JP2023090574A - 流体圧アクチュエータおよびロボット - Google Patents

Abstract

【課題】ねじれが生じ難い流体圧アクチュエータおよびロボットを提供することである。
【解決手段】流体圧アクチュエータ1Aは、流体の圧力の変化に応じて伸縮するチューブ2と、チューブ2を覆うスリーブ3と、チューブ2の圧縮に対して抵抗し、曲げ変形可能な拘束部材4と、チューブ2の一方側端部にスリーブ3の一方側端部とともに固定される第１固定部5Aと、チューブ2の他方側端部にスリーブ3の他方側端部とともに固定される第２固定部5Bと、第１固定部54Aと第２固定部5Bとのチューブ2の軸線周りの周方向での相対回転に抗する張力または圧縮力を生じさせる補正部材6と、を備えている。ロボットは、流体圧アクチュエータ1Aを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体圧アクチュエータおよびロボットに関する。

流体の圧力によって伸縮可能なチューブをスリーブで覆った流体圧アクチュエータ（「マッキベン型の流体圧アクチュエータ」とも呼ばれる。）において、前記スリーブの径方向内側に、チューブの軸線方向に沿った圧縮に対して抵抗し、軸直方向に曲げ変形可能な拘束部材を設けることによって、チューブ及びスリーブを曲げ変形させることは既知である（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１では、流体圧アクチュエータは、物品を持ち上げるためのリフト部（ロボットアーム）としてだけでなく、人の指の挙動を実現させるための把持部（指ロボットハンド）としても用いられている。

特開２０２１－８８９９９号公報

しかしながら、上記流体圧アクチュエータは、曲げ変形を生じるとともに、チューブの軸線の周りに、予期せぬねじれを生じることがある。このため、従来の流体圧アクチュエータには、前記ねじれによって生じた曲げ方向のずれを調整する必要がある。

本発明の目的は、ねじれが生じ難い流体圧アクチュエータおよびロボットを提供することである。

本発明に係る、流体圧アクチュエータは、流体の圧力の変化に応じて伸縮するチューブと、前記チューブを覆うスリーブと、前記スリーブよりも径方向内側において、前記チューブの軸線方向に沿って延在しているとともに前記軸線方向に沿った圧縮に対して抵抗し、前記軸線方向に直交する直交方向に曲げ変形可能な拘束部材と、前記チューブの一方側端部に前記スリーブの一方側端部とともに固定される第１固定部と、前記チューブの他方側端部に前記スリーブの他方側端部とともに固定される第２固定部と、前記第１固定部と前記第２固定部との前記チューブの軸線周りの周方向での相対回転に抗する張力または圧縮力を生じさせる補正部材と、を備えている。本発明に係る、流体圧アクチュエータによれば、ねじれが生じ難くなる。

本発明に係る、流体圧アクチュエータにおいて、前記補正部材は、前記周方向の位置において、前記拘束部材と重なり合っていることが好ましい。この場合、ねじれがさらに生じ難くなる。

本発明に係る、流体圧アクチュエータにおいて、前記補正部材は、前記周方向に対して前記軸線方向の一方側に傾斜する第１補正部材と、前記周方向に対して前記軸線方向の他方側に傾斜する第２補正部材と、を含んでいることが好ましい。この場合、ねじれがさらに生じ難くなる。

本発明に係る、流体圧アクチュエータにおいて、前記第１補正部材と前記第２補正部材とは、前記流体圧アクチュエータを前記チューブの径方向外側から内側に向かって見た平面視において、前記チューブの軸線に対して線対称になるように交差していることが好ましい。この場合、ねじれを抑制するための制御が容易になる。

本発明に係る、流体圧アクチュエータにおいて、前記補正部材は、前記第１固定部と前記第２固定部とに固定されているものとすることができる。この場合、第１固定部よりも内側のスペースと、第２固定部よりも内側のスペースとのそれぞれを有効に利用することができる。

本発明に係る、流体圧アクチュエータは、前記第１固定部と前記第２固定部とを覆う被覆部材をさらに備えており、前記補正部材は、前記被覆部材によって、前記第１固定部と前記第２固定部とに固定されているものとすることができる。この場合、前記補正部材を第１固定部と第２固定部とのそれぞれに容易に固定することができる。

本発明に係る、流体圧アクチュエータにおいて、前記補正部材は、前記第１固定部と前記第２固定部とによって、前記スリーブに固定されているものとすることができる。この場合、前記補正部材を容易に固定することができる。

本発明に係る、ロボットは、上記のいずれかに記載された流体圧アクチュエータを備えている。本発明に係る、ロボットによれば、ねじれが生じ難くなる。

本発明によれば、ねじれが生じ難い流体圧アクチュエータおよびロボットを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る、流体圧アクチュエータを概略的に示す側面図である。 図１の流体圧アクチュエータの各構成要素を分解した状態で概略的に示す分解斜視図である。 図１の流体圧アクチュエータの先端部側の領域を、当該領域の一部を、軸線О１を含む断面で概略的に示す断面図である。 図１の流体圧アクチュエータを、軸線О１を含む断面で概略的に示す断面図である。 図１の流体圧アクチュエータを、軸線О１に対して直交する断面で概略的に示す断面図である。 図１の流体圧アクチュエータの、固定部と被覆部材との関係を補正部材とともに軸線О１に対して直交する断面で概略的に示す要部断面図である。 図１の流体圧アクチュエータの一部を切り取って展開した状態で示す斜視断面図である。 本発明の第２実施形態に係る、流体圧アクチュエータを概略的に示す側面図である。 図８の流体圧アクチュエータを、軸線О１に対して直交する断面で概略的に示す断面図である。 本発明に係る流体圧アクチュエータを用いたシステムの一例を概略的に示す側面図である。

以下、図面を参照して、本発明の、一実施形態に係る、流体圧アクチュエータおよびロボットについて説明をする。

以下の説明において、軸線方向とは、任意の軸線（例えば、中心軸線）に沿った方向をいう。また、以下の説明において、軸線方向に対して直交する方向を軸直方向ともいう。特に、前記軸直方向は、前記軸線がチューブ、スリーブまたは開口部の中心軸線であるときは、径方向ともいう。さらに、径方向のうち、中心軸線に近い側を「径方向内側」ともいい、また、中心軸線から遠い側を「径方向外側」ともいう。また、以下の説明において、前記軸線の中心として周回する方向を周方向ともいう。

さらに、以下の説明において、符号О１は、流体圧アクチュエータの中心軸線である。また、本実施形態に係る、流体圧アクチュエータにおいて、エンドエフェクタが設けられている側を「先端側」といい、当該先端側と反対側を「基端側」という。さらに、本実施形態において、チューブおよびスリーブの中心軸線はそれぞれ、流体圧アクチュエータの中心軸線と同一の軸線であるものとする。

図１中、符号１Ａは、本発明の、一実施形態に係る、流体圧アクチュエータである。流体圧アクチュエータ１Ａは、流体の圧力の変化によって伸縮可能なチューブ２と、チューブ２を覆うスリーブ３と、スリーブ３よりも径方向内側において、チューブ２の軸線方向に沿って延在しているとともに前記軸線方向に沿った圧縮に対して抵抗し、前記軸線方向に直交する直交方向に曲げ変形可能な拘束部材４と、チューブ２の一方側端部にスリーブ３の一方側端部とともに固定される第１固定部５Ａと、チューブ２の他方側端部にスリーブ３の他方側端部とともに固定される第２固定部５Ｂと、第１固定部５Ａと第２固定部５Ｂとのチューブ２の軸線周りの周方向での相対回転に抗する張力または圧縮力を生じさせる補正部材６と、を備えている。

本実施形態において、流体圧アクチュエータ１Ａは、封止部Ｃをさらに備えている。封止部Ｃは、第１封止部Ｃ１と、第２封止部Ｃ２との、２つの封止部を含んでいる。さらに、本実施形態において、流体圧アクチュエータ１Ａは、スリーブ３を覆う被覆部材７をさらに備えている。

図２には、流体圧アクチュエータ１Ａの各構成要素が分解された状態で概略的に示されている。

本実施形態において、チューブ２は、流体の圧力の変化に応じて膨張及び収縮する円筒状の部材である。流体の圧力は、チューブ２の内部空間Ｓ２（図４参照。）に供給されることによって上昇し、チューブ２の内部空間Ｓ２から排出されることによって減少する。これによって、チューブ２は流体の圧力の変化に応じて軸線О１に沿って伸縮させることができる。チューブ２は、流体の圧力の変化によって収縮及び膨張を繰り返すため、ブチルゴムなどの弾性材料によって構成されている。ただし、チューブ２を構成する弾性部材は、流体圧アクチュエータ１Ａを油圧によって駆動させる場合には、耐油性が高いＮＢＲ（ニトリルゴム）、または水素化ＮＢＲ、クロロプレンゴム、及びエピクロロヒドリンゴムからなる群より選択される少なくとも一種とすることができる。

また、本実施形態において、スリーブ３は、円筒状の部材である。スリーブ３は、チューブ２の外周面を覆っている。図２を参照すれば、スリーブ３は、所定方向に配向された繊維コードを編み込んだ伸縮性を有する構造体、即ち、繊維スリーブである。具体的には、スリーブ３は、後述するように、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た構造を有している。スリーブ３は、前記構造を有することによって、パンタグラフ変形し、チューブ２の収縮及び膨張を規制しつつ追従する。

スリーブ３を構成する繊維コードとしては、芳香族ポリアミド（アラミド繊維）又はポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）等の繊維コードを用いることが好ましい。ただし、スリーブ３を構成する繊維コードは、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繊維（ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール）などの高強度繊維コードであってもよい。

また、封止部Ｃは、チューブ２の端部に形成された開口部Ａ２を封止する。開口部Ａ２は、内部空間Ｓ２を外界に通じさせる。本実施形態において、第１封止部Ｃ１は、チューブ２の先端を封止し、そして、第２封止部Ｃ２は、チューブ２の基端を封止している。図２を参照すれば、封止部Ｃ（図示例は、第１封止部Ｃ１）は、封止部材５１、係止リング５２及びかしめ部材５３を含んでいる。図１に示すように、本実施形態において、かしめ部材５３は、先端側をかしめる第１かしめ部材５３と、基端側をかしめる第２かしめ部材５３と、の２つのかしめ部材を含んでいる。

本実施形態において、第１かしめ部材５３は、第１固定部５Ａに相当し、第２かしめ部材５３Ｂは、第２固定部５Ｂに相当する。

図２を参照すれば、本実施形態において、封止部材５１は、チューブ２の開口部Ａ２を封止する。本実施形態において、封止部材５１は、チューブ２の開口部Ａ２に挿入される胴部５１ａと、スリーブ３の折返し部とかしめ部材５３の端面を閉じるフランジ５１ｂと、を備えている。本実施形態において、胴部５１ａの外周面は、基端側に配置される基端部５１ａ１と、基端部５１ａ１よりも先端側に配置される先端部５１ａ２とによって構成されている。本実施形態において、基端部５１ａ１には、凹凸部５１ｄが形成されている。図３に示すように、凹凸部５１ｄは、胴部５１ａがチューブ２の開口部Ａ２に挿入されたとき、当該チューブ２の内周面に接触することによって、チューブ２の滑りを抑制する機能を発揮する。また、先端部５１ａ２は、フランジ５１ｂに隣接する位置に配置されており、係止リング５２を収容させることができる。封止部材５１は、ステンレス鋼などの金属によって形成することができる。ただし、封止部材５１は、金属によって形成されたものに限定されない。例えば。封止部材５１は、硬質プラスチック材料などによって形成することができる。

さらに、図２を参照すれば、本実施形態において、第１封止部Ｃ１の封止部材５１は、他の部材を取り付けるための連結部５１ｃを備えている。本実施形態において、連結部５１ｃは、フランジ５１ｂから軸線方向に沿って先端側（胴部５１ａと反対側）に突出している。連結部５１ｃは、例えば、エンドエフェクタを連結させるために用いられる。本実施形態では、第１封止部Ｃ１に係る、封止部材５１の連結部５１ｃは、先端が半球状の円柱体である。ただし、連結部５１ｃの形状は様々な形状とすることができる。

他方、本実施形態に係る、第２封止部Ｃ２もまた、封止部材５１、係止リング５２及びかしめ部材５３を含んでいる。ただし、図１に示すように、本実施形態に係る、第２封止部Ｃ２の封止部材５１には、チューブ２の内部空間Ｓ２と外界を通じさせる内部流路ｒ１が形成されている。これによって、チューブ２の内部空間Ｓ２に流体を供給させることができる。

図１に示すように、本実施形態において、第１封止部Ｃ１と第２封止部Ｃ２との具体的な相違点は、封止部材５１に設けられた連結部５１ｃの構成と、当該封止部材５１に、配管接続部５１ｅ及び内部流路ｒ１が設けられているか否かである。

図１に示すように、第２封止部Ｃ２には、第１封止部Ｃ１と同様、連結部５１ｃが設けられている。ただし、本実施形態において、第２封止部Ｃ２の連結部５１ｃは、プレート状に構成されている。また、連結部５１ｃには、他の部材（図示省略）を取り付けることができるように、連結部５１ｃに形成された２つのプレート面を貫通する、締結用のピン孔Ａ５１が形成されている。

配管接続部５１ｅには、外部からの配管（図示省略。）が接続される。内部流路ｒ１は、配管接続部５１ｅからチューブ２の内部空間Ｓ２に通じている。本実施形態において、内部流路ｒ１は、配管接続部５１ｅとチューブ２の内部空間Ｓ２とを連通させている。本実施形態において、配管接続部５１ｅには、気体又は液体等を供給する配管（図示省略。）が取り付けられる。前記配管は、流体圧アクチュエータ１の駆動圧力源（具体例としては、コンプレッサ）に接続されている。これによって、前記駆動圧力源からの流体は、配管接続部５１ｅから、封止部材５１の内部に区画された内部流路ｒ１に流入する。内部流路ｒ１を通過した流体は、チューブ２の内部空間Ｓ２に流入する。これによって、チューブ２は、流体の圧力によって拡張させることができる。

なお、本実施形態では、第２封止部Ｃ２の封止部材５１はさらに、フランジ５１ｂに連なるヘッド５１ｈを備えている。本実施形態において、配管接続部５１ｅの接続口は、ヘッド５１ｈの径方向外側に向けて開口するように設けられている。本実施形態において、内部流路ｒ１は、ヘッド５１ｈと胴部５１ａとに亘って形成されている。

図３は、図２の領域Ａを一部断面で示している。係止リング５２は、封止部材５１にスリーブ３を係止する。図３を参照すれば、スリーブ３は、係止リング５２を介して径方向外側に折り返されている。本実施形態において、係止リング５２は、スリーブ３を介して胴部５１ａの先端部５１ａ２の位置に配置されている。本実施形態において、係止リング５２は、先端部５１ａ２に引っ掛かけて係止される。このため、本実施形態において、係止リング５２は、図２に示すように、二分割の形状としている。ただし、係止リング５２は、３つ以上に分割させることができる。また、一部の分割部分が回動可能に連結されていてもよい。さらに、係止リング５２には、封止部材５１と係合できるように一部が切り欠かれたＣ字状のリング部材とすることができる。係止リング５２は、封止部材５１と同様の金属、硬質プラスチック材料などの材料、或いは、自然繊維（自然繊維の糸）、ゴム（例えばＯリング）などの材料によって形成することができる。

図２に示すように、かしめ部材５３は、筒状の部材である。かしめ部材５３は、図３に示すように、チューブ２、スリーブ３および拘束部材４を封止部材５１とともに径方向内側に向かってかしめている。かしめ部材５３は、封止部材５１の胴部５１ａの外径よりも大きい。かしめ部材５３は、チューブ２、スリーブ３および拘束部材４の、封止部材５１の胴部５１ａが挿入された部分の径方向外側を覆うように配置されている。かしめ部材５３は、治具によってかしめられることで、チューブ２、スリーブ３および拘束部材４を封止部材５１の胴部５１ａに締め付ける。これによって、チューブ２、スリーブ３および拘束部材４の端部は、かしめ部材５３とともに封止部材５１の胴部５１ａに密着させた状態に固定される。

かしめ部材５３は、アルミニウム合金、真鍮又は鉄などの金属によって形成することができる。図１に示すように、かしめ部材５３の外周面には、治具によってかしめられた痕である圧痕５３Ａが形成されていてもよい。

図４には、流体圧アクチュエータ１Ａが、軸線О１を含む断面で概略的に示されている。図４を参照すれば、流体圧アクチュエータ１Ａは、スリーブ３の径方向内側において、チューブ２の軸線方向に沿って延在する拘束部材４をさらに備えている。拘束部材４は、チューブ２の軸線方向に沿った圧縮に対して抵抗し、前記軸線方向に直交する直交方向に曲げ変形可能である。

本実施形態において、拘束部材４は、スリーブ３の径方向内側において、軸方向の基端側から先端側に亘って設けられている。

拘束部材４は、軸線方向には圧縮せず、径方向（撓み方向ともいう）に沿ってのみ変形可能である。つまり、拘束部材４は、軸線方向に沿った圧縮に対して抵抗し、軸方向に直交する直交方向（径方向）に曲げ変形可能である。

拘束部材４は、チューブ２の周方向の、当該拘束部材４が配置された位置において、チューブ２（及びスリーブ３）が径方向外側に膨張しようとするときの、当該膨張を拘束（規制）する機能も有している。

拘束部材４は、例えば、図２に示すように、板バネ（leaf spring）を用いて形成されている。板バネの寸法は、流体圧アクチュエータ１のサイズ、及び必要とされる発生力などに応じて選択されればよく、特に限定されない。また、板バネの材料についても特に限定されないが、典型的には、ステンレス鋼などの金属など、曲げ易く、圧縮に強い材料であればよい。例えば、拘束部材４は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）の薄板などによって形成されてもよい。ＣＦＲＰは、金属に比べて塑性変形をし難いため、流体圧アクチュエータ１が湾曲後、元の真っ直ぐな状態に戻りやすい。

ただし、 拘束部材４は、板バネのような板部材に代えて、複数の線材（例えば、ピアノ線、樹脂線）を束ねた板状部材とすることができる。こうした拘束部材４の具体例としては、複数のピアノ線が当該ピアノ線の径方向に沿って複数並べられることによって形成されたものがある。ピアノ線の材料としては、炭素鋼など、一般的な材料で構わないが、ＣＦＲＰなど、金属以外の材料がもちいられても構わない。

図５に示すように、本実施形態に係る、拘束部材４は、チューブ２とスリーブ３との間に設けられる。本実施形態において、拘束部材４は、チューブ２とスリーブ３との両方に密着させている。ただし、拘束部材４は、当該拘束部材４とチューブ２またはスリーブ３との間に多少の隙間が形成されていてもよい。また、拘束部材４は、当該拘束部材４の側方（周方向側）に、多少隙間が形成されていてもよい。さらに、拘束部材４は、チューブ２内に埋設されていてもよく、或いは、チューブ２の径方向内側（例えば、チューブ２の内周面）に設けられていてもよい。

拘束部材４は、図５に示すように、チューブ２（及びスリーブ３）の周方向における一部に設けられる。すなわち、チューブ２は、当該チューブ２の周方向において拘束部材４に覆われている部分と覆われていない部分を有している。拘束部材４の幅は、特に限定されないが、チューブ２の外径を基準とすれば、概ね当該外径の半分程度とすることができる。なお、本実施形態では、拘束部材４は、平板状であるが、撓み方に影響がない範囲において、チューブ２及びスリーブ３の断面形状に沿って多少湾曲していてもよい。

図４に示すように、拘束部材４は、チューブ２及びスリーブ３の軸方向における基端側から先端側に亘って設けられている。具体的には、拘束部材４は、第１封止部Ｃ１から第２封止部Ｃ２に亘って設けられていてもよい。本実施形態では、拘束部材４は、チューブ２と略等しい長さとされている。ただし、拘束部材４は、必ずしも完全に第１封止部Ｃ１から第２封止部Ｃ２に亘って設けられていなくてもよい。例えば、第１封止部Ｃ１及び第２封止部Ｃ２のいずれか一方（特に、湾曲時に自由端となる可能性が高い第１封止部Ｃ１側）には、拘束部材４が延在していなくてもよい。具体的には、拘束部材４は、第１固定部５Ａおよび第２固定部５Ｂの少なくともいずれか一方に固定されていればよい。

補正部材６は、第１固定部５Ａと第２固定部５Ｂとのチューブ２の軸線周りの周方向での相対回転に抗する張力または圧縮力を生じさせる。具体例としては、第１固定部５Ａが第２固定部５Ｂに対して軸線О１の周りの周方向に相対回転しようとするとき、補正部材６は、前記相対回転に抗する張力を生じさせる。或いは、補正部材６は、第１固定部５Ａが第２固定部５Ｂに対して軸線О１の周りの周方向に相対回転しようとするとき、前記相対回転に抗する圧縮力を生じさせる。即ち、補正部材６は、流体圧アクチュエータ１Ａの軸線周りの周方向に生じ得るねじれを抑制する。これによって、流体圧アクチュエータ１Ａは、その軸線周りの周方向にねじれることがない。ただし、補正部材６は、例えば、第１固定部５Ａが第２固定部５Ｂに対して軸線О１の周りの周方向に相対回転するとき、相対回転に抗する張力を生じさせる張力部材とすることができる。或いは、補正部材６としては、例えば、第１固定部５Ａが第２固定部５Ｂに対して軸線О１の周りの周方向に相対回転するとき、相対回転に抗する圧縮力を生じさせる圧縮力部材とすることができる。

補正部材６としては、流体圧アクチュエータ１Ａ全体の、当該流体圧アクチュエータ１Ａの軸線О１の周りの周方向において、ねじれを生じさせないような、高い張力または圧縮力を生じさせるものが挙げられる。こうした補正部材６としては、例えば、外力を付加されたときにも延びにくい、高張力部材が挙げられる。具体的には、金属板もしくは樹脂板などの板バネのような薄板部材、または、金属ワイヤ等の金属線、樹脂線などの線状部材が挙げられる。金属線としては、例えば、スチールコード、ピアノ線が挙げられる。樹脂線としては、例えば、アラミド樹脂（例えば、ケブラー（登録商標））などの有機繊維が挙げられる。線状部材は、単線からなるモノフィラメントであってもよく、例えば撚り線などの複数の単線からなるマルチフィラメントであってもよい。また、補正部材６は、扁平な帯状の板状部材とすることができる。板状部材には、帯状に形成されたソリッドタイプの他に、複数の線状部材を並べて帯状に形成されたものが含まれる。なお、本実施形態において、補正部材６は、張力部材である。

本実施形態において、補正部材６は、図１に示すように、平面視において、軸線О１に対して交差するように当該軸線О１の軸線方向に沿って延在している。また、本実施形態では、補正部材６は、後述するように、前記周方向の位置において、拘束部材４と重なり合っている。

本実施形態において、補正部材６は、第１固定部５Ａと第２固定部５Ｂとに固定されている。本実施形態に係る、流体圧アクチュエータ１Ａは、第１固定部５Ａと第２固定部５Ｂとを覆う被覆部材７をさらに備えている。補正部材６は、被覆部材７によって、第１固定部５Ａと第２固定部５Ｂとに固定されている。

図６は、流体圧アクチュエータ１Ａの、第１固定部５Ａ（第２固定部５Ｂ）と被覆部材７との関係を補正部材６とともに軸線О１に対して直交する断面で概略的に示す。被覆部材７は、例えば、温度変化によって収縮する、熱収縮性を有した部材（以下、「熱収縮性部材」ともいう。）を用いることができる。この場合、被覆部材７は、当該被覆部材７が収縮することによって固定部５の外表面に密着する。これによって、補正部材６は、被覆部材７とともに第１固定部５Ａおよび第２固定部５Ｂに固定することができる。

本実施形態において、被覆部材７は、図１に示すように、流体圧アクチュエータ１Ａを保護する。具体的には、被覆部材７は、流体圧アクチュエータ１Ａ、特に、スリーブ３が他の物体と接触することによって生じ得る摩耗から当該スリーブ３を保護する。したがって、本実施形態において、被覆部材７は、スリーブ３の外周面を被覆する。また、本実施形態では、被覆部材７は、封止部Ｃ、具体的には、第１固定部５Ａおよび第２固定部５Ｂの外周面も被覆する。本実施形態において、被覆部材７は、図２に示すように、円筒状の部材である。

被覆部材７は、擦れなどの摩耗に対する耐摩耗性能だけでなく、水分などに付着に対する防水性能も発揮できるものであることが好ましい。即ち、被覆部材７は、防水性を有する素材、具体的には、水を通さない素材あることが好ましい。さらに、被覆部材７は、疎水性または撥水性を備えることによって、防水効果を一段と高めることができる。

より具体的には、被覆部材７は、スリーブ３を保護するため、耐擦傷性、防水性、耐候性及び耐熱性を有する材料によって形成されることが好ましい。さらに、流体圧アクチュエータ１Ａの形状変化を妨げないように、被覆部材７は、十分に弾性率が低いことが好ましい。具体的には、被覆部材７の弾性は、スリーブ３の弾性よりも低いことが好ましい。被覆部材７の材料としては、例えば、シリコーンゴム、ウレタンゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム、フッ素ゴム、天然ゴムなどが挙げられる。

図７には、流体圧アクチュエータ１Ａの一部を切り取って展開した状態が示されている。図７に示すように、チューブ２の外周面は、スリーブ３によって覆われている。チューブ２は、上述したように、ブチルゴムなど弾性材料によって構成された筒状体（管状体）である。スリーブ３は、互いに交差するように配向された複数のコード３１を編み込むことによって形成されている。

図７を参照すれば、本実施形態において、スリーブ３は、２本のコード３１をペアとして、互いに交差するように、当該コード３１のペアが配向されている。ただし、ペアとするコード３１の本数は、２本以外（モノフィラメントまたはマルチフィラメント）でも構わない。また、２本以上の場合は、コード３１を撚ったものでも構わない。また、コード３１の直径は、流体圧アクチュエータ１の動作を妨げないものであれば、特に限定されない。

また、コード３１の表面は、被覆層（不図示）によって被覆されていてもよい。当該被覆層は、熱硬化性樹脂と、ラテックスとの混合物によって形成されることが好ましい。例えば、当該被覆層は、熱硬化性樹脂と、ラテックスとの混合物水溶液をコード３１に塗布した後、乾燥させて熱硬化させることによって形成できる。

熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、レゾルシン樹脂、及びウレタン樹脂のいずれかを用いることが好ましい。或いは、これらの樹脂が複数配合されたものとすることができる。

ラテックスとしては、ＶＰ（スチレン・ブタジエン・ビニルピリジン共重合体）ラテックス、ＳＢＲ（低スチレン・ブタジエン共重合体）ラテックス、及びＮＢＲ（ブタジエン・アクリロニトリル共重合体）ラテックスの何れか、または複数配合されたものを用いることが好ましい。

図７において、被覆部材７は、仮想線で示されている。スリーブ３を構成するコード３１と、被覆部材７の内周面とは、接触していてもよいが、流体圧アクチュエータ１Ａの形状変化に伴って、互いに摺動させることができる。これにより、被覆部材７が流体圧アクチュエータ１Ａの形状変化を妨げることはない。また、被覆部材７は、透明または不透明を問わないが、スリーブ３の状態を容易に視認できる観点からは、スリーブ３を構成するコード３１の状態が視認できる程度の透明性を有していることが好ましい。

ここで、本実施形態に係る、流体圧アクチュエータ１Ａの基本的な動作について説明する。流体圧アクチュエータ１Ａは、チューブ２内への流体の流入によって、軸線О１を挟んで拘束部材４と対向する側に向かって曲げ変形を生じさせることができる。

図４を参照すれば、チューブ２は、当該チューブ２内への流体の流入によって軸線方向において収縮し、径方向において膨張する。一方で、チューブ２は、当該チューブ２からの流体の流出によって軸線方向において膨張（復元）し、径方向において収縮する。

これに対し、拘束部材４は、チューブ２内への流体の流入によって、当該チューブ２の軸線О１を挟んで拘束部材４と対向する側に向かって曲げ変形を生じさせる。

図４を参照すれば、チューブ２の内部空間Ｓ２に流体が流入すると、当該チューブ２が軸線方向に収縮しようとする。しかしながら、流体圧アクチュエータ１Ａにおいて、チューブ２の周方向の一部には、軸線方向に亘って拘束部材４が設けられている。このため、チューブ２の周方向の、拘束部材４が配置されている部分において、チューブ２の軸線方向に沿った収縮が拘束（規制）される。一方で、チューブ２の周方向の、拘束部材４が設けられていない部分は収縮しようとするため、拘束部材４が背骨のような役割を果たし、チューブ２の周方向の、拘束部材４が設けられている位置と反対側（図４の図面下側）において、方向Ｄ１に向かってチューブ２（具体的には、チューブ２及びスリーブ３）が撓む。方向Ｄ１は、撓み方向ともいう。これによって、流体圧アクチュエータ１Ａは、二点鎖線で示すように、曲げ変形を生じる。一方で、チューブ２の内部空間Ｓ２から流体が流出すると、当該チューブ２は、流体が供給される前の、元の直線状の姿勢に戻ることができる（図４の実線で示す状態）。流体圧アクチュエータ１Ａは、こうした拘束部材４の拘束を伴う、チューブ２の形状変化によって、曲げ変形を生じさせることができるとともに、当該曲げ変形からの復元によって初期状態（例えば、直線状の状態）に復帰させることができる。したがって、本実施形態に係る、流体圧アクチュエータ１Ａは、当該流体圧アクチュエータ１Ａの曲げ変形および当該曲げ変形からの復元という、アクチュエータとしての機能を発揮することができる。

加えて、本実施形態において、拘束部材４は、チューブ２の内側に設けられている。このため、流体圧アクチュエータ１Ａのサイズが大型化することもない。さらに、流体圧アクチュエータ１Ａによれば、拘束部材４によって、効率的に湾曲方向への力を発生させることができる。これによって、流体圧アクチュエータ１Ａによれば、より大きな湾曲方向の力を発揮し得る。したがって、流体圧アクチュエータ１Ａによれば、サイズの大型化を回避しつつ、当該流体圧アクチュエータ１Ａを軸線О１に対して直交する方向に容易に撓ませることができる。

ここで、チューブ２がスリーブ３によって覆われた流体圧アクチュエータは、マッキベン型とも呼ばれ、例えば、人工筋肉として適用させることが可能である。また、こうした流体圧アクチュエータは、より高い能力（収縮力）が要求されるロボットの体肢、手又は指としても用いることができる。

その一方、拘束部材４を備えた従来の流体圧アクチュエータは、当該流体圧アクチュエータに径方向外側に向かう曲げ変形を生じさせるとき、当該流体圧アクチュエータの周方向にねじれを生じさせることがある。このねじれは主として、スリーブ３が軸線О１の周りの周方向にねじれを生じることに起因すると考えられる。例えば、本実施形態のように、スリーブ３が繊維スリーブである場合、従来の流体圧アクチュエータは、径方向外側に向かって曲がっていくのに伴って周方向にねじれ易い。したがって、従来の流体圧アクチュエータは、当該流体圧アクチュエータを径方向外側に向かって曲げるときに、この曲げと併せて、軸線О１の周りの周方向におけるねじれを考慮する必要がある。しかしながら、こうしたねじれを、流体圧アクチュエータの曲げ動作に合わせて時系列に制御することが困難である。

これに対し、図１を参照すれば、例えば、第１固定部５Ａが第２固定部５Ｂに対して、軸線О１の周りの周方向に、図面手前側から図面上側を回って図面裏側に相対回転しようとするとき（以下、「右側相対回転」ともいう。）も、第１補正部材６Ａおよび第２補正部材６Ｂの少なくともいずれか一方の張力が第１固定部５Ａの右側相対回転を阻止するように働く。反対の場合も同様に、第１固定部５Ａが第２固定部５Ｂに対して、軸線О１の周りの周方向に、図面手前側から図面下側を回って図面裏側に相対回転しようとするとき（以下、「左側相対回転」ともいう。）も、第１補正部材６Ａおよび第２補正部材６Ｂの少なくともいずれか一方の張力が第１固定部５Ａの右側相対回転を阻止するように働く。即ち、本実施形態に係る、流体圧アクチュエータ１Ａによれば、補正部材６を所望の位置に適宜配置することによって、流体圧アクチュエータ１Ａの動作時に生じ得るねじれが抑制される。これによって、流体圧アクチュエータ１Ａを径方向外側に曲げるときの、軸線О１の周りの周方向に沿ったねじれが生じ難くなる。したがって、本実施形態に係る、流体圧アクチュエータ１Ａによれば、軸線О１の周りの周方向で曲げの方向性を、流体圧アクチュエータ１Ａの曲げ動作に合わせて時系列に制御する必要がなく、当該流体圧アクチュエータ１Ａの曲げ変形に対する制御が容易になる。このため、本実施形態に係る、流体圧アクチュエータ１Ａは、微妙な動作が求められる、例えば、指の動きを模したロボットハンドのアクチュエータとして有効である。

補正部材６は、流体圧アクチュエータ１Ａを径方向外側に向けて曲げたときに生じ得るねじれを考慮して、第１固定部５Ａと第２固定部５Ｂとのそれぞれの、軸線О１の周りの周方向の、任意の位置に固定することができる。図１を参照すれば、本実施形態において、補正部材６は、平面視において、軸線О１に対して交差するように当該軸線О１の軸線方向に沿って延在している。この場合、補正部材６は、ねじれに対する抗する張力または圧縮力をより大きく生じさせることができる。ただし、補正部材６は、平面視において、軸線О１に対して交差させることなく、軸線О１に沿って平行に延在させることができる。

また、図２を参照すれば、本実施形態において、補正部材６は、流体圧アクチュエータ１Ａの周方向の位置において、拘束部材４と重なり合っている。この場合、拘束部材４を基点とした軸線О１の周りの周方向に生じ得るねじれが、軸線О１に沿って平行に延在させる場合に比べて効果的に抑制される。これによって、流体圧アクチュエータ１Ａを径方向外側に向かって曲げるときに生じ得るねじれがさらに生じ難くなる。したがって、本実施形態に係る、流体圧アクチュエータ１によれば、当該流体圧アクチュエータ１の曲げ変形に対する制御がさらに容易になる。

また、図１を参照すれば、本実施形態に係る、流体圧アクチュエータ１Ａにおいて、補正部材６は、軸線О１の周りの周方向に対して当該流体圧アクチュエータ１Ａの軸線方向の一方側に傾斜する第１補正部材６Ａと、流体圧アクチュエータ１の周方向に対して当該流体圧アクチュエータ１の軸線方向の他方側に傾斜する第２補正部材６Ｂと、を含んでいる。この場合、流体圧アクチュエータ１Ａの動作時に生じ得るねじれが、補正部材６が１つだけの場合に比べてさらに生じ難くなる。第１補正部材６Ａ及び第２補正部材６Ｂは、互いにクロスさせて配置されていなくてもよいが、クロスさせて配置することが好ましい。例えば、１つの補正部材６のみを、図１に示すように、平面視において、軸線О１に対して角度を付けて配置したときには、当該１つの補正部材６は、軸線О１の周りの周方向一方側のねじれに抗する張力を生じ、この周方向一方側のねじれのみに有効である。これに対し、本実施形態のように、第１補正部材６Ａと第２補正部材６Ｂとをクロスさせて配置した場合（即ち、クロス配置した場合）、第１補正部材６Ａと第２補正部材６Ｂとの２つの補正部材６は、軸線О１の周りの周方向両側のねじれ抗する張力を生じ、周方向両側のねじれに対して有効である。したがって、本実施形態に係る、流体圧アクチュエータ１Ａによれば、当該流体圧アクチュエータ１Ａの曲げ変形に対する制御がさらに容易になる。特に、本実施形態において、第１補正部材６Ａと第２補正部材６Ｂとの交点と拘束部材４とは、軸線О１の周りの周方向の位置において、重なり合っている。この場合、流体圧アクチュエータ１Ａの動作時に生じ得るねじれが、最も生じ難くなる。

また、図１に示すように、本実施形態において、第１補正部材６Ａと第２補正部材６Ｂは、平面視において、軸線О１に対して線対称になるように交差している。具体的には、第１補正部材６Ａと第２補正部材６Ｂとは、図１に示すように、平面視において、軸線О１に対してなす角度（この例では、鋭角側角度）が等しい角度となるように交差している。図１を参照すれば、本実施形態において、第１補正部材６Ａと軸線О１とがなす角度α１と、第２補正部材６Ｂと軸線О１とがなす角度α２とは、図１に示すように、平面視において等しい。言い換えれば、流体圧アクチュエータ１Ａを軸線О１の周りに展開して平面形状としたとき、角度α１と角度α２とが等しい。この場合、流体圧アクチュエータ１Ａの動作時に生じ得るねじれが軸線О１の周りの周方向両側から均等に抑制される。これによって、ねじれを抑制するための制御が容易になる。したがって、本実施形態に係る、流体圧アクチュエータ１Ａによれば、当該流体圧アクチュエータ１Ａの曲げ変形に対する制御がさらに一層容易になる。

また、本実施形態において、補正部材６は、第１固定部５Ａと第２固定部５Ｂとに固定されている。この場合、第１固定部５Ａよりも内側の、流体圧アクチュエータ１Ａ内のスペースと、第２固定部５Ｂよりも内側の、流体圧アクチュエータ１Ａ内のスペースとのそれぞれを有効に利用することができる。

また、本実施形態において、補正部材６は、被覆部材７によって、第１固定部５Ａと第２固定部５Ｂとに固定されている。例えば、被覆部材７として、温度変化によって収縮可能な収縮性部材を用いることにより、補正部材６は、被覆部材７によって第１固定部５Ａと第２固定部５Ｂとに押さえつけられる。これにより、補正部材６は、第１固定部５Ａの外周面と第２固定部５Ｂの外周面とに密着させた状態で固定される。したがって、この場合、補正部材６を第１固定部５Ａと第２固定部５Ｂとのそれぞれに容易に固定することができる。ただし、補正部材６は、被覆部材７とともにまたは当該被覆部材７に代えて、粘着テープを用いることによって、第１固定部５Ａと第２固定部５Ｂとに固定することができる。この場合、補正部材６は、固定部５の外周面の他、当該固定部５の内周面に固定することができる。

なお、流体圧アクチュエータ１Ａの駆動に用いられる流体は、空気などの気体、または水、鉱物油などの液体のどちらでもよい。ただし、本実施形態のような、マッキベン型流体圧アクチュエータは、高い圧力にも耐え得る高い耐久性を有し得る。したがって、本実施形態に係る、流体圧アクチュエータ１Ａを用いれば、当該流体圧アクチュエータ１Ａに高い圧力が掛かる油圧駆動にも耐え得る高い耐久性を有し得る。

また、補正部材６は、第１固定部５Ａと第２固定部５Ｂとによって、スリーブ３に固定させることができる。

図８は、本発明の第２実施形態に係る、流体圧アクチュエータ１Ｂを概略的に示す側面図である。図９は、図８のＣ－Ｃ断面図である。なお、上述したところと実質的に同一の部分は、同一の符号を用いる。

図８を参照すれば、本実施形態において、第１補正部材６Ａは、第１固定部５Ａの内側に固定されており、第２補正部材６Ｂは、第２固定部５Ｂの内側に固定されている。図９を参照すれば、流体圧アクチュエータ１Ｂにおいて、補正部材６は、かしめ部材５３を用いることによって、チューブ２、スリーブ３および拘束部材４ととともに封止部材５１に対してかしめられている。即ち、本実施形態において、補正部材６は、かしめ部材５３を用いることによって、スリーブ３に押さえつけられる。これにより、補正部材６は、スリーブ３の外周面に密着させた状態で固定される。この場合、既存のかしめ部材５３を用いることによって、補正部材６を容易に固定することができる。

また、上述の流体圧アクチュエータ１Ａ（以下の説明では、流体圧アクチュエータ１Ａには、流体圧アクチュエータ１Ｂも含まれる。）は、ロボットに用いることができる。流体圧アクチュエータ１Ａは、例えば、ロボットアーム、又は、ロボットハンドの指、として利用することができる。特に、ロボットハンドの指として利用した場合、より緻密な動作を実現させることができる。

図１０には、本発明に係る流体圧アクチュエータ１Ａを用いたシステムの一例が概略的に示されている。図１０のシステムは、駆動させることにより物を保持する保持システム１００である。保持システム１００は、流体圧アクチュエータ１Ａを備えたロボットによって構成されている。

図１０に示すように、保持システム１００は、台座部１０１と、支柱部１０２と、第１アクチュエータ接続部１０３と、伸縮型アクチュエータ１０４と、第２アクチュエータ接続部１０５と、エンドエフェクタ５１０６と、を備えている。

台座部１０１の上面には、支柱部１０２が立設されている。支柱部１０２の上端部は、下方に向けて折り返されており、支柱部１０２の先端部分には、第１アクチュエータ接続部１０３が連結されている。

第１アクチュエータ接続部１０３には、伸縮型アクチュエータ１０４が吊り下げられている。伸縮型アクチュエータ１０４は、エンドエフェクタ１０６の上下方向の位置を調整する。伸縮型アクチュエータ１０４としては、例えば、上述した拘束部材４を備えていない、流体圧アクチュエータであってよい。これによって、伸縮型アクチュエータ１０４は、流体の圧力の変化に応じて、軸線方向（図中の白抜き矢印方向）に沿って伸縮させることができる。つまり、伸縮型アクチュエータ１０４は、単に軸方向の長さが変化するだけであり、本実施形態に係る流体圧アクチュエータ１Ａのように湾曲（曲げ変形）することはできない。ただし、伸縮型アクチュエータ１０４には、本実施形態に係る流体圧アクチュエータ１Ａを用いることができる。即ち、伸縮型アクチュエータ１０４は、拘束部材４を備え、湾曲することが可能であってもよい。また、伸縮型アクチュエータ１０４は、流体圧アクチュエータに限られず、別の構成のアクチュエータであってもよい。

伸縮型アクチュエータ１０４の下端には、第２アクチュエータ接続部１０５が連結されている。第２アクチュエータ接続部１０５には、エンドエフェクタ１０６が吊り下げられている。

図示例では、エンドエフェクタ１０６は、本実施形態に係る流体圧アクチュエータ１Ａと、流体圧アクチュエータ１Ａの先端に取り付けられた保持部１０７と、を有している。本実施形態において、流体圧アクチュエータ１Ａは、指関節を含む指本体を構成している。また、本実施形態において、保持部１０７は、物をつまむための指先に相当する。即ち、本実施形態において、流体圧アクチュエータ１Ａおよび保持部１０７は、ロボットハンドの指を構成している。また、本実施形態において、エンドエフェクタ１０６は、４つの流体圧アクチュエータ１Ａを基端側で支持する１つの支持部１０８と、を備えている。即ち、本実施形態において、エンドエフェクタ１０６は、人の指の挙動を実現させる、ロボットハンドに相当する。

保持システム１００によれば、伸縮型アクチュエータ１０４及びエンドエフェクタ１０６が駆動することにより、任意の物を保持して、持ち上げることができる。特に、本実施形態に係る、保持システム１００は、エンドエフェクタ１０６の一部を構成する流体圧アクチュエータ１Ａにおいて、チューブの軸線周りの周方向でのねじれが生じ難い。したがって。本実施形態に係る、保持システム１００によれば、物を精度よくつまむことができ、或いは、当該物を精度よくつかむことができる。

保持システム１００を参照すれば、流体圧アクチュエータ１Ａは、ロボットのエンドエフェクタ５６の構成要素の一部として、当該エンドエフェクタ１０６に含まれている。ただし、流体圧アクチュエータ１Ａは、上述のとおり、エンドエフェクタ１０６の構成要素の一部としてだけでなく、ロボット全体の構成要素としての、ロボットアーム（伸縮型アクチュエータ１０４）として用いることができる。

上述したところは、本発明の例示的な実施形態を説明したものであり、上記の各変形例は、本発明の構成要素に含まれる。また、上記の各実施形態は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で様々な変形及び修正を行うことができる。例えば、流体圧アクチュエータ１Ａにおいて、補正部材６は、被覆部材７の厚みを変えることによって、当該被覆部材７そのもので形成することができる。ただし、流体圧アクチュエータ１Ｂにおいて、被覆部材７は、省略することができる。また、上記の各実施形態において、補正部材６は、スリーブ３よりも外側に配置されているが、チューブ２とスリーブ３の間に配置することもできる。例えば、補正部材６は、拘束部材４のチューブ２側に配置することができ、或いは、スリーブ３側に配置することもできる。さらに、上記の各実施形態において、補正部材６は、第１補正部材６Ａと第２補正部材６Ｂとの２つの補正部材を含んでいるが、当該補正部材６は、少なくとも１つとすることができる。即ち、補正部材６は、流体圧アクチュエータの寸法、用途、使用環境などに応じて、少なくとも１つとすることができる。また、各実施形態に含まれる構成又は機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能である。また、各実施形態に含まれる構成又は機能等は、他の実施形態に組み合わせて用いることができ、複数の構成又は機能等を１つに組み合わせたり、分割したり、或いは一部を省略したりすることが可能である。

１Ａ，１Ｂ：流体圧アクチュエータ， ２：チューブ， ３：スリーブ， ４：拘束部材， ５Ａ：第１固定部， ５Ｂ：第２固定部， ５１：封止部材， ５１ａ：胴部， ５１ｂ：フランジ， ５１ｃ：連結部， ５２：係止リング， ５３，かしめ部材， ６：補正部材， ６Ａ：第１補正部材， ６Ｂ：第２補正部材， ７：被覆部材， Ｃ：封止部， Ｃ１：第１封止部， Ｃ２：第２封止部， ｒ１：内部流路，１００：保持システム（ロボット）， １０１：台座部， １０２：支柱部， １０３：第１アクチュエータ接続部， １０４：伸縮型アクチュエータ， １０５：第２アクチュエータ接続部， １０６：エンドエフェクタ， О１：流体圧アクチュエータ部の中心軸線

Claims (8)

1. 流体の圧力の変化に応じて伸縮するチューブと、
   前記チューブを覆うスリーブと、
   前記スリーブよりも径方向内側において、前記チューブの軸線方向に沿って延在しているとともに前記軸線方向に沿った圧縮に対して抵抗し、前記軸線方向に直交する直交方向に曲げ変形可能な拘束部材と、
   前記チューブの一方側端部に前記スリーブの一方側端部とともに固定される第１固定部と、
   前記チューブの他方側端部に前記スリーブの他方側端部とともに固定される第２固定部と、
   前記第１固定部と前記第２固定部との前記チューブの軸線周りの周方向での相対回転に抗する張力または圧縮力を生じさせる補正部材と、
   を備えている、流体圧アクチュエータ。
2. 前記補正部材は、前記周方向の位置において、前記拘束部材と重なり合っている、請求項１に記載された流体圧アクチュエータ。
3. 前記補正部材は、前記周方向に対して前記軸線方向の一方側に傾斜する第１補正部材と、前記周方向に対して前記軸線方向の他方側に傾斜する第２補正部材と、を含んでいる、請求項１または２に記載された流体圧アクチュエータ。
4. 前記第１補正部材と前記第２補正部材とは、前記流体圧アクチュエータを前記チューブの径方向外側から内側に向かって見た平面視において、前記チューブの軸線に対して線対称になるように交差している、請求項３に記載された流体圧アクチュエータ。
5. 前記補正部材は、前記第１固定部と前記第２固定部とに固定されている、請求項１～４のいずれか１項に記載された流体圧アクチュエータ。
6. 前記第１固定部と前記第２固定部とを覆う被覆部材をさらに備えており、
   前記補正部材は、前記被覆部材によって、前記第１固定部と前記第２固定部とに固定されている、請求項５に記載された流体圧アクチュエータ。
7. 前記補正部材は、前記第１固定部と前記第２固定部とによって、前記スリーブに固定されている、請求項１～４のいずれか１項に記載された流体圧アクチュエータ。
8. 請求項１～７のいずれか１項に記載された流体圧アクチュエータを備えている、ロボット。

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