JP4593990B2 - 雲台装置 - Google Patents

Description

本発明は、搭載した監視カメラやテレビカメラ等をパン方向、チルト方向に回転させて、その撮影方向を上下左右に変位させる雲台装置に関するものである。

ビルの屋上やビル内の天井等には監視カメラが雲台装置を介して設置されている。この監視カメラは雲台装置の作動に基づいてパン方向およびチルト方向に回転し、上下左右方向の被写体を撮影する機能を有する。

従来の雲台装置の駆動機構について図５を参照して説明する。駆動モータを有する駆動発生部１より発生したトルクは小歯車２に伝達される。小歯車２は駆動発生部１と締結されるか、又は駆動発生部内のベアリングによって保持される。駆動発生部１は雲台本体３に締結されているアルミ材質、厚さ６mm以上の支持板４と締結されている。多くの雲台装置の総重量は１０ｋｇ以上になる事から、厚さ６mm以上の支持板４を用いなければ強度が弱く、変形してしまうため問題となる。支持板４の中心部にはベアリング５の外周部下部を嵌合させる穴を設けて、ベアリング５の外周下部を嵌め込む。ベアリング５外周上部の押えには支持板４に締結されている押えリング８を用いて保持する。また支持板４には歯車の回転数を検知する為のセンサ部６が締結される。大歯車７と軸受１０はベアリング５内周部を保持している。小歯車２から伝達されるトルクは台座９と締結されている軸受１０と組合わさっている大歯車７に伝達される。

次に従来の雲台装置の組立て順序について説明する。図６は組立て順序の説明図である。
（１）支持板４の中心にある嵌合面に対してベアリング５の外周部下部を嵌め込む。
（２）ベアリング５外周部上部を押さえ込む為、押えリング８を支持板４に締結し、ベアリング５を固定する。
（３）大歯車７をベアリング５の嵌合面に挿入する。次に軸受１０も同様にベアリング５に挿入し、大歯車７と軸受１０を締結する。
（４）上記の組み込まれた部品を台座９、雲台本体３に締結する。
（５）小歯車２を構成する駆動発生部１とセンサ部６を支持板４に取り付ける。

以上の方法を用いて、駆動機構は雲台本体３に取り付けられていた。大歯車７と小歯車２の間のバックラッシュ調整は駆動機構を雲台本体３に取り付けないとできない。

また、雲台装置は製品仕様にて温度条件−２０℃〜＋４０℃域でパン・チルト動作する事が要求されている。一般的に雲台装置を構成する部品材料は温度変化により膨張および収縮する為、雲台装置の駆動機構を構成する部品にも大きな熱膨張、熱収縮が生じる。従来は歯車部において、線膨張係数９．６〜１２．０×１０^−６／℃の鉄系の材質が用いられ、軸受部の中に構成される支持板には線膨張係数２．１５〜２．３６×１０^−５／℃アルミ、アルミニウム鋳物用合金、アルミニウムダイカスト用合金を用いていた。

バックラッシュの問題は従来からよく知られており、一例として電動式パワーステアリング装置の補助操舵トルクを発生させる電動モータが挙げられる（特許文献１）。この文献では、電動モータの回転出力を伝える歯車装置の被駆動歯車に、円筒形の芯金の周りに樹脂製の歯を形成した芯金樹脂製の歯車を使用している。樹脂製の歯を用いることにより駆動歯車と被駆動歯車間で騒音が発生することを防止するためである。しかし、芯金樹脂製の歯車では、樹脂部の線膨張係数が金属に比べて非常に大きいため、温度環境が大きく変化した際にはバックラッシュ許容範囲を越えてしまうという課題を生じていた。この課題に対して特許文献１では、樹脂部の肉厚を適当に決定することによりバックラッシュ量をほぼ一定に保つことができる事が開示されている。

特許文献２は同様に電動式舵取装置のバックラッシュに関するものである。金属製のウォームのピッチ円直径φｄ、合成樹脂製の環状歯体及び該環状歯体の内側に嵌合された金属製の嵌合体を有するウォームホイールの嵌合体の直径φＤ、前記環状歯体の内側から前記ピッチ円までの厚さｔ、アルミニウム製のハウジングの支持孔の中心間距離Ｌ、ウォーム及び嵌合体の線膨張係数α、環状歯体の線膨張係数β、ハウジングの線膨張係数γとした場合、
γＬ≒α（φＤ／２＋φｄ／２）＋βｔ
となるように前記環状歯体及び嵌合体を形成することが開示されている。
特開２００３−１１８６００ 特開２００２−０３９３３１

前述したようにパン・チルト動作が可能な雲台は製品仕様にて温度条件−２０℃〜＋４０℃域における動作が要求されている。しかし、このような６０℃の温度範囲において部品が熱膨張および収縮することにより雲台装置の正常な動作が妨げられる場合がある。従来の雲台装置の駆動機構においては、歯車部は比較的小さな線膨張係数を有する一方、歯車部を支持する支持板の線膨張係数は比較的大きな値を有する。このように線膨張係数が互いに異なる場合、温度変化による膨張量の違いから相互の位置関係が変化してしまう。このため従来は常温２７℃で歯車部を組立てる際に２〜７分のバックラッシュを考慮して、常温でバックラッシュが生じるように設計していた。これは比較的小さな線膨張係数を有するアルミニウム系の支持板が低温時に収縮することにより、歯車部の軸間距離が狭くなって歯車間の抵抗が増大するのを避けるためである。しかし、常温時における歯車部の２〜７分のバックラッシュ量によって、雲台に搭載されるレンズ装置から提供される映像にはガタが生じてしまっていた。高温時になるとそれ以上のガタを生じることとなる。

また、従来の歯車部のバックラッシュの測定においては、雲台本体に支持板および歯車部を組立てた状態で測定を行うため、バックラッシュの測定は雲台に搭載された撮影装置の映像から判断する、又は雲台本体に測定箇所を設けてバックラッシュを測定していた。このように、従来の雲台装置では雲台本体に歯車部を組立てなければバックラッシュの測定ができなかった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、歯車部のバックラッシュを低減し、バックラッシュの測定方法を簡易にした雲台装置の駆動機構を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の雲台装置は、パン方向及びチルト方向に駆動可能な駆動機構を有する雲台装置であって、該駆動機構を構成する歯車部の線膨張係数と該歯車部を支持する支持板の線膨張係数が等しいことを特徴としている。温度変化による部品の熱膨張量および収縮量が同等であるため、バックラッシュ変動量を低減する作用を有する。

さらに本発明の雲台装置は、パン方向及びチルト方向に駆動可能な駆動機構を有する雲台装置であって、該駆動機構を構成する駆動発生部、歯車部、センサ部、軸受部を一体化することを特徴としている。雲台本体に支持板および歯車部を組立てることなくバックラッシュの測定を行うことができ、従来よりも容易にバックラッシュ測定を行うことができるようになる。

本発明によれば、駆動機構に含まれる歯車部の線膨張係数と支持板の線膨張係数がほぼ同一である材料を選択することにより、バックラッシュ変動量を低減する事が可能となる。さらに駆動機構を一体化する事により簡易にバックラッシュの測定ができるようになる。

本発明の詳細について図面に示す実施形態を参照して詳細に説明する。

（第１実施例）
本発明の雲台装置の駆動機構について図１を参照し、説明する。

駆動機構は駆動モータを有する駆動発生部１よりトルクを発生し、小歯車２に伝達する。小歯車２は駆動発生部１と締結されるか、又は駆動発生部１内のベアリングによって保持される。駆動発生部１は雲台本体３に締結されている鉄系の材質、厚さ３mmの支持板１１と締結されている。鉄系の材質はアルミより高強度であるため、３ｍｍの厚さで十分な強度を有する。支持板１１の中心部にはベアリング５の外周部下部を嵌合させる穴を設けて、ベアリング５の外周下部を嵌め込む。ベアリング５外周上部の押えには支持板１１に締結されている押えリング８を用いて保持する。また支持板１１には歯車の回転数を検知する為のセンサ部６が締結される。大歯車７と軸受１０はベアリング５内周部を保持している。小歯車２から伝達されるトルクは台座９と締結されている軸受１０と組合わさっている大歯車７に伝達される。

図２は歯車部と支持板１１の関係を説明する概略斜視図である。また、表１は本実施例における大歯車７、小歯車２の形状に関する仕様である。さらに表２に各種材料の線膨張係数を示す。

図２は温度変化によるバックラッシュ量の変動に関し大きな要因を占める小歯車２、支持板１１、大歯車７の３種類の構成部品を示している。温度条件の変動によって支持板１１が熱膨張及び収縮し、小歯車および大歯車の軸間距離を変動させるためである。本実施例においてはこの３種類の構成部品について、材質の組み合わせを３通り用意し、それぞれについて温度条件を変化させた場合のバックラッシュ量を計算した。３通りの材質の組み合わせは以下のとおりである。雲台装置の歯車は鉄系の材料が用いられることが多いため小歯車２と大歯車７には中炭素鋼を用いた。また支持板１１には、従来用いられていたアルミニウム、実施例１−１はＳＵＳ３０４、実施例１−２はＳＣＭ４４０を使用した。

バックラッシュ量の計算においては、歯車の軸間距離を５０ｍｍとして表１に記載されている仕様の大歯車７と小歯車２を噛み合わせ、温度の初期値を−２０℃として＋４０℃まで温度変化させた。

図４は上記計算条件において−２０℃〜４０℃の温度範囲で温度変化させた時のバックラッシュ量を示したものである。小歯車および大歯車に中炭素鋼を用い、支持板に従来と同様にアルミニウムを使用した時のバックラッシュ量は２分であった。一方、支持板にＳＵＳ３０４を用いた実施例１−１では１．１分となり、支持板にＳＣＭ４４０を用いた実施例２−２では０．２分であった。以上の結果から歯車部と支持板１１の材料の線膨張係数をほぼ等しくする事でバックラッシュ量を大きく低減できることがわかる。

支持板１１の材質としては、線膨張係数９．０〜１８．０×１０^−６／℃のステンレス鋼、耐熱鋼、炭素鋼、Ｃｒ−Ｍｏ鋼、Ｎｉ−Ｃｒ鋼、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ鋼、炭素工具鋼、合金工具鋼、高速度工具鋼、硫黄複合快削鋼、軸受鋼、珪素磁性鋼、ニッケル基合金、コバルト基合金と鉄系材料を用いることが望ましい。

また歯車の材料が鉄系以外でも、支持板１１の材料を歯車の線膨張係数に近い値の材料を用いることでバックラッシュ量を少なくすることも可能である。

（第２実施例）
本発明に係る雲台装置の組立て順序について説明する。図３は組立て順序の説明図である。
（１）支持板１１の中心にある嵌合面に対してベアリング５の外周部下部を嵌め込む。
（２）外周部を上から押さえ込む為、押えリング８を支持板１１に締結し、ベアリング５を固定する。
（３）大歯車７をベアリング５のカンゴウ面に挿入する。次に軸受１０も同様にベアリング５に挿入し、大歯車７と軸受１０を締結する。
（４）小歯車２を構成する駆動発生部１とセンサ部６を支持板１１に取り付ける。この時、二点鎖線の内側に示す部品が駆動機構となり、ユニット化の状態を示す。
（５）上記の組み込まれた部品を雲台本体３と台座９に組み込む。

以上の組立て順序となるように駆動機構を設計することにより、駆動機構のユニット化が可能になる。このため、組立て順序（４）の時点で雲台本体に駆動機構が取り付けることなく、駆動機構のユニットのみを用いてバックラッシュ調整が可能であるため、本発明によれば従来よりもバックラッシュの測定が簡易になる。

本発明にかかる雲台装置の駆動機構の説明図 歯車部と支持板の概略構成図 本発明にかかる雲台装置の組立て順序の説明図 温度変化時のバックラッシュ量に関するグラフ 従来の雲台装置の駆動機構の説明図 従来の雲台装置の組立て順序の説明図

符号の説明

１ 駆動発生部
２ 小歯車
３ 雲台本体
４ 支持板
５ ベアリング
６ センサ部
７ 大歯車
８ 押えリング
９ 台座
１０ 軸受
１１ 支持板

Claims (1)

1. 駆動モータを有する駆動発生部と、
   前記駆動発生部と締結または前記駆動発生部内のベアリングにより保持され、前記駆動発生部からのトルクが伝達される小歯車と、
   中心部にベアリングの外周部下部を嵌合させる穴が設けられ、前記駆動発生部と締結された支持板と、
   台座に対して位置が固定され、前記小歯車からのトルクを伝達される大歯車と、を有し、前記駆動発生部で発生したトルクを前記小歯車、前記大歯車を経由して伝達することにより、前記支持板を台座に対して回転させる雲台装置であって、前記大歯車、小歯車、及び支持板の線膨張係数を等しくしたことを特徴とする雲台装置。

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