JPS58500728A - 機械的に安定化されるプラットホ−ム装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般にジャイロスコープによって安定化されるプラットホームに関し、 更に詳しくは、組合せ要素型であってジャイロによシ安定化されるプラットホー ム装置に関し、まだ、詳しくは、移動型適用物におけるアンテナの支持に用いる ことができるような静的につシ合わされ且つ機械−的に安定化されるプラットホ ーム装置に関する。

機械的に安定化されるプラットホーム装置は、ジャイロスコープのねじシ衝撃吸 収装置のみが乗シ物の運動によって起こるねじシ衝撃を吸収するために用いられ る１つのものである。ここで用いられるジャイロスコープのねじシ衝撃吸収装置 は、一対のジャイロスコープのロータと、各ロータを１つの軸の周シに回転せし め且つ該１つの軸に対しある角度をもったもう１つの軸の周シで歳差運動をさせ るために各ロータを独立に取シ付けるだめの装置と、該軸着装置の各々に作動的 に連結されるセンタリング装置とを含むジャイロスコープ装置であって、各ロー タの軸がそれぞれ平行で且つ他方のロータの軸に対し垂直であるジャイロスコー プ装置を備えているものに限定される。

背景技術 機械的に安定化されるプラットホーム装置は、カメラ、指向性アンテナ、並びに 感知及び記録装置のような装置が船、航空機及び陸上の乗・シ物に用いられた場 合に、これらカメラ、指向性アンテナ、並びに感知及び記録装置のような装置を 安定的に取シ付けるプラットホームを提供することができる。しかしながら、直 接型の機械的に安定化される直接型プラットホーム装置は、３つの主な欠点す、 なわち、（１）比較的不正確であり　、（２）大きくてぶかっこうな構成であり 、（３）ローリング運動若しくはピッチング運動と組み合わされる偏揺れや他の アジマス運動（ａｚｉｍｕｔｈ　ｍｏｔｉｏｎ　）によって不安定になシ易い、 という欠点を持っているため、従来、そのような適用物において用途が限られて いた。

低精度であるという第１の問題点に関して、多くの先行技術特許は、プラットホ ーム装置が垂直方向を向くようにプラットホーム装置を懸垂状態にすべきことを 教示した。その成果は得られた、しかし、懸垂特性のせいでプラットホームは水 平方向の加速に感応し易くなった。この望ましくない特性を有している懸垂型プ ラットホームはチタリングトン（Ｔｉｔｔｅｒｉｎｇｔｏｎ　）の米国特許第１ ６４５０７９号、ルイケン（Ｌｕｙｋｅｎ　）の米国特許第１０８３３７０号、 スにリー（５ｐｅｒｒｙ　）の米国特許第１１８６８５６号及び第１２３６９９ ３号、フユークス（Ｆｉｅｕｘ　）の米国特許第１９９９８９７号、セリグマン （Ｓｅｌｉｇｍａｎｎ　）の米国特許第２１９９２９４号、並びに、ビーザー（ Ｂｉｅｓｅｒ　）その他の米国特許第４０２０４９１号に記述されている。これ らの特許によって教示されたプラットホーム装置の懸垂化により、興味ある望ま しくない逆論理が生じた、この逆論理とは、プラットホーム装置に長期間の基準 方向付けを行なわせるために用いられる懸垂構造が、プラットホームの方向付け に対する最大で且つ短期間の攪乱に感応し易いということである。これらの短期 間の攪乱は、ジャイロスコープの作用によって減衰されるけれども、既知の機械 的に安定化される懸垂型プラットホーム装置の精度を限定するという２つの主な 効果のうちの１つを構成する。他方の主々精度限定効果については後述する。

懸垂構造の問題点は静的につり合わされた他の機構によって解消された。これら の機構はペトラビック（Ｐｅｔｒａｖｉｃ　）の米国特許第１０３２０２２号、 ベイテス（Ｂａｔｅｓ　＞の米国特許第１５７３０２８号、並びに、ケンヨン（ Ｋｅｎｙｏｎ　）の米国特許第２８１１０４２号に記述されている。しかしなが ら、これら機構の各々は、望ましい基準方向付けを行なうための定期的な手動調 整を必要とする。リッチャ−（Ｒｉｃｈｔｅｒ　）の特許第１９０６７１９号、 タナ−（Ｔａｎｎｅｒ　）の特許第１３２４４７７号、並びに、フラネリ（Ｆｌ ａｎｎｅｌｌｙ　）の特許第３４７２７７０号は静的につシ合わされたジャイロ スコープ機構を記述しておシ、ジャイロスコープ機構はそれらの支持フレームに 対し機械的スプリングによって方向付けされている。これによっても、懸垂構造 の問題点は解消された。しかし、これら各ジャイロスコープ機構において、安定 化される要素の方向付けは、支持フレームの方向付けの長期的変化に対応して変 化した。

タウリン（Ｄａｗｓｏｎ　）の米国特許第２５３７７７２号は上記特許と異なっ ておシ、この特許においては、どんな基準方向の設定の必要性をなくするために 静的につシ合わされた位置安定化装置におけるジャイロスコープの多少の不明確 な自己直立特性を頼りにしている。このような自己直立特性の存在はジャイロス コープの最も基本的な特性に反する。すなわち、ジャイロスコープに作用するカ モーメントがない場合、回転軸は慣性空間における一定方向に維持される０ スチューラ（５ｔｕｈｌｅｒ　）その他の米国特許第４１９３３０８号は全体的 に静的につシ合わされた機構を記述しているが、ジャイロ組立体は個々に懸垂状 態に作られている。水平方向の加速に対する感応性については、この配置の成果 は、プラットホームが懸垂状態に作られ且つ撹乱用水平方向加速がそれらの作用 方向に直角に作用機構に加えられる場合と同じである。

先行技術が有する第２の主な問題点、即ち大きくでぶかっこうな構成は、プラッ トホーム装置が作動装置を単一の統合された組立体として包含していることによ って生じる。このような装置は一般的に構造的に非能率的であシ、また、大きな 不動のっシ合い錘を必要としだ。その結果、それらの装置は低い構造的共振特性 を表わし、このため、振動に対する耐久性を低下させ、ゾラットホーム設備に対 し振動応力を生せしめる結果となった。ランクドツト（Ｌａｎｃｔｏｔ　）の米 国特許第２９２４８２４号はサーが型被安定化機構においてこの問題を解決する 提案を行なった。統合された組立体の軸の周りにゾッシーロッド組立体が走査ア ンテナと一緒に回転するので、この機構はプツシ−ロッド組立体のための大きな 筒状の空間を必要とする。シーエラー（Ｓｃｈｕｅｌｌｅｒ）の米国特許第１６ ２１８１５号は、全体装置を２つの相互連結型組立体に分割する構成を提案して いる。

しかし、この構成の実施例においては、偏揺れ及び回転運動がいわゆる安定化さ れたプラットホームのローリング運動軸及びピッチング運動軸の双方に付加され る。

先行技術における第３の問題点、即ちローリング運動及びピッチング運動に組み 合わされる偏揺れ若しくは回転運動による不安定化は、ジャイロの回転軸が厳密 に垂直に向けられていない場合に、このような運動がジャイロによってプラット ホーム攪乱用トルクに変換されることによって起こる。ジャイロの回転軸が厳密 に垂直であれば、その垂直軸周シのジャイロ支持フレームの回転は、偏揺れ時若 しくは回転時において、何ら効果をもたらさない。しかしながら、ロール軸若し くはピッチ軸の周シの撹乱トルクに対する反作用によってジャイロの回転軸が歳 差運動をして垂直からいくらかの角度離れた場合に、ジャイロの角運動量の成分 が水平面内に存在する。

水平面内に何ら運動がないならば、何も起らない。

しかし、水平回転が生じる場合には、回転は角運動量の水平方向成分によってプ ラットホーム内に結合され、プラットホームにレベル誤差を生じさせる。

プラットホームの方向付けにおける重大な誤差が起こシ得る。そして、極端な場 合には、プラットホームは完全に不安定になるであろう。セリグマン（Ｓｅｌｉ ｇｍａｎｎ　）の米国特許第２１９９２９４号は、結合された運動の問題を子午 線に関する垂直軸周シのプラットホーム装置の安定化によって解決した。

この構成は技術的には有効であるが、安定化プラットホームに設けられる装置に 対し、全ての連結箇所にすベシ型リング又は回転継手の使用を必要とするという 重大な実用上の欠点を有している。ビーザー（Ｂｉｅｓｅｒ　）その他の米国特 許第４０２０４９１号は、装置全体の回転テーブル設置に関するセリグマン（Ｓ ｅｌｉｇｍａｎｎ　）の特許第２１９９２９４号に匹敵できる実施例を記述して おシ、また、急速な回転操作中にジャイロ枢軸を固定せしめてトルク誤差を最小 にするために使用される構造を提案している。このような固定機構は、安定化装 置が必要な場合に、操作の間中安定化装置を無能力にするという望ましくない効 果を生ぜしめる。スチーーラ（５ｔｕｈｌｅｒ　）その他の米国特許第４１９３ ３０８号は、安定化されるプラットホームに用いるだめの流体型緩衝器機構を記 述している。この機構においては、装置全体が台座上に回転可能に設けられてプ ラットホームのアジマス方向付けを可能にしている。このようなアジマス方向付 は運動は、ローリング運動若しくはピッチング運動と一緒に生じた場合には、当 然に、上述したトルク誤差を生じさせる原因となる。

本発明の第１の特徴は、補助の非堅固型合型振り子を含む自動基準方向付は装置 を含み、且つ、静的に且つ複合的につシ合わされるプラットホーム装置を提供す ることにある。堅固に懸垂された状態の公知の装置と、本発明による装置、即ち 、静的にっシ合わされ且つ補助振９子に非堅固に結合された装置との差異は私が 発見した予測不可能な改良にとって重要である。先行技術の堅固懸垂型装置にお いて、力学特性は本質的に不変である。しかるに、／Ｉｊとんどどんな力学特性 の望ましい設定も構成可能であシ、また本発明により構成される装置に組み込む ことができる。例として、一定の重量／慣性の堅固懸垂型装置が垂直方向に向か う変化率の一定トルクを有するようにする場合、振シ子長さのだめのただ１つの 値が存在する。しかし、この振シ子長さ一振９子重量／慣性の組合せは振動の固 有周期特性を有し、その特性は設計者が制御することができない。ここで用いら れているトルク変化率は、度当シのインチ−ポンドの次元若しくは他の同等の単 位を有する。対比してみると、静的につシ合わされ且つ補助振り子を備えた装置 においては、垂直に向かう一定のトルク変化率は、振９子重量／振り子長さの組 合せの無限の多様性によって得られる。そして、固有振動の周期のだめのどんな 所定値をも作シ出す組合せが可能になる。このことは実際の安定化装置にとって 重要である。なぜなら、このような安定化装置は操作環境において励起されない 固有振動周期を持つべきだからである。例えば、船の振動が周波数スペクトルに おいて２つの分離された帯域に々る。それらの帯域は、推進機構若しくは他の機 械によって起こる周期で約０．０２秒から約０．２５秒の範囲内のものと、大き な船及び波の運動によって起こる周期で約４秒から約１００秒の範囲内のものと からなる。周波数スペクトルにおけるこれらの２つの帯域の間には、約０．２５ 　Ｈｚから約４　Ｉ（ｚのいわゆる窓部が存在する。

この窓部はほとんど振動がない。吊下されて結合された本発明における補助振り 子は、該振シ子が船の動きに対して本質的にフリーの状態に置かれるように、こ の帯域内の固有周期をもつように設計される。

これに対し、先行技術に示されている堅固懸垂型装置は特質上１０秒から３０秒 までの範囲内の固有周期を有し、それ故、船や波の大きな運動によって方向付け が不正確になる。っまシ、このことは、先行技術で示されたような機械的に安定 化される懸垂型のプラットホーム装置の精度を制限するという第２の主要効果で ある。

静的につシ合わされ且つ安定化されるプラットホーム装置は基準方向付は装置の 継続的な使用を必要とせず、このような基準方向付は装置は単に、標流や航路逸 脱の誤差の蓄積を防止するに十分な頻度で且つその防止に十分な期間だけ使用さ れることを必要とすることに注意すべきである。本発明によれば、補助振シ子が 船の運動によシ誘起される水平方向加速によって方向付は誤差を受けた時の条件 の下では、プラットホームと補助振シ子との間の結合効果が低減される。このよ うな結合の低減は堅固懸垂型のプラットホーム装置においては不可能である。本 発明におけるこの特徴はここに記述されている他の特徴とともに用いられる。そ れ故、従来よシも一層正確な機械的被安定化プラットホーム装置を構成すること ができる。

上記説明で用いた「静的に且つ複合的につシ合わされる」という句若しくは単に 「複合的につシ合わされる」という句は、重力のような加速場の存在下で枢着さ れる部材がどん々最初の方向付けであろうと維持することができる装置の状態を 意味する。支持構造体に対し単一軸周りに枢着される組立体にとって、装置の重 心がその枢軸上に位置するならば、この状態は存在するであろう。相互連結され た２つの堅固な組立体からなシ、且つ各組立体が別々に枢軸に支持されているも のからなる装置にとっては、１つの組立体のその枢軸周りのどんな不均衡も他方 の組立体のその枢軸周シの等しいが反対の不均衡によって相殺されるならば、こ の状態は存在するであろう。静的に且つ複合的にっシ合わされるべき装置の配置 は全ての加速に、対して該装置を非感応的にする。そのことによる利点は上述し た通シである。

本発明において、補助振シ子によって達成される長期の基準方向付けは該補助振 シ子と安定型プラットホームとの間の非堅固型結合装置によって安定型プラット ホームに伝達される。この非堅固型結合に使用される構成要素は、力若しくはト ルクを生じさせる種々の装置の組合せ設計及び選択によって各種のトルク回復機 能をもつように設計することができる。力若しくはトルクを生じさせる装置とし ては、線形スプリング、非線形スプリング、緩衝器、磁石若しくは他の磁化装置 、並びに、空気式、流体式、電気的及び機械的装置のようなものがある。プラッ トホームの振動を減衰させるだめの粘性減衰機構若しくは他のエネルギ吸収機構 をトルク回復機能部に含ませることが望ましい。

望ましいトルク回復機能の１つの例は、小さな変位のだめの角度変位の増加に伴 ってトルクを増加させ、且つ、全ての大きな変位に対してはそのトルクを一定値 に維持し、且つ減衰要素を含んでいるものからなる。望ましいトルク回復機能の 他の１つの例は、振り子に小さな垂直方向誤差が生じた場合にその期間中強い結 合にし、且つ、振シ子に大きな垂直方向誤差が生じた場合に弱い結合若しくは非 結合にするものからなる。

本発明の第２の特徴は、分離され且つ相互に連結された２つの組立体からなり、 且つ、各組立体が特殊機能をもつように最適設計されてなる安定化装置を提供す ることにある。２つの組立体は安定化用組立体と、作動装置を含む被安定・化プ ラットホームとを備えている。これら２つの組立体は、各種の位置又は運動伝達 装置によって相互連結される。この位置又は運動伝達装置は、被安定化プラット ホームが基準面に対して安定化用組立体と同じ方向付けをいつも有するような装 置であればよい。寸法上、重量上及び強度上の特性に関する大きな改善が本発明 のこの特徴によって達成される。直接型機械的安定化用の従前の安定型プラット ホームを上述したタイプのものに経済的に変更することができる。この特徴の他 の利点は、安定化用組立体の作動環境が該安定化用組立体によって安定化される 作動装置上に置かれるよシも苛酷でない場所に該安定化用組立体を置くことがで きることである。例えば、安定化用組立体はその要素に向けられたマスト上では なくデツキの下に設けることができる。この特徴の更に別の利点は、所定量のジ ャイロ運動量によって大きな撹乱衡撃吸収能力が得られることであシ、この利点 は、特殊設計の自由度が大きいこと及びジャイト歳差運動軸作動範囲が大きいこ とによって得られる。

本発明の他の主な特徴は、ジャイロ組立体支持フレームが安定化用組立体内で独 立したアジマス軸受に回転可能に設けられていることである。この構成は、上述 したロール運動又はピッチ運動と組み合わされる偏揺れ／回転に伴なう問題点を 最小にする。

なぜなら、ジャイロ組立体は慣性空間に関して僅かなアジマス運動を受けるにす ぎないからである。それ故、ジャイロ組立体支持フレームに関する限り、偏揺れ 又は回転運動は実際上起こらない。観測者は、ジャイロ支持フレームと船との間 に生じる相対運動を認めることができた。しかし、その相対運動は、その相対運 動に基づいて船が回転する間、ジャイロ支持フレームが慣性空間内で安定性を保 つことを意味する。

以上述べたことから、本発明は、独立し且つ相互に関連した３つの特徴を含むこ とが明らかとなるであろう。ここでの教示による最適な被安定化装置は、（す補 助振シ子型センタリング装置によって静的につシ合わされ、（２）分離され且つ 相互連結された２つの組立体として構成され、そして、（３）ジャイロ組立体支 持フレームを該フレーム自体のアジマス軸受に設けて利用するものである。これ ら３つの特徴の全てを組み入れていない他の構造を構成することはもちろん可能 である。それでも、いずれか１つの特徴のみ使用しようが他の一方とともに使用 しようが、他の２つを使用しようが、実質的な且つ予期し得なかった従来技術以 上の改善を達成する。

本発明に適用される原理と以下の記述のよシ十分な理解のために、機械的に安定 化されるゾラットホ゛−ム装置がねじシ衝撃及び角運動量の等個性及び変換可能 性のもとで作動することが判るであろう。プラットホームを攪乱させようとする ねじシ衝撃は装置の角運動量の変化によって抵抗を受ける。これらの変化は、通 常歳差運動と称するジャイロ回転軸の方向変化の形態で現われる。攪乱トルクが 生じた場合、ジャイロは最初に歳差軸周シの短期の振動運動を行ない、次いで、 歳差軸周シに一定速度で回転を始める。その工程中にプラットホームに小さな角 度オフセットが生じる。歳差運動はトルクが除去されるか、あるいはジャイロが 歳差運動角限界に達するまで継続するであろう。攪乱トルクが除去された時に歳 差運動が止み、且つ、プラットホームの角度オフセットは使用された基準方向付 は装置によって修正される。このような効果は、物体の質量中心局シの回転の一 般方程式によって説明し分析することができる。

図面の簡単な説明 第１図は本発明の一実施例の一部断面側面図である。第１図の上部分は装置の被 安定化プラットホームを表わし、下部分は安定化用組立体部分を表わしている。

第２図は直角型ジンバル取付は構造の詳細を示す第１図の２−２線に沿う水平断 面図である。

第３図は直角型ジンバル及びジャイロ取付は構造の詳細を示す第１図の３−３線 に沿う水平断面図である。

第４図は、単一の被安定化枢軸を有する機械的に安定化されるプラットホーム装 置の第２実施例の一部断面側面図である。

第５図はジャイロ取付は用ジンバルを示す第４図の４−４線に沿う水平断面図で ある。

第６図は、単一のコイルスプリングが装置の基準方向付は装置の部品として用い られている第３実施例の一部を示す図である。

第７図は、第６図の７−７線に沿う水平断面図でに直接取シ付けられている他の 実施例の一部断面側面図である。

第９図は、第８図に示される実施例の一部正面図９子用非堅固型支持装置の１つ の詳細を示す一部断面図である。

第１１図は、装置の被安定化部分の基準方向付けが支持構造体に設けられた単一 コイルスプリングと組み合わされる非堅固結合型補助振シ子作用によって達成さ れる別の実施例の一部断面部分図である。

好ましい実施例の説明 はじめに第１図を参照すると、ゾラットホーム装置１３０ノラットホーム構造体 １０は、指向性マイクロ波アンテナ若しくはレーダー装置のような作動装置１１ を支持するこ゛とが判る。プラットホーム装置１３は、ここでは、該プラットホ ーム装置に設けられる全ての作動装置を含むものを意味している。

作動装置１１はプラットホーム構造体１０に回転可能に設けられておシ、この作 動装置１１は船のジャイロ・コンＡ’スに従うように動かされる。プラットホー ム構造体１０自体はジンバルリング１９によって支持されている。ジンバルリン グ１９は上側スＡ’イダ主軸２２．２３に枢着されている。第２図を参１６に枢 着されておシ、上側支持主軸１５．１６は上側トラニオン１７．１８により支持 されている。

上側トラニオン１７．１８は支持構造体１２に取シ付けられている。主軸２２． ２３の軸線は同軸状に示されておシ、且つ、主軸１５．１６の同軸状軸線に対し て垂直に示されている。これら主軸２２　、２３の同軸状軸線及び主軸１５．１ ６の同軸状軸線は同一平面上に位置している。

ジンバルリング１９にｌ）付けられたジンパルゾラケッ）２４．２５は、枢着さ れた上側？−ルノヨイン）２６．２７を支持しておシ、これら上側ｙＮ　−ルジ ョイン）２６．２７の枢動中心はそれぞれ主軸２２．２３の軸線上及び主軸１５ ．１６の軸線上に位置している。押圧杆２８．２９はそれぞれ一端がゾールジョ イン）２６．２７に取シ付けられておシ、また、押圧杆２８．２９の他端は、第 ３図に示されるように、それぞれ下側が一ルジョイント４８　、４９に取シ付け られている。ジンバル止具５０，５１は下側ぜ−ルジョイン）４８．４９を支持 している。

これらジンバル止具５０，５１は下側ジンバルリング４２に取シ付けられておシ 、下側ジンバルリング４２は下側スノＪ？イダ主軸５６，５７に支持されている 。下側ス・ぐイダ４３は主軸５．６　、５７を支持している。この下側スフ９イ ダ４３は下側支持主軸４４゜４５によシ枢支されている。下側支持主軸４４．４ ５は下側トラニオン４６．４７によシ支持されている。

主軸５６．５７の枢軸線は主軸４４．４５の枢軸線に対して垂直をなしている、 。これら主軸５６．５７及び主軸４４．４５の枢軸線は同一平面上に位置してい る。下側トラニオン４６．４７は上側トラニオン１７．１８を支持している支持 構造体１２の別の箇所に設けられている。

下側支持主軸４４．４５及び５６．５７の軸線はそれぞれ上側支持主軸１５．１ ６及び２２．２３の軸線に対し平行をなしている。アジマス軸受４０゜４１は下 側ジンバルリング４２によシ支持されており、これらアジマス軸受４０．４１は ジャイロ・アジマス・フレーム３９を回転自在に支持している。

ジャイロ・アジマス・フレーム３９にはジャイロ設置フレーム３４．３８が設け られている。ジャイロ設置フレーム３４内において、ジャイロモータ３０及びロ ータ３１がジャイロ枢支主軸３２に枢支されている。ジャイロ設置フレーム３８ 内において、ジャイロモータ３５及びロータ３６がジャイロ枢支主軸３７に枢支 されている。ジャイロモータ３０の枢軸線はジャイロモータ３５の枢軸線に対し て垂直をなしている。ここでは、ジャイロ枢支主軸３２は下側支持主軸５６．５ ７に対し平行をなすように示されているが、ジャイロ枢支主軸３２はそのような 向きに配置される必要はない。ロータ３１を備えたジャイロモータ３０はジャイ ロ枢支主軸３２の周りに静的につシ合わされている。また、ロータ３６を備えた ジャイロモータ３５はジャイロ枢支主″＠３７の周シに静的につシ合わされてい る。

ジャイロスプリング５９は、一端がジャイロ枢支主軸３２の離心状延長部３３に 連結され、且つ、他端がスプリング止具５８に連結されている。同様に、スプリ ング６０は、ジャイロ枢支支軸３７の離心状延長部５５とスプリング止具６１と の間に連結されている。被安定化組立体１３は主軸１５．１６の軸線の周シに静 的につシ合わされ、且つ、主軸２２゜２３０軸線の周シに静的につシ合わされて いる。押圧杆２８．２９及びが−ルジョイント２６　、４８　。

２７．４９を含む安定化用組立体１４は、主軸４４゜４５の周りに静的につシ合 わされており、且つ、主軸５６．５７の周シに静的につシ合わされている。

ジンパルスシリング５２．５３は、下側ジンバルリング４２を重力に対して主軸 ４４，４５の周シに一定方向に向けるように、下側ジンバルリング４２と振り子 ６２との間に連結されている。図示されていない他の２本のスプリングは、同様 に下側ジンバルリング４２を重力に対して主軸５６．５７の周勺に一定方向に向 けるように、図示されていない第２の振シ子に連結されている。

第１図に示される実施例の図示しない変更例においては、ジンパルスシリング５ ２，５３は、振シ子６２に対して取シ付けられるのではなく、トラニオン４６に 取シ付けられる。そして、振シ子は本装置から除去される。

第４図には、単一軸型被安定化プラットホームが使用されている本発明の１つの 実施例が示されている。枢軸主軸１５′は支持構造体１２′に設けられたトラニ オン１７′に回転自在に支持されている。ジャイロモータ３５′は、下側ジンバ ルリング４２′に回転自在に設けられた支持主軸２２’、２３’に対して静的に 均衡せしめられている。下側ジンバルリング４２′ハ主軸４４’、４５’に支持 され、主軸４４’、４５’は、第５図に示されるように、下側トラニオン４６’ 、４７’に支持されている。ジャイロ枢動スジリング６０′は一端が主軸２３′ の離心状延長部３３′に連結され、且つ、他端が下側ジノパルリング４２′に取 り付けられたスプリング止具５８′に連結されている。ジンバルスプリング５２ ’、５３’は主軸４５′の離心状延長部２１′と振り子６２′の耳部との間に連 結されている。

押圧杆２８′及びポールジョイン）２６’、４８’を含む安定化用組立体１４′ 、並びに、被安定化ノラットホーム組立体１３′は、それらの各々の支持主軸１ ５′。

４４−’　、　４５’の周シに、個別的であろうと複合的であろうと静的につシ 合わされている。

第６図及び第７図において、トラニオン４６″。

４７“は内側ジンバル７３を枢支するジンバル主軸６３“を担持しておシ、内側 ジンバル７３は主軸７５上の外側ジンバルリング７２を支持している。振り子リ ング６９は支柱６８によって外側ジンバルリング７２に堅固に連結されている。

この全体配置により、振シ子リング６９は２つの相互に垂直な軸線の周シ忙自由 に回転できる。

コイルスプリング７ｏは、その下端が外側ジンバルリング７２の上面にある溝内 に配置されておシ、コイルスプリング７０の上端は、下側ジンバルリング４２“ に取シ付けられた溝付リング７１内に配置されている。支柱６８とコイルスプリ ング７０とによって振り子リング６９を排斥しつつ、安定化用組立体１４“はス パイダ４３“の両面交軸線の周りに静的につり合わされる。それ故、押圧杆２８ ”、２９“を含む安定化用組立体１４〃と図示されていない被安定化プラットホ ーム組立体１３“との複合組立体は、コイルスプリング７０によシ提供される結 合の結果として、２つの平面内において、重力に対し振り子リング６９によシ非 固定的に方向付けられる。

第８図には本発明の１つの実施例が示されておシ、この実施例においては、被安 定化装置は１つの統合された組立体として構成されている。第８図において、支 持構造体１２“に設けられている支柱７７は、下側ヨーク８０、上側ヨーク８２ 及び内側十字体８１からなる自在継手を担持している。ヨーク８０゜８２は、ジ ンバル組立体を構成するように、内側十字体８１の直交主軸上で回転する。

上側ヨーク８２の上側延長部は作動装置１１＃が設置される安定型プラットホー ムを構成している。また、上側ヨーク８２の上側延長部はアジマス軸受４０”、 ４１’を支持しておシ、アジマス軸受４０′′。

４１＃はジャイロ・アジマス・フレーム３９／／／を回転自在に支持している。

上側ヨーク８２、作動装置１１″′、並びにジャイロ・アジマス・フレーム３９ ″′に取シ付けられた全ての構成部品を含むジャイロ・アジマス・フレーム３９ ″を備えた全体的組立体は内側十字体８１の２つの直交軸線の周りに静的に均衡 せしめられている。ジャイロ・アジマス・フレーム３９′″には第１図及び第６ 図に示されるジャイロ組立体に匹敵するジャイロ組立体が備えられている。

上側ヨーク８２の直径方向対向部位に取シ付けられているケーブル止具６７は振 シ子ケーブル６６の上端を堅固に支持している。振シ子ケーブル６６の下端にお いて、振シ子ケーブル６６は第８図の紙面に平行な面においては振シ子すング６ ９′上の止具に枢動自在に連結されており、第９図の紙面に平行な面においては 、振シ子ケーブル６６は振シ子リング６９′に堅固に連結されている。それ故、 振シ子リング６９′の安定時の若しくは平均的な方位は対称的に分配され、且つ 、２つの直交平面内において上側ヨーク８２に対し等しい結合強度をもつ。

第１０図を参照すると、図示されている振シ子ケーブル６６は、複合よシ合せ型 鋼ケーブルのような内側可撓芯６４と密着巻き型コイルスプリングケース６５と を備えている。芯６４とケース６５との間の環状空間は石油グリースのような粘 性媒体で満たされている。振り子ケーブル６６が撓むときに起こる芯６４とケー ス６５との間の相対運動は、粘性媒体全体を通じて剪断変位を生ぜしめる。これ によシ、粘性媒体は最初の位置におけるケーブルの歪の原因となるエネルギの一 部を吸収する。

第１１図には本発明の１つの実施例が示されている。この実施例において、振り 子リング４６９の基準方向合せ効果はコイルスプリング４７０の基準方向合せ効 果によシ影響を受け且つ変更される。支持支柱４７７に堅固に取シ付けられてい る溝付きリング４８３はコイルスプリング４７０の下端を支持しておシ、コイル スプリング４７０の上端は上側ヨーク４８２に取シ付けられたリンク４７１内の 溝内に配置されている。コイルスプリング４７０は、予め選定された非線形型強 度−撓み特性を所有するように構成することができる。

作動の説明 作動時には、ジャイロモータ３０．３５はそれぞれのロータ３１，３６を反対方 向にいくつかの公称設計スピード、代表的には６００　ｒ、ｐ、ｍから６００゜ ｒ、ｐ、ｍまでの範囲内のスピードで駆動する。２つのモータ３１，３６は同じ スピードで作動させる必要はない。いかなる妨害もない場合にはこの装置は第１ 図に示される方向を見い出して維持する。しかしながら、ジャイロ・アジマス・ フレーム３９は本質的にアジマスにおいて拘束されず、それ故、いかなるアジマ スの方向付けも自由に選ぶことができる。

説明のために、ジャイロ・アジマス・フレーム３９は最初に第１図及び第３図に 示される位置にある。

今、支持構造体１２が、トラニオン１５の軸線に平行な軸線の周シに振動するこ とを想定する。このような振動は船のローリング運動によって起こる。

下側ジンバルリング４２及び上側ジンバルリング、ｌ’ｌ−ｔ、、こレラジンバ ルリング４２．１９の質量慣支持構造体１２の振動に伴なういかなる加速、ある いは、生じ得る他のいかなる外部からの加速は、静的に均衡せしめられている装 置部分即ち、基準方向合せ振シ子以外の装置全体部分に何らの影響も与えない。

なぜなら、それら装置部分は全ての運動軸線の周シに複合的に静的につり合わさ れているからである。しかしながら、振り子６２が水平方向の加速によって偏向 された場合には下側ジン・ぐルリング４２に攪乱を与えようとするトルクが変化 して振動がスプリング５２．５３によって誘発される。時間的に限定された期間 中作用するこれら攪乱トルクは、主軸４５．４６の周シに下側ジンバルリング４ ２を新しい方向に向けようとするねじシ衝撃になる。しかしながら、このような 新しい方向付けは、ジャイロの歳差運動工程による抵抗を受ける。即ち、ロータ ３１を備えたジャイロモータ３１が角運動量変化を受けることにより、特に、主 軸３２周りにジャイロモータ３１の回転軸線の向きを変えることによシ該ジャイ ロモータ３１がねじシ衝撃を吸収する。ロータ３１を備えたジャイロモータ３１ のスピードは本質的に変化しない。ジャイロモータ３０はいかなる歳差運動中若 しくはその後に主軸３２の離心状延長部３３に作用するスプリング３３によって 最初の中心位置に向って徐々に逆に付勢される。

支持構造体１２の振動が上述した方向と直交する方向、即ち、船のピッチング運 動に匹敵する方向に発生した場合、同様の効果が得られるが、攪乱トルクはスプ リング５２．５３及び振り子６２に直交する同様の部品によって誘発され、そし て、攪乱トルクに抵抗するトルクが枢支主軸３７の周シに歳差運動をするジャイ ロモータ３５によって生ぜしめられる。船がローリング運動とピッチング運動と の双方を受けた場合に対応する支持構造体１２の同時両方向の運動の結果、上述 した両方のその後の効果が同時に現われる。

支持構造体１２がアジマス方向の船の回転運動に匹敵する回転を垂直軸線周シに 行なった場合、ジャイロ・アジマス・フレーム３９　ハ該フレーム３９の質量慣 性モーメントによって最初の位置に静止状態を保とうとする。今、この新しいア ジマス位置に支持構造体１２が転動する場合、スプリング５２　、５３によって 振シ子６２から誘発されるいかなる攪乱ねじり衝撃も、ロータ３１を備えたジャ イロモータ３０及びロータ３６を備えたジャイロモータ３５の歳差運動によって 抵抗を受けると同時に、各組立体はその構成部品に攪乱ねじシ衡撃力の反作用を 起こさせる。

プラットホーム構造体１０上中作動装置１１がアジマス方向に回転せしめられた 場合、そのような運動を伴ういかなるトルクも主軸２２．２３によって、及び該 主軸２２．２３から主軸１５．１６並びに該主軸１５．１６からトラニオン１７ ．１８へと反作用を受けるので、プラットホーム装置内にどん々攪乱トルクも誘 発されない。

支持構造体１２がプラットホームの角度作動範囲を越えて回転した場合のように 、プラットホーム装置の環状運動量変化が限度を越えた場合に、ジャイロモータ ３０，３５の一方又は双方がそれ自体を歳差角度運動限界位置へと迅速に駆動し 、プラットホーム装置が直ちに完全に非静止状態になる。しかしながらプラット ホーム装置は直ちにプラットホーム装置自体を直立し始め、作動角運動限界を最 後に越した後の２分ないし３分以内に、プラットホーム装置は再び本質的に安定 状態になる。本発明のこのすばらしい再安定化特性は堅固懸垂型機械的被安定化 装置の再安定化作用とは著しく異なっている。この堅固懸垂型機械的被安定化装 置は、一旦傾倒された後、偶然の事態によって、ジャイロの能力を修正する被統 合化撹乱衝撃及び角度運動限界が船の１つの完全な振動サイクルを越さなくなる まで不安定状態を続ける。前述した偶然の事態は、堅固塵・垂型被安定化ゾラッ トホーム装置にとっては、支持構造体１２の全運動振幅が近似的であろうとも被 安定化プラットホーム装置の有効作動範囲に近づくことによシ、特に、支持構造 体１２の１０から１００までの振動サイクル範囲内において現われる。

第４図に示される実施例は、第１図に示される実゛施例によって提供されるよう 々支持構造体のアジマス運動に対する抵抗力は有し々い。従って、この第４図図 示実施例は、１つの軸線周りの小さい運動、例えば縦揺れをし、且つ、単に遅い 偏揺れ／回転速度を体験するものへの適用に最も有効である。この状態は非常に 大きな原油運搬船に存在する。

第１図、第４図、第６図及び第８図に示されている実施例において、船のローリ ング運動及びピッチング運動によって起こり、且つ、基準方向合せ振シ子６２． ６２’、６９又は６９′をそれぞれ非垂直にする原因となる水平方向の加速は、 プラットホーム装置の被安定化部分を船内体の運動と反対の方向に誤った方向付 けをする傾向にあることに注意すべきである。例えば、船の垂直から右へのロー リング運動時に、振り子は被安定化プラットホームの方向付けを左に向ける誤差 を作シ出す。更に、第１１図におケルコイルスプリング４７０は被安定化プラッ トホームを船の運動走間じ方向に誤って方向付けをする傾向にあることに注意す べきである。即ち、垂直−から右へのローリング運動時に、コイルスプリングは 被安定化プラットホームの方向付けを右に向ける誤差を作り出す。これらの反対 の効果は第１１図に示される実施例において組み合わされて、振シ子又は本実施 例によるスプリング−支持支柱型・基準方向付′・け機構のいずれの中間方向付 は効果も最小にする。

また、第１１図における補助振り子４６９に作用する水平方向の加速は、例えば ルイケン（Ｌｕｙｋｅｎ　）の米国特許第１０８３３７０号に提案されているよ うな三角関数表示で示すことができることに注意すべきである。更に、反対方向 のそのような三角関数表示の近似は、例えばコイルスプリング４７がテーパ及び 不均一なコイル空間の双方を有するようにコイルスシリング４７を巻く・ことに よシ、コイルスシリング４７の力と撓みの関係のために得ることができる。それ 故、第１１図に示される実施例によれば、相当の水平方向加速を有する相当の船 の運動を含む作動条件下において基準方向合せ振り子の効果発生誤差の重要な減 少が可能となる。

図示され且つここに述べられた本発明の実施例は公称的に垂直に方向付けされる 枢軸線を備えた１つ又は２つのジャイロを使用する場合を示しているが、他のジ ャイロ配置が等しく認識されることを理解すべきである。このような変更可能な 配置の中には、一般にはススリ（５ｐｅｒｒｙ　）の米国特許第１２３６９９３ 号又はルイケン（Ｌｕｙｋｅｎ　）の米国特許第１０８３３７０号に記述されて いるよう寿形態、チタリングトン（Ｔｉｔｔｅｒｉｎｇｔｏｎ　）の米国特許第 １６４５０７９号又はベイン（Ｂａｔｅｓ　）の米国特許第１５７３０２８号に 記述されている水平枢軸線配置、並びに、タナ−（Ｔａｎｎｅｒ　）の米国特許 第１３２４４７７号に示唆されている上下配列の４つの整列ジャイロがある。

また、フラネリ（Ｆｌａｎｎｅｌｌｙ　）の米国特許第３７４２７７０号に概略 的に記述されている両端連結型配置は上述したジャイロ配置に入れ代えることが できる。−もちろん、このような全ての変更配置は、本発明によれば、上述した ように、静的につり合わされ、また、補助基準方向付は振シ子に非堅固に結合せ しめられる。

発明という用語は単一の意味に用いられてきたが、それは多くの′区別される別 個の特徴を含み得ることを理解すべきである。これらの特徴は、開示された実施 態様で例示されるように、種々の組合せ態様で実施され得る。しかし、夫々の特 徴は他と独立に実施し得ることを認識すべきである。例えば、本発明による被安 定化プラットホーム装置は、ジャイロ・アジマス・フレ〒ム３９が該フレーム自 体のアジマス軸受４０　、４１に取り付けられているのではなく、ジャイロ・ア ジマス・フレーム３９が下側ジンバルリング４２に堅固に取シ付けられている静 的均衡型の統合形式のユニットを含んでいてもよい。また、現在公知の堅固懸垂 型被安定化プラットホーム装置は、本発明によれば、ジャイロ支持フレームの自 由型アジマス設置構造を含むように変更し得る。

最後に、図面に示された実施例は典型例であシ、全てを含むものではない。例え ば、振動抑制手段やケーシング手段や、すべ９型リングのような動力伝達手段や 、空気隙間変換器などの追加は、本発明の基本的な特徴を変えることはない。従 って、単に本発明の５つの特別の実施例が図示され且つ記述されてきたが、種々 の変形及び変更が当業者にとって自明になることを理解すべきである。このよう な変形及び変更は本発明の真実の範囲及び精神から逸脱することなくなされ得る 。

浄書（内容に変更なし） 手続補正書（方式） 昭和５８年２月２を日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １　事件の表示 ＰＣＴ／ＵＳ８２１００４８５ ２　発明の名称 機械的に安定化されるプラットボーム装置　′事件との関係　特許出願人 氏名　マシー−ズ、ロバート　ジェイ、゛５　補正命令の日付 ６　補正のχｊ象 （１）委任状 （２）図面の翻訳ｔ ７　補正の内容 （１）別紙の通り （２）別紙の通り（内容に変更なし） ８　添付書類の目録 （１）委任状及びその翻訳文　各１通 （２）図面の翻訳文　１通 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ジャイロスコープのねじシ衝撃力吸収装置と、枢支装置と、振シ子と、前記 振シ子と前記ジャイロスコープのねじシ衝撃力吸収装置との間に作動的に連結さ れた非堅固型結合装置との組合せ装置。 ２、前記非堅固型結合装置はスプリングを含むことを特徴とする請求の範囲第１ 項記載の組合せ装置。 ３、前記振シ子は弾性懸垂装置を含むことを特徴とする請求の範囲第２項記載の 組合せ装置。 −４、前記振シ子はジャイロスコープのねじシ衝撃力吸収装置から弾性的に懸垂 されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の組合せ装置。 ５、前記非堅固型結合装置はエネルギ吸収機構を含んでいることを特徴とする請 求の範囲第１項記載の組合せ装置。 ６、前記非堅固型結合装置は前記振シ子と前記ジャイロスコープのねじシ衝撃力 吸収装置との間に不連続的に且つ作動的に連結されていることを特徴とする請求 の範囲第１項記載の組合せ装置。 ７、　ジャイロスコープのねじり衝撃力吸収装置と、支持装置と、プラットホー ムとの組合せ装置であって、前記ジャイロスコープのねじシ衝撃力吸収装置は前 記支持装置の枢軸に設けられているとともに回転可能装置を含んでおり、これに よシ、前記枢軸に直角な軸線周シの慣性空間内における前記支持装置の回転運動 は、該軸線周シの慣性空間に関して、前記ジャイロスコープのねじシ衝撃力吸収 装置から隔絶されておシ、前記回転可能装置は前記プラットホームとは別個に独 立しておシ、前記プラットホームは前記支持装置に枢着されているとともに、該 プラットホームと前記ジャイロスコープのねじシ衝撃力吸収装置との間の連結装 置によって該ジャイロスコープのねじり衝撃力吸収装置に対し方向付けされてい る組合せ装置。 ８　ジャイロスコープのねじシ衝撃力吸収装置と、支持装置と、プラットホーム と、振シ子との組合せ装置であって、前記ジャイロスコープのねじシ衝撃力吸収 装置は前記支持装置の枢軸に設けられているとともに回転可能装置を含んでおシ 、これによシ、前記枢軸に直角な軸線周シの慣性空間内における前記支持装置の 回転運動は、該軸線周りの慣性空間に関して、前記ジャイロスコープのねじシ衝 撃力吸収装置か）ら隔絶されておシ、前記回転可能装置は前記プラットホームと は別個に独立しておシ、前記プラットホームは前記支持装置に枢着されていると ともに、該プラットホームと前記ジャイロスコープのねじシ衝撃力吸収装置との 間の連結装置によって該ジャイロスコープのねじり衝撃力吸収装置に対し方向付 けされており、前記振り子と前記ジャイロスコープのねじシ衝撃力吸収装置との 間には非堅固型結合装置が作動的に連結されている組合せ装置。 ９、プラットホーム構造体と、安定化用組立体と、振多子と、前記プラットホー ム構造体と前記安定化用組立体との間の所定の基準角度方向付けを維持するため に前記プラットホーム構造体と前記安定化用組立体とを相互に連結する装置と、 前記安定化用組立体及び前記プラットホーム構造体をそれらの枢軸層シに複合的 に且つ静的につシ合わせる装置と、前記安定化用組立体を方向付けするための装 置とを備え、 前記プラットホーム構造体は、第２の一対の直交軸の周りに枢着され、該第２の 一対の直交軸の各々は第１の一対の直交軸の対応部材と平行で且つ該対応部材か ら離間されており、前記安定化用組立体は、第１の一対の直交軸の周シに枢着さ れており、該安定化用組立体は、ジンバルリングと、前記直交軸に平行な平面内 における回転のために前記ジンバルリングに回転可能に設けられたジャイロ・ア ジマス・フレームと、一対の垂直な歳差運動軸の周シに枢着された一対のジャイ ロ組立体とを含んでおシ、前記各ジャイロ組立体は、前記ジャイ゛ロバアジマス ・フレームに対して該ジャイロ組立体を方向付けするための装置を含んでおシ、 前記安定化用組立体を方向付けするだめの装置は前記安定化用組立体と前記振シ 子との間に延びている非堅固型結合装置を含んでいる、支持構造体に設けるだめ の機械的安定化されるシラ、トホーム装置。 １０、前記非堅固型結合装置はスプリングを含むことを特徴とする請求の範囲第 ９項記載のプラットホーム装置。 １１、前記振り子は弾性懸垂装置を含むことを特徴とする請求の範囲第９項記載 のプラットホーム装置。 １２、前記振夛子は前記安定化用組立体から弾性的に懸垂されていることを特徴 とするプラットホーム装置。 １３、前記非堅固型結合装置はエネルギ吸収機構を含んでいることを特徴とする 請求の範囲第９項記載のプラットホーム装置。 １４、前記非堅固型結合装置は前記振り子と前記安定化用組立体との間に不連続 的に且つ作動的に連結されていることを特徴とする請求の範囲第９項記載のプラ ットホーム装置。 １５、前記非堅固型結合装置はスプリングを含むことを特徴とする請求の範囲第 ８項記載の組合せ装置。 １６、前記振シ子は弾性懸垂装置を含んでいることを特徴とする請求の範囲第８ 項記載の組合せ装置。 １７、前記振り子は前記ジャイロスコープのネシシ衝撃力吸収装置から弾性的に 懸垂されていることを特徴とする請求の範囲第８項記載の組合せ装置。 １８、前記非堅固型結合装置はエネルギ吸収機構を含んでいることを特徴とする 請求の範囲第８項記載の組合せ装置。 １９、前記非堅固型結合装置は前記振り子と前記ジャイロスコープのねじシ衝撃 力吸収装置との間に不連続的に且つ作動的に連結されていることを特徴とする請 求の範囲第８項記載の組合せ装置。 ２０、安定化用組立体と、プラットホーム構造体と、前記安定化用組立体と前記 プラットホーム構造体との間の所定の基準角度方向付けを維持するために前記プ ラットホーム構造体と前記安定化用組立体とを相互に連結する装置と、機械的に 安定化されるプラットホーム装置をその支持軸の周シに複合的に且つ静的につシ 合わせる装置と、前記安定化用組立体を方向付けするための装置とを備え、前記 安定化用組立体は、直交軸の第１の組の周シに枢着されており、前記安定化用組 立体は、ジンパ転のために前記ジンバルリングに回転可能に設けられているジャ イロ・アジマス・フレームと、一対の垂直歳差運動軸の周りに枢着された一対の ジャイロ組立体とを備えておシ、前記各ジャイロ組立体は前記ジャイロ・アジマ ス・フレームに対し該ジャイロ組立体を方向付けするだめの装置を含んでおシ、 前記プラットホーム構造体は第２の一対の直交軸の周シに設けられておシ、前記 第２の一対の直交軸は前記第１の一対の直交軸の対応部材と平行で且つ該対応部 材から離間されて訃り、前記安定化用組立体を方向付けするための装置は前記プ ラットホーム装置と支持構造体との間に延びているばね機構を含んでいる、支持 構造体に設けられるように構成された機械的に安定化されるプラットホーム装置 。 ２１、前記安定化用組立体を方向付けするために前記安定化用組立体と前記支持 構造体との間に延〃ているばね機構を含んでいることを特徴とする請求の範囲第 ２０項記載のプラットホーム装置。 ２２、ジャイロスコープのねじシ衝撃力吸収装置と、枢支装置と、振シ子と、前 記振り子と前記ジャイロスコープのねじシ衝撃力吸収装置との間に作動的に連結 された非堅固型結合装置と、前記ジャイロスコープのねじり衝撃力吸収装置と前 記枢支装置との間に作動的に連結された弾性手段との組合せ装置。 ２３、前記ジャイロスコープのねじシ衝撃力吸収３８ 装置を前記枢支装置の周シに複合的に且つ静的にっシ合わせる装置を含んでいる ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の組合せ装置。 ２４、前記振シ子は前記非堅固型結合装置と組み合わさって装置を含んでおシ、 これによシ、前記組合せ体の固有振動周期が０．２５秒から４．０秒の範囲内に 落ちることを特徴とする請求の範囲第１項記載の組合せ装置。