JPWO2019087267A1 - 空気圧式アクチュエータ - Google Patents
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Abstract
Description
無負荷且つ無加圧状態において、前記スリーブを構成するコードの、アクチュエータの軸方向に対する平均角度が20度以上45度未満であり、
空気圧5MPaで、前記スリーブを構成するコードの、アクチュエータの軸方向に対する平均角度が45度である状態において、前記アクチュエータ本体部の外表面の面積(S1)に対する前記スリーブを構成するコードの間隙の総面積(S2)の比(S2/S1)が35%以下であることを特徴とする。
かかる本発明の空気圧式アクチュエータは、スリーブが適切に設計されているため、チューブへの負荷が小さく、耐久性が向上している。
を満たすことが更に好ましい。この場合、アクチュエータの耐久性がより一層向上する。
図1は、本実施形態に係る空気圧式アクチュエータ10の側面図である。図1に示すように、空気圧式アクチュエータ10は、アクチュエータ本体部100、封止機構200及び封止機構300を具える。また、空気圧式アクチュエータ10の両端には、連結部20がそれぞれ設けられる。
封止機構200に設けられているフィッティング400は、空気圧式アクチュエータ10の駆動圧力源、具体的には、作動流体のコンプレッサと接続されたホース(管路)を取り付けられるように突出している。フィッティング400を介して流入した作動流体は、通過孔410を通過してアクチュエータ本体部100の内部、具体的には、チューブ110の内部に流入する。
一方、封止機構300に設けられているフィッティング500は、アクチュエータに作動流体を注入する際の、ガス抜きとして使用できるように突出している。アクチュエータの作動初期において、作動流体をアクチュエータに注入すると、アクチュエータ内部に元々存在していたガスは、通過孔510を介してフィッティング500から排出される。
アクチュエータ本体部100は、前述したように、チューブ110とスリーブ120とによって構成される。
本発明においては、図3(a)及び(b)に示すように、無負荷且つ無加圧状態(即ち、初期状態)において、スリーブ120を構成するコード121の、アクチュエータの軸方向DAXに対する平均角度Θ1が20度以上45度未満である。無負荷且つ無加圧状態において、スリーブ120を構成するコード121の、アクチュエータの軸方向DAXに対する平均角度Θ1が20度以上であることで、スリーブ120の耐久性が向上する。一方、無負荷且つ無加圧状態において、スリーブ120を構成するコード121の、アクチュエータの軸方向DAXに対する平均角度Θ1が45度を超えると、アクチュエータの作動時の収縮が小さく、アクチュエータとして十分に機能しなくなる。
また、前記平均角度Θ1は、好ましくは22度以上、更に好ましくは23度以上である。平均角度Θ1が大きい程、チューブ110への負担が小さくなり、コード121に直接接触しない部分のチューブ110の破損が抑制され、アクチュエータとしての機能を長期に渡って維持できる。
また、前記平均角度Θ1は、好ましくは37度以下である。平均角度Θ1が37度以下であれば、アクチュエータの収縮率が大きくなり、十分な動作長を確保できる。
ここで、初期状態における、スリーブ120を構成するコード121の、アクチュエータの軸方向DAXに対する平均角度Θ1は、例えば、スリーブ120を編む際のコード121の方向を調整し、更に、円筒状にする際のコード121の方向を調整することで、調整できる。
本発明においては、図4(a)及び(b)に示すように、空気圧5MPaで、前記スリーブ120を構成するコード121の、アクチュエータの軸方向DAXに対する平均角度Θ3が45度である状態において、前記アクチュエータ本体部100の外表面の面積(S1)に対する前記スリーブ120を構成するコード121の間隙122の総面積(S2)の比(S2/S1)が35%以下であり、好ましくは32%以下、より好ましくは30%以下、より一層好ましくは25%以下、特に好ましくは20%以下である。スリーブ120を構成するコード121の、アクチュエータの軸方向DAXに対する平均角度Θ3が45度である状態、即ち、コード121の平均交差角度が90度である状態において、アクチュエータ本体部100の外表面の面積(S1)に対するスリーブ120を構成するコード121の間隙122の総面積(S2)の比(S2/S1)が35%以下であることで、チューブ110への負担が小さくなって、アクチュエータとしての耐久性が向上する。なお、該比(S2/S1)の下限は特に限定れるものではないが、比(S2/S1)は、アクチュエータの動作長の観点からは、5%以上が好ましい。
ここで、スリーブ120を構成するコード121の間隙122の総面積(S2)は、スリーブ120の編み方や、使用するコード121の太さ、材質、打ち込み密度等を選択することで、調整できる。
また、本発明において、アクチュエータの軸方向DAXに対する平均角度Θ1,Θ2,Θ3は、コード121とアクチュエータの軸方向DAXとがなす角度の鋭角側の角度を指す。
但し、このような種類の繊維コードに限定されるものではなく、例えば、PBO(ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール)繊維などの高強度繊維や、極細のフィラメントによって構成される金属製のコードを用いてもよい。
なお、熱硬化性樹脂とラテックスとの混合物中の固形分率は、15質量%以上50質量%以下が好ましく、20質量%以上40質量%以下が更に好ましい。また、熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、レゾルシン樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられ、ラテックスとしては、ビニルピリジン(VP)ラテックス、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)ラテックス、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)ラテックス等が挙げられる。
また、本発明において、前記スリーブ120は、図3(b)及び図4(b)に示すように、一方向に配向されたコード群121Aと、それと交錯するコード群121Bとが、各コード群121A,121Bのコード121の一本ずつが交互に交錯して構成されていること、即ち、平織で構成されていることも好ましい。この場合も、チューブ110への負担が更に小さくなって、アクチュエータとしての耐久性が更に向上する。
また、本発明において、前記スリーブ120は、コード121を斜子織して構成されていることも好ましい。この場合も、チューブ110への負担が更に小さくなって、アクチュエータとしての耐久性が更に向上する。なお、斜子織において、引きそろえるコードの本数は、特に限定されるものではないが、本発明においては、2本のコードを引きそろえて、別途引きそろえた2本の別のコードを打ち込むことが好ましい。
ここで、コード121の撚り係数Kは、使用する原糸の密度や繊度を選択したり、コードにする際の下撚り数を調整することで、調整できる。
また、コード121が原糸1本を撚ってなる、所謂、片撚り構造である場合、例えば、原糸をひきそろえて、一方の方向に撚りをかけることで、撚糸コードとして得ることができる。なお、本発明において、コード121が片撚り構造である場合、下撚り数T1は原糸1本を撚る際の撚り数を指すものとする。また、コード121が片撚り構造である場合は、式(1)中の上撚り数T2(回/10cm)は、下撚り数T1(回/10cm)に置き換えるものとする。即ち、コード121が片撚り構造である場合は、式(1)中のT2は原糸1本を撚る際の撚り数を指すものとする。
次に、図5〜図12を参照して、封止機構200の実施形態について説明する。
図5は、実施形態1−1に係る封止機構200を含む空気圧式アクチュエータ10の軸方向DAXに沿った一部断面図である。
なお、本発明においては、接着層240は、必須ではなく、第1折り返し部120aは、スリーブ本体部120bと接着されていなくてもよい。
図6は、実施形態1−2に係る封止機構200を含む空気圧式アクチュエータ10の軸方向DAXに沿った一部断面図である。以下、実施形態1−1との相違点について主に説明する。
実施形態1−2では、スリーブ120の第1折り返し部120aと、かしめ部材230との間には、シート状の弾性部材が設けられる。具体的には、第1折り返し部120aとかしめ部材230との間には、ゴムシート250が設けられる。ゴムシート250は、円筒状の第1折り返し部120aの外周面を覆うように設けられる。ゴムシート250の種類は特に限定されないが、チューブ110と同様の種類のゴムなどを用いることができる。かしめ部材230は、ゴムシート250も含めて、アクチュエータ本体部100を封止部材210と共にかしめる。
図7は、実施形態1−3に係る封止機構200を含む空気圧式アクチュエータ10の軸方向DAXに沿った一部断面図である。
実施形態1−3では、実施形態1−1の接着層240に代えてゴムシート260が用いられる。ゴムシート260は、シート状の弾性部材であり、スリーブ本体部120bと、第1折り返し部120aとの間に設けられる。ゴムシート260には、ゴムシート250と同様の種類のゴムを用いることができる。
図8は、実施形態2−1に係る封止機構200Aを含む空気圧式アクチュエータ10の軸方向DAXに沿った一部断面図である。
封止機構200Aは、封止部材210A、第1係止リング220A及びかしめ部材230Aによって構成される。
図9は、実施形態2−2に係る封止機構200Aを含む空気圧式アクチュエータ10の軸方向DAXに沿った一部断面図である。以下、実施形態2−1との相違点について主に説明する。
実施形態2−2では、スリーブ120の第1折り返し部120aと、かしめ部材230Aとの間には、シート状の弾性部材が設けられる。具体的には、第1折り返し部120aとかしめ部材230Aとの間には、ゴムシート250Aが設けられる。ゴムシート250Aは、実施形態1−2のゴムシート250と同様に、円筒状の第1折り返し部120aの外周面を覆うように設けられる。
図10は、実施形態2−3に係る封止機構200Aを含む空気圧式アクチュエータ10の軸方向DAXに沿った一部断面図である。
実施形態2−3では、実施形態2−1の接着層240に代えてゴムシート260が用いられる。ゴムシート260は、実施形態1−3と同様に、シート状の弾性部材であり、スリーブ本体部120bと、第1折り返し部120aとの間に設けられる。
図11は、実施形態3−1に係る封止機構200Bを含む空気圧式アクチュエータ10の軸方向DAXに沿った一部断面図である。実施形態3(3−1及び3−2)では、2つの係止リングが用いられる。
具体的には、スリーブ120は、第1係止リング220Bを介して、アクチュエータ本体部100の軸方向DAXにおける中央側に折り返されることによって第1折り返し部120aを形成する。さらに、スリーブ120は、第1折り返し部120aがアクチュエータ本体部100の軸方向DAXにおける端部側に折り返されることによって第2折り返し部120cを形成する。
図12は、実施形態3−2に係る封止機構200Cを含む空気圧式アクチュエータ10の軸方向DAXに沿った一部断面図である。以下、実施形態3−1との相違点について主に説明する。
高ニトリルNBR(アクリロニトリル−ブタジエンゴム、JSR株式会社製「N220S」)45質量部、中高ニトリルNBR(アクリロニトリル−ブタジエンゴム、JSR株式会社製「N230S」)35質量部、BR(ブタジエンゴム、宇部興産株式会社製「UBEPOL(登録商標)BR150」)20質量部、カーボンブラック(東海カーボン株式会社製「シースト3」)50質量部、ステアリン酸(新日本理化株式会社製「ステアリン酸50S」)1質量部、老化防止剤(大内新興化学工業株式会社製「ノクラック6C」)2質量部、樹脂(日本ゼオン株式会社製「クレイトン100」)10質量部、可塑剤(新日本理化株式会社製「サンソサイザーDOA」)8質量部、亜鉛華(ZnO、白水化学工業株式会社製「亜鉛華3号」)5質量部、硫黄(鶴見化学工業株式会社製「Sulfax Z」)1質量部、加硫促進剤CBS(大内新興化学工業株式会社製「ノクセラーCZ」)1質量部、加硫促進剤TOT(大内新興化学工業株式会社製「ノクセラーTOT−N」)2質量部、をバンバリーミキサーで混練りしてゴム組成物を調製した。
表1に示す仕様のアラミド繊維コード64本を編み込んで作製した網目状で、円筒状のスリーブを用意した。なお、各アラミド繊維コードは、原糸のアラミド繊維に下撚りをかけ、更に上撚りを掛けて作製した。また、このスリーブは、横断面において円周上にアラミド繊維コードが64本観察される網目状筒状体であった。
なお、スリーブは、等間隔、平行かつ螺旋状に配置された32本のアラミド繊維コードと、この32本のアラミド繊維コードと斜交するとともに、等間隔、平行かつ螺旋状に配置された他の32本のアラミド繊維とが交互に編み込まれてなる網目状筒状体であり、図3(a)に示すように、各コード群のコードの二本ずつが交互に交錯して構成され、且つ交錯する位置が1本ずつずれて構成されていた(斜文織(綾織))。
各スリーブ、並びに、各スリーブを構成するコードの仕様を表1に示す。
前記チューブと前記網目状のスリーブとを用いて、図1及び図2に示す構造のアクチュエータを作製した。アクチュエータに組み込まれたチューブの作動流体としては、空気を用いた。作製したアクチュエータのスリーブを構成するコードの角度、並びに、アクチュエータの耐久性を、以下の方法で評価した。
アクチュエータの軸方向に対してスリーブを構成するコードがなす角度は、以下のように算出した。
(1)該当部分を写真撮影する。
(2)写真の焦点が合い、解析に十分な画質が確保できるアクチュエータの中央部(アクチュエータの収縮時には、スリーブの最大径に対して、スリーブの径がマイナス5%の範囲までの領域)を選択する。
(3)この部分において、封止機構の中心を結ぶ直線と、スリーブを構成するコードと、がなす角度を測定する。
(4)5点を評価して、平均をとり、測定値する。
なお、コードの角度は、無負荷且つ無加圧状態と、規定の荷重と空気圧(内圧)をかけたアクチュエータの収縮時と、において測定し、表中では、前者を「初期コード角度Θ1」と標記し、後者を「収縮時コード角度Θ2」と標記した。
空気圧5MPaで、スリーブを構成するコードの、アクチュエータの軸方向に対する平均角度が45度となるように、アクチュエータにかける荷重を調整して、「スリーブを構成するコードの角度の評価方法」と同様に、写真撮影を行い、コードの間隙の総面積(S2)を測定した。該値(S2)を用いて、アクチュエータ本体部の外表面の面積(S1)の値から、比(S2/S1)を算出し、表中では、「収縮時空隙率(S2/S1)」と標記した。なお、コードの角度の実測においては、誤差範囲を±1度とした。
作動流体として空気をチューブ内に注入した。チューブ内の作動流体の圧力が0MPaと5MPaとをそれぞれ3秒ごとに繰り返すように作動流体の注入操作を行い、チューブに亀裂が入りアクチュエータの機能を発現できなくなるまでの回数を測定した。実施例1の回数を100として、指数表示した。指数値が大きい程、耐久性が高いことを示す。
また、故障形態を目視で観察し、以下の基準で評価した。
A: コードに直接接触する部分におけるチューブの損傷による故障
B: コードに直接接触しない部分におけるチューブの損傷による故障
C: コードの切断による故障
Claims (15)
- 空気圧によって膨張及び収縮する筒状のチューブと、所定方向に配向されたコードを編み込んだ筒状の構造体であって前記チューブの外周面を覆うスリーブと、によって構成されるアクチュエータ本体部を具える空気圧式アクチュエータであって、
無負荷且つ無加圧状態において、前記スリーブを構成するコードの、アクチュエータの軸方向に対する平均角度が20度以上45度未満であり、
空気圧5MPaで、前記スリーブを構成するコードの、アクチュエータの軸方向に対する平均角度が45度である状態において、前記アクチュエータ本体部の外表面の面積(S1)に対する前記スリーブを構成するコードの間隙の総面積(S2)の比(S2/S1)が35%以下であることを特徴とする、空気圧式アクチュエータ。 - 前記スリーブを構成するコードが、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、ポリウレタン繊維、レーヨン、アクリル繊維、ポリオレフィン繊維からなる群から選択される少なくとも1種の繊維材料からなる、請求項1に記載の空気圧式アクチュエータ。
- 前記スリーブは、一方向に配向されたコード群と、それと交錯するコード群とが、各コード群のコードの2本又は1本ずつが交互に交錯して構成され、且つ交錯する位置が1本ずつずれて構成されている、請求項1又は2に記載の空気圧式アクチュエータ。
- 前記スリーブは、前記コードを斜文織(綾織)又は平織して構成されている、請求項1又は2に記載の空気圧式アクチュエータ。
- 前記スリーブを構成するコードの破断強力が、200N/本以上である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の空気圧式アクチュエータ。
- 前記スリーブを構成するコードの破断伸びが、2.0%以上である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の空気圧式アクチュエータ。
- 前記スリーブを構成するコードの太さが、0.3mm〜1.5mmである、請求項1〜6のいずれか一項に記載の空気圧式アクチュエータ。
- 前記スリーブを構成するコードの打ち込み密度が、6.8本/cm〜25.5本/cmである、請求項1〜7のいずれか一項に記載の空気圧式アクチュエータ。
- 前記スリーブを構成するコードは、下撚り数T1(回/10cm)と該コードを構成する原糸の一本当りの繊度D(dtex)との比(T1/D)が0.004〜0.03である、請求項1〜11のいずれか一項に記載の空気圧式アクチュエータ。
- 前記スリーブを構成するコードは、下撚り数T1(回/10cm)と上撚り数T2(回/10cm)との比(T1/T2)が0.8〜1.2である、請求項1〜12のいずれか一項に記載の空気圧式アクチュエータ。
- 前記スリーブを構成するコードは、該コードを構成する原糸の一本当りの繊度Dが800〜5000dtexであり、下撚り数T1が3.2〜150回/10cmであり、上撚り数T2が2.6〜180回/10cmであり、撚り本数が2〜4本である、請求項1〜13のいずれか一項に記載の空気圧式アクチュエータ。
- 無負荷且つ無加圧状態において、前記チューブの厚みが1.0mm〜6.0mmである、請求項1〜14のいずれか一項に記載の空気圧式アクチュエータ。
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