(57)【要約】【課題】スラスタノズルの円錐状内面の加工精度のばらつきに拘わらず、ガス噴射角度を正確に測定することが可能なアライメント測定用治具を提供する。【解決手段】人工衛星の姿勢制御のためにガスを噴射するスラスタノズル９のガス噴射角度を測定するための治具であって、スラスタノズルの円錐状内面２に接する球状部を有する第１部材３と、スラスタノズルの円錐状内面に接する球状部であって、第１部材の球状部よりも曲率半径の大きい球状部を有する第２部材５と、第１部材及び第２部材の曲率中心を通る軸線を有し、第１部材及び第２部材を互いに接離可能に保持する軸３ｂと、軸の、第２部材を保持する側の端部に装着されたアライメントミラー７とを備えるアライメント測定用治具１。第１部材と第２部材との間を固定せずに自由度を持たせた状態でスラスタノズルの円錐状内面に当接させることで、スラスタノズルの円錐状内面のばらつきに対応することができる。【選択図】図１
2012162162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工衛星の姿勢制御のためにガスを噴射するスラスタノズルのガス噴射角度を測定するための治具であって、
該スラスタノズルの円錐状内面に接する球状部を有する第１部材と、
前記スラスタノズルの円錐状内面に接する球状部であって、前記第１部材の球状部よりも曲率半径の大きい球状部を有する第２部材と、
前記第１部材及び前記第２部材の曲率中心を通る軸線を有し、前記第１部材及び前記第２部材を互いに接離可能に保持する軸と、
該軸の、前記第２部材を保持する側の端部に装着されたアライメントミラーとを備えることを特徴とするアライメント測定用治具。
【請求項２】
前記第１部材は、前記軸の端部に一体に形成され、
前記第２部材は、前記軸が該第２部材の曲率中心を貫通する貫通孔を備え、
さらに、前記第１部材と前記第２部材との間に間隔を空ける間隔保持部材と、前記第２部材をスラスタノズルの方向に向かって付勢する付勢手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載のアライメント測定用治具。
【請求項３】
前記第２部材と、前記アライメントミラーとが一体に形成されることを特徴とする請求項２に記載のアライメント測定用治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アライメント測定用治具に関し、特に、宇宙空間にて人工衛星の飛行姿勢制御を行うため、人工衛星に搭載されるスラスタノズルのガス噴射角度を測定する治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、人工衛星の位置や向きなどの姿勢を制御するにあたって、スラスタノズルからガスを噴射する方法が採られている。この姿勢制御を正確に行うためには、スラスタノズルから噴射するガス量を適切に決定する必要があり、その前提として、スラスタノズルの開口面の角度を把握する必要がある。この開口面の角度の測定は、通常、アライメントミラーとセグメントを利用して行われるが、このアライメントミラーをスラスタノズルに一時的に固定するにあたって、種々の治具が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、図１７に示すように、スラスタノズル２１の円錐状内面２２に対応する円錐台状部２９ａと、アライメントキューブミラー２９を備える治具を、輪ゴム２６によりスラスタノズル２１に一時的に固定するアライメント測定用治具が提案されている。
【０００４】
また、特許文献２には、スラスタノズルのノズル端面に配置されるアライメントミラーと、アライメントミラー上に固定されるキューブミラーと、アライメントミラーをスラスタノズル方向に吸引するためのコンプレッサー等を備えるアライメント測定用治具が提案されている。
【０００５】
一方、アライメントミラーを利用しないアライメント測定用治具として、特許文献３には、スラスタノズルのノズル内に配置されるシャフトと、シャフトの一端に設けられ、シャフトをノズルのスロート部へ差し込むための錐状部と、シャフトの他端に設けられ、ノズルの先端部内径に対応する外径とした円板とを備えるアライメント測定用治具等が提案され、同文献に記載の発明は、スラスタノズルのアライメントの調整と計測とを同時に行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２６４７１１号公報
【特許文献２】特開２０００−１０８９９８号公報
【特許文献３】特開２００３−７２６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の治具では、図１７に示すように、スラスタノズル２１の円錐状内面２２に円錐台状部２９ａを嵌合させるため、円錐状内面２２及び円錐台状部２９ａの加工精度のばらつきを考慮して治具を複数製作したり、一品一様の治具を用意する必要があるという問題があった。これは、円錐状内面２２及び円錐台状部２９ａの加工精度のばらつきによって両部材の密着の程度が変化し、ガス噴射角度の測定の再現性が得られないため、測定の再現性を得ることのできる最も相性のよい治具を用意する必要があるためである。
【０００８】
また、特許文献２及び３に記載の治具は、共にスラストノズルの円錐状内面に接触しない方式を採っているため、ノズルの円錐状内面の傾きがガス噴射角度の測定結果に一切反映されず、単にノズルの開口面の中心を垂直に通る軸線の傾きがガス噴射角度とみなされ、正確なアライメントを測定することができないという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、スラスタノズルの円錐状内面の加工精度のばらつきに拘わらず、スラスタノズルのガス噴射角度を正確に測定することが可能なアライメント測定用治具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明は、人工衛星の姿勢制御のためにガスを噴射するスラスタノズルのガス噴射角度を測定するための治具であって、該スラスタノズルの円錐状内面に接する球状部を有する第１部材と、前記スラスタノズルの円錐状内面に接する球状部であって、前記第１部材の球状部よりも曲率半径の大きい球状部を有する第２部材と、前記第１部材及び前記第２部材の曲率中心を通る軸線を有し、前記第１部材及び前記第２部材を互いに接離可能に保持する軸と、該軸の、前記第２部材を保持する側の端部に装着されたアライメントミラーとを備えることを特徴とする。
【００１１】
そして、本発明によれば、アライメント測定用治具の球状部を有する第１部材と第２部材との間を固定せずに自由度を持たせた状態でスラスタノズルの円錐状内面に当接させることで、スラスタノズルの円錐状内面のばらつきに対応することができるため、複数のスラスタノズルのガス噴射角度を測定するにあたって、１つのアライメント測定用治具で対応することができ、複数の治具を用意する必要がない。
【００１２】
また、スラスタノズルの円錐状内面の加工精度と、治具の加工精度によって生じる測定誤差が、１つの共通の治具を用いることで、従来のような複数の治具を用いた場合の治具側の加工精度による誤差のばらつきを排除することができるため、スラスタノズルのガス噴射角度の測定における測定誤差のばらつきを低減することができる。
【００１３】
以上のように、本発明によれば、スラスタノズルの円錐状内面の加工精度のばらつきを考慮しながら、スラスタノズルのガス噴射角度をより正確に測定することができる。
【００１４】
上記アライメント測定用治具において、前記第１部材を、前記軸の端部に一体に形成し、前記第２部材を、前記軸が該第２部材の曲率中心を貫通する貫通孔を備えるように構成し、さらに、前記第１部材と前記第２部材との間に間隔を空ける間隔保持部材と、前記第２部材をスラスタノズルの方向に向かって付勢する付勢手段とを備えるように構成することができる。
【００１５】
また、上記アライメント測定用治具において、前記第２部材と、前記アライメントミラーとを一体に形成することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明によれば、スラスタノズルの円錐状内面の加工精度のばらつきに拘わらず、スラスタノズルのガス噴射角度を正確に測定することが可能なアライメント測定用治具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明にかかるアライメント測定用治具をスラスタノズルに取り付けた状態を示す図である。
【図２】本発明にかかるアライメント測定用治具の取付方法を説明するための図である。
【図３】本発明にかかるアライメント測定用治具の取付方法を説明するための図である。
【図４】本発明にかかるアライメント測定用治具の取付方法を説明するための図である。
【図５】図１に示すアライメント測定用治具を利用した第１のアライメント測定方法を説明するための図である。
【図６】第１のアライメント測定方法における角度測定工程を説明するための図である。
【図７】図１に示すアライメント測定用治具を利用した第２のアライメント測定方法を説明するための図である。
【図８】第２のアライメント測定方法における角度測定・算出工程を説明するための図である。
【図９】第２のアライメント測定方法における角度測定・算出工程を説明するための図である。
【図１０】第２のアライメント測定方法における角度測定・算出工程を説明するための図である。
【図１１】第２のアライメント測定方法における角度測定・算出工程を説明するための図である。
【図１２】第２のアライメント測定方法における角度測定・算出工程を説明するための図である。
【図１３】第２のアライメント測定方法における角度測定・算出工程を説明するための図である。
【図１４】第２のアライメント測定方法における角度測定・算出工程を説明するための図である。
【図１５】第２のアライメント測定方法における角度測定・算出工程を説明するための図である。
【図１６】本発明にかかるアライメント測定用治具の第２の実施の形態を示す図である。
【図１７】従来のアライメント測定用治具を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明にかかるアライメント測定用治具１を、スラスタ８に取り付けられたスラスタノズル９に装着した状態を示し、このアライメント測定用治具１は、スラスタノズル９の円錐状内面２に接する大きな球体部（以下、適宜「大球体」という）５及び小さな球体部（大球体５の下方に位置し、図１には不図示）と、大球体５及び小さな球体部の曲率中心を通る軸線を有する軸（スラスタノズル９の内部に位置し、図１には不図示）と、この軸の端部にねじ部３ｂを介して配置されるアライメントミラー７と、大球体５等をスラスタノズル９に押圧固定するための輪ゴム６とで構成される。
【００２０】
次に、上記構成を有するアライメント測定用治具１のスラスタノズル９への装着方法を、図１乃至図４を参照しながら説明する。
【００２１】
図２に示すように、スラスタノズル９の円錐状内面２に対して、先端にねじ部３ｂを有する軸３ａを一体に備えた小さな球体部（以下、適宜「小球体」という）３を挿入する。この際、小球体３の軸３ａは、スラスタノズル９の開口から外側に向ける。ここで、軸３ａは小球体３の曲率中心を通過する軸線を有する。
【００２２】
次に、図３に示すように、コイルばね４を軸３ａに挿入し、その後、軸３ａを貫通する貫通孔を有する大球体５を軸３ａに挿入する。ここで、軸３ａの軸線は、大球体５の曲率中心を通過する。
【００２３】
そして、図４に示すように、軸３ａが中央に位置するように輪ゴム６を２本交差するように、大球体５とスラスタ８に掛け、その弾性力で大球体５、コイルばね４、小球体３をスラスタノズル９の奥（下方）へ抑え込む。ここで、小球体３及び大球体５がスラスタノズル９の円錐状内面２と接しているため、これらの球体３、５の中心を通る軸線３ａが、スラスタノズル９の噴射軸（噴射角度指向軸）となる。
【００２４】
最後に、図１に示すように、軸３ａ（図１には不図示）の端部のねじ部３ｂへアライメントキューブミラー（以下、適宜「ミラー」という）７をねじ込むことにより、本発明にかかるアライメント測定用治具１のスラスタノズル９への装着を完了する。コイルばね４（図３参照）は、円錐状内面２と大球体５の間での小球体３のがたつきを抑え、小球体３を円錐状内面２へ確実に接触させる。
【００２５】
次に、上記構成を有するアライメント測定用治具１を用いた、スラスタノズル９のガス噴射角度を求める第１の方法について、図５及び図６を参照しながら説明する。
【００２６】
図５に示すように、目的の角度とみなされるミラー７のＡ面７ａの法線１２ａを、スラスタノズル９のガス噴射角度の基準となる衛星座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と一致する測定座標系を有したセオドライト１１ａで、コリメーションして計測する。
【００２７】
上記計測により、図６に示すように、Ａｚ角：Ａｚ１と、ＥＬ角：ＥＬ１が得られ、これによって、スラスタノズルガス噴射角度は、φＺ（Ｚ軸回り）に‘−Ａｚ１’、φＸ（Ｘ軸回り）に‘ＥＬ１−９０°’であることが求められる。
【００２８】
次に、上記構成を有するアライメント測定用治具１を用いた、スラスタノズル９のガス噴射角度を求める第２の方法について、図７〜１５を参照しながら説明する。
【００２９】
上記第１の方法とは異なり、今回は、図７に示すように、ミラー７のＡ面７ａが真上や真下を向いているため、セオドライト１１ａによるコリメーションが不可能な場合に、以下に説明する第２の方法を適用する。
【００３０】
この方法は、ミラー７のＢ面７ｂ及びＣ面７ｃを、２台のセオドライト１１ｂ、１１ｃで各々コリメーションして、Ａ面７ａの法線角度を導き、スラスタノズル９のガス噴射角度を求める。
【００３１】
上記同様、セオドライト１１ｂ、１１ｃの測定座標系を衛星座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と一致させて各々計測した結果より、図８に示すように、セオドライト１１ｂにおいては、Ａｚ角：Ａｚ２と、ＥＬ角：ＥＬ２が得られ、セオドライト１１ｃからは、Ａｚ角：Ａｚ３と、ＥＬ角：ＥＬ３が得られる。
【００３２】
上記計測により得られた角度を整理した相関図を、図８に示す。ここで導きたいのは、破線で示す法線１２ａの衛星座標系における最も顕著な影響を持つ２軸回りの角度である。但し、ミラー７は元々人工加工物であることから、Ａ面７ａ、Ｂ面７ｂ及びＣ面７ｃの直交度には測定誤差や加工誤差等のばらつきが許容されていることを考慮する必要がある。
【００３３】
まず、図８の中央図において、原点Ｏから法線１２ｂ及び１２ｃの各々を位置ベクトルとした座標値を示す関係を図９に示す。ここで、法線１２ｂのベクトル頂点をＰと置き、法線１２ｃにおいては頂点をＱと置き、最終的に導きたい仮の法線１２ａを破線で示しその頂点をＲと置くこととする。そのときのＰ，Ｑ座標値は、図の極性傾向を考慮すると、以下のように表される。
【００３４】
【数１】
2012162162.tif 000003
【００３５】
【数２】
2012162162.tif 000004
【００３６】
上記座標値に対して、下記目的に応じて座標の回転を行う。まず、線ＯＰが、ＸＺ面と一致するように、Ｚ軸回りに「−Ａｚ２」回転させる。そのときの座標は、図１０、数３及び数４に示すようになる。そして、Ｙｐ１値は、０となる。
【００３７】
【数３】
2012162162.tif 000005
【００３８】
【数４】
2012162162.tif 000006
【００３９】
次に、線ＯＰが、Ｘ軸と一致するように、Ｙ軸回りに「９０°−ＥＬ２」回転させる。そのときの座標は、図１１、数５及び数６に示すようになる。そして、ＺＹｐ１値は、０となる。
【００４０】
【数５】
2012162162.tif 000007
【００４１】
【数６】
2012162162.tif 000008
但し、ここで、Ａ面７ａ、Ｂ面７ｂ及びＣ面７ｃの各面が理想通りの直交関係にあるミラー７であれば、ベクトルＯＱは、ＹＺ面内に存在し、Ｘｑ２値は、０となるはずである。しかし、実際は、測定誤差や加工誤差等のばらつきが許容されていることから、Ｑ座標値は、（Ｘｑ２，Ｙｑ２，Ｚｑ２）となる。そこで、このＱをＹＺ面内に投影したときに表される、＋Ｙ軸と線ＯＱ’がなす角度をα（＝Ｔａｎ−１（Ｚｑ２／Ｙｑ２））とする状態の拡大図を図１２に示す。
【００４２】
そして、線ＯＱ’がＹ軸と一致するように、かつ、線ＯＱがＸＹ面と一致するように、図１２に示す状態から、Ｘ軸回りに「α」回転させる。そのときの座標は、図１３、数７及び数８に示すようになる。ここで、数９に示すように、座標（０，０，−１）を、Ｒと置くこととする。
【００４３】
【数７】
2012162162.tif 000009
【００４４】
【数８】
2012162162.tif 000010
【００４５】
【数９】
2012162162.tif 000011
【００４６】
ここから、元のＰ，Ｑ座標のある座標系（図９参照）に戻すため、Ｘ軸回りに「−α」回転させる。これによってＰ〜Ｒの座標系は、数１０〜１２に示すように変化する。
【００４７】
【数１０】
2012162162.tif 000012
【００４８】
【数１１】
2012162162.tif 000013
【００４９】
【数１２】
2012162162.tif 000014
そして、Ｙ軸回りに「−（９０°−ＥＬ２）」回転させる。これによって、Ｐ〜Ｒの座標系は、数１３〜数１５に示すように変化する。
【００５０】
【数１３】
2012162162.tif 000015
【００５１】
【数１４】
2012162162.tif 000016
【００５２】
【数１５】
2012162162.tif 000017
【００５３】
その後、Ｚ軸回りに「−（−Ａｚ２）」回転させる。その状態を、図１４及び数１６〜数１８に示す。図１４と図８との違いは、図１４にＲ座標が付加されたことである。
【００５４】
【数１６】
2012162162.tif 000018
【００５５】
【数１７】
2012162162.tif 000019
【００５６】
【数１８】
2012162162.tif 000020
【００５７】
このＲ座標：（Ｘｒ，Ｙｒ，Ｚｒ）を用いた図１５より、このスラスタノズル９のガス噴射角度は、下式によって導かれる。
【００５８】
【数１９】
2012162162.tif 000021
【００５９】
【数２０】
2012162162.tif 000022
【００６０】
尚、上記本実施の形態においては、アライメント測定用治具１が球体３、５及びこれらの中心を通る軸線を有する軸３ａを備える構成について説明したが、これに限らず、スラスタノズル９の円錐状内面２と接する球状部を有するとともに、この球状部の曲率半径が互いに異なる２つの部材と、これら２つの部材の球状部の曲率中心を通る軸線を有する軸とでアライメント測定用治具を構成することもできる。
【００６１】
また、上記大球体５とアライメントキューブミラー７とを一体に形成することができる。例えば、図１６に示すように、スラスタ（不図示）方向へ付勢するための輪ゴム用溝１０ａ、ミラー部１０ｂ、円錐状内面２と接する半球部１０ｃ及び球状部１０ｃの曲率中心を通る凹部１０ｄとを備える半球状部付ミラー１０を構成することができ、この半球状部付ミラー１０も上記実施の形態と同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【００６２】
１  アライメント測定用治具
２  円錐状内面
３  小球体
３ａ  軸
３ｂ  ねじ部
４  コイルばね
５  大球体
６  輪ゴム
７  ミラー
７ａ  Ａ面
７ｂ  Ｂ面
７ｃ  Ｃ面
８  スラスタ
９  スラスタノズル
１０  半球状部付ミラー
１０ａ  輪ゴム用溝
１０ｂ  ミラー部
１０ｃ  半球部
１０ｄ  凹部
１１ａ〜１１ｃ  セオドライト
１２ａ〜１２ｃ  法線
【図１】
2012162162.tif 000023
【図２】
2012162162.tif 000024
【図３】
2012162162.tif 000025
【図４】
2012162162.tif 000026
【図５】
2012162162.tif 000027
【図６】
2012162162.tif 000028
【図７】
2012162162.tif 000029
【図８】
2012162162.tif 000030
【図９】
2012162162.tif 000031
【図１０】
2012162162.tif 000032
【図１１】
2012162162.tif 000033
【図１２】
2012162162.tif 000034
【図１３】
2012162162.tif 000035
【図１４】
2012162162.tif 000036
【図１５】
2012162162.tif 000037
【図１６】
2012162162.tif 000038
【図１７】
2012162162.tif 000039