JP2005256930A - ウォーム歯車機構及びカメラ旋回装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウォームおよびウォーム歯車の回転の振れに起因する法線方向力の作用する方向と同一軸上にバネ要素を配置することにより、バネ要素に作用するモーメント力をなくし、平行力とすることでウォームのウォームホイールへの追従性と剛性向上をはかり、バックラッシの除去と滑らかな回転を両立させることのできるウォーム歯車機構及びカメラ旋回装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 ウォームとウォーム歯車により回転動力を伝達する機構において、前記ウォームの両軸端に設けたラジアル、スラスト両方向を支持する軸受けと、該両方向の軸受けを保持する軸受けベースと、該軸受けベースに取り付けたウォームの軸方向に伸びる２枚の平行板バネと、該平行板バネの端部を固定したウォームベースと、該ウォームベースと前記ウォームベースの間にウォーム歯車法線方向にバネ力が発生するよう配設したバネとを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ウォーム歯車を使用したウォーム歯車機構及びカメラ旋回装置に関し、特に、ウォームとウォームホイールにより回転動力を伝達する際のバックラッシ除去に適した回転伝達機構によるウォーム歯車機構及びカメラ旋回装置に関するものである。

図６は、従来のカメラ旋回駆動装置の水平方向の回転動力伝達機構の一例を示す斜視図である。
ウォーム２１は、ウォームベース２２に対しベアリング２９を介して回転可能状態で取り付けられており、その一端は動力源であるモータ２６の回転軸に固定され、この減速機構の入力側となっている。
ウォームホイール２３は、回転軸２４に取り付けられ、回転軸２４はベアリング（図示せず）を介してウォームホイールベース２５に回転可能な状態で取り付けられており、本減速機構の出力側となっている。

ウォームベース２２は一対のイタバネ２８（一方は図示せず）を介してウォームホイールベース２５に互いの歯面が密着しバックラッシがゼロ（０）になるような位置に取り付けられている。
これは、ウォームベース２２とウォームホイールベース２５はイタバネ２８を介して繋がっており、回転時にはイタバネ２８によりウォームベース２２がバネ力で押さえられているので、歯面間のバックラッシを小さく（ゼロになるように）保つようになっている。
そして、ウォームベース２２は一対のイタバネ２８のみで支持されているためウォーム２１の軸方向、接線方向には支持剛性を有しながら法線方向にのみ弾性を有しており、歯面に作用する法線方向力に追従し歯面の接触を保ちながら可動する。

回転停止時ではイタバネ２８によりウォーム２１がウォームホイール２３に押し付けられるためバックラッシがほとんど無くなり小さい負荷によるカメラ揺れは抑えられるが、負荷がイタバネ２８の押し付け力よりはるかに大きくなるとイタバネ２８がたわむため、剛性が不足する。

なお、ウォームとウォームホイールの歯面間にわずかな隙間（バックラッシ）を保つことについては、例えば特許文献１、２に示すような従来技術がある。

特開２００３−１６６６０２号公報 特開平１０−１３２０３７号公報

歯車による伝達機構が滑らかな回転を行うためには、歯面間にわずかな隙間が必要である。これは歯車、および歯車が取り付けられている伝達機構の加工精度および組立精度などを吸収するためである。隙間をなくして組立ると歯面の摩擦力が増し、大きな回転力が必要となり最悪回転不能になる。また歯面の磨耗が進みこれが隙間を増やしてしまうことになる。

精密な位置決めを要求される装置では、このわずかな隙間（バックラッシ）が問題となる。停止時に同一方向から停止するなどにより停止精度は改善されるが、停止後に外力が作用すると位置ずれを起こす。また外力が振動である場合には揺れを起こすなど問題があった。この揺れをなくすためは、外部に停止後に作動するブレーキ機構を付加するなどを必要としていた。

上記従来のウォームギヤを用いた減速機構では、動力伝達時に歯面にウォームからみて軸方向、接線方向、法線方向の３方向に力が働いており、減速機構のバックラッシを少なくするためには軸間距離を狭く調整して組立る必要がある。
しかし軸間距離を狭くしすぎると歯車などの加工精度、ならびに組立て誤差による回転の振れを吸収できず、滑らかな回転ができなくなる。

上記従来技術においては、イタバネ２８が、ウォームの軸上にある噛合い点に対してオフセット（４０）した位置にあり、バネが伸縮する要因となる外力、すなわち噛合い点における摩擦力の法線方向の分力は、バネの撓み方向に平行な力であることが望ましいがこのオフセット４０のためにモーメント力となって加わってしまうため、イタバネ２８を捻る力が加わりウォームハウジング２２の支持剛性が低下するという問題点があった。

本発明は上記従来技術に鑑みて為されたもので、ウォームおよびウォーム歯車の回転の振れに起因する法線方向力の作用する方向と同一軸上にバネ要素を配置することにより、バネ要素に作用するモーメント力をなくし、平行力とすることでウォームのウォームホイールへの追従性と剛性向上をはかり、バックラッシの除去と滑らかな回転を両立させることのできるウォーム歯車機構及びカメラ旋回装置を提供することを目的とする。

上記従来の問題点を解決するため第１の発明は、ウォームとウォーム歯車により回転動力を伝達する機構において、前記ウォームの両軸端に設けたラジアル、スラスト両方向を支持する軸受けと、該両方向の軸受けを保持する軸受けベースと、該軸受けベースに取り付けたウォームの軸方向に伸びる２枚の平行板バネと、該平行板バネの端部を固定したウォームベースと、該ウォームベースと前記ウォームベースの間にウォーム歯車法線方向にバネ力が発生するよう配設したバネとを備えたことを特徴とする。

また、上記従来の問題点を解決するため第２の発明は、前記第１の発明の平行板バネをこれに作用する力の方向と同一軸上に配置したことを特徴とする。

また、上記従来の問題点を解決するため第３の発明は、前記第１または第２の発明のウォーム歯車機構をカメラを旋回する回転部に備えたことを特徴とする。

本発明によれば、ウォームおよびウォーム歯車の回転の振れに起因する法線方向力の作用する方向と同一軸上にバネ要素を配置することにより、バネ要素に作用するモーメント力をなくし、平行力とすることでウォームのウォームホイールへの追従性と剛性向上をはかり、バックラッシの除去と滑らかな回転を両立させることのできるウォーム歯車機構及びカメラ旋回装置を提供することができる。

以下、本発明について、図面を参照しながら説明する。
図４は、本発明の実施の形態を示す第１実施例の回転伝達機構の構成を示す分解斜視図である。
ウォーム ３１は、ウォームベース３２に対しベアリング３９を介して回転可能状態で取り付けられており、その一端は動力源であるモータ（図示せず） の回転軸に固定されこの減速機構の入力側となっている。
ウォームホイール３１は、回転軸３４に取り付けられ、回転軸３４はベアリング（図示せず）を介してウォームホイールベース３５に回転可能な状態で取り付けられており本減速機構の出力側となっている。

ウォームベース３２には、滑り軸受け３６が取り付けられており、一対のシャフト３７を介し、シャフト３７と同軸に取り付けられたコイルバネ３８によりウォームホイールベース３２に互いの歯面が密着し、バックラッシがゼロになる位置に取り付けられている。

これは、ウォームベース３２はコイルバネ３８によりウォームホイールベース３５に押し付けられるので、ウォーム３１とウォームホイール３３間のバックラッシを小さくする。
ウォームベース３２とウォームホイールベース３５はコイルバネ３８による押し付け力が加わり、適度なバックラッシを保ちながらウォーム３１とウォームホイール３３の回転を行う。
そして、ウォームベース３２は、一対のシャフト３７により法線方向にのみ可動状態で支持されているため、ウォーム３１の軸方向、接線方向には支持剛性を有しながら法線方向にのみ弾性を有しており、歯面に作用する法線方向力に追従し歯面の接触を保ちながら可動する。

上述した第１実施例においては、シャフト３７が滑り軸受３６内を移動する際に片側に寄せられ不要な摩擦力が発生しウォームハウジング３２のスムーズな滑り動作を悪化させる要因となる場合がある。
これを改善するため、ウォームをそれを支持しているウォームベースと共に、法線方向に働く力に対して平行に動作し、他の２方向には機械的に拘束する機構を設け、ウォームをウォームホイールに密着状態を保ちながら、法線方向に働く力に追従させるためのバネ要素を設けバックラッシ除去と滑らかな回転の両立を図ることとした。
しかし、機構的にバネ要素がこれに加わる力の軸上からオフセットしているためバネ要素に対してモーメント力となって作用するため、ウォームハウジングの支持剛性を低下させる、もしくは追従性を悪化させ、歯車のスムーズな回転を阻害してしまう要因となってしまう。
そこで、この第１実施例をさらに改良した第２実施例について次に説明する。

図１は、本発明の実施の形態を示す第２実施例の回転伝達機構を示す斜視図である。
図２は、本発明の実施の形態を示す第２実施例の回転伝達機構の構成を示す分解斜視図である。
図３は、本発明の実施の形態を示す第２実施例の回転伝達機構の作用を説明する平面図である。

ウォーム１は、ウォームベース２に対しベアリング（図示せず）を介して回転可能状態で取り付けられており、その一端は動力源であるモータ（図示せず）の回転軸に固定されこの減速機構の入力側となっている。
ウォームホイール３は、回転軸４に取り付けられ、回転軸４はベアリング（図示せず）を介してウォームホイールベース５に回転可能な状態で取り付けられており本減速機構の出力側となっている。

ウォームベース２には、滑り軸受け６が取り付けられており、一対のシャフト７を介し、ウォームホイールベース５ に対してウォーム 1 の軸方向、接線方向には高い支持剛性を有しながら法線方向にのみ滑らかに可動するよう取り付けられている。
また、ウォームベース２は一対のイタバネ８を介してウォームホイールベース５、ストッパプレート９からなる固定側に取り付けられたバネホルダ１０に取り付けられている。
このとき、図３に示すように、イタバネ８は、両端をウォームベースに、中央部をバネホルダ１０に固定され、バネホルダ１０を回転軸４の方向にずらせてストッパプレート９に固定することにより撓み量を与え、これにより生じるバネ力により適切な圧力でウォーム１がウォームホイール３に密着させられバックラッシが０になる。

このイタバネ８は、噛合い点に作用する法線方向の力の方向の軸上に取り付けられている。そして、イタバネ８のバネ力は伝達力から求められる歯面に作用する３方向の力の一つである法線方向力に応じて選定する。
また、ウォームベース２に取り付けられた滑り軸受６とシャフト７のためウォーム１の軸方向、接線方向には高い支持剛性を有しながら法線方向にのみ可動する。

このように第２実施例では、イタバネ８を捻ることにより、剛性を低下させて滑り軸受に圧力を与えスムーズな動作を阻害するモーメント力が作用しないため、ウォーム１のウォームホイール３への追従性が向上し効果的なバックラッシ低減機構が実現できるため、各ギヤにわずかな回転振れがあったとしてもこれをバネ力で吸収することにより、歯面の密着状態を維持しバックラッシを除去しながら滑らかな回転動作が実現できる。

図５は、本発明の実施の形態である監視カメラ装置の外観斜視図を示す。
この図５は、上述した第１実施例または第２実施例による回転伝達機構をカメラの旋回駆動装置に用いることにより、監視カメラ装置を構成する。
監視カメラシステム等に用いるカメラは、屋外環境に設置されることを前提とした防水構造を有するハウジング５３内に納められ、回転部５１に垂直方向に回転するように取り付けられ、回転部５１は、固定部５２に水平方向に回転するように取り付けられている。
この回転部５１が、第１実施例または第２実施例の回転伝達機構を用いることで旋回することのできる監視カメラ装置を構成している。

そして、屋外に設置する監視カメラ旋回装置では、わずかなバックラッシであっても高倍率のレンズで撮影した画像では風や振動をうけると画面が揺れ、見にくい画面となることがあったが、本装置により回転停止時の剛性が確保されるため、固定式カメラと同等の画像を得ることができる。

本発明の実施の形態により、回転時には適正なバックラッシを確保し滑らかな回転動作を行うことが可能であり、かつ回転停止時に回転部を噛み合わせることによりバックラッシを小さくし、バックラッシに起因する揺れを排除し装置の外力に対する剛性を高めることを両立することができる。

本発明の実施の形態によれば、バックラッシの低減と滑らかな回転動作の両立することができ、歯面間の摩擦力が低減されるため歯面の磨耗の進行を遅らせ歯車の寿命を延ばすことができる。
また、従来はバックラッシ低減と滑らかな回転を両立させるためには熟練者による組立調整が要求されたが、バックラッシ調整はバネ力が受け持つためほぼ無調整での組立が可能となるため組立時間の低減が実現できる。
さらに、屋外に設置する監視カメラの旋回装置では、わずかなバックラッシであっても高倍率のレンズで撮影した画像では風や振動をうけると画面が揺れ、見にくい画面となることを解決できる。

以上、詳細に説明したように本発明によれば、ウォームとウォーム歯車により回転動力を伝達する機構において、ウォームを支持する機構は、ウォーム両軸端に設けたラジアル、スラスト両方向を支持する軸受けと、この両軸の軸受けを保持する軸受けベースと、この軸受けベースに取り付けたウォームの軸方向に伸びる２枚の平行板バネと、この平行板バネの端部を固定したウォームベースと、このウォームベースと前記ウォームベースの間にウォーム歯車法線方向にバネ力が発生するよう配設したバネを具備することで、ウォーム歯車の減速を行うものである。
また、前記平行板バネをこれに作用する力の方向と同一軸上に配置している。
またさらに、このウォーム歯車の機構を使用し、駆動対象であるカメラの減速機構のバックラッシに起因する揺れを除去し撮影画面の質を向上させる監視等を行うカメラ旋回装置とするものである。

よって、ウォームとウォーム歯車により回転動力を伝達する機構において、ウォームをウォーム歯車の法線方向には剛性が低く接線方向には非常に剛性を高く支持し、この支持機構にバネによってウォーム歯車の法線方向に力を加えウォームとウォーム歯車の互いの歯面を密着させバックラッシを除去し、かつウォームおよびウォーム歯車の回転振れによる歯面圧力の変動による回転トルク変動を除去することができる。

本発明の実施の形態を示す第２実施例の回転伝達機構を示す斜視図である。 本発明の実施の形態を示す第２実施例の回転伝達機構の構成を示す分解斜視図。 本発明の実施の形態を示す第２実施例の回転伝達機構の作用を説明する平面図。 本発明の実施の形態を示す第１実施例の回転伝達機構の構成を示す分解斜視図。 本発明の実施の形態である監視カメラ装置の外観斜視図。 従来のカメラ旋回駆動装置の水平方向の回転動力伝達機構の一例を示す斜視図。

符号の説明

１：ウォーム、２：ウォームベース、３：ウォームホイール、４：回転軸、５：ウォームホイールベース、６：滑り軸受け、７：シャフト、８：イタバネ、９：ストッパプレート、１０：バネホルダ、
３１：ウォーム、３２：ウォームベース、３３：ウォームホイール、３４：回転軸、３５：ウォームホイールベース、３６：滑り軸受け、３７：シャフト、３８：コイルバネ、３９：ベアリング、
２１：ウォーム、２２：ウォームベース、２３：ウォームホイール、２４：回転軸、２５：ウォームホイールベース、２６：モータ、２８：イタバネ、２９：ベアリング、４０：オフセット（間隔）、
５１：回転部（回転伝達機構）、５２：カメラハウジング、５３：固定部。

Claims (3)

1. ウォームとウォーム歯車により回転動力を伝達する機構において、
   前記ウォームの両軸端に設けたラジアル、スラスト両方向を支持する軸受けと、
   該両方向の軸受けを保持する軸受けベースと、
   該軸受けベースに取り付けたウォームの軸方向に伸びる２枚の平行板バネと、
   該平行板バネの端部を固定したウォームベースと、
   該ウォームベースと前記ウォームベースの間にウォーム歯車法線方向にバネ力が発生するよう配設したバネとを備えたことを特徴とするウォーム歯車機構。
2. 前記平行板バネをこれに作用する力の方向と同一軸上に配置したことを特徴とする前記請求項１記載のウォーム歯車機構。
3. 前記請求項１または請求項２に記載のウォーム歯車機構をカメラを旋回する回転部に備えたことを特徴とするカメラ旋回装置。