JP4607345B2

JP4607345B2 - アクチュエータ

Info

Publication number: JP4607345B2
Application number: JP2001024589A
Authority: JP
Inventors: 周治郎堂田; 徹也赤木; 道和宮本
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2001-01-31
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2021-01-31
Also published as: JP2002227805A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、供給される圧力流体の作用下に内部移動体を可撓性チューブ部材の孔部に沿って変位させることが可能なアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ワークを搬送または位置決めするために、流体圧シリンダ、ロッドレスシリンダ等のアクチュエータが用いられている。
【０００３】
本出願人は、このアクチュエータとして、非磁性材料製のチューブの連設により三次元空間において任意の曲線を描く軌道を構成し、前記チューブの内部に複数の駆動磁石を備えた内部移動子を軸方向に摺動可能に嵌挿するとともに、該チューブの外部に前記駆動磁石に吸引されて一体的に軸方向に移動せしめられる複数の従動磁石を備えた負荷駆動用外部移動子を軸方向に摺動可能に設け、内部の複数の駆動磁石および外部の複数の従動磁石を可撓性を有する継手手段によって軸方向にそれぞれ連設したロッドレスシリンダを提案している（実開昭６０−１１０１６９号公報参照）。
【０００４】
このロッドレスシリンダでは、任意の曲線状に変形自在なチューブに沿って内部移動子および負荷駆動用外部移動子が変位自在に設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記の提案に関連してなされたものであり、可撓性チューブ部材の貫通孔に沿って変位する内部移動体の構造を簡素化して部品点数を削減することにより小型・軽量化を図り、しかも、製造コストを低減することが可能なアクチュエータを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、内部に貫通孔を有し可撓性材料によって折曲自在に形成された可撓性チューブ部材と、
前記可撓性チューブ部材の端部に連結され、前記貫通孔内に圧力流体を供給する圧力流体出入ポートが形成されたカバー部材と、
前記圧力流体出入ポートから供給される圧力流体の作用下に、前記可撓性チューブ部材の貫通孔に沿って変位する内部移動体と、
を備え、前記内部移動体は、前記圧力流体出入ポートから供給される圧力流体の作用下に圧縮されて半径外方向に向かって弾性変形することにより、前記可撓性チューブ部材の内壁面との間でシール機能を保持しながら該可撓性チューブ部材の貫通孔に沿って摺動変位する弾性体と、前記弾性体の変位を前記可撓性チューブ部材の外部に設けられた他の部材に伝達する変位伝達手段とを有することを特徴とする。
【０００７】
この場合、前記弾性体は、貫通孔の内径に対応する直径からなり、ゴムを含む弾性材料によって形成され単数または複数個並設された球状弾性体によって形成されるとよい。
【０００８】
また、前記内部移動体には、変位伝達手段として金属製材料または樹脂製材料によって形成されたワイヤ部材を設け、前記ワイヤ部材に係止されて弾性体の変位を規制する一組の締結部材を配設するとよい。
【０００９】
さらに、前記内部移動体には、弾性体の外表面を囲繞するとともに可撓性チューブ部材の内周面に摺接するパッキンが設けられるとよい。
【００１０】
さらにまた、前記内部移動体には、単数組または複数組の軸受部材からなり、前記軸受部材の間に弾性体および／またはパッキンが介装され、あるいは前記軸受部材の間に断面略Ｘ字状のパッキンが介装されたガイド手段を設けるとよい。
【００１１】
またさらに、前記可撓性チューブ部材を、所望の部位で切断自在な樹脂製チューブによって形成するとよい。
【００１２】
本発明によれば、圧力流体出入ポートから供給される圧力流体の作用下に、弾性体が圧縮されて半径外方向に向かって弾性変形することにより、前記可撓性チューブ部材の内壁面との間でシール機能を保持しながら該可撓性チューブ部材の貫通孔に沿って前記弾性体を含む内部移動体が摺動変位する。
【００１３】
前記可撓性チューブ部材の貫通孔に沿った弾性体の変位は、変位伝達手段を介して該可撓性チューブ部材の外部に設けられた他の部材に伝達される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係るアクチュエータについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１５】
図１において参照数字１０は、本発明の第１の実施の形態に係るアクチュエータを示す。
【００１６】
このアクチュエータ１０は、例えば、ポリウレタンチューブ等の樹脂製材料によって折曲自在に形成され軸線方向に沿って所望の長さに切断された可撓性チューブ部材１２と、前記可撓性チューブ部材１２の内部に形成された貫通孔１４に沿って変位自在に設けられた内部移動体１６と、前記可撓性チューブ部材１２の両端部にそれぞれ連結され、該可撓性チューブ部材１２の内部に形成された貫通孔１４を気密または液密に閉塞する一組のカバー部材１８とから基本的に構成される。
【００１７】
なお、可撓性チューブ部材１２の一端部および他端部に連結される一組のカバー部材１８は、それぞれ同一構成からなるため、その一方を説明して他方を省略する。
【００１８】
前記内部移動体１６は、図２に示されるように、貫通孔１４の内径に対応する直径からなり、例えば、ゴム等の弾性材料によって形成された３個の球状弾性体（弾性体）２０と、前記３個の球状弾性体２０の略中心を貫通し且つ可撓性チューブ部材１２の貫通孔１４に沿って挿通されたワイヤ部材２２と、複数の球状弾性体２０の両端部に近接するワイヤ部材２２の所定部位をそれぞれ係止することにより前記複数の球状弾性体２０の変位を規制する一組の締結部材２４と、前記締結部材２４に近接して前記ワイヤ部材２２に装着された一組のスリーブ２６とを備える。なお、内部移動体１６を構成する弾性体としては、球体に限定されるものではなく、円柱体、角柱体、円筒体、角筒体等の種々の形状を含む。
【００１９】
この場合、ワイヤ部材２２に装着された複数の球状弾性体２０、一組の締結部材２４およびスリーブ２６は、それぞれワイヤ部材２２と一体的に変位するように設けられている。
【００２０】
カバー部材１８は、図１に示されるように、可撓性チューブ部材１２の端部に連結されて該可撓性チューブ部材１２の端部を係止する継手２８と、前記継手２８に連結され、可撓性チューブ部材１２の貫通孔１４内に対して圧力流体を供給しまたは貫通孔１４内の圧力流体を排出する圧力流体出入ポート３０が形成されたカバーハウジング３２と、保持部材３４を介して前記カバーハウジング３２の孔部内に装着され、ワイヤ部材２２を囲繞することにより貫通孔１４内の気密性を保持するシールリング３６とを有する。
【００２１】
なお、ワイヤ部材２２は、例えば、金属製材料または樹脂製材料等によって形成され、内部移動体１６の変位を可撓性チューブ部材１２の外部に設けられた図示しない部材に伝達する変位伝達手段として機能するものである。
【００２２】
本発明の第１の実施の形態に係るアクチュエータ１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【００２３】
図示しない圧力流体供給源を付勢し、一方のカバー部材１８の圧力流体出入ポート３０から圧力流体（例えば、圧縮空気）を可撓性チューブ部材１２の貫通孔１４内に供給する。前記可撓性チューブ部材１２の貫通孔１４内に供給された圧力流体の作用下に、該可撓性チューブ部材１２の貫通孔１４の内壁面を半径外方向に向かって押圧する力が働くとともに、ゴム等の弾性材料によって形成された複数の球状弾性体２０をワイヤ部材２２の軸線方向に沿って押圧する力（Ｆ１）が働く（図３参照）。
【００２４】
前記押圧力（Ｆ１）が付与された複数の球状弾性体２０は一方の締結部材２４によって係止され、各球状弾性体２０は圧縮されて半径外方向に向かって弾性変形し、前記弾性変形した複数の球状弾性体２０によって可撓性チューブ部材１２が半径外方向に向かって膨張することにより、該可撓性チューブ部材１２が拡径する（図３参照）。この結果、弾性変形した複数の球状弾性体２０と膨張した可撓性チューブ部材１２とが接触してシール機能が営まれる。
【００２５】
すなわち、一方の圧力流体出入ポート３０から供給された圧力流体によって各球状弾性体２０が圧縮されて断面略長円状に弾性変形することにより、可撓性チューブ部材１２の内周面との間にシール作用がなされ、可撓性チューブ部材１２の貫通孔１４は、シール部材として機能する複数の球状弾性体２０を間にして一方の室１４ａと他方の室１４ｂとに分離される。
【００２６】
このように弾性変形する複数の球状弾性体２０によってシール機能が営まれる状態において、一方の圧力流体出入ポート３０から供給された圧力流体の作用下に弾性変形した複数の球状弾性体２０を可撓性チューブ部材１２の貫通孔１４に沿って押圧することにより、ワイヤ部材２２に装着された複数の球状弾性体２０、一組の締結部材２４およびスリーブ２６が、それぞれワイヤ部材２２と一体的に変位する。
【００２７】
換言すると、弾性変形した複数の球状弾性体２０が可撓性チューブ部材１２の内壁面に摺接してシール機能を営みながら、内部移動体１６を構成する複数の球状弾性体２０、一組の締結部材２４およびスリーブ２６がワイヤ部材２２と一体的に可撓性チューブ部材１２の貫通孔１４に沿って変位する。従って、可撓性チューブ部材１２が折曲して曲線状に撓んだ場合であっても、図５に示されるように、内部移動体１６が可撓性チューブ部材１２の貫通孔１４に沿って内部移動体１６を円滑に変位させることができる。
【００２８】
なお、他方の圧力流体出入ポート３０から圧力流体を供給することにより、図４に示されるように、内部移動体１６を前記とは反対方向に沿って変位させることができる。
【００２９】
また、内部移動体１６として並設された３個の球状弾性体２０を用いて説明しているがこれに限定されるものではなく、図６乃至図９に示されるように、単数あるいは２個の球状弾性体２０を用いてもよい。さらに、一組のカバー部材１８にそれぞれ挿通される一方または他方のワイヤ部材２２を省略して使用してもよい。
【００３０】
本実施の形態では、単数または複数の球状弾性体２０の弾性変形によってシール作用を保持した状態において、ワイヤ部材２２を含む内部移動体１６を曲線状に変形自在な可撓性チューブ部材１２の貫通孔１４に沿って変位させることにより、部品点数を削減して内部移動体１６を簡素な構造とし、製造コストを低減させることができるとともに、構成部品の交換、メンテナンス等を簡便に遂行することができる。例えば、カバー部材１８の継手２８を操作して可撓性チューブ部材１２から継手２８を離脱させることにより、球状弾性体２０等を簡便に交換することができる。
【００３１】
また、本実施の形態では、可撓性チューブ部材１２を所望の長さに切断することにより、内部移動体１６の変位量（ストローク量）を自在に設定することができるとともに、可撓性チューブ部材１２の貫通孔１４の直径（ボア）を任意に設定することができる。従って、ユーザは、内部移動体１６の変位量を自在に調整することができるとともに、カバー部材１８に形成された圧力流体出入ポート３０を任意の位置に設定し、または圧力流体出入ポート３０の位置を任意に変更することができる。
【００３２】
さらに、本実施の形態では、可撓性チューブ部材１２が外力等によって任意の曲線形状（螺旋状、渦巻き状等）に変形した場合であっても、内部移動体１６を変形した可撓性チューブ部材１２の貫通孔１４に沿って円滑に変位させることができる。例えば、図１０および図１１に示されるように、可撓性チューブ部材１２を、渦巻き状に変形させ、あるいは、略Ｌ字状に屈曲して形成された部材（図示せず）等に沿って巻き付けて使用することも可能である。従って、設置環境等に応じて可撓性チューブ部材１２を自在に変形させることができ、設置スペースの有効利用を図るとともに、小型・軽量化を達成することができる。
【００３３】
さらにまた、本実施の形態では、可撓性チューブ部材１２を長尺にしてロングストロークタイプに設定した場合であっても、図１０および図１１に示されるように、前記可撓性チューブ部材１２を、例えば、螺旋状に巻回して収納することにより、収納スペースの効率化を図ることができる。
【００３４】
またさらに、本実施の形態に係るアクチュエータ１０を複数並設し、カバー部材１８から外部に露呈する複数のワイヤ部材２２の一端部をそれぞれ可撓性プレート３８によって連結するとともに、可撓性チューブ部材１２の任意の部位をフレキシブルな連結手段４０によって保持して使用することもできる。
【００３５】
このように本実施の形態に係るアクチュエータ１０は、介護・福祉機器用アクチュエータ、パワーアシスト用アクチュエータ、医療用アクチュエータ、ロボットアーム用アクチュエータ、玩具用アクチュエータ等の種々の用途に適用可能に設けられている。
【００３６】
次に、本発明の第２の実施の形態に係るアクチュエータ５０を図１４に示す。
なお、以下の実施の形態において、第１の実施の形態に係るアクチュエータ１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３７】
この第２の実施の形態に係るアクチュエータ５０では、内部移動体５２として、球状弾性体２０の外部表面を囲繞し且つ前記球状弾性体２０と別体あるいは一体的に形成され、可撓性チューブ部材１２の内周面に摺接するパッキン５４と、受圧面として機能する一側面５６と球状弾性体２０を保持する凹部５８とを有し前記球状弾性体２０を間にしてその両側に該球状弾性体２０を挟持するように設けられた一組の軸受部材６０とを備える点で第１の実施の形態と相違している。なお、前記一組の軸受部材６０は、可撓性チューブ部材１２の内周面に沿って内部移動体５２を案内するガイド手段として機能するものである。
【００３８】
前記一組の軸受部材６０、球状弾性体２０およびパッキン５４は、所定距離離間する一組の締結部材２４の間でワイヤ部材２２の軸線に沿ってスライド可能な構造に設けられている。
【００３９】
この場合、圧力流体出入ポート３０から導入された圧力流体の作用下に軸受部材の一側面５６をワイヤ部材２２の軸線方向に沿って押圧する力（Ｆ１）が作用し、球状弾性体２０が半径外方向に弾性変形してパッキン５４を押圧し、可撓性チューブ部材１２の内壁面とパッキン５４とによって確実にシール機能が達成される（図１５参照）。
【００４０】
なお、球状弾性体２０およびパッキン５４は、単数に限定されるものではなく、図１６および図１７に示されるように、複数個配設してもよい。また、図１８および図１９に示されるように、球状弾性体２０に代替して断面略Ｘ形状に形成されたパッキン６２のみを一組の軸受部材６０の間に介装してもよい。
【００４１】
さらに、図２０に示されるように、球状弾性体２０を挟持する断面曲面状の凹部６４と可撓性チューブ部材１２の内周面に摺接する断面Ｌ字状の屈曲部６６を有する一組の軸受部材６８と、前記球状弾性体２０の外周面を囲繞することがなく該球状弾性体２０と分離して形成され、締結部材２４と軸受部材６８との間に配設されてリップ部６９が可撓性チューブ部材１２の内周面に摺接するように設けられた一組のパッキン７０とによって内部移動体７２を構成してもよい。
【００４２】
この場合、断面Ｌ字状の屈曲部６６を有する一組の軸受部材６８は、パッキン７０と一体的に且つ球状弾性体２０を間に挟んで相互に対向するように配置されている。従って、前記一組の軸受部材６８は、可撓性チューブ部材１２が曲線状に撓んだ状態になってもシール機能を営むリップ部６９と連動し、パッキン７０を変形させることがなく揺動する軸受面によって発生する安定した緊迫力によってパッキン７０等の部材を好適に案内することができる。この結果、パッキン７０の耐久性をより一層向上させ、しかも、安定したシール性能を達成することができる。
【００４３】
その他の構成乃至作用効果は、第１の実施の形態と同一であるため、その詳細な説明を省略する。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００４５】
すなわち、圧力流体出入ポートから供給される圧力流体の作用下に圧縮されて半径外方向に向かって弾性変形することにより、可撓性チューブ部材の内壁面との間でシール機能を保持しながら該可撓性チューブ部材の貫通孔に沿って摺動変位する弾性体を内部移動体に設けることにより、内部移動体の構造を簡素化し部品点数を削減して小型・軽量化を図り、しかも、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るアクチュエータの一部省略縦断面図である。
【図２】図１の一部省略拡大縦断面図である。
【図３】図１に示すアクチュエータの動作説明図である。
【図４】図１に示すアクチュエータの動作説明図である。
【図５】図１に示すアクチュエータを湾曲させた状態の一部省略縦断面図である。
【図６】図１のアクチュエータの第１変形例を示す一部省略縦断面図である。
【図７】図６に示すアクチュエータを湾曲させた状態の一部省略縦断面図である。
【図８】図１のアクチュエータの第２変形例を示す一部省略縦断面図である。
【図９】図８に示すアクチュエータを湾曲させた状態の一部省略縦断面図である。
【図１０】図１に示すアクチュエータの動作説明に供される側面図である。
【図１１】図１０に示すアクチュエータの平面図である。
【図１２】図１のアクチュエータの第３変形例を示す平面図である。
【図１３】図１２の矢印Ａ方向から見た矢視図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係るアクチュエータの一部省略縦断面図である。
【図１５】図１４に示すアクチュエータの動作説明図である。
【図１６】図１４のアクチュエータの第１変形例を示す一部省略縦断面図である。
【図１７】図１６に示すアクチュエータの動作説明図である。
【図１８】図１４のアクチュエータの第２変形例を示す一部省略縦断面図である。
【図１９】図１８に示すアクチュエータの動作説明図である。
【図２０】図１４のアクチュエータの第３変形例を示す一部省略縦断面図である。
【符号の説明】
１０、５０、５０ａ〜５０ｃ…アクチュエータ
１２…可撓性チューブ部材１４…貫通孔
１４ａ、１４ｂ…室１６、５２、７２…内部移動体
１８…カバー部材２０…球状弾性体
２２…ワイヤ部材２４…締結部材
２６…スリーブ２８…継手
３０…圧力流体出入ポート３２…カバーハウジング
３６…シールリング３８…可撓性プレート
４０…連結手段
５４、５４ａ、５４ｂ、６２、７０…パッキン
６０、６８…軸受部材

Claims

内部に貫通孔を有し可撓性材料によって折曲自在に形成された可撓性チューブ部材と、
前記可撓性チューブ部材の端部に連結され、前記貫通孔内に圧力流体を供給する圧力流体出入ポートが形成されたカバー部材と、
前記圧力流体出入ポートから供給される圧力流体の作用下に、前記可撓性チューブ部材の貫通孔に沿って変位する内部移動体と、
を備え、
前記内部移動体は、前記圧力流体出入ポートから供給される圧力流体の作用下に圧縮されて半径外方向に向かって弾性変形することにより、前記可撓性チューブ部材の内壁面との間でシール機能を保持しながら該可撓性チューブ部材の貫通孔に沿って摺動変位する弾性体と、前記弾性体を貫通するとともに前記貫通孔に沿って前記貫通孔内に挿通され且つ前記弾性体の変位を前記可撓性チューブ部材の外部に設けられた他の部材に伝達する変位伝達手段とを有し、
前記弾性体は、前記変位伝達手段に対して前記変位伝達手段の延在方向に変位可能であり、
前記内部移動体は、前記変位伝達手段に対する前記弾性体の変位を所定範囲内に規制する一組の締結部材をさらに有することを特徴とするアクチュエータ。
請求項１記載のアクチュエータにおいて、
前記弾性体は、貫通孔の内径に対応する直径からなり、単数または複数個並設された球状弾性体からなることを特徴とするアクチュエータ。
請求項１又は２記載のアクチュエータにおいて、
前記変位伝達手段は、金属製材料または樹脂製材料によって形成されたワイヤ部材からなることを特徴とするアクチュエータ。
請求項１記載のアクチュエータにおいて、
前記弾性体は、前記ワイヤが貫通する内側弾性体と、前記内側弾性体の外表面を囲繞するとともに可撓性チューブ部材の内周面に摺接するパッキンとにより構成されることを特徴とするアクチュエータ。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアクチュエータにおいて、
前記内部移動体は、前記弾性体を前記変位伝達手段の延在方向の両側から挟む単数組または複数組の軸受部材をさらに有し、
前記軸受部材は、前記変位伝達手段に対して前記変位伝達手段の延在方向に変位可能に設けられていることを特徴とするアクチュエータ。
請求項記１載のアクチュエータにおいて、
前記内部移動体は、前記弾性体を前記変位伝達手段の延在方向の両側から挟む単数組または複数組の軸受部材をさらに有し、
前記軸受部材は、前記変位伝達手段に対して前記変位伝達手段の延在方向に変位可能に設けられ、
前記弾性体は、断面略Ｘ字状のパッキンであることを特徴とするアクチュエータ。
請求項１記載のアクチュエータにおいて、
前記可撓性チューブ部材は樹脂製チューブからなり、前記樹脂製チューブは所望の部位で切断自在に設けられることを特徴とするアクチュエータ。