JP4229844B2 - 搭載重量物用の傾斜可能な据付台またはこれに関する改善 - Google Patents

Description

本発明は、搭載重量物（payload ）用の傾斜可能な据付台に関し、限定的に適用される訳ではないが、特にテレビ／ビデオカメラ用の傾斜可能な据付台に関する。

油圧式または空気圧式の装置およびばねを含む、レバーまたはカムを用いた構造を介して荷重がかけられる(重量物が積載される)、多くの荷重平衡化機構(load counterbalancing mechanism )が知られている。我々の英国特許明細書第２１０２７５７号は、複合的なスプリングおよびレバー装置を開示している。これは、完全な平衡状態（バランスがとれた状態）を提供し、また、異なる荷重に適応するために調節可能であるが、比較的に複雑で大きいため、適応が困難となる場合がある。平衡化機構、特にカメラ用の傾斜据付台として実施される機構に重要な要件の１つは、据付台全体の大きさを最小限に保てるように、機構をコンパクトにすることである。

我々の国際特許公報第ＷＯ−Ａ−９４／０７０８０号は、搭載重量物を支持するためのベースおよび支持部材を備える、搭載重量物用の傾斜可能な据付台を開示している。支持部材は、ベース上で水平軸まわりに傾斜可能であり、前記水平軸の上死点位置から各側に傾斜する。トルク発生装置がベースに取り付けられ、支持部材の傾斜に応じて傾斜可能な支持部材に作用し、搭載重量物を有する支持部材にかかる外的なバランスモーメント(outer balance moment)と同等かつ反対方向のトルクを発生させることで、前記水平軸まわりの移動におけるいずれの位置においても平衡の取れた状態に支持部材を保持する。傾斜可能な支持部材は、前記水平軸まわりに傾斜するように支持部材に取り付けられる２つのスタブシャフト（stub shaft）を有しており、各スタブシャフトに作用するように２つのトルク発生ユニットが設けられ、これらはそれぞれ、変位に対し正弦波形状に変化するトルクを提供する。トルク発生ユニットを調節する制御部が設けられ、ユニット間で位相角を変化させ、傾斜可能なトルク部材の移動における任意の位置向けにユニットにより生成されたトルクの合計振幅を変化させ、支持部材上の搭載重量物の重量に適合させる制御部が設けられている。

我々の国際特許公報第ＷＯ９８／３６２０８号は、水平軸まわりに回転可能な、重量物を支えるための入力と、重量物が前記水平軸上に縦に配置された中立位置から、入力が回転して移動した場合に、平衡化トルクを生成するための手段とを備える回転式の平衡化機構を開示している。平衡化トルクを生成するための手段は、直線に移動可能な整列された一対の出力と、前記中立位置からの入力の回転を、最小と最大の変位位置の間において互いの位相から９０°外にある前記出力の正弦波の変位に変換するカムと、出力の前記振動移動に対し、前記最小変位位置から離れるように抵抗するばね手段とを備える。

英国特許明細書第２１０２７５７号 国際特許公報第ＷＯ−Ａ−９４／０７０８０号 国際特許公報第ＷＯ９８／３６２０８号

本発明は、完全にバランスをとること（平衡化）が可能で、且つ平衡化機構がコンパクトな、搭載重量物用の傾斜可能な据付台を提供することを目的とする。
本発明は、搭載重量物用の傾斜可能な据付台を提供し、この据付台は、前記搭載重量物を受けるプラットフォームと、支持部と、前記プラットフォームを前記支持部に取り付けて、前記プラットフォームが水平軸上に配置される中立位置のいずれかの側に、水平軸まわりに傾斜移動させるための手段と、前記プラットフォームの傾斜を制御して、前記中立位置のいずれかの側への移動における全範囲にわたってプラットフォームが傾斜した状態でこれを平衡に保つばね駆動平衡化手段と、を備え、前記ばね駆動平衡化手段は、直線的に作用する、ばね手段と、前記プラットフォームと共に回転するカムと、前記カムに係合し、回動可能に配置されたレバーに取り付けられたカムフォロワと、レバーの回動をばね手段への直線的な入力に変換する変換手段とを備え、変換手段がレバーの回転をばね手段への直線的な入力に変換することで、ばね手段は、前記プラットフォームの傾斜に伴うカムの回動に対抗するばね力を生成し、前記カムの形状は、θ＝０の前記中立位置からの前記プラットフォームの傾斜の絶対角度をθとして、ＳＩＮ（θ／２）のサイン関数に従って、前記ばねの直線的な移動に置き換えられており、この形状により、前記プラットフォームの傾斜に反応して生成されるばね力が、前記中立位置からいずれかの側への移動の所定範囲全体にわたって、前記プラットフォームが傾斜した状態でこれを平衡に保つものである。

例えば、前記カムはＵ字形であり、このＵ字形状のベース点を通る軸について対称形を成し、前記Ｕ字形状のベース点は、プラットフォームの中立位置に対応する中立位置を規定し、前記Ｕ字の側部は、前記カムフォロワを前記支持部の傾斜により移動させるように形成され、Ｕ字形状は、支持部を平衡化するための、傾斜に応じた抵抗力を提供するために、前記ばねを前記サイン関数に従って移動させるように形成されている。

前述の構造のいずれかにおいて、前記レバーは、前記支持部を前記中立位置から離れるように傾斜させると、前記ばね手段を圧縮するように作用してもよい。

また、前述の構造のいずれかにおいて、前記レバーは、前記支持部に回動可能に取り付けてもよく、前記カムは、前記プラットフォームとともに傾斜するように取り付けてもよい。

好ましくは、前記ばね手段に有効に作用する、前記レバーのレバーアームを調節する手段が設けられ、前記レバーにより前記ばねに加えられるモーメントを変化させることで、支持部上の異なる搭載重量物および搭載重量物の重心位置に対応するよう、これに相当する平衡化力(counter balancing force )をばねにより発生させる。

後者の構造では、前記ばね手段は、前記支持部に取り付けてもよく、かつ、前記ばねの動作方向の線に対し直交するように延設されている負荷入力部材を有してもよく、前記レバーは、これに取り付けられる第２フォロワを有し、この第２フォロワは、前記レバーの傾斜に応じて直線的な移動を負荷入力部材に入力するよう当接する。

更に好ましくは、前記レバーの前記第２フォロワは、前記レバーにより前記ばね手段に加えられるモーメントを調節するよう前記レバー上で直線的に移動可能であり、この前記フォロワの調節の直線は、前記プラットフォームが前記中立位置にある場合に、前記第２フォロワの調節が前記ばねに力を加えないものになっている。

本発明の更なる特性によると、前記レバーは、前記カムと係合する円錐形のローラを有してもよい。前記ローラは、前記レバーの回動軸を通る、回転軸のまわりを回転するように前記レバーに取り付けられており、前記ローラの円錐面は、突出する頂点を有し、この頂点は、前記ローラの回転軸に一致し、前記カム面上を前記ローラが移動する際に、前記ローラとカムの接触線における摺動を最小限にする。

以下は、添付の図面を参照にした、本発明の特定の実施形態の説明である。

最初に、特に図１を参照すると、パン(pan )および傾斜据付台１１に支持され、１０で概略的に表されたビデオカメラが示されており、この据付台１１は、次に、１２で示された三脚スタンドに取り付けられている。

カメラ据付台は、カメラが従来のロック装置で固定される標準的なプラットフォーム１３を含む。据付台１１は、それぞれ１４および１５で概略的に示された軸まわりの、プラットフォーム上のカメラの回転および傾斜移動を可能にする。据付台は、直立状態の中立位置からいずれかの側への傾斜移動の範囲にわたってプラットフォームを平衡化するための平衡化手段を内蔵する。これにより、操作者がカメラを要求する任意の傾斜位置に動かすことができ、カメラは、選択された位置において静止したままとなる。据付台は、また、カメラの回転および傾斜移動を制動するための制動装置を内蔵する。これにより、操作者は、回転(pan )および傾斜移動の全範囲にわたって、認識可能な振動なしにスムーズにカメラを動かすことができ、視聴者にはっきりと分からないようにカメラを動かしながら録画することができる。

据付台は、カメラがプラットフォーム上で傾斜されると異なるモーメントがプラットフォームに加えられるような、プラットフォーム上の異なる位置に重心を有する、重量が異なるカメラに対応しなければならない、ということが理解されるであろう。したがって、平衡化機構は、中立または直立位置からカメラを傾斜させることにより据付台に加えられたモーメントに対する、必要な度合いの抵抗モーメント(resistance moment )を提供できるように、調節可能でなければならない。また、平衡化機構が、要求される平衡化モーメントを、カメラの傾斜移動の全範囲にわたって正確に提供し、カメラが傾斜モードで動かされるときはいつでも正確に平衡化され、選択された方向で止まるために、カメラマンの手による支えを必要としないことを保証することも重要である。

ここで、本発明に係る傾斜可能な据付台および平衡化機構の詳細な構造を、図２〜図１０を参照して更に詳細に説明する。

まず、図２を参照すると、据付台は、据付台の図示されない一部に支持され、垂直軸１４まわりのカメラの回転移動を提供する延長ベース板２０を備えている。ベース板は、直立する横板２１と、プラットフォームおよびプラットフォームに支持されたカメラの傾斜移動のための横板２１に、前述の水平軸１５のまわりを回動可能に取り付けられた、２２で概略的に示されるカメラ用のプラットフォームとを有する。プラットフォームは、前述の傾斜軸１５のまわりを回動可能にベースの横板２１に取り付けられ、下方にに延設されている横板２４のみを有する、輪郭で示された上側水平板２３を備える。プラットフォームの上板は、先に参照した標準的なカメラ取付板を支える。

平衡化機構は、２５で概略的に示されるように、ベースの横板２１の間に取り付けられる。ベースの一端には、ハブ２６が、プラットフォームと共に回転するように、横板２１の内側に取り付けられている。カム形状(cam form)２７は、ハブに取り付けられており、カムの底に中心点２９を有するほぼＵ字形の形状のカム面２８を有している。カムは、この中心点２９に対し対称形となっており、Ｕ字形状のベース点から対称的に立ち上がる鏡像形状の面３０を有している。この面の形状は、後に詳述する。プラットフォームがその最も高い位置にあるとき、カム面のベース点が、プラットフォームの傾斜軸１５の垂直上方に配置される。

Ｕ字形カムは、組み立て式の箱状のレバー３２の一端に取り付けられたローラ３１の形態を取るカムフォロワに係合され、レバー３２の側壁３３は、トラニオン（trunnion）３４により支持され、次に、トラニオンは、ベース２０から直立する突出部３５に取り付けられる。レバー３２がトラニオンに回動可能に取り付けられていることにより、レバーは、カム２７がプラットフォームと共に回転し、ローラ３１がベース点のいずれかの側のカム面３０を追従することで、上下に動くことができる。

箱状のレバー３２は、ローラ３８を支える取付部３７が配置される、囲われた滑り面３６を設けられている。レバーの回動点まわりを回動するトラニオン３４によって提供される軸向けに、またはこの軸から離れるように、レバーの長さ方向に取付部３７の位置を調節するための機構（図示せず）が設けられる。この調節の目的は、後述する。

距離を空けた一対の重圧縮ばね４０（このうち１つのみが図示される）は、ハブ２６から離れた横板２１の側面に取り付けられ、レバー３２の一方側で水平に張られている。ばねは、ベース２０において直線的に摺動させるために取り付けられた、４１で概略的に示されるキャリッジに作用する。キャリッジは、深い中央チャンネル部を備え、このチャンネル部は、レバー３２のローラ３８が走行する垂直方向に延設されている底壁４２と、レバー３２の両側に位置する側壁４３と、ばね４０が係合する外向きのフランジ４４とを有する。

本実施形態の機構は、以下のように作動する。
レバーのローラ３１がカム面のベース点２９と係合した状態のプラットフォーム２２の直立位置では、圧縮ばね４０には荷重がかかっていない。プラットフォーム２２が、中立の直立位置からいずれかの側に軸１５まわりで傾斜すると、ローラ３１がＵ字の一方側または他方側３０を上向きに走行し、図示されるようにトラニオン３４のまわりで反時計方向にレバー３２を傾斜させる。キャリッジのベース板４２を圧迫するレバーのローラ３８は、図２の５２の方向にキャリッジを押し進め、ばね４０を圧縮する。カムの側部３０の形状は、プラットフォームの直立位置からの傾斜角をθとした、θ／２により決定される正弦波関数に従ってキャリッジ４４を移動させるように設計されている。カムの面３０の形状は、厳密な正弦波形状からのいくつかのバリエーションを包含しており、キャリッジに作用するレバー機構の形状に対応している。これにより、ばね４０に伝えられるキャリッジの移動は、上述のようなサインθの正弦波関数となる。この条件から、軸１５まわりでの傾斜移動の全範囲にわたり、ばね４０により、次の数学的分析に従ってプラットフォームを完全に平衡化することができる。

半径Ｒの位置における重量物Ｍが、角度θを通じて傾斜すると、その位置エネルギーの損失はＭＲ（１−ｃｏｓθ）である。
これを、バランスをとるために、ばねエネルギーとして保存しなければならない。
ばねエネルギー＝１／２ｋｘ²であり、ここでｋは、ばね定数であり、ｘは自由長からの移動である。
したがって、バランスのためには、
ＭＲ（１−ｃｏｓθ）＝１／２ｋｘ²
となり、これより、

となる。

ばねにより提供される必要な平衡化力は、プラットフォームに配置されたカメラの重量、およびプラットフォーム上のカメラの重心の高さに、カメラ単体の重量または重心の変化のいずれかの結果として、依存することが理解されるであろう。プラットフォームが軸まわりに傾斜される際に、カメラによってプラットフォームに伝えられるモーメントが変化する。これに対応するために、ローラ３８が配置される取付部３７は、先に述べたように、トラニオン軸３４に向けて、あるいは離れるようにレバー３２において調節可能である。図４は、プラットフォームが直立位置すなわち０°に傾斜した状態の調節の範囲を示す。ローラ３８の取付部３７が、レバー３２において、トラニオン３４に対して垂直方向に調節可能であり、このため、レバーがこの位置にある状態では、取付部の調節は、ばね４０にいかなる力も加えないことに留意されたい。

図２〜図７は、ローラ３８の取付部３７がレバー３２において最上位置にある状態で、直立、４５°、および９０°の傾斜位置にあるプラットフォームを示す。これは、平衡化機構が傾斜のための最大の平衡化力を発生させるための、最大のカメラ重量または重心の高さに対応する。

この際、キャリッジの有効な行程が最大に活用され、プラットフォームが９０°傾斜すると、キャリッジのベースがベースの横板２１に当接する。

図８は、取付部３７がレバー３２においてトラニオン３４に最も近い最下位置となるよう垂直方向に調節された状態の、直立位置にあるプラットフォームを示す。この位置において、キャリッジは、レバーにより、浮揚の全範囲における最小位置でディフェクト（defect）され、最も軽量のカメラや最も低重心のカメラ向けの最小の平衡化モーメントを生成する。図９および図１０は、４５°および９０°の傾斜位置に傾斜しているプラットフォームを示す。据付台の最大傾斜位置での、このキャリッジの変位は、図７と図１０を比較すると分かるように、最大の変位よりも小さくなっている。

ここで、図１１〜図１３の構造を参照する。先の実施形態で用いられたものと同様の部分には、同一の符号が割り当てられている。この場合のカムフォロワは、軸５０まわりにレバーを回動させるためにベース上に支持され、同軸上に配置されるトラニオン３４を受けるための、空間平行突出部３３を有する、組立て式のレバー３２を備える。レバーは、前述のように、カム面３０と当接するためのローラ３１を支えている。この場合、ローラ３１は、レバーに収容されたソケット５３において支持されたスピンドル５２に取り付けられた針状軸受５１に支持されており、これによりローラ３１は、レバーが回動する軸３４を通過する、軸５４を軸として回転するようになっている。

ローラ３１は、円錐台形状の外面５５を有し、これは、カム面３０と係合し、この円錐台形状の面は、トラニオン５４の軸５０に一致し、突出している支点を有する。この装置は、ローラ３１のカム３０との接触線における相対的な摺動を取り除く。

三脚スタンド上のテレビ／ビデオカメラ用の回転および傾斜据付台の斜視図である。 全移動範囲においてプラットフォームと搭載重量物を平衡化するための平衡化手段（最大の平衡化力に調節されている）とともに示される、直立の中立位置からいずれかの側に水平軸まわりに傾斜可能なプラットフォームを有する傾斜可能な据付台の破断斜視図である。 プラットフォームが直立位置から４５°傾斜した状態を示す、図２と同様の図である。 プラットフォームが直立位置から９０°傾斜した状態を示す、図２と同様の図である。 プラットフォームが直立位置の状態を示す、図２に示す傾斜可能な据付台の横立面図である。 プラットフォームが直立位置から４５°に傾斜した状態を示す、図５と同様の図である。 プラットフォームが直立位置から９０°に傾斜した状態を示す、図５と同様の図である。 プラットフォームが直立位置の状態にある、最小負荷に調節された平衡化機構を示す横立面図である。 プラットフォームが直立位置に対し４５°の状態にある、最小負荷に調節された平衡化機構を示す横立面図である。 プラットフォームが直立位置に対し９０°の状態にある、最小負荷に調節された平衡化機構を示す横立面図である。 傾斜可能な据付台で用いるためのカムフォロワおよびカムの変形の等角図である。 カムフォロワおよびカムの構造を示す前立面図である。 図１２の線１３−１３における断面図である。

Claims (8)

1. 搭載重量物用の傾斜可能な据付台であって、
   前記搭載重量物を受けるプラットフォームと、
   支持部と、
   前記プラットフォームを前記支持部に取り付けて、前記プラットフォームが水平軸上に配置される中立位置からいずれかの側に、水平軸まわりに傾斜移動させるための手段と、
   前記プラットフォームの傾斜を制御して、前記中立位置からいずれかの側への移動における全範囲にわたってプラットフォームが傾斜した状態でこれを平衡に保つ、ばね駆動平衡化手段と、を備え、
   前記ばね駆動平衡化手段は、直線的に作用する、ばね手段と、前記プラットフォームと共に回転するカムと、前記カムに係合し、回動可能に配置されたレバーに取り付けられたカムフォロワと、レバーの回動をばね手段への直線的な入力に変換する変換手段とを備え、
   変換手段がレバーの回動をばね手段への直線的な入力へ変換することで、ばね手段は、前記プラットフォームの傾斜に伴うカムの回動に対抗するばね力を生成し、
   前記カムの形状は、θ＝０の前記中立位置からの前記プラットフォームの傾斜の絶対角度をθとして、ＳＩＮ（θ／２）のサイン関数に従って、前記ばねの直線的な移動に置き換えられており、この形状により、前記プラットフォームの傾斜に応じて生成されるばね力が、前記中立位置からいずれかの側への移動の所定範囲全体にわたって、前記プラットフォームが傾斜した状態でこれを平衡に保つものであることを特徴とする傾斜可能な据付台。
2. 請求項１に記載の傾斜可能な据付台であって、
   前記カムはＵ字形状であり、このＵ字形状はベース点を通る軸まわりに対称形を成し、前記Ｕ字形状のベース点は中立位置を規定し、前記Ｕ字形状の側部は前記カムフォロワを前記支持部の傾斜により移動させるように形成され、前記支持部を平衡化するための、傾斜に応じた抵抗力を提供するために、前記ばねを前記サイン関数に従って移動させるよう、Ｕ字形状が形成されていることを特徴とする傾斜可能な据付台。
3. 請求項１または２に記載の傾斜可能な据付台であって、
   前記支持部を前記中立位置から離れるように傾斜させると、前記レバーは前記ばね手段を圧縮するよう作用することを特徴とする傾斜可能な据付台。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の傾斜可能な据付台であって、
   前記レバーは前記支持部に回動可能に取り付けられ、前記カムは前記プラットフォームとともに傾斜するよう取り付けられていることを特徴とする傾斜可能な据付台。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の傾斜可能な据付台であって、
   前記ばね手段に有効に作用する前記レバーのレバーアームを調節する手段が設けられ、
   前記レバーによる前記ばね手段に加えられるモーメントを変化させることで、支持部上の異なる搭載重量物および搭載重量物の重心位置に対応するよう、相当する平衡化力をばねにより発生させることを特徴とする傾斜可能な据付台。
6. 請求項５に記載の傾斜可能な据付台であって、
   前記ばね手段は、前記支持部に取り付けられ、かつ、前記ばねの動作方向の線に対し、直交して延設されている負荷入力部材を有し、
   前記レバーは、レバーに取り付けられる第２フォロワを有し、第２フォロワは、負荷入力部材に当接し、前記レバーの傾斜に応じて直線的な移動を負荷入力部材に入力することを特徴とする傾斜可能な据付台。
7. 請求項６に記載の傾斜可能な据付台であって、
   前記レバーの前記第２フォロワは、前記レバーによる前記ばね手段に加えられるモーメントを調節するよう前記レバー上で直線的に移動可能であり、この前記フォロワの調節の直線は、前記プラットフォームが前記中立位置にある場合に、前記第２フォロワの調節が 前記ばねに力を加えないよう設定されていることを特徴とする傾斜可能な据付台。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の傾斜可能な据付台であって、
   前記レバーは、前記カムと係合する円錐形のローラを有し、前記ローラは、前記レバーの回動軸を通る、回転軸のまわりを回転するように前記レバーに取り付けられており、前記ローラの円錐面は、突出する頂点を有し、この頂点は、前記ローラの回転軸に一致し、前記カム面上を前記ローラが移動する際に、前記ローラとカムの接触線における摺動を最小限にすることを特徴とする傾斜可能な据付台。

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