JPH05565B2

JPH05565B2 -

Info

Publication number: JPH05565B2
Application number: JP24523583A
Authority: JP
Inventors: Yoshihide Fukahori; Wataru Seki; Tadashi Fuse; Seisuke Tomita; Takeo Takagi
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1983-12-28
Filing date: 1983-12-28
Publication date: 1993-01-06
Also published as: JPS60139905A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、主にロボツトの操作力として作動す
るエアベツク式ニユーマチツクアクチユエータよ
り具体的には、ゴム又はゴム弾性体からなる内筒
とこの内筒の外周を覆う編組構造体との間に、繊
維の編物よりなる中間層と、更に内筒とこの中間
層との間に緩衝層を設けた高耐久性ニユーマチツ
クアクチユエータに関する。近年危険作業からの防護を目的として開発され
たマニプレータ（マジツクハンド）は、その後の
ロボツト技術の発展および省エネ、高生産性の思
想と相伴い人力作業の代替を含む広範囲な用途に
拡大されつつあるのは周知の通りである。ところでこのようなロボツト技術の展開にとつ
て、マニプレータ又はその類似物の操作部として
いかに優れたアクチユエータを得るかが重要なポ
イントを握つていると言つても過言ではない。事
実、マニプレータ用アクチユエータとして各種の
ものが提案、実用化されているが、各々のいくつ
かの問題点を含んでいる。そこで出願人は先に、
これらの問題点を改良した新しいエアバツク式ニ
ユーマチツクアクチユエータを開発し、特許出願
を行なつている〔特願昭58−71404、特願昭58−
160544〕。このエアバツク式ニユーマチツクアク
チユエータは、ゴム又はゴム状弾性体による管状
部材としての内筒と、この内党の外周を覆う編組
構造体とからなり、両端を封鎖し内部空間に圧力
を加えた際編組構造体のパンタグラフ運動により
径方向の膨張に伴つて軸線方向に収縮する構造を
しており、この際に生起される収縮力によつてア
クチユエータに連続した部材又は装置（例えばロ
ボツトの関節など）を動かす仕組みとなつてい
る。この場合、内筒の径変化に対する抵抗力が発
生しないようにするために編組構造体と内筒とは
結合されていない。このようなエアパツク式ニユーマチツクアクチ
ユエータを第１図に示す。第１図において、１はゴム又はゴム状弾性体よ
りなる管状体、２はその外周に設けた編組構造
体、３は両端の閉鎖部材、４はかしめキヤツプで
ある。閉鎖部材３は、管状体１の両端開口に緊密に、
好ましくは接着剤を用い得る封止合着に供するニ
ツプル５と、位置決めを司るフランジ６、さらに
は連結ピン孔をあけたアイ又はクレビス端７とか
らなり、ニツプル５の外周には、その先端に向う
緩テーパーを、反対向きの急テーパーとともに形
成する抜け止め用の環状突条８を設けるを可とす
る。閉鎖部材３の一方は少くとも片側で、ニツプ
ル５の長さ方向に形成した孔９を介し環状体１の
内部空洞１０と連通する接続孔１１をあけ、ここ
にフイツテイング１２を取付ける。かしめキヤツプ４は、フランジ６と係合して管
状体１の端部外周にかぶさり、とくに端縁にフレ
アー１３を形成した円筒状金物より成り、ニツプ
ル５に向けて半径方向に局部押圧して閉鎖部材３
を管状体１に封止合着する。このような構造のニユーマチツクアクチユエー
タに対し、外部の操作圧力源としてのエアコンプ
レツサーを、３方弁を含む管路により接続し、管
状体１の内部空洞１０内に制御圧力を適用するこ
とにより、編組構造体２の編組角θ_Oのθ_Xに至る拡
大つまり、パンタグラフ運動によつて、管状体１
の膨径と、それに由来した軸方向の収縮すなわち
閉鎖部材３の連結ピン孔間距離の縮小をもたら
す。ところでこのような構造のニユーマチツクアク
チユエータの場合、その両端を封鎖し内部空間に
圧力を加えた際におこる径方向への膨張と軸線方
向への収縮によつて、外部の編組構造体を構成す
る繊維又はコードがゴム又はゴム状弾性体よりな
る内筒にくい込んで内筒を損傷させるため、内筒
の寿命ひいてはニユーマチツクアクチユエータの
寿命を著しく短いものにしていると言う問題があ
つた。本発明は、上記問題点をふまえ研究を進めた結
果なされたものであり、本発明では、ニユーマチ
ツクアクチユエータを、ゴム又はゴム状弾性体よ
りなる内筒と、この内筒の外周を覆う編組構造体
との間に、内周側から順次に、粘弾性体からなる
緩衝層と、繊維編物からなる中間層とを配設して
四層構造体とすることにより、従来のニユーマチ
ツクアクチユエータの機能を全くそこなうことな
く、耐久性の著しく優れたニユーマチツクアクチ
ユエータを得ることが出来た。すなわち、かかる四層構造のアクチユエータで
は、緩衝層および中間層のそれぞれによつて、編
組角の拡縮変化を行う編組構造体から内筒を十分
に保護することにより、その編組構造体の繊維ま
たはコードの、内筒へのくい込みを確実に防止す
ることができる。この場合において、編組構造体の内周側に位置
する中間層は、内筒および緩衝層、直接的には緩
衝層の、編組構造体側へのはみ出し、いいかえれ
ば、編組構造体の繊維もしくはコード間への緩衝
層の入り込みを阻止して、それの編組角の変化を
伴う、緩衝層の損傷および、駆動エネルギーの損
失のおそれを取り除くべく機能し、また、中間層
のさらに内周側の緩衝層は、内筒の、中間層との
摩擦による損傷を防止、併せて、摩擦エネルギー
のほとんど全部を、内筒に伝えることなく、それ
自身にて吸収して、中間層の摩損をもまた有効に
防止すべく機能する。なお、当然のことながら本発明の中心となる中
間層および緩衝層は、ゴム又はゴム状弾性体より
なる内筒の伸縮運動を妨げない程やわらかくかつ
よく伸びることが前提である。したがつて、上記の必要条件を満足する中間層
として次のような特性を有する繊維の編物を用い
ることにより、本発明の目的を達成することが出
来る。まず本発明ニユーマチツクアクチユエータの中
間層は繊維の編物で構成されていることが基本的
特徴である。周知の通り、繊維の構造物は織物と
編物に大別されるが、前者がほとんど伸びないの
に対し後者は構造およびその構成要素に応じて非
常に大きな伸びをもたらす。したがつて中間層と
しては編物が適している。ただし本発明の主旨に
従うためには、その破断時の引張伸度が55％以
上、好ましくは70％以上、更に好ましくは90％以
上の編物であることが必要である。また、本発明ニユーマチツクアクチユエータの
中間層は、ゴム又はゴム状弾性体よりなる内筒の
伸縮運動に追随して変形出来るためには、繊維の
編物の弾性率が高すぎないことが重要であり、そ
の50％伸長時における編物の単位幅当りの引張力
が１〜５×10³（ｇ／cm）、より好ましくは２〜２
×10³（ｇ／cm）、更に好ましくは４〜１×10³
（ｇ／cm）の範囲であることが望ましい。なお編
物の場合、単位面積当りの引張力（応力）より
も、単位幅当りの引張力を用いるのが一般的であ
る。このような中間層を構成する編物の素材となる
繊維としては、それ自身の耐久性が優れたもので
あれば天然繊維、化学繊維を問わない。例えば天
然繊維としては、綿、麻などの植物繊維、絹、毛
などの動物繊維など、また化学繊維としてはナイ
ロン、ポリエステル、アクリル、ビニロン、ビニ
リデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩
化ビニル、ポリウレタン、ポリ青化ビニリデン、
ポリフルオロエチレンなどの合成繊維、レーヨ
ン、ベンベルグ、ポリノジツク、キユプラなどの
再生繊維、アセテート、トリアセテート、プロミ
ツクス、塩化ゴムなどの判合成繊維などが適して
いる。一方、本発明ニユーマチツクアクチユエータの
緩衝層は、ゴム又はゴム状弾性体によりなる内筒
の外部編組構造体による損傷からの保護をより効
果的にするために用いる。本発明で用いられる緩衝層はそれ自身がやわら
かい粘弾性体であることが望ましく、25℃、15Hz
における動的せん断貯蔵弾性率（G′）が１×10³
〜５×10⁸（dyn／cm²）、好ましくは２×10³〜２×
10⁸（dyn／cm²）、更に好ましくは４×10³〜１×10⁸
（dny／cm²）が適当である。上記の主旨に適する粘弾性体としては、例えば
天然ゴム（NR）又はスチレンブタジエンゴム
（SBR）、ブタジエンゴム（BR）、イソブレンゴ
ム（IR）、クロロプレンゴム（CR）、アクリロニ
トリルブタジエンゴム（NBR）、イソブチレンイ
ソプレンゴム（EPR）、エチレンプロピレンター
ポリマー（EPDM）、エチレン酢酸ビニル共重合
体（EVA）、フツ素ゴム、ウレタンゴム、アクリ
ルゴム、塩素化ポリエチレン、クロルスルフオン
化ポリエチレンなどの合成ゴムの加硫物、更にこ
れらの天然ゴム、合成ゴムにカーボン、シリカ、
炭酸カルシウムなどの充てん剤、および可塑剤老
化防止剤、その他一般的な添加剤を充填した加硫
ゴムおよび未加硫ゴムなどゴム系粘弾性体がまず
上げられる。一方、各種可塑剤を混入した熱可塑
性プラスチツクおよび熱硬化性プラスチツクも本
発明の緩衝層として非常に良く適している。例え
ば熱可塑性プラスチツクとしてはメタクリル樹
脂、ABS樹脂、塩化ビニル、ポリスチレン、塩
化ビニリデン樹脂、ポリアミド、セルロース系樹
脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリオ
レフイン、塩素化ポリオレフイン、EVA、EEA、
ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリビニル
アルコール、ポリフエニレンサルフアイド、ポリ
エーテルサルフアイドなどがあり、また熱硬化性
プラスチツクとしては、フエノール樹脂、ユリア
樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル、ジアリルフ
タレート樹脂、キシレン樹脂、エポキシ樹脂、ア
ルキルベンゼン樹脂、エポキシアクリレート樹
脂、けい素樹脂、ポリイミドなどがあげられる。
これらの熱可塑性、熱硬化性プラスチツクに対す
る可塑剤としてはフタル酸系、脂肪酸系、グリコ
ール系、脂肪族２塩素酸系の各エステルおよびエ
ポキシ可塑剤などが好適である。もちろんこれら
のプラスチツク一可塑剤系に対して、必要に応じ
て安定剤、充填剤、着色剤、滑剤、酸化防止剤、
難燃性、紫外線吸収剤、帯電防止剤、架橋剤など
を加えることは、本発明の緩衝層の効果をより大
きくするのに役立つ。更にまた、上記のゴム系、プラスチツク一可塑
剤系の応用としてそのまま使用可能な緩衝層とし
て粘着剤があげられる。これには天然ゴム、
SBR、IR、IIR、再生ゴム、シリコンゴムなどを
基材とするゴム系と、ポリビニルエチルエーテ
ル、ポリビニルメチルエーテル、アクリルポリマ
ーなどを基材とする樹脂系があり、これらに粘着
付与剤、充てん剤、可塑剤、酸化防止剤などが添
加されることによつて粘着剤の性能が発現する。また、発泡体、アスフアルト、粘土など動的せ
ん断貯蔵弾性率が前記の範囲に入る有機又は無機
のやわらかい材料も緩衝層として十分利用可能で
ある。なお緩衝層は内筒と中間層との間に設ける構成
としたが、緩衝層は内筒全体をおおつてもよい
し、又内筒の一部をおおうように設けてもよい。一方、内筒を構成するゴム又はゴム状弾性体お
よびその外周を覆う編組構造体についてはすでに
前述の既出特許〔特願昭58−71404、特願昭58−
160544〕で述べられているがここでも一言触れて
おくことにする。まず内筒を構成するゴム状弾性体とは、ゴム弾
性体一般を総括するものであり、例えば天然ゴ
ム、およびSBR、BR、IR、CR、NBR、IIR、
EPR、EPDM、シリコンゴム、フツ素ゴム、ウ
レタンゴム、アクリルゴム、EVA、塩素化ポリ
エチレン、クロルスルフオン化ポリエチレンなど
の合成ゴムの架橋物、更にこれらの天然ゴム、合
成ゴムにカーボン、シリカ、炭酸カルシウムなど
の一般の充填剤および短繊維、長繊維などの繊
維、各種の可塑剤などを充填した加硫ゴム一般を
さす。更に各種熱可塑性エラストマーなどを未加
硫物でありながらゴム弾性を示すプラスチツク一
般を含むものである。一方編組構造体としては、中間層として用いた
天然繊維、化学繊維はもとより、芳香族ポリアミ
ド繊維、ガラス繊維、炭素繊維など有機又は無機
質張力繊維、更に極細金属ワイヤなどフイラメン
トの撚り又は無撚りの束などが適している。以上のように、中間層および緩衝層を用いるこ
とにより本発明のニユーマチツクアクチユエータ
は、ゴム又はゴム状弾性体よりなる内筒が外部の
編組構造体から保護されるため、内筒の伸縮屈曲
寿命が大幅に向上し、この結果アクチエータの寿
命が飛躍的に向上する。第２図に、本発明のニユーマチツクアクチユエ
ータの構成図を示す。図中１はゴム又はゴム状弾
性体よりなる内筒、２は編組構造体、１４は緩衝
層、１５は中間層を表わしている。比較試験１下記二種類のニユーマチツクアクチユエータに
ついて、その軸線方向長さが25％収縮するような
条件下で伸縮屈曲試験を行なつたときの破損まで
のくり返し数（寿命）を比較したのが表−１であ
る。この場合比較例１は従来通り、ゴムの内筒と
その外周を覆う編組構造体よりなる二層構造体で
あり、一方実施例１では本発明の通りのゴムの内
筒とその外周を覆う編組構造体の粘弾性体よりな
る緩衝層と繊維の編物で出来た中間層とを導入し
た四層構造体である。なお比較例、実施例ともに
ゴムの内筒はNR純ゴム加硫物、外周の編組構造
体はナイロンのモノフイラメント構造物である。
ここで、実施例１で用いた緩衝層はアクリル系粘
着剤であり、レオメトリツクス社のメカニカルス
ペクトルメーターで測定した25℃、15Hzにおける
動的せん断弾性率（G′）は2.0×10⁶（dyn／cm）で
あつた。一方、中間層としては、その50％伸長時
の単位幅当りの引張力が6.5ｇ／cm、破断時の引
張伸度280％のナイロン製編物を用いた。ところで、ここでの伸縮屈曲試験は、水平姿勢
で取り付けたアクチユエータに加圧空気を供給し
てそれを膨径収縮させる工程と、そこから抜気を
行つてアクチユエータを縮径伸長させるととも
に、自己保形力の喪失下で自重屈曲させる工程と
繰り返すことにより行つた。表−１の結果は、緩衝層と中間層とを有する本
発明のニユーマチツクアクチユエータは、従来品
に比べ著しく高寿命となつていることを示してい
る。

【表】比較試験２カーボン補強NR／BR加硫ゴムを内筒、ポリ
エステルのマルチフイラメントを編組構造体とす
る従来のニユーマチツクアクチユエータ（比較例
２）に対し、これにゴム系粘着剤による緩衝層お
よびナイロン製編物を中間層として導入した本発
明のニユーマチツクアクチユエータ（実施例２）
の伸縮屈曲寿命を表−２に示す。なお緩衝層に用
いたゴム系粘着剤の25℃、15Hzにおける動的せん
断貯蔵弾性率は1.3×10⁶（dny／cm²）、一方中間層
としては、その50％伸長時の単位幅当りの引張力
が10.2（ｇ／cm）、引張伸度が250％のナイロン製
編物を用いた。表−２の結果も、緩衝層と中間層とを有する本
発明のニユーマチツクアクチユエータは耐久寿命
が大幅に向上することを示している。

【表】以上のように、本発明のニユーマチツクアクチ
ユエータはゴム又はゴム状弾性体からなる内筒
と、この内筒の外周を覆う編組構造体との間に、
粘弾性体で出来た緩衝層と繊維の編物で出来た中
間層とを設けることにより、ニユーマチツクアク
チユエータが破損するまでの伸縮寿命を大幅に向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のエアーバツク式ニユーマチツク
アクチエータの要部断面図、第２図は本発明のニ
ユーマチツクアクチユエータの主要部分の説明図
である。１……管状体、２……編組構造体、３……閉鎖
部材、４……かしめキヤツプ、５……ニツプル、
６……フランジ、７……クレビス端、８……環状
突条、９……孔、１０……内部空洞、１１……接
続孔、１２……フイツテイング、１３……フレア
ー、１４……緩衝層、１５……中間層。

Claims

【特許請求の範囲】１ゴム又はゴム状弾性体よりなる内筒と、この
内筒の外周を覆う編組構造体とを具えるニユーマ
チツクアクチユエータであつて、内筒と編組構造体との間に、粘弾性体にて形成
した緩衝層と、繊維編物からなる中間層とを、内
周側から順次に配設したことを特徴とするニユー
マチツクアクチユエータ。