(57)【要約】【課題】  給電経路に有害物質を使用することなくジャイロロータに給電でき、従来と同等な追従精度を確保できるジャイロコンパスを実現する。【解決手段】  支持液を内蔵する液槽と、この液槽内で前記支持液により浮上すると共に前記液槽上部に設けられたセンターピンによりその中心部が回転可能に支持された転輪球と、この転輪球に内蔵されたジャイロロータとを有するジャイロコンパスにおいて、  前記液槽底部と前記転輪球下部に形成され、前記支持液を介して対向配置された皿状電極と、  前記液槽の赤道近傍に１８０°を隔てて対向配置された一対の追従電極を挟んで前記液槽及び転輪球の赤道近傍に形成され、前記支持液を介して対向配置された帯状電極と、を備え、  前記ジャイロロータは、前記皿状電極及び前記帯状電極を介して給電される。【選択図】                    図１
2005249505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持液を内蔵する液槽と、この液槽内で前記支持液により浮上すると共に前記液槽上部に設けられたセンターピンによりその中心部が回転可能に支持された転輪球と、この転輪球に内蔵されたジャイロロータとを有するジャイロコンパスにおいて、
前記液槽下部と前記転輪球下部に形成され、前記支持液を介して対向配置された皿状電極と、
前記液槽の赤道近傍に１８０°を隔てて対向配置された一対の追従電極を挟んで前記液槽及び転輪球の赤道近傍に形成され、前記支持液を介して対向配置された帯状電極と、
を備え、
前記ジャイロロータは、前記皿状電極及び前記帯状電極を介して給電されることを特徴とするジャイロコンパス。
【請求項２】
前記一対の追従電極を偏差検出用変圧器の一次巻線の両端に接続すると共に、前記液槽側の帯状電極と前記一次巻き線の中点間に交流電源を接続し、前記転輪球の回転に伴う前記転輪球側の帯状電極の両端と前記一対の追従電極間の支持液抵抗変化を、前記変圧器の二次巻に回転偏差信号として発生させるホイートストンブリッジ回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載のジャイロコンパス。
【請求項３】
前記一対の追従電極間に抵抗を接続すると共に、前記液槽側の帯状電極と抵抗の中点に交流電源を接続し、前記転輪球の回転に伴う前記転輪球側の帯状電極の両端と前記一対の追従電極間の支持液抵抗変化を、前記一対の追従電極間に回転偏差信号として発生させるホイートストンブリッジ回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載のジャイロコンパス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支持液を内蔵する液槽と、この液槽内で前記支持液により浮上すると共に前記液槽上部に設けられたセンターピンによりその中心部が回転可能に支持された転輪球と、この転輪球に内蔵されたジャイロロータとを有するジャイロコンパスにおけるジャイロロータへの給電構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
センターピンを有するジャイロコンパスに関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００３】
【非特許文献１】海文堂出版株式会社  昭和４６年１０月１日発行            「コンパスとジャイロの理論と実際」著者：茂在寅男、小林實
【０００４】
図５は、センターピンを有するジャイロコンパスの一般的な構成を示す断面図である。１は演算・追従制御部であり、装置の電源と各種演算の他、転輪球の位置を検出して転輪球と液槽との相対角度を一定に保つ追従制御を司る部分で、主に追従用歯車機構とプリント板回路で構成されている。
【０００５】
２は防振機構であり、船が動揺した際に振り子のように振れて液槽部を概略水平に維持させる他、縦横方向について船の振動を吸収する。
【０００６】
３は液槽部であり、防振機構２につり下げられている。液槽部３において、液槽４は転輪球５と支持液（電解液）６を内蔵する。転輪球５はジャイロロータ７を内蔵し、液槽４内で支持液６により浮上すると共に、液槽上部に設けられたセンターピン８によりその中心部が回転可能に支持されている。
【０００７】
図６は、転輪球５への給電構造を説明する斜視図である。液槽４の下部及び転輪球５の下部には、支持液６を介して近接して対向配置された皿状電極９が形成されている。転輪球５に内蔵されたジャイロロータ７は、センターピン８と皿状電極９を介して外部電源１０から給電される。尚、電極以外の転輪球表面は、絶縁されている。
【０００８】
図７はセンターピンを介した給電構造の詳細を示す断面図である。センターピン８の先端は尖り、この先端と転輪球側に備えた宝石軸受け１１とによりピボットを構成して、支持液６中に浮かんだ転輪球５が鉛直および水平周りに回動可能に支持する一方、センターピンの先端金属部８ａと転輪球側の端子１２と導通する壺状金属部１３との間隙に少量の水銀１４を充填して、センターピン８より転輪球５への一方の給電回路とする。１５は水銀と１４と支持液６を絶縁するデムナム等の絶縁油、１６はＯ−リングであり、転輪球内への支持液の侵入をシールする。
【０００９】
ジャイロロータ７は、センターピン８を介する一方の給電回路及び液槽下部と転輪球下部に対向して形成された皿状電極９より支持液６を介して電流を流す他方の給電回路に接続され、転輪球内で高速回転する。
【００１０】
図８は、転輪球５の旋回に対して液槽４を追従させる追従制御における偏差検出機構の説明図である。液槽４の内壁には転輪球５の赤道部分と対向する位置にあって、互いに１８０°離れた位置に一対（２個）の追従電極１７ａ及び１７ｂが設けられている。転輪球５の赤道部分には、１８０°よりわずかに短い（両端で２°ずつ）帯状電極１８形成され、帯状電極１８の両端部１８ａ，１８ｂと追従電極７ａ，７ｂ間の支持液抵抗Ｒａ及びＲｂの抵抗差をホイートストンブリッジ回路で検出する。
【００１１】
帯状電極１８は、転輪球下部の皿状電極９と接続されて同電位とされ、皿状電極９を介して外部電源１０の一方に接続される。ジャイロロータ７は、この皿状電極９とセンターピン８の先端金属８ａ間に接続されて給電される。
【００１２】
追従電極７ａ，７ｂは、ホイートストンブリッジを形成する変圧器１９の一次巻線の両端に接続され、一次巻線の中点は電流調整用の抵抗２０を介して外部電源１０の一方に接続される。定常状態ではＲａ＝Ｒｂでホイートストンブリッジは平衡し、変圧器１９の二次巻線への誘起電圧はゼロである。
【００１３】
転輪球５が矢印Ｐ方向に旋回して液槽４との相対角度関係が縦軸周りにずれると、Ｒａ≠Ｒｂとなり、ホイートストンブリッジの不平衡に伴う偏差（誤差電圧）が変圧器１９の二次巻線に誘起されるので、増幅器２１を介して偏差信号Ｅを得る。この偏差信号Ｅの振幅は偏差角、位相は旋回方向を表す。
【００１４】
追従制御部１は、この偏差信号Ｅに基づいて歯車機構を駆動し、防振機構２と液槽部３を縦軸周りＱ方向に同時に回動させて、転輪球５と液槽４との相対角度関係をホイートストンブリッジが平衡するように修正する追従機能を備える。
【００１５】
支持液６は、安息香酸と主剤とした電解液である。又、周囲温度に対して転輪球５が常に浮き上がる状態であるように、ダイナマイトグリセリンで比重が調整されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
以上説明した従来構造のジャイロコンパスには、次のような問題点がある。
（１）センターピンを介した給電経路に水銀を使用しており、地球環境保護の意味からは使用しないことが望ましい。
【００１７】
（２）水銀を電解液の中で使用すると、電気界面現象によりイオンがセンターピン表面、水銀表面そして転輪球の壺状金属部に吸着し、イオンの分子間引力が拘束力となり「転輪球の摩擦なく自由な回動」を阻害することになり、精度に悪影響をおよぼす。対策として図７で説明したように、デムナム（４フッ化エチレン）等の絶縁油１５を水銀１４と支持液６の間に入れれば解決するが、この絶縁油も地球環境にはやさしくない。
【００１８】
従って本発明が解決しようとする課題は、転輪球内への給電経路に有害物質を使用することなくジャイロロータに給電でき、従来と同等な追従精度を確保できるジャイロコンパスを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
このような課題を達成するために、本発明の構成は次の通りである。
（１）支持液を内蔵する液槽と、この液槽内で前記支持液により浮上すると共に前記液槽上部に設けられたセンターピンによりその中心部が回転可能に支持された転輪球と、この転輪球に内蔵されたジャイロロータとを有するジャイロコンパスにおいて、
前記液槽下部と前記転輪球下部に形成され、前記支持液を介して対向配置された皿状電極と、
前記液槽の赤道近傍に１８０°を隔てて対向配置された一対の追従電極を挟んで前記液槽及び転輪球の赤道近傍に形成され、前記支持液を介して対向配置された帯状電極と、
を備え、
前記ジャイロロータは、前記皿状電極及び前記帯状電極を介して給電されることを特徴とするジャイロコンパス。
【００２０】
（２）前記一対の追従電極を偏差検出用変圧器の一次巻線の両端に接続すると共に、前記液槽側の帯状電極と前記一次巻き線の中点間に交流電源を接続し、前記転輪球の回転に伴う前記転輪球側の帯状電極の両端と前記一対の追従電極間の支持液抵抗変化を、前記変圧器の二次巻に回転偏差信号として発生させるホイートストンブリッジ回路を備えたことを特徴とする（１）に記載のジャイロコンパス。
【００２１】
（３）前記一対の追従電極間に抵抗を接続すると共に、前記液槽側の帯状電極と抵抗の中点に交流電源を接続し、前記転輪球の回転に伴う前記転輪球側の帯状電極の両端と前記一対の追従電極間の支持液抵抗変化を、前記一対の追従電極間に回転偏差信号として発生させるホイートストンブリッジ回路を備えたことを特徴とする（１）に記載のジャイロコンパス。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
（１）転輪球内への給電経路に水銀や特殊な絶縁油等の有害物質を使用することなくジャイロロータに給電できるので、地球環境にやさしい製品を提供できる。
（２）ホイートストンブリッジ回路は従来と同様に実装可能であるため、従来と同等な追従精度を確保した製品をコストアップすることなく提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は本発明を適用したジャイロコンパスの一実施形態を示し、転輪球への給電構造を説明する斜視図である。図５乃至図８で説明した従来ジャイロコンパスと同一要素には同一符号を付し、説明を省略する。以下、本発明の特徴部につき説明する。
【００２４】
従来技術（図６，図７）では、センターピン８が転輪球５を支持すると共に、このセンターピンの先端に配置された水銀と下部の皿状電極とによってジャイロロータに給電し、さらに別途の追従電極を設ける構造であった。
【００２５】
本発明の特徴は、センターピン８は転輪球５の支持のみに専業する。転輪球５の赤道付近の外周に設けられた帯状電極１００に支持液を介して対向配置された転輪球側の帯状電極２００を外部電源１０の一方の給電経路として機能せしめ、外部電源１０の他方の給電経路は従来と同じで転輪球と液槽の下部に対向配置された皿状電極９を使用する。
【００２６】
転輪球側の帯状電極１００は、液槽側の一対の追従電極（図１では図示されていない）と協業してホイートストンブリッジ回路を形成しており、給電のための電極と追従制御のための電極を兼ねる構造が本発明の特徴である。この構造により従来のセンターピン先端部に設けられた水銀や絶縁油等の有害物質は不要になる。
【００２７】
図２は、本発明ジャイロコンパスの電極構造について転輪球５側の電極と液槽４側の電極をセットで示した斜視図である。図中に記載した角度の数値は一例である。各電極に新しい名称をつけているので、以下に説明する。
【００２８】
転輪球５側の帯状電極１００は、１個の中央帯状電極１０１と、一対の二条電極１０２，１０３よりなる。中央帯状電極１０１は、転輪球側面の赤道近傍で緯度方向に所定の幅をもって液槽側の追従電極１７ａ，１７ｂ位置の間に転輪球を約半周弱（図では端点が角度で２°少ない）する長さに配置されている。
【００２９】
二条電極１０２，１０３は、転輪球側面で赤道を挟むように所定距離隔てて中央帯状電極１０１の反対側の外周面に形成され転輪球を約半周弱（図では端点が角度で２０°少ない）する長さに配置されている。
【００３０】
液槽内壁面の帯状電極２００は、一対の二条電極２０１，２０２及び一対の二条電極２０３，２０４の計４個の二条電極よりなる。二条電極２０１，２０２は、緯度方向に所定距離を持って転輪球側の中央帯状電極１０１と対向配置して液槽内壁面に配置され、液槽内壁を約半周弱（図では端点が角度で２３°少ない）する長さに配置されている。
【００３１】
二条電極２０３，２０４は、液槽内壁面の二条電極２０１，２０２の反対側の内壁面に形成され、液槽内壁を約半周弱（図では端点が角度で２０°少ない）する長さを有し、転輪球側の二条電極１０２，１０３と支持液を介して近接・対向配置されている。
【００３２】
皿電極１０は、液槽４の下部及び転輪球５の下部に形成され、支持液６を介して近接・対向する位置に配置されている。
【００３３】
以上の電極構造により、互いに対向する帯状電極（転輪球の中央帯電極１０１と液槽の二条電極２０１，２０２は、赤道近傍にあって大きな面積をとれることから、間隙に支持液（電解液）が介在すればジャイロロータ７を駆動するに十分な電流の給電が可能になる。
【００３４】
また、中央帯電極１０１の両端部と液槽側の追従電極１７ａ，１７ｂとの支持液抵抗Ｒａ，Ｒｂをホイートストンブリッジに組み込むことにより、従来と同じ転輪球の旋回に対する液槽の追従制御が可能となる。
【００３５】
図３は、転輪球５の旋回に対して液槽４を追従させる追従制御において本発明の電極構造に適用可能な偏差検出機構の実施形態を示す回路図である。追従電極１７ａ，１７ｂが変圧器１９の一次巻線の両端に接続される回路は、図８に示した従来回路と同じであるが、外部電源１０一方側は従来回路のように皿状電極ではなく、液槽側の二条電極２０１，２０２に接続される点が異なる。
【００３６】
図３において、各電極の配置は、液槽部の横断面を上から見た場合に相当する。いま、液槽側二条電極２０１，２０２と転輪球側中央帯状電極１０１は、比較的大きな面積で対向しており、その間の支持液抵抗は小さいか追従回路の作動のなかで無視できる大きさである。
【００３７】
又、二条電極２０１，２０２は中央帯状電極１０１より広がり（角度）が小さく、中央帯状電極１０１の端部と液槽側追従電極１７ａ，１７ｂとの間に存在する支持液抵抗Ｒａ，Ｒｂがブリッジ抵抗として機能し、図ではセンタータップのある変圧器１９と共に完全なホイートストンブリッジを構成する。
【００３８】
以上の構成において、転輪球５が矢印Ｐ方向に旋回（回動）した場合、一方の追従電極１７ａと中央帯状電極１０１の一方の端部は近づき、他方の追従電極１７ｂと中央帯状電極１０１の他方の端部は遠のくことになるから、間隙に存在する支持液抵抗Ｒａ，Ｒｂは相互に差動的に変化し、ホイートストンブリッジは不平衡状態となる。
【００３９】
この不平衡により変圧器１９の二次巻線に誘起するホイートストンブリッジの信号を増幅した偏差信号Ｅは、その振幅が偏差角となり、位相が旋回方向を示すことになる。尚、転輪球側の帯状電極が中央帯状電極１０１と二条電極１０２，１０３という異なる形状になっているのは、追従点が１８０°反転したところにできないようにする配慮である。
【００４０】
図４は、転輪球５の旋回に対して液槽４を追従させる追従制御において本発明の電極構造に適用可能な偏差検出機構の他の実施形態を示す回路図である。この実施形態では、ホイートストンブリッジを形成する変圧器１９に代えて値の等しい抵抗２２，２３の直列回路を追従電極１７ａ，１７ｂ間に接続し、抵抗の接続点に外部電源１０の他方を接続すると共に、
追従電極１７ａ，１７ｂ間に発生するブリッジの不平衡電圧を増幅器２１に導いて偏差信号Ｅを得る。
【００４１】
液槽側が二条電極を二対、計４本使用するのは、追従電極１７ａ及び１７ｂの周囲を同一電位でシンメトリカルに囲み、支持液内を迷走する電源電流によるノイズをコモンモードにして追従感度を高めるためである。
【００４２】
従来及び本発明で説明した追従電極と帯状電極を使用したホイートストンブリッジによる追従技術は、古くから使用されてきた衆知の技術である。本発明は、上記帯状電極の周知技術に加えて、ジャイロロータへの給電経路を帯状電極で兼用させることで有害物質を排除し、地球に優しいジャイロコンパスを提供することに新規性を主張するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明を適用したジャイロコンパスの一実施形態を示し、転輪球への給電構造を説明する斜視図である。
【図２】本発明ジャイロコンパスの電極構造について転輪球側の電極と液槽側の電極をセットで示した斜視図である。
【図３】転輪球の旋回に対して液槽を追従させる追従制御において本発明の電極構造に適用可能な偏差検出機構の実施形態を示す回路図である。
【図４】本発明の電極構造に適用可能な偏差検出機構の他の形態を示す回路図である。
【図５】ジャイロコンパスの一般的な構成を示す断面図である。
【図６】従来構造による転輪球への給電構造を説明する斜視図である。
【図７】従来構造によるセンターピンを介する給電構造の詳細を示す断面図である。
【図８】転輪球の旋回に対して液槽を追従させる追従制御における偏差検出機構の説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  演算・追従制御部
２  防振機構
３  液槽部
４  液槽
５  転輪球
６  支持液
７  ジャイロロータ
８  センターピン
９  皿状電極
１００  帯状電極（転輪球側）
２００  帯状電極（液槽側）
【図１】
2005249505.tif 000003
【図２】
2005249505.tif 000004
【図３】
2005249505.tif 000005
【図４】
2005249505.tif 000006
【図５】
2005249505.tif 000007
【図６】
2005249505.tif 000008
【図７】
2005249505.tif 000009
【図８】
2005249505.tif 000010