部４１１に付与して、押圧部４１１を第２の取付け台４２のローラ４２１に押圧して、第２及び第３の可撓性弾性体１４（１５）に対して軸方向と直交する方向に予圧を与える。なお、第２及び第３の可撓性弾性体１４（１５）は、同時に上記スプリング部材３３（３４）により、軸方向の予圧が付与される。
【００３５】
なお、上記ローラ４２１及び押圧部４１１は、図６の構成に限ることなく、押圧部４１１を第２の取付け台４１に設け、ローラ４２１を第１の取付け台４１に設けるように構成してもよい。
【００３６】
また、図７は、第２及び第３の可撓性弾性体１４（１５）の他端に図６の構成と略同様にスライド部１４３（１５３）を一体的に設けて、このスライド部１４３（１５３）の基端に螺子部１４５（１５５）を突設するように構成したものである。即ち、第２及び第３の可撓性弾性体１４（１５）の各スライド部１４３（１５３）は、上記案内部材２１（２２）に摺動自在に支持される。
【００３７】
この案内部材２１（２２）には、スライド部１４３（１５３）に対向して回転部材４４（４５）が軸受２５（２６）を介して回転自在に設けられる。そして、回転部材４４（４５）の一端部には、螺子孔４４１（４５１）が軸方向に対応して形成され、この螺子孔４４１（４５１）には、上記スライド部１４３（１５３）の螺子部１４５（１５５）が螺合調整自在に螺合される。そして、回転部材４４（４５）の他端には、例えば図６の構成と同様に伝達路変更用の歯車３７（３８）が嵌着され、この歯車３７（３８）には、同様に上記駆動歯車３９（４０）、減速機構部２９（３０）及び駆動モータ２７（２８）が順に連結される。
【００３８】
図８（ａ）（ｂ）は、第２及び第３の可撓性弾性体１４（１５）の予圧手段として、上記案内部材２１（２２）の中間部にフローティングガイド部４６（４７）をスライド部１４３（１５３）（スライド部材１９（２０））に対応して軸と直交する方向に移動自在に配設して、このフローティングガイド部４６（４７）を予圧用スプリング部材４８（４９）で付勢してスライド部１４３（１５３）（スライド部材１９（２０））に押圧させ、このスプリング部材４８（４９）の付勢力により第２及び第３の可撓性弾性体１４（１５）に予圧を付与して、「がた」の防止を図るように構成したものである。
【００３９】
また、上記実施の形態では、第１乃至第３の可撓性弾性体１３，１４，１５の第１の可撓性弾性体１３を固定式にして、第２及び第３の可撓性弾性体１４，１５を摺動式に設定するように構成した場合で説明したが、これに限ることなく、第１乃至第３の可撓性弾性体１３，１４，１５を摺動式に設定して構成することも可能である。
【００４０】
さらに、上記実施の形態では、第１乃至第３の可撓性弾性体１３，１４，１５を第１及び第２のテーブル１１，１２との間に仮想中心Ｏに対して同心円上に配置するように構成した場合で説明したが、これに限ることなく、仮想中心Ｏに対して放射状に配置するように構成することも可能で、略同様の効果が期待される。
【００４１】
また、上記実施の形態では、宇宙空間で使用する場合を代表して説明したが、これに限ることなく、地上において使用される高精度な角度調整の要請される光学機器等の角度調整に適用することも可能で、同様の効果が期待される。
【００４２】
よって、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることは勿論のことである。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、簡易な構成で、且つ、信頼性の高い高精度な角度調整を容易に実現し得るようにした角度調節装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態に係る角度調節装置の要部を断面して示した断面図である。
【図２】図１の第１乃至第３の可撓性弾性体の配置構成を示した配置図である。
【図３】図１の第１乃至第３の可撓性弾性体の動作原理を説明するために示した原理図である。
【図４】図１のＹ軸回りの角度調整動作を説明するために示した動作説明図である。
【図５】図１のＸ軸回りの角度調整動作を説明するために示した動作説明図である。
【図６】この発明の他の実施の形態に係る角度調節装置を示した断面図である。
【図７】この発明の他の実施の形態に係る角度調節装置を示した断面図である。
【図８】この発明の他の実施の形態に係る角度調節装置を示した断面図である。
【図９】この発明の適用される角度調節装置の設置例を示した配置構成図である。
【符号の説明】
１０ … 支持部。
１１ … 第１のテーブル。
１２ … 第２のテーブル。
１３ … 第１の可撓性弾性体。
１３１，１３２ … 螺子部。
１４ … 第２の可撓性弾性体。
１４１，１４２ … 螺子部。
１５ … 第３の可撓性弾性体。
１５１，１５２ … 螺子部。
１６ … 被調整機器。
１７ … ナット部材。
１９，２０ … スライド部材。
１９１，２０１ … 螺子孔。
２１，２２ … 案内部材。
２１１，２２１ … 案内部。
２３，２４ … 螺子部材。
２３１，２４１ … 回転部。
２５，２６ … 軸受。
２７，２８ … 駆動モータ。
２９，３０ … 減速機構部。
３１，３２ … 取付け部材。
３３，３４ … スプリング部材。
３５，３６ … ハウジング。
１４３，１５３ … スライド部。
１４４，１５４ … 螺子孔。
３６，３７ … 歯車。
３９，４０ … 駆動歯車。
４１ … 第１の取付け台。
４１１ …押圧部。
４２第２の取付け台。
４２１ … ローラ。
４３ … スプリング部材。
１４５，１５５ … 螺子部。
４４，４５ … 回転部材。
４４１，４５１ … 螺子孔。
４６，４７ … フローティングガイド部。
４８，４９ … スプリング部材。

Claims

角度調整部と支持部との間に前記角度調整部を前記支持部に対して角度調整可能な位置に配置され、相互間を連結する弾性変形自在な第１乃至第３の可撓性弾性体と、
前記第１乃至第３の可撓性弾性体の少なくとも２つを、軸方向に摺動させて、前記第１乃至第３の可撓性弾性体を弾性変形させることにより、前記角度調整部を前記支持部に対して角度調整してなる角度調節手段と
を具備し、
前記角度調節手段は、前記第１乃至第３の可撓性弾性体の少なくとも２つに対応して軸方向に摺動自在に配設されるスライド部と、このスライド部に螺合される螺子機構とを備え、前記螺子機構の螺合調整により前記スライド部が軸方向に直線移動して前記第１乃至第３の可撓性弾性体の少なくとも２つを軸方向に摺動制御してなることを特徴とする角度調節装置。
前記角度調節手段は、第１乃至第３の可撓性弾性体の１つを固定点として、他の２つを軸方向に摺動させ、前記角度調整部を前記支持部に対する直交２軸回りの角度を調整するように構成してなることを特徴とする請求項１に記載の角度調節装置。
さらに、前記角度調整部と前記支持部との間に予圧を付与する付勢手段を具備し、前記付勢手段は、前記第１乃至第３の可撓性弾性体の少なくとも２つの各軸と直交する方向に予圧を付与してなることを特徴とする請求項１及び２のいずれかに記載の角度調節装置。