JP2010265953A - 減速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バックラッシに起因する画像のゆれ及び異音の発生を低減し、共振によるステッピングモータの脱調を防ぐ。
【解決手段】モータ６により回転するウォーム１０と、ウォーム１０の回転により減速して回転するウォームホイール１１と、ウォームホイール１１の回転により回転し、制御対象を回動させる出力軸１２と、出力軸１２を保持するベアリング１３を支持するギアホルダ１４と、出力軸１２とギアホルダ１４間のすき間を調整するためのスペーサ１５と、出力軸１２とスペーサ１５間及びギアホルダ１４とスペーサ１５間に充填された粘性抵抗を有する粘性ダンパ１６とを備えた。
【選択図】図２

Description

この発明は、制御対象を上下左右に回転させる回転機構に備えられる減速装置に関するものである。

従来の減速装置において、例えば制御対象が監視カメラの場合には、以下のように構成されている。
（１）回転機構を駆動するステッピングモータ
（２）ステッピングモータにより回転するウォーム
（３）ウォーム及び出力軸を、ベアリングを介して支持するギアホルダ
（４）出力軸に固定され、ウォームと噛み合うウォームホイール
上記（１）から（４）の組み合わせにより、ステッピングモータが回転するとウォームに回転が伝えられ、ウォームホイールで減速して出力軸が回転する。通常、このように構成される減速装置は、出力軸を直交する向きに２つ使用することにより、監視カメラを上下左右に回動させることができる。

このような従来のウォームとウォームホイールにより構成される減速装置では、軸間距離や歯車の誤差によって歯車が干渉して負荷が増大するのを防ぐため、バックラッシ、すなわち歯車のガタが必要である。

しかしながら、従来の減速装置では、ウォームとウォームホイールにこのバックラッシを設けることで、モータを起動、または停止する際に、ウォームとウォームホイールの歯の衝突による振動が発生して、画像のゆれや異音が発生するという課題がある。

また、減速装置を屋外に設置した場合、風等の外乱により出力軸にバックラッシの範囲内で回転振動が発生して、画像のゆれが発生するという課題がある。

さらに、この従来の減速装置では、指定した方向に監視カメラを高速で移動するために減速装置の回転速度を台形駆動とする場合があるが、速度が変動する際に出力軸にバックラッシの範囲内で回転振動が発生して、異音が発生し、また、共振によるステッピングモータの脱調につながるという課題がある。

このように、バックラッシの存在はさまざまな課題を引き起こすため、従来から、このバックラッシによる衝撃を緩和する手段、あるいはバックラッシを無くすさまざまな手段が考案されてきた（例えば、特許文献１，２参照）。

特許文献１では、バックラッシにより歯車が空転状態にあるときはモータの制御を変えて、歯面の衝撃をやわらげるように構成している。また、特許文献２では、ウォームをウォームホイールに押し付けることによってバックラッシを除去するように構成している。

特開平８−１７５４０６号公報 特開平１０−１２３４２８号公報

しかしながら、特許文献１のバックラッシを除去しないで、モータ制御により衝撃を和らげる方法では、風等の外乱による画像のぶれを低減することができないという課題がある。また、特許文献２のウォームをウォームホイールに押し付けることによりバックラッシを除去する方法では、構造が複雑になり、また、出力軸の回転方向の剛性が低くなるという課題がある。

このように特許文献１または特許文献２のいずれの方法においても、減速装置に適用するのに必ずしも適したものではないという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、バックラッシに起因する画像のゆれ及び異音の発生を低減すると共に、共振によるステッピングモータの脱調を防ぐことができる減速装置を提供することを目的としている。

この発明に係る減速装置は、モータにより回転するウォームと、ウォームの回転により減速して回転するウォームホイールと、ウォームホイールの回転により回転し、制御対象を回動させる出力軸と、出力軸を保持するベアリングを支持するギアホルダと、出力軸とギアホルダ間のすき間を調整するためのスペーサと、出力軸とスペーサ間及びギアホルダとスペーサ間に充填された粘性抵抗を有する粘性ダンパとを備えたものである。

この発明によれば、上記のように構成したので、バックラッシに起因する画像のゆれ及び異音の発生を低減すると共に、共振によるステッピングモータの脱調を防ぐことができる。

この発明の実施の形態１に係る減速装置を備えた監視カメラ装置の構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る減速装置の構造を示す図である。 この発明の実施の形態１における出力軸及びギアホルダを示す断面図である。 この発明の実施の形態１におけるウォーム及びウォームホイール間のバックラッシを示す断面図である。 この発明の実施の形態２に係る減速装置の構造を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る減速装置５を備えた監視カメラ装置１の構成を示す斜視図であり、監視カメラを制御対象とした場合について示している。また、図２はこの発明の実施の形態１に係る減速装置５の構造を示す斜視図である。この図２は、構成を分かりやすくするため、出力軸１２の一部を切り欠いている。また、図３はこの発明の実施の形態１における出力軸１２及びギアホルダ１４を示す断面図である。

図１に示すように、監視カメラ装置１は、監視カメラが搭載されるカメラ部２と、監視カメラを上下左右に回動させるための回転駆動部３と、監視カメラ装置１の土台となるベース部４とから構成されている。

回転駆動部３は、監視カメラを上下左右に回動させるため、図２に示すような減速装置５を２つ備えている。この減速装置５は、図１に示すように、一方は、カメラ部２を上下に回動させるため、水平方向に減速装置５の出力軸１２が向くように配置され、もう一方は、回転駆動部３を左右に回動させるため、垂直方向に減速装置５の出力軸１２が向くように配置されている。
この監視カメラを上下に回動させる減速装置５及び左右に回動させる減速装置５により、監視カメラを上下左右の任意の位置に向けることができる。

減速装置５は、図２に示すように、監視カメラを回動させるための駆動力を供給するステッピングモータ６と、ステッピングモータ６の回転に伴い、プーリ７、ベルト８及びプーリ９を介して回転するウォーム１０と、ウォーム１０と直交して噛合し、ウォーム１０の回転に伴い減速して回転するウォームホイール１１と、ウォームホイール１１と固定され、ウォームホイール１１の回転に伴い回転し、監視カメラを回動させる出力軸１２と、出力軸１２を保持するベアリング１３と、ウォーム１０およびベアリング１３を支持するギアホルダ１４と、出力軸１２とギアホルダ１４の間に形成されるすき間を調整するためのスペーサ１５と、出力軸１２とスペーサ間に形成されるすき間及びギアホルダ１４とスペーサ１５間に形成されるすき間に充填されるグリス１６とにより構成される。

次に、上記のように構成される減速装置５の動作について説明する。
減速装置５は、ステッピングモータ６が回転すると、このステッピングモータ６による回転がプーリ７、ベルト８、プーリ９を介してウォーム１０に伝えられ、ウォーム１０が回転する。このウォーム１０の回転は、ウォーム１０と直交して噛合するウォームホイール１１に伝わり、ウォームホイール１１は減速して回転する。そして、このウォームホイール１１の回転は、ウォームホイール１１に固定される出力軸１２に伝えられ、出力軸１２は回転する。この出力軸１２の回転により、監視カメラを任意の位置に回転させる。

ここで、ウォームホイール１１が回転することにより、このウォームホイール１１に固定された出力軸１２が回転すると、この出力軸１２と固定されたギアホルダ１４との間で相対運動が生じる。図３に示すように、出力軸１２とギアホルダ１４の間で相対運動が生じると、出力軸１２とスペーサ１５の間に形成されるすき間及びスペーサ１５とギアホルダ１４の間に形成されるすき間に充填されたグリス１６は、せん断方向への変位に対して粘性負荷を発生する。

次に、上記のように構成される減速装置５に設けられるウォーム１０とウォームホイール１１との間のバックラッシについて説明する。
図４はこの発明の実施の形態１におけるウォーム１０とウォームホイール１１との間のバックラッシを示す断面図である。
図４に示すように、ウォーム１０とウォームホイール１１の歯の間にはバックラッシ（ガタ）ｌが存在する。このバックラッシｌにより、減速装置５のステッピングモータ６の起動、停止時及びステッピングモータ６の角加速度が減少する際に、ウォーム１０とウォームホイール１１の歯面が衝突して、バックラッシｌの範囲内でウォームホイール１１が回転振動する。

しかしながら、出力軸１２とスペーサ１５の間に形成されるすき間及びスペーサ１５とギアホルダ１４の間に形成されるすき間にグリス１６を充填するように構成したので、回転する出力軸１２と固定されているギアホルダ１４の間で相対運動が生じる際、グリス１６はせん断方向への変位に対して粘性負荷を発生する。このグリス１６による粘性負荷により、ウォームホイール１１及び出力軸１２の回転振動は速やかに減衰し、監視カメラの回転振動も減衰するため、画像のゆれ及び歯面の衝突による異音を抑制することができ、共振によるステッピングモータ６の脱調を防ぐことができる。

また、監視カメラ装置１が屋外に設置された場合、風等の外乱により、ウォームホイール１１及び出力軸１２はバックラッシｌの範囲内で回転振動するため、監視カメラも回転振動を生じる。このような場合にも、出力軸１２の外周とギアホルダ１４の間で相対運動が生じた際に、出力軸１２とスペーサ１５の間に形成されるすき間及びスペーサ１５とギアホルダ１４の間に形成されるすき間に充填されたグリス１６は、せん断方向への変位に対して粘性負荷を発生する。このグリス１６による粘性負荷により、ウォームホイール１１及び出力軸１２の回転振動は速やかに減衰し、監視カメラの回転振動も減衰するため、画像のゆれを抑制することができる。

一方、この構造では出力軸１２にグリス１６による粘性負荷を与えることになるので減速装置５の効率を低下させることになる。しかしながら、監視カメラ装置１においては、出力軸１２の振動周波数に対して出力軸１２の回転速度が十分小さく、グリス１６による粘性負荷はせん断速度の関数であることから、粘性負荷を適切に設定することで、減速装置５の効率低下を最小にとどめながら出力軸１２の振動を抑制することができる。ここで、この粘性負荷は、グリス１６の稠度、またはスペーサ１５と出力軸１２及びギアホルダ１４との間に形成されるすき間の調整により適切に設定することができる。

以上のように、この実施の形態１によれば、ウォーム１０とウォームホイール１１で構成される減速装置５において、出力軸１２とギアホルダ１４との間に形成されるすき間を調整するためのスペーサ１５とを備え、出力軸１２とスペーサ１５との間に形成されるすき間及びギアホルダ１４とスペーサ１５との間に形成されるすき間にグリス１６を充填することにより、出力軸１２とスペーサ１５間及びギアホルダ１４とスペーサ１５間に粘性抵抗を負荷するように構成したので、出力軸１２の回転振動を抑制することで、監視カメラの回転振動を抑制し、バックラッシに起因する画像のゆれおよび異音の発生を低減し、共振によるステッピングモータ６の脱調を防ぐことができる。

実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２に示す減速装置５の構造を示す図である。
この発明の実施の形態１に係る減速装置５では、ギアホルダ１４とスペーサ１５は分離して別体のものとして構成したが、この発明の実施の形態２に係る減速装置５では、図５に示すように、ギアホルダ１４及びスペーサ１５を一体の構造としたものである。このように構成することでも、この発明の実施の形態１に係る減速装置５と同様に、バックラッシに起因する画像のゆれ及び異音の発生を低減すると共に、共振によるステッピングモータ６の脱調を防ぐことができる。

実施の形態３．
この発明の実施の形態１，２に係る減速装置５では、ウォーム１０とウォームホイール１１を用いて構成したが、他の歯車の組み合わせ及びタイミングベルトなどのバックラッシを有する機構を用いた監視カメラ用の減速装置や監視カメラ以外の制御対象の減速装置についても、ギアホルダ１４と出力軸１２の間に粘性抵抗を負荷するように構成することで、この発明の実施の形態１，２に係る減速装置５と同様の効果を得ることができる。

１ 監視カメラ装置、２ カメラ部、３ 回転駆動部、４ ベース部、５ 減速装置、６ ステッピングモータ、７，９ プーリ、８ ベルト、１０ ウォーム、１１ ウォームホイール、１２ 出力軸、１３ ベアリング、１４ ギアホルダ、１５ スペーサ、１６ グリス。

Claims (4)

1. モータにより回転するウォームと、
   前記ウォームの回転により減速して回転するウォームホイールと、
   前記ウォームホイールの回転により回転し、制御対象を回動させる出力軸と、
   前記出力軸を保持するベアリングを支持するギアホルダと、
   前記出力軸と前記ギアホルダ間のすき間を調整するためのスペーサと、
   前記出力軸と前記スペーサ間及び前記ギアホルダと前記スペーサ間に充填された粘性抵抗を有する粘性ダンパとを備えた減速装置。
2. モータにより回転するウォームと、
   前記ウォームの回転により減速して回転するウォームホイールと、
   前記ウォームホイールの回転により回転し、制御対象を回動させる出力軸と、
   前記出力軸を保持するベアリングを支持するギアホルダと、
   前記出力軸と前記ギアホルダ間に充填された粘性抵抗を有する粘性ダンパとを備えた減速装置。
3. バックラッシを有する機構により回転し、制御対象を回動させる出力軸と、
   前記出力軸を保持するベアリングを支持するギアホルダと、
   前記出力軸と前記ギアホルダ間に充填された粘性抵抗を有する粘性ダンパとを備えた減速装置。
4. 前記粘性ダンパとしてグリスが充填されることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項記載の減速装置。

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