JP2019207017A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】、外付けのセンサを用いることなく、膨張体又は収縮体の変位量を検出できるようにする。【解決手段】導電性を有するコイルバネ１４は、筒体２０の軸方向への膨張に伴って該軸方向へ伸長する。これにより、コイルバネ１４の軸方向長さが変化するため、コイルバネ１４のインダクタンスが変化する。したがって、コイルバネ１４に回路を接続して、コイルバネ１４のインダクタンスを測定することで、筒体２０の変位量（筒体２０の軸方向長さ）を検出することができる。したがって、アクチュエータ１０によれば、筒体２０に外付けされる外付けのセンサ（例えばポテンショメータ）を用いることなく、筒体２０の軸方向への変位量を検出（計測）できる。【選択図】図３

Description

本発明は、アクチュエータに関する。

特許文献１には、柔軟性のあるチューブと、前記チューブの周囲に密に巻回された周強化繊維と、前記チューブに軸長のうちの一部にわたって軸方向に接合された軸強化繊維とからなるゴムアクチュエータにおいて、前記チューブの両端が固定されており、前記チューブには前記軸強化繊維が接合された箇所が複数箇所あることを特徴とする形状可変アクチュエータが開示されている。

特開平６−９４００８号公報

特許文献１に記載のアクチュエータは、膨張するチューブ（膨張体）の変位量を検出する手段を有していない。したがって、特許文献１に記載のアクチュエータでは、チューブの変位量を検出するために、例えば、チューブに外付けされる外付けのセンサ（例えばポテンショメータ）を用いる必要がある。

本発明は、上記事実を考慮して、外付けのセンサを用いることなく、膨張体又は収縮体の変位量を検出できるアクチュエータを得ることが目的である。

請求項１に係るアクチュエータは、筒状の胴体部を有し、内部空間の圧力が上昇することで前記胴体部の軸方向へ膨張する膨張体と、前記胴体部の外周側への前記膨張体の膨張を制限する膨張制限手段と、前記軸方向に沿った軸線周りに巻き回された螺旋状とされ、前記膨張体の軸方向への膨張に伴って該軸方向へ伸長する導電性のコイルと、を備える。

請求項１に係るアクチュエータによれば、膨張体の内部空間の圧力が上昇すると、膨張体は軸方向へ膨張し、膨張体の外周側への膨張は、膨張制限手段によって制限される。軸方向へ膨張する膨張体の軸方向端部に対して、例えば、ロッド等を介して駆動対象を取り付けることで、駆動対象を直動させる装置として用いることができる。

ここで、請求項１に係るアクチュエータでは、導電性のコイルが、膨張体の軸方向への膨張に伴って該軸方向へ伸長する。これにより、コイルの軸方向長さが変化するため、コイルのインダクタンスが変化する。したがって、コイルに回路を接続してコイルのインダクタンスを測定することで、膨張体の変位量（膨張体の軸方向長さ）を検出（計測）することができる。したがって、膨張体に外付けされる外付けのセンサを用いることなく、膨張体の変位量を検出できる。

請求項２に係るアクチュエータでは、前記コイルは、前記胴体部に埋め込まれた状態又は前記胴体部の外周面に接触した状態とされ、前記膨張体の前記軸方向への膨張に伴って該軸方向へ弾性変形することで伸長し且つ前記膨張制限手段を兼ねるコイルバネである。

請求項２に係るアクチュエータによれば、コイルバネは、膨張体の軸方向への膨張に伴って該軸方向へ弾性変形することで伸長する。

このため、膨張体の内部空間の圧力上昇によって膨張体が膨張していた状態から、膨張体の内部空間の圧力が低下すると、コイルバネが弾性復帰するため、軸方向へ膨張した膨張体が軸方向へ収縮して元の形状に戻りやすい（低ヒステリシス）。また、コイルバネは、胴体部に埋め込まれた状態又は胴体部の外周面に接触した状態とされ、膨張制限手段を兼ねるため、部品点数を低減できる。

請求項３に係るアクチュエータでは、前記膨張体は、前記胴体部の厚みが前記胴体部の周方向において異なっている。

請求項３に係るアクチュエータによれば、膨張体は、胴体部の厚みが胴体部の周方向において異なっているため、厚みが相対的に大きい部分では変形しにくく、厚みが相対的に小さい部分では変形しやすい。

このため、膨張体の内部空間に流体が流入すると、厚みが相対的に小さい部分が、厚みが相対的に大きい部分よりも軸方向へ膨張し、膨張体が湾曲する。したがって、請求項３に係るアクチュエータでは、膨張体を湾曲させながら、軸方向へ膨張させることができる。

請求項４に係るアクチュエータは、筒状の胴体部を有し、内部空間の圧力が減少することで前記胴体部の軸方向へ収縮する収縮体と、前記胴体部の内周側への前記収縮体の収縮を制限する収縮制限手段と、前記軸方向に沿った軸線周りに巻き回された螺旋状とされ、前記収縮体の軸方向への収縮に伴って該軸方向へ縮む導電性のコイルと、を備える。

請求項４に係るアクチュエータによれば、収縮体の内部空間の圧力が減少すると、収縮体は軸方向へ収縮し、収縮体の内周側への収縮は、収縮制限手段によって制限される。軸方向へ収縮する収縮体の軸方向端部に対して、例えば、ロッド等を介して駆動対象を取り付けることで、駆動対象を直動させる装置として用いることができる。

ここで、請求項４に係るアクチュエータでは、導電性のコイルが、収縮体の軸方向への収縮に伴って該軸方向へ縮む。これにより、コイルの軸方向長さが変化するため、コイルのインダクタンスが変化する。したがって、コイルに回路を接続してコイルのインダクタンスを測定することで、収縮体の変位量（収縮体の軸方向長さ）を検出（計測）することができる。したがって、収縮体に外付けされる外付けのセンサを用いることなく、収縮体の変位量を検出できる。

請求項５に係るアクチュエータでは、前記コイルは、前記胴体部に埋め込まれた状態又は前記胴体部の内周面に接触した状態とされ、前記収縮体の前記軸方向への収縮に伴って該軸方向へ弾性変形することで縮み且つ前記収縮制限手段を兼ねるコイルバネである。

請求項５に係るアクチュエータによれば、コイルバネは、収縮体の軸方向への収縮に伴って該軸方向へ弾性変形することで縮む。

このため、収縮体の内部空間の圧力減少によって収縮体が収縮していた状態から、収縮体の内部空間の圧力が上昇すると、コイルバネが弾性復帰するため、軸方向へ収縮した収縮体が軸方向へ膨張して元の形状に戻りやすい（低ヒステリシス）。また、コイルバネは、胴体部に埋め込まれた状態又は胴体部の内周面に接触した状態とされ、収縮制限手段を兼ねるため、部品点数を低減できる。

請求項６に係るアクチュエータは、前記コイルの軸方向長さに応じて変化するインダクタンスを測定する測定部を備える。

請求項６に係るアクチュエータによれば、測定部が、コイルの軸方向長さに応じて変化するインダクタンスを測定する。これにより、膨張体又は収縮体の変位量（膨張体又は収縮体の長さ）を検出（計測）することができる。したがって、膨張体又は収縮体に外付けされる外付けのセンサを用いることなく、膨張体又は収縮体の変位量を検出できる。

請求項７に係るアクチュエータでは、前記コイルは、絶縁膜により皮膜されている。

請求項７に係るアクチュエータによれば、コイルが絶縁膜により皮膜されているので、コイルの各部が接触した場合でも各部間で通電しない。これにより、コイルのインダクタンスを正確に測定することができる。

本発明は、上記構成としたので、外付けのセンサを用いることなく、膨張体又は収縮体の変位量を検出できるという優れた効果を有する。

本実施形態に係るアクチュエータの構成を示す側面図である。 図１に示すアクチュエータの筒体が軸方向へ膨張した状態を示す側面図である。 図２に示すアクチュエータの側断面図である。 図１における４−４線断面図である。 図１に示すアクチュエータにおいて、コイルバネの全体が円筒部に埋め込まれた変形例を示す側断面図である。 本実施形態に係るアクチュエータの測定部の構成を示すブロック図である。 本実施形態に係るアクチュエータを適用した鉗子装置の構成を示す概略図である。 本実施形態に係るアクチュエータの他の適用例を示す側断面図である。 第一変形例に係るアクチュエータの構成を示す側面図である。 図９における１０−１０線断面図である。 図９に示すアクチュエータの筒体が軸方向へ膨張した状態を示す側面図である。 図９に示すアクチュエータが適用された食事支援ロボットの構成を示す斜視図である。 図１２に示す食事支援ロボットの箸部分を拡大して示す正面図である。 図１３に示す箸が動作する状態を示す動作図である。 第二変形例に係るアクチュエータの構成を示す側断面図である。 第三変形例に係るアクチュエータの構成を示す断面図である。

以下に、本発明に係る実施形態の一例を図面に基づき説明する。

（アクチュエータ１０）
アクチュエータ１０の構成を説明する。図１は、アクチュエータ１０の構成を示す側面図である。図２は、図１に示すアクチュエータ１０における後述の筒体２０が軸方向へ膨張した状態を示す側面図である。図３は、図２に示すアクチュエータ１０の側断面図である。図４は、図１における４−４線断面図である。

アクチュエータ１０は、駆動対象を駆動する装置である。具体的には、アクチュエータ１０は、例えば、流体の圧力（例えば空気圧）によって、駆動対象を直動させる装置である。したがって、アクチュエータ１０は、例えばエアシリンダーと同様の用途に用いられることができるアクチュエータである。

図１、図２及び図３に示されるように、アクチュエータ１０は、筒体２０（膨張体の一例）と、コイルバネ１４（膨張制限手段及びコイルの一例）と、を有している。

（筒体２０）
筒体２０は、図３に示されるように、軸方向両端部に壁部（後述のフランジ部２４）を有する円筒状に形成されている。この筒体２０は、中空とされており、円柱状の内部空間２９を有している。具体的には、筒体２０は、円筒状に形成された円筒部２２（胴体部の一例）と、一対のフランジ部２４と、を有している。

円筒部２２は、筒体２０の胴体部分を成している。この円筒部２２は、図４に示されるように、厚み（径方向に沿った長さ）が周方向において一定とされている。なお、周方向とは、軸方向に沿った軸線周りの方向である。各図では、周方向を矢印Ｒにて、軸方向を矢印Ｓにて示している。

一対のフランジ部２４は、図３に示されるように、円筒部２２の軸方向両端部を閉じると共に、円筒部２２の径方向外側（矢印Ｙ方向）に張り出している。フランジ部２４は、例えば、円筒部２２の外周に装着されたコイルバネ１４の外周面よりも径方向外側に張り出している。このフランジ部２４は、円板状に形成されている。

筒体２０は、柔軟性を有する軟質体で構成されている。具体的には、筒体２０としては、シリコン等のゴム材料（樹脂材料）で形成されている。このように、筒体２０は、軟質体で構成されることで、径方向及び軸方向に膨張可能とされている。なお、筒体２０としては、工業製品に用いられるゴム材料全般を用いることが可能である。

一対のフランジ部２４の一方には、内部空間２９に流体（例えば空気）を流入させるための流入口２８が形成されている。この流入口２８を通じて、流体が内部空間２９に流入することで、内部空間２９が正圧（大気圧より高い圧力に上昇した状態）となり、図２及び図３に示されるように、筒体２０が軸方向に膨張（伸長）する。なお、筒体２０の外周側（径方向外側）への膨張は、後述のように、コイルバネ１４によって制限される。

筒体２０は、円筒形状とされており、軸方向に見た形状が円形状とされているが、筒体２０の形状としてはこれに限られない。筒体２０の軸方向に見た形状は、例えば、四角形及び六角形等の多角形や、半円形状及び扇形状等の曲線と直線とを有する形状や、楕円形状などであってもよく、種々の形状とすることが可能である。

（コイルバネ１４）
コイルバネ１４は、円筒部２２の外周に装着されている。具体的には、コイルバネ１４は、円筒部２２の外周面に接触した状態で、円筒部２２の軸方向に沿った軸線周りに巻き回された螺旋状とされている。さらに具体的には、コイルバネ１４は、内周側の一部が、円筒部２２に埋め込まれた状態で、円筒部２２の軸方向に沿った軸線周りに巻き回された螺旋状とされている。換言すれば、コイルバネ１４の内周側の一部が、円筒部２２の外周面に食い込んでいる。

なお、例えば、筒体２０を成形する際に、金型にコイルバネ１４を装着した状態で当該金型に筒体２０の材料（例えば液状のゴム）を注入することで、コイルバネ１４を円筒部２２に食い込むように構成することができる。

コイルバネ１４は、導電性を有している。コイルバネ１４には、導電性を有する材料として、例えば、ステンレス等の金属材料が用いられる。なお、コイルバネ１４には、導電性を有する樹脂材料を用いてもよい。

また、コイルバネ１４は、絶縁膜により皮膜されている。絶縁膜は、例えば、絶縁性を有するゴム等の樹脂膜で構成されている。

このコイルバネ１４は、円筒部２２の外周面に接触することで、筒体２０の外周側への膨張を制限している。なお、筒体２０の外周側への膨張とは、筒体２０の径方向外側（図３及び図４の矢印Ｙ方向）への膨張である。

さらに、コイルバネ１４は、例えば、円筒部２２の外周面に接触することによる摩擦によって、筒体２０の軸方向への膨張に伴って、該軸方向へ伸長する構成とされている。また、コイルバネ１４は、無負荷状態で筒体２０に装着されており、筒体２０の軸方向への膨張に伴って、軸方向へ弾性変形することで伸長する。このように、コイルバネ１４は、筒体２０を元の形状に戻す弾性体、筒体２０の外周側への膨張を制限する膨張制限手段、軸方向の長さに応じてインダクタンスが変化する導電性のコイルを兼ねている。

なお、図３に示される構成では、コイルバネ１４は、内周側の一部が、円筒部２２の外周面に食い込んでいたが、これに限られない。例えば、図５に示されるように、コイルバネ１４の全体が、円筒部２２に埋め込まれる構成であってもよい。この場合では、円筒部２２を、コイルバネ１４を絶縁する絶縁膜として機能させることができる。

（流入部５０）
アクチュエータ１０は、図１に示されるように、筒体２０に流体を流入させる流入部５０を備えている。筒体２０の流入口２８には、流体が流通するチューブ３２（流通管）の一端部が接続されている。チューブ３２の他端部が、流入部５０に接続されている。流入部５０は、チューブ３２を介して、筒体２０の内部空間２９へ流体を流入させる。流入部５０が、筒体２０に流入させる流体としては、例えば、空気が挙げられる。空気は、例えば、圧縮された圧縮空気として、筒体２０に流入される。空気を筒体２０に流入させる流入部としては、例えば、エアコンプレッサが用いられる。

なお、流入部５０が、筒体２０に流入させる流体としては、例えば、液体であってもよい。液体としては、水、油等が挙げられる。

水中でアクチュエータ１０を使用する場合は、流体として水を用いることで、アクチュエータ１０に浮力が作用しない状態で、アクチュエータ１０を用いることができる。

また、筒体２０に流入させる水としては、例えば、生理食塩水を用いることができる。生理食塩水を用いることで、アクチュエータ１０を手術等の処置装置に用いた場合において、仮に流体が漏れた場合でも、人体への影響を小さくできる。

（測定部６０）
アクチュエータ１０は、図６に示されるように、コイルバネ１４の軸方向長さに応じて変化するインダクタンスを測定する測定部６０を備えている。インダクタンスを測定する測定部６０は、一例として、コイルバネ１４に電気的に接続された発振回路６２と、発振回路６２から出力される電流の周波数を測定する周波数測定部６４（例えばオシロスコープ等）と、を有している。

この測定部６０では、コイルバネ１４の軸方向長さによって、発振回路６２から出力される電流の周波数が変化し、この周波数を周波数測定部６４が測定することで、コイルバネ１４のインダクタンスを測定する。なお、本実施形態では、発振回路６２から出力される電流の周波数を測定することで、コイルバネ１４のインダクタンスを測定したが、これに限られない。例えば、回路の交流電流の電流値を測定することで、コイルバネ１４のインダクタンスを測定してもよく、コイルバネ１４のインダクタンスを測定できればよい。

（アクチュエータ１０の作用効果）
アクチュエータ１０によれば、図１に示される流入部５０が筒体２０の内部空間２９に流入口２８を通じて流体を流入させる。筒体２０の内部空間２９に流体が流入すると、内部空間２９の流体圧力が上昇するため、図２及び図３に示されるように、筒体２０は軸方向へ膨張し、筒体２０の外周側への膨張は、コイルバネ１４によって制限される。軸方向へ膨張する筒体２０の軸方向一端部（例えばフランジ部２４）に対して、例えば、ロッド等を介して駆動対象を取り付けることで、駆動対象を直動させる装置として用いることができる。

ここで、本実施形態では、図２及び図３に示されるように、導電性を有するコイルバネ１４は、筒体２０の軸方向への膨張に伴って該軸方向へ伸長する。これにより、コイルバネ１４の軸方向長さが変化するため、コイルバネ１４のインダクタンスが変化する。したがって、本実施形態のように、コイルバネ１４に発振回路６２を接続して、コイルバネ１４のインダクタンスを測定することで、筒体２０の変位量（筒体２０の軸方向長さ）を検出することができる。

したがって、アクチュエータ１０によれば、筒体２０に外付けされる外付けのセンサ（例えばポテンショメータ）を用いることなく、筒体２０の軸方向への変位量を検出（計測）できる。このように、外付けのセンサが不要となるため、アクチュエータ１０の構成部品の部品点数を低減でき、アクチュエータ１０の小型化及び軽量化を図ることができる。

また、アクチュエータ１０は、エアシリンダーのように装置内部に収容されるロッドを用いずに駆動対象を駆動できる。ここで、エアシリンダーのようにロッドが装置内部に収容される場合では、ロッドが洗浄できないのに対して、アクチュエータ１０は、装置全体を洗浄することが可能となる。このため、アクチュエータ１０を手術等の処置装置に用いた場合において、特に扱いやすいものとなる。

さらに、アクチュエータ１０は、主な構成が、筒体２０及びコイルバネ１４であり、前述のように、外付けのセンサも不要であるため、安価に製造できる。このため、アクチュエータ１０を使い捨てとすることも可能である。

また、アクチュエータ１０では、コイルバネ１４が、円筒部２２の外周面に食い込んだ状態とされている。このため、筒体２０が軸方向への膨張した際に、コイルバネ１４が円筒部２２に対して滑らずに、筒体２０の軸方向への変位量に応じてコイルバネ１４が伸長する。このため、筒体２０の軸方向への変位量を正確に検出できる。

さらに、アクチュエータでは、コイルバネ１４は、筒体２０の軸方向への膨張に伴って該軸方向へ弾性変形することで伸長する。このため、筒体２０の内部空間２９に流入した流体が、該内部空間２９から流出されることで、筒体２０の内部空間２９の圧力（上昇していた圧力）が低下すると、コイルバネ１４が弾性復帰するため、軸方向へ膨張した筒体２０が軸方向へ収縮して元の形状に戻りやすい（低ヒステリシス）。

また、アクチュエータ１０によれば、コイルバネ１４が絶縁膜により皮膜されているので、コイルバネ１４の各部が接触した場合やコイルバネ１４の外周面が何らかの導体に接触した場合でも各部間で通電しない。これにより、コイルバネ１４のインダクタンスを正確に測定することができる。

また、アクチュエータ１０は、筒体２０として軟質体を用いているため、柔軟で、生体親和性が高い。また、アクチュエータ１０は、空気圧で駆動でき、空気圧により駆動することでアクチュエータ１０が柔軟に動作するため、動作中に人が接触しても衝撃が小さく、さらに生体親和性が高くなる。このように、アクチュエータ１０は、生体親和性が高いため、例えば、人に対して処置を行う装置や、人の動作を補助する装置、人と共同して作業を行う装置などに適用するのに適している。したがって、アクチュエータ１０は、例えば、医療、介護、食品、塗装などの分野における駆動装置として適用するのに適している。

（アクチュエータ１０の適用例）
アクチュエータ１０は、一例として、鉗子装置の駆動部に適用することが可能である。以下、アクチュエータ１０を適用した鉗子装置１００の構成について、図７に基づき説明する。なお、以下では、図７に示される矢印ＵＰ方向を上方側、矢印ＤＯ方向を下方側（底側）、矢印ＲＨを右側、矢印ＬＨを左側として説明する。この上方側、下方側、右側及び左側は、説明の便宜上定めた方向であるから、装置が使用される際の方向がこれらの方向に限定されるものではない。

鉗子装置１００は、図７に示されるように、ケーシング１１０と、筒部１２０と、ワイヤ１６１、１６２と、回転体１３１、１３２、１３４と、鉗子部１４０と、一対のアクチュエータ１０（以下、アクチュエータ１０Ａ、１０Ｂという）と、を有している。

ケーシング１１０は、アクチュエータ１０Ａ、１０Ｂ及び回転体１３１、１３２が収容される筐体である。具体的には、ケーシング１１０は、例えば、円筒状の側壁１１２と、円形状の上壁１１３と、円形状の底壁１１４と、を有している。ケーシング１１０の上壁１１３には、開口１１５が形成されている。

回転体１３１は、ケーシング１１０の内部における上方側で且つ開口１１５の右側に配置されている。この回転体１３１は、ケーシング１１０の側壁１１２に矢印Ａ１方向へ回転（揺動）可能に支持されている。

回転体１３２は、ケーシング１１０の内部における上方側で且つ開口１１５の左側に配置されている。この回転体１３２は、ケーシング１１０の側壁１１２に矢印Ｂ１方向へ回転（揺動）可能に支持されている。

アクチュエータ１０Ａは、回転体１３１の下側でケーシング１１０の底壁１１４に対して、筒体２０の軸方向一端側のフランジ部２４が固定されている。当該フランジ部２４に流入口２８（図１参照）が形成されている。この流入口２８に接続されたチューブ３２（図１参照）は、例えば、ケーシング１１０の底壁１１４から引き出される。

アクチュエータ１０Ａの筒体２０の軸方向他端側のフランジ部２４には、上方の延出されたロッド１５１が固定されている。ロッド１５１の先端部は、回転体１３１の外周側の部分に矢印Ｃ１方向へ回転（揺動）可能に連結されている。

アクチュエータ１０Ｂは、回転体１３２の下側でケーシング１１０の底壁１１４に対して、筒体２０の軸方向一端側のフランジ部２４が固定されている。当該フランジ部２４に流入口２８（図１参照）が形成されている。この流入口２８に接続されたチューブ３２（図１参照）は、例えば、ケーシング１１０の底壁１１４から引き出される。

アクチュエータ１０Ｂの筒体２０の軸方向他端側のフランジ部２４には、上方の延出されたロッド１５２が固定されている。ロッド１５２の先端部は、回転体１３２の外周側の部分に矢印Ｄ１方向へ回転（揺動）可能に連結されている。

筒部１２０は、下端部がケーシング１１０における開口１１５の縁部分で上壁１１３に接続され、上方側へ延出されている。筒部１２０は、例えば、円筒形状に形成されている。

回転体１３４は、筒部１２０の上端部（先端部）に矢印Ｅ１方向へ回転（揺動）可能に支持されている。鉗子部１４０は、回転体１３４に取り付けられている。これにより、鉗子部１４０は、回転体１３４と一体に回転（揺動）する。なお、鉗子部１４０は、先端部が開閉可能に回転体１３４に取り付けられており、図示しない駆動部によって先端部が開閉される。

ワイヤ１６１の上端部（一端部）は、回転体１３４の外周側の部分に連結されている。ワイヤ１６１の下端部（他端部）は、回転体１３１の外周側の部分に連結されている。具体的には、ワイヤ１６１の下端部が、回転体１３１の回転中心に対する一方側（左側）で連結され、ロッド１５１の先端部が、回転体１３１の回転中心に対する他方側（右側）で連結されている。

ワイヤ１６２の上端部（一端部）は、回転体１３４の外周側の部分に連結されている。具体的には、ワイヤ１６２の上端部が、回転体１３４の回転中心に対する一方側（左側）で連結され、ワイヤ１６１の上端部が、回転体１３４の回転中心に対する他方側（右側）で連結されている。

また、ワイヤ１６２の下端部（他端部）は、回転体１３２の外周側の部分に連結されている。具体的には、ワイヤ１６２の下端部が、回転体１３２の回転中心に対する一方側（右側）で連結され、ロッド１５２の先端部が、回転体１３２の回転中心に対する他方側（左側）で連結されている。

そして、鉗子装置１００では、一例として、アクチュエータ１０Ａにおける筒体２０が予め軸方向へ膨張している状態に対し、以下のように動作させる。アクチュエータ１０Ｂにおける筒体２０の内部空間２９（図３参照）に流入口２８を通じて流体を流入させることで、内部空間２９（図３参照）の流体圧力を上昇させ、筒体２０を軸方向へ膨張させる。さらに、アクチュエータ１０Ａにおける筒体２０の内部空間２９（図３参照）に流入していた流体を、流入口２８を通じて流出させることで、内部空間２９（図３参照）の流体圧力を減少させ、筒体２０を軸方向に収縮させる。

アクチュエータ１０Ｂの筒体２０が軸方向へ膨張すると、ロッド１５２が上方へ移動し、回転体１３２が時計周り方向に回転する。アクチュエータ１０Ａの筒体２０が軸方向へ収縮すると、ロッド１５１が下方へ移動し、回転体１３１が時計周り方向に回転する。

回転体１３２の時計周り方向への回転により、ワイヤ１６２が下方へ引っ張られると共に、回転体１３１の時計周り方向への回転により、ワイヤ１６１が上方へ押し出されると、回転体１３４が反時計回り方向へ回転する。回転体１３４が反時計回り方向へ回転すると、鉗子部１４０が左側（二点鎖線で示す位置）に傾く。

アクチュエータ１０Ａ、１０Ｂでは、導電性を有するコイルバネ１４が、筒体２０の軸方向への膨張又は収縮に伴って、軸方向長さが変化し、インダクタンスが変化する。そして、アクチュエータ１０Ａ、１０Ｂにおけるインダクタンスを測定し、筒体２０の変位量（筒体２０の長さ）を検出することで、鉗子部１４０の傾き角度が検出できる。

（アクチュエータ１０の他の適用例）
前述の適用例では、アクチュエータ１０Ａ、１０Ｂは、筒体２０が軸方向に膨張することで、ロッド１５１、１５２が上方へ移動し、膨張した筒体２０が軸方向へ収縮することで、ロッド１５１、１５２が下方へ移動するが、これに限られない。

例えば、図８に示されるように、アクチュエータ１０Ａ、１０Ｂの筒体２０が軸方向に膨張することで、ロッド１５１、１５２が下方へ移動し、膨張した筒体２０が軸方向の収縮することで、ロッド１５１、１５２が上方へ移動する構成であってもよい。図８に示される構成では、例えば、筒体２０の上側のフランジ部２４が、固定部１９０に固定される。筒体２０の下側のフランジ部２４は、可動なように、固定されず、自由状態とされる。

ロッド１５１、１５２の下端部は、下側のフランジ部２４に固定されている。ロッド１５１、１５２の上端部は、上側のフランジ部２４に形成された貫通孔１９２に通されており、該フランジ部２４に対して気密性を維持した状態で摺動する。

この構成では、アクチュエータ１０Ａ、１０Ｂにおける筒体２０の内部空間２９に流入口２８を通じて流体を流入させることで、内部空間２９の流体圧力を上昇させ、筒体２０を軸方向へ膨張させる。アクチュエータ１０Ａ、１０Ｂの筒体２０が軸方向へ膨張すると、ロッド１５１、１５２が下方へ移動する。

一方、アクチュエータ１０Ａ、１０Ｂにおける筒体２０の内部空間２９に流入した流体が流入口２８を通じて流出すると、内部空間２９の流体圧力が減少し、筒体２０が軸方向に収縮する。アクチュエータ１０Ａ、１０Ｂの筒体２０が軸方向へ収縮すると、ロッド１５１、１５２が上方へ移動する。

（第一変形例に係るアクチュエータ７０）
アクチュエータ７０では、図９及び図１０に示されるように、筒体２０は、円筒部２２の厚みが円筒部２２の周方向（矢印Ｒ方向）において異なっている。具体的には、例えば、筒体２０は、図１０に示されるように、円筒部２２の周方向において、一部分２０Ａ（以下、最大部分２０Ａ）で最大とされ、且つ最大部分２０Ａに向かい合う部分２０Ｂ（以下、最小部分２０Ｂ）で最小とされている。さらに、最大部分２０Ａから最小部分２０Ｂへ周方向の一方側及び他方側に沿って、厚みが徐々に小さくされている。この点を除いて、アクチュエータ７０は、アクチュエータ１０と同様に構成されている。

アクチュエータ７０では、円筒部２２の最大部分２０Ａにおいて、変形しにくく、円筒部２２の最小部分２０Ｂにおいて、変形しやすい。このため、筒体２０の内部空間２９に流体が流入すると、最小部分２０Ｂが最大部分２０Ａよりも軸方向に膨張しやすいため、図１１に示されるように、筒体２０が最大部分２０Ａ側へ湾曲する。したがって、アクチュエータ７０では、筒体２０を最大部分２０Ａ側へ湾曲させながら円弧状に軸方向へ膨張（伸長）させることができる。なお、図１１では、コイルバネ１４の一部の図示を省略している。

（アクチュエータ７０の適用例）
アクチュエータ７０は、一例として、食事支援ロボットにおける箸の駆動部に適用することが可能である。図１２に示される食事支援ロボット２００は、以下のように構成されている。

食事支援ロボット２００は、図１２に示されるように、本体２１０と、アーム部２２０と、支持部２３０と、箸２０４と、アクチュエータ７０と、を有している。

本体２１０は、テーブル等の台上に載置される部分である。本体２１０の上面には、食物２９０（図１３参照）が載せられる凹部２１２が形成されている。すなわち、本体２１０は、食物２９０を載せるための皿（容器）として機能する。

アーム部２２０は、複数（例えば３カ所）の関節を有するアーム部で構成されている。各関節は、例えば、図１２に示される矢印Ａ２方向へ回転（揺動）する構成されている。さらにアーム部２２０は、根元部分２２２が本体２１０に対して、矢印Ｂ２方向へ回転する構成とされている。

支持部２３０は、箸２０４を支持する機能を有している。この支持部２３０は、一例として、ブロック状に形成されている。この支持部２３０は、アーム部２２０の先端部２２４に対して、矢印Ｃ２方向（前後方向）へ回転（揺動）する構成とされている。

箸２０４は、支持部２３０に対して固定された固定箸２４０と、固定箸２４０に対して可動である可動箸２５０と、で構成されている。

図１３に示されるように、固定箸２４０の基端部２４４及び可動箸２５０の基端部２５４には、互いが対面する取付板２４６、２５６が固定されている。取付板２４６、２５６は、アクチュエータ７０の筒体２０の軸方向の一端側のフランジ部２４及び他端側のフランジ部２４が取り付けられている。すなわち、固定箸２４０の基端部２４４と可動箸２５０の基端部２５４とが、アクチュエータ７０（筒体２０）を介して連結されている。なお、基端部２４４とは、固定箸２４０の先端部２４２と反対側の端部をいい、基端部２５４とは、可動箸２５０の先端部２５２と反対側の端部をいう。

さらに、図１２に示されるように、取付板２４６の端面２４７が支持部２３０に固定されている。これにより、固定箸２４０の基端部２４４が支持部２３０に固定され、箸２０４が支持部２３０に支持される。この支持部２３０が矢印Ｃ２方向へ回転（揺動）することで、例えば、箸２０４が凹部２１２と食事者２９２の口との間を矢印Ｄ２方向へ移動する。

食事支援ロボット２００では、アクチュエータ７０における筒体２０の内部空間２９に流入口２８を通じて流体を流入させることで、内部空間２９の流体圧力を上昇させ、筒体２０を軸方向へ膨張させる。これにより、取付板２５６が押されて、可動箸２５０の先端部２５２が固定箸２４０の先端部２４２に接近して、食物２９０を把持する。そして、図１２に示されるように、支持部２３０が矢印Ｃ２方向へ回転（揺動）することで、食事者２９２の口へ食物２９０を運ぶ。なお、アーム部２２０の各関節や根元部分２２２を矢印Ａ２方向、矢印Ｂ２方向へ回転させることで、箸２０４の位置が調整される。

アクチュエータ７０では、導電性を有するコイルバネ１４が、筒体２０の軸方向への膨張に伴って、軸方向長さが変化し、インダクタンスが変化する。そして、アクチュエータ７０におけるインダクタンスを測定し、筒体２０の変位量（筒体２０の長さ）を検出することで、可動箸２５０の角度や、固定箸２４０の先端部２４２に対する可動箸２５０の先端部２５２の距離等が検出できる。

なお、食事支援ロボット２００では、可動箸２５０の基端部２５４を円弧状に移動させるため、筒体２０が円弧状に軸方向へ膨張（伸長）するアクチュエータ７０を用いているが、可動箸２５０の先端部２５２が食物２９０を把持するように移動させるためのガイド等を設けた場合には、アクチュエータ７０に代えて、アクチュエータ１０を用いてもよい。

（第二変形例に係るアクチュエータ８０）
アクチュエータ１０では、筒体２０が膨張される構成（膨張体の一例）とされていたが、アクチュエータ８０では筒体２０が収縮される構成（収縮体の一例）とされている。以下、アクチュエータ８０の具体的な構成について図１５に基づき説明する。なお、以下の説明では、アクチュエータ１０と同一の機能を有する部分に同一の符号を付して、適宜、説明を省略する。

アクチュエータ８０では、一対のフランジ部２４の一方に、内部空間２９から流体としての空気を流出させるための流出口８８が形成されている。この流出口８８を通じて、空気が内部空間２９から流出することで、内部空間２９が負圧（大気圧より低い圧力に減少した状態）となり、筒体２０が軸方向に収縮する。このように、アクチュエータ８０では、筒体２０が軸方向に収縮する収縮体の一例として機能する。

さらに、コイルバネ１４（収縮制限手段及びコイルの一例）が、円筒部２２の内周に装着されている。具体的には、コイルバネ１４は、円筒部２２の内周面に接触した状態で、円筒部２２の軸方向に沿った軸線周りに巻き回された螺旋状とされている。さらに具体的には、コイルバネ１４は、外周側の一部が、円筒部２２に埋め込まれた状態で、円筒部２２の軸方向に沿った軸線周りに巻き回された螺旋状とされている。換言すれば、コイルバネ１４の外周側の一部が、円筒部２２の内周面に食い込んでいる。

このコイルバネ１４は、円筒部２２の内周面に接触することで、筒体２０の内周側への収縮を制限している。なお、筒体２０の内周側への収縮とは、筒体２０の径方向内側（図１５の矢印−Ｙ方向）への収縮である。

さらに、コイルバネ１４は、例えば、円筒部２２の内周面に接触することによる摩擦によって、筒体２０の軸方向への収縮に伴って、該軸方向へ縮む構成とされている。また、コイルバネ１４は、無負荷状態で筒体２０に装着されており、筒体２０の軸方向への収縮に伴って、軸方向へ弾性変形することで縮む。

なお、図１５に示される構成では、コイルバネ１４は、外周側の一部が、円筒部２２の内周面に食い込んでいたが、これに限られない。例えば、図５に示されるように、コイルバネ１４の全体が、円筒部２２に埋め込まれる構成であってもよい。

また、アクチュエータ８０は、筒体２０から空気を流出される流出部８５を備えている。筒体２０の流出口８８には、空気が流通するチューブ３２（流通管）の一端部が接続されている。チューブ３２の他端部が、流出部８５に接続されている。流出部８５は、チューブ３２を介して、筒体２０の内部空間２９から空気を流出させる。流出部８５としては、例えば、吸引ポンプが用いられる。

アクチュエータ８０は、アクチュエータ１０と同様に、測定部６０（図６参照）を備えている。コイルバネ１４は、例えば、筒体２０の気密状態が保たれた状態で、筒体２０の内部から外部へ引き出された導線（図示省略）を介して、発振回路６２と接続される。

アクチュエータ８０によれば、流出部８５が筒体２０の内部空間２９から流出口８８を通じて空気を流出させる。筒体２０の内部空間２９から空気が流出すると、内部空間２９の流体圧力が減少するため、筒体２０は軸方向へ収縮し、筒体２０の内周側への収縮は、コイルバネ１４によって制限される。軸方向へ収縮する筒体２０の軸方向一端部に対して、例えば、ロッド等を介して駆動対象を取り付けることで、駆動対象を直動させる装置として用いることができる。

ここで、本実施形態では、導電性を有するコイルバネ１４は、筒体２０の軸方向への収縮に伴って該軸方向へ縮む。これにより、コイルバネ１４の軸方向長さが変化するため、コイルバネ１４のインダクタンスが変化する。したがって、本実施形態のように、コイルバネ１４に発振回路６２を接続して、コイルバネ１４のインダクタンスを測定することで、筒体２０の変位量（筒体２０の軸方向長さ）を検出することができる。

したがって、アクチュエータ８０によれば、筒体２０に外付けされる外付けのセンサ（例えばポテンショメータ）を用いることなく、筒体２０の軸方向への変位量を検出（計測）できる。

（第三変形例に係るアクチュエータ３００）
アクチュエータ３００は、自らを移動させるアクチュエータである。換言すれば、アクチュエータ３００は、自らが移動するロボともいえる。以下、アクチュエータ３００の具体的な構成について図１６に基づき説明する。なお、以下の説明では、アクチュエータ１０と同一の機能を有する部分に同一の符号を付して、適宜、説明を省略する。

アクチュエータ３００は、図１６（Ａ）に示されるように、筒体２０の内部が仕切部３０２によって軸方向に複数の空間に仕切られている。具体的には、筒体２０の内部は、空間３１１、３１２、３１３、３１４、３１５に仕切られている。各仕切部３０２には、細孔３０４が形成されており、各空間３１１、３１２、３１３、３１４、３１５が細孔３０４を通じて連通している。

このアクチュエータ３００は、例えば、台上に、寝かせた状態、すなわち、コイルバネ１４が台に対向する状態で載せられる。そして、アクチュエータ３００は、以下のように、筒体２０の軸方向に移動される。

アクチュエータ３００によれば、筒体２０の内部に流体が流入すると、図１６（Ｂ）に示されるように、最初に、空間３１１の流体圧力が上昇して空間３１１が軸方向へ膨張する。そして、空間３１２、３１３、３１４、３１５の順で軸方向へ膨張していく。このとき、筒体２０の軸方向一端側のフランジ部２４（図１６において「２４Ａ」と表記）が、例えば、摩擦等により台に対して位置が固定されることで、図１６（Ｃ）に示されるように、筒体２０の軸方向他端側のフランジ部２４（図１６において「２４Ｂ」と表記）が前進する。

そして、筒体２０の内部に流入した流体が流出すると、図１６（Ｄ）に示されるように、最初に、空間３１１の流体圧力が減少して空間３１１が軸方向へ収縮する。そして、空間３１２、３１３、３１４、３１５の順で軸方向へ収縮していく。このとき、筒体２０の軸方向他端側のフランジ部２４Ｂが、例えば、摩擦等により台に対して位置が固定されることで、図１６（Ｅ）に示されるように、筒体２０の軸方向一端側のフランジ部２４Ａが前進する。これにより、アクチュエータ３００全体が筒体２０の軸方向へ移動する。

アクチュエータ３００では、コイルバネ１４のインダクタンスを測定することで、筒体２０の変位量（筒体２０の軸方向長さ）を検出することができる。この筒体２０の変位量に基づき、アクチュエータ３００の移動量を推定できる。

本発明は、上記の実施形態に限るものではなく、その主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形、変更、改良が可能である。例えば、上記の実施形態では、膨張制限手段や収縮制限手段の一例としてコイルバネ１４を用いたが、円筒部２２の外周に繊維を巻き回して膨張制限手段としてもよく、円筒部２２の軸方向に金属材料や硬質樹脂材料からなる複数のリングを並べて膨張制限手段又は収縮制限手段としてもよい。また、コイルバネ１４等の別部材を用いることなく、円筒部２２を蛇腹形状等にすることで、円筒部２２が膨張制限手段又は収縮制限手段を兼ねるようにしてもよい。

また、上記の実施形態では、導電性のコイルの一例としてコイルバネ１４を用いたが、コイルは、バネ等の弾性体でなくてもよい。この場合、円筒部２２がシリコン等のゴム材料（樹脂材料）で形成されていれば、円筒部２２が弾性体として作用し、元の形状に戻るようになる。

さらに、上記の実施形態では、膨張体や収縮体の一例としてシリコン等のゴム材料（樹脂材料）で形成された筒体２０を用いたが、内部空間から流体が漏れないようにされた織布や不織布等を用いて膨張体又は収縮体とすることもできる。

さらにまた、上記の実施形態では、流入部５０（例えばエアコンプレッサ）によって筒体２０の外部から内部空間２９へ流体（例えば空気）を流入させ、内部空間２９の圧力を上昇させている。しかし、外部からの流体の流入を伴わない、例えば、内部空間２９の気体の熱膨張、気液相変化、化学変化（気体生成反応など）を用いることにより、内部空間２９の圧力を上昇させてもよい。

１０、７０、８０、３００ アクチュエータ
１４ コイルバネ（膨張制限手段の一例、収縮制限手段の一例、コイルの一例）
２０ 筒体（膨張体の一例、収縮体の一例）
２２ 円筒部（胴体部の一例）
２９ 内部空間
６０ 測定部

Claims (7)

1. 筒状の胴体部を有し、内部空間の圧力が上昇することで前記胴体部の軸方向へ膨張する膨張体と、
   前記胴体部の外周側への前記膨張体の膨張を制限する膨張制限手段と、
   前記軸方向に沿った軸線周りに巻き回された螺旋状とされ、前記膨張体の軸方向への膨張に伴って該軸方向へ伸長する導電性のコイルと、
   を備えるアクチュエータ。
2. 前記コイルは、前記胴体部に埋め込まれた状態又は前記胴体部の外周面に接触した状態とされ、前記膨張体の前記軸方向への膨張に伴って該軸方向へ弾性変形することで伸長し且つ前記膨張制限手段を兼ねるコイルバネである
   請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記膨張体は、前記胴体部の厚みが前記胴体部の周方向において異なっている
   請求項１又は２に記載のアクチュエータ。
4. 筒状の胴体部を有し、内部空間の圧力が減少することで前記胴体部の軸方向へ収縮する収縮体と、
   前記胴体部の内周側への前記収縮体の収縮を制限する収縮制限手段と、
   前記軸方向に沿った軸線周りに巻き回された螺旋状とされ、前記収縮体の軸方向への収縮に伴って該軸方向へ縮む導電性のコイルと、
   を備えるアクチュエータ。
5. 前記コイルは、前記胴体部に埋め込まれた状態又は前記胴体部の内周面に接触した状態とされ、前記収縮体の前記軸方向への収縮に伴って該軸方向へ弾性変形することで縮み且つ前記収縮制限手段を兼ねるコイルバネである
   請求項４に記載のアクチュエータ。
6. 前記コイルの軸方向長さに応じて変化するインダクタンスを測定する測定部
   を備える請求項１〜５のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
7. 前記コイルは、絶縁膜により皮膜されている
   請求項１〜６のいずれか１項に記載のアクチュエータ。