(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
四節以上のリンク部材により構成されるリンク機構を有し、
前記リンク部材の一つである第１リンクは、
回り対偶の接続部である２つのジョイントと、
弾性変形可能な伸縮部と、を有し、
前記第１リンクは、前記伸縮部が変形することで前記ジョイント間の長さが変化し、
前記リンク機構はさらに、前記リンク部材である第２リンク、第３リンク、及び第４リンク、並びに付勢部材を有し、
前記第２リンク、前記第３リンク、及び前記第４リンクは、それぞれ、回り対偶の接続部である２つのジョイントを有し、
前記第４リンクは、前記第２リンク及び前記第３リンクの一方が他方側に回転して他方側に当接した状態において、該第４リンクの回転方向の一方である第１方向に回転することでこれら第２リンク及び第３リンクを分離不能に固定し、
前記第４リンクは前記付勢部材により前記第１方向に付勢されている
ロック機構。
【請求項２】
四節以上のリンク部材により構成されるリンク機構を有し、
前記リンク部材の一つである第１リンクは、
回り対偶の接続部である２つのジョイントと、
弾性変形可能な伸縮部と、を有し、
前記第１リンクは、前記伸縮部が変形することで前記ジョイント間の長さが変化し、
前記リンク機構はさらに、前記リンク部材である第２リンク、第３リンク、及び第４リンクを有し、
前記第２リンク、前記第３リンク、及び前記第４リンクは、それぞれ、回り対偶の接続部である２つのジョイントを有し、
前記第４リンクは前記第３リンクに接続され、
前記第４リンクは、前記第２リンク及び前記第３リンクの一方が他方側に回転して他方側に当接した状態において、該第４リンクの回転方向の一方である第１方向に回転することでこれら第２リンク及び第３リンクを分離不能に固定し、
前記第４リンクは、前記第２リンク及び前記第３リンクを分離不能に固定したときに前記第２リンクに嵌合してこれが前記第３リンクから離れることを阻止する係止部を有する
ロック機構。
【請求項３】
前記第１リンクの前記伸縮部は、前記第１リンクがその隣接する前記リンク部材と直線状に又は平行に配置されたときの圧縮率が、その直前または直後となる位置における圧縮率よりも大きい
請求項１又は請求項２に記載のロック機構。
【請求項４】
前記第４リンクは前記第１リンクに接続され、
前記第４リンクは、その内部に前記第１リンクを収容可能であり、又は前記第１リンクと平行に配置可能であり、
前記第１リンクは、前記第４リンクが前記第２リンク及び前記第３リンクを分離不能に固定したときに、前記伸縮部の復元力により前記第４リンクを前記第１方向へ誘導する
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のロック機構。
【請求項５】
前記第２リンク及び前記第３リンクを分離不能に固定している前記第４リンクを前記第１方向の反対方向である第２方向に回転させるときに、前記第１リンクは、前記第４リンクと前記第１リンクとが直線状に又は平行に重なる位置を境に、前記伸縮部の復元力により前記第４リンクを前記第２方向に付勢する
請求項４に記載のロック機構。
【請求項６】
前記第１リンクの前記伸縮部の復元力は前記付勢部材の復元力よりも大きい
請求項１を引用する請求項５に記載のロック機構。
【請求項７】
前記第４リンクは前記第１リンクに接続され、
前記第４リンクによる前記第２リンク及び前記第３リンクの固定が解除され、前記第２リンク及び前記第３リンクの一方が他方側から離れる方向に回転すると、前記第４リンクはこれに追従して前記第１方向に回転し、
前記第１方向への回転の途中で前記第４リンク及び前記第１リンクが直線状に配置された状態において、前記付勢部材は前記第４リンクを前記第１方向へさらに付勢する
請求項１又は請求項１を引用する請求項３から請求項６のいずれか一項に記載のロック機構。
【請求項８】
前記第１リンクは前記第２リンク及び前記第４リンクに接続され、
前記第２リンクは前記第１リンク及び前記第３リンクに接続され、
前記第３リンクは前記第２リンク及び前記第４リンクに接続され、
前記第４リンクは前記第１リンク及び前記第３リンクに接続され、
前記第２リンク及び前記第３リンクが前記第４リンクに固定された状態で、前記リンク機構を前記各ジョイントの軸線方向にみたときに、前記第１リンクと前記第４リンクとを接続する前記ジョイントである第１ジョイントは、前記第１リンクと前記第２リンクとを接続する前記ジョイントである第２ジョイントが移動する円弧軌道上の該第２ジョイントの固定位置における接線よりも前記第４リンクの前記第１方向側にある
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のロック機構。
【請求項９】
前記第４リンクは前記第１リンクに接続され、
前記第４リンクによる前記第２リンク及び前記第３リンクの固定が解除され、前記第２リンク及び前記第３リンクの一方が他方側から離れる方向に回転すると、前記第４リンクはこれに追従して前記第１方向に回転し、
前記第１方向への回転の途中で前記第４リンク及び前記第１リンクが直線状に配置された状態において、前記第４リンクはそこからさらに前記第１方向へ回転可能である
請求項３又は請求項３を引用する請求項４から請求項８のいずれか一項に記載のロック機構。
【請求項１０】
前記リンク機構は四節リンク機構であり、
前記第１リンクは前記第２リンク及び前記第４リンクに接続され、
前記第２リンクは前記第１リンク及び前記第３リンクに接続され、
前記第３リンクは前記第２リンク及び前記第４リンクに接続され、
前記第４リンクは前記第１リンク及び前記第３リンクに接続され、
前記第２リンク及び前記第３リンクは他部材が接合される接合部を有し、
前記第２リンク及び前記第３リンクは一方が固定節である
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のロック機構。
【請求項１１】
四節以上のリンク部材により構成されるリンク機構を有し、
前記リンク部材の一つである第１リンクは、
回り対偶の接続部である２つのジョイントと、
弾性変形可能な伸縮部と、を有し、
前記第１リンクは、前記伸縮部が変形することで前記ジョイント間の長さが変化し、
前記第１リンクの前記伸縮部は素線断面が矩形状のコイルばねを有する
ロック機構。
【請求項１２】
前記付勢部材の復元力は前記第１リンクの前記伸縮部の復元力よりも大きい
請求項１に記載のロック機構。
【請求項１３】
四節以上のリンク部材により構成されるリンク機構を有し、
前記リンク部材の一つである第１リンクは、
回り対偶の接続部である２つのジョイントと、
弾性変形可能な伸縮部と、を有し、
前記第１リンクは、前記伸縮部が変形することで前記ジョイント間の長さが変化し、
前記第１リンクは、
軸体と、
ボルト部材と、
コイルばねと、
他の前記リンク部材との接続部である連結部材と、を有し、
前記軸体はその軸線方向における一方の端面に前記ボルト部材が螺合されるねじ穴を有し、
前記連結部材は、前記ボルト部材の軸部の直径よりも一回り大きな穴径の貫通穴である遊嵌穴を有し、
前記ボルト部材の前記軸部は、前記遊嵌穴に挿通されて前記ねじ穴に螺合され、
前記コイルばねは、前記ボルト部材の前記軸部に装着され、前記軸体の前記端面と前記連結部材との間に挟まれている
ロック機構。
【請求項１４】
水平回転翼を有する複数のロータと、
前記各ロータを支持する複数本の棒体であるロータアームと、を備え、
前記各ロータアームにはその長さ方向における中途にロック機構が設けられ、
前記ロック機構は、
四節以上のリンク部材により構成されるリンク機構を有し、
前記リンク部材の一つである第１リンクは、
回り対偶の接続部である２つのジョイントと、
弾性変形可能な伸縮部と、を有し、
前記第１リンクは、前記伸縮部が変形することで前記ジョイント間の長さが変化し、
前記リンク部材の一つは、前記ロータアームの基端側半体に接合され、又は該基端側半体の一部であり、
前記リンク部材の他の一つは、前記ロータアームの先端側半体に接合され、又は該先端側半体の一部である
無人航空機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は可動部材の固定技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、リンク機構を用いた自転車の折り畳み構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１８／１７１２３２（Ａ１）号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば特許文献１に開示されたヒンジ機構（図１３）のように、可動部の位置を簡便にロックする手段として、四節リンク機構の仕組みを応用したロック機構が用いられることがある。このような機構を用いる場合、例えばその機器の使用時と保管・運搬時とで可動部を異なる位置に固定するときには、通常、保管・運搬時用のロック手段を別途用意する必要がある。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、リンク機構を応用したロック機構についてその利便性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明のロック機構は、四節以上のリンク部材により構成されるリンク機構を有し、リンク部材の一つである第１リンクは、回り対偶の接続部である２つのジョイントと、弾性変形可能な伸縮部と、を有し、第１リンクは、伸縮部が変形することでジョイント間の長さが変化することを要旨とする。
【０００７】
リンク機構を構成するリンク部材に、その長さが弾性をもって伸縮するリンク部材（第１リンク）を含めることにより、剛体のリンク部材のみからなるリンク機構では不可能な範囲までリンク機構を揺動させることが可能となる。さらに、各リンク部材の長さを調節して、第１リンクがその弾性により反発する（遠ざかろうとする）位置を設けることにより、自然状態における第１リンクをその復元力の限りにおいて所望の位置範囲や角度範囲に保つことが可能となる。
【０００８】
このとき、第１リンクの伸縮部は、第１リンクがその隣接するリンク部材と直線状に又は平行に配置されたときの圧縮率が、その直前または直後となる位置における圧縮率よりも大きくなることが望ましい。通常、第１リンクとその隣接するリンク部材とが直線状または平行に配置された姿勢はリンク機構の思案点（死点）となり得る。思案点における第１リンク（伸縮部）の圧縮率をその前後における圧縮率よりも大きくすることで、第１リンクは思案点を境にその位置からいずれか遠ざかる方に誘導される。これにより第１リンクをその復元力の限りにおいて思案点の前か後となる位置に保つことができる。
【０００９】
また、本発明のロック機構は、上記リンク機構が、リンク部材である第２リンク、第３リンク、及び第４リンク、並びに勢部材を有し、これら第２リンク、第３リンク、及び第４リンクはそれぞれ回り対偶の接続部である２つのジョイントを有し、第４リンクは、第２リンク及び第３リンクの一方が他方側に回転して他方側に当接した状態において、その第４リンクの回転方向の一方である第１方向に回転することでこれら第２リンク及び第３リンクを分離不能に固定し、さらに第４リンクが付勢部材によりその第１方向に付勢されている構成としてもよい。つまり第４リンクによる第２リンク及び第３リンクのロックが付勢部材の付勢力により加勢される構成としてもよい。これにより、ロック機構を用いた機器の使用中に不意にロックが外れることが防止される。
【００１０】
また、本発明のロック機構は、上記リンク機構が、リンク部材である第２リンク、第３リンク、及び第４リンクを有し、これら第２リンク、第３リンク、及び第４リンクはそれぞれ回り対偶の接続部である２つのジョイントを有し、第４リンクは第３リンクに接続され、第４リンクは、第２リンク及び第３リンクの一方が他方側に回転して他方側に当接した状態において、第４リンクの回転方向の一方である第１方向に回転することでこれら第２リンク及び第３リンクを分離不能に固定し、そして第４リンクが、第２リンク及び第３リンクを分離不能に固定したときに第２リンクに嵌合してこれが第３リンクから離れることを阻止する係止部を有する構成としてもよい。つまり第２リンクが第３リンクから離れないよう、第４リンクが第２リンクを構造的に係止する構成としてもよい。これにより、ロック機構を用いた機器の使用中に不意にロックが外れることが防止される。
【００１１】
また、本発明のロック機構は、第４リンクが第１リンクに接続され、第４リンクは、その内部に第１リンクを収容可能であり、又は前記第１リンクと平行に配置可能であり、第４リンクが第２リンク及び第３リンクを分離不能に固定したときに、第１リンクがその伸縮部の復元力により第４リンクを第１方向へ誘導する構成であることが望ましい。つまり第４リンクによる第２リンク及び第３リンクのロックが第１リンクの復元力により加勢される構成とすることが望ましい。これにより、ロック機構を用いた機器の使用中に不意にロックが外れることが防止される。
【００１２】
このとき、本発明のロック機構は、第２リンク及び第３リンクを分離不能に固定している第４リンクを、第１方向の反対方向である第２方向に回転させるときに、第４リンクと第１リンクとが直線状に又は平行に重なる位置を境に、第１リンクがその伸縮部の復元力により第４リンクを第２方向に付勢することが望ましい。つまりロックされた状態にある第２リンク及び第３リンクをリリース（ロック解除）する際に、第１リンクの復元力がそのリリース操作を加勢する構成とすることが望ましい。これにより第２リンク及び第３リンクの堅牢なロックと、これらの速やかなリリースとが両立される。またこのとき、第１リンクの伸縮部の復元力は付勢部材の復元力よりも大きいことが望ましい。
【００１３】
また、本発明のロック機構は、第４リンクが第１リンクに接続され、第４リンクによる第２リンク及び第３リンクの固定が解除されて第２リンク及び第３リンクの一方が他方側から離れる方向に回転すると、第４リンクはこれに追従して第１方向に回転し、その方向への回転の途中で第４リンク及び第１リンクが直線状に配置されてもなお、付勢部材が第４リンクを第１方向に付勢していることが望ましい。第４リンクがリンク機構の思案点（ここでは第４リンク及び第１リンクが直線状に配置される位置）を越える位置まで第１方向に付勢されることにより、その後に原動節が逆方向に回転したときに、第４リンクの従動方向（回転方向）を第１方向側に誘導することができる。つまり、第４リンクが上記思案点を第１方向側に越えた状態で原動節が逆方向に回転すると、第４リンクは元の位置（第２リンク及び第３リンクを分離不能に固定していた位置）に戻ろうとはせず、その反対側（第１方向）に回転する。この原理を利用することにより、第２リンク及び第３リンクが分離した状態を保つことが可能となる。
【００１４】
また、本発明のロック機構は、各リンク部材がそれぞれ、回り対偶の接続部である２つのジョイントを有し、第１リンクは第２リンク及び第４リンクに接続され、第２リンクは第１リンク及び第３リンクに接続され、第３リンクは第２リンク及び第４リンクに接続され、第４リンクは第１リンク及び第３リンクに接続され、第２リンク及び第３リンクが第４リンクに固定された状態で、リンク機構を各ジョイントの軸線方向にみたときに、第１リンクと第４リンクとを接続するジョイントである第１ジョイントが、第１リンクと第２リンクとを接続するジョイントである第２ジョイントが移動する円弧軌道上の該第２ジョイントの固定位置における接線よりも第４リンクの第１方向側にある構成であることが望ましい。かかる構成によれば、第２リンクを第３リンクから分離する方向に力が加えられ、第１ジョイントが上記軌道上を移動しようとしても、その力は第２ジョイントを第１方向側に動かすように作用する。これにより第４リンクはさらに強固に締められ、第２リンク及び第３リンクの固定状態が維持される。
【００１５】
また、本発明のロック機構は、リンク機構が、リンク部材である第２リンク、第３リンク、及び第４リンクを有し、第２リンク、第３リンク、及び第４リンクはそれぞれ回り対偶の接続部である２つのジョイントを有し、第４リンクは第１リンクに接続され、第４リンクは、第２リンク及び第３リンクの一方が他方側に回転して他方側に当接した状態において、第４リンクの回転方向の一方である第１方向に回転することでこれら第２リンク及び第３リンクを分離不能に固定し、その後、第４リンクによる第２リンク及び第３リンクの固定が解除され、第２リンク及び第３リンクの一方が他方側から離れる方向に回転すると、第４リンクはこれに追従して第１方向に回転し、このとき第４リンクが、その第１方向への回転の途中で第４リンク及び第１リンクが直線状に配置された状態からさらに第１方向へ回転可能であることが望ましい。なおこのとき、第１リンクの伸縮部は、第１リンクがその隣接するリンク部材と直線状に配置されたときの圧縮率が、その直前または直後となる位置における圧縮率よりも大きい。第４リンクがリンク機構の思案点（ここでは第４リンク及び第１リンクが直線状に配置される位置）を越える位置まで第１方向に回転すると、第１リンクはその伸縮部の復元力によりその思案点から離れる方向に誘導される。つまり、第４リンクが思案点を第１方向側に越えた状態で原動節が逆方向に回転すると、第４リンクは元の位置（第２リンク及び第３リンクを固定していた位置）に戻ろうとはせず、その反対方向（第１方向）に回転する。この原理を利用することで、第２リンク及び第３リンクが分離した状態を維持することが可能となる。
【００１６】
また、本発明のロック機構は、リンク機構が四節リンク機構であり、各リンク部材がそれぞれ回り対偶の接続部である２つのジョイントを有し、第１リンクは第２リンク及び第４リンクに接続され、第２リンクは第１リンク及び第３リンクに接続され、第３リンクは第２リンク及び第４リンクに接続され、第４リンクは第１リンク及び第３リンクに接続され、第２リンク及び３リンクは他部材が接合される接合部を有し、第２リンク及び３リンクの一方が固定節である構成としてもよい。
【００１７】
また、第１リンクの伸縮部は素線断面が矩形状のコイルばねにより構成されてもよい。
【００１８】
また、本発明のロック機構は、上記付勢部材の復元力を第１リンクの伸縮部の復元力より大きくすることも考えられる。そうすれば、第２リンク及び第３リンクの一方を他方側に当接させたときに、付勢部材の復元力によって第４リンクを自動的に第一方向に回転させることができる。つまり第２リンク及び第３リンクを当接させたときにその位置を自動的にロックすることができる。
【００１９】
また、本発明のロック機構は、第１リンクが、軸体と、ボルト部材と、コイルばねと、他のリンク部材との接続部である連結部材と、を有し、軸体がその軸線方向における一方の端面にボルト部材が螺合されるねじ穴を有し、連結部材が、ボルト部材の軸部の直径よりも一回り大きな穴径の貫通穴である遊嵌穴を有し、ボルト部材の軸部は、遊嵌穴に挿通されてねじ穴に螺合され、コイルばねが、ボルト部材の軸部に装着され、軸体の端面と連結部材との間に挟まれている構成としてもよい。かかる構成では、連結部材はコイルばねによりボルト部材の頭部に押し付けられることとなる。つまり連結部材は、コイルばねの圧縮方向にその復元力を超える力が加えられると、軸体側に近づくように移動する。この軸体の軸線方向の長さやコイルばねの伸縮幅（自然長と密着高さの差）を調節することで、第１リンクのジョイント間の長さの変動幅を調節することができる。またコイルばねの復元力を調節することで、例えば第１リンクがロック機構のロック状態を維持する強度を調節することができる。
【００２０】
また、上記課題を解決するため、本発明の無人航空機は、水平回転翼を有する複数のロータと、前記各ロータを支持する複数本の棒体であるロータアームと、を備え、、前記各ロータアームにはその長さ方向における中途に本発明のロック機構が設けられ、前記リンク部材の一つは、前記ロータアームの基端側半体に接合され、又は該基端側半体の一部であり、前記リンク部材の他の一つは、前記ロータアームの先端側半体に接合され、又は該先端側半体の一部であることを要旨とする。
【００２１】
複数のロータ及びロータアームを有する無人航空機（いわゆるマルチコプター）のロータアームに本発明のロック機構を適用することにより、無人航空機を使用する際のロータアームの展開作業や、保管・運搬時のロータアームの折り畳み作業の負担が軽減される。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明のロック機構によれば、リンク機構を応用したロック機構の利便性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態にかかるマルチコプターの外観を示す斜視図である。
【図２】ロータアームの展開時および折り畳み時のロック機構の状態を示す平面図である。
【図３】ロック機構を構成するリンク部材の一つである伸縮リンクの構造を示す側面図である。
【図４】ロータアームの展開時および折り畳み時におけるロック機構の揺動動作を示す遷移図である。
【図５】ロータアームの展開時および折り畳み時におけるロック機構の揺動動作を示す遷移図である。
【図６】ロック機構が備えるねじりコイルばねと、可動側連結部およびレバー部の嵌合構造とを示す斜視図（ａ）及び平面図（ｂ）である。
【図７】伸縮リンクによるレバー部のロック加勢作用およびリリース加勢作用を示す平面図である。
【図８】伸縮リンクの２つのジョイントの位置関係によりレバー部をロック位置に保持する機能を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下に説明する実施形態は、無人航空機であるマルチコプターのロータアームに本発明のロック機構を適用した例である。本形態のロック機構は、四節リンク機構の仕組みを応用したロック機能が付加されたヒンジ機構であり、簡単な操作によりロータアームを展開した状態および折り畳んだ状態に固定することができる。これによりロータアームの展開作業や折り畳み作業の負担が軽減されている。
【００２５】
＜マルチコプターの構成＞
図１は、本形態にかかるマルチコプター９０の外観を示す斜視図である。図１（ａ）はロータアーム９１が展開されたマルチコプター９０の外観を示す図であり、図１（ｂ）はロータアーム９１が折り畳まれたマルチコプター９０の外観を示す図である。
【００２６】
マルチコプター９０は６基のロータ９３を有するいわゆるヘキサコプタである。マルチコプター９０の機体中央に配置された胴部からは６本のロータアーム９１が平面視放射状に延びており、ロータ９３はこれらロータアーム９１の先端にそれぞれ支持されている。なおマルチコプター９０はヘキサコプタに限られず例えば４基のロータで飛行するいわゆるクアッドコプタなどであってもよい。
【００２７】
ロータアーム９１は円筒形状のパイプ材からなる棒体であり、ロータ９３を支持する先端側半体９１ａと、胴部に固定された基端側半体９１ｂとにより構成されている。これら先端側半体９１ａ及び基端側半体９１ｂはロック機構１０により互いに回動可能に接続されている。つまりロック機構１０は、ロータアーム９１の長さ方向における中途に配置され、これら先端側半体９１ａ及び基端側半体９１ｂを連結するヒンジ機構である。
【００２８】
ロック機構１０は、図１（ａ）において一点鎖線で示すように、マルチコプター９０を飛行させる際には先端側半体９１ａと基端側半体９１ｂとが一直線になる位置でこれらを固定するとともに、マルチコプター９０の保管・運搬時には先端側半体９１ａを平面視時計回りに折り曲げた状態で半固定する。本形態のロック機構１０は手指で操作可能であり、その操作に工具を用いる必要はない。
【００２９】
その他、本形態のマルチコプター９０では、ロータアーム９１を折り曲げた際にその先端側半体９１ａが隣のロータアーム９１に干渉することを防ぐため、先端側半体９１ａを水平にではなく、これがその根元から先端に向かってやや上方に傾くように斜めに折り曲げている。つまり本形態のロック機構１０は、先端側半体９１ａが斜めに折り曲げられるようにその配置角度が調節されている。また、本形態のマルチコプター９０は、ロータ９３の水平回転翼に折畳み式プロペラ９３１が採用されていることで、飛行や保管・運搬の都度プロペラを着脱する手間が省かれている。
【００３０】
＜ロック機構の構成＞
図２はロータアーム９１の展開時および折り畳み時のロック機構１０の状態を示す平面図である。図２（ａ）はロータアーム９１が展開されたときのロック機構１０の状態を示しており、図２（ｂ）はロータアーム９１が折り畳まれたときのロック機構１０の状態を示している。以下、図２を参照してロック機構１０の全体構造について説明する。
【００３１】
本形態のロック機構１０は、その基本構造にクローズドループの四節リンク機構を用いている。ロック機構１０はこれを構成するリンク部材として、伸縮リンク２０（第１リンク）、可動側連結部３０（第２リンク）、固定側連結部４０（第３リンク）、及びレバー部５０（第４リンク）を有している。可動側連結部３０及び固定側連結部４０は他部材が接合される接合部３１，４１を有しており、可動側連結部３０の接合部３１には先端側半体９１ａが、固定側連結部４０の接合部４１には基端側半体９１ｂがそれぞれ接合されている。これらリンク部材はそれぞれ、回り対偶の接続部である２つのジョイント１１−１４を有している。具体的には、伸縮リンク２０はジョイント１３，１４によりレバー部５０及び可動側連結部３０に接続され、可動側連結部３０はジョイント１１，１４により固定側連結部４０及び伸縮リンク２０に接続され、固定側連結部４０はジョイント１１，１２により可動側連結部３０及びレバー部５０に接続され、レバー部５０はジョイント１２，１３により固定側連結部４０及び伸縮リンク２０に接続されている。本形態のロック機構１０は、基本的には固定側連結部４０が固定節（静止節）となり、可動側連結部３０及びレバー部５０のいずれか一方が原動節、他方が従動節となる。よって伸縮リンク２０は中間節となる。ただし実際の使用時には各リンク部材を適宜押したり引いたりしながら操作することになるためこの定義は厳密なものではない。また本形態のロック機構１０はアクチュエータ等の駆動源は備えず、手動で操作される。
【００３２】
ロータアーム９１が展開されるときには、可動側連結部３０は、ジョイント１１を回転中心として反時計回りに回転する。そして可動側連結部３０及び固定側連結部４０の端面同士が当接した状態でレバー部５０が締められる（レバー部５０がジョイント１２を回転中心として時計回りに限界まで回される）ことでこれらの相対位置が固定される。以降の説明では、図２（ａ）に示す可動側連結部３０と固定側連結部４０の位置関係を、これらの「閉位置」ともいう。
【００３３】
ロータアーム９１が折り畳まれるときには、可動側連結部３０は、ジョイント１１を回転中心として時計回りに回転する。可動側連結部３０はそのジョイント１１の周辺に、ジョイント１１の径方向外側に張り出した膨出部である肩部３３を有している。一方、固定側連結部４０は、肩部３３が時計回りに旋回するときのその旋回軌道上に配置されたストッパ部７０を有している。ロータアーム９１が折り畳まれるときには、可動側連結部３０はその肩部３３がストッパ部７０に当接する位置まで回転する。そしてレバー部５０及び伸縮リンク２０がこれらが一直線に連続する位置を越えた位置に置かれることで、可動側連結部３０は逆転不能に固定される。ロータアーム９１の展開時および折り畳み時における固定原理については後段で詳述する。
【００３４】
＜伸縮リンクの構造＞
図３は、ロック機構１０を構成するリンク部材の一つである伸縮リンク２０の構造を示す側面図である。以下、図３を参照して伸縮リンク２０の構造について説明する。
【００３５】
伸縮リンク２０は、軸体２１と、連結部材２２，２３、ボルト部材であるキャップボルト２４１，２４２、そして、素線断面が矩形状のコイルばねである角ばね２５により構成されるリンク部材である。伸縮リンク２０は、角ばね２５により実現されている伸縮部Ｔが圧縮・伸張することで、ジョイント１３，１４間の長さが変化する。
【００３６】
軸体２１はその両端面にねじ穴（ボルト穴）が形成された棒状の部材であり、そのねじ穴にはキャップボルト２４１，２４２が螺合されている。連結部材２２，２３は、伸縮リンク２０を他のリンク部材である可動側連結部３０及びレバー部５０に回転可能に接続するジョイント部材である。連結部材２２，２３には、キャップボルト２４１，２４２の軸部の直径よりも一回り大きな穴径の貫通穴である遊嵌穴２２ａ，２３ａ（いわゆるバカ穴）が形成されている。キャップボルト２４１，２４２の軸部は連結部材２２，２３の遊嵌穴２２ａ，２３ａに挿通され、軸体２１のねじ穴に螺合されている。角ばね２５はキャップボルト２４１の軸部に装着され、軸体２１の端面と連結部材２２との間に挟まれている。
【００３７】
ここで、伸縮リンク２０とレバー部５０とを接続する連結部材２３は、キャップボルト２４２の頭部と軸体２１の端面との間に挟まれ、その位置が固定されている。一方、伸縮リンク２０と可動側連結部３０とを接続する連結部材２２は、角ばね２５によってキャップボルト２４１の頭部に押し付けられているにすぎない。つまり連結部材２２は、角ばね２５の圧縮方向にその復元力を超える力が加えられると、軸体２１側に近づくように移動する。このように本形態のロック機構１０は、これを構成するリンク部材の一つに、その長さが弾性をもって伸縮する伸縮リンク２０を含めることにより、剛体のリンク部材のみからなるリンク機構では不可能な揺動動作を可能としている。
【００３８】
なお、本形態の角ばね２５は、ロック機構１０の揺動動作のその全体において、圧縮された状態か又は自然長のどちらかであり、引張する（引っ張られて伸びる）ことはない。そして、伸縮リンク２０はその隣接するリンク部材と直線状または平行に配置されたときの圧縮率がその前後における圧縮率よりも大きくなる。つまり伸縮リンク２０は、その隣接するリンク部材と直線状または平行に配置されたときの反発力がその前後における反発力よりも大きくなり、伸縮リンク２０はその位置からいずれか遠ざかる方に誘導される。
【００３９】
本形態の伸縮リンク２０は、軸体２１の軸線方向の長さや角ばね２５の伸縮幅を調節することで、伸縮リンク２０のジョイント１３，１４間の長さの変動幅を調節することができる。また、角ばね２５の復元力を調節することで、（いずれも後述するが）伸縮リンク２０がレバー部材５０をロック位置に保つ作用の強度や、折り畳まれた状態のロータアーム９１をその状態に保つ作用の強度を調節することができる。
【００４０】
＜ロック機構の動作および機能＞
図４及び図５は、ロータアーム９１の展開時および折り畳み時におけるロック機構１０の揺動動作を示す遷移図である。図６はロック機構１０が備えるねじりコイルばね６０と、可動側連結部３０及びレバー部５０の嵌合構造とを示す斜視図（ａ）及び平面図（ｂ）である。
【００４１】
図４（ａ）はロータアーム９１の展開時におけるロック機構１０の状態を示している。このとき、可動側連結部３０及び固定側連結部４０は閉位置にあり、締められたレバー部５０によりその相対位置が固定されている。これによりロータアーム９１が展開された状態が保持されている。以降の説明では、図４（ａ）におけるレバー部５０の位置をレバー部５０の「ロック位置」ともいう。なおレバー部５０がロック位置に配置されたときには、伸縮リンク２０はレバー部５０の内側に収容される。
【００４２】
ここで、図６（ａ）に示すように、固定側連結部４０とレバー部５０との接続部（ジョイント１２）には、付勢部材であるねじりコイルばね６０が配置されている。ねじりコイルばね６０は、レバー部５０が有するピンであるばね受けピン５３を、レバー部５０が時計回りに回転する方向に付勢している。つまりレバー部５０はねじりコイルばね６０の付勢力（復元力）によってもロック位置に保持されている。
【００４３】
さらに、図６（ａ）に示すように、可動側連結部３０は閉位置に配置されたときにレバー部５０側に突き出す凸部３２を有しており、レバー部５０には、ジョイント１２側の端部およびその近傍部に、この凸部３２が嵌合される空間である凹部５１が形成されている。凹部５１は、凸部３２が構造的に引っ掛かることで可動側連結部３０が固定側連結部４０から離れることを阻止する係止部である。凸部３２及び凹部５１は、可動側連結部３０が閉位置にある状態でレバー部５０をロック位置に配置することで嵌合される。
【００４４】
図７は、伸縮リンク２０によるレバー部５０のロック加勢作用およびリリース加勢作用を示す平面図である。図７中の二点鎖線は、レバー部５０が回転したときにジョイント１３が通る軌道である。図７中の三点鎖線は、伸縮リンク２０の角ばね２５が仮に最大長のままであったとして、伸縮リンク２０がジョイント１４を中心に回転したときにジョイント１３相当部が通る仮想的な軌道である。なお、説明の便宜上これら二点鎖線および三点鎖線を円形に描いているが、レバー部５０も伸縮リンク２０も無制限に回転可能というわけではなく、実際にはこれらの揺動範囲は制限されている。
【００４５】
レバー部５０は伸縮リンク２０とは異なり伸縮構造のない通常のリンク部材であるため、レバー部５０が回転するとジョイント１３は実際に二点鎖線上を通る。一方、伸縮リンク２０は二点鎖線と三点鎖線の位置のずれを角ばね２５で吸収しながらレバー部５０に追従して回転する。図７（ａ）に示すように、伸縮リンク２０は、レバー部５０と平行に重なる位置に配置されたときにその直前および直後よりも圧縮される。つまり伸縮リンク２０は、その復元力により、レバー部５０と平行に配置される位置からいずれか遠ざかる方向に誘導される。そして図７（ｂ）に示すように、レバー部５０がロック位置に至ると伸縮リンク２０の圧縮率は下がる。つまり伸縮リンク２０はレバー部５０との平行配置に反発してロック位置に誘導される。すなわち、ロック位置にあるレバー部５０は、伸縮リンク２０の復元力によってもその位置が保持されている。
【００４６】
図８は、伸縮リンク２０のジョイント１３及びジョイント１４の位置関係によりレバー部５０のロック位置を保持する機能を示す平面図である。図８の一点鎖線はジョイント１１を中心として可動側連結部３０が回転するときにジョイント１４（第２ジョイント）が通る軌道である。なお、説明の便宜上ジョイント１４の軌道を円形に描いているが、実際には円弧形状の軌道となる。直線ＴＧはこの軌道に対する接線であり、レバー部５０が可動側連結部３０をロックしているときのジョイント１４の位置における接線である。本形態では、レバー部５０がロック位置にあるときに、ジョイント１３（第１ジョイント）は、この直線ＴＧよりもアーム９１寄りに、つまり直線ＴＧよりもレバー部５０の時計回り側に配置されている。そのため、アーム９１の先端側半体９１ａに対してこれを折り畳む方向（ＣＷ）に力が加えられ、ジョイント１１を中心としてジョイント１４が上記軌道上を移動しようとしても、その力はジョイント１３をアーム９１側に押し付けるように作用する。これによりレバー部５０はさらに強固に締められ、ロック状態が維持される。
【００４７】
このように、本形態のレバー部５０は、ねじりコイルばね６０と伸縮リンク２０の付勢力・復元力によりロック位置に押し付けられ、そして、凸部３２と凹部５１の嵌合により可動側連結部３０が構造的にロックされている。これによりマルチコプター９０の飛行中にロータアーム９１のロックが不意に外れることが防止されている。
【００４８】
ロータアーム９１を折り畳むときには、まず図４（ｂ）に示すように、レバー部５０のノブ５２を引いてレバー部５０を反時計回り（第２方向）に回転させる。そしてレバー部５０と伸縮リンク２０とが平行に配置される位置を越えると、伸縮リンク２０の復元力はレバー部５０を反時計回り方向へ誘導するように作用する。本形態の伸縮リンク２０（角ばね２５）の復元力はねじりコイルばね６０の付勢力よりも大きく、レバー部５０は、図４（ｂ）の位置から、可動側連結部３０が固定側連結部４０から分離しはじめる位置まで、伸縮リンク２０の復元力によって自動的に回転する。これにより可動側連結部３０及び固定側連結部４０の堅牢なロックと、これらの速やかなリリースとが両立されている。
【００４９】
なお、本形態では角ばね２５の復元力がねじりコイルばね６０の付勢力よりも大きくなるように部品が選択されているが、逆に、ねじりコイルばね６０の付勢力を角ばね２５の復元力より大きくすることも考えられる。その構成では、可動側連結部３０が閉位置に配置されたときに、レバー部５０がねじりコイルばね６０の復元力によって自動的に時計回りに回転する。つまり、可動側連結部３０を閉位置に配置したと同時に、その位置をレバー部５０により自動的にロックすることができる。
【００５０】
図５（ａ）は図４（ｃ）と同じ状態を示している。凸部３２と凹部５１の嵌合が解除されたら、今度は先端側アーム９１ｂ（可動側連結部３０）を時計回りに回転させる。これにより可動側連結部３０は固定側連結部４０から離れる方向へ回転する。可動側連結部３０が固定側連結部４０から離れると、レバー部５０はこれに追従して再度時計回りに回転する。
【００５１】
図５（ｂ）の位置まで可動側連結部３０が回転すると、可動側連結部３０の肩部３３が固定側連結部４０のストッパ部７０に突き当たる。このとき、伸縮リンク２０とレバー部５０は一直線に連続するように配置されているか、またはその直前の状態にある。
【００５２】
可動側連結部３０を原動節とする場合、伸縮リンク２０とレバー部５０とが一直線に配置された姿勢はロック機構１０（リンク機構）の思案点となる。以降の説明では、一直線に配置された伸縮リンク２０及びレバー部５０をロック機構１０の思案点Ｃという。上でも述べたように、本形態のロック機構１０は、思案点Ｃにおける伸縮リンク２０の圧縮率がその前後における圧縮率よりも大きい。そのため伸縮リンク２０は、その復元力により思案点Ｃからいずれか遠ざかる方に誘導される。すなわち本形態のロック機構１０は、伸縮リンク２０をその復元力の限りにおいて思案点Ｃの前か後となる位置に保持することができる。
【００５３】
そして本形態のロック機構１０は、伸縮リンク２０とレバー部５０とが一直線に配置された状態（思案点Ｃ）から、指で押し込めばさらにもう少しだけレバー部５０を時計回りに、つまり伸縮リンク２０を反時計回りに回転させることができる。思案点Ｃを反時計回りに越えた伸縮リンク２０は思案点Ｃから遠ざかる方向に、つまり反時計回り方向に誘導されているため、故意に力を加えなければ思案点Ｃの位置には戻らない。つまり伸縮リンク２０の復元力により、伸縮リンク２０は思案点Ｃを反時計回りに越えた位置に、レバー部５０は思案点Ｃを時計回りに越えた位置に保持される。そして、レバー部５０はその位置が時計回りに回転可能な限界位置である。
【００５４】
ここで、図６（ｂ）に示すように、本形態のねじりコイルばね６０は、思案点Ｃにおいてもなおレバー部５０を時計回りに付勢している。つまり本形態のねじりコイルばね６０は、レバー部５０が思案点Ｃを時計回りに越えた状態が維持されるように作用する。
【００５５】
伸縮リンク２０が思案点Ｃを反時計回りに越えた状態で可動側連結部３０が逆方向（反時計回り）に回転すると、伸縮リンク２０はさらに反時計回りに回転しようとするため、レバー部５０はそれに追従して時計回りに回転しようとする。しかしレバー部５０はすでに限界位置にあるためそれ以上は時計回りに回転することができず、結果、可動側連結部３０の逆方向への回転は阻止される。これにより、ロータアーム９１が折り畳まれた状態が保持される。
【００５６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることができる。例えば、上記実施形態ではロック機構１０がマルチコプター９０に適用されているが、本発明のロック機構は他の機器に適用することもできる。また、可動側連結部３０及び固定側連結部４０の可動側（先端側半体９１ａに接合される連結部）と固定側（基端側半体９１ｂに接合される連結部）は入れ替えてもよい。また、上記実施形態ではロック機構１０の基本構造に四節リンク機構を用いているが、例えば五節以上のリンク機構を用いる場合でも、五節目以降のリンク部材が上記実施形態の動作や効果及びその原理を妨げない態様で用いられている場合には、そのリンク機構は実質的に上記実施形態の四節リンク機構と同等であると見ることができる。また、上記実施形態では可動側連結部３０及び固定側連結部４０は先端側半体９１ａ及び基端側半体９１ｂとは別部材であるが、可動側連結部３０と先端側半体９１ａとを、又は固定側連結部４０と基端側半体９１ｂとを一部品化することも考えられる。
【符号の説明】
【００５７】
１０：ロック機構，１１−１４：ジョイント，２０：伸縮リンク（第１リンク），２１：軸体，２２，２３：連結部材，２２ａ，２３ａ：遊嵌穴，２４１，２４２：キャップボルト，２５：角ばね（コイルばね），Ｔ：伸縮部，３０：可動側連結部（第２リンク），３１：接合部，３２：凸部，３３：肩部，４０：固定側連結部（第３リンク），４１：接合部，５０：レバー部（第４リンク），５１：凹部（係止部），５２：ノブ，５３：ばね受けピン，６０：ねじりコイルばね（付勢部材），７０：ストッパ部，Ｃ：思案点，９０：無人航空機，９１：ロータアーム，９１ａ：先端側半体，９１ｂ：基端側半体，９３：ロータ，９３１：折畳み式プロペラ
【要約】
【課題】リンク機構を応用したロック機構についてその利便性を向上させる。
【解決手段】四節以上のリンク部材により構成されるリンク機構を有し、リンク部材の一つである第１リンクは、回り対偶の接続部である２つのジョイントと、弾性変形可能な伸縮部と、を有し、第１リンクは、伸縮部が変形することでジョイント間の長さが変化するロック機構、及び、水平回転翼を有する複数のロータと、各ロータを支持する複数本の棒体であるロータアームと、を備え、各ロータアームにはその長さ方向における中途に本発明のロック機構が設けられ、リンク部材の一つは、ロータアームの基端側半体に接合され、又は該基端側半体の一部であり、リンク部材の他の一つは、ロータアームの先端側半体に接合され、又は該先端側半体の一部である無人航空機によりこれを解決する。
【選択図】図２【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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