JPH01203704A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は内視鏡用管内自走装置やロボットの人工筋等に
使用されるアクチュエータに関する。

［従来の技術］ 従来、「油圧と空気圧ＪＶＯＬ、１７、Ｎｏ。

３（第１７５〜１８０頁）においてロボット用の人工筋
が紹介されている。この人工筋はゴム製の膨縮自在なチ
ューブからなり、この前後両端を金具で固定したもので
ある。また、このチューブは繊維コードを網状に編成し
たスリーブで覆われている。そして、このチューブ内に
空気を送り、圧力を上げると、そのチューブを半径方向
に膨張するとともに軸方向に収縮させることにより、ロ
ボットのアームなどを駆動するようになっている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記アクチュエータはそのチューブを半
径方向に膨張することにより軸方向へ強制的に収縮させ
るが、これを元の状態に戻すには自然排出によるため、
その復帰動作が、特に、弱く遅い。つまり、確実かつ迅
速な動作が期待できないものであった。

また、チューブが、その半径方向に膨張したのち軸方向
へ伸びて元の位置に確実に復帰する力が弱いことから、
゛充分なストローク量と安定したストローク幅が得にく
いものであった。

そこで、これらを解決するための手段として、上記チュ
ーブの前後両端の金具等に、前後両端をそれぞれ係着し
たスプリングを、そのチューブに外装して上記チューブ
の復帰動作を補助する手段が考えられる。

しかし、この新方式は上記チューブにスプリングを外装
す・るものであるために大径化を招き易い。

このため、そのスプリングをできるだけ、細くしたい。

しかしながら、スプリングを細くすると、上記チューブ
の膨張時にスプリングが邪魔になるため、通常、これを
なし得ない。

本発明は上記各問題点に着目してなされたもので、その
目的とするところは、比較的簡単な構成でありながら、
確実なストロークで迅速に動作させることができるとと
もに極力細径化を図ることができるアクチュエータを提
供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するために、本発明のアクチュエータは
、内部に流体の給排を受けて長軸方向に伸縮するととも
に半径方向には膨縮するチューブと、このチューブ内に
流体を給排する通路手段と、上記チューブの長軸方向の
前後両端側それぞれに前後両端を係着して上記チューブ
に外装されかつ上記チューブの中途部分に対応した部分
の内径を端部側部分より大きく形成されるとともに上記
チューブを長軸方向に伸長させる復帰付勢用スプリング
とを備えてなるものである。

［作用］ 通路手段を通じて流体を供給されことにより膨張したチ
ューブがその流体を排出して収縮する際、復帰付勢用ス
プリングの作用で、そのチューブは長軸方向に強制的に
伸長させられて復帰する。

したがって、迅速な復帰動作が行なわれるとともに復帰
最終位置まで確実に復帰し、常に、安定したストローク
幅が得られる。さらに、チューブに外装するスプリング
はそのチューブの中途部分に対応した部分の内径を端部
側部分より大きく形成したから、全長にわたり等径に形
成する場合に比べて上記チューブを充分に大きく膨張さ
せても邪魔になりにくい。また、スプリングの両端側部
分は小径に形成しであるため、その被係着部材を含め極
力細径化できる。

［実施例］ 第１図ないし第３図は本発明の一実施例を示すものであ
る。この実施例は第２図で示すように工業用管路Ｈ内を
自走させる内視鏡用自走装置の例であり、この内視鏡用
自走装置は可撓性のケーブル１とこのケーブル１の先端
部分に設けられる複数の走行具Ａ、Ｂ、Ｃとから構成し
た管内自走装置部２を設けて構成しである。

この管内自走装置部２におけるケーブルｌは第１図で示
すようにその先端に内視鏡先端部３を取着して内視鏡挿
入部４を構成している。内視鏡先端部３には内視鏡とし
て必要な部品が設けられている。つまり、内視鏡先端部
３にはライトガイド５からの照明光を出射する配光レン
ズ６等の照明手段、対物レンズ７や固体撮像素子８から
なる観察手段、必要な場合に設けられるチャンネル口（
図示しない。）等が組み込まれていて、いわゆる直視型
内視鏡を構成している。

また、ライトガイド５や、固体撮像素子８からの信号線
（図示しない。）はそのケーブル１内を通じて図示しな
い外部装置に導びかれている。

ケーブル１の先端部分に設けられる複数の走行具Ａ、Ｂ
、Ｃは、第１図で示すように構成されている。すなわち
、これはそれぞれ筒状に形成してなる前側本体１１と後
側本体１２を設け、この側本体１１．１２間には剛性チ
ューブ１３を架設してなる。さらに、剛性チューブ１３
の先端には接続管１４が取着され、この接続管１４は剛
性チューブ１３の先端部分とともに前側本体１１の内面
部に嵌合され、止めねじ１５により固定されている。剛
性チューブ１３の後端には別の接続管１６が取着され、
この接続管１６は剛性チューブ１３の後端部分とともに
後側本体１２の内面部に嵌合されており、その接続管１
６の外周に装着した０リング１７により気密的に維持し
ながら前後方向に摺動できるようになっている。

さらに、剛性チューブ１３の外周を覆うようにその前側
本体１１と後側本体１２との間にはゴムなどの弾性体か
らなる進退駆動用のチューブ２０が架設されている。こ
のチューブ２０は通常に伸びた状態では第１図で示すよ
うにその全長にわたり等径な円筒状になる。そして、こ
のチューブ２０の先端部分は上記前側本体１１の後端に
形成した小径部の外周に被嵌され、取着用リング２１に
よって押え付けられている。このチューブ２０の先端部
分は取着用リング２１に巻き付けられ、さらに、このリ
ング２１の外周とばね受は環２２との間で挟み付けられ
ている。また、チューブ２０の後端部分も上記同様に上
記後側本体１２の前端に形成した小径部の外周に被嵌さ
れ、取着用リング２４によって押え付けられている。さ
らに、このチューブ２０の後端部分は取着用リング２４
に巻き付けられ、さらに、取着用リング２４の外周とば
ね受は環２５との間で挟み付けられている。

そこで、チューブ２０の内面は剛性チューブ１３で覆わ
れるとともに前後両端は気密的に閉塞されるため、チュ
ーブ２０の内部は気密的な気腔２６を形成している。こ
の気腔２６には流体給排用の通路手段としての送気チュ
ーブ２７が接続されている。

上記前後のばね受は環２２．２５の間には上記チューブ
２０に外装するようにコイル状の圧縮スプリング２８が
介挿されており、この圧縮スプリング２８の端部は前後
の各ばね受は環２２．２５に被嵌して係着し、上記チュ
ーブ２０を前後に押し広げるように付勢している。つま
り、通常は、第１図で示すように、前側本体１１と後側
本体１２も前後に押し広げられてるとともに、進退駆動
用のチューブ２０は全長にわたり等径な円筒状に伸びて
いる。

上記圧縮スプリング２８はその前後両端側部分を小径と
し中間部分を大径としたいわゆる太鼓の筒胴状に形成さ
れている。そして、小径の前後両端部分が上記各ばね受
は環２２．２５に被嵌して係着し、圧縮スプリング２８
の脹らんだ中間部分は極力チューブ２０の外周から離れ
るようにして外装されている。つまり、圧縮スプリング
２８が収縮膨張したしたときにそのチューブ２０の脹ら
んだ外周に沿って被嵌し、その膨張を妨げない形状に形
成されている。

また、この管内自走装置部２における前側本体１１と後
側本体１２の各外周部分には前部バルーン３１と後部バ
ルーン３２が設けられている。この各バルーン３１．３
２はゴム等の弾性材料によって膜状に形成されてなり、
この一端縁は上記取着用リング２１．２４により上記チ
ューブ２０とともに気密的に取着固定されている。また
、各バルーン３１．３２の他端縁はその本体１１．１２
にねじ止め取着される固定リング３３．３４によって気
密的に締結されている。そして、この前部バルーン３１
と後部バルーン３２はその対応するそれぞれの前側本体
１１の外周部分と後側本体１２の外周部分とで密閉空間
３５．３６を形成している。そして、この各密閉空間３
５．３６にはそれぞれ送気チューブ３７．３８が連通接
続されている。

また、この管内自走装置部２におけるチューブ２０の外
周は規制用弾性筒状部材４０によって覆われている。こ
の規制用弾性筒状部材４０の先端縁と後端縁はそれぞれ
上記チューブ２０の端縁とともに取着用リング２１．２
４によって前側本体１１と後側本体１２に取着固定され
ている。この規制用弾性筒状部材４０は複数の繊維を束
ねてこれを１単位する複数の繊維素子４１をたとえば平
織に編成して筒状に構成してなる。また、正織に編成す
るときには、第３図で示すようにその各繊維素子４１同
士が互いに交叉し、この各交叉点Ｐを結ぶ形が平行四辺
形を形成し、いわば、リンク機構のパンタグラフを構成
する。また、その平行四辺形における対向する交点Ｐは
第３図で示すようにチューブ２０の長軸方向の一直線上
に位置し、各繊維素子４１はチューブ２０の長軸方向に
対して鋭角の角度θをなす。そして、このパンタグラフ
が長軸方向に縮むとき、径方向には逆に伸びる。

また、このパンタグラフが長軸方向に伸びるとき、径方
向には逆に縮む。そして、この規制用弾性筒状部材４０
はチューブ２０の特に伸びを規制するようになっている
。

一方、この管内自走装置部２は第１図で示すようにケー
ブル１に遊嵌されるが、その前側本体１１は内視鏡先端
部３に密に被嵌し、複数の止めねじ４２で固着している
。

なお、上記ケーブル１の基端側は図示しない外部装置に
導びかれ、その外部装置に付設した巻取ドラムに巻き取
られるようになっている。そして、ケーブル１の基端側
は外部装置に組み込んだ光源装置部、制御部、画像処理
装置、ＴＶモニタ等に接続されている。さらに、上記外
部装置には流体加圧ポンプ等を有してなる流体加圧手段
が設けられている。この流体加圧手段には上記送気チュ
ーブ２７．３７．３８に接続されている。この流体加圧
手段には送気給排を切換える加圧管路切換え部が設けら
れている。加圧管路切換え部はたとえばサーボバルブな
どを用いて構成する。

次に、上記内視鏡用自走装置の作用を説明する。

まず、第２図で示すように管路Ｈ内を前進させる場合の
動作を説明する。このときの管内自走装置部２における
各走行具Ａ、Ｂ、Ｃは同じように作動するので、特に、
最先端に位置する走行具Ａを中心にして説明する。また
、チューブ２０とこの前後の各バルーン３１．３２に送
気チューブ２７゜３７．３８を通じて気体を給排するこ
とにより前進するが、このタイミングを示したのが第１
表である。ここで、［１］は加圧時、［０］は排気時を
表わす。

まず、第１の動作の１段階として前部バルーン３１が膨
張して後部バルーン３３と進退駆動用のチューブ２０と
は排気状態となる。つまり、第２図において実線で示す
ように前部バルーン３１のみが膨張してこれが管路Ｈの
内面に押し当り保持される。後部バルーン３２は第２図
において実線で示すように収縮した状態にあり、管路Ｈ
の内面から離れている。また、進退駆動用のチューブ２
０も加圧されていないので、第１図において実線で示す
ように直線的に伸びた状態にある。

次に、第２の段階に移る。この第２の段階では進退駆動
用のチューブ２０の気腔２６に加圧気体が送り込まれ、
このチューブ２０は膨張しようとする。ここで、チュー
ブ２０の外周には規制用弾性筒状部材４０が被嵌してい
るため、その単なる膨張は規制され、次のようにして収
縮する。すなわち、規制用弾性筒状部材４０は複数の繊
維を束ねてこれを１単位する複数の繊維素子４１をたと
えば平織に編成して筒状に構成してなるが、この正織に
編成すると、第３図で示すようにその各繊維素子４１同
士が互いに交叉し、この各交叉点Ｐを結ぶ形が平行四辺
形を形成し、いわば、リンク機構のパンタグラフを構成
している。そして、このパンタグラフが長軸方向に縮む
とき、径方向には逆に伸びる。また、このパンタグラフ
が長軸方向に伸びるとき、径方向には逆に縮む。そして
、この規制用弾性筒状部材４０はチューブ２０の特に伸
びを規制するようになっている。しかして、このチュー
ブ２０内の圧力を上げると、その繊維素子４１によるパ
ンタグラフの力変換作用により半径方向にある程度膨張
するものの長軸方向には大きな収縮力を出しながら収縮
する。このため、この収縮力で後側本体１２を引き、第
２図で示す状態にさせる。つまり、後側本体１２は第１
図中点線で示す位置まで剛性チューブ１３に摺動しなが
ら一定量前進する。なお、このとき、前側本体１１は膨
張した前部バルーン３１により管路Ｈに保持されて停止
したままである。

さらに、第３の段階として前部バルーン３１およびチュ
ーブ２０の加圧に加えて後部バルーン３２も膨張させる
ことによりこの後部バルーン３２も管路Ｈの内面に押し
当てて保持させる。

ついで、この第３の段階での前部バルーン３１のみを収
縮させる第４の段階に移行させる。っまリ、この第４の
段階においては進退駆動用のチューブ２０の気腔２６か
ら気体を排気してその元の直線的な状態に戻すが、この
ときには圧縮スプリング２８が弾性復元作用をして前側
本体１１を強制的に前進させる。そして、この前進に伴
って前側本体１１に連結された内視鏡先端部３およびケ
ーブル１も前進する。

これにより第１の動作が完了し、ケーブル１を距離Δ分
だけ前進させることができる。これと同じ動作である第
２の動作、第３の動作および第′４の動作と順次繰り返
すことにより距離Δ分ずつ繰り返して前進させることが
できる。また、このような動作はすべての走行具Ａ、Ｂ
、Ｃについて同期して同じく行なわれるから、お互いに
前進動作を損うことなく、３倍の力で前進駆動できる。

なお、上記第１表では最前端の走行具Ａがエルボに到達
したときの制御状態をその第３の動作として示した。こ
の状態ではチューブ２０および各バルーン３１．３２と
も排気状態となり、そのチューブ２０および各バルーン
３１．３２とも柔軟でフリーな状態となるため、エルボ
でも容易に通過できる。後続の走行具Ｂ、Ｃが同じくエ
ルボを通過するときには同じように制御すればよい。

ところで、上記圧縮スプリング２８を設け、この圧縮ス
プリング２８の弾性復元力で前進駆動用チューブ２０の
収縮復元を強制的に行なわせるようにしたから、この復
帰動作が強力かつ迅速に行なわれる。しかも、その復帰
ストロークの幅一杯に前進させることができ、安定した
前進動作を保障する。

一方、管路Ｈ内を後退させる場合の動作は、次の第２表
で示すようにその動作タイミングが逆になるだけで同じ
ように作用させることにより後退させることができる。

第　　　２　　　表 なお、本発明のアクチュエータは上記実施例のものに限
定されるものではない。また、その適用対象も内視鏡用
の自走装置に限らず、たとえばロボットの人工筋等にも
適用できるものである。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明のアクチュエータによれば、
通路手段を通じて流体を供給されことにより膨張したチ
ューブがその流体を排出して収縮する際、復帰付勢用ス
プリングの作用で、そのチューブは長軸方向に強制的に
伸長させられて復帰するため、迅速な復帰動作が行なわ
れるとともに復帰最終位置まで確実に復帰し、常に、安
定したストローク幅が得られる。さらに、チューブに外
装するスプリングはそのチューブの中途部分に対応した
部分の内径を端部側部分より大きく形成したから、全長
にわたり等径に形成する場合に比べて上記チューブを充
分に大きく膨張させても邪魔になりにくい。また、スプ
リングの両端側部分は小径に形成しであるため、その被
係着部材を含め極力細径化できる。このように本発明は
比較的簡単な構成でありながら、確実なストロークで迅
速に動作させることができるとともに極力細径化を図る
ことができる等の格別な効果を奏するすぐれたものであ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は管内自走装置
部の側゛断面図、第２図は管路走行時の管内自走装置部
の説明図、第３図は弾性筒状部材の規制作用を説明する
図である。 Ａ、Ｂ、Ｃ・・・走行具、１・・・ケーブル、２・・・
管内自走装置部、１１・・・前側本体、１２・・・後側
本体、２０・・・進退駆動用チューブ、２７・・・送気
チューブ、２８・・・スプリング。 出願人代理人　弁理士　坪井　　淳 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　内部に流体の給排を受けて長軸方向に伸縮するととも
   に半径方向には膨縮するチューブと、このチューブ内に
   流体を給排する通路手段と、上記チューブの長軸方向の
   前後両端側それぞれに前後両端を係着して上記チューブ
   に外装されかつ上記チューブの中途部分に対応した部分
   の内径を端部側部分より大きく形成されるとともに上記
   チューブを長軸方向に伸長させる復帰付勢用スプリング
   とを備えてなることを特徴とするアクチュエータ。