特許 7421795 衝撃緩和機構

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-17

(45)【発行日】2024-01-25

(54)【発明の名称】衝撃緩和機構

(51)【国際特許分類】

   F16F 7/00 20060101AFI20240118BHJP

【ＦＩ】

F16F7/00 A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020033991

(22)【出願日】2020-02-28

(65)【公開番号】P2021134911

(43)【公開日】2021-09-13

【審査請求日】2023-01-25

(73)【特許権者】

【識別番号】304021417

【氏名又は名称】国立大学法人東京工業大学

(74)【代理人】

【識別番号】100124257

【弁理士】

【氏名又は名称】生井 和平

(72)【発明者】

【氏名】岡田 昌史

(72)【発明者】

【氏名】黒須 寛明

【審査官】田村 佳孝

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－１３３４９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１１２４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２１０５７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０７２６９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２００８１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｆ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

接触面への接触時に対象物への衝撃を緩和するための衝撃緩和機構であって、該衝撃緩和機構は、
衝撃を緩和する対象物が配置され、接触面へ接触可能な対象物用脚部を有する緩衝対象部と、
前記緩衝対象部に対する衝撃の運動エネルギを受け渡すための錘と、対象物用脚部と略同時に接触面へ接触可能な長さを有する錘用脚部とを有するリング状の錘部と、
前記対象物用脚部及び錘用脚部の接触面への接触の前に接触面へ接触可能に配置されると共に、その長手方向が接触面への接触方向であるＺ軸に同軸に配置される初動脚部と、
前記初動脚部の接触面への接触時には初動脚部から緩衝対象部及び錘部への衝撃伝達率がゼロとなるように、且つ錘用脚部の接触面への接触時には錘部から緩衝対象部への衝撃伝達率がゼロとなるように、初動脚部に対してＺ軸方向の１自由度で移動可能に緩衝対象部と錘部とを連結する、構造的特異性を有するリンク機構を２つ以上有し、各リンク機構が、
Ｚ軸に垂直な軸を回転軸として回転可能に連結する第１回転対偶部を介して初動脚部に接続される第１リンク部と、
第１回転対偶部の回転軸に平行な軸を回転軸として回転可能に連結する第２回転対偶部を介して第１リンク部に接続されると共に、第１回転対偶部の回転軸に平行な軸を回転軸として回転可能に連結する第３回転対偶部を介して緩衝対象部に接続される第２リンク部と、
第１回転対偶部の回転軸に平行な軸を回転軸として回転可能に連結する第４回転対偶部を介して錘部に接続されると共に、第２回転対偶部の回転軸と同軸を回転軸として回転可能に連結する第５回転対偶部を介して第１リンク部及び第２リンク部に接続される第３リンク部と、
を具備すると共に、
前記初動脚部の接触面への接触時には、第１リンク部の長手方向がＺ軸に垂直且つ第１回転対偶部の回転軸に垂直な方向に平行に配置されると共に第２リンク部及び第３リンク部の長手方向の軸がそれぞれＺ軸に平行に配置され、
前記初動脚部の接触面への接触後、錘用脚部の接触面への接触前に、第１リンク部の初動脚部への接続部がリング状の錘部の内側を通過し、
前記錘用脚部の接触面への接触時には、第３リンク部の長手方向がＺ軸に垂直且つ第１回転対偶部の回転軸に垂直な方向に平行に配置されると共に第１リンク部及び第２リンク部の長手方向の軸が同軸となる、２つ以上のリンク機構と、
を具備することを特徴とする衝撃緩和機構。

【請求項2】

請求項１に記載の衝撃緩和機構において、前記各リンク機構は、初動脚部が接触面へ接触すると、接触方向に緩衝対象部よりも速く錘部が移動し、対象物用脚部と錘用脚部が略同時に接触面へ接触するように構成されることを特徴とする衝撃緩和機構。

【請求項3】

請求項１に記載の衝撃緩和機構において、前記リンク機構が２つの場合、それぞれの第１回転対偶部の回転軸同士が平行とならないように配置されることを特徴とする衝撃緩和機構。

【請求項4】

請求項１に記載の衝撃緩和機構において、前記リンク機構が３つ以上の場合、これらが初動脚部の長手方向の軸を中心に均等に配置されることを特徴とする衝撃緩和機構。

【請求項5】

請求項１乃至請求項４の何れかに記載の衝撃緩和機構において、前記初動脚部は、その先端に跳ね返り防止部材を有することを特徴とする衝撃緩和機構。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は衝撃緩和機構に関し、特に、接触面への接触時に対象物への衝撃を緩和するための衝撃緩和機構に関する。

【背景技術】

【0002】

宇宙機の着地やロボットの歩行時の着地や自動車の衝突時等、機械本体が接触面へ接触するときには、非接触状態から接触状態へと変化した瞬間に極めて大きな衝撃が発生する。このような極めて大きな瞬間的な衝撃を撃力という。この撃力が機械本体に伝わると、部品の破損等に繋がるため問題となっていた。したがって、機械本体に伝わる撃力を軽減する衝撃緩和機構が種々開発されている。

【0003】

衝撃緩和機構としては、ばねを使ったものやダンパを使ったもの、プロテクタやエアバッグを使ったもの等、種々のものが存在する。しかしながら、ばねやダンパ等を用いるものは、これらの質量により、衝突時に無限大の加速度が発生してしまうため、これが撃力となって機械本体に伝わっていた。

【0004】

このような撃力を軽減するために、例えば特許文献１には、ねじりに対する撃力を緩和するために構造的特異性を利用したゼロ剛性の可変剛性機構が開示されている。これは、例えばロボットの関節に組み込み、衝突した際の撃力の伝達を軽減するものである。この構造は、衝撃を受けた際には剛性がゼロであるため関節の回転軸の回転方向に変位するので撃力は伝達しない。そして、角度変異が大きくなるにつれて剛性が徐々に上昇して剛体として機能するものである。

【0005】

また、特許文献２にも、直線的な撃力を緩和するための構造的特異性を利用したゼロ剛性の緩衝機構が開示されている。これも、衝撃を受けた際には剛性がゼロであるため撃力に対しては柔らかさを発揮する。そして、撃力を受けた直線方向に変位するにつれて剛性が徐々に上昇して剛体として機能するものである。

【0006】

さらに、機械本体が接触面へ接触するときの衝撃を緩和させるためには、衝撃エネルギを散逸させる必要もある。例えば、運動量保存則を用いて、対象物への衝撃エネルギをダンパ質量の運動エネルギに変換することで対象物への衝撃エネルギを散逸する運動量交換型衝撃吸収ダンパ（Ｍｏｍｅｎｔｕｍ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｉｍｐａｃｔ Ｄａｍｐｅｒ：ＭＥＩＤ）が知られている（非特許文献１）。これは、衝突検知センサ等を用いて対象物が衝突する前に衝突方向に向かって対象物からダンパ質量を発射して対象物への衝撃エネルギを散逸させるものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２００８－２００８１９号公報

【文献】特開２０１０－１３３４９５号公報

【非特許文献】

【0008】

【文献】原進・三島直子・桑村航矢著「運動量交換を主体とした水平移動体の衝突リバウンド抑制制御」日本機械学会論文集、Ｖｏｌ．８３、Ｎｏ．８５５、２０１７年１１月２５日

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

特許文献１や特許文献２の構造の場合、撃力を緩和可能な構造であったが、衝撃エネルギを散逸させるためには粘性の大きい構造が必要となる。しかしながら、これは撃力を緩和させることと矛盾するものであった。したがって、撃力を緩和させつつ衝撃エネルギを散逸可能な衝撃緩和機構が望まれていた。

【0010】

また、非特許文献１の構造の場合、対象物が衝突する前にダンパ質量を発射する必要があるため、運動量交換には衝突検知センサ等を用いた制御が必要となる。このため、電気的制御が必要となり装置が複雑化、高価化してしまっていた。さらに、センサ不良等が発生すると衝撃吸収ダンパが働かなくなるおそれもあった。

【0011】

本発明は、斯かる実情に鑑み、撃力を低減すると共に衝撃エネルギを散逸可能な衝撃緩和機構を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上述した本発明の目的を達成するために、本発明による衝撃緩和機構は、衝撃を緩和する対象物が配置され、接触面へ接触可能な対象物用脚部を有する緩衝対象部と、緩衝対象部に対する衝撃の運動エネルギを受け渡すための錘と、対象物用脚部と略同時に接触面へ接触可能な長さを有する錘用脚部とを有する錘部と、対象物用脚部及び錘用脚部の接触面への接触の前に接触面へ接触可能に配置されると共に、その長手方向が接触面への接触方向であるＺ軸に同軸に配置される初動脚部と、初動脚部の接触面への接触時には初動脚部から緩衝対象部及び錘部への衝撃伝達率がゼロとなるように、且つ錘用脚部の接触面への接触時には錘部から緩衝対象部への衝撃伝達率がゼロとなるように、初動脚部に対してＺ軸方向の１自由度で移動可能に緩衝対象部と錘部とを連結する、構造的特異性を有するリンク機構と、を具備するものであれば良い。

【0013】

ここで、リンク機構は、初動脚部が接触面へ接触すると、接触方向に緩衝対象部よりも速く錘部が移動し、対象物用脚部と錘用脚部が略同時に接触面へ接触するように構成されれば良い。

【0014】

また、リンク機構は、Ｚ軸に垂直な軸を回転軸として回転可能に連結する第１回転対偶部を介して初動脚部に接続される第１リンク部と、第１回転対偶部の回転軸に平行な軸を回転軸として回転可能に連結する第２回転対偶部を介して第１リンク部に接続されると共に、第１回転対偶部の回転軸に平行な軸を回転軸として回転可能に連結する第３回転対偶部を介して緩衝対象部に接続される第２リンク部と、第１回転対偶部の回転軸に平行な軸を回転軸として回転可能に連結する第４回転対偶部を介して錘部に接続されると共に、第２回転対偶部の回転軸と同軸を回転軸として回転可能に連結する第５回転対偶部を介して第１リンク部及び第２リンク部に接続される第３リンク部と、を具備するものであれば良い。

【0015】

また、リンク機構は、初動脚部の接触面への接触時には、第１リンク部の長手方向がＺ軸に垂直且つ第１回転対偶部の回転軸に垂直な方向に平行に配置されると共に第２リンク部及び第３リンク部の長手方向の軸がそれぞれＺ軸に平行に配置され、錘用脚部の接触面への接触時には、第３リンク部の長手方向がＺ軸に垂直且つ第１回転対偶部の回転軸に垂直な方向に平行に配置されると共に第１リンク部及び第２リンク部の長手方向の軸が同軸となる、ものであれば良い。

【0016】

また、緩衝対象部及び錘部は、Ｚ軸方向にのみ移動可能に初動脚部に軸支されるものであれば良い。

【0017】

また、本発明の衝撃緩和機構は、リンク機構を２つ以上有するものであっても良い。

【0018】

ここで、リンク機構が２つの場合、それぞれの第１回転対偶部の回転軸同士が平行とならないように配置されるものであれば良い。

【0019】

また、リンク機構が３つ以上の場合、これらが初動脚部の長手方向の軸を中心に均等に配置されるものであれば良い。

【0020】

また、初動脚部は、その先端に跳ね返り防止部材を有するものであれば良い。

【発明の効果】

【0021】

本発明の衝撃緩和機構には、撃力を低減すると共に衝撃エネルギを散逸可能であるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】図１は、本発明の衝撃緩和機構を説明するための概略モデルの側面図である。

【図2】図２は、本発明の衝撃緩和機構が衝撃を受けた際の動きを説明するための概略モデルの側面図である。

【図3】図３は、本発明の衝撃緩和機構においてリンク機構を２つ用いた場合の２次元における概略モデルの側面図である。

【図4】図４は、本発明の衝撃緩和機構においてリンク機構を２つ用いた場合の３次元における概略モデルの斜視図である。

【図5】図５は、本発明の衝撃緩和機構においてリンク機構を３つ用いた場合の３次元における概略モデルの斜視図である。

【図6】図６は、本発明の衝撃緩和機構を垂直落下させた際の緩衝対象部と錘部の速度の時間変化を測定したグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明を実施するための形態を図示例と共に説明する。本発明の衝撃緩和機構は、接触面への接触時に対象物への衝撃を緩和するために用いられるものである。例えば、宇宙機の着地やロボットの歩行時の着地における脚部に本発明の衝撃緩和機構が設けられれば良い。また、自動車が衝突した際にエネルギを吸収するサイドメンバ等に用いられても良い。

【0024】

図１は、本発明の衝撃緩和機構を説明するための概略モデルの側面図である。図示の通り、本発明の衝撃緩和機構は、緩衝対象部１０と、錘部２０と、初動脚部３０と、リンク機構４０とから主に構成されている。なお、本明細書中では、図中、接触面への接触方向をＺ軸として説明する。

【0025】

緩衝対象部１０は、衝撃を緩和する対象物１１が配置されるものである。即ち、保護すべき機械本体にあたるものである。そして、緩衝対象部１０は、接触面へ接触可能な対象物用脚部１２を有している。対象物用脚部１２は、接触面への接触方向であるＺ軸方向に向いていれば良い。本発明の衝撃緩和機構は、最終的には対象物用脚部１２が接触面へ接触する際に対象物用脚部１２が受ける撃力を緩和させるものである。緩衝対象部１０は、例えば、対象物１１を載置可能な台座と、台座からＺ軸方向に延在する対象物用脚部１２とからなれば良い。

【0026】

錘部２０は、錘２１と、錘用脚部２２とを有するものである。錘２１は、緩衝対象部１０に対する衝撃の運動エネルギを受け渡すためのものである。即ち、運動量交換型衝撃吸収ダンパでいうダンパ質量にあたるものである。錘用脚部２２は、対象物用脚部１２と略同時に接触面へ接触可能な長さを有している。錘用脚部２２は、接触面への接触方向であるＺ軸方向に向いていれば良い。錘部２０は、例えば、所定の質量を有する錘２１と、錘２１からＺ軸方向に延在する錘用脚部２２とからなれば良い。なお、図示例では錘２１を別体として示したが、本発明はこれに限定されず、錘部の台座自体が所定の質量を有するものであっても良い。

【0027】

初動脚部３０は、接触面へ接触可能に配置されるものである。初動脚部３０の長手方向は、接触面への接触方向であるＺ軸に同軸に配置されれば良い。そして、初動脚部３０は、対象物用脚部１２及び錘用脚部２２の接触面への接触の前に接触面へ接触可能に配置されるものである。初動脚部３０は、運動量交換型衝撃吸収ダンパでいう衝突検知センサにあたるものである。本願発明では、初動脚部３０は、メカニカルセンサとして機能するものであり、その先端が、衝撃を受ける際に最初に接触面へ接触する部位である。

【0028】

リンク機構４０は、初動脚部３０に対してＺ軸方向の１自由度で移動可能に緩衝対象部１０と錘部２０とを連結するものである。そして、構造的特異性を有するものである。即ち、リンク機構４０は、まず、初動脚部３０の接触面への接触時には初動脚部３０から緩衝対象部１０及び錘部２０への衝撃伝達率がゼロとなるように構成されている。さらに、リンク機構４０は、錘用脚部２２の接触面への接触時には錘部２０から緩衝対象部１０への衝撃伝達率がゼロとなるように構成されている。このように、リンク機構４０は、初動脚部３０が接触面へ接触した際と、その後、錘用脚部２２が接触面へ接触した際の２度の場面で衝撃伝達率がゼロとなる構造的特異性を有している。

【0029】

このように動作させるために、図１に示される通り、本発明では、以下のような構成のリンク機構４０を用いて緩衝対象部１０と錘部２０とが連結されている。即ち、リンク機構４０は、具体的には、第１リンク部４１と、第２リンク部４２と、第３リンク部４３とからなる。第１リンク部４１は、Ｚ軸に垂直な軸を回転軸として回転可能に連結する第１回転対偶部４５を介して初動脚部３０に接続される。また、第２リンク部４２は、第１回転対偶部４５の回転軸に平行な軸を回転軸として回転可能に連結する第２回転対偶部４６を介して第１リンク部４１に接続されると共に、第１回転対偶部４５の回転軸に平行な軸を回転軸として回転可能に連結する第３回転対偶部４７を介して緩衝対象部１０に接続される。さらに、第３リンク部４３は、第１回転対偶部４５の回転軸に平行な軸を回転軸として回転可能に連結する第４回転対偶部４８を介して錘部２０に接続されると共に、第２回転対偶部４６の回転軸と同軸を回転軸として回転可能に連結する第５回転対偶部４９を介して第１リンク部４１及び第２リンク部４２に接続される。即ち、第２回転対偶部４６と第５回転対偶部４９は、２重の回転対偶である。

【0030】

このように、すべての回転対偶部の回転軸が平行となるように配置すれば良い。これにより、本発明の衝撃緩和機構を使用するときには、図面上奥行き方向への動きが拘束されるように２次元平面に配置すれば、緩衝対象部１０と錘部２０は、Ｚ軸方向の１自由度でのみ移動可能に構成されることになる。なお、図示例では、緩衝対象部１０と錘部２０については、初動脚部３０に対して直線運動するように、直動対偶３１，３２を用いて初動脚部３０に接続されている。

【0031】

ここで、第１リンク部４１と、第２リンク部４２と、第３リンク部４３の長さは、初動脚部３０が接触面へ接触した際と、その後、錘用脚部２２が接触面へ接触した際の２度の場面で衝撃伝達率がゼロとなる構造的特異性を有するように、以下のように設定されれば良い。まず、初動脚部３０から第１回転対偶部４５までの長さをｌ_０とし、初動脚部３０から第４回転対偶部４８までの長さ（錘部２０の水平方向の長さ）をｌ_１とし、第１リンク部４１の長さをｌ_２とし、初動脚部３０から第３回転対偶部４７までの長さ（緩衝対象部１０の水平方向の長さ）をｌ_３とし、第２リンク部４２の長さをｌ_４とし、第３リンク部４３の長さをｌ_５とする。このとき、ｌ_１＝ｌ_３＝ｌ_０＋ｌ_２の関係が成り立つと共に、ｌ_２：ｌ_５＝ｌ_２＋ｌ_４：ｌ_４の関係が成り立つようなリンク長に設定されれば良い。

【0032】

以下、図２を用いて本発明の衝撃緩和機構の動作について詳細に説明する。図２は、本発明の衝撃緩和機構が衝撃を受けた際の動きを説明するための概略モデルの側面図であり、図２（ａ）が衝突の瞬間を、図２（ｂ）、図２（ｃ）が衝突後の変形途中を、図２（ｄ）が緩衝対象部の対象物用脚部と錘部の錘用脚部が略同時に接触面へ接触した瞬間を、それぞれ表している。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。図２に示される動きの流れからも分かる通り、本発明の衝撃緩和機構は、初動脚部３０が接触面へ接触すると、接触方向に緩衝対象部１０よりも速く錘部２０がＺ軸方向へ移動し、対象物用脚部１２と錘用脚部２２が略同時に接触面へ接触するように構成されている。

【0033】

まず、図２（ａ）に示される通り、衝突の瞬間（始点）は、最初に初動脚部３０が接触面に接触する。この瞬間は、第１リンク部４１の長手方向がＺ軸に垂直且つ第１回転対偶部４５の回転軸に垂直な方向に平行に配置されると共に第２リンク部４２及び第３リンク部４３の長手方向の軸がそれぞれＺ軸に平行に配置された状態である。即ち、図面上、第１リンク部４１は水平方向に配置されている状態である。したがって、初動脚部３０から緩衝対象部１０及び錘部２０への衝撃伝達率はゼロとなっている。即ち、初動脚部３０が接触面に接触した瞬間の撃力は、緩衝対象部１０及び錘部２０へは伝わらない。

【0034】

その後、図２（ｂ）に示されるように、緩衝対象部１０及び錘部２０がＺ軸方向にスライドする。このとき、第１リンク部４１は第１回転対偶部４５を介して初動脚部３０に接続されているため、第１リンク部４１の長手方向は、図面上水平に配置された状態から、斜め状態となる。そして、第２リンク部４２及び第３リンク部４３は、第２回転対偶部４６及び第５回転対偶部４９が第１リンク部４１側に引っ張られるため、第２リンク部４２及び第３リンク部４３の長手方向の軸がそれぞれＺ軸に平行に配置された状態から、くの字状態となる。

【0035】

図２（ｃ）は、さらに緩衝対象部１０及び錘部２０がＺ軸方向にスライドし、対象物用脚部１２が接触面に接触する少し前の状態である。このときには、第１リンク部４１はさらに斜めとなり、第３リンク部４３は水平方向に近づく。第２リンク部４２よりも第３リンク部４３の長さが短いため、第３リンク部４３に引っ張られる錘部２０は、緩衝対象部１０よりも速くＺ軸方向に移動することになる。

【0036】

そして、図２（ｄ）に示されるように、錘用脚部２２の接触面への接触時（終点）には、対象物用脚部１２と錘用脚部２２が略同時に接触面へ接触する。このとき、第３リンク部４３の長手方向がＺ軸に垂直且つ第１回転対偶部４５の回転軸に垂直な方向に平行に配置された状態となる。即ち、図面上、第３リンク部４３は水平方向に配置されている状態となる。また、第１リンク部４１及び第２リンク部４２の長手方向の軸が同軸となる。即ち、第１リンク部４１と第２リンク部４２が一直線に並び、突っ張った状態となる。したがって、錘用脚部２２が接触面へ接触するときには錘部２０から緩衝対象部１０への衝撃伝達率がゼロとなっている。即ち、錘用脚部２２が接触面に接触した瞬間の撃力は、緩衝対象部１０及び錘部２０へは伝わらない。

【0037】

一方、接触方向に緩衝対象部１０よりも速く錘部２０がＺ軸方向へ移動し、対象物用脚部１２と錘用脚部２２が略同時に接触面へ接触するように構成されるため、緩衝対象部１０に対する衝撃エネルギを錘部２０の運動エネルギに変換できることになる。その結果、緩衝対象部１０に対する衝撃エネルギが散逸することになる。

【0038】

本発明の衝撃緩和機構は、このような構造により、撃力を低減すると共に衝撃エネルギを散逸することが可能となる。

【0039】

上述の図示例は、リンク機構４０を１つ用いた構造を説明した。しかしながら、本発明の衝撃緩和機構は、複数のリンク機構を用いても良い。図３は、本発明の衝撃緩和機構においてリンク機構を２つ用いた場合の２次元における概略モデルの側面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。図示の通り、この例は、平面上で初動脚部３０の長手方向の軸を中心に線対称に左右にリンク機構４０ａ，４０ｂを設けたものである。リンク機構を２つ用いた場合であっても、上述の１つ用いた場合と同様に、緩衝対象部１０及び錘部２０は、Ｚ軸方向にのみ移動可能に初動脚部３０に軸支されるように構成されれば良い。

【0040】

さらに、本発明の衝撃緩和機構は、３次元モデルとして立体的にリンク機構を配置しても良い。図４は、本発明の衝撃緩和機構においてリンク機構を２つ用いた場合の３次元における概略モデルの斜視図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。３次元モデルの場合、何らかの支えがないと、緩衝対象部１０と錘部２０とは、Ｚ軸方向以外にも移動してしまう。これを防止するために、２つのリンク機構を用いた３次元モデルの場合には、図示の通り、それぞれの第１回転対偶部４５ａ，４５ｂの回転軸同士が平行とならないように、リンク機構４０ａ，４０ｂが配置されれば良い。即ち、初動脚部３０の長手方向の軸を中心にリンク機構４０ａ，４０ｂが１８０度の角度をもって配置されないようにすれば良い。例えば、図示例のように、９０度となるように配置されれば良い。各リンク機構の各回転対偶部は、Ｚ軸に垂直な軸を回転軸として回転可能に構成されるので、緩衝対象部１０と錘部２０とは、どちらのリンク機構にも拘束されていないＺ軸方向の１自由度でのみ移動可能に構成されることになる。したがって、２つ以上のリンク機構を１８０度とならないように配置して用いた場合には、Ｚ軸以外の移動は複数のリンク機構により拘束されるため、図１等に示される直動対偶は不要となる。

【0041】

図５に、本発明の衝撃緩和機構においてリンク機構を３つ用いた場合の３次元における概略モデルの斜視図を示す。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。本発明の衝撃緩和機構は、リンク機構は２つ以上用いることが可能であり、図示例はリンク機構を３つ用いた場合の具体例である。なお、この例では、重量バランスを考慮して、リンク機構４０ａ，４０ｂ，４０ｃが初動脚部３０の長手方向の軸を中心に均等に配置されるものを示した。具体的には、図示例では、リンク機構がそれぞれ１２０度の角度をもって配置されている。このように構成されることで、緩衝対象部１０と錘部２０は、初動脚部３０に対してＺ軸方向の１自由度で移動可能に構成されることになると共に、均等に配置されることで、中心である初動脚部３０に対する重量バランスを均等に保つことが可能となる。なお、本発明の衝撃緩和機構では、リンク機構の個数については上述の図示例には限定されない。例えば４つのリンク機構を用いる場合には、例えば９０度の角度をもって配置されれば良い。

【0042】

以下、本発明の衝撃緩和機構の効果について、実験結果と共に説明する。図６は、本発明の衝撃緩和機構を垂直落下させた際の緩衝対象部と錘部の速度の時間変化を測定したグラフである。図中、黒線が緩衝対象部の速度であり、グレー線が錘部の速度である。なお、図示例は、実測値にフィルタを施した後のグラフである。実験で用いた衝撃緩和機構は、リンク機構を３つ均等に配置したものを用いた。図中、（Ａ）が図２（ａ）に対応し、（Ｂ）が図２（ｂ）に対応し、（Ｃ）が図２（ｃ）に対応し、（Ｄ）が図２（ｄ）に対応するタイミングにおける速度である。図示の通り、初動脚部３０が接触面に接触した瞬間である（Ａ）のタイミングまでは、緩衝対象部と錘部の速度差はない状態である。その後（Ｂ）のタイミングでは徐々に緩衝対象部と錘部の速度差が開いていく。即ち、緩衝対象部の速度が落ちていく一方、錘部の速度はより速くなっている。これにより、緩衝対象部から錘部へ運動量の交換がされていることが分かる。そして、（Ｃ）のタイミングで緩衝対象部がさらに速度が落ちていくところで、錘部の速度が急激に落ちる。その後、錘用脚部が接触面に接触した瞬間である（Ｄ）のタイミングで、緩衝対象部と錘部の速度が概ねゼロとなっている。ここで、（Ｄ）のタイミングでは、緩衝対象部は完全に速度がゼロとなっておらず、反対方向の速度を有している。これは、初動脚部が接触面に接触した後、跳ね返りが発生したためである。即ち、２回目の接触が発生し、その時に特異姿勢とならなかったために、緩衝対象部の速度がゼロとならなかった。したがって、緩衝対象部の速度を完全にゼロとするためには、例えば初動脚部の先端に跳ね返り防止部材を設ければ良い。

【0043】

なお、錘部は（Ｄ）のタイミングの後、跳ね返りにより逆方向の速度を有しているが、錘用脚部の接触面への接触時には錘部から緩衝対象部への衝撃伝達率がゼロとなっているため、錘部の跳ね返りの影響は緩衝対象部には及んでいないことが分かる。

【0044】

このように、本発明の衝撃緩和機構は、緩衝対象部が撃力を受けることなく、錘部に運動量を交換できており、その結果、緩衝対象部に対する衝撃エネルギも散逸できていることが分かる。

【0045】

なお、本発明の衝撃緩和機構は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

【符号の説明】

【0046】

１０ 緩衝対象部
１１ 対象物
１２ 対象物用脚部
２０ 錘部
２１ 錘
２２ 錘用脚部
３０ 初動脚部
３１，３２ 直動対偶
４０ リンク機構
４１ 第１リンク部
４２ 第２リンク部
４３ 第３リンク部
４５ 第１回転対偶部
４６ 第２回転対偶部
４７ 第３回転対偶部
４８ 第４回転対偶部
４９ 第５回転対偶部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】