JPH10502990A - 流体圧アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明によるアクチュエータは、板（２）と軸（３）を順番に備えた複数の支持部（４）から成る。前記複数の支持部（４）はフレーム（１）に固定され、スタックを形成するように配置される。前記スタックの軸方向には、例えば三つのポンプユニット（５）が延び、この三つのポンプユニット（５）は一方をフレーム（１）に固定され、他方を最上部の板（２）に固定され、被覆されている。さらに、最上部の板（２）の上には、例えば工具、測定装置などの構成部（９）が設けられている。直下の支持部の軸上に板（２）が配置された位置には、二つの隣接する支持部（４）間で相対的な角度で動かすエラストマパッド（１２）が設けられている。三本の流体ライン（７）がフレーム（１）内に開口している。ポンプユニット（５）が関連するライン（７）を介して圧力が加わると、前記ユニットが板（２）間で膨張および縮小する。その結果アクチュエータが加圧されたポンプユニット（５）の方向に曲がる。各独立ポンプユニットに供給された圧力は各々独立して制御され、構成部（９）は楕円回転面上の各点を動くことが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 流体圧アクチュエータ 本発明は請求の範囲に記載の、楕円回転面上の範囲で本質的にいかなる方向へ も向けることが可能な流体圧アクチュエータに関するものである。 多くの様々な流体圧−水圧（油圧）あるいは空気圧−アクチュエータ、または 位置調整構造部が従来より知られている。これらは主に並進運動並びに（または ）回転運動に、またはこの組み合わせに依存するものである。水圧シリンダと水 圧モータがこれらの原型である。さらに複雑なアクチュエータはこの原型を組み 合わせたものである。 しかしながら先に引用した組み合わせによっても解決できない問題があり、ま た解決できるようにすれば非常に高価になってしまう。従来の装置は米国特許明 細書第５、０８５、２８３号、第５、１４８、８７７号に開示されているもので あり、リンケージを使用して形成され、瞬時および局部回転軸に対するトルクの 伝達を容易にしたものである。上述の両装置は外力が加わって、すなわち発動機 を用いずに曲げることができ、その結果、自軸である回転軸を中心に回転する。 本発明の目的は流体圧アクチュエータの能力を有し、この能力は互いに軸方向 に列を成して配置され、流体圧力を意図的に使用することにより所定の全体にわ たる曲がりを形成することが可能な、複数の本質的に類似の本 体を備える。 問題の解決方法は、主な特徴に関して述べた請求の範囲１および従属の請求の 範囲２〜２６中の特徴部分に記載されている。 本発明の概念は、いくつかの構造の例において添付の図面を参照して説明する 。 第１図はアクチュエータの構造の第一例である。 第２図は板の構造の第一例である。 第３図は動作位置にある第１図の詳細図である。 第４図はアクチュエータが通った位置を面で示したアクチュエータの略図である 。 第５図は単一支持部の構造の第一例である。 第６図は単一支持部の構造の第二例である。 第７図は単一支持部の構造の第三例である。 第８図は複数で共働する第６図による支持部を示すものである。 第９図は板の構造の第二例である。 第１０図は二つの支持部と、第３例の構造の板との共働を示すものである。 第１１図は二つの支持部と、単一軸方向の蝶番との共働を示すものである。 第１２図は二つの支持部と、自在継手との共働を示すものである。 第１３図は二つの支持部と、弾性蝶番との共働を示すものである。 第１４図は二つの支持部と、弾性自在継手との共働を示すものである。 第１５図は複数の支持部と曲げ弾性軸との共働を示すものである。 第１６図は複数の支持部とポンプユニットおよびコイルばねを示すものである。 第１７図は二つの支持部と縦方向弾性軸との共働を示すものである。 第１８図は支持機能を果たす外部要素を設けた構造の一例である。 第１９図は非対称平ばねを設けた構造の一例である。 第２０図は対称に配置された平ばねを設けた構造の一例である。 第１図に本発明によるアクチュエータの構造の第一例を示す。板２は例えば円 形でフレーム１に止められている。この板２は、例えば中空で板２を接続した軸 ３を設けている。この接続は溶接によるか、または板２と軸３が旋回、押圧、鍛 練、鋳造によって同じ一片から製造されている。前述の板２の軸３上には、さら に最初のものと同一で、やはり軸３に接続している板２が配置されている。この 方法で支持部４の円柱またはスタックが形成される。各支持部４は板２と軸３と を有している。板２をその下の軸３上に配置する方法については第５図、第６図 、第７図の説明にて詳しく述べる。支持部４によって形成された円柱の高さ全体 にかけて、例えば三つのポ ンプユニット５が延びている。このポンプユニット５は各々、上下の板２にしっ かりと固定されている。 このポンプユニット５は例えばスイス特許明細書第０１ ２９８／９４−３号 によって既に知られている。ポンプユニット５は本質的に、少量の弾性繊維から 成る縦保護部材で包囲されたエラストマ性の管を備えている。繊維を安定させる には、別のエラストマのマトリックスに全体保護部材を組み込む。このようなポ ンプユニット５に流体を充填して加圧すると、一方は膨張するが、他方は縮小す る。第２図に示すように、本発明において板２には角度１２０°の間隔を置いて 三つの穴６が設けられている。ポンプユニット５はこの穴を通って延びている。 このポンプユニット内に収容された流体が加圧されると、隣接する二枚の板の間 においてポンプユニットの腹部が膨張し、同時に二枚の板の間の距離が縮まる。 上の支持部４が下の支持部４に対して傾斜する。 この状態は第３図に示される。他の支持部４が同一のものであれば、各要素が 、その下の要素に関して傾斜することによって円柱全体が孤を描くことになる。 同じく第１図に、流体ポンプまたは圧力容器（両方とも図示せず）へと続く三 本の供給ライン７を示す。三つのポンプユニット５内の流体圧力を適当に制御す ることによって、第４図に示すように、円柱の上端が回転対称面８を描き得る。 この面は各支持部４の高さ、二つの支持部４の間の分岐部分の最大角度、支持部 ４の数に依存 するものである。 第１図において最高位置の支持部４には構成部９が設けられている。この構成 部９は、好ましくは前述の回転対称面８上を移動または配置される、あるいはそ れが可能である工具、測定器、その他の装置に利用され得る。 第５図、第６図、第７図に支持部４の別の形態を示す。これらの形態は（上の ）支持部４の軸３と板２の接続面の構成によって変化する。各軸３は上部接触面 １０を備え、各板２は下部接触面１１を備えている。 第５図において二つの接触面１０、１１は同一半径の円の一部分である。この 接触面１０、１１の形態では、接触面１０、１１は互いの上を摺動するため小さ な摩擦が発生する。 第６図において接触面１０、１１は円錐であるため、上の接触面１０は下の接 触面１１よりも狭いが、全体としては、両円錐は１２０°以上の開口部を有して おり、非常に幅広い。 円錐の開口部の角度に関しては第６図の説明が第７図にも適応される。ただし この場合、開口部の角度は実質的に第６図のものよりも小さく、例えば９０°以 下である。前述のように楕円接触面１０、１１は互いの上を摺動するが、円錐接 触面１０、１１の場合には、両接触面の間にエラストマ性のパッド１２が挟まれ ている。二つの支持部４の関連する自由な動きは、円錐接触面１０、１１の急勾 配と、エラストマパッド１２の厚みおよびシ ョアの硬さとによって画定される。 前述のエラストマパッドの使用において、一方では二つの支持部４間で乾燥摩 擦が発生しないという利点、他方では三つポンプユニット５内での流体圧が完全 に損失した際に、本発明のアクチュエータを元通りにする復帰力を備えていると いう利点がある。 第９図に支持部４の構成の別の例を示す。ここでは第１〜５図、第５〜８図に 示した軸と同一のものを使用している。板２は本質的に６角形に作られている。 穴６の半分は板２に設けられた半円形の切り欠け部分であり、もう半分は例えば ねじ１４によって板２に固定された同様な半円形のストラップ１３から成る。 第２図および第５〜９図において軸３はボア１５を設けている。このボアは一 方で板２を軽量化し、他方ではアクチュエータユニット全体を介して構成部９ま での案内の測定と制御を可能にさせる。 公知の方法では、構成部９が一つの平面上にある点のみに届けば十分である。 このような構造部の例を第１０図に示す。ポンプユニット５は三つではなく二つ 設けられ、その軸線は、軸３が設けられた平面と同じ平面に設けられている。支 持部４は、前述とは異なり、本質的に同様に、もしくはそれに相当する方法で形 成することができる。 この構造例において支持部４の動きは一平面内のみに限られているため、接触 面１０、１１はこれに対応して 改良することができる。第５図に対応し、楕円面の代わりに円筒面が発生する。 第１１図〜第１４図に支持部４の構造の更に別の例を示す。ここでの支持部４ は、一方でアクチュエータ構造の単一軸動作であること（すなわち同一面上にあ る）、また他方では二軸動作であることが斬新である。 第１１図の支持部４の構造例において、軸３は上部１６と下部１７に分割され ている。第１１図中の二つの突起１８（一つは隠れているため、一つのみ可視状 態にある）を除けば上部１６はカットレベルである。突起１８は半円筒形に形成 されている。下部１７は突起１８用の二つのベアリングブッシュ１９を設け、下 部はベアリングブッシュ１９の側方に向かって例えば角度αで傾斜している。従 って、隣接する二つの支持部４の最大偏位角度が画定される。二つのポンプユニ ット５は第１０図と同様の方法で配置される。 第１２図の構造例において、軸３は上部１６、下部１７、中間部２０の三つの 部分に分割されている。上部１６と下部１７の構造は第１１図中で述べたものと 同様である。中間部２０はその上端部が下部１７に合わせて突出し、下端部が上 部１６に合わせて突出している。上部１６に設けられた円筒形突起１８の軸線は 、中間部２０に設けられた円筒形突起の軸線と垂直であるため、上部支持部４の 板２が下部支持部４の板２に対して双軸旋回運動をし、自在継手が形成される。 第１２図に示す構造 例の双軸特性に関しては、各旋回軸に対して二つのポンプを使用する四つポンプ ユニット５（第１２図には図示せず）の適用が合理的で好ましい。二つポンプ、 または四つポンプユニット５の両方が作動中にある一定の最低圧力を受けるため 、二つの支持部間に常に引張力が働く。そのため図中の蝶番が分離することがな い。 円筒形突起１８とベアリングブッシュ１９を備えた上述の継手の代わりに、本 発明の範囲を逸脱しない限り、他の旋回継手を使用することも可能である。 第１３図による構造例は単一軸方向の弾性リンクを備えている。この構造にお いて、軸３は比較的薄い壁から成り、この壁には深いカットアウト２１が施され ている。壁の残部が９０°ねじられてばね部２２を形成する。 構造の単一軸線の特性により、ここでは二つのポンプユニット５のみが設けら れている。図に示す弾性継手の代わりに、これと同じ機能を備えた別の構造を使 用することが可能である。 第１４図による構造例において、第１３図中に示したものと類似する二つの弾 性継手を設けている。この弾性継手は中間部２３によって分離されている。この ように弾性自在継手が作られる。ここでも双軸構造に適したこの構造例に、四つ のポンプユニット５を適用することが可能である。さらに、図示したものの代わ りに、異なる構造の弾性継手の使用が可能である。 第１１図、第１３図による構造例も、同じ方法で三つ ポンプユニット５によって動かせることが明らかであるが、流体の流れの制御は 違う方法で行われなければならない。上記の説明と逆に、また第１図、第３図、 および第５図〜第８図による構造例は四つポンプユニット５によって動かすこと ができる。第２図、第９図中に示した板２には穴６を三つではなく四つ設ける必 要がある。 第１５図には、第１３図と第１４図中の各弾性継手の代わりに弾性軸２４を使 用した構造例を示す。この弾性軸２４がアクチュエータ全体にわたっており、リ ング２５によって各々の板２に支持されている。弾性軸２４は管形に形成するこ とができる。このような弾性管や弾性軸２４の材料としてはアラミド（aramid） または炭素繊維強化プラスチックが従来より知られている。 さらに第１６図に示す構造例においては、板２にポンプユニット５が一つしか 設けられていない。コイルばね２６によって復帰力が加えられる。コイルばね２ ６は調節可能であり、調節によって第１６図に示すアクチュエータが、単一軸線 の継手を使用した場合に可能な動きの全般を有する。この構造を有する装置は常 に継手に加圧するので、ここでは第１１図による継手も採用されている。一本の コイルばね２６を各々の板２に固定することができる。また、本発明による第二 の解決法では、二枚の板２間に独立したコイルばね２６が固定されている。 第１７図による構造例において、前出のものとは対称的に、追加の（軸の）自 由グラードを示す。ここでは軸 に硬質な要素（改造した軸３）の代わりに強力なコイルばね２７を使用すること が好ましい。二枚の板２の間には、各ポンプがアクチュエータ全体にわたって延 びた四つのポンプユニット５が配置されることが好ましい。選択された圧力状態 により、この方法で形成されたアクチュエータは傾斜運動のみ、または縦方向運 動のみ、もしくはこの二つを組み合わせた運動をするべく制御することができる 。 本発明において板２の形は重要ではない。円形板２の代わりに、第９図に示す ように他の形の板を使用しても良い。第９図にあるように多角形フォーム、放射 状に配置されたロッドを支持部４上に配することも、支持部４とポンプユニット ５の取り付け場所との接続が堅固になる構造として本発明の範囲内に入る。「板 ２」の概念は、アクチュエータの局部軸線方向に対して本質的に放射的に延びた 構造として、この拡張された範囲全般にわたって理解されるものである。「軸３ 」の概念は局部的に軸線方向に延びる構造に含まれる。。板２と、これに接続さ れた軸とによって支持部４を形成する。本発明はこの支持部４の種々な形態を含 むものである。 第１８図は第１１図のものと類似する構造例を示すが、ここでは力の流れは逆 であり、また第１１図では二つのポンプユニットが軸の外に配置されているのに 対して、第１８図では実質的に管形の支持本体３１の中に内蔵されている。この ような二つの支持本体は第１１図に示す 方法で蝶番により連結されている。これは支持本体３１の円周上の二つの対抗す る位置において、円筒形突起１８の各々が同様の円筒形ブッシュ１９と係合して 働くものである。ポンプユニット５は二枚の板２にしっかりと留められ、支持本 体３１の高さの半分の位置において本質的に固定されている。 本発明においては、要素１８、１９から形成された継手の代わりに、第１３図 に示すものと全く同様の弾性リンクを使用しても良い。同様に、支持本体３１に 第１２図、第１４図に示すような、各々９０°の角度でセットオフされた二組の 継手を設けることができる。 第１９図は、第１６図、第１７図の改良図である。支持部があった場所には平 ばね３２が配置され、平ばね３２は常に板２から板２へと延びるか、もしくは長 い平ばねの場合には板２と板２の間に固定されている。各板２には、ポンプユニ ット５を受容する穴６が設けられている。ポンプユニットが加圧されると、全て の構造例にあるように縮小し、装置が、第１９図によれば、右方向に曲がる。さ らに本発明によれば、装置の曲がりに伴い平ばね３２を左方向へも調整すること が可能であり、それにより平ばね３２の角度の範囲で直立位置のどちらか側に傾 斜し得る。第１９図においては随意の管要素３３も設けられているが、管要素３ ３には静圧機能はなく、保護機能のみを有する。 第２０図に、第１５図の構造例の改造図を示す。弾性 軸２４の代わりに、前出の構造例と同様に、平ばね３２を板２に固定して使用し ている。二つのポンプユニット５は平ばね３２の両側に並び、相互に対立して働 く。この方法において平ばね３２はどちらの方向にも曲げることが可能である。 管形要素３３はここでも保護機能を有する。 支持機能に対して垂直に延びる板２に常に固定されている支持機能（軸３、軸 ２４、支持本体３１、平ばね３２）を果たす要素と、引張機能（ポンプユニット ５）を果たし、板に引張力をかける要素と、復帰力（ポンプユニット５、弾性パ ッド１２、ばね２２、コイルばね２６）をかけられる要素と、リンキング要素（ エラストマパッド１２との接触面１０、１１、突起１８とベアリングブッシュ１ ９、ばね２２、軸２４、平ばね３２）とは全ての構造例に共通する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．板（２）と隣接する二枚の板（２）の間に板（２）に対して本質的に垂直に 延び、接続要素（３、２４、３１、３２）とに別れ、支持機能を果たすことが可 能な複数の支持部（４）を有し、 支持部（４）の軸方向に順次設けられて、支持部の組立体が形成され、 各板（２）は少なくとも一つの穴（６）を有し、全板（２）に設けられた複数 の穴（６）は同軸方向に配置されてポンプユニット（５）を受容しており、それ によって前記ポンプユニットが少量の伸縮自在繊維により保護された少なくとも 一つのエラストマ管であり、前記エラストマ管は一端が閉鎖され、他端はライン （７）を介して制御可能な圧力流体を充填することが可能であり、 支持部（４）は、二つの隣接する支持部が相互に角度を形成して曲がり得、ま たこの曲がりは少なくとも所定の一面上を移動するように行われ、 組合体の第一支持部（４）はフレーム（１）に固定され、最端の支持部（４） は構成部（９）を有し、 板（２）間の少なくとも一つのポンプユニットが膨張し、加圧されると縮小し 、 前記ポンプユニット（５）の縮小により組合体が曲がるようにした、 流体圧力を変えることによって、少なくとも一つの楕円形回転面上のどこへで も移動することが可能であるこ とを特徴とする流体圧アクチュエータ。 ２．支持機能を果たす要素（３、２４、３１、３２）の長さが本質的に不変であ ることを特徴とする請求の範囲１に記載の流体圧アクチュエータ。 ３．隣接する二枚の板（２）を結合し、支持機能を提供する要素が、常に板（２ ）の中心軸上に配置された軸（３）を有することを特徴とする請求の範囲１に記 載の流体圧アクチュエータ。 ４．隣接する二つの支持部（４）が、板（２）と軸（３）に接触する両接触面（ １０、１１）を有し、隣接する二つの前記支持部（４）が相互に曲がりによって 接触面の関連する動きをすることを特徴とする請求の範囲３に記載の流体圧アク チュエータ。 ５．接触面（１０、１１）が同じ半径の曲部を有する楕円形断面であることを特 徴とする請求の範囲４に記載の流体圧アクチュエータ。 ６．接触面（１０、１１）が楕円形断面の異なる勾配を有し、エラストマのパッ ド（１２）によって分離されていることを特徴とする請求の範囲４に記載の流体 圧アクチュエータ。 ７．接触面（１０、１１）が同じ半径の円筒形の一部であることを特徴とする請 求の範囲４に記載の流体圧アクチュエータ。 ８．各二枚の隣接する板（２）をリンクし、支持機能を提供する要素が管形支持 本体（３１）を有し、板（２） が本質的に支持本体（３１）内部の半分の高さで固定されていることを特徴とす る請求の範囲１に記載の流体圧アクチュエータ。 ９．隣接する二つの支持部（４）を相互に傾斜させる手段が、支持機能を備える 要素（３、３１）内に含まれる継手を有することを特徴とする請求の範囲２およ び８のいずれか一つに記載の流体圧アクチュエータ。 １０．継手が単一軸方向の蝶番であり、蝶番動作が軸の縦軸方向軸線に垂直に延 びることを特徴とする請求の範囲９に記載の流体圧アクチュエータ。 １１．各支持部が単一継手を有することを特徴とする請求の範囲１０に記載の流 体圧アクチュエータ。 １２．全継手が互いに軸方向に平行に延びることを特徴とする請求の範囲１０に 記載の流体圧アクチュエータ。 １３．支持部を備える、隣接する二つの要素（３、３１）の前記蝶番の軸線が互 いに垂直であることを特徴とする請求の範囲１０に記載の流体圧アクチュエータ 。 １４．各支持部（４）が二つの単一軸方向の蝶番継手を有し、それの軸線が互い に垂直であることを特徴とする請求の範囲１０に記載の流体圧アクチュエータ。 １５．蝶番が弾性曲がりリンクであることを特徴とする請求の範囲９に記載の流 体圧アクチュエータ。 １６．各支持部（４）が単一継手を有することを特徴とする請求の範囲１６に記 載の流体圧アクチュエータ。 １７．全ての継手がの軸方向に互いに平行して延びるこ とを特徴とする請求の範囲１５に記載の流体圧アクチュエータ。 １８．隣接する二つの支持部（４）の継手の軸方向と互いに垂直であることを特 徴とする請求の範囲１５に記載の流体圧アクチュエータ。 １９．各支持部（４）が二つの弾性曲がり継手を有し、この軸方向と互いに垂直 であることを特徴とする請求の範囲１５に記載の流体圧アクチュエータ。 ２０．支持機能を備える要素（２４、３２）の全体が弾性的に曲がるよう形成さ れていることを特徴とする請求の範囲９に記載の流体圧アクチュエータ。 ２１．支持機能を備える前記弾性曲がり要素が本質的に円筒形軸（２４）である ことを特徴とする請求の範囲２０に記載の流体圧アクチュエータ。 ２２．支持機能を備える弾性曲がり要素が平ばね（３２）であることを特徴とす る請求の範囲２０に記載の流体圧アクチュエータ。 ２３．軸（３）が弾性的に曲がり、また縦方向に弾性を有することを特徴とする 請求の範囲１および２０のいずれか一つに記載の流体圧アクチュエータ。 ２４．各板（２）が支持部（４）の縦軸方向に対して対称的に配置された二つの 穴（６）を有し、 複数の板（２）に設けられた前記穴（６）の両グループが同軸に配置されてお り、 前記流体圧アクチュエータが二つのポンプユニット （５）を有し、前記ポンプユニットが互いに平行に配置されており、また独立し て加圧されることが可能であることを特徴とする請求の範囲１に記載の流体圧ア クチュエータ。 ２５．各板（２）が三つの穴（６）を有し、前記穴（６）が支持部（４）の縦軸 に対して対称的に配置されており、 複数の板（２）に設けられた前記穴（６）の両グループが同軸に配置されてお り、 流体圧アクチュエータが互いに平行に配置された三つのポンプユニットを有し 、ポンプユニットが互いに独立して加圧されることが可能であることを特徴とす る請求の範囲１に記載の流体圧アクチュエータ。 ２６．各板（２）が、支持部（４）の縦軸方向に対して対称的に配置された三つ 以上の穴（６）を有し、 複数の板（２）に設けられた前記穴（６）のグループが同軸に配置されており 、 前記流体圧アクチュエータが、各板に設けられた穴（６）の数に関連して幾つ かのポンプユニット（５）を有し、このポンプユニットが互いに独立して加圧で きることを特徴とする請求の範囲１に記載の流体圧アクチュエータ。