JPH04304176A - アクチュエータ及びその位置保持装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアクチュエータ及びその
位置保持装置に係り、特に圧力源等からの作動流体の供
給なしで駆動可能なアクチュエータ及びこのアクチュエ
ータを所定位置に固定保持するための位置保持装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、装置の細径配管内や人体の管状器
官等に挿入され、その内部を所定位置まで移動し、点検
や診断することのできるマイクロマシンと呼ばれる微小
寸法の移動作業ロボットが各種開発されてきている。こ
の種のマイクロマシンは所定の細かい作業を行えるよう
に微小な動きの行えるマニピュレータ部分を備えている
。このマニピュレータの代表的なものとしてフレキシブ
ルマイクロアクチュエータが開発されている。このフレ
キシブルマイクロアクチュエータは筒状弾性体の内部に
形成された複数の圧力室に作動流体を供給し、筒状弾性
体に所定動作を行わせることができるようになっている
（特開平１−２４７８０９号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
フレキシブルマイクロアクチュエータでは筒状弾性体内
部の圧力室への作動流体の供給管や圧力源を備える必要
があり、小型化されたフレキシブルマイクロアクチュエ
ータに対して周辺装置が大きくなってしまうという問題
がある。また、アクチュエータにより対象物に対して作
業を行う場合には対象物からの反作用力に抗するように
アクチュエータを所定の固定位置に位置保持しておかな
ければならない。そこで、本発明の目的は上述した従来
の技術が有する問題点を解消し、圧力源等からの作動流
体の供給管等を必要とせずに所定量の変形移動の可能な
アクチュエータ及びこのアクチュエータを容易に所定位
置に固定保持する位置保持装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は異種金属の端面同士が接合されるよう
に所定長さのバイメタル素線を長手方向に連接して骨組
用素線を構成し、この骨組用素線を弾性体側面に配設し
、上記骨組用素線を熱作用により湾曲させ、上記弾性体
を伸縮させるようにしたことを特徴とするものである。

【０００５】また、骨組用素線を上記弾性体の側面に対
して螺旋状に配置し、この骨組用素線を熱作用により湾
曲させ、上記弾性体を旋回伸縮させるようにしたことを
特徴とするものである。

【０００６】さらに、第２の発明はアクチュエータの端
部に吸盤部を取着し、この吸盤部と接触面とで密閉形成
される圧力室の容積を変化させて減圧し、上記吸盤部と
接触面とを吸着するようにしたことを特徴とするもので
ある。

【０００７】

【作用】第１の発明によれば、異種金属の端面同士が接
合されるように所定長さのバイメタル素線を長手方向に
連接して骨組用素線を構成し、この骨組用素線を弾性体
側面に周設し、この骨組用素線を加熱あるいは冷却して
骨組用素線を湾曲させたり直線状にしたりすることがで
き、これにより上記弾性体を伸縮させ、また、上記骨組
用素線を弾性体の側面に対して螺旋状に配置することで
、弾性体に旋回運動を生じさせることもできる。

【０００８】また、第２の発明はアクチュエータの端部
に吸盤部を取着し、この吸盤部と接触面とで密閉形成さ
れる圧力室の容積を変化させて減圧し、上記吸盤部と接
触面とを吸着するようにしたので、アクチュエータの作
業に伴って発生するアクチュエータ本体への作用反力を
支持でき、作業を確実に行うことができる。

【０００９】

【実施例】以下本発明によるアクチュエータの一実施例
を図１乃至図３を参照して説明する。図１において、符
号１は端部が固定部に支持されているアクチュエータの
全体を示している。このアクチュエータ１はシリコンゴ
ム等の弾性変形可能な円筒形状の筒状本体２と、この筒
状本体２を自立させるように外周面に固着された複数本
の直線状骨組素線３、３…と螺旋状骨組素線４、４…と
から構成されている。この骨組素線３、４は筒状本体２
の表面に強固に貼着されている。このためこの筒状本体
２は骨組素線３、４の変形に追従して変形することがで
きる。さらに骨組素線３、４にはそれぞれ骨組素線３、
４を別個に加熱可能な熱伝導線Ｈ１、Ｈ２が接続されて
いる。この熱伝導線Ｈ１、Ｈ２により骨組素線３、４を
所定温度に温度設定することができる。このとき素線３
と素線４とは断熱性チューブ等により被覆されており、
互いの熱伝導が最小となるようになっている。ここで骨
組素線３、４（以下、符号４は省略する）の構成の詳細
を図２を参照して説明する。同図（ａ）は骨組素線３の
部分を示しており、この骨組素線３は所定長さのバイメ
タル素線５を軸方向に複数本接合したものである。また
、このバイメタル素線５の接合面での配置は高熱膨張係
数金属６と低熱膨張係数金属７とが交互に接合されるよ
うになっている。通常、この骨組素線３のバイメタル金
属としては作動温度に応じて黄銅、各種成分のＮｉ合金
などが用いられている。したがって、この骨組素線３を
加熱するとその形状は同図（ｂ）に示したようにゆるい
波形形状に湾曲する。骨組素線３がこのように湾曲する
と骨組素線３の軸線方向の長さは短くなる。ここで、同
図（ｃ）及び（ｄ）に他の製造方法により製造した骨組
素線３の例を示す。同図（ｃ）は低熱膨張係数金属７の
一部を軸方向に切欠き、この部分に高熱膨張係数金属６
を乾式接合して製造した骨組素線３を示したものであり
、この骨組素線によればバイメタル素線５を軸方向に接
合する作業を省略することができる。また、同図（ｄ）
は板状の金属６、７をあらかじめ軸方向に接合し、その
後、断面が四角形の骨組素線を切り出すようにした例を
示している。この方法によれば、断面が円形の各バイメ
タル素線５を製造して、それらを接合するといった細か
い作業工程を省略することができる。

【００１０】次に、骨組素線３、４を加熱して湾曲させ
、アクチュエータ１に所定の変形を生じさせた状態につ
いて図３を参照して説明する。同図（ａ）は筒状本体２
の軸線方向に配設された直線状の骨組素線３のみを加熱
し、筒状本体２を軸線方向に収縮させた状態を示してい
る。また、この筒状本体２は骨組素線３の温度がもとに
戻ることにより再び図１に示した形状をとることができ
る。同図（ｂ）は骨組素線３と骨組素線４をともに加熱
した状態を示している。このとき筒状本体２は骨組素線
３の湾曲により軸線方向に収縮するとともに、所定角度
だけ旋回して軸方向の長さをさらに減ずるように変形す
る。以上の変形動作では加熱量に応じて所定量の変形が
生じる。このため骨組素線３の単位温度当たりの変化に
よる筒状本体の軸線方向変化量Ｌ０　を把握することで
加熱温度を調整して筒状本体２の所定の軸線方向変位量
Ｌを設定できる。また、骨組素線４の単位温度当たりの
変化による筒状本体のねじれ角θ０　と軸線方向変化量
Ｌ０　とを把握することで加熱温度を調整して筒状本体
２の所定のねじれ角θと軸線方向変位量Ｌとを設定でき
る。 なお、アクチュエータ１は筒状本体２の代わりに中実の
本体を使用することもできる。

【００１１】次に上述のアクチュエータ１を固定部の所
定位置に保持するための位置保持装置について図４乃至
図６を参照して説明する。図４において、アクチュエー
タ１の端部には吸盤状の位置保持装置８が固着されてい
る。この位置保持装置８はゴム等の弾性変形可能な材質
から構成されており、その内部は隔膜９により２個の液
室１０、１１に区分されている。上記隔膜９は浸透膜か
らなり、この隔膜９は低分子物質のみを通過させること
ができ、高分子物質は通過できないようになっている。 液室１０の内部はあらかじめ精製水１２等により満たさ
れている。この位置保持装置８によるアクチュエータ１
の位置保持は以下の手順により行うようになっている。 まず、固定部等の所定位置の接触面１３上にアクチュエ
ータ１の端部を接近させ位置保持装置８を接触面１３に
接触させる。そして、アクチュエータ１内に配置された
注入管１４により高濃度生理食塩水１５を液室１１内に
注入供給する。このとき液室１０内の精製水１２は浸透
圧により矢印のように液室１１側に移動する。これによ
り液室１０の一面を構成する接触膜１６と接触面１３と
の間に形成された圧力室１７の容積が膨張する。この結
果、圧力室１７内の圧力が減圧され位置保持装置８は接
触面１３に吸着し、アクチュエータ１は所定位置に正確
に保持される。

【００１２】図５は２重構造の支持機構からなる位置保
持装置１８を示している。図５において、符号１９は第
１の支持機構を示しており、この第１の支持機構１９は
接触面１３との間に第１の圧力室２０を形成するように
なっている。またこの第１の支持機構１９内面中央位置
にはピストン２１が備えられている。このピストン２１
にはピストン操作用のワイヤ２２が取着されており、こ
のワイヤ２２はピストン２１が通常、第１の圧力室２０
側に突出するようにバネＳにより付勢されている。この
第１の支持機構１９を接触面１３に固定するにはワイヤ
２２をバネＳに抗するように矢印Ａ方向に引けばよい。 このときピストンが凹所１９ａに収容され、圧力室２０
の容積が増加する。これにより圧力室２０内の圧力が減
圧され第１の支持機構１９は接触面１３に吸着し、アク
チュエータ１はその位置に正確に保持される。一方、こ
の固定を解放するにはワイヤ２２を緩めれば良い。これ
によりバネＳに付勢されてピストン２１が初期位置に復
帰し、第１の支持機構１９の吸着が解かれる。さらに、
第１の支持機構１９の外側には第２の圧力室２３を形成
する第２の支持機構２４が設けられている。この第２の
支持機構２４は第１の支持機構１９を覆うようなほぼ半
球状をなし、その中央位置にはアクチュエータ１の端部
が接続されている。さらにこのアクチュエータ１の内部
には第２の圧力室２３に作動流体を供給する供給管２５
が収容され、この供給管２５は第２の支持機構２４の所
定位置に接続されているこの第２の支持機構２４におい
て、図示しない圧力源から供給される作動流体が第２の
圧力室２３に注入され、第１の支持機構１９に外圧とし
て作用する。したがって、この位置保持装置によれば第
１の支持機構１９による吸着作用で所定位置に固定保持
できるとともに、第２の支持機構２４により一定の押圧
力を作用させてアクチュエータ１を接触面１３に固定さ
せることができる。

【００１３】図６は内部に気室２６を有する位置保持装
置２７を示している。この気室２６は弾性薄膜２８と肉
厚吸盤部２９とに囲まれて形成されており、肉厚吸盤部
２９の内部には螺旋状のニクロム線等の熱線３０が気室
２６の近傍位置に埋設されている。またこの気室２６に
は窒素ガス等の不活性ガスが封入されており、熱線３０
を加熱した際に弾性薄膜２８を外方に押出すように膨張
するようになっている。この状態で接触面１３等にこの
位置保持装置２７を接触させ、加熱を停止すると気室２
６内部の気体が収縮して弾性薄膜２８と接触面１３との
間に形成された圧力室３１の容積が増加する。これによ
り圧力室３１内の圧力が減圧され位置保持装置２７は接
触面１３に吸着し、アクチュエータ１はその位置に正確
に保持される。

【００１４】上述のようにアクチュエータに位置保持装
置を固着することでアクチュエータの正確な動作を実現
することができる。

【００１５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、第１の
発明によれば異種金属の端面同士が接合されるように所
定長さのバイメタル素線を長手方向に連接して骨組用素
線を構成し、この骨組用素線を筒状弾性体側面に周設し
、この骨組用素線を熱変形によりアクチュエータを所定
動作で伸縮旋回させることができ、コンパクトなアクチ
ュエータを実現できる。

【００１６】また、第２の発明によればアクチュエータ
の端部に吸盤部を取着し、この吸盤部と接触面とを吸着
するようにしたので、アクチュエータの作業を確実に行
うことができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明によるアクチュエータの一実施例を
示した斜視図。

【図２】第１の発明のアクチュエータに使用された骨組
素線の構成を示した斜視図。

【図３】図１に示したアクチュエータの動作例を示した
斜視図。

【図４】第２の発明による位置保持装置の一実施例を示
した断面図。

【図５】第２の発明による位置保持装置の一実施例を示
した断面図。

【図６】第２の発明による位置保持装置の一実施例を示
した断面図。

【符号の説明】

１　　アクチュエータ ２　　筒状本体 ３，４　　骨組素線 ８，１８，２７　　位置保持装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】異種金属の端面同士が接合されるように所
   定長さのバイメタル素線を長手方向に連接して骨組用素
   線を構成し、この骨組用素線を弾性体側面に配設し、上
   記骨組用素線を熱作用により湾曲させ、上記弾性体を伸
   縮させるようにしたことを特徴とするアクチュエータ。
2. 【請求項２】上記骨組用素線を上記弾性体の側面に対し
   て螺旋状に配置し、この骨組用素線を熱作用により湾曲
   させ、上記弾性体を旋回伸縮させるようにしたことを特
   徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
3. 【請求項３】アクチュエータの端部に吸盤部を取着し、
   この吸盤部と接触面とで密閉形成される圧力室の容積を
   変化させて減圧し、上記吸盤部と接触面とを吸着させる
   ようにしたことを特徴とする位置保持装置。