JP2019143641A - 直動伸縮機構 - Google Patents
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Abstract
【課題】直動伸縮機構のアームのコスト低減を実現すること。【解決手段】直動伸縮機構は互いに前後端面において屈曲可能に連結される平板形状の複数の第1コマ53と、互いに底部の前後端面において屈曲可能に連結される溝形状の複数の第2コマ54とを有する。第1、第2コマは互いに接合されたとき直線状に硬直し、第1、第2コマは互いに分離されたとき屈曲状態に復帰する。複数の第1コマの先頭と複数の第2コマの先頭とは結合コマ55で結合される。送り出し機構25は第1、第2コマを前後移動自在に支持するとともに、第1、第2コマが前方に移動するとき第1、第2コマを接合させ、第1、第2コマが後方に移動するとき第1、第2コマを分離させる。第1、第2コマの少なくとも一方は他方に接合する側の面に凹部631,641を有する。【選択図】 図5
Description
本発明の実施形態は直動伸縮機構に関する。
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)。直動伸縮機構は、屈曲可能に蝶番構造で連結された平板形状を有する金属製の複数のコマ(第1コマ)と、屈曲可能に底板において軸受け構造で連結された溝形状を有する金属製の複数のコマ(第2コマ)とを有する。第1、第2コマは先端で結合されており、前方に送り出されるとき第1、第2コマは重ね合わされ、硬直状態が確保され、一定の剛性を有する柱状のアームに構成される。後方に引き戻されるとき第1、第2コマは分離され、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。この直動伸縮機構の多関節ロボットアーム機構への採用は肘関節部を不要とし、容易に特異点を解消することができるので非常に有益な構造である。
アームの先端には、ハンド等のエンドエフェクタ(手先効果器)が装備される。手先の位置精度はアームの緩み、ガタツキを抑制することで向上する。アームの緩み、ガタツキを抑制するには、第1、第2コマの特に接合面に高い面精度を必要とし、高価な部品とならざるを得ない。また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、それに起因してアームの緩み、ガタツキを抑制するにも限界があった。
目的は、直動伸縮機構のアームのコスト低減を実現することにある。
本実施形態に係る直動伸縮機構は、互いに前後端面において屈曲可能に連結される平板形状の複数の第1コマと、互いに底部の前後端面において屈曲可能に連結される溝形状の複数の第2コマと、前記第1、第2コマは互いに接合されたとき直線状に硬直し、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し、前記複数の第1コマの先頭と前記複数の第2コマの先頭とを結合する結合部と、前記第1、第2コマを前後移動自在に支持するとともに、前記第1、第2コマが前方に移動するとき前記第1、第2コマを接合させ、前記第1、第2コマが後方に移動するとき前記第1、第2コマを分離させる支持機構部とを具備し、前記第1、第2コマの少なくとも一方は他方に接合する側の面に少なくとも一つの凹部を有する。
以下、図面を参照しながら第1、第2、第3、第4実施形態に係る直動伸縮機構を説明する。なお、各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各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。
(第1実施形態)
図1は第1実施形態に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。本実施形態に係る回転関節機構は、第4関節部J4のねじり関節で実現される。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。
図1は第1実施形態に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。本実施形態に係る回転関節機構は、第4関節部J4のねじり関節で実現される。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。
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。
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。
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は端部箇所のヒンジ部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は横断面コ字形の溝状体又はロ字形の筒状体に構成される。第2コマ54は底板端部箇所のヒンジ部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。
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のリニアギアに噛み合わされる。直線状につながったリニアギアはドライブギア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。
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。
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。
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。
図5は、図3の第1コマ53の構造を示す図である。第1コマ53は全体として略平板体である。第1コマ53は、平板矩形の本体部531に一対の支持ブロック532と軸受ブロック533とが一体成形されてなる。一対の支持ブロック532は、本体部531の前端両側に前方に突出して設けられる。軸受ブロック533は、本体部531の後端中央に後方に突出して設けられる。前端の一対の支持ブロック532には、第1コマ53の幅方向と平行に一対の軸孔534が貫通されている。後端の軸受ブロック533にも、第1コマ53の幅方向と平行に軸孔535が貫通されている。軸受ブロック533の内壁にはベアリングが装備されている。第1コマ53の前端の一対の支持ブロック532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と軸孔535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図示しないシャフトが挿入され、前後の第1コマ53は互いに回転自在に連結される。第1コマ53の背面の幅中央には連結方向(長さ方向)と平行に前後に渡ってリニアギア539が設けられる。当該背面両側には四角錐台形状の一対の突起部(ピンホールブロック)536が垂直に突出される。一対のピンホールブロック536は第1コマ53の前後方向(長さ方向)の中央付近の両側に位置する。ピンホールブロック536にはその前後方向に沿ってロックピンホール537が空けられている。
軸受ブロック533の後端上面には、後方に向かって突出する突出部が設けられる。この突出部を受ける階段形状の受け部が、本体部531の先端上面に設けられる。受け部は、本体部531の表面から窪んだ形状を有する。受け部の窪みの深さは、突出部の厚みに同一である。受け部に突出部が当接した状態で、隣接する第1コマ53の表面は、コマ間の間隙が極小の単一の平坦面を構成する。前方の第1コマ53の突出部に、後方の第1コマの受け部が当接することにより、前後の第1コマ53が直線状に配列された状態からそれ以上外側(コマ表面側)へ屈曲することが制限される。
図6は、図3の第2コマ54の構造を示す図である。第2コマ54は全体として断面コ字形の溝状体又は断面ロ字形の筒状体である。ここでは、第2コマ54は断面コ字形の溝状体とする。第2コマ54は、底板541と、同サイズ、同形状の一対の側板540とからなる。底板541の前端両側に一対の支持ブロック542が突設される。底板541の後端中央に軸受ブロック543が突設される。前端の一対の支持ブロック542には、第2コマ54の幅方向と平行に一対の軸孔544が貫通されている。後端の軸受ブロック543にも、第2コマ54の幅方向と平行に軸孔545が貫通されている。軸受ブロック543の内壁には、ベアリングが装備されている。第2コマ54の前端の一対の支持ブロック542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と軸孔545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が挿入され、前後の第2コマ54は互いに回転自在に連結される。第2コマ54の側板540それぞれの前端上部にはロックピンブロック546が内側に突設される。ロックピンブロック546は直方体をなし、その前方側面には、ロックピン547が設けられる。ロックピン547は円柱体をなし、連結方向と平行に前方に向かって突設される。第2コマ54の側板540それぞれの後端上部にはチャックブロック548が内側に突設される。チャックブロック548は、四角錐台形状をなし、その傾斜面が後方に向く。第2コマ列52において、前方の第2コマ54のチャックブロック548は、後方の第2コマ54のロックピンブロック546とともに、ピンホールブロック536を前後に受ける受け部を構成する。
直動伸縮機構は、第1、第2コマ53,54の接合状態を堅持するためのロック機構を有する。ロック機構は、第2コマ54のチャックブロック548及びロックピンブロック546と、第1コマ53のピンホールブロック536とにより構成される。
アーム部5が伸長するとき、前後の第2コマ54の受け部により第1コマ53のピンホールブロック536が狭み込まれ、これにより第1、第2コマ53,54は接合される。第1、第2コマ53,54の接合状態は、第1コマ53のピンホール537に第2コマ54のロックピン547が挿入された状態で維持される。第2コマ54のロックピン547は、第2コマ54がローラユニット58の最後尾のローラ59を通過し、その前方の第2コマ54に対して直線状に整列するとき、第1コマ53のピンホール537に挿入される。第1コマ53のピンホール537に第2コマ54のロックピン547が挿入された状態は、前後の第2コマ54が直線状に整列された状態、つまり、アーム部5の後端部分がローラユニット58に堅持された状態で維持される。
アーム部5が収縮するとき、ローラユニット58の後方において、第2コマ54は屈曲可能な状態に復帰し、重力により下方に引かれる。一方、第1コマ53はドライブギア56により水平姿勢を維持した状態で後方に引かれる。第2コマ54が下方に引かれ、第1コマ53が後方に引かれることで、第1コマ53のピンホール537から第2コマ54のロックピン547が抜け、前後の第2コマ54の受け部は、第1コマ53のピンホールブロック536を開放し、これにより第1、第2コマ53,54の接合状態が解除され、互いに屈曲可能に分離される。
詳細は後述するが、第1コマ53同士の接触面、第2コマ54の接触面、及び第1、第2コマ53,54の接触面は、アーム部5の円滑で直線的な前後移動のために、高い寸法精度及び高い面精度(表面粗さ)での切削、研削、研磨等の機械加工を要求される。このような高精度の機械加工は、第1、第2コマ53,54の製造コストを増加させる。第1実施形態のコンセプトは、もちろん他の実施形態も同様であるが、第1コマ53同士の接触面積と、第2コマ54同士の接触面積と、第1コマ53と第2コマ54との接触面積を減少させて、高い面精度での機械加工範囲を減らすことにある。
本実施形態では、第1コマ53同士の接する側の面、第2コマ54の接する側の面、及び第1、第2コマ53,54の接する側の面に凹部を形成する。各コマの凹部は、他のコマの表面に接触しないので、凹部を形成する面積は高精度加工を要する面積を減少させる。このように接触面積を減少させることは、高い寸法精度及び高い面精度が要求される面積を減少するので、加工コスト及び歩留まりの低減を実現する。加工コスト及び歩留まりの低減は、第1、第2コマ53,54の製造コストを低下させる事ができる。以下具体的に説明する。
第1実施形態に係る直動伸縮機構を構成する第1コマ53各々は、隣接する第1コマ53に接する側の面に少なくとも一つの凹部(窪み部)が形成されている。なお、凹部はその加工の容易さから線条に形成するものとして説明するが、勿論、円形等の閉鎖領域の部分的な窪みであってもよい。
第1コマ53同士が互いに接する側の面として、第1コマ53の軸受ブロック533の後端面が、それに後方に隣接する第1コマ53の前端面に接する。この第1コマ53の本体部531の前端面と軸受ブロック533の後端面とにそれぞれ凹部632、633が例えば切削加工により凹設される。
凹部632の形状としては、断面矩形、典型的には断面等脚台形状の溝状であり、第1コマ53の幅方向(左右方向)と平行に、本体部531の全幅にわたって設けられる。凹部632は、本体部531の前端面の厚さ(高さ)中央に位置し、その深さは対象面に対して接触しない程度に浅く例えば1mm又はそれ未満でかまわない。凹部632の幅は例えば本体部531の前端面の厚みの1/5〜4/5、好ましくは1/2である。一方、第1コマ53の後端の凹部633は、深さ方向に狭い断面等脚台形状の溝であり、第1コマ53の幅方向と平行に、軸受ブロック533の全幅にわたって設けられる。第1コマ53が直線的に配列されたとき、後端の凹部633が、第1コマ53の前端の凹部632に対して整合し対峙する位置及び寸法に設けられる。
これにより、図5(d)に示すように、隣接する第1コマ53が直線状に配列された状態で、本体部531の前端面のうち凹部632の範囲を除いた最外表面と、軸受ブロック533の後端面のうち凹部633の範囲を除いた最外表面とが互いに全域で接触する。表面同士が全域で接触することにより、第1コマ53同士の強固な接合による応力の偏在を回避する事ができる。さらに第一義的には、第1コマ53同士が接触する接触面積は、凹部632,633が設けられていない場合に比べて小さく、高い寸法精度及び高い面精度が要求される面積を減少することができる。それにより加工コスト及び歩留まりの低減が実現され、第1コマ53の製造コストを低下させる事ができる。
第1コマ53と同様に、第2コマ54各々も、隣接する第2コマ54に接する側の面に少なくとも一つの凹部を有している。隣接する第2コマ54に接する側の面は、一対の側板540の後端面と前端面とである。一対の側板540に前端面に複数の凹部642−1,642−2,642−3,642−4(以下、凹部642と総称する)が例えば切削加工により凹設され、一対の側板540の後端面に複数の凹部643−1,643−2,643−3,643−4(以下、凹部643と総称する)が例えば切削加工により凹設される。凹部642、643の形状としては、断面矩形、典型的には等脚台形状の窪みであり、第2コマ54の幅方向(左右方向)と平行に、側板540の端面の全幅にわたって設けられる。凹部642,643の深さは対象面に対して接触しない程度に浅く、例えば1mm又はそれ未満で構わない。凹部642,643の幅は例えば第2コマ54の側板540の高さの1/5程度である。凹部642−1,642−2は、一方の側板540の前端面に、上下に離間して設けられる。凹部642−3,642−4は、他方の側板540の前端面に上下に離間して設けられる。凹部643−1,643−2、643−3,643−4は、第2コマ54が直線的に配列されたとき、第2コマ54の前端の凹部642−1,642−2、642−3,642−4に対してそれぞれ整合し対峙する位置及び寸法に設けられる。これにより、図6(d)に示すように、隣接する第2コマ54が直線状に配列された状態で、一対の側板540の前端面のうち凹部642の範囲を除いた最外表面と、一対の側板540の後端面のうち凹部643の範囲を除いた最外表面とが互いに全域で接触する。表面同士が全域で接触することにより、第2コマ54同士の強固な接合による応力の偏在を回避する事ができる。さらに第一義的には、第2コマ54同士が接触する接触面積は、凹部642,643が設けられていない場合に比べて小さく、高い寸法精度及び高い面精度が要求される面積を減少することができる。それにより加工コスト及び歩留まりの低減が実現され、第2コマ54の製造コストを低下させる事ができる。
さらに、第1実施形態では、第1、第2コマ53,54の少なくとも一方は、他方に接合する側の面に少なくとも一つの凹部を有する。好ましくは第1コマ53はその当該面に複数の凹部を有し、同様に第2コマ54もその当該面に複数の凹部を有する。
第1コマ53の両側の縁部の幅は例えば側板540の板厚と略等価である。それにより第1コマ53はその両側の縁部の下面全域において、第2コマ54の側板の上面全域に対して接合する。第1コマ53に対して第2コマ54の接合する側の面は第2コマ54の一対の側板540の上端面である。第1コマ53の両側の縁部は、その幅方向に凹状に切削加工される。その切削加工により複数の凹部631−1,631−2,631−3,631−4(以下、凹部631と総称する)が第1コマ53の両側の縁部に形成される。第2コマ54の一対の側板540の上端面も同様に、その幅方向に凹状に切削加工される。その切削加工により複数の凹部641−1,641−2,641−3,641−4(以下、凹部641と総称する)が第2コマ54の一対の側板540に形成される。
凹部631は、断面矩形、典型的には断面等脚台形状の窪みであり、第1コマ53の幅方向と平行に、第1コマ53の背面の両側の縁部の全幅にわたって設けられる。凹部631の深さは対象面に対して接触しない程度に浅く、例えば1mm又はそれ未満で構わない。凹部631の幅(第1コマ53の長さ方向に沿った長さ)は例えば第1コマ53の長さの1/5程度である。凹部631−1、631−2は、第1コマ53の背面の一方側に前後に離間して設けられる。凹部631−3,631−4は、第1コマ53の背面の他方側に前後に離間して設けられる。例えば、凹部631−1、631−3は第1コマ53の前後の中央よりも前方に位置する。凹部631−2、632−4は第1コマ53の前後の中央よりも後方に位置する。
凹部641は、深さ方向に狭い断面等脚台形状の窪みであり、第2コマ54の幅方向と平行に、側板540の上端面の全幅にわたって設けられる。凹部641の深さは対象面に対して接触しない程度に浅く、例えば1mm又はそれ未満で構わない。凹部641の幅(第2コマ54の長さ方向に沿った長さ)は凹部631の幅に同一である。凹部641−1、641−2は、一方の側板540の上端面に前後に離間して設けられる。凹部641−3,641−4は、他方の側板540の上端面に前後に離間して設けられる。第2コマ54の凹部641−1、641−2、641−3,641−4は、第1、第2コマ53,54が接合した状態で、それぞれ第1コマ53の凹部631−3、631−4、631−1、631−2に対峙する位置に設けられる。これにより、図7(a)に示すように、第1、第2コマ53,54が接合した状態で、第1コマ53の背面の両側の縁部の表面のうち凹部631の範囲を除いた最外表面と、第2コマ54の一対の側板540の上端面のうち凹部641の範囲を除いた最外表面とが互いに全域で接触する。最外表面同士が全域で接触することにより、第1、第2コマ53,54の強固な接合による応力の偏在を回避する事ができる。さらに第一義的には、第1、第2コマ53,54が接触する接触面積は、凹部631,641が設けられていない場合に比べて小さく、高い寸法精度及び高い面精度が要求される面積を減少することができる。それにより加工コスト及び歩留まりの低減が実現され、第1、第2コマ53、54の製造コストを低下させる事ができる。
なお、本発明のコンセプトは、コマ同士の接触面積を減少させることにあるため、第1、第2コマ53,54に設ける凹部の形状、数は、第1実施形態に限定されない。例えば、図7(b)に示すように、第1実施形態に比べて、第1、第2コマ53,54の接合する側の面に多くの凹部が凹設されていてもよい。また、図7(c)に示すように、互いに接する側の2つの面のうち、一方の面に凹部を設けるのであれば、その凹部に対峙する位置に凹部を設けなくてもよい。
(第2実施形態)
直伸縮機構では連結される多くの第1、第2コマ53,54を備え、これら第1コマ53同士、第2コマ54同士を連結するシャフトの軸受けには隙間が不可避であるため、当該隙間の影響がアーム部5の伸張に比例して累積的に増大する。そのためアーム部5には緩みが生じ、アーム部5の直線性及び剛性が低下する。第2実施形態は、この問題を第1コマ53同士、第2コマ54同士、及び第1、第2コマ53、54に嵌め合い構造を採用することにより軽減する。それとともに第1実施形態と同様に第1コマ53同士、第2コマ54同士、及び第1、第2コマ53、54の接触面積の低減させることによる第1、第2コマ53、54の製造コストの低下を達成するものである。
直伸縮機構では連結される多くの第1、第2コマ53,54を備え、これら第1コマ53同士、第2コマ54同士を連結するシャフトの軸受けには隙間が不可避であるため、当該隙間の影響がアーム部5の伸張に比例して累積的に増大する。そのためアーム部5には緩みが生じ、アーム部5の直線性及び剛性が低下する。第2実施形態は、この問題を第1コマ53同士、第2コマ54同士、及び第1、第2コマ53、54に嵌め合い構造を採用することにより軽減する。それとともに第1実施形態と同様に第1コマ53同士、第2コマ54同士、及び第1、第2コマ53、54の接触面積の低減させることによる第1、第2コマ53、54の製造コストの低下を達成するものである。
第2実施形態は、第1コマ53同士、第2コマ54同士、及び第1、第2コマ53、54が接合する側の表面の形状が第1実施形態のそれとは異なる。第2実施形態の第1、第2コマ53,54の基本構造は、第1実施形態と同一である。第1、第2コマ53,54が接合する側の面と第1コマ53同士が接する側の面と第2コマ54同士が接する側の面とに設けられる嵌め合い構造について図8、図9、図10、図11を参照して説明する。図8は、第2実施形態に係る直動伸縮機構を構成する第1コマ53の構造を示す図である。図9は、第2実施形態に係る直動伸縮機構を構成する第2コマ54の構造を示す図である。図10は、第2実施形態に係る直動伸縮機構を構成するアーム部5の構造を示す側面図である。図11は、第2実施形態に係る直動伸縮機構を構成するアーム部5の嵌め合い構造を示す図である。図12は、第2実施形態に係る直動伸縮機構を構成するアーム部5の他の構造を示す側面図である。
第2実施形態に係る直動伸縮機構を構成する第1コマ53各々は、前方又は後方に隣接する第1コマ53に接する側の面に少なくとも一つの凸部を有し、後方又は前方に隣接する第1コマ53に接する側の面に凸部を受ける少なくとも一つの凹部を有する。好ましくは第1コマ53の本体部531の前端面に凹部732が例えば切削加工により凹設され、第1コマ53の軸受ブロック533の後端面にも凸部733が例えば切削加工により凸設される。
凹部732は、断面矩形、典型的には等脚台形状の線条溝であり、第1コマ53の幅方向(左右方向)と平行に、本体部531の前端面の全幅にわたって設けられる。凹部732の深さは対象面に対して接触しない程度に浅く、例えば1mm又はそれ未満で構わない。凹部732の幅(第1コマ53の厚み方向の長さ)は例えば本体部531の前端面の厚みの1/5〜4/5、好ましくは1/2である。凸部733は、凹部732は嵌合する断面形状を備える線条体をなし、第1コマ53の幅方向と平行に軸受ブロック533の全幅にわたって設けられる。凸部733は、隣接する第1コマ53が直線的に配列されたとき、第1コマ53の前端の凹部732に対して対峙する位置及び嵌合する寸法に設けられる。
図11に示すように、第1コマ53同士の接する側の面に設けられる嵌め合い構造において、凸部733は、その表面全域で凹部732の表面全域に接するのではなく、少なくとも二箇所において凹部732に接触するように構成される。具体的には、凸部733は以下のように構成される。図11(a)に示すように、凹部732は、断面等脚台形状の窪みであり、その深さをLh2、下底(窪みの底側の幅)をLu2、上底(窪みの開口の幅)をLl2(>Lu2)とする。図11(b)に示すように、凸部733は、断面等脚台形状の突起であり、その高さをLh1、上底(突起の先端側の幅)をLu1、下底(突起の根元側の幅)をLl1(>Lu1)とする。
図11(c)に示すように、凸部733の高さLh1は、凹部732の深さLh2よりも低く(Lh1<Lh2)、それにより凸部733の上面は凹部732の底面に接しない。また凸部733の下底Ll1は、凹部732の下底Ll2よりも短く(Ll1<Ll2)、それにより凸部733の斜面は凹部732の斜面に接しない。
凸部733の上底Lu1は、凹部732の下底Ll2よりも短く(Lu1<Ll2)、且つ凹部732の上底Lu2よりも長く(Lu1>Lu2)、それにより凸部733の斜面は凹部732の斜面に接することなく、凸部733はその上底角部の二箇所において凹部732の斜面に当接する。
換言すると、上記の条件の下、凸部733の高さLh1,下底Ll1,上底Lu1は、凸部733の頂部側の角部が、凹部732の斜面に接するように調整される。図8(d)に示すように、隣接する第1コマ53が直線状に配列されたとき、第1コマ53の後方の凸部733は他の第1コマ53の前方の凹部732に嵌め合わされる。図11(c)に示すように、凸部733が凹部732に嵌め合わされた状態で、第1コマ53の後端面の凸部733の範囲を除いた表面と、他の第1コマ53の前端面のうち凹部732の範囲を除いた最外表面とが互いに全域で接触し、さらに凸部733の頂部側の上下の二つの角部が凹部732の斜面に接触する。したがって、第1コマ53同士が接触する接触面積は、凹部732と凸部733とを設けていない場合に比べて小さく、高い寸法精度及び高い面精度が要求される面積を減少することができる。それにより加工コスト及び歩留まりの低減が実現され、第1コマ53の製造コストを低下させる事ができる。そして凹部に対して凸部を少なくとも1箇所(1点)、好ましくは2箇所において接するよう構成することにより、凹部に対して凸部を面接触する場合に比べて、加工コスト及び歩留まりの低減が実現され得る。
また、凸部733の頂部側の上下二つの角部が凹部732の斜辺に接触していることで、第1コマ53同士の上下方向への動きが係止される。これによりアーム部5に発生する上下方向(第1コマ53の厚み方向)の緩みが抑制され、アーム部5の直線性及び剛性の低下が抑制される。したがって、第1コマ53同士の嵌め合い構造は、第1コマ53の製造コストの低下とアーム部5の直線性及び剛性の低下の抑制とを同時に解決することができる。なお、ここで説明した第1コマ53同士の接する側の面に設けられる嵌め合い構造は、後述の第2コマ54同士の接する側の面に設けられる嵌め合い構造と第1、第2コマ53,54の接合する側の面に設けられる嵌め合い構造に対しても適用される。
第1コマ53と同様に、第2コマ54各々も、前方又は後方に隣接する第2コマ54に接する側の面に少なくとも一つの凸部を有し、後方又は前方に隣接する第2コマ54に接する側の面に凸部を受ける少なくとも一つの凹部を有する。ここでは、一対の側板540の前端面に複数の凹部742−1,742−2,742−3,742−4(以下、凹部742と総称する)が例えば切削加工により凹設され、一対の側板540の後端面に複数の凸部743−1,743−2、743−3,743−4(以下、凸部743と総称する)が例えば切削加工により凸設される。
凹部742は、断面矩形、典型的には断面等脚台形状の窪みであり、第2コマ54の幅方向(左右方向)と平行に、側板540の前端面の全幅にわたって設けられる。凹部742の深さは対象面に対して接触しない程度に浅く、例えば1mm又はそれ未満で構わない。凹部742の幅は例えば第2コマ54の側板540の高さの1/5程度である。凹部742−1,742−2は、一方の側板540の前端面に、上下に離間して設けられる。凹部742−3,742−4は、他方の側板540の前端面に、上下に離間して設けられる。凸部743は、凹部742に対して嵌合する断面形状を備える突起であり、第2コマ54の幅方向と平行に、側板540の後端面の全幅にわたって設けられる。凸部743−1、743−2、743−3,743−4は、隣接する第2コマ54が直線的に配列されたとき、第2コマ54の前端の凹部742−1,742−2、742−3,742−4に対して対峙する位置及び嵌合する寸法に設けられる。
図9(d)に示すように、隣接する第2コマ54が直線状に配列されたとき、第2コマ54の後方の凸部743は他の第2コマ54の前方の凹部742に嵌め合わされる。凸部743が凹部742に嵌め合わされた状態で、第2コマ54の後端面の凸部743の範囲を除いた表面と、他の第2コマ54の前端面のうち凹部742の範囲を除いた最外表面とが互いに全域で接触し、さらに凸部743の先端側の上下の二つの角部が凹部742の斜面に接触する。したがって、第2コマ54同士が接触する接触面積は、凹部742と凸部743とが設けられていない場合に比べて小さく、高い寸法精度及び高い面精度が要求される面積を減少することができる。それにより加工コスト及び歩留まりの低減が実現され、第2コマ54の製造コストを低下させる事ができる。そして凹部に対して凸部を2箇所において接するよう構成することにより、凹部に対して凸部を面接触する場合に比べて、加工コスト及び歩留まりの低減が実現され得る。
また、凸部743が凹部742に上下の少なくとも二箇所で接触していることで、第2コマ54同士の上下方向への動きが係止される。これによりアーム部5に発生する上下方向(第2コマ54の厚み方向)の緩みが抑制され、アーム部5の直線性及び剛性の低下が抑制される。したがって、第2コマ54同士の嵌め合い構造は、第2コマ54の製造コストの低下とアーム部5の直線性及び剛性の低下の抑制とを同時に解決することができる。
さらに、第2実施形態では、第1、第2コマ53,54の一方は他方に接合する側の面に少なくとも一つの凸部を有し、記第1、第2コマ53,54の他方は一方に接合する側の面に凸部を受ける少なくとも一つの凹部を有する。ここでは、第1コマ53の第2コマ54に接合する側の面に、複数の凸部731−1,731−2(以下、まとめて凸部731と略す)が例えば切削加工により凸設され、第2コマ54の第1コマ53に接合する側の面に、複数の凹部741−1,741−2(以下、まとめて凹部741と略す)が例えば切削加工により凹設される。
凹部741は、断面矩形、典型的には断面等脚台形状の窪みであり、第2コマ54の幅方向と平行に、側板540の上端面の全幅にわたって設けられる。凹部741の深さは対象面に対して接触しない程度に浅く、例えば1mm又はそれ未満で構わない。凹部741の幅は例えば第2コマ54の長さの1/5程度である。凹部741−1は、一方の側板540の上端面の前後の中央よりも後方に設けられる。凹部741−2は、他方の側板540の上端面の前後の中央よりも後方に設けられる。凸部731は、凹部741に対して嵌合する断面形状を備える突起であり、第1コマ53の幅方向と平行に、第1コマ53の背面の両側の縁部の全幅にわたって設けられる。凸部731−1、731−2は、第1、第2コマ53,54が接合した状態で、それぞれ凹部741−1,741−2に対して対峙する位置及び嵌合する寸法に設けられる。
図10に示すように、第1、第2コマ53,54が接合した状態で、第1コマ53の背面(アーム部5の内側)の前方の凸部731が第2コマ54の側板540の上端面後方の凹部741に嵌め合わされる。凸部731が凹部741に嵌め合わされた状態で、一対の側板540の上端面の凹部741の範囲を除いた表面と、第1コマ53の背面両側縁部のうち凸部731の範囲を除いた最外表面とが互いに全域で接触し、さらに凸部731の先端側の前後二つの角部が凹部741の前後の斜面に接触する。したがって、第1、第2コマ53,54が接触する接触面積は、凹部741と凸部731とが設けられていない場合に比べて小さく、高い寸法精度及び高い面精度が要求される面積を減少することができる。それにより加工コスト及び歩留まりの低減が実現され、第1、第2コマ53、54の製造コストを低下させる事ができる。そして凹部に対して凸部を2箇所において接するよう構成することにより、凹部に対して凸部を面接触する場合に比べて、加工コスト及び歩留まりの低減が実現され得る。
また、凸部731が凹部741に前後の少なくとも二箇所で接触していることで、第1、第2コマ53,54の前後方向(連結方向)への動きが係止される。これによりアーム部5に発生する前後方向(連結方向)の緩みが抑制され、アーム部5の直線性及び剛性の低下が抑制される。したがって、第1、第2コマ53,54の嵌め合い構造は、第1、第2コマ53、54の製造コストの低下とアーム部5の直線性及び剛性の低下の抑制とを同時に解決することができる。
そして第1、第2コマ53,54の嵌め合い構造では前後(アーム部5の移動軸RA3に平行な方向)に離間する二箇所で接して当該方向のアーム部5の緩みを抑制でき、第1コマ53同士の嵌め合い構造及び第2コマ54同士の嵌め合い構造では上下(アーム部5の移動軸RA3に直交する方向)に離間する二箇所で接して当該方向のアーム部5の緩みを抑制でき、つまり直交する2方向でアーム部5の緩みを抑制でき、アーム部5の直線性及び剛性の低下を効果的に抑制することができる。
ここでは、凹部に対して凸部の頂部側の2つの角部が接触する嵌め合い構造を説明したが、嵌め合い構造はこれに限定されない。第1コマ53同士の接する側の面に設けられる嵌め合い構造、第2コマ54同士の接する側の面に設けられる嵌め合い構造、及び第1、第2コマ53,54の接合する側の面に設けられる嵌め合い構造は以下のように構成されてもよい。例えば、図11に示した第1コマ53同士の接する側の面に設けられる嵌め合い構造において、凸部733が、その頂部側の上下2箇所の角部を含む先端面が凹部732の底面に接触するように構成される。具体的には、凸部733は、その高さLh1が凹部732の深さLh2と等価であり(Lh1=Lh2)、その下底Ll1が凹部732の下底Ll2よりも短く(Ll1<Ll2)、その上底Lu1が凹部732の下底Ll2と等価(Lu1=Ll2)になるように構成される。それにより、凸部733の斜面は凹部732の斜面に接することなく、凸部733の先端面の全域が凹部732の底面の全域に接触する。
また、図12に示すように、隣接する第2コマ54は凹凸部762,763以外の面では接触せず、第2コマ54の凸部763の頂部と他の第2コマ54の凹部762の底部とだけで接触するように凸部763の高さが凹部762の深さよりも高くなるように構成される。このような構造を採用することで、第2コマ54同士の接触部分を第2コマ54の前後端の凹凸部分だけにすることができる。これにより高い寸法精度及び高い面精度が要求される面積を縮小することができ、第2コマ54の加工コスト及び歩留まりの低減を実現できる。なお、ここで説明した第2コマ54同士の接する側の面に設けられる嵌め合い構造は、第1コマ53同士の接する側の面に設けられる嵌め合い構造と第1、第2コマ53,54の接合する側の面に設けられる嵌め合い構造に対しても適用することができ、これにより第1、第2コマ53,54の加工コスト及び歩留まりの低減を実現できる。
(第3実施形態)
第3実施形態に係る直動伸縮機構を構成する第1、第2コマ53,54は、第1実施形態のコマ同士の接する側の面に窪みをつける構造と第2実施形態のコマ同士の嵌め合い構造との二つの構造を備える。第3実施形態は、この二つの構造で第1コマ53同士、第2コマ54同士、及び第1、第2コマ53、54の接触面積の低減させることによる第1、第2コマ53、54の製造コストの低下を達成するものである。第3実施形態の第1、第2コマ53,54の基本構造は、第1実施形態と同一である。第1、第2コマ53,54が接合する側の面と第1コマ53同士が接する側の面と第2コマ54同士が接する側の面とに設けられる嵌め合い構造について図13、図14、図15を参照して説明する。図13は、第3実施形態に係る直動伸縮機構を構成する第1コマ53の構造を示す図である。図14は、第3実施形態に係る直動伸縮機構を構成する第2コマ54の構造を示す図である。図15は、第3実施形態に係る直動伸縮機構を構成するアーム部5の構造を示す側面図である。
第3実施形態に係る直動伸縮機構を構成する第1、第2コマ53,54は、第1実施形態のコマ同士の接する側の面に窪みをつける構造と第2実施形態のコマ同士の嵌め合い構造との二つの構造を備える。第3実施形態は、この二つの構造で第1コマ53同士、第2コマ54同士、及び第1、第2コマ53、54の接触面積の低減させることによる第1、第2コマ53、54の製造コストの低下を達成するものである。第3実施形態の第1、第2コマ53,54の基本構造は、第1実施形態と同一である。第1、第2コマ53,54が接合する側の面と第1コマ53同士が接する側の面と第2コマ54同士が接する側の面とに設けられる嵌め合い構造について図13、図14、図15を参照して説明する。図13は、第3実施形態に係る直動伸縮機構を構成する第1コマ53の構造を示す図である。図14は、第3実施形態に係る直動伸縮機構を構成する第2コマ54の構造を示す図である。図15は、第3実施形態に係る直動伸縮機構を構成するアーム部5の構造を示す側面図である。
第3実施形態に係る直動伸縮機構を構成する第1コマ53各々は、隣接する第1コマ53に接する側の面に少なくとも一つの凹部を有し、前方又は後方に隣接する第1コマ53に接する側の面に少なくとも一つの凸部を有し、後方又は前方に隣接する第1コマ53に接する側の面に凸部を受ける少なくとも一つの他の凹部を有する。ここでは、第1コマ53の本体部531の前端面に凹部832−1、832−2(以下、凹部833と総称する)が例えば切削加工により凹設され、第1コマ53の軸受ブロック533の後端面に凸部833−1と凹部833−2とが例えば切削加工により設けられる。
凹部832は、断面矩形、典型的には等脚台形状の溝であり、第1コマ53の幅方向(左右方向)と平行に、本体部531の前端面の全幅にわたって設けられる。凹部833の深さは対象面に対して接触しない程度に浅く、例えば1mm又はそれ未満で構わない。凹部833の幅は例えば本体部531の前端面の厚みの1/5〜4/5、好ましくは1/4である。凹部832−1,832−2は、本体部531の前端面の上下に離間して設けられる。凸部833−1は、凹部832−1に対して嵌合する断面形状を備える線状突起であり、第1コマ53の幅方向と平行に、軸受ブロック533の後端面の全幅にわたって設けられる。凹部832−2は、断面矩形、典型的には等脚台形状の溝であり、第1コマ53の幅方向(左右方向)と平行に、軸受ブロック533の後端面の全幅にわたって設けられる。凸部833−1は、隣接する第1コマ53が直線的に配列されたとき、第1コマ53の前端の凹部832−1に対して対峙する位置及び嵌合する寸法に設けられる。凹部833−2とは、隣接する第1コマ53が直線的に配列されたとき、第1コマ53の前端の凹部832−2に対して対峙する位置及び整合する寸法に設けられる。
これにより、図13(d)に示すように、隣接する第1コマ53が直線状に配列された状態で、第1コマ53の後方の凸部833−1が他の第1コマ53の前方の凹部832−1に嵌め合わされ、第1コマ53の後方の凹部833−2が他の第1コマ53の前方の凹部832−2に対峙する。本体部531の前端面のうち凹部832の範囲を除いた最外表面と、軸受ブロック533の後端面のうち凸部833−1と凹部833−2との範囲を除いた最外表面とが互いに全域で接触し、凸部833−1の先端側の上下二つの角部と凹部832−1の上下の斜面とが二箇所で接触する。したがって、第1コマ53同士が接触する接触面積は、第1コマ53同士が接する側の面に上記の嵌め合い構造を設けない場合に比べて小さく、高い寸法精度及び高い面精度が要求される面積を減少することができる。それにより加工コスト及び歩留まりの低減が実現され、第1コマ53の製造コストを低下させる事ができる。また、凸部833−1の上下の少なくとも二箇所が凹部732−1の上下の斜面に接触していることで、第1コマ53の上下方向への動きが係止される。これによりアーム部5に発生する上下方向(アーム部5の厚み方向)の緩みが抑制され、アーム部5の直線性及び剛性の低下が抑制される。したがって、第1コマ53同士の嵌め合い構造は、第1コマ53の製造コストの低下とアーム部5の直線性及び剛性の低下の抑制とを同時に解決することができる。
第1コマ53と同様に、第2コマ54各々も、隣接する第2コマ54に接する側の面に少なくとも一つの凹部を有し、前方又は後方に隣接する第2コマ54に接する側の面に少なくとも一つの凸部を有し、後方又は前方に隣接する第2コマ54に接する側の面に凸部を受ける少なくとも一つの他の凹部を有する。ここでは、一対の側板540の前端面に複数の凹部842−1,842−2,842−3,842−4(以下、凹部842と総称する)が例えば切削加工により凹設され、後端面に凸部843−1,843−3と凹部843−2、843−4が例えば切削加工により設けられる。
凹部842は、断面矩形、典型的には等脚台形状の窪みであり、第2コマ54の幅方向(左右方向)と平行に、一対の側板540の前端面の全幅にわたって設けられる。凹部842の深さは対象面に対して接触しない程度に浅く、例えば1mm又はそれ未満で構わない。凹部842の幅は例えば第2コマ54の側板540の高さの1/5程度である。凹部842−1,842−2は、一方の側板540の前端面に上下に離間して設けられる。凹部842−3,842−4は、他方の側板540の前端面に上下に離間して設けられる。
凸部843−1,843−3は、それぞれ凹部842−1,842−3に対して嵌合する断面形状を備える突起であり、第2コマ54の幅方向と平行に、一対の側板540の後端面の全幅にわたって設けられる。凹部843−2,843−4は、断面矩形、典型的には等脚台形状の窪みであり、第2コマ54の幅方向と平行に、一対の側板540の後端面の全幅にわたって設けられる。凸部843−1,843−3は、隣接する第2コマ54が直線的に配列されたとき、第2コマ54の前端の凹部842−1,842−3に対してそれぞれ対峙する位置及び嵌合する寸法に設けられる。凹部843−2,843−4は、隣接する第2コマ54が直線的に配列されたとき、第2コマ54の前端の凹部842−2,842−4に対してそれぞれ対峙する位置及び整合する寸法に設けられる。
これにより、図14(d)に示すように、隣接する第2コマ54が直線状に配列された状態で、第2コマ54の後方の凸部843−1が他の第2コマ54の前方の凹部842−1に嵌め合わされ、第2コマ54の後方の凹部843−2が他の第2コマ54の前方の凹部842−2に対峙する。一対の側板540の前端面のうち凹部842の範囲を除いた最外表面と、一対の側板540の後端面のうち凸部843−1と凹部843−2との範囲を除いた最外表面とが互いに全域で接触し、凸部843−1の先端側の上下二つの角部と凹部842−1の上下の斜面とが二箇所で接触する。したがって、第2コマ54同士が接触する接触面積は、第2コマ54同士が接する側の面に上記の嵌め合い構造を設けない場合に比べて小さく、高い寸法精度及び高い面精度が要求される面積を減少することができる。それにより加工コスト及び歩留まりの低減が実現され、第2コマ54の製造コストを低下させる事ができる。また、凸部843−1の上下の角部が凹部832−1の上下の斜面に接触していることで、第2コマ54の上下方向への動きが係止される。これによりアーム部5に発生する上下方向(アーム部5の厚み方向)の緩みが抑制され、アーム部5の直線性及び剛性の低下が抑制される。したがって、第2コマ54同士の嵌め合い構造は、第2コマ54の製造コストの低下とアーム部5の直線性及び剛性の低下の抑制とを同時に解決することができる。
さらに、第3実施形態では、第1、第2コマ53,54の一方は、他方に接合する側の面に少なくとも一つの凹部を有し、第1、第2コマ53,54の一方は、他方に接合する側の面に少なくとも一つの凸部を有し、記第1、第2コマ53,54の他方は一方に接合する側の面に凸部を受ける少なくとも一つの他の凹部を有する。ここでは、第1コマ53の第2コマ54に接合する側の面に、複数の凸部831−1,831−3と複数の凹部831−2,831−4が例えば切削加工により設けられ、第2コマ54の第1コマ53に接合する側の面に、複数の凹部841−1,841−2,841−3,841−4(以下、凹部841と総称する)が例えば切削加工により凹設される。
凹部841は、断面矩形、典型的には等脚台形状の窪みであり、第2コマ54の幅方向と平行に、第2コマ54の一対の側板540の上端面の全幅にわたって設けられる。凹部841の深さは対象面に対して接触しない程度に浅く、例えば1mm又はそれ未満で構わない。凹部841の幅は例えば第2コマ54の長さの1/5程度である。凹部841−1,841−3は、一対の側板540の上端面の前後の中央よりも前方に設けられる。凹部841−2,841−4は、一対の側板540の上端面の前後の中央よりも後方に設けられる。
凸部831−1,831−3は、それぞれ凹部841−2,841−3に対して嵌合する断面形状を備える突起であり、第1コマ53の幅方向と平行に、第1コマ53の背面の両側の縁部の全幅にわたって設けられる。凸部831−1、831−3は、第1、第2コマ53,54が接合した状態で、第2コマ54の凹部841−2,841−4に対して対峙する位置及び嵌合する寸法に設けられる。
凹部831−2,831−4は、断面矩形、典型的には等脚台形状の窪みであり、第1コマ53の幅方向(左右方向)と平行に、第1コマ53の背面の両側の縁部の全幅にわたって設けられる。凹部831−2,831−4の深さは対象面に対して接触しない程度に浅く、例えば1mm又はそれ未満で構わない。凹部831−2,831−4は、第1、第2コマ53,54が接合したとき、第2コマ54の凹部841−2、841−4に対して整合し対峙する位置及び寸法に設けられる。
これにより、図15に示すように、第1、第2コマ53,54が接合した状態で、第1コマ53の凸部831−1、831−3が第2コマ54の凹部841−2,841−4にそれぞれ嵌め合わされ、第1コマ53の凹部831−2,831−4が第2コマ54の凹部841−1、841−3にそれぞれ対峙する。第2コマ54の一対の側板540の上端面のうち凹部841の範囲を除いた最外表面と、第1コマ53の背面両側の縁部のうち凸部831−1、831−3と凹部831−2、831−4との範囲を除いた最外表面とが互いに全域で接触し、凸部831−1、831−3の先端側の前後二つの角部と凹部841−2,841−4の前後の斜面とがそれぞれ二箇所で接触する。したがって、第1、第2コマ53,54が接触する接触面積は、第1、第2コマ53,54の接する側の面に上記の嵌め合い構造を設けない場合に比べて小さく、高い寸法精度及び高い面精度が要求される面積を減少することができる。それにより加工コスト及び歩留まりの低減が実現され、第1、第2コマ53、54の製造コストを低下させる事ができる。また、凸部831−1,831−3の前後の角部が凹部841−2,841−4の前後の斜面に接触していることで、第1、第2コマ53,54の互いの前後方向への動きが係止される。これによりアーム部5に発生する前後方向(アーム部5の長さ方向)の緩みが抑制され、アーム部5の直線性及び剛性の低下が抑制される。したがって、第1、第2コマ53,54の嵌め合い構造は、第1、第2コマ53,54の製造コストの低下とアーム部5の直線性及び剛性の低下の抑制とを同時に解決することができる。
(第4実施形態)
第1、第2コマ53,54の製造コストの観点からは、第1コマ53同士の接合箇所、第2コマ54同士の接合箇所、さらに第1、第2コマ53,54の互いの接合箇所は少ないほど好ましい。その上でこれらの接合状態を安定させる必要がある。第1、第2コマ53,54の間は少なくとも三点で接合させ、第1コマ53同士は少なくとも一点で接合させ、第2コマ54同士も少なくとも一点で接合させる。ここでは第1、第2コマ53,54の間の少なくとも三点による接合構造を説明するが、第1コマ53同士、第2コマ54同士の少なくとも一点での接合構造も同等であるので説明を省略する。
第1、第2コマ53,54の製造コストの観点からは、第1コマ53同士の接合箇所、第2コマ54同士の接合箇所、さらに第1、第2コマ53,54の互いの接合箇所は少ないほど好ましい。その上でこれらの接合状態を安定させる必要がある。第1、第2コマ53,54の間は少なくとも三点で接合させ、第1コマ53同士は少なくとも一点で接合させ、第2コマ54同士も少なくとも一点で接合させる。ここでは第1、第2コマ53,54の間の少なくとも三点による接合構造を説明するが、第1コマ53同士、第2コマ54同士の少なくとも一点での接合構造も同等であるので説明を省略する。
第4実施形態に係る直動伸縮機構は、第1、第2コマ53,54の接合状態を安定させた上で、第1、第2コマ53,54の製造コストを低減させる。具体的には、第1、第2コマ53,54の一方には他方に接合する側の面に少なくとも三つの凸部が分散配置される。これら少なくとも三つの凸部は、第1、第2コマ53,54の他方の接合面(平面)に当接することにより第1、第2コマ53,54が接合する。ここでは、第1コマ53の第2コマ54に接合する側の面に3つの凸部が設けられる。
第4実施形態では、第1コマ53の第2コマ54に接合する側の面に、複数、ここでは3つの凸部931−1、931−2、931−3(以下、凸部931と総称する)が例えば切削加工により凸設される。図16は、第4実施形態に係る直動伸縮機構を構成する第1コマ53の構造を示す図である。図17は、第4実施形態に係る直動伸縮機構を構成する第2コマ54の構造を示す図である。図18は、第4実施形態に係る直動伸縮機構を構成するアーム部5の構造を示す側面図である。
第4実施形態は第1、第2コマ53、54が接合する側の表面の形状が第1実施形態のそれとは異なる。第4実施形態の第1、第2コマ53,54の基本構造は、第1実施形態の第1コマ53の背面のリニアギア539が、第2コマ54の一対の側板540の表面(アーム部5の左側面と右側面)に装備されている点を除き、第1実施形態と同一である。このとき、第2コマ54のリニアギア949に噛み合わされるドライブギア(図示しない)は、第2コマ54の移動経路、典型的にはローラユニット58の左側面と右側面とに設けられる。
図16に示すように、少なくとも3つの凸部931は、第1コマ53が第2コマ54に対して接合する側の面に分散配置される。凸部931は、断面矩形、典型的には断面が等脚台形状の突起である。凸部931−1は、第1コマ53の前後の中央よりも前方であって、第1コマ53の背面の幅中央に設けられる。凸部931−2,931−3は、第1コマ53の前後の中央よりも後方であって、第1コマ53の幅方向と平行に、第1コマ53の背面の両側の縁部の全幅にわたって設けられる。図17に示すように、第2コマ54の一対の側板540の間に、凸部931−1を受ける柱状の梁部941が架設される。
図18に示すように、第1、第2コマ53,54が接合した状態で、第1コマ53の背面(アーム部5の内側)の前方の凸部931−1が第2コマ54の梁部941の側面に当接し、第1コマ53の背面の後方の凸部931−2,931−3が、第2コマ54の側板540の上面にそれぞれ当接する。したがって、第1、第2コマ53,54が接触する接触面積は、凸部931の頂部とそれを受ける面部分に限定させる事ができ、その部分だけに高精度加工を施せばよく、高い寸法精度及び高い面精度が要求される面積を減少することができる。それにより加工コスト及び歩留まりの低減が実現され、第1、第2コマ53、54の製造コストを低下させる事ができる。また、第1、第2コマ53,54の接合箇所を3点確保することで、第1、第2コマ53,54の接合状態を安定させることができる。
図19に示すように、第1コマ53の背面の凸部931を第2コマ54の梁部941と側板540それぞれの面で受けていたが、第1コマ53の背面の3つの凸部931−1,931−2,931−3を受ける受け部として、第2コマ54の第1コマ53に接合する側の面に3つの凸部942−1,942−2,942−3(以下、凸部942と総称する)が設けられてもよい。凸部942−1は、第2コマ54の梁部941の前後の中央、つまり第2コマ54の幅中央に設けられる。凸部942−2,942−3は、側板540の上端面の前方に設けられる。第2コマ54の凸部942−1,942−2,942−3は、第1、第2コマ53,54が接合した状態で、それぞれ第1コマ53の凸部931−1,931−2,931−3に対峙する位置に設けられる。これにより、図19に示すように、第1、第2コマ53,54が接合した状態で、第1コマ53の下面(背面)の凸部931の先端面と、第2コマ54の上面の凸部942とが互いに接触する。第1、第2コマ53,54が接触する接触面積は、第1コマ53の背面の3つの凸部931−1,931−2,931−3の頂部と、第2コマ54の3つの凸部942−1,942−2,942−3の頂部とに限定する事ができ、その部分だけに高精度加工を施せばよく、加工コスト及び歩留まりの低減を実現し、第1、第2コマ53、54の製造コストを低下させる事ができる。
なお、第4実施形態では、第1コマ53の第2コマ54に接合する側の面に3つの凸部931−1、931−2、931−3を設けて、第2コマ54の梁部941の側面上部中央の平面部分、第2コマ54の一対の側板540の上面にそれぞれ当接するものであった。しかし第1、第2コマ53、54はそれぞれヒンジ部で屈曲自在に連結されており、直交2軸の動きは制限され、その回転軸を中心とした屈曲方向の動きのみ許可されており、従って屈曲方向の動きのみを係止すればよく、したがって3つの凸部931−1、931−2、931−3のいずれか一つにより一箇所(一点)のみで第2コマ54と接触すれば、第1、第2コマ53、54の間の安定した接合状態を確保可能である。好ましくは図20に示すように第1コマ53はその前方であって幅方向中央に配置されている凸部931−1のみ備え、後方の両側の2つの凸部931−2、931−3を備えない。凸部931−1は第2コマ54の後方の梁部941の略中央の平面部分に当接する。
伸張時には直線的に配列された第1コマ53に、その下方から第2コマ54が前方のヒンジ部の回動を伴って接近し、最終的にその前方のヒンジ部から遠い当該第2コマ54の後方の梁部941の略中央の平面部分が、第1コマ53の前方の凸部931−1に当接する。前方のヒンジ部を中心とした回転が、それから遠い後方の梁部941の略中央の平面部分が第1コマ53の前方の凸部931−1に当接することで係止されるので、第1コマ53に対して第2コマ54を安定状態で接合させることができる。
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。
5…アーム部、53…第1コマ、54…第2コマ、55…結合コマ、531…本体部、532…支持ブロック、533…軸受ブロック、534、535…軸孔、536…ピンホールブロック、537…ピンホール、539…リニアギア、631−1,631−2、631−3,631−4、632,633…凹部。
Claims (14)
- 互いに前後端面において屈曲可能に連結される平板形状の複数の第1コマと、
互いに底部の前後端面において屈曲可能に連結される溝形状の複数の第2コマと、前記第1、第2コマは互いに接合されたとき直線状に硬直し、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し、
前記複数の第1コマの先頭と前記複数の第2コマの先頭とを結合する結合部と、
前記第1、第2コマを前後移動自在に支持するとともに、前記第1、第2コマが前方に移動するとき前記第1、第2コマを接合させ、前記第1、第2コマが後方に移動するとき前記第1、第2コマを分離させる支持機構部とを具備し、
前記第1、第2コマの少なくとも一方は他方に接合する側の面に少なくとも一つの凹部を有することを特徴とする直動伸縮機構。 - 互いに前後端面において屈曲可能に連結される平板形状の複数の第1コマと、
互いに底部の前後端面において屈曲可能に連結される溝形状の複数の第2コマと、前記第1、第2コマは互いに接合されたとき直線状に硬直し、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し、
前記複数の第1コマの先頭と前記複数の第2コマの先頭とを結合する結合部と、
前記第1、第2コマを前後移動自在に支持するとともに、前記第1、第2コマが前方に移動するとき前記第1、第2コマを接合させ、前記第1、第2コマが後方に移動するとき前記第1、第2コマを分離させる支持機構部とを具備し、
前記第1コマ各々は互いに接する側の面に少なくとも一つの凹部を有することを特徴とする直動伸縮機構。 - 互いに前後端面において屈曲可能に連結される平板形状の複数の第1コマと、
互いに底部の前後端面において屈曲可能に連結される溝形状の複数の第2コマと、前記第1、第2コマは互いに接合されたとき直線状に硬直し、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し、
前記複数の第1コマの先頭と前記複数の第2コマの先頭とを結合する結合部と、
前記第1、第2コマを前後移動自在に支持するとともに、前記第1、第2コマが前方に移動するとき前記第1、第2コマを接合させ、前記第1、第2コマが後方に移動するとき前記第1、第2コマを分離させる支持機構部とを具備し、
前記第2コマ各々は互いに接する側の面に少なくとも一つの凹部を有することを特徴とする直動伸縮機構。 - 前記凹部は台形形状を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項記載の直動伸縮機構。
- 互いに前後端面において屈曲可能に連結される平板形状の複数の第1コマと、
互いに底部の前後端面において屈曲可能に連結される溝形状の複数の第2コマと、前記第1、第2コマは互いに接合されたとき直線状に硬直し、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し、
前記複数の第1コマの先頭と前記複数の第2コマの先頭とを結合する結合部と、
前記第1、第2コマを前後移動自在に支持するとともに、前記第1、第2コマが前方に移動するとき前記第1、第2コマを接合させ、前記第1、第2コマが後方に移動するとき前記第1、第2コマを分離させる支持機構部とを具備し、
前記第1、第2コマの一方は他方に接合する側の面に少なくとも一つの凸部を有し、
前記第1、第2コマの他方は一方に接合する側の面に前記凸部を受ける少なくとも一つの凹部を有することを特徴とする直動伸縮機構。 - 互いに前後端面において屈曲可能に連結される平板形状の複数の第1コマと、
互いに底部の前後端面において屈曲可能に連結される溝形状の複数の第2コマと、前記第1、第2コマは互いに接合されたとき直線状に硬直し、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し、
前記複数の第1コマの先頭と前記複数の第2コマの先頭とを結合する結合部と、
前記第1、第2コマを前後移動自在に支持するとともに、前記第1、第2コマが前方に移動するとき前記第1、第2コマを接合させ、前記第1、第2コマが後方に移動するとき前記第1、第2コマを分離させる支持機構部とを具備し、
前記第1コマ各々は互いに接する側の面に少なくとも一つの凸部と前記凸部を受ける少なくとも一つの凹部を有することを特徴とする直動伸縮機構。 - 互いに前後端面において屈曲可能に連結される平板形状の複数の第1コマと、
互いに底部の前後端面において屈曲可能に連結される溝形状の複数の第2コマと、前記第1、第2コマは互いに接合されたとき直線状に硬直し、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し、
前記複数の第1コマの先頭と前記複数の第2コマの先頭とを結合する結合部と、
前記第1、第2コマを前後移動自在に支持するとともに、前記第1、第2コマが前方に移動するとき前記第1、第2コマを接合させ、前記第1、第2コマが後方に移動するとき前記第1、第2コマを分離させる支持機構部とを具備し、
前記第2コマ各々は互いに接する側の面に少なくとも一つの凸部と前記凸部を受ける少なくとも一つの凹部を有することを特徴とする直動伸縮機構。 - 前記凸部は前記凹部に対して少なくとも一点において接することを特徴とする請求項5乃至7のいずれか一項記載の直動伸縮機構。
- 互いに前後端面において屈曲可能に連結される平板形状の複数の第1コマと、
互いに底部の前後端面において屈曲可能に連結される溝形状の複数の第2コマと、前記第1、第2コマは互いに接合されたとき直線状に硬直し、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し、
前記複数の第1コマの先頭と前記複数の第2コマの先頭とを結合する結合部と、
前記第1、第2コマを前後移動自在に支持するとともに、前記第1、第2コマが前方に移動するとき前記第1、第2コマを接合させ、前記第1、第2コマが後方に移動するとき前記第1、第2コマを分離させる支持機構部とを具備し、
前記第1コマの前記第2コマに接合する側の面には少なくとも一つの第1凸部が配置され、
前記第2コマの前記第1コマに接合する側の面には前記第1凸部に当接する少なくとも一つの第2凸部が配置されることを特徴とする直動伸縮機構。 - 互いに前後端面において屈曲可能に連結される平板形状の複数の第1コマと、
互いに底部の前後端面において屈曲可能に連結される溝形状の複数の第2コマと、前記第1、第2コマは互いに接合されたとき直線状に硬直し、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し、
前記複数の第1コマの先頭と前記複数の第2コマの先頭とを結合する結合部と、
前記第1、第2コマを前後移動自在に支持するとともに、前記第1、第2コマが前方に移動するとき前記第1、第2コマを接合させ、前記第1、第2コマが後方に移動するとき前記第1、第2コマを分離させる支持機構部とを具備し、
前記第1コマは凸部どうしの当接により屈曲を係止されることを特徴とする直動伸縮機構。 - 互いに前後端面において屈曲可能に連結される平板形状の複数の第1コマと、
互いに底部の前後端面において屈曲可能に連結される溝形状の複数の第2コマと、前記第1、第2コマは互いに接合されたとき直線状に硬直し、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し、
前記複数の第1コマの先頭と前記複数の第2コマの先頭とを結合する結合部と、
前記第1、第2コマを前後移動自在に支持するとともに、前記第1、第2コマが前方に移動するとき前記第1、第2コマを接合させ、前記第1、第2コマが後方に移動するとき前記第1、第2コマを分離させる支持機構部とを具備し、
前記第2コマは凸部どうしの当接により屈曲を係止されることを特徴とする直動伸縮機構。 - 互いに前後端面において屈曲可能に連結される平板形状の複数の第1コマと、
互いに底部の前後端面において屈曲可能に連結される溝形状の複数の第2コマと、前記第1、第2コマは互いに接合されたとき直線状に硬直し、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し、
前記複数の第1コマの先頭と前記複数の第2コマの先頭とを結合する結合部と、
前記第1、第2コマを前後移動自在に支持するとともに、前記第1、第2コマが前方に移動するとき前記第1、第2コマを接合させ、前記第1、第2コマが後方に移動するとき前記第1、第2コマを分離させる支持機構部とを具備し、
前記第1、第2コマの一方の他方に接合する側の面には、前記第1、第2コマの他方の接合面に当接する少なくとも一つの凸部が配置されることを特徴とする直動伸縮機構。 - 互いに前後端面において屈曲可能に連結される平板形状の複数の第1コマと、
互いに底部の前後端面において屈曲可能に連結される溝形状の複数の第2コマと、前記第1、第2コマは互いに接合されたとき直線状に硬直し、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し、
前記複数の第1コマの先頭と前記複数の第2コマの先頭とを結合する結合部と、
前記第1、第2コマを前後移動自在に支持するとともに、前記第1、第2コマが前方に移動するとき前記第1、第2コマを接合させ、前記第1、第2コマが後方に移動するとき前記第1、第2コマを分離させる支持機構部とを具備し、
前記第1コマは凸部と面との当接により屈曲を係止されることを特徴とする直動伸縮機構。 - 互いに前後端面において屈曲可能に連結される平板形状の複数の第1コマと、
互いに底部の前後端面において屈曲可能に連結される溝形状の複数の第2コマと、前記第1、第2コマは互いに接合されたとき直線状に硬直し、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し、
前記複数の第1コマの先頭と前記複数の第2コマの先頭とを結合する結合部と、
前記第1、第2コマを前後移動自在に支持するとともに、前記第1、第2コマが前方に移動するとき前記第1、第2コマを接合させ、前記第1、第2コマが後方に移動するとき前記第1、第2コマを分離させる支持機構部とを具備し、
前記第2コマは凸部と面との当接により屈曲を係止されることを特徴とする直動伸縮機構。
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