(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平滑な周縁の内側に複数のノッチが形成された係合面を有する平板部、及び該平板部と平行に延設された第１柱状部を具備し、該平板部が軸支された第１部材と、
周縁に複数の谷部が形成され、表面に複数のノッチが形成された板状部材と、
内周面に前記板状部材の谷部とスプライン結合する山部が形成された収容部、及び該山部と直交する方向に延設された第２柱状部を具備し、該収容部が軸支された第２部材と、
前記平板部に係合するように前記板状部材を付勢する弾性部材と、
前記弾性部材の付勢力に対向する外力を受けたとき、前記平板部から離間するように前記板状部材を押圧する押圧部材と、を備え、
前記収容部は、前記板状部材を収容する開口部側に、前記平板部の前記周縁に摺動自在に当接する周端面、及び前記板状部材が前記平板部に係合する係合位置と該平板部から離間する離間位置との間を自在に移動する移動空間を有し、
前記弾性部材は、前記板状部材と共に前記移動空間に収容され、前記収容部に軸支され、
前記外力が前記付勢力を上回れば前記第１部材と前記第２部材とが相対的に回動し、該外力が解放されれば、該第１部材と該第２部材とが任意の角度に保持されることを特徴とする関節構造。
【請求項２】
前記第１柱状部及び前記第２柱状部の何れか一方又は双方は、複数のノッチが形成された端面を有するものであって、
複数のノッチが形成された対向面を具備し、前記端面を有する前記第１柱状部又は前記第２柱状部に軸支された第３部材を備え、
前記第１柱状部と前記第３部材、及び前記第２柱状部材と該第３部材の組み合わせの何れか一方又は双方は、前記対向面が前記端面から離間したときは相対的に回転し、該対向面が該端面と係合するときは非回転となることを特徴とする請求項１記載の関節構造。
【請求項３】
前記押圧部材は、開口を有する有底の筒状部であり、
前記平板部は、前記筒状部が移動自在に嵌合する貫通孔を有するものであって、前記板状部材が前記離間位置に移動したときは、該平板部から該筒状部の底面側が突出し、該板状部材が前記係合位置に移動したときは、該平板部から該筒状部の開口端が突出することを特徴とする請求項１記載の関節構造。
【請求項４】
前記第３部材は、前記端面に向けて前記対向面を付勢するバネが収容される収容空間を有する筒状体であって、該バネの付勢力に対向する、該付勢力を上回る外力を受けたときは、該対向面が該端面から離間し、該外力が該付勢力を下回るときは、該対向面が該端面と係合することを特徴とすることを特徴とする請求項２記載の関節構造。
【請求項５】
前記平板部は、前記係合面の裏面側に、前記平板部及び前記収容部を軸支する回動軸の支持部と外周を囲う壁面とが形成されたものであり、
前記収容部側で前記回動軸を支持する第４部材と、
前記平板部から突出した前記筒状部の開口端に当接する環状の突起部を具有し、移動自在に前記壁面に嵌合する第５部材と、を備えたことを特徴とする請求項３記載の関節構造。
【請求項６】
肘を任意の角度に曲げた状態で保持できるマネキンの関節構造であって、
平滑な周縁の内側に複数のノッチが形成された係合面を有する平板部、及び該平板部と平行に延設された第１柱状部を具備し、該平板部が軸支された第１部材と、
周縁に複数の谷部が形成され、表面に複数のノッチが形成された板状部材と、
内周面に前記板状部材の谷部とスプライン結合する山部が形成された収容部、及び該山部と直交する方向に延設された第２柱状部を具備し、該収容部が軸支された第２部材と、
前記平板部に係合するように前記板状部材を付勢する弾性部材と、
前記弾性部材の付勢力に対向する第１外力を受けたとき、前記平板部から離間するように前記板状部材を押圧する押圧部材と、
前記第１柱状部及び前記第２柱状部それぞれの、複数のノッチが形成された端面に向けてバネで付勢され、複数のノッチが形成された対向面が該記第１柱状部又は該第２柱状部に軸支される第３部材と、を備え、
前記収容部は、前記板状部材を収容する開口部側に、前記平板部の前記周縁に摺動自在に当接する周端面、及び前記板状部材が前記平板部に係合する係合位置と該板状部材が該平板部から離間する離間位置との間を自在に移動する移動空間を有し、
前記弾性部材は、前記板状部材と共に前記移動空間に収容され、前記収容部に軸支され、
前記第１部材と前記第２部材は、前記第１外力が前記付勢力を上回れば相対的に回動し、該第１外力が解放されれば、任意の角度に保持され、
前記第１柱状部及び前記第３部材、あるいは前記第２柱状部及び該第３部材は、前記バネの付勢力に対向する、該付勢力を上回る第２外力が加わるときは、相対的に回転し、該第２外力が解放されれば、相対的に非回転となることを特徴とする関節構造。
【請求項７】
前記第３部材は、前記端面に向けて前記対向面を付勢するバネが収容される収容空間を有する筒状体であって、前記第２外力を受けたときは、該対向面が該端面から離間し、該第２外力が解放されれば、該対向面が該端面と係合することを特徴とすることを特徴とする請求項６記載の関節構造。
【請求項８】
前記押圧部材は、開口を有する有底の筒状部であり、
前記平板部は、前記筒状部が移動自在に嵌合する貫通孔を有するものであって、前記板状部材が前記離間位置に移動したときは、該平板部から該筒状部の底面側が突出し、該板状部材が前記係合位置に移動したときは、該平板部から該筒状部の開口端が突出することを特徴とする請求項６記載の関節構造。
【請求項９】
前記平板部は、前記係合面の裏面側に、前記平板部と前記収容部とを軸支する回動軸の支持部、及び外周を囲む壁面が形成されたものであり、
前記収容部側で前記回動軸を支持する第４部材と、
前記平板部から突出した前記筒状部の開口端に当接する環状の突起部を具有し、移動自在に前記壁面に嵌合する第５部材と、を備えたことを特徴とする請求項８記載の関節構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人形やマネキンなどが肘を曲げることや掌を回すことなどの動作が可能で、そのポーズを長期間保持することが可能な関節構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マネキンは、衣服の展示用としてアパレル分野において、自動車等の衝突実験用や医師や看護婦などの教育用として安全分野や医療分野において人体の代用物として使用されている。しかしながら、肩、腕、脚などの関節が動かない構造になっていると姿勢が固定されたままのため、人体に近い肢体変化の再現が困難である。そこで、動く関節構造についての様々な提案がなされている。
例えば、線材で形成された芯金に波板を巻き付けて複数の直線部を形成し、それらを、少なくとも１つの角度分割体を有する折曲部を介して連結したマネキンのフレキシブルアームが提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、そのような構造のマネキンに服を着せると、肢体の連結部に服が引っ掛かるために手間がかかるうえ、着装感がよくないという課題がる。そこで、上腕に形成された凹球面部と凹球面部に嵌合する肩部の凸球面部と転動自在な回転軸部材に連結した引張りバネとを、凸球面部に形成されたスリットを介して上腕体の内部に取り付け、腕を揺動させて様々な姿勢をとらせることを可能にし、上腕上部の外側部と凸球面部 一部と肩部とが略同一弯曲状になるようにして、服を着せたときの着装感を向上させ、さらに上腕を下げたときにバネの張力で腕が揺動せずに姿勢を一定に保持できるマネキン腕構造が提案されている（ 特許文献２参照）。
一方、昨今、テレビやアニメのキャラクタを模したフィギュアが多数製作されているが、様々な姿態を再現できるように関節を可動にする方法が色々提案されている。
例えば、アーム部材と肩部とを連結部材で一体的に結合し、連結部材の支持棒に設けたバネ部材で肩部の嵌合凹所に可動的に保持し、盛り上がった肩部の形状を表現すると共に、アーム部材を前後方向に回転させたとき、三角筋のフォルムを崩すことなく回転させることができるようにした人形の肩部構造（特許文献３参照）や、回転軸で軸着された一端側関節部と他端側関節部とからなる球状関節部において、一端側関節部の円形状の連結板の円心から外周縁に延びた表裏面に貫通長孔を設け、回転軸が貫通長孔に沿って移動できるようにすることで屈曲角度を大きくした人形の球状関節（特許文献４参照）、第１部材と第２部材それぞれの回動軸が形成された関節本体に２つの連結部材の一端を回動自在に固定し、他端を第１部材及び第２部材それぞれに設けた長穴に沿って自在に摺動させることにより、腕や脚が単純な円運動でなく、人間に近い動作を行えるようにした人形体の関節構造等が提案されている（特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１５３３６３号公報
【特許文献２】特許第３９０５４９９号公報
【特許文献３】特開２０００−３７５６７号公報
【特許文献４】特開２００６−３４６２８５号公報
【特許文献５】特許第５０２７９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、フィギュアは、様々な姿態を再現させるため、関節の動きをよくすることが重要であり、荷重を加えることや、荷重下で姿勢を長期間一定に保持することは重要ではない。他方、マネキンは、姿勢を長期にわたり一定に保持することが重要であり、特に、アパレル分野では、衣服を着せ、荷重が加わった状態で長期間姿勢を一定に保持する必要がある。また、製作コスト等を抑制するため、出来るだけ簡単な構造で、かつ分解・組立が容易であることが望ましい。
本発明は上記事情に鑑み、肢体のポーズを設定する自由度が高く、重量負荷がかかっても同じポーズを長期間保持することができるうえ、構造が比較的簡単で、分解・組立も容易な関節構造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】
【０００５】
本発明の関節構造は、平滑な周縁の内側に複数のノッチが形成された係合面を有する平板部、及び該平板部と平行に延設された第１柱状部を具備し、該平板部が軸支された第１部材と、周縁に複数の谷部が形成され、表面に複数のノッチが形成された板状部材と、内周面に上記板状部材の谷部とスプライン結合する山部が形成された収容部、及び該山部と直交する方向に延設された第２柱状部を具備し、該収容部が軸支された第２部材と、上記平板部に係合するように上記板状部材を付勢する弾性部材と、上記弾性部材の付勢力に対向する外力を受けたとき、上記平板部から離間するように上記板状部材を押圧する押圧部材と、を備え、上記外力が上記付勢力を上回れば上記第１部材と上記第２部材とが相対的に回動し、該外力が解放されれば、該第１部材と該第２部材とが任意の角度に保持されることを特徴とする。
その場合、上記収容部は、上記板状部材を収容する開口部側に、上記平板部の上記周縁に摺動自在に当接する周端面、及び上記板状部材が上記平板部に係合する係合位置と該平板部から離間する離間位置との間を自在に移動する移動空間を有し、上記弾性部材は、上記板状部材と共に上記移動空間に収容され、上記収容部に軸支される。
このように、第１部材の平板部と第２部材の収容部とを回動自在に軸支し、複数のノッチが形成された板状部材を収容部にスプライン結合することにより板状部材（第１部材）と収容部（第２部材）とが一体で回動し、さらに平板部の平滑な周縁と収容部の周端面とが摺動自在に当接するので、平板部と収容部とが自在に回動する構造を有する。そこで、複数のノッチが形成された平板部に複数のノッチが形成された板状部材を付勢して係合させれば、ノッチ同志が確実に噛み合い、第１部材と第２部材とは相対的に回動することができない。しかし、弾性部材の付勢力に対向し、それを上回る外力（例えば指で押す力）が加われば、押圧部材に押されて板状部材が平板部から離間し、平板部と板状部材との係合が外れ、第１部材と第２部材とを相対的に回動させることができる。従って、外力を加えて第１部材と第２部材とを任意の角度まで回動させ、そこで外力を解放すれば、第１部材と第２部材とを任意の角度で保持することができる。
ここで、上記押圧部材は、開口を有する有底の筒状部であり、上記平板部は、上記筒状部が移動自在に嵌合する貫通孔を有するものであって、上記板状部材が上記離間位置に移動したときは、該平板部から該筒状部の底面側が突出し、該板状部材が上記係合位置に移動したときは、該平板部から該筒状部の開口端が突出することが好ましく、上記平板部は、上記係合面の裏面側に、上記平板部及び上記収容部を軸支する回動軸の支持部と外周を囲う壁面とが形成されたものであり、上記収容部側で上記回動軸を支持する第４部材と、上記平板部から突出した上記筒状部の開口端に当接する環状の突起部を具有し、移動自在に上記壁面に嵌合する第５部材と、を備えたことが好ましい。
このように、押圧部材を、開口を有する有底の筒状部とし、平板部の中央に設けた貫通孔に移動自在に嵌合すれば、板状部材に外力を伝達して、板状部材を離間位置に移動させることが容易である。また、筒状部の開口に当接する環状の突起部を具有し、平板部の壁面に移動自在に嵌合して、環状の突起部を押圧する第５部材を備えれば、外力の伝達が容易である。
ここで、上記第１柱状部及び上記第２柱状部の何れか一方又は双方は、複数のノッチが形成された端面を有するものであって、複数のノッチが形成された対向面を具備し、上記端面を有する上記第１柱状部又は上記第２柱状部に軸支された第３部材を備え、上記第１柱状部と上記第３部材、及び上記第２柱状部材と該第３部材の組み合わせの何れか一方又は双方は、上記対向面が上記端面から離間したときは相対的に回転し、該対向面が該端面と係合するときは非回転となるようにすることができる。
その場合、上記第３部材は、上記端面に向けて上記対向面を付勢するバネが収容される収容空間を有する筒状体であって、該バネの付勢力に対向する、該付勢力を上回る外力を受けたときは、該対向面が該端面から離間し、該外力が該付勢力を下回るときは、該対向面が該端面と係合するようにすることが好ましい。
このように、上記第１柱状部及び上記第２柱状部の何れか一方又は双方の端面に複数のノッチを形成する一方、複数のノッチが形成された対向面を有する第３部材をバネで付勢して第１柱状部又は第２柱状部に軸支した上で、第３部材を上腕又は下腕にねじ止めすれば、第１部材と第２部材とが相対的に回動する面とは直交する方向に第１部材又は第２部材を回転させることができる。
【０００６】
本発明のマネキンの関節構造は、肘を任意の角度に曲げた状態で保持できるマネキンの関節構造であって、平滑な周縁の内側に複数のノッチが形成された係合面を有する平板部、及び該平板部と平行に延設された第１柱状部を具備し、該平板部が軸支された第１部材と、周縁に複数の谷部が形成され、表面に複数のノッチが形成された板状部材と、内周面に上記板状部材の谷部とスプライン結合する山部が形成された収容部、及び該山部と直交する方向に延設された第２柱状部を具備し、該収容部が軸支された第２部材と、上記平板部に係合するように上記板状部材を付勢する弾性部材と、上記弾性部材の付勢力に対向する第１外力を受けたとき、上記平板部から離間するように上記板状部材を押圧する押圧部材と、上記第１柱状部及び上記第２柱状部それぞれの、複数のノッチが形成された端面に向けてバネで付勢され、複数のノッチが形成された対向面が該記第１柱状部又は該第２柱状部に軸支される第３部材と、を備え、上記第１部材と上記第２部材は、上記第１外力が上記付勢力を上回れば相対的に回動し、該第１外力が解放されれば、任意の角度に保持され、上記第１柱状部及び上記第３部材、あるいは上記第２柱状部及び該第３部材は、上記バネの付勢力に対向する、該付勢力を上回る第２外力が加わるときは、相対的に回転し、該第２外力が解放されれば、相対的に非回転となることを特徴とする。
その場合、上記収容部は、上記板状部材を収容する開口部側に、上記平板部の上記周縁に摺動自在に当接する周端面、及び上記板状部材が上記平板部に係合する係合位置と該板状部材が該平板部から離間する離間位置との間を自在に移動する移動空間を有し、上記弾性部材は、上記板状部材と共に上記移動空間に収容され、上記収容部に軸支されること、上記第３部材は、上記端面に向けて上記対向面を付勢するバネが収容される収容空間を有する筒状体であって、上記第２外力を受けたときは、該対向面が該端面から離間し、該第２外力が解放されれば、該対向面が該端面と係合すること、上記押圧部材は、開口を有する有底の筒状部であり、上記平板部は、上記筒状部が移動自在に嵌合する貫通孔を有するものであって、上記板状部材が上記離間位置に移動したときは、該平板部から該筒状部の底面側が突出し、該板状部材が上記係合位置に移動したときは、該平板部から該筒状部の開口端が突出すること、上記平板部は、上記係合面の裏面側に、上記平板部と上記収容部とを軸支する回動軸の支持部、及び外周を囲む壁面が形成されたものであり、上記収容部側で上記回動軸を支持する第４部材と、上記平板部から突出した上記筒状部の開口端に当接する環状の突起部を具有し、移動自在に上記壁面に嵌合する第５部材と、を備えたことが好ましい。
このように、第１部材の平板部と第２部材の収容部とを回動自在に軸支し、複数のノッチが形成された板状部材を収容部にスプライン結合することにより板状部材と収容部が一体で回動し、また平板部の平滑な周縁と収容部の開口部が摺動自在に当接するので、平板部（第１部材）と収容部（第２部材）とは自在に回動する。しかし、複数のノッチが形成された平板部に複数のノッチが形成された板状部材を付勢して係合させれば、ノッチ同志が確実に噛み合うので第１部材と第２部材とは回動せずに固定される。また、弾性部材の付勢力に対向し、それを上回る第１外力（例えば指で押す力）が加われば板状部材を平板部から離間させる押圧部材を備えるので、平板部と板状部材との係合が外れ、第１部材と第２部材とを相対的に回動させることができる。他方、第１柱状部及び第２柱状部の端面に複数のノッチを形成し、複数のノッチが形成された対向面を有する第３部材をバネで付勢して第１柱状部又は第２柱状部に軸支した上で、第３部材を上腕又は下腕にねじ止めすれば、バネの付勢力を上回る第２外力（例えば手で引っ張る力）が加われば、第１外力で第１部材と第２部材とを回動させる面とは直交する方向に第１柱状部又は第２柱状部を回転させることができる。そして、それらの外力を解放すれば回転しない。従って、第１部材と第２部材とを任意の角度で保持することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の関節構造によれば、複数のノッチが形成され、回動自在に軸支された部材を対向配置し、圧縮コイルばねの付勢力で相互のノッチが噛み合うように構成され、付勢力に対向する、付勢力を上回る外力が加わったときだけ対向する面の噛み合いが解除されるように構成されているので、人形やマネキンの肘などの関節を任意の角度に曲げたり、曲げた角度を長期間保持することが容易である。また、ノッチのピッチ・数を調整すれば、噛み合う力が十分得られるので、任意の角度に曲げた関節に重量負荷が加わっても十分耐えることができる。また、ノッチが形成された対向面を複数設ければ、曲げだけではなく、同時に回転させることもできる。さらに、主要部品は構造が簡単で成型も容易であり、分解・組立が簡単である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本実施形態の関節構造を示す斜視図である。
【図２】図２は、本実施形態の関節構造の構成部品を示す斜視図である。
【図３−１】図３−１は、第１部材の左側面図である。
【図３−２】図３−２は、第１部材の正面図である。
【図３−３】図３−３は、第１部材の右側面図である。
【図３−４】図３−４は、第１部材の下面図である。
【図４−１】図４−１は、筒状部の左側面図である。
【図４−２】図４−２は、筒状部の正面図である。
【図４−３】図４−３は、筒状部の右側面図である。
【図４−４】図４−４は、筒状部の上面図である。
【図５−１】図５−１は、第２部材の左側面図である。
【図５−２】図５−２は、第２部材の正面図である。
【図５−３】図５−３は、第２部材の右側面図である。
【図５−４】図５−４は、第２部材の上面図である。
【図６−１】図６−１は、板状部材の左側面図である。
【図６−２】図６−２は、板状部材の正面図である。
【図６−３】図６−３は、板状部材の右側面図である。
【図７−１】図７−１は、第４部材の左側面図である。
【図７−２】図７−２は、第４部材の正面図である。
【図７−３】図７−３は、第４部材の右側面図である。
【図８−１】図８−１は、第５材の左側面図である。
【図８−２】図８−２は、第５部材の正面図である。
【図８−３】図８−３は、第５部材の右側面図である。
【図９−１】図９−１は、第３材の左側面図である。
【図９−２】図９−２は、第３部材の正面図である。
【図９−３】図９−３は、第３部材の上面又は下面図である
【図９−４】図９−４は、第３部材の下面又は上面図である。
【図１０−１】図１０−１は、マネキンの肘に関節構造を取り付けた状態を示す図である。
【図１０−２】図１０−２は、マネキンの肘に関節構造を取り付ける状態を示す上腕の断面図である。
【図１０−３】図１０−３は、関節構造を取り付けたマネキンの肘の動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の人形又はマネキンの関節構造の実施形態について図に基づいて説明する。
図１は、本実施形態の関節構造を示す斜視図である。
図１に示す関節構造１は、平板部１５及び第１柱状部１１を有する第１部材１０と、収容部２５及び第２柱状部２１を有する第２部材２０と、第１柱状部１１又は第２柱状部２１に軸支されて腕又は脚に固定される第３部材３０と、第２部材２０と第１部材１０とを軸支する回動軸５を支持する第４部材４０と、外力を加える第５部材５０とを備え、第１部材１０と第２部材２０を第４部材４０で軸着し、第５部材５０を第１部材１０に嵌合させると、両側を柱状体で挟持した球体を呈する。なお、第３部材３０には、この関節構造１を人形又はマネキンの腕や脚に取り付けるねじ孔３３がある。
本実施形態の関節構造１において、第１部材１０と第２部材２０とを相対的に回動させるときは第５部材５０を指で押し、所望の角度まで回動させたら第５部材５０から指を離すとその回動角度で固定する。また、第１部材１０と第３部材３０、あるいは第２部材２０と３部材３０を相対的に回転させるときは第３部材３０を手で引っ張った後に回転させ、所望の角度だけ回転させたら第３部材３０から手を離すと、その回動角度で固定する。
ここで、本実施形態の関節構造１の外観は、柱状体で挟持された球体を呈するが、必ずしもこの外観に限定する必要はなく、柱状体で挟持された楕円体とすることもできる。
【００１０】
図２は、本実施形態の関節構造の構成部品を示す斜視図である。
図２に示す関節構造１は、外観を呈する第１部材１０、第２部材２０、第３部材３０、第４部材４０、及び第５部材５０と、内部を形成する筒状部６０、板状部材７０、第１圧縮コイルばね（本発明の「弾性部材」に相当する。以下同じ。）２、第２圧縮コイルばね（本発明の「バネ」に相当する。以下同じ。）３、及びワッシャ４からなり、第１部材１０、筒状部６０、板状部材７０、第１圧縮コイルばね２、及び第２部材２０は、回動軸５で軸支され、回動軸５は第１部材１０と第４部材４０に支持されている。また、第３部材３０は、第２圧縮コイルばね３及びワッシャ４を介して、ねじ６で第１部材１０又は第２部材２０に軸支される。
なお、これらの構成部品のうち、第１圧縮コイルばね２、第２圧縮コイルばね３、回動軸５、ねじ６、ワッシャ４は市販の金属部品であり、それ以外は、何れも金型で成型して製造された樹脂部品である。
第１部材１０は、平滑な周縁１４の内側に山と谷からなる複数のノッチＮが放射状に形成された係合面１５ａを有する平板部１５と、平板部１５と平行に延設された第１柱状部１１とを有し、平板部１５は、中央に貫通孔１６がある。また、第１柱状部１１の端面１２にも山と谷からなる複数のノッチＮとねじ孔１３が形成されている。なお、平板部１５の、図に現れない裏面側の周囲には周縁から立設する壁面１７と、回動軸５を支持する支持部１８が形成されている。
筒状部６０は、一方が開口し、他方が底面６２になっている。そして、開口の円周を４等分したうちの対称な位置の２カ所が、筒長の約半分にわたって壁面を切り欠いてあり、残りの２カ所の開口端６１は、平板部１５の貫通孔１６に嵌合し自在に貫通孔１６を移動できるようになっている。
板状部材７０は、周縁の４カ所に谷部７１が形成され、中央にねじ孔７２がある円板である。そして、平板部１５に対向する図に現れない面には、平板部１５に係合する複数のノッチＮが形成されている。
第１圧縮コイルばね２は、板状部材７０のねじ孔７２よりも外径が大きく、板状部材７０を平板部１５に向けて布勢する。
第２部材２０は、内周面に板状部材７０の谷部７１とスプライン結合する山部２６が４カ所形成され、板状部材７０及び第１圧縮コイルばね２を収容する収容部２５と、山部２６と直交する方向に延設された第２柱状部２１とを有し、収容部２５の中央には、第１圧縮コイルばね２を装着する貫通孔２７があり、図に現れない開口部の周縁には平板部１５の平滑な周縁１４を自在に摺動する周端面２８が形成されている。板状部材７０は、平板部１５と収容部２５に軸支され、第１圧縮コイルばね２に布勢されるので、通常は平板部１５に係合する係合位置に留まっているが、筒状部６０に押されたときは、平板部１５から離間した離間位置に移動する。また、第２柱状部２１の端面２２にも山と谷からなる複数のノッチＮとねじ孔２３が形成されている。
【００１１】
第３部材３０は、第２圧縮コイルばね３を収容する収容空間３１、及び第１柱状部１１又は第２柱状部２１を軸支するねじ孔３２がある筒状体で、第１柱状部１１又は第２柱状部２１の端面１２，２２に対向する対向面３５には、ねじ孔３２を中心に複数のノッチＮが放射状に形成されている。そして筒状体の周面には、人形やマネキンの腕などに第３部材３０を固定するねじ孔３３が２カ所設けてある。
第２圧縮コイルばね３は、外径が第３部材３０の収容空間３１内径よりも小径になっており、収容空間３１に収容された後、ワッシャ４を介してねじ６で第１柱状部１１又は第２柱状部２１に固定される。
第４部材４０は、収容部２５の貫通孔２７を覆う半球体をなし、半球体内の中央部には収容部２５内に達する中空の棒状体４１が延設され、その棒状体４１には、第１部材１０と第２部材２０を軸支するねじ５が挿通され、回動軸５は、平板部１５の裏面側で固定される。
第５部材５０は、平板部１５の図に現れない壁面１７に嵌合する周縁５１と、筒状部６０の２カ所の開口端６１に当接する環状の突起部５２とが形成された半球体で、半球体を指で押すと、環状の突起部５２が２カ所の開口端６１を押し、板状部材７０が離間位置に移動する。
これらの構成部品により関節構造１を組み立てるときは、平板部１５に筒状部６０を嵌合し、収容部２５に板状部材７０をスプライン結合した後、平板部１５の係合面１５ａと板状部材７０のノッチが形成されたノッチ面７０ａとを向かい合わせに重ね合わせる。そして、第１圧縮コイルばね２を収容部２５の貫通孔２７に装着し、回動軸５を棒状体４１に捜通した第４部材４０で、板状部材７０と筒状部６０のねじ孔に回動軸５を挿入し、平板部１５の支持部１８に嵌め込んだナットで回動軸５の先端を締結する。そして、第５部材５０の環状の突起部５２を支持部１８に嵌合させ、周縁５１を平板部１５の壁面１７に嵌合させる。一方、第３部材３０の収容空間３１に第２圧縮コイルばね３を装着し、ワッシャ４を介したねじ６で、第３部材３０を第１柱状部１１又は第２柱状部２１に軸支する。
【００１２】
次ぎに、樹脂で成型される構成部品の一例について説明する。
図３−１から図３−４は、第１部材の一例を示す図であり、図３−１は、第１部材の左側面図、図３−２は、第１部材の正面図、図３−３は、第１部材の右側面図、図３−４は、第１部材の下面図である。
図３−１から図３−４に示す第１部材は、平板部１５と第１柱状部１１とを有し、第１柱状部１１の中心軸は平板部１５の表裏両面と平行になっている。平板部１５には、筒状部６０が嵌合する貫通孔１６と、ねじの支持部１８とがある。平板部１５の一方の表面は、周縁１４が平滑になっており、その内側には、多数のノッチ（交互に形成された山と谷）Ｎが放射状に形成された係合面１５ａとなっている。そして、係合面１５ａの裏面には、ナットに螺合した回動軸５を支持する支持部１８が平板部１５から突設され、支持部１８は、周縁から立設した壁面１７に囲われている。さらに、係合面１５ａ側には、筒状部６０が嵌合する円筒空間１９があり、係合面１５ａの裏面側には、支持部１８の周りを四等分したうちの対称な２カ所に、筒状部の２か所の壁面６１が嵌合する貫通孔１６が設けてある。
また、第１柱状部の端面１２には、ねじ孔１３があり、そのねじ孔１３の周囲には、多数のノッチNが放射状に形成されている。この端面１２は、後述する第３部材３０に軸支される。
本実施形態の平板部１５は、周縁１４が平滑で、その内側にノッチが形成され、収容部２５の開口部の周端面２８が平滑な周縁１４に摺動自在に当接するので、第１部材１０と第２部材２０とを軸着したとき、両者を相対的に回動させることができる。
【００１３】
図４−１から図４−４は、筒状部の一例を示す図であり、図４−１は、筒状部の左側面図、図４−２は、筒状部の正面図、図４−３は、筒状部の右側面図、図４−４は、筒状部の上面図である。
図４−１から図４−４に示す筒状部は、開口の円周を四等分し、対称な２カ所の壁面は、筒長の約半分まで切り欠き、他の２カ所の開口端６１は、切り欠いていない。従って、筒状部６０を平板部１５の円筒空間１９に嵌め込み、切り欠いていない２カ所の開口端６１を支持部１８の周囲に設けた貫通孔１６に差し込めば、切り欠いていない２カ所の開口端６１及び底面６２は、貫通孔１６を自在に移動することができる。
一方、板状部材７０は、第１圧縮コイルばね２に付勢され、筒状部の底面６２を押しているので、底面６２は、平板部１５と面一となり、２カ所の開口端６１は、常時、平板部１５から突出する。しかし、付勢力を上回る外力で２カ所の開口端６１が押されると、板状部材７０を押して底面６２が平板部１５から突出するようになっている。
【００１４】
図５−１から図５−４は、第２部材の一例を示す図であり、図５−１は、第２部材の左側面図、図５−２は、第２部材の正面図、図５−３は、第２部材の右側面図、図５−４は、第２部材の上面図である。
図５−１から図５−４に示す第２部材は、収容部２５と第２柱状部２１とを有し、第２柱状部２１は、収容部２５に収容される板状部材７０の表裏両面と平行（すなわち、山部２６と直交する方向）に延設されている。収容部２５の開口部側は、平板部１５の平滑な外縁１４に当接して摺動する周端面２８と、板状部材の４カ所の谷部７１に係合する山部２６が形成された空間とがある。その空間は、板状部材７０が収容部２５とスプライン結合することにより平行移動する移動空間Sである。このスプライン結合により、板状部材７０は、収容部２５と一体でなければ回転することができない反面、スププラインに沿って単独で平行移動することができる。従って、移動空間Sにおいて、板状部材７０は、平板部１５に係合する係合位置と平板部１５から離間する離間位置との間を自在に移動することができる。
また、開口部の反対側には、第４部材４０の半球面が当接する円形切断面２５ａがあり、その中央には、第１圧縮コイルばね２を装着する大径の貫通孔２７がある。さらに、第２柱状部２１の端面２２には、ねじ孔２３と、ねじ孔２３を中心に多数のノッチＮが放射状に形成され、この端面２２は、後述する第３部材３０に軸支される。
ここで、本実施形態の収容部２５における開口部は、平板部１５と同サイズに構成されるので、第１部材１０と第２部材２０とを軸着したとき、開口部の周端面２８が平板部１５の平滑な周縁１４に当接するので、第１部材１０と第２部材２０を相対的に回動させることができる。
【００１５】
図６−１から図６−３は、板状部材の一例を示す図であり、図６−１は、板状部材の左側面図、図６−２は、板状部材の正面図、図６−３は、板状部材の右側面図である。
図６−１から図６−３に示す板状部材は、中央にねじ孔７５がある円板で、外周に、収容部２５の山部２６とスプライン結合する谷部７１が４カ所、対称に設けられている。円板の一方の面は、ねじ孔７５を中心に山と谷からなる複数のノッチＮが放射状に形成され、平板部１５と係合するノッチ面７０ａとなっている。従って、板状部材７０を軸支し、４カ所の谷部７１を収容部２５の４カ所の山部２６にスプライン結合させると、収容部２５の移動空間Ｓ内を平行移動することができる。そして、第１圧縮コイルばね２で付勢されているときは、平板部１５に係合する係合位置に移動し、第１圧縮コイルばね２の付勢力を上回る外力で筒状部の２カ所の開口端６１が押されると平板部１５から離間する離間位置に移動する。
本実施形態における係合面１５ａ及びノッチ面７０ａのノッチＮは、山と山又は谷と谷のピッチが１．０ｍｍ〜３．０ｍｍに設定されているので、相互の回転角をきめ細かく調整できる。また、係合面１５ａ及びノッチ面７０ａのノッチＮが同じ形状になっているので、付勢されて当接しとき両者は確実に噛み合い、数Kｇ重の力が加わっても、長期にわたり回転が確実に抑止される。なお、ここで示した数値は、一例であって、必ずしもこれらの数値に限定する必要はない。
【００１６】
図７−１から図７−３は、第４部材の一例を示す図であり、図７−１は、第４部材の左側面図、図７−２は、第４部材の正面図、図７−３は、第４部材の右側面図である。
図７−１から図７−３に示す第４部材は、収容部２５の円形切断面２５ａと同じ大きさの半球体をなし、半球体の内面側の中央に、回動軸５を支持する棒状体４１が延設されている。半球体の外側から棒状体４１に回動軸５を挿入し、第１部材１０の支持部１８に嵌めこまれたナットで回動軸５を締結すれば、第２部材２０と第１部材１０とを軸支することができる。
【００１７】
図８−１から図８−３は、第５部材の一例を示す図であり、図８−１は、第５材の左側面図、図８−２は、第５部材の正面図、図８−３は、第５部材の右側面図である。
図８−１から図８−３に示す第５部材は、半球体をなし、半球体の内面側中央に環状の突起部５２があり、その突起部５２は、平板部１５の裏面側に突設した支持部１８に外嵌され、支持部１８の周囲に形成された貫通孔１６から突出した筒状部の２カ所の開口端６１に当接する。
また、半球体の内面側の周縁５１は、平板部１５の裏面側に形成された壁面１７に移動自在に嵌合する。
従って、例えば、第１圧縮コイルばね２の付勢力を上回る指力で第５部材５０を押すと、環状の突起部５２によって筒状部の２カ所の開口端６１が押されるので、筒状部６０の底面６２が平板部１５から突きだし、板状部材７０は離間位置に移動する。従って、回動軸５に軸支された第１部材１０と第２部材２０とが相対的に回動する。そして、第５部材５０から指を離すと第１圧縮コイルばね２の付勢力で板状部材７０が平板部１５との係合位置に移動するので第１部材１０と第２部材２０は、そのときの角度に保持されて回動しない。
【００１８】
図９−１から図９−４は、第３部材の一例を示す図であり、図９−１は、第３部材の左側面図、図９−２は、第３部材の正面図、図９−３は、第３部材の上面又は下面図、図９−４は、第３部材の下面又は上面図である。
図９−１から図９−４に示す第３部材は、第２圧縮コイルばね３を収容する収容空間３１と、第１柱状体１１又は第２柱状体２１を軸支するねじ孔３２と、第３部材３０を人形の腕などに固定するねじ孔３３とを有する筒状体である。そして、収容空間３１が形成された側と反対側は、ねじ孔３２を中心に多数のノッチＮが放射状に形成された対向面３０aとなっている。そして、収容空間３１に収容した第２圧縮コイルばね３を、ワッシャ４とねじ６で第１柱状体１１又は第２柱状体２１を軸支する一方、人形の腕などにねじで固定する。
従って、例えば、第２圧縮コイルばね３の付勢力を上回る手力で第３部材３０と第１部材１０、あるいは第３部材３０と第２部材２０とを引き離すと対向面３０aと端面１２，２２の係合が外れ、第３部材３０と第１部材１０、あるいは第３部材３０と第２部材２０とが相対的に回転する。そして、第３部材３０と第１部材１０、あるいは第３部材３０と第２部材２０とを引き離す手力を解放すると、対向面３０aと端面１２，２２とが再び係合し、所望の回転角度で固定される。
ここで、本実施形態の関節構造１は、第１柱状体１１及び第２柱状体２１それぞれの端面１２，２２にノッチＮが形成され、第１柱状体１１及び第２柱状体２１それぞれを軸支する第３部材３０それぞれの対向面３０aが形成され、第２圧縮コイルばね３で付勢される構成となっているが、かかる端面１２，２２や対向面３０a、第２圧縮コイルばね３は、必ずしも第１柱状体１１と第３部材３０、及び第２柱状体２１と第３部材３０の双方に設ける必要はなく、何れか一方に設けることとし、他方は、単にねじ６で軸支する構成としてもよい。さらに、第１柱状体１１及び第２柱状体２１の何れにもノッチＮを形成せず、かつ第３部材３０も設けずに、第１柱状部１１及び第２柱状部２１を腕又は脚に直接ねじ止めする構成としてもよい。
【００１９】
図１０−１から図１０−３は、本実施形態の関節構造をマネキンの腕に適用した例を示す図である。
図１０−１は、取り付け状態を示す図、図１０−２は、取り付けた一方の腕の断面図、図１０−３は、関節構造を取り付けたマネキンの関節の動作を示す図である。
図１０−１及び図１０−２に例示するように、第３部材３０の収容空間３１に収容した第２圧縮コイルばね３をワッシャ４とねじ６で第１柱状体１１又は第２柱状体２１を軸支した関節構造１のうち、例えば第１柱状体１１を軸支した第３部材３０を、マネキンの上腕部１００に設けた空洞に挿入し、第３部材３０の２カ所のねじ孔３３に上腕部１００側からねじを差し込んでナットで固定する。その場合、肘を曲げる面と第１部材１０と第２部材２０とが相対的に回動する面とが一致するように、第３部材３０を固定する。すなわち、平板部１５及び板状部７０によって形成される面と、肘を曲げる面とが合致するようにする。
同様に、第２柱状体２１を軸支した第３部材３０を、下腕部２００に設けた空洞に挿入し、第３部材３０の２カ所のねじ孔３３に上腕部２００側からねじを差し込んで固定する。従って、本実施形態の関節構造を取り付けたマネキンの腕は、第１柱状体１１、第２柱状体２１、及び第３部材３０は空洞部分に収容され、第１部材１０及び第２部材２０の一部、第４部材３０及び第５部材からなる球体部分が露出する。
図１０−３に示すように、露出している第５部材５０を指で押した後、上腕部１００と下腕部２００が所望の角度Ａをなすように肘を曲げ、第５部材５０を押している指を放す。すると図に現れない板状部材７０と平板部１５とが係合するので、上腕部１００と下腕部２００とを所望の角度Ａで固定される。また、上腕部１００と下腕部２００とを手でつかみ、上腕部１００を引っ張り、上腕部１００を内側又は外側に回し、引っ張っている上腕部１００を放す。すると、上腕部１００が所望の角度Ｂに固定される。
さらに、上腕部１００と下腕部２００とを手でつかみ、下腕部２００を引っ張り、下腕部２００を回し、引っ張っている下腕部２００を放す。すると、下腕部２００が所望の角度Ｃに固定され、掌の向きを変えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
人形やマネキンの腕や脚の関節として利用できるほか、角度調整ができる照明器具、カメラなどの三脚、ヒンジのついた日用雑貨品や家庭用品等にも適用できる。
【符号の説明】
【００２１】
１     関節構造
２      第１圧縮コイルばね
３      第２圧縮コイルばね
４      ワッシャ
５      回動軸
６      ねじ
１０    第１部材
１１    第１柱状体
１２    端面
１３    ねじ孔
１４    平滑な周縁
１５    平板部
１５a  係合面
１６    貫通孔
１７    壁面
１８    支持部
１９    円筒空間
２０    第２部材
２１    第２柱状体
２２    端面
２３    ねじ孔
２５    収容部
２６    山部
２７    貫通孔
２８    周端面
３０    第３部材
３０a  対向面
３１    収容空間
３２、３３  ねじ孔    
４０    第４部材
４１    棒状体
５０    第５部材
５１    周縁
５２    環状の突起部
６０    筒状体
６１    ２カ所の開口端
６２    底面
７０    板状部材
７０a    ノッチ面
７１    谷部
７２    ねじ孔
１００  上腕部
２００  下腕部
【要約】
【課題】肢体のポーズを設定する自由度が高く、重量負荷がかかっても同じポーズを長期間保持することができるうえ、構造が比較的簡単で、分解・組立も容易な関節構造を提供する。
【解決手段】平滑な周縁の内側に複数のノッチが形成された係合面を有する平板部、及び該平板部と平行に延設された第１柱状部を具備し、該平板部が軸支された第１部材と、周縁に複数の谷部が形成され、表面に複数のノッチが形成された板状部材と、内周面に上記板状部材の谷部とスプライン結合する山部が形成された収容部、及び該山部と直交する方向に延設された第２柱状部を具備し、該収容部が軸支された第２部材と、上記平板部に係合するように上記板状部材を布勢する弾性部材と、
上記弾性部材の布勢力に対向する外力を受けたとき、上記平板部から離間するように上記板状部材を押圧する押圧部材と、を備えた。
【選択図】図２【図１】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図３−４】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図４−３】
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【図４−４】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図５−３】
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【図５−４】
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【図６−１】
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【図６−２】
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【図６−３】
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【図７−１】
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【図７−２】
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【図７−３】
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【図８−１】
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【図８−２】
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【図８−３】
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【図９−１】
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【図９−２】
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【図９−３】
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【図９−４】
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【図１０−１】
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【図１０−２】
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【図１０−３】
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