CN101310115A

CN101310115A - 流体压式致动装置

Info

Publication number: CN101310115A
Application number: CNA2006800423495A
Authority: CN
Inventors: 稻员拓海; 佐藤裕; 平松万明; 小浪信; 松下泰介
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2005-11-18
Filing date: 2006-11-06
Publication date: 2008-11-19
Also published as: EP1950424A4; EP1950424A1; WO2007058085A1; JPWO2007058085A1; US20090044696A1

Abstract

本发明提供一种流体压式致动装置，其特征在于，为了提高耐久性，具有：两端被塞部件密封并且通过流体的供给·排出而进行膨胀收缩的膨胀收缩体，覆盖所述膨胀收缩体的外周且其两端紧固并固定于所述塞部件的被覆体，设置于所述塞部件的流体的供排口，以及将流体供给至所述膨胀收缩体时防止或抑制所述被覆体向外侧膨胀而产生的局部变形的辅助部件。

Description

流体压式致动装置

技术领域

本发明涉及一种通过空气等流体的供排而被驱动的流体压式致动装置。

背景技术

近年，有人提议将专利文献1至专利文献3中所记载的弹性膨胀体(以下记为流体压式致动装置)作为机器的驱动源使用。

对于现有的流体压式致动装置而言，例如，在空气压式致动装置中，在橡胶制管的外周，用不具有伸缩性的网状被覆体进行被覆，通过供给空气使管膨胀，从而可增大被覆体的直径。被覆体的直径增大引起了长度尺寸的缩小，通过该长度的缩小而产生驱动力。

专利文献1：日本专利特开平7-24771号公报

专利文献2：日本专利特开平2002-103270号公报

专利文献3：国际公开WO2004/085856

上述文献中公开的空气压式致动装置如果膨胀与收缩反复进行，则随着反复次数的增加，被覆体的网眼会破坏。例如，本发明者发现：当为了获得驱动力向空气压式致动装置中供给空气时，空气压式致动装置长度方向的两个端部附近膨胀成球形，被覆体网眼的大小比长度方向的中间部位更加扩大。这样，一旦被覆体的网眼扩大，则供给空气膨胀的橡胶制管的部分从网眼突出，管被夹在被覆体的网眼之间而造成破损。根据本申请发明人的试验结果可清楚地得知，例如，将某种样式的空气压式致动装置以4次/分钟的频率反复膨胀与收缩，经过数万次就出现破损。如果管破损，所供给的空气就从管中漏出，从而空气压式致动装置的功能被损坏。

发明内容

本发明是为了解决上述课题而进行的，目的在于提高上述空气压式致动装置的耐久性。

本发明的流体压式致动装置的特征在于，它具有：两端被塞部件密封、通过供排流体而进行膨胀收缩的膨胀收缩体，覆盖所述膨胀收缩体的外周且其两端紧固并固定于所述塞部件的被覆体，设置于所述塞部件的流体的供排口，以及将流体供给至所述膨胀收缩体时防止或抑制所述被覆体向外侧膨胀而产生的局部变形的辅助部件。

根据本发明，通过设置辅助部件，可大幅增加在被覆体的端部产生局部变形之前的膨胀与收缩的反复次数(耐久性)。

附图说明

图1是说明本发明的第1实施方式的空气压式致动装置的纵截面图。

图2是说明本发明的第2实施方式的空气压式致动装置的纵截面图。

图3是说明本发明的第2实施方式的空气压式致动装置的纵截面图。

图4是表示空气压式致动装置的耐久试验法的图。

图5是表示以往的空气压式致动装置端部的局部变形的图。

具体实施方式

以下利用附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是说明本发明的第1实施方式的空气压式致动装置的纵断面图。如图1所示，本发明的第1实施方式的空气压式致动装置由以下构件构成：通过供给空气而膨胀的橡胶制的管(以下，记为内管)1，密封内管1两端的橡胶制的塞2和3，以贯穿橡胶塞2并到达内管1的内部空间的方式进行设置的空气供排管4，覆盖内管1的外周的网状第1被覆体(以下记为第1网状套管)5，覆盖第1网状套管5外周的网状第2被覆体(以下记为第2网状套管)6，将网状套管5、6紧固并固定于橡胶塞2、3的固定器具(省略图示)。另外，在空气供排管4中，通过连接省略了图示的空气供排装置例如空气压缩机，从空气压缩机经由空气供排管4向内管1的内部供给空气，或将内管1内部的空气排出，从而将空气压式致动装置驱动。

内管1的外周被网状的第1网状套管5覆盖，覆盖内管1的外周的第1网状套管5的外周被第2网状套管6覆盖。这些网状套管5、6可以使用线材(filament)材质和粗度、构成网眼的单丝数以及网状套管的直径相同的。也就是说，网状套管5、6形成双层结构。网状套管5、6由对负荷的伸长非常小的树脂制成，例如，由尼龙纤维、聚酯纤维等高张力纤维的线材(filament)编织而成，且以该网眼与网状套管的长度方向具有规定的角度地从2个方向交叉的方式编织而成。此类网状套管的原料可以举出TECHFLEX Inc.(所在地：美国新泽西州)制的CLEAN CUT PET(CLEANCUT为TECHFLEX Inc.的美国注册商标)。

对于由网状套管5、6所覆盖的内管1而言，在它们的长度方向两端部如图所示被塞2、3塞住而固定。其固定方法为，首先，在内管1的两端，将橡胶塞2、3插入到内管1的内部，然后，将两端装配有橡胶塞2、3的内管1插入到切割成比内管1稍长的网状套管5的内部，再在网状套管5的外周覆盖网状套管6。网状套管6的长度与内管1大致相等。然后，将网状套管5的端部向中央方向折回，插入到网状套管6的内侧，用紧固器具将内管1和网状套管5、6紧固在橡胶塞2、3上。折回、并与橡胶塞2、3紧固的网状套管5的端部形成可与用于承担负荷而安装的弯钩相连接的形状。需要说明的是，空气供排管4要插入到网状套管5所覆盖的橡胶塞2中，因此网状套管5的部分被挤压扩大。

按照图4所示的方式对如上所述构成的本发明的空气压式致动装置和以往的空气压式致动装置进行耐久试验。即，空气压式致动装置的方式为网状套管的原料5、6的额定直径为1.5英寸，无负荷时的网状套管的外径为约30mm，最大负荷时的网状套管的外径为约50mm，空气压式致动装置在无负荷时的长度为400mm。该致动装置可以挂30kg的重压物。然后，作为耐久试验，采用通过与空气供排管相连的压缩机以10循环/分钟反复交替进行如图4(a)和图4(b)的状态(反复供排空气)的方法。

以往的具有单一的网状套管5的空气压式致动装置若进行了超过数千次的试验，则构成致动装置的网状套管5的两端附近部分就开始变形为具有比中央部分大的直径的球形(参考图5)。一旦网状套管5开始球状变形，则在球状变形部分处网孔的间隙就会扩大，内管1就会从该间隙突出。接着，当从网眼的间隙突出的内管1在转换至排出空气的过程时，被网眼之间夹住，因摩擦而开始引起损伤，引起内管1破损而空气泄露，致动装置陷入不能工作。

与此相比较，具有应用了本发明的双层结构的网状套管5、6的空气压式致动装置即使进行耐久试验，构成致动装置的网状套管5的两端附近部分也不会产生球形的变形。即，对于本发明的空气压式致动装置而言，即使在进行耐久试验，网状套管5反复进行空气供给、排出的情况下，也是几乎全长保持均一直径的同时进行膨胀收缩。因此，即使是在网状套管5的两端附近的部分也和中央部分相同，直径变大的部分长度会缩小，网眼不会产生间隙。因此，内管1不会进入到网状套管5的网眼的间隙中，不会产生因摩擦而引起损伤。另外，具有双层结构的网状套管的空气压式致动装置若进行数十万次的反复工作，内管1的橡胶会产生疲劳断裂而致动装置陷入不能工作。

耐久试验的结果如表1所示，本发明的空气压式致动装置从试验开始直到破损的反复工作次数与以往的仅用1个网状套管5覆盖内管的空气压式致动装置相比较，提高到约5.5～9倍左右。具有双层网状套管5、6的样品在表1中没有显示，但可以看出比单层结构的样品的长10倍左右寿命的样品。从该结果可以确认应用了本发明的空气压式致动装置的优越性。

表1

资料NO.	网状套管的方式	从开始到破损的次数(循环数)
资料NO.	网状套管的方式	从开始到破损的次数(循环数)	1	单层	145000
2	单层	96000	1	单层	145000
2	单层	96000	3	单层	130000
4	双层	851000	3	单层	130000
4	双层	851000	5	双层	660500
6	双层	525000	5	双层	660500

接着，通过图2对本发明的第2实施方式进行说明。图2是本发明的第2实施方式的空气压式致动装置的纵截断图。在该实施方式下，第2网状套管11与第1网状套管5的材料不同，例如，在它由耐热性高的材料或耐磨损性高的材料构成这一方面与第1实施方式不同。这样的耐热性和磨损性高的材料，例如，由特氟隆纤维的线材(filament)编织而成，且该网眼按照与网状套管的长度方向具有规定的角度地从2个方向交叉的方式编织而成。此类网状套管的原料可以举出上述TECHFLEX Inc.制的TEFLON(TF)(Teflon为杜邦公司的注册商标)。本实施方式的空气压式致动装置与第1实施方式相同，在提高耐久性的同时也可提高耐热性，因此可在高温环境中使用。

接着，通过图3对本发明的第3实施方式进行说明。图3是本发明的第3实施方式的空气压式致动装置的纵截面图。在该实施方式下，与第1实施方式相比，在第1网状套管5和第2网状套管6的之间配置有对第2网状套管6的摩擦系数比对第1网状套管小的筒状低摩擦体12这一方面不同。该低摩擦体12以覆盖第1网状套管5整体的方式进行配置，由紧固器具将内管1和网状套管5、6一并紧固并固至橡胶塞2、3。作为低摩擦体的材料，可使用在长筒袜等中所使用的可伸缩的布材。此类布材通过例如在聚氨酯的芯纤维中组合尼龙纤维而成的合成纤维构成。本发明的实施方式下的空气压式致动装置可减少网状套管5和6之间的摩擦所引起的驱动力的损失。另外，可防止由于网状套管5、6的摩擦而引起的损伤。因此，可实现空气压式致动装置的长寿命化。

以上以实施方式为基础说明本发明，但也可在不影响本发明主旨的范围内进行变形。将本发明简要来说，本发明的特征在于，它具有可防止或抑制第1网状套管5的两端附近部分产生局部变形的方法。作为可防止或抑制第1网状套管5的两端附近部分产生局部变形的方法，从上述第1实施方式到第3实施方式，将被覆体(网状套管)做成双层结构，也可做成3层以上的多层结构。另外，将流体供给于膨胀收缩体时，或在供给流体的过程中，通过在网状套管5的两端附近部分处不产生局部变形的方式，将与网状套管5的中央部的直径的变化率具有相同直径变化率的部件覆盖于网状部件的两端附近部分，也可获得与第1实施方式相同的效果。

另外，在上述实施方式中，以使用空气作为流体的空气压式致动装置为例进行说明，供给于膨胀收缩体的流体不仅限定于空气，也可根据用途采用水、油、气体等各种流体。

本发明相关的流体压式致动装置也可作为例如，康复用机器(例如，CPM(Continuous Passive Motion)装置)或护理机器等驱动用的致动装置而使用。另外，也可作为人们穿戴的穿戴型机器人套装(robot suit)的驱动用致动装置即作为人工肌肉使用。另外，也可使用于产业用的机器人或建设用机械等。通过本发明改善了具有如此宽范围用途的流体压式致动装置的耐久性，期待它的用途更加扩大。

Claims

1.一种流体压式致动装置，其特征在于，具有：

两端被塞部件密封、通过供给·排出流体而进行膨胀收缩的膨胀收缩体，

覆盖所述膨胀收缩体的外周且其两端紧固并固定于所述塞部件的第1被覆体，

设置于所述塞部件的流体的供排口，以及

当流体被供给至所述膨胀收缩体时，使所述第1被覆体在包括它的两端附近部分在内的几乎全长以均一直径膨胀的辅助部件。

2.根据权利要求9所述的流体压式致动装置，其特征在于，所述辅助部件为覆盖所述第1被覆体且其两端紧固并固定于所述塞部件的第2被覆体。

3.一种流体压式致动装置，其特征在于，具有：

两端被塞部件密封并且通过流体的供给·排出而进行膨胀收缩的膨胀收缩体，

覆盖所述膨胀收缩体的外周的第1被覆体和覆盖所述第1被覆体的外周的第2被覆体的两端部紧固并固定于所述塞部件而形成的双层结构的被覆体，以及

设置于所述塞部件的流体的供排口。

4.根据权利要求2所述的流体压式致动装置，其特征在于，所述第1被覆体和第2被覆体由网状筒状体构成，所述网状筒状体当供给所述流体使所述膨胀收缩体膨胀时，直径增大、长度缩小。

5.根据权利要求4所述的流体压式致动装置，其特征在于，所述第1被覆体和第2被覆体的直径、材质、网眼的单丝数相同。

6.根据权利要求4所述的流体压式致动装置，其特征在于，所述第1被覆体和第2被覆体的特性不同。

7.根据权利要求6所述的流体压式致动装置，其特征在于，所述第1被覆体和第2被覆体的一方与另一方比较具有高耐热性。

8.根据权利要求6所述的流体压式致动装置，其特征在于，所述第1被覆体和第2被覆体的一方较另一方具有高耐磨损性。

9.根据权利要求3所述的流体压式致动装置，其特征在于，具有还至少用第3被覆体覆盖所述第1被覆体和第2被覆体而形成的多层结构的被覆体。

10.根据权利要求3所述的流体压式致动装置，其特征在于，在第1被覆体和第2被覆体之间配置有筒状低摩擦体，所述筒状低摩擦体由相对于第2被覆体的摩擦系数比第1被覆体小的材料构成。

11.一种流体压式致动装置，其特征在于，具有：

覆盖所述膨胀收缩体的外周且其两端紧固并固定于所述塞部件的被覆体，

设置于所述塞部件的流体的供排口，

将流体供给于所述膨胀收缩体时，防止或抑制所述被覆体向外侧膨胀而产生的局部变形的辅助部件。