JPH0587195A - 構造物に対して積み荷を支持し回転させる装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大きな剛性と、高い角解像度と、コンパクト
な全体寸法と高い駆動トルクを併有する構造物に対して
積荷を支持し回転する装置を提供する。 【構成】 積荷に接続した第一の連結リングと、構造物
に接続した第二の連結リングとを有する。一組の環状ベ
アリングが第二の連結リングに対する第一の連結リング
の回転を案内する。環状モーターは、連結リングの一方
に固定したステーターと、環状ベアリングの内側に配置
した遊星差動歯車装置を通じて他の連結リングを回転さ
せるローターとを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、構造物に対して積荷を
支持すると同時に回転させる（又従ってその回転を案内
する）装置に関する。より具体的には、本発明は、積
荷、特に人工衛星用アンテナ指向装置を構造物に対し支
持し回転させる装置に関する。

【０００２】本発明は、種々の分野に応用でき、特に人
工衛星用アンテナ指向装置に使用できる「回転駆動テー
ブル」として知られている種類の装置にも関する。この
種の用途においては、放物線状反射器をその焦点の周り
に回転することによりアンテナビームを指向することが
出来る。

【０００３】

【従来の技術】この目的の為に現在まで、反射器をアー
ムにより焦点に中心を合わせた自在継手構造に取り付け
継手を動力化するか、またはＦＲ−Ａ−２ ６４６ ０
２３の文献で述べた概念が用いられた。

【０００４】いずれの場合においても、駆動装置は、大
きな剛性と、高い角解像度と、コンパクトな全体寸法と
高い駆動トルクを併有しなければならない。以前にはこ
れら全ての性質を併有し、充分な固有振動数を持つ高い
慣性荷重（典型的な例として２００ｋｇ・ｍ² 程度）を
駆動できる装置は存在しなかった。これらの諸問題は、
望遠鏡を指向したりロボットのアームを駆動したりする
ような他の多くの用途においても生ずる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、これ
ら種々の要求事項を満足し、上記の用途のみならず上述
の諸性質が有益に働く全ての分野においても使用できる
支持駆動装置を提案することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の実質は、構造物
に対して積荷を支持し回転させる装置であって、積荷に
接続された第一の連結リングと、構造物に接続された第
二の連結リングと、第二の連結リングに対する第一の連
結リングの回転を案内する一組の環状ベアリングと、環
状ベアリングの内側に配置された遊星差動歯車装置と、
連結リングの一方に固定したステーターと遊星差動歯車
装置を通じて他方の連結リングを回転させるローターと
を有する環状モーターとよりなる装置に存する。

【０００７】本発明のその他の特徴的様相に依れば、モ
ーターのローターは、遊星差動歯車装置の二つの内歯車
を支持し回転させる遊星歯車保持器に接続され、各内歯
車は遊星差動歯車装置の二つの外歯車のそれぞれ一方と
噛み合い、各外歯車は第一及び第二の連結リングのそれ
ぞれ一方と共に強制的に回転させられ、遊星差動歯車装
置の内歯車及び外歯車並びに遊星歯車保持器は、二つの
環状ベアリングのインナーレースによって半径方向及び
軸方向の範囲を区画された内部の中央空間内に配置され
ており、環状駆動モーターは内部の中央空間の外側にあ
り、遊星差動歯車装置に対して軸方向にずれており、遊
星歯車保持器はほぼ環状で、装置の中心部において装置
の回転軸の廻りに主要通路を形成するようにされてお
り、一組の環状ベアリングは背中合わせに装荷された二
つのテーパーローラーベアリングを含み、この装置は打
ち上げ用ロケット、人工衛星、軌道宇宙ステーション、
またはスペースシャトル等の宇宙空間飛行体に組み込ま
れており、この装置は望遠鏡の如きセンサーの集合体を
含む装置の位置を確定することに使用され、この装置は
ロボットまたは同様の自動装置を回転させるのに使用す
ることができる。

【０００８】

【実施例】本発明の他の特徴と効果は、それのみに限定
されない一例として、添付の図面を参照して下記に述べ
る詳細な説明によって明かとなるであろう。

【０００９】図１は上記の文献ＦＲ−Ａ−２ ６４６
０２３において記述開示された型のアンテナ指向装置を
示し、その構造と作用の更に詳細については同文献を参
照することが有効である。

【００１０】この装置は必須部品として、宇宙船または
人工衛星の構造物１２に対して、互いに関節部を介して
接続された二本のアーム１４、１６によって動くアンテ
ナ反射装置１０を含んでいる。３カ所の接続部は各々支
持駆動装置１８を備え、これにより駆動される。これら
の支持駆動装置または「回転駆動テーブル」の個々に、
本発明に基づく装置を使用することが出来る。

【００１１】図２において、装置１８は、第二の環状連
結リング２２に固定された第二部材（図示せず）に対し
て、第一の環状連結リング２０に固定された第一部材
（図示せず）を回転軸Ｘ−Ｘの周りに回転させるために
設けられている。

【００１２】例えば第一のリング２０は、第二の連結リ
ング２２に連結された人工衛星の構造物に対して回転さ
せられる積荷に接続されている。これらの接続は、例え
ばリング２０、２２の周縁に配置されたそれぞれ一連の
ネジ２４、２６により行われる。

【００１３】第一のリング２０は、外側円筒壁３２が第
二の連結リング２２に向かって軸方向に延びる環状板３
０を含んでいる。同様に、第二の連結リング２２は、内
側円筒壁３６が軸方向に延びる環状板３４を有してい
る。

【００１４】二つの壁３２と３６は、共通軸Ｘ−Ｘで共
軸であり、第二のリング２２に対する第一のリング２０
の回転を案内する。この目的の為に装置１８は、背中合
わせに装荷した一組のテーパーローラーベアリング３
８、４０を含み、円錐の両先端は、反対方向を向いた背
中合わせ接触面に垂直なローラー部材の作動線で確定さ
れる。

【００１５】二つのベアリング３８、４０のアウターレ
ースは、押え板４２と中間に介在するスペーサー４４に
より円筒壁３２内に固定されている。板４２は、壁３２
の外側半径方向延長部４８にねじ込まれるねじ４６によ
って締め付けられている。ベアリングのインナーレース
は、押え板５０、スペーサー５２及び内壁３６の内側半
径方向延長部５６にねじ込まれたネジ５４に依って対称
的に固定されている。

【００１６】ベアリング装荷のこの態様に依って組立品
は、曲げに対して非常に強力になる。テーパーローラー
ベアリングは、その幾何学的形状の結果、同じ容量で同
じように軸方向予圧を加えたボールベアリングに比べて
摩擦を減少させる。ベアリングレースの取り付けと締め
付けによって、ベアリングの軸方向の予圧を非常に正確
に制御することが出来る。

【００１７】汚染が重大な問題となる用途においては、
ベアリングのいわゆる「乾式」潤滑、例えば二硫化モリ
ブデンをベースとする既知の混合物を使用する潤滑方式
が考えられる。いわゆる「湿式」潤滑は他の用途に適用
できる。

【００１８】第一のリング２０は、環状の電動モーター
５８によって第二のリングに対して回転される。モータ
ー５８は、共通軸Ｘ−Ｘに関して共軸であってそれぞれ
円筒形断面を有する環状のステーター６０とローター６
２を有する。

【００１９】ステーター６０は、支持部分６４に固定さ
れている。支持部分６４は、その円筒形部分６８が軸方
向に延長している環状板部分６６を含む回転体である。
ステーター６０は、環状保護板７２上の肩部７０と締め
付けネジ７４とによって、板６６の内面に軸方向に固定
されている。

【００２０】円筒形部分６８の軸方向端末部分７６は、
第二の連結リング２２の半径方向最内側環状板８４の延
長部分にある円筒形部分８２の軸方向端末部分８０にネ
ジ７８で固定されている。

【００２１】この様にしてステーター６０は固定され、
第二の連結リング２２に対して回転関係に連結される。
ステーターは第二の連結リング２２に対して軸方向反対
側に位置し、第一の連結リング２０の板５０の半径方向
平面を越えて軸方向に延びている。

【００２２】ローター６２は、遊星差動歯車装置の遊星
歯車保持器の延長部９０の軸方向端部に形成された内側
半径方向肩部８８にねじ込まれるネジ８６に依って固定
される。遊星差動歯車装置の構造については後で説明す
る。

【００２３】開示した実施例においては、環状駆動モー
ター５８は遊星差動歯車装置に対して軸方向にずれてい
るが、これは強制的なものではなく、設計上の拘束、特
にテーブルの最大寸法により定まることに注目する必要
がある。かくして、直径の大きなテーブルの場合には、
モーターを遊星差動歯車装置の内側でテーブルの厚みの
範囲内に配置することができ、これにより装置全体の構
造が簡単になる。

【００２４】モーター５８は、環状のステッパーモータ
ーである。装置の角解像度を増し、ステッパーモーター
の作用に固有な加速ピークを減少する為、制御は小ステ
ップでステップ毎に行うことができる。このモーター
は、例えば１回転に１２００ステップを有するＳＡＧＥ
Ｍ ５３ＰＰモーターである。

【００２５】歯車列は遊星差動歯車装置で、図３を参照
してその作動原理を説明する。差動歯車Ｄは、装荷され
た遊星歯車保持器、即ち偏心器Ｐを含み、これは固定支
持部Ｆに対して自己の軸Ｘ−Ｘの周りに回転する。

【００２６】遊星歯車保持器Ｐは二つの内歯車ＢとＣを
有し、従ってそれら歯車は遊星歯車保持器によって軸Ｘ
−Ｘに対し偏心して回転する。歯車ＢとＣは一緒に組ん
で行動し、遊星歯車保持器Ｐ上で軸の周りに回転する。

【００２７】第一内歯車Ｂは、遊星差動歯車装置の軸Ｘ
−Ｘの周りに回転する第一外歯車Ａと噛み合っている。
第二内歯車Ｃは、軸Ｘ−Ｘの周りで第二外歯車Ｄと噛み
合っているが、支持部Ｆに対して回転する時は固定され
る。

【００２８】ＺＡ、ＺＢ、ＺＣ及びＺＤが歯車Ａ、Ｂ、
Ｃ及びＤの歯数を表すものとして、外歯車Ｄの回転速度
ΩＤがゼロの時、遊星歯車保持器の回転速度ΩＰと第一
外歯車Ａの回転速度ΩＡとの比は次式で与えられる。

【００２９】

【数１】

【００３０】歯車の歯の間の幾何学的干渉を避ける為に
は、次式の選択が行われる。

【００３１】

【数２】

【００３２】標準的な歯（圧力角２０゜）で歯数１００
を越える場合は、Ｎmin ＝８である。遊星歯車保持器の
偏心ｅは次式で与えられる。

【００３３】

【数３】

【００３４】再び図２を参照すると、差動歯車Ｄの部品
はすべて同じ参照記号を付して識別してあるが、差動歯
車全体が、内壁３６によって半径方向に限定され、かつ
積み重ねたテーパーローラーベアリング３８、４０の高
さ即ち軸方向の厚みによって軸方向に限定された円筒形
空間の範囲内に格納されていることは注目すべきであ
る。

【００３５】差動歯車Ｄは、それ故本発明でいう意味で
の環状ベアリング３８、４０の「内側」に配置されてい
る。

【００３６】この非常にコンパクトな配置は、これから
説明する組立に依って達成される。遊星歯車保持器Ｐの
主要部９１は、第二の連結リング２２の円筒形延長部８
２上で、かつ二つの傾斜軌道ボールベアリング９２、９
４上で回転する。ベアリング９２、９４のレースは、ネ
ジ１００、１０２によって固定された押え板９６、９８
により軸方向に固定されている。

【００３７】二つの内歯車ＢとＣは、遊星歯車保持器の
主要部９１上であって、かつ歯車ＢとＣを収納する環状
ブッシュ１０８を有する一組の傾斜軌道ボールベアリン
グ１０４と１０６上で回転する。

【００３８】ベアリング１０４と１０６は板１１０と１
１２により固定され、歯車ＢとＣは板１１４により軸方
向に固定される。ネジ１１６と１１８により締め付けが
行われる。

【００３９】第一外歯車Ａは第一の連結リング２０に固
定されているが、同リングはこの目的の為に歯車Ａがネ
ジ１２２で取り付けられる第二円筒壁１２０を有してい
る。第二外歯車Ｄはネジ１２６によって壁３６の内部半
径方向肩部１２４に取り付けられている。

【００４０】遊星差動歯車装置はそれ故ベアリング３
８、４０の内側に完全に格納され、軸Ｘ−Ｘと同軸の円
筒形開口部即ち穴１２８が装置１８の中心部に得られ
る。

【００４１】図に示されていない本発明の他の特徴に依
って、回転角度を測定する手段が得られる。この測定
は、回転運動の線形性とステップの飛び越しの無いこと
を定期的に検証し、またモーター５８のステップカウン
ターから得られるデーターに加えて冗長な情報を得る為
に、参照位置を検証し目盛り付けするのに必要である。

【００４２】ペアにして結合させた近接センサー、即ち
モーターと関連付けた２組と連結リングと関連付けた２
組の近接センサーの使用が提案される。同様に低解像度
（０．１゜）の光学的または電磁的絶対センサーを使用
することも可能である。

【００４３】起動時の各種温度と温度勾配を測定する為
に、温度センサーを備えた駆動テーブルを設けることも
望ましい。本発明に準拠する装置の主な寸法的特徴を上
げれば、例えば全体の直径が３００ｍｍ、モーターを除
く軸方向高さが４５ｍｍである。

【００４４】テーブルは非常に強く、更に固定点を増や
す必要無しに２００ｋｇ・ｍ² を越える慣性を持つ積荷
を駆動できる。角解像度は０．００１゜より良好で、伝
達されるトルクは１００Ｎ・ｍを越える。

【発明の効果】本発明によれば、積荷、特に人工衛星用
アンテナ指向装置を構造物に対し支持し回転させる装置
に、大きな剛性と、高い角解像度と、コンパクトな全体
寸法と高い駆動トルクを付与することができる。従っ
て、本発明装置は、望遠鏡を指向したりロボットのアー
ムを駆動したりするような他の多くの用途においても、
広く利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく一つ以上の支持駆動装置を含む
人工衛星用アンテナ指向装置の説明概略図である。

【図２】本発明に基づく支持駆動装置の好適な実施例の
軸方向断面図である。

【図３】支持駆動装置に含まれる遊星差動歯車装置の作
動原理を示す線図である。

【符号の説明】

１０ アンテナ反射装置 １２ 構造物 １４、１６ アーム １８ 支持駆動装置 ２０ 第一連結リング ２２ 第二連結リング ２４、２６ ネジ ３０ 環状板 ３２ 外側円筒壁 ３４ 環状板 ３６ 内側円筒壁 ３８、４０ テーパーローラーベアリング ４２ 押え板 ４４ スペーサー ４６ ネジ ４８ 外側半径方向延長部 ５０ 押え板 ５２ スペーサー ５４ ネジ ５６ 内側半径方向延長部 ５８ モーター ６０ ステーター ６２ ローター ６４ 支持部 ６６ 環状部分 ６８ 円筒部分 ７０ 肩部 ７２ 環状保護板 ７４ ネジ ７６ 軸方向端末部 ７８ ネジ ８０ 軸方向端末部 ８２ 円筒形部分 ８４ 半径方向最内側環状板 ８６ ネジ ８８ 内側半径方向肩部 ９０ 延長部 ９１ 遊星歯車保持器の主要部 ９２、９４ ボールベアリング ９６、９８ 押え板 １００、１０２ ネジ １０４、１０６ ベアリング １０８ 環状ブッシュ １１０、１１２、１１４ 板 １１６、１１８ ネジ １２０ 第二円筒壁 １２２ ネジ １２４ 内側半径方向肩部 １２６ ネジ １２８ 円筒形開口部 Ａ 第一外歯車 Ｂ 第一内歯車 Ｃ 第二内歯車 Ｄ 第二外歯車 Ｐ 遊星歯車保持器

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 構造物に対して積荷を支持し回転させる
   装置であって、該積荷に接続する第一の連結リングと、
   該構造物に接続する第二の連結リングと、該第二の連結
   リングに対する該第一の連結リングの回転を案内する一
   組の環状ベアリングと、該環状ベアリングの内側に配置
   された遊星差動歯車装置と、該連結リングの一方に固定
   したステーターと該遊星差動歯車装置を通じて他方の連
   結リングを回転させるローターとを有する環状モーター
   とからなることを特徴とする構造物に対して積荷を支持
   し回転させる装置。
2. 【請求項２】 該モーターの該ローターは該遊星差動歯
   車装置の二つの内歯車を支持し回転させる遊星歯車保持
   器に接続され、各内歯車は該遊星差動歯車装置の二つの
   外歯車のそれぞれ一方と噛み合い、各外歯車は該第一及
   び第二の連結リングのそれぞれ一方と共に強制的に回転
   させられることを特徴とする請求項１に記載する装置。
3. 【請求項３】 該遊星差動歯車装置の該内歯車及び外歯
   車並びに遊星歯車保持器が、二つの該環状ベアリングの
   インナーレースによって半径方向及び軸方向の範囲を区
   画された内部の中央空間内に配置されていることを特徴
   とする請求項２に記載する装置。
4. 【請求項４】 該環状駆動モーターが該内部の中央空間
   の外側にあり、該遊星差動歯車装置に対して軸方向にず
   れていることを特徴とする請求項３に記載する装置。
5. 【請求項５】 該遊星歯車保持器がほぼ環状で、該装置
   の中心部において該装置の回転軸の廻りに主要通路を形
   成するようにされていることを特徴とする請求項２に記
   載する装置。
6. 【請求項６】 該一組の環状ベアリングは背中合わせに
   装荷された二つのテーパーローラーベアリングを含むこ
   とを特徴とする請求項１に記載する装置。
7. 【請求項７】 打ち上げ用ロケット、人工衛星、軌道宇
   宙ステーション、またはスペースシャトル等の宇宙空間
   飛行体に組み込まれていることを特徴とする請求項１に
   記載する装置。
8. 【請求項８】 望遠鏡の如きセンサーの集合体を含む装
   置の位置を確定することに使用されることを特徴とする
   請求項１に記載する装置。
9. 【請求項９】 ロボットまたは同様の自動装置を回転さ
   せるのに使用することを特徴とする請求項１に記載する
   装置。