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特開2024-71032直動伸縮機構並びに該直動伸縮機構を有するアジャスタ及び階段昇降ロボット
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024071032
(43)【公開日】2024-05-24
(54)【発明の名称】直動伸縮機構並びに該直動伸縮機構を有するアジャスタ及び階段昇降ロボット
(51)【国際特許分類】
F16H 25/20 20060101AFI20240517BHJP
F16H 25/24 20060101ALI20240517BHJP
B25J 18/04 20060101ALI20240517BHJP
【ＦＩ】
F16H25/20 A
F16H25/24 A
F16H25/24 B
B25J18/04
【審査請求】有
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022181750
(22)【出願日】2022-11-14
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2023-06-20
(71)【出願人】
【識別番号】522445000
【氏名又は名称】江口 千央
(74)【代理人】
【識別番号】100176164
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 州志
(72)【発明者】
【氏名】江口 千央
【テーマコード（参考）】
3C707
3J062
【Ｆターム（参考）】
3C707CS08
3C707CU03
3C707CY36
3C707HS27
3C707HT02
3C707HT21
3C707MT01
3C707WA16
3J062AA38
3J062AB21
3J062AC07
3J062BA12
3J062BA14
3J062CD02
3J062CD22
3J062CD24
3J062CD47
3J062CD50
3J062CD54
(57)【要約】
【課題】ねじの回転により直線方向伸縮移動をコンパクトな構造で、円滑かつ高精度に行うための直動伸縮機構並びに該直動伸縮機構を有するアジャスタ及び階段昇降ロボットを提供する。
【解決手段】本発明は、一方の軸部材を他方の軸部材の内部で軸線方向に移動可能となるように隣接螺着し、これら軸部材間の相対移動による伸縮を自在に行う軸部材が少なくとも２段以上で組まれる複数の直動伸縮機構であって、一方の軸部材の縮小方向側に位置する先端縁部から中央部に形成される雄ねじ（ピッチ幅Ｘ１）、及び他方の軸部材の伸張方向側に位置する先端縁部から中央部に形成される雌ねじ（ピッチ幅Ｙ１）において、それぞれのピッチ幅をＸ１＞Ｙ１を満たすように形成するか、又はそれぞれの部分にねじが形成されない平滑部分を設けることにより、両者の軸部材が同期して連動回転するように雄ねじの回転を雌ねじで拘束する。
【選択図】図２
【解決手段】本発明は、一方の軸部材を他方の軸部材の内部で軸線方向に移動可能となるように隣接螺着し、これら軸部材間の相対移動による伸縮を自在に行う軸部材が少なくとも２段以上で組まれる複数の直動伸縮機構であって、一方の軸部材の縮小方向側に位置する先端縁部から中央部に形成される雄ねじ（ピッチ幅Ｘ１）、及び他方の軸部材の伸張方向側に位置する先端縁部から中央部に形成される雌ねじ（ピッチ幅Ｙ１）において、それぞれのピッチ幅をＸ１＞Ｙ１を満たすように形成するか、又はそれぞれの部分にねじが形成されない平滑部分を設けることにより、両者の軸部材が同期して連動回転するように雄ねじの回転を雌ねじで拘束する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
一方の軸部材を他方の軸部材の内部で軸線方向に移動可能となるように互いに隣接させた形で螺着し、これら軸部材間の相対移動による伸縮を自在に行うため、少なくとも前記軸部材が２段以上で組まれる複数の直動伸縮機構であって、
前記一方の軸部材は、ピッチ幅が異なる雄ねじが軸方向に２以上の領域で形成される外周表面、又は雄ねじが形成される部分と前記雄ねじが形成されない平滑部分とを軸方向に直列に備える外周表面を有し、かつ、
前記他方の軸部材は、ピッチ幅が異なる雌ねじが軸方向に２以上の領域で形成される内周表面、又は雌ねじが形成される部分と前記雌ねじが形成されない平滑部分とを軸方向に直列に備える内周表面を有しており、
前記一方の軸部材において一方の先端縁部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される前記雄ねじのピッチ幅をＸ１とし、前記他方の軸部材において前記一方の軸部材の一方の端縁部とは反対側に位置する先端縁部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される前記雌ねじのピッチ幅をＹ１とするとき、それぞれのピッチ幅をＸ１＞Ｙ１の条件を満たすように形成するか、又は
前記雄ねじが形成されない平滑部分を、前記一方の軸部材の一方の先端縁部から軸方向の中央部に向けて、前記雄ねじの呼び径より大きく、かつ、前記他方の軸部材の内径に対して日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ０４０１）に規定される嵌め合い寸法の公差域クラスｈ８の寸法許容差内に含まれる外径を有する円柱状の表面平滑面として形成することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記一方の軸部材の外周表面に形成される前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじ、又は前記一方の軸部材の外周表面に配置される前記雄ねじが形成されない平滑部分が、前記他方の軸部材の内周表面に形成される前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、
前記雄ねじの回転が前記雌ねじで拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする直動伸縮機構。
前記一方の軸部材は、ピッチ幅が異なる雄ねじが軸方向に２以上の領域で形成される外周表面、又は雄ねじが形成される部分と前記雄ねじが形成されない平滑部分とを軸方向に直列に備える外周表面を有し、かつ、
前記他方の軸部材は、ピッチ幅が異なる雌ねじが軸方向に２以上の領域で形成される内周表面、又は雌ねじが形成される部分と前記雌ねじが形成されない平滑部分とを軸方向に直列に備える内周表面を有しており、
前記一方の軸部材において一方の先端縁部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される前記雄ねじのピッチ幅をＸ１とし、前記他方の軸部材において前記一方の軸部材の一方の端縁部とは反対側に位置する先端縁部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される前記雌ねじのピッチ幅をＹ１とするとき、それぞれのピッチ幅をＸ１＞Ｙ１の条件を満たすように形成するか、又は
前記雄ねじが形成されない平滑部分を、前記一方の軸部材の一方の先端縁部から軸方向の中央部に向けて、前記雄ねじの呼び径より大きく、かつ、前記他方の軸部材の内径に対して日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ０４０１）に規定される嵌め合い寸法の公差域クラスｈ８の寸法許容差内に含まれる外径を有する円柱状の表面平滑面として形成することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記一方の軸部材の外周表面に形成される前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじ、又は前記一方の軸部材の外周表面に配置される前記雄ねじが形成されない平滑部分が、前記他方の軸部材の内周表面に形成される前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、
前記雄ねじの回転が前記雌ねじで拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする直動伸縮機構。
【請求項2】
前記一方の軸部材において、前記ピッチ幅Ｘ１より狭いピッチ幅Ｘ２を有する雄ねじが、前記一方の先端部とは反対側に位置する他方の先端縁部から軸方向中央部に向けて所望の長さで形成される外周表面と、
前記他方の軸部材面において、前記ピッチ幅Ｙ１より広いピッチ幅Ｙ２を有する雌ねじが、前記一方の軸部材の一方の先端部とは同じ側に位置する先端縁部から軸方向中央部に向けて所望の長さで形成される内周表面と、を有しており、
前記ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１及びＹ２が、Ｘ２≦Ｙ１＜Ｘ１≦Ｙ２の条件を満たすように形成することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、前記雄ネジの回転が前記雌ネジに拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して、前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする請求項１に記載の直動伸縮機構。
前記他方の軸部材面において、前記ピッチ幅Ｙ１より広いピッチ幅Ｙ２を有する雌ねじが、前記一方の軸部材の一方の先端部とは同じ側に位置する先端縁部から軸方向中央部に向けて所望の長さで形成される内周表面と、を有しており、
前記ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１及びＹ２が、Ｘ２≦Ｙ１＜Ｘ１≦Ｙ２の条件を満たすように形成することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、前記雄ネジの回転が前記雌ネジに拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して、前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする請求項１に記載の直動伸縮機構。
【請求項3】
前記ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１、Ｙ２が、ｎを２～４のいずれかの整数とするとき、Ｘ２＝Ｙ１＜Ｘ１＝Ｙ２及びＸ２＝（Ｘ１／ｎ）の条件を満たし、かつ、前記ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１、Ｙ２をそれぞれ有する雄ねじ及び雌ねじのねじ山角度がすべて同じになるように形成することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、前記雄ねじの回転が前記雌ねじに拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする請求項２に記載の直動伸縮機構。
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、前記雄ねじの回転が前記雌ねじに拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする請求項２に記載の直動伸縮機構。
【請求項4】
前記ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１、Ｙ２が、ｎを２～４のいずれかの整数とするとき、Ｘ２＝Ｙ１＜Ｘ１＝Ｙ２及びＸ２＝（Ｘ１／ｎ）の条件を満たし、かつ、前記ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじにおいて前記ピッチ幅Ｙ２を有する雌ねじと干渉する部分に位置する雄ねじのねじ山を削除することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、
前記雄ねじの回転が前記雌ねじに拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする請求項２に記載の直動伸縮機構。
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、
前記雄ねじの回転が前記雌ねじに拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする請求項２に記載の直動伸縮機構。
【請求項5】
前記一方の軸部材の外周表面が、ピッチ幅Ｘ１を有する雄ネジの形成領域とピッチ幅Ｘ２を有する雄ねじの形成領域との間に、前記雄ねじが形成されない平滑部分の領域を有することを特徴とする請求項２に記載の直動伸縮機構。
【請求項6】
前記他方の軸部材の内周表面が、ピッチ幅Ｙ１を有する雌ねじの形成領域とピッチ幅Ｙ２を有する雌ねじの形成領域との間に、前記雌ねじが形成されない平滑部分の領域を有することを特徴とする請求項５に記載の直動伸縮機構。
【請求項7】
前記一方の軸部材は、ピッチ幅がそれぞれ異なる雄ねじが軸方向に２つの領域で形成される外周表面を有し、かつ、
前記他方の軸部材は、雌ねじが形成される部分と前記雌ねじが形成されない平滑部分とを軸方向の直列に備える内周表面を有し、
前記一方の軸部材の一方の先端部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される前記雄ねじのピッチ幅をＸ１とし、前記一方の軸方向の一方の先端部とは反対側に位置する他方の先端部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される前記雌ねじのピッチ幅Ｙ１とするとき、それぞれのピッチ幅をＸ１＞Ｙ１の条件を満たすように形成するとともに、
前記雌ねじが形成されない平滑部分には、前記ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじの先端部と螺合する雌ねじとしての役割を担うように、前記雄ねじの先端部と同じ形状を有する複数の凹部を前記Ｘ１と同じピッチ幅で規則的に形成することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記一方の軸部材の外周表面に形成される前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記他方の軸部材の内周表面に形成される前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、
前記雄ねじの回転が前記雌ねじで拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする請求項１に記載の直動伸縮機構。
前記他方の軸部材は、雌ねじが形成される部分と前記雌ねじが形成されない平滑部分とを軸方向の直列に備える内周表面を有し、
前記一方の軸部材の一方の先端部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される前記雄ねじのピッチ幅をＸ１とし、前記一方の軸方向の一方の先端部とは反対側に位置する他方の先端部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される前記雌ねじのピッチ幅Ｙ１とするとき、それぞれのピッチ幅をＸ１＞Ｙ１の条件を満たすように形成するとともに、
前記雌ねじが形成されない平滑部分には、前記ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじの先端部と螺合する雌ねじとしての役割を担うように、前記雄ねじの先端部と同じ形状を有する複数の凹部を前記Ｘ１と同じピッチ幅で規則的に形成することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記一方の軸部材の外周表面に形成される前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記他方の軸部材の内周表面に形成される前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、
前記雄ねじの回転が前記雌ねじで拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする請求項１に記載の直動伸縮機構。
【請求項8】
前記一方の軸部材が、雄ねじが形成される部分と前記雄ねじが形成されない平滑部分とを軸方向に直列に備える外周表面を有し、かつ、
前記他方の軸部材が、雌ねじが形成される部分と前記雌ねじが形成されない平滑部分とを軸方向に直列に備える内周表面を有しており、
前記雄ねじが形成されない平滑部分を、前記他方の軸部材の内周表面に形成される前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじと干渉させるように、前記一方の軸部材の一方の先端縁部から軸方向の中央部に向けて、前記雄ねじの呼び径より大きく、かつ、前記他方の軸部材の内径に対して日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ０４０１）に規定される嵌め合い寸法の公差域クラスｈ８の寸法許容差内に含まれる外径を有する円柱状の表面平滑面として形成することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記一方の軸部材の外周表面に設けられる前記雄ねじが形成されない平滑部分が、前記他方の軸部材に形成される雌ねじに当接するとき、
前記雄ねじの回転が前記雌ねじで拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする請求項１に記載の直動伸縮機構。
前記他方の軸部材が、雌ねじが形成される部分と前記雌ねじが形成されない平滑部分とを軸方向に直列に備える内周表面を有しており、
前記雄ねじが形成されない平滑部分を、前記他方の軸部材の内周表面に形成される前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじと干渉させるように、前記一方の軸部材の一方の先端縁部から軸方向の中央部に向けて、前記雄ねじの呼び径より大きく、かつ、前記他方の軸部材の内径に対して日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ０４０１）に規定される嵌め合い寸法の公差域クラスｈ８の寸法許容差内に含まれる外径を有する円柱状の表面平滑面として形成することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記一方の軸部材の外周表面に設けられる前記雄ねじが形成されない平滑部分が、前記他方の軸部材に形成される雌ねじに当接するとき、
前記雄ねじの回転が前記雌ねじで拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする請求項１に記載の直動伸縮機構。
【請求項9】
前記複数の直動伸縮機構が、
最前段又は最上段の位置に配置され、外周表面に雄ねじが形成される前記軸部材Ｌと、
最前段及び最後段の間、又は最上段及び最下段の間の段に配置され、外周及び内周にそれぞれ雄ねじと雌ねじとが形成される軸部材Ｍの１または２以上と、
最後段又は最下段の位置に配置され、内周表面に雌ねじが形成される前記軸部材Ｎと、
の３段以上の軸部材を有し、
前記軸部材Ｌ、Ｍ及びＮにおいて、前記一方の軸部材に相当する軸部材Ｌ及びＭの外周表面には、前記ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじ又は前記雄ねじが形成されない平滑部分が、前記軸部材Ｌ及びＭの一方の先端縁部から軸方向中央部に向けて所望の長さで形成されるとともに、
前記他方の軸部材に相当する軸部材Ｍ及びＮの内周表面には、前記ピッチ幅Ｙ１を有する雌ねじ又は前記雌ねじが形成されない平滑部分が、前記軸部材Ｍ及びＮにおいて前記軸部材Ｌ及びＭの一方の先端部とは反対側に位置する先端縁部から各軸部材の軸方向中央部に向けて所望の長さで形成されており、
前記Ｘ１及びＹ１を、前記一方の軸部材及び前記他方の軸部材との位置関係においてＸ１＞Ｙ１の条件を満たすようにそれぞれ独立に形成するか、又は
前記雄ねじが形成されない平滑部分を、前記雄ねじの呼び径より大きく、かつ、前記他方の軸部材の内径に対して日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ０４０１）に規定される嵌め合い寸法の公差域クラスｈ８の寸法許容差内に含まれる外径を有する円柱状の表面平滑面として形成することにより、
前記軸部材Ｌ、Ｍ及びＮにおいて、前記軸部材Ｌが前記軸部材Ｍの内部で螺着回転しながら伸張するのに伴い、前記軸部材Ｌの外周雄ねじが前記軸部材Ｍの内周雌ねじと当接し、引き続き、前記軸部材Ｍの外周雄ねじが前記軸部材Ｎの内周雌ねじと当接するとき、前記雄ねじの回転が順次、雌ねじに拘束され、該拘束によって、
前記軸部材Ｍが１つである場合は、前記軸部材Ｌの回転が、前記軸部材Ｍとの同期的な回転から前記軸部材Ｎとの同期的な連動回転へ転換され、また、
前記軸部材Ｍが２以上である場合は、前記軸部材Ｍの設置段数に応じて、前記軸部材Ｌの回転が、前記軸部材Ｍとの同期的な連動回転、前記軸部材Ｍから隣接する他の軸部材Ｍとの同期的な連動回転の繰り返し、及び前記別の軸部材Ｍに隣接する前記軸部材Ｎとの同期的な連動回転へ、それぞれ順に転換されることを特徴とする請求項１に記載の直動伸縮機構。
最前段又は最上段の位置に配置され、外周表面に雄ねじが形成される前記軸部材Ｌと、
最前段及び最後段の間、又は最上段及び最下段の間の段に配置され、外周及び内周にそれぞれ雄ねじと雌ねじとが形成される軸部材Ｍの１または２以上と、
最後段又は最下段の位置に配置され、内周表面に雌ねじが形成される前記軸部材Ｎと、
の３段以上の軸部材を有し、
前記軸部材Ｌ、Ｍ及びＮにおいて、前記一方の軸部材に相当する軸部材Ｌ及びＭの外周表面には、前記ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじ又は前記雄ねじが形成されない平滑部分が、前記軸部材Ｌ及びＭの一方の先端縁部から軸方向中央部に向けて所望の長さで形成されるとともに、
前記他方の軸部材に相当する軸部材Ｍ及びＮの内周表面には、前記ピッチ幅Ｙ１を有する雌ねじ又は前記雌ねじが形成されない平滑部分が、前記軸部材Ｍ及びＮにおいて前記軸部材Ｌ及びＭの一方の先端部とは反対側に位置する先端縁部から各軸部材の軸方向中央部に向けて所望の長さで形成されており、
前記Ｘ１及びＹ１を、前記一方の軸部材及び前記他方の軸部材との位置関係においてＸ１＞Ｙ１の条件を満たすようにそれぞれ独立に形成するか、又は
前記雄ねじが形成されない平滑部分を、前記雄ねじの呼び径より大きく、かつ、前記他方の軸部材の内径に対して日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ０４０１）に規定される嵌め合い寸法の公差域クラスｈ８の寸法許容差内に含まれる外径を有する円柱状の表面平滑面として形成することにより、
前記軸部材Ｌ、Ｍ及びＮにおいて、前記軸部材Ｌが前記軸部材Ｍの内部で螺着回転しながら伸張するのに伴い、前記軸部材Ｌの外周雄ねじが前記軸部材Ｍの内周雌ねじと当接し、引き続き、前記軸部材Ｍの外周雄ねじが前記軸部材Ｎの内周雌ねじと当接するとき、前記雄ねじの回転が順次、雌ねじに拘束され、該拘束によって、
前記軸部材Ｍが１つである場合は、前記軸部材Ｌの回転が、前記軸部材Ｍとの同期的な回転から前記軸部材Ｎとの同期的な連動回転へ転換され、また、
前記軸部材Ｍが２以上である場合は、前記軸部材Ｍの設置段数に応じて、前記軸部材Ｌの回転が、前記軸部材Ｍとの同期的な連動回転、前記軸部材Ｍから隣接する他の軸部材Ｍとの同期的な連動回転の繰り返し、及び前記別の軸部材Ｍに隣接する前記軸部材Ｎとの同期的な連動回転へ、それぞれ順に転換されることを特徴とする請求項１に記載の直動伸縮機構。
【請求項10】
前記一方の軸部材の伸張方向側に位置する先端部には、前記一方の軸部材を縮小させるとき、前記一方の軸部材の縮小方向への移動を前記他方の軸部材の伸長方向側の先端縁部で停止させるためのストッパが形成されており、
前記ストッパが、前記一方の軸部材の外周表面において伸張方向側に位置する先端縁部から伸長側に向けて所定の長さで形成され、前記雌ねじのピッチ幅Ｙ１よりも大きなピッチ幅を有する雄ねじ、及び、前記ピッチ幅Ｙ１で形成される雌ねじの呼び径を超える直径又は長さを有し、前記一方の軸部材の伸長方向側の先端部に接続又は接合されるフランジ部又はキャップ部材、の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１～９のいずれか一項に記載の直動伸縮機構。
前記ストッパが、前記一方の軸部材の外周表面において伸張方向側に位置する先端縁部から伸長側に向けて所定の長さで形成され、前記雌ねじのピッチ幅Ｙ１よりも大きなピッチ幅を有する雄ねじ、及び、前記ピッチ幅Ｙ１で形成される雌ねじの呼び径を超える直径又は長さを有し、前記一方の軸部材の伸長方向側の先端部に接続又は接合されるフランジ部又はキャップ部材、の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１～９のいずれか一項に記載の直動伸縮機構。
【請求項11】
請求項１０に記載の直動伸縮機構と、
前記直動伸縮機構において組み込まれる複数の軸部材の中で、最も内側に配置される軸部材を回転駆動させるための回転モータと、を有することを特徴とするアジャスタ。
前記直動伸縮機構において組み込まれる複数の軸部材の中で、最も内側に配置される軸部材を回転駆動させるための回転モータと、を有することを特徴とするアジャスタ。
【請求項12】
請求項１０に記載の直動伸縮機構と、
前記直動伸縮機構において組み込まれる複数の軸部材の中で、最も内側に配置される軸部材を回転駆動させるための回転モータと、
前記直動伸縮機構と入れ子式又は直列式に組み合わされる円筒状又は角筒状の筒部材の２以上を備える多段筒部材で組まれる直動伸縮機構と、を有し、
前記筒部材のそれぞれは、ねじ溝が形成されていない内外周表面、及び前記筒部材の直動をそれぞれ独立に止めるためのフランジ部又は留め具が形成される両端部を備えており、前記多段筒部材で組まれる直動伸縮機構において最近接の筒部材を基台に固定することにより、
前記回転モータの駆動による前記直動伸縮機構の伸縮に伴って前記多段筒部材で組まれる直動伸縮機構の伸縮を行うことを特徴とするアジャスタ。
前記直動伸縮機構において組み込まれる複数の軸部材の中で、最も内側に配置される軸部材を回転駆動させるための回転モータと、
前記直動伸縮機構と入れ子式又は直列式に組み合わされる円筒状又は角筒状の筒部材の２以上を備える多段筒部材で組まれる直動伸縮機構と、を有し、
前記筒部材のそれぞれは、ねじ溝が形成されていない内外周表面、及び前記筒部材の直動をそれぞれ独立に止めるためのフランジ部又は留め具が形成される両端部を備えており、前記多段筒部材で組まれる直動伸縮機構において最近接の筒部材を基台に固定することにより、
前記回転モータの駆動による前記直動伸縮機構の伸縮に伴って前記多段筒部材で組まれる直動伸縮機構の伸縮を行うことを特徴とするアジャスタ。
【請求項13】
請求項１０に記載の直動伸縮機構の３以上と、
前記直動伸縮機構の３以上を独立して駆動するように前記直動伸縮機構のそれぞれに装着される回転モータと、
前記直動伸縮機構の３以上をそれぞれ異なる位置に装着するベース部材と、
前記直動伸縮機構のそれぞれにおいて最も内側に位置する軸部材に装着されるスラストベアリングと、
前記直動伸縮機構を駆動するための回転モータとは別の回転モータによって駆動し、前記直動伸縮機構及び前記ベース部材の荷重を支えながら前記ベース部材の水平面と並行な方向に沿って移動するように前記直動伸縮機構の下方の位置に装着される車輪とを有し、
前記車輪が前記スラストベアリングと直接的又は間接的に接続された形で装着されることを特徴とする階段昇降ロボット。
前記直動伸縮機構の３以上を独立して駆動するように前記直動伸縮機構のそれぞれに装着される回転モータと、
前記直動伸縮機構の３以上をそれぞれ異なる位置に装着するベース部材と、
前記直動伸縮機構のそれぞれにおいて最も内側に位置する軸部材に装着されるスラストベアリングと、
前記直動伸縮機構を駆動するための回転モータとは別の回転モータによって駆動し、前記直動伸縮機構及び前記ベース部材の荷重を支えながら前記ベース部材の水平面と並行な方向に沿って移動するように前記直動伸縮機構の下方の位置に装着される車輪とを有し、
前記車輪が前記スラストベアリングと直接的又は間接的に接続された形で装着されることを特徴とする階段昇降ロボット。
【請求項14】
請求項１０に記載の直動伸縮機構の３以上と、
前記直動伸縮機構の３以上を独立して駆動するように前記直動伸縮機構のそれぞれに装着される回転モータと、
前記直動伸縮機構の３以上をそれぞれ異なる位置に装着するベース部材と、
前記直動伸縮機構を駆動するための回転モータとは別の回転モータによって駆動し、前記直動伸縮機構及び前記ベース部材の荷重を支えながら前記ベース部材の水平方向と並行に移動するように前記直動伸縮機構の下方の位置に装着される車輪とを有し、
前記車輪が、全方向車輪から構成され、かつ、前記直動伸縮機構のそれぞれにおいて最も内側に位置する軸部材の先端と直接的又は間接的に接続された形で装着されることを特徴とする階段昇降ロボット。
前記直動伸縮機構の３以上を独立して駆動するように前記直動伸縮機構のそれぞれに装着される回転モータと、
前記直動伸縮機構の３以上をそれぞれ異なる位置に装着するベース部材と、
前記直動伸縮機構を駆動するための回転モータとは別の回転モータによって駆動し、前記直動伸縮機構及び前記ベース部材の荷重を支えながら前記ベース部材の水平方向と並行に移動するように前記直動伸縮機構の下方の位置に装着される車輪とを有し、
前記車輪が、全方向車輪から構成され、かつ、前記直動伸縮機構のそれぞれにおいて最も内側に位置する軸部材の先端と直接的又は間接的に接続された形で装着されることを特徴とする階段昇降ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、作業台や装置の高さ又はロボットアームの先端位置を送りネジの回転により直線方向へ伸縮移動を行うための直動伸縮機構において、コンパクトな構造によって伸縮移動を円滑、かつ、高精度に行うことができる直動伸縮機構及び該直動伸縮機構を有するアジャスタ及び階段昇降ロボットに関する。
【背景技術】
【0002】
装置の底面に取り付けられて床面からの高さを調整するアジャスタとしては様々な方式が採用されており、それらの中で、ネジの螺合を複数段にして伸縮により高さを調整するアジャスタ装置や伸縮装置が広く知られている（例えば、特許文献１～４を参照）。
【0003】
特許文献１には、軸部材２１、２２、２９間の相対移動によって伸縮自在な少なくとも３段式アジャスタ２０が提案されている。前記特許文献１において、外側の軸部材２２（２９）の内部から突出する内側の軸部材２１（２２）を途中で停止するため、ねじ部を有しない領域２５（２８）を外側の軸部材２２（２９）の内部に形成したアジャスタ構造が開示されている。
【0004】
特許文献２には、装置の底面に取り付けられ、ねじの螺号を複数段にして伸縮させることによって床面からの高さを調整するアジャスタが提案されている。前記特許文献２において、ねじ管６ａ及び台足７ａの伸張を停止するため、それぞれねじ管６ａの上端にその外周から突出したストッパ６４、及び台足７ａの上端にその外周より突出したストッパ７２が設けられたアジャスタ構造が開示されている。
【0005】
特許文献３には、回転起動機構と、複数のねじ機構と、連結部材とを有するねじ式伸縮装置が提案されている。前記特許文献３において、ねじの直動を停止するためのストッパとして機能する短縮伝達部５０が、各ねじ筒の内方端の外方外周５６ａ、５６ｂ、５６ｃに設けられ、また、伸張伝達部（不図示）が、各ねじ筒の外方端の外方内周５８ａ、５８ｂ、５８ｃに設けられた装置の構造が開示されている。
【0006】
また、特許文献４には、基部１２及び最上部の部品３が回転しないように、外側の入れ子プロフィール構造４～６を有する入れ子式伸縮動力装置が提案されている。
【0007】
さらに、伸縮装置としては、ボールねじ軸と螺合するボールねじナットの移動により入れ子式の筒部材（又はロッド）の伸縮を行う伸縮措置が提案されている（例えば、特許文献５及び６を参照）。
【0008】
一方、産業界及び生活支援の分野においては、平面上の移動機構だけでなく、階段又は段差等の踏破性を備えるロボットが要求されている。それらの機能を有するロボットして、脚と車輪を融合した形状のロボットが提案されている（例えば、特許文献７及び８を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開２０００－３１０２０７号公報
【特許文献2】実開平３－６１３７７号公報
【特許文献3】特開６－１７８９７号公報
【特許文献4】特表２０１３－５１８７８６号公報
【特許文献5】特開平８－１５９３８２号公報
【特許文献6】特開２０２２－６４２９０号公報
【特許文献7】特開２０１４－１６１９９１号公報
【特許文献8】特開２００３－２０５４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
作業台や装置の高さ又はロボットアームの先端位置を決めるために使用される伸縮装置としては、省スペース化及びメンテナンス容易性の観点から、できるだけコンパクトな構造とすることが求められる。その一方で、それらの先端位置を高精度で調整する場合にはアジャスタ装置又は伸縮装置において、伸縮移動時にモーメント荷重等によるねじ部分又はアーム部分の撓みや変形を抑制するため、直線伸縮移動時の堅牢性（ロバスト性）を向上する必要がある。例えば、アジャスタ装置又は伸縮装置を地面や装置水平面に対して平行方向又は斜め後方に伸縮移動させる場合、移動部分であるねじ部分又はアーム部分が下方への撓みや変形等を起こすような脆弱な構造においては高精度の位置調整を行うことが困難になる。特に、ねじ部分及びアーム部分の最先端部に治具や機器等の重量物又は大物のテーブルなどを接続するときは、先端部の位置精度を許容範囲内に収めることができなくなるという問題がある。
【0011】
前記特許文献１及び２に記載のアジャスタは、雄ねじと雌ねじとが互いに螺合する部分が、ねじ軸の両端一方の片側の狭い領域に限られる。そのため、前記特許文献１に記載のアジャスタを横方向又は斜め方向への伸縮用として使用するときは、軸部材が下方へ撓んだり、変形したりするという問題が発生し、アジャスタ先端部の位置を高精度に調整することが困難である。
【0012】
前記特許文献３に記載のねじ式伸縮装置は、雄ねじ軸の雄ねじと雌ねじ軸の雌ねじとの螺合部分が、ねじ軸方向のほぼ全域にわたって行われるものであるが、ねじの直動を停止するためのストッパとして機能する短縮伝達部又は伸張伝達部が嵌め合うように、両伝達部をねじ筒の両端部に接合して形成する必要がある。これら両伝達部は構造及び機構がやや複雑であり、それらの形成には熟練を有し、また、製造コストが上昇するという問題があった。
【0013】
また、前記特許文献４に記載の入れ子式伸縮動力装置は、部品３及び２の外面に形成される雄ネジと、部品２及び２の内面に形成される雌ネジとの螺合部分が、下側の距離ｈに形成されるねじ部分の狭い領域に限られる。したがって、前記前記特許文献１及び２に記載の発明と同様に、軸部材が下方へ撓むという問題が発生しやすいため、横方向又は斜め方向への伸縮を行う装置としては適していない。
【0014】
さらに、前記特許文献５及び６に記載の伸縮装置は、ボールねじスプラインシャフト、及び一方のねじ軸の回転を別のネジ軸の回転に伝達するためのネジ結合や伝達装置を同時に備える必要があるため、装置構造が複雑となり、装置の設置及び組立調整に熟練を要するという問題があった。
【0015】
一方、特許文献７に開示されるロボットは、膝関節ピッチ軸と膝関節、膝関節ピッチ軸と頸部直動関節、頸部直動関節と腿部直動関節、及び頸部直動関節と膝関節のいずれかの組合せからなる回転関節機構及び直動関節機構の少なくともいずれかを利用し、腿部リンク及び頸部リンクの脚部の伸縮を行うことによって不整地や連続的な段差である階段への対応を行うものである。しかしながら、特許文献７に記載のロボットは、前記腿部リンク及び前記頸部リンクの各脚部が一定の長さを有し、それらの回転や伸縮の操作が困難であるため、前記脚部の伸縮高さを所望の位置で任意に調整することが難しい。さらに、４脚の足の上げ下げのための機構や制御が複雑になってしまうという問題を有している。
【0016】
また、特許文献８に開示されるロボットは、中央駆動輪を有する本体の左右両側に、側部駆動輪を有する側脚を設けるロボットであるが、前記ロボットの状態変移の各ステップに応じて、本体及び即脚の走行、回動及び伸縮をそれぞれ制御して行う必要があるため、前記特許文献７に記載のロボットと同様に、制御が複雑になるという問題がある。さらに、本体が２脚の側脚で支えられる構造であるため、ロボットが段差を昇降するときに安定性が欠け、段差移動時のロボットとして使用するには適用が限られている。したがって、階段又は段差の昇降用として、前記特許文献７及び８に記載のものよりも機構及び制御が簡単で、かつ、階段などの段差を簡単に移動できるロボットが求められている。
【0017】
本発明は、係る問題を解決するためになされたものであり、コンパクトな構造で、伸縮移動を円滑、かつ、高精度に行うことができ、さらに、伸縮機構が撓みに対して堅牢な構造を有するため、地表面又は装置水平面に対して垂直の縦方向だけでなく、水平方向及び斜め方向に対しても高精度の位置調整を行うことができる直動伸縮機構ならびに該直動伸縮機構を有するアジャスタ及び階段昇降ロボットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0018】
本発明者は、一方の軸部材を他方の軸部材の内部で軸線方向に移動可能となるように互いに隣接させた形で螺着し、これら軸部材間の相対移動による伸縮を自在に行うため、少なくも前記軸部材が２段以上で組まれる複数の直動伸縮機構において、一方の軸部材において一方の先端縁部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される雄ねじ部分、及び前記他方の軸部材において前記一方の軸部材の一方の先端縁部とは反対側に位置する先端縁部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される雌ねじ部分について、それぞれのねじのピッチ幅の関係又はそれぞれの部分の構造と形状を、前記雄ネジの回転が前記雌ネジで拘束（クランプ）され、前記他方の軸部材が前記一方の軸部材の回転に同期して連動回転する機構が実現されるように設定することによって上記の課題を解決できることを見出して本発明に到った。
【0019】
すなわち、本発明の構成は以下の通りである。
［１］本発明は、一方の軸部材を他方の軸部材の内部で軸線方向に移動可能となるように互いに隣接させた形で螺着し、これら軸部材間の相対移動による伸縮を自在に行うため、少なくとも前記軸部材が２段以上で組まれる複数の直動伸縮機構であって、
前記一方の軸部材は、ピッチ幅が異なる雄ねじが軸方向に２以上の領域で形成される外周表面、又は雄ねじが形成される部分と前記雄ねじが形成されない平滑部分とを軸方向に直列に備える外周表面を有し、かつ、
前記他方の軸部材は、ピッチ幅が異なる雌ねじが軸方向に２以上の領域で形成される内周表面、又は雌ねじが形成される部分と前記雌ねじが形成されない平滑部分とを軸方向に直列に備える内周表面を有しており、
前記一方の軸部材において一方の先端縁部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される前記雄ねじのピッチ幅をＸ１とし、前記他方の軸部材において前記一方の軸部材の一方の端縁部とは反対側に位置する先端縁部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される前記雌ねじのピッチ幅をＹ１とするとき、それぞれのピッチ幅をＸ１＞Ｙ１の条件を満たすように形成するか、又は
前記雄ねじが形成されない平滑部分を、前記一方の軸部材の一方の先端縁部から軸方向の中央部に向けて、前記雄ねじの呼び径より大きく、かつ、前記他方の軸部材の内径に対して日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ０４０１）に規定される嵌め合い寸法の公差域クラスｈ８の寸法許容差内に含まれる外径を有する円柱状の表面平滑面として形成することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記一方の軸部材の外周表面に形成される前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじ、又は前記一方の軸部材の外周表面に配置される前記雄ねじが形成されない平滑部分が、前記他方の軸部材の内周表面に形成される前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、
前記雄ねじの回転が前記雌ねじで拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする直動伸縮機構を提供する。
［２］本発明は、前記一方の軸部材において、前記ピッチ幅Ｘ１より狭いピッチ幅Ｘ２を有する雄ねじが、前記一方の先端部とは反対側に位置する他方の先端縁部から軸方向中央部に向けて所望の長さで形成される外周表面と、
前記他方の軸部材面において、前記ピッチ幅Ｙ１より広いピッチ幅Ｙ２を有する雌ねじが、前記一方の軸部材の一方の先端部とは同じ側に位置する先端縁部から軸方向中央部に向けて所望の長さで形成される内周表面と、を有しており、
前記ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１及びＹ２が、Ｘ２≦Ｙ１＜Ｘ１≦Ｙ２の条件を満たすように形成することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、前記雄ネジの回転が前記雌ネジに拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して、前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする請求項１に記載の直動伸縮機構を提供する。
［３］本発明は、前記ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１、Ｙ２が、ｎを２～４のいずれかの整数とするとき、Ｘ２＝Ｙ１＜Ｘ１＝Ｙ２及びＸ２＝（Ｘ１／ｎ）の条件を満たし、かつ、前記ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１、Ｙ２をそれぞれ有する雄ねじ及び雌ねじのねじ山角度がすべて同じになるように形成することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら伸張するのに伴い、前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、前記雄ねじの回転が前記雌ねじに拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする前記［２］に記載の直動伸縮機構を提供する。
［４］本発明は、前記ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１、Ｙ２が、ｎを２～４のいずれかの整数とするとき、Ｘ２＝Ｙ１＜Ｘ１＝Ｙ２及びＸ２＝（Ｘ１／ｎ）の条件を満たし、かつ、前記ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじが前記ピッチ幅Ｙ２を有する雌ねじと干渉する部分に位置する前記雄ねじのねじ山を削除することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら伸張するのに伴い、前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、
前記雄ねじの回転が前記雌ねじに拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする前記［２］に記載の直動伸縮機構を提供する。
［５］本発明は、前記一方の軸部材の外周表面が、ピッチ幅Ｘ１を有する雄ネジの形成領域とピッチ幅Ｘ２を有する雄ねじの形成領域との間に、前記雄ねじが形成されない平滑部分の領域を有することを特徴とする前記［２］に記載の直動伸縮機構を提供する。
［６］本発明は、前記他方の軸部材の内周表面が、ピッチ幅Ｙ１を有するの雌ねじの形成領域とピッチ幅Ｙ２を有する雌ねじの形成領域との間に、前記雌ねじが形成されない平滑部分の領域を有することを特徴とする前記［５］に記載の直動伸縮機構を提供する。
［７］本発明は、前記一方の軸部材において、ピッチ幅がそれぞれ異なる雄ねじが軸方向に２つの領域で形成される外周表面を有し、かつ、
前記他方の軸部材は、雌ねじが形成される部分と前記雌ねじが形成されない平滑部分とを軸方向の直列に備える内周表面を有し、
前記一方の軸部材の一方の先端部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される前記雄ねじのピッチ幅をＸ１とし、前記一方の軸方向の一方の先端部とは反対側に位置する他方の先端部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される前記雌ねじのピッチ幅Ｙ１とするとき、それぞれのピッチ幅をＸ１＞Ｙ１の条件を満たすように形成するとともに、
前記雌ねじが形成されない平滑部分には、前記ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじの先端部と螺合する雌ねじとしての役割を担うように、前記雄ねじの先端部と同じ形状を有する複数の凹部を前記Ｘ１と同じピッチ幅で規則的に形成することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記一方の軸部材の外周表面に形成される前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記他方の軸部材の内周表面に形成される前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、
前記雄ねじの回転が前記雌ねじで拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする前記［１］に記載の直動伸縮機構を提供する。
［８］本発明は、前記一方の軸部材が、雄ねじが形成される部分と前記雄ねじが形成されない平滑部分とを軸方向に直列に備える外周表面を有し、かつ、
前記他方の軸部材が、雌ねじが形成される部分と前記雌ねじが形成されない平滑部分とを軸方向に直列に備える内周表面を有しており、
前記雄ねじが形成されない平滑部分を、前記他方の軸部材の内周表面に形成される前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじと干渉させるように、前記一方の軸部材の一方の先端縁部から軸方向の中央部に向けて、前記雄ねじの呼び径より大きく、かつ、前記他方の軸部材の内径に対して日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ０４０１）に規定される嵌め合い寸法の公差域クラスｈ８の寸法許容差内に含まれる外径を有する円柱状の表面平滑面として形成することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記一方の軸部材の外周表面に配置される前記雄ねじが形成されない平滑部分が、前記他方の軸部材に形成される前記雌ねじに当接するとき、
前記雄ねじの回転が前記雌ねじで拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする前記［１］に記載の直動伸縮機構を提供する。
［９］本発明は、前記複数の直動伸縮機構が、
最前段又は最上段の位置に配置され、外周表面に雄ねじが形成される前記軸部材Ｌと、
最前段及び最後段の間、又は最上段及び最下段の間の段に配置され、外周及び内周にそれぞれ雄ねじと雌ねじとが形成される軸部材Ｍの１または２以上と、
最後段又は最下段の位置に配置され、内周表面に雌ねじが形成される前記軸部材Ｎと、
の３段以上の軸部材を有し、
前記軸部材Ｌ、Ｍ及びＮにおいて、前記一方の軸部材に相当する軸部材Ｌ及びＭの外周表面には、前記ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじ又は前記雄ねじが形成されない平滑部分が、前記軸部材Ｌ及びＭの一方の先端縁部から軸方向中央部に向けて所望の長さで形成されるとともに、
前記他方の軸部材に相当する軸部材Ｍ及びＮの内周表面には、前記ピッチ幅Ｙ１を有する雌ねじ又は前記雌ねじが形成されない平滑部分が、前記軸部材Ｍ及びＮにおいて前記軸部材Ｌ及びＭの一方の先端部とは反対側に位置する先端縁部から各軸部材の軸方向中央部に向けて所望の長さで形成されており、
前記Ｘ１及びＹ１を、前記一方の軸部材及び前記他方の軸部材との位置関係においてＸ１＞Ｙ１の条件を満たすようにそれぞれ独立に形成するか、又は
前記雄ねじが形成されない平滑部分を、前記雄ねじの呼び径より大きく、かつ、前記他方の軸部材の内径に対して日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ０４０１）に規定される嵌め合い寸法の公差域クラスｈ８の寸法許容差内に含まれる外径を有する円柱状の表面平滑面として形成することにより、
前記軸部材Ｌ、Ｍ及びＮにおいて、前記軸部材Ｌが前記軸部材Ｍの内部で螺着回転しながら伸張するのに伴い、前記軸部材Ｌの外周雄ねじが前記軸部材Ｍの内周雌ねじと当接し、引き続き、前記軸部材Ｍの外周雄ねじが前記軸部材Ｎの内周雌ねじと当接するとき、前記雄ねじの回転が順次、雌ねじに拘束され、該拘束によって、
前記軸部材Ｍが１つである場合は、前記軸部材Ｌの回転が、前記軸部材Ｍとの同期的な回転から前記軸部材Ｎとの同期的な連動回転へ転換され、また、
前記軸部材Ｍが２以上である場合は、前記軸部材Ｍの設置段数に応じて、前記軸部材Ｌの回転が、前記軸部材Ｍとの同期的な連動回転、前記軸部材Ｍから隣接する他の軸部材Ｍとの同期的な連動回転の繰り返し、及び前記別の軸部材Ｍに隣接する前記軸部材Ｎとの同期的な連動回転へ、それぞれ順に転換されることを特徴とする前記［１］に記載の直動伸縮機構を提供する。
［１０］本発明は、前記一方の軸部材の伸張方向側に位置する先端部には、前記一方の軸部材を縮小させるとき、前記一方の軸部材の縮小方向への移動を前記他方の軸部材の伸長方向側の先端縁部で停止させるためのストッパが形成されており、
前記ストッパが、前記一方の軸部材の外周表面において伸張方向側に位置する先端縁部から伸長側に向けて所定の長さで形成され、前記雌ねじのピッチ幅Ｙ１よりも大きなピッチ幅を有する雄ねじ、及び、前記ピッチ幅Ｙ１で形成される雌ねじの呼び径を超える直径又は長さを有し、前記一方の軸部材の伸長方向側の先端部に接続又は接合されるフランジ部又はキャップ部材、の少なくともいずれかであることを特徴とする前記［１］～［９］のいずれか一項に記載の直動伸縮機構を提供する。
［１１］本発明は、前記［１０］請求項１０に記載の直動伸縮機構と、前記直動伸縮機構において組み込まれる複数の軸部材の中で、最も内側に配置される軸部材を回転駆動させるための回転モータと、を有することを特徴とするアジャスタを提供する。
［１２］本発明は、前記［１０］に記載の直動伸縮機構と、
前記直動伸縮機構において組み込まれる複数の軸部材の中で、最も内側に配置される軸部材を回転駆動させるための回転モータと、
前記直動伸縮機構と入れ子式又は直列式に組み合わされる円筒状又は角筒状の筒部材の２以上を備える多段筒部材で組まれる直動伸縮機構と、を有し、
前記筒部材のそれぞれは、ねじ溝が形成されていない内外周表面、及び前記筒部材の直動をそれぞれ独立に止めるためのフランジ部又は留め具が形成される両端部を備えており、前記多段筒部材で組まれる直動伸縮機構において最近接の筒部材を基台に固定することにより、
前記回転モータの駆動による前記直動伸縮機構の伸縮に伴って前記多段筒部材で組まれる直動伸縮機構の伸縮を行うことを特徴とするアジャスタを提供する。
［１３］本発明は、前記［１０］に記載の直動伸縮機構の３以上と、
前記直動伸縮機構の３以上を独立して駆動するように前記直動伸縮機構のそれぞれに装着される回転モータと、
前記直動伸縮機構の３以上をそれぞれ異なる位置に装着するベース部材と、
前記直動伸縮機構のそれぞれにおいて最も内側に位置する軸部材に装着されるスラストベアリングと、
前記直動伸縮機構を駆動するための回転モータとは別の回転モータによって駆動し、前記直動伸縮機構及び前記ベース部材の荷重を支えながら前記ベース部材の水平面と並行な方向に沿って移動するように前記直動伸縮機構の下方の位置に装着される車輪とを有し、
前記車輪が前記スラストベアリングと直接的又は間接的に接続された形で装着されることを特徴とする階段昇降ロボットを提供する。
［１４］本発明は、前記［１０］に記載の直動伸縮機構の３以上と、
前記直動伸縮機構の３以上を独立して駆動するように前記直動伸縮機構のそれぞれに装着される回転モータと、
前記直動伸縮機構の３以上をそれぞれ異なる位置に装着するベース部材と、
前記直動伸縮機構を駆動するための回転モータとは別の回転モータによって駆動し、前記直動伸縮機構及び前記ベース部材の荷重を支えながら前記ベース部材の水平方向と並行に移動するように前記直動伸縮機構の下方の位置に装着される車輪とを有し、
前記車輪が、全方向車輪から構成され、かつ、前記直動伸縮機構のそれぞれにおいて最も内側に位置する軸部材の先端と直接的又は間接的に接続された形で装着されることを特徴とする階段昇降ロボットを提供する。
［１］本発明は、一方の軸部材を他方の軸部材の内部で軸線方向に移動可能となるように互いに隣接させた形で螺着し、これら軸部材間の相対移動による伸縮を自在に行うため、少なくとも前記軸部材が２段以上で組まれる複数の直動伸縮機構であって、
前記一方の軸部材は、ピッチ幅が異なる雄ねじが軸方向に２以上の領域で形成される外周表面、又は雄ねじが形成される部分と前記雄ねじが形成されない平滑部分とを軸方向に直列に備える外周表面を有し、かつ、
前記他方の軸部材は、ピッチ幅が異なる雌ねじが軸方向に２以上の領域で形成される内周表面、又は雌ねじが形成される部分と前記雌ねじが形成されない平滑部分とを軸方向に直列に備える内周表面を有しており、
前記一方の軸部材において一方の先端縁部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される前記雄ねじのピッチ幅をＸ１とし、前記他方の軸部材において前記一方の軸部材の一方の端縁部とは反対側に位置する先端縁部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される前記雌ねじのピッチ幅をＹ１とするとき、それぞれのピッチ幅をＸ１＞Ｙ１の条件を満たすように形成するか、又は
前記雄ねじが形成されない平滑部分を、前記一方の軸部材の一方の先端縁部から軸方向の中央部に向けて、前記雄ねじの呼び径より大きく、かつ、前記他方の軸部材の内径に対して日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ０４０１）に規定される嵌め合い寸法の公差域クラスｈ８の寸法許容差内に含まれる外径を有する円柱状の表面平滑面として形成することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記一方の軸部材の外周表面に形成される前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじ、又は前記一方の軸部材の外周表面に配置される前記雄ねじが形成されない平滑部分が、前記他方の軸部材の内周表面に形成される前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、
前記雄ねじの回転が前記雌ねじで拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする直動伸縮機構を提供する。
［２］本発明は、前記一方の軸部材において、前記ピッチ幅Ｘ１より狭いピッチ幅Ｘ２を有する雄ねじが、前記一方の先端部とは反対側に位置する他方の先端縁部から軸方向中央部に向けて所望の長さで形成される外周表面と、
前記他方の軸部材面において、前記ピッチ幅Ｙ１より広いピッチ幅Ｙ２を有する雌ねじが、前記一方の軸部材の一方の先端部とは同じ側に位置する先端縁部から軸方向中央部に向けて所望の長さで形成される内周表面と、を有しており、
前記ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１及びＹ２が、Ｘ２≦Ｙ１＜Ｘ１≦Ｙ２の条件を満たすように形成することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、前記雄ネジの回転が前記雌ネジに拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して、前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする請求項１に記載の直動伸縮機構を提供する。
［３］本発明は、前記ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１、Ｙ２が、ｎを２～４のいずれかの整数とするとき、Ｘ２＝Ｙ１＜Ｘ１＝Ｙ２及びＸ２＝（Ｘ１／ｎ）の条件を満たし、かつ、前記ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１、Ｙ２をそれぞれ有する雄ねじ及び雌ねじのねじ山角度がすべて同じになるように形成することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら伸張するのに伴い、前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、前記雄ねじの回転が前記雌ねじに拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする前記［２］に記載の直動伸縮機構を提供する。
［４］本発明は、前記ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１、Ｙ２が、ｎを２～４のいずれかの整数とするとき、Ｘ２＝Ｙ１＜Ｘ１＝Ｙ２及びＸ２＝（Ｘ１／ｎ）の条件を満たし、かつ、前記ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじが前記ピッチ幅Ｙ２を有する雌ねじと干渉する部分に位置する前記雄ねじのねじ山を削除することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら伸張するのに伴い、前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、
前記雄ねじの回転が前記雌ねじに拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする前記［２］に記載の直動伸縮機構を提供する。
［５］本発明は、前記一方の軸部材の外周表面が、ピッチ幅Ｘ１を有する雄ネジの形成領域とピッチ幅Ｘ２を有する雄ねじの形成領域との間に、前記雄ねじが形成されない平滑部分の領域を有することを特徴とする前記［２］に記載の直動伸縮機構を提供する。
［６］本発明は、前記他方の軸部材の内周表面が、ピッチ幅Ｙ１を有するの雌ねじの形成領域とピッチ幅Ｙ２を有する雌ねじの形成領域との間に、前記雌ねじが形成されない平滑部分の領域を有することを特徴とする前記［５］に記載の直動伸縮機構を提供する。
［７］本発明は、前記一方の軸部材において、ピッチ幅がそれぞれ異なる雄ねじが軸方向に２つの領域で形成される外周表面を有し、かつ、
前記他方の軸部材は、雌ねじが形成される部分と前記雌ねじが形成されない平滑部分とを軸方向の直列に備える内周表面を有し、
前記一方の軸部材の一方の先端部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される前記雄ねじのピッチ幅をＸ１とし、前記一方の軸方向の一方の先端部とは反対側に位置する他方の先端部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される前記雌ねじのピッチ幅Ｙ１とするとき、それぞれのピッチ幅をＸ１＞Ｙ１の条件を満たすように形成するとともに、
前記雌ねじが形成されない平滑部分には、前記ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじの先端部と螺合する雌ねじとしての役割を担うように、前記雄ねじの先端部と同じ形状を有する複数の凹部を前記Ｘ１と同じピッチ幅で規則的に形成することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記一方の軸部材の外周表面に形成される前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記他方の軸部材の内周表面に形成される前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、
前記雄ねじの回転が前記雌ねじで拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする前記［１］に記載の直動伸縮機構を提供する。
［８］本発明は、前記一方の軸部材が、雄ねじが形成される部分と前記雄ねじが形成されない平滑部分とを軸方向に直列に備える外周表面を有し、かつ、
前記他方の軸部材が、雌ねじが形成される部分と前記雌ねじが形成されない平滑部分とを軸方向に直列に備える内周表面を有しており、
前記雄ねじが形成されない平滑部分を、前記他方の軸部材の内周表面に形成される前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじと干渉させるように、前記一方の軸部材の一方の先端縁部から軸方向の中央部に向けて、前記雄ねじの呼び径より大きく、かつ、前記他方の軸部材の内径に対して日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ０４０１）に規定される嵌め合い寸法の公差域クラスｈ８の寸法許容差内に含まれる外径を有する円柱状の表面平滑面として形成することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記一方の軸部材の外周表面に配置される前記雄ねじが形成されない平滑部分が、前記他方の軸部材に形成される前記雌ねじに当接するとき、
前記雄ねじの回転が前記雌ねじで拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする前記［１］に記載の直動伸縮機構を提供する。
［９］本発明は、前記複数の直動伸縮機構が、
最前段又は最上段の位置に配置され、外周表面に雄ねじが形成される前記軸部材Ｌと、
最前段及び最後段の間、又は最上段及び最下段の間の段に配置され、外周及び内周にそれぞれ雄ねじと雌ねじとが形成される軸部材Ｍの１または２以上と、
最後段又は最下段の位置に配置され、内周表面に雌ねじが形成される前記軸部材Ｎと、
の３段以上の軸部材を有し、
前記軸部材Ｌ、Ｍ及びＮにおいて、前記一方の軸部材に相当する軸部材Ｌ及びＭの外周表面には、前記ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじ又は前記雄ねじが形成されない平滑部分が、前記軸部材Ｌ及びＭの一方の先端縁部から軸方向中央部に向けて所望の長さで形成されるとともに、
前記他方の軸部材に相当する軸部材Ｍ及びＮの内周表面には、前記ピッチ幅Ｙ１を有する雌ねじ又は前記雌ねじが形成されない平滑部分が、前記軸部材Ｍ及びＮにおいて前記軸部材Ｌ及びＭの一方の先端部とは反対側に位置する先端縁部から各軸部材の軸方向中央部に向けて所望の長さで形成されており、
前記Ｘ１及びＹ１を、前記一方の軸部材及び前記他方の軸部材との位置関係においてＸ１＞Ｙ１の条件を満たすようにそれぞれ独立に形成するか、又は
前記雄ねじが形成されない平滑部分を、前記雄ねじの呼び径より大きく、かつ、前記他方の軸部材の内径に対して日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ０４０１）に規定される嵌め合い寸法の公差域クラスｈ８の寸法許容差内に含まれる外径を有する円柱状の表面平滑面として形成することにより、
前記軸部材Ｌ、Ｍ及びＮにおいて、前記軸部材Ｌが前記軸部材Ｍの内部で螺着回転しながら伸張するのに伴い、前記軸部材Ｌの外周雄ねじが前記軸部材Ｍの内周雌ねじと当接し、引き続き、前記軸部材Ｍの外周雄ねじが前記軸部材Ｎの内周雌ねじと当接するとき、前記雄ねじの回転が順次、雌ねじに拘束され、該拘束によって、
前記軸部材Ｍが１つである場合は、前記軸部材Ｌの回転が、前記軸部材Ｍとの同期的な回転から前記軸部材Ｎとの同期的な連動回転へ転換され、また、
前記軸部材Ｍが２以上である場合は、前記軸部材Ｍの設置段数に応じて、前記軸部材Ｌの回転が、前記軸部材Ｍとの同期的な連動回転、前記軸部材Ｍから隣接する他の軸部材Ｍとの同期的な連動回転の繰り返し、及び前記別の軸部材Ｍに隣接する前記軸部材Ｎとの同期的な連動回転へ、それぞれ順に転換されることを特徴とする前記［１］に記載の直動伸縮機構を提供する。
［１０］本発明は、前記一方の軸部材の伸張方向側に位置する先端部には、前記一方の軸部材を縮小させるとき、前記一方の軸部材の縮小方向への移動を前記他方の軸部材の伸長方向側の先端縁部で停止させるためのストッパが形成されており、
前記ストッパが、前記一方の軸部材の外周表面において伸張方向側に位置する先端縁部から伸長側に向けて所定の長さで形成され、前記雌ねじのピッチ幅Ｙ１よりも大きなピッチ幅を有する雄ねじ、及び、前記ピッチ幅Ｙ１で形成される雌ねじの呼び径を超える直径又は長さを有し、前記一方の軸部材の伸長方向側の先端部に接続又は接合されるフランジ部又はキャップ部材、の少なくともいずれかであることを特徴とする前記［１］～［９］のいずれか一項に記載の直動伸縮機構を提供する。
［１１］本発明は、前記［１０］請求項１０に記載の直動伸縮機構と、前記直動伸縮機構において組み込まれる複数の軸部材の中で、最も内側に配置される軸部材を回転駆動させるための回転モータと、を有することを特徴とするアジャスタを提供する。
［１２］本発明は、前記［１０］に記載の直動伸縮機構と、
前記直動伸縮機構において組み込まれる複数の軸部材の中で、最も内側に配置される軸部材を回転駆動させるための回転モータと、
前記直動伸縮機構と入れ子式又は直列式に組み合わされる円筒状又は角筒状の筒部材の２以上を備える多段筒部材で組まれる直動伸縮機構と、を有し、
前記筒部材のそれぞれは、ねじ溝が形成されていない内外周表面、及び前記筒部材の直動をそれぞれ独立に止めるためのフランジ部又は留め具が形成される両端部を備えており、前記多段筒部材で組まれる直動伸縮機構において最近接の筒部材を基台に固定することにより、
前記回転モータの駆動による前記直動伸縮機構の伸縮に伴って前記多段筒部材で組まれる直動伸縮機構の伸縮を行うことを特徴とするアジャスタを提供する。
［１３］本発明は、前記［１０］に記載の直動伸縮機構の３以上と、
前記直動伸縮機構の３以上を独立して駆動するように前記直動伸縮機構のそれぞれに装着される回転モータと、
前記直動伸縮機構の３以上をそれぞれ異なる位置に装着するベース部材と、
前記直動伸縮機構のそれぞれにおいて最も内側に位置する軸部材に装着されるスラストベアリングと、
前記直動伸縮機構を駆動するための回転モータとは別の回転モータによって駆動し、前記直動伸縮機構及び前記ベース部材の荷重を支えながら前記ベース部材の水平面と並行な方向に沿って移動するように前記直動伸縮機構の下方の位置に装着される車輪とを有し、
前記車輪が前記スラストベアリングと直接的又は間接的に接続された形で装着されることを特徴とする階段昇降ロボットを提供する。
［１４］本発明は、前記［１０］に記載の直動伸縮機構の３以上と、
前記直動伸縮機構の３以上を独立して駆動するように前記直動伸縮機構のそれぞれに装着される回転モータと、
前記直動伸縮機構の３以上をそれぞれ異なる位置に装着するベース部材と、
前記直動伸縮機構を駆動するための回転モータとは別の回転モータによって駆動し、前記直動伸縮機構及び前記ベース部材の荷重を支えながら前記ベース部材の水平方向と並行に移動するように前記直動伸縮機構の下方の位置に装着される車輪とを有し、
前記車輪が、全方向車輪から構成され、かつ、前記直動伸縮機構のそれぞれにおいて最も内側に位置する軸部材の先端と直接的又は間接的に接続された形で装着されることを特徴とする階段昇降ロボットを提供する。
【発明の効果】
【0020】
本発明の実施形態による直動伸縮機構は、一方の軸部材の外周表面及び他方の軸部材の内周表面にそれぞれ形成される雄ねじ及び雌ねじにおいて、一方の軸部材の縮小方向側に位置する先端部及び前記他方の軸部材の伸張方向側に位置する先端部の各部にそれぞれ形成されるねじのピッチ幅の関係又はそれぞれの部分の構造と形状を特定することにより、コンパクトな構成と構造で軸部材間の相対移動による伸縮伸縮移動を円滑に行うことができる。さらに、雄ねじ形成部を有する外周表面と、雌めじ形成部を有する内周表面と、のねじ螺合が複数箇所で広範囲にわたって行われるため、円滑な伸縮とともに、直動伸縮機構の堅牢性の向上を図ることができる。それにより、地表又は装置水平面に対して垂直の縦方向だけでなく、平行方向及び斜め方向に対しても高精度の位置調整を行うことができるという利点を有することから、伸縮方向を自在に選択できるアジャスタ及びロボットアームへ適用を拡大することができる。
【0021】
本発明の実施形態による直動伸縮機構は、一方の軸部材の内周表面及び他方の軸部材の外周表面にそれぞれ形成される雄ねじ部及び雌ねじ部において、前記軸部材の先端部縁から所望の長さでピッチ幅が異なるねじ部、又はねじが形成されない平坦部分が形成されるが、これらの部分の形成は既存の方法で容易に行うことができる。また、ストッパ部分、短縮伝達部、伸張伝達部、及び外側の入れ子プロフィール構造等を設ける必要がないため、これらを採用する先行技術に比して、構成及び構造をよりコンパクトにすることができる。直動伸縮機構のコンパクト化は、それを有するアジャスタ及び階段昇降ロボットを製造するときのコスト低減にも寄与する。
【0022】
本発明の実施形態による直動伸縮機構は、シンプルな構成と構造を有する別の多段直動伸縮装置、例えば、伸縮を止めるためのフランジ部又は留め具を有する筒部材を多段で有する多段筒部材による直動伸縮機構と組み合わせることにより、より長い距離範囲で伸張可能なアジャスタ、又は、よりコンパクトな構成と構造を有するアジャスタを得ることができる。また、外側の入れ子方式又は直列的に組まれる多段筒部材の直動機構との組み合わせにより、アジャスタの堅牢性の向上又は伸長距離の増加に寄与する。さらに、本発明の実施形態による直動伸縮機構は、上下方向の伸縮の制御が簡単で、且つ、伸縮位置を所望の位置に調整することが容易であるため、階段などの段差を簡単に移動できる階段昇降ロボットにおいて昇降機能を付与するための装置又は部品として適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本発明に実施形態による直動伸縮機構の雄ねじ部及び雌ねじ部を構成する各部位について寸法の定義を説明するための断面図である。
【図2】本発明に実施形態において、軸部材が２段で組まれる複数の直動伸縮機構の例を示す断面図である。
【図3】本発明に実施形態において、軸部材が３段で組まれる複数の直動伸縮機構の例を示す断面図である。
【図5】軸部材が３段で組まれる複数の直動伸縮機構において、軸部材の縮小方向への移動を停止させるためのストッパを備える直動伸縮機構の例を示す断面図である。
【図7】本発明の実施形態による直動伸縮機構を入れ子式に組み合わせた円筒状の筒部材を有するアジャスタの例を示す断面図である。
【図8】本発明の実施形態による直動伸縮機構を入れ子式に組み合わせた円筒状の筒部材を有するアジャスタの変形例を示す断面図である。
【図9】本発明の実施形態による直動伸縮機構を直列式に組み合わせた円筒状の筒部材を有するアジャスタの例を示す断面図である。
【図10】本発明の実施形態による階段昇降ロボットが有する直動伸縮機構の１台についてその態様を示す断面図である。
【図12】本発明の実施形態による階段昇降ロボットの変形例が有する直動伸縮機構の１台についてその態様を示す断面図である。
【図14】本発明の直動伸縮機構において隣接する２つの軸部材の一例を第１の実施形態として示す断面図である。
【図15】本発明の直動伸縮機構において隣接する２つの軸部材の変形例を第２の実施形態として示す断面図である。
【図16】本発明の直動伸縮機構において隣接する２つの軸部材の別の変形例を第３の実施形態として示す断面図である。
【図17】本発明の直動伸縮機構において隣接する２つの軸部材の別の変形例を第４の実施形態として示す断面図である。
【図18】本発明の直動伸縮機構において隣接する２つの軸部材の別の変形例を第５の実施形態として示す断面図である。
【図19】本発明の直動伸縮機構において隣接する２つの軸部材の別の変形例を第６の実施形態として示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
本発明においては、図１の左側に示すように、一方の軸部材の外周表面に形成される雄ねじが有する各寸法Ｘ、Ｄａ、Ｄｂ及びＤｃを、それぞれ雄ねじのピッチ幅、谷径、有効径、及び呼び径と定義する。ここで、図１の左側に示す角度θは、雄ねじのねじ山角度である。また、図１の右側に示すように、他方の軸部材の内周表面に形成される雌ねじについても各寸法Ｙ、Ｄｄ及びＤｅを、それぞれ雌ねじのピッチ幅、呼び径及び内径と定義する。雌ねじのねじ山角度は、雄ねじに螺合することから図１の左側に示すθで表される。以下、図１に示す定義に基づいて、本発明の実施形態による直動伸縮機構を用いて伸張操作を行うとき及び縮小操作を行うときの各動作メカニズムをについて詳細に説明する。
【0025】
【0026】
図２は、軸部材が２段で組まれる複数の直動伸縮機構１を示す断面図であり、一方の軸部材２を他方の軸部材３の内部で軸線方向に移動可能となるように互いに隣接させた形で螺着させる。直動伸縮機構１は、一方の軸部材２に接続又は接着される回転伝達棒４を介して回転モータ（不図示）の回転を一方の軸部材２に伝達することにより、その回転に伴い伸長方向側へ移動する。回転モータ（不図示）から回転伝達棒４への回転の伝達は、後述するように、回転モータから直動させてもよいし、回転モータからギヤ又は伝達ベルト部材を用いて回転を伝達してもよい。図２は、一方の軸部材２の回転が回転伝達棒４によって伝達される構成を示しているが、回転伝達棒４を具備せずに、一方の軸部材２を直接的に回転させてもよい。
【0027】
また、図３は、軸部材２、３に加えて、軸部材２及び３の間に別の軸部材１２が組まれる３段の直動伸縮機構１１を示す断面図である。図３に示す軸部材２及び別の軸部材１２は、２段の軸部材間の位置関係において、それぞれ図２に示す一方の軸部材２及び他方の軸部材３に相当する。また、別の軸部材１２及び軸部材３の位置関係も、図２においては、それぞれ一方の軸部材２及び他方の軸部材３に相当する。図３に示す複数の直動伸縮機構は、回転モータ（不図示）から直接、又は回転伝達棒４を介して伝達される軸部材２の回転運動によって伸長する。
【0028】
図２及び図３には、各軸部材において破線で囲った部分の断面拡大図を合わせて示している。図２及び図３に示す断面拡大図は、軸部材２、３及び２、１２、３において伸長方向側に位置する各端部における雄ねじ及び雌ねじの螺合部分を拡大したものである。拡大図に示す雄ねじ及び雌ねじの螺合部分が、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材を連動回転させるために必須の構成であり、本発明の特徴となる部分である。
【0029】
図２において点線で囲まれる部分の断面拡大図（２Ａ）及び（２Ｂ）に示すように、一方の軸部材２が他方の軸部材３の内部で軸線方向に移動して伸張するとき、本発明においては２つの異なる態様で螺合が行われる。一つは、断面拡大図（２Ａ）に示すように、一方の軸部材１の外周表面に形成される雄ねじ５のピッチ幅Ｘ１が、他方の軸部材３の内周表面に形成される雌ねじ６のピッチ幅Ｙ１をより大きくなる条件、すなわちＸ１＞Ｙ１の条件を満たすように雄ねじ５及び雌ねじ６をそれぞれ形成する。ピッチ幅Ｘ１の雄ねじ５において伸張方向側の最先端雄ねじ５ａは、一方の軸部材２の伸長移動に伴い、ピッチ幅Ｙ１の雌ねじ６において縮小方向側の最先端雌ねじ６ａに当接するとき、雄ねじ５の回転が雌ねじ６によって拘束（又はクランプ）される。この拘束力によって伸長後の一方の軸部材２の回転が、引き続き、他方の軸部材３に同期的な回転として変換される。同時に、一方の軸部材２は他方の軸部材３から飛び出さず、軸部材３の内部に留まる。
【0030】
ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじ５は、長さが１ピッチ以上であれば、雌ねじ５に当接するときに十分の拘束力が得られるが、拘束力を高め、確実に拘束するためには２ピッチ以上の長さで形成するのが実用的である。ピッチ幅Ｙ１を有する雌ねじ６についても、雄ねじ５に当接するときに十分の拘束力を得るため、１ピッチ以上の長さで形成し、さらに、拘束力を高めるために２ピッチ以上で形成するのが実用的である。それにより、一方の軸部材２が他方の軸部材３の内部に留まる形で、一方の軸部材２の伸長が停止する。一方、雄ねじ５及び雌ねじ６の長さの上限値は、コンパクトな構成とシンプルな構造を有する直動伸縮機構という技術思想に反しない程度で、５ピッチ以下に設定される。しかしながら、本発明においては、雄ねじ５及び雌ねじ６の少なくともいずれかを、直動伸縮機構の設計仕様に応じて、５ピッチを超える長さで形成してもよい。
【0031】
もう一つの態様は、断面拡大図（２Ｂ）に示すように、一方の軸部材２の外周表面に雄ねじが形成されない平滑部分７を設ける。雄ねじが形成されない平滑部分７が、他方の軸部材３の内周表面において伸張方向側に位置する先端縁部から軸方向の中央部に向けて形成されるピッチ幅Ｙ１の雌ねじ６に当接するとき、雄ねじが形成されない平滑部分７の回転伸張が雌ねじ６によって拘束（又はクランプ）される。この拘束力によって伸長後の一方の軸部材２の回転が、引き続き、他方の軸部材３に同期的な回転として変換される。同時に、一方の軸部材２は軸部材３から飛び出さず、他方の軸部材３の内部に留まるようになる。ここで、雄ねじが形成されない平滑部分７は、雌ねじが形成されない平滑部分８と嵌合した状態で伸張するが、一方の軸部材２の伸張を停止させ、他方の軸部材３の内部に留めるためには、他方の軸部材３の内周表面に形成される雌ねじ６の縮小方向側の最先端雌ねじ６ａに干渉させることが必要となる。そのため、本発明の実施形態による直動伸縮機構は、雄ねじが形成されない平滑部分７を、雄ねじが形成されない平滑部分７とは別領域に形成される雄ねじ９の呼び径（図１に示すＤｃに相当）より大きく、かつ、他方の軸部材３の内径に対して日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ０４０１）に規定される嵌め合い寸法の公差域クラスｈ８の寸法許容差内に含まれる外径を有する円柱状の表面平滑面として形成する。ここで、雄ねじが形成されない平滑部分７は円柱状の表面平滑面に相当するため、断面片側の形状が矩形となる。本発明では断面片側の形状は断面拡大図（２Ｂ）に示す矩形には限定されず、台形であってもよい。
【0032】
ここで、本発明で規定する「他方の軸部材の内径」とは、他方の軸部材３の内周表面に形成される雌ねじが形成されない平滑部分８の内径（断面拡大図（２Ｂ）に示す内径Ｄｆ）に相当し、一方の軸部材２の別領域に形成される雄ねじ９の呼び径を超える寸法で形成される。本発明においては、雄ねじが形成されない平滑部分７と、雌ねじが形成されない平滑部分８との間には、雄ねじが形成されない平滑部分７を挿入できる程度の隙間を存在させることが必要である。その一方で、その隙間が広すぎる場合は、一方の軸部材２を伸縮移動させるときに軸部材の撓みやガタが大きくなる傾向にある。この問題が生じないようにするため、雄ねじが形成されない平滑部分７及び雌ねじが形成されない平滑部分８との間の隙間（寸法）ができるだけ小さくなるように形成する。これらの部分の形成は、当該技術分野の設計範囲内で行うことができるが、雄ねじが形成されない平滑部分７の外径を、雌ねじが形成されない平滑部分８の内径に対して日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ０４０１）に規定される嵌め合い寸法の公差域クラスｈ８の寸法許容差内に含まれる外径を有する円柱形状の表面平滑面として形成する。それに対して、嵌め合い寸法の公差域クラスがｈ９以上になる場合は両平坦部分間の隙間が大きくなる場合があるため軸部材の撓みやガタが顕著になるという問題が生じる。
【0033】
日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ０４０１）に規定される交差域クラスｈ８の寸法許容差内の設計仕様とは、軸の方が穴径より常に小さい状態である「すきまばめ」において、穴を基準にしたときに軸の軽転合が可能な寸法公差を意味するものである。本発明においては、この効果を得るために寸法公差として公差域クラスｈ８を確保するのが実用的である。さらに伸縮移動させるときに一方の軸部材２の撓みやガタの発生をより低減するためには、より厳しい寸法許容差を要求する公差域クラスｈ７による設計仕様を採用してもよい。この公差域クラスｈ８及びｈ７の寸法許容差範囲は、嵌め合軸の製造分野において大きな困難を伴わずに達成できる寸法である。嵌め合い寸法の公差域クラスｈ８及びｈ７は、下記の表１に基づいて設定される。
【0034】
【表1】
【0035】
上記表１において、例えば、他方の軸部材３に形成される「雌ねじが形成されない平滑部分」（図２に示す符号８）の内径を３０超え５０ｍｍ以下に設定する場合は、軸の公差域クラスのｈ７及びｈ８を実現するため、一方の軸部材２に形成される「雄ねじが形成されない平滑部分」（図２に示す符号８）の外径をそれぞれ－２５～０μｍ及び－３９～０μｍの寸法許容差で形成する。
【0036】
本発明において、雄ねじが形成されない平滑部分７の外径の寸法許容差は、雌ねじが形成されない平滑部分８の内径に対してｈ７又はｈ８の公差域クラスで規定されるが、逆に、雌ねじが形成されない平滑部分８の内径の寸法公差を、雄ねじが形成されない平滑平坦部分７の外径に対して公差域クラスＨ７又はＨ８で規定してもよい。その場合でも、雌ねじが形成されない平滑部分８の内径と、雄ねじが形成されない平滑部分７の外径との間隙が同じ寸法公差が許容されるため、「すきまばめ」として同じ効果が得られる。
【0037】
雄ねじが形成されない平滑部分７は、断面拡大図（２Ｂ）に示す雄ねじ９のピッチ幅を基準にしたとき１ピッチの以上で形成することにより、他方の軸部材３の内周表面に形成される雌ねじ６ａとの当接時に十分の拘束力が得られる。さらに、拘束力を高め、確実に拘束を行うためには２ピッチ以上の長さで形成するのが実用的である。雌ねじ６についても、雄ねじが形成されない平滑部分７との当接時に十分の拘束力を得るため１ピッチ以上の長さで形成する。さらに、拘束力を高めるために２ピッチ以上で形成するのが実用的である。それにより、一方の軸部材２が他方の軸部材３の内部に留まる形で、一方の軸部材２の伸長が停止する。一方、雌ねじ６の長さの上限値は１ピッチ以上、好ましくは２～５ピッチの間に設定されるが、雌ねじが形成されない平滑部分８については、直動伸縮機構の設計仕様に応じて（例えば、後述の図１９及び図２０の（ａ）及び（ｂ）を参照）、５ピッチを超える長さで形成してもよい。
【0038】
図３に示す複数の直動伸縮機構１１は、軸部材２、３及び別の軸部材１２の３段で組まれるものである。図３に示す断面拡大図（３Ａ）及び（３Ｂ）は、軸部材２の伸長方向側先端部の外周表面に形成される雄ねじ５と軸部材１２の縮小側先端部の内周表面に形成される雌ねじ１３との干渉部分、及び軸部材２の縮小方向側先端部の外周表面に設けられる雄ねじが形成されない平滑部分７と、軸部材１２の縮小方向側先端部の内周表面に形成される雌ねじ１３との干渉部分をそれぞれ示す断面図である。また、図３において、ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじ１４とピッチ幅Ｙ１を有する雌ねじ６との干渉部分を示す断面拡大図（３Ｃ）、及び雄ねじが形成されない平滑部分１６と雌ねじ６との干渉部分を示す断面拡大図（３Ｄ）は、軸部材２が軸部材１２に変わるだけであり、干渉部分についてはそれぞれ図２に示す断面拡大図（２Ａ）又は（２Ｂ）に対応する。
【0039】
図３に示す３段の直動伸縮機構の伸長メカニズムを説明する。図３の断面拡大図（３Ａ）に示す軸部材２に形成される雄ねじ５において伸張方向側に位置する最先端雄ねじ５ａが、軸部材２の伸長移動に伴い、ピッチ幅Ｙ１を有する雌ねじ１３において縮小方向側に位置する最先端雌ねじ１３ａに当接するとき、雄ねじ５の回転が雌ねじ１３で拘束（又はクランプ）される。この拘束力を利用して軸部材２の回転を軸部材１２の同期的な連動回転に変換する。それにより、軸部材２の伸長が停止し、代わりに軸部材１２が回転しながら伸長する。その後、図３の断面拡大図（３Ｃ）に示すように、軸部材１２に形成されるピッチ幅Ｘ１の雄ねじ１４において伸張側に位置する先端部の雄ねじ１４ａは、軸部材１２の伸長移動に伴い、ピッチ幅Ｙ１の雌ねじ６において縮小方向側に位置する最先端雌ねじ６ａに当接するとき、雄ねじ１４の回転が雌ねじ６によって拘束（又はクランプ）される。この拘束力によって軸部材１２は、それ以上伸張せず、軸部材３の内部に留まる。
【0040】
一方、雄ねじに代えて雄ねじが形成されない平滑部分７を有する軸部材２と、雌ねじ１３を有する軸部材１２との螺合の場合は、図３の断面拡大図（３Ｂ）に示すように、軸部材２に設けられる雄ねじが形成されない平滑部分７の回転が雌ねじ１３で拘束（又はクランプ）される拘束力を利用して軸部材２の伸張を停止させ、代わりに軸部材２の回転に同期して軸部材１２が回転しながら伸長する。その後、図３の断面拡大図（３Ｄ）に示すように、軸部材１２の縮小方向側先端部の外周表面に設けられる雄ねじが形成されない平滑部分１６が、軸部材１２の伸長移動に伴い、軸部材３の縮小方向側先端部の内周表面に形成されるピッチ幅Ｙ１の雌ねじ６の中で縮小方向側に位置する最先端雌ねじ６ａに当接するとき、雄ねじが形成されない平坦部分１６の回転が雌ねじ６によって拘束（クランプ）される。この拘束力によって軸部材１２は、それ以上伸張せず、軸部材３の内部に留まる。
【0041】
図２及び図３には、軸部材が２段で組まれる複数の直動伸縮機構１、及び３段で組まれる複数の直動伸縮機構１１がそれぞれ示されているが、本発明に実施形態による直動伸縮機構は軸部材が４段以上で組まれてもよい。その場合、図３に示す軸部材１２の外側又は内側に隣接した形で、該軸部材１２と基本的に同等の構造と機能を有する別の軸部材を配置し、前記別の軸部材が軸部材１２の外側で移動可能となるように互いに螺着する構成と構造を採用する。このように、本発明において複数の直動伸縮機構を軸部材が４段以上で構成する場合は、軸部材１２と基本的に同等の構造と機能を有する軸部材とが２段以上で配置される。
【0042】
本発明において、軸部材２は、軸部材最前段又は最上段の位置に配置され、外周表面に雄ねじが形成される「軸部材Ｌ」と規定される。また、軸部材３は、最後段又は最下の位置に配置され、内周表面に雌ねじが形成される「軸部材Ｎ」と規定される。直動伸縮機構が軸部材を３段で組まれる場合は、軸部材１２が、最前段及び最後段の間、又は最上段及び最下段の間の段に配置される。軸部材１２は、外周及び内周にそれぞれ雄ねじ及び雌ねじが形成されており、本発明においては「軸部材Ｍ」と規定される。直動伸縮機構が軸部材を４段以上で有する場合は、前記軸部材Ｍの内側又は外側に、別の軸部材を隣接して設ける。別の軸部材は、前記軸部材Ｍと同じように、外周及び内周にそれぞれ形成される雄ねじと雌ねじとを有することから「別の軸部材Ｍ」と規定する。このように、前記軸部材Ｍを１つ備えるのが３段で組まれる直動伸縮機構に、また、軸部材Ｍを２以上備えるのが４段以上で組まれる直動伸縮機構に該当する。
【0043】
図３に示す直動伸縮機構１１について、軸部材２及び１２の２つの軸部材だけを抽出し、それらの基本的な構成と構造の例を図４に断面図で示す。図３に示す軸部材３は、軸部材１２において外周表面が、雄ねじに代えて、雄ねじが形成されない平滑部分となっている点が異なるだけであり、省略する。図４の（ａ）及び（ｂ）に示すように、軸部材２と１２は地面又は据付装置に対して水平面に配置するものであり、図３に示す直動伸縮機構１１における垂直方向とは伸長方向が異なる。しかしながら、一方の軸部材２の伸長が停止するときのメカニズムは、図３の断面拡大図（３Ａ）及び（３Ｂ）に示すものと基本的に同じである。
【0044】
図４（ａ）に示す軸部材２及び１２の組合せの例では、一方の軸部材に相当する軸部材２の外周表面に、前述のピッチ幅Ｘ１の雄ねじ５と、雄ねじ１７とが形成される。ここで、雄ねじ１７は、Ｘ２のピッチ幅を有するものとする。また、他方に軸部材に相当する軸部材１２の内周表面には、前述のピッチ幅Ｙ１の雌ねじ１３と、雌ねじ１８が形成される。ここで、雌ねじ１８は、Ｙ２のピッチ幅を有するものとする。図４の（ａ）には雄ねじ５と１７との間に存在する雄ねじ１９が示されているが、この雄ねじ１９を雄ねじ１７のピッチ幅と同じピッチ幅Ｘ２で、かつ、軸部材１２の内周表面に形成される雌ねじ１８との干渉が起きないように、雄ねじ５の呼び径（図１においてＤｃで示す径に相当）より小さい呼び径に加工して形成する。ここで、雄ねじ１７についても、呼び径を雄ねじ５より小さくし、かつ、雄ねじ１９と同じ呼び径としてもよい（後述の第１の実施形態を参照）。また、雄ねじ１９については、ピッチ幅Ｘ２より小さいピッチ幅Ｘ３で形成してもよい。その場合は、ピッチ幅の異なる雄ねじが軸方向に３領域で形成されるものとなる。また、雌ねじが形成される領域についても、ピッチ幅Ｘ１の雄ねじ５と螺合するようにピッチ幅Ｙ２を形成するだけでなく、図４の（ａ）に示すピッチ幅Ｙ２の雌ねじの代わりに、前記Ｙ２より広いピッチ幅Ｙ３を有する雌ねじを形成する領域を設けてもよい。その場合は、ピッチ幅の異なる雌ねじが軸方向に３領域で形成されるものとなる。
【0045】
雄ねじ１９と雌ねじ１８との干渉を避ける方法としては、図４に示す構造には限定されない。例えば、雄ねじ１７において雌ねじ１８と干渉する雄ねじ部分だけを切削又は研磨等の後加工によって削除してもよい。その場合は、雄ねじ１７、１９の呼び径を、雄ねじ５の呼び径より小さくするための加工を省略することができる（後述の第２の実施形態を参照）。
【0046】
このように、本発明の直動伸縮機構は基本的な構成及び構造として、一方の軸部材に相当する軸部材２が、ピッチ幅がＸ１及びＸ２とそれぞれ異なる雄ねじが軸方向に２以上の領域で形成される外周表面を有し、かつ、他方の軸部材に相当する軸部材１２が、ピッチ幅が異なる雌ねじが軸方向に２以上の領域で形成される内周表面を有する。さらに、軸部材２の外周表面において、前記ピッチ幅Ｘ１より狭いピッチ幅Ｘ２を有する雄ねじが、一方の軸部材２の伸長方向側に位置する先端縁部から軸方向中央部に向けて所定の長さで形成され、また、他方の軸部材３の内周表面において、前記ピッチ幅Ｙ１より広いピッチ幅Ｙ２を有する雌ねじが、前記一方の軸部材の縮小方向側に位置する先端縁部から軸方向中央部に向けて所定の長さで形成される。すなわち、前記ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１及びＹ２は、Ｘ２≦Ｙ１＜Ｘ１≦Ｙ２の条件を満たすように形成される。Ｘ２≦Ｙ１及びＸ１≦Ｙ２の条件は、一方の軸部材２を回転伸長させるとき、ピッチ幅Ｘ２を有する雄ねじ１７及び１９を、Ｘ２と同等か、又はＸ２より大きなピッチ幅Ｙ１を有する雌ネジ１３に螺合させるとともに、ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじ５を、Ｘ１と同等か、又はＸ１よりも大きなピッチ幅Ｙ２を有する雌ネジ１８に螺合させることを意味する。この条件を満たすことにより、雌ねじ１８との回転螺合が阻害されずに雄ねじ１７、１９及び５が回転するため、一方の軸部材２の自在移動を円滑に行うことができる。
【0047】
図４（a）に示す直動伸縮機構の構成において、軸部材２の雄ねじ５及び１７、１９は、軸部材１２の雌ねじ１８及び１３と互いに螺合する部分であり、軸部材２の軸方向において２か所以上の広範囲の部分にわたって螺合する。そのため、図４（a）に示すように、直動伸縮機構１１を地面又は装置の水平面に対して横方向へ伸縮させる場合でも、伸縮移動中に発生しやすい軸部材２及び１２の下方への撓みを抑えることができる。それにより、図３に示す直動伸縮機構１１の先端部位置を高精度に調整することができるという利点を有する。
【0048】
図４（ｂ）に示す軸部材の組合せは、軸部材２の外周表面に、雄ねじ２０が形成される部分と雄ねじが形成されない平滑部分７とを軸方向に直列に有する。また、軸部材１２の内周表面には、雌ねじ１３が形成される部分と雌ねじが形成されない平滑部分１５とを軸方向に直列に有する。ここで、雄ねじ２０と雌ねじ１３とは、同じピッチ幅で形成されるが、ピッチ幅は前記Ｙ１に限定されない。雄ねじ２０と雌ねじ１３との回転螺合による軸部材２は、図３に示すものと基本的に同じ原理と機能に基づいて、雄ねじが形成されない平滑部分７が、雌ねじ１３の縮小側に位置する最先端雌ねじ１３ａに当接するときに拘束（又はクランプ）されて伸長が停止する。この拘束力によって、図３に示す場合と同じように、軸部材２は軸部材１２の内部に留まる。
【0049】
図４（ｂ）に示す直動伸縮機構の構成では、軸部材２の雄ねじ２０が、他方の軸部材３の雌ねじ１３に螺合し、さらに、軸部材２において雄ねじが形成されない平滑部分７が、軸部材１２において雌ねじが形成されない平滑部分１５に当接する。それら２か所を含め、一方の軸部材２は、伸縮移動時に軸方向の広範囲の部分にわたって他方の軸部材１２によって支持される。そのため、図４（ｂ）に示すように、直動伸縮機構１１を地面又は装置の水平面に対して横方向へ伸縮させる場合でも、伸縮移動中に発生しやすい軸部材２及び１２の下方への撓みを抑えることができる。それにより、図３に示す直動伸縮機構１１の先端部位置を高精度に調整することができるという利点を有する。
【0050】
なお、図２～図４に示す２段以上で組まれる直動伸縮機構は、ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじが、軸部材２の縮小方向側に位置する先端縁部から軸方向中央部に向けて形成され、さらに、ピッチ幅Ｙ１を有する雌ねじが、軸部材２の伸長方向側に位置する先端縁部から軸方向中央部に向けて形成される例を示しているが、本願発明においては、雄ねじ及び雌ねじが形成される位置は、複数の軸部材が移動する順序に応じて変わるため相対的なものである。後述するように、本発明の実施形態による直動伸縮機構を入れ子式に多段筒部材からなる直動伸縮機構と組み合わせる場合には、複数の軸部材の中で伸張側に最初に移動する軸部材が図２～図４に示す場合とは逆になるため、雄ねじ及び雌ねじがそれそれぞれ逆の位置で形成される。すなわち、ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじ５、１４が、軸部材２、１２の伸長方向側に位置する先端縁部から軸方向中央部に向けて形成され、さらに、ピッチ幅Ｙ１を有する雌ねじ１３、６が、軸部材１２、３の縮小方向側に位置する先端縁部から軸方向中央部に向けて形成される（後述の図８を参照）。
【0051】
図４（ａ）に示す直動伸縮機構の構成において、最もコンパクトな構成とシンプルな構造を有する軸部材２及び１２は、ピッチ幅Ｘ２＝Ｙ１＜Ｘ１＝Ｙ２の条件を満たす２つの雄ねじ及び２つの雌ねじの組合せからなる。また、図４（ｂ）に示す直動伸縮機構の構成は、内周表面に雌ねじ１３を形成する軸部材１２と、雌ねじ１３と同じピッチ幅で外周表面に雄ねじ２０が形成される軸部材２とからなる組合せが、最もコンパクトな構成とシンプルな構造となる。これらの条件を満たす構成と構造を２段の直動伸縮機構として組み合わせた例については、後述の実施形態で具体的に説明する。
【0052】
＜縮小操作時の直動伸縮機構動作メカニズム＞
次に、縮小操作時の直動伸縮機構動作メカニズムについて説明する。図５は、軸部材が３段で組まれる複数の直動伸縮機構において、軸部材の縮小方向への移動を停止させるためストッパ機構を有する直動伸縮機構の例を示す断面図である。図５に示す直動伸縮機構２０は、３つの軸部材２１、２２及び２３から組み立てられる。ここで、軸部材２１、２２及び２３は、本発明で規定する軸部材Ｌ、軸部材Ｍ及び軸部材Ｎに相当する。軸部材２１、２２及び２３は、図３に示す軸部材２、１２及び３とは、各軸部材の伸張方向側に位置する先端部に形成されるストッパを有する点で異なる。このストッパは、軸部材２１及び２２を縮小方向へ移動させるときに軸部材２１及び２２の移動を停止させるため、それら軸部材の伸長方向側先端部に形成されている。図５には、前記ストッパを備える部分として点線で囲った部分を拡大した断面拡大図を、それぞれ（５Ａ）～（５Ｈ）に示している。
次に、縮小操作時の直動伸縮機構動作メカニズムについて説明する。図５は、軸部材が３段で組まれる複数の直動伸縮機構において、軸部材の縮小方向への移動を停止させるためストッパ機構を有する直動伸縮機構の例を示す断面図である。図５に示す直動伸縮機構２０は、３つの軸部材２１、２２及び２３から組み立てられる。ここで、軸部材２１、２２及び２３は、本発明で規定する軸部材Ｌ、軸部材Ｍ及び軸部材Ｎに相当する。軸部材２１、２２及び２３は、図３に示す軸部材２、１２及び３とは、各軸部材の伸張方向側に位置する先端部に形成されるストッパを有する点で異なる。このストッパは、軸部材２１及び２２を縮小方向へ移動させるときに軸部材２１及び２２の移動を停止させるため、それら軸部材の伸長方向側先端部に形成されている。図５には、前記ストッパを備える部分として点線で囲った部分を拡大した断面拡大図を、それぞれ（５Ａ）～（５Ｈ）に示している。
【0053】
図５に示す断面拡大図（５Ａ）～（５Ｈ）は、本発明の実施形態による直動伸縮機構を構成する軸部材軸部材２１と２２が有するストッパの例である。断面拡大図（５Ａ）、（５Ｃ）、（５Ｅ）及び（５Ｇ）は、軸部材２１及び２２の伸張方向側に位置する先端縁部から軸方向中央部に向けて所定の長さで、前記ストッパとしてそれぞれ前記ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじ２４及び２５を形成する例である。ここで、ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじ２４及び２５は、長さが１ピッチ以上であれば、ストッパとして十分の拘束力が得られるが、拘束力を高め、確実な拘束を行うためには２ピッチ以上の長さで形成するのが実用的である。図５に示す雄ねじ２４、２５のストッパは、軸部材２１及び２２の外周表面に形成されるピッチ幅Ｘ１の雄ねじ１７と同じ形状と構造を有するものには限定されず、雌ねじのピッチ幅Ｙ１より広ければ、前記Ｘ１とは異なるピッチ幅を有する雄ねじの構造であってもよい。
【0054】
また、図５に示す断面拡大図（５Ｂ）、（５Ｄ）、（５Ｆ）及び（５Ｈ）は、他方の軸部材に相当する軸部材２１又は２２の伸長方向側先端部に前記ピッチ幅Ｙ１で形成される雌ねじ１３、６の呼び径（図１に示すＤｄに相当）を超える直径又は長さを有し、軸部材２１又は２２の伸長側の先端部にそれぞれ接続又は接合されるキャップ部材２６又はフランジ部２８をストッパ用の部材として示す図である。キャップ部材２６及びフランジ部材２８は、雌ねじ６、１３の内径（図１に示すＤｅ）を超える直径又は長さで形成することによりストッパ機能を発現することも可能であるが、より確実にストッパ機能を実現するためには雌ねじ６、１３の呼び径（図１に示すＤｄ）を超える寸法にすることが実用的である。また、キャップ部材２６及びフランジ部材２８は、図５において断面拡大図（５Ｂ）に示す雄ねじ２７又は断面拡大図（５Ｄ）に示す雄ねじ２９のピッチ幅を基準にしたとき１ピッチの以上で形成する。さらに、ストッパの機能を確実にするためには２ピッチ以上の長さで形成するのが実用的である。本発明の実施形態においては、キャップ部材２６を、フランジ部２８と同じか、又はそれよりも大きな直径又は長さで形成することにより、キャップ部材２６がフランジ部２８によるストッパ機能を兼ね備えることができる。その場合、フランジ部２８を設ける必要がなくなるため、キャップ部材２６だけを形成すればよい。キャップ部材２６は断面拡大図５Ｆに示す形状に限定されず、フランジ形状で設けてもよい。キャップ部材２６には、用途に応じて、基台やロボットハンド等の付帯部品や付帯治具を接合又は接続する。
【0055】
雄ねじ２４又はキャップ部材２６を形成する場合、例えば、図５に示す軸部材２１、２２を用いて両者を螺合及び嵌合した後、雄ねじ２４又はキャップ部材２６に相当するストッパを溶接、溶着若しくは嵌合等の方法又は接着剤等を用いて、軸部材２１の伸長方向側先端部に接合又は接続を行って形成する。このとき、雄ねじ２４又はキャップ部材２６と、軸部材２１、２２の伸長方向側先端部との嵌め合いを円滑に行うため、雄ねじ２４又はキャップ部材２６、及び軸部材２の伸長方向側先端部の少なくともいずれかには、凹部、貫通孔、及びそれらと嵌合する突起部をそれぞれ独立に形成してもよい。また、雄ねじ２４の内周表面に、軸部材２１の雄ねじ１７のピッチ幅と同じピッチ幅を有する雌ねじを形成することによって、雄ねじ１７との螺合による嵌め合いを行った後、両者の接合又は接続を行う方法を採用してもよい。また、軸部材２１の伸長方向側先端部のみをプレス成形することによってキャップ部材２６の形状を有するストッパを形成してもよい。
【0056】
一方、軸部材２２に雄ねじ２５又はフランジ部２８を形成する場合、伸長方向側の先端部外周表面に雄ねじ２５又はフランジ部材２８の取付用スペース（例えば、断面拡大図（５Ｃ）において断面寸法ｈで示す部分）を設け、その取付用スペースに雄ねじ２５又はフランジ部２８を接合、接着、カシメ又はプレス等の何れかの方法によって取り付けてもよい。
【0057】
図５に示すように、軸部材２及び２２にストッパを形成することにより、伸縮移動を自在に行うことができる本発明の実施形態による直動伸縮機能が得られる。
【0058】
＜直動伸縮機能を有するアジャスタ＞
本発明の実施形態による直動機能を有するアジャスタは、上記の直動伸縮機構と、上記直動伸縮機構において組み込まれる複数の軸部材の中で、最も内側に配置される軸部材を直動又はギヤ若しくは伝達ベルト部材を介して回転駆動させるための回転モータと、を基本構成として有する。本発明の実施形態による直動機能を有するアジャスタの例を図６に示す。図６に示すアジャスタは、図５に示す直動伸縮機構を有するものであり、最も内側に配置される軸部材２１を回転させる方法として、（a）回転モータによる直動回転、（ｂ）ギヤによる回転伝達、（ｃ）ベルトによる回転伝達、及び（ｄ）フレキブル回転具による回転伝達がそれぞれ行われる。
本発明の実施形態による直動機能を有するアジャスタは、上記の直動伸縮機構と、上記直動伸縮機構において組み込まれる複数の軸部材の中で、最も内側に配置される軸部材を直動又はギヤ若しくは伝達ベルト部材を介して回転駆動させるための回転モータと、を基本構成として有する。本発明の実施形態による直動機能を有するアジャスタの例を図６に示す。図６に示すアジャスタは、図５に示す直動伸縮機構を有するものであり、最も内側に配置される軸部材２１を回転させる方法として、（a）回転モータによる直動回転、（ｂ）ギヤによる回転伝達、（ｃ）ベルトによる回転伝達、及び（ｄ）フレキブル回転具による回転伝達がそれぞれ行われる。
【0059】
図６（a）に示す回転モータによる直動回転は、回転モータ３０を支持する基部３１と、被動歯車を備える歯車機構部を介して回転モータ３０により回転駆動させる駆動雄ねじボルト３２とを備える。駆動雄ねじボルト３２の回転によって、前記駆動雄ねじボルト３２に接続又は締結した軸部材２１が回転する。
【0060】
図６（ｂ）に示すギヤによる回転伝達方式は、回転モータ３０の出力軸に接続された駆動歯車３３と、この駆動歯車３３に噛合する従動歯車３４と、これら駆動歯車３３及び従動歯車３４を回転自在に軸支するベースプレートと、このベースプレートに固定され前記駆動歯車及び従動歯車を覆うように配置されるカバーとからなる基部３５を備える。図６（ｂ）に示す回転伝達方法は、歯車を噛合させる構成を有するが、これに限定されるものではなく、例えば、図６（ｃ）に示すように、回転自在なプーリ３６にベルト３７を巻回して回転モータ３０の回転力を、連結軸を介して軸部材２１に伝達する構成であってもよい。
【0061】
図６（ｄ）に示すフレキブル回転具による回転伝達方式は、回転モータの回転力を、フレキシブル回転具３８によって軸部材２１に伝達する構成を有する。フレキシブル回転具３８は、軸部材２１に回転を伝達するための連結軸の向きを一方向（図面上下方向）から、その方向に対して垂直（図面水平方向）又は斜めの方向に変更するために使用するものである。それにより、図６（ｄ）に示す回転伝達方法は、図６（ａ）～（ｃ）に示す例のように軸部材２１と接続又は締結する連結軸を前記一方向だけに長い軸長で設ける必要がなくなるため、直動伸縮機構の回転機構の設計自由度が増すだけでなく、装置のコンパクト化を図ることができる。
【0062】
本発明の実施形態によるアジャスタは、本発明の直動伸縮機構を入れ子式に、又は本発明の直動伸縮機構と直列式に組み合わせるために筒部材の２以上を有する直動伸縮機構を有してもよい。図７及び図８には、本発明の直動伸縮機構を入れ子式に組み合わせた円筒状の筒部材を複数で備えるアジャスタの例３９、４６を示す。また、図９には、本発明の直動伸縮機構と直列式に組み合わせた円筒状の筒部材を複数で備えるアジャスタの例５１を示す。前記筒部材としては、本発明の直動伸縮機構の伸縮移動を妨げない形状のものであれば、円筒状に限定されず、角筒状であってもよい。
【0063】
図７はアジャスタ３９を示す断面図である。アジャスタ３９は、図３に示す直動伸縮機構において軸部材３の外側に、円筒状の筒部材として第１筒部材４０、第２筒部材４１及び第３筒部材４２の３段の筒部材を取り付けることによって入れ子式に組み合わせたアジャスタの一例である。第１筒部材４０、第２筒部材４１及び第３筒部材４２のそれぞれは、ねじ溝が形成されていない内外周表面を有し、その両端部には各筒部材の直動をそれぞれ独立に停止させるため、一点鎖線で囲った部分に示すように、互いに篏合するような形状を有するフランジ部が形成されている。前記フランジ部は、各部材の端部を固定するように形成される留め具であってもよい。第３筒部材４２のフランジ部４３は、製品筐体の床、壁又は天井などの基台４４に接続又は締結して固定される。また、軸部材２の伸長方向側先端部には、軸部材２及び１２の縮小方向への移動を停止するためのストッパとしてキャップ部材４５が接合又は接続される。このキャップ部材４５を介して、軸部材２は第１筒部材４０と接合又は接続されている。その構造を採用することにより、軸部材２が回転しながら移動するときは第１筒部材４０が同時に伸張方向に移動する。その移動が停止した後、引く続き、軸部材１２が軸部材１の回転に同期する形で回転しながら伸長方向に移動する。図７に示す直動伸縮機構を縮小方向へ移動させるときは、軸部材１の回転方向を逆にし、キャップ部材４５を利用して軸部材１２及び軸部材２を縮小方向に移動する。
【0064】
図７に示すアジャスタ３９の伸縮機構について説明する。まず、回転モータの回転駆動に伴ってアジャスタの軸部材２が伸長方向に移動する（図７において（ａ）→（ｂ）の移動）。そのとき、キャップ部材４５を介して接合又は接続された第１筒部材４０も同時に移動するが、第１筒部材４０の収縮方向側フランジ部が第２筒部材４１の伸長方向側フランジ部に当接して篏合することにより、軸部材２の伸長方向への移動が停止する。同時に軸部材２の雄ねじの回転が軸部材１２の雌ねじで拘束されるため、第１筒部材４０に対して伸長方向へ継続して移動させるような負荷は加わらない。引き続き、軸部材２の回転に同期して軸部材１２が連動回転することによって、軸部材１２は第２筒部材４１とともに伸長方向へ移動する（図７において（ｂ）→（ｃ）の移動）。最終的に、第２筒部材４１の収縮方向側フランジ部が第３筒部材４２の伸長方向側フランジ部に当接して篏合することにより、軸部材１２の伸長方向への移動が停止する。同時に軸部材１２の雄ねじの回転が軸部材３の雌ねじで拘束されるため、第２筒部材４１に対して伸長方向へ継続して移動させるような負荷は加わらない。その間、第３筒部材４２はフランジ部４３の接合又は接続によって基台４３に固定された状態が維持されている。アジャスタを縮小方向へ移動させる場合には、図７において（ｃ）→（ａ）の移動となるように、回転モータを伸長の場合とは逆向きに回転させる。軸部材２及び１２は、キャップ部材４５によって順次、縮小方向へ移動するため、最終的に図７（ａ）に示す位置にまで戻る。アジャスタの高さ又は位置は、アジャスタを伸縮移動させた後に停止する位置に従って、制御装置を用いて回転モータの回転駆動時間及び移動距離を制御することによって調整する。
【0065】
図８に示すアジャスタ４６の伸縮機構について説明する。アジャスタ４６は、図３に示す直動伸縮機構において、軸部材３の外側に、円筒状の筒部材として第１筒部材４７、第２筒部材４８及び第３筒部材４９の３段を取り付けることによって入れ子式に組み合わせたアジャスタの例である。第１筒部材４７、第２筒部材４８及び第３筒部材４９のそれぞれは、ねじ溝が形成されていない内外周表面を有し、その両端部には各筒部材の直動をそれぞれ独立に停止させるため、一点鎖線で囲った部分に示すように、互いに篏合するような形状を有するフランジ部が形成されている。アジャスタ４６は、前記フランジ部に代えて、突起状の留め具を設けることによって前記各筒部材の直動をそれぞれ独立に停止させる方法を採用してもよい。アジャスタ４６は、図７に示すアジャスタ３９とは次の２点で異なる。第１点は、軸部材の縮小方向への移動を停止するためのストッパとして機能するキャップ部材５０が、第１筒部材４７とともに軸部材３に接合又は接続される点である。第２点はアジャスタの伸縮機構が異なっており、伸張時に軸部材１が伸張前の最初に位置に留まる代わりに、軸部材１２及び３が順次、伸長方向へ移動する点である。
【0066】
図８に示すアジャスタ４６において回転モータの回転駆動を図７に示すものとは逆方向に行うことにより、軸部材２が固定される最初の位置から押し出される形で軸部材１２及び３の両者が伸長方向に移動する（図８において（ａ）→（ｂ）の移動）。そのとき、第１筒部材４７の収縮方向側フランジ部が第２筒部材４８の伸長方向側フランジ部に当接して篏合することにより、軸部材２及び３の伸長方向への移動が停止する。このとき、図８の断面拡大図（８Ａ）に示すように、軸部材２の雄ねじ５の回転が軸部材１２の雌ねじ１３によって拘束されるため、第１筒部材４７に対して伸長方向へ継続して移動させるような負荷は加わらない。引き続き、軸部材２の回転に同期して軸部材１２が連動回転することによって、軸部材３が伸長方向に押し出されるような形で、第２筒部材４８とともに伸長方向へ移動する（図７において（ｂ）→（ｃ）の移動）。最終的に、第２筒部材４８の収縮方向側フランジ部が第３筒部材４９の伸長方向側フランジ部に当接して篏合することにより、軸部材３の伸長方向への移動が停止する。このとき、図８の断面拡大図（８Ｂ）に示すように、軸部材１２の雄ねじ１４の回転が軸部材３の雌ねじ６によって拘束されるため、第２筒部材４８に対して伸長方向へ継続して移動させるような負荷は加わらない。その間、３筒部材４９は基台４４に固定された状態が維持されている。アジャスタを縮小方向へ移動させる場合には、図８において（ｃ）→（ａ）の移動となるように、回転モータを伸長の場合とは逆向きに回転させる。軸部材３及び１２は、キャップ部材５０によって順次、縮小方向へ移動するため、最終的に図８（ａ）に示す位置にまで戻る。アジャスタの高さ又は位置は、アジャスタを伸縮移動させた後に停止する位置に従って、制御装置を用いて回転モータの回転駆動時間及び移動距離を制御することによって調整する。
【0067】
図８に示すアジャスタ４６は、図７に示すアジャスタ３９に比して、軸部材１の長さを短くできるという利点を有するため、アジャスタの設計自由度が増すだけでなく、装置のコンパクト化を図ることができるという利点を有する。また、図８に示すアジャスタ４６は軸部材１２及び３を軸部材１で支えるものであるが、装置の堅牢性を増すため、例えば、軸部材１の径を大きくしたり、また、軸部材２、１２及び３の径をこの順で小さくしたりする等によって軸部材の構成と構造を最適化してもよい。
【0068】
次に、図９に示すアジャスタ５１の伸縮機構について説明する。図９に示すアジャスタ５１は、筒部材として第１筒部材５２、第２筒部材５３、第３筒部材５４及び第４筒部材５５の４段と、図３に示すように軸部材が３段で組まれる直動伸縮機構とを直列式に組み合わせたアジャスタ例を示す図である。第１筒部材５２、第２筒部材５３、第３筒部材５４及び第４筒部材５５のそれぞれは、ねじ溝が形成されていない内外周表面を有し、両端部には各筒部材の直動をそれぞれ独立に停止させるために互いに篏合するような形状を有するフランジ部又は留め具が形成されている。また、第１筒部材５２は、製品筐体の天井又は壁等の基台５６に付属する天板５７と固定台５８を介して接続又は締結され、基台５６に固定される。
【0069】
図９に示すアジャスタ５１は、軸部材２、１２及び３の３段で組まれる直動伸縮機構を基台５６に対して下方に伸長させるとき、前記３段で組まれる直動伸縮機構の自重と各軸部材の回転運動に伴って４段の筒部材が第４筒部材５５、第３筒部材５４、第２筒部材５３及び第１筒部材５２の順で自由に落下する（図９において（ａ）→（ｂ）の移動）。その後、直動伸縮機構の軸部材２の回転が、前記軸部材１２との同期的な回転から前記軸部材３との同期的な連動回転へ転換されて伸長方向へ移動する。それにより前記３段で組まれる直動伸縮機構（例えば、図５に示す直動伸縮機構２０）を有するアジャスタに比して、伸長距離を長くできるという利点を有する。また、縮小させるときは回転モータ３０の回転を逆方向に駆動することにより、３段の直動伸縮機構が軸部材３、軸部材１２及び軸部材３の順で縮小した後、４段の筒部材が第４筒部材５５、第３筒部材５４、第２筒部材５３及び第１筒部材５２の順で縮小方向へ移動する。その移動により、アジャスタを最終的に図９（ａ）に示す位置にまで戻すことができる。
【0070】
本願発明の実施形態による直動伸縮機構は、前記直動伸縮機構の一部又は全部を内蔵するアーム部と、前記直動伸縮機構を直動又はギヤ若しくは伝達ベルト部材を介して回転駆動させるための回転モータと、前記回転モータの回転数駆動時間及び移動距離を、前記直動伸縮機構が伸縮移動した後、所定の位置に停止するように制御するための制御装置と、を組み合わせることにより伸縮機構を有するロボットアームとして使用してもよい。前記アーム部は、図５に示す直動伸縮機構の一部又は全部を内蔵できる所望の形状で、金属、プラスチック又は木材によって成形及び加工して作製される。前記アーム部は、例えば、図７及び図８に示すように、多段の筒部材からなる部分であってもよい。また、本発明の実施形態によるロボットアームは、前記アーム部として付加的な部材を用いない構成、例えば図５に示すように、多段で組まれる軸部材がそのまま剥き出しとなった構成も含まれる。
【0071】
＜直動伸縮機能を有する階段昇降ロボット＞
上述したように、本発明の実施形態による直動伸縮機構は上下方向又は水平方向の伸縮移動の制御が簡単で、且つ、伸縮位置を所望の任意の位置に調整することが容易である。そのため、階段などの段差を簡単に移動できる階段昇降ロボットにおいて昇降機能を付与するための装置又は部品として使用してもよい。本発明の実施形態による階段昇降ロボットは、例えば、以下に示す構成を有するものである。
上述したように、本発明の実施形態による直動伸縮機構は上下方向又は水平方向の伸縮移動の制御が簡単で、且つ、伸縮位置を所望の任意の位置に調整することが容易である。そのため、階段などの段差を簡単に移動できる階段昇降ロボットにおいて昇降機能を付与するための装置又は部品として使用してもよい。本発明の実施形態による階段昇降ロボットは、例えば、以下に示す構成を有するものである。
【0072】
第１の構成としては、本発明の実施形態による直動伸縮機構の３以上と、前記直動伸縮装置の３以上を独立して駆動するように前記直動伸縮装置のそれぞれに装着される回転モータと、前記直動伸縮機構の３以上をそれぞれ異なる位置に装着するベース部材と、前記直動伸縮装置のそれぞれにおいて最も内側に位置する軸部材に装着されるスラストベアリングと、前記直動伸縮機構を駆動するための回転モータとは別の回転モータによって駆動し、前記直動伸縮機構及び前記ベース部材の荷重を支えながら前記ベース部材の水平面と並行な方向に沿って移動するように前記直動伸縮機構の下方の位置に装着される車輪とを有し、前記車輪が前記スラストベアリングと直接的又は間接的に接続された形で装着されることを特徴とする階段昇降ロボットである。
【0073】
第１の構成を有する階段昇降ロボットの例として、図５に示す伸長及び縮小の両機能を有する直動伸縮機構を４台で備える階段昇降ロボットを図１０及び図１１に示す。図１０は、本発明の実施形態による階段昇降ロボット５９が有する直動伸縮機構６０について代表的な１台の態様を模式的に示す断面図である。図１０（ａ）には、直動伸縮機構６０の伸張前又は縮小後の状態を示している。また、図１０（ｂ）には、直動伸縮機構６０を構成するすべての軸部材２、１２及び３を伸張させた後又はそれらの軸部材を縮小させる前の状態を示している。図１０（ａ）及び（ｂ）に示す各状態は、軸部材の回転方向を変えることによって得られる。なお、図１０は直動伸縮機構６０の伸縮途中の状態を省略している。図１１は、図１０に示す直動伸縮機構６０を４台で具備する階段昇降ロボット５９が、階段を昇降するときの挙動を説明するための上面図及び側面図である。
【0074】
図１０の（ａ）及び（ｂ）に示すように、直動伸縮機構６０を構成する軸部材２、１２及び３において、階段昇降ロボット５９を構成するフレームとして使用するベース部材６１に軸部材３の端部が接続される。直動伸縮機構６０には、最も内側に位置する軸部材２にスラストベアリング６２が装着されている。軸部材２の先端部には、回転伝達棒を介して回転モータ３０が装着されており、回転モータ３０の駆動により、階段昇降ロボットのベース部材６１の位置が上下に移動する。直動伸縮機構６０の下方の位置には、直動伸縮機構６０及びベース部材６１の荷重を支えながら、ベース部材６１の水平面と並行な方向に沿って移動するように、車輪６３として６３Ｒ、６３Lの２台が直動伸縮機構６０の両側にそれぞれ装着される。ここで、車輪６３の装着は、スラストベアリング６２と直接的又は車輪支持部材６４を介して間接的に接続された形で行われる。車輪６３Ｒ、６３Ｌの車軸は、車輪駆動用として装着される２台の電動モータ６５Ｒ、６５Ｌにそれぞれ繋がっている。
【0075】
スラストベアリング６２は、軸部材２の回転時に軸方向に加わる荷重を受け止めるための軸受けとして使用され、車輪６３Ｒ、６３Ｌと一体化することにより軸部材２の回転を円滑にできるという効果を有する。スラストベアリング６２は、軸部材２と１２との間で負荷の掛かる回転時に軸方向に力が働き、両者の噛み合いを減らすように作用するため、回転時の異音発生の抑制及びねじの寿命向上を図ることができる。
【0076】
図１０に示す実施形態においては、回転伝達棒を介さずに軸部材２の先端部に回転モータ３０を直に接続してもよい。また、軸部材２の回転駆動用として使用する回転モータ３０の装着場所は、図１０に示すように軸部材２の下方先端部に限定されるものではなく、軸部材２の上方先端部に装着させてもよい。その場合は、ベース部材６１の貫通穴を設けるとともに、回転モータ３０をベース部材６１の上面に固定する形で装着する。ベース部材６１の上面に固定した回転モータ３０から軸部材２への回転伝達は、例えば、回転伝達棒を用いて、ベース部材６１に形成される貫通孔に前記回転伝達棒を通過させることによって行ってもよい。さらに、車輪６３の装着は２台に限定されず、直動伸縮機構５９の片側に１台だけで行ってもよい。スラストベアリング６２と車輪６３との接続も、図１０に示す車輪支持部材６４Ｒ、６４Ｌの構造には限定されず、当業者が通常行う設計範囲内で別の構造を採用してもよい。
【0077】
図１０に示す直動伸縮機構６０による伸縮機構について説明する。軸部材２の回転駆動によって軸部材２が設置される最初の位置から押し出される形で軸部材１２及び３の両者が順次伸長することにより、ベース部材６１が上方に移動する（図１０において（ａ）→（ｂ）の移動）。他方、ベース部材６１の位置を下方に移動させる場合は、図１０において（ｂ）→（ａ）の移動となるように、回転モータ３０を伸長の場合とは逆向きに回転させる。軸部材３及び１２は、ベース部材６１によって順次、縮小方向へ移動するため、最終的に図１０（ａ）に示す最初の位置にまで戻る。これらの操作によりベース部材６１を上下に移動させるとともに、ベース部材６１の昇降駆動とは独立して車輪６３を駆動することによってベース部材６１の水平面と並行な方向に沿って移動させる。このように、ベース部材の昇降駆動及び車輪の走行駆動を、階段段差の位置、高さ及び長さ（又は広さ）に応じてそれぞれ独立して行うことにより、階段昇降ロボットとしての機能と機動性を高めることができる。次に、図１０に示す直動伸縮機構６０を有する階段昇降ロボットについて、直動伸縮機構６０を４台で具備する階段昇降ロボット５９が階段を昇降するときの挙動を図１１によって説明する。
【0078】
図１１において（ａ）～（ｄ）及び（ｅ）～（ｈ）は、階段６６を上るとき及び下るときのそれぞれの挙動を示す断面図である、図１１の（ａ）～（ｄ）において、上段及び下段に示す図はそれぞれ上面図及び側面図である。各上面図において点線円形状で示すように、階段昇降ロボット５９は４台の直動伸縮機構６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄが三角形のベース部材６１の下面下方に具備されている。また、図１１には階段６６の段数として３段が例示されているが、（ａ）～（ｅ）において具体的に示すのは１段目の階段を昇るときの挙動である。２段目以降の階段を昇るときも、（ａ）～（ｅ）に示すものと基本的に同じ操作を行う。また、図１１の（ｆ）～（ｈ）には、階段６６の３段目から２段目に降りるときの挙動を示している。階段６６の２段目以降の階段を降りるときも、（ｆ）～（ｈ）に示すものと基本的に同じ操作を行う。
【0079】
図１１の（ａ）及び（ｂ）に示すように、階段昇降ロボット５９を階段６６の１段目に揚げる場合、直動伸縮機構６０の中で階段６６の１段目に最も近い直動伸縮機構６０ａの高さを、階段６６の高さに合うように調整する。その場合、直動伸縮機構６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄを伸張方向へ移動させて上げた後、直動伸縮機構６０ａだけを階段６６の１段目の高さに合うように縮小方向へ移動させる操作を行ってもよいし、また、動伸縮機構６０ａの高さが階段６６の１段目の高さに合うように、直動伸縮機構６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄを伸張方向へ移動させる操作を行ってもよい。次に、図１１（ｃ）に示すように、直動伸縮機構６０ｂの高さが階段６６の１段目の高さに合うように、直動伸縮機構６０ｂを縮小方向へ移動させる操作を行う。さらに、図１１（ｄ）に示すように、直動伸縮機構６０ｃ及び６０ｄの高さが階段６６の１段目の高さに合うように、直動伸縮機構６０ｃ及び６０ｄを縮小方向へ移動させる操作を行う。それにより階段昇降ロボット５９の全体を階段１段目に揚げる操作が完了する。引き続き、階段２段目、又は２段目を経て３段目までに昇る場合は、それぞれ図１１の（ａ）～（ｄ）に示す操作を繰り返す。
【0080】
他方、階段昇降ロボット５９を階段６６の３段目から２段目に降ろす場合は、図１１の（ｅ）～（ｈ）に示す操作を行う。まず、図１１（ｅ）に示すように、階段昇降ロボット５９の進行方向を、階段６６の第１段目に上げたげたときとは逆方向になるように車輪６３の走行によって変える。その場合、階段昇降ロボット５９の方向転換が狭い範囲で容易に行えるように、直動伸縮機構６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄに装着される車輪としては、回転方向だけに移動する通常の車輪に代えて、例えば、旋回や全方向への移動が可能な全方向車輪を使用してもよい。全方向車輪としては、例えば、オムニホイール及びナカナムホイール等が挙げられる。次に、図１１（ｆ）に示すように、直動伸縮機構６０の中で階段６６の２段目に最も近い直動伸縮機構６０ａの高さが階段２段目の高さに合うように、直動伸縮機構６０ａを伸長方向に移動させる操作を行う。引く続き、直動伸縮機構６０ｂについても同様に伸長の操作を行う（図１１（ｇ）を参照）。さらに、図１１（ｈ）に示すように、階段昇降ロボット５９を進行させ、下段６６の３段目を降り切った起点で、直動伸縮機構６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄの高さがすべて同じになるように、直動伸縮機構６０ａ、６０ｂを縮小方向へ、又は直動伸縮機構６０ｃ、６０ｄを伸長方向へ移動させる操作を行う。それにより階段昇降ロボット５９の全体を階段２段目に降ろす操作が完了する。引き続き、階段２段目から所望の場所まで降りる場合は、（ｅ）～（ｈ）に示す操作を繰り返す。
【0081】
次に、本発明の階段昇降ロボットの第２の構成を説明する。第２の構成としては、図５に示す伸長及び縮小の両機能を有する直動伸縮機構の３以上と、前記直動伸縮装置の３以上を独立して駆動するように前記直動伸縮装置のそれぞれに装着される回転モータと、前記直動伸縮機構の３以上をそれぞれ異なる位置に装着するベース部材と、前記直動伸縮機構を駆動するための回転モータとは別の回転モータによって駆動し、前記直動伸縮機構及び前記ベース部材の荷重を支えながら前記ベース部材の水平方向と並行に移動するように前記直動伸縮機構の下方の位置に装着される車輪とを有し、前記車輪が、オムニホイール、ナカナムホイール及び球体ホイールの少なくともいずれか１つの全方向車輪で構成され、かつ、前記直動伸縮装置のそれぞれにおいて最も内側に位置する軸部材の先端と直接的又は間接的に接続された形で装着されることを特徴とする階段昇降ロボットである。
【0082】
第２の構成を有する階段昇降ロボットの例として、図５に示す伸長及び縮小の両機能を有する直動伸縮機構を３台で備える階段昇降ロボットを図１２及び図１３に示す。図１２は、本発明の実施形態による階段昇降ロボット６７が有する直動伸縮機構６８についいて代表的な１台の態様を模式的に示す断面図である。図１２（ａ）は、直動伸縮機構６８の伸張前又は縮小後の状態を示し、また、図１２（ｂ）は、直動伸縮機構６８の軸部材２だけを下方に伸張させた状態を示している。図１２（ｃ）は、直動伸縮機構６８を構成するすべての軸部材２、１２及び３を伸張させた後又はそれらの軸部材を縮小させる前の状態を示す図である。図１２（ａ）～（ｃ）に示す各状態は、直動伸縮機構６８の伸張又は縮小の方向に応じて各軸部材２、１２及び３の回転方向を変えることによって得られる。また、図１２の（ｄ）には、図１２（ａ）に示す階段昇降ロボット６７の変形例として車体構造が異なる階段昇降ロボット７７を示している。図１３は、図１２において（ａ）～（ｃ）に示す直動伸縮機構６８を３台で具備する階段昇降ロボットが階段を昇降するときの挙動を説明するための上面図及び側面図である。
【0083】
図１２の（ａ）～（ｃ）に示すように、直動伸縮機構６８を構成する軸部材２、１２及び３において、軸部材３の下方部分が、階段昇降ロボット６７を構成するフレームとして使用するベース部材６９に接続される。直動伸縮機構６８には、最も内側に位置する軸部材２の下方先端部に車体７０が装着されている。車体７０を含む点線部分の拡大図を拡大断面図（１２Ａ）として示す。拡大断面図（１２Ａ）に示すように、車体７０は、一方の脚片状の右側部材７１Ｒと左側部材７１Ｌとに分岐した支持部材７１を有する。右側部材７１Ｒ及び左側部材７１Ｌは、右側及び左側の回転部材７２Ｒ及び７２Ｌを回転可能に支持している。回転部材７２Ｒ、７２Ｌには、それぞれプーリ７３Ｒ、７３Ｌが一体的に形成されている。また、車体７０には、二つの電動モータ７４Ｒ、７４Ｌが取り付けられている。電動モータ７４Ｒ、７４Ｌは、ベルト７５Ｒ、７５Ｌ（又はリンクチェーン）によってそれぞれプーリ７３Ｒ、７３Ｌと駆動連結され、プーリ７３Ｒ、７３Ｌを回転駆動する。プーリ７３Ｒ、７３Ｌの回転駆動に伴って、回転部材７２Ｒ及び７２Ｌ間に装着される車輪７６が回転することにより階段昇降ロボット６７が走行駆動する。図１２に示す本実施形態においては直動伸縮機構６８の伸縮移動を軸部材２の回転によって行うが、軸部材２の回転に同期して同じ方向に車体７０も同時に回転する。そのため、車輪７６としては、旋回や全方向への移動が可能な全方向車輪を使用する。使用する全方向車輪としては、上述したように、オムニホイール及びナカナムホイール等が挙げられるが、図１２の（ａ）～（ｃ）には、全方向車輪の例として、金属本体部分と弾力のあるローラー部分とからなるオムニホイールを示している。
【0084】
図１２の（ｄ）に、図１２（ａ）～（ｃ）に示す車体７０とは構造が異なる車体７８を有する階段昇降ロボット７７を示す。図１２の（ｄ）に示す階段昇降ロボット７７は、軸部材２、１２及び３から構成される直動伸縮機構６８を有し、軸部材３の下方部分が、階段昇降ロボット６８を構成するフレームとして使用するベース部材６９と接続されている。直動伸縮機構６８には、最も内側に位置する軸部材２の下方先端部に車体７８が装着されている。車体７８を含む点線部分の拡大図を拡大断面図（１２Ｂ）として示す。拡大断面図（１２Ｂ）に示すように、車体７８は、一方の脚片状の中央部７９Ｃから右側部材７９Ｒと左側部材７９Ｌにそれぞれ分岐した支持部材７９を有する。車体７８には、二つの電動モータ８０Ｒ、８０Ｌが、それぞれ右側部材７９Ｒ及び左側部材７９Ｌによって支持される形で取り付けられている。また、電動モータ８０Ｒ、８０Ｌにそれぞれ直結する車輪８１Ｒ、８１Ｌが装着されている。車輪８１Ｒ、８１Ｌとしては、図１２の（ａ）～（ｃ）の車輪７６と同様に、旋回や全方向への移動が可能な全方向車輪を使用する。図１２の（ｄ）には、全方向車輪の例としてオムニホイール８１を示している。車体７８には、さらに、支持部材７９の中央部７９Ｃ、すなわち軸部材２の直下に位置する部分に球体ホイール８２が取り付けられている。この球体ホイール８２は、回転中の軸部材２を支えるとともに、軸部材２の回転に追随できるように、旋回や全方向への移動を自由かつ容易に行うことができる車輪として使用するものである。
【0085】
球体ホイール８２を使用する場合、オムニホイール８１の数は図１２の（ｄ）に示す８１Ｒ、８１Ｌの２つに限定されず、どちらか１つであってもよい。また、オムニホール８１の数が２つである場合は、球体ホイール８２を設置しなくてもよい。さらに、球体駆動式全方向移動機構について公知の制御方法を利用することにより、車輪をオムニホール８１に代えて、すべて球体ホイール８２としてもよい。
【0086】
図１２の（ａ）～（ｃ）に示す直動伸縮機構６８による伸縮機構について説明する。軸部材２の回転駆動によって軸部材２が下方に伸張し、さらに伸長させる場合は軸部材１２及び３の両者を順次、下方へ伸長することにより、結果的にベース部材６９が上方に移動する（図１０において（ａ）→（ｃ）の移動）。他方、ベース部材６９の位置を下方に移動させる場合は、図１２において（ｃ）→（ａ）の移動となるように、回転モータ３０を伸長の場合とは逆向きに回転させる。軸部材３及び１２は、ベース部材６９の位置に応じて順次、縮小方向へ移動させることによって最終的に図１２（ａ）に示す最初の位置にまで戻る。これらの操作によりベース部材６９を上下に移動させるとともに、ベース部材６９の昇降駆動とは独立して車輪７６を駆動することによってベース部材６９の水平面と並行な方向に沿って移動させる。このように、ベース部材の昇降駆動及び車輪の走行駆動を、階段段差の位置、高さ及び長さ（又は広さ）に応じてそれぞれ独立して行うことにより、階段昇降ロボットとしての機能と機動性を高めることができる。
【0087】
図１２の（ａ）～（ｃ）に示す階段昇降ロボット６７においては、軸部材３とベース部材６９との接続は、図１２に示す位置に限定されず、軸部材３の上方側の部分で行ってもよい。階段昇降ロボット６７の構成と構造を図１０に示す階段昇降ロボット５９と対比すると、前者においては、軸部材２、１２及び３から構成される直動伸縮機構６８をベース部材６９の下面から下方向に設ける必要がない。そのため、例えば、大きな段差や起伏を有する地表面又は設備表面を最初に走行移動する場合は、直動伸縮機構６８が段差や起伏と干渉する部分を相対的に少なくできるという利点を有する。特に、図１２の（ａ）から（ｂ）に伸張するときには、地表面又は設備表面の段差や起伏との干渉を気にしないで、直動伸縮機構６８の移動走行を行うことができる。
【0088】
図１２の（ａ）～（ｃ）に示す階段昇降ロボット６７は、直動伸縮機構６８の最も内側に位置する軸部材２の下方先端部に車体７０が装着されたものであるが、車体７０に代えて、図１０に示す階段昇降ロボット５９の場合と同様の構成と構造を有する車体としてもよい。図１２の（ａ）～（ｃ）に示す階段昇降ロボット６７において、直動伸縮機構６８による伸縮移動及び車輪の回転による走行駆動をそれぞれ独立に制御して行う場合は、軸部材２の下方先端部にスラストベアリングを装着し、該スラストベアリングと直接的又は車輪支持部材を介して間接的に接続される車輪を有する車体の構造とする。同様に、図１２（ｄ）に示す階段昇降ロボット７７においても、図１０に示す階段昇降ロボット５９の場合と同様の車体の構造を採用してもよい。
【0089】
【0090】
図１３において（ａ）～（ｄ）及び（ｅ）～（ｈ）は、階段６６を上るとき及び下るときのそれぞれの挙動を示す断面図である、図１３の（ａ）～（ｄ）において、上段及び下段に示す図は、それぞれ上面図及び側面図である。各上面図において点線円形状で示すように、階段昇降ロボット６７は３台の直動伸縮機構６８が三角形のベース部材６９の下面下方に具備されている。また、図１３には階段の段数として３段が例示されているが、（ａ）～（ｅ）において具体的に示すのは階段６６の１段目を昇るときの挙動である。２段目以降を昇るときも、（ａ）～（ｅ）に示すものと基本的に同じ操作を行う。また、図１３の（ｆ）～（ｈ）には階段６６の３段目から２段目に降りるときの挙動を示している。２段目以降の階段を降りるときも、（ｆ）～（ｈ）に示すものと基本的に同じ操作を行う。
【0091】
図１３の（ａ）に示すように、階段昇降ロボット６７を階段６６の１段目に揚げる場合、ベース部材６９において階段６６の１段目に最も近い頂点の縁部分の高さを、階段６６の１段目の高さに合うように直動伸縮機構６８ａの高さを調整する。ベース部材６９において他の２頂点の縁部分についても、階段６６の１段目の高さに合うように直動伸縮機構６８ｂ及び６８ｃの高さを調整する。次に、直動伸縮機構６８ａを縮小方向に移動させ、その後、階段昇降ロボット６７を階段６６の２段目の方向に向けて走行駆動させることにより直動伸縮機構６８ａが階段６６の１段目に乗り上げる（図１３（ｂ）を参照）。階段昇降ロボット６７の走行駆動を続けるとき、その途中で直動伸縮機構６８ｂ、６８ｃが階段６６の１段目の縁と接触する前に、直動伸縮機構６８ｂ、６８ｃを縮小方向に移動させる操作を行う（図１３（ｃ）を参照）。さらに階段昇降ロボット６７の走行駆動を続けることにより、階段昇降ロボット６７の全体が階段６６の１段目に昇る操作が完了する（図１３（ｄ）を参照）。引き続き、階段２段目、又は２段目を経て３段目までに昇る場合は、それぞれ（ａ）～（ｄ）に示す操作を繰り返す。
【0092】
他方、階段昇降ロボット６７を階段６６の３段目から２段目に降ろす場合は、図１３の（ｅ）～（ｈ）に示す操作を行う。まず、階段昇降ロボット６７を、階段６６を上がるときとは反対方向に回転させて図１３の（ｅ）に示すような方向に変える。ここで、階段昇降ロボット６７が有する直動伸縮機構６８ａ、６８ｂ及び６８ｃは、どの車輪もオムニホイール等の全方向車輪が装着されているため、容易に方向転換を行うことができる。引き続き、直動伸縮機構６８の中で階段６６の２段目に最も近い位置にある直動伸縮機構６８ａを伸長方向に移動させる操作を行ってベース部材６９を傾ける。このとき、直動伸縮機構６８ａは、その車輪下端が階段６６の２段目の上面に接触できる程度の位置まで、すなわち、階段６６の２段目から３段目までの高さとほぼ同じか、又はその高さよりわずかに低くなる長さまで伸張させる。次に、階段昇降ロボット６７を階段６６の第２段目の方向（図の←の方向）に走行移動させる。ベース部材６９は、その走行途中で底面の一部が階段６６の３段目の上面角部と接触するようになる（図１３（ｆ）を参照）。階段昇降ロボット６７は、直動伸縮機構６８ａが階段６６の３段目から２段目の位置に降りるとき、直動伸縮機構６８ａの伸長により下方に伸びた車輪、前記階段６６の３段目の上面角部との接触部、及び直動伸縮機構６８ｂ、６８ｃの車輪、の３箇所又は４箇所で支持されるようになる。それにより階段昇降ロボット６７の降下時に加わる衝撃が緩和されるため、直動伸縮機構６８の転倒を回避することができる。引き続き、図１３（ｇ）に示すように、ベース部材６９において直動伸縮機構６８ｂ及び６８ｃを備える側の一片が階段６６の第３段目の縁と接触するまで階段昇降ロボット６７の走行駆動を続ける。さらに、直動伸縮機構６８ａの高さが直動伸縮機構６８ｂ及び６８ｃのそれと同じになるように、直動伸縮機構６８ａの伸長方向への移動操作を行い、階段昇降ロボット６７の走行駆動を続ける（図１３（ｈ）を参照）。以上の操作により階段昇降ロボット６７の全体を階段６６の２段目に降ろす操作が完了する。引き続き、階段６６の２段目から所望の場所まで降ろす場合は、図１３の（ｅ）～（ｈ）に示す操作を繰り返す。
【0093】
図１０～図１３には、本発明の実施形態による階段昇降ロボットの構成及び該階段昇降ロボットが階段を昇降するときの挙動の例を示したが、上述の実施形態の限定されるものではない。本発明の実施形態による直動伸縮機構を有し、その伸縮機構を利用する階段昇降ロボットであれば、種々の形態で具体化することができる。また、本発明の実施形態による階段昇降ロボットは、荷物搬送用の階段昇降搬送車として使用してもよい。
【0094】
以下、一方の軸部材と他方の軸部材と組み合わせからなる２段の直動伸縮機構を示す図４を参考にして、本発明の直動伸縮機構において隣接する２軸部材の基本的な構成と構造に基づく実施形態を図１４～図２０によって具体的に説明する。なお、以下に説明するように、２段の軸部材で組まれる直動伸縮機構の実施形態においては、伸張操作だけでなく、縮小操作も可能にする構成と構造を合わせて示している。本発明の直動伸縮機構は、以下に示す実施形態に限定されるものではなく、種々の形態で具体化することができる。例えば、３段以上で構成される直動伸縮機構は、以下に説明する２段の直動伸縮機構の具体的な実施形態を基本として、その拡張又は変形を行うことによって実施形態とすることができる。
【0095】
＜第１の実施形態＞
図１４に、本発明の直動伸縮機構において隣接する２つの軸部材を抽出し、それらの構成と構造の一例を断面図で示す。図１４に示す直動伸縮機構８３において、（ａ）は伸張前又は縮小後の直動伸縮機構の断面図であり、（ｂ）は伸張後又は縮小前の直動伸縮機構の断面図である。直動伸縮機構８３は、ピッチ幅がそれぞれ異なる雄ねじ５、１７（ピッチ幅Ｘ１及びＸ２）を軸方向の外周表面に２つの領域で形成した一方の軸部材２、及びピッチ幅がそれぞれ異なる雌ねじ１３、１８（ピッチ幅Ｙ１及びＹ２）を軸方向の内周表面に２つの領域で形成した内周表面を有する他方の軸部材１２から構成される。さらに、ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１、Ｙ２が、ｎを２～４のいずれかの整数とするとき、Ｘ２＝Ｙ１＜Ｘ１＝Ｙ２及びＸ２＝（Ｘ１／ｎ）の条件を満たし、かつ、前記ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１、Ｙ２をそれぞれ有する雄ねじ５、１７及び雌ねじ１３、１８のねじ山角度（図１においてθで示す角度）がすべて同じになるように形成されている。ここで、Ｘ２＝（Ｘ１／ｎ）の関係は、ピッチ幅Ｘ２を有する雄ねじ１７の周期が、ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじ５に対して１／ｎ周期で形成されることを意味する。図１４に示す直動伸縮機構８３は、２つの雄ねじ５、１７のピッチ幅においてＸ２＝（Ｘ１／２）の関係を有する例である。また、Ｘ２＝Ｙ１及びＸ１＝Ｙ２であるため、ピッチ幅Ｙ１を有する雌ねじ１３の周期も、ピッチ幅Ｙ２を有する雌ねじ１８に対して１／２周期となる。本実施形態においてはｎ＝２には限定されず、雄ねじ形成の容易性の点からｎ＝３又は４であってもよい。しかしながら、ｎが５以上であると、周期の異なる複数の雄ねじ部分の作製が難しくなるだけでなく、直動伸縮機そのものの構造が複雑となる。直動伸縮機としての機能性及び複数の雄ねじ形成の容易性の点から、ｎ＝２がより実用的である。さらに、直動伸縮機構８３の各軸部材の外周及び内周の表面に形成される雄ねじ５、１７及び雌ねじ１３、１８は、ねじ山角度（図１においてθで示す角度）がどれも同じである。そのため、ピッチ幅Ｘ２を有する雄ねじ１３は、ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじ５より小さい呼び径（図１においてＤｃで示す径）で形成される。
図１４に、本発明の直動伸縮機構において隣接する２つの軸部材を抽出し、それらの構成と構造の一例を断面図で示す。図１４に示す直動伸縮機構８３において、（ａ）は伸張前又は縮小後の直動伸縮機構の断面図であり、（ｂ）は伸張後又は縮小前の直動伸縮機構の断面図である。直動伸縮機構８３は、ピッチ幅がそれぞれ異なる雄ねじ５、１７（ピッチ幅Ｘ１及びＸ２）を軸方向の外周表面に２つの領域で形成した一方の軸部材２、及びピッチ幅がそれぞれ異なる雌ねじ１３、１８（ピッチ幅Ｙ１及びＹ２）を軸方向の内周表面に２つの領域で形成した内周表面を有する他方の軸部材１２から構成される。さらに、ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１、Ｙ２が、ｎを２～４のいずれかの整数とするとき、Ｘ２＝Ｙ１＜Ｘ１＝Ｙ２及びＸ２＝（Ｘ１／ｎ）の条件を満たし、かつ、前記ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１、Ｙ２をそれぞれ有する雄ねじ５、１７及び雌ねじ１３、１８のねじ山角度（図１においてθで示す角度）がすべて同じになるように形成されている。ここで、Ｘ２＝（Ｘ１／ｎ）の関係は、ピッチ幅Ｘ２を有する雄ねじ１７の周期が、ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじ５に対して１／ｎ周期で形成されることを意味する。図１４に示す直動伸縮機構８３は、２つの雄ねじ５、１７のピッチ幅においてＸ２＝（Ｘ１／２）の関係を有する例である。また、Ｘ２＝Ｙ１及びＸ１＝Ｙ２であるため、ピッチ幅Ｙ１を有する雌ねじ１３の周期も、ピッチ幅Ｙ２を有する雌ねじ１８に対して１／２周期となる。本実施形態においてはｎ＝２には限定されず、雄ねじ形成の容易性の点からｎ＝３又は４であってもよい。しかしながら、ｎが５以上であると、周期の異なる複数の雄ねじ部分の作製が難しくなるだけでなく、直動伸縮機そのものの構造が複雑となる。直動伸縮機としての機能性及び複数の雄ねじ形成の容易性の点から、ｎ＝２がより実用的である。さらに、直動伸縮機構８３の各軸部材の外周及び内周の表面に形成される雄ねじ５、１７及び雌ねじ１３、１８は、ねじ山角度（図１においてθで示す角度）がどれも同じである。そのため、ピッチ幅Ｘ２を有する雄ねじ１３は、ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじ５より小さい呼び径（図１においてＤｃで示す径）で形成される。
【0096】
図１４に示すように、ピッチ幅Ｘ２を有する雄ねじ１７は、ピッチ幅Ｙ２を有する雌ねじ１８が形成される領域を有する軸部材１２の内部を移動するとき、前記雌ねじ１８との間で干渉は起きず、移動が円滑に行われる。さらに、雄ねじ５、１７及び雌ねじ１３、１８のねじ山角度（θ）が同じであるため、両者のねじが螺合するときに両者のねじ間に隙間が生じることがない螺合状態が形成される。
【0097】
図１４に示す直動伸縮機構８３は、軸部材２の縮小方向の移動を停止するためのストッパとして、軸部材２の伸長方向側に位置する先端縁部から伸長方向に形成され、雌ねじ１３のピッチ幅Ｙ１よりも大きなピッチ幅を有する雄ねじ２４、２５を備える。雄ねじ２４、２５のピッチ幅は、雌ねじ１３のピッチ幅Ｙ１よりも大きければ、Ｘ１であってもよい。前記ストッパとして機能する雄ねじ２４、２５は、製造及び組立を容易にするという観点から、例えば、ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじを軸部材２、１２の先端突起部と嵌合させた後、溶接やろう付けなどによる接合を行って形成される。この雄ねじ２４、２５によるストッパの形成は、接合方法には限定されず、接着剤などによる接続、又は嵌合した後にカシメ等による締結を行ってもよい。また、前記ストッパとしては、他方の軸部材１２の内周表面に形成される雌ねじ１３の呼び径を超える寸法の直径又は長さを有するフランジ部又はキャップ部材を、一方の軸部材２の伸長方向側先端部に接続又は接合してもよい。
【0098】
図１４に示す直動伸縮機構８３においては、雄ねじ５、１７の各部分を有する外周表面と、雌めじ１３、１８の各部を有する内周表面とのねじ螺合が、軸部材の軸方向に広範囲にわたって行われる。そのため、直動伸縮機構の円滑な伸縮とともに、伸縮機構の堅牢性の向上を図ることができる。
【0099】
＜第２の実施形態＞
図１５に、本発明による直動伸縮機構において隣接する２軸部材を抽出し、それらの構成と構造の変形例を断面図で示す。図１５において、（ａ）は伸張前又は縮小後の直動伸縮機構の断面図であり、（ｂ）は伸張後又は縮小前の直動伸縮機構の断面図である。図１５に示す直動伸縮機構８４は、ピッチ幅がそれぞれ異なる雄ねじ５、１７（ピッチ幅Ｘ１及びＸ２）を軸方向の外周表面に２つの領域で形成した一方の軸部材１２、及びピッチ幅がそれぞれ異なる雌ねじ１３、１８（ピッチ幅Ｙ１及びＹ２）を軸方向の内周表面に２つの領域で形成した内周表面を有する他方の軸部材１２から構成される。さらに、ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１、Ｙ２が、Ｘ２＝Ｙ１＜Ｘ１＝Ｙ２及びＸ２＝（Ｘ１／２）の条件を満たす点では、上記第１の実施形態に示すものと同じである。異なるのは、ピッチ幅Ｘ２を有する雄ねじ１７の中から、ピッチ幅Ｙ２（＝Ｘ１）を有する雌ねじ１３と螺合するねじ山１７ａを除き、雌ねじ１３と干渉する部分に位置するねじ山１７ａがすべて削除される点である。削除する部分のねじ山１７ｂは、図１５において点線で示されている。さらに、雄ねじ５、１７の呼び径（図１においてＤｃで示す径）及び雌ねじ１３、１８の呼び径（図１においてＤｄで示す径）はほほ同じに形成される点でも異なる。その場合、それぞれの呼び径の寸法は、雄ねじ５、１７と雌ねじ１３、１８との螺合が円滑になるような設計許容範囲内に設定される。
図１５に、本発明による直動伸縮機構において隣接する２軸部材を抽出し、それらの構成と構造の変形例を断面図で示す。図１５において、（ａ）は伸張前又は縮小後の直動伸縮機構の断面図であり、（ｂ）は伸張後又は縮小前の直動伸縮機構の断面図である。図１５に示す直動伸縮機構８４は、ピッチ幅がそれぞれ異なる雄ねじ５、１７（ピッチ幅Ｘ１及びＸ２）を軸方向の外周表面に２つの領域で形成した一方の軸部材１２、及びピッチ幅がそれぞれ異なる雌ねじ１３、１８（ピッチ幅Ｙ１及びＹ２）を軸方向の内周表面に２つの領域で形成した内周表面を有する他方の軸部材１２から構成される。さらに、ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１、Ｙ２が、Ｘ２＝Ｙ１＜Ｘ１＝Ｙ２及びＸ２＝（Ｘ１／２）の条件を満たす点では、上記第１の実施形態に示すものと同じである。異なるのは、ピッチ幅Ｘ２を有する雄ねじ１７の中から、ピッチ幅Ｙ２（＝Ｘ１）を有する雌ねじ１３と螺合するねじ山１７ａを除き、雌ねじ１３と干渉する部分に位置するねじ山１７ａがすべて削除される点である。削除する部分のねじ山１７ｂは、図１５において点線で示されている。さらに、雄ねじ５、１７の呼び径（図１においてＤｃで示す径）及び雌ねじ１３、１８の呼び径（図１においてＤｄで示す径）はほほ同じに形成される点でも異なる。その場合、それぞれの呼び径の寸法は、雄ねじ５、１７と雌ねじ１３、１８との螺合が円滑になるような設計許容範囲内に設定される。
【0100】
また、図１５に示す直動伸縮機構８４は、軸部材２の縮小方向の移動を停止するためのストッパとして、前記他方の軸部材１２の伸長方向側先端部に前記ピッチ幅Ｙ１で形成される雌ねじ１３の呼び径を超える直径又は長さを有し、一方の軸部材２の伸長方向側の先端部に接続又は接合されるキャップ部材２６を備える。同様に、軸部材１２の縮小方向の移動を停止するためのストッパとして、軸部材１２の伸長方向側の先端部にフランジ部２８を形成する。これらのストッパは、製造の容易さの観点から、例えば、キャップ部材２６及びフランジ部２８を、軸部材２又は１２の先端突起部と嵌合させた後、溶接やろう付けなどによる接合を行って形成してもよい。これらストッパの形成は、接合方法には限定されず、接着剤などによる接続、又は嵌合した後にカシメ等による締結を行ってもよい。また、前記ストッパは、軸部材２又は１２の伸長方向側に位置する先端縁部から軸方向中央部に形成され、雌ねじ１３のピッチ幅Ｙ１よりも大きなピッチ幅を有する雄ねじであってもよい。
【0101】
図１５に示すように、ピッチ幅Ｘ２を有する雄ねじ１７において削除されないで残存する雄ねじ１７ａは、ピッチ幅Ｙ２を有する雌ねじ１８が形成される領域を移動するとき雌ねじ１８との間で干渉は起きず、移動が円滑に行われる。さらに、雄ねじ５、１７及び雌ねじ１３、１８は各呼び径がほぼ同じであるため、雄ねじ１７ａの先端部分が雌ねじ１８の最底部と噛み合った状態で螺合する。それにより、雄ねじ５、１７の部分を有する外周表面と、雌めじ１３、１８の部分を有する内周表面とのねじ螺合が、軸部材の軸方向において複数個所の広い範囲にわたって行われる。そのため、直動伸縮機構６０は、円滑な伸縮とともに、伸縮機構の堅牢性の向上を図ることができる。
【0102】
＜第３の実施形態＞
図１６に、本発明による２段の直動伸縮機構において隣接する２軸部材を抽出し、それらの構成と構造の別の変形例を断面図で示す。図１６に示す直動伸縮機構８５は、前記一方の軸部材２の外周表面が、ピッチ幅Ｘ１を有する雄ネジ５の形成領域とピッチ幅Ｘ２を有する雄ねじ１７の形成領域との間に、前記雄ねじが形成されない平滑部分８６の領域を有する。直動伸縮機構８５は、例えば、図１６の（ａ）～（ｃ）に示す方法で製造される。
図１６に、本発明による２段の直動伸縮機構において隣接する２軸部材を抽出し、それらの構成と構造の別の変形例を断面図で示す。図１６に示す直動伸縮機構８５は、前記一方の軸部材２の外周表面が、ピッチ幅Ｘ１を有する雄ネジ５の形成領域とピッチ幅Ｘ２を有する雄ねじ１７の形成領域との間に、前記雄ねじが形成されない平滑部分８６の領域を有する。直動伸縮機構８５は、例えば、図１６の（ａ）～（ｃ）に示す方法で製造される。
【0103】
図１６（ａ）に示すように、縮小方向側の先端縁部から軸方向中央部に向けてピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじ５が形成された一方の軸部材２を、縮小方向側開口部から他方の軸部材１２の内部に挿入した後、伸長方向（←方向）に移動させる。他方の軸部材１２には、内周表面にピッチ幅Ｙ１及びＹ２を有する雌ねじ１３、１８が形成され、また、外周表面の伸長方向側先端部に雄ねじ２５があらかじめ形成されている。雄ねじ２５は、他方の軸部材１２の縮小方向への移動を停止するためのストッパとして設けるものであり、他方の軸部材１２の外側に隣接して配置される軸部材３（不図示）の内周表面に形成する雌ねじよりも大きなピッチ幅を有する。その後、図１６（ｂ）に示すように、他方の軸部材１２の内周表面に形成されるピッチ幅Ｙ１の雌ねじ１３に螺合させることができるピッチ幅Ｘ２の雄ねじ１７と、雌ねじ１３のピッチ幅Ｙ１より大きなピッチ幅を有する雄ねじ２４とを有するストッパ用治具８７が、一方の軸部材２に接合又は接続される。その場合、例えば、該ストッパ用治具８７の縮小側先端部に凹部を設け、該凹部を一方の軸部材２の伸長方向側先端部の突起部に設ける凹部に嵌合した後、両者を締結してもよい。ここで、雄ねじ２４は、軸部材２の縮小方向の移動を停止するためのストッパとして設けるものである。ストッパねじ治具８７と一方の軸部材２との締結は、溶接若しくはロウ付け等の接合、加締め又は接着剤による接着の方法で行う。最終的に、図１６（ｃ）に示すように、一方の軸部材２の外周表面が、ピッチ幅Ｘ１を有する雄ネジ５の形成領域とピッチ幅Ｘ２を有する雄ねじ１７の形成領域との間に前記雄ねじが形成されない平滑部分８６の領域を有し、かつ、他方の軸部材１２の内周表面が、ピッチ幅Ｙ１及びＹ２でそれぞれ形成される雌ねじ１３及び１８の形成領域を有する直動伸縮機構８５が得られる。
【0104】
本実施形態において、直動伸縮機構８５の製造方法は図１６に示すものに限定されない。例えば、アディティブマニュファクチュアリング（ＡＭ）の方法として活用される金属製又は樹脂製の３Ｄプリンタを用いて、直動伸縮機構８５の全部又はその一部を製造し、それらの組み立てを行う方法を採用してもよい。また、３Ｄプリンタの使用は、直動伸縮機構の製造を容易にするという利点を有するため、本実施形態に限らず、他の実施形態による直動伸縮機構の製造に適用してもよい。
【0105】
図１６に示す直動伸縮機構８５においては、雄ねじ５、１７の部分を有する外周表面と、雌めじ１３、１８の部分を有する内周表面とのねじ螺合が、軸部材の両端部２か所で広範囲にわたって行われる。そのため、直動伸縮機構８５の円滑な伸縮とともに、伸縮機構の堅牢性の向上を図ることができる。
【0106】
＜第４の実施形態＞
図１７に、本発明による２段の直動伸縮機構において隣接する２軸部材を抽出し、それらの構成と構造の別の変形例を断面図で示す。図１７に示す直動伸縮機構８８は、一方の軸部材２の外周表面が、ピッチ幅Ｘ１を有する雄ネジ５の形成領域とピッチ幅Ｘ２を有する雄ねじ１７の形成領域との間に、雄ねじ５が形成されない平滑部分の領域８９を有し、さらに、他方の軸部材１２の内周表面が、ピッチ幅Ｙ１を有する雌ねじ１３の形成領域とピッチ幅Ｙ２を有する雌ねじ１８の形成領域との間に、雌ねじが形成されない平滑部分９０の領域を有する（図１７の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）を参照）。この直動伸縮機構は、例えば、図１７の（ａ）～（ｃ）に示す方法で製造される。
図１７に、本発明による２段の直動伸縮機構において隣接する２軸部材を抽出し、それらの構成と構造の別の変形例を断面図で示す。図１７に示す直動伸縮機構８８は、一方の軸部材２の外周表面が、ピッチ幅Ｘ１を有する雄ネジ５の形成領域とピッチ幅Ｘ２を有する雄ねじ１７の形成領域との間に、雄ねじ５が形成されない平滑部分の領域８９を有し、さらに、他方の軸部材１２の内周表面が、ピッチ幅Ｙ１を有する雌ねじ１３の形成領域とピッチ幅Ｙ２を有する雌ねじ１８の形成領域との間に、雌ねじが形成されない平滑部分９０の領域を有する（図１７の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）を参照）。この直動伸縮機構は、例えば、図１７の（ａ）～（ｃ）に示す方法で製造される。
【0107】
図１７（ａ）に示すように、伸長方向側の先端縁部から軸方向中央部に向けてピッチ幅Ｘ２を有する雄ねじ１７だけが形成された一方の軸部材２を、軸部材１２の縮小方向側開口部からその内部に挿入する。一方の軸部材２の収縮方向側先端部は、他方の軸部材１２の内径とほぼ同じ径の外径を有する未加工の円柱部分９１を有する。また、他方の軸部材１２は、縮小方向の移動を停止するためのストッパとして、あらかじめ伸長方向側先端部に形成されたフランジ部２８を有する。次に、図１７（ｂ）に示すように、未加工の円柱６７にピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじ５を形成するための加工が施される。このとき、ピッチ幅Ｘ１は、他方の軸部材１２の内周に形成される雌ネジ１８のピッチ幅Ｙ２と螺合できるピッチ幅に形成される。加工後、一方の軸部材２を伸長方向（←方向）に移動させる。引き続き、図１７（ｃ）に示すように、一方の軸部材２の縮小方向の移動を停止するためのストッパとして、他方の軸部材１２の内周表面に形成される雌ねじ１３の呼び径（図１に示すＤｄに相当）を超える直径又は長さを有するキャップ部材２６が、一方の軸部材２の伸長方向側の先端部に接続又は締結される。以上のようにして、本実施形態による軸部材２及び１２の２段で組まれる直動伸縮機構８８の構成が得られる。
【0108】
図１７に示す直動伸縮機構８８においては、雄ねじ５、１７の部分を有する外周表面と、雌めじ１３、１８の部分を有する内周表面とのねじ螺合が、軸部材の両端部２か所で行われる。そのため、直動伸縮機構８８の円滑な伸縮とともに、伸縮機構の堅牢性の向上を図ることができる。
【0109】
なお、図１７（ａ）～（ｃ）は一方の軸部材２の収縮方向側端部の円柱部分９１を加工することによって雄ねじ５を形成する方法を示しているが、本実施形態においては、一方の軸部材２の伸縮方向側先端部に雄ねじ１７の形成を行う場合にも同様の加工方法が適用される。その場合は、縮小方向側の先端縁部から軸方向中央部に向けてピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじ５だけが形成された一方の軸部材２を、他方の軸部材１２の伸長方向側開口部からその内部に挿入した後、伸長方向側端部に存在する未加工の円柱部分に、ピッチ幅Ｘ２を有する雄ねじ１７を形成するための加工が施される。
【0110】
＜第５の実施形態＞
図１８に、本発明による２段の直動伸縮機構において隣接する２つの軸部材を抽出し、それらの構成と構造の別の変形例を断面図で示す。図１８において、（ａ）は伸張前又は縮小後の直動伸縮機構の断面図であり、（ｂ）は伸張後又は縮小前の直動伸縮機構の断面図である。図１８に示す直動伸縮機構９２は、一方の軸部材２において、ピッチ幅がそれぞれ異なる雄ねじ５、１７が軸方向に２つの領域で形成される外周表面を有し、かつ、他方の軸部材１２において、雌ねじ１３が形成される部分と複数の凹部が形成される平滑部分９３とを軸方向に直列に備える内周表面を有する。また、一方の軸部材２の縮小方向側に位置する先端部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される雄ねじ５のピッチ幅をＸ１とし、他方の軸部材１２の伸張方向側に位置する先端部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される雌ねじ１３のピッチ幅Ｙ１とするとき、それぞれのピッチ幅をＸ１＞Ｙ１の条件を満たすように形成する。さらに、軸部材１２の内周表面を構成する平滑部分９３には、前記複数の凹部９４が前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじの先端部と螺合する雌ねじとしての役割を担うように、雄ねじ１７の先端部と同じ形状で、かつ、前記Ｘ１と同じピッチ幅で規則的に形成されている。
図１８に、本発明による２段の直動伸縮機構において隣接する２つの軸部材を抽出し、それらの構成と構造の別の変形例を断面図で示す。図１８において、（ａ）は伸張前又は縮小後の直動伸縮機構の断面図であり、（ｂ）は伸張後又は縮小前の直動伸縮機構の断面図である。図１８に示す直動伸縮機構９２は、一方の軸部材２において、ピッチ幅がそれぞれ異なる雄ねじ５、１７が軸方向に２つの領域で形成される外周表面を有し、かつ、他方の軸部材１２において、雌ねじ１３が形成される部分と複数の凹部が形成される平滑部分９３とを軸方向に直列に備える内周表面を有する。また、一方の軸部材２の縮小方向側に位置する先端部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される雄ねじ５のピッチ幅をＸ１とし、他方の軸部材１２の伸張方向側に位置する先端部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される雌ねじ１３のピッチ幅Ｙ１とするとき、それぞれのピッチ幅をＸ１＞Ｙ１の条件を満たすように形成する。さらに、軸部材１２の内周表面を構成する平滑部分９３には、前記複数の凹部９４が前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじの先端部と螺合する雌ねじとしての役割を担うように、雄ねじ１７の先端部と同じ形状で、かつ、前記Ｘ１と同じピッチ幅で規則的に形成されている。
【0111】
図１８に示すように、ピッチ幅Ｘ２を有する雄ねじ１７は、複数の凹部９４が形成される平滑部分９３の領域を移動するとき前記平滑部９３との間で干渉が起きず、移動が円滑に行われる。そして、一方の軸部材２が回転によって伸長方向へ移動するのに伴い、ピッチ幅Ｘ１の雄ねじ５がピッチ幅Ｙ１の雌ねじ１３と当接するとき、雄ねじ５の回転が雌ねじ１３で拘束（又はクランプ）され、一方の軸部材２の回転に同期して他方の軸部材１２が連動回転する。
【0112】
また、図１８に示す直動伸縮機構９２は、他方の軸部材１２の縮小方向の移動を停止するためのストッパとして、あらかじめ他方の軸部材１２の伸長方向側先端部に形成された雄ねじ２５を有する。この雄ねじ２５のピッチ幅は、軸部材１２に外側に隣接して配置される軸部材（図３に示す軸部材３又は図５に示す軸部材２３）において伸長方向側先端部の内周表面に形成される雌めじのピッチ幅に応じて、それよりも大きなピッチ幅で形成される。また、一方の軸部材２の縮小方向の移動を停止するためのストッパとして、雌ねじ１３のピッチ幅Ｙ１よりも大きなピッチ幅を有する雄ねじが、雄ねじ２５として、軸部材２の伸長方向側に接続又は締結されている。雄ねじ２４及び２５のピッチ幅は、前記雌ねじ１３のピッチ幅Ｙ１よりも大きければ、Ｘ１であってもよい。図１８（ｂ）に示す一方の軸部材２を伸長時とは逆方向に回転させれば、ストッパ構造を有する直動伸縮機構９２が縮小方向側に移動し、図１８（ａ）に示す形態に戻すことができる。
【0113】
図１８に示す直動伸縮機構においては、雄ねじ５及び１７が、雌ねじ１３の部分だけでなく、平滑部分９３の一部に形成される規則的なピッチ幅を有する複数の凹部９４ともねじ螺合する。両者の螺合が、軸部材の両端部及び前記平坦分の凹部で広範囲に行われるため、直動伸縮機構９２の円滑な伸縮とともに、伸縮機構の堅牢性の向上を図ることができる。
【0114】
＜第６の実施形態＞
図１９及び図２０に、本発明による２段の直動伸縮機構において隣接する２軸部材だけを抽出し、それらの構成と構造の別の変形例の２例をそれぞれ断面図で示す。図１９及び図２０において、（ａ）は伸張前又は縮小後の直動伸縮機構の断面図であり、（ｂ）は伸張後又は縮小前の直動伸縮機構の断面図である。図１９及び図２０に示す直動伸縮機構９５及び９６は、一方の軸部材２において、所望のピッチ幅を有する雄ねじ１５が形成される部分と雄ねじが形成されない平滑部分７とを軸方向に直列に備える外周表面を有し、かつ、他方の軸部材１２において、所望のピッチ幅を有する雌ねじ１３が形成される部分と雌ねじが形成されない平滑部分１５とを軸方向に直列に備える内周表面を有する。さらに、雄ねじが形成されない平滑部分１５を、前記他方の軸部材１２の伸張方向側に位置する先端部から軸方向の中央部に向けて形成される雌ねじ１３と干渉させるように、一方の軸部材２の縮小方向側に位置する先端縁部から軸方向の中央部に向けて、雄ねじ２０の呼び径より大きく、かつ、他方の軸部材１２の内径に対して日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ０４０１）に規定される嵌め合い寸法の公差域クラスｈ８の寸法許容差内に含まれる外径を有する円柱状の表面平滑面として形成されている。前記雄ねじが形成されない平滑部分７を断面とする円柱部分の外径を、前記のような寸法に規定する理由は上述で説明した通りである。ここで、一方の軸部材２の外周表面に形成される雄ねじ２０の呼び径（図１においてＤｄに相当）は、前記雌ねじが形成されない平滑部分１５との干渉を避けるため、該雌ねじが形成されない平滑部分１５によって構成される他方の軸部材１２の内周内に挿入できる程度の寸法範囲内で形成するか（図１９を参照）、又は、それよりも小さい寸法で形成する（図２０を参照）。
図１９及び図２０に、本発明による２段の直動伸縮機構において隣接する２軸部材だけを抽出し、それらの構成と構造の別の変形例の２例をそれぞれ断面図で示す。図１９及び図２０において、（ａ）は伸張前又は縮小後の直動伸縮機構の断面図であり、（ｂ）は伸張後又は縮小前の直動伸縮機構の断面図である。図１９及び図２０に示す直動伸縮機構９５及び９６は、一方の軸部材２において、所望のピッチ幅を有する雄ねじ１５が形成される部分と雄ねじが形成されない平滑部分７とを軸方向に直列に備える外周表面を有し、かつ、他方の軸部材１２において、所望のピッチ幅を有する雌ねじ１３が形成される部分と雌ねじが形成されない平滑部分１５とを軸方向に直列に備える内周表面を有する。さらに、雄ねじが形成されない平滑部分１５を、前記他方の軸部材１２の伸張方向側に位置する先端部から軸方向の中央部に向けて形成される雌ねじ１３と干渉させるように、一方の軸部材２の縮小方向側に位置する先端縁部から軸方向の中央部に向けて、雄ねじ２０の呼び径より大きく、かつ、他方の軸部材１２の内径に対して日本工業規格（ＪＩＳ Ｂ０４０１）に規定される嵌め合い寸法の公差域クラスｈ８の寸法許容差内に含まれる外径を有する円柱状の表面平滑面として形成されている。前記雄ねじが形成されない平滑部分７を断面とする円柱部分の外径を、前記のような寸法に規定する理由は上述で説明した通りである。ここで、一方の軸部材２の外周表面に形成される雄ねじ２０の呼び径（図１においてＤｄに相当）は、前記雌ねじが形成されない平滑部分１５との干渉を避けるため、該雌ねじが形成されない平滑部分１５によって構成される他方の軸部材１２の内周内に挿入できる程度の寸法範囲内で形成するか（図１９を参照）、又は、それよりも小さい寸法で形成する（図２０を参照）。
【0115】
また、図１９に示す直動伸縮機構９５は、他方の軸部材１２の縮小方向の移動を停止するのストッパとして、あらかじめ他方の軸部材１２の伸長方向側先端部に形成されたフランジ部２８を有する。また、一方の軸部材２の縮小方向の移動を停止するためのストッパとして、他方の軸部材１２の内周表面に形成される雌ねじ１３の呼び径（図１に示すＤｄに相当）を超える直径又は長さを有し、一方の軸部材２の伸長方向側の先端部に接続又は接合されるキャップ部材２６を備える。フランジ部２８は、軸部材１２の伸長方向側の先端突起部に接合、加締め又は接着することによって形成される。また、キャップ部材２６は、軸部材２の伸長方向側の先端突起部と嵌合させた後、溶接やろう付けなどによる接合を行って形成される。キャップ部材２６の形成は、接合方法には限定されず、接着剤などによる接続、又は嵌合した後にカシメ等による締結を行ってもよい。
【0116】
図２０に示す直動伸縮機構９６は、雌ねじのピッチ幅Ｙ１よりも大きなピッチ幅を有する雄ねじ２０の呼び径を図１５に示す直動伸縮機構９５よりも小さくした例である。また、前記ストッパとして、図１５に示すキャップ部材２６に代えて、雌ねじ１３のピッチ幅Ｙ１よりも大きなピッチ幅を有する雄ねじ２４が軸部材２の伸長方向側に接続又は締結されている。
【0117】
図１９及び図２０に示す直動伸縮機構９５及び９６は、それぞれ伸縮時には（ａ）から（ｂ）の状態に、逆に、縮小時には（ｂ）から（ａ）の状態に変化する。図１９及び図２０に示すように、２つの軸部材２及び１２は、所望のピッチ幅を有する雄ねじ２０の部分と、ピッチ幅が雄ねじ２０と同じである雌ねじ１３との螺合、及び雄ねじが形成されない平滑部分７と、雌ねじが形成されない平滑部分１５との嵌合によって互いに支持される。それにより、直動伸縮機構の堅牢性の向上を図ることができる。
【0118】
以上のように、本発明の実施形態による直動伸縮機構は、コンパクトな構成と構造で軸部材間の相対移動による伸縮伸縮移動を円滑に行うことができるだけでなく、雄ねじ形成部を有する外周表面と、雌めじ形成部を有する内周表面と、のねじ螺合が複数箇所で広範囲にわたって行われるため、直動伸縮機構の堅牢性の向上を図ることができる。それにより、地表又は装置水平面に対して垂直の縦方向だけでなく、平行方向及び斜め方向に対しても高精度の位置調整を行うことができるという利点を有する。したがって、本発明の実施形態による直動伸縮機構をアジャスタ及び階段昇降ロボットに適用する場合には高精度の位置合わせとともに伸縮方向が自在に選択できるため、様々な用途に適用を拡大することができる。
【符号の説明】
【0119】
１・・・軸部材が２段で組まれる直動伸縮機構
２，３，１２，２１，２２，２３・・・軸部材
４・・・回転伝達棒
５，１４・・・ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじ
６，１３・・・ピッチ幅Ｙ１を有する雌ねじ
７，１６，８９・・・雄ねじが形成されない平滑部分
８，１５，９０・・・雌ねじが形成されない平滑部分
９・・・雄ねじが形成されない平滑部分とは別領域に形成される雄ねじ
１１・・・軸部材が３段で組まれる直動伸縮機構
１７，１９，２７,２９，８６・・・ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじとは別領域に形成される雄ねじ
１８・・・ピッチ幅Ｙ１を有する雌ねじとは別領域に形成される雌ねじ
２０，６０，６８・・・軸部材が３段で組まれ、伸長及び縮小の両機能を有する直動伸縮機構
２４，２５・・・ストッパ用雄ねじ
２６，４５，５０・・・ストッパ用キャップ部材
２８，４３・・・フランジ部
３０・・・回転モータ
３１，３５・・・基部
３２・・・駆動雄ねじボルト
３３・・・駆動歯車
３４・・・従動歯車
３６・・・プーリ
３７・・・ベルト
３８・・・フレキブル回転具
３９，４６，５１・・・アジャスタ
４０，４７，５２・・・第１筒部材
４１，４８，５３・・・第２筒部材
４２，４９，５４・・・第３筒部材
４４，５６・・・基台
４５・・・キャップ部材
５５・・・第４筒部材
５７・・・天板
５８・・・固定台
５９，６７，７７・・・階段昇降ロボット
６１，６９・・・ベース部材
６２・・・スラストベアリング
６３，７６・・・車輪
６４・・・車輪支持部材
６５，７４，８０・・・車輪駆動用の電動モータ
６６・・・階段
７０，７８・・・車体
７１，７９・・・支持部材
７２・・・回転部材
７３・・・プーリ
７５・・・ベルト
８１・・・オムニホイール
８２・・・球体ホイール
８３，８４，８５，８８、９２，９５，９６・・・２つの軸部材を抽出したときの直動伸縮機構
８７・・・ストッパ用治具
９１・・・未加工の円柱部分
９３・・・軸部材の内周表面を構成する平滑部分
９４・・・凹部
２，３，１２，２１，２２，２３・・・軸部材
４・・・回転伝達棒
５，１４・・・ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじ
６，１３・・・ピッチ幅Ｙ１を有する雌ねじ
７，１６，８９・・・雄ねじが形成されない平滑部分
８，１５，９０・・・雌ねじが形成されない平滑部分
９・・・雄ねじが形成されない平滑部分とは別領域に形成される雄ねじ
１１・・・軸部材が３段で組まれる直動伸縮機構
１７，１９，２７,２９，８６・・・ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじとは別領域に形成される雄ねじ
１８・・・ピッチ幅Ｙ１を有する雌ねじとは別領域に形成される雌ねじ
２０，６０，６８・・・軸部材が３段で組まれ、伸長及び縮小の両機能を有する直動伸縮機構
２４，２５・・・ストッパ用雄ねじ
２６，４５，５０・・・ストッパ用キャップ部材
２８，４３・・・フランジ部
３０・・・回転モータ
３１，３５・・・基部
３２・・・駆動雄ねじボルト
３３・・・駆動歯車
３４・・・従動歯車
３６・・・プーリ
３７・・・ベルト
３８・・・フレキブル回転具
３９，４６，５１・・・アジャスタ
４０，４７，５２・・・第１筒部材
４１，４８，５３・・・第２筒部材
４２，４９，５４・・・第３筒部材
４４，５６・・・基台
４５・・・キャップ部材
５５・・・第４筒部材
５７・・・天板
５８・・・固定台
５９，６７，７７・・・階段昇降ロボット
６１，６９・・・ベース部材
６２・・・スラストベアリング
６３，７６・・・車輪
６４・・・車輪支持部材
６５，７４，８０・・・車輪駆動用の電動モータ
６６・・・階段
７０，７８・・・車体
７１，７９・・・支持部材
７２・・・回転部材
７３・・・プーリ
７５・・・ベルト
８１・・・オムニホイール
８２・・・球体ホイール
８３，８４，８５，８８、９２，９５，９６・・・２つの軸部材を抽出したときの直動伸縮機構
８７・・・ストッパ用治具
９１・・・未加工の円柱部分
９３・・・軸部材の内周表面を構成する平滑部分
９４・・・凹部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【手続補正書】
【提出日】2022-12-23
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0020】
本発明の実施形態による直動伸縮機構は、一方の軸部材の外周表面及び他方の軸部材の内周表面にそれぞれ形成される雄ねじ及び雌ねじにおいて、一方の軸部材の縮小方向側に位置する先端部及び前記他方の軸部材の伸張方向側に位置する先端部の各部にそれぞれ形成されるねじのピッチ幅の関係又はそれぞれの部分の構造と形状を特定することにより、コンパクトな構成と構造で軸部材間の相対移動による伸縮伸縮移動を円滑に行うことができる。さらに、雄ねじ形成部を有する外周表面と雌めじ形成部を有する内周表面とのねじ螺合、並びに前記の外周表面及び内周表面にそれぞれ形成される平滑部分同士による嵌合、の少なくともいずれかが軸長手方向の複数箇所で広範囲にわたって行われるため、円滑な伸縮とともに、直動伸縮機構の堅牢性の向上を図ることができる。それにより、地表又は装置水平面に対して垂直の縦方向だけでなく、平行方向及び斜め方向に対しても高精度の位置調整を行うことができるという利点を有することから、伸縮方向を自在に選択できるアジャスタ及びロボットアームへ適用を拡大することができる。
【手続補正書】
【提出日】2023-03-28
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
一方の軸部材を他方の軸部材の内部で軸線方向に移動可能となるように互いに隣接させた形で螺着し、これら軸部材間の相対移動による伸縮を自在に行うため、少なくとも前記軸部材が２段以上で組まれる複数の直動伸縮機構であって、
前記一方の軸部材は、ピッチ幅が異なる雄ねじが軸方向に２以上の領域で形成される外周表面を有し、かつ、
前記他方の軸部材は、ピッチ幅が異なる雌ねじが軸方向に２以上の領域で形成される内周表面、又は雌ねじが形成される部分と、前記一方の軸部材の外周表面において軸方向の一つの領域に形成される雄ねじと螺合するように複数の凹部が形成される平滑部分とを軸方向に直列に備える内周表面を有しており、
前記一方の軸部材において一方の先端縁部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される前記雄ねじのピッチ幅をＸ１とし、前記他方の軸部材において前記一方の軸部材の一方の先端縁部とは反対側に位置する先端縁部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される前記雌ねじのピッチ幅をＹ１とするとき、それぞれのピッチ幅をＸ１＞Ｙ１の条件を満たすように形成することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記一方の軸部材の外周表面に形成される前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記他方の軸部材の内周表面に形成される前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、
前記雄ねじの回転が前記雌ねじで拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする直動伸縮機構。
前記一方の軸部材は、ピッチ幅が異なる雄ねじが軸方向に２以上の領域で形成される外周表面を有し、かつ、
前記他方の軸部材は、ピッチ幅が異なる雌ねじが軸方向に２以上の領域で形成される内周表面、又は雌ねじが形成される部分と、前記一方の軸部材の外周表面において軸方向の一つの領域に形成される雄ねじと螺合するように複数の凹部が形成される平滑部分とを軸方向に直列に備える内周表面を有しており、
前記一方の軸部材において一方の先端縁部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される前記雄ねじのピッチ幅をＸ１とし、前記他方の軸部材において前記一方の軸部材の一方の先端縁部とは反対側に位置する先端縁部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される前記雌ねじのピッチ幅をＹ１とするとき、それぞれのピッチ幅をＸ１＞Ｙ１の条件を満たすように形成することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記一方の軸部材の外周表面に形成される前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記他方の軸部材の内周表面に形成される前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、
前記雄ねじの回転が前記雌ねじで拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする直動伸縮機構。
【請求項2】
前記一方の軸部材において前記ピッチ幅Ｘ１より狭いピッチ幅Ｘ２を有する雄ねじが、前記一方の先端縁部とは反対側に位置する他方の先端縁部から軸方向中央部に向けて所望の長さで形成される外周表面と
前記他方の軸部材面において前記ピッチ幅Ｙ１より広いピッチ幅Ｙ２を有する雌ねじが、前記一方の軸部材の一方の先端縁部とは同じ側に位置する先端縁部から軸方向中央部に向けて所望の長さで形成される内周表面と、を有しており、
前記ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１及びＹ２が、Ｘ２≦Ｙ１＜Ｘ１≦Ｙ２の条件を満たすように形成されることにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、前記雄ネジの回転が前記雌ネジに拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して、前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする請求項１に記載の直動伸縮機構。
前記他方の軸部材面において前記ピッチ幅Ｙ１より広いピッチ幅Ｙ２を有する雌ねじが、前記一方の軸部材の一方の先端縁部とは同じ側に位置する先端縁部から軸方向中央部に向けて所望の長さで形成される内周表面と、を有しており、
前記ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１及びＹ２が、Ｘ２≦Ｙ１＜Ｘ１≦Ｙ２の条件を満たすように形成されることにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、前記雄ネジの回転が前記雌ネジに拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して、前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする請求項１に記載の直動伸縮機構。
【請求項3】
前記ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１、Ｙ２が、２～４のいずれかの整数とするｎにおいて、Ｘ２＝Ｙ１＜Ｘ１＝Ｙ２及びＸ２＝（Ｘ１／ｎ）の条件を満たし、かつ、前記ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１、Ｙ２をそれぞれ有する雄ねじ及び雌ねじのねじ山角度がすべて同じになるように形成されることにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、前記雄ねじの回転が前記雌ねじに拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする請求項２に記載の直動伸縮機構。
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、前記雄ねじの回転が前記雌ねじに拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする請求項２に記載の直動伸縮機構。
【請求項4】
前記ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１、Ｙ２が、２～４のいずれかの整数とするｎにおいて、Ｘ２＝Ｙ１＜Ｘ１＝Ｙ２及びＸ２＝（Ｘ１／ｎ）の条件を満たし、かつ、前記ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじにおいて前記ピッチ幅Ｙ２を有する雌ねじと干渉する部分に位置する雄ねじのねじ山を削除することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、
前記雄ねじの回転が前記雌ねじに拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする請求項２に記載の直動伸縮機構。
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、
前記雄ねじの回転が前記雌ねじに拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする請求項２に記載の直動伸縮機構。
【請求項5】
前記一方の軸部材の外周表面が、ピッチ幅Ｘ１を有する雄ネジの形成領域とピッチ幅Ｘ２を有する雄ねじの形成領域との間に、前記雄ねじが形成されない平滑部分の領域を有することを特徴とする請求項２に記載の直動伸縮機構。
【請求項6】
前記他方の軸部材の内周表面が、ピッチ幅Ｙ１を有する雌ねじの形成領域とピッチ幅Ｙ２を有する雌ねじの形成領域との間に、前記雌ねじが形成されない平滑部分の領域を有することを特徴とする請求項５に記載の直動伸縮機構。
【請求項7】
前記一方の軸部材は、ピッチ幅がそれぞれ異なる雄ねじが軸方向に２つの領域で形成される外周表面を有し、かつ、
前記他方の軸部材は、雌ねじが形成される部分と、前記一方の軸部材の外周表面において軸方向の一つの領域に形成される雄ねじと螺合するように複数の凹部が形成される平滑部分とを軸方向の直列に備える内周表面を有し、
前記一方の軸部材の一方の先端縁部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される前記雄ねじのピッチ幅をＸ１とし、前記一方の軸方向の一方の先端縁部とは反対側に位置する他方の先端縁部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される前記雌ねじのピッチ幅Ｙ１とするとき、それぞれのピッチ幅をＸ１＞Ｙ１の条件を満たすように形成するとともに、
前記他方の軸部材の内周表面において前記平滑部分には、前記ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじの先端部と螺合する雌ねじとしての役割を担うように、前記雄ねじの先端部と同じ形状を有する複数の凹部を前記Ｘ１と同じピッチ幅で規則的に形成することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記一方の軸部材の外周表面に形成される前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記他方の軸部材の内周表面に形成される前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、
前記雄ねじの回転が前記雌ねじで拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする請求項１に記載の直動伸縮機構。
前記他方の軸部材は、雌ねじが形成される部分と、前記一方の軸部材の外周表面において軸方向の一つの領域に形成される雄ねじと螺合するように複数の凹部が形成される平滑部分とを軸方向の直列に備える内周表面を有し、
前記一方の軸部材の一方の先端縁部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される前記雄ねじのピッチ幅をＸ１とし、前記一方の軸方向の一方の先端縁部とは反対側に位置する他方の先端縁部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される前記雌ねじのピッチ幅Ｙ１とするとき、それぞれのピッチ幅をＸ１＞Ｙ１の条件を満たすように形成するとともに、
前記他方の軸部材の内周表面において前記平滑部分には、前記ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじの先端部と螺合する雌ねじとしての役割を担うように、前記雄ねじの先端部と同じ形状を有する複数の凹部を前記Ｘ１と同じピッチ幅で規則的に形成することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記一方の軸部材の外周表面に形成される前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記他方の軸部材の内周表面に形成される前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、
前記雄ねじの回転が前記雌ねじで拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする請求項１に記載の直動伸縮機構。
【請求項8】
前記複数の直動伸縮機構が、
最前段又は最上段の位置に配置され、外周表面に雄ねじが形成される前記軸部材Ｌと、
最前段及び最後段の間、又は最上段及び最下段の間の段に配置され、外周及び内周にそれぞれ雄ねじと雌ねじとが形成される軸部材Ｍの１または２以上と、
最後段又は最下段の位置に配置され、内周表面に雌ねじが形成される前記軸部材Ｎと、
の３段以上の軸部材を有し、
前記軸部材Ｌ、Ｍ及びＮにおいて、前記一方の軸部材に相当する軸部材Ｌ及びＭの外周表面には、前記ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじが、前記軸部材Ｌ及びＭの一方の先端縁部から軸方向中央部に向けて所望の長さで形成されるとともに、
前記他方の軸部材に相当する軸部材Ｍ及びＮの内周表面には、前記ピッチ幅Ｙ１を有する雌ねじが、前記軸部材Ｍ及びＮにおいて前記軸部材Ｌ及びＭの一方の先端縁部とは反対側に位置する先端縁部から各軸部材の軸方向中央部に向けて所望の長さで形成されており、
前記Ｘ１及びＹ１を、前記一方の軸部材及び前記他方の軸部材との位置関係においてＸ１＞Ｙ１の条件を満たすようにそれぞれ独立に形成することにより、
前記軸部材Ｌ、Ｍ及びＮにおいて、前記軸部材Ｌが前記軸部材Ｍの内部で螺着回転しながら伸張するのに伴い、前記軸部材Ｌの外周雄ねじが前記軸部材Ｍの内周雌ねじと当接し、引き続き、前記軸部材Ｍの外周雄ねじが前記軸部材Ｎの内周雌ねじと当接するとき、前記雄ねじの回転が順次、雌ねじに拘束され、該拘束によって、
前記軸部材Ｍが１つである場合は、前記軸部材Ｌの回転が、前記軸部材Ｍとの同期的な回転から前記軸部材Ｎとの同期的な連動回転へ転換され、また、
前記軸部材Ｍが２以上である場合は、前記軸部材Ｍの設置段数に応じて、前記軸部材Ｌの回転が、前記軸部材Ｍとの同期的な連動回転、前記軸部材Ｍから隣接する他の軸部材Ｍとの同期的な連動回転の繰り返し、及び前記別の軸部材Ｍに隣接する前記軸部材Ｎとの同期的な連動回転へ、それぞれ順に転換されることを特徴とする請求項１に記載の直動伸縮機構。
最前段又は最上段の位置に配置され、外周表面に雄ねじが形成される前記軸部材Ｌと、
最前段及び最後段の間、又は最上段及び最下段の間の段に配置され、外周及び内周にそれぞれ雄ねじと雌ねじとが形成される軸部材Ｍの１または２以上と、
最後段又は最下段の位置に配置され、内周表面に雌ねじが形成される前記軸部材Ｎと、
の３段以上の軸部材を有し、
前記軸部材Ｌ、Ｍ及びＮにおいて、前記一方の軸部材に相当する軸部材Ｌ及びＭの外周表面には、前記ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじが、前記軸部材Ｌ及びＭの一方の先端縁部から軸方向中央部に向けて所望の長さで形成されるとともに、
前記他方の軸部材に相当する軸部材Ｍ及びＮの内周表面には、前記ピッチ幅Ｙ１を有する雌ねじが、前記軸部材Ｍ及びＮにおいて前記軸部材Ｌ及びＭの一方の先端縁部とは反対側に位置する先端縁部から各軸部材の軸方向中央部に向けて所望の長さで形成されており、
前記Ｘ１及びＹ１を、前記一方の軸部材及び前記他方の軸部材との位置関係においてＸ１＞Ｙ１の条件を満たすようにそれぞれ独立に形成することにより、
前記軸部材Ｌ、Ｍ及びＮにおいて、前記軸部材Ｌが前記軸部材Ｍの内部で螺着回転しながら伸張するのに伴い、前記軸部材Ｌの外周雄ねじが前記軸部材Ｍの内周雌ねじと当接し、引き続き、前記軸部材Ｍの外周雄ねじが前記軸部材Ｎの内周雌ねじと当接するとき、前記雄ねじの回転が順次、雌ねじに拘束され、該拘束によって、
前記軸部材Ｍが１つである場合は、前記軸部材Ｌの回転が、前記軸部材Ｍとの同期的な回転から前記軸部材Ｎとの同期的な連動回転へ転換され、また、
前記軸部材Ｍが２以上である場合は、前記軸部材Ｍの設置段数に応じて、前記軸部材Ｌの回転が、前記軸部材Ｍとの同期的な連動回転、前記軸部材Ｍから隣接する他の軸部材Ｍとの同期的な連動回転の繰り返し、及び前記別の軸部材Ｍに隣接する前記軸部材Ｎとの同期的な連動回転へ、それぞれ順に転換されることを特徴とする請求項１に記載の直動伸縮機構。
【請求項9】
前記一方の軸部材の伸張方向側に位置する先端部には、前記一方の軸部材を縮小させるとき、前記一方の軸部材の縮小方向への移動を前記他方の軸部材の伸長方向側の先端縁部で停止させるためのストッパが形成されており、
前記ストッパが、前記一方の軸部材の外周表面において伸張方向側に位置する先端縁部から伸長側に向けて所定の長さで形成され、前記雌ねじのピッチ幅Ｙ１よりも大きなピッチ幅を有する雄ねじ、及び、前記ピッチ幅Ｙ１で形成される雌ねじの呼び径を超える直径又は長さを有し、前記一方の軸部材の伸長方向側の先端部に接続又は接合されるフランジ部又はキャップ部材、の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載の直動伸縮機構。
前記ストッパが、前記一方の軸部材の外周表面において伸張方向側に位置する先端縁部から伸長側に向けて所定の長さで形成され、前記雌ねじのピッチ幅Ｙ１よりも大きなピッチ幅を有する雄ねじ、及び、前記ピッチ幅Ｙ１で形成される雌ねじの呼び径を超える直径又は長さを有し、前記一方の軸部材の伸長方向側の先端部に接続又は接合されるフランジ部又はキャップ部材、の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載の直動伸縮機構。
【請求項10】
請求項９に記載の直動伸縮機構と、
前記直動伸縮機構において組み込まれる複数の軸部材の中で、最も内側に配置される軸部材を回転駆動させるための回転モータと、を有することを特徴とするアジャスタ。
前記直動伸縮機構において組み込まれる複数の軸部材の中で、最も内側に配置される軸部材を回転駆動させるための回転モータと、を有することを特徴とするアジャスタ。
【請求項11】
請求項９に記載の直動伸縮機構と、
前記直動伸縮機構において組み込まれる複数の軸部材の中で、最も内側に配置される軸部材を回転駆動させるための回転モータと、
前記直動伸縮機構と入れ子式又は直列式に組み合わされる円筒状又は角筒状の筒部材の２以上を備える多段筒部材で組まれる直動伸縮機構と、を有し、
前記筒部材のそれぞれは、ねじ溝が形成されていない内外周表面、及び前記筒部材の直動をそれぞれ独立に止めるためのフランジ部又は留め具が形成される両端部を備えており、前記多段筒部材で組まれる直動伸縮機構において最近接の筒部材を基台に固定することにより、
前記回転モータの駆動による前記直動伸縮機構の伸縮に伴って前記多段筒部材で組まれる直動伸縮機構の伸縮を行うことを特徴とするアジャスタ。
前記直動伸縮機構において組み込まれる複数の軸部材の中で、最も内側に配置される軸部材を回転駆動させるための回転モータと、
前記直動伸縮機構と入れ子式又は直列式に組み合わされる円筒状又は角筒状の筒部材の２以上を備える多段筒部材で組まれる直動伸縮機構と、を有し、
前記筒部材のそれぞれは、ねじ溝が形成されていない内外周表面、及び前記筒部材の直動をそれぞれ独立に止めるためのフランジ部又は留め具が形成される両端部を備えており、前記多段筒部材で組まれる直動伸縮機構において最近接の筒部材を基台に固定することにより、
前記回転モータの駆動による前記直動伸縮機構の伸縮に伴って前記多段筒部材で組まれる直動伸縮機構の伸縮を行うことを特徴とするアジャスタ。
【請求項12】
請求項９に記載の直動伸縮機構の３以上と、
前記直動伸縮機構の３以上を独立して駆動するように前記直動伸縮機構のそれぞれに装着される回転モータと、
前記直動伸縮機構の３以上をそれぞれ異なる位置に装着するベース部材と、
前記直動伸縮機構のそれぞれにおいて最も内側に位置する軸部材に装着されるスラストベアリングと、
前記直動伸縮機構を駆動するための回転モータとは別の回転モータによって駆動し、前記直動伸縮機構及び前記ベース部材の荷重を支えながら前記ベース部材の水平面と並行な方向に沿って移動するように前記直動伸縮機構の下方の位置に装着される車輪とを有し、
前記車輪が前記スラストベアリングと直接的又は間接的に接続された形で装着されることを特徴とする階段昇降ロボット。
前記直動伸縮機構の３以上を独立して駆動するように前記直動伸縮機構のそれぞれに装着される回転モータと、
前記直動伸縮機構の３以上をそれぞれ異なる位置に装着するベース部材と、
前記直動伸縮機構のそれぞれにおいて最も内側に位置する軸部材に装着されるスラストベアリングと、
前記直動伸縮機構を駆動するための回転モータとは別の回転モータによって駆動し、前記直動伸縮機構及び前記ベース部材の荷重を支えながら前記ベース部材の水平面と並行な方向に沿って移動するように前記直動伸縮機構の下方の位置に装着される車輪とを有し、
前記車輪が前記スラストベアリングと直接的又は間接的に接続された形で装着されることを特徴とする階段昇降ロボット。
【請求項13】
請求項９に記載の直動伸縮機構の３以上と、
前記直動伸縮機構の３以上を独立して駆動するように前記直動伸縮機構のそれぞれに装着される回転モータと、
前記直動伸縮機構の３以上をそれぞれ異なる位置に装着するベース部材と、
前記直動伸縮機構を駆動するための回転モータとは別の回転モータによって駆動し、前記直動伸縮機構及び前記ベース部材の荷重を支えながら前記ベース部材の水平方向と並行に移動するように前記直動伸縮機構の下方の位置に装着される車輪とを有し、
前記車輪が、全方向車輪から構成され、かつ、前記直動伸縮機構のそれぞれにおいて最も内側に位置する軸部材の先端と直接的又は間接的に接続された形で装着されることを特徴とする階段昇降ロボット。
前記直動伸縮機構の３以上を独立して駆動するように前記直動伸縮機構のそれぞれに装着される回転モータと、
前記直動伸縮機構の３以上をそれぞれ異なる位置に装着するベース部材と、
前記直動伸縮機構を駆動するための回転モータとは別の回転モータによって駆動し、前記直動伸縮機構及び前記ベース部材の荷重を支えながら前記ベース部材の水平方向と並行に移動するように前記直動伸縮機構の下方の位置に装着される車輪とを有し、
前記車輪が、全方向車輪から構成され、かつ、前記直動伸縮機構のそれぞれにおいて最も内側に位置する軸部材の先端と直接的又は間接的に接続された形で装着されることを特徴とする階段昇降ロボット。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0019】
すなわち、本発明の構成は以下の通りである。
［１］本発明は、一方の軸部材を他方の軸部材の内部で軸線方向に移動可能となるように互いに隣接させた形で螺着し、これら軸部材間の相対移動による伸縮を自在に行うため、少なくとも前記軸部材が２段以上で組まれる複数の直動伸縮機構であって、
前記一方の軸部材は、ピッチ幅が異なる雄ねじが軸方向に２以上の領域で形成される外周表面を有し、かつ、
前記他方の軸部材は、ピッチ幅が異なる雌ねじが軸方向に２以上の領域で形成される内周表面、又は雌ねじが形成される部分と、前記一方の軸部材の外周表面において軸方向の一つの領域に形成される雄ねじと螺合するように複数の凹部が形成される平滑部分とを軸方向に直列に備える内周表面を有しており、
前記一方の軸部材において一方の先端縁部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される前記雄ねじのピッチ幅をＸ１とし、前記他方の軸部材において前記一方の軸部材の一方の先端縁部とは反対側に位置する先端縁部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される前記雌ねじのピッチ幅をＹ１とするとき、それぞれのピッチ幅をＸ１＞Ｙ１の条件を満たすように形成することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記一方の軸部材の外周表面に形成される前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記他方の軸部材の内周表面に形成される前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、
前記雄ねじの回転が前記雌ねじで拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする直動伸縮機構を提供する。
［２］本発明は、前記一方の軸部材において、前記ピッチ幅Ｘ１より狭いピッチ幅Ｘ２を有する雄ねじが、前記一方の先端縁部とは反対側に位置する他方の先端縁部から軸方向中央部に向けて所望の長さで形成される外周表面と、
前記他方の軸部材面において、前記ピッチ幅Ｙ１より広いピッチ幅Ｙ２を有する雌ねじが、前記一方の軸部材の一方の先端縁部とは同じ側に位置する先端縁部から軸方向中央部に向けて所望の長さで形成される内周表面と、を有しており、
前記ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１及びＹ２が、Ｘ２≦Ｙ１＜Ｘ１≦Ｙ２の条件を満たすように形成されることにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、前記雄ネジの回転が前記雌ネジに拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して、前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする請求項１に記載の直動伸縮機構を提供する。
［３］本発明は、前記ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１、Ｙ２が、２～４のいずれかの整数とするｎにおいて、Ｘ２＝Ｙ１＜Ｘ１＝Ｙ２及びＸ２＝（Ｘ１／ｎ）の条件を満たし、かつ、前記ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１、Ｙ２をそれぞれ有する雄ねじ及び雌ねじのねじ山角度がすべて同じになるように形成されることにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら伸張するのに伴い、前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、前記雄ねじの回転が前記雌ねじに拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする前記［２］に記載の直動伸縮機構を提供する。
［４］本発明は、前記ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１、Ｙ２が、２～４のいずれかの整数とするｎにおいて、Ｘ２＝Ｙ１＜Ｘ１＝Ｙ２及びＸ２＝（Ｘ１／ｎ）の条件を満たし、かつ、前記ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじが前記ピッチ幅Ｙ２を有する雌ねじと干渉する部分に位置する前記雄ねじのねじ山を削除することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら伸張するのに伴い、前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、
前記雄ねじの回転が前記雌ねじに拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする前記［２］に記載の直動伸縮機構を提供する。
［５］本発明は、前記一方の軸部材の外周表面が、ピッチ幅Ｘ１を有する雄ネジの形成領域とピッチ幅Ｘ２を有する雄ねじの形成領域との間に、前記雄ねじが形成されない平滑部分の領域を有することを特徴とする前記［２］に記載の直動伸縮機構を提供する。
［６］本発明は、前記他方の軸部材の内周表面が、ピッチ幅Ｙ１を有するの雌ねじの形成領域とピッチ幅Ｙ２を有する雌ねじの形成領域との間に、前記雌ねじが形成されない平滑部分の領域を有することを特徴とする前記［５］に記載の直動伸縮機構を提供する。
［７］本発明は、前記一方の軸部材において、ピッチ幅がそれぞれ異なる雄ねじが軸方向に２つの領域で形成される外周表面を有し、かつ、
前記他方の軸部材は、雌ねじが形成される部分と、前記一方の軸部材の外周表面において軸方向の一つの領域に形成される雄ねじと螺合するように複数の凹部が形成される平滑部分とを軸方向の直列に備える内周表面を有し、
前記一方の軸部材の一方の先端縁部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される前記雄ねじのピッチ幅をＸ１とし、前記一方の軸方向の一方の先端縁部とは反対側に位置する他方の先端縁部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される前記雌ねじのピッチ幅Ｙ１とするとき、それぞれのピッチ幅をＸ１＞Ｙ１の条件を満たすように形成するとともに、
前記他方の軸部材の内周表面において前記平滑部分には、前記ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじの先端部と螺合する雌ねじとしての役割を担うように、前記雄ねじの先端部と同じ形状を有する複数の凹部を前記Ｘ１と同じピッチ幅で規則的に形成することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記一方の軸部材の外周表面に形成される前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記他方の軸部材の内周表面に形成される前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、
前記雄ねじの回転が前記雌ねじで拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする前記［１］に記載の直動伸縮機構を提供する。
［８］本発明は、前記複数の直動伸縮機構が、
最前段又は最上段の位置に配置され、外周表面に雄ねじが形成される前記軸部材Ｌと、
最前段及び最後段の間、又は最上段及び最下段の間の段に配置され、外周及び内周にそれぞれ雄ねじと雌ねじとが形成される軸部材Ｍの１または２以上と、
最後段又は最下段の位置に配置され、内周表面に雌ねじが形成される前記軸部材Ｎと、
の３段以上の軸部材を有し、
前記軸部材Ｌ、Ｍ及びＮにおいて、前記一方の軸部材に相当する軸部材Ｌ及びＭの外周表面には、前記ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじが、前記軸部材Ｌ及びＭの一方の先端縁部から軸方向中央部に向けて所望の長さで形成されるとともに、
前記他方の軸部材に相当する軸部材Ｍ及びＮの内周表面には、前記ピッチ幅Ｙ１を有する雌ねじが、前記軸部材Ｍ及びＮにおいて前記軸部材Ｌ及びＭの一方の先端縁部とは反対側に位置する先端縁部から各軸部材の軸方向中央部に向けて所望の長さで形成されており、
前記Ｘ１及びＹ１を、前記一方の軸部材及び前記他方の軸部材との位置関係においてＸ１＞Ｙ１の条件を満たすようにそれぞれ独立に形成することにより、
前記軸部材Ｌ、Ｍ及びＮにおいて、前記軸部材Ｌが前記軸部材Ｍの内部で螺着回転しながら伸張するのに伴い、前記軸部材Ｌの外周雄ねじが前記軸部材Ｍの内周雌ねじと当接し、引き続き、前記軸部材Ｍの外周雄ねじが前記軸部材Ｎの内周雌ねじと当接するとき、前記雄ねじの回転が順次、雌ねじに拘束され、該拘束によって、
前記軸部材Ｍが１つである場合は、前記軸部材Ｌの回転が、前記軸部材Ｍとの同期的な回転から前記軸部材Ｎとの同期的な連動回転へ転換され、また、
前記軸部材Ｍが２以上である場合は、前記軸部材Ｍの設置段数に応じて、前記軸部材Ｌの回転が、前記軸部材Ｍとの同期的な連動回転、前記軸部材Ｍから隣接する他の軸部材Ｍとの同期的な連動回転の繰り返し、及び前記別の軸部材Ｍに隣接する前記軸部材Ｎとの同期的な連動回転へ、それぞれ順に転換されることを特徴とする前記［１］に記載の直動伸縮機構を提供する。
［９］本発明は、前記一方の軸部材の伸張方向側に位置する先端部には、前記一方の軸部材を縮小させるとき、前記一方の軸部材の縮小方向への移動を前記他方の軸部材の伸長方向側の先端縁部で停止させるためのストッパが形成されており、
前記ストッパが、前記一方の軸部材の外周表面において伸張方向側に位置する先端縁部から伸長側に向けて所定の長さで形成され、前記雌ねじのピッチ幅Ｙ１よりも大きなピッチ幅を有する雄ねじ、及び、前記ピッチ幅Ｙ１で形成される雌ねじの呼び径を超える直径又は長さを有し、前記一方の軸部材の伸長方向側の先端部に接続又は接合されるフランジ部又はキャップ部材、の少なくともいずれかであることを特徴とする前記［１］～［８］のいずれか一項に記載の直動伸縮機構を提供する。
［１０］本発明は、前記［９］に記載の直動伸縮機構と、前記直動伸縮機構において組み込まれる複数の軸部材の中で、最も内側に配置される軸部材を回転駆動させるための回転モータと、を有することを特徴とするアジャスタを提供する。
［１１］本発明は、前記［９］に記載の直動伸縮機構と、
前記直動伸縮機構において組み込まれる複数の軸部材の中で、最も内側に配置される軸部材を回転駆動させるための回転モータと、
前記直動伸縮機構と入れ子式又は直列式に組み合わされる円筒状又は角筒状の筒部材の２以上を備える多段筒部材で組まれる直動伸縮機構と、を有し、
前記筒部材のそれぞれは、ねじ溝が形成されていない内外周表面、及び前記筒部材の直動をそれぞれ独立に止めるためのフランジ部又は留め具が形成される両端部を備えており、前記多段筒部材で組まれる直動伸縮機構において最近接の筒部材を基台に固定することにより、
前記回転モータの駆動による前記直動伸縮機構の伸縮に伴って前記多段筒部材で組まれる直動伸縮機構の伸縮を行うことを特徴とするアジャスタを提供する。
［１２］本発明は、前記［９］に記載の直動伸縮機構の３以上と、
前記直動伸縮機構の３以上を独立して駆動するように前記直動伸縮機構のそれぞれに装着される回転モータと、
前記直動伸縮機構の３以上をそれぞれ異なる位置に装着するベース部材と、
前記直動伸縮機構のそれぞれにおいて最も内側に位置する軸部材に装着されるスラストベアリングと、
前記直動伸縮機構を駆動するための回転モータとは別の回転モータによって駆動し、前記直動伸縮機構及び前記ベース部材の荷重を支えながら前記ベース部材の水平面と並行な方向に沿って移動するように前記直動伸縮機構の下方の位置に装着される車輪とを有し、
前記車輪が前記スラストベアリングと直接的又は間接的に接続された形で装着されることを特徴とする階段昇降ロボットを提供する。
［１３］本発明は、前記［９］に記載の直動伸縮機構の３以上と、
前記直動伸縮機構の３以上を独立して駆動するように前記直動伸縮機構のそれぞれに装着される回転モータと、
前記直動伸縮機構の３以上をそれぞれ異なる位置に装着するベース部材と、
前記直動伸縮機構を駆動するための回転モータとは別の回転モータによって駆動し、前記直動伸縮機構及び前記ベース部材の荷重を支えながら前記ベース部材の水平方向と並行に移動するように前記直動伸縮機構の下方の位置に装着される車輪とを有し、
前記車輪が、全方向車輪から構成され、かつ、前記直動伸縮機構のそれぞれにおいて最も内側に位置する軸部材の先端と直接的又は間接的に接続された形で装着されることを特徴とする階段昇降ロボットを提供する。
［発明の効果］
［１］本発明は、一方の軸部材を他方の軸部材の内部で軸線方向に移動可能となるように互いに隣接させた形で螺着し、これら軸部材間の相対移動による伸縮を自在に行うため、少なくとも前記軸部材が２段以上で組まれる複数の直動伸縮機構であって、
前記一方の軸部材は、ピッチ幅が異なる雄ねじが軸方向に２以上の領域で形成される外周表面を有し、かつ、
前記他方の軸部材は、ピッチ幅が異なる雌ねじが軸方向に２以上の領域で形成される内周表面、又は雌ねじが形成される部分と、前記一方の軸部材の外周表面において軸方向の一つの領域に形成される雄ねじと螺合するように複数の凹部が形成される平滑部分とを軸方向に直列に備える内周表面を有しており、
前記一方の軸部材において一方の先端縁部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される前記雄ねじのピッチ幅をＸ１とし、前記他方の軸部材において前記一方の軸部材の一方の先端縁部とは反対側に位置する先端縁部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される前記雌ねじのピッチ幅をＹ１とするとき、それぞれのピッチ幅をＸ１＞Ｙ１の条件を満たすように形成することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記一方の軸部材の外周表面に形成される前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記他方の軸部材の内周表面に形成される前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、
前記雄ねじの回転が前記雌ねじで拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする直動伸縮機構を提供する。
［２］本発明は、前記一方の軸部材において、前記ピッチ幅Ｘ１より狭いピッチ幅Ｘ２を有する雄ねじが、前記一方の先端縁部とは反対側に位置する他方の先端縁部から軸方向中央部に向けて所望の長さで形成される外周表面と、
前記他方の軸部材面において、前記ピッチ幅Ｙ１より広いピッチ幅Ｙ２を有する雌ねじが、前記一方の軸部材の一方の先端縁部とは同じ側に位置する先端縁部から軸方向中央部に向けて所望の長さで形成される内周表面と、を有しており、
前記ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１及びＹ２が、Ｘ２≦Ｙ１＜Ｘ１≦Ｙ２の条件を満たすように形成されることにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、前記雄ネジの回転が前記雌ネジに拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して、前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする請求項１に記載の直動伸縮機構を提供する。
［３］本発明は、前記ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１、Ｙ２が、２～４のいずれかの整数とするｎにおいて、Ｘ２＝Ｙ１＜Ｘ１＝Ｙ２及びＸ２＝（Ｘ１／ｎ）の条件を満たし、かつ、前記ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１、Ｙ２をそれぞれ有する雄ねじ及び雌ねじのねじ山角度がすべて同じになるように形成されることにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら伸張するのに伴い、前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、前記雄ねじの回転が前記雌ねじに拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする前記［２］に記載の直動伸縮機構を提供する。
［４］本発明は、前記ピッチ幅Ｘ１、Ｘ２及びＹ１、Ｙ２が、２～４のいずれかの整数とするｎにおいて、Ｘ２＝Ｙ１＜Ｘ１＝Ｙ２及びＸ２＝（Ｘ１／ｎ）の条件を満たし、かつ、前記ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじが前記ピッチ幅Ｙ２を有する雌ねじと干渉する部分に位置する前記雄ねじのねじ山を削除することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら伸張するのに伴い、前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、
前記雄ねじの回転が前記雌ねじに拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする前記［２］に記載の直動伸縮機構を提供する。
［５］本発明は、前記一方の軸部材の外周表面が、ピッチ幅Ｘ１を有する雄ネジの形成領域とピッチ幅Ｘ２を有する雄ねじの形成領域との間に、前記雄ねじが形成されない平滑部分の領域を有することを特徴とする前記［２］に記載の直動伸縮機構を提供する。
［６］本発明は、前記他方の軸部材の内周表面が、ピッチ幅Ｙ１を有するの雌ねじの形成領域とピッチ幅Ｙ２を有する雌ねじの形成領域との間に、前記雌ねじが形成されない平滑部分の領域を有することを特徴とする前記［５］に記載の直動伸縮機構を提供する。
［７］本発明は、前記一方の軸部材において、ピッチ幅がそれぞれ異なる雄ねじが軸方向に２つの領域で形成される外周表面を有し、かつ、
前記他方の軸部材は、雌ねじが形成される部分と、前記一方の軸部材の外周表面において軸方向の一つの領域に形成される雄ねじと螺合するように複数の凹部が形成される平滑部分とを軸方向の直列に備える内周表面を有し、
前記一方の軸部材の一方の先端縁部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される前記雄ねじのピッチ幅をＸ１とし、前記一方の軸方向の一方の先端縁部とは反対側に位置する他方の先端縁部から軸方向の中央部に向けて所望の長さで形成される前記雌ねじのピッチ幅Ｙ１とするとき、それぞれのピッチ幅をＸ１＞Ｙ１の条件を満たすように形成するとともに、
前記他方の軸部材の内周表面において前記平滑部分には、前記ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじの先端部と螺合する雌ねじとしての役割を担うように、前記雄ねじの先端部と同じ形状を有する複数の凹部を前記Ｘ１と同じピッチ幅で規則的に形成することにより、
前記一方の軸部材が前記他方の軸部材の内部で螺着回転しながら移動するのに伴い、前記一方の軸部材の外周表面に形成される前記ピッチ幅Ｘ１の雄ねじが、前記他方の軸部材の内周表面に形成される前記ピッチ幅Ｙ１の雌ねじに当接するとき、
前記雄ねじの回転が前記雌ねじで拘束され、前記一方の軸部材の回転に同期して前記他方の軸部材が連動回転することを特徴とする前記［１］に記載の直動伸縮機構を提供する。
［８］本発明は、前記複数の直動伸縮機構が、
最前段又は最上段の位置に配置され、外周表面に雄ねじが形成される前記軸部材Ｌと、
最前段及び最後段の間、又は最上段及び最下段の間の段に配置され、外周及び内周にそれぞれ雄ねじと雌ねじとが形成される軸部材Ｍの１または２以上と、
最後段又は最下段の位置に配置され、内周表面に雌ねじが形成される前記軸部材Ｎと、
の３段以上の軸部材を有し、
前記軸部材Ｌ、Ｍ及びＮにおいて、前記一方の軸部材に相当する軸部材Ｌ及びＭの外周表面には、前記ピッチ幅Ｘ１を有する雄ねじが、前記軸部材Ｌ及びＭの一方の先端縁部から軸方向中央部に向けて所望の長さで形成されるとともに、
前記他方の軸部材に相当する軸部材Ｍ及びＮの内周表面には、前記ピッチ幅Ｙ１を有する雌ねじが、前記軸部材Ｍ及びＮにおいて前記軸部材Ｌ及びＭの一方の先端縁部とは反対側に位置する先端縁部から各軸部材の軸方向中央部に向けて所望の長さで形成されており、
前記Ｘ１及びＹ１を、前記一方の軸部材及び前記他方の軸部材との位置関係においてＸ１＞Ｙ１の条件を満たすようにそれぞれ独立に形成することにより、
前記軸部材Ｌ、Ｍ及びＮにおいて、前記軸部材Ｌが前記軸部材Ｍの内部で螺着回転しながら伸張するのに伴い、前記軸部材Ｌの外周雄ねじが前記軸部材Ｍの内周雌ねじと当接し、引き続き、前記軸部材Ｍの外周雄ねじが前記軸部材Ｎの内周雌ねじと当接するとき、前記雄ねじの回転が順次、雌ねじに拘束され、該拘束によって、
前記軸部材Ｍが１つである場合は、前記軸部材Ｌの回転が、前記軸部材Ｍとの同期的な回転から前記軸部材Ｎとの同期的な連動回転へ転換され、また、
前記軸部材Ｍが２以上である場合は、前記軸部材Ｍの設置段数に応じて、前記軸部材Ｌの回転が、前記軸部材Ｍとの同期的な連動回転、前記軸部材Ｍから隣接する他の軸部材Ｍとの同期的な連動回転の繰り返し、及び前記別の軸部材Ｍに隣接する前記軸部材Ｎとの同期的な連動回転へ、それぞれ順に転換されることを特徴とする前記［１］に記載の直動伸縮機構を提供する。
［９］本発明は、前記一方の軸部材の伸張方向側に位置する先端部には、前記一方の軸部材を縮小させるとき、前記一方の軸部材の縮小方向への移動を前記他方の軸部材の伸長方向側の先端縁部で停止させるためのストッパが形成されており、
前記ストッパが、前記一方の軸部材の外周表面において伸張方向側に位置する先端縁部から伸長側に向けて所定の長さで形成され、前記雌ねじのピッチ幅Ｙ１よりも大きなピッチ幅を有する雄ねじ、及び、前記ピッチ幅Ｙ１で形成される雌ねじの呼び径を超える直径又は長さを有し、前記一方の軸部材の伸長方向側の先端部に接続又は接合されるフランジ部又はキャップ部材、の少なくともいずれかであることを特徴とする前記［１］～［８］のいずれか一項に記載の直動伸縮機構を提供する。
［１０］本発明は、前記［９］に記載の直動伸縮機構と、前記直動伸縮機構において組み込まれる複数の軸部材の中で、最も内側に配置される軸部材を回転駆動させるための回転モータと、を有することを特徴とするアジャスタを提供する。
［１１］本発明は、前記［９］に記載の直動伸縮機構と、
前記直動伸縮機構において組み込まれる複数の軸部材の中で、最も内側に配置される軸部材を回転駆動させるための回転モータと、
前記直動伸縮機構と入れ子式又は直列式に組み合わされる円筒状又は角筒状の筒部材の２以上を備える多段筒部材で組まれる直動伸縮機構と、を有し、
前記筒部材のそれぞれは、ねじ溝が形成されていない内外周表面、及び前記筒部材の直動をそれぞれ独立に止めるためのフランジ部又は留め具が形成される両端部を備えており、前記多段筒部材で組まれる直動伸縮機構において最近接の筒部材を基台に固定することにより、
前記回転モータの駆動による前記直動伸縮機構の伸縮に伴って前記多段筒部材で組まれる直動伸縮機構の伸縮を行うことを特徴とするアジャスタを提供する。
［１２］本発明は、前記［９］に記載の直動伸縮機構の３以上と、
前記直動伸縮機構の３以上を独立して駆動するように前記直動伸縮機構のそれぞれに装着される回転モータと、
前記直動伸縮機構の３以上をそれぞれ異なる位置に装着するベース部材と、
前記直動伸縮機構のそれぞれにおいて最も内側に位置する軸部材に装着されるスラストベアリングと、
前記直動伸縮機構を駆動するための回転モータとは別の回転モータによって駆動し、前記直動伸縮機構及び前記ベース部材の荷重を支えながら前記ベース部材の水平面と並行な方向に沿って移動するように前記直動伸縮機構の下方の位置に装着される車輪とを有し、
前記車輪が前記スラストベアリングと直接的又は間接的に接続された形で装着されることを特徴とする階段昇降ロボットを提供する。
［１３］本発明は、前記［９］に記載の直動伸縮機構の３以上と、
前記直動伸縮機構の３以上を独立して駆動するように前記直動伸縮機構のそれぞれに装着される回転モータと、
前記直動伸縮機構の３以上をそれぞれ異なる位置に装着するベース部材と、
前記直動伸縮機構を駆動するための回転モータとは別の回転モータによって駆動し、前記直動伸縮機構及び前記ベース部材の荷重を支えながら前記ベース部材の水平方向と並行に移動するように前記直動伸縮機構の下方の位置に装着される車輪とを有し、
前記車輪が、全方向車輪から構成され、かつ、前記直動伸縮機構のそれぞれにおいて最も内側に位置する軸部材の先端と直接的又は間接的に接続された形で装着されることを特徴とする階段昇降ロボットを提供する。
［発明の効果］