JPS589298B2 - 自在ピボツト組立体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、２枚のばねが、２つの部材を連結し、前記２
つの部材間に生ずる相対的な角変位を弾性的に抑制する
ことのできる自在ピボット組立体に関するもので、その
特徴とするところは、前記した各ばねの一端が、前記２
つの部材の一方に係止されており、その他端が、他方の
部材に係止されていることである。

この種の自在ピボット組立体の公知例として、例えば、
英国特許第９１５９１８号、第９５４４６４号、第９８
４１４６号等の明細書に開示されているものがある。

これらの公知例においては、２枚の板ばねの各一端が、
第１回転スリーブに、そして、他端が、第１スリーブと
同軸的な第２スリーブにそれぞれ連結していて、その２
つのスリーブ間の相対的な角変位を弾性的に抑制するよ
うになっている。

しかしながら、かかる自在ピボットは、その製作が困難
で、特に、板ばねをスリーブに正確に取り付けることが
、極めて困難であるという欠点を有している。

従って、本発明の目的は、従来のピボット組立体に比し
て、簡単な構造で、しかも上記の如き欠点のない、新規
な自在ピボット組立体を提供することにある。

上記した目的は、本発明に基づき、同軸的に対向する２
個の部材を、その概ね共通な軸線の廻りに生ずる相対的
角変位を弾性的に抑制し得るように、２枚の板ばねによ
り連結してなる２種の自在ピボット組立体を提供するこ
とにより達成される。

より具体的に云うと、本発明のあるものの特徴とすると
ころは、前記２枚の板ばねが、前記両部材の軸線方向に
延びる両端部と、これら両端部を連結する２本のリブか
らそれぞれなり、これら両端部のうちの一方が、２個の
部分に前記両リブ間で分離しており、かつ一方の板ばね
のリブの１本が、他方の板ばねの２本のリブの間を通過
するように、前記両板ばねが交差しており、しかも、前
記両板ばねのそれぞれについて、前記両端部のうちの一
方が、一方の部材に立設された１対のピンにより挾持さ
れ、かつ両端部のうちの他方が、他方の部材に立設され
たもう１対のピンにより挾持されていることにある。

また本発明の別のものの特徴とするところは、２枚の板
ばねが、前記両部材の軸線方向に延びる両端部と、これ
ら両端部を連結する２本のリブからそれぞれなり、前記
両端部のうちの一方が、２個の部分に前記両リブ間で分
離しており、かつ一方の板ばねのリブの１本が、他方の
板ばねの２本のリブを通過するように、前記両板ばねが
交差しており、しかも、両板ばねのそれぞれについて、
前記した分離している側の端部の両部分のうちの一方が
、一方の部材に立設された１対のピンにより挾持され、
かつ前記両部分の他方が、他方の部材に立設されたもう
１本のピンにより挾持されていることにある。

いずれの種類の自在ピボット組立体についても、２枚の
板ばねの面が、それぞれの両端部の中間において互いに
直角をなすように該両板ばねが交差しているのが好まし
い。

さらに、いずれの種類の自在ピボット組立体についても
、両部材にそれぞれもう１本のピンが立設されていて、
前記両部材の相対角変位が所定の大きさに達した時、前
記ピンが、その対向する側の、板ばねを挾持するピンと
当接することにより、それ以上の相対角変位を阻止する
ようになっているのが好ましい。

このように、ピンを用いてばねを保持することにより、
組立体そのものの構造を簡単にすることができ、そして
、ばねの端部を対になったピンの間で挾持することによ
り、各ばねの配設位置およびその実効長を正確に決定す
ることができる。

さらに、組立体を構成する各部材の構造も極めて簡単で
、しかもそれら各部材は、同一の材質からなるものとす
ることができるため、熱膨張の差異による様々な悪影響
を避けることができる。

また、本発明の組立体は、開放構造となっており、製造
中、或いは使用中に塵介が蓄積しても、容易に取り除く
ことができる。

本発明の別の特徴は、その組立方法が極めて容易である
ということである。

つまり、第１の種類の自在のピボット組立体については
、まず、４対のピンの各一端を一方の部材に固着し、各
ばねの各端を各対のピンの間に挾み込んだ後、４対のピ
ンの各他端を他方の部材に固着する。

次いで、各ばねの一端が、一方の部材に取り付けられた
１対のピンの間で挾持され、その他端が、他の部材に取
り付けられた１対のピンの間で挾持されるように、各対
になったピンを切断するようにすればよい。

このように、本発明の自在ピボット組立体の組立は、極
めて簡単で使用される各部材も極めて単純な形状をなし
ている。

しかも、加える機械加工は、単に、比較的容易なピンの
切断加工のみである。

以上述べた組立法は、単に、切断位置、切断数を適宜変
化させることにより、もう１種類の組立体の組立にも等
しく適用され得るものである。

ところで、この種の自在ピボットは、通常、ジャイロス
コープのジンバル枠をそのケーシングに取り付けるため
のもので、本発明の自在ピボット組立体を用いることに
より、ジンバル枠を、ジャイロスコープの中央軸線回り
に、ケーシングに対して一定範囲内だけ角変位させると
、その角変位を減少させようとする線型な復元トルクを
与えることができる。

勿論、本発明のピボット組立体は、ジャイロスコープ以
外の他の装置にも適用され得るものであるが、以下の説
明は、便宜上、本発明をジャイロスコープに用いるもの
として行なう。

以下、本発明に基づく２種の組立体の実施例を添付の図
面に基づいて詳細に説明する。

第１図で示すように、本発明に基づく第１の種類の自在
ピボット組立体は、ジャイロスコープのジンバル枠（図
示略）から突出している円筒形軸１と、ジャイロスコー
プのケーシング（図示略）上に設けられている円柱状の
取り付け台２との間に装着されている。

軸１と取り付け台２は共に、自在ピボット組立体の軸線
３をその中心線としており、それらの相対向する端面４
，５は、平行である。

軸１の端面４上には、５個のピン６〜１０が同心円上に
設けられ、取り付け台２方向に向って、軸線３に沿って
平行に伸びている。

同様に、取り付け台２の端面５上には、５本のピン１１
から１５が同心円上に設けられ、軸１の端面４方向に向
かって軸線３に沿って平行に伸びている。

第２図で示すように、２本のピン７，８、さらに他の２
本のピン９，１０は、共に近接した位置に設けられそれ
ぞれ対をなしていて、その２対のピン７，８および９，
１０は、軸線回りに９０度の角度で離隔している。

また、ピン１２；１３、および１４．１５も、それぞれ
１対として同要領で配設されている。

従って、１対のピン７，８は、他の１対のピン１２．１
３と直径方向に対向しており、同様に１対のピン９，１
０は、ピン１４，１５の対と対向している。

板ばね１６が、それぞれ直径方向に対向する２対のピン
７，８および１２．１３の間に挾設され、同様に、もう
１枚の板ばね１７が、対向する２対のピン９，１０およ
び１４．１５の間に挾設されていて、軸１と取り付け台
２を弾力的に接続している。

２枚の板ばね１６．１７の面は、その長手方向の中間に
おいて、軸線３上で互いに直交している。

各板ばね１６．１７の形状は、第４図で示す如く、２つ
の平行なリブ１８，１９を有し、その一端は、連結端部
２０により連結され、その他端は、互いに同一直線上に
ある端部２１，２２を有し、その端部２１，２２の中間
に幅狭の間隙部を有している。

板ばね１６の２つの端部２１，２２は、１対のピン７，
８の中間に位置し、そこでろう接されている。

一方、他の端部２０は、１対のピン１２，１３の間でろ
う接されている。

同様に、板ばね１７の端部２１，２２は、ピン９，１０
の間で、他の端部２０は、ピン１４，１５の間でろう接
されている。

各板ばね１６．１７の２つのリブ１８，１９は、その面
が軸線３上で直交するように、互いに入り組んでいるた
め、２枚の板ばね１６，１７の持つ概ね線形な復元トル
クを受ける軸１と取り付け台２相互間に生ずる軸線３回
りの相対的角変位以外においては、前記２つの部材同士
を剛固に結合させることができる。

また、２本のピン６，１１は、軸１と取り付け台２との
間の過度な角変位を防止する役割を果たしている。

例えば、通常起こり得る軸線３回りの何れかの方向への
角変位が２度ずつであるとすれば、前記２つのピン６，
１１は、その角変位が５度を越えないように制御してい
るものである。

今、軸１が、一方向に、取り付け台２に対して５度変位
したとすると、軸１から突出するピン６は、取り付け台
２上のピン１５と係合する。

一方、軸１が、逆方向に同角度変位したとすれば、取り
付け台２上のピン１１が、軸１上のピン１０と係合する
。

本発明の自在ピボット組立体全体は、マルエージング（
ＭＡＲＡＧＩＮＧ）鋼からなり、軸１、取り付け台２お
よびピン６〜１５の表面は、非電解法によりニッケルメ
ッキが施されている。

このように、組立体全体が１種類の金属から形成されて
いるため、各部分の熱膨張率は常に一定しており、ピボ
ット組立体の安定性を確保することができる。

板ばね１６，１７の製造には、ばりなどを残さないよう
にするため、写真食刻法が用いられる。

つまり、１枚の薄肉の鉄板から、板ばねのリブ１８，１
９がその鉄板の目と平行になるようにして、板ばね１６
．１７を写真食刻して形成する。

なお、板はね１６．１７に、他の部材と同様、ニッケル
メッキを施すと、それをろう接する際に、ニッケルの小
滴が板ばねの表面に形成され、板ばねの作用効果に悪影
響を及ぼすため、板ばねにはニッケルメッキを施さない
ようにする。

また、板ばね１６．１７にマルエージング鋼を用いる理
由は、ピン６〜１５上のニッケルメッキ層が、板ばね１
６．１７の表面に濡れ性を与え、ろう接作業をより完全
にするためである。

第５，６図は、本発明に基づく第２の種類の自在ピボッ
ト組立体の実施例を示すものである。

その構造は、基本的には、第１図図示の実施例と同一で
あるが、そのねじり弾性は、第１図図示のそれに比べて
約半分となっている。

つまり、第１図の場合、軸１と取り付け台２との間の弾
性は、各板ばね１６．１７の２つのリブ１８，１９が同
時に働くことにより得られるものであるが、第５，６図
の場合、その弾性は、各リブが別個に働くことにより得
られるものである。

第５，６図で示すように、Ｕ字形をなす板ばね１６′の
リブ１８′の一端は、軸１の端面４から突出している一
対のピン７’ ， ８’の間で挾持され、他のリブ１９
′は、取り付け台２の端面５から突出し、かつ、前記１
対のピン７’，８’と同一直線上にある他の一対のピン
７″、８″の間で挾持されている。

また、前記２つのリブ１８’，１９’を連結している端
部は、軸１および取り付け台２の何れからも離隔してい
る一対のピン１ ２’ ， １ ３’の間で挾持されて
いる。

同様に、他の板ばね１７′もＵ字形をなし、その２つの
リブ１８’，１９’は、軸１から延びた１対のピン９，
１０′の間で、或いは、取り付け台２から延びた１対の
ピン９，１０′の間でそれぞれ挾持されており、その連
結端部は、軸１および取り付け台２から離隔している１
対のピン１４’，１５’の間で挾持されている。

この２つの板ばね１ ６’ ， １ ７’は、軸線３上
で直交し、各リブ１８’．１９’は互いに入り組んでい
る。

２つのピン６’，１１’が、軸１の端面４に固着されて
おり、過度の角変位を防止するようになっている。

つまり、角が一方向に過度に変位すると、取り付け台２
から伸びたピン７′は、軸１上のピン６と係合し、その
角変位が逆方向である場合には、取り付け台２上のピン
１０Ｉが、軸１上のピン１１′と係合するようになって
いる。

次に、第１図から第６図で示した本発明の自在ビボット
組立体の組立方法を、第７図に基づいて説明する。

まず、１０本のピン６〜１５のそれぞれの一端を、軸１
の端面４に設けられた１０個の穴内に嵌合させる。

次いで、鉄製ばね１６を１対のピン７，８および他の１
対のピン１２．１３の間に挾み込み、同様に、もう１枚
の板ばね１７を２対のピン９，１０および１４，１５の
間に挾み込み、それら板ばね１６．１７の２つのリブ１
８，１９が互いに入り組んで、且つ直交し得るようにす
る。

その後、１０本のピン６〜１５のそれぞれの他端を、取
り付け台２の端面５上に設けられた１０個の穴内にそれ
ぞれ嵌合させる。

軸１および取り付け台２の端面４，５の円周囲りには、
リム２３，２４が突設されており、板ばね１６．１７を
それぞれ対になったピンの間に正確に挾み込むことがで
きるようになっている。

ピン６〜１５を、軸１または取り付け台２に、或いは、
板ばね１６，１７をピンに固着するためにに、ピンの軸
１または取り付け台２に接する部分、或いはピンの板ば
ね１６，１７に接する部分には、予め、ろう接材料が塗
布されている。

かくして組立てられたピボット組立体の各部品を、接着
剤等を用いて予め強固に保持しておき、その後、真空状
態でろう接する。

その接着剤は、ろう接作業中に蒸発する。

また、リム２３．２４によって、板ばねを常に一定位置
に配設することができるため、ろう接材料の盛り上がり
を常に一定にすることも可能となり、従って、板ばねの
湾曲率を、何れの場合も同一にすることができる。

尚、ピボット組立体の各部品は、自づと位置決めされる
ため、ろう接中にその各部品を保持するジグなどの工具
を用いる必要は一切ない。

ろう接中、組立体は、炉中に垂直に保持され、真空状態
で、温度を９３０゜Ｃまでゆっくり上げる。

２分間同一温度を維持した後、矢張り真空状態で、ゆっ
くり８００℃まで下げていく。

次いで、その組立体を室温まで急速に冷却し、再び、炉
内の温度を真空状態で４８０℃までゆっくり上昇させ、
組立体を硬化させる。

４８０゜Ｃの温度を約３時間維持した後、組立体を室温
まで急激に冷却させる。

前述したように、本発明の自在ピボット組立体は、単一
の材料、つまり、マルエージング鋼から成っているため
、熱処理を施しても、熱膨張率の相違による歪み等が生
ずる危険性は全くない。

上述した熱処理により、板ばねは硬化し、それが湾曲す
る時に生ずる機械的ヒステリシスを著しく減少させるこ
とができる。

以上詳述してきた本発明のピボット組立体に、以下に述
べる如く、ピン或いは板ばねの切断加工を加える訳であ
るが、この組立体は極めて竪牢で、その取り扱いは容易
であるのみならず、何らの損傷もなく、切断加工などを
加えることができる。

また、これまで述べたピボット組立体の製造法は、第１
〜３図の組立体および第５，６図の組立体の両者に適用
されるもので、その両者の違いは、ピン或いは板ばねの
切断位置によって決められる。

尚、切断中、組立体を圧迫したり、ばりを残さないよう
にするため、放電加工法を用いることが望ましい。

まず、第１〜３図図示のピボット組立体を製造するには
、以上述べてきた組立体の軸１および取り付け台２の端
面４，５近傍を切断する。

つまり、ピン１１〜１５並びに、ピン１２．１３および
１４．１５により挾持された板ばね１６，１７の軸１の
近傍部分を切断する。

同様に、ピン６〜１０、並びに、ピン７，８および９，
１０により挾持された板ばね１６．１７の取り付け台２
の近傍部分を切断する。

かくして、第１〜３図図示の自在ピボット組立体を完成
させることができる。

一方、第５，６図図示のピボット組立体を形成するには
、前記の如くして組立てられた組立体の軸１および取り
付け台２の端面４，５の近傍部を切断し、ピン１２′〜
１５′の両端、並びにピン１２′，１３′および１４’
，１５’により挾持された板ばね１６’，１７’を、軸
１と取り付け台２の何れからも離隔させる。

そして、ピン６’，１１’の取り付け台２側を切断し、
さらに、ピン７〜１０およびそれらにより挾持されてい
る板ばね１６’，１７’の端部の中央部を切断し、ピン
７′〜１０′および７″〜１σ′を形成する。

かくして、第５，６図で示す、第２の種類の自在ピボッ
ト組立体を完成させることができる。

第８図は、本発明のピボット組立体のジャイロスコープ
への装着法を示している。

ジャイロスコープの円筒形ケーシング１０２内において
、ジンバル枠１０１が、ケーシング１０２の軸線１０３
回りに角変位し得るように、２つの自在ピボット組立体
１０４，１０５により、回動可能に支承されており、こ
れら２つの自在ピボット１０４，１０５は、ジンバル枠
１０１の軸線１０３回りの角変位を弾性的に制御してい
る。

ケーシング１０２内には、さらに、ケーシング１０２に
取り付けられている強磁性の固定子１０８と、ジンバル
枠に取り付けられている強磁性回転子１０９とから構成
される誘導変換器、つまりビック・オフ１０７が配設さ
れている。

この誘導変換器１０７は、交流電流により励磁されると
、ジンバル枠１０１の軸線１０３回りの角変位の大きさ
に応じた信号を、固定子１０８内に誘導する。

ジンバル枠１０１には、Ｈ型をなし、ガス等の流体を応
用した軸承部１１１が固着されている。

その軸承部１１１には、電気的に駆動される回転子１１
０が、その縦方向の軸線１１２とケーシング１０２の軸
線１０３とが直交するように、回転可能に取り付けられ
ている。

この回転子１１０を付勢すると、それは、軸線１１２（
ジャイロスコープのスピン軸線）回りに回転し始める。

すると、ケーシング１０２は、前記２つの軸線１０３，
１１２に対して直角をなす軸線１１３、つまり、ジャイ
ロスコープの中心軸線１１３回りの角運動を開始し、そ
の角運動は、ジンバル枠１０１に、軸線１０３（ジャイ
ロスコープの歳差運動軸線）回りの歳差運動を与えよう
とする。

この時、ジンバル枠１０１の歳差運動は、２つの自在ピ
ボット１０４，１０５の働きにより、弾性的に制御され
る。

従って、ジンバル枠１０１の歳差運動軸線１０３回りの
角変位は、ケーシングの中心軸線１１３回りの角運動の
速度によって決定されることになる。

そして、誘導変換器１０７は、そのジンバル枠１０１の
角変位に応じた交流信号を発生させる。

この信号は、ケーシング１０２の外側に取り付けられて
いる２つの出力端子１１４，１１５に送られ、その端子
間の電位差から、ジャイロスコープの角運動速度を測定
することができる。

以下、本発明の自在ピボット組立体の組立要領を列挙す
る。

（１）４対のピンの各一端を一方の部材に固着し、各ば
ねの各端を各対のピンの間に挾み込んだ後、前記４対の
ピンの各他端を他方の部材に固着し、次いで、各ばねの
一端が、一方の部材に取り付けられた１対のピンの間で
挾持され、その他端が、他方の部材に取り付けられた１
対のピンの間で挾持されるように、各対になったピンを
切断する。

（２）隣り合った２対のピンの一方の部材の近傍部分を
切断し、もう一方の隣り合った２対のピンーの他方の部
材の近傍部分を切断する。

（３）各ばねが、２つの平行なリブを有し、各ばねの２
つのリブの一端を第１の隣り合った２対のピンの各々に
より保持し、その他端を第２の隣り合った２対のピンの
各々により保持し、前記第１の隣り合った２対のピンの
各々を、前記各ばねの２つのリブの中間で切断し、前記
第２の隣り合った２対のピンの各々を、前記２つの部材
の近傍において切断する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に基づく第１種類の自在ピボット組立
体の実施例を示す斜視図、第２図は、第１図で示す組立
体を、第３図■−■線で見た端部断面図。 第３図は、第２図■一■線縮小縦断面図。第４図は、第
１図で示す本発明の自在ピボット組立体に用いられるば
ねの平面図。 第５図は、本発明に基づく第２の種類の自在ピボット組
立体の実施例を示す斜視図。 第６図は、第５図で示す組立体の縮小縦断面図。 第７図は、第１図および第５図で示す組立体を構成する
ための基本組立の縦断面図。 第８図は、本発明の自在ピボット組立体を装着したジャ
イロスコープの断面図。 １・・・・・・軸、２・・・・・・取り付け台、３・・
・・・・軸線、４，５・・・・・・端面、６，６′〜１
５．１５’，７／′〜１０′・・・・・・ピン、１ ６
， １ ６’ ， １ ７ ， １ ７’・・・・・
・板ばね、１８，１８’，１９．１９’・・・・・・リ
ブ、２０，２１．２２・・・・・・端部、２３，２４・
・・・・・リム、１０１・・・・・・ジンバル枠、１０
２・・・・・・ケーシング、１０３，１１２，１１３・
・・・・・軸線、１０４，１０５・・・・・・自在ピボ
ット、１０７・・・・・・誘導変換器、１０８・・・・
・・固定子、１０９，１１０・・・・・・回転子、１１
１・・・・・・軸承部、１１４，１１５・・・・・・出
力端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 同軸的に対向する２個の部材を、その概ね共通な中
   心軸線の廻りに生ずる相対的角変位を弾性的に抑制し得
   るように、２枚の板ばねにより連結してなる自在ビボッ
   ト組立体であって、 前記２枚の板ばねが、前記両部材の軸線方向に延びる両
   端部と、これら両端部を連結する２本のリブからそれぞ
   れなり、前記両端部のうちの一方が、２個の部分に前記
   両リブ間で分離しており、かつ一方の板ばねのリプの１
   本が、他方の板ばねの２本のリブの間を通過するように
   、前記両板ばねが交差しており、しかも、前記両板ばね
   のそれぞれについて、前記両端部のうちの一方が、一方
   の部材に立設された１対のピンにより挾持され、かつ同
   両端部のうちの他方が、他方の部材に立設されたもう１
   対のピンにより挾持されていることを特徴とする自在ピ
   ボット組立体。 ２ ２枚の板ばねの面が、それぞれの両端部の中間にお
   いて互いに直角をなすように該両板ばねが交差している
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の自在ピ
   ボット組立体。 ３ 両部材にそれぞれもう１本のピンが立設されていて
   、前記両部材の相対角変位が所定の大きさに達した時、
   前記ピンが、その対向する側の、板ばねを挾持するピン
   と当接することにより、それ以上の相対角変位を阻止す
   るようになっていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項もしくは第２項に記載の自在ピボット組立体。 ４ 同軸的に対向する２個の部材を、その概ね共通な中
   心軸線の廻りに生ずる相対的角変位を弾性的に抑制し得
   るように、２枚の板ばねにより連結してなる自在ピボッ
   ト組立体であって、 前記２枚の板ばねが、前記両部材の軸線方向に延びる両
   端部と、これら両端部を連結する２本のリブからそれぞ
   れなり、前記両端部のうちの一方が、２個の部分に前記
   両リブ間で分離しており、かつ一方の板ばねのリブの１
   本が、他方の板ばねの２本のリブを通過するように、前
   前両板ばねが交差しており、しかも、前記両板ばねのそ
   れぞれについて、前記した分離している側の端部の両部
   分のうちの一方が、一方の部材に立設された１対のピン
   により挾持され、かつ前記両部分の他方が、他方の部材
   に立設されたもう１対のピンにより挾持されていること
   を特徴とする自在ピボット組立体。 ５ ２枚の板ばねの面が、それぞれの両端部の中間にお
   いて互いに直角をなすように該両板ばねが交差している
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の自在ピ
   ボット組立体。 ６ 両部材にそれぞれもう１本のピンが立設されており
   、前記両部材の相対的角変位が所定の大きさに達した時
   、前記ピンが、その対向する側の、板ばねを挾持するピ
   ンと当接するさとにより、それ以上の相対角変位を阻止
   するようになっていることを特徴とする特許請求の範囲
   第４項に記載の自在ピボット組立体。