JPH10161762A - 操縦桿用ジンバル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置サイズを大幅に小型化、薄型化でき、操
作性に優れた操縦桿用ジンバル装置を提供する。 【解決手段】 操縦桿用ジンバル装置は、操縦桿をロー
ル軸Ｒ回りに角変位自在に支持するインナージンバル３
１と、インナージンバル３１をピッチ軸Ｐ回りに角変位
自在に支持するアウタージンバル４０と、アウタージン
バル４０に対してロール軸Ｒと同軸回りに角変位自在に
支持されたスライド板４２と、操縦桿のロール軸Ｒ回り
の角変位とスライド板４２とが連動し、操縦桿のピッチ
軸Ｐ回りの角変位とスライド板４２とが連動しないよう
に、操縦桿とスライド板４２とを連結するための連結部
材４３と、スライド板４２のロール軸Ｒ回りの角変位量
を出力する出力軸１３と、インナージンバル３１の揺動
面と平行に配置され、インナージンバル３１のピッチ軸
Ｐ回りの角変位量を出力する出力軸１７などで構成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヘリコプタ等の航
空機、車両、ロボットマニピュレータなどの操縦装置や
コンピュータ用のデータ入力装置などに好適な操縦桿用
ジンバル装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来の操縦装置の一例を示す平
面図である。操縦桿は、操縦装置の基台１に対して直交
２軸（ロール軸Ｒとピッチ軸Ｐ）回りに揺動自在に支持
されており、各軸回りの操縦量を独立に取り出すために
２軸ジンバル装置が一般に使用される。操縦桿の上部に
は、手で握るためのグリップ２が取付けられる。

【０００３】グリップ２のロール軸回りの操縦量は出力
軸３から出力され、グリップ２のピッチ軸回りの操縦量
は出力軸７から出力され、２軸ジンバル装置の構造上、
出力軸３と出力軸７とは互いに直交する方向に突出して
いる。

【０００４】出力軸３には、ロール軸回りの操縦量を検
出するセンサ４が取り付けられ、さらに出力軸３と一体
的に変位するアーム５の端部にはロール軸回りのフィー
ルを生成するためのフィール機構６が設置される。

【０００５】出力軸７には、ピッチ軸回りの操縦量を検
出するセンサ８が取り付けられ、さらに出力軸７と一体
的に変位するアーム９の端部にはピッチ軸回りのフィー
ルを生成するためのフィール機構１０が設置される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の操縦装置では、
各出力軸３、７が直交する方向に配置されるため、セン
サやフィール機構も各軸毎に設置する関係上、装置全体
が必然的に大型化してしまう。特に、こうした装置を航
空機のコクピット内にサイドスティック操縦装置として
設置する場合、パイロット座席回りの機器類の設置スペ
ースを確保するため、前後方向に比べて左右方向のサイ
ズ制限が厳しくなる。

【０００７】また、従来の２軸ジンバル装置では、内側
ジンバル自体に第１軸用のセンサおよびフィール機構を
取り付け、外側ジンバルに第２軸用のセンサおよびフィ
ール機構を取り付け、内側ジンバル全体を外側ジンバル
で支持する構造を採る。そのため、可動部である内側ジ
ンバルの機構が複雑、大型になり、内側ジンバルを支持
する外側ジンバルも必然的に大型になって、操縦慣性の
増加や装置全体の大型化をもたらす。

【０００８】本発明の目的は、装置サイズを大幅に小型
化、薄型化でき、操作性に優れた操縦桿用ジンバル装置
を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、操縦桿を第１
軸回りに角変位自在に支持するための内側ジンバルと、
内側ジンバルを第１軸と直交する第２軸回りに角変位自
在に支持するための外側ジンバルと、外側ジンバルに対
して第１軸と同軸回りに角変位自在に支持されたスライ
ド部材と、操縦桿の第１軸回りの角変位とスライド部材
とが連動し、操縦桿の第２軸回りの角変位とスライド部
材とが連動しないように、操縦桿とスライド部材とを連
結するための連結部材と、スライド部材の第１軸回りの
角変位量を出力する第１出力軸と、内側ジンバルの揺動
面と平行に配置され、内側ジンバルの第２軸回りの角変
位量を出力する第２出力軸とを備えることを特徴とする
操縦桿用ジンバル装置である。本発明に従えば、第２出
力軸を内側ジンバルの揺動面と平行に配置することによ
って、第１軸方向に突出する部分を解消できるため、装
置全体の小型化、特に第１軸方向の装置サイズを薄型化
することが可能となる。特に、本装置を航空機のサイド
スティック操縦装置として設置した場合、第１軸となる
ロール軸と比べて第２軸となるピッチ軸方向の装置サイ
ズを大幅に低減化できる。さらに、第１軸回りの角変位
量をスライド部材を介して第１出力軸から直接取り出す
ことによって、内側ジンバル自体に操縦量センサやフィ
ール機構を取り付ける必要が無くなり、内側ジンバルの
小型化、軽量化が図られる。その結果、操縦慣性の低減
化、装置全体の小型軽量化を実現できる。

【００１０】また本発明は、第１出力軸および第２出力
軸が、外側ジンバルから同一方向かつ平行に突出するよ
うに配置されていることを特徴とする。本発明に従え
ば、第１出力軸および第２出力軸が同じ方向に突出して
いるため、外側ジンバルの一面に各軸に関する操縦量セ
ンサやフィール機構を集中的に配置することができ、装
置の薄型化が容易になる。また、外部機器とを接続する
電気配線等も集中的に配置できるため、装置の交換やメ
ンテナンスを容易に実施できる。

【００１１】また本発明は、内側ジンバルと第２出力軸
とを連結し、角変位軸の方向を変換する回転軸変換機構
を備えることを特徴とする。本発明に従えば、回転軸変
換機構を用いることによって、内側ジンバルの回転軸方
向を任意の方向、好ましくは９０度の方向に変換するこ
とができるため、第２出力軸を配置する方向の設計自由
度を高めることができ、装置の小型化、薄型化に資す
る。

【００１２】また本発明は、前記回転軸変換機構は、内
側ジンバルと連動するホイールおよび第２出力軸と連動
するバレルカムで構成されることを特徴とする。本発明
に従えば、内側ジンバルと第２出力軸との間の順方向お
よび逆方向の伝達効率を向上できるため、第２出力軸に
フィール機構を取り付けた場合にフィール機構からの力
を操縦桿に効率よく伝達することができる。

【００１３】また本発明は、前記回転軸変換機構は、増
速または減速となる変速比を有することを特徴とする。
本発明に従えば、第２出力軸に電動によるフィール機構
を取り付けた場合に、フィールを発生する駆動源、たと
えばモータの出力や回転数を変速比分だけ緩和すること
ができるため、装置の小型化や消費電力の低減に資す
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る操縦桿用ジ
ンバル装置を示す平面図である。操縦桿は、基台１１に
対して直交２軸（ロール軸Ｒとピッチ軸Ｐ）回りに揺動
自在に支持されている。操縦桿の上部には、手で握るた
めのグリップ１２が取付けられる。

【００１５】グリップ１２のロール軸回りの操縦量は出
力軸１３から出力される。出力軸１３には、ロール軸回
りの操縦量を検出するセンサ１４が取り付けられ、さら
に出力軸１３と一体的に変位するアーム１５の端部には
ロール軸回りのフィールを生成するためのフィール機構
１６が設置される。

【００１６】グリップ１２のピッチ軸回りの操縦量は出
力軸１７から出力される。出力軸１７には、ピッチ軸回
りの操縦量を検出するセンサ１８が取り付けられ、さら
に出力軸１７と一体的に変位するアーム１９の端部には
ピッチ軸回りのフィールを生成するためのフィール機構
２０が設置される。

【００１７】出力軸１３と出力軸１７は、装置の後面か
ら同一方向かつ平行に突出するように配置されており、
各出力軸１３、１７に関するセンサ１４、１８やフィー
ル機構１６、２０を集中的に配置できるため、従来と比
べて装置の薄型化が可能になる。

【００１８】図２は、本発明の実施の一形態を示す概略
斜視図である。図３は具体的な内部構造の一例を示し、
図３（ａ）はＡ−Ａ線断面図、図３（ｂ）はＢ−Ｂ線断
面図、図３（ｃ）はＣ−Ｃ線断面図である。

【００１９】グリップ１２ととともに操縦桿を構成する
シャフト２１はロール軸Ｒと同軸方向に延びる軸３０を
有し、軸３０が角筒状のインナージンバル３１にベアリ
ングを介して軸支されることによって、ロール軸Ｒ回り
に角変位自在に支持されている。

【００２０】インナージンバル３１はピッチ軸Ｐと同軸
方向に延びる軸３２を有し、軸３２が角筒状のアウター
ジンバル４０にベアリングを介して軸支されることによ
って、ピッチ軸Ｐ回りに角変位自在に支持されている。
こうして操縦桿の２軸ジンバル機構が構成される。

【００２１】アウタージンバル４０の内側には、インナ
ージンバル３１を迂回するように、ピッチ軸Ｐを中心と
する円弧状のスライド板４２が配置される。スライド板
４２の両端には１対のアーム４１（図２では省略）が固
定され、アーム４１はベアリングを介してアウタージン
バル４０にロール軸Ｒ回りに軸支されることによって、
スライド板４２もロール軸Ｒと同軸回りに角変位自在と
なり、その角変位量は一体的に回転する出力軸１３から
出力される。

【００２２】シャフト２１の下端部には、スライド板４
２を挟むように下向きＵ字状の連結部材４３が設けられ
る。連結部材４３のＵ字アームには、スライド板４２を
挟持するように接触する１対のカムフォロワ４４が取り
付けらる。

【００２３】こうした構成によって、シャフト２１がロ
ール軸Ｒ回りに角変位すると、力がカムフォロワ４４を
介してスライド板４２に伝達するため、シャフト２１の
ロール軸Ｒ回りの動きとスライド板４２の動きとが連動
する。一方、シャフト２１がピッチ軸Ｐ回りに角変位す
ると、連結部材４３はカムフォロワ４４の転がりによっ
てスライド板４２と平行に角変位するだけとなり、シャ
フト２１のピッチ軸Ｐ回りの動きとスライド板４２の動
きとは連動しなくなる。こうしてシャフト２１のロール
軸Ｒ回りの角変位だけを出力軸１３から取り出すことが
できる。

【００２４】なお、シャフト２１がピッチ軸Ｐ回りに角
変位する場合、スライド板４２が垂直な姿勢であると
き、連結部材４３の動きは円滑であるが、ロール角操縦
によってスライド板４２が一定角度で傾斜するとき、幾
何学的に連結部材４３の挟持面とスライド板４２とが僅
かに平行でなくなり、連結部材４３は捩り力を受ける。
その対策として、連結部材４３をシャフト２１の軸回り
に角変位自在に支持する構造を採用することによって、
任意のロール角において連結部材４３のピッチ軸Ｐ回り
の動きを円滑化できる。

【００２５】次にピッチ軸Ｐ回りの機構について説明す
る。インナージンバル３１には、ピッチ軸Ｐを中心とし
て周方向に一定間隔に配置された複数の係合部３４を有
するホイール３３が固定され、ピッチ軸Ｐ回りに一体的
に角変位する。係合部３４は、ホイール３３と一体的に
成形された突起でも構わないが、伝達損失を低減するた
め、ホイール３３に形成された凹部に鋼球を埋め込んだ
ボール軸受け構造が好ましい。なお、図２に示すホイー
ル３３は円板形状を成し、インナージンバル３１の外面
に取り付けられている。図３に示すホイール３３は、ピ
ッチ軸回りの操縦範囲だけを網羅する円弧状を成し、イ
ンナージンバル３１の内面に取り付けられている。

【００２６】こうしたホイール３３と係合するようにバ
レルカム３５が設けられ、ピッチ軸Ｐと直交する軸回り
に回転するようにアウタージンバル４０に軸支されてい
る。バレルカム３５の周面にはスパイラル状の溝が形成
されており、ホイール３３の係合部３４と係合すること
によって、ホイール３３のピッチ軸Ｐ回りの角変位を直
交する軸回りの角変位に変換する回転軸変換機構を構成
する。また、上述のように、係合部３４としてボール軸
受け構造を採用することによって、バレルカム３５の角
変位をホイール３３に伝達することも可能である。ホイ
ール３３とバレルカム３５の変速比は、係合部３４の回
転半径、バレルカム３５の溝の回転半径およびスパイラ
ルピッチで決定される。この変速比を増速または減速と
なるように設定することで、出力軸１７に電動によるフ
ィール機構を取り付けた場合に、フィールを発生する駆
動源、たとえばモータの出力や回転数を変速比分だけ緩
和することができるため、装置の小型化や消費電力の低
減に資する。

【００２７】バレルカム３５の出力軸１７は、ピッチ軸
Ｐに対して直交する面内であれば任意の方向に配置可能
であるが、図３ではロール軸Ｒと同軸の出力軸１３と平
行で同一方向にアウタージンバル４０から突出するよう
に配置される。

【００２８】こうした構成において、グリップ１２をロ
ール軸Ｒ回りに操縦すると、シャフト２１および連結部
材４３が軸３０の回りに揺動し、連結部材４３を介して
スライド板４２がロール軸Ｒ回りに角変位し、最終的に
ロール操縦量は出力軸１３の角変位量として出力され
る。一方、グリップ１２をピッチ軸Ｐ回りに操縦する
と、シャフト２１およびインナージンバル３１が軸３２
の回りに揺動し、ホイール３３を介してバレルカム３５
がロール軸Ｒと平行な軸回りに角変位し、最終的にピッ
チ操縦量は出力軸１７の角変位量として出力される。

【００２９】図４は、本発明の実施の他の形態を示す概
略斜視図である。ここでは、バレルカム３５の出力軸１
７をピッチ軸Ｐに対して直交する面内であって、ロール
軸Ｒとも直交する方向（下方）に配置しているため、装
置の下面からピッチ操縦量を取り出すことになる。こう
した構成においても、ピッチ軸方向の装置サイズを低減
化することができる。

【００３０】なお、出力軸１７とスライド板４２との干
渉が発生する場合には、ホイール３３の直径を大きくし
て、バレルカム３５の軸を出力軸１３の方に寄せて配置
することによって、スライド板４２の変位量を充分確保
できる。

【００３１】以上の説明において、回転軸変換機構とし
てホイールとバレルカムの組合せを示したが、その他
に、互いに直交する回転軸を有する１対のベベルギアが
使用可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、第
１軸方向に突出する部分を解消できるため、装置全体の
小型化、特に第１軸方向の装置サイズを薄型化すること
が可能となる。

【００３３】さらに、内側ジンバル自体に操縦量センサ
やフィール機構を取り付ける必要が無くなり、内側ジン
バルの小型化、軽量化が図られ、操縦慣性の低減化、装
置全体の小型軽量化を実現できる。

【００３４】また、第１出力軸および第２出力軸が同じ
方向に突出しているため、外側ジンバルの一面に各軸に
関する操縦量センサやフィール機構を集中的に配置する
ことができ、装置の薄型化が容易になる。

【００３５】また、回転軸変換機構を用いることによっ
て、第２出力軸を配置する方向の設計自由度を高めるこ
とができ、装置の小型化、薄型化に資する。

【００３６】また、回転軸変換機構としてホイールとバ
レルカムとの組合せを用いることによって、内側ジンバ
ルと第２出力軸との間の順方向および逆方向の伝達効率
を向上できる。

【００３７】また、回転軸変換機構を増速または減速と
なる変速比に設定することによって、第２出力軸に電動
によるフィール機構を取り付けた場合に、フィールを発
生する駆動源、たとえばモータの出力や回転数を変速比
分だけ緩和することができるため、装置の小型化や消費
電力の低減に資する。

【００３８】こうして装置サイズを大幅に小型化、薄型
化でき、操作性に優れた操縦桿用ジンバル装置を実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る操縦桿用ジンバル装置を示す平面
図である。

【図２】本発明の実施の一形態を示す概略斜視図であ
る。

【図３】具体的な内部構造の一例を示し、図３（ａ）は
Ａ−Ａ線断面図、図３（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図、図３
（ｃ）はＣ−Ｃ線断面図である。

【図４】本発明の実施の他の形態を示す概略斜視図であ
る。

【図５】従来の操縦装置の一例を示す平面図である。

【符号の説明】

１２ グリップ １３、１７ 出力軸 １４、１８ センサ １６、２０ フィール機構 ２１ シャフト ３１ インナージンバル ３３ ホイール ３５ バレルカム ４０ アウタージンバル ４２ スライド板 ４３ 連結部材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 操縦桿を第１軸回りに角変位自在に支持
   するための内側ジンバルと、 内側ジンバルを第１軸と直交する第２軸回りに角変位自
   在に支持するための外側ジンバルと、 外側ジンバルに対して第１軸と同軸回りに角変位自在に
   支持されたスライド部材と、 操縦桿の第１軸回りの角変位とスライド部材とが連動
   し、操縦桿の第２軸回りの角変位とスライド部材とが連
   動しないように、操縦桿とスライド部材とを連結するた
   めの連結部材と、 スライド部材の第１軸回りの角変位量を出力する第１出
   力軸と、 内側ジンバルの揺動面と平行に配置され、内側ジンバル
   の第２軸回りの角変位量を出力する第２出力軸とを備え
   ることを特徴とする操縦桿用ジンバル装置。
2. 【請求項２】 第１出力軸および第２出力軸が、外側ジ
   ンバルから同一方向かつ平行に突出するように配置され
   ていることを特徴とする請求項１記載の操縦桿用ジンバ
   ル装置。
3. 【請求項３】 内側ジンバルと第２出力軸とを連結し、
   角変位軸の方向を変換する回転軸変換機構を備えること
   を特徴とする請求項１記載の操縦桿用ジンバル装置。
4. 【請求項４】 前記回転軸変換機構は、内側ジンバルと
   連動するホイールおよび第２出力軸と連動するバレルカ
   ムで構成されることを特徴とする請求項３記載の操縦桿
   用ジンバル装置。
5. 【請求項５】 前記回転軸変換機構は、増速または減速
   となる変速比を有することを特徴とする請求項３記載の
   操縦桿用ジンバル装置。