JPH0620092Y2 - 模型用レートジャイロ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、模型航空機等に用いられるレートジャイロに
関するもので、特に、無線操縦される模型ヘリコプタの
安定増強装置として使用するのに適した模型用レートジ
ャイロに関するものである。

（従来の技術） 模型ヘリコプタの操縦は固定翼機の操縦に比べて難し
く、特に、ホバリング時におけるヨー軸まわりの操縦技
術の習得は、初心者にとっては極めて困難なものとされ
ている。これは、ホバリング中のヘリコプタがヨー軸ま
わりの安定性を備えていないことによるものである。そ
のために、エンジンの出力変化に伴うロータのトルク変
動や突風等の外乱によって機首が左右に振られると、そ
の揺れが減衰されずに、機体がヨー軸まわりに回転して
しまう。

そこで、このような特性を有するヘリコプタにヨー軸ま
わりの安定性を与え、その安定した飛行を助けるための
システムとして、レートジャイロを利用した安定増強装
置が用いられている。この安定増強装置は、レートジャ
イロによって検出したヘリコプタのヨー軸まわりの揺れ
の角速度をテールロータのピッチ制御用サーボモータに
フィードバックし、その揺れを止める方向にテールロー
タのピッチを自動制御することにより、機首の左右への
揺れを防止するようにしたものである。

第７図（Ａ），（Ｂ）は、このような安定増強装置に用
いられている従来の模型用レートジャイロの概略構造を
示すものである。

この図に示されているように、フレーム０１には一対の
ブラケット０２，０２が固着されており、これらのブラ
ケット０２，０２によってジンバル０３のジンバル軸０
４，０４が回転自在に支持されている。このジンバル０
３には、ジンバル軸０４の軸線に直交する駆動軸０５を
有するモータ０６が取り付けられている。その駆動軸０
５は、両端がモータ０６から突出しており、その両端に
それぞれフライホイール０７，０７が固着されている。

一方のジンバル軸０４の端部には下方に突出するアーム
０８が設けられており、このアーム０８とフレーム０１
との間に、一方のセンタリング用のコイルスプリング０
９，０９が装着されている。こうして、これらのコイル
スプリング０９，０９によって、ジンバル０３がニュー
トラル位置に付勢されるようになっている。

更に、他方のジンバル軸０４の端部側にはポテンシオメ
ータ０１０が配設され、ジンバル０３の回転角が検出さ
れるようになっている。

このようなレートジャイロをヘリコプタのヨー軸まわり
の安定増強装置として用いる場合には、ジンバル０３の
ジンバル軸０４のモータ０６の駆動軸０５とがともに水
平となるようにして機体に搭載し、モータ０６によって
フライホイール０７，０７を例えば矢印Ａ方向に回転駆
動する。この状態で、飛行中の機体が角速度ωで機首を
矢印Ｂ方向に振ったとすると、ジャイロプリセッション
によってその角速度ωに比例した回転モーメントがジン
バル０３に作用し、ジンバル軸０４が矢印Ｃ方向に回転
する。したがって、センタリング用のコイルスプリング
０９，０９の一方が圧縮され、他方が伸長する。そし
て、そのコイルスプリング０９，０９のばね力とジンバ
ル０３に作用する回転モーメントとが釣り合った位置に
おいてジンバル０３の回転が停止する。

このとき、ジンバル０３の回転角は前記機体の角速度ω
に比例した大きさとなる。したがって、ジンバル０３の
回転角を検出するポテンシオメータ０１０からはその角
速度ωに比例した電気信号が出力される。そして、その
電気信号はサーボモータにフィードバックされ、テール
ロータのピッチが機首を矢印Ｂ′方向に復元させるよう
に制御される。こうして、ヘリコプタにヨー軸まわりの
安定性が付与される。

（考案が解決しようとする課題） しかしながら、このようなレートジャイロは、センタリ
ング用に一対のコイルスプリング０９，０９を使用して
いるために、次のような問題を有している。

２個のコイルスプリングに均一性を持たせることが困
難なため、ジンバルの機械的なニュートラル位置にずれ
が生じやすい。

コイルスプリングの両端の係止部分に摩擦力が作用す
るので、ニュートラル収斂性能が低下する。

模型用として低コストが要求されるために、各部材の
精度には限界があり、これを補ってＳ／Ｎ比を向上させ
るために、コイルスプリングの弾性係数を低く設定して
ゲインを高めることが必要となる。そのために、コイル
スプリングの共振が発生しやすくなり、正確な角速度の
検出に支障を来たしやすい。

本考案は、このような問題に鑑みてなされたものであっ
て、その目的は、ニュートラル精度及び検出精度が高
く、しかも構造が簡単な模型用レートジャイロを得るこ
とである。

（課題を解決するための手段） この目的を達成するための、本考案では、ジャイロジン
バルをニュートラル位置に付勢するセンタリングスプリ
ングとして、両端部において互いに連結された一対の平
行な弾性変形部を有する平面状ねじスプリングを用いる
ようにしている。その弾性変形部の一方は中央において
ジンバル軸に固定され、他方の弾性変形部は中央におい
てフレームに固定される。

このようなセンタリングスプリングは、例えば中央にス
リットを有する弾性板、あるいは矩形状に折曲された弾
性線材によって形成することができる。中央にスリット
を有する弾性板の場合には、そのスリットの両側部分が
それぞれ弾性変形部とされる。また、矩形枠状の弾性線
材を用いる場合には、その対向する２辺がそれぞれ弾性
変形部とされる。

（作用） このように構成されたセンタリングスプリングを備えた
レートジャイロにおいて、通常はそのセンタリングスプ
リングの付勢力によってジンバルはニュートラル位置に
保持される。ジャイロプリセッションによる回転モーメ
ントが作用してジンバルが回転すると、ジンバル軸に中
央が固定された一方の弾性変形部がＳ字状に変形する。
そして、中央がフレームに固定され、両端部が前記一方
の弾性変形部の両端部に連結されている他方の弾性変形
部は、それとは逆のＳ字状に変形する。こうして、これ
ら各弾性変形部の変形によって、ジャイロの回転角がそ
のときのジャイロプリセッションに比例した大きさに保
たれる。

このとき、このセンタリングスプリングには摩擦力が作
用することがない。また、このセンタリングスプリング
は単一の部材によって構成されるので、各弾性変形部の
弾性係数は均一となる。したがって、角速度が正確に検
出される。

（実施例） 以下、図面に基づいて本考案の実施例を説明する。

図中、第１図は本考案による模型用レートジャイロの一
実施例を示す分解斜視図であり、第２図はそのジンバル
ユニットの分解斜視図である。また、第３図はそのレー
トジャイロを上部ケーシングを取り除いた状態で示す平
面図である。

第１図から明らかなように、このレートジャイロは、中
央から上下に分割されるフレームとしての上部ケーシン
グ１と下部ケーシング２とを備えている。これら上部ケ
ーシング１と下部ケーシング２とはそれぞれほぼ同様の
もので、これらを組み合わせたケーシングの内部にはジ
ンバルユニット３が収容されるようになっている。下部
ケーシング２の内部は、前壁２ａと後壁２ｂとの間に設
けられる仕切壁２ｃによって前後の２室４，５に仕切ら
れている。上部ケーシング１の内部も同様とされてい
る。

第２図に示されているように、ジンバルユニット３はジ
ンバル６を備えている。このジンバル６は、円筒状のジ
ンバルリング７とそのジンバルリング７から外方に延出
する一対のジンバル軸８，８とを有するもので、そのジ
ンバル軸８，８の軸線はジンバルリング７の１本の直径
上に位置するものとされている。そして、そのジンバル
軸８，８は、各ケーシング１，２の前壁２ａ及び仕切壁
２ｃにそれぞれ装着されるベアリング９，９を介して、
フレームをなすケーシング１，２により回転自在に支持
されるようになっている。

ジンバル６の中央のジンバルリング７には、モータ１０
が嵌合固定されるようになっている。そのモータ１０
は、両端がそれぞれモータ１０の本体から突出する駆動
軸１１を備えている。その駆動軸１１の軸線は、ジンバ
ル軸８，８の軸線に直交するものとされている。そし
て、その駆動軸１１の両端に、それぞれフライホイール
１２，１２が固着されるようになっている。

こうして、第３図に示されているように、フライホイー
ル１２，１２は、ケーシング１，２内の前室４におい
て、モータ１０により例えば矢印Ａ方向に回転駆動され
るとともに、その回転軸線に直交するジンバル軸８，８
の軸線のまわりに所定の角度範囲内で回転自在に支持さ
れるようになっている。

第２図に戻って、一方のジンバル軸８の先端部は、ケー
シング１，２の仕切壁２ｃによって区画される後室５内
に突出するようにされている。そのジンバル軸８の下面
には切り欠き部８ａが形成されており、その切り欠き部
８ａに、ねじ１３によってマグネット支持部材１４が締
め付け固着されるようになっている。マグネット支持部
材１４には、その下端部にコバルトマグネット１５が装
着されている。また、後室５の底部には、中央にガリウ
ム砒素からなるホール素子１６を取り付けたセンサ基板
１７が設置されている。そのホール素子１６は、所定の
間隔を置いて前記コバルトマグネット１５に対向するも
のとされている。こうして、これらコバルトマグネット
１５とホール素子１６とによって、非接触型の回転角度
センサ１８が構成されている。

ジンバル軸８の端部とケーシング１，２の後壁２ｂとの
間には、ジンバルユニット３をニュートラル位置に付勢
するセンタリングスプリング２０が設けられている。こ
のスプリング２０は、矩形状の弾性板の中央にその長手
方向に沿うスリット２１を形成したもので、そのスリッ
ト２１の両側において互いに平行に延びる部分は比較的
長く、容易に弾性変形するものとなっている。すなわ
ち、そのスリット２１の両側部分が一対の弾性変形部２
０ａ，２０ｂとなっている。これらの弾性変形部２０
ａ，２０ｂは、両端部において互いに連結されている。

このセンタリングスプリング２０は、一方の弾性変形部
２０ａが、その中央において前記ジンバル軸８の切り欠
き部８ａとマグネット支持部材１４との間に挟み付けら
れ、ねじ１３によって共締めされることによりジンバル
軸８に固定されるとともに、他方の弾性変形部２０ｂ
が、その中央においてケーシング１，２の後壁２ｂの突
起間に挟み付けられ、ねじ２２によって共締めされるこ
とによりケーシング１，２に固定されるようになってい
る。

次に、このように構成された模型用レートジャイロの作
用について説明する。

模型ヘリコプタのヨー軸まわりの安定増強装置として用
いる場合には、ジンバル軸８すなわちジンバル６の回転
軸線とモータ１０の駆動軸１１すなわちフライホイール
１２の回転軸線とがともに水平となるようにして、ケー
シング１，２を機体に装着する。そして、モータ１０に
よりフライホイール１２を第３図の矢印Ａ方向に回転駆
動する。

機首の方位が一定に保たれているときには、第４図
（Ａ）に示されているように、センタリングスプリング
２０の各弾性変形部２０ａ，２０ｂは同一水平面上にあ
り、ジンバル６はニュートラル位置に保持されている。

この状態から、機体が角速度ωで第３図の矢印Ｂ方向に
ヨーイングすると、ジンバル６はジャイロプリセッショ
ンにより矢印Ｃ方向に回転する。したがって、ジンバル
軸８が第４図（Ｂ）に示されているように矢印Ｃ方向に
回転する。その結果、中央がジンバル軸８に固定されて
いるセンタリングスプリング２０の一方の弾性変形部２
０ａが同方向に回転しようとする。そして、その弾性変
形部２０ａに両端部が連結されている他方の弾性変形部
２０ｂにも回転力が加えられる。しかしながら、他方の
弾性変形部２０ｂは中央がケーシング１，２に固定され
ている。そのために、センタリングスプリング２０は各
弾性変形部２０ａ，２０ｂの中央間でねじられることに
なり、第４図（Ｂ）に示されているように、一方の弾性
変形部２０ａがＳ字状に変形するとともに、他方の弾性
変形部２０ｂがそれとは逆のＳ字状に変形する。

こうして、ジンバル６にはセンタリングスプリング２０
によるばね力が加えられ、そのばね力とジンバル６に作
用する回転モーメントとが釣り合った位置でジンバル軸
８の回転が停止する。その回転角は、前記ヨーイングの
角速度ωに対応する大きさとなる。

このようにジンバル軸８が回転すると、そのジンバル軸
８に装着されているコバルトマグネット１５とケーシン
グ２側に設置されているホール素子１６との間の距離が
変化し、そのホール素子１６の電気抵抗値の変化から、
ジンバル軸８の回転角、すなわちヨーイングの角速度ω
が検出される。

逆に、機体が第３図の矢印Ｂ′方向にヨーイングした場
合には、ジンバル軸８は矢印Ｃ′方向に回転し、同様に
そのヨーイングの角速度が検出される。

また、ヨーイングが止まると、センタリングスプリング
２０の各弾性変形部２０ａ，２０ｂの弾性復元力によ
り、ジンバル６はニュートラル位置に戻される。

このように、このレートジャイロにおいては、センタリ
ングスプリング２０が１枚の弾性板によって形成される
ので、従来の２個のコイルスプリングを用いたもののよ
うにニュートラル位置でジンバル６が傾くようなことが
ない。また、センタリングスプリング２０は各弾性変形
部２０ａ，２０ｂの中央においてジンバル軸８及びケー
シング１，２にそれぞれ固定するのみでよく、摺動部が
生じないので、摩擦力が作用することもない。したがっ
て、各速度ωの正確な検出が可能となる。

第５図は、センタリングスプリング２０の変形例を示す
ものである。

第５図（Ａ）に示されているセンタリングスプリング２
０の場合には、上下２枚の薄い弾性板２０ｃ，２０ｄ間
に粘弾性樹脂等の減衰材料からなる薄板２０ｅを挟んで
積層したものとされている。

このようなセンタリングスプリング２０によれば、ジン
バル軸８の回転によって変形したセンタリングスプリン
グ２０がニュートラル位置に復帰するときに発生する振
動を速やかに減衰させることができる。したがって、弾
性係数の小さい弾性板２０ｃ，２０ｄを用いていながら
共振を抑えることができ、レートジャイロのＳ／Ｎ比の
向上を図ることができる。

また、第５図（Ｂ）に示されているセンタリングスプリ
ング２０は、その外形及びスリット２１の形状を異なら
せたものである。このように、弾性板からなるセンタリ
ングスプリング２０は容易にその形状を変えることがで
き、それによって、角速度ωに対するジンバル軸８の回
転角の線形性あるいは非線形性を任意に設定することが
できる。したがって、センタリングスプリング２０に共
振域を回避させることも可能となる。

第６図は、本考案による模型用レートジャイロの他の実
施例を示す要部の斜視図である。

この実施例においては、センタリングスプリング３０と
して、ピアノ線等の弾性線材を矩形枠状に折曲させたも
のが用いられる。このセンタリングスプリング３０の場
合には、互いに対向する２組の２辺のうち、長い方の２
辺がそれぞれ弾性変形部３０ａ，３０ｂとされている。
そして、一方の弾性変形部３０ａの中央がジンバル軸８
に固定され、他方の弾性変形部３０ｂの中央がケーシン
グ１，２間に挟み付けられて固定されている。

このようにしてセンタリングスプリング３０を用いたレ
ートジャイロによっても上記実施例と同様の作用効果を
得ることができる。しかも、センタリングスプリング３
０が線材によって形成されるので、その製造コストは極
めて低くなる。

なお、上記実施例においては、ジンバル６の回転角を検
出する角度センサとして非接触型のセンサ１８を用いる
ものとしているが、これを従来のものと同様に電気抵抗
線を利用したポテンシオメータ等の接触型のものとする
こともできる。

また、このレートジャイロは、模型ヘリコプタのヨー軸
の安定増強装置に用いるほか、ピッチ軸やロール軸に対
しても用いることができ、更に、模型飛行機のヨーダン
パ等の安定増強装置や自動安定装置として用いることも
できる。

（考案の効果） 以上の説明から明らかなように、本考案によれば、ジャ
イロジンバルをニュートラル位置に付勢するセンタリン
グスプリングとして、両端部が互いに連結された一対の
弾性変形部を有する平面状のねじりスプリングを用い、
一方の弾性変形部の中央をジンバル軸に固定するととも
に、他方の弾性変形部の中央をフレームに固定するよう
にしているので、ヒステリシスの原因となる摺動摩擦部
が全くなくなり、極めて精密なニュートラル収斂性能を
得ることができる。また、センタリングスプリングが単
一の部材で構成されるので、全体の弾性係数が均一とな
り、ニュートラル位置にずれが生じる恐れがなくなる。
したがって、精度の高いレートジャイロとすることがで
きる。

しかも、センタリングスプリングが単一の安価な部品と
されることにより、部品コストや組立工数を低減させる
ことができ、模型用として適した安価なレートジャイロ
とすることができる。

また、センタリングスプリングは、中央にスリットを有
する弾性板や枠状に屈曲させた弾性線材によって形成さ
れるので、その板厚や線材の太さを変えることにより、
容易にそのばね定数を調整することができる。更に、こ
の外形形状等を変えることにより、ばね定数のみなら
ず、ばね特性の線形性や非線形性をも任意に調整するこ
とが可能となる。したがって、共振の発生を抑制するこ
とも可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案による模型用レートジャイロの一実施
例を示す分解斜視図、 第２図は、そのレートジャイロのジンバルユニットの分
解斜視図、 第３図は、そのレートジャイロの上部ケーシングを取り
除いて内部の組立状態を示す平面図、 第４図（Ａ），（Ｂ）は、そのレートジャイロの作用の
説明図、 第５図（Ａ），（Ｂ）は、そのレートジャイロに用いら
れるセンタリングスプリングの変形例を示す斜視図、 第６図は、本考案による模型用レートジャイロの他の実
施例を示す要部の斜視図、 第７図（Ａ），（Ｂ）は、従来の模型用レートジャイロ
の一例を示す平面図及び背面図である。 １，２…ケーシング（フレーム） ３…ジンバルユニット、６…ジンバル ８…ジンバル軸、１０…モータ １２…フライホイール １８…回転角度センサ ２０…センタリングスプリング ２０ａ，２０ｂ…弾性変形部 ２１…スリット ３０…センタリングスプリング ３０ａ，３０ｂ…弾性変形部

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ジンバル軸を有し、フレームによりそのジ
   ンバル軸の軸線のまわりに回転自在に支持されるジンバ
   ルと、 そのジンバルにより前記ジンバル軸に直交する軸線のま
   わりに回転自在に支持され、モータによって回転駆動さ
   れるフライホイールと、 前記フレームと前記ジンバルとの間に設けられ、そのジ
   ンバルをニュートラル位置に付勢するセンタリングスプ
   リングと、 を備えた模型用レートジャイロにおいて； 前記センタリングスプリングが、両端部において互いに
   連結された一対の平行な弾性変形部を有し、その一方の
   弾性変形部の中央が前記ジンバル軸に固定されるととも
   に、他方の弾性変形部の中央が前記フレームに固定され
   る平面状ねじりスプリングとされている、 模型用レートジャイロ。
2. 【請求項２】前記センタリングスプリングが、中央にス
   リットを有する弾性板からなり、そのスリットの両側部
   分によって前記一対の弾性変形部が形成されている、 請求項１記載の模型用レートジャイロ。
3. 【請求項３】前記センタリングスプリングが、矩形枠状
   に折曲された弾性線材からなり、その弾性線材の対向す
   る２辺によって前記一対の弾性変形部が形成されてい
   る、 請求項１記載の模型用レートジャイロ。