(57)【要約】【課題】直動伸縮機構及びロボットアーム機構のコマを屈曲可能に連結するヒンジ部の耐久性を向上すること。【解決手段】  直動伸縮機構は第１ヒンジ部３００により屈曲可能に連結された板形状の複数の第１コマ５３と、底面側において第２ヒンジ部４００により屈曲可能に連結された横断面コ字又はロ字形状の複数の第２コマ５４とを具備する。第１ヒンジ部３００は、円柱形状のシャフト６０と、第１コマ各々の後端又は前端に後方又は前方に突出して設けられるシャフトの軸受け部５３３と、前記第１コマ各々の前端又は後端に前方又は後方に突出して設けられるシャフトの支持部５３２とを有し、軸受け部は針状ころ軸受５３８−１，５３８−２を備える。【選択図】    図６
2019094911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ヒンジ部により屈曲可能に連結された板形状の複数の第１コマと、
底面側において第２ヒンジ部により屈曲可能に連結された横断面コ字又はロ字形状の複数の第２コマと、前記第２コマは前記底面側と反対の表面側に前記第１コマが接合されたとき前記第１、第２コマはその屈曲が拘束され硬直された柱状体に構成される、前記第１、第２コマは互いに分離されたとき屈曲状態に復帰される、とを具備し、
前記第１ヒンジ部は、円柱形状のシャフトと、前記第１コマ各々の後端又は前端に後方又は前方に突出して設けられる前記シャフトの軸受け部と、前記第１コマ各々の前端又は後端に前方又は後方に突出して設けられる前記シャフトの支持部とを有し、
前記軸受け部は針状ころ軸受を備えることを特徴とする直動伸縮機構。
【請求項２】
第１ヒンジ部により屈曲可能に連結された板形状の複数の第１コマと、
底面側において第２ヒンジ部により屈曲可能に連結された横断面コ字又はロ字形状の複数の第２コマと、前記第２コマは前記底面側と反対の表面側に前記第１コマが接合されたとき前記第１、第２コマはその屈曲が拘束され硬直された柱状体に構成される、前記第１、第２コマは互いに分離されたとき屈曲状態に復帰される、とを具備し、
前記第２ヒンジ部は、円柱形状のシャフトと、前記第２コマ各々の後端又は前端に後方又は前方に突出して設けられる前記シャフトの軸受け部と、前記第２コマ各々の前端又は後端に前方又は後方に突出して設けられる前記シャフトの支持部とを有し、
前記軸受け部は針状ころ軸受を備えることを特徴とする直動伸縮機構。
【請求項３】
基台に旋回回転関節部を備えた支柱部が支持され、前記支柱部上には起伏回転関節部を備えた起伏部が載置され、前記起伏部には直動伸縮性のアーム部を備えた直動伸縮機構が設けられ、前記アーム部の先端にはエンドエフェクタを装着可能な手首部が装備され、前記手首部には前記エンドエフェクタの姿勢を変更するための少なくとも一の回転関節部が装備されてなるロボットアーム機構において、
前記直動伸縮機構は、
第１ヒンジ部により屈曲可能に連結された板形状の複数の第１コマと、
底面側において第２ヒンジ部により屈曲可能に連結された横断面コ字又はロ字形状の複数の第２コマと、前記第２コマは前記底面側と反対の表面側に前記第１コマが接合されたとき前記第１、第２コマはその屈曲が拘束され硬直された柱状体に構成される、前記第１、第２コマは互いに分離されたとき屈曲状態に復帰される、とを具備し、
前記第１ヒンジ部は、円柱形状のシャフトと、前記第１コマ各々の後端又は前端に後方又は前方に突出して設けられる前記シャフトの軸受け部と、前記第１コマ各々の前端又は後端に前方又は後方に突出して設けられる前記シャフトの支持部とを有し、
前記軸受け部は針状ころ軸受を備えることを特徴とするロボットアーム機構。
【請求項４】
基台に旋回回転関節部を備えた支柱部が支持され、前記支柱部上には起伏回転関節部を備えた起伏部が載置され、前記起伏部には直動伸縮性のアーム部を備えた直動伸縮機構が設けられ、前記アーム部の先端にはエンドエフェクタを装着可能な手首部が装備され、前記手首部には前記エンドエフェクタの姿勢を変更するための少なくとも一の回転関節部が装備されてなるロボットアーム機構において、
前記直動伸縮機構は、
第１ヒンジ部により屈曲可能に連結された板形状の複数の第１コマと、
底面側において第２ヒンジ部により屈曲可能に連結された横断面コ字又はロ字形状の複数の第２コマと、前記第２コマは前記底面側と反対の表面側に前記第１コマが接合されたとき前記第１、第２コマはその屈曲が拘束され硬直された柱状体に構成される、前記第１、第２コマは互いに分離されたとき屈曲状態に復帰される、とを具備し、
前記第２ヒンジ部は、円柱形状のシャフトと、前記第２コマ各々の後端又は前端に後方又は前方に突出して設けられる前記シャフトの軸受け部と、前記第２コマ各々の前端又は後端に前方又は後方に突出して設けられる前記シャフトの支持部とを有し、
前記軸受け部は針状ころ軸受を備えることを特徴とするロボットアーム機構。
【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及びロボットアーム機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、介護用ロボットはもちろん産業用ロボットでも作業者の近傍で作業を行なう状況の可能性が検討されている。この状況が実現すれば例えばロボットの支援のもとで健常者と同様に障害者が作業をすることも可能となり得る。発明者らが実用化を実現した直動伸縮機構を備えた垂直多関節型のロボットアーム機構は肘関節がなく、特異点もないことから、不測の方向に突然高速で動くようなことはなく、アームやエンドエフェクタの動きを予測する事ができ、その安全性は非常に高く、安全柵を不要にしてロボットと作業者との協働作業を実現している。
【０００３】
直動伸縮機構は、ヒンジ部で屈曲自在に連結された複数の平板形状のコマと、同様にヒンジ部で屈曲自在に底部側で連結された複数のコ字溝形状のコマとを有してなる。これら２種類のコマは互いにローラユニットで強固に押圧され、接合される。それにより直線状に硬直され一定の剛性を有する柱状のアーム部が構成される。平板形状のコマの裏面にはリニアギアが設けられており、このリニアギアにはモータに連結されるドライブギアが噛合されている。ドライブギアが順回転すると、柱状体となったアーム部がローラユニットから前方に送り出され、逆回転すると後方に引き戻される。ローラユニットの後方では２種類のコマは分離され、屈曲状態に回復する。屈曲状態に回復した２種のコマは同方向に屈曲され、支柱部内部に収容される。アーム部の先端には手首部が取り付けられる。手首部にはエンドエフェクタの姿勢を任意に変更するために直交３軸の回転軸を備える３つの関節部が装備される。
【０００４】
このように直動伸縮機構で重要部品の一つが、屈曲自在に連結された多数のコマであり、アーム部の伸縮に伴ってコマ間の屈曲が繰り返されるため、ヒンジ部のシャフトと軸受けの磨耗によるシャフトと軸受けの変形は、コマの屈曲負荷となり、アーム部の平滑な伸縮動を疎外する。従ってヒンジ部のシャフトと軸受けの交換頻度が比較的高いものであった。
【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、直動伸縮機構及びロボットアーム機構のコマを屈曲可能に連結するヒンジ部の耐久性を向上することにある。
【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第１ヒンジ部により屈曲可能に連結された板形状の複数の第１コマと、底面側において第２ヒンジ部により屈曲可能に連結された横断面コ字又はロ字形状の複数の第２コマと、前記第２コマは前記底面側と反対の表面側に前記第１コマが接合されたとき前記第１、第２コマはその屈曲が拘束され硬直された柱状体に構成される、前記第１、第２コマは互いに分離されたとき屈曲状態に復帰される、とを具備する。前記第１ヒンジ部は、円柱形状のシャフトと、前記第１コマ各々の後端又は前端に後方又は前方に突出して設けられる前記シャフトの軸受け部と、前記第１コマ各々の前端又は後端に前方又は後方に突出して設けられる前記シャフトの支持部とを有し、前記軸受け部は針状ころ軸受を備える。
【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装備す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、図１のロボットアーム機構の内部構造を示す側面図である。
【図４】図４は、図１のロボットアーム機構の構成を図記号表現により示す図である。
【図５】図５は、図３のアーム部を示す図である。
【図６】図６は、図５の第１コマの構造を示す図である。
【図７】図７は、図５の第２コマの構造を示す図である。
【図８】図８は、図６のベアリングの構造を示す図である。
【図９】図９は、図５の第１ヒンジ部の可動部の構造を示す図である。
【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直動伸縮機構を説明する。なお、本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、複数の関節部のうち一の関節部が本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。ロボットアーム機構として、ここでは直動伸縮機構を備えた垂直多関節型のロボットアーム機構を説明するが、他のタイプのロボットアーム機構であってもよい。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】
図１は本実施形態に係る直動伸縮機構を装備するロボットアーム機構の外観を示している。図２は、図１のロボットアーム機構の側面図である。図３は、図１のロボットアーム機構の内部構造を示す側面図である。  
ロボットアーム機構は、基台１、旋回部（支柱部）２、起伏部４、アーム部５及び手首部６を備える。旋回部２、起伏部４、アーム部５及び手首部６は、基台１から順番に配設される。複数の関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６は基台１から順番に配設される。基台１には円筒体をなす旋回部２が典型的には鉛直に設置される。旋回部２は旋回回転関節部としての第１関節部Ｊ１を収容する。第１関節部Ｊ１はねじり回転軸ＲＡ１を備える。回転軸ＲＡ１は鉛直方向に平行である。旋回部２は下部フレーム２１と上部フレーム２２とを有する。下部フレーム２１の一端は第１関節部Ｊ１の固定部に接続される。下部フレーム２１の他端は基台１に接続される。下部フレーム２１は円筒形状のハウジング３１により覆われる。上部フレーム２２は第１関節部Ｊ１の回転部に接続され、回転軸ＲＡ１を中心に軸回転する。上部フレーム２２は円筒形状のハウジング３２により覆われる。第１関節部Ｊ１の回転に伴って下部フレーム２１に対して上部フレーム２２が回転し、それによりアーム部５は水平に旋回する。円筒体をなす旋回部２の内部中空には後述する直動伸縮機構としての第３関節部Ｊ３の第１、第２コマ列５１、５２が収納される。
【００１１】
旋回部２の上部には起伏回転関節部としての第２関節部Ｊ２を収容する起伏部４が設置される。第２関節部Ｊ２は曲げ回転関節である。第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２は回転軸ＲＡ１に垂直である。起伏部４は、第２関節部Ｊ２の固定部（支持部）としての一対のサイドフレーム２３を有する。一対のサイドフレーム２３は、上部フレーム２２に連結される。一対のサイドフレーム２３は、鞍形形状のカバー３３により覆われる。一対のサイドフレーム２３にモータハウジングを兼用する第２関節部Ｊ２の回転部としての円筒体２４が支持される。円筒体２４の周面には、送り出し機構２５が取り付けられる。送り出し機構２５は円筒形状のカバー３４により覆われる。鞍形カバー３３と円筒カバー３４との間の間隙は断面Ｕ字形状のＵ字蛇腹カバー１４により覆われる。Ｕ字蛇腹カバー１４は、第２関節部Ｊ２の起伏動に追従して伸縮する。
【００１２】
送り出し機構２５は、ドライブギア５６、ガイドローラ５７及びローラユニット５８を保持する。円筒体２４の軸回転に伴って送り出し機構２５は回動し、送り出し機構２５に支持されたアーム部５が上下に起伏する。
【００１３】
第３関節部Ｊ３は直動伸縮機構により提供される。直動伸縮機構は発明者らが新規に開発した構造を備えており、可動範囲の観点でいわゆる従来の直動関節とは明確に区別される。第３関節部Ｊ３のアーム部５は屈曲自在であるが、中心軸（伸縮中心軸ＲＡ３）に沿ってアーム部５の根元の送り出し機構２５から前方に送り出されるときには屈曲が制限され、直線的剛性が確保される。アーム部５は後方に引き戻されるときには屈曲が回復される。アーム部５は第１コマ列５１と第２コマ列５２とを有する。第１コマ列５１は屈曲自在に連結された複数の第１コマ５３からなる。第１コマ５３は略平板形に構成される。第１コマ５３は端部箇所の第１ヒンジ部３００で屈曲自在に連結される。第２コマ列５２は複数の第２コマ５４からなる。第２コマ５４は横断面コ字形状の溝状体又はロ字形状の筒状体に構成される。第２コマ５４は底板端部箇所の第２ヒンジ部４００で屈曲自在に連結される。第２コマ列５２の屈曲は、第２コマ５４の側板の端面どうしが当接する位置で制限される。その位置では第２コマ列５２は直線的に配列する。第１、第２ヒンジ部３００，４００の詳細は後述する。第１コマ列５１の先頭の第１コマ５３と、第２コマ列５２の先頭の第２コマ５４とは結合コマ５５により接続される。例えば、結合コマ５５は第１コマ５３と第２コマ５４とを合成した形状を有している。
【００１４】
第１、第２コマ列５１，５２は送り出し機構２５のローラユニット５８を通過する際にローラ５９により互いに押圧されて接合する。接合により第１、第２コマ列５１，５２は直線的剛性を発揮し、柱状のアーム部５を構成する。ローラユニット５８の後方にはドライブギア５６がガイドローラ５７とともに配置される。ドライブギア５６は図示しないモータユニットに接続される。モータユニットは、ドライブギア５６を回転させるための動力を発生する。第１コマ５３の内側の面、つまり第２コマ５４と接合する側の面の幅中央には連結方向に沿ってリニアギア５３９が形成されている。複数の第１コマ５３が直線状に整列されたときに隣合うリニアギア５３９は直線状につながって、長いリニアギアを構成する。ドライブギア５６はガイドローラ５７に押圧された第１コマ５３のリニアギア５３９に噛み合わされる。直線状につながったリニアギア５３９はドライブギア５６とともにラックアンドピニオン機構を構成する。ドライブギア５６が順回転するとき第１、第２コマ列５１，５２はローラユニット５８から前方に送り出される。ドライブギア５６が逆回転するとき第１、第２コマ列５１，５２はローラユニット５８の後方に引き戻される。引き戻された第１、第２コマ列５１，５２はローラユニット５８とドライブギア５６との間で互いに分離される。分離された第１、第２コマ列５１，５２はそれぞれ屈曲可能な状態に復帰する。屈曲可能な状態に復帰した第１、第２コマ列５１，５２は、ともに同じ方向（内側）に屈曲し、旋回部２の内部に鉛直に収納される。このとき、第１コマ列５１は第２コマ列５２に略平行にほぼ揃った状態で収納される。
【００１５】
アーム部５の先端には手首部６が取り付けられる。手首部６は第４〜第６関節部Ｊ４〜Ｊ６を装備する。第４〜第６関節部Ｊ４〜Ｊ６はそれぞれ直交３軸の回転軸ＲＡ４〜ＲＡ６を備える。第４関節部Ｊ４は伸縮中心軸ＲＡ３と略一致する第４回転軸ＲＡ４を中心としたねじり回転関節であり、この第４関節部Ｊ４の回転によりエンドエフェクタは揺動回転される。第５関節部Ｊ５は第４回転軸ＲＡ４に対して垂直に配置される第５回転軸ＲＡ５を中心とした曲げ回転関節であり、この第５関節部Ｊ５の回転によりエンドエフェクタは前後に傾動回転される。第６関節部Ｊ６は第４回転軸ＲＡ４と第５回転軸ＲＡ５とに対して垂直に配置される第６回転軸ＲＡ６を中心としたねじり回転関節であり、この第６関節部Ｊ６の回転によりエンドエフェクタは軸回転される。
【００１６】
エンドエフェクタ（手先効果器）は、手首部６の第６関節部Ｊ６の回転部下部に設けられたアダプタ７に取り付けられる。エンドエフェクタはロボットが作業対象（ワーク）に直接働きかける機能を持つ部分であり、例えば把持部、真空吸着部、ナット締め具、溶接ガン、スプレーガンなどのタスクに応じて様々なツールが存在する。エンドエフェクタは、第１、第２、第３関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３により任意位置に移動され、第４、第５、第６関節部Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６により任意姿勢に配置される。特に第３関節部Ｊ３のアーム部５の伸縮距離の長さは、基台１の近接位置から遠隔位置までの広範囲の対象にエンドエフェクタを到達させることを可能にする。第３関節部Ｊ３はそれを構成する直動伸縮機構により実現される直線的な伸縮動作とその伸縮距離の長さとが従前の直動関節と異なる特徴的な点である。
【００１７】
図４はロボットアーム機構の構成を図記号表現により示している。ロボットアーム機構において、根元３軸を構成する第１関節部Ｊ１と第２関節部Ｊ２と第３関節部Ｊ３とにより３つの位置自由度が実現される。また、手首３軸を構成する第４関節部Ｊ４と第５関節部Ｊ５と第６関節部Ｊ６とにより３つの姿勢自由度が実現される。図４に示すように、第１関節部Ｊ１の回転軸ＲＡ１は鉛直方向に設けられる。第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２は水平方向に設けられる。第２関節部Ｊ２は第１関節部Ｊ１に対して回転軸ＲＡ１と回転軸ＲＡ１に直交する軸との２方向に関してオフセットされる。第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２は、第１関節部Ｊ１の回転軸ＲＡ１には交差しない。第３関節部Ｊ３の移動軸ＲＡ３は回転軸ＲＡ２に対して垂直な向きに設けられる。第３関節部Ｊ２は第２関節部Ｊ２に対して回転軸ＲＡ１と回転軸ＲＡ１に直交する軸との２方向に関してオフセットされる。第３関節部Ｊ３の回転軸ＲＡ３は、第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２には交差しない。複数の関節部Ｊ１−Ｊ６の根元３軸のうちの一つの曲げ関節部を直動伸縮関節部Ｊ３に換装し、第１関節部Ｊ１に対して第２関節部Ｊ２を２方向にオフセットさせ、第２関節部Ｊ２に対して第３関節部Ｊ３を２方向にオフセットさせることにより、本実施形態に係るロボット装置のロボットアーム機構は、特異点姿勢を構造上解消している。
【００１８】
図５は、図３のアーム部５を示す図である。図６は、図５の第１コマ５３の構造を示す図である。図７は、図５の第２コマ５４の構造を示す図である。図８は、図６のベアリング５３８−１の構造を示す図である。図９は、図５の第１ヒンジ部３００の可動部の構造を示す図である。
【００１９】
（第１コマ５３）  
図５に示すように、前後の第１コマ５３は端部箇所の第１ヒンジ部３００で屈曲自在に連結される。第１ヒンジ部３００は、シャフト６０と、第１コマ５３の前端の支持部と、第１コマ５３の後端の軸受け部とを有する。  
図６に示すように、第１コマ５３は全体として略平板体である。第１コマ５３は、矩形平板の本体部５３１を有する。第１コマ５３の前端の支持部として、ここでは、本体部５３１の前端両側に一対の支持ブロック５３２−１，５３２−２が前方に突出して設けられる。一対の支持ブロック５３２−１，５３２−２には、第１コマ５３の幅方向と平行に一対の軸孔５３４−１，５３４−２が貫通されている。一対の軸孔５３４−１，５３４−２は、後述のベアリング５３８−１，５３８−２の内径と等価又はベアリング５３８−１，５３８−２の内径よりも若干大きい径を有する。一方の軸受ブロック５３２−１の外側面には、後述のシャフト６０の鍔部６１を受ける鍔受け部５３５−１が設けられる。他方の軸受ブロック５３２−２の外側面には、後述のシャフト６０の先端の溝部６３に嵌め込む係止リング６５を収容するリング収容部５３５−２が設けられる。
【００２０】
第１コマ５３の後端の軸受け部として、本体部５３１の後端中央に軸受ブロック５３３が後方に突出して設けられる。第１コマ５３の軸受ブロック５３３の幅と一対の支持ブロック５３２−１，５３２−２の幅との合計の幅は、第１コマ５３の幅と略等価である。第１コマ５３の軸受ブロック５３３の幅は、一対の支持ブロック５３２−１，５３２−２の合計幅よりも広い。この軸受ブロック５３３は、軸受ブロック５３３に対してシャフト６０を回転自在に支持するベアリング、ここでは一対のベアリング５３８−１、５３８−２を備える。具体的には、軸受ブロック５３３には、第１コマ５３の幅方向と平行に軸孔５３６が貫通されている。軸孔５３６は、後述のベアリング５３８−１，５３８−２の内径に略等価な径を有する。この軸孔５３６の両端には、一対のベアリング収容部５３７−１，５３７−２が設けられる。一対のベアリング収容部５３７−１，５３７−２には、一対のベアリング５３８−１，５３８−２が嵌め込まれる。図８に示すように、ベアリング５３８−１，５３８−２は、複数種類のベアリングのうち、シャフトの表面と線接触する「ころ」を転動体として備えるころ軸受けとして特にニードルベアリング（針状ころ軸受）である。シャフトの表面と線接触する転動体を備えるベアリングは、シャフトの表面と点接触するボールベアリングに比べて、負荷能力が高く、振動、衝撃荷重に対して有利である。ニードルベアリング（針状ころ軸受）は、転動体の直径が長さに比べて非常に短く、ベアリングの円周上に転動体を数多く配置できるため、ボールベアリングに比べて、振動、衝撃荷重に対してさらに有利である。
【００２１】
第１コマ５３の前端の一対の支持ブロック５３２−１，５３２−２の間に、他の第１コマ５３の後端の軸受ブロック５３３が嵌め込まれた状態で、一対の軸孔５３４−１，５３４−２と軸孔５３７とは連続的につながる。この連続的につながった貫通孔にはシャフト６０が挿通される。この連続的につながった貫通孔に挿通されたシャフト６０は、第１コマ５３の軸受けブロック５３３が備えるベアリング５３８−１，５３８−２により回転自在に支持され、これにより前後の第１コマ５３はシャフト６０を軸に互いに回転自在に連結される。図９に示すように、シャフト６０は、ベアリング５３８−１，５３８−２の内径と略等価な径を有する円柱状体の本体部６２を有する。本体部６２の後端には、非円形状、ここでは断面Ｄ形状の鍔部６１が設けられる。本体部６２の先端部分には本体部６２の円周に沿って溝部６３が設けられる。溝部６３には、係止リング６５が嵌め込まれる。シャフト６０の後端から先端までの長さは、第１コマ５３の幅と略等価又は第１コマ５３の幅よりも若干短い。これにより、シャフト６０は、ベアリング５３８−１，５３８−２に挿通された状態で、ベアリング５３８−１，５３８−２の内輪とともに回転し、シャフト６０の軸移動は、第１コマ５３の鍔受け部５３５−１が鍔部６１を受け、リング収容部５３５−２が係止リング６５を受けることにより、係止される。
【００２２】
上記説明したように、第１コマ５３の後端中央の軸受ブロックは一対のベアリング５３８−１，５３８−２を備える。第１コマ５３の後端中央の軸受ブロック５３３の幅を、第１コマ５３の先端両側の支持ブロック５３２−１，５３２−２の合計幅よりも広くすることは、一対のベアリング５３８−１，５３８−２にニードルベアリングを採用することを実現する。もちろん、第１コマ５３の幅がニードルベアリングの長さに比べて十分広い場合において、軸受ブロック５３３の幅が一対の支持ブロック５３２−１，５３２−２の合計幅と等価又は合計幅よりも短くてもよい。
【００２３】
前後の第１コマ５３を連結するシャフト６０を回転自在に支持するベアリング５３８−１，５３８−２に、ボールベアリングに比べて負荷性能の高いニードルベアリングを採用することは、第１ヒンジ部３００の耐久性能を向上させる。第１ヒンジ部３００の耐久性能を向上させることは、前後の第１コマ５３の間のガタツキを抑制し、アーム部５の平滑な伸縮動を実現するだけではなく、シャフト６０、ベアリング５３８−１，５３８−２、及び第１コマ５３の交換頻度を低下させる。
【００２４】
なお、一対のベアリング５３８−１，５３８−２は、ニードルベアリングではなく、シャフトの表面と線接触する転動体を備える他のベアリング、例えば円筒ころ軸受等であってもよい。また、ここでは軸受ブロック５３３は一対のニードルベアリング５３８−１，５３８−２を備えるとしたが、軸受ブロック５３３は幅広の単一のニードルベアリングを備えてもよい。また、ここでは第１コマ５３の後端中央の軸受ブロック５３３が一対のニードルベアリング５３８−１，５３８−２を備えるとしたが、第１コマ５３の前端両側の一対の支持ブロック５３２−１，５３２−２が一対のニードルベアリング５３８−１，５３８−２を備えてもよい。さらに、第１ヒンジ部３００の構造はこれに限定されない。例えば、上記説明した第１コマ５３の前後端の構造は逆であってもよい。つまり、第１コマ５３の前端中央に前方に突出して軸受ブロックが設けられ、第１コマ５３の後端両側に後方に突出して支持ブロックが設けられてもよい。また、第１コマ５３の前端右側に第１軸受ブロックが前方に突出して設けられ、第１コマ５３の後端左側に第２軸受ブロックが後方に突出して設けられてもよい。このとき、第１、第２軸受ブロックに一対のニードルベアリングが装備される。
【００２５】
（第２コマ５４）  
第２コマ５４は底板端部箇所の第２ヒンジ部４００で屈曲自在に連結される。第２ヒンジ部４００は、シャフト７０と、第２コマ５４の前端の支持部と、第２コマ５４の後端の軸受け部とを有する。
【００２６】
第２ヒンジ部４００は、第１コマ５３の第１ヒンジ部３００と同じ構造を備える。図７に示すように、第２コマ５４は全体として断面コ字形の溝状体又はロ字形の筒状体である。第２コマ５４は、溝形状（鞍形状）の本体部を有する。本体部は、同サイズ、同形状の一対の側板５４０−１，５４０−２が底板５４１により平行に連結されてなる。第２コマ５４の前端の支持部として、底板５４１の前端両側には、一対の支持ブロック５４２−１，５４２−２が前方に突出して設けられる。一対の支持ブロック５４２−１，５４２−２には、第２コマ５４の幅方向と平行に一対の軸孔５４４−１，５４４−２が貫通されている。一対の軸孔５４４−１，５４４−２は、後述のベアリング５４８−１，５４８−２の内径と等価又はベアリング５４８−１，５４８−２の内径よりも若干大きい径を有する。一方の軸受ブロック５４２−１の外側面には、シャフト７０の鍔部７１を受ける鍔受け部５４５が設けられる。他方の軸受ブロック５４２−２の外側面には、シャフト７０の先端の溝部７３に嵌め込む係止リング７５を収容するリング収容部５４５−２が設けられる。
【００２７】
第２コマ５４の後端の軸受け部として、底板５４１の後端中央には、軸受ブロック５４３が後方に突出して設けられる。第２コマ５４の軸受ブロック５４３の幅と一対の支持ブロック５４２−１，５４２−２の幅との合計の幅は、第２コマ５４の幅と略等価である。第２コマ５４の軸受ブロック５４３の幅は、一対の支持ブロック５４２−１，５４２−２の合計幅よりも広い。この軸受ブロック５４３は、軸受ブロック５４３に対してシャフト７０を回転自在に支持するベアリング、ここでは一対のベアリング５４８−１、５４８−２を備える。具体的には、軸受ブロック５４３には、第２コマ５４の幅方向と平行に軸孔５４６が貫通されている。軸孔５４６は、ベアリング５４８−１，５４８−２の内径に略等価な径を有する。この軸孔５４６の両端には、一対のベアリング収容部５４７−１，５４７−２が設けられる。一対のベアリング収容部５４７−１，５４７−２には、一対のベアリング５４８−１，５４８−２が嵌め込まれる。ベアリング５４８−１，５４８−２は、好ましくは、第１コマ５３が備えるベアリング５３８−１と同種、同サイズである。
【００２８】
第２コマ５４の前端の一対の支持ブロック５４２−１，５４２−２の間に、他の第２コマ５４の後端の軸受ブロック５４３が嵌め込まれた状態で、一対の軸孔５４４−１，５４４−２と軸孔５４７とは連続的につながる。この連続的につながった貫通孔にシャフト７０が挿通された状態で、シャフト７０の先端の溝部に係止リング７５が嵌め込まれる。シャフト７０と係止リング７５とは、好ましくは、第１コマ５３のシャフト６０と係止リング６５と、同種、同サイズである。この連続的につながった貫通孔に挿通されたシャフト７０は、第２コマ５４の軸受けブロック５４３が備えるベアリング５４８−１，５４８−２により回転自在に支持され、これにより前後の第２コマ５４はシャフト７０を軸に互いに回転自在に連結される。
【００２９】
上記説明したように、第２ヒンジ部４００の構造によれば、第１ヒンジ部３００と同様の効果を発揮する。すなわち、前後の第２コマ５４を連結するシャフト７０を回転自在に支持するベアリング５４８−１，５４８−２に、ボールベアリングに比べて負荷性能の高いニードルベアリングを採用することにより、第２ヒンジ部４００の耐久性能が向上される。第２ヒンジ部４００の耐久性能を向上させることは、前後の第２コマ５４の間のガタツキを抑制し、アーム部５の平滑な伸縮動を実現するだけではなく、シャフト７０、ベアリング５４８−１，５４８−２、及び第２コマ５４の交換頻度を低下させる。
【００３０】
なお、上述では軸受けとして、転がり軸受けとしてニードルベアリング（針状ころ軸受）５３８−１，５３８−２，５４８−１，５４８−２であるとして説明したが、負荷能力、振動、衝撃荷重が許容可能である場合には、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)などの自己潤滑性樹脂製の円筒形の滑り軸受けであることを完全に否定するものではない。
【００３１】
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】
【００３２】
５３…第１コマ、５３１…本体部、５３２−１，５３２−２…支持ブロック、５３３…軸受ブロック、５３４−１，５３４−２、５３６…軸孔、５３５−１…鍔受け部、５３５−２…リング収容部、５３７−１、５３７−２…ベアリング収容部、５３８−１，５３８−２…ベアリング。
【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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