JP2008202757A - 磁気継手および磁気継を使用した雲台装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁気継手の動作の不安定さを改善する。また、改善した磁気継手を使用して、雲台装置の精密な制御と静音化を図る。
【解決手段】 磁気継手を構成する駆動側磁力部と従動側磁力部の間に緩衝材を有し、従動側に発生した振動を減衰する。また緩衝材には振動を伝達しにくいゴムやスポンジや磁性流体を使用する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、駆動軸から従動軸に動力を伝達する磁気継手と、磁気継手を使用した雲台装置に関する。

一般的に磁気継手は、駆動側磁石と従動側磁石の磁石同士の間に働く磁力を利用して軸同士の動力を非接触で伝達することが可能であり、機械的結合を使用したものに比べて静音性が高い特徴がある。しかし磁気継手は、非接触で動力を伝える為に、駆動軸と従動軸の回転に位相差を生じさせてしまう。この位相差に対して駆動側の磁石と従動側の磁石の間に発生する磁力によってお互いを引き合うため、従動軸に周方向の振動が生じる。

特許文献１では駆動軸と従動軸にそれぞれ対向させて設ける磁石部のどちらか一方を、二つの磁石により構成している。二つの磁石は、対向する磁石部に対してそれぞれ周方向逆向きにずらして設置し、中立状態において駆動軸と従動軸の間に周方向の支持力を発生している。この支持力により、位相差の発生を低減させ、周方向に生じる振動を抑制している。

特許文献２では、駆動軸と従動軸の相対位置の変位を正確に検知する手段を設けることで、検知手段からの出力に基づき、従動側に発生する振動が減衰するように駆動軸につながるモーター等の動力源をフィードバック制御する方法が提案されている。
特開平７−１１７７２ 特開平１１−１３８５５ 特開平１１−８２６３１号公報

しかし、特許文献１の方法では、中立状態において駆動軸と従動軸に周方向に支持力を発生させて、位相差の発生を低減させているが、磁気継手が非接触式の動力伝達のため、完全な位相差の防止は困難である。また特許文献１では、発生した周方向の振動自体に対しては減衰させる手段がない為、精密な制御をすることが難しい。

また特許文献２の方法も、検知手段の出力から動力源をフィードバック制御して素早い従動軸の周方向の振動の減衰を可能にしているが、フィードバック制御をするために複雑な構成が必要となっていた。

そこで、本発明の例示的な目的は、磁気継手のもつ静音性を維持し、複雑な構成をとることなく磁気継手で発生する振動を減衰し、さらに位相差を縮小して精密な制御を可能とすることである。また、前記磁気継手を用いる雲台装置を提供することである。

上記目的を達成するために、駆動軸側に第１の磁石と前記第１の磁石を保持する保持部材からなる駆動側磁力部を有し、従動軸側に前記第１の磁石に対向する第２の磁石と前記第２の磁石を保持する保持部材からなる従動側磁力部を有し、前記駆動側磁力部と前記従動側磁力部の間で働く磁力よって動力を伝達する磁気継手において、磁気継手の前記駆動側磁力部と前記従動側磁力部の間に、それぞれに同時に当接する緩衝材を有することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施例等によって明らかにされる。

本発明によれば、駆動側磁力部と従動側磁力部の間に緩衝材を用いることより、磁石の位相がずれた時に発生する振動を減衰するので、簡単な構成で精密な駆動の制御が可能になる。

また緩衝材が駆動側磁力部と従動側磁力部との間で摩擦力や吸着力を発生させるので、駆動軸と従動軸に生じる位相差も縮小可能である。

また、駆動側磁力部と従動側磁力部との間に緩衝材を有することにより、磁石と磁石の間への異物の混入が防止できる。

以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１に本発明の第１の実施例の構成を示す。

モーター１を駆動源として、モーター出力軸２の回転を従動軸３に伝達し、不図示の負荷を駆動する。モーター出力軸２には駆動側保持部材である駆動側フランジ５がセットビス等の任意の固定手段で固定され、駆動側フランジ５には、例えば第１の磁石として円筒型の磁石６が接着等の任意の固定手段で固定される。駆動側フランジ５と磁石６により駆動側磁力部が構成される。従動軸３には従動側保持部材である従動側フランジ７がセットビス等の任意の固定手段で固定され、従動側フランジ７には、例えば第２の磁石として円筒型の磁石８が接着剤等の任意の固定手段で固定される。従動側フランジ７と磁石８により従動側磁力部が構成される。

第１の磁石である磁石６と第２の磁石である磁石８は、回転を伝達できるように例えば少なくとも一対の磁極が着磁され、互いに吸着する力が作用している。つまり、駆動側磁力部と従動側磁力部の間には磁力が働いている。
本実施例では、例えば所定のゴム硬度のゴムからなる緩衝材４が駆動側磁力部の一部である磁石６と、従動側磁力部の一部である磁石８の間に所定の厚さ、所定のつぶし量で構成されている。

本実施例では、緩衝材４は磁石６と磁石８の間に当接するように構成しても良いが、例えば駆動側磁力部の一部である駆動側フランジと、従動側磁力部の一部である従動側フランジに当接するように構成しても良い。また、駆動側磁力部の一部である磁石６と、従動側磁力部の一部である従動側フランジ７に当接するように構成してもよく、磁石６と駆動側フランジ５からなる駆動側磁力部と、磁石８と従動側フランジ７からなる従動側磁力部の全てに当接してもよい。本実施例においては、緩衝材が駆動側磁力部と従動画側磁力部の間にそれぞれに当接して構成してあれば、ここで例示した以外の構成でも良い。図１（ｂ）には、図１（ａ）のＡ−Ａ´の断面図を示す。

モーター１を駆動源に、モーター出力軸２が所定の方向に所定の速度で回転すると、駆動側フランジ５を介して磁石６が回転する。磁石８は磁石６と回転を伝達するよう吸着しているので、磁石８の回転は従動側フランジ７を介して従動軸３に伝達し、不図示の負荷に、モーターの力が作用する。

この時緩衝材４は、磁石６の内周面と、磁石８の外周面に同時に接触し、それぞれの面との間に発生する摩擦力または吸着力またはその両方が働く。その結果、緩衝材により磁石６と磁石８の位相差により発生した振動を減衰可能である。また、緩衝材と磁石の間に摩擦力または吸着力またはその両方の働きは、モーター出力軸２と従動軸３に生じる位相差についても縮小可能である。

図２には緩衝材４を有さない場合のモーター出力軸２の回転速度と従動軸３の回転速度のグラフの一例を示す。モーター出力軸２はモーター１により直接駆動されるため、一定の速度で回転する。従動軸３には不図示の負荷が常にかかっているため、磁気継手の磁石６と磁石８の回転に位相差が生じる。結果、磁石６と磁石８との間に発生する吸着力により吸い寄せられることを繰り返すため、従動軸３には振動的挙動が発生し、従動軸３の動きは不安定になる。

図３には緩衝材４を有する場合のモーター出力軸２の回転速度と、従動軸３の回転速度のグラフの一例を示す。従動軸３には不図示の負荷が常にかかっているが、緩衝材４が磁石６と磁石８との間で摩擦力や吸着力を発生させると共に、振動に対する減衰性能を有している。これにより従動軸３の振動は減衰され、さらに位相差が縮小されるので、モーター出力軸２の回転はほぼそのまま従動軸３に伝達されている。尚、図３における実線で表すモーター出力軸と、点線で表す従動軸は、対比のため若干ずらして表示しているが実際は重なりあっている。図３では、従動軸に発生した振動は減衰されているため、モーター出力軸に生じるモーターの振動に起因するパルス波形以外は、従動軸の回転は駆動軸の回転とほぼ同期している。

また、円筒型磁石６および８は、複数個の磁石から円筒形に構成されても効果は同じである。

また、磁石６と磁石８は、回転を伝達できるように同極の磁極が着磁され、互いに反発する力を作用させてもよい。

図４に本発明の第２の実施例の構成を示す。

モーター１を駆動源として、モーター出力軸２の回転を従動軸３に伝達し、不図示の負荷を駆動する。モーター出力軸２には駆動側保持部材である駆動側フランジ９がセットビス等の任意の固定手段で固定され、駆動側フランジ９には第１の磁石である円筒型磁石１０が接着等の任意の固定手段で固定される。駆動側フランジ９と磁石１０により駆動側磁力部が構成される。従動軸３には従動側保持部材である従動側フランジ１１がセットビス等の任意の固定手段で固定され、従動側フランジ１１には、第２の磁石である円筒型磁石１２が接着剤等の任意の固定手段で固定される。従動側フランジ１１と磁石１２により従動側磁力部が構成される。

第１の磁石である磁石１０と第２の磁石である磁石１２は、回転を伝達できるように例えば少なくとも一対の磁極が着磁され、互いに吸着する力が作用している。つまり、駆動側磁力部と従動側磁力部の間には磁力が働いている。
本実施例では、例えば所定のゴム硬度のゴムからなる緩衝材４が駆動側磁力部の一部である磁石１０と、従動側磁力部の一部である磁石１２の間に所定の幅、所定のつぶし量で構成されている。

本実施例では、緩衝材４は磁石１０と磁石１２の間に当接するように構成しても良いが、例えば駆動側磁力部の一部である駆動側フランジと、従動側磁力部の一部である従動側フランジに当接するように構成しても良い。また、駆動側磁力部の一部である磁石１０と、従動側磁力部の一部である従動側フランジ１１に当接するように構成してもよく、磁石１０と駆動側フランジ９からなる駆動側磁力部と、磁石１２と従動側フランジ１１からなる従動側磁力部の全てに当接してもよい。本実施例においては、緩衝材が駆動側磁力部と従動画側磁力部の間にそれぞれに当接して構成してあれば、ここで例示した以外の構成でも良い。図４（ｂ）に、図４（ａ）のＡ−Ａ´の断面図を示す。

モーター１を駆動源に、モーター出力軸２が所定の方向に所定の速度で回転すると、駆動側フランジ９を介して磁石１０が回転する。磁石１２は磁石１０と回転を伝達するよう吸着しているので、磁石１２の回転は従動側フランジ１１を介して従動軸３に伝達し、不図示の負荷にモーターの力が作用する。

この時緩衝材４は、磁石１０の内周面と、磁石１２の外周面に同時に接触し、それぞれの面との間に摩擦力または吸着力またはその両方が働く。その結果、緩衝材により磁石１０と磁石１２の位相差により発生した振動を減衰可能である。また、緩衝材と磁石の間に発生する摩擦力または吸着力またはその両方の働きは、モーター出力軸２と従動軸３に生じる位相差についても縮小可能である。

本実施例でも、実施例１で示した図３と同様に、緩衝材による振動の減衰を示す特性を得ることができる。

ここまで示してきた振動は、第１の磁石と第２の磁石の位相差によって生じる振動だが、緩衝材を有することにより、駆動軸のモーターの振動が緩衝材を通して従動側に伝達される可能性もある。しかし、緩衝材は、例示しているような柔軟な材質である為、駆動軸と従動軸との間には振動が伝達しにくく、非接触での伝達でなくなっても騒音の増大化が防げる。また特許文献３に示されているようにダンパーを設けて、さらなる防音効果を高めてもよい。

また、回転軸Ｏ−Ｏ’を中心として、駆動側フランジ９と磁石１０を合わせた慣性質量つまり駆動側磁力部の慣性質量Ｉａ’と、従動側フランジ１１と磁石１２を合わせた慣性質量Ｉｂ’つまり従動側磁力部の慣性質量の関係は、Ｉａ’＜Ｉｂ’となるように磁気継手を構成することもできる。結果、磁気継手に特許文献３の実施例と同等の機能を持たせることができるため、ダンパーを別に設けることなく、簡単な構成で、広い速度領域に渡って従動軸の振動を抑制することが可能になる。

また、円筒型磁石１０および１２は、複数個の磁石から円筒形に構成されても効果は同じである。

また、第１の磁石である磁石１０と第２の磁石である磁石１２は、回転を伝達できるように同極の磁極が着磁され、互いに反発する力を作用させてもよい。

図５に本発明の第３の実施例の構成を示す。

モーター１を駆動源として、モーター出力軸２の回転を従動軸３に伝達し、不図示の負荷を駆動する。モーター出力軸２には駆動側保持部材である駆動側フランジ１３がセットビス等の任意の固定手段で固定され、駆動側フランジ１３には第１の磁石である円盤型磁石１４が接着等の任意の固定手段で固定される。駆動側フランジ１３と磁石１４により駆動側磁力部が構成される。従動軸３には従動側保持部材である従動側フランジ１５がセットビス等の任意の固定手段で固定され、従動側フランジ１５には第２の磁石である円盤型磁石１６が接着剤等の任意の固定手段で固定される。従動側フランジ１５と磁石１６により従動側磁力部が構成される。

第１の磁石である磁石１４と第２の磁石である磁石１６は、回転を伝達できるように例えば少なくとも一対の磁極が着磁され、互いに吸着する力が作用している。つまり、駆動側磁力部と従動側磁力部の間には磁力が働いている。

本実施例では、例えば所定のゴム硬度のゴムからなる緩衝材１７が駆動側磁力部の一部である磁石１４と、従動側磁力部の一部である磁石１６の間に所定の幅、所定のつぶし量で構成されている。

本実施例では、緩衝材１７は磁石１４と磁石１６の間に当接するように構成しても良いが、例えば駆動側磁力部の一部である駆動側フランジと、従動側磁力部の一部である従動側フランジに当接するように構成しても良い。また、駆動側磁力部の一部である磁石１４と、従動側磁力部の一部である従動側フランジ１５に当接するように構成してもよく、磁石１４と駆動側フランジ１３からなる駆動側磁力部と、磁石１６と従動側フランジ１５からなる従動側磁力部の全てに当接してもよい。本実施例においては、緩衝材が駆動側磁力部と従動画側磁力部の間にそれぞれに当接して構成してあれば、ここで例示した以外の構成でも良い。図５（ｂ）には、図５（ａ）のＡ−Ａ´の断面図を示す。

モーター１を駆動源に、モーター出力軸２が所定の方向に所定の速度で回転すると、駆動側フランジ１３を介して磁石１４が回転する。磁石１６は磁石１４と回転を伝達するよう吸着しているので、磁石１６の回転は従動側フランジ１５を介して従動軸３に伝達し、不図示の負荷にモーターの力が作用する。

この時緩衝材１７は、フランジ１３または磁石１４と、フランジ１５または磁石１６に同時に接触し、それぞれの面との間に摩擦力または吸着力またはその両方が働く。その結果、磁石１４と磁石１６の位相差により発生した振動を減衰可能である。また、緩衝材と磁石の間に発生する摩擦力または吸着力またはその両方の働きは、モーター出力軸と従動軸に生じる位相差についても縮小可能である。

また、回転軸Ｏ−Ｏ’を中心として、駆動側フランジ１３と磁石１４を合わせた慣性質量つまり駆動側磁力部の慣性質量Ｉｃと、従動側フランジ１５と磁石１６を合わせた慣性質量つまり従動側磁力部の慣性質量Ｉｄの関係は、Ｉｃ＜Ｉｄとなるように磁気継手を構成することも可能である。結果、磁気継手に特許文献３の実施例と同等の機能を持たせることができるため、広い速度領域に渡って従動軸の振動を抑制することが可能になる。

また、円筒型磁石１４および１６は、複数個の磁石から円筒形に構成されても効果は同じである。

また、第１の磁石である磁石１４と第２の磁石である磁石１６は、回転を伝達できるように同極の磁極が着磁され、互いに反発する力を作用させてもよい。

上記したように、実施例１から３では、所定のゴム硬度のゴムからなる緩衝材が、駆動側磁力部と従動側磁力部の間に所定の幅、所定のつぶし量で構成されている。ここで、所定のゴム硬度、所定の幅、所定のつぶし量とは、緩衝材が、従動軸に発生する振動を低減することが十分に可能な、駆動側磁力部と従動側磁力の間に働く摩擦力と吸着力を有するように決定される。また緩衝材の材質は所定の硬度のゴム以外にも、所定の硬度のスポンジ及び、所定の粘度の磁性流体を用いても同様な効果が得られる。

図６に本発明の磁気継手を使用した雲台装置の概略を示す。

本実施例の雲台装置では、操作手段２４からの信号を、制御回路２５が受けて、駆動手段であるモーター１８が回転する。モーター１８の回転は、動力伝達手段である磁気継手１９を介して、出力手段である出力装置２０に伝えられ、雲台装置が駆動する。

この雲台装置は、土台２１まわりにフレーム２２が矢印Ｐの方向に旋回し、フレーム２２まわりにケース２３が矢印Ｔの方向に旋回する。ケース２３には不図示の搭載物が収納されており、雲台装置は搭載物の方向を矢印ＰおよびＴまわりに可変させることができる。

矢印Ｔの旋回軸には、モーター１８Ｔと磁気継手１９Ｔと出力装置２０Ｔが構成されており、矢印Ｐの旋回軸にはモーター１８Ｐと磁気継手１９Ｐと出力装置２０Ｐが構成されている。モーター１８が駆動すると磁気継手１９が出力装置２０にモーターの動力を伝達し、出力装置２０の出力で雲台装置は矢印ＰおよびＴまわりに旋回する。

磁気継手の磁石と磁石の間には、緩衝材が挿入されているため、従動軸に発生する振動を磁気継手が低減し、雲台装置はあらゆる旋回速度においても静音性が保たれたまま、精密な動きの制御が可能になる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明第１の実施例の磁気継手の代表的な構成 緩衝材を有さない場合の磁気継手のモーター出力軸と従動軸の回転速度の関係 緩衝材を有する場合の磁気継手のモーター出力軸と従動軸の回転速度の関係 本発明第２の実施例の磁気継手の代表的な構成 本発明第３の実施例の磁気継手の代表的な構成 本発明の磁気継手を使用した雲台装置の概略図

符号の説明

１ モーター
２ モーター出力軸
３ 従動軸
４ 緩衝材
５ 駆動軸側フランジ
６ 第１の磁石
７ 従動軸側フランジ
８ 第２の磁石
９ 駆動軸側フランジ
１０ 第１の磁石
１１ 従動軸側フランジ
１２ 第２の磁石
１３ 駆動軸側フランジ
１４ 第１の磁石
１５ 従動軸側フランジ
１６ 第２の磁石
１７ 緩衝材
１８Ｔ モーターＴ
１９Ｔ 磁気継手Ｔ
２０Ｔ 出力装置Ｔ
１８Ｐ モーターＰ
１９Ｐ 磁気継手Ｐ
２０Ｐ 出力装置Ｐ
２１ 土台
２２ フレーム
２３ ケース
２４ 操作手段
２５ 制御回路

Claims (7)

1. 駆動軸から従動軸に動力を伝達する継手であって、
   駆動軸側に第１の磁石と前記第１の磁石を保持する保持部材とからなる駆動側磁力部を有し、
   従動軸側に前記第１の磁石に対向する第２の磁石と前記第２の磁石を保持する保持部材とからなる従動側磁力部を有し、
   前記駆動側磁力部と前記従動側磁力部の間で働く磁力よって動力を伝達する磁気継手において、
   前記駆動側磁力部と前記従動側磁力部の間にそれぞれに同時に当接する緩衝材を有することを特徴とする磁気継手。
2. 前記緩衝材は、前記第１の磁石と前記第２の磁石のそれぞれに同時に当接することを特徴とする請求項１に記載の磁気継手。
3. 前記緩衝材はゴムであることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気継手。
4. 前記緩衝材はスポンジであることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気継手。
5. 前記緩衝材は磁性流体であることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気継手。
6. 前記従動側磁力部の回転軸周りの慣性質量が、前記駆動側磁力部の回転軸周りの慣性質量より大きいことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の磁気継手。
7. 駆動軸を有する駆動手段と、
   従動軸を有する出力手段と
   前記駆動手段から発生した動力を前記駆動軸から前記従動軸に伝達する動力伝達手段と、
   前記駆動手段の動きを制御する制御手段と、
   前記制御手段を操作する操作手段と、
   前記出力手段の出力より搭載物の方向を可変可能な搭載台と、
   を有する雲台装置において、
   前記動力伝達手段に請求項１から６のいずれか１項記載の磁気継手を使用することを特徴とする雲台装置。

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