WO2015083567A1 - 流体注入型人工筋アクチュエータ及びマニピュレータ - Google Patents

流体注入型人工筋アクチュエータ及びマニピュレータ Download PDF

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artificial muscle
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fluid injection
muscle actuator
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健嗣 川嶋
益田　直樹
元明 森川
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Tokyo Medical and Dental University NUC
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Tokyo Medical and Dental University NUC
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Program-controlled manipulators
    • B25J9/10—Program-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/14—Program-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements fluid
    • B25J9/142—Program-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements fluid comprising inflatable bodies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/10—Characterised by the construction of the motor unit the motor being of diaphragm type
    • F15B15/103—Characterised by the construction of the motor unit the motor being of diaphragm type using inflatable bodies that contract when fluid pressure is applied, e.g. pneumatic artificial muscles or McKibben-type actuators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/14—Characterised by the construction of the motor unit of the straight-cylinder type
    • F15B15/1423—Component parts; Constructional details
    • F15B15/1485—Special measures for cooling or heating

Definitions

  • the present invention relates to a fluid injection type artificial muscle actuator and a manipulator.
  • Artificial muscle actuators are actuators that contract like human muscles by compressed air, and are lightweight and high-powered, so they are widely used in various applications such as medical and industrial use.
  • Patent Document 1 discloses an artificial muscle actuator that has a resistor inside the artificial muscle actuator and enables high-precision control.
  • the end of the side opposite to the air inflow side becomes high temperature by repeating the compression of air, and the life of the artificial muscle is shortened. . Also. Because of the high temperature, it has been difficult to use in applications that may come into contact with the human body, such as for nursing robots.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a fluid injection type artificial muscle actuator that can suppress overheating caused by the flow of fluid.
  • the present inventors have found that a temperature rise of the fluid injection type artificial muscle actuator can be suppressed by providing an overheat suppression mechanism that suppresses overheat that occurs due to the flow of the fluid in and out, and the present invention has been completed. It was. More specifically, the present invention provides the following.
  • a fluid injection type artificial muscle actuator that includes a first communication path that communicates an internal space and an external space of the cylindrical member, and expands and contracts when fluid is taken in and out of the cylindrical member.
  • a fluid injection type artificial muscle actuator further comprising an overheat suppressing mechanism for suppressing overheating caused by taking in and out of the body.
  • the overheat suppression mechanism includes a tubular member that is disposed in the inner space of the tubular member along the longitudinal direction of the tubular member, and that has one end connected to the first communication path (1). Or the fluid injection type artificial muscle actuator described in (2).
  • the length of the tubular member on the inner space side of the tubular member is 50% or more of the length of the tubular member in an extended state on the inner space side of the tubular member (3).
  • a manipulator comprising the fluid injection type artificial muscle actuator according to any one of (1) to (6).
  • (A) is the temperature change of the surface of the cylindrical member on the second lid portion side when the length of the tubular member on the inner space side of the cylindrical member is changed in the fluid injection type artificial muscle actuator of the present invention. It is a graph which shows the relationship between and frequency.
  • (B) is a temperature change of the surface on the first lid portion side of the tubular member when the length of the tubular member on the inner space side of the tubular member is changed in the fluid injection type artificial muscle actuator of the present invention. It is a graph which shows the relationship between and frequency.
  • (A) is a graph which shows the relationship between the temperature change of the surface on the 2nd cover part side of a cylindrical member, and a frequency at the time of changing the internal diameter of a tubular member in the fluid injection type artificial muscle actuator of this invention. is there.
  • (B) is the graph which shows the relationship between the temperature change of the surface by the side of the 1st cover part of a cylindrical member, and a frequency at the time of changing the internal diameter of a tubular member in the fluid injection type artificial muscle actuator of this invention. is there.
  • the fluid injection type artificial muscle actuator 10 As shown in FIG. 1, the fluid injection type artificial muscle actuator 10 according to one embodiment of the present invention is formed in a cylindrical member 11, a first lid portion 12, a second lid portion 13, and a first lid portion 12.
  • the 1st communicating path 14 and the tubular member 16 as an overheat suppression mechanism are provided.
  • the cylindrical member 11 is configured by a member having elasticity such as rubber.
  • the cylindrical member 11 has an inner diameter of 20 mm, and the cylindrical member 11 has a length L2 of 320 mm.
  • the length L2 of the cylindrical member 11 refers to the length of the cylindrical member 11 that is in an extended state on the inner space side of the cylindrical member 11. That is, as shown in FIG. 1, the length of the cylindrical member 11 in the longitudinal direction LD of the cylindrical member (the air is not injected into the internal space of the fluid injection type artificial muscle actuator 10 described later) State length).
  • the first lid portion 12 covers the one end portion 11 a of the cylindrical member 11.
  • the first lid portion 12 includes a first lid body 121 that is inserted into one end portion 11 a of the cylindrical member 11, and a first fixing member 122 that fixes the cylindrical member 11 and the first lid body 121. .
  • the second lid portion 13 closes the other end portion 11 b of the tubular member 11.
  • the second lid portion 13 includes a second lid main body 131 inserted into the other end portion 11b of the cylindrical member 11, and a second fixing member 132 that fixes the cylindrical member 11 and the second lid main body 131.
  • the first communication path 14 communicates the internal space and the external space of the tubular member 11.
  • the first communication passage 14 is formed in the first lid main body 121, one end portion 141 opens to the internal space side of the fluid injection type artificial muscle actuator 10, and the other end portion 142 opens to the external space side. is doing.
  • the tubular member 16 is disposed in the internal space of the tubular member 11 along the longitudinal direction LD of the tubular member 11.
  • One end side of the tubular member 16 is connected to an end portion 141 on the inner space side of the first communication path 14.
  • the tubular member 16 functions as an overheat suppression mechanism that suppresses overheating of the fluid injection type artificial muscle actuator 10. Details of the overheat suppression mechanism will be described later.
  • the length L1 of the tubular member 16 is 240 mm.
  • the length L1 of the tubular member 16 refers to the length of the tubular member 16 on the inner space side of the tubular member 11. That is, as shown in FIG. 1, it refers to the length of the portion exposed to the inner space side of the tubular member 16 in the longitudinal direction LD of the tubular member.
  • the length L1 of the tubular member 16 on the inner space side of the tubular member 11 is 240 mm, and the length L2 of the tubular member 11 on the inner space side of the tubular member 11 is 320 mm. That is, the length L1 of the tubular member 16 on the inner space side of the tubular member 11 is 75% of the length L2 of the tubular member 11 on the inner space side of the tubular member 11.
  • the length L1 of the tubular member 16 is preferably 50% or more, more preferably 60% or more of the length L2 of the tubular member 11 from the viewpoint of effectively suppressing overheating of the fluid injection type artificial muscle actuator 10. % Or more is more preferable, and 80% or more is most preferable.
  • the inner diameter of the tubular member 16 is set to 6.0 mm.
  • the direction of the hole of the tubular member 16 was comprised so that it might become a linear shape in the direction in alignment with the longitudinal direction LD of the cylindrical member 11, as shown in FIG.
  • the tubular member 16 is made of a flexible material. More specifically, in the present embodiment, the tubular member 16 is made of nylon.
  • the usage method of the fluid injection type artificial muscle actuator 10 of 1st embodiment is demonstrated.
  • gas is used as the fluid.
  • air is used.
  • FIG. 2A air is injected into the fluid injection type artificial muscle actuator 10 from the end 142 on the outer space side of the first communication path 14.
  • the injected air passes through the tubular member 16 from the first communication passage 14 and is introduced into the internal space of the tubular member 11 from the tip of the tubular member 16 (see the arrow in FIG. 2B).
  • the cylindrical member 11 begins to shrink along the longitudinal direction LD while expanding in a radial direction.
  • the air inside the fluid injection type artificial muscle actuator 10 starts to be extracted from the end 142 on the outer space side of the first communication path 14, the air filled in the inner space of the tubular member 11 becomes the tubular member 16. From the front end of the gas to the outside space through the tubular member 16 and the first communication passage 14 (see FIG. 2D). And as shown to (D) of FIG. 2, the cylindrical member 11 begins to extend along the longitudinal direction LD while shrinking
  • the tubular member 16 is disposed in the internal space of the tubular member 11.
  • an air flow is generated in the internal space of the cylindrical member 11 as shown in FIGS. 2 (B) and 2 (D). Therefore, when the expansion / contraction (in / out of air) of the fluid injection type artificial muscle actuator 10 is repeated, it is possible to prevent local accumulation of air in the internal space of the cylindrical member 11. Partial overheating can be suppressed.
  • the air temperature in the outer region R ⁇ b> 1 of the tubular member 16 is increased by repeatedly taking air into and out of the inner space of the tubular member 11. Even if the temperature of the air in the inner region R2 of the tubular member 16 becomes higher, heat exchange is performed between the air in the outer region R1 of the tubular member 16 and the air in the inner region R2 of the tubular member 16 via the tubular member 16. Done. Thereby, the overheating of the fluid injection type artificial muscle actuator 10 can be further suppressed.
  • the tubular member 16 functions as an overheat suppression mechanism that suppresses overheating of the fluid injection type artificial muscle actuator 10.
  • the fluid injection type artificial muscle actuator 10 according to the first embodiment described above has the following effects.
  • the fluid injection type artificial muscle actuator 10 includes an overheat suppression mechanism. Thereby, it can prevent that the cylindrical member 11 overheats with taking in / out of air.
  • the overheat suppression mechanism is constituted by the tubular member 16, and the tubular member 16 is arranged in the internal space of the tubular member 11.
  • the length L1 of the tubular member 16 on the inner space side of the tubular member 11 is configured to be 50% or more of the length L2 of the tubular member 11 on the inner space side of the tubular member 11.
  • the tubular member 16 is made of a flexible material. Thereby, even if the tubular member 16 contacts the second lid portion 13 when the tubular member 11 is contracted, the tubular member 16 is flexibly bent, so that the tubular member 11 is not inhibited from contracting.
  • the fluid injection type artificial muscle actuator 10A of the second embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the overheat suppression mechanism.
  • the fluid injection type artificial muscle actuator 10 ⁇ / b> A of the second embodiment includes a second communication path 15 that is formed in the second lid portion 13 and communicates the internal space and the external space of the cylindrical member 11. .
  • the overheat suppression mechanism includes the first communication path 14 and the second communication path 15 (details will be described later).
  • the second communication passage 15 is formed in the second lid body 131, the end 151 opens to the internal space side of the fluid injection type artificial muscle actuator 10A, and the other end 152 extends to the external space side. It is open.
  • FIG. 4A air is injected into the fluid injection type artificial muscle actuator 10 ⁇ / b> A from the outer space side end 142 of the first communication path 14. Then, the injected air is introduced from the first communication path 14 into the internal space of the cylindrical member 11. As shown in FIG. 4B, the cylindrical member 11 expands in the radial direction and contracts along the longitudinal direction LD.
  • the air injection side and the discharge side are alternately changed, so that the internal space of the tubular member 11 is locally changed. Air can be prevented from staying in the air.
  • the expansion / contraction (in / out of air) of the fluid injection type artificial muscle actuator 10A is repeated, it is possible to suppress the fluid injection type artificial muscle actuator 10 from being partially overheated. That is, in the second embodiment, the first communication path 14 and the second communication path 15 that take in and out air function as an overheat suppression mechanism.
  • the overheat suppression mechanism is configured by the first communication path 14 and the second communication path 15.
  • the length L1 of the tubular member 16 on the inner space side of the tubular member 11 is configured as 75% of the length L2 of the tubular member 11 on the inner space side of the tubular member 11. Not limited to this. That is, the length L1 of the tubular member 16 on the inner space side of the tubular member 11 is not particularly limited, but is 20% or more of the length of the tubular member 11 on the inner space side of the tubular member 11 (specifically, 50% or more, 60% or more, 70% or more, 80% or more, 90% or more, etc.). The length L1 of the tubular member 16 is preferably longer because the fluid can be diffused more strongly.
  • the one end side of the tubular member 16 is configured to be connected to the end portion 141 on the inner space side of the first communication path 14, but is not limited thereto. That is, the one end side of the tubular member 16 may be configured to be connected to any portion as long as it is the first communication path 14.
  • the tubular member 16 is made of a flexible material, but is not limited thereto. That is, the tubular member 16 may be made of metal. Accordingly, in the internal space of the tubular member 11, heat exchange between the air flowing through the outer region R1 of the tubular member 16 and the air flowing through the inner region R2 of the tubular member 16 can be performed efficiently, so that fluid injection It can suppress more effectively that a type artificial muscle actuator is partially overheated.
  • the direction of the hole of the tubular member 16 is configured to be along the longitudinal direction LD of the tubular member 11 as shown in FIG. 1, but is not limited thereto. That is, the hole of the tubular member may be provided in a direction orthogonal to the longitudinal direction LD of the tubular member. As a result, the injected fluid diffuses inside the fluid injection type artificial muscle actuator, and the retention of the fluid can be suppressed.
  • a plurality of holes in the tubular member 16 may be provided.
  • the tubular member 16 is configured to be linear in the direction along the longitudinal direction LD of the tubular member 11 as shown in FIG. 1, but is not limited thereto. That is, the tubular member 16 may have at least part of a curved portion in a direction along the longitudinal direction LD of the tubular member 11.
  • the surface area of the tubular member 16 increases, heat exchange between the air flowing through the outer region R1 of the tubular member 16 and the air flowing through the inner region R2 of the tubular member 16 can be performed efficiently. It can suppress more effectively that an injection type artificial muscle actuator is partially overheated.
  • the inner diameter of the tubular member 16 is set to 6.0 mm, but the present invention is not limited to this. That is, it can be appropriately set according to the inner diameter of the cylindrical member 11. However, if the inner diameter of the tubular member 16 is too small, resistance when the fluid flows through the tubular member increases, and the fluid does not flow easily. Therefore, it is preferable that the tubular member 16 has a larger inner diameter. Specifically, it is preferably 4.0 mm or more, more preferably 5.0 mm or more, and most preferably 6.0 mm or more. From another viewpoint, if the inner diameter of the tubular member 16 is too large, the flow of fluid in the tubular member becomes weak, the fluid is difficult to diffuse, and the retention of the fluid is difficult to prevent.
  • the inner diameter of the tubular member 16 is 7.0 mm or less.
  • 6.0 mm or less is more preferable, and 5.0 mm or less is most preferable.
  • the inner diameter of the cylindrical member 11 is 20 mm, it is not limited to this. That is, the inner diameter of the cylindrical member 11 may be set as appropriate according to the application and purpose of the fluid injection type artificial muscle actuator. For example, it may be 10 mm or more, 15 mm or more, 20 mm or more, or 40 mm or less, 35 mm or less, 30 mm or less, or the like. In the first embodiment, it may be set appropriately according to the inner diameter of the tubular member 16.
  • the material of the first lid portion 12 and the second lid portion 13 is not particularly limited, and a conventionally known material can be used.
  • a metal, a resin, or the like can be used.
  • the present invention includes a manipulator including the fluid injection type artificial muscle actuator described above.
  • the fluid injection type artificial muscle actuator of the present invention As described above, according to the fluid injection type artificial muscle actuator of the present invention, overheating can be suppressed. As a result, deterioration due to overheating of the fluid injection type artificial muscle actuator can be suppressed, so that it can be used continuously. Therefore, the manipulator provided with the fluid injection type artificial muscle actuator of the present invention can be continuously driven.
  • the use of the manipulator is not particularly limited, but can be used for industrial use, medical use, nursing care use and the like.
  • the fluid injection type artificial muscle actuator of the present invention since overheating can be suppressed, the fluid injection type artificial muscle actuator for medical use, nursing care, etc. that touches the human body during its use. It is particularly useful in that it can be used.
  • Test Example 1 With respect to the fluid injection type artificial muscle actuator of the first embodiment shown in FIG. 1, an experiment was conducted as to whether or not internal overheating could be suppressed by repeatedly contracting and expanding. For comparison, the fluid injection type artificial muscle actuator of the first embodiment except for the tubular member was used. The conditions were a room temperature of 24 ° C., a driving cycle of air being taken in and out at a frequency of once every 2 seconds, and this was carried out for 10 minutes. The results are shown in Table 1.
  • the inner diameter of the tubular member is 10 mm
  • the inner diameter of the tubular member is 6 mm
  • the length of the tubular member on the inner space side of the tubular member is 224 mm
  • the length of the tubular member on the inner space side of the tubular member is 168 mm (the length of the tubular member on the inner space side of the tubular member is 75% of the length of the tubular member on the inner space side of the tubular member), and the material of the first lid portion and the second lid portion Made of metal.
  • the fluid injection type artificial muscle actuator is provided with a tubular member, so that overheating of the surface on the second lid portion side of the tubular member is suppressed as compared with the case where the tubular member is not used. It was confirmed that Further, the temperature of the surface of the cylindrical member on the second lid portion side, the temperature of the surface of the first lid portion side, and the temperature of the surface of the first lid portion are all suppressed to a temperature of room temperature or about body temperature. confirmed. Thus, it was suggested that the provision of the tubular member suppresses the temperature of the fluid injection type artificial muscle actuator to a temperature at which there is no problem even if it touches the human body.
  • FIGS. 5 to 9 show the results obtained without the tubular member, and (B) shows the results obtained with the tubular member (the fluid injection type artificial muscle actuator of the first embodiment).
  • FIG. 5 shows the drive cycle once every 4 seconds
  • FIG. 6 shows 3 times every 8 seconds
  • FIG. 7 shows 11 times every 24 seconds
  • FIG. 8 shows once every 2 seconds
  • FIG. 9 shows 5 times every 9 seconds. The frequency of times.
  • Theta IN is the first cover side of the cylindrical member
  • theta END means the temperature of the surface of each of the second lid portion side of the cylindrical member.
  • D means the inner diameter of the tubular member
  • L means the length of the tubular member on the inner space side of the tubular member
  • f means frequency
  • A means voltage.
  • the inner diameter of the tubular member is 20 mm
  • the inner diameter of the tubular member is 6 mm
  • the length of the tubular member on the inner space side of the tubular member is 320 mm
  • the length of the tubular member on the inner space side of the tubular member is 240 mm (the length of the tubular member on the inner space side of the tubular member is 75% of the length of the tubular member on the inner space side of the tubular member)
  • the material of the first lid portion and the second lid portion is resin Consists of.
  • the fluid injection type artificial muscle actuator of the first embodiment used in Test Example 1 changes the length of the tubular member on the inner space side of the tubular member (specifically, the length is 80.0 mm, 120 0.05mm, 160.0mm and those without a tubular member were prepared), the frequency at the time of contraction and expansion was changed, and contraction and expansion were performed for 10 minutes, and the first lid part side or the second lid part The change in temperature of the side surface was evaluated.
  • the inner diameter of the tubular member is also changed to “5.0 mm”, and the length of the tubular member on the inner space side of the tubular member is changed.
  • the length of the tubular member on the inner space side of the tubular member is 80.0 mm, and the length is 25% of the length of the tubular member on the inner space side of the tubular member.
  • the length of the tubular member on the inner space side of the tubular member is 120.0 mm, the length is 38% of the length of the tubular member on the inner space side of the tubular member,
  • the length of the tubular member on the inner space side of 120.0 mm is 50% of the length of the tubular member on the inner space side of the tubular member).
  • (A) shows the graph regarding the temperature change of the surface by the side of the 2nd cover part of a cylindrical member
  • (B) is a graph regarding the temperature change of the surface by the side of the 1st cover part of a cylindrical member.
  • “Lp” indicates the length of each tubular member
  • “empty” indicates that the tubular member is not provided.
  • the tubular member is not overheated on the surface on the second lid portion side of the tubular member even if the frequency of contraction and expansion is changed. It was confirmed that it was suppressed compared with. In particular, it was confirmed that as the length of the tubular member on the inner space side of the tubular member becomes longer, overheating of the surface of the tubular member on the second lid side is suppressed.
  • Test Example 4 The fluid-injected artificial muscle actuator of the first embodiment used in Test Example 1 changes the length of the tubular member on the inner space side of the tubular member (specifically, the length is 80.0 mm) And a tube not provided with a tubular member), changing the frequency at the time of contraction and expansion, performing contraction and expansion for 10 minutes, and changing the temperature of the surface on the first lid part side or the second lid part side evaluated.
  • a tubular member having an inner diameter of “5.0 mm” and a “6.0 mm” were prepared and evaluated.
  • the length of the tubular member on the inner space side of the tubular member was changed to 319 mm as in Test Example 3 (that is, the length of the tubular member on the inner space side of the tubular member was 80.0 mm) The length is 25% of the length of the cylindrical member on the inner space side of the cylindrical member).
  • the evaluation results are shown in FIG. In FIG. 11, (A) shows the graph regarding the temperature change of the surface by the side of the 2nd cover part of a cylindrical member, (B) is the graph regarding the temperature change of the surface by the side of the 1st cover part of a cylindrical member. .
  • “Di” indicates the inner diameter of each tubular member, and “empty” indicates that the tubular member is not provided.
  • Table 2 below shows the relationship between vibration and contraction frequencies and energy consumption for each sample.
  • “Regular” in Table 2 below indicates a device without a tubular member.
  • the tubular member is not used due to overheating of the surface on the second lid portion side of the tubular member even if the frequency of contraction and expansion is changed. It was confirmed that the amount of energy consumption was also suppressed. In particular, it was confirmed that the tubular member having a smaller inner diameter suppresses overheating of the surface of the tubular member on the second lid portion side, and also suppresses energy consumption.

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Abstract

　流体の出し入れに伴って生じる過熱を抑制することができる流体注入型人工筋アクチュエータを提供する。　流体注入型人工筋アクチュエータ（１０）は、弾性を有する筒状部材（１１）と、筒状部材（１１）の一端部をふさぐ第１蓋部（１２）と、筒状部材（１１）の他端部をふさぐ第２蓋部（１３）と、第１蓋部（１２）に形成され筒状部材（１１）の内部空間と外部空間とを連通させる第１連通路（１４）と、流体の出し入れに伴って生じる過熱を抑制する過熱抑制機構としての管状部材（１６）を備える。

Description

流体注入型人工筋アクチュエータ及びマニピュレータ
　本発明は、流体注入型人工筋アクチュエータ及びマニピュレータに関する。
　人工筋アクチュエータは、圧縮空気によって人間の筋肉のように収縮するアクチュエータであり、軽量で高出力であるため、医療用、工業用等の様々な用途で広く用いられている。
　例えば、特許文献１には、人工筋アクチュエータ内部に抵抗体を備えた、高精度な制御を可能とする人工筋アクチュエータが開示されている。
特開２０１０－１５５２８３号公報
　しかしながら、従来の人工筋アクチュエータは、空気の圧縮を繰り返すことで、空気流入側と反対側の端部が高温になるものであり、人工筋の寿命を縮めることから、連続駆動に制限があった。また。高温となるため、介護用ロボット用等、人体に接触する可能性がある用途には使用することが難しかった。
　本発明は、以上の実情に鑑みてなされたものであり、流体の出し入れに伴って生じる過熱を抑制することができる流体注入型人工筋アクチュエータを提供することを目的とする。
　本発明者らは、流体の出し入れに伴って生じる過熱を抑制する過熱抑制機構を備えることによって、流体注入型人工筋アクチュエータの温度上昇を抑制することができることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。
　（１）弾性を有する筒状部材と、前記筒状部材の一端部をふさぐ第１蓋部と、前記筒状部材の他端部をふさぐ第２蓋部と、前記第１蓋部に形成され前記筒状部材の内部空間と外部空間とを連通させる第１連通路と、を備え、前記筒状部材の内部に流体を出し入れすることにより伸縮する流体注入型人工筋アクチュエータであって、前記流体の出し入れに伴って生じる過熱を抑制する過熱抑制機構を更に備える流体注入型人工筋アクチュエータ。
　（２）前記過熱抑制機構は、前記筒状部材の内部空間における流体の滞留を抑制する機構である（１）に記載の流体注入型人工筋アクチュエータ。
　（３）前記過熱抑制機構は、前記筒状部材の内部空間に、該筒状部材の長手方向に沿うように配置され、一端側が前記第１連通路に接続される管状部材を備える（１）又は（２）に記載の流体注入型人工筋アクチュエータ。
　（４）前記筒状部材の内部空間側における前記管状部材の長さは、前記筒状部材の内部空間側における伸びた状態である前記筒状部材の長さの５０％以上である（３）に記載の流体注入型人工筋アクチュエータ。
　（５）前記管状部材は、可撓性を有する材料で構成される（３）又は（４）に記載の流体注入型人工筋アクチュエータ。
　（６）前記第２蓋部に形成され前記筒状部材の内部空間と外部空間とを連通させる第２連通路を更に備え、
　前記過熱抑制機構は、前記第１連通路及び前記第２連通路により構成される（１）又は（２）に記載の流体注入型人工筋アクチュエータ。
　（７）（１）から（６）いずれかに記載の流体注入型人工筋アクチュエータを備えるマニピュレータ。
　本発明によれば、流体注入型人工筋アクチュエータの過熱を抑制することができる。
本発明の第一実施形態の流体注入型人工筋アクチュエータを示す図である。 本発明の第一実施形態の流体注入型人工筋アクチュエータが、流体の出し入れにより伸縮することを示す図である。 本発明の第二実施形態の流体注入型人工筋アクチュエータを示す図である。 本発明の第二実施形態の流体注入型人工筋アクチュエータが、流体の出し入れにより伸縮することを示す図である。 本発明の流体注入型人工筋アクチュエータをｆ＝０．３Ｈｚで伸縮させた場合の、流体注入型人工筋アクチュエータの内部の過熱を抑制することを示す図である。 本発明の流体注入型人工筋アクチュエータをｆ＝０．５Ｈｚで伸縮させた場合の、流体注入型人工筋アクチュエータの内部の過熱を抑制することを示す図である。 本発明の流体注入型人工筋アクチュエータをｆ＝０．６Ｈｚで伸縮させた場合の、流体注入型人工筋アクチュエータの内部の過熱を抑制することを示す図である。 本発明の流体注入型人工筋アクチュエータをｆ＝０．７Ｈｚで伸縮させた場合の、流体注入型人工筋アクチュエータの内部の過熱を抑制することを示す図である。 本発明の流体注入型人工筋アクチュエータをｆ＝０．８Ｈｚで伸縮させた場合の、流体注入型人工筋アクチュエータの内部の過熱を抑制することを示す図である。 （Ａ）は、本発明の流体注入型人工筋アクチュエータにおいて、筒状部材の内部空間側における管状部材の長さを変化させた場合の、筒状部材の第２蓋部側の表面の温度変化と周波数との関係を示すグラフである。（Ｂ）は、本発明の流体注入型人工筋アクチュエータにおいて、筒状部材の内部空間側における管状部材の長さを変化させた場合の、筒状部材の第１蓋部側の表面の温度変化と周波数との関係を示すグラフである。 （Ａ）は、本発明の流体注入型人工筋アクチュエータにおいて、管状部材の内径を変更させた場合の、筒状部材の第２蓋部側の表面の温度変化と周波数との関係を示すグラフである。（Ｂ）は、本発明の流体注入型人工筋アクチュエータにおいて、管状部材の内径を変化させた場合の、筒状部材の第１蓋部側の表面の温度変化と周波数との関係を示すグラフである。
　以下、本発明の流体注入型人工筋アクチュエータの好ましい一実施形態について図面を参照しながら説明する。
　本発明の一実施形態の流体注入型人工筋アクチュエータ１０は、図１に示すように、筒状部材１１と、第１蓋部１２と、第２蓋部１３と、第１蓋部１２に形成される第１連通路１４と、過熱抑制機構としての管状部材１６と、を備える。
　筒状部材１１は、ゴム等の弾性を有する部材により構成される。本実施形態では、筒状部材１１の内径を２０ｍｍとし、筒状部材１１の長さＬ２を３２０ｍｍとして構成した。筒状部材１１の長さＬ２とは、筒状部材１１の内部空間側における伸びた状態である筒状部材１１の長さをいう。即ち、図１に示すように、筒状部材の長手方向ＬＤにおける、筒状部材１１が伸びた状態の長さ（後述する、空気が流体注入型人工筋アクチュエータ１０の内部空間に注入されていない状態の長さ）をいう。
　第１蓋部１２は、筒状部材１１の一端部１１ａをふさぐ。この第１蓋部１２は、筒状部材１１の一端部１１ａに挿入される第１蓋本体１２１と、筒状部材１１と第１蓋本体１２１とを固定する第１固定部材１２２と、を備える。
　第２蓋部１３は、筒状部材１１の他端部１１ｂをふさぐ。この第２蓋部１３は、筒状部材１１の他端部１１ｂに挿入される第２蓋本体１３１と、筒状部材１１と第２蓋本体１３１とを固定する第２固定部材１３２と、を備える。
　第１連通路１４は、筒状部材１１の内部空間と外部空間とを連通させる。本実施形態では、第１連通路１４は、第１蓋本体１２１に形成され、一端部１４１が流体注入型人工筋アクチュエータ１０の内部空間側に開口し、他端部１４２が外部空間側に開口している。
　管状部材１６は、図１に示すように、筒状部材１１の内部空間に、筒状部材１１の長手方向ＬＤに沿うように配置される。この管状部材１６の一端側は、第１連通路１４の内部空間側の端部１４１に接続される。
　管状部材１６は、流体注入型人工筋アクチュエータ１０の過熱を抑制する過熱抑制機構として機能する。過熱抑制機構の詳細については、後述する。
　本実施形態では、管状部材１６の長さＬ１を、２４０ｍｍとして構成した。管状部材１６の長さＬ１は、筒状部材１１の内部空間側における管状部材１６の長さをいう。即ち、図１に示すように、筒状部材の長手方向ＬＤにおける、管状部材１６の内部空間側に露出した部分の長さをいう。
　前述のとおり、筒状部材１１の内部空間側における管状部材１６の長さＬ１は、２４０ｍｍであり、筒状部材１１の内部空間側における筒状部材１１の長さＬ２は３２０ｍｍである。即ち、筒状部材１１の内部空間側における管状部材１６の長さＬ１は、筒状部材１１の内部空間側における筒状部材１１の長さＬ２の７５％である。
　管状部材１６の長さＬ１は、流体注入型人工筋アクチュエータ１０の過熱を効果的に抑制する観点から、筒状部材１１の長さＬ２の５０％以上が好ましく、６０％以上がより好ましく、７０％以上が更に好ましく、８０％以上が最も好ましい。
　本実施形態では、管状部材１６の内径を６．０ｍｍとして構成した。また、管状部材１６の孔の向きは、図１に示すように、筒状部材１１の長手方向ＬＤに沿う向きに、直線形状となるように構成した。
　管状部材１６は、可撓性を有する材料で構成される。より具体的には、本実施形態では、管状部材１６はナイロンにより構成される。
　次に、第一実施形態の流体注入型人工筋アクチュエータ１０の使用方法について説明する。尚、流体としては、気体を用いる。本実施形態では空気を用いる。
　まず、図２の（Ａ）に示すように、流体注入型人工筋アクチュエータ１０の内部に、第１連通路１４の外部空間側の端部１４２から空気を注入する。すると、注入された空気は、第１連通路１４から管状部材１６をとおり、この管状部材１６の先端から筒状部材１１の内部空間に導入される（図２（Ｂ）の矢印参照）。そして、図２の（Ｂ）に示すように、筒状部材１１は、径方向に膨らむと共に長手方向ＬＤに沿うように縮み始める。
　流体注入型人工筋アクチュエータ１０の内部に流体を注入し終わると、図２の（Ｃ）に示すように、筒状部材１１は縮んだ状態となる。
　次に、第１連通路１４の外部空間側の端部１４２から流体注入型人工筋アクチュエータ１０の内部の空気を抜き始めると、筒状部材１１の内部空間に充填された空気は、管状部材１６の先端から管状部材１６及び第１連通路１４を通って外部空間に放出される（図２（Ｄ）参照）。そして、図２の（Ｄ）に示すように、筒状部材１１は、径方向に縮むと共に長手方向ＬＤに沿うように伸び始める。そして、流体注入型人工筋アクチュエータ１０から空気が抜けきると、図２の（Ｅ）に示すように、筒状部材１１は空気導入前の長さまで伸びる。第一実施形態においては、このように、筒状部材１１の内部に空気を出し入れすることにより、流体注入型人工筋アクチュエータ１０は伸縮する。
　ここで、管状部材１６を含まずに流体注入型人工筋アクチュエータを構成した場合、筒状部材１１の内部空間に繰り返し空気の出し入れを行うと、筒状部材１１の他端部１１ｂ側において空気の流動性が悪くなり空気が滞留する。すると、空気の圧縮に伴い発生する熱により、筒状部材１１の他端部１１ｂ側が過熱されてしまう。そこで、第一実施形態では、筒状部材１１の内部空間に管状部材１６を配置した。これにより、筒状部材１１の内部に空気を出し入れする場合に、図２（Ｂ）及び図２（Ｄ）に示すように、筒状部材１１の内部空間に空気の流れを生じさせられる。よって、流体注入型人工筋アクチュエータ１０の伸縮（空気の出し入れ）を繰り返した場合に、筒状部材１１の内部空間に局所的に空気が滞留することを防げるので、流体注入型人工筋アクチュエータ１０が部分的に過熱することを抑制できる。
　また、管状部材１６を含んで流体注入型人工筋アクチュエータを構成した場合において、筒状部材１１の内部空間に繰り返し空気の出し入れを行うことによって、管状部材１６の外側領域Ｒ１の空気の温度が、管状部材１６の内側領域Ｒ２の空気の温度より高くなったとしても、管状部材１６を介して、管状部材１６の外側領域Ｒ１の空気と、管状部材１６の内側領域Ｒ２の空気とで熱交換が行われる。これにより、流体注入型人工筋アクチュエータ１０の過熱を更に抑制できる。
　このように、第一実施形態において、管状部材１６は、流体注入型人工筋アクチュエータ１０の過熱を抑制する過熱抑制機構として機能している。
　以上説明した第一実施形態の流体注入型人工筋アクチュエータ１０によれば、以下のような効果を奏する。
　（１）流体注入型人工筋アクチュエータ１０を、過熱抑制機構を含んで構成した。これにより、空気の出し入れに伴って筒状部材１１が過熱することを防げる。
　（２）過熱抑制機構を、管状部材１６により構成し、この管状部材１６を筒状部材１１の内部空間に配置した。これにより、筒状部材１１の内部に空気を出し入れする場合に、筒状部材１１の内部空間に空気の流れを生じさせられる。よって、流体注入型人工筋アクチュエータ１０の伸縮（空気の出し入れ）を繰り返した場合に、筒状部材１１の内部空間に局所的に空気が滞留することを防げるので、流体注入型人工筋アクチュエータ１０が部分的に過熱することを抑制できる。また、管状部材１６を介して、管状部材１６の外側領域Ｒ１の空気と、管状部材１６の内側領域Ｒ２の空気とで熱交換が行われるので、流体注入型人工筋アクチュエータ１０の過熱を更に抑制できる。
　（３）筒状部材１１の内部空間側における管状部材１６の長さＬ１を、筒状部材１１の内部空間側における筒状部材１１の長さＬ２の５０％以上に構成した。これにより、筒状部材１１の内部空間に注入された空気が第２蓋部１３の内部空間側にあたって拡散しやすくなるので、流体注入型人工筋アクチュエータ１０の内部において空気を循環するように流せる。その結果、流体の出し入れに伴って生じる過熱をより効果的に抑制できる。
　（４）管状部材１６を、可撓性を有する材料により構成した。これにより、筒状部材１１が縮んだ際に管状部材１６が第２蓋部１３に接触したとしても、管状部材１６が柔軟に曲がるので、筒状部材１１が縮むことを阻害しない。
　次に、本発明の流体注入型人工筋アクチュエータの第二実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、第二実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
　第二実施形態の流体注入型人工筋アクチュエータ１０Ａは、過熱抑制機構の構成において第一実施形態と異なる。
　第二実施形態の流体注入型人工筋アクチュエータ１０Ａは、図３に示すように、第２蓋部１３に形成され筒状部材１１の内部空間と外部空間とを連通させる第２連通路１５を備える。そして、第二実施形態では、過熱抑制機構は、第１連通路１４と第２連通路１５とにより構成される（詳細は後述する）。
　第二実施形態では、第２連通路１５は、第２蓋本体１３１に形成され、端部１５１が流体注入型人工筋アクチュエータ１０Ａの内部空間側に開口し、他端部１５２が外部空間側に開口している。
　次に、第二実施形態の流体注入型人工筋アクチュエータ１０Ａの使用方法について説明する。
　まず、図４の（Ａ）に示すように、流体注入型人工筋アクチュエータ１０Ａの内部に、第１連通路１４の外部空間側の端部１４２から空気を注入する。すると、注入された空気は、第１連通路１４から筒状部材１１の内部空間に導入される。そして、図４の（Ｂ）に示すように、筒状部材１１は、径方向に膨らむと共に長手方向ＬＤに沿うように縮む。
　縮んだ状態の筒状部材１１を伸ばす場合には、第２連通路１５から流体注入型人工筋アクチュエータ１０Ａの内部の空気を抜き始める。すると、筒状部材１１の内部空間に充填された空気は、第１連通路１4
を通って外部空間に放出される。そして、図４の（Ｃ）に示すように、筒状部材１１は、径方向に縮むと共に長手方向ＬＤに沿うように伸びる。
　次いで、再び流体注入型人工筋アクチュエータ１０Ａを縮ませる場合には、第２連通路１５から筒状部材１１の内部空間に空気を注入する。そして、縮んだ流体注入型人工筋アクチュエータ１０Ａを伸ばす場合には、第１連通路１４から空気を放出する。
　このように、第２実施形態では、流体注入型人工筋アクチュエータ１０Ａを繰り返し伸縮させる場合には、空気の注入側及び放出側を交互に交代させることで、筒状部材１１の内部空間に局所的に空気が滞留することを防げる。その結果、流体注入型人工筋アクチュエータ１０Ａの伸縮（空気の出し入れ）を繰り返した場合に、流体注入型人工筋アクチュエータ１０が部分的に過熱することを抑制できる。即ち、第二実施形態では、空気を出し入れする第１連通路１４及び第２連通路１５が過熱抑制機構として機能している。
　以上説明した第二実施形態の流体注入型人工筋アクチュエータ１０Ａによれば、上記（１）の効果を奏する他、以下のような効果を奏する。
　過熱抑制機構を、第１連通路１４及び第２連通路１５により構成した。これにより、流体注入型人工筋アクチュエータ１０Ａを繰り返し伸縮させる場合に、空気の注入側及び放出側を交互に交代させることで、筒状部材１１の内部空間に局所的に空気が滞留することを防げる。その結果、流体注入型人工筋アクチュエータ１０Ａの伸縮（空気の出し入れ）を繰り返した場合に、流体注入型人工筋アクチュエータ１０Ａが部分的に過熱することを抑制できる。
　以上、本発明の流体注入型人工筋アクチュエータの好ましい一実施形態につき説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
　例えば、第一実施形態では、筒状部材１１の内部空間側における管状部材１６の長さＬ１を、筒状部材１１の内部空間側における筒状部材１１の長さＬ２の７５％として構成したが、これに限らない。即ち、筒状部材１１の内部空間側における管状部材１６の長さＬ１は、特に限定されないが、筒状部材１１の内部空間側における筒状部材１１の長さの２０％以上（具体的には、５０％以上、６０％以上、７０％以上、８０％以上、９０％以上等）等にしてもよい。管状部材１６の長さＬ１は、より流体を強く拡散できるため、長い方が好ましい。
　第一実施形態では、管状部材１６の一端側は、第１連通路１４の内部空間側の端部１４１に接続して構成したが、これに限らない。即ち、管状部材１６の一端側は、第１連通路１４であれば、いずれの部分に接続して構成してもかまわない。
　第一実施形態では、管状部材１６は、可撓性を有する材料で構成したが、これに限らない。即ち、管状部材１６は、金属で構成されてもよい。これにより、筒状部材１１の内部空間において、管状部材１６の外側領域Ｒ１を流れる空気と管状部材１６の内側領域Ｒ２を流れる空気との間の熱交換を効率的に行わせられるので、流体注入型人工筋アクチュエータが部分的に過熱されることをより効果的に抑制できる。
　第一実施形態では、管状部材１６の孔の向きは、図１に示すように、筒状部材１１の長手方向ＬＤに沿う向きに構成したが、これに限らない。即ち、管状部材の孔を、筒状部材の長手方向ＬＤと直交する方向に設けてもかまわない。これによって、注入された流体が、流体注入型人工筋アクチュエータの内部で拡散し、流体の滞留を抑制することができる。また、管状部材１６の孔は複数設けてもよい。
　第一実施形態では、管状部材１６は、図１に示すように、筒状部材１１の長手方向ＬＤに沿う向きに、直線形状となるように構成したが、これに限らない。即ち、管状部材１６には、筒状部材１１の長手方向ＬＤに沿う向きに、曲線形状部分が少なくとも一部にあってもよい。これにより、管状部材１６の表面積が大きくなるので、管状部材１６の外側領域Ｒ１を流れる空気と管状部材１６の内側領域Ｒ２を流れる空気との間の熱交換を効率的に行わせられるので、流体注入型人工筋アクチュエータが部分的に過熱されることをより効果的に抑制できる。
　第一実施形態では、管状部材１６の内径を６．０ｍｍとして構成したが、これに限らない。即ち、筒状部材１１の内径に合わせて適宜設定することができる。ただし、管状部材１６の内径は、小さすぎると、流体が管状部材内を流れる際の抵抗が大きくなり、流体が流れにくくなる。よって、管状部材１６の内径は大きい方が好ましい。具体的には、４．０ｍｍ以上が好ましく、５．０ｍｍ以上がより好ましく、６．０ｍｍ以上が最も好ましい。別の観点で、管状部材１６の内径が大きすぎると、流体の筒状部材内の流れが弱くなり、流体が拡散しにくくなり、流体の滞留を防ぎにくくなる。そのため、１５．０ｍｍ以下が好ましく、１２．０ｍｍ以下がより好ましく、１０．０ｍｍ以下が最も好ましい。また、別の観点で、管状部材１６の内径が小さくなると、筒状部材の膨張、収縮に使用されるエネルギー消費量も抑制しやすくなることから、管状部材１６の内径は、７．０ｍｍ以下が好ましく、６．０ｍｍ以下がより好ましく、５．０ｍｍ以下が最も好ましい。
　筒状部材１１の内径を、２０ｍｍとして構成したが、これに限らない。即ち、筒状部材１１の内径は、流体注入型人工筋アクチュエータの用途や目的に応じて適宜設定してもよい。例えば、１０ｍｍ以上、１５ｍｍ以上、２０ｍｍ以上等にしてもよく、４０ｍｍ以下、３５ｍｍ以下、３０ｍｍ以下等にしてもよい。また、第一実施形態では、管状部材１６の内径に合わせて適宜設定してもよい。
　第１蓋部１２、第２蓋部１３の材質は、特に限定されず、従来の公知の材質を使用することができ、例えば、金属、樹脂等を使用することができる。
　本発明では、以上に述べた流体注入型人工筋アクチュエータを備えるマニピュレータを包含する。
　前述のとおり、本発明の流体注入型人工筋アクチュエータによれば、過熱を抑制することができる。その結果、流体注入型人工筋アクチュエータの過熱による劣化を抑制できるので、連続して使用することができる。そのため、本発明の流体注入型人工筋アクチュエータを備えるマニピュレータは、連続した駆動が可能である。
　マニピュレータの用途は、特に限定されないが、工業用、医療用、介護用等に用いることができる。本発明の流体注入型人工筋アクチュエータによれば、過熱を抑制することができるので、医療用、介護用等の、流体注入型人工筋アクチュエータがその使用の際に人体に触れてしまうものについても使用することができるという点で特に有用である。
　（試験例１）
　図１に示す、第一実施形態の流体注入型人口筋アクチュエータについて、収縮、膨張を繰り返し、内部の過熱を抑制できるか否かについて実験を行った。比較として、第一実施形態の流体注入型人口筋アクチュエータから管状部材を除いたものを用いた。条件は、室温２４℃にて、駆動周期は２秒に１回の頻度で空気の出し入れを行い、これを１０分間行った。その結果を表１に示す。なお、本実験では、筒状部材の内径を１０ｍｍ、管状部材の内径を６ｍｍ、筒状部材の内部空間側における筒状部材の長さを２２４ｍｍ、筒状部材の内部空間側における管状部材の長さを１６８ｍｍとし（筒状部材の内部空間側における管状部材の長さが、筒状部材の内部空間側における筒状部材の長さの７５％）、第１蓋部及び第２蓋部の材質を金属で構成した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように、流体注入型人口筋アクチュエータは、管状部材を備えることで筒状部材の第２蓋部側の表面の過熱が、管状部材を使用していないものと比較して抑制されることが確認された。また、筒状部材の第２蓋部側の表面の温度、第１蓋部側の表面の温度、第１蓋部の表面の温度の全てが、室温又は体温程度の温度に抑制されたことが確認された。これにより、管状部材を備えることで、流体注入型人口筋アクチュエータの温度が人体に触れても問題ない程度の温度に抑制されることが示唆された。
　（試験例２）
　上記試験例１から、空気の出し入れに使用する電圧、周波数を変更して、流体注入型人口筋アクチュエータの収縮、膨張の繰り返しの実験を行った。その結果を図５～９に示す。図５～９中、（Ａ）は管状部材なし、（Ｂ）は管状部材ありのもの（第一実施形態の流体注入型人口筋アクチュエータ）による結果を示す。駆動周期は、図５は、４秒に１回は、図６は８秒に３回は、図７は２４秒に１１回、図８は２秒に１回、図９は９秒に５回の頻度である。「θＩＮ」は筒状部材の第１蓋部側の、「θＥＮＤ」は筒状部材の第２蓋部側のそれぞれの表面の温度を意味する。「Ｄ」は管状部材の内径、「Ｌ」は筒状部材の内部空間側における管状部材の長さ、「ｆ」は周波数、「Ａ」は電圧を意味する。本実験では、筒状部材の内径を２０ｍｍ、管状部材の内径を６ｍｍ、筒状部材の内部空間側における筒状部材の長さを３２０ｍｍ、筒状部材の内部空間側における管状部材の長さを２４０ｍｍとし（筒状部材の内部空間側における管状部材の長さが、筒状部材の内部空間側における筒状部材の長さの７５％）、第１蓋部及び第２蓋部の材質を樹脂で構成した。
　図５～９に示すとおり、電圧や周波数を変更することによって、空気の出し入れする速さを変更しても、「θＩＮ」の温度の過熱が抑制されたことが確認され、「θＥＮＤ」の温度が体温に触れても問題ない程度の温度に抑制されたことが確認された。
　以上の結果は、管状部材の外側領域の空気と管状部材の内側領域の空気とが熱交換されたこと、及び、内部空間に注入された空気が第２蓋部の内部空間側にあたって拡散し、その内部の空気が循環し、空気の滞留が抑制されたことに起因すると考えられる。
　（試験例３）
　試験例１で用いた第一実施形態の流体注入型人口筋アクチュエータとは、筒状部材の内部空間側における管状部材の長さを変更し（具体的には、長さが８０．０ｍｍ、１２０．０ｍｍ、１６０．０ｍｍのものと、管状部材を備えないものを準備した）、収縮、膨張時の周波数も変更して、収縮、膨張を１０分間行い、第１蓋部側又は第２蓋部側の表面の温度の変化を評価した。なお、試験例１で用いた第一実施形態の流体注入型人口筋アクチュエータから、管状部材の内径も「５．０ｍｍ」に変更し、筒状部材の内部空間側における筒状部材の長さを３１９ｍｍに変更した（即ち、筒状部材の内部空間側における管状部材の長さが８０．０ｍｍのものは、その長さが筒状部材の内部空間側における筒状部材の長さの２５％であり、筒状部材の内部空間側における管状部材の長さが１２０．０ｍｍのものは、その長さが筒状部材の内部空間側における筒状部材の長さの３８％であり、筒状部材の内部空間側における管状部材の長さが１２０．０ｍｍのものは、その長さが筒状部材の内部空間側における筒状部材の長さの５０％である）。その評価結果を図１０に示す。図１０中、（Ａ）は、筒状部材の第２蓋部側の表面の温度変化に関するグラフを示し、（Ｂ）は筒状部材の第１蓋部側の表面の温度変化に関するグラフである。また、図１０中、「Ｌｐ」は、それぞれの管状部材の長さを示し、「ｅｍｐｔｙ」は、管状部材を備えないものを示す。
　評価の結果から、いずれの管状部材を備えたものにおいても、収縮、膨張の振動数を変化させても、筒状部材の第２蓋部側の表面の過熱が管状部材を使用していないものと比較して抑制されることが確認された。特に、筒状部材の内部空間側における管状部材の長さが長くなるほど、筒状部材の第２蓋部側の表面の過熱が抑制されることが確認された。
　（試験例４）
　試験例１で用いた第一実施形態の流体注入型人口筋アクチュエータとは、筒状部材の内部空間側における管状部材の長さを変更し（具体的には、長さが８０．０ｍｍのものと、管状部材を備えないものを準備した）、収縮、膨張時の周波数も変更して、収縮、膨張を１０分間行い、第１蓋部側又は第２蓋部側の表面の温度の変化を評価した。また、管状部材の内径が「５．０ｍｍ」のものと、「６．０ｍｍ」のものを準備し、それぞれについて評価した。筒状部材の内部空間側における筒状部材の長さは、試験例３と同様に、３１９ｍｍに変更した（即ち、筒状部材の内部空間側における管状部材の長さが８０．０ｍｍのものは、その長さが筒状部材の内部空間側における筒状部材の長さの２５％である）。その評価結果を図１１に示す。図１１中、（Ａ）は、筒状部材の第２蓋部側の表面の温度変化に関するグラフを示し、（Ｂ）は筒状部材の第１蓋部側の表面の温度変化に関するグラフである。図１１中、「Ｄｉ」は、それぞれの管状部材の内径を示し、「ｅｍｐｔｙ」は、管状部材を備えないものを示す。また、振動、収縮の周波数と、各サンプル毎の消費エネルギーとの関係を、以下の表２に示す。また、以下の表２の「Ｒｅｇｕｌａｒ」は、管状部材を備えないものを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　評価の結果から、いずれの管状部材を備えたものにおいても、収縮、膨張の振動数を変化させても、筒状部材の第２蓋部側の表面の過熱が、管状部材を使用していないものと比較して抑制され、更にエネルギー消費量も抑制されることが確認された。特に、管状部材の内径が小さいものの方が、筒状部材の第２蓋部側の表面の過熱が抑制され、エネルギー消費量も抑制されることが確認された。
　１０　　第一実施形態の流体注入型人工筋アクチュエータ
　１０Ａ　第二実施形態の流体注入型人工筋アクチュエータ
　１１　　筒状部材
　１１ａ　筒状部材の一端部
　１１ｂ　筒状部材の他端部
　１２　　第１蓋部
　１２１　第１蓋本体
　１２２　第１固定部材
　１３　　第２蓋部
　１３１　第２蓋本体
　１３２　第２固定部材
　１４　　第１連通路
　１４１　第１連通路の内部空間側の端部
　１４２　第１連通路の外部空間側の端部
　１５　　第２連通路
　１５１　第２連通路の内部空間側の端部
　１５２　第２連通路の外部空間側の端部
　１６　　管状部材
　Ｒ１　　管状部材の外側領域
　Ｒ２　　管状部材の内側領域
　ＬＤ　　筒状部材の長手方向
　Ｌ１　　管状部材の長さ
　Ｌ２　　筒状部材の長さ

Claims (7)

  1. 　弾性を有する筒状部材と、
    　前記筒状部材の一端部をふさぐ第１蓋部と、
    　前記筒状部材の他端部をふさぐ第２蓋部と、
    　前記第１蓋部に形成され前記筒状部材の内部空間と外部空間とを連通させる第１連通路と、を備え、前記筒状部材の内部に流体を出し入れすることにより伸縮する流体注入型人工筋アクチュエータであって、
    　前記流体の出し入れに伴って生じる過熱を抑制する過熱抑制機構を更に備える流体注入型人工筋アクチュエータ。
  2. 　前記過熱抑制機構は、前記筒状部材の内部空間における流体の滞留を抑制する機構である請求項１に記載の流体注入型人工筋アクチュエータ。
  3. 　前記過熱抑制機構は、前記筒状部材の内部空間に、該筒状部材の長手方向に沿うように配置され、一端側が前記第１連通路に接続される管状部材を備える請求項１又は２に記載の流体注入型人工筋アクチュエータ。
  4. 　前記筒状部材の内部空間側における前記管状部材の長さは、前記筒状部材の内部空間側における伸びた状態である前記筒状部材の長さの５０％以上である請求項３に記載の流体注入型人工筋アクチュエータ。
  5. 　前記管状部材は、可撓性を有する材料で構成される請求項３又は４に記載の流体注入型人工筋アクチュエータ。
  6. 　前記第２蓋部に形成され前記筒状部材の内部空間と外部空間とを連通させる第２連通路を更に備え、
    　前記過熱抑制機構は、前記第１連通路及び前記第２連通路により構成される請求項１又は２に記載の流体注入型人工筋アクチュエータ。
  7. 　請求項１から６いずれかに記載の流体注入型人工筋アクチュエータを備えるマニピュレータ。
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