(57)【要約】　　　（修正有）【課題】メンテナンス作業を容易にすることができる回転装置の提供。【解決手段】回転軸１２と、該回転軸の周囲に取り付けられて共に回転する回転体と、前記回転軸を軸支する軸受機構１５とを備えた回転装置において、前記回転軸の、前記回転体の支持部分４２と、前記軸受機構との間には、これらの間を分離可能な分離部４１を設けた。【選択図】　　　図２
2004084860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、該回転軸の周囲に取り付けられて共に回転する回転体と、前記回転軸を軸支する軸受機構とを備えた回転装置において、
前記回転軸の、前記回転体の支持部分と、前記軸受機構との間には、これらの間を分離可能な分離部が備えられている
ことを特徴とする回転装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転装置において、
前記軸受機構には、能動制振を行う磁気軸受が備えられている
ことを特徴とする回転装置。
【請求項３】
請求項１に記載の回転装置において、
前記軸受機構には、能動制振を行う弾性軸受が備えられている
ことを特徴とする回転装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の回転装置において、
前記軸受機構には、前記回転軸の位置保持を行うバイアス用軸受がさらに備えられている
ことを特徴とする回転装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の回転装置において、
前記軸受機構は、前記回転軸の一端側を軸支する第１軸受機構と、他端側を軸支する第２軸受機構とを有し、
前記回転体は、前記回転軸の、前記第１軸受機構と前記第２軸受機構との間の位置に支持され、重力を付加する対象物を入れるボックスであり、
前記第１軸受機構または前記第２軸受機構の何れか一方もしくは両方と、前記支持部分との間に、前記分離部が備えられている
ことを特徴とする回転装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、スペースシャトルや宇宙ステーション等で用いられる宇宙機器用回転装置や、原子力発電所や半導体製造工場等で用いられる地上設備用回転装置など、各種回転装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の回転装置の一例として、例えば、スペースシャトルや宇宙ステーション等で用いられる宇宙機器用の微少重力回転装置１を、図６に示す。なお、同図において、符号２は宇宙ステーションのモジュールを示しており、このモジュール２内に、微少重力回転装置１が収容されている。
この微少重力回転装置１は、例えば４本のアーム３が放射状に取り付けられ、モータ４によって回転駆動される回転軸５を有しており、各アーム３の端部には、実験ボックス６が取付けられている。これら実験ボックス６内には、重力を付加する実験対象物、例えば植物、等が入れられている。そして、無重力状態において、回転軸５／各実験ボックス６を毎秒約１回転程度の低速で回転させることにより、各実験ボックス６内の実験対象物に対する実験が行なわれる。
【０００３】
上記微少重力回転装置１では、各実験ボックス６毎に実験対象物の大きさが種々異なるため、これらの回転による振動を低減させる必要がある。そこで、この微少重力回転装置１では、回転軸５の両端部及び中央部に磁気軸受７，８，９を設けて振動を能動的に吸収することにより、各実験ボックス６の質量のアンバランスに起因して発生する振動を制振し、微少重力回転装置１に伝わる振動を大幅に低減させることを可能としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の微少重力回転装置１では、故障が生じた場合に、モジュール２内にクルーが出てきて手作業でその故障箇所の特定や修理を行う必要があるものの、モータ４や各磁気軸受７，８，９が装置内部に位置する関係上、これらにアクセスするのが難しく、メンテナンスしづらいという問題を有していた。
これは、特に故障箇所が判っていない場合に問題となり、故障の疑いのある箇所全てに対してチェックする必要がある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、メンテナンス作業を容易にすることができる回転装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１に記載の回転装置は、回転軸と、該回転軸の周囲に取り付けられて共に回転する回転体と、前記回転軸を軸支する軸受機構とを備えた回転装置において、前記回転軸の、前記回転体の支持部分と、前記軸受機構との間に、これらの間を分離可能な分離部が備えられていることを特徴とする。
上記請求項１に記載の回転装置によれば、分離部において回転軸を分離することで、軸受機構と回転体との間を、それぞれが回転軸の一部と一体になった状態を保ったまま、分離することができる。
【０００７】
請求項２に記載の回転装置は、請求項１に記載の回転装置において、前記軸受機構に、能動制振を行う磁気軸受が備えられていることを特徴とする。
上記請求項２に記載の回転装置によれば、回転軸に首振り運動が生じても、磁気軸受によって能動的に制振させることができる。
【０００８】
請求項３に記載の回転装置は、請求項１に記載の回転装置において、前記軸受機構に、能動制振を行う弾性軸受が備えられていることを特徴とする。
上記請求項３に記載の回転装置によれば、回転軸に首振り運動が生じても、磁気軸受によって能動的に制振させることができる。
【０００９】
請求項４に記載の回転装置は、請求項２または請求項３に記載の回転装置において、前記軸受機構に、前記回転軸の位置保持を行うバイアス用軸受がさらに備えられていることを特徴とする。
上記請求項４に記載の回転装置によれば、バイアス用軸受により、回転軸をその回転中心に位置保持することができる。
【００１０】
請求項５に記載の回転装置は、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の回転装置において、前記軸受機構が、前記回転軸の一端側を軸支する第１軸受機構と、他端側を軸支する第２軸受機構とを有し、前記回転体が、前記回転軸の、前記第１軸受機構と前記第２軸受機構との間の位置に支持され、重力を付加する対象物を入れるボックスであり、前記第１軸受機構または前記第２軸受機構の何れか一方もしくは両方と、前記支持部分との間に、前記分離部が備えられていることを特徴とする。
上記請求項５に記載の回転装置によれば、何れか一方もしくは両方の分離部において回転軸を分離させることで、第１軸受機構または第２軸受機構と回転体との間を、それぞれが回転軸の一部と一体になった状態を保ったまま、分離することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の回転装置の一実施形態を、図面を参照しながら以下に説明するが、本発明がこれのみに限定解釈されるものでないことは勿論である。なお、以下の説明においては、本発明の回転装置を、例えば、スペースシャトルや宇宙ステーション等で用いられる微少重力回転装置に適用した場合を例に説明する。
【００１２】
図１及び図２に示すように、本実施形態の微少重力回転装置１１（回転装置）は、回転軸１２と、該回転軸１２の周囲に取り付けられて共に回転する複数の実験ボックス１３（回転体）と、回転軸１２の一端側を軸支する第１軸受機構１４と、他端側を軸支する第２軸受機構１５と、第１軸受機構１４を収容する上部固定部材１６と、第２軸受機構１５を収容する下部固定部材１７と、これら回転軸１２及び各実験ボックス１３及び第１軸受機構１４及び第２軸受機構１５及び上部固定部材１６及び下部固定部材１７を収容するケーシング（図示せず）を備えて概略構成されている。
【００１３】
上部固定部材１６は及び下部固定部材１７は、共通の軸線を有する円筒形状部材であり、前記軸線方向に所定間隔を空けた状態で前記ケーシング内に固定配置されている。
上部固定部材１６の内部には、回転軸１２の一端をラジアル方向に支持し、振動を能動的に制御する磁気軸受１８と、回転軸１２の軸心が、前記軸線の位置に位置するように支持するバイアス用磁気軸受１９と、回転軸１２をスラスト方向に支持する磁気軸受２０と、振動センサ２４ａなどが取付けられている。さらに、上部固定部材１６の内部には、後述の位置に、磁気軸受２６と、バイアス用磁気軸受２７と、振動センサ２４ｃが、取り付けられている。
そして、これら磁気軸受１８及びバイアス用磁気軸受１９及び磁気軸受２０及び磁気軸受２６及びバイアス用磁気軸受２７及び振動センサ２４ｃ及び振動センサ２４ａにより、前記第１軸受機構１４が構成されている。
【００１４】
下部固定部材１７の内部には、回転軸１２の他端をラジアル方向に支持し、振動を能動的に制御する磁気軸受２１と、回転軸１２の軸心が、前記軸線の位置に位置するように支持するバイアス用磁気軸受２２と、回転軸１２を回転駆動するモータ２３と、回転軸１２の振動を検知する振動センサ２４ｂが取り付けられている。
【００１５】
前記各実験ボックス１３は、第１軸受機構１４と第２軸受機構１５との間の位置に支持され、重力を付加する対象物を入れる箱体であり、例えば４体が、４本のアーム２５によって回転軸１２の周囲に互いに等角度間隔をおいて支持されている。したがって、これら実験ボックス１３及びアーム２５及び回転軸１２が、回転軸１２の軸線回りに一体となって回転する回転ユニットをなしている。
そして、この回転ユニットの重心付近に相当する回転軸１２の位置に、磁気軸受２６と、バイアス用磁気軸受２７と、振動センサ２４ｃが、それぞれ取付けられている。
バイアス用磁気軸受２７には、回転軸１２の軸心を、前記軸線の位置に支持するようにそのバイアス用の励磁電流が流され、また、磁気軸受２６には、振動センサ２４ｃの検出信号に基づいて回転軸１２の軸ずれを適正な値に保持すべく、励磁電流が能動的に制御されるようになっている。
【００１６】
図３に、この微少重力回転装置１１の制御系統図を示す。同図に示すように、回転軸１２の一端に配置された振動センサ２４ａ、他端に配置された振動センサ２４ｂ、及び中央部に配置された振動センサ２４ｃからの各検出信号が、制御配置３１に取込まれる。
【００１７】
各振動センサ２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、それぞれが、回転軸１２の周囲に４個ずつ設けられており、回転軸１２の振動を検出するものとなっている。これら振動センサ２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、回転軸１２と各センサ間の振動によるギャップ変動を検出して制御装置３１へ入カし、制御装置３１では、ギャップが小さくなるか、又は大きくなると、このギャップを元の隙間寸法に戻すよう、対応する磁気軸受１８，２１，２６のコイル電流を制御し、振動を能動的に吸収するように制御する。
【００１８】
すなわち、各磁気軸受１８，２１，２６は、図示省略するが、例えば、独立した４個のコイルを、それぞれ４方向へ磁力が作用するように配設しておき、回転軸１２の傾きによる変位に応じて、これらコイル及びギャップ間の変動で一番大きい個所のコイルの励磁を制御し、回転軸１２との反発カ、もしくは吸引カを調整し、振動による変位を吸収する。
制御装置３１は、モータ２３を駆動させるとともに、各振動センサ２４ａ，２４ｂ，２４ｃに基づいて回転軸１２の振動を検知し、必要に応じて、各磁気軸受１８，２１，２６における各コイルの励磁電流を制御することで、各コイル及び回転軸１２間の反発力又は吸引カを強め、これらの間のギャップを元の寸法に戻すように作動させる。
【００１９】
上記の磁気軸受１８，２１，２６による制振制御とは独立に、回転軸１２は、その両端に配置されたバイアス用磁気軸受１９，２２により、その位置が静的な状態において、軸心に位置するように常時一定の電流で励磁され、回転軸１２の位置保持を行う。したがって、磁気軸受１８，２１，２６は、回転軸１２の位置保持を行なわず、回転軸１２に生ずる振動を抑える能動制振の制御のみを行うので、バイアス併用の制御による微小な振動の制振能力の低下を防ぐことができ、精度の良い制振が可能となっている。
【００２０】
図３における符号３２は、記憶装置であり、予め、振動周波数に対する振幅又は加速度の要求値のパターンがデータとして記憶されている。制御装置３１では、各振動センサ２４ａ，２４ｂ，２４ｃが回転軸１２の振動を監視するにあたり、この要求値と比較し、回転軸１２が変位して振動が大きくなり、かつ要求値を超える振動となった場合に、前記各コイルの励磁電流を制御して振動を吸収し、回転軸１２の振動が要求値以下となるように絶えず制御する。
【００２１】
さらに、本実施形態においては、前記回転ユニットの重心位置の周囲に、回転軸１２を能動的に制振制御する磁気軸受２６とバイアス用磁気軸受２７と振動センサ２４ｃが設けられており、前記回転ユニットの重心部、すなわち、回転軸１２の中央部分での軸心からのズレが振動センサ２４ｃにより検出され、制御装置３１に入カされる。制御装置３１では、このズレを小さくして、回転軸１２が軸心にくるように前記各コイルの励磁電流を制御する。
【００２２】
したがって、回転軸１２は、一端の磁気軸受１８と、他端の磁気軸受２１と、中央の磁気軸受２６の３ヶ所で、それぞれ能動的に制振制御され、かつ一端、他端、及び中央のバイアス用磁気軸受１９，２２，２７の３ヶ所で、それぞれ回転軸１２の位置保持を強固に行うので、回転軸１２の振動が精度良く制振され、回転軸１２の首振り現象も効果的に抑えることが可能となる。
【００２３】
さらに、本実施形態の回転装置１１は、図２及び図４に示すように、回転軸１２の、各実験ボックス１３の支持部分４２（すなわち、回転軸１２の軸線方向における、各アーム２５の接続位置）と、前記第２軸受機構１５との間に、これらの間を分離可能な分離部４１を備えた点が、特に特徴的となっている。
この分離部４１によれば、回転軸１２を、図４（ａ）の連結状態から図４（ｂ）の分離状態にすることが可能となっている。すなわち、この分離部４１において、回転軸１２が、第１回転軸１２ａと第２回転軸１２ｂとに二分割されており、これらの間を同軸に締結する締結ボルト４３を締結または締結解除することにより、微少重力回転装置１１から、第２軸受機構１５を、第２回転軸１２ｂごと取り出すことが可能となっている。
【００２４】
図４（ａ），（ｂ）に示すように、第１回転軸１２ａと第２回転軸１２ｂとの各接合面は、凹凸嵌合形状となっており、これらの嵌め合いにより、第１回転軸１２ａ及び第２回転軸１２ｂ双方の軸線を一致させると同時に、前記モータ２３が第２回転軸１２ｂを回転させる駆動力を、損失なく第２回転軸１２ａに伝達できるようになっている。
また、第１回転軸１２ａ及び第２回転軸１２ｂには、これらの回転軸線を貫くようにボルト孔１２ａ１，１２ｂ１がそれぞれ形成されており、なおかつ、第１回転軸１２ａ側のボルト孔１２ａ１には、締結ボルト４３の雄ねじが螺着するための雌ねじ１２ａ２が形成されている。
【００２５】
図２に示すように、締結ボルト４３の端部４３ａは、第１回転軸１２ａの外側に露出しており、これを回転させることで、微少重力回転装置１１の外側から、締結または締結解除することが可能となっている。この締結作業及び締結解除作業時においては、クルーは、狭い分離部４１まで入り込むようにアクセスせずに作業を行えるので、第２軸受機構１５を容易に取り外し／取り付けすることが可能となっている。
【００２６】
しかも、取り外した第２軸受機構１５は、組み付け状態では容易に手が届かなかったモータ２３などに容易にアクセスできるようになるので、例えば微少重力回転装置１１に原因不明の故障が発生した場合に、クルーが、各部品のチェックを容易に行えるものとなっている。
【００２７】
なお、分離部４１の構成としては、第１回転軸１２ａ及び第２回転軸１２双方の軸線を一致させると同時に、前記モータ２３が第２回転軸１２ｂを回転させる駆動力を損失なく第２回転軸１２ａに伝達できれば良く、図４に示した以外の接続構成も採用可能である。
例えば、図５が分離部４１の他の構成の一例であり、前記凹凸嵌合形状に加えて、第１回転軸１２ａの接合端部を、第２回転軸１２ｂの接合端部に形成したカップリング１２ｂ３の凹所内に嵌め込むと共に、側方より複数のボルト１２ｘによってボルト止めすることで、連結可能となっている。この変形例の場合、カップリング１２ｂ３の導入口に面取りを予め形成しておくと、第１回転軸１２ａ及び第２回転軸１２ｂ間の接続作業をより容易に行うことができる。
【００２８】
この変形例においても、第２軸受機構１５を、第１回転軸１２ｂと一体にしたまま、丸ごと取り外すことができるようになる。これにより、組み付け状態では容易に手が届かなかったモータ２３などに容易にアクセスできるようになるので、例えば微少重力回転装置１１に原因不明の故障が発生した場合に、クルーが、各部品のチェックを容易に行えるものとなっている。
【００２９】
また、上記実施形態では、第１軸受機構１４及び第２軸受機構１５のそれぞれに、回転軸１２の能動制振を行う軸受として磁気軸受１８，２１，２６を用いる場合を例に説明したが、これに限らず、能動制振を行う弾性軸受を代わりに設けるものとしても良い。この弾性軸受としては、図示を省略するが、複数（例えば４個）のバネまたはゴムなどを回転軸１２の周囲に配置し、回転軸１２が振動で偏心した場合に、それらの弾性力によって元の軸心位置に戻させる構成が一例として考えられる。
また、上記実施形態では、本発明を微少重力回転装置１１に適用した場合を例に説明したが、これに限らず、原子力発電所や半導体製造工場等で用いられる地上設備用回転装置など、その他の回転装置に適用しても良いことは勿論である。
また、上記実施形態では、第２軸受機構１５側のみに分離部４１を設けるものとしたが、これに限らず、第１軸受機構１４側に設けたり、または、第１軸受機構１４及び第２軸受機構１５の双方に設けるものとしても良い。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載の回転装置によれば、分離部において回転軸を分離することにより、軸受機構を、回転軸の一部と一体にしたまま、丸ごと取り外すことができるので、メンテナンス作業を容易にすることが可能となる。
また、請求項２に記載の回転装置によれば、軸受機構に、能動制振を行う磁気軸受を備えることにより、回転軸の制振を効果的に行うことが可能となる。
また、請求項３に記載の回転装置によれば、軸受機構に、能動制振を行う弾性軸受を備えることにより、回転軸の制振を効果的に行うことが可能となる。
また、請求項４に記載の回転装置によれば、軸受機構にバイアス用軸受をさらに備えたことにより、さらに効果的に回転軸の制振を行うことが可能となる。
また、請求項５に記載の回転装置によれば、分離部において回転軸を分離することにより、第１軸受機構または第２軸受機構を、回転軸の一部と一体にしたまま、丸ごと取り外すことができるので、メンテナンス作業を容易にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転装置の一実施形態である微少重力回転装置を示す図であって、回転軸線を含む平断面で見た平断面図である。
【図２】同回転装置の制御機構を説明する説明図である。
【図３】同回転装置を示す図であって、図１のＡ部拡大図である。
【図４】同回転装置の分離部を説明するための、図２のＢ部拡大図であって、（ａ）が分離前、（ｂ）が分離後を示している。
【図５】同回転装置の分離部の変形例を説明する図であって、図２のＢ部に相当する拡大図である。
【図６】従来の回転装置の一例である微少重力回転装置を示す図であって、回転軸線を含む断面で見た場合の平断面図である。
【符号の説明】
１１・・・微少重力回転装置（回転装置）
１２・・・回転軸
１３・・・実験ボックス（回転体、ボックス）
１４・・・第１軸受機構
１５・・・第２軸受機構（軸受機構、第２軸受機構）
２１・・・磁気軸受
２２・・・バイアス用磁気軸受（バイアス用軸受）
４１・・・分離部
４２・・・支持部分
【図１】
2004084860.tif 000003
【図２】
2004084860.tif 000004
【図３】
2004084860.tif 000005
【図４】
2004084860.tif 000006
【図５】
2004084860.tif 000007
【図６】
2004084860.tif 000008