JPWO2017208872A1 - 直動伸縮機構 - Google Patents

Abstract

目的は直動伸縮機構のコスト低減を実現することである。
ロボットアーム機構に装備される直動伸縮機構は、互いに前後端面において屈曲可能に連結される平板形状の複数の第１コマ（５３）と、互いに底部の前後端面において屈曲可能に連結される溝形状の複数の第２コマ（５４）と、第１、第２コマ（５３，５４）は互いに接合されたとき直線状に硬直し、第１、第２コマ（５３，５４）は互いに分離されたとき屈曲状態に復帰し、複数の第１コマ（５３）の先頭と複数の第２コマ（５４）の先頭とを結合する結合部と、第１、第２コマ（５３，５４）を強固に接合し且つ前後移動自在に支持するために複数のローラ（５９，６０）を装備する送り出し機構部とを具備し、ローラ（５９，６０）に接する第１、第２コマ（５３，５４）の表面には前後にわたって少なくとも一の溝部（５５１−５５４）が形成される。

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様々な分野で用いられている。発明者らはこのような多関節ロボットアーム機構に適用できる直動伸縮機構を開発した（特許文献１）。直動伸縮機構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非常に有益な構造である。

直動伸縮機構は、屈曲可能に連結された平板形状を有する金属製の複数のコマ（第１コマ）と、底板において屈曲可能に連結された溝形状を有する金属製の複数のコマ（第２コマ）とを有する。第１、第２コマは先端で結合されており、前方に送り出されるとき第１、第２コマは重ね合わされ、硬直状態が確保される。それにより一定の剛性を有する柱状のアーム部が構成される。後方に引き戻されるとき第１、第２コマは分離され、それぞれ屈曲可能な状態に復帰し、支柱の内部に収納される。送り出し機構は角筒形状のフレームの４面に複数のローラを装備してなり、第１、第２コマを４方向から強固に挟み込みながら前後移動を実現するとともに、アーム部を上下左右に支持する。

アーム部の先端にはハンド等のエンドエフェクタ（手先効果器）が装備されており、その高い位置精度の実現にはアーム部の円滑で直線的な前後移動が必要とされる。そのためローラに接する第１、第２コマそれぞれの上下左右の各表面に高い面精度（表面粗さ）が要求され、第１、第２コマは高価な部品とならざるを得ない。

特許第5435679号公報

目的は、直動伸縮機構のコスト低減を実現することにある。

本実施形態に係る直動伸縮機構は、互いに前後端面において屈曲可能に連結される平板形状の複数の第１コマと、互いに底部の前後端面において屈曲可能に連結される溝形状の複数の第２コマと、前記第１、第２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コマは互いに分離されたとき屈曲状態に復帰し、前記複数の第１コマの先頭と前記複数の第２コマの先頭とを結合する結合部と、前記第１、第２コマを強固に接合し且つ前後移動自在に支持するために複数のローラ装備する送り出し機構部とを具備し、前記ローラに接する前記第１、第２コマの表面には前後にわたる少なくとも一の溝部が形成される。

図１は、第１実施形態に係る直動伸縮関節を装備するロボットアーム機構の外観を示している。 図２は、図１のロボットアーム機構の構成を図記号表現により示す図である。 図３は、図１のロボットアーム機構の内部構造を示す側面図である。 図４は、図１のロボットアーム機構の構成を図記号表現により示す図である。 図５は、図３の第１コマの構造を示す図である。 図６は、図３の第２コマの構造を示す図である。 図７は、図３のアーム部をローラとともに示す図である。 図８は、図３の第１コマの他の構造を示す図である。 図９は、図３の第２コマの他の構造を示す図である。 図１０は、図８の第１コマと図９の第２コマとからなるアーム部をローラとともに示す図である。 図１１は、図７のローラの第１、第２コマに対して接する面の変形例を示す図である。 図１２は、図７のローラの第１、第２コマに対して接する面の他の変形例を示す図である。 図１３は、図１０のローラの第１、第２コマに対して接する面の変形例を示す図である。 図１４は、図１０のローラの第１、第２コマに対して接する面の他の変形例を示す図である。

以下、図面を参照しながら第１、第２、第３実施形態に係る直動伸縮機構を説明する。なお、各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。以下の説明では、複数の関節部のうち一の関節部が各実施形態に係る直動伸縮機構で構成されたロボットアーム機構を例に説明する。ロボットアーム機構として、ここでは直動伸縮機構を備えた極座標型のロボットアーム機構を説明するが、他のタイプのロボットアーム機構であってもよい。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は第１実施形態に直動伸縮機構を装備するロボットアーム機構の外観を示している。図２は、図１のロボットアーム機構の側面図である。図３は、図１のロボットアーム機構の内部構造を側方から見た図である。
ロボットアーム機構は、基台１、支柱部２、ショルダー部４、アーム部５及び手首部６を備える。支柱部２、ショルダー部４、アーム部５及び手首部６は、基台１から順番に配設される。複数の関節部Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６は基台１から順番に配設される。基台１には円筒体をなす支柱部２が典型的には鉛直に設置される。支柱部２は旋回用の回転関節部としての第１関節部Ｊ１として機能する。第１関節部Ｊ１は回転軸ＲＡ１を備える。回転軸ＲＡ１は鉛直方向に平行である。支柱部２は下部フレーム２１と上部フレーム２２とを有する。下部フレーム２１の一端は第１関節部Ｊ１の固定部に接続される。下部フレーム２１の他端は基台１に接続される。下部フレーム２１は円筒形状のハウジング３１により覆われる。上部フレーム２２は第１関節部Ｊ１の回転部に接続され、回転軸ＲＡ１を中心に軸回転する。上部フレーム２２は円筒形状のハウジング３２により覆われる。第１関節部Ｊ１の回転に伴って下部フレーム２１に対して上部フレーム２２が回転し、それによりアーム部５は水平に旋回する。円筒体をなす支柱部２の内部中空には後述する直動伸縮機構としての第３関節部Ｊ３の第１、第２コマ列５１、５２が収納される。

支柱部２の上部には起伏回転関節部としての第２関節部Ｊ２を収容するショルダー部４が設置される。第２関節部Ｊ２は回転関節である。第２関節部Ｊ２は回転軸ＲＡ１に垂直な回転軸ＲＡ２を有する。ショルダー部４は、第２関節部Ｊ２の固定部（支持部）としての一対のサイドフレーム２３を有する。一対のサイドフレーム２３は、上部フレーム２２に連結される。一対のサイドフレーム２３は、鞍形形状のカバー３３により覆われる。一対のサイドフレーム２３にモータハウジングを兼用する第２関節部Ｊ２の回転部としての円筒体２４が支持される。円筒体２４の周面には、送り出し機構２５が取り付けられる。送り出し機構２５のフレーム２６には、ドライブギア５６、ガイドローラ５７及びローラユニット５８が支持される。円筒体２４の軸回転に従って送り出し機構２５は回動し、送り出し機構２５に支持されたアーム部５が上下に起伏する。送り出し機構２５は円筒形状のカバー３４により覆われる。鞍形カバー３３と円筒カバー３４との間の間隙は断面Ｕ字形状のＵ字蛇腹カバー１４により覆われる。Ｕ字蛇腹カバー１４は、第２関節部Ｊ２の起伏動に追従して伸縮する。

第３関節部Ｊ３は直動伸縮機構により提供される。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、可動範囲の観点でいわゆる従来の直動関節とは明確に区別される。第３関節部Ｊ３のアーム部５は屈曲自在であるが、中心軸（伸縮中心軸ＲＡ３）に沿ってアーム部５の根元の送り出し機構２５から前方に送り出されるときには屈曲が制限され、直線的剛性が確保される。アーム部５は後方に引き戻されるときには屈曲が回復される。アーム部５は第１コマ列５１と第２コマ列５２とを有する。第１コマ列５１は屈曲自在に連結された複数の第１コマ５３からなる。第１コマ５３は略平板形に構成される。第１コマ５３は端部箇所の蝶番部（ヒンジ部）で屈曲自在に連結される。第２コマ列５２は複数の第２コマ５４からなる。第２コマ５４は横断面コ字形の溝状体又はロ字形の筒状体に構成される。第２コマ５４は底板端部箇所のヒンジ部で屈曲自在に連結される。第２コマ列５２の屈曲は、第２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コマ列５２は直線的に配列する。第１コマ列５１の先頭の第１コマ５３と、第２コマ列５２の先頭の第２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１コマ５３と第２コマ５４とを合成した形状を有している。

第１、第２コマ列５１，５２はローラユニット５８を通過する際に互いに押圧されて接合する。接合により第１、第２コマ列５１，５２は直線的剛性を発揮し、柱状のアーム部５を構成する。ローラユニット５８の後方にはドライブギア５６がガイドローラ５７とともに配置される。ドライブギア５６は図示しないモータユニットに接続される。モータユニットは、ドライブギア５６を回転させるための動力を発生する。第１コマ５３の内側の面、つまり第２コマ５４と接合する側の面の幅中央には連結方向に沿ってリニアギア５３９が形成されている。複数の第１コマ５３が直線状に整列されたときに隣合うリニアギア５３９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はガイドローラ５７に押圧された第１コマ５３のリニアギア５３９に噛み合わされる。直線状につながったリニアギア５３９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。ドライブギア５６が順回転するとき第１、第２コマ列５１，５２はローラユニット５８から前方に送り出される。ドライブギア５６が逆回転するとき第１、第２コマ列５１，５２はローラユニット５８の後方に引き戻される。引き戻された第１、第２コマ列５１，５２はローラユニット５８とドライブギア５６との間で互いに分離される。分離された第１、第２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コマ列５１，５２は、ともに同じ方向（内側）に屈曲し、支柱部２の内部に鉛直に収納される。このとき、第１コマ列５１は第２コマ列５２に略平行にほぼ揃った状態で収納される。

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は伸縮中心軸ＲＡ３と略一致する第４回転軸ＲＡ４を有する回転関節であり、この第４関節部Ｊ４の回転によりエンドエフェクタは揺動回転される。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を有する回転関節である。第５関節部Ｊ５の回転によりエンドエフェクタは前後に傾動回転される。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を有する回転関節であり、この第６関節部Ｊ６の回転によりエンドエフェクタは軸回転される。

エンドエフェクタ（手先効果器）は、手首部６の第６関節部Ｊ６の回転部下部に設けられたアダプタ７に取り付けられる。エンドエフェクタはロボットが作業対象（ワーク）に直接働きかける機能を持つ部分であり、例えば把持部、真空吸着部、ナット締め具、溶接ガン、スプレーガンなどのタスクに応じて様々なツールが存在する。エンドエフェクタは、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エンドエフェクタ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従前の直動関節と異なる特徴的な点である。

図４はロボットアーム機構の構成を図記号表現により示している。ロボットアーム機構において、根元３軸を構成する第１関節部Ｊ１と第２関節部Ｊ２と第３関節部Ｊ３とにより３つの位置自由度が実現される。また、手首３軸を構成する第４関節部Ｊ４と第５関節部Ｊ５と第６関節部Ｊ６とにより３つの姿勢自由度が実現される。図４に示すように、第１関節部Ｊ１の回転軸ＲＡ１は鉛直方向に設けられる。第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２は水平方向に設けられる。第２関節部Ｊ２は第１関節部Ｊ１に対して回転軸ＲＡ１と回転軸ＲＡ１に直交する軸との２方向に関してオフセットされる。第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２は、第１関節部Ｊ１の回転軸ＲＡ１には交差しない。第３関節部Ｊ３の移動軸ＲＡ３は回転軸ＲＡ２に対して垂直な向きに設けられる。第３関節部Ｊ２は第２関節部Ｊ２に対して回転軸ＲＡ１と回転軸ＲＡ１に直交する軸との２方向に関してオフセットされる。第３関節部Ｊ３の回転軸ＲＡ３は、第２関節部Ｊ２の回転軸ＲＡ２には交差しない。複数の関節部Ｊ１−Ｊ６の根元３軸のうちの一つの回転関節部を直動伸縮関節部Ｊ３に換装し、第１関節部Ｊ１に対して第２関節部Ｊ２を２方向にオフセットさせ、第２関節部Ｊ２に対して第３関節部Ｊ３を２方向にオフセットさせることにより、本実施形態に係るロボット装置のロボットアーム機構は、特異点姿勢を構造上解消している。

本実施形態に係る直動伸縮機構を構成する第１、第２コマ５３，５４の表面には前後にわたって少なくとも一の溝部が形成されてなる。
（第１コマ５３）
図５は、図３の第１コマ５３の構造を示す図である。第１コマ５３は全体として略平板体である。矩形平板の本体部５３１の後端中央には軸受け部５３３が後方に突出する。本体部５３１の前端両側にシャフト支持部５３２が前方に突出する。第１コマ５３の軸受け５３３は、その後ろ隣りの第１コマ５３のシャフト支持部５３２の間に嵌め込まれる。軸受け部５３３の軸受け孔５３５に図示しないシャフトが挿入される。シャフトの両端はシャフト支持部５３２のシャフト受け５３４に固定される。この蝶番構造により複数の第１コマ５３が屈曲自在に連結される。第１コマ５３の背面の幅中央には連結方向(長さ方向)と平行に前後に渡ってリニアギア５３９が設けられる。当該背面両側には四角錐台形状の一対の突起部（ピンホールブロック）５３６が垂直に突出される。一対のピンホールブロック５３６は第１コマ５３の前後方向（長さ方向）の中央付近の両側に位置する。ピンホールブロック５３６にはその前後方向に沿ってロックピンホール５３７が空けられている。

（第２コマ５４）
図６は、図３の第２コマ５４の構造を示す図である。第２コマ５４は全体として断面コ字形の溝状体又は断面ロ字形の筒状体である。ここでは、第２コマ５４は断面コ字形の溝状体とする。第２コマ５４は、底板５４１と、同サイズ、同形状の一対の側板５４０とからなる。底板５４１の後端中央には軸受け部５４３が後方に突出する。底板５４１の前端両側にシャフト支持部５４２が前方に突出する。軸受け５４３は、その後ろ隣りの第２コマ５４のシャフト支持部５４２の間に嵌め込まれる。軸受け部５４３の軸受け孔５４５に図示しないシャフトが挿入される。シャフトの両端はシャフト支持部５４２のシャフト受け５４４に固定される。この蝶番構造により複数の第２コマ５４が屈曲自在に連結される。

一対の側板５４０それぞれの前端上部にはロックピンブロック５４６が内側に突設される。ロックピンブロック５４６は直方体をなし、その前面には、ロックピン５４７が前方向きに設けられる。ロックピン５４７は円柱体をなし、連結方向と平行に前方に向かって突設される。一対の側板５４０それぞれの後端上部にはチャックブロック５４８が内側に突設される。チャックブロック５４８は、四角錐台形状をなし、その傾斜面が後方に向く。第２コマ列５２において、前方の第２コマ５４のチャックブロック５４８は、後方の第２コマ５４のロックピンブロック５４６とともに、ピンホールブロック５３６を前後に受ける受け部を構成する。

（ロック機構）
直動伸縮機構は、第１、第２コマ５３，５４の接合状態を堅持するためのロック機構を有する。ロック機構は、第２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コマ５３のピンホールブロック５３６とにより構成される。

アーム部５が伸長するとき、前後の第２コマ５４の受け部により第１コマ５３のピンホールブロック５３６が狭み込まれ、これにより第１、第２コマ５３，５４は接合される。第１、第２コマ５３，５４の接合状態は、第１コマ５３のピンホール５３７に第２コマ５４のロックピン５４７が挿入された状態で維持される。第２コマ５４のロックピン５４７は、第２コマ５４がローラユニット５８の最後尾のローラ５９を通過し、その前方の第２コマ５４に対して直線状に整列するとき、第１コマ５３のピンホール５３７に挿入される。第１コマ５３のピンホール５３７に第２コマ５４のロックピン５４７が挿入された状態は、前後の第２コマ５４が直線状に整列された状態、つまり、アーム部５の後端部分がローラユニット５８に堅持された状態で維持される。

アーム部５が収縮するとき、ローラユニット５８の後方において、第２コマ５４は屈曲可能な状態に復帰し、重力により下方に引かれる。一方、第１コマ５３はドライブギア５６により水平姿勢を維持した状態で後方に引かれる。第２コマ５４が下方に引かれ、第１コマ５３が後方に引かれることで、第１コマ５３のピンホール５３７から第２コマ５４のロックピン５４７が抜け、前後の第２コマ５４の受け部は、第１コマ５３のピンホールブロック５３６を開放し、これにより第１、第２コマ５３，５４の接合状態が解除され、互いに屈曲可能に分離される。

本実施形態に係る直動伸縮機構のアーム部５を構成する第１、第２コマ５３，５４のローラに接する４面のうち少なくとも一表面には前後にわたる少なくとも一の溝部が形成される。ここでは、第１コマ５３の上面に溝部５５１が形成される。第２コマ５４の下面に溝部５５２が形成される。第２コマ５４の両側面に溝部５５３，５５４が形成される。以下詳細に説明する。

溝部５５１は、第１コマ５３の上ローラ５９に接する表面、つまり第１コマ５３の上面に、第１コマ５３の長さ方向（前後方向）と平行に、前後にわたって、幅中央に位置される。溝部５５１は、例えば１ｍｍ又はそれ未満の浅い矩形溝であり、その幅は好適には第１コマ５３の幅の１／５〜４／５、好ましくは第１コマ５３の幅の１／２である。

溝部５５２は、第２コマ５４の下ローラ５９に接する表面、つまり第２コマ５４の底板５４１の下面に、第２コマ５４の長さ方向（前後方向）と平行に、前後にわたって、幅中央に位置される。溝部５５２は、例えば１ｍｍ又はそれ未満の浅い矩形溝であり、その幅は第１コマ５３の溝部５５１の幅と略等価である。

溝部５５３，５５４は、第２コマ５４が左右ローラ６０に接する表面、つまり両側板５４０に、第２コマ５４の長さ方向と平行に、前後にわたって幅中央に設けられる。溝部５５３，５５４は、例えば１ｍｍ又はそれ未満の浅い矩形溝であり、その幅は好適には側板５４０−１の高さ（第２コマ５４の高さ）の１／５〜４／５、好ましくは第１コマ５３の溝部５５１の幅と略等価である。

第１、第２コマ５３，５４が接合され直線的に配列されたとき、第１、第２コマ５３，５４の溝部５５２、５５３，５５４は一直線に連続する。アーム部５の下面、左側面、右側面には、その軸方向にそって長く溝部が形成される。

詳細は後述するが、第１コマ５３の上面、第２コマ５４の下面、側面のうちローラの外周面（転動面）に接触する面は、アーム部５の円滑で直線的な前後移動のために、高い寸法精度及び高い面精度（表面粗さ）での切削、研削、研磨等の機械加工を要求される。溝部５５２、５５３，５５４は窪んでおり、ローラの外周面に接触しないので、高い寸法精度及び高い面精度は必要とされない。高い寸法精度及び高い面精度を要求する面積の減少により、加工コスト及び歩留まりの低減を実現し、第１、第２コマ５３，５４の製造コストを低減させる事ができる。

図７は、図３のアーム部５を送り出し機構のローラとともに示す図である。ローラユニット５８は、ドライブギア５６、ガイドローラ５７及び第１、第２コマ列５１，５２とともに直動伸縮機構（第３関節部Ｊ３）の主要な構造体である。ローラユニット５８は、上下ローラ５９と左右ローラ６０とを装備する。
上下ローラ５９は、回転軸ＲＡ２に平行な回転軸を有する。上下ローラ５９は例えば４個であり、そのうち２個が移動軸ＲＡ３の上側に、残りの２個が下側に配設される。上側、下側それぞれの２個のローラ５９は回転軸が互いに平行になるよう移動軸ＲＡ３に沿って一列に配列される。上側の２個のローラ５９と、下側の２個のローラ５９は、接合された第１、第２コマ５３，５４の合計厚に等価な距離を隔てられる。ここでの、第１、第２コマ５３，５４の合計厚とは、アーム部５の最下面からアーム部５の最上面までの距離に略等価である。それにより上下ローラ５９は第１、第２コマ５３，５４を接合し、上下から強固に強固に接合し且つ前後移動自在に支持することができる。

左右ローラ６０は、移動軸ＲＡ３と回転軸ＲＡ２とに直交する回転軸を有する。左右ローラ６０は例えば２個であり、そのうち１個が移動軸ＲＡ３の左側に、残りの１個が右側に配設される。左側のローラ６０と右側のローラ６０とは、第１、第２コマ５３，５４の幅に等価な距離を隔てられる。ここでの、第１、第２コマ５３，５４の幅とは、アーム部５の左側の最外面から右側の最外面までの距離に略等価である。それにより左右ローラ６０は、第１、第２コマ５３，５４を左右から強固に強固に接合し且つ前後移動自在に支持する。

アーム部５の先端に装備されたエンドエフェクタ（手先効果器）を高い位置精度で移動させるためには、アーム部５の円滑で直線的な前後移動が必要とされる。アーム部５の円滑で直線的な前後移動の実現は、アーム部５がローラにより上下左右から強固に挟まれることが一つの条件である。アーム部５をローラ５９，６０により上下左右から強固に挟みこみ且つ平滑に前後移動させるためには、第１、第２コマ５３，５４の耐久性を向上させるにはローラ５９，６０に接する第１、第２コマ５３，５４の寸法精度及び表面の面精度（表面粗さ）を高くしなければならない。しかしながら、高い寸法精度及び高い面精度の機械加工は高価であり、かつ歩留まりが低くなる。

本実施形態によれば、ローラに接するアーム部５の上下左右の表面にそれぞれ溝部５５１，５５２，５５３、５５４が前後にわたって凹設される。具体的には、第１コマ５３のローラに接する表面に溝部５５１が設けられ、第２コマ５４の底板５４１のローラに接する表面に溝部５５２が設けられ、第２コマ５４の側板５４０−１のローラに接する表面に溝部５５３が設けられ、第２コマ５４の側板５４０のローラに接する表面に溝部５５４が設けられる。

アーム部５の上下左右のローラ５９，６０に接する側の面に設けられた溝部５５１，５５２，５５３、５５４はローラ５９，６０に接触しない。そのため、アーム部５の上下左右のローラに接する側の面に溝部５５１，５５２，５５３、５５４を設けることは、ローラ５９，６０に接するコマ表面の面積、つまり、精度の高い機械加工が必要とされる面積を縮小し、第１、第２コマ５３，５４の製造コストの低下に寄与する。また、第１、第２コマ５３，５４の表面に設けられる溝部５５１，５５２，５５３，５５４がコマの左右ではなく、コマの前後にわたって設けることで、アーム部５の上下左右の面に対してローラ５９，６０の一部分が常に接触する状態が確保される。これにより、第１、第２コマ５３，５４の表面に溝部５５１，５５２，５５３，５５４が設けられていることによる、アーム部５を上下左右から支持するローラ５９，６０の支持力の低下を抑制でき、直動伸縮機構のアーム部５の円滑な前後移動が阻害されない。

さらに、アーム部５の下面の溝部５５２の幅を上面の溝部５５１の幅と同一にすることは、アーム部５の下面が下側ローラ５９から受ける応力を、アーム部５の上面が上側ローラ５９から受ける応力と同一にし、上側ローラ５９と下側ローラ５９とのうち一方のローラへの過剰負荷を抑制する。したがって、第１、第２コマ５３，５４に溝部５５１，５５２が設けられていることによる、第１、第２コマ５３，５４と上下ローラ５９との耐久性能の低下を抑制し、これら部品の交換頻度の増加を抑える。同様に、アーム部５の左側面の溝部５５３の幅を右側面の溝部５５４の幅と同一にすることは、一対の側板５４０それぞれの表面に溝部５５３，５５４を設けることによる、第２コマ５４と左右ローラ６０との耐久性能の低下を抑制し、これら部品の交換頻度の増加を抑える。

なお、上記では、第１、第２コマ５３，５４の表面（ローラに接する面）に対して溝部を凹設した例を説明したが、実施形態はこれに限定されない。例えば、溝部はアーム部５の上下左右のうち少なくとも一の表面に設けられていればある程度の効果は奏され得る。また、第１、第２コマ５３，５４の表面には、複数の溝部が前後にわたって設けられていてもよい。また、アーム部５の両側面を一対の側板５４０とともに形成する、第１コマ５３の両側面それぞれに前後にわたって溝部が形成されていてもよい。

さらに、第１、第２コマ５３，５４の表面（ローラに接する面）に、前後にわたって少なくとも一の凸状の線状部が凸設されていてもよい。図８は、図３の第１コマ５３の他の構造を示す図である。図９は、図３の第２コマ５４の他の構造を示す図である。図１０は、図８の第１コマ５３と図９の第２コマ５４とからなるアーム部５をローラとともに示す図である。ここでは、アーム部５の上下左右の４つの面それぞれに線状部５６１，５６２，５６３，５６４が形成される。

線状部５６１は、第１コマ５３のローラに接する表面、つまりアーム部５の上面の幅中央に位置し、第１コマ５３の長さ方向と平行に、前後にわたって設けられる。線状部５６１は、高さ数ｍｍの低い線状突起であり、その幅は好適には第１コマ５３の幅の１／５〜４／５、好ましくは第１コマ５３の幅の１／２である。第１、第２コマ５３，５４の接合による柱状体（アーム部５）が構成されたとき、隣接する第１コマ５３の線状部５６１は繋がり、アーム部５の上面には、前後にわたって連続する長い線状部が形成される。

線状部５６２は、底板５４１の表面、つまりアーム部５の下面の幅中央に位置し、第２コマ５４の長さ方向と平行に、前後にわたって設けられる。線状部５６２は、高さ数ｍｍの低い線状突起であり、その幅は第１コマ５３の線状部５６１の幅と略等価である。

線状部５６３は、側板５４０−１の表面、つまりアーム部５の左側面の高さ中央に位置し、第２コマ５４の長さ方向と平行に、前後にわたって設けられる。線状部５６３は、高さ数ｍｍの低い線状突起であり、その幅は好適には側板５４０−１の高さ（第２コマ５４の高さ）の１／５〜４／５、好ましくは第１コマ５３の線状部５６１の幅と略等価である。

線状部５６４は、側板５４０の表面、つまりアーム部５の右側面の高さ中央に位置し、第２コマ５４の長さ方向と平行に、前後にわたって設けられる。線状部５６４は、線状部５６３と同一の断面形状、幅に形成される。第１、第２コマ５３，５４の接合による柱状体（アーム部５）が構成されたとき、隣接する第２コマ５４の線状部５６２、５６３，５６４は繋がり、アーム部５の下面、左側面、右側面には、前後にわたって連続する長い線状部が形成される。

アーム部５の上下左右のローラに接する表面にそれぞれ線状部５６１，５６２，５６３、５６４を設けることは、アーム部５の上下左右のローラに接する表面にそれぞれ溝部５５１，５５２，５５３、５５４を設けた場合と同等の効果を得られる。すなわち、ローラ５９，６０に接するコマ表面の面積、つまり、精度の高い機械加工処理が必要とされる面積を縮小し、第１、第２コマ５３，５４の製造コストの低下に寄与する。また、第１、第２コマ５３，５４の表面に設けられる線状部５６１，５６２，５６３，５６４がコマの左右ではなく、コマの前後にわたって設けることで、アーム部５の上下左右の面に対してローラ５９，６０の一部分が常に接触する状態が確保される。これにより、第１、第２コマ５３，５４の表面に線状部５６１，５６２，５６３，５６４が設けられていることによる、アーム部５を上下左右から支持するローラ５９，６０の支持力の低下を抑制でき、直動伸縮機構のアーム部５の円滑な前後移動が阻害されない。

さらに、アーム部５の下面の線状部５６２の幅を上面の線状部５６１の幅と同一にすることは、アーム部５の下面が下側ローラ５９から受ける応力を、アーム部５の上面が上側ローラ５９から受ける応力と同一にし、上側ローラ５９と下側ローラ５９とのうち一方のローラへの過剰負荷を抑制する。したがって、第１、第２コマ５３，５４に線状部５６１，５６２が設けられていることによる、第１、第２コマ５３，５４と上下ローラ５９との耐久性能の低下を抑制し、これら部品の交換頻度の増加を抑える。同様に、アーム部５の左側面の線状部５６３の幅を右側面の線状部５６４の幅と同一にすることは、一対の側板５４０それぞれの表面に線状部５６３，５６４を設けることによる、第２コマ５４と左右ローラ６０との耐久性能の低下を抑制し、これら部品の交換頻度の増加を抑える。

なお、上記では、第１、第２コマ５３，５４の表面（ローラに接する面）に対して線状部を凸設した例を説明したが、実施形態はこれに限定されない。例えば、線状部はアーム部５の上下左右のうち少なくとも一の表面に設けられていればよい。また、第１、第２コマ５３，５４の表面には、複数の線状部が前後にわたって設けられていてもよい。また、アーム部５の両側面を一対の側板５４０とともに形成する、第１コマ５３の両側面それぞれに前後にわたって線状部が形成されていてもよい。さらに、線状部は、その幅がコマ表面から外側に向かって狭くなる、断面が円弧形状、三角形状等であってもよい。これにより、精度の高い機械加工処理が必要とされる面積を縮小し、第１、第２コマ５３，５４の製造コストを低減することができる。

なお、高コストで精度の高い機械加工処理が必要される面積を縮小させるために、アーム部５を上下左右に支持するローラ５９，６０のうち少なくとも一のローラの幅を第１、第２コマ５３，５４の幅よりも短く構成し、第１、第２コマ５３，５４の表面に接する面積を縮小するようにしてもよい。図１１は、図７のローラ５９，６０の寸法と設置位置とを示す図である。図１２は、図７のローラ５９，６０の寸法と設置位置との他の例を示す図である。図１３は、図１０のローラ５９，６０の寸法と設置位置とを示す図である。図１４は、図１０のローラ５９，６０の寸法と設置位置との他の例を示す図である。

図１１に示すように、上下ローラ５９の転動体の幅は、溝部５５１、５５２の幅よりも短い。転動体の外周面は、溝部５５１、５５２の底面に接する。同様に、左右ローラ６０は、溝部５５３，５５４の幅よりも短い幅を有する転動体を備え、溝部５５３，５５４の底面を支持可能にフレーム２６に取り付けられる。これにより、ローラ５９，６０が接する面を、溝部５５１，５５２，５５３，５５４の底面に限定することができ、精度の高い機械加工が必要とされる面積を縮小し、第１、第２コマ５３，５４の製造コストを低減させることができる。また、上下ローラ５９が溝部５５１，５５２に嵌めこまれている構造は、第１、第２コマ５３，５４の左右方向（幅方向）への動きを制限し、左右ローラ６０が溝部５５３，５５４に嵌めこまれている構造は、第１、第２コマ５３，５４の上下方向（厚み方向）への動きを制限し、これによりアーム部５の直線的な前後移動を案内する。

図１２に示すように、上下ローラ５９各々は複数、ここでは２つの転動体５９１を装備する。２つの転動体５９１は、同一径であり、溝部５５１，５５２の幅に略等価な距離を隔てて同軸に配置される。上側のローラ５９の２つの転動体５９１の外周面は第１コマ５３の表面のうち溝部５５１で分離された２つの表面部分、換言すると第１コマ５３の表面のうち溝部５５１の範囲を除いた２つの表面部分にそれぞれ接する。下側のローラ５９の２つの転動体５９１の外周面は第２コマ５４の表面のうち溝部５５２で分離された２つの表面部分、換言すると第２コマ５４の表面のうち溝部５５２の範囲を除いた２つの表面部分にそれぞれ接する。同様に、左右ローラ６０各々は複数、ここでは２つの転動体６０１を装備する。２つの転動体６０１は、同一径であり、溝部５５３，５５４の幅に略等価な距離を隔てて同軸に配置される。左側のローラ６０の２つの転動体６０１の外周面は第２コマ５４の左側面のうち溝部５５３で分離された２つの表面部分にそれぞれ接する。右側のローラ６０の２つの転動体６０１の外周面は第２コマ５４の右側面のうち溝部５５４で分離された２つの表面部分にそれぞれ接する。

これにより、ローラ５９，６０が第１、第２コマ５３，５４に対して接する面を、第１、第２コマ５３，５４の表面のうち溝部５５１，５５２，５５３，５５４の範囲を除いた最外表面だけにすることができ、精度の高い機械加工が必要とされる面積を縮小し、第１、第２コマ５３，５４の製造コストを低減させることができる。

図１３に示すように、上下ローラ５９は、凸状の線状部５６１，５６２の幅と略等価な幅を有する転動体を備える。転動体の外周面は線状部５６１，５６２の上面（第１、第２コマ５３，５４の最外表面）に接する。同様に、左右ローラ６０は、線状部５６３，５６４の幅と略等価な幅を有する転動体を備え、その転動体の外周面は線状部５６３，５６４の上面（第１、第２コマ５３，５４の最外表面）に接する。これにより、ローラ５９，６０が第１、第２コマ５３，５４に対して接する面を、線状部５６１，５６２，５６３，５６４の上面だけにすることができ、精度の高い機械加工が必要とされる面積を縮小し、第１、第２コマ５３，５４の製造コストを低減させることができる。

図１４に示すように、上下ローラ５９各々は複数、ここでは２つの転動体５９１を装備する。２つの転動体５９１は、同一径であり、線条部５６１，５６２の幅に略等価な距離を隔てて同軸に配置される。上側のローラ５９の２つの転動体５９１の外周面は第１コマ５３の表面のうち線条部５６１で分離された２つの表面部分、換言すると第１コマ５３の表面のうち線状部５６１の範囲を除いた２つの表面部分にそれぞれ接する。下側のローラ５９の２つの転動体５９１の外周面は第２コマ５４の表面のうち線条部５６２で分離された２つの表面部分、換言すると第２コマ５４の表面のうち線状部５６２の範囲を除いた２つの表面部分にそれぞれ接する。同様に、左右ローラ６０各々は複数、ここでは２つの転動体６０１を装備する。２つの転動体６０１は、同一径であり、線条部５６３，５６４の幅に略等価な距離を隔てて同軸に配置される。左側のローラ６０の２つの転動体６０１の外周面は第２コマ５４の左側面のうち線条部５６３で分離された２つの表面部分、換言すると第２コマ５４の表面のうち線状部５６３の範囲を除いた２つの表面部分にそれぞれ接する。右側のローラ６０の２つの転動体６０１の外周面は第２コマ５４の右側面のうち線条部５６４で分離された２つの表面部分、換言すると第２コマ５４の表面のうち線状部５６４の範囲を除いた２つの表面部分にそれぞれ接する。

これにより、ローラ５９，６０が接触する面を、第１、第２コマ５３，５４の表面のうち線状部５６１，５６２，５６３，５６４の範囲を除いた最外表面だけに限定することができ、精度の高い機械加工が必要とされる面積を縮小し、第１、第２コマ５３，５４の製造コストを低減させることができる。

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。

５…アーム部、２６…角筒フレーム、５３…第１コマ、５４…第２コマ、５９…上下ローラ、６０…左右ローラ、５５１，５５２，５５３，５５４…溝部。

Claims (19)

1. 互いに前後端面において屈曲可能に連結される平板形状の複数の第１コマと、
   互いに底部の前後端面において屈曲可能に連結される溝形状の複数の第２コマと、前記第１、第２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コマは互いに分離されたとき屈曲状態に復帰し、
   前記複数の第１コマの先頭と前記複数の第２コマの先頭とを結合する結合部と、
   前記第１、第２コマを強固に接合し且つ前後移動自在に支持するために複数のローラを装備する送り出し機構部とを具備し、
   前記ローラに接する側の前記第１、第２コマの表面には前後にわたる少なくとも一の溝部が形成されることを特徴とする直動伸縮機構。
2. 前記溝部は、前記第１コマの上面と前記第２コマの下面とにそれぞれに形成されることを特徴とする請求項１記載の直動伸縮機構。
3. 前記溝部は、前記第２コマの両側面にそれぞれ形成されることを特徴とする請求項２記載の直動伸縮機構。
4. 前記溝部は、前記第１コマの上面の幅中央に形成されることを特徴とする請求項２記載の直動伸縮機構。
5. 前記溝部は、前記第２コマの下面の幅中央に形成されることを特徴とする請求項２記載の直動伸縮機構。
6. 前記ローラの転動体の外周面は前記第１、第２コマの表面のうち前記溝部を除いた表面部分に接することを特徴とする請求項１記載の直動伸縮機構。
7. 前記ローラは同軸に離間して配置された複数の転動体を有し、
   前記複数の転動体の外周面は前記第１、第２コマの表面のうち前記溝部を除いた複数の表面部分にそれぞれ接することを特徴とする請求項１記載の直動伸縮機構。
8. 前記ローラの転動体の幅は前記第１、第２コマの幅よりも短いことを特徴とする請求項６と７のいずれか一項記載の直動伸縮機構。
9. 前記ローラの転動体の幅は前記溝部の幅よりも短く、
   前記ローラの転動体の外周面は前記溝部の底面に接することを特徴とする請求項１記載の直動伸縮機構。
10. 互いに前後端面において屈曲可能に連結される平板形状の複数の第１コマと、
    互いに底部の前後端面において屈曲可能に連結される溝形状の複数の第２コマと、前記第１、第２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コマは互いに分離されたとき屈曲状態に復帰し、
    前記複数の第１コマの先頭と前記複数の第２コマの先頭とを結合する結合部と、
    前記第１、第２コマを強固に接合し且つ前後移動自在に支持するために複数のローラ装備する送り出し機構部とを具備し、
    前記ローラに接する側の前記第１、第２コマの表面には前後にわたって少なくとも一の凸状の線条部が形成されることを特徴とする直動伸縮機構。
11. 前記線条部は、前記第１コマの上面と前記第２コマの下面とにそれぞれに形成されることを特徴とする請求項１０記載の直動伸縮機構。
12. 前記線条部は、前記第２コマの両側面にそれぞれ形成されることを特徴とする請求項１１記載の直動伸縮機構。
13. 前記線条部は、前記第２コマの上面の幅中央に形成されることを特徴とする請求項１１記載の直動伸縮機構。
14. 前記線条部は、前記第２コマの下面の幅中央に形成されることを特徴とする請求項１１記載の直動伸縮機構。
15. 前記ローラの転動体の外周面は前記第１、第２コマの表面のうち前記線条部を除いた表面部分に接することを特徴とする請求項１１記載の直動伸縮機構。
16. 前記ローラは同軸に離間して配置された複数の転動体を有し、
    前記複数の転動体の外周面は前記第１、第２コマの表面のうち前記線条部を除いた複数の表面部分にそれぞれ接することを特徴とする請求項１１記載の直動伸縮機構。
17. 前記ローラの転動体の幅は前記第１、第２コマの幅よりも短いことを特徴とする請求項１５と１６のいずれか一項記載の直動伸縮機構。
18. 前記ローラの転動体の幅は前記線条部の幅よりも短く、
    前記ローラの転動体の外周面は前記線条部の表面に接することを特徴とする請求項１１記載の直動伸縮機構。
19. 互いに前後端面において屈曲可能に連結される平板形状の複数の第１コマと、
    互いに底部の前後端面において屈曲可能に連結される溝形状の複数の第２コマと、前記第１、第２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コマは互いに分離されたとき屈曲状態に復帰し、
    前記複数の第１コマの先頭と前記複数の第２コマの先頭とを結合する結合部と、
    前記第１、第２コマを強固に接合し且つ前後移動自在に支持するために複数のローラを装備する送り出し機構部とを具備し、
    前記ローラの幅は前記第１、第２コマの幅よりも短いことを特徴とする直動伸縮機構。

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