(57)【要約】【課題】構造が簡単で安価な等方性防振機構を提供することである。【解決手段】等方性防振機構であって、ベースと、該ベースに対してアジマス軸回り及びエレベーション軸回りに回転可能に取り付けられたアウタジンバルと、一対のリアクション部材と、前記アウタジンバルと前記各リアクション部材との間に設けられた、それぞれ一端が前記アウタジンバルに回転可能に固定され他端が前記リアクション部材に回転可能に固定されると共に円周方向に等間隔で配置された複数の防振要素ストラットと、それぞれ一端が前記アウタジンバルに固定され他端が前記リアクション部材に固定されると共に円周方向に等間隔で配置された複数のダッシュポットとから構成される一対の防振モジュールと、前記一対のリアクション部材にその両端が固定された支持部材と、前記支持部材に球面軸受を介して取り付けられた機器搭載用フレームとを具備し、前記各防振要素ストラット及び前記各ダッシュポットは前記アウタジンバルの防振モジュール取付面に対して所定角度傾くように取り付けて構成する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
等方性防振機構であって、
ベースと、
該ベースに対してアジマス軸回り及びエレベーション軸回りに回転可能に取り付けられたアウタジンバルと、
一対のリアクション部材と、
前記アウタジンバルと前記各リアクション部材との間に設けられた、それぞれ一端が前記アウタジンバルに回転可能に固定され他端が前記リアクション部材に回転可能に固定されると共に対称な２個１組が円周方向に等間隔で配置された複数の防振要素ストラットと、それぞれ一端が前記アウタジンバルに固定され他端が前記リアクション部材に固定されると共に円周方向に等間隔で配置された複数のダッシュポットとから構成される一対の防振モジュールと、
前記一対のリアクション部材にその両端が固定された支持部材と、
前記支持部材に球面軸受を介して取り付けられた機器搭載用フレームとを具備し、
前記各防振要素ストラット及び前記各ダッシュポットは前記アウタジンバルの防振モジュール取付面に対して所定角度傾いて取り付けられていることを特徴とする等方性防振機構。
【請求項２】
前記防振要素ストラットは２個１組が円周方向に１２０°間隔で３組（６個）配置され、前記ダッシュポットは円周方向に１２０°間隔で３個配置されており、
前記各防振要素ストラット及び前記各ダッシュポットは前記アウタジンバルの前記防振モジュール取付面に対して３５．２６°傾斜して取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の等方性防振機構。
【請求項３】
前記各防振要素ストラットは圧縮コイルばねを有しており、該防振要素ストラットは前記圧縮コイルばねを圧縮方向に予圧した状態で、それぞれ球面ジョイントを介して前記アウタジンバル及び前記リアクション部材に回転可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の等方性防振機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラ等の機器の等方性防振機構に関する。
【０００２】
航空関係の技術分野においては、航空機に搭載するカメラ等の機器はそのベースに対して、機体振動などの振動が働くため、防振支持することが必要となるが、アウタジンバルによりカメラ等の視軸方向を変える場合、防振機構は最も大きな振動に対して十分な防振性能を備える必要がある。
【０００３】
カメラ等の視軸方向がどの方向にあっても上記の条件を備えるためには、軸方向に等方性を保ち、振動を３軸方向に同程度に減衰させて低周波数化し、防振支持することが必要となる。
【０００４】
カメラ等の機器をその搭載ベースに対して等方的に防振支持するとは、機器支持部に直交する３軸の全ての方向の防振性を等しくすること、つまり防振系の共振周波数と応答倍率とを等しくすることである。
【０００５】
一方、それ以外の回転方向については安定した動作をさせるため、十分な支持剛性を確保した上で防振する必要がある。支持機構にアンバランスが存在すると、指向反力などによりジンバル部が動きすぎ、接触や破損が起きたり性能劣化の原因となる。
【０００６】
【従来の技術】
この種の防振機構は、その設計及び製作が容易でないために、機器支持部に既製の防振マウントを選択して使用するのが一般的である。従来の防振機構の一例は図１に示すように構成されている。
【０００７】
単独で等方特性を有する防振ゴム４を搭載ベース２上に４箇所程度バランス良く配置し、カメラスタビライザ６等の被防振体を支持するように構成される。
【０００８】
防振ゴム４は重心を含む平面内において、重心について対称的な位置に配置される。カメラスタビライザ６は窓８を有しており、この窓８内にカメラが搭載される。
【０００９】
他の従来技術としては、特開平１１−２２３５２８号に開示された安定化支持台装置が知られている。しかし、この公開公報に開示された安定化支持台装置は３軸方向に等方性を持たせた防振機構ではなく、その設計は、内部機器の配置や運用なども同時に考慮する必要があり、複雑で難しい。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１１−２２３５２８号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
防振装置はその構造の複雑さや機器内部のレイアウトの制約のために、その特性についても極めて多くの制約がある。例えば、カメラなどの被防振体の質量が小さい場合には、単純に既製の防振要素の最小寸法のものを選択して使用しても、各軸方向に等方な共振周波数を持ち且つ必要とする低周波にまで減衰させるには非常に困難な状況にある。
【００１２】
各軸共振周波数の等方性化及び共振周波数の低周波数化を果たすためには、仕様を満たすために複雑な形状を詳細に解析したり、或いは単純な形状に近似したり、はたまた複雑な理論計算を行い特性を計算したりと、最適化することに多大な時間と労力を費やしていた。
【００１３】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、構造が簡単で安価に製作することのできる等方性防振装置を提供することである。
【００１４】
本発明の他の目的は、質量が比較的小さいものに使用した場合でも、従来装置では得られなかった低周波にまで防振支持系の共振周波数を低下させることが可能な機器の等方性防振装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、等方性防振機構であって、ベースと、該ベースに対してアジマス軸回り及びエレベーション軸回りに回転可能に取り付けられたアウタジンバルと、一対のリアクション部材と、前記アウタジンバルと前記各リアクション部材との間に設けられた、それぞれ一端が前記アウタジンバルに回転可能に固定され他端が前記リアクション部材に回転可能に固定されると共に円周方向に等間隔で配置された複数の防振要素ストラットと、それぞれ一端が前記アウタジンバルに固定され他端が前記リアクション部材に固定されると共に円周方向に等間隔で配置された複数のダッシュポットとから構成される一対の防振モジュールと、前記一対のリアクション部材にその両端が固定された支持部材と、前記支持部材に球面軸受を介して取り付けられた機器搭載用フレームとを具備し、前記各防振要素ストラット及び前記各ダッシュポットは前記アウタジンバルの防振モジュール取付面に対して所定角度傾いて取り付けられていることを特徴とする等方性防振機構が提供される。
【００１６】
好ましくは、防振要素ストラットは２個１組が円周方向に１２０°間隔で３組（６個）配置され、ダッシュポットは円周方向に１２０°間隔で３個配置されている。各防振要素ストラット及び各ダッシュポットはアウタジンバルの防振モジュール取付面に対して３５．２６°傾斜しているのが好ましい。
【００１７】
各防振要素ストラットは圧縮コイルばねを有しており、防振要素ストラットは圧縮コイルばねを圧縮方向に予圧した状態で、それぞれ球面ジョイントを介してアウタジンバル及びリアクション部材に回転可能に取り付けられている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図２を参照すると、本発明実施形態の等方性防振機構の平面図が示されている。ベース１０にはアジマス機構１２を介してアウタジンバル１３の外側フレーム１４がアジマス軸（ＡＺ軸）回りに回転可能に取り付けられている。アジマス機構１２はその内部にモータ等が内蔵されている。
【００１９】
アウタジンバル１３の外側フレーム１４にはエレベーション機構１６を介して内側フレーム１８がエレベーション軸（ＥＬ軸）回りに回転可能に取り付けられている。エレベーション機構１６はモータ等を内蔵している。内側フレーム１８には取り付けプレート１９がボルト止めされている。
【００２０】
２２はリアクション部材であり、各取り付けプレート１９と各リアクション部材２２の間に防振モジュール２０が設けられている。一対のリアクション部材２２の間には支持部材２４が取り付けられている。
【００２１】
支持部材２４上には球面軸受け２６を介して機器搭載用フレーム２８が取り付けられている。この機器搭載用フレーム２８上にカメラ等の機器が固定される。
【００２２】
図３及び図４に示されるように、各防振モジュール２０は複数個（本実施形態では６個）の防振要素ストラット３０と、複数個（本実施形態では３個）のダッシュポット（エアダンパ）３２により構成される。図３において、リアクション部材２２は省略されている。
【００２３】
各防振モジュール２０内部に複数個取り付けられる防振要素ストラット３０は、機器搭載用フレーム２８の重心Ｇに対して、並進の剛性が各々等しくなるような位置と向きとを持って配置する。
【００２４】
即ち、機器搭載用フレーム２８の重心Ｇを原点とする座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を考慮に入れて、防振要素ストラット３０の向きをその長手方向中心軸線方向によって表すと、図３及び図４に示すような位置と向きを持って配置される。
【００２５】
図３において、α１は約７５°、α２は約２５°である。各防振モジュール２０の防振要素ストラット３０は、座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のＸＹ平面（取付プレート１９の取付面）に対してその傾斜角は３５．２６°になる。ダッシュポット３２の配置に対しても同様に、座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のＸＹ平面に対してその傾斜角は３５．２６°になる。
【００２６】
各防振要素ストラット３０は、一端がアウタジンバル３０の取付プレート１９に回転可能に固定され、他端がリアクション部材２２に回転可能に固定される。一方、各ダッシュポット３２は、一端がアウタジンバル１３の取付プレート１９に固定され、他端がリアクション部材２２に回転可能に固定される。
【００２７】
次に、防振要素ストラット３０及びダッシュポット３２の傾斜角の求め方について説明する。まず、図３を参照し、３次元の空間内の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）各々の並進方向の微少振動時の運動方程式を立てる。次に、各々の方向の剛性を等しくするため、各々の方向の等価ばね定数が等しいと置く。
【００２８】
このとき、１２０°回転対称配置になるような位置に防振要素ストラット３０とダッシュポット３２を配置することが重要である。すると、各方向の等価ばね定数が全て同じばね定数の防振要素ストラット３０を使用しているので、長手方向ばね定数をｋ０とするならば、
Ｋｘ＝６ｋ０ｃｏｓ２θ１，Ｋｙ＝６ｋ０ｃｏｓ２θ１，Ｋｚ＝１２ｋ０ｓｉｎ２θ１
となる。Ｋｘ＝Ｋｙ＝Ｋｚと置くことによりθ１＝３５．２６°が求められる。
【００２９】
ダッシュポット３２についても同様に、各方向の等価減衰係数が全て同じ減衰係数のダッシュポット３２を使用しているので、減衰係数をｃ０とするならば，
Ｃｘ＝３ｃ０ｃｏｓ２θ２，Ｃｙ＝３ｃ０ｃｏｓ２θ２，Ｃｚ＝６ｃ０ｓｉｎ２θ２
となる。Ｃｘ＝Ｃｙ＝Ｃｚとおくことにより、θ２＝３５．２６°が求められる。
【００３０】
このような配置にした後、防振要素ストラット３０とダッシュポット３２の長さを調整してやると慣性モーメントを調整でき、回転剛性についても各々等しくするのは容易になる。
【００３１】
次に、図５を参照して防振要素ストラット３０の詳細構造について説明する。図５（Ａ）は防振要素ストラット３０の正面図、図５（Ｂ）は内部構造を破線で示した図である。
【００３２】
鍔３６を有する大径シリンダ３４内に鍔４６を有する小径シリンダ４４が挿入されている。大径シリンダ３４の鍔３６にはロッド３８が固定されており、このロッド３８の端部は球面ジョイント４０を介して取り付け用ブラケット４２に回転可能に取り付けられている。
【００３３】
小径シリンダ４４の鍔４６にもロッド４８が固定されており、このロッド４８の端部は球面ジョイント５０を介して取り付け用ブラケット５２に回転可能に取り付けられている。
【００３４】
大径シリンダ３４の鍔３６と小径シリンダ４４の鍔４６の間には圧縮コイルばね５４が圧縮方向に予圧されて装着されている。
【００３５】
図６は第２実施形態の防振要素ストラット３０Ａの分解正面図であり、図７はその正面図を示している。この第２実施形態の防振要素ストラット３０Ａでは、ナット５５を締め付けることによりロッド３８´は大径シリンダ３４´に対して固定される。
【００３６】
両端に鍔５８，６０を有する小径シリンダ５６中にはロッド６２が挿入されており、ナット７２を締め付けることによりロッド６２は小径シリンダ５６に対して固定される。ロッド６２の端部は球面ジョイント６４を介して取り付け用ブラケット６６に取り付けられている。
【００３７】
ロッド６２の先端部にはワッシャー６８がナット７０で固定されており、鍔６０とワッシャー６８の間にコイルばね７１が介装されている。小径シリンダ５６のロッド６２を矢印Ａで示すように大径シリンダ３４´中に挿入し、ロッド６２を図示しないピンで大径シリンダ３４´に対して固定する。これにより、圧縮コイルばね５４´は予め圧縮方向に予圧された状態で鍔３６と５８の間に装着される。
【００３８】
本実施形態の防振要素ストラット３０Ａでは大径シリンダ３４´内にコイルばね７１が挿入固定されているため、大径シリンダ３４´と小径シリンダ５６の間に大きな引張り力がかかった場合にも、ロッド６２が大径シリンダ３４´から抜け出すことはない。
【００３９】
図８はダッシュポット３２の構成図を示しており、シリンダ７４中にピストンロッド７６が挿入されている。ピストンロッド７６の先端は球面軸受け７８を介して取り付けプレート８０に連結されている。シリンダ７４の端部には取り付けプレート８２が固定されている。
【００４０】
この構成により、ダッシュポット３２は取り付けプレート８０をリアクション部材２２に固定することにより、その一端がリアクション部材２２に回転可能に取り付けられ、取り付けプレート８２をアウタジンバル１３の取り付けプレート１９に固定することにより、その他端がアウタジンバル１３に対して固定される。
【００４１】
上述した実施形態では、被防振体としての機器搭載用フレーム２８を複数個の防振要素ストラット３０と複数個のダッシュポット３２から構成される一対の防振モジュール２０により支持するので、強度の上で安定しているばかりでなく、等方性の低周波防振効果が達成される。
【００４２】
この等方性の低周波防振効果は回転及び並進方向各々に当てはまる。また、防振要素ストラット３０の各々は、１軸に関してのみの特性であればよく等方性を持つ必要がないので、比較的に簡単な形状で経済的に製作することが可能である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明は、以下のような効果を有する。
【００４４】
（１）圧縮方向で通常１軸に関してのみ防振効果が高い防振要素ストラットを複数個使用することにより、各方向（６軸方向）に対しての防振要素へ拡張することができる。
【００４５】
（２）ベースと防振要素ストラットのなす角度を最適化することにより、並進及び回転の共振周波数、応答倍率の等方性化が可能となる。
【００４６】
（３）防振モジュール内で防振要素ストラットとダッシュポットを１２０°対称配置することにより、ばね定数の計算が簡単になり、計算結果について信頼性が高い。
【００４７】
（４）防振モジュールは複数の防振要素ストラットとダッシュポットにより構成されるので、リアクション部材での発生加重及びトルクを各方向にほぼ均一に配分でき、安定性が増す。
【００４８】
（５）リアクション部材回りに２個以上の防振モジュールを配置することにより、防振要素ストラットへの予圧を変化させることが可能となり、共振周波数及び応答倍率のある程度の調整を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例構成図である。
【図２】本発明実施形態の等方性防振機構の平面図である。
【図３】Ｘ−Ｙ平面で見た防振モジュールを示す図である。
【図４】図３の右側面図である。
【図５】第１実施形態の防振要素ストラットを示す図である。
【図６】第２実施形態の防振要素ストラットの分解正面図である。
【図７】第２実施形態の防振要素ストラットの正面図である。
【図８】ダッシュポットを示す図である。
【符号の説明】
１２  アジマス機構
１３  アウタジンバル
１４  外側フレーム
１６  エベレーション機構
１８  内側フレーム
２０  防振モジュール
２２  リアクション部材
２４  支持部材
２６  球面軸受け
２８  機器搭載フレーム
３０  防振要素ストラット
３２  ダッシュポット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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