WO2022224565A1

WO2022224565A1 - 伸縮装置

Info

Publication number: WO2022224565A1
Application number: PCT/JP2022/006262
Authority: WO
Inventors: 敬齋藤; 達也飯塚; キリロ鈴木; 晃聖関野; 靖齊藤; 拓也荒川
Original assignee: 公立大学法人秋田県立大学; Kyb-Ys株式会社
Priority date: 2021-04-23
Filing date: 2022-02-16
Publication date: 2022-10-27
Also published as: JP2022167583A; US20240208083A1

Abstract

伸縮装置（１００）は、テープ（１）の巻き取りとテープ（１）の繰り出しを行うテープ駆動装置（１０）を備え、テープ駆動装置（１０）は、テープ（１）が巻き付けられるリール（６）と、リール（６）へのテープ（１）の巻き取りとリール（６）からのテープ（１）の繰り出しを行うための動力源（１１）と、一端側が拘束され他端側が移動自由な自由端（３４）であり、リール（６）に巻き付けられたテープ（１）の外周面に沿って設けられ、テープ（１）をリール（６）に対して押し付けるバンド部材（３０）と、バンド部材（３０）の自由端（３４）の位置を調節することにより、バンド部材（３０）のテンションを調整するテンション調整手段（４０）と、を有する。

Description

伸縮装置

　本発明は、伸縮装置に関するものである。

　高い伸縮比を有すると共に十分な強度を有する伸縮装置として、特開２００９－１９６０２６号公報には、バネ鋼板からなるテープと、テープの巻き取りと繰り出しを行う繰出装置と、を備えるマニピュレータ機構が開示されている。

　特開２００９－１９６０２６号公報に記載の伸縮装置では、テープはリールにロール状に巻き付けられ、リールを回転させることによってテープの巻き取りと繰り出しが行われる。テープはばね性を有する金属製や合成樹脂製であって弾性力を有するため、リールにテープがロール状に巻き付けられた状態において、テープ同士が接触した状態に維持されずにテープ間に隙間ができる「巻きほぐれ」が生じ易い。

　本発明は、テープの巻きほぐれを防止することができる伸縮装置を提供することを目的とする。

　本発明のある態様によれば、伸縮装置は、弾性を有するテープと、テープの巻き取りとテープの繰り出しを行うテープ駆動装置と、を備え、テープ駆動装置は、テープがロール状に巻き付けられるリールと、リールへのテープの巻き取りとリールからのテープの繰り出しを行うための動力源と、一端側が拘束され他端側が移動自由な自由端であり、リールにロール状に巻き付けられたテープの外周面に沿って設けられ、テープをリールに対して押し付けるバンド部材と、バンド部材の自由端の位置を調節することにより、バンド部材のテンションを調整するテンション調整手段と、を有する。

本発明の実施形態に係る伸縮装置の模式図であり、伸縮部が最伸長した状態を示す。本発明の実施形態に係る伸縮装置の模式図であり、伸縮部が最収縮した状態を示す。テープの断面図であって、テープの長手方向に垂直な断面を示す図である。結束板の平面図である。本発明の実施形態に係る伸縮装置のテープ駆動装置の平面図である。本発明の実施形態に係る伸縮装置のテープ駆動装置の側面図である。本発明の実施形態に係る伸縮装置のテープ駆動装置の底面図である。ベルト及びテンション調整機構の模式図である。本発明の実施形態に係る伸縮装置の変形例を示す模式図である。本発明の実施形態に係る伸縮装置の変形例を示す模式図であって、伸縮部の先端部分の斜視図である。本発明の実施形態に係る伸縮装置の変形例を示す模式図であって、伸縮部の先端部分の斜視図である。本発明の実施形態に係る伸縮装置の変形例を示す模式図であって、２つ伸縮装置を連結した形態を示す概略斜視図である。本発明の実施形態に係る伸縮装置の変形例を示す模式図であって、ベルトガイド近傍の断面図である。

　以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る伸縮装置１００について説明する。

　まず、主に図１及び図２を参照して、伸縮装置１００の全体構成について説明する。図１は、テープ１が伸長した状態の伸縮装置１００の模式図であり、図２は、テープ１が収縮した状態の伸縮装置１００の模式図である。

　伸縮装置１００は、テープ１を伸縮させて駆動対象物１０１を動かしたり、テープ１で物を支持したりするものである。

　図１に示すように、伸縮装置１００は、弾性を有するテープ１と、テープ１の巻き取りとテープ１の繰り出しを行うテープ駆動装置１０と、を備える。テープ駆動装置１０は、テープ１がロール状に巻き付けられるリール６と、リール６へのテープ１の巻き取りとリール６からのテープ１の繰り出しを行うための動力源としてのモータ１１と、リール６及びモータ１１を収容するハウジング２０と、有する。

　モータ１１はサーボモータであり、回転角度検出器と負荷検出器が内蔵されている。モータ１１の回転は、伝達機構１２により減速されてリール６に伝達される。伝達機構１２は、モータ１１に回転シャフト１３を介して連結された主動歯車１４と、リール６に回転シャフト１５を介して連結され、主動歯車に噛み合う従動歯車１６と、を有する。モータ１１の駆動により伝達機構１２を介してリール６が回転することによって、リール６へのテープ１の巻き取りとリール６からのテープ１の繰り出しが行われる。具体的には、モータ１１が正転駆動することによってリール６からテープ１が繰り出され、モータ１１が逆転駆動することによってリール６にテープ１が巻き取られる。ハウジング２０には、テープ１の出入口であるテープガイド２１が設けられる。テープガイド２１には、テープ１が摺動自在に挿通し、テープ１の出入りを案内するガイドスリットが形成される。

　テープ１は、弾性を有する材料にて形成され、本実施形態では、ばね鋼にて形成される。テープ１は、ばね鋼に限らず、適度なばね性と剛性を有する材料で形成されればよく、合成樹脂や、合成樹脂に繊維（炭素繊維、ガラス繊維）や金属を組み合せた複合材料にて形成してもよい。

　テープ１は帯状であって、外力が作用していない状態では、長手方向に直線状に形成される。図３に示すように、テープ１の幅方向の断面（長手方向に垂直な断面）は円弧状に湾曲して形成され、凸面１ａと凹面１ｂを有する。テープ１は、断面円弧状であるため、長手方向からの外力に対しては高い剛性を示し、容易に折れ曲がることはない。一方、長手方向に垂直な方向からの外力に対しては折れ曲がり、外力が除去されると元の直線状に弾性復帰する。

　リール６にロール状に巻き付けられているテープ１は、凸面１ａが外側となる方向に曲げられて巻き付けられている。これは、断面円弧状であるテープ１は、凸面１ａが外側となる方向には比較的容易に曲がる一方、凹面１ｂが外側となる方向に曲がるには大きな力が必要になるためである。

　テープ駆動装置１０は、リール６にロール状に巻き付けられたテープ１をリール６に対して押し付けるバンド部材としてのベルト３０と、ベルト３０のテンションを調整するテンション調整手段としてのテンション調整機構４０と、をさらに有する。ベルト３０とテンション調整機構４０は、リール６にロール状に巻き付けられたテープ１の巻きほぐれを防止するためのものである。ベルト３０及びテンション調整機構４０については、後に詳細に説明する。

　伸縮装置１００は、テープ１を１８０度折り返す折返装置５０をさらに備える。テープ１は、１本の連続したテープからなり、テープ駆動装置１０から繰り出された後、折返装置５０にて１８０度折り返され、末端がテープ駆動装置１０のハウジング２０に固定される。このように、テープ１は、折返部２と固定端３とを有する。テープ１は、折返部２では、リール６への巻き付けと同様に、テープ１の凸面１ａが外側となる方向に曲げられる。したがって、折返装置５０においてテープ１はスムーズに送られる。

　テープ駆動装置１０からテープ１が繰り出されると、テープ１の繰り出し量に応じて、テープ１の折返部２は固定端３から離れる方向（図１中上方向）へ移動する。一方、テープ駆動装置１０がテープ１を巻き取ると、テープ１の巻き取り量に応じて、テープ１の折返部２は固定端３に近づく方向（図１中下方向）へ移動する。このように、テープ１は、折返部２が自由端として機能し、テープ駆動装置１０の駆動に伴って折返部２と固定端３の間の長さが変化する。つまり、テープ１におけるテープガイド２１から折返部２を経由して固定端３にわたる部分が、テープ駆動装置１０の駆動に伴って伸縮する伸縮部４として機能する。駆動対象物１０１は折返装置５０のケース５１に取り付けられるため、伸縮部４を伸縮させることによって、駆動対象物１０１を動かすことができる。

　伸縮部４は、先端部に形成されテープ１が１８０度折り返された折返部２と、テープ１の末端が固定された固定端３とを有するため、２本のテープ１が重なった二重に形成される。したがって、例えば、テープ駆動装置１０からテープ１が１ｍ繰り出されると、駆動対象物１０１は図１中０．５ｍ上方向へ移動し、テープ駆動装置１０がテープ１を１ｍ巻き取ると、駆動対象物１０１は図１中０．５ｍ下方向へ移動する。伸縮部４はテープ１が二重に形成されるため、長手方向の剛性が増し、重量のある駆動対象物１０１を支持して駆動することが可能となる。

　伸縮部４には、長手方向に間隔を空けて配置され、２本のテープ１を束ねる結束板８が複数設けられる。２本のテープ１は、図４に示すように、互いの凹面１ｂが対向するように結束板８によって束ねられる。結束板８には、テープ１の外形形状と相似形状であってテープ１の外形形状よりも僅かに大きい円弧状の２つのガイドスリット８ａが形成される。テープ１は、ガイドスリット８ａを摺動自在に挿通し、伸縮部４の伸縮時にはガイドスリット８ａに案内されて送られる。ガイドスリット８ａに沿ってテープ１がスムーズに移動できるように、ガイドスリット８ａの内周面にテープ１を案内するベアリングを設けてもよい。

　図１に示すように、隣り合う結束板８は、紐９によって互いに連結されており、隣り合う結束板８を連結する紐９の長さによって隣り合う結束板８の間隔が設定される。折返装置５０に一番近い結束板８（図１中最上方の結束板８）は、紐９によって、折返装置５０のケース５１に取り付けられる。また、テープ駆動装置１０に一番近い結束板８（図１中最下方の結束板８）は、紐９によって、ハウジング２０に取り付けられる。このように、紐９は、折返装置５０とハウジング２０にわたって取り付けられ、複数の結束板８を支持する。紐９が全体にわたって張った状態が、伸縮部４の最伸長状態となる（図１に示す状態）。紐９に代わりロープやワイヤを用いてもよい。

　伸縮部４のテープ１は、複数の結束板８によって支持されていることにより、外力に対して折れ曲がることが防止されている。テープ１の伸縮部４に過大な外力が作用して伸縮部４がある部分で折れ曲がったとしても、外力が除去されるとテープ１の弾性力によって元の直線状に復帰する。隣り合う結束板８の間隔は、伸縮部４の基端部である固定端３から先端部である折返部２に向かって徐々に大きくなるように配置される。これは、伸縮部４には、基端側ほど大きな負荷が作用するためである。結束板８の数及び隣り合う結束板８の間隔は、伸縮部４の長さ、駆動対象物１０１の重量、伸縮装置１００の用途、及びテープ１の剛性等を考慮して設定される。

　折返装置５０は、ケース５１と、ケース５１に回転自在に設けられテープ１の走行方向を１８０度変更する方向変更ローラ５２と、方向変更ローラ５２に対してテープ１を押し付ける複数のガイドローラ５３と、ケース５１に設けられケース５１内へのテープ１の出入りを案内するテープガイド５４と、を有する。

　テープガイド５４には、テープ１が摺動自在に挿通し、テープ１を案内する円弧状の２つのガイドスリットが形成される。２つのガイドスリットの形状は、図４に示す結束板８に形成された２つのガイドスリット８ａと同じ形状である。

　テープガイド５４からケース５１内に進入したテープ１は、テープガイド５４から方向変更ローラ５２にかけて徐々に断面円弧状から断面矩形状に変形して略平らな状態で方向変更ローラ５２の外周面に沿って送られる。そして、方向変更ローラ５２からテープガイド５４にかけて徐々に断面矩形状から断面円弧状に変形する。このように、テープ１は方向変更ローラ５２によってスムーズに走行方向が変更される。テープ１におけるテープガイド５４と方向変更ローラ５２との間の部分は、断面形状が徐々に変化する形状遷移区間となる。この形状遷移区間におけるテープ１は、他の部分と比較して剛性が低いため、折れ曲がり易い。したがって、形状遷移区間におけるテープ１の折れ曲がりを防止するために、形状遷移区間にテープ１の走行を案内するガイドローラ５５を設けることが好ましい。

　次に、主に図５～図８を参照して、テープ駆動装置１０について詳しく説明する。テープ駆動装置１０の部品であるリール６、モータ１１、伝達機構１２、ベルト３０、及びテンション調整機構４０は、直方体状のハウジング２０内に収容される。図５はテープ駆動装置１０の平面図であり、図６はテープ駆動装置１０の側面図であり、図７はテープ駆動装置１０の底面図であり、図８はベルト３０及びテンション調整機構４０の模式図である。なお、図５～７では、ハウジング２０の内部が見えるように、ハウジング２０の一部の面を開放した状態を示している。

　図５に示すように、リール６と従動歯車１６を連結する回転シャフト１５は、互いに平行な一対の支持板７０，７１にわたって回転自在に支持される。また、同様に、モータ１１と主動歯車１４を連結する回転シャフト１３は、一対の支持板７０，７１にわたって回転自在に支持される。なお、図６では、一対の支持板７０，７１のうち支持板７０の図示を省略している。

　回転シャフト１３は、モータ１１の回転軸であって支持板７０に回転自在に支持されるモータシャフト１３ａと、主動歯車１４の回転軸であって支持板７１に回転自在に支持される歯車シャフト１３ｂと、に分割されている。モータシャフト１３ａと歯車シャフト１３ｂは、磁気タイプの非接触カップリングによって連結される。本実施形態では、非接触カップリングは、高い伝達トルクを有するネオジム磁石１７ａ，１７ｂである。モータシャフト１３ａの端部に取り付けられたネオジム磁石１７ａと、歯車シャフト１３ｂの端部に取り付けられたネオジム磁石１７ｂとの間には隙間が存在する。その隙間にテフロン（登録商標）シート等の隔壁材を配置することにより、モータ１１が配置される空間を水密構造にすることが可能となる。このような構成にすれば、伸縮装置１００を水没させた状態で使用することが可能となる。

　ハウジング２０にはテープガイド２１が設けられ、テープ１はテープガイド２１を通じてハウジング２０に対して出入りする。テープ１の端部は、リール６の外周面に取り付けられ、モータ１１の駆動によるリール６の回転に伴い、リール６へのテープ１の巻き取りとリール６からのテープ１の繰り出しが行われる。なお、図６では、テープ１がリール６に取り付けられていない状態を示している。

　上述したように、テープ１は大きな弾性力を有するため、リール６にロール状に巻き付けられたテープ１には、図８に白色矢印で示すように、径方向に拡がって元の形状である直線状に戻ろうとする力が発生する。そのため、テープ１がリール６にロール状に巻き付けられた状態において、テープ１同士が接触した状態に維持されずにテープ１間に隙間ができる「巻きほぐれ」が生じ易い。このテープ１の巻きほぐれの対策として、テープ駆動装置１０は、リール６にロール状に巻き付けられたテープ１をリール６に対して押し付けるベルト３０と、ベルト３０のテンションを調整するテンション調整機構４０と、を有する。

　図６及び図８に示すように、ベルト３０は、ローラ３１と、ローラ３１を回転自在に支持するローラ支持部３２とからなるピースを複数有し、複数のピースが互いに回転自在に連結されることによって構成された湾曲可能なローラ付きベルトである。ベルト３０は、リール６にロール状に巻き付けられたテープ１の外周面に沿って設けられた湾曲部３０Ａと、リール６から直線状に延びるテープ１を案内する直線部３０Ｂと、を有する。ベルト３０の湾曲部３０Ａは、リール６にロール状に巻き付けられたテープ１の外周面に沿って折れ曲がるように設けられ、テープ１の外周面を囲む。ベルト３０のテンションは湾曲部３０Ａのローラ３１を通じてテープ１に付与される。したがって、リール６にロール状に巻き付けられたテープ１の外周面にベルト３０によってテンションが付与された状態であっても、テープ１は回転自在な複数のローラ３１に案内されるため、リール６へのテープ１の巻き取りとリール６からのテープ１の繰り出しがスムーズに行われる。

　ハウジング２０には、ベルト３０の直線部３０Ｂに沿うベルトガイド２２が取り付けられる。ベルト３０の一端側である湾曲部３０Ａの端部は、ベルトガイド２２に固定されて拘束される。また、ベルト３０の他端側である直線部３０Ｂの端部は、移動自由な自由端３４である。ベルト３０の端部はベルトガイド２２に拘束されているため、テンション調整機構４０によってベルト３０の自由端３４の位置を調節することにより、ベルト３０のテンションを調整することができる。

　ここで、リール６がテープ１を巻き取ると、リール６に巻き付けられたロール状のテープ１の直径Ｄ（図８参照）は増加する。以下では、リール６に巻き付けられたロール状のテープ１を、「ロール状テープ１」と称する。リール６が１回転してテープ１を１巻分巻き取ると、テープ１の厚さをＴとすると、ロール状テープ１の直径Ｄは２Ｔだけ増加する。一方、リール６がテープ１を繰り出すと、ロール状テープ１の直径Ｄは減少する。リール６が１回転してテープ１を１巻分繰り出すと、ロール状テープ１の直径は２Ｔだけ減少する。リール６がテープ１を巻き取りロール状テープ１の直径Ｄが増加する過程で、ベルト３０の湾曲部３０Ａの内径が変わらなければ、ベルト３０のテンションが過度に大きくなってしまう。一方、リール６がテープ１を繰り出しロール状テープ１の直径Ｄが減少する過程で、ベルト３０の湾曲部３０Ａの内径が変わらなければ、ベルト３０のテンションが過度に小さくなってしまい、巻きほぐれが生じてしまう。このように、リール６によるテープ１の巻き取りと繰り出しに伴って、リール６によるテープ１の巻き取り量が変化し、ロール状テープ１の直径Ｄが変化するため、それに応じてベルト３０の湾曲部３０Ａの内径を変化させてベルト３０のテンションを調整する必要がある。テンション調整機構４０は、リール６によるテープ１の巻き取り量に応じて、ベルト３０の自由端３４の位置を調節することにより、湾曲部３０Ａの内径を変化させてベルト３０のテンションを調整するものである。具体的には、テンション調整機構４０は、リール６によるテープ１の巻き取り量に応じてベルト３０のテンションが略一定となるように調整する。

　以下では、主に、図６～図８を参照して、テンション調整機構４０について詳細に説明する。テンション調整機構４０は、ベルト３０の自由端３４側に設けられる受け部としてのカムフォロワ４１と、カムフォロワ４１に接触し、ベルト３０の自由端３４の位置を決めるカム４２と、リール６の回転に同期してカム４２を回転させ、カム４２とカムフォロワ４１の接触を維持させるカム駆動機構８０と、を有する。

　カムフォロワ４１は、治具４４を介してベルト３０の直線部３０Ｂの端部に取り付けられる。カムフォロワ４１は、円柱状のローラであり、回転軸４５を中心に回転自在に設けられる。

　カム４２は、回転軸４６を中心に回転自在に設けられる。回転軸４６は、支持板７０に固定されたカム支持板７２（図６参照）に支持される。カム４２におけるカムフォロワ４１に接触するカム形状は、リール６によるテープ１の巻き取り量に応じてベルト３０のテンションが略一定となるように設定されている。なお、図７では、カム支持板７２の図示を省略している。

　カム駆動機構８０は、カム４２と一体に形成されたウォームホイール８１と、ウォームホイール８１に噛み合うウォームギア８２と、ウォームギア８２の回転シャフト８３に取り付けられた歯車８４と、リール６の回転シャフト１５に取り付けられ、歯車８４と噛み合う歯車８５（図５参照）と、を有する。リール６の回転は、歯車８５、歯車８４、ウォームギア８２、ウォームホイール８１を通じてカム４２に伝達される。このように、カム駆動機構８０の作用により、カム４２はリール６の回転に同期して回転する。

　リール６が回転してテープ１を巻き取り、ロール状テープ１の直径Ｄが増加すると、ベルト３０の自由端３４がリール６に近づく方向（図８中左方向）に移動する。これに同期して、カム４２も回転し（図７において反時計方向に回転）、カム４２とカムフォロワ４１の接触が維持される。カム４２のカム形状は、リール６によるテープ１の巻き取り量に応じてベルト３０のテンションが略一定となるように設定されているため、ベルト３０のテンションが過度に大きくなることはない。

　一方、リール６が回転してテープ１を繰り出し、ロール状テープ１の直径Ｄが減少すると、ベルト３０の自由端３４がリール６から遠ざかる方向（図８中右方向）に移動するように、リール６の回転に同期してカム４２も回転し（図７において時計方向に回転）、カム４２とカムフォロワ４１の接触が維持される。カム４２のカム形状は、リール６によるテープ１の巻き取り量に応じてベルト３０のテンションが略一定となるように設定されているため、ベルト３０のテンションが過度に小さくなることはない。

　このように、カム４２の作用により、ベルト３０には常に略一定のテンションが付与されるため、リール６に巻き付けられたテープ１の巻きほぐれが防止される。

　図７は、リール６からテープ１が繰り出され、伸縮部４が最も伸長した最伸長状態（図１に示す状態）に対応し、ベルト３０の自由端３４がリール６から最大限まで遠ざかり、カム４２が時計方向に最大限まで回転した状態を示している。図７の状態から、リール６がテープ１を巻き取ると、ベルト３０の自由端３４は図７中左方向へ移動すると共にカム４２は反時計方向に回転し、伸縮部４が最収縮状態（図２に示す状態）になると、カム４２は図７に示す状態から約１８０度回転する。

　ベルト３０は、以上で説明したように、リール６に巻き付けられたテープ１の巻きほぐれを防止する機能の他に、リール６に巻き付けられるテープ１を断面円弧状から断面矩形状に変形させてリール６に巻き付ける機能も有する。リール６に巻き取られるテープ１は、ベルト３０のテンションにより断面矩形状の略平らな状態でリール６に巻き取られるため、リール６に安定してロール状に巻き付けられる。このように、ベルト３０のテンションは、テープ１の巻きほぐれを防止すると共に、テープ１を断面矩形状に変形させるように作用し、ベルト３０は２つの機能を有するため、部品点数が削減され構造の簡素化が図られる。

　テープ駆動装置１０では、リール６によるテープ１の巻き取り量に応じたロール状テープ１の直径Ｄの変化に伴って、リール６等がハウジング２０に対して移動する構成となっている。以下では、この点について説明する。

　上述したように、ベルト３０の一端側である湾曲部３０Ａの端部は、ベルトガイド２２に固定されて拘束される。具体的には、図６及び図８に示すように、ベルト３０の複数のローラ３１のうち端部に設けられるローラ３１ａが、ベルトガイド２２の先端部に設けられる回転軸２３に回転自在に取り付けられる。つまり、ベルト３０の端部のローラ３１ａは、ベルトガイド２２に拘束され移動不能となっている。

　図６に示すように、リール６にテープ１が巻き付けられていない状態では、リール６の外周面とベルト３０のローラ３１ａとは接触している。ベルト３０のローラ３１ａはベルトガイド２２に拘束されているため、リール６はテープ１を巻き取るのに伴い移動可能な構成となっている。具体的には、リール６は、テープ１を巻き取るのに伴い、ベルトガイド２２に拘束されたベルト３０のローラ３１ａから反力を受けて、ローラ３１ａから離れる方向へと移動する。また、リール６は、テープ１を繰り出すのに伴い、ローラ３１ａに近づく方向へと移動する。以下に詳しく説明する。

　上述したように、リール６と従動歯車１６の回転シャフト１５は、一対の支持板７０，７１にわたって支持されており、モータ１１と主動歯車１４の回転シャフト１３も、一対の支持板７０，７１にわたって支持されている。また、カム駆動機構８０におけるウォームギア８２と歯車８４の回転シャフト８３（図７参照）も、一対の支持板７０，７１にわたって支持されている。また、カム４２及びウォームホイール８１は、回転軸４６を介して支持板７０に固定されたカム支持板７２（図６参照）に支持されている。

　図５及び図７に示すように、一対の支持板７０，７１は、双方の間に設けられる一対のスライド板７３，７４によって固定される。支持板７０，７１、カム支持板７２、及びスライド板７３，７４は、リール６、モータ１１、伝達機構１２、カム４２、及びテンション調整機構４０を支持する支持体としてのフレーム７５を構成する。

　このように、リール６、モータ１１、伝達機構１２、カム４２、及びテンション調整機構４０はフレーム７５に支持され一体となってハウジング２０に対して移動可能である。一方、ハウジング２０に固定されたベルトガイド２２に、ローラ３１ａが拘束されたベルト３０は、ハウジング２０に対して移動不能である。

　図６に示すように、ハウジング２０の内面には、フレーム７５の移動を案内するガイド部２５，２６が設けられる。ガイド部２５，２６は、ベルトガイド２２に対して傾斜して設けられる。フレーム７５のうち一対のスライド板７３，７４は、それぞれガイド部２５，２６に沿って設けられ、ガイド部２５，２６に沿ってスライド移動する。以下に、ガイド部２５，２６の傾斜について説明する。

　図６及び図８に示すように、テープ１は、ベルトガイド２２とベルト３０の直線部３０Ｂとの間に沿ってリール６の外周面に導かれる。リール６によるテープ１の巻き取りと繰り出しに伴い、ベルトガイド２２とベルト３０の直線部３０Ｂとの間のテープ１の直線部が常にロール状テープ１の接線方向に延びるようにリール６が移動できるように、ガイド部２５，２６はベルトガイド２２に対して傾斜して設けられる。

　リール６がテープ１を巻き取りロール状テープ１の直径Ｄが増加すると、リール６は、ベルトガイド２２に拘束されたベルト３０のローラ３１ａから反力を受ける。これにより、リール６等を支持するフレーム７５は、リール６がローラ３１ａから離れる方向へ（図６及び図８中、黒色矢印Ａで示す方向へ）、ガイド部２５，２６に案内されてハウジング２０に対して移動する。一方、リール６がテープ１を繰り出しロール状テープ１の直径Ｄが減少すると、テンション調整機構４０から付与されるベルト３０のテンションにより、リール６等を支持するフレーム７５は、リール６がローラ３１ａに近づく方向へ（図６及び図８中、黒色矢印Ｂで示す方向へ）、ガイド部２５，２６に案内されてハウジング２０に対して移動する。フレーム７５は、一対の支持板７０，７１と一対のスライド板７３，７４を有する枠状に形成され剛性が高いため、ガイド部２５，２６に沿って安定してスライドする。

　以上のように、リール６の回転に伴ってロール状テープ１の直径Ｄが増減したとしても、リール６等を支持するフレーム７５がガイド部２５，２６に案内されてハウジング２０に対して移動するため、リール６によるテープ１の巻き取りと繰り出しが安定して行われる。

　カム４２はフレーム７５に支持されており、フレーム７５と一緒に移動するのに対して、カムフォロワ４１はベルト３０に支持されており、フレーム７５と一緒に移動しない。したがって、リール６の回転に伴って、カム４２とカムフォロワ４１は相対変位する。図６及び図８に示すように、カム４２とカムフォロワ４１が相対変位しても、カム４２とカムフォロワ４１が安定した接触状態を維持するために、カムフォロワ４１はフレーム７５の移動方向と略平行に設けられる。これにより、フレーム７５の移動によりカム４２が移動したとしても、カム４２とカムフォロワ４１が接触する向きは変化せずに維持される。

　また、カムフォロワ４１を支持する治具４４には、カムフォロワ４１に対するカム４２の変位を制限する一対の規制板４４ａが設けられる。一対の規制板４４ａにより、カム４２とカムフォロワ４１の接触が維持される。

　以上のように構成される伸縮装置１００の動作について、主に図１及び図２を参照して説明する。

　モータ１１が正転駆動してリール６が回転すると、リール６からテープ１が繰り出される。これにより、伸縮部４が伸長し（図１中上方向へ伸長）、折返装置５０に取り付けられた駆動対象物１０１は図１中上方向へ移動する。伸縮部４の最大伸長状態（図１に示す状態）では、紐９が全体にわたって張った状態となる。

　一方、モータ１１が逆転駆動してリール６が回転すると、リール６にテープ１が巻き取られる。これにより、伸縮部４が収縮し（図１中下方向へ収縮）、折返装置５０に取り付けられた駆動対象物１０１は図１中下方向へ移動する。伸縮部４は、折返装置５０のケース５１とテープ駆動装置１０のハウジング２０との間で隣り合う結束板８が互いに接触する最収縮状態（図２に示す状態）まで収縮する。伸縮部４の最収縮状態では、紐９は緩んだ状態となる（図２では紐９の図示を省略）。なお、図１及び図２では、テープ駆動装置１０が折返装置５０の下方に配置される場合について示したが、伸縮装置１００の向きに制限はなく、テープ駆動装置１０を折返装置５０の上方に配置してもよい。

　リール６からテープ１が繰り出される途中又はリール６にテープ１が巻き取られる途中で、モータ１１が停止すると、リール６は停止した状態に維持され、駆動対象物１０１は伸縮部４によって保持される。モータ１１に内蔵された回転角度検出器の検出結果に基づいて、伸縮部４の伸縮量（ストローク）が制御される。また、モータ１１に内蔵された負荷検出器によってテープ１に作用する負荷が検出され、その検出結果に基づいてテープ１に作用する過負荷やテープ１の折れ曲がりが判定される。

　リール６によるテープ１の巻き取り量に応じて、テンション調整機構４０はベルト３０のテンションが略一定となるように調整する。これにより、リール６に巻き付けられたテープ１の巻きほぐれが防止される。また、リール６の回転に伴って、リール６等を支持するフレーム７５はガイド部２５，２６に案内されてハウジング２０に対して移動する。これにより、リール６によるテープ１の巻き取りと繰り出しが安定して行われる。

　伸縮装置１００の用途としては、天窓の開閉装置、ドアの開閉装置、車両のリアハッチを開閉するステーとして用いることができる。また、図９に示すように、駆動対象物１０１に代えて、開閉動作が可能なハンド１０２等のアタッチメントを折返装置５０に取り付け、伸縮装置１００をマニピュレータとして用いることができる。

　また、ベルト等を介してテープ駆動装置１０を身体に取り付け、折返装置５０を床面や椅子の座面に当てて使用することにより、伸縮装置１００を立ち上がり支援や立ち姿勢保持のための電動松葉杖として用いることができる。さらに、ベルト等を介して複数のテープ駆動装置１０を身体に取り付けると共に、折返装置５０にモータで駆動可能な車輪を取り付けることにより、伸縮装置１００を歩行支援用として用いることができる。このように、伸縮装置１００は、生活支援用としても用いることができる。

　伸縮装置１００は、伸縮部４の最収縮状態（図２に示す状態）ではコンパクトでありながら伸縮部４のストロークが長く、高い伸縮比を有すると共に、テープ１で構成される伸縮部４の剛性が高いため、種々の用途に利用することができる。

　以下に、上記実施形態の変形例について説明する。以下のような変形例も本発明の範囲内であり、以下の変形例と上記実施形態の構成とを組み合わせたり、以下の変形例同士を組み合わせたりすることも可能である。

　（１）上記実施形態では、テープ１の幅方向の断面形状が円弧状である形態について説明した。しかし、テープ１の断面形状は円弧状に限定されず、矩形等であってもよい。

　（２）上記実施形態では、テープ１が折返部２と固定端３を有する形態について説明した。これに代わり、テープ１を折り返さずに、テープ１の先端部に駆動対象物１０１を取り付けるようにしてもよい。この形態では、伸縮部４を複数本のテープ１で構成してもよい。具体的には、１つのテープ駆動装置１０から重ね合わされた複数本のテープ１を同時に繰り出すようにしてもよい。また、複数のテープ駆動装置１０からそれぞれ繰り出されたテープ１を束ねるようにしてもよい。

　（３）上記実施形態では、伸縮部４を１８０度折り返された１本のテープ１で構成する形態について説明した。図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、１８０度折り返された２本のテープ１Ａとテープ１Ｂを９０度ずらして配置し、伸縮部４の断面が略円筒状となるようにしてもよい。これにより、伸縮部４の剛性をさらに高めることができる。図１０Ａは、伸縮部４の先端部分の斜視図であって、折返装置５０を用いずにテープ１Ａ，１Ｂを折り返す形態を示し、図１０Ｂは、伸縮部４の先端部分の斜視図であって、折返装置５０を用いてテープ１Ａ，１Ｂを折り返す形態を示している。図１０Ｂに示す形態は、図１及び図２に示す形態と同様に、折返装置５０の内部に、テープ１Ａ及びテープ１Ｂのそれぞれに対して、方向変更ローラ５２Ａ，５２Ｂ、ガイドローラ５３Ａ，５３Ｂ、及びガイドローラ５５Ａ，５５Ｂが設けられる。なお、図１０Ｂでは、折返装置５０の内部構成が見えるように、折返装置５０の一部の面を省略している。

　１８０度折り返された２本のテープ１Ａとテープ１Ｂを９０度ずらして配置するには、例えば、図１１に示すように、２つの伸縮装置１００（１００Ａ，１００Ｂ）を９０度ずらして連結する。具体的には、伸縮装置１００Ａ，１００Ｂのテープ駆動装置１０Ａ，１０Ｂのハウジング２０Ａ，２０Ｂを９０度ずらして結合する。伸縮装置１００Ａのテープ駆動装置１０Ａから繰り出されるテープ１Ａは、折返装置５０で折り返され、末端３Ａがテープ駆動装置１０Ａのハウジング２０Ａに固定される。一方、伸縮装置１００Ｂのテープ駆動装置１０Ｂから繰り出されるテープ１Ｂは、テープ駆動装置１０Ａのハウジング２０Ａの内部を通過し、折返装置５０で折り返され、末端３Ｂがハウジング２０Ａに固定される。テープ駆動装置１０Ｂから繰り出されるテープ１Ｂは、ハウジング２０Ａ内においては図５に示す支持板７０に沿って延在し、ハウジング２０Ａの内部を通過する。

　図１０Ａ，図１０Ｂ，及び図１１に示すように、２本のテープ１Ａ，１Ｂを用いる場合には、２本のテープ１Ａ，１Ｂの伸縮速度を異なるように制御すれば、伸縮部４の先端部において２本のテープ１Ａ，１Ｂの間で張力を発生させることができる。この張力は、例えば、ハンド１０２（図９参照）の握力に利用したり、折返装置５０に取り付けられる車輪のブレーキ力に利用したりすることができる。

　（４）上記実施形態では、リール６にロール状に巻き付けられたテープ１をリール６に対して押し付けるバンド部材がベルト３０である形態について説明した。しかし、バンド部材としては、テープ１をリール６に対して押し付けることができればよく、ベルト３０に代えて、例えばチェーンでもよい。

　（５）上記実施形態では、テンション調整機構４０は、カムフォロワ４１とカム４２を有する形態について説明した。しかし、テンション調整機構４０は、この形態に限定されず、ベルト３０の自由端３４の位置を調節することにより、ベルト３０のテンションを調整できる構成であればよく、例えば、リール６の回転に同期して、モータによりベルト３０の自由端３４の位置を調節する形態でもよい。

　（６）上記実施形態では、モータ１１がサーボモータであって、回転角度検出器と負荷検出器が内蔵される形態について説明した。これに代わり、ハウジング２０のテープガイド２１や折返装置５０のテープガイド５４に、テープ１の繰り出し量と巻き取り量を検出して伸縮部４の伸縮量（ストローク）を検出するストロークセンサを設けるようにしてもよい。また、テープ１の固定端３とハウジング２０との間に、テープ１に作用する負荷を検出する負荷検出器を設けるようにしてもよい。

　（７）図１２に示すように、ベルトガイド２２の両側部に、テープ１の直線部とベルト３０の直線部３０Ｂを収納するための壁部２２ａを設けてもよい。これにより、テープ１の直線部とベルト３０の直線部３０Ｂがベルトガイド２２に沿って安定して移動することができる。また、ベルトガイド２２の底面に、テープ１の直線部の移動を案内する回転自在なローラ２２ｂを設けてもよい。

　以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

　伸縮装置１００は、弾性を有するテープ１と、テープ１の巻き取りとテープ１の繰り出しを行うテープ駆動装置１０と、を備え、テープ駆動装置１０は、テープ１がロール状に巻き付けられるリール６と、リール６へのテープ１の巻き取りとリール６からのテープ１の繰り出しを行うためのモータ１１（動力源）と、一端側が拘束され他端側が移動自由な自由端３４であり、リール６にロール状に巻き付けられたテープ１の外周面に沿って設けられ、テープ１をリール６に対して押し付けるベルト３０（バンド部材）と、ベルト３０の自由端３４の位置を調節することにより、ベルト３０のテンションを調整するテンション調整機構４０（テンション調整手段）と、を有する。

　この構成では、テープ１をリール６に対して押し付けるベルト３０のテンションがテンション調整機構４０によって調整されるため、テープ１の巻きほぐれを防止することができる。

　また、テンション調整機構４０は、リール６によるテープ１の巻き取り量に応じてベルト３０のテンションを調整する。

　この構成では、テープ１の巻き取り量に応じてベルト３０のテンションが調整されるため、テープ１の巻きほぐれを防止することができる。

　また、テンション調整機構４０は、ベルト３０の自由端３４側に設けられるカムフォロワ４１（受け部）と、カムフォロワ４１に接触し、ベルト３０の自由端３４の位置を決めるカム４２と、リール６の回転に同期してカム４２を回転させ、カム４２とカムフォロワ４１の接触を維持させるカム駆動機構８０と、を有する。

　この構成では、リール６の回転に同期してカム４２が回転してカム４２とカムフォロワ４１の接触が維持されるため、テープ１の巻き取り量に応じてベルト３０のテンションが調整される。よって、テープ１の巻きほぐれを防止することができる。

　また、カム４２のカム形状は、リール６によるテープ１の巻き取り量に応じてベルト３０のテンションが略一定となるように設定されている。

　この構成では、テープ１の巻き取り量に応じてベルト３０のテンションが略一定となるようにカム形状が設定されているため、テープ１の巻きほぐれを防止することができる。

　また、テープ駆動装置１０は、リール６及びモータ１１を収容し、テープ１の出入口が設けられたハウジング２０と、リール６を支持するフレーム７５（支持体）と、ハウジング２０に設けられ、フレーム７５の移動を案内するガイド部２５，２６と、をさらに備え、フレーム７５は、リール６の回転に伴ってガイド部２５，２６に案内されてハウジング２０に対して移動する。

　この構成では、リール６の回転に伴ってリール６に巻き付けられたロール状のテープ１の直径Ｄが増減したとしても、リール６を支持するフレーム７５がガイド部２５，２６に案内されてハウジング２０に対して移動するため、リール６によるテープ１の巻き取りと繰り出しが安定して行われる。

　また、ベルト３０は、リール６にロール状に巻き付けられたテープ１の外周面に沿って設けられた湾曲部３０Ａと、リール６から直線状に延びるテープ１を案内する直線部３０Ｂと、を有し、ハウジング２０には、ベルト３０の直線部３０Ｂに沿うバンドガイドとしてのベルトガイド２２が取り付けられ、ベルト３０の湾曲部３０Ａの端部は、ベルトガイド２２に拘束される。

　この構成では、ベルト３０の湾曲部３０Ａの端部がベルトガイド２２に拘束されているため、テンション調整機構４０によってベルト３０の自由端３４の位置を調節することにより、ベルト３０のテンションを調整することができる。

　また、テープ１は、帯状であって長手方向に垂直な断面が円弧状に形成され、ベルト３０のテンションにより断面が略矩形状に変形されてリール６にロール状に巻き付けられる。

　この構成は、ベルト３０は、テープ１の巻きほぐれを防止する機能の他に、テープ１を断面略矩形状に変形させる機能も有するため、部品点数が削減され構造の簡素化が図られる。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

　本願は２０２１年４月２３日に日本国特許庁に出願された特願２０２１－７３４６４に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims

　弾性を有するテープと、
　前記テープの巻き取りと前記テープの繰り出しを行うテープ駆動装置と、を備え、
　前記テープ駆動装置は、
　前記テープがロール状に巻き付けられるリールと、
　前記リールへの前記テープの巻き取りと前記リールからの前記テープの繰り出しを行うための動力源と、
　一端側が拘束され他端側が移動自由な自由端であり、前記リールにロール状に巻き付けられた前記テープの外周面に沿って設けられ、前記テープを前記リールに対して押し付けるバンド部材と、
　前記バンド部材の前記自由端の位置を調節することにより、前記バンド部材のテンションを調整するテンション調整手段と、を有する伸縮装置。
　請求項１に記載の伸縮装置であって、
　前記テンション調整手段は、前記リールによる前記テープの巻き取り量に応じて前記バンド部材のテンションを調整する伸縮装置。
　請求項１に記載の伸縮装置であって、
　前記テンション調整手段は、
　前記バンド部材の前記自由端側に設けられる受け部と、
　前記受け部に接触し、前記バンド部材の前記自由端の位置を決めるカムと、
　前記リールの回転に同期して前記カムを回転させ、前記カムと前記受け部の接触を維持させるカム駆動機構と、を有する伸縮装置。
　請求項３に記載の伸縮装置であって、
　前記カムのカム形状は、前記リールによる前記テープの巻き取り量に応じて前記バンド部材のテンションが略一定となるように設定されている伸縮装置。
　請求項１に記載の伸縮装置であって、
　前記テープ駆動装置は、
　前記リール及び前記動力源を収容し、前記テープの出入口が設けられたハウジングと、
　前記リールを支持する支持体と、
　前記ハウジングに設けられ、前記支持体の移動を案内するガイド部と、をさらに備え、
　前記支持体は、前記リールの回転に伴って前記ガイド部に案内されて前記ハウジングに対して移動する伸縮装置。
　請求項５に記載の伸縮装置であって、
　前記バンド部材は、前記リールにロール状に巻き付けられた前記テープの外周面に沿って設けられた湾曲部と、前記リールから直線状に延びる前記テープを案内する直線部と、を有し、
　前記ハウジングには、前記バンド部材の前記直線部に沿うバンドガイドが取り付けられ、
　前記バンド部材の前記湾曲部の端部は、前記バンドガイドに拘束される伸縮装置。
　請求項１に記載の伸縮装置であって、
　前記テープは、帯状であって長手方向に垂直な断面が円弧状に形成され、前記バンド部材のテンションにより前記断面が略矩形状に変形されて前記リールにロール状に巻き付けられる伸縮装置。