(57)【要約】【課題】直動伸縮機構を構成するアームの嵌合構造を簡素にすること。【解決手段】直動伸縮機構を構成するアームは、複数の上側ピース２３と、複数の上側ピースの下側にそれぞれ固定される複数の中間ピース２４と、複数の下側ピース２５と、上側ピースの先頭と下側ピースの先頭とを結合する先頭ピース２７とを備える。中間ピース各々の前部には後方に開放した凹部２４３が設けられ、下側ピース各々の前部には凹部に嵌合する前方に張り出した凸部２５３が設けられる。上側ピースが前方に送り出されるとき、下側ピースの上方への回動に伴って下側ピースの凸部が中間ピースの凹部に嵌め込まれ、中間ピースとともに上側ピースが下側ピースと一体化して柱状体を構成し、上側ピースが後方に引き戻されるとき、下側ピースの下方への回動に伴って下側ピースの凸部が中間ピースの凹部から引き抜かれ、下側ピースが上側ピースから分離する。【選択図】    図３
2020075313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アームと、前記アームを進退自在に支持する支持部とを有する直動関節機構において、
前記アームは、
屈曲自在に連結された複数の上側ピースと、
前記複数の上側ピースの下側にそれぞれ固定される複数の中間ピースと、
屈曲自在に連結された複数の下側ピースと、
前記上側ピースの先頭と前記下側ピースの先頭とを結合する先頭ピースとを具備し、
前記中間ピース各々の前部には後方に開放した凹部が設けられ、前記下側ピース各々の前部には前記凹部に嵌合する前方に張り出した凸部が設けられ、
前記上側ピースが前方に送り出されるとき、前記下側ピースの上方への回動に伴って前記下側ピースの前記凸部が前記中間ピースの前記凹部に嵌め込まれ、前記中間ピースとともに前記上側ピースが前記下側ピースと一体化して柱状体を構成し、前記上側ピースが後方に引き戻されるとき、前記下側ピースの下方への回動に伴って前記下側ピースの前記凸部が前記中間ピースの前記凹部から引き抜かれ、前記下側ピースが前記上側ピースから分離することを特徴とする直動伸縮機構。
【請求項２】
前記下側ピースは樹脂製であることを特徴とする請求項１記載の直動伸縮機構。
【請求項３】
前記中間ピースは樹脂製であることを特徴とする請求項１又は２に記載の直動伸縮機構。
【請求項４】
前記上側ピースは金属製であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の直動伸縮機構。
【請求項５】
前記中間ピースの後部には下方に張り出した突起部が設けられ、前記下側ピースの後部には前記突起部に嵌合する上方に開放した窪み部が設けられ、
前記上側ピースが前方に送り出されるとき、前記下側ピースの上方への回動に伴って前記下側ピースの前記窪み部が前記中間ピースの前記突起部に嵌め込まれ、前記上側ピースが後方に引き戻されるとき、前記下側ピースの下方への回動に伴って前記下側ピースの前記窪み部が前記中間ピースの前記突起部から引き抜かれることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の直動伸縮機構。
【請求項６】
アームと、前記アームを進退自在に支持する支持部とを有する直動関節機構において、
前記アームは、
屈曲自在に連結された複数の上側ピースと、
屈曲自在に連結された複数の下側ピースと、
前記上側ピースの先頭と前記下側ピースの先頭とを結合する先頭ピースとを具備し、
前記上側ピース各々の前部には後方に開放した凹部が設けられ、前記下側ピース各々の前部には前記凹部に嵌合する前方に張り出した凸部が設けられ、
前記上側ピースが前方に送り出されるとき、前記下側ピースの上方への回動に伴って前記下側ピースの前記凸部が前記上側ピースの前記凹部に嵌め込まれ、前記上側ピースが前記下側ピースと一体化して柱状体を構成し、前記上側ピースが後方に引き戻されるとき、前記下側ピースの下方への回動に伴って前記下側ピースの前記凸部が前記上側ピースの前記凹部から引き抜かれ、前記下側ピースが前記上側ピースから分離し、
前記上側ピースは金属製であり、前記下側ピースは樹脂製であることを特徴とする直動伸縮機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は直動伸縮機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より多関節ロボットアーム機構が産業用ロボットなどさまざまな分野で用いられている。発明者らはこのような多関節ロボットアーム機構に適用できる直動伸縮機構を開発した（特許文献１）。この直動伸縮機構は、屈曲可能に連結された平板形状を有する複数の第１コマ（上側ピース）と、屈曲可能に連結された溝枠形状を有する複数の第２コマ（下側ピース）とを有する。アームを伸長させるとき、第１、第２コマは、アームを支持する支持部に送り出され、支持部にて第１コマに対して第２コマは重ね合わされ、一定の剛性を有する柱状のアームを構成する。アームを収縮させるとき、柱状のアームは支持部に引き戻され、支持部の後方にて第１、第２コマに分離され、分離された第１、第２コマは、それぞれ屈曲可能な状態に復帰し、支柱の内部に収納される。直動伸縮機構を備える多関節ロボットアーム機構は、容易に特異点を解消することができる。そのため、直動伸縮機構は非常に有益な機構である。
【０００３】
特許文献１では、重ね合わされた第１、第２コマが分離しないように結合構造を開示している。第２コマに対峙する第１コマの裏面にはピンホールブロックが取り付けられる。ピンホールブロックには、長さ方向と平行にロックピンホールが貫通されている。第１コマに対峙する第２コマの上部前方にはロックピンを備えたブロックが取り付けられる。ロックピンは長さ方向と平行である。また第２コマの上部後方にはチャックブロックが取り付けられる。第１コマに第２コマが重ね合わされる動きの中で、第１コマのピンホールブロックは、前後一対の第２コマのチャックブロックとロックピンブロックとに挟み込まれるとともに、第２コマのロックピンが第１コマのピンホールに挿入する。これにより第１、第２コマの分離が阻止される。
【０００４】
ところでアームの剛性を確保する上で重要な１つの要素は、寸法精度にある。第１、第２コマの寸法誤差は、アームにガタツキを生じさせ、剛性を低下させる。直動伸縮機構において、第１コマのピンホールブロックの寸法精度、第２コマのチャックブロックの寸法精度、ロックピンブロックの寸法精度、及び第２コマを連結する軸受け精度の４つの要素の一つでも誤差を有すると、その誤差が累積してアームに大きなガタツキを生じさせ、剛性を低下させる。特に、第２コマを連結する軸受けにはその構造上隙間は不可避であり、そのため第１コマのピンホールブロックと、それを挟み込む前後一対の第２コマのチャックブロックとロックピンブロックとの隙間を完全にゼロにすることは本質的には難しい。そのため第１、第２コマの寸法精度をいくら高めても、アームのガタツキを抑制するにも限界があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第5435679号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
目的は、直動伸縮機構を構成するアームの嵌合構造を簡素にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態に係る直動伸縮機構は、アームと、アームを進退自在に支持する支持部とを有する。アームは、屈曲自在に連結された複数の上側ピースと、複数の上側ピースの下側にそれぞれ固定される複数の中間ピースと、屈曲自在に連結された複数の下側ピースと、上側ピースの先頭と下側ピースの先頭とを結合する先頭ピースとを備える。中間ピース各々の前部には後方に開放した凹部が設けられ、下側ピース各々の前部には凹部に嵌合する前方に張り出した凸部が設けられる。上側ピースが前方に送り出されるとき、下側ピースの上方への回動に伴って下側ピースの凸部が中間ピースの凹部に嵌め込まれ、中間ピースとともに上側ピースが下側ピースと一体化して柱状体を構成し、上側ピースが後方に引き戻されるとき、下側ピースの下方への回動に伴って下側ピースの凸部が中間ピースの凹部から引き抜かれ、下側ピースが上側ピースから分離する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本実施形態に係る直動伸縮機構を備えるロボットアーム機構の外観を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１のロボットアーム機構の側面図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る直動伸縮機構のアームを示す斜視図である。
【図４】図４は、図３の先頭ピースを示す斜視図である。
【図５】図５は、図３の上側ピースの下側に中間ピースが固定された結合ピースを示す斜視図である。
【図６】図６は、図３の上側ピースと中間ピースとを示す上方斜視図である。
【図７】図７は、図３の上側ピースと中間ピースとを示す下方斜視図である。
【図８】図８は、図３の上側ピースと中間ピースとを示す側面図である。
【図９】図９は、図３の下側ピースを示す上方斜視図である。
【図１０】図１０は、図３の下側ピースを示す下方斜視図である。
【図１１】図１１は、図３の下側ピースを示す側面図である。
【図１２】図１２は、図３のＡ−Ａ断面図である。
【図１３】図１３は、図１２において中間ピースから下側ピースが分離した状態を示す図である。
【図１４】図１４は、図３のアームの嵌合構造を示す図である。
【図１５】図１５は、本実施形態の変形例に係り、上側ピースと中間ピースとが一体化した２層構造のアームを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係るロボット装置を説明する。以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【００１０】
本発明の一実施形態に係る直動伸縮機構は、単独の機構（関節）として使用することができる。以下の説明では、複数の関節のうち一の関節が実施形態に係る直動伸縮機構で構成されたロボットアーム機構を例に説明する。
【００１１】
図１、図２に示すように、本実施形態に係る直動伸縮機構を備えるロボットアーム機構１は、基台１１、基台１１に垂直に設置された円筒形状の支柱部１３、支柱部１３上に載置されるショルダー部１５、ショルダー部１５から伸びるアーム１７及びアーム１７の先端に取り付けられた手首部１９を備える。手首部１９には用途に応じたエンドエフェクタ（手先効果器）、例えばハンド部２１が装着される。
【００１２】
支柱部１３には基台１１に対して垂直な第１回転軸ＲＡ１を有する旋回用回転関節Ｊ１が装備される。ショルダー部１５には、第１回転軸ＲＡ１に垂直な第２回転軸ＲＡ２を有する上下回転用回転関節Ｊ２が装備される。回転関節Ｊ２の回転部には本実施形態に係る直動伸縮機構を備える直動伸縮関節Ｊ３が装備される。
【００１３】
具体的には、支柱部１３は、上下に分離した２つのフレーム３１，３３を有する。支柱下部のフレーム３１は旋回用回転関節Ｊ１の固定部に接続され、円筒形状の支柱下部用のジャケット４１により覆われる。支柱上部のフレーム３３は旋回用回転関節Ｊ１の回転部に接続され、円筒形状の支柱上部用のジャケット４３により覆われる。支柱上部のフレーム３３の上端に、上下回転用回転関節Ｊ２の固定部としての一対のサイドフレーム３５が接続される。一対のサイドフレーム３５は、鞍形形状のジャケット４５により覆われる。一対のサイドフレーム３５は、モータのハウジングを兼用する上下回転用回転関節Ｊ２の回転部としての円筒形のフレーム３６を回転自在に支持する。円筒形のフレーム３６には、直動伸縮関節Ｊ３の角筒形のフレーム３９が接続される。円筒形のフレーム３６と角筒形のフレーム３９とは円筒形状のジャケット４７により覆われる。
【００１４】
図３に示すように、直動伸縮関節Ｊ３のアーム１７は、屈曲自在に連結された複数の上側ピース２３と、複数の上側ピース２３の下側にそれぞれ固定される複数の中間ピース２４と、屈曲自在に連結された複数の下側ピース２５と、上側ピース２３の先頭と下側ピース２５の先頭とを結合する先頭ピース２７とを備える。上側ピース２３の下側に中間ピース２４が固定されたピースを結合ピースともいう。
【００１５】
角筒形のフレーム３９の前方の上下左右の各側壁には、複数のローラ３７が装備される。この複数のローラ３７は、アーム１７を進退自在に支持する支持部として機能する。角筒形のフレーム３９の後方にはモータに接続されたピニオンギア３８が設けられる。このピニオンギア３８は中間ピース２４の裏面のリニアギア２４９に噛合わされる。
【００１６】
ピニオンギア３８が順回転するとき、中間ピース２４は上側ピース２３とともに前方に送り出される。上側ピース２３に伴って、上側ピース２３と先頭において結合された下側ピース２５も前方に送り出される。支持部を通過する結合ピースは下側ピース２５と重ね合わされる。結合ピースが下側ピース２５に重ね合わされることにより上側ピース２３と下側ピース２５とのそれぞれの屈曲が拘束されて、一体化され、一定の剛性を有する柱状体としてのアーム１７が構成される。このアーム１７の中心線を直動軸ＲＡ３という。アーム１７は、直動軸ＲＡ３に沿って伸縮する。ピニオンギア３８が逆回転するとき、中間ピース２４は上側ピース２３とともに後方に引き戻される。上側ピース２３とともに下側ピース２５も後方に引き戻される。支持部の後方で下側ピース２５は中間ピース２４から分離する。それにより上側ピース２３と下側ピース２５とは屈曲自在な状態に復帰し、支柱部１３の内部に収容される。
【００１７】
アーム１７の先端には手首部１９が取り付けられる。手首部１９は、直交３軸の３つの回転関節Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６が組み合わされてなる。回転関節Ｊ４は直動軸ＲＡ３に重なる回転軸ＲＡ４を有する。回転関節Ｊ５は回転軸ＲＡ４に垂直な回転軸ＲＡ５を有する。回転関節Ｊ６は回転軸ＲＡ４と回転軸ＲＡ５とに垂直な回転軸ＲＡ６を有する。回転関節Ｊ６の回転部にハンド部２１が取り付けられる。
【００１８】
以下、アーム１７を構成する上側ピース２３、中間ピース２４、下側ピース２５及び先頭ピース２７の構造を説明する。典型的には、上側ピース２３の全幅Ｗｕ、中間ピース２４の全幅Ｗｃ及び下側ピース２５の全幅Ｗｓは、同じ幅（Ｗｕ＝Ｗｃ＝Ｗｓ）に構成される（図１３参照）。また、上側ピース２３の長さＬｕと下側ピース２５の長さＬｓとは、典型的には同じ長さ（Ｌｕ＝Ｌｓ）に構成される（図８、図１１参照）。
【００１９】
図４に示すように、先頭ピース２７は、前後が開放する角筒体の本体２７１を有する。本体２７１は、天板と底板と一対の側板とからなる。底板は天板よりも長く、一対の側板の後端縁部は２段の階段状に構成される。天板の後端中央と底板の後端中央とには、後方に向かって突出する軸筒２７２，２７３がそれぞれ設けられる。天板側の軸筒２７２に後述の上側ピース２３が図示しないシャフトにより屈曲自在に連結される。底板側の軸筒２７３に後述の下側ピース２５が図示しないシャフトにより屈曲自在に連結される。
【００２０】
図５乃至図８に示すように、上側ピース２３は矩形の略平板形状を有する。複数の上側ピース２３が軸と軸受けにより屈曲自在に連結される。具体的には、矩形板状の本体２３１の前端両側には前方に突出する軸筒２３５が設けられる。同様に、本体２３１の後端中央には後方に突出する軸筒２３６が設けられる。上側ピース２３の後端中央の軸筒２３６が、その後方の上側ピース２３の前端両側の軸筒２３５の間に嵌め込まれ、図示しないシャフトにより回転自在に連結される。上側ピース２３の本体２３１の裏面には、中間ピース２４を裏面に固定するための複数のネジ穴２３７と、位置決め用の複数のピンホール２３８とがあけられている。
【００２１】
図５乃至図８に示すように、中間ピース２４は、下方が開放する横断面コ字形の溝枠体に構成される。具体的には、中間ピース２４は、天板２４１と一対の側板２４２とからなる。天板２４１の裏面の幅中央には、前後方向（長さ方向）に沿ってリニアギア２４９が設けられる。後述するように、中間ピース２４は、上側ピース２３及び下側ピース２５よりも短い。複数の中間ピース２４が直線状に整列したときに、隣合うリニアギア２４９が連続するように、リニアギア２４９は、天板２４１から前方及び後方に向かって延設される。天板２４１の表面には、位置決め用の複数のピン２４８が設けられる。また、天板２４１には、複数のネジ穴２４７があけられている。
【００２２】
上側ピース２３のピンホール２３８に中間ピース２４のピン２４８が差し込まれることで、互いに位置合わせされ、中間ピース２４の複数のネジ穴２４７は上側ピース２３の複数のネジ穴２３７にそれぞれ連通する。中間ピース２４の天板２４１の裏面側から、連通したネジ穴に、図示しない複数のネジが挿入され、中間ピース２４は上側ピース２３の下側に固定される。なお、上側ピース２３の下側に固定されたときに、上側ピース２３の屈曲を阻害しないように、中間ピース２４の長さＬｃは上側ピース２３の長さＬｕよりも短い長さ（Ｌｃ＜Ｌｕ）に構成される。
【００２３】
図９乃至図１１に示すように、下側ピース２５は、上方が開放する横断面コ字形の溝枠体に構成され、端部箇所の蝶番部（ヒンジ部）で屈曲自在に連結される。具体的には、下側ピース２５は、底板２５１と一対の側板２５２とからなる。一対の側板２５２は同サイズ、同形状に構成される。底板２５１の前端両側には、前方に突出する軸筒２５５が設けられる。底板２５１の後端中央には、後方に突出する軸筒２５６が設けられる。下側ピース２５の後端中央の軸筒２５６が、その後方の下側ピース２５の前端両側の軸筒２５５の間に嵌め込まれ、図示しないシャフトにより回転自在に連結される。
【００２４】
本実施形態に係る直動伸縮機構では、上側ピース２３の下側に固定された中間ピース２４の側板２４２と下側ピース２５の側板２５２との嵌合構造によって、中間ピース２４及び下側ピース２５の幅方向（左右方向）と厚み方向（上下方向）への分離を回避するとともに、中間ピース２４及び下側ピース２５の幅方向（左右方向）と厚み方向（上下方向）と長さ方向（前後方向）へのズレを抑制する。
【００２５】
図９乃至図１１に示すように、下側ピース２５の側板２５２は凸部２５３が設けられた前部と、前部とともに下方に窪んだ窪み部２５４を構成する後部とから構成される。前部の上側一部分はその内側が切削され、薄肉化される。下側ピース２５の側板２５２の前部の厚みをＤｓと表記する（図１３参照）。側板２５２の前部には、側面四角形の凸部２５３が前方に張り出される。凸部２５３の上縁と下縁はそれぞれ、側板２５２の上下方向に対して垂直である。それにより凸部２５３が後述の中間ピース２４の凹部２４３に嵌め込まれたとき、中間ピース２４に対する下側ピース２５の離れる方向の動きが抑えられ、中間ピース２４に下側ピース２５が密接した状態が維持され得る。側板２５２の前部の後縁は、シャフトを中心とした円弧形をなす。それにより下側ピース２５は回動しながら中間ピース２４に接するとともに凸部２５３が中間ピース２４の凹部２４３に挿入され得る。下側ピース２５の後部の前縁は上下方向に平行である。それにより窪み部２５４に後述の中間ピース２４の突起部２４４が嵌合したとき、下側ピース２５に対する中間ピース２４の前後方向のずれが抑制される。また下側ピース２５の後部の後縁もシャフトを中心とした円弧形をなす。下側ピース２５は回動しながら、前後隣り合う中間ピース２４の後端と前端との間に嵌り込むことができる。それにより下側ピース２５に対する中間ピース２４の前後方向のずれがさらに抑制される。
【００２６】
図５乃至図８に示すように、中間ピース２４の側板２４２の前方、高さ中央付近には凹部２４３が後方に向かって開放する。凹部２４３はそれに下側ピース２５の凸部２５３が密着して嵌り込むように下側ピース２５の凸部２５３と同じ形状を有する。凹部２４３の深さ方向は中間ピース２４の厚み方向（上下方向）に垂直である。側板２４２の後方に、下方に向かって突出する矩形状の突起部２４４が形成される。突起部２４４が突出する向きは、中間ピース２４の厚み方向と平行である。突起部２４４の先端面は中間ピース２４の厚み方向に垂直であり、前後の側面は中間ピース２４の長さ方向に垂直である。側板２４２の凹部２４３から突起部２４４にかけての側板２４２の表面は、下側ピース２５の上端面の形状に応じて、下方に湾曲する円弧状をなす。側板２４２の表面が切削され、部分的に薄肉化され、残留した部分が凹部２４３と突起部２４４をなす。切削深度をＨｃと表記する（図１３参照）。図１２、図１３に示すように、中間ピース２４の両側板２４２に下側ピース２５の両側板２５２が外側から嵌合し、下側ピース２５に対する中間ピース２４の左右のずれやガタツキを抑えるために、中間ピース２４の両側板２４２の外寸は下側ピース２５の両側板２５２の内寸とほぼ等価である。また中間ピース２４の側板２４２の切削深度Ｈｃを、下側ピース２５の側板２５２の厚みＤｓと等価に構成したことにより、中間ピース２４に下側ピース２５が接したとき、それら全体の側面はフラットになる。
【００２７】
図１４に示すように、アーム１７が前方に送り出されるとき、角筒形のフレーム３９に設けられた複数のローラ３７の最後尾のローラ３７によって、下側ピース２５は上方に回動しながら（図１４の矢印参照）、中間ピース２４の下側に嵌合する。これにより、中間ピース２４とともに上側ピース２３が下側ピース２５と一体化して柱状体を構成する。アーム１７が後方に戻されるとき、最後尾のローラ３７の後方において、下側ピース２５は下方に回動しながら、中間ピース２４から分離し、上側ピース２３及び下側ピース２５はそれぞれ屈曲自在に復帰する。
【００２８】
アーム１７が構成されるとき、図１２、図１３に示すように、中間ピース２４の側板２４２の表面の段差部分に、下側ピース２５の側板２５２の前部が嵌め込まれる。アーム１７の幅方向に垂直な側板同士の嵌合構造は、中間ピース２４及び下側ピース２５のそれぞれの幅方向への移動を係止する。これにより、中間ピース２４及び下側ピース２５の幅方向への分離を阻止するとともに、幅方向へのズレを抑制することができる。
【００２９】
また、下側ピース２５の側板２５２の前方の凸部２５３は、中間ピース２４の側板２４２の前方の凹部２４３に嵌め込まれる。この状態で、凸部２５３の側面と凹部２４３の側面とは、アーム１７の厚み方向に垂直であり、互いに対峙する。これにより、中間ピース２４及び下側ピース２５の厚み方向への移動が係止される。また、凸部２５３の先端面と凹部２４３の奥面とは、アーム１７の長さ方向に垂直であり、互いに対峙する。これにより、中間ピース２４及び下側ピース２５の長さ方向への移動が係止される。以上説明した中間ピース２４と下側ピース２５との側板前方の凹凸構造によれば、中間ピース２４及び下側ピース２５の厚み方向への分離を阻止するとともに、厚み方向及び長さ方向へのズレを抑制することができる。
【００３０】
さらに、中間ピース２４の側板２４２の後方の突起部２４４は、下側ピース２５の側板２５２の後方の窪み部２５４に嵌め込まれる。この状態で、突起部２４４の側面（中間ピース２４の後端面）と窪み部２５４の側面（側板２４２の後部の前縁）とは、アーム１７の長さ方向に垂直であり、互いに対峙する。これにより、中間ピース２４及び下側ピース２５の長さ方向への移動が係止される。以上説明した中間ピース２４と下側ピース２５との側板後方の凹凸構造によれば、中間ピース２４及び下側ピース２５の長さ方向へのズレを抑制することができる。
【００３１】
なお、下側ピース２５の側板２５２の上端面を、前方の凸部２５３から後方の窪み部２５４にかけて、底板２５１の前方の軸を中心とした略円弧形状に形成し、中間ピース２４の側板２４２の表面を、下側ピース２５の側板２５２の上方部分に応じた形状に切り欠くことで、中間ピース２４の下側に下側ピース２５が嵌合する過程で、互いの側板同士が接触することを回避することができる。
【００３２】
以上説明した直動伸縮機構によれば、中間ピース２４及び下側ピース２５の幅方向及び厚み方向への分離を阻止するとともに、幅方向、厚み方向及び長さ方向へのズレを抑制することができる。これを実現する嵌合構造は、単一の中間ピース２４の側板２４２と単一の下側ピース２５の側板２５２とにより構成されるため、簡素な構造といえる。前後のピースを跨がないため、嵌合構造を構成する各部の寸法は、下側ピース２５及び上側ピース２３の連結軸のガタツキにより変動しない。そのため、嵌合構造を構成する各部の寸法を設計者がコントロールすることができる。例えば、実際には、わずかな隙間がわざと生じるように各寸法が設定されるが、理論上、中間ピース２４と下側ピース２５との間の嵌合による隙間を完全にゼロにすることができる。寸法精度を高めることで、中間ピース２４に対して下側ピース２５を強固に嵌合させることができ、アーム１７のガタツキを抑制することができる。
【００３３】
本実施形態に係る直動伸縮機構の他の特徴は、従来、アーム１７が上側ピース２３と下側ピース２５との２層構造で構成されていたのを、上側ピース２３と中間ピース２４と下側ピース２５との３層構造で構成した点にある。
【００３４】
直動伸縮機構のアーム１７には、アーム１７の伸縮長で変化する自重による負荷への耐性が必要である。自重に対する耐負荷性を備えるアーム１７を設計する上で重要な技術的要素が２つある。１つ目は、ピースを板状に構成する場合、それ自体の剛性を確保するために比較的固い素材、例えば金属製にすることである。これにより、アーム１７の自重による負荷やアーム１７を支持する支持部からの押圧による板状のピースの変形のリスクを抑制することができる。２つ目は、嵌合するピース同士は、同一の素材で構成することである。アーム１７の伸縮動作に伴って、アーム同士の結合、分離が繰り返される。嵌合するピース同士が、異なる素材で構成された場合、例えば、硬度の高い素材で構成されたピースによって、硬度の低い素材で構成されたピースが損傷してしまう可能性がある。嵌合するピース同士を同じ素材で構成することは、上記の可能性を低減させる。
【００３５】
上記の設計思想の下、好ましくは、板状の上側ピース２３は金属、典型的には硬度と成形性とが両立しているアルミニウムで形成される。中間ピース２４及び下側ピース２５は同一の樹脂、例えば、ポリアセタール(POM)、ポリアミド(PA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE;ふっ素樹脂)などの機械的強度や耐熱性を向上させた樹脂で形成される。典型的には、中間ピース２４及び下側ピース２５は、機械的性質、成形性の観点から、ポリアセタール(POM)で形成される。これにより、板状の上側ピース２３の剛性を確保し、互いに嵌合する中間ピース２４と下側ピース２５との損傷のリスクを低減することができる。さらに、中間ピース２４と下側ピース２５とを樹脂製にすることは、アーム１７の軽量化に寄与する。アーム１７の軽量化は、アーム１７の自重による負荷を低減し、アーム１７を支持する支持部の構造の簡略化を実現し、部品コストを低減させる。なお、上記は、上側ピース２３、中間ピース２４及び下側ピース２５の全てを樹脂製又は金属製で構成することを否定するものではない。
【００３６】
本実施形態に係る直動伸縮機構のアーム１７を構成する上側ピース２３、中間ピース２４及び下側ピース２５に切り欠き、窪みを設けるなどの軽量化のための加工が施されていてもよい。アーム１７のガタツキを回避しながら、軽量化を図るためには、各ピース同士の接触面、支持部との接触面などに軽量化用の切り欠きを設けることはできるだけ回避した方がよい。アーム１７及びそれよりも前方の装備品の自重による負荷に対応するため、アーム１７は上下方向から強固に支持される。したがって、アーム１７が強固に支持される上面及び下面に軽量化用の切り欠きを設けることは特に回避すべきである。本実施形態に係る直動伸縮機構では、中間ピース２４の側板２４２の表面、下側ピース２５の側板２５２の表面、下側ピース２５の底板２５１の裏面、各軸筒の表面などに軽量化用の窪み、切り欠きが設けられる。
【００３７】
なお、本実施形態では、アーム１７は上側ピース２３、中間ピース２４及び下側ピース２５の３層構造で構成されるとしたが、本実施形態に係る直動伸縮機構の１つの特徴である嵌合構造は、３層構造ではなく、例えば、２層構造、４層構造のアーム１７にも適用することができる。図１５は、２層構造のアーム１７を示している。図に示すように、アーム１７は、上側ピース２３と中間ピース２４とを一体化したピース２９と、下側ピース２５との２層構造で構成することができる。２層構造のアーム１７においても、嵌合構造は同様の効果を奏する。
【００３８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３９】
１７…アーム、２３…上側ピース、２４…中間ピース、２５…下側ピース、２７…先頭ピース。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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