JP3003702B2

JP3003702B2 - アクチュエータ

Info

Publication number: JP3003702B2
Application number: JP63259391A
Authority: JP
Inventors: 康一鈴森; 隆文松丸; 省一飯倉
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-11-13
Filing date: 1988-10-17
Publication date: 2000-01-31
Anticipated expiration: 2015-01-31
Also published as: JPH01247809A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は流体のエネルギにより動作するアクチュエー
タに関する。

（従来の技術）従来より流体のもつエネルギにより動作するアクチュ
エータとして、油空圧シリンダや油空圧モータ等が広く
用いられている。

これらのアクチュエータは一般に摺動部（例えばピス
トンとシリンダ間）を有するため作動流体が漏れ易く、
摺動摩擦のため滑らかな動作や精密な位置決めが難しい
といった欠点があった。

これに対し従来、ゴムの弾性変形を利用した空気圧ア
クチュエータが考案されている。例えば商品名ニューマ
ティックフィンガー,Pat,DEPS2426086−C3,US3981528の
ようなものがある。

この主たる構造は第27図，第28図に示すように半円筒
状を成しゴムにより形成された弾性体301を有し、この
弾性体301の軸方向の一部には蛇腹部303が設けられてい
る。前記弾性体301の一側端には空気を送り込むための
ポート305が設けられているものである。従って、弾性
体301内の圧力をポート305から空気圧Ｐを送り込むこと
により高めると、蛇腹部303が押し広げられることによ
り弾性体301全体は第27図301bのように弾性変形する。
このため弾性体301内の圧力を調整することにより第27
図に示した先端の位置量A,V及び作動力Ｆを制御するこ
とができアクチュエータとして利用できる。よって従来
のシリンダのように作動流体の漏れはなく且つ滑らかに
作動することができる。

しかしながら、前記アクチュエータをそのまま利用し
て細い小型のロボットアームを構成する場合には、多自
由度を実現するために蛇腹部のスペースが必要なため、
極端な細径化が不可能であった。

（発明が解決しようとする課題）上記した如く蛇腹部を設けた弾性体の変形を利用した
アクチュエータはシリンダのように作動流体の漏れはな
く且つ滑らかに作動することができる。しかし蛇腹部を
必要とする分だけ直径が大きくなってしまい多自由度の
ロボットアームとして使用するには適していない。

そこで本発明は、円滑で多自由度な動作が可能であ
り、しかも構造の簡単なアクチュエータの提供を目的と
する。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）上記の目的を達成するために本発明においては、軸方
向に延設された隔壁によって内部が複数の圧力室に分離
されるとともに、弾性係数の低い方向が軸方向に設定さ
れた筒状弾性体からなり、前記圧力室を加圧することに
より生じる前記軸方向への伸び変形を利用し、前記圧力
室の各々の圧力を調整することにより動作することを特
徴とするアクチュエータとした。また、軸方向に延設さ
れた隔壁によって内部が複数の圧力室に分離された筒状
弾性体と、弾性変形しにくい材質からなり筒状弾性体と
交互に連結され、連結された筒状弾性体の圧力室の圧力
が相互に伝わるように孔を設けた強化部材とを有するア
クチュエータとした。

（作用）以上のようにすれば、任意の圧力室の圧力を調整する
ことによりその圧力室が伸縮するため、各々の圧力室の
圧力の組合せにより全体として湾曲・伸縮などの動きが
円滑に行われる。従って、円滑で多自由度な動作が可能
であり、しかも構造の簡単なアクチュエータが実現す
る。

（実施例）以下図面に示した実施例に基づいて本発明を詳細に説
明する。

第１図は第１実施例の外観を示す斜視図である。まず
本アクチュエータ１は外壁を形成する筒状弾性体3,上蓋
5,下蓋7,チューブ9,11,13から構成されている。第２図
は第１実施例の分解斜視図であり、この第２図で明示し
たように筒状弾性体３は同一形状なる３つの筒状弾性体
3a,3b,3cを軸方向に並列に接着することにより一体成形
したものである。このため接着された部位により筒状弾
性体３の軸方向に弾性隔壁15,17,19が延設され、この弾
性隔壁15,17,19により３つの圧力室21,23,25が形成され
る。前記筒状弾性体3a,3b,3cは第３図に示すように図面
垂直方向を軸としてそれぞれ間隔を密にして螺旋状に巻
装されたアラミド繊維（商標）27を弾性材料であるシリ
コンゴムにより被覆して形成されている。このため筒状
弾性体３は繊維27とゴムの複合による異方性弾性材料に
よって形成されることにより弾性係数の小さい方向は筒
状弾性体３の軸方向29と略一致し、この軸方向29には伸
び易くなっているものである。また軸方向29と直交する
方向31には繊維27により弾性係数大のため伸びにくくな
っている。

前記上蓋５は、金属により形成され前記筒状弾性体3
a,3b,3cに形成された圧力室21,23,25を封止する扇形状
の上蓋5a,5b,5cと、この上蓋5a,5b,5cの一端を筒状弾性
体3a,3b,3cに挿入して接着した後に上蓋5a,5b,5cをカバ
ーするカバー部材33により構成されている。前記上蓋５
の装着状態は例えば第４図に示す様になっている。前記
カバー部材33は円筒形状を成し内側には上蓋5a,5b,5cを
嵌合させる嵌合部33a,33b,33cが区画形成されている。
このカバー部材33の外形は筒状弾性体３と同様となって
いるものである。

前記下蓋７は上蓋５と同様なる扇形状の下蓋7a,7b,7c
と、この下蓋7a,7b,7cの一端を筒状弾性体3a,3b,3cに挿
入した接着封止した後、下蓋7a,7b,7cをカバーするカバ
ー部材35により構成されている。

下蓋7a,7b,7cの断面形状は第５図に明示したように前
記チューブ9,11,13が挿入固着される挿入穴37,39,41が
それぞれ設けられている。挿入穴37,39,41の先端にはチ
ューブ9,11,13と圧力室21,23,25を連通させる連通孔43,
45,47が設けられている。前記チューブ9,11,13は接着材
により挿入穴37,39,41に密封状に固着されるものであ
る。前記カバー部材35は前記上蓋5a,5b,5cをカバーする
カバー部材33と同様なる外形状を成し、下蓋7a,7b,7cを
嵌合させる嵌合部35a,35b,35cが区画形成されている。
この嵌合部35a,35b,35cにはそれぞれチューブ9,11,13が
挿入される挿入穴55,57,59が形成されている。従って各
圧力室21,23,25の圧力を外部に設けられた圧力制御装置
（図示しない）により作動流体の圧力を調整して送り込
むことにより各々制御できるものである。

以上の構成によりその作用を説明する。例えばチュー
ブ９から作動流体を送り込んで圧力室21の圧力を高めた
と仮定する。このため第１図に示すように圧力室21は軸
方向29に伸び、第１図に明示したように筒状弾性体３が
54方向に湾曲し56の姿勢になる。この状態でさらにチュ
ーブ11を介して圧力室23の圧力を上げれば湾曲の方向は
58となる。このように３つの圧力室21,23,25の圧力の組
み合せにより任意の方向への湾曲動作が可能となる。こ
の時圧力制御装置（図示しない）により圧力が微妙に調
整されて上記動作を行なうものである。また、３つの圧
力室21,23,25の圧力を等しく高めれば筒状弾性体３を軸
方向に真直ぐ伸ばすこともできる。このように異方性弾
性材料の特性を利用し３つの圧力室21,23,25の圧力を制
御することによりアクチュエータ１先端は動作範囲内に
おける設定した任意の点に位置決めすることができる。

以上のようなアクチュエータとすれば、作動流体の漏
れがなく摺動部がないため、動作が滑らかで微細な位置
決めが容易となる。また構造が簡単で細径化も容易であ
る。又、送り込んだ作動流体の体積及び圧力を測定する
ことによりアクチュエータの姿勢、作用力を知ることが
でき、特に先端にセンサを装備することなく位置及び作
動力の制御を行うことができる。そして（出力／自重）
比が非常に大きなアクチュエータとなる。

次に本発明の第２の実施例を前記実施例と同一の構成
要素には同一の符号を付して説明する。

第２の実施例の第６図乃至第10図に示すように第１の
実施例と同様に、軸方向29には伸び易く、軸方向29に直
交する方向31には伸びにくい異方性弾性材料により筒状
弾性体61が形成されている。この筒状弾性体61は同一形
状なる２つの筒状弾性体61a,61bを軸方向に並列に接着
することにより一体成形したものである。このため接着
された部位により筒状弾性体61の軸方向に平行なる弾性
隔壁63が延設され、この弾性隔壁63により２つの圧力室
67,69が形成される。

上蓋71は、金属により形成され圧力室67,69を封止す
る半円筒状の上蓋71a,71bと、上蓋71a,71bをカバーする
カバー部材73により構成されている。前記上蓋71の装着
状態は例えば第９図に示す様になっている。前記カバー
部材73は円筒形状を成し内側には上蓋71a,71bを嵌合さ
せる嵌合部73a,73bが区画形成されている。

下蓋75は、上蓋71と外形状同様なる半円筒状の下蓋75
a,75bと、この下蓋75a,75bの一端を筒状弾性体61a,61b
に挿入して接着封止した後、下蓋75a,75bをカバーする
カバー部材77により構成されている。

下蓋75a,75bには第10図に示すようにチューブ79,81が
挿入固着される挿入穴83,85がそれぞれに設けられ、こ
の挿入穴83,85の先端には連通孔87,89が設けられてい
る。

前記カバー部材77の内側には下蓋75a,75bを嵌合させ
る嵌合部77a,77bが区画形成されており、この嵌合部77
a,77bにはそれぞれチューブ79,81が挿入される挿入穴9
1,93が形成されている。前記各圧力室67,69の圧力調整
は外部に設けられた圧力制御装置（図示しない）により
作動流体の圧力を調整して送り込むことにより各々制御
できるものである。

次に上記作用を説明する。例えばチューブ79から作動
流体を送り込んで圧力室67の圧力を高めたと仮定する。
このため圧力室67は軸方向29に伸び第６図に明示したよ
うに筒状弾性体61が95方向に湾曲する。

一方、圧力室67の圧力を下げチューブ81から圧力室69
に作動流体を送り込んで圧力を高めれば筒状弾性体61を
97方向に湾曲させることができる。また、軸方向29への
伸縮動作をさせるには２つの圧力室67,69の圧力を等し
く圧力制御装置（図示しない）により操作すればよい。
従ってチューブ79,81を通じて適当に圧力室を調整した
作動流体を２つの圧力室67,69に送り込むことによりア
クチュエータ98は軸方向29の伸縮動作及び弾性隔壁63に
直角な方向95,97に湾曲動作を行なうことができる。

次に本発明の第３の実施例を前記と同一の構成要素に
は同一の符号を付して説明する。

第３の実施例も第11図乃至第15図に示すように第１の
実施例と同様に、軸方向29に伸び易く、軸方向29に直交
する方向31には伸びにくい異方性弾性材料により筒状弾
性体99が形成されている。この筒状弾性体99は同一形状
なる４つの筒状弾性体99a,99b,99c,99dを軸方向に並列
に接着することにより一体成形したものである。このた
め接着された部位により筒状弾性体99の軸方向に平行な
る弾性隔壁101,103,105,107が延設され、この弾性隔壁1
01,103,105,107により４つの圧力室109,111,113,115が
形成される。

上蓋117は、金属により形成され圧力室109,111,113,1
15が封止する扇形状の上蓋117a,117b,117c,117dと、上
蓋117a,117b,117c,117dをカバーするカバー部材119によ
り構成されている。前記上蓋117の接着状態は例えば第1
4図に示す様になっている。前記カバー部材119は円筒形
状を成し内側には上蓋117a,117b,117c,117dを嵌合させ
る嵌合部119a,119b,119c,119dが区画形成されている。

下蓋121は、上蓋117と同様なる扇形状の下蓋121a,121
b,121c,121dと、この下蓋121a,121b,121c,121dの一端を
筒状弾性体99a,99b,99c,99dに挿入して接着封止した
後、下蓋121a,121b,121c,121dをカバーするカバー部材1
23により構成されている。

下蓋121a,121b,121c,121dには第15図に示すようにチ
ューブ125,127,129,131が挿入固着される挿入穴131,13
5,137,139がそれぞれに設けられている。挿入穴133,13
5,137,139の先端には連通孔141,143,145,147が設けられ
ている。

前記カバー部材123の内側には下蓋121a,121b,121c,12
1dを嵌合させる嵌合部123a,123b,123c123dが区画形成さ
れている。この嵌合部123a,123b,123c,123dにはそれぞ
れチューブ125,127,129,131が挿入される挿入穴149,15
1,153,155が形成されている。

次に上記作用を説明する。例えば第11図に示すように
チューブ127,129から作動流体を送り込んで圧力室111,1
13の圧力を高めたと仮定する。このため圧力室111,113
は軸方向29に伸び、筒状弾性体99は157方向に湾曲動作
する。また軸方向29への伸縮動作をさせるには４つの圧
力室109,111,113,115の圧力を等しく圧力制御装置（図
示しない）により操作すればよい。また159方向に湾曲
させるには圧力室111,113,115の圧力を高めて作用させ
ればよい。従ってチューブ125,127,129,131を通じて圧
力制御装置により適当に圧力を調整した作動流体を４つ
の圧力室109,111,113,115に送り込むことによりアクチ
ュエータ161の多自由度な動作が行われる。

こういったアクチュエータの一変形例として、第16図
に示すように中心部に圧力調節を行わない貫通部26を設
けたアクチュエータ162としてもよい。ここでは前記実
施例と同一の構成要素には同一の符号を付し、細部の説
明は省略するが、貫通部26を除いたその他の構成は第１
の実施例に従うものである。尚、貫通部26は他の圧力室
21,23,25と同様、筒状弾性体3dを軸方向に並列に接着す
ることにより形成されている。

このようなアクチュエータ162とすれば、圧力調節を
行わない空間があるにもかかわらず全方向へ均等な自由
度が確保され、アクチュエータ162の安定な動作が実現
する。また、多数本のチューブや配線を利用する場合に
前記貫通部26内を導通すれば、周囲の圧力室21,23,25の
圧力がクッションの役割をすることによりこれら内蔵物
が外力から保護されるので、内蔵物の切断や破損の心配
がなくなる。もちろん貫通部26のような圧力調節を行わ
ない空間を２つ以上設けてもよく、１つは前述したよう
に内蔵物の挿通用、１つは液体の流通用などという利用
方法をしてもよい。また、アクチュエータの一方から他
方へ液体などを流通する場合に圧力を用いて行ってもよ
いことは言うまでもない。また、アクチュエータのカバ
ー部材には、貫通部26に係る部分を中空にしたものを用
いればよい。

以上の実施例は、筒状弾性体の軸方向と繊維の長さ方
向とが略直角となるように繊維を巻装した場合について
述べたが、必ずしもこの巻装方法を用いる必要はない。
つまり筒状弾性体の軸方向と繊維の長さ方向との形成す
る角度α（以下、巻装角度という）は必ずしもα＝90゜
である必要はない。この例について第17,第18図を用い
て説明する。尚、第１の実施例と同一の構成要素には、
同一の符号を付すか若しくは省略する。

筒状弾性体３は、各筒状弾性体3a,3b,3c（図示せず）
毎にそれぞれ巻装角度α（≠90゜）を同一にして繊維27
を螺旋状に巻装し、弾性材料であるゴムにより被覆して
形成されている。（90゜−α）が大きくなるに従って繊
維27のピッチが大きくなるので、この場合は複数条の繊
維で巻装し、繊維間隔が広がらないようにすることが望
ましい。このように筒状弾性体３は巻装角度αとした繊
維27とゴムの複合による異方性弾性材料によって形成さ
れることにより、α傾いた方向には伸びにくく、（α＋
90゜）傾いた方向には伸びやすいという性質を有する。

以上の構成によりその作用を説明する。例えばチュー
ブ９から作動流体を送り込んで圧力室21の圧力を高めた
と仮定する。こうすると圧力室21は軸方向29に伸び、筒
状弾性体３が54方向に湾曲し、56の姿勢になる。そして
圧力室21は30方向のねじれも伴うため、アクチュエータ
１全体が軸回りの回転を生じる。同様に圧力室21,23の
圧力を同時に高めれば、軸回りの回転を伴いながら58方
向に湾曲動作をする。また、３つの圧力室21,23,25の圧
力を等しく高めれば筒状弾性体３は軸回りの回転動作と
軸方向の伸び動作をする。圧力の調整は外部の圧力制御
装置（図示しない）により行われる。

このように異方性弾性材料の特性を利用し、３つの圧
力室21,23,25の圧力を制御することにより、アクチュエ
ータ１は回転動作を伴いながら任意方向への湾曲動作お
よび軸方向の伸び動作が行える。

もちろん圧力室の数は２つ、３つ、４つなどいくつで
もよく、目的に応じて任意に選択してよい。また筒状弾
性体３内の弾性隔壁が無く、圧力室が１つのアクチュエ
ータであれば、軸回りの回転動作と軸方向の伸び動作の
みをする。また圧力室に与圧を加えた状態で中立を保つ
ようにすれば、与圧を減ずることによって30方向と反対
方向の回転動作が得られる。

回転動作と、湾曲動作および軸方向の伸び動作の動作
量の割合いは、巻装角度αによって決まり、このαを変
えることにより、動作の異なるアクチュエータを設計で
きる。また、１つのアクチュエータにおいてこの巻装角
度αを変化させれば、より多自由度のアクチュエータと
なる。

尚、アクチュエータの製造方法としては上述したよう
に、螺旋状に巻装された繊維を、弾性材料であるゴムに
より被覆して筒状弾性体を形成し、この筒状弾性体を複
数個軸方向に並列に接着してアクチュエータを形成して
いるが、例えば圧力室と略同断面形状の中子を用いて押
出し成形することによりアクチュエータの外形を形成し
てもよい。また、アクチュエータの外形が形成された後
に繊維を巻装したり、あるいは繊維を巻装する代わりに
環状の繊維状部材を複数個装着してもよい。前者の方法
を用いれば、圧力室の圧力差による接着部の剥離が防止
され、アクチュエータの湾曲の度合いを大きくすること
ができる。後者の方法を用いれば繊維とゴムとの剥離が
防止される一方、アクチュエータの半径方向への膨張変
形も防止することができるので、加えた圧力に対する必
要な方向への変形量が大きくアクチュエータとなる。ま
た、いずれの方法であってもアクチュエータの肉厚を薄
くすることができるので、結果的にアクチュエータがよ
り一層細径化される。

第19図は本発明の第６の実施例を示すアクチュエータ
の斜視図である。本実施例では第20図（ａ），（ｂ）に
示すように、金属あるいはEngineering Plasticなどか
らなる強化部材163と、ゴムなどからなる弾性部材164と
を軸方向に交互に密着固着することによりアクチュエー
タ165を形成している。ここで強化部材163はワイヤカッ
ト放電加工やプレス打抜き加工などにより製作され、弾
性部材164は前述した押出し成形などにより製作されて
いる。また、強化部材163と弾性部材164との固着により
形成される圧力室21,23,25の形状は第１の実施例のもの
と同一形状となるようにしてあるが、部材163,164の固
着の際に軸を中心とした回転角を持たせながら固着して
いってもよい。こうすることにより圧力室の形状を任意
に形成することができ、複雑な動作を行うアクチュエー
タとすることができる。この時、圧力室どうしの流体の
漏れがないように密閉するために、強化部材163の孔16
6,167,168の大きさを第20図（Ｃ）のように小さくして
もよい。以上のように構成すると、強化部材163により
外部からの衝撃や圧力に対して耐久性のあるアクチュエ
ータ165となる。また、強化部材163の厚みを弾性部材16
4の厚みより薄くすれば、動作範囲が大きくなる。

次に本発明の更なる実施例として、複合アクチュエー
タを説明する。ここでいう複合アクチュエータとは、今
まで述べてきたアクチュエータの複合体である。第21図
は複合アクチュエータの一実施例を示す斜視図であり、
第１の実施例に示したアクチュエータを３つ直列に連結
してなる複合アクチュエータ200である。３つのアクチ
ュエータ201,202,203はそれぞれ３つの圧力室201a,201
b,201c,202a,202b,202c,203a,203b,203cを持ち、それぞ
れの圧力室とつながったチューブにより、それぞれ独立
に圧力の調整ができる。図をわかりやすくするために、
第21図では圧力室201b,202b,203bの圧力をそれぞれ調整
するチューブ210,211,212のみを示すが、他の圧力室に
ついても同様にチューブが接続される。以下、圧力室20
1b,202b,230bとチューブ210,211,212について説明する
が、他の圧力室とチューブの構成も全と同じである。

圧力室201bの圧力を調整するチューブ210は、アクチ
ュエータ202の圧力室202b、および圧力室203b内を貫通
し、図面右方向に存在する複合アクチュエータ基部を経
て圧力制御装置（図示しない）へつながる。この際、チ
ューブ210は圧力室202b,203bを貫通しているだけであ
り、圧力室202b,203b内の流体とチューブ210内の流体は
相互に流通しないため、圧力室202b,203b内の圧力はチ
ューブ210内の圧力の影響を受けない。

一方、同様に圧力室202bの圧力を調整するチューブ21
1は、アクチュエータ203の圧力室203b内を貫通し、図面
右方向に存在する複合アクチュエータ基部を経て、圧力
制御装置（図示しない）へつながる。また、圧力室203b
の圧力を調整するチューブ212は直接複合アクチュエー
タ基部を経て、圧力制御装置へつながる。やはり同様に
圧力室203b内の流体とチューブ211内の流体は相互に流
通しないため、圧力室203b内の圧力はチューブ211内の
圧力の影響を受けない。

また、図示するように、他のアクチュエータを貫通す
るチューブは、貫通するアクチュエータの動作を妨害し
ないように、貫通する圧力室内で余裕をもっていること
が必要である。通常は、圧力室内で撓ませる程度でよい
が、例えばチューブをカール状に形成して圧力室内を通
すことも有効である。いずれの場合も、複合アクチュエ
ータ200全体としての変形量を考慮してチューブ全長を
決定することが好ましい。

このように構成することにより、計９つの圧力室の圧
力を調整する９本のチューブが複合アクチュエータ200
基部から伸びることになるので、複合アクチュエータ20
0をそのままマニピュレータとして利用することもで
き、しかも先端側のアクチュエータを駆動するチューブ
が根元側アクチュエータ内部に収納されるため、複合ア
クチュエータ200の外部に凸部ができず、複合アクチュ
エータ200の細径化も可能となり、また極めて簡素な外
観となる。

次にアクチュエータ201,202,203それぞれの接続方法
について、アクチュエータ202、アクチュエータ203間の
接続を例にとって説明する。第23図，第24図はアクチュ
エータ202、アクチュエータ203間の接続法の一例を示す
正断面図および側断面図である。アクチュエータの接続
は、アクチュエータ202,203のそれぞれ対応する圧力室2
02a,203a,202b,203b,202c,203cにそれぞれ嵌合し固着さ
れた接続金具220a,220b,220cによって行われる。接続金
具206a,206b,206cは各圧力室断面と同じ形状である。本
実施例ではアクチュエータ202,203が同一形状の圧力室
を有しているが、異なる場合は段つき金具となる。各接
続金具206a,206b,206cには各々２つの穴が設けられ、こ
こをアクチュエータ201,202を駆動するチューブ（例え
ば接続金具206bの場合、チューブ210,211）が挿入固着
される。接続金具とチューブ、およびアクチュエータと
は完全に接着され、アクチュエータ202,203の圧力室間
の流体漏れは防止される。

本実施例では同一形状の３つのアクチュエータを用い
たが、アクチュエータの接続数はいくつであっても、チ
ューブの本数が変わるだけで全く同様に実施できる。ま
た、用いるアクチュエータは同一形状である必要はな
く、動作形態が異なるもの同志であってもよい。また、
接続するアクチュエータの自由度は必ずしも同じである
必要はなく、例えば３つの圧力室を有し３自由度動作を
行うアクチュエータと、２つの圧力室を有し２自由度動
作を行うアクチュエータとの接続であっても、あるいは
１つのみの圧力室を有し１自由度の動作を行うアクチュ
エータとの接続であってもよい。

別の実施例として、２自由度と３自由度のアクチュエ
ータを接続した複合アクチュエータについて説明する。
第22図に示すように、３つの圧力室205a,205b,205cを有
し、任意方向への湾曲動作と軸方向の伸縮動作ができる
アクチュエータ205と、２つの圧力室204a,204bを有し、
圧力室間の隔壁と垂直方向への湾曲動作と軸方向の伸縮
動作ができるアクチュエータ204とを接続した複合アク
チュエータ220であり、圧力室204a,204bの圧力を調整す
るチューブ213,214はアクチュエータ205の圧力室205a,2
05b内を貫通し、図面右方向に存在する複合アクチュエ
ータ220基部を経て圧力制御装置（図示しない）へつな
がっている。

第25図，第26図はアクチュエータ204、アクチュエー
タ205間の接続法の一例を示す正断面図および側断面図
である。アクチュエータ204,205の圧力室204a,204b,205
a,205b,205cにはそれぞれ接続金具207a,207b,208a,208
b,208cが嵌合し固着されている。このうち接続金具207
a,207b,208a,208bにはアクチュエータ204,205を接続面2
30で重ね合わせた場合に同一位置にくる連通孔を有し、
ここをチューブ213,214が挿通し、それぞれの接続金具
と固着される。一方、アクチュエータ204,205同志も接
続金具、弾性壁で固着される。

このように異構造のアクチュエータからなる複合アク
チュエータであっても、個々のアクチュエータの自由度
を損ねることなく駆動が行える。また細径化も可能で極
めて簡素な外観となる。

以上のように複合アクチュエータは、その用途によっ
て任意のアクチュエータを連結し、必要な自由度を得る
ことができるので、複数の自由度が要求されるロボット
アームやマニピューレータとして利用することもでき
る。また複合アクチュエータは上述したように、細径化
が可能でしかも表面に凹凸が無いので、工業用や医療用
の内視鏡としても応用できる。

なお、これらの発明は上記実施例に限定されるもので
はない。例えば、本実施例の中では弾性隔壁も異方性弾
性材料により形成したが筒状弾性体だけ異方性弾性材料
として弾性隔壁は異方性弾性材料でなくとも実施でき
る。また筒状弾性体は複数の筒状弾性体を接着させて一
体としたが、まず繊維27により骨組みを形成し、ゴムに
より被覆し、その後に弾性隔壁を設けることによって、
複数の筒状弾性体を接着させずに上記各実施例の形状に
することも可能である。また上蓋、下蓋は金属でなくと
も剛性の高い部材で実施することもできるし、筒状弾性
体と一体成形させて接着等の工程を省略させることもで
きる。また、異方性弾性材料の代わりに短繊維強化ゴム
（ゴム中に例えば直径0.3μｍ、長さ30μｍの繊維を分
散させたもの）を用いてもよい。また、例えば第３の実
施例における４つの圧力室109,111,113,115を有するア
クチュエータ161において各圧力室に作用させる圧力の
調整方法は一通りではない。例えば圧力室113のみの圧
力を上げて159方向に湾曲させることも可能である。ま
たアクチュエータとは別個に設けられた圧力制御装置の
トラブルなどにより圧力を上下させることができない圧
力室があっても他の圧力室により動作させることもでき
る。また圧力室の容積は全て一致させる必要はなく、大
小の差をつけてもよい。また圧力室の数は使用状態によ
り種々選定できるものである。また圧力制御装置は自動
制御回路により制御できるし、手動によっても制御可能
である。またアクチュエータの作動速度及び作動力も自
由に制御できるものである。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、円滑で多自由度な動作
が可能であり、しかも構造の簡単なアクチュエータが実
現する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係るアクチュエータの全
体斜視図、第２図は第１図の分解斜視図、第３図は第１
図のＡ−Ａ矢視断面図、第４図は第１図のＢ−Ｂ矢視断
面図、第５図は第１図のＣ−Ｃ矢視断面図、第６図は本
発明の第２実施例に係るアクチュエータの全体斜視図、
第７図は第６図の分解斜視図、第８図は第６図のＤ−Ｄ
矢視断面図、第９図は第６図のＥ−Ｅ矢視断面図、第10
図は第６図のＦ−Ｆ矢視断面図、第11図は本発明の第３
実施例に係るアクチュエータの全体斜視図、第12図は第
11図の分解斜視図、第13図は第11図のＧ−Ｇ矢視断面
図、第14図は第11図のＨ−Ｈ矢視断面図、第15図は第11
図のＩ−Ｉ矢視断面図、第16図は本発明の第４実施例に
係るアクチュエータの正断面図、第17図は本発明の第５
実施例に係るアクチュエータの全体斜視図、第18図は第
17図のアクチュエータの繊維巻装方向を示す斜視図、第
19図は本発明の第６実施例に係るアクチュエータの分解
斜視図、第20図は第19図のアクチュエータの本体を形成
する部材を示す斜視図、第21図は本発明のアクチュエー
タを連結してなる複合アクチュエータの第１実施例を示
す透視斜視図、第22図は同じく複合アクチュエータの第
２実施例を示す透視斜視図、第23図は第21図のＪ−Ｊ矢
視断面図、第24図は第23図のＫ−Ｋ矢視断面図、第25図
は第22図のＬ−L,M−Ｍ矢視断面図、第26図は第25図の
Ｎ−Ｎ矢視断面図、第27図と第28図は従来例を示す図で
ある。 1,98,161,162,165……アクチュエータ 200,220……複合アクチュエータ（アクチュエータ） 3,61,99,164……筒状弾性体 15,17,19,63,101,103,105,107……弾性隔壁 21,23,25,26,67,69,109,111,113,115,166,167,168……
圧力室 26……貫通部 163……強化部材 166,167,168……孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者飯倉省一神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献特開昭60−146695（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−65796（ＪＰ，Ａ) 特開昭47−14585（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−86208（ＪＰ，Ａ) 実開昭58−172104（ＪＰ，Ｕ) 特公昭49−36306（ＪＰ，Ｂ１) 米国特許3773034（ＵＳ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】軸方向に延設された隔壁によって内部が複
数の圧力室に分離されるとともに、弾性係数の小さい方
向が軸方向に設定された異方性弾性材料で形成される筒
状弾性体からなり、前記圧力室を加圧することにより生
じる前記軸方向への伸び変形を利用し、前記圧力室の各
々の圧力を調整することにより動作することを特徴とす
るアクチュエータ。
【請求項２】弾性係数の小さい方向を前記アクチュエー
タの軸方向から傾いた方向とすることを特徴とする請求
項１記載のアクチュエータ。
【請求項３】請求項１または２記載のアクチュエータを
その軸方向に複数連結してなることを特徴とするアクチ
ュエータ。
【請求項４】前記アクチュエータの軸方向に貫通してな
る貫通部を設けることを特徴とする請求項１または２記
載のアクチュエータ。
【請求項５】軸方向に延設された隔壁によって内部が複
数の圧力室に分離されるとともに弾性係数の小さい方向
が軸方向に設定された異方性弾性材料で形成される筒状
弾性体と、前記筒状弾性体よりも大きい弾性係数を有し
前記筒状弾性体と交互に連結され、連結された前記筒状
弾性体の前記圧力室の圧力が相互に伝わるように孔を設
けた部材とを有することを特徴とするアクチュエータ。