(57)【要約】【課題】本発明は装置内において球面対偶で支持される慣性負荷の慣性負荷中心を前記球面対偶の回転中心に一致させるバランス調整方法に関し、調整時間の短縮を図ることを課題とする。【解決手段】球面軸受け１５で支持されるペイロード部６の慣性負荷中心を球面軸受け１５の回転中心に一致させるバランス調整方法であって、慣性負荷を第１の向きとしたときにペイロード部６に印加される重力、又は該重力と共に付加する試験用錘の重さ２５による静不釣合いによりペイロード部６に発生する第１の回転ベクトルを測定する第１の工程と、ペイロード部６異なる第２の向きとしたときに前記静不釣合いによりペイロード部６に発生する第２の回転ベクトルを測定する第２の工程と、第１及び第２の回転ベクトルに基づきペイロード部６の慣性負荷中心を球面軸受け１５の回転中心に一致させる調整用錘の質量ｍ１，ｍ２，ｍ３を求める第３の工程とを有する。【選択図】  図６
2010266211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置内において球面対偶で支持される慣性負荷の慣性負荷中心を前記球面対偶の回転中心に一致させるバランス調整方法であって、
前記慣性負荷を第１の向きとしたときに、前記慣性負荷に印加される重力、又は該重力と共に付加する試験用錘の重さによる静不釣合いにより、前記慣性負荷に前記球面対偶周りに発生する第１の回転を測定する第１の工程と、
前記慣性負荷を前記第１の向きと異なる第２の向きとしたときに、前記慣性負荷に印加される重力、又は該重力と共に付加する試験用錘の重さによる静不釣合いにより、前記慣性負荷に前記球面対偶周りに発生する第２の回転を測定する第２の工程と、
前記第１及び第２の工程で測定された前記第１及び第２の回転に基づき、前記慣性負荷の慣性負荷中心を前記球面対偶の回転中心に一致させる調整用錘の質量及び取付け位置を求める第３の工程とを有するバランス調整方法。
【請求項２】
前記第２の向きは、前記第１の向きに直交する方向である請求項１に記載のバランス調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバランス調整方法に係り、特に装置内において球面対偶で支持される慣性負荷の慣性負荷中心を前記球面対偶の回転中心に一致させるバランス調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空間安定化装置のジンバル内に設けられる撮像ユニット等の慣性負荷（ペイロード）は、撮像方向が三次元方向となるため、ロール（Ｘ軸回り）、ヨー（Ｚ軸回り）、ピッチ（Ｙ軸回り）の各軸回りの回転動作を必要とする。従来、これを実現する機構として、ボールジョイントやすべり球面軸受け、転がり軸受けの組み合わせ（ユニバーサルジョイントのような機構を形成）などが用いられてきたが、精度や剛性などが十分でない場合があった。これに対し、太陽球と呼ばれる一つの回転体を多くの遊星球で取り囲んだ構造の球面軸受け（特許文献１参照）が近年使われるようになってきている。
【０００３】
この球面軸受けは、精度や剛性が高いこと、低トルクであることなどから、回転防止機構としても使用することができる。すなわち、支持すべき慣性負荷の中心部分を一つの球面軸受けで支持して回転外乱を絶縁すると共に、慣性負荷の重心を球面軸受けの中心に一致させることにより、並進外部振動が慣性負荷の重心に作用したものが回転運動に転化することを防止することができる。従って、球面軸受けを用いた装置においては、慣性負荷の重心を球面軸受けの回転中心に一致させることが非常に重要になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３４３３９２４号公報
【特許文献２】特開２００６−２５４９７４号公報
【特許文献３】特開平０５−２０９８０４号公報
【特許文献４】特開２００３−０５０３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、慣性負荷の重心を球面軸受けの回転中心に一致させる方法としては、次のような方法が取られていた。予め慣性負荷(ペイロード)上に調整用錘を付加できる場所を３箇所以上用意した上で、先ずペイロードを特定の向きに向けて重心が回転中心からずれている場合に重力が作用して回転するようにする（工程１）。そして、この状態で回転が起こらないように錘を付加してバランスを取る（工程２）。
【０００６】
次に、残りの軸回りの重心のズレがないか確認するため、ペイロードの向きを90°変えてバランスが取れているか確認する（工程３）。そして、回転が起こる場合には、錘を付加してバランスを取る（工程４）。
【０００７】
上記の工程１〜工程４が終了すると、ペイロードの向きを工程１の状態に戻して、再度バランスを取る（工程５）。この状態でペイロードに回転が発生する場合には、上記の工程３〜工程５の処理をペイロードに回転が発生しない状態となるまで（バランスが取れるまで）繰り返し実施する（工程６）。
【０００８】
従来では、以上の工程を実施することにより、ペイロードの重心を球面軸受けの回転中心に一致させていた。しかしながら、この従来のバランス調整方法では、錘の増減による重心位置の調整を各軸回りに独立に行うことが困難なため、工程６における試行錯誤的な調整に時間が掛かるという問題点があった。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、容易かつ短時間で慣性負荷の重心を球面軸受けの回転中心に一致するよう調整を行いうるバランス調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題は、第１の観点からは、装置内において球面対偶で支持される慣性負荷の慣性負荷中心を前記球面対偶の回転中心に一致させるバランス調整方法であって、静不釣合いにより前記球面対偶周りに回転する２方向の回転ベクトルを、前記装置の方向を変えて２回測定する第１の工程と、静不釣合いにより前記球面対偶周りに回転する２方向の回転ベクトルを、前記慣性負荷に既知の試験用錘を取付けた上で、前記装置の方向を変えて２回測定する第２の工程と、前記第１及び第２の工程で測定された前記回転ベクトルに基づき前記慣性負荷の慣性負荷中心を前記球面対偶の回転中心に一致させる調整用錘の質量及び取付け位置を求める第３の工程とを有するバランス調整方法により解決することができる。
【発明の効果】
【００１１】
開示のバランス調整方法によれば、容易かつ短時間で慣性負荷の慣性負荷中心を球面対偶の回転中心に一致させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態であるバランス調整方法を適用するジンバルを示す概略構成図である。
【図２】図２は、ジンバルに設けられた鏡面対偶を拡大して示す図である。
【図３】図３は、重心ずれ及び試験用錘を説明するためのベクトル図である。
【図４】図４は、重心ずれを説明するためのベクトル図である。
【図５】図５は、回転ベクトルＷと位相βの関係を説明するための図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態であるバランス調整方法を示すフローチャートである。
【図７】図７は、本発明の一実施形態であるバランス調整方法の各工程を説明するための図である（その１）。
【図８】図８は、本発明の一実施形態であるバランス調整方法の各工程を説明するための図である（その２）。
【図９】図９は、本発明の一実施形態であるバランス調整方法の各工程を説明するための図である（その３）。
【図１０】図１０は、本発明の一実施形態であるバランス調整方法の各工程を説明するための図である（その４）。
【図１１】図１１は、本発明の一実施形態であるバランス調整方法の各工程を説明するための図である（その５）。
【図１２】図１２は、本発明の一実施形態であるバランス調整方法の各工程を説明するための図である（その６）。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態であるバランス調整方法が適用される装置の一例を示している。同図に示す装置は、航空機や船舶等の移動本体の取付けベースに取付けられる２重構造の機器指向機構であり、外側ジンバルとペイロード部及び内側ジンバルから成る２重ジンバルの概略の構成を示す図である。尚、本発明に係るバランス調整方法の適用は、図１に示す機器指向機構に限定されるものではなく、球面対偶を有する種々の機器のバランス調整に適用できるものである。
【００１５】
図１に示すように、外側ジンバル１は、ＡＺ回転機構２、ＥＬ回転機構３、ＥＬフレーム４、防振機構５（５ａ、５ｂ）、ペイロード部６を備えている。
【００１６】
外側ジンバル１は、ＡＺ回転機構２の回転支持軸７を介して移動本体のベース８に対しアジマス軸（z軸）回りに回転可能に取付けられている。すなわちＡＺ回転機構２は、その内部に不図示のモータ等が内蔵され、外側ジンバル１の外側フレーム９をＺ軸回りに回転可能に支持している。
【００１７】
ＥＬ回転機構３は、この外側フレーム９のＥＬ機構支持部９ａ，９ｂに支持されている。外側ジンバル１の内側フレームとなるＥＬフレーム４は、このＥＬ回転機構３を介してエレベーション軸（x軸）１１回りに回転可能に取付けられている。ＥＬ回転機構３はモータ等を内蔵しており、このモータによりＥＬ回転機構３は回転駆動される。
【００１８】
更に、ＥＬフレーム４の内部には、ＥＬ回転軸１１に直交するフレーム軸方向の上下に、上述した２個の防振機構５ａ、５ｂが対称に配置されている。上下２つの防振機構５ａ，５ｂは、それぞれ外側プレート１２ａ、１２ｂによりＥＬフレーム４の内側上下にボルト止めされて、ＥＬフレーム４内に位置固定されている。
【００１９】
防振機構５ａ，５ｂは、外側プレート１２ａ，１２ｂと内側プレート１３ａ，１３ｂとの間に、一定範囲で伸縮自在のバネ付きストラット１８が複数配設されている。また、外側プレート１２ａ，１２ｂと内側プレート１３ａ，１３ｂとの間で、バネ付きストラット１８の配設位置よりも内側には、複数のエアダンパ１９が等間隔で配設されている。よって、ベース８から外力が印加された場合、防振機構５ａ，５ｂはこの外力をバネ付きストラット１８により弾性的に緩衝し、更にエアダンパ１９により吸収する。
【００２０】
また、上下一対の内側プレート１３ａ、１３ｂの間には、支柱１４が配置されている。球面対偶となる球面軸受け１５は、この支柱１４の軸上中心に設けられている。
【００２１】
図２は、支柱１４に設けられた球面軸受け１５の近傍を拡大して示す図である。同図に示すように、球面軸受け１５は支柱１４と一体的とされたアウターレース１５ａの内部に球状のインナーレース１５ｂが装着されており、インナーレース１５ｂがアウターレース１５ａ内で転動することにより、シャフト１５ｃを三自由度で移動可能としたものである。
【００２２】
取付け支持フレーム１６は、球面軸受け１５のシャフト１５ａに取付けられる。よって、取付け支持フレーム１６は、支柱１４に三自由度で移動可能に保持される。この取付け支持フレーム１６は、撮像ユニットが取付けられている。撮像ユニットは、一対のカメラ本体１７ａ、１７ｂ及びこのカメラ本体１７ａ、１７ｂを駆動するための各種機器・装置を有している。
【００２３】
ペイロード部６は、球面軸受け１５に対する慣性負荷である。本実施形態では、取付け支持フレーム１６及び撮像ユニット（カメラ本体１７ａ、１７ｂを含む）は球面軸受け１５に対する慣性負荷である。よって本実施形態では、球面軸受け１５に取付けられる取付け支持フレーム１６及び撮像ユニットがペイロード部６となる。
【００２４】
前記したように、球面軸受け（球面対偶）を用いた装置においては、慣性負荷の重心を球面軸受けの回転中心に一致させることが非常に重要になる。本実施形態では、慣性負荷がペイロード部６となるため、ペイロード部６の重心を球面軸受け１５の回転中心に一致させることが重要となる。このため、ペイロード部６の重心を球面軸受け１５の回転中心に一致させるバランス調整を行う必要がある。以下、本実施形態による、ペイロード部６の重心を球面軸受け１５の回転中心に一致させるバランス調整方法について説明する。
【００２５】
バランス調整を行うに際し、予めペイロード部６にバランス調整用錘を付加できる場所を３箇所以上用意する。本実施形態では、バランス調整用錘を付加できる場所をペイロード部６に３箇所設定した例につい説明する。また、このバランス調整用錘を付加する場所は、既知の場所であるとする。
【００２６】
図３は、重心ずれ及び試験用錘を説明するためのベクトル図である。同図において、Ｏで示すのは球面軸受け１５の回転中心であり、この回転中心Ｏを通るＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸を有する座標系を想定する。また、同図に示す記号を下記のように定義する。
【００２７】
【数１】
2010266211.tif 000003
ここで、図３及び図４を用いて本実施形態におけるバランス調整方法の基本原理について説明する。上記のように本実施形態ではペイロード部６の３箇所に試験用錘の取付け位置を設定している。ここで、３個のバランス調整用錘の質量を上記のようにｍ１，ｍ２，ｍ３とし、またバランス調整用錘の取付け位置の位置ベクトルをベクトルｐ１，ｐ２，ｐ３とする。このバランス調整用錘の取付け位置は、予め設定されており、よって既知の値である。
【００２８】
また、ペイロード部６の重心位置が球面軸受け１５の回転中心Ｏとし一致していた場合には、回転中心Ｏに対するペイロード部６の回転は発生しない。しかしながら、ペイロード部６の重心位置が球面軸受け１５の回転中心Ｏからずれていた場合には、この位置ずれに起因してペイロード部６には、図４に示すような回転中心Ｏを中心とした回転モーメントｗが発生する。ここで、球面軸受け１５の回転中心Ｏに対するペイロード部６の重心位置を位置ベクトルｅで示し、ペイロード部６の質量をＭで示すものとする。
【００２９】
本実施形態に係るバランス調整方法では、ペイロード部６に回転モーメントｗの発生を抑制しうる各バランス調整用錘の質量ｍ１，ｍ２，ｍ３を求めることを目的としている。よって、後述する具体的なバランス調整方法により得られた質量ｍ１，ｍ２，ｍ３を有するバランス調整用錘を前記した既知のバランス調整用錘の取付け位置に取付けることにより、回転モーメントｗの発生を抑制することができる。
【００３０】
ここで図３を参照し、回転モーメントｗがｗ＝０となる条件を求める。いま、ペイロード部６が回転中心Ｏからずれていることにより発生する回転モーメントＭＡとし、３箇所のバランス調整用錘の取付け位置に質量ｍ１，ｍ２，ｍ３を取付けた場合にペイロード部６に発生する回転モーメントをＭＢとする。（回転モーメントｗ）＝０となるためには、ＭＡ＝ＭＢである必要があるため、（回転モーメントｗ）＝０となる条件は下式(1)となる。
【００３１】
【数２】
2010266211.tif 000004
上記の(1)式において、前記のように質量Ｍ及び位置ベクトルｐ１，ｐ２，ｐ３は既知である。いま、位置ベクトルｐ１，ｐ２，ｐ３を座標表示すると下記のようになる。
【００３２】
【数３】
2010266211.tif 000005
ここで、上記した式(1)を行列式に変換し、質量ｍ１，ｍ２，ｍ３について纏めると下式(2)となる。
【００３３】
【数４】
2010266211.tif 000006
従って式(2)より、ｅｘ,ｅｙ,ｅｚを得ることにより、バランス調整用錘の質量ｍ１，ｍ２，ｍ３を求めることができることがわかる。本実施形態に係るバランス調整方法では、このペイロード部６の重心の位置ベクトルの座標（ｅｘ,ｅｙ,ｅｚ）を求めるに際し、位相β（回転方向角度）を用いている。
【００３４】
ここで位相βは、図５に示されるように、回転ベクトルｗの、重力方向（同図ではｚ方向）以外の成分についてのアークタンジェント(arc tan)を取ったものと定義する。この位相βは、後述するように、ペイロード部６の姿勢を変更するたびに、また試験用錘を付加するたびに測定される。
【００３５】
次に、図６を参照してペイロード部６の重心を球面軸受け１５の回転中心に一致させる具体的なバランス調整方法について説明する。図６は、バランス調整方法で実施する各工程をその手順に沿って示すフローチャートである。尚、この際にペイロード部６の座標軸（ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸）は、図３に示したごとく設定されているものとする。
【００３６】
バランス調整処理が開始されると、先ずステップ１０（図ではステップをＳと略称している）において、ペイロード部６はその座標軸の内、ｚ軸が重力方向（第１の向き）となるよう設置される。図７は、ペイロード部６の座標軸の内、ｚ軸が重力方向となるよう設置された状態を示している。
【００３７】
次に、ステップ１２において、ペイロード部６のｚ軸を重力方向となるよう設置した際、ペイロード部６に静不釣合いにより回転が発生するかどうかを確認する。ここで、ペイロード部６に回転が発生していないと確認された場合は、処理はステップ１４に進み、ペイロード部６はＥＬフレーム４ごとに向きが変えられ、ｘ軸が重力方向（第２の向き）となるよう設置される。よって本実施形態では、第２の向き第１の向きに対しては直交した方向となる。また、この状態において、試験用錘２５を付加する。この際に付加する試験用錘２５の質量はｍtであり、取付け位置の座標は(ptx,pty,ptz)である。
【００３８】
そして続くステップ１６では、ペイロード部６に発生している回転モーメントｗ４より、ｙ，ｚ軸に対する位相β４が測定される。図８は、ペイロード部６がｙ，ｚ軸に対して位相β４だけ回転した状態を示している。以下、このステップ１０，１２，１４，１６の各バランス調整工程を経ることにより位相β４が得られたケースをケースＡというものとする。
【００３９】
尚、このケースＡでは、ステップ１０，１２の処理が請求項に記載の第１の工程に対応し、ステップ１４，１６の処理が第２の工程に相当する。
【００４０】
一方、前記のステップ１２において、ペイロード部６に回転が発生していると確認された場合には、処理はステップ１８に進み、ペイロード部６に発生している回転モーメントｗ１より、ｙ，ｚ軸に対する位相β1が測定される。図９は、ペイロード部６がx,y軸に対して位相β1だけ回転した状態を示している。
【００４１】
上記のように位相β1が測定されると、続くステップ２０では、ペイロード部６はＥＬフレーム４ごとに向きが変えられ、ｘ軸が重力方向（第２の向き）となるよう設置される。図１０は、ｘ軸が重力方向となるよう設置されたペイロード部６を示している。
【００４２】
続くステップ２２では、ペイロード部６に静不釣合いにより回転が発生するかどうかを確認する。ここで、ペイロード部６に回転が発生していないと確認された場合は、処理はステップ２４に進み、ペイロード部６はＥＬフレーム４ごとに向きが変えられ、ｚ軸が重力方向（第１の向き）となるよう設置される。また、この状態において、試験用錘２５を付加する。この際に付加する試験用錘２５の質量はｍtであり、取付け位置の座標は(pｔx,pty,ptz)である。
【００４３】
そして続くステップ２６では、ペイロード部６に発生している回転モーメントｗ３より、ｘ，ｙ軸に対する位相β３が測定される。図１１は、ペイロード部６がｘ，ｙ軸に対して位相β３だけ回転した状態を示している。以下、このステップ１０，１２，１８，２０，２２，２４，２６の各バランス調整工程を経ることにより位相β３が得られたケースをケースＢというものとする。
【００４４】
尚、このケースＢでは、ステップ１０，１２，１８の処理及びステップ２４，２６の処理が請求項に記載の第１の工程に対応し、ステップ２０，２２の処理が第２の工程に相当する。よってケースＢでは、第１の工程が２回行われることとなる。
【００４５】
一方、前記のステップ２２において、ペイロード部６に回転が発生していると確認された場合には、処理はステップ２８に進み、ペイロード部６に発生している回転モーメントｗ２より、ｙ，ｚ軸に対する位相β２が測定される。図１２は、ペイロード部６がｙ，ｚ軸に対して位相β1だけ回転した状態を示している。
【００４６】
上記のβ２の測定が終了すると、続くステップ３０において、ペイロード部６はＥＬフレーム４ごとに向きが変えられ、ｚ軸が重力方向（第１の向き）となるよう設置される。また、この状態において、試験用錘２５を付加する。この際に付加する試験用錘２５の質量はｍtであり、取付け位置の座標は(ptx,pty,ptz)である。
【００４７】
続くステップ３２では、ペイロード部６に静不釣合いにより回転が発生するかどうかを確認する。そして、ステップ３２で回転が発生していないと判断された場合、このケースをケースＣとする。即ち、このステップ１０，１２，１８，２０，２２，２８，３０，３２の各バランス調整工程を経たることにより位相β２が得られたケースをケースＣというものとする。
【００４８】
尚、このケースＣでは、ステップ１０，１２，１８の処理及びステップ３０，３２の処理が請求項に記載の第１の工程に対応し、ステップ２０，２２，２８の処理が第２の工程に相当する。よってケースＣにおいても、第１の工程が２回行われることとなる。
【００４９】
一方、ステップ３２においてペイロード部６に回転が発生していると確認された場合は、処理はステップ３４に進み、ペイロード部６に発生している回転モーメントｗ３より、ｘ，ｙ軸に対する位相β３が測定される（この状態は、図１１に示した状態と等価である）。以下、このステップ１０，１２，１８，２０，２２，２８，３０，３２，３４の各バランス調整工程を経ることにより位相β３が得られたケースをケースＤというものとする。
【００５０】
尚、このケースＤでは、ステップ１０，１２，１８の処理及びステップ３０，３２の処理及びステップ３０〜３４の処理が請求項に記載の第１の工程に対応し、ステップ２０，２２，２８の処理が第２の工程に相当する。よって、ケースＣにおいては、第１の工程が３回行われることとなる。
【００５１】
上記したように、図６に示したバランス調整処理を実施することにより、ケースＡ〜Ｄの４つのケースが設定される。３つのバランス調整用錘の配設位置に取付けるバランス調整用錘の質量ｍ１，ｍ２，ｍ３は、この各ケースごとに設定される。
【００５２】
具体的には、ケースＡ〜Ｄにおけるバランス調整用錘の各質量ｍ１，ｍ２，ｍ３は、下式(3)〜(6)により求められる。
【００５３】
【数５】
2010266211.tif 000007
上記のように試験用錘２５の質量ｍｔ、試験用錘２５の取付け位置の座標ｐｔ（ptx,pty,ptz）既知である。また、式(3)で必要となるβ４はステップ１６で求められる。同様に、式(4)で必要となるβ３は、ステップ２６で求められる。また、式(5)で必要となるβ１，β２は、ステップ１８，２８で求められる。更に、式(6)で必要となるβ１，β２，β3はステップ１８，２８，３４で求められる。
【００５４】
よって、本実施形態に係るバランス試験方法によれば、ケースＡ〜Ｄの４つのケースごとに得られる位相β１〜β４を上記の式(3)〜(6)に代入することにより、容易にペイロード部６の重心を球面軸受け１５の回転中心に一致させることができるバランス調整錘の質量ｍ１，ｍ２，ｍ３を求めることができる。この際、従来のようにペイロード部６に取付ける錘の重さ及び位置を試行錯誤しながら設定する必要はないため、短時間でバランス調整を行うことが可能となる。
【００５５】
次に、上記した式(3)〜(6)により、ペイロード部６の重心を球面軸受け１５の回転中心に一致させることができるバランス調整錘の質量ｍ１，ｍ２，ｍ３を求めることができる理由について説明する。
【００５６】
前記したように、式(2)において、ｅｘ,ｅｙ,ｅｚを得ることにより、バランス調整用錘の質量ｍ１，ｍ２，ｍ３を求めることができる。ここで計算の便宜上、γ１〜γ４を図６に示したステップ１６，１８，２６，２８，３４で求められるβ１〜β４を用いて下記(7)のように定義する。
【００５７】
【数６】
2010266211.tif 000008
ここで、ステップ１８で求められたβ１から（１／γ１）を求めると、式(7)より、
【００５８】
【数７】
2010266211.tif 000009
また、位相β２から（１／γ２）を求める。この際、ステップ２０において、ｘ軸が重力方向となっているため、ペイロード部６の重心位置（ベクトルｅ１）及びペイロード部６に発生するトルクＴ１は、下式のように求められる。
【００５９】
【数８】
2010266211.tif 000010
ここで、式(8)．(9)を前記の式(2)に挿入すると、次式(10)となる。
【００６０】
【数９】
2010266211.tif 000011
上記の式(10)では、ｅｙが変数となる。よって、式(10)からは質量ｍ１〜ｍ３を求めることはできない。このため本実施形態では、既知の質量を有する試験用錘２５を予め取付け位置が設定された（取付け位置の座標が既知の）試験用錘の取付け位置に取付け、この時にペイロード部６に発生する回転（位相β）を測定し、これに基づき変数であるｅｙを求めることとしている。
【００６１】
このため、ステップ３０において、試験用錘２５をペイロード部６に付加している。いま、質量ｍｔである試験用錘２５を位置ベクトルp1(p1x,p1y,p1z)で示される取付け位置に取付けたとする。また、この試験用錘２５を取付けることにより、ペイロード部６の重心位置が位置ベクトルｅから位置ベクトルｅ２に移動したとする。
【００６２】
ここで、移動後におけるペイロード部６の回転モーメント及びトルクＴ１は、次式のようになる。
【００６３】
【数１０】
2010266211.tif 000012
ここで、位相β３から（１／γ３）を求めると、下式のようになる。
【００６４】
【数１１】
2010266211.tif 000013
ここで、この式(11)に上記の式(8)を代入すると、
【００６５】
【数１２】
2010266211.tif 000014
ここで、式(12)を前記の式(10)に挿入すると、下式(13)となる。
【００６６】
【数１３】
2010266211.tif 000015
よって、式(13)にγ１＝tanβ１及びγ２＝tanβ２を代入することにより、上記したケースＤの式(6)を得ることができる。
【００６７】
次に、Ｘ軸が重力方向を向いた状態において、ペイロード部６に試験用錘２５を付加したときのペイロード部６に発生する回転モーメント及びトルクＴ１を求める。このペイロード部６に試験用錘２５を付加する処理は、図６のステップ１４に対応する。
【００６８】
この際も、質量ｍｔである試験用錘２５を位置ベクトルp1(p1x,p1y,p1z)で示される取付け位置に取付けたとする。また、この試験用錘２５を取付けることにより、ペイロード部６の重心位置が位置ベクトルｅから位置ベクトルｅ３に移動したとする。
【００６９】
【数１４】
2010266211.tif 000016
ここで、図６におけるケースＡについて検討する。ケースＡにおいては、ステップ１２において、ペイロード部６のｚ軸が重力方向となるよう設置された際、ステップ１２においてペイロード部６に回転は発生してないことが測定されている。即ち、図７に示す状態において、ペイロード部６には回転が発生しないことが確認されている。よって、ペイロード部６の重心位置ベクトルeのｘ座標値exとy座標値eyは、ex＝ey=0であるといえる。
【００７０】
この関係を式(14)に代入すると、下式(15)が得られる。
【００７１】
【数１５】
2010266211.tif 000017
この式(15)と上記のex＝ey=0の関係を上記の式(2)に挿入すると、下式(16)となる。
【００７２】
【数１６】
2010266211.tif 000018
よって、式(16)にγ４＝tanβ４を代入することにより、上記したケースＡの式(3)を得ることができる。
【００７３】
次に、図６におけるケースＢについて検討する。ケースＢにおいては、ステップ２０において、ペイロード部６のｘ軸が重力方向となるよう設置された際、ステップ２２においてペイロード部６に回転は発生してないことが測定されている。即ち、図１０に示す状態において、ペイロード部６には回転が発生しないことが確認されている。よって、ペイロード部６の重心位置ベクトルeのｚ座標値eＺとy座標値eyは、ez＝ey=0であるといえる。
【００７４】
この関係を式(11)に代入すると、下式(17)が得られる。
【００７５】
【数１７】
2010266211.tif 000019
この式(1７)と上記のez＝ey=0の関係を上記の式(2)に挿入すると、下式(18)となる。
【００７６】
【数１８】
2010266211.tif 000020
よって、式(18)にγ３＝tanβ３を代入することにより、上記したケースＢの式(4)を得ることができる。
【００７７】
次に、図６におけるケースＣについて検討する。ケースＣにおいては、ステップ３０において、ペイロード部６のｚ軸が再び重力方向となるよう設置された際、ステップ３２においてペイロード部６に回転は発生してないことが測定されている。よって、この時下記の式(19)，(20)が成立する（上記の［数１０］参照）。
【００７８】
【数１９】
2010266211.tif 000021
この式(21)を式(10)に代入すると、下式(22)が得られる。
【００７９】
【数２０】
2010266211.tif 000022
よって、式(22)にγ１＝tanβ１，γ２＝tanβ２を代入することにより、上記したケースＣの式(5)を得ることができる。
【００８０】
以上の説明から明らかなように、ケースＡの場合には式(3)を、ケースＢの場合には式(4)を、ケースＣの場合には式(5)を、更にケースＤの場合には式(6)を用い、この各式にケースＡ〜Ｄで求められた変位β１〜β４を代入することにより、２重ジンバル構造の機器指向機構内において、球面軸受け１５（球面対偶）で支持されるペイロード部６（慣性負荷）の慣性負荷中心を球面軸受け１５の回転中心に一致させることができる。
【００８１】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。
【００８２】
以上の説明に関し、更に以下の項を開示する。
（付記１）
装置内において球面対偶で支持される慣性負荷の慣性負荷中心を前記球面対偶の回転中心に一致させるバランス調整方法であって、
前記慣性負荷を第１の向きとしたときに、前記慣性負荷に印加される重力、又は該重力と共に付加する試験用錘の重さによる静不釣合いにより、前記慣性負荷に前記球面対偶周りに発生する第１の回転を測定する第１の工程と、
前記慣性負荷を前記第１の向きと異なる第２の向きとしたときに、前記慣性負荷に印加される重力、又は該重力と共に付加する試験用錘の重さによる静不釣合いにより、前記慣性負荷に前記球面対偶周りに発生する第２の回転を測定する第２の工程と、
前記第１及び第２の工程で測定された前記第１及び第２の回転に基づき、前記慣性負荷の慣性負荷中心を前記球面対偶の回転中心に一致させる調整用錘の質量及び取付け位置を求める第３の工程と
を有するバランス調整方法。
（付記２）
前記第２の向きは、前記第１の向きに直交する方向である付記１に記載のバランス調整方法。
（付記３）
前記試験用錘の配設位置及び質量は既知である付記１又は２に記載のバランス調整方法。
（付記４）
前記装置は二軸ジンバルであり、
前記慣性負荷は前記二軸ジンバルに内設される撮像ユニットである付記１乃至３のいずれか一項に記載のバランス調整方法。
【符号の説明】
【００８３】
１  外側ジンバル
２  ＡＺ回転機構
３  ＥＬ回転機構
４  ＥＬフレーム
５ａ，５ｂ  防振機構
６  ペイロード部
７  回転支持軸
８  ベース
９  外側フレーム
９ａ，９ｂ  ＥＬ機構支持部
１１  エレベーション軸
１２ａ，１２ｂ  外側プレート
１３ａ，１３ｂ  内側プレート
１４  支柱
１５  球面軸受け
１６  取付け支持フレーム
１７ａ，１７ｂ  カメラ本体
【図１】
2010266211.tif 000023
【図２】
2010266211.tif 000024
【図３】
2010266211.tif 000025
【図４】
2010266211.tif 000026
【図５】
2010266211.tif 000027
【図６】
2010266211.tif 000028
【図７】
2010266211.tif 000029
【図８】
2010266211.tif 000030
【図９】
2010266211.tif 000031
【図１０】
2010266211.tif 000032
【図１１】
2010266211.tif 000033
【図１２】
2010266211.tif 000034