(57)【要約】【課題】  アンテナ駆動用ジンバル装置について、アンテナ固有振動数を高周波数化することで、小型で高剛性な機構を実現し、アンテナを空間的に安定化させることを目的とする。【解決手段】  アンテナ１を、可動フレーム３に対して周辺部対角２箇所を第１回転軸軸受６ａ、６ｂを介して、第１回転軸２ａまわりに揺動自在に支持するとともに、アンテナ１の裏面中心部に設けた、第１回転軸２ａを中心とした円軌道を有する摺動機構レール４と、可動フレーム３中心部からアンテナ側へ突出した摺動機構ラグ５とを係合させることにより、アンテナ１を第１回転軸２ａまわりに揺動可能に支持した。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部に対し揺動自在に支持された可動フレームと、
アンテナの周辺部における少なくとも対角２箇所でアンテナを支持するとともに、可動フレームに対し揺動自在に支持されたアンテナ支持部と、
アンテナの裏面中心部に設けられ、アンテナ支持部の回転中心と同軸となる円軌道の摺動面を有した摺動機構レールと、
可動フレームの中心部からアンテナ側へ突出し、摺動機構レールの摺動面に沿って摺動する摺動部を有した摺動機構ラグと、
を備えたアンテナ駆動用ジンバル装置。
【請求項２】
摺動機構ラグに摩擦ダンパーを設けたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ駆動用ジンバル装置。
【請求項３】
アンテナと、
支持部と、
支持部に対し揺動自在に支持された可動フレームと、
アンテナの周辺部における少なくとも対角２箇所でアンテナを支持するとともに、可動フレームに対し揺動自在に支持されたアンテナ支持部と、
アンテナの裏面中心部に設けられ、アンテナ支持部と回転中心が同軸となる円軌道の摺動面を有した摺動機構レールと、
可動フレームの中心部からアンテナ側へ突出し、摺動機構レールの摺動面に沿って摺動する摺動部を有した摺動機構ラグと、
を備えたアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転中心で直交する２軸の周りにアンテナを揺動させる、アンテナ駆動用ジンバル装置、及びそのジンバル装置を用いたアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、飛しょう体に搭載されるジンバル装置は、回転中心で直交する２軸を回転軸とし、円錐形状のレドーム内の限られた空間の中で、可動部に支持されたアンテナを首振動作させていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１３５７２４号公報（第６図）
【０００４】
この種のジンバル機構は、一般に、外側の回転軸に支持された内側の回転軸両端と、円盤状のアンテナ周辺部対角２箇所を固定して、ジンバル機構を構成しており、アンテナの小型化に寄与する。
【０００５】
従来のジンバル装置は、剛性の低い円盤状のアンテナの周辺部対角２箇所だけを保持していたため、制御帯域に近い低周波数帯にアンテナの固有振動モードが発生し、サーボ特性に悪影響を及ぼし，ひいてはアンテナを空間的に安定させることが難しかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のジンバル装置は、低剛性なアンテナを周辺部対角２箇所だけで保持しているため、固有振動モードの高周波数化が困難であるといった問題があった。
【０００７】
このような問題は、アンテナ主軸を所望方向に指向させるアンテナの指向制御を行う上で、その制御系の応答に大きな影響を与えることになり、ひいてはアンテナを空間的に安定させることを阻害する。
【０００８】
なお、アンテナ自体を高剛性化する場合には、可動部質量、慣性モーメントの増加、ひいては装置全体の剛性低下を招くことになるので、剛性低下を抑制することのできるアンテナ支持方法が望まれる。
【０００９】
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、アンテナ駆動用ジンバル装置において、高剛性なアンテナ支持機構を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明によるアンテナ駆動用ジンバル装置は、支持部に対し揺動自在に支持された可動フレームと、アンテナの周辺部における少なくとも対角２箇所でアンテナを支持するとともに、可動フレームに対し揺動自在に支持されたアンテナ支持部と、アンテナの裏面中心部に設けられ、アンテナ支持部の回転中心と同軸となる円軌道の摺動面を有した摺動機構レールと、可動フレームの中心部からアンテナ側へ突出し、摺動機構レールの摺動面に沿って摺動する摺動部を有した摺動機構ラグとを備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、アンテナの剛性低下を抑制し、制御帯域に対して機械共振周波数が十分に高周波数化され、振動外乱に対して安定した制御を実施することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るアンテナ駆動用ジンバル装置は、内側の回転軸に対して、円盤状のアンテナを周辺部２箇所で保持するのに加え、アンテナの裏面中心部と内側の回転軸部材の中心部をレールとラグにより構成される摺動機構により回転可能に保持した。これによって、アンテナ駆動用ジンバル装置のアンテナ駆動系を高剛性化したことを特徴とする。以下、図を用いて実施の形態１のアンテナ駆動用ジンバルについて説明する。
【００１３】
図１は、この発明の実施の形態１によるアンテナ駆動用ジンバル装置の外観図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の側面図の断面図を示す。
【００１４】
図において、アンテナ駆動用ジンバル装置は、円盤状のアンテナ１を内側の回転軸である第１回転軸２ａまわり、及び外側の回転軸である第２回転軸２ｂまわりに揺動自在とする。第１回転軸２ａと第２回転軸２ｂは揺動の回転中心となり揺動方向を制限しつつ互いに直交している。
【００１５】
アンテナ１は、アンテナ素子の配列されたアンテナ開口面、アンテナ素子に給電する導波管、及び給電回路等から構成された平板型の円盤状の装置である。アンテナ１は本ジンバル装置で回転駆動され、アンテナ素子から電波を送信、及び受信する。
【００１６】
アンテナ１は、アンテナを構成する円盤周辺部の、裏面における対角２箇所をアンテナ支持部１１ａ、１１ｂによって支持される。アンテナ支持部１１ａ、１１ｂは第１回転軸軸受６ａ、６ｂに軸支される。これにより、アンテナ１及びアンテナ支持部１１ａ、１１ｂは、第１回転軸軸受６ａ、６ｂを介して可動フレーム３に軸支され、第１回転軸２ａまわりに揺動自在に支持される。
【００１７】
アンテナ１の裏面中心部に設けた摺動機構レール４は、第１回転軸２ａを中心とした円軌道の摺動面を有している。摺動機構ラグ５は可動フレーム３中心部からアンテナ側へ突出した摺動部を有し、可動フレーム３に固定されている。摺動機構レール４は摺動機構ラグ５と嵌合し、摺動機構ラグ５の摺動部は摺動機構レール４の摺動面に接して、摺動機構ラグ５の摺動部は摺動機構レール４の摺動面に沿って摺動する。これにより、摺動機構レール４は摺動機構ラグ５に対し、第１回転軸２ａまわりに揺動可能に支持される。
【００１８】
アンテナ１を第１回転軸２ａまわりに揺動自在に支持した可動フレーム３は、第２回転軸軸受６ｃ、６ｄを介して支持部９に固定され、第２回転軸２ｂまわりに揺動自在に支持される。
【００１９】
第１回転軸２ａ、及び第２回転軸２ｂに回転トルクを与える動力源として、各々第１回転軸モータ７ａ、及び第２回転軸モータ７ｂを備える。また、揺動可能に支持されたアンテナ１のアンテナ支持部１１ａには、第１回転軸２ａ及び第２回転軸２ｂまわりの角速度を検出するジャイロ８が取り付けられる。
【００２０】
以上説明したように、この実施の形態１は次の構成を特徴とする。
アンテナ１は、可動フレーム３に対して周辺部対角２箇所を第１回転軸軸受６ａ、６ｂを介して、第１回転軸２ａまわりに揺動自在に支持されるとともに、アンテナ１の裏面中心部に設けられ、第１回転軸２ａを中心とした円軌道を有する摺動機構レール４と、可動フレーム３中心部からアンテナ側へ突出した摺動機構ラグ５とを係合させることにより、第１回転軸２ａまわりに揺動可能に保持される。
【００２１】
次に、この実施の形態１の動作について説明する。
アンテナ１は、支持部９に対して第１回転軸２ａ、及び第２回転軸２ｂまわりに揺動自在に支持され、各軸に備えられた第１回転軸モータ７ａ、及び第２回転軸モータ７ｂにより回転駆動される。これにより、アンテナ１の電波軸の方向（ビーム方向）が変化し、その向きを目標に向けた状態で、電波を送信及び受信する。
【００２２】
この際、第１回転軸モータ７ａ及び第２回転軸モータ７ｂは、ジャイロ８が検出した第１回転軸２ａ及び第２回転軸２ｂまわりの角速度情報により、電波軸の方向（ビーム方向）を規定するアンテナ面を、常に目標方向に向けるように電流制御される。
【００２３】
以上の構成により、この実施の形態１によるアンテナ駆動用ジンバル装置は、アンテナ１が可動フレーム３に対して周辺部対角２箇所を第１回転軸軸受６ａ、６ｂを介して、第１回転軸２ａまわりに揺動自在に支持されることに加え、アンテナ１の裏面中心部に設けられ、第１回転軸２ａを中心とした円軌道を有する摺動機構レール４と、可動フレーム３中心部からアンテナ側へ突出した摺動機構ラグ５とを係合させることにより、アンテナ１が第１回転軸２ａまわりに揺動可能に支持されることによって、剛性の低い平板のアンテナ１をより剛性の高い可動フレーム３と一体化することにより、第１回転軸２ａ及び第２回転軸２ｂまわりの剛性を増すことができる。
【００２４】
また、摺動機構レール４と摺動機構ラグ５は、第１回転軸２ａを中心とした円軌道で摺動可能であるため、第１回転軸２ａ及び第２回転軸２ｂまわりの、アンテナ１の回転運動を妨げることはない。
【００２５】
さらに、摺動機構レール４及び摺動機構ラグ５は、第１回転軸２ａ及び第２回転軸２ｂの回転中心近傍に小容積で配置しているので、アンテナ１を主とする可動部質量及び慣性モーメントの増加は小規模となり、小型、かつ軽量で構成することが可能となる。
【００２６】
さらにまた、上記に示すようにアンテナ１の可動部が高剛性化し、小型・軽量化することにより、制御帯域に対して、アンテナ１の可動部の機械共振周波数が十分に高周波数化され、振動外乱に対して安定した制御系を構成することが可能となる。
【００２７】
加えて、アンテナ１の可動部に、摺動機構レール４及び摺動機構ラグ５を設けることは比較的容易に安価で達成可能であり、低コストでアンテナ１を空間的に安定化できるアンテナ駆動用ジンバル装置が実現できる。
【００２８】
ここで、アンテナ１を含む可動部が高剛性化される理由についてさらに説明する。
図２は、従来のアンテナ駆動用ジンバルと、実施形態１のアンテナ駆動用ジンバルとの、可動部剛性の相違を説明するための概念図である。図２（ａ）は従来のアンテナ駆動用ジンバル、図２（ｂ）は実施形態１のアンテナ駆動用ジンバルを示す。
【００２９】
図２（ａ）において、従来のアンテナ駆動用ジンバルでは、アンテナ１が第１回転軸軸受６ａ、６ｂを介して可動フレーム３に固定されている。図中の符号２０は従来のアンテナ駆動用ジンバルにおけるアンテナの振動モードを模式的に示したものである。
【００３０】
一方、図２（ｂ）において、実施の形態１によるアンテナ駆動用ジンバルでは、アンテナ１が円盤周辺部の対角２箇所を可動フレーム３に対して固定されるとともに、アンテナ１の裏面中心部が摺動機構レール４と摺動機構ラグ５によって回転自在に軸支されている。すなわち、アンテナ１の裏面中心部に設けられ、第１回転軸２ａを中心とした円軌道を有する摺動機構レール４と、可動フレーム３中心部からアンテナ側へ突出した摺動機構ラグ５とを、係合させている。
なお、図において、符号２１は実施形態１によるアンテナ駆動用ジンバルにおける、アンテナの振動モードを模式的に示したものである。
【００３１】
図２（ａ）の従来のアンテナ駆動用ジンバルの概念図において、剛性の低いアンテナ１は、より剛性の高い可動フレーム３と円盤周辺部対角２箇所でのみ固定されていたため、アンテナの振動モード２０は、周辺部が節、中心部が腹なるモードとなり、円盤で近似される低い固有振動数の機械共振を有していた。
【００３２】
これに対し、図２（ｂ）の実施形態１のアンテナ駆動用ジンバルの概念図に示すように、摺動機構レール４と摺動機構ラグ５により、アンテナ１中心部は可動フレーム３に保持されるため、アンテナの振動モード２１は、周辺部、及び中心部が節となるモードとなり、従来のアンテナの振動モード２０と比較して変形量が小さく、高い振動数となる。
【００３３】
以上説明したとおり、この実施の形態１によるアンテナ駆動用ジンバル装置は、アンテナ１が可動フレーム３に対して周辺部対角２箇所を第１回転軸軸受６ａ、６ｂを介して、第１回転軸２ａまわりに揺動自在に支持されることに加え、アンテナ１の裏面中心部に設けられ、第１回転軸２ａを中心とした円軌道を有する摺動機構レール４と、可動フレーム３中心部からアンテナ側へ突出した摺動機構ラグ５とを係合させることにより、アンテナ１を第１回転軸２ａまわりに揺動可能に支持することによって、剛性の低いアンテナ１をより剛性の高い可動フレーム３と一体化して、剛性を増すことができるという効果を奏する。
【００３４】
また、これによって、制御帯域に対して機械共振周波数が十分に高周波数化され、振動外乱に対して安定した制御を実施することが可能となり、空間的にアンテナをより安定化できるアンテナ駆動用ジンバル装置を得ることが可能となる。
【００３５】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２におけるアンテナ駆動用ジンバル装置の外観図であり、図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の側面断面図である。同図中、実施の形態１と同一符号のものは同一のものである。
【００３６】
この実施の形態２では、可動フレーム３と摺動機構ラグ５の間に摩擦ダンパー１０を設ける。すなわち、摺動機構ラグ５を、防振ゴムから成る摩擦ダンパー１０を介在して可動フレーム３に取り付ける。この際、摩擦ダンパー１０としては、同様の振動減衰効果が得られる他のダンパーを用いても良いことは言うまでもない。
【００３７】
次に、この発明の作用について説明する。アンテナの振動モードの振動エネルギは、摩擦ダンパー１０により、熱エネルギに変換され減衰する。
【００３８】
したがって、アンテナの振動モードの応答倍率が低下するため、制御系のゲイン余裕が確保され、外乱に対して安定した制御系を構成可能となる。
【００３９】
なお、以上説明した実施の形態１、２によるアンテナ駆動用ジンバル装置は、搭載機器の小型軽量化が必要とされる、飛しょう体への搭載に適している。しかし、アンテナの小型化を図る必要のあるものならば、他の移動体に搭載しても良いことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】（ａ）は、この発明に係る実施の形態１によるアンテナ駆動用ジンバル装置の外観を示す正面図である。（ｂ）は、図１（ａ）の側断面図である。
【図２】実施の形態１によるアンテナ駆動用ジンバル装置と従来のアンテナ駆動用ジンバル装置との、比較例を示す図であり、（ａ）は従来のアンテナ駆動用ジンバル装置、（ｂ）は実施形態１のアンテナ駆動用ジンバル装置を示す。
【図３】（ａ）は、この発明に係る実施の形態２によるアンテナ駆動用ジンバル装置の外観を示す正面図である。（ｂ）は、図２（ａ）の側断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  アンテナ、２ａ  第１回転軸、２ｂ  第２回転軸、３  可動フレーム、４  摺動機構レール、５  摺動機構ラグ、６ａ、６ｂ  第１回転軸軸受、６ｃ、６ｄ  第２回転軸軸受、７ａ  第１回転軸モータ、７ｂ  第２回転軸モータ、８  ジャイロ、９  支持部、１０  摩擦ダンパー、１１ａ、１１ｂ  アンテナ支持部、２０  従来のアンテナ駆動用ジンバル装置におけるアンテナの振動モード、２１  実施形態１によるアンテナ駆動用ジンバル装置におけるアンテナの振動モード。
【図１】
2008227587.tif 000003
【図２】
2008227587.tif 000004
【図３】
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