JPS6148085B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は同一発明者による日本特許第885730号
の改良に関するもので、特にジヤイロコンパス製
造時における（振揺）調整時間の短縮に寄与し得
るジヤイロ装置に関するものである。

本発明の詳細な説明に立入る前に、上述の日本
特許を第１乃至第９図を参照して説明する。

第１図に於て、１はその内部に高速にて回転す
るジヤイロロータを内蔵するジヤイロケースで、
之を液密構造となす。２はジヤイロケース１を包
囲するタンクの如き容器、３はジヤイロケース１
を支持する懸吊線で、その上端をタンク２に、下
端をジヤイロケース１に夫々固定する。４Ｎ，４
Ｓ及び５Ｎ，５Ｓは夫々無接触変位検出装置６の
１次側及び２次側で、１次側４Ｎ，４Ｓは例えば
ジヤイロケース１の表面で、ジヤイロのスピン軸
の延長との交点即ちジヤイロの北及び南側に夫々
取付ける。一方、２次側５Ｎ，５Ｓをタンク２の
１次側４Ｎ，４Ｓの対応する位置に取付ける。７
は高粘性のダンピングオイルの如き液体で、之を
タンク２内に充填する。タンク２の赤道上スピン
軸と直交する位置（東西）に、一対の水平軸８，
８′の一端を取付け、それ等の他端を水平環１２
の対応する位置に設けた軸受１３，１３′に回動
的に嵌合する。１０は水平追従用サーボモータ
で、之を水平環１２に取付ける。一方の水平軸８
に水平歯車９を取付け、之をサーボモータ１０の
回転軸に取付けた水平ピニオン１１と噛合せしめ
る。水平環１２の前記水平軸々受１３，１３′と
直交する位置に、ジンバル軸１４，１４′を夫々
取付け、之等を追従環１６の対応する位置に取付
けジンバル軸々受１５，１５′に夫々回動的に嵌
合する。追従環１６の上下に、追従軸１７，１
７′を取付け、之等の遊端部を盤器２４の対応さ
せる位置に設けた追従軸受２５，２５′に回動的
に嵌合する。方位歯車２１を一方の追従軸１７に
取付ける。１９は盤器２４に取付けた方位追従サ
ーボモータ、２０はその回転軸に取付けた方位ピ
ニオンで、之は方位歯車２１と噛合する。２２は
コンパスカードで、之を追従軸１７′に取付け
る。２３は盤器２４の上面に於てコンパスカード
２２と対応する如く取付けた基線板で、その中央
部に引かれた基線２６と、コンパスカード２２と
により、本器の装備された航行体の針路を読み取
る。尚、第１図に於て、符号２７が本発明の要部
である皿状部材で、その詳細は後述する。

次に、上述の無接触変位検出装置６の一具体例
を、第２図及び第３図を参照して説明する。第２
図はＮ（北）側の一組をとり出したものである。
同図に示す如く、１次側４Ｎを１個の１次側コイ
ルとなし、その巻き線は、ジヤイロのスピン軸に
直交する平面内にあり、通常ジヤイロ電源PSと
共用の交流で励磁され、破線矢印a₁，a₁にて示す
交番磁場を作る。２次側５Ｎも同じく４個の矩形
コイル５NW，５NE，５NU，５NLより構成し、
一対のコイル５NW，５NEを横方向に並列に配
置し、他方の対のコイル５NL，５NUを上下方向
に並べる。コイル対５NW，５NEの巻き始め及
びコイル対５NU，５NLの巻き始めを互に接続す
る。今、１次側コイル４Ｎ、即ちジヤイロケース
１が２次側コイル５Ｎ、即ちタンク２の中心に位
置している場合を考えると、各４個の各２次側コ
イル５NW，５NE，５NU，５NL中を１次コイル
４Ｎによる磁束が貫通するので、これに対応して
電圧が４個の各コイルに誘起されるが、各２次コ
イル中の磁束変化は略々同一であり、更に各コイ
ル対は上述の如く差動的に接続せられているの
で、その出力端子２−１及び２−２には、電圧は
何等発生しない。ここで、例えば１次コイル４Ｎ
が東方に（同図Ｅ）に偏倚した場合を考えると、
コイル５NEを貫通する磁束は増加し、コイル５
NWを貫通する磁束は減少するので、出力端子２
−１には電圧が生ずるが、端子２−２には出力は
ない。一方、１次コイル４Ｎが西方に（同図Ｗ）
を偏倚した場合には、前と逆に、コイル５NWの
誘起電圧が増加し、コイル５NEの誘起電圧が減
少し、東偏した場合とは逆位相の電圧が端子２−
１に発生する。この場合、コイル５NU，５NLは
上下方向に配置されているので、その出力端子２
−２には何等電圧の発生がないのは、上述と同様
である。一方、１次側コイル４Ｎの上下方向変位
に対しては、横方向に配置されたコイル５NW，
５NEには何等電圧は発生しないが、上下方向に
配置されたコイル５NL，５NUに電圧が発生する
ので、その端子２−２に出力電圧が発生する。即
ち、第２図の構造によつて、ジヤイロケース１の
Ｎ端のタンク２に対する東西方向及び上下方向の
変位を検出する事が出来る。

第３図は東西方向の検出装置のみを示したもの
で、ジヤイロケース１を上部より見た配置図であ
る。即ち、Ｓ側の変位検出装置を１次側コイル４
Ｓ及び２次側コイル５SE，５SWより構成し、ジ
ヤイロケース１が東方に偏倚した時に、コイル５
SEを通る磁束が増加し、コイル５SWの磁界は減
少して、端子３−１に電圧が誘起され、この電圧
の位相はコイル５NW，５NEの端子２−１の発
生電圧のそれと等しくされている。又、第３図に
示す様にコイル５SE，５SW及びコイル５NE，
５NWが更に差動的に結線されているが為に、ジ
ヤイロケース１の東西方向変位に対しては、端子
３−２には全く発生電圧がない代りに、ジヤイロ
ケース１が垂直軸線Ｏ（図面に垂直）のまわりに
角変位を生ずると、端子３−２にはその回転方向
に応じ、位相の180゜反転した出力電圧が発生す
る。この出力電圧は、サーボ増巾器３０を介し
（又は介さなくてもよい）方位サーボモータ１９
の制御巻線に加えられる。サーボモータ１９の回
転は方位ピニオン２０、方位歯車２１、追従環１
６及び水平環１２を介して、タンク２に伝達さ
れ、このタンク２は上記垂直軸のまわりの角変位
がゼロとなる様に制御される。即ち、ジヤイロケ
ース１が如何なる方位をとろうとも、このサーボ
系によつて懸吊線３には捩りが全く生せず、これ
により、ジヤイロには垂直軸に関しては如何なる
外乱トルクも印加されることはない。尚第３図に
於て、３−３は誤差修正用信号発生装置で、船舶
の速度或は緯度に対応した電圧を発生し方位追従
系の追従をずらして懸吊線３を捩り、ジヤイロの
垂直軸のまわりにトルクを加えて誤差修正を行
う。

第４図は水平追従系を示したもので、２次側５
Ｎ及び５Ｓのコイル５NU，５NL及び５SU，５
SLが、前述と同様差動的に結線されており、こ
れが為に、コイル５NU，５NLの端子４−１に
は、ジヤイロケース１のタンク２に対する上下方
向並進移動に対しては出力電圧は発生しないが、
水平軸のまわりの角運動に対しては、端子４−１
に電圧が発生し、これはサーボ増巾器３１を介し
（又は介さずに）水平追従サーボモータ１０の制
御巻線に加えられる。水平追従サーボモータ１０
の回転は、水平ピニオン１１及び水平歯車９を介
してタンク２を回転し、タンク２の上記角変位を
ゼロとならしめる。

第５図はタンク２以内を略線的に示したもの
で、ジヤイロケース１内のジヤイロのスピン軸の
延長の指北端Ａ側（ジヤイロケース１上にある）
が、水平面Ｈ−H′に対して角θだけ上昇してい
る場合である。こゝで、ジヤイロケース１の重心
O₁、懸吊線３とジヤイロケース１との結合点を
Ｑ、懸吊線３とタンク２との結合点をＰ、タンク
２の中心をO₂とし、ジヤイロケース１内のロー
タのスピー軸が水平（θ＝Ｏ）の時、O₁とO₂は
一致しているものとする。又、Ａを指北端、Ｂを
Ａと180゜ずれたジヤイロケース１上の点とし、
A′，B′をＡ，Ｂに対応するタンク２の点とす
る。扨て、懸吊線３は、実際には剛性がある為
に、同図点線の如き撓み曲線を呈するので、タン
ク２に対するジヤイロケース１の軸方向移動量ξ
（O₂〜O₁）は極くわずか減少する筈であるが、実
用的な設計ではこの影響が極めて小さく、ここで
は一応懸吊線３は完全に可撓性のものとして説明
を進める。前述の如くサーボ系の作用で、タンク
２上の点A′，B′と、ジヤイロケース１上の点
Ａ，Ｂとは、常に直線上にある如くなされている
ので、タンク２もジヤイロケース１と同様θだけ
水平面Ｈ−H′に対して傾斜する。今、外部の加
速度がないものとすれば、ジヤイロケース１のス
ピン軸方向には下等外力が作用してないので、懸
吊線３は鉛直線に一致する。懸吊線３の張力をＴ
とし、ジヤイロケース１のダンパー液７による浮
力を除いた残留重量をmgとすれば、懸吊線３の
張力Ｔが点O₁のまわりに Ｍ＝Tr sinθ＝mg ｒ sinθ なるモーメントＭを作り、これがジヤイロのトル
クとして、その水平軸（O₁を通つて紙面に直
角）のまわりに加わることになる。尚ここでｒは
同図に示す如くジヤイロケース１の重心O₁と懸
吊線３とジヤイロケース１との結合点Ｑとの間の
距離である。即ち、この方法によつても、スピン
軸の水平面に対する傾斜に比例したトルクをジヤ
イロの水平軸のまわりに加えることが出来るが故
に、距離ｒ、残留質量mg及びジヤイロの角運動
量を選定して、その指北運動の周期を数十分内至
百数十分とすることで、ジヤイロコンパスを得る
ことが出来る。実際は、懸吊線３の曲げ剛性の為
に、上記ｒがO₁，Ｑ間の実寸法よりごくわずか
長くなつたことと等価になる。又、ジヤイロコン
パスの指北装置は、同時に船体等のローリング及
びピツチング等の周期的な水平加速度に対して動
揺誤差の生じないこと、即ち、所謂充分なるハイ
カツト特性（Low pass特性）を備えていなけれ
ばならぬ。

第６図は静定状態にあるジヤイロに、水平加速
度αＨが作用した場合を西側より見た図で、ジヤ
イロケース１内のジヤイロのスピン軸々線Ａ−Ｂ
が、水平面HH′及び子午線SNに略略一致してい
るものとする。水平加速度αＨは、船体動揺等に
よるもので、その大きさ及び方向が時間に関して
正弦波的に変化するものとし、その南北及び東西
成分を夫々第７図に示す如くαＮ，αＥとする。
第６図に於て、水平加速度αＨが極めて長周期で
変化する場合を考える。ジヤイロケース１は、南
北加速度αＮに忠実に追従し、懸吊線３が鉛直線
Ｖ−V′となす角度σが水平加速度αＨと重力加
速度ｇの作る角度Ψに常に一致する様にタンク２
内で正弦運動を行う。この場合も、前述の如く、
懸吊線３の張力Ｔは、ジヤイロの水平軸（O₁を
通つて紙面に垂直）のまわりに Ｍ＝Tr sinσ≒Tr sinΨ≒mg ｒαＮ／ｇ＝mr αＮ なるトルクＭが加わる。これはαＮが時間に関し
て周期的に変位するのみであるから、このままで
は、何らジヤイロの誤差要因とはならない。

第８図は水平加速度αＨをうけているジヤイロ
を、南側より見たもので、タンク２は第１図にて
示した様にジンバル軸１４，１４′のまわりに下
の重い物理振子構造となつている。又、この振子
系の周期は通常１〜２秒で、船体動揺周期に比し
て充分短いので、懸吊線３もタンク２も同じ様
に、東西加速度αＥと、重力加速度ｇとの合成方
向に、一致して周期的に揺動運動を行うことにな
り、結果として水平軸W′−E′も同じ様に傾斜運
動を繰り返す。即ち、αＨが第７図NE象限の時
には、第９図に示すM₁なるトルクがジヤイロに
作用し、WS象限の時にM₂なるトルクがジヤイロ
に作用する。故に、一周期でMrなる垂直軸のま
わりのトルクが残ることになり、ジヤイロに誤差
を生ぜしめる（動揺誤差）。

所で、実際の動揺加速度の周期は、現在の殆ん
どの船舶で数秒乃至20秒程度であり、ジヤイロケ
ース１と、懸吊線３とが前述の如くＮ−Ｓ方向に
対して一つの単振子を構成しているので、少くと
もこの振子系の自由周期より早い周期の水平加速
度に対しては、ジヤイロケース１は応答出来ない
ことと、更に重要な事はダンピングオイル７のジ
ヤイロケース１に対する粘性抵抗によつて、タン
ク２に対するジヤイロケース１のＮ−Ｓ方向の運
動が極端に制限されている点である。こゝで、粘
性力のジヤイロケース１に対する作用中心は、重
心O₁に一致せしめるものとする。これが為に、
通常起り得る船体動揺による周期的水平加速度α
Ｎに対しては、ジヤイロケース１とタンク２とは
殆んど一体として（即ち、O₂とO₁が一致して）
運動しており、第６図に於ける角σは殆んどゼロ
であり、これが為に、懸吊線張力Ｔは水平軸O₁
のまわりにモーメントをつくらず、結果として、
いわゆる動揺誤差の生ずることがない。ここで、
ダンピングオイル７による粘性は、ジヤイロコン
パスの指北周期（例えば約84分）等の長い周期速
度に対しては、殆んど影響しない様に選定するこ
とが可能であり、その指北運動には何ら支障をき
たしてはいない。

所で、これまでの説明では、加速度をうけてい
る時のジヤイロケース１の重心１０と、ダンピン
グオイル７による粘性力中心O′とは略々一致し
ているものとして取扱つてきたが、詳細にみる
と、これ等は一致しているとは限らない。今、加
速運動中のジヤイロケース１に作用する力の関係
を、第１０図に示す。この時、水平加速度をαと
すれば、ジヤイロケース１の重心Ｏには、右向き
にｍαなる慣性力が作用する。この慣性力は、ダ
ンピングオイル７に加わつて、タンク２とジヤイ
ロケース１との上下の間隙のダンピングオイル７
中に、V₁及びV₂の流れを引き起し、これ等の流
れによる粘性力Ｆが、粘性力中心O′に作用し、
上記慣性力ｍαとつり合うことになる。

上述した上下の間隙が完全に等しく、ジヤイロ
ケース１の外周や、タンク２の内周が正しい球面
で、且つ重心Ｏがジヤイロケース１の中心に正し
く一致していれば、粘性力中心O′と重心Ｏとは
一致し、何等悪影響を及ぼすことはないが、実際
には上述した上下の間隙も等しいことはあり得
ず、ジヤイロケース１の外周やタンク２の円周も
正しい球ではない為、一般に、第１０図に示す如
く、ジヤイロケース１の重心Ｏと高粘性のダンピ
ングオイル７によりジヤイロケース１に作力する
粘性力中心O′とはεだけ離れているのが普通で
ある。第７図のように、水平加速度αが真北Ｎか
ら角βの方向に作用した場合、第８図の如く、タ
ンク２は南北軸のまわりにφなる角変位を受け、
同時に、重心Ｏと粘性力中心O′との不一致量と
に起因するトルクｍεｒがジヤイロケース１の東
西軸のまわりに作用する為、第９図に示したと同
様のメカニズムにより、トルクの整流作用が生
じ、上述した日本特許のジヤイロ装置に特有な重
心と粘性力中心との不一致に起因する動揺誤差が
もたらされることになり、試験調整時（交番水平
加速度を加えて動揺誤差をゼロにする調整を振動
調整試験と称している。）。重心と粘性力中心とを
完全に一致させることが、実用上必須となる。

この誤差は、上述の通り、重心と粘性力中心と
が上下方向に離れていることが原因であり、例え
ば (i) ジヤイロケース１の上下にウエイトをとりつ
け、その重心Ｏを粘性力中心O′に合わせる方
法、 (ii) ジヤイロケース１の比重と等しいフインをジ
ヤイロケース１の上下につけて粘性力中心
O′をジヤイロケース１の重心Ｏに合わせる方
法、 (iii) 懸吊線３の長さを調整して、タンク２に対す
るジヤイロケース１の上下位置を調整し、上述
した上下の間隙を変えることにより、粘性力中
心O′をジヤイロケース１の重心Ｏに合せる方
法、 等、各種の方法が考えられる。

上述した(i)及び(ii)の方法は、調整の度に高粘性
のダンピングオイル７の中から、ジヤイロケース
１をとり出す必要があり、実用的ではない。(iii)の
方法は上記の欠点はない代りに、懸吊線３の長さ
を捩れを与えずに変化させると云う困難があり、
又、上下位置をかえることで、変位検出装置のゼ
ロ位置誤差等が生じ、この方法も、又、実用的で
はない。

従つて、本発明は、簡単にジヤイロケースの重
心と、粘性力中心とを一致させることができる、
新規なジヤイロ装置を提供せんとするものであ
る。

以下、本発明の一例を、その主要部のみを示す
第１１図を参照して説明する。尚、第１１図に於
て、第１図と対応する符号は、互に同一素子を示
すものとする。

第１１図に示す本発明の例では、タンク２を上
部容器２−１と下部容器２−２とより構成する。
下部容器２−２は、下方中央部に筒状凸部２−３
を有し、この筒状凸部２−３は、開孔２−４，２
−５及びキー状凸部２−６を有する。上述した皿
状部材２７は、皿部２７−１、ボス２７−２、キ
ー溝２７−３及びネジ部２７−４を有し、それ等
が、上記下部容器２−２の開孔２−４、キー状凸
部２−６等にそれぞれ嵌合する。

又、第１１図に於て、２８はネジ部材であり、
そのジヤーナル部２８−１において、下部容器２
−２の開孔２−５に回動的に嵌合すると同時に、
ネジ部材２８のネジ部２８−２は、上記皿状部材
２７のネジ部２７−４にネジ込まれる。

上述した本発明のジヤイロ装置によれば、振揺
調整試験に際しては、振揺試験機によつて加えら
れた交番水平加速度によつて生じた方位誤差（振
揺誤差）に対応して、ネジ部材２８を回転させ、
皿状部材２７を上下させ、これとジヤイロケース
１との間に形成される間隙を変化させることによ
り、ダンピングオイル７のジヤイロケース１の上
下の間隙における流れを変化させ、粘性力中心
O′をジヤイロケース１の重心Ｏに合せることが
容易にできる。

尚、第１１図に示す本発明の例の各種支持装置
等は、第１図に示す例と全く同様である。

ジヤイロコンパスにおける振揺調整試験は、コ
ンパス起動、静定、振揺、調整からなる一連の手
順を、何回か繰り返すことにより、徐々に正しい
調整量に追い込んでいくという、熟練と時間とを
要する作業であるが、本発明のジヤイロ装置によ
れば、例えばダンピングオイル７の中から、ジヤ
イロケース１をとり出してウエイト等を付け代え
る操作が全く不要となり、又、タンク２は、サー
ボ系により保持されている為、システムを運転し
た状態に於ても、皿状部材の上下、即ち振揺調整
操作が可能の為、調整時間の大巾な短縮化が図ら
れ、トータルコストの低減に大きく寄与するもの
である。

尚、第１１図に示す本発明例では、皿部２７−
１の形状は、球穀状であるが、これに限定する必
要はなく、要は、ジヤイロケース１と下部容器２
−２との間に間隙を変化せしめ得るものならば、
どの様な形状でもよい。

【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装置の一
例の一部を切り取つた略線図、第２図はその検出
装置の一例の略線図、第３及び第４図はその追従
系の略線図、第５及び第６図はその原理の説明に
供する説明図、第７は動揺加速度の説明に供する
線図、第８及び第９図は動揺誤差の説明に供する
説明図、第１０図はダンピングオイルによりジヤ
イロケースに働く粘性力中心とジヤイロケースの
重心との関係を説明するに供する略線図、第１１
図は本発明の一例の重要部を主として示す一部断
面図である。 図に於て、１はジヤイロケース、２は容器、３
は懸吊線、７はダンピングオイル、２−１は上部
容器、２−２は下部容器、２−３は筒状凸部、２
−４及び２−５は開孔、２−６はキー状凸部、２
７は皿状部材、２７−１は皿部、２７−２はボ
ス、２７−３はキー溝、２７−４はネジ部、２８
はネジ部材、２８−１はジヤーナル部、２８−２
はネジ部を夫々示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ スピン軸を略々水平にしたジヤイロを内蔵せ
   るジヤイロケースと、該ジヤイロケースを包囲す
   ると共にその内部に液体を収納する容器と、上記
   ジヤイロケースを上記容器内に支持する第１の支
   持装置と、上記容器を３軸の自由度を有するよう
   に支持する第２の支持装置と、上記容器を重力線
   のまわりに上記ジヤイロケースに追従せしめる垂
   直追従装置とより成るジヤイロ装置において、上
   記容器と上記ジヤイロケースの下部との間に、皿
   部と該皿部の下方中央に取付けられ、且つ中心部
   にネジ部を有するボスとよりなる皿状部材を配置
   すると共に、上記容器の下部に上記皿状部材のボ
   スが嵌合する筒状凸部を設けると共に、該筒状凸
   部の中央に設けた開孔に軸承され且つ上記皿状部
   材のネジ部に螺合するネジ部材を設け、上記ネジ
   部材を回転調整して上記容器に対して上記皿状部
   材を上下方向に移動させることにより、上記ジヤ
   イロケースの重心と上記液体により上記ジヤイロ
   ケースに働く粘性力中心とを一致させるようにな
   したことを特徴とするジヤイロ装置。