JP3184366U - ロングストローク・プッシュプル型サーボ - Google Patents

Abstract

【課題】リンケージロッドの送り出し（引き戻し）動作をした際の差動をなくし、その動作量（ストローク）の限界をなくし、ジョイント部を排除し部品点数を減らすことで安全動作を確保し、リンケージロッドの位置に関係なく一定の力で動作可能とするロングストローク、プッシュプル型サーボを提供する。
【解決手段】リンケージロッドＡをサーボ本体Ｂに挿し込み、駆動プーリーＣでリンケージロッドＡを送り出したり引き戻したりすることでサーボの動作を実現する。リンケージロッドＡの送り出し（引き戻し）動作は、駆動プーリーＣの回転運動をリンケージロッドＡに直接伝達する方法で行われるため、差動を完全になくすことが可能になり、さらに駆動プーリーＣを何度も回転させることでリンケージロッドＡを送り出し（引き戻し）できるため、動作量（ストローク）の限界がなくなる。
【選択図】図１

Description

考案の明細な説明

産業上の利用分野

今考案は、ラジコン用サーボに関するものである。

一般的にラジコンに使用されるサーボは、下記のように構成されている。
１． 駆動軸（図２−Ａ）にサーボホーン（図２−Ｂ）を取り付ける。
２． リンケージロッド（図２−Ｃ）を上記１に接続する。
接続はＺ型に曲げ加工したリンケージロッド、または、専用のジョイントなどを使用する。
３． リンケージロッド（図２−Ｃ）の先は、サーボによって動かしたい舵へ接続する。
接続はＺ型に曲げ加工したリンケージロッド、または、専用のジョイントなどを使用する。
このように構成されたサーボでは、受信機からの信号により駆動軸（図２−Ａ）に取り付けられたサーボホーン（図２−Ｂ）を回転させ、リンケージロッド（図２−Ｃ）を送り出す、または引き戻すという動作をすることで、実際の舵を操作するのである。
この時、リンケージロッド（図３−Ｃ）の送り出す、または、引き戻す量（以下ストローク）は、サーボホーン（図３−Ｂ）の回転の中心（駆動軸）から、リンケージロッド（図３−Ｃ）とサーボホーン（図３−Ｂ）の接合部分との距離によって決定され、それがストロークの限界値（図３−エから図３−オの範囲）になる。
これ以上ストロークを確保できない限界が存在してしまうのである。
また、図３−アから図３−イまでサーボホーン（図３−Ｂ）を回転させた時のストロークは図３−１である。
しかし、図３−イから図３−ウまでサーボホーン（図３−Ｂ）を回転させた時のストロークは図３−２、図３−ウから図３−エまでサーボホーン（図３−Ｂ）を回転させた時のストロークは図３−３となり、次第にストロークが少なくなってしまう。
これは、サーボホーン（図３−Ｂ）の回転動作をリンケージロッド（図３−Ｃ）の送り出し（引き戻し）という直線的な動きに変換するために起こる差動現象である。
このような特性（差動）があるため、機体の設計段階で差動を考慮し、うまく動作するような工夫が必要で大変な苦労を要した。
コンピューター制御によってサーボホーンが取り付けられた駆動軸の角速度を変化させ、擬似的にリンケージロッドのストロークが一定になるようにする方法が用いられるが、これも限定された範囲しか、その効果を維持できないし、ソフトウェアの調整が複雑になり大変であった。
さらに図３−ア付近のリンケージロッドを動かす力と、図３−エ付近のリンケージロッドを動かす力には大きな差ができる。
ストロークの大きな時には小さなトルクで動かせるが、ストロークが小さい時には大きな力が必要になるという具合だ。
通常、頻繁に使用するニュートラル付近（図３−アの位置）では、リンケージロッドを動かすために大きな力が必要であり、サーボモーターにも大きな負荷がかかる。しかし、あまり使用しない図３−エ付近では、サーボモーターにかかる負荷が少ないので無駄に強力な力を出せることになる。
これは至って非効率なことである。
また、リンケージロッドのストロークを大きくしたい場合、サーボホーンの大きさ（駆動軸からの半径）を大きくしなければないため、搭載スペースも制限されるばかりでなく、サーボホーンが取り付けられた駆動軸を回転させる力も大きなものとなるので、サーボモーターの負荷も過大になってしまうといった問題があった。
さらに、サーボホーンの回転動作をリンケージロッドの送り出し（引き戻し）という直線的な動きに変換するため、図３−エから図３−オの範囲（１８０°）となり、送り出し（引き戻し）動作の限界は、図３−４になる。
したがって、サーボを利用する機体（装置）の設計者は、この限界を意識しなければならず、大きな苦労を必要だった。
また、サーボホーンにリンケージを取り付ける方法は専用のジョイントを使用する、またはリンケージロッド自体をＺ型に曲げてサーボホーンの穴に差し込むなど工夫が必要だった。
さらに、ジョイント部分の摩耗や破損によるトラブルも多く、最悪は制御不能の事故につながることも多かった。
これは、サーボホーンが回転するたびにジョイント部分も回転しなければならないためである。

発明が解決しようとする課題

本考案が解決しようとする課題は、下記のとおりである。
１． リンケージロッドの送り出し（引き戻し）動作を行ったときの差動をなくす。
２． リンケージロッドの送り出し（引き戻し）動作量（ストローク）の限界をなくす。
３． ジョイント部を排除し部品点数を減らすことで安全な動作を確保する。
４． リンケージロッドの位置に関係なく一定の力で動作可能とする。

課題を解決するための手段

リンケージロッド（図１−Ａ）をサーボ本体（図１−Ｂ）に挿し込み、駆動プーリー（図１−Ｃ）でリンケージロッド（図１−Ａ）を送り出したり引き戻したりすることでサーボの動作を実現する。

作用

リンケージロッド（図１−Ａ）をリンケージロッド挿入口（図１−Ｆ）へ挿入すると、補助プーリー（図１−Ｅ）と駆動プーリー（図１−Ｃ）に挟まれる状態で固定される。
この時、駆動プーリー（図１−Ｃ）が回転すれば、リンケージロッド（図１−Ａ）を送り出したり引き戻したりすることが出来るのである。

１． 駆動プーリー（図１−Ｃ）には滑り止めのためのローレット加工をするとスリップしにくくなる。
２． 駆動プーリー（図１−Ｃ）の外周をゴムなどの柔軟で摩擦力の強い素材にすることで、同様の効果が得られる。
３． リンケージロッド（図１−Ａ）の外周にねじ加工を施し、リンケージロッド（図１−Ａ）の外周に出来たネジ山に合わせた形状に駆動プーリー（図１−Ｃ）の外周を加工することで、スリップがなくなるばかりでなく、リンケージロッド（図１−Ａ）を回転させることで、リンケージロッド（図１−Ａ）の位置を微調整できるようになり便利である。
４． リンケージロッド（図１−Ａ）にラックギヤ加工をして、駆動プーリー（図１−Ｃ）をピニオンギヤにすることで、スリップをなくすことが可能となる。
５． 図４のように駆動プーリーの両側にリンケージロッドを配置することでリンケージロッド同士が逆に同量動くことが出来る。 このようにすることで舵に２本のリンケージロッドを取り付けることが出来、保持力の高いリンケージが可能となる。
６． 図５のように駆動プーリー２個でリンケージロッドを挟んでも同様の効果が得られる。
７． 駆動プーリー（図１−Ｃ）や補助プーリー（図１−Ｅ）の数を増やすことにより接触面積を増やすことが出来、よりスリップしにくく、大きな力も加えることが可能となる。
８． 駆動プーリー（図１−Ｃ）や補助プーリー（図１−Ｅ）の位置を変化させることでリンケージロッド（図１−Ａ）を押さえつける力を変更し摩擦力を制御できるようになる。 この場合、駆動プーリー（図１−Ｃ）や補助プーリー（図１−Ｅ）の位置の固定はせず、スプリングやゴムなどを使用してリンケージロッド（図１−Ａ）を押さえつけても良い。
９． リンケージロッド（図１−Ａ）と駆動プーリー（図１−Ｃ）の摩擦力を駆動プーリー（図１−Ｃ）やリンケージロッド（図１−Ａ）の材料変更や駆動プーリー（図１−Ｃ）をリンケージロッド（図１−Ａ）へ押さえつける力を変化させることで、リンケージロッド（図１−Ａ）が急激に押されるなどの衝撃があった場合に接触部分がヒューズとなり、サーボやそれに付随するマウントやフレームに直接力が加わらないようになり故障や破損を防ぐことができるようになる。
１０． リンケージロッドは、鉄やアルミなどの金属、カーボンなど様々な材料が使用可能であるが、ワイヤーやロープ、チェーンなどもそれぞれに合わせた駆動プーリーや補助プーリーを使うことで使用可能である。

発明の効果

本考案を実施することにより、リンケージロッドの送り出し（引き戻し）動作は、駆動プーリーの回転運動をリンケージロッドに直接伝達する方法で行われるため、差動を完全になくすことが可能となった。
さらに駆動プーリーを何度も回転させることで、リンケージロッドを送り出し（引き戻し）できるため、動作量（ストローク）の限界がなくなる。
従来のサーボで２〜５ｃｍ程度だったストロークを何ｍでも可能となるし、ワイヤーやロープなど、様々な素材を利用可能なため、ラジコン以外の様々な用途にも使用できる可能性ができたのである。
また、リンケージロッドを挿し込むだけで設置可能なので、ジョイントなどの余分なパーツの必要がなくなり耐久性や信頼性を高めることができた。
さらに、大きな力がかかったときに、うまくスリップさせることで本体へのダメージを最小限に食い止めることができ、安全である。
リンケージロッドの位置にかかわらず常に一定のトルクで動作可能なので、安定した運用が可能となる。

ロングストローク・プッシュプル型サーボの透過斜視図 Ａ リンケージロッド Ｂ サーボ本体 Ｃ 駆動プーリー Ｄ 動作方向 Ｅ 補助プーリー Ｆ リンケージロッド挿入口 従来のサーボ接続説明図 Ａ 駆動軸 Ｂ サーボホーン Ｃ リンケージロッド Ｄ 舵 Ｅ 翼 従来のサーボにおいてサーボホーンを真上から見た図 Ａ サーボ本体 Ｂ サーボホーン Ｃ リンケージロッド ア リンケージロッドとサーボホーンが直角に交わる位置 イ サーボホーンがアから３０°回転した時 ウ サーボホーンがアから６０°回転した時 エ サーボホーンがアから９０°回転した時 オ サーボホーンがエから１８０°回転した時 １ サーボホーンＢがアの位置からイの位置に回転した時に送り出し（引き戻し）できる量（ストローク） ２ サーボホーンＢがイの位置からウの位置に回転した時に送り出し（引き戻し）できる量（ストローク） ３ サーボホーンＢがウの位置からエの位置に回転した時に送り出し（引き戻し）できる量（ストローク） ４ サーボホーンＢの長さによって確定するストロークの限界量 駆動プーリーの両側にリンケージロッドを配置したロングストローク・プッシュプル型サーボ Ａ リンケージロッド Ｂ サーボ本体 Ｃ 駆動プーリー Ｄ 動作方向 Ｅ 補助プーリー 駆動プーリー２個でリンケージロッドを挟んだロングストローク・プッシュプル型サーボ Ａ リンケージロッド Ｂ サーボ本体 Ｃ 駆動プーリー Ｄ 動作方向 Ｅ 補助プーリー

Claims (1)

1. リンケージロッド（図１−Ａ）をサーボ本体（図１−Ｂ）に挿し込み、駆動プーリー（図１−Ｃ）でリンケージロッド（図１−Ａ）を送り出したり引き戻したりすることでサーボの動作を実現するロングストローク・プッシュプル型サーボ。

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