JPH04403B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明はジヤイロと振り子の組み合せにより
物体を安定化させる物体安定化装置に関する。

〔発明の技術的背景〕 周知のように、ジヤイロと振り子の組み合せに
よる物体安定化装置が使用される例として、船舶
に搭載され、静止衛星との通信を行う船上アンテ
ナ装置がある。この船上アンテナ装置に用いられ
る物体安定化装置の従来例を第１図及び第２図を
参照して説明する。

静止衛星との通信を行なうアンテナ１１はプラ
ツトフオーム１３上に設置され、エレベーシヨン
（俯仰角）方向にはEL駆動源１２により駆動さ
れ、またアジマス（方位角）方向にはA_z駆動機
構１４で上記プラツトフオーム１３ごと駆動され
る。

プラツトフオーム１３は軸受手段としてのジン
バル構造体１５を介して支柱１６により支持さ
れ、この支柱１６は船舶（動揺体）の甲板等に固
定される。

第１図に示すジンバル構造体１５のＢ−Ｏ−
B′断面は第２図に示す如くである。すなわち、
ジンバル構造体１５はインナージンバル１５１、
アウタージンバル１５２及び略直交する２軸のジ
ンバル軸１５３，１５４を有し、インナージンバ
ル１５１はジンバル軸１５３により上記支柱１６
と連結され、アウタージンバル１５２はジンバル
軸１５４によりインナージンバル１５１と連結さ
れる。ジンバル軸１５３の一方の接続端部は支柱
１６に固定され、他方の接続端部はベアリング１
５５を介してインナージンバル１５１に回動可能
に装着される。ジンバル軸１５４の一方の接続部
はアウタージンバル１５２に固定され、他方の接
続端部はベアリング１５６を介してインナージン
バル１５１に回動可能に装着される。このように
プラツトフオーム１３がジンバル構造体１５を介
して支柱１６で支持されることで、プラツトフオ
ーム１３は船舶の任意方向の動揺から切り離さ
れ、船舶の動揺（支柱１６の動き）に対して全く
自由な状態にされる。すなわち、２軸のジンバル
軸１５３，１５４を介してプラツトフオーム１３
を支持したときのプラツトフオーム１３の動きは
例えば球面軸受等のポイントで支持する軸受手段
で支持したときの動きと全く同様である。

このように、プラツトフオーム１３と支柱１６
との間にはジンバル構造体１５が介在されると共
に、さらにアウタージンバル１５２の周りにはベ
アリング１５７が配設されてプラツトフオーム１
３がアウタージンバル１５２の周りで回動するよ
うに構成される。

すなわち、上記アウタージンバル１５２にはこ
れと一体に例えばスプロケツト１５８が装着され
ており、プラツトフオーム１３にはA_z駆動源１
４１からの駆動力で駆動される例えばスプロケツ
ト１４２が設けられこれらスプロケツト１４２，
１５８にはチエーン１４３が噛み合わされる。イ
ンナージンバル１５１及びアウタージンバル１５
２は支柱１６に対してそれぞれ俯仰角方向につい
ては揺動できるが方位角方向については支柱１６
と一体であるため、支柱１６と切離されて回転す
ることはできない。したがつて、プラツトフオー
ム１３上のスプロケツト１４２が回動した場合、
プラツトフオーム１３自身がアウタージンバル１
５２の周り（方位角方向）に回転する。このプラ
ツトフオーム１３の方位角方向の回転はアンテナ
１１の方位角方向の制御に利用される。また、プ
ラツトフオーム１３にはジヤイロ装置１７，１８
が懸架される。このジヤイロ装置１７，１８は船
舶の動揺時に生じるプラツトフオーム１３を傾け
ようとする外力を吸収するためのもので、第１図
及び第３図に示すようにジヤイロロータ１７２，
１８２及びジヤイロモータ１７３，１８３で構成
される。ジヤイロモータ１７３，１８３はそれぞ
れ直交関係にある回転軸１９，２０を介してプラ
ツトフオーム１３に固定された懸架ポスト１７
４，１８４により支持される。回転軸１９，２０
のジヤイロモータ側の端部は固定であり、懸架ポ
スト側の端部はベアリングにより回動可能に装着
される。ジヤイロロータ１７２，１８２はジヤイ
ロモータ１７３，１８３により高速で、かつ互い
に逆向きに回転される。ジヤイロ装置１７，１８
の重心はそれぞれ回転軸１９，２０の下方に位置
するように設定され、また、アンテナ１１、ジヤ
イロ装置１７，１８、プラツトフオーム１３等を
含む被安定化物体の全体の重心はジンバル軸１５
３，１５４を含む平面より下方に位置するように
設定される。

上記したジンバル構造体１５及びジヤイロ装置
１７，１８自体は例えば特開昭52−132658号公
報、実開昭54−110041号公報、米国特許第
4020491号明細書及び米国特許第4193308号明細書
にも開示されているとおり、本願出願前周知のも
のである。

さて、このように構成された物体安定化装置は
次のように動作する。

すなわち、船舶が動揺しない場合はジヤイロロ
ータ１７２，１８２は鉛直軸と平行な軸周りに回
転し、（すなわち、ジヤイロスピン軸１７１，１
８１は重力方向に一致している。）プラツトフオ
ーム１３は傾かず安定したままである。しかしな
がら、船舶が動揺（ピツチング運動、ローリング
運動）してプラツトフオーム１３を傾けようとす
るトルクが被安定化物体に加えられたりすると、
そのトルクはジヤイロ装置１７，１８に作用する
ので、ジヤイロ装置１７，１８は回転軸２０，１
９周りに歳差運動を行う。つまり、プラツトフオ
ーム１３を傾けようとするトルクが回転軸１９，
２０に加わると、ジヤイロ装置１７，１８がその
不要なトルクを吸収して回転軸１９，２０を支点
として傾いたままで鉛直軸と平行な軸周りに回転
していたジヤイロロータ１７２，１８２が鉛直軸
からずれた斜め方向の軸周りに回転するようにな
る。（すなわち、ジヤイロスピン軸１７１，１８
１が重力方向に対し斜め方向に向く。）この鉛直
軸からのずれの大きさはプラツトフオーム１３を
傾けようとするトルクの大きさ及びトルクの加わ
つている時間に比例し、またジヤイロロータ１７
２，１８２のもつ角運動量（慣性能率（モーメン
ト）、回転速度に比例）に反比例する。このよう
に、ジヤイロ装置１７，１８が動作することによ
り、船舶が動揺してもプラツトフオーム１３は傾
かず安定に保たれる。したがつて、このプラツト
フオーム１３上に設置されたアンテナ１１を常に
静止衛星方向に指向させることができる。このよ
うなプラツトフオーム１３を安定化させる物体安
定化装置は受動型スタビライザ装置とも呼ばれて
いる。

〔背景技術の問題点〕

ところで、上記物体安定化装置におけるジンバ
ル構造体１５は、動揺体のピツチング運動状態で
ジンバル軸１５３がインナージンバル１５１に対
して自由に回転し、ローリング運動状態でジンバ
ル軸１５４がインナージンバル１５１に対して自
由に回転するようにインナージンバル１５１及び
アウタージンバル１５２で構成されていた。この
ような構成によればジンバル構造体１５は体積が
必然的に大きくなるため、装置が大形化される。

また、被安定化物体に搭載された電気部品の外
部からのリード線が被安定化物体のA_z軸及びEL
軸周りの回転にともなつて被安定化物体に巻きつ
く等のためにプラツトフオーム１３はリード線の
剛性により外乱トルクが入力される問題があつ
た。

〔発明の目的〕

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、簡易な構成で、しかも小形化を促進し得、か
つ被安定化物体の安定化状態を効果的に向上する
ようにした物体安定化装置を提供することを目的
とする。

〔発明の概要〕

すなわち、この発明は任意方向に動揺する動揺
体に対して被安定化物体を該動揺体の動きと切り
離すように連結してなる自在継手と、前記被安定
化物体に装着されるもので前記動揺体の動揺状態
で歳差運動を行う複数のジヤイロ装置とを具備す
る物体安定化装置において、前記自在継手は、ほ
ぼ十字形状の突出部が形成された軸部と、互いに
逆方向に向く前記突出部の端部を回転軸受を介し
て支持する第１及び第２のヨーク部とで構成した
ことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例について図面を参照
して詳細に説明する。

第４図に示すように静止衛星との通信を行なう
アンテナ２０はプラツトフオーム２１上に設置さ
れ、図示しないEL（俯仰角）駆動機構及びA_z（方
位角）駆動機構によつてEL方向及びA_z方向に駆
動させるように構成される。プラツトフオーム２
１はジンバル構造体２３により支柱２４と連結さ
れ、支柱２４は図示しない船舶の甲板等に固定さ
れる。また、プラツトフオーム２１には位置規制
用のピツチロールストツパ２５がジンバル構造体
２３に対応して設けられる。支柱２４にはピツチ
ロールストツパ２５に対応した位置規制用のスト
ツパー部２６が設けられ、ストツパー部２６近傍
の支柱２４には動揺角検出用の検出スイツチ２７
がピツチロールストツパ２５に対応して設けられ
る。検出スイツチ２７は例えば船舶の動揺が過大
となつてピツチロールストツパ２５がストツパー
部２６に当接するとオンされて、ジヤイロロータ
駆動用のモータ２８，２９を停止するように構成
されており、オン状態からオフ状態への復帰は図
示しないタイマー等によつて所定時間後に行なわ
れるように設定される。

上記ジンバル構造体２３は自在継手（いわゆる
ユニバーサル・ジヨイント）状に第５図に示す如
く構成される。すなわち、ジンバル構造体２３
は、略十字形状に設けた第１及び第２のジンバル
軸３０，３１を有しこれらの各両端はプラツトフ
オーム２１及び支柱２４にそれぞれ固定された第
１及び第２のヨーク部３２，３３に例えば針状こ
ろ軸受（図示せず）を介在してほぼ同円筒上で支
持される。これによりこの略十字形状のジンバル
軸は船舶のピツチング及びローリング運動に応じ
て回動する。そして、第１及び第２のジンバル軸
３０，３１の交差する略中央部にはリード線挿通
用の透孔３４が形成され、この透孔３４には第６
図に示すようにプラツトフオーム２１等に搭載さ
れた電気部分（図示せず）のリード線５１が挿さ
れる。そして、この透孔３４を挿通したリード線
５１は支柱２４の下端部に設けられた挿通孔２４
１より取り出されて図示しない電源等に接続され
る。なお、プラツトフオーム２１の重心は第１及
び第２のジンバル軸３０，３１よりも下方に設定
される。

上記プラツトフオーム２１の両端部にはジヤイ
ロ装置３５，３６が第７図に示す如く略同様に構
成される。すなわち、プラツトフオーム２１の両
端部には上記モータ２８，２９がそれぞれ固定さ
れ、これらモータ２８，２９の各回転軸２８１，
２９１にはそれぞれ連結用コイルスプリング３
８，３９の一端がダンパー部材３８１，３９１を
介して固定される。コイルスプリング３８，３９
は所定のばね力を有しておりその他端はジヤイロ
ロータ４０，４１のスピン軸４０１，４１１に固
着される。ジヤイロロータ４０，４１にはスピン
軸４０１，４１１の他に歳差運動（すなわち、ジ
ヤイロA_z軸GA１，GA２周りの回転）をするプ
リセツシヨン軸４０２，４１２が設けられ、これ
らスピン軸４０１，４１１及びプリセツシヨン軸
４０２，４１２はそれぞれベアリング４２，４３
を介してハウジング４４，４５に所定の状態に支
持される。ハウジング４４，４５はプラツトフオ
ーム２１に設けられた取付台４７，４８に対して
ベアリング４６を介して所定の状態に支持されて
おり、その所定の位置には位置規制用のストツパ
４９，５０がそれぞれジヤイロロータ４０，４１
に対応して設けられる。ストツパ４９，５０はジ
ヤイロロータ４０，４１に対して過大な動揺が付
与されると、取付台４７，４８の取付面４７１，
４８１に当接してその位置規制をする。ここで、
ジヤイロロータ４０，４１の重心はそれぞれプリ
セツシヨン軸４０２，４１２に対して略一致する
ように設定される。

さて、このように構成された物体安定化装置は
次のように動作する。

すなわち、船舶が動揺しない場合、ジヤイロロ
ータ４０，４１は鉛直軸と平行な軸周りに回転
し、（すなわち、スピン軸４０１，４１１は重力
方向に一致している。）プラツトフオーム２１は
傾かず安定状態にある。しかしながら、船舶が動
揺（ピツチングまたはローリング運動）してプラ
ツトフオーム２１を傾けようとするトルクが被安
定化物体に付与されると、そのトルクはジヤイロ
ロータ４０，４１に作用するのでジヤイロロータ
４０，４１はプリセツシヨン軸４０２，４１２周
りに歳差運動を行う。つまり、プラツトフオーム
２１を傾けようとするトルクがプリセツシヨン軸
４０２，４１２に付与されると、ジヤイロロータ
４０，４１がこの不要なトルクを吸収して、プリ
セツシヨン軸４０２，４１２を支点として傾き、
いままで鉛直軸と平行な軸周りに回転していたジ
ヤイロロータ４０，４１が鉛直軸からずれた斜め
方向の軸周りに回転するようになる。（すなわち、
ジヤイロA_z軸GA１，GA２が重力方向に対し斜
め方向に向く。）そして、ジヤイロロータ４０，
４１はモータ２８，２９の回転力がコイルスプリ
ング３８，３９を介してそれぞれ伝達される。こ
の際、コイルスプリング３８，３９はジヤイロロ
ータ４０，４１に対して歳差運動を拘束するトル
クをほとんど付与することなく、しかもそのばね
力によつて外乱のない状態でジヤイロロータ４
０，４１の傾きをも阻止する。プリセツシヨン軸
４０２，４１１は、スプロケツト３０３，３０４
に噛合わされたチエーンからの伝達力により、必
要に応じてプラツトフオーム２１がA_z軸周りに
連続して回転する状態でプラツトフオーム２１の
回転方向とは逆方向に回転駆動される。

次に、船舶の動揺が過大となつて動揺角の限界
を越えた場合、まずプラツトフオーム２１が非安
定状態となつて大きく動揺される。するとプラツ
トフオーム２１のピツチロールストツパ２５は支
柱２４のストツパー部２６に当接して規制される
と共に、検出スイツチ２７をオンしてジヤイロ装
置３５，３６のモータ２８，２９の駆動を停止さ
せる。この結果、ジヤイロ装置３５，３６はジヤ
イロロータ４０，４１の角運動量Ｈが減少して零
となされる。この際、プラツトフオーム２１は動
揺する間に、その重力による単振り子の原理によ
つて略水平に復帰され、ここに、プラツトフオー
ム２１及びジヤイロロータ４０，４１が安定状態
となる。

また、船舶の動揺角が機械的な動揺角の限界内
で、ジヤイロ装置３５，３６に対して付与される
動揺が過大となつた場合、まずジヤイロロータ４
０，４１の大きな歳差運動によりストツパ４９，
５０の取付面４７１，４８１に当接する。この
際、この当接によるトルクはプラツトフオーム２
１をそのピツチロールストツパ２５が支柱２４の
ストツパー部２６に当接する如く動揺させて検出
スイツチ２７をオンして、モータ２８，２９の駆
動を停止させる。この結果、上述したように、ジ
ヤイロ装置３５，３６はジヤイロロータ４０，４
１の角運動量Ｈが零となされ、プラツトフオーム
２１はその重力によつて略水平状に復帰してそれ
ぞれ安定状態となる。

このように、上記物体安定化装置はジンバル構
造体２３として略十字形状の第１及び第２のジン
バル軸３０，３１を有した自在継手を設け、第１
及び第２のジンバル軸３０，３１の略中央にリー
ド線挿通用の透孔３４を構成した。これは、構造
上において、効果的に小形化及び軽量化を向上す
ることができる。

また、このような構成によれば被安定化物体が
連続して方位方向に回転した場合においても、リ
ード線５１が被安定化物体に対して巻きついたり
絡まることがないもので、リード線３５の剛性に
よる外乱トルクがプラツトフオーム２１等に付与
されることがなく安定化を促進できる。

〔発明の効果〕

以上、詳述したようにこの発明によれば簡易な
構成で、しかも小形化を促進し得、かつ被安定化
物体の安定化状態を効果的に向上するようにした
物体安定化装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図は従来の物体安定化
装置を示す斜視図、断面図及び構成図、第４図は
この発明の一実施例に係る物体安定化装置を示す
斜視図、第５図は第４図のジンバル構造体の詳細
を示す斜視図、第６図は第５図の要部を示す斜視
図、第７図は第４図のジヤイロ装置の詳細を示す
構成図である。 ２０……アンテナ、２１……プラツトフオー
ム、２３……ジンバル構造体、２４……支柱、２
５……ピツチロールストツパ、２６……ストツパ
ー部、２７……検出スイツチ、２８，２９……モ
ータ、３０……第１のジンバル軸、３１……第２
のジンバル軸、３２……第１のヨーク部、３３…
…第２のヨーク部、３４……透孔、５１……リー
ド線、３５，３６……ジヤイロ装置、３８，３９
……コイルスプリング、４０，４１……ジヤイロ
ロータ、４２，４３……ベアリング、４４，４５
……ハウジング、４６……ベアリング、４７，４
８……取付台、４９，５０……ストツパ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 任意方向に動揺する動揺体に対して被安定化
   物体を該動揺体の動きと切り離すように連結して
   なる自在継手と、前記被安定化物体に装着される
   もので前記動揺体の動揺状態で歳差運動を行う複
   数のジヤイロ装置とを具備する物体安定化装置に
   おいて、前記自在継手は、ほぼ十字形状の突出部
   が形成された軸部と、互いに逆方向に向く前記突
   出部の端部を回転軸受を介して支持する第１及び
   第２のヨーク部とで構成されることを特徴とする
   物体安定化装置。 ２ 前記自在継手の軸部にリード線挿通孔を設け
   てなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の物体安定化装置。