JP2004353753A

JP2004353753A - 液圧アクチュエータ

Info

Publication number: JP2004353753A
Application number: JP2003151752A
Authority: JP
Inventors: Naoki Shibuya; 直樹渋谷
Original assignee: Osada Research Institute Ltd
Current assignee: Osada Research Institute Ltd
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】従来、作業用ロッドの制御を、油圧ポンプ、開閉弁、切替弁、流量弁等を用いて別々に行なっていたものを、チューブポンプによって行なうようにして、能動的な動作と受動的な動作を簡単かつ瞬時に行うことができ、しかも、受動的な動作時における動力を不要とする。
【解決手段】作業液体５０が収容された液体タンク１０と、内部に摺動パッキン３１を有する作業用シリンダ３０と、該シリンダ３０と前記液体タンク１０とを連通するチューブポンプ２０とを有する。チューブポンプ２０を駆動して前記パッキン３１に連結された作業用ロッド４０を正逆直進運動させ、或いは、前記チューブポンプ２０を停止して前記作業用ロッドの運動をロックし、或いは、前記チューブポンプ２０を開放して前記作業用ロッド４０の運動をフリーにする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液圧アクチュエータ、より詳細には、チューブポンプを用いて作動部材の動きを制御するようにした液圧直動アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液圧直動アクチュエータは、産業用機械やロボット等に広く利用されているが、従来、液圧や液量を制御するために、液圧ポンプ、開閉弁、切換弁、液量弁等を必要としていた。
【０００３】
例えば、最近流行の２足歩行ロボットは、歩くとき、持ち上げている方の足の肘から先は、フリーに振り子のように振り出せればよいときがあり、また、腕も、肘から先は振り子のように振れていればよいときがあるが、現在では、これらの動作に対しても、常に、モータなどに無駄ともいえる電力を供給して制御している。換言すれば、受動的で良いアクチュエータでも、他の動作の邪魔にならないように、動力を投入して、能動的に動かしているが、能動的な動作と受動的な動作を、瞬時に簡単に切換えられるアクチュエータがあれば、前述の無駄ともいえる動力（電力）を節約することができる。
【０００４】
他の例として、例えば、電動の肘義手においては、通常は、肘のアクチュエータを筋電などによって、使用者の意思で動かせるようにしているが、歩行時には、自然に見せる為に、フリースイングモード（肘がぶらぶらと振れる状態）にできるようになっているものがある。そのように使用するアクチュエータでは、受動的な動作と能動的な動作とを切換える必要があり、実際には、肘を目一杯伸ばすことでスイッチが切換わってアクチュエータが能動的な動作から受動的な動作（フリー）になるものもあるが、電気的につまり能動的に、フリースイングしているように（受動的になっているように）みせているものもある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、従来、作動部材の制御を、油圧ポンプ、開閉弁、切替弁、流量弁等を用いて別々に行なっていたものを、単一のアクチュエータ、具体的には、チューブポンプによって行なうようにして、特に、能動的な動作と受動的な動作を簡単かつ瞬時に切り換えて行うことができ、しかも、受動的な動作時における動力を不要とした液圧アクチュエータを提供することを目的としてなされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、作業液体が収容された液体タンクと、内部に摺動パッキンを有するシリンダと、該シリンダと前記液体タンクとを連通するチューブポンプとを有し、該チューブポンプを駆動して前記パッキンに連結された作業用ロッドを正逆直進運動させ、前記チューブポンプを開止して前記作業用ロッドの運動をロックし、前記チューブポンプを開放して前記作業用ロッドの運動をフリーにするようにしたことを特徴としたものである。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記液体タンクと、前記チューブポンプと、前記シリンダとを、一体構成としたことを特徴としたものである。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記液体タンクは前記シリンダと同じ構造及び形状であることを特徴としたものである。
【０００９】
請求項４の発明は、一端が密閉されたシリンダ内を液密に２分する摺動パッキンを有する第１及び第２のシリンダと、これら第１及び第２シリンダの前記密閉された側を連通する弾性チューブと、前記第１及び第２シリンダの密閉された側内及び前記弾性チューブ内に充填された作業液体と、前記一方のシリンダ内の作業液体を前記弾性チューブを通して他方のシリンダに移送するチューブポンプと、前記一方のシリンダ内のパッキンに連結されて該シリンダより延出する作業用ロッドとを有し、前記チューブポンプをポンプ機能させて前記作業用ロッドを能動的に機能させ、前記チューブポンプのポンプ機構を開止して前記作業用ロッドの動きを固定し、前記チューブポンプのポンプ機能を開放して前記作業用ロッドを受動的に機能させるようにしたことを特徴としたものである。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記チューブポンプは、前記弾性チューブを挟持して該弾性チューブの一方の側に配設される回転円板と、該回転円板の外周部に所定の間隔を置いて配設された複数の押圧ローラと、前記弾性チューブの他方の側に配設されて前記押圧ローラを押圧し或いは該押圧が解除されるチューブポンプ開閉部材とを有し、前記開閉部材が前記押圧ローラに対して押圧された時に前記チューブポンプがポンプ機能をし、前記開閉部材の前記押圧ローラに対する押圧が解除された時に前記チューブポンプのポンプ機能が開放されることを特徴としたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による液圧アクチュエータの一実施例を説明するための要部概略構成図（図１（Ａ）は要部構成断面図、図１（Ｂ）は全体構成斜視図）で、図中、１０は液体収納タンク、２０はチューブポンプ、３０は作業用シリンダ、４０は作動部材（作業用ロッド）で、液体タンク１０と作業用シリンダ３０とはチューブポンプ２０を構成する弾性チューブ２１を通して連通され、該液体タンク１０内の作業液体５０は前記弾性チューブ２１を通して作業用シリンダ３０内の作業液体５０と連通している。チューブポンプ２０は、図２を参照して詳細に説明するように、回転円板２２の周辺部に所定の間隔をもって配設された押圧ローラ２３_１，２３_２，２３_３…と支持基板２４とで弾性チューブ２１を挟持・押圧し、押圧ローラ間の液体５０を回転円板２２を正逆回転させることによって移送し、液体タンク１０内の作業液体５０を作業用シリンダ３０内に移送し、該シリンダ３０内のパッキン（又はピストン）３１を移動して作業用ロッド４０を矢印Ａ方向に移動し、或いは、シリンダ３０内の作業液体５０を液体タンク１０内に移送して作業用ロッド４０を矢印Ｂ方向に移動する。なお、作業用ロッド４０の先端には、被制御体（図示せず）が連結されている。
【００１２】
図２は、周知のチューブポンプの動作を詳細に説明をするための図で、図中、２１は弾性チューブ、２２は回転円板、２３_１，２３_２，２３_３…は該回転円板２２の周辺部に設けられた押圧ローラ、２４は円弧状の内壁面に前記弾性チューブ２１が挿通される溝を有する支持基板で、弾性チューブ２１は、図示のように、支持基板２４の内周面に設けられた溝に挿通して配設され、押圧ローラ２３_１，２３_２…によって該支持基板との間で押圧挟持されている。回転円板２２が、軸２５を中心に例えば矢印Ｐ方向に回転すると、押圧ローラ間に封入された液体は、封入された状態を保ったまま、回転円板２２の回転に従って順次矢印Ｑにて示す方向に移送され、回転円板２２を逆転すると、逆方向に移送される。
【００１３】
本発明は、上述のごときチューブポンプを利用して作業用ロッド４０の移動を制御するもので、本発明においては、回転円板２２と前記支持基板２４とを相対的に移動可能にし、図１に示した実施例においては、支持基板２４を、ソレノイド２６によって矢印方向に移動させ、該支持基板２４と押圧ローラ２３（２３_１，２３_２…）との間で弾性チューブ２１を押圧挟持し、回転円板２２を正逆回転することによって、作業液体５０を液体タンク１０からシリンダ３０へ、或いは、シリンダ３０からタンク１０へ移送して作業用ロッド４０の移動方向を制御し、更には、回転円板２２の回転速度を変えることによって液体の移送量を変えて作業用ロッド４０の変位速度を制御し或いは回転円板２２の回転を止めることによって、作業用ロッド４０の移動をロックし、或いは、支持基板２４を押圧ローラ２３から引き離して、弾性チューブ２１内を通しての作業液体５０の移動を自由にし、作業用ロッド４０の移動をフリーにする。
【００１４】
図１に示した実施例においては、液体収容タンク１０をシリンダ状にし、該液体収容シリンダ１０と作業用シリンダ３０とを略同様の構造、形状とし、スペースの有効活用と部品の共通化を図ったものであるが、液体タンク１０の構造、形状は図示例のものに限定されるものではなく、作業用シリンダ３０の内容積と略同じ内容積又はそれ以上の内容積を有し、作業用ロッド４０が矢印Ｂ方向に最大限移動された時の作業液体を収容することのできる内容積を有するものなら何でもよい。
【００１５】
なお、図１においては、液体タンク１０をシリンダ状とし、内部に作業液体の増減に応じて移動するパッキン１１を設けた例を示したが、作業液体が流出しない構造であれば、パッキン１１は必ずしも必要ではなく、また、液体タンク１０自体或いはパッキン１１を弾性体で構成し、流入される作業液体の量に応じて内容積が変化するようにしてもよい。
【００１６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によると、従来は、液圧や液量を制御する為に、液圧ポンプ、開閉弁、切換弁、液量弁が必要であったが、液圧ポンプにチューブポンプを使用することで構成部品を少なくすることが可能になる。すなわち、チューブポンプは機構上、ゴムのような可撓性の材質でできているチューブを押し潰して液体を送り出すため、開閉弁が不要になる。また、チューブポンプは、ポンプを駆動するモータの回転速度によって液量を、回転方向の切換えで作動液体の入出方向を制御できるので、流量弁、切替弁が不要になる。
【００１７】
また、チューブポンプを使用中に、チューブをセット・フリーに切換える機構（支持基板を移動させる機構）を備えることにより、チューブポンプがセット（支持基板が押圧）されているときは、自ら力を発揮する能動的なアクチュエータとして、フリーになっている（支持基板が押圧されていない）ときは、外力に対応して動く受動的な機構として瞬時に切換えて使い分けることができる。
【００１８】
液体タンクを一体型にすることにより、電気配線（回転円板（又は円筒）を回転させるモータの配線）のみで使用できるため、液圧アクチュエータでありながら、簡単に、その他の電気的な直動アクチュエータとの置換えが可能になる。また、配管によるトラブルが減少することが見込まれる。
【００１９】
液体タンクを作業用シリンダと同じ構造・形状にすることにより、スペースの有効活用と部品の共通化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液圧アクチュエータの一実施例を説明するための要部概略断面構成図（図１（Ａ））及び全体概略斜視図（図１（Ｂ））である。
【図２】チューブポンプの動作性を説明するための概略構成図である。
【符号の説明】
１０…液体タンク、１１…パッキン、２０…チューブポンプ、２１…弾性チューブ、２２…回転円板、２３（２３_１〜２３_５）…押圧ローラ、２４…弾性チューブ支持基板、２５…回転軸、２６…ソレノイド、３０…作業用シリンダ、４０…作業用ロッド、５０…作業液体。

Claims

作業液体が収容された液体タンクと、内部に摺動パッキンを有するシリンダと、該シリンダと前記液体タンクとを連通するチューブポンプとを有し、該チューブポンプを駆動して前記パッキンに連結された作業用ロッドを正逆直進運動させ、前記チューブポンプを開止して前記作業用ロッドの運動をロックし、前記チューブポンプを開放して前記作業用ロッドの運動をフリーにするようにしたことを特徴とする液圧アクチュエータ。
前記液体タンクと、前記チューブポンプと、前記シリンダとを、一体構成としたことを特徴とする請求項１に記載の液圧アクチュエータ。
前記液体タンクは前記シリンダと同じ構造及び形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液圧アクチュエータ。
一端が密閉されたシリンダ内を液密に２分する摺動パッキンを有する第１及び第２のシリンダと、これら第１及び第２シリンダの前記密閉された側を連通する弾性チューブと、前記第１及び第２シリンダの密閉された側内及び前記弾性チューブ内に充填された作業液体と、前記一方のシリンダ内の作業液体を前記弾性チューブを通して他方のシリンダに移送するチューブポンプと、前記一方のシリンダ内のパッキンに連結されて該シリンダより延出する作業用ロッドとを有し、前記チューブポンプをポンプ機能させて前記作業用ロッドを能動的に機能させ、前記チューブポンプのポンプ機構を開止して前記作業用ロッドの動きを固定し、前記チューブポンプのポンプ機能を開放して前記作業用ロッドを受動的に機能させるようにしたことを特徴とする液圧アクチュエータ。
前記チューブポンプは、前記弾性チューブを挟持して該弾性チューブの一方の側に配設される回転円板と、該回転円板の外周部に所定の間隔を置いて配設された複数の押圧ローラと、前記弾性チューブの他方の側に配設されて前記押圧ローラを押圧し或いは該押圧が解除されるチューブポンプ開閉部材とを有し、前記開閉部材が前記押圧ローラに対して押圧された時に前記チューブポンプがポンプ機能をし、前記開閉部材の前記押圧ローラに対する押圧が解除された時に前記チューブポンプのポンプ機能が開放されることを特徴とする請求項４に記載の液圧アクチュエータ。