JPH07167131A - 関節機構およびその機構を用いたユニバーサルアーム装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 極めて重い重量物が可動アーム先端に取付け
られても、自由にヒンジ角度を変更でき、かつ一度停止
すると強固に剛性をもってそのヒンジ角度を保持できる
関節機構を提供する。 【構成】 シリンダー１７内には加圧された非圧縮性流
体が封入されているため、ピストン１８には一方向への
移動付勢力が加わっている。開閉部材２１、２２を開放
すると、流体は、区画２５、２６間を移動するとともに
ピストン１８およびピストンロッド２４がシリンダー１
７内を移動し、回転部材２、３は相対回動を始める。開
閉部材２１、２２を閉止すると非圧縮性流体の移動が阻
止されるため、封入された非圧縮性流体がピストン１８
とシリンダー１７との相対移動を全く許さない状態にな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヒンジ部分に利用さ
れ、重量物の荷重をどのような位置においても不動に固
定でき、かつ自在に操作できる新規な関節機構と、それ
を用いたユニバーサルアーム装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、可動の照明器具としてのゼットラ
イトや可動テレビ等、作業スペースに利用される可動ア
ームには、関節装置が利用され、その可動アーム先端に
取付けられた照明器具等を自由に移動できる器具があ
る。

【０００３】これらに使用されている関節装置はヒンジ
周辺にばねを架け渡し、その重量を保持したり、所定の
摩擦力をヒンジに持たせるようなものが一般的であり、
さらにヒンジ部の締め付けで全体の可動アームを固定す
るものも存在している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】現在、オフィス内の配
置スペースが限られており、重量のあるテレビ、ＣＲＴ
画面、さらには書籍棚として、オフィスや室内の上方空
間を有効に利用して、使用しない時点では、これらを壁
や天井付近に寄せておきたいといった要求がある。しか
し、これら従来の可動アームではある重さ以上の重量物
を支えることはできず、例え支えられたとしても、可動
アームのヒンジの操作が煩雑となる。

【０００５】本発明は、極めて重い重量物が可動アーム
先端に取付けられても、自由にヒンジ角度を変更でき、
かつ一度停止すると強固に剛性をもってそのヒンジ角度
を保持できる関節機構を提供するとともに、その関節機
構を利用して重量物をどのような位置にでも移動できる
ユニバーサルアーム装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の関節機構は、密
封されたシリンダー内の加圧された非圧縮性流体を少な
くとも２つに区画するピストンと、このピストンから延
設されるピストンロッドとから成る駆動部材が、相対的
に回動可能な少なくとも２つの回転部材間に介装される
とともに、前記ピストン内には前記シリンダー内の区画
同士を外部スイッチにより連通できる開閉部材が内装さ
れていることを特徴と特徴としている。

【０００７】またユニバーサルアーム装置は、複数のア
ーム間に、複数の請求項１に記載の関節機構が配設され
ており、関節機構内の開閉部材が１個の外部スイッチに
より複数ほぼ同時に開閉できるようになっていることを
特徴としている。

【０００８】

【作用】この関節機構は、シリンダー内には加圧された
非圧縮性流体が封入されているため、ピストンには一方
向への移動付勢力が加わっている。開閉部材を開放する
と、流体は、区画間を移動するとともにピストンおよび
ピストンロッドがシリンダー内を移動し、回転部材は相
対回動を始める。開閉部材を閉止すると非圧縮性流体の
移動が阻止されるため、封入された非圧縮性流体がピス
トンとシリンダーとの相対移動を全く許さない状態にな
る。

【０００９】このユニバーサルアーム装置は、複数のア
ーム間に複数の関節機構が配されており、それら関節機
構が外部スイッチにより同時に開閉されるため、外部ス
イッチのオンでこのユニバーサルアームを屈曲自在に、
又は外部スイッチのオフでこのユニバーサルアームを不
動の状態に固定できる。

【００１０】

【実施例】本発明の関節機構１を図１、図２で説明する
と、少なくとも第１回転部材２と第２回転部材３とから
なり、第１回転部材２にはアーム４、第２回転部材３に
はアーム５が固定されている。第１回転部材２の中心軸
６には第１回転部材３の中心の孔７が所定のベアリング
手段を介して嵌合され、両者は回転に相対回転できるよ
うになっている。

【００１１】８は、台座であり、その内部に電磁誘導型
の電磁駆動装置１４が埋め込まれており、内部に連通す
る孔９が開設されている。この電磁駆動装置には所定の
場所にコード１３で導き出された電源１０および外部ス
イッチ１１が接続されている。また電磁駆動装置１４は
電磁誘導で移動する駆動ステム１５を有しており、その
一端は前記孔９に、また他端は第１回転体２の外にボタ
ン１６として突出されている。

【００１２】第２回転部材３内部には、特に図２に示さ
れるような密封された環状のシリンダー１７が埋め込ま
れるようにして固定されており、シリンダー１７内部に
はピストン１８が摺動自在に配設され、またピストン１
８から延設されたピストンロッド１９はこの密閉された
シリンダー１７を貫通して外部に延び出し、その先端が
前記第１回転部材２の台座８に固定もしくは当接されて
いる。

【００１３】また、ピストン１８内部には、弁座２２を
有する連通孔２０が形成されており、この弁座２２には
開閉部材としての駒弁２１がバネ２３で当接されてお
り、さらにこの駒弁２１にはピストンロッド１９内部を
移動できる操作部材としてのプッシュロッド２４の一端
が当接されており、このプッシュロッド２４の動きによ
って駒弁２１を弁座２２から離せるようになっている。
またプッシュロッド２４の他端は前述の台座８の孔９内
に延び、駆動ステム１５と連結されている。なお、２９
は第２回転体３を片方から止める蓋体である。

【００１４】この環状のシリンダー１７内は、ピストン
１８によって第１区画室２５、第２区画室２６に区画さ
れており、それぞれの区画室には非圧縮性流体、例えば
液体が封入されている。またシリンダー１７内にはフリ
ーピストン２７が摺動可能に内装されており、第３区画
室２８を構成し、その内部には圧縮ガスが封入されてい
る。

【００１５】この第３区画室２８内には圧縮ガスが封入
されているが、シリンダー１７内の非圧縮性流体を加圧
できればよいのであって、バネ等の弾性材を入れてもよ
い。また、シリンダー１７の断面形状は矩形状である
が、断面円形の円筒形とし、ピストン１８、そしてフリ
ーピストン２７もこれに合わせて円柱形にすることも可
能である。

【００１６】このようにして、構成された関節機構は、
外部スイッチ１１をオンにして電磁駆動装置１４を作動
させるか、ボタン１５を押すことによって、プッシュロ
ッド２４がピストン１８内に押込められ、駒弁２１が弁
座２２が離れ、第１区画室２５と第２区画室２６とが連
通する。

【００１７】そもそもこのシリンダー１７内のピストン
１８は、第１区画室２５と第２区画室２６内の非圧縮性
流体によって加圧されており、ピストン１８両面にはピ
ストンロッド１９の断面積分の加圧面積の差があるた
め、非圧縮性流体を移動させながらピストン１８により
ピストンロッド１９をシリンダー１７から押出そうとす
る力が働いている。その力は第１回転体２の台座８に加
わり、両回転体２、３は相対的に移動しようとするがそ
の回転力はさほど大きくなく、使用者はアームを介して
この関節機構１を自由に回動できる。そして使用者はこ
の関節機構１の動きを止めたい時、外部スイッチ１１を
オフにすれば、非圧縮性流体の区画間の移動が阻止さ
れ、そのためこの非圧縮性流体は例えば第２区画室に封
入され、逃げ場を失い、ピストン１８の動きをその場で
確実に止める。従って、アーム３もしくは４に強力な曲
げ力が加わっても、この関節機構１は全く動かないこと
になる。

【００１８】図３及び図４には本発明の第２実施例が示
されており、第１実施例と相違する点は、第１回転部材
２と第２回転部材３との間にギアを介在した点にある。
これはピストン１８及びピストンロッド１９と、シリン
ダー１７との相対移動が小さい時、この小さな移動距離
を倍増させて両回転部材２、３の相対回転ストロークを
大きくできるようにしたものである。この機構は後述す
るギアに限らず、リンク機構等を用いてもよく、またギ
アは複数個用いてもよい。

【００１９】この場合、シリンダー１７は第２回転体３
に固定されておらず、ピストンロッド１９のみが第１回
転体２の台座８に固定もしくは当接されており、使用者
の操作及びピストンとシリンダーとの動きは第１実施例
と同じであるが、このシリンダー１７はその他の部分で
フリーであり、さらにシリンダー１７内周部分にはギア
部３０が形成されている。

【００２０】また、第１回転部材２の軸６に嵌合される
第２回転部材３の回転軸筒３１の外周部にも、ギア部３
２が形成されており、さらに第１回転部材３に固定され
た蓋２８には、軸３４を介して小ギア３３が回転自在に
枢支されている。

【００２１】そして第２回転部材３のギア部３２は、第
１回転部材２の小ギア３３とさらにこの小ギア３３はシ
リンダー１７のギア部３０と噛合しているため、両回転
部材２、３の大きな相対回転角度、例えば１８０度回転
しても、ピストンロッド１９とシリンダー１７との相対
移動が極めて小さなものとして変換される。

【００２２】すなわち、この駆動部材としてのシリンダ
ー１７、ピストン１８、ピストンロッド１９のコントロ
ール下にある状態で回転部材の相対回動ストロークを大
幅に増大できることになる。

【００２３】図５には水平回動できる関節機構１’が示
され、図４に示されたものと近似しているが、第１回転
板２と第２回転板３とに垂直にアーム４および５が固定
されたものである。この関節機構は後述するユニバーサ
ルアーム装置を実現する際に極めて有効なものであり、
重量物の水平方向の向きを変える機能を有している。

【００２４】図６には本発明の関節機構１と１’とを利
用したユニバーサルアーム装置の実施例が示されてお
り、載置台３５をこのユニバーサルアーム装置の移動先
端に取付けたものである。

【００２５】すなわち、このユニバーサルアーム装置は
この状態ではアームを押しても載置台３５に重量物を載
置しても全く移動することはできないが、図７に示され
るように保持部３７に取付けられた外部スイッチ１１を
軽く押すことにより、全ての電磁駆動装置１４が作動
し、前述のように各関節機構１、１’は移動可能にな
り、把持部３７を把持した状態でこの重量物をどこにで
も移動できる。

【００２６】ただし、関節機構１については、その付勢
方向が載置台３５を上方へ押し上げるようにシリンダー
１７の配置がなされていると、重量物に対してその重さ
をバランスできる。そして、把持部３７から手を離すこ
とにより、その位置で完全にユニバーサルアーム装置の
移動を停止できる。

【００２７】また、この載置台３５は操作者により把持
部３７で把持されているので所定の水平度は保つことが
できるが、水平を確実に保ちたい時は平行リンク機構を
この関節機構に適用することができることは言うまでも
ない。

【００２８】図８および図９にはこのユニバーサルアー
ムの他の実施例が示され、これは電磁駆動装置に代えて
液圧やガス圧を利用して一挙に関節機構１のプッシュロ
ッド２４を動かす構造になっており、アームの所定の位
置に管３８が配され、電磁駆動装置の位置にピストンシ
リンダー３９がそれぞれ配置され、また外部スイッチ１
１として流体送りだし用のピストンシリンダー４０が把
持部３７に取付けられている。

【００２９】このユニバーサルアーム装置の先端には、
例えばテレビ４１が一般のヒンジにより吊り下げられて
おり、この場合は、アームがどのような動きをしても、
常にテレビ４１が正面を向くようになっている。そして
この実施例の場合も、外部スイッチ１１から手を離した
瞬間にその位置で完全に移動が停止される。

【００３０】そのため、設置スペースのない床でも、適
当な壁や床にユニバーサルアーム装置の基部を固定して
おけば、使用する場合には机上の付近に、使用しない場
合は壁や天井の付近にテレビやＣＲＴ画面を寄せてお
け、極めて利便性が向上する。またこの装置は、手で把
持部に触れない限り全く動きが固定され、どのような場
所にでも瞬時に止めることができる。

【００３１】また、アームの傾きを少々変更したい時に
は、各関節機構１に付いたボタン１６を押すことによっ
て、その位置のみの関節機構を個別に回転させ、位置調
整できるようになっている。

【００３２】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、電磁駆動装置やピストンシリンダーに代え
てテンションワイヤー等を使用することにより、機械的
にプッシュロッドをオンオフできる。

【００３３】また、上方への付勢力が不足するような場
合は、従来ゼットライト等で使用されているようにアー
ムと隣のアームを繋ぐようにバネ等を架設し、ユニバー
サルアーム装置の上方付勢力を増すこともできる。さら
に関節機構１と関節機構１’とを密に交互に組合せれ
ば、より自由度の高いユニバーサルアーム装置が完成す
る。また、操作部材の変形例として、長いプッシュロッ
ド２４を省略してピストン１８内に設けた電磁弁もしく
は液体圧アクチュエータ弁で駒弁２１を直接動かす構造
とすることもできる。

【００３４】第２実施例ではギアを用いているが、スト
ロークを増大させる手段であれば種々の変更が可能であ
り、リンク機構や増ストローク型のピストンシリンダー
を介在してもよい。

【００３５】

【発明の効果】本発明は、次の効果を奏する。

【００３６】本発明の関節機構は、シリンダー内には加
圧された非圧縮性流体が封入されているため、ピストン
には一方向への移動付勢力が加わっている。開閉部材を
開放すると、流体は、区画間を移動するとともにピスト
ンおよびピストンロッドがシリンダー内を移動し、回転
部材は相対回動を始める。開閉部材を閉止すると非圧縮
性流体の移動が阻止されるため、封入された非圧縮性流
体がピストンとシリンダーとの相対移動を全く許さない
状態となり、重量物をどの様な位置にでも瞬時に固定で
きる。

【００３７】本発明のユニバーサルアーム装置は、複数
のアーム間に複数の関節機構が配されており、それら関
節機構が外部スイッチにより同時に開閉されるため、外
部スイッチのオンでこのユニバーサルアームを屈曲自在
に、又は外部スイッチのオフでこのユニバーサルアーム
を不動の状態に固定できる。また、人が手を離した瞬間
にユニバーサルアーム装置が固定されるので、重量物が
落下するようなことがない。

【００３８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の関節機構の分解斜視図である。

【図２】本発明の関節機構の断面図である。

【図３】本発明第２実施例の図２に対応する断面図であ
る。

【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。

【図５】本発明第３実施例の図４に対応する断面図であ
る。

【図６】本発明のユニバーサルアーム装置の斜視図であ
る。

【図７】図６の把持部の断面図である。

【図８】本発明その他の実施例であるユニバーサルアー
ム装置の斜視図である。

【図９】図８の把持部の断面図である。

【符号の説明】

１ 関節機構 ２ 第１回
転部材 ３ 第２回転部材 ４ アーム ５ アーム ６ 中心軸 ７ 孔 ８ 台座 ９ 孔 １０ 電源 １１ 外部 １３ コード １４ 電磁
駆動装置 １５ 駆動システム １６ ボタ
ン １７ シリンダー（駆動部材） １８ ピス
トン（駆動部材） １９ ピストンロッド（駆動部材） ２０ 連通
孔 ２１ 駒弁（開閉部材） ２２ 弁座
（開閉部材） ２３ バネ ２４ プッ
シュロッド（操作部材） ２５ 第１区画室 ２６ 第２
区画室 ２７ フリーピストン ２８ 第３
区画室 ２９ 蓋体 ３０ ギヤ
部 ３１ 回転軸筒 ３２ ギヤ
部 ３３ 小ギヤ ３４ 軸 ３５ 載置台 ３７ 把持部 ３８ 管 ３９ ピストンシリンダー ４０ ピス
トンシリンダー ４１ テレビ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密封されたシリンダーと、そのシリンダ
   ー内の加圧された非圧縮性流体を少なくとも２つに区画
   するピストンと、このピストンから延設されるピストン
   ロッドとから成る駆動部材が、相対的に回動可能な少な
   くとも２つの回転部材間に介装されるとともに、前記ピ
   ストン内には前記シリンダー内の区画同士を外部スイッ
   チにより連通できる開閉部材が内装されていることを特
   徴とする関節機構。
2. 【請求項２】 非圧縮性流体の加圧が、シリンダー内に
   封入された圧搾ガスによる付勢力である請求項１記載の
   関節機構。
3. 【請求項３】 駆動部材のピストンロッドの先端が片方
   の回転部材に常時当接もしくは固定されており、さらに
   ピストンロッド内にはピストン内の開閉部材を開閉する
   操作部材が延びている請求項１または２に記載の関節機
   構。
4. 【請求項４】 駆動部材がほぼ環状に形成され、そのた
   め駆動部材による駆動力が常時円周方向に指向されてい
   る請求項１ないし３に記載の関節機構。
5. 【請求項５】 回転部材と他の回転部材間に、ギヤが介
   装され、駆動部材による両者の部材の回転ストロークを
   広げるようにした請求項１ないし４のいずれかに記載の
   関節機構。
6. 【請求項６】 複数のアーム間に、複数の請求項１に記
   載の関節機構が配設されており、関節機構内の開閉部材
   が１個の外部スイッチにより複数ほぼ同時に開閉できる
   ようになっていることを特徴とするユニバーサルアーム
   装置。
7. 【請求項７】 複数の関節機構の開閉部材が電磁駆動装
   置により、ほぼ同時に開閉される請求項６に記載のユニ
   バーサルアーム装置。
8. 【請求項８】 複数の関節機構の開閉部材が流体圧ピス
   トンシリンダーにより、ほぼ同時に開閉される請求項６
   に記載のユニバーサルアーム装置。
9. 【請求項９】 ユニバーサルアームの移動先端に所定の
   重量の物を載置する台を設け、台の把持部に開閉部材を
   ほぼ同時に開閉する外部スイッチを設けた請求項６ない
   し８のいずれかに記載のユニバーサルアーム装置。
10. 【請求項１０】 ユニバーサルアームの関節機構内の開
    閉部材が開放された際、ユニバーサルアームの移動先端
    を鉛直上方に押し上げるようにシリンダーとピストンロ
    ッドとが組合わされている請求項９に記載のユニバーサ
    ルアーム装置。