JP2021076167A - Fluid pressure type actuator and artificial muscle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液圧式アクチュエータ及び人工筋肉に関する。 The present invention relates to hydraulic actuators and artificial muscles.
従来、チューブを膨張及び収縮させるアクチュエータとしては、流体として空気を用いて膨張、収縮するゴム製のチューブ(管状体)と、チューブの外周面を覆うスリーブ(網組補強構造)とを有する空気圧式アクチュエータ(いわゆるマッキベン型)が広く用いられている。
また、チューブの耐久性を向上させたアクチュエータとして、SP値の異なる極性ゴム層と非極性ゴム層からなる2層以上の積層構造を有するチューブを備えたアクチュエータが開示されている(例えば、特許文献1参照)。
Conventionally, as an actuator for expanding and contracting a tube, a pneumatic type having a rubber tube (tubular body) that expands and contracts using air as a fluid and a sleeve (mesh reinforcement structure) that covers the outer peripheral surface of the tube. Actuators (so-called Macchiben type) are widely used.
Further, as an actuator having improved tube durability, an actuator including a tube having a laminated structure of two or more layers composed of a polar rubber layer and a non-polar rubber layer having different SP values is disclosed (for example, Patent Document). 1).
アクチュエータが大きな力を出すには、チューブを大径化する必要がある。一方、チューブを大径化すると、特許文献1に示されるような従来のアクチュエータでは、アクチュエータを駆動するための流体を多く用いる必要があるため、コンプレッサ、バッテリ等の装置の大型化が必要となった。
近年、活動的で健康的なライフスタイル(Active and Healthy Lifestyle;AHL)への貢献として、アシストスーツ等の使用が盛んになっている。かかる場面においては、大きな駆動力はそのままに、コンプレッサ、バッテリ等の装置の小型化が求められている。
In order for the actuator to exert a large force, it is necessary to increase the diameter of the tube. On the other hand, when the diameter of the tube is increased, it is necessary to use a large amount of fluid for driving the actuator in the conventional actuator as shown in Patent Document 1, so that it is necessary to increase the size of the device such as the compressor and the battery. It was.
In recent years, the use of assist suits and the like has become popular as a contribution to an active and healthy lifestyle (AHL). In such a situation, there is a demand for miniaturization of devices such as compressors and batteries while maintaining a large driving force.
本発明は、耐久性に優れ、かつ、内圧が低くても大きな駆動力を実現することができる流体圧式アクチュエータ及び人工筋肉を提供することを目的とし、該目的を解決することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a fluid pressure type actuator and an artificial muscle which are excellent in durability and can realize a large driving force even when the internal pressure is low, and an object of the present invention is to solve the object.
<1> 複数層で構成され、最内層が最外層よりも柔らかいチューブと、
所定方向に配向されたコードを編み込んだ筒状の構造体であって、前記チューブの外周面を覆うスリーブと
を備える流体圧式アクチュエータ。
<1> A tube composed of multiple layers, the innermost layer being softer than the outermost layer,
A fluid pressure actuator which is a tubular structure in which a cord oriented in a predetermined direction is woven and includes a sleeve covering the outer peripheral surface of the tube.
<2> 前記最外層の層厚が、前記最外層以外の層の全層厚より薄いか、同じである<1>に記載の流体圧式アクチュエータ。
<3> 前記最内層の30℃における300%伸長した時のモジュラス引張弾性率が、前記最外層の30℃における300%伸長した時のモジュラス引張弾性率よりも小さい<1>または<2>に記載の流体圧式アクチュエータ。
<2> The fluid pressure actuator according to <1>, wherein the layer thickness of the outermost layer is thinner than or the same as the total layer thickness of the layers other than the outermost layer.
<3> The modulus tensile modulus of the innermost layer at 30 ° C. is smaller than the modulus tensile modulus of the outermost layer at 30 ° C. at 30 ° C. <1> or <2>. The fluid pressure actuator described.
<4> 前記最内層の30℃における300%伸長した時のモジュラス引張弾性率が、2MPa以下である<1>〜<3>のいずれか1つに記載の流体圧式アクチュエータ。
<5> 前記最内層が、非圧縮性材料からなる<1>〜<4>のいずれか1つに記載の流体圧式アクチュエータ。
<6> 前記最内層の切断時伸びが、100%以上である<1>〜<5>のいずれか1つに記載の流体圧式アクチュエータ。
<4> The fluid pressure actuator according to any one of <1> to <3>, wherein the modulus tensile elastic modulus when the innermost layer is extended by 300% at 30 ° C. is 2 MPa or less.
<5> The fluid pressure actuator according to any one of <1> to <4>, wherein the innermost layer is made of an incompressible material.
<6> The fluid pressure actuator according to any one of <1> to <5>, wherein the elongation at the time of cutting of the innermost layer is 100% or more.
<7> 前記最外層が、ゴム部材からなる<1>〜<6>のいずれか1つに記載の流体圧式アクチュエータ。
<8> マッキベン型アクチュエータである<1>〜<7>のいずれか1つに記載の流体圧式アクチュエータ。
<7> The fluid pressure actuator according to any one of <1> to <6>, wherein the outermost layer is made of a rubber member.
<8> The fluid pressure type actuator according to any one of <1> to <7>, which is a Macchiben type actuator.
<9> <1>〜<8>のいずれか1つに記載の流体圧式アクチュエータを備える人工筋肉。 <9> An artificial muscle provided with the fluid pressure actuator according to any one of <1> to <8>.
本発明によれば、耐久性に優れ、かつ、内圧が低くても大きな駆動力を実現することができる流体圧式アクチュエータ及び人工筋肉を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a fluid pressure type actuator and an artificial muscle which are excellent in durability and can realize a large driving force even when the internal pressure is low.
以下に、本発明をその実施形態に基づき詳細に例示説明する。
なお、以下の説明において、数値範囲を示す「A〜B」の記載は、端点であるA及びBを含む数値範囲を表し、「A以上B以下」(A<Bの場合)、又は「A以下B以上」(B<Aの場合)を表す。
また、質量部及び質量%は、それぞれ、重量部及び重量%と同義である。
Hereinafter, the present invention will be illustrated in detail based on the embodiments thereof.
In the following description, the description of "A to B" indicating the numerical range represents the numerical range including the end points A and B, and is "A or more and B or less" (in the case of A <B) or "A". Hereinafter, it represents "B or more" (when B <A).
In addition, parts by mass and% by mass are synonymous with parts by weight and% by weight, respectively.
<流体圧式アクチュエータ>
本発明の流体圧式アクチュエータは、複数層で構成され、最内層が最外層よりも柔らかいチューブと、所定方向に配向されたコードを編み込んだ筒状の構造体であって、前記チューブの外周面を覆うスリーブとを備える。
以下、流体圧式アクチュエータを、単に、アクチュエータと称することがある。
<Fluid pressure actuator>
The fluid pressure actuator of the present invention is a tubular structure composed of a plurality of layers, in which the innermost layer is softer than the outermost layer and a cord oriented in a predetermined direction is woven, and the outer peripheral surface of the tube is formed. It has a sleeve to cover.
Hereinafter, the fluid pressure type actuator may be simply referred to as an actuator.
既述のように、アクチュエータの駆動力を高めるには、チューブ径を大きくする必要がある。一方、駆動に必要な内圧(流体圧)を下げ、流体量を少なくするには、流体が通る空隙径を小さくすればよい。空隙径を小さく、チューブ径を大きくするために、チューブの層厚を大きくすると、駆動に必要な内圧(流体圧)を高める必要があり、目的とする低内圧での駆動ができなくなる。そのため、チューブの素材を柔らかくすることが考えられる。例えばチューブの素材としてゴム部材を用いた場合、ゴム部材の弾性率を低くすればよいが、その場合、チューブを膨張させるとチューブを覆うスリーブの網目にチューブが食い込んでしまう。チューブとスリーブのコードとの摩擦により、チューブの耐擦摺性が低下し、チューブ表面を傷つけ、チューブの耐久性を低下する恐れがある。 As described above, in order to increase the driving force of the actuator, it is necessary to increase the tube diameter. On the other hand, in order to reduce the internal pressure (fluid pressure) required for driving and reduce the amount of fluid, the diameter of the void through which the fluid passes may be reduced. If the layer thickness of the tube is increased in order to reduce the void diameter and increase the tube diameter, it is necessary to increase the internal pressure (fluid pressure) required for driving, and it becomes impossible to drive at the target low internal pressure. Therefore, it is conceivable to soften the material of the tube. For example, when a rubber member is used as the material of the tube, the elastic modulus of the rubber member may be lowered, but in that case, when the tube is expanded, the tube bites into the mesh of the sleeve covering the tube. Friction between the tube and the cord of the sleeve may reduce the abrasion resistance of the tube, damage the surface of the tube, and reduce the durability of the tube.
これに対し、本発明のアクチュエータのチューブは、複数層で構成され、最内層が最外層よりも柔らかい。つまり、流体の接する最内層は、低い内圧でも応答し易い柔らかさで構成され、スリーブと接する最外層は、最内層よりも硬く、耐擦摺性に優れる。その結果、本発明のアクチュエータは、低い内圧でも駆動力が大きく、かつ、スリーブに対する耐擦摺性に優れるという二律背反性を実現し得る。このように、大きい駆動力を低い内圧で実現することができるという理由から、駆動回数を低下することができ、コンプレッサへの負荷を抑えることができる。また、同様の理由から、コンプレッサ、バッテリ等の装置を小型化することができ、利便性、ポータブル性等に優れるアクチュエータを製造し得る。 On the other hand, the tube of the actuator of the present invention is composed of a plurality of layers, and the innermost layer is softer than the outermost layer. That is, the innermost layer in contact with the fluid is configured to have a softness that makes it easy to respond even at a low internal pressure, and the outermost layer in contact with the sleeve is harder than the innermost layer and has excellent scratch resistance. As a result, the actuator of the present invention can realize the antinomy that the driving force is large even at a low internal pressure and the abrasion resistance to the sleeve is excellent. As described above, since a large driving force can be realized with a low internal pressure, the number of driving times can be reduced and the load on the compressor can be suppressed. Further, for the same reason, devices such as compressors and batteries can be miniaturized, and actuators having excellent convenience, portability, and the like can be manufactured.
以下に、本発明のアクチュエータを、その実施形態に基づき、図面を参照しつつ、詳細に例示説明する。なお、同一の機能や構成には、同一または類似の符号を付して、その説明を適宜省略する。 Hereinafter, the actuator of the present invention will be illustrated in detail based on the embodiment with reference to the drawings. The same functions and configurations are designated by the same or similar reference numerals, and the description thereof will be omitted as appropriate.
(1)アクチュエータの全体概略構成
図1は、本実施形態に係るアクチュエータ10の側面図である。図1に示すように、アクチュエータ10は、アクチュエータ本体部100、封止機構200及び封止機構300を具える。また、アクチュエータ10の両端には、連結部20がそれぞれ設けられる。
(1) Overall Schematic Configuration of Actuator FIG. 1 is a side view of the
アクチュエータ本体部100は、チューブ110とスリーブ120とによって構成される。アクチュエータ本体部100には、フィッティング400及び通過孔410を介して作動流体が流入する。ここで、本発明のアクチュエータは、液圧式であっても、空気圧式であってもよい。
液圧式の場合、作動流体として液体が用いられ、該液体としては、油、水等が挙げられる。本発明のアクチュエータを液圧式アクチュエータとして用いる場合、液圧式アクチュエータは、油圧式でも、水圧式でもよい。油圧式の場合、作動油としては、従来より油圧駆動システムに使用されている作動油を使用することができる。
空気圧式の場合、作動流体として圧縮空気が用いられる。
The actuator
In the case of the hydraulic type, a liquid is used as the working fluid, and examples of the liquid include oil and water. When the actuator of the present invention is used as a hydraulic actuator, the hydraulic actuator may be hydraulic or hydraulic. In the case of the hydraulic type, as the hydraulic oil, the hydraulic oil conventionally used in the hydraulic drive system can be used.
In the case of the pneumatic type, compressed air is used as the working fluid.
チューブ110において、流体の接する最内層は、最外層よりも柔らかいため、微小入力でも膨張し易く、大きな駆動力を得ることができる。そのため、アクチュエータ10は、空気圧式であることが好ましい。空気圧式アクチュエータは、様々な分野で用いられているが、特に、介護用機器、福祉用機器等の人工筋肉として好適に用いられている。
In the
アクチュエータ本体部100は、チューブ110内へ作動流体が流入することによって、アクチュエータ本体部100の軸方向DAXに収縮し、径方向DRに膨張する。また、アクチュエータ本体部100は、チューブ110から作動流体が流出することによって、アクチュエータ本体部100の軸方向DAXに膨張し、径方向DRに収縮する。このようなアクチュエータ本体部100の形状変化によって、アクチュエータ10は、アクチュエータとしての機能を発揮する。
また、このようなアクチュエータ10は、いわゆるマッキベン型であり、人工筋肉用として適用できることは勿論のこと、より高い能力(収縮力)が要求されるロボットの体肢(上肢や下肢など)用としても好適に用い得る。連結部20には、当該体肢を構成する部材などが連結される。
Further, such an
封止機構200及び封止機構300は、軸方向DAXにおけるアクチュエータ本体部100の両端部を封止する。具体的には、封止機構200は、封止部材210及びかしめ部材230を含む。封止部材210は、アクチュエータ本体部100の軸方向DAXの端部を封止する。また、かしめ部材230は、アクチュエータ本体部100を封止部材210と共にかしめる。かしめ部材230の外周面には、治具によってかしめ部材230がかしめられた痕である圧痕231が形成される。
封止機構200と封止機構300との相違点は、フィッティング400(及び通過孔410)が設けられているか否かである。
フィッティング400は、アクチュエータ10の駆動圧力源、具体的には、作動流体のコンプレッサと接続されたホース(管路)を取り付けられるように突出している。フィッティング400を介して流入した作動流体は、通過孔410を通過してアクチュエータ本体部100の内部、具体的には、チューブ110の内部に流入する。
The difference between the
The fitting 400 projects so that a hose (pipeline) connected to the driving pressure source of the
図2は、アクチュエータ10の一部分解斜視図である。図2に示すように、アクチュエータ10は、アクチュエータ本体部100及び封止機構200を具える。
アクチュエータ本体部100は、前述したように、チューブ110とスリーブ120とによって構成される。
FIG. 2 is a partially exploded perspective view of the
As described above, the actuator
チューブ110は、流体圧によって膨張及び収縮し、流体圧を均等に分配する観点から、円筒状の筒状体であることが好ましい。チューブ110は、作動流体による収縮及び膨張を繰り返すため、スリーブ120との接触を繰り返すが、チューブ110は複数層で構成され、最外層は耐擦摺性に優れる。
アクチュエータ10を液圧式アクチュエータとして用いる場合、流動液体に接触する最内層を耐水性または耐油性の層とすることで、流動液体に対する耐久性を有すると同時に、スリーブ120に対する耐摩耗性を有することができる。
The
When the
図3は、チューブ110の一実施形態の部分断面図である。
図3に示すチューブ110は、チューブの内面側に位置する最内層111と、最内層111の径方向DR外側に隣接して、チューブ110の外面側に位置する最外層112とからなる2層構造を有する。
内層は、1層であってもよいし、2層以上で構成されていてもよい。図3では、内層は1層で構成され、チューブが最内層111と最外層112とからなる。最内層111は、最外層112よりも柔らかい。
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of an embodiment of the
The inner layer may be one layer or may be composed of two or more layers. In FIG. 3, the inner layer is composed of one layer, and the tube is composed of the
具体的には、最内層111の30℃における300%伸長した時のモジュラス引張弾性率が、最外層112の30℃における300%伸長した時のモジュラス引張弾性率よりも小さいことが好ましい。
最内層111及び最外層112の30℃における300%伸長した時のモジュラス引張弾性率(M300)は、JIS K 6251(2017年)に準じた方法で測定することができる。
また、最内層111は、30℃における300%伸長した時のモジュラス引張弾性率(M300)が、2MPa以下であることが好ましい。最内層のM300の下限は、流動しなければ特に制限されないが、通常、0.6MPaが限度であり、最内層のM300は、0.8〜3.0MPaがより好ましく、1.0〜2.0Mpaが更に好ましい。
Specifically, it is preferable that the modulus tensile elastic modulus of the
The modulus tensile elastic modulus (M300) of the
Further, the
最外層112は、耐久性(特に、スリーブに対する耐擦摺性)の観点から、30℃における300%伸長した時のモジュラス引張弾性率(M300)が、2MPaを超えることが好ましい。最外層のM300の上限は、チューブ110の膨張に追随し得る範囲であれば特に制限されないが、通常、3.0MPa程度である。最外層のM300は、2.0〜5.0MPaがより好ましく、2.5〜4.0Mpaが更に好ましい。
From the viewpoint of durability (particularly, abrasion resistance to the sleeve), the
最内層111の柔らかさについて、別の観点からいうと、最内層111の硬度(ショアA)は、33〜43であることが好ましく、35〜40であることがより好ましい。
最外層112の硬度(ショアA)は、40〜50であることが好ましく、43〜48であることがより好ましい。
最内層111及び最外層112の硬度(ショアA)は、デュロメータ硬度計を用い、JIS K6253−3(2012年)に準じた方法により測定することができる。
Regarding the softness of the
The hardness (shore A) of the
The hardness (shore A) of the
内層が2層以上で構成される場合、流体と接する最内層111が最外層112よりも柔らかければよく、最内層111以外の内層の弾性率は制限されない。例えば、最内層111以外の内層の弾性率は、最外層112と同程度に高くてもよいし、最内層111と同程度に低くてもよい。しかし、最外層112の存在によりチューブの耐久性は守られることから、微小入力での応答性を高め、駆動力を向上する観点から、最内層111以外の内層の弾性率は最内層111と同程度に低くいことが好ましい。
When the inner layer is composed of two or more layers, the
内層が2層以上で構成される場合、すなわち、図3の最内層111と最外層112との間に1層以上の中間層を備える場合、中間層を、例えば、最内層111と最外層112との接着性を向上する接着層等、種々の機能性成分を含む機能層等とすることが考えられる。接着層には、最内層111及び最外層112の性質に応じて適切な接着剤を用いればよく、例えば、株式会社東洋化学研究所製の「メタロックR−17」等が好適に使用できる。
When the inner layer is composed of two or more layers, that is, when one or more intermediate layers are provided between the
また、最外層112の層厚は、最外層112以外の層の全層厚より薄いか、同じであることが好ましい。最外層112はスリーブ120との摩擦に耐えられる必要があるが、スムーズな駆動のためには、薄い方がよい。また、最外層112以外の層(内層)は、流体の容積を減らすために、厚い方がよい。
Further, the layer thickness of the
また、本発明において、チューブ110の層厚は、アクチュエータの耐久性と動作長の観点から、0.2〜10.0mmであることが好ましい。チューブ110の層厚が0.2mm以上であることで、チューブ110の耐久性に優れ、チューブ110の層厚が10.0mm以下であることで、チューブ110の膨張性に優れ、微小入力に対する入力応答性に優れる。また、チューブ110の直径(外径)は、目的とする用途に応じて、適宜選択できる。
なお、チューブ110の層厚は、チューブ110の総厚み(全層合計の層厚)を意味する。例えば、チューブ110が、図3に示す最内層111と最外層112とからなる2層構造である場合、最内層111と最外層112の径方向(DR方向)の層厚を、チューブ110の層厚とする。
チューブ110の層厚は、アクチュエータの入力応答性と耐摩耗性をより向上する観点から、0.3〜9.0mmであることがより好ましい。
Further, in the present invention, the layer thickness of the
The layer thickness of the
The layer thickness of the
最内層111は、非圧縮性材料からなることが好ましい。非圧縮性材料とは、外的負荷を受けても体積が変わらない材料を指し、例えば、ゴム部材、熱可塑性エラストマー部材、熱硬化性エラストマー部材等が挙げられる。アクチュエータ10に内圧を付加したときに、内圧により最内層111が圧縮してしまうと、アクチュエータ10が大きな駆動力を出すことができない。
微小入力でも素早く応答し、チューブの膨張と収縮の繰り返しに耐え得る耐久性を有する観点から、非圧縮性材料は、ゴム部材であることが好ましい。
The
The incompressible material is preferably a rubber member from the viewpoint of responding quickly even with a minute input and having durability that can withstand repeated expansion and contraction of the tube.
ゴム部材としては、合成ジエン系ゴム及び天然ゴムの少なくとも一方のゴム成分、充填剤、加硫剤、加硫促進剤等を含むゴム組成物の加硫ゴムを用いることができる。
合成ジエン系ゴムとしては、ブタジエンゴム(BR)、イソプレンゴム(IR)、スチレン−ブタジエン共重合ゴム(SBR)等が挙げられ、ブタジエンゴムが好ましい。
ゴム成分は、合成ジエン系ゴム及び天然ゴムを含むことが好ましく、ブタジエンゴム(BR)及び天然ゴム(NR)を含むことが好ましい。
アクチュエータ10を液圧式とする場合は、最内層111は、用いる液体に対する耐性を有するゴム部材を用いることが好ましい。具体的には、最内層111を構成するゴム組成物は、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム(水素化NBR)、クロロプレンゴム(CR)、エピクロロヒドリンゴム等のゴム成分を含むことが好ましい。
As the rubber member, vulcanized rubber having a rubber composition containing at least one rubber component of synthetic diene rubber and natural rubber, a filler, a vulcanizing agent, a vulcanization accelerator, and the like can be used.
Examples of the synthetic diene rubber include butadiene rubber (BR), isoprene rubber (IR), styrene-butadiene copolymer rubber (SBR), and the like, and butadiene rubber is preferable.
The rubber component preferably contains a synthetic diene rubber and a natural rubber, and preferably contains a butadiene rubber (BR) and a natural rubber (NR).
When the
最外層112の素材は特に制限されないが、スリーブ120に対する耐擦摺性を有しつつ、最内層111の膨張及び収縮に追随し易くする観点から、最外層112もゴム部材を用いることが好ましい。
最内層111と最外層112とのモジュラス引張弾性率を変えるには、ゴム組成物に含まれるゴム成分の種類を変えたり、充填剤、加硫剤、加硫促進剤等の量を変えればよい。例えば、充填剤、加硫剤、及び加硫促進剤のいずれか1つまたは2つ以上の量を多くすることで、ゴム部材のモジュラス引張弾性率を高めることができる。
The material of the
In order to change the modulus tensile elastic modulus between the
最内層111の切断時伸びは、繰り返しの膨張及び収縮による変形に対する耐久性を向上する観点から、100%以上であることが好ましい。最内層111の切断時伸びは200%以上であることが好ましく、300%以上であることがより好ましく、500%以上であることが更に好ましい。
切断時伸びは、JIS K 6251(2017年)に準じた方法で測定することができる。
The elongation at the time of cutting of the
The elongation at the time of cutting can be measured by a method according to JIS K 6251 (2017).
スリーブ120は、円筒状であり、チューブ110の外周面を覆う。スリーブ120は、所定方向に配向されたコードを編み込んだ構造体であり、配向されたコードが交差することによって菱形の形状が繰り返されている。スリーブ120は、このような形状を有することによって、パンタグラフ変形し、チューブ110の収縮及び膨張を規制しつつ追従する。
The
スリーブ120を構成するコードとしては、アラミド繊維(芳香族ポリアミド繊維)、ポリヘキサメチレンアジパミド(ナイロン6,6)繊維、ポリカプロラクタム(ナイロン6)繊維等のポリアミド繊維、ポリエチレンテレフタレート(PET)繊維、ポリエチレンナフタレート(PEN)繊維等のポリエステル繊維、ポリウレタン繊維、レーヨン、アクリル繊維、ポリオレフィン繊維から選ばれる少なくとも1種の繊維材料からなる繊維コードを用いることが好ましい。これらの中でも、スリーブ120の強度の観点から、アラミド繊維からなるコードを用いることが特に好ましい。
但し、このような種類の繊維コードに限定されるものではなく、例えば、PBO(ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール)繊維などの高強度繊維や、極細のフィラメントによって構成される金属製のコードを用いてもよい。
The cords constituting the
However, the fiber cord is not limited to this type, and for example, a high-strength fiber such as PBO (polyparaphenylene benzobisoxazole) fiber or a metal cord composed of ultrafine filaments is used. May be good.
また、上述の繊維コード及び金属製のコードは、その表面を、熱硬化性樹脂とラテックスとの混合物、ゴム等で被覆してもよい。これらの材料でコードの表面が被覆されている場合、コードの耐久性を向上させつつ、コードの表面の摩擦係数を適度に低下させることができる。
なお、熱硬化性樹脂とラテックスとの混合物中の固形分率は、15質量%以上50質量%以下が好ましく、20質量%以上40質量%以下が更に好ましい。また、熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、レゾルシン樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられ、ラテックスとしては、ビニルピリジン(VP)ラテックス、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)ラテックス、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)ラテックス等が挙げられる。
Further, the surface of the above-mentioned fiber cord and metal cord may be coated with a mixture of a thermosetting resin and latex, rubber or the like. When the surface of the cord is coated with these materials, the coefficient of friction of the surface of the cord can be appropriately reduced while improving the durability of the cord.
The solid content in the mixture of the thermosetting resin and the latex is preferably 15% by mass or more and 50% by mass or less, and more preferably 20% by mass or more and 40% by mass or less. Examples of the thermosetting resin include phenol resin, resorcin resin, urethane resin and the like, and examples of the latex include vinylpyridine (VP) latex, styrene-butadiene rubber (SBR) latex, and acrylonitrile-butadiene rubber (NBR) latex. And so on.
なお、スリーブは単層構造であっても、複数層構造であってもよく、後者の場合は断面が同心円状になるよう積層されたものであっても、断面が渦巻き状になるよう巻きつけられた構造のものでもよい。 The sleeve may have a single-layer structure or a multi-layer structure. In the latter case, even if the sleeves are laminated so that the cross sections are concentric, they are wound so that the cross section is spiral. It may have a structure.
図2において、封止機構200は、アクチュエータ本体部100の軸方向DAXにおける端部を封止する。封止機構200は、封止部材210、係止リング220及びかしめ部材230によって構成される。
2, the
封止部材210は、胴体部211及び鍔部212を有する。封止部材210としては、ステンレス鋼などの金属を好適に用い得るが、このような金属に限定されず、硬質プラスチック材料などを用いてもよい。
The sealing
胴体部211は、円管状であり、胴体部211には、作動流体が通過する通過孔215が形成される。通過孔215は、通過孔410(図1参照)に連通する。胴体部211には、チューブ110が挿通される。
The
鍔部212は、胴体部211に連なっており、胴体部211よりもアクチュエータ10の軸方向DAXにおける端部側に位置する。鍔部212は、胴体部211よりも径方向DRに沿った外径が大きい。鍔部212は、胴体部211に挿通されたチューブ110及び係止リング220を係止する。
The
胴体部211の外周面には、凹凸部213が形成される。凹凸部213は、胴体部211に挿通されたチューブ110の滑り抑制に寄与する。凹凸部213による凸部分が3つ以上形成されることが好ましい。
Concavo-
また、胴体部211の鍔部212寄りの位置には、胴体部211よりも外径が小さい小径部214が形成される。
Further, a
係止リング220は、スリーブ120を係止する。スリーブ120は、係止リング220を介して径方向DR外側に折り返されてもよい。
The
係止リング220の外径は、胴体部211の外径よりも大きい。係止リング220は、胴体部211の小径部214の位置においてスリーブ120を係止する。つまり、係止リング220は、胴体部211の径方向DR外側であって、鍔部212に隣接する位置において、スリーブ120を係止する。
The outer diameter of the
係止リング220は、胴体部211よりも小さい小径部214に係止させるため、本実施形態では、二分割の形状としている。なお、係止リング220は、二分割に限らず、より多くの部分に分割してもよいし、一部の分割部分が回動可能に連結されていてもよい。
In this embodiment, the
係止リング220としては、封止部材210と同様の金属や硬質プラスチック材料などを用いることができる。
As the
かしめ部材230は、アクチュエータ本体部100を封止部材210と共にかしめる。かしめ部材230としては、アルミニウム合金、真鍮及び鉄などの金属を用いることができる。かしめ部材230には、かしめ用の治具によってかしめ部材230がかしめられると、図1に示したような圧痕231が形成される。
The
以下、具体的な実施形態を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、これらの実施形態は、本発明の例示を目的とするものであり、本発明を何ら限定するものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific embodiments, but these embodiments are for the purpose of exemplifying the present invention and do not limit the present invention in any way.
<第一の実施形態>
(チューブの製造)
天然ゴム20質量部とポリブタジエンゴム80質量部とのゴム成分100質量部に対して、カーボンブラック50質量部と、ゴム成分100質量部に対して0.6質量部の加硫剤及び0.4質量部加の硫促進剤を含む加硫パッケージと、老化防止剤等の添加剤とを混合し、最外層用ゴム組成物を得た。
また、天然ゴム20質量部とポリブタジエンゴム80質量部とのゴム成分100質量部に対して、カーボンブラック50質量部と、ゴム成分100質量部に対して0.1質量部の加硫剤及び0.8質量部加の硫促進剤を含む加硫パッケージと、老化防止剤等の添加剤とを混合し、最内層用ゴム組成物を得た。
<First Embodiment>
(Manufacturing of tubes)
50 parts by mass of carbon black and 0.6 parts by mass of vulcanizing agent and 0.4 parts by mass of carbon black with respect to 100 parts by mass of rubber component of 20 parts by mass of natural rubber and 80 parts by mass of polybutadiene rubber. A vulcanization package containing a parts-by-mass vulcanization accelerator and an additive such as an antiaging agent were mixed to obtain a rubber composition for the outermost layer.
Further, with respect to 100 parts by mass of the rubber component of 20 parts by mass of natural rubber and 80 parts by mass of polybutadiene rubber, 50 parts by mass of carbon black and 0.1 parts by mass of vulcanizing agent and 0 parts by mass of 100 parts by mass of rubber component. A vulcanization package containing 8 parts by mass of a vulcanization accelerator was mixed with an additive such as an antiaging agent to obtain a rubber composition for the innermost layer.
得られた最外層用ゴム組成物と最内層用ゴム組成物とを、2層押出し成形機で加工することにより、各ゴム組成物を加硫し、長さ300mmの円筒形状の2種2層のチューブを作製した。
最外層の層厚は1.7mm、最内層の層厚は1.7mmとした。
最外層の30℃における300%伸長した時のモジュラス引張弾性率は、3.5MPaであった。最内層用ゴム組成物の加硫ゴムの30℃における300%伸長した時のモジュラス引張弾性率は、1.5MPaであり、切断時伸びは、30℃において600%であった。従って、第一の実施形態において、チューブは、複数層で構成され、最内層が最外層よりも柔らかい。
なお、各層の300%伸長した時のモジュラス引張弾性率と切断時伸びは、JIS K 6251(2017年)に準じた方法で測定した。
By processing the obtained rubber composition for the outermost layer and the rubber composition for the innermost layer with a two-layer extrusion molding machine, each rubber composition is vulcanized, and two types and two layers having a cylindrical shape with a length of 300 mm are obtained. Tube was prepared.
The outermost layer had a thickness of 1.7 mm, and the innermost layer had a thickness of 1.7 mm.
The modulus tensile elastic modulus of the outermost layer when stretched by 300% at 30 ° C. was 3.5 MPa. The modulus tensile elastic modulus of the vulcanized rubber of the rubber composition for the innermost layer when stretched by 300% at 30 ° C. was 1.5 MPa, and the elongation at cutting was 600% at 30 ° C. Therefore, in the first embodiment, the tube is composed of a plurality of layers, and the innermost layer is softer than the outermost layer.
The modulus tensile elastic modulus and the elongation at the time of cutting when each layer was extended by 300% were measured by a method according to JIS K 6251 (2017).
(スリーブの製造)
原糸として、2200dtexのアラミド繊維を2本用い、12回/10cmの下撚りをかけ、更に12回/10cmの上撚りをかけて、直径0.7mmのアラミド繊維コードを作製した。
該アラミド繊維コード64本を編み込んで作製した網目状の内層用スリーブを用意した。このスリーブは、横断面において円周上にアラミド繊維コードが64本観察される網目状筒状体であった。具体的には、このスリーブは、等間隔、平行かつ螺旋状に配置された32本のアラミド繊維コードと、この32本のアラミド繊維コードと斜交するとともに、等間隔、平行かつ螺旋状に配置された他の32本のアラミド繊維コードとが交互に編み込まれてなる網目状筒状体であり、各コードのスリーブの軸方向に対する角度は25度であった。
(Manufacturing of sleeves)
Two 2200 dtex aramid fibers were used as the raw yarn, and 12 times / 10 cm lower twist was applied, and then 12 times / 10 cm upper twist was applied to prepare an aramid fiber cord having a diameter of 0.7 mm.
A mesh-like inner layer sleeve prepared by knitting 64 aramid fiber cords was prepared. This sleeve was a mesh-like tubular body in which 64 aramid fiber cords were observed on the circumference in the cross section. Specifically, the sleeve is obliquely crossed with 32 aramid fiber cords arranged at equal intervals, parallel and spirally, and the 32 aramid fiber cords, and arranged at equal intervals, parallel and spirally. It was a mesh-like tubular body in which the other 32 aramid fiber cords were woven alternately, and the angle of each cord with respect to the axial direction was 25 degrees.
(空気圧式アクチュエータの製造)
製造したチューブ及びスリーブを用いて、図1及び図2に示す構造の空気圧式アクチュエータを作製した。なお、封止機構200と封止機構300との間の長さは250mmである。
得られた空気圧式アクチュエータは、付加される内圧が0.3MPaでも大きい駆動力を実現した。なお、駆動力が大きいことは、同じ印加内圧で発生する力の差で確認することができる。また、チューブの最外層は、チューブの膨張時に、スリーブの網目に食い込みにくく、耐擦摺性に優れることがわかる。
(Manufacturing of pneumatic actuators)
Using the manufactured tubes and sleeves, pneumatic actuators having the structures shown in FIGS. 1 and 2 were produced. The length between the
The obtained pneumatic actuator realized a large driving force even when the applied internal pressure was 0.3 MPa. It should be noted that the large driving force can be confirmed by the difference in the force generated by the same applied internal pressure. Further, it can be seen that the outermost layer of the tube is less likely to bite into the mesh of the sleeve when the tube is expanded, and is excellent in scratch resistance.
<比較用実施形態>
チューブを次のように製造した他は、第一の実施形態と同様にして、比較用実施形態の空気圧式アクチュエータを製造した。
<Example for comparison>
The pneumatic actuator of the comparative embodiment was manufactured in the same manner as in the first embodiment except that the tube was manufactured as follows.
第一の実施形態のチューブの製造において、最内層の形成にも、最外層用ゴム組成物を用い、長さ300mmの円筒形状の1種2層のチューブを作製した。最外層の層厚は1.7mm、最内層の層厚は1.7mmとした。
最外層及び最内層の30℃における300%伸長した時のモジュラス引張弾性率は、3.0MPaであった。最内層の切断時伸びは、30℃において、580%であった。従って、比較用実施形態において、チューブは、複数層で構成されるが、最内層は最外層よりも柔らかくない。
なお、各層の300%伸長した時のモジュラス引張弾性率と切断時伸びは、JIS K 6251(2017年)に準じた方法で測定した。
In the production of the tube of the first embodiment, the rubber composition for the outermost layer was also used for forming the innermost layer, and a cylindrical type 1 two-layer tube having a length of 300 mm was produced. The outermost layer had a thickness of 1.7 mm, and the innermost layer had a thickness of 1.7 mm.
The modulus tensile elastic modulus of the outermost layer and the innermost layer at 30 ° C. when stretched by 300% was 3.0 MPa. The elongation at break of the innermost layer was 580% at 30 ° C. Therefore, in the comparative embodiment, the tube is composed of a plurality of layers, but the innermost layer is not softer than the outermost layer.
The modulus tensile elastic modulus and the elongation at the time of cutting when each layer was extended by 300% were measured by a method according to JIS K 6251 (2017).
得られた空気圧式アクチュエータは、付加する内圧を0.5MPaまで上げないと、大きい駆動力を実現することができなかった。なお、チューブの最外層は、チューブの膨張時に、スリーブの網目に食い込みにくく、耐擦摺性に優れた。 The obtained pneumatic actuator could not realize a large driving force unless the applied internal pressure was increased to 0.5 MPa. The outermost layer of the tube does not easily bite into the mesh of the sleeve when the tube expands, and has excellent scratch resistance.
10:アクチュエータ
20:連結部
100:アクチュエータ本体部
110:チューブ
111:最内層
112:最外層
120:スリーブ
200:封止機構
210:封止部材
211:胴体部
212:鍔部
213:凹凸部
214:小径部
215:通過孔
220:係止リング
230:かしめ部材
231:圧痕
300:封止機構
400:フィッティング
410:通過孔
DAX:軸方向
DR:径方向
10: Actuator 20: Connecting part 100: Actuator main body 110: Tube 111: Innermost layer 112: Outermost layer 120: Sleeve 200: Sealing mechanism 210: Sealing member 211: Body part 212: Flange part 213: Concavo-convex part 214: small-diameter portion 215: passage hole 220: locking ring 230: caulking member 231: indentation 300: sealing mechanism 400: fitting 410: passage hole D AX: axial D R: radial
Claims (9)
所定方向に配向されたコードを編み込んだ筒状の構造体であって、前記チューブの外周面を覆うスリーブと
を備える流体圧式アクチュエータ。 A tube composed of multiple layers, the innermost layer being softer than the outermost layer,
A fluid pressure actuator which is a tubular structure in which a cord oriented in a predetermined direction is woven and includes a sleeve covering the outer peripheral surface of the tube.
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