JP2012251601A - ウォーム減速機構とそれを用いた雲台装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 バックラッシュ調整を行うことなく、なめらかにパンチルト動作することを可能にした雲台装置を提供すること。
【解決手段】 ウォーム減速機構において、ウォームホイールを軸支する第１の筐体と、第１の筐体上に固定される第２の筐体とからなり、第２の筐体には、モーターと、モーター軸と、ウォームと、ウォームと一体的に回転するウォーム軸と、ウォーム軸を回動自在に支持する２つの軸受と、軸受を介してウォーム軸を保持するウォーム保持具と、ウォーム軸を軸方向に付勢する第１の付勢部材と、モーター軸からウォーム軸に回転を伝達し、角度と軸ずれを許容する可撓性カップリングと、一端を第２の筐体に、対向するもう一端をウォーム保持具に固定され、可撓性材料からなる第２の付勢部材とを備え、ウォーム軸は、モーター軸に対して可撓性カップリングを支点に傾くことを特徴とする構成とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、雲台装置に関し、特に雲台装置の駆動部に関するものである。

一般に、撮像装置を備え、モーターの動力によりパンチルト駆動を行う雲台装置において、歯車による減速機が用いられる。しかし歯車間にバックラッシュが存在すると、出力側の動作が不安定になり、パンチルト動作中の動作ムラなどを引き起こしてしまう。そこで、歯車間のバックラッシュを除去するため、入力側の歯車を、スプリングによって出力側の歯車に押し付けるという技術が広く採用されている。

例えば、特許文献１では付勢部材を用いてウォームをホイールからの反力の反対方向へ付勢する方法が開示されている。

特開２００６−００８００８号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示された従来技術では、軸受を支点にウォーム軸を傾けるため、継手上でウォーム軸とモーター軸との同軸度のずれが大きくなってしまうと、なめらかな駆動が出来なくなるという問題点があった。

そこで、本発明の目的は、バックラッシュ調整を行うことなく、なめらかにパンチルト動作することを可能にした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、本発明は、ウォームとウォームホイールとからなる、ウォーム減速機構において、
ウォームホイールを軸支する第１の筐体と、第１の筐体上に固定される第２の筐体とからなり、
第２の筐体には、モーターと、モーター軸と、ウォームと、ウォームと一体的に回転するウォーム軸と、ウォーム軸を回動自在に支持する２つの軸受と、軸受を介してウォーム軸を保持するウォーム保持具と、ウォーム軸を軸方向に付勢する第１の付勢部材と、モーター軸からウォーム軸に回転を伝達し、少なくとも角度と軸ずれを許容する可撓性カップリングと、一端を第２の筐体に、対向するもう一端をウォーム保持具に固定され、ウォーム軸とウォームホイールの回転軸とそれぞれ略平行な面をなす、少なくとも１つの可撓性材料からなる第２の付勢部材とを備え、
ウォーム軸は、モーター軸に対して可撓性カップリングを支点に傾くことを特徴とする。

本発明によればバックラッシュ調整を行うことなく、なめらかにパンチルト動作することを可能にした雲台装置を提供することが出来る。

本発明の第１実施例に係る、ウォーム減速機構を備えた雲台装置の斜視図。 ヘッド２内のパン駆動部。図１のＡ−Ａ断面図。 ウォームホイール４の取付け構造を示す図。図２のＢ−Ｂ断面図。 駆動ユニットｚの構造を示す図。図２のＣ−Ｃ断面図。 駆動ユニットｚの分解斜視図。図２のＸ視図。 駆動ユニットｚの分解斜視図。図２のＹ視図。 ヘッド２に取付け前の駆動ユニットｚを示す図。 ヘッド２に取付け後の駆動ユニットｚを示す図。 図４に対し、保持具９の穴９Ａと、軸受１３Ｂの外輪に隙間ｓを設けた図。図４のＤ部詳細図。 図２に対し、ストッパー２０を加えたヘッド２内のパン駆動部。図１のＡ−Ａ断面図。 ウォームホイール４０１の取付け構造を示す図。図１０のＥ−Ｅ断面図。 図１０に対し、外力Ｆ４が加えられた図。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態にかかわる雲台装置の斜視図である。

［実施例１］
以下、図１から図９を参照して、本発明の第１の実施例による、バックラッシュ除去機構を備えたウォーム減速機構ついて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る雲台装置の斜視図である。図示しない三脚等により支持された台座１には、ヘッド２が水平方向に回動自在に取り付けられ、このヘッド２には撮影装置が搭載されたハウジング３が垂直方向に回動自在に取り付けられている。

図２は図１のＡ−Ａ断面図で、ヘッド２内のパン駆動部を示している。駆動部内の主な構成は、ウォーム５を備える駆動ユニットｚと、駆動ユニットｚより、駆動力が伝達されるウォームホイール４とからなる。図２のＢ−Ｂ断面図である図３で示されるように、ウォームホイール４は台座１より突設した軸１Ａにネジ１２Ａによって固定されている。軸受１６の内輪は、ワッシャ１７と台座１の面１Ｂによって固定し、軸受１６の外輪は、ヘッド２の面２Ａと、押え環１８の面１８Ａで挟み込んで固定している。駆動ユニットｚは、ウォーム５、モーター６、モーター取付け筐体７、カップリング８、保持具９、板ばね１０、スプリング１１より構成される。モーター６はモーター取付け筐体７に、ネジ１２Ｃによって固定されている。モーター取付け筐体７は、ヘッド２にネジ１２Ｂによって取り付けられている。軸受１３Ａと軸受１３Ｂを介して保持具９に回転自在に取り付けられたウォーム軸１４には、ウォーム５が固定ビス１９により取り付けられている。図２のＣ−Ｃ断面図である図４で示されるように、保持具９の一端は、ウォーム軸１４に取り付けられたＥ型止め輪１５により軸方向の動きが規制される。また他端にはスプリング１１があり、ウォーム軸１４に取り付けられたネジ１２で挟み込むことで、保持具９をＦ１方向に付勢する。このことより、保持具９とウォーム軸１４のスラスト方向の位置関係は規制される。また保持具９と、モーター取付け筐体７は板ばね１０とネジ１２Ｅとネジ１２Ｆによって連結され、板ばね１０の付勢力により保持具９がウォームホイール４の中心方向Ｆ２へ付勢されるので、ウォーム５とウォームホイール４の噛み合い深さが一定に保持される。

次に図５と図６を用いて、モーター軸６Ａとカップリング８の接続関係を説明する。図５と図６はそれぞれ、図２のＸ視方向とＹ視方向より見た駆動ユニットｚの分解斜視図を示す。カップリング８はウォーム軸１４との連結部８Ａと、モーター軸６Ａとの連結部８Ｂで構成されている。モーター軸６Ａとの連結部８Ｂはゴム等の弾性部材で形成されていて、凹部８Ｃが設けられている。モーター軸６Ａの先端は、角が削られた四角柱になっていて、カップリング８の凹部８Ｃに挿嵌される。モーター軸６Ａとの連結部８Ｂは、弾性変形することで、モーター軸６Ａとウォーム軸１４との間に角度ずれや軸ずれが存在する場合も、図４で示すカップリング８上の点Ｓを中心にウォーム軸１４が傾くので、その軸ずれや角度ずれを許容することが出来る。モーター６の駆動力は、モーター軸６Ａより、カップリング８を介して、ウォーム軸１４に伝達される。よってモーター６が駆動することで、台座１にネジ１２Ａで固定されたウォームホイール４に駆動力が伝達され、ヘッド２が回動する。

次に図７、図８を用いて、モーター軸６Ａとウォーム軸１４の同軸度について説明する。図７は、ヘッド２に取付け前の駆動ユニットｚの状態を表す図である。ヘッド２に取付け前は、板ばね１０は付勢されず、ウォーム軸１４は図７で示されるように、点Ｓを支点にモーター軸６Ａに対して角度θ１傾いた状態となる。

次に図８は、ヘッド２に取付け後の駆動ユニットｚの状態を表す図である。ヘッド２に取付け後、ウォームホイール４によりウォーム５がＦ３方向に押されることで、ウォーム軸１４は角度θ１傾くので、モーター軸６Ａと略同軸の関係となる。

上記のように構成した実施例１の形態において、ウォームホイール４に対し、ウォーム５は板ばね１０の付勢力によって、常にＦ２方向に押し付けられるために、バックラッシュは自動的に零に維持される。また、スプリング１１とＥ型止め輪１５によって、ウォーム軸１４のスラスト方向の動きが規制されているために、ウォーム軸１４と保持具９のガタによるバックラッシュも自動的に零に維持される。また駆動ユニットｚは、ヘッド２に取付け前と、取付け後で、モーター軸６Ａとウォーム軸１４との同軸度が変化し、ヘッド２に取付け後に略同軸になるように構成されている。ウォーム軸１４はカップリング８上の点Ｓを支点に傾くので、駆動時のウォーム５とウォームホイール４の偏心によって生じるウォーム軸１４の傾きに対して、カップリング８の径方向の変位が小さくなる。そのためモーター６からの駆動力を、カップリング８を介して、ウォーム５にムラなく伝達するようになるため、なめらかな動作が可能となる。またカップリング８や、軸受１３Ａ、軸受１３Ｂへの駆動負荷が軽減するので、駆動ユニットｚの耐久性向上に繋がる。さらにウォーム５とカップリング８の間に配置される軸受１３Ｂの外輪と、保持具９の穴９Ａとの間に、軸受１３Ｂが径方向に移動可能な隙間を設けてもよい。

図９は図４のＤ部詳細図で、保持具９の穴９Ａと、軸受１３Ｂの外輪との間に隙間ｓを設けた図である。ウォーム軸１４は、モーター軸６Ａと、軸受１３Ａ、軸受１３Ｂの三か所で支持されているので、カップリング８によって許容しきれない軸ずれや角度ずれが生じた場合に、カップリング８や、軸受１３Ａ、軸受１３Ｂに大きな駆動負荷が生じる。よってカップリング８が許容しきれない軸ずれ、角度ずれを、隙間ｓで許容することで、カップリング８や、軸受１３Ａ、軸受１３Ｂへの駆動負荷を軽減することが出来る。

［実施例２］
以下、図１０から図１２を参照して、本発明の第２の実施例による、ウォーム減速機構の保護機能について説明する。本実施例は、実施例１の形態の変形例であり、雲台装置の駆動方向に外力が加えられた場合に、ウォーム減速機構を保護するための構造を説明する。実施例１の形態と同様な箇所、部材には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図１０は、図２のヘッド２内のパン駆動部において、ストッパー２０を加えた図である。ストッパー２０は、モーター取付け筐体７にネジ１２Ｅのネジ頭と隙間ｔもって取り付けられている。隙間ｔは、ウォーム５の歯丈よりも小さくなっている。このことから、板ばね１０がＶ１方向に撓んでも、ウォーム５とウォームホイール４０１の歯が外れるよりも先に、ストッパー２０にネジ１２Ｅのネジ頭が接触するので、板ばね１０が隙間ｔ以上撓むことを規制している。

次に図１１を用いて、ウォームホイール４０１の取付け構造を説明する。図１１は、図１０のＥ−Ｅ断面図である。図示しない三脚に支持されている台座１０１より先端にＤカット面１０１Ｂを持つ、軸１０１Ａが突設し、ワッシャ２１と挟み込んで軸受２０Ａと軸受２０Ｂの内輪を固定している。軸受２０Ａと軸受２０Ｂの外輪はヘッド２の面２Ａと、押え環２２の面２２Ａで挟み込んで固定している。ウォームホイール４０１は、摩擦部材２３を介して、Ｄカットワッシャ２４で挟み込んでいるので、ウォームホイール４０１の回転方向に摩擦力が加わるようになっている。Ｄカットワッシャ２４の上部には、ウェーブワッシャ２５を介して、押え部材２６がネジ２７によって固定されている。このとき、ウェーブワッシャ２５は弾性変形した状態になっており、その復元力によってウォームホイール４０１と摩擦部材２３の間に摩擦力が発生する。本実施例においては、摩擦力は板ばね１０が隙間ｔ撓むよりも、大きな力が発生するように設定されている。

次に図１２を用いて、ウォーム減速機構の保護機能の機構を説明する。図１２は図１０の状態より、図１に示すヘッド２の点Ｒに、力Ｆ４がヘッド２の回転方向に加えられたときの図である。力Ｆ４が加えられると、ウォーム５にはウォームホイール４０１の噛み合い部より力Ｆ５が発生する。またウォームホイール４０１にも、Ｆ５と同じ大きさで逆方向の力Ｆ６が発生する。ウォーム５へ、力Ｆ５が発生することで、板ばね１０はＶ２方向へ撓む。このとき力Ｆ４が、板ばね１０が隙間ｔ撓むのに必要な力より大きな場合、ネジ１２Ｅのネジ頭がストッパー２０に接触する。また力Ｆ４が、ウォームホイール４０１と摩擦部材２３より発生する摩擦力より大きな場合、ネジ１２Ｅのネジ頭がストッパー２０に接触後、ウォームホイール４０１は力Ｆ４方向に摩擦力に抗して回転することになる。

上記のように構成した実施例２の形態において、ストッパー２０は、板ばね１０の撓み量を規制しているために、ウォームホイール４０１とウォーム５の歯の噛み合わせが外れるのを防止している。またウォームホイール４０１を摩擦部材２３によって固定しているために、前記摩擦力以上の外力が作用した場合にも、台座１０１に対して、ウォームホイール４０１が摩擦部材２３を介して滑る構造となっている。このことより、風や外力が雲台装置に作用した場合にも、ウォームホイール４０１とウォーム５の歯に摩擦力以上の力がかかることを防止し、歯の破損を防ぐことが出来る。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

４ ウォーム
５ ウォームホイール
６ モーター
６Ａ モーター軸
７ モーター取付け筐体
８ カップリング
９ 保持具
１０ 板ばね
１１ スプリング
１３Ａ 軸受
１３Ｂ 軸受
１４ ウォーム軸

Claims (6)

1. ウォームとウォームホイールとからなる、ウォーム減速機構において、
   ウォームホイールを軸支する第１の筐体と、第１の筐体上に固定される第２の筐体とからなり、
   第２の筐体には、モーターと、モーター軸と、ウォームと、ウォームと一体的に回転するウォーム軸と、ウォーム軸を回動自在に支持する２つの軸受と、軸受を介してウォーム軸を保持するウォーム保持具と、ウォーム軸を軸方向に付勢する第１の付勢部材と、モーター軸からウォーム軸に回転を伝達し、少なくとも角度と軸ずれを許容する可撓性カップリングと、一端を第２の筐体に、対向するもう一端をウォーム保持具に固定され、ウォーム軸とウォームホイールの回転軸とそれぞれ平行な面をなす、少なくとも１つの可撓性材料からなる第２の付勢部材とを備え、
   ウォーム軸は、モーター軸に対して可撓性カップリングを支点に傾くことを特徴とするウォーム減速機構。
2. 第２の状態のモーター軸とウォーム軸との関係は、第１の状態のモーター軸とウォーム軸との関係より、平行度と同軸度が高いことを特徴とする請求項１に記載のウォーム減速機構。
3. ウォームとカップリングの間に配置される軸受の外輪と、ウォーム保持具の穴との間には、軸受が径方向に移動可能な隙間が設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のウォーム減速機構。
4. ウォームホイールからの反力を受けてウォームが逃げる方向にはウォーム保持具と当接するようにストッパーが設けられ、ウォーム保持具とストッパーとの間隔は、ウォームの歯たけより小さい間隔であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のウォーム減速機構。
5. ウォームホイールと出力軸の間にはフリクション機構が設けられ、外力により出力軸から力が伝達された場合、ストッパー、フリクションの順に保護機能が働くよう、付勢部とフリクション力の力が設定される請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のウォーム減速機構。
6. 請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のウォーム減速機構を用いた雲台装置。
   

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