JP6926600B2 - アームの展開および収納機構と、それを含むアーム装置 - Google Patents

Description

本発明は、アームの展開および収納機構と、それを含むアーム装置に関する。

様々な情報や性質や物理量を求めるセンサ等のデバイスを適切な位置に保持するために、先端部にセンサ等のデバイスが取り付けられるアームが用いられる。アームは、デバイスの使用時にはアームが延びた展開状態になり、デバイスの非使用時にはアームが引き込まれた収納状態になる。このようなアームの展開および収納を実現するための機構の一例が、特許文献１に示されている。特許文献１に記載の発明では、図７Ａ，７Ｂに示すように、アーム２１がアーム支持ピン２２を用いてヒンジ２３に回転可能に取り付けられている。アーム支持ピン２２から見て、アーム２１の、展開時に所定位置に向けて延ばされる先端部（デバイスが取り付けられる端部）と反対側の後端部の駆動ピン２４が、例えば電動モーターや油圧ピストン等で構成されている駆動部２５の駆動ブラケット２６の一端開口の長穴２６ａ内に挿入されている。駆動ブラケット２６が例えば上下方向に移動すると、駆動ピン２４が長穴２６ａの内部で例えば水平方向に移動し、その結果、アーム２１がアーム支持ピン２２を中心として回転することで、アーム２１の展開状態と収納状態とが切り換えられる。

このアームの展開および収納機構において、仮に、展開状態またはアーム２１の回転動作（展開状態と収納状態の切換動作）中に、何らかの不具合等で駆動部２５が停止すると、アーム２１を収納することができなくなる。アーム２１が展開状態のままに放置されると、邪魔になるだけでなく、何らかの外力が加わって破損するおそれがある。そこで、駆動部２５が停止した状態でアーム２１を収納できる緊急収納機構２７が設けられている。

緊急収納機構２７の一例では、図７Ａ，７Ｂに示すように、ヒンジ２３が固定されているヒンジ引き止めブロック２８に押しスプリング２９を組み込むとともに、ヒンジ引き止めブロック２８を、ロックピン３０を用いてロックピン固定ブロック３１に固定している。従って、ロックピン３０がロックピン固定ブロック３１から引き抜かれると、ヒンジ引き止めブロック２８の固定が解除されて、押しスプリング２９の付勢力でヒンジ引き止めブロック２８が移動し、それに伴ってヒンジ２３が傾く。ヒンジ２３の傾きに伴ってアーム２１が移動して駆動ピン２４が駆動ブラケット２６の長穴２６ａの開口端から脱出し、アーム２１がフリーになって自重で回転することにより収納状態になる。

特許文献２には、センサ等のデバイスが取り付けられるものではないが、蓋に伝達リンク機構部が連結されており、蓋の開閉が可能な構成が開示されている。また、特許文献３には、パイプラインにおける緊急遮断弁の作動を確実にして安全性を高めた緊急遮断装置が開示されている。

特開２０１３−１６０２４４号公報 特開平５−１７１７９９号公報 特開平７−２６９７３０号公報

前述したようにロックピン３０を用いる関連技術では、展開中のアーム２１が使用環境から受ける外力（風力、潮流、振動）等の一部がロックピン３０に直接加わるおそれがある。その場合、ロックピン固定ブロック３１やヒンジ引き止めブロック２８のロックピン３０用の穴の中でロックピン３０が動き、穴のエッジ部とロックピン３０の点接触部分に集中荷重が発生して過大な接触摩擦が生じ、ロックピン３０を引き抜く際の操作性が悪くなる。そして、アーム２１に加わってロックピン３０に伝わる外力の方向によっては、ロックピン３０に集中荷重が加わってロックピン３０が損傷し、ロックピン３０を引き抜くことができなくなるおそれがある。また、ロックピン３０を引き抜く動作の後半では、１個のロックピン固定ブロック３１のみでロックピン３０を支える片持ち梁状態となり、ロックピン固定ブロック３１のロックピン用の穴のエッジ部に集中荷重が発生して摩擦力が大きくなり、操作性が悪化するおそれがある。

さらに、アーム２１を支持するヒンジ２３は、ロックピン３０、ロックピン固定ブロック３１、およびヒンジ引き止めブロック２８が押しスプリング２９の付勢力で押し付けられて固定されている。従って、アーム２１から固定部分までの力の伝達経路が長く、各部材の接続部分のクリアランス等により、アーム２１が外力で容易に動き易くなっており、アーム２１に取り付けられたセンサ等のデバイスの位置がずれ、デバイスの動作の信頼性が低下するおそれがある。これを防止するために押しスプリング２９の付勢力を強くすると、ロックピン３０、ヒンジ引き止めブロック２８、およびロックピン固定ブロック３１の間の接触摩擦が増大し、ロックピン３０の引き抜きに要する力が増大し、操作性が著しく低下するという問題が生じる。

また、押しスプリング２９の付勢力のみでヒンジ２３を傾かせる構成であるが、前述したように外力がアーム２１に加わって駆動ピン２４と駆動ブラケット２６の接触摩擦が大きくなった状態では、押しスプリング２９の付勢力だけではヒンジ２３を傾かせることができず、緊急収納が完遂できないおそれがある。

特許文献２に記載されている構成では、駆動装置に駆動された収納ケースの昇降動作が、伝達リンク機構部を介して、蓋の開閉動作に変換可能であり、かつ蓋の手動開閉も可能である。また、特許文献３に記載されている構成では、ガスボンベの上面開口部の封板の直上のカッターが、平時は挟止体に拘束されており、緊急事態の発生時に落下して封板を破る。しかし、これらの特許文献２，３には、アームの展開および収納動作の駆動力を発生する駆動部が動作不能になった時に、アームの緊急収納動作を高信頼性および高操作性で実施可能にすることは想定されていない。

そこで、本発明の目的は、前述した課題を解決し、アームを展開および収納可能であるとともに、緊急収納動作を高信頼性および高操作性で実施可能なアームの展開および収納機構とそれを含むアーム装置を提供することにある。

本発明のアームの展開および収納機構が、アームに連結されているリンク機構の一部を構成する、回転可能なサブアームと、サブアームの一端部に連結されており駆動力を伝達する駆動ブラケットとを有し、アームは、一端部がベースフレームに回転可能に連結され、他端部にデバイスが取り付けられ、サブアームは、一端部に駆動ブラケットが連結され、アームの一端部と他端部との間の中間位置がロッドの一部分に回転可能に連結され、サブアームの他端部がロッドの他の部分に回転可能に連結されることで、アームの中間位置とサブアームの他端部とがロッドを介して接続されるとともに、サブアームの一端部と他端部との間の第１の点がサブフレームの一部分に回転可能に連結され、ベースフレームがサブフレームの他の部分に回転可能に連結されることで、サブアームの第１の点とベースフレームとがサブフレームを介して接続されて、リンク機構が構成されており、アームの展開状態は、重力に逆らって水平方向で固定された状態であり、サブアームは、第１の点が移動不能で駆動ブラケットが移動可能であって第１の点を中心として回転可能な状態と、第１の点が移動可能で駆動ブラケットが移動不能であって一端部を中心として回転可能な状態と、を選択的にとり得る。

本発明によると、アームを展開および収納可能であるとともに、緊急収納動作を高信頼性および高操作性で実施可能である。

本発明の第1の実施形態のアームの展開および収納機構を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態のアームの展開および収納機構を含むアーム装置の斜視図である。 図２Ａに示すアーム装置の断面図である。 図２Ａ，２Ｂに示すアーム装置の緊急収納動作を示す斜視図である。 図３Ａに示すアーム装置の断面図である。 図２Ａ，２Ｂに示すアーム装置の緊急収納動作の図３Ａ，３Ｂに示す状態に続く状態を示す斜視図である。 図４Ａに示すアーム装置の断面図である。 図２Ａ，２Ｂに示すアーム装置の緊急収納動作が完了した状態を示す斜視図である。 図５Ａに示すアーム装置の断面図である。 図２Ａ〜５Ｂに示すアーム装置の変形例を複数含むアーム装置集合体を示す斜視図である。 関連技術のアーム装置の斜視図である。 図７Ａに示すアーム装置の平面図である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態のアームの展開および収納機構は、図１に示すように、回転可能なアーム１に連結されているリンク機構１７の一部を構成する回転可能なサブアーム３と、サブアーム３の一端部（ピン１２に代表される端部）に連結されており駆動力を伝達する駆動ブラケット７とを有している。サブアーム３は、駆動ブラケット７が移動可能な状態において回転中心となる第１の点（ピン１１）を有している。このピン１１は、移動不能な状態と移動可能な状態を選択的にとることができる。この構成によると、駆動ブラケット７が移動可能でピン１１が移動不能な状態でアーム１を展開および収納可能であるとともに、ピン１１が移動可能な状態で緊急収納動作を高信頼性および高操作性で実施可能である。

［第２の実施形態］
図２Ａ，２Ｂに、本発明の第２の実施形態のアームの展開および収納機構を含むアーム装置の斜視図と断面図を示している。本実施形態のアーム装置では、ベース面上に立設されている２枚のベースフレーム１５に、ピン９を用いてアーム１が連結されており、アーム１はこのピン９を回転中心として回転することができる。アーム１には、ピン９の近傍に設けられたピン８を用いてロッド２が連結されている。さらにロッド２は、サブアーム３に、ピン１０を用いて連結されている。サブアーム３は、サブフレーム４にピン１１（第１の点）を用いて連結されている。従って、アーム１は、ピン９を用いてベースフレーム１５に回転可能に支持されるとともに、ピン８、ロッド２、ピン１０、サブアーム３、ピン１１を介して、サブフレーム４に連結されている。ピン８，１０，１１は、各ピンを回転中心とする回転運動を可能にしており、これにより、アーム１、ロッド２、サブアーム３は、リンク機構１７を構成している

サブフレーム４はベースフレーム１５の側面に配置され、サブフレーム４に固定されたピン１３が、ベースフレーム１５に設けられた上下方向に延びる長穴１５ａを貫通している。ピン１３が長穴１５ａ内に位置する範囲内で、サブフレーム４はベースフレーム１５の側面を長穴１５ａに沿って上下方向に移動することができる。

また、ベースフレーム１５にはピン１４が固定され、さらにピン１４はフック５の切り欠き部５ａに係止されている。さらに、レバー６が、ピン１６を用いて２枚のベースフレーム１５のうちの一方に連結されており、かつベースフレーム１５に設けられた長穴１５ｂを貫通している。従って、レバー６は、長穴１５ｂ内に位置する範囲内で、ピン１６を中心として回転可能である。レバー６は、回転させようとする外力を受けていない状態では、自重で長穴１５ｂの下端部上に水平に位置して支持されており、その状態でフック５の一部と接触している。フック５は、ピン１４を中心として回転可能であるが、初期状態においては、水平に保持されているレバー６に当接して拘束されており、回転することができない。これらの部材が緊急収納機構１８を構成している。

ピン１１を中心として回転可能なサブアーム３の、ロッド２に連結されているピン１０と反対側に設けられたピン１２（第２の点）が、駆動ブラケット７に設けられた、水平方向に延びる一端開口の長穴７ａ内に挿入されている。駆動ブラケット７は、模式的に示す駆動手段（例えば電動モータや油圧シリンダなど）１９を用いて駆動されて上下動する。

（アームの展開および収納動作）
図２Ａ，２Ｂ示すアーム装置では、駆動手段１９に駆動された駆動ブラケット７の上下動が、ピン１１を中心としたサブアーム３の回転運動に変換され、ピン１０、ロッド２、ピン８を介してアーム１に伝えられ、アーム１が回転運動を行う。この回転運動に従ってアーム１の展開状態と収納状態が切り換えられる。具体的には、駆動手段に駆動された駆動ブラケット７が下降すると、サブアーム３がピン１１を中心として図２Ｂの時計回りに回転し、それに伴って、サブアーム３に連結されているロッド２に押し上げられてアーム１が展開状態になる。これに対し、駆動手段１９に駆動された駆動ブラケット７が上昇すると、サブアーム３がピン１１を中心として図２Ｂの反時計回りに回転し、それに伴って、サブアーム３に連結されているロッド２に引き下げられてアーム１が収納状態になる。サブアーム３の回転中心（支点）となるピン１１に加わる反力は、サブフレーム４、ピン１３、およびフック５に伝わる。通常、フック５はレバー６に回転不能に拘束されているため、ピン１１が前述の反力で動くことはなく、反力を支える支点として機能する。サブアーム３は、回転中心となるピン１１（第１の点）から、回転駆動力を受けるピン１２（第２の点）までの距離よりも、展開状態のアーム１につながる他部材（ロッド２）に連結されるピン１０（第３の点）までの距離が長い。そのため、駆動ブラケット７の上下方向の移動量が小さくても、梃子の原理に従ってロッド２およびアーム１の大きな変位が得られる。それにより、アーム１が水平な展開状態と、アーム１がほぼ垂直な収納状態とを容易に切り換えることができる。

（緊急収納動作）
図２Ａ，２Ｂに示すアーム装置において、何らかの不具合が生じて駆動ブラケット７が上下動できず、アーム１が展開状態から収納状態に切り換えられなくなった場合には、緊急収納機構１８が緊急収納動作を行う。この緊急収納機構１８の緊急収納動作について以下に説明する。
駆動ブラケット７が移動しない状態で緊急収納動作を行う場合には、図３Ａ，３Ｂに示すようにレバー６を引き上げ、ピン１６を中心として回転させる。それにより、レバー６がフック５に当接しなくなり、フック５が解放されて回転可能になる。図２Ａ，２Ｂに示すアーム１の展開状態においては、アーム１の自重は、ロッド２、サブアーム３、サブフレーム４を経由して、フック５が回転しようとする力に変換されている。フック５はピン１４を支点とした梃子になっており、支点であるピン１４から、前述したアームの自重に起因する回転力を受けるピン１３までの距離に対し、レバー６との接触点までの距離が数倍長いため、レバー６を引き上げるために必要な力は軽微である。
フック５が解放されると、前述したようにアーム１の自重に起因してロッド２、サブアーム３、サブフレーム４を経由してフック５に伝わる力で、フック５が図４Ａ，４Ｂに示すように時計回りに回転して、ピン１３がフック５の切り欠き部５ａから脱出する。こうしてピン１３が解放されると、ピン１３が長穴１５ａ内に位置する範囲内でサブフレーム４が自重等で下降する。この時、駆動ブラケット７は固定されているため、サブアーム３の一端（駆動ブラケット７の長穴７ａ内に位置するピン１２が設けられている端部）は下降できないため、サブフレーム４の下降に伴ってサブアーム３はピン１２を中心として反時計回りに回転する。その回転運動に従って、サブアーム３の他端部にピン１０を用いて連結されているロッド２が引き下げられ、ロッド２にピン８を用いて連結されているアーム１に下向きの力が加わる。アーム１の一端部はピン９を用いてベースフレーム１５に取り付けられているため、アーム１はピン９を中心として図４Ｂの時計回りに回転する。その結果、図５Ａ，５Ｂに示すようにアーム１は実質的に垂直になった時点で停止して収納状態になる。なお、ロッド２とサブアーム３は、リンク機構１７の特性上、図５Ａ，５Ｂに示すようにアーム１よりも外側（前方）に突き出た状態となるが、これらの突出し量は、ロッド２とサブアーム３の長さを適切に設定することで、実用上影響の無い程度に抑えることができる。

このように、本発明では、駆動ブラケット７が移動可能な状態では、ピン１１（第１の点）は移動せず、サブアーム３はピン１１を中心として回転する。しかし、駆動ブラケット７が移動不能な状態になると、ピン１１は移動可能な状態に移行し、サブアーム３は、駆動ブラケット７との連結点であるピン１２（第２の点）を中心として回転する。このように回転中心が第１の点（ピン１１）から第２の点（ピン１２）に変更されることで、駆動ブラケット７が移動不能な状態になってもアーム２１の収納を行うことができる。このように駆動ブラケット７が移動不能な状態においてアーム２１の収納を行うことが、緊急収納動作と称される

以上説明した本発明のアーム装置による第１の効果は、アーム１の緊急収納動作の操作性が向上することである。すなわち、本発明では、アーム１に連結されたリンク機構１７を構成するサブアーム３のピン１１（第１の点）が、サブフレーム４とともに上下動可能な構成になっている。通常のアーム１の展開および収納動作では、駆動ブラケット７に連結されたピン１２（第２の点）が駆動ブラケット７とともに上下動可能であり、レバー６、フック４、ピン１３の係合関係でピン１１が移動不能になっている。従って、サブアーム３はピン１１を中心として回転する。それに対し、駆動ブラケット７が移動不能な状態ではピン１２が移動不能であり、レバー６が操作されてフック５が回転しピン１３が解放された状態ではサブフレームのピン１１が上下動可能である。従って、サブアーム３はピン１２を中心として回転する。仮に、駆動ブラケット７が移動しなくなることでサブアーム３が回転不能になると、サブアーム３にロッド２を介して連結されているアーム１も回転できなくなり、収納状態に移行することができない。これに対し、本実施形態では、駆動ブラケット７が移動しなくなると、サブアーム３の回転中心（支点）がピン１１（第１の点）からピン１２（第２の点）に変更されることで、サブアーム３が回転可能な状態が維持されるため、自重等でアーム１が回転して収納状態に移行することが可能である。なお、このように支点を移動させてアーム１を収納する構造において、本実施形態の各部材の接触部は全て面接触であり、アーム１に加わる外力や、ピンの引き抜き動作中の点接触による集中荷重の発生やそれに伴う過大な摩擦力の発生を回避できるため、収納動作の信頼性が高い。また、このようにアーム収納動作に係わる構成部品に集中荷重が発生しなくなるため、各構成部品の変形や損傷の可能性が低下し、収納操作を完遂できなくなる可能性が低下するという第２の効果もある。また、アーム１やサブフレーム４の自重を利用して動作させるため、スプリングの使用に伴う問題は生じない。

図６には、本発明のアーム装置の変形例が示されている。この変形例ではレバー６の自由端にプーリー４１が取り付られ、このプーリー４１にワイヤー４０が掛け回されている。従って、手動でレバー６を引き上げなくても、図示しない巻き上げ機構等を用いてワイヤー４０を引っ張ることで緊急収納動作を実施することができ、緊急収納動作の自動化に寄与する。さらに、図６に示す構成では、このようなアーム装置が複数並べて配置されたアーム装置集合体において、各アーム装置のレバー６にそれぞれ取り付けられたプーリー４１に１本のワイヤー４０が連続的に掛け回されている。従って、１回のワイヤー４０の引っ張り動作で全てのアーム装置の緊急収納動作を同時に実施でき、操作性が非常に良好である。さらに、各アーム装置には、ワイヤー４０を円滑に引っ張ることができるように、案内プーリー４２が設けられている。

１ アーム
２ ロッド
３ サブアーム
４ サブフレーム
５ フック
６ レバー
７ 駆動ブラケット
８〜１４，１６ ピン
１５ ベースフレーム
１７ リンク機構
１８ 緊急収納機構
１９ 駆動部
４１ プーリー
４０ ワイヤー
４２ 案内プーリー

Claims (7)

1. アームに連結されているリンク機構の一部を構成する、回転可能なサブアームと、前記サブアームの一端部に連結されており駆動力を伝達する駆動ブラケットとを有し、
   前記アームは、一端部がベースフレームに回転可能に連結され、他端部にデバイスが取り付けられ、
   前記サブアームは、前記一端部に前記駆動ブラケットが連結され、
   前記アームの前記一端部と前記他端部との間の中間位置がロッドの一部分に回転可能に連結され、前記サブアームの他端部が前記ロッドの他の部分に回転可能に連結されることで、前記アームの前記中間位置と前記サブアームの前記他端部とが前記ロッドを介して接続されるとともに、前記サブアームの前記一端部と前記他端部との間の第１の点がサブフレームの一部分に回転可能に連結され、前記ベースフレームが前記サブフレームの他の部分に回転可能に連結されることで、前記サブアームの前記第１の点と前記ベースフレームとが前記サブフレームを介して接続されて、前記リンク機構が構成されており、
   前記アームの展開状態は、重力に逆らって水平方向で固定された状態であり、
   前記サブアームは、前記第１の点が移動不能で前記駆動ブラケットが移動可能であって前記第１の点を中心として回転可能な状態と、前記第１の点が移動可能で前記駆動ブラケットが移動不能であって前記一端部を中心として回転可能な状態と、を選択的にとり得る、アームの展開および収納機構。
2. 前記サブアームの前記第１の点を移動不能な状態から移動可能な状態に移行させる緊急収納機構をさらに有する、請求項１に記載のアームの展開および収納機構。
3. 前記緊急収納機構は、前記第１の点に連結されている前記サブフレームと、前記サブフレームとの係合状態と係合解除状態とを選択的にとり得るフックと、前記フックに当接して前記フックを拘束可能であるととともに前記フックとの当接を解除するように操作可能なレバーとを含む、請求項２に記載のアームの展開および収納機構。
4. 前記フックの係合解除状態では、前記サブフレームおよび前記第１の点が移動可能になる、請求項３に記載のアームの展開および収納機構。
5. 前記サブフレームおよび前記第１の点が移動可能な状態では、前記サブフレームが自重で下降して前記サブフレームが前記駆動ブラケットとの連結点である第２の点を中心として回転して、前記リンク機構に連結されている前記アームを収納状態に移行させる、請求項４に記載のアームの展開および収納機構。
6. 前記サブアームの前記第１の点から前記第２の点までの距離は、前記第１の点から、前記リンク機構の前記アームにつながる他部材との連結点である第３の点までの距離よりも短い、請求項５に記載のアームの展開および収納機構。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のアームの展開および収納機構と、前記アームとを含む、アーム装置。

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