WO2023171112A1 - カバー付き流体圧アクチュエータ - Google Patents

カバー付き流体圧アクチュエータ Download PDF

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WO2023171112A1
WO2023171112A1 PCT/JP2023/000329 JP2023000329W WO2023171112A1 WO 2023171112 A1 WO2023171112 A1 WO 2023171112A1 JP 2023000329 W JP2023000329 W JP 2023000329W WO 2023171112 A1 WO2023171112 A1 WO 2023171112A1
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WO
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fluid pressure
pressure actuator
cover
sleeve
actuator
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Application number
PCT/JP2023/000329
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English (en)
French (fr)
Inventor
春樹 美濃島
信吾 大野
Original Assignee
株式会社ブリヂストン
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a fluid pressure actuator with a cover.
  • a fluid pressure actuator also called a "McKibben-type fluid pressure actuator”
  • a fluid pressure actuator is used not only as a lift part (robot arm) for lifting an object, but also as a grip part (finger robot hand) for realizing the behavior of a human finger.
  • the robot hand is designed to prevent the robot hand from getting dirty, to prevent the fingertips of the robot hand (the tip of the fluid pressure actuator) from slipping, and to prevent contamination due to abrasion particles caused by the operation of the robot hand.
  • One possibility is to attach a cover to cover the hand.
  • the cover since the fluid pressure actuator of the robot hand repeatedly bends, the cover must also follow the deformation process. , there is a risk of cracks etc. appearing in the cover.
  • an object of the present invention is to provide a covered fluid pressure actuator having a cover with improved durability.
  • the gist of the present invention is as follows.
  • a covered fluid pressure actuator comprising a fluid pressure actuator and a cover covering the fluid pressure actuator
  • the fluid pressure actuator includes a cylindrical tube that expands and contracts depending on the pressure of fluid, and a sleeve that covers the outer circumferential surface of the tube, which is a stretchable structure made by weaving fiber cords oriented in a predetermined direction. a sealing member that seals an end of the tube in the axial direction,
  • a fluid pressure actuator with a cover wherein the sleeve and the cover are at least partially out of contact when no fluid pressure is applied.
  • outer diameter of the sleeve and the “outer diameter of the sealing member” each refer to the maximum diameter.
  • the “thickness of the sealing member cover portion” refers to the minimum thickness.
  • FIG. 2 is a partially exploded perspective view of the fluid pressure actuator.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view along the axial direction DAX of a fluid pressure actuator including a sealing mechanism.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the actuator main body along the radial direction DR. It is an explanatory view of behavior of a fluid pressure actuator.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a fluid pressure actuator.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a covered hydraulic actuator according to an embodiment of the present invention. It is a schematic sectional view of the cover for fluid pressure actuators.
  • FIG. 1 is a side view of the fluid pressure actuator 10.
  • the fluid pressure actuator 10 includes an actuator main body 100, a sealing mechanism 200, and a sealing mechanism 300. Furthermore, connecting portions 20 are provided at both ends of the fluid pressure actuator 10, respectively.
  • the actuator main body 100 is composed of a tube 110 and a sleeve 120. Fluid flows into the actuator main body 100 through the connection port 211a.
  • the actuator main body 100 contracts in the axial direction DAX and expands in the radial direction DR due to the inflow of fluid into the tube 110. Further, the actuator main body 100 expands in the axial direction DAX and contracts in the radial direction DR due to fluid flowing out from the tube 110. Due to such a shape change of the actuator main body 100, the fluid pressure actuator 10 exhibits its function as an actuator.
  • Such a fluid pressure actuator 10 is a so-called McKibben type, and can be used not only for artificial muscles but also for robot limbs (upper limbs, lower limbs, etc.) that require higher capacity (contractile force). It can be suitably used.
  • the connecting portion 20 is connected to members constituting the limb.
  • a McKibben-type fluid pressure actuator having such basic characteristics is used, and a restraining member 150 (FIG. 1 (not shown, see FIGS. 2, 3, etc.), it is possible to curve (curl) in the orthogonal direction perpendicular to the axial direction DAX, that is, in the radial direction DR.
  • the fluid used to drive the fluid pressure actuator 10 may be either a gas such as air or a liquid such as water or mineral oil, but the fluid pressure actuator 10 is particularly suitable for hydraulic drive where high pressure is applied to the actuator body 100. It has high durability that can withstand even
  • the sealing mechanism 200 and the sealing mechanism 300 seal both ends of the actuator main body 100 in the axial direction DAX.
  • the sealing mechanism 200 includes a sealing member 210 and a caulking member 230.
  • the sealing member 210 seals the end of the actuator main body 100 in the axial direction DAX.
  • the caulking member 230 caulks the actuator main body portion 100 together with the sealing member 210.
  • An indentation 231 is formed on the outer peripheral surface of the caulking member 230, which is a trace of the caulking member 230 being caulked with a jig.
  • the difference between the sealing mechanism 200 and the sealing mechanism 300 is whether or not a connection port 211a is provided.
  • connection port 211a is attached with a hose (pipe line) connected to a driving pressure source of the fluid pressure actuator 10, specifically, a compressor for gas or liquid. (not shown) and flows into the inside of the actuator main body 100, specifically, into the inside of the tube 110.
  • FIG. 2 is a partially exploded perspective view of the fluid pressure actuator 10. As shown in FIG. 2, the fluid pressure actuator 10 includes an actuator main body 100 and a sealing mechanism 200.
  • the actuator main body 100 is composed of the tube 110 and the sleeve 120, as described above.
  • the tube 110 is a cylindrical body that expands and contracts depending on the pressure of the fluid.
  • the tube 110 is made of an elastic material such as butyl rubber because it repeatedly contracts and expands with fluid.
  • NBR nonrile rubber
  • it should be made of NBR (nitrile rubber), which has high oil resistance, or at least one selected from the group consisting of hydrogenated NBR, chloroprene rubber, and epichlorohydrin rubber. is preferred.
  • the sleeve 120 has a cylindrical shape and covers the outer peripheral surface of the tube 110.
  • the sleeve 120 is a stretchable structure in which fiber cords oriented in a predetermined direction are woven together, and the oriented cords intersect to form a repeated diamond shape. By having such a shape, the sleeve 120 deforms in a pantograph and follows the contraction and expansion of the tube 110 while regulating it.
  • the cord constituting the sleeve 120 it is preferable to use a fiber cord of aromatic polyamide (aramid fiber) or polyethylene terephthalate (PET).
  • the cord is not limited to these types of fiber cords, and for example, cords of high-strength fibers such as PBO fibers (polyparaphenylenebenzobisoxazole) may be used.
  • a restraining member 150 is provided between the tube 110 and the sleeve 120.
  • the restraint member 150 is not compressed in the axial direction DAX, but can be deformed only along the radial direction DR (which may also be referred to as the deflection direction). That is, the restraint member 150 resists compression along the axial direction DAX, and is deformable in the orthogonal direction (radial direction DR) perpendicular to the axial direction DAX.
  • the restraining member 150 has a characteristic that it is difficult to deform along the axial direction DAX and is flexible along the radial direction DR.
  • deformable may also mean “curvable” or “curlable”.
  • the restraint member 150 also has a function of restraining (regulating) the expansion of the tube 110 (and sleeve 120) outward in the radial direction DR at a position on the outer circumference of the tube 110 where the restraint member 150 is provided. There is.
  • the restraint member 150 is provided inside the sleeve 120, specifically, in the space inside the sleeve 120 in the radial direction, from one end side to the other end side in the axial direction DAX. Further, in this embodiment, the restraint member 150 is formed using a leaf spring.
  • the dimensions of the leaf spring are not particularly limited, and may be selected depending on the size of the fluid pressure actuator 10 and the required force to be generated.
  • the material of the leaf spring is not particularly limited, but typically any material that is easy to bend and strong against compression, such as metal such as stainless steel, may be used.
  • the restraint member 150 may be formed of a thin plate of carbon fiber reinforced plastic (CFRP). Since CFRP is less susceptible to plastic deformation than metal, the fluid pressure actuator 10 easily returns to its original straight state after being bent.
  • the sealing mechanism 200 seals the end of the actuator main body 100 in the axial direction DAX.
  • the sealing mechanism 200 includes a sealing member 210, a locking ring 220, and a caulking member 230.
  • the sealing member 210 is inserted into the tubular actuator main body 100. Specifically, the sealing member 210 has a head portion 211 and a body portion 212, and the body portion 212 is inserted into the tube 110.
  • sealing member 210 a metal such as stainless steel can be suitably used, but the sealing member 210 is not limited to such a metal, and a hard plastic material or the like may also be used.
  • the locking ring 220 locks the sleeve 120 to the sealing member 210. Specifically, the sleeve 120 is folded back outward in the radial direction DR via the locking ring 220 (not shown in FIG. 2, see FIG. 3).
  • the locking ring 220 has a notch 221 that is partially cut out so that it can be engaged with the sealing member 210.
  • the same materials as the sealing member 210 such as metals and hard plastic materials, natural fibers (natural fiber threads), rubber (for example, O-rings), and other materials can be used.
  • the caulking member 230 caulks the actuator main body 100 together with the sealing member 210.
  • the caulking member 230 is provided on the outer peripheral surface of the portion of the actuator body 100 into which the sealing member 210 is inserted, and caulks the actuator body 100 to the sealing member 210 .
  • the caulking member 230 metals such as aluminum alloy, brass, and iron can be used.
  • an indentation 231 as shown in FIG. 1 is formed on the caulking member 230.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the fluid pressure actuator 10 including the sealing mechanism 200 along the axial direction DAX.
  • the tube 110 is inserted into the body portion 212. Further, the sleeve 120 is folded back to the outside in the radial direction DR via the locking ring 220.
  • a restraint member 150 is provided inside the sleeve 120 in the radial direction DR. Specifically, restraining member 150 is provided between tube 110 and sleeve 120.
  • the restraining member 150 is provided in a part of the actuator main body 100 in the circumferential direction. That is, the restraint member 150 is provided only in a portion of the tube 110 (and sleeve 120) in the circumferential direction.
  • the restraint member 150 is provided from one end side to the other end side in the axial direction DAX of the actuator main body 100 (that is, the tube 110 and the sleeve 120). Specifically, the restraining member 150 may be provided from the sealing mechanism 200 to the sealing mechanism 300.
  • the restraining member 150 does not necessarily have to be provided completely from the sealing mechanism 200 to the sealing mechanism 300, and the restraining member 150 does not necessarily have to be provided completely over the sealing mechanism 200 and the sealing mechanism 300 (especially when the free end is bent). The restraining member 150 does not need to extend to the sealing mechanism 300 side (where there is a high possibility of this).
  • the caulking member 230 is larger than the outer diameter of the body portion 212 of the sealing member 210, and is inserted through the body portion 212 and caulked with a jig.
  • the caulking member 230 caulks the actuator main body 100 together with the sealing member 210 .
  • the caulking member 230 caulks the tube 110 inserted into the body portion 212 and the sleeve 120 located outside the tube 110 in the radial direction DR. That is, the caulking member 230 caulks the tube 110 and the sleeve 120 together with the sealing member 210.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the actuator main body 100 along the radial direction DR.
  • the restraining member 150 is provided between the tube 110 and the sleeve 120.
  • the restraint member 150 may be in close contact with the tube 110 and the sleeve 120, or some gap may be formed between the restraint member 150 and the tube 110 and/or the sleeve 120, and on the sides of the restraint member 150. I don't mind.
  • the restraining member 150 is provided in a part of the tube 110 in the circumferential direction.
  • the width of the restraint member 150 is not particularly limited, but if it is based on the outer diameter of the tube 110, it may be approximately half the outer diameter.
  • the outer diameter of the tube 110 may be 11 mm
  • the length of the contracting actuator main body 100 portion may be 185 mm
  • the width of the restraining member 150 (plate spring) may be 6 mm and the thickness may be approximately 0.5 mm.
  • the restraint member 150 has a flat plate shape, but it may be slightly curved along the cross-sectional shapes of the tube 110 and the sleeve 120 as long as it does not affect the way it bends.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of the behavior of the fluid pressure actuator 10.
  • the sealing mechanism 200 side is fixed, and the sealing mechanism 300 side is freely movable. That is, the sealing mechanism 200 side is a fixed end, and the sealing mechanism 300 side is a free end.
  • the restraining member 150 formed of a hard member such as a leaf spring plays a role like a backbone, and the position opposite to the position on the outer periphery of the tube 110 and sleeve 120 where the restraining member 150 is provided (FIG.
  • the restraining member 150 By expanding outward in the radial direction DR, the dimension of the fluid pressure actuator 10 in the axial direction DAX is shortened, and the fluid pressure actuator 10 (specifically, the actuator main body 100) is expanded along the direction D1. Bends.
  • the direction D1 may also be referred to as a flexible direction.
  • the restraint member 150 is provided between the rubber tube 110 and the sleeve 120, and is a member that resists compression in the axial direction DAX and can be deformed along the orthogonal direction (radial direction DR). , are arranged in a part of the actuator main body 100 in the circumferential direction.
  • the restraint member 150 has high compression rigidity, so the restraint member The part where 150 is placed cannot be contracted.
  • other parts of the actuator main body 100 tend to contract, so a force in a bending direction along the orthogonal direction (radial direction DR) is generated, and the parts curve with the restraining member 150 as the back surface.
  • the fluid pressure actuator 10 has a large bending angle, generates a large force, is easy to control the force (generated force is proportional to pressure), has a simple structure, and can directly touch the object being handled by coating the surface. It has the following characteristics. Furthermore, the restraint member 150 provided in the fluid pressure actuator 10 resists compression of the actuator main body 100 (specifically, the tube 110) in the axial direction DAX, and resists compression in the radial direction DR perpendicular to the axial direction DAX. It can be transformed into.
  • the restraint member 150 is provided inside the tube 110, the size of the fluid pressure actuator 10 does not increase. Furthermore, the restraint member 150 can efficiently generate force in the bending direction.
  • the fluid pressure actuator 10 it is possible to exert a larger force in the bending direction while avoiding an increase in size.
  • the restraint member 150 is provided in a part of the tube 110 in the circumferential direction. Therefore, on the circumference of the actuator main body 100, there are parts that contract and parts that cannot contract, and when pressure is applied to the fluid pressure actuator 10, it moves in one direction (the side opposite to the side where the restraining member 150 is provided). curve. Thereby, force in the bending direction can be efficiently generated, and a larger force in the bending direction can be exerted.
  • the restraining member 150 is provided between the tube 110 and the sleeve 120. Therefore, expansion of the tube 110 along the axial direction DAX can be effectively restrained (regulated). Thereby, force in the bending direction can be efficiently generated, and a larger force in the bending direction can be exerted.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a hydraulic actuator.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a covered hydraulic actuator according to an embodiment of the present invention.
  • the outer diameter B of the sleeve 120 is smaller than the outer diameter A of the sealing member 200 (300) when no fluid pressure is applied.
  • the fluid pressure actuator and the cover 400 are in contact with each other on substantially the entire surface, while the fluid pressure A gap is provided between the sleeve 120 and the cover 400 in the sleeve 120 of the actuator (at least a portion, in the illustrated example, the entire portion). ) is non-contact.
  • a gap is created between the fluid pressure actuator and the cover in the sleeve 120 portion (at least a portion, in the illustrated example) of the fluid pressure actuator.
  • 120 and cover 400 are in a non-contact state. Therefore, it is possible to reduce the wear occurring between the sleeve 120 and the cover 400, and also to reduce the amount of deformation when the cover 400 expands following the curvature of the fluid pressure actuator 10, thereby reducing the load.
  • the durability of the cover can be improved. Furthermore, since friction between the cover and the fluid pressure actuator can be reduced when the cover is attached to the fluid pressure actuator, replacing the cover becomes easy.
  • the sealing member 200 (300) of the fluid pressure actuator since the fluid pressure actuator and the cover 400 are in contact with each other on substantially the entire surface, contamination by abrasion powder caused by operation of the robot hand can be prevented.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a cover for a fluid pressure actuator.
  • this cover 400 for a hydraulic actuator has at least a portion (the entire thickness in the illustrated example) of the sleeve cover portion 402 that covers the sleeve 120 of the fluid pressure actuator on the inner periphery of the sleeve cover portion 402.
  • the thickness of the sealing member cover portion 401 that covers the sealing member 200 (300) of the fluid pressure actuator is reduced (in the illustrated example, the thickness is reduced) by reducing the side thickness (in the illustrated example, by providing a step). (approximately constant).
  • the fluid pressure actuator and the cover 400 are in contact with each other over almost the entire surface of the sealing member 200 (300) of the fluid pressure actuator, while the sleeve of the fluid pressure actuator In the portion 120 (at least a portion, in the illustrated example, the entire portion), a gap is provided between the sleeve and the cover so that the sleeve and the cover do not come into contact with each other. Therefore, according to this cover for a fluid pressure actuator, the durability of the cover can be improved for the same reason as above. Further, in the same manner as described above, the cover can be replaced easily, and contamination caused by abrasion powder caused by the operation of the robot hand can be prevented.
  • the cover may cover only the fluid pressure actuator, but it should be configured so that it can cover not only the finger portion of the fluid pressure actuator but also the palm portion and arm portion that connect multiple fluid pressure actuators. be able to.
  • Fluid pressure actuator 20: Connection part, 100, 100A, 100B: actuator main body, 110: tube, 120: sleeve, 150, 150A, 150B: restraint member, 151: piano wire, 160: spacing member, 200, 200A: sealing mechanism, 210: Sealing member, 211: Head, 211a: Connection port, 212: Body part, 220: Locking ring, 221: Notch, 230: Caulking member, 231: Indentation, 300: Sealing mechanism, 400: Cover (cover for fluid pressure actuator)

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Abstract

流体の圧力を付与しない状態において、スリーブとカバーとが少なくとも一部において非接触となる。

Description

カバー付き流体圧アクチュエータ
　本発明は、カバー付き流体圧アクチュエータに関するものである。
　スリーブに覆われたチューブの膨張及び収縮によって所望の動作を実現可能な流体圧アクチュエータ（「マッキベン型の流体圧アクチュエータ」とも呼ばれる。）をロボットの分野に用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１では、流体圧アクチュエータは、物を持ち上げるためのリフト部（ロボットアーム）としてだけでなく、人の指の挙動を実現させるための把持部（指ロボットハンド）としても用いられている。
特開２０２１－０８８９９９号公報
　上記のようなロボットハンドにおいては、ロボットハンドの汚れの防止、ロボットハンドの指先（流体圧アクチュエータの先端部）の滑りの防止、ロボットハンドの稼働による摩耗粉により汚染の防止等の観点から、ロボットハンドを覆うカバーを取り付けることが考えられる。しかしながら、ロボットハンドの流体圧アクチュエータは、繰り返し湾曲するため、カバーも追従して変形する必要があるところ、カバーに負荷がかかったり、カバーと流体圧アクチュエータとの間の摩擦が生じたりすることにより、カバーに亀裂等が入ってしまうおそれがある。
　そこで、本発明は、耐久性を向上させたカバーを有するカバー付き流体圧アクチュエータを提供することを目的とする。
　本発明の要旨構成は、以下の通りである。
　流体圧アクチュエータと、該流体圧アクチュエータを覆うカバーと、を備えた、カバー付き流体圧アクチュエータであって、
　前記流体圧アクチュエータは、流体の圧力によって膨張及び収縮する円筒状のチューブと、所定方向に配向された繊維コードを編み込んだ伸縮性を有する構造体であり、前記チューブの外周面を覆うスリーブと、前記チューブの軸方向における端部を封止する封止部材と、を備え、
　流体の圧力を付与しない状態において、前記スリーブと前記カバーとが少なくとも一部において非接触となることを特徴とする、カバー付き流体圧アクチュエータ。
　本明細書において、「スリーブの外径」及び「封止部材の外径」は、それぞれ最大径をいうものと
する。
　本明細書において、「封止部材カバー部分の厚さ」は、最小の厚さをいうものとする。
　本発明によれば、耐久性を向上させたカバーを有するカバー付き流体圧アクチュエータを提供することができる。
流体圧アクチュエータの側面図である。 流体圧アクチュエータの一部分解斜視図である。 封止機構を含む流体圧アクチュエータの軸方向ＤＡＸに沿った一部断面図である。 アクチュエータ本体部の径方向ＤＲに沿った断面図である。 流体圧アクチュエータの挙動の説明図である。 流体圧アクチュエータの概略図である。 本発明の一実施形態にかかるカバー付き流体圧アクチュエータの概略図である。 流体圧アクチュエータ用カバーの概略断面図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に例示説明する。
＜流体圧アクチュエータ＞
＜＜流体圧アクチュエータの全体概略構成＞＞
　図１は、流体圧アクチュエータ１０の側面図である。図１に示すように、流体圧アクュエータ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を備える。また、流体圧アクチュエータ１０の両端には、連結部２０がそれぞれ設けられる。
　アクチュエータ本体部１００は、チューブ１１０とスリーブ１２０とによって構成される。アクチュエータ本体部１００には、接続口２１１ａを介して流体が流入する。
　アクチュエータ本体部１００は、基本的な特性として、チューブ１１０内への流体の流入によって、アクチュエータ本体部１００の軸方向ＤＡＸにおいて収縮し、径方向ＤＲにおいて膨張する。また、アクチュエータ本体部１００は、チューブ１１０から流体の流出によって、アクチュエータ本体部１００の軸方向ＤＡＸにおいて膨張し、径方向ＤＲにおいて収縮する。このようなアクチュエータ本体部１００の形状変化によって、流体圧アクチュエータ１０は、アクチュエータとしての機能を発揮する。
　このような流体圧アクチュエータ１０は、いわゆるマッキベン型であり、人工筋肉用として適用できることは勿論のこと、より高い能力（収縮力）が要求されるロボットの体肢（上肢や下肢など）用としても好適に用い得る。連結部２０には、当該体肢を構成する部材などが連結される。
　本実施形態では、このような基本的な特性を有するマッキベン型の流体圧アクチュエータを用いつつ、軸方向ＤＡＸの圧縮を拘束する（規制または制限すると呼んでもよい、以下同）拘束部材１５０（図１において不図示、図２，３など参照）を設けることによって、軸方向ＤＡＸに直交する直交方向、つまり、径方向ＤＲに湾曲（カール）することができる。
　流体圧アクチュエータ１０の駆動に用いられる流体は、空気などの気体、または水、鉱物油などの液体のどちらでもよいが、特に、流体圧アクチュエータ１０は、アクチュエータ本体部１００に高い圧力が掛かる油圧駆動にも耐え得る高い耐久性を有し得る。
　封止機構２００及び封止機構３００は、軸方向ＤＡＸにおけるアクチュエータ本体部１００の両端部を封止する。具体的には、封止機構２００は、封止部材２１０及びかしめ部材２３０を含む。封止部材２１０は、アクチュエータ本体部１００の軸方向ＤＡＸの端部を封止する。また、かしめ部材２３０は、アクチュエータ本体部１００を封止部材２１０とともにかしめる。かしめ部材２３０の外周面には、治具によってかしめ部材２３０がかしめられた痕である圧痕２３１が形成される。
　封止機構２００と封止機構３００との相違点は、接続口２１１ａが設けられているか否かである。
　接続口２１１ａは、流体圧アクチュエータ１０の駆動圧力源、具体的には、気体や液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。接続口２１１ａを介して流入した流体は、通過孔（不図示）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。
　図２は、流体圧アクチュエータ１０の一部分解斜視図である。図２示すように、流体圧アクチュエータ１０は、アクチュエータ本体部１００及び封止機構２００を備える。
　アクチュエータ本体部１００は、上述したように、チューブ１１０とスリーブ１２０とによって構成される。
　チューブ１１０は、流体の圧力によって膨張及び収縮する円筒状の筒状体である。チューブ１１０は、流体による収縮及び膨張を繰り返すため、ブチルゴムなど弾性材料によって構成される。また、流体圧アクチュエータ１０を油圧駆動とする場合には、耐油性が高いＮＢＲ（ニトリルゴム）、または水素化ＮＢＲ、クロロプレンゴム、及びエピクロロヒドリンゴムからなる群より選択される少なくとも一種とすることが好ましい。
　スリーブ１２０は、円筒状であり、チューブ１１０の外周面を覆う。スリーブ１２０は、所定方向に配向された繊維コードを編み込んだ伸縮性を有する構造体であり、配向されたコードが交差することによって菱形の形状が繰り返されている。スリーブ１２０は、このような形状を有することによって、パンタグラフ変形し、チューブ１１０の収縮及び膨張を規制しつつ追従する。
　スリーブ１２０を構成するコードとしては、芳香族ポリアミド（アラミド繊維）やポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）の繊維コードを用いることが好ましい。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繊維（ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール）などの高強度繊維のコードでもよい。
　また、本実施形態では、チューブ１１０とスリーブ１２０との間には、拘束部材１５０が設けられる。
　拘束部材１５０は、軸方向ＤＡＸには圧縮せず、径方向ＤＲ（撓み方向と呼んでもよい）に沿ってのみ変形可能である。つまり、拘束部材１５０は、軸方向ＤＡＸに沿った圧縮に対して抵抗し、軸方向ＤＡＸに直交する直交方向（径方向ＤＲ）に変形可能である。
　換言すると、拘束部材１５０は、軸方向ＤＡＸに沿って変形し難く、径方向ＤＲに沿って撓める特性を有している。なお、変形可能とは、湾曲、或いはカール可能と言い換えてもよい。
　また、拘束部材１５０は、拘束部材１５０が設けられているチューブ１１０の外周上の位置において、径方向ＤＲ外側へのチューブ１１０（及びスリーブ１２０）の膨張を拘束（規制）する機能も有している。
　本実施形態では、拘束部材１５０は、スリーブ１２０の内側、具体的には、スリーブ１２０の径方向内側の空間において、軸方向ＤＡＸの一端側から他端側に亘って設けられる。また、本実施形態では、拘束部材１５０は、板バネ（ｌｅａｆ　ｓｐｒｉｎｇ）を用いて形成される。
　板バネの寸法は、流体圧アクチュエータ１０のサイズ、及び必要とされる発生力などに応じて選択されればよく、特に限定されない。また、板バネの材料についても特に限定されないが、典型的には、ステンレス鋼などの金属など、曲げ易く、圧縮に強い材料であればよい。例えば、拘束部材１５０は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）の薄板などによって形成されてもよい。ＣＦＲＰは、金属に比べて塑性変形をし難いため、流体圧アクチュエータ１０が湾曲後、元の真っ直ぐな状態に戻りやすい。
　封止機構２００は、アクチュエータ本体部１００の軸方向ＤＡＸにおける端部を封止する。封止機構２００は、封止部材２１０、係止リング２２０及びかしめ部材２３０によって構成される。
　封止部材２１０は、管状のアクチュエータ本体部１００に挿通される。具体的には、封止部材２１０は、頭部２１１と胴体部２１２とを有し、胴体部２１２は、チューブ１１０に挿通される。
　封止部材２１０としては、ステンレス鋼などの金属を好適に用い得るが、このような金属に限定されず、硬質プラスチック材料などを用いてもよい。
　係止リング２２０は、封止部材２１０にスリーブ１２０を係止する。具体的には、スリーブ１２０は、係止リング２２０を介して径方向ＤＲ外側に折り返される（図２において不図示、図３参照）。
　係止リング２２０には、封止部材２１０と係合できるように一部が切り欠かれた切欠き部２２１が形成されている。係止リング２２０としては、封止部材２１０と同様の金属、硬質プラスチック材料などの材料や、自然繊維（自然繊維の糸）、ゴム（例えばＯリング）などの材料を用いることができる。
　かしめ部材２３０は、アクチュエータ本体部１００を封止部材２１０とともにかしめる。具体的には、かしめ部材２３０は、アクチュエータ本体部１００の封止部材２１０が挿通された部分の外周面に設けられ、アクチュエータ本体部１００を封止部材２１０にかしめる。
　かしめ部材２３０としては、アルミニウム合金、真鍮、及び鉄などの金属を用いることができる。かしめ用の治具によってかしめ部材２３０がかしめられると、かしめ部材２３０には、図１に示したような圧痕２３１が形成される。
＜＜封止機構２００の構成＞＞
　図３は、封止機構２００を含む流体圧アクチュエータ１０の軸方向ＤＡＸに沿った一部断面図である。
　図３に示すように、チューブ１１０は、胴体部２１２に挿通される。また、スリーブ１２０ は、係止リング２２０を介して径方向ＤＲ外側に折り返されている。
　スリーブ１２０の径方向ＤＲ内側には、拘束部材１５０が設けられる。具体的には、拘束部材１５０は、チューブ１１０とスリーブ１２０との間に設けられる。
　また、拘束部材１５０は、アクチュエータ本体部１００ の周方向における一部に設けられる。つまり、拘束部材１５０は、チューブ１１０（及びスリーブ１２０）の周方向における一部のみに設けられる。
　拘束部材１５０は、アクチュエータ本体部１００（つまり、チューブ１１０及びスリーブ１２０）の軸方向ＤＡＸにおける一端側から他端側に亘って設けられる。具体的には、拘束部材１５０は、封止機構２００から封止機構３００に亘って設けられてもよい。
　但し、拘束部材１５０は、必ずしも完全に封止機構２００から封止機構３００に亘って設けられていなくてもよく、封止機構２００及び封止機構３００の何れか一方（特に、湾曲時に自由端となる可能性が高い封止機構３００側）には、拘束部材１５０が延在していなくてもよい。
　かしめ部材２３０は、封止部材２１０の胴体部２１２の外径よりも大きく、胴体部２１２に挿通された上で治具によってかしめられる。かしめ部材２３０は、アクチュエータ本体部１００を封止部材２１０とともにかしめる。
　具体的は、かしめ部材２３０は、胴体部２１２に挿通されたチューブ１１０、及びチューブ１１０の径方向ＤＲ外側に位置するスリーブ１２０をかしめる。つまり、かしめ部材２３０は、チューブ１１０及びスリーブ１２０を封止部材２１０とともにかしめる。
＜＜アクチュエータ本体部１００の構成＞＞
　図４は、アクチュエータ本体部１００の径方向ＤＲに沿った断面図である。図４に示すように、拘束部材１５０は、チューブ１１０とスリーブ１２０との間に設けられる。拘束部材１５０は、チューブ１１０及びスリーブ１２０と密着していてもよいし、拘束部材１５０と、チューブ１１０及び／またはスリーブ１２０との間、及び拘束部材１５０の側方には、多少隙間が形成されても構わない。
　拘束部材１５０は、チューブ１１０の周方向における一部に設けられる。拘束部材１５０の幅は、特に限定されないが、チューブ１１０の外径と基準とすれば、概ね当該外径の半分程度としてよい。一例としては、チューブ１１０の外径１１ｍｍ、収縮するアクチュエータ本体部１００部分の長さ１８５ｍｍ、拘束部材１５０（板バネ）の幅６ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ程度とすることができる。
　なお、本実施形態では、拘束部材１５０は、平板状であるが、撓み方に影響がない範囲において、チューブ１１０及びスリーブ１２０の断面形状に沿って多少湾曲させてもよい。
＜＜ 流体圧アクチュエータ１０の挙動＞＞
　図５は、流体圧アクチュエータ１０の挙動の説明図である。図５に示されている流体圧アクチュエータ１０は、封止機構２００側が固定されており、封止機構３００側は自由に移動できる状態である。つまり、封止機構２００側が固定端であり、封止機構３００側が自由端である。
　上述したように、流体圧アクチュエータ１０の内部に流体が流入すると、軸方向ＤＡＸに収縮しようとするが、拘束部材１５０が設けられているため、軸方向ＤＡＸに沿った収縮が拘束（規制）される。
　つまり、板バネなどの硬質な部材によって形成された拘束部材１５０が、背骨のような役割を果たし、拘束部材１５０が設けられているチューブ１１０及びスリーブ１２０の外周上の位置と反対側（図５における下側）において、径方向ＤＲ外側に膨張することによって、軸方向ＤＡＸにおける流体圧アクチュエータ１０の寸法が短くなり、方向Ｄ１に沿って流体圧アクチュエータ１０（具体的には、アクチュエータ本体部１００）が撓む。なお、方向Ｄ１は、可撓方向と呼んでもよい。
　拘束部材１５０は、ゴム製のチューブ１１０と、スリーブ１２０との間に設けられ、軸方向ＤＡＸにおける圧縮に対して抵抗し、に直交する直交方向（径方向ＤＲ）に沿って変形できる部材であり、アクチュエータ本体部１００の周方向における一部に配置される。
　つまり、アクチュエータ本体部１００への流体の流入（加圧） によって、アクチュエータ本体部１００（マッキベン）が軸方向ＤＡＸに沿って収縮しようとすると、拘束部材１５０の部分は圧縮剛性が高いため、拘束部材１５０が配置された部分は収縮することできない。一方、その他のアクチュエータ本体部１００の部分は収縮しようとするため、直交方向（径方向ＤＲ）に沿った曲げ方向の力が発生し、拘束部材１５０を背面として湾曲する。
　流体圧アクチュエータ１０は、湾曲角度が大きい、発生力が大きい、力の制御が容易（圧力に発生力が比例）、構造がシンプル、表面をコートすることによって、取り扱う物体に直接触れることも可能、という特徴を有する。
　また、流体圧アクチュエータ１０に備えられる拘束部材１５０は、アクチュエータ本体部１００（ 具体的には、チューブ１１０）の軸方向ＤＡＸに沿った圧縮に対して抵抗し、軸方向ＤＡＸに直交する径方向ＤＲに変形可能である。
　拘束部材１５０は、チューブ１１０の内側に設けられるため、流体圧アクチュエータ１０のサイズが大型化することもない。さらに、拘束部材１５０によって、効率的に湾曲方向への力を発生させることができる。
　すなわち、流体圧アクチュエータ１０によれば、サイズの大型化を回避しつつ、より大きな湾曲方向の力を発揮し得る。
　本実施形態では、拘束部材１５０は、チューブ１１０の周方向における一部に設けられる。このため、アクチュエータ本体部１００の周上において、収縮する部分と収縮できない部分とが発生し、流体圧アクチュエータ１０に加圧すると、一方向（拘束部材１５０が設けられている側と反対側）に湾曲する。これにより、効率的に湾曲方向への力を発生させることができ、より大きな湾曲方向の力を発揮し得る。
　本実施形態では、拘束部材１５０は、チューブ１１０とスリーブ１２０との間に設けられる。このため、チューブ１１０の軸方向ＤＡＸに沿った膨張を効果的に拘束（規制）できる。これにより、効率的に湾曲方向への力を発生させることができ、より大きな湾曲方向の力を発揮し得る。
　図６は、流体圧アクチュエータの概略図である。図７は、本発明の一実施形態にかかるカバー付き流体圧アクチュエータの概略図である。図６、図７に示すように、この流体圧アクチュエータは、流体の圧力を付与しない状態において、スリーブ１２０の外径Ｂが、封止部材２００（３００）の外径Ａよりも小さい。これにより、図７に示すように、カバー付き流体圧アクチュエータは、流体圧アクチュエータの封止部材２００（３００）の部分では、流体圧アクチュエータとカバー４００とが略全面で接し、一方で、流体圧アクチュエータのスリーブ１２０の部分（少なくとも一部、図示例では全部）においては、スリーブ１２０とカバー４００との間に隙間が設けられており、スリーブ１２０とカバー４００とが少なくとも一部（図示例では全部）において非接触となっている。
　以下、本実施形態の作用効果について説明する。
　本実施形態のカバー付き流体圧アクチュエータは、上述した通り、流体圧アクチュエータのスリーブ１２０の部分（少なくとも一部、図示例では全部）においては、流体圧アクチュエータとカバーとの間に隙間が生じ、スリーブ１２０とカバー４００とが非接触の状態となる。このため、スリーブ１２０とカバー４００の間で生じる摩耗を低減し、また、流体圧アクチュエータ１０の湾曲に追随するカバー４００の膨張時の変形量を減少させ、負荷を低減することができる。
　このように、本実施形態のカバー付き流体圧アクチュエータによれば、カバーの耐久性を向上させることができる。
　さらに、カバーを流体圧アクチュエータに取り付ける際のカバーと流体圧アクチュエータとの摩擦を低減できるので、カバー付け替えも容易になる。
　なお、流体圧アクチュエータの封止部材２００（３００）の部分では、流体圧アクチュエータとカバー４００とが略全面で接しているため、ロボットハンドの稼働による摩耗粉による汚染も防止することができる。
　図８は、流体圧アクチュエータ用カバーの概略断面図である。図８に示すように、この流体圧アクチュエータ用カバー４００は、流体圧アクチュエータのスリーブ１２０を覆うスリーブカバー部分４０２の厚さの少なくとも一部（図示例では全部）が、スリーブカバー部分４０２の内周側の厚さが（図示例では段差を設けて）減じられていることにより、流体圧アクチュエータの封止部材２００（３００）を覆う封止部材カバー部分４０１の厚さ（図示例では厚さは略一定である）よりも薄い。
　この構成によっても、流体の圧力を付与しない状態において、流体圧アクチュエータの封止部材２００（３００）の部分では、流体圧アクチュエータとカバー４００とが略全面で接し、一方で、流体圧アクチュエータのスリーブ１２０の部分（少なくとも一部、図示例では全部）においては、スリーブとカバーとの間に隙間が設けられており、スリーブとカバーとが非接触となるようにすることができる。
　従って、この流体圧アクチュエータ用カバーによれば、上記と同様の理由により、カバーの耐久性が向上し得る。また、上記と同様に、カバー付け替えも容易になり、ロボットハンドの稼働による摩耗粉による汚染も防止することができる。
　なお、カバーは、流体圧アクチュエータのみを覆っても良いが、流体圧アクチュエータが構成する指部のみならず、複数の流体圧アクチュエータを接続する手の平部やアーム部も覆うことができるように構成することができる。
１０：流体圧アクチュエータ、　２０：連結部、　
１００、１００Ａ、１００Ｂ：アクチュエータ本体部、
１１０：チューブ、　１２０：スリーブ、　１５０、１５０Ａ、１５０Ｂ：拘束部材、
１５１：ピアノ線、　１６０：離間部材、　２００、２００Ａ：封止機構、
２１０：封止部材、　２１１：頭部、　２１１ａ：接続口、　２１２：胴体部、
２２０：係止リング、　２２１：切欠き部、　２３０：かしめ部材、
２３１：圧痕、　３００：封止機構、
４００：カバー（流体圧アクチュエータ用カバー）

Claims (3)

  1. 　流体圧アクチュエータと、該流体圧アクチュエータを覆うカバーと、を備えた、カバー付き流体圧アクチュエータであって、
    　前記流体圧アクチュエータは、流体の圧力によって膨張及び収縮する円筒状のチューブと、所定方向に配向された繊維コードを編み込んだ伸縮性を有する構造体であり、前記チューブの外周面を覆うスリーブと、前記チューブの軸方向における端部を封止する封止部材と、を備え、
    　流体の圧力を付与しない状態において、前記スリーブと前記カバーとが少なくとも一部において非接触となることを特徴とする、カバー付き流体圧アクチュエータ。
  2. 　流体の圧力を付与しない状態において、前記スリーブの外径は、前記封止部材の外径よりも小さい、請求項１に記載のカバー付き流体圧アクチュエータ。
  3. 　前記カバーは、前記流体圧アクチュエータのスリーブを覆うスリーブカバー部分の厚さの少なくとも一部が、前記スリーブカバー部分の内周側の厚さが減じられていることにより、前記流体圧アクチュエータの封止部材を覆う封止部材カバー部分の厚さよりも薄い、請求項１に記載のカバー付き流体圧アクチュエータ。
     
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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