JPH0866889A - 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】 この関節機構１は、流体密封空間２５内に非
圧縮性流体、もしくは所定圧に加圧された圧縮性流体が
封入されているため、付勢力が介在しても回転部材の相
対回動は所定の力で阻止されている。開閉手段２１で流
体の密封を解くと、荷重やバネ等の付勢力により、この
流体は移動可能となり、この移動により回転部材は相対
回動を始める。開閉手段を閉止状態にすると、流体密封
空間２５に封入された流体が両回転部材のそれぞれの局
部の距離変化を許容しないため、回転部材の相対回動は
阻止される。

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確実に固
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、相
対的に回転する少なくとも２つの回転部材と、この２つ
の回転部材の相対的回転に基づき相対距離が変化するそ
れぞれの回転部材の少なくとも２つの局部と、これら少
なくとも２つの局部にそれぞれ連結される第１部材と第
２部材と、前記第１部材と第２部材との間に形成される
流体密封空間とを備え、この流体密封空間は所定の開閉
手段で流体の密封を解除できるようになっていることを
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、流体密封空間内に非圧縮性流
体、もしくは所定圧に加圧された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
所定の力で阻止されている。開閉手段で流体の密封を解
くと、荷重やバネ等の付勢力により、この流体は移動可
能となり、この移動により回転部材は相対回動を始め
る。開閉手段を閉止状態にすると、流体密封空間に封入
された流体が両回転部材のそれぞれの局部の距離変化を
許容しないため、回転部材の相対回動は阻止される。

【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
構の開閉手段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
入して接着剤により、または溶着、またはボルト止め等
により回転不能になるようにキャップ板４２が固定され
第１回転部材２の一部をなすことにより、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間には適宜
強さの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。
ただし、このバネはガススプリング等でもよく、どのよ
うな位置に架け渡されてもよい。

【００１１】第１回転部材２の片面の所定偏心位置（す
なわち局部）には、特に図２、図３、図４に示されるよ
うな第１部材としてのディスク１７がヒンジ８等により
枢着されており、このディスク１７の孔部２２にはロッ
ド１８が摺動自在に配設され、またロッド１８の上下延
設端にはエンドディスク１９、１９’が固定され、この
実施例ではロッド１８、エンドディスク１９、１９’で
第２部材が構成され、少なくとも一方のエンドディスク
の先端部分が前記第２回転部材３の所定位置（即ち局
部）にヒンジ９等により枢着されている。

【００１２】また、ディスク１７には、後述する第１区
画室２５と第２区画室２６とを連絡できるように、ディ
スク１７に連通孔２０が形成されており、両室２５、２
６との連通路２０の所定位置には開閉手段としての開閉
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ることが好ましく、頭部に
延びる操作部材を押圧したり回転したりすることによ
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２０はデ
ィスク１７の一部として表現されているが、ディスクと
は別に細いパイプを外側に延出してもよいことは明らか
である。また、エンドディスク１９、１９’同士を細い
パイプで繋ぎ、このパイプを開閉してもよい。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等を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】このディスク１７と一端のエンドディスク
１９とには、軸方向に長さの変化する袋状の容器例えば
蛇腹２３が架設され、流体密封空間としての第１区画室
２５が、また同様にディスク１７と他端のエンドディス
ク１９とにほぼ同様の蛇腹２４が架設され、第２区画室
２６が区画形成されており、それぞれの区画室には非圧
縮性流体、例えば液体が、または所定の圧のかかった圧
縮性流体、例えば空気等のガスが封入されている。

【００１４】この蛇腹２３、２４の断面形状はほぼ円筒
形状であるが、断面形状を矩形にすることも可能であ
る。ただし、蛇腹２３、２４の伸縮時に、両区画室２
５、２６の総体積が変化しないようにすると移動がより
スムーズになる。

【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をマニュアル操作することによって、第１区画室
２５と第２区画室２６とが連通する。開閉弁２１内の弁
はコックを用いることができるが、スプール弁等でもよ
く、片側の侵入圧力に開閉力ができるだけ影響されない
ものが適している。

【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
のように第１部材であるディスク１７はキャップ板４２
の中心ではなく偏心位置にヒンジ８等で枢着されている
ため、このディスク１７のヒンジ８は移動せず、ディス
ク１７はこの点を中心に回転する。さらに、第２部材で
あるエンドディスク１９の近傍は第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、ヒンジ９は９
Ａ、９Ｂへと、すなわちロッド１８がディスク１７を貫
いて、エンドディスク１９とディスク１７とが近付き、
エンドディスク１９’とディスク１７とが離れていく。
ここで、両回転部材間に例えば強い回転力が加わった
時、ロッド１８はディスク１７内を摺動して、第１部材
と第２部材との円滑な案内の機能を果たすとともに、曲
げ力を直線力に変化させる働きをする。

【００１７】これら第１区画室２５と第２区画室２６内
に非圧縮性流体としての性格を持つ液体が区画されてお
り、バネ２８の力や荷重を受けている時、液体を移動さ
せながらディスク１７とエンドディスク１９、１９’と
は相対的に移動し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もしくは操作
部で開閉弁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等の操作部から手を離せば、流体の
区画間の移動が阻止され、そのためこの液体は第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はほとんど動かないことにな
る。また、液体に代えて空気等のガスを封入することも
できる。この場合、封入圧力が低いと、確実に動きを止
めることができないが、高い圧力のガスを封入すれば、
開閉弁２１を閉塞した後、若干の動きはあるが、圧力バ
ランスで関節の移動を止めることができる。この場合の
利点としては、急荷重等の衝撃に対してガス圧力がガス
スプリングの機能を果たし、ダンパー的な緩衝作用を持
つことである。この作用は、アームの破壊を防ぐことに
もなる。

【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、直線駆動でなく回転駆動部に応用した
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が例えば固定ネジ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
まわりの所定位置（すなわち局部）には突出する区画片
３０が連結固定され、この区画片３０が第１部材を構成
している。

【００２２】第２回転部材３は、前述した中心軸６であ
り、その所定位置（すなわち局部）には、回動片３４が
連結固定されているため、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、両者が相対的に回転する
と、局部同士の相対的距離が変化する関節機構をなして
いる。ここで、第１部材としての区画片３０の片面と回
動片３４の片面とにはそれぞれ流体を封入できる蛇腹２
３が架設され、またそれぞれの他面にも蛇腹２４が架設
されている。

【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、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２０は、区画片３０の両面の
蛇腹２３、２４内にそれぞれ開通しているものである。
そのため、回動片３４の片面と区画片３０と蛇腹２３と
で第１区画室２５を、回動片３４の片面と区画片３０と
蛇腹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
の性質を持つ液体や圧縮ガス等が封入される。

【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等の操作
部で開閉弁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等の操作部から手を離せば、流
体の区画間の移動が阻止され、そのためこの流体は第１
区画室２５と第２区画室２６に封入され、逃げ場を失
い、回動片３４の動きをその場で止めることができる
（図８、９）。従って、液体等を使用すると、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は殆ど動かないことになる。このように、上記第１、
第２実施例に示すもののように蛇腹等を採用するとピス
トンやシリンダーを利用するものに比べ、流体漏れの心
配が極めて少なくなることが挙げられる。

【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には本発明の第３実施例が示されて
おり、図３の第１実施例に相当する機構の概略図であ
る。

【００２７】この実施例は蛇腹を使用せず、ピストン・
シリンダーを利用したものであり、シリンダー５１の内
部に溶接等で固定された区画板５２が第１部材を構成
し、このシリンダー５１の所定部にはヒンジ８が固定さ
れている。また、区画板５２には上下に連通孔２０が形
成され、他実施例同様に開閉弁２１でこの連通孔２０を
開閉できるようになっている。

【００２８】このシリンダー５１の内側には、Ｏリング
等でシール状態を維持したまま摺動するピストン５３、
５４が内装され、これらピストン５３、５４から延びる
ロッド５６、５６が、連結ロッド５５に固定されてい
る。すなわちこれらの部材は第２部材を構成し、ロッド
５６の一端には他の実施例と同様にヒンジ９が固定され
ている。

【００２９】この実施例も第１実施例と同様、第１区画
室２５、第２区画室２６が形成され、この区画室中に非
圧縮性の性質を有する液体（シリコンオイル、水、マシ
ーン油等）が封入されたり、所定のガスが圧入されるこ
とになる。

【００３０】図１１には、本発明の第４実施例が示され
ており、第３実施例と相違する点は、それぞれのピスト
ン５３、５４とをシリンダー５１内部で連結している点
である。すなわちピストン５３、５４とを連結している
連通ロッド５７は区画板５２を貫通し、この区画板５２
に対してシール状態を維持したまま、上下に摺動可能に
なっている。

【００３１】図１２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。

【００３２】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１３
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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】図１４および図１５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の開
閉弁２１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１４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。

【００３６】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
瞬間にほぼその位置で完全に移動が停止される。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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、機械的に開閉弁２１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。

【００４０】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、連通孔２０を細孔にしておくと、例え、付勢
バネ等が破損した場合、または、開閉弁２１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、第１部材、第２部材、流体
密封空間等が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。

【００４１】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。

【００４２】

【発明の効果】本発明は、次の効果を奏する。

【００４３】本発明の関節機構は、流体密封空間内に非
圧縮性流体、もしくは所定圧に加圧された圧縮性流体が
封入されているため、付勢力が介在しても回転部材の相
対回動は所定の力で阻止されている。開閉手段で流体の
密封を解くと、荷重やバネ等の付勢力により、この流体
は移動可能となり、この移動により回転部材は相対回動
を始める。開閉手段を閉止状態にすると、流体密封空間
に封入された流体が両回転部材のそれぞれの局部の距離
変化を許容しないため、回転部材の相対回動は阻止され
る。

【００４４】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
構の開閉手段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。

【００４５】

【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】第３実施例の関節機構を表わす概略図であ
る。

【図１１】第４実施例の関節機構を表わす概略図であ
る。

【図１２】本発明の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。

【図１４】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１５】図１１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（回転部材） ３ 第２回転部材（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 １４
電磁駆動装置 １５ 突片 １６
ボタン（操作部） １７ ディスク（第１部材） １８
ロッド（第２部材） １９、１９’ エンドディスク（第２部材） ２０
連通孔 ２１ 開閉弁（開閉手段） ２２
孔部 ２３ 蛇腹 ２４
蛇腹 ２５ 第１区画室（流体密封空間） ２６
第２区画室 ２７ 突片 ２８
バネ（付勢手段） ２９ 溝 ３０
区画片（第１部材） ３１ スプール弁 ３２
孔 ３３ 固定ネジ ３４
回動片（第２部材） 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 ５１ シリンダー ５２
区画板 ５３ ピストン ５４
ピストン ５５ 連結ロッド ５６
ロッド ５７ 連結ロッド

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対的に回転する少なくとも２つの回転
   部材と、この２つの回転部材の相対的回転に基づき相対
   距離が変化するそれぞれの回転部材の少なくとも２つの
   局部と、これら少なくとも２つの局部にそれぞれ連結さ
   れる第１部材と第２部材と、前記第１部材と第２部材と
   の間に形成される流体密封空間とを備え、この流体密封
   空間は所定の開閉手段で流体の密封を解除できるように
   なっていることを特徴とする関節機構。
2. 【請求項２】 流体密封空間が、蛇腹で形成されている
   請求項１に記載の関節機構。
3. 【請求項３】 第１部材と第２部材とが相互に摺動する
   案内手段を有している請求項１に記載の関節機構。
4. 【請求項４】 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。
5. 【請求項５】 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４に記載のユニバーサルアーム装置。