(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１基のエンジンと、該エンジンから伸びる動力伝達軸に対し複数のネジ歯車からなるギヤユニットにより連結され四角形のフレームの頂点位置にそれぞれ配置された４軸の可変ピッチ回転翼とからなる多軸型垂直離着陸機であって、前記回転翼のうち前部及び後部の左右２軸ずつの回転翼はインターメッシュ型であって前部２軸と後部２軸の回転翼は交差しておらず、前記それぞれの回転翼の取り付け角度は回転軸に対しては８０乃至９０度であり、機体の前後方向に対しては垂直かつ左右方向に対しては０乃至４５度傾斜しており、動力伝達ギヤユニットには密閉型のカバーを付けて潤滑油を保持させており、前記可変ピッチ回転翼のピッチを変えるためのベアリングスライド機構を有しており、前記すべての回転翼の回転範囲を保護する回転翼保護具を具備したことを特徴とする多軸型垂直離着陸機。
【請求項２】
１基のエンジンと、該エンジンから伸びる動力伝達軸に対し複数のネジ歯車からなるギヤユニットにより連結され四角形のフレームの頂点位置にそれぞれ配置された４軸の可変ピッチ回転翼とからなる多軸型垂直離着陸機であって、前記回転翼のうち前部及び後部の左右２軸ずつの回転翼はインターメッシュ型であって前部２軸と後部２軸とは交差しておらず、前記それぞれの回転翼の取り付け角度は回転軸に対しては８０乃至９０度であり、機体の前後方向に対しては垂直かつ左右方向に対しては０乃至４５度傾斜しており、動力伝達ギヤユニットには密閉型のカバーを付けて潤滑油を保持させており、前記可変ピッチ回転翼のピッチを変えるためのベアリングスライド機構を有しており、前記すべての回転翼の回転範囲を保護する回転翼保護具を具備した多軸型垂直離着陸機において、遠隔操作装置の２本のスティックのみにより前記エンジン出力と各回転翼の迎角（ピッチ）を制御し、基本的な操縦を可能としたことを特徴とする多軸型垂直離着陸機の操縦方法。
【請求項３】
前記遠隔操作装置の片方のスティックの前後方向の動きをエンジン出力及び４軸の回転翼すべての迎角変更と対応させ、該スティックの左右方向の動きにより左右２軸ずつの回転翼の迎角が逆に変化するように対応させることにより、該スティックを前に倒すとエンジン出力が上昇するのと同時に４軸すべての回転翼の迎角が大きくなって機体が上昇し、該スティックを後方に倒すとエンジン出力が低下するのと同時に回転翼の迎角が小さくなって機体が下降し、該スティックを左側に倒すと右側２軸の回転翼迎角が大きくなると同時に左側２軸の回転翼迎角が小さくなって機体を左に平行移動させることができ、該スティックを右側に倒すと右側２軸の回転翼の迎角が小さくなると同時に左側２軸の回転翼迎角が大きくなって機体を右に平行移動させることが可能となることを特徴とする請求項２記載の多軸型垂直離着陸機の操縦方法。
【請求項４】
前記遠隔操作装置のもう一方のスティックの前後方向の動きを前部及び後部各２軸ずつの回転翼の迎角調整と対応させ、該スティックの左右方向の動きを前後各対角線上の２軸の回転翼同士の迎角調整と対応させることによって、該スティックを前に倒すと前部２軸の回転翼の迎角が小さくなると同時に後部２軸の回転翼の迎角が大きくなって機体が前進し、該スティックを後方に倒すと前部２軸の回転翼の迎角が大きくなると同時に後部２軸の回転翼の迎角が小さくなって機体を後退させることができ、該スティックを左に倒すと右前部と左後部の回転翼迎角が小さくなると同時に左前部と右後部の回転翼迎角が大きくなって機体を左旋回させることができ、該スティックを右に倒すと右前部と左後部の回転翼迎角が大きくなると同時に左前部と右後部の回転翼迎角が小さくなって機体を右旋回させることが可能となることを特徴とする請求項２または３記載の多軸型垂直離着陸機の操縦方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の可変ピッチ回転翼を有する多軸型垂直離着陸機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の垂直離着陸機は単独回転翼のものが主流であり、複数軸型でも２軸前後配置型でしかもそれぞれの回転翼用に別個のエンジンを備えていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来多軸型垂直離着陸機があまり普及しなかったのは、回転軸が増えるとそれに伴ってエンジンなど付帯機構により重量が倍加され、また高重量機体を浮揚させるために翼の回転半径も大きくせざるを得ず、機体自体が大型化してしまうという欠点があった。また、単軸や２軸型の従来垂直離着陸機の場合、機体重心から離れた位置で荷物を積み降ろししようとすると機体のバランスが崩れてしまい、墜落する危険性があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、四角形の頂点位置にそれぞれ個別の４軸可変ピッチ回転翼（ＦＲ，ＦＬ，ＲＲ及びＲＬ）を有することを特徴とする。機体重量の増加を抑えるため、前記回転翼を１基のエンジン（１８）で制御することが望ましい。飛行を安定化させるため、前記回転翼の取り付け角度（β）が回転軸に対して８０乃至９０度であること、また前記回転軸の取り付け角度（α）が機体の前後方向に対しては垂直であり、かつ左右方向に対しては０乃至４５度傾斜していることが望ましい。１基のエンジンから複数のギヤユニットを使用して４軸の回転翼に動力を伝達するため、動力伝達ギヤユニットに密閉型のカバー（２８）を付け、潤滑油を保持させることが望ましい。回転軸内を通してピッチ変更を行う機構としてベアリングスライド機構（２９）を利用することが望ましい。
また、本発明においては機体の操縦を容易にするためと、荷物積み降ろし時の機体バランス保持のため、複数の回転翼の迎角（ピッチ）を同時に変更することを特徴とする。機体を上昇させるために４軸の回転翼の迎角を大きくし、下降させるためには４軸の回転翼の迎角を小さくする。機体を前進させるためには前部２軸の回転翼の迎角を小さくするか後部２軸の回転翼の迎角を大きくし、後退させるためには前部２軸の回転翼の迎角を大きくするか後部２軸の回転翼の迎角を小さくする。機体を右に平行移動させるためには右側２軸の回転翼の迎角を小さくするか左側２軸の回転翼迎角を大きくし、左に平行移動させるためには右側２軸の回転翼迎角を大きくするか、左側２軸の回転翼迎角を小さくする。機体を右旋回させるためには右前部と左後部の回転翼迎角を大きくするか左前部と右後部の回転翼迎角を小さくし、左旋回させるためには右前部と左後部の回転翼迎角を小さくするか左前部と右後部の回転翼迎角を大きくする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の好適な実施例の平面図を示した。フレーム（２）の四隅に可変ピッチ回転翼ＦＲ、ＦＬ、ＲＲ、ＲＬを配し、前部２軸と後部２軸は互いに回転範囲が重複するインターメッシュ型としてある。上記４軸の回転翼は、複数のギヤユニットを介して動力伝達軸（１）に連結され、さらにこの動力伝達軸はエンジン（１８）に連結されている。
【０００６】
本発明による実施例の側面図を図２に、正面図を図３に示した。それぞれの回転翼の軸は前後方向に対しては垂直に、左右方向に対しては角度αを持って取り付けられている。角度αはインターメッシュ型に配置された２つの回転翼が互いに他の回転翼軸に接触しないための措置であり、０乃至４５度、好ましくは１０乃至２０度に設定される。
【０００７】
また、回転翼自体（１６，１７）も回転翼軸に対して８０乃至９０度の角度を有することが望ましい。
【０００８】
回転翼軸付近を拡大した平面図を図４に、正面図を図５にそれぞれ示した。フレーム板２枚にそれぞれ固定されたベアリング（８）にネジ歯車（５）を組み付け、このネジ歯車（５）の両側へ噛み合うように、ネジ歯車（６）を角度を付けてネジ歯車保持具（４）を介してフレーム板（７）に組み付ける。この時ネジ歯車（６）の軸の他端に装備してある可変ピッチ回転翼（ＦＲ）及び（ＦＬ）が接触しないように交差させておく。
回転翼（１６，１７）はピッチ調整リンク（１４）によりピッチコントロールヘッド（１３）に連結されている。ピッチコントロールヘッドは回転翼軸（４０）の内部を通るピッチコントロール軸（３７）を通じてベアリングスライド機構（２９）に連結されている。さらに、ベアリングスライド機構はサーボモーターに連結されている。サーボモーター（９）が回転すると、回転力はベアリングスライド機構（２９）によりピッチコントロール軸に直線運動力として伝達される。この直線運動力がピッチコントロールヘッド、ピッチ調整リンクを通して回転翼に伝達され、回転翼のピッチ角が変更される。
【０００９】
サーボモーターから回転翼までの部分の拡大図を図６に示した。また、ベアリングスライド機構の詳細を図７に示した。サーボモーター軸（３０）には伝達ディスク１（３１）がビス（３２）により連結されている。伝達ディスク上には２個所の貫通孔（４３）が開けられており、それぞれ伝達シャフト（３３）が貫通している。２本の伝達シャフトは伝達ディスク２（３６）に連結されており、さらに伝達ディスク２はピッチコントロール軸（３７）に連結されている。また、伝達ディスク２の周面には２個のベアリング（３５）が回転可能に装備されており、ディスクガイド（３４）に設けられた斜行溝（４２）中に嵌合されている。サーボモーター（９）の回転運動はサーボモーター軸（３０）を通じて伝達ディスク１（３１）に伝達される。伝達ディスク１が回転すると伝達シャフト（３３）により規制されている伝達ディスク２（３６）が伴って回転する。しかし、伝達ディスク２はベアリング（３５）により斜行溝（４２）で規制されているため、回転に伴って斜行溝に沿って上下運動する。このとき、伝達シャフト（３３）は貫通孔（４３）中で摺動運動する。伝達ディスク２が斜行溝（４２）に沿って上下運動することにより、伝達ディスク２に連結されているピッチコントロール軸（３７）も上下運動し、回転翼のピッチ角が変えられることになる。
【００１０】
図４及び図５における密閉型ギヤカバー（２８）は、本発明による垂直離着陸機の回転翼に動力を伝達するネジ歯車を収納するように備え、内部に潤滑油を充填する。一部に透明部を設ければ、内部の潤滑油量や潤滑油の状態を監視することができる。
以上の構造、機能のギヤメカニズムを１つのギヤユニットとして、図２に示したように機体の前後に配置しフレーム（２）で連結する。ギヤユニットのネジ歯車（５）は動力伝達回転軸（１）で連結する。この動力伝達回転軸（１）はネジ歯車の特性により発生するスラスト荷重を相殺する役目も持っている。従って前後のギヤユニットの歯筋方向は互いに反対方向であり、前後のギヤユニットのスラスト荷重が動力伝達回転軸（１）を互いに引き合うようにして相殺する。フレーム（２）にはエンジン（１８）が取り付けられており、減速歯車（１９）を介して動力伝達回転軸（１）を回転させるようになっている。
【００１１】
次に、本発明による多軸型垂直離着陸機の操縦方法について説明する。本垂直離着陸機においては、４軸のピッチ可変回転翼を備え、１基のエンジンにより制御するため、エンジン出力の調整と各回転翼のピッチ角を個別に変更することによって、自在な操縦が可能となる。
【００１２】
機体を上昇させるためには、エンジン出力を増加させると共に、４基の回転翼の迎角を同時に大きくする。これにより揚力が増大し機体は浮上する。逆に機体を下降させるためには、エンジン出力を絞ると共に、４基の回転翼の迎角を同時に小さくする。これにより揚力が減少し機体は下降する。
【００１３】
機体を前進させるためには、前部２基の回転翼の迎角を小さくして後部２基の回転翼の迎角を大きくする。これにより機体はやや前傾して前進する。機体を後退させるためには、前部２基の回転翼の迎角を大きくして後部２基の回転翼の迎角を小さくする。これらの際に、４基の回転翼の迎角を同時に変更することが望ましいが、前部２基または後部２基どちらかの迎角変更だけでも前進後退動作は可能である。
【００１４】
機体を右に平行移動させるためには、右側２基の回転翼の迎角を小さくして左側２基の回転翼の迎角を大きくする。逆に左に平行移動させるためには、右側２基の回転翼の迎角を大きくして左側２基の回転翼の迎角を小さくする。これらの際には、４基の回転翼の迎角を同時に変更することが望ましいが、右側２基または左側２基のどちらかの迎角変更だけでも右行左行動作は可能である。
【００１５】
機体を右旋回させるためには、右前部と左後部の回転翼の迎角を大きくして左前部と右後部の回転翼の迎角を小さくする。また左旋回させるためには、右前部と左後部の回転翼迎角を小さくして左前部と右後部の回転翼の迎角を大きくする。実際にはこれらの４基の回転翼迎角を同時に変更することが望ましいが、どちらかの対角線上の２基の回転翼迎角の変更だけでも旋回動作は可能である。
【００１６】
図９に本発明による別の実施例を示したが、回転翼に障害物が接触して損傷を受けるのを防ぐため回転半径の外側に保護具（２５）を設けてある。図９においては保護具は周囲全体をカバーしているが、必要に応じて部分的な保護具にしても良い。また、前部回転翼の回転半径外まで伸びる昇降口（２４）を設け、ビルなどに機体を横付けして窓から荷物を直接積み降ろしできるようにしてある。尚、荷物を昇降口に積む際には機体のバランスが崩れるが、先に述べた後退時の迎角変更動作を行うことによって、機体の前部を上げて後部を下げようとする力が働くので、荷物を積んだときのバランスを保つことができる。逆に、荷物を下ろすときには前進時の迎角変更動作を行うことにより、機体の全部を下げて後部を上げようとする力が働くので、やはり機体のバランスを保つことができる。
【００１７】
前述の迎角変更動作は、例えば日本遠隔制御株式会社製の遠隔操作装置「Ｃ７Ｃ−４ＳＨ  ＣＯＭＰＵＴＥＲ」を使って実現することができる。図８に上記遠隔操作装置の送信機の概略を示した。主な制御ツマミは左スティック（３８）と右スティック（３９）である。各回転翼の迎角動作は配線とプログラムにより自由に設定できる。
１つの好適な例として、右スティックを前方に倒すとエンジン出力が上がり４基の回転翼迎角がすべて大きくなり、手前に倒すと逆にエンジン出力が下がって４基すべての回転翼迎角が小さくなるように設定する。これによって右スティックを前方に倒すと機体を上昇させ、手前に倒すと機体を下降させることができる。
同じく右スティックを右に倒すと右側２基の回転翼迎角が小さくなり、左側２基の回転翼迎角が大きくなるように設定する。また左に倒すと逆に、右側２基の回転翼迎角が大きくなり、左側２基の回転翼迎角が小さくなるように設定する。これによって、スティックを右に倒すと機体を右に移動させ、左に倒すと左に移動させることが出来る。
一方左スティックは、前方に倒すと前部２基の回転翼迎角が小さくなり後部２基の回転翼迎角が大きくなるように設定する。また逆に、手前に倒すと前部２基の回転翼迎角が大きくなり後部２基の回転翼迎角が小さくなるように設定する。これにより、スティックを前方に倒せば機体を前進させ、手前に倒せば後退させることが出来る。
さらに、左スティックを右に倒すと右前部及び左後部の回転翼迎角が大きくなり、左前部と右後部の回転翼迎角が小さくなるように設定する。また、左に倒すと右前部及び左後部の回転翼迎角が小さくなり、左前部及び右後部の回転翼迎角が大きくなるように設定する。これにより、スティックを右に倒せば右旋回、左に倒せば左旋回させることが出来る。
【００１８】
以上、本発明の好適な実施例について述べたが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明による多軸型垂直離着陸機及びその操縦方法によれば、１基のエンジンで４基の可変ピッチ回転翼を制御することができ、個別にエンジンを使う場合に比べて極めて軽量化することが出来る。また、本発明では４基の回転翼を備えているため機体の安定性が良く、荷物の積み降ろしなどの際の機体バランス維持が容易となるため、ビルなどの建物に横付けして窓から直接荷物を積み降ろしすることが可能となる。
一例として、高層ビル火災時の迅速な消火活動、救助活動など空中から行うことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施例の平面図。
【図２】本発明による実施例の側面図。
【図３】本発明による実施例の正面図。
【図４】本発明による実施例のギヤユニット及び回転翼付近の平面図であり、説明の都合上回転翼の一部を省略してある。
【図５】本発明による実施例のギヤユニット及び回転翼付近の正面図であり、説明の都合上回転翼の一部を省略してある。
【図６】本発明による実施例のギヤユニット及び回転翼付近の側面図であり、説明の都合上回転翼の一部を省略してある。
【図７】本発明による実施例のベアリングスライド機構部の斜視図。
【図８】本発明実施例に用いた遠隔操作装置送信機の説明図。
【図９】本発明による垂直離着陸機の効果説明図。
【符号の説明】
ＦＲ：  右前部可変ピッチ回転翼
ＦＬ：  左前部可変ピッチ回転翼
ＲＲ：  右後部可変ピッチ回転翼
ＲＬ：  左後部可変ピッチ回転翼
１：動力伝達回転軸      ２：フレーム
３：連結具固定バンド    ４：ネジ歯車軸保持具
５：ネジ歯車            ６：ネジ歯車
７：フレーム板          ８：ベアリング
９：サーボモーター
１３：ピッチコントロールヘッド  １４：ピッチ調整リンク
１５：回転翼保持具              １６，１７：回転翼
１８：エンジン                  １９：減速歯車
２０：収納箱                    ２１：脚
２４：昇降口                    ２５：回転翼保護具
２６：高層建造物                ２７：高層建造物窓
２８：密閉型ギヤカバー          ２９：ベアリングスライド機構
３０：サーボモーター軸          ３１：伝達ディスク１
３２：ビス                      ３３：伝達シャフト
３４：ディスクガイド            ３５：ベアリング
３６：伝達ディスク２            ３７：ピッチコントロール軸
３８：左スティック              ３９：右スティック
４０：回転翼軸                  ４２：斜行溝
４３：貫通孔
【図１】
0003852023.tif 000002
【図２】
0003852023.tif 000003
【図３】
0003852023.tif 000004
【図４】
0003852023.tif 000005
【図５】
0003852023.tif 000006
【図６】
0003852023.tif 000007
【図７】
0003852023.tif 000008
【図８】
0003852023.tif 000009
【図９】
0003852023.tif 000010