JP2023050418A - 流体注入型アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】人工筋肉を長手方向に縮める方向及び伸ばす方向の力を発生することができる流体注入型アクチュエータを提供する。【解決手段】流体注入型アクチュエータ１０は、第１筒状部の長手方向の伸びを制限する第１制限部を備え、第１筒状部の内部に供給される流体の圧力により、第１筒状部が径方向に膨張するとともに長手方向に縮む第１人工筋肉２０と、第２筒状部の長手方向の縮みを制限する第２制限部を備え、第２筒状部の内部に供給される流体の圧力により第２筒状部が径方向に収縮するとともに長手方向に伸びる第２人工筋肉３０と、第１人工筋肉２０及び第２人工筋肉３０の長手方向の各端部が固定された第１固定部４０及び第２固定部５０と、を備え、第２人工筋肉３０を中心として周囲に第１人工筋肉２０が複数配置されている。【選択図】 図１

Description

本発明は、弾性体により形成された筒状部の内部に流体を注入して、筒状部を伸縮させる流体注入型アクチュエータに関する。

従来、内部に圧縮空気が流入される弾性チューブを編組スリーブで覆った人工筋肉を、平行に複数本並べて両端をそれぞれ固定具により固定した流体注入型アクチュエータがある（特許文献１参照）。特許文献１に記載のアクチュエータでは、弾性チューブの内部に圧縮空気を流入させることにより、人工筋肉が径方向に膨張するとともに長手方向に収縮して、人工筋肉を長手方向に縮める方向の力を発生する。

特開２０２０－６９３４１号公報

ところで、特許文献１に記載の流体注入型アクチュエータでは、人工筋肉を長手方向に縮める方向の力を発生するものの、人工筋肉を長手方向に伸ばす方向の力を発生することができない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、人工筋肉を長手方向に縮める方向及び伸ばす方向の力を発生することができる流体注入型アクチュエータを提供することにある。

上記課題を解決するための第１の手段は、流体注入型アクチュエータであって、
弾性体により形成された第１筒状部、及び前記第１筒状部の長手方向の伸びを制限する第１制限部を備え、長手方向の両端が塞がれた前記第１筒状部の内部に供給される流体の圧力により、前記第１筒状部が径方向に膨張するとともに長手方向に縮む第１人工筋肉と、
弾性体により形成された第２筒状部、及び前記第２筒状部の長手方向の縮みを制限する第２制限部を備え、長手方向の両端が塞がれた前記第２筒状部の内部に供給される流体の圧力により前記第２筒状部が径方向に収縮するとともに長手方向に伸びる第２人工筋肉と、
前記第１人工筋肉及び前記第２人工筋肉の長手方向の一方の端部が固定された第１固定部と、
前記第１人工筋肉及び前記第２人工筋肉の長手方向の前記第１固定部と反対側の端部が固定された第２固定部と、
を備え、
前記第１人工筋肉及び前記第２人工筋肉の一方を中心として周囲に他方が複数配置されている。

上記構成によれば、第１人工筋肉は、弾性体により形成された第１筒状部、及び前記第１筒状部の長手方向の伸びを制限する第１制限部を備え、長手方向の両端が塞がれた前記第１筒状部の内部に供給される流体の圧力により、前記第１筒状部が径方向に膨張するとともに長手方向に縮む。このため、流体の供給により長手方向に縮む筋肉として、第１人工筋肉を用いることができる。第２人工筋肉は、弾性体により形成された第２筒状部、及び前記第２筒状部の長手方向の縮みを制限する第２制限部を備え、長手方向の両端が塞がれた前記第２筒状部の内部に供給される流体の圧力により前記第２筒状部が径方向に収縮するとともに長手方向に伸びる。このため、流体の供給により長手方向に伸びる筋肉として、第２人工筋肉を用いることができる。

第１固定部には、前記第１人工筋肉及び前記第２人工筋肉の長手方向の一方の端部が固定されている。第２固定部には、前記第１人工筋肉及び前記第２人工筋肉の長手方向の前記第１固定部と反対側の端部が固定されている。このため、第１人工筋肉に流体を供給し、第２人工筋肉に流体を供給しないことにより、第１人工筋肉を長手方向に縮めて第１固定部と第２固定部とを近づける力を流体注入型アクチュエータが発生することができる。一方、第１人工筋肉に流体を供給せず、第２人工筋肉に流体を供給することにより、第２人工筋肉を長手方向に伸ばして第１固定部と第２固定部とを離す力を流体注入型アクチュエータが発生することができる。したがって、流体注入型アクチュエータは、人工筋肉を長手方向に縮める方向及び長手方向に伸ばす方向の力を発生することができる。

さらに、前記第１人工筋肉及び前記第２人工筋肉の一方を中心として周囲に他方が複数配置されている。このため、第１固定部と第２固定部とを近づけたり離したりする際に、第１固定部と第２固定部とが傾くことを抑制することができる。すなわち、流体注入型アクチュエータは、人工筋肉を長手方向に縮める方向及び長手方向に伸ばす方向の力を、直線に沿って発生しやすくなる。

第２の手段では、前記第１筒状部及び前記第２筒状部の内部に流体が供給されておらず、且つ前記第１人工筋肉及び前記第２人工筋肉が前記第１固定部及び前記第２固定部に固定されていない状態において、前記第１人工筋肉の長手方向の長さである第１長さは前記第２人工筋肉の長手方向の長さである第２長さよりも長い。こうした構成によれば、前記第１人工筋肉及び前記第２人工筋肉が前記第１固定部及び前記第２固定部に固定された状態において、第１人工筋肉が第１長さから縮められ、第２人工筋肉が第２長さから伸ばされた状態で釣り合う。このため、第１筒状部の内部に流体を供給して第１人工筋肉を縮める際に、第２人工筋肉は伸ばされた状態から第２長さに戻る方向へ縮み、第１人工筋肉を縮める際に第２人工筋肉が抵抗になることを抑制することができる。また、第２筒状部の内部に流体を供給して第２人工筋肉を伸ばす際に、第１人工筋肉は縮められた状態から第１長さに戻る方向へ伸び、第２人工筋肉を伸ばす際に第１人工筋肉が抵抗になることを抑制することができる。

第３の手段では、前記第１人工筋肉及び前記第２人工筋肉の長手方向の長さを、前記第１長さと前記第２長さとの間の中間長さに維持するように、前記第１筒状部及び前記第２筒状部の内部に流体が供給される。こうした構成によれば、前記第１人工筋肉及び前記第２人工筋肉の長手方向の長さを中間長さに維持することにより、縮めることも伸ばすことも可能な中立状態で待機することができる。

第４の手段では、前記第１人工筋肉及び前記第２人工筋肉の長手方向の長さを、前記中間長さから縮める際に、前記第１筒状部の内部に流体がさらに供給され、前記第２筒状部の内部から流体が排出される。

上記構成によれば、第１筒状部の内部に流体がさらに供給されて第１人工筋肉が縮められる際に、前記第２筒状部の内部から流体が排出され、第２人工筋肉は伸ばされた状態から第２長さに戻る方向へ縮む。したがって、前記第１人工筋肉及び前記第２人工筋肉の長手方向の長さを前記中間長さから縮める際に、第２人工筋肉が抵抗になることを抑制することができる。

第５の手段では、前記第１人工筋肉及び前記第２人工筋肉の長手方向の長さを、前記中間長さから伸ばす際に、前記第１筒状部の内部から流体が排出され、前記第２筒状部の内部に流体がさらに供給される。

上記構成によれば、第２筒状部の内部に流体がさらに供給されて第２人工筋肉が伸ばされる際に、前記第１筒状部の内部から流体が排出され、第１人工筋肉は縮められた状態から第１長さに戻る方向へ伸びる。したがって、前記第１人工筋肉及び前記第２人工筋肉の長手方向の長さを前記中間長さから伸ばす際に、第１人工筋肉が抵抗になることを抑制することができる。

第６の手段では、前記第２制限部は、繊維をスリーブ状に編み込んだ編組スリーブであり、前記編組スリーブは前記第２筒状部を覆って前記第２筒状部と共に伸縮可能であり、前記第２筒状部の内部に流体が供給されておらず、且つ前記第２人工筋肉が前記第１固定部及び前記第２固定部に固定されていない状態において、前記編組スリーブが前記第２筒状部の長手方向に限界まで縮められて前記第２長さにされている。こうした構成によれば、編組スリーブは、第２筒状部の長手方向に第２長さから縮むことができず、第２筒状部の長手方向の縮みを制限することができる。一方、編組スリーブは、前記第２筒状部が長手方向に第２長さから伸びる際には、第２筒状部の伸びを制限しないようにすることができる。

第７の手段では、前記第１固定部及び前記第２固定部は、弾性体により形成されている。こうした構成によれば、前記第１固定部及び前記第２固定部を、曲げたり、捻ったり、伸ばしたり、縮めたりすることができる。このため、流体注入型アクチュエータを柔軟な構造体にすることができ、人体に取り付ける場合等、アクチュエータの柔軟性が求められる用途に用いることができる。

第８の手段では、前記第１固定部及び前記第２固定部は、前記第１人工筋肉及び前記第２人工筋肉の長手方向に延びて互いに摺動可能に嵌合する第１摺動部及び第２摺動部をそれぞれ備える。

上記構成によれば、第１固定部が備える第１摺動部と、第２固定部が備える第２摺動部とが、人工筋肉の長手方向に延びて互いに摺動可能に嵌合している。このため、人工筋肉の伸縮を第１摺動部及び第２摺動部によりガイドすることができ、人工筋肉を伸縮する力が人工筋肉の長手方向からずれることを抑制することができる。したがって、流体注入型アクチュエータは、人工筋肉を長手方向に縮める方向及び長手方向に伸ばす方向の力を、さらに直線に沿って発生しやすくなる。

流体注入型アクチュエータ及びその周辺構成を示す模式図。 流体注入型アクチュエータの側面図。 自然状態の第１人工筋肉の模式図。 自然状態の第２人工筋肉の模式図。 第２メッシュの製造方法を示す模式図。 縮んだ状態の流体注入型アクチュエータを示す模式図。 伸びた状態の流体注入型アクチュエータを示す模式図。 流体注入型アクチュエータの変更例の側面図。 流体注入型アクチュエータの他の変更例の模式図。 第１人工筋肉の変更例の模式図。

以下、人体に取り付けられて人体の動作を補助する流体注入型アクチュエータに具現化した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、流体注入型アクチュエータ１０は、６本の第１人工筋肉２０（図１では２本のみ表示）、１本の第２人工筋肉３０、第１固定具４０、第２固定具５０等を備えている。第１人工筋肉２０の長手方向の一方の端部が第１固定具４０に固定され、他方の端部（第１固定具４０と反対側の端部）が第２固定具５０に固定されている。第２人工筋肉３０の長手方向の一方の端部が第１固定具４０に固定され、他方の端部（第１固定具４０と反対側の端部）が第２固定具５０に固定されている。

図２に示すように、第２人工筋肉３０を中心として、周囲に第１人工筋肉２０が６本（複数）配置されている。６本の第１人工筋肉２０は、第２人工筋肉３０から等距離に配置されている。第２人工筋肉３０の周方向において、６本の第１人工筋肉２０は等間隔（等角度）で配置されている。すなわち、隣り合う第１人工筋肉２０と第２人工筋肉３０とがなす中心角は、全て等しくなっている。

図３に示すように、第１人工筋肉２０は、いわゆるマッキベン（McKibben）型の人工筋肉である。第１人工筋肉２０は、第１チューブ２１、第１メッシュ２２等を備えている。

第１チューブ２１（第１筒状部）は、軟質ゴム（弾性体）により、円筒状（筒状）に形成されている。第１チューブ２１の内径（径）及び長さは、第１チューブ２１の内部に圧縮空気が供給された際に、第１チューブ２１により発生させる縮む力の大きさに応じて設定されている。また、第１チューブ２１の本数は、第１チューブ２１の内部に圧縮空気が供給された際に、全ての第１チューブ２１により発生させる縮む力の大きさに応じて設定されている。

第１メッシュ２２（第１制限部）は、繊維をスリーブ状に編み込んだ編組スリーブである。繊維は、ナイロン等の合成樹脂（樹脂）により形成されている。第１メッシュ２２は、繊維のなす角度が変化することにより、長手方向に伸縮可能になっている。

図３では、第１チューブ２１の内部に圧縮空気（流体）が供給されておらず、且つ第１人工筋肉２０が上記第１固定具４０及び上記第２固定具５０に固定されていない自然状態を示している。すなわち、自然状態では、第１チューブ２１及び第１メッシュ２２に力が加えられていない。自然状態において、第１チューブ２１及び第１メッシュ２２（第１人工筋肉２０）の長手方向の長さは、第１長さＬ１（自然長）である（図１参照）。第１メッシュ２２は、長手方向に限界まで伸ばされた状態で自然状態になっている。

第１メッシュ２２は、長手方向に第１長さＬ１から伸びることができない。このため、第１チューブ２１の長手方向の両端部と第１メッシュ２２の長手方向の両端部とが固定された状態では、以下のように動作する。第１メッシュ２２は、第１チューブ２１が長手方向に第１長さＬ１から伸びることを制限する。一方、第１チューブ２１の両端が塞がれた状態で内部に圧縮空気が供給されると、圧縮空気の圧力により、第１チューブ２１が径方向に膨張するとともに長手方向に縮む。第１チューブ２１が長手方向に縮むのに追従して、第１メッシュ２２は径方向に膨張するとともに長手方向に縮む。すなわち、第１メッシュ２２は、第１チューブ２１を覆って第１チューブ２１と共に伸縮可能である。

図４に示すように、第２人工筋肉３０は、マッキベン型の人工筋肉と同様に、第２チューブ３１、第２メッシュ３２等を備えている。

第２チューブ３１（第２筒状部）は、軟質ゴム（弾性体）により、円筒状（筒状）に形成されている。第２チューブ３１の内径（径）は、第２チューブ３１の内部に圧縮空気が供給された際に、第２チューブ３１により発生させる伸びる力の大きさに応じて設定されている。

第２メッシュ３２（第２制限部）は、繊維をスリーブ状に編み込んだ編組スリーブである。繊維は、ナイロン等の合成樹脂（樹脂）により形成されている。第２メッシュ３２は、繊維のなす角度が変化することにより、長手方向に伸縮可能になっている。

図４では、第２チューブ３１の内部に圧縮空気（流体）が供給されておらず、且つ第２人工筋肉３０が上記第１固定具４０及び上記第２固定具５０に固定されていない自然状態を示している。すなわち、自然状態では、第２チューブ３１及び第２メッシュ３２に力が加えられていない。自然状態において、第２チューブ３１及び第２メッシュ３２（第２人工筋肉３０）の長手方向の長さは、第２長さＬ２（自然長）である（図１参照）。第２メッシュ３２は、長手方向に限界まで縮められた状態で自然状態になっている。第２長さＬ２は、上記第１長さＬ１よりも短い（Ｌ２＜Ｌ１）。

第２メッシュ３２は、長手方向に第２長さＬ２から縮むことができない。このため、第２チューブ３１の長手方向の両端部と第２メッシュ３２の長手方向の両端部とが固定された状態では、以下のように動作する。第２メッシュ３２は、第２チューブ３１が長手方向に第２長さＬ２から縮むことを制限する。一方、第２チューブ３１の両端が塞がれた状態で内部に圧縮空気が供給されると、圧縮空気の圧力により、第２チューブ３１が径方向に収縮するとともに長手方向に伸びる。第２チューブ３１が長手方向に伸びるのに追従して、第２メッシュ３２は径方向に収縮するとともに長手方向に伸びる。すなわち、第２メッシュ３２は、第２チューブ３１を覆って第２チューブ３１と共に伸縮可能である。

図５は、第２メッシュ３２の製造方法を示す模式図である。第２メッシュ３２は、熱処理前に破線で示す形状をしている。熱処理前の第２メッシュ３２を長手方向に限界まで縮めた状態で固定し、例えば１５０～１７０［℃］で３０［分］維持した後に冷却する。これにより、実線で示す形状で第２メッシュ３２が安定し、この状態が第２メッシュ３２の自然状態となる。上記のように、自然状態において、第２メッシュ３２の長手方向の長さは第２長さＬ２である。なお、第２長さＬ２よりも長く第２メッシュ３２を形成し、第２メッシュ３２を第２長さＬ２に切断してもよい。

図１，２に戻り、第１固定具４０（第１固定部）は、硬質ゴム（弾性体）により形成されている。第１固定具４０は、フランジ部４１、第１円筒部４２等を備えている。フランジ部４１は、円板状に形成されている。第１円筒部４２は、フランジ部４１の中央からフランジ部４１に垂直な方向（第２人工筋肉３０の長手方向）へ円筒状に延びている。

第２固定具５０（第２固定部）は、硬質ゴム（弾性体）により形成されている。第２固定具５０は、フランジ部５１、第２円筒部５２等を備えている。フランジ部５１は、円板状に形成されている。第２円筒部５２は、フランジ部５１の中央からフランジ部５１に垂直な方向（第２人工筋肉３０の長手方向）へ円筒状に延びている。

第２円筒部５２の内径は、第２人工筋肉３０の外径よりも大きい。第２円筒部５２の内部に、第２人工筋肉３０が挿入されている。第１円筒部４２の内径は、第２円筒部５２の外径よりも僅かに大きい。第１円筒部４２の内周面と第２円筒部５２の外周面とのクリアランス（隙間）は、例えば０．０５［ｍｍ］である。第１円筒部４２の内部に第２円筒部５２が挿入され、第１円筒部４２と第２円筒部５２とが摺動可能に嵌合している。

第２円筒部５２の長手方向の長さは、上記第２長さＬ２と等しい（略等しい）。第１円筒部４２の長手方向の長さは、第２長さＬ２よりも短い。第２円筒部５２の長手方向の長さと第１円筒部４２の長手方向の長さとの合計は、第１長さＬ１よりも長い（図７参照）。

６本の第１人工筋肉２０の第１チューブ２１には、それぞれ配管６１が接続されている。配管６１は、第１チューブ２１の内部に圧縮空気を供給可能とする。６本の配管６１は、配管６２に接続されている。配管６２は、切替バルブ８１を介して圧縮空気供給源８２に接続されている。

第２人工筋肉３０の第２チューブ３１には、配管７１が接続されている。配管７１は、第２チューブ３１の内部に圧縮空気を供給可能とする。配管７１は、切替バルブ８１を介して圧縮空気供給源８２に接続されている。

圧縮空気供給源８２は、高圧空気のボンベ（供給配管）又はコンプレッサ、レギュレータ等により構成され、所定圧力の圧縮空気を切替バルブ８１へ供給する。

切替バルブ８１は、配管６２及び配管７１への圧縮空気の供給態様を切り替える。切替バルブ８１は、圧縮空気の供給先を、配管６２のみ、配管７１のみ、配管６２及び配管７１、なし、のいずれかに切り替える。また、切替バルブ８１は、配管６２及び配管７１をそれぞれ大気開放して圧縮空気を排出させる。また、切替バルブ８１は、配管６２及び配管７１への圧縮空気の流入出を停止して、第１チューブ２１及び第２チューブ３１の内部の圧縮空気を保持することができる。

第１人工筋肉２０及び第２人工筋肉３０の長手方向の一方の端部が第１固定具４０に固定され、第１人工筋肉２０及び第２人工筋肉３０の長手方向の他方の端部が第２固定具５０に固定されている。第１チューブ２１及び第２チューブ３１の内部に圧縮空気が供給されていない状態において、第１人工筋肉２０が第１長さＬ１から縮められ、第２人工筋肉３０が第２長さＬ２から伸ばされた状態で釣り合っている。この釣合状態において、第１人工筋肉２０及び第２人工筋肉３０の長手方向の長さは、釣合長さＬ４（図示せず）になっている。

図１では、切替バルブ８１を制御することにより、第１人工筋肉２０及び第２人工筋肉３０の長手方向の長さを、第１長さＬ１と第２長さＬ２との間の中間長さＬ３に維持するように、第２チューブ３１及び第２チューブ３１の内部に圧縮空気を供給している（中立状態）。なお、上記釣合長さＬ４と中間長さＬ３とは、一致していてもよいし、一致していなくてもよい。

図１に示す中立状態から流体注入型アクチュエータ１０を縮める場合は、以下のように制御する。すなわち、切替バルブ８１を制御することにより、配管６２へ圧縮空気を供給し、配管７１から圧縮空気を排出する。これにより、第１人工筋肉２０の第１チューブ２１の内部に圧縮空気が供給され、第２人工筋肉３０の第２チューブ３１の内部から圧縮空気が排出される。すなわち、第１人工筋肉２０及び第２人工筋肉３０の長手方向の長さを、中間長さＬ３から縮める際に、第１チューブ２１の内部に圧縮空気がさらに供給され、第２チューブ３１の内部から圧縮空気が排出される。

その結果、図６に示すように、第１人工筋肉２０及び第２人工筋肉３０、すなわち流体注入型アクチュエータ１０が長手方向に縮む。このとき、第１固定具４０の第１円筒部４２と第２固定具５０の第２円筒部５２とが摺動し、第１人工筋肉２０及び第２人工筋肉３０が長手方向に沿って縮むようにガイドされる。第２人工筋肉３０は、長手方向の長さが第２長さＬ２になるまで自然に縮む。このため、第１人工筋肉２０を長手方向に第２長さＬ２まで縮める際に、第２人工筋肉３０は抵抗にならない。

第１人工筋肉２０及び第２人工筋肉３０の長手方向の長さが第２長さＬ２になった状態において、第２固定具５０の第２円筒部５２の先端と、第１固定具４０のフランジ部４１との間には、隙間が形成されている。第２人工筋肉３０の長手方向の長さが第２長さＬ２になった状態において、第１固定具４０の第１円筒部４２の先端と、第２固定具５０のフランジ部５１との間には、隙間が形成されている。

図１に示す中立状態から流体注入型アクチュエータ１０を伸ばす場合は、以下のように制御する。すなわち、切替バルブ８１を制御することにより、配管７１へ圧縮空気を供給し、配管６２から圧縮空気を排出する。これにより、第２人工筋肉３０の第２チューブ３１の内部に圧縮空気が供給され、第１人工筋肉２０の第１チューブ２１の内部から圧縮空気が排出される。すなわち、第１人工筋肉２０及び第２人工筋肉３０の長手方向の長さを、中間長さＬ３から伸ばす際に、第１チューブ２１の内部から圧縮空気が排出され、第２チューブ３１の内部に圧縮空気がさらに供給される。

その結果、図７に示すように、第１人工筋肉２０及び第２人工筋肉３０、すなわち流体注入型アクチュエータ１０が長手方向に伸びる。このとき、第１固定具４０の第１円筒部４２と第２固定具５０の第２円筒部５２とが摺動し、第１人工筋肉２０及び第２人工筋肉３０が長手方向に沿って伸びるようにガイドされる。第１人工筋肉２０は、長手方向の長さが第１長さＬ１になるまで自然に伸びる。このため、第２人工筋肉３０を長手方向に第１長さＬ１まで伸ばす際に、第１人工筋肉２０は抵抗にならない。

第１人工筋肉２０及び第２人工筋肉３０の長手方向の長さが第１長さＬ１になった状態において、第１固定具４０の第１円筒部４２の先端と、第２固定具５０の第２円筒部５２の先端とは嵌合している。

また、図１に示す中立状態に代えて、第１チューブ２１及び第２チューブ３１の内部に圧縮空気が供給されていない上記釣合状態から、切替バルブ８１を制御することにより、配管６２へ圧縮空気を供給することもできる。この場合も、図６に示すように、第１人工筋肉２０及び第２人工筋肉３０、すなわち流体注入型アクチュエータ１０が長手方向に縮む。このとき、第１固定具４０の第１円筒部４２と第２固定具５０の第２円筒部５２とが摺動し、第１人工筋肉２０及び第２人工筋肉３０が長手方向に沿って縮むようにガイドされる。第２人工筋肉３０は、長手方向の長さが第２長さＬ２になるまで自然に縮む。このため、第１人工筋肉２０を長手方向に第２長さＬ２まで縮める際に、第２人工筋肉３０は抵抗にならない。

同様に、図１に示す中立状態に代えて、第１チューブ２１及び第２チューブ３１の内部に圧縮空気が供給されていない上記釣合状態から、切替バルブ８１を制御することにより、配管７１へ圧縮空気を供給することもできる。この場合も、図７に示すように、第１人工筋肉２０及び第２人工筋肉３０、すなわち流体注入型アクチュエータ１０が長手方向に伸びる。このとき、第１固定具４０の第１円筒部４２と第２固定具５０の第２円筒部５２とが摺動し、第１人工筋肉２０及び第２人工筋肉３０が長手方向に沿って伸びるようにガイドされる。第１人工筋肉２０は、長手方向の長さが第１長さＬ１になるまで自然に伸びる。このため、第２人工筋肉３０を長手方向に第１長さＬ１まで伸ばす際に、第１人工筋肉２０は抵抗にならない。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

・第１人工筋肉２０は、弾性体により形成された第１チューブ２１、及び第１チューブ２１の長手方向の伸びを制限する第１メッシュ２２を備え、長手方向の両端が塞がれた第１チューブ２１の内部に供給される圧縮空気の圧力により、第１チューブ２１が径方向に膨張するとともに長手方向に縮む。このため、圧縮空気の供給により長手方向に縮む筋肉として、第１人工筋肉２０を用いることができる。第２人工筋肉３０は、弾性体により形成された第２チューブ３１、及び第２チューブ３１の長手方向の縮みを制限する第２メッシュ３２を備え、長手方向の両端が塞がれた第２チューブ３１の内部に供給される圧縮空気の圧力により第２チューブ３１が径方向に収縮するとともに長手方向に伸びる。このため、圧縮空気の供給により長手方向に伸びる筋肉として、第２人工筋肉３０を用いることができる。

・第１固定具４０には、第１人工筋肉２０及び第２人工筋肉３０の長手方向の一方の端部が固定されている。第２固定具５０には、第１人工筋肉２０及び第２人工筋肉３０の長手方向の第１固定具４０と反対側の端部が固定されている。このため、第１人工筋肉２０に圧縮空気を供給し、第２人工筋肉３０に圧縮空気を供給しないことにより、第１人工筋肉２０を長手方向に縮めて第１固定具４０と第２固定具５０とを近づける力を流体注入型アクチュエータ１０が発生することができる。一方、第１人工筋肉２０に圧縮空気を供給せず、第２人工筋肉３０に圧縮空気を供給することにより、第２人工筋肉３０を長手方向に伸ばして第１固定具４０と第２固定具５０とを離す力を流体注入型アクチュエータ１０が発生することができる。したがって、流体注入型アクチュエータ１０は、人工筋肉２０，３０を長手方向に縮める方向及び長手方向に伸ばす方向の力を発生することができる。

・第２人工筋肉３０を中心として周囲に第１人工筋肉２０が６本配置されている。このため、第１固定具４０と第２固定具５０とを近づけたり離したりする際に、第１固定具４０と第２固定具５０とが傾くことを抑制することができる。すなわち、流体注入型アクチュエータ１０は、人工筋肉２０，３０を長手方向に縮める方向及び長手方向に伸ばす方向の力を、直線に沿って発生しやすくなる。

・第１チューブ２１及び第２チューブ３１の内部に圧縮空気が供給されておらず、且つ第１人工筋肉２０及び第２人工筋肉３０が第１固定具４０及び第２固定具５０に固定されていない状態において、第１人工筋肉２０の長手方向の長さである第１長さＬ１（自然長）は第２人工筋肉３０の長手方向の長さである第２長さＬ２（自然長）よりも長い。こうした構成によれば、第１人工筋肉２０及び第２人工筋肉３０が第１固定具４０及び第２固定具５０に固定された状態において、第１人工筋肉２０が第１長さＬ１から縮められ、第２人工筋肉３０が第２長さＬ２から伸ばされた状態で釣り合う。このため、第１チューブ２１の内部に圧縮空気を供給して第１人工筋肉２０を縮める際に、第２人工筋肉３０は伸ばされた状態から第２長さＬ２に戻る方向へ縮み、第１人工筋肉２０を縮める際に第２人工筋肉３０が抵抗になることを抑制することができる。また、第２チューブ３１の内部に圧縮空気を供給して第２人工筋肉３０を伸ばす際に、第１人工筋肉２０は縮められた状態から第１長さＬ１に戻る方向へ伸び、第２人工筋肉３０を伸ばす際に第１人工筋肉２０が抵抗になることを抑制することができる。

・第１人工筋肉２０及び第２人工筋肉３０の長手方向の長さを、第１長さＬ１と第２長さＬ２との間の中間長さＬ３に維持するように、第１チューブ２１及び第２チューブ３１の内部に圧縮空気が供給される。こうした構成によれば、第１人工筋肉２０及び第２人工筋肉３０の長手方向の長さを中間長さＬ３に維持することにより、縮めることも伸ばすことも可能な中立状態で待機することができる。

・中立状態から第１チューブ２１の内部に圧縮空気がさらに供給されて第１人工筋肉２０が縮められる際に、第２チューブ３１の内部から圧縮空気が排出され、第２人工筋肉３０は伸ばされた状態から第２長さＬ２に戻る方向へ縮む。したがって、第１人工筋肉２０及び第２人工筋肉３０の長手方向の長さを中間長さＬ３から縮める際に、第２人工筋肉３０が抵抗になることを抑制することができる。

・中立状態から第２チューブ３１の内部に圧縮空気がさらに供給されて第２人工筋肉３０が伸ばされる際に、第１チューブ２１の内部から圧縮空気が排出され、第１人工筋肉２０は縮められた状態から第１長さＬ１に戻る方向へ伸びる。したがって、第１人工筋肉２０及び第２人工筋肉３０の長手方向の長さを中間長さＬ３から伸ばす際に、第１人工筋肉２０が抵抗になることを抑制することができる。

・第２メッシュ３２は、繊維をスリーブ状に編み込んだ編組スリーブであり、編組スリーブは第２チューブ３１を覆って第２チューブ３１と共に伸縮可能である。第２チューブ３１の内部に圧縮空気が供給されておらず、且つ第２人工筋肉３０が第１固定具４０及び第２固定具５０に固定されていない状態（自然状態）において、編組スリーブが第２チューブ３１の長手方向に限界まで縮められて第２長さＬ２にされている。こうした構成によれば、編組スリーブは、第２チューブ３１の長手方向に第２長さＬ２から縮むことができず、第２チューブ３１の長手方向の縮みを制限することができる。一方、編組スリーブは、第２チューブ３１が長手方向に第２長さＬ２から伸びる際には、第２チューブ３１の伸びを制限しないようにすることができる。

・第１固定具４０及び第２固定具５０は、硬質ゴム（弾性体）により形成されている。こうした構成によれば、第１固定具４０及び第２固定具５０を、曲げたり、捻ったり、伸ばしたり、縮めたりすることができる。このため、流体注入型アクチュエータ１０を柔軟な構造体にすることができ、人体に取り付ける場合等、アクチュエータの柔軟性が求められる用途に用いることができる。

・第１固定具４０が備える第１円筒部４２と、第２固定具５０が備える第２円筒部５２とが、人工筋肉２０，３０の長手方向に延びて互いに摺動可能に嵌合している。このため、人工筋肉２０，３０の伸縮を第１円筒部４２及び第２円筒部５２によりガイドすることができ、人工筋肉２０，３０を伸縮する力が人工筋肉２０，３０の長手方向からずれることを抑制することができる。したがって、流体注入型アクチュエータ１０は、人工筋肉２０，３０を長手方向に縮める方向及び長手方向に伸ばす方向の力を、さらに直線に沿って発生しやすくなる。

・第１人工筋肉２０、第２人工筋肉３０、第１固定具４０、及び第２固定具５０は、ゴムや、樹脂により形成されているため、流体注入型アクチュエータ１０を軽量化することができる。

なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。上記実施形態と同一の部分については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

・図８に示すように、第２人工筋肉３０を中心として、周囲に第１人工筋肉２０が３本（複数）配置されていてもよい。この場合も、第１固定具４０と第２固定具５０とを近づけたり離したりする際に、第１固定具４０と第２固定具５０とが傾くことを抑制することができる。すなわち、流体注入型アクチュエータ１０は、人工筋肉２０，３０を長手方向に縮める方向及び長手方向に伸ばす方向の力を、直線に沿って発生しやすくなる。また、第１人工筋肉２０を中心として、周囲に第２人工筋肉３０が複数配置されていてもよい。

・図９に示すように、第１固定具１４０は、フランジ部１４１、第１円筒部１４２等を備えていてもよい。なお、図９では、図６と同様に、第１人工筋肉２０及び第２人工筋肉３０、すなわち流体注入型アクチュエータ１０を長手方向に縮めた状態を示している。フランジ部１４１は、円板状に形成されている。第１円筒部１４２（第１摺動部）は、フランジ部１４１の外縁からフランジ部１４１に垂直な方向（第２人工筋肉３０の長手方向）へ円筒状に延びている。第２固定具１５０は、フランジ部１５１、第２円筒部１５２等を備えていてもよい。フランジ部１５１は、円板状に形成されている。第２円筒部１５２（第２摺動部）は、フランジ部１５１の外縁からフランジ部１５１に垂直な方向（第２人工筋肉３０の長手方向）へ円筒状に延びている。第１円筒部１４２の内部に第２円筒部１５２が挿入され、第１円筒部１４２と第２円筒部１５２とが摺動可能に嵌合している。上記構成によっても、人工筋肉２０，３０の伸縮を第１円筒部１４２及び第２円筒部１５２によりガイドすることができ、人工筋肉２０，３０を伸縮する力が人工筋肉２０，３０の長手方向からずれることを抑制することができる。なお、第１円筒部４２，１４２、及び第２円筒部５２，１５２を省略することもできる。

・第１長さＬ１と第２長さＬ２とを等しくすることもできる。この場合であっても、圧縮空気の供給により長手方向に縮む筋肉として、第１人工筋肉２０を用いることができる。また、圧縮空気の供給により長手方向に伸びる筋肉として、第２人工筋肉３０を用いることができる。

・第１固定具４０，１４０、及び第２固定具５０，１５０を、硬質プラスチックや、金属により形成することもできる。

・図１０に示すように、第１人工筋肉２０は、第１チューブ１２１（第１筒状部）、複数のたこ糸１２２（綿糸）等を備えていてもよい。複数のたこ糸１２２（繊維）は、第１チューブ１２１の長手方向に延びており、第１チューブ１２１に内装されて第１チューブ１２１と一体化されている。複数のたこ糸１２２（第１制限部）は、第１チューブ１２１の長手方向の伸びを制限する。こうした構成によっても、長手方向の両端が塞がれた第１チューブ１２１の内部に供給される圧縮空気の圧力により、第１チューブ１２１が径方向に膨張するとともに長手方向に縮む。このため、圧縮空気の供給により長手方向に縮む筋肉として、第１人工筋肉２０を用いることができる。また、複数のたこ糸１２２に代えて、特許第５２４６７１７号公報に記載されるように、第１チューブ１２１の長手方向に延びる多数の繊維（第１制限部）を、第１チューブ１２１に内装することもできる。多数の繊維は、第１チューブ１２１の長手方向の伸びを制限する。

・配管６２，７１から圧縮空気を排出する際に、真空ポンプ等により圧縮空気を吸引することもできる。

・第１チューブ２１，１２１、及び第２チューブ３１の内部に供給される気体（流体）として、高圧窒素や、高圧アルゴン等を用いることもできる。また、第１チューブ２１，１２１、及び第２チューブ３１の内部に供給される流体として、水や油等の液体を用いることもできる。

なお、上記の各変更例を組み合わせて実施することもできる。

１０…流体注入型アクチュエータ、２０…第１人工筋肉、２１…第１チューブ（第１筒状部）、２２…第１メッシュ（第１制限部）、３０…第２人工筋肉、３１…第２チューブ（第２筒状部）、３２…第２メッシュ（第２制限部）、４０…第１固定具（第１固定部）、５０…第２固定具（第２固定部）、１２１…第１チューブ（第１筒状部）、１４０…第１固定具（第１固定部）、１５０…第２固定具（第２固定部）。

Claims (8)

1. 弾性体により形成された第１筒状部、及び前記第１筒状部の長手方向の伸びを制限する第１制限部を備え、長手方向の両端が塞がれた前記第１筒状部の内部に供給される流体の圧力により、前記第１筒状部が径方向に膨張するとともに長手方向に縮む第１人工筋肉と、
   弾性体により形成された第２筒状部、及び前記第２筒状部の長手方向の縮みを制限する第２制限部を備え、長手方向の両端が塞がれた前記第２筒状部の内部に供給される流体の圧力により前記第２筒状部が径方向に収縮するとともに長手方向に伸びる第２人工筋肉と、
   前記第１人工筋肉及び前記第２人工筋肉の長手方向の一方の端部が固定された第１固定部と、
   前記第１人工筋肉及び前記第２人工筋肉の長手方向の前記第１固定部と反対側の端部が固定された第２固定部と、
   を備え、
   前記第１人工筋肉及び前記第２人工筋肉の一方を中心として周囲に他方が複数配置されている、流体注入型アクチュエータ。
2. 前記第１筒状部及び前記第２筒状部の内部に流体が供給されておらず、且つ前記第１人工筋肉及び前記第２人工筋肉が前記第１固定部及び前記第２固定部に固定されていない状態において、前記第１人工筋肉の長手方向の長さである第１長さは前記第２人工筋肉の長手方向の長さである第２長さよりも長い、請求項１に記載の流体注入型アクチュエータ。
3. 前記第１人工筋肉及び前記第２人工筋肉の長手方向の長さを、前記第１長さと前記第２長さとの間の中間長さに維持するように、前記第１筒状部及び前記第２筒状部の内部に流体が供給される、請求項２に記載の流体注入型アクチュエータ。
4. 前記第１人工筋肉及び前記第２人工筋肉の長手方向の長さを、前記中間長さから縮める際に、前記第１筒状部の内部に流体がさらに供給され、前記第２筒状部の内部から流体が排出される、請求項３に記載の流体注入型アクチュエータ。
5. 前記第１人工筋肉及び前記第２人工筋肉の長手方向の長さを、前記中間長さから伸ばす際に、前記第１筒状部の内部から流体が排出され、前記第２筒状部の内部に流体がさらに供給される、請求項３又は４に記載の流体注入型アクチュエータ。
6. 前記第２制限部は、繊維をスリーブ状に編み込んだ編組スリーブであり、前記編組スリーブは前記第２筒状部を覆って前記第２筒状部と共に伸縮可能であり、
   前記第２筒状部の内部に流体が供給されておらず、且つ前記第２人工筋肉が前記第１固定部及び前記第２固定部に固定されていない状態において、前記編組スリーブが前記第２筒状部の長手方向に限界まで縮められて前記第２長さにされている、請求項２～５のいずれか１項に記載の流体注入型アクチュエータ。
7. 前記第１固定部及び前記第２固定部は、弾性体により形成されている、請求項１～６のいずれか１項に記載の流体注入型アクチュエータ。
8. 前記第１固定部及び前記第２固定部は、前記第１人工筋肉及び前記第２人工筋肉の長手方向に延びて互いに摺動可能に嵌合する第１摺動部及び第２摺動部をそれぞれ備える、請求項１～７のいずれか１項に記載の流体注入型アクチュエータ。

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