JP5246717B2 - 流体注入型アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、例えば、人工筋肉等に用いられるアクチュエータに関するもので、特に、弾性体から成る筒状体内に流体を注入して膨張させ、筒状体の長さを伸縮させる形態の流体注入型アクチュエータに関する。

近年、人工筋肉として、中空状の弾性体内に空気を注入して膨張させ、上記弾性体をその長手方向に収縮させる形態のものが知られている。図９（ａ）は、従来から研究されているマッキベン（ＭｃＫｉｂｂｅｎ）型人工筋肉５０の構成を示す図で、この人工筋肉５０は、円筒状のゴムチューブ５１の外側をスリーブ状に編みこんだ繊維コード５２で覆った構造となっている。上記ゴムチューブ５１と繊維コード５２とは、その両端でターミナル５３及び締付バンド５４により強く固定されている。そして、上記ゴムチューブ５１内に、上記ターミナル５３に設けられた空気注入用パイプ５５から空気を注入して膨張させると、図９（ｂ）に示すように、上記繊維コード５２の繊維５２ａ，５２ａのなす角度θが変化し、上記人工筋肉５０は長手方向に収縮する。したがって、上記人工筋肉５０は上記ターミナル５３，５３間の距離が変化するアクチュエータとして動作する。
しかし、マッキベン（ＭｃＫｉｂｂｅｎ）型人工筋肉５０はゴムチューブ５１に繊維コード５２を覆わせているだけなので、伸縮時にはゴムチューブ５１と繊維コード５２との間に摩擦が生じ、そのため、ゴムが破けるなどの問題があった。
そこで、図１０（ａ），（ｂ）に示すような、繊維をゴムチューブ内に内挿した形態のゴム人工筋６０が提案されている。このゴム人工筋６０のゴムチューブ６１は、ゴムフィルム６２に、上記ゴムチューブ６１の長手方向に延長し当該ゴムチューブ６１の長手方向の延びを拘束する複数本のタコ糸（綿糸）６３を内挿したもので、これにより、上記タコ糸６３は周りのゴムフィルム６２と一体化される。したがって、ゴムチューブ６１の伸縮時における繊維（タコ糸６３）とゴム（ゴムフィルム６２）との間の摩擦を解消することができるので、人工筋６０の耐久性が向上する。（例えば、非特許文献１参照）。
松下：ゴム人工筋製作法ノート；「計測と制御」第７巻第１２号(昭和４３年１２月)：ｐｐ１１０−１１６

しかしながら、上記人工筋６０では、拘束部材として、図１０（ｂ）に示すような、多数の綿糸６３ａを編んだ径が０．２〜０．８ｍｍ程度の太いタコ糸６３を使用しているので、ゴムチューブ６１が膨張した場合には、図１１に示すように、半径方向への膨張がタコ糸６３とタコ糸６３との間のゴムフィルム６２に集中してしまい、そのため、半径方向の膨張を長手方向の収縮へ十分に伝達することができないといった問題点があった。また、高収縮時や高負荷時、あるいは、円筒の半径が小さい場合、更には、リングを多数挿入した場合などのように、上記人工筋６０に高い圧力が作用した状態で伸縮を繰り返すと、圧力が集中する箇所（タコ糸６３間のゴムフィルム６２）に亀裂が発生したり、タコ糸６３とゴムフィルム６２とが剥離してしまうといった問題点があった。実際に発明者らが、径が０．５ｍｍ程度のタコ糸を用いて上記人口筋６０と同様の構成の試作品を作製して実験したところ、ゴムチューブを膨張させてすぐにタコ糸が切れてしまった。また、上記タコ糸に代えて、径が約０．３ｍｍ程度の撚ったアラミド繊維を用いて実験したところ、収縮率は５％程度しか得られず、更に圧力をかけるとゴムが裂けてしまった。
なお、タコ糸６３の本数を増やすとタコ糸６３とタコ糸６３との間隔は狭まるが、ゴムフィルム６２への長手方向に対する拘束が大きくなるため、タコ糸６３とタコ糸６３との間のゴムフィルム６２への応力集中を緩和することは困難である。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、筒状体内に流体を注入して膨張させて長手方向の長さを伸縮させる際に、半径方向の膨張を長手方向に効率よく伝達することのできるアクチュエータを提供することを目的とする。

本願の請求項１に記載の発明は、弾性体から成る筒状体とこの筒状体の両端に設けられた蓋部材とで作られる空間に供給される流体の圧力により上記筒状体を径方向に膨張させて、上記筒状体の長手方向の長さを収縮させる流体注入型アクチュエータであって、上記筒状体には、筒状体の長手方向に延長する複数の繊維が上記筒状体の横断面において上記筒状体の周方向に沿って環状に配列された環状繊維群と、上記環状繊維群の径方向外側もしくは径方向内側に配置される、筒状体の長手方向に延長する複数の繊維とが内挿されているものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の流体注入型アクチュエータにおいて、上記環状繊維群の径方向外側もしくは径方向内側に配置される複数の繊維が、上記筒状体の周方向に沿って環状に配列されて環状繊維群を形成していることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の流体注入型アクチュエータにおいて、上記環状繊維群の隣接する繊維間の径方向内側もしくは径方向外側に他の環状繊維群の繊維が位置していることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の流体注入型アクチュエータであって、上記繊維は弾性体で被覆されていることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の流体注入型アクチュエータにおいて、上記筒状体の外周部に上記筒状体の径方向への膨張を制限するリングを設けたものである。

本発明によれば、弾性体から成る筒状体を流体の圧力により膨張させて、上記筒状体の長手方向の長さを変化させる流体注入型アクチュエータにおいて、上記筒状体に、筒状体の長手方向に延長する複数の繊維が上記筒状体の横断面において上記筒状体の周方向に沿って環状に配列された環状繊維群と、上記環状繊維群の径方向外側もしくは径方向内側に配置される、筒状体の長手方向に延長する複数の繊維とを内挿させるようにしたので、上記筒状体を径方向により均一に膨張させることができる。したがって、高収縮時や高負荷時においても、半径方向の膨張を長手方向へ効率よく伝達することができるだけでなく、弾性体に応力が集中することがないので、アクチュエータの耐久性を向上させることができる。
このとき、上記環状繊維群の径方向外側もしくは径方向内側に配置される複数の繊維についても、上記筒状体の周方向に沿って環状に配列した環状繊維群とすれば、上記筒状体の径方向への膨張を更に均一にすることができる。
また、上記環状繊維群の隣接する繊維間の径方向内側もしくは径方向外側に他の環状繊維群の繊維が位置するように上記環状繊維群を形成すれば、膨張時に繊維の密度が低くなった場合でも、弾性体を十分に繊維で覆うことができるので、弾性体の全面に亘って上記弾性体を長手方向に拘束することができる。
更に、上記繊維を弾性体で被覆するようにすれば、上記繊維は弾性体と一体となるので、膨張時において、繊維は上記弾性体を確実に長手方向へ拘束することができるので、半径方向の膨張を更に効率よく長手方向へ伝達することができる。
また、上記筒状体の外周部に上記筒状体の径方向への膨張を制限するリングを設けて、上記筒状体を複数の領域に分割し、それぞれの領域が径方向に膨張するよう構成することにより、膨張時における筒状体の径と長さの比を調整することができるので、膨張時の筒状体の形状を仕様に合わせて決定することができる。

本発明の最良の形態に係る流体注入型アクチュエータの構成を示す図である。 本発明のアクチュエータ本体の作製方法の一例を示す図である。 本発明による流体注入型アクチュエータの動作を示す側面図である。 本発明による流体注入型アクチュエータの動作を示す横断面図である。 本発明による流体注入型アクチュエータの他の構成を示す図である。 本発明による流体注入型アクチュエータの他の構成を示す図である。 本発明による流体注入型アクチュエータの無負荷時における導入圧力と膨張直径との関係、及び、導入圧力と収縮量との関係を示すグラフである。 本発明による流体注入型アクチュエータの負荷時における導入圧力と膨張直径との関係、及び、導入圧力と収縮量との関係を示すグラフである。 従来の流体注入型アクチュエータ（マッキベン型人工筋肉）の構成を示す図である。 従来の繊維内挿型人工筋の構成を示す図である。 従来の繊維内挿型人工筋の膨張時の様子を示す図である。

符号の説明

１０ 流体注入型アクチュエータ、１１ アクチュエータ本体、１２ ゴムチューブ、
１３，１３ｍ，１３ｎ，１３ｐ，１３ｑ 繊維、１３Ａ〜１３Ｃ 環状繊維群、
１４，１５ 蓋部材、１６ 締付バンド、１７ａ 圧縮空気注入管、
１７ｂ 空気排出管、１８ａ 注入用の電磁弁、１８ｂ 排気用の電磁弁、
１９ 圧縮空気供給装置、２０ 制御装置、２１ シリコーンゴムチューブ、
２２ 丸棒、２３ ＲＶＴゴム、３０ リング、３０Ｔ 熱収縮チューブ。

以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
図１（ａ）は、本発明の最良の形態に係る流体注入型アクチュエータ１０の構成を示す図で、同図において、１１はシリコーンゴムなどのゴム部材から成る筒状体１２(以下、ゴムチューブ１２という)内に上記ゴムチューブ１２の長手方向に延長する多数の繊維１３が内挿されたアクチュエータ本体、１４，１５は上記アクチュエータ本体１１の両端にそれぞれ取付けられる蓋部材で、この蓋部材１４，１５の一端は上記ゴムチューブ１２内に挿入されている。１６は上記ゴムチューブ１２の外周側端部に配置され、上記アクチュエータ本体１１と上記蓋部材１４とを締付けるための締付バンド、１７ａ，１７ｂはそれぞれ一方の蓋部材１４に取付けられた圧縮空気注入管と空気排出管で、上記圧縮空気注入管１７ａは、注入用の電磁弁１８ａを介して圧縮空気供給装置１９に連結されており、上記空気排出管１７ｂは排気用の電磁弁１８ｂに連結されている。また、２０は上記注入用の電磁弁１８ａと排気用の電磁弁１８ｂの開閉を制御して、上記アクチュエータ本体１１の膨張・収縮を制御する制御装置である。
なお、アクチュエータ本体としては、膨張時の節を作るため、上記ゴムチューブ１２の外周側にリング３０を配置するタイプのものもあるが、本例では、説明を簡単にするため、リング３０のないアクチュエータ本体１１について説明する。
アクチュエータ本体１１は、詳細には、図１（ｂ）の横断面図に示すように、複数の環状繊維群１３Ａ〜１３Ｃが内挿されている。これらの環状繊維群１３Ａ〜１３Ｃは、それぞれ、ゴムチューブ１２の長手方向に延長する複数の繊維１３が上記ゴムチューブ１２の周方向に沿って環状に配列されたもので、上記繊維１３としては、例えば、グラスロービング繊維やカーボンロービング繊維等のような、機械的な撚りをかけずに収束された径が５〜１５μｍ程度の極細でかつ強度の高い単一無撚繊維が用いられる。また、一本一本の繊維１３はゴムチューブ１２を構成するゴム部材で覆われている。
本例では、ゴムチューブ１２に内挿する繊維の径が非常に小さいので、上記繊維１３を非常に密な状態で上記ゴムチューブ１２に内挿することができる。したがって、多数の微細な径を有する繊維を環状に配列した環状繊維群を径方向に複数層(ここでは、３層)設けることができる。その結果、図１（ｃ）に示すように、例えば、中間の環状繊維群１３Ｂの隣接する繊維１３ｍ，１３ｎ間の径方向内側には、環状繊維群１３Ａの繊維１３ｐが、径方向外側には環状繊維群１３Ｃの繊維１３ｑが存在するので、上記ゴムチューブ１２が膨張して隣接する繊維１３ｍ，１３ｎ間の距離が広がった場合でも、上記繊維１３ｍ，１３ｎの間には、周方向でみると、上記繊維１３ｐもしくは上記繊維１３ｑが位置する。したがって、上記ゴムチューブ１２が膨張した場合でも、ゴムチューブ１２全体を長手方向に均一に拘束することができる。
なお、アクチュエータ本体としては、膨張時の節を作るため、上記ゴムチューブ１２の外周側にリング３０を配置するタイプのものもあるが、本例では、説明を簡単にするため、リング３０のないアクチュエータ本体１１について説明する。
一方、蓋部材１４，１５の上記アクチュエータ本体１１内に挿入される部分の外径は、少なくとも上記アクチュエータ本体１１の端部の内径よりも大きく設定されており、これにより、上記アクチュエータ本体１１の開口部を押し広げながら上記蓋部材１４，１５を上記アクチュエータ本体１１の端部に挿入すれば、上記蓋部材１４，１５と上記アクチュエータ本体１１とにより、上記アクチュエータ本体１１の中空部とほぼ同じ体積の密閉空間を形成することができる。
但し、上記アクチュエータ本体１１は径方向に膨張し長手方向には収縮するので、上記アクチュエータ本体１１の外周側端部を締付バンド１６にて締付けるようにした方が密閉性を向上させることができるとともに、上記アクチュエータ本体１１の端部、すなわち、弾性体であるゴムチューブ１２の端部と、この弾性体を長手方向へ拘束する上記繊維１３の端部とを確実に固定することができる。

図２（ａ）〜（ｄ）は上記アクチュエータ本体１１の作製方法の一例を示す図である。
はじめに、図２（ａ）に示すように、シリコーンゴムチューブ２１の中空部にアルミ棒などの丸棒２２を通して上記シリコーンゴムチューブ２１の形状を保持した状態で、上記シリコーンゴムチューブ２１の側面に繊維１３をシート状に並べて仮止めする。このとき、上記繊維１３を上記シリコーンゴムチューブ２１の長手方向Ｊに沿ってまっすぐに、かつ、ムラがないように貼り付けて繊維層を形成する。
次に、図２（ｂ）に示すように、上記繊維１３の上から一液性のＲＶＴゴム（室温乾燥タイプのシリコーンゴム）２３を塗って乾燥させる。ここで、シート状にした繊維１３を複数層とし、一度に上記ＲＶＴゴム２３で上記繊維１３を覆うようにしてもよいし、シリコーンゴムチューブ２１に上記繊維１３を一層ずつ貼り付け、順にＲＶＴゴム２３で上記繊維１３を覆うようにしてもよい。
リング付きのアクチュエータを作製する場合には、図２（ｃ）に示すように、上記ＲＶＴゴム２３が塗布されたシリコーンゴムチューブ２１に、例えば、熱収縮チューブ３０Ｔを等間隔に配置し、上記熱収縮チューブ３０Ｔを加熱して収縮させた後、接着剤等で固定しこれをリング３０とする。
最後に、上記シリコーンゴムチューブ２１から丸棒２２を抜き取り、上記シリコーンゴムチューブ２１を予め設定した長さに切断する。
これにより、図２（ｄ）に示すような、シリコーンゴムチューブ２１とＲＶＴゴム（シリコーンゴム）２３とから成るゴムチューブ１２に繊維１３が内挿されたアクチュエータ本体１１を作製することができる。

次に、本発明による流体注入型アクチュエータ１０の動作について説明する。
ここで、説明を簡単にするため、図３に示すように、圧縮空気注入管１７ａと空気排出管１７ｂとが取り付けられた方の蓋部材１４を固定部材３１に固定し、上記アクチュエータ本体１１内に供給される空気圧により、上記蓋部材１４と他方の蓋部材１５との距離を伸縮させる例(無負荷往復運動)について説明する。なお、上記他方の蓋部材１５を連結具を介して負荷に連結すれば、上記負荷を往復運動させることができる。
まず、注入用の電磁弁１８ａを開いて、図１に示した圧縮空気供給装置１９から送られてくる圧縮空気を、圧縮空気注入管１７ａを介して、ゴムチューブ１２内に導入する。上記ゴムチューブ１２は導入された圧縮空気の圧力により全方向、すなわち、径方向と長手方向との両方に膨張しようとするが、上記アクチュエータ本体１１には、上記ゴムチューブ１２の長手方向に延長し、その両端部が当該ゴムチューブ１２の端部にて固定された繊維１３が内挿されており、この繊維１３が上記ゴムチューブ１２の長手方向Ｊへの膨張を拘束する。これにより、上記ゴムチューブ１２の膨張は径方向のみに限定されるので、それに伴ってアクチュエータ本体１１には長手方向Ｊへの収縮力が発生する。したがって、アクチュエータ本体１１は、図３の下側の図に示すように、径方向に膨張しながら長手方向Ｊに収縮する。
本例のアクチュエータ本体１１は、図４の左側の図に示すように、上記繊維１３として径が５〜１５μｍ程度の単一無撚繊維を用い、これらの繊維１３をゴムチューブ１２の長手方向にも径方向にも高い密度で内挿した構成となっているので、上記アクチュエータ本体１１の全面にわたって上記ゴムチューブ１２を長手方向へ拘束することができる。したがって、上記ゴムチューブ１２は、図４の右側の図に示すように、径方向へ等しく十分に膨張することができるので、長手方向へ収縮力を効率よく伝達することができる。これにより、収縮量ｘの大きな流体注入型アクチュエータ１０を得ることができる。
なお、アクチュエータ本体１１を元の長さに戻すには、注入用の電磁弁１８ａを閉じて圧縮空気の導入を中止すると同時に、排気用の電磁弁１８ｂを開いて上記ゴムチューブ１２中の圧縮空気を外気中に放出する。上記電磁弁１８ａ，１８ｂの開閉は制御装置２０により行う（図１参照）。

本例のアクチュエータ本体１１は、繊維１３と繊維１３との隙間が極めて狭いので、ゴムチューブ１２が膨張した場合でも、上記ゴムチューブ１２に対する圧力集中が抑制されるので、高圧時での操作が容易となるだけでなく、ゴムチューブ１２の破裂や繊維１３とゴムチューブ１２との剥離が起きにくいので、耐久性が向上する。
更に、本発明の流体注入型アクチュエータ１０は、複数の環状繊維群１３Ａ〜１３Ｃを有しているので、ゴムチューブ１２が膨張して繊維１３と繊維１３との隙間が広がった場合でも、その間には、他の繊維層の繊維１３が存在する。そのため、ゴムチューブ１２が膨張した場合でも、密度については膨張前よりも低下するものの、周方向には繊維１３が均一にかつ十分な密度で配置されている状態を保つことができる。したがって、上記アクチュエータ本体１１の全面にわたって上記ゴムチューブ１２を長手方向へ拘束することができるので、長手方向へ収縮力の伝達を効率よく行うことができる。

このように本最良の形態によれば、流体注入型アクチュエータ１０の膨張収縮部であるアクチュエータ本体１１を、円筒状のゴムチューブ１２と、このゴムチューブ１２に内挿された、上記ゴムチューブ１２の長手方向に延長する、グラスロービング繊維などの径が５〜１５μｍ程度の複数の繊維１３を上記ゴムチューブ１２の周方向に沿って環状に配列して成る複数の環状繊維群１３Ａ〜１３Ｃとから構成し、ゴムチューブ１２が膨張した場合でも、上記アクチュエータ本体１１の全面にわたって上記ゴムチューブ１２を長手方向へ拘束することができるようにしたので、長手方向へ収縮力の伝達を効率よく行うことができる。したがって、アクチュエータの小型化、細型化が可能となる。
また、流体注入型アクチュエータ１０は、長手方向への収縮力の伝達効率が高く、小さな圧力変化でも大きな引張力を得ることができるので、コンプレッサやポンプ等のアクチュエータの稼動設備についても小型化を図ることができる。

なお、上記最良の形態では、ゴムチューブ１２内に圧縮空気を導入したり、ゴムチューブ１２内から圧縮空気を排出したりして、アクチュエータ１０を稼動させたが、水や油などの他の流体を用いてもよい。
また、上記例では、繊維１３として、径が５〜１５μｍ程度のグラスロービング繊維やカーボンロービング繊維等の撚りをかけていない極細の単一無撚繊維を用いたが、これらの繊維を複数本撚って作製した繊維を用いてもよい。但し、この場合でも、繊維の径を０．１ｍｍ以下とすることが好ましく、５０μｍ以下とすれば、更に好ましい。
また、上記例では、ゴムチューブ１２の材料をシリコーンゴムとしたが、他の合成ゴムあるいは天然ラテックスゴムなどの天然ゴムを用いてもよい。
また、流体注入型アクチュエータとしては、図５に示すような、ゴムチューブ１２の外周側にリング３０を等間隔で配置したリング付きアクチュエータ１０Ｒを用いてもよい。上記リング３０は上記ゴムチューブ１２の径方向への膨張を制限するもので、リング３０の位置が、アクチュエータ本体１１の膨張・伸縮の節となる。なお、上記リング３０の形成方法については、図２（ｃ）に示した通りである。
上記リング３０は、図５に示すように、アクチュエータ本体１１全体の膨張を抑制するために設けられたもので、節の数（リング数）を多くするとそれに応じてアクチュエータ本体１１全体の膨張量ｄが小さくなる。すなわち、リング３０を設けることにより膨張量ｄを小さくできる。したがって、リングの数を調節すれば、膨張時におけるアクチュエータ本体１１の径と長さの比を調整することができるので、膨張時の筒状体の形状を仕様に合わせて決定することができる。例えば、医療器具として用いられている能動内視鏡などのように、膨張時の最大径に制限があり、かつ、径に対してその長さが長いアクチュエータを作製する場合には、リングの数を増やしてやれば同じ伸び量に対する膨張時の最大径を抑制することができる。なお、この場合には、ゴムチューブ１２に導入される圧縮空気の圧力をリングがない場合よりも高める必要があるが、本例では、ゴムチューブ１２をシリコーンゴムで構成しているので、圧力を高めた状態で使用しても劣化等の問題が生じることはない。
また、図６に示すように、流体注入型アクチュエータ１０は単独で用いるだけでなく、連結部材３３を用いて複数個連結して用いることも可能である。この場合には、蓋部材１４と蓋部材１５との間に連結部材３３が位置するので、圧縮空気注入管１７ａや空気排出管１７ｂについては、同図に示すように、ゴムチューブ１２の長手方向端部に設けることが好ましい。
［実験例］

内径が０．７ｍｍ、外径が０．９ｍｍ、全長が２００ｍｍのチューブ状のシリコーンゴムに径が９μｍの多数のグラスロービング繊維から成る環状繊維群を内包させた流体注入型アクチュエータを作製し、この流体注入型アクチュエータが例えば以下に示す工業用内視鏡に求められている一般的な使用条件を満たしているかどうか試験した。なお、リング数は４０で節の間隔は５ｍｍとした。
内視鏡の使用条件
最大直径 ；２．３ｍｍ以下
全長 ；２００〜４００ｍｍ
最大圧力 ；０．７ＭＰａ以下
５００ｇの重りを吊るした状態で収縮させたとき、重りを４ｍｍ以上持ち上げることが可能なこと
図７（ａ）は無負荷状態での導入圧力（ＭＰａ）と膨張直径（ｍｍ）の関係を示すグラフ、図７（ｂ）は導入圧力（ＭＰａ）と収縮量（ｍｍ）との関係を示すグラフで、圧力の増加に伴って膨張直径も収縮量も増加する。これらのグラフに示すように、流体注入型アクチュエータは、無負荷時においては圧力が０．１３ＭＰａにおいて膨張半径が２．３ｍｍ以下であり、収縮量が４ｍｍであった。
また、図８（ａ），（ｂ）はそれぞれ流体注入型アクチュエータに５００ｇの重りを吊るした状態（負荷状態）での導入圧力（ＭＰａ）と膨張直径（ｍｍ）との関係、及び、導入圧力（ＭＰａ）と収縮量（ｍｍ）との関係を示すグラフで、この場合にも、圧力の増加に伴って膨張直径も収縮量も増加する。
負荷時には、流体注入型アクチュエータは長手方向の引張力を受けるため、膨張は抑えられ収縮量も減少するため、同じ収縮量を得るためには、高い圧力を加える必要がある。
しかしながら、本発明による流体注入型アクチュエータは、図８（ａ），（ｂ）に示すように、条件下の圧力（０．７ＭＰａ以下）よりも低圧の０．１７ＭＰａにおいて目標値である収縮量４ｍｍを得ることができ、かつ、そのときの膨張半径も２．３ｍｍ以下であることがわかる。
これにより、本発明による流体注入型アクチュエータは、一般的な工業用内視鏡に求められている使用条件を満たしていることが確認された。
なお、一般的な工業用内視鏡に求められている圧力は０．７ＭＰａ以下であるので、本実験例の流体注入型アクチュエータは圧力条件に対してかなりの余裕がある。したがって、更に径の小さいシリコーンチューブを用いて細型人工筋肉を作製することや、細型人工筋肉にシリコーンチューブを被せて耐圧性を上げ、破裂の危険性を抑えることが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、流体注入型アクチュエータにおいて、半径方向の膨張を長手方向に効率よく伝達することができるので、アクチュエータの小型化、細型化が可能となる。したがって、本アクチュエータは、ロボットハンドなどのメカトロニクス製品だけでなく、能動カテーテルや能動内視鏡などの医療器具や人工筋肉などにも適用することが可能となる。
また、小さな圧力変化でも大きな引張力を得ることができるので、コンプレッサやポンプ等のアクチュエータの稼動設備についても小型化が図れる。

Claims (5)

1. 弾性体から成る筒状体とこの筒状体の両端に設けられた蓋部材とで作られる空間に供給される流体の圧力により上記筒状体を径方向に膨張させて、上記筒状体の長手方向の長さを収縮させる流体注入型アクチュエータであって、上記筒状体には、筒状体の長手方向に延長する複数の繊維が上記筒状体の横断面において上記筒状体の周方向に沿って環状に配列された環状繊維群と、上記環状繊維群の径方向外側もしくは径方向内側に配置される、筒状体の長手方向に延長する複数の繊維とが内挿されていることを特徴とする流体注入型アクチュエータ。
2. 上記環状繊維群の径方向外側もしくは径方向内側に配置される複数の繊維は、上記筒状体の周方向に沿って環状に配列されて環状繊維群を形成していることを特徴とする請求項１に記載の流体注入型アクチュエータ。
3. 上記環状繊維群の隣接する繊維間の径方向内側もしくは径方向外側に他の環状繊維群の繊維が位置していることを特徴とする請求項２に記載の流体注入型アクチュエータ。
4. 上記繊維は弾性体で被覆されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の流体注入型アクチュエータ。
5. 上記筒状体は外周部に上記筒状体の径方向への膨張を制限するリングを備えていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の流体注入型アクチュエータ。
   

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