JPH07317750A - 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内には非圧縮性流体が封入さ
れているため、付勢力が介在しても回転部材２と３との
相対回動はない。開閉部材を開放すると、付勢力により
流体は、シリンダー１７内の区画間を移動するとともに
ピストン１８がシリンダー１７内を移動し、回転部材
２、３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と、そのシリンダー内の非圧縮性流
体を少なくとも２つに区画して移動するピストンと、こ
のピストンの移動範囲の外側に位置するシリンダーの両
端部もしくはその近傍をシリンダー外部で連通する連通
路と、この連通路を開閉できる開閉部材とから成る制動
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、前記シリンダー内の区画同士
を開閉部材の操作で連通できるようにしたことを特徴と
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、シリンダー内には非圧縮性流
体が封入されているため、付勢力が介在しても回転部材
の相対回動はない。開閉部材を開放すると、付勢力によ
り流体は、連通路を介して画間を移動するとともにピス
トンがシリンダー内を移動し、この移動により回転部材
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２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、さらに第２回転部材３側から螺
入して接着剤等により回転不能になるようにキャップ板
４２が固定されることにより、両者は自由に相対回転で
きるようになっている。さらに、第１回転部材２の突片
１５と第２回転部材３の突片２７間には付勢手段として
のバネ２８が介装されており、常に適正な力で両回転部
材を相対的に回動付勢している。

【００１１】第１回転部材２の片面の所定偏心位置に
は、特に図２、図３、図４に示されるような密封された
直線状のシリンダー１７がヒンジ８等により枢着されて
おり、シリンダー１７のシリンダー室２２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１８から
延設されたピストンロッド１９、１９はこの密閉された
シリンダー１７の両端を貫通して外部に延び出し、少な
くとも一方のピストンロッドの先端部分が前記第２回転
部材３にヒンジ９等により枢着されている。なお、ピス
トンロッド１９と他方のピストンロッド１９とは断面積
が同じである。

【００１２】また、シリンダー１７には、シリンダー室
２２とは別に、後述する第１区画室２５と第２区画室２
６とを連絡できるように、シリンダー１７の両端部２
３、２４近傍からそれぞれ延びる連通孔２０が形成され
ており、両室２５、２６との連通路２０の所定位置には
開閉部材としての開閉弁２１が介装されている。さらに
この開閉弁２１はばね等の付勢手段により常閉であり、
頭部に延びる操作部材としてのボタン１６を押圧するこ
とにより、開閉弁２１が開放され、室２５、２６の内部
が連通されるようにしておくと良い。ここで、連通路２
０はシリンダー１７の一部として表現されているが、シ
リンダーとは別に細いパイプにしてもよいことは明らか
である。さらにこの開閉弁２１には、例えば常閉の電磁
弁を使用でき、またボタン１６については、手動操作の
時のみ使用するように電磁弁の上に付加的に取付けるこ
ともできる。なお、２９、４３は第１、第２のそれぞれ
の回動範囲を規制する溝および案内片である。

【００１３】この直線状のシリンダー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。

【００１４】この直線状のシリンダー１７の断面形状は
円筒形状であるが、断面形状を矩形とし、ピストン１８
もこれに合わせて矩形にすることも可能である。

【００１５】このようにして、構成された関節機構は、
電磁駆動装置としての開閉弁２１を作動させるか、開閉
弁２１のボタン１６を押すことによって、第１区画室２
５と第２区画室２６とが連通する。開閉弁２１内の弁
（図示せず）はリフト弁を用いることができるが、スプ
ール弁等を用いれば片側の侵入圧力に影響されないもの
に変更できる。

【００１６】この作動は、図４の概略図により詳しく説
明できる。この概略図は説明上、第１回転部材２を後ろ
側にして不動とし、第２回転部材３を手前に配し、第２
回転部材３が回動する様子を説明している。すなわち図
のようにシリンダー１７はキャップ板４２の中心ではな
く偏心位置にヒンジ８で枢着されているため、このシリ
ンダー１７のヒンジ８は移動せず、シリンダー１７はこ
の点を中心に回転する。さらに、ピストンロッド１９の
端部は第２回転部材３の外周部にヒンジ９で枢着されて
いるため、キャップ板４２の中心点を中心として回転す
る。このため、第１、第２回転部材がそれぞれ相対的に
回動すると、ピストン１８とヒンジ９との距離が規制さ
れているため、ヒンジ９は９Ａ、９Ｂへと、ピストンロ
ッド１９は１９Ａ、１９Ｂへと、ピストン１８は１８
Ａ、１８Ｂへと、さらにシリンダー１７は１７Ａ、１７
Ｂへと図のように移動する。また、このピストンロッド
１９がシリンダー１７を両端で貫いていることも重要で
ある。すなわち、両回転部材間に例えば強い回転力が加
わった時、シリンダー１７とピストン１８、さらにシリ
ンダー１７と２本のピストンロッド１９との２ヵ所の貫
通部とでシリンダー１７とピストンロッド１９との曲り
を防ぐことになる。

【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
流体を区画しており、バネ２８の力を受けて非圧縮性流
体を移動させながらピストン１８をシリンダー１７内で
移動させようとする力が働いている。そのため、使用者
は、後述する外部スイッチ１１もしくはボタン１６で開
閉弁２１を開放させれば、アーム４、５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
するかボタン１６から手を離せば、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第１
区画室２５と第２区画室２６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ことが
できる。従って、アーム４もしくは５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。ここで重要な事は、ピストン１８が動く時、一方の
ピストンロッド１９がシリンダー１７から出てくるた
め、そのピストンロッド１９が出た分だけの体積を片方
のピストンロッド１９のシリンダー１７内への侵入で相
殺できるようにすることである。すなわち非圧縮性流体
の封入されている容積を変えないことである。

【００１８】また、この関節装置は水平回動できるよう
にしてもよく、この場合、図５に示すように第１回転部
材２と第２回転部材３とに垂直にアーム４および５を固
定する。この関節機構１’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。

【００１９】図６ないし図９には、本発明の第２実施例
が示されており、直線シリンダーを使用せず、回転シリ
ンダーの用いたものである。

【００２０】この外観は図６にまた内部は図７に示され
るように少なくとも第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が固定ネジ３３で固定されている。第１
回転部材２の中心の孔７には第２回転部材３の中心軸６
が所定のベアリング手段を介して嵌合され、さらに第２
回転部材３の中心軸６は第１回転部材にネジ等で固定さ
れるキャップ板４２の孔３２に所定のベアリング手段を
介して嵌合されることにより、両者は図６に示すように
自由に相対回転できるようになっている。さらに、図示
していないが第１回転部材２と第２回転部材３との間に
は付勢手段としてのバネを介装し、常に適正な力で両回
転部材を相対的に回動付勢することもできる。

【００２１】ここで、第１回転部材２には前記の孔７の
まわりに１部内方に突出する区画片３０を残してほぼ円
形の凹溝３４が形成されており、この第１回転部材２が
シール材１２を介してキャップ板４２で密封されること
により、後述する孤状のシリンダー室２２を形成するこ
とになる。

【００２２】第２回転部材３は、前述した中心軸６と、
それと一体の回転可能なピストン１８を有しているた
め、第１回転部材２と第２回転部材３との組み合わせに
より、回転型のピストンシリンダーが構成され、関節機
構をなしている。

【００２３】図８、図９には、この関節機構の断面図が
示されている。図６、７には図示されていないが、シリ
ンダー室２２を区画する区画片３０には、第１回転部材
２を貫通するようにスプール弁３１を有する開閉弁２１
が設けられ、この開閉弁２１は、電磁駆動装置１４によ
り、またはボタン１６により、区画片３０を貫通する連
通孔２０を開閉できるようになっている。この連通孔２
０は、区画片３０の両片面で形成されるシリンダーの端
部２３、２４にそれぞれ開通しているものである。その
ため、シリンダー室２２は、ピストン１８の片面と区画
片３０の片面である端部２３とで第１区画室２５を、ピ
ストン１８の片面と区画片３０の一方の片面である端部
２４とで第２区画室２６を形成している。これら両区画
室２５、２６には前の実施例と同様に非圧縮性流体が封
入されている。

【００２４】そのため、前述の実施例と同様使用者は、
後述する外部スイッチ１１もしくはボタン１６で開閉弁
２１を開放させれば、アーム４、５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をオフにする
かボタン１６から手を離せば、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第１区画
室２５と第２区画室２６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ことができる
（図８、９）。従って、アーム４もしくは５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。ここで重要な効果は、第１回転部材２と第２回
転部材３とでピストンシリンダーを構成できることによ
り、構造が極めてシンプルになることである。

【００２５】また、この関節装置も水平回動に応用で
き、この場合、前の実施例の図５に示すように、第１回
転部材２と第２回転部材３とに垂直にアーム４及び５を
固定すればよい。

【００２６】図１０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。

【００２７】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４、５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１１
に示されるように把持部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。

【００２８】ただし、関節機構１については、そのバネ
等による付勢方向が載置台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。

【００２９】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。

【００３０】図１２および図１３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１４
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
４、５の所定の位置に管３８が配され、電磁駆動装置１
４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１１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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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１４やピストンシリンダー３
９、４０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２４をオンオフでき
る。さらに回転部材間にはバネ２８が介装されている
が、ガススプリングを介装して回動付勢力を与えるよう
にしてもよいし、磁石を用いてもよい。また、重量物が
軽い場合にあって、かつこの関節を吊持用として吊るす
場合等は付勢力を省略してもよい。

【００３５】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。なお、本発明は連通孔２０が細孔であるため、例
え、付勢バネ等が破損した場合、または、プッシュロッ
ド２４が動かなくなった場合でも流体が急激に流れない
ため、重量物がゆっくりと落ちるので不慮の危険を防止
できる。また、特に実施例に示されるように、ピスト
ン、ピストンロッド、シリンダー等が２つの回転部材の
径よりも小さい径内を動くので、取付けられたアーム間
に余分な出張りがなく、この部分をカバーで容易に覆う
ことができる。

【００３６】以上、本発明の実施例を図面により説明し
てきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更
や追加があっても本発明に含まれる。

【００３７】

【発明の効果】本発明は、次の効果を奏する。

【００３８】本発明の関節機構は、シリンダー内に非圧
縮性流体が封入されているため、付勢力が介在しても回
転部材の相対回動はない。開閉部材を開放すると、重力
等の付勢力、または付加的付勢力により、流体は、区画
間を移動するとともにピストン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。

【００３９】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。

【００４０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の関節機構の斜視図である。

【図２】本発明の関節機構の分解斜視図である。

【図３】制御部材であるシリンダー、ピストン部分の拡
大断面図である。

【図４】関節機構の作動概略図である。

【図５】水平回転用の関節機構斜視図である。

【図６】第２実施例の関節機構の斜視図である。

【図７】図６の関節機構の分解斜視図である。

【図８】第２実施例の関節機構の断面図である。

【図９】図８の作動を表わす断面図である。

【図１０】本発明のユニバーサルアーム装置の斜視図で
ある。

【図１１】図１０の把持部の断面図である。

【図１２】本発明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１３】図１２の把持部の断面図である。

【符号の説明】

１、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 ヒンジ ９ ヒンジ １０ 電源 １１ 外部スイッチ １２ シー
ル材 １３ コード １４ 電磁
駆動装置 １５ 突片 １６ ボタ
ン １７ シリンダー（制動部材） １８ ピス
トン（制動部材） １９ ピストンロッド（制動部材） ２０ 連通
孔 ２１ 開閉弁（開閉部材） ２２ シリ
ンダー室 ２３ 端部 ２４ 端部 ２５ 第１区画室 ２６ 第２
区画室 ２７ 突片 ２８ バネ
（付勢手段） ２９ 溝 ３０ 区画
片 ３１ スプール弁 ３２ 孔 ３３ 固定ネジ ３４ 凹溝 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 ４２ キャップ板 ４３ 案内
片

Claims (4)

【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
   ー内の非圧縮性流体を少なくとも２つに区画して移動す
   るピストンと、このピストンの移動範囲の外側に位置す
   るシリンダーの両端部もしくはその近傍をシリンダー外
   部で連通する連通路と、この連通路を開閉できる開閉部
   材とから成る制動部材が、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、前記シリン
   ダー内の区画同士を開閉部材の操作で連通できるように
   したことを特徴とする関節機構。
2. 【請求項２】 回転部材間に、回転部材同士を相対的に
   回転させる付勢手段が介装されている請求項１記載の関
   節機構。
3. 【請求項３】 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。
4. 【請求項４】 ユニバーサルアームの関節機構の開閉部
   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付勢手段が介装されている請
   求項３に記載のユニバーサルアーム装置。