JP2014020462A

JP2014020462A - Fluid pressure actuator

Info

Publication number: JP2014020462A
Application number: JP2012159670A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Nishioka; 靖貴西岡; Sadao Kawamura; 貞夫川村
Original assignee: Ritsumeikan Trust
Current assignee: Ritsumeikan Trust
Priority date: 2012-07-18
Filing date: 2012-07-18
Publication date: 2014-02-03
Anticipated expiration: 2032-07-18
Also published as: JP5987224B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluid pressure actuator capable of being driven by low pressure with a lightweight and simple configuration.SOLUTION: A fluid pressure actuator has a bag-shaped structure forming a fluid chamber capable of storing working fluid inside using a first sheet member 2 formed of a thin film plastic material and a second sheet member 3 which is formed of the thin film plastic material and has longer dimensions in length direction and width direction than the first sheet member 2. The fluid pressure actuator includes a feed/discharge hole 5 for feeding/discharging working fluid to the fluid chamber. In the second sheet member 3, a plurality of pleat sections 7 including outside pleat sections 71 located outside and inside pleat sections 72 formed by being folded inside are formed in the length direction. A dimension in the length direction of the outside pleat section 71 is formed to be longer than that in the inside pleat section 72.

Description

本発明は、流体圧によって屈曲、伸展する流体圧アクチュエータに関する。 The present invention relates to a fluid pressure actuator that bends and extends by fluid pressure.

従来から、駆動エネルギーとして気体や液体等の流体を用いて作動させる流体圧式のアクチュエータが様々提案されている。 Conventionally, various hydraulic actuators that are operated using a fluid such as gas or liquid as driving energy have been proposed.

このようなアクチュエータの素材としては、例えば、金属材料やゴム等の弾性材料等を用いたもの等がある。しかしながら、金属材料を用いた場合には、屈曲動作等がなされると、塑性変形が起こってしまうため、耐久性が低下する。また、硬い材料で且つ質量も重くなるため、人と直接触れるような部分に用いる場合には、安全性を保証するために運動速度等の厳密な制御が必要となる。 As a material for such an actuator, for example, there is a material using an elastic material such as a metal material or rubber. However, when a metal material is used, if a bending operation or the like is performed, plastic deformation occurs, resulting in a decrease in durability. In addition, since it is a hard material and has a heavy mass, when it is used in a part where it is in direct contact with a person, it is necessary to strictly control the motion speed or the like in order to ensure safety.

一方、ゴム材料は、柔らかいため、人と直接触れるような生活機器やリハビリ機器等の分野において多く利用されている。ゴム材料を用いたアクチュエータとしては、例えば、片側を蛇腹形状に形成した袋状構造のアクチュエータの内部チャンバーに流体圧を印加することによって、伸長量の差を利用して屈曲動作を実現させるものがある（例えば、非特許文献１参照）。 On the other hand, since rubber materials are soft, they are widely used in fields such as daily life equipment and rehabilitation equipment that come into direct contact with people. As an actuator using a rubber material, for example, one that realizes a bending operation by utilizing a difference in extension amount by applying fluid pressure to an internal chamber of a bag-like structure actuator having a bellows shape formed on one side. Yes (see Non-Patent Document 1, for example).

また、一定圧の流体を封入して形成した構造骨格の接続部分に、内圧が低く折れ曲がった状態から加圧することにより、形状回復力に起因する折れ曲がり部のトルクを駆動力として利用するアクチュエータを複数配置した機械システムが開示されている（例えば、非特許文献２参照）。 In addition, multiple actuators that use the torque of the bent portion caused by the shape recovery force as the driving force by applying pressure to the connecting part of the structural skeleton formed by enclosing a fluid with a constant pressure from a bent state with a low internal pressure. The arranged mechanical system is disclosed (for example, refer nonpatent literature 2).

また、折り紙を用いて形成した立体構造の内部に流体圧を印加することによって、折り目に沿うように伸長させるアクチュエータも開示されている（例えば、非特許文献３参照）。 In addition, an actuator that extends along a crease by applying fluid pressure inside a three-dimensional structure formed using origami is also disclosed (see, for example, Non-Patent Document 3).

Shuichi Wakimoto, Keiko Ogura, Koichi Suzumori, Yasutaka Nishioka,“Miniature Soft Hand with Curling Rubber Pneumatic Actuators”, 2009 IEEEInternational Conference on Robotics and Automation, pp.556-561, 2009.Shuichi Wakimoto, Keiko Ogura, Koichi Suzumori, Yasutaka Nishioka, “Miniature Soft Hand with Curling Rubber Pneumatic Actuators”, 2009 IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp.556-561, 2009. 丸山大輔、木村仁、小関道彦、伊能教夫、「水力学的骨格を利用した柔軟な機械システム（非線形有限要素解析に基づいた応力集中の回避と駆動力特性の比較）」、日本フルードパワーシステム学会論文集、Vol.41、no.3、pp.1-9、2010．Daisuke Maruyama, Hitoshi Kimura, Michihiko Koseki, Norio Ino, “Flexible mechanical system using hydrodynamic framework (avoidance of stress concentration based on nonlinear finite element analysis and comparison of driving force characteristics)”, Japan Fluid Power System Society Proceedings, Vol.41, no.3, pp.1-9, 2010. Ramses V. Martinez, Carina R. Fish, Xin Chen, andGeorge M. Whitesides, “Elastomeric Origami: Programmable Paper-ElastomerComposites as Pneumatic Actuators", Advanced Functional Materials, Vol.22,Issue 7, pp.1376-1384, 2012.Ramses V. Martinez, Carina R. Fish, Xin Chen, and George M. Whitesides, “Elastomeric Origami: Programmable Paper-ElastomerComposites as Pneumatic Actuators”, Advanced Functional Materials, Vol.22, Issue 7, pp.1376-1384, 2012.

しかしながら、非特許文献１のようなゴム材料からなるアクチュエータでは、ゴム材料を伸長させることによって変位を発生させるため、その圧力に耐えるだけの耐久性を持たせる必要がある。そのため、アクチュエータを作製する場合には、アクチュエータの大きさに応じてゴム材料の厚みを増やす必要があるため、自重だけで重くなる。また、ゴム材料の場合には弾性が高いため、低圧での駆動が難しく、比較的大きな流体圧を印加するためのポンプ等が必要となる。また、非特許文献２では、屈曲動作を実現するために、多数の袋状構造のアクチュエータが必要となるので、構造が複雑になるとともに製造コストも高くなる。また、非特許文献３では、折り紙を用いてアクチュエータを作製しているため、そのままでは、流体が外部に漏れないようシールすることが困難であり、ゴム材料等のシール材を別途用いる必要がある。また、折り紙で形成されているため、比較的大きなアクチュエータを構成することが困難である。 However, an actuator made of a rubber material as described in Non-Patent Document 1 generates a displacement by extending the rubber material, and therefore needs to have durability enough to withstand the pressure. Therefore, when an actuator is manufactured, it is necessary to increase the thickness of the rubber material according to the size of the actuator. In the case of a rubber material, since it has high elasticity, it is difficult to drive at a low pressure, and a pump for applying a relatively large fluid pressure is required. Further, in Non-Patent Document 2, since a large number of bag-shaped actuators are required to realize the bending operation, the structure becomes complicated and the manufacturing cost increases. In Non-Patent Document 3, since the actuator is manufactured using origami, it is difficult to seal the fluid so that it does not leak to the outside, and it is necessary to separately use a sealing material such as a rubber material. . In addition, since it is formed of origami, it is difficult to configure a relatively large actuator.

本発明は、上記のような種々の課題に鑑みてなされたものであって、軽量且つ簡易な構成であるとともに、低圧で駆動させることができる流体圧アクチュエータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described various problems, and an object thereof is to provide a fluid pressure actuator that has a light and simple configuration and can be driven at a low pressure.

上記目的を達成するために、請求項１記載の流体圧アクチュエータは、薄膜状のプラスティック材料により形成される第１シート部材と、薄膜状のプラスティック材料により形成され、且つ前記第１シート部材より長さ方向及び幅方向の寸法が長い第２シート部材とを用いて、内部に作動流体を収納可能な流体室を形成した袋状構造の流体圧アクチュエータであって、前記流体室へ作動流体を給排するための給排孔を備え、前記第２シート部材は、外側に位置する外側プリーツ部と内側に折り込まれてなる内側プリーツ部とから構成されるプリーツ部が前記長さ方向に複数形成されており、前記外側プリーツ部の前記長さ方向の寸法は、前記内側プリーツ部の前記長さ方向の寸法よりも長く形成されていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, a fluid pressure actuator according to claim 1 is formed of a first sheet member formed of a thin film plastic material, and is formed of a thin film plastic material and is longer than the first sheet member. A fluid pressure actuator having a bag-like structure in which a fluid chamber capable of containing a working fluid is formed using a second sheet member having a long dimension in the width direction and the width direction, and supplying the working fluid to the fluid chamber The second sheet member has a plurality of pleat portions in the length direction, each of which includes an outer pleat portion positioned outside and an inner pleat portion folded inside. The length of the outer pleat portion in the length direction is longer than the length of the inner pleat portion in the length direction.

請求項２記載の流体圧アクチュエータは、前記第１シート部材及び前記第２シート部材が、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）又はポリプロピレン（ＰＰ）により形成されていることを特徴としている。 The fluid pressure actuator according to claim 2 is characterized in that the first sheet member and the second sheet member are made of low density polyethylene (LDPE) or polypropylene (PP).

請求項３記載の流体圧アクチュエータは、前記プリーツ部を形成するためのプリーツ折り線が、前記幅方向に対して所定角度傾いた方向に沿って設けられていることを特徴としている。 The fluid pressure actuator according to a third aspect is characterized in that a pleat fold line for forming the pleat portion is provided along a direction inclined by a predetermined angle with respect to the width direction.

請求項１記載のアクチュエータは、第１シート部材と、該第１シート部材より長さ方向及び幅方向の寸法が長く、且つプリーツ部が前記長さ方向に複数形成されている第２シート部材とを用いて、内部に流体室が設けられるように袋状構造に形成されているので、給排孔から作動流体を流体室へと供給して加圧すれば、各プリーツ部が広がって第２シート部材が膨らむことにより、容易に屈曲動作を実現することができる。このように請求項１記載のアクチュエータによれば、簡易な形状設計で屈曲動作を実現することができるので、製造コストを軽減することができる。また、プリーツ部を構成する外側プリーツと内側プリーツの長さ方向の寸法をそれぞれ調整することで、容易に様々な屈曲動作を実現することができるので、様々な用途に対応することができる。また、薄膜状のプラスティック材料により第１シート部材及び第２シート部材は、形成されているので、軽量化を図ることができるとともに、流体室に供給される作動流体の圧力に対しても十分な強度を持たせることができる。従って、比較的大きなアクチュエータを作製する際にも重量を抑えることができる。また、プラスティック材料は、ゴム材料のような弾性を示さないため、比較的低い流体圧で屈曲動作を行わせることができるので、省エネルギー化及び小型化を図ることができる。 The actuator according to claim 1, a first sheet member, a second sheet member having a length and width dimension longer than the first sheet member, and a plurality of pleat portions formed in the length direction; Since the fluid chamber is formed in the bag-like structure, the pleats are expanded by supplying the working fluid from the supply / discharge hole to the fluid chamber and pressurizing. Bending operation can be easily realized by the sheet member expanding. Thus, according to the actuator of the first aspect, since the bending operation can be realized with a simple shape design, the manufacturing cost can be reduced. Further, by adjusting the lengthwise dimensions of the outer pleat and the inner pleat constituting the pleat portion, various bending operations can be easily realized, so that it can be used for various applications. Further, since the first sheet member and the second sheet member are formed of a thin-film plastic material, the weight can be reduced and the pressure of the working fluid supplied to the fluid chamber is sufficient. Strength can be given. Therefore, the weight can be reduced even when a relatively large actuator is manufactured. Further, since the plastic material does not exhibit elasticity like a rubber material, the bending operation can be performed with a relatively low fluid pressure, so that energy saving and size reduction can be achieved.

請求項２記載の流体圧アクチュエータによれば、第１シート部材及び第２シート部材は、ヤング率がゴム材料程は低くなく、ゴム材料のような弾性を示さない低密度ポリエチレン又はポリプロピレンにより形成されているので、より効率的に軽量化を図ることができるとともに、流体室に供給される作動流体の圧力に対しても十分な強度を持たせることができる。 According to the fluid pressure actuator of the second aspect, the first sheet member and the second sheet member are formed of low-density polyethylene or polypropylene that has a Young's modulus that is not as low as that of a rubber material and does not exhibit elasticity like a rubber material. Therefore, the weight can be reduced more efficiently, and sufficient strength can be given to the pressure of the working fluid supplied to the fluid chamber.

請求項３記載の流体圧アクチュエータによれば、プリーツ部を形成するためのプリーツ折り線は、幅方向に対して所定角度傾いた方向に沿って設けられているので、給排孔から作動流体を流体室へと供給して加圧した際に、傾き角度に応じて螺旋状に屈曲させることができる。 According to the fluid pressure actuator of the third aspect, the pleat fold line for forming the pleat portion is provided along a direction inclined by a predetermined angle with respect to the width direction. When supplied to the fluid chamber and pressurized, it can be bent in a spiral shape according to the tilt angle.

本発明の実施形態に係る流体圧アクチュエータの一例を示す概略側面図である。It is a schematic side view which shows an example of the fluid pressure actuator which concerns on embodiment of this invention. 第１シート部材及びプリーツ部形成前の第２シート部材の一例について説明するための概略平面図である。It is a schematic plan view for demonstrating an example of the 2nd sheet | seat member before 1st sheet | seat member and pleat part formation. 第１シート部材及びプリーツ部形成後の第２シート部材の一例について説明するための概略斜視図である。It is a schematic perspective view for demonstrating an example of the 2nd sheet | seat member after 1st sheet | seat member and pleat part formation. 図１のA−A線断面図である。It is the sectional view on the AA line of FIG. 流体圧アクチュエータの加圧時におけるプリーツ部の動作の一例について説明するための概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing for demonstrating an example of operation | movement of the pleat part at the time of pressurization of a fluid pressure actuator. 流体圧アクチュエータの屈曲動作の一例を示す概略側面図である。It is a schematic side view which shows an example of the bending operation | movement of a fluid pressure actuator. 第２シート部材の他の一例について説明するための概略平面図である。It is a schematic plan view for demonstrating other examples of a 2nd sheet | seat member. 流体圧アクチュエータによる物体の把持動作の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the holding | grip operation | movement of the object by a fluid pressure actuator. 第２シート部材の更に他の一例について説明するための概略平面図である。It is a schematic plan view for demonstrating another example of a 2nd sheet | seat member. 図９の第２シート部材を用いた場合の流体圧アクチュエータの屈曲動作の一例を示す概略側面図である。FIG. 10 is a schematic side view showing an example of the bending operation of the fluid pressure actuator when the second sheet member of FIG. 9 is used. 本発明の実施形態に係る流体圧アクチュエータを用いた拮抗駆動アームの一例を示す概略側面図である。It is a schematic side view which shows an example of the antagonistic drive arm using the fluid pressure actuator which concerns on embodiment of this invention.

以下、本発明に係る流体圧アクチュエータ１について、図面を参照しつつ説明する。本発明に係る流体圧アクチュエータ１は、図１から図４に示すように、第１シート部材２と第２シート部材３とを用いて、内部に作動流体を収納可能な流体室４が設けられるように袋状構造に形成されたものである。この流体圧アクチュエータ１には、流体室４に作動流体を給排できるよう給排孔５が設けられている。 Hereinafter, a fluid pressure actuator 1 according to the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 to 4, the fluid pressure actuator 1 according to the present invention is provided with a fluid chamber 4 in which a working fluid can be stored using a first sheet member 2 and a second sheet member 3. Thus, it is formed in a bag-like structure. The fluid pressure actuator 1 is provided with a supply / discharge hole 5 so that the working fluid can be supplied to and discharged from the fluid chamber 4.

作動流体としては、例えば、空気等の気体を用いることができるが、これに限定されるものではなく、水等の液体を用いることも可能である。作動流体は、詳しくは図示しないが、作動流体の供給源である流体ポンプ等から給排孔５に接続されているチューブ６を介して流体室４へと適宜供給及び流体室４から排出できるように制御されている。 As the working fluid, for example, a gas such as air can be used. However, the working fluid is not limited to this, and a liquid such as water can also be used. Although not shown in detail, the working fluid can be appropriately supplied and discharged from the fluid chamber 4 to the fluid chamber 4 through a tube 6 connected to the supply / discharge hole 5 from a fluid pump or the like which is a supply source of the working fluid. Is controlled.

第１シート部材２及び第２シート部材３は、それぞれ薄膜状のプラスティック材料によって形成されている。第１シート部材２及び第２シート部材３に用いられるプラスティック材料としては、例えば、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）又はポリプロピレン（ＰＰ）を用いることが好適である。低密度ポリエチレン及びポリプロピレンは、従来用いられていたゴム材料に比べてヤング率が若干高く、またゴム材料のような弾性を示さないので、流体室４に供給される作動流体の圧力に対しても十分な強度を持たせつつ、低い流体圧で屈曲動作を実現させることができる。 The first sheet member 2 and the second sheet member 3 are each formed of a thin film plastic material. As the plastic material used for the first sheet member 2 and the second sheet member 3, for example, it is preferable to use low density polyethylene (LDPE) or polypropylene (PP). Low density polyethylene and polypropylene have a slightly higher Young's modulus than conventional rubber materials, and do not exhibit elasticity like rubber materials, so that they are resistant to the pressure of the working fluid supplied to the fluid chamber 4. The bending operation can be realized with a low fluid pressure while having a sufficient strength.

第１シート部材２及び第２シート部材３は、図２及び図３に示すように、ｘ−ｙ平面視において略長方形状をなすシート部材からなるものであって、第２シート部材３の長さ方向（ｘ軸方向）の寸法ｌ_１は、第１シート部材２の長さ方向の寸法ｌ_０より長く、第２シート部材３の幅方向（ｙ軸方向）の寸法ｗ_１は、第１シート部材の幅方向の寸法ｗ_０より長く形成されている。尚、ここでは、第１シート部材２及び第２シート部材３の長さ方向をｘ軸方向、幅方向をｙ軸方向、厚み方向をｚ軸方向に対応させている。 As shown in FIGS. 2 and 3, the first sheet member 2 and the second sheet member 3 are made of a sheet member having a substantially rectangular shape in the xy plan view, and are the length of the second sheet member 3. dimensions l ₁ direction (x axis direction) is is longer than the dimension l ₀ of the first sheet member 2 lengthwise, dimension w ₁ of the second sheet member 3 in the width direction (y-axis direction), first It formed to be longer than the dimension w ₀ in the width direction of the sheet member. Here, the length direction of the first sheet member 2 and the second sheet member 3 corresponds to the x-axis direction, the width direction corresponds to the y-axis direction, and the thickness direction corresponds to the z-axis direction.

第２シート部材３は、図１及び図３に示すように、長さ方向に複数のプリーツ部７が形成されている。このプリーツ部７は、外側に位置する外側プリーツ部７１と内側に折り込まれている内側プリーツ部７２とにより構成されている。外側プリーツ部７１及び内側プリーツ部７２は、図２及び図３に示すように、プリーツ部７の山部となるプリーツ折り線L１と谷部となるプリーツ折り線L２で折り返されることにより形成される。プリーツ折り線Ｌ１及びプリーツ折り線Ｌ２は、プリーツ部７が形成される際に、外側プリーツ部７１の長さ方向の寸法ａが内側プリーツ部７２の長さ方向の寸法ｂよりも長くなるように設けられている。 As shown in FIGS. 1 and 3, the second sheet member 3 has a plurality of pleat portions 7 formed in the length direction. The pleat portion 7 includes an outer pleat portion 71 positioned on the outer side and an inner pleat portion 72 folded on the inner side. As shown in FIGS. 2 and 3, the outer pleat portion 71 and the inner pleat portion 72 are formed by being folded at a pleat fold line L <b> 1 serving as a peak portion of the pleat portion 7 and a pleat fold line L <b> 2 serving as a valley portion. . The pleat fold line L1 and the pleat fold line L2 are formed such that when the pleat portion 7 is formed, the length dimension a of the outer pleat portion 71 is longer than the length dimension b of the inner pleat portion 72. Is provided.

第２シート部材３がｎ個のプリーツ部７で構成されているような場合には、図３に示すように、第２シート部材３の長さ方向の寸法ｌ_１は、ｌ_１＝（ａ＋ｂ）ｎで表わされ、第１シート部材２の長さ方向の寸法ｌ_０は、ｌ_０＝（ａ−ｂ）（ｎ−１）＋ａで表わされる。但し、ｌ_１＞ｌ_０である。尚、外側プリーツ部７１の長さ方向の寸法ａと内側プリーツ部７２の長さ方向の寸法ｂは、各プリーツ部７において全て同じ寸法である必要はなく、図７に示す第２シート部材３ａのように、プリーツ部７ａを構成する外側プリーツ部７１ａの長さ方向の寸法ａ_１と内側プリーツ部７２ａの長さ方向の寸法ｂ_１が、それぞれ他のプリーツ部７ｂ、７ｃを構成する外側プリーツ部７１ｂ、７１ｃの長さ方向の寸法ａ_２、ａ_３と内側プリーツ部７２ｂ、７２ｃの長さ方向の寸法ｂ_２、ｂ_３と異なっていても良い。但し、それぞれのプリーツ部７ａ、７ｂ、７ｃにおいては、ａ_１＞ｂ_１、ａ_２＞ｂ_２、ａ_３＞ｂ_３である必要がある。このような外側プリーツ部７１の長さ方向の寸法ａ、内側プリーツ部７２の長さ方向の寸法ｂ、及びプリーツ部７の数ｎという各パラメータを調整することで、様々な屈曲動作を容易に実現することができる。 When the second sheet member 3 is composed of n pleat portions 7, as shown in FIG. 3, the length l ₁ of the second sheet member 3 is l ₁ = (a + b ) The dimension l ₀ in the length direction of the first sheet member 2 is represented by l ₀ = (ab) (n−1) + a. However, l ₁ > l ₀ . Note that the length dimension a of the outer pleat portion 71 and the length dimension b of the inner pleat portion 72 do not have to be the same in each pleat portion 7, and the second sheet member 3a shown in FIG. As described above, the dimension a ₁ in the length direction of the outer pleat part 71a constituting the pleat part 7a and the dimension b ₁ in the length direction of the inner pleat part 72a are the outer pleats constituting the other pleat parts 7b and 7c, respectively. The lengths a ₂ and a _{3 of the} portions 71b and 71c may be different from the lengths b ₂ and b _{3 of the} inner pleat portions 72b and 72c. However, each of the pleats 7a, 7b, in _{_{_{_{7c, a 1> b 1,}}}} a 2> b 2, a 3> b must be _3. Various bending operations can be easily performed by adjusting the parameters such as the dimension a in the length direction of the outer pleat part 71, the dimension b in the length direction of the inner pleat part 72, and the number n of the pleat parts 7. Can be realized.

また、このような表面積がそれぞれ異なる第１シート部材２と第２シート部材３を用いて袋状構造を形成する場合には、内部に作動流体を収納するための空間（流体室４）ができるように、図２及び図３に斜線で示している第１シート部材２の隅部（溶着部）２１に第２シート部材３の隅を合わせた状態で熱溶着させる。この際、第１シート部材２の溶着部２１に合わせられた第２シート部材３の外側プリーツ部７１の長さ方向の寸法ａと内側プリーツ部７２ａの長さ方向の寸法ｂが重なる部分も熱溶着される。これにより、作動流体を流体室４から外部に漏れないようにすることができる。尚、図２及び図３では、給排孔５を設けるために、第１シート部材２と第２シート部材３とを熱溶着しない非溶着部２２を設けているが、第１シート部材２又は第２シート部材３の一部を貫通させて予め給排孔５を設けておき、第１シート部材２の隅と第２シート部材３の隅を全て熱溶着するようにしても良い。また、第１シート部材２と第２シート部材３を用いて袋状構造を形成するための方法は、熱溶着に限定されるものではなく、作動流体が内部に設けられる流体室４から外部に漏れないように第１シート部材２と第２シート部材３とを密着できる方法であれば良い。 Further, when the bag-like structure is formed using the first sheet member 2 and the second sheet member 3 having different surface areas, a space (fluid chamber 4) for storing the working fluid is formed inside. As described above, heat welding is performed in a state where the corners (welding portions) 21 of the first sheet member 2 indicated by hatching in FIGS. 2 and 3 are aligned with the corners of the second sheet member 3. At this time, the portion where the dimension a in the length direction of the outer pleat portion 71 of the second sheet member 3 and the dimension b in the length direction of the inner pleat portion 72a, which are aligned with the welded portion 21 of the first sheet member 2, is also heated. Welded. Thereby, it is possible to prevent the working fluid from leaking from the fluid chamber 4 to the outside. 2 and 3, in order to provide the supply / discharge hole 5, the non-welded portion 22 that does not thermally weld the first sheet member 2 and the second sheet member 3 is provided. A part of the second sheet member 3 may be penetrated and the supply / discharge hole 5 may be provided in advance so that the corners of the first sheet member 2 and the corners of the second sheet member 3 are all thermally welded. In addition, the method for forming the bag-like structure using the first sheet member 2 and the second sheet member 3 is not limited to heat welding, but from the fluid chamber 4 in which the working fluid is provided to the outside. Any method can be used as long as the first sheet member 2 and the second sheet member 3 can be in close contact with each other so as not to leak.

本実施形態では、図１に示すように、給排孔５の位置が流体圧アクチュエータ１の端部側に設けられているが、給排孔５の位置は特に限定されるものではなく、流体室４内に作動流体が供給できるように設けられていれば良く、この給排孔５の位置を変えることで流体圧アクチュエータ１の屈曲動作の仕方を調整することができる。また、給排孔５の数も１つに限定されるものではなく、複数箇所に設けられていても良い。また、本実施形態では、チューブ６は給排孔５と接続されている例を示しているが、チューブ６を給排孔５から流体室４内へと通して設けるようにしても良い。 In this embodiment, as shown in FIG. 1, the position of the supply / discharge hole 5 is provided on the end side of the fluid pressure actuator 1, but the position of the supply / discharge hole 5 is not particularly limited. It is only necessary that the working fluid can be supplied into the chamber 4. By changing the position of the supply / discharge hole 5, the bending operation of the fluid pressure actuator 1 can be adjusted. Moreover, the number of the supply / discharge holes 5 is not limited to one, and may be provided at a plurality of locations. In this embodiment, the tube 6 is connected to the supply / discharge hole 5. However, the tube 6 may be provided through the supply / discharge hole 5 into the fluid chamber 4.

以下、図１に示す流体圧アクチュエータ１の屈曲動作の一例について、図５及び図６を参照しつつ説明する。通常、流体室内４に作動流体が供給されていない場合には、図１に示すように流体圧アクチュエータ１は、各プリーツ部７が広がっておらず伸展している状態である。 Hereinafter, an example of the bending operation of the fluid pressure actuator 1 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 5 and 6. Normally, when the working fluid is not supplied to the fluid chamber 4, the fluid pressure actuator 1 is in a state where each pleat portion 7 is not expanded but extended as shown in FIG. 1.

このような状態において、流体ポンプ（不図示）からチューブ６及び給排孔５を介して流体室４に作動流体が供給されて加圧されると、第１シート部材２と第２シート部材３は、表面積が異なるため、２枚のシート部材２，３に発生する力に差が生じる。そして、第１シート部材２より表面積が大きい第２シート部材３の長さ方向に複数形成されている各プリーツ７がそれぞれ広がることにより、流体圧アクチュエータ１は、図６に示すように、内側に第１シート部材２が位置し、外側に第２シート部材３が位置するような状態で屈曲する。尚、図６に示す屈曲状態の流体圧アクチュエータ１の流体室４から作動流体を給排孔５を介して排出することにより、流体圧アクチュエータ１を図１に示すような伸展状態に戻すことができる。 In such a state, when the working fluid is supplied from the fluid pump (not shown) to the fluid chamber 4 through the tube 6 and the supply / discharge hole 5 and pressurized, the first sheet member 2 and the second sheet member 3 are pressed. Since the surface areas are different, there is a difference in the force generated in the two sheet members 2 and 3. Then, each of the pleats 7 formed in the length direction of the second sheet member 3 having a surface area larger than that of the first sheet member 2 spreads, so that the fluid pressure actuator 1 is moved inward as shown in FIG. The first sheet member 2 is positioned, and the second sheet member 3 is bent outside. Note that the fluid pressure actuator 1 can be returned to the extended state as shown in FIG. 1 by discharging the working fluid from the fluid chamber 4 of the fluid pressure actuator 1 in the bent state shown in FIG. it can.

図５は、図６に示すように流体圧アクチュエータ１を屈曲させるために流体室４に作動流体を供給して加圧させた際のプリーツ部７の動作の一例を示すものである。図５に示すように、プリーツ部７のＡ_０，Ｂ_０，Ｃ_０，Ｄ_０は、熱溶着によって拘束される点であり、Ａ_１，Ｂ_１，Ｃ_１，Ｄ_１は幅方向中央部の拘束されていない点である。Ｂ_０は、プリーツ部７のプリーツ折り線Ｌ１（山部）上の点であり、このＢ_０と重なる点がＤ_０である。また、Ｃ_０は、プリーツ部７のプリーツ折り線Ｌ２（谷部）上の点であり、このＣ_０と重なる点がＡ_０である。作動流体が流体室４に供給されていない加圧前の状態では、Ｂ_１とＤ_１、及び、Ｃ_１とＡ_１もそれぞれ重なっている。 FIG. 5 shows an example of the operation of the pleat portion 7 when the working fluid is supplied to the fluid chamber 4 and pressurized to bend the fluid pressure actuator 1 as shown in FIG. As shown in FIG. 5, A ₀ , B ₀ , C ₀ , D ₀ of the pleat portion 7 are points restrained by heat welding, and A ₁ , B ₁ , C ₁ , D ₁ are center portions in the width direction. This is an unconstrained point. B ₀ is a point on the pleat fold line L 1 (mountain portion) of the pleat portion 7, and a point overlapping with this B ₀ is D ₀ . C ₀ is a point on the pleat fold line L 2 (valley) of the pleat portion 7, and a point overlapping this C ₀ is A ₀ . In a state before pressurization in which the working fluid is not supplied to the fluid chamber 4, B ₁ and D ₁ , and C ₁ and A ₁ also overlap each other.

このような状態から流体室４に作動流体が供給されて加圧されると、図５に示すように、Ａ_１，Ｂ_１，Ｃ_１，Ｄ_１の各点は移動する。この際、各点Ａ_１，Ｂ_１，Ｃ_１，Ｄ_１は、Ａ_０，Ｂ_０，Ｃ_０，Ｄ_０が溶着されていることによりｙ軸方向に距離の拘束があるため、ｘ−ｚ平面においては円弧軌道上を移動する。このように、１つのプリーツ部７の広がりによって、ｄθ分屈曲することが可能となるので、複数のプリーツ部７が形成されることで、図６に示すように、大きな屈曲動作を実現することができる。 When the working fluid is supplied to the fluid chamber 4 from this state and pressurized, the points A ₁ , B ₁ , C ₁ , D ₁ move as shown in FIG. At this time, each point A ₁ , B ₁ , C ₁ , D ₁ has a distance constraint in the y-axis direction due to the welding of A ₀ , B ₀ , C ₀ , D _0. In the plane, it moves on an arc orbit. As described above, since one pleat portion 7 can be bent by dθ, a plurality of pleat portions 7 can be formed to realize a large bending operation as shown in FIG. Can do.

流体圧アクチュエータ１は、このような屈曲動作によって、例えば、図８に示すように、円筒形状の物体８や円盤形状の物体９等を把持することも可能である。尚、図８に示す流体圧アクチュエータ１は、第１シート部材２及び第２シート部材３の材料として低密度ポリエチレンを使用したものであって、長さ方向の寸法ｌ_０が３００ｍｍ、幅方向の寸法ｗ_０が５０ｍｍ、チューブを含む質量が１３．２ｇのものである。図８では、この流体圧アクチュエータ１に作動流体として空気を用いて約０．１気圧（１０ｋＰａ）の圧力を印加した際の様子を示している。 The fluid pressure actuator 1 can also grip a cylindrical object 8, a disk-shaped object 9, or the like, for example, as shown in FIG. The fluid pressure actuator 1 shown in FIG. 8 uses low-density polyethylene as a material for the first sheet member 2 and the second sheet member 3, and has a length direction dimension ₁₀ of 300 mm and a width direction direction of 300 mm. dimension _{w 0} is of 50 mm, a mass comprising a tube of 13.2 g. FIG. 8 shows a state in which a pressure of about 0.1 atm (10 kPa) is applied to the fluid pressure actuator 1 using air as a working fluid.

以上のように、流体圧アクチュエータ１では、簡易な形状設計で屈曲動作を実現することができるので、製造コストを軽減することができる。また、流体圧アクチュエータ１を構成する第１シート部材２及び第２シート部材３は、金属材料よりも比重が小さく、ゴム材料と同程度であり、軽量且つ柔軟な材料であって、比較的高い出力／重量比を実現することができるので、人が使用又は装着するような生活器具や健康機器等にも有効に利用することができる。また、このような流体圧アクチュエータ１では、比較的低い圧力（１気圧以下）で屈曲動作を実現することができるので、作動流体の供給源として小型のポンプ等を用いて全体のシステムを小型化することができる。また、このような軽量な第１シート部材２及び第２シート部材３を用いて流体圧アクチュエータ１を構成しているので、水中下で流体圧アクチュエータ１を用いるような場合に、水を作動流体として用いることにより、水中重量をほぼ中性浮力とすることができる。 As described above, since the fluid pressure actuator 1 can realize the bending operation with a simple shape design, the manufacturing cost can be reduced. Further, the first sheet member 2 and the second sheet member 3 constituting the fluid pressure actuator 1 have a specific gravity smaller than that of a metal material, the same level as that of a rubber material, a light and flexible material, and relatively high. Since the output / weight ratio can be realized, it can be effectively used for a living device or a health device used or worn by a person. Further, in such a fluid pressure actuator 1, since the bending operation can be realized at a relatively low pressure (1 atm or less), the entire system is downsized by using a small pump or the like as a supply source of the working fluid. can do. In addition, since the fluid pressure actuator 1 is configured by using such lightweight first sheet member 2 and second sheet member 3, water is used as a working fluid when the fluid pressure actuator 1 is used under water. As a result, the weight in water can be made almost neutral.

図９は、図１０に示すように流体圧アクチュエータ１ａを螺旋状に屈曲させるための第２シート部材３ｂの構成を示すものである。流体圧アクチュエータ１ａを螺旋状に屈曲させる場合には、図９に示すように、幅方向（ｙ軸方向）に対して所定角度α傾いた方向に沿って、プリーツ部７が形成された際に山部となるプリーツ折り線Ｌ３と谷部となるプリーツ折り線Ｌ４とを設けるようにすれば良い。このように設けられたプリーツ折り線Ｌ３及びプリーツ折り線Ｌ４を折り返して形成された第２シート部材３ｂを用いた流体圧アクチュエータ１ａの流体室４に作動流体を供給して加圧することで、図１０に示すような螺旋状の屈曲動作を実現することができる。 FIG. 9 shows a configuration of the second sheet member 3b for bending the fluid pressure actuator 1a in a spiral shape as shown in FIG. When the fluid pressure actuator 1a is bent in a spiral shape, as shown in FIG. 9, when the pleat portion 7 is formed along a direction inclined by a predetermined angle α with respect to the width direction (y-axis direction). A pleat fold line L3 serving as a peak and a pleat fold line L4 serving as a valley may be provided. By supplying and pressurizing the working fluid to the fluid chamber 4 of the fluid pressure actuator 1a using the second sheet member 3b formed by folding back the pleat fold line L3 and the pleat fold line L4 thus provided, As shown in FIG. 10, a spiral bending operation can be realized.

図１１は、本発明に係る流体圧アクチュエータ１を拮抗駆動アーム１０に用いた応用例の一例である。図１１に示すように、２つの流体圧アクチュエータ１の第１シート部材２同士が対向する状態で貼り合わせ構成されるものである。図１１に示すように、拮抗駆動アーム１０では、どちらか一方の流体圧アクチュエータ１に作動流体を供給することによって、矢印で示す方向の２方向に屈曲動作を行わせることができる。図１１では、２つの流体圧アクチュエータ１を利用した例を示しているが、このように複数の流体圧アクチュエータ１を組み合わせることで、様々な動作を実現することができる。 FIG. 11 is an example of an application example in which the fluid pressure actuator 1 according to the present invention is used for the antagonistic drive arm 10. As shown in FIG. 11, the first sheet members 2 of the two fluid pressure actuators 1 are bonded to each other. As shown in FIG. 11, in the antagonistic drive arm 10, by supplying a working fluid to one of the fluid pressure actuators 1, a bending operation can be performed in two directions indicated by arrows. Although FIG. 11 shows an example in which two fluid pressure actuators 1 are used, various operations can be realized by combining a plurality of fluid pressure actuators 1 in this way.

尚、本発明の実施の形態は上述の形態に限るものではなく、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。 The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the scope of the idea of the present invention.

１、１a 流体圧アクチュエータ
２第１シート部材
３、３a、３ｂ第２シート部材
４流体室
５給排孔
６チューブ
７、７a〜７ｄプリーツ部
７１外側プリーツ部
７２内側プリーツ部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a Fluid pressure actuator 2 1st sheet | seat member 3, 3a, 3b 2nd sheet | seat member 4 Fluid chamber 5 Supply / exhaust hole 6 Tube 7, 7a-7d Pleated part 71 Outer pleat part 72 Inner pleat part

Claims

Using a first sheet member formed of a thin-film plastic material and a second sheet member formed of a thin-film plastic material and having a length direction and a width direction longer than the first sheet member, A fluid pressure actuator having a bag-like structure in which a fluid chamber capable of storing a working fluid is formed;
A supply / exhaust hole for supplying / exhausting working fluid to / from the fluid chamber;
The second sheet member has a plurality of pleat portions formed in the length direction, each of which includes an outer pleat portion positioned outside and an inner pleat portion folded inside.
The fluid pressure actuator according to claim 1, wherein a dimension in the length direction of the outer pleat portion is longer than a dimension in the length direction of the inner pleat portion.

The fluid pressure actuator according to claim 1, wherein the first sheet member and the second sheet member are made of low density polyethylene (LDPE) or polypropylene (PP).

3. The fluid pressure actuator according to claim 1, wherein a pleat fold line for forming the pleat portion is provided along a direction inclined by a predetermined angle with respect to the width direction. 4.