(57)【要約】【課題】４点接触軸受の小型化及び薄型化を可能にし、樹脂化に適した与圧機構を提供すること。【解決手段】予圧機構は、予圧ばね５３ａを、そのコイル径方向に挟み込む予圧リング５２と回転ベース１とを備える。予圧リング５２と回転ベース１との隙間は、予圧ばね５３ａのコイル径よりも小さく、予圧リング５２及び回転ベース１が予圧ばね５３ａをコイル径の方向に圧縮することにより、予圧を発生する。与圧ばね５３ａのコイル径方向の圧縮を利用することで、均一な与圧力の付与が可能となると共に、与圧ばね５３ａと与圧リング５２及び回転ベース１との間の摩擦等の影響を排除することができる。【選択図】図３
2009222092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルばねと、
前記コイルばねを、そのコイル径方向に挟み込む第１及び第２の支持部材と
を備え、
前記第１の支持部材と前記第２の支持部材との隙間が、前記コイルばねのコイル径よりも小さく、前記第１及び第２の支持部材が前記コイルばねをコイル径の方向に圧縮することにより予圧を発生すること
を特徴とする与圧機構。
【請求項２】
前記コイルばねは、線材で形成されており、
前記第１及び第２の支持部材の前記コイルばねと接触する部分に、前記コイルばねの線材に対応した凹凸形状を有すること
を特徴とする請求項１に記載の予圧機構。
【請求項３】
前記コイルばねは、帯状板材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の与圧機構。
【請求項４】
外輪と、内輪と、前記外輪及び前記内輪に２か所ずつ接するように配置された転動体とを備え、前記外輪又は前記内輪が軸方向に分割された４点接触軸受であって、
前記軸方向に分割された前記外輪又は前記内輪に対して予圧を付与する請求項１から３までのいずれか１項に記載の与圧機構を備えたことを特徴とする４点接触軸受。
【請求項５】
前記コイルばねが、前記外輪及び前記内輪の中心軸として規定される回転軸の周囲に配設されていることを特徴とする請求項４に記載の４点接触軸受。
【請求項６】
前記コイルばねが、前記回転軸を囲むよう環状に配設されていることを特徴とする請求項５に記載の４点接触軸受。
【請求項７】
固定部と、
回転部と、
前記固定部に対して前記回転部を回転可能に支持する請求項４から６までのいずれか１項に記載の４点接触軸受と
を備えた回転装置。
【請求項８】
請求項７に記載の前記回転装置に設けられ、前記回転部と前記固定部との間で光信号を伝送する光信号伝送装置であって、
光信号としての光を発する発光素子と、
前記発光素子から発せられた光を伝播される環状の導光リングと、
前記導光リング内を伝播した光を受光する受光素子と
を備えた光信号伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、４点接触軸受などにおいて与圧を発生するために用いられる与圧機構に関する。本発明は、また、その与圧機構を利用した４点接触軸受、回転装置及び光信号伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
屋内の天井等に取り付けられる監視カメラ装置として、カメラのパン角度やチルト角度を制御して撮像方向を変えて監視を行うものが普及している。このような監視カメラ装置は、天井等に固定された固定部と、パン方向に回動可能な回転部（可動部）とが、電動式の回転台（雲台）を介して連結されている場合が多い。
【０００３】
この場合、回転部と固定部との連結部分（回転支持部分）には、アキシャル荷重とラジアル荷重とが作用するため、通常、２組の単列深溝軸受を用いた回転支持が行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、このような単列深溝玉軸受を用いた場合、２列構成にする必要があるため、軸方向の寸法が長くなって装置の小型化が困難となるという問題がある。
【０００５】
そこで、４点接触軸受を用いた１列構成により、軸方向の長さを短くすることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。４点接触軸受は、通常、分割された内輪又は外輪（以下、分割内輪等と称す。）の端部を軸受ナット等により軸方向に押圧することで、適正な与圧を付与している。しかしながら、近年、軽量化のために軸受部品を樹脂で構成することが多く、そのような場合には、分割内輪等（樹脂部品）の線膨張係数が大きくなる。従って、従来のように分割内輪等の位置を軸受ナットで固定して与圧を付与する構成では、温度変化に伴う与圧の変動が大きくなるという問題がある。
【０００６】
そのため、波ワッシャを用いて分割内輪等に与圧を付与することが考えられる。しかしながら、波ワッシャは円周方向の数点でのみ与圧を付与するものであるため、小型化（薄型化）のために分割内輪等の厚みを薄くすると、分割内輪等に撓みが生じ、円滑な回転動作が得られないという問題がある。一方、Ｏリングのように円周方向の全体に亘って与圧を付与できる弾性部材を用いることも考えられるが、Ｏリングを構成するゴムは、常時負荷がかかると永久圧縮歪による弾性劣化が生じるため、与圧に経時的な変動が生じるという問題がある。
【０００７】
また、傾斜型オーバルコイルばねを横臥状態で用いる緩衝機構が提案されているが（例えば、特許文献３参照）、この場合、傾斜型オーバルコイルばねが傾斜変形時に円滑に動作できるよう、当該ばねに接触するフランジ等にグリースやオイル等の潤滑剤を塗布する必要がある（特許文献３の段落００２４）。樹脂製の軸受は、（金属製の軸受と異なり）金属同士の接触がないため潤滑剤を用いずに利用できるという利点があるが、上述した傾斜型オーバルコイルばねを用いた場合、潤滑剤が不要という利点を生かすことができないという問題がある。
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２０１８１７号公報（段落０００２、図６）
【特許文献２】特開２００３−２２７５１６号公報（段落００２０、図１）
【特許文献３】特開２００１−３０４３３６号公報（段落０００５、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、４点接触軸受の小型化及び薄型化を可能にし、且つ樹脂化にも適した与圧機構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】
本発明に係る予圧機構は、コイルばねと、前記コイルばねを、そのコイル径方向に挟み込む第１及び第２の支持部材とを備え、前記第１の支持部材と前記第２の支持部材との隙間が、前記コイルばねのコイル径よりも小さく、前記第１及び第２の支持部材が前記コイルばねをコイル径の方向に圧縮することにより予圧を発生することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、コイルばねをコイル径方向に圧縮させることにより、波ワッシャを用いた場合（特許文献２）よりも均一に予圧を付与することができ、また、コイルばねを横臥状態で用いた場合（特許文献３）のような摩擦等の影響を排除することができる。そのため、この与圧機構を用いることで、４点接触軸受の小型化及び薄型化が可能となる。また、樹脂軸受に適用することで、潤滑剤が不要という利点を生かすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の各実施の形態における４点接触軸受を搭載した回転装置の構成について、図面に基づいて説明する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１における４点接触軸受を採用した回転装置１００を備えた光信号伝送装置の構成を示す断面図である。図２は、回転装置１００の分解斜視図である。図１に示すように、回転装置１００は、天井等に固定された固定ベース１ａと、例えばカメラ（撮像手段）が取り付けられた回転ベース１ｂとを有している。回転ベース１ｂは、軸受５を介して、例えば鉛直方向の回転軸Ｒを中心として回転可能に、固定ベース１ａに支持されている。ここでは、固定ベース１ａとこれに搭載された各構成部品とを合わせて「固定部」と称し、回転ベース１ｂとこれに搭載された各構成部品とを合わせて「回転部」と称する。
【００１４】
固定ベース１ａ及び回転ベース１ｂには、電力を伝送するトランス用の固定側のコア２ａと回転側のコア２ｂとがそれぞれ固定されている。コア２ａ，２ｂは、それぞれの中心軸が、回転装置１００の回転軸Ｒ（すなわち回転ベース１ｂの回転中心）と同一になるように、それぞれベース１ａ，１ｂに固定されている。コア２ａ，２ｂの内側には、電力伝送用の巻き線が巻かれた固定側のボビン２１ａ及び回転側のボビン２１ｂがそれぞれ収納されている。
【００１５】
回転装置１００の回転軸Ｒ上には、回転部に取り付けられたカメラ（図示せず）からの画像信号を固定部に伝送するための、固定側の光素子３ａ及び回転側の光素子３ｂが配置されている。回転側の光素子３ｂは、上記カメラの画像信号を光（光信号）として発する発光素子であり、固定側の光素子３ａは、回転側の光素子３ｂから発せられた光を（コア２ａ，２ｂに形成された貫通孔２０ａ，２０ｂを介して）受光する受光素子である。各光素子３ａ，３ｂは、各ベース１ａ，１ｂにそれぞれ固定された固定側の電子基板９ａ及び回転側の電子基板９ｂに半田接続等により電気的に接続されると共に、各電子基板９ａ，９ｂに機械的に固定されている。
【００１６】
固定側の電子基板９ａには、上記カメラ（図示せず）を制御する制御信号を固定側から送信するための発光素子４ａが半田接続等により電気的に接続され、且つ機械的に固定されている。発光素子４ａは、例えば近赤外の発光ダイオード等で構成されている。また、回転側の電子基板９ｂには、発光素子４ａから発せられた光を受光する受光素子４ｂが半田接続等により電気的に接続され、且つ機械的に固定されている。
【００１７】
発光素子４ａから発せられた光を受光素子４ｂに導くため、固定ベース１ａには、固定側のコア２ａの外周に沿って、光を透過する環状部材である導光リング６が配設されている。発光素子４ａから発せられた光は、この導光リング６を介して受光素子４ｂに導かれ、受光素子４ｂに受光される。これにより、図示しないカメラを制御するための制御信号が、固定部から回転部に伝送される。
【００１８】
固定ベース１ａの外周には、軸受５の内輪５ａが固定されている。一方、回転ベース１ｂには、内輪５ａを外側から囲むように、外輪５ｂが固定されている。外輪５ｂの外周面５４ｂには、外輪５ｂを回転させるためのギアが形成されており、モータ７のモータギア７１に係合している。モータ７が回転すると、モータギア７１及び外周面のギアを介して外輪５ｂに回転が伝達され、外輪５ｂが取り付けられた回転ベース１ｂ（及び回転部）が回転軸Ｒを中心として回転する。
【００１９】
内輪５ａは外周側にＶ溝状の軌道面を有し、外輪５ｂは内周側にＶ溝状の軌道面を有し、両軌道面の間には複数の玉（転動体）５１が配置されている。外輪５ｂは、軌道面を含む内周側部分が軸方向に２分割されており、その一方（回転ベース１ｂ側）が与圧リング５２を構成している。予圧リング５２は、この与圧リング５２と回転ベース１ｂとの間に配設された与圧ばね５３ａの弾性力により玉５１に押圧されている。なお、図２では、簡略化のため、与圧ばね５３ａがチューブ状に描かれているが、実際には、予圧リング５２とほぼ同等の周方向長さを有するコイルばねを、環状に配設している。
【００２０】
次に、軸受５の構成について詳細に説明する。図１に示した軸受５は、玉５１と内輪５ａとが２点で接触し、玉５１と外輪５ｂとが１点で接触し、玉５１と与圧リング５２とが１点で接触する、４点接触軸受である。４点接触軸受は、ラジアル方向及びスラスト方向の荷重を支持し、内輪５ａ及び外輪５ｂに作用するモーメント荷重を支持することができる。玉が２点で接触する単列深溝軸受で構成した場合には、軸受が２列必要となるため、回転装置の軸方向寸法が大きくなり、装置構成も複雑になるのに対し、本実施の形態では４点接触軸受を採用することにより、回転装置１００の小型化及び薄型化（低背化）を実現している。
【００２１】
玉５１は、通常ステンレス製のものを用いるが、フェノール樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニルサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等の樹脂材料で構成されていてもよい。内輪５ａ、外輪５ｂ及び与圧リング５２は、ステンレス等の金属で構成してもよいが、軽量化と加工性を考慮してＰＯＭ（ポリアセタール）等の自己潤滑性を有する樹脂材料で構成することが好ましい。また、内輪５ａ、外輪５ｂ及び与圧リング５２は、金属製であってもよいが、樹脂で構成することにより、金属軸受と比較した利点（潤滑が不要）を生かすことができる。
【００２２】
図２に示すように、与圧リング５２は、回転ベース１ｂとの間に配設された与圧ばね５３ａの弾性力により、回転軸Ｒ（図１）方向に玉５１を押圧している。これにより、与圧リング５２は、その全周に亘って、玉５１に均一な圧力を加えることができる。
【００２３】
図３は、与圧ばね５３ａと当該ばねを固定する与圧リング５２及び回転ベース１ｂの構造を拡大して示す図である。予圧ばね５３ａは、上述したようにコイルばねであり、その巻き軸Ｘが、予圧リング５２に沿って回転軸Ｒの周囲を一周するように配設されている。
【００２４】
与圧ばね５３ａは、与圧リング５２（第１の支持部材）と回転ベース１ｂ（第２の支持部材）との間に、回転軸Ｒの方向に挟まれた状態で保持されている。与圧リング５２と回転ベース１ｂの隙間Ａは、与圧ばね５３ａのコイル径（予圧ばね５３ａの巻き軸Ｘに直交する方向の寸法）より小さな値に設定されている。そのため、与圧ばね５３ａの断面形状（巻き軸Ｘに直交する断面形状）が円形である場合、与圧リング５２と回転ベース１ｂとの間で圧縮されて楕円形状になる。与圧ばね５３ａの弾性変形により与圧が発生し、与圧リング５２に対して回転軸Ｒ方向の与圧が付与される。
【００２５】
ここで、与圧ばね５３ａが上記のようにコイル径方向に圧縮されると、そのコイル線材がコイル径方向に対して傾く（倒れる）ことが考えられる。このような場合に、予圧ばね５３ａのコイル線材と与圧リング５２あるいは回転ベース１ｂとの接触面で摩擦が発生すると、予圧ばね５３ａが発生する予圧力にコイル線材の弾性変形以外の要素が加わることになるため、与圧力が変動し、あるいはヒステリシス等の影響を受ける可能性がある。コイル線材の弾性変形のみによって予圧を発生させるためには、コイル線材の傾きを防止することが必要である。
【００２６】
そこで、本実施の形態では、図３に示すように、与圧リング５２の下面の予圧ばね５３ａが接触する部分に凹凸部５２ａを形成し、回転ベース１ｂの上面の予圧ばね５３ａが接触する部分にも凹凸部１ｃを形成している。凹凸部５２ａ及び凹凸部１ｃは、与圧ばね５３ａのコイル線材の滑りを防止できるような凹凸形状であれば、どのような凹凸形状であってもよい。例えば、図３に示したように、与圧ばね５３ａのコイルピッチＰと同じピッチでＶ字溝を連続的に形成したものが好ましい。このように構成すれば、予圧ばね５３ａのコイル線材が凹凸部５２ａ及び凹凸部１ｃの各溝部に係合し、与圧ばね５３ａを構成するコイル線材を傾かない（倒れない）ように規制することができる。
【００２７】
以上説明したように、この実施の形態１によれば、予圧ばね５３ａをコイル径方向（巻き軸Ｘに直交する方向）に弾性変形させて予圧を発生させるようにしたため、与圧リング５２の円周方向の全体に亘って均一に与圧を発生させることができる。そのため、与圧リング５２を薄くしても撓みが生じることがなく、装置の小型化、薄型化に資することができる。また、予圧ばね５３ａのコイル線材の傾きを抑制することにより、予圧ばね５３ａと与圧リング５２又は回転ベース１ｂとの接触面で発生する摩擦力や、それに伴う予圧力のヒステリシスの影響を排除することができる。
【００２８】
また、予圧ばね５３ａと与圧リング５２又は回転ベース１ｂとの接触面での摩擦を抑えるための潤滑剤が不要であるため、軸受５を樹脂で構成した場合の利点（潤滑が不要）を生かすことができる。また、軸受５を長期間使用しても、潤滑剤を補給する必要がないため、軸受５の長寿命化を図ることができる。
【００２９】
また、与圧リング５２及び回転ベース１ｂの予圧ばね５３ａが接触する部分に、それぞれ凹凸部５２ａ及び凹凸部１ｃを形成したことにより、確実に、予圧ばね５３ａのコイル線材の傾きを抑制し、コイル径方向に弾性変形させることができる。なお、凹凸部は、与圧リング５２及び回転ベース１ｂのいずれか一方のみに形成されていてもよく、コイル線材の傾きを抑制する上で一定の効果を奏することができる。
【００３０】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、コイル線材で構成した与圧ばね５３ａを用いていたが、この実施の形態２では、コイル状の帯状板材で構成した予圧ばね５３ｂを用いる。
【００３１】
図４は、本実施の形態における与圧ばね５３ｂと当該ばねを固定する与圧リング５２と回転ベース１ｂの構造を拡大して示した図である。図４において、実施の形態１で説明した回転装置１００の構成要素と同一の構成要素には、同一の符号を付す。
【００３２】
実施の形態１では、予圧ばね５３ａをコイル線材で構成していたため、与圧リング５２及び回転ベース１ｂにおいて与圧ばね５３ａと接触する部分に凹凸部５２ａ，１ｃ（図３）を設け、予圧ばね５３ａのコイル線材の傾きを抑制する必要があった。しかしながら、予圧ばねが傾くことがなければ、凹凸部５２ａ，１ｃ（図３）を設ける必要は無い。
【００３３】
そこで、本実施の形態では、図４に示すように、予圧ばね５３ｂを、コイル状に巻かれた帯状板材により構成している。与圧リング５２と回転ベース１ｂとの隙間Ａは、与圧ばね５３ｂのコイル径よりも狭く設定されている。予圧ばね５３ｂの断面形状（巻き軸方向に直交する断面形状）が円形である場合、与圧リング５２と回転ベース１ｂとにより圧縮されることで楕円形状になる。この与圧ばね５３ａの弾性変形により与圧が発生し、与圧リング５２に対して与圧が付与される。
【００３４】
帯状板材により形成された予圧ばね５３ｂの場合は、上記のようにコイル径方向に圧縮されても、実施の形態１の予圧ばね５３ａのように傾くことはない。これは、与圧ばね５３ｂを帯状板材で構成した場合、実施の形態１で説明した線材で構成された予圧ばね５３ａと比較して、傾きに対するより大きな抗力が生じるためと考えられる。
【００３５】
以上説明したように、この実施の形態２では、実施の形態１と同様、与圧リング５２の円周方向の全体に亘って均一に与圧を発生させることができるため、与圧リング５２を薄くしても撓みが生じることがなく、装置の小型化、薄型化に資することができる。また、与圧ばね５３ｂが与圧リング５２と回転ベース１ｂとの間で圧縮されても傾くことがないため、与圧リング５２や回転ベース１ｂとの接触面で発生する摩擦力や、それに伴う予圧力のヒステリシスの影響を排除することができ、予圧ばね５３ｂの弾性変形のみにより発生する与圧を、与圧リング５２に対して付与することができる。
【００３６】
また、上述した実施の形態１と比較して、予圧リング５２や回転ベース１ｂに凹凸部を設ける必要がなく、予圧リング５２及び回転ベース１ｂの予圧ばね５３ｂに接する面を、例えば平滑面とすることができるため、装置構成及び製造工程を簡単化することができる。また、実施の形態１でも説明したように、軸受５の長寿命化を図ることができる。
【００３７】
なお、上述した各実施の形態では、与圧ばね５３ａ（５３ｂ）をリング状に配設していたが、特にリング状に限るものではなく、四角形、六角形等、必要に応じた形態で配設することができる。
【００３８】
また、与圧ばね５３ａ（５３ｂ）は、その両端を溶接等で接続しても良い。また、予圧ばね５３ａ（５３ｂ）を、例えば回転ベース１ｂに設けた円周方向の溝等に配設してもよく、この場合には、与圧ばね５３ａ（５３ｂ）の両端を接続する必要はない。このように構成すれば、より廉価で製造することが可能になり、また、輸送、保管等の取扱いも容易になる。
【００３９】
また、上述した各実施の形態では、軸受５の外輪５ｂを分割構造として予圧リング５２を設けていたが、内輪５ａを分割構造としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態１における回転装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における回転装置の構成を示す分解斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１における与圧ばね及びその支持部材の構成を拡大して示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２における与圧ばね及びその支持部材の構成を拡大して示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ａ  固定ベース、  １ｂ  回転ベース、  １ｃ  凹凸部、  ２ａ，２ｂ  コア、  ３ａ，３ｂ  光素子、  ４ａ  発光素子、  ４ｂ  受光素子、  ５ａ  内輪、  ５ｂ  外輪、  ５１  玉、  ５２  与圧リング、  ５２ａ  凹凸部、  ５３ａ，５３ｂ  与圧ばね、  ６  導光リング、  ７  モータ、  １００  回転装置。
【図１】
2009222092.tif 000003
【図２】
2009222092.tif 000004
【図３】
2009222092.tif 000005
【図４】
2009222092.tif 000006