JP2010008046A

JP2010008046A - ジンバル機構の回転規制構造

Info

Publication number: JP2010008046A
Application number: JP2008163991A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Ikeda; 貴洋池田
Original assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Current assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2008-06-24
Publication date: 2010-01-14

Abstract

【課題】従来のジンバル機構の回転規制構造は、所定の回転角度毎にしか回転軸の回転を規制できないので、ペイロードの向きを所定角度にしか固定できない。
【解決手段】本発明によるジンバル機構の回転規制構造は、回転軸１０の周方向に沿って互いに隣接して配置された第１歯２０ａを有する有限角歯部２０を回転軸１０に取り付けるとともに、前記有限角歯部２０の近傍にロックレバー３０を配置し、前記ロックレバー３０に設けられた規制用歯部３３の第２歯３３ａが前記第１歯２０ａに噛合することで、前記回転軸１０の回転を規制するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば空間安定装置等に適用されるジンバル機構の回転規制構造に関し、回転軸の周方向に沿って互いに隣接して配置された複数の歯の噛合により前記回転軸の回転を規制できるようにすることで、機械的結合によって任意の位置で回転を規制でき、ペイロードを任意の向きで固定できるようにするための新規な改良に関するものである。

従来用いられていたこの種のジンバル機構としては、例えば特許文献１等に示されているジンバル機構が用いられている。図９は、従来のジンバル機構を示す斜視図である。図において、例えば航空機や船舶等の移動体に固定された固定部１００には、アジマス軸１０１（以下、ＡＺ軸１０１と呼ぶ）が回転可能に取り付けられており、このＡＺ軸１０１に固定されたＡＺ枠体１０１ａにはエレベーション軸１０２（以下、ＥＬ軸１０２と呼ぶ）が回転可能に設けられている。前記ＥＬ軸１０２には、例えば可視カメラ、赤外線カメラ、及びレーダアンテナ等のペイロード１０３が取り付けられており、ペイロード１０３の視軸線１０３ａは、ＡＺ軸１０１回り及びＥＬ軸１０２回りに移動可能とされている。すなわち、ＡＺ軸１０１及びＥＬ軸１０２の回転制御が行われることで、周知の空間安定動作や目標追尾動作が行われる。

前述の空間安定動作や目標追尾動作が行われない場合、前記移動体の揺動等によりペイロード１０３が不用意に変位されることを防止するために、ＡＺ軸１０１及びＥＬ軸１０２の回転を規制する必要がある。従来装置では、例えば０°，１５°，３０°等の所定の角度毎にＡＺ軸１０１及びＥＬ軸１０２に溝が設けられ、この溝にピンが係合されることで、ＡＺ軸１０１及びＥＬ軸１０２の回転が規制される。

特開２００４−３６１１２１号公報

上記のような従来のジンバル機構の回転規制構造では、所定の回転角度毎にしかＡＺ軸１０１及びＥＬ軸１０２の回転を規制できないので、ペイロードの向きを所定角度にしか固定できない。なお、例えばブレーキシュー等の摩擦力を用いて回転を規制することも考えられるが、移動体が常に揺動する場合等にはあまり好ましくない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、機械的結合によって任意の位置で回転を規制でき、ペイロードを任意の向きで固定できるジンバル機構の回転規制構造を提供することである。

本発明に係るジンバル機構の回転規制構造は、ジンバル機構の回転軸に設けられた有限角歯部と、前記有限角歯部に設けられ、前記回転軸の周方向に沿って互いに隣接して配置された複数の第１歯と、前記有限角歯部の近傍に配置されたロックレバーと、前記有限角歯部に対向して前記ロックレバーに設けられた規制用歯部と、前記規制用歯部に設けられた複数の第２歯と、前記ロックレバーを介して前記有限角歯部に対向して配置された基台と、前記基台に設けられ、前記ロックレバーに当接されるプランジャを有するソレノイドアクチュエータと、前記基台と一体に設けられ、前記ロックレバーの一端が案内される案内穴を有する固定部と、前記案内穴の内端面と前記ロックレバーの前記一端との間に配置された開放用ばねとを備え、前記ロックレバーは、軸部を中心に回動可能に設けられており、前記開放用ばねの作用により前記規制用歯部が前記有限角歯部から遠ざかる第１方向に回動されるとともに、前記ソレノイドアクチュエータの動作により前記規制用歯部が前記有限角歯部に近づく第２方向に回動され、前記ロックレバーが前記第２方向に回動された際に、前記規制用歯部の前記第２歯が前記有限角歯部の前記第１歯に噛合されて、前記回転軸の回転が規制される。
また、前記プランジャの外周に設けられたプッシャと、前記プッシャの外周に設けられ、前記プッシャのフランジ部と前記ソレノイドアクチュエータとの間に配置された規制用ばねとをさらに備え、前記ロックレバーが前記第２方向に回動された際に前記第１及び第２歯の頂部が互いに当接された場合に、前記規制用ばねの作用により前記ロックレバーが弾性的に前記第２方向に付勢される。
さらに、前記回転軸を回転駆動する駆動手段の異常を検出する異常検出部をさらに備え、前記異常検出部によって前記異常が検出された際に、前記異常検出部の制御によって前記ソレノイドアクチュエータが作動されて、前記ロックレバーが前記第２方向に回動される。

本発明のジンバル機構の回転規制構造によれば、回転軸の周方向に沿って互いに隣接して配置された複数の歯の噛合により前記回転軸の回転を規制するので、機械的結合によって任意の位置で回転を規制でき、ペイロードを任意の向きで固定できる。
また、ロックレバーが第２方向に回動された際に歯車体及び規制用歯部の各歯の頂部が互いに当接された場合に、規制用ばねの作用により前記ロックレバーが弾性的に前記第２方向に付勢されるので、機械的結合が不完全であっても移動体の揺動等により回転軸が回転されることで各歯を噛合させることができ、より確実に回転軸の回転を規制できる。
また、異常検出部によって異常が検出された際に、異常検出部の制御によってソレノイドアクチュエータが作動されて、ロックレバーが第２方向に回動されるので、駆動手段に異常が生じた場合に回転軸が不用意に回転されることを防ぐことができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１によるジンバル機構の回転規制構造を示す正面図であり、図２は図１のプランジャ５１及びプッシャ５２を示す側面図である。なお、従来のジンバル機構の回転規制構造と同一又は同等部分については同一の符号を用いて説明する。図１において、例えばＡＺ軸１０１やＥＬ軸１０２等のジンバル機構の回転軸１０には、円弧状の有限角歯部２０が取り付けられており、この有限角歯部２０は、例えば±３０°等の前記回転軸１０の可動範囲全体に延在されている。この有限角歯部２０には、前記回転軸１０の周方向１０Ａに沿って互いに隣接して配置された複数の第１歯２０ａが設けられている。

前記有限角歯部２０の近傍には、軸部３１を中心に回動可能に設けられたロックレバー３０が配置されており、このロックレバー３０には、前記有限角歯部２０に対向する第１端面３２から前記有限角歯部２０に向かって突出する規制用歯部３３が設けられている。前記規制用歯部３３は、前記有限角歯部２０に対向する位置に配置されており、前記周方向Ａに沿って互いに隣接して配置された複数の第２歯３３ａを有している。
なお、第２歯３３ａは、後述するように前記第１歯２０ａに噛合されるために前記周方向１０Ａに沿って設けられるが、前記周方向１０Ａに沿う規制用歯部３３の長さが短い場合には略直線上に配置される。
また、前記規制用歯部３３が前記有限角歯部２０から遠ざかる前記ロックレバー３０の回転方向を第１方向３０Ａとし、前記規制用歯部３３が前記有限角歯部２０に近づく前記ロックレバー３０の回転方向を第２方向３０Ｂとする。

前記ロックレバー３０の下方には基台４０が設けられており、この基台４０は前記ロックレバー３０を介して前記有限角歯部２０に対向するように配置されている。この基台４０にはソレノイドアクチュエータ５０が固定されており、このソレノイドアクチュエータ５０は前記規制用歯部３３の直下に配置されている。また、ソレノイドアクチュエータ５０は、前記ロックレバー３０の第２端面３４に当接されるプランジャ５１を有している。

前記プランジャ５１の外周には、フランジ部５２ａを有する略円筒状のプッシャ５２が設けられており、このプッシャ５２は樹脂等で形成されている。前記プッシャ５２の外周には、圧縮コイルである規制用ばね６０が設けられており、この規制用ばね６０は、前記フランジ部５２ａと前記ソレノイドアクチュエータ５０との間に配置されている。

図２に示すように、前記プッシャ５２の側部には、前記プランジャ５１の変位方向５１Ａに沿う長孔５２ｂが設けられており、この長孔５２ｂ及び前記プランジャ５１には係合ピン５３が挿通されている。前記係合ピン５３は、前記長孔５２ｂの一端に当接されることで、前記規制用ばね６０が不必要に伸びることを規制している。すなわち、前記プランジャ５１が下方（基台４０側）に変位されることで、前記プッシャ５２が下方に変位されて、前記フランジ部５２ａと前記ソレノイドアクチュエータ５０との間で前記規制用ばね６０が縮められている。

前記基台４０には、前記ロックレバー３０の一端３５が案内される案内穴４１ａを有する固定部４１が一体に設けられている。前記ロックレバー３０の一端３５は階段状に屈曲されており、この一端３５と前記案内穴４１ａの内端面４１ｂとの間には、圧縮コイルである開放用ばね４２が配置されている。なお、後に詳しく説明するが、前記開放用ばね４２の作用は前記規制用ばね６０の作用に比べて小さい。

前記ソレノイドアクチュエータ５０には、例えばマイクロコンピュータ等で構成された異常検出部７０が接続されている。この異常検出部７０は、前記回転軸１０を回転駆動する例えばトルカやモータ等の駆動手段（図示せず）の異常を検出するものであり、この異常の検出状態に応じて前記ソレノイドアクチュエータ５０の動作を制御する。

次に、図１〜図８を参照しながら、実施の形態の回転規制構造の動作を説明する。
図３は、図１の回転規制構造の回転規制状態を示す説明図であり、図４は、図３のプランジャ５１及びプッシャ５２を示す側面図である。

まず、図１の状態では、前記プランジャ５１によって前記規制用ばね６０が縮められているので、前記開放用ばね４２の作用によって前記ロックレバー３０が前記第１方向３０Ａに付勢されている。このとき、前記プランジャ５１が上方（前記ロックレバー３０側）に変位されると、前記プランジャ５１とともに前記係合ピン５３が上方に変位されて、前記規制用ばね６０の作用により前記プッシャ５２が上方に付勢される。すなわち、前記規制用ばね６０の作用によって前記ロックレバー３０が前記第２方向３０Ｂに回動される。前記ロックレバー３０が前記第２方向３０Ｂに回動されて、前記規制用歯部３３が前記有限角歯部２０に近づくと、前記第１及び第２歯２０ａ，３３ａが互いに噛合されて、前記回転軸１０の回転が規制される。

前記第１及び第２歯２０ａ，３３ａが噛合された後に、図３及び図４に示すように、前記プランジャ５１がさらに上方に変位されて、前記プランジャ５１が前記ロックレバー３０の前記第２端面３４に当接されると、前記ロックレバー３０の第１方向３０Ａへの回動が規制されて、前記回転軸１０の回転が確実に規制される。

通常時の前記ソレノイドアクチュエータ５０の動作は、図示しない制御手段によって制御される。一方、例えばトルカやモータ等の前記駆動手段の異常が異常検出部７０によって検出された場合には、前記異常検出部７０の制御によって、前記プランジャ５１が上方に変位される。これは、前記駆動手段が故障して、前記駆動手段による前記回転軸１０への制動力が作用しなくなった場合でも、前記回転軸１０の回転を規制できるようにするためである。

次に、図５は図１の第１及び第２歯２０ａ，３３ａの頂部が互いに当接したときの状態を示す説明図であり、図６は図５のプランジャ５１及びプッシャ５２を示す側面図である。また、図７は、図５の状態から回転軸１０が少し回転した状態を示す説明図であり、図８は図７のプランジャ５１及びプッシャ５２を示す側面図である。
図５及び図６に示すように、前記ロックレバー３０が前記第２方向３０Ｂに回動された際に、前記有限角歯部２０の回転位置によっては、前記第１及び第２歯２０ａ，３３ａの頂部が互いに当接される場合もある。ここで、この実施の形態のジンバル機構は、例えば航空機や船舶等の移動体に取り付けられており、移動体の揺動によって回転軸１０がわずかに回転することが考えられる。この実施の形態の回転規制構造では、移動体の揺動によって回転軸１０が回転した際に、前記第２歯３３ａが前記第１歯２０ａに噛合されるように構成されている。

まず、図５及び図６の状態は、前記第２歯３３ａの頂部が前記第１歯２０ａの頂部に当接された後に、前記プランジャ５１がさらに上方に変位されて、前記第２端面３４に前記プランジャ５１が当接された状態である。この前記プランジャ５１の上方への駆動は、前記第２歯３３ａの頂部が前記第１歯２０ａの頂部に当接した際に停止される。
このとき、前記係合ピン５３は前記長孔５２ｂの上部に位置しているので、前記規制用ばね６０の作用により前記プッシャ５２が上方に付勢される。すなわち、前記第１及び第２歯２０ａ，３３ａの頂部が互いに当接された場合には、前記規制用ばね６０の作用により前記ロックレバー３０が弾性的に前記第２方向３０Ｂに付勢される。
このとき、移動体の揺動によって回転軸１０が変位すると、図７及び図８に示すように、前記規制用ばね６０の作用により前記プッシャ５２が上方に変位されて、前記第２歯３３ａが前記第１歯２０ａに噛合される。

なお、実施の形態では、前記ロックレバー３０は、前記ソレノイドアクチュエータ５０の動作により伸縮される前記規制用ばね６０の作用によって前記第２方向３０Ｂに回動されるように説明したが、ロックレバーは、ソレノイドアクチュエータの動作により直接的に第２方向に回動されてもよい。すなわち、ロックレバーは、プランジャによって押し上げられて、第２方向に回動されてもよい。

本発明の実施の形態１によるジンバル機構の回転規制構造を示す正面図である。図１のプランジャ及びプッシャを示す側面図である。図１の回転規制構造の回転規制状態を示す説明図である。図３のプランジャ及びプッシャを示す側面図である。図１の第１及び第２歯部の頂部が互いに当接したときの状態を示す説明図である。図５のプランジャ及びプッシャを示す側面図である。図５の状態から回転軸が少し回転した状態を示す説明図である。図７のプランジャ及びプッシャを示す側面図である。従来のジンバル機構を示す斜視図である。

符号の説明

１０回転軸
１０Ａ周方向
２０有限角歯部
２０ａ第１歯
３０ロックレバー
３０Ａ第１方向
３０Ｂ第２方向
３１軸部
３３規制用歯部
３３ａ第２歯
４０基台
４１固定部
４１ａ案内穴
４１ｂ内端面
５０ソレノイドアクチュエータ
５１プランジャ
５２プッシャ
５２ａフランジ部
７０異常検出部

Claims

ジンバル機構の回転軸（１０）に設けられた有限角歯部（２０）と、
前記有限角歯部（２０）に設けられ、前記回転軸（１０）の周方向（１０Ａ）に沿って互いに隣接して配置された複数の第１歯（２０ａ）と、
前記有限角歯部（２０）の近傍に配置されたロックレバー（３０）と、
前記有限角歯部（２０）に対向して前記ロックレバー（３０）に設けられた規制用歯部（３３）と、
前記規制用歯部（３３）に設けられた複数の第２歯（３３ａ）と、
前記ロックレバー（３０）を介して前記有限角歯部（２０）に対向して配置された基台（４０）と、
前記基台（４０）に設けられ、前記ロックレバー（３０）に当接されるプランジャ（５１）を有するソレノイドアクチュエータ（５０）と、
前記基台（４０）と一体に設けられ、前記ロックレバー（３０）の一端（３５）が案内される案内穴（４１ａ）を有する固定部（４１）と、
前記案内穴（４１ａ）の内端面（４１ｂ）と前記ロックレバー（３０）の前記一端（３５）との間に配置された開放用ばね（６１）と
を備え、
前記ロックレバー（３０）は、軸部（３１）を中心に回動可能に設けられており、前記開放用ばね（６１）の作用により前記規制用歯部（３３）が前記有限角歯部（２０）から遠ざかる第１方向（３０Ａ）に回動されるとともに、前記ソレノイドアクチュエータ（５０）の動作により前記規制用歯部（３３）が前記有限角歯部（２０）に近づく第２方向（３０Ｂ）に回動され、
前記ロックレバー（３０）が前記第２方向（３０Ｂ）に回動された際に、前記規制用歯部（３３）の前記第２歯（３３ａ）が前記有限角歯部（２０）の前記第１歯（２０ａ）に噛合されて、前記回転軸（１０）の回転が規制されることを特徴とするジンバル機構の回転規制構造。
前記プランジャ（５１）の外周に設けられたプッシャ（５２）と、
前記プッシャ（５２）の外周に設けられ、前記プッシャ（５２）のフランジ部（５２ａ）と前記ソレノイドアクチュエータ（５０）との間に配置された規制用ばね（６０）と
をさらに備え、
前記ロックレバー（３０）が前記第２方向（３０Ｂ）に回動された際に前記第１及び第２歯（２０ａ，３３ａ）の頂部が互いに当接された場合に、前記規制用ばね（６０）の作用により前記ロックレバー（３０）が弾性的に前記第２方向（３０Ｂ）に付勢されることを特徴とする請求項１記載のジンバル機構の回転規制構造。
前記回転軸（１０）を回転駆動する駆動手段の異常を検出する異常検出部（７０）をさらに備え、
前記異常検出部（７０）によって前記異常が検出された際に、前記異常検出部（７０）の制御によって前記ソレノイドアクチュエータ（５０）が作動されて、前記ロックレバー（３０）が前記第２方向（３０Ｂ）に回動されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のジンバル機構の回転規制構造。