JPH0324303A - 弾性伸長体を用いたアクチュエータ - 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） この発明は、加圧流体の給排により、軸線方向に伸長力
を生起する弾性伸長体を用いたアクチュエー夕に関する
ものである。

（従来の技術及びその課題） アクチュエー夕としては、電動モータ、液圧シリンダ等
が知られている しかしながら、電動モータにあっては、通例、歯車列を
含む減速機構を必要とすることから、重量及び占有空間
が増大し、また、作動し得る範囲が制限を受ける場合が
多く、しかも、スパークの発生が不可避であることから
、爆発性雰囲気内での使用が制限されると言う問題があ
った。

これに対し、油圧モータ又は油圧シリンダーを含む液圧
シリンダにあっては、上記問題に加え、作動油の漏洩を
完全に阻止することが困難なことから、周囲への汚染が
避けられず、また、作動抽の温度、清浄度を細かに管理
する必要がある等、管理上からも解決すべき多くの問題
があった。

加えて、出力の大きなアクチュエー夕を得ようとすれば
、その形状寸法が必然的に大型化すると言う問題もある
。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり
、小型、軽量で、出力が大きく、また、環境汚染の心配
のないアクチュエータを提供することをその目的とする
。

（課題を達戒するための手段） 加圧流体の供給により軸線方向に伸長力を生起する弾性
伸長体と、弾性伸長体の外方に配設され、その軸線方向
への運動を許容すると共に、軸線に交差する方向への運
動を規制する案内手段とを具えてなる。

（作　用） 弾性伸長体は、加圧流体の給徘に際して伸長及び初期寸
法に復帰する、所謂エアーバッグタイプのものであるの
で、加圧流体の有するエネルギーを効率良く運動に変換
することができる。

また、弾性伸長体の外方に配設れた案内手段は、その伸
長及び初期寸法への復帰を阻害することなく、弾性伸長
体のその軸線に交差する方向への運動を拘束するので、
弾性伸長体がその作動に際して屈油することがなく、ア
クチャエータとしての運動方向が担保されることとなり
、従って、小型、軽量で出力の大きなアクチュエータを
得る。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明アクチュエータの好適な実
施例について詳述する。

第１図は、本発明に係る弾性伸長体を用いたアクチュエ
ータＩＯの一部を断面にして示す図であり、管状体１２
を鳩組み補強構造体１４にて囲繞すると共に、それらの
両端開口部を封止部材１６にてそれぞれ封止し、それら
管状体１２、編組み補強構造体ｌ４が、封止部材１６か
ら抜け落ちるのを確実に阻止すべく、かしめリングｌ８
を用いて外方から圧着して胛性伸長体２０を形威し、更
に、案内手段として、本実施例にあっては、弾性伸長体
の外方に入れ子に、一対の筒状体２２を配設し、各筒状
体の一端をかしめリングｌ８にそれぞれ固着して、アク
チュエー夕としたものである。

ここで、管状体１２としては、その内部に適用される加
圧空気、加圧液体などの加圧流体を透過することがなく
、また、その適用に際して充分に膨張し得る可撓性に優
れたゴム又はゴム状弾性材料、更には、その均等物を、
一方、編組み補強構造体１４としては、耐張力に優れた
有機又は無機質繊維、例えば、ポリエステル繊維、芳香
族ボリアミド繊維（ケブラー：商品名）、更には、極細
金属のワイヤのようなフィラメントの撚り、又は無撚り
の束等からなり、加圧流体の適用に伴う管状体１２の軸
線方向への最大伸長時に、初期編み組角度θ。

から、いわゆる静止角（５４゜４４′）に至るような編
み組構造をしたものをそれぞれ用いることができる。な
お、初期編組み角度θとしては、７０゜〜８５゜程度の
角度範囲から選択することができる。

また、それら管状体１２及び編組み補強構造体１４の両
端開口部を封止する封止部材１６の少なくとも一方には
、接続孔２４が設けられており、管状体１２の内部空間
１２ａへの加圧流体の給排を許容する。

これら封止部材１６を金属材料にて形或することも可能
であるが、アクチュエータ１０を一層軽量なものとする
ため、所謂、エンジニアリングプラスチックにて形或す
ることが好ましい。

更に、本実施例にあっては、各封止部祠の外方端面に、
管状体１２の軸線方向に突出する突起部を設け、当該突
起部におねじ部をそれぞれ形威し、それらおねし部を、
適当な固定部材又は被駆動部材に形成しためねじ部に螺
合することにより、体的に固着する構威とした。しかし
ながら、本実施例に限定されるものではなく、例えば、
突起部にピン孔を形威し、固定部材又は被駆動部材に取
付けられた枢支ピンを挿通させて連結する構造としても
良く、種々の変形が可能である。

そして、案内手段としての一例を示す、一対の入れ子に
配設された筒状体２２のそれぞれの一端部を、既知の固
着手段、例えば止めねし又はタッピンねじを用いて、か
しめリングｌ８に固着する。

本実施例にあっては、かしめリングの外形寸法とほぼ等
しい内径寸法を有する一方の筒状体を、かしめリングに
直接的に取付ける一方、この筒状体に外方から嵌合する
他の筒状体の一端を、関連するかしめリングの外周に固
着されたスペーサ２６を介して取り付けた。なお、筒状
体２２としては、それらの相対運動を円滑に行い得るよ
う、例えば、ポリテトラフルオ口エチレンの如き摩擦の
小さな材料、又はそれを相互に運動する表面に被覆した
ものを用いることが好ましい。

これら筒状体２２は、編み組補強構造体ｌ４にて外周が
囲繞され両端開口部がそれぞれ封止部材１６にて封止さ
れた管状体１２からなる弾性伸長体２０の軸線方向への
運動を許容する一方、当該軸線に交差する方向への運動
を拘束することができるものであれば良く、この実施例
に限定されるものではない。

次に、本発明アクチュエータ１０の作動について、第２
図を参照して説明する。なお、簡略のため、弾性伸長体
の編組み補強構造体を構威するコード長さは不変である
ものとする。

曙組み補強構造体１４を構成するコードが、管状体１２
の軸線に対してなす初期編組み角度をθ。、加圧流体の
適用により伸長変形した後になす角度をθとし、管状体
の軸線方向及びそれに直交する方向、つまり周方向にお
ける力の釣合いを考えれば、 ｎＴｃｏｓθ＝　ｚ／４　・Ｄ”Ｐ　十Ｆ　　　−｛１
）２ｎＴｓｉｎθ−ｚＤ”／ｔａｎθ・Ｐ　　　−（２
）ここで、ｎは、コードの打ち込み本数、Ｔは、編組み
補強構造体の各コードに作用する張力、Ｄは、コード中
心における編み組補強構造体の直径、Ｐは、弾性伸長体
に適用さる加圧流体の圧力、Ｆは、弾性伸長体に生起さ
れる伸長力とする。

（１）及び（２）式より、Ｔを消去するとＦ＝ｎＴｃｏ
ｓθ−π／４−Ｄ”Ｐ ＝　ｘ／４　・Ｄ”Ｐ　（　１　−　２／ｔａｎ”θ）
　一（３）（３）式より、伸長力Ｆが「０」となるのは
、θが静止角、つまり、５４”　４４’であることが理
解される。

一方、コードの長さが不変であることを考慮すれば、ｚ
　Ｄ／ｓｉｎθ＝　ｙｔ　Ｄ．／　ｓｉｎθ。なり、Ｄ
＝ｓｉｎθ八ｉｎθｏ　・Ｄｏ　　　　　−（４）とな
る。

弾性伸長体の伸長率εは、同図（ａ）を考慮して、ε＝
（ｌｌｏ）／ｌｏ ＝　（　ｃｏｓθ一ｃｏｓθｏ）／　ｃｏｓθ０となり
、 ｃｏｓ　　θ＝（１＋ε）　ｃｏｓ　　Ｅｌ　．　　　
　　−−（５）となる。

ここで、（４）及び（５）式を（３）式に代入して伸長
力Ｆを求めれば、 Ｆ＝π／４・Ｉ）６”Ｐ　−　Ｋ　　　　　　　　−（
６）但し、Ｋ＝ｌ／ｓｉｎ”θ０ （１　　３（１＋ε）”ｃｏｓ”θ。）ところで、π／
４・Ｄ．”Ｐは有効径Ｄ０のシリンダの出力に等しこと
から、弾性伸長体２０の伸長力Ｆは、有効径Ｄ．のシリ
ンダのＫ倍となることか分かる。

従って、例えば、初期編組み角度θ。が８０゜であって
、弾性伸長体の伸長率をε一〇（％）とすればＫ！−ｉ
０．９４と、ε＝２０（％）とすればＫζ０．９０と、
モしてε＝５０（％）とすればＫ’ｉ０．８２となり、
伸長率εと伸長力Ｆとの関係を示せば、同図（ｂ）のよ
うになる。

また、″＃Ｍ組み補強構造体のコードの初期編組み角度
θ。を８０゜とし、加圧流体の適用に際し、そのコード
が静止角（５４＠４４”）に至るまで変形したとすると
、伸長率εは、（５）式よりε−２．３２となり、極め
て大きく伸長させ得ることがわかる。

一方、このように大きく伸長した場合にあっても、変形
後の弾性伸長体の直径Ｄは、（４）式からＤ＝ｓｉｎ（
５４”　４４’　）／ｓｉｎ（８０’　）　　・Ｄ．！
＝ｉｏ．８３Ｄ となり、弾性伸長体は、その軸線方向の運動に比して殆
ど変形しないことがわかる。つまり、アクチュエータ１
０は、その軸線方向への運動を除いて半径方向には膨出
することがないので、従来既知のエアーバッグタイプの
アクチュエー夕のように、その膨出を許容する空間を設
ける必要がないと言う利点がある。

第３図に、本発明アクチュエー夕の他の実施例を示す。

この実施例は、弾性伸長体２０の内部空間１２ａから加
圧流体を排出した場合に、その初期寸法への復帰をより
速やかに行うべく、案内手段の一端に弾性部材を配設し
たものであり、本実施例にあっては、案内手段としての
筒状体２２の一方の自由端部に、弾性部材としての一例
の円錐状のコイルばね２８の一端を取付け、そのコイル
ばね２８の他端を関連するかしめリング１８に固着した
ものである。具体的には、筒状体２２の自由端部近傍に
、その半径方向外方に突出させた環状突起の外周に、ば
ね２８の一端部を収容する螺旋溝を形威して嵌め合わせ
る一方、同様に、かしめリングｌ８もその一部を外方に
突出させて螺旋溝を形威し、ばね２８の他端部を嵌め合
わせた構造としたものである。

更に、本実施例にあっては、第３図（ａ）に示したよう
に、封止部材ｌ６の突起部に形成したおねじ部を、当該
おねじ部に対応するめねじ部が形威された連結ブラケッ
ト３０に螺合することにより、アクチュエータ１０を順
次連結することもできる。

この場合にあっては、連結ブラケットの互いに対向する
両端部にめねし部３２をそれぞれ形戒することが好まし
く、複数のアクチュエー夕を容易に連結することができ
、また、それら両めねじ部３２に開口する接続孔３４を
形成することにより、関連する二個のアクチュエータ１
０に同時に加圧流体を給排することができる。

勿論、各アクチュエー夕に個別に加圧流体を給排するこ
とができるよう、それぞれのアクチュエー夕に関連する
各接続孔を個別に単一の連結ブラケット３０に形戒する
こともでき、更には、連結ブラケットの形状を適当に選
択することにより、：個以上のアクチュエー夕を連結す
る構成とすることもできる。

一方、本実施例にあっては、複数のアクチュエー夕を直
列に接続したが、並列に連結することもでき、その場合
には出力の大きなアクチュエータ・ユニットを得ること
ができる。

なお、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく
、例えば、相対運動する案内手段としての筒状体に関連
させて、リニアエンコーダ、作動変圧器等の位置検出手
段を配設することにより、アクチュエータの変位量を検
知し得る構成とすることもでき、特許請求の範囲内で種
々の変更が可能である。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明アクチュエー夕は、エアー
バッグタイプのものであるから、加圧流体の有するエネ
ルギーを効率良く機械運動に変換することかでき、また
、従来のアクチュエー夕に比して小型で軽量なアクチュ
エータを提供することができる。しかも、軸線方向にだ
け運動し、半径方向に膨出することがないので、作動に
必要な専有空間を小さくすることができる。

更に、加圧流体の圧力を一定とすれば、伸長力と伸長率
とが比例関係にあるので、力の制御が容易なアクチュエ
ー夕を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明アクチュエー夕を一部破断して示す斜
視図、 第２図（ａ）及び（ｂ）は、第１図に示すアクチュエー
夕の作動並びにその伸長力及び伸長率の関係を示す説明
図、 第３図（ａ）は、本発明アクチュエー夕の他の実施例を
示す斜視図、そして、 第３図中）は、第３図（ａ）の一部を拡大して示す図で
ある。 １０・−アクチュエータ　　１２一管状体１４−編組み
補強構造体　１６−・・封止部材ｌ８・・−かしめリン
グ　　　２〇一弾性伸長体２２一筒状体　　　　　　２
４．３４−・一接続孔２６−・−スペーサ　　　　　２
８−・・コイルばね３０一連結ブラケット ３２−めねし部 同

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、加圧流体の供給により軸線方向に伸長力を生起する
   弾性伸長体と、弾性伸長体の外方に配設され、その軸線
   方向への運動を許容すると共に、その軸線に交差する方
   向の運動を拘束する案内手段とを具えてなることを特徴
   とする弾性伸長体を用いたアクチュエータ。