JPS6088204A - トルク・アクチュエ−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】 技術分野 本発明は加圧流体の有するエネルギを回転力に変換する
装置、特に、コードを螺旋状に巻回した２本の弾性管状
体への加圧流体の給排により回転力を発生する装置に関
するものである。

従来技術とその問題 上述したように加圧流体の有するエネルギを回転運動に
変換する装置としては圧油を用いるもの、圧縮空気を用
いるものなどあり、更にその構造の違いにより多数の種
類に分類することができる。

しかし、圧油を用いる装置は構造が複雑で装置自体の重
量が大きく、高価であシ、油が漏れた場合には周囲の機
器が損傷することがあり、頻繁に保守点検を行なわなけ
ればならないと言う問題がある。更には作動油の廃棄に
伴う環境汚染の問題もある。

こｎに対し、圧縮空気を用いるものは、作動流体が９気
であるため、例えば漏洩が生じたとしても周囲への影響
がなく＠量でクリーンな装置と言える。ところが電気機
械系のものに比べ総合効率が一般に低いと言う欠点があ
る。さらには作動流体の圧縮性が大きいため１位置決め
、連応性が劣シ、出力も小さいからである。又、摺動抵
抗も大きく、構造が複雑な場合には空気漏れ防止が困難
であると言う問題がある。

一方電気を利用する装置は、上述し比各装置の欠点や問
題杜ないが、一般に高価で、あり、減速機を必要とする
場合が多く、スパークの発生が不可避であシ防爆を必要
とされる場所に使用できないと言う欠点がある。

発明の目的 本発明の目的は、加圧流体の供給によル牛径方向に膨張
しつつ軸線方向に収縮するアクチュエータを利用し、上
述した問題のないトルク・アクチュエータを提供するこ
とである。

発明の構成 上記目的は、次の事項を骨子とする構想により、有利に
達成される。

同心に配置し友内外二重の弾性管状体と、両弾性管状体
の両端部開口をそれぞれ封止する固定部材および可動部
材と、固定部材もしくは可動部材に設けられ、各弾性管
状体に加圧流体をそれぞれχＩＪ個に給排する給排口と
を具え１前記両弾性管状体がそれぞれ逆方向に螺旋巻回
したコードを有してなることを特徴とする。

実施例 以下本発明のトルク・アクチュエータを図面の実施例に
基づいて説明する。

第１図に本発明装置の一実施例を示す。弾性管状体１を
同心かつ２重に配置し、両弾性管状体の両端部開口をそ
れぞれ固定部材２、および可動部材８で封止する。封止
に際しては図示のごとくかしめリング番を用いて弾性管
状体１を固定部材２および可動部材８に押圧し封止する
構成としても良いし、接着材と協働させても良い。また
適当なものであれば接着剤だけを用いて封止合着しても
良い。

５および６は固定部材２に設けた給排口でちゃ、両弾性
管状体１と固定部材２および可動部材８との間に形成さ
れる空間７．８に別個に加圧流体を給排する。本実施例
では各給排口を固定部材２に設けたが可動部材８に設け
てもよく、あるいは各給排口を別個に各部材２．８に設
けても良い。

次に本発明装置の作動を説明する。

今、加圧流体を給排口５を介して空間７内に導入すると
弾性管状体１は半径方向に膨張しつつ軸線方向に収縮力
を生起する。ところが、この弾性管状体にはコード１０
が螺旋に巻回されておシ、コードｌＯには加圧流体圧力
に比例した張力がコード方向に作用する。その結果、弾
性管状体にはコード１０に作用する張力の分力が周方向
に作用し、弾性管状体ｌにねじシモーメントが生ずる。

なおコードと軸線とのなす角は好適には４０°〜７０°
とする。

この様子を第２図を参照して説明する。

第２図は内側の弾性管状体ｌをコードの方向に沿って切
断し展開したものであシ、符号１０はゴム又はゴム状弾
性体によって被接されたコードである。コードの材質と
しては、有機又ｔｉｔ無機質高張力繊維類あるいは弾性
を有する線引きした金属であっても良い。

弾性管状体１の長さをＬ１径まわシのコード打込み本数
ｎＳ直径り。、コード１０のねじれ角をθとすると、コ
ード１０のピッチ数ｍ。Ｉ′１次式でみえられる。

−Ｌ則θ ｍ〇−頁　−−一（１１ ここで加圧流体の作用によシ弾性管状体１のコードが母
ａＡＢに対しα（ｒａｄ　）ねじれたとする〇この時の
ピッチ数ｍｌ′１（１１式を考慮するとα　Ｌ飴ｎθ　
αＤ ”　＝　”’　−２ｙｒ　＝ＴＦ”　ｄ）−−−（２’
ただし、固定部材および可動部材の影響がなく、固定部
材２と可動部材８との間の距離は一定であり、弾性管状
体が膨径変形のみ行うと仮定する。

一方、直径り。はＤに変化するが上記仮定を考慮すれば
、コードのねじれ角θは一定であるのでＬ−Ｈｍ　−−
−（８１ あるいは Ｄ＝匣　−−−＋８１’ πｍ （３）７式に（２）式を代入すると また周方向の力のククあｈを考えれば加圧流体の作用す
る圧力をＰとした時 ＰＬＤ　＝　２Ｔｓｔｎθ−ｎ−ｍ　−−−（５１よっ
て弾性管状体に作用するねじシモーメントＴｏｒは、（
４）、（５）式を考慮すればＴｏｒ　＝　ｎ−Ｔｓｔ−
θ・旦＝　ＰＬＤ　、　１４ｍ となる０しかし実際にはこの他に、ゴム又はゴム状弾性
体固有の弾性に起因する力（モーメント）が作用するの
で１ねじりモーメントすなわちトルクＴＯｒは次式で表
わすのが良い。

ただしＲ（α）：ゴム又はゴム状弾性体の固有の弾性に
起因する力であってαと関連する。

Ｃ：定数 上式よ）トルクＴｏｒは、内圧Ｐに比例し、直径Ｄｏの
三乗に比例することがわかる。なおαはゴム又はゴム状
弾性体の弾性定数に比例する。

従って第１図（ｂ）に示したように、コードの巻回角度
が正負反対になるように構成し、全問７．８に加圧流体
を給排することによシ可動部材８を内圧に比例して正転
又は逆転させることができる。

例えば内側の弾性管状体の直径をＤ□、作用する流体の
圧力をＰｌ、外側の弾性管状休め直径ＤＪ、流体の圧力
をＰ２とすると、作用するトルクＴｏｒ　Ｉｄ　（４１
−％（６１式を考慮して 一πＤ！　πＤ雪 Ｔｏｒ　−Ｆ（Ｐｌ−ｐ、）−、、、。θｉＰ。

一−，（ｓｉ なる式で与えられる〇 第８図は本発明の他の実施例を示す。第１図では弾性管
状体１を別個に形成したが１、本実施例においては１個
の弾性管状体を所定長さで折シ返すことにより同心に配
置した内外二重の構造とする。

その結果、コード１０は第１図（ｂ）に示すように互い
に交差する配置となるので好都合である。従って別個に
２個弾性管状体を造る必要がなりから安価に製造するこ
とができる０ 第４図は本発明装置の他の好適な実施例を示すＯ本実施
例においては、両弾性管状体を収容する円筒状の外筒１
１を設け、固定部材２をこの外筒１１に固着する。外筒
１１には軸受１２を用いて可動部材８を軸線のまわ夛に
回動自在に支持すると共に、可動部材８の軸線方向の偏
移を抑制する。

尚、１８は軸受１２を固定する止め輪である。このよう
に構成することによル、本実施例では、可動部材８に回
動°運動のみ与えることができる。従って、第１図およ
び第２図に示した装置と本実施例とを適宜選択すること
によシ、軸線まわりの回動運動のみ与えるもの、あるい
は更に軸線に沿つ念並進運動も加えた運動を可動部材８
に賦与することができる。

第５図に別の実施例を示す。第１図に示す可動部材８を
軸線方向に延長し、その外周に外歯１４を形成し、この
外歯１４と掛合する門歯を有するリング部材１５を設け
、リング部材１６を回動させる。あるいは図示はしない
が、可動部材３に複数の溝を形成し、これら溝に嵌合す
る突条を具えた環状部材をスプライン掛合させる構成と
しても良い。いずれにしても、このような構成をとれば
、リング部材１５又は環状部材は軸線方向に摺動しつつ
、回転力を伝達することができるので、第４図の実施例
の如く軸受１２を用いる必要がない。

第６図に示す別の好適な実施例では、弾性管状体１で消
費する加圧流体の量を減少するため、内側の弾性管状体
の内部に円筒部材１６を挿入する。

これによシ内側の弾性管状体内に給排する加圧流体の量
を実質的に大幅に低減することができる。

発明の効果 以上詳述したように、本発明のトルク・アクチュエータ
は、従来のトルク・アクチ、ユエータに比べ構造が簡単
で、正転逆転が容易である上、摺動抵抗など考慮しなく
て良いので位置制御も容易で、かつ安価であシ、加圧流
体の圧力を制御することによりトルクを制御できる蔦ト
ルク・アクチュエータである。さらに加圧流体として加
圧空気を用いることによシ、一層軽量なトルク・アクチ
ュエータを得ることができる。その上構造が簡単なので
空気漏洩の問題も解決しやすく、ニューマチック・アク
チュエータの諸々の長所を生かした優れたトルク・アク
チュエータを得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す横断面図、第２図は本
発明のトルク・アクチュエータの作動を説明するための
線図、 第３図は本発明の他の実施例を示す横断面図、第４図は
本発明の他の好適な実施例を示す横断面図、 第６図は本発明の別の実施例を示す横断面図、第６図は
本発明の別の好適な実施例を示す横断面図である。 ｌ・・・弾性管状体　２・・・固定部材８・・・可動部
材　４・・・かしめリング５．６・・・給排口　７．８
・・・空間ｌＯ・・・コード　１１・・・外筒 １２・・・軸受　１８・・・止め輪 １４・・・外＃　１５・・・リング部材１６・・・円筒
部材。 第１図 （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　同心に配置した内外二重の弾性管状体と、両弾性管
   状体の両端部開口をそれぞれ封止する固定部材および可
   動部材と、固定部材もしくは可動部材に設けられ、各弾
   性管状体に加圧流体をそれぞれ別個に給排する給排口と
   を具え、前記両弾性管状体がそれぞれ逆方向に螺旋巻回
   したコードを有してなることを特徴とするトルク・アク
   チュエータ。 ａ　前記コードと前記弾性管状体の軸線とのなす角度が
   ４０°〜７０°である特許請求の範囲第１項に記載のト
   ルク・アクチュエータ。 ＆　弾性管状体を折り返して前記両弾性管状体とした特
   許請求の範囲第１項または第２項いずれか一項に記載の
   トルク・アクチュエータ。 未　前記両弾性管状体を収容する円筒の外筒を設け、前
   記外筒の一方の開口端部に前記固定部材を固着し、他方
   の開口端部に前記可動部材を回動自在に取り付けた特許
   請求の範囲第１〜第８項いずれか一項に記載のトルク・
   アクチュエータ。 ＆　前記可動部材の外周においてスプライン掛゛合する
   回動部材を設けた特許請求の範囲第１　゛〜第４項いず
   れか一項に記載のトルク・アクチュエータ。 ａ　内方の前記弾性管状体の内部全洞内に前記固定部材
   および前記可動部材間に延在し、前記内方の弾性管状体
   よシ小径の棒状部材を設けた特許請求の範囲第１〜第５
   項いずれか一項に記載のトルク・アクチュエータ。