JP4620263B2

JP4620263B2 - アクチュエータ

Info

Publication number: JP4620263B2
Application number: JP2001024578A
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: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2021-01-31
Also published as: JP2002227806A

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移動体を可撓性チューブ部材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に沿って変位する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、
前記可撓性チューブ部材の内壁面に摺接するシール部材を含み、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、
前記可撓性チューブ部材の外周面を囲繞するように設けられ、該可撓性チューブ部材を半径外方向に向かって押圧することにより、前記シール部材との間でシール機能を営む外部拘束体と、
を備え、前記外部拘束体とシール部材との間でシール機能を保持しながら、可撓性チューブ部材の貫通孔内に供給された圧力流体の作用下に、内部移動体と外部拘束体とを一体的に変位させることを特徴とする。
【０００７】
この場合、前記内部移動体の変位を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を設け、また、前記外部拘束体に係合し、該外部拘束体と一体的に変位するスライダを設けるとよい。なお、前記シール部材を、軸受部材に装着されたパッキンによって構成するとよい。
【０００８】
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。
【０００９】
本発明によれば、外部拘束体とシール部材との間でシール機能を保持しながら、可撓性チューブ部材の貫通孔内に供給された圧力流体の作用下に、内部移動体と外部拘束体とを一体的に変位させることができる。
【００１０】
【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。
【００１１】
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。
【００１２】
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の一端部に連結され、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カバー部材１８と、前記内部移動体１６に対応する可撓性チューブ部材１２の外周面を囲繞するリング体からなり、該可撓性チューブ部材１２を半径内方向に向かって拘束する外部拘束体２０とから基本的に構成される。
【００１３】
なお、図１では、可撓性チューブ部材１２の一端部にカバー部材１８を連結しているが、前記可撓性チューブ部材１２の両端部にそれぞれ同一構成からなるカバー部材１８を連結してもよい。
【００１４】
前記内部移動体１６は、図１に示されるように、貫通孔１４の内径よりも小なる直径からなり、例えば、ゴム等の弾性材料によって形成された球状弾性体（弾性体）２２と、受圧面として機能する一側面２４と球状弾性体２２を保持する凹部２６とを有し前記球状弾性体２２を間にしてその両側に該球状弾性体２２を挟持するように設けられた一組の軸受部材２８とを含む。
【００１５】
さらに、前記内部移動体１６は、前記一組の軸受部材２８の環状溝にそれぞれ装着され、可撓性チューブ部材１２の内周面に摺接する一組のパッキン（シール部材）３０と、前記球状弾性体２２および一組の軸受部材２８の略中心を貫通し、該球状弾性体２２および一組の軸受部材２８を一体的に保持する可撓性を有するワイヤ部材３２と、前記ワイヤ部材３２の両端部に連結された一組の締結部材３４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。また、前記パッキン３０には周回する環状溝３６が形成されている。
【００１６】
この場合、ワイヤ部材３２に装着された球状弾性体２２、一組の軸受部材２８および締結部材３４は、それぞれワイヤ部材３２と一体的に変位するように設けられ、さらに、可撓性チューブ部材１２の外周面を拘束する外部拘束体２０は、内部移動体１６と一体的に変位するように設けられている。
【００１７】
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３８と、前記継手３８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４０が形成されたカバーハウジング４２と、保持部材４４を介して前記カバーハウジング４２の孔部内に装着され、ワイヤ部材３２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４６とを有する。
【００１８】
なお、ワイヤ部材３２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。
【００１９】
外部拘束体２０は、縦断面が略楕円形状に形成されたリング体からなり、可撓性チューブ部材１２の外径よりもその内径が若干小さくなるように設定されている。前記外部拘束体２０の外表面は面取りされた曲面によって形成され、その内周面は可撓性チューブ部材１２側に向かって突出する湾曲面４８に形成されている。
【００２０】
なお、変形例に係る外部拘束体２０ａとして、図３および図４に示されるように、ゴム等の環状弾性部材５０がその間に介装され、可撓性チューブ部材１２側に向かって突出する湾曲面４８ａが形成された一組の環状部材５２ａ、５２ｂによって構成してもよい。
【００２１】
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。
【００２２】
図示しない圧力流体供給源を付勢し、カバー部材１８の圧力流体出入ポート４０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、一方の軸受部材２８の一側面２４をワイヤ部材３２の軸線方向に沿って押圧する力（Ｆ１）が働くとともに、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（Ｆ２）が働く（図２参照）。
【００２３】
その際、球状弾性体２２は一組の軸受部材２８の凹部２６内で圧縮されて半径外方向に向かって僅かに弾性変形し、軸受部材２８の環状溝に装着されたパッキン３０が半径外方向に押圧されて可撓性チューブ部材１２の内周面に摺接する。一方、前記内部移動体１６に対応する可撓性チューブ部材１２の外周面に装着されたリング状の外部拘束体２０は、可撓性チューブ部材１２を縮径する方向、すなわち、パッキン３０側に向かって押圧する。
【００２４】
この結果、球状弾性体２２の弾性変形によって半径外方向に押圧されて可撓性チューブ部材１２の内周面に接触するパッキン３０と、可撓性チューブ部材１２の外周面を囲繞して半径内方向に向かって押圧する外部拘束体２０との共働作用下にシール機能が営まれ、可撓性チューブ部材１２の貫通孔１４は、一組のパッキン３０を間にして一方の室１４ａと他方の室１４ｂとに分離される（図２参照）。
【００２５】
このように外部拘束体２０とパッキン３０との共働作用によってシール機能が営まれる状態において、一方の室１４ａから供給された圧力流体の作用下に内部移動体１６を可撓性チューブ部材１２の貫通孔１４に沿って押圧するとともに、可撓性チューブ部材１２の外周面に装着された外部拘束体２０が前記内部移動体１６と一体的に変位する。
【００２６】
従って、図５に示されるように、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、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とともに、可撓性チューブ部材１２の外周面を拘束する外部拘束体２０を可撓性チューブ部材１２の外周面に沿って内部移動体１６と一体的に変位させることができる。
【００２７】
本実施の形態では、内部移動体１６に設けられ可撓性チューブ部材１２の内周面に摺接するパッキン３０と可撓性チューブ部材１２の外周面に装着され該可撓性チューブ部材１２を半径内方向に押圧する外部拘束体２０とによってシール作用を保持した状態において、貫通孔１４内に供給される圧力流体の作用下にワイヤ部材３２を含む内部移動体１６および外部拘束体２０を曲線状に変形自在な可撓性チューブ部材１２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および外部移動体２０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３８を操作して可撓性チューブ部材１２から継手３８を離脱させることにより、球状弾性体２２等を簡便に交換することができる。
【００２８】
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４０を任意の位置に設定し、または圧力流体出入ポート４０の位置を任意に変更することができる。
【００２９】
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および外部拘束体２０を変形した可撓性チューブ部材１２に沿って円滑に一体的に変位させることができる。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。
【００３０】
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、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。
【００３１】
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。
【００３２】
次に、本発明の第２の実施の形態に係るアクチュエータ６０を図６乃至図８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。
【００３３】
この第２の実施の形態に係るアクチュエータ６０では、図６および図７に示されるように、内部移動体１６を構成するワイヤ部材３２を除去してロッドレスシリンダと類似する構造にするとともに、外部拘束体２０に係合し該外部拘束体２０と一体的に可撓性チューブ部材１２の外周面に沿って変位する円筒状のスライダ６２を備える点で第１の実施の形態と相違している。
【００３４】
また、図８に示されるように、前記アクチュエータ６０の一端部には略円柱状のカバー部材６４が装着され、前記カバー部材６４には、例えば、赤外線センサからなり、要救護者を探索するためのカメラ６６と、前記カバー部材６４を固定するための複数の爪部６８と、カバー部材６４に連結されて可撓性チューブ部材１２内の一方の室１４ａに圧力流体を供給する管体７０と、前記カバー部材６４の進行方向を制御するための図示しない機構が設けられている。
【００３５】
この場合、図７に示されるように、パッキン３０および外部拘束体２０によってシール機能が保持された状態において、可撓性チューブ部材１２内の一方の室１４ａ（または他方の室１４ｂ）に供給された圧力流体の作用下に、内部移動体１６、外部拘束体２０およびスライダ６２を一体的に他方の室１４ｂ側（または一方の室１４ａ側）に向かって変位させることができる。
【００３６】
例えば、このアクチュエータ６０は、地震や災害時のレスキュー機器として使用することができ、瓦礫等の中の生存者の探索や要救護者に救援物資（飲食物、医療品等）を搬送する装置として用いられる。
【００３７】
図９に示されるように、スライダ６２を固定した状態において、管体７０を通じて可撓性チューブ部材１２内の一方の室１４ａに圧力流体（例えば、エアー）を供給することにより、固定されたスライダ６２からカバー部材６４を離間させ、前記カバー部材６４および該カバー部材６４に連結された可撓性チューブ部材１２を被災現場の穴に沿って一体的に変位させることができる。換言すると、外部拘束体２０に係合するスライダ６２が固定されているため、該スライダ６２と相対的に可撓性チューブ部材１２およびカバー部材６４が一体的に変位する。
【００３８】
救援者は、カバー部材６４の端面に装着されたカメラ６６から送られた映像を視認しながら前記カバー部材６４の進行方向を操作し、瓦礫内に残存する要救護者の探索を行うことができる。
【００３９】
図１０に示されるように、救援者が要救護者を発見した後、爪部６８を操作して該爪部６８を岩等に突き刺してカバー部材６４を固定し、さらに、スライダ６２の固定状態を解除して図示しない連結手段を介して該スライダ６２に救援物資７２を連結するとともに、可撓性チューブ部材１２内の他方の室１４ｂに圧力流体を供給する。なお、この場合、可撓性チューブ部材１２内の一方の室１４ａは大気開放状態にあるものとする。
【００４０】
可撓性チューブ部材１２の他方の室１４ｂに供給された圧力流体の作用下に、内部移動体１６、外部拘束体２０および救援物資７２が連結されたスライダ６２を一体的に要救護者側に向かって変位させ、スライダ６２に連結された救援物資７２を要救護者に対して円滑に搬送することができる（図１１参照）。
【００４１】
このように、第２の実施の形態では、災害現場に形成された空洞や穴等の不確定・不明瞭な経路に沿って救援物資７２等を円滑且つ迅速に搬送することができる。なお、図１２に示されるように、本実施の形態に係るアクチュエータ６０を複数併設し、複数のスライダ６２に連結されたフレキシブルな連結板７４によって救援物資７２等の搬送物７６を保持するように設けてもよい。この場合、比較的重量物からなる搬送物７６を円滑に搬送することができるという利点がある。
【００４２】
また、第２の実施の形態では、救援者がその災害の状況に対応してストローク量を任意に調整することができる。
【００４３】
さらに、第２の実施の形態では、スライダ６２を固定しカバー部材６４および可撓性チューブ部材１２を変位させて要救護者を捜索する探索作業と、前記スライダ６２の固定状態を解除し該スライダ６２を前記可撓性チューブ部材１２に沿って変位させる救援物資７２の搬送作業とを一つのアクチュエータ６０によって遂行することができる。
【００４４】
なお、可撓性チューブ部材１２のみを交換することにより、効率的に再利用を行うことができるという利点がある。その他の作用効果は、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。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００４６】
すなわち、内部移動体に設けられ可撓性チューブ部材の内壁面に摺接するシール部材と可撓性チューブ部材の外周面に装着され該可撓性チューブ部材を半径内方向に押圧する外部拘束体とによってシール作用を保持した状態において、貫通孔内に供給される圧力流体の作用下に、内部移動体および外部拘束体を曲線状に変形自在な可撓性チューブ部材に沿って変位させることにより、内部移動体および外部拘束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のアクチュエータの作動状態を示す一部省略拡大縦断面図である。
【図３】図１のアクチュエータを構成する外部拘束体の変形例を示す一部省略縦断面図である。
【図４】図３のアクチュエータの作動状態を示す一部省略拡大縦断面図である。
【図５】図１に示すアクチュエータにおいて、湾曲する可撓性チューブ部材に沿って内部移動体および外部拘束体が一体的に変位する状態を示す一部省略縦断面図である。
【図６】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７】図６のアクチュエータの作動状態を示す一部省略拡大縦断面図である。
【図８】図６のアクチュエータの一部省略斜視図である。
【図９】図６に示すアクチュエータの使用状態を示す一部省略斜視図である。
【図１０】図６に示すアクチュエータの動作説明に供される説明図である。
【図１１】図６に示すアクチュエータの動作説明に供される説明図である。
【図１２】図６のアクチュエータの変形例を示す側面図である。
【符号の説明】
１０、１０ａ、６０…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、１６ａ…内部移動体
１８…カバー部材２０、２０ａ…外部拘束体
２２…球状弾性体２８…軸受部材
３０…パッキン３２…ワイヤ部材
３４…締結部材４０…圧力流体出入ポート
６２…スライダ７２…救援物資

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、
前記貫通孔の内径よりも小なる直径からなる球状弾性体と、前記球状弾性体を保持する凹部を有し、前記球状弾性体を間にしてその両側を挟持するように設けられた一組の軸受部材と、前記軸受部材に設けられ前記可撓性チューブ部材の内壁面に摺接する一組のシール部材とを含み、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、
前記可撓性チューブ部材の外周面を囲繞するように設けられ、該可撓性チューブ部材を半径内方向に向かって押圧することにより、前記一組のシール部材との間において前記可撓性チューブ部材を縮径させる外部拘束体と、
を備え、前記可撓性チューブ部材の貫通孔に圧力流体が供給された際、前記可撓性チューブ部材を間として前記可撓性チューブ部材を縮径させた前記外部拘束体が前記シール部材との間で縮径状態を保持しながら、前記内部移動体と共に変位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、
前記内部移動体の変位を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が設けられることを特徴とするアクチュエータ。
請求項１または２記載のアクチュエータにおいて、
前記シール部材は、軸受部材に装着されたパッキンからなることを特徴とするアクチュエータ。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアクチュエータにおいて、
前記外部拘束体に係合し、該外部拘束体と一体的に変位するスライダが設けられ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。