JPS60139905A - ニユ−マチツクアクチユエ−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】 本発明は、主にロボットの操作力として作動するエアバ
ック式ニューマチックアクチュエータよ５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
性ニューマチックアクチュエータに関する。

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（マジックハンド）は、その後のロボット技術の
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ット技術の展開にとって、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
クチュエータを得るかが重要なポイントを握っていると
言っても過言ではない。事実、マニプレータ用アクチュ
エータとして各種の２ａものが提案、実用化されている
が、各々いくつか１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ッグ
式ニューマチックアクチュエータを開発し、特許出願を
行なっている〔特願昭５８−７１．４０４、特願昭５５
８−１６０，５４４　）。このエアバッグ式ニューマチ
ックアクチュエータは、ゴム又はゴム状弾性体による管
状部材としての内筒と、この内筒の外周を覆う一組構造
体とからなり、両端を封鎖し内部空間に圧力を加えた際
編組構造体のパンクグラ１ｔ１フ運動により径方向の膨
張に伴っ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ってアクチュエータに連続した
部材又は装置！（例えばロボットの関節など）を動かす
仕組みとなっている。この場合、内筒の径変化に対する
１″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。

このようなエアバック式ニューマチックアクチュエータ
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２Ｑりな
る管状体、２はその外周に設けた編組構造体１．８は両
端の閉鎖部材、４はかしめキャップである。

閉鎖部材８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ップル５と、位
置定めを司るフランジ６、さらに５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、ニップル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は止め用の環状突条８を設ける
を可とする。閉鎖部材８の一万は少くとも片側で、ニッ
プ１０ル５の長ざ方向に形成した孔９を介し管状体１の
内部空洞】０と連通ずる接続孔１．１をあけ、ここにプ
イツテイング１２を取付ける。

かしめキャップ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７し１５アー１８を
形成した円筒状金物より成り、ニップルしに向けて半径
方向に局部押圧して閉鎖部材８を管状体１に封止合着す
る。

このような構造のニューマチックアクチュエータに対し
、外部の操作圧力源と゛してのニアコンブ２０レツサー
を８万弁を含む管路により接続し、管状１体１の内部空
洞ＩＯ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。のθ工に至る拡大つまり、バンクグラフ
運動によって、管状体ｌの膨径と、それに由来した軸方
向の収縮すなわち５閉鎖部材８の連結ビン孔間距離の縮
少？もたらす。

・ところでこのような構造の二、ニーマチックアクチュ
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っ
て、外部の編組構造体を構成す１０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ューマチックア
クチュ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。

上記問題点をふまえ研究を進めた結果、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
との間に繊維の編物よりなる中間層を更に、円筒と中間
層との間に緩衝層ごそれぞれ設けた四層構造体とするこ
とにより、従来の二２０ニーマチックアクチュエータの
機能を全くそこな１うことなく、耐久性の著しく優れた
ニューマチックアクチュエータを得ることが出来た。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♀伸縮運５動を
防げない程やわらかくかつよく伸びることが前提である
。

したがって、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ｒｔ有する繊維の編物を用いることにより
、不発明の目的な達成することが出１０来る。

まず本発明ニューマチックアクチュエータの中間層、は
繊維の、ｌＩｉ！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、繊維の構遺物は一物と編物に大別
されるが、前者がほとんど伸びないの１５ト対し後者：
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。したがっ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９０２０％以上の編物であることが必要である
。

また、本発明ニューマチックアクチュエータの中間層は
、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５の５０％伸長時における編
物の単位幅当りの引張力が１〜５Ｘ１０　（９／Ｃｍｌ
、より好ましくは２〜２Ｘ１０（り／　ｃｍ　）　、更
に好ましくは４〜Ｉ　Ｘ　１０　（９７ｃｍ　）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）　ｌｔ
ｌ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横殴する編物の葉材となる繊維とし
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１５然繊維としては、
綿、麻などの植物繊維、絹、毛などの動ｖＩＩ繊維など
、また化学繊維としてはナイフン、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、２（−（７） ベンベルブ、ボリノジ曳ツク、キュプラなどの再生繊維
、アセテート、トリアセテート、プロミックス、塩化ゴ
ムなどの半合成繊維などが適している。

一万、本発明ニューマチックアクチュエータの緩衝層は
、ゴム又はゴム状弾性体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１゜かい
粘弾性体であることが望ましく、２５℃、１５　Ｈｚに
おける動的せん断貯蔵弾性率（Ｇ′）がＩ　Ｘ　１０８
〜５　Ｘ　１　ロ８（ｄｙｎ　／　Ｃ１１１２）　、好
マシくは２ｘｌロ　〜２　Ｘ　１０　（ｄｙｎ　７０ｍ
”　）−更に好ましくは４　Ｘ　１０８−Ｖｌ　ｘ　１
０８（ｄｙｎ／ｃｍ”　］が１５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ェンゴム（ＳＢＲｌ、ブタ
ジェンゴム（ＢＲＩ、イソプレンゴム（ＩＲ）、クロロ
プレンゴム（ＧＲＩ、アＮ（８） クリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、イソｌブチ
レンイソブレ’ｋｋ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）、フッ素ゴム、ウレタンゴム、アク
リルゴム、塩素化ポリエチレン、クロルスルフォン化ポ
リエチレンなどの合成ゴムの加硫物および未加硫物、更
にこれらの天然ゴム、合成ゴムにカーボン、シリカ、炭
＊炉功Ａナトの充てん剤、および可塑剤老化防止剤、そ
の池林笈一般的な添加剤を充填した加硫ゴムおよび未加
ｌＯ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ックおよび熱
硬化性プラスチッ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ックとしてはメタ
クリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、１５塩化ビニル樹脂、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“２ン、ポリプロピレン、変性ポリ
オレフィン、塩素化ポリオレフィン、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
−２０ル、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテル
１サルフアイドなどがあり、また熱硬化性プラスチック
としては、フェノール樹脂・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５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、熱硬化性プラスチックに対
する可塑剤としてはフタル酸系、リン酸系、脂肪酸系、
グリコール糸、脂肪族２塩基酸系の各エステルおよび工
１゜ポキシ可塑剤などが好適である。もちろんこれらの
プラスチック−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、難燃剤、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１５きくするのに役立つ。

更にまた、上記のゴム系、プラスチック−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２０材
とするゴム系と、ポリビニルエチルエーテル、１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って粘着剤の
性能が発現する。

また、発泡体、アスファルト、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
料も緩衝層として充分利用前舵である。

なお緩衝層は内筒と中間層との間に設ける構成】０とし
たが、緩衝層は内筒全体をおおってもよいし、又内筒の
一部をおおうよ“うに設けてもよい。

一方□、円筒を構成するゴム又はゴム状体性体およびそ
の外周を覆う編組構造体についてはすでに前述の既出願
特許〔特願昭５８−７１，４０４．特１５願昭５８−１
６０，５４４　）で述べられているがここでも一言触れ
ておくこと＆とする。

まず円筒を構成するゴム又はゴム状弾性体とは、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，工Ｒ，ＯＲ，旧３　’　Ｒ２’Ｌ、Ｉ
ＩＲ％ＥＰＲ％ＫＰＤＭ、シリコンゴム、７ツ１素ゴム
、ウレタンゴム、アクリルゴム、ＫＶＡ。

塩素化ポリエチレン、クロルスルフォン化ポリエチレン
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、炭酸がダ仏などの一般の充填
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ざす。更に各種熱可塑性エラ
ストマーなど未加硫物でありながらゴム弾性を示すプラ
スチック一般を含ｂ゛ものである。

一方綱組構造体としては、中間層として用いた天然繊維
、化学繊維はもとより、芳香族ボ号アミド繊維、ガラス
繊維、炭素繊維など有機又は無機質高張力繊維、更に極
細金属ワイヤなどフィラメントの撚り又は無撚りの束な
どが適している。　１５以上のように、中間層および緩
衝層′ｆｒ：用いることにより本発明のニューマチック
アクチュエータは、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、円筒の伸縮屈
曲寿命が大幅に同上し、この結果アクチュエータの２０
寿命が飛躍的に向上する。

第１図に、本発明のニューマチックアクチュエータの槽
収図を示す・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、１６は中間層を表
わしている。　５〔実施例１．比較例１〕 下記二種類のニューマチックアクチュエータ１ついて、
その軸線方向長さが２５％収縮するような条祥下でｉ曲
試験を行なったと門の破損までのくり返し数ビ寿命）を
比較したのが表−１である１もこの場合比較例１は捉来
通り、ゴムの内筒とその外周を覆う編組構造体よりｙｉ
ｂ二層構造体であり、一方実施例１では本発明の通りの
ゴムの内筒とその斥−を覆う編組構造体の間に粘弾性体
よりな払緩一層と繊維の編物で出来た小間層とを導入し
た゛′四層構造体である。なお比較例、−施例ともにゴ
ムの内筒はＮＲ純ゴム加硫物、外周の綱組構゛造体はナ
イロンのモノフイ歩メント構造物である。ここで、実施
ｉｌで用いた緩衝層はアクリル系粘着剤であり、レオメ
トリック入社のメカエカルスペ′。

クトルメーターで側輪した２５°Ｃ，１５Ｈｚにお１け
る動的せん断貯蔵弾性率（Ｇ′）は２．０　Ｘ　１０’
（ｄｙｎ　／　ｃｍ　）であった。一方、中間層として
は、その５０％伸長時の電位幅当りの引張力が６．５９
／ｃｍ％破断時の引張伸度２８０％のナイロン製５編物
を用いた。

′表−１の結果は、緩衝層と中間層とを有する本発明の
二五−マチツクアタチュエータは、従来品に比べ著しく
高寿命となっていることを示している。　１０ 表−１ 〔実施例２．些較例２〕 カーボン補強ＮＲ／ＢＲ加硫ゴムを円筒、ポリエーテル
のマルチフィラメントを編組構造体とする従来のニュー
アチツクア≧チュエータ（比較例２）に対し、これにゴ
ム系粘着剤による緩衝層お１よびナイロン製編物を中間
層として導入した不発明のニューマチックアクチュエー
タ（実施例２）の屈曲寿命を表−２に示す。なお緩衝層
に用いたゴム系粘着剤の２５”Ｃ，１５）ＩＺにおける
動的せ５ん断貯蔵弾性率は１．３　ｘ　１０　（（ｉｙ
ｎ　７ｃｍ”　ｌ　、　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　（９／　ｃ
ｍ　）　、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ＩＯ発明
のニューマチックアクチュエータは耐久寿命が大幅に同
上することを示している。

表−２ 以上のように％本発明のニューマチックアクチュエータ
はゴム又はゴム状弾性体からなる内筒と２ここの内筒の
外周′ｆ：Ｎう編組構造体との間に、粘弾１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、ニューマチックアクチュエータの破損するまでの
屈曲寿命を大幅に向上させることができ、かつ安価に製
造することができ一工業上の発展にも大きく寄与出来る
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のエアーバック式ニューマチックアクチュ
エータの要部断面図、 第２図は不発明のニューマチックアクチュエー１０夕の
主要部分の説明図である。 １・・・管状体　２・・・編組構造体 ８・・・閉鎖部材　４・・・かしめキャップ５・・・ニ
ップル　６・・・フランジ ７・・・クレビス端　８・・・環状突条９・・・孔　１
０・・・内部空洞 １１・・・Ｗａ孔　１２・・・フィッティング１８・・
・フレアー−１４・・・緩衝層１５・・・中間層。 、　・　゛　′□”パ″ °□−゛・□；２゛、 １１　１：　１　Ｌ。 ・　・′、１ 、　、　、・、７゛璽′　、パ 　□・、 □　、１ ．１　−　、、　λ　・１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　ゴム又はゴム状弾性体で出来た円筒とこの内筒の外
   周を覆う編組構造体とを有するニュ−マチックアクチュ
   エータにおいて、これら内筒と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
   けた四層構造よりなることを特徴とするニューマチック
   アクチュエータ。 ＆　緩衝層となる粘弾性体の動的せん断貯蔵弾性率が、
   ２５℃、１５　ＨｚにおいてｌＸｌ０〜５　ｘ　１０８
   （ａｙｎ　／　ｃｍ”　］　（７）範囲ニアル特許請求
   の範囲第１項記載のニューマチックアクチュエータ。 ＆　繊維の編物よりなる中間層の５０％伸長時における
   単位幅当りの引張力が１〜５　Ｘ　］、　０８Ｃ９／Ｃ
   ｍ）である特許請求の範囲ｍ１項記載のニューマチック
   アクチュエータ。 ４　繊維の編物よりなる中間層の破断時引張伸２゜度が
   ５５％以上である特許請求の範囲第１項ｌ記載のニュー
   マチックアクチュエータ。