(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体が載置される載置台と、
連携索を介して前記載置台に係合され、気体の弾発力にて前記載置台を所定のストローク範囲で昇降自在に支持する気体ばねと、
前記気体ばねとは独立に、前記連携索の経路に介在するように、かつ輪軸の周りに回転可能に設けられ、前記連携索のうち前記気体ばね側の第１連携索および前記載置台側の第２連携索が前記輪軸の一方側および他方側に固定され、前記載置台が昇降された際に、任意の位置で前記載置台に搭載された荷重と、前記ストロークによって変化する前記気体ばねの弾発力とがバランスするように前記第１連携索に発生する張力によって前記輪軸の軸周りに生じる回転モーメントと前記第２連携索に発生する張力によって前記輪軸の軸周りに生じる回転モーメントをバランスさせ、一定の支持力が前記載置台側に伝達されるようにする支持力補償機構と、
を具備し、
前記第１連携索は前記気体ばねの側に一端が係止され、前記第２連携索は前記載置台側に一端が係止され、前記支持力補償機構は、前記第１連携索の他端が固定され、当該第１連携索の巻回半径が一定の真円板と、前記真円板に同軸に固定されるとともに前記第２連携索の他端が固定され、前記弾発力の変化を補償するように前記第２連携索の巻回半径が変化する非真円板と、からなることを特徴とする荷重搭載装置。
【請求項２】
物体が載置される載置台を連携索を介して気体ばねの弾発力にて所定のストローク範囲で昇降自在に支持する搭載荷重の支持方法であって、
前記気体ばねとは独立に、前記連携索の経路に介在するように、かつ輪軸の周りに回転可能に支持力補償機構を設け、前記支持力補償機構は、前記連携索のうち前記気体ばね側の第１連携索および前記載置台側の第２連携索が前記輪軸の一方側および他方側に固定され、前記載置台が昇降された際に、任意の位置で前記載置台に搭載された荷重と、前記ストロークによって変化する前記気体ばねの弾発力とがバランスするように前記第１連携索に発生する張力によって前記輪軸の軸周りに生じる回転モーメントと前記第２連携索に発生する張力によって前記輪軸の軸周りに生じる回転モーメントをバランスさせて、一定の支持力を前記載置台側に伝達し、
前記第１連携索は前記気体ばねの側に一端が係止され、前記第２連携索は前記載置台側に一端が係止され、前記支持力補償機構は、前記第１連携索の他端が固定され、当該第１連携索の巻回半径が一定の真円板と、前記真円板に同軸に固定されるとともに前記第２連携索の他端が固定され、前記弾発力の変化を補償するように前記第２連携索の巻回半径が変化する非真円板と、からなることを特徴とする搭載荷重の支持方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷重搭載技術に関し、特に、上下に移動する物体を搭載する装置の荷重バランス技術に関し、より詳細には、映像の撮影に用いられるカメラ搭載装置の荷重バランス機構等に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、テレビ番組を制作する時に用いられるカメラは、多様な姿勢での自由な映像撮影を可能とするため、ペデスタルと呼ぶカメラ搭載装置に搭載される。ペデスタルは、床を移動するために、車輪を取り付けられた台車と、台車に取り付けられた竹の子状の筒体、筒体の上部に配置された台からなる。
【０００３】
台上には雲台を介してテレビカメラが取り付けられる。テレビカメラは被写体を撮影するために上下に移動させる必要があり、この上下動は、竹の子状の筒体をカメラマンが伸縮させることによって行なう。
【０００４】
このペデスタルにおいては、カメラが搭載された状態で筒体を伸縮させることにより、カメラを垂直方向の任意の位置に配置するが、その状態で、カメラマンがペデスタルから手を離しても、筒体がその位置に停止していることが要求される。力学的に言うと、カメラを搭載した状態で、筒体を伸縮させても、任意の位置で搭載荷重による押し下げ力と、筒体がカメラを押し上げる力がバランスすることが要求される。
【０００５】
これを実現する参考技術のバランス機構として、気体圧力ばねを用いる機構が知られている。気体圧力ばねは、円筒シリンダ、ピストン、ピストンに連結されたピストンロッドからなり、シリンダとピストンで構成される気密室には気体が封入されている。そして、このバランス機構は、気密室の気体の圧力がピストンに上昇力を与え、この上昇力がピストンロッドを介して筒体および搭載荷重の重量にバランスするものである。しかし、このような単純な気体圧力ばねでは以下の技術的課題がある。
【０００６】
すなわち、搭載荷重を下方に移動させると、筒体も下方に移動し、ピストンロッドを介してピストンも下方に移動し、気密室容積が減少する。その結果、気密室内の気体の圧力が上昇し気体圧力による上昇力が増大する。一方、搭載荷重を上方に移動させると、気密室容積は減少し上昇力も減少する。その結果、搭載荷重が上下動すると、空気圧力ばねによる上昇力は一定せず、空気圧力ばねによる上昇力と搭載荷重は垂直方向の一箇所でしかバランスしないという技術的課題があった。
【０００７】
その対策として、従来、特許文献１の技術が開示されている。この技術は、ピストンロッドに、偏心して半径が変化するディスクを設置し、更にディスクにワイヤを掛けて一端を台車に固定し、他端を搭載荷重に連結することで、ピストンロッドの変位を搭載荷重に伝達するように構成している。そして、ディスクの偏心量等の半径変化を適切に設定することにより、搭載荷重の上下動の範囲内で気密室内の気体圧力が変化しても、搭載荷重にバランスする力を一定に保とうとするものである。
【０００８】
しかし、上述の従来技術には以下のような別の技術的課題がある。
すなわち、ディスクはピストンに直接取り付けられており、しかも、ディスクに掛けられたワイヤが直接に搭載荷重または当該搭載荷重を支持する多段伸長コラムを構成する筒体を駆動している。そのため筒体の移動量、ピストンの移動量、ディスクの周長は密接に関係する構造となり、ディスクの寸法はきわめて限定されたものとならざるを得ない。
【０００９】
また、ワイヤはディスク外周にかけられた状態であることから、ディスクの回転は、ワイヤとディスク外周の摩擦力によって行なわれることになり、すべりが発生しやすい。ワイヤとディスク外周のすべりが発生すると、ディスクの回転量が少なめになり、荷重バランスが狂ってしまうという技術的課題がある。
【００１０】
さらに、ディスクは通常、コラムの筒体内部に設置され、ピストンとともに移動する。そのため、ディスクは筒体断面寸法以下でなければならず、その移動範囲に障害物があってはならないという設計上の困難を伴う。
【００１１】
【特許文献１】特表平１１−５０２６００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、装置構造や設計仕様等に制約の少ない荷重搭載技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、安定した荷重バランス制御を維持することが可能な荷重搭載技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の観点は、物体が載置される載置台と、連携索を介して前記載置台に係合され、気体の弾発力にて前記載置台を所定のストローク範囲で昇降自在に支持する気体ばねと、前記気体ばねとは独立に、前記連携索の経路に介在するように、かつ輪軸の周りに回転可能に設けられ、前記連携索のうち前記気体ばね側の第１連携索および前記載置台側の第２連携索が前記輪軸の一方側および他方側に固定され、前記載置台が昇降された際に、任意の位置で前記載置台に搭載された荷重と、前記ストロークによって変化する前記気体ばねの弾発力とがバランスするように前記第１連携索に発生する張力によって前記輪軸の軸周りに生じる回転モーメントと前記第２連携索に発生する張力によって前記輪軸の軸周りに生じる回転モーメントをバランスさせ、一定の支持力が前記載置台側に伝達されるようにする支持力補償機構と、を具備し、前記第１連携索は前記気体ばねの側に一端が係止され、前記第２連携索は前記載置台側に一端が係止され、前記支持力補償機構は、前記第１連携索の他端が固定され、当該第１連携索の巻回半径が一定の真円板と、前記真円板に同軸に固定されるとともに前記第２連携索の他端が固定され、前記弾発力の変化を補償するように前記第２連携索の巻回半径が変化する非真円板と、からなることを特徴とする荷重搭載装置を提供する。
【００１４】
本発明の第２の観点は、物体が載置される載置台を連携索を介して気体ばねの弾発力にて所定のストローク範囲で昇降自在に支持する搭載荷重の支持方法であって、前記気体ばねとは独立に、前記連携索の経路に介在するように、かつ輪軸の周りに回転可能に支持力補償機構を設け、前記支持力補償機構は、前記連携索のうち前記気体ばね側の第１連携索および前記載置台側の第２連携索が前記輪軸の一方側および他方側に固定され、前記載置台が昇降された際に、任意の位置で前記載置台に搭載された荷重と、前記ストロークによって変化する前記気体ばねの弾発力とがバランスするように前記第１連携索に発生する張力によって前記輪軸の軸周りに生じる回転モーメントと前記第２連携索に発生する張力によって前記輪軸の軸周りに生じる回転モーメントをバランスさせて、一定の支持力を前記載置台側に伝達し、前記第１連携索は前記気体ばねの側に一端が係止され、前記第２連携索は前記載置台側に一端が係止され、前記支持力補償機構は、前記第１連携索の他端が固定され、当該第１連携索の巻回半径が一定の真円板と、前記真円板に同軸に固定されるとともに前記第２連携索の他端が固定され、前記弾発力の変化を補償するように前記第２連携索の巻回半径が変化する非真円板と、からなることを特徴とする搭載荷重の支持方法を提供する。
【００１５】
上記した本発明によれば、前記支持力補償機構が前記気体ばねと独立に設けられているため、従来のように気体ばねの側に、装置構造や寸法の制約の原因となる偏心ディスクを固定することなく、気体ばねの弾発力の補償が可能となり、装置構造や寸法設定等に制約の少ない荷重搭載装置を提供することが可能となる。
【００１６】
また、支持力補償機構には、連携索が固定される構造であるため、動作中に連携索のすべりが発生せず、すべりの発生に起因する荷重バランスの補償誤差が生ずることがなく、安定した荷重バランス制御を維持することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、装置構造や設計仕様等に制約の少ない荷重搭載装置を提供することができる。また、安定した荷重バランス制御を維持することが可能な荷重搭載技術を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る荷重搭載装置の一実施の形態であるペデスタルの構成の一例を示す概念図である。本実施の形態のペデスタル２０は、上下動可能な筒体１、筒体１の上端に取り付けられた載置台１０、筒体１が挿通される基礎円筒１３、床上を移動するための車輪１７を備え、基礎円筒１３を支持する台車１４、台車１４の内部に搭載された気体ばね１５、円形プーリ７、輪軸１６（支持力補償機構）、および筒体側ワイヤ２（第２連携索）、ばね側ワイヤ５（第１連携索）で構成されている。
【００１９】
また、ペデスタル２０には撮影用のカメラ１２（物体）が載置台１０上の雲台１１を介して搭載されている。
輪軸１６は、気体ばね１５とは独立して設けられた同軸の非円形カム３および円板４からなり、支柱１６ａを介して台車１４に固定されている。
【００２０】
気体ばね１５は、気体が封入された気密室１８と、この気密室１８内を軸方向に移動するピストン８と、このピストン８に一端が固定されたピストンロッド６からなる。ピストンロッド６の他端部には円形プーリ７が回転可能に固定されており、ピストン８とともに上下動する構成となっている。
本実施の形態においては、リザーバタンク２１を有し、リザーバタンク２１と気密室１８はエアパイプ２２で連結されている。リザーバタンク２１はピストン８の上下動による気密室１８の容積変動にしたがって圧力変動が大きい時に圧力変動を小さくおさえるために取り付けられるものであるが、本発明において必須なものではない。
【００２１】
筒体側ワイヤ２は、一端が筒体１の下端に固定され、基礎円筒１３の上端部の中継プーリ９を経て輪軸１６の非円形カム３の周辺の一箇所に固定されている。  また、ばね側ワイヤ５は一端が台車１４に固定され、円形プーリ７を経て輪軸１６の円板４（ばね側ワイヤ５の巻回半径Ｒ）の周辺の一箇所に固定されている。
【００２２】
そして、この輪軸１６の非円形カム３における筒体側ワイヤ２の巻回半径ｒ（非円形カム３がθ（ｒａｄ）だけ回転した時、筒体側ワイヤ２が非円形カム３の周縁から離れる点と非円形カム３の中心との距離）は、非円形カム３の回転角θに応じて変化する構成となっている。
【００２３】
以下、本実施の形態の作用の一例について説明する。
たとえば、筒体１が下方移動すると、筒体側ワイヤ２が輪軸１６の非円形カム３を矢印方向（反時計回り）に回転させる。この回転により、円板４も同方向に回転し、ばね側ワイヤ５が円板４に巻き取られる。ばね側ワイヤ５が巻き取られると、気体ばね１５のピストンロッド６に取り付けられている円形プーリ７はばね側ワイヤ５によって下方に押し下げられ、気体ばね１５のピストンロッド６を介してピストン８が押し下げられる（押し下げ力Ｆ）。
【００２４】
気体ばね１５の気密室１８には圧力ｐの気体が封入されており、この圧力によるピストン押し上げ力Ｑ（＝ｐ×Ａ；Ａ：シリンダ（気密室１８）の断面積）と押し下げ力Ｆとがバランスしている。
【００２５】
今、力の釣り合いを考えると、押し上げ力Ｑにより、ばね側ワイヤ５にはＱ／２の張力（ばね側ワイヤ５がピストンロッド６のストロークと平行な場合）が発生する。一方、筒体側ワイヤ２には搭載荷重による張力Ｗが発生する。Ｑ／２により輪軸１６を回転させようとするモーメントＲ×Ｑ／２と張力ＷによるモーメントＷ×ｒ×ｃｏｓθが等しくなるように、θの変化に応じて変化するようにｒを決めてやれば搭載荷重は上下方向の任意の位置で気体ばね１５の押し上げ力Ｑとバランスすることになる。
なお、ｒは非円形カム３がΘだけ回転した時、筒体側ワイヤ２が非円形カム３の周縁から離れる点と非円形カム３の中心との距離、θは筒体側ワイヤ２が非円形カム３の周縁から離れる点と非円形カム３の中心を結ぶ線と水平線のなす角度である。
【００２６】
ここで、Ｑ＝ｐ×Ａであるが、ｐは、気密室１８内のピストン８の位置によって変化し、また非円形カム３の回転角度はピストン８の位置によって定まる。ここで、筒体１が上昇限まで上昇した時から、任意の位置まで押し下げられた時までの、非円形カム３の回転角度をΘとすると、
ｈ＝∫ｆ（ｒ、Θ）ｒｄΘ                            ・・・（１）
但し、ｈは筒体１が押し下げられた距離である。
【００２７】
また、
２×ｘ＝Ｒ×θ                                      ・・・（２）
である。但し、Ｒは円板４の半径、ｘはピストン８の降下距離である。
さらに、ボイルの法則（絶対圧に対して成立）より、
（ｐ＋ｐｋ）｛Ａ×（Ｌ０−ｘ）＋Ｖ｝＝（ｐ０＋ｐｋ）×（Ａ×Ｌ０＋Ｖ）
・・・（３）
である。但し、Ａは気密室１８の断面積、ｐ０、Ａ×Ｌ０はそれぞれ筒体１が上昇限まで上昇した時の気密室１８の圧力（ゲージ圧）、容積という関係がある。また、ｐｋは大気圧、Ｖはリザーバタンク２１とエアパイプ２２の合計の容積である。
【００２８】
従って、上述のモーメントの釣り合いの関係
Ｒ×Ｑ／２＝Ｗ×ｒ×ｃｏｓθ                        ・・・（４）
と、前記式（２）、（３）から、非円形カム３の巻回半径ｒは、
ｒ＝Ｒ×ｐ×Ａ／２×Ｗ×ｃｏｓθ
＝｛Ｒ×Ａ／（２×Ｗ×ｃｏｓθ）｝
×｛（Ａ×Ｌ０＋Ｖ）×（ｐ０＋ｐｋ）／（Ａ×（Ｌ０−ｘ）＋Ｖ）−ｐｋ｝
・・・（５）
と表されるθの関数となる。
【００２９】
そして、ｈ（すなわち回転角Θ）の全ての範囲で上式（５）が成立するように、非円形カム３の巻回半径ｒを決めてやれば全ての範囲で搭載荷重による張力Ｗと気体ばね１５による押し上げ力Ｑをバランスさせることができる。
【００３０】
本実施の形態の輪軸１６の補償機構によれば、ばね側ワイヤ５、筒体側ワイヤ２の端部は、輪軸１６の円板４および非円形カム３の各々の周辺の所定個所にそれぞれ固定されているため、これらばね側ワイヤ５、筒体側ワイヤ２が円板４や非円形カム３上で滑ることはない。そのためばね側ワイヤ５、筒体側ワイヤ２の移動量が非円形カム３の回転量に正確に変換（伝達）され、従来技術のようなバランスの崩れが生じることがないという利点を持ち、常に安定したバランス動作が行われる。
【００３１】
また、円形プーリ７はピストンロッド６の変位や推力をばね側ワイヤ５に伝達するだけなので径の大小にはなんらの制約がなく自由に寸法を決定できるとともに、輪軸１６の非円形カム３は、気体ばね１５とは独立に、台車１４に支柱１６ａで固定されており、ピストンロッド６や筒体１が上下動しても回転するだけで上下動しないから、取り付け場所や寸法に従来技術のような空間的制約がほとんどないという利点があり、機構設計や動作仕様決定の自由度が大幅に高くなる。
【００３２】
また、ピストンロッド６や筒体１の上下動に応じて筒体側ワイヤ２を巻き取る非円形カム３とばね側ワイヤ５を巻き取る円板４は別であるから、筒体１の移動量と気体ばね１５のピストン８のストロークの組合せに応じて非円形カム３、円板４の寸法を自由に組み合わせることができ、設計上の大きな制約が排除でき、さらに設計の自由度が高くなるという効果がある。
【００３３】
この結果、カメラ１２を搭載するペデスタル２０における動作の安定化が実現できるとともに、構造設計や動作設計の自由度が大幅に向上し、多様な形状や動作仕様を実現できる。
【００３４】
（実施の形態２）
本発明は、支持力補償機構として上述の実施の形態１の輪軸１６における非円形カムを用いることに限定されるものではなく、非円形カムの代りに以下のような円錐体を用いてもよい。
【００３５】
図２は、本実施の形態２における輪軸１６の部分の形状を説明する図である。すなわち、この実施の形態２の輪軸１６−２は、上述の非円形カム３の代りに、表面に螺旋状の螺線溝１９ａが刻設された円錐体１９と、これと同軸に固定された円板４からなる。
【００３６】
この場合、筒体１が上限位置から下方に移動するに伴い、筒体側ワイヤ２は、円錐体１９の螺線溝１９ａに沿って巻き取られてゆくが、円錐体１９の回転軸に直角な断面の半径ｄは、Ｗ×ｄ＝Ｒ×Ｑ／２を満足するように回転（Θの変化）に伴って変化するようになっており、力学的な力のバランスは前記した実施の形態１と同じである。従って、この実施の形態２の場合も、筒体１に搭載された負荷荷重は、筒体１のストロークの任意の位置でバランスする。
これにより、上述の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３７】
なお、本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で種々変更可能である。すなわち、気体ばねと独立に設けられ、当該気体ばねと荷重を連動させる連携索に固定された支持力補償機構を備えた構成等に広く適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
この発明は、カメラ等の物体の搭載に限らず、搭載荷重に均衡したスムースな昇降動作が必要とされる技術に広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の搭載荷重の支持方法を実施する荷重搭載装置の一実施の形態であるペデスタルの構成の一例を示す概念図である。
【図２】本発明の搭載荷重の支持方法を実施する荷重搭載装置の他の実施の形態であるペデスタルの構成の一部の一例を示す概念図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…筒体
２…筒体側ワイヤ
３…非円形カム
４…円板
５…ばね側ワイヤ
６…ピストンロッド
７…円形プーリ
８…ピストン
９…中継プーリ
１０…載置台
１１…雲台
１２…カメラ
１３…基礎円筒
１４…台車
１５…気体ばね
１６…輪軸
１６−２…輪軸
１６ａ…支柱
１７…車輪
１８…気密室
１９…円錐体
１９ａ…螺線溝
２０…ペデスタル
２１…リザーバタンク
２２…エアパイプ
【図１】
0004649105.tif 000002
【図２】
0004649105.tif 000003