関節機構
【課題】軽量化を図ることが可能な関節機構を提供する。
【解決手段】この関節機構は、第１部材２と、この第１部材２に第１軸８を介して回動可能に結合された第２部材４とを備え、当該第２部材４を作動液の圧力で第１軸８回りに第１部材２に対して相対的に回動させることにより第１部材２と第２部材４の間の角度を変化させる関節機構であって、第１部材２は、第１軸８に結合するとともに、作動液が給排される第１部材作動液室２ｄを内部に有し、第２部材４は、第１部材作動液室２ｄ内でピストンを構成し、第１部材作動液室２ｄへの作動液の給排に応じて第１軸８回りに第１部材２に対して相対的に回動する第１ロッド部１４と、その第１ロッド部１４と別体に設けられ、第１軸８に結合する基部１２とを有するとともに、これら第１ロッド部１４及び基部１２は、互いの相対変位を許容するがたつきを持った状態で結合される。
【解決手段】この関節機構は、第１部材２と、この第１部材２に第１軸８を介して回動可能に結合された第２部材４とを備え、当該第２部材４を作動液の圧力で第１軸８回りに第１部材２に対して相対的に回動させることにより第１部材２と第２部材４の間の角度を変化させる関節機構であって、第１部材２は、第１軸８に結合するとともに、作動液が給排される第１部材作動液室２ｄを内部に有し、第２部材４は、第１部材作動液室２ｄ内でピストンを構成し、第１部材作動液室２ｄへの作動液の給排に応じて第１軸８回りに第１部材２に対して相対的に回動する第１ロッド部１４と、その第１ロッド部１４と別体に設けられ、第１軸８に結合する基部１２とを有するとともに、これら第１ロッド部１４及び基部１２は、互いの相対変位を許容するがたつきを持った状態で結合される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連結された部材間の角度を変化させる関節機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、連結された部材間の角度を変化させる関節機構が知られている。例えば、下記特許文献１には、そのような関節機構の一例として、油圧ショベルに用いられるブームと油圧ショベル本体の間の関節機構、アームとブームの間の関節機構及びバケットとアームの間の関節機構が開示されている。この油圧ショベルでは、ブーム、アーム及びバケットが油圧ショベル本体側から順番に回動可能に連結されている。そして、ブームと油圧ショベル本体の間の関節機構は、ブームと油圧ショベル本体との連結軸回りにブームを回動させてブームと油圧ショベル本体の間の角度を変化させるものであり、アームとブームの間の関節機構は、アームとブームとの連結軸回りにアームを回動させてアームとブームの間の角度を変化させるものである。また、バケットとアームの間の関節機構は、バケットとアームとの連結軸回りにバケットを回動させてバケットとアームの間の角度を変化させるものである。そして、これら各関節機構は、連結された各部材を相対的に回動させるアクチュエータとしての油圧シリンダをそれぞれ有しており、この油圧シリンダは駆動される各部材の外部に取り付けられている。
【特許文献１】特開２００２−３２２６６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１に開示された油圧ショベルの各関節機構では、前記ブーム等の駆動対象部材とは別に、これらを回動させるための専用のアクチュエータとして油圧シリンダを新たに付加しなければならない。このため、油圧シリンダ及びこの油圧シリンダによって駆動される各部材を含む装置全体の重量が増大するという問題点がある。
【０００４】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、軽量化を図ることが可能な関節機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明による関節機構は、第１部材と、この第１部材に第１軸を介して回動可能に結合された第２部材とを備え、当該第２部材を流体の圧力で前記第１軸回りに前記第１部材に対して相対的に回動させることにより前記第１部材と前記第２部材の間の角度を変化させる関節機構であって、前記第１部材は、前記第１軸に結合するとともに、流体が給排される第１部材流体室を内部に有し、前記第２部材は、前記第１部材流体室内でピストンを構成し、前記第１部材流体室への流体の給排に応じて前記第１軸回りに前記第１部材に対して相対的に回動する第１ロッド部と、その第１ロッド部と別体に設けられ、前記第１軸に結合する基部とを有するとともに、これら第１ロッド部及び基部は、互いの相対変位を許容するがたつきを持った状態で結合される。
【０００６】
この関節機構では、アクチュエータを構成する第１部材流体室が第１部材の内部に設けられ、この第１部材流体室内でピストンを構成する第１ロッド部が第２部材に含まれている。このため、第１部材及び第２部材とは別にこれらを駆動するための専用のアクチュエータを付加する場合に比べて、軽量化を図ることができる。
【０００７】
ところで、第２部材において第１部材流体室内でピストンを構成する第１ロッド部と、第１軸に結合する基部とがリジッドに結合している場合には、第１部材に曲げや捻り等の力が加えられると、その力が第１部材流体室を構成する第１部材の内壁面と、その内壁面に摺接する第１ロッド部との間で作用してその第１部材の内壁面及び第１ロッド部が磨耗又は損傷を生じる虞がある。しかしながら、本発明による関節機構では、第２部材において第１ロッド部と基部が互いの相対変位を許容するがたつきを持った状態で結合されるので、第１部材に曲げや捻り等の力が加えられた場合でも、前記がたつきの分、第１ロッド部が第１部材に追従して動いて第１部材に加えられた力を逃がすことができる。このため、前記第１部材に加えられた力が第１部材の内壁面と第１ロッド部との間に作用することに起因する第１部材の内壁面及び第１ロッド部の磨耗又は損傷を防ぐことができる。
【０００８】
上記関節機構において、前記第１ロッド部は、前記第１部材流体室を２つに区画するとともに、その第１部材流体室を囲む前記第１部材の内壁面に摺接する第１ピストン部と、その第１ピストン部に繋がり、前記第１部材流体室から前記第１部材の外部へ延びる第１アーム部と、その第１アーム部の前記第１ピストン部と反対側の端部に設けられた第１結合部とを有し、前記基部は、前記第１結合部に対してがたつきを持った状態で結合される第１被結合部を有し、前記第１結合部は、前記第１アーム部の端部から突出する第１突出部と、その第１突出部の先端に設けられ、その第１突出部よりも大径に形成された第１先端部とを有し、前記第１被結合部は、前記第１先端部がその周囲に所定の隙間を持った状態で収容される第１収容部と、前記第１先端部が抜け出ないような大きさに形成され、前記第１突出部がその周囲に所定の隙間を持った状態で挿通される第１挿通孔とを有することが好ましい。
【０００９】
このように構成すれば、第２部材において、基部に対する第１ロッド部の結合の抜けを防ぎながら、第１ロッド部と基部を互いの相対変位を許容するがたつきを持った状態で結合させる具体的な構造を構成することができる。
【００１０】
上記関節機構において、前記第２部材に対して第２軸を介して回動可能に結合された第３部材を備え、前記第３部材は、前記第２軸に結合するとともに、流体が給排される第３部材流体室を内部に有し、前記第２部材は、前記基部と別体に設けられ、前記第３部材流体室内でピストンを構成するとともに、前記第３部材流体室への流体の給排に応じて前記第２軸回りに前記第３部材に対して相対的に回動する第２ロッド部を有し、前記基部は、前記第２軸に結合し、前記第２ロッド部及び前記基部は、互いの相対変位を許容するがたつきを持った状態で結合されることが好ましい。
【００１１】
このように構成すれば、第１部材と第２部材との間の角度を変化させるとともに第２部材と第３部材との間の角度を変化させることが可能な関節機構を構成することができるので、２つの部材間の角度のみを変化させる関節機構に比べて、より大きな可動角度範囲を持つ関節機構を構成することができる。また、この構成では、アクチュエータを構成する第３部材流体室が第３部材の内部に設けられ、この第３部材流体室内でピストンを構成する第２ロッド部が第２部材に含まれているため、第２部材及び第３部材とは別にこれらを駆動するための専用のアクチュエータを付加する場合に比べて、軽量化を図ることができる。
【００１２】
また、第２部材において第２ロッド部と基部とがリジッドに結合している場合には、上記第１ロッド部と基部がリジッドに結合している場合と同様、第３部材に曲げや捻り等の力が加えられた場合に第３部材の内壁面及び第２ロッド部が磨耗又は損傷を生じる虞がある。しかしながら、この構成では、第２部材において第２ロッド部と基部が互いの相対変位を許容するがたつきを持った状態で結合されるので、第３部材に曲げや捻り等の力が加えられた場合でも、前記がたつきの分、第２ロッド部が第３部材に追従して動いて第３部材に加えられた力を逃がすことができる。このため、前記第３部材に加えられた力が第３部材の内壁面と第２ロッド部との間に作用することに起因する第３部材の内壁面及び第２ロッド部の磨耗又は損傷を防ぐことができる。
【００１３】
この場合において、前記第２ロッド部は、前記第３部材流体室を２つに区画するとともに、その第３部材流体室を囲む前記第３部材の内壁面に摺接する第２ピストン部と、その第２ピストン部に繋がり、前記第３部材流体室から前記第３部材の外部へ延びる第２アーム部と、その第２アーム部の前記第２ピストン部と反対側の端部に設けられた第２結合部とを有し、前記基部は、前記第２結合部に対してがたつきを持った状態で結合される第２被結合部を有し、前記第２結合部は、前記第２アーム部の端部から突出する第２突出部と、その第２突出部の先端に設けられ、その第２突出部よりも大径に形成された第２先端部とを有し、前記第２被結合部は、前記第２先端部がその周囲に所定の隙間を持った状態で収容される第２収容部と、前記第２先端部が抜け出ないような大きさに形成され、前記第２突出部がその周囲に所定の隙間を持った状態で挿通される第２挿通孔とを有することが好ましい。
【００１４】
このように構成すれば、第２部材において、基部に対する第２ロッド部の結合の抜けを防ぎながら、第２ロッド部と基部を互いの相対変位を許容するがたつきを持った状態で結合させる具体的な構造を構成することができる。
【００１５】
上記第２部材において基部が第１ロッド部及び第２ロッド部と結合される構成において、前記第１ロッド部は、前記第１部材流体室を２つに区画するとともに、その第１部材流体室を囲む前記第１部材の内壁面に摺接する第１ピストン部と、その第１ピストン部に繋がり、前記第１部材流体室から前記第１部材の外部へ延びる第１アーム部と、その第１アーム部の前記第１ピストン部と反対側の端部に設けられた第１結合部とを有し、前記第２ロッド部は、前記第３部材流体室を２つに区画するとともに、その第３部材流体室を囲む前記第３部材の内壁面に摺接する第２ピストン部と、その第２ピストン部に繋がり、前記第３部材流体室から前記第３部材の外部へ延びる第２アーム部と、その第２アーム部の前記第２ピストン部と反対側の端部に設けられた第２結合部とを有し、前記基部は、前記第１結合部の先端部と前記第２結合部の先端部をそれらの先端面が互いに対向するような状態で収容してそれら第１結合部の先端部と第２結合部の先端部の両方に対してがたつきを持った状態で結合される被結合部を有し、前記第１結合部の先端面と前記第２結合部の先端面とは、それぞれ互いの側に向かって突出する曲面状の凸面からなることが好ましい。
【００１６】
この構成では、基部が第１結合部の先端部と第２結合部の先端部の両方に対して結合する被結合部を有するので、第１結合部に対して結合する被結合部と第２結合部に対して結合する被結合部とが基部に個別に設けられている場合に比べて、基部を小型化することができる。また、この構成では、第１結合部の先端面と第２結合部の先端面とが、それぞれ互いの側に向かって突出する曲面状の凸面からなるので、前記曲げや捻り等の力が加えられた第１部材と第３部材に追従して第１ロッド部と第２ロッド部が動く際に、第１結合部の先端部と第２結合部の先端部が被結合部に収容された状態で互いの先端面同士が相手の動きを阻害することが抑制され、第１結合部と第２結合部が互いに相対変位しやすくなる。このため、前記曲げや捻り等の力が第１部材と第３部材に加えられた場合に、第１部材と第３部材に追従して第１ロッド部と第２ロッド部が動きやすくなり、第１部材と第３部材に加えられた力を良好に逃がすことができる。
【００１７】
この場合において、前記第１結合部は、前記第１アーム部の端部から突出する第１突出部と、その第１突出部の先端に設けられ、その第１突出部よりも大径に形成された第１先端部とを有し、前記第２結合部は、前記第２アーム部の端部から突出する第２突出部と、その第２突出部の先端に設けられ、その第２突出部よりも大径に形成された第２先端部とを有し、前記被結合部は、前記第１先端部と前記第２先端部がそれらの周囲に所定の隙間を持った状態で収容される収容部と、前記第１先端部が抜け出ないような大きさに形成され、前記第１突出部がその周囲に所定の隙間を持った状態で挿通される第１挿通孔と、前記第２先端部が抜け出ないような大きさに形成され、前記第２突出部がその周囲に所定の隙間を持った状態で挿通される第２挿通孔とを有することが好ましい。
【００１８】
このように構成すれば、基部において、被結合部が第１結合部の先端部と第２結合部の先端部の両方を収容するとともに、それら両結合部の先端部とがたつきを持った状態で結合する具体的な構造を構成することができる。
【００１９】
さらにこの場合において、前記第１先端部の先端面と前記第２先端部の先端面は、前記収容部内で互いに対向するように配置されるとともに、互いに接触した状態で相対変位可能な球面状の凸面にそれぞれ形成されていることが好ましい。
【００２０】
このように構成すれば、収容部内で第１先端部の先端面と第２先端部の先端面とが互いに接触する場合でも、第１先端部と第２先端部が互いに相対変位し、互いの動きが阻害されるのを防ぐことができる。従って、この構成では、収容部内で第１先端部の先端面と第２先端部の先端面とが互いに接触する場合でも、前記曲げや捻り等の力が加えられた第１部材と第３部材に追従した第１ロッド部と第２ロッド部の動きが互いに阻害されるのを防ぐことができ、第１部材と第３部材に加えられた力を良好に逃がすことができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明による関節機構では、軽量化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態による関節機構の正面図であり、図２は、図１に示した関節機構の内部構造を説明するための断面図である。図３は、図１に示した関節機構を構成する第１部材２の斜視図であり、図４は、図１に示した関節機構を構成する第２部材４の正面図である。図５及び図６は、図４に示した第２部材４の基部１２の構造を示す図であり、図７は、図４に示した第２部材４の第１ロッド部１４及び第２ロッド部１６の構造を示す図であり、図８は、図７に示した第１ロッド部１４を第１結合部１４ｃ側から見た図である。まず、図１〜図７を参照して、本発明の一実施形態による関節機構の構成について説明する。
【００２４】
本実施形態による関節機構は、マニピュレータ等のロボットの関節部や油圧ショベル、クレーン等の建設機械の関節部またはその他の各種機械の関節部に適用されるものである。この関節機構は、図１及び図２に示すように、第１部材２と、第２部材４と、第３部材６と、第１軸８と、第２軸１０とを備えており、第２部材４が第１軸８を介して第１部材２に回動可能に結合しているとともに第２軸１０を介して第３部材６に回動可能に結合している。そして、この関節機構では、第２部材４を作動液の圧力で第１軸８回りに第１部材２に対して相対的に回動させることにより第１部材２と第２部材４との間の角度を変化させるとともに、第２部材４を作動液の圧力で第２軸１０回りに第３部材６に対して相対的に回動させることにより第２部材４と第３部材６の間の角度を変化させるようになっている。なお、前記作動液は、本発明の流体の概念に含まれるものである。
【００２５】
具体的には、第１部材２は、中空の略四角柱状に形成されており、その長手方向の一方端側で第２部材４と結合している。この第１部材２の第２部材４側の端部には、図３に示すように、開口部２ａが設けられている。この開口部２ａには、一対の蓋部２ｂ，２ｂが第１部材２の幅方向に第２部材４の後述する第１ロッド部１４の第１アーム部１４ｂの厚みに相当する間隔を隔てて取り付けられている。また、第１部材２の第２部材４側の端部の図３における下部には、幅方向に離間して一対の第１部材軸受部２ｃ，２ｃが設けられている。この第１部材軸受部２ｃ，２ｃは、後述する第１部材作動液室２ｄの外側に設けられている。
【００２６】
また、第１部材２の内部には、図２に示すように、作動液が外部から給排される第１部材作動液室２ｄが設けられている。この第１部材作動液室２ｄは、本発明の第１部材流体室の概念に含まれるものである。そして、第１部材作動液室２ｄは、前記蓋部２ｂ，２ｂと、第１部材２の幅方向の両側壁部２ｅ，２ｅと、図２における第１部材２の底壁部２ｆと、第１部材２の内部に設けられた円弧状の外側壁部２ｇと、第１部材軸受部２ｃ，２ｃの近傍に設けられた円弧状の内側壁部２ｈとで囲まれることによって形成されている。
【００２７】
外側壁部２ｇは、前記開口部２ａの図３における上端部から底壁部２ｆの長手方向の中間部にかけて形成されている。この外側壁部２ｇのうち第１部材作動液室２ｄに面する壁面は、前記第１部材軸受部２ｃ，２ｃの軸心を中心とした円弧状に形成されている。
【００２８】
内側壁部２ｈは、前記開口部２ａの図３における下端部から底壁部２ｆの第１部材軸受部２ｃ，２ｃ近傍の領域にかけて形成されている。この内側壁部２ｈのうち第１部材作動液室２ｄに面する壁面は、第１部材軸受部２ｃ，２ｃの軸心を中心とした円弧状に形成されている。
【００２９】
また、第１部材２の内部には、第１部材作動液室２ｄに作動液を給排するための２つの給排経路部２ｉ，２ｊが設けられている。
【００３０】
一方の給排経路部２ｉは、第１部材２内において図２における上部に設けられている。この一方の給排経路部２ｉは、第１部材２の長手方向に延びているとともに、途中で２つに分岐している。そして、分岐した各経路が第１部材作動液室２ｄのうち後述する第１ロッド部１４の第１アーム部１４ｂによって区画された一方の空間と他方の空間の図２における上部にそれぞれ接続されている。この構成は、第１部材作動液室２ｄにおいて後述する第１ロッド部１４の第１アーム部１４ｂを挟んで両側の空間に均等に作動液を給排するための構成である。
【００３１】
また、もう一方の給排経路部２ｊは、第１部材２内において図２における下部に設けられている。この給排経路部２ｊは、第１部材２の長手方向に延びており、第１部材作動液室２ｄの図２における下部に接続されている。
【００３２】
前記第３部材６は、第１部材２と同様の構造を有している。すなわち、第３部材６は、中空の略四角柱状に形成されており、その長手方向の一方端側で第２部材４の前記第１部材２と反対側の部分に結合している。この第３部材６の第２部材４側の端部には、前記第１部材２の開口部２ａと同様の開口部（図示せず）が設けられている。この開口部には、前記第１部材２の蓋部２ｂ，２ｂと同様の一対の蓋部６ｂ，６ｂが第３部材６の幅方向に第２部材４の後述する第２ロッド部１６の第２アーム部１６ｂの厚みに相当する間隔を隔てて取り付けられている。
【００３３】
また、第３部材６は、一対の第３部材軸受部６ｃ，６ｃと、第３部材作動液室６ｄと、給排経路部６ｉ，６ｊとを有している。なお、第３部材作動液室６ｄは、本発明の第３部材流体室の概念に含まれるものである。一対の第３部材軸受部６ｃ，６ｃの構造は、前記第１部材２の一対の第１部材軸受部２ｃ，２ｃの構造と同様である。また、第３部材作動液室６ｄの構造は、前記第１部材作動液室２ｄの構造と同様である。第３部材作動液室６ｄは、前記蓋部６ｂ，６ｂと、第３部材６の幅方向の両側壁部６ｅ，６ｅと、図２における第３部材６の底壁部６ｆと、第３部材６の内部に設けられた円弧状の外側壁部６ｇと、第３部材軸受部６ｃ，６ｃの近傍に設けられた円弧状の内側壁部６ｈとで囲まれることによって形成されている。この第３部材の外側壁部６ｇの構造は、前記第１部材２の外側壁部２ｇの構造と同様であり、内側壁部６ｈの構造は、前記第１部材２の内側壁部２ｈの構造と同様である。すなわち、外側壁部６ｇのうち第３部材作動液室６ｄに面する壁面は、第３部材軸受部６ｃ，６ｃの軸心を中心とした円弧状に形成されており、内側壁部６ｈのうち第３部材作動液室６ｄに面する壁面は、第３部材軸受部６ｃ，６ｃの軸心を中心とした円弧状に形成されている。また、給排経路部６ｉ，６ｊの構造は、前記第１部材２の給排経路部２ｉ，２ｊの構造とそれぞれ同様である。そして、このような構成の第３部材６が第２部材４を挟んで前記第１部材２と対称となるように配置されている。
【００３４】
前記第２部材４は、図４に示すように、基部１２と、第１ロッド部１４と、第２ロッド部１６とを有している。
【００３５】
基部１２は、前記第１部材２と前記第３部材６との間に位置している。この基部１２は、その図４における下端部に円筒状の第１軸受部１２ａ及び第２軸受部１２ｂを有している。第１軸受部１２ａと第２軸受部１２ｂは、第２部材４の長手方向に並んで配設されており、その軸心が互いに平行となるように配置されている。
【００３６】
第１軸受部１２ａは、前記一対の第１部材軸受部２ｃ，２ｃ間に配置されており、これら第１部材軸受部２ｃ，２ｃ及び第１軸受部１２ａに前記第１軸８が挿通されて結合されている。そして、第１軸８は、第１部材軸受部２ｃ，２ｃに固定されており、基部１２は第１軸８回りに第１部材２に対して相対的に回動可能となっている。
【００３７】
第２軸受部１２ｂは、前記一対の第３部材軸受部６ｃ，６ｃ間に配置されており、これら第３部材軸受部６ｃ，６ｃ及び第２軸受部１２ｂに前記第２軸１０が挿通されて結合されている。そして、第２軸１０は、第３部材軸受部６ｃ，６ｃに固定されており、基部１２は第２軸１０回りに第３部材６に対して相対的に回動可能となっている。
【００３８】
また、基部１２は、第１軸受部１２ａと第２軸受部１２ｂの境界部周辺の図５における上面から上方に延びる被結合部構成部１２ｃを有し、その被結合部構成部１２ｃの上下方向の中間部に設けられた被結合部１２ｄを有している。この被結合部１２ｄは、本発明の第１被結合部及び第２被結合部の概念に含まれるものである。そして、この被結合部１２ｄは、第１ロッド部１４の後述する第１結合部１４ｃと第２ロッド部１６の後述する第２結合部１６ｃの両方に対してがたつきを持った状態で結合される部分である。
【００３９】
具体的には、この被結合部１２ｄは、収容部１２ｅと、第１挿通孔１２ｆと、第２挿通孔１２ｇとを有する。
【００４０】
収容部１２ｅは、後述する第１結合部１４ｃの第１先端部１４ｉと、後述する第２結合部１６ｃの第２先端部１６ｉとがそれらの周囲に所定の隙間を持った状態で収容される空間であり、被結合部構成部１２ｃの図５における左右方向の中央部に設けられている。この収容部１２ｅは、前記第１軸受部１２ａの軸心及び前記第２軸受部１２ｂの軸心に対して垂直な軸心を持つ円形断面を有するように形成されている。そして、この収容部１２ｅは、後述する第１結合部１４ｃの第１先端部１４ｉ及び第２結合部１６ｃの第２先端部１６ｉよりも大径に形成されているとともに、その軸方向の長さが第１先端部１４ｉの軸方向の長さと第２先端部１６ｉの軸方向の長さの合計よりも大きくなるように形成されている。基部１２は、図６に示すように、２つの構成部材１２ｈ，１２ｈからなっており、これら構成部材１２ｈ，１２ｈが溶接やボルトによる締結などで互いに結合されることによって基部１２が作製される。構成部材１２ｈ，１２ｈは、第１軸受部１２ａ及び第２軸受部１２ｂの軸方向における基部１２の中心線に対して互いに対称形に形成されている。そして、後述する第１先端部１４ｉ及び第２先端部１６ｉは、両構成部材１２ｈ，１２ｈを互いに結合させて基部１２を形成する際に収容部１２ｅ内に組み込まれるようになっている。
【００４１】
第１挿通孔１２ｆは、後述する第１結合部１４ｃの第１突出部１４ｈがその周囲に所定の隙間を持った状態で挿通されるものである。この第１挿通孔１２ｆは、被結合部構成部１２ｃにおいて前記収容部１２ｅから第１部材２側へ向かって延びるように形成されており、前記収容部１２ｅと同軸の円孔に形成されている。そして、この第１挿通孔１２ｆは、第１結合部１４ｃの第１突出部１４ｈよりも大径に形成されており、その第１突出部１４ｈの外周面と当該第１挿通孔１２ｆの内周面との間に所定の隙間が形成されている。また、この第１挿通孔１２ｆは、後述する第１結合部１４ｃの第１先端部１４ｉよりも小径に形成されており、前記収容部１２ｅに収容された第１先端部１４ｉが抜け出ないような大きさとなっている。
【００４２】
第２挿通孔１２ｇは、後述する第２結合部１６ｃの第２突出部１６ｈがその周囲に所定の隙間を持った状態で挿通されるものである。この第２挿通孔１２ｇは、被結合部構成部１２ｃにおいて前記収容部１２ｅから第３部材６側へ向かって延びるように形成されており、前記収容部１２ｅと同軸の円孔に形成されている。そして、この第２挿通孔１２ｇは、第２結合部１６ｃの第２突出部１６ｈよりも大径に形成されており、その第２突出部１６ｈの外周面と当該第２挿通孔１２ｇの内周面との間に所定の隙間が形成されている。また、この第２挿通孔１２ｇは、後述する第２結合部１６ｃの第２先端部１６ｉよりも小径に形成されており、前記収容部１２ｅに収容された第２先端部１６ｉが抜け出ないような大きさとなっている。
【００４３】
上記のように被結合部１２ｄが構成されていることにより、収容部１２ｅ内における後述する第１結合部１４ｃの第１先端部１４ｉの周囲の隙間及び第１挿通孔１２ｆ内における後述する第１結合部１４ｃの第１突出部１４ｈの周囲の隙間の分だけ、被結合部１２ｄは第１結合部１４ｃに対してがたつきを持つようになっており、収容部１２ｅ内における後述する第２結合部１６ｃの第１先端部１６ｉの周囲の隙間及び第２挿通孔１２ｇ内における後述する第２結合部１６ｃの第１突出部１６ｈの周囲の隙間の分だけ、被結合部１２ｄは第２結合部１６ｃに対してがたつきを持つようになっている。なお、この被結合部１２ｄと第１結合部１４ｃとの間のがたつきは、第１ロッド部１４の回動が基部１２に伝えられるのを阻害するほど大きなものではなく、被結合部１２ｄと第２結合部１６ｃとの間のがたつきは、第２ロッド部１６の回動が基部１２に伝えられるのを阻害するほど大きなものではない。換言すれば、前記各隙間の大きさは、第１ロッド部１４の回動を基部１２に伝えるのを阻害しないような程度の大きさに設定されているとともに、第２ロッド部１６の回動を基部１２に伝えるのを阻害しないような程度の大きさに設定されている。
【００４４】
第１ロッド部１４は、前記基部１２と別体に設けられており、前記第１部材作動液室２ｄ内でピストンを構成し、その第１部材作動液室２ｄへの作動液の給排に応じて第１軸８回りに第１部材２に対して相対的に回動するものである。この第１ロッド部１４は、図７に示すように、第１ピストン部１４ａと、第１アーム部１４ｂと、第１結合部１４ｃとを有する。
【００４５】
第１ピストン部１４ａは、第１部材作動液室２ｄ内に格納され、この第１部材作動液室２ｄを２つに区画するものである。この第１ピストン部１４ａは、前記基部１２の第１軸受部１２ａ近傍から径方向外側へ延びる板状に形成されている。そして、第１部材作動液室２ｄ内の第１ピストン部１４ａによって区画された一方の空間と他方の空間とに前記給排経路部２ｉ，２ｊを通じて作動液が給排されることに応じて、この第１ピストン部１４ａは、その各端面が第１部材作動液室２ｄを囲む前記各壁部２ｅ，２ｆ，２ｇの対応する各壁面に摺接しながら、第１軸８回りに回動するようになっている。そして、この第１ピストン部１４ａの回動により第１ロッド部１４全体が回動するとともに、その第１ロッド部１４の回動が基部１２に伝えられて第２部材４全体が第１軸８回りに第１部材２に対して相対的に回動するようになっている。また、第１ピストン部１４ａは、第１部材２の開口部２ａの形状に対応した外形を有している。
【００４６】
第１ピストン部１４ａの図７における下面側には、作動液導入溝１４ｄが設けられている。この作動液導入溝１４ｄは、第１部材２の下側の給排経路部２ｊに対応する位置に配設されている。作動液導入溝１４ｄは、第１ピストン部１４ａの前記第１軸受部１２ａと反対側の端面から第１軸受部１２ａ側へ延びているとともに、第１軸受部１２ａ側へ向かうに連れてその深さが徐々に浅くなるように構成されている。この作動液導入溝１４ｄは、図２に示すように第１ピストン部１４ａの下面が第１部材２の底壁部２ｆの上面に接触しているときにその底壁部２ｆの上面と第１ピストン部１４ａの下面との間に給排経路部２ｊから作動液を導入しやすくするために設けられている。
【００４７】
第１アーム部１４ｂは、図７に示すように第１ピストン部１４ａの上面に繋がっており、その第１ピストン部１４ａの上面から上方へ湾曲した形状で延びている。この第１アーム部１４ｂは、前記第１部材作動液室２ｄから第１部材２の外部へ向かって延びている。そして、この第１アーム部１４ｂは、第１部材作動液室２ｄよりも小さい幅に形成されており、第１部材２の開口部２ａの上下部分と蓋部２ｂ，２ｂの互いに対向する面とで構成された開口を通って第１部材作動液室２ｄに出入可能となっている。なお、蓋部２ｂ，２ｂ及び開口部２ａの上下部分の第１アーム部１４ｂと接する箇所には図略のシール材が設けられて第１アーム部１４ｂとの間の隙間がシールされており、そのシール材によって第１部材作動液室２ｄからの作動液の漏出が抑制されている。
【００４８】
そして、第１アーム部１４ｂは、第１部材作動液室２ｄに面する前記外側壁部２ｇの円弧状の壁面に対応した形状の外周面１４ｅと、第１部材作動液室２ｄに面する前記内側壁部２ｈの円弧状の壁面に対応した形状の内周面１４ｆとを有する。そして、第１アーム部１４ｂは、その外周面１４ｅが前記外側壁部２ｇの対応する壁面に摺接するとともに、その内周面１４ｆが前記内側壁部２ｈの対応する壁面に摺接しながら、前記第１ピストン部１４ａの第１部材作動液室２ｄ内での移動に応じて第１部材作動液室２ｄに出入するようになっている。この第１アーム部１４ｂにより、第１部材作動液室２ｄ内の第１ピストン部１４ａ上の空間が幅方向に２つに仕切られている。そして、第１アーム部１４ｂの第１ピストン部１４ａとの境界部近傍には前記２つに仕切られた両側の空間を繋ぐ貫通孔１４ｇが設けられている。この貫通孔１４ｇにより、両空間における作動液の圧力の均一化が図られている。
【００４９】
そして、前記第１ピストン部１４ａ及び第１アーム部１４ｂは、第１部材２に対して取り付けられる際、第１部材２の開口部２ａを通って第１部材作動液室２ｄ内に挿入される。
【００５０】
具体的には、第１部材２の開口部２ａに蓋部２ｂ，２ｂが取り付けられていない状態で、第１ピストン部１４ａの外周部が第１部材２の開口部２ａに嵌め込まれるとともに、第１軸受部１２ａが第１部材軸受部２ｃ，２ｃ間に配置される。そして、第１ピストン部１４ａ及び第１アーム部１４ｂが第１部材作動液室２ｄに面する外側壁部２ｇの壁面及び内側壁部２ｈの壁面に沿って移動させられて第１部材作動液室２ｄ内に納められる。その後、第１部材２の開口部２ａに蓋部２ｂ，２ｂが取り付けられて第１部材作動液室２ｄが密封される。なお、前記第１軸８の第１部材軸受部２ｃ，２ｃ及び第１軸受部１２ａへの取り付けは、開口部２ａに蓋部２ｂ，２ｂが取り付けられた後に行われる。
【００５１】
第１結合部１４ｃは、第１アーム部１４ｂの前記第１ピストン部１４ａと反対側の端部に設けられており、基部１２の被結合部１２ｄとがたつきを持った状態で結合される部分である。この第１結合部１４ｃは、第１突出部１４ｈと第１先端部１４ｉとからなる。
【００５２】
第１突出部１４ｈは、第１アーム部１４ｂの端部から突出する円柱状の部分である。この第１突出部１４ｈは、上記したようにその周囲に所定の隙間を持った状態で基部１２の第１挿通孔１２ｆに挿通されている。
【００５３】
第１先端部１４ｉは、図８に示すように、第１突出部１４ｈよりも大径の円板状に形成されており、第１突出部１４ｈの先端にその第１突出部１４ｈと同軸に設けられている。この第１先端部１４ｉは、上記したようにその周囲に所定の隙間を持った状態で基部１２の収容部１２ｅ内に収容されている。また、第１先端部１４ｉは、基部１２の第１挿通孔１２ｆよりも大径に形成されており、収容部１２ｅ内に収容された状態で第１挿通孔１２ｆを通って抜け出ないようになっている。そして、この第１先端部１４ｉの先端面１４ｊは、曲面状の凸面、具体的には球面に形成されている。
【００５４】
第２ロッド部１６は、前記基部１２と別体に設けられており、前記第３部材作動液室６ｄ内でピストンを構成し、その第３部材作動液室６ｄへの作動液の給排に応じて第２軸１０回りに第３部材６に対して相対的に回動するものである。この第２ロッド部１６は、第１ロッド部１４と同様に構成されており、基部１２を挟んで第１ロッド部１４と対称に配設されている。
【００５５】
具体的には、この第２ロッド部１６は、図７に示すように、前記第１ロッド部１４の第１ピストン部１４ａ、第１アーム部１４ｂ、第１結合部１４ｃと同様に構成された第２ピストン部１６ａ、第２アーム部１６ｂ、第２結合部１６ｃを有する。
【００５６】
第２ピストン部１６ａには、前記第１ピストン部１４ａの作動液導入溝１４ｄと同様の構成の作動液導入溝１６ｄが設けられている。
【００５７】
第２アーム部１６ｂは、前記第１アーム部１４ｂの外周面１４ｅ及び内周面１４ｆと同様の構成の外周面１６ｅ及び内周面１６ｆを有しているとともに、この第２アーム部１６ｂには、前記第１アーム部１４ｂの貫通孔１４ｇと同様の構成の貫通孔１６ｇが設けられている。
【００５８】
第２結合部１６ｃは、前記第１結合部１４ｃの第１突出部１４ｈ及び第１先端部１４ｉと同様の構成の第２突出部１６ｈ及び第２先端部１６ｉを有している。また、第２先端部１６ｉの先端面１６ｊは、第１先端部１４ｉの先端面１４ｊと同様の凸面からなる。そして、この第２結合部１６ｃの第２先端部１６ｉは、第１結合部１４ｃの第１先端部１４ｉと共に基部１２の被結合部１２ｄの収容部１２ｅ内に収容されており、その収容部１２ｅ内で第１先端部１４ｉの先端面１４ｊと第２先端部１６ｉの先端面１６ｊとが互いに対向するように配置されている。すなわち、第１先端部１４ｉの先端面１４ｊと第２先端部１６ｉの先端面１６ｊとは、収容部１２ｅ内においてそれぞれ互いの側に向かって突出する曲面状の凸面となっている。そして、これら両先端面１４ｊ，１６ｊは、収容部１２ｅ内で互いに接触した状態で相対変位可能な球面状の凸面にそれぞれ形成されている。
【００５９】
図９は、本実施形態による関節機構の関節角度を変化させた状態を示した断面図である。図１０は、本実施形態による関節機構に曲げ力が加えられたときの状態を示す図１中のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。次に、これらの図を参照して、本実施形態による関節機構の動作について説明する。
【００６０】
図３を参照して、第１ピストン部１４ａによって区画された第１部材作動液室２ｄ内の一方の空間に給排経路部２ｊから作動液が供給されるとともに他方の空間から給排経路部２ｉを通じて作動液が排出されると、第１ピストン部１４ａが作動液の圧力で第１部材作動液室２ｄ内の前記他方の空間側へ移動する。この場合、第２部材４が第１部材２に対してそれらの間の角度が小さくなる方向に第１軸８回りに相対的に回動する。
【００６１】
また、逆に第１ピストン部１４ａによって区画された第１部材作動液室２ｄ内の前記他方の空間に給排経路部２ｉから作動液が供給されるとともに前記一方の空間から給排経路部２ｊを通じて作動液が排出されると、第１ピストン部１４ａが作動液の圧力で第１部材作動液室２ｄ内の前記一方の空間側へ移動する。これにより、上記と逆の動作で、第２部材４が第１部材２に対してそれらの間の角度が大きくなる方向に第１軸８回りに相対的に回動する。
【００６２】
また、第２ピストン部１６ａによって区画された第３部材作動液室６ｄ内の一方の空間に給排経路部６ｊから作動液が供給されるとともに他方の空間から給排経路部６ｉを通じて作動液が排出されると、第２ピストン部１６ａが作動液の圧力で第３部材作動液室６ｄ内の前記他方の空間側へ移動する。この場合、第２部材４が第３部材６に対してそれらの間の角度が小さくなる方向に第２軸１０回りに相対的に回動する。
【００６３】
また、逆に第２ピストン部１６ａによって区画された第３部材作動液室６ｄの前記他方の空間に給排経路部６ｉから作動液が供給されるとともに前記一方の空間から給排経路部６ｊを通じて作動液が排出されると、第２ピストン部１６ａが作動液の圧力で第３部材作動液室６ｄ内の前記一方の空間側へ移動する。これにより、上記と逆の動作で、第２部材４が第３部材６に対してそれらの間の角度が大きくなる方向に第２軸１０回りに相対的に回動する。
【００６４】
そして、本実施形態では、第１部材２及び／又は第３部材６に曲げ力が加えられた場合には、図１０に示すように、被結合部１２ｄの収容部１２ｅ内において第１結合部１４ｃの第１先端部１４ｉの先端面１４ｊと第２結合部１６ｃの第２先端部１６ｉの先端面１６ｊとが互いに接触しながら第１結合部１４ｃと第２結合部１６ｃとがその周囲の隙間の範囲内で相対変位することができ、それによって第１ロッド部１４が第１部材２に追従して動いて基部１２に対して傾くとともに、第２ロッド部１６が第３部材６に追従して動いて基部１２に対して傾く。その結果、第１部材２及び／又は第３部材６に加えられた曲げ力が逃がされる。
【００６５】
以上説明したように、本実施形態による関節機構では、アクチュエータを構成する第１部材作動液室２ｄが第１部材２の内部に設けられているとともに、この第１部材作動液室２ｄ内でピストンを構成する第１ロッド部１４が第２部材４に含まれているため、第１部材２及び第２部材４とは別にこれらを駆動するための専用のアクチュエータを付加する場合に比べて、軽量化を図ることができる。また、アクチュエータを構成する第３部材作動液室６ｄが第３部材６の内部に設けられているとともに、この第３部材作動液室６ｄ内でピストンを構成する第２ロッド部１６が第２部材４に含まれているため、第２部材４及び第３部材６とは別にこれらを駆動するための専用のアクチュエータを付加する場合に比べて、軽量化を図ることができる。
【００６６】
ところで、第２部材４において第１ロッド部１４と基部１２とがリジッドに結合しているような構成では、第１部材２に曲げや捻り等の力が加えられると、第１部材軸受部２ｃ，２ｃと第１軸受部１２ａの第１軸８に対する結合部位においてそれらの間に微小なクリアランスが存在することに起因して第１部材２と第１ロッド部１４とが相対的にずれを生じ、それにより、第１部材２に加えられた力が第１部材作動液室２ｄを囲む各壁部２ｅ，２ｇ，２ｈの壁面と、それらの壁面に摺接する第１ロッド部１４の第１ピストン部１４ａ及び第１アーム部１４ｂの各端面との間で作用してその第１部材２の各壁面及び第１ロッド部１４の第１ピストン部１４ａ及び第１アーム部１４ｂが磨耗又は損傷を生じる虞がある。また、第２部材４において第２ロッド部１６と基部１２とがリジッドに結合しているような構成では、第３部材６に曲げや捻り等の力が加えられると、上記と同様にして第３部材６の第３部材作動液室６ｄを囲む各壁部６ｅ，６ｇ，６ｈの各壁面及び第２ロッド部１６の第２ピストン部１６ａ及び第２アーム部１６ｂが磨耗又は損傷を生じる虞がある。
【００６７】
これに対して、本実施形態による関節機構では、第２部材４において第１ロッド部１４の第１結合部１４ｃと基部１２の被結合部１２ｄががたつきを持った状態で結合されているので、第１部材２に曲げや捻り等の力が加えられた場合でも、前記がたつきの分、第１ロッド部１４が第１部材２に追従して動いて第１部材２に加えられた力を逃がすことができる。また、本実施形態では、第２部材４において第２軸１０に結合する基部１２の被結合部１２ｄが第２ロッド部１６の第２結合部１６ｃとがたつきを持った状態で結合されているので、第３部材６に曲げや捻り等の力が加えられた場合でも、前記がたつきの分、第２ロッド部１６が第３部材６に追従して動いて第３部材６に加えられた力を逃がすことができる。従って、前記第１部材２に加えられた力が第１部材２の第１部材作動液室２ｄを囲む各壁部２ｅ，２ｇ，２ｈの壁面と第１ロッド部１４の第１ピストン部１４ａ及び第１アーム部１４ｂの各端面との間に作用することに起因するそれら第１部材２の各壁面及び第１ロッド部１４の第１ピストン部１４ａ及び第１アーム部１４ｂの磨耗又は損傷を防ぐことができるとともに、前記第３部材６に加えられた力が第３部材６の第３部材作動液室６ｄを囲む各壁部６ｅ，６ｇ，６ｈの壁面と第２ロッド部１６の第２ピストン部１６ａ及び第２アーム部１６ｂの各端面との間に作用することに起因するそれら第３部材６の各壁面及び第２ロッド部１６の第２ピストン部１６ａ及び第２アーム部１６ｂの磨耗又は損傷を防ぐことができる。
【００６８】
なお、上記のような第１部材２の第１部材作動液室２ｄを囲む各壁面、第３部材６の第３部材作動液室６ｄを囲む各壁面、第１ロッド部１４及び第２ロッド部１６の磨耗又は損傷を防ぐための別の構成として、第１ロッド部１４、基部１２、第２ロッド部１６が互いにリジッドに結合されている構成において、第１部材２を第１部材作動液室２ｄを囲む内側部材とその内側部材の外側を覆う外側部材とに分割するとともに、第３部材６を第３部材作動液室６ｄを囲む内側部材とその内側部材の外側を覆う外側部材とに分割して、それら内側部材と外側部材との間に隙間を設けたり、その隙間に弾性材を挟むことによって前記曲げや捻り等の力を前記隙間又は前記弾性材で吸収させる構成も考えられる。しかしながら、この構成では、内側部材と外側部材の２重構造としたことに起因して、第１部材及び第３部材の寸法を拡大させないならば、第１部材作動液室２ｄ及び第３部材作動液室６ｄの寸法を縮小せざるを得なくなり、それに応じて第１ロッド部１４の第１ピストン部１４ａ及び第２ロッド部１６の第２ピストン部１６ａの液圧の重圧面積が小さくせざるを得なくなる。その結果、関節機構における関節駆動時に発生させる最大トルクが小さくなるという問題が生じる。
【００６９】
これに対して、本実施形態では、第１ロッド部１４の第１ピストン部１４ａ及び第２ロッド部１６の第２ピストン部１６ａの液圧の重圧面積を小さくする必要がなく、関節駆動時に発生させる最大トルクを大きなトルクに維持しながら、前記磨耗又は損傷の問題を解消することができる。
【００７０】
また、本実施形態では、第２部材４が第１軸８回りに第１部材２に対して相対的に回動して第１部材２と第２部材４との間の角度を変化させることができるとともに、第２部材４が第２軸１０回りに第３部材６に対して相対的に回動して第２部材４と第３部材６の間の角度を変化させることができるので、第１部材２と第２部材４の間の角度のみ又は第２部材４と第３部材６の間の角度のみを変化させることが可能な関節機構に比べて、より大きな可動角度範囲を持つ関節機構を構成することができる。
【００７１】
また、本実施形態では、基部１２が第１ロッド部１４の第１結合部１４ｃの第１先端部１４ｉと第２ロッド部１６の第２結合部１６ｃの第２先端部１６ｉの両方に対して結合する被結合部１２ｄを有するので、第１結合部１４ｃに対して結合する被結合部と第２結合部１６ｃに対して結合する被結合部とが基部１２に個別に設けられている場合に比べて、基部１２を小型化することができる。
【００７２】
また、本実施形態では、第１結合部１４ｃの第１先端部１４ｉの先端面１４ｊと第２結合部１６ｃの第２先端部１６ｉの先端面１６ｊとが、それぞれ互いの側に向かって突出する曲面状の凸面からなるので、前記曲げや捻り等の力が加えられた第１部材２と第３部材６に追従して第１ロッド部１４と第２ロッド部１６が動く際に、第１先端部１４ｉと第２先端部１６ｉが被結合部１２ｄの収容部１２ｅに収容された状態で互いの先端面１４ｊ，１６ｊ同士が相手の動きを阻害することが抑制され、第１結合部１４ｃと第２結合部１６ｃとが互いに相対変位しやすくなる。このため、前記曲げや捻り等の力が第１部材２と第３部材６に加えられた場合に、第１部材２と第３部材６に追従して第１ロッド部１４と第２ロッド部１６が動きやすくなり、第１部材２と第３部材６に加えられた力を良好に逃がすことができる。
【００７３】
また、本実施形態では、第１先端部１４ｉの先端面１４ｊと第２先端部１６ｉの先端面１６ｊは、収容部１２ｅ内で互いに対向するように配置されるとともに、互いに接触した状態で相対変位可能な球面状の凸面にそれぞれ形成されているので、収容部１２ｅ内で第１先端部１４ｉの先端面１４ｊと第２先端部１６ｉの先端面１６ｊとが互いに接触する場合でも、第１先端部１４ｊと第２先端部１６ｊが互いに相対変位し、互いの動きが阻害されるのを防ぐことができる。従って、収容部１２ｅ内で第１先端部１４ｉの先端面１４ｊと第２先端部１６ｉの先端面１６ｊとが互いに接触する場合でも、前記曲げや捻り等の力が加えられた第１部材２と第３部材６に追従した第１ロッド部１４と第２ロッド部１６の動きが互いに阻害されるのを防ぐことができ、第１部材２と第３部材６に加えられた力を良好に逃がすことができる。
【００７４】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００７５】
例えば、上記実施形態では、第１部材２と第２部材４が関節駆動するとともに第２部材４と第３部材６が関節駆動する関節機構を例にとって説明したが、本発明はこの構成に限らない。すなわち、上記実施形態の第１部材２と第２部材４の関節駆動部分または第２部材４と第３部材６の関節駆動部分のいずれか一方のみからなる関節機構を構成してもよい。
【００７６】
また、上記実施形態では、基部１２に第１結合部１４ｃと第２結合部１６ｃの両方に対してがたつきを持った状態で結合される被結合部１２ｄを設けたが、本発明はこの構成に限らない。すなわち、図１１に示す上記実施形態の変形例のように、基部１２に、第１結合部１４ｃに対してがたつきを持った状態で結合される第１被結合部１２ｉと、第２結合部１６ｃに対してがたつきを持った状態で結合される第２被結合部１２ｊとが個別に設けられていてもよい。具体的には、第１被結合部１２ｉは、第１結合部１４ｃの第１先端部１４ｉがその周囲に所定の隙間を持った状態で収容される第１収容部１２ｋを有し、第２被結合部１２ｊは、第２結合部１６ｃの第２先端部１６ｉがその周囲に所定の隙間を持った状態で収容される第２収容部１２ｍを有している。すなわち、基部１２において、第１被結合部１２ｉの第１収容部１２ｋと第２被結合部１２ｊの第２収容部１２ｍとが個別に設けられていてもよい。
【００７７】
また、関節機構が第１部材２と第２部材４の関節駆動部分のみからなる場合は、基部１２に前記第１被結合部１２ｉのみが設けられていればよく、関節機構が第２部材４と第３部材６の関節駆動部分のみからなる場合は、基部１２に前記第２被結合部１２ｊのみが設けられていればよい。また、関節機構が第１部材２、第２部材４及び第３部材６からなる場合でも、基部１２に前記第１被結合部１２ｉのみが設けられていて第１結合部１４ｃと第１被結合部１２ｉががたつきを持った状態で結合されている一方、基部１２と第２ロッド部１６がリジッドに結合されていてもよく、また、基部１２に前記第２被結合部１２ｊのみが設けられていて第２結合部１６ｃと第２被結合部１２ｊががたつきを持った状態で結合されている一方、基部１２と第１ロッド部１４がリジッドに結合されていてもよい。
【００７８】
また、上記実施形態では、第２部材４を第１部材２及び第３部材６に対して相対的に回動させるための駆動力を与える媒体として作動液を用いたが、本発明はこれに限らず、その駆動力を与える媒体としての流体に空気やそれ以外の気体を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の一実施形態による関節機構の正面図である。
【図２】図１に示した関節機構の内部構造を説明するための断面図である。
【図３】図１に示した関節機構を構成する第１部材の斜視図である。
【図４】図１に示した関節機構を構成する第２部材の正面図である。
【図５】図４に示した第２部材の基部の正面図である。
【図６】図４に示した第２部材の基部の側面図である。
【図７】図４に示した第２部材の第１ロッド部及び第２ロッド部の構造を示す図である。
【図８】図７に示した第１ロッド部を第１結合部側から見た図である。
【図９】本発明の一実施形態による関節機構の関節角度を変化させた状態を示した断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態による関節機構に曲げ力が加えられたときの状態を示す図１中のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態の変形例による第２部材の正面図である。
【符号の説明】
【００８０】
２ 第１部材
２ｄ 第１部材作動液室（第１部材流体室）
４ 第２部材
６ 第３部材
６ｄ 第３部材流体室
８ 第１軸
１０ 第２軸
１２ 基部
１２ｄ 被結合部（第１被結合部、第２被結合部）
１２ｅ 収容部（第１収容部、第２収容部）
１２ｆ 第１挿通孔
１２ｇ 第２挿通孔
１２ｉ 第１被結合部
１２ｊ 第２被結合部
１２ｋ 第１収容部
１２ｍ 第２収容部
１４ 第１ロッド部
１４ａ 第１ピストン部
１４ｂ 第１アーム部
１４ｃ 第１結合部
１４ｈ 第１突出部
１４ｉ 第１先端部
１６ 第２ロッド部
１６ａ 第２ピストン部
１６ｂ 第２アーム部
１６ｃ 第２結合部
１６ｈ 第２突出部
１６ｉ 第２先端部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連結された部材間の角度を変化させる関節機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、連結された部材間の角度を変化させる関節機構が知られている。例えば、下記特許文献１には、そのような関節機構の一例として、油圧ショベルに用いられるブームと油圧ショベル本体の間の関節機構、アームとブームの間の関節機構及びバケットとアームの間の関節機構が開示されている。この油圧ショベルでは、ブーム、アーム及びバケットが油圧ショベル本体側から順番に回動可能に連結されている。そして、ブームと油圧ショベル本体の間の関節機構は、ブームと油圧ショベル本体との連結軸回りにブームを回動させてブームと油圧ショベル本体の間の角度を変化させるものであり、アームとブームの間の関節機構は、アームとブームとの連結軸回りにアームを回動させてアームとブームの間の角度を変化させるものである。また、バケットとアームの間の関節機構は、バケットとアームとの連結軸回りにバケットを回動させてバケットとアームの間の角度を変化させるものである。そして、これら各関節機構は、連結された各部材を相対的に回動させるアクチュエータとしての油圧シリンダをそれぞれ有しており、この油圧シリンダは駆動される各部材の外部に取り付けられている。
【特許文献１】特開２００２−３２２６６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１に開示された油圧ショベルの各関節機構では、前記ブーム等の駆動対象部材とは別に、これらを回動させるための専用のアクチュエータとして油圧シリンダを新たに付加しなければならない。このため、油圧シリンダ及びこの油圧シリンダによって駆動される各部材を含む装置全体の重量が増大するという問題点がある。
【０００４】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、軽量化を図ることが可能な関節機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明による関節機構は、第１部材と、この第１部材に第１軸を介して回動可能に結合された第２部材とを備え、当該第２部材を流体の圧力で前記第１軸回りに前記第１部材に対して相対的に回動させることにより前記第１部材と前記第２部材の間の角度を変化させる関節機構であって、前記第１部材は、前記第１軸に結合するとともに、流体が給排される第１部材流体室を内部に有し、前記第２部材は、前記第１部材流体室内でピストンを構成し、前記第１部材流体室への流体の給排に応じて前記第１軸回りに前記第１部材に対して相対的に回動する第１ロッド部と、その第１ロッド部と別体に設けられ、前記第１軸に結合する基部とを有するとともに、これら第１ロッド部及び基部は、互いの相対変位を許容するがたつきを持った状態で結合される。
【０００６】
この関節機構では、アクチュエータを構成する第１部材流体室が第１部材の内部に設けられ、この第１部材流体室内でピストンを構成する第１ロッド部が第２部材に含まれている。このため、第１部材及び第２部材とは別にこれらを駆動するための専用のアクチュエータを付加する場合に比べて、軽量化を図ることができる。
【０００７】
ところで、第２部材において第１部材流体室内でピストンを構成する第１ロッド部と、第１軸に結合する基部とがリジッドに結合している場合には、第１部材に曲げや捻り等の力が加えられると、その力が第１部材流体室を構成する第１部材の内壁面と、その内壁面に摺接する第１ロッド部との間で作用してその第１部材の内壁面及び第１ロッド部が磨耗又は損傷を生じる虞がある。しかしながら、本発明による関節機構では、第２部材において第１ロッド部と基部が互いの相対変位を許容するがたつきを持った状態で結合されるので、第１部材に曲げや捻り等の力が加えられた場合でも、前記がたつきの分、第１ロッド部が第１部材に追従して動いて第１部材に加えられた力を逃がすことができる。このため、前記第１部材に加えられた力が第１部材の内壁面と第１ロッド部との間に作用することに起因する第１部材の内壁面及び第１ロッド部の磨耗又は損傷を防ぐことができる。
【０００８】
上記関節機構において、前記第１ロッド部は、前記第１部材流体室を２つに区画するとともに、その第１部材流体室を囲む前記第１部材の内壁面に摺接する第１ピストン部と、その第１ピストン部に繋がり、前記第１部材流体室から前記第１部材の外部へ延びる第１アーム部と、その第１アーム部の前記第１ピストン部と反対側の端部に設けられた第１結合部とを有し、前記基部は、前記第１結合部に対してがたつきを持った状態で結合される第１被結合部を有し、前記第１結合部は、前記第１アーム部の端部から突出する第１突出部と、その第１突出部の先端に設けられ、その第１突出部よりも大径に形成された第１先端部とを有し、前記第１被結合部は、前記第１先端部がその周囲に所定の隙間を持った状態で収容される第１収容部と、前記第１先端部が抜け出ないような大きさに形成され、前記第１突出部がその周囲に所定の隙間を持った状態で挿通される第１挿通孔とを有することが好ましい。
【０００９】
このように構成すれば、第２部材において、基部に対する第１ロッド部の結合の抜けを防ぎながら、第１ロッド部と基部を互いの相対変位を許容するがたつきを持った状態で結合させる具体的な構造を構成することができる。
【００１０】
上記関節機構において、前記第２部材に対して第２軸を介して回動可能に結合された第３部材を備え、前記第３部材は、前記第２軸に結合するとともに、流体が給排される第３部材流体室を内部に有し、前記第２部材は、前記基部と別体に設けられ、前記第３部材流体室内でピストンを構成するとともに、前記第３部材流体室への流体の給排に応じて前記第２軸回りに前記第３部材に対して相対的に回動する第２ロッド部を有し、前記基部は、前記第２軸に結合し、前記第２ロッド部及び前記基部は、互いの相対変位を許容するがたつきを持った状態で結合されることが好ましい。
【００１１】
このように構成すれば、第１部材と第２部材との間の角度を変化させるとともに第２部材と第３部材との間の角度を変化させることが可能な関節機構を構成することができるので、２つの部材間の角度のみを変化させる関節機構に比べて、より大きな可動角度範囲を持つ関節機構を構成することができる。また、この構成では、アクチュエータを構成する第３部材流体室が第３部材の内部に設けられ、この第３部材流体室内でピストンを構成する第２ロッド部が第２部材に含まれているため、第２部材及び第３部材とは別にこれらを駆動するための専用のアクチュエータを付加する場合に比べて、軽量化を図ることができる。
【００１２】
また、第２部材において第２ロッド部と基部とがリジッドに結合している場合には、上記第１ロッド部と基部がリジッドに結合している場合と同様、第３部材に曲げや捻り等の力が加えられた場合に第３部材の内壁面及び第２ロッド部が磨耗又は損傷を生じる虞がある。しかしながら、この構成では、第２部材において第２ロッド部と基部が互いの相対変位を許容するがたつきを持った状態で結合されるので、第３部材に曲げや捻り等の力が加えられた場合でも、前記がたつきの分、第２ロッド部が第３部材に追従して動いて第３部材に加えられた力を逃がすことができる。このため、前記第３部材に加えられた力が第３部材の内壁面と第２ロッド部との間に作用することに起因する第３部材の内壁面及び第２ロッド部の磨耗又は損傷を防ぐことができる。
【００１３】
この場合において、前記第２ロッド部は、前記第３部材流体室を２つに区画するとともに、その第３部材流体室を囲む前記第３部材の内壁面に摺接する第２ピストン部と、その第２ピストン部に繋がり、前記第３部材流体室から前記第３部材の外部へ延びる第２アーム部と、その第２アーム部の前記第２ピストン部と反対側の端部に設けられた第２結合部とを有し、前記基部は、前記第２結合部に対してがたつきを持った状態で結合される第２被結合部を有し、前記第２結合部は、前記第２アーム部の端部から突出する第２突出部と、その第２突出部の先端に設けられ、その第２突出部よりも大径に形成された第２先端部とを有し、前記第２被結合部は、前記第２先端部がその周囲に所定の隙間を持った状態で収容される第２収容部と、前記第２先端部が抜け出ないような大きさに形成され、前記第２突出部がその周囲に所定の隙間を持った状態で挿通される第２挿通孔とを有することが好ましい。
【００１４】
このように構成すれば、第２部材において、基部に対する第２ロッド部の結合の抜けを防ぎながら、第２ロッド部と基部を互いの相対変位を許容するがたつきを持った状態で結合させる具体的な構造を構成することができる。
【００１５】
上記第２部材において基部が第１ロッド部及び第２ロッド部と結合される構成において、前記第１ロッド部は、前記第１部材流体室を２つに区画するとともに、その第１部材流体室を囲む前記第１部材の内壁面に摺接する第１ピストン部と、その第１ピストン部に繋がり、前記第１部材流体室から前記第１部材の外部へ延びる第１アーム部と、その第１アーム部の前記第１ピストン部と反対側の端部に設けられた第１結合部とを有し、前記第２ロッド部は、前記第３部材流体室を２つに区画するとともに、その第３部材流体室を囲む前記第３部材の内壁面に摺接する第２ピストン部と、その第２ピストン部に繋がり、前記第３部材流体室から前記第３部材の外部へ延びる第２アーム部と、その第２アーム部の前記第２ピストン部と反対側の端部に設けられた第２結合部とを有し、前記基部は、前記第１結合部の先端部と前記第２結合部の先端部をそれらの先端面が互いに対向するような状態で収容してそれら第１結合部の先端部と第２結合部の先端部の両方に対してがたつきを持った状態で結合される被結合部を有し、前記第１結合部の先端面と前記第２結合部の先端面とは、それぞれ互いの側に向かって突出する曲面状の凸面からなることが好ましい。
【００１６】
この構成では、基部が第１結合部の先端部と第２結合部の先端部の両方に対して結合する被結合部を有するので、第１結合部に対して結合する被結合部と第２結合部に対して結合する被結合部とが基部に個別に設けられている場合に比べて、基部を小型化することができる。また、この構成では、第１結合部の先端面と第２結合部の先端面とが、それぞれ互いの側に向かって突出する曲面状の凸面からなるので、前記曲げや捻り等の力が加えられた第１部材と第３部材に追従して第１ロッド部と第２ロッド部が動く際に、第１結合部の先端部と第２結合部の先端部が被結合部に収容された状態で互いの先端面同士が相手の動きを阻害することが抑制され、第１結合部と第２結合部が互いに相対変位しやすくなる。このため、前記曲げや捻り等の力が第１部材と第３部材に加えられた場合に、第１部材と第３部材に追従して第１ロッド部と第２ロッド部が動きやすくなり、第１部材と第３部材に加えられた力を良好に逃がすことができる。
【００１７】
この場合において、前記第１結合部は、前記第１アーム部の端部から突出する第１突出部と、その第１突出部の先端に設けられ、その第１突出部よりも大径に形成された第１先端部とを有し、前記第２結合部は、前記第２アーム部の端部から突出する第２突出部と、その第２突出部の先端に設けられ、その第２突出部よりも大径に形成された第２先端部とを有し、前記被結合部は、前記第１先端部と前記第２先端部がそれらの周囲に所定の隙間を持った状態で収容される収容部と、前記第１先端部が抜け出ないような大きさに形成され、前記第１突出部がその周囲に所定の隙間を持った状態で挿通される第１挿通孔と、前記第２先端部が抜け出ないような大きさに形成され、前記第２突出部がその周囲に所定の隙間を持った状態で挿通される第２挿通孔とを有することが好ましい。
【００１８】
このように構成すれば、基部において、被結合部が第１結合部の先端部と第２結合部の先端部の両方を収容するとともに、それら両結合部の先端部とがたつきを持った状態で結合する具体的な構造を構成することができる。
【００１９】
さらにこの場合において、前記第１先端部の先端面と前記第２先端部の先端面は、前記収容部内で互いに対向するように配置されるとともに、互いに接触した状態で相対変位可能な球面状の凸面にそれぞれ形成されていることが好ましい。
【００２０】
このように構成すれば、収容部内で第１先端部の先端面と第２先端部の先端面とが互いに接触する場合でも、第１先端部と第２先端部が互いに相対変位し、互いの動きが阻害されるのを防ぐことができる。従って、この構成では、収容部内で第１先端部の先端面と第２先端部の先端面とが互いに接触する場合でも、前記曲げや捻り等の力が加えられた第１部材と第３部材に追従した第１ロッド部と第２ロッド部の動きが互いに阻害されるのを防ぐことができ、第１部材と第３部材に加えられた力を良好に逃がすことができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明による関節機構では、軽量化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態による関節機構の正面図であり、図２は、図１に示した関節機構の内部構造を説明するための断面図である。図３は、図１に示した関節機構を構成する第１部材２の斜視図であり、図４は、図１に示した関節機構を構成する第２部材４の正面図である。図５及び図６は、図４に示した第２部材４の基部１２の構造を示す図であり、図７は、図４に示した第２部材４の第１ロッド部１４及び第２ロッド部１６の構造を示す図であり、図８は、図７に示した第１ロッド部１４を第１結合部１４ｃ側から見た図である。まず、図１〜図７を参照して、本発明の一実施形態による関節機構の構成について説明する。
【００２４】
本実施形態による関節機構は、マニピュレータ等のロボットの関節部や油圧ショベル、クレーン等の建設機械の関節部またはその他の各種機械の関節部に適用されるものである。この関節機構は、図１及び図２に示すように、第１部材２と、第２部材４と、第３部材６と、第１軸８と、第２軸１０とを備えており、第２部材４が第１軸８を介して第１部材２に回動可能に結合しているとともに第２軸１０を介して第３部材６に回動可能に結合している。そして、この関節機構では、第２部材４を作動液の圧力で第１軸８回りに第１部材２に対して相対的に回動させることにより第１部材２と第２部材４との間の角度を変化させるとともに、第２部材４を作動液の圧力で第２軸１０回りに第３部材６に対して相対的に回動させることにより第２部材４と第３部材６の間の角度を変化させるようになっている。なお、前記作動液は、本発明の流体の概念に含まれるものである。
【００２５】
具体的には、第１部材２は、中空の略四角柱状に形成されており、その長手方向の一方端側で第２部材４と結合している。この第１部材２の第２部材４側の端部には、図３に示すように、開口部２ａが設けられている。この開口部２ａには、一対の蓋部２ｂ，２ｂが第１部材２の幅方向に第２部材４の後述する第１ロッド部１４の第１アーム部１４ｂの厚みに相当する間隔を隔てて取り付けられている。また、第１部材２の第２部材４側の端部の図３における下部には、幅方向に離間して一対の第１部材軸受部２ｃ，２ｃが設けられている。この第１部材軸受部２ｃ，２ｃは、後述する第１部材作動液室２ｄの外側に設けられている。
【００２６】
また、第１部材２の内部には、図２に示すように、作動液が外部から給排される第１部材作動液室２ｄが設けられている。この第１部材作動液室２ｄは、本発明の第１部材流体室の概念に含まれるものである。そして、第１部材作動液室２ｄは、前記蓋部２ｂ，２ｂと、第１部材２の幅方向の両側壁部２ｅ，２ｅと、図２における第１部材２の底壁部２ｆと、第１部材２の内部に設けられた円弧状の外側壁部２ｇと、第１部材軸受部２ｃ，２ｃの近傍に設けられた円弧状の内側壁部２ｈとで囲まれることによって形成されている。
【００２７】
外側壁部２ｇは、前記開口部２ａの図３における上端部から底壁部２ｆの長手方向の中間部にかけて形成されている。この外側壁部２ｇのうち第１部材作動液室２ｄに面する壁面は、前記第１部材軸受部２ｃ，２ｃの軸心を中心とした円弧状に形成されている。
【００２８】
内側壁部２ｈは、前記開口部２ａの図３における下端部から底壁部２ｆの第１部材軸受部２ｃ，２ｃ近傍の領域にかけて形成されている。この内側壁部２ｈのうち第１部材作動液室２ｄに面する壁面は、第１部材軸受部２ｃ，２ｃの軸心を中心とした円弧状に形成されている。
【００２９】
また、第１部材２の内部には、第１部材作動液室２ｄに作動液を給排するための２つの給排経路部２ｉ，２ｊが設けられている。
【００３０】
一方の給排経路部２ｉは、第１部材２内において図２における上部に設けられている。この一方の給排経路部２ｉは、第１部材２の長手方向に延びているとともに、途中で２つに分岐している。そして、分岐した各経路が第１部材作動液室２ｄのうち後述する第１ロッド部１４の第１アーム部１４ｂによって区画された一方の空間と他方の空間の図２における上部にそれぞれ接続されている。この構成は、第１部材作動液室２ｄにおいて後述する第１ロッド部１４の第１アーム部１４ｂを挟んで両側の空間に均等に作動液を給排するための構成である。
【００３１】
また、もう一方の給排経路部２ｊは、第１部材２内において図２における下部に設けられている。この給排経路部２ｊは、第１部材２の長手方向に延びており、第１部材作動液室２ｄの図２における下部に接続されている。
【００３２】
前記第３部材６は、第１部材２と同様の構造を有している。すなわち、第３部材６は、中空の略四角柱状に形成されており、その長手方向の一方端側で第２部材４の前記第１部材２と反対側の部分に結合している。この第３部材６の第２部材４側の端部には、前記第１部材２の開口部２ａと同様の開口部（図示せず）が設けられている。この開口部には、前記第１部材２の蓋部２ｂ，２ｂと同様の一対の蓋部６ｂ，６ｂが第３部材６の幅方向に第２部材４の後述する第２ロッド部１６の第２アーム部１６ｂの厚みに相当する間隔を隔てて取り付けられている。
【００３３】
また、第３部材６は、一対の第３部材軸受部６ｃ，６ｃと、第３部材作動液室６ｄと、給排経路部６ｉ，６ｊとを有している。なお、第３部材作動液室６ｄは、本発明の第３部材流体室の概念に含まれるものである。一対の第３部材軸受部６ｃ，６ｃの構造は、前記第１部材２の一対の第１部材軸受部２ｃ，２ｃの構造と同様である。また、第３部材作動液室６ｄの構造は、前記第１部材作動液室２ｄの構造と同様である。第３部材作動液室６ｄは、前記蓋部６ｂ，６ｂと、第３部材６の幅方向の両側壁部６ｅ，６ｅと、図２における第３部材６の底壁部６ｆと、第３部材６の内部に設けられた円弧状の外側壁部６ｇと、第３部材軸受部６ｃ，６ｃの近傍に設けられた円弧状の内側壁部６ｈとで囲まれることによって形成されている。この第３部材の外側壁部６ｇの構造は、前記第１部材２の外側壁部２ｇの構造と同様であり、内側壁部６ｈの構造は、前記第１部材２の内側壁部２ｈの構造と同様である。すなわち、外側壁部６ｇのうち第３部材作動液室６ｄに面する壁面は、第３部材軸受部６ｃ，６ｃの軸心を中心とした円弧状に形成されており、内側壁部６ｈのうち第３部材作動液室６ｄに面する壁面は、第３部材軸受部６ｃ，６ｃの軸心を中心とした円弧状に形成されている。また、給排経路部６ｉ，６ｊの構造は、前記第１部材２の給排経路部２ｉ，２ｊの構造とそれぞれ同様である。そして、このような構成の第３部材６が第２部材４を挟んで前記第１部材２と対称となるように配置されている。
【００３４】
前記第２部材４は、図４に示すように、基部１２と、第１ロッド部１４と、第２ロッド部１６とを有している。
【００３５】
基部１２は、前記第１部材２と前記第３部材６との間に位置している。この基部１２は、その図４における下端部に円筒状の第１軸受部１２ａ及び第２軸受部１２ｂを有している。第１軸受部１２ａと第２軸受部１２ｂは、第２部材４の長手方向に並んで配設されており、その軸心が互いに平行となるように配置されている。
【００３６】
第１軸受部１２ａは、前記一対の第１部材軸受部２ｃ，２ｃ間に配置されており、これら第１部材軸受部２ｃ，２ｃ及び第１軸受部１２ａに前記第１軸８が挿通されて結合されている。そして、第１軸８は、第１部材軸受部２ｃ，２ｃに固定されており、基部１２は第１軸８回りに第１部材２に対して相対的に回動可能となっている。
【００３７】
第２軸受部１２ｂは、前記一対の第３部材軸受部６ｃ，６ｃ間に配置されており、これら第３部材軸受部６ｃ，６ｃ及び第２軸受部１２ｂに前記第２軸１０が挿通されて結合されている。そして、第２軸１０は、第３部材軸受部６ｃ，６ｃに固定されており、基部１２は第２軸１０回りに第３部材６に対して相対的に回動可能となっている。
【００３８】
また、基部１２は、第１軸受部１２ａと第２軸受部１２ｂの境界部周辺の図５における上面から上方に延びる被結合部構成部１２ｃを有し、その被結合部構成部１２ｃの上下方向の中間部に設けられた被結合部１２ｄを有している。この被結合部１２ｄは、本発明の第１被結合部及び第２被結合部の概念に含まれるものである。そして、この被結合部１２ｄは、第１ロッド部１４の後述する第１結合部１４ｃと第２ロッド部１６の後述する第２結合部１６ｃの両方に対してがたつきを持った状態で結合される部分である。
【００３９】
具体的には、この被結合部１２ｄは、収容部１２ｅと、第１挿通孔１２ｆと、第２挿通孔１２ｇとを有する。
【００４０】
収容部１２ｅは、後述する第１結合部１４ｃの第１先端部１４ｉと、後述する第２結合部１６ｃの第２先端部１６ｉとがそれらの周囲に所定の隙間を持った状態で収容される空間であり、被結合部構成部１２ｃの図５における左右方向の中央部に設けられている。この収容部１２ｅは、前記第１軸受部１２ａの軸心及び前記第２軸受部１２ｂの軸心に対して垂直な軸心を持つ円形断面を有するように形成されている。そして、この収容部１２ｅは、後述する第１結合部１４ｃの第１先端部１４ｉ及び第２結合部１６ｃの第２先端部１６ｉよりも大径に形成されているとともに、その軸方向の長さが第１先端部１４ｉの軸方向の長さと第２先端部１６ｉの軸方向の長さの合計よりも大きくなるように形成されている。基部１２は、図６に示すように、２つの構成部材１２ｈ，１２ｈからなっており、これら構成部材１２ｈ，１２ｈが溶接やボルトによる締結などで互いに結合されることによって基部１２が作製される。構成部材１２ｈ，１２ｈは、第１軸受部１２ａ及び第２軸受部１２ｂの軸方向における基部１２の中心線に対して互いに対称形に形成されている。そして、後述する第１先端部１４ｉ及び第２先端部１６ｉは、両構成部材１２ｈ，１２ｈを互いに結合させて基部１２を形成する際に収容部１２ｅ内に組み込まれるようになっている。
【００４１】
第１挿通孔１２ｆは、後述する第１結合部１４ｃの第１突出部１４ｈがその周囲に所定の隙間を持った状態で挿通されるものである。この第１挿通孔１２ｆは、被結合部構成部１２ｃにおいて前記収容部１２ｅから第１部材２側へ向かって延びるように形成されており、前記収容部１２ｅと同軸の円孔に形成されている。そして、この第１挿通孔１２ｆは、第１結合部１４ｃの第１突出部１４ｈよりも大径に形成されており、その第１突出部１４ｈの外周面と当該第１挿通孔１２ｆの内周面との間に所定の隙間が形成されている。また、この第１挿通孔１２ｆは、後述する第１結合部１４ｃの第１先端部１４ｉよりも小径に形成されており、前記収容部１２ｅに収容された第１先端部１４ｉが抜け出ないような大きさとなっている。
【００４２】
第２挿通孔１２ｇは、後述する第２結合部１６ｃの第２突出部１６ｈがその周囲に所定の隙間を持った状態で挿通されるものである。この第２挿通孔１２ｇは、被結合部構成部１２ｃにおいて前記収容部１２ｅから第３部材６側へ向かって延びるように形成されており、前記収容部１２ｅと同軸の円孔に形成されている。そして、この第２挿通孔１２ｇは、第２結合部１６ｃの第２突出部１６ｈよりも大径に形成されており、その第２突出部１６ｈの外周面と当該第２挿通孔１２ｇの内周面との間に所定の隙間が形成されている。また、この第２挿通孔１２ｇは、後述する第２結合部１６ｃの第２先端部１６ｉよりも小径に形成されており、前記収容部１２ｅに収容された第２先端部１６ｉが抜け出ないような大きさとなっている。
【００４３】
上記のように被結合部１２ｄが構成されていることにより、収容部１２ｅ内における後述する第１結合部１４ｃの第１先端部１４ｉの周囲の隙間及び第１挿通孔１２ｆ内における後述する第１結合部１４ｃの第１突出部１４ｈの周囲の隙間の分だけ、被結合部１２ｄは第１結合部１４ｃに対してがたつきを持つようになっており、収容部１２ｅ内における後述する第２結合部１６ｃの第１先端部１６ｉの周囲の隙間及び第２挿通孔１２ｇ内における後述する第２結合部１６ｃの第１突出部１６ｈの周囲の隙間の分だけ、被結合部１２ｄは第２結合部１６ｃに対してがたつきを持つようになっている。なお、この被結合部１２ｄと第１結合部１４ｃとの間のがたつきは、第１ロッド部１４の回動が基部１２に伝えられるのを阻害するほど大きなものではなく、被結合部１２ｄと第２結合部１６ｃとの間のがたつきは、第２ロッド部１６の回動が基部１２に伝えられるのを阻害するほど大きなものではない。換言すれば、前記各隙間の大きさは、第１ロッド部１４の回動を基部１２に伝えるのを阻害しないような程度の大きさに設定されているとともに、第２ロッド部１６の回動を基部１２に伝えるのを阻害しないような程度の大きさに設定されている。
【００４４】
第１ロッド部１４は、前記基部１２と別体に設けられており、前記第１部材作動液室２ｄ内でピストンを構成し、その第１部材作動液室２ｄへの作動液の給排に応じて第１軸８回りに第１部材２に対して相対的に回動するものである。この第１ロッド部１４は、図７に示すように、第１ピストン部１４ａと、第１アーム部１４ｂと、第１結合部１４ｃとを有する。
【００４５】
第１ピストン部１４ａは、第１部材作動液室２ｄ内に格納され、この第１部材作動液室２ｄを２つに区画するものである。この第１ピストン部１４ａは、前記基部１２の第１軸受部１２ａ近傍から径方向外側へ延びる板状に形成されている。そして、第１部材作動液室２ｄ内の第１ピストン部１４ａによって区画された一方の空間と他方の空間とに前記給排経路部２ｉ，２ｊを通じて作動液が給排されることに応じて、この第１ピストン部１４ａは、その各端面が第１部材作動液室２ｄを囲む前記各壁部２ｅ，２ｆ，２ｇの対応する各壁面に摺接しながら、第１軸８回りに回動するようになっている。そして、この第１ピストン部１４ａの回動により第１ロッド部１４全体が回動するとともに、その第１ロッド部１４の回動が基部１２に伝えられて第２部材４全体が第１軸８回りに第１部材２に対して相対的に回動するようになっている。また、第１ピストン部１４ａは、第１部材２の開口部２ａの形状に対応した外形を有している。
【００４６】
第１ピストン部１４ａの図７における下面側には、作動液導入溝１４ｄが設けられている。この作動液導入溝１４ｄは、第１部材２の下側の給排経路部２ｊに対応する位置に配設されている。作動液導入溝１４ｄは、第１ピストン部１４ａの前記第１軸受部１２ａと反対側の端面から第１軸受部１２ａ側へ延びているとともに、第１軸受部１２ａ側へ向かうに連れてその深さが徐々に浅くなるように構成されている。この作動液導入溝１４ｄは、図２に示すように第１ピストン部１４ａの下面が第１部材２の底壁部２ｆの上面に接触しているときにその底壁部２ｆの上面と第１ピストン部１４ａの下面との間に給排経路部２ｊから作動液を導入しやすくするために設けられている。
【００４７】
第１アーム部１４ｂは、図７に示すように第１ピストン部１４ａの上面に繋がっており、その第１ピストン部１４ａの上面から上方へ湾曲した形状で延びている。この第１アーム部１４ｂは、前記第１部材作動液室２ｄから第１部材２の外部へ向かって延びている。そして、この第１アーム部１４ｂは、第１部材作動液室２ｄよりも小さい幅に形成されており、第１部材２の開口部２ａの上下部分と蓋部２ｂ，２ｂの互いに対向する面とで構成された開口を通って第１部材作動液室２ｄに出入可能となっている。なお、蓋部２ｂ，２ｂ及び開口部２ａの上下部分の第１アーム部１４ｂと接する箇所には図略のシール材が設けられて第１アーム部１４ｂとの間の隙間がシールされており、そのシール材によって第１部材作動液室２ｄからの作動液の漏出が抑制されている。
【００４８】
そして、第１アーム部１４ｂは、第１部材作動液室２ｄに面する前記外側壁部２ｇの円弧状の壁面に対応した形状の外周面１４ｅと、第１部材作動液室２ｄに面する前記内側壁部２ｈの円弧状の壁面に対応した形状の内周面１４ｆとを有する。そして、第１アーム部１４ｂは、その外周面１４ｅが前記外側壁部２ｇの対応する壁面に摺接するとともに、その内周面１４ｆが前記内側壁部２ｈの対応する壁面に摺接しながら、前記第１ピストン部１４ａの第１部材作動液室２ｄ内での移動に応じて第１部材作動液室２ｄに出入するようになっている。この第１アーム部１４ｂにより、第１部材作動液室２ｄ内の第１ピストン部１４ａ上の空間が幅方向に２つに仕切られている。そして、第１アーム部１４ｂの第１ピストン部１４ａとの境界部近傍には前記２つに仕切られた両側の空間を繋ぐ貫通孔１４ｇが設けられている。この貫通孔１４ｇにより、両空間における作動液の圧力の均一化が図られている。
【００４９】
そして、前記第１ピストン部１４ａ及び第１アーム部１４ｂは、第１部材２に対して取り付けられる際、第１部材２の開口部２ａを通って第１部材作動液室２ｄ内に挿入される。
【００５０】
具体的には、第１部材２の開口部２ａに蓋部２ｂ，２ｂが取り付けられていない状態で、第１ピストン部１４ａの外周部が第１部材２の開口部２ａに嵌め込まれるとともに、第１軸受部１２ａが第１部材軸受部２ｃ，２ｃ間に配置される。そして、第１ピストン部１４ａ及び第１アーム部１４ｂが第１部材作動液室２ｄに面する外側壁部２ｇの壁面及び内側壁部２ｈの壁面に沿って移動させられて第１部材作動液室２ｄ内に納められる。その後、第１部材２の開口部２ａに蓋部２ｂ，２ｂが取り付けられて第１部材作動液室２ｄが密封される。なお、前記第１軸８の第１部材軸受部２ｃ，２ｃ及び第１軸受部１２ａへの取り付けは、開口部２ａに蓋部２ｂ，２ｂが取り付けられた後に行われる。
【００５１】
第１結合部１４ｃは、第１アーム部１４ｂの前記第１ピストン部１４ａと反対側の端部に設けられており、基部１２の被結合部１２ｄとがたつきを持った状態で結合される部分である。この第１結合部１４ｃは、第１突出部１４ｈと第１先端部１４ｉとからなる。
【００５２】
第１突出部１４ｈは、第１アーム部１４ｂの端部から突出する円柱状の部分である。この第１突出部１４ｈは、上記したようにその周囲に所定の隙間を持った状態で基部１２の第１挿通孔１２ｆに挿通されている。
【００５３】
第１先端部１４ｉは、図８に示すように、第１突出部１４ｈよりも大径の円板状に形成されており、第１突出部１４ｈの先端にその第１突出部１４ｈと同軸に設けられている。この第１先端部１４ｉは、上記したようにその周囲に所定の隙間を持った状態で基部１２の収容部１２ｅ内に収容されている。また、第１先端部１４ｉは、基部１２の第１挿通孔１２ｆよりも大径に形成されており、収容部１２ｅ内に収容された状態で第１挿通孔１２ｆを通って抜け出ないようになっている。そして、この第１先端部１４ｉの先端面１４ｊは、曲面状の凸面、具体的には球面に形成されている。
【００５４】
第２ロッド部１６は、前記基部１２と別体に設けられており、前記第３部材作動液室６ｄ内でピストンを構成し、その第３部材作動液室６ｄへの作動液の給排に応じて第２軸１０回りに第３部材６に対して相対的に回動するものである。この第２ロッド部１６は、第１ロッド部１４と同様に構成されており、基部１２を挟んで第１ロッド部１４と対称に配設されている。
【００５５】
具体的には、この第２ロッド部１６は、図７に示すように、前記第１ロッド部１４の第１ピストン部１４ａ、第１アーム部１４ｂ、第１結合部１４ｃと同様に構成された第２ピストン部１６ａ、第２アーム部１６ｂ、第２結合部１６ｃを有する。
【００５６】
第２ピストン部１６ａには、前記第１ピストン部１４ａの作動液導入溝１４ｄと同様の構成の作動液導入溝１６ｄが設けられている。
【００５７】
第２アーム部１６ｂは、前記第１アーム部１４ｂの外周面１４ｅ及び内周面１４ｆと同様の構成の外周面１６ｅ及び内周面１６ｆを有しているとともに、この第２アーム部１６ｂには、前記第１アーム部１４ｂの貫通孔１４ｇと同様の構成の貫通孔１６ｇが設けられている。
【００５８】
第２結合部１６ｃは、前記第１結合部１４ｃの第１突出部１４ｈ及び第１先端部１４ｉと同様の構成の第２突出部１６ｈ及び第２先端部１６ｉを有している。また、第２先端部１６ｉの先端面１６ｊは、第１先端部１４ｉの先端面１４ｊと同様の凸面からなる。そして、この第２結合部１６ｃの第２先端部１６ｉは、第１結合部１４ｃの第１先端部１４ｉと共に基部１２の被結合部１２ｄの収容部１２ｅ内に収容されており、その収容部１２ｅ内で第１先端部１４ｉの先端面１４ｊと第２先端部１６ｉの先端面１６ｊとが互いに対向するように配置されている。すなわち、第１先端部１４ｉの先端面１４ｊと第２先端部１６ｉの先端面１６ｊとは、収容部１２ｅ内においてそれぞれ互いの側に向かって突出する曲面状の凸面となっている。そして、これら両先端面１４ｊ，１６ｊは、収容部１２ｅ内で互いに接触した状態で相対変位可能な球面状の凸面にそれぞれ形成されている。
【００５９】
図９は、本実施形態による関節機構の関節角度を変化させた状態を示した断面図である。図１０は、本実施形態による関節機構に曲げ力が加えられたときの状態を示す図１中のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。次に、これらの図を参照して、本実施形態による関節機構の動作について説明する。
【００６０】
図３を参照して、第１ピストン部１４ａによって区画された第１部材作動液室２ｄ内の一方の空間に給排経路部２ｊから作動液が供給されるとともに他方の空間から給排経路部２ｉを通じて作動液が排出されると、第１ピストン部１４ａが作動液の圧力で第１部材作動液室２ｄ内の前記他方の空間側へ移動する。この場合、第２部材４が第１部材２に対してそれらの間の角度が小さくなる方向に第１軸８回りに相対的に回動する。
【００６１】
また、逆に第１ピストン部１４ａによって区画された第１部材作動液室２ｄ内の前記他方の空間に給排経路部２ｉから作動液が供給されるとともに前記一方の空間から給排経路部２ｊを通じて作動液が排出されると、第１ピストン部１４ａが作動液の圧力で第１部材作動液室２ｄ内の前記一方の空間側へ移動する。これにより、上記と逆の動作で、第２部材４が第１部材２に対してそれらの間の角度が大きくなる方向に第１軸８回りに相対的に回動する。
【００６２】
また、第２ピストン部１６ａによって区画された第３部材作動液室６ｄ内の一方の空間に給排経路部６ｊから作動液が供給されるとともに他方の空間から給排経路部６ｉを通じて作動液が排出されると、第２ピストン部１６ａが作動液の圧力で第３部材作動液室６ｄ内の前記他方の空間側へ移動する。この場合、第２部材４が第３部材６に対してそれらの間の角度が小さくなる方向に第２軸１０回りに相対的に回動する。
【００６３】
また、逆に第２ピストン部１６ａによって区画された第３部材作動液室６ｄの前記他方の空間に給排経路部６ｉから作動液が供給されるとともに前記一方の空間から給排経路部６ｊを通じて作動液が排出されると、第２ピストン部１６ａが作動液の圧力で第３部材作動液室６ｄ内の前記一方の空間側へ移動する。これにより、上記と逆の動作で、第２部材４が第３部材６に対してそれらの間の角度が大きくなる方向に第２軸１０回りに相対的に回動する。
【００６４】
そして、本実施形態では、第１部材２及び／又は第３部材６に曲げ力が加えられた場合には、図１０に示すように、被結合部１２ｄの収容部１２ｅ内において第１結合部１４ｃの第１先端部１４ｉの先端面１４ｊと第２結合部１６ｃの第２先端部１６ｉの先端面１６ｊとが互いに接触しながら第１結合部１４ｃと第２結合部１６ｃとがその周囲の隙間の範囲内で相対変位することができ、それによって第１ロッド部１４が第１部材２に追従して動いて基部１２に対して傾くとともに、第２ロッド部１６が第３部材６に追従して動いて基部１２に対して傾く。その結果、第１部材２及び／又は第３部材６に加えられた曲げ力が逃がされる。
【００６５】
以上説明したように、本実施形態による関節機構では、アクチュエータを構成する第１部材作動液室２ｄが第１部材２の内部に設けられているとともに、この第１部材作動液室２ｄ内でピストンを構成する第１ロッド部１４が第２部材４に含まれているため、第１部材２及び第２部材４とは別にこれらを駆動するための専用のアクチュエータを付加する場合に比べて、軽量化を図ることができる。また、アクチュエータを構成する第３部材作動液室６ｄが第３部材６の内部に設けられているとともに、この第３部材作動液室６ｄ内でピストンを構成する第２ロッド部１６が第２部材４に含まれているため、第２部材４及び第３部材６とは別にこれらを駆動するための専用のアクチュエータを付加する場合に比べて、軽量化を図ることができる。
【００６６】
ところで、第２部材４において第１ロッド部１４と基部１２とがリジッドに結合しているような構成では、第１部材２に曲げや捻り等の力が加えられると、第１部材軸受部２ｃ，２ｃと第１軸受部１２ａの第１軸８に対する結合部位においてそれらの間に微小なクリアランスが存在することに起因して第１部材２と第１ロッド部１４とが相対的にずれを生じ、それにより、第１部材２に加えられた力が第１部材作動液室２ｄを囲む各壁部２ｅ，２ｇ，２ｈの壁面と、それらの壁面に摺接する第１ロッド部１４の第１ピストン部１４ａ及び第１アーム部１４ｂの各端面との間で作用してその第１部材２の各壁面及び第１ロッド部１４の第１ピストン部１４ａ及び第１アーム部１４ｂが磨耗又は損傷を生じる虞がある。また、第２部材４において第２ロッド部１６と基部１２とがリジッドに結合しているような構成では、第３部材６に曲げや捻り等の力が加えられると、上記と同様にして第３部材６の第３部材作動液室６ｄを囲む各壁部６ｅ，６ｇ，６ｈの各壁面及び第２ロッド部１６の第２ピストン部１６ａ及び第２アーム部１６ｂが磨耗又は損傷を生じる虞がある。
【００６７】
これに対して、本実施形態による関節機構では、第２部材４において第１ロッド部１４の第１結合部１４ｃと基部１２の被結合部１２ｄががたつきを持った状態で結合されているので、第１部材２に曲げや捻り等の力が加えられた場合でも、前記がたつきの分、第１ロッド部１４が第１部材２に追従して動いて第１部材２に加えられた力を逃がすことができる。また、本実施形態では、第２部材４において第２軸１０に結合する基部１２の被結合部１２ｄが第２ロッド部１６の第２結合部１６ｃとがたつきを持った状態で結合されているので、第３部材６に曲げや捻り等の力が加えられた場合でも、前記がたつきの分、第２ロッド部１６が第３部材６に追従して動いて第３部材６に加えられた力を逃がすことができる。従って、前記第１部材２に加えられた力が第１部材２の第１部材作動液室２ｄを囲む各壁部２ｅ，２ｇ，２ｈの壁面と第１ロッド部１４の第１ピストン部１４ａ及び第１アーム部１４ｂの各端面との間に作用することに起因するそれら第１部材２の各壁面及び第１ロッド部１４の第１ピストン部１４ａ及び第１アーム部１４ｂの磨耗又は損傷を防ぐことができるとともに、前記第３部材６に加えられた力が第３部材６の第３部材作動液室６ｄを囲む各壁部６ｅ，６ｇ，６ｈの壁面と第２ロッド部１６の第２ピストン部１６ａ及び第２アーム部１６ｂの各端面との間に作用することに起因するそれら第３部材６の各壁面及び第２ロッド部１６の第２ピストン部１６ａ及び第２アーム部１６ｂの磨耗又は損傷を防ぐことができる。
【００６８】
なお、上記のような第１部材２の第１部材作動液室２ｄを囲む各壁面、第３部材６の第３部材作動液室６ｄを囲む各壁面、第１ロッド部１４及び第２ロッド部１６の磨耗又は損傷を防ぐための別の構成として、第１ロッド部１４、基部１２、第２ロッド部１６が互いにリジッドに結合されている構成において、第１部材２を第１部材作動液室２ｄを囲む内側部材とその内側部材の外側を覆う外側部材とに分割するとともに、第３部材６を第３部材作動液室６ｄを囲む内側部材とその内側部材の外側を覆う外側部材とに分割して、それら内側部材と外側部材との間に隙間を設けたり、その隙間に弾性材を挟むことによって前記曲げや捻り等の力を前記隙間又は前記弾性材で吸収させる構成も考えられる。しかしながら、この構成では、内側部材と外側部材の２重構造としたことに起因して、第１部材及び第３部材の寸法を拡大させないならば、第１部材作動液室２ｄ及び第３部材作動液室６ｄの寸法を縮小せざるを得なくなり、それに応じて第１ロッド部１４の第１ピストン部１４ａ及び第２ロッド部１６の第２ピストン部１６ａの液圧の重圧面積が小さくせざるを得なくなる。その結果、関節機構における関節駆動時に発生させる最大トルクが小さくなるという問題が生じる。
【００６９】
これに対して、本実施形態では、第１ロッド部１４の第１ピストン部１４ａ及び第２ロッド部１６の第２ピストン部１６ａの液圧の重圧面積を小さくする必要がなく、関節駆動時に発生させる最大トルクを大きなトルクに維持しながら、前記磨耗又は損傷の問題を解消することができる。
【００７０】
また、本実施形態では、第２部材４が第１軸８回りに第１部材２に対して相対的に回動して第１部材２と第２部材４との間の角度を変化させることができるとともに、第２部材４が第２軸１０回りに第３部材６に対して相対的に回動して第２部材４と第３部材６の間の角度を変化させることができるので、第１部材２と第２部材４の間の角度のみ又は第２部材４と第３部材６の間の角度のみを変化させることが可能な関節機構に比べて、より大きな可動角度範囲を持つ関節機構を構成することができる。
【００７１】
また、本実施形態では、基部１２が第１ロッド部１４の第１結合部１４ｃの第１先端部１４ｉと第２ロッド部１６の第２結合部１６ｃの第２先端部１６ｉの両方に対して結合する被結合部１２ｄを有するので、第１結合部１４ｃに対して結合する被結合部と第２結合部１６ｃに対して結合する被結合部とが基部１２に個別に設けられている場合に比べて、基部１２を小型化することができる。
【００７２】
また、本実施形態では、第１結合部１４ｃの第１先端部１４ｉの先端面１４ｊと第２結合部１６ｃの第２先端部１６ｉの先端面１６ｊとが、それぞれ互いの側に向かって突出する曲面状の凸面からなるので、前記曲げや捻り等の力が加えられた第１部材２と第３部材６に追従して第１ロッド部１４と第２ロッド部１６が動く際に、第１先端部１４ｉと第２先端部１６ｉが被結合部１２ｄの収容部１２ｅに収容された状態で互いの先端面１４ｊ，１６ｊ同士が相手の動きを阻害することが抑制され、第１結合部１４ｃと第２結合部１６ｃとが互いに相対変位しやすくなる。このため、前記曲げや捻り等の力が第１部材２と第３部材６に加えられた場合に、第１部材２と第３部材６に追従して第１ロッド部１４と第２ロッド部１６が動きやすくなり、第１部材２と第３部材６に加えられた力を良好に逃がすことができる。
【００７３】
また、本実施形態では、第１先端部１４ｉの先端面１４ｊと第２先端部１６ｉの先端面１６ｊは、収容部１２ｅ内で互いに対向するように配置されるとともに、互いに接触した状態で相対変位可能な球面状の凸面にそれぞれ形成されているので、収容部１２ｅ内で第１先端部１４ｉの先端面１４ｊと第２先端部１６ｉの先端面１６ｊとが互いに接触する場合でも、第１先端部１４ｊと第２先端部１６ｊが互いに相対変位し、互いの動きが阻害されるのを防ぐことができる。従って、収容部１２ｅ内で第１先端部１４ｉの先端面１４ｊと第２先端部１６ｉの先端面１６ｊとが互いに接触する場合でも、前記曲げや捻り等の力が加えられた第１部材２と第３部材６に追従した第１ロッド部１４と第２ロッド部１６の動きが互いに阻害されるのを防ぐことができ、第１部材２と第３部材６に加えられた力を良好に逃がすことができる。
【００７４】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００７５】
例えば、上記実施形態では、第１部材２と第２部材４が関節駆動するとともに第２部材４と第３部材６が関節駆動する関節機構を例にとって説明したが、本発明はこの構成に限らない。すなわち、上記実施形態の第１部材２と第２部材４の関節駆動部分または第２部材４と第３部材６の関節駆動部分のいずれか一方のみからなる関節機構を構成してもよい。
【００７６】
また、上記実施形態では、基部１２に第１結合部１４ｃと第２結合部１６ｃの両方に対してがたつきを持った状態で結合される被結合部１２ｄを設けたが、本発明はこの構成に限らない。すなわち、図１１に示す上記実施形態の変形例のように、基部１２に、第１結合部１４ｃに対してがたつきを持った状態で結合される第１被結合部１２ｉと、第２結合部１６ｃに対してがたつきを持った状態で結合される第２被結合部１２ｊとが個別に設けられていてもよい。具体的には、第１被結合部１２ｉは、第１結合部１４ｃの第１先端部１４ｉがその周囲に所定の隙間を持った状態で収容される第１収容部１２ｋを有し、第２被結合部１２ｊは、第２結合部１６ｃの第２先端部１６ｉがその周囲に所定の隙間を持った状態で収容される第２収容部１２ｍを有している。すなわち、基部１２において、第１被結合部１２ｉの第１収容部１２ｋと第２被結合部１２ｊの第２収容部１２ｍとが個別に設けられていてもよい。
【００７７】
また、関節機構が第１部材２と第２部材４の関節駆動部分のみからなる場合は、基部１２に前記第１被結合部１２ｉのみが設けられていればよく、関節機構が第２部材４と第３部材６の関節駆動部分のみからなる場合は、基部１２に前記第２被結合部１２ｊのみが設けられていればよい。また、関節機構が第１部材２、第２部材４及び第３部材６からなる場合でも、基部１２に前記第１被結合部１２ｉのみが設けられていて第１結合部１４ｃと第１被結合部１２ｉががたつきを持った状態で結合されている一方、基部１２と第２ロッド部１６がリジッドに結合されていてもよく、また、基部１２に前記第２被結合部１２ｊのみが設けられていて第２結合部１６ｃと第２被結合部１２ｊががたつきを持った状態で結合されている一方、基部１２と第１ロッド部１４がリジッドに結合されていてもよい。
【００７８】
また、上記実施形態では、第２部材４を第１部材２及び第３部材６に対して相対的に回動させるための駆動力を与える媒体として作動液を用いたが、本発明はこれに限らず、その駆動力を与える媒体としての流体に空気やそれ以外の気体を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の一実施形態による関節機構の正面図である。
【図２】図１に示した関節機構の内部構造を説明するための断面図である。
【図３】図１に示した関節機構を構成する第１部材の斜視図である。
【図４】図１に示した関節機構を構成する第２部材の正面図である。
【図５】図４に示した第２部材の基部の正面図である。
【図６】図４に示した第２部材の基部の側面図である。
【図７】図４に示した第２部材の第１ロッド部及び第２ロッド部の構造を示す図である。
【図８】図７に示した第１ロッド部を第１結合部側から見た図である。
【図９】本発明の一実施形態による関節機構の関節角度を変化させた状態を示した断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態による関節機構に曲げ力が加えられたときの状態を示す図１中のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態の変形例による第２部材の正面図である。
【符号の説明】
【００８０】
２ 第１部材
２ｄ 第１部材作動液室（第１部材流体室）
４ 第２部材
６ 第３部材
６ｄ 第３部材流体室
８ 第１軸
１０ 第２軸
１２ 基部
１２ｄ 被結合部（第１被結合部、第２被結合部）
１２ｅ 収容部（第１収容部、第２収容部）
１２ｆ 第１挿通孔
１２ｇ 第２挿通孔
１２ｉ 第１被結合部
１２ｊ 第２被結合部
１２ｋ 第１収容部
１２ｍ 第２収容部
１４ 第１ロッド部
１４ａ 第１ピストン部
１４ｂ 第１アーム部
１４ｃ 第１結合部
１４ｈ 第１突出部
１４ｉ 第１先端部
１６ 第２ロッド部
１６ａ 第２ピストン部
１６ｂ 第２アーム部
１６ｃ 第２結合部
１６ｈ 第２突出部
１６ｉ 第２先端部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材と、この第１部材に第１軸を介して回動可能に結合された第２部材とを備え、当該第２部材を流体の圧力で前記第１軸回りに前記第１部材に対して相対的に回動させることにより前記第１部材と前記第２部材の間の角度を変化させる関節機構であって、
前記第１部材は、前記第１軸に結合するとともに、流体が給排される第１部材流体室を内部に有し、
前記第２部材は、前記第１部材流体室内でピストンを構成し、前記第１部材流体室への流体の給排に応じて前記第１軸回りに前記第１部材に対して相対的に回動する第１ロッド部と、その第１ロッド部と別体に設けられ、前記第１軸に結合する基部とを有するとともに、これら第１ロッド部及び基部は、互いの相対変位を許容するがたつきを持った状態で結合される、関節機構。
【請求項２】
前記第１ロッド部は、前記第１部材流体室を２つに区画するとともに、その第１部材流体室を囲む前記第１部材の内壁面に摺接する第１ピストン部と、その第１ピストン部に繋がり、前記第１部材流体室から前記第１部材の外部へ延びる第１アーム部と、その第１アーム部の前記第１ピストン部と反対側の端部に設けられた第１結合部とを有し、
前記基部は、前記第１結合部に対してがたつきを持った状態で結合される第１被結合部を有し、
前記第１結合部は、前記第１アーム部の端部から突出する第１突出部と、その第１突出部の先端に設けられ、その第１突出部よりも大径に形成された第１先端部とを有し、
前記第１被結合部は、前記第１先端部がその周囲に所定の隙間を持った状態で収容される第１収容部と、前記第１先端部が抜け出ないような大きさに形成され、前記第１突出部がその周囲に所定の隙間を持った状態で挿通される第１挿通孔とを有する、請求項１に記載の関節機構。
【請求項３】
前記第２部材に対して第２軸を介して回動可能に結合された第３部材を備え、
前記第３部材は、前記第２軸に結合するとともに、流体が給排される第３部材流体室を内部に有し、
前記第２部材は、前記基部と別体に設けられ、前記第３部材流体室内でピストンを構成するとともに、前記第３部材流体室への流体の給排に応じて前記第２軸回りに前記第３部材に対して相対的に回動する第２ロッド部を有し、
前記基部は、前記第２軸に結合し、
前記第２ロッド部及び前記基部は、互いの相対変位を許容するがたつきを持った状態で結合される、請求項１又は２に記載の関節機構。
【請求項４】
前記第２ロッド部は、前記第３部材流体室を２つに区画するとともに、その第３部材流体室を囲む前記第３部材の内壁面に摺接する第２ピストン部と、その第２ピストン部に繋がり、前記第３部材流体室から前記第３部材の外部へ延びる第２アーム部と、その第２アーム部の前記第２ピストン部と反対側の端部に設けられた第２結合部とを有し、
前記基部は、前記第２結合部に対してがたつきを持った状態で結合される第２被結合部を有し、
前記第２結合部は、前記第２アーム部の端部から突出する第２突出部と、その第２突出部の先端に設けられ、その第２突出部よりも大径に形成された第２先端部とを有し、
前記第２被結合部は、前記第２先端部がその周囲に所定の隙間を持った状態で収容される第２収容部と、前記第２先端部が抜け出ないような大きさに形成され、前記第２突出部がその周囲に所定の隙間を持った状態で挿通される第２挿通孔とを有する、請求項３に記載の関節機構。
【請求項５】
前記第１ロッド部は、前記第１部材流体室を２つに区画するとともに、その第１部材流体室を囲む前記第１部材の内壁面に摺接する第１ピストン部と、その第１ピストン部に繋がり、前記第１部材流体室から前記第１部材の外部へ延びる第１アーム部と、その第１アーム部の前記第１ピストン部と反対側の端部に設けられた第１結合部とを有し、
前記第２ロッド部は、前記第３部材流体室を２つに区画するとともに、その第３部材流体室を囲む前記第３部材の内壁面に摺接する第２ピストン部と、その第２ピストン部に繋がり、前記第３部材流体室から前記第３部材の外部へ延びる第２アーム部と、その第２アーム部の前記第２ピストン部と反対側の端部に設けられた第２結合部とを有し、
前記基部は、前記第１結合部の先端部と前記第２結合部の先端部をそれらの先端面が互いに対向するような状態で収容してそれら第１結合部の先端部と第２結合部の先端部の両方に対してがたつきを持った状態で結合される被結合部を有し、
前記第１結合部の先端面と前記第２結合部の先端面とは、それぞれ互いの側に向かって突出する曲面状の凸面からなる、請求項３に記載の関節機構。
【請求項６】
前記第１結合部は、前記第１アーム部の端部から突出する第１突出部と、その第１突出部の先端に設けられ、その第１突出部よりも大径に形成された第１先端部とを有し、
前記第２結合部は、前記第２アーム部の端部から突出する第２突出部と、その第２突出部の先端に設けられ、その第２突出部よりも大径に形成された第２先端部とを有し、
前記被結合部は、前記第１先端部と前記第２先端部がそれらの周囲に所定の隙間を持った状態で収容される収容部と、前記第１先端部が抜け出ないような大きさに形成され、前記第１突出部がその周囲に所定の隙間を持った状態で挿通される第１挿通孔と、前記第２先端部が抜け出ないような大きさに形成され、前記第２突出部がその周囲に所定の隙間を持った状態で挿通される第２挿通孔とを有する、請求項５に記載の関節機構。
【請求項７】
前記第１先端部の先端面と前記第２先端部の先端面は、前記収容部内で互いに対向するように配置されるとともに、互いに接触した状態で相対変位可能な球面状の凸面にそれぞれ形成されている、請求項６に記載の関節機構。
【請求項１】
第１部材と、この第１部材に第１軸を介して回動可能に結合された第２部材とを備え、当該第２部材を流体の圧力で前記第１軸回りに前記第１部材に対して相対的に回動させることにより前記第１部材と前記第２部材の間の角度を変化させる関節機構であって、
前記第１部材は、前記第１軸に結合するとともに、流体が給排される第１部材流体室を内部に有し、
前記第２部材は、前記第１部材流体室内でピストンを構成し、前記第１部材流体室への流体の給排に応じて前記第１軸回りに前記第１部材に対して相対的に回動する第１ロッド部と、その第１ロッド部と別体に設けられ、前記第１軸に結合する基部とを有するとともに、これら第１ロッド部及び基部は、互いの相対変位を許容するがたつきを持った状態で結合される、関節機構。
【請求項２】
前記第１ロッド部は、前記第１部材流体室を２つに区画するとともに、その第１部材流体室を囲む前記第１部材の内壁面に摺接する第１ピストン部と、その第１ピストン部に繋がり、前記第１部材流体室から前記第１部材の外部へ延びる第１アーム部と、その第１アーム部の前記第１ピストン部と反対側の端部に設けられた第１結合部とを有し、
前記基部は、前記第１結合部に対してがたつきを持った状態で結合される第１被結合部を有し、
前記第１結合部は、前記第１アーム部の端部から突出する第１突出部と、その第１突出部の先端に設けられ、その第１突出部よりも大径に形成された第１先端部とを有し、
前記第１被結合部は、前記第１先端部がその周囲に所定の隙間を持った状態で収容される第１収容部と、前記第１先端部が抜け出ないような大きさに形成され、前記第１突出部がその周囲に所定の隙間を持った状態で挿通される第１挿通孔とを有する、請求項１に記載の関節機構。
【請求項３】
前記第２部材に対して第２軸を介して回動可能に結合された第３部材を備え、
前記第３部材は、前記第２軸に結合するとともに、流体が給排される第３部材流体室を内部に有し、
前記第２部材は、前記基部と別体に設けられ、前記第３部材流体室内でピストンを構成するとともに、前記第３部材流体室への流体の給排に応じて前記第２軸回りに前記第３部材に対して相対的に回動する第２ロッド部を有し、
前記基部は、前記第２軸に結合し、
前記第２ロッド部及び前記基部は、互いの相対変位を許容するがたつきを持った状態で結合される、請求項１又は２に記載の関節機構。
【請求項４】
前記第２ロッド部は、前記第３部材流体室を２つに区画するとともに、その第３部材流体室を囲む前記第３部材の内壁面に摺接する第２ピストン部と、その第２ピストン部に繋がり、前記第３部材流体室から前記第３部材の外部へ延びる第２アーム部と、その第２アーム部の前記第２ピストン部と反対側の端部に設けられた第２結合部とを有し、
前記基部は、前記第２結合部に対してがたつきを持った状態で結合される第２被結合部を有し、
前記第２結合部は、前記第２アーム部の端部から突出する第２突出部と、その第２突出部の先端に設けられ、その第２突出部よりも大径に形成された第２先端部とを有し、
前記第２被結合部は、前記第２先端部がその周囲に所定の隙間を持った状態で収容される第２収容部と、前記第２先端部が抜け出ないような大きさに形成され、前記第２突出部がその周囲に所定の隙間を持った状態で挿通される第２挿通孔とを有する、請求項３に記載の関節機構。
【請求項５】
前記第１ロッド部は、前記第１部材流体室を２つに区画するとともに、その第１部材流体室を囲む前記第１部材の内壁面に摺接する第１ピストン部と、その第１ピストン部に繋がり、前記第１部材流体室から前記第１部材の外部へ延びる第１アーム部と、その第１アーム部の前記第１ピストン部と反対側の端部に設けられた第１結合部とを有し、
前記第２ロッド部は、前記第３部材流体室を２つに区画するとともに、その第３部材流体室を囲む前記第３部材の内壁面に摺接する第２ピストン部と、その第２ピストン部に繋がり、前記第３部材流体室から前記第３部材の外部へ延びる第２アーム部と、その第２アーム部の前記第２ピストン部と反対側の端部に設けられた第２結合部とを有し、
前記基部は、前記第１結合部の先端部と前記第２結合部の先端部をそれらの先端面が互いに対向するような状態で収容してそれら第１結合部の先端部と第２結合部の先端部の両方に対してがたつきを持った状態で結合される被結合部を有し、
前記第１結合部の先端面と前記第２結合部の先端面とは、それぞれ互いの側に向かって突出する曲面状の凸面からなる、請求項３に記載の関節機構。
【請求項６】
前記第１結合部は、前記第１アーム部の端部から突出する第１突出部と、その第１突出部の先端に設けられ、その第１突出部よりも大径に形成された第１先端部とを有し、
前記第２結合部は、前記第２アーム部の端部から突出する第２突出部と、その第２突出部の先端に設けられ、その第２突出部よりも大径に形成された第２先端部とを有し、
前記被結合部は、前記第１先端部と前記第２先端部がそれらの周囲に所定の隙間を持った状態で収容される収容部と、前記第１先端部が抜け出ないような大きさに形成され、前記第１突出部がその周囲に所定の隙間を持った状態で挿通される第１挿通孔と、前記第２先端部が抜け出ないような大きさに形成され、前記第２突出部がその周囲に所定の隙間を持った状態で挿通される第２挿通孔とを有する、請求項５に記載の関節機構。
【請求項７】
前記第１先端部の先端面と前記第２先端部の先端面は、前記収容部内で互いに対向するように配置されるとともに、互いに接触した状態で相対変位可能な球面状の凸面にそれぞれ形成されている、請求項６に記載の関節機構。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−９０９４１（Ｐ２０１０−９０９４１Ａ）
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５９６７９（Ｐ２００８−２５９６７９）
【出願日】平成２０年１０月６日（２００８．１０．６）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月６日（２００８．１０．６）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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