(57)【要約】【課題】自由雲台の円滑な操作感を長期にわたって保つ。【解決手段】ボール６と、このボール６に固定され被支持物を支持するための上皿１０と、ボール６を回動可能かつ任意角度で固定可能に支持する本体とを有する。本体は、ボール６の外周面を挟む一対のボール受け面３２，３６と、このボール受け面同士の距離を変更するための締結機構１６、１８、１４とを具備する。ボール６の外周面およびボール受け面３２，３６は金属で形成され、陽極酸化処理等の耐摩耗性表面処理が施されている。ボール部の外周面には、液体潤滑剤中に固体潤滑剤粒子を１０質量％以上含有するグリスが塗布されている。【選択図】        図１
2004302396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状をなすボール部と、このボール部に固定され被支持物を支持するための支持部と、前記ボール部を回動可能かつ任意角度で固定可能に支持する本体とを有し、この本体は、前記ボールの外周面を挟む少なくとも一対のボール受け面と、このボール受け面同士の距離を変更するための締結機構とを具備し、前記ボール部の外周面および前記ボール受け面は金属で構成され、さらに耐摩耗性表面処理が施されていることを特徴とする自由雲台。
【請求項２】
前記ボール部の外周面には、液体潤滑剤中に固体潤滑剤粒子を１０質量％以上含有するグリスが塗布されていることを特徴とする請求項１記載の自由雲台。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自由雲台に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自由雲台は、球状のボールと、このボールに連結されカメラ等を支持するための上皿と、ボールを回動可能かつ任意角度で固定可能に支持する本体とを有する。この本体は、ボールの外周面を挟む通常一対のボール受け面と、このボール受け面同士の距離を変更してボールを固定する止めネジを有し、この止めネジを回すことにより、ボール受け面の間隔を狭めてボールを任意の角度で固定し、カメラ等の向きを自由に設定できるようになっている。
【０００３】
最近のカメラ（特に３５ｍｍ一眼レフカメラ）の大型化、及び望遠レンズが安価に提供されるに伴い、自由雲台への要求は特に、止まり、スムーズな動き、ぶれに対する剛性の点で高くなっている。一方、機材の軽量化もまた強く望まれている。比較的大型の自由雲台（例えばボールの直径が４０ｍｍ以上）では、ボールをアルミニウム合金とし、一対の受け面をポリアセタールに代表されるエンジニアリングプラスチックで形成したものが多い。これはプラスチックの持つ自己潤滑性を利用して、スムーズな動きを得て、止まりや剛性はその大きさで得ようとするためである。
【０００４】
しかし、これでは機材の軽量化は望めない。そこで、小型の自由雲台で、大型のカメラを使用したいとの新たな要求が生じた。小型の自由雲台では、ボールあるいは受け面にプラスチックを用いることが難しい。プラスチックは金属材料に比してヤング率が遙かに小さいため、要求される剛性が得られ難く、カメラぶれを起こしやすくなり、摩擦係数が小さいから止まりも悪くなるからである。そこで、小型の自由雲台の場合には、ボール及び受け面を金属で形成することが一般的である。例えば、ボールはアルミニウム合金、マグネシウム合金、黄銅などで形成されることが多い。また、ボールには陽極酸化処理が行われていたが、一対の受け面の少なくとも一方には陽極酸化処理が行われていなかった。受け面の少なくとも一方は、使用者の目に触れないためである。従来は、この構成で問題がないとされていた。
【特許文献１】特開平７−２８０１７６（図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、自由雲台の小型軽量化が進むにつれ、次のような問題が現れ始めている。すなわち、小型の自由雲台で重いカメラを固定する場合、カメラのぶれをなくすためにはボールの外周面とボール受け面との当接圧力を相当高くして、ボールを強力に固定しなければならない。しかし、従来の自由雲台では、長期使用後に金属製のボールの外周面が摩耗して局部的な凹みを生じたり、ボールまたはボール受け面から摩耗粉が生じて、摺動摩擦を増加させ、自由雲台の円滑な操作感を阻害する問題が生じた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る自由雲台は、球状をなすボール部と、このボール部に固定され被支持物を支持するための支持部と、前記ボール部を回動可能かつ任意角度で固定可能に支持する本体とを有し、この本体は、前記ボールの外周面を挟む少なくとも一対のボール受け面と、このボール受け面同士の距離を変更するための締結機構とを具備し、前記ボール部の外周面および前記ボール受け面は金属で形成され、さらに耐摩耗性表面処理が施されていることを特徴とする。
前記ボール部の外周面には、液体潤滑剤中に固体潤滑剤粒子を１０質量％以上含有するグリスが塗布されていることが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
［第１実施形態］
図１および図２は本発明の第１実施形態に係る自由雲台を示している。この自由雲台は、例えば三脚の上端に取り付けられ、例えばカメラ、望遠鏡、測定器具等を任意の向きで保持する役目を果たす。ただし、本発明の自由雲台はこのような用途に限定されることはなく、いかなる用途に使用されてもよい。
【０００８】
この自由雲台は、三脚等の上端に取り付け可能な円盤状の基台１を有する。この基台１の下面中央には、雌ネジ穴２０が形成され、この雌ネジ穴２０が三脚等の雄ネジに固定される。基台１上には、円環状のリングネジ２を介して、筒状の上ボール受け４が取り付けられている。リングネジ２の下部の内周面には雌ネジ２６が形成され、基台１の上端部に形成された雄ネジ２４と螺合している。リングネジ２の上端には係合部２８が形成され、この係合部２８が上ボール受け４の下端部に形成された係合部３０と係合している。
【０００９】
上ボール受け４の上端部の内周面は、上方へ向けてすぼまるボール受け面３２とされている。ボール受け面３２の直径および断面の傾斜角度は、ボール受け面３２の幅方向のほぼ中央部がボール６の外周面に接するように設定されている。
【００１０】
上ボール受け４の中には、球状のボール６が収容されている。ボール６には同軸に延びる円柱状の首部８が一体的に形成され、この首部８の先端に上皿１０が固定されている。上皿１０の上面中央には雄ネジ１２が設けられ、この雄ネジ１２をカメラ等の被支持物品の下面の雌ネジに螺合させることにより、被支持物が上皿１０に固定される。ボール６の内部には、軽量化を図るために、円柱状の空洞６Ａが同軸に形成されている。
【００１１】
一方、基台１の上面中央部には円柱状の凹部２２が同軸に形成され、凹部２２の内部には、円盤状の下ボール受け１４が同軸に収容されている。下ボール受け１４の外周面３８は凹部２２の内周面に沿って上下に摺動する。下ボール受け１４の上面には、上から見て円環状をなす、すり鉢状に傾斜したボール受け面３６が形成され、このボール受け面３６がボール６の下面を支えている。ボール受け面３６の直径および断面の傾斜角度は、ボール受け面３６の幅方向のほぼ中央部がボール６の外周面に接するように設定されている。ボール受け面３６の内径は、ボール６の空洞６Ａの内径よりも十分に大きく設定されている。
【００１２】
基台１の側面の一部には、軸心に向けて雌ネジ穴４１が形成され、この雌ネジ穴４１には止めネジ１６が螺合されている。止めネジ１６の先端には先へ向けてすぼまる先端テーパ面４２が形成されている。一方、下ボール受け１４の下面には、下へ向けてすぼまるテーパ面４０が形成され、止めネジ１６を締め込むと、その先端テーパ面４２が、下ボール受け１４のテーパ面４０を押し上げ、下ボール受け１４がボール６を押し上げる。これにより、ボール６は上ボール受け４のボール受け面３２と、下ボール受け１４のボール受け面３６とに強固に挟まれて、回転が阻止される。この状態で、ボール受け面３２およびボール受け面３６は、それぞれ細い幅を有する円環状の領域を以てボール６に当接する。
【００１３】
この実施形態においては、少なくともボール６の外周面、上ボール受け４のボール受け面３２、および下ボール受け１４のボール受け面３６に、耐摩耗性表面処理が施されている。これら以外の面にも、耐摩耗性表面処理を形成してもよい。例えば、ボール６、上ボール受け４および下ボール受け１４の全面に耐摩耗性表面処理を施してもよい。耐摩耗性表面処理は、ボール６等の表面硬度をその母材の硬度よりも上昇させ、耐摩耗性を向上するための処理であり、例えば、陽極酸化処理、ニッケルメッキ、およびセラミックスコーティングなどが例示できる。
【００１４】
陽極酸化処理は、電解液の中で処理すべき金属部品を陽極にして通電し，金属の表面に酸化被膜を生成させ、耐磨耗性、耐腐食性を向上させる方法である。処理できる金属は、一般にアルミニウム、アルミニウム合金、およびマグネシウム合金である。したがって、陽極酸化処理を採用する場合、処理すべき金属部品、すなわちボール６、上ボール受け４、および下ボール受け１４は、これらの材質のいずれかで形成されている必要がある。
【００１５】
アルミニウム合金としては、全ての材料が使用できる。特にＡ２０１１、Ａ２０１７、Ａ２０２４は陽極酸化処理では他のアルミニウム合金に劣るものの、切削性に優れているため、高い加工精度が要求されるボール６に適している。Ａ５０５２、Ａ５０５６、Ａ６０６１は逆に陽極酸化処理に適しているが切削性の点で前者に劣るため、上ボール受け４、および下ボール受け１４に適している。強度はいずれのアルミニウム合金も十分に要求を満たすことができる。
マグネシウム合金は切削性がアルミニウム合金よりも劣るため展伸材として用いることは難しいが、ダイカスト加工には十分使用できる。特に、ＡＺ９１Ｄ，ＡＭ６０Ｂ，ＡＭ５０Ａなどが機械的強度も高く、陽極酸化処理も行いやすいために好適である。
【００１６】
アルミニウムまたはアルミニウム合金に対して陽極酸化処理（アルマイト処理）を行うには、まず金属部品を脱脂および／または電解研磨し、その表面を清浄にする。次に、電解液中で、アルミニウム（合金）を陽極として電圧を加えて電流を流し、表面に数〜数百μｍの酸化アルミニウム皮膜を形成する。より好ましくは５〜５０μｍである。
【００１７】
電解液としては、硫酸、シュウ酸、燐酸、クロム酸、スルフォサリチル酸、ピロリン酸、スルファミン酸、燐モリブデン酸、硼酸、マロン酸、琥珀酸、マレイン酸、クエン酸、酒石酸、フタル酸、イタコン酸、リンゴ酸、グリコール酸などから選択される１種または２種以上を溶解した水溶液が使用できる。
【００１８】
陽極酸化処理によって得られる酸化アルミニウム皮膜の表面には、直径約１００Å程度の孔が数多く開いている。この孔から腐食が起こることを防ぐため、熱湯や沸騰水に浸漬する、あるいは過熱蒸気に曝すなどの封孔処理を施す必要がある。陽極酸化処理の直後は多孔性のα−Ａｌ２Ｏ３であるが、封孔処理を行なうと封孔されて、γ−Ａｌ２Ｏ３・Ｈ２Ｏ（ベーマイト）になり、耐食性および絶縁性がさらに向上する。必要であれば、封孔処理の前に孔の中に金属イオンを入れておき、皮膜を着色してもよい。
【００１９】
封孔処理の前に、陽極酸化皮膜を、チオモリブデン酸のアルカリ金属塩もしくはアルカリ土類金属塩、チオタングステン酸のアルカリ土類金属塩、チオアンチモン酸、チオスズ酸、チオ銅酸、チオ砒素酸、チオ金酸、チオ白金酸、チオニオブ酸、チオバナジウム酸のアンモニウム塩、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩のうち少なくとも１種を含む電解液中で二次電解処理してもよい。この際のｐＨは４〜１２であることが必要である。このような二次電解処理を行うことにより、酸化アルミニウム皮膜の気孔中にＭｏＳ２などの硫化物を封入することができ、潤滑性および耐摩耗性をさらに高めることができる。
【００２０】
アルミニウムまたはアルミニウム合金に対しては、硬質アルマイト処理も可能である。硬質アルマイト処理は通常の陽極酸化処理より高い電流を流して処理をする方法である。皮膜硬度が通常の陽極酸化処理よりも高い利点を有する。
また、いわゆるタフラム加工を行い、アルミニウム及びその合金表面の定められた深さを多孔性の酸化アルミニウムに転換し、その多孔質の組織に四弗化樹脂（テフロン）を複合させたものとしてもよい。この場合にも潤滑性および耐摩耗性を高めることが可能である。
なお、従来、いわゆるともがね（同種金属同士の摺動）は耐摩耗性を高める点からは好ましくないとされていた。従来技術において、ボール受け面の少なくとも一方に表面処理を施さなかったのは、ボールがアルミニウム合金で形成され、陽極酸化処理を行うのが常道であったため、受け面に同じく陽極酸化処理を行うと「ともがね」になり、耐摩耗性を損なうと考えられていたからでもある。これに対し、本発明者は、陽極酸化処理被膜同士の摺動面に適当な潤滑剤を使用すると、陽極酸化処理被膜と未表面処理面の摺動よりも耐摩耗性が著しく向上することを見いだした。その理由は定かではないが、陽極酸化被膜が非凝集性であること、および同被膜表面の微細なクラックに潤滑剤が含浸されるためであると考えられる。
【００２１】
マグネシウム合金に対して陽極酸化処理を行う場合、アルミニウム（合金）の場合とほぼ同様に行ってもよい。他の方法として、周期表第ＩＩｂ族及び第ＩＶｂ族に属する両性金属の酸化物、水酸化物及び塩の中から選ばれた少なくとも１種の化合物とアルミン酸塩とを含有するアルカリ性浴中で陽極酸化処理を行ってもよい。この場合には、皮膜の硬度がさらに高められる利点を有する。
【００２２】
ニッケルメッキは、金属部品の材質に関わらず行うことができる。ニッケルメッキは無電解メッキであってもよいし、電解メッキであってもよく、その条件は通常通りでよい。ニッケル皮膜の厚さは１０〜５０μｍ程度が好ましい。あまり薄いとニッケルメッキによる耐摩耗性向上効果が薄れ、あまり厚いとニッケルは比較的に柔らかいことから、摺動面の摩擦抵抗をかえって増加させるおそれがある。
【００２３】
セラミックスコーティングは、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＴｉＡｌＮ（窒化チタンアルミニウム）、ＴｉＣ（炭化チタン）、ＴｉＣＮ（炭窒化チタン）、ＣｒＮ（窒化クロム）、ＳｉＣ（炭化珪素）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）などをＣＶＤまたはＰＶＤにより金属部品の表面に形成する。成膜条件は通常と同じでよい。セラミックスコーティングの厚さは、１〜２０μｍ程度が好ましい。
【００２４】
上記金属部品への耐摩耗性表面処理に加えて、ボール６の外周面には、グリスが塗布されていることが好ましい。このグリスとしては特に、液体潤滑剤中に固体潤滑剤粒子を１０質量％以上含有するグリスが好ましいことを本発明者は見いだした。固体潤滑剤粒子としては、フッ素樹脂粒子および／またはＭｏＳ２が好ましい。この中でも特に、粒径２μｍ以上のフッ素樹脂粒子が好ましい。黒色のＭｏＳ２に比べてフッ素樹脂粒子はほぼ無色であり、手やカメラに付着しても問題が少ないからである。液体潤滑剤としては、シリコーン油、鉱物油であってもよいが、常温で液状となる分子量範囲のパーフルオロポリエーテルが潤滑性および耐久性の点で特に好適である。
【００２５】
上記のように、液体潤滑剤中に固体潤滑剤粒子を１０質量％以上含有するグリスを使用した場合には、大荷重をかけてボール６を締め付けた際にもボール６やボール受け面３２、３６に摩耗や損傷が生じにくく、それに起因する操作感の悪化が生じにくい利点を有する。
【００２６】
［第２実施形態］
図３および図４は、本発明の第２実施形態に係る自由雲台を示している。第１実施形態と共通する構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。この実施形態では、自由雲台の本体が縦に２分割され、それぞれ半割本体５０、５２とされている。半割本体５０の上部には、ボール収容凹部５８が形成され、ボール収容凹部５８の一部はすり鉢状のボール受け面５８Ａとされている。同様に、半割本体５２の上部にも半割本体５０と対称にボール収容凹部６０が形成され、ボール収容凹部６０の一部はすり鉢状のボール受け面６０Ａとされている。ボール受け面５８Ａ、６０Ａによってボール６が挟まれ、固定されるようになっている。この状態で、ボール受け面５８Ａ、６０Ａは、それぞれ細い幅を有する円環状の領域を以てボール６に当接する。
【００２７】
一方、半割本体５０、５２の下端部に挟まれて、円盤状の基台５４が水平に設けられている。半割本体５０、５２の下端部の内周面には、内周側に突出するリング凸部７０がそれぞれ形成されている。基台５４の外周面には、全周に亘ってリング溝６８が形成され、各半円状のリング凸部７０が両側から填め合わされている。基台５４の下端部には円盤部７２が形成され、この円盤部７２が自由雲台の下端面を形成している。
【００２８】
半割本体５０、５２には、雌ネジ穴６４とネジ穴６２がそれぞれ形成され、これらを通して止めネジ５６が通され、その雄ネジ部６６が雌ネジ穴６４に螺合している。止めネジ５６の他端にはつまみ１８が固定されている。止めネジ５６を締めると半割本体５０と５２が接近し、基台５４の回転を阻止するとともに、ボール６の回転も阻止する。止めネジ５６を緩めると、ボール６が自由に回動できるようになるとともに、基台５４も独自に回転できるようになる。
【００２９】
この実施形態においても、少なくともボール６の外周面、半割本体５０のボール受け面５８Ａ、および半割本体５２のボール受け面６０Ａに、耐摩耗性表面処理が施されている。これら以外の面に耐摩耗性表面処理を形成してもよい。例えば、首部８およびボール６、半割本体５０、および半割本体５２の全面に耐摩耗性表面処理を行ってもよい。耐摩耗性表面処理は、第１実施形態と同様でよい。さらに、基台５４と半割本体５０、５２との摺動面のそれぞれに第１実施形態と同様の耐摩耗性表面処理を施してもよい。
【００３０】
この実施形態によっても、第１実施形態と同様の優れた効果が得られる。
【００３１】
【実施例】
図１の構造において、ボール６と下ボール受け１４とをアルミニウム合金により形成し、各種の耐摩耗性表面処理を行った場合について耐摩耗性を比較した。ボール６の直径は３１．５ｍｍ、下ボール受け１４とボール６との当接円の直径は２０．０ｍｍ、当接円の幅は０．５ｍｍ（試験前の状態）とした。
【００３２】
実施例１では、ボール６および下ボール受け１４をアルミニウム合金Ａ２０１１で形成し、これらの全面に、厚さ７μｍ、マイクロビッカース硬度計により計測したビッカース硬さ１５０のアルマイト層を形成した。ボール６の外周面にシリコーングリスを薄く塗布した。
【００３３】
実施例２では、ボール６および下ボール受け１４の全面に実施例１と同じアルマイト処理を施し、ボール６の外周面に、パーフルオロポリエーテルに３０質量％のフッ素樹脂粒子（ＰＴＦＥ）を添加してなるグリスを薄く塗布した。
【００３４】
実施例３では、ボール６および下ボール受け１４をアルミニウム合金Ａ６０６１で形成し、これらの全面に、厚さ４０μｍ、マイクロビッカース硬度計により計測したビッカース硬さ４８０の硬質アルマイト層を形成した。ボール６の外周面に、実施例２と同じグリスを薄く塗布した。
【００３５】
比較例では、ボール６および下ボール受け１４をアルミニウム合金Ａ２０１１で形成し、ボール６の全面のみに、厚さ７μｍ、マイクロビッカース硬度計により計測したビッカース硬さ１５０のアルマイト層を形成した。下ボール受け１４の表面には処理を行わなかった。ボール６の外周面にシリコーングリスを薄く塗布した。
【００３６】
得られた実施例１〜３および比較例について、ボール６に下ボール受け１４のボール受け面３６を当接させた状態で５０ｋｇｆの加重をかけ、さらにボール６を６０ｒｐｍで回転させた。結果は以下の通りである。
【００３７】
比較例では、回転開始から８秒経過した時点でボール６と下ボール受け１４の摺動面に焼き付きが生じた。
実施例１では、回転開始から１８０秒経過しても、ボール６と下ボール受け１４の摺動面に焼き付きが生じなかった。ただし、両者の摺動面には、若干の摩擦痕が生じた。
実施例２では、回転開始から１８０秒経過しても、ボール６と下ボール受け１４の摺動面に焼き付きが生じなかった。両者の摺動面には、実施例１よりは少ない摩擦痕が生じた。
実施例３では、回転開始から１８０秒経過しても、ボール６と下ボール受け１４の摺動面に焼き付きが生じなかった。両者の摺動面には、摩擦痕が全く生じなかった。
【００３８】
以上の結果より明らかなように、ボール６および下ボール受け１４の摺動面両面に陽極酸化処理を行うことにより摺動面の摩耗を大幅に減少することができた。また、パーフルオロポリエーテルに３０質量％のフッ素樹脂粒子を添加してなるグリスを塗布した実施例２では、特に摺動面の摩耗が少なく、陽極酸化処理との相乗効果が確認できた。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明に係る自由雲台によれば、ボール部の外周面とボール受け面の両方に耐摩耗性表面処理が施されているため、例えば自由雲台が小型化された場合にも、ボール部の外周面が摩耗して局部的な凹みを生じたり、ボール部またはボール受け面から摩耗粉が生じて自由雲台の円滑な操作感を阻害することなどを効果的に防止でき、長期に亘って良好な操作感が得られる。
【００４０】
また、ボール部の外周面には、液体潤滑剤中に固体潤滑剤粒子を１０質量％以上含有するグリスが塗布されている場合には、耐摩耗性表面処理との相乗効果により、さらに長期に亘って良好な操作感が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る自由雲台の第１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】第１実施形態の正面図である。
【図３】本発明に係る自由雲台の第２実施形態を示す縦断面図である。
【図４】第２実施形態の正面図である。
【符号の説明】
１  基台
２  リングネジ
４  上ボール受け
６  ボール
８  首部
１０  上皿
１２  雄ネジ
１４  下ボール受け
１６  止めネジ
１８  つまみ
２０  雌ネジ
２２  凹部
２４  雄ネジ
２６  雌ネジ
２８、３０  係合部
３２  ボール受け面
３４  スロット
３６  ボール受け面
３８  外周面
４０  テーパ面
４２  先端テーパ面
５０  半割本体
５２  半割本体
５４  基台
５６  止めネジ
５８  ボール収容凹部
５８Ａ  ボール受け面
６０  ボール収容凹部
６０Ａ  ボール受け面
６８  リング溝
７０  リング凸部
７２  円盤部
【図１】
2004302396.tif 000003
【図２】
2004302396.tif 000004
【図３】
2004302396.tif 000005
【図４】
2004302396.tif 000006