JPH0328507A - 湾曲可能なアクチュエータ - 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） 本発明は、《列に配設され、加圧流体の供給により軸線
方向に伸長力を生起する少なくとも二本の弾性伸長体へ
の加圧流体の給排を調整することにより、伸直及び／又
は湾曲可能なアクチュエー夕に関するものである。

（従来の技術及びその課題） 従来、アクチュエータとしては、電動モータ、液圧シリ
ンダ等が広く用いられている。

しかしながら、電動モータにあっては、通例、歯車列を
含む減速機構を必要とすることから、重量及び占有空間
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、スパ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
。

（課題を達或するための手段） この目的を達威するため、本発明アクチュエー夕は、加
圧流体の供給により軸線方向に伸長力を生起する、並列
に配置された少なくとも二本の弾性伸長体と、それら弾
性伸長体を挟んで配置され、各弾性伸長体のそれぞれの
端部を連結する連結部材と、それら弾性伸長体を囲繞し
て連結部材間に配設され、弾性伸長体に対抗すると共に
、その屈曲を拘束する弾性部材とを具え、それぞれの弾
性伸長体への加圧流体の給排を調整することにより、伸
直及び／又は湾曲可能とする。

（作用） 互いに並列に配置され、各端部がそれぞれ連結部材に固
着された弾性伸長体に、加圧流体を等しく供給すれば、
各弾性伸長体は等しく伸長するのに対し、各弾性伸長体
への加圧流体の供給を異ならせると、供給される加圧流
体の圧力又は供給量の差に対応してその伸長量が異なる
ため、その伸長量の差に対応して弾性伸長体、ひいては
アクチュエー夕が湾曲することとなる。なお、そのよう
な場合にあっても、弾性伸長体を囲繞する弾性部材が、
伸長した弾性伸長体の屈曲を拘束するので、アクチュエ
ー夕は、安定して湾曲する。

また、弾性伸長体は、エアーバッグタイプに属する極め
て簡潔な構造をしており、しかも、その運動に際しては
、伸長運動を除き、外方に膨出することがないので、小
型、軽量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夕の好適な実
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
ー夕を示す斜視図であり、本実施例にあっては、三個の
弾性伸長体１０を互いに並列に配置した。

それぞれの弾性伸長体１０は、第２図に示したように、
管状体ｌ２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、ｔｍみ補強構造体１４が、封止
部材ｌ６から抜け落ちるのを確実に阻止ずべく、かしめ
リング１８を用いて外方から圧着して形威したものであ
る。。

ここで、管状体ｌ２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、編組み補強構造体１４としては、耐張力に優れた
有機又は無機質織維、例えば、ポリエステル繊維、芳香
族ボリアミド織維（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ｌ２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２０
が設けられており、その接続孔を介しての管状体１２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１６を金属材料にて形或することも可能
であるが、弾性伸長体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ヂソクにて形或するこ
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１２の軸線方向に突出する突起部をそれぞれ設け
、各突起部におねし部を形威し、固定部材及び被駆動部
材への弾性伸長体の取付けを容易に行うよう横威した。

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。

次に、この弾性伸長体ｌＯの作動について、第３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１４を構威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を構或ずるコードが、管状体１２
の軸線に対してなす初！ｔＪＩＷ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−ｘ／４　・Ｄ”Ｐ−Ｆ　　　−｛Ｉ）２
ＨＴｓｔｎθ一πＤ”／ｔａｎθ−Ｐ　　　−（２）こ
こで、ｎは、コードの打ち込み本数、Ｔは、編組み捕強
横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）式より、Ｔを消去するとＦ＝７Ｅノ４
　　・　Ｄ”Ｐ　−　ｎ　Ｔｃｏｓθ一π／４　・Ｄ”
Ｐ　（　１　　２／ｊａｎ”θ）一・（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’　４４’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、７
Ｅ　Ｄ／ｓｉｎθ＝　πＤｏ／ｓｉｎθ。なり、Ｄ−ｓ
ｉｎθ八ｉｎθ．　・Ｄ．　　　　　−（４）となる。

（ｌｌｔ性伸長体の伸長率εは、同図（ａ）を考慮して
、ε一（ｔ−ｔｏ）／ｔｏ ＝　（　ｃｏｓθ−ｃｏｓθ（，）／ｃｏｓθ０となり
、 ｃｏｓ　　θ六　（１＋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　＝　ｚ　／４　・Ｄ　ｏ”　Ｐ−Ｋ　　　　　　　
　　（６）但し、Ｋ　＝　１　／ｓｉｎ”θ。

（１　　３　（１＋ε）”ｃｏｓ”θ。）ところで、π
／４・ＤｏｔＰ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１０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ＩＪＩ［組み角度θ。が８０゜であ
って、弾性伸長体の伸長率をε−０（％）とすればＫ！
＝ｉ０．９４と、ε＝２０（％）とすればＫζ０．９０
と、そしてε＝５０（％）とすればＫξ０．８２となり
、伸長率εと伸長力Ｆとの関係を示せば、同図（ｔ→の
ようになる。

一方、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）弐よりε−２．３２となる。

このことから、弾性伸長体は、伸長力及び伸長量を大き
く設定することができるので、従来のエアーバッグタイ
プのものに比して設計の自由度が極めて大きいと言うこ
とが分かる． ところで、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（８０ａ　
）　　・　Ｄ．’ｉ０．８３Ｄ となり、弾性伸長体は、その軸線方向の運動に比して半
径方向には膨出することがないので、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く、設置スペースを大きく取る
必要がないと言う利点がある。

そして、第１図に示すアクチュエー夕にあっては、三本
の弾性伸長体を互いに並列に配置し、各弾性伸長体のそ
れぞれの端部を一体的に直接又は間接に連結することが
できる連結部材２２にてそれぞれ連結する．ここで、連
結部材２２は、弾性伸長体の両端部をそれぞれ連結し得
るものであれば良く、本実施例にあって、弾性伸長体は
、相互に隣接して並列に配設された弾性伸長体、具体的
には、各かしめリングＩ８に実質的に外接し得る形状を
した略三角形状をしており、伸長体の軸線に交差して連
結部材に形威されたねし孔に、固定ポルト２４を螺合す
ることにより、各かしめリングに係合してそれぞれの弾
性伸長体の端部を一体的に固定する構造をしている。

また、弾性伸長体１０を介して互いに対向する連結部材
の端部には、その半径方向外方に突出してフランジ２６
が形威されている。

これらフランジ２６は、それぞれ締結ベルト２８に協働
し、互いに対向する連結部材間に配設される弾性部材３
０を、確実に連結部材２２に固定する一助をなすもので
あり、このことにより、フランジ２６を越えて軸線方向
外方に延在する弾性部材３０のそれぞれの端部を連結部
材２２に固定することができる。

弾性部材３０は、弾性伸長体の伸長力に対抗すると共に
、その屈曲を拘束して所望の湾曲形状を担保し得るもの
で有れば良く、本実施例にあっては、適当な弾性特性を
有するゴム又はゴム状弾性材料よりなる筒状シ一トを用
いたが、これに限定されるものではなく、引張りばねを
用いても良い。同様に、連結部材２２も、上記実施例に
限定されるものではなく、ベルト部材により複数本の弾
性伸長体を締結することの他、かしめリング同士を直接
的に接合又は溶着することもできる。

次に、このように構威したアクチュエー夕の作動に付い
て説明する。なお、アクチュエー夕を構威する各弾性伸
長体は、圧力制御弁を介して適当な操作圧力源、例えは
、エアーコンプレッサに接続されているものとする。

各弾仕伸長体に等しく加圧流体を供給すると、その伸長
量が等しくなるので、アクチュエー夕は、第４図（ａ）
に示したように、直線状に伸長することとなる。

また、各弾性伸長体から加圧流体を排出すれば、弾性伸
長体の復元力及び、弾性部材としての筒状シ一トの復元
力により直ちに、初期寸法に復帰する。

一方、各弾性伸長体への加圧流体の供給を異ならせると
、供給圧力の差に対応して、各弾性伸長体の伸長量が異
なるので、その差に応じて湾聞ずることとなる。即ち、
伸長量が小さな弾性伸長体を内側に、伸長量の大きな弾
性伸長体を外側にして、第４図（ｂ）に模式的に示した
ように、湾油することとなる。また、このような湾曲状
態にあっても、弾性伸長体の外方に配設した筒状シート
が、伸長した弾性伸長体の屈曲を拘束するので、アクチ
ュエー夕の湾曲形状が担保される。

勿論、加圧流体の適用を受けて真直に伸長した各弾性伸
長体からの加圧流体のｌ１出を異ならせることにより、
湾＋Ｉｈさせることもできる。

なお、本発明アクチュエー夕は、この実施例に限定され
るものではなく、その出力及び湾曲の程度に合わせて弾
性伸長体の数を二本、又は四本以上とすることもでき、
更には、複数個のアクチュエー夕を直列および／又は並
列に配設しても良く、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） かくして、本発明アクチュエー夕によれば、加圧流体の
イｉするエネルギーを効率よく運動エネルギーに変換す
ることができるエアーパ・ングタイプの各弾性伸長体へ
の加圧流体の給排に応じて、その湾曲の程度を調整する
ことができるので、装置をを小型、軽量化することがで
き、伸長運動に際して加圧流体の漏洩を実質的に考慮す
る必要がないので、環境汚染の心配がない。

また、従来のエアーバッグタイプのアクチュエー夕に比
して、伸長量及び伸長力が大きいので、設計の自由度が
高く適用範囲の広いアクチ」．工一タを提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明アクチュエータを一部断面にして示す
斜視図、 第２図は、本発明アクチュエー夕に好適な弾性伸長体を
示す斜視図、 第３図は、第２図に示す列性伸長体の作動を示す図、そ
して 第４図（ａ）及び（ｂ）は、第１図に示すアクチュエー
夕の伸長状態及び湾曲状態をそれぞれ示す図である。 １０・・・弾性伸長体　　　　２２一連結部材３０−−
弾性部材 第１図 第３図 （ａ） （’ｂ） −３０一

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
   、並列に配置された少なくとも二本の弾性伸長体と、そ
   れら弾性伸長体を挟んで配置され、各弾性伸長体のそれ
   ぞれの端部を連結する連結部材と、それら弾性伸長体を
   囲繞して連結部材間に配設され、弾性伸長体に対抗する
   と共に、その屈曲を拘束する弾性部材とを具え、それぞ
   れの弾性伸長体への加圧流体の給排を調整することによ
   り、伸直及び／又は湾曲可能としたことを特徴とするア
   クチュエータ。