JPS626165B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、コンパス・ケースをつるし、衝撃、
振動等による三つの方向のいずれに関するコンパ
ス・ケースの振れをも弾力的に止めてできるだけ
速く減衰させるようにした保持装置を有するジヤ
イロコンパスに関する。

ジヤイロコンパスの保持装置、特に船のみなら
ず陸上の車輌にも使用される装置は、一方で、
船・乗物等の個々のコースの迅速な指示及びそれ
故にコンパス・ケースの迅速なサーボ制御された
追従を可能ならしめるものでなければならず、ま
た他方では、コンパスを弾力的に保持して軸方
向、周辺方向及び横方向の全ての衝撃、振動等の
結果として起る動揺を減衰させるものでなければ
ならない。従来公知の保持装置は、例えば、液体
を充たし、振動の減衰をよくするために相対的に
狭い流路で互いに連結された、４個の立て型ベロ
ーズ要素を使用しているために、かなり高価であ
る。これらのベローズ要素は、スプリングで補強
されていてもよいが、コンパス・ケースの軸方向
及び横方向のふれを減衰させる。望ましくない回
転振動、即ち周辺方向のふれは、弾力的なスプリ
ング・プレート・カツプリングによつて吸収され
る。しかし、そのスプリング・プレート・カツプ
リング自体はコンパス・ケースの軸方向及び横方
向のふれを妨げないようになつている。ジヤイロ
スコープ・システムを備えたコンパス・ケースは
バンドかケーブルに懸かつている。

本発明の目的は、前記３方向におけるコンパ
ス・ケースの必要なふれ及び減衰の可能性を減ら
すことなく、ジヤイロコンパスの保持装置を簡単
化することにある。

即ち、本発明は、コンパス・ケースをつるして
保持し軸方向、周辺方向及び横方向に特定の異る
ばね特性及び減衰特性を有する保持装置を備え、
コンパスケースの中心点に対して所定のトルク安
定角度位置でコンパスケースを保持するようにし
たジヤイロコンパスにおいて、前記保持装置が、
実質的に弾性材料より成り、垂直な対称軸に同軸
に配置され、且つ回転対称ベローズ６の形をした
連結要素６を備え、該ベロースがゴム材料で作ら
れていると共に、プレート様外形を有する２個の
環より成り、それらの環はその外周で互いにつな
がり、内周には一方の側でコンパス・ケースの上
部カバー２に堅く、しかし脱着できるように接続
され、他方の側で方位角的追従を伝えるスピンド
ル９にコンパス・ケースの上方で接続されている
保持用縁部を有し、且つ弛緩状態では、２個の環
は外周部におけるより内周部において相互の間隔
が狭くなつていることを特徴とするジヤイロコン
パスである。

本発明のジヤイロコンパスは次のような態様の
ものを包含する。

(A) ベローズは弛緩状態では実質上自動車用タイ
ヤの形をしており、実質上全体にわたつて壁が
同じ厚さを有する、上記ジヤイロコンパス。

(B) ベローズの保持用縁部がそれぞれ２個の互い
にねじ止めされている把持部材の間に把持され
ており、上側の外側にある把持部材はスピンド
ルに堅く接続され、下側の外側にある把持部材
はコンパス・ケースの上部コンパスに接続され
ている上記ジヤイロコンパス。

(C) 内側の把持部材がベローズの保持用縁部に加
硫により接続されている前記(B)のジヤイロコン
パス。

(D) 系の励起振動数に依存する減衰カーブの推移
において、共振生起領域が常に固有励起振動数
よりも下にあり且つ定められた最小限の減衰の
ために予め設けられた限界範囲よりも下になる
ように、外皮構造物の材料特性及び寸法形状を
選択した上記ジヤイロコンパス。

(E) 連結要素の弾性材料のシヨア硬さが約75であ
る上記のジヤイロコンパス。

本発明の好ましい態様においては、保持装置
は、信号のとり出し及び追求が行なわれる上側の
回転自在の部分とコンパス・ケースの取付用フラ
ンジ或は取付用環との間の連結要素として、弾性
高分子材料（例えばゴム）の、実質上自動車用タ
イヤの形を有する軸対称的なベローズを備えてい
る。このタイヤ形のベローズはその内縁部に沿つ
て１対の固定用フランジによりしつかり把持され
ており、これらの固定用フランジは、一方が、方
位角的追従のために回転自在になつている保持装
置の上側の部分に、また他方が、コンパス・ケー
スの上にあるロワー・カツプリング・フランジに
つながる。

好ましくは軸対称的なベローズの形に構成され
る連結要素は、これまでは多数の単一要素或は単
一構造的手段により果された全部で１０の機能を
引き継ぐ。これらの機能を、その目的のための従
来公知の保持装置と比較しながら、下記に簡単に
説明する。

(1) ベローズにより垂直方向に弾力的に１点で懸
垂させることが、コンパス・ケースを保持し支
えるのに役立つ。以前は保持用バンド或はケー
ブルがこの機能を果した。

(2) 乗物（特に船）があらゆる水平軸に対して30
゜まで傾いても、ベローズ（好ましくは、軸端
称的な中空の物体である）は、コンパス・ケー
スを垂直な振動及び衝撃から弾性的に保護する
のに役立つ。以前はこの機能は引張ばねの配置
とボール・ローリング・ガイドとにより遂行さ
れた。

(3) 運動の減衰は特定のばね常数或はばね率によ
り達成されるが、このばね常数或はばね率はベ
ローズに用いる材料の選択、ベローズの寸法及
び形状によつて、またベローズの壁の厚さによ
り決まる。実験及びテストによれば、平均シヨ
ア硬度75shのいわゆるVHSゴム材料（VHS＝
Very High−damping Silicon）が特に適当な
ものであることが見出された。運動を減衰させ
る機能は、これまで摩擦或は空気制動により行
なわれた。

(4) 連結要素は衝撃荷重を優れた方法で吸収す
る。これは、ばね制動曲線の強い累進的特性に
より達成され、その時、固有振動数及び自然減
衰は、ジヤイロスコープ・システムに作用する
或る加速度値を超えないように選択される。励
起の振幅と比較して３倍の大きさを与える固有
振動数は５Hzである。更に詳しいことは第２図
を参照しながら後で説明しよう。実験は、垂直
な衝撃により、最初84ｇあつた加速度が即時に
20ｇに減少することを示した。この機能は、従
来知られている保持装置では果すことができな
かつたか、不充分にしか果すことができなかつ
た。

(5) 本発明によるベローズ要素に１点でつり下げ
ることは、ねじれによつて曲らず、遊びがな
く、ジヤイロスコープ・システムがあらゆる水
平軸に対して30゜まで傾いても、迅速で且つ角
度的に正確な方位角的追従を可能にする。この
機能は、これまで、スプリング・プレート・カ
ツプリング及びいわゆるモーメント・サポート
により行なわれた。

(6) 振子方式でジヤイロスコープ・システムを１
点でつり下げることにより、ねじり振動が満足
できる程度に減衰するようになる。この機能は
これまでは弾力的な摩擦減衰により行なわれ
た。

(7) 本発明によれば、水平方向の振動及び衝撃か
ら極めてよく遮蔽された、振子（固有振動数約
1.5Hz）のような、ジヤイロスコープ・システ
ムのいわゆる低振動数懸垂が実現される。これ
は、同時に、あらゆる水平軸に対して45゜まで
は乗物の運動を補償するように働く。強く水平
に保とうとする性質は、例えば常に水平になつ
ている浮子を、浮いているジヤイロスコープ・
システムにより、その時この時の位置において
誤差なく測定することができるためにも、また
方位角的調整が追いかけ駆動手段の助けにより
追従するためにも、ぜひ必要なものである。こ
の機能には低いぜんまいばね定数を有し、でき
るだけ柔い連結要素が必要である。この機能
は、これまで、バンド或はケーブルによる懸垂
により行なわれた。

(8) 連結要素は水平的に伝わつた運動を減衰させ
る。この機能は、これまでは比較的高価な液体
制動により行なわれた。

(9) 本発明による連結要素は、水平な40ｇの加速
度の衝撃を約２ｇに減らすことができる。この
機能は従来公知の保持装置では果すことができ
なかつた。

本発明のベローズは、これらの機能を、コンパ
ス・ケースの運動する前記３方向のすべてに対し
て優れた衝撃吸収及び減衰特性を示す単一の構成
要素により、極めて経済的に、行なうものであ
る。

本発明の好ましい具体例においては、前述の如
く、連結要素はほぼタイヤの形を有する軸対称的
な外皮構造物である。軸対称的な形状のものやプ
レート形の連結要素以外にも、シリコン・ゴム材
料の星形連結要素やプラスチツク材料のカルダン
（Cardan）・スプリング状の要素が考えられる
が、後者は技術的にずつと高価な解決法の例であ
る。連結要素の基本的な形が選ばれると、それに
依つて、材料の厚さ、外経、回転体における外周
面から回転軸までの曲率半径及び傾斜半径、事に
よると外皮構造物の数、各種の表面域の打抜き、
肋骨、種々の壁の厚さ、及び事によると互いにフ
ツクでつながり摩擦制動を生ずる要素が必要な衝
撃吸収及び減衰特性に重要な役割を演ずる。材料
の弾性体的特性、シヨア硬さ及び減衰係数もまた
重要である。

回転体の形のタイヤ状ベローズを用いてテスト
した本発明の実施例では、ジヤイロスコープ・シ
ステムと連結する或は追いかけ駆動装置に駆動を
つなぐ金属製部分品は直接加硫された。

軸対称的なベローズは、付加的な制動効果を得
るために気体或は液体で充たされたチヤンバーの
一部分であつてもよい。しかしながら、多くの実
験結果から、懸垂を支えている保持装置には、も
はや液体制動は必要がないことが判つた。

以下に、図面を参照しながら、本発明の実施例
を詳述する。

第１図には、本発明の本質的な部分を形成する
ジヤイロコンパスのばね・制動要素の断面を示
す。

また第２図には、第１図に示すばね・制動要素
に励起振動数４〜12.5Hzの範囲内で振幅±1.6mm
の垂直な励起を与えた時の減衰曲線を示す。

ここで話題になつている方式のジヤイロコンパ
ス、特に船で用いられるようなジヤイロコンパス
は、例えば球状の浮子の中に２個のジヤイロスコ
ープ・モーターを備えていてもよい現行のジヤイ
ロスコープ・システムより成る。参照番号(1)で示
される浮子は電導性の支持用液体の中に浮かび、
該液体はコンパス・ケースの中に入つていて、同
時に、ジヤイロスコープ・モーターに電気的に接
触する材料としても役立つている。かかるジヤイ
ロスコープ・システムの詳細は公知であり、本発
明の主題ではない。浮子１の入つたコンパス・ケ
ースは、剛直だが容易に取り外しのできるよう
に、バヨネツト型留め金を介して保持装置に接続
されるフランジ状のカバー２を備えるのが通例で
ある。そして該保持装置はジヤイロスコープ・シ
ステムを所定の位置に懸垂させ、それによりジヤ
イロスコープ・システムの方位角的追従が公知の
方法で行なわれる。保持装置の上部、方位調整の
ために信号を取出すすべり接触部及び方位駆動部
は図示されていない。ジヤイロコンパスの保持装
置における本発明の本質的部分は弾性材料（例え
ばゴム）の軸対称的なばね・制動要素６から成つ
ている。そして該ばね・制動要素６は軸方向、周
辺方向及び横方向の制動効果が生じるようにジヤ
イロスコープ・システムの懸垂部を保持装置の上
側の部分に接続する。図面が示すように、本実施
例では連結要素６は、事実上、垂直軸を回転軸と
する空気入りタイヤのような形をしている。この
連結要素を、以後、ベローズ６と称する。ベロー
ズ６はその下側及び上側にある保持用縁部６ａ，
６ｂに沿つて、垂直に把持する部材、３，７，８
により固定されている。そしてゴム材料の弾性変
形領域における圧搾作用により、ベローズ６の邪
魔されることなく一周している縁部６ａ，６ｂが
相対的に固定されて把持されるように、前記把持
部材３，７，８は互いに頂部と底部とをねじ５で
締められている。下部把持部材３はほぼプレート
の形を有し、連結用ピン４及び位置決め兼把持用
ねび８がプレートの縁部にねじ込まれて、ジヤイ
ロスコープ・システムの上部カバー２と接続して
いる。把持部材３，７，８は図に示すように軸方
向に導管を有する。該導管を例えば４本のワイヤ
を有するケーブル１０が通つており、それを介し
て、一方ではジヤイロスコープ・モーターに電流
が供給され、他方では方位角的追従のための測定
信号が取出される。上部把持部材８の中の導管に
中空軸９が挿し高まれ、該中空軸９は下側を保持
用ナツト１１により固定されている。この中空軸
９は保持装置の上部と機械的に連結しており、そ
れを介してジヤイロスコープ・システムの角度的
追従が行なわれる。回転しないよう固定する手段
は、１２で表わされる。ベローズ６の内部に配置
されている把持部材７と保持用縁部６ａ，６ｂの
各々とは加硫により接着するのが好ましい。

ばね・制動要素として作用するベローズ６は、
図に示すように、そのあらゆる断面にわたつて、
実質上同じ厚さの壁を有する。このことは生産を
容易にする。一方、前記３方向の、必要なばね特
性及び減衰特性は、一方ではゴム材料の適当な弾
性及び硬さにより、また他方では形状により得ら
れ、その際、外径Ｄ以外に、垂直な外壁面から内
側に傾いた放射面に移り変る場所の曲率半径ｒ、
把持点から垂直な外壁までの距離ｅ及び壁の厚さ
ｓが影響を与える。図面のさし絵は、本発明の巌
密に試験された実施例の、実質上、縮尺１：１に
相当する。用いられたゴム材料のシヨア硬さは
75shである。本発明の本質的な部分を形成する
ベローズ型連結要素では、軸方向、周辺方向及び
横方向において、従来公知の保持装置、即ち軸方
向及びとりわけ横方向のふれと制動のための連通
管による液体制動と更にスプリング・プレート・
カツプリングとを備えたストロークの長い複数個
のベローズ要素が必要な装置のばね特性及び制動
特性と同等のばね特性及び制動特性を得ることが
できる。これら公知の高価なばね構造及び制動構
造とくらべて、本発明による連結要素は極めて簡
単である。液体制動はもはや必要でない。その
上、軸方向及び水平方向の衝撃負荷は、従来の保
持手段で不可能であつた程、極めて良く吸収され
る。

第２図には垂直軸に懸垂しているジヤイロスコ
ープ・システムを振幅1.6mm、振動数の範囲４〜
12.5Hzで励起振動テストした結果を示す。鎖線ａ
はジヤイロスコープ・システムの浮子の限界曲線
を表わす。減衰は、確実にこの限界曲線よりも下
で行なわれる。実測曲線ｂの経路は、既に励起振
動数10Hzで、振動の形成が不可能な程強力な減衰
が得られる。しかし系の固有振動数Ｆ_Rである約
５Hzにおいても、浮子のドリフトに対する限界曲
線ａの方が高い。船では、主として船のスクリユ
ー及び船のエンジンにより生ずる主励起振動数は
８〜25Hzの範囲、とりわけ約10Hzのところにあ
る。共振振動数Ｆ_R＝Hzにおける増加量は約３で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図であり、第
２図は第１図に示す実施例に励起振動数４〜12.5
Hzの範囲内で振幅±1.6mmの垂直な励起を与えた
時の減衰曲線を示す図である。 １……浮子、２……上部カバー、３……把持部
材（フランジ）、６……ベローズ（連結要素）、６
ａ……縁部、６ｂ……縁部、７……把持部材（フ
ランジ）、８……把持部材（フランジ）、９……中
空軸（スピンドル）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ コンパス・ケースをつるして保持し軸方向、
   周辺方向及び横方向に特定の異るばね特性及び減
   衰特性を有する保持装置を備え、コンパス・ケー
   スの中心点に対して所定のトルク安定角度位置で
   コンパスケースを保持するようにしたジヤイロコ
   ンパスにおいて、前記保持装置が、実質的に弾性
   材料より成り、垂直な対称軸に同軸に配置され、
   且つ回転対称ベローズ６の形をした連結要素６を
   備え、該ベローズがゴム材料で作られていると共
   に、プレート様外形を有する２個の環より成り、
   それらの環はその外周で互いにつながり、内周に
   は一方の側でコンパス・ケースの上部カバー２に
   堅く、しかし脱着できるように接続され、他方の
   側で方位角的追従を伝えるスピンドル９にコンパ
   ス・ケースの上方で接続されている保持用縁部６
   ａ，６ｂを有し、且つ弛緩状態では、２個の環は
   外周部におけるよりも内周部において相互の間隔
   が狭くなつていることを特徴とするジヤイロコン
   パス。 ２ ベローズ６は弛緩状態では実質上自動車用タ
   イヤの形をしており、実質上全体にわたつて壁が
   同じ厚さを有することを特徴とする、特許請求の
   範囲第１項に記載のジヤイロコンパス。 ３ ベローズ６の保持用縁部６ａ，６ｂがそれぞ
   れ２個の互いにねじ止めされている把持部材７，
   ８及び３，７の間に把持されており、上側の外側
   にある把持部材８はスピンドル９に堅く接続さ
   れ、下側の外側にある把持部材３はコンパス・ケ
   ースの上部カバーに接続されていることを特徴と
   する、特許請求の範囲第１項或いは第２項に記載
   のジヤイロコンパス。 ４ 内側の把持部材７がベローズ６の保持用縁部
   ６ａ，６ｂに加硫により接続されていることを特
   徴とする、特許請求の範囲第３項に記載のジヤイ
   ロコンパス。 ５ 系の励起振動数に依存する減衰カーブｂの推
   移において、共振生起領域が常に固有励起振動数
   よりも下にあり且つ定められた最小限の減衰のた
   めに予め設けられた限界範囲ａよりも下になるよ
   うに、ベローズ６の材料特性及び寸法形状を選択
   することを特徴とする、特許請求の範囲第１項な
   いし第４項のいずれかに記載のジヤイロコンパ
   ス。 ６ 連結要素の弾性材料のシヨア硬さが約75であ
   ることを特徴とする、特許請求の範囲第１項ない
   し第５項のいずれかに記載のジヤイロコンパス。