(57)【要約】本発明の目的は、がんぎ車であって、歯（２１、２１′、２２、２２′）の形状が、歯（２１、２１′、２２、２２′）の先端とがんぎ車（２）の中心との間の直線がすっかりがんぎ車（２）の中に収まるように選択されるがんぎ車を提供することである。また、本発明の目的は、要素回転制御機構であって、要素の回転軸に固定されたがんぎ車と、アンクルとを備える制御機構であり、前記アンクルは、当該がんぎ車から、当該アンクルのアームのスパンの半分より短い間隔をあけて、回動可能に取り付けられている制御機構を提供することである。前記アンクルは、その第１アーム（１１）又は第２アーム（１２）にて、がんぎ車と接触し得る。前記アンクル（１）のアームのスパン、がんぎ車（２）の半径、並びに歯（２１、２１′、２２、２２′）の大きさ及び個数は、アンクル（１）の一方のアームとがんぎ車（２）との接触点が歯間のくぼみの底部に正確に位置するがんぎ車（２）の位置において、アンクルの２本目のアームとがんぎ車との接触点が歯の後縁（２１１、２１１′、２２１、２２１′）に位置するように選択される。また、本発明の目的は、要素回転制御方法であって、本発明に係る機構が要素の回転軸にて要素に固定されている要素回転制御方法を提供することである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
要素回転制御機構であって、
要素の回転軸に固定されたがんぎ車と、アンクルとを備え、
前記アンクルは、前記がんぎ車から、前記アンクルのアームのスパンの半分より短い間隔をあけて回動可能に取り付けられることで、第１アーム又は第２アームにて前記がんぎ車と接触することが可能であり、
前記がんぎ車（２）の歯（２１、２１′、２２、２２′）の形状は、歯（２１、２１′、２２、２２′）の先端と前記がんぎ車（２）の中心との間の直線が、すっかり前記がんぎ車（２）の中に収まるように選択され、
前記アンクル（１）のアームのスパン、前記がんぎ車（２）の半径、並びに歯（２１、２１′、２２、２２′）の寸法及び個数は、前記アンクル（１）の一方のアームとがんぎ車（２）との接触点が歯間のくぼみの底部に正確に位置する前記がんぎ車（２）の位置において、前記アンクルの２本目のアームと前記がんぎ車との接触点が歯の後縁（２１１、２１１′、２２１、２２１′）に位置するように選択されることを特徴とする、制御機構。
【請求項２】
前記がんぎ車の歯は、実質的に、辺の長さが異なる鋭角三角形の形状を有しており、前記アンクル（１）の第１アーム（１１）と前記がんぎ車（２）との接触点と、前記アンクル（１）の第２アーム（１２）と前記がんぎ車（２）との接触点と、によって区切られた、前記がんぎ車（２）のアークセグメントに、ｎ＋１／２個の歯が収まっており、ｎは自然数であることを特徴とする、請求項１に記載の制御機構。
【請求項３】
歯（１２、１２′、２２、２２′）の前縁は、歯の先端と前記がんぎ車（２）の中心とを結ぶ直線に対して２０°から３０°の範囲の角度で傾斜しており、歯（１１、１１′、２１、２１′）の後縁は、歯の先端と前記がんぎ車（２）の中心とを結ぶ直線に対して５０°から６０°の範囲の角度で傾斜していることを特徴とする、請求項２に記載の制御機構。
【請求項４】
前記がんぎ車（２）は、２５個から３５個の歯を備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の制御機構。
【請求項５】
電磁石（３）と、当該電磁石（３）に対して移動可能に取り付けられたクランプ（４）と、を備えており、
前記クランプ（４）は前記アンクル（１）に接続されているため、前記電磁石（３）をオンにすることにより前記クランプ（４）の運動が生じ、当該運動により前記アンクル（１）のアームが前記がんぎ車（２）に対して押圧されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の制御機構。
【請求項６】
前記アンクル（１）に接続されたリターンスプリング（５）をさらに備え、前記リターンスプリング（５）は、前記クランプ（４）を介して前記電磁石（３）から前記アンクルに加えられる力に対して反対に作用するように配置されており、前記リターンスプリングの緊張力は前記電磁石の力よりも弱いことを特徴とする、請求項５に記載の制御機構。
【請求項７】
要素回転制御方法であって、
要素の回転軸に固定されたがんぎ車と、アンクルとを用い、
前記アンクルは、前記がんぎ車から、前記アンクルの全長の半分より短い間隔をあけて、回動可能に取り付けられており、
歯（２１、２１′、２２、２２′）の形状は、歯（２１、２１′、２２、２２′）の先端と前記がんぎ車（２）の中心との間の直線が、すっかり前記がんぎ車（２）の中に収まるように選択され、前記アンクル（１）のアームのスパン、前記がんぎ車（２）の半径、並びに歯（２１、２１′、２２、２２′）の大きさ及び個数は、前記アンクル（１）の一方のアームと前記がんぎ車（２）との接触点が歯間のくぼみの底部に正確に位置する前記がんぎ車（２）の位置において、前記アンクルの２本目のアームと前記がんぎ車との接触点が歯の後縁（２１１、２１１′、２２１、２２１′）に位置するように選択されることを特徴とする、制御方法。
【請求項８】
前記がんぎ車の歯は、実質的に、辺の長さが異なる鋭角三角形の形状を有し、前記アンクル（１）の前記第１アーム（１１）と前記がんぎ車（２）との接触点と、前記アンクル（１）の前記第２アーム（１２）と前記がんぎ車（２）との接触点と、によって区切られた、前記がんぎ車（２）のアークセグメントに、ｎ＋１／２個の歯が収まり、ｎは自然数となるように、選択されることを特徴とする、請求項７に記載の制御方法。
【請求項９】
前記がんぎ車の歯は、歯（１２、１２′、２２、２２′）の前縁が、歯の先端と前記がんぎ車（２）の中心とを結ぶ直線に対して２０°から３０°の範囲の角度で傾斜しており、歯（１１、１１′、２１、２１′）の後縁が、歯の先端と前記がんぎ車（２）の中心とを結ぶ直線に対して５０°から６０°の範囲の角度で傾斜していることを特徴とする、請求項８に記載の制御方法。
【請求項１０】
前記がんぎ車（２）は、２５個から３５個の歯を備えるように選択されることを特徴とする、請求項７から９のいずれか一項に記載の制御方法。
【請求項１１】
電磁石（３）と、当該電磁石（３）に対して移動可能に取り付けられたクランプ（４）と、を備えており、
前記クランプ（４）は、前記アンクル（１）に接続されており、定期的に前記電磁石（３）をオンにすることにより、前記クランプ（４）の運動が生じ、当該運動が前記アンクル（１）のアームを前記がんぎ車（２）に対して押圧し、当該アームが歯（２１、２１′、２２、２２′）の後スロープ（２１１、２１１′、２２１、２２１′）を滑りながら、がんぎ車を動かすことを特徴とする、請求項７から１０のいずれか一項に記載の制御方法。
【請求項１２】
前記アンクル（１）に接続されたリターンスプリング（５）を備え、前記リターンスプリングは、前記クランプ（４）を介して前記電磁石（３）から前記アンクルに加えられる力に対して反対に作用するように配置されており、
前記リターンスプリング（５）の緊張力は、前記電磁石よりも弱く、
前記電磁石をオンオフすることにより、前記がんぎ車の回転運動を促進させる、歯（２１、２１′、２２、２２′）の後縁（２１１、２１１′、２２１、２２１′）への前記アンクル（１）の交互の衝突が行われることを特徴とする、請求項１１に記載の制御方法。
【請求項１３】
がんぎ車であって、当該がんぎ車の歯の形状が、歯（２１、２１′、２２、２２′）の先端と前記がんぎ車（２）の中心との間の直線が、すっかり前記がんぎ車（２）の中に収まるように選択されることを特徴とする、がんぎ車。
【請求項１４】
前記歯（２１、２１′、２２、２２′）は、実質的に、鋭角三角形の形状を有することを特徴とする、請求項１３に記載のがんぎ車。
【請求項１５】
歯（１２、１２′、２２、２２′）の前縁は、歯の先端と前記がんぎ車（２）の中心とを結ぶ直線に対して２０°から３０°の範囲の角度で傾斜しており、歯（１１、１１′、２１、２１′）の後縁が歯の先端と前記がんぎ車（２）の中心とを結ぶ前記直線に対して５０°から６０°の範囲の角度で傾斜していることを特徴とする、請求項１４に記載のがんぎ車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転運動制御機構、回転運動制御方法、及びがんぎ車に関する。より具体的には、本発明は、ドラム又はスプールに巻回された筒状のストリップを解反する際のドラム又はスプールの回転運動に関するものであり、解反速度の制御に役立つ。
【背景技術】
【０００２】
筒状のストリップ、すなわち弛緩状態において、その筒軸に沿ってカールするストリップは、特に宇宙用途のブーム、マニピュレータ及びアンテナにおいて、多数の用途を有する。例えば、引き延ばしてスプールに巻回した後に筒状にカールした、硬化したストリップ巻体は、小型で軽量である。ロールから解反されたストリップは、当該ストリップの中心を通る軸を中心にしてカールする。このため、ストリップをスプールから解反した後に、薄肉の筒を構成する構造が再現され、この構造は非常に優れた曲げ強度対重量比を有することを特徴とする。筒を形成するストリップの厚さは、予定される用途、予定される筒の長さ、及び対象とする負荷に強く依存する。
【０００３】
長尺要素の軽量化及び密な「パッキング」の可能性並びに当該要素の長さの円滑な調整の可能性は、宇宙用途における、カールしたストリップから成る構造の、優れた有用性を決定づけるものである。宇宙での操作を意図した装置については、地上の装置よりもはるかに厳しい要求が課される。構造体を目的地に届けることは、別個の課題ではあるが、設計段階において予め検討しておく必要がある。構造体をその使用場所に運搬するためにはロケットが用いられるところ、ロケットの積載量及び貨物積込場所は非常に限られている。このため、装置の重量を最大限減少させること、及び容積を小さくするように折り畳み、後に目的地に到達してから展開できること、が必要である。
【０００４】
例えば、カールしたストリップの機構を用いた解決方法としてマニピュレータが挙げられ、リーチが長いことと、軽量であること及び折り畳み状態において小型であることとを組み合わせたものが特許文献１（米国特許第３６０１９４０号）に開示されている。折り畳み状態において、典型的には金属製の加工ストリップは、回転するスプールに巻回されている。ストリップの特殊断面によって、当該ストリップは、スプールに固定されていないときに、当該ストリップの中心を通る軸を中心として、カールする。このため、ストリップをスプールから解反した後に、薄肉の筒に似た構造が作り出される。このように、ストリップをスプールに巻回し、スプールからストリップを解反することにより、有意な範囲において長さの調節が可能な要素が形成される。同様の解決方法が、特許文献２（米国特許第３４３４６７４号）等の他の文献において開示されている。当該文献では、ストリップの厚さの好適な範囲が示されており、またストリップの組み立てに用いる最も典型的な材料が表に記載されている。それらの中には、炭素鋼、ステンレス鋼、ベリリウム青銅、チタン合金、及び繊維複合体（ガラス又は炭素繊維等）が含まれ、例えば、炭素繊維強化複合材（ＣＦＲＰ）が含まれる。
【０００５】
宇宙用途において、ブーム、アンテナ、及びマニピュレータの構造におけるストリップを確実に巻き戻すことは非常に重要である。何故ならば、地球から打ち上げられた後に、構造体を修理する可能性や手動で構造体を展開させる可能性は、非常に限定されているか、皆無であるからである。
【０００６】
非特許文献１（１９７１年２月付の報告書NASA SPACE VEHICLE DESIGN CRITERIA GUIDANCE AND CONTROL "Tubular spacecraft booms (extendible reel stored)"）において、カールしたストリップを採用した構造体の典型的な故障及びその原因が開示されている。例として、ストリップが巻回されたスプールを駆動させるモータの故障、電源の故障、スプールにおけるストリップの詰まり等が挙げられている。
【０００７】
スプールに巻回されたストリップにおいて、動力源は蓄積エネルギーである。炭素鋼製及びベリリウム青銅製のストリップの場合、当該エネルギーは、ストリップの自動解反を可能にする。モータの損傷は、故障原因として最も多いものの１つであるところ、上記エネルギーによればモータを排除することが可能となり、そうでなくても、少なくともストリップの長さの調節が必要な場合に、ストリップをロールに再度巻回する機能を減らすことができるため、蓄積エネルギーは非常に有利である。
【０００８】
地上の条件下では、これらのストリップは極めて急に、素早く、そして確実に解反される。非常に小さな衛星や宇宙船での用途において、構造要素をそのように急に展開させることは、安定性の喪失につながり得る。その一方で、宇宙の条件下では、長時間の飛行後に、部分的な弾性特性の喪失が頻繁に起こり得るため、構造要素の展開を促進する機構が必要となり得る。本発明は、ストリップの解反を制御する機構であって、ロールからストリップを引き出す補助をする機能と、ロールからストリップを引き出す速度を抑制する機能と、の両方を備えた機構を提供することを目的とする。
【０００９】
技術水準において、例えば非特許文献１（Z. Mrugalski氏によるハンドブック“Mechanizmy zegarowe（科学技術出版、ワルシャワ、１９７２）”）によって、スプリング駆動の車輪の仮係止を可能とする様々な脱進機構が既に知られている。これらの機構においては、がんぎ車を「引っかける」アンクルが採用されている。アンクルは、がんぎ車を引っかけ、そこでがんぎ車に固定される。こうするために、がんぎ車の歯は、歯の先端とがんぎ車の車軸との間の直線が、すっかりがんぎ車の中に収まるのではなく、歯間のスペースを部分的に通るような角度で傾斜している。そのため、歯間へと導かれたアンクルのアームの先端は自然と固定されるところ、スプリングががんぎ車を押す力が大きいほど、強く固定される。時計の場合には、振り子によって固定が解除される。これにより、振り子による時間配分の決められた針の動きが得られる。そのような脱進機をカールした筒状のストリップに適用するには、機構を拡張し、追加の計時システムを備えることが必要となるところ、これは故障の新たな原因となり得る。また、ストリップの弾性が部分的に失われ、補助なしでの解反の見込みがない場合には、機構は役に立たない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第３６０１９４０号
【特許文献２】米国特許第３４３４６７４号
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】１９７１年２月付の報告書NASA SPACE VEHICLE DESIGN CRITERIA GUIDANCE AND CONTROL "Tubular spacecraft booms (extendible reel stored)"
【非特許文献２】Z. Mrugalski氏によるハンドブック“Mechanizmy zegarowe（科学技術出版、ワルシャワ、１９７２）”
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、上記の課題を解決し、要素の回転を制御する機構及び方法であって、カールした筒状ストリップの解反の制御を可能とする機構及び方法を提供することである。さらに、本発明の目的は、回転運動の抑制のみならず、その促進も可能とするがんぎ車を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る要素回転制御機構は、要素の回転軸に固定されたがんぎ車と、アンクルとを備え、当該アンクルは、当該がんぎ車から、当該アンクルのアームのスパンの半分より短い間隔をあけて、回動可能に取り付けられている。アンクルは、その第１アーム又は第２アームにて、がんぎ車と接触し得る。がんぎ車の歯の形状は、歯の先端とがんぎ車の中心との間の直線が、すっかりがんぎ車の中に収まるように選択される。アンクルのアームのスパン、がんぎ車の半径、並びに歯の大きさ及び個数は、アンクルの一方のアームとがんぎ車との接触点が歯間のくぼみの底部に正確に位置するがんぎ車の位置において、アンクルの２本目のアームとがんぎ車との接触点が歯の後縁に位置するように選択される。
【００１４】
好適には、がんぎ車の歯は、実質的に、辺の長さが異なる鋭角三角形の形状を有しており、アンクルの第１アームとがんぎ車との接触点と、アンクルの第２アームとがんぎ車との接触点と、によって区切られた、がんぎ車のアークセグメントに、ｎ＋１／２個の歯が収まっており、ここでｎは自然数である。
【００１５】
好適には、歯の前縁は、歯の先端とがんぎ車の中心とを結ぶ直線に対して２０°から３０°の範囲の角度で傾斜しており、歯の後縁は、歯の先端とがんぎ車の中心とを結ぶ直線に対して５０°から６０°の範囲の角度で傾斜している。
【００１６】
好適には、がんぎ車は、２５個から３５個の歯を有する。
【００１７】
好適には、本機構は、電磁石と、当該電磁石に対して移動可能に取り付けられたクランプと、を備えており、当該クランプはアンクルに接続されているため、電磁石をオンにすることによりクランプの運動が生じ、当該運動によりアンクルのアームががんぎ車に対して押圧される。好適には、アンクルには、リターンスプリングが接続されており、当該リターンスプリングは、クランプを介して電磁石からアンクルに加えられる力に対して反対に作用するように配置されており、ここで当該スプリングの緊張力は電磁石の力よりも弱い。
【００１８】
本発明の目的はまた、要素回転制御方法であって、要素の回転軸に固定されたがんぎ車と、アンクルであって、当該がんぎ車から、当該アンクルの全長の半分より短い間隔をあけて、回動可能に取り付けられたアンクルと、を用いる方法を提供することである。がんぎ車の形状は、歯の先端とがんぎ車の中心との間の直線が、すっかりがんぎ車の中に収まるように選択される。アンクルのアームのスパン、がんぎ車の半径、並びに歯の大きさ及び個数は、アンクルの一方のアームとがんぎ車との接触点が歯間のくぼみの底部に正確に位置するがんぎ車の位置において、アンクルの２本目のアームとがんぎ車との接触点が歯の後縁に位置するように選択される。
【００１９】
好適には、がんぎ車の歯は、実質的に、辺の長さが異なる鋭角三角形の形状を有し、アンクルの第１アームとがんぎ車との接触点と、アンクルの第２アームとがんぎ車との接触点と、によって区切られた、がんぎ車のアークセグメントに、ｎ＋１／２個の歯が収まり、ｎは自然数となるように、選択される。
【００２０】
好適には、がんぎ車の歯は、当該歯の前縁が、歯の先端とがんぎ車の中心とを結ぶ直線に対して２０°から３０°の範囲の角度で傾斜しており、歯の後縁が、歯の先端とがんぎ車の中心とを結ぶ直線に対して５０°から６０°の範囲の角度で傾斜するように、選択される。
【００２１】
好適には、がんぎ車は、２５個から３５個の歯を有するように、選択される。
【００２２】
好適には、本機構は、電磁石と、当該電磁石に対して移動可能に取り付けられたクランプと、をさらに備えている。クランプは、アンクルに接続されている。定期的に電磁石をオンにすることにより、クランプの運動が生じ、当該運動によりアンクルのアームががんぎ車に対して押圧され、当該アームが歯の後部を滑りながらがんぎ車を動かす。また、好適には、アンクルに接続されたリターンスプリングが設けられており、当該リターンスプリングは、クランプを介して電磁石からアンクルに加えられる力に対して反対に作用するように配置されている。リターンスプリングの緊張力は、電磁石の力よりも弱い。電磁石をオンオフすることにより、がんぎ車の回転運動を生じさせる、歯の後部へのアンクルの交互の衝突が行われる。
【００２３】
本発明の目的はまた、がんぎ車であって、当該がんぎ車の歯の形状が、歯の先端とがんぎ車の中心との間の直線が、すっかりがんぎ車の中に収まるように、選択されることを特徴とする、がんぎ車である。
【００２４】
好適には、歯は、鋭角三角形の形状を有しており、歯の前縁は、歯の先端とがんぎ車の中心とを結ぶ直線に対して２０°から３０°の範囲の角度で傾斜しており、歯の後縁は、当該直線に対して５０°から６０°の範囲の角度で傾斜している。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る機構における、スプールに巻回されたストリップを示す図である。
【図２】本発明に係る機構のがんぎ車の一部を、一部の歯及びアンクルによって示す図である。
【図３ａ】初期位置にある、本発明に係る機構の側面図である。
【図３ｂ】補助なしの解反の第１段階における、ストリップの解反の際の、本発明に係る機構の側面図である。
【図３ｃ】補助なしの解反のサイクルの第２段階における、ストリップの解反の際の、本発明に係る機構の側面図である。
【図３ｄ】補助なしの解反のサイクルの第３段階における、ストリップの解反の際の、本発明に係る機構の側面図である。
【図３ｅ】補助なしの解反のサイクルの第４段階における、ストリップの解反の際の、本発明に係る機構の側面図である。
【図３ｆ】補助なしの解反のサイクルの第５段階における、ストリップの解反の際の、本発明に係る機構の側面図である。
【図４ａ】初期位置にある、本発明に係る機構の側面図である。
【図４ｂ】補助なしの解反のサイクルの第１段階における、ストリップの解反の際の、本発明に係る機構の側面図である。
【図４ｃ】補助なしの解反のサイクルの第２段階における、ストリップの解反の際の、本発明に係る機構の側面図である。
【図４ｄ】補助なしの解反のサイクルの第３段階における、ストリップの解反の際の、本発明に係る機構の側面図である。
【図４ｅ】補助なしの解反のサイクルの第４段階における、ストリップの解反の際の、本発明に係る機構の側面図である。
【図４ｆ】補助なしの解反のサイクルの第５段階における、ストリップの解反の際の、本発明に係る機構の側面図である。
【図５ａ】技術分野において周知の、アンクル及びがんぎ車を備えたグレアム脱進機を示す図である。
【図５ｂ】本発明に係るアンクル及びがんぎ車を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の対象の実施形態を添付図面に示す。
弾性ストリップのスプールからの解反を制御する機構の全体図が、図１に示されている。ストリップ６はスプールに巻回されているが、当該スプールは、図１には示されていない。当該スプールの回転を制御することで、ストリップ６の解反を制御することが可能となる。がんぎ車２が、共通の軸線上にて、スプールに取り付けられている。がんぎ車２の近くであって、電磁石のクランプ４に接続されたベアリング付の車軸上に、アンクル１が配置されている。クランプ４が電磁石に引きつけられると、図２の側面図に示すアンクル１のアーム１１が、がんぎ車２に対して押圧される。クランプ４は、リターンスプリング５によって電磁石から引き離される。クランプ４が電磁石３から引き離されると、図２の側面図に示すアンクル１のアーム１２が、がんぎ車に対して押圧される。
【００２７】
図２には、がんぎ車２の一部及びアンクル１の側面図が示されている。がんぎ車２の歯の形状は、補助なしで回転するがんぎ車がアンクル１を交互に動かし、回転させ、第１アーム１１及び第２アーム１２が回転するがんぎ車の歯と交互に共働するように、選択される。典型的な機構において、アンクルの振動運動は外部手段によって生じ、図５ａに示すように、がんぎ車の歯は、アンクルのアームががんぎ車の歯間に詰まるような形状を有している。本発明に係る解決方法において、歯の形状は、歯の先端とがんぎ車の中心との間の直線が、すっかりがんぎ車の中に収まるように、選択される。このため、アンクルの詰まりが生じないことが保証される。さらに、辺の長さが不均一な鋭角三角形に似た形状の歯を適用することで、アンクル１を２つの目的に用いることが可能になる。アンクルによってストリップの自動解反を制限することができ、また同時に、アンクルは、ストリップが自動で解反されない場合に、がんぎ車を駆動させるのに用いることができる。
がんぎ車が時計回りに回転する、補助なしのストリップの解反において、アンクルのアームは、当該アンクルの運動を抑制するがんぎ車の歯と交互に衝突する。がんぎ車の抑制力は、歯及びアンクルのアームの形状並びにアンクルの重量に依存する。より具体的には、歯２１が、その前縁２１２でアンクルの第１アームを持ち上げ、アンクル１２の第２アームが歯２２の後縁２２１まで下がり、その後、次の歯２２′の前縁２２２′がアンクルのアーム１２を持ち上げ、アーム１１が歯２１の後縁２１１まで下がり、続いて、アーム１１は次の歯２１′の前縁２１２′によって持ち上げられる。このように、アンクル１の慣性は、がんぎ車の歯の移動速度を抑制するのに役立ち、結果として、回転速度を抑制するのに役立つ。
【００２８】
補助付きの運動の場合、アンクル１及びそのアーム端部の、がんぎ車の歯への振動運動は促進され、ストリップに蓄えられた弾性エネルギーが自動解反には不十分なときに、がんぎ車の回転運動を生じさせる。アンクルの運動を促進するためには、様々な技術的手段を採り得る。例えば、電磁石及びスプリングを配置することが挙げられ、図２には示されていないものの、図４を参照しながら詳細に説明されている。図２に示す実施形態では、電磁石がオンにされている。電磁石をオフにすると、リターンスプリングがアンクルのアーム１２を歯２２の後縁２２１に押圧し、アームは、歯間のくぼみの底部へと歯の上を滑る。従って、この場合には、アンクルのアームと歯２２の縁２２１及び歯２２′の縁２２２′との接触が、がんぎ車の移動を生じさせる。ここで続けて電磁石をオンにすると、続けてアンクル１のアーム１１ががんぎ車を押圧する。しかしここでは、接触点が、歯２１の後縁２１１に位置するようになっている。当該縁の上を滑るアームは、当該アームが、歯間のくぼみの底部にて縁２１２′に対してもたれかかるまで、すなわち、アンクルのアームと歯２１の縁２１１及び歯２１′の縁２１２′とが接触するまで、がんぎ車の運動を生じさせる。この工程については、後に、図４を参照しながら詳細に示す。
【００２９】
アンクル１のアームのスパン、歯の形状及び個数、並びにがんぎ車２の半径は、慎重に選択される。がんぎ車の孤であって、その一端をアンクル１の第１アーム１１とがんぎ車とが接触する点とし、もう一端をアンクル１の第２アーム１２とがんぎ車とが接触する点とするがんぎ車の孤について検討する。この孤には、整数ではない数の歯が配置されている。従って、アンクルの一方のアームが、歯の先端又は２個の歯のちょうど真ん中に位置する点にてがんぎ車と接触すると、すなわち、アームが衝突してもがんぎ車の運動を生じさせることができない場所にて接触すると、アンクルの回転後、２本目のアームは必ず歯の縁に当たることとなる。このような配置にすることで、がんぎ車の歯がアンクルのアーム１１及び１２と交互に衝突し、アンクルの揺動運動を引き起こす。
【００３０】
さらに、このような構成をとることで、電磁石３及びスプリング５によってアンクルの揺動運動の促進を行う場合に、アンクルのいずれのアームによっても、がんぎ車２の運動を生じさせることができない状況を回避することができる。
【００３１】
非対称の三角形の歯を用いることで、アンクルによって、がんぎ車の規定方向への運動を生じさせることが可能となる。歯が非対象であり、アンクル１のアームによってがんぎ車２に規定された点の間におよそｎ＋１／２個の歯が収まっており、ｎは自然数であれば、アンクルの交互の回転によって促進される運動において、アンクルの端部は常に歯の後縁に当たる。歯の半分は、がんぎ車の中心と２つの隣接する、歯間のくぼみとによって規定される角度の二等分線となる線によって規定される。
【００３２】
時計仕掛けの分野において通常の知識を有する者であれば、困難を伴うことなく、電磁石３及びスプリング５の押圧力、がんぎ車２の歯の形状及び個数、アンクル１のアーム１１及び１２の端部の形状並びにこれらのアームのスパンを選択し、詰まりの有無に関わらず、電磁石３又はスプリング５によって、アンクル１ががんぎ車２に対して押圧されるようにすることができる。この内容については、Z. Mrugalski氏によるハンドブック“Mechanizmy zegarowe（科学技術出版、ワルシャワ、１９７２）”に詳細な情報が記載されている。当該文献は、本発明の開示を補い、完全にするものである。凸状の、丸みのある縁等の代替的な歯の形状を用いることで、機構の詰まりが生じるおそれを低減することができる。
【００３３】
補助なしの回転について、図３ａから３ｆまでに示している。図３ａに示すように、イニシャル時には、解反されたストリップ６によって運動させられるがんぎ車２が、アンクル１の第１アーム１１を押圧する。次に、補助なしの解反のサイクルの第１段階において、アンクル１の第１アーム１１は、がんぎ車２の歯２１の縁２１２の上を滑る。図３ｂの矢印が示すように、アンクル１は片側に振れる。この運動は、リターンスプリング５の作用により補助される。このサイクルの第２段階において、アンクル１の第１アーム１１が、がんぎ車２の歯２１のスロープ２１２から完全に滑り落ちる瞬間がある。図３ｃに示すように、がんぎ車の自由回転が開始する。第３段階においては、図３ｄに示すように、がんぎ車２の歯２２のスロープ２２２が、アンクル１の第２アーム１２に対してもたれかかる。次に、アンクル１の第２アーム１２が、がんぎ車２の歯２２のスロープ２２２の上を滑り、リターンスプリング５の作用を上回る。これが、図３ｅに示す第４段階である。第５段階において、アンクル１の第２アーム１２が、がんぎ車２の歯２２のスロープ２２２から完全に滑り落ちる。図３ｆに示すように、がんぎ車１の一時的な自由運動が開始する。アンクル１は、リターンスプリング５の作用の下、第４段階における当該アンクル１の位置に戻る。図３ｂに示すように、アンクル１の第１アーム１１が、がんぎ車２の、次の歯２１′のスロープ２１２′にもたれかかり、これは運動の第１段階に対応するものである。
【００３４】
ストリップの、補助付きの解反について、図４ａから４ｆに示している。これらの図面において、電磁石３、リターンスプリング５、及びクランプ４を模式的に示している。ここで、「クランプ」という用語は、電磁石によって引きつけられ得る要素の文脈で用いられている。典型的に、いわゆる「クランプ」とは、磁束を閉じることができる要素である。
【００３５】
図４ａに示す第１段階において、アンクル１の第１アーム１１が、がんぎ車２に対してもたれかかる。電磁石３がオンにされ、クランプ４は電磁石３に引きつけられる。次に、補助付きの解反のサイクルの第２段階において、電磁石３がオフになり、リターンスプリング５がクランプ４を引っ込める。アンクル１は、その後、第２アーム１２で、がんぎ車２の歯２２のスロープ２２１の中に衝突する。アンクルの運動は、図４ｂにおいて、矢印で示されている。がんぎ車２の歯２２のスロープ２２１に対してアンクル１のアーム１２を押圧するリターンスプリング５の作用によって、がんぎ車が回転させられる。これが、図４ｃに示す第３段階である。がんぎ車２の、時計回りの運動は、矢印で示されている。第４段階において、アンクル３は運動範囲の限界点に達し、当該アンクルのアーム１２は、がんぎ車２の歯２２と歯２２′との間の、それぞれのスロープ２２１及び２２２′の合流点に正確に位置している。次に、第５段階において、再度電磁石３がオンになり、アンクル１を回転させるクランプ４を引きつけ、第１アームをがんぎ車２の歯２１′のスロープ２１１′に衝突させる。第６段階において、クランプ４が、電磁石３によってさらに引きつけられ、回転運動を続けるアンクル１は、第１アーム１１で、歯２１′のスロープ２２１′に対して押圧し、当該スロープ２２１′の上を滑り、がんぎ車を押す。アンクル３が、運動範囲の限界点に達した瞬間、当該アンクルの第１アーム１１はがんぎ車２の歯２１′と歯２１″との間に正確に位置しており、これは図４ａに示す、運動の第１段階に対応している。
【００３６】
発明者らは、上記した、がんぎ車２の作用及びアンクル１との共働が得られるのは、がんぎ車の歯の前縁が、歯の先端とがんぎ車２の中心とを結ぶ直線に対して２０°から３０°の範囲の角度で傾斜しており、がんぎ車の歯の後縁が歯の先端とがんぎ車２の中心とを結ぶ直線に対して５０°から６０°の範囲の角度で傾斜している場合であることに気付いた。この範囲の値であれば、アンクルの詰まりを容易に回避することができる。
【００３７】
がんぎ車の特に好適な実施形態について、図５ｂにて詳細に示している。この実施形態において、歯の後縁は５５°の角度で傾斜しており、前縁は２５°の角度で傾斜している。歯の先端の湾曲の半径は０．１ミリメートルであり、歯間のくぼみの底部の湾曲の半径は０．２５ミリメートルである。がんぎ車の直径は１８．６ミリメートルであり、その周囲には２９個の歯が設けられている。従って、それぞれの歯についての、がんぎ車上の角度広がりは１２．４１°に相当する。歯間のくぼみの底部は、がんぎ車の中心から１６．８６ミリメートルの間隔をあけて位置している。アンクルは、がんぎ車の中心から１１．５８ミリメートルの間隔をあけて吊持されている。アンクルの第１アームの端部は、４０°の広がり角を有するテーパ状の端部であり、０．１２ミリメートルの曲率半径を有する先端を有している。アンクルの第２アームの端部は、５０°の広がり角を有するテーパ状の端部であり、０．１ミリメートルの曲率半径を有する先端を有している。両アームの間には、５個の完全な歯及び隣接する歯の半分が収まっている。上記のがんぎ車を備えた機構において用いられる電磁石の力は、およそ０．６Ｎであり、リターンスプリングの力はおよそ０．４Ｎである。
【００３８】
多数の歯を有するがんぎ車を製造することは困難である。しかし、歯の個数が少なすぎると、ストリップの動きがスムーズではなくなる。さらに、歯の個数が少ない場合には、歯のサイズを大きくする必要があるため、アンクルの運動範囲を大きくすることを強いられる。アンクルの運動範囲が大きいと、クランプ４が末端位置にある場合に、電磁石３から遠くなる。このことは、結果として、より大きくて強い電磁石を用いて、装置の寸法を大きくすることを必要とする。実験により、最適な歯の個数は２５個から３５個の間である。
【００３９】
筒状のストリップの解反速度を制御するにあたり、本発明の機構を用いることの別の利点は、ストリップが詰まった場合に、電磁石及び高周波励起を用いて、一連の振動運動を生じさせることができ、これによりドラムを漸次的に回転させ、詰まったストリップを解放することが可能になることである。
【図１】
2016538206.tif 000003
【図２】
2016538206.tif 000004
【図３ａ】
2016538206.tif 000005
【図３ｂ】
2016538206.tif 000006
【図３ｃ】
2016538206.tif 000007
【図３ｄ】
2016538206.tif 000008
【図３ｅ】
2016538206.tif 000009
【図３ｆ】
2016538206.tif 000010
【図４ａ】
2016538206.tif 000011
【図４ｂ】
2016538206.tif 000012
【図４ｃ】
2016538206.tif 000013
【図４ｄ】
2016538206.tif 000014
【図４ｅ】
2016538206.tif 000015
【図４ｆ】
2016538206.tif 000016
【図５ａ】
2016538206.tif 000017
【図５ｂ】
2016538206.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成27年4月23日(2015.4.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転運動制御機構、回転運動制御方法、及びがんぎ車に関する。より具体的には、本発明は、ドラム又はスプールに巻回された筒状のストリップを解反する際のドラム又はスプールの回転運動に関するものであり、解反速度の制御に役立つ。
【背景技術】
【０００２】
筒状のストリップ、すなわち弛緩状態において、その筒軸に沿ってカールするストリップは、特に宇宙用途のブーム、マニピュレータ及びアンテナにおいて、多数の用途を有する。例えば、引き延ばしてスプールに巻回した後に筒状にカールした、硬化したストリップ巻体は、小型で軽量である。ロールから解反されたストリップは、当該ストリップの中心を通る軸を中心にしてカールする。このため、ストリップをスプールから解反した後に、薄肉の筒を構成する構造が再現され、この構造は非常に優れた曲げ強度対重量比を有することを特徴とする。筒を形成するストリップの厚さは、予定される用途、予定される筒の長さ、及び対象とする負荷に強く依存する。
【０００３】
長尺要素の軽量化及び密な「パッキング」の可能性並びに当該要素の長さの円滑な調整の可能性は、宇宙用途における、カールしたストリップから成る構造の、優れた有用性を決定づけるものである。宇宙での操作を意図した装置については、地上の装置よりもはるかに厳しい要求が課される。構造体を目的地に届けることは、別個の課題ではあるが、設計段階において予め検討しておく必要がある。構造体をその使用場所に運搬するためにはロケットが用いられるところ、ロケットの積載量及び貨物積込場所は非常に限られている。このため、装置の重量を最大限減少させること、及び容積を小さくするように折り畳み、後に目的地に到達してから展開できること、が必要である。
【０００４】
例えば、カールしたストリップの機構を用いた解決方法としてマニピュレータが挙げられ、リーチが長いことと、軽量であること及び折り畳み状態において小型であることとを組み合わせたものが特許文献１（米国特許第３６０１９４０号）に開示されている。折り畳み状態において、典型的には金属製の加工ストリップは、回転するスプールに巻回されている。ストリップの特殊断面によって、当該ストリップは、スプールに固定されていないときに、当該ストリップの中心を通る軸を中心として、カールする。このため、ストリップをスプールから解反した後に、薄肉の筒に似た構造が作り出される。このように、ストリップをスプールに巻回し、スプールからストリップを解反することにより、有意な範囲において長さの調節が可能な要素が形成される。同様の解決方法が、特許文献２（米国特許第３４３４６７４号）等の他の文献において開示されている。当該文献では、ストリップの厚さの好適な範囲が示されており、またストリップの組み立てに用いる最も典型的な材料が表に記載されている。それらの中には、炭素鋼、ステンレス鋼、ベリリウム青銅、チタン合金、及び繊維複合体（ガラス又は炭素繊維等）が含まれ、例えば、炭素繊維強化複合材（ＣＦＲＰ）が含まれる。
【０００５】
宇宙用途において、ブーム、アンテナ、及びマニピュレータの構造におけるストリップを確実に巻き戻すことは非常に重要である。何故ならば、地球から打ち上げられた後に、構造体を修理する可能性や手動で構造体を展開させる可能性は、非常に限定されているか、皆無であるからである。
【０００６】
非特許文献１（１９７１年２月付の報告書NASA SPACE VEHICLE DESIGN CRITERIA GUIDANCE AND CONTROL "Tubular spacecraft booms (extendible reel stored)"）において、カールしたストリップを採用した構造体の典型的な故障及びその原因が開示されている。例として、ストリップが巻回されたスプールを駆動させるモータの故障、電源の故障、スプールにおけるストリップの詰まり等が挙げられている。
【０００７】
スプールに巻回されたストリップにおいて、動力源は蓄積エネルギーである。炭素鋼製及びベリリウム青銅製のストリップの場合、当該エネルギーは、ストリップの自動解反を可能にする。モータの損傷は、故障原因として最も多いものの１つであるところ、上記エネルギーによればモータを排除することが可能となり、そうでなくても、少なくともストリップの長さの調節が必要な場合に、ストリップをロールに再度巻回する機能を減らすことができるため、蓄積エネルギーは非常に有利である。
【０００８】
地上の条件下では、これらのストリップは極めて急に、素早く、そして確実に解反される。非常に小さな衛星や宇宙船での用途において、構造要素をそのように急に展開させることは、安定性の喪失につながり得る。その一方で、宇宙の条件下では、長時間の飛行後に、部分的な弾性特性の喪失が頻繁に起こり得るため、構造要素の展開を促進する機構が必要となり得る。本発明は、ストリップの解反を制御する機構であって、ロールからストリップを引き出す補助をする機能と、ロールからストリップを引き出す速度を抑制する機能と、の両方を備えた機構を提供することを目的とする。
【０００９】
技術水準において、例えば非特許文献１（Z. Mrugalski氏によるハンドブック“Mechanizmy zegarowe（科学技術出版、ワルシャワ、１９７２）”）によって、スプリング駆動の車輪の仮係止を可能とする様々な脱進機構が既に知られている。これらの機構においては、がんぎ車を「引っかける」アンクルが採用されている。アンクルは、がんぎ車を引っかけ、そこでがんぎ車に固定される。こうするために、がんぎ車の歯は、歯の先端とがんぎ車の車軸との間の直線が、すっかりがんぎ車の中に収まるのではなく、歯間のスペースを部分的に通るような角度で傾斜している。そのため、歯間へと導かれたアンクルのアームの先端は自然と固定されるところ、スプリングががんぎ車を押す力が大きいほど、強く固定される。時計の場合には、振り子によって固定が解除される。これにより、振り子による時間配分の決められた針の動きが得られる。そのような脱進機をカールした筒状のストリップに適用するには、機構を拡張し、追加の計時システムを備えることが必要となるところ、これは故障の新たな原因となり得る。また、ストリップの弾性が部分的に失われ、補助なしでの解反の見込みがない場合には、機構は役に立たない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第３６０１９４０号
【特許文献２】米国特許第３４３４６７４号
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】１９７１年２月付の報告書NASA SPACE VEHICLE DESIGN CRITERIA GUIDANCE AND CONTROL "Tubular spacecraft booms (extendible reel stored)"
【非特許文献２】Z. Mrugalski氏によるハンドブック“Mechanizmy zegarowe（科学技術出版、ワルシャワ、１９７２）”
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、上記の課題を解決し、要素の回転を制御する機構及び方法であって、カールした筒状ストリップの解反の制御を可能とする機構及び方法を提供することである。さらに、本発明の目的は、回転運動の抑制のみならず、その促進も可能とするがんぎ車を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る要素回転制御機構は、ドラムに巻回されたカールするストリップの解反を制御するのに適しており、当該機構は、ドラムの回転軸に固定されたがんぎ車（２）と、アンクルとを備える。アンクルは、がんぎ車から、第１アンクルアームと第２アンクルアームとの間のスパンの半分より短い間隔をあけて、回動可能に取り付けられているため、第１アンクルアーム及び第２アンクルアームは、交互にがんぎ車と接触し得る。がんぎ車の歯は縁を有しており、当該縁の形状は、アンクルアームとがんぎ車とが接触したときに、当該アンクルアームががんぎ車に係止せずに当該縁の上を滑るようになっているため、がんぎ車の回転が当該アンクルの揺動運動を引き起こし、当該アンクルは、第１アンクルアーム及び第２アンクルアームにて、交互にがんぎ車に衝突し、がんぎ車の回転速度を減速する。がんぎ車の半径、並びに歯の寸法及び個数は、アンクルの一方のアームとがんぎ車との接触点が歯間のくぼみの底部に正確に位置するがんぎ車の位置において、アンクルの２本目のアームとがんぎ車との接触点が歯の後縁に位置するように選択される。本機構はさらに、電磁石と、当該電磁石に対して移動可能に取り付けられたクランプと、アンクルに接続されたリターンスプリングと、を備えており、当該クランプはアンクルに接続されているため、電磁石をオンにすることによりクランプの運動が生じ、当該運動によりアンクルの１本目のアームががんぎ車に対して押圧され、当該リターンスプリングは、クランプを介して電磁石からアンクルに加えられる力に対して反対に作用するように配置されており、当該スプリングの緊張力は電磁石の力よりも弱い。
【００１４】
好適には、がんぎ車の歯は、実質的に、辺の長さが異なる鋭角三角形の形状を有しており、アンクルの第１アームとがんぎ車との接触点と、アンクルの第２アームとがんぎ車との接触点と、によって区切られた、がんぎ車のアークセグメントに、ｎ＋１／２個の歯が収まっており、ここでｎは自然数である。
【００１５】
好適には、歯の前縁は、歯の先端とがんぎ車の中心とを結ぶ直線に対して２０°から３０°の範囲の角度で傾斜しており、歯の後縁は、歯の先端とがんぎ車の中心とを結ぶ直線に対して５０°から６０°の範囲の角度で傾斜している。
【００１６】
好適には、がんぎ車は、２５個から３５個の歯を有する。
【００１７】
本発明に係る要素回転制御方法は、ドラムに巻回されたカールするストリップの解反を制御する機構とともに用いられ、当該ドラムはその回転軸に固定されたがんぎ車を有する。当該機構はさらに、アンクルを備えており、当該アンクルは、がんぎ車から、第１アンクルアームと第２アンクルアームとの間のスパンの半分より短い間隔をあけて回動可能に取り付けられているため、第１アンクルアーム及び第２アンクルアームは、交互にがんぎ車と接触し得る。がんぎ車の歯は、縁を有しており、当該縁の形状は、アンクルアームとがんぎ車とが接触したときに、当該アンクルアームががんぎ車に係止せずに当該縁の上を滑るようになっている。がんぎ車の半径、並びに歯の寸法及び個数は、アンクルの一方のアームとがんぎ車との接触点が歯間のくぼみの底部に正確に位置するがんぎ車の位置において、アンクルの２本目のアームとがんぎ車との接触点が歯の後縁に位置するように選択される。本機構はさらに、電磁石と、当該電磁石に対して移動可能に取り付けられたクランプと、アンクルに接続されたリターンスプリングと、を備えており、当該クランプはアンクルに接続されているため、電磁石をオンにすることによりクランプの運動が生じ、当該運動によりアンクルの一方のアームががんぎ車に対して押圧され、当該リターンスプリングは、クランプを介して電磁石からアンクルに加えられる力に対して反対に作用するように配置されており、当該スプリングの緊張力は電磁石の力よりも弱い。当該方法は、定期的に電磁石をオンにし、カールするストリップの自動解反が停止したときに解反を促進するステップを含む。
【００１８】
好適には、がんぎ車の歯は、実質的に、辺の長さが異なる鋭角三角形の形状を有し、アンクルの第１アームとがんぎ車との接触点と、アンクルの第２アームとがんぎ車との接触点と、によって区切られた、がんぎ車のアークセグメントに、ｎ＋１／２個の歯が収まり、ｎは自然数となるように、選択される。
【００１９】
好適には、がんぎ車の歯は、当該歯の前縁が、歯の先端とがんぎ車の中心とを結ぶ直線に対して２０°から３０°の範囲の角度で傾斜しており、歯の後縁が、歯の先端とがんぎ車の中心とを結ぶ直線に対して５０°から６０°の範囲の角度で傾斜するように、選択される。
【００２０】
好適には、がんぎ車は、２５個から３５個の歯を有するように、選択される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る機構における、スプールに巻回されたストリップを示す図である。
【図２】本発明に係る機構のがんぎ車の一部を、一部の歯及びアンクルによって示す図である。
【図３ａ】初期位置にある、本発明に係る機構の側面図である。
【図３ｂ】補助なしの解反の第１段階における、ストリップの解反の際の、本発明に係る機構の側面図である。
【図３ｃ】補助なしの解反のサイクルの第２段階における、ストリップの解反の際の、本発明に係る機構の側面図である。
【図３ｄ】補助なしの解反のサイクルの第３段階における、ストリップの解反の際の、本発明に係る機構の側面図である。
【図３ｅ】補助なしの解反のサイクルの第４段階における、ストリップの解反の際の、本発明に係る機構の側面図である。
【図３ｆ】補助なしの解反のサイクルの第５段階における、ストリップの解反の際の、本発明に係る機構の側面図である。
【図４ａ】初期位置にある、本発明に係る機構の側面図である。
【図４ｂ】補助なしの解反のサイクルの第１段階における、ストリップの解反の際の、本発明に係る機構の側面図である。
【図４ｃ】補助なしの解反のサイクルの第２段階における、ストリップの解反の際の、本発明に係る機構の側面図である。
【図４ｄ】補助なしの解反のサイクルの第３段階における、ストリップの解反の際の、本発明に係る機構の側面図である。
【図４ｅ】補助なしの解反のサイクルの第４段階における、ストリップの解反の際の、本発明に係る機構の側面図である。
【図４ｆ】補助なしの解反のサイクルの第５段階における、ストリップの解反の際の、本発明に係る機構の側面図である。
【図５ａ】技術分野において周知の、アンクル及びがんぎ車を備えたグレアム脱進機を示す図である。
【図５ｂ】本発明に係るアンクル及びがんぎ車を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
弾性ストリップのスプールからの解反を制御する機構の全体図が、図１に示されている。ストリップ６はスプールに巻回されているが、当該スプールは、図１には示されていない。当該スプールの回転を制御することで、ストリップ６の解反を制御することが可能となる。がんぎ車２が、共通の軸線上にて、スプールに取り付けられている。がんぎ車２の近くであって、電磁石のクランプ４に接続されたベアリング付の車軸上に、アンクル１が配置されている。クランプ４が電磁石に引きつけられると、図２の側面図に示すアンクル１のアーム１１が、がんぎ車２に対して押圧される。クランプ４は、リターンスプリング５によって電磁石から引き離される。クランプ４が電磁石３から引き離されると、図２の側面図に示すアンクル１のアーム１２が、がんぎ車に対して押圧される。
【００２３】
図２には、がんぎ車２の一部及びアンクル１の側面図が示されている。がんぎ車２の歯の形状は、補助なしで回転するがんぎ車がアンクル１を交互に動かし、回転させ、第１アーム１１及び第２アーム１２が回転するがんぎ車の歯と交互に共働するように、選択される。典型的な機構において、アンクルの振動運動は外部手段によって生じ、図５ａに示すように、がんぎ車の歯は、アンクルのアームががんぎ車の歯間に詰まるような形状を有している。本発明に係る解決方法において、歯の形状は、歯の先端とがんぎ車の中心との間の直線が、すっかりがんぎ車の中に収まるように、選択される。このため、アンクルの詰まりが生じないことが保証される。さらに、辺の長さが不均一な鋭角三角形に似た形状の歯を適用することで、アンクル１を２つの目的に用いることが可能になる。アンクルによってストリップの自動解反を制限することができ、また同時に、アンクルは、ストリップが自動で解反されない場合に、がんぎ車を駆動させるのに用いることができる。
がんぎ車が時計回りに回転する、補助なしのストリップの解反において、アンクルのアームは、当該アンクルの運動を抑制するがんぎ車の歯と交互に衝突する。がんぎ車の抑制力は、歯及びアンクルのアームの形状並びにアンクルの重量に依存する。より具体的には、歯２１が、その前縁２１２でアンクルの第１アームを持ち上げ、アンクル１２の第２アームが歯２２の後縁２２１まで下がり、その後、次の歯２２′の前縁２２２′がアンクルのアーム１２を持ち上げ、アーム１１が歯２１の後縁２１１まで下がり、続いて、アーム１１は次の歯２１′の前縁２１２′によって持ち上げられる。このように、アンクル１の慣性は、がんぎ車の歯の移動速度を抑制するのに役立ち、結果として、回転速度を抑制するのに役立つ。
【００２４】
補助付きの運動の場合、アンクル１及びそのアーム端部の、がんぎ車の歯への振動運動は促進され、ストリップに蓄えられた弾性エネルギーが自動解反には不十分なときに、がんぎ車の回転運動を生じさせる。アンクルの運動を促進するためには、様々な技術的手段を採り得る。例えば、電磁石及びスプリングを配置することが挙げられ、図２には示されていないものの、図４を参照しながら詳細に説明されている。図２に示す実施形態では、電磁石がオンにされている。電磁石をオフにすると、リターンスプリングがアンクルのアーム１２を歯２２の後縁２２１に押圧し、アームは、歯間のくぼみの底部へと歯の上を滑る。従って、この場合には、アンクルのアームと歯２２の縁２２１及び歯２２′の縁２２２′との接触が、がんぎ車の移動を生じさせる。ここで続けて電磁石をオンにすると、続けてアンクル１のアーム１１ががんぎ車を押圧する。しかしここでは、接触点が、歯２１の後縁２１１に位置するようになっている。当該縁の上を滑るアームは、当該アームが、歯間のくぼみの底部にて縁２１２′に対してもたれかかるまで、すなわち、アンクルのアームと歯２１の縁２１１及び歯２１′の縁２１２′とが接触するまで、がんぎ車の運動を生じさせる。この工程については、後に、図４を参照しながら詳細に示す。
【００２５】
アンクル１のアームのスパン、歯の形状及び個数、並びにがんぎ車２の半径は、慎重に選択される。がんぎ車の孤であって、その一端をアンクル１の第１アーム１１とがんぎ車とが接触する点とし、もう一端をアンクル１の第２アーム１２とがんぎ車とが接触する点とするがんぎ車の孤について検討する。この孤には、整数ではない数の歯が配置されている。従って、アンクルの一方のアームが、歯の先端又は２個の歯のちょうど真ん中に位置する点にてがんぎ車と接触すると、すなわち、アームが衝突してもがんぎ車の運動を生じさせることができない場所にて接触すると、アンクルの回転後、２本目のアームは必ず歯の縁に当たることとなる。このような配置にすることで、がんぎ車の歯がアンクルのアーム１１及び１２と交互に衝突し、アンクルの揺動運動を引き起こす。
【００２６】
さらに、このような構成をとることで、電磁石３及びスプリング５によってアンクルの揺動運動の促進を行う場合に、アンクルのいずれのアームによっても、がんぎ車２の運動を生じさせることができない状況を回避することができる。
【００２７】
非対称の三角形の歯を用いることで、アンクルによって、がんぎ車の規定方向への運動を生じさせることが可能となる。歯が非対象であり、アンクル１のアームによってがんぎ車２に規定された点の間におよそｎ＋１／２個の歯が収まっており、ｎは自然数であれば、アンクルの交互の回転によって促進される運動において、アンクルの端部は常に歯の後縁に当たる。歯の半分は、がんぎ車の中心と２つの隣接する、歯間のくぼみとによって規定される角度の二等分線となる線によって規定される。
【００２８】
時計仕掛けの分野において通常の知識を有する者であれば、困難を伴うことなく、電磁石３及びスプリング５の押圧力、がんぎ車２の歯の形状及び個数、アンクル１のアーム１１及び１２の端部の形状並びにこれらのアームのスパンを選択し、詰まりの有無に関わらず、電磁石３又はスプリング５によって、アンクル１ががんぎ車２に対して押圧されるようにすることができる。この内容については、Z. Mrugalski氏によるハンドブック“Mechanizmy zegarowe（科学技術出版、ワルシャワ、１９７２）”に詳細な情報が記載されている。当該文献は、本発明の開示を補い、完全にするものである。凸状の、丸みのある縁等の代替的な歯の形状を用いることで、機構の詰まりが生じるおそれを低減することができる。
【００２９】
補助なしの回転について、図３ａから３ｆまでに示している。図３ａに示すように、イニシャル時には、解反されたストリップ６によって運動させられるがんぎ車２が、アンクル１の第１アーム１１を押圧する。次に、補助なしの解反のサイクルの第１段階において、アンクル１の第１アーム１１は、がんぎ車２の歯２１の縁２１２の上を滑る。図３ｂの矢印が示すように、アンクル１は片側に振れる。この運動は、リターンスプリング５の作用により補助される。このサイクルの第２段階において、アンクル１の第１アーム１１が、がんぎ車２の歯２１のスロープ２１２から完全に滑り落ちる瞬間がある。図３ｃに示すように、がんぎ車の自由回転が開始する。第３段階においては、図３ｄに示すように、がんぎ車２の歯２２のスロープ２２２が、アンクル１の第２アーム１２に対してもたれかかる。次に、アンクル１の第２アーム１２が、がんぎ車２の歯２２のスロープ２２２の上を滑り、リターンスプリング５の作用を上回る。これが、図３ｅに示す第４段階である。第５段階において、アンクル１の第２アーム１２が、がんぎ車２の歯２２のスロープ２２２から完全に滑り落ちる。図３ｆに示すように、がんぎ車１の一時的な自由運動が開始する。アンクル１は、リターンスプリング５の作用の下、第４段階における当該アンクル１の位置に戻る。図３ｂに示すように、アンクル１の第１アーム１１が、がんぎ車２の、次の歯２１′のスロープ２１２′にもたれかかり、これは運動の第１段階に対応するものである。
【００３０】
ストリップの、補助付きの解反について、図４ａから４ｆに示している。これらの図面において、電磁石３、リターンスプリング５、及びクランプ４を模式的に示している。ここで、「クランプ」という用語は、電磁石によって引きつけられ得る要素の文脈で用いられている。典型的に、いわゆる「クランプ」とは、磁束を閉じることができる要素である。
【００３１】
図４ａに示す第１段階において、アンクル１の第１アーム１１が、がんぎ車２に対してもたれかかる。電磁石３がオンにされ、クランプ４は電磁石３に引きつけられる。次に、補助付きの解反のサイクルの第２段階において、電磁石３がオフになり、リターンスプリング５がクランプ４を引っ込める。アンクル１は、その後、第２アーム１２で、がんぎ車２の歯２２のスロープ２２１の中に衝突する。アンクルの運動は、図４ｂにおいて、矢印で示されている。がんぎ車２の歯２２のスロープ２２１に対してアンクル１のアーム１２を押圧するリターンスプリング５の作用によって、がんぎ車が回転させられる。これが、図４ｃに示す第３段階である。がんぎ車２の、時計回りの運動は、矢印で示されている。第４段階において、アンクル３は運動範囲の限界点に達し、当該アンクルのアーム１２は、がんぎ車２の歯２２と歯２２′との間の、それぞれのスロープ２２１及び２２２′の合流点に正確に位置している。次に、第５段階において、再度電磁石３がオンになり、アンクル１を回転させるクランプ４を引きつけ、第１アームをがんぎ車２の歯２１′のスロープ２１１′に衝突させる。第６段階において、クランプ４が、電磁石３によってさらに引きつけられ、回転運動を続けるアンクル１は、第１アーム１１で、歯２１′のスロープ２２１′に対して押圧し、当該スロープ２２１′の上を滑り、がんぎ車を押す。アンクル３が、運動範囲の限界点に達した瞬間、当該アンクルの第１アーム１１はがんぎ車２の歯２１′と歯２１″との間に正確に位置しており、これは図４ａに示す、運動の第１段階に対応している。
【００３２】
発明者らは、上記した、がんぎ車２の作用及びアンクル１との共働が得られるのは、がんぎ車の歯の前縁が、歯の先端とがんぎ車２の中心とを結ぶ直線に対して２０°から３０°の範囲の角度で傾斜しており、がんぎ車の歯の後縁が歯の先端とがんぎ車２の中心とを結ぶ直線に対して５０°から６０°の範囲の角度で傾斜している場合であることに気付いた。この範囲の値であれば、アンクルの詰まりを容易に回避することができる。
【００３３】
がんぎ車の特に好適な実施形態について、図５ｂにて詳細に示している。この実施形態において、歯の後縁は５５°の角度で傾斜しており、前縁は２５°の角度で傾斜している。歯の先端の湾曲の半径は０．１ミリメートルであり、歯間のくぼみの底部の湾曲の半径は０．２５ミリメートルである。がんぎ車の直径は１８．６ミリメートルであり、その周囲には２９個の歯が設けられている。従って、それぞれの歯についての、がんぎ車上の角度広がりは１２．４１°に相当する。歯間のくぼみの底部は、がんぎ車の中心から１６．８６ミリメートルの間隔をあけて位置している。アンクルは、がんぎ車の中心から１１．５８ミリメートルの間隔をあけて吊持されている。アンクルの第１アームの端部は、４０°の広がり角を有するテーパ状の端部であり、０．１２ミリメートルの曲率半径を有する先端を有している。アンクルの第２アームの端部は、５０°の広がり角を有するテーパ状の端部であり、０．１ミリメートルの曲率半径を有する先端を有している。両アームの間には、５個の完全な歯及び隣接する歯の半分が収まっている。上記のがんぎ車を備えた機構において用いられる電磁石の力は、およそ０．６Ｎであり、リターンスプリングの力はおよそ０．４Ｎである。
【００３４】
多数の歯を有するがんぎ車を製造することは困難である。しかし、歯の個数が少なすぎると、ストリップの動きがスムーズではなくなる。さらに、歯の個数が少ない場合には、歯のサイズを大きくする必要があるため、アンクルの運動範囲を大きくすることを強いられる。アンクルの運動範囲が大きいと、クランプ４が末端位置にある場合に、電磁石３から遠くなる。このことは、結果として、より大きくて強い電磁石を用いて、装置の寸法を大きくすることを必要とする。実験により、最適な歯の個数は２５個から３５個の間である。
【００３５】
筒状のストリップの解反速度を制御するにあたり、本発明の機構を用いることの別の利点は、ストリップが詰まった場合に、電磁石及び高周波励起を用いて、一連の振動運動を生じさせることができ、これによりドラムを漸次的に回転させ、詰まったストリップを解放することが可能になることである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドラムに巻回されたカールするストリップ（６）の解反を制御するための要素回転制御機構であって、
ドラムの回転軸に固定されたがんぎ車（２）と、アンクル（１）とを備え、
前記アンクル（１）は、前記がんぎ車（２）から、第１アンクルアーム（１１）と第２アンクルアーム（１２）との間のスパンの半分より短い間隔をあけて回動可能に取り付けられているため、前記第１アンクルアーム（１１）及び前記第２アンクルアーム（１２）は、交互に前記がんぎ車（２）と接触することが可能であり、
前記がんぎ車（２）の歯（２１、２１′、２２、２２′）は、縁（２１１、２１１′、２２１、２２１′）を有しており、前記縁（２１１、２１１′、２２１、２２１′）の形状は、アンクルアーム（１１、１２）と前記がんぎ車（２）とが接触したときに、前記アンクルアーム（１１、１２）が前記がんぎ車（２）に係止せずに前記縁の上を滑るようになっているため、前記がんぎ車（２）の回転が前記アンクル（１）の揺動運動を引き起こし、前記アンクル（１）は、前記第１アンクルアーム（１１）及び前記第２アンクルアーム（１２）にて、交互にがんぎ車（２）に衝突し、回転速度を減速させ、
前記がんぎ車（２）の半径、並びに歯（２１、２１′、２２、２２′）の寸法及び個数は、前記アンクル（１）の一方のアームと前記がんぎ車（２）との接触点が歯間のくぼみの底部に正確に位置する前記がんぎ車（２）の位置において、前記アンクルの２本目のアームと前記がんぎ車との接触点が歯の後縁（２１１、２１１′、２２１、２２１′）に位置するように選択され、
前記機構はさらに、電磁石（３）と、前記電磁石（３）に対して移動可能に取り付けられたクランプ（４）と、前記アンクル（１）に接続されたリターンスプリング（５）と、を備えており、
前記クランプ（４）は前記アンクル（１）に接続されているため、前記電磁石（３）をオンにすることにより前記クランプ（４）の運動が生じ、前記運動により前記アンクル（１）の１本目のアームが前記がんぎ車に対して押圧され、
前記リターンスプリング（５）は、前記クランプ（４）を介して前記電磁石（３）から前記アンクル（１）に加えられる力に対して反対に作用するように配置されており、前記リターンスプリング（５）の緊張力は前記電磁石（３）の力よりも弱いことを特徴とする、制御機構。
【請求項２】
前記がんぎ車の歯は、実質的に、辺の長さが異なる鋭角三角形の形状を有しており、前記アンクル（１）の第１アーム（１１）と前記がんぎ車（２）との接触点と、前記アンクル（１）の第２アーム（１２）と前記がんぎ車（２）との接触点と、によって区切られた、前記がんぎ車（２）のアークセグメントに、ｎ＋１／２個の歯が収まっており、ｎは自然数であることを特徴とする、請求項１に記載の制御機構。
【請求項３】
歯（１２、１２′、２２、２２′）の前縁は、歯の先端と前記がんぎ車（２）の中心とを結ぶ直線に対して２０°から３０°の範囲の角度で傾斜しており、歯（１１、１１′、２１、２１′）の後縁は、歯の先端と前記がんぎ車（２）の中心とを結ぶ直線に対して５０°から６０°の範囲の角度で傾斜していることを特徴とする、請求項２に記載の制御機構。
【請求項４】
前記がんぎ車（２）は、２５個から３５個の歯を備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の制御機構。
【請求項５】
ドラムに巻回されたカールするストリップ（６）の解反を制御する機構とともに用いられる要素回転制御方法であって、
前記ドラムはその回転軸に固定されたがんぎ車（２）を有しており、
前記機構はさらに、アンクル（１）を備えており、
前記アンクル（１）は、前記がんぎ車（２）から、第１アンクルアーム（１１）と第２アンクルアーム（１２）との間のスパンの半分より短い間隔をあけて、回動可能に取り付けられているため、前記第１アンクルアーム（１１）及び前記第２アンクルアーム（１２）は、交互に前記がんぎ車（２）と接触することが可能であり、
歯（２１、２１′、２２、２２′）は、縁（２１１、２１１′、２２１、２２１′）を有しており、前記縁（２１１、２１１′、２２１、２２１′）の形状は、アンクルアーム（１１、１２）と前記がんぎ車（２）とが接触したときに、前記アンクルアーム（１１、１２）が前記がんぎ車（２）に係止せずに前記縁の上を滑るようになっており、
前記がんぎ車（２）の半径、並びに歯（２１、２１′、２２、２２′）の寸法及び個数は、前記アンクル（１）の一方のアームと前記がんぎ車（２）との接触点が歯間のくぼみの底部に正確に位置する前記がんぎ車（２）の位置において、前記アンクルの２本目のアームと前記がんぎ車（２）との接触点が歯の後縁（２１１、２１１′、２２１、２２１′）に位置するように選択され、
前記機構はさらに、電磁石（３）と、前記電磁石（３）に対して移動可能に取り付けられたクランプ（４）と、前記アンクル（１）に接続されたリターンスプリング（５）と、を備えており、
前記クランプ（４）は前記アンクル（１）に接続されているため、前記電磁石（３）をオンにすることにより前記クランプ（４）の運動が生じ、前記運動により前記アンクル（１）の一方のアームが前記がんぎ車（２）に対して押圧され、
前記リターンスプリング（５）は、前記クランプ（４）を介して前記電磁石（３）から前記アンクル（１）に加えられる力に対して反対に作用するように配置されており、前記リターンスプリング（５）の緊張力は前記電磁石（３）の力よりも弱く、
前記方法は、定期的に前記電磁石（３）をオンにすることで、前記アンクル（１）を歯（２１、２１′、２２、２２′）の後縁（２１１、２１１′、２２１、２２１′）に衝突させ、カールするストリップ（６）の自動解反が停止したときに解反を促進するステップを含むことを特徴とする、制御方法。
【請求項６】
前記がんぎ車の歯は、実質的に、辺の長さが異なる鋭角三角形の形状を有し、前記アンクル（１）の前記第１アーム（１１）と前記がんぎ車（２）との接触点と、前記アンクル（１）の前記第２アーム（１２）と前記がんぎ車（２）との接触点と、によって区切られた、前記がんぎ車（２）のアークセグメントに、ｎ＋１／２個の歯が収まり、ｎは自然数となるように、選択されることを特徴とする、請求項５に記載の制御方法。
【請求項７】
前記がんぎ車の歯は、歯（１２、１２′、２２、２２′）の前縁が、歯の先端と前記がんぎ車（２）の中心とを結ぶ直線に対して２０°から３０°の範囲の角度で傾斜しており、歯（１１、１１′、２１、２１′）の後縁が、歯の先端と前記がんぎ車（２）の中心とを結ぶ直線に対して５０°から６０°の範囲の角度で傾斜していることを特徴とする、請求項７に記載の制御方法。
【請求項８】
前記がんぎ車（２）は、２５個から３５個の歯を備えるように選択されることを特徴とする、請求項５から７のいずれか一項に記載の制御方法。
【国際調査報告】
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