JP2017175855A - 旋回駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で高速駆動が可能な旋回駆動装置を提供する。
【解決手段】旋回駆動装置の一例である監視カメラ１０Ａは、撮像装置５１０ａと、撮像装置５１０ａをチルト回転軸Ｔまわりに回転可能に軸支する支持体３０４ａと、基台３０１ａに配置され、パン回転軸Ｐまわりに回転する被駆動体１２０ａを有するパン駆動用モータ１００ａと、基台３０１ａに配置され、パン回転軸Ｐまわりに回転する被駆動体２２０ａを有するチルト駆動用モータ２００ａと、被駆動体２２０ａの回転駆動力をチルト回転軸Ｔまわりの回転出力に変換する回転筒４０２ａ及び転動体４０３ａとを備える。被駆動体１２０ａの回転駆動力によって撮像装置５１０ａと支持体３０４ａを一体的にパン回転軸Ｐまわりに回転させ、転動体４０３ａの出力によって撮像装置５１０ａをチルト回転軸Ｔまわりに回転させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動体と被駆動体とを加圧接触させ、振動体に励起させた振動によって振動体と被駆動体とを相対的に移動させる振動型アクチュエータを用いた旋回駆動装置に関する。

監視カメラ等では、撮像装置を互いに直交する２軸方向に回転させることができるように構成された旋回駆動装置（所謂、雲台装置）が用いられており、近年、雲台装置に対して、小型化と、撮像装置を駆動する際の駆動速度の高速化が強く求められている。このような要求に応えるために、撮像装置を水平方向（パン方向）と鉛直方向（チルト方向）の各方向に駆動するための２つの駆動源に振動型アクチュエータを使用した雲台装置が提案されている（特許文献１，２参照）。

特許第４０５８３９２号公報 特開２００５−３７７２４号公報

しかしながら、上記特許文献１，２に記載された雲台装置では、パン方向駆動用の振動型アクチュエータによって駆動される回転ステージ上に、撮像装置とチルト方向駆動用の振動型アクチュエータが搭載された構造となっている。そのため、チルト方向駆動用モータの慣性がパン方向駆動用モータの回転負荷となることで、駆動性能が損なわれる。また、チルト用モータへの給電のための配線に、スリップリングが必要となることや配線が複雑化することから、雲台装置の小型化は容易ではない。

本発明は、小型で、高速駆動が可能な旋回駆動装置を提供することを目的とする。

本発明に係る旋回駆動装置は、基台と、第１の回転体と、前記第１の回転体を第１の軸の軸まわりに回転可能に軸支する第２の回転体と、前記基台に配置された第１の振動体および前記第１の振動体に励起した振動により前記第１の軸と直交する第２の軸の軸まわりに回転する第１の被駆動体を有する第１の振動型アクチュエータと、前記基台に配置された第２の振動体および前記第２の振動体に励起した振動により前記第２の軸の軸まわりに回転する第２の被駆動体を有する第２の振動型アクチュエータと、前記第２の被駆動体の回転駆動力を前記第１の軸の軸まわりの回転出力に変換する出力変換手段と、を備え、前記第１の被駆動体の回転駆動力によって前記第１の回転体と前記第２の回転体とを一体的に前記第２の軸の軸まわりに回転させ、前記出力変換手段の出力によって前記第１の回転体を前記第１の軸の軸まわりに回転させることを特徴とする。

本発明によれば、小型で高速駆動が可能な旋回駆動装置を実現することができる。

本発明の第１実施形態に係る監視カメラの全体構成を示す斜視図と、概略構造をその断面を表して示す斜視図である。 図１の監視カメラを構成するパン駆動用モータとチルト駆動用モータのそれぞれの概略構造をその断面を表して示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る監視カメラの全体構成を示す斜視図と、監視カメラの概略構造をその断面を表して示す斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る監視カメラの全体構成を示す斜視図と、監視カメラの概略構造をその断面を表して示す斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る監視カメラの全体構成を示す斜視図と、監視カメラの概略構造をその断面を表して示す斜視図である。 本発明の第５実施形態に係る監視カメラの全体構成を示す斜視図と、監視カメラの概略構造をその断面を表して示す斜視図である。 本発明の第６実施形態に係る旋回ステージの全体構成を示す斜視図と、旋回ステージの概略構造をその断面を表して示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。ここでは、本発明に係る旋回駆動装置として監視カメラを取り上げることとする。

図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る監視カメラ１０Ａの全体構成を示す斜視図であり、図１（ｂ）は監視カメラ１０Ａの概略構造をその断面を表して示す斜視図である。監視カメラ１０Ａは、レンズ５１５ａを通して被写体を撮像する撮像装置５１０ａ（第１の回転体）と、撮像装置５１０ａを保持すると共に撮像装置５１０ａの光軸の向きを変える雲台装置５２０ａを備える。雲台装置５２０ａは、撮像装置５１０ａを互いに略直交する第１の軸と第２の軸のそれぞれの軸まわり（第１の軸と第２の軸のそれぞれの軸を中心軸として）に独立して回転させることが可能な構成となっている。以下、説明の便宜上、第１の軸をチルト方向（鉛直方向）の回転軸である「チルト回転軸Ｔ」と称呼し、第２の軸をパン方向（水平方向）の回転軸である「パン回転軸Ｐ」と称呼する。但し、チルト回転軸Ｔ及びパン回転軸Ｐの定義は、監視カメラ１０Ａが、パン回転軸Ｐが水平方向と略直交すると共にチルト回転軸Ｔが鉛直方向と略直交するように配置されることを必要とするものではない。また、パン回転軸Ｐとチルト回転軸Ｔとは略直交するが、これは、パン回転軸Ｐとチルト回転軸Ｔとが厳密に直交していることを必要としないことを指す。つまり、雲台装置５２０ａを構成する各種部品の寸法精度や組み付け精度を考慮して、パン回転軸Ｐとチルト回転軸Ｔとは、直交しているとみなすことができればよい。

雲台装置５２０ａは、第１の振動型アクチュエータ（以下「パン駆動用モータ」という）１００ａ、第２の振動型アクチュエータ（以下「チルト駆動用モータ」という）２００ａ、パン回転機構３００ａ及びチルト回転機構４００ａを備える。パン駆動用モータ１００ａとチルト駆動用モータ２００ａの構成の詳細については後述する。

パン回転機構３００ａは、基台３０１ａ、パン軸受３０２ａ、パン出力軸部材３０３ａ及び支持体３０４ａ（第２の回転体）を有する。基台３０１ａは、パン駆動用モータ１００ａを固定（保持）するための部材であるが、雲台装置５２０ａでは、チルト駆動用モータ２００ａを固定するための部材としても用いられている。パン出力軸部材３０３ａは、基台３０１ａにパン軸受３０２ａによって軸支され、パン回転軸Ｐまわりに回転可能に配置されている。なお、パン軸受３０２ａは、具体的には、玉軸受である。支持体３０４ａはパン出力軸部材３０３ａに固定されており、詳細は後述するが、パン駆動用モータ１００ａの駆動によってパン出力軸部材３０３ａがパン回転軸Ｐまわりに回転することで、支持体３０４ａをパン回転軸Ｐまわりに回転させることができる。

チルト回転機構４００ａは、回転筒軸受４０１ａ、回転筒４０２ａ、転動体４０３ａ、チルト出力軸部材４０４ａ及びチルト軸受４０５ａを有する。回転筒４０２ａは、リング状に形成されており、支持体３０４ａの外周に設けられた回転筒軸受４０１ａに軸支されている。よって、回転筒４０２ａは、パン回転軸Ｐまわりに支持体３０４ａに対する相対的な位置が変わるように回転可能となっている。チルト出力軸部材４０４ａは、支持体３０４ａの立壁部に設けられたチルト軸受４０５ａに、チルト回転軸Ｔまわりに回転可能に軸支されている。撮像装置５１０ａは、チルト出力軸部材４０４ａに保持されている。転動体４０３ａは、円板状の部材であり、チルト出力軸部材４０４ａに固定されており、転動体４０３ａの外周曲面は、回転筒４０２ａの一方の長手方向端面である上端面に加圧接触している。なお、回転筒軸受４０１ａとチルト軸受４０５ａはそれぞれ、具体的には、玉軸受である。

詳細は後述するが、チルト駆動用モータ２００ａを駆動すると、回転筒４０２ａがパン回転軸Ｐまわりに回転することにより、回転筒４０２ａと摩擦接触している転動体４０３ａがチルト回転軸Ｔまわりに回転する。これにより、撮像装置５１０ａが、チルト回転軸Ｔまわりに回転する。つまり、チルト回転機構４００ａは、チルト駆動用モータ２００ａからのパン回転軸Ｐまわりの回転出力をチルト回転軸Ｔまわりの回転出力に変換することによって撮像装置５１０ａをチルト回転軸Ｔまわりに回転させる出力変換手段である。なお、転動体４０３ａと回転筒４０２ａとの摩擦接触部は、潤滑油を用いたトラクションドライブ方式としてもよいし、潤滑油を用いない方式としてもよい。

図２（ａ）は、パン駆動用モータ１００ａの概略構造をその断面を表して示す斜視図である。パン駆動用モータ１００ａは、振動体１１０ａ、被駆動体１２０ａ及び加圧ばね１３０ａを有する。振動体１１０ａは、弾性体１１１ａ、圧電素子１１２ａ及びフレキシブルプリント基板（不図示）を有する。被駆動体１２０ａは、弾性体１２１ａ、制振ゴム１２２ａ及び加圧ばね受け部材１２３ａを有する。

振動体１１０ａは、全体的にリング状に形成されている。弾性体１１１ａは、リング状の形状を有し、ステンレス鋼等の鉄系材料からなり、窒化処理等により耐摩耗性が高められている。電気−機械エネルギ変換素子である圧電素子１１２ａは、リング状の形状を有し、弾性体１１１ａの下面（基台３０１ａ側の面）に接合されている。フレキシブルプリント基板（不図示）は、圧電素子１１２ａに駆動電圧である交流電圧を印加するために、圧電素子１１２ａに接合されている。振動体１１０ａは、弾性体１１１ａの内径側に延出する延出部が基台３０１ａに固定されることによって、基台３０１ａに保持されている。

被駆動体１２０ａは、全体的にリング状に形成されている。弾性体１２１ａは、ステンレス鋼等の鉄系材料からなり、リング状の形状を有する。加圧ばね受け部材１２３ａは、リング状の形状を有し、鉄系の金属材料からなる。リング状の制振ゴム１２２ａは、弾性体１２１ａと加圧ばね受け部材１２３ａとの間に配置されている。加圧ばね１３０ａは、平板リング状の形状を有する板ばねであり、その外周部は加圧ばね受け部材１２３ａに接合されており、その内周部はパン出力軸部材３０３ａに接合されている。加圧ばね１３０ａが加圧ばね受け部材１２３ａを弾性体１２１ａ側へ押圧することにより、弾性体１２１ａと加圧ばね受け部材１２３ａとが制振ゴム１２２ａを介して連結されると共に、弾性体１２１ａは弾性体１１１ａの上面に加圧接触する。弾性体１２１ａは、弾性体１１１ａとの接触部に接触ばね部を備えており、弾性体１１１ａに対して安定して接触することができる構造となっている。

圧電素子１１２ａに交流信号を印加すると、振動体１１０ａに予め設定されたｍ次の曲げモードでの振動の進行波が駆動振動として周方向に励起され、弾性体１１１ａの上面に楕円運動が生じて弾性体１２１ａが摩擦駆動される。これにより、弾性体１２１ａは円周方向に回転し、制振ゴム１２２ａを介して弾性体１２１ａと連結された加圧ばね受け部材１２３ａと加圧ばね１３０ａが弾性体１２１ａと一体的に回転することで、パン出力軸部材３０３ａがパン回転軸Ｐまわりに回転する。つまり、パン駆動用モータ１００ａの出力は、パン出力軸部材３０３ａの回転駆動力として外部に取り出される。

図２（ｂ）は、チルト駆動用モータ２００ａの概略構造をその断面を表して示す斜視図である。チルト駆動用モータ２００ａは、振動体２１０ａ、被駆動体２２０ａ及び加圧ばね２３０ａを有する。振動体２１０ａは、弾性体２１１ａ、圧電素子２１２ａ及びフレキシブルプリント基板（不図示）を有する。被駆動体２２０ａは、弾性体２２１ａ、制振ゴム２２２ａ及び連結部材２２３ａを有する。

チルト駆動用モータ２００ａは、全体的にリング状に形成されている。弾性体２１１ａは、リング状の形状を有し、ステンレス鋼等の鉄系材料からなり、窒化処理等により耐摩耗性が高められている。電気−機械エネルギ変換素子である圧電素子２１２ａは、リング状の形状を有し、弾性体２１１ａの下面（基台３０１ａ（図１（ｂ）参照）側の面）に接合されている。フレキシブルプリント基板（不図示）は、圧電素子２１２ａに駆動電圧である交流電圧を印加するために、圧電素子２１２ａに接合されている。振動体２１０ａは、皿ばねである加圧ばね２３０ａを介して基台３０１ａに取り付けられている。

被駆動体２２０ａは、全体的にリング状に形成されている。弾性体２２１ａは、ステンレス鋼等の鉄系材料からなり、リング状の形状を有する。連結部材２２３ａは、回転筒４０２ａと接合されている。ここで、回転筒４０２ａは、回転筒軸受４０１ａを介して支持体３０４ａと連結されて、パン回転軸Ｐ方向において所定位置に保持されているため、連結部材２２３ａもパン回転軸Ｐ方向において所定位置に保持される。したがって、振動体２１０ａ（弾性体２１１ａ）は、皿ばねである加圧ばね２３０ａによって弾性体２２１ａに対して押圧される。こうして、加圧ばね２３０ａによる付勢力によって、弾性体２１１ａと弾性体２２１ａとが加圧接触すると共に、制振ゴム２２２ａが弾性体２２１ａと連結部材２２３ａとを連結する。弾性体２２１ａには弾性体２１１ａとの接触部に接触ばね部が設けられており、弾性体２１１ａに対して安定して接触することができる構造となっている。

圧電素子２１２ａに交流信号を印加すると、振動体２１０ａに予め設定されたｎ次の曲げモードでの振動の進行波が駆動振動として周方向に励起され、弾性体２１１ａの上面に楕円運動が生じて、弾性体２２１ａが摩擦駆動される。これにより、弾性体２２１ａが円周方向に回転し、制振ゴム２２２ａを介して弾性体２２１ａと連結された連結部材２２３ａが弾性体２２１ａと一体的に回転することで、連結部材２２３ａと接合された回転筒４０２ａ（図１参照）がパン回転軸Ｐまわりに回転する。つまり、チルト駆動用モータ２００ａの出力は、回転筒４０２ａの回転駆動力として外部に取り出される。

雲台装置５２０ａでは、パン回転軸Ｐと、パン駆動用モータ１００ａの回転軸と、チルト駆動用モータ２００ａの回転軸とが略一致して、同一軸とみなせることが最も望ましい。これら３つの回転軸が略一致しているとは、３つの回転軸が、後述するように回転筒４０２ａ上を転動体４０３ａが転動するときに転動体４０３ａが回転筒４０２ａから離れない範囲（位置関係）にあることを指す。

雲台装置５２０ａでは、パン駆動用モータ１００ａとチルト駆動用モータ２００ａのそれぞれの振動体１１０ａ，２１０ａは、基台３０１ａに対して相対的に移動も回転もしない。そのため、振動体１１０ａ，２１０ａのそれぞれのフレキシブルプリント基板も、基台３０１ａに対して相対的に移動も回転もしない。よって、スリップリングを使用せずに振動体１１０ａ，２１０ａ（圧電素子１１２ａ，２１２ａ）への給電が可能になることで、給電のための配線を簡素化することができ、これにより雲台装置５２０ａの小型化が可能となる。また、チルト駆動用モータ２００ａの内径側に同心円状にパン駆動用モータ１００ａが配置された構成とすることで、雲台装置５２０ａの小型化が実現されている。なお、パン駆動用モータ１００ａでは、弾性体１１１ａのそれぞれの上面（弾性体１２１ａと接触する面）に、周方向に所定の間隔で凹凸が設けられている。これにより、弾性体１１１ａの上面に、被駆動体１２０ａを摩擦駆動するための楕円運動を効率的に励起することが可能になると共に、振動体１１０ａの軽量化を図ることができる。このような効果は、弾性体１１１ａと同様の構造を有する弾性体２１１ａについても得ることができる。

次に、雲台装置５２０ａを用いて、撮像装置５１０ａを２軸回転させるための、パン駆動用モータ１００ａとチルト駆動用モータ２００ａの駆動方法について説明する。図１に示すパン回転軸Ｐとチルト回転軸Ｔについて示されている矢印方向を正方向とし、パン駆動用モータ１００ａの回転速度をＮｐ［ｒｐｍ］、チルト駆動用モータ２００ａの回転速度をＮｔ［ｒｐｍ］とする。

撮像装置５１０ａを、パン回転軸Ｐまわりにのみ回転させるためには、パン駆動用モータ１００ａとチルト駆動用モータ２００ａを同じ方向に同じ回転速度で駆動させる（Ｎｐ＝Ｎｔ≠０［ｒｐｍ］）。これは、以下の理由による。すなわち、パン駆動用モータ１００ａを駆動すると、パン出力軸部材３０３ａが回転し、パン出力軸部材３０３ａに接合された支持体３０４ａがパン回転軸Ｐまわりに回転する。このとき、チルト出力軸部材４０４ａに転動体４０３ａが固定されており、転動体４０３ａは回転筒４０２ａと加圧接触している。そのため、回転筒４０２ａが不動であると、転動体４０３ａと回転筒４０２ａの接触部の摩擦力によって、例えば、支持体３０４ａに対して転動体４０３ａが回転し、あるいは転動体４０３ａが回転筒４０２ａに対して摩擦摺動しながら滑る等の問題が生じる。そこで、パン駆動用モータ１００ａとチルト駆動用モータ２００ａを同じ方向に同じ回転速度で駆動して、撮像装置５１０ａ、チルト回転機構４００ａ及び支持体３０４ａを一体的にパン回転軸Ｐまわりに回転させる。これにより、転動体４０３ａと回転筒４０２ａとの間に摩擦摺動を発生させることなく、また、転動体４０３ａをチルト回転軸Ｔまわりに回転させることもなく、撮像装置５１０ａをパン回転軸Ｐまわりにのみ回転させることができる。

このように、雲台装置５２０ａでは、パン回転軸Ｐまわりに撮像装置５１０ａを回転させる際に、チルト駆動用モータ２００ａの慣性がパン駆動用モータ１００ａの回転負荷にならない。また、雲台装置５２０ａが撮像装置５１０ａをパン回転軸Ｐまわりに回転させるために必要なトルクは、パン駆動用モータ１００ａとチルト駆動用モータ２００ａの出力トルクの和とすることができる。よって、１つのモータ（振動型アクチュエータ）でパン回転軸まわりの回転動作を実現する従来構造と比べて、大きなトルクを得ることができる。これらの理由から、雲台装置５２０ａは、小型であっても撮像装置５１０ａを高速で駆動することができる。

撮像装置５１０ａを、チルト回転軸Ｔまわりにのみ回転させるためには、パン駆動用モータ１００ａを駆動せず（Ｎｐ＝０）、チルト駆動用モータ２００ａのみを駆動させる（Ｎｔ≠０）。パン駆動用モータ１００ａを駆動しないことで、支持体３０４ａは回転せず、チルト駆動用モータ２００ａの出力により、上述の通り、回転筒４０２ａがパン回転軸Ｐまわりに回転する。転動体４０３ａは回転筒４０２ａと加圧接触（摩擦接触）しているため、回転筒４０２ａの回転にしたがって転動体４０３ａが回転し、転動体４０３ａの回転に伴ってチルト出力軸部材４０４ａが回転する。こうして、チルト出力軸部材４０４ａに保持された撮像装置５１０ａを、転動体４０３ａ及びチルト出力軸部材４０４ａと一体的にチルト回転軸Ｔまわりに回転させることができる。

撮像装置５１０ａをチルト回転軸Ｔまわりにのみ回転させる際に支持体３０４ａをパン回転軸Ｐまわりに回転させない方法の１つとして、パン駆動用モータ１００ａを駆動して、支持体３０４ａの回転を制御する方法がある。また、別の方法として、パン駆動用モータ１００ａの無通電時の保持トルクを利用する方法が考えられ、この場合には、パン駆動用モータ１００ａにおいて振動体１１０ａと被駆動体１２０ａとの摩擦接触部が滑らないようにする必要がある。つまり、パン駆動用モータ１００ａの保持トルクは、チルト駆動用モータ２００ａの出力トルクよりも大きい必要があり、更に、チルト駆動用モータ２００ａの保持トルクよりも大きいことがより望ましい。

撮像装置５１０ａをパン回転軸Ｐとチルト回転軸Ｔの２つの回転軸の軸まわりに同時に回転させるように雲台装置５２０ａの駆動を制御することも可能である。この場合、撮像装置５１０ａのパン回転軸Ｐまわりの回転をパン駆動用モータ１００ａの駆動によって行い、チルト回転軸Ｔまわりの回転をパン駆動用モータ１００ａとチルト駆動用モータ２００ａの回転速度の差分で行う。例えば、パン駆動用モータ１００ａとチルト駆動用モータ２００ａを共に正方向に駆動する場合に、“Ｎｐ＞Ｎｔ”であれば、転動体４０３ａはチルト回転軸Ｔまわりの負の方向に回転する。一方、“Ｎｐ＜Ｎｔ”であれば転動体４０３ａはチルト回転軸Ｔまわりの正の方向に回転する。撮像装置５１０ａのチルト回転軸Ｔまわりの回転は、転動体４０３ａのチルト回転軸Ｔまわりの回転に従う。

図３（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る監視カメラ１０Ｂの全体構成を示す斜視図であり、図３（ｂ）は監視カメラ１０Ｂの概略構造をその断面を表して示す斜視図である。監視カメラ１０Ｂにおいて、第１実施形態に係る監視カメラ１０Ａの構成要素と同じ構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。監視カメラ１０Ｂは、第１実施形態に係る監視カメラ１０Ａが円板状の転動体４０３ａを有するのに対して、扇形平板状の転動体４０３ｂを有する点で、監視カメラ１０Ａと相違する。チルト回転機構４００ｂは、転動体４０３ａに代えて転動体４０３ｂを有する点で、監視カメラ１０Ａを構成するチルト回転機構４００ａと異なる。

チルト回転機構４００ｂにおいて、転動体４０３ｂは弧状の曲面で回転筒４０２ａに対して加圧接触している。チルト駆動用モータ２００ａを駆動により、転動体４０３ｂは、チルト回転軸Ｔまわりに回転する。雲台装置５２０ｂでは、転動体４０３ｂが回転筒４０２ａに対して転動可能な範囲（つまり、チルト回転軸Ｔまわりの回転角度の範囲）が制限される。しかし、転動体４０３ａよりも転動体４０３ｂは小型化されているため、パン駆動用モータ１００ａとチルト駆動用モータ２００ａの駆動時における転動体４０３ｂに起因する慣性負荷を小さくすることができる。こうして、雲台装置５２０ｂでは、雲台装置５２０ａに対して、更なる小型化と撮像装置５１０ａの高速駆動が可能になる。

図４（ａ）は、本発明の第３実施形態に係る監視カメラ１０Ｃの全体構成を示す斜視図であり、図４（ｂ）は監視カメラ１０Ｃの概略構造をその断面を表して示す斜視図である。監視カメラ１０Ｃにおいて、第１実施形態に係る監視カメラ１０Ａの構成要素と同じ構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。監視カメラ１０Ｃは、監視カメラ１０Ａが１つの転動体４０３ａを有するのに対して、複数の転動体（ここでは、第１の転動体４０３ｃ−１及び第２の転動体４０３ｃ−２）を有する点で、監視カメラ１０Ａと相違する。

監視カメラ１０Ｃを構成する雲台装置５２０ｃは、パン駆動用モータ１００ａ、チルト駆動用モータ２００ａ、パン回転機構３００ｃ及びチルト回転機構４００ｃを有する。チルト回転機構４００ｃは、回転筒軸受４０１ａ、回転筒４０２ａ、第１の転動体４０３ｃ−１、第２の転動体４０３ｃ−２、チルト出力軸部材４０４ｃ−１，４０４ｃ−２及びチルト軸受４０５ｃ−１，４０５ｃ−２を有する。パン回転機構３００ｃは、基台３０１ａ、パン軸受３０２ａ、パン出力軸部材３０３ａ及び支持体３０４ｃを有する。

チルト軸受４０５ｃ−１，４０５ｃ−２はそれぞれ、支持体３０４ｃに設けられており、チルト出力軸部材４０４ｃ−１，４０４ｃ−２を回転可能に支持している。第１の転動体４０３ｃ−１及び第２の転動体４０３ｃ−２はそれぞれ、チルト出力軸部材４０４ｃ−１，４０４ｃ−２に固定されている。よって、チルト駆動用モータ２００ａの駆動によって回転筒４０２ａが回転すると、第１の転動体４０３ｃ−１が回転筒４０２ａと接触しながら転動する。第２の転動体４０３ｃ−２は、第１の転動体４０３ｃ−１と接触しており、第１の転動体４０３ｃ−１の回転にしたがって回転する。撮像装置５１０ａは、第２の転動体４０３ｃ−２を支持するチルト出力軸部材４０４ｃ−２に取り付けられているため、第２の転動体４０３ｃ−２と一体的にチルト回転軸Ｔまわりに回転する。なお、チルト駆動用モータ２００ａの回転方向と撮像装置５１０ａの回転方向との関係は、監視カメラ１０Ｃでは、上述した監視カメラ１０Ａ，１０Ｂとは逆になる。

雲台装置５２０ｃでは、第１の転動体４０３ｃ−１及び第２の転動体４０３ｃ−２の径の比を変更することにより、撮像装置５１０ａをチルト回転軸Ｔまわりに回転させる際の駆動トルクと回転速度を変更することができる。つまり、チルト回転機構４００ｃは、第１の転動体４０３ｃ−１及び第２の転動体４０３ｃ−２を有することにより、変速機構として機能する。また、雲台装置５２０ｃでは、撮像装置５１０ａをパン回転軸Ｐまわりに３６０度回転させることを可能にしながら、第１の転動体４０３ｃ−１及び第２の転動体４０３ｃ−２を小型化することができる。よって、雲台装置５２０ｃでも、第２実施形態に係る雲台装置５２０ｂと同等の効果を得ることができる。なお、監視カメラ１０Ｃでは、第１の転動体４０３ｃ−１と第２の転動体４０３ｃ−２の間の摩擦力を用いて動力を伝達する構成としたが、これに限定されず、歯車を用いた動力を伝達する構成又はベルトとプーリーを用いて動力を伝達する構成としてもよい。

図５（ａ）は、本発明の第４実施形態に係る監視カメラ１０Ｄの全体構成を示す斜視図であり、図５（ｂ）は監視カメラ１０Ｄの概略構造をその断面を表して示す斜視図である。監視カメラ１０Ｄにおいて、第１実施形態に係る監視カメラ１０Ａの構成要素と同じ構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。監視カメラ１０Ｄを構成する雲台装置５２０ｄは、パン駆動用モータ１００ａ、チルト駆動用モータ２００ａ、パン回転機構３００ａ及びチルト回転機構４００ｄを備える。チルト回転機構４００ｄは、回転筒軸受４０１ａ、回転筒４０２ａ、転動体４０３ａ、チルト出力軸部材４０４ｄ、第１のチルト軸受４０５ｄ、空転体４０６ｄ及び第２のチルト軸受４０７ｄを有する。

第１のチルト軸受４０５ｄは、監視カメラ１０Ａ〜１０Ｃを構成するチルト軸受４０５ａと実質的に同じである。円板状の空転体４０６ｄは、転動体４０３ａとは形状や質量等が同等となるように構成されている。円板状の空転体４０６ｄは、パン回転軸Ｐに対して転動体４０３ｄと略対称となる位置に配置され、回転筒４０２ａと接触しながら回転する。チルト駆動用モータ２００ａを駆動して回転筒４０２ａをパン回転軸Ｐまわりに回転させると、空転体４０６ｄと転動体４０３ａとでは、チルト回転軸Ｔまわりの回転方向は逆になる。よって、空転体４０６ｄのチルト回転軸Ｔまわりの回転が撮像装置５１０ａに伝達されない構成となっている必要がある。そのために、空転体４０６ｄは、第２のチルト軸受４０７ｄを介してチルト出力軸部材４０４ｄに取り付けられており、これにより、空転体４０６ｄは、撮像装置５１０ａとは、チルト回転軸Ｔまわりに独立して回転することができる。空転体４０６ｄを設けることによって、回転筒４０２ａが転動体４０３ａ及び空転体４０６ｄから受ける加圧力が撮像装置５１０ａに対して略対称となることで、転動体４０３ｄの動作を安定させることができる。

なお、空転体４０６ｄを設ける場合、空転体４０６ｄのチルト回転軸Ｔまわりの回転が撮像装置５１０ａに伝達されない構成であればよいため、空転体４０６ｄが支持体３０４ａに軸支される構成となっていてもよい。また、空転体４０６ｄが回転筒４０２ａの上をチルト回転軸Ｔまわりに回転しながら転動する構成に限定されず、空転体４０６ｄがチルト回転軸Ｔに平行な軸の軸まわりに回転しながら回転筒４０２ａの上を転動する構成となっていてもよい。

図６（ａ）は、本発明の第５実施形態に係る監視カメラ１０Ｅの全体構成を示す斜視図であり、図６（ｂ）は監視カメラ１０Ｅの概略構造をその断面を表して示す斜視図である。監視カメラ１０Ｅにおいて、第４実施形態に係る監視カメラ１０Ｄの構成要素と同じ構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。監視カメラ１０Ｅは、監視カメラ１０Ｄの回転筒軸受４０１ａ（玉軸受）を滑り軸受に変更したものである。したがって、監視カメラ１０Ｅを構成する雲台装置５２０ｅは、パン駆動用モータ１００ａ、チルト駆動用モータ２００ａ、パン回転機構３００ｅ及びチルト回転機構４００ｅを備える。パン回転機構３００ｅは、基台３０１ａ、パン軸受３０２ａ、パン出力軸部材３０３ａ及び支持体３０４ｅを有する。チルト回転機構４００ｅは、回転筒４０２ｅ、転動体４０３ａ、チルト出力軸部材４０４ｄ、第１のチルト軸受４０５ｄ、空転体４０６ｄ及び第２のチルト軸受４０７ｄを有する。

パン回転軸Ｐ方向において、振動体２１０ａと被駆動体２２０ａとを加圧接触させる加圧力と、回転筒４０２ｅと転動体４０３ａ及び空転体４０６ｄとを加圧接触させる加圧力とは、直列の関係で大きさが略等しく、第１のチルト軸受４０５ｄがこの加圧力を受ける。よって、雲台装置５２０ｅでは、各種部品の加圧構造と軸受構造を簡素化することができる。

図７（ａ）は、本発明の第６実施形態に係る旋回ステージ１０Ｆの全体構成を示す斜視図であり、図７（ｂ）は旋回ステージ１０Ｆの概略構造をその断面を表して示す斜視図である。旋回ステージ１０Ｆは、監視カメラ１０Ａの撮像装置５１０ａをステージ６１０ｆに変更したものである。よって、旋回ステージ１０Ｆの構成要素であって、第１実施形態に係る監視カメラ１０Ａの構成要素と同じものについては、同じ符号を付して説明を省略する。ステージ６１０ｆには、使用目的に応じて種々の部材や装置を取り付けることができる。また、旋回ステージ１０Ｆは、顕微鏡等の観察装置において被観察物を載置するためのステージとして用いることができ、ロボットアームの関節ユニットとして用いることもできる。なお、チルト出力軸部材４０４ａは、チルト回転軸Ｔ方向につながった１本の軸部材であってもよい。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。更に、上述した各実施形態は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。

例えば、上記実施形態では、パン駆動用モータ１００ａとチルト駆動用モータ２００ａのそれぞれの振動体１１０ａ，２１０ａをリング形状とし、所定の次数での曲げモードでの振動によって進行波を励起する構成について説明した。しかし、パン駆動用モータ１００ａ及びチルト駆動用モータ２００ａとして用いられる振動型アクチュエータは、被駆動体１２０ａ，２２０ａを回転駆動させることができれば、その構造に制限はない。例えば、平板状の弾性体の一方の面に２つの突起部が設けられ、他方の面に圧電素子が設けられた振動体をリング状の土台部材に、２つの突起部を結ぶ方向が接線方向となるように、所定数、配置したものを用いることができる。この振動体では、圧電素子に所定の交流電圧を印加することにより、２つの突起部を結ぶ方向と突起方向とを含む面内で突起部の先端に楕円運動を生じさせて、被駆動体を回転駆動することができる。

監視カメラ１０Ａでは、回転筒４０２ａが回転筒軸受４０１ａによって支持体３０４ａに軸支される構成を示したが、この構成に限られず、回転筒４０２ａが軸受により基台３０１ａに軸支された構成となっていてもよい。また、回転筒軸受４０１ａ等の各種の軸受として玉軸受を用いた構成を示したが、これに限定されず、荷重の向きや大きさに応じて、適切な軸受を用いればよい。更に、チルト駆動用モータ２００ａからのパン回転軸Ｐまわりの回転出力を回転筒４０２ａ及び転動体４０３ａによってチルト回転軸Ｔまわりの回転に変換する構成について説明した。しかし、このような構成に限定されず、回転軸を直交方向に変換する出力変換手段としては、例えば、傘歯車を用いたものやクラウン歯車とピニオンを用いたものの適用が可能である。

上記実施形態では、支持体３０４ａをパン出力軸部材３０３ａに直接に連結した構成としたが、これに限られず、支持体３０４ａは弾性体２２１ａと一体的に回転する構造となっていればよい。よって、例えば、支持体３０４ａは、加圧ばね受け部材１２３ａと連結されていてもよい。また、チルト駆動用モータ２００ａの内径側のスペースにパン駆動用モータ１００ａを同心円状に配置したが、これとは逆に配置となっていてもよい。すなわち、外径側の振動型アクチュエータをパン駆動用モータとし、内径側の振動型アクチュエータをチルト駆動用モータとしてもよい。また、パン駆動用モータ１００ａとチルト駆動用モータ２００ａの回転軸が略一致していれば、チルト駆動用モータ２００ａの内径側のスペースにパン駆動用モータ１００ａの全体が収まっていなくともよい。更に、パン駆動用モータ１００ａが、撮像装置５１０ａを挟んで、チルト駆動用モータ２００ａの反対側に配置されていてもよい。

１０Ａ〜１０Ｅ 監視カメラ
１０Ｆ 旋回ステージ
１００ａ パン駆動用モータ
１１０ａ，２１０ａ 振動体
１２０ａ，２２０ａ 被駆動体
２００ａ チルト駆動用モータ
３００ａ パン回転機構
３０１ａ 基台
３０４ａ 支持体
４００ａ チルト回転機構
４０２ａ 回転筒
４０３ａ 転動体
５１０ａ 撮像装置
５２０ａ〜５２０ｅ 雲台装置
６１０ｆ ステージ

Claims (11)

1. 基台と、
   第１の回転体と、
   前記第１の回転体を第１の軸の軸まわりに回転可能に軸支する第２の回転体と、
   前記基台に配置された第１の振動体および前記第１の振動体に励起した振動により前記第１の軸と直交する第２の軸の軸まわりに回転する第１の被駆動体を有する第１の振動型アクチュエータと、
   前記基台に配置された第２の振動体および前記第２の振動体に励起した振動により前記第２の軸の軸まわりに回転する第２の被駆動体を有する第２の振動型アクチュエータと、
   前記第２の被駆動体の回転駆動力を前記第１の軸の軸まわりの回転出力に変換する出力変換手段と、を備え、
   前記第１の被駆動体の回転駆動力によって前記第１の回転体と前記第２の回転体とを一体的に前記第２の軸の軸まわりに回転させ、前記出力変換手段の出力によって前記第１の回転体を前記第１の軸の軸まわりに回転させることを特徴とする旋回駆動装置。
2. 前記第１の被駆動体と前記第２の被駆動体はそれぞれリング状の形状を有し、
   前記第１の振動体と前記第２の振動体はそれぞれリング状の形状を有し、
   前記第２の振動型アクチュエータの内径側のスペースに前記第１の振動型アクチュエータが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の旋回駆動装置。
3. 前記第１の被駆動体の回転駆動力を外部に取り出すための出力軸部材と、
   前記出力軸部材を前記第２の軸の軸まわりに回転可能に軸支するように前記基台に設けられた軸受と、を備え、
   前記第２の回転体は前記軸受に固定され、
   前記軸受が前記第１の被駆動体と連結されて前記第１の被駆動体の回転にしたがって前記第２の軸の軸まわりに回転することで、前記第２の回転体が前記第２の軸の軸まわりに回転することを特徴とする請求項１又は２に記載の旋回駆動装置。
4. 前記出力変換手段は、
   前記第２の軸の軸まわりに回転可能に配置され、前記第２の被駆動体と連結されて前記第２の被駆動体の回転に伴って回転する回転筒と、
   前記第１の回転体と連結され、前記第１の軸の軸まわりに回転可能な転動体とを備え、
   前記転動体は、円板状あるいは扇形平板状の形状を有し、その外周曲面で前記回転筒の長手方向端面と摩擦接触し、前記回転筒の回転にしたがって前記第１の軸の軸まわりに回転することで前記第１の回転体を前記第１の軸の軸まわりに回転させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の旋回駆動装置。
5. 前記出力変換手段は、
   転動体と、
   前記第２の軸の軸まわりに回転可能に配置され、前記第２の被駆動体と連結されて前記第２の被駆動体の回転に伴って回転する回転筒と、を備え、
   前記転動体は、
   前記第１の軸と平行な軸の軸まわりに回転可能であり、前記回転筒の長手方向端面と摩擦接触する第１の転動体と、
   前記第１の回転体と連結され、前記第１の転動体の回転にしたがって前記第１の軸の軸まわりに回転する第２の転動体と、を有し、
   前記回転筒の回転にしたがって前記第１の転動体が回転することで前記第２の転動体が回転することにより、前記第１の回転体を前記第１の軸の軸まわりに回転させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の旋回駆動装置。
6. 前記第２の軸に対して前記転動体と対称となる位置に、前記回転筒の長手方向端面と摩擦接触するように配置され、前記回転筒の回転にしたがって前記第１の軸の軸まわりに空転する空転体を備えることを特徴とする請求項４又は５に記載の旋回駆動装置。
7. 前記第２の軸の軸方向において、前記第２の振動体と前記第２の被駆動体とを加圧接触させる加圧力と、前記回転筒と前記転動体および前記空転体とを加圧接触させる加圧力とは、直列の関係にあることを特徴とする請求項６に記載の旋回駆動装置。
8. 前記回転筒と前記第２の回転体とを独立して前記第２の軸の軸まわりに回転可能に連結する軸受を備えることを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項に記載の旋回駆動装置。
9. 前記第１の振動型アクチュエータの無通電時の保持トルクは、前記第２の振動型アクチュエータの出力トルクよりも大きいことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の旋回駆動装置。
10. 前記第１の回転体は撮像装置であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の旋回駆動装置。
11. 前記第１の回転体はステージであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の旋回駆動装置。