JP6548564B2 - フレキシブルアーム - Google Patents

Description

この発明は、フレキシブルアームおよびフレキシブルアームを備えた可動機器に関するものである。

機器の姿勢をフレキシブルに可動させるため、フレキシブルアームが用いられている。たとえば、特許文献１には、湾曲自在なフレキシブルアーム（コイルシャフト）が開示されている。このフレキシブルアームにおいては、実使用上想定される最大の曲げ状態にて、フレキシブルアームを構成するコイルの隣接する線材が接するように、予め間隔を空けることが開示されている。

特開平８−５６９４６

上記のような従来技術においては、フレキシブルアームの曲げは容易であるものの、曲げ状態を維持することは容易ではなかった。このため、ヘッドマウントディスプレイなど、最適な位置に来るようにフレキシブルアームの曲げ度合いを調整した際に、折角の最適位置がずれてしまうという問題があった。

一方、フレキシブルアームの曲げに力が必要であるようにすれば、曲げ状態を維持することができるが、フレキシブルアームを曲げることが容易でなくなるという問題を生じる。

この発明は、上記のような問題点を解決して、曲げることが容易でありながら、曲げ状態を維持することができるフレキシブルアームを提供することを目的とする。

この発明の独立して適用可能ないくつかの特徴を列挙する。

(1)この発明に係るフレキシブルアームは、線材を中空に巻回したコイルと、前記コイルの外周に接し、前記隣接する線材を圧接する方向に収縮力を生じるように伸張され、またはコイルの外径よりもその自然状態における内径が小さく形成され、径方向に収縮力を生じるように伸張された被覆チューブとを備えている。

したがって、曲げが容易でありながら曲げ状態を維持することのできるフレキシブルアームを提供することができる。

(2)この発明に係るフレキシブルアームは、コイルが、横断面が丸状の線材と横断面が角状の線材を、隣接する線材が互いに接するように、中空のコイル状に多条に巻回されたものであることを特徴としている。

したがって、曲げ状態の維持がより確実に行われる。

(3)この発明に係るフレキシブルアームは、被覆チューブが、シリコンチューブによって構成されていることを特徴としている。

したがって、シリコンチューブの柔軟性を曲げ状態の維持に利用することができる。

(4)この発明に係る可動機器は、本体部と、本体部に一端が取り付けられたフレキシブルアームと、フレキシブルアームの他端に取り付けられた可動部とを備え、前記フレキシブルアームは、線材を中空に巻回したコイルと、前記コイルの外周に接し、前記隣接する線材を圧接する方向に収縮力を生じるように伸張され、またはコイルの外径よりもその自然状態における内径が小さく形成され、径方向に収縮力を生じるように伸張された被覆チューブとを備えている。

したがって、フレキシブルアームによって可動部の位置調整が容易な可動機器を提供することができる。

(5)この発明に係る可動機器は、本体部と可動部との間には配線が設けられ、当該配線は、前記フレキシブルアームの中空部に収納されていることを特徴としている。

したがって、配線を中空部に収納し、外観を好ましいものとすることができる。

(6)この発明に係る可動機器は、可動部には、ヘッド・マウント・ディスプレイが設けられていることを特徴としている。

したがって、微細な位置調整が必要なヘッドマウントディスプレイの位置を容易に決定することができる。

(7)この発明に係る可動機器は、コイルが、横断面が丸状の線材と横断面が角状の線材を、隣接する線材が互いに接するように、中空のコイル状に多条に巻回されたものであることを特徴としている。

したがって、フレキシブルアームによる曲げ状態の維持がより確実に行われる。

(8)この発明に係る可動機器は、被覆チューブが、シリコンチューブによって構成されていることを特徴としている。

したがって、シリコンチューブの柔軟性を曲げ状態の維持に利用することができる。

(9)この発明に係る曲げ状態維持方法は、コイルを有するフレキシブルアームを曲げた際にその曲げ状態を保持する方法であって、前記コイルの線材を圧接する方向に付勢力を働かせることで、曲げ状態を保持することを特徴としている。

したがって、曲げが容易でありながら曲げ状態を維持することのできる方法を提供することができる。

(10)この発明に係るヘッドマウントディスプレイは、プリズムを備えたヘッドマウントディスプレイであって、前記プリズムの光照射部以外の部分を覆う遮光カバーを備えている。

したがって、ディスプレイの視認性が良くなる。

この発明の一実施形態によるフレキシブルアームを用いたウエアラブルコンピュータ２の外観を示す図である。 ウエアラブルコンピュータ２を装着具２０を介して眼鏡４０に装着した状態を示す図である。 装着具２０の詳細図である。 ウエアラブルコンピュータ２のハードウエア構成である。 フレキシブルアーム８の構造を示す図である。 図６ａはチューブ９０の斜視図、図６ｂはチューブ９０の断面図である。 本体部４、可動部６の内部構造を示す図である。 図８ａは、コイル８０にチューブ９０を被せた状態を示す断面図、図８ｂはコイル８０にチューブ９０を被せ、フランジ９４を固定した状態を示す断面図、図８ｃはコイル８０にチューブ９０を被せ、フランジ９２、９４を固定した状態を示す断面図である。 フレキシブルアーム８を取り付けた状態を示す図である。 フレキシブルアーム８を曲げた状態を示す図である。 他の実施形態によるウエアラブルコンピュータ２を示す図である。 カバー２００の詳細を示す図である。

図１に、この発明の一実施形態による可動機器としてのヘッドマウントディスプレイ付きのウエアラブルコンピュータ２を示す。このウエアラブルコンピュータ２は、図２に示すように、装着具２０を介して眼鏡２２に取り付けて使用するものである。

装着具２０の詳細を、図３に示す。装着具２０は、金属製のＵ字バンド２２と、Ｕ字バンド２２の先端に取り付けられた合成樹脂製の保持部材２４を備えている。保持部材２４の後端には結合部２８が設けられ、Ｕ字バンド２２の先端が摺動可能に挿入されている。Ｕ字バンド２２を摺動させ、装着者の首の後ろ側にＵ字バンド２２が当接して、しっかりとした装着状態を実現できるようにしている。保持部材２４の先端には、下側が開放されたＵ字状に形成された挟持部２６が形成されている。また、保持部材２４の側面には、取り付けガイド３０が形成されている。

図２に示すように、眼鏡４０のテンプル４４に、装着具２０の挟持部２６を上部から挟み込み、装着具２０を眼鏡４０に固定している。装着具２０の取付ガイド３０に、ウエアラブルコンピュータ２のガイド部材１４をスライドしてはめ込み、固定するようにしている。このようにして、眼鏡４０のテンプル４４に装着具２０を取り付け、これにウエアラブルコンピュータ２を固定することができる。

フレキシブルアーム８を曲げて調整することにより、ウエアラブルコンピュータ２のディスプレイ１２が、装着者の目の前の最適な位置にくるように調整することができる。

図１において、ウエアラブルコンピュータ２は、本体４と、フレキシブルアーム８と、可動部６を備えている。本体部４には、ＣＰＵが収納されている。また、本体部４には、装着具２０に固定するためのガイド部材１４が設けられている。

可動部６には、液晶パネル、バックライト、プリズムを備えたヘッドマウントディスプレイ１２、カメラ１０が収納されている。

図４に、ウエアラブルコンピュータ２の回路ブロック図を示す。本体部４には、ＣＰＵ５２が設けられている。ＣＰＵ５２には、画像処理回路５０、メモリ５４、フラッシュメモリ５６、画像処理回路５８、タッチパッド６０、マイク６２、スイッチ６４が接続されている。これら回路は、本体部４に収納された電池（図示せず）から電源供給を受けて駆動する。

フラッシュメモリ５６には、オペレーティングシステムや制御プログラム等が記録されている。スイッチ６４は、電源のオンオフを切り替えたり、メニューをディスプレイ１２に表示したりする操作のためのものである。マイク６２は、周囲の音声を取得するためのものである。タッチパッド６０は、静電容量式のタッチセンサであり、指がタッチした位置を検出して、ディスプレイ１２のカーソルを移動させる処理のためのものである。

可動部６には、ディスプレイ１２、カメラ１０が設けられている。ディスプレイ１２は、本体部４の画像処理回路５０からの画像信号を受けて表示を行う。カメラ１０によって撮像された画像は、本体部４の画像処理回路５８に送られ、本体部４のＣＰＵ５２によって処理される。

画像処理回路５０からディスプレイ１２への接続、カメラ１０から画像処理回路５８への接続、本体部４からディスプレイ１２、カメラ１０への電源接続は、細線同軸ケーブルによって行われる。

図１に戻って、可動部６の本体部４に対する姿勢は、フレキシブルアーム８を曲げることによって調整可能となっている。このフレキシブルアーム８は、図５に示すように、コイル８０とその外周に設けられたチューブ９０を備えて構成されている。

コイル８０は、横断面丸形の線材（ＳＵＳ３０４ＷＰＢ）８２と横断面三角形のＳＵＳ線材（ＳＵＳ３０４）８４の二条コイルとして形成されている。この実施形態では、線材８２の直径を０．８mm、線材８４の一辺を１．０mmとした。隣接するＳＵＳ線材（バネ材）８２とＳＵＳ線材（バネ材）８４は、互いに接している。横断面三角形のＳＵＳ線材８４は、三角形の一辺が外周に沿うように配置されており、内部に向かうにしたがって幅が狭くなるようになっている（逆にしてもよい）。コイル８０の中空部８６には、本体部４と可動部６を結ぶ細線同軸ケーブル（図示せず）が挿入される。

コイル８０の外周には、シリコン製のチューブ９０が接するように設けられている。この実施形態では、コイル８０の外径５４mmに対し、自然状態における内径５０mmのチューブ９０を用いている。このように、コイル８０の外径を、チューブ９０の内径よりも僅かに大きく（チューブ直径の５％〜１５％程度）しておくことで、チューブ９０がコイル８０の外周に密着する。

さらに、この実施形態では、チューブ９０を自然状態から図５のＡ方向に伸張させた状態にて、コイル８０に密着させている。これにより、可撓性のあるチューブ９０が収縮しようとするので、コイル８０に対して圧縮する方向に力を加えることができる。

図６ａに、チューブ９０の詳細を示す。この実施形態では、柔軟性のあるシリコンを成型することによってチューブ９０を構成している。一端には、フランジ９２が設けられている。他端側にも、フランジ９４が設けられている。

図６ｂにその横断面図を示す。フランジ９４が設けられた側の端部においては、中空部の直径が小さく形成されたストッパ部９６が設けられ、コイル８０が脱落するのを防止する。

図７に、本体部４と可動部６の内部構造（蓋を取った状態）を示す。本体部４には、チューブ９０のフランジ９２を差し込むための凹部１００が設けられている。図示していないが、蓋の側にも同様の凹部が設けられている。凹部１００に隣接して、ストッパ１１０が設けられている。このストッパ１１０は、フレキシブルアーム８を取り付けた際に、中のコイル８０を所定の位置に保持するためのものである。

また、可動部６には、チューブ９０のフランジ９４を差し込むための凹部１０２が設けられている。図示していないが、蓋の側にも同様の凹部が設けられている。

次に、この本体部４と可動部６に、フレキシブルアーム８を取り付ける手順を示す。まず、図８ａに示すように、コイル８０をチューブ９０の中に収納する。この際、コイル８０の一端が、チューブ９０のストッパ部９６に当接するまで挿入する。

この実施形態では、チューブ９０の長さＬＴ（たとえば５０mm）よりも、コイル８０の長さＬＣ（たとえば６０mm）を長くしている（チューブ９０全長の全長の１０％〜５０％程度長くする）ので、図８ａに示すように、コイル８０が飛び出した状態となる。図８ｂに示すように、このままの状態で、チューブ９０のフランジ９４を、可動部６の凹部１０２に填め込んで固定し、コイル８０の他端側を本体部４のストッパ１１０に当接させると、チューブ９０のフランジ９２が、本体部４の凹部１００に填まらないことになる。

したがって、図８ｃに示すように、チューブ９０を矢印Ｂの方向に引っ張った上で、チューブ９０のフランジ９２を、本体部４の凹部１００にはめ込むようにしている。そして、同じく凹部の設けられた蓋を被せる。

このようにして取り付けた状態を示すのが、図９である。なお、図９においては、蓋を省略している。

この実施形態では、横断面丸形の線材と横断面三角形の線材が隣接するように二条コイルとしているので、図１０に示すように、フレキシブルアーム８を曲げた際に、その曲げ状態を維持できる度合いが高くなる。これは、丸形と丸形の線材が隣接したコイルよりも、丸形と三角形の線材が隣接したコイルの方が、曲げた際の戻り抵抗が大きく、曲げ状態を維持できるからである。さらに、チューブ９０の内径をコイル８０の外径よりも小さくし、さらに、チューブ９０を伸張させた状態でコイル８０に密着させているので、曲げ状態を維持することができる。

したがって、角度や位置を容易に調整でき、調整した位置を保持することができるという効果がある。なお、チューブ９０の内径をコイル８０の外径よりも小さくすること（径方向に力を働かせること）あるいは、チューブ９０を伸張させた状態でコイル８０に密着させること（隣接する線材が圧縮する方向に力を働かせること）は、それぞれ、一方だけを実施するようにしてもよい。

上記実施形態においては、コイル８０として二条コイルを用いているが、一条コイルを用いるようにしてもよい。この場合であっても、チューブ９０の密着・伸張による、曲げ維持効果を得ることができる。

また、二条コイルではなく、三条以上の多条コイルを用いるようにしてもよい。ただし、この場合であっても、隣接する線材が、丸形と三角形になるようにコイルを巻回することが好ましい。

上記実施形態では、丸形と三角形の線材を用いてコイル８０を構成している。しかし、丸形と四角形以上の多角形の線材を用いるようにしてもよい。あるいは、多角形ではない角形（台形、平行四辺形など）を用いるようにしてもよい。

上記実施形態では、チューブ９０によってコイル８０を圧縮する方向の力を加えるようにしている。しかし、コイル８０の両端に固定された、縮む方向に付勢された付勢手段（可撓性部材、バネ材など）を設けるようにしてもよい。

なお、図１に示すように、上記実施形態では、ディスプレイ１２のプリズムが露出した状態となっている。このため、外部光の影響を受けて、表示画像が鮮明でない場合もある。そこで、図１１に示すように、カバー２００をプリズムに被せるようにしてもよい。これにより、外部光の影響を排除して、表示画像を鮮明にすることができる。

カバー２００の詳細を図１２ａ〜図１２ｄに示す。図１２ｂは、平面図である。図１２ａの背面図にあるように、ユーザの目に対向する側は開放されている。また、図１２ａの左端（可動部６の側）は、装着のために開放されている。図１２ｃは正面図、図１２ｄは側面図である。

なお、上記ではカバー２００によって遮光したが、プリズムの表面に遮光のための塗料を塗布するようにしてもよい。

上記実施形態では、ウエアラブルコンピュータにフレキシブルアーム８を適用した場合について説明した。しかし、医療機器、家電機器、産業用機器など、曲げによって位置調整を行う必要のある部分に適用することができる。特に、カメラ、ディスプレイ、センサなど、その位置を調整することが必要な部位に用いると効果が高い。

Claims (7)

1. 横断面が丸状の線材と横断面が角状の線材を、隣接する線材が互いに接し、丸状の線材同士と角状の線材同士が接しないように、多条に中空に巻回したコイルであって、丸状の線材と角状の線材の内径および外径が略同一となるように構成されたコイルと、
   前記コイルの外周に接し、前記隣接する線材を径方向に垂直な方向に圧接する方向に収縮力を生じるように伸張され、さらにコイルの外径よりもその自然状態における内径が小さく形成され、径方向に収縮力を生じるように伸張された柔軟性のある被覆チューブと、
   を備えたフレキシブルアーム。
2. 請求項１のフレキシブルアームにおいて、
   前記被覆チューブは、シリコンチューブによって構成されていることを特徴とするフレキシブルアーム。
3. 本体部と、
   本体部に一端が取り付けられたフレキシブルアームと、
   フレキシブルアームの他端に取り付けられた可動部とを備え、
   前記フレキシブルアームは、
   横断面が丸状の線材と横断面が角状の線材を、隣接する線材が互いに接し、丸状の線材同士と角状の線材同士が接しないように、多条に中空に巻回したコイルであって、丸状の線材と角状の線材の内径および外径が略同一となるように構成されたコイルと、
   前記コイルの外周に接し、前記隣接する線材を径方向に垂直な方向に圧接する方向に収縮力を生じるように伸張され、さらにコイルの外径よりもその自然状態における内径が小さく形成され、径方向に収縮力を生じるように伸張された柔軟性のある被覆チューブと、
   を備えていることを特徴とする可動機器。
4. 請求項３の可動機器において、
   本体部と可動部との間には配線が設けられ、
   当該配線は、前記フレキシブルアームの中空部に収納されていることを特徴とする可動機器。
5. 請求項３または４の可動機器において、
   前記可動部には、ヘッド・マウント・ディスプレイが設けられていることを特徴とする可動機器。
6. 請求項３〜５のいずれかの可動機器において、
   前記被覆チューブは、シリコンチューブによって構成されていることを特徴とする可動機器。
7. 横断面が丸状の線材と横断面が角状の線材を、隣接する線材が互いに接し、丸状の線材同士と角状の線材同士が接しないように、多条に中空に巻回したコイルであって、丸状の線材と角状の線材の内径および外径が略同一となるように構成されたコイルを有するフレキシブルアームを曲げた際にその曲げ状態を保持する方法であって、
   前記コイルの隣接する線材を径方向に垂直な方向に圧接する付勢力を働かせるとともに、線材に対し前記コイルの径方向に収縮力を働かせることで、曲げ状態を保持することを特徴とする方法。

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