(57)【要約】【課題】サーボモータの出力軸にサーボホーンを嵌合する単純構造で高い精度で中立位置を設定可能としたラジコン模型のサーボモータ中立位置設定装置を提供する。【解決手段】サーボモータ１の出力軸２０のサーボホーン４０の嵌合穴５０と嵌合する部分を角柱とし、該角柱の外側壁の少なくとも１面にサーボホーン４０の嵌合穴５０の挿入方向と平行に形成された凸条２０Ａを形成し、嵌合穴５０の内側壁の少なくとも１面に出力軸２０の外側壁に有する凸条２０Ａの形成方向と同方向に形成されて当該凸条に嵌合する凹条５０Ａを設け、筐体側に、サーボモータ１の出力軸２０の一方向での最大回転角度と該一方向と逆の方向での最大回転角度を規制する制限する構造を設け、サーボモータ１の出力軸２０が一方向と逆方向の最大回転角度位置にある時のポテンショメータの各出力値の中間値をサーボモータの出力軸の標準中立位置と定める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体内に所定の角度範囲内で回転する出力軸を有するサーボモータと、前記出力軸に嵌合する嵌合穴と被制御部材に連結するリンケージロッドを係合する係合孔とを有するサーボホーンと、前記サーボモータの出力軸と同軸に回転する如く設置されたポテンショメータを有し、
前記サーボモータの出力軸の少なくとも前記サーボホーンの嵌合穴と嵌合する部分は、角柱であり、当該角柱の外側壁の少なくとも１面に前記サーボホーンの嵌合穴の挿入方向と平行に形成された凸条を有しており、
前記サーボホーンの嵌合穴は、前記サーボモータの角柱の出力軸と嵌合する角穴であり、前記角穴の内側壁の少なくとも１面に前記出力軸の外側壁に有する凸条の形成方向と同方向に形成されて当該凸条に嵌合する凹条を有し、
前記筐体側に、前記サーボモータの出力軸の一方向での最大回転角度と該一方向と逆の方向での最大回転角度を規制する固定側回転角度規制部材を有すると共に、前記出力軸側に、当該出力軸の一方向の最大回転角度位置と該一方向と逆の方向での最大回転角度を制限する回転側回転角度規制部材を有し、
前記サーボモータの出力軸が前記一方向と前記逆方向の最大回転角度位置にある時の前記ポテンショメータの各出力値の中間値を前記サーボモータの出力軸の標準中立位置と定めることを特徴とするラジコン模型のサーボモータ中立位置設定装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記角柱は四角柱であり、前記凸条は断面が円形状もしくは楕円形状であり、前記角柱の外側壁に接する側の一部が当該外側壁内に埋没した形状であることを特徴とするラジコン模型のサーボモータ中立位置設定装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記凸条の断面が前記角柱の根元に向かって漸次大であることを特徴とするラジコン模型のサーボモータ中立位置設定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラジコン模型の制御に用いるサーボ装置に係り、特にサーボモータの出力軸に取り付けたサーボホーンの中立位置を容易にかつ精密に設定可能としたラジコン模型のサーボモータ中立位置設定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠隔制御されるヘリコプタや車両などの無線操縦模型はラジコン模型あるいは単にラジコンと愛称され、ホビーの世界だけでなく、多くの産業分野で広く利用されている。ラジコン模型には、送信機から送信される指令信号を受信する受信機、サーボモータ、スピードコントローラ、ジャイロ、バッテリーなど、飛行または走行制御をするための複数の電子制御機器（操縦制御機器）が搭載されている。
【０００３】
操縦制御にはサーボモータと、このサーボモータの出力軸に設置したサーボホーンと称する回動部材からなるサーボ装置が用いられる。サーボ装置はモータの回転をギアダウンして出力軸に伝達し、出力軸に取り付けたサーボホーンを回動して当該サーボホーンに連結されたリンケージロッドで被制御部材を制御するものである。モータの出力軸にはポテンショメータ（可変抵抗器）の回転軸が連結されており、このポテンショメータの抵抗値に応じて形成される信号と出力軸の回転角で表される受信信号とを比較して送信機側での操作量に応じてモータの回転を正確に制御する。
【０００４】
このようなサーボ装置では、モータの出力軸とサーボホーンとの結合精度が直接制御性能に影響する。このようなサーボモータを用いたサーボ装置における中立位置の精密設定に関しては特許文献１に開示がある。
【特許文献１】特開２００４−２４３０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１０は、従来のサーボ装置の構成例を説明する模式図である。図１０に示した従来のサーボモータ１の出力軸２は円柱状であり、その周囲には、セレーション（又はスプライン）と称する外周縦溝（以下、外側セレーション）３が形成されている。一方、サーボホーン４には上記出力軸２の外側セレーション３に嵌合する内周縦歯（以下、内側セレーション）５を有する嵌合穴が形成されている。そして、サーボモータ１の出力軸２に有する外側セレーション３にサーボホーン４の内側セレーション５を嵌め込んでサーボホーン４がサーボモータ１の出力軸２の回りで所定の角度範囲内で回動するように固定する。なお、出力軸２と同軸にポテンショメータ１Ａが内蔵されている。
【０００６】
上記の角度範囲内での回動で、例えば操舵を行う制御では、左右舵取りの基準となるニュートラル位置（中立位置）を設定する必要がある。前記したように、サーボモータ１の中立位置は基準のニュートラル信号パルスに対応したポテンショメータの抵抗値で決まる。しかし、ポテンショメータと共に回転する出力軸２の回転角はポテンショメータの抵抗値の誤差で中立時に決まった位置とはならない。
【０００７】
図１１は、サーボモータの出力軸に取り付けたサーボホーンの中立位置ずれの説明図である。サーボモータ１の中立時の出力軸２にサーボホーンを最適位置に取り付けようとしても、外側セレーション３に内側セレーション５が嵌合する角度（回転面に平行な面内での角度）は不連続なセレーションのステップ（歯−溝の単位中心角度）で決まる。図７中、θCはセットしたい中心角度（中立位置）、θ0はセレーションの１つのステップで移動するサーボホーン４の回転面における中心線、θSは中心角度θCからずれる最小角度を示す。
【０００８】
現在、広く使用されているサーボモータの出力軸に形成されているセレーションのステップは通常１５°程度（＝θ0）であり、この角度以下の精度でサーボホーンを取り付けることはできない。その結果、中心角度θCからのずれ角度θSは左右それぞれ（１５／２）°程度である。そのため、サーボホーン４による被制御部との間のリンケージが左回転と右回転の動作ストロークに相違が生じ、もしくは中立パルスを移動させて最適な取り付け角度を得ても、左右の最大回転角度が異なったりする不具合が発生する。
【０００９】
特許文献１では、サーボモータの出力軸とサーボホーンの間に角度調整機構と称する２段階のセレーション構造をもうけて、中立位置の精密設定を得るようにしている。しかし、この角度調整機構の構造は複雑で、多数の部品を必要とする。
【００１０】
本発明の目的は、サーボモータの出力軸にサーボホーンを嵌合する単純構造で高い精度で中立位置を設定可能としたラジコン模型のサーボモータ中立位置設定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のラジコン模型は、筐体内に所定の角度範囲内で回転する出力軸を有するサーボモータと、この出力軸に嵌合する嵌合穴と被制御部材に連結するリンケージロッドを係合する係合孔とを有するサーボホーンと、サーボモータの出力軸と同軸に回転する如く設置されたポテンショメータを有する。サーボモータの出力軸の少なくともサーボホーンの嵌合穴と嵌合する部分は角柱とし、当該角柱の外側壁の少なくとも１面に前記サーボホーンの嵌合穴の挿入方向と平行に形成された凸条を設ける。
【００１２】
サーボホーンの嵌合穴は、サーボモータの角柱の出力軸と嵌合する角穴であり、角穴の内側壁の少なくとも１面に出力軸の外側壁に有する凸条の形成方向と同方向に形成されて当該凸条に嵌合する凹条を設けてある。
【００１３】
そして、筐体側には、サーボモータの出力軸の一方向での最大回転角度と該一方向と逆の方向での最大回転角度を規制する固定側回転角度規制部材を有すると共に、出力軸側には、当該出力軸の一方向の最大回転角度位置と該一方向と逆の方向での最大回転角度を制限する回転側回転角度規制部材を有する。
【００１４】
サーボモータの出力軸が上記一方向と逆方向との最大回転角度位置にある時のポテンショメータの各出力値の中間値をサーボモータの出力軸の標準中立位置と定める。
【００１５】
また、前記角柱は四角柱とし、前記凸条は断面が円形状もしくは楕円形状で、前記角柱の外側壁に接する側の一部は当該外側壁内に埋没した形状とし、この凸条の断面を角柱の根元に向かって漸次大とすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
サーボモータとサーボホーンとの取り付け精度に起因する制御系リンケージの機械的精度が向上し、量産される組み立て完成済みの各種のラジコン模型における中立位置の設定が容易になり、固体差の無い、あるいは個体差が少なく、飛行あるいは走行性能の高いラジコン模型を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の最良の実施形態につき、ラジコンヘリコプターに適用した実施例の図面を参照して詳細に説明する。
【実施例】
【００１８】
図１は、本発明に係るラジコン模型のサーボモータ中立位置設定装置の一実施例を説明する要部展開斜視図である。また、図２は、サーボモータの最大回転角度を規制するストッパ構造の一例を説明する図である。そして、図３は、ポテンショメータの外観例を示す図である。図１において、サーボモータ１はラジコンヘリコプターの機枠６に取り付けられている。この例では、サーボモータ１はエルロンコントロールサーボ装置を構成する。サーボモータ１にはポテンショメータ１Ａ（図３）がサーボモータ１のギアダウンされた回転軸（あるいは、パルス駆動でステップ回転される回転軸）と同軸に取り付けられている。このポテンショメータ１Aはサーボモータ１の出力軸２０とは反対側に突出する回転軸に交換可能に取り付けることができる。ポテンショメータ１Aはサーボモータ１の筐体に固定的に内蔵することもできることは言うまでもない。
【００１９】
図１に示したように、本実施例のサーボモータ１の出力軸２０は、サーボホーン４０と係合する突出部の断面を四角形の角柱状として形成されている。そして、角柱状の出力軸２０の一側壁面にはサーボホーン４０の取り付け嵌合方向に延びる凸条２０Ａが形成されている。この凸条２０Ａは、中立位置の指標となると共に、サーボホーン４０の取り付け方向を１つのみに規制する機能、および出力軸２０とサーボホーン４０の取り付け部のがたつき防止機能を有する。ここでは、出力軸２０が四角形の角柱状で、凸条２０Ａは一側壁面のみに棒状体として設けているが、これに限るものではなく、出力軸２０は断面が３角形、５角形あるいはそれ以上の多角形、若しくは非円形断面とすることができる。また、凸条２０Ａの形状、個数も任意である。
【００２０】
サーボホーン４０には、サーボモータ１の出力軸２０に挿入して取り付ける嵌合穴５０が形成されている。嵌合穴５０の頂部にはネジ貫通孔５０Ｄを形成した底壁を有し、出力軸２０の天頂が当接してサーボホーン４０の取り付け高さを規制する。この構成では、サーボホーン４０の前記嵌合穴５０から一定距離をもってコネクティングロッドの係合孔５０Ｂ、５０Ｃが設けられているが、サーボホーンはその制御対象によって、種々の形状と係合孔の配置がある。なお、出力軸２０の天頂にネジ込み孔２０Ｂが形成されており、嵌合穴５０の頂部のネジ貫通孔５０Ｄの外側から図示しないネジを通し、出力軸２０のネジ込み孔２０Ｂにねじ込んで両者を固定する。サーボモータ１の左右最大回転角度は、予めサーボモータの回転軸側に設けた回転側回転角度部材と、サーボモータのケース側に設けた固定側回転角度規制部材とで構成される機械的なストッパ構造で制限されるようになっている。
【００２１】
図２において、このストッパ構造は、筐体８０に設けた固定側回転角度規制部材６０と、サーボモータ１の回転軸（出力軸）に固定した回転側回転角度部材７０とで構成される。回転側回転角度部材７０は固定側回転角度規制部材６０の内側で回転可能に組み込まれる。固定側回転角度規制部材６０には出力軸２０の中心から外側に引き込んだ後退段差６０Aが形成され、回転側回転角度部材７０には出力軸２０の中心から外側に飛び出した突出段差７０Ａが形成されている。
【００２２】
サーボホーン２０の嵌合穴５０をサーボモータ１の出力軸２０に取り付ける場合、その取り付け姿勢は当該出力軸２０と嵌合穴５０の断面形状で一意的に決まる。このとき、角柱状出力軸２０の外側壁と嵌合穴５０の内側壁との接合だけでなく、凸条２０Ａと凹状５０Ａの嵌合が行われることで、より正確な取り付け精度が得られる。なお、図４に示したように、凸条２０Ａの断面を出力軸２０の根元に近づくにつれて漸次大とすることで出力軸２０にサーボホーン４０をより強固に固定することができる。このような考えを出力軸２０に適用することもできる。図４は、説明のため、出力軸の長さを誇張して示した。
【００２３】
図２に示したサーボモータの出力軸２０の中立位置では、出力軸２０の回転面内での一方向（左回転方向）とこの一方向とは逆方向（右回転方向）の回転角度範囲θは機械的に同一角度に設定される。サーボモータの筐体側にはサーボモータ１の出力軸２０の一方向（例えば、図２の左方向）での最大回転角度と該一方向と逆の方向（例えば、図２の右方向）での最大回転角度を規制する固定側回転角度規制部材６０を有する。この固定側回転角度規制部材６０は適宜の板をプレスしたものでよく、筐体８０に固定され、あるいは筐体８０の一部に一体的に成形したものでも良い。
【００２４】
また、サーボモータ１の出力軸２０につながる回転軸に、当該出力軸の一方向の最大回転角度位置と該一方向と逆の方向での最大回転角度を制限する回転側回転角度規制部材７０を有備える。この回転側回転角度規制部材７０は、サーボモータ１の回転体（ロータ）とは別体に成形した部品でも、あるいは該回転体の一部を加工したものでもよい。固定側回転角度規制部材６０と回転側回転角度規制部材７０の構造は図示したものに限らず、単純な突起同志が当接する構成としたものでよい。また、回転角規制部材は、リンケージされた被操作部分に設けてもよい。
【００２５】
上記のように機械的中立位置の設定後の標準的な中立位置の設定は、前記サーボモータ１の出力軸２０が前記一方向と前記逆方向の最大回転角度位置にある時（上記した固定側回転角度規制部材６０に回転側回転角度規制部材７０が当接した位置）の前記ポテンショメータの各出力値の中間値を前記サーボモータの出力軸の標準中立位置を定める。この手順を以下に示す。
【００２６】
サーボモータ１の出力軸２０にサーボホーン４０を取り付けた後、中立位置の簡易自動中立位置設定操作（標準自動キャリブレーション）を行う。簡易自動中立位置設定操作では、
（１）パーソナルコンピュータ（ＰＣ）又は機体に搭載された装置からキャリブレーションをスタートする。これにより、
（２）サーボモータの出力軸（回転軸）は任意の方向に回転を始める。
（３）最大回転角度を規制する固定側回転角度規制部材６０と回転側回転角度規制部材７０で構成される構造で回転軸が停止する。サーボモータが停止した位置のポテンショメータ１Ａが示す抵抗値を読む。
【００２７】
これを数回繰り返し、その都度読み取ったポテンショメータ１Ａが示す抵抗値の平均値を最大回転位置での抵抗値と定める。この操作を左右各回転方向について行い、左右両端のポテンショメータの最大回転位置での抵抗値の中間を出力軸の中立位置（ニュートラル位置）と定める。なお、ここでは、最大回転位置をポテンショメータの抵抗値を用いたが、これに限るものではなく、電流値でもよく、あるいは光学的手段、磁気検出手段など、既知の検出手段を用いることができる。したがって、ここでは、具体的な最大回転位置の検出手段は省略した。
【００２８】
図５は、簡易自動中立位置設定操作を行う際の送信機から出力パルスの内容とサーボホーンの位置を説明する図である。図５には送信機のスティックの操作角（左最大、中立、右最大）に対する送信機のデフォルトの規定パルス幅と実際のパルス幅（送信機を操作したときのパルス幅）、および実際に送信機のスティックを操作した時のサーボモータ回転角を示す。図５で、送信機のスティックの操作角の欄に（電源オフ：ＯＦＦ）とあるのは、電波を発射しない状態とすることを示す。
【００２９】
このようにして行った標準キャリブレーションによる中立位置の誤差は従来のサーボホーンのセレーションによる誤差より十分に小さく、実用上十分であるが、さらに厳密な精度を求めると、精密自動中立位置設定（精密自動キャリブレーション、以下単に精密自動設定）を行うことができる。精密自動設定は、送信機の各制御チャンネルの中立位置信号（ニュートラルパルス）の僅かな個体差を補正する操作である。この精密自動設定では、ラジコン模型と送信機を通信ケーブルで接続し、両者の電源を投入した状態で送信機から、ラジコン模型に対して電波を発射して行う。
【００３０】
そして、標準自動設定操作と同様の手法で得られた中立点を送信機の各制御チャンネルの中立位置信号に一致させる。この一致操作の手順は次のとおりである。また、最大回転角操作時のポテンショメータの抵抗値と送信機の操作スティックの最大操作時の制御パルスを一致させることで、送信機の操作スティックの操作範囲の全域でサーボモータ出力とのリニアリテーを得ることができる。
【００３１】
図６は、本実施例のラジコン模型の精密自動中立位置設定を行う際のシステム構成を説明する図である。本実施例では、ラジコンヘリコプター１００に搭載する駆動制御回路１０１に、中央制御装置（ＣＰＵ）３と、設定値格納部（メモリ）４、制御信号加工部５、その他の回路等を設けた。また、ラジコンヘリコプター１００にはコネクタ１２が設けられており、外部装置であるＰＣのコネクタ１４との間を通信ケーブル１３で接続されている。受信機２は、高周波（ＲＦ）処理部２Ａ、検波部、デコーダ部２Ｂを有する。１７はバッテリーである。
【００３２】
図７は、本実施例のラジコン模型の精密自動中立位置設定を行う手順を説明する流れ図である。図６に示した構成において、先ず、送信機の電源をオン（ＯＮ）とする（Ｐ−１）。次に、ラジコンヘリコプター（ＲＣ）１００の主電源を投入（Ｐ−２）し、ＰＣ２００とラジコンヘリコプター（ＲＣ）１００をケーブルで接続して（Ｐ−３）、ＰＣ２００上で中立位置校正、すなわちキャリブレーションをスタートする（Ｐ−４）。
【００３３】
送信機のスティックを操作してポテンショメータの値を読み取る（Ｐ−５）。先ず、右スティックを操作して（Ｐ−６）、左最大位置、右最大位置、上最大位置、下最大位置、および中立位置でのポテンショメータの値を読み取る（Ｐ−８）。次に、左スティックを操作して（Ｐ−７）、左最大位置、右最大位置、上最大位置、下最大位置、および中立位置でのポテンショメータの値を読み取る（Ｐ−８）。この読み取り結果をＰＣに収納する（Ｐ−９）。
【００３４】
図８は、精密自動中立位置設定操作を行う際の送信機から出力パルスの内容とサーボホーンの位置を説明する図である。図８には送信機のスティックの操作角（左最大、中立、右最大）に対する送信機のデフォルトの規定パルス幅と実際のパルス幅（送信機を操作したときのパルス幅）、および実際に送信機のスティックを操作した時のサーボモータ回転角を示す。
【００３５】
図９は、本発明を適用したラジコン模型の一例としてのラジコンヘリコプターの全体図である。このラジコンヘリコプターは、その胴体部に動力モータ７、バッテリー８、サーボモータ１やジャイロを含む操縦機構を搭載している。胴体部にはメインロータＭＬ、ギアＧＡなどが配置され、シャフトＣＳでティルロータＴＬが取り付けてある。操縦機構や動力モータはスタートボタン１０デ活性化サレ、アンテナＡＮＴで受信した操縦指令で操縦機構を制御して飛行を行う。
【００３６】
本発明は、ラジコンヘリコプターに限るものではなく、その他の各種ラジコン模型にも同様に適用できる。また、本発明は、ポテンショメータを交換した場合にも、使用者自身がサーボモータの中立状態を容易に再現することができる、等のメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係るラジコン模型のサーボモータ中立位置設定装置の一実施例を説明する要部展開斜視図である。
【図２】サーボモータの最大回転角度を規制するストッパ構造の一例を説明する図である。
【図３】ポテンショメータの外観例を示す図である。
【図４】サーボモータの出力軸の他の校正例を説明する斜視図である。
【図５】簡易自動中立位置設定操作を行う際の送信機から出力パルスの内容とサーボホーンの位置を説明する図である。
【図６】本実施例のラジコン模型の精密自動中立位置設定を行う際のシステム構成を説明する図である。
【図７】本実施例のラジコン模型の精密自動中立位置設定を行う手順を説明する流れ図である。
【図８】精密自動中立位置設定操作を行う際の送信機から出力パルスの内容とサーボホーンの位置を説明する図である。
【図９】本発明を適用したラジコン模型の一例としてのラジコンヘリコプターの全体図である。
【図１０】従来のサーボ装置の構成例を説明する模式図である。
【図１１】サーボモータの出力軸に取り付けたサーボホーンの中立位置ずれの説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１・・・サーボモータ、６・・・機枠、２，２０・・・出力軸、２０Ａ・・・凸条、４０・・・サーボホーン、５０・・・嵌合穴、５０Ａ・・・凹条、５０Ｂ、５０Ｃ・・・コネクティングロッドの係合孔、５０Ｄ・・・ネジ貫通孔。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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