JP3423446B2 - 駆動装置および飛翔体の操舵装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、出力軸を所定の回動角
度範囲内で駆動する駆動装置および飛翔体の操舵装置に
係り、特に狭いスペース内への搭載を要求される小型ロ
ケットや模型飛行機等の飛翔体に適用して効果的な装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、小型ロケットや模型飛行機等の飛
翔体においては、図５に示すように、その胴体１から突
出する操舵翼５（以下、単に「フィン」という）の舵角
を調節して、飛翔方向や姿勢の変更あるいは軌道修正を
行なうが、そのようなフィン５の設けられる場所は、燃
料タンクや推進薬の燃焼室壁等に近いため、操舵駆動機
構を外壁１ａと燃料タンク等の収装物の外周面１ｂと間
の狭いスペース内に搭載しなければならないことが多
い。また、大きな操舵力を得るためにモータ出力を減速
してフィンに伝える減速機構が必要であり、その減速機
構と動力源を上述した狭いスペース内に効率良く搭載す
ることが求められる。

【０００３】従来の飛翔体の操舵装置としは、例えば平
行軸歯車と傘歯車を用いて主軸を前記胴体の長手方向に
向けたモータからフィンの駆動軸に動力を伝達するもの
が知られているが、部品点数が多く、減速比を簡単に変
更できないため、部品の共有化がコスト高であるといっ
た不具合があった。そこで、近時、図６(ａ)、(ｂ)に示
すように、ケーシング１に揺動可能に支持させた複数の
モータ１に主軸としてのねじ軸２ａをそれぞれ設け、各
ねじ軸２ａにナット３ａをねじ結合させるとともに、そ
のナット３ａとフィン５の駆動軸４に連結したアーム３
とを滑合させることにより、ねじ構造および回動アーム
の併用による簡素な減速機構を実現したものが提案され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに簡素な減速機構を採用した飛翔体の操舵装置にあっ
ても、次のような未解決の課題があった。 (1) ねじ減速機構では減速比に限りが有るため、大出力
が要求される場合には、大出力である大型のモータを使
用せざるを得ない。しかし、スペースの制約がきつい場
合、大型モータの使用ができず、結果として十分な操舵
駆動トルク（駆動力）を発揮でないものとなる。

【０００５】(2) モータが故障すると、フィンを操舵す
る機能が完全に喪失されるため、ロケットや航空機等に
おいてフィンを操舵する装置としては冗長性やフェイル
セーフ機能等で問題がある。そこで、請求項１〜３記載
の発明は、狭いスペースに確実に搭載することができ、
かつ、十分な駆動力を確実に発揮することのできる駆動
装置を実現することを目的としており、特に、請求項２
記載の発明は、センサの配置を工夫することにより更に
コンパクトな装置とすることを目的とし、請求項３記載
の発明は、何れかの動力源が駆動機能を喪失しても、装
置としては完全に機能を喪失しないようにすることを目
的としている。

【０００６】また、請求項４記載の発明は、狭いスペー
ス内に複数組のモータや複数の回動体等を容易に搭載す
ることができ、かつ、十分な操舵駆動力を確実に発揮す
ることのできる操舵装置を有する飛翔体を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、請
求項１記載の発明は、所定軸線に対して同心的に配置さ
れた２つの周壁面および該周壁面間の室を形成するケー
シングと、前記ケーシングに揺動可能に支持された一端
部および回転ねじ軸が設けられた他端部を有し該回転ね
じ軸が前記所定軸線に対し略平行になるよう前記室内に
収納された複数の動力源と、前記複数の動力源の間で前
記所定軸線と直交するよう前記ケーシングに回動自在に
支持された出力軸と、前記複数の動力源の回転ねじ軸に
係合するとともに前記出力軸に連結され複数の回転ねじ
軸により駆動されるとき前記出力軸を回動させる回動体
と、前記出力軸又は前記回動体の何れかに係合するよう
前記室内で前記ケーシングに支持され前記出力軸の回動
角度に応じた信号を生成する回動位置センサとを備える
ことを特徴とするものであり、請求項２に記載するよう
に、前記回動位置センサが前記複数の動力源のねじ軸の
間で前記出力軸の軸線上に位置するよう配設されたこと
を特徴とするもの、あるいは、請求項３に記載するよう
に、前記複数の動力源のうち何れかが駆動機能を喪失し
たとき、他の動力源によって駆動される回動体が、前記
操舵出力軸を回動させるとともに、該機能喪失した動力
源のねじ軸を回転させることを特徴とするものであって
もよい。

【０００８】また、請求項４記載の発明は、所定軸線に
対して同心的に配置された２つの周壁面および該周壁面
間の室を形成する飛翔体の本体ケーシングと、それぞれ
前記本体ケーシングに揺動可能に支持された一端部およ
び回転ねじ軸が設けられた他端部を有し該回転ねじ軸が
前記所定軸線に対し略平行になるよう前記室内に収納さ
れた複数対のモータと、前記複数対のモータの各対の間
に配設されるとともに互いに所定の軸交差角で交差する
方向に延在し前記所定軸線と直交するよう前記本体ケー
シングに回動自在に支持された複数の操舵出力軸と、前
記複数の操舵出力軸に支持された複数の翼部材と、前記
複数対のモータの各対の回転ねじ軸に係合するナット部
および前記操舵出力軸に連結されたナット保持部を有し
複数の回転ねじ軸の回転に応じて前記操舵出力軸をそれ
ぞれ回動させる複数の回動体と、前記複数対のモータの
ねじ軸の間で前記出力軸のそれぞれの軸線上に位置する
よう配設された複数の舵角センサと、前記複数の舵角セ
ンサにより生成された舵角信号に基づいて前記複数対の
モータの作動を制御する制御手段と、を備えたことを特
徴とするものである。

【０００９】

【作用】請求項１記載の発明では、複数の動力源の間に
設けられた出力軸が、複数の回転ねじ軸に係合し駆動さ
れる回動体を介して、複数の動力源により駆動される。
ここで、複数の動力源は、回転ねじ軸をケーシングの周
壁面が沿う所定軸線の方向に向けて、出力軸の両側に配
設されることから、周壁面間の狭い室内に収納可能な動
力源を用いても該複数の動力源によって一つの出力軸に
大きな駆動トルクを与えることができることになる。ま
た、複数の回転ねじ軸の間のスペースや回動体の形状を
工夫して出力軸の回動位置センサを容易に配設すること
ができ、フィードバックセンサ付のコンパクトな駆動装
置とすることができる。

【００１０】請求項２記載の発明では、回動位置センサ
が複数のねじ軸間でかつ出力軸の軸線上に位置するよう
配設されるから、よりコンパクトな装置となる。請求項
３記載の発明では、複数の動力源のうち何れかが駆動機
能を喪失したとき、他の動力源によって駆動される回動
体が機能喪失した動力源のねじ軸を回転させながら、出
力軸を回動させることになるから、そのような場合にも
駆動装置の機能を完全に喪失することがなく、フェイル
セーフ機能が発揮される。

【００１１】請求項４記載の発明では、複数の操舵出力
軸に支持された複数の翼部材が、ケーシングの周壁面間
の室内に収納された複数対のモータによって、その各対
モータの回転ねじ軸に係合するナット部を有する複数の
回動体を介して操舵駆動される。さらに、各出力軸の軸
線上に位置する舵角センサの舵角信号に基づいて、前記
複数対のモータの各対の作動が制御手段によって制御さ
れる。

【００１２】ここで、複数対の動力源又はモータは、回
転ねじ軸を本体ケーシングの周壁面が沿う所定軸線の方
向に向けて、操舵出力軸の両側に配設されるから、周壁
面間の狭い室内に収納可能であり、該複数対の動力源に
よって各操舵出力軸に大きな駆動トルクを与えることが
できることになる。また、複数の回転ねじ軸の間のスペ
ースおよび回動体の形状を工夫して複数の舵角センサを
もコンパクトに収装することができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体
的に説明する。図１〜図３は本発明に係る駆動装置およ
び飛翔体の操舵装置の一実施例を示す図である。まず、
構成について説明する。

【００１４】図１(ａ)、(ｂ)において、11は略円筒状に
形成された飛翔体の本体ケーシングであり、この本体ケ
ーシングは例えば小型ロケットの胴体を構成する。本体
ケーシング11は、所定軸線に対して同心的に配置された
２つの周壁面11ａ、11ｂおよびそれら周壁面間に形成さ
れる環状室11ｃを形成しており、この場合、外方の周壁
面11ａはケーシング外壁面として、内方の周壁面11ｂは
前記ロケット内に収装される推進薬の燃焼室や噴射ノズ
ル、あるいは燃料タンクを画成する筒壁の外周面として
形成されている。

【００１５】ケーシング11の環状室11ｃ内には動力源と
しての複数対のモータ12、13（電気式のサーボモータ）
が収納されており、モータ12、13は、それぞれピボット
ピン14ａ、14ｂを介して本体ケーシング11に揺動可能に
支持された一端部および回転ねじ軸12ｃ、13ｃが設けら
れた他端部を有し、その回転ねじ軸12ｃ、13ｃがケーシ
ング11の軸線（前記所定軸線）に対し略平行になってい
る。また、これら複数対のモータ12、13の各対の間に
は、複数の操舵出力軸15（出力軸）が配設されている。
図２および図３に示すように、複数の操舵出力軸15は、
互いに所定の軸交差角（図１(ａ)中では90度）で交差す
る方向に延在するとともに、ケーシング11の軸線と直交
するようそれぞれ複数の軸受16、17を介して本体ケーシ
ング11に回動自在に支持されている。操舵出力軸15には
複数のフィン19（翼部材）が支持されており、複数のフ
ィン19は公知の操舵制御方法によりそれぞれ操舵出力軸
15の軸線回りに操舵され、舵角位置を変更されること
で、ロケットの軌道修正等を行うことができる。

【００１６】一方、複数対のモータ12、13と複数の操舵
出力15との間には、複数の回動体21が介装されている。
回動体21は、それぞれ複数対のモータ12、13の各対（複
数の動力源）の回転ねじ軸12ｃ、13ｃに係合するボール
を内蔵した一対のナット部22と、操舵出力軸15に連結さ
れたスウィングアーム部23（ナット保持部）を有し、複
数の回転ねじ軸12ｃ、13ｃの回転に応じて操舵出力軸15
を回動させることができる。具体的には、一対のナット
部22はアーム23の両端部に操舵出力軸15に対し平行に等
距離だけ離間する図３中の上下方向軸線回りに回動可能
となっており、アーム23は操舵出力軸15の基端部外周に
嵌着されるとともにキー24を介して操舵出力軸15と一体
に連結されている。そして、回転ねじ軸12ｃ、13ｃの回
動によりスウィングアーム23が操舵出力軸15を操舵駆動
しつつ回動するとき、一対のナット部22がこのアーム23
と相対的に回動するとともに、各対のモータ12、13がピ
ボットピン14ａ、14ｂを支点として揺動するようになっ
ている。

【００１７】さらに、本実施例では、各一対のモータ1
2、13のうち何れか一方が駆動機能を喪失したとき、他
方のモータによって回動体21を回動させ、この回動体21
により操舵出力軸15を回動させるとともに、機能喪失し
た一方のモータのねじ軸を回転させることができるよう
になっている。そのためにモータ12、13の回転ねじ軸12
ｃ、13ｃのねじ形状は可逆的な動力伝達を可能ならしめ
るべく形成されており、回転ねじ軸12ｃ、13ｃはモータ
12、13の本体に回転可能に支持されている。

【００１８】また、複数対のモータ12、13の各対のねじ
軸12ｃ、13ｃの間には、環状室13内でケーシング11に支
持された複数のフィードバックセンサ25（回動位置セン
サ、舵角センサ）が設けられている。これら複数のフィ
ードバックセンサ25は、スリット25ｂを形成した回動検
出軸25ａを有し、操舵出力軸15のそれぞれの軸線上に位
置するよう操舵出力軸15の内端凹部15ａ内に収納されて
いる。さらに、各フィードバックセンサ25の回動検出軸
25ａは、操舵出力軸15（出力軸又は回動体の何れか）の
内端凹部15ａを部分的に形成する係合孔部15ｂに挿入さ
れており、この係合孔15ｂ内で操舵出力軸15に軸直角方
向に嵌入されたピン15ｃに係合することで、操舵出力軸
15と回動方向一体に係合してる。そして、フィードバッ
クセンサ25は回動検出軸25ａが操舵出力軸15と一体に回
転するとき、その回動角度に応じた回動位置信号（舵角
信号）を生成し、その生成信号を図示しない舵角制御回
路（制御手段）にフィードバックするようその制御回路
に配線接続されている。前記舵角制御回路は公知の制御
回路とほぼ同様な回路構成を有するもので、複数のフィ
ードバックセンサ25により生成された各フィン19の舵角
に対応する信号に基づいて、各フィン19の舵角を所定の
処理手順に従って変更又は修正するよう複数対のモータ
12、13の作動を制御するようになっている。

【００１９】なお、図１〜図３において、11ｈは操舵駆
動軸15がケーシング11の外壁を貫通する部分に形成され
た穴であり、26は回動体21のナット部22をスウィングア
ーム23に回動可能に支持させるためのスリーブ、28はフ
ィードバックセンサ25を本体ケーシング11に取り付ける
複数の取付ねじである。次に、作用について説明する。

【００２０】上述のように構成された本実施例では、前
記制御回路により、複数の操舵出力軸15の各軸線上に位
置するフィードバックセンサ25のフィードバック信号に
基づいて複数対のモータ12、13の各対の作動が制御され
ると、各一対のモータ12、13の間に設けられた操舵出力
軸15が、各対のモータ12、13の回転ねじ軸12ｃ、13ｃに
係合し駆動される回動体21と一体回転し、複数の操舵出
力軸15に支持された複数のフィン19が複数の回動体21を
介して操舵駆動され、舵角を制御される。

【００２１】ところで、本実施例では、複数対のモータ
12、13の各対が、回転ねじ軸12ｃ、13ｃをケーシング11
の軸線の方向に向けて操舵出力軸15の両側に配設される
ことから、周壁面11ａ、11ｂの間の狭い環状室11ｃ内に
収納可能な程度に小径のモータ12、13を用いても、これ
らのモータ12、13の動力の合計によって各操舵出力軸15
に大きな駆動トルクを与えることができる。しかも、複
数の回転ねじ軸12ｃ、13ｃの間のスペースに複数のフィ
ードバックセンサ25（舵角センサ）を収装しているの
で、フィードバックセンサ25を付設した非常にコンパク
トな操舵装置（駆動装置）とすることができる。

【００２２】また、本実施例では、フィードバックセン
サ25が複数のねじ軸12ｃ、13ｃの間でかつ操舵出力軸15
の軸線上に位置するよう配設されるから、よりコンパク
トな装置となる。さらに、各対のモータ12、13のうち何
れか、例えば一方のモータ12が駆動機能を喪失したと
き、他のモータ13によって駆動される回動体21が機能喪
失したモータ12のねじ軸12ｃを回転させながら、操舵出
力軸15を回動させる。したがって、そのような場合にも
操舵・駆動装置の機能を完全に喪失することがなく、フ
ェイルセーフ機能が確実に発揮されることになる。

【００２３】図４は本発明に係る駆動装置および飛翔体
の操舵装置の他の実施例を示す図である。この実施例で
は、モータ13がモータ12に対し逆向きとなるようピボッ
トピン14ａ、14ｂを介して本体ケーシング31に揺動可能
に支持されている。そのため、本体ケーシング31はその
軸方向に所定距離を隔ててモータ支持部31ａ、31ｂを設
けたものとなっている。その他の構成は上述の実施例と
同様である。

【００２４】本実施例においても、上述の実施例と同様
の作用効果を得ることができ、しかも、モータ12、13が
揺動によって機械的に干渉することがないから、両モー
タ12、13の取付け位置を周方向に近接させることができ
る。そして、本体ケーシング31内に収装される燃料タン
クへの配管や電気配線等の引き回し、あるいはロケット
における重量バランス等を考慮して、上述例のようなモ
ータ配置にするか、本実施例のようなモータ配置にする
かを適宜選択すればよい。

【００２５】なお、上述の実施例では、フィードバック
センサ25が操舵出力軸15に直接係合していたが、これに
限らず、例えば回転ねじ軸12ｃ、13ｃの間で比較的大径
となる回動体21の周辺部に係合するフィードバックセン
サ25を設けて、精度良く舵角検出するということも考え
られる。

【００２６】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、複数の動
力源を出力軸の両側に配設することにより、該複数の動
力源によって出力軸に大きな駆動トルクを与えることが
できるとともに、ケーシングの周壁面間の狭い室内に収
納可能な小型の動力源を用いることができる。その結
果、狭いスペースに確実に搭載することができ、かつ、
十分な駆動力を確実に発揮し得るフィードバックセンサ
付のコンパクトな駆動装置を実現することができる。

【００２７】また、請求項２記載の発明によれば、回動
位置センサを複数のねじ軸間でかつ出力軸の軸線上に位
置するよう配設しているので、よりコンパクトな駆動装
置を実現することができる。請求項３記載の発明によれ
ば、複数の動力源のうち何れかが駆動機能を喪失したと
き、他の動力源により回動体を駆動して機能喪失した動
力源のねじ軸を回転させるとともに出力軸を回動させる
ようにしているので、フェイルセーフ機能を確実に発揮
させることができ、そのような場合に駆動装置の機能が
喪失されるという事態を回避することができる。

【００２８】請求項４記載の発明によれば、複数対の動
力源の各対を複数の操舵出力軸のそれぞれの両側に配設
するとともに、舵角センサを回転ねじ軸間のスペースに
配設しているので、狭いスペース内に複数組の動力源や
複数の回動体等を容易に搭載することができ、また、複
数の舵角センサをもコンパクトに収装することができ
る。その結果、操舵装置を収納するケーシングが小型で
ある飛翔体であっても、十分な操舵駆動力を発揮するこ
とのできる操舵装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る駆動装置および飛翔体の操舵装置
の一実施例を示す図で、(ａ)はそのケーシングの横断面
上における複数対のモータおよび複数の操舵出力軸の配
置図、(ｂ)はその１つの操舵ユニットを一部断面で示す
部分正面図である。

【図２】図１(ｂ)の構成を更に詳細に示した断面図であ
る。

【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。

【図４】本発明に係る駆動装置および飛翔体の操舵装置
の他の実施例を示す図で、(ａ)はそのケーシングの横断
面上における複数対のモータおよび複数の操舵出力軸の
配置図、(ｂ)はその１つの操舵ユニットを一部断面で示
す部分正面図である。

【図５】従来例の飛翔体の操舵装置の一例を示す図であ
る。

【図６】従来の改良された操舵装置の一例を示す図で、
(ａ)はそのケーシングの横断面上における複数の操舵ユ
ニットの配置図、(ｂ)はその１つの操舵ユニットを一部
断面で示す部分正面図である。

【符号の説明】

11 本体ケーシング 11ａ、11ｂ 周壁面 11ｃ 環状室 12、13 モータ（動力源） 12ｃ、13ｃ 回転ねじ軸 15 操舵出力軸（出力軸） 19 フィン（翼部材） 21 回動体 22 ナット部 23 スウィングアーム部（ナット保持部） 25 フィードバックセンサ（回動位置センサ、舵角セ
ンサ）

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A63H 1/00 - 37/00 B64C 9/00 F16H 19/02 F16H 25/20 F42B 10/64 - 10/66

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定軸線に対して同心的に配置された２つ
   の周壁面および該周壁面間の室を形成するケーシング
   と、前記 ケーシングに揺動可能に支持された一端部および回
   転ねじ軸が設けられた他端部を有し該回転ねじ軸が前記
   所定軸線に対し略平行になるよう前記室内に収納された
   複数の動力源と、 複数の前記動力源の間で前記所定軸線と直交するよう前
   記ケーシングに回動自在に支持された出力軸と、 前記複数の動力源の回転ねじ軸に係合するとともに前記
   出力軸に連結され、複数の回転ねじ軸により駆動される
   とき前記出力軸を回動させる回動体と、前記出力軸又は前記回動体の何れかに係合するよう前記
   室内で前記ケーシングに支持され、前記出力軸の回動角
   度に応じた信号を生成する回動位置センサとを備え るこ
   とを特徴とする駆動装置。
2. 【請求項２】前記回動位置センサが前記複数の動力源の
   ねじ軸の間で前記出力軸の軸線上に位置するよう配設さ
   れたことを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
3. 【請求項３】前記複数の動力源のうち何れかが駆動機能
   を喪失したとき、他の動力源によって駆動される回動体
   が、前記操舵出力軸を回動させるとともに、該機能喪失
   した動力源のねじ軸を回転させることを特徴とする請求
   項１記載の駆動装置。
4. 【請求項４】所定軸線に対して同心的に配置された２つ
   の周壁面および該周壁面間の室を形成する飛翔体の本体
   ケーシングと、 それぞれ前記本体ケーシングに揺動可能に支持された一
   端部および回転ねじ軸が設けられた他端部を有し該回転
   ねじ軸が前記所定軸線に対し略平行になるよう前記室内
   に収納された複数対のモータと、前記 複数対のモータの各対の間に配設されるとともに、
   互いに所定の軸交差角で交差する方向に延在し、前記所
   定軸線と直交するよう前記本体ケーシングに回動自在に
   支持された複数の操舵出力軸と、前記 複数の操舵出力軸に支持された複数の翼部材と、 前記複数対のモータの各対の回転ねじ軸に係合するナッ
   ト部および前記操舵出力軸に連結されたナット保持部を
   有し、複数の回転ねじ軸の回転に応じて前記操舵出力軸
   をそれぞれ回動させる複数の回動体と、 前記複数対のモータのねじ軸の間で前記出力軸のそれぞ
   れの軸線上に位置するよう配設された複数の舵角センサ
   と、 前記複数の舵角センサにより生成された舵角信号に基づ
   いて前記複数対のモータの作動を制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする飛翔体の操舵装置。