JP6740111B2 - 回転機構 - Google Patents

Description

本発明は、第１の物体と第２の物体を含み、第１の物体の少なくとも一部（以下、「凸部」という）が第２の物体に挿入された状態で、凸部を軸として第２の物体が凸部の周りを回転する構成を持つ回転機構に関する。より詳しくは、第２の物体が回転しても凸部が第２の物体に挿入されている状態であることを検知可能な回転機構に関する。

近年、第１の物体と第２の物体が相互に近接した状況下にあることをメカニカルスイッチを用いずに検知することによって、第１の物体と第２の物体が相互に通信する非接触通信技術、或いは、第１の物体と第２の物体の一方から他方に給電する非接触給電技術が普及している。

このような技術の一例として特許文献１を挙げることができる。

特開２０１５−０６１２３０号公報

特に、第１の物体の凸部が第２の物体に挿入された状態で、凸部を軸として第２の物体が凸部の周りを回転する構成の場合、第２の物体が回転しても凸部が第２の物体に挿入されている状態であることを検知できること（さらに言えば、凸部が第２の物体に挿入されていない状態であることも検知できること）が望ましい。そうでないと、例えば、不意に通信や給電が停止し、或いは、無負荷給電によって機器が毀損する可能性がある。

本発明は、第１の物体と第２の物体を含み、第１の物体の凸部が第２の物体に挿入された状態で、凸部を軸として第２の物体が凸部の周りを回転する構成を持ち、第２の物体が回転しても凸部が第２の物体に挿入されている状態であることを検知可能な回転機構を提供することを目的とする。

本発明の回転機構は、第１の物体と第２の物体を含み、第２の物体が第１の物体の少なくとも一部（以下、「凸部」という）を受け容れた状態で、凸部を軸として、第２の物体が凸部の周りを回転する構成を持つ回転機構において、（ａ）回転軸と直交する平面と凸部の表面との交線に沿って複数の磁石が固定されており、かつ、第２の物体が凸部を受け容れた状態で当該交線と対向する第２の物体の部位の任意の位置に静磁場を検出する少なくとも１個の素子が固定されている、または、（ｂ）回転軸と直交する平面と凸部の表面との交線の任意の位置に静磁場を検出する少なくとも１個の素子が固定されており、かつ、第２の物体が凸部を受け容れた状態で当該交線と対向する第２の物体の部位に複数の磁石が固定されている。

本発明の回転機構は、上記（ａ）または上記（ｂ）の構成を持つので、第２の物体が回転しても凸部が第２の物体に挿入されている状態であることを検知可能である。

実施形態を説明する分解斜視図。 第１の応用例である回転カメラの外観斜視図。 第１の応用例である回転カメラの断面斜視図。 第１の応用例である回転カメラに含まれるカメラケースの断面斜視図。 第１の応用例である回転カメラに含まれる第１の物体の斜視図。 第１の応用例である回転カメラに含まれる第２の物体の斜視図。 第２の応用例である回転カメラの外観斜視図。 第２の応用例である回転カメラの断面斜視図。 第２の応用例である回転カメラに含まれるカメラケースの断面斜視図。 第２の応用例である回転カメラに含まれる第１の物体の斜視図。 第２の応用例である回転カメラに含まれる第２の物体の斜視図。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
実施形態の回転機構１は、第１の物体１００と第２の物体２００を含む（図１参照）。実施形態では、第１の物体１００と第２の物体２００はいずれも剛体である。第１の物体１００と第２の物体２００はいずれも、単一の部品で構成されている構造物であってもよいし、複数の部品で構成されている構造物であってもよい。第１の物体１００が凸部１０１を持つこと以外に第１の物体１００の形状に特に限定は無い。また、第２の物体２００が凹部２０１を持つこと以外に第２の物体２００の形状に特に限定は無い。回転機構１は、第２の物体２００の凹部２０１が第１の物体１００の凸部１０１を受け容れた状態で、凸部１０１を軸として第２の物体２００が凸部１０１の周りを回転する構成を持つ。回転運動において静止系は任意に設定され得るから、「凸部１０１を軸として第２の物体２００が凸部１０１の周りを回転する構成」を「凸部１０１を軸として第１の物体１００が回転する構成」と等価に言い換えることができる。

凸部１０１の形状は回転軸（ただし、この回転軸は有体物としての軸であり、shaftの意である）としての機能を果たす形状であればよく、凸部１０１の形状に特別の限定は無い。さらに、凸部１０１は、必ずしも、回転運動の回転軸Ｌ（ただし、この回転軸は直線であり、axisの意である）周りに任意の整数ｎに対してｎ回対称の形状を持つ必要はない。凸部１０１の典型的な形状として、円柱形、半球形などの回転体（ただし、回転体の回転面と回転軸（この回転軸は、当該回転面を生成する母線が周りを旋回する直線と言い換えてもよい）とは回転面の両端部を除いて交わらない。回転面の両端部の少なくとも一方は、当該回転軸と接してもよい）を例示できる。さらに、凸部１０１は第１の物体１００の一部でもよいし、第１の物体１００の全部（つまり、第１の物体１００自体が凸部１０１である）でもよい。図１は、第１の物体１００の全部が凸部１０１である構成を例示している。図１に示される第１の物体１００（凸部１０１）は有底円筒状の形状を持ち、第１の物体１００（凸部１０１）の底部に例えば位置決めや給電部として利用できる軸凸部１０１ａが形成されている。軸凸部１０１ａは、第１の物体１００（凸部１０１）の底部に開口部を持つ有底円筒状の形状を持つ。なお、図１に示される実施形態では、軸凸部１０１ａの回転面（つまり、軸凸部１０１ａの円筒部分表面）を生成する母線が周りを旋回する直線は回転運動の回転軸Ｌと一致する。

凹部２０１の形状は凸部１０１を受け容れる機能を果たす形状であればよく、凹部２０１の形状に特別の限定は無い。ここで「凸部１０１を受け容れる機能を果たす形状」として、凸部１０１を凹部２０１に挿入できる形状と、凹部２０１の内部空間に凸部１０１を収容できる形状を例示できる。凹部２０１は、必ずしも、回転運動の回転軸Ｌ（ただし、この回転軸は直線であり、axisの意である）周りに任意の整数ｍに対してｍ回対称の形状を持つ必要はない。凹部２０１の典型的な形状として、管形、椀形などの回転体（ただし、回転体の回転面と回転軸（この回転軸は、当該回転面を生成する母線が周りを旋回する直線と言い換えてもよい）とは回転面の両端部を除いて交わらない。回転面の両端部のうち一方だけは、当該回転軸と接してもよい）を例示できる。さらに、凹部２０１は第２の物体２００の一部でもよいし、第２の物体２００の全部（つまり、第２の物体２００自体が凹部２０１である）でもよい。図１は、第２の物体２００の全部が凹部２０１である構成を例示している。図１に示される第２の物体２００（凹部２０１）は有底円筒状の形状を持ち、第２の物体２００（凹部２０１）の底部に例えば位置決めや給電部として利用できる軸凸部２０１ａが形成されている。軸凸部２０１ａは、第２の物体２００（凹部２０１）の底部に開口部を持つ有底円筒状の形状を持つ。なお、図１に示される実施形態では、軸凸部２０１ａの回転面（つまり、軸凸部２０１ａの円筒部分表面）を生成する母線が周りを旋回する直線は回転運動の回転軸Ｌと一致する。第２の物体２００（凹部２０１）が第１の物体１００（凸部１０１）を受け容れた状態では、第１の物体１００（凸部１０１）の軸凸部１０１ａの内部空間に第２の物体２００（凹部２０１）の軸凸部２０１ａが収容されている。この場合、好ましくは、軸凸部１０１ａの内径は軸凸部２０１ａの外径よりもやや大である。

第１の物体１００の形状と第２の物体２００の形状の関係は、第２の物体２００の凹部２０１が第１の物体１００の凸部１０１を受け容れた状態で、凸部１０１を軸として第２の物体２００が凸部１０１の周りを回転できる関係であれば十分であり、第１の物体１００と第２の物体２００とを自由に接続或いは分離できる関係であってもよいし、第１の物体１００と第２の物体２００とのいずれかを破壊しないと分離できない関係であってもよいし、凹部２０１が凸部１０１を受け容れた状態において凸部１０１の少なくとも一部が外部から見えるような関係でもよいし、凹部２０１が凸部１０１を受け容れた状態において凸部１０１が外部から全く見えないような関係でもよい。第２の物体２００が凸部１０１の周りを回転する角度範囲に限定は無いが、この実施形態では、設計上意図された回転運動が前提とされるから、所謂ガタや緩みによる回転運動のような僅かな角度範囲は排除される。なお、この発明による効果を最も良く享受できる角度範囲は３６０度である。

凸部１０１の外側表面或いは内側表面の一方には、回転運動の回転軸Ｌと直交する平面と凸部１０１の当該表面との交線Ｃに沿って複数の磁石３００が固定されている。さらに、第２の物体２００が凸部１０１を受け容れている状態で交線Ｃと対向する第２の物体２００の部位Ｆの任意に定められた位置に静磁場を検出する少なくとも１個の素子４００が固定されている。ここで、「交線Ｃと対向する部位Ｆ」は、交線Ｃ上の磁石３００が作る静磁場が及ぶ範囲に部位Ｆが存在することを意味するのであり、交線Ｃと部位Ｆとの間に何らかの部品が存在してもよく、必ずしも交線Ｃと部位Ｆとの間に空間のみが存在することに限定する意ではない。このような構成であるから、磁石３００が作る静磁場の有無が素子４００によって検出される。

少なくとも１個の素子４００のそれぞれの種類は、各磁石３００の静磁場の強さ、回転機構１の大きさや機能などに応じて選定されるが、例えば、ホール素子または磁気抵抗素子である。磁石３００の個数は、磁石３００の大きさ、回転機構１の大きさや機能、素子４００の性能などに応じて選定される。図１に示す例では、図示されないものも含めて凸部１０１の内側表面に４５個の磁石３００が固定されている。なお、図１では、図の見易さを考慮して、磁石３００の一部のみに符号が附されている。複数の磁石３００は、回転運動の角度範囲におおむね収まるように配列していることが望ましいが、回転運動の角度範囲に係らず交線Ｃに沿って一巡りするように配列していてもよい。交線Ｃに沿って一巡りするように複数の磁石３００を配列することによって、回転運動の角度範囲と素子４００との位置合わせの必要が無い。隣り合う磁石３００の間隔は、磁石３００の静磁場の強さや素子４００の性能などに応じて決定されるが、通常は等間隔である。各磁石３００は、凸部１０１の表面に露出するように固定されていても、或いは、凸部１０１の表面に露出しないように固定されていてもよい。図１に示す例では、各磁石３００は、凸部１０１の外側表面に露出しないように固定されている。

第１の物体１００と第２の物体２００の関係が相対的なものであるように、磁石３００と素子４００との配置関係も相対的なものである。したがって、回転運動の回転軸Ｌと直交する平面と凸部１０１の外側表面或いは内側表面との交線Ｃの任意に定められた位置に静磁場を検出する少なくとも１個の素子４００が固定されており、かつ、第２の物体２００が凸部１０１を受け容れている状態で交線Ｃと対向する第２の物体２００の部位Ｆに複数の磁石３００が固定されている構成も許容される。ここで、「交線Ｃと対向する部位Ｆ」は、部位Ｆ上の磁石３００が作る静磁場が及ぶ範囲に交線Ｃが存在することを意味するのであり、交線Ｃと部位Ｆとの間に何らかの部品が存在してもよく、必ずしも交線Ｃと部位Ｆとの間に空間のみが存在することに限定する意ではない。このような構成でも、磁石３００が作る静磁場の有無が素子４００によって検出される。

また、このような構成においても、少なくとも１個の素子４００のそれぞれの種類は、各磁石３００の静磁場の強さ、回転機構１の大きさや機能などに応じて選定される（各素子４００は、例えば、ホール素子または磁気抵抗素子である）。磁石３００の個数は、磁石３００の大きさ、回転機構１の大きさや機能、素子４００の性能などに応じて選定される。複数の磁石３００は、回転運動の角度範囲におおむね収まるように配列していることが望ましいが、回転運動の角度範囲に係らず交線Ｃと対向する第２の物体２００の部位Ｆに沿って一巡りするように配列していてもよい。交線Ｃと対向する第２の物体２００の部位Ｆに沿って一巡りするように複数の磁石３００を配列することによって、回転運動の角度範囲と素子４００との位置合わせの必要が無い。隣り合う磁石３００の間隔は、磁石３００の静磁場の強さや素子４００の性能などに応じて決定されるが、通常は等間隔である。各磁石３００は、凹部２０１の表面に露出するように固定されていても、或いは、凹部２０１の表面に露出しないように固定されていてもよい。

次に、図２〜図１１を参照して、実施形態の二つの応用例を説明する。
二つの応用例のそれぞれは、上述の実施形態を３６０度の可動範囲を持つ回転カメラに適用した形態である。

まず、第１の応用例の回転カメラ９０１を説明する。図２〜図６に示す第１の応用例の回転カメラ９０１は、有底円筒部１００ａ、第１円筒部１０３、第２円筒部１０５、椀状蓋部１０７、第３円筒部１００ｂ、複数の磁石３００、素子４００が組み込まれている磁気センサ４０１、第２の物体２００を含んでいる。

第３円筒部１００ｂの一端には第３円筒部１００ｂの内側に向かって延びるフランジ部が形成されており、このフランジ部に有底円筒部１００ａの底部が固定されている。有底円筒部１００ａと第３円筒部１００ｂの組が上述の実施形態における第１の物体１００（凸部１０１）に相当する。複数の磁石３００は有底円筒部１００ａに固定されている。有底円筒部１００ａに固定されている複数の磁石３００の配列については、上述の実施形態における説明で「第１の物体１００」を「有底円筒部１００ａ」に読み替えることによって理解される。

第１円筒部１０３は有底円筒部１００ａに載せられて固定されており、第２円筒部１０５は第１円筒部１０３に載せられて固定されており、椀状蓋部１０７は第２円筒部１０５に載せられて固定されている。第１の応用例では、第１円筒部１０３と第２円筒部１０５のそれぞれの外径は、有底円筒部１００ａの外径にほぼ等しい。また、有底円筒部１００ａと第１円筒部１０３と第２円筒部１０５のそれぞれの外径は、第３円筒部１００ｂの内径よりもやや小さい。図２〜図６では図示していないが、有底円筒部１００ａと第１円筒部１０３と第２円筒部１０５と椀状蓋部１０７とで囲まれた空間に、カメラ、カメラによる撮影やカメラの動作などを制御する回路装置、カメラを駆動するための電源装置などが収容されている。カメラレンズは、椀状蓋部１０７に形成されているレンズ孔１０７ａから外部を覗くように位置している。

一体的に固定されている第１の物体１００と第１円筒部１０３と第２円筒部１０５と椀状蓋部１０７（以下、「カメラケース」と呼称する）のうち第１の物体１００と第１円筒部１０３と第２円筒部１０５とで構成されている部分は、第３円筒部１００ｂの一端に形成されているフランジ部が第２の物体２００（凹部２０１）の底部と対向するように、第２の物体２００（凹部２０１）に収容されている。ただし、第３円筒部１００ｂの他端には第３円筒部１００ｂの外側に向かって延びるフランジ部が形成されており、このフランジ部は第２の物体２００（凹部２０１）に収容されていない。このフランジ部の表面には滑り止めの多数の溝が形成されており、回転カメラ９０１のユーザはこのフランジ部に触れることができる。ユーザがこのフランジ部に触れて第３円筒部１００ｂを回転させると、カメラを収容しているカメラケースが回転する。回転カメラ９０１では、カメラケースの回転可能な角度範囲は３６０度である。

回転カメラ９０１では、第２の物体２００からカメラケース内の電源装置に給電する非接触給電技術が採用される。電力供給側コイルは第２の物体２００の内部において軸凸部２０１ａの底部の近傍に位置しており、電力受給側コイルは第１の物体１００の内部において軸凸部１０１ａの底部の近傍に位置している。第２の物体２００（凹部２０１）がカメラケースを受け容れている状態では、軸凸部２０１ａの底部と軸凸部１０１ａの底部とが近接対向しているので、電力供給側コイルから電力受給側コイルへの電磁誘導によって第２の物体２００からカメラケース内の電源装置に給電される。また、回転カメラ９０１では、複数の磁石３００が有底円筒部１００ａに一巡りするように配列されており、さらに、磁石３００が作る静磁場の有無が素子４００によって検出されるので、カメラケースが任意の角度で回転してもカメラケースが第２の物体２００（凹部２０１）に挿入されている状態であることを検知できる。したがって、この検知に基づいて、カメラケースが任意の角度で回転しても第２の物体２００からカメラケース内の電源装置に安定して給電される（つまり、不意の給電停止を防止できる）。

次に、第２の応用例の回転カメラ９０３を説明する。図７〜図１１に示す第２の応用例の回転カメラ９０３は、有底円筒部１００ａ、第１円筒部１０３、第２円筒部１０５、椀状蓋部１０７、キャップ部１０９、第３円筒部１００ｂ、複数の磁石３００、素子４００が組み込まれている磁気センサ４０１、第２の物体２００を含んでいる。

第３円筒部１００ｂは有底円筒部１００ａに載せられて固定されている。有底円筒部１００ａと第３筒部１００ｂの組が上述の実施形態における第１の物体１００（凸部１０１）に相当する。複数の磁石３００は有底円筒部１００ａに固定されている。有底円筒部１００ａに固定されている複数の磁石３００の配列については、上述の実施形態における説明で「第１の物体１００」を「有底円筒部１００ａ」に読み替えることによって理解される。

第２円筒部１０５は第３円筒部１００ｂに載せられて固定されており、椀状蓋部１０７は第２円筒部１０５に載せられて固定されている。第２の応用例では、第３円筒部１００ｂの外径は、有底円筒部１００ａの外径にほぼ等しい。また、第１円筒部１０３の内径は第３円筒部１００ｂの外径とほぼ同じであり、第１円筒部１０３は第３円筒部１００ｂを第１円筒部１０３の内部に収容している。図７〜図１１では図示していないが、有底円筒部１００ａと第３円筒部１００ｂと第２円筒部１０５と椀状蓋部１０７とで囲まれた空間に、カメラ、カメラによる撮影やカメラの動作などを制御する回路装置、カメラを駆動するための電源装置などが収容されている。カメラレンズは、椀状蓋部１０７に形成されているレンズ孔１０７ａから外部を覗くように位置している。

一体的に固定されている第１の物体１００と第１円筒部１０３と第２円筒部１０５と椀状蓋部１０７（以下、「カメラケース」と呼称する）のうち第１の物体１００と第１円筒部１０３の一部とで構成されている部分は、有底円筒部１００ａの底部が第２の物体２００（凹部２０１）の底部と対向するように、第２の物体２００（凹部２０１）に収容されている。第２の物体２００（凹部２０１）の開口部と第１円筒部１０３との隙間はリング状のキャップ部１０９で封じられている。ただし、第２の物体２００（凹部２０１）とキャップ部１０９とは、あるいは、第１円筒部１０３とキャップ部１０９とは摺動できるように構成されている。第１円筒部１０３の他部は第２の物体２００（凹部２０１）に収容されておらず、回転カメラ９０３のユーザはこの他部に触れることができる。ユーザがこの他部に触れて第１円筒部１０３を回転させると、カメラを収容しているカメラケースが回転する。回転カメラ９０３では、カメラケースの回転可能な角度範囲は３６０度である。

回転カメラ９０３では、第２の物体２００からカメラケース内の電源装置に給電する非接触給電技術が採用される。電力供給側コイルは第２の物体２００の内部において軸凸部２０１ａの底部の近傍に位置しており、電力受給側コイルは第１の物体１００の内部において軸凸部１０１ａの底部の近傍に位置している。第２の物体２００（凹部２０１）がカメラケースを受け容れている状態では、軸凸部２０１ａの底部と軸凸部１０１ａの底部とが近接対向しているので、電力供給側コイルから電力受給側コイルへの電磁誘導によって第２の物体２００からカメラケース内の電源装置に給電される。また、回転カメラ９０３では、複数の磁石３００が有底円筒部１００ａに一巡りするように配列されており、さらに、磁石３００が作る静磁場の有無が素子４００によって検出されるので、カメラケースが任意の角度で回転してもカメラケースが第２の物体２００（凹部２０１）に挿入されている状態であることを検知できる。したがって、この検知に基づいて、カメラケースが任意の角度で回転しても第２の物体２００からカメラケース内の電源装置に安定して給電される（つまり、不意の給電停止を防止できる）。

以上、本発明の実施形態と応用例について説明したが、当業者にとって、本発明が本明細書中で説明された実施形態あるいは応用例に限定されないことは明らかである。例えば、他の応用例としてロボットアームを例示できる。本発明は、特許請求の範囲の記載によって定まる本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく修正及び変更態様として実施され得る。本明細書の記載は、例示説明を目的とするものであり、特段の断りが無い限り、本発明に対して何ら制限的な意味を有しない。

Claims (3)

1. 上部が開口した有底円筒形状である第１の有底円筒部と、前記第１の有底円筒部の底面中央部を上方向に隆起するように形成されて下部が開口した有底円筒形状の第１の軸凸部を含む第１の物体と、
   上部が開口した有底円筒形状であって、前記第１の有底円筒部を収容する第２の有底円筒部と、前記第２の有底円筒部の底面中央部を上方向に隆起するように形成されて下部が開口した有底円筒形状であって、前記第１の軸凸部に収容される第２の軸凸部を含む第２の物体と、
   前記第１の物体の回転軸と直交する平面と前記第１の有底円筒部の周面との交線に沿って固定された複数の磁石と、
   前記第１の有底円筒部が前記第２の有底円筒部に収容された状態で、前記交線と対向する前記第２の物体の部位の任意の位置に静磁場を検出する少なくとも１個の素子と、
   前記第１の軸凸部の底部上面に位置する電力受給側コイルと、
   前記第２の軸凸部の底部下面に位置する電力供給側コイルを含む
   回転機構。
2. 請求項１に記載の回転機構において、
   前記素子はそれぞれホール素子または磁気抵抗素子である
   回転機構。
3. 請求項１または請求項２に記載の回転機構において、
   前記交線に沿って一巡りするように前記磁石が固定されている
   回転機構。