JP6810053B2 - 直動伸縮機構 - Google Patents

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。このような多関節ロボットアーム機構には、例えば、直動伸縮関節が組み合わされて装備されている。直動伸縮関節を構成するアーム部は、例えば、同一形状を有する複数のコマを列状に連結した２種類の連結コマ列の接合で構成される。２種類の連結コマ列を接合することで硬直状態が形成され一定の剛性を有する柱状体が構成される。直動伸縮関節のモータが順回転すると柱状体となったアーム部が射出部から送り出され、逆回転するとアーム部は引き戻される。射出部の後方では連結コマ列の接合状態は解除され、硬直状態から屈曲状態に回復し、その状態で本体内部に収容される。

この直動伸縮関節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今後非常に有益な構造である。直動伸縮関節で重要なのは２種類の連結コマ列を接合してその硬直状態の剛性を高めること、連結コマ列の平滑な前後への送り出しと引き戻しの動作を実現することにある。さらに２種類の連結コマが直線状に並び、接合しながら前方に送り出されるとき、２種類の連結コマの接合面どうし及び同種の連結コマの端面どうしが衝突するときの衝突音を低減することも作業員の近傍で当該ロボットが動作する状況では特に重要である。

目的は、直動伸縮機構において２種類の連結コマが直線状に並び、接合しながら前方に送り出されるときの２種類の連結コマの接合面どうし、同種の連結コマの端面どうしが衝突するときの衝突音を低減することにある。

本実施形態に係る直動伸縮機構は、平板形状の複数の第１連結コマと溝枠形状の複数の第２連結コマとを有する。複数の第１連結コマの先頭と複数の第２連結コマの先頭とは結合部により結合される。第１連結コマ各々は隣の第１連結コマに対し前後端面において屈曲可能に連結される。第２連結コマ各々は隣の第２連結コマに対し底部前後端面において屈曲可能に連結される。第1、第２連結コマは互いに接合されたとき直線状に硬直し、第1、第２連結コマは互いに分離されたとき屈曲状態に復帰する。機構部は、第１、第２連結コマを前後移動自在に支持するとともに、第１、第２連結コマが前方に移動するとき第１、第２連結コマを接合させ、第１、第２連結コマが後方に移動するとき第１、第２連結コマを分離させる。第１連結コマの端面どうしの衝突を緩衝するために第１連結コマ各々の前端面又は後端面に少なくとも一つの緩衝部材が装備される。第１連結コマは、本体部の後端又は前端に後方又は前方に突出して突出部が設けられ、本体部の前端又は後端には突出部を受けるように本体部に対して段差をもって受け部が設けられる。本体部の前端面又は後端面と前記受け部の上面とが交差する角部分を跨いで縦断面Ｌ字形状に形成された緩衝部材を嵌め込むための少なくとも一つの溝穴部が設けられる。

図１は、本実施形態に係る直動伸縮関節を備えたロボットアーム機構の外観斜視図である。 図２は、図１のロボットアーム機構の内部構造を断面方向から見た図である。 図３は、図１の第１連結コマ列を構成する第１連結コマを示す側面図である。 図４は、図３の第１連結コマを後方下側から見た斜視図である。 図５は、図３の第１連結コマを前方上側から見た斜視図である。 図６は、図３の溝穴部に装着されるゴムリングを示す斜視図である。 図７は、図３の溝穴部を示す斜視図である。 図８は、図３の溝穴部を示す側面図である。 図９は、前後の第１連結コマが直線状に配列されたときの溝穴部を示す断面図である。 図１０は、図１の第２連結コマ列を構成する第２連結コマを示す側面図である。 図１１は、図１０の第２連結コマを前方上側から見た斜視図である。 図１２は、図１０の第２連結コマの前端面の溝穴部を示す斜視図である。 図１３は、図１０の第２連結コマの前端面の溝穴部を示す側面図である。 図１４は、前後の第２連結コマが直線状に配列されたときの第２連結コマの前端面の溝穴部を示す断面図である。 図１５は、図１１の第２連結コマの上端面の溝穴部を示す斜視図である。 図１６は、図１１の第２連結コマの上端面の溝穴部を示す側面図である。 図１７は、柱状体が構成されたときの第２連結コマの上端面の溝穴部を示す断面図である。 図１８は、緩衝部材を装着する第１連結コマの他の例を示す側面図である。 図１９は、図１８の第１連結コマを後方下側から見た斜視図である。 図２０は、緩衝部材を装着する第２連結コマの他の例を示す側面図である。 図２１は、図２０の第２連結コマを後方上側から見た斜視図である。

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。ここでは、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関節部で構成されたロボットアーム機構を例に説明する。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。

図１は、本実施形態に係るロボットアーム機構の外観斜視図である。このロボットアーム機構は極座標型である。基台１には円筒体をなす支柱部２が設置される。支柱部２の上部には、起伏部４が設置される。この支柱部２と起伏部４との間には、第１関節部Ｊ１が設置される。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。第１関節部Ｊ１の回転によりアーム部５は水平に旋回する。支柱部２の上部は第１関節部Ｊ１の固定部に接続される。起伏部４の下部は、第１関節部Ｊ１の回転部に接続される。円筒体をなす支柱部２の内部中空には後述する第３関節部Ｊ３の第１、第２連結コマ列５１，５２が収納される。起伏部４は、第２関節部Ｊ２を収容する。第２関節部Ｊ２は曲げ関節である。第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２は水平である。第２関節部Ｊ２はその回転軸ＲＡ２が、第１関節部Ｊ１の回転軸ＲＡ１に対して交差しないよう、起伏部４に設置される。第２関節部Ｊ２の回転によりアーム部５は上下に起伏する。第３関節部Ｊ３は直動伸縮機構により提供される。詳細は後述するが、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、いわゆる直動関節とは明確に区別される。第３関節部Ｊ３によりアーム部５がその中心軸（移動軸ＲＡ３）に沿って直線的剛性を維持した状態で前後に伸縮する。

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は第３移動軸ＲＡ３と略一致する第４回転軸ＲＡ４を中心としたねじり関節である。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を中心とした曲げ関節である。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を中心とした曲げ関節である。

ハンド装置は、手首部６の第６関節部Ｊ６の可動部に設けられたアダプタに取り付けられる。このハンド装置は、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ハンド装置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特徴的である。

支柱部２は円筒形状をなす。支柱部２は支柱カバー１２に覆われている。起伏部４のカバー１４は、鞍形形状の４つのカバー２１，２２，２３，２４を備える。４つのカバー２１，２２，２３，２４は入れ子構造に構成される。起立動作に伴って、４つのカバー２１，２２，２３，２４は順次隣のカバーに収容され、伏せる動作に伴って、４つのカバー２１，２２，２３，２４は順次隣のカバーから引き出される。

図２は、図１のロボットアーム機構の内部構造を示す斜視図である。第３関節部Ｊ３のアーム部５は第１連結コマ列５１と第２連結コマ列５２とを有する。第１連結コマ列５１は屈曲自在に連結された複数の第１連結コマ５３からなる。第１連結コマ５３は略平板形に構成される。第２連結コマ列５２は屈曲自在に連結された複数の第２連結コマ５４からなる。第２連結コマ５４は横断面Ｕ字形状又はコ字形状の溝状体をなす。第２連結コマ５４は底板どうしで屈曲自在に連結される。第２連結コマ列５２の屈曲は、第２連結コマ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連結コマ列５２は直線的に配列する。第１連結コマ列５１のうち先頭の第１連結コマ５３と、第２連結コマ列５２のうち先頭の第２連結コマ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２連結コマ５４と第１連結コマ５３とを合成した形状を有している。

射出部５８は、第１、第２連結コマ列５１，５２を接合して柱状のアーム部５を構成させるとともに、そのアーム部５を上下左右に支持する。射出部５８は、複数のローラ５９が角筒形状のフレーム６０に支持されてなる。複数のローラ５９は、フレーム６０により、アーム部５を挟んで上下左右に分散されている。例えば、アーム部５を上方から支持する複数のローラ５９はアーム部５を下方から支持する複数のローラ５９からアーム部５の厚みと略等価又はアーム部５の厚みよりも若干短い距離を隔てられている。アーム部５を上方から支持する複数のローラ５９は、第１連結コマ５３の長さと略等価な間隔を隔ててアーム中心軸に沿って配列される。同様に、アーム部５を下面から支持する複数のローラ５９は第２連結コマ５４の長さと略等価な間隔を隔ててアーム中心軸に沿って配列される。射出部５８の後方には、ガイドローラ５７とドライブギア５６とが第１連結コマ列５１を挟んで対向するように設けられる。ドライブギア５６は減速器を介してステッピングモータ（図示しない）に接続される。第１連結コマ５３の背面の幅中央には連結方向に沿ってリニアギア５００が形成されている。複数の第１連結コマ５３が直線状に整列されたときに隣合うリニアギア５００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、直線状のリニアギアにかみ合わされる。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。

アーム部５が伸長するとき、ドライブギア５６が順回転し、第１連結コマ列５１はガイドローラ５７により、アーム中心軸と平行な姿勢となって、射出部５８の内部に誘導される。第１連結コマ列５１の移動に伴い、第２連結コマ列５２は射出部５８の後方に配置されたガイドレール（図示しない）により射出部５８に誘導される。射出部５８に誘導された第１、第２連結コマ列５１，５２は、上下に配設された複数のローラ５９により互いに押圧（狭圧）される。これにより、第２連結コマ列５２に第１連結コマ列５１が接合し、第１、第２連結コマ列５１，５２は柱状の棒体（以下、柱状体又はアーム部５という）を構成する。第１、第２連結コマ列５１，５２の接合による柱状体が射出部５８により堅持されることで、第１、第２連結コマ列５１，５２の接合状態が維持される。第１、第２連結コマ列５１，５２の接合状態が維持されているとき、第１、第２連結コマ列５１，５２の屈曲は互いに拘束される。それにより第１、第２連結コマ列５１，５２の接合による柱状体は、一定の剛性を備える。この柱状体は第２連結コマ５４が第１連結コマ５３とともに全体として様々な断面形状の筒状体に構成される。筒状体とは上下左右が天板、底板及び両側板で囲まれ、前端部と後端部とが開放された形状として定義される。第１、第２連結コマ列５１，５２の接合による柱状体は、結合コマ５５が始端となって、第３移動軸ＲＡ３に沿って直線的に起伏カバー１４の開口から外に向かって送り出される。

アーム部５が収縮するとき、ドライブギア５６が逆回転し、ドライブギア５６と係合している第１連結コマ列５１がカバー１３と起伏カバー１４とにより形成された中空部分に引き戻される。第１連結コマ列５１の移動に伴って、柱状体がカバー１４の開口から内に向かって引き戻される。引き戻された柱状体は射出部５８後方で分離される。例えば、柱状体を構成する第１連結コマ列５１はガイドローラ５７とドライブギア５６とにより水平姿勢を維持し、柱状体を構成する第２連結コマ列５２は重力により下方に引かれ、それにより第２連結コマ列５２と第１連結コマ列５１とは互いに離反される。離反された第１、第２連結コマ列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連結コマ列５１，５２は、ともに同じ方向（内側）に屈曲しながら、本体カバー１２の内部の収納部に収納される。このとき、第１連結コマ列５１は第２連結コマ列５２に略平行な状態で収納される。

図３は、図１の第１連結コマ列５１を構成する第１連結コマ５３を示す側面図である。図４は、図３の第１連結コマ５３を後方下側から見た斜視図である。図５は、図３の第１連結コマ５３を前方上側から見た斜視図である。
第１連結コマ列５１は複数の第１連結コマ５３が列状に連結されてなる。第１連結コマ５３は全体として略平板体である。第１連結コマ５３は、平板矩形の本体部５３０、本体部５３０の前端に一対の軸受ブロック５３１、本体部５３０の後端中央に軸受ブロック５３２からなる。第１連結コマ５３の前端の一対の軸受ブロック５３１の間に、他の第１連結コマ５３の後端の軸受ブロック５３２がはめ込まれる。前端の軸受ブロック５３１には、第１連結コマ５３の幅方向と平行に軸孔５３３が貫通されている。後端の軸受ブロック５３２にも、第１連結コマ５３の幅方向と平行に軸孔５３４が貫通されている。前後の第１連結コマ５３において、後方の第１連結コマ５３の軸受ブロック５３１の間に、前方の第１連結コマ５３の軸受ブロック５３２が差し込まれ、一対の軸孔５３３と軸孔５３４とは連続的につながり、この貫通孔にシャフトが挿入されることで、前後の第１連結コマ５３は互いに回転自在に連結される。

第１連結コマ５３の後方の軸受ブロック５３２の後端上面には、後方に向かって突出した突出部５３６が設けられる。この突出部５３６を受ける受け部５３５が、第１連結コマ５３の本体部５３０の先端上面の一対の軸受ブロック５３１の間に階段状に形成される。受け部５３５は、本体部５３０の表面から窪んだ形状を有する。この窪みの深さは、突出部５３６の厚みに同一である。

第１連結コマ５３の本体部５３０の後端両側の上面に、後方に向かって突出した一対の突出部５３８が設けられる。この一対の突出部５３８を受ける一対の受け部５３７が、第１連結コマ５３の前方の一対の軸受ブロック５３１の先端上面にそれぞれ形成される。受け部５３７は、軸受ブロック５３１の表面から窪んだ形状を有する。この窪みの深さは、突出部５３８の厚みに同一である。これにより第１連結コマ列５１が直線状に整列し、突出部５３６，５３８に受け部５３５，５３７が当接した状態で、第１連結コマ列５１の表面は間隙が極小の単一の平坦面を構成する。第１連結コマ列５１が直線状に整列した状態で、突出部５３６，５３８に受け部５３５，５３７がそれぞれ当接することにより、第１連結コマ列５１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。

ある第１連結コマ５３の後端面に対するその後方で隣接する第１連結コマ５３の前端面の衝突を緩衝し、その衝突音を低減するために、複数の第１連結コマ５３各々に少なくとも一つの緩衝部材が装備されている。緩衝部材は、第１連結コマ５３の前端面又は後端面のうち少なくとも一方に装備される。ここでは、緩衝部材が第１連結コマ５３の前端面に装備される例について説明する。緩衝部材は、第１連結コマ列５１が直線状に整列した状態で、前後の第１連結コマ５３が接触している箇所に装備される。例えば、緩衝部材は、本体部５３０の前端面と受け部５３５の上面とにより規定される段差部分に装着される。具体的には、本体部５３０の前端面と受け部５３５の上面とにより規定される角部分に溝穴部（スリット、凹部ともいう）５５１が設けられる。この溝穴部５５１に緩衝部材として、ここではゴムリング５５０が縦向きにはめ込まれる。

図６は、図３の溝穴部５５１に装着されるゴムリング５５０を示す斜視図である。緩衝部材には周方向直交断面形状が円形の円環体としてのゴムリング５５０が採用される。緩衝部材として周方向直交断面形状が矩形の短円筒体としてのゴムリング５５０であってもよい。ゴムリング５５０は、弾性材製、典型的にはシリコーンゴム製であるが、もちろん天然ゴム等他の素材の弾性材製であっても良い。緩衝部材として周方向直交断面形状が円形の円環体としてのゴムリング５５０を採用し、さらにそのゴムリング５５０を衝突面に対して縦に、つまりゴムリング５５０の円環中心軸が衝突面に平行になる向きに取り付けることにより、第１連結コマ５３どうしが衝突して、ゴムリング５５０が押しつぶされ、その中心軸に向かって変形するので、変形したゴムリング５５０は溝穴部５５１に完全に収容されることが容易に可能になる。もちろん変形したゴムリング５５０が溝穴部５５１に完全に収容されるには、ゴムリング５５０の厚みｔｒ（線径φに等価）、外径Ｄｒ、内径ｄｒを、溝穴部５５１の縦、横、深さの寸法とともに設計される必要がある。

図７は、図３の溝穴部５５１を示す斜視図である。図８は、図７の溝穴部５５１を示す側面図である。図９は、前後の第１連結コマ５３が直線状に配列されたときの溝穴部５５１を示す断面図である。溝穴部５５１は、縦断面Ｌ字形状を有する。溝穴部５５１の深さをＤｓ１、本体部５３０の前端面側及び受け部５３５の上面側のスリット長をＬｓ１、スリット幅をＷｓ１と表記する。ここでは、溝穴部５５１のＬ字の１辺の長さ（本体部５３０の前端面側のスリット長）と他の１辺の長さ（受け部５３５の上面側のスリット長）とは同一長Ｌｓ１とする。

溝穴部５５１のスリット幅Ｗｓ１は、ゴムリング厚ｔｒよりもわずかに狭い。これにより溝穴部５５１に装着されたゴムリング５５０は、その弾性により溝穴部５５１の側面を押圧し、嵌め込まれた状態を維持される。なお、スリット幅Ｗｓ１をゴムリング厚ｔｒ以上の幅にし、溝穴部５５１に対してゴムリング５５０を接着剤により固定させてもよいが、交換等メンテナンス性を考慮するとゴムリング５５０を単に溝穴部５５１にはめ込んで保持させることが好ましい。

溝穴部５５１の深さＤｓ１は、ゴムリング５５０の外径Ｄｒよりも浅く、好適にはゴムリング５５０の外径Ｄｒの１／２以上、２／３以下の深さである。これにより溝穴部５５１に装着されたゴムリング５５０の一部が本体部５３０の前端面と受け部５３５の上面とから突出する。後方の第１連結コマ５３の前端面が前方の第１連結コマ５３の後端面に当接する前に、後方の第１連結コマ５３の前端面に装着されたゴムリング５５０が前方の第１連結コマ５３の後端面に接触する。ゴムリング５５０が前方の第１連結コマ５３の後端面に接触開始してから、後方の第１連結コマ５３の前端面が前方の第１連結コマ５３の後端面に当接するまでの間、ゴムリング５５０は前方の第１連結コマ５３の後端面に押圧され、弾性変形する。そのため、後方の第１連結コマ５３の前端面が前方の第１連結コマ５３の後端面に当接する直前の速度は、ゴムリング５５０が装着されていない場合に比べて、減速される。これにより、ゴムリング５５０は、後方の第１連結コマ５３の前端面と前方の第１連結コマ５３の後端面との衝突が緩衝され得る。第１連結コマ５３どうしの衝突を緩衝することは、第１連結コマ５３どうしの衝突音を小さくし、第１連結コマ５３の耐久性を向上する。

図３に示すように、第１連結コマ５３は、複数、ここでは３つのゴムリング５５０を装着する。３つのゴムリング５５０に代えて、３つのゴムリング５５０の配列幅に相当する長さの円筒体をそれと同等の長さに形成した溝穴部に装着するようにしても良い。第１連結コマ５３には、複数のゴムリング５５０をそれぞれ装着するための複数の溝穴部５５１が設けられる。複数の溝穴部５５１は、互いに同一の幅、深さ、長さを有する。複数の溝穴部５５１は、第１連結コマ５３の幅中央付近に一定間隔を隔てて並設される。複数の溝穴部５５１にそれぞれ嵌め込まれた複数のゴムリング５５０は互いに平行、つまり各々の円環中心軸が同軸に揃うものであり、その軸は第１連結コマ５３の幅方向に対して平行である。複数のゴムリング５５０を同軸で装着することは、単一のゴムリング５５０を装着する場合に比べて、前方の第１連結コマ５３の後端面をゴムリング５５０で受ける面積を増やし、衝突の緩衝性を向上する。また、複数のゴムリング５５０を、それぞれ対応する複数の溝穴部５５１に装着することは、単一の溝穴部５５１に複数のゴムリング５５０を装着する場合に比べて、ゴムリング５５０を溝穴部５５１に装着する作業の効率を向上する。さらに、複数のゴムリング５５０を第１連結コマ５３の幅中央に装着することは、ゴムリング５５０を溝穴部５５１に装着する際の本体部５３０の前方両側に設けられた軸受ブロック５３１の影響を小さくし、複数のゴムリング５５０を幅方向に分散して配置する場合に比べて、ゴムリング５５０を溝穴部５５１に装着する作業の効率を向上する。

溝穴部５５１のスリット長Ｌｓ１は、弾性変形したゴムリング５５０を溝穴部５５１からはみ出すことなく収納するために必要な長さを有する。例えば、溝穴部５５１のスリット長Ｌｓ１は、ゴムリング５５０の外径Ｄｒよりもわずかに長い。これにより、弾性変形する前のゴムリング５５０と溝穴部５５１との間に隙間を形成することができる。この隙間に、前方の第１連結コマ５３の後端面により押圧され、弾性変形したゴムリング５５０が溝穴部５５１からはみ出すことなく収納される。弾性変形したゴムリング５５０が溝穴部５５１からはみ出さないことは、直線状に整列された第１連結コマ列５１の表面の平坦性を維持し、これにより第１、第２連結コマ列５１，５２による柱状体の剛性を維持する。

なお、弾性変形したゴムリング５５０を溝穴部５５１からはみ出すことなく収納できれば、溝穴部５５１のスリット長Ｌｓ１は、ゴムリング５５０の外径Ｄｒと略等価の長さであってもよい。図８に示すように、溝穴部の縦断面形状をゴムリング５５０の縦断面形状とは異なる、例えばＬ字形にすることで、弾性変形前のゴムリング５５０と溝穴部５５１との間に弾性変形したゴムリング５５０を収納するための隙間を形成するようにしてもよい。また、内径ｄｒの長いゴムリング５５０を採用することで、ゴムリング５５０の内側に弾性変形したゴムリング５５０を収納するために必要な隙間を形成するようにしてもよい。

図１０は、図１の第２連結コマ列５２を構成する第２連結コマ５４を示す側面図である。図１１は、図１０の第２連結コマ５４を前方上側から見た斜視図である。
第２連結コマ５４は、その前方部分が凹形状、後方部分が凸形状の溝状体に成形されている。具体的には、第２連結コマ５４は断面コ字形又はＵ字形の溝形状（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が底板５４１により平行に連結されてなる。底板５４１の後方中央に軸受ブロック（以下、後方の軸受ブロックという。）５４３が設けられる。底板５４１の前方両側に軸受ブロック（以下、前方の軸受ブロックという。）５４２が設けられる。これら軸受ブロック５４２，５４３の表面は、底板５４１の表面とともに単一の平坦面を構成する。前後の第２連結コマ５４において、後方の第２連結コマ５４の前方両側の一対の軸受ブロック５４２の間に、前方の第２連結コマ５４の後方中央の軸受ブロック５４３が差し込まれた状態で、前後の第２連結コマ５４各々の側面は単一の平坦面を構成する。また、前後の第２連結コマ５４が直線状に配列された状態で、前後の第２連結コマ５４の各々の表面は単一の平坦面を構成する。

前方の一対の軸受ブロック５４２には、第２連結コマ５４の幅方向と平行に貫通した一対の軸孔５４４がそれぞれ空けられている。後方の軸受ブロック５４３には、第２連結コマ５４の幅方向と平行に貫通した軸孔５４５が空けられている。後方の第２連結コマ５４の前方両側の一対の軸受ブロック５４２の間に、前方の第２連結コマ５４の後方中央の軸受ブロック５４３が差し込まれた状態で、軸孔５４５と一対の軸孔５４４とは連続的につながり、シャフトが挿入される。前後の第２連結コマ５４はシャフトを中心に互いに回転自在に連結される。第２連結コマ５４の本体部は断面コ字形又はＵ字形状であり、第２連結コマ列５２は直線状に整列された状態で、前後の第２連結コマ５４の側板５４０の端面同士が当接する。そのため、第２連結コマ列５２は、内側（底板５４１の表面側）には屈曲可能であるが、外側（底板５４１の背面側）には屈曲不可である。

前方の第２連結コマ５４の後端面に対する後方の第２連結コマ５４の前端面の衝突を緩衝するために、複数の第２連結コマ５４各々は少なくとも一つの緩衝部材を装備する。緩衝部材は、第２連結コマ５４の前端面又は後端面のうち一方に装備される。ここでは、緩衝部材が第２連結コマ５４の前端面に装備される例を説明する。緩衝部材は、第２連結コマ列５２が直線状に整列した状態で、前後の第２連結コマ５４が接触している箇所、例えば側板５４０の前端面又は後端面に装備される。例えば、緩衝部材は、側板５４０の前端面の、好適には側板５４０の前端面の上方に装備される。具体的には、一対の側板５４０各々の前端面の上方に、溝穴部５６１が設けられる。この溝穴部５６１に緩衝部材として、ここではゴムリング５６０が装着される。ゴムリング５６０は、図６に示すゴムリング５５０と同一の外形形状を有する。前方の第２連結コマ５４の側板５４０の後端面に対して、後方の第２連結コマ５４の側板５４０の前端面は底板５４１の前方のシャフトを軸に回転して衝突する。この衝突直前の速度は、回転軸から近い側板５４０の下方に比べて、回転軸から遠い側板５４０の上方が速い。回転軸から遠い側板５４０の前端面の上方にゴムリング５６０を装備することは、ゴムリング５６０による衝突の緩衝性の向上に寄与する。

図１２は、図１０の第２連結コマ５４の前端面の溝穴部５６１を示す斜視図である。図１３は、図１２の第２連結コマ５４の前端面の溝穴部５６１を示す側面図である。図１４は、前後の第２連結コマ５４が直線状に配列されたときの第２連結コマ５４の前端面の溝穴部５６１を示す断面図である。溝穴部５６１は、縦断面矩形状を有する。溝穴部５６１の深さをＤｓ２、第２連結コマ５４の側板５４０に対して平行なスリット長をＬｓ２、側板５４０の厚みに対して平行なスリット幅をＷｓ２と表記する。

溝穴部５６１のスリット幅Ｗｓ２は、ゴムリング厚ｔｒよりもわずかに狭い。これにより溝穴部５６１に装着されたゴムリング５６０は、その弾性により溝穴部５６１の側面を押圧し、嵌め込まれた状態を維持する。なお、スリット幅Ｗｓ２をゴムリング厚ｔｒ以上の幅にし、溝穴部５６１に対してゴムリング５６０を接着剤により固定してもよい。

溝穴部５６１の深さＤｓ２は、ゴムリング５６０の外径Ｄｒよりも浅く、好適にはゴムリング５６０の外径Ｄｒの１／２以上、外径Ｄｒの２／３以下の深さである。溝穴部５６３に装着されたゴムリング５６０の一部が側板５４０の前端面から前方に突出する。後方の第２連結コマ５４の側板５４０の前端面が前方の第２連結コマ５４の側板５４０の後端面に当接する前に、後方の第２連結コマ５４の側板５４０の前端面に装着されたゴムリング５６０が前方の第２連結コマ５４の側板５４０の後端面に接触する。ゴムリング５６０が前方の第２連結コマ５４の側板５４０の後端面に接触開始してから、後方の第２連結コマ５４の側板５４０の前端面が前方の第２連結コマ５４の側板５４０の後端面に当接するまでの間、ゴムリング５６０は前方の第２連結コマ５４の側板５４０の後端面に押圧され、弾性変形する。そのため、後方の第２連結コマ５４の側板５４０の前端面が前方の第２連結コマ５４の側板５４０の後端面に衝突する直前の速度は、ゴムリング５６０が装着されていない場合に比べて、減速される。これにより、ゴムリング５６０は、後方の第２連結コマ５４の前端面と前方の第２連結コマ５４の後端面との衝突を緩衝する。第２連結コマ５４どうしの衝突を緩衝することは、第２連結コマ５４どうしの衝突音を小さくし、第２連結コマ５４の耐久性を向上する。

溝穴部５６１のスリット長Ｌｓ２は、弾性変形したゴムリング５６０を溝穴部５６１からはみ出すことなく収納するために必要な長さを有する。例えば、溝穴部５６１のスリット長Ｌｓ２は、ゴムリング５６０の外径Ｄｒよりもわずかに長い。これにより、弾性変形する前のゴムリング５６０と溝穴部５６１との間に隙間を形成することができる。この隙間に、前方の第２連結コマ５４の側板５４０後端面により押圧され、弾性変形したゴムリング５６０が溝穴部５６１からはみ出すことなく収納される。弾性変形したゴムリング５６０が溝穴部５６１からはみ出さないことは、直線状に配列された第２連結コマ列５２の表面の平坦性を維持、これにより第１、第２連結コマ列５１，５２による柱状体の剛性を維持する。

なお、弾性変形したゴムリング５６０を溝穴部５６１からはみ出すことなく収納できれば、溝穴部５６１のスリット長Ｌｓ２は、ゴムリング５６０の外径Ｄｒと略等価の長さであってもよい。図１３に示すように、溝穴部５６１の縦断面形状をゴムリング５６０の縦断面形状とは異なる、例えば矩形にすることで、弾性変形前のゴムリング５６０と溝穴部５６１との間に弾性変形したゴムリング５６０を収納するための隙間を形成するようにしてもよい。また、内径ｄｒの長いゴムリング５６０を採用することで、ゴムリング５６０の内側に弾性変形したゴムリング５６０を収納するために必要な隙間を形成するようにしてもよい。

さらに、第２連結コマ５４の上端面に対する第１連結コマ５３の下端面の衝突を緩衝するために、複数の第１連結コマ５３各々の下端面又は複数の第２連結コマ５４各々の上端面は少なくとも一つの緩衝部材を装備する。ここでは、緩衝部材が第２連結コマ５４の上端面に装着される例を説明する。緩衝部材は、第１、第２連結コマ列５１，５２による柱状体が構成された状態で、第１連結コマ５３と第２連結コマ５４とが接触している箇所、例えば第２連結コマ５４の側板５４０の上端面に装備される。例えば、緩衝部材は、側板５４０の上端面の長さ中央に装備される。具体的には、一対の側板５４０各々の上端面の長さ中央に、溝穴部５６３が設けられる。この溝穴部５６３に緩衝部材として、ここではゴムリング５７０が装着される。ゴムリング５７０は、図６に示すゴムリング５５０と同一の外形形状を有する。

図１５は、図１１の第２連結コマ５４の上端面の溝穴部５６３を示す斜視図である。図１６は、図１１の第２連結コマ５４の上端面の溝穴部５６３を示す側面図である。図１７は、柱状体が構成されたときの第２連結コマ５４の上端面の溝穴部５６３を示す断面図である。溝穴部５６３は、縦断面矩形状を有する。溝穴部５６３の深さをＤｓ３、第２連結コマ５４の長さ方向に対して平行なスリット長をＬｓ３、側板５４０の厚みに対して平行なスリット幅をＷｓ３と表記する。

溝穴部５６３のスリット幅Ｗｓ３は、ゴムリング厚ｔｒよりもわずかに狭い。これにより溝穴部５６３に装着されたゴムリング５７０は、その弾性により溝穴部５６３の側面を押圧し、嵌め込まれた状態を維持する。なお、スリット幅Ｗｓ３をゴムリング厚ｔｒ以上の幅にし、溝穴部５６３に対してゴムリング５７０を接着剤により固定してもよい。

溝穴部５６３の深さＤｓ３は、ゴムリング５７０の外径Ｄｒよりも浅く、好適にはゴムリング５７０の外径Ｄｒの１／２以上、外径Ｄｒの２／３以下の深さである。これにより溝穴部５６３に装着されたゴムリング５７０の一部が側板５４０の上端面から上方に突出する。第１、第２連結コマ列５１，５２が互いに狭圧されるとき、第１連結コマ５３の下端面が第２連結コマ５４の上端面に当接する前に、第２連結コマ５４の上端面に装着されたゴムリング５７０が第１連結コマ５３の下端面に接触する。ゴムリング５７０が第１連結コマ５３の下端面に接触開始してから、第２連結コマ５４の上端面が第１連結コマ５３の下端面に当接するまでの間、ゴムリング５７０は第１連結コマ５３の下端面に押圧され、弾性変形する。そのため、第２連結コマ５４の上端面が第１連結コマ５３の下端面に衝突する直前の速度を、ゴムリング５７０が装着されていない場合に比べて、減速させることができる。これにより第２連結コマ５４と第１連結コマ５３との衝突を緩衝する。

溝穴部５６３のスリット長Ｌｓ３は、弾性変形したゴムリング５７０を溝穴部５６３からはみ出すことなく収納するために必要な長さを有する。例えば、溝穴部５６３のスリット長Ｌｓ３は、ゴムリング５７０の外径Ｄｒよりもわずかに長い。これにより、弾性変形する前のゴムリング５７０と溝穴部５６３との間に隙間を形成することができる。この隙間に、第１連結コマ５３の下端面により押圧され、弾性変形したゴムリング５７０が溝穴部５６３からはみ出すことなく収納される。弾性変形したゴムリング５７０が溝穴部５６３からはみ出さないことは、ゴムリング５７０が装着されていない場合に比べて、柱状体の剛性を維持する。

なお、弾性変形したゴムリング５７０を溝穴部５６３からはみ出すことなく収納できれば、溝穴部５６３のスリット長Ｌｓ３は、ゴムリング５７０の外径Ｄｒと略等価の長さであってもよい。図１５に示すように、溝穴部５６３の縦断面形状をゴムリング５７０の縦断面形状とは異なる、例えば矩形にすることで、弾性変形前のゴムリング５７０と溝穴部５６３との間に弾性変形したゴムリング５７０を収納するための隙間を形成するようにしてもよい。また、内径ｄｒの長いゴムリング５７０を採用することで、ゴムリング５７０の内側に弾性変形したゴムリング５７０を収納するために必要な隙間を形成するようにしてもよい。

第１、第２連結コマ５３，５４は、第２連結コマ列５２に対して第１連結コマ列５１を締結するためのロック機構を有する。このロック機構は、第２連結コマ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連結コマ５３のピンホールブロック５３９とにより構成される。

ピンホールブロック５３９は、第１連結コマ５３の背面の両側中央にそれぞれ設けられている。ピンホールブロック５３９は、縦断面台形状を有し、その厚み中央には第１連結コマ５３の長さ方向と平行にロックピンホールが空けられている。ロックピンブロック５４６は、第２連結コマ５４の側板５４０の先端上方の裏面に設けられる。ロックピンブロック５４６は直方体形状を有し、その前方の面には前方に向かって突出したロックピン５４７が形成されている。このロックピン５４７は、第１連結コマ５３のピンホールブロック５３９のピンホールにあわせた形状を有する。チャックブロック５４８は、第２連結コマ５４の側板５４０の後端上方の裏面に設けられる。チャックブロック５４８は直方体形状を有し、その後方部分は前方から後方に向かって斜めに切欠かれている。前後の第２連結コマ５４が直線状に整列されたとき、前方の第２連結コマ５４のチャックブロック５４８の後方部分と後方の第２連結コマ５４のロックピンブロック５４６の前方部分とはピンホールブロック５３９を受ける受け部を構成する。

第１、第２連結コマ列５１，５２は射出部５８で互いに押圧（狭圧）され、第１連結コマ５３のピンホールブロック５３９は、そのピンホールに後方の第２連結コマ５４のロックピンブロック５４６のロックピン５４７が挿入されながら、前方の第２連結コマ５４のチャックブロック５４８と後方の第２連結コマ５４のロックピンブロック５４６とにより構成される受け部に嵌合する。これにより、第１連結コマ５３は、前後の第２連結コマ５４によりロックされる。このロック状態は、第１、第２連結コマ列５１，５２の接合による柱状体が射出部５８により堅持されることで維持される。

（変形例）
緩衝部材が装備される位置は、上記に限定されない。図１８は、緩衝部材を装着する第１連結コマ５３の他の例を示す側面図である。図１９は、図１８の第１連結コマ５３を後方下側から見た斜視図である。図２０は、緩衝部材を装着する第２連結コマ５４の他の例を示す側面図である。図２１は、図２０の第２連結コマ５４を後方上側から見た斜視図である。

第１連結コマ５３どうしの衝突を緩衝するためのゴムリング５５０は、第１連結コマ５３の後端面に装着されてもよい。具体的には、ゴムリング５５０は、第１連結コマ５３の突出部５３６の後端下側の角部分に設けられた溝穴部５５３に装着される。溝穴部５５３は、図７、図８、図９で説明した溝穴部５５１と同一のスリット長、スリット幅、スリット深さを有する。溝穴部５５３に装着されたゴムリング５５０は、後方の第１連結コマ５３の前端面と前方の第１連結コマ５３の後端面との衝突を緩衝する。

第１連結コマ５３と第２連結コマ５４との衝突を緩衝するためのゴムリング５７０は、第１連結コマ５３の下端面に装着されてもよい。具体的には、ゴムリング５７０は、第１連結コマ５３の下端面の長さ中央、幅両側に設けられた溝穴部５５５に装着される。溝穴部５５５は、図１５，図１６、図１７で説明した溝穴部５６３と同一のスリット長、スリット幅、スリット深さを有する。溝穴部５５５に装着されたゴムリング５７０は、第１連結コマ５３の下端面と第２連結コマ５４の上端面との衝突を緩衝する。

第２連結コマ５４どうしの衝突を緩衝するためのゴムリング５６０は、第２連結コマ５４の後端面に装着されてもよい。具体的には、ゴムリング５６０は、第２連結コマ５４の側板５４０の後端上方に設けられた溝穴部５６５に装着される。溝穴部５６５は、図１２、図１３、図１４で説明した溝穴部５６１と同一のスリット長、スリット幅、スリット深さを有する。溝穴部５６５に装着されたゴムリング５６０は、後方の第２連結コマ５４の前端面と前方の第２連結コマ５４の後端面との衝突を緩衝する。

本実施形態では、第１、第２連結コマ５３、５４の前端面、第２連結コマ５４の上端面にそれぞれ緩衝部材が装備される例と、第１、第２連結コマ５３、５４の後端面、第１連結コマ５３の下端面にそれぞれ緩衝部材が装備される例とを説明した。しかしながら、緩衝部材を装備するコマは本実施形態に限定されない。例えば、第１連結コマ５３のみに、第１連結コマ５３どうしの衝突を緩衝するための緩衝部材が装備されてもよいし、第２連結コマ５４のみに、第２連結コマ５４どうしの衝突を緩衝するための緩衝部材が装備されてもよい。また、第１、第２連結コマ５３，５４の衝突を緩衝するための緩衝部材だけが、第１連結コマ５３又は第２連結コマ５４に装備されてもよい。また、第１、第２連結コマ５３，５４に装備される緩衝部材の位置の組み合わせは、本実施形態に限定されない。例えば、第１連結コマ５３の前端面、第２連結コマ５４の後端面、第１連結コマ５３の下端面にそれぞれ緩衝部材が装備されてもよい。もちろん、緩衝部材の数は、本実施形態に限定されない。例えば、第１連結コマ５３に装備される緩衝部材の数は、単一であってもよい。

さらに、第１連結コマ５３どうしの衝突を緩衝するための緩衝部材が、第１連結コマ５３の両端面（前端面と後端面）に装備されてもよい。第２連結コマ５４どうしの衝突を緩衝するための緩衝部材が、第２連結コマ５４の両端面（前端面と後端面）に装備されてもよい。第１、第２連結コマ５３，５４の衝突を緩衝するための緩衝部材が、第１、第２連結コマ５３、５４の両方に装備されてもよい。これにより、一端面に緩衝部材が装備される場合に比べて緩衝性能は向上し、一端面の緩衝部材が劣化、脱落等した場合であっても、緩衝性能を保持する。また、後端面の緩衝部材を、前端面の緩衝部材に対応する位置に装備することで、隣合うコマ同士が衝突したときに緩衝部材どうしが衝突するため、緩衝部材にコマが衝突する場合に比べて、緩衝部材の劣化を抑えることが期待できる。

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。

５３…第１連結コマ、５３０…本体部、５３１、５３２…軸受ブロック、５３３，５３４…軸孔、５３５，５３７…受け部、５３６，５３８…突出部、５５０…ゴムリング、５５１…溝穴部。

Claims (10)

1. 平板形状の複数の第１連結コマと、前記第１連結コマ各々は隣の第１連結コマに対し前後端面において屈曲可能に連結される、
   溝枠形状の複数の第２連結コマと、前記第２連結コマ各々は隣の第２連結コマに対し底部前後端面において屈曲可能に連結される、
   前記複数の第１連結コマの先頭と前記複数の第２連結コマの先頭とを結合する結合部と、前記第1、第２連結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連結コマは互いに分離されたとき屈曲状態に復帰する、
   前記第１、第２連結コマを前後移動自在に支持するとともに、前記第１、第２連結コマが前方に移動するとき前記第１、第２連結コマを接合させ、前記第１、第２連結コマが後方に移動するとき前記第１、第２連結コマを分離させる機構部と、
   前記第１連結コマの端面どうしの衝突を緩衝するために前記第１連結コマ各々の前端面又は後端面に装備された少なくとも一つの緩衝部材とを具備し、
   前記第１連結コマは、本体部の後端又は前端に後方又は前方に突出して突出部が設けられ、前記本体部の前端又は後端には前記突出部を受けるように前記本体部に対して段差をもって受け部が設けられ、
   前記本体部の前端面又は後端面と前記受け部の上面とが交差する角部分を跨いで縦断面Ｌ字形状に形成された前記緩衝部材を嵌め込むための少なくとも一つの溝穴部が設けられることを特徴とする直動伸縮機構。
2. 前記緩衝部材は、周方向直交断面形状が円形の弾性円環体であることを特徴とする請求項１記載の直動伸縮機構。
3. 前記緩衝部材は円環中心軸が前記第１連結コマの連結軸方向に対して略平行になる向きで前記溝穴部に嵌め込まれることを特徴とする請求項２記載の直動伸縮機構。
4. 前記第１連結コマの連結軸方向に平行な前記溝穴部の幅は、前記緩衝部材の厚みよりもわずかに狭いことを特徴とする請求項３記載の直動伸縮機構。
5. 前記溝穴部における縦断面Ｌ字形状の２辺各々の長さは、前記緩衝部材の外径と等価又はわずかに長いことを特徴とする請求項４記載の直動伸縮機構。
6. 前記溝穴部の前記本体部と前記受け部それぞれの深さは、前記緩衝部材の外径の１／２以上で２／３以下であることを特徴とする請求項５記載の直動伸縮機構。
7. 前記第１連結コマ各々の前端面又は後端面には複数の溝穴部が設けられ、前記複数の溝穴部に前記複数の緩衝部材がそれぞれ嵌め込まれ、前記複数の溝穴部に嵌め込まれた前記複数の緩衝部材は互いに円環中心軸を揃えて並設されることを特徴とする請求項１記載の直動伸縮機構。
8. 前記複数の緩衝部材は前記第１連結コマの連結軸方向に沿って一定間隔を隔てて並設されることを特徴とする請求項７記載の直動伸縮機構。
9. 前記第１連結コマの前後端面に押しつぶされて弾性変形した前記緩衝部材は前記溝穴部からはみ出さずに前記溝穴部に収納されることを特徴とする請求項２記載の直動伸縮機構。
10. 平板形状の複数の第１連結コマと、前記第１連結コマ各々は隣の第１連結コマに対し前後端面において屈曲可能に連結される、
    溝枠形状の複数の第２連結コマと、前記第２連結コマ各々は隣の第２連結コマに対し底部前後端面において屈曲可能に連結される、
    前記複数の第１連結コマの先頭と前記複数の第２連結コマの先頭とを結合する結合部と、前記第1、第２連結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連結コマは互いに分離されたとき屈曲状態に復帰する、
    前記第１、第２連結コマを前後移動自在に支持するとともに、前記第１、第２連結コマが前方に移動するとき前記第１、第２連結コマを接合させ、前記第１、第２連結コマが後方に移動するとき前記第１、第２連結コマを分離させる機構部と、
    前記第１連結コマの端面どうしの衝突を緩衝するために前記第１連結コマ各々の前端面に装備された少なくとも一つの第１緩衝部材と、
    前記第２連結コマの端面どうしの衝突を緩衝するために前記第２連結コマ各々の前端面装備された少なくとも一つの第２緩衝部材と、
    前記第１連結コマの下端面と前記第２連結コマの上端面との衝突を緩衝するために前記第２連結コマ各々の上端面に装備された少なくとも一つの第３緩衝部材とを具備し、
    前記第１連結コマ各々の前端面には、前記第１緩衝部材を嵌め込むための少なくとも一つの第１溝穴部が設けられ、
    前記第２連結コマ各々の前端面には、前記第２緩衝部材を嵌め込むための少なくとも一つの第２溝穴部が設けられ、
    前記第２連結コマ各々の上端面には、前記第３緩衝部材を嵌め込むための少なくとも一つの第３溝穴部が設けられ、
    前記第１連結コマは、本体部の後端又は前端に後方又は前方に突出して突出部が設けられ、前記本体部の前端又は後端には前記突出部を受けるように前記本体部に対して段差をもって受け部が設けられ、
    前記第１溝穴部は、前記本体部の前端面又は後端面と前記受け部の上面とが交差する角部分を跨いで縦断面Ｌ字形状に形成されることを特徴とする直動伸縮機構。

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