JPH05164112A

JPH05164112A - アクチュエータ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH05164112A
Application number: JP33075191A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Hattori; 部仁志服
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-12-13
Filing date: 1991-12-13
Publication date: 1993-06-29

Abstract

(57)【要約】【目的】アクチュエータのセンサ信号線をコンパクト
にまとめる。【構成】筒状弾性体１の先端のキャップ７に取着され
た力覚センサ８の導線３を筒状弾性体１の外周壁面に沿
い螺旋状に巻装する。さらにその端部に端子４、５を形
成し、筒状弾性体１の根元部端子５から外部リード線１
０を導出する。これによりアクチュエータとしての筒状
弾性体１の先端のセンサからの信号を筒状弾性体の根元
部まで確実に導出してアクチュエータの動作を妨げるこ
となくセンサを利用したフィードバック制御を行える。
また、導線３により補強繊維に代えて筒状弾性体１の半
径方向膨張を拘束することができる。

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に係り、
特に筒状弾性体に取付けられたセンサからの信号線を弾
性体本体に一体的に巻装し、根元部から外部に導出させ
たアクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より流体の圧力差を利用して動作す
るアクチュエータとして種々の往復動シリンダやモータ
が開発されている。これらのアクチュエータはピストン
や回転軸等の可動部分とシリンダや軸受部等の支持部分
との間に摺動部が存在するため作動流体が外部に漏れな
いように各種のシールが施されている。しかし、このシ
ールを装着しても作動流体の漏れを完全に防止すること
は困難であり、しかもシールには寿命があり、一定期間
使用すると摩耗してしまうので、滑らかな動作や精密な
位置決めを行うためには装置のメインテナンスが大変で
あるという問題がある。そこで、出願人は既にこの問題
を解決するために本体を所定の形状に湾曲変形でき、保
守も容易なアクチュエータを提案した（特開平１−２４
７８０９号公報参照）。このアクチュエータは筒状弾性
体の形状をしており、内部に複数の圧力室を有し、その
圧力室作動流体を作用させて内部圧力を調整して弾性体
に作動流体を作用させ、所定の変形を生じさせるもので
ある。

【０００３】ここでこのアクチュエータの構造とその動
作について図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照して説明す
る。アクチュエータを構成する筒状弾性体１００は同図
（ａ）に示したように外周壁を形成する弾性体本体１０
１と、この弾性体本体１０１の両端に固着された先端封
止部１０２、根元封止部１０３と、この根元封止部１０
３に嵌挿された３本の操作チューブ１０４ａ，１０４
ｂ，１０４ｃとから構成されている。このうち弾性体本
体１０１は断面形状が扇形の３つの中子を所定の間隔を
あけて芯部として外形を構成する金型内に収容し、流動
状態のシリコンゴムで金型内を充填して一体的に成形固
化させた弾性性状を示す筒状体である。このようにして
一体的に成型された弾性体本体１０１の内部には中子の
間隔に等しい厚さの隔壁１０５、１０６、１０７が長手
方向に一体的に形成されている。そしてこの隔壁１０
５、１０６、１０７により筒状弾性体１００は圧力室１
０８、１０９、１１０に区画される。また、弾性体本体
１０１の外周には補強繊維１１１が間隔を密にして螺旋
状に巻装され、さらにその外周面は弾性材料のシリコン
ゴム被膜１１２で被覆されている。このため筒状弾性体
１００は補強繊維１１１とシリコンゴム被膜１１２との
複合作用により異方性弾性性状を示す。つまり、縦弾性
係数の小さい方向は筒状弾性体２の軸方向Ｌと略一致
し、この軸方向Ｌには伸びやすい一方、軸方向Ｌと直交
する半径方向Ｒでは補強繊維１１１が変形を拘束するの
で縦弾性係数が大きくなり、伸びにくい。先端封止部１
０２は金属などにより扇形に形成され、各圧力室１０
８、１０９、１１０の端部を封止する役割を果たす。さ
らにこの先端封止部１０２にはシリコーンゴム製のキャ
ップ１１２が接着されている。このキャップ１１２によ
り筒状弾性体が湾曲して先端が壁面等に当接した場合に
もアクチュエータ本体を傷めることがない。

【０００４】また、上記根元封止部１０３も先端封止部
１０２と同様の扇形状をなし、一端が単位筒状弾性体１
０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃに嵌挿固着されている。さ
らに上記操作チューブ１０４を接続するための取付孔１
０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃが各圧力室１０８、１０
９、１１０に対応して穿設されている。操作チューブ１
０４は接着剤等により取付孔１０３ａ，１０３ｂ，１０
３ｃに密封固着されており、他端は図示しない制御部及
び圧力源に接続されている。上記制御部は各圧力室に送
られる作動流体の圧力を自在に調整できるようになって
いる。

【０００５】次にこの筒状弾性体１００の動作を図５
（ｂ）を参照して説明する。まず図示しない圧力源から
操作チューブ１０４ａを通じて作動流体を圧力室１０８
に送り、内部圧力を高める。このとき、図９（ｂ）に示
したように圧力室１０８は軸方向に伸び、筒状弾性体１
００がＡ方向に湾曲して破線で示した状態になる。この
状態でさらに操作チューブ１０４ｃを介して圧力室１１
０の圧力を高めれば、筒状弾性体１００をさらにＢ方向
に湾曲させることができる。このようにして３つの圧力
室１０８、１０９、１１０に与える圧力の組合わせを変
えることにより、上記筒状弾性体１００を任意の方向へ
湾曲させることができる。また、３つの圧力室の圧力を
等しく高めれば、筒状弾性体１００を軸方向Ｌに真直ぐ
に伸ばすことができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のアク
チュエータは３本の操作チューブから空気等の作動流体
を供給して筒状弾性体を所定の形状に湾曲変形させるこ
とができるが、その動作はオープンループ制御により行
われる。すなわち、操作者はアクチュエータの動作状態
を確認しながら把持動作等を行う必要がある。そのため
遠隔操作が必要な場合にはＩＴＶ等の撮像装置を装備し
なければならないという問題がある。また、汎用のロボ
ットハンドに適用する場合等、プログラム化された動作
パターンでなく、複雑な動作を可能にするためにアクチ
ュエータの一部に各種のセンサを取り付けたい場合もあ
る。しかしながら、センサを取り付けた場合にはセンサ
から導出した信号線の取扱いが問題となる。すなわちこ
の信号線は例えばアクチュエータの先端部等に取付けら
れたセンサから制御部まで配線する必要がある。またセ
ンサの数を増やした場合にはその信号線も多数配線しな
ければならない。また、その信号線のまとめ方が十分で
ない場合には信号線の束がアクチュエータの動作を規制
してしまい、ロボットハンドの機動性を低下させるとい
う問題がある。

【０００７】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、センサが取付けられたアク
チュエータの動作を滑らかにするためにセンサの信号線
を筒状弾性体本体に一体的に巻装したアクチュエータと
その製造方法とを提供することにある。

【０００８】

【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の発明は延設された隔壁により内部が複数の圧
力室に区分された筒状弾性体の各圧力室の圧力を調整し
て動作させるアクチュエータにおいて、上記筒状弾性体
に取着された検出部からの信号線を上記筒状弾性体の外
周壁面に沿い螺旋状に巻装して外部に導出させたことを
特徴とするものである。

【０００９】第２の発明は延設された隔壁により内部が
複数の圧力室に区分された筒状弾性体を一体成型し、こ
の筒状弾性体の外周壁面に沿い信号線を螺旋状に巻装し
て筒状弾性体の長手方向の端部に信号線端子を設け、あ
らかじめ検出部が取着されたキャップを上記筒状弾性体
の端部に接着して上記信号線端子と上記検出部のリード
線とを接続する一方、筒状弾性体根元部を封止し、この
根元部に操作チューブとを接続し延たことを特徴とする
ものである。

【００１０】

【作用】第１の発明によれば、筒状弾性体に取着された
検出部からの信号線を上記筒状弾性体の外周壁面に沿い
螺旋状に巻装して外部に導出させたので、例えばアクチ
ュエータの先端に取着されたセンサからの信号線を筒状
弾性体の根元部まで確実に導出でき、これによりアクチ
ュエータの動作を妨げることなくセンサを利用したフィ
ードバック制御を行えるとともに、従来筒状弾性体の外
周壁面に密に巻装されていた補強繊維に代えて、筒状弾
性体の半径方向膨張を拘束することができる。

【００１１】また、第２の発明によれば、延設された隔
壁により内部が複数の圧力室に区分された筒状弾性体を
一体成型し、この筒状弾性体の外周壁面に沿い信号線を
螺旋状に巻装して筒状弾性体の長手方向の端部に信号線
端子を設け、あらかじめ検出部が取着されたキャップを
上記筒状弾性体の端部に接着して上記信号線端子と上記
検出部のリード線とを接続する一方、筒状弾性体根元部
を封止し、この根元部に操作チューブを接続したので、
第１の発明であるアクチュエータを容易かつ確実に製造
することができる。

【００１２】

【実施例】以下本発明によるアクチュエータの実施例を
添付図面を参照して説明する。図１において符号１は、
図５に示したキャップ１１２と同一のキャップの表面に
力覚センサを貼着したアクチュエータの筒状弾性体を示
したものである。この筒状弾性体１は力覚センサにより
クローズドループ制御が可能となっている。筒状弾性体
１の構成部分のうち、弾性体本体２は図５の説明で述べ
た構成とほぼ同一の構成のシリコーンゴム製からなる筒
状体である。また、この弾性体本体２の外周壁面の周囲
には弾性体本体２の先端部から根元部にかけて螺旋状を
なすように導線３が絶縁された状態で密に巻回されてい
る。この導線３は一端が先端側に形成された銅箔端子４
に接続され、他端が根元部に形成された他方の銅箔端子
５に接続されている。この両端の銅箔端子４、５には複
数の信号線の接続を識別できるように所定のマーキング
が施されている。

【００１３】また、導線３の巻回された弾性体本体２の
表面にはシリコーンゴム被膜６が施されており、このシ
リコーンゴム被膜６により筒状弾性体の表面が壁面等と
接触しても導線３が傷付かないようになっている。

【００１４】さらに、筒状弾性体の先端には略半球状の
キャップ７が弾性体本体２の先端端面に接着されてい
る。このキャップ７の球面側には２個の力覚センサ８が
貼着されている。この力覚センサ８はゲージタイプの歪
み計センサでこの力覚センサ８を直交して貼着すること
でキャップ７に作用する力の作用点位置を算出すること
ができる。またそれぞれの力覚センサ８からはリード線
９が延出しており、各リード線９の端子とこのリード線
に対応する筒状弾性体の銅箔端子４とが半田づけ等によ
り接続されている。なおこの接続部分にもシリコーンゴ
ム被膜６がなされており、隣接した端子間の短絡を防止
できるようになっている。

【００１５】一方、筒状弾性体１の導線３の根元部の端
子５からは上記力覚センサ８のリード線９を識別した外
部リード線１０が接続されており、この外部リード線１
０を介して図示しない制御部に接続することができる。

【００１６】このとき制御部では力覚センサ８からの検
出出力信号により筒状弾性体１のキャップ７の接触状態
を認識することができる。そして操作チューブ１１から
空気を供給することで筒状弾性体１を任意の形状に湾曲
変形させることができる。

【００１７】操作チューブ１１ａ，１１ｂ，１１ｃから
空気を供給すると、圧力室１２、１３、１４は軸方向及
び半径方向に膨張しようとするが、半径方向に関しては
導線３が外周面に密に巻回されているので、その変形が
拘束される。したがって筒状弾性体１は軸方向のみに伸
長変形する。このように導線３が図５に示した補強繊維
と同等の力学的役割を果たすので、従来と同様にアクチ
ュエータを動作させることができる。

【００１８】なお、両者の引張弾性係数は、補強繊維と
してのアラミド繊維はＥ＝0.6 〜1.3 kg/mm ²であり、
これに対して導線に用いる銅合金等の場合にはＥ＝1.00
kg/mm²程度である。このため圧力室の半径方向膨張の
拘束度はほぼ等しく、筒状弾性体の湾曲変形性状はほと
んど変わらない。

【００１９】なお、筒状弾性体１が湾曲して導線３に伸
びが生じる場合も考えられるので、必要に応じて筒状弾
性体１の曲率に対応した抵抗変化分を校正してセンサ出
力を検出することも可能である。

【００２０】ここでこのアクチュエータの製造方法につ
いて図２等を参照して説明する。まず弾性体本体２の圧
力室の断面形状と一致する扇形の３つの中子を所定の間
隔をあけて外形を構成する金型内に収容し、キャビティ
を形成する。さらに脱気した流動状態のシリコーンゴム
を金型内に充填して弾性体を一体的成形し、金型内で固
化させる。これにより脱型された弾性体本体２の内部に
は中子の間隔に等しい厚さの隔壁１５、１６、１７が長
手方向に一体的に形成される。この隔壁１５、１６、１
７により筒状弾性体内は３室の圧力室１２、１３、１４
に区画される（図２参照）。さらに弾性体本体２の外周
面の先端部から根元部にかけて間隔を密にして導線３を
螺旋状に巻回する。その後導線３の巻回された弾性体表
面にシリコーンゴム被膜６を施す。このとき巻回された
導線３の端末処理として銅箔端子４，５を形成し、導線
の両端部を各端子４，５に接続する。

【００２１】さらに筒状弾性体１の先端にキャップ７を
接着する。このキャップ７にはあらかじめ力覚センサ８
等の検出部を取着しておき、その検出部のリード線９と
筒状弾性体先端部の端子４とを接続する。

【００２２】一方、筒状弾性体根元部に封止部１８を嵌
着するとともに、この封止部１８のほぼ中央に穿設され
た取付孔１８ａ，１８ｂ，１８ｃに操作チューブ１１
ａ，１１ｂ，１１ｃを取付ける。これにより力覚センサ
８の信号線を筒状弾性体１の先端から根元部まで確実に
導くことができる。次に筒状弾性体の先端に力覚センサ
８に代えてＣＣＤカメラを搭載した変形例を図３により
説明する。図３において、符号２０はＣＣＤカメラの鏡
筒を示しており、この鏡筒２０の内部には撮像レンズ群
２１が収容されている。このレンズ群２１の後方には撮
像デバイスであるＣＣＤ２２が装着されている。このＣ
ＣＤ２２は図示しない支持体によりレンズ群２１と一体
的に筒状弾性体１の端面に固着されている。このＣＣＤ
２２から延出している端子ピン２３、２３…と筒状弾性
体１に形成された端子２４、２４…とは短いリード線２
５を介して接続されている。さらに筒状弾性体に巻装さ
れた多数の信号線２６、２６…の端部は筒状弾性体根元
部の端子２７、２７…まで導かれている。この端子２７
からの外部リード線２８は図示しない電子回路に接続さ
れている。この電子回路はＣＣＤ出力信号の増幅、映像
信号処理部等を備え、筒状弾性体の根元部に一体的に搭
載したり、制御部に設けたりして構成されている。

【００２３】次に筒状弾性体に巻回する信号線として光
ファイバケーブルを使用した変形例を図４により説明す
る。

【００２４】図４は光ファイバ３０を筒状弾性体の外周
に緩い螺旋形状をなすように巻回した状態を示してい
る。光ファイバ３０は使用するファイバ直径により許容
曲率が制限されるので、太径ファイバを利用する場合に
は図４に示したように緩い螺旋形状となるように筒状弾
性体の表面に沿い光ファイバ３０を巻回する必要があ
る。この場合、光ファイバのみでは弾性体本体の半径方
向の膨張を十分拘束できないので、従来のように光ファ
イバと別途に補強繊維を密に巻回することが好ましい。

【００２５】なお、上記の実施例では筒状弾性体の先端
部に検出部を取付けたものを説明したが、検出部を筒状
弾性体の側面部に取り付けるような構成であってもよ
い。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、筒状弾性体に取着された検出部からの信号線
を筒状弾性体の外周壁面に沿い螺旋状に巻装して外部に
導出したことにより、外部に信号線を設けないので、ア
クチュエータの動作を規制することがなくなるととも
に、検出部からの出力信号を制御部に確実に伝えること
ができ、あわせてアクチュエータを容易に製造できると
ともに、筒状弾性体の構成する部品点数を減らしてアク
チュエータのコストを下げることができる等の効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるアクチュエータの第１の実施例の
構成を示した斜視図。

【図２】図１に示したアクチュエータの横断面図。

【図３】図１に示したアクチュエータの変形例を示した
斜視図。

【図４】図１に示したアクチュエータの変形例を示した
斜視図。

【図５】従来のアクチュエータの構成の一例を示した分
解斜視図及び動作図。

【符号の説明】

１筒状弾性体２弾性体本体３導線４，５端子７キャップ８力覚センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】延設された隔壁により内部が複数の圧力室
に区分された筒状弾性体の各圧力室の圧力を調整して動
作させるアクチュエータにおいて、上記筒状弾性体に取
着された検出部からの信号線を上記筒状弾性体の外周壁
面に沿い螺旋状に巻装して外部に導出させたことを特徴
とするアクチュエータ。
【請求項２】延設された隔壁により内部が複数の圧力室
に区分された筒状弾性体を一体成型し、この筒状弾性体
の外周壁面に沿い信号線を螺旋状に巻装して筒状弾性体
の長手方向の端部に信号線端子を設け、あらかじめ検出
部が取着されたキャップを上記筒状弾性体の端部に接着
して上記信号線端子と上記検出部のリード線とを接続す
る一方、筒状弾性体根元部を封止し、この根元部に操作
チューブを接続したことを特徴とするアクチュエータの
製造方法。