光学式宇宙望遠鏡の扇形分割ミラーのペタルを展開するためのシステム
【課題】使用環境下での熱膨張を吸収する高精度光学式宇宙望遠鏡のペタル展開システムを提供する。
【解決手段】光学式宇宙望遠鏡１０のミラーペタル展開システムは、第１ヒンジアセンブリ１００と第２ヒンジアセンブリ２００とラッチアセンブリ３００とを備える。第１ヒンジアセンブリ１００はペタル２０ａ〜２０ｆにペタルヒンジ軸の周りの回転の自由を付与する。第２ヒンジアセンブリ２００は、ペタル２０ａ〜２０ｆにペタルヒンジ軸の周りの回転の自由と、ペタルヒンジ軸に沿った熱膨張の自由とを付与する。ペタルを収納位置から展開位置にペタルヒンジ軸の周りに回転させたとき、ラッチアセンブリ３００の一対の対向ラッチはクレビスと係合し、ペタル２０ａ〜２０ｆを熱膨張可能な状態で固定する。
【解決手段】光学式宇宙望遠鏡１０のミラーペタル展開システムは、第１ヒンジアセンブリ１００と第２ヒンジアセンブリ２００とラッチアセンブリ３００とを備える。第１ヒンジアセンブリ１００はペタル２０ａ〜２０ｆにペタルヒンジ軸の周りの回転の自由を付与する。第２ヒンジアセンブリ２００は、ペタル２０ａ〜２０ｆにペタルヒンジ軸の周りの回転の自由と、ペタルヒンジ軸に沿った熱膨張の自由とを付与する。ペタルを収納位置から展開位置にペタルヒンジ軸の周りに回転させたとき、ラッチアセンブリ３００の一対の対向ラッチはクレビスと係合し、ペタル２０ａ〜２０ｆを熱膨張可能な状態で固定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式宇宙望遠鏡の扇形に分割されたミラーのペタル（花弁状物）を展開するためのシステムに関し、特に、上記扇形に分割されたミラーのペタルを、扇形に分割されたミラーの中央のハブに独立して接続するための一組のヒンジに関し、又、上記中央のハブに上記ヒンジ付きペタルを展開位置に固定するためのラッチ機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハッブル宇宙望遠鏡の成功は、巨大な直径の１次ミラーを組み込んだものを含め、他の宇宙天文台の開発に拍車を掛けた。次世代宇宙望遠鏡（ＮＧＳＴ）として知られる宇宙天文台を含めて多くの設計が、直径６乃至８メートルの光学機械レンズを中心に行なわれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、このような巨大な直径のミラーを持つ宇宙天文台を実現するためには、幾つかの問題を克服しなければならない。例えば、巨大直径のモノリシック（継目無）ミラーを企画する設計には、製造上の非常な困難さとリスクが伴う。さらに、巨大直径のミラーを有する天文台の大きさや形状は、現在の打上げロケットで利用できるペイロードすなわち貨物室の積荷容量や形状によって制限される。
【０００４】
展開可能な巨大直径ミラーの企画設計には、その他の問題が在る。例えば、ミラーの反射部品（例えばセクターやセグメント或いはペタル）は、所望の表面精度および光学的な品質を達成するために、例えば約１０ナノメートル以内という超高精度で位置調整されなければならない。さらに、宇宙天文台は、広範囲の熱勾配に直面するので、展開型反射部品の熱膨張および熱収縮を吸収する必要がある。
【０００５】
したがって、高精度を示すと共に作動環境での熱変化を吸収する光学式宇宙望遠鏡反射部品の展開システムの提供は有益となる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、光学式宇宙望遠鏡の扇形に分割されたミラーアセンブリのペタルを展開するための新規且つ有用なシステムを目指す。上記ミラーアセンブリは、中央ハブと、中央ハブの外周に配置された複数のペタルを含む。各ペタルは、上記ミラーアセンブリに中央ハブに個々にヒンジ付けされたペタル基部を有している。
【０００７】
本発明のペタル展開システムは第１ヒンジアセンブリを含み、上記第１ヒンジアセンブリは、ペタル基部に固定された基部マウントと、上記中央ハブに固定されたハブマウントとを有する。上記第１ヒンジアセンブリは、第１ヒンジアセンブリに結合されたペタルに、ペタルヒンジ軸の周りの回転の自由を与えるように形成されている。
【０００８】
また、ペタル展開システムは第２ヒンジアセンブリを含み、上記第２ヒンジアセンブリは、ペタル基部に固定された基部マウントと、中央ハブに固定されたハブマウントとを有する。上記第２ヒンジアセンブリは、第２ヒンジアセンブリに結合されたペタルに、ペタルヒンジ軸の周りの回転の自由を与えると共に熱的な膨張や収縮の自由を与え、ペタルがペタルヒンジ軸に沿って摩擦がなく拘束されずに無変形で移動するように形成されている。
【０００９】
ペタル展開システムはラッチアセンブリをさらに含み、上記ラッチアセンブリは、ヒンジ軸から間隔の開いた位置においてペタル基部に固定されたクレビスと、横方向に対向した一対のラッチとを含む。上記一対のラッチは、中央ハブに作動可能に結合されていて、ペタルを収納位置から展開位置にヒンジ軸の周りに回転させた時、クレビスと係合する。
【００１０】
好ましくは、第１ヒンジアセンブリは、ペタルヒンジ軸上に配置された第１ヒンジシャフトを含む。上記第１ヒンジシャフトは、第１ヒンジアセンブリの基部マウントに取付けられる、また、軸方向に間隔の開いた複数のアンギュラコンタクト軸受を支持している。アンギュラコンタクト軸受は、窒化珪素から形成されていて潤滑が不要であり、第１ヒンジアセンブリのハブマウントの中に収容されている。
【００１１】
好ましくは、第２ヒンジアセンブリは、ペタルヒンジ軸上に配置された第２ヒンジシャフトを含む。上記第２ヒンジシャフトは、第２ヒンジアセンブリの基部マウントによって支持され、円筒形の軸受ケージの中に配置されている。軸受ケージは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から形成され、複数のボールベアリングを保持している。上記ボールベアリングは、窒化珪素から形成されていて、潤滑を要しない。軸受ケージは、インナー軸受レースとアウター軸受レースの間に配置され、第２ヒンジアセンブリのハブマウントの中に収容されている。
【００１２】
好ましくは、本発明のラッチアセンブリは、ラッチアセンブリに結合したペタルに熱的な膨張および収縮の自由を与えて、ペタルがペタルヒンジ軸に平行なラッチ軸に沿って摩擦なく非拘束無変形で動くように形成されている。ラッチアセンブリの横方向に対向するラッチの各々はラッチシャフトを含み、上記ラッチシャフトはラッチ軸に沿って直線運動するように取付けられている。ラッチアセンブリのクレビスは、横方向に対向したラッチシャフトを収容するため、収容開口部を形成している。ラッチシャフトを移動させてクレビスと係合させるため、アクチュエータは各ラッチに作動可能に結合されている。
【００１３】
各ラッチシャフトは円筒形軸受ケージの中に配置されている。また、各軸受ケージはＰＴＦＥから形成されている。各軸受シャフトは、窒化珪素から形成された複数のボールベアリングを保持し、インナー軸受レースとアウター軸受レースとの間に配置されている。各軸受ケージは、中央ハブに固定されたハブマウントの中に収容されている。各ハブマウントは基礎部と円筒形ハウジング部とを含んでいる。
【００１４】
本発明のペタル展開システムの独特な特徴は、好ましい実施形態の説明に関連して用いた図面の説明によって一層明確になる。
【００１５】
本発明の関連技術分野において通常の技術を有する者が、本発明のペタル展開システムの構築方法および使用方法をより容易に理解するために、図面を参照し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図面を参照すると、同一の参照番号は、本発明のペタル展開システムの同一の構造的特徴を識別する。図１には、遍く参照番号１０によって指定された光学式宇宙望遠鏡が示されている。光学式宇宙望遠鏡１０は、（図１では展開位置で示された）１次ミラーアセンブリ１２と、上記１次ミラーアセンブリ１２の中心部から延びているタワー１４と、上記中央のタワー１４の頂部に取付けられた２次ミラー１６とを含んでいる。１次ミラーアセンブリすなわち光学機械レンズ１２は、６角形の中央ハブ１８と、独立して上記中央ハブ１８にヒンジ付けられた６つのペタル２０ａ〜２０ｆとを含む。
【００１７】
図２に示されるように、３つのペタル２０ａ，２０ｃ，２０ｅは、収容場所の後部位置に取付けられ、３つのペタル２０ｂ，２０ｄ，２０ｆは、収容場所の前部位置に取付けられる。各ペタル２０ａ〜２０ｆはペタルに付属した打上げラッチストラット２２を有し、上記ストラット２２は収納位置においてペタルを固定する。各ペタル２０ａ〜２０ｆは、融解石英製表面板から形成された形状制御可能な反射面２４と、軽量カーボン複合材料から形成されたハウジング２６とを有する。各ペタル２０ａ〜２０ｆの反射面２４の形状は、ペタルハウジング２６内に配置された複数の形状制御アクチュエータ（図示せず）によって制御される。
【００１８】
各ペタルハウジング２６の半径方向内側端は、一対のヒンジアセンブリ１００，２００を支持するペタル基部構造物３０を形成している。上記ヒンジアセンブリ１００，２００は以下に詳細に検討する。ペタル２０ａ〜２０ｆの各々は、２つのヒンジアセンブリ１００，２００によって、１次ミラーアセンブリ１２の中央ハブ１８に作動可能に接続されている（図４を参照）。また、ペタル基部構造物３０はクレビス５０を支持し、クレビス５０はラッチアセンブリ３００の一部を形成している。ペタルが図２の収納位置から図１の展開位置に移動する際、上記ラッチアセンブリ３００は、作動して上記クレビス５０に係合するように、中央ハブ１８に結合されている。
【００１９】
図３を参照すると、各々対を成すヒンジアセンブリ１００，２００は、共通のヒンジ線すなわち軸Ａを形成し、この軸Ａの周りを、ヒンジアセンブリ１００，２００に結合したペタルが回転する。そして、上記軸Ａに沿って、ペタル構造物が剛体運動をすると共に、熱膨張や熱収縮が吸収される。ラッチアセンブリ３００はラッチ線すなわち軸Ｂを形成する。上記軸Ｂは、ヒンジ軸と間隔が開いていて平行である。ラッチアセンブリ３００は、ペタル構造物がラッチ軸Ｂに沿って軸方向に剛体運動する以外に、熱膨張や熱収縮を吸収するように形成されている。
「自由度１のヒンジアセンブリ」
【００２０】
図３〜５を参照すると、ヒンジアセンブリ１００は、自由度１のヒンジアセンブリ（１ＤＯＦ）である。ヒンジアセンブリ１００は、ヒンジアセンブリ１００に結合されたペタルに、ペタルヒンジ軸周りの回転の自由を与えるように形成されている。ヒンジアセンブリ１００は、ペタル２０の基部構造物３０の取付面３２に固定された基部マウント１１０と、１次ミラーアセンブリ１２の中央ハブ１８の取付面３４に固定されたハブマウント１２０とを含んでいる。
【００２１】
上記基部マウント１１０は、ベース１１２と、それに垂直な１対のトラス１１４ａ，１１４ｂとによって形成されている。ベース１１２は、複数のファースナー３５によってペタル基部構造物の取付面３２に固定される。トラス１１４ａ，１１４ｂは、それぞれ、軸方向ヒンジシャフト１３０を収容するために、円筒形のチャンネル（溝）１１６ａ，１１６ｂを有している。チャンネル１１６ａ，１１６ｂは、さらに、対応する溝付き基部マウントキャップ１１８ａ，１１８ｂによって限定され、包囲される。上記基部マウントキャップ１１８ａ，１１８ｂは、それぞれ、ファースナー３７によってトラス１１４ａ，１１４ｂに固定される。
【００２２】
ヒンジシャフト１３０は、１対の軸方向に間隔の開いたウッドラフキー（半月キー）１４０ａ，１４０ｂによって、ヒンジアセンブリ１００の基部マウント１１０に固定される。さらに詳細に説明すると、ウッドラフキー１４０ａ，１４０ｂは、対応するスロット（細長い穴）１１５ａ，１１５ｂの中に座す。上記スロット１１５ａ，１１５ｂは、それぞれ、トラス１１４ａ，１１４ｂのチャンネル１１６ａ，１１６ｂ内に形成されている。２つのキー１４０ａ，１４０ｂは、ヒンジシャフト１３０内に形成された補間スロット（図示せず）に係合するように配置され、基部マウント１１０に対するシャフト１３０の方位を固定する。
【００２３】
ヒンジシャフト１３０は２つの部分１３０ａ，１３０ｂに分割され、上記２つの部分１３０ａ，１３０ｂは環状カラー１３２によって分離される。ヒンジシャフト１３０の第１シャフト部１３０ａは、図４に最も良く示されているように、ヒンジアセンブリ１００から横の方向に延びて、スタビライジングブロック１６０内で支持されている。上記スタビライジングブロック１６０は、ハブ部１８の取付面３４にしっかりと固定されている。第２シャフト部１３０ｂは、軸方向に間隔を置いて設けられた４つのアンギュラコンタクト軸受１５０ａ〜１５０ｄを支持する。上記アンギュラコンタクト軸受１５０ａ〜１５０ｄは、軸方向一直線上に並べられて、環状カラー１３２と保持カラー１２８との間に保持される。アンギュラコンタクト軸受１５０ａ〜１５０ｄは、好ましくは窒化珪素から形成され、潤滑注油を必要としない。各アンギュラコンタクト軸受１５０ａ〜１５０ｄは、相対的に動くインナーレース１５２とアウターレース１５４とを有している。各軸受のインナーレース１５２は、ヒンジシャフト１３０の第１シャフト部１３０ｂにぴたり嵌合する。
【００２４】
ヒンジアセンブリ１００のハブマウント１２０は、ベース１２２と、それに垂直な１対のトラス１２４ａ，１２４ｂとによって形成されている。ベース１２２は、複数のファスナー３５によって、ペタル基部構造物３０の取付け構造物３２に固定される。トラス１２４ａ，１２４ｂは、円筒ハウジング１２６に移行していく。各アンギュラコンタクト軸受１５０ａ〜１５０ｄのアウターレース１５４は、ハブマウント１２０の円筒形ハウジング１２６内にぴたり嵌合する。４つのコンタクト軸受は、保持リング１２５によって円筒形ハウジング１２６の中に封入される。保持リング１２５は、螺子切りされた複数のファスナー１３７によって、ハウジング１２６の端部に固定される。
【００２５】
操作時に、第１ミラーアセンブリ１２のペタル２０ａ〜２０ｆが図２の収納位置から図１の展開位置に移動するとき、各アンギュラコンタクト軸受１５０ａ〜１５０ｄの相対移動可能なインナーレース１５２とアウターレース１５４とによって、基部マウント１１０は、ハブマウント１２０に対して、ヒンジシャフト１３０を軸として回転運動をする。ヒンジアセンブリ１００は、ヒンジ軸に対するその他の動きを全て拘束する。
「自由度２のヒンジアセンブリ」
【００２６】
図３，４，６を参照すると、ヒンジアセンブリ２００は、自由度２のヒンジアセンブリ（２ＤＯＦ）である。ヒンジアセンブリ２００は、ヒンジアセンブリ２００に結合されたペタルに、ペタルヒンジ軸の周りの回転の自由を与えると共に、熱膨張と熱収縮の自由を与えるように形成されていて、ペタルヒンジ軸に沿って摩擦無く拘束されずに移動できる。ヒンジアセンブリ２００は、ペタル２０の基部構造物３０の取付面３２に固定された基部マウント２１０と、１次ミラーアセンブリ１２の中央ハブ１８の取付面３４に固定されたハブマウント２２０とを含んでいる。基部マウント２１０は、ベース２１２と、対になった直立トラス２１４ａ，２１４ｂとによって形成されている。ベース２１２は、複数のファースナー３５によって、ペタル基部構造物３０の取付け構造物３２に固定されている。上記トラス２１４ａ，２１４ｂは、軸方向ヒンジシャフト２３０を収容するために、それぞれ、半円筒チャンネル２１６ａと２１６ｂを有している。上記チャンネル２１６ａと２１６ｂは、さらに、対応のチャネル付き基部マウントキャップ２１８ａ，２１８ｂによって限定され、包囲される。上記マウントキャップ２１８ａ，２１８ｂは、ファスナー３７によって、それぞれトラス２１４ａ，２１４ｂに固定される。
【００２７】
ヒンジシャフト２３０は、基部マウント２１０によって支持される。ヒンジシャフト２３０は、より詳細には、トラス２１４ａ，２１４ｂと基部マウントキャップ２１８ａ，２１８ｂとによって形成されるチャンネルの中に座す。唯一無二の軸受アセンブリ２５０は、ヒンジアセンブリ２００に自由度２を付与することができて、ヒンジシャフト２３０に作動可能に結合されている。軸受アセンブリ２５０は円筒形軸受ケージ２４０を含み、円筒形軸受ケージ２４０は好ましくはＰＴＦＥから形成される。また、軸受アセンブリ２５０は、窒化珪素から形成された複数のボールベアリング２４５を保有する。ボールベアリング２４５はキー溝付きのパターン内に配置される。軸受アセンブリ２５０は、さらに、円筒形インナー軸受レース２５２と、円筒形アウター軸受レース２５４とを含む。上記インナー軸受レース２５２は、ヒンジシャフト２３０と密に係合し、環状のシャフトカラー２３２によって保持される。同様に、アウター軸受レース２５４はハブマウント２２０と密に係合する。
【００２８】
ヒンジアセンブリ２００のハブマウント２２０は、ベース２２２と、一対の直立トラス２２４ａ，２２４ｂとによって形成される。ベース２２２は、複数のファースナー３５によって、ペタル基部構造物３０の取付け構造物３２に固定される。トラス２２４ａ，２２４ｂは円筒形ハウジング２２６内に移行していく。軸受アセンブリ２５０の円筒形アウターレース２５４は、ハブマウント２２０の円筒形ハウジング２２６内に収容される。
【００２９】
操作時に、１次ミラーアセンブリ１２のペタル２０が図２の収納位置から図１の展開位置に移動するとき、軸受アセンブリ２５０の相対移動可能なインナーレース２５２とアウターレース２５４とによって、基部マウント２１０は、ハブマウント２２０に対し、ヒンジシャフト２３０を軸として回転運動および直線運動する。その結果、ペタル基部構造物がペタルヒンジ軸Ａに沿って摩擦無く拘束されずに剛体運動をして、ペタル基部構造物の熱膨張および熱収縮が吸収される。ヒンジアセンブリ２００は、ヒンジ軸に対するその他の動きを全て拘束する。
「双投ラッチアセンブリ」
【００３０】
図３，４，７〜９を参照すると、ラッチアセンブリ３００は、極めて安定な双投ラッチアセンブリであり、展開時に作動負荷を受けたとき、高剛性と低ヒステリシス（低履歴現象）を示す。ラッチアセンブリ３００は、ラッチアセンブリ３００に結合するペタルに、熱膨張および熱収縮の自由を与え、ラッチ軸Ｂに沿って変形することなく動けるように形成されている。より詳細には、ラッチアセンブリ３００は、４つの自由度を拘束すると共に、ヒンジ軸Ａに対して自由度２の拘束されない動きができるように設計されている。すなわち、ラッチアセンブリ３００は、横方向の自由度とヒンジ軸Ａ周りの２つの回転の自由度以外に、ペタルのヒンジ軸Ａ周りの回転の自由度を拘束する。
【００３１】
ラッチアセンブリ３００は、ペタル基部構造物３０の取付面３２に固定されたクレビス５０を含み、クレビス５０は収容開口部５２を形成している（図４を参照）。ラッチアセンブリ３００は、さらに、横方向に対向する１対のラッチ３０２ａ，３０２ｂを含み、これらのラッチは、第１ミラーアセンブリ１２の中央ハブ１８の取付面３４と結合していて、図２の収納位置から図１の展開位置へ移動する際に作動して、クレビス５０の収容開口部５２と係合する。
【００３２】
図７を参照すると、横方向に対向しているラッチ３０２ａ，３０２ｂは、互いに、構造および機能の点で同一である。各ラッチは、ラッチ軸Ｂに沿って直線運動するラッチシャフト３３０を含む。アクチュエータ３６０は、中央ハブ１８の取付面３４に固定されたハウジング３６２の中に配置され、リンケージアセンブリ３８０によって各ラッチシャフト３３０の端部に結合される。上記アクチュエータ３６０は、クレビス５０の収容開口部５２に対して、ラッチシャフト３３０の軸方向の進行が容易にできるようになっている。リンケージアセンブリ３８０は、ラッチシャフト３３０の端部に固定される前部リンク３８２と、アクチュエータ駆動シャフト３６４に作動可能に結合される主中央リンク３８３と後部カップリング３８４とを含んでいる。上記中央リンク３８３は、付勢部材３９４を介して後部カップリング３８４と結合し、旋回部材を介して前部リンク３８２と結合している。
【００３３】
各ラッチシャフト３３０は軸受アセンブリ３５０に作動可能に結合している。軸受アセンブリ３５０はＰＴＦＥ製の円筒形軸受ケージ３４０を含み、上記軸受ケージ３４０は窒化珪素製の複数のボールベアリング３４５を保持するように形成されている。ボールベアリング３４５は、それぞれ開口部に座して、キー溝パターン内に配置される。各軸受ケージ３４０は、円筒形のインナー軸受レース３５２と円筒形のアウター軸受レース３５４との間に配置される。上記インナー軸受レース３５２は、ラッチシャフト３３０に密に係合し、環状シャフトカラー３３２によって部分的に保持される。上記アウター軸受レース３５４は、ハブマウント３２０内で支持されている。
【００３４】
ハブマウント３２０は、直立型トラス３２４ａ，３２４ｂを有するベース３２２を含む。上記トラス３２４ａ，３２４ｂは、複数のファースナー３３５によって中央ハブ１８の取付面３４に固定されている。円筒形のアウター軸受レース３５４は、ハブマウント３２０の円筒形ハウジング３２６内に収容される。
【００３５】
ペタルが展開されてラッチされた位置に在るとき、軸受アセンブリ３５０の相対移動可能なインナー軸受レース３５２とアウター軸受レース３５４とにより、基部マウント３１０は、クレビス５０に対して、ヒンジシャフト３３０の軸に沿って回転運動と直線運動する。その結果、このラッチアセンブリ３００によって、基部構造物が、ラッチ軸Ｂに対して摩擦無く拘束されずにヒンジ軸に沿った剛体運動をして、ペタル基部構造物の熱膨張および熱収縮が吸収される。
【００３６】
引き続き図７を参照すると、テーパー軸受３７５が、サポートハブ３９５によってラッチシャフト３３０の自由端に取付けられ、ファスナー３９６によって固定されている。上記テーパー軸受３７５は、以下に詳細に論ずるように、複数の円筒形ローラ３８５を支持して、クレビス５０の収容開口部５２に係合するように形成されている。
【００３７】
ミラーアセンブリ１２のペタル２０ａ〜２０ｆがそれぞれ回転して図１の展開位置に至るとき、ラッチアセンブリ３００の上記対向するラッチ３０２ａ，３０２ｂは、クレビス５０に接触することなく、クレビス５０を横切る。展開位置において、各ペタル基部３０上のクレビス５０の収容開口部５２は、図８に最も良く示されているように、ラッチ３０２ａ，３０２ｂの対向するラッチシャフト３３０ａ，３３０ｂによって形成されるラッチ軸Ｂと一致する。このとき、ラッチシャフト３３０ａ，３３０ｂの端部のテーパー軸受３７５ａ，３７５ｂは、クレビス５０から間隔を開けて存在する。適切な事例では、アクチュエータ３６０ａ，３６０ｂの各駆動シャフト３６４ａ，３６４ｂは、ラッチシャフト３３０ａ，３３０ｂにそれぞれ結合され、好ましくは同時に作動される。次に、これにより、図９に最も良く示されているように、テーパー軸受３７５ａ，３７５ｂが軸方向に移動してクレビス５０の収容孔５２に係合する。
【００３８】
係合時には、各ラッチシャフト３３０ａ，３３０ｂ端部のテーパー軸受３７５ａ，３７５ｂ内に在るローラ３８５は、クレビス５０の収容孔５２内に固定された収容孔ライナー５４に接触する。この係合の際に、ペタル基部構造物にはラッチ力は生じない。ラッチシャフト３３０ａ，３３０ｂがクレビス５０の収容孔５２に係合するために移動する距離は、ラッチシャフトの全長と比較してかなり小さい。これにより、確実に、各ラッチシャフト３３０ａ，３３０ｂに付随する軸受ケージ３４０が、ハブマウント３２０によって形成されるハウジングから変位しなくなる。
【００３９】
対向するラッチ３０２ａ，３０２ｂによってクレビス５０上に作用する噛合力は、互いに等しく逆向きであり、したがって、係合中には、クレビス５０にモーメントが加わらないことが保証される。これは、本発明のラッチアセンブリ３００が低履歴現象と高剛性とを提示する結果となる。特に、本発明の双投ラッチアセンブリ３００は、１,０００,０００ポンド／インチ程度の軸方向剛性を示す。その結果、図９に示すように、対向するラッチ３０２ａ，３０２ｂが係合するとき、各ラッチシャフト３３０ａ，３３０ｂ端部の軸受３７５ａ，３７５ｂ内に在るローラ３８５でもって、クレビス５０は回転することなく新たに座す。
【００４０】
本発明は好ましい実施例に関して記載されているが、添付の請求の範囲によって定義される本発明の精神或いは本発明の範囲を逸脱することなく、本発明に対して修正や変更が行なわれ得ることは、当業者には容易に認識される。さらに、ここに開示されたヒンジアセンブリおよびラッチアセンブリは、ＮＧＳＴ（次世代宇宙望遠鏡）などの光学式宇宙望遠鏡に関して記載され図示されているが、これらの機構は他の宇宙を基盤とした光学システムにも使用し得ることが想定されている。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は１次ミラーアセンブリを有する光学式宇宙望遠鏡の斜視図である。上記１次ミラーアセンブリは、６角形の中央ハブと、上記中央ハブに独立してヒンジ付けされた６つの反射面付ペタルとを含み、上記６つのペタルは、それぞれ展開位置に配置されている。
【図２】図２は図１の上記光学式宇宙望遠鏡の斜視図である。３つのペタルは中央ハブにヒンジで取付けられていると共に後部位置に収納され、また、他の３つのペタルは中央ハブにヒンジで取付けられていると共に前部位置に収納されている。
【図３】図３は図１と図２の光学式宇宙望遠鏡の中央ハブのペタル取付け部の正面図である。図３は、ペタル基部構造物の取付面に沿って見たもので、上記中央ハブ部に取付けられた本発明の双投ラッチアセンブリを平面図で示し、上記ペタル基部構造物と中央ハブ部に取付けられた本発明独自の２つのヒンジアセンブリを側面図で示す。
【図４】図４は、図１と図２の光学式宇宙望遠鏡のペタル基部構造物と中央ハブの間の接続領域の斜視図である。図４は、本発明の２つのヒンジアセンブリと、ラッチアセンブリに付随しペタル基部構造物に取付けられた破線のセルビスとを示している。
【図５】図５は、本発明の自由度１のヒンジアセンブリの分解斜視図である。上記ヒンジアセンブリは、図１および図２の光学式望遠鏡のペタル基部に固定される基部マウントと、中央ハブに固定されるハブマウントとを含んでいる。
【図６】図６は、本発明の自由度２のヒンジアセンブリの分解斜視図である。上記ヒンジアセンブリは、図１および図２の光学式望遠鏡のペタル基部に固定される基部マウントと、中央ハブに固定されるハブマウントとを含んでいる。
【図７】図７は、本発明の双投ラッチアセンブリのラッチ機構の分解斜視図である。上記ラッチ機構は軸方向に進行可能なラッチシャフトを含む。上記ラッチシャフトは、ペタルを図２の収納位置から図１の展開位置にヒンジ軸の周りに回転させたとき、図４に示す上記クレビスに係合するようになっている。
【図８】図８は、非ラッチ位置での本発明の双投ラッチアセンブリの転位側面図であり、対向するラッチシャフトはシャフト間に配置されたクレビスと非係合状態にある。
【図９】図９は、ラッチ位置での本発明の双投ラッチアセンブリの部分拡大転位側面図であって、対向するラッチシャフトはシャフト間に配置されたクレビスと係合状態にある。
【符号の説明】
【００４２】
１０ 光学式宇宙望遠鏡
１８ 中央ハブ
２０ａ〜２０ｆ ペタル
３０ ペタル基部
５０ クレビス
５２ 収容開口部
１００ 第１ヒンジアセンブリ
１１０，２１０ 基部マウント
１２０，２２０，３２０ ハブマウント
１２６，２２６，３２６ 円筒形ハウジング部
１３０ 第１ヒンジシャフト
１４０ａ，１４０ｂ ウッドラフキー
２１０ 第２ヒンジアセンブリ
２４０，３４０ 軸受ケージ
２５２，３５２ インナー軸受レース
２５４，３５４ アウター軸受レース
３００ ラッチアセンブリ
３０２ａ，３０２ｂ ラッチ
３３０ａ，３３０ｂ ラッチシャフト
３４５，２４５ ボールベアリング
３６０ａ，３６０ｂ アクチュエータ
Ａ ペタルヒンジ軸
Ｂ ラッチ軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式宇宙望遠鏡の扇形に分割されたミラーのペタル（花弁状物）を展開するためのシステムに関し、特に、上記扇形に分割されたミラーのペタルを、扇形に分割されたミラーの中央のハブに独立して接続するための一組のヒンジに関し、又、上記中央のハブに上記ヒンジ付きペタルを展開位置に固定するためのラッチ機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハッブル宇宙望遠鏡の成功は、巨大な直径の１次ミラーを組み込んだものを含め、他の宇宙天文台の開発に拍車を掛けた。次世代宇宙望遠鏡（ＮＧＳＴ）として知られる宇宙天文台を含めて多くの設計が、直径６乃至８メートルの光学機械レンズを中心に行なわれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、このような巨大な直径のミラーを持つ宇宙天文台を実現するためには、幾つかの問題を克服しなければならない。例えば、巨大直径のモノリシック（継目無）ミラーを企画する設計には、製造上の非常な困難さとリスクが伴う。さらに、巨大直径のミラーを有する天文台の大きさや形状は、現在の打上げロケットで利用できるペイロードすなわち貨物室の積荷容量や形状によって制限される。
【０００４】
展開可能な巨大直径ミラーの企画設計には、その他の問題が在る。例えば、ミラーの反射部品（例えばセクターやセグメント或いはペタル）は、所望の表面精度および光学的な品質を達成するために、例えば約１０ナノメートル以内という超高精度で位置調整されなければならない。さらに、宇宙天文台は、広範囲の熱勾配に直面するので、展開型反射部品の熱膨張および熱収縮を吸収する必要がある。
【０００５】
したがって、高精度を示すと共に作動環境での熱変化を吸収する光学式宇宙望遠鏡反射部品の展開システムの提供は有益となる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、光学式宇宙望遠鏡の扇形に分割されたミラーアセンブリのペタルを展開するための新規且つ有用なシステムを目指す。上記ミラーアセンブリは、中央ハブと、中央ハブの外周に配置された複数のペタルを含む。各ペタルは、上記ミラーアセンブリに中央ハブに個々にヒンジ付けされたペタル基部を有している。
【０００７】
本発明のペタル展開システムは第１ヒンジアセンブリを含み、上記第１ヒンジアセンブリは、ペタル基部に固定された基部マウントと、上記中央ハブに固定されたハブマウントとを有する。上記第１ヒンジアセンブリは、第１ヒンジアセンブリに結合されたペタルに、ペタルヒンジ軸の周りの回転の自由を与えるように形成されている。
【０００８】
また、ペタル展開システムは第２ヒンジアセンブリを含み、上記第２ヒンジアセンブリは、ペタル基部に固定された基部マウントと、中央ハブに固定されたハブマウントとを有する。上記第２ヒンジアセンブリは、第２ヒンジアセンブリに結合されたペタルに、ペタルヒンジ軸の周りの回転の自由を与えると共に熱的な膨張や収縮の自由を与え、ペタルがペタルヒンジ軸に沿って摩擦がなく拘束されずに無変形で移動するように形成されている。
【０００９】
ペタル展開システムはラッチアセンブリをさらに含み、上記ラッチアセンブリは、ヒンジ軸から間隔の開いた位置においてペタル基部に固定されたクレビスと、横方向に対向した一対のラッチとを含む。上記一対のラッチは、中央ハブに作動可能に結合されていて、ペタルを収納位置から展開位置にヒンジ軸の周りに回転させた時、クレビスと係合する。
【００１０】
好ましくは、第１ヒンジアセンブリは、ペタルヒンジ軸上に配置された第１ヒンジシャフトを含む。上記第１ヒンジシャフトは、第１ヒンジアセンブリの基部マウントに取付けられる、また、軸方向に間隔の開いた複数のアンギュラコンタクト軸受を支持している。アンギュラコンタクト軸受は、窒化珪素から形成されていて潤滑が不要であり、第１ヒンジアセンブリのハブマウントの中に収容されている。
【００１１】
好ましくは、第２ヒンジアセンブリは、ペタルヒンジ軸上に配置された第２ヒンジシャフトを含む。上記第２ヒンジシャフトは、第２ヒンジアセンブリの基部マウントによって支持され、円筒形の軸受ケージの中に配置されている。軸受ケージは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から形成され、複数のボールベアリングを保持している。上記ボールベアリングは、窒化珪素から形成されていて、潤滑を要しない。軸受ケージは、インナー軸受レースとアウター軸受レースの間に配置され、第２ヒンジアセンブリのハブマウントの中に収容されている。
【００１２】
好ましくは、本発明のラッチアセンブリは、ラッチアセンブリに結合したペタルに熱的な膨張および収縮の自由を与えて、ペタルがペタルヒンジ軸に平行なラッチ軸に沿って摩擦なく非拘束無変形で動くように形成されている。ラッチアセンブリの横方向に対向するラッチの各々はラッチシャフトを含み、上記ラッチシャフトはラッチ軸に沿って直線運動するように取付けられている。ラッチアセンブリのクレビスは、横方向に対向したラッチシャフトを収容するため、収容開口部を形成している。ラッチシャフトを移動させてクレビスと係合させるため、アクチュエータは各ラッチに作動可能に結合されている。
【００１３】
各ラッチシャフトは円筒形軸受ケージの中に配置されている。また、各軸受ケージはＰＴＦＥから形成されている。各軸受シャフトは、窒化珪素から形成された複数のボールベアリングを保持し、インナー軸受レースとアウター軸受レースとの間に配置されている。各軸受ケージは、中央ハブに固定されたハブマウントの中に収容されている。各ハブマウントは基礎部と円筒形ハウジング部とを含んでいる。
【００１４】
本発明のペタル展開システムの独特な特徴は、好ましい実施形態の説明に関連して用いた図面の説明によって一層明確になる。
【００１５】
本発明の関連技術分野において通常の技術を有する者が、本発明のペタル展開システムの構築方法および使用方法をより容易に理解するために、図面を参照し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図面を参照すると、同一の参照番号は、本発明のペタル展開システムの同一の構造的特徴を識別する。図１には、遍く参照番号１０によって指定された光学式宇宙望遠鏡が示されている。光学式宇宙望遠鏡１０は、（図１では展開位置で示された）１次ミラーアセンブリ１２と、上記１次ミラーアセンブリ１２の中心部から延びているタワー１４と、上記中央のタワー１４の頂部に取付けられた２次ミラー１６とを含んでいる。１次ミラーアセンブリすなわち光学機械レンズ１２は、６角形の中央ハブ１８と、独立して上記中央ハブ１８にヒンジ付けられた６つのペタル２０ａ〜２０ｆとを含む。
【００１７】
図２に示されるように、３つのペタル２０ａ，２０ｃ，２０ｅは、収容場所の後部位置に取付けられ、３つのペタル２０ｂ，２０ｄ，２０ｆは、収容場所の前部位置に取付けられる。各ペタル２０ａ〜２０ｆはペタルに付属した打上げラッチストラット２２を有し、上記ストラット２２は収納位置においてペタルを固定する。各ペタル２０ａ〜２０ｆは、融解石英製表面板から形成された形状制御可能な反射面２４と、軽量カーボン複合材料から形成されたハウジング２６とを有する。各ペタル２０ａ〜２０ｆの反射面２４の形状は、ペタルハウジング２６内に配置された複数の形状制御アクチュエータ（図示せず）によって制御される。
【００１８】
各ペタルハウジング２６の半径方向内側端は、一対のヒンジアセンブリ１００，２００を支持するペタル基部構造物３０を形成している。上記ヒンジアセンブリ１００，２００は以下に詳細に検討する。ペタル２０ａ〜２０ｆの各々は、２つのヒンジアセンブリ１００，２００によって、１次ミラーアセンブリ１２の中央ハブ１８に作動可能に接続されている（図４を参照）。また、ペタル基部構造物３０はクレビス５０を支持し、クレビス５０はラッチアセンブリ３００の一部を形成している。ペタルが図２の収納位置から図１の展開位置に移動する際、上記ラッチアセンブリ３００は、作動して上記クレビス５０に係合するように、中央ハブ１８に結合されている。
【００１９】
図３を参照すると、各々対を成すヒンジアセンブリ１００，２００は、共通のヒンジ線すなわち軸Ａを形成し、この軸Ａの周りを、ヒンジアセンブリ１００，２００に結合したペタルが回転する。そして、上記軸Ａに沿って、ペタル構造物が剛体運動をすると共に、熱膨張や熱収縮が吸収される。ラッチアセンブリ３００はラッチ線すなわち軸Ｂを形成する。上記軸Ｂは、ヒンジ軸と間隔が開いていて平行である。ラッチアセンブリ３００は、ペタル構造物がラッチ軸Ｂに沿って軸方向に剛体運動する以外に、熱膨張や熱収縮を吸収するように形成されている。
「自由度１のヒンジアセンブリ」
【００２０】
図３〜５を参照すると、ヒンジアセンブリ１００は、自由度１のヒンジアセンブリ（１ＤＯＦ）である。ヒンジアセンブリ１００は、ヒンジアセンブリ１００に結合されたペタルに、ペタルヒンジ軸周りの回転の自由を与えるように形成されている。ヒンジアセンブリ１００は、ペタル２０の基部構造物３０の取付面３２に固定された基部マウント１１０と、１次ミラーアセンブリ１２の中央ハブ１８の取付面３４に固定されたハブマウント１２０とを含んでいる。
【００２１】
上記基部マウント１１０は、ベース１１２と、それに垂直な１対のトラス１１４ａ，１１４ｂとによって形成されている。ベース１１２は、複数のファースナー３５によってペタル基部構造物の取付面３２に固定される。トラス１１４ａ，１１４ｂは、それぞれ、軸方向ヒンジシャフト１３０を収容するために、円筒形のチャンネル（溝）１１６ａ，１１６ｂを有している。チャンネル１１６ａ，１１６ｂは、さらに、対応する溝付き基部マウントキャップ１１８ａ，１１８ｂによって限定され、包囲される。上記基部マウントキャップ１１８ａ，１１８ｂは、それぞれ、ファースナー３７によってトラス１１４ａ，１１４ｂに固定される。
【００２２】
ヒンジシャフト１３０は、１対の軸方向に間隔の開いたウッドラフキー（半月キー）１４０ａ，１４０ｂによって、ヒンジアセンブリ１００の基部マウント１１０に固定される。さらに詳細に説明すると、ウッドラフキー１４０ａ，１４０ｂは、対応するスロット（細長い穴）１１５ａ，１１５ｂの中に座す。上記スロット１１５ａ，１１５ｂは、それぞれ、トラス１１４ａ，１１４ｂのチャンネル１１６ａ，１１６ｂ内に形成されている。２つのキー１４０ａ，１４０ｂは、ヒンジシャフト１３０内に形成された補間スロット（図示せず）に係合するように配置され、基部マウント１１０に対するシャフト１３０の方位を固定する。
【００２３】
ヒンジシャフト１３０は２つの部分１３０ａ，１３０ｂに分割され、上記２つの部分１３０ａ，１３０ｂは環状カラー１３２によって分離される。ヒンジシャフト１３０の第１シャフト部１３０ａは、図４に最も良く示されているように、ヒンジアセンブリ１００から横の方向に延びて、スタビライジングブロック１６０内で支持されている。上記スタビライジングブロック１６０は、ハブ部１８の取付面３４にしっかりと固定されている。第２シャフト部１３０ｂは、軸方向に間隔を置いて設けられた４つのアンギュラコンタクト軸受１５０ａ〜１５０ｄを支持する。上記アンギュラコンタクト軸受１５０ａ〜１５０ｄは、軸方向一直線上に並べられて、環状カラー１３２と保持カラー１２８との間に保持される。アンギュラコンタクト軸受１５０ａ〜１５０ｄは、好ましくは窒化珪素から形成され、潤滑注油を必要としない。各アンギュラコンタクト軸受１５０ａ〜１５０ｄは、相対的に動くインナーレース１５２とアウターレース１５４とを有している。各軸受のインナーレース１５２は、ヒンジシャフト１３０の第１シャフト部１３０ｂにぴたり嵌合する。
【００２４】
ヒンジアセンブリ１００のハブマウント１２０は、ベース１２２と、それに垂直な１対のトラス１２４ａ，１２４ｂとによって形成されている。ベース１２２は、複数のファスナー３５によって、ペタル基部構造物３０の取付け構造物３２に固定される。トラス１２４ａ，１２４ｂは、円筒ハウジング１２６に移行していく。各アンギュラコンタクト軸受１５０ａ〜１５０ｄのアウターレース１５４は、ハブマウント１２０の円筒形ハウジング１２６内にぴたり嵌合する。４つのコンタクト軸受は、保持リング１２５によって円筒形ハウジング１２６の中に封入される。保持リング１２５は、螺子切りされた複数のファスナー１３７によって、ハウジング１２６の端部に固定される。
【００２５】
操作時に、第１ミラーアセンブリ１２のペタル２０ａ〜２０ｆが図２の収納位置から図１の展開位置に移動するとき、各アンギュラコンタクト軸受１５０ａ〜１５０ｄの相対移動可能なインナーレース１５２とアウターレース１５４とによって、基部マウント１１０は、ハブマウント１２０に対して、ヒンジシャフト１３０を軸として回転運動をする。ヒンジアセンブリ１００は、ヒンジ軸に対するその他の動きを全て拘束する。
「自由度２のヒンジアセンブリ」
【００２６】
図３，４，６を参照すると、ヒンジアセンブリ２００は、自由度２のヒンジアセンブリ（２ＤＯＦ）である。ヒンジアセンブリ２００は、ヒンジアセンブリ２００に結合されたペタルに、ペタルヒンジ軸の周りの回転の自由を与えると共に、熱膨張と熱収縮の自由を与えるように形成されていて、ペタルヒンジ軸に沿って摩擦無く拘束されずに移動できる。ヒンジアセンブリ２００は、ペタル２０の基部構造物３０の取付面３２に固定された基部マウント２１０と、１次ミラーアセンブリ１２の中央ハブ１８の取付面３４に固定されたハブマウント２２０とを含んでいる。基部マウント２１０は、ベース２１２と、対になった直立トラス２１４ａ，２１４ｂとによって形成されている。ベース２１２は、複数のファースナー３５によって、ペタル基部構造物３０の取付け構造物３２に固定されている。上記トラス２１４ａ，２１４ｂは、軸方向ヒンジシャフト２３０を収容するために、それぞれ、半円筒チャンネル２１６ａと２１６ｂを有している。上記チャンネル２１６ａと２１６ｂは、さらに、対応のチャネル付き基部マウントキャップ２１８ａ，２１８ｂによって限定され、包囲される。上記マウントキャップ２１８ａ，２１８ｂは、ファスナー３７によって、それぞれトラス２１４ａ，２１４ｂに固定される。
【００２７】
ヒンジシャフト２３０は、基部マウント２１０によって支持される。ヒンジシャフト２３０は、より詳細には、トラス２１４ａ，２１４ｂと基部マウントキャップ２１８ａ，２１８ｂとによって形成されるチャンネルの中に座す。唯一無二の軸受アセンブリ２５０は、ヒンジアセンブリ２００に自由度２を付与することができて、ヒンジシャフト２３０に作動可能に結合されている。軸受アセンブリ２５０は円筒形軸受ケージ２４０を含み、円筒形軸受ケージ２４０は好ましくはＰＴＦＥから形成される。また、軸受アセンブリ２５０は、窒化珪素から形成された複数のボールベアリング２４５を保有する。ボールベアリング２４５はキー溝付きのパターン内に配置される。軸受アセンブリ２５０は、さらに、円筒形インナー軸受レース２５２と、円筒形アウター軸受レース２５４とを含む。上記インナー軸受レース２５２は、ヒンジシャフト２３０と密に係合し、環状のシャフトカラー２３２によって保持される。同様に、アウター軸受レース２５４はハブマウント２２０と密に係合する。
【００２８】
ヒンジアセンブリ２００のハブマウント２２０は、ベース２２２と、一対の直立トラス２２４ａ，２２４ｂとによって形成される。ベース２２２は、複数のファースナー３５によって、ペタル基部構造物３０の取付け構造物３２に固定される。トラス２２４ａ，２２４ｂは円筒形ハウジング２２６内に移行していく。軸受アセンブリ２５０の円筒形アウターレース２５４は、ハブマウント２２０の円筒形ハウジング２２６内に収容される。
【００２９】
操作時に、１次ミラーアセンブリ１２のペタル２０が図２の収納位置から図１の展開位置に移動するとき、軸受アセンブリ２５０の相対移動可能なインナーレース２５２とアウターレース２５４とによって、基部マウント２１０は、ハブマウント２２０に対し、ヒンジシャフト２３０を軸として回転運動および直線運動する。その結果、ペタル基部構造物がペタルヒンジ軸Ａに沿って摩擦無く拘束されずに剛体運動をして、ペタル基部構造物の熱膨張および熱収縮が吸収される。ヒンジアセンブリ２００は、ヒンジ軸に対するその他の動きを全て拘束する。
「双投ラッチアセンブリ」
【００３０】
図３，４，７〜９を参照すると、ラッチアセンブリ３００は、極めて安定な双投ラッチアセンブリであり、展開時に作動負荷を受けたとき、高剛性と低ヒステリシス（低履歴現象）を示す。ラッチアセンブリ３００は、ラッチアセンブリ３００に結合するペタルに、熱膨張および熱収縮の自由を与え、ラッチ軸Ｂに沿って変形することなく動けるように形成されている。より詳細には、ラッチアセンブリ３００は、４つの自由度を拘束すると共に、ヒンジ軸Ａに対して自由度２の拘束されない動きができるように設計されている。すなわち、ラッチアセンブリ３００は、横方向の自由度とヒンジ軸Ａ周りの２つの回転の自由度以外に、ペタルのヒンジ軸Ａ周りの回転の自由度を拘束する。
【００３１】
ラッチアセンブリ３００は、ペタル基部構造物３０の取付面３２に固定されたクレビス５０を含み、クレビス５０は収容開口部５２を形成している（図４を参照）。ラッチアセンブリ３００は、さらに、横方向に対向する１対のラッチ３０２ａ，３０２ｂを含み、これらのラッチは、第１ミラーアセンブリ１２の中央ハブ１８の取付面３４と結合していて、図２の収納位置から図１の展開位置へ移動する際に作動して、クレビス５０の収容開口部５２と係合する。
【００３２】
図７を参照すると、横方向に対向しているラッチ３０２ａ，３０２ｂは、互いに、構造および機能の点で同一である。各ラッチは、ラッチ軸Ｂに沿って直線運動するラッチシャフト３３０を含む。アクチュエータ３６０は、中央ハブ１８の取付面３４に固定されたハウジング３６２の中に配置され、リンケージアセンブリ３８０によって各ラッチシャフト３３０の端部に結合される。上記アクチュエータ３６０は、クレビス５０の収容開口部５２に対して、ラッチシャフト３３０の軸方向の進行が容易にできるようになっている。リンケージアセンブリ３８０は、ラッチシャフト３３０の端部に固定される前部リンク３８２と、アクチュエータ駆動シャフト３６４に作動可能に結合される主中央リンク３８３と後部カップリング３８４とを含んでいる。上記中央リンク３８３は、付勢部材３９４を介して後部カップリング３８４と結合し、旋回部材を介して前部リンク３８２と結合している。
【００３３】
各ラッチシャフト３３０は軸受アセンブリ３５０に作動可能に結合している。軸受アセンブリ３５０はＰＴＦＥ製の円筒形軸受ケージ３４０を含み、上記軸受ケージ３４０は窒化珪素製の複数のボールベアリング３４５を保持するように形成されている。ボールベアリング３４５は、それぞれ開口部に座して、キー溝パターン内に配置される。各軸受ケージ３４０は、円筒形のインナー軸受レース３５２と円筒形のアウター軸受レース３５４との間に配置される。上記インナー軸受レース３５２は、ラッチシャフト３３０に密に係合し、環状シャフトカラー３３２によって部分的に保持される。上記アウター軸受レース３５４は、ハブマウント３２０内で支持されている。
【００３４】
ハブマウント３２０は、直立型トラス３２４ａ，３２４ｂを有するベース３２２を含む。上記トラス３２４ａ，３２４ｂは、複数のファースナー３３５によって中央ハブ１８の取付面３４に固定されている。円筒形のアウター軸受レース３５４は、ハブマウント３２０の円筒形ハウジング３２６内に収容される。
【００３５】
ペタルが展開されてラッチされた位置に在るとき、軸受アセンブリ３５０の相対移動可能なインナー軸受レース３５２とアウター軸受レース３５４とにより、基部マウント３１０は、クレビス５０に対して、ヒンジシャフト３３０の軸に沿って回転運動と直線運動する。その結果、このラッチアセンブリ３００によって、基部構造物が、ラッチ軸Ｂに対して摩擦無く拘束されずにヒンジ軸に沿った剛体運動をして、ペタル基部構造物の熱膨張および熱収縮が吸収される。
【００３６】
引き続き図７を参照すると、テーパー軸受３７５が、サポートハブ３９５によってラッチシャフト３３０の自由端に取付けられ、ファスナー３９６によって固定されている。上記テーパー軸受３７５は、以下に詳細に論ずるように、複数の円筒形ローラ３８５を支持して、クレビス５０の収容開口部５２に係合するように形成されている。
【００３７】
ミラーアセンブリ１２のペタル２０ａ〜２０ｆがそれぞれ回転して図１の展開位置に至るとき、ラッチアセンブリ３００の上記対向するラッチ３０２ａ，３０２ｂは、クレビス５０に接触することなく、クレビス５０を横切る。展開位置において、各ペタル基部３０上のクレビス５０の収容開口部５２は、図８に最も良く示されているように、ラッチ３０２ａ，３０２ｂの対向するラッチシャフト３３０ａ，３３０ｂによって形成されるラッチ軸Ｂと一致する。このとき、ラッチシャフト３３０ａ，３３０ｂの端部のテーパー軸受３７５ａ，３７５ｂは、クレビス５０から間隔を開けて存在する。適切な事例では、アクチュエータ３６０ａ，３６０ｂの各駆動シャフト３６４ａ，３６４ｂは、ラッチシャフト３３０ａ，３３０ｂにそれぞれ結合され、好ましくは同時に作動される。次に、これにより、図９に最も良く示されているように、テーパー軸受３７５ａ，３７５ｂが軸方向に移動してクレビス５０の収容孔５２に係合する。
【００３８】
係合時には、各ラッチシャフト３３０ａ，３３０ｂ端部のテーパー軸受３７５ａ，３７５ｂ内に在るローラ３８５は、クレビス５０の収容孔５２内に固定された収容孔ライナー５４に接触する。この係合の際に、ペタル基部構造物にはラッチ力は生じない。ラッチシャフト３３０ａ，３３０ｂがクレビス５０の収容孔５２に係合するために移動する距離は、ラッチシャフトの全長と比較してかなり小さい。これにより、確実に、各ラッチシャフト３３０ａ，３３０ｂに付随する軸受ケージ３４０が、ハブマウント３２０によって形成されるハウジングから変位しなくなる。
【００３９】
対向するラッチ３０２ａ，３０２ｂによってクレビス５０上に作用する噛合力は、互いに等しく逆向きであり、したがって、係合中には、クレビス５０にモーメントが加わらないことが保証される。これは、本発明のラッチアセンブリ３００が低履歴現象と高剛性とを提示する結果となる。特に、本発明の双投ラッチアセンブリ３００は、１,０００,０００ポンド／インチ程度の軸方向剛性を示す。その結果、図９に示すように、対向するラッチ３０２ａ，３０２ｂが係合するとき、各ラッチシャフト３３０ａ，３３０ｂ端部の軸受３７５ａ，３７５ｂ内に在るローラ３８５でもって、クレビス５０は回転することなく新たに座す。
【００４０】
本発明は好ましい実施例に関して記載されているが、添付の請求の範囲によって定義される本発明の精神或いは本発明の範囲を逸脱することなく、本発明に対して修正や変更が行なわれ得ることは、当業者には容易に認識される。さらに、ここに開示されたヒンジアセンブリおよびラッチアセンブリは、ＮＧＳＴ（次世代宇宙望遠鏡）などの光学式宇宙望遠鏡に関して記載され図示されているが、これらの機構は他の宇宙を基盤とした光学システムにも使用し得ることが想定されている。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は１次ミラーアセンブリを有する光学式宇宙望遠鏡の斜視図である。上記１次ミラーアセンブリは、６角形の中央ハブと、上記中央ハブに独立してヒンジ付けされた６つの反射面付ペタルとを含み、上記６つのペタルは、それぞれ展開位置に配置されている。
【図２】図２は図１の上記光学式宇宙望遠鏡の斜視図である。３つのペタルは中央ハブにヒンジで取付けられていると共に後部位置に収納され、また、他の３つのペタルは中央ハブにヒンジで取付けられていると共に前部位置に収納されている。
【図３】図３は図１と図２の光学式宇宙望遠鏡の中央ハブのペタル取付け部の正面図である。図３は、ペタル基部構造物の取付面に沿って見たもので、上記中央ハブ部に取付けられた本発明の双投ラッチアセンブリを平面図で示し、上記ペタル基部構造物と中央ハブ部に取付けられた本発明独自の２つのヒンジアセンブリを側面図で示す。
【図４】図４は、図１と図２の光学式宇宙望遠鏡のペタル基部構造物と中央ハブの間の接続領域の斜視図である。図４は、本発明の２つのヒンジアセンブリと、ラッチアセンブリに付随しペタル基部構造物に取付けられた破線のセルビスとを示している。
【図５】図５は、本発明の自由度１のヒンジアセンブリの分解斜視図である。上記ヒンジアセンブリは、図１および図２の光学式望遠鏡のペタル基部に固定される基部マウントと、中央ハブに固定されるハブマウントとを含んでいる。
【図６】図６は、本発明の自由度２のヒンジアセンブリの分解斜視図である。上記ヒンジアセンブリは、図１および図２の光学式望遠鏡のペタル基部に固定される基部マウントと、中央ハブに固定されるハブマウントとを含んでいる。
【図７】図７は、本発明の双投ラッチアセンブリのラッチ機構の分解斜視図である。上記ラッチ機構は軸方向に進行可能なラッチシャフトを含む。上記ラッチシャフトは、ペタルを図２の収納位置から図１の展開位置にヒンジ軸の周りに回転させたとき、図４に示す上記クレビスに係合するようになっている。
【図８】図８は、非ラッチ位置での本発明の双投ラッチアセンブリの転位側面図であり、対向するラッチシャフトはシャフト間に配置されたクレビスと非係合状態にある。
【図９】図９は、ラッチ位置での本発明の双投ラッチアセンブリの部分拡大転位側面図であって、対向するラッチシャフトはシャフト間に配置されたクレビスと係合状態にある。
【符号の説明】
【００４２】
１０ 光学式宇宙望遠鏡
１８ 中央ハブ
２０ａ〜２０ｆ ペタル
３０ ペタル基部
５０ クレビス
５２ 収容開口部
１００ 第１ヒンジアセンブリ
１１０，２１０ 基部マウント
１２０，２２０，３２０ ハブマウント
１２６，２２６，３２６ 円筒形ハウジング部
１３０ 第１ヒンジシャフト
１４０ａ，１４０ｂ ウッドラフキー
２１０ 第２ヒンジアセンブリ
２４０，３４０ 軸受ケージ
２５２，３５２ インナー軸受レース
２５４，３５４ アウター軸受レース
３００ ラッチアセンブリ
３０２ａ，３０２ｂ ラッチ
３３０ａ，３３０ｂ ラッチシャフト
３４５，２４５ ボールベアリング
３６０ａ，３６０ｂ アクチュエータ
Ａ ペタルヒンジ軸
Ｂ ラッチ軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学式宇宙望遠鏡の扇形に分割されたミラーのペタルを上記扇形に分割されたミラーの中央ハブに接続するためのペタル展開ヒンジアセンブリであって、
ａ） 上記ペタルの基部に固定された基部マウントと、
ｂ） 上記中央ハブに固定されたハブマウントと、
ｃ） 上記基部マウントに取り付けられた軸方向ヒンジシャフトと、
ｄ） 上記ハブマウントに対する上記基部マウントの回転運動を上記ヒンジシャフトの軸に沿って付与するために、上記ヒンジシャフト上に支持されると共に上記ハブマウントの中に収容された軸方向に間隔の開いた複数のアンギュラコンタクト軸受とを
備えていることを特徴とするペタル展開ヒンジアセンブリ。
【請求項２】
請求項１に記載のペタル展開ヒンジアセンブリにおいて、
上記アンギュラコンタクト軸受は窒化珪素から形成されていることを特徴とするペタル展開ヒンジアセンブリ。
【請求項３】
請求項１に記載のペタル展開ヒンジアセンブリにおいて、
上記ヒンジシャフトは、軸方向に間隔を開けて設置された一対のウッドラフキーによって、上記基部マウントに固定されていることを特徴とするペタル展開ヒンジアセンブリ。
【請求項４】
光学式宇宙望遠鏡の扇形に分割されたミラーのペタルを、上記扇形に分割されたミラーの中央ハブに接続するためのペタル展開ヒンジアセンブリであって、
ａ） 上記ペタルの基部に固定された基部マウントと、
ｂ） 上記中央ハブに固定されたハブマウントと、
ｃ） 上記基部マウントによって支持された軸方向ヒンジシャフトと、
ｄ） 上記ハブマウントに対する上記基部マウントの回転運動と軸方向運動とを上記ヒンジシャフトの軸に沿って付与するために、上記ヒンジシャフトの周りに配置されると共に上記ハブマウントの中に収容された上記ハブ円筒形軸受ケージとを
備えていることを特徴とするペタル展開ヒンジアセンブリ。
【請求項５】
請求項４に記載のペタル展開ヒンジアセンブリにおいて、
上記軸受ケージはポリテトラフルオロエチレンから形成されていることを特徴とするペタル展開ヒンジアセンブリ。
【請求項６】
請求項４に記載のペタル展開ヒンジアセンブリにおいて、
上記軸受ケージは複数のボールベアリングを保持していることを特徴とするペタル展開ヒンジアセンブリ。
【請求項７】
請求項６に記載のペタル展開ヒンジアセンブリにおいて、
上記ボールベアリングは窒化珪素から形成されていることを特徴とするペタル展開ヒンジアセンブリ。
【請求項８】
請求項７に記載のペタル展開ヒンジアセンブリにおいて、
上記軸受ケージはインナー軸受レースとアウター軸受レースとの間に配置されていることを特徴とするペタル展開ヒンジアセンブリ。
【請求項１】
光学式宇宙望遠鏡の扇形に分割されたミラーのペタルを上記扇形に分割されたミラーの中央ハブに接続するためのペタル展開ヒンジアセンブリであって、
ａ） 上記ペタルの基部に固定された基部マウントと、
ｂ） 上記中央ハブに固定されたハブマウントと、
ｃ） 上記基部マウントに取り付けられた軸方向ヒンジシャフトと、
ｄ） 上記ハブマウントに対する上記基部マウントの回転運動を上記ヒンジシャフトの軸に沿って付与するために、上記ヒンジシャフト上に支持されると共に上記ハブマウントの中に収容された軸方向に間隔の開いた複数のアンギュラコンタクト軸受とを
備えていることを特徴とするペタル展開ヒンジアセンブリ。
【請求項２】
請求項１に記載のペタル展開ヒンジアセンブリにおいて、
上記アンギュラコンタクト軸受は窒化珪素から形成されていることを特徴とするペタル展開ヒンジアセンブリ。
【請求項３】
請求項１に記載のペタル展開ヒンジアセンブリにおいて、
上記ヒンジシャフトは、軸方向に間隔を開けて設置された一対のウッドラフキーによって、上記基部マウントに固定されていることを特徴とするペタル展開ヒンジアセンブリ。
【請求項４】
光学式宇宙望遠鏡の扇形に分割されたミラーのペタルを、上記扇形に分割されたミラーの中央ハブに接続するためのペタル展開ヒンジアセンブリであって、
ａ） 上記ペタルの基部に固定された基部マウントと、
ｂ） 上記中央ハブに固定されたハブマウントと、
ｃ） 上記基部マウントによって支持された軸方向ヒンジシャフトと、
ｄ） 上記ハブマウントに対する上記基部マウントの回転運動と軸方向運動とを上記ヒンジシャフトの軸に沿って付与するために、上記ヒンジシャフトの周りに配置されると共に上記ハブマウントの中に収容された上記ハブ円筒形軸受ケージとを
備えていることを特徴とするペタル展開ヒンジアセンブリ。
【請求項５】
請求項４に記載のペタル展開ヒンジアセンブリにおいて、
上記軸受ケージはポリテトラフルオロエチレンから形成されていることを特徴とするペタル展開ヒンジアセンブリ。
【請求項６】
請求項４に記載のペタル展開ヒンジアセンブリにおいて、
上記軸受ケージは複数のボールベアリングを保持していることを特徴とするペタル展開ヒンジアセンブリ。
【請求項７】
請求項６に記載のペタル展開ヒンジアセンブリにおいて、
上記ボールベアリングは窒化珪素から形成されていることを特徴とするペタル展開ヒンジアセンブリ。
【請求項８】
請求項７に記載のペタル展開ヒンジアセンブリにおいて、
上記軸受ケージはインナー軸受レースとアウター軸受レースとの間に配置されていることを特徴とするペタル展開ヒンジアセンブリ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−３２３０９０（Ｐ２００７−３２３０９０Ａ）
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１０９９８（Ｐ２００７−２１０９９８）
【出願日】平成１９年８月１３日（２００７．８．１３）
【分割の表示】特願２００３−２９０２２８（Ｐ２００３−２９０２２８）の分割
【原出願日】平成１５年８月８日（２００３．８．８）
【出願人】（５０１３４８０９２）グッドリッチ コーポレイション (17)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月１３日（２００７．８．１３）
【分割の表示】特願２００３−２９０２２８（Ｐ２００３−２９０２２８）の分割
【原出願日】平成１５年８月８日（２００３．８．８）
【出願人】（５０１３４８０９２）グッドリッチ コーポレイション (17)
【Ｆターム（参考）】
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