JP2011256980A - 減速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】停止時のバックラッシを無くして、外力による画像のゆれを低減するとともに、動作時のバックラッシを確保して低負荷での円滑な回転駆動を行う。
【解決手段】２つのウォーム８，９が嵌合され、ウォーム８，９の回転により減速して回転するウォームホイール７と、ウォームホイール７の回転により回転し、制御対象を回転させる出力軸６と、各ウォーム８，９を個々に回転させる電動機１６，１７とを備えた。
【選択図】図２

Description

この発明は、停止時のバックラッシを無くして外力による画像のぶれを低減しながら、回転時はバックラッシを確保して低負荷で円滑な回転駆動を行う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１軸当たり１個の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１軸当たり１個のウォーム
（３）ウォーム、ウォームホイールをベアリングを介して支持するギアホルダ
（４）ギアホルダによって支持され、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。
このウォームとウォームホイールで構成される減速装置においては、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、バックラッシュすなわち歯車のガタが必要である。

しかしながら、この減速装置を屋外に設置する監視カメラ装置に適用した場合、風など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、カメラ画像のゆれが発生するといった問題がある。また、バックラッシの範囲内で出力軸が回転するので位置決め精度が低下するといった問題がある。

このような問題を避けるため、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では、１つのウォームホイールに２つのウォームを嵌合させ、２つのウォーム間を１つのタイミングベルトで繋いで同期回転させ、２つのウォームの回転位相を組み付け時に調整することによりバックラッシを除去するように構成されている。
また特開文献２では、ウォームとウォームホイールの軸間距離をアクチュエータで制御し、停止時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されている。

特開昭６４−４６０４３号公報 特開２００６−４６５９０号公報

しかしながら、特許文献１に開示される方法では、ウォームホイールやウォームの歯切り精度に起因するバックラッシの周期変動や温度変動に伴うバックラッシ変動を吸収するために、微小なバックラッシを残す必要があるという課題がある。
また、特開文献２に開示される方法では、軸間距離の可動機構を設けたために、構造が複雑になり、出力軸の回転方向の剛性が低くなるなどの課題があり、監視カメラ装置の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る。

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、ウォームとウォームホイールで構成される減速装置を用いた監視カメラ駆動機構において、停止時のバックラッシを無くして、外力による画像のゆれを低減するとともに、動作時のバックラッシを確保して低負荷での円滑な回転駆動を行う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、２つのウォームが嵌合され、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、制御対象を回転させる出力軸と、各ウォームを個々に回転させる電動機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、２つのウォームが嵌合され、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、制御対象を回転させる出力軸と、各ウォームを個々に回転させる電動機とを備えたことで、動作時は、２個のウォームをバックラッシが確保できる位置を保って回転させて低負荷で円滑な回転駆動を行うと共に、停止時は２個のウォームをウォームホイールが逆方向に回る向きに回転させてバックラッシを無くし、外力による画像のゆれを低減することができる。

この発明の実施の形態１に係る減速装置を使用する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に係る減速装置の停止動作を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る減速装置の停止動作時のバックラッシを示す図である。 この発明の実施の形態１に係る減速装置の起動動作を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る減速装置の起動動作時のバックラッシを示す図である。

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の構成を示す斜視図である。
監視カメラ装置１は、図１に示すように、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。図１に示すように、一方の減速装置５では、カメラ部２を上下に回動させるために、出力軸６が水平方向に配置されている。もう一方の減速装置５では、回転駆動部３自体を左右に回動させるために、出力軸６が垂直方向に配置されている。
この監視カメラを上下に回動させる減速装置５および回転駆動部３を左右に回動させる減速装置５を用いることによって、監視カメラを上下左右の任意の方向に向けることができる。

減速装置５は、図２に示すように、出力軸６、ウォームホイール７、ウォーム８，９、タイミングベルトプーリ１０〜１３、タイミングベルト１４，１５、電動機１６，１７およびギアホルダ１８から構成される。

出力軸６に固定されたウォームホイール７には、２個のウォーム８，９が嵌合されている。ウォーム８は、電動機１６からの駆動力がタイミングベルトプーリ１１、タイミングベルト１４およびタイミングベルトプーリ１０を介して伝達されることによって、回転可能に構成されている。同様に、ウォーム９は、電動機１７からの駆動力がタイミングベルトプーリ１３、タイミングベルト１５およびタイミングベルトプーリ１２を介して伝達されることによって、回転可能に構成されている。

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。
図３はこの発明の実施の形態１に係る減速装置５の停止動作を説明する図であり、図４はその際のバックラッシを示す図である。また、図５はこの発明の実施の形態１に係る減速装置５の起動動作を説明する図であり、図６はその際のバックラッシを示す図である。
出力軸６の回転を停止させている際には、電動機１６，１７は、ウォーム８，９を図３に示すＫ１方向に回転させている。ここで、ウォーム８，９が共に右ネジのウォームである場合には、Ｋ１方向への回転により、ウォーム８，９の歯はともにＫ２方向に移動しようとする。そのため、ウォームホイール７は、ウォーム８による左回転によってウォーム９の歯面と接触し、ウォーム９による右回転によってウォーム８の歯面と接触する。すなわち、図４に示すように、ウォーム８，９による歯面によってウォームホイール７ががたつきなく挟まれた状態（バックラッシなし）で出力軸６の回転を停止させることができる。

一方、出力軸６を回転させる際には、まず、電動機１６，１７は、ウォーム８，９を図５に示すＫ３方向（Ｋ１方向とは反対方向）に一定量回転させる。この動作によって、ウォーム８，９の歯はともにＫ４方向に移動して、図６に示すように、ウォームホイール７とウォーム８，９との間にバックラッシが生じる。次いで、電動機１６，１７は、ウォーム８，９を互いに逆方向（例えばウォーム８はＫ１方向、ウォーム９はＫ３方向）に同一速度で回転させる。この動作によって、ウォームホイール７が回転し、出力軸６を回転させることができる。

ここで、出力軸６を回転させる際には、ウォームホイール７とウォーム８，９との間には十分なバックラッシを確保することができる。そのため、ウォームホイール７やウォーム８，９の歯切り精度に起因するバックラッシの周期変動や温度変動に伴うバックラッシ変動があってもウォームホイール７とウォーム８，９との歯面は干渉せず、低負荷で円滑な回転駆動を行うことができる。

一方、出力軸６の回転を停止させる際には、電動機１６，１７は、ウォーム８，９の回転を一旦停止させた後、ウォーム８，９を図３のＫ１方向に一定量回転させる。この動作によって、ウォームホイール７がウォーム８，９の歯面によってがたつきなく挟まれた状態で出力軸６の回転を停止させることができる。

この際、ウォームホイール７は、ウォーム８，９により全くがたつきなく位置決めされるため、風などの外乱による出力軸６の回転振動は発生せず、カメラ画像のゆれを低減することができる。また、バックラッシに影響されず、位置決め精度を高く保つことができる。また、停止時のがたつきをなくすに当って、可動部分はウォーム８，９の回転方向のみであり、軸間距離は固定されているため簡略な構造であり、出力軸６の回転方向の剛性を高くすることができる。

以上のように、この実施の形態１によれば、１個のウォームホイール７に２個のウォーム８，９を嵌合させ、２個のウォーム８，９を個々に回転駆動させる電動機１６，１７を設け、２個のウォームの回転方向を出力軸６の回転時と停止時とで変えることで、回転時では適切なバックラッシを確保して低負荷で円滑な回転駆動を行い、停止時にはバックラッシを無くして、外力による画像のゆれを低減することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、出力軸６を回転させる際にはウォーム８，９をＫ３方向に一定量回転させ、出力軸６の回転を停止させる際にはウォーム８，９をＫ１方向に回転させるように構成したが、いずれか一方のウォームのみを回転させるように構成してもよい。

この場合、出力軸６を回転させる際には、まず、ウォーム８またはウォーム９を図５に示すＫ３方向（出力軸６の回転を停止させている際の回転方向Ｋ１とは反対方向）に一定量回転させる。この動作により、回転したウォームの歯はＫ４方向に移動し、ウォームホイール７とウォーム８，９との間にバックラッシが生じる。次いで、ウォーム８，９を互いに逆方向に同一速度で回転させる。この動作によって、ウォームホイール７が回転し、出力軸６を回転させることができる。

一方、出力軸６の回転を停止させる際には、ウォーム８，９の回転を一旦停止させた後、ウォーム８またはウォーム９を図３に示すＫ１方向に一定量回転させる。この動作により、ウォームホイール７がウォーム８，９の歯面によってがたつきなく挟まれた状態で出力軸６の回転を停止させることができる。

以上のように、この実施の形態２によれば、出力軸６の回転時または停止時において、ウォーム８，９のうちいずれか一方のみを回転させてバックラッシを調整するように構成することによっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

なお、実施の形態１，２では、出力軸６の回転を開始する際にウォーム８および／またはウォーム９をＫ３方向に回転させた場合において、出力軸６の回転を停止させる際にはウォーム８および／またはウォーム９をＫ１方向に回転させるようにしたが、出力軸６の回転を停止させる際にウォーム８および／またはウォーム９をＫ３方向に回転させるようにしてもよい。
このように構成することによっても、ウォーム８，９の歯の移動方向は逆（Ｋ４方向）となるが、ウォームホイール７をウォーム８，９による歯面によってがたつきなく挟まれた状態（バックラッシなし）で出力軸６の回転を停止させることができる。

また、実施の形態１，２では、減速装置５の制御対象を監視カメラとして監視カメラ装置１に適用した場合について示したが、これに限るものではなく、その他の制御対象に対しても同様に適用することが可能である。

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 出力軸、７ ウォームホイール、８，９ ウォーム、１０〜１３ タイミングベルトプーリ、１４，１５ タイミングベルト、１６，１７ 電動機、１８ ギアホルダ。

Claims (3)

1. ２つのウォームが嵌合され、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、制御対象を回転させる出力軸と、
   前記各ウォームを個々に回転させる電動機と
   を備えた減速装置。
2. 前記電動機は、前記出力軸を停止させる際には、前記２つのウォームを互いに同一方向に回転させ、前記出力軸を回転させる際には、前記２つのウォームを、前記出力軸を停止させる際の回転方向とは反対方向に一定量回転させた後に、互いに逆方向に回転させる
   ことを特徴とする請求項１記載の減速装置。
3. 前記電動機は、前記出力軸を停止させる際には、一方の前記ウォームを回転させ、前記出力軸を回転させる際には、一方の前記ウォームを前記出力軸を停止させる際の回転方向とは反対方向に一定量回転させた後に、前記２つのウォームを互いに逆方向に回転させる
   ことを特徴とする請求項１記載の減速装置。

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