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JP-3255762-U - リンク機構

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Abstract

【課題】特定の部分を直線的に変位させることができるリンク機構を提供する。 【解決手段】リンク機構は、第１リンク部材～第７リンク部材（１２L１~１２L７）を備えている。また、リンク機構では、各回動中心軸であるＡ軸、Ｂ軸、Ｃ軸、Ｄ軸、Ｅ軸、Ｇ軸及びＰ軸（１８A~１８P）が以下のように設定されている。Ｚ方向視において、Ａ軸とＢ軸とＤ軸とを通る線が直線となっており、Ａ軸とＥ軸とＰ軸とＤ軸とを通る線によって形成される四角形が平行四辺形となっており、Ａ軸からＢ軸までの距離と、Ａ軸からＤ軸までの距離と、Ｅ軸からＣ軸までの距離と、Ｅ軸からＰ軸までの距離と、が互いに同じ距離となっており、Ａ軸からＧ軸までの距離と、Ｃ軸からＧ軸までの距離と、が互いに同じ距離となっており、Ａ軸からＥ軸までの距離と、Ｂ軸からＣ軸までの距離と、Ｄ軸からＰ軸までの距離と、が互いに同じ距離となっている。 【選択図】図１

Inventors

  • 眞渋 賢二

Assignees

  • 眞渋 賢二

Dates

Publication Date
20260508
Application Date
20260306

Claims (3)

  1. 互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸によって定義される三次元空間に設けられるリンク機構であって、 前記Ｚ軸方向と平行かつ前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向に変位不能となっているＡ軸と、 前記Ａ軸において、その一部が回動可能な状態で支持された第１リンク部材と、 前記Ａ軸において、その一部が回動可能な状態で支持された第２リンク部材と、 前記第１リンク部材において前記Ａ軸とは離れた位置に設定されかつ前記Ｚ軸方向と平行となっているＤ軸と、 前記Ｄ軸において、その一部が回動可能な状態で支持された第３リンク部材と、 前記第２リンク部材において前記Ａ軸とは離れた位置に設定されかつ前記Ｚ軸方向と平行となっているＥ軸と、 前記Ｅ軸において、その一部が回動可能な状態で支持された第４リンク部材と、 前記第３リンク部材の前記Ｄ軸とは離れた位置を軸支し、かつ前記第４リンク部材の前記Ｅ軸とは離れた位置を軸支し、前記Ｚ軸方向と平行となっているＰ軸と、 前記Ａ軸と離れた位置において、前記Ｚ軸方向と平行かつ前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向に変位不能となっているＧ軸と、 前記Ｇ軸において、その一部が回動可能な状態で支持された第５リンク部材と、 前記第１リンク部材において前記Ａ軸に対して前記Ｄ軸とは反対側の位置に設定されかつ前記Ｚ軸方向と平行となっているＢ軸と、 前記Ｂ軸において、その一部が回動可能な状態で支持されている第６リンク部材と、 前記第５リンク部材の前記Ｇ軸とは離れた位置を軸支し、かつ、前記第６リンク部材の前記Ｂ軸とは離れた位置を軸支し、前記Ｚ軸方向と平行となっているＣ軸と、 前記Ｅ軸において、その一部が回動可能な状態で支持されていると共に、前記Ｅ軸とは離れた位置となる前記Ｃ軸において、その一部が回動可能な状態で支持されている第７リンク部材と、 を備えており、 前記Ｚ方向視において、 前記Ａ軸と前記Ｂ軸と前記Ｄ軸とを通る線が直線となっており、 前記Ａ軸と前記Ｅ軸と前記Ｐ軸と前記Ｄ軸とを通る線によって形成される四角形が平行四辺形となっており、 前記Ａ軸から前記Ｂ軸までの距離と、前記Ａ軸から前記Ｄ軸までの距離と、前記Ｅ軸から前記Ｃ軸までの距離と、前記Ｅ軸から前記Ｐ軸までの距離と、が互いに同じ距離となっており、 前記Ａ軸から前記Ｇ軸までの距離と、前記Ｃ軸から前記Ｇ軸までの距離と、が互いに同じ距離となっており、 前記Ａ軸から前記Ｅ軸までの距離と、前記Ｂ軸から前記Ｃ軸までの距離と、前記Ｄ軸から前記Ｐ軸までの距離と、が互いに同じ距離となっているリンク機構。
  2. 前記Ｚ方向視において、 前記Ｃ軸が、前記Ａ軸と前記Ｅ軸と前記Ｐ軸と前記Ｄ軸とを通る線によって形成される平行四辺形の内側に設けられている請求項１に記載のリンク機構。
  3. 前記Ｚ方向視において、 前記Ｃ軸が、前記Ａ軸と前記Ｅ軸と前記Ｐ軸と前記Ｄ軸とを通る線によって形成される平行四辺形の外側に設けられている請求項１に記載のリンク機構。

Description

本考案は、リンク機構に関する。 従来、厳正直線運動を実現するリンク機構が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、非特許文献１及び非特許文献２参照）。 特開平２００９-２９１２９０号公報特開平５-１０４３８３号公報 「機構学」窪田雅男著 森北出版（株）刊 １９７４年発行 第１６２頁～第１６５「新編機械の素」浅川権八著 機械の素委員会編 理工学社出版 １９６６年発行 第７６頁～第８０頁及び第８７頁 第１実施形態のリンク機構を示す側面図である。図１に示されたリンク機構を簡略化して示す図である。図２に示されたリンク機構を点Ａを中心として、時計回りにα°回転させた図である。第２実施形態のリンク機構を示す側面図である。第３実施形態のリンク機構を示す側面図である。第４実施形態のリンク機構を示す側面図である。 図１～図３を用いて、本考案の第１実施形態に係るリンク機構１０について説明する。なお、リンク機構１０が設けられた三次元空間を互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸によって定義することにする。図１には、Ｘ軸及びＹ軸が示されている。Ｘ軸方向一方側は図１の紙面の右方向であり、Ｘ軸方向他方側は図１の紙面の左方向である。Ｙ軸方向一方側は図１の紙面の上方向であり、Ｙ軸方向他方側は図１の紙面の下方向である。Ｚ軸方向一方側は図１の紙面手前方向であり、Ｚ軸方向他方側は図１の紙面奥行方向である。 リンク機構１０は、７個のリンク部材（第１リンク部材１２Ｌ１、第２リンク部材１２Ｌ２、第３リンク部材１２Ｌ３、第４リンク部材１２Ｌ４、第５リンク部材１２Ｌ５、第６リンク部材１２Ｌ６及び第７リンク部材１２Ｌ７）と、リンク部材を回動可能に支持する機能及びリンク部材同士を回動可能に連結する機能の少なくとも一方の機能を有する７個のリンクピン（Ａリンクピン１４Ａ、Ｂリンクピン１４Ｂ、Ｃリンクピン１４Ｃ、Ｄリンクピン１４Ｄ、Ｅリンクピン１４Ｅ、Ｇリンクピン１４Ｇ及びＰリンクピン１４Ｐ）と、を含んで構成されている。各リンク部材は、Ｚ軸方向と直交する方向に延びる長尺状の部材となっている。 第１リンク部材１２Ｌ１の長手方向の中央部は、Ａリンクピン１４Ａを介してリンクベース１６に固定されている。ここで、Ａリンクピン１４Ａは、第１リンク部材１２Ｌ１の長手方向の中央部をＺ軸方向と平行なＡ軸１８Ａまわりに回動可能に支持する部材であると共に、第１リンク部材１２Ｌ１の長手方向の中央部と第２リンク部材１２Ｌ２の長手方向一方側の端部とを回動可能に連結する部材である。リンクベース１６は、リンク機構１０が固定される土台としての機能を有している。そのため、第１リンク部材１２Ｌ１においてＡリンクピン１４Ａによって支持されている部分（第１リンク部材１２Ｌ１の長手方向の中央部）は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に変位不能となっている。 第２リンク部材１２Ｌ２の長手方向一方側の端部は、第１リンク部材１２Ｌ１の長手方向中央部とＡリンクピン１４Ａを介して回動可能に連結されている。 第３リンク部材１２Ｌ３の長手方向一方側の端部は、第１リンク部材１２Ｌ１の長手方向一方側の端部とＤリンクピン１４Ｄを介して連結されている。Ｄリンクピン１４Ｄは、第１リンク部材１２Ｌ１と第３リンク部材１２Ｌ３とをＺ軸方向と平行なＤ軸１８Ｄまわりに回動可能に連結する部材である。 第４リンク部材１２Ｌ４の長手方向一方側の端部は、第２リンク部材１２Ｌ２の長手方向他方側の端部とＥリンクピン１４Ｅを介して回動可能に連結されている。Ｅリンクピン１４Ｅは、第２リンク部材１２Ｌ２と第４リンク部材１２Ｌ４と第７リンク部材１２Ｌ７とをＺ軸方向と平行なＥ軸１８Ｅまわりに回動可能に連結する部材である。また、第４リンク部材１２Ｌ４の長手方向他方側の端部は、第３リンク部材１２Ｌ３の長手方向他方側の端部とＰリンクピン１４Ｐを介して回動可能に連結されている。Ｐリンクピン１４Ｐは、第３リンク部材１２Ｌ３と第４リンク部材１２Ｌ４とをＺ軸方向と平行なＰ軸１８Ｐまわりに回動可能に連結する部材である。 第５リンク部材１２Ｌ５の長手方向一方側の端部は、Ｇリンクピン１４Ｇを介してリンクベース１６に固定されている。ここで、Ｇリンクピン１４Ｇは、第５リンク部材１２Ｌ５の長手方向一方側の端部をＺ軸方向と平行なＧ軸１８Ｇまわりに回動可能に支持する部材である。前述の通り、リンクベース１６は、リンク機構１０が固定される土台としての機能を有している。そのため、第５リンク部材１２Ｌ５においてＧリンクピン１４Ｇによって支持されている部分（第５リンク部材１２Ｌ５の長手方向一方側の端部）は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に変位不能となっている。 第６リンク部材１２Ｌ６の長手方向一方側の端部は、第１リンク部材１２Ｌ１の長手方向他方側の端部とＢリンクピン１４Ｂを介して回動可能に連結されている。Ｂリンクピン１４Ｂは、第１リンク部材１２Ｌ１と第６リンク部材１２Ｌ６とをＺ軸方向と平行なＢ軸１８Ｂまわりに回動可能に連結する部材である。Ｂ軸１８Ｂは、Ａ軸１８Ａに対してＤ軸１８Ｄとは反対側の位置に位置している。また、第６リンク部材１２Ｌ６の長手方向他方側の端部は、第５リンク部材１２Ｌ５の長手方向他方側の端部とＣリンクピン１４Ｃを介して回動可能に連結されている。Ｃリンクピン１４Ｃは、第５リンク部材１２Ｌ５と第６リンク部材１２Ｌ６と第７リンク部材１２Ｌ７とをＺ軸方向と平行なＣ軸１８Ｃまわりに回動可能に連結する部材である。 第７リンク部材１２Ｌ７の長手方向一方側の端部は、第２リンク部材１２Ｌ２の長手方向他方側の端部及び第４リンク部材１２Ｌ４の長手方向一方側の端部とＥリンクピン１４Ｅを介して連結されている。また、第７リンク部材１２Ｌ７の長手方向他方側の端部は、第５リンク部材１２Ｌ５の長手方向他方側の端部及び第６リンク部材１２Ｌ６の長手方向他方側の端部とＣリンクピン１４Ｃを介して連結されている。 そして、本実施形態では、Ｚ方向視において、以下の条件１～条件５を満たすように、各リンク部材の寸法及び各リンクピンの位置が設定されている。 条件１：Ｚ方向視において、Ａ軸１８ＡとＢ軸１８ＢとＤ軸１８Ｄとを通る線が直線となっている。 条件２：Ｚ方向視において、Ａ軸１８ＡとＥ軸１８ＥとＰ軸１８ＰとＤ軸１８Ｄとを通る線によって形成される四角形が平行四辺形となっている。 条件３：Ｚ方向視において、Ａ軸１８ＡからＢ軸１８Ｂまでの距離と、Ａ軸１８ＡからＤ軸１８Ｄまでの距離と、Ｅ軸１８ＥからＣ軸１８Ｃまでの距離と、Ｅ軸１８ＥからＰ軸１８Ｐまでの距離と、が互いに同じ距離となっている。 条件４：Ｚ方向視において、Ａ軸１８ＡからＧ軸１８Ｇまでの距離と、Ｃ軸１８ＣからＧ軸１８Ｇまでの距離と、が互いに同じ距離となっている。 条件５：Ｚ方向視において、Ａ軸１８ＡからＥ軸１８Ｅまでの距離と、Ｂ軸１８ＢからＣ軸１８Ｃまでの距離と、Ｄ軸１８ＤからＰ軸１８Ｐまでの距離と、が互いに同じ距離となっている。 なお、本実施形態では、Ａ軸１８ＡからＢ軸１８Ｂまでの距離、Ａ軸１８ＡからＤ軸１８Ｄまでの距離、Ｅ軸１８ＥからＣ軸１８Ｃまでの距離及びＥ軸１８ＥからＰ軸１８Ｐまでの距離が「ａ（例えばａメートル）」に設定されている。また、Ａ軸１８ＡからＧ軸１８Ｇまでの距離及びＣ軸１８ＣからＧ軸１８Ｇまでの距離が「ｂ（例えばｂメートル）」に設定されている。さらに、Ａ軸１８ＡからＥ軸１８Ｅまでの距離、Ｂ軸１８ＢからＣ軸１８Ｃまでの距離及びＤ軸１８ＤからＰ軸１８Ｐまでの距離が「ｃ（例えばｃメートル）」に設定されている。本実施形態では、距離「ｃ」は、距離「ａ」及び距離「ｂ」よりも長い距離となっている。また、本実施形態では、Ｚ方向視において、Ｃ軸１８ＣがＡ軸１８ＡとＥ軸１８ＥとＰ軸１８ＰとＤ軸１８Ｄとを通る線によって形成される平行四辺形の内側に配置されている。 図２は、図１に示されたリンク機構１０の各リンク部材（第１リンク部材１２Ｌ１、第２リンク部材１２Ｌ２、第３リンク部材１２Ｌ３、第４リンク部材１２Ｌ４、第５リンク部材１２Ｌ５、第６リンク部材１２Ｌ６及び第７リンク部材１２Ｌ７）を線で示すと共に、各軸（Ａ軸１８Ａ、Ｂ軸１８Ｂ、Ｃ軸１８Ｃ、Ｄ軸１８Ｄ、Ｅ軸１８Ｅ、Ｇ軸１８Ｇ及びＰ軸１８Ｐ）を点で示した図である。点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｇ及び点Ｐは、Ａ軸１８Ａ、Ｂ軸１８Ｂ、Ｃ軸１８Ｃ、Ｄ軸１８Ｄ、Ｅ軸１８Ｅ、Ｇ軸１８Ｇ及びＰ軸１８Ｐにそれぞれ対応する点である。なお、以下の説明においては、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｇ及び点Ｐを示すアルファベットの組み合わせで各点を結ぶ線分等を示す場合がある。例えば、ＡＥは、点Ａと点Ｅとを結ぶ線分であり、第２リンク部材１２Ｌ２を表す線分に対応する。 図２（図１も参照）に示されるように、点Ａ（０，０）をＸ軸とＹ軸との交点に設けると共に、点Ｇ（ｂ，０）をＸ軸上に設ける。また、点Ｇを中心として半径ｂの円を描く。この円の円周上に点Ｃを取り、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｅの４点で構成される四辺形ＡＢＣＥを形成する。四辺形ＡＢＣＥにおいて、辺ＡＥと辺ＢＣとは交差している。線分ＢＡの延長上にＢＡ＝ＡＤ＝ａとなる点Ｄを設ける。ＡＥ＝ｃとＡＤ＝ａを二辺とする平行四辺形ＡＥＰＤを形成し、点Ａの対角の点をＰとする。辺ＣＧを時計回りに回転させた時、点Ｐはｙ軸に平行な直線運動をする事になる。このように、本実施形態のリンク機構１０では、特定の部分（Ｐ軸１８Ｐがある部分）を直線的に変位させることができる。 ここで、∠ＡＧＣ＝θとした時、リンク機構１０が作動可能なθの範囲を考える。リンク機構１０が作動可能なθの限界値は、点Ｂ，Ａ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｐの全ての点が線分ＡＣの延長線上に並んだ状態と対応する。この時のθをθ１とすることにする。ＡＢ＝ａ，ＢＣ＝ｃとなっていることにより、ＡＣ＝ｃ－ａの関係となる。ＡＣは２ｂ・ｓｉｎ（θ１／２）で表すことができる。すなわち、以下の式（１）及び式（２）の関係が成立する。 ＡＣ＝ｃ－ａ＝２ｂ・ｓｉｎ（θ１／２） ・・・式（１） ｓｉｎ（θ１／２）＝（ｃ－ａ）／２ｂ ・・・式（２） 以上より、θ１は、以下の式（３）で表すことができる。 θ１＝２・ａｒｃｓｉｎ｛（ｃ－ａ）／２ｂ｝ ・・・式（３） ここで、具体例として、ａ＝３５、ｂ＝３０、ｃ＝５０を代入すると、θ１＝２８．９６°となる。従って、リンク機構１０が作動可能なθの範囲としては、θ１＜θ＜１８０°の範囲となる。なお、本考案が適用されたリンク機構の構成として、θ１＜θ＜１８０°の時の構成（第１実施形態のリンク機構１０の構成）に対してｘ軸に線対称となっている構成のリンク機構（－１８０°＜θ＜－θ１となっている構成）を採用することもできる。 次に、本考案において点Ｐが厳正直線運動する事を、数学的に証明する。つまり点Ｐのｘ座標（Ｐｘ）が定数である事を示す。まず、図２（θが鋭角の時）において点Ａ，Ｃ，Ｐが同一線上にある事を示す。 図３に示されるように、点Ｅを中心に半径ａの円を描き、ＡＣの延長線上との交点をＰ'とする。△ＥＣＰ'は二等辺三角形となっている。∠ＥＣＲ＝∠ＥＰ'Ｒとなる点Ｒをとる。△ＡＢＣと△ＡＥＣは合同になっていることにより、ＢＱ＝ＥＲとなる。よって△ＡＢＱと△ＣＥＲは合同となる。従って、∠ＥＰ'Ｒ＝∠ＢＡＱの関係が成立する。つまり、ＡＢとＰ'Ｅは平行となる。四角形ＡＤＰＥは距離ａの辺と距離ｃの辺を二辺とする平行四辺形となっているため、点Ｐと点Ｐ'は一致する。よって、点Ａ，Ｃ，Ｐは同一線上にある。 図２に示されるように、Ｐｘは以下の式（４）で表すことができる。 Ｐｘ＝ＡＰ・ｃｏｓα ・・・式（４） △ＡＣＦは直角三角形なので、以下の式（５）の関係が成立する。 ＡＣ＝２ｂ・ｃｏｓα ・・・式（５） 図３に示されるように、ＡＰに関して、以下の式（