(57)【要約】【課題】制御モーメントジャイロスコープに使用するシェルロータアセンブリを提供すること。【解決手段】シェルロータアセンブリは、限定はしないが、互いに一体に形成された第１の壁部分および第１のリム部分を有する第１のシェル部材と、互いに一体に形成された第２の壁部分および第２のリム部分を有する第２のシェル部材とを含む。第１のリム部分および第２のリム部分は、互いに結合する。【選択図】図２
2012046176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御モーメントジャイロスコープに使用するシェルロータアセンブリ（４０）であって、前記シェルロータアセンブリ（４０）は、
互いに一体に形成された第１の壁部分（４５）および第１のリム部分（４８）を有する第１のシェル部材（４４）と、
互いに一体に形成された第２の壁部分（４７）および第２のリム部分（５０）を有する第２のシェル部材（４６）とを含み、
前記第１のリム部分（４８）および前記第２のリム部分（５０）は、互いに結合する、シェルロータアセンブリ（４０）。
【請求項２】
制御モーメントジャイロスコープに使用するシェルロータアセンブリ（４０）であって、前記シェルロータアセンブリ（４０）は、
互いに一体に形成された第１の壁部分（４５）および第１のリム部分（４８）を有する第１のシェル部材（４４）と、
互いに一体に形成された第２の壁部分（４７）および第２のリム部分（５０）を有する第２のシェル部材（４６）とを含み、
前記第１のリム部分（４８）は、第１の位置調整機構（６４）を含み、
前記第２のリム部分（５０）は、前記第１の位置調整機構（６４）と係合するように構成された第２の位置調整機構（６６）を含み、
前記第２の位置調整機構（６６）は、前記第１の位置調整機構（６４）と係合し、前記第１のシェル部材（４４）および前記第２のシェル部材（４６）は、前記第１の位置調整機構（６４）と前記第２の位置調整機構（６６）との間の係合の結果として互いに同心状に配置され、前記第１のリム部分（４８）および前記第２のリム部分（５０）は、互いに結合する、シェルロータアセンブリ（４０）。
【請求項３】
制御モーメントジャイロスコープに使用するシェルロータアセンブリ（４０）を製造する方法（７０）であって、
第１の金属円板を加熱するステップ（７２）と、
第１の全体的にボウル形の部材を形成するために、前記第１の金属円板を圧縮するステップ（７４）と、
比較的薄い第１の壁（４５）および比較的厚い第１のリム部分（４８）を有する第１のシェル部材（４４）を形成するために、前記第１の全体的にボウル形の部材から材料を取り除くステップ（７６）と、
第２の金属円板を加熱するステップ（８２）と、
第２の全体的にボウル形の部材を形成するために、前記第２の金属円板を圧縮するステップ（８４）と、
比較的薄い第２の壁（４７）および比較的厚い第２のリム部分（５０）を有する第２のシェル部材（４６）を形成するために、前記第２の全体的にボウル形の部材から材料を取り除くステップ（８６）と、
前記比較的厚い第１のリム部分（４８）が前記比較的厚い第２のリム部分（５０）と係合するように、前記第１のシェル部材（４４）を前記第２のシェル部材（４６）と同心状に位置調整するステップ（９２）と、
前記比較的厚い第１のリム部分（４８）を前記比較的厚い第２のリム部分（５０）に結合するステップ（９６）とを含む、方法（７０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明は、概略的には、制御モーメントジャイロスコープに関し、より具体的には、制御モーメントジャイロスコープに使用するシェルロータアセンブリおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]ジャイロスコープは、それらが軸の周りに回転するときに角運動量を生成するホイールまたは円板などの回転体である。地球の周りの軌道にある間に直面する無重力環境などの無重力環境で作動する宇宙船の運動を制御するためにジャイロスコープを使用する、１つの一般的な用途が存在してきた。宇宙船の姿勢は、宇宙船に対するジャイロスコープ回転軸の方向を選択的に変化させることによって制御することができる。角運動量保存則によって説明されるように、ジャイロスコープの角運動量ベクトルのこの変化は、次に、宇宙船の角運動量ベクトルにおいて反対方向であるが等しい変化を作り出す。次に、このトルクは、宇宙船を回転させる。宇宙船の運動量を変化させるこの原理を利用することは、反動輪などの回転体に対してモータのトルクを単純に応答させることよりも極めて動力効率が良い。このために使用されるジャイロスコープは、制御モーメントジャイロスコープ（以下「ＣＭＧ」）として知られている。
【０００３】
[0003]ＣＭＧは、一般に、シェルロータアセンブリと、シェルロータアセンブリを回転させる１つまたは複数のモータと、シェルロータアセンブリおよびモータを収容するハウジングアセンブリとを含む。ハウジングアセンブリは、シェルロータアセンブリがハウジングアセンブリに対して回転することができるようにシェルロータアセンブリを取り付けるために設計され、構築される。全てのＣＭＧがシェル構造を有するロータを使用するわけではなく、他の構造を使用することもできることを理解されたい。
【０００４】
[0004]シェルロータアセンブリは、一般に、２つの反対方向のボウル形のシェル部材と、２つのシェル部材の外周に結合する環状構造を有するリムと、リムに垂直な角度で２つのシェル部材の中央を通って延びるシャフトとを有するシェル構造を有する。２つのシェル部材の主要目的は、構造的に安定な方法でリムをシャフトに取り付けることである。シャフトの主要目的は、支持軸受を介してシェルロータアセンブリをハウジングに回転可能に接続する回転軸として働くことである。リムの主要目的は、シェルロータアセンブリに高集中質量を提供することである。
【０００５】
[0005]角運動量保存則に基づくと、ＣＭＧによって宇宙船に作用するトルクは、回転するシェルロータアセンブリの角運動量および回転軸の方向が変化する割合に比例する。シェルロータアセンブリの角運動量は、その回転慣性能率（質量およびサイズ）およびそれが回転する速度の関数である。シェルロータアセンブリが速く回転するほど、角運動量、したがって宇宙船に作用するポテンシャルトルクは、大きくなる。同様に、シェルロータアセンブリが、回転時に大きい慣性能率を有するほど、角運動量および結果的な作用トルク能力は、大きくなる。したがって、シェルロータアセンブリの慣性能率（すなわち質量および／またはサイズ）が減少すれば、シェルロータアセンブリが回転する速度は、同じ角運動量および結果的なトルク能力を維持するために増加させる必要がある。ＣＭＧは宇宙船上で主に使用され、宇宙船を軌道に向けて発射するとき、重量および体積が主要な留意点であるため、ＣＭＧの質量およびサイズの両方を低減することが好ましい。そうした小型化は、ＣＭＧの作業能力を維持するためにシェルロータアセンブリの回転速度の増加を必要とする。
[0006]シェルロータアセンブリの回転速度を増加させる際の１つの制限は、高速回転の力および応力に耐える、シェルロータアセンブリの構造的能力である。シェルロータアセンブリは、基本的に、固体金属要素および固体金属要素を互いに接合する溶接継手とからなる。溶接継手は、本来、それが接合する固体金属要素のいずれかよりも弱い。したがって、構造的な故障が起こる前に従来のシェルロータアセンブリが回転することができる速度は、その溶接継手の強度によって制限される。したがって、シェルロータアセンブリの最大速度は、故障に最も影響を受けやすい溶接継手の強度によって制限される。故障に最も影響を受けやすい溶接継手は、最も大きい量の応力を受ける溶接継手である。最も大きい量の応力を受ける、従来のシェルロータアセンブリ上の溶接継手は、シェル部材をリムに接合する溶接継手であることが観察されてきた。したがって、従来のシェルロータアセンブリが、その性能を低下させることなく小型化することができる範囲は、シェル部材とリムとの間の溶接継手の強度によって制限される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５，０８７，４１５号
【発明の概要】
【０００７】
[0007]制御モーメントジャイロスコープに使用するシェルロータアセンブリの様々な実施形態および制御モーメントジャイロスコープと共に使用するシェルロータアセンブリを製造する方法の様々な実施形態が、本明細書に開示される。
【０００８】
[0008]非限定的な実施形態において、シェルロータアセンブリは、限定はしないが、互いに一体に形成された第１の壁部分および第１のリム部分を有する第１のシェル部材と、互いに一体に形成された第２の壁部分および第２のリム部分を有する第２のシェル部材とを含む。第１のリム部分および第２のリム部分は、互いに結合する。
【０００９】
[0009]別の非限定的な実施形態において、シェルロータアセンブリは、限定はしないが、互いに一体に形成された第１の壁部分および第１のリム部分を有する第１のシェル部材を含む。第１のリム部分は、第１の位置調整機構を含む。第２のシェル部材は、互いに一体に形成された第２の壁部分および第２のリム部分を有する。第２のリム部分は、第１の位置調整機構と係合するように構成された第２の位置調整機構を含む。第２の位置調整機構は、第１の位置調整機構と係合する。第１のシェル部材および第２のシェル部材は、第１の位置調整機構と第２の位置調整機構との間の係合の結果として互いに同心状に配置される。第１のリム部分および第２のリム部分は、互いに結合する。
【００１０】
[0010]別の非限定的な実施形態において、シェルロータアセンブリを製造する方法は、限定はしないが、第１の金属円板を加熱するステップを含む。本方法は、第１の全体的にボウル形の部材を形成するために、第１の金属円板を圧縮するステップをさらに含む。本方法は、比較的薄い第１の壁および比較的厚い第１のリム部分を有する第１のシェル部材を形成するために、第１の全体的にボウル形の部材から材料を取り除くステップをさらに含む。本方法は、第２の金属円板を加熱するステップをさらに含む。本方法は、第２の全体的にボウル形の部材を形成するために、第２の金属円板を圧縮するステップをさらに含む。本方法は、比較的薄い第２の壁および比較的厚い第２のリム部分を有する第２のシェル部材を形成するために、第２の全体的にボウル形の部材から材料を取り除くステップをさらに含む。本方法は、第１のリム部分が第２のリム部分と係合するように、第１のシェル部材を第２のシェル部材と同心状に位置調整するステップをさらに含む。本方法は、第１のリム部分を第２のリム部分に結合するステップをさらに含む。
【００１１】
[0011]以下、本発明を、同様の番号が同様の要素を示す、以下の図面と併せて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】[0012]制御モーメントジャイロスコープに使用する先行技術シェルロータアセンブリを示す略断面図である。
【図２】[0013]制御モーメントジャイロスコープに使用する本明細書の教示によって製造されるシェルロータアセンブリの実施形態を示す略断面図である。
【図３】[0014]図３Ａは、図２のシェルロータアセンブリの上部分を形成するシェル部材を示す底面図である。
【００１３】
[0015]図３Ｂは、図３Ａの線３−３に沿って切り取られた部分断面図である。
【図４】[0016]図４Ａは、図２のシェルロータアセンブリの下部分を形成するシェル部材を示す平面図である。
【００１４】
[0017]図４Ｂは、図４Ａの線４−４に沿って切り取られた部分断面図である。
【図５】[0018]第１のリム部分が第２のリム部分に結合するときに形成されるリムアセンブリを示す拡大部分断面図である。
【図６】[0019]制御モーメントジャイロスコープに使用する、本明細書で教示するシェルロータアセンブリを製造する方法の実施形態を示すブロック図である
【発明を実施するための形態】
【００１５】
[0020]以下の詳細な説明は、本来、例示的なものにすぎず、本発明または本発明の用途および使用を限定するものではない。さらに、上述の背景または以下の詳細な説明で提供するあらゆる理論によって拘束するつもりはない。
【００１６】
[0021]ＣＭＧに使用する、改善されたシェルロータアセンブリが、本明細書に開示される。本明細書で教示するシェルロータアセンブリ上のシェル部材とリムとの間の溶接継手が除去される。これは、本発明のシェルロータアセンブリが、シェル部材から分離した別個の要素として始めるリムを有しないためである。むしろ、本明細書で教示するシェルロータアセンブリ上の各シェル部材は、一体化したリム部分を含む。リム部分およびシェル部材は、互いに一体化し、近接しているが、それは、リム部分およびシェル部材が単一の連続する金属片（または他の好適な材料）から形成されるためである。したがって、要素にわたる材料の不連続性は存在しない。各シェル部材の対応するリム部分は、例えば溶接継手を介して、互いに接合され、その外周の周りにリムアセンブリを有するシェル形シェルロータアセンブリを形成する。この構造は、接合する必要がある要素の数を低減し、したがって、シェルロータアセンブリの全体的な複雑性を低減する。それに加えて、リムをシェル部材に接合する先行技術ロータ上の溶接継手は、極めて高い応力疲労の領域に配置される。しかし、本明細書で説明するロータの２つのシェル部材を接合する溶接継手は、比較的低い応力疲労を有する領域に溶接継手を配置する。
【００１７】
[0022]制御モーメントジャイロスコープに使用するシェルロータアセンブリおよびそのシェルロータアセンブリを製造する方法の実施形態のより十分な理解は、続く詳細な説明の検討と共に本出願に添付される図の検討を通して得ることができる。
【００１８】
[0023]図１は、制御モーメントジャイロスコープ（図示せず）に使用する先行技術シェルロータアセンブリ１０を示す略断面図である。先行技術シェルロータアセンブリ１０は、シェルアセンブリ（第２のシェル部材１４と同心状に配置される第１のシェル部材１２を含む）、リム部材１６、およびシャフトアセンブリ１８（第１のシャフト部材２０および第２のシャフト部材２２を含む）を含む。リム部材１６は、先行技術シェルロータアセンブリ１０の外周を形成するリング状または環状の構造である。リム部材１６は、一般に、鋼鉄などの金属材料から形成され、通常、先行技術シェルロータアセンブリ１０の残りの部分と比べて比較的大きい質量を有する。
【００１９】
[0024]シェルアセンブリ１１は、リム部材１６をシャフトアセンブリ１８に接続する。第１のシェル部材１２と第２のシェル部材１４との間の領域２６は、ほとんどまたは完全に中空である。シェルアセンブリ１１の主要目的は、シャフトアセンブリ１８とリム部材１６との間に構造的に強い接続を提供することであり、１つのシェルアセンブリ１１は、宇宙船が操縦されるとき、シャフトアセンブリ１８を介して宇宙船に作用するトルクの高応力に耐えることができる。いくつかの実施形態では、第１のシェル部材１２および第２のシェル部材１４は、より大きい強度ならびにトルクおよび他の応力に対する復元力を有するシェルアセンブリ１１を提供するために、１つまたは複数の構造的な肋材または扶壁として働く波形または窪みのある表面を有することができる。第１のシェル部材１２および第２のシェル部材１４は、それぞれ開口部２８および開口部３０を含み、シャフトアセンブリ１８への接近を可能にし、それによって、先行技術シェルロータアセンブリ１０をＣＭＧのハウジング（図示せず）に回転可能に取り付けることができる手段を提供する。いくつかの実施形態では、シャフトアセンブリ１８の一部分は、開口部２８および３０を通して突出することができ、先行技術シェルロータアセンブリ１０を回転させるのに使用されるハウジングまたは機械への接続を容易にする。
【００２０】
[0025]シャフトアセンブリ１８は、先行技術シェルロータアセンブリ１０のほぼ中央に配置され、第１のシェル部材１２と第２のシェル部材１４との間に延びる。シャフトアセンブリ１８は、先行技術シェルロータアセンブリ１０が回転するとき、先行技術シェルロータアセンブリ１０を支持する回転軸として働く。この能力で、ＣＭＧが宇宙船にトルクＴを作用させるとき、そのトルクは、シャフトアセンブリ１８を通して先行技術シェルロータアセンブリから伝達され、その際、シャフトアセンブリ１８は、そのトルクをシェルアセンブリ１１およびリム部材１６に伝達する。シャフトアセンブリ１８は、第１のシェル部材１２および第２のシェル部材１４も支持し、先行技術シェルロータアセンブリ１０が回転するとき、２つのシェル部材が互いに崩壊するのを防ぐ。
【００２１】
[0026]第１のシェル部材１２は、第１の溶接継手３２を介してリム部材１６に結合する。第１の溶接継手３２は、第１のシェル部材１２の全外周の周りに延びることができる。同様に、第２のシェル部材１４は、第２のシェル部材１４の全外周の周りに延びることができる溶接継手３４を介してリム部材１６に結合する。
【００２２】
[0027]図１に示すように構成されれば、第１および第２の溶接継手３２および３４は、トルクＴが先行技術シェルロータアセンブリ１０に作用するとき、最大の応力が生じる場所に配置される。トルクＴの力は、第１および第２のシェル部材１２および１４の壁を通してシャフトアセンブリ１８からリム部材１６に伝達される。トルクＴの力がリム部材１６に到達すると、トルクＴの力は、第１および第２の溶接継手３２および３４上のせん断力として作用する。さらに、回転中、第１および第２の溶接継手３２および３４は、再び最大量の応力が生じる領域に配置される。これは、シャフトアセンブリ１８からのその距離によって先行技術シェルロータアセンブリ１０上の他のあらゆる要素よりも速く回転するリム部材１６が膨張するためである。その先行技術シェルロータアセンブリ１０が速く回転するほど、この膨張は大きくなる。リム部材１６が膨張するとき、第１および第２の溶接継手３２および３４は、再びせん断力を受ける。溶接継手は、溶接継手によって互いに接合される固有の材料よりも弱いので、第１および第２の溶接継手３２および３４は、先行技術シェルロータアセンブリ上で比較的弱い点である。第１および第２の溶接継手３２および３４は、最高の応力の領域に配置されるので、それらの溶接継手は、先行技術シェルロータアセンブリ１０上で最も弱い点である。したがって、第１および第２の溶接継手３２および３４の強度は、先行技術シェルロータアセンブリの最大回転速度に制限を設ける。この制限は、これらの溶接継手が互いに近接するシェルおよびリムで置き換えられれば、すなわち金属の単一片から形成されれば、解消することができる。
【００２３】
[0028]図２は、ＣＭＧに使用する本明細書の教示によって製造されるシェルロータアセンブリ４０の実施形態を示す略断面図である。シェルロータアセンブリ４０は、シェルアセンブリ４２およびシャフトアセンブリ５６を含む。シェルアセンブリ４２は、互いに同心状に配置され、互いに結合する第１のシェル部材４４および第２のシェル部材４６を含む。
【００２４】
[0029]第１のシェル部材４４は、第１の壁部分４５、第１のリム部分４８、および第１の開口部５２を含む。第１の壁部分４５および第１のリム部分４８は、互いに一体化しており、すなわち、第１の壁部分４５および第１のリム部分４８は、単一の近接する要素を含む。同様に、第２のシェル部材４６は、第２のリム部分５０と一体化した第２の壁部分４７を含む。第２のシェル部材４６も、第２の開口部５４を有する。
【００２５】
[0030]いくつかの実施形態では、第１のシェル部材４４および第２のシェル部材４６は、均一な厚さの地金板として始めることができ、壁部分およびリム部分を形成するために機械加工によって延ばすことができる。他の実施形態では、シェル部材は、溶融金属からの金型鋳造物とすることができる。比較的薄い壁部分および比較的厚いリム部分を有するシェル部材を金属（または他の材料）の単一片から形成するのに効果的な他の製造方法を、本明細書の教示から逸脱することなく使用することもできる。
【００２６】
[0031]シャフトアセンブリ５６は、第１のシェル部材４４と第２のシェル部材４６との間に延びるように縦方向に配置される、第１のシャフト部材５８および第２のシャフト部材６０を含む。本明細書に使用するように、用語「縦方向」は、シャフトアセンブリ５６に平行な方向を指し、用語「横方向」は、シャフトアセンブリ５６に垂直な方向を指すこととする。シャフトアセンブリ５６は、シェルロータアセンブリ４０の回転軸として働き、第１および第２の開口部５２および５４を通してＣＭＧに接続することができる。
【００２７】
[0032]第１のシェル部材４４および第２のシェル部材４６は、それらの対応するリム部分において互いに結合する。第１のリム部分４８および第２のリム部分５０は、限定はしないが、溶接を含む、第１および第２のシェル部材４４および４６間の強い結合を提供するのに効果的なあらゆる好適な手段を介して互いに結合することができる。第１のリム部分４８および第２のリム部分５０は、結合すると、シェルロータアセンブリ４０の外周を形成するリムアセンブリ６２を形成する。
【００２８】
[0033]図１および２を続けて参照すると、シェルロータアセンブリ４０は、先行技術シェルロータアセンブリ１０と視覚的に類似している。両方とも、比較的厚いリムによって囲まれる丸みのあるシェルを有する。しかし、先行技術シェルロータアセンブリ１０と異なり、シェルロータアセンブリ４０は、シェル壁がリム部分と交わる点に溶接継手を有しない。むしろ、シェルロータアセンブリ４０は、リムとシェルとの間の近接する連続した固有の材料の形態で、強く耐久性のある接続を提供する。この強い接続は、シェルロータアセンブリ４０が先行技術シェルロータアセンブリ１０よりも速い速度で回転することを可能にする。
【００２９】
[0034]図３Ａは、第１のシェル部材４４を示す底面図である。この図は、第１のシェル部材４４の真下の視点から見上げるように切り取られる。この図において、第１のリム部分４８の横方向に延びる底面および第１の壁部分４５の横方向に延びる底面が見える。図３Ａには、第１の位置調整機構６４も見える。
【００３０】
[0035]図２および３Ａを続けて参照すると、第１の位置調整機構６４は、第１のシェル部材４４および第２のシェル部材４６が互いに溶接され、または他の方法で結合される前に、第１のシェル部材４４および第２のシェル部材４６を互いに同心状に確実に位置調整するために使用することができる。図３Ａに示す実施形態では、第１の位置調整機構６４は、第１のシェル部材４４の全外周の周りに延びる。他の実施形態では、第１の位置調整機構６４は、第１のシェル部材４４の外周の周りの一部分にのみ延びることができ、または、第１のリム部分４８の横方向表面に関して離間する複数の部材を含むことができる。図示する実施形態では、第１の位置調整機構６４は、第２のリム部分５０上の対応する位置調整部材と係合するために、第１のリム部分４８の横方向表面を越えて延びる階段部である。他の実施形態では、第１のシェル部材４４を第２のシェル部材４６と同心状に位置調整するのに効果的な他のあらゆる好適な構造、部材、および／または構成を使用することもできる。
【００３１】
[0036]図３Ｂは、図３Ａの線３−３に沿って切り取られた部分断面図である。この図では、第１の位置調整機構６４は、第１のリム部分４８の底面を越えて延びることを見ることができる。
【００３２】
[0037]図４Ａは、第２のシェル部材４６を示す平面図である。この図は、第２のシェル部材４６の上の視点から見下ろすように切り取られる。この図において、第２のリム部分５０の横方向に延びる表面および第２の壁部分４７の横方向に延びる表面が見える。この図には、第２の位置調整機構６６も見える。図示する実施形態では、第２の位置調整機構６６は、第２のリム部分５０の全外周の周りに延びる、第２のリム部分５０の上面内の切欠部を含む。図２、３Ａおよび４Ａを続けて参照すると、第２の位置調整機構６６は、第１の位置調整機構６４と係合するように構成され、シェルアセンブリ４２を組み立てるとき、第１の位置調整機構６４および第２の位置調整機構６６が第１のシェル部材４４を第２のシェル部材４６と同心状に位置調整するために協働するようにする。第１の位置調整機構６４および第２の位置調整機構６６は、階段部および切欠部として図示されてきたが、第１のシェル部材４４と第２のシェル部材４６との位置調整を助けるのに効果的な他のあらゆる構造および／または構成を使用することもできることを理解されたい。それに加えて、第１の位置調整機構６４および第２の位置調整機構６６は、それぞれ第１および第２のリム部分４８および５０の内周上に存在するものとして図示されてきたが、これらの機構は、第１のリム部分４８および第２のリム部分５０上の他の場所に配置することができることを理解されたい。
【００３３】
[0038]図４Ｂは、図４Ａの線４−４に沿って切り取られた部分断面図である。この図では、第２の位置調整機構６６は、第２のリム部分５０の上面から除去された切欠部と見ることができる。
【００３４】
[0039]図５は、第１のリム部分４８が第２のリム部分５０に結合するときに形成されるリムアセンブリ６２を示す拡大部分断面図である。この図には、第１の位置調整機構６４と第２の位置調整機構６６との間の係合が示される。
【００３５】
[0040]第１のリム部分４８と第２のリム部分５０との１つの結合方法は、電子ビーム溶接として知られるプロセスによるものである。電子ビーム溶接は、高速電子のビームが結合する材料に当てられる融接プロセスである。電子の運動エネルギーが衝突の際に熱に変換されるとき、被加工材は溶融し、溶接位置の材料は溶融して溶接部を形成する。この溶融材料は、熱影響領域と呼ばれる。溶接は、しばしば、電子ビームの散乱を避けるために真空状態で行われる。
【００３６】
[0041]図示する実施形態では、電子ビーム溶接のプロセスによって形成される熱影響領域６８は、第１のリム部分を第２のリム部分５０に接合する。熱影響領域６８は、第１のリム部分４８および第２のリム部分５０の横方向表面の一部分のみを含む。他の実施形態では、第１および第２のリム部分４８および５０のそれぞれの横方向表面のより大きい、またはより小さい部分を互いに溶接することができる。溶接の範囲を限定し、溶接領域がリムアセンブリ６２を貫通して延びないことを確実にするために、第１の位置調整機構６４は、溶接の範囲を限定するバックストップとして働く。このための第１の位置調整機構６４の使用は、電子ビーム溶接プロセス中に形成される溶融材料がリムアセンブリ６２を抜け出ないようにするのを確実にすることを助ける。
【００３７】
[0042]図２〜５を続けて参照すると、シェルロータアセンブリ４０を形成するのに使用される材料は、あらゆる好適な金属とすることができる。いくつかの実施形態では、シェルロータアセンブリ４０の構造に、高強度高靱性構造合金を使用することができる。そうした材料は、最初に溶接され、次に熱処理または他の方法で処理することができる。そうした熱処理の後、高強度高靱性構造合金の熱影響領域は、材料が溶接前に有するのと同じ強度および耐疲労性を有するといわれている。そうした材料は、ここに参照によりその全体が本明細書に組み込まれている米国特許第５，０８７，４１５号に開示されている。１つのそうした高強度高靱性構造合金は、Ｃａｒｐｅｎｔｅｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｒｅａｄｉｎｇ、Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａによって商標名ＡｅｒＭｅｔ（登録商標）１００として販売されている。
【００３８】
[0043]図６は、制御モーメントジャイロスコープに使用する、本明細書で教示するシェルロータアセンブリを製造する方法７０の実施形態を示すブロック図である。ブロック７２において、第１の金属円板が加熱される。この金属円板は、限定はしないが、鋼鉄を含む、所望のあらゆる金属材料から製造することができる。この円板は、シェルロータアセンブリの構造に使用されるシェル部材の所望の寸法に対応する寸法などの、所望のあらゆる寸法を有することができる。例えば、この円板は、直径７６．２ｃｍ（３０インチ）および厚さ５．０８ｃｍ（２インチ）の円形構造を有することができる。
【００３９】
[0044]円板の加熱は、電気炉または加熱炉内に金属円板を置くことを含むあらゆる好適な方法で、金属円板を炎または高熱の別の発生源に曝すことによって、または金属円板の温度を所望の温度まで上げるのに効果的な他のあらゆる好適な方法で、達成することができる。いくつかの実施形態では、金属円板を約８１６℃（華氏１５００度）の温度まで加熱するのが望ましい場合がある。
【００４０】
[0045]ブロック７４において、加熱後金属円板は、工作機械内に置かれ、次に、圧縮ステップの最後に金属円板が全体的にボウル形の部材になるように、金属円板の形状を変更するあらゆる好適な方法で圧縮される。このプロセスは、熱間鍛造プロセスとして知られ、加熱後金属円板は、金属円板の温度、加熱後金属円板の寸法、および金属円板を圧縮するのに使用される圧縮機の仕様によって、一度だけ、または何度も圧縮する必要がある可能性がある。加熱後金属円板が全体的にボウル形の部材に変形されると、全体的にボウル形の部材は圧縮機から取り除かれる。
【００４１】
[0046]ブロック７６において、全体的にボウル形の部材は、工作機械内に置かれ、その表面から不要な金属を取り除くために機械加工される。そうした機械加工は、例えば、当技術分野でよく知られるコンピュータ数値制御機械の使用によって達成することができる。このプロセスは、均一な厚さの全体的にボウル形の部材を、比較的薄い壁部分および比較的厚いリム部分を有するシェル部材に変形する。このステップにおいて、階段部または切欠部などの位置調整機構は、リム部分上に形成することができる。
【００４２】
[0047]ブロック７８において、シェル部材の中央の開口部が、シャフトアセンブリを収容するために形成される。ブロック８０において、シャフト部材が、開口部内に配置される。この段階で、２つのシェル部材の一方が完全に構築され、第２のシェル部材の組立準備が整う。
【００４３】
[0048]ブロック８２において、第２のシェル部材を構築するプロセスが開始する。ブロック７２において上述したように、金属円板が加熱される。ブロック８４において、加熱後金属円板は、全体的にボウル形の部材に圧縮される。ブロック８６において、全体的にボウル形の部材から材料が取り除かれ、壁部分と第２の位置調整機構を有するリム部分とを有する第２のシェル部材を形成する。ブロック８８において、第２の開口部が第２のシェル部材内に形成され、ブロック９０において、第２のシャフト部材が、第２の開口部内に配置される。
【００４４】
[0049]ブロック９２において、２つのシェル部材が、互いに同心状に位置調整される。そうした同心状の位置調整は、２つのシェル部材のリム部分上に配置される相補的な位置調整機構間の係合によって達成することができる。
【００４５】
[0050]ブロック９４において、シャフト部材が互いに接合され、ブロック９６において、リム部分が互いに接合される。シャフト部材およびリム部分は、上述の電子ビーム溶接プロセスを介して接合することができる。それに加えて、いくつかの実施形態では、シャフト部材の互いの接合は、リム部分の互いの接合と同時に達成することができる。
【００４６】
[0051]少なくとも１つの例示的な実施形態を、本発明の上述の詳細な説明で提供してきたが、多数の変形形態が存在することを理解されたい。例示的な実施形態または複数の例示的な実施形態は、単なる例であり、本発明の範囲、用途、または構成を全く限定するものではないことも理解されたい。むしろ、上述の詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態を実施するための便利な指針を当業者に提供する。添付の特許請求の範囲に記載の本発明の範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態で説明された要素の機能および構成において様々な変更を行うことができることを理解されたい。
【符号の説明】
【００４７】
１０  シェルロータアセンブリ（先行技術）
１１  シェルアセンブリ（先行技術）
１２  第１のシェル部材（先行技術）
１４  第２のシェル部材（先行技術）
１６  リム部材（先行技術）
１８  シャフトアセンブリ（先行技術）
２０  第１のシャフト部材（先行技術）
２２  第２のシャフト部材（先行技術）
２６  第１のシェル部材と第２のシェル部材との間の領域（先行技術）
２８  開口部（先行技術）
３０  開口部（先行技術）
３２  第１の溶接継手（先行技術）
３４  第２の溶接継手（先行技術）
４０  シェルロータアセンブリ
４２  シェルアセンブリ
４４  第１のシェル部材
４５  第１の壁部分
４６  第２のシェル部材
４７  第２の壁部分
４８  第１のリム部分
５０  第２のリム部分
５２  第１の開口部
５４  第２の開口部
５６  シャフトアセンブリ
５８  第１のシャフト部材
６０  第２のシャフト部材
６２  リムアセンブリ
６４  第１の位置調整機構
６６  第２の位置調整機構
６８  熱影響領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
2012046176000001.pdf