JPH0324304A - 弾性伸長体を用いたアクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、加圧流体の給徘により、軸線方向に伸長力
を生起する弾性伸長体を用いたアクチュエータに関する
ものである。

（従来の技術及びその課題） アクチュエー夕としては、電動モータ、液圧シリンダ等
が知られている しかしながら、電動モータにあっては、１通例、歯車列
を含む減速機構を必要とすることから、重星及び占有空
間が増大し、また、作動し得る範囲が制限を受ける場合
が多く、しかも、スハークの発生が不可避であることか
ら、爆発性雰囲気内での使用が制限されると言う問題が
あった。

これに対し、油圧モータ又は油圧シリンダーを含む液圧
シリンダにあっては、上記問題に加え、作動油の漏洩を
完全に阻止することが困難なことから、周囲への汚染が
避けられず、また、作動油の温度、清浄度を細かに管理
する必要がある等、管理上からも解決すべき多くの問題
があった。

加えて、出力の大きなアクチュエー夕を得ようとすれば
、その形状寸法が必然的に大型化すると言う問題もある
。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり
、小型、軽量で、出力が大きく、また、環境汚染の心配
のないアクチュエー夕を提供することをその目的とする
。

（課題を達戒するための手段） 加圧流体の供給により軸線方向に伸長力を生起する弾性
伸長体と、弾性伸長体の内方に配設され、その軸線方向
への運動を許容すると共に、軸線に交差する方向への運
動を規制する案内手段とを具えてなる。

（作用） 弾性伸長体は、加圧流体の給徘に際して伸長及び初期寸
法に復帰する、所謂エアーバッグタイプのものであるの
で、加圧流体の有するエネルギーを効率良く運動に変換
することができる。

また、弾性伸長体の内方に配設れた案内手段は、その伸
長及び初期寸法への復帰を阻害することなく、弾性伸長
体のその軸線に交差する方向への運動を拘束するので、
弾性伸長体がその作動に際して屈曲することがなく、ア
クチャエータとしての運動方向が担保されることとなり
、従って、小型、軽量で出力の大きなアクチュエー夕を
得る。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明アクチュエータの好適な実
施例について詳述する。

第１図は、本発明に係る弾性伸長体を用いたアクチュエ
ータｌＯの一部を断面にして示す図であり、管状体１２
を編組み補強構造体１４にて囲繞すると共に、それらの
両端開口部を封止部材ｌ６にてそれぞれ封止し、それら
管状体ｌ２、鳩組み補強構造体ｌ４が、封止部材１６か
ら抜け落ちるのを確実に阻止すべく、かしめリング１８
を用いて外方から圧着して仰性伸長体２σを形戒し、更
に、弾性伸長体の内方に案内手段２２を配設したもので
ある。

ここで、管状体１２としては、その内部に適用される加
圧空気、加圧液体などの加圧流体を透過することがなく
、また、その適用に際して充分に膨張し得る可撓性に優
れたゴム又はゴム状弾性材料、更には、その均等物を、
一方、鳩組み補強構造体１４としては、耐張力に優れた
有機又は無機質繊維、例えば、ポリエステル繊維、芳香
族ボリア旦ド繊維（ケブラー：商品名）、更には、極細
金属のワイヤのようなフィラメントの撚り、又は無撚り
の束等からなり、加圧流体の適用に伴う管状体１２の軸
線方向への最大伸長時に、初期編み組角度θ。

から、いわゆる静止角（５４゜４４′）に至るような編
み組構造をしたものをそれぞれ用いることができる。な
お、初期編組み角度θ。としては、７０＠〜８５゜程度
の角度範囲から選択することができる。

また、それら管状体１２及び編組み補強構造体１４の両
端開口部を封止する封止部材１６の少なくとも一方には
、接続孔２４が設けられており、管状体ｌ２の内部空間
１２ａへの加圧流体の給排を許容する。

これら封止部材ｌ６を金属材料にて形成することも可能
であるが、アクチュエータ１０を一層軽量なものとする
ため、所謂、エンジニアリングプラスチックにて形或す
ることが好ましい。

更に、本実施例にあっては、各封止部材の外方端面に、
管状体ｌ２の軸線方向に突出する突起部を設け、当該突
起部におねじ部をそれぞれ形威し、それらおねじ部を、
適当な固定部材又は被駆動部材に形威しためねじ部に螺
合することにより、体的に固着する構威とした。しかし
ながら、本実施例に限定されるものではなく、例えば、
突起部にピン孔を形威し、固定部材又は被駆動部材に取
付けられた枢支ビンを挿通させて連結する構造としても
良く、種々の変形が可能である。

そして、案内手段２２としての一例の、棒材２２ａ及び
その棒部材が嵌合する筒部材２２ｂは、それぞれの一端
が封止部材１６に一体的に固着され、，弾性伸長体への
加圧流体の給排に伴う、互いに対向する封止部材ｌ６の
、弾性伸長体１０の軸線方向への運動を許容する一方、
軸線に交差する方向への弾性伸長体の運動を拘束するも
のである。

本実施例にあっては、接続孔２４が形戒された一方の封
止部材ｌ６に、筒部材２２ｂを弾性伸長体２０の軸線に
共軸に固着する構戒としたため、接続孔２４を介して弾
性伸長体の内部空間１２ａへの加圧流体の給排が阻害さ
れることがないよう、封止部材ｌ６の近傍に位置する筒
部材２２ｂの一部に、連通孔２３を設けた。なお、連通
孔２３は、筒部材２２ｂに嵌合する棒部材２２ａの運動
をより円滑なものとする副次的な効果もある。

勿論、接続孔及び筒部材２２ｂの配置はこの実施例に限
定されるものでなく、内部空間１２ａに加圧流体を給排
する接続孔２４を、封止部材の固着される筒部材２２ｂ
の外周面側に開口させること、接続孔２４及び筒部材２
２ｂの各軸線を互いに平行に離間させて配設させること
もでき、更には、棒部材２２ａが固着される封止部材１
６に接続孔２４を形成しても良く、また、相対的な直線
運動を行う棒部材２２ａ及び・筒部材２２ｂの運動を円
滑なものとするため、それら部材を、例えばポリテトラ
フルオロエチレンの如き、摩擦の小さな材料で形成する
ことが好ましい。

このように、案内千段２２を、弾性伸長体ＩＯを構成す
る管状体１２の内部空間１２ａ内に配設することにより
、その内部空間の専有空間を、内部に案内手段が配設さ
れることのない場合のそれに比して小さくすることがで
き、ひいては、アクチュエータの作動に際して供給すべ
き加圧流体の供給量を低減させることができる。

次に、本発明アクチュエータ１０の作動について、第２
図を参照して説明する。なお、簡略のため、弾性伸長体
の編組み補強構造体を構成するコード長さは不変である
ものとする。

編組み補強構造体１４を構成するコードが、管状体１２
の軸線に対してなす初ＸＪ］ｍ組み角度をθ。、加圧流
体の適用により伸長変形した後になす角度をθとし、管
状体の軸線方向及びそれに直交する方向、つまり周方向
における力の釣合いを考えれば、 ｎＴｃｏｓθ＝　ｚ／４　・Ｄ”Ｐ　−　Ｆ　　　　一
（１）２　ｎ　Ｔｓｉｎθ＝Ｔｔ　Ｄ　”／ｔａｎθ・
Ｐ　　　　−・（２）ここで、ｎは、コードの打ち込み
本数、Ｔは、編組み補強構造体の各コードに作用する張
力、Ｄは、コード中心における編み組補強構造体の直径
、Ｐは、弾性伸長体に適用さる加圧流体の圧力、Ｆは、
弾性伸長体に生起される伸長力とする。

（１）及び（２）弐より、Ｔを消去するとＦ＝π／４・
Ｄ”　Ｐ−ｎＴ　ｃｏｓθ＝　Ｋ／４　・Ｄ”Ｐ　（　
１　　２／ｔａｎ２θ）−（３）（３）式より、伸長力
Ｆが「０」となるのは、θが静止角、つまり、５４゜４
４′であることが理解される。

一方、コードの長さが不変であることを考慮すれば、ｚ
　Ｄ／ｓｉｎθ一πＤａ／　ｓｉｎθ。なり、Ｄ＝ｓｉ
ｎθ／ｓｉｎθｏ　・Ｄ　ｏ　　　　　　　　−（４）
となる。

弥性伸長体の伸長率εは、同図（ａ）を考慮して、ε一
（１−１。）／Ｉ０ −　（ｃｏｓθ−ｃｏｓθｏ）／　ｃｏｓθ０となり、 ｃｏｓ　　θ一（Ｉ＋ε）　ｃｏｓ　　θ。　　　　　
−（５）となる。

ここで、（４）及び（５）式を（３）式に代入して伸長
力Ｆを求めれば、 Ｆ一π／４・Ｄ　０ｚ　Ｐ　−　Ｋ　　　　　　　　−
（６）但し、Ｋ−１／ｓｉｎ’θ。

（１−３　（１＋ε）　”　ｃｏｓ”θ０）ところで、
π／４・Ｄ．”Ｐは有効径Ｄ０のシリンダの出力に等し
ことから、弾性伸長体２０の伸長力Ｆは、有効径Ｄ０の
シリンダのＫ倍となることが分かる。

従って、例えば、初Ｍ編組み角度θ。が８０゜であって
、弾性伸長体の伸長率をε＝Ｏ（％）とすればＫζ０．
９４と、ε−２０　（％）とすればＫζ０．９０と、そ
してε＝５０（％）とすればＫ＃０．８２となり、伸長
率εと伸長力Ｆとの関係を示せば、同図（ｂ）のように
なる。

また、編組み補強構造体のコードの初期編組み角度θ。

を８０゜とし、加圧流体の適用に際し、そのコードが静
止角（５４゜４４′）に至るまで変形したとすると、伸
長率εは、（５）式よりε−２．３２となり、極めて大
きく伸長させ得ることがわかる。

一方、このように大きく伸長した場合にあっても、変形
後の弾性伸長体の直径Ｄは、（４）式からＤ　＝ｓｉｎ
（５４″’　４４’　）／ｓｉｎ（８０’　）　　・Ｄ
ｏｚＯ．８３Ｄ となり、弾性伸長体は、その軸線方向の運動に比して殆
ど変形しないことがわかる。つまり、アクチュエータＩ
Ｏは、その軸線方向への運動を除いて半径方向には膨出
することがないので、従来既知のエアーバッグタイプの
アクチュエー夕のように、その膨出を許容する空間を設
ける必要がないと言う利点がある。

第３図に、本発明アクチュエータの他の実施例を示す。

この実施例は、弾性伸長体２０の内部空間１２ａから加
圧流体を排出した場合に、その初期寸法への復帰をより
速やかに行うべく、弾性伸長体の外方に弾性部材２６を
配設したものであり、本実施例にあっては、弾性伸長体
２０の両端部に位置する各かしめリングｌ８の互いに対
向する端部側にフランジをそれぞれ形威し、各フランジ
に、弾性部材としめ引張りばね２６のそれぞれの端部を
係合させたものである。

勿論、このようなフランジをかしめリングに設けること
なく、その外周面にそれぞれ螺旋溝を形戒し、それら螺
旋溝に引張りばねの各端部を巻着することもでき、この
実施例に限定されるものではない。

更に、第３図（ｂ）に示したように、封正部材１６の突
起部に形成したおねじ部を、当該おねし部に対応するめ
ねし部が形成された連結ブラケット３０に螺合すること
により、アクチュエータ１０を順次連結することもでき
る。

この場合にあっては、連結ブラケットの互いに対向する
両端部にめねじ部３２をそれぞれ形威ずることが好まし
く、複数のアクチュエー夕を容易に連結することができ
、また、それら両めねし部３２に開口する接続孔３４を
形戒することにより、関連する二個のアクチュエータ１
０に同時に加圧流体を給排することができる。

勿論、各アクチュエー夕に個別に加圧流体を給排するこ
とができるよう、それぞれのアクチュエー夕に関連する
各接続孔を個別に単一の連結ブラケット３０に形或する
こともでき、更には、連結ブラケットの形状を適当に選
択することにより、三個以上のアクチュエー夕を連結す
る構戒とすることもできる。

一方、本実施例にあっては、複数のアクチュエー夕を直
列に接続したが、並列に連結することもでき、その場合
には出力の大きなアクチュエーク・ユニットを得ること
ができる。

なお、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく
、例えば、相対運動する案内手段としての筒状体に関連
させて、リニアエンコーダ、作動変圧器等の位置検出手
段を配設することにより、アクチュエー夕の変位量を検
知し得る横成とすることもでき、特許請求の範囲内で種
々の変更が可能である。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明アクチュエー夕は、エアー
バッグタイプのものであるから、加圧流体の有するエネ
ルギーを効率良く機械運動に変換することかでき、また
、従来のアクチュエー夕に比して小型で軽量な、しかも
周囲を汚染することのないアクチュエータを提供するこ
とができる。

また、アクチュエー夕は、軸線方向にだけ運動し、半径
方向に膨出することがないので、作動に必要な専有空問
を小さくすることができる。

更に、加圧流体の圧力を一定とすれば、伸長力と伸長率
とが比例関係にあるので、力の制御が容易なアクチュエ
ー夕を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明アクチュエー夕を一部破断して示す斜
視図、 第２図（ａ）及び（ｂ）は、第１図に示すアクチュエー
夕の作動並びにその伸長力及び伸長率の関係を示す説明
図、 第３図（ａ）は、本発明アクチュエー夕の他の実施例を
示す斜視図、そして、 第３図（ｂ）は、第３図（ａ）の一部を拡大して示す図
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、加圧流体の供給により軸線方向に伸長力を生起する
   弾性伸長体と、弾性伸長体の内方に配設され、その軸線
   方向への運動を許容すると共に、その軸線に交差する方
   向の運動を拘束する案内手段とを具えてなることを特徴
   とする弾性伸長体を用いたアクチュエータ。