JPS5936206B2 - 軸受装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ジャイロ装置、例えばジャイロスコープの軸
受装置、特にジャイロケースの重量を浮遊液の浮力によ
り支持するタイプのジャイロスコープに通用して好適な
軸受装置に関する。

本発明の説明に先だち、本発明による軸受装置が適用さ
れ得るジャイロ装置、例えばジャイロスコープの一例を
、その斜視図である第１図を参照して説明しよう。

第１図に於て、符号１はジャイロケースを示し、その内
部に高速で回転するジャイロロータ２が収納されている
。４はジンバル環で、これは、垂直軸々受装置３、３’
を介してジャイロケース１を垂直軸線のまわりに回動的
に支持している。

６は外筐で、これは、水平軸々受装置５、５’を介して
、ジンバル環４以内を水平軸線のまわりに回動的に支持
している。

外筐６内には、浮遊液８が充填され、それによる浮力で
ジャイロケース１の重量を支持し、これにより、垂直及
び水平の軸受装置３、３’及び５、５’に作用するジャ
イロケース１の静的荷重を取去り、軸受のトルク性能を
向上させている。又、Ｔはピックアップで、これは、ジ
ャイロケース１に設けた一次ピックアップＴａと、外筐
６に設けた二次ピックアップ７ｂとからなり、ジャイロ
ロータ２のスピン軸の外筐６に対する垂直軸線及び水平
軸線まわりの角変位を検出している。尚、ジャイロスコ
ープに於ては、外筐６よりジャイロケース１の垂直軸或
いは水平軸まわりにトルクを加えるトルカーが装置され
るのが普通であるが、これは、本発明と直接関係がない
ので、その図示及び説明は、簡単のため、これを省略す
る。更に、図示せずも、この種のジャイロ装置に於ては
、外部にサーボ装置を設け、上述したピックアップ７の
出力信号がゼロとなるように制御し、ジャイロケース１
、ジンバル環４及び外筐６等の間の相対角変位が生じな
いようにしているのが普通である。上述した如きジャイ
ロスコープの垂直軸及び水平軸々受装置３，３’及び５
，５’に使用されている従来の軸受装置としては、宝石
軸受、玉軸受、磁気軸受、懸吊線等の各種のものがある
が、宝石軸受及び玉軸受は、摩擦が大と云う欠点があり
、磁気軸受は構造が複雑で且つ高価と云う欠点があり、
又、懸吊線は動作が不安定と云う欠点があり、いずれも
満足のいくものではなかつた。

従つて、本発明の主目的は、上述した如き従来の軸受装
置に固有の欠点のない、軸受装置を提供せんとするもの
である。

本発明の他の目的は、上述した如きジヤイロスコープの
水平及び垂直軸の軸受装置として効果的で、構造簡単、
安価且つ高精度の軸受装置を提供せんとするものである
。

本発明による軸受装置の特徴とする点は、ジヤイロロー
タを内蔵するジヤイロケースと、上記ジヤイロロータの
スピン軸と直交する少くとも一つの軸まわりに上記ジヤ
イロケースを回転的に支持する軸受装置と、上記ジヤイ
ロケース及び軸受装置を内部に収納支持する外筐とより
成るジヤイロ装置用の軸受装置に於て、上記軸の軸心に
位置決する孔又はピンよりなる位置決部を有する第１の
取付部と、一端が該取付部と連結し上記位置決部の中心
線上に配され且つ該中心線のまわりにのみ可撓性を有す
る可撓性部材と、該可撓性部材の他端と連結する第２の
取付部とより成り、上記可撓性部材の可撓部の中立面は
上記位置決部の中心線を含み、且つ上記可撓性部材の可
撓部の長手方向の中心が上記位置決部の中心と略々一致
するようになされ、上記中立面と直角方向の加速度によ
る可撓部の平行撓みに対してモーメントが発生しないよ
うになした点に存する。

次に、上述した如き特徴を有する本発明の一例を、第１
図に示すジヤイロスコープの水平軸々受装置として用い
た場合の一具体例を、第２図を参照して説明する。

尚、第２図に於て、第１図と同一符号は、互に同一素子
を示すものとする。初て、第２図に示す本発明の例に於
て、２１はジンバル環４側、この例ではジンバル環４の
外側に取付けられる、例えば平板状の取付金具で、これ
は、位置決孔２１−ａを有する。この位置決孔２１−ａ
及びジンバル環］の水平軸々線Ｘ−Ｘ上に設けた位置決
孔２３を貫通する位置決ピン２６と、取付ネジ２２とに
より、取付金具２１をジンバル環４の所定位置に固定す
る。この取付金具２１に、例えば位置決孔２１−ａの下
方に於て、軸線Ｘ−Ｘと平行で外側（ジンバル環４より
外筐６に向う）に伸びる突出部２１ｂを固定する。この
突出部２１ｂに、可撓部２４ａを有する略々コ字状の板
状の可撓（性）部材２４の下方の腕２４−１を固定する
。この可撓部２４ａは、可撓部材２４の下方及び上方の
腕２４−１及び２４−３を連結する図に於て略々垂直、
又は上下方向に伸びる脚２４−２の両側に、略々水平、
即ち軸線Ｘ−Ｘと平行に伸びる略々半円柱状の切欠を設
け、脚２４−２の厚さを薄くすることにより形成される
。この場合、可撓部材２４は、突出部２１ｂに、可撓部
２４ａの撓軸が、位置決孔２１−ａ又はピン２６の中心
線、即ち軸線Ｘ−Ｘと一致するように固定される。従つ
て、可撓部材２４は、軸線Ｘ−Ｘのまわりにのみ撓み得
る。更に、可撓部材２４の下方の腕２４−１と平行な上
方の腕２４−３を、取付金具２５を介して、外筐６に取
付ける。取付金具２５は、図示の如く、可撓部材２４の
上方の腕２４−３と平行（軸線Ｘ−Ｘと平行）な下方の
腕２５−１と、同様な上方の腕２５−２と、両腕２５−
１及び２５−２を連結する撓部２５ａとより成り、下方
の腕２５−１が可撓部材２４の上方の腕２４−３に、上
方の腕２５−２が外筐６に夫々取付けられる。斯くして
、本発明による軸受装置の一例が、ジヤイロスコープの
一方の水平軸々受装置として適用される。尚他方の水平
軸々受装置も、上例と同様に形成されることは勿論であ
る。尚、取付金具２５に設けた撓部２５ａは、熱膨張等
によりジンバル環４が水平軸々線Ｘ−Ｘ方向に伸縮して
、可撓部材２４の可撓部２４ａが破損するのを防止する
ために設けられたもので、軸線Ｘ−Ｘ方向に僅かに撓み
得るよう形成されている。このため、撓部２５ａは、図
示の例では、その軸線Ｘ−Ｘ方向の厚さが、薄い平板状
に形成されている。又、第２図に於て、２７−１及び２
７−２は、外筐６に夫々固定したストツパ一で、可撓部
材２４の可撓部２４ａの応力を規定値以下に保ち、可撓
部２４ａの破損や変形を防止するに供する。尚、ジヤイ
ロスコープ等の垂直軸々受装置としては、その水平軸々
受装置に適用した上述の本発明の軸受装置が、殆んどそ
のまゝ使用し得ることは明らかなので、その説明は、簡
単のため、これを省略する。

次に、本発明の軸受装置の他の例を、その斜視図である
第３図を参照して説明する。

この第３図の例に於ては、可撓部２４ａを有する可撓部
材２４が、例えば第１図に示すジヤイロスコープのジン
バル環４及び外筐６に夫々取付けられる円筒状の取付金
具２８−１，２８− ２に、共通に取付けられる。即ち
、この例に於ては、可撓部材２４は、図に於て水平又は
軸線Ｘ−Ｘ方向に互に平行且つ反対方向に伸びる２つの
腕２４−１，２４−３及び両腕を連結する図に於て垂直
又は上下方向或は軸線Ｘ−Ｘに直角な方向に伸びる脚２
４−２より形成される。一方の腕、図示の例では下方の
腕２４−１を、一方の筒状取付金具２８−１の内側に、
その軸方向、即ち軸線Ｘ−Ｘ方向に平行に固定すると共
に、他方の、即ち上方の腕２４−３を、他方の筒状取付
金具２８−２の内側に、その軸方向、即ち軸線Ｘ−Ｘに
平行に固定する。又、可撓部２４ａは、第２図の例と同
様に、略々半円柱状の切欠を、脚２４−２の両側に、そ
れ等の軸方向が軸線Ｘ−Ｘと合致するように設けること
で形成される。従つて、可撓部材２４は、軸線Ｘ−Ｘの
まわりに撓み得る。換言すると、取付金具２８−１に対
して、取付金具２８−２が、軸線Ｘ−Ｘを中心として回
転運動を行うことになり、軸受としての機能を果すこと
になる。この第３図の例では、円筒状取付金具２８−１
，２８− ２を、それ等に共通の軸線Ｘ−Ｘが、第１図
に示すジヤイロスコープのジンバル環４の水平軸々線Ｘ
−Ｘと一致する如く、ジンバル環４及び外筐６に夫々固
定することにより、第２図に示す例の位置決ピン２６、
位置決孔２１−Ａ，２３等による位置決を行つている。
尚、この場合、両取付金具２８−１，２８−２は、互に
軸線Ｘ−Ｘ方向に多少移動し、且つ軸線Ｘ−Ｘのまわり
に多少回動し得る如く、両者の対向部にギヤツプＧ１及
びＧ２が設けられる。尚、この第３図の例では、一方の
取付金具２８−１の、例えば上方に切欠部２９−１を形
成し、他方の取付金具２８−２の下方に同様の切欠部２
９−２を設け、これ等の切欠部２９−１，２９− ２に
、可撓部材２４の脚２４−２の上下の端面に設けた突部
２４ｂ−１，２４ｂ−２を夫々遊嵌し、第２図の例と同
様のストツパー機能を行つている。又、脚２４−２の可
撓部２４ａの上下に、矩形状の孔２４−４及び２４−５
を夫々設け、脚２４−２の軸線Ｘ−Ｘ方向の厚さを薄く
することにより、第２図の例の撓部２５ａと同様に、脚
２４−２が軸線Ｘ−Ｘ方向に外力を受けた時、その方向
に撓み得るようになす。第４図は、本発明の更に他の例
を示す斜視図で、この第４図の例と第３図の例との相違
点は、可撓部材２４の可撓部２４ａの形状が異る点に在
る。

即ち、第４図の例では、可撓部材２４の垂直の脚２４−
２の軸線Ｘ−Ｘと一致する両側に、脚２４−２の厚さ方
向に偏平な、換言すればその長さ方向に長い断面Ｕ字状
の切欠部を設け、脚２４−２の上下方向に長い薄い部分
を形成することにより、可撓部２４ａを形成した点にあ
る。第４図の例と第３図の例とは、他の部分の構成に於
て、略々同一である。従つて、これ等他の部分には、第
３図と同一符号を附し、それ等の説明は、これを省略す
る。第５図は、更に本発明の他の例を示す斜視図で、こ
の第５図の例ど第３及び第４図の例との相違点は、可撓
部材２４にある。

即ち、この第５図の例に於ては、可撓部材２４を略々四
辺形状の枠状となし、その下方の腕２４−１の一方の略
々半分を、一方の円筒状の取付金具２８−１に、上方の
腕２４−３の略々半分を、他方の円筒状の取付金具２８
−２に、夫々第３及び４図の例と同様に固定し、両腕２
４−１及び２４−３の両端部を夫々連結する２つの略々
平行な脚２４−２ａ，２４−２ｂに、例えば第３図の例
の可撓部２４ａと同様の可撓部２４ａ−１，２４ａ−２
を、夫々同様に設け、可撓部を２つに分け、且つ両者を
できる限り軸線Ｘ−Ｘ方向に離して配置することにより
、第３及び第４図の例に比して、バネトルク定数を大き
くすることなしに、モーメント負荷に対する強度を高め
るようになした点に在る。その他の構成及び動作は、第
５図の例と第３及び第４図の例とは略々同一なので、第
５図に於て、第３及び第４図の例と同一部分には、同一
符号を附して示すのみで、これ等の詳細説明は、これを
省略する。尚、この場合、第３及び第４図の例に於ける
短形状の孔の代りに、脚２４−２ａ及び２４−２ｂの両
側より、同形状の切欠２４−４及び２４−５を夫々設け
、両脚２４−２ａ及ひ２４−２ｂの上下を、軸線Ｘ−Ｘ
方向に薄くなしてある。第６図は、第３乃至第５図に示
す本発明による軸受装置の一つを、周知の一軸自由度ジ
ヤイロ装置に応用した場合を示す、一部を断面とする側
面図で、同図に於て、第１図に示すジヤイロスコープと
同様の機能及び名称を有する部材には、同一符号を附し
て、それ等の詳細説明は、簡単のため、これを省略する
。

第６図に於て、４０は周知のトルカ一、４２は同様周知
の浮遊液８の熱膨張を逃がすためのベローズを夫々示す
。初て、この第６図の例に於ては、第１図の例の垂直軸
３，３’に相当する出力軸４３，４３’に、本発明の例
えば第３乃至第５図に示す軸受装置が適用してある。

即ち、可撓部材２４により連結された円筒状の取付金具
の一方、図の例では取付金具２８−１をジヤイロケース
１に関連して取付け、他方の円筒状の取付金具２８−２
を外筐６に取付け、出力軸４３，４３’の各々に、本発
明による軸受装置を設ける。尚、第６図に於て、４１は
上述の如く設けた軸受装置の初期捩りトルクをゼロに調
整する調整器である。次に、本発明の原理を、第Ｔ図を
参照して説明しよう。

本発明の原理説明用の第７図は、第１図に於ける水平軸
々受装置５を、水平軸々線方向から見たものである。外
筐６に一端Ｐが固定された可撓部材２４の可撓部２４ａ
（第Ｔ図では、その中心線の撓状態を示す）の他端Ｑは
、ジンバル環４に固定されているが、ジンバル環４以内
の部材の重心（これは浮力の中心と一致している）は、
可撓部２４ａの下端Ｑよりγだけ上方の点Ｒにある。ジ
ンバル環４以内は、その重量が浮遊液８による浮力と一
致するように調整されるが、調整残、或いは温度変化等
により、微小な残留質量Δｍが存在する。可撓部２４ａ
の長さ方向の加速度が、この残留質量Δｍに作用した場
合、可撓部２４ａが、その長手方向に極く僅か弾性変形
し、残留質量Δｍと均合うことになり、トルク的には、
何等問題とならないが、第Ｔ図に示す如く、可撓部２４
ａの長さ方向と直角な方向に加速度αが作用すると、Δ
ｍ・αなる力により、可撓部２４ａの中立線は、追従系
の作用により、点又は固定端Ｐ及びＱの傾斜（撓傾斜）
をゼロに保持したまゝ、Ｓ字状に撓む。従つて、点Ｑは
εだけ変化して平衡する。それと同時に、このＳ字状の
撓を保持するためには、点ＱにモーメントＭが働いてい
る必要があり、この分がジヤイロのトルクとして作用す
ることになる。この結果、上述のような可撓部材を用い
た軸受装置は、水平方向加速度に対して、ドリフト感度
を有し、ジヤイロ用軸受として使用できないことになる
。然るに、上述した本発明によるジヤイロ装置用軸受装
置は、上述の欠点を除去し、加速度に対して、ドリフト
を生ずることがなく、高精度且つ極めて簡単な構造で安
価なものである。

上述の如く、本発明の特徴は、可撓部材の長手方向と直
角方向の加速度αが、残留質量Δｍに作用して、モーメ
ントＭを生じ、ジヤイロドリフトを発生するのを防止す
るため、ジヤイロの重心Ｒ（水平軸々線の位置）を、可
撓部２４ａとジンバル環４との結合点Ｑより、距離γだ
け上方に位置せしめることにより、可撓部２４ａがεだ
け撓むことによつて発生する力Ｆの作る重心Ｒまわりの
モーメントＦ・γと上述のモーメントＭとを釣り合せ、
加速度αにより変位εが生じても、ジヤイロには、一切
ドリフトトルクが作用しないようになした点にある。

Ｍ＝Ｆ・γの条件を、第４図に示す薄板状の可撓部２４
ａに就いて計算してみる。

今、可撓部２４ａの長さをｌとすると、γ＝−２１とな
り、ジヤイロの重心位置Ｒを、可撓部２４ａの長手方向
の中心に持つて来さえすれば、浮遊液８の温度変化や、
調整残による残留質量Δｍの変化等には一切関係なく、
加速度に全く感応しない軸受装置を得ることができる。
又、第３図に示す如き可撓部２４ａの場合でも、その長
手方向の中心、即ち、最も厚さの薄い部分に、略々ジヤ
イロの重心を位置せしめることで、加速度に対して全く
感応しないジヤイロ用軸受装置となる。

尚、上述は、本発明を浮遊液を用いたジヤイロ装置に適
用した場合であるが、精度上の要求を適当に選択すれば
、本発明の軸受装置を、浮遊液を用いないタイプのジヤ
イロ装置にも適用することができることは、勿論である
。

又、可撓部としては、板材に切欠部を設けて形成する以
外にも、同様動作をする弾性材等を用い得ることも、明
らかであろう。

尚、以上は、本発明による軸受装置を、シャー口装置の
軸受装置として使用した場合に就き説明したが、本発明
の軸受装置は、加速度計の軸受装置として用いることが
できることは、言を待たない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用されるジヤイロスコープの一例の
一部を除く斜視図、第２図は本発明の軸受装置の一例を
第１図に示すジヤイロスコープに適用した場合を示す斜
視図、第３乃至第５図は夫夫本発明の他の例を示す一部
を除いた斜視図、第６図は本発明の一例を一軸自由度ジ
ヤイロに適用した場合の一部を断面とする側面図、第Ｔ
図は本発明の原理の説明図である。 図に於て１はジヤイロケース、２はジヤイロロータ、３
，３’は垂直軸々受装置、４はジンバル環、５，５’は
水平軸々受装置、６は外筐、Ｔはピツクアツプ、８は浮
遊液、２１，２５，２８−１，２８−２は取付金具、２
２はネジ、２１−Ａ，２３は位置決孔、２４は可撓部材
、２４ａは可撓部、２５ａは撓部、２６はピン、２Ｔ−
１，２Ｔ− ２はストツパ一を夫々示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 固定部に取付けるための第１の円筒条の取付金具と
   、該第１の円筒状の取付金具と軸線が一致し且つ回転部
   に取付けるための第２の円筒状の取付金具と、一端が上
   記第１の円筒状の取付金具に固定され他端が上記第２の
   円筒状の取付金具に固定され上記軸線のまわりに撓み得
   る可撓部を有する板状の可撓部材とから成る軸受装置に
   於て、上記可撓部を上記板状の可撓部材の両側から凹部
   を形成することにより作ると共に、上記可撓部材の撓み
   の中立面の中心を上記第１及び第２の円筒状の取付金具
   の軸線に一致させ、上記板状の可撓部材の上記可撓部と
   上記一端との間及び上記可撓部と上記他端との間に夫々
   孔を設け、上記板状の可撓部材に夫々撓部を形成し、上
   記板状の可撓部材が上記軸線方向に撓み得るようになし
   、上記第２の円筒状の取付金具の上記第１の円筒状の取
   付金具に対する軸線方向の微小変位に対し、上記可撓部
   を保護するようになしたことを特徴とする軸受装置。