JP3068638B2 - 熱操作によるアクチュエータ - Google Patents
熱操作によるアクチュエータInfo
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Description
タに関し、特に、首振り又は波動運動や蠕動運動に適し
たアクチュエ−タに関する。
レノイド駆動で1軸を中心とする回転駆動により行なわ
れ、直線運動はラックを電気モ−タで駆動するピニオ
ン,リニアモ−タあるいはソレノイドで行なわれる。ま
た2次元運動は電気モ−タによるカム駆動や、上述の首
振り又は波動運動,直線運動等の組合せにより行なわれ
る。3次元運動は、代表的には多関節ロボットで行なわ
れる。しかしながらこれらはいずれもいわゆる「硬い」
構造であり、構造体の柔軟性に乏しく、これらのアクチ
ュエ−タが他の物体に当ると、又は、他の物体がアクチ
ュエ−タに当ると、アクチュエ−タ又は他の物体が損傷
する可能性が高い。したがって構造体の変形柔軟性が高
いアクチュエ−タが望まれる。
体内の管(消火器系,呼吸器系,血液系等各種)等に、
内視鏡,検査具,オプティカルファイバ,撮像カメラ,
清掃具,修理具,保守具,薬品,手術具等を挿入する場
合、複雑に曲った管路内を首振り又は波動運動や蠕動運
動で円滑に動き得る、小型のアクチュエ−タが望まれ、
これにおいても、アクチュエ−タ構造体の変形柔軟性が
高いのが望ましい。
コイルスプリング状に形成したものが提案されている。
このコイルスプリングに電流を流してジュ−ル熱により
昇温し電流値を制御することによって温度を制御し、コ
イルスプリングの形状を操作する。しかしながら記憶形
状が少いため、形状変化すなわち運動な滑らかさはな
く、しかも運動の多様性に乏しい。
らかで小型に構成しうるアクチュエ−タを提供すること
を第1の目的とし、蠕動運動の多様性が高く運動が滑ら
かで小型に構成しうるアクチュエ−タを提供することを
第2の目的とする。
して膨張/収縮する流体を収容した、内部圧に対応して
伸/縮する、複数個の立体的に配置され互に結合された
容器(3011,3012,・・・);それぞれが容器(3011,30
12,・・・)のそれぞれの中にあって、容器内の流体に
熱を与える複数個の加熱手段(21,22,・・・);それぞ
れが容器(3011,3012,・・・)のそれぞれの中にあっ
て、制御信号に対応して加熱手段(21,22,・・・)を付
勢する複数個の加熱付勢手段(41,42,・・・);容器内
の流体を冷却するための冷却手段(201,202,・・・);
加熱付勢手段(41,42,・・・)のそれぞれに個別に発熱
量を指示する制御信号を与える熱操作制御手段(50);
および、加熱付勢手段(41,42,・・・)に電力および前
記制御信号を伝達する伝達媒体(1);を備える。
筒体(70); 温度に対応して膨張/収縮する流体を収容した、内部
圧に対応して伸/縮する、複数個の直線的に配置され互
に結合された容器(311,312,・・・),それぞれが容器
(311,312,・・・)のそれぞれの中にあって、容器内の
流体に熱を与える複数個の加熱手段(21,22,・・・),
それぞれが容器(311,312,・・・)のそれぞれの中にあ
って、制御信号に対応して加熱手段(21,22,・・・)を
付勢する複数個の加熱付勢手段(41,42,・・・),容器
内の流体を冷却するための冷却手段(201,202)、およ
び、加熱付勢手段(41,42,・・・)に電力および前記制
御信号を伝達する伝達媒体(61)、を有し、可撓性の円
筒体(70)に巻回されたリボン(60);および、 加熱付勢手段(41,42,・・・)のそれぞれに個別に発
熱量を指示する制御信号を伝達媒体(61)を介して与え
る熱操作制御手段(50); を備える。
の対応要素を示す。
により、立体的に結合された複数個の容器(301,302,・
・・)の加熱手段(21,22,・・・)が個別に加熱制御さ
れ、これにより容器(301,302,・・・)のそれぞれの流
体が加熱量に応じて膨張し、容器(301,302,・・・)の
集合体すなわちアクチュエ−タ本体が、本体内加熱量分
布に対応した形状に変形する。一方、冷却手段(201,20
2,・・・)が容器内の流体を冷却するので、加熱付勢手
段(41,42,・・・)に与える制御信号でこの加熱量分布
を時系列で変更することにより、アクチュエ−タ本体が
Z軸方向に伸/縮し、および又は、X,Y軸方向に首振り
又は波動運動をする。このような運動は、制御信号で各
容器に指定する加熱量分布ならびに加熱量の時系列変化
によりもたらされるので、運動の多様性が高い。しか
も、アクチュエ−タ本体が、X,YおよびZ方向に分布し
た、内部圧に対応して伸/縮する(したがって外部圧に
対応しても伸/縮する)容器(3011,3012,・・・)で構
成されるので、変形柔軟性が高い。
利用してアクチュエ−タ構成要素のそれぞれを極小に形
成しうるので、非常に小型なアクチュエ−タを提供しう
る。
数個の容器(301,302,・・・)がリボン状にして可撓性
の円筒体(70)に巻回されているので、複数個の容器
(301,302,・・・)が円筒体(70)の外側周面にリング
状又は螺旋状に分布する。しかして、容器内の加熱手段
(21,22,・・・)が、熱操作制御手段(50)により個別
に加熱制御され、これにより容器(301,302,・・・)の
それぞれの流体が加熱量に応じて膨張し、容器(301,30
2,・・・)の集合体すなわち円筒状のアクチュエ−タ本
体が、本体内加熱量分布に対応した形状に変形する。一
方、冷却手段(201,202,・・・)が容器(301,302,・・
・)内の流体を冷却するので、加熱付勢手段(41,42,・
・・)に与える制御信号でこの加熱量分布を時系列で変
更することにより、円筒状のアクチュエ−タ本体が首振
り,波うち、あるいは蠕動し、これにより同様に可撓性
の円筒体(70)が、首振り,波うちあるいは蠕動する。
このような運動は、制御信号で各容器に指定する加熱量
分布ならびに加熱量の時系列変化によりもたらされるの
で、運動の多様性が高い。しかも、アクチュエ−タ本体
が、円筒体(70)の外側周面に円筒状に分布した、内部
圧に対応して伸/縮する(したがって外部圧に対応して
も伸/縮する)容器(311,312,・・・)で構成されるの
で、変形柔軟性が高い。
利用してアクチュエ−タ構成要素のそれぞれを極小に形
成しうるので、非常に小型な円筒形アクチュエ−タを提
供しうる。
の物体(気体,液体,粉体,小さい固形物)を一方向に
送ることができるので、このアクチュエ−タは管体によ
る物体自動搬送や生体補助管体にも使用しうる。
た以下の実施例の説明より明らかになろう。
し、第2図に第1図のII−II線断面を示す。
フレキシブル電気回路基板1を介して第1の冷却板201
が接合されている。フレキシブル電気回路基板1はつづ
ら折りで折返えされ、その最上部である第1平面部に端
板40と冷却板201が接合されている。次の第2平面部に
は第1グル−プの4個のベロ−ズ3011,3012,3013および
3014が接合されている。なお、ベロ−ズ3013および3014
は図面には表われていないが、それぞれベロ−ズ3011お
よび3012の背部にある。これらのベロ−ズ3011〜30
14は、それぞれカップ状のベロ−ズ上半体と下半体の開
口を、基板1を間に置いて突合せて基板1に接合したも
のである。これにより、ベロ−ズ3011〜3014の真中をフ
レキシブル電気回路基板1が横切った形となっている。
ベロ−ズ3011〜3014の頂面は冷却板201に接合され底面
は基板1の第3平面部の上面に接合されている。
部,第7平面部および第9平面部の下面には、それぞれ
第2冷却板202,第3冷却板203,第4冷却板204および第
5冷却板205がそれぞれ接合されている。
同じ構造の第2グル−プの4個のベロ−ズ3021〜3024が
第2冷却板202と第3冷却板203の間にありこれらのベロ
−ズ3021〜3024の真中を基板1の第4平面部が横切って
おり、これらのベロ−ズ3021〜3024の頂面は第2冷却板
202に接合され底面は基板1の第5平面部の上面に接合
されている。
第3冷却板203と第4冷却板204の間にありこれらのベロ
−ズ3031〜3034の真中を基板1の第6平面部が横切って
おり、こ れらのベロ−ズ3031〜3034の頂面は第3冷却板203に接
合され底面は基板1の第7平面部の上面に接合されてい
る。
第4冷却板204と第5冷却板205の間にありこれらのベロ
−ズ3041〜3044の真中を基板1の第8平面部が横切って
おり、これらのベロ−ズ3041〜3044の頂面は第4冷却板
204に接合され底面は基板1の第9平面部の上面に接合
されている。
の面を拡大して示し、第3b図に他方の面を拡大して示
す。基板1の、第3a図に示すヒ−タ領域HAは、基板1の
第2,第4,第6および第8平面部の1つであり、第1グル
−プのベロ−ズ3011〜3014,第2グル−プのベロ−ズ30
21〜3024,3031〜3034又は3041〜3044を横切っている部
分である。この領域HAの、ベロ−ズの中心対応位置にヒ
−タ線21〜24が形成され、これらの近くに通電回路41〜
44および温度センサ31〜34が形成されており、ヒ−タ線
21〜24の一端と温度センサ31〜34の一端は共通接続され
て裏面の機器ア−ス導体6(第3b図)に接続され、それ
らの他端は通電回路41〜44に接続されている。通電回路
のプラス電圧入力端と制御信号入力端は、それぞれ裏面
のプラス電力導体5および後述するデコ−ダ13に接続さ
れている。通電回路41〜44は、デコ−ダ13が通電(オ
ン)を指示する(制御信号を例えば高レベルHとする)
とヒ−タ線21〜24に通電し、デコ−ダ13が非通電(オ
フ)を指示する(制御信号を低レベルLとする)と、あ
るいは温度センサ31〜34の検出温度が上リミット値にな
るとヒ−タ線21〜24への通電を停止する。制御信号(オ
ン:H/オフ:L)のオンデュ−ティ制御によりヒ−タ線21
〜24の単位時間当りの発熱量(以下これを単に発熱量と
言う)が定まる。
1,第3,第5,第7および第9平面部であり、それぞれ第1,
第2,第3,第4および第5冷却板201〜205に接合されてい
る部分である。ここには、裏面のア−ス導体6に接続さ
れたア−ス導体6b,スイッチング回路7,スイッチング出
力導体5b,温度センサ8,スイッチング回路101〜104およ
びデコ−ダ(復号器)13が形成されている。左折返し領
域LFAおよび右折返し領域RFAにはそれぞれ歪センサ91,9
2および93,94が形成されている。
されている。制御信号導体12には、後述するコントロ−
ラ50(第5a図)より、デコ−ダ(これは基板1上に4個
あり、それぞれ第1〜第4グル−プのベロ−ズの各グル
−プに対応する)を指定するデコ−ダ指定デ−タ(シリ
アル),4個のヒ−タ線41〜44のオン/オフパタ−ンを示
す通電パタ−ンデ−タ(シリアル),ク−ラオン/オフ
デ−タ(1ビット)および4個のスイッチング回路101
〜104のオン/オフパタ−ンを示すスイッチングパタ−
ンデ−タ(シリアル)が、1組(1グル−プ宛て)とし
て第1グル−プ〜第4グル−プ宛てに、順次に繰返して
送られて来る。デコ−ダ13は、デコ−ダ指定デ−タが自
己を指定するものであるとそれに続く通電パタ−ンデ−
タ,ク−ラオン/オフデ−タおよびスイッチングパタ−
ンデ−タをラッチし、通電パタ−ンデ−タをヒ−タ線21
〜24それぞれのオン/オフ信号に変換して通電回路41〜
44に出力すると共に、ク−ラオン/オフデ−タをスイッ
チング回路7に出力し、かつ、スイッチングパタ−ンデ
−タをスイッチング回路101〜104それぞれのオン/オフ
信号に変換してスイッチング回路101〜104に出力する。
21,22の通電、および、ヒ−タ線23,24の非通電を指定す
るものであると、通電回路41,42がオン、通電回路43,44
がオフになり、ヒ−タ線21,22が発熱しヒ−タ線23,24は
発熱しないので、あるグル−プの2つのベロ−ズ(例え
ば3011,3012)が膨張し、残り2つのベロ−ズは膨張し
ないので、端板40が(前上り/後下りでy方向に)傾斜
する。
ると、スイッチング回路7が導通してこれによりスイッ
チング出力導体5bが回路7を通してプラス電力導体5と
接続となる。ク−ラオン/オフデ−タがオフを示すもの
(L)であるとき、あるいはオンを示すもの(H)であ
っても温度センサ8が所定温度以下を示すときには、ス
イッチング回路7が非導通であり、スイッチング出力導
体5bはプラス電力導体5から遮断される。
1〜104の1つのオンを指定するものであり、これが例え
ば歪センサ91のオンを指定するものであるときには、ス
イッチング回路101が導通して歪センサ91をセンサ出力
導体11に接続する。すなわち歪センサ91の歪検出信号を
センサ出力導体11に送出する。
ときにそのク−ラ領域CAに冷却板201〜205が接合され、
かつヒ−タ領域HAにベロ−ズ3011〜3044が接合される。
その後第4図に示すように、左折返し領域LAFおよび右
折返し領域RFAを曲面に折り返しつつ、ベロ−ズの頂面
と底面を基板1に接合することにより、第1図および第
2図に示す立方体が出来上る。
には、その一端面からそれに対向する端面に貫通する複
数個の流体通流口21が開けられており、その内部に通流
口の延びる方向に沿って、イオン風発生用の負電極22と
正電極23が通流口内壁面に接合されている。正電極23に
は昇圧回路25が接続されており、この昇圧回路25の、冷
却板201の表面と実質上同一面をなす面には、スイッチ
ング出力導体5bに昇圧回路25の正電圧入力端を接続する
ための導体がある。昇圧回路25の負(ア−ス)電圧入力
端はア−ス接続導体24に接続されている。第1図および
第2図に示すように冷却板202をベロ−ズ組体(アクチ
ュエ−タ)に組込むときには、冷却板202の昇圧回路25
の正電圧入力端が基板1のク−ラ領域CAのスイッチング
出力導体5bに接続され、冷却板202のア−ス接続導体24
が基板1のア−ス導体6bに接続され、このア−ス導体6b
が機器ア−ス導体6に接続されているので、ア−ス接続
導体24は機器ア−ス導体6と電気的に連続である。昇圧
回路25は、スイッチング出力導体5bに電力が供給されて
いるとき(スイッチング回路7がオンのとき)にイオン
風発生用の高電圧(プラス)を発生して正電極23に印加
する。負電極22はア−ス接続導体24およびア−ス導体6b
を介して機器ア−ス導体6に接続されているので、負電
極22と正電極23の間にイオン風が発生し通流口21に沿っ
て流れる。これにより流通口21を貫通する風流が生じ冷
却板202が空冷され、これが冷却板202に接合されている
第1グル−プのベロ−ズ3011〜3014の下半分と、第2グ
ル−プのベロ−ズ3021〜3024の上半分を冷却する。他の
冷却板201,203〜205も、202と同様な構造である。
本体(基板1)とそれに接続したコントロ−ラ(制御用
電気回路)50の構成を示し、第6b図に、基板1の1単位
領域(1つのヒ−タ領域HA+1つの左折返し領域LFA+
1つのク−ラ領域CA+1つの右折返し領域RFA)の電気
回路ブロックを示す。
しない姿勢指示用のコンピュ−タより、伸び,縮み,曲
げあるいは運動を指示するデ−タが与えられる。伸び指
示デ−タは、多段階のZ方向の伸びのうちの1つを指定
するものである。縮み指示デ−タは多段階のZ方向の縮
みのうちの1つを指定するものである。曲げ指示デ−タ
は、方向指示デ−タと曲げ段(曲げ程度)デ−タで構成
され、方向指示デ−タは前後(±y方向)の曲げおよび
左右(±x方向)の曲げの4方向の曲げの1つを指定
し、曲げ段デ−タは多段階の曲げ(曲げ曲率)の1つを
指定する。運動指示デ−タは、各種モ−ドの運動(z方
向の上下動,y方向の首振り,x方向の首振り,xとyの合成
方向の首振り,端板40の円回転等の種別,運動速度およ
び運動幅又は振幅)を指定する。
−タは、外部インタ−フェイス52から演算処理部53のマ
イクロコンピュ−タ(CPU)に与えられる。CPUは、これ
らのデ−タを一時記憶し、演算処理部53の不揮発性メモ
リより、伸び,縮み,曲げあるいは運動を指示するデ−
タに割り当てられている、デコ−ダ(13:第1図および
第6a図に示す例では5個131〜135)のそれぞれに宛てら
れる(デコ−ダ区分の5グル−プの)、姿勢設定用のデ
−タを読出し、これを第1メモリ53に書込む。姿勢設定
用のデ−タは、ベロ−ズ3011〜3044内のヒ−タ線21〜24
のオン/オフ分布パタ−ンと基準通電デュ−ティ,冷却
板201〜205のスイッチング回路7のオン/オフ分布パタ
−ンおよび基準通電デュ−ティ,歪センサ(91〜94:8グ
ル−プ)それぞれの検出値に対応付ける歪目標値の分布
パタ−ン、および運動速度対応の姿勢変更周期(運動指
定の場合のみ)を含む。
ル−プのデ−タのそれぞれは1セットであるが、運動の
場合には、時系列で順次に読出すべき複数セットの連な
りとなっている。
処理部53のCPUは、一定のdt周期で、5グル−プのデ−
タを、第1グル−プから第5グル−プまで順次に繰返し
て読出してエンコ−ダ(パラレル/シリアル変換器)57
に出力する。したがって各グル−プのデ−タの読出し周
期gtは、gt=5dtとなり、一定周期である。なお、読出
しデ−タの中の歪目標値(91〜94に対応する4個)はエ
ンコ−ダ57には与えず、CPU内に読込む。また、宛先各
グル−プの(デコ−ダ131〜135のそれぞれに接続され
た)歪センサ91〜94(スイッチング回路101〜104)の1
つをオンに指定するオン/オフパタ−ンデ−タもエンコ
−ダ57に与え、このデ−タは、1つのデコ−ダ宛てのデ
−タ出力毎にオンに指定するセンサを変える。すなわ
ち、例えばデコ−ダ131宛てにデ−タを出力するとき、
その第1回目は歪センサ91(スイッチング回路101)の
オンを指定し、第2回目〜第4回目はそれぞれ歪センサ
92〜94のオンを指定し、次の第5回目は歪センサ91のオ
ンを指定する。以下同様である。
更のときには、外部インタ−フェイス52に新たな指示が
到来しない限り、エンコ−ダ12に与えられるデ−タは、
時系列で同一である。ただし、演算処理部53のCPUは、
歪センサ91〜94(スイッチング回路101〜104)の1つ9i
をオンに指定するオン/オフパタ−ンデ−タをエンコ−
ダ57に与え、これによりセンサ出力導体11に歪センサ9i
の検出信号が表われる。CPUはこの検出信号をA/D変換器
58でデジタルデ−タに変換して第2メモリ54に書込み、
このように読込んだデ−タ(検出値)を歪センサ9iに宛
てられている歪目標値と比較して、それらの偏差に対応
して、偏差を零とする方向に1個又は数個のヒ−タ線お
よび又は冷却板の通電デュ−ティを変更し変更したデ−
タを第1メモリ53に更新書込みするので、このフィ−ド
バック制御分のデ−タ変更はある。
きには、各グル−プが、運動をもたらすための時系列で
順次に読出すべき複数セットの連なりとなっているの
で、演算処理部53のCPUは、mt=A・gt=4A・dtの周期
で、各グル−プにつき、時系列順に連なっているデ−タ
の読出しを進める。Aは正の整数であり、このAは指定
された運動速度に対応して予め定められている値であ
り、高速のときには小さい値、低速のときには大きい値
である。
御信号導体12に送出したシリアルデ−タを、それが自己
を指定するものであるときに受信してパラレル変換して
ラッチし、そしてパタ−ンデ−タはヒ−タ線(通電回路
41〜44)のそれぞれ又は歪センサ(スイッチング回路10
1〜104)のそれぞれのオン又はオフを指示する信号に変
換して通電回路41〜44又はスイッチング回路101〜104に
出力する。
タ本体(1)は、伸び,縮み,曲げあるいは運動(z方
向の上下動,y方向の首振り,x方向の首振り,xとyの合成
方向の首振り,端板40の円回転等)を行なう。
−タ線21〜24の内の21と22および第3グル−プのベロ−
ズ3031〜3044の中のヒ−タ線21〜24の内の21と22を発熱
付勢すると、第7図に示すようにアクチュエ−タ本体
(1)が右傾斜する。全グル−プのベロ−ズについてこ
のような熱操作を行なうと、アクチュエ−タ本体は第8a
図に示すように右に向けて屈曲する。この曲率は、ヒ−
タ線(ならびに冷却板)の通電デュ−ティで定まる。こ
のような屈曲姿勢を静的に安定して維持するときには、
歪センサそれぞれの検出値が、第8a図に示す姿勢のとき
のそれぞれの目標値になるように、ヒ−タ線それぞれの
通電デュ−ティと冷却板それぞれの通電デュ−ティが調
整される。
様に熱操作し、同時に上半分を上述とは左右逆の熱操作
をすると、アクチュエ−タ本体(1)は、第8b図に示す
姿勢となる。この熱操作とz方向の伸びのための熱操作
を合成すると、端板40が例えばS字型に曲った管内に進
入する。
(本願の第2実施例)の縦断面図(第2図に対応する断
面)を示す。この第2実施例では、上述のベロ−ズに代
えて弾力性が高い中空ゴム球体3111〜3133が用いられて
いる。これらの中空ゴム球体3111〜3133は、上半体と下
半体の2つで1つの中空球体となっており、上半体の開
口縁部がフレキシブル電気回路基板1の上側に、下半体
の開口縁部が下側に接合されている。これらの中空ゴム
球体3111〜3133は、x,y方向の側面がスポンジ59で被覆
されている。すなわち中空ゴム球体3111〜3133はスポン
ジ59に実質上埋設されている。スポンジ59の上面および
球体の上頂点は冷却板201〜203の下面に接合され、スポ
ンジ59の下面および球体の下頂点は冷却板202〜204上の
フレキシブル電気回路基板1に接合されている。
に示した実施例(本願の第1実施例)と同様である。こ
の第2実施例では、アクチュエ−タ本体(球体の組体)
がx,yおよびz方向のいずれにおいても、第1実施例よ
りも軟らかい。すなわち弾力性が高く変形柔軟性が高
い。したがって、熱操作による端板40駆動において端板
40(ならびにそれに結合された被駆動体)に駆動ショッ
クを生じにくく、また、物がアクチュエ−タ本体に当っ
た場合でも、該物およびアクチュエ−タ本体に加わる衝
撃は極く小さい。
実施例)を示す。この第3実施例においては、ゴム管又
はゴム膜円筒などの可撓性および弾力性が高い管体70
に、球体リボン60が螺旋状に巻回され管体70に接合され
ている。
して第10b図に示す。この例では、3枚のフレキシブル
電気回路基板61,62および63が用いられている。基板61
と63は、第3a図に示す左折返し領域LFA,ク−ラ領域CAお
よび右折返し領域RFAを、基板61,63の長手軸に沿って繰
返し形成した形のものである。基板62は、第3a図に示す
ヒ−タ領域HAを1組の、ヒ−タ線,自己名宛て解読機能
を付加した通電回路および温度センサとし、これを基板
62の長手軸に沿って繰返し形成した形のものである。フ
レキシブル電気回路基板1には、第9図に示す第2実施
例と同様に、ゴム球体311,312,・・・が接合されこれら
のゴム球体はスポンジ59に実質上埋設されている。スポ
ンジ59の外表面に可撓性の冷却板201,202が接合されて
いる。このような構造の球体リボン60は、フレキシブル
電気回路基板63を内側にして管体70に巻回され、基板63
が管体70の外側周面に接合されている。
位は1つ球体(1つのヒ−タ線と1冷却領域)である。
しかし姿勢制御上は、仮想上管体70の先端側から、球体
は、1回の巻回(1ピッチ)分づつにグル−プ化(Z方
向のグル−プ区分:上から第1,2,3,・・・nグル−プ)
され、各グル−プ内の球体は、管周方向で同一位置にあ
るものに同じ個番号1,2,3,・・・m)が割り当てられ
る。
への通電およびその通電デュ−ティ制御、ならびに他の
特定グル−プの特定番号の球体に接触した冷却領域の通
電およびその通電デュ−ティ制御により実現され、曲げ
姿勢の時系列変化により曲げ運動が実現される。
り、それには、送出螺旋運動,吸引螺旋運動,絞り送出
運動、および、絞り吸引運動、ならびにそれらの組合
せ、がある。
グル−プ第m番側(下側)から、順次第1グル−プ第1
番側(上側)にシフトしかつこれを追うように数個の球
体の冷却通電を順次下側から上側に行ない、これを繰返
すことにより実現する。送出速度は、ヒ−タ線通電周期
により定まり、送出量(1周期間の送出量)はヒ−タ線
通電デュ−ティ(および必然的に冷却通電デュ−ティ)
で定まる。
ら下側に逆転することにより実現する。
旋運動させ、下半分は吸引螺旋運動させることにより、
アクチュエ−タの上下の間の中間部に比較的に多量の流
体を滞留させる太鼓腹形成が実現する。逆に、アクチュ
エ−タの上半分は吸引螺旋運動させ、下半分は送出螺旋
運動させることにより、アクチュエ−タの上下の間の中
間部の流体に負圧を加える絞り腹形成が実現する。
通電を、第nグル−プ側(下側)から、順次第1グル−
プ側(上側)にシフトしかつこれを追うように1又は数
グル−プの球体の冷却通電を順次下側から上側に行な
い、これを繰返すことにより実現する。送出速度は、ヒ
−タ線通電周期により定まり、送出量(1周期間の送出
量)はヒ−タ線通電デュ−ティ(および必然的に冷却通
電デュ−ティ)で定まる。
ら下側に逆転することにより実現する。
出運動させ、下半分は絞り吸引運動させることにより、
アクチュエ−タの上下の間の中間部に比較的に多量の流
体を滞留させる太鼓腹形成が実現する。逆に、アクチュ
エ−タの上半分は絞り吸引運動させ、下半分は絞り送出
運動させることにより、アクチュエ−タの上下の間の中
間部の流体に負圧を加える絞り腹形成が実現する。
動,絞り送出運動、および、絞り吸引運動、の組合せに
より、第3実施例のアクチュエ−タ(第10a図)は、曲
った管内に曲り形状に沿って挿入することが可能であ
り、しかも該管内への流体の注入,該管内の流体の吸
引、また、該管内のある箇所の流体を吸引して他の箇所
で吐出するなどなど、管内への物体(70の先頭に装着し
た物)の挿入(搬入ガイド),管内への流体の供給(ポ
ンピング),管内流体の排出又は摘出(ポンピング),
管内流体の異った位置への移送、あるいは、管の閉栓又
は開栓、等に使用しうる。第3実施例のアクチュエ−タ
は、柔軟性が高い細管に構成しうるので、生体補助管に
使用することができこの場合には、生体管の機能と類似
性が高い機能を発揮する。
冷却手段として通流口21を有する冷却板201等を用いて
いるが、これに代えてペルチェ効果利用の冷却素子を用
いてもよい。また、ペルチェ効果とゼ−ベック効果の両
者を実現する発熱/冷却素子を、加熱手段と冷却手段に
共用し、これを吸熱体(熱バッファ板)と容器(ベロ−
ズ又は球体)の間に介挿し、容器を加熱するときには容
器側を発熱、吸熱体側を冷却にする極性で通電し、容器
を冷却するときには容器側を吸熱、吸熱体側を発熱とす
る極性で通電するようにしてもよい。この態様にする
と、冷却速度が速くなり、アクチュエ−タ全体としての
動作速度を高くすることができる。
により、立体的に結合された複数個の容器(301,302,・
・・)の加熱手段(21,22,・・・)が個別に加熱制御さ
れ、これにより容器(301,302,・・・)のそれぞれの流
体が加熱量に応じて膨張し、容器(301,302,・・・)の
集合体すなわちアクチュエ−タ本体が、本体内加熱量分
布に対応した形状に変形する。一方、冷却手段(201,20
2,・・・)が容器内の流体を冷却するので、加熱付勢手
段(41,42,・・・)に与える制御信号でこの加熱量分布
を時系列で変更することにより、アクチュエ−タ本体が
Z軸方向に伸/縮し、および又は、X,Y軸方向に首振り
又は波動運動をする。このような運動は、制御信号で各
容器に指定する加熱量分布ならびに加熱量の時系列変化
によりもたらされるので、運動の多様性が高い。しか
も、アクチュエ−タ本体が、X,YおよびZ方向に分布し
た、内部圧に対応して伸/縮する(したがって外部圧に
対応しても伸/縮する)容器(3011,3012,・・・)で構
成されるので、変形柔軟性が高い。
利用してアクチュエ−タ構成要素のそれぞれを極小に形
成しうるので、非常に小型なアクチュエ−タを提供しう
る。
数個の容器(301,302,・・・)がリボン状にして可撓性
の円筒体(70)に巻回されているので、複数個の容器
(301,302,・・・)が円筒体(70)の外側周面にリング
状又は螺旋状に分布する。しかして、容器内の加熱手段
(21,22,・・・)が、熱操作制御手段(50)により個別
に加熱制御され、これにより容器(301,302,・・・)の
それぞれの流体が加熱量に応じて膨張し、容器(301,30
2,・・・)の集合体すなわち円筒状のアクチュエ−タ本
体が、本体内加熱量分布に対応した形状に変形する。一
方、冷却手段(201,202,・・・)が容器(301,302,・・
・)内の流体を冷却するので、加熱付勢手段(41,42,・
・・)に与える制御信号でこの加熱量分布を時系列で変
更することにより、円筒状のアクチュエ−タ本体が首振
り,波うち、あるいは蠕動し、これにより同様に可撓性
の円筒体(70)が、首振り,波うちあるいは蠕動する。
このような運動は、制御信号で各容器に指定する加熱量
分布ならびに加熱量の時系列変化によりもたらされるの
で、運動の多様性が高い。しかも、アクチュエ−タ本体
が、円筒体(70)の外側周面に円筒状に分布した、内部
圧に対応して伸/縮する(したがって外部圧に対応して
も伸/縮する)容器(311,312,・・・)で構成されるの
で、変形柔軟性が高い。
利用してアクチュエ−タ構成要素のそれぞれを極小に形
成しうるので、非常に小型な円筒形アクチュエ−タを提
供しうる。
の物体(気体,液体,粉体,小さい固形物)を一方向に
送ることができるので、このアクチュエ−タは管体によ
る物体自動搬送や生体補助管体にも使用しうる。
斜視図である。 第2図は、第1図のII−II線断面図である。 第3a図は、第1図に示すフレキシブル電気回路基板1の
一方の面を示す拡大平面図である。 第3b図は、第1図に示すフレキシブル電気回路基板1の
他方の面を示す拡大平面図である。 第4図は、第1図に示すフレキシブル電気回路基板1の
折り曲げ形状を示す斜視図である。 第5図は、第1図に示す冷却板201の一部分の拡大斜視
図である。 第6a図は、第1図に示すフレキシブル電気回路基板1に
接続されたコントロ−ラ50の構成を示すブロック図であ
る。 第6b図は、第1図に示すフレキシブル電気回路基板1
の、1単位の領域に形成された電気回路の概要を示すブ
ロック図である。 第7図は、第2図に示すベロ−ズ組体の一部の、ある変
化をした形状を示す縦断面図である。 第8a図および第8b図は、第1図に示すアクチュエ−タの
変形姿勢を示す正面図である。 第9図は、本願の第1番の発明のもう1つの実施例を示
す縦断面図である。 第10a図は、本願の第2番の発明の一実施例の外観を示
す斜視図である。 第10b図は、第10a図に示す球体リボン60の、アクチュエ
−タ構成前の外観を示す斜視図である。 1:フレキシブル電気回路基板(伝達媒体) 21,22,…:ヒ−タ線(加熱手段) 31,32,…:温度センサ 41,42,…:通電回路(加熱付勢手段) 5:電力導体、5b:スイッチング出力導体 6:機器ア−ス導体、6b:ア−ス導体 7:スイッチング回路、8:温度センサ 91,92,…:歪センサ、101,102,…:スイッチング回路 11:制御信号導体、12:センサ出力導体 13:デコ−ダ、201,202,…:冷却板(冷却手段) 21:通流口、22:負電極 23:正電極、24:ア−ス接続導体 25:高圧発生回路、3011,3012,…ベロ−ズ(容器) 3111,3112,…311,312,…:球体(容器) 40:端板、41:被駆動体結合部 43:基台
Claims (14)
- 【請求項1】温度に対応して膨張/収縮する流体を収容
した、内部圧に対応して伸/縮する、複数個の立体的に
配置され互に結合された容器; それぞれが前記複数個の容器のそれぞれの中にあって、
容器内の流体に熱を与える複数個の加熱手段; それぞれが前記複数個の容器のそれぞれの中にあって、
制御信号に対応して加熱手段を付勢する複数個の加熱付
勢手段; 前記容器内の流体を冷却するための冷却手段; 前記複数個の加熱付勢手段のそれぞれに個別に発熱量を
指示する制御信号を与える熱操作制御手段;および、 前記加熱付勢手段に電力および前記制御信号を伝達する
伝達媒体; を備える、熱操作によるアクチュエ−タ。 - 【請求項2】前記容器はベロ−ズである前記特許請求の
範囲第(1)項記載の、熱操作によるアクチュエ−タ。 - 【請求項3】前記容器は中空の弾力球体およびその外周
を被覆した弾力部材でなる、前記特許請求の範囲第
(1)項記載の、熱操作によるアクチュエ−タ。 - 【請求項4】前記加熱手段は抵抗発熱体である前記特許
請求の範囲第(1)項記載の、熱操作によるアクチュエ
−タ。 - 【請求項5】前記伝達媒体はフレキシブル電気回路基板
である前記特許請求の範囲第(1)項記載の、熱操作に
よるアクチュエ−タ。 - 【請求項6】冷却手段は、前記複数個の容器のそれぞれ
の外において複数個の容器の結合体の外に開いた複数個
の流体貫通路を有するダクトである前記特許請求の範囲
第(1)項記載の、熱操作によるアクチュエ−タ。 - 【請求項7】ダクトは、複数個の流体貫通路のそれぞれ
に少くとも1対の、流体貫通路に沿うイオン風発生用の
電極を有する、前記特許請求の範囲第(6)項記載の、
熱操作によるアクチュエ−タ。 - 【請求項8】可撓性の円筒体; 温度に対応して膨張/収縮する流体を収容した、内部圧
に対応して伸/縮する、複数個の直線的に配置され互に
結合された容器,それぞれが前記複数個の容器のそれぞ
れの中にあって、容器内の流体に熱を与える複数個の加
熱手段,それぞれが前記複数個の容器のそれぞれの中に
あって、制御信号に対応して加熱手段を付勢する複数個
の加熱付勢手段,前記容器内の流体を冷却するための冷
却手段、および、前記加熱付勢手段に電力および前記制
御信号を伝達する伝達媒体、を有し、前記可撓性の円筒
体に巻回されたリボン;および、 前記複数個の加熱付勢手段のそれぞれに個別に発熱量を
指示する制御信号を前記伝達媒体を介して与える熱操作
制御手段; を備える、熱操作によるアクチュエ−タ。 - 【請求項9】前記容器はベロ−ズである前記特許請求の
範囲第(8)項記載の、熱操作によるアクチュエ−タ。 - 【請求項10】前記容器は中空の弾力球体およびその外
周を被覆した弾力部材でなる、前記特許請求の範囲第
(8)項記載の、熱操作によるアクチュエ−タ。 - 【請求項11】前記加熱手段は抵抗発熱体である前記特
許請求の範囲第(8)項記載の、熱操作によるアクチュ
エ−タ。 - 【請求項12】前記伝達媒体はフレキシブル電気回路基
板である前記特許請求の範囲第(8)項記載の、熱操作
によるアクチュエ−タ。 - 【請求項13】冷却手段は、前記複数個の容器のそれぞ
れの外において複数個の容器の結合体の外に開いた複数
個の流体貫通路を有するダクトである前記特許請求の範
囲第(8)項記載の、熱操作によるアクチュエ−タ。 - 【請求項14】ダクトは、複数個の流体貫通路のそれぞ
れに少くとも1対の、流体貫通路に沿うイオン風発生用
の電極を有する、前記特許請求の範囲第(13)項記載
の、熱操作によるアクチュエ−タ。
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