JPS61262205A - 湾曲自在なアクチユエ−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】 （産業上の利用分野） 本発明は、加圧流体の有するエネルギを用いて、軸線方
向の運動を生起するアクチュエータに関するものである
。

（従来技術） 加圧流体の有するエネルギを用いて、直線往復運動を生
起するアクチュエータとしては、油圧シリンダ、空気圧
シリンダなどが既知である。空気圧アクチュエータは、
油圧シリンダに比ベシリンダの運動部分の重量も軽く、
慣性／出力比を小さくできるので始動、停止が円滑であ
り、作動油の漏洩による環境汚染又は火災の心配がなく
、更には、電動モータを用いた場合に問題となるスパー
クの発生、過熱などに起因する発火の恐れがないなど数
多くの利点がある。

このような空気圧シリンダとしては、たとえば第５図に
示す構造のものがある。炭薫鋼管、鋳鉄又はステンレス
などよりなり、必要な耐圧性をもったシリンダチューブ
ｌにピストン２を摺動自在に収容する。シリンダチュー
ブ１の両端は、ロッドカバー８及びヘッドカバー４によ
り気密にシールされている。ピストン２の外周には、シ
リンダチューブ１とピストン２との間をシールするピス
トンパツキンが設けられ、更に圧縮空気によりピストン
に生起された、運動と力をシリンダチューブｌの外方に
取出すためのピストンロッド６が固着されている。なお
符号７はシリンダチューブ内に圧縮空気を導入又は排出
するためのボ゛−トであり、８は往復動するピストンロ
ッド６を案内するロッドブツシュ、９はロッドブツシュ
８とピストンロッド６との間をシールする口・ンドパッ
キンである。このような構成は油圧シリンダにおいても
同様である。

Ｃ発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来既知のシリンダは、シリンダチュー
ブ１とピストン２との間に画成される空間内に、ボート
７を介してたとえば圧縮空気を導入し、ピストンロッド
６を往復動させる構成であったため、シリンダチューブ
は、使用圧力に充分耐えるだけの肉厚を持ったものでな
ければならなかった。またピストン２が、シリンダチュ
ーブ１の内側面に沿って摺動するので、加工精度も高い
ことが必要とされ、また耐摩耗性及び防錆を考慮して２
０μｍ程度の硬質クロームめっきが施されているのが一
般的である。

このためアクチュエータ自体の重量が大きくなるばかり
でなく、出力伝達部材としてのピストンロッドが、アク
チュエータ全体の重量に占める割合に比べ、シリンダチ
ューブなどの非可動部分の占める割合が大きいと言う問
題がある。また高い加工精度が要求されるのでアクチュ
エータ自身の値段が高くなると言う問題に加え、実質的
に円筒状ヲしたシリンダチューブの形状により、アクチ
ュエータの作動方向及びその占有空間が決定され、ひい
ては、アクチュエータが使用される機器の寸法が決まっ
てしまうと言う欠点もある。このことハ、油圧シリンダ
に対しても同様である。

一方電動機を用いることも考えられるが、電動機を用い
て直線運動を得ようとすると、機構が複、　雑になり装
置も大きくなるため、有利な方法とは言えない。

本発明の目的は、これら問題点を有利に解決す１蜘甑ハ
猛畳ル思掛すス、−２にあム。

ｃ問題点を解決するための手段） 本発明アクチュエータは、編組補強構造をもって外周を
補強し、両端開口は少なくとも片側にて接続孔を有する
閉鎖部材で封止合着したゴム又はゴム状弾性材料の管状
体よりなる弾性収縮体と、弾性収縮体の外側面に設けら
れ、各上記閉鎖部材に離間させた少なくとも１個のガイ
ド部材と、弾性収縮体に離間して配設されガイド部材の
外側面と摺動する内側面を有する湾曲自在な筒状部材と
を具え、弾性収縮体の一方の閉鎖部材をその筒状部材の
一端部に固着してなる。

（作　用） このように構成したアクチュエータに、接続孔を介して
弾性収縮体内に加圧流体を導入すると、編組補強構造の
編組角が拡大し、管状体の膨径とそれに由来した軸線方
向の収縮力が生起される。

なお、弾性収縮体の外周には、閉鎖部材に離間させたガ
イド部材が設けであるので、弾性収縮体は全体的に膨張
するのでなく、ガイド部材を設けた箇所を除いて半径方
向に膨張する。ところで弾性収縮体は、管状部材によっ
て離間して包囲されているので、弾性収縮体の膨張が阻
害されることはない。その上、閉鎖部材の一方を、その
管状体の一端部に固着したので、他方の閉鎖部材は、加
圧流体の導入により生起された収縮力に基づいて、一方
の閉鎖部材方向に移動する。その際、弾性収縮体の外周
に取付けたガイド部材の外側面は、弾性収縮体の収縮に
伴い筒状部材の内側面に沿って摺動し、弾性収縮体の収
縮運勢を案内するので、筒状部材が湾曲していても他方
の閉鎖部材は、筒状体の湾曲形状に沿って一方の閉鎖部
材方向に移動する。

一方、弾性収縮体内から加圧流体を排出すれば、編組補
強構造の編組角の減少の下に、管状体は復元伸長する。

【実施例） 以下図面を参照して本発明のアクチュエータを詳述する
。

第１図（ａｌは、本発明アクチュエータの第１の実施例
を示す図である。ｌは加圧流体の給排により膨径変形し
軸線方向に収縮力を生起する弾性収縮体であり、ゴム又
はゴム状弾性材料よりなる管状体２の外周を編組補強構
造８にて補強し、両端開口を閉鎖部材４ａ、４ｂで封止
合着したものである。なお、管状体２と編組補強構造８
とを閉鎖部材４ａ、４ｂに確実に合着させるため、かし
めキャップ５を用いてかしめる。６はキャップ５をかし
めた時の圧痕を示す。

管状体２は、ゴム又はゴム状弾性材料が不透過性、可撓
性の面で重宝に活用されるが、均等材料たとえば各種の
プラスチック材、料で置き換えることもできる。

編組補強構造８は、管状体２の内圧充填による最大膨径
時において、いわゆる静止角（５４°４４′］に至るよ
うな編組構造をしており、有機又は無機質高張力繊維類
、たとえば芳香族ポリアミド繊維（ケプラー：商品名）
や、極細金属ワイヤの如きフィラメントの撚り、または
無撚りの束などが適合する。閉鎖部材４の少なくとも一
方には、管状体２の内部空洞２ａに連通ずる接続孔７を
設け１この接続孔にフィッティング８を取付ける。フィ
ッティング８には、図示しないが、操作圧力源、たとえ
ばエアーコンプレッサを管路により接続し、管状体２の
内部空洞２ａ内に制御圧力を適用することにより、Ｍ１
組補強構造ａの編組角度の拡大・つまりパンタグラフ運
動によって管状体２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４ａ、＋ｂ間の距離の縮小が
もたらされる。

この弾性収縮体ｌの外側面に、その軸線方向に′離間さ
せたガイド部材９を固着し、更に弾性収縮体１の一方の
閉鎖部材４ａにリング部材１０を固着し、湾曲自在な筒
状部材１１を弾性収縮体１にその半径方向に離間させて
配置する。

ガイド部材９は、管状体２の内部にその軸線方向に離間
してその内側面に接着した内側カラー１２を弾性収縮体
１の外側よりそれぞれ抱持する外側カラー１８に接着又
は、螺着にて固着する。

ガイド部材９の外側面は、図より明らかなように、筒状
部材１１が湾曲したとしてもその平滑な内側面と線又は
面接触することができるような曲面形状に形成する。そ
して筒状部材の内側面と摺動できるよう、好適にはガイ
ド部材の外側面には、たとえばポリテトラフルオロエチ
レン（ＰＴＦＫ　ｌのような摺動抵抗の少ない被膜を形
成し、摺動運、。

動を容易にする。勿ｉ％ＰＴＦＥでガイド部材全体を形
成しても良い。なお、ガイド部材９には、軸線方向にガ
イド部材を貫通する貫通孔１４を設け、互いに隣接する
ガイド部材９と筒状部材１１との間に画成される各空間
Ｓ内の流体の流れを許容する構成とし、弾性収縮体１が
その半径方向に膨径する際に、空間内の流体を圧縮する
ことにより、その膨径運動が阻害されないようにする。

または、筒状部材１１に、その半径方向に複数の貫通孔
を形成し、上記各空間Ｓ内の流体が、弾性収縮体１の膨
径運動を阻害しないようにしても良い。

リング部材１０は、閉鎖部材４ａに関連するがしめキャ
ップ５の、その周方向に離間させて形成した肩［５ａに
、かしめキャップ５が挿通するリング部材１０を当接さ
せ、肩部５ａに離間させて形成したねじ部１５に締付ナ
ツト１６を螺合させることによって弾性収縮体の一方の
閉鎖部材４ａに固着する。また、リング部材１０と筒状
部材１１とガイド部材とにより、空間Ｓがやはり画成さ
れるが、この空間内の流体は、リング部材ｌＯとかしめ
キャップ５との隙間、すなわち圧痕６を介して外方に排
出されるので、弾性収縮体の膨径運動が阻害されること
はない。しかし必要であれば貫通孔１４をリング部材ｌ
Ｏに形成しても良い。

筒状部材１１としては、湾曲自在なチューブ、たとえば
プラスチックのチューブを用い、その一端部の内側面を
、リング部材１０の外周に、接着又はねじ止め等の既知
の固着手段を用いて固着する。筒状部材１１としては、
湾曲させた時に、そ”　　の軸線に直角に交差する筒状
部材の断面が、実質的にほば円形を保持するものが好ま
しい。

また、第１図（ｂ）に示すように、筒状部材の外側面の
一部又は全長に亘り、環状の凹凸部分１７を形成し、管
状部材の湾曲を一層容易に行えるようにすると共に、湾
曲させた際に筒状部材の断面が、実質的にほぼ円形を保
持するようにする。

このように筒状部材１１を構成するならば、プラスチッ
ク材料ばかりでなく、薄肉の金属材料たとえばアルミニ
ウムのチューブを筒状部材として使用することもできる
。

また、符号１８は、他方の閉鎖部４ｂに形成した、工具
に螺合する保持部を示す。

次に、このように構成した本発明のアクチュエータを第
２図（ａ）を参照して、その作動を説明する。なお、第
２図（１））に示したように、本アクチュエータでは弾
性収縮体の他方の閉鎖部材４ｂを、ガイド部材９に一体
に形成したものである。もし必要であれば、ガイド部材
９の外方端面と、かしめキャップ５の端面とを同一平面
にしても良い。また図中第１図に示す部分と同等の部分
はそれと同一符号で示す。

今、仮想ＮＩＬにて画成されたクランク状のスペース内
に、本発明のアクチュエータを配設し、筒状部材１１を
介してリング部材１ｏを抱持する７ランジ１９にて基部
Ｂに固着する。フィッティング８を介して操作圧力源か
ら、加圧流体、たとえば圧縮空気を管状体３の内部空洞
２ａ内に導入すると、弾性収縮体１は膨径変形し、軸線
方向に収縮力を生起する。ところで弾性収縮体の一方の
閉鎖部材は、リング部材１０を介して７ランジ１９によ
り基部Ｂに固定されているので、弾性収縮体１は、第２
図（ａ）において右方に移動する。この際、弾性収縮体
ｌの外周には、その軸線方向に適宜離間させたガイド部
材９が固着されており、ガイド部材９は筒状部材１１の
内側面に沿って滑らかに摺動する。それゆえ、他方の閉
鎖部材４ｂに一体に形成したガイド部材は、図中符号工
で示す位置から■で示す位置に移動する。

一方、フィッティング８を介して管状体２内の圧縮空気
を排出すれば、管状体２に貯えられた弾性エネルギの解
放により編組補強構造８の編組角の減少の下に弾性収縮
体１は復元伸長するので、閉鎖部材４ｂを含めガイド部
材９はそれぞれ初期位置に復帰する。

また、弾性収縮体の初期位置への復帰を確実に行なうた
め、第３図にその一部を示した実施例では、軸線方向に
移動する弾性収縮体ｌの閉鎖部材４ｂより内方で、筒状
部材１１の内側面に環状の係止部２０を接着又はねじ止
め等により固着する。

そして閉鎖部材４ｂに一体に取付けたガイド部材９と、
係止部２０との間に弾性手段２１としてのコイルばねを
配設する。

今、管状体内に加圧流体を導入し、弾性収縮体１をその
軸線方向に収縮させると、弾性収縮体の閉鎖部材４ｂに
一体のガイド部材９は、係止部２０方向に接近して移動
し、コイルばねを押圧す゛る。管状体より加圧流体を排
出すると弾性収縮体１に生起される収縮力が低下する。

この低下した収縮力がフィルばねの復元力より小さくな
れば、ガイド部材９は、復元力と収縮力との差に基づい
て初期位置方向に移動する。更に、加圧流体を管状体よ
り排出すれば、ガイド部材９は初期位置に復帰する。

また第４図に示した他の実施例では、弾性収縮体ｌの閉
鎖部材４ａをその軸線方向に延長して連結部を形成し、
基部Ｂに固着したブラケット２１と、その連結部を連結
ピン２２を介して連結したものである。この実施例に示
すアクチュエータでは、アクチュエータ自身が湾曲可能
であることに加え、連結ピン２２を中心に了りチュエー
タヲ連結ピンの軸線のまわりに旋回させることができる
ノテ、大キく湾曲したスペースにでもアクチュエータを
収容することが可能になる。また、本実施えばひずみケ
ージ２８を設ける。ひずみゲージ２８からの出力は、表
示手段２４に接続されており、表示手段は加圧流体を導
入した際に弾性収縮体に生起された収縮力に起因して閉
鎖部材４ｂに生ずるひずみを、収縮力に対応させて表示
する。

それゆえ、加圧流体の給排により弾性収縮体に生起され
る収縮力を知ることができるので、アクチュエータの出
力の調整が容易となる。

なお、本発明アクチュエータは上述した実施例に限定さ
れるものでなく、特許請求の範囲内で種々の変更が可能
であり、一本の弾性収縮体を用いるのでなく、複数の弾
性収縮体を連結し大きく湾曲できる構成とすることもで
きる。

（発明の効果） 以上詳述したように本発明のアクチュエータは、アクチ
ュエータ自身を湾曲させることができるので、機器など
の限られた、しかも湾曲した空間内であっても、アクチ
ュエータを設置することが可能となり、機器などの殴計
の自由度を大きくとれる。このことは、自由度の数が大
きな多関節のロボットハンドにおいて一段と有利であり
、駆動機構として、歯車、リンク、チェーン、ベルト、
ケーブルなどを用いた従来のものに比べて見れば明らか
である。

また、従来のシリンダ型式のアクチュエータに比へ、ア
クチュエータ自身の重量を軽くでき、めっきなどの特別
な加工又は高い加工精度な必要としないので、非常に安
価でしかも使い勝手の良いアクチュエータを得る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明のアクチュエータを一部断面にし
て示す正面図、 第１図（ｂ）は第１図に示すアクチュエータに好適な筒
状部材を一部断面にして示す正面図、第２図（ａ）は本
発明アクチュエータの他の実施例の作動を示す説明図、 第２図（ｂｌは＠２図（ａ）に示したアクチュエータの
一部を拡大して示す断面図、 第３図は本発明の別の実施例の一部を断面にして示す説
明図、 第４図は更に他の実施例の一部を断面にして示す説明図
、 第５図は従来のシリンダ型式のアクチュエータを一部切
断して示す斜視図である。 ｌ・・・弾性収縮体　　　　２・・・管状体２ａ・・・
内部空洞　　　　　８・・・編組補強構造４ａ、４ｂ・
・・閉鎖部材　　　５・・・かしめキャップ５ａ・・・
肩部　　　　　　　６・・・圧痕７・・・接続孔　　　
　　　８・・・フィッティング９・・・ガイド部材　　
　　１０・・・リング部材１１・・・筒状部材　　　　
　１２・・・内側カラー１８・・・外側カラー　　　　
１４＆、１４ｂ・・・貫通孔１５・・・ねじ部　　　　
　１ｆｌ由締付ナツト１７・・・凹凸部分　　　　　１
８・・・保持部１９・・・７ランジ　　　　　２ｏ・・
・係止部２１・・・フラケット２２・・・連結ピン２３
・・・ひずみゲージ　　　２４・・・表示手ｆｆ特許出
願人　　　株式会社ブリヂストン第３図 第４図 第５図 ３０７ド刀八−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、編組補助構造をもって外周を補強し、両端開口は少
   なくとも片側にて接続孔を有する閉鎖部材で封止合着し
   たゴム又はゴム状弾性材料の管状体よりなる弾性収縮体
   と、弾性収縮体の外側面に設けた少なくとも１個のガイ
   ド部材と、前記弾性収縮体に離間して配置され前記ガイ
   ド部材の外側面と摺動する内側面を有する湾曲自在な筒
   状部材とを具え、弾性収縮体の一方の前記閉鎖部材をそ
   の筒状部材の一端部に固着し、弾性収縮体の他方の前記
   閉鎖部材を、弾性収縮体への加圧流体の給排により弾性
   収縮体の軸線方向に運動させることを特徴とする湾曲自
   在なアクチュエータ。 ２、前記他方の閉鎖部材とガイド部材とを一体に形成し
   た特許請求の範囲第１項に記載の湾曲自在なアクチュエ
   ータ。 ３、弾性収縮体からの加圧流体の排出に際して、前記他
   方の閉鎖部材をその所定位置に復帰させる弾性手段を具
   える特許請求の範囲第１又は第２項に記載の湾曲自在な
   アクチュエータ。 ４、前記他方の閉鎖部材は、管状体に離間する側に、工
   具などを保持する保持部を具える特許請求の範囲第１乃
   至第３項のいずれか１項に記載の湾曲自在なアクチュエ
   ータ。 ５、前記湾曲自在なアクチュエータは、加圧流体の給排
   により前記弾性収縮体に生起された収縮力を検知する検
   知手段を具える特許請求の範囲第１乃至第４項のいずれ
   か１項に記載の湾曲自在なアクチュエータ。 ６、前記筒状部材は、その軸線に交差して形成された環
   状の凹凸部分をその外表面に具える特許請求の範囲第１
   乃至第５項のいずれか１項に記載の湾曲自在なアクチュ
   エータ。