JP4073919B2 - 多関節アームとフレキシブルチューブアーム併用構造の空中位置決めスタンド - Google Patents

Description

この発明は、デジタルカメラ、顕微鏡、双眼鏡、ルーペなどの光学機器、あるいはダイヤルゲージ、ＣＣＤ顕微鏡レンズのような測定機器等々（以下、これらを単に使用目的物という場合がある。）の３次元の空中位置決め固定を自在に正確に迅速に行うことができる空中位置決めスタンド又は治具若しくは支持装置（以下では、位置決めスタンドと総称する。）の技術分野に属し、更に言えば、多関節アームとフレキシブルチューブアームとを並列的関係に組み合わせた併用構造の空中位置決めスタンドに関する。

従来、ダイヤルゲージ等の使用目的物を３次元の空中位置決め固定が自在に行う手段として、多関節アーム、或いはフレキシブルチューブアーム（又はたわみ金属管とも通称される。但し、材質を金属に限るものではない。）を応用した位置決めスタンドが種々な構造、形式で知られ、種々な技術分野で実用されている。
多関節アームによる位置決めスタンドに関しては、例えば下記する特許文献１〜６に開示されたものが公知である。
フレキシブルチューブアームによる位置決めスタンドに関しては、例えば電気スタンドの支持アームとしての使用例が広く公知、周知に属する。

特公昭６１−１０７１７号公報 実開昭６０−９５５１７号公報 特許第２５０９２２０号公報 実公平３−４１１９９号公報 特許第２７５２４６４号公報 特許第２９２７８５３号公報

上記特許文献１〜３、および５、６に開示された多関節アームによる位置決めスタンドは、２本のアームを屈折回転が可能に連結すると共にハンドルにて前記２本のアームの連結部を締め緩め可能に構成された中央部関節と、前記２本のアームそれぞれの先側端部に設けられた球継手型関節とによる多関節アーム機構を主要部として構成され、前記ハンドルにて前記２本のアームを締め緩めすると出入りするロッドが前記２本のアームの長手方向に挿入されており、同ロッドの先端部がそれぞれ球継手型関節の球体を押して強固に固定し又は同押圧力が解除される構成の点で共通する。
上記特許文献４の図１に開示された位置決めスタンドは、やはり多関節アーム機構を主要部として構成されているが、油圧作用を利用してロッドを出入りさせ球継手型関節の固定又はその解除を行う構成である。

上記の特許文献１〜６に開示された位置決めスタンドは、いずれも多関節アーム機構を主要部として構成されているので、ハンドルを緩めると、中央部関節のみならず、２本のアームの球継手型関節までもが瞬時に崩れ落ちるように完全なフリー状態（いわゆるグニャグニャ状態）となってしまい、どうにも適宜な形態を保ち難く、取り扱いが面倒であり、使用目的物の空中位置決めに甚だ不便である。のみならず、位置決めスタンドが不用意に崩れ落ちることにより、使用目的物が落下破損したり、その下にある被観察物や試料、精密機器などを壊すという問題もある。
一方、フレキシブルチューブアームに関しては、撓み性に富み、且つ適度な剛性も有するため、使い勝手は良い。しかし、例えばダイヤルゲージ、ＣＣＤ顕微鏡レンズなど高精度な測定機器に必要十分な精度の位置決め固定は、フレキシブルチューブアームの剛性のみでは不十分であり、位置決め固定の安定性と信頼性に欠けることを否めない。

従って、本発明の目的は、多関節アームが有する置決め固定性能の高度さ、精度の良さ及び操作性の良さをそのまま活用でき、他方、ハンドルを緩めた場合に瞬時に崩れ落ちて形態保持能力を失うだらしなさで、どうにも形態を作り難く、取り扱いが面倒なだけでなく、直下の被観察物等を壊す懸念のある多関節アームの欠点を、フレキシブルチューブアームの撓み性の良さと適度な剛性によって補完して使い勝手に優れる構成とした、多関節アームとフレキシブルチューブアーム併用構造の空中位置決めスタンドを提供することである。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る多関節アームとフレキシブルチューブアーム併用構造の空中位置決めスタンドは、
多関節アーム１とフレキシブルチューブアーム２がそれぞれの根元側端部を共通の根元固定プレート３と結合され、両アーム１、２の先側端部もそれぞれ共通な先側連結プレート４と結合して並列的関係に組合わされて成り、
前記の多関節アーム１は、２本のアーム１１、１２を共通な回転軸ボルト１０で屈折回転が可能に連結され、同回転軸ボルト１０へねじ込んだハンドル１４にて前記２本のアーム１１、１２の連結部を締め緩め可能に構成された中央部関節１５と、１本のアーム１２の根元側端部に設けられた球継手型関節６および他の１本のアーム１１の先側端部に設けられた球継手型関節５とで構成され、前記中央部関節１５のハンドル１４を締め緩めすると出入り動作するロッド１１ａ、１２ａが前記２本のアーム１１、１２それぞれの長手方向に挿入されており、同ロッド１１ａ、１２ａの先端部がそれぞれ前記球継手型関節５、６の球体５ｂ、６ｂを押して固定し又は同押圧力を解除して可動状態となる構成とされており、
前記多関節アーム１の根元側端部の球継手型関節６は前記球体６ｂの取付用部材６ｃ、６ｅが根元固定プレート３と結合され、同多関節アーム１の先側端部の球継手型関節５も球体５ｂの取付用部材５ｃ、５ｅが先側連結プレート４と結合されており、
前記根元側固定プレート３は作業台２４等への定着具２２と結合されており、前記先側連結プレート４にデジタルカメラ、ダイヤルゲージ、ルーペ等の使用目的物２５が取り付けられる構成であることを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した多関節アームとフレキシブルチューブアーム併用構造の空中位置決めスタンドにおいて、
多関節アーム１を構成する一方のアーム１１の先側端部に、同端部の球継手型関節５の取付用部材５ｃ、５ｅを利用して延長アーム３０の一端が一連に接合され、同延長アーム３０の他端がフレキシブルチューブアーム２の先側端部と共に共通の先側連結プレート４と結合されていることを特徴とする。

請求項１に記載した発明に係る多関節アームとフレキシブルチューブアーム併用構造の空中位置決めスタンドは、多関節アーム１の中央部関節１５に設けられたハンドル１４を緩めると、多関節アーム１は瞬時にその位置決め固定機能を喪失する。しかし、フレキシブルチューブアーム２が有する適度な剛性により、多関節アーム１の形態は、従来のように崩れ落ちるようなことがなく、一応のスタンド形態（立ち姿）を維持する。そして、フレキシブルチューブアーム２が有する撓み性と共に、先側端部に取り付けた先側連結プレート４上のダイヤルゲージその他の使用目的物２５を、所要の又は最適な使用位置へ３次元的に自由自在に空中移動させて位置決めを行うことができる。しかも中央部関節１５に設けられたハンドル１４を締めると、即座にピタリと強固な位置決め固定を高精度に行うことができ、ダイヤルゲージ等の使用目的物２５の使用に最適な条件を整えることができる。

請求項２に記載した発明のように延長アーム３０を使用すると、既製品としての多関節アーム１の長さが不足して空中位置決めスタンドとしての機能や自在性、使い勝手が悪い場合でも、延長アーム３０の有効長さ分だけ容易、確実に長さを延長でき、空中移動の有効半径が大きくなって自在性を増し、使い勝手の良い空中位置決めスタンドに改造できて至便である。

多関節アーム１とフレキシブルチューブアーム２がそれぞれの根元側端部を共通の根元固定プレート３と結合され、両アーム１、２の先側端部もそれぞれ共通な先側連結プレート４と結合して並列的関係に組合わせて成る。
前記の多関節アーム１は、２本のアーム１１、１２を共通な回転軸ボルト１０で屈折回転が可能に連結され、同回転軸ボルト１０へねじ込んだハンドル１４にて前記２本のアーム１１、１２の連結部を締め緩め可能に構成された中央部関節１５と、１本のアーム１２の根元側端部に設けられた球継手型関節６および他の１本のアーム１１の先側端部に設けられた球継手型関節５とで構成され、前記中央部関節１５のハンドル１４を締め緩めすると出入り動作するロッド１１ａ、１２ａが前記２本のアーム１１、１２それぞれの長手方向に挿入されており、同ロッド１１ａ、１２ａの先端部がそれぞれ前記球継手型関節５、６の球体５ｂ、６ｂを押して固定し又は同押圧力を解除して可動状態となる構成とする。
前記多関節アーム１の根元側端部の球継手型関節６は前記球体６ｂの取付用部材６ｃ、６ｅが根元固定プレート３と結合され、同多関節アーム１の先側端部の球継手型関節５も球体５ｂの取付用部材５ｃ、５ｅが先側連結プレート４と結合される。
前記根元側固定プレート３は作業台２４等への定着具２２と結合されており、前記先側連結プレート４にデジタルカメラ、ダイヤルゲージ、ルーペ等の使用目的物２５が取り付けられる。

以下、図面に基づいて、本発明に係る多関節アームとフレキシブルチューブアーム併用構造の空中位置決めスタンドの実施例１を説明する。
図１と図２は、空中位置決めスタンドの使用状態を示している。
この空中位置決めスタンドは、要するに多関節アーム１およびフレキシブルチューブアーム２の根元側端部を共に共通の根元固定プレート３と結合し、同多関節アーム１とフレキシブルチューブアーム２の先側端部もまた共に共通な先側連結プレート４と結合して並列的関係に組合せた構成を特徴としている。

多関節アーム１の構成については、例えば上記特許文献１〜６に開示された既往の先行技術として知られる種々な構造形式を紹介したが、本発明の場合、基本的にはそうした公知の構造形式の多関節アームを採用して実施可能である。そうした前提に立った上で、図示した多関節アーム１の構成は、図５に詳細を示したように、２本のアーム１１、１２を共通な回転軸ボルト１０に滑り軸受メタル１３を介在させて屈折回転が可能に重ね合わせ連結すると共に、前記回転軸ボルト１０の一側のネジ部１０ａへねじ込まれた雌ネジハンドル１４（以下、単にハンドルという場合がある。）にて前記２本のアーム１１、１２の連結部を締め緩め可能に組み立てて中央部関節１５が構成されている。

上記中央部関節１５のほか、２本のアーム１１、１２それぞれの先端部に設けられた球継手型関節５、６とにより、図示の多関節アーム１（実質的に３関節アーム）が構成されている。
球継手型関節５、６の構成も、図５に詳細を示したように、２本のアーム１１、１２の先端部にボールホルダ５ａ、６ａがストップリング７にて抜け外れ不能に、且つ回転自在な状態に取り付けられている。各ボールホルダ５ａ、６ａの中に収納された球体５ｂ、６ｂは、やはりストップリング８にて抜け外れ不能に、且つ回転自在な状態に支持されている。各球体５ｂ、６ｂと一体的構造に設けられたネック部材５ｃ、６ｃは、各ボールホルダ５ａ、６ａの口部外へ広角の旋回動作が自在に突き出されている。各ネック部材５ｃ、６ｃの座部５ｄ、６ｄより先側に取付け用部材としてのネジ５ｅ、６ｅが突き出されている。
なお、図３に示したように、各ボールホルダ５ａ、６ａには、開口側から軸線方向に少なくとも１個の切り欠き形状溝５ｆ、６ｆが、前記ネック部材５ｃ、６ｃが進入可能な溝幅寸で設けられている。この切り欠き形状溝５ｆ、６ｆへネック部材５ｃ、６ｃを進入させることにより、ネック部材５ｃ、６ｃおよび各々の取付用ネジ５ｅ、６ｅは、それぞれのアーム１１、１２の軸線に対して約９０°まで（但し、この角度の設定は自由。）屈折回転させることが可能に構成されている。

上記２本のアーム１１、１２には、その中心部の軸線方向に、上記雌ネジハンドル１４を締め緩めする回転操作によって出入り動作させられるロッド１１ａ、１２ａが、２本のアーム１１、１２の長手方向の全長に及ぶ長さで挿入されている。
図５に詳細構造を示したように、回転軸ボルト１０の頭部側（図５の左端側）には、アーム１２のロッド１２ａの基端部と傾斜角が約３０°程度のゆるい傾斜面Ａで接触するテーパースリーブ１６が嵌められている。また、同回転軸ボルト１０の先端側（図５の右端寄り側）には、アーム１１のロッド１１ａの基端部と傾斜角約３０°程度の傾斜面Ｂで接触するテーパースリーブ１７が嵌められている。前記二つの傾斜面ＡおよびＢは同一の向きに形成されている。
したがって、雌ネジハンドル１４を締め込み方向に回転すると、図５中右側のテーパースリーブ１７はねじ込み量に等しい量だけ左方へ押し込まれ、傾斜面Ｂの迫り効果によってロッド１１ａを押し出す。よって、同ロッド１１ａの先端は球継手型関節５の球体５ｂへ強く押し付けられ同球体５ｂをボールホルダー５ａへ強固に固定する。
同時に図５中左側のテーパースリーブ１６は、前記のねじ込み量に等しく右方へ引き寄せられ、傾斜面Ａの迫り効果によってロッド１２ａを押し出す。よって、同ロッド１２ａの先端は球継手型関節６の球体６ｂへ強く押し付けられ同球体６ｂをボールホルダー６ａへ強固に固定する。
上記のようにして多関節アーム１の強固な位置決め固定の作用効果が奏される。勿論、上記雌ネジハンドル１４を逆に緩める回転操作をすると、テーパースリーブ１６、１７の迫り作用が解消されるので、ロッド１１ａ、１２ａによる球体５ｂ、６ｂの押圧力は解除され、前記の位置決め固定の作用効果も瞬時に解消されるのである。

フレキシブルチューブアーム２には、周知のたわみ金属管（アルモンドたわみ金属管を含む。但し、材質を金属製に限る意味ではない。）を所要の長さに切断したものが好適に使用される。

本実施例の空中位置決めスタンドは、上記構成の多関節アーム１及びフレキシブルチューブアーム２をほぼ同じような長さ（但し、図示例のようにフレキシブルチューブアーム２を若干短く設定するのが操作上好ましい。）で用意し、多関節アーム１およびフレキシブルチューブアーム２の根元側端部が共に、共通の根元固定プレート３と結合される。具体的にいえば、図１および図２に示したように、約４５°の傾斜面３ａを有する管状の根元固定プレート３における前記傾斜面３ａに予め通孔を用意しておき、前記多関節アーム１の根元側端部における球継手型関節６の球体６ｂの取付用ネジ６ｅを前記通孔へ通し、裏側からナット９を締め込んで結合する。このときネック部材６ｃの座部６ｄが安定性の高い結合に寄与する。また、フレキシブルチューブアーム２の根元側端部には、図６に示したようにカシメ部材２０を取り付け、同カシメ部材２０を前記根元固定プレート３の傾斜面３ａの通孔へ通し、裏側から通したボルト２１をネジ止めして、好ましくは回転可能状態に結合される。こうして多関節アーム１及びフレキシブルチューブアーム２の根元側端部は、根元固定プレート３の傾斜面３ａに対して垂直な向きに結合されている。

また、多関節アーム１の先側端部およびフレキシブルチューブアーム２の先側端部も共に、共通な先側連結プレート４とその板面に対してほぼ垂直な方向性で結合されている。具体的には、図１に示したように、多関節アーム１の先側端部における球継手型関節５の球体５ｂの取付用ネジ５ｅを、先側連結プレート４に予め用意した通孔へ通し、裏側からナット９を締め込んで結合される。また、フレキシブルチューブアーム２の先側端部は、やはり図６に示したようにカシメ部材２０を取り付け、同カシメ部材２０を前記先側連結プレート４に予め設けた通孔へ通し、裏側からねじ込んだボルト２１により結合されている。

上記したように、多関節アーム１とフレキシブルチューブアーム２は、若干の間隔を空けた並列的配置で、各々の根元側端部を共通な根元固定プレート３と結合し、先側端部も共通な先側連結プレート４と結合して一体的な関係とされている。その故に、フレキシブルチューブアーム２が有する剛性が多関節アーム１に対してもそのまま働き、多関節アーム１の中央部関節１５のハンドル１４を緩めた場合にも、多関節アーム１の形態保持能力の喪失を防ぎ、一定のスタンド形態を維持することが可能となる。因みにフレキシブルチューブアーム２に要求される剛性は、使用目的物２５及び多関節アーム１それぞれの重量の８０％〜９０％を支持（自己保持）可能な大きさであることが好ましい。
なお、図１と図２は、多関節アーム１とフレキシブルチューブアーム２とが平面的に見ると並列（平行する）して、しかも側面方向に見るとフレキシブルチューブアーム２が三角形の底辺を形成して支える関係に組み合わされた構成を示すが、この限りではない。図４に示すように、多関節アーム１とフレキシブルチューブアーム２とが平面的に見て所謂たすき掛け状態に交差する関係に構成して実施することも好ましい。更にいうと、図４の場合、フレキシブルチューブアーム２は多関節アーム１の下側をもぐる配置のたすき掛けになっているが、逆に、フレキシブルチューブアーム２が多関節アーム１の上側を跨ぐ配置のたすき掛けで実施することもできる。かくするとフレキシブルチューブアーム２が多関節アーム１を吊り持ち支持する構成となる。

上記構成の空中位置決めスタンドにおける先側連結プレート４にデジタルカメラ、ダイヤルゲージ、顕微鏡等々の使用目的物２５を取り付けて、同使用目的物２５の使用に供される。図示した先側連結プレート４は、側面から見てＬ字形状とされ、垂直下方へ延びる部分が使用目的物２５の位置決め操作のハンドルとして利用されるが、勿論この形状の限りではない。取り付けるべき使用目的物２５の形態や取り付け態様、使用態様、使用方法などに応じて最適形状、最適構造の先側連結プレート４が使用される。プレート構造であることにも限らない。使用目的物２５の取り付け態様、使用態様の便利によっては、取り付け治具類を用いることも実施される。

図示した実施例１の場合、この空中位置決めスタンドの使用上の便利を図るため、上記根元固定プレート３の下に、スイッチ２２ａの操作で磁気吸着力をオン、オフ制御できる構成の磁石式定着具２２が止めボルト２３で取り付けられ、金属製の作業台（又は定盤）２４（或いは磁性の機械部分など）の上に簡易に強固に固定して使用できる構成とされている。但し、定着具２２の構成、機能、構造に関しては、電気スタンドの取り付け固定に多用されている鰐口形式の定着具、その他の機械的な定着具、例えば万力のような機構の定着具なども採用して実施することができる。

図４に示した実施例２の空中位置決めスタンドは、基本的には、請求項１に記載した上記多関節アーム１とフレキシブルチューブアーム２とを併用した構造の空中位置決めスタンドの構成において共通する。しかし、本実施例２の場合、多関節アーム１を構成する先側アーム１１の先側端部に、その球継手型関節５の取付用ネジ５ｅを利用して延長アーム３０の一端が一連にネジ接合され、同延長アーム３０の他端がフレキシブルチューブアーム２の先側端部と共に共通な先側連結プレート４と結合された構成を特徴とする。
要するに、多関節アーム１は、上記したようにメカニックな構造であり、通例は既製品として製造されたものを空中位置決めスタンドの構成要素に採用する。したがって、多関節アーム１の有効長さは予め決まっている。一方、空中位置決めスタンドの使用態様は、先側連結プレート４へ取り付けた使用目的物２５がデジタルカメラであるかダイヤルゲージであるか顕微鏡であるか等々によって様々に異なる。いずれにしても、空中位置決めスタンドの空中位置決めの動作半径は大きいほど使いやすい場合が多い。そこで、既製品としての多関節アーム１の有効長さが短かいと考える場合には、上記したように必要な長さの延長アーム３０を継ぎ足して使用することが好都合である。よって、延長アーム３０に関しては、有効長さが種々異なるものを用意しておくのが便利である。一方、フレキシブルチューブアーム２に関しては、市販品として必要な長さのものを入手し、又は切断して最適な長さとすることが比較的容易であるから、その両端に図６のようにカシメ部材２０を取り付けると、何の問題もなく実施例２の空中位置決めスタンドを製作することができる。

以上に本発明を図示した実施例に基いて説明したが、もちろん、本発明の技術的思想は上記実施例１、２の限りではない。本発明の要旨、技術的思想、目的を逸脱しない範囲で、当業者が通常行う設計変更ないし応用変形を含めて、多様に実施することができるものであることをここに念のため付言する。

本発明に係る空中位置決め装置の実施例の使用状態を示した斜視図である。 同上の空中位置決め装置の使用状態を示した側面図である。 多関節アームの構成を示した斜視図である。 本発明に係る空中位置決め装置の実施例の使用状態を示した斜視図である。 多関節アームの構成例を示した断面図である。 フレキシブルチューブアームと根元固定プレートおよび先側連結プレートとの結合構造を示した断面図である。

符号の説明

１ 多関節アーム
２ フレキシブルチューブアーム
３ 根元固定プレート
４ 先側連結プレート
５、６ 球継手型関節
５ｂ、６ｂ 球体
５ｅ、６ｅ 取付用部材（ネジ）
１１、１２ アーム
１４ ハンドル
１５ 中央部関節
１１ａ、１２ａ ロッド
２４ 作業台（定盤）
２２ 定着具
２５ 使用目的物
３０ 延長アーム

Claims (2)

1. 多関節アーム（１）とフレキシブルチューブアーム（２）がそれぞれの根元側端部を共通の根元固定プレート（３）と結合され、両アーム（１）（２）の先側端部もそれぞれ共通な先側連結プレート（４）と結合して並列的関係に組合わされて成り、
   前記の多関節アーム（１）は、２本のアーム（１１）、（１２）を共通な回転軸ボルト（１０）で屈折回転が可能に連結され、同回転軸ボルト（１０）へねじ込んだハンドル（１４）にて前記２本のアーム（１１）、（１２）の連結部を締め緩め可能に構成された中央部関節（１５）と、１本のアーム（１２）の根元側端部に設けられた球継手型関節（６）および他の１本のアーム（１１）の先側端部に設けられた球継手型関節（５）とで構成され、前記中央部関節（１５）のハンドル（１４）を締め緩めすると出入り動作するロッド（１１ａ）、（１２ａ）が前記２本のアーム（１１）、（１２）それぞれの長手方向に挿入されており、同ロッド（１１ａ）、（１２ａ）の先端部がそれぞれ前記球継手型関節（５）（６）の球体（５ｂ）（６ｂ）を押して固定し又は同押圧力を解除して可動状態となる構成とされており、
   前記多関節アーム（１）の根元側端部の球継手型関節（６）は前記球体（６ｂ）の取付用部材（６ｃ、６ｅ）が根元固定プレート（３）と結合され、同多関節アーム（１）の先側端部の球継手型関節（５）も球体（５ｂ）の取付用部材（５ｃ）（５ｅ）が先側連結プレート（４）と結合されており、
   前記根元側固定プレート（３）は作業台（２４）等への定着具（２２）と結合されており、前記先側連結プレート（４）にデジタルカメラ、ダイヤルゲージ、ルーペ等の使用目的物（２５）が取り付けられる構成であることを特徴とする、多関節アームとフレキシブルチューブアーム併用構造の空中位置決めスタンド。
2. 多関節アーム（１）を構成する一方のアーム（１１）の先側端部に、同端部の球継手型関節（５）の取付用部材（５ｃ）（５ｅ）を利用して延長アーム（３０）の一端が一連に接合され、同延長アーム（３０）の他端がフレキシブルチューブアーム（２）の先側端部と共に共通の先側連結プレート（４）と結合されていることを特徴とする、請求項１に記載した多関節アームとフレキシブルチューブアーム併用構造の空中位置決めスタンド。

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