JPS6214762B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は一般にジヤイロ計器に関し、より詳
しくは、たわみ懸架された２自由度を有する自由
回転子型のジヤイロスコープに関する。ここで、
「２自由度」とは、ジヤイロスコープの回転子が
そのスピン軸線Ｚを通る２つの互いに直交する平
面（ＸとＹ）内においてスピン軸線（Ｚ軸線）に
関して傾動する自由のことをいう。

たわみ懸架された自由回転子型のジヤイロ装置
は例えば米国特許第2719291号、同第3529477号、
同第3557629号および同第3677097号により公知で
ある。これらの米国特許には飛行制御装置および
その他の精密航法および安定化用装置に使用され
るより小型で廉価で信頼度の高いジヤイロ計器の
最近の構造例が開示されている。

上述の米国特許には、ジヤイロ回転子をその駆
動軸線即ちスピン軸線（Ｚ軸線）に関して角度的
に変位させて（即ち前記Ｘ平面またはＹ平面内に
おいてＺ軸線に直角のＹ軸線またはＸ軸線の周り
に傾動させて）制御目的のためその変位を測定す
るためジヤイロ回転子を電動機駆動される軸に取
付けるためのいろいろの方法が開示されている。
そのための懸架装置に望まれる特性の１つは、加
速度や振動、衝撃などによる損傷に対してジヤイ
ロ計器が保護されるようにするために回転子の全
ての方向（スピン軸線Ｚに沿う方向および上下左
右方向）の並進運動（回転子全体の直線的運動）
に対して強度および剛性（抵抗）を示すことであ
る。また、検出感度を高くするには回転子の入力
軸線（ＸおよびＹ軸線）周りの角度変位に対する
バネ拘束を小さくすることが望ましい。「バネ拘
束」とは、回転子の懸架装置の剛性によつてもた
らされる、傾動即ち角度変位に抵抗するたわみ制
限のことをいう。その他の望ましい固有の特性は
等弾性、同期振動感度および慣性同調組込み
（incorporation of inertial tuning）に対する適
合性である。簡単なスパイダ形の半径方向支持要
素および円筒ストラツト形の軸方向支持要素を用
いた設計によると、低コストおよび回転子速度の
２倍度数振動のような望ましくない作用に対する
低感度を達成できるが、そのためにはバネ拘束を
相当大きくしなければならない。ここで、「回転
子速度の２倍度数振動」とは回転子が、その回転
速度の２倍の度数で感じる振動をいう。例えば、
回転子が毎分300回転の速度で回転しているとす
ると、その回転子が毎分600回の度数で感じる振
動のことである。バネ拘束を小さくし、かつ、回
転子の並進運動（回転子全体のＺ軸線に沿つて
の、あるいは上下または左右方向の直線的運動）
に対する剛性を高くするには複雑で高価な機械加
工された部品および余分の部品を要する懸架装置
が必要である。またこのような公知の装置におい
ては特に回転子速度の２倍度数振動に対する感度
を小さくするために精密な平衡調節装置が必要と
される。

本発明によるたわみ懸架された自由回転子型ジ
ヤイロスコープは、駆動軸によりスピン軸線の回
りに回転するようにされ懸架装置によつて該駆動
軸に取付けた回転子を有する。回転子は懸架装置
を介して駆動軸に取付けられている。懸架装置
は、スピン軸線とほぼ直角の複数の軸線の回りに
自在に傾動するように該駆動軸と共に回動可能に
ジヤイロ回転子を半径方向に支持する第１のたわ
み支持部材と、ほぼスピン軸線の回りに駆動軸と
共に回動するように該駆動軸に結合され且つスピ
ン軸線とほぼ直角の複数の軸線の回りに自在に傾
動するようにジヤイロ回転子を軸方向に支持する
第２のたわみ支持部材とを具えている。第１のた
わみ支持部材は円筒形状であり、その直径面内に
位置した第１の平形のたわみ部分を具えており、
第２のたわみ支持部材は第１のたわみ支持部材の
開口を通つて、該開口の両側に等しい長さ部分が
位置されるように延長している。

本発明は、共働する駆動軸―電動機によつて回
転子がスピン軸線回りに回転するようにされ、第
１のたわみ支持部材がスピン軸線と直角の複数の
軸線回りに小さな角度範囲にわたつて自在に傾動
するようにジヤイロ回転子を駆動軸上に同軸的に
半径方向に支持するようにしたジヤイロスコープ
としての用途を有する。ジヤイロ回転子の位置は
スピン軸線と直角の複数の軸線回りに自在に傾動
するように、第１のたわみ支持部材を通つて同軸
的に延長する第２のたわみ支持部材によつて軸方
向に規定される。後者の機能を営なむストラツト
は円筒形のロツドに形成した一連の隔置された平
形のたわみ部分を有し、中間のたわみ部分は他の
２つのたわみ部分の共通面と直角の平面内に位置
している。半径方向支持機能を営なむ十字形部材
は、非常に薄い板金属であり、直径上に対向した
１対の十字アームの先端は電動機駆動される軸に
固定され、他の１対の十字アームはジヤイロ回転
子に固定されている。十字形部材にはストラツト
が自由に通過し得る中心孔が形成されている。本
発明は軸基準型およびケース基準型のどちらのジ
ヤイロスコープにも適用される。

次に図面を参照して本発明の好適な実施例を一
層詳細に説明する。

第１図ないし第３図において、軸基準ジヤイロ
スコープ１０は、幾何学的スピン軸線の回りに駆
動軸１４を支承する減摩軸受１２，１３をその内
部に取付けたハウジング１１を具えている。駆動
軸１４は一例として前記米国特許に記載されてい
る形式の、ステータ１６およびロータ１７を有す
る大体において従来の形式の同期電動機によつて
回転させられる。ホイール状のジヤイロ回転子２
０は、通常のスピン軸線回りに回転するように該
回転子２０をたわみ支持する４個の等角間隔に設
けた薄い平形弾性アームを有するたわみ支持部材
（スパイダ）２１（第４Ａ図参照）により半径方
向に懸吊支持される。また回転子２０はたわみ支
持部材２１の開口２３を経て伸長している別のた
わみ支持部材（ストラツト）２２によつてスピン
軸線方向に支持される。

たわみ支持部材２２は、弾性ダイアフラム２５
の中心部に取付けたロツド２４の形状の、中空駆
動軸１４を通過している延長部を具えている。ロ
ツド２４およびダイアフラム２５の機能について
は上述の米国特許第3529477号に詳細な説明があ
る。角度ピツクオフ装置１８はジヤイロスコープ
のスピン軸線と直角の２つの軸線Ｘ，Ｙを中心と
するジヤイロ回転子２０の自在傾動を検出するた
めに設けられている。ピツクオフ装置１８には上
述の米国特許に記載された形式の装置を用いるこ
とができる。

本発明の要旨である懸架装置の各構成要素を特
に第４Ａ図について説明する。しかし上述のジヤ
イロスコープ部分に対する第４Ａ図の各構成要素
の特別の配置を知る上には第１図ないし第３図も
常に参照しなければならない。第４Ａ図にはたわ
み支持部材２２、ヨーク６５、たわみ支持部材２
１、接着板５０，５１、回転子２０および駆動軸
１４のヘツド部分８４を含む懸架装置のいくつか
の部材の全体的な配置が分解図により示してあ
る。

十字形のたわみ支持部材２１は十字形部分とし
て薄い平形の弾性板金から製造され、中心孔２３
および十字形のアームの先端部にある４個の拡大
パツド６９，７０，７１，７２を具えている。ハ
ウジング即ちケース１１′（第６図参照）の寸法
を直径約2.02cm、長さ約2.18cmとした小形の実験
装置においてはたわみ支持部材２１の寸法ａは約
0.14cm、寸法ｂは約0.09cm、板金の厚みは約0.002
cmであつた。たわみ支持部材２１はホトエツチン
グにより形成した。１対の直径上に向き合つたパ
ツド６９，７０は組立て時に軸ヘツド８４の対応
するボス８６，８７に固着される。この個所およ
び他の接着個所において各部材を普通の急結接着
剤により接着するのはエポキシ樹脂を用いて行な
う。たわみ支持部材２１の第２のアーム対のパツ
ド７１，７２はジヤイロ回転子２０の１個のスポ
ーク７８から立上つている同様のボス７６，７７
に接着剤により固着する。たわみ支持部材２１の
各アームの先端部はボス７６，７７，８６，８７
によつて定められるが、その中心部は拘束されて
いない。本発明の懸架装置のバネ拘束は従来の半
径方向懸架装置、例えば米国特許第3529477号に
よるものとは異なり、懸架アームの張力とは実質
的に無関係である。この利点は従来の懸架装置に
おいて生じた曲げ即ちたわみ支持部材の中心部か
ら半径方向に変位した個所に生じる曲げによるた
わみを実質的に除去したことによつて得られる。
接着剤の代りに当業者に周知の他の機械的な接着
方法を使用しても差支えない。

たわみ支持部材２２はたわみ作用領域に３個の
平形のたわみ部分５４，５６，５８をフライス加
工により形成した丸棒である（第４Ｂ図参照）。
丸棒の円筒形部分５３はヨーク６５の軸孔６８に
固定され、反対側の円筒形部分５９はジヤイロ回
転子２０のスポーク７８の軸孔８０に固定されて
いる。端部のたわみ部分５４，５８は中間のたわ
み部分５６の直径平面に対し直角となるたわみ支
持部材２２の同一の直径平面内に位置される。た
わみ部分５４，５８は同じ長さとし、たわみ部分
５６はたわみ部分５４，５８の２倍の長さとする
ことが望ましい。軸ヘツド８４の表面から突出し
ている４個の等角度間隔の支柱例えば支柱８５
は、第３図に示すように、停止板９１および風損
防止用のシユラウド即ちキヤツプ９０のための簡
単な支持部分を形成する。通常の低透磁率材料例
えばインコネルを素材として使用することによつ
て、ピツクオフ装置１８の各部材間の相互作用が
可能になると共に、回転子２０とハウジング１１
との間の流体結合が防止される。

第１図および第２図には第３図に図示した軸ヘ
ツド８４の支柱８５を含めていくつかの部材が割
愛されている。また第３図においてはシユラウド
９０および停止板９１の支持状態を明らかにする
ため、いくつかの部材が同様に割愛されている。

上述の懸架装置は、回転子輪速度の２倍度数振
動に対し固有の低感度をもつ簡単で廉価な構造に
よつて、互いに直角の３軸線に沿う回転子の並進
運動に対する剛さおよびよじりに対する低度の拘
束を提供する。従来技術のように１個の丸形のた
わみ部材を用いる代りに３個の平形たわみ部分５
４，５６，５８をたわみ支持部材２２に形成した
ことによつて、たわみ支持部材２２のたわみ剛性
が著しく減少する。たわみ支持部材２２を使用し
た場合、代表的な懸架装置において、特定の荷重
容量について、円筒形のたわみ部材を用いた場合
に比べて剛性値が約1/6に減少した。３個のたわ
み部分５４，５６，５８を使用すると、回転子２
０の変位がどの方向に生じたとしても、たわみ中
心が一定に保たれる。中間のたわみ部分５６は、
第１図および第２図に示すように、十字形のたわ
み支持部材２１の開口部２３の中心位置に保持さ
れる。

作動時には回転機構上の全ての半径方向負荷お
よび駆動電動機トルク負荷はたわみ支持部材２１
により支持され、たわみ支持部材２１はそのアー
ムのよじり変位により駆動軸１４即ちスピン軸線
（Ｚ軸線）に関するジヤイロ回転子２０の傾動を
可能にする。実際にたわみ支持部材２１の中心部
分はフツク自在継手の中間ジンバルと同様に作用
する。そのジンバル作用をする中心部分は、非常
に薄い板金製であるため、直交する２つの軸線
Ｘ，Ｙに関して固有の質量平衡を有し、それによ
りジヤイロスコープは回転子速度の２倍度数振動
に対し固有の低感度を有するものとなる。

作動時には回転機構に対する全ての軸方向荷重
は三重式のたわみ支持部材２２によつて支持され
る。たわみ支持部材２２は上述したように中間の
平形たわみ部分５６が端部のたわみ部分５４，５
８の２倍の長さをもつように形成されている。こ
のような構造のため、どの変位方向についてもた
わみ剛さおよび円柱強さ（columnar strength）
が同一になる。半径方向懸架のジンバル作用中心
部分の軸方向支持は柔軟であるが、ジンバル作用
中心部分の質量が非常に小さいため、過大な不等
弾性加速感度が防止される。しかしこの懸架装置
部分に慣性同調用の質量を付加する場合には過大
な不等弾性が生ずる。従つて上述の米国特許第
3529477号に記載されているようにバネ補償機構
としてトグルストラツト形状部分９５（第１図お
よび第２図参照）を設けることが望ましい。しか
しその代りに例えば米国特許第2719291号に記載
されているような周知の磁石トグル機構を用いる
こともできる。

以上に説明した本発明による軸基準形の構造
は、各部の相対位置にわずかなずれを生じ得る操
作衝撃および温度変化を受けた場合にも長期にわ
たつてその校正を不変に維持する必要のある機器
において特に有用である。第１〜５図の軸基準形
の構造は、回転子２０に対するトルク生成歪みに
関するピツクオフ装置１８の零位置の一定の変化
が回転子２０のスピン軸の位置の不安定性によつ
て誘起されないようにその不安定性を克服する点
で特に有用である。

その他の用途についてはジヤイロスコープの構
造を更に簡略化してそのサイズおよび製造コスト
を減少させることができる。ピツクオフ装置１
８′の電気的出力に望ましくないバイアス信号が
生じた場合にはその誤差は上述の米国特許第
3557629号の記載に従つて外部的に消去すること
ができる。

第６図および第７図のジヤイロスコープはハウ
ジング基準形である。同図において第１〜５図と
共通の部材は同一の参照符号により示してある。
駆動軸１４′により支持されるヨーク６５′には十
字形のたわみ支持部材２１′の１個のアームのパ
ツド６９′，７０′が固定してある。管状ハブ９２
はジヤイロ技術において周知の可変リラクタンス
型の変位ピツクオフ装置１８′をその外周部に担
持するジヤイロ回転子２０′のスポーク７８′を支
持している。

第６，７図において、軸方向に位置している三
重形たわみ支持部材２２′の一端は、スポーク７
８′と一体のハブ９２中に固着してあり、その他
端は中空の駆動軸１４′の軸孔中に固定してあ
る。駆動軸１４′の他端には駆動軸１４′の内部の
ネジ部分と共働するネジ部材９３が配装してあ
る。減摩軸受１２，１３のレースは、ヨーク６
５′がそれから突出しているフランジ部分９４と
ネジ部材９３の頭部との間に、該ネジ部材９３を
締付けた時に保持される。この実施例の作用は前
述の実施例の作用とほぼ同様である。懸架バネ補
償装置（図示しない）には米国特許第2719291号
に記載された種類のものを使用することができ
る。

本発明の要旨とする懸架装置は、従来装置の欠
点を除き、小形のまとまつた機器において使用可
能な設計形態を提供する。各々の部材はホトエツ
チングを含む簡単でコストの少ない技術により製
造できる。各々の部材は廉価な接着剤により接合
でき、従来の締付け装置は不要である。各々の部
材は十分堅強にでき、米国特許第3677097号に記
載されているストツパのような複雑な要素は不要
になり、しかもジヤイロスコープとして必要な可
撓性が保たれる。ジヤイロスコープは各種の公知
のピツクオフ―トルカ装置と共同するように適合
できる。回転子周波数の２倍の変動に関連した問
題は余分の部品を有する多重式同調型ジンバル機
構を使用する必要なく除去される。懸架装置は回
転子速度を感知しないので回転子速度あるいは周
波数制御は不要になる。実際に懸架装置はＨ変調
能力の存在を必要としない機構において有用であ
る。回転子を異なる周波数において操作できるの
で、たわみ支持された１対の共働ジヤイロスコー
プを必要とする用途にも本発明によるジヤイロス
コープを効率的に使用でき、従来の同一ジンバル
中に取付ける１対のジヤイロスコープの間の有害
な機械的結合が防止できる。また低度のたわみ拘
束と高感度が容易に実現される。

【図面の簡単な説明】

第１図は軸基準型のジヤイロスコープの側断面
図、第２図は第１図に対し直角の方向にみた部分
的な断面図、第３図は第１図および第２図に対し
45゜の方向にみた部分的な断面図、第４Ａ図は第
１図の一部の分解斜視図、第４Ｂ図は第４Ａ図の
拡大斜視図、第５図は第４Ａ図の一部の組立体の
斜視図、第６図はハウジング基準型のジヤイロス
コープの側断面図、第７図は第６図と直角の方向
にみた部分的な断面図である。 図において１０はジヤイロスコープ、１４は駆
動軸、２０は回転子、２１，２２はたわみ支持部
材、２３は開口、５６はたわみ部分である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 駆動軸１４によりスピン軸線の周りに回転す
   るようにされ、懸架装置によつて該駆動軸に取付
   けられているジヤイロ回転子を具えたジヤイロス
   コープにおいて、 該懸架装置は、ジヤイロ回転子２０を前記スピ
   ン軸線とほぼ直角の複数の軸線の周りに自在に傾
   動しうるように、かつ、前記駆動軸１４と共に回
   動するように半径方向に支持する第１のたわみ支
   持部材２１と、該スピン軸線の周りに駆動軸１４
   と共に回動するように該駆動軸に結合され、か
   つ、該ジヤイロ回転子２０をスピン軸線とほぼ直
   角の複数の軸線の周りに自在に傾動しうるように
   軸方向に支持する第２のたわみ支持部材２２とを
   有し、該第２のたわみ支持部材２２はその１つの
   直径平面内に位置した第１の平形たわみ部分５６
   と、別の直径平面内で第１の平形たわみ部分５６
   の両側に対称的に形成された第２および第３の平
   形たわみ部分５４，５８を具えた円筒形ストラツ
   トから成り、該ストラツトの第１のたわみ部分５
   ６は該ストラツトの長手軸線方向でみて第２およ
   び第３のたわみ部分５４，５８の各各の長さの２
   倍の長さを有し、該円筒形ストラツトは第１のた
   わみ支持部材２１の開口２３を通して延設され、
   該開口２３の両側に該ストラツトの等しい長さ部
   分が位置するようにしたことを特徴とするたわみ
   懸架された自由回転子型ジヤイロスコープ。 ２ 第１のたわみ支持部材２１はジヤイロ回転子
   ２０を駆動軸１４に結合するための外端部６９，
   ７０，７１，７２をもつ実質的に等しい長さのア
   ームを有する弾性の対称十字形部材から成り、か
   つ該外端部以外にはスピン軸線の近くで拘束され
   ないようにした特許請求の範囲第１項記載のジヤ
   イロスコープ。 ３ 前記ストラツトの第１のたわみ部分５６を第
   ２および第３のたわみ部分５４，５８に対して直
   角に位置させた特許請求の範囲第１項または第２
   項に記載のジヤイロスコープ。 ４ 前記十字形部材の第１、第２、第３および第
   ４のアームの周期的なよじれのみによつてジヤイ
   ロ回転子２０が駆動軸１４に対して枢動しうるよ
   うにするために、該十字形部材の第１および第２
   の直径上に対向したアームの外端部７１，７２を
   ジヤイロ回転子に連結し、第３および第４の直径
   上に対向したアームの外端部６９，７０を駆動軸
   １４に連結した特許請求の範囲第２項または第３
   項に記載のジヤイロスコープ。