JP6854504B2 - 流体装置 - Google Patents
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Description
本発明は、流体を利用する流体装置に関するものである。
従来の流体装置として、弾性部材及び繊維を含んで構成された筒状体と、筒状体の両端に設けられた一対の蓋部材と、を有し、筒状体及び一対の蓋部材により区画された内部空間内の流体圧の増大に伴い、筒状体が径方向に膨張するとともに軸方向に収縮するように構成された、流体アクチュエータがある（例えば、特許文献１）。この流体アクチュエータは、モータや油圧・空気圧機器のアクチュエータに比べて、小型かつ軽量で高出力が得られる点、摺動部が無いので摺動抵抗が無い点、柔軟性があるので人間の筋特性と同様の特性を持つ点、耐環境性に優れている点など、様々な利点がある。このため、この流体アクチュエータは、工場内での直動アクチュエータとしての利用だけでなく、リハビリテーション機器やウェアラブルパワーアシスト等の人間に直接接触する機会の多い機械システムのためのアクチュエータとしての利用にも、好適なものである。
しかしながら、上述のような流体装置は、性能及び／又は機能につき、さらなる向上の余地があった。
本発明は、性能及び／又は機能の向上が可能な、流体装置を提供することを目的とするものである。
本発明の流体装置は、
弾性部材及び繊維を含んで構成された第１筒状体を有し、前記第１筒状体の内周面又は外周面に対する流体の押圧力の増大に伴い、前記第１筒状体が前記第１筒状体の第１径方向に膨張又は収縮するとともに前記第１筒状体の第１軸方向に収縮するように構成された、第１流体アクチュエータと、
付加的機械要素と、
を備え、
前記付加的機械要素は、前記第１流体アクチュエータの前記第１軸方向の収縮に連動して動作するように、前記第１流体アクチュエータの前記第１軸方向の少なくとも一方の端に接続されており、
前記付加的機械要素は、
内周面又は外周面に対する流体の押圧力の増大に伴い径方向に膨張又は収縮するとともに軸方向に収縮するように構成された筒状体を有さず、流体を利用して動作するように構成された、流体機械要素であるか、又は、
弾性部材及び繊維を含んで構成された第２筒状体を有し、前記第２筒状体の内周面又は外周面に対する流体の押圧力の増大に伴い、前記第２筒状体が前記第２筒状体の第２径方向に膨張又は収縮するとともに前記第２筒状体の第２軸方向に収縮するように構成され、前記第１流体アクチュエータとは同じ圧力の印加に対して異なる出力を出すように構成された、第２流体アクチュエータである。
弾性部材及び繊維を含んで構成された第１筒状体を有し、前記第１筒状体の内周面又は外周面に対する流体の押圧力の増大に伴い、前記第１筒状体が前記第１筒状体の第１径方向に膨張又は収縮するとともに前記第１筒状体の第１軸方向に収縮するように構成された、第１流体アクチュエータと、
付加的機械要素と、
を備え、
前記付加的機械要素は、前記第１流体アクチュエータの前記第１軸方向の収縮に連動して動作するように、前記第１流体アクチュエータの前記第１軸方向の少なくとも一方の端に接続されており、
前記付加的機械要素は、
内周面又は外周面に対する流体の押圧力の増大に伴い径方向に膨張又は収縮するとともに軸方向に収縮するように構成された筒状体を有さず、流体を利用して動作するように構成された、流体機械要素であるか、又は、
弾性部材及び繊維を含んで構成された第２筒状体を有し、前記第２筒状体の内周面又は外周面に対する流体の押圧力の増大に伴い、前記第２筒状体が前記第２筒状体の第２径方向に膨張又は収縮するとともに前記第２筒状体の第２軸方向に収縮するように構成され、前記第１流体アクチュエータとは同じ圧力の印加に対して異なる出力を出すように構成された、第２流体アクチュエータである。
本発明の流体装置において、
前記付加的機械要素は、内部に流体室を有し、前記第１流体アクチュエータの前記第１軸方向の収縮に連動して、前記第１軸方向の収縮又は伸長のみで前記流体室の大きさを変化させるように構成された、前記流体機械要素であると、好適である。
前記付加的機械要素は、内部に流体室を有し、前記第１流体アクチュエータの前記第１軸方向の収縮に連動して、前記第１軸方向の収縮又は伸長のみで前記流体室の大きさを変化させるように構成された、前記流体機械要素であると、好適である。
本発明の流体装置において、
前記付加的機械要素は、前記第１流体アクチュエータの内部に配置されており、前記第１流体アクチュエータと並列に接続されていてもよい。
前記付加的機械要素は、前記第１流体アクチュエータの内部に配置されており、前記第１流体アクチュエータと並列に接続されていてもよい。
本発明の流体装置において、
前記第１流体アクチュエータは、前記付加的機械要素の内部に配置されており、前記付加的機械要素と並列に接続されていてもよい。
前記第１流体アクチュエータは、前記付加的機械要素の内部に配置されており、前記付加的機械要素と並列に接続されていてもよい。
本発明の流体装置において、
前記付加的機械要素は、前記第１流体アクチュエータの外部に配置されており、前記第１流体アクチュエータと並列又は直列に接続されていてもよい。
前記付加的機械要素は、前記第１流体アクチュエータの外部に配置されており、前記第１流体アクチュエータと並列又は直列に接続されていてもよい。
本発明の流体装置において、
前記第１流体アクチュエータの前記第１軸方向の収縮に連動して動作するように設けられた、イナータ又はダンパ要素を、さらに備えてもよい。
前記第１流体アクチュエータの前記第１軸方向の収縮に連動して動作するように設けられた、イナータ又はダンパ要素を、さらに備えてもよい。
本発明の流体装置において、
前記流体装置は、前記第１流体アクチュエータと前記付加的機械要素との接続部を出力端とする、アクチュエータとして構成されていてもよい。
前記流体装置は、前記第１流体アクチュエータと前記付加的機械要素との接続部を出力端とする、アクチュエータとして構成されていてもよい。
本発明の流体装置において、
前記流体装置は、前記第１流体アクチュエータと前記付加的機械要素とを拮抗させることにより、前記第１流体アクチュエータの剛性を変化させることができるように構成されていてもよい。
前記流体装置は、前記第１流体アクチュエータと前記付加的機械要素とを拮抗させることにより、前記第１流体アクチュエータの剛性を変化させることができるように構成されていてもよい。
本発明の流体装置において、
前記付加的機械要素は、内部に流体室を有し、前記第１流体アクチュエータの前記第１軸方向の収縮に連動して、前記第１軸方向の収縮のみで前記流体室の大きさを変化させるように構成された、前記流体機械要素であるか、又は、前記第２流体アクチュエータであり、
前記流体装置は、前記付加的機械要素の内部に流体が供給された後に、前記第１流体アクチュエータの前記第１軸方向の収縮を生じさせ、これに連動して前記流体機械要素を動作させることにより、前記流体機械要素の内部の流体を増圧して排出する、ポンプとして構成されていてもよい。
前記付加的機械要素は、内部に流体室を有し、前記第１流体アクチュエータの前記第１軸方向の収縮に連動して、前記第１軸方向の収縮のみで前記流体室の大きさを変化させるように構成された、前記流体機械要素であるか、又は、前記第２流体アクチュエータであり、
前記流体装置は、前記付加的機械要素の内部に流体が供給された後に、前記第１流体アクチュエータの前記第１軸方向の収縮を生じさせ、これに連動して前記流体機械要素を動作させることにより、前記流体機械要素の内部の流体を増圧して排出する、ポンプとして構成されていてもよい。
本発明の流体装置において、
前記流体装置は、前記第１流体アクチュエータと前記付加的機械要素との接続部に入力される振動を減衰する、ダンパとして構成されていてもよい。
前記流体装置は、前記第１流体アクチュエータと前記付加的機械要素との接続部に入力される振動を減衰する、ダンパとして構成されていてもよい。
本発明によれば、性能及び／又は機能の向上が可能な、流体装置を提供することができる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について例示説明する。
〔第１実施形態〕
図１〜図６に基づき、本発明の第１実施形態に係る流体装置１について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る流体装置１を示している。この流体装置１は、流体（空気等の気体又は液体）を利用して動作する装置であり、例えばアクチュエータ、ポンプ、剛性可変装置、又はダンパ等のあらゆる装置として構成されることができるものである。本実施形態の流体装置１は、本発明の「第１流体アクチュエータ」である人工筋肉１００と、付加的機械要素３０とを、備えている。
図１〜図６に基づき、本発明の第１実施形態に係る流体装置１について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る流体装置１を示している。この流体装置１は、流体（空気等の気体又は液体）を利用して動作する装置であり、例えばアクチュエータ、ポンプ、剛性可変装置、又はダンパ等のあらゆる装置として構成されることができるものである。本実施形態の流体装置１は、本発明の「第１流体アクチュエータ」である人工筋肉１００と、付加的機械要素３０とを、備えている。
まず、人工筋肉１００の説明をする。図２は、図１の人工筋肉１００の構成を詳細に示している。本例の人工筋肉１００は、軸方向繊維強化型人工筋肉である。図１及び図２に示すように、本例の人工筋肉１００は、両端が開放された筒状の筒状体１１０（第１筒状体）と、筒状体１１０の両側の開放端に設けられた一対の蓋部材１２０と、一対の拡径抑止リング１３０とを、有している。筒状体１１０の両側の開放端は、蓋部材１２０によって塞がれている。
なお、本明細書では、筒状体１１０の中心軸線Ｏ１に平行な方向を「筒状体１１０の軸方向」（第１軸方向）といいう。
図２（ｂ）の断面図に示すように、筒状体１１０は、弾性部材（本例ではゴム部材）からなる内側弾性層１１３と、内側弾性層１１３の外周側に隣接して設けられた繊維層１１２と、繊維層１１２の外周側に隣接して設けられ、弾性部材（本例ではゴム部材）からなる、外側弾性層１１１とを、有している。内側弾性層１１３、繊維層１１２、及び外側弾性層１１１は、一体に構成されている。
繊維層１１２は、それぞれ筒状体１１０の軸方向に平行に延在する多数の繊維体１１２ａを有している。繊維体１１２ａは、例えばカーボンロービング等の撚りをかけていない単一無撚繊維（例えば、径が５〜１５μｍ程度のもの）であることが好ましい。ただし、繊維体１１２ａは、このような単一無撚繊維を複数本撚って又は束ねて製作された繊維コードであってもよい。また、繊維体１１２ａは、ほとんど伸縮性の無いように構成されている。繊維層１１２を構成する多数の繊維体１１２ａは、筒状体１１０の周方向に沿って配列されてなる環状繊維群を、複数（図の例では３つ）構成している。各環状繊維群は、互いに径が異なり、同軸状に配置されている。図の例では、繊維層１１２が、繊維体１１２ａどうしの間に、内側弾性層１１３及び外側弾性層１１１と一体の弾性部材を有している。ただし、繊維層１１２は、繊維体１１２ａどうしの間に弾性部材を有していなくてもよい。
人工筋肉１００は、筒状体１１０の内周面によって、流体室１４０（第１内部空間）を区画している。図２の例において、流体室１４０の軸方向の両端は、一対の蓋部材１２０によって区画されている。流体室１４０は、流体装置１の外部との間で流体を流通させるための流体通路１５０に連結されている。図の例において、流体通路１５０は、蓋部材１２０に設けられている。
なお、図では、簡単のため、流体通路１５０を１本の通路で示しているが、流体通路１５０は、流体室１４０への流入用と流体室１４０からの排出用とで兼用されてもよいし、あるいは、流体室１４０への流入用と流体室１４０からの排出用とで別々の流体通路１５０が設けられてもよい。
なお、本明細書では、筒状体１１０の中心軸線Ｏ１に平行な方向を「筒状体１１０の軸方向」（第１軸方向）といいう。
図２（ｂ）の断面図に示すように、筒状体１１０は、弾性部材（本例ではゴム部材）からなる内側弾性層１１３と、内側弾性層１１３の外周側に隣接して設けられた繊維層１１２と、繊維層１１２の外周側に隣接して設けられ、弾性部材（本例ではゴム部材）からなる、外側弾性層１１１とを、有している。内側弾性層１１３、繊維層１１２、及び外側弾性層１１１は、一体に構成されている。
繊維層１１２は、それぞれ筒状体１１０の軸方向に平行に延在する多数の繊維体１１２ａを有している。繊維体１１２ａは、例えばカーボンロービング等の撚りをかけていない単一無撚繊維（例えば、径が５〜１５μｍ程度のもの）であることが好ましい。ただし、繊維体１１２ａは、このような単一無撚繊維を複数本撚って又は束ねて製作された繊維コードであってもよい。また、繊維体１１２ａは、ほとんど伸縮性の無いように構成されている。繊維層１１２を構成する多数の繊維体１１２ａは、筒状体１１０の周方向に沿って配列されてなる環状繊維群を、複数（図の例では３つ）構成している。各環状繊維群は、互いに径が異なり、同軸状に配置されている。図の例では、繊維層１１２が、繊維体１１２ａどうしの間に、内側弾性層１１３及び外側弾性層１１１と一体の弾性部材を有している。ただし、繊維層１１２は、繊維体１１２ａどうしの間に弾性部材を有していなくてもよい。
人工筋肉１００は、筒状体１１０の内周面によって、流体室１４０（第１内部空間）を区画している。図２の例において、流体室１４０の軸方向の両端は、一対の蓋部材１２０によって区画されている。流体室１４０は、流体装置１の外部との間で流体を流通させるための流体通路１５０に連結されている。図の例において、流体通路１５０は、蓋部材１２０に設けられている。
なお、図では、簡単のため、流体通路１５０を１本の通路で示しているが、流体通路１５０は、流体室１４０への流入用と流体室１４０からの排出用とで兼用されてもよいし、あるいは、流体室１４０への流入用と流体室１４０からの排出用とで別々の流体通路１５０が設けられてもよい。
筒状体１１０の両端部には、その外周側に、筒状体１１０の拡径変形を抑止する環状の拡径抑止リング１３０が設けられている。拡径抑止リング１３０は、例えば金属製である。図の例において、人工筋肉１００の両端１６１、１６２において、拡径抑止リング１３０と、筒状体１１０の内周側に配置された蓋部材１２０とは、筒状体１１０を挟持している。
上述のように構成された筒状体１１０は、流体通路１５０から流体室１４０へ流体が供給されると、図２（ｃ）に示すように、流体室１４０内の流体圧の増大（流体室１４０への流体の供給）ひいては筒状体１１０の内周面に対する流体の押圧力の増大に伴い、筒状体１１０が（ひいては流体室１４０が）、径方向に膨張（拡径）するとともに軸方向に収縮（軸方向の両端間の距離が減少）する。その後に、流体室１４０から流体通路１５０を介して流体が排出されると、図２（ａ）に示すように、流体室１４０内の流体圧の減少（流体室１４０からの流体の排出）に伴い、筒状体１１０が（ひいては流体室１４０が）、径方向に縮小（縮径）するとともに軸方向に伸長（軸方向の両端間の距離が増加）する。
このように、流体装置１では、人工筋肉１００の流体室１４０への流体の供給と、流体室１４０からの流体の排出が、交互に繰り返される。
このように、流体装置１では、人工筋肉１００の流体室１４０への流体の供給と、流体室１４０からの流体の排出が、交互に繰り返される。
なお、図２の例の人工筋肉１００では、軸方向に延在する繊維体１１２ａの作用によって、ゴム部材である内側弾性層１１３及び外側弾性層１１１の軸方向の伸びが繊維体１１２ａによって抑止される。このため、図２（ａ）に示す内圧を印加していない状態と、図２（ｂ）に示す内圧を印加した状態とでは、筒状体１１０の外表面に沿って測ったときの、筒状体１１０の両端間の長さは、同じである。
この人工筋肉１００は、モータや油圧・空気圧機器のアクチュエータに比べて、小型かつ軽量で高出力が得られる点、摺動部が無いので摺動抵抗が無い点、柔軟性があるので人間の筋特性と同様の特性を持つ点、耐環境性に優れている点など、様々な利点があるアクチュエータである。
この人工筋肉１００は、モータや油圧・空気圧機器のアクチュエータに比べて、小型かつ軽量で高出力が得られる点、摺動部が無いので摺動抵抗が無い点、柔軟性があるので人間の筋特性と同様の特性を持つ点、耐環境性に優れている点など、様々な利点があるアクチュエータである。
図１に戻り、本実施形態の流体装置１は、人工筋肉１００に加えて、付加的機械要素３０を備えている。付加的機械要素３０は、人工筋肉１００の軸方向の収縮に連動して動作するように、人工筋肉１００の軸方向の少なくとも一方の端（本実施形態では両端）に接続されている。本実施形態において、付加的機械要素３０は、内周面又は外周面に対する流体の押圧力の増大に伴い径方向に膨張又は収縮するとともに軸方向に収縮するように構成された筒状体を有さず、流体を利用して動作するように構成された、流体機械要素であり、より具体的には、ベローズ４１０である。
ベローズ４１０は、例えば樹脂製又は金属製の蛇腹状の周壁からなる、両端が開放された筒状に構成されており、ベローズ４１０の軸方向（ベローズ４１０の中心軸線に沿う方向）のみに、伸縮可能である。ベローズ４１０は、その内周面によって、流体室４１１を区画している。ベローズ４１０の両側の開放端は、蓋部材１２０によって塞がれている。ベローズ４１０の流体室４１１は、流体装置１の外部との間で流体を流通させるための流体通路４１２に連結されている。図の例において、流体通路４１２は、蓋部材１２０に設けられている。
ベローズ４１０は、例えば樹脂製又は金属製の蛇腹状の周壁からなる、両端が開放された筒状に構成されており、ベローズ４１０の軸方向（ベローズ４１０の中心軸線に沿う方向）のみに、伸縮可能である。ベローズ４１０は、その内周面によって、流体室４１１を区画している。ベローズ４１０の両側の開放端は、蓋部材１２０によって塞がれている。ベローズ４１０の流体室４１１は、流体装置１の外部との間で流体を流通させるための流体通路４１２に連結されている。図の例において、流体通路４１２は、蓋部材１２０に設けられている。
本実施形態において、ベローズ４１０は、人工筋肉１００の内部に、すなわち筒状体１１０の内周面によって区画される流体室１４０の内部に、配置されており、人工筋肉１００と並列に接続されている。より具体的に、ベローズ４１０の軸方向は、人工筋肉１００の軸方向と平行である。また、ベローズ４１０の両端は、人工筋肉１００の軸方向の両端部１６１、１６２（より具体的には、一対の蓋部材１２０）に、それぞれ接続（固定）されている。なお、図１の例では、人工筋肉１００とベローズ４１０とは、同軸状に配置されており、すなわち、人工筋肉１００の軸Ｏ１とベローズ４１０の中心軸線とが一致する。これにより、ベローズ４１０は、流体アクチュエータの軸方向の収縮に連動して、軸方向の収縮又は伸長（本実施形態では収縮）のみで流体室４１１の大きさを変化させるように構成されている。
本実施形態の流体装置１では、ベローズ４１０が人工筋肉１００の内部に配置されているため、例えば流体装置１が人工筋肉１００単体のみからなる場合に比べて、性能及び／又は機能を追加できる。また、例えば流体装置１の外部にベローズ４１０が配置されている場合に比べて、流体装置１を小型化できる。
なお、ベローズ４１０は、摺動抵抗を生じさせない点で、例えばシリンダよりも有利である。
本実施形態の流体装置１では、ベローズ４１０が人工筋肉１００の内部に配置されているため、例えば流体装置１が人工筋肉１００単体のみからなる場合に比べて、性能及び／又は機能を追加できる。また、例えば流体装置１の外部にベローズ４１０が配置されている場合に比べて、流体装置１を小型化できる。
なお、ベローズ４１０は、摺動抵抗を生じさせない点で、例えばシリンダよりも有利である。
流体装置１は、人工筋肉１００の内周面とベローズ４１０の外周面とによって区画された流体室１４０と、ベローズ４１０の内周面によって区画された流体室４１１との、２つの流体室を有している。各流体室１４０、４１１は、それぞれ、外部に連通する流体通路１５０、４１２を介して、任意のタイミングで、能動的に加圧又は減圧されてもよいし、あるいは、大気開放される等して受動的に圧力が変化又は固定されるようにしてもよい。各流体室１４０、４１１内に供給される流体の圧力や流体の種類は、流体室毎に任意に選択されてよい。また、各流体室１４０、４１１どうしは、たとえばベローズ４１０に連通孔４１３（図１に破線で示す）を形成する等して、連通されてもよい。
流体室１４０、４１１を能動的に加圧（流体の供給）又は減圧（流体の排出）するための機構としては、例えば、流体室１４０、４１１に連結された流体通路１５０、４１２を、流体装置１の外部で、それぞれ例えば電磁弁と接続する。そして、各電磁弁には、例えば、流体供給装置（例えばエアコンプレッサ）及び制御装置（例えばマイコン及びＤ／Ａコンバータを含む制御装置）を接続する。これによって、流体室１４０、４１１への流体の供給及び流体室１４０、４１１からの流体の排出を、それぞれ所定のタイミング及び圧力で、自動制御により行うことができる。
流体室１４０、４１１を能動的に加圧（流体の供給）又は減圧（流体の排出）するための機構としては、例えば、流体室１４０、４１１に連結された流体通路１５０、４１２を、流体装置１の外部で、それぞれ例えば電磁弁と接続する。そして、各電磁弁には、例えば、流体供給装置（例えばエアコンプレッサ）及び制御装置（例えばマイコン及びＤ／Ａコンバータを含む制御装置）を接続する。これによって、流体室１４０、４１１への流体の供給及び流体室１４０、４１１からの流体の排出を、それぞれ所定のタイミング及び圧力で、自動制御により行うことができる。
ここで、図３を参照して、図１の流体装置１をアクチュエータとして構成した場合の一例を説明する。図３の例では、各流体室１４０、４１１どうしを連通する連通孔４１３（図１）は設けられていない。
図３の例では、人工筋肉１００の軸方向一方側の端部１６２と、これに接続されたベローズ４１０の軸方向一方側の端部とが、共通の固定端とされており、人工筋肉１００の軸方向他方側の端部１６１と、これに接続されたベローズ４１０の軸方向他方側の端部とが、共通の出力端とされている。本例の流体装置１では、例えば、人工筋肉１００の軸方向の収縮時において、出力端１６１に作用する収縮力（Ｆｃ）、及び／又は、人工筋肉１００への内圧の印加前（すなわち人工筋肉１００の伸長時）からの出力端の軸方向変位Ｘが、出力として利用される。
図３（ｂ）に示すように、本例の流体装置１の動作時には、例えば、人工筋肉１００の内周面によって区画される流体室１４０を流体通路１５０を介して加圧（流体を供給）し、ベローズ４１０の内周面によって区画される流体室４１１を流体通路４１２を介して減圧（流体を排出）する。すると、人工筋肉１００（具体的には筒状体１１０）は、径方向に膨張するとともに軸方向に収縮する。また、これに連動して、ベローズ４１０は、軸方向のみに収縮する。このとき、流体装置１の出力端１６１に作用する、軸方向内側に向かう方向の収縮力（Ｆｃ）は、人工筋肉１００の流体室１４０内の加圧された流体が筒状体１１０の内周面を押圧することにより生じる、軸方向内側に向かって働く力（Ｆ１）と、ベローズ４１０の流体室４１１内の減圧された流体が一対の蓋部材１２０を軸方向内側に引っ張る力（Ｆ２）との、和となる（すなわち、Ｆｃ＝Ｆ１+Ｆ２）。なお、図３の例では、このとき、ベローズ４１０より外周側で、人工筋肉１００の流体室１４０内の加圧された流体が一対の蓋部材１２０を軸方向外側に押圧する力も生じるが、簡単のため、この力は無視して説明している。
仮に、流体装置１がベローズ４１０を備えずに人工筋肉１００単体のみを備える場合、人工筋肉１００が軸方向に収縮する際に流体装置１の出力端１６１に作用する、軸方向内側に向かって働く収縮力（Ｆｃ）は、流体室１４０内の流体が筒状体１１０の内周面を押圧することにより生じる、軸方向内側に向かって働く力（Ｆ１）と、流体室１４０内の流体が一対の蓋部材１２０を軸方向外側に押圧する力（−Ｆ３）との、和となる（すなわち、Ｆ＝Ｆ１−Ｆ３）。このように、流体室１４０内の流体が一対の蓋部材１２０を軸方向外側に押圧する力（−Ｆ３）が、人工筋肉１００の軸方向内側への収縮力（Ｆ１）とは逆向きに働く結果、その分、流体装置１の出力端１６１に作用する、軸方向内側への収縮力（Ｆｃ）が、ひいては流体装置１の出力が、小さくなってしまう。
一方、本実施形態の流体装置１では、上述のように、ベローズ４１０の流体室４１１内の減圧された流体が一対の蓋部材１２０を軸方向内側に引っ張る力（Ｆ２）が、人工筋肉１００の軸方向内側への収縮力（Ｆ１）と同じ向きに働く結果、図２のように流体装置１がベローズ４１０を備えずに人工筋肉１００単体のみを備える場合に比べて、最終的に流体装置１の出力端１６１に作用する、軸方向内側への収縮力（Ｆｃ）を、ひいては流体装置１の出力を、大きく高めることができる。よって、流体装置１のアクチュエータとしての性能を大きく向上できる。また、図２のように流体装置１が人工筋肉１００単体のみを備える場合に比べて、人工筋肉１００の流体室１４０の体積が小さくなる分、人工筋肉１００の駆動に必要な流体の量を減らすことができ、ひいては、人工筋肉１００の反応速度（ひいては流体装置１の反応速度）を向上できる。
図３の例では、人工筋肉１００の軸方向一方側の端部１６２と、これに接続されたベローズ４１０の軸方向一方側の端部とが、共通の固定端とされており、人工筋肉１００の軸方向他方側の端部１６１と、これに接続されたベローズ４１０の軸方向他方側の端部とが、共通の出力端とされている。本例の流体装置１では、例えば、人工筋肉１００の軸方向の収縮時において、出力端１６１に作用する収縮力（Ｆｃ）、及び／又は、人工筋肉１００への内圧の印加前（すなわち人工筋肉１００の伸長時）からの出力端の軸方向変位Ｘが、出力として利用される。
図３（ｂ）に示すように、本例の流体装置１の動作時には、例えば、人工筋肉１００の内周面によって区画される流体室１４０を流体通路１５０を介して加圧（流体を供給）し、ベローズ４１０の内周面によって区画される流体室４１１を流体通路４１２を介して減圧（流体を排出）する。すると、人工筋肉１００（具体的には筒状体１１０）は、径方向に膨張するとともに軸方向に収縮する。また、これに連動して、ベローズ４１０は、軸方向のみに収縮する。このとき、流体装置１の出力端１６１に作用する、軸方向内側に向かう方向の収縮力（Ｆｃ）は、人工筋肉１００の流体室１４０内の加圧された流体が筒状体１１０の内周面を押圧することにより生じる、軸方向内側に向かって働く力（Ｆ１）と、ベローズ４１０の流体室４１１内の減圧された流体が一対の蓋部材１２０を軸方向内側に引っ張る力（Ｆ２）との、和となる（すなわち、Ｆｃ＝Ｆ１+Ｆ２）。なお、図３の例では、このとき、ベローズ４１０より外周側で、人工筋肉１００の流体室１４０内の加圧された流体が一対の蓋部材１２０を軸方向外側に押圧する力も生じるが、簡単のため、この力は無視して説明している。
仮に、流体装置１がベローズ４１０を備えずに人工筋肉１００単体のみを備える場合、人工筋肉１００が軸方向に収縮する際に流体装置１の出力端１６１に作用する、軸方向内側に向かって働く収縮力（Ｆｃ）は、流体室１４０内の流体が筒状体１１０の内周面を押圧することにより生じる、軸方向内側に向かって働く力（Ｆ１）と、流体室１４０内の流体が一対の蓋部材１２０を軸方向外側に押圧する力（−Ｆ３）との、和となる（すなわち、Ｆ＝Ｆ１−Ｆ３）。このように、流体室１４０内の流体が一対の蓋部材１２０を軸方向外側に押圧する力（−Ｆ３）が、人工筋肉１００の軸方向内側への収縮力（Ｆ１）とは逆向きに働く結果、その分、流体装置１の出力端１６１に作用する、軸方向内側への収縮力（Ｆｃ）が、ひいては流体装置１の出力が、小さくなってしまう。
一方、本実施形態の流体装置１では、上述のように、ベローズ４１０の流体室４１１内の減圧された流体が一対の蓋部材１２０を軸方向内側に引っ張る力（Ｆ２）が、人工筋肉１００の軸方向内側への収縮力（Ｆ１）と同じ向きに働く結果、図２のように流体装置１がベローズ４１０を備えずに人工筋肉１００単体のみを備える場合に比べて、最終的に流体装置１の出力端１６１に作用する、軸方向内側への収縮力（Ｆｃ）を、ひいては流体装置１の出力を、大きく高めることができる。よって、流体装置１のアクチュエータとしての性能を大きく向上できる。また、図２のように流体装置１が人工筋肉１００単体のみを備える場合に比べて、人工筋肉１００の流体室１４０の体積が小さくなる分、人工筋肉１００の駆動に必要な流体の量を減らすことができ、ひいては、人工筋肉１００の反応速度（ひいては流体装置１の反応速度）を向上できる。
つぎに、図４を参照して、図１の流体装置１をポンプとして構成した場合の一例を説明する。より具体的に、本例の流体装置１は、ダイヤフラム型の増圧ポンプとして構成されている。図４の例では、各流体室１４０、４１１どうしを連通する連通孔４１３（図１）は設けられていない。
図４の例では、ベローズ４１０の内部の流体室４１１を外部と連通する流体通路４１２が、上流側の配管７０３と、下流側の配管７０４とに、接続されている。流体通路４１２と上流側の配管７０３との間には、上流側の配管７０３から流体通路４１２への流体の流通のみを許容する逆止弁７０１が設けられている。流体通路４１２と下流側の配管７０４との間には、流体通路４１２から下流側の配管７０４への流体の流通のみを許容する逆止弁７０２が設けられている。
このように構成された流体装置１において、動作時には、まず、図４（ａ）に示すように、上流側の配管７０３から、逆止弁７０１及び流体通路４１２を介して、ベローズ４１０の流体室４１１内へ流体が供給され、ベローズ４１０及び人工筋肉１００が伸長状態となる。その後、図４（ｂ）に示すように、人工筋肉１００の内周面によって区画される流体室１４０が、流体通路１５０を介して加圧される。これにより、人工筋肉１００の軸方向の収縮を生じさせ、これに連動して、人工筋肉１００の収縮力によって、ベローズ４１０の軸方向の収縮を生じさせる。ベローズ４１０（ひいては流体室４１１）が収縮することにより、ベローズ４１０の流体室４１１の流体が増圧されて、この増圧された流体が、流体通路４１２及び逆止弁７０２を介して、下流側の配管７０４へ排出される。
図４の例では、ベローズ４１０の内部の流体室４１１を外部と連通する流体通路４１２が、上流側の配管７０３と、下流側の配管７０４とに、接続されている。流体通路４１２と上流側の配管７０３との間には、上流側の配管７０３から流体通路４１２への流体の流通のみを許容する逆止弁７０１が設けられている。流体通路４１２と下流側の配管７０４との間には、流体通路４１２から下流側の配管７０４への流体の流通のみを許容する逆止弁７０２が設けられている。
このように構成された流体装置１において、動作時には、まず、図４（ａ）に示すように、上流側の配管７０３から、逆止弁７０１及び流体通路４１２を介して、ベローズ４１０の流体室４１１内へ流体が供給され、ベローズ４１０及び人工筋肉１００が伸長状態となる。その後、図４（ｂ）に示すように、人工筋肉１００の内周面によって区画される流体室１４０が、流体通路１５０を介して加圧される。これにより、人工筋肉１００の軸方向の収縮を生じさせ、これに連動して、人工筋肉１００の収縮力によって、ベローズ４１０の軸方向の収縮を生じさせる。ベローズ４１０（ひいては流体室４１１）が収縮することにより、ベローズ４１０の流体室４１１の流体が増圧されて、この増圧された流体が、流体通路４１２及び逆止弁７０２を介して、下流側の配管７０４へ排出される。
なお、人工筋肉１００は、その内周面にかかる圧力により軸方向に収縮するという原理に起因して、当該内周面の面積に応じた、非常に強い軸方向の収縮力を発生させることができる。このため、図４の例の流体装置１によれば、大きな増圧作用を得ることができる。人工筋肉１００の収縮力は、例えば、人工筋肉１００の流体室１４０に印加される流体圧と同じ圧力（Ｐ）で、外部からベローズ４１０に軸方向の収縮力を作用させる場合の収縮力（Ｆ４）よりも、遥かに大きな収縮力となる。ここで、人工筋肉１００の流体室１４０に印加される流体圧と同じ圧力（Ｐ）で、外部からベローズ４１０に軸方向の収縮力を作用させる場合の収縮力（Ｆ４）は、当該圧力（Ｐ）にベローズ４１０の受圧面積（Ｓ）を積算することにより得られる（すなわち、Ｆ４＝Ｓ×Ｐ）。
また、図の例では、人工筋肉１００の受圧面積（より具体的には、出力に対する有効受圧面積）は、ベローズ４１０の受圧面積よりも、遥かに大きい。このことによって、流体装置１の増圧作用をさらに大きく向上できる。なお、人工筋肉１００の受圧面積は、概して、その内周面の面積に相当する。ベローズ４１０の受圧面積は、概して、ベローズ４１０における、ベローズ４１０の軸方向に垂直な断面積に相当する。
また、図の例では、人工筋肉１００の受圧面積（より具体的には、出力に対する有効受圧面積）は、ベローズ４１０の受圧面積よりも、遥かに大きい。このことによって、流体装置１の増圧作用をさらに大きく向上できる。なお、人工筋肉１００の受圧面積は、概して、その内周面の面積に相当する。ベローズ４１０の受圧面積は、概して、ベローズ４１０における、ベローズ４１０の軸方向に垂直な断面積に相当する。
つぎに、図５を参照して、図１の流体装置１を、剛性を変化させられるように構成した場合（すなわち、剛性可変装置として構成した場合）の一例を説明する。図５の例では、各流体室１４０、４１１どうしを連通する連通孔４１３（図１）は設けられていない。
本例の流体装置１の動作時には、図５（ｂ）に示すように、人工筋肉１００の内周面により区画される流体室１４０を加圧するとともに、ベローズ４１０内の流体室４１１を加圧して、人工筋肉１００によって軸方向内側に向けて生じる収縮力と、ベローズ４１０によって軸方向外側に向けて生じる伸長力とを、平衡状態にし、すなわち、人工筋肉１００とベローズ４１０とを拮抗させる。これにより、人工筋肉１００の剛性を高める（すなわち、人工筋肉１００を硬くする）ことができる。
本例の流体装置１は、例えば、ロボットの人工筋肉として利用するのに好適である。
なお、本例の流体装置１においては、人工筋肉１００の内周面により区画される流体室１４０内の圧力と、ベローズ４１０内の流体室４１１内の圧力との、大小関係を適宜調整することにより、人工筋肉１００によって軸方向内側に向けて生じる収縮力の大きさと、ベローズ４１０によって軸方向外側に向けて生じる伸長力の大きさとの、大小関係を調整し、これにより、人工筋肉１００の剛性を任意に調整できる。
本例の流体装置１の動作時には、図５（ｂ）に示すように、人工筋肉１００の内周面により区画される流体室１４０を加圧するとともに、ベローズ４１０内の流体室４１１を加圧して、人工筋肉１００によって軸方向内側に向けて生じる収縮力と、ベローズ４１０によって軸方向外側に向けて生じる伸長力とを、平衡状態にし、すなわち、人工筋肉１００とベローズ４１０とを拮抗させる。これにより、人工筋肉１００の剛性を高める（すなわち、人工筋肉１００を硬くする）ことができる。
本例の流体装置１は、例えば、ロボットの人工筋肉として利用するのに好適である。
なお、本例の流体装置１においては、人工筋肉１００の内周面により区画される流体室１４０内の圧力と、ベローズ４１０内の流体室４１１内の圧力との、大小関係を適宜調整することにより、人工筋肉１００によって軸方向内側に向けて生じる収縮力の大きさと、ベローズ４１０によって軸方向外側に向けて生じる伸長力の大きさとの、大小関係を調整し、これにより、人工筋肉１００の剛性を任意に調整できる。
つぎに、図６を参照して、図１の流体装置１を、振動を減衰するためのダンパとして構成した場合の一例を説明する。図６の例では、各流体室１４０、４１１どうしを連通する連通孔４１３（図１）は設けられていない。
図６の例では、人工筋肉１００の軸方向一方側の端部１６２と、これに接続されたベローズ４１０の軸方向一方側の端部とが、共通の固定端とされており、人工筋肉１００の軸方向他方側の端部１６１と、これに接続されたベローズ４１０の軸方向他方側の端部とが（すなわち人工筋肉の端部１６１とベローズ４１０の端部との接続部が）、共通の入力端とされている。また、本例では、人工筋肉１００の流体室１４０が流体通路１５０を介して大気に連通され、また、ベローズ４１０の流体室４１１が流体通路４１２を介して大気に連通されている。
また、本例においては、ベローズ４１０内の流体室４１１から流体通路４１２までの流路内の任意の１か所以上に、オリフィス６００ａによって流路を絞るように構成されたダンパ要素としてのオリフィス部材６００が設けられている。オリフィス部材６００は、例えば、図示は省略するが、流体通路４１２に設けられるか、あるいは、図６に破線で示すように、ベローズ４１０内の流体室４１１内に設けられると、よい。 本例の流体装置１において、入力端１６１に、人工筋肉１００を収縮させる方向の振動（外力Ｆｖ）が入力されると、人工筋肉１００及びベローズ４１０が一緒に軸方向に収縮する。このとき、流体がオリフィス部材６００のオリフィス６００ａを通ることにより生じる流体抵抗によって、振動が減衰される。
なお、オリフィス部材６００は、取り外し可能に構成されていると、必要に応じて流体装置１の減衰性能を低減させることができるので、よい。
なお、上述の構成に代えて、又は加えて、オリフィス部材６００を、人工筋肉１００内の流体室１４０から流体通路１５０までの流路内の任意の１か所以上に、設けてもよい。
図６の例では、人工筋肉１００の軸方向一方側の端部１６２と、これに接続されたベローズ４１０の軸方向一方側の端部とが、共通の固定端とされており、人工筋肉１００の軸方向他方側の端部１６１と、これに接続されたベローズ４１０の軸方向他方側の端部とが（すなわち人工筋肉の端部１６１とベローズ４１０の端部との接続部が）、共通の入力端とされている。また、本例では、人工筋肉１００の流体室１４０が流体通路１５０を介して大気に連通され、また、ベローズ４１０の流体室４１１が流体通路４１２を介して大気に連通されている。
また、本例においては、ベローズ４１０内の流体室４１１から流体通路４１２までの流路内の任意の１か所以上に、オリフィス６００ａによって流路を絞るように構成されたダンパ要素としてのオリフィス部材６００が設けられている。オリフィス部材６００は、例えば、図示は省略するが、流体通路４１２に設けられるか、あるいは、図６に破線で示すように、ベローズ４１０内の流体室４１１内に設けられると、よい。 本例の流体装置１において、入力端１６１に、人工筋肉１００を収縮させる方向の振動（外力Ｆｖ）が入力されると、人工筋肉１００及びベローズ４１０が一緒に軸方向に収縮する。このとき、流体がオリフィス部材６００のオリフィス６００ａを通ることにより生じる流体抵抗によって、振動が減衰される。
なお、オリフィス部材６００は、取り外し可能に構成されていると、必要に応じて流体装置１の減衰性能を低減させることができるので、よい。
なお、上述の構成に代えて、又は加えて、オリフィス部材６００を、人工筋肉１００内の流体室１４０から流体通路１５０までの流路内の任意の１か所以上に、設けてもよい。
なお、流体装置１は、流体装置１がダンパ以外の装置（例えばアクチュエータ、剛性可変装置、又はポンプ等）として構成された場合にも、図６の例と同様に、オリフィス部材６００（図６）等のダンパ要素を備えることによって、減衰性能が適宜調整されてもよい。
また、図６の例のようにベローズ４１０内にオリフィス部材６００が設けられる場合、図示は省略するが、流体通路４１２における流体室４１１側への先端には、アキュムレータ（例えばブラダ型アキュムレータ又はシリンダ型アキュムレータ）等の、空気と液体とを隔膜等によって隔離して液体に圧力を加えるような機械要素３０が連結されていてもよい。その場合、流体通路４１２からは、液体の作動流体が供給される。そのような作動流体としては、空気よりも粘度が高く、非圧縮性を示す油を用いるとよい。
また、図６の例のようにベローズ４１０内にオリフィス部材６００が設けられる場合、図示は省略するが、流体通路４１２における流体室４１１側への先端には、アキュムレータ（例えばブラダ型アキュムレータ又はシリンダ型アキュムレータ）等の、空気と液体とを隔膜等によって隔離して液体に圧力を加えるような機械要素３０が連結されていてもよい。その場合、流体通路４１２からは、液体の作動流体が供給される。そのような作動流体としては、空気よりも粘度が高く、非圧縮性を示す油を用いるとよい。
以上のように、本実施形態の流体装置１によれば、性能及び／又は機能の向上が可能となる。
なお、上記及び以下の各例において、人工筋肉１００（第１流体アクチュエータ）は、図２の例の構造のものに限られず、弾性部材及び繊維を含んで構成された筒状体を有し、筒状体の内圧の増大ひいては筒状体の内周面に対する流体の押圧力の増大に伴い、筒状体が筒状体の径方向に膨張するとともに筒状体の軸方向に収縮するように、かつ／又は、筒状体の外圧の増大ひいては筒状体の外周面に対する流体の押圧力の増大に伴い、筒状体が筒状体の径方向に収縮するとともに筒状体の軸方向に収縮するように構成されたものであれば、任意の構造のものでよい。また、後述する図２０の人工筋肉２００（第２流体アクチュエータ）についても同様である。
例えば、図７に示す一変形例のように、人工筋肉１００は、軸方向繊維強化型人工筋肉として構成され、両端部１６１、１６２に設けられた一対の拡径抑止リング１３０に加えて、両端部１６１、１６２間にも、拡径抑止リング１３０を１つ以上（図７の例では２つ）有していてもよい。人工筋肉１００の両端部１６１、１６２間に拡径抑止リング１３０が設けられることで、筒状体１１０の拡径・拡縮の節が形成される。
あるいは、後述する図２０の人工筋肉２００（第２流体アクチュエータ）の場合のように、人工筋肉１００の筒状体１１０の外圧を増大させることによって、ひいては筒状体１１０の外周面に対する流体の押圧力を増大させることによって、筒状体１１０が径方向に収縮（縮径）するように構成されてもよい。その場合、拡径抑止リング１３０に代えて又は加えて、筒状体１１０の縮径変形を抑止する縮径抑止リングを筒状体１１０の内周側に設けることで、筒状体１１０の拡径・拡縮の節を形成するとよい。
人工筋肉１００の両端部１６１、１６２間に配設する拡径抑止リング１３０又は縮径抑止リングの数（ひいては両端部１６１、１６２間における筒状体１１０の拡径・拡縮の節の数）、拡径抑止リング１３０どうし又は縮径抑止リングどうしの間隔（ひいては両端部１６１、１６２間における筒状体１１０の拡径・拡縮の節どうしの間隔）（Ｌ）、圧力が印加されていないときの（すなわち自然状態での）筒状体１１０の径（Ｄ）などを調整することにより、所定の圧力を内周側又は外周側に印加したときの人工筋肉１００の出力（軸方向の収縮力、軸方向の収縮率又は変位など）を、調整することができる。 また、図８に示す他の変形例のように、人工筋肉１００は、ＭｃＫｉｂｂｅｎ型人工筋肉でもよい。この例の人工筋肉１００は、筒状体１１０が、円筒状のゴムチューブ１１４の外側を、スリーブ状に編みこんだ繊維コード１１５で覆った構造からなるものである。そして、人工筋肉１００に内圧が印加（流体が供給）されると、内圧の増大に伴い、図８（ｂ）に示すように、繊維コード１１５の繊維１１５ａの、筒状体１１０の軸方向に対するなす角度θが徐々に大きくなるとともに、人工筋肉１００の筒状体１１０は径方向に膨張し軸方向に収縮する。また、人工筋肉１００に外圧が増大されると、外圧の増大に伴い、人工筋肉１００の筒状体１１０は径方向に収縮し軸方向に収縮する。
なお、図２や図７の例のような軸方向繊維強化型人工筋肉のほうが、図８の例のようなＭｃＫｉｂｂｅｎ型人工筋肉よりも、同じ圧力の印加に対して、より大きな軸方向の変位及び収縮力を得ることができる。
例えば、図７に示す一変形例のように、人工筋肉１００は、軸方向繊維強化型人工筋肉として構成され、両端部１６１、１６２に設けられた一対の拡径抑止リング１３０に加えて、両端部１６１、１６２間にも、拡径抑止リング１３０を１つ以上（図７の例では２つ）有していてもよい。人工筋肉１００の両端部１６１、１６２間に拡径抑止リング１３０が設けられることで、筒状体１１０の拡径・拡縮の節が形成される。
あるいは、後述する図２０の人工筋肉２００（第２流体アクチュエータ）の場合のように、人工筋肉１００の筒状体１１０の外圧を増大させることによって、ひいては筒状体１１０の外周面に対する流体の押圧力を増大させることによって、筒状体１１０が径方向に収縮（縮径）するように構成されてもよい。その場合、拡径抑止リング１３０に代えて又は加えて、筒状体１１０の縮径変形を抑止する縮径抑止リングを筒状体１１０の内周側に設けることで、筒状体１１０の拡径・拡縮の節を形成するとよい。
人工筋肉１００の両端部１６１、１６２間に配設する拡径抑止リング１３０又は縮径抑止リングの数（ひいては両端部１６１、１６２間における筒状体１１０の拡径・拡縮の節の数）、拡径抑止リング１３０どうし又は縮径抑止リングどうしの間隔（ひいては両端部１６１、１６２間における筒状体１１０の拡径・拡縮の節どうしの間隔）（Ｌ）、圧力が印加されていないときの（すなわち自然状態での）筒状体１１０の径（Ｄ）などを調整することにより、所定の圧力を内周側又は外周側に印加したときの人工筋肉１００の出力（軸方向の収縮力、軸方向の収縮率又は変位など）を、調整することができる。 また、図８に示す他の変形例のように、人工筋肉１００は、ＭｃＫｉｂｂｅｎ型人工筋肉でもよい。この例の人工筋肉１００は、筒状体１１０が、円筒状のゴムチューブ１１４の外側を、スリーブ状に編みこんだ繊維コード１１５で覆った構造からなるものである。そして、人工筋肉１００に内圧が印加（流体が供給）されると、内圧の増大に伴い、図８（ｂ）に示すように、繊維コード１１５の繊維１１５ａの、筒状体１１０の軸方向に対するなす角度θが徐々に大きくなるとともに、人工筋肉１００の筒状体１１０は径方向に膨張し軸方向に収縮する。また、人工筋肉１００に外圧が増大されると、外圧の増大に伴い、人工筋肉１００の筒状体１１０は径方向に収縮し軸方向に収縮する。
なお、図２や図７の例のような軸方向繊維強化型人工筋肉のほうが、図８の例のようなＭｃＫｉｂｂｅｎ型人工筋肉よりも、同じ圧力の印加に対して、より大きな軸方向の変位及び収縮力を得ることができる。
〔第２実施形態〕
図９〜図１３に基づき、本発明の第２実施形態に係る流体装置１について、第１実施形態とは異なる点を中心に、説明する。図９は、本発明の第２実施形態に係る流体装置１を示している。本実施形態の流体装置１は、本発明の「第１流体アクチュエータ」である人工筋肉１００と、付加的機械要素３０とを、備えている。
図９〜図１３に基づき、本発明の第２実施形態に係る流体装置１について、第１実施形態とは異なる点を中心に、説明する。図９は、本発明の第２実施形態に係る流体装置１を示している。本実施形態の流体装置１は、本発明の「第１流体アクチュエータ」である人工筋肉１００と、付加的機械要素３０とを、備えている。
付加的機械要素３０は、人工筋肉１００の軸方向の収縮に連動して動作するように、人工筋肉１００の軸方向の少なくとも一方の端（本実施形態では両端）に接続されている。本実施形態において、付加的機械要素３０は、径方向に膨張するとともに軸方向に収縮することが可能な筒状体を有さず、流体を利用して動作するように構成された、流体機械要素であり、より具体的には、シリンダ４２０である。
シリンダ４２０は、両端が閉じられた筒状のシリンダチューブ４２５と、ピストン４２６と、ピストンロッド４２７とを、有している。ピストン４２６は、シリンダチューブ４２５の内面に沿って、シリンダチューブ４２５の軸方向（シリンダ４２０の中心軸線に沿う方向）に摺動可能である。シリンダチューブ４２５の内部には、ピストン４２６によって軸方向に分割された２つの流体室４２１、４２２が区画されている。これらの流体室４２１、４２２は、流体装置１の外部との間で流体を流通させるための流体通路４２３、４２４にそれぞれ連結されている。図の例において、流体通路４２３、４２４は、それぞれ蓋部材１２０に設けられている。
シリンダ４２０は、両端が閉じられた筒状のシリンダチューブ４２５と、ピストン４２６と、ピストンロッド４２７とを、有している。ピストン４２６は、シリンダチューブ４２５の内面に沿って、シリンダチューブ４２５の軸方向（シリンダ４２０の中心軸線に沿う方向）に摺動可能である。シリンダチューブ４２５の内部には、ピストン４２６によって軸方向に分割された２つの流体室４２１、４２２が区画されている。これらの流体室４２１、４２２は、流体装置１の外部との間で流体を流通させるための流体通路４２３、４２４にそれぞれ連結されている。図の例において、流体通路４２３、４２４は、それぞれ蓋部材１２０に設けられている。
本実施形態において、シリンダ４２０は、人工筋肉１００の内部に、すなわち筒状体１１０の内周面によって区画される流体室１４０の内部に、配置されており、人工筋肉１００と並列に接続されている。より具体的に、シリンダ４２０の軸方向は、人工筋肉１００の軸方向と平行である。また、シリンダ４２０の両端は、人工筋肉１００の軸方向の両端部１６１、１６２に、それぞれ接続（固定）されている。より具体的には、シリンダ４２０のシリンダチューブ４２５における軸方向一方側（図９の右側）の端部が、軸方向一方側の蓋部材１２０に固定されており、シリンダ４２０のピストンロッド４２７における軸方向他方側（図９の左側）の端部が、軸方向他方側の蓋部材１２０に固定されている。なお、図９の例では、人工筋肉１００とシリンダ４２０とは、同軸状に配置されており、すなわち、人工筋肉１００の軸Ｏ１とシリンダ４２０の中心軸線とが一致する。これにより、シリンダ４２０は、人工筋肉１００の軸方向の収縮に連動して、ピストン４２６に対して軸方向一方側の流体室４２１の大きさを軸方向の収縮又は伸長（本実施形態では収縮）のみで変化させるとともに、ピストン４２６に対して軸方向他方側の流体室４２２の大きさを軸方向の収縮又は伸長（本実施形態では伸長）のみで変化させるように、構成されている。
本実施形態の流体装置１では、シリンダ４２０が人工筋肉１００の内部に配置されているため、例えば流体装置１が人工筋肉１００単体のみからなる場合に比べて、性能及び／又は機能を追加できる。また、例えば流体装置１の外部にシリンダ４２０が配置されている場合に比べて、流体装置１を小型化できる。
本実施形態の流体装置１では、シリンダ４２０が人工筋肉１００の内部に配置されているため、例えば流体装置１が人工筋肉１００単体のみからなる場合に比べて、性能及び／又は機能を追加できる。また、例えば流体装置１の外部にシリンダ４２０が配置されている場合に比べて、流体装置１を小型化できる。
本実施形態の流体装置１は、シリンダ４２０の内部の２つの流体室４２１、４２２に加えて、人工筋肉１００の内周面とシリンダ４２０の外表面とによって区画された流体室１４０の、計３つの流体室を有している。各流体室１４０、４２１、４２２は、それぞれ、外部に連通する流体通路１５０、４２３、４２４を介して、任意のタイミングで、能動的に加圧又は減圧されてもよいし、あるいは、大気開放される等して受動的に圧力が変化又は固定されるようにしてもよい。各流体室１４０、４２１、４２２内に供給される流体の圧力や流体の種類は、流体室毎に任意に選択されてよい。また、流体室１４０、４２１どうし、及び／又は、流体室１４０、４２２どうしは、たとえばシリンダチューブ４２５に連通孔４２８、４２９（図９に破線で示す）を形成する等して、連通されてもよい。
ここで、図１０を参照して、図９の流体装置１をアクチュエータとして構成した場合の一例を説明する。図１０の例では、各流体室１４０、４２１、４２２どうしを連通する連通孔４２８、４２９（図９）は設けられていない。
図１０の例では、人工筋肉１００の軸方向一方側（図１０の右側）の端部１６２と、これに接続されたシリンダ４２０の軸方向一方側の端部とが、共通の固定端とされており、人工筋肉１００の軸方向他方側（図１０の左側）の端部１６１と、これに接続されたシリンダ４２０の軸方向他方側の端部とが、共通の出力端とされている。本例の流体装置１では、例えば、人工筋肉１００の軸方向の収縮時において、出力端１６１に作用する収縮力（Ｆｃ）、及び／又は、人工筋肉１００への内圧の印加前（すなわち人工筋肉１００の伸長時）からの出力端１６１の軸方向変位Ｘが、出力として利用される。
図１０（ｂ）に示すように、本例の流体装置１の動作時には、例えば、人工筋肉１００の内周面によって区画される流体室１４０を流体通路１５０を介して加圧し、シリンダチューブ４２５内部においてピストン４２６に対して軸方向他方側（図１０の左側）にある流体室４２２を流体通路４２４を介して加圧する。すると、人工筋肉１００（具体的には筒状体１１０）は、径方向に膨張するとともに軸方向に収縮する。また、これに連動して、ピストンロッド４２７及びピストン４２６が軸方向に移動され、ピストン４２６に対して軸方向一方側の流体室４２１が軸方向の収縮のみで大きさが変化するとともに、ピストン４２６に対して軸方向他方側の流体室４２２が軸方向の伸長のみで大きさが変化する。このとき、流体装置１の出力端１６１に作用する、軸方向内側に向かう方向の収縮力（Ｆｃ）は、人工筋肉１００の流体室１４０内の加圧された流体が筒状体１１０の内周面を押圧することにより生じる、軸方向内側に向かって働く力（Ｆ１）と、シリンダ４２０の流体室４２２内の加圧された流体がピストン４２６を軸方向一方側（図１０の右側）に押圧することにより、ピストンロッド４２７を介して軸方向他方側（図１０の左側）の蓋部材１２０を軸方向内側に引っ張る力（Ｆ５）との、和となる（すなわち、Ｆｃ＝Ｆ１+Ｆ５）。なお、図１０の例では、このとき、人工筋肉１００の流体室１４０内の加圧された流体が一方の蓋部材１２０を軸方向外側に押圧する力も生じるが、簡単のため、この力は無視して説明している。
このように、本実施形態の流体装置１では、シリンダ４２０の流体室４２２内の加圧された流体に起因する、蓋部材１２０を軸方向内側に引っ張る力（Ｆ５）が、人工筋肉１００の軸方向内側への収縮力（Ｆ１）と同じ向きに働く結果、図２のように流体装置１がシリンダ４２０を備えずに人工筋肉１００単体のみを備える場合に比べて、最終的に流体装置１の出力端１６１に作用する、軸方向内側への収縮力（Ｆｃ）を、ひいては流体装置１の出力を、大きく高めることができる。よって、流体装置１のアクチュエータとしての性能を大きく向上できる。また、図２のように流体装置１が人工筋肉１００単体のみを備える場合に比べて、人工筋肉１００の流体室１４０の体積が小さくなる分、人工筋肉１００の駆動に必要な流体の量を減らすことができ、ひいては、人工筋肉１００の反応速度（ひいては流体装置１の反応速度）を向上できる。
なお、シリンダチューブ４２５内部においてピストン４２６に対して軸方向他方側（図１０の左側）にある流体室４２２を流体通路４２４を介して加圧（流体を供給）するのに代えて、又はこれに加えて、シリンダチューブ４２５内部においてピストン４２６に対して軸方向一方側（図１０の右側）にある流体室４２１を流体通路４２３を介して減圧（流体を排出）しても、同様に、流体装置１の出力を向上できる。
図１０の例では、人工筋肉１００の軸方向一方側（図１０の右側）の端部１６２と、これに接続されたシリンダ４２０の軸方向一方側の端部とが、共通の固定端とされており、人工筋肉１００の軸方向他方側（図１０の左側）の端部１６１と、これに接続されたシリンダ４２０の軸方向他方側の端部とが、共通の出力端とされている。本例の流体装置１では、例えば、人工筋肉１００の軸方向の収縮時において、出力端１６１に作用する収縮力（Ｆｃ）、及び／又は、人工筋肉１００への内圧の印加前（すなわち人工筋肉１００の伸長時）からの出力端１６１の軸方向変位Ｘが、出力として利用される。
図１０（ｂ）に示すように、本例の流体装置１の動作時には、例えば、人工筋肉１００の内周面によって区画される流体室１４０を流体通路１５０を介して加圧し、シリンダチューブ４２５内部においてピストン４２６に対して軸方向他方側（図１０の左側）にある流体室４２２を流体通路４２４を介して加圧する。すると、人工筋肉１００（具体的には筒状体１１０）は、径方向に膨張するとともに軸方向に収縮する。また、これに連動して、ピストンロッド４２７及びピストン４２６が軸方向に移動され、ピストン４２６に対して軸方向一方側の流体室４２１が軸方向の収縮のみで大きさが変化するとともに、ピストン４２６に対して軸方向他方側の流体室４２２が軸方向の伸長のみで大きさが変化する。このとき、流体装置１の出力端１６１に作用する、軸方向内側に向かう方向の収縮力（Ｆｃ）は、人工筋肉１００の流体室１４０内の加圧された流体が筒状体１１０の内周面を押圧することにより生じる、軸方向内側に向かって働く力（Ｆ１）と、シリンダ４２０の流体室４２２内の加圧された流体がピストン４２６を軸方向一方側（図１０の右側）に押圧することにより、ピストンロッド４２７を介して軸方向他方側（図１０の左側）の蓋部材１２０を軸方向内側に引っ張る力（Ｆ５）との、和となる（すなわち、Ｆｃ＝Ｆ１+Ｆ５）。なお、図１０の例では、このとき、人工筋肉１００の流体室１４０内の加圧された流体が一方の蓋部材１２０を軸方向外側に押圧する力も生じるが、簡単のため、この力は無視して説明している。
このように、本実施形態の流体装置１では、シリンダ４２０の流体室４２２内の加圧された流体に起因する、蓋部材１２０を軸方向内側に引っ張る力（Ｆ５）が、人工筋肉１００の軸方向内側への収縮力（Ｆ１）と同じ向きに働く結果、図２のように流体装置１がシリンダ４２０を備えずに人工筋肉１００単体のみを備える場合に比べて、最終的に流体装置１の出力端１６１に作用する、軸方向内側への収縮力（Ｆｃ）を、ひいては流体装置１の出力を、大きく高めることができる。よって、流体装置１のアクチュエータとしての性能を大きく向上できる。また、図２のように流体装置１が人工筋肉１００単体のみを備える場合に比べて、人工筋肉１００の流体室１４０の体積が小さくなる分、人工筋肉１００の駆動に必要な流体の量を減らすことができ、ひいては、人工筋肉１００の反応速度（ひいては流体装置１の反応速度）を向上できる。
なお、シリンダチューブ４２５内部においてピストン４２６に対して軸方向他方側（図１０の左側）にある流体室４２２を流体通路４２４を介して加圧（流体を供給）するのに代えて、又はこれに加えて、シリンダチューブ４２５内部においてピストン４２６に対して軸方向一方側（図１０の右側）にある流体室４２１を流体通路４２３を介して減圧（流体を排出）しても、同様に、流体装置１の出力を向上できる。
つぎに、図１１を参照して、図９の流体装置１をポンプとして構成した場合の一例を説明する。より具体的に、本例の流体装置１は、ダイヤフラム型の増圧ポンプとして構成されている。図１１の例では、各流体室１４０、４２１、４２２どうしを連通する連通孔４２８、４２９（図９）は設けられていない。
図１１の例では、シリンダチューブ４２５内部においてピストン４２６に対して軸方向一方側（図１０の右側）にある流体室４２１を外部と連通する流体通路４２３が、上流側の配管７０３と、下流側の配管７０４とに、接続されている。流体通路４２３と上流側の配管７０３との間には、上流側の配管７０３から流体通路４２３への流体の流通のみを許容する逆止弁７０１が設けられている。流体通路４２３と下流側の配管７０４との間には、流体通路４１２から下流側の配管７０４への流体の流通のみを許容する逆止弁７０２が設けられている。
このように構成された流体装置１において、動作時には、まず、図１１（ａ）に示すように、上流側の配管７０３から、逆止弁７０１及び流体通路４２３を介して、シリンダ４２０の流体室４２１内へ流体が供給され、シリンダ４２０及び人工筋肉１００が伸長状態となる。その後、図１１（ｂ）に示すように、人工筋肉１００の内周面によって区画される流体室１４０が、流体通路１５０を介して加圧される。これにより、人工筋肉１００の軸方向の収縮を生じさせ、これに連動して、人工筋肉１００の収縮力によって、ピストンロッド４２７及びピストン４２６が軸方向に移動され、ピストン４２６に対して軸方向一方側の流体室４２１の軸方向の収縮と、ピストン４２６に対して軸方向他方側の流体室４２２の軸方向の伸長とを、生じさせる。ピストン４２６に対して軸方向一方側の流体室４２１が収縮することにより、流体室４２１の流体が増圧されて、この増圧された流体が、流体通路４２３及び逆止弁７０２を介して、下流側の配管７０４へ排出される。
図１１の例では、シリンダチューブ４２５内部においてピストン４２６に対して軸方向一方側（図１０の右側）にある流体室４２１を外部と連通する流体通路４２３が、上流側の配管７０３と、下流側の配管７０４とに、接続されている。流体通路４２３と上流側の配管７０３との間には、上流側の配管７０３から流体通路４２３への流体の流通のみを許容する逆止弁７０１が設けられている。流体通路４２３と下流側の配管７０４との間には、流体通路４１２から下流側の配管７０４への流体の流通のみを許容する逆止弁７０２が設けられている。
このように構成された流体装置１において、動作時には、まず、図１１（ａ）に示すように、上流側の配管７０３から、逆止弁７０１及び流体通路４２３を介して、シリンダ４２０の流体室４２１内へ流体が供給され、シリンダ４２０及び人工筋肉１００が伸長状態となる。その後、図１１（ｂ）に示すように、人工筋肉１００の内周面によって区画される流体室１４０が、流体通路１５０を介して加圧される。これにより、人工筋肉１００の軸方向の収縮を生じさせ、これに連動して、人工筋肉１００の収縮力によって、ピストンロッド４２７及びピストン４２６が軸方向に移動され、ピストン４２６に対して軸方向一方側の流体室４２１の軸方向の収縮と、ピストン４２６に対して軸方向他方側の流体室４２２の軸方向の伸長とを、生じさせる。ピストン４２６に対して軸方向一方側の流体室４２１が収縮することにより、流体室４２１の流体が増圧されて、この増圧された流体が、流体通路４２３及び逆止弁７０２を介して、下流側の配管７０４へ排出される。
なお、人工筋肉１００は、その内周面にかかる圧力により軸方向に収縮するという原理に起因して、非常に強い軸方向の収縮力を発生させることができる。このため、この流体装置１によれば、大きな増圧作用を得ることができる。人工筋肉１００の収縮力は、例えば、人工筋肉１００の流体室１４０に印加される流体圧と同じ圧力（Ｐ）で、軸方向他方側からピストン４２６を押圧する場合の収縮力（Ｆ６）よりも、遥かに大きな収縮力となる。ここで、人工筋肉１００の流体室１４０に印加される流体圧と同じ圧力（Ｐ）で、軸方向他方側からピストン４２６を押圧する場合の収縮力（Ｆ６）は、当該圧力（Ｐ）にシリンダ４２０の受圧面積（Ｓ’）を積算することにより得られる（すなわち、Ｆ６＝Ｓ’×Ｐ）。
また、図の例では、人工筋肉１００の受圧面積（より具体的には、出力に対する有効受圧面積）は、シリンダ４２０の受圧面積よりも、遥かに大きい。このことによって、例えば人工筋肉１００の受圧面積とシリンダ４２０の受圧面積とが同じである場合に比べて、流体装置１の増圧作用をさらに大きく向上できる。なお、人工筋肉１００の受圧面積は、概して、その内周面の面積に相当する。シリンダ４２０の受圧面積は、概して、ピストン４２６における、シリンダ４２０の軸方向に垂直な断面積に相当する。
また、図の例では、人工筋肉１００の受圧面積（より具体的には、出力に対する有効受圧面積）は、シリンダ４２０の受圧面積よりも、遥かに大きい。このことによって、例えば人工筋肉１００の受圧面積とシリンダ４２０の受圧面積とが同じである場合に比べて、流体装置１の増圧作用をさらに大きく向上できる。なお、人工筋肉１００の受圧面積は、概して、その内周面の面積に相当する。シリンダ４２０の受圧面積は、概して、ピストン４２６における、シリンダ４２０の軸方向に垂直な断面積に相当する。
なお、人工筋肉１００の軸方向の収縮時に、シリンダチューブ４２５内部においてピストン４２６に対して軸方向他方側（図１０の左側）にある流体室４２２を流体通路４２４を介して加圧（流体を供給）してもよい。
つぎに、図１２を参照して、図１の流体装置１を、剛性を変化させられるように構成した場合（すなわち、剛性可変装置として構成した場合）の一例を説明する。図１２の例では、各流体室１４０、４２１、４２２どうしを連通する連通孔４２８、４２９（図９）は設けられていない。
本例の流体装置１の動作時には、図１２（ｂ）に示すように、人工筋肉１００の内周面により区画される流体室１４０を加圧するとともに、シリンダ４２０内部におけるピストン４２６に対して軸方向一方側（図１２の右側）の流体室４２１を加圧して、人工筋肉１００によって軸方向内側に向けて生じる収縮力と、シリンダ４２０によって軸方向外側に向けて生じる伸長力とを、平衡状態にし、すなわち、人工筋肉１００とシリンダ４２０とを拮抗させる。これにより、人工筋肉１００の剛性を高める（すなわち、人工筋肉１００を硬くする）ことができる。
本例の流体装置１は、例えば、ロボットの人工筋肉として利用するのに好適である。
なお、シリンダチューブ４２５内部においてピストン４２６に対して軸方向一方側（図１０の右側）にある流体室４２１を流体通路４２３を介して加圧するのに代えて、又はこれに加えて、シリンダチューブ４２５内部においてピストン４２６に対して軸方向他方側（図１０の左側）にある流体室４２２を流体通路４２４を介して減圧するようにしても、同様に、人工筋肉１００の剛性を高めることができる。
なお、本例の流体装置１においては、人工筋肉１００の内周面により区画される流体室１４０内の圧力と、シリンダチューブ４２５内部においてピストン４２６に対して軸方向両側にある流体室４２１、４２２内のそれぞれの圧力との、大小関係を適宜調整することにより、人工筋肉１００によって軸方向内側に向けて生じる収縮力の大きさと、シリンダ４２０によって軸方向外側に向けて生じる伸長力の大きさとの、大小関係を調整し、これにより、人工筋肉１００の剛性を任意に調整できる。
本例の流体装置１の動作時には、図１２（ｂ）に示すように、人工筋肉１００の内周面により区画される流体室１４０を加圧するとともに、シリンダ４２０内部におけるピストン４２６に対して軸方向一方側（図１２の右側）の流体室４２１を加圧して、人工筋肉１００によって軸方向内側に向けて生じる収縮力と、シリンダ４２０によって軸方向外側に向けて生じる伸長力とを、平衡状態にし、すなわち、人工筋肉１００とシリンダ４２０とを拮抗させる。これにより、人工筋肉１００の剛性を高める（すなわち、人工筋肉１００を硬くする）ことができる。
本例の流体装置１は、例えば、ロボットの人工筋肉として利用するのに好適である。
なお、シリンダチューブ４２５内部においてピストン４２６に対して軸方向一方側（図１０の右側）にある流体室４２１を流体通路４２３を介して加圧するのに代えて、又はこれに加えて、シリンダチューブ４２５内部においてピストン４２６に対して軸方向他方側（図１０の左側）にある流体室４２２を流体通路４２４を介して減圧するようにしても、同様に、人工筋肉１００の剛性を高めることができる。
なお、本例の流体装置１においては、人工筋肉１００の内周面により区画される流体室１４０内の圧力と、シリンダチューブ４２５内部においてピストン４２６に対して軸方向両側にある流体室４２１、４２２内のそれぞれの圧力との、大小関係を適宜調整することにより、人工筋肉１００によって軸方向内側に向けて生じる収縮力の大きさと、シリンダ４２０によって軸方向外側に向けて生じる伸長力の大きさとの、大小関係を調整し、これにより、人工筋肉１００の剛性を任意に調整できる。
つぎに、図１３を参照して、図１の流体装置１を、振動を減衰するためのダンパとして構成した場合の一例を説明する。図１３の例では、各流体室１４０、４２１、４２２どうしを連通する連通孔４２８、４２９（図９）は設けられていない。
図１３の例では、人工筋肉１００の軸方向一方側の端部１６２と、これに接続されたシリンダ４２０の軸方向一方側の端部とが、共通の固定端とされており、人工筋肉１００の軸方向他方側の端部１６１と、これに接続されたシリンダ４２０の軸方向他方側の端部とが（すなわち、人工筋肉１００の端部１６２とシリンダ４２０の端部との接続部が）、共通の入力端とされている。また、本例では、人工筋肉１００の流体室１４０が流体通路１５０を介して大気に連通され、また、シリンダ４２０内の各流体室４２１、４２２が流体通路４２３、４２４を介して大気に連通されている。
また、本例においては、図示は省略するが、シリンダ４２０内の流体室４２１から流体通路４２３までの流路内、及び／又は、シリンダ４２０内の流体室４２２から流体通路４２４までの流路内における、任意の１か所以上に、図６を参照して説明したダンパ要素としてのオリフィス部材６００が設けられる。
本例の流体装置１において、入力端１６１に、人工筋肉１００を収縮させる方向の振動（外力Ｆｖ）が入力されると、人工筋肉１００及びシリンダ４２０が一緒に軸方向に収縮する。このとき、流体がオリフィス部材６００のオリフィス６００ａを通ることにより生じる流体抵抗によって、振動が減衰される。
なお、オリフィス部材６００は、取り外し可能に構成されていると、必要に応じて流体装置１の減衰性能を低減させることができるので、よい。
なお、上述の構成の代わりに、又はこれに加えて、図１３の破線に示すように、ピストン４２６に、流体室４２１、４２２どうしを連通させるオリフィス４２６ａを設けることによって、ピストン４２６がダンパ要素としての機能を兼ね備えるようにしても、同様の振動減衰作用が得られる。
また、上述の構成に代えて、又は加えて、オリフィス部材６００（図６）を、人工筋肉１００内の流体室１４０から流体通路１５０までの流路内の任意の１か所以上に、設けてもよい。
なお、流体装置１は、流体装置１がダンパ以外の装置（例えばアクチュエータ、剛性可変装置、又はポンプ等）として構成された場合にも、図１３の例と同様に、オリフィス部材６００（図６）等のダンパ要素を備えることによって、減衰性能が適宜調整されてもよい。
流体装置１がダンパ要素を備える場合、そのダンパ要素は、上記の例のように、人工筋肉１００の軸方向の収縮と連動して動作（減衰性能を発揮）するように構成されているとよい。ダンパ要素としては、オリフィス部材６００以外にも、任意の構成のものを用いてよい。
図１３の例では、人工筋肉１００の軸方向一方側の端部１６２と、これに接続されたシリンダ４２０の軸方向一方側の端部とが、共通の固定端とされており、人工筋肉１００の軸方向他方側の端部１６１と、これに接続されたシリンダ４２０の軸方向他方側の端部とが（すなわち、人工筋肉１００の端部１６２とシリンダ４２０の端部との接続部が）、共通の入力端とされている。また、本例では、人工筋肉１００の流体室１４０が流体通路１５０を介して大気に連通され、また、シリンダ４２０内の各流体室４２１、４２２が流体通路４２３、４２４を介して大気に連通されている。
また、本例においては、図示は省略するが、シリンダ４２０内の流体室４２１から流体通路４２３までの流路内、及び／又は、シリンダ４２０内の流体室４２２から流体通路４２４までの流路内における、任意の１か所以上に、図６を参照して説明したダンパ要素としてのオリフィス部材６００が設けられる。
本例の流体装置１において、入力端１６１に、人工筋肉１００を収縮させる方向の振動（外力Ｆｖ）が入力されると、人工筋肉１００及びシリンダ４２０が一緒に軸方向に収縮する。このとき、流体がオリフィス部材６００のオリフィス６００ａを通ることにより生じる流体抵抗によって、振動が減衰される。
なお、オリフィス部材６００は、取り外し可能に構成されていると、必要に応じて流体装置１の減衰性能を低減させることができるので、よい。
なお、上述の構成の代わりに、又はこれに加えて、図１３の破線に示すように、ピストン４２６に、流体室４２１、４２２どうしを連通させるオリフィス４２６ａを設けることによって、ピストン４２６がダンパ要素としての機能を兼ね備えるようにしても、同様の振動減衰作用が得られる。
また、上述の構成に代えて、又は加えて、オリフィス部材６００（図６）を、人工筋肉１００内の流体室１４０から流体通路１５０までの流路内の任意の１か所以上に、設けてもよい。
なお、流体装置１は、流体装置１がダンパ以外の装置（例えばアクチュエータ、剛性可変装置、又はポンプ等）として構成された場合にも、図１３の例と同様に、オリフィス部材６００（図６）等のダンパ要素を備えることによって、減衰性能が適宜調整されてもよい。
流体装置１がダンパ要素を備える場合、そのダンパ要素は、上記の例のように、人工筋肉１００の軸方向の収縮と連動して動作（減衰性能を発揮）するように構成されているとよい。ダンパ要素としては、オリフィス部材６００以外にも、任意の構成のものを用いてよい。
以上のように、本実施形態の流体装置１によれば、性能及び／又は機能の向上が可能となる。
〔第３実施形態〕
図１４に基づき、本発明の第３実施形態に係る流体装置１について、第２実施形態とは異なる点を中心に、説明する。本実施形態の流体装置１は、付加的機械要素３０として、シリンダ４２０に加えてベローズ４１０を有している点のみで、第２実施形態と異なる。
ベローズ４１０は、人工筋肉１００の内部に配置されており、人工筋肉１００に並列かつ同軸状に接続されている。ベローズ４１０の軸方向一方側（図１４の左側）の端部は、人工筋肉１００の軸方向の端部のうち、シリンダ４２０のピストンロッド４２７と接続されたほうの端部１６１に、接続（固定）されている。ベローズ４１０の軸方向他方側（図１４の右側）の端部は、シリンダ４２０のシリンダチューブ４２５の軸方向の端部のうち、人工筋肉１００とは接続されていないほうの端部（軸方向一方側の端部）とに、接続（固定）されている。
図１４に基づき、本発明の第３実施形態に係る流体装置１について、第２実施形態とは異なる点を中心に、説明する。本実施形態の流体装置１は、付加的機械要素３０として、シリンダ４２０に加えてベローズ４１０を有している点のみで、第２実施形態と異なる。
ベローズ４１０は、人工筋肉１００の内部に配置されており、人工筋肉１００に並列かつ同軸状に接続されている。ベローズ４１０の軸方向一方側（図１４の左側）の端部は、人工筋肉１００の軸方向の端部のうち、シリンダ４２０のピストンロッド４２７と接続されたほうの端部１６１に、接続（固定）されている。ベローズ４１０の軸方向他方側（図１４の右側）の端部は、シリンダ４２０のシリンダチューブ４２５の軸方向の端部のうち、人工筋肉１００とは接続されていないほうの端部（軸方向一方側の端部）とに、接続（固定）されている。
本実施形態の流体装置１は、シリンダ４２０の内部の２つの流体室４２１、４２２と、人工筋肉１００の内周面とシリンダ４２０及びベローズ４１０の外表面とによって区画された流体室１４０と、ベローズ４１０の内部の流体室４１１との、計４つの流体室を有している。各流体室１４０、４２１、４２２、４１１は、それぞれ、外部に連通する流体通路１５０、４２３、４２４、４１２を介して、任意のタイミングで、能動的に加圧又は減圧されてもよいし、あるいは、大気開放される等して受動的に圧力が変化又は固定されるようにしてもよい。各流体室１４０、４２１、４２２、４１１内に供給される流体の圧力や流体の種類は、流体室毎に任意に選択されてよい。また、流体室１４０、４２１どうし、流体室１４０、４２２どうし、流体室４２２、４１１どうし、及び／又は、流体室４１１、１４０どうしは、それぞれ連通孔４２８、４２９、４３０、４１３（図１４に破線で示す）を形成する等して、連通されてもよい。
なお、図１４の例の流体装置１では、例えばベローズ４１０に連通された流体通路４１２を大気に連通させれば、図９の例の流体装置に比べて、シリンダロッド４２７に接続されたほうの蓋部材１２０を流体が軸方向外側に押圧する力によって生じる、軸方向の圧力損失を低減でき、ひいては、より高い性能を得ることが可能となる。
〔第４実施形態〕
図１５に基づき、本発明の第４実施形態に係る流体装置１について、第１実施形態とは異なる点を中心に、説明する。本実施形態の流体装置１は、ベローズ４１０の内部に、機械要素３０であるイナータ５００が設けられている点のみで、第１実施形態と異なる。
イナータ５００は、ベローズ４１０の内部に配置されており、人工筋肉１００及びベローズ４１０に並列かつ同軸状に接続されている。イナータ５００の軸方向の両端部は、人工筋肉１００の両側の端部１６１、１６２に接続されている。
イナータ５００は、マス要素であり、図１５の例では、軸方向一方側（図１５の左側）が開放し人工筋肉１００の端部１６２に固定された筒状の筐体５０１と、外周面にねじが形成され軸方向一方側の端部が人工筋肉１００の端部１６１に固定されたシャフト５１２と、筐体５０１の内部に収容され、シャフト５１２の周りに配置されたマス部材としてのフライホイール５１３とを、有している。フライホイール５１３は、シャフト５１２の軸方向の移動によって、シャフト５１２の周りで回転するようにされている。
このように構成された流体装置１において、人工筋肉１００が軸方向に収縮すると、これに連動して、シャフト５１２が筐体５０１の内部の奥へ進入し、イナータ５００も軸方向に収縮するとともに、シャフト５１２の周りでフライホイール５１３が回転される。これにより、慣性が生じる。
図１５に基づき、本発明の第４実施形態に係る流体装置１について、第１実施形態とは異なる点を中心に、説明する。本実施形態の流体装置１は、ベローズ４１０の内部に、機械要素３０であるイナータ５００が設けられている点のみで、第１実施形態と異なる。
イナータ５００は、ベローズ４１０の内部に配置されており、人工筋肉１００及びベローズ４１０に並列かつ同軸状に接続されている。イナータ５００の軸方向の両端部は、人工筋肉１００の両側の端部１６１、１６２に接続されている。
イナータ５００は、マス要素であり、図１５の例では、軸方向一方側（図１５の左側）が開放し人工筋肉１００の端部１６２に固定された筒状の筐体５０１と、外周面にねじが形成され軸方向一方側の端部が人工筋肉１００の端部１６１に固定されたシャフト５１２と、筐体５０１の内部に収容され、シャフト５１２の周りに配置されたマス部材としてのフライホイール５１３とを、有している。フライホイール５１３は、シャフト５１２の軸方向の移動によって、シャフト５１２の周りで回転するようにされている。
このように構成された流体装置１において、人工筋肉１００が軸方向に収縮すると、これに連動して、シャフト５１２が筐体５０１の内部の奥へ進入し、イナータ５００も軸方向に収縮するとともに、シャフト５１２の周りでフライホイール５１３が回転される。これにより、慣性が生じる。
なお、図１５の例に限られず、イナータ５００は、本明細書で説明する各例の流体装置１において、それぞれの例の付加的機械要素３０に代えて、又はそれぞれの例の付加的機械要素３０に加えて、設けられてよい。その場合、人工筋肉１００の軸方向の収縮と連動するようにされている限り、任意の位置及び接続形態で設けられてよい。
また、イナータ５００は、図１５の例とは異なる構造からなるものでもよい。
流体装置１がイナータ５００を備える場合、イナータ５００は、上記の例のように、人工筋肉１００の軸方向の収縮と連動して動作（慣性を発生）するように構成されているとよい。
また、イナータ５００は、図１５の例とは異なる構造からなるものでもよい。
流体装置１がイナータ５００を備える場合、イナータ５００は、上記の例のように、人工筋肉１００の軸方向の収縮と連動して動作（慣性を発生）するように構成されているとよい。
〔第５実施形態〕
図１６に基づき、本発明の第５実施形態に係る流体装置１について、第１実施形態とは異なる点を中心に、説明する。本実施形態の流体装置１は、付加的機械要素３０として、ベローズ４１０に代えて、筒対向型機械要素４４０が設けられている点のみで、第１実施形態と異なる。筒対向型機械要素４４０は、内周面又は外周面に対する流体の押圧力の増大に伴い径方向に膨張又は収縮するとともに軸方向に収縮するように構成された筒状体を有さず、流体を利用して動作するように構成された、流体機械要素である。
筒対向型機械要素４４０は、人工筋肉１００の内部に配置されており、人工筋肉１００に並列かつ同軸状に接続されている。筒対向型機械要素４４０の軸方向の両端部は、人工筋肉１００の両側の端部１６１、１６２に接続されている。
筒対向型機械要素４４０は、一対の筒部材４４３、４４４を有しており、各筒部材４４３、４４４は、軸方向の互いに対向する側の端がそれぞれ開放されており、軸方向の他方側の端がそれぞれ閉塞されている。筒対向型機械要素４４０の内部には、流体室４４１が区画されている。また、一方の筒部材４４４は他方の筒部材４４３よりも小径に構成されている。一方の筒部材４４４と他方の筒部材４４３との間には、軸方向に伸縮可能なコイルばねが配設されている。これにより、筒対向型機械要素４４０は、人工筋肉１００の軸方向の収縮に連動して、軸方向の収縮又は伸長（本実施形態では収縮）のみで流体室４１１の大きさを変化させるように構成されている。
このように構成された流体装置１において、人工筋肉１００が軸方向に収縮すると、これに連動して、一対の筒部材４４３、４４４が互いに近づくことにより、筒対向型機械要素４４０（ひいては流体室４４１）も軸方向のみに収縮する。
図１６に基づき、本発明の第５実施形態に係る流体装置１について、第１実施形態とは異なる点を中心に、説明する。本実施形態の流体装置１は、付加的機械要素３０として、ベローズ４１０に代えて、筒対向型機械要素４４０が設けられている点のみで、第１実施形態と異なる。筒対向型機械要素４４０は、内周面又は外周面に対する流体の押圧力の増大に伴い径方向に膨張又は収縮するとともに軸方向に収縮するように構成された筒状体を有さず、流体を利用して動作するように構成された、流体機械要素である。
筒対向型機械要素４４０は、人工筋肉１００の内部に配置されており、人工筋肉１００に並列かつ同軸状に接続されている。筒対向型機械要素４４０の軸方向の両端部は、人工筋肉１００の両側の端部１６１、１６２に接続されている。
筒対向型機械要素４４０は、一対の筒部材４４３、４４４を有しており、各筒部材４４３、４４４は、軸方向の互いに対向する側の端がそれぞれ開放されており、軸方向の他方側の端がそれぞれ閉塞されている。筒対向型機械要素４４０の内部には、流体室４４１が区画されている。また、一方の筒部材４４４は他方の筒部材４４３よりも小径に構成されている。一方の筒部材４４４と他方の筒部材４４３との間には、軸方向に伸縮可能なコイルばねが配設されている。これにより、筒対向型機械要素４４０は、人工筋肉１００の軸方向の収縮に連動して、軸方向の収縮又は伸長（本実施形態では収縮）のみで流体室４１１の大きさを変化させるように構成されている。
このように構成された流体装置１において、人工筋肉１００が軸方向に収縮すると、これに連動して、一対の筒部材４４３、４４４が互いに近づくことにより、筒対向型機械要素４４０（ひいては流体室４４１）も軸方向のみに収縮する。
本実施形態の流体装置１は、人工筋肉１００の内周面とシリンダ４２０及び筒対向型機械要素４４０の外表面とによって区画された流体室１４０と、筒対向型機械要素４４０の内部の流体室４４１との、２つの流体室を有している。各流体室１４０、４４１は、それぞれ、外部に連通する流体通路１５０、４４２を介して、任意のタイミングで、能動的に加圧又は減圧されてもよいし、あるいは、大気開放される等して受動的に圧力が変化又は固定されるようにしてもよい。各流体室１４０、４４１内に供給される流体の圧力や流体の種類は、流体室毎に任意に選択されてよい。また、流体室１４０、４４１どうしは、連通孔４４５（図１６に破線で示す）を形成する等して、連通されてもよい。
なお、図１６の例に限られず、筒対向型機械要素４４０は、本明細書で説明する各例の流体装置１において、それぞれの例の付加的機械要素３０に代えて、又はそれぞれの例の付加的機械要素３０に加えて、設けられてよい。その場合、人工筋肉１００の軸方向の収縮と連動するようにされている限り、任意の位置及び接続形態で設けられてよい。
〔第６実施形態〕
図１７に基づき、本発明の第６実施形態に係る流体装置１について、第１実施形態とは異なる点を中心に、説明する。本実施形態の流体装置１は、人工筋肉１００が、付加的機械要素３０としてのベローズ４１０の内部に設けられている点のみで、第１実施形態と異なる。
人工筋肉１００は、ベローズ４１０の内部に配置されており、ベローズ４１０に並列かつ同軸状に接続されている。人工筋肉１００の軸方向の両側の端部１６１、１６２は、ベローズ４１０の軸方向の両側の端部に接続されている。
図１７に基づき、本発明の第６実施形態に係る流体装置１について、第１実施形態とは異なる点を中心に、説明する。本実施形態の流体装置１は、人工筋肉１００が、付加的機械要素３０としてのベローズ４１０の内部に設けられている点のみで、第１実施形態と異なる。
人工筋肉１００は、ベローズ４１０の内部に配置されており、ベローズ４１０に並列かつ同軸状に接続されている。人工筋肉１００の軸方向の両側の端部１６１、１６２は、ベローズ４１０の軸方向の両側の端部に接続されている。
本実施形態の流体装置１は、人工筋肉１００の内部の流体室１４０と、ベローズ４１０の内周面と人工筋肉１００の外周面との間で区画された流体室４１１との、２つの流体室を有している。各流体室１４０、４１１は、それぞれ、外部に連通する流体通路１５０、４１２を介して、任意のタイミングで、能動的に加圧又は減圧されてもよいし、あるいは、大気開放される等して受動的に圧力が変化又は固定されるようにしてもよい。各流体室１４０、４１１内に供給される流体の圧力や流体の種類は、流体室毎に任意に選択されてよい。また、流体室１４０、４１１どうしは、連通孔１１６（図１７に破線で示す）を形成する等して、連通されてもよい。
なお、図１７の例に限られず、人工筋肉１００は、ベローズ４１０以外の付加的機械要素３０の内部に設けられて、該付加的機械要素３０と並列に接続されてもよい。
〔第７実施形態〕
図１８に基づき、本発明の第７実施形態に係る流体装置１について、第１実施形態とは異なる点を中心に、説明する。本実施形態の流体装置１は、付加的機械要素３０としてのベローズ４１０が、人工筋肉１００の外部に配置されており、人工筋肉１００と並列に接続されている点のみで、第１実施形態と異なる。
人工筋肉１００の中心軸線Ｏ１と、ベローズ４１０の中心軸線とは、平行である。人工筋肉１００の軸方向の両側の端部１６１、１６２は、ベローズ４１０の軸方向の両側の端部と、それぞれ接続部材７１０によって接続されている。
図１８に基づき、本発明の第７実施形態に係る流体装置１について、第１実施形態とは異なる点を中心に、説明する。本実施形態の流体装置１は、付加的機械要素３０としてのベローズ４１０が、人工筋肉１００の外部に配置されており、人工筋肉１００と並列に接続されている点のみで、第１実施形態と異なる。
人工筋肉１００の中心軸線Ｏ１と、ベローズ４１０の中心軸線とは、平行である。人工筋肉１００の軸方向の両側の端部１６１、１６２は、ベローズ４１０の軸方向の両側の端部と、それぞれ接続部材７１０によって接続されている。
本実施形態の流体装置１は、人工筋肉１００の内部の流体室１４０と、ベローズ４１０の内部の流体室４１１との、２つの流体室を有している。各流体室１４０、４１１は、それぞれ、外部に連通する流体通路１５０、４１２を介して、任意のタイミングで、能動的に加圧又は減圧されてもよいし、あるいは、大気開放される等して受動的に圧力が変化又は固定されるようにしてもよい。各流体室１４０、４１１内に供給される流体の圧力や流体の種類は、流体室毎に任意に選択されてよい。また、流体室１４０、４１１どうしは、連通孔７１１（図１８に破線で示す）を形成する等して、連通されてもよい。
なお、図１８の例に限られず、ベローズ４１０以外の付加的機械要素３０が、人工筋肉１００の外部に配置されており、人工筋肉１００と並列に接続されていてもよい。
〔第８実施形態〕
図１９に基づき、本発明の第８実施形態に係る流体装置１について、第７実施形態とは異なる点を中心に、説明する。本実施形態の流体装置１は、付加的機械要素３０としてのベローズ４１０が、人工筋肉１００の外部に配置されており、人工筋肉１００と直列に接続されている点のみで、第７実施形態と異なる。
人工筋肉１００の中心軸線Ｏ１と、ベローズ４１０の中心軸線とは、平行であり、図の例では一致している。人工筋肉１００及びベローズ４１０は、それぞれ軸方向の対向する側の端部で接続されており、それぞれの反対側の端部は固定されている。
図１９に基づき、本発明の第８実施形態に係る流体装置１について、第７実施形態とは異なる点を中心に、説明する。本実施形態の流体装置１は、付加的機械要素３０としてのベローズ４１０が、人工筋肉１００の外部に配置されており、人工筋肉１００と直列に接続されている点のみで、第７実施形態と異なる。
人工筋肉１００の中心軸線Ｏ１と、ベローズ４１０の中心軸線とは、平行であり、図の例では一致している。人工筋肉１００及びベローズ４１０は、それぞれ軸方向の対向する側の端部で接続されており、それぞれの反対側の端部は固定されている。
本実施形態の流体装置１は、人工筋肉１００の内部の流体室１４０と、ベローズ４１０の内部の流体室４１１との、２つの流体室を有している。各流体室１４０、４１１は、それぞれ、外部に連通する流体通路１５０、４１２を介して、任意のタイミングで、能動的に加圧又は減圧されてもよいし、あるいは、大気開放される等して受動的に圧力が変化又は固定されるようにしてもよい。各流体室１４０、４１１内に供給される流体の圧力や流体の種類は、流体室毎に任意に選択されてよい。また、流体室１４０、４１１どうしは、連通孔１２１（図１９に破線で示す）を形成する等して、連通されてもよい。
なお、図１９の例に限られず、ベローズ４１０以外の付加的機械要素３０が、人工筋肉１００の外部に配置されており、人工筋肉１００と直列に接続されていてもよい。
〔第９実施形態〕
図２０に基づき、本発明の第９実施形態に係る流体装置１について、第１実施形態とは異なる点を中心に、説明する。本実施形態の流体装置１は、付加的機械要素３０として、ベローズ４１０に代えて、第２の人工筋肉２００（第２流体アクチュエータ）を備えている点のみで、第１実施形態とは異なる。図２０の例では、第２の人工筋肉２００が、人工筋肉１００（第１流体アクチュエータ）の内部に配置されており、人工筋肉１００と並列かつ同軸状にされている。第２の人工筋肉２００の軸方向の両側の端部２６１、２６２は、人工筋肉１００の軸方向の両側の端部１６１、１６２にそれぞれ接続されている。
本例において、第２の人工筋肉２００は、人工筋肉１００と同様に、軸方向繊維強化型人工筋肉から構成されており、弾性部材及び繊維を含んで構成された筒状体２１０（第２筒状体）を有している。そして、第２の人工筋肉２００は、筒状体２１０の外圧の増大ひいては筒状体１１０の外周面に対する流体の押圧力の増大に伴い、筒状体２４０が、筒状体２４０の径方向（第２径方向）に収縮（縮径）するとともに筒状体２１０の軸方向（第２軸方向）に収縮するように構成されている。第２の人工筋肉２００の軸方向両端部どうしの間において、第２の人工筋肉２００の内周側には、筒状体２１０の縮径変形を抑止する環状の縮径抑止リング２３０が、設けられている。また、図２０の例では、第２の人工筋肉２００は、人工筋肉１００と同じ軸方向長さを有するが、人工筋肉１００よりも小径である。また、人工筋肉１００は、その両端部１６１、１６２間の拡径抑止リング１３０によってもたらされる筒状体１１０の拡縮径の節を２つ有するのに対し、第２の人工筋肉２００は、その両端部間２６１、２６２間の縮径抑止リング２３０によってもたらされる筒状体２１０の拡縮径の節を３つ有する。
図２０に基づき、本発明の第９実施形態に係る流体装置１について、第１実施形態とは異なる点を中心に、説明する。本実施形態の流体装置１は、付加的機械要素３０として、ベローズ４１０に代えて、第２の人工筋肉２００（第２流体アクチュエータ）を備えている点のみで、第１実施形態とは異なる。図２０の例では、第２の人工筋肉２００が、人工筋肉１００（第１流体アクチュエータ）の内部に配置されており、人工筋肉１００と並列かつ同軸状にされている。第２の人工筋肉２００の軸方向の両側の端部２６１、２６２は、人工筋肉１００の軸方向の両側の端部１６１、１６２にそれぞれ接続されている。
本例において、第２の人工筋肉２００は、人工筋肉１００と同様に、軸方向繊維強化型人工筋肉から構成されており、弾性部材及び繊維を含んで構成された筒状体２１０（第２筒状体）を有している。そして、第２の人工筋肉２００は、筒状体２１０の外圧の増大ひいては筒状体１１０の外周面に対する流体の押圧力の増大に伴い、筒状体２４０が、筒状体２４０の径方向（第２径方向）に収縮（縮径）するとともに筒状体２１０の軸方向（第２軸方向）に収縮するように構成されている。第２の人工筋肉２００の軸方向両端部どうしの間において、第２の人工筋肉２００の内周側には、筒状体２１０の縮径変形を抑止する環状の縮径抑止リング２３０が、設けられている。また、図２０の例では、第２の人工筋肉２００は、人工筋肉１００と同じ軸方向長さを有するが、人工筋肉１００よりも小径である。また、人工筋肉１００は、その両端部１６１、１６２間の拡径抑止リング１３０によってもたらされる筒状体１１０の拡縮径の節を２つ有するのに対し、第２の人工筋肉２００は、その両端部間２６１、２６２間の縮径抑止リング２３０によってもたらされる筒状体２１０の拡縮径の節を３つ有する。
このような人工筋肉１００との構成の差異に起因して、第２の人工筋肉２００は、人工筋肉１００とは、同じ圧力の印加に対して異なる出力（軸方向の収縮力又は変位等）を出すように構成されている。
ここで、人工筋肉１００と第２の人工筋肉２００とを比較する際において、「同じ圧力の印加」とは、比較対象の人工筋肉が、本例の人工筋肉１００のように、内圧の印加によって筒状体が径方向に膨張し軸方向に収縮するように構成されている場合は、内圧の印加を指し、一方、比較対象の人工筋肉が、本例の第２の人工筋肉２００のように、外圧の印加によって筒状体が径方向に収縮し軸方向に収縮するように構成されている場合は、外圧の印加を指す。図２０の例では、所定の圧力で、人工筋肉１００に内圧を印加したときの人工筋肉１００の出力と、当該所定の圧力で、第２の人工筋肉２００に外圧を印加したときの第２の人工筋肉２００の出力とが、互いに異なる。
ここで、人工筋肉１００と第２の人工筋肉２００とを比較する際において、「同じ圧力の印加」とは、比較対象の人工筋肉が、本例の人工筋肉１００のように、内圧の印加によって筒状体が径方向に膨張し軸方向に収縮するように構成されている場合は、内圧の印加を指し、一方、比較対象の人工筋肉が、本例の第２の人工筋肉２００のように、外圧の印加によって筒状体が径方向に収縮し軸方向に収縮するように構成されている場合は、外圧の印加を指す。図２０の例では、所定の圧力で、人工筋肉１００に内圧を印加したときの人工筋肉１００の出力と、当該所定の圧力で、第２の人工筋肉２００に外圧を印加したときの第２の人工筋肉２００の出力とが、互いに異なる。
本実施形態の流体装置１は、人工筋肉１００の内部の流体室１４０と、第２の人工筋肉２００の内部の流体室２４０の、２つの流体室を有している。各流体室１４０、２４０は、それぞれ、外部に連通する流体通路１５０、２５０を介して、任意のタイミングで、能動的に加圧又は減圧されてもよいし、あるいは、大気開放される等して受動的に圧力が変化又は固定されるようにしてもよい。
例えば、図２０に示す例では、第２の人工筋肉２００内の流体室２４０に連通する流体通路２５０が大気に開放されており、流体装置１の動作時において、人工筋肉１００の内周面と第２の人工筋肉２００の外周面とによって区画される流体室１４０に、流体通路１５０から加圧（流体の供給）が行われる。すると、人工筋肉１００の筒状体１１０が径方向に膨張するとともに軸方向に収縮し、これと同時に、第２の人工筋肉２００の筒状体２１０が径方向に収縮するとともに軸方向に収縮する。図２０の例の流体装置１では、仮に流体装置１が第２の人工筋肉２００を備えずに人工筋肉１００単体のみを備える場合に比べて、軸方向の両側の蓋部材１２０を流体が軸方向外側に押圧する力によって生じる、軸方向の圧力損失を低減できるとともに、第２の人工筋肉２００による軸方向内側への収縮力が、人工筋肉１００による軸方向内側への収縮力と合わさって、流体装置１全体としての軸方向の収縮力ひいては出力を高めることができる。
例えば、図２０に示す例では、第２の人工筋肉２００内の流体室２４０に連通する流体通路２５０が大気に開放されており、流体装置１の動作時において、人工筋肉１００の内周面と第２の人工筋肉２００の外周面とによって区画される流体室１４０に、流体通路１５０から加圧（流体の供給）が行われる。すると、人工筋肉１００の筒状体１１０が径方向に膨張するとともに軸方向に収縮し、これと同時に、第２の人工筋肉２００の筒状体２１０が径方向に収縮するとともに軸方向に収縮する。図２０の例の流体装置１では、仮に流体装置１が第２の人工筋肉２００を備えずに人工筋肉１００単体のみを備える場合に比べて、軸方向の両側の蓋部材１２０を流体が軸方向外側に押圧する力によって生じる、軸方向の圧力損失を低減できるとともに、第２の人工筋肉２００による軸方向内側への収縮力が、人工筋肉１００による軸方向内側への収縮力と合わさって、流体装置１全体としての軸方向の収縮力ひいては出力を高めることができる。
なお、各流体室１４０、２４０内に流体を供給する場合、各流体室１４０、２４０内に供給される流体の圧力や流体の種類は、流体室毎に任意に選択されてよい。また、流体室１４０、２４０どうしは、連通孔２５１（図２０に破線で示す）を形成する等して、連通されてもよい。
なお、図２０の例に限られず、上述した各例の流体装置１において、それぞれの例の付加的機械要素３０に代えて、又はそれぞれの例の付加的機械要素３０に加えて、第２の人工筋肉２００を設けてよい。ただし、第２の人工筋肉２００は、弾性部材及び繊維を含んで構成された筒状体２１０（第２筒状体）を有し、筒状体２１０の内周面又は外周面に対する流体の押圧力の増大に伴い、筒状体２１０が、筒状体２１０の径方向（第２径方向）に膨張又は収縮するとともに筒状体２１０の軸方向（第２軸方向）に収縮するように構成されており、人工筋肉１００とは、同じ圧力の印加に対して異なる出力（軸方向の収縮力又は変位等）を出すように構成されたものとする。
詳述は省略するが、第３実施形態〜第９実施形態に係る流体装置１も、それぞれ、第１実施形態及び第２実施形態に係る流体装置１と同様の要領で、アクチュエータ、ポンプ、剛性可変装置、又はダンパ等の、流体を利用するあらゆる装置として構成されることができる。
上述した各実施形態に係る流体装置１において、流体装置１をアクチュエータとして構成する場合は、人工筋肉１００と付加的機械要素３０との接続部を出力端とするとよい。
また、上述した各実施形態に係る流体装置１において、流体装置１を増圧ポンプとして構成する場合は、付加的機械要素３０が、内部に流体室を有し、人工筋肉１００の軸方向の収縮に連動して、軸方向の収縮のみで流体室の大きさを変化させるように構成された、流体機械要素であるか、又は、後述する第２の人工筋肉２００（第２流体アクチュエータ）であり、動作時において、付加的機械要素３０の内部に流体が供給された後に、人工筋肉１００の軸方向の収縮を生じさせ、これに連動して流体機械要素を動作させることにより、流体機械要素の内部の流体を増圧して排出するように構成されているとよい。
また、上述した各実施形態に係る流体装置１において、流体装置１をダンパとして構成する場合は、人工筋肉１００と付加的機械要素３０との接続部に入力される振動を減衰するように構成されているとよい。
上述した各実施形態に係る流体装置１において、流体装置１をアクチュエータとして構成する場合は、人工筋肉１００と付加的機械要素３０との接続部を出力端とするとよい。
また、上述した各実施形態に係る流体装置１において、流体装置１を増圧ポンプとして構成する場合は、付加的機械要素３０が、内部に流体室を有し、人工筋肉１００の軸方向の収縮に連動して、軸方向の収縮のみで流体室の大きさを変化させるように構成された、流体機械要素であるか、又は、後述する第２の人工筋肉２００（第２流体アクチュエータ）であり、動作時において、付加的機械要素３０の内部に流体が供給された後に、人工筋肉１００の軸方向の収縮を生じさせ、これに連動して流体機械要素を動作させることにより、流体機械要素の内部の流体を増圧して排出するように構成されているとよい。
また、上述した各実施形態に係る流体装置１において、流体装置１をダンパとして構成する場合は、人工筋肉１００と付加的機械要素３０との接続部に入力される振動を減衰するように構成されているとよい。
以上に述べたように、本発明の流体装置１は、弾性部材及び繊維を含んで構成された第１筒状体１１０を有し、第１筒状体１１０の内周面又は外周面に対する流体の押圧力の増大に伴い、第１筒状体１１０が第１筒状体１１０の第１径方向に膨張又は収縮するとともに第１筒状体１１０の第１軸方向に収縮するように構成された、第１流体アクチュエータ１００と、付加的機械要素３０と、を備え、付加的機械要素３０は、第１流体アクチュエータ１００の第１軸方向の収縮に連動して動作するように、第１流体アクチュエータ１００の第１軸方向の少なくとも一方の端に接続されているものである。この付加的機械要素３０は、内周面又は外周面に対する流体の押圧力の増大に伴い径方向に膨張又は収縮するとともに軸方向に収縮するように構成された筒状体を有さず、流体を利用して動作するように構成された、流体機械要素であるか、又は、弾性部材及び繊維を含んで構成された第２筒状体２１０を有し、第２筒状体２１０の内周面又は外周面に対する流体の押圧力の増大に伴い、第２筒状体２１０が第２筒状体２１０の第２径方向に膨張又は収縮するとともに第２筒状体２１０の第２軸方向に収縮するように構成され、第１流体アクチュエータと１００は同じ圧力の印加に対して異なる出力を出すように構成された、第２流体アクチュエータ２００であるものとする。
内周面又は外周面に対する流体の押圧力の増大に伴い径方向に膨張又は収縮するとともに軸方向に収縮するように構成された筒状体を有さず、流体を利用して動作するように構成された、流体機械要素としては、例えば、内部に流体室を有し、第１流体アクチュエータ１００の第１軸方向の収縮に連動して、第１軸方向の収縮又は伸長のみで流体室の大きさを変化させるように構成されたものが好適である。このような流体機械要素としては、例えば、ベローズ４１０、シリンダ４２０、筒対向型機械要素４４０などがある。
流体装置１は、付加的機械要素３０として、上述の内周面又は外周面に対する流体の押圧力の増大に伴い径方向に膨張又は収縮するとともに軸方向に収縮するように構成された筒状体を有さず、流体を利用して動作するように構成された、流体機械要素でもなく、第２流体アクチュエータ２００でもないような、付加的機械要素３０をさらに備えても構わない。そのような付加的機械要素３０としては、例えば、イナータ５００、ダンパ要素（オリフィス部材６００等）などがある。
流体装置１は、第１流体アクチュエータ１００の第１軸方向の収縮に連動して動作するようにされた付加的機械要素３０を複数備えてもよい。その場合、複数の付加的機械要素３０どうしを互いに直列及び／又は並列に任意に接続してよい。
本発明の流体装置１によれば、性能及び／又は機能の向上が可能となる。
内周面又は外周面に対する流体の押圧力の増大に伴い径方向に膨張又は収縮するとともに軸方向に収縮するように構成された筒状体を有さず、流体を利用して動作するように構成された、流体機械要素としては、例えば、内部に流体室を有し、第１流体アクチュエータ１００の第１軸方向の収縮に連動して、第１軸方向の収縮又は伸長のみで流体室の大きさを変化させるように構成されたものが好適である。このような流体機械要素としては、例えば、ベローズ４１０、シリンダ４２０、筒対向型機械要素４４０などがある。
流体装置１は、付加的機械要素３０として、上述の内周面又は外周面に対する流体の押圧力の増大に伴い径方向に膨張又は収縮するとともに軸方向に収縮するように構成された筒状体を有さず、流体を利用して動作するように構成された、流体機械要素でもなく、第２流体アクチュエータ２００でもないような、付加的機械要素３０をさらに備えても構わない。そのような付加的機械要素３０としては、例えば、イナータ５００、ダンパ要素（オリフィス部材６００等）などがある。
流体装置１は、第１流体アクチュエータ１００の第１軸方向の収縮に連動して動作するようにされた付加的機械要素３０を複数備えてもよい。その場合、複数の付加的機械要素３０どうしを互いに直列及び／又は並列に任意に接続してよい。
本発明の流体装置１によれば、性能及び／又は機能の向上が可能となる。
本発明の流体装置は、例えば、アクチュエータ、ポンプ、剛性可変装置、又はダンパ等の、流体を利用するあらゆる装置に利用できる。
１ 流体装置
３０ 付加的機械要素
１００ 人工筋肉（第１流体アクチュエータ）
１１０ 筒状体（第１筒状体）
１１１ 外側弾性層
１１２ 繊維層
１１２ａ 繊維
１１３ 内側弾性層
１１４ ゴムチューブ
１１５ 繊維コード
１１５ａ 繊維
１１６ 連通孔
１２０ 蓋部材
１２１ 連通孔
１３０ 拡径抑止リング
１４０ 流体室（第１内部空間）
１５０ 流体通路
１６１、１６２ 第１流体アクチュエータの端部
２００ 人工筋肉（第２流体アクチュエータ、付加的機械要素）
２１０ 筒状体（第２筒状体）
２３０ 縮径抑止リング
２４０ 流体室（第２内部空間）
２５０ 流体通路
２５１ 連通孔
２６１、２６２ 端部
４１０ ベローズ（付加的機械要素、流体機械要素）
４１１ 流体室
４１２ 流体通路
４１３ 連通孔
４１４ 蓋部材
４２０ シリンダ（付加的機械要素、流体機械要素）
４２１、４２２ 流体室
４２３、４２４ 流体通路
４２５ シリンダチューブ
４２６ ピストン
４２６ａ オリフィス
４２７ ピストンロッド
４２８、４２９、４３０ 連通孔
４４０ 筒対向型機械要素（付加的機械要素、流体機械要素）
４４１ 流体室
４４２ 流体通路
４４３、４４４ 筒部材
４４５ 連通孔
５００ イナータ（付加的機械要素）
５０１ 筐体
５１２ シャフト
５１３ フライホイール
６００ オリフィス部材（ダンパ要素）
６００ａ オリフィス
７０１、７０２ 逆止弁
７０３、７０４ 配管
７１０ 接続部材
７１１ 連通孔
Ｏ１ 第１軸線
Ｏ２ 第２軸線
３０ 付加的機械要素
１００ 人工筋肉（第１流体アクチュエータ）
１１０ 筒状体（第１筒状体）
１１１ 外側弾性層
１１２ 繊維層
１１２ａ 繊維
１１３ 内側弾性層
１１４ ゴムチューブ
１１５ 繊維コード
１１５ａ 繊維
１１６ 連通孔
１２０ 蓋部材
１２１ 連通孔
１３０ 拡径抑止リング
１４０ 流体室（第１内部空間）
１５０ 流体通路
１６１、１６２ 第１流体アクチュエータの端部
２００ 人工筋肉（第２流体アクチュエータ、付加的機械要素）
２１０ 筒状体（第２筒状体）
２３０ 縮径抑止リング
２４０ 流体室（第２内部空間）
２５０ 流体通路
２５１ 連通孔
２６１、２６２ 端部
４１０ ベローズ（付加的機械要素、流体機械要素）
４１１ 流体室
４１２ 流体通路
４１３ 連通孔
４１４ 蓋部材
４２０ シリンダ（付加的機械要素、流体機械要素）
４２１、４２２ 流体室
４２３、４２４ 流体通路
４２５ シリンダチューブ
４２６ ピストン
４２６ａ オリフィス
４２７ ピストンロッド
４２８、４２９、４３０ 連通孔
４４０ 筒対向型機械要素（付加的機械要素、流体機械要素）
４４１ 流体室
４４２ 流体通路
４４３、４４４ 筒部材
４４５ 連通孔
５００ イナータ（付加的機械要素）
５０１ 筐体
５１２ シャフト
５１３ フライホイール
６００ オリフィス部材（ダンパ要素）
６００ａ オリフィス
７０１、７０２ 逆止弁
７０３、７０４ 配管
７１０ 接続部材
７１１ 連通孔
Ｏ１ 第１軸線
Ｏ２ 第２軸線
Claims (6)
- 弾性部材及び繊維を含んで構成された第１筒状体を有し、前記第１筒状体の内周面又は外周面に対する流体の押圧力の増大に伴い、前記第１筒状体が前記第１筒状体の第１径方向に膨張又は収縮するとともに前記第１筒状体の第１軸方向に収縮するように構成された、第１流体アクチュエータと、
付加的機械要素と、
を備え、
前記付加的機械要素は、前記第１流体アクチュエータの前記第１軸方向の収縮に連動して動作するように、前記第１流体アクチュエータの前記第１軸方向の少なくとも一方の端に接続されており、
前記付加的機械要素は、弾性部材及び繊維を含んで構成された第２筒状体を有し、前記第２筒状体の内周面又は外周面に対する流体の押圧力の増大に伴い、前記第２筒状体が前記第２筒状体の第２径方向に膨張又は収縮するとともに前記第２筒状体の第２軸方向に収縮するように構成され、前記第１流体アクチュエータとは同じ圧力の印加に対して異なる出力を出すように構成された、第２流体アクチュエータであり、
前記付加的機械要素は、前記第１流体アクチュエータの内部に配置されており、前記第１流体アクチュエータと並列に接続されており、
前記第１流体アクチュエータの前記第１軸方向の収縮に連動して動作するように設けられた、イナータ又はダンパ要素を、さらに備え、
前記ダンパ要素は、オリフィスによって流路を絞るように構成されたオリフィス部材である、流体装置。 - 弾性部材及び繊維を含んで構成された第１筒状体を有し、前記第１筒状体の内周面又は外周面に対する流体の押圧力の増大に伴い、前記第１筒状体が前記第１筒状体の第１径方向に膨張又は収縮するとともに前記第１筒状体の第１軸方向に収縮するように構成された、第１流体アクチュエータと、
付加的機械要素と、
を備え、
前記付加的機械要素は、前記第１流体アクチュエータの前記第１軸方向の収縮に連動して動作するように、前記第１流体アクチュエータの前記第１軸方向の少なくとも一方の端に接続されており、
前記付加的機械要素は、弾性部材及び繊維を含んで構成された第２筒状体を有し、前記第２筒状体の内周面又は外周面に対する流体の押圧力の増大に伴い、前記第２筒状体が前記第２筒状体の第２径方向に膨張又は収縮するとともに前記第２筒状体の第２軸方向に収縮するように構成され、前記第１流体アクチュエータとは同じ圧力の印加に対して異なる出力を出すように構成された、第２流体アクチュエータであり、
前記付加的機械要素は、前記第１流体アクチュエータの内部に配置されており、前記第１流体アクチュエータと並列に接続されており、
前記第２流体アクチュエータの内周側には、前記第２筒状体の縮径変形を抑止する環状の縮径抑止リングが設けられている、流体装置。 - 前記流体装置は、前記第１流体アクチュエータと前記付加的機械要素との接続部を出力端とする、アクチュエータとして構成されている、請求項１又は２に記載の流体装置。
- 前記流体装置は、前記第１流体アクチュエータと前記付加的機械要素とを拮抗させることにより、前記第１流体アクチュエータの剛性を変化させることができるように構成されている、請求項１又は２に記載の流体装置。
- 前記流体装置は、前記付加的機械要素の内部に流体が供給された後に、前記第１流体アクチュエータの前記第１軸方向の収縮を生じさせ、これに連動して前記付加的機械要素を動作させることにより、前記付加的機械要素の内部の流体を増圧して排出する、ポンプとして構成されている、請求項１又は２に記載の流体装置。
- 前記流体装置は、前記第１流体アクチュエータと前記付加的機械要素との接続部に入力される振動を減衰する、ダンパとして構成されている、請求項１又は２に記載の流体装置。
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-
2016
- 2016-11-02 JP JP2016215450A patent/JP6854504B2/ja active Active
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