JPS6126004B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ジヤイロ垂直器（水平儀とも称され
る）等のジヤイロケースのジンバル環内における
軸方向の位置を正確に規制するに使用して好適な
位置決め装置に関し、特に、実公昭51−36539号
公報のジヤイロ垂直器の位置決め装置の改良に関
するものである。

上記実公昭51−36539号公報の第２図（これを
本願明細書に於て、第１図として示す）におい
て、ジヤイロケース３ｐからその両側に突出した
軸棒９ｐは、ジンバル環５ｐに取付けられたボー
ルベアリング８ｐに嵌合している。この軸棒９ｐ
には、張力体１０ｐの一端が夫々固定され、その
他端には、ネジ棒１２ｐが夫々設けられる。この
ジンバル環5pのボールベアリング８ｐの位置
に、頂面中央に開孔を有する山形の支持具１１ｐ
が夫々固設され、この開孔に、上記ネジ棒１２ｐ
が緩挿され、これに螺入するナツト１３ｐによ
り、上記張力体１０ｐを夫々両側から引つ張るこ
とにより、ジンバル環５ｐ内におけるジヤイロケ
ース３ｐの軸方向位置を確定している。

しかしながら、上述した従来例に於ては、ナツ
ト１３ｐの締め工合により、張力体１０ｐに与え
る張力を加減しているので、装置を組立てる際
に、張力体１０ｐの張力を設計計画値通りの張力
値に調整することが、極めて難かしいという欠点
がある。

又、ジヤイロケース３ｐを両側から張力体１０
ｐで引つ張る構造の為、個々の張力体１０ｐの捩
れトルクを、完全にとることができない、という
問題もあつた。

従つて、本発明の主目的は、上述の如き従来の
欠点及び問題点を一掃し、張力体の張力のコント
ロールが簡単であり、かつ張力体の捩れトルクを
ゼロとなし得る、ジヤイロ装置に用いて好適な軸
方向の位置決め装置を、提供せんとするにある。

本発明による位置決め装置の特徴とするところ
は、ジヤイロロータを内蔵するジヤイロケース
と、該ジヤイロケースの外側に配されたジンバル
装置と、上記ジヤイロケースを上記ジヤイロロー
タのスピン軸と直交する軸のまわりに回動的に支
持する一対の軸受装置と、該軸受装置の軸線方向
に上記ジヤイロケースを位置決めするために上記
一対の軸受装置の一方に上記ジヤイロケース及び
ジンバル装置間に設けた張力体とを有するジヤイ
ロ装置の位置決め装置に於て、上記一対の軸受装
置の他方に関連して上記ジヤイロケースとジンバ
ル装置との間に永久磁石及び磁性材より成るテン
シヨナー装置を設け、これにより上記張力体に張
力を加える一方、上記ジンバル装置に対する上記
ジヤイロケースの上記一対の軸受装置の軸線方向
の変位による上記永久磁石の磁気力の変化が、上
記張力体の変位バネ定数に影響を与えないように
なした点に存するものである。

以下、図面を参照して、上述した特徴を有する
本発明を詳細に説明しよう。

第２図は、本発明の一例を適用した水平儀の上
面図である。同図に於て、２はジヤイロケース
で、内部に例えば矢印ａ方向に高速で回転するジ
ヤイロロータ１を内蔵する。４はインナーロール
ジンパルで、これはインナーピツチ軸１３，１
３′及びインナーピツチ軸々受１４，１４′を介し
て、ジヤイロケース２を回動的に支持する。２２
はピツチジンバルで、これはインナーロール軸１
８，１８′及びインナーロール軸々受１９，１
９′を介して、インナーロールジンバル４を回動
的に支持する。２３はロールジンバルで、これは
ピツチ軸２４，２４′及びピツチ軸々受２５，２
５′を介して、ピツチジンバル２２を回動的に支
持する。３２，３２′はロール追従基台で、両者
は共に盤器３３に固定される一方、ロール軸２
８，２８′及びロール軸々受２９，２９′を介し
て、ロールジンバル２３を回動的に支持する。イ
ンナーロールジンバル４及びジヤイロケース２間
に設けたピツチピツクアツプ１５の出力を増巾し
て、ロールジンバル２３に設けたパンケーキ型の
ピツチサーボモータ２６に加え、これによりピツ
チジンバル２２及びインナーロールジンバル４を
ジヤイロケース２に追従せしめる。インナーロー
ルジンバル４及びピツチジンバル２２間に設けた
ロールピツクアツプ２０の出力を増巾して、ロー
ル追従基台３２′に設けたロールサーボモータ３
１に加え、これによりロールジンバル２３及びピ
ツチジンバル２２をインナーロールジンバル４に
追従させる。ジヤイロケース２に設けたロール加
速度計１１の出力は、ジヤイロケース２及びイン
ナーロールジンバル４に設けたロールトルカー１
６に加えられ、又ジヤイロケース２に設けたピツ
チ加速度計１２の出力は、インナーロールジンバ
ル４及びピツチジンバル２３間に設けたピツチト
ルカー２１に加えられ、ジヤイロケース２内のジ
ヤイロロータ１のスピン軸を鉛直に保つに供す
る。

張力体及び本発明によるテンシヨナー装置は、
夫々インナーピツチ軸１３′，１３の所に設けら
れている。何故ならば、水平儀においては、重量
体であるジヤイロケース２の重心が、インナーピ
ツチ軸１３，１３′の軸方向に移動した場合に、
最も大きな水平誤差が生ずるからである。

通常、制御軸々受として用いられる玉軸受は、
摩擦トルクを小さく保つために、スラスト方向の
ガタが大きくとられており、精度を上げるには、
このガタを小さくすること、即ちスラスト方向に
正確に位置ぎめすることが、どうしても必要であ
る。

第２図に示す水平儀に於ては、インナーロール
ジンバル４のインナーピツチ軸々受１４′の外側
に、中央に開孔９を有する支持具８を固設する。
張力体３の一端をインナーピツチ軸１３′に、他
端を支持具８の開孔９に緩挿したネジ部材６に連
結し、ネジ部材６にナツト７をネジ込み、これに
より、インナーロールジンバル４に対するジヤイ
ロケース２の軸１３，１３′方向の位置を調節す
る。一方、反対側のインナーピツチ軸１３側の外
側に、本発明によるテンシヨナー装置５を取付け
る。図示の例に於ては、このテンシヨナー装置５
は、円柱状の永久磁石５ｂと、永久磁石５ｂが中
央部に固設される磁性材又は強磁性材料より成
り、インナーロールジンバル４の外側に固設され
る壷形ヨーク５ａと、インナーピツチ軸１３の外
側軸端に取付けられ、磁性材又は強磁性材料で作
られる円盤状のテンシヨナープレート５ｄと、永
久磁石５ｂの遊端面に設けた非磁性材より成る空
隙ストツパー５ｃとより構成される。この第２図
の例では、永久磁石５ｂがテンシヨナープレート
５ｄ、従つてジヤイロケース２を軸１３，１３′
方向に沿つて吸引するようにテンシヨナー装置５
の各素子は配設されている。

第３図は本発明によるテンシヨナー装置５及び
張力体３より成る位置決め装置の（原理説明のた
め）、その主要部及び関連部分のみを拡大した概
略図である。尚、同図に於て第２図と同一部材に
は同じ番号を付し、それ等の説明は重複を避ける
ため省略する。

第３図に示す如く、円柱状永久磁石５ｂ及び壷
形ヨーク５ａの遊端面と、テンシヨナープレート
５ｄの対向端面との間には空隙δが設けられる。
又、円柱状永久磁石５ｂの遊端面に設けた空隙ス
トツパー５ｃは、円柱状永久磁石５ｂとテンシヨ
ナープレート５ｄとが磁気力により、直接吸着す
るのを回避するに供する。

第４図は第２及び３図に示した本発明の一例の
動作原理を説明するためのグラフである。同図に
於て、横軸は張力体３の伸び及び永久磁石５ｂと
テンシヨナープレート５ｄとの間の空隙δ、即ち
インナーロールジンバル４に対するジヤイロケー
ス２の軸方向位置を示し、縦軸はジヤイロケース
２に作用する力を表わす。第４図のグラフに於て
曲線Ａは、テンシヨナー装置５の永久磁石５ｂに
よるジヤイロケース２に作用する力が、空隙δが
小さくなるほど急激に増大する（下向き）する逆
２乗特性であることを示し、曲線Ｂは、張力体３
のジヤイロケース２に働く力を示し、これは線の
弾性撓み内ではバネとして作用し、直線である。
曲線Ｃは曲線Ａ及びＢを加算したもので、ジヤイ
ロケース２が軸１３，１３′方向に変化したとき
に作用する力を表わす。曲線Ａ及び直線Ｂの加算
した値が零になる点をＰとし、この時の空隙δの
値をδ_０とすれば、点Ｐは永久磁石５ｂ及びテン
シヨナープレート５ｄ間に作用する磁気力及び張
力体３の張力（共にF₀の絶対値）が等しい点で
あり、ジヤイロケース２の中立位置といえる。
今、曲線Ａのδ＝δ_０に於ける接線をＤとし、こ
の接線Ｄの勾配が張力体３の力を示す直線Ｂの勾
配（変位バネ定数）に比して充分小さくなるよう
な位置に値δ_０がくるように、ナツト７により張
力体３の長さを調節し、従つてそのジヤイロケー
ス２に作用する張力を調節すれば、上記磁気力と
張力体３による張力とを合成した力を示す曲線Ｃ
は、空隙δがδ_０なる値の近傍では、直線Ｂの勾
配と殆んど同じ勾配となる。即ち、外部の加速度
等がジヤイロケース２に作用しても、張力体３と
殆んど等しい大きな変位バネ定数により、ジヤイ
ロケース２は軸１３，１３′方向には殆んど移動
することはない。即ち、優れた位置決め特性が得
られる。換言すれば、張力体３のバネ定数をわず
か犠牲にするのみで、軸１３，１３′方向の位置
決め作用が、十分確保できる。又、張力体３の張
力F₀が空隙δ_０を測定することにより調整可能
であり、設計値通りの性能を得ることが容易であ
り、テンシヨナー装置５は回転に対して何等トル
クを発生しない為、捩りトルクの調整を張力体３
についてのみ行なえば良く、張力体３を最良の状
態で使用することができる。

尚、只単に張力体３に張力を加えるだけの機能
であれば、壷形ヨーク５ａは必要なく、永久磁石
５ｂのみでも同様の機能を達成できる。壷形ヨー
ク５ａは、永久磁石５ｂよりの磁路を閉じ、漏洩
磁束を極端に減少し、漏洩磁束がボールベアリン
グ等の軸受１４に作用して、その軸受性能（トリ
ク特性）を劣化さるのを防止するに供する。

又、テンシヨナープレート５ｄの外径は、第３
図に示す如く、壷形ヨーク５ａの外径より大きく
してあるが、かくすることにより両者の組立時に
おける偏心等による半径方向の力を生じないよう
にすることができるとともに、空隙部からの漏洩
磁束を減少させる効果があり、いずれも、ボール
ベアリング等の軸受１４の軸受特性の劣化を、防
止するのに役立つ。

尚、第２図の例では永久磁石５ｂをインナーロ
ールジンバル４に、テンシヨナープレート５ｄを
ジヤイロケース２に夫々固定したが、両者は逆に
固定しても全く同一の効果が得られることは明ら
かであろう。

第５図は、本発明の位置決め装置を一軸自由度
ジヤイロに適用した場合の断面図であり、同図に
於て、第２図と同一符号は、互いに同一素子を示
すものとする。この例では、ジヤイロケース２は
フロートとして円筒形に作られ、内部にジヤイロ
ロータ１を内蔵する。４−１，４−３は夫々エン
ドキヤツプ、４−２は外筒で、これ等は外筐を構
成する。一方のエンドキヤツプ４−３とフロート
２との間に、張力体３がネジ部材６を介して架張
され、ネジ部材６の外端には、ナツト７により調
整アーム７−１が取りつけられ、これにより張力
体３の捩れを調整する。フロート２の張力体３と
は反対の端と他方のエンドキヤツプ４−１との間
に、本発明によるテンシヨナー装置５が設けられ
る。この例では、テンシヨナー装置５は、左側の
張力体３のバネとの共動作用により、フロート２
を出力軸Ｘ−Ｘ方向に外筐に対して位置決めす
る。尚、この第５図に示すテンシヨナー装置５
は、第２及び３図に示す例と全く同様な構成で、
その動作も第４図に就き説明したと同様なので、
その詳細説明は省略する。

尚、第５図に於て、１０，１０′は、例えばラ
ジアルタイプの磁気軸受の如き出力軸々受で、フ
ロート２を外筐に対して出力軸Ｘ−Ｘのまわりに
摩擦なく軸承する。フロート２と外筐とのスキマ
には、ロートオイル４０が充填され、フロート２
を支持し、かつ出力軸Ｘ−Ｘのまわりに、ダンピ
ングトルクを与える作用を行なう。４１は、フロ
ート２の外筐に対する出力軸Ｘ−Ｘまわりの回転
を、電気信号に変換するピツクアツプ、４２はト
ルカー、４３はロートオイル４０の熱膨張を逃げ
るための体積変化補償装置である。

上述のラジアルタイプの磁気軸受１０，１０′
は、スラスト方向に軸受能力がないため、従来に
於ては、スラスト用宝石軸受を組み合わせるか、
或いはロータとステータとを金錐状にし、ラジア
ル方向と同時にスラスト方向の軸受作用を持たせ
る等の方法が用いられている。ところが、宝石軸
受との組合せは、固体接触による摩擦トルクのた
め、性能上の限界があり、又円錐状にしてスラス
ト、ラジアル両方向に軸受作用をもたせる方法
は、設計上の制約から、スラスト方向の軸受能力
を十分にもたせることができないこと等の欠点が
あつた。

然るに、第５図に示す本発明の例によれば、張
力体３とテンシヨナー装置５との組合せにより、
磁気軸受には全く影響を与えることなしに、ジヤ
イロケース２を出力軸Ｘ−Ｘ方向に完全に非接触
かつ強固に位置決めでき（スラスト軸受作用）、
極めて高性能のジヤイロを得ることができる。

その他、本発明の新規な精神を逸脱することな
く、多くの変化変更がなし得ることは当該業者に
は明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１は従来のジヤイロ垂直器の主要部を示す立
面図、第２図は本発明の一例が適用されているジ
ヤイロ水平儀の内部の上面図、第３図は第２図に
示される本発明の例の説明に供する概略図、第４
図は第２及び第３図に示す本発明の例の動作説明
に供するグラフ、第５図は本発明の一例が適用さ
れている一軸自由度ジヤイロの断面図である。 図に於て、２はジヤイロケース、３は張力体、
５はテンシヨナー装置である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ジヤイロロータを内蔵するジヤイロケース
   と、該ジヤイロケースの外側に配されたジンバル
   装置と、上記ジヤイロケースを上記ジヤイロロー
   タのスピン軸と直交する軸のまわりに回動的に支
   持する一対の軸受装置と、該軸受装置の軸線方向
   に上記ジヤイロケースを位置決めするために上記
   一対の軸受装置の一方に上記ジヤイロケース及び
   ジンバル装置間に設けた張力体とを有するジヤイ
   ロ装置の位置決め装置に於て、上記一対の軸受装
   置の他方に関連して上記ジヤイロケースとジンバ
   ル装置との間に永久磁石及び磁性材より成るテン
   シヨナー装置を設け、これにより上記張力体に張
   力を加える一方、上記ジンバル装置に対する上記
   ジヤイロケースの上記一対の軸受装置の軸線方向
   の変位による上記永久磁石の磁気力の変化が上記
   張力体の変位バネ定数に影響を与えないようにな
   したことを特徴とする位置決め装置。