【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自由雲台に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自由雲台は、球状のボールと、このボールに連結されカメラ等を支持するための上皿と、ボールを回動可能かつ任意角度で固定可能に支持する本体とを有する。この本体は、ボールの外周面を挟む通常一対のボール受け面と、このボール受け面同士の距離を変更してボールを固定する止めネジを有し、この止めネジを回すことにより、ボール受け面の間隔を狭めてボールを任意の角度で固定し、カメラ等の向きを自由に設定できるようになっている。
【０００３】
最近のカメラ（特に３５ｍｍ一眼レフカメラ）の大型化、及び望遠レンズが安価に提供されるに伴い、自由雲台への要求は特に、止まり、スムーズな動き、ぶれに対する剛性の点で高くなっている。一方、機材の軽量化もまた強く望まれている。比較的大型の自由雲台（例えばボールの直径が４０ｍｍ以上）では、ボールをアルミニウム合金とし、一対の受け面をポリアセタールに代表されるエンジニアリングプラスチックで形成したものが多い。これはプラスチックの持つ自己潤滑性を利用して、スムーズな動きを得て、止まりや剛性はその大きさで得ようとするためである。
【０００４】
しかし、これでは機材の軽量化は望めない。そこで、小型の自由雲台で、大型のカメラを使用したいとの新たな要求が生じた。小型の自由雲台では、ボールあるいは受け面にプラスチックを用いることが難しい。プラスチックは金属材料に比してヤング率が遙かに小さいため、要求される剛性が得られ難く、カメラぶれを起こしやすくなり、摩擦係数が小さいから止まりも悪くなるからである。そこで、小型の自由雲台の場合には、ボール及び受け面を金属で形成することが一般的である。例えば、ボールはアルミニウム合金、マグネシウム合金、黄銅などで形成されることが多い。また、ボールには陽極酸化処理が行われていたが、一対の受け面の少なくとも一方には陽極酸化処理が行われていなかった。受け面の少なくとも一方は、使用者の目に触れないためである。従来は、この構成で問題がないとされていた。
【特許文献１】特開平７−２８０１７６（図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、自由雲台の小型軽量化が進むにつれ、次のような問題が現れ始めている。すなわち、小型の自由雲台で重いカメラを固定する場合、カメラのぶれをなくすためにはボールの外周面とボール受け面との当接圧力を相当高くして、ボールを強力に固定しなければならない。しかし、従来の自由雲台では、長期使用後に金属製のボールの外周面が摩耗して局部的な凹みを生じたり、ボールまたはボール受け面から摩耗粉が生じて、摺動摩擦を増加させ、自由雲台の円滑な操作感を阻害する問題が生じた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る自由雲台は、球状をなすボール部と、このボール部に固定され被支持物を支持するための支持部と、前記ボール部を回動可能かつ任意角度で固定可能に支持する本体とを有し、この本体は、前記ボールの外周面を挟む少なくとも一対のボール受け面と、このボール受け面同士の距離を変更するための締結機構とを具備し、前記ボール部の外周面および前記ボール受け面は金属で形成され、さらに耐摩耗性表面処理が施されていることを特徴とする。
前記ボール部の外周面には、液体潤滑剤中に固体潤滑剤粒子を１０質量％以上含有するグリスが塗布されていることが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
［第１実施形態］
図１および図２は本発明の第１実施形態に係る自由雲台を示している。この自由雲台は、例えば三脚の上端に取り付けられ、例えばカメラ、望遠鏡、測定器具等を任意の向きで保持する役目を果たす。ただし、本発明の自由雲台はこのような用途に限定されることはなく、いかなる用途に使用されてもよい。
【０００８】
この自由雲台は、三脚等の上端に取り付け可能な円盤状の基台１を有する。この基台１の下面中央には、雌ネジ穴２０が形成され、この雌ネジ穴２０が三脚等の雄ネジに固定される。基台１上には、円環状のリングネジ２を介して、筒状の上ボール受け４が取り付けられている。リングネジ２の下部の内周面には雌ネジ２６が形成され、基台１の上端部に形成された雄ネジ２４と螺合している。リングネジ２の上端には係合部２８が形成され、この係合部２８が上ボール受け４の下端部に形成された係合部３０と係合している。
【０００９】
上ボール受け４の上端部の内周面は、上方へ向けてすぼまるボール受け面３２とされている。ボール受け面３２の直径および断面の傾斜角度は、ボール受け面３２の幅方向のほぼ中央部がボール６の外周面に接するように設定されている。
【００１０】
上ボール受け４の中には、球状のボール６が収容されている。ボール６には同軸に延びる円柱状の首部８が一体的に形成され、この首部８の先端に上皿１０が固定されている。上皿１０の上面中央には雄ネジ１２が設けられ、この雄ネジ１２をカメラ等の被支持物品の下面の雌ネジに螺合させることにより、被支持物が上皿１０に固定される。ボール６の内部には、軽量化を図るために、円柱状の空洞６Ａが同軸に形成されている。
【００１１】
一方、基台１の上面中央部には円柱状の凹部２２が同軸に形成され、凹部２２の内部には、円盤状の下ボール受け１４が同軸に収容されている。下ボール受け１４の外周面３８は凹部２２の内周面に沿って上下に摺動する。下ボール受け１４の上面には、上から見て円環状をなす、すり鉢状に傾斜したボール受け面３６が形成され、このボール受け面３６がボール６の下面を支えている。ボール受け面３６の直径および断面の傾斜角度は、ボール受け面３６の幅方向のほぼ中央部がボール６の外周面に接するように設定されている。ボール受け面３６の内径は、ボール６の空洞６Ａの内径よりも十分に大きく設定されている。
【００１２】
基台１の側面の一部には、軸心に向けて雌ネジ穴４１が形成され、この雌ネジ穴４１には止めネジ１６が螺合されている。止めネジ１６の先端には先へ向けてすぼまる先端テーパ面４２が形成されている。一方、下ボール受け１４の下面には、下へ向けてすぼまるテーパ面４０が形成され、止めネジ１６を締め込むと、その先端テーパ面４２が、下ボール受け１４のテーパ面４０を押し上げ、下ボール受け１４がボール６を押し上げる。これにより、ボール６は上ボール受け４のボール受け面３２と、下ボール受け１４のボール受け面３６とに強固に挟まれて、回転が阻止される。この状態で、ボール受け面３２およびボール受け面３６は、それぞれ細い幅を有する円環状の領域を以てボール６に当接する。
【００１３】
この実施形態においては、少なくともボール６の外周面、上ボール受け４のボール受け面３２、および下ボール受け１４のボール受け面３６に、耐摩耗性表面処理が施されている。これら以外の面にも、耐摩耗性表面処理を形成してもよい。例えば、ボール６、上ボール受け４および下ボール受け１４の全面に耐摩耗性表面処理を施してもよい。耐摩耗性表面処理は、ボール６等の表面硬度をその母材の硬度よりも上昇させ、耐摩耗性を向上するための処理であり、例えば、陽極酸化処理、ニッケルメッキ、およびセラミックスコーティングなどが例示できる。
【００１４】
陽極酸化処理は、電解液の中で処理すべき金属部品を陽極にして通電し，金属の表面に酸化被膜を生成させ、耐磨耗性、耐腐食性を向上させる方法である。処理できる金属は、一般にアルミニウム、アルミニウム合金、およびマグネシウム合金である。したがって、陽極酸化処理を採用する場合、処理すべき金属部品、すなわちボール６、上ボール受け４、および下ボール受け１４は、これらの材質のいずれかで形成されている必要がある。
【００１５】
アルミニウム合金としては、全ての材料が使用できる。特にＡ２０１１、Ａ２０１７、Ａ２０２４は陽極酸化処理では他のアルミニウム合金に劣るものの、切削性に優れているため、高い加工精度が要求されるボール６に適している。Ａ５０５２、Ａ５０５６、Ａ６０６１は逆に陽極酸化処理に適しているが切削性の点で前者に劣るため、上ボール受け４、および下ボール受け１４に適している。強度はいずれのアルミニウム合金も十分に要求を満たすことができる。
マグネシウム合金は切削性がアルミニウム合金よりも劣るため展伸材として用いることは難しいが、ダイカスト加工には十分使用できる。特に、ＡＺ９１Ｄ，ＡＭ６０Ｂ，ＡＭ５０Ａなどが機械的強度も高く、陽極酸化処理も行いやすいために好適である。
【００１６】
アルミニウムまたはアルミニウム合金に対して陽極酸化処理（アルマイト処理）を行うには、まず金属部品を脱脂および／または電解研磨し、その表面を清浄にする。次に、電解液中で、アルミニウム（合金）を陽極として電圧を加えて電流を流し、表面に数〜数百μｍの酸化アルミニウム皮膜を形成する。より好ましくは５〜５０μｍである。
【００１７】
電解液としては、硫酸、シュウ酸、燐酸、クロム酸、スルフォサリチル酸、ピロリン酸、スルファミン酸、燐モリブデン酸、硼酸、マロン酸、琥珀酸、マレイン酸、クエン酸、酒石酸、フタル酸、イタコン酸、リンゴ酸、グリコール酸などから選択される１種または２種以上を溶解した水溶液が使用できる。
【００１８】
陽極酸化処理によって得られる酸化アルミニウム皮膜の表面には、直径約１００Å程度の孔が数多く開いている。この孔から腐食が起こることを防ぐため、熱湯や沸騰水に浸漬する、あるいは過熱蒸気に曝すなどの封孔処理を施す必要がある。陽極酸化処理の直後は多孔性のα−Ａｌ２Ｏ３であるが、封孔処理を行なうと封孔されて、γ−Ａｌ２Ｏ３・Ｈ２Ｏ（ベーマイト）になり、耐食性および絶縁性がさらに向上する。必要であれば、封孔処理の前に孔の中に金属イオンを入れておき、皮膜を着色してもよい。
【００１９】
封孔処理の前に、陽極酸化皮膜を、チオモリブデン酸のアルカリ金属塩もしくはアルカリ土類金属塩、チオタングステン酸のアルカリ土類金属塩、チオアンチモン酸、チオスズ酸、チオ銅酸、チオ砒素酸、チオ金酸、チオ白金酸、チオニオブ酸、チオバナジウム酸のアンモニウム塩、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩のうち少なくとも１種を含む電解液中で二次電解処理してもよい。この際のｐＨは４〜１２であることが必要である。このような二次電解処理を行うことにより、酸化アルミニウム皮膜の気孔中にＭｏＳ２などの硫化物を封入することができ、潤滑性および耐摩耗性をさらに高めることができる。
【００２０】
アルミニウムまたはアルミニウム合金に対しては、硬質アルマイト処理も可能である。硬質アルマイト処理は通常の陽極酸化処理より高い電流を流して処理をする方法である。皮膜硬度が通常の陽極酸化処理よりも高い利点を有する。
また、いわゆるタフラム加工を行い、アルミニウム及びその合金表面の定められた深さを多孔性の酸化アルミニウムに転換し、その多孔質の組織に四弗化樹脂（テフロン）を複合させたものとしてもよい。この場合にも潤滑性および耐摩耗性を高めることが可能である。
なお、従来、いわゆるともがね（同種金属同士の摺動）は耐摩耗性を高める点からは好ましくないとされていた。従来技術において、ボール受け面の少なくとも一方に表面処理を施さなかったのは、ボールがアルミニウム合金で形成され、陽極酸化処理を行うのが常道であったため、受け面に同じく陽極酸化処理を行うと「ともがね」になり、耐摩耗性を損なうと考えられていたからでもある。これに対し、本発明者は、陽極酸化処理被膜同士の摺動面に適当な潤滑剤を使用すると、陽極酸化処理被膜と未表面処理面の摺動よりも耐摩耗性が著しく向上することを見いだした。その理由は定かではないが、陽極酸化被膜が非凝集性であること、および同被膜表面の微細なクラックに潤滑剤が含浸されるためであると考えられる。
【００２１】
マグネシウム合金に対して陽極酸化処理を行う場合、アルミニウム（合金）の場合とほぼ同様に行ってもよい。他の方法として、周期表第ＩＩｂ族及び第ＩＶｂ族に属する両性金属の酸化物、水酸化物及び塩の中から選ばれた少なくとも１種の化合物とアルミン酸塩とを含有するアルカリ性浴中で陽極酸化処理を行ってもよい。この場合には、皮膜の硬度がさらに高められる利点を有する。
【００２２】
ニッケルメッキは、金属部品の材質に関わらず行うことができる。ニッケルメッキは無電解メッキであってもよいし、電解メッキであってもよく、その条件は通常通りでよい。ニッケル皮膜の厚さは１０〜５０μｍ程度が好ましい。あまり薄いとニッケルメッキによる耐摩耗性向上効果が薄れ、あまり厚いとニッケルは比較的に柔らかいことから、摺動面の摩擦抵抗をかえって増加させるおそれがある。
【００２３】
セラミックスコーティングは、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＴｉＡｌＮ（窒化チタンアルミニウム）、ＴｉＣ（炭化チタン）、ＴｉＣＮ（炭窒化チタン）、ＣｒＮ（窒化クロム）、ＳｉＣ（炭化珪素）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）などをＣＶＤまたはＰＶＤにより金属部品の表面に形成する。成膜条件は通常と同じでよい。セラミックスコーティングの厚さは、１〜２０μｍ程度が好ましい。
【００２４】
上記金属部品への耐摩耗性表面処理に加えて、ボール６の外周面には、グリスが塗布されていることが好ましい。このグリスとしては特に、液体潤滑剤中に固体潤滑剤粒子を１０質量％以上含有するグリスが好ましいことを本発明者は見いだした。固体潤滑剤粒子としては、フッ素樹脂粒子および／またはＭｏＳ２が好ましい。この中でも特に、粒径２μｍ以上のフッ素樹脂粒子が好ましい。黒色のＭｏＳ２に比べてフッ素樹脂粒子はほぼ無色であり、手やカメラに付着しても問題が少ないからである。液体潤滑剤としては、シリコーン油、鉱物油であってもよいが、常温で液状となる分子量範囲のパーフルオロポリエーテルが潤滑性および耐久性の点で特に好適である。
【００２５】
上記のように、液体潤滑剤中に固体潤滑剤粒子を１０質量％以上含有するグリスを使用した場合には、大荷重をかけてボール６を締め付けた際にもボール６やボール受け面３２、３６に摩耗や損傷が生じにくく、それに起因する操作感の悪化が生じにくい利点を有する。
【００２６】
［第２実施形態］
図３および図４は、本発明の第２実施形態に係る自由雲台を示している。第１実施形態と共通する構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。この実施形態では、自由雲台の本体が縦に２分割され、それぞれ半割本体５０、５２とされている。半割本体５０の上部には、ボール収容凹部５８が形成され、ボール収容凹部５８の一部はすり鉢状のボール受け面５８Ａとされている。同様に、半割本体５２の上部にも半割本体５０と対称にボール収容凹部６０が形成され、ボール収容凹部６０の一部はすり鉢状のボール受け面６０Ａとされている。ボール受け面５８Ａ、６０Ａによってボール６が挟まれ、固定されるようになっている。この状態で、ボール受け面５８Ａ、６０Ａは、それぞれ細い幅を有する円環状の領域を以てボール６に当接する。
【００２７】
一方、半割本体５０、５２の下端部に挟まれて、円盤状の基台５４が水平に設けられている。半割本体５０、５２の下端部の内周面には、内周側に突出するリング凸部７０がそれぞれ形成されている。基台５４の外周面には、全周に亘ってリング溝６８が形成され、各半円状のリング凸部７０が両側から填め合わされている。基台５４の下端部には円盤部７２が形成され、この円盤部７２が自由雲台の下端面を形成している。
【００２８】
半割本体５０、５２には、雌ネジ穴６４とネジ穴６２がそれぞれ形成され、これらを通して止めネジ５６が通され、その雄ネジ部６６が雌ネジ穴６４に螺合している。止めネジ５６の他端にはつまみ１８が固定されている。止めネジ５６を締めると半割本体５０と５２が接近し、基台５４の回転を阻止するとともに、ボール６の回転も阻止する。止めネジ５６を緩めると、ボール６が自由に回動できるようになるとともに、基台５４も独自に回転できるようになる。
【００２９】
この実施形態においても、少なくともボール６の外周面、半割本体５０のボール受け面５８Ａ、および半割本体５２のボール受け面６０Ａに、耐摩耗性表面処理が施されている。これら以外の面に耐摩耗性表面処理を形成してもよい。例えば、首部８およびボール６、半割本体５０、および半割本体５２の全面に耐摩耗性表面処理を行ってもよい。耐摩耗性表面処理は、第１実施形態と同様でよい。さらに、基台５４と半割本体５０、５２との摺動面のそれぞれに第１実施形態と同様の耐摩耗性表面処理を施してもよい。
【００３０】
この実施形態によっても、第１実施形態と同様の優れた効果が得られる。
【００３１】
【実施例】
図１の構造において、ボール６と下ボール受け１４とをアルミニウム合金により形成し、各種の耐摩耗性表面処理を行った場合について耐摩耗性を比較した。ボール６の直径は３１．５ｍｍ、下ボール受け１４とボール６との当接円の直径は２０．０ｍｍ、当接円の幅は０．５ｍｍ（試験前の状態）とした。
【００３２】
実施例１では、ボール６および下ボール受け１４をアルミニウム合金Ａ２０１１で形成し、これらの全面に、厚さ７μｍ、マイクロビッカース硬度計により計測したビッカース硬さ１５０のアルマイト層を形成した。ボール６の外周面にシリコーングリスを薄く塗布した。
【００３３】
実施例２では、ボール６および下ボール受け１４の全面に実施例１と同じアルマイト処理を施し、ボール６の外周面に、パーフルオロポリエーテルに３０質量％のフッ素樹脂粒子（ＰＴＦＥ）を添加してなるグリスを薄く塗布した。
【００３４】
実施例３では、ボール６および下ボール受け１４をアルミニウム合金Ａ６０６１で形成し、これらの全面に、厚さ４０μｍ、マイクロビッカース硬度計により計測したビッカース硬さ４８０の硬質アルマイト層を形成した。ボール６の外周面に、実施例２と同じグリスを薄く塗布した。
【００３５】
比較例では、ボール６および下ボール受け１４をアルミニウム合金Ａ２０１１で形成し、ボール６の全面のみに、厚さ７μｍ、マイクロビッカース硬度計により計測したビッカース硬さ１５０のアルマイト層を形成した。下ボール受け１４の表面には処理を行わなかった。ボール６の外周面にシリコーングリスを薄く塗布した。
【００３６】
得られた実施例１〜３および比較例について、ボール６に下ボール受け１４のボール受け面３６を当接させた状態で５０ｋｇｆの加重をかけ、さらにボール６を６０ｒｐｍで回転させた。結果は以下の通りである。
【００３７】
比較例では、回転開始から８秒経過した時点でボール６と下ボール受け１４の摺動面に焼き付きが生じた。
実施例１では、回転開始から１８０秒経過しても、ボール６と下ボール受け１４の摺動面に焼き付きが生じなかった。ただし、両者の摺動面には、若干の摩擦痕が生じた。
実施例２では、回転開始から１８０秒経過しても、ボール６と下ボール受け１４の摺動面に焼き付きが生じなかった。両者の摺動面には、実施例１よりは少ない摩擦痕が生じた。
実施例３では、回転開始から１８０秒経過しても、ボール６と下ボール受け１４の摺動面に焼き付きが生じなかった。両者の摺動面には、摩擦痕が全く生じなかった。
【００３８】
以上の結果より明らかなように、ボール６および下ボール受け１４の摺動面両面に陽極酸化処理を行うことにより摺動面の摩耗を大幅に減少することができた。また、パーフルオロポリエーテルに３０質量％のフッ素樹脂粒子を添加してなるグリスを塗布した実施例２では、特に摺動面の摩耗が少なく、陽極酸化処理との相乗効果が確認できた。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明に係る自由雲台によれば、ボール部の外周面とボール受け面の両方に耐摩耗性表面処理が施されているため、例えば自由雲台が小型化された場合にも、ボール部の外周面が摩耗して局部的な凹みを生じたり、ボール部またはボール受け面から摩耗粉が生じて自由雲台の円滑な操作感を阻害することなどを効果的に防止でき、長期に亘って良好な操作感が得られる。
【００４０】
また、ボール部の外周面には、液体潤滑剤中に固体潤滑剤粒子を１０質量％以上含有するグリスが塗布されている場合には、耐摩耗性表面処理との相乗効果により、さらに長期に亘って良好な操作感が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る自由雲台の第１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】第１実施形態の正面図である。
【図３】本発明に係る自由雲台の第２実施形態を示す縦断面図である。
【図４】第２実施形態の正面図である。
【符号の説明】
１ 基台
２ リングネジ
４ 上ボール受け
６ ボール
８ 首部
１０ 上皿
１２ 雄ネジ
１４ 下ボール受け
１６ 止めネジ
１８ つまみ
２０ 雌ネジ
２２ 凹部
２４ 雄ネジ
２６ 雌ネジ
２８、３０ 係合部
３２ ボール受け面
３４ スロット
３６ ボール受け面
３８ 外周面
４０ テーパ面
４２ 先端テーパ面
５０ 半割本体
５２ 半割本体
５４ 基台
５６ 止めネジ
５８ ボール収容凹部
５８Ａ ボール受け面
６０ ボール収容凹部
６０Ａ ボール受け面
６８ リング溝
７０ リング凸部
７２ 円盤部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a free head.
[0002]
[Prior art]
The free head has a spherical ball, an upper plate connected to the ball for supporting a camera or the like, and a main body for supporting the ball rotatably and fixed at an arbitrary angle. The main body has a pair of ball receiving surfaces that normally sandwich the outer peripheral surface of the ball, and a set screw for changing the distance between the ball received surfaces and fixing the ball. , The ball is fixed at an arbitrary angle, and the direction of the camera or the like can be freely set.
[0003]
With the recent enlargement of cameras (especially 35 mm single-lens reflex cameras) and the provision of telephoto lenses at low cost, the demands on the free pan head are particularly high in terms of stopping, smooth movement, and rigidity against camera shake. I have. On the other hand, weight reduction of equipment is also strongly desired. In a relatively large free head (for example, a ball having a diameter of 40 mm or more), a ball is formed of an aluminum alloy, and a pair of receiving surfaces are formed of an engineering plastic represented by polyacetal in many cases. This is because the self-lubricating property of the plastic is used to obtain a smooth movement, and stop and rigidity are to be obtained by the size.
[0004]
However, it is not possible to reduce the weight of the equipment. Therefore, a new demand has arisen to use a large camera with a small free head. With a small free head, it is difficult to use plastic for the ball or receiving surface. This is because plastics have much lower Young's modulus than metal materials, so it is difficult to obtain the required rigidity, the camera is apt to shake, and the friction coefficient is small, so that the stopping is also poor. Therefore, in the case of a small free head, it is common that the ball and the receiving surface are formed of metal. For example, the ball is often formed of an aluminum alloy, a magnesium alloy, brass, or the like. Further, although the ball was anodized, at least one of the pair of receiving surfaces was not anodized. This is because at least one of the receiving surfaces is invisible to the user. Conventionally, this configuration has been considered to have no problem.
[Patent Document 1] JP-A-7-280176 (FIG. 1)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as the size and weight of the free head have been reduced, the following problems have begun to appear. In other words, when fixing a heavy camera with a small free head, in order to eliminate camera shake, the contact pressure between the outer peripheral surface of the ball and the ball receiving surface must be considerably high, and the ball must be strongly fixed. No. However, in the conventional free head, after long-term use, the outer peripheral surface of the metal ball is worn to cause local dents, or wear powder is generated from the ball or the ball receiving surface. There was a problem that the smooth operation feeling of the camera platform was hindered.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A free head according to the present invention has a spherical ball portion, a support portion fixed to the ball portion for supporting an object to be supported, and the ball portion rotatably and fixedly supported at an arbitrary angle. A main body, the main body including at least a pair of ball receiving surfaces sandwiching the outer peripheral surface of the ball, and a fastening mechanism for changing a distance between the ball receiving surfaces, and an outer peripheral surface of the ball portion. Further, the ball receiving surface is formed of metal, and is further subjected to a wear-resistant surface treatment.
It is preferable that grease containing 10% by mass or more of solid lubricant particles in a liquid lubricant is applied to an outer peripheral surface of the ball portion.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
1 and 2 show a free head according to a first embodiment of the present invention. The free head is attached, for example, to the upper end of a tripod and serves to hold, for example, a camera, a telescope, a measuring instrument, and the like in an arbitrary direction. However, the free head of the present invention is not limited to such a use, and may be used for any purpose.
[0008]
This free head has a disk-shaped base 1 that can be attached to the upper end of a tripod or the like. A female screw hole 20 is formed in the center of the lower surface of the base 1, and the female screw hole 20 is fixed to a male screw such as a tripod. A cylindrical upper ball receiver 4 is mounted on the base 1 via an annular ring screw 2. A female screw 26 is formed on the inner peripheral surface at the lower part of the ring screw 2 and is screwed with a male screw 24 formed on the upper end of the base 1. An engagement portion 28 is formed at the upper end of the ring screw 2, and the engagement portion 28 is engaged with an engagement portion 30 formed at the lower end of the upper ball receiver 4.
[0009]
The inner peripheral surface at the upper end of the upper ball receiver 4 is a ball receiving surface 32 that narrows upward. The diameter of the ball receiving surface 32 and the inclination angle of the cross section are set so that the substantially central portion of the ball receiving surface 32 in the width direction contacts the outer peripheral surface of the ball 6.
[0010]
A spherical ball 6 is accommodated in the upper ball receiver 4. A cylindrical neck 8 extending coaxially is formed integrally with the ball 6, and an upper plate 10 is fixed to the tip of the neck 8. A male screw 12 is provided at the center of the upper surface of the upper plate 10, and the supported object is fixed to the upper plate 10 by screwing the male screw 12 to a female screw on the lower surface of a supported article such as a camera. A cylindrical cavity 6A is coaxially formed inside the ball 6 to reduce the weight.
[0011]
On the other hand, a cylindrical concave portion 22 is formed coaxially at the center of the upper surface of the base 1, and a disc-shaped lower ball receiver 14 is coaxially accommodated inside the concave portion 22. The outer peripheral surface 38 of the lower ball receiver 14 slides up and down along the inner peripheral surface of the recess 22. On the upper surface of the lower ball receiver 14, a ball receiving surface 36 that is formed in an annular shape as viewed from above and that is inclined in a mortar shape is formed, and the ball receiving surface 36 supports the lower surface of the ball 6. The diameter of the ball receiving surface 36 and the inclination angle of the cross section are set so that the substantially central portion in the width direction of the ball receiving surface 36 contacts the outer peripheral surface of the ball 6. The inner diameter of the ball receiving surface 36 is set to be sufficiently larger than the inner diameter of the cavity 6 </ b> A of the ball 6.
[0012]
A female screw hole 41 is formed in a part of the side surface of the base 1 toward the axis, and a set screw 16 is screwed into the female screw hole 41. At the tip of the set screw 16, a tip tapered surface 42 that narrows forward is formed. On the other hand, the lower surface of the lower ball receiver 14 is formed with a tapered surface 40 that narrows downward. When the set screw 16 is tightened, the tapered surface 42 at the tip pushes up the tapered surface 40 of the lower ball receiver 14. The lower ball receiver 14 pushes up the ball 6. As a result, the ball 6 is firmly sandwiched between the ball receiving surface 32 of the upper ball receiver 4 and the ball receiving surface 36 of the lower ball receiver 14, and is prevented from rotating. In this state, the ball receiving surface 32 and the ball receiving surface 36 abut on the ball 6 with annular regions each having a small width.
[0013]
In this embodiment, at least the outer peripheral surface of the ball 6, the ball receiving surface 32 of the upper ball receiver 4, and the ball receiving surface 36 of the lower ball receiver 14 are subjected to wear-resistant surface treatment. A wear-resistant surface treatment may be formed on other surfaces. For example, the entire surface of the ball 6, the upper ball receiver 4, and the lower ball receiver 14 may be subjected to a wear-resistant surface treatment. The wear-resistant surface treatment is a treatment for increasing the surface hardness of the ball 6 or the like from the hardness of the base material to improve the wear resistance. Examples of the treatment include anodizing treatment, nickel plating, and ceramic coating. Can be illustrated.
[0014]
Anodizing is a method in which a metal component to be treated in an electrolytic solution is used as an anode and energized to form an oxide film on the surface of the metal, thereby improving abrasion resistance and corrosion resistance. The metals that can be processed are generally aluminum, aluminum alloys, and magnesium alloys. Therefore, when adopting the anodic oxidation treatment, the metal parts to be treated, that is, the ball 6, the upper ball receiver 4, and the lower ball receiver 14 need to be formed of any of these materials.
[0015]
All materials can be used as the aluminum alloy. In particular, A2011, A2017, and A2020 are inferior to other aluminum alloys in the anodic oxidation treatment, but are excellent in machinability, and thus are suitable for the ball 6 requiring high processing accuracy. A5052, A5056, and A6061 are suitable for anodizing treatment, but are inferior to the former in terms of machinability, and are therefore suitable for the upper ball receiver 4 and the lower ball receiver 14. As for the strength, any aluminum alloy can sufficiently satisfy the requirements.
Magnesium alloys are inferior in machinability to aluminum alloys, so it is difficult to use them as wrought materials, but they can be used sufficiently for die casting. In particular, AZ91D, AM60B, AM50A and the like are suitable because they have high mechanical strength and are easy to perform anodizing.
[0016]
In order to perform anodizing treatment (alumite treatment) on aluminum or an aluminum alloy, first, a metal component is degreased and / or electrolytically polished to clean its surface. Next, in an electrolytic solution, a current is applied by applying a voltage using aluminum (alloy) as an anode to form an aluminum oxide film of several to several hundreds μm on the surface. More preferably, it is 5 to 50 μm.
[0017]
As the electrolyte, sulfuric acid, oxalic acid, phosphoric acid, chromic acid, sulfosalicylic acid, pyrophosphoric acid, sulfamic acid, phosphomolybdic acid, boric acid, malonic acid, succinic acid, maleic acid, citric acid, tartaric acid, phthalic acid, itaconic acid And an aqueous solution in which one or more selected from malic acid, glycolic acid and the like are dissolved.
[0018]
The surface of the aluminum oxide film obtained by the anodic oxidation treatment has many holes with a diameter of about 100 °. In order to prevent corrosion from occurring from these holes, it is necessary to perform sealing treatment such as immersion in hot water or boiling water or exposure to superheated steam. Immediately after the anodizing treatment, it is porous α-Al 2 O 3. However, when the sealing treatment is performed, the pores are sealed to become γ-Al 2 O 3 .H 2 O (boehmite), and the corrosion resistance and insulation properties Is further improved. If necessary, the film may be colored by putting metal ions in the holes before the sealing treatment.
[0019]
Before the sealing treatment, the anodic oxide film is coated with an alkali metal salt or alkaline earth metal salt of thiomolybdic acid, an alkaline earth metal salt of thiotungstic acid, thioantimonic acid, thiostannic acid, thiocuprate acid, thioarsenate. The secondary electrolytic treatment may be performed in an electrolytic solution containing at least one of ammonium salt, thioplatinic acid, thioplatinic acid, thioniobic acid, and thiovanadic acid, an alkali metal salt, and an alkaline earth metal salt. At this time, the pH needs to be 4 to 12. By performing such a secondary electrolytic treatment, a sulfide such as MoS 2 can be sealed in the pores of the aluminum oxide film, and the lubricity and wear resistance can be further improved.
[0020]
Hard alumite treatment is also possible for aluminum or aluminum alloys. Hard anodizing is a method in which a higher current is passed than in ordinary anodizing. This has the advantage that the film hardness is higher than the ordinary anodizing treatment.
Further, a so-called tufram process may be performed to convert a predetermined depth of the surface of aluminum and its alloy into porous aluminum oxide, and to combine the porous structure with a tetrafluoride resin (Teflon). . Also in this case, it is possible to enhance lubricity and wear resistance.
Heretofore, so-called togane (sliding between metals of the same kind) has been considered to be undesirable from the viewpoint of increasing abrasion resistance. In the prior art, at least one of the ball receiving surfaces was not subjected to the surface treatment because the ball was formed of an aluminum alloy and it was a common practice to perform anodizing treatment. This is because it was considered to be "together" and impaired abrasion resistance. On the other hand, the present inventor has shown that when an appropriate lubricant is used for the sliding surface between the anodized films, the wear resistance is significantly improved as compared with the sliding between the anodized film and the untreated surface. I found it. Although the reason is not clear, it is considered that the anodized film is non-cohesive and that fine cracks on the surface of the film are impregnated with the lubricant.
[0021]
When anodizing is performed on a magnesium alloy, it may be performed in substantially the same manner as in the case of aluminum (alloy). As another method, an alkaline bath containing at least one compound selected from oxides, hydroxides and salts of amphoteric metals belonging to groups IIb and IVb of the periodic table and an aluminate is used. Anodizing treatment may be performed. In this case, there is an advantage that the hardness of the film is further increased.
[0022]
Nickel plating can be performed regardless of the material of the metal component. Nickel plating may be electroless plating or electrolytic plating, and the conditions may be as usual. The thickness of the nickel film is preferably about 10 to 50 μm. If the thickness is too thin, the effect of improving the wear resistance by nickel plating is weakened. If the thickness is too thick, nickel is relatively soft, so that the frictional resistance of the sliding surface may be increased instead.
[0023]
Ceramic coating is TiN (titanium nitride), TiAlN (titanium aluminum nitride), TiC (titanium carbide), TiCN (titanium carbonitride), CrN (chromium nitride), SiC (silicon carbide), Si 3 N 4 (silicon nitride) , Al 2 O 3 (alumina), DLC (diamond-like carbon) and the like are formed on the surface of the metal component by CVD or PVD. The film forming conditions may be the same as usual. The thickness of the ceramic coating is preferably about 1 to 20 μm.
[0024]
In addition to the wear-resistant surface treatment of the metal component, it is preferable that grease is applied to the outer peripheral surface of the ball 6. The present inventor has found that grease containing 10% by mass or more of solid lubricant particles in a liquid lubricant is particularly preferable. As the solid lubricant particles, fluororesin particles and / or MoS 2 are preferable. Among them, fluororesin particles having a particle diameter of 2 μm or more are particularly preferable. Fluororesin particles compared to MoS 2 black is almost colorless, because is less attached to the hand and camera problems. As the liquid lubricant, silicone oil or mineral oil may be used, but perfluoropolyether in a molecular weight range which becomes liquid at ordinary temperature is particularly suitable in terms of lubricity and durability.
[0025]
As described above, when grease containing 10% by mass or more of solid lubricant particles in the liquid lubricant is used, even when the ball 6 is tightened with a large load, the ball 6 and the ball receiving surface 32, 36 has the advantage that wear and damage are less likely to occur, and the resulting operational feeling is less likely to deteriorate.
[0026]
[Second embodiment]
3 and 4 show a free head according to a second embodiment of the present invention. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In this embodiment, the main body of the free head is divided vertically into two, and the main bodies are divided into half main bodies 50 and 52, respectively. A ball receiving recess 58 is formed in an upper portion of the half body 50, and a part of the ball receiving recess 58 is a mortar-shaped ball receiving surface 58A. Similarly, a ball receiving recess 60 is formed symmetrically with the half body 50 at the upper part of the half body 52, and a part of the ball receiving recess 60 is a mortar-shaped ball receiving surface 60A. The ball 6 is sandwiched and fixed between the ball receiving surfaces 58A and 60A. In this state, the ball receiving surfaces 58A and 60A abut the ball 6 with annular regions each having a narrow width.
[0027]
On the other hand, a disk-shaped base 54 is provided horizontally between the lower ends of the half bodies 50 and 52. Ring projections 70 projecting inward are formed on the inner peripheral surfaces of the lower ends of the half bodies 50 and 52, respectively. On the outer peripheral surface of the base 54, a ring groove 68 is formed over the entire circumference, and each semicircular ring convex portion 70 is fitted from both sides. A disk 72 is formed at the lower end of the base 54, and the disk 72 forms the lower end surface of the free head.
[0028]
A female screw hole 64 and a screw hole 62 are formed in the half main bodies 50 and 52, respectively, and a set screw 56 is passed therethrough. A male screw portion 66 is screwed into the female screw hole 64. The knob 18 is fixed to the other end of the set screw 56. When the set screw 56 is tightened, the half main bodies 50 and 52 approach each other, preventing the rotation of the base 54 and the ball 6. When the set screw 56 is loosened, the ball 6 can rotate freely and the base 54 can rotate independently.
[0029]
Also in this embodiment, at least the outer peripheral surface of the ball 6, the ball receiving surface 58A of the half body 50, and the ball receiving surface 60A of the half body 52 are subjected to wear-resistant surface treatment. A wear-resistant surface treatment may be formed on other surfaces. For example, the entire surface of the neck 8 and the ball 6, the half body 50, and the half body 52 may be subjected to a wear-resistant surface treatment. The wear-resistant surface treatment may be the same as in the first embodiment. Further, each of the sliding surfaces of the base 54 and the half bodies 50 and 52 may be subjected to the same wear-resistant surface treatment as in the first embodiment.
[0030]
According to this embodiment, the same excellent effects as those of the first embodiment can be obtained.
[0031]
【Example】
In the structure of FIG. 1, the ball 6 and the lower ball receiver 14 were formed of an aluminum alloy, and the wear resistance was compared when various wear-resistant surface treatments were performed. The diameter of the ball 6 was 31.5 mm, the diameter of the contact circle between the lower ball receiver 14 and the ball 6 was 20.0 mm, and the width of the contact circle was 0.5 mm (the state before the test).
[0032]
In Example 1, the ball 6 and the lower ball receiver 14 were formed of an aluminum alloy A2011, and an alumite layer having a thickness of 7 μm and a Vickers hardness of 150 measured by a micro Vickers hardness meter was formed on the entire surface thereof. Silicone grease was thinly applied to the outer peripheral surface of the ball 6.
[0033]
In the second embodiment, the same alumite treatment as in the first embodiment is applied to the entire surface of the ball 6 and the lower ball receiver 14, and 30% by mass of fluororesin particles (PTFE) is added to perfluoropolyether on the outer peripheral surface of the ball 6. Grease was applied thinly.
[0034]
In Example 3, the ball 6 and the lower ball receiver 14 were formed of an aluminum alloy A6061. A hard alumite layer having a thickness of 40 μm and a Vickers hardness of 480 measured by a micro Vickers hardness meter was formed on the entire surface thereof. The same grease as in Example 2 was thinly applied to the outer peripheral surface of the ball 6.
[0035]
In the comparative example, the ball 6 and the lower ball receiver 14 were formed of an aluminum alloy A2011, and an alumite layer having a thickness of 7 μm and a Vickers hardness of 150 measured by a micro Vickers hardness meter was formed only on the entire surface of the ball 6. The surface of the lower ball receiver 14 was not treated. Silicone grease was thinly applied to the outer peripheral surface of the ball 6.
[0036]
With respect to the obtained Examples 1 to 3 and Comparative Example, a weight of 50 kgf was applied while the ball receiving surface 36 of the lower ball receiver 14 was in contact with the ball 6, and the ball 6 was further rotated at 60 rpm. The results are as follows.
[0037]
In the comparative example, seizure occurred on the sliding surfaces of the ball 6 and the lower ball receiver 14 at the point when eight seconds had elapsed from the start of rotation.
In Example 1, no burn-in occurred on the sliding surfaces of the ball 6 and the lower ball receiver 14 even after 180 seconds from the start of rotation. However, some friction marks were formed on the sliding surfaces of both.
In Example 2, no burn-in occurred on the sliding surfaces of the ball 6 and the lower ball receiver 14 even after 180 seconds had elapsed from the start of rotation. Less friction marks were formed on both sliding surfaces than in Example 1.
In Example 3, no burn-in occurred on the sliding surfaces of the ball 6 and the lower ball receiver 14 even after 180 seconds from the start of rotation. No friction marks were formed on both sliding surfaces.
[0038]
As is evident from the above results, by performing anodizing treatment on both surfaces of the sliding surfaces of the ball 6 and the lower ball receiver 14, the abrasion of the sliding surface could be significantly reduced. In addition, in Example 2, in which grease formed by adding 30% by mass of fluororesin particles to perfluoropolyether was applied, the wear of the sliding surface was particularly small, and a synergistic effect with the anodic oxidation treatment was confirmed.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, according to the free head according to the present invention, since both the outer peripheral surface of the ball portion and the ball receiving surface are subjected to wear-resistant surface treatment, for example, when the free head is miniaturized Effectively prevent the outer peripheral surface of the ball part from abrading and causing local dents, and the generation of abrasion powder from the ball part or the ball receiving surface and hindering the smooth operation feeling of the free head. And a good operational feeling can be obtained over a long period of time.
[0040]
When grease containing 10% by mass or more of solid lubricant particles in a liquid lubricant is applied to the outer peripheral surface of the ball portion, the synergistic effect with the abrasion-resistant surface treatment provides a longer time. A good operation feeling can be obtained over the entire range.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of a free head according to the present invention.
FIG. 2 is a front view of the first embodiment.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a second embodiment of the free head according to the present invention.
FIG. 4 is a front view of the second embodiment.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 base 2 ring screw 4 upper ball receiver 6 ball 8 neck 10 upper plate 12 male screw 14 lower ball receiver 16 set screw 18 knob 20 female screw 22 recess 24 male screw 26 female screw 28, 30 engaging part 32 ball receiving surface 34 Slot 36 Ball receiving surface 38 Outer peripheral surface 40 Taper surface 42 Tip taper surface 50 Half body 52 Half body 54 Base 56 Set screw 58 Ball receiving recess 58A Ball receiving surface 60 Ball receiving recess 60A Ball receiving surface 68 Ring groove 70 Ring Convex part 72 Disk part
