CN111295523A - 气动致动器 - Google Patents

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CN111295523A CN201780096467.2A CN201780096467A CN111295523A CN 111295523 A CN111295523 A CN 111295523A CN 201780096467 A CN201780096467 A CN 201780096467A CN 111295523 A CN111295523 A CN 111295523A
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Abstract

本发明的课题在于提供一种提高了耐久性的气动致动器，解决方案为一种气动致动器(10)，该气动致动器(10)具有致动器主体部(100)，该致动器主体部(100)包括利用气压进行膨胀及收缩的筒状的管(110)和编入在规定方向上取向的帘线(121)而成的筒状的套管(120)，该气动致动器的特征在于，在无负荷且无加压状态下，所述帘线(121)的相对于致动器的轴向(DAX)的平均角度(θ1)为20度以上且小于45度，在气压5MPa下所述帘线(121)的相对于致动器的轴向(DAX)的平均角度(θ3)为45度的状态下，所述帘线(121)的间隙(122)的总面积(S2)与所述致动器主体部(100)的外表面的面积(S1)之比(S2/S1)为35％以下。

Description

气动致动器
技术领域
本发明涉及一种气动致动器。
背景技术
以往，作为使管膨胀和收缩的致动器，广泛应用具有使用空气作为工作流体来进行膨胀、收缩的橡胶制的管(管状体)和覆盖管的外周面的套管(编织加强构造)的气动致动器(所谓的McKibben型)(例如参照专利文献1)。
包括管和套管的致动器主体部的两端使用由金属形成的密封构件凿紧。
套管为编入聚酰胺纤维等高张力纤维或金属的帘线而成的筒状的构造体，用于将管的膨胀运动限制在规定范围。
这样的气动致动器能够在各种各样的领域使用，但特别适合作为护理·福利用设备的人工肌肉使用。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭61－236905号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，上述以往的致动器的强度(耐压力)不一定高，特别是在未适当地设计套管的情况下，带给管的负荷变大，而耐久性存在改善的余地。
于是，本发明的课题在于解决上述以往技术的问题，提供一种提高了耐久性的气动致动器，该气动致动器是使用气体作为工作流体的致动器。
用于解决问题的方案
解决上述课题的本发明的主旨结构如以下所述。
本发明的气动致动器具有致动器主体部，该致动器主体部包括利用气压进行膨胀及收缩的筒状的管和覆盖所述管的外周面的套管，该套管是编入在规定方向上取向的帘线而成的筒状的构造体，该气动致动器的特征在于，
在无负荷且无加压状态下构成所述套管的帘线的相对于致动器的轴向的平均角度为20度以上且小于45度，
在气压5MPa下构成所述套管的帘线的相对于致动器的轴向的平均角度为45度的状态下，构成所述套管的帘线的间隙的总面积(S2)与所述致动器主体部的外表面的面积(S1)之比(S2/S1)为35％以下。
在这样的本发明的气动致动器的情况下，对套管进行了适当设计，因而带给管的负荷较小，耐久性提高。
在本发明的气动致动器的优选例中，构成所述套管的帘线由从聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维、人造丝、丙烯酸纤维、聚烯烃纤维中选择的至少一种纤维材料形成。该情况下，致动器的耐久性进一步提高。
在本发明的气动致动器的另一优选例中，所述套管的在一个方向上取向的帘线组和与该帘线组交错的帘线组构成为各帘线组的帘线每两根一交替地交错或每一根一交替地交错，且构成为交错的位置逐根错开。该情况下，致动器的耐久性进一步提高。
在本发明的气动致动器的另一优选例中，所述套管通过斜纹织(斜纹编织)或平纹织所述帘线而构成。该情况下，致动器的耐久性也进一步提高。
在本发明的气动致动器的另一优选例中，构成所述套管的帘线的断裂强度为200N/根以上。该情况下，致动器的耐久性进一步提高。此外，在本发明中，帘线的断裂强度依据JIS L1017进行测量。
在本发明的气动致动器的另一优选例中，构成所述套管的帘线的断裂伸长率为2.0％以上。该情况下，致动器的耐久性进一步提高。此外，在本发明中，帘线的断裂伸长率依据JIS L1017进行测量。
在本发明的气动致动器的另一优选例中，构成所述套管的帘线的粗细为0.3mm～1.5mm。该情况下，致动器的耐久性进一步提高。
在本发明的气动致动器的另一优选例中，构成所述套管的帘线的打纬密度为6.8根/cm～25.5根/cm。该情况下，致动器的耐久性进一步提高。
在本发明的气动致动器的另一优选例中，所述管的厚度t(mm)、构成所述套管的帘线的粗细d(mm)、无负荷且无加压状态下构成所述套管的帘线的相对于致动器的轴向的平均角度θ1、致动器收缩时构成所述套管的帘线的相对于致动器的轴向的平均角度θ2满足下述式(1)：
[数1]
Figure BDA0002474850320000031
该情况下，致动器的耐久性进一步提高。
在此，致动器收缩时构成所述套管的帘线的相对于致动器的轴向的平均角度θ2为在载荷2.5kN、气压5MPa的条件下测量得到的值。
另外，更优选的是，所述管的厚度t(mm)、构成所述套管的帘线的粗细d(mm)、无负荷且无加压状态下构成所述套管的帘线的相对于致动器的轴向的平均角度θ1、致动器收缩时构成所述套管的帘线的相对于致动器的轴向的平均角度θ2满足下述式(2)：
[数2]
Figure BDA0002474850320000032
该情况下，致动器的耐久性更进一步提高。
在本发明的气动致动器的另一优选例中，构成所述套管的帘线的由下述式(3)定义的捻度系数K为0.14～0.50，
[数3]
Figure BDA0002474850320000033
[式中，T2为帘线的复捻捻数(捻/10cm)，其中，在帘线为单向加捻构造的情况下，将复捻捻数T2(捻/10cm)替换成初捻捻数T1(捻/10cm)，D为构成帘线的原丝的每一根的纤度(dtex)，ρ为构成帘线的原丝的密度(g/cm3)]。该情况下，由于对套管进行了适当设计，因而带给管的负荷减小，致动器的耐久性进一步提高。
在本发明的气动致动器中，优选的是，构成所述套管的帘线的初捻捻数T1(捻/10cm)与构成该帘线的原丝的每一根的纤度D(dtex)之比(T1/D)为0.004～0.03。该情况下，致动器的耐久性进一步提高。
在本发明的气动致动器中，优选的是，构成所述套管的帘线的初捻捻数T1(捻/10cm)与复捻捻数T2(捻/10cm)之比(T1/T2)为0.8～1.2。该情况下，致动器的耐久性进一步提高。
在本发明的气动致动器中，优选的是，对于构成所述套管的帘线，构成该帘线的原丝的每一根的纤度D为800dtex～5000dtex，初捻捻数T1为3.2捻/10cm～150捻/10cm，复捻捻数T2为2.6捻/10cm～180捻/10cm，加捻根数为2根～4根。该情况下，致动器的耐久性进一步提高。
在本发明的气动致动器的另一优选例中，在无负荷且无加压状态下，所述管的厚度为1.0mm～6.0mm。该情况下，致动器的耐久性进一步提高。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种提高了耐久性的气动致动器。
附图说明
图1是气动致动器10的一实施方式的侧视图。
图2是气动致动器10的一实施方式的局部分解立体图。
图3是无负荷且无加压状态下的、套管120的两个实施方式的局部侧视图。
图4是构成套管120的帘线121的相对于致动器的轴向的平均角度为45度的状态下的套管120的两个实施方式的局部侧视图。
图5是包含实施方式1－1的密封机构200在内的气动致动器10的沿着轴向DAX的局部剖视图。
图6是包含实施方式1－2的密封机构200在内的气动致动器10的沿着轴向DAX的局部剖视图。
图7是包含实施方式1－3的密封机构200在内的气动致动器10的沿着轴向DAX的局部剖视图。
图8是包含实施方式2－1的密封机构200A在内的气动致动器10的沿着轴向DAX的局部剖视图。
图9是包含实施方式2－2的密封机构200A在内的气动致动器10的沿着轴向DAX的局部剖视图。
图10是包含实施方式2－3的密封机构200A在内的气动致动器10的沿着轴向DAX的局部剖视图。
图11是包含实施方式3－1的密封机构200B在内的气动致动器10的沿着轴向DAX的局部剖视图。
图12是包含实施方式3－2的密封机构200C在内的气动致动器10的沿着轴向DAX的局部剖视图。
具体实施方式
以下，基于本发明的气动致动器的实施方式且参照附图详细地例示说明本发明的气动致动器。此外，对相同的功能、结构标注相同或相似的附图标记，并适当省略它们的说明。
(1)气动致动器的整体概略结构
图1是本实施方式的气动致动器10的侧视图。如图1所示，气动致动器10具有致动器主体部100、密封机构200以及密封机构300。另外，在气动致动器10的两端分别设有连结部20。
致动器主体部100包括管110和套管120。工作流体经由接头400和通过孔410流入致动器主体部100。在此，本发明的致动器为气动式，使用气体作为工作流体，作为该气体，可列举空气、氮气等。
致动器主体部100由于工作流体流入管110内而在致动器主体部100的轴向DAX上收缩，并在径向DR上膨胀。另外，致动器主体部100由于工作流体自管110流出而在致动器主体部100的轴向DAX上膨胀，并在径向DR上收缩。气动致动器10利用这样的致动器主体部100的形状变化来发挥致动器的功能。
另外，这样的气动致动器10为所谓的McKibben型，当然能够作为人工肌肉用来应用，也能够适合作为要求更高的能力(收缩力)的机器人的肢体(上肢、下肢等)用来使用。在连结部20连结构成该肢体的构件等。
密封机构200和密封机构300将致动器主体部100的轴向DAX上的两端部密封。具体而言，密封机构200包含密封构件210和凿紧构件230。密封构件210将致动器主体部100的轴向DAX上的端部密封。另外，凿紧构件230将致动器主体部100与密封构件210一起凿紧。在凿紧构件230的外周面形成有压痕231，该压痕231为利用治具对凿紧构件230进行凿紧而产生的痕迹。
密封机构200与密封机构300的不同点为接头400、500(以及通过孔410、510)的作用不同这点。
设于密封机构200的接头400以可安装与气动致动器10的驱动压力源、具体而言工作流体的压缩机连接的软管(管路)的方式突出。经由接头400流入的工作流体通过通过孔410向致动器主体部100的内部、具体而言管110的内部流入。
另一方面，设于密封机构300的接头500以能够作为向致动器注入工作流体时的排气口使用的方式突出。在致动器的工作初期，在将工作流体向致动器注入时，原本存在于致动器内部的气体经由通过孔510自接头500排出。
图2是气动致动器10的局部分解立体图。如图2所示，气动致动器10具有致动器主体部100和密封机构200。
如上所述，致动器主体部100包括管110和套管120。
管110为利用气压进行膨胀和收缩的圆筒状的筒状体。管110由弹性材料、例如橡胶等形成，以能反复利用工作流体进行收缩和膨胀。
在无负荷且无加压状态下，管110的厚度优选在1.0mm～6.0mm的范围，更优选在1.4mm～5.0mm的范围。若管110的厚度为1.0mm以上，则管110的强度提高，能够抑制管110的自构成套管120的帘线的间隙的突出，致动器的耐久性进一步提高。另外，若管110的厚度为6.0mm以下，则管110的收缩率较大，能够确保充分的动作长度。
此外，图1和图2所示的管110为一层构造，但在本发明中，管也可以具有两层以上的构造。另外，管110的直径(外径)能够根据期望的用途适当选择。
套管120为圆筒状，并覆盖管110的外周面。套管120是编入在规定方向上取向的帘线而成的构造体，被取向的帘线交叉，而重复菱形的形状。套管120具有这样的形状，因而能进行缩放变形，而限制且追随管110的收缩和膨胀。
图3是无负荷且无加压状态下的套管120的两个实施方式的局部侧视图。
在本发明中，如图3的(a)和图3的(b)所示，在无负荷且无加压状态(即，初始状态)下，构成套管120的帘线121的相对于致动器的轴向DAX的平均角度θ1为20度以上且小于45度。在无负荷且无加压状态下，由于构成套管120的帘线121的相对于致动器的轴向DAX的平均角度θ1为20度以上，因而套管120的耐久性提高。另一方面，在无负荷且无加压状态下，在构成套管120的帘线121的相对于致动器的轴向DAX的平均角度θ1超过45度时，致动器在工作时的收缩较小，而不能作为致动器充分地发挥功能。
另外，所述平均角度θ1优选为22度以上，更优选为23度以上。平均角度θ1越大，则带给管110的负担越小，越能够抑制管110的不与帘线121直接接触的部分的破损，越能够长时间地维持致动器的功能。
另外，所述平均角度θ1优选为37度以下。若平均角度θ1为37度以下，则致动器的收缩率较大，而能够确保充分的动作长度。
在此，初始状态下的构成套管120的帘线121的相对于致动器的轴向DAX的平均角度θ1例如能够通过调整编织套管120时的帘线121的方向、而且能够通过调整做成圆筒状时的帘线121的方向来进行调整。
图4是构成套管120的帘线121的相对于致动器的轴向DAX的平均角度为45度的状态下的套管120的两个实施方式的局部侧视图。此外，在本发明中，在实际测量帘线121的角度时，容许±1度作为误差范围。
在本发明中，如图4的(a)和图4的(b)所示，在气压5MPa下构成所述套管120的帘线121的相对于致动器的轴向DAX的平均角度θ3为45度的状态下，构成所述套管120的帘线121的间隙122的总面积(S2)与所述致动器主体部100的外表面的面积(S1)之比(S2/S1)为35％以下，优选为32％以下，更优选为30％以下，进一步优选为25％以下，特别优选为20％以下。在构成套管120的帘线121的相对于致动器的轴向DAX的平均角度θ3为45度的状态、即帘线121的平均交叉角度为90度的状态下，使构成套管120的帘线121的间隙122的总面积(S2)与致动器主体部100的外表面的面积(S1)之比(S2/S1)为35％以下，从而带给管110的负担较小，致动器的耐久性提高。此外，该比(S2/S1)的下限没有特殊限定，但从致动器的动作长度的观点来看，比(S2/S1)优选为5％以上。
在此，构成套管120的帘线121的间隙122的总面积(S2)能够通过选择套管120的编织方式、使用的帘线121的粗细、材质、打纬密度等进行调整。
此外，在本发明中，以在5MPa的气压下构成套管120的帘线121的相对于致动器的轴向DAX的平均角度θ3成为45度的方式调整对致动器施加的载荷之后，对构成套管120的帘线121的间隙122的总面积(S2)进行测量。此时，在套管120的直径为套管120的最大直径的95％以上的区域进行评价，将该区域的间隙122的面积的合计设为S2，将该区域的致动器主体部100的外表面的面积设为S1，计算比(S2/S1)。在此，构成套管120的帘线121的间隙122的面积对应于从外侧观察套管时不存在帘线121而存在于内侧的管110所露出的面积。
另外，在本发明中，相对于致动器的轴向DAX的平均角度θ1、θ2、θ3是指帘线121与致动器的轴向DAX所成的角度的锐角侧的角度。
作为构成套管120的帘线121，优选使用由从芳纶纤维(芳香族聚酰胺纤维)、聚己二酰己二胺(尼龙6，6)纤维、聚己内酰胺(尼龙6)纤维等聚酰胺纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)纤维等聚酯纤维、聚氨酯纤维、人造丝、丙烯酸纤维、聚烯烃纤维中选择的至少一种纤维材料形成的纤维帘线。该情况下，套管的耐久性进一步提高。在这些纤维材料中，从套管120的强度的观点来看，特别优选使用由芳纶纤维形成的帘线。
但是，并不限定于这些种类的纤维帘线，例如也可以使用由PBO(聚对苯撑苯并二噁唑)纤维等高强度纤维、极细的长丝构成的金属制的帘线。
另外，上述的纤维帘线的表面、金属制的帘线的表面也可以利用热固性树脂与乳胶的混合物、橡胶等覆盖。在利用这些材料覆盖了帘线的表面的情况下，能够使帘线的耐久性提高，并且使帘线的表面的摩擦系数适当降低。
此外，热固性树脂与乳胶的混合物中的固成分含量优选为15质量％以上且50质量％以下，更优选为20质量％以上且40质量％以下。另外，作为热固性树脂，可列举酚醛树脂、间苯二酚树脂、聚氨酯树脂等，作为乳胶，可列举乙烯基吡啶(VP)乳胶、丁苯橡胶(SBR)乳胶、丁腈橡胶(NBR)乳胶等。
在本发明中，优选的是，如图3的(a)和图4的(a)所示，所述套管120的在一个方向上取向的帘线组121A和与该帘线组121A交错的帘线组121B构成为各帘线组121A、121B的帘线121每两根一交替地交错，并且构成为交错的位置逐根错开，即所述套管120通过斜纹织(斜纹编织)构成。该情况下，带给管110的负担进一步减小，致动器的耐久性进一步提高。
另外，在本发明中，还优选的是，如图3的(b)和图4的(b)所示，所述套管120的在一个方向上取向的帘线组121A和与该帘线组121A交错的帘线组121B构成为各帘线组121A、121B的帘线121每一根一交替地交错，即所述套管120通过平纹织构成。该情况下，带给管110的负担也进一步减小，致动器的耐久性也进一步提高。
另外，在本发明中，还优选的是，所述套管120通过方平织帘线121而构成。该情况下，带给管110的负担也进一步减小，致动器的耐久性也进一步提高。此外，在方平织中，并丝的帘线的根数没有特殊限定，但在本发明中，优选将两根帘线并丝，并打入另外并丝的两根其他的帘线。
在本发明中，构成所述套管120的帘线121的断裂强度优选为200N/根以上，更优选在250N/根～1000N/根的范围，进一步优选这300N/根～1000N/根的范围，更进一步优选在500N/根～1000N/根的范围，特别优选这600N/根～1000N/根的范围。该情况下，带给管110的负担进一步减小，致动器的耐久性进一步提高。
在本发明中，构成所述套管120的帘线121的断裂伸长率优选为2.0％以上，更优选在3.0％～6.0％的范围。该情况下，带给管110的负担进一步减小，致动器的耐久性进一步提高。
在本发明中，构成所述套管120的帘线121的粗细优选为0.3mm～1.5mm，更优选为0.4mm～1.5mm，进一步优选为0.5mm～1.5mm，更进一步优选为0.6mm～1.3mm，特别优选为0.6mm～1.0mm。该情况下，带给管110的负担进一步减小，致动器的耐久性进一步提高。
在本发明中，构成所述套管120的帘线121的打纬密度优选为6.8根/cm～25.5根/cm，更优选为10.0根/cm～23.5根/cm，进一步优选为10.0根/cm～20.0根/cm。该情况下，带给管110的负担进一步减小，致动器的耐久性进一步提高。
在本发明中，所述管110的厚度t(mm)、构成所述套管120的帘线121的粗细d(mm)、无负荷且无加压状态下构成所述套管120的帘线121的相对于致动器的轴向DAX的平均角度θ1、致动器收缩时构成所述套管120的帘线121的相对于致动器的轴向DAX的平均角度θ2优选满足下述式(1)：
[数4]
Figure BDA0002474850320000101
满足式(1)的情况下，带给管110的负担进一步减小，致动器的耐久性进一步提高。
另外，所述管110的厚度t(mm)、构成所述套管120的帘线121的粗细d(mm)、无负荷且无加压状态下构成所述套管120的帘线121的相对于致动器的轴向DAX的平均角度θ1、致动器收缩时构成所述套管120的帘线121的相对于致动器的轴向DAX的平均角度θ2更优选满足下述式(2)：
[数5]
Figure BDA0002474850320000111
满足式(2)的情况下，带给管110的负担进一步减小，致动器的耐久性进一步提高。
在本发明中，构成套管120的帘线121的由下述式(3)定义的捻度系数K优选为0.14～0.50，更优选为0.16～0.50：
[数6]
Figure BDA0002474850320000112
[在式中，T2为帘线的复捻捻数(捻/10cm)，但是，在帘线为单向加捻构造的情况下，将复捻捻数T2(捻/10cm)替换为初捻捻数T1(捻/10cm)，D为构成帘线的原丝的每一根的纤度(dtex)，ρ为构成帘线的原丝的密度(g/cm3)]。在构成套管120的帘线121的捻度系数K为0.14以上的情况下，带给纤维的负荷减小，致动器的耐久性进一步提高，另外，在构成套管120的帘线121的捻度系数K为0.50以下的情况下，带给管的负荷减小，致动器的耐久性进一步提高。
在此，帘线121的捻度系数K能够通过选择要使用的原丝的密度、纤度、或者调整做成帘线时的初捻捻数来进行调整。
在本发明中，构成套管120的帘线121的初捻捻数T1(捻/10cm)与构成该帘线121的原丝的每一根的纤度D(dtex)之比(T1/D)优选为0.004～0.03，更优选为0.004～0.02。该情况下，带给管110的负担进一步减小，致动器的耐久性进一步提高。
在本发明中，构成套管120的帘线121的初捻捻数T1(捻/10cm)与复捻捻数T2(捻/10cm)之比(T1/T2)优选为0.8～1.2，更优选为0.9～1.1。该情况下，带给管110的负担进一步减小，致动器的耐久性进一步提高。
在本发明中，对于构成套管120的帘线121，构成该帘线121的原丝的每一根的纤度D优选为800dtex～5000dtex，更优选为800dtex～4000dtex，进一步优选为1000dtex～4000dtex，更进一步优选为1500dtex～4000dtex，特别优选为2000dtex～4000dtex。该情况下，带给管110的负担进一步减小，致动器的耐久性进一步提高。
在本发明中，构成套管120的帘线121的初捻捻数T1优选为3.2捻/10cm～150捻/10cm，更优选为10捻/10cm～36捻/10cm，进一步优选为10捻/10cm～30捻/10cm。该情况下，带给管110的负担进一步减小，致动器的耐久性进一步提高。
在本发明中，构成套管120的帘线121的复捻捻数T2优选为2.6捻/10cm～180捻/10cm，更优选为10捻/10cm～36捻/10cm，进一步优选为10捻/10cm～30捻/10cm。该情况下，带给管110的负担进一步减小，致动器的耐久性进一步提高。
在本发明中，构成套管120的帘线121的加捻根数优选为2根～4根，特别优选为两根。该情况下，带给管110的负担进一步减小，致动器的耐久性进一步提高。
在本发明中，对于构成套管120的帘线121，构成该帘线121的原丝的每一根的纤度D优选为800dtex～5000dtex，初捻捻数T1优选为3.2捻/10cm～150捻/10cm，复捻捻数T2优选为2.6捻/10cm～180捻/10cm，加捻根数优选为2根～4根。在构成套管120的帘线121的、每根原丝的纤度D、初捻捻数T1、复捻捻数T2以及加捻根数全部满足上述的优选范围的情况下，带给管110的负担特别小，致动器的耐久性大幅度提高。
所述帘线121的制法没有特殊限定，例如，在该帘线121为对多根、优选为2根～4根原丝进行合股加捻而成的、所谓合股加捻构造的情况下，例如，能够通过对原丝进行初捻，接着将多根进行了初捻的原丝并丝，并向相反方向进行复捻，从而得到合股帘线。
另外，在帘线121为加捻一根原丝而成的、所谓单向加捻构造的情况下，例如能够通过将原丝并丝，并向一个方向加捻，从而得到合股帘线。此外，在本发明中，在帘线121为单向加捻构造的情况下，初捻捻数T1是指加捻一根原丝时的捻数。另外，在帘线121为单向加捻构造的情况下，式(1)中的复捻捻数T2(捻/10cm)替换为初捻捻数T1(捻/10cm)。即，在帘线121为单向加捻构造的情况下，式(1)中的T2是指加捻一根原丝时的捻数。
在图2中，密封机构200将致动器主体部100的轴向DAX上的端部密封。密封机构200包括密封构件210、第1卡定环220以及凿紧构件230。
密封构件210具有主体部211和凸缘部212。作为密封构件210，能够优选使用不锈钢等金属，但并不限定于这样的金属，还可以使用硬质塑料材料等。
主体部211为圆管状，在主体部211形成有使工作流体通过的通过孔215。通过孔215与通过孔410(参照图1)连通。管110外套于主体部211。
凸缘部212与主体部211相连，位于比主体部211靠气动致动器10的轴向DAX上的端部侧的位置。凸缘部212的沿着径向DR的外径大于主体部211的沿着径向DR的外径。凸缘部212将外套于主体部211的管110和第1卡定环220卡定。
在主体部211的外周面形成有凹凸部213。凹凸部213有助于抑制外套于主体部211的管110的滑动。凹凸部213的凸部分优选形成有三个以上。
另外，在主体部211的靠近凸缘部212的位置形成有外径小于主体部211的外径的第1小径部214。此外，关于第1小径部214的形状，在图5之后进一步说明。
第1卡定环220卡定套管120。具体而言，套管120经由第1卡定环220向径向DR外侧折回(图2中未图示，参照图5)。
第1卡定环220的外径大于主体部211的外径。第1卡定环220在主体部211的第1小径部214的位置卡定套管120。也就是说，第1卡定环220在主体部211的径向DR外侧、且是与凸缘部212相邻的位置卡定套管120。
为了使第1卡定环220在比主体部211小的第1小径部214卡定，在本实施方式中，将第1卡定环220设为分割成两部分的形状。此外，第1卡定环220并不限定于分割成两部分，也可以分割成更多的部分，还可以是一部分分割部分被连结为能够转动。
作为第1卡定环220，能够使用与密封构件210相同的金属、硬质塑料材料等。
凿紧构件230将致动器主体部100与密封构件210一起凿紧。作为凿紧构件230，能够使用铝合金、黄铜以及铁等金属。若利用凿紧用的治具对凿紧构件230进行凿紧，则会在凿紧构件230形成图1所示那样的压痕231。
(2)密封机构的结构
接着，参照图5～图12说明密封机构200的实施方式。
(2.1)实施方式1－1
图5是包含实施方式1－1的密封机构200在内的气动致动器10的沿着轴向DAX的局部剖视图。
如上所述，密封构件210具有第1小径部214，该第1小径部214具有小于主体部211的外径的外径。
第1卡定环220配置于第1小径部214的径向DR外侧。第1卡定环220的内径R1小于主体部211的外径R3。此外，第1卡定环220的外径R2也可以小于主体部211的外径R3。
管110外套于主体部211，直到与凸缘部212抵接为止。另一方面，套管120经由第1卡定环220向径向DR外侧折回。该结果，套管120具有在轴向DAX的端部经由第1卡定环220折回而成的第1折回部120a。具体而言，套管120包括覆盖所述管110的外周面的套管主体部120b和在该套管主体部120b的轴向DAX上的端部折回而配置于套管主体部120b的外周侧的第1折回部120a。
第1折回部120a与位于管110的径向DR外侧的套管主体部120b粘接。具体而言，在套管主体部120b与第1折回部120a之间形成有粘接层240，利用该粘接层240将套管主体部120b与第1折回部120a粘接起来。在此，粘接层240根据构成套管120的帘线的种类而使用适当的粘接剂即可。
此外，在本发明中，粘接层240并不是必须的，第1折回部120a也可以不与套管主体部120b粘接。
凿紧构件230的直径大于密封构件210的主体部211的外径，在外套于主体部211之后利用治具凿紧。凿紧构件230将致动器主体部100与密封构件210一起凿紧。具体而言，凿紧构件230对外套于主体部211的管110、套管主体部120b以及第1折回部120a进行凿紧。也就是说，凿紧构件230将管110、套管主体部120b以及第1折回部120a与密封构件210一起凿紧。
(2.2)实施方式1－2
图6是包含实施方式1－2的密封机构200在内的气动致动器10的沿着轴向DAX的局部剖视图。以下，主要说明与实施方式1－1的不同点。
在实施方式1－2中，在套管120的第1折回部120a与凿紧构件230之间设有片状的弹性构件。具体而言，在第1折回部120a与凿紧构件230之间设有橡胶片250。橡胶片250以覆盖圆筒状的第1折回部120a的外周面的方式设置。橡胶片250的种类没有特殊限定，能够使用与管110相同种类的橡胶等。凿紧构件230将橡胶片250和致动器主体部100与密封构件210一起凿紧。
(2.3)实施方式1－3
图7是包含实施方式1－3的密封机构200在内的气动致动器10的沿着轴向DAX的局部剖视图。
在实施方式1－3中，使用橡胶片260代替实施方式1－1的粘接层240。橡胶片260为片状的弹性构件，设于套管主体部120b与第1折回部120a之间。橡胶片260能够使用与橡胶片250相同种类的橡胶。
(2.4)实施方式2－1
图8是包含实施方式2－1的密封机构200A在内的气动致动器10的沿着轴向DAX的局部剖视图。
在实施方式2－1中，使用密封机构200A代替实施方式1的密封机构200。密封机构200A与密封机构200的不同点为未形成密封构件210那样的第1小径部214。
密封机构200A包括密封构件210A、第1卡定环220A以及凿紧构件230A。
管110外套于密封构件210A的主体部211A。由于在密封构件210A未形成密封构件210那样的第1小径部214，因而第1卡定环220A的外径大于主体部211A的外径。因此，第1卡定环220A利用凸缘部212A和凿紧构件230A卡定。
另外，由于第1卡定环220A的外径大于主体部211A的外径，因此凿紧构件230A不与凸缘部212A抵接。即，套管120折回的靠第1卡定环220A的部分露出在外部。而且，由于第1卡定环220A的外径大于主体部211A的外径，因此，也可以不像实施方式1的第1卡定环220那样进行分割。
此外，在套管主体部120b与第1折回部120a之间与实施方式1－1相同地形成有粘接层240。
(2.5)实施方式2－2
图9是包含实施方式2－2的密封机构200A在内的气动致动器10的沿着轴向DAX的局部剖视图。以下，主要说明与实施方式2－1的不同点。
在实施方式2－2中，在套管120的第1折回部120a与凿紧构件230A之间设有片状的弹性构件。具体而言，在第1折回部120a与凿紧构件230A之间设有橡胶片250A。橡胶片250A与实施方式1－2的橡胶片250相同以覆盖圆筒状的第1折回部120a的外周面的方式设置。
(2.6)实施方式2－3
图10是包含实施方式2－3的密封机构200A在内的气动致动器10的沿着轴向DAX的局部剖视图。
在实施方式2－3中，使用橡胶片260代替实施方式2－1的粘接层240。橡胶片260与实施方式1－3相同为片状的弹性构件，且设于套管主体部120b与第1折回部120a之间。
(2.7)实施方式3－1
图11是包含实施方式3－1的密封机构200B在内的气动致动器10的沿着轴向DAX的局部剖视图。在实施方式3(3－1和3－2)中，使用两个卡定环。
如图11所示，密封机构200B包括密封构件210B、第1卡定环220B、凿紧构件230B以及第2卡定环270。
如此，密封机构200B除第1卡定环220B以外还具有第2卡定环270。第2卡定环270在主体部211B的径向DR外侧、且是比第1卡定环220B靠致动器主体部100的轴向DAX上的中央侧的位置卡定套管120。
具体而言，密封构件210B具有第2小径部216B，该第2小径部216B具有小于主体部211B的外径的外径。
第2卡定环270配置于第2小径部216B的径向DR外侧。第2卡定环270的内径优选小于主体部211B的外径。此外，第2卡定环270的外径也可以小于主体部211B的外径。由此，第2卡定环270利用第2小径部216B卡定。
套管120具有经由第2卡定环270折回而成的第2折回部120c。第2折回部120c与第1折回部120a相连。也就是说，第2折回部120c在所述第1折回部120a的轴向DAX上的端部折回，配置于第1折回部120a的外周侧。
具体而言，套管120通过经由第1卡定环220B向致动器主体部100的轴向DAX上的中央侧折回从而形成第1折回部120a。而且，套管120通过第1折回部120a向致动器主体部100的轴向DAX上的端部侧折回而形成第2折回部120c。
凿紧构件230B将外套于主体部211B的管110、位于管110的径向DR外侧的套管主体120b、第1折回部120a以及第2折回部120c与密封构件210B一起凿紧。
在套管主体120b与第1折回部120a之间设有与实施方式1－3相同的橡胶片260。
另外，在第1折回部120a与第2折回部120c之间也设有片状的弹性构件。具体而言，在第1折回部120a与第2折回部120c之间设有橡胶片280。橡胶片280以覆盖圆筒状的第1折回部120a的外周面的方式设置。
而且，在第2折回部120c与凿紧构件230B之间设有与实施方式1－3的橡胶片250大致相同形状的橡胶片290。橡胶片290以覆盖圆筒状的第2折回部120c的外周面的方式设置。
(2.8)实施方式3－2
图12是包含实施方式3－2的密封机构200C在内的气动致动器10的沿着轴向DAX的局部剖视图。以下，主要说明与实施方式3－1的不同点。
在实施方式3－2中，使用未形成第1小径部214B和第2小径部216B的密封构件210C。
密封构件210C具有主体部211C。由于在密封构件210C未形成密封构件210B那样的第1小径部214B和第2小径部216B，因此，第1卡定环220C的内径和第2卡定环270C的内径大于主体部211C的外径。
凿紧构件230C在轴向DAX上位于第1卡定环220C与第2卡定环270C之间。即，套管120折回的靠第1卡定环220C的部分和靠第2卡定环270C的部分露出在外部。
此外，在第1折回部120a与第2折回部120c之间设有与实施方式3－1的橡胶片280大致相同形状的橡胶片281。另外，在套管120的第2折回部120c与凿紧构件230C之间设有与实施方式3－1的橡胶片290大致相同形状的橡胶片291。
实施例
以下，列举实施例更详细地说明本发明，但本发明并不受下述的实施例任何限定。
(管的制作)
将高腈NBR(丁腈橡胶，JSR株式会社制“N220S”)45质量份、中高腈NBR(丁腈橡胶，JSR株式会社制“N230S”)35质量份、BR(丁二烯橡胶，宇部兴产株式会社制“UBEPOL(注册商标)BR150”)20质量份、炭黑(东海碳素株式会社制“SEAST3(日文：シースト3)”)50质量份、硬脂酸(新日本理化株式会社制“硬脂酸50S”)1质量份、防老化剂(大内新兴化学工业株式会社制“NOCRAC6C”)2质量份、树脂(日本瑞翁株式会社制“Quintone100(日文：クレイトン100)”)10质量份、增塑剂(新日本理化株式会社制“SANSO CIZER DOA”)8质量份、氧化锌(ZnO，白水化学工业株式会社制“氧化锌3号”)5质量份、硫磺(鹤见化学工业株式会社制“Sulfax Z”)1质量份、硫化促进剂CBS(大内新兴化学工业株式会社制“NOCCELER CZ”)1质量份、硫化促进剂TOT(大内新兴化学工业株式会社制“NOCCELER TOT－N”)2质量份在班伯里混炼机中混炼而调制橡胶组合物。
利用挤压成型机对得到的橡胶组合物进行加工，从而制作长度为300mm的圆筒形状的管。在表1中表示制作出的管的外径和厚度。
(套管的制作)
准备编入64根表1所示的规格的芳纶纤维帘线而制作成的网格状、且是圆筒状的套管。其中，各芳纶纤维帘线是通过对原丝的芳纶纤维进行初捻、进而进行复捻而制作成的。另外，该套管是横截面中在圆周上观察到64根芳纶纤维帘线的网格状筒状体。
此外，套管是将等间隔地平行且呈螺旋状配置的32根芳纶纤维帘线和与该32根芳纶纤维帘线斜交并且等间隔地平行且呈螺旋状配置的另外32根芳纶纤维帘线交替地编入而成的网格状筒状体，如图3的(a)所示，构成为各帘线组的帘线每两根一交替地交错，且构成为交错的位置逐根错开(斜纹织(斜纹编织))。
表1中表示各套管以及构成各套管的帘线的规格。
(致动器的制作)
使用所述管和所述网格状的套管制作图1和图2所示的构造的致动器。使用空气作为组装于致动器的管的工作流体。利用以下的方法来评价构成已制作成的致动器的套管的帘线的角度和致动器的耐久性。
＜构成套管的帘线的角度的评价方法＞
构成套管的帘线与致动器的轴向所成的角度如以下方式计算。
(1)对该部分进行照片拍摄。
(2)选择照片的焦点对准、且能够确保分析所需的充分的画质的致动器的中央部(在致动器收缩时，套管的直径为套管的最大直径的95％以上的区域)。
(3)在该部分中，测量连结密封机构的中心的直线与构成套管的帘线所成的角度。
(4)评价5个点，取平均，并作为测量值。
此外，在无负荷且无加压状态和施加了规定的载荷及气压(内压)的致动器收缩时，分别测量帘线的角度，在表中，将前者标记为“初始帘线角度θ1”，将后者标记为“收缩时帘线角度θ2”。
＜构成套管的帘线的间隙的总面积(S2)的评价方法＞
以在气压5MPa下构成套管的帘线的相对于致动器的轴向的平均角度成为45度的方式调整对致动器施加的载荷，并与“构成套管的帘线的角度的评价方法”相同地，进行照片拍摄，来测量帘线的间隙的总面积(S2)。使用该值(S2)，根据致动器主体部的外表面的面积(S1)的值来计算比(S2/S1)，并在表中标记为“收缩时空隙率(S2/S1)”。此外，在帘线的角度的实际测量中，将误差范围设为±1度。
＜致动器的耐久性的评价方法＞
将空气作为工作流体注入管内。以管内的工作流体的压力反复在0MPa和5MPa之间每3秒转换一次的方式进行工作流体的注入操作，测量直到管产生龟裂、无法显现致动器的功能为止的次数。将实施例1的次数设为100，进行指数表示。指数值越大，则表示耐久性越高。
另外，目视观察故障形态，并按以下的基准进行评价。
A：由管的与帘线直接接触的部分的损伤导致的故障
B：由管的不与帘线直接接触的部分的损伤导致的故障
C：由帘线的断开导致的故障
[表1]
Figure BDA0002474850320000211
由表1可知，本发明的气动致动器具有较高的耐久性。
附图标记说明
10、气动致动器；20、连结部；100、致动器主体部；110、管；120、套管；120a、第1折回部；120b、套管主体部；120c、第2折回部；121、帘线；121A、121B、帘线组；122、帘线的间隙；200、200A、200B、200C、密封机构；210、210A、210B、210C、密封构件；211、211A、211B、211C、主体部；212、212A、凸缘部；213、凹凸部；214、214B、第1小径部；215、通过孔；216B、第2小径部；220、220A、220B、220C、第1卡定环；230、230A、230B、230C、凿紧构件；231、压痕；240、粘接层；250、250A、橡胶片；260、橡胶片；270、270C、第2卡定环；280、281、橡胶片；290、291、橡胶片；300、密封机构；400、500、接头；410、510、通过孔；DAX、轴向；DR、径向。

Claims (15)

1.一种气动致动器，其具有致动器主体部，该致动器主体部包括利用气压进行膨胀及收缩的筒状的管和覆盖所述管的外周面的套管，该套管是编入在规定方向上取向的帘线而成的筒状的构造体，该气动致动器的特征在于，
在无负荷且无加压状态下，构成所述套管的帘线的相对于致动器的轴向的平均角度为20度以上且小于45度，
在气压5MPa下构成所述套管的帘线的相对于致动器的轴向的平均角度为45度的状态下，构成所述套管的帘线的间隙的总面积(S2)与所述致动器主体部的外表面的面积(S1)之比(S2/S1)为35％以下。
2.根据权利要求1所述的气动致动器，其中，
构成所述套管的帘线由至少一种纤维材料形成，该至少一种纤维材料是从包括聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维、人造丝、丙烯酸纤维、聚烯烃纤维的组中选择的。
3.根据权利要求1或2所述的气动致动器，其中，
所述套管的在一个方向上取向的帘线组和与该帘线组交错的帘线组构成为各帘线组的帘线每两根一交替地交错或每一根一交替地交错，且构成为交错的位置逐根错开。
4.根据权利要求1或2所述的气动致动器，其中，
所述套管通过斜纹织即斜纹编织，或平纹织所述帘线而构成。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的气动致动器，其中，
构成所述套管的帘线的断裂强度为200N/根以上。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的气动致动器，其中，
构成所述套管的帘线的断裂伸长率为2.0％以上。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的气动致动器，其中，
构成所述套管的帘线的粗细为0.3mm～1.5mm。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的气动致动器，其中，
构成所述套管的帘线的打纬密度为6.8根/cm～25.5根/cm。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的气动致动器，其中，
所述管的厚度t、构成所述套管的帘线的粗细d、无负荷且无加压状态下构成所述套管的帘线的相对于致动器的轴向的平均角度θ1、致动器收缩时构成所述套管的帘线的相对于致动器的轴向的平均角度θ2满足下述式(1)：
[数1]
Figure FDA0002474850310000021
所述厚度t和粗细d的单位为mm。
10.根据权利要求9所述的气动致动器，其中，
所述管的厚度t、构成所述套管的帘线的粗细d、无负荷且无加压状态下构成所述套管的帘线的相对于致动器的轴向的平均角度θ1、致动器收缩时构成所述套管的帘线的相对于致动器的轴向的平均角度θ2满足下述式(2)：
[数2]
Figure FDA0002474850310000022
所述厚度t和粗细d的单位为mm。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的气动致动器，其中，
构成所述套管的帘线的由下述式(3)定义的捻度系数K为0.14～0.50，
[数3]
Figure FDA0002474850310000023
式中，T2为帘线的复捻捻数，其中，在帘线为单向加捻构造的情况下，将复捻捻数T2替换为初捻捻数T1，D为构成帘线的原丝的每一根的纤度，ρ为构成帘线的原丝的密度，
所述捻数T1、T2的单位为捻/10cm，纤度D的单位为dtex，密度ρ的单位为g/cm3。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的气动致动器，其中，
构成所述套管的帘线的初捻捻数T1与构成该帘线的原丝的每一根的纤度D之比T1/D为0.004～0.03，
所述捻数T1的单位为捻/10cm，纤度D的单位为dtex。
13.根据权利要求1～12中任一项所述的气动致动器，其中，
构成所述套管的帘线的初捻捻数T1与复捻捻数T2之比T1/T2为0.8～1.2，
所述捻数T1、T2的单位为捻/10cm。
14.根据权利要求1～13中任一项所述的气动致动器，其中，
对于构成所述套管的帘线，构成该帘线的原丝的每一根的纤度D为800dtex～5000dtex，初捻捻数T1为3.2捻/10cm～150捻/10cm，复捻捻数T2为2.6捻/10cm～180捻/10cm，加捻根数为2根～4根。
15.根据权利要求1～14中任一项所述的气动致动器，其中，
在无负荷且无加压状态下，所述管的厚度为1.0mm～6.0mm。
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