JP2004340357A - Actuator - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To facilitate simpler construction of a device to be smaller and lighter for actuating an operating rod with slight force and improving a degree of freedom in pull-around and installation and workability. <P>SOLUTION: The actuator comprises a first piston 2 to which the operating rod 3 is connected, a second piston 8 for reducing or increasing a sealed space to compress or expand air, a cylinder 4 slidably storing the first piston 2, a pressure container 6 slidably storing the second piston 8, and a fluid channel 8 communicating the cylinder 4 with the pressure container 6, whereby the sealed space is formed for sealing the air 5 as operating fluid. The sealed space is compressed or expanded by the sliding operation of the second piston 8 and a change in the pressure of the air 5 with the compression and expansion is transmitted to the first piston 2, permitting reciprocating motion of the operating rod 3 connected to a side opposite to the sealed space of the first piton 2 to the inside/outside of the cylinder 4. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工業分野、或いは医療分野等各種の産業分野で用いられるアクチュエータに関し、さらに詳しくは作動流体の圧力変化により作動ロッドを動作させるアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば図１４に示すアクチュエータ１０１のように、流体の圧力変化によって作動ロッドを往復駆動するものが知られている。このアクチュエータ１０１は、同図に示すように、シリンダ１０２内に作動ロッド１０３を接続したピストン１０４が摺動自在に収容されているものであり、このピストン１０４を流体、例えば空気１０５の圧力でシリンダ１０２内を摺動させることによって作動ロッド１０３をシリンダ１０２の一端側から出し入れするよう往復動作させ、シリンダ１０２外部に力を取り出すものである。シリンダ１０２には、空気１０５をシリンダ１０２内に供給する第１の流路１０６及び第２の流路１０７が接続されている。これら第１の流路１０６及び第２の流路１０７は、第１の流路１０６がピストン１０４の位置よりも他端側に位置して接続され、第２の流路１０７がピストン１０４の位置よりも一端側に接続されている。第１の流路１０６及び第２の流路１０７は、原動機１０８を駆動源とする流体圧縮装置１０９から圧縮された空気１０５が供給され且つ蓄えられる圧力容器１１０に接続されたバルブ１１１、或いは大気に開放されるバルブ１１２のいずれかに接続される。なお、図１４においては、第１の流路１０６がバルブ１１１に接続され、第２の流路１０７がバルブ１１２に接続されている状態を示している。
【０００３】
このようなアクチュエータ１０１では、第１の流路１０６側及び第２の流路１０７から空気１０５の供給、排出を行うことで、シリンダ１０２内の一端側と他端側とで圧力差を生じさせることにより、作動ロッド１０３を往復動作させている。具体的には、作動ロッド１０３をシリンダ１０２から押し出す方向（同図中矢印Ｇ方向）に動作させる場合には、バルブ１１１のバルブ流路１１１ａを開放することによって第１の流路１０６から圧力容器１１０内の高圧な空気１０５をシリンダ１０２内に供給するとともに、バルブ１１２のバルブ流路１１２ａを開放することによって第２の流路１０７からシリンダ１０２内の空気１０５を大気中に排出する。これにより、シリンダ１０２の他端側に比して一端側の圧力が低くなるため、ピストン１０４は他端側の空気１０５の圧力に押されてシリンダ１０２内を矢印Ｇ方向に摺動し、作動ロッド１０３も同様に矢印Ｇ方向に動作する。また、作動ロッド１０３をシリンダ１０２内に引き込む方向（同図中矢印Ｈ方向）に動作させる場合には、詳しい図示は省略するが、第１の流路１０６をバルブ１１２に、第２の流路１０７をバルブ１１１につなぎ換えて、第１の流路５６からシリンダ５２内の空気５５を排出するとともに、第２の流路５７からシリンダ１０２内に空気１０５を供給する。これにより、シリンダ１０２の一端側に比して他端側の圧力が低くなるため、ピストン１０は一端側の空気１０５の圧力に押されてシリンダ１０２内を矢印Ｈ方向に摺動し、作動ロッド１０３も同様に矢印Ｈ方向に動作する。
【０００４】
また、上述した流体の圧力変化を利用したアクチュエータ１０１以外にも、例えば図１５に示すアクチュエータ１２１のように、原動機１２２で駆動される伝達装置１２３により直接長尺の作動ロッド１２４に力を伝達し、該作動ロッド１２４を略同径の貫通孔を有するロッド保護管１２５から出し入れするよう往復動作させ、シリンダ保護管１２５外部に力を取り出すものもある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
アクチュエータにおいては、従来から上述した各構成を有するものが提供されているが、特に内視鏡下手術に用いられる場合等医療用分野での使用においては、装置の小型化が要請されており、また小型化を図った場合であっても微少な力で作動ロッドが動作し得ることが望まれている。このような医療分野においては、アクチュエータにて、アクチュエータにおける作業性を向上させるために、作動ロッド及びこの作動ロッドを収容するシリンダ等が作業箇所や作業状態等の作業環境に応じて折曲、湾曲可能な構成とされることが望ましく、また、このように折曲、或いは湾曲された場合であっても、微少な力で円滑に作動ロッドを動作させることも要請されている。さらに、エネルギーを浪費することなく有効に利用することは、上述した医療分野だけでなく、あらゆる産業分野において望まれることである。
【０００６】
そこで、本発明は上述した点に鑑みて提案されたものであり、装置の小型化、軽量化、及び構成の簡素化を容易にするとともに、微少な力で作動ロッドを動作させることができ、且つエネルギーの有効利用が可能なアクチュエータを提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、様々な作業箇所おいても柔軟に対応することができ、引き回しや設置の自由度、作業性が向上したアクチュエータを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明に係るアクチュエータは、作動流体の圧力変化を伝達して作動部材、例えば作動ロッドが接続されてなるピストンを往復動作させるものであり、上記作動部材で一部が閉塞された密閉空間内に上記作動流体を封入し、上記密閉空間を縮小又は拡大することで圧縮又は膨張される上記作動流体の圧力変化を伝達して上記作動ロッドを往復動作させることを特徴とする。
【０００９】
この本発明は、例えば、上述したように作動ロッドが第１のピストンに接続されてなる作動部材と、密閉空間を縮小、拡大し、作動流体を圧縮、膨張する第２のピストンと、第１のピストンを摺動自在に収容するシリンダと、第２のピストンを摺動自在に収容する圧力容器と、シリンダと圧力容器とを連通させる流体流路とを備えてなり、上記密閉空間を上記第１のピストン、上記第２のピストン、上記シリンダ、上記圧力容器及び上記流体流路により構成する。そして、上記第２のピストンの摺動で上記密閉空間が圧縮、膨張され、この圧縮、膨張に伴う上記作動流体の圧力変化を上記第１のピストンに伝達して、上記第１のピストンの上記密閉空間とは逆側に接続された上記作動ロッドを、上記シリンダの内外へ往復動作させる。
【００１０】
上述した構成を有するアクチュエータは、作動流体を封入した密閉空間を縮小又は拡大し、圧縮又は膨張される作動流体の圧力変化を利用して作動ロッドを往復動作させる。したがって、本発明によれば、コンプレッサ等の流体圧縮装置が必要なくなり、装置の小型化、軽量化、及び構成の簡素化が容易に実現される。
【００１１】
また、本発明では、密閉空間内に封入された作動流体を、密閉した状態で圧縮、膨張するものであるため、上記作動流体を高圧又は低圧に圧力変化させるために消費したエネルギーが無駄なく利用される。したがって、本発明では、作動流体の廃棄をする必要が無くなり、エネルギーの有効利用が図られる。
【００１２】
さらに、本発明では、作動ロッドを動作させるのは密閉空間内部の作動流体の圧力変化であるため、例えばシリンダや作動流体の流路等を小径にしたり、折曲或いは湾曲させた場合であっても、微少な力で作動ロッドが動作可能となる。
【００１３】
また、本発明の他のアクチュエータは、作動ロッドがピストンに接続されてなる上記作動部材と、可撓性を有する部材により形成されるとともに、上記ピストンを摺動自在に収容するシリンダとを備えることを特徴とする。
【００１４】
上述した構成を有する本発明のアクチュエータは、作動ロッドが配された実際の作業部位であるシリンダを、可撓性を有する部材により形成することで、引き回しや設置の自由度が向上する。また、本発明では、より細かく且つ入り組んだ、例えば障害物等がある作業環境においても効率よく作業を行うことが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るアクチュエータの具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るアクチュエータ１であり、このアクチュエータ１は、同図に示すように、一端に第１のピストン２が接続された作動ロッド３と、第１のピストン２が摺動自在に収容されたシリンダ４と、作動流体、例えば空気５を封入するための圧力容器６と、シリンダ４と圧力容器６とを連通させる流体流路７と、圧力容器６に摺動自在に収容され且つ圧力容器６内の空気５を圧縮膨張させる第２のピストン８を駆動する駆動用ロッド９とを備えてなる。
【００１７】
作動ロッド３は、アクチュエータ１外部への出力の取り出し軸であり、他端側がシリンダ４の外部に突出するよう配されている。この作動ロッド３は、シリンダ４内を摺動する第１のピストン２の動きに追従して上記シリンダ４の軸方向に沿って同図中矢印Ａ及び矢印Ｂ方向に往復動作して、アクチュエータ１外部への出力を行う。
【００１８】
シリンダ４は、中空円柱形状を呈してなり、その内壁との間をシールされた上記第１のピストン２によって、２つの空間に区画、具体的には、上記作動ロッド３が往復動作するロッド動作室４ａと、圧力容器６と連通された流体封入室４ｂとに区画されている。シリンダ４は、作動ロッド３がシリンダ４内から突出し得るように、ロッド動作室４ａ側の端面に作動ロッド３と略同径の孔部４ｃが設けられている。そして、ロッド動作室４ａ内には、上記孔部４ｃを介してアクチュエータ１外部の空気が流入しており、大気圧と同じ圧力とされている。また、シリンダ４は、流体封入室４ｂ側の端面に流体流路７が開口し、上述したように圧力容器６と連通されている。そして、流体封入室４ｂ内には、流体流路７を介して圧力容器６内の空気５が流入し、且つ封入され、圧力容器６内の空気５の圧力と同じ圧力とされている。
【００１９】
圧力容器６は、上記シリンダ４に比して大径の中空円柱形状を呈してなり、上記シリンダ４と同様に、その内壁との間をシールされた上記第２のピストン８によって、２つの空間に区画、具体的には、空気５が封入された流体封入室６ａと、上記第２のピストン８を圧力容器６内で該圧力容器６の軸方向に沿って、同図中矢印Ｃ及び矢印Ｄ方向に摺動させる駆動用ロッド９が動作するロッド動作室６ｂとに区画されている。圧力容器６は、流体封入室６ａ側の端面に流体流路７が開口しており、また、詳しい図示は省略するがロッド動作室６ｂ側の端面に駆動用ロッド９とこの駆動用ロッド９の駆動源とを接続するための孔部が設けられている。
【００２０】
流体流路７は、上記シリンダ４及び上記圧力容器６よりも小径の管状部材であり、シリンダ４の流体封入室４ｂと圧力容器６の流体封入室６ａとに開口して、これら流体封入室４ｂ、６ａとを連通させる。この流体流路７は、ゴムや肉厚の薄い金属材等、可撓性を有する部材により形成されている。このように流体流路７を、可撓性を有する部材により形成することで、アクチュエータ１の引き回し、設置の自由度を向上させることができる。
【００２１】
アクチュエータ１においては、上述したように第１のピストン２がシリンダ４の内壁に対して、第２のピストン８が圧力容器６の内壁に対してシールされていることによって、シリンダ４の流体封入室４ｂ、流体流路７及び圧力容器６の流体封入室６ａにより構成される空間内に空気５が封入される。そして、この空間は、空気５が外部へ漏れないよう気密性が保たれた密閉空間とされている。
【００２２】
駆動用ロッド９は、上記圧力容器６のロッド動作室６ｂ内に配され、駆動源となるモータ等の原動機１０によって上記圧力容器６の軸方向に沿って、同図中矢印Ｃ及び矢印Ｄ方向に駆動される。そして、駆動用ロッド９は、一端に接続された第２のピストン８を押圧し、圧力容器６内を同方向に摺動させる。
【００２３】
上述した構成のアクチュエータ１は、該アクチュエータ１内に密閉された作動流体、すなわち空気５の圧力を変化させ、該空気５の圧力変化を作動ロッド３に伝達して、該作動ロッド３を直線的に動作、具体的には矢印Ａ及び矢印Ｂ方向に往復動作させるものである。このアクチュエータ１の作動ロッド３の動作について、以下に説明する。
【００２４】
アクチュエータ１において、作動ロッド３をシリンダ４から押し出すよう動作させる（矢印Ａ方向への駆動）場合には、シリンダ４のロッド動作室４ａ内の圧力、すなわち大気圧に比して流体封入室４ｂ内の圧力を高くする操作が行われる。具体的には、原動機１０を起動して駆動用ロッド９を矢印Ｃ方向に駆動し、該駆動用ロッド９により第２のピストン８を同方向に押圧して摺動させる。すると、この第２のピストン８の摺動によって圧力容器６の流体封入室６ａが狭められ、その内部に封入された空気５が圧縮される。このように流体封入室６ａ内の空気５が圧縮されると、流体封入室６ａと流体流路７を介して連通しているシリンダ４の流体封入室４ｂ内の空気５も圧縮され、圧力が高くなる。そして、このシリンダ４の流体封入室４ｂ内の空気５の圧力がロッド動作室４ａ内の圧力である大気圧よりも高くなり、流体封入室４ｂ内の空気５が圧力差によって第１のピストン２を矢印Ａ方向に押圧する力が、第１のピストン２とシリンダ４の内壁との間の静摩擦による抗力を超えると、第１のピストン２を摺動させ、これに伴い第１のピストン２に接続されている作動ロッド３も同方向に動作し、作動ロッド３がシリンダ４から押し出される。
【００２５】
また、アクチュエータ１において、作動ロッド３をシリンダ４内に引き込むよう動作させる（矢印Ｂ方向への駆動）場合には、シリンダ４のロッド動作室４ａ内の圧力である大気圧に比して流体封入室４ｂ内の圧力を低くする操作が行われる。具体的には、原動機１０を起動して駆動用ロッド９を矢印Ｄ方向に駆動し、該駆動用ロッド９により第２のピストン８を同方向に引き戻して摺動させる。すると、この第２のピストン８の摺動によって、圧力容器６の流体封入室６ａが広げられ、その内部に封入された空気５が膨張する。このように流体封入室６ａ内の空気５が膨張すると、流体封入室６ａと流体流路７を介して連通しているシリンダ４の流体封入室４ｂ内の空気５も膨張し、圧力が低くなる。そして、この流体封入室４ｂ内の空気５の圧力がロッド動作室４ａ内の圧力である大気圧よりも低くなり、大気圧との圧力差によって第１のピストン２が矢印Ｂ方向に押圧される力が、第１のピストン２とシリンダ４の内壁との間の静摩擦による抗力を超えると、第１のピストン２を摺動させ、これに伴い第１のピストン２に接続されている作動ロッド３も同方向に動作し、作動ロッド３がシリンダ４内に引き込まれる。
【００２６】
上述したようにアクチュエータ１では、シリンダ４の流体封入室４ｂ、流体流路７及び圧力容器６の流体封入室６ａに封入された空気５を圧縮、膨張、具体的には第２のピストン８の位置を移動させて流体封入室６ａを狭めたり、広げたりすることで、空気５の圧力を変化させ、この圧力変化を作動ロッド３が接続された第１のピストン２に伝達して作動ロッド３を往復動作させる。このように、アクチュエータ１は、互いに連通した１系統の流体の流通経路における圧力変化によって作動ロッド３を往復動作させることができる。したがって、コンプレッサ等の大型の流体圧縮装置を使用しなくともよくなり、また、バルブを有する複数系統の空気用の流路、作動ロッドの動作方向を切り換えるためのつなぎ換え操作等も必要なくなるため、装置の小型化、軽量化、及び構成の簡素化を容易に実現することができる。
【００２７】
また、アクチュエータ１は、作動流体となる空気５を圧縮、膨張させるために原動機１０で駆動用ロッド９及び第２のピストン８を駆動しているが、このようにして生成される高圧又は低圧に圧力変化させる空気５を、密閉空間内で無駄なく利用することができる。したがって、本発明では、作動流体たる空気５の廃棄をする必要が無くなるため、エネルギーを効率的に利用することができる。
【００２８】
さらに、アクチュエータ１は、作動ロッド３を動作させるのは内部に密閉された空気５の圧力変化であるため、シリンダ４や流体流路７を小径にしたり、折曲或いは湾曲させた場合であっても、微少な力で作動ロッド３を動作させることができる。
【００２９】
なお、上述したようにアクチュエータ１を動作させる際には、作動ロッド３が想定した押し出し量以上押し出されないように、また、想定した引き込み量を確実に引き込み得るように、図２に示すように、作動ロッド３が接続された第１のピストン２と第２のピストン８とをワイヤ１１によって連結してもよい。このような構成とすることによって、第１のピストン２と第２のピストン８との間の間隔を、所定間隔、具体的にはワイヤ１１の長さ以上離れすぎないよう一定に保つことができるようになり、より確実に且つ想定量の作動ロッド３の押し出し動作及び引き込み動作を可能とし、アクチュエータ１の動作性能を向上させることができる。このとき、第１のピストン２と第２のピストン８とを連結するものとしては、上記ワイヤ１１以外にも、作動ロッド３の押し出し動作及び引き込み動作時のピストン間における引っ張り力に耐え得る強度を有し、且つ可撓性を有するロッド等を使用することができる。
【００３０】
このようなアクチュエータ１においては、その使用に際して流体流路７部分が曲げられ、その曲率半径が小さい場合には、ワイヤ１１と流体流路７が接触して、そのときに大きな摩擦が生じ、作動ロッド３の動作を阻害することも考えられる。そこで、このような事態を回避すべく、ワイヤ１１を保護用のチューブ、例えば金属管やテフロン（登録商標）チューブ等で被覆した状態でアクチュエータ１に配してもよい。この保護用のチューブは、ワイヤ１１と流体流路７との摩擦による抵抗を緩和するものであればよいため、例えばワイヤ１１を密封する等は必要なく、したがって、メッシュ状等であってもよい。また、ワイヤ１１と流体流路７の接触によって生じる摩擦を軽減するためには、上述したようにワイヤ１１を保護用のチューブで被覆するのではなく、流体流路７側を、例えばテフロン（登録商標）チューブで形成するものであってもよく、さらには、ワイヤ１１を保護用のチューブで被覆し且つ流体流路７をテフロン（登録商標）チューブ等で形成するものであってもよい。
【００３１】
上述した各効果を奏するアクチュエータ１は、小型のアクチュエータの実現が望まれる内視鏡下手術を支援するロボットアームの間接部や、該ロボットアームの先端部で手術用の器具を操作する操作部分、或いは薬の投与等を行う治療用の器具を操作する操作部分等の医療分野において好適に使用することができる。また、本発明は、このような医療分野以外にも、小型化が要望されるとともに、電磁的又は電気的ノイズの影響やコンタミネーションの発生を嫌う作業環境下、清潔さを必要とする作業環境下で使用されるロボットアーム等において好適に使用され、例えばバイオテクノロジー分野で使用されるロボットアームの間接部や、ロボットアームの先端部で遺伝子組み換え用の器具を操作する操作部分、半導体分野で使用されるロボットアームの間接部や検査、製造用の器具を操作する操作部分、カーボンナノチューブ等の高分子材料を扱う化学分野で使用されるロボットアームの間接部や、検査、製造用の器具を操作する操作部分等、種々の分野において好適に使用することができる。
【００３２】
また、アクチュエータ１は、上記の種々の分野以外にも、軽量で構成が簡素、且つ柔軟で取り扱い時の事故等による怪我や人体への危害を抑える必要がある環境下での使用にも適するものであり、例えばアパレル分野や介護等に使用されるウェアラブルロボットの間接部や、人工筋肉等に好適に使用することができる。
【００３３】
さらに、アクチュエータ１は、上述した小型化等が特に必要とされず、簡便且つ迅速な取り扱いが必要とされるような、例えば災害時における救助用、及び探査用のロボットアームの間接部や操縦桿、ハンドル等の遠隔操縦を行うためのロボットアームの先端部等にも好適に使用することができる。
【００３４】
本実施形態に係るアクチュエータ１は、上述した構成に限定されるものではない。上記説明にあっては、アクチュエータ１において作動ロッド３が直線的に往復動作されるが、例えば図３に示すように、湾曲したシリンダ１２と、同様の曲率で湾曲した作動ロッド１３とを用いることによって、作動ロッド１３の円弧状の往復動作を実現することもできる。このとき、作動ロッド１３の一端が接続され、空気５の圧力変化が伝達される第１のピストン１４は、摺動前後、及び摺動時に、上記シリンダ１２内における摺動範囲の全域に亘ってシリンダ１２の内壁との接触を保つことができ、空気５を第２のピストン（図示は省略する）との間で密封することができる形状、例えば同図に示すような球形状とされる。このようなアクチュエータ１によれば、直線運動よりも円弧状の運動が要求されるような動作、例えば操縦レバーの押し引きやハンドルの回転操作等を確実且つ正確に行うことができるようになる。
【００３５】
また、アクチュエータ１では、上述のように流体流路７が可撓性を有する部材により形成されているが、シリンダ部分も同様に可撓性を有する部材によって形成してもよい。アクチュエータ１は、図４に示すシリンダ１５が可撓性を有する部材により形成されることで、流体流路７に加えてシリンダ部分も同図中二点鎖線にて示すように曲げることができるようになり、より引き回しや設置の自由度を向上させることができるようになる。また、作動ロッドが配された実際の作業部位であるシリンダ１５に可撓性を持たせることで、より細かく且つ入り組んだ、例えば障害物等がある作業環境においても効率よく作業を行うことができるようになる。
【００３６】
このとき、上述したシリンダ１５のように、可撓性を有する部材でシリンダ部分を形成した場合には、湾曲したシリンダ１２（図３にて図示）にて用いられているのと同様の形状の第１のピストン、具体的にはシリンダ１５内における摺動範囲の全域に亘って内壁との接触を保つことができ、且つ空気５を第２のピストン（図示は省略する）との間で密封することができる球形状の第１のピストン１６が用いられる。
【００３７】
また、シリンダ１５内に収容される作動ロッド１７は、シリンダ１５と同様に可撓性を有する部材にて形成され、曲がったシリンダ１５に追従して曲がることができるものが用いられる。このようなシリンダ１５を有するアクチュエータ１においては、第２のピストン１６と作動ロッド１７が出し入れされる孔部とでシリンダ１５内に支持されているため、シリンダ１５が曲がった場合に、その力が作動ロッド１７にも加わり、シリンダ１５に追従するようにして作動ロッド１５が曲がる構成とされている。このような構成とすることで、シリンダ１５が曲げられた場合に、それが作動ロッド１５によって阻害されるようなことが無く、円滑なシリンダ５２の曲がり動作が実現される。
【００３８】
さらには、上述の各実施の形態では上記のシリンダ４、流体流路７及び圧力容器６を、圧力容器６、シリンダ４、流体流路７の順でその径が小さくなるよう形成しているが、このような構成に限定されるものではなく、例えば上記シリンダ４、流体流路７及び圧力容器６を全て同径に、或いは流体流路７をシリンダ４よりも大径にする等、シリンダ４、流体流路７及び圧力容器６をいかなる大きさの径に形成するものであってもよい。同様に、シリンダ４及び圧力容器６は上述した円筒状でなくともよく、この他の、例えば中空の角柱形状に形成されるものであってもよい。そして、上記のシリンダ４及び圧力容器６に収容される第１のピストン２及び第２のピストン８も、それぞれシリンダ４、圧力容器６の形状にあった形状とされる。
【００３９】
さらにまた、アクチュエータ１は、第１のピストン２の位置を検出することによって、作動ロッド３の移動量等を計測し得るように、距離測定装置を備えるものであってもよい。図５は、圧力容器６内に非接触型距離測定装置１８を配したアクチュエータ１であり、図６は、圧力容器６内に接触型距離測定装置１９を配したアクチュエータ１である。
【００４０】
図５に示すアクチュエータ１では、上記非接触型距離測定装置１８としては、例えばレーザ測長装置を使用することができ、このようなレーザ測長装置を使用することによって、曲がった流体流路７においても、流体流路７の内壁表面を鏡面とすれば第１のピストン２の位置を測定することができ、作動ロッド３の移動量等を計測することができるようになる。
【００４１】
図６に示すアクチュエータ１では、接触型距離測定装置１９と第１のピストン２とを連結器具２０によって連結し、該連結器具２０の位置を計測することによって第１のピストン２の位置を測定する。そして、このように計測した第１のピストン２の位置から作動ロッド３の移動量等を計測する。このような接触型距離測定装置１５を有するアクチュエータ１によれば、曲がった流体流路７や小口径の流体流路７を有する場合であっても、第１のピストン２の位置を測定することができ、作動ロッド３の移動量等を計測することができるようになる。
【００４２】
また、アクチュエータの小型化を図り、シリンダ４や流体流路７を極めて細く、具体的には内視鏡下手術支援用の用途で、一例として臨床上要求されるサイズである１０ｍｍ以下の直径（外径）とする場合には、第１のピストン２を設けずに、シリンダ４の内径と略同径の作動ロッドをシリンダ内に配し、直接空気５の圧力変化を作動ロッドに伝達して動作するよう構成してもよい。本発明によれば、上述したような極めて小型なアクチュエータを提供することができ、特に上記内視鏡下手術支援用等の人体に対する医療行為に有益である。また、このように医療行為の際に使用する場合には、作動流体として上述した空気５を使用しているため、漏出があった場合でも人体への悪影響を最小限に抑えることができる。
【００４３】
また、空気５の圧縮膨張の手段としては、上述した原動機１０によって駆動される駆動用ロッド９で第２のピストン８を往復動作させるもの以外に、操作者の手動により第２のピストン８が往復動作されるもの、或いは第２のピストン８自体を原動機、具体的には超音波モータや磁気モータ等のリニアモータで構成し、その自己の推進力によって第２のピストン８が圧力容器６内を往復動作するようにしたものであってもよい。このとき、原動機となる第２のピストン８と圧力容器６の内壁との間にはＯリング等によるシールをすることはできないが、第２のピストン８と圧力容器６の内壁との間は接触しているか、或いはごく僅かな隙間しかないため、空気５の密閉性は保つことができる。このような構成とすることで、原動機１０や駆動用ロッド９が不要となり、さらなる小型化を図ることができるようになる。さらに、空気５の圧縮膨張の手段としては、上述した圧力容器６の流体封入室６ａの広さを変化させる以外にも、例えば空気５を加熱、冷却して圧縮膨張させるヒータ及び冷却装置等も考えられる。
【００４４】
また、アクチュエータ１は、例えば密閉空間内の空気５が漏出した場合には、漏出した分だけ空気５の圧力が低下することで第２のピストン８が移動して位置がずれてしまうことがあり、このような第２のピストン８の位置ずれは作動ロッド３の動作量にも狂いを生じさせてしまう。また、作動ロッド３の応答速度及び作動出力を上げるためには、密閉空間内の空気５の圧力を上げる必要がある。アクチュエータ１にあっては、上述したような場合に密閉された空気５の圧力を変化させて調整し得るように、例えば図７に示すような圧力調整機構２１を有するものであってもよい。この圧力調整機構２１は、調整用圧力容器２１ａと、該調整用圧力容器２１ａ内に配される調整用ピストン２１ｂと、圧力容器６の流体封入室６ａと調整用圧力容器２１ａとを連通させる空気供給管２１ｃと、該空気供給管２１ｃの経路上に設けられ、後述するように調整用圧力容器２１ａから流体封入室６ａへの空気の移動を遮断するためのバルブ２１ｄとからなる。圧力調整機構２１にあっては、漏出等による空気５の圧力変化が生じた場合、或いは作動ロッド３の応答速度及び作動出力を上げたい場合等に、バルブ２１ｄを開放し、調整用圧力容器２１ａ内の調整用空気２２を、調整用ピストン２１ｂを動作させることで流体封入室６ａ内に充填して密閉空間内の空気５の圧力を上昇させる。上記の調整用ピストン２１ｂは、第２のピストン８と同様に原動機とロッドによって動作されるものであっても、原動機により構成されることで自己の推進力により動作するものであってもよく、また、操作者の手動によって動作されるものであってもよい。そして、調整用空気２２の充填後に上記バルブ２１ｄを閉鎖することで、密閉空間の気密性が確保され、空気５の圧力が上昇した状態で維持される。なお、上述の圧力調整機構の構成は一例であり、例えばバルブ２１ｄを設けずに調整用ピストン２１ｂの位置を調整用空気２２充填後の位置に保持することで空気５の圧力を上昇した状態に維持するよう構成したものであってもよく、また、圧力調整バルブを有するコンプレッサで流体封入室６ａ内に調整用の空気を充填するものであってもよい。
【００４５】
このように、上述した圧力調整機構２１にて空気５の圧力調整を行う場合には、高圧となった空気５による押圧に抗して第１のピストン２を動作させないように、ロッド動作室４ａにもアクチュエータ１外部の空気ではなく、孔部４ｃと作動ロッド３との間をシールして所定圧力の空気が密封される。或いは、高圧となった空気５による押圧に抗して第１のピストン２を動作させないように、ロッド動作室４ａ内に第１のピストン２を流体封入室４ｂ側に押圧するスプリング等の弾性部材が設けられる。なお、当然のことながら、高圧となった空気５による押圧に抗する外力が働く場合、例えば作業時に操作対象物に当接することで作動ロッド３を介して第１のピストン２をシリンダ４内で押し留める、或いはシリンダ４内に押し戻すような力が働く場合等にあっては、上述したようなロッド動作室４ａ所定圧力の空気を密封することや、スプリング等の弾性部材を設けること等は必要なくなる。
【００４６】
上述した圧力調整機構２１は、上述した構成に限定されるものではなく、圧力容器６の流体封入室６ａ内に新たにピストンを設け、このピストンを駆動することによって空気５の圧力を調整し、第２のピストン８の位置を修正するものであってもよい。
【００４７】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、上記アクチュエータ１と同一構成を有する部分については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。
【００４８】
図８に示すアクチュエータ３１は、第２の流体流路３２を設けて、シリンダ４のロッド動作室４ａと圧力容器６のロッド動作室６ｂとを連通させるとともに、これらロッド動作室４ａ、第２の流体流路３２及びロッド動作室６ｂ内にも空気５を封入したものである（以下、空気５について、流体流路７側を空気５ａと、第２の流体流路３２側を空気５ｂと称して説明する。）。このアクチュエータ３１における第２の流体通路３２は、上記流体流路７と同様に、シリンダ４及び圧力容器６に比して小径の管状部材である。また、このアクチュエータ３１においては、シリンダ４の作動ロッド３が挿通される孔部４ｃにおいて、ロッド動作室４ａから封入した空気５ｂが漏れないように、作動ロッド３がシリンダ４に対してシールされている。
【００４９】
上述した構成のアクチュエータ３１は、該アクチュエータ３１内に密閉された作動流体、すなわち空気５ａ及び空気５ｂの圧力を変化させて、その圧力変化を作動ロッド３に伝達して、該作動ロッド３を直線的に駆動するものである。このアクチュエータ３１の動作について、以下に説明する。
【００５０】
アクチュエータ３１において、作動ロッド３をシリンダ４から押し出すよう動作させる（同図中矢印Ａ方向への駆動）場合には、シリンダ４のロッド動作室４ａ内の圧力に比して流体封入室４ｂ内の圧力を高くするように、原動機１０を起動して駆動用ロッド９で第２のピストン８を矢印Ｃ方向に摺動させる。すると、この第２のピストン８の摺動によって圧力容器６の流体封入室６ａが狭められるとともに、ロッド動作室６ｂが広げられる。このため、アクチュエータ３１では、空気５ａが圧縮されてその圧力が高くなるとともに、それと同期して上記ロッド動作室６ｂ内に封入された空気５ｂが膨張してその圧力が低くなる。そして、圧縮された空気５ａの圧力が膨張した空気５ｂの圧力よりも高くなり、流体封入室４ｂ内の空気５ａが圧力差によって第１のピストン２を矢印Ａ方向に押圧する力が、第１のピストン２とシリンダ４の内壁との間の静摩擦による抗力を超えると、第１のピストン２を摺動させ、これに伴い第１のピストン２に接続されている作動ロッド３も同方向に動作し、作動ロッド３がシリンダ４から押し出される。
【００５１】
また、アクチュエータ３１において、作動ロッド３をシリンダ４内に引き込むよう動作させる（矢印Ｂ方向への駆動）場合には、上述した押し出す方向への駆動の場合とは逆に、ロッド動作室４ａ内の圧力に比して流体封入室４ｂ内の圧力を低くするように、原動機１０を起動して駆動用ロッド９で第２のピストン８を矢印Ｄ方向に摺動させる。すると、この第２のピストン８の摺動によって圧力容器６の流体封入室６ａが広げられるとともに、ロッド動作室６ｂが狭められる。このため、このため、アクチュエータ３１では、空気５ａが膨張してその圧力が低くなるとともに、それと同期して空気５ｂが圧縮されてその圧力が高くなる。そして、膨張した空気５ａの圧力が圧縮された空気５ｂの圧力よりも低くなり、ロッド動作室４ａ内の空気５ｂが圧力差によって第１のピストン２を矢印Ｂ方向に押圧する力が、第１のピストン２とシリンダ４の内壁との間の静摩擦による抗力を超えると、第１のピストン２を摺動させ、これに伴い第１のピストン２に接続されている作動ロッド３も同方向に動作し、作動ロッド３がシリンダ４内に引き込まれる。
【００５２】
特に、上述したアクチュエータ３１にあっては、ロッド動作室４ａとロッド動作室６ｂとを第２の流体流路３２によって連通させることによって、一個の第２のピストン８を駆動させるだけで空気５ａの圧力上昇と空気５ｂの圧力下降、及び空気５ａの圧力下降と空気５ｂの圧力上昇とが第２のピストン８の摺動によって同期して行われるよう構成されているので、より顕著に且つ素早く空気５ａ、５ｂにおいて圧力差を出すことができる。このため、アクチュエータ３１では、作動ロッド３の往復動作を、円滑且つ応答よく行うことができるようになる。
【００５３】
なお、上述したアクチュエータ３１にあっては、第２のピストン８で区画された流体封入室６ａ及びロッド動作室６ｂの両方に作動流体が封入されているが、この流体封入室６ａ又はロッド動作室６ｂ、或いはこれらの両方に、上記アクチュエータ１の如き圧力調整機構１７を設けてもよい。また、アクチュエータ３１の如くロッド動作室６ｂ側にも空気５ｂが封入されている場合には、上記アクチュエータ１の如く流体封入室６ａ内に新たにピストンを設けてもよいが、これに限らず、流体封入室６ａではなくロッド動作室６ｂ内に新たにピストンを設け、このピストンを駆動することによって空気５ｂの圧力を調整し、第２のピストン８の位置を修正する圧力調整機構であってもよい。
【００５４】
また、アクチュエータ３１は、上述した第２の流体流路３２によってシリンダ４のロッド動作室４ａをロッド動作室６ｂに連通させる構成に限らず、図９に示すように、圧力容器６とは独立した第２の圧力容器３３をさらに設け、この第２の圧力容器３３における流体封入室３３ａとシリンダ４のロッド動作室４ａとを連通させるよう構成してもよい。第２の圧力容器３３は、圧力容器６と同様の構成を有してなり、その内壁との間をシールされた第３のピストン３４が摺動自在に配設され、この第３のピストン３４によって空気５ｂが封入された流体封入室３３ａと、第２の圧力容器３３の軸方向に沿って第３のピストン３４を摺動させる駆動用ロッド３５が動作するロッド動作室３３ｂとに区画されている。このように、別個の第２の圧力容器３３を設け、該第２の圧力容器３３の流体封入室３３ａとシリンダ４のロッド動作室４ａとを連通させることによって、空気５ａと空気５ｂの圧力を別個に調整することができるようになる。したがって、空気５ａと空気５ｂとにおいて、より微妙な圧力差の調節を行うことによって、作動ロッド３の細かな動作を実現することができるようになる。
【００５５】
なお、第２の実施形態に係るアクチュエータ３１にあっても、上述した第１の実施形態に係るアクチュエータ１と同様に、湾曲したシリンダ及び作動ロッドを有するものであっても、可撓性を有する部材により第１のシリンダ及び作動ロッドを形成するものであってもよく、また、非接触式或いは接触式の距離測定装置を配するものであってもよく、さらにはシリンダ等の径や形状は問わない。また、上記第２の圧力容器３３を有するアクチュエータ３１にあっても、上述した各構成の圧力調整機構を配するものであってもよい。そして、第２のピストン８及び第３のピストン２４は、上述した原動機と駆動用のロッドにより往復動作するものでなくともよく、それら自体を原動機によって構成して自己の推進力により往復動作するものであっても、また、操作者の手動により往復動作するものであってもよい。
【００５６】
また、アクチュエータ３１は、第１のピストン２と第２のピストン８との間の距離を離れすぎないよう一定に保つ目的で、第１のピストン２と第２のピストン８とをワイヤ１１によって連結してもよい。
【００５７】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。なお、上記各実施形態と同一構成を有する部分については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。
【００５８】
図１０に示すアクチュエータ４１は、シリンダ４と同様の構成を有する第２のシリンダ４２を設け、この第２のシリンダ４２内に作動ロッド３と同様に作動流体の圧力変化により往復動作する第２の作動ロッド４３を配したものである。そして、該第２の作動ロッド４３を、圧力容器６のロッド動作室６ｂ内に空気５ｂを封入するとともに、該ロッド動作室６ｂと第２のシリンダ４２とを第２の流体流路３２を介して連通させて往復動作させる。
【００５９】
第２のシリンダ４２は、シリンダ４と同様に、上記第２の作動ロッド４３の一端が接続される第４のピストン４４が摺動自在に配され、内壁との間をシールされた第４のピストン４４によって、２つの空間に区画、具体的には、第２の作動ロッド４３が往復動作するロッド動作室４２ａと、上述したようにロッド動作室６ｂと連通される流体封入室４２ｂとに区画されている。
【００６０】
第２の作動ロッド４３は、作動ロッド３と同様に、第４のピストン４４の動きに追従して上記第２のシリンダ４２の軸方向に沿って同図中矢印Ｅ及び矢印Ｆ方向に往復動作して、アクチュエータ４１外部への出力を行う。この第２の作動ロッド４３は、その先端部分において連結部材４５によって作動ロッド３と連結されている。
【００６１】
このアクチュエータ４１の各作動ロッドの動作について、以下に説明する。
【００６２】
アクチュエータ４１においては、原動機１０を起動して駆動用ロッド９を矢印Ｃ方向に駆動し、該駆動用ロッド９により第２のピストン８を同方向に押圧して摺動させると、圧力容器６の流体封入室６ａが狭められるとともに、ロッド動作室６ｂが広げられる。すると、流体封入室６ａ側の空気５ａは圧縮され、ロッド動作室６ｂ側の空気５ｂは膨張し、空気５ａの圧力は高く、空気５ｂの圧力は低くなる。そして、流体封入室４ｂ内の空気５ａの圧力が大気圧よりも高くなり、流体封入室４ｂ内の空気５ａが圧力差によって第１のピストン２を矢印Ａ方向に押圧する力が、第１のピストン２とシリンダ４の内壁との間の静摩擦による抗力を超えると、第１のピストン２が矢印Ａ方向に摺動するため、作動ロッド３がシリンダ４から押し出される。また、流体封入室４２ｂ内の空気５ｂの圧力が大気圧よりも低くなると、圧力差によって第４のピストン４４を矢印Ｆ方向に押圧する力が、第４のピストン４４と第２のシリンダ４２の内壁との間の静摩擦による抗力を超えると、第４のピストン４４が矢印Ｆ方向に摺動するため、第２の作動ロッド４３が第２のシリンダ４２内に引き込まれる。
【００６３】
また、アクチュエータ４１にあっては、原動機１０を起動して駆動用ロッド９を矢印Ｄ方向に駆動し、該駆動用ロッド９により第２のピストン８を同方向に押圧して摺動させると、圧力容器６の流体封入室６ａが広げられるとともに、ロッド動作室６ｂが狭められる。すると、流体封入室６ａ側の空気５ａは膨張し、ロッド動作室６ｂ側の空気５ｂは圧縮され、空気５ａの圧力は低く、空気５ｂの圧力は高くなる。そして、流体封入室４ｂ内の空気５ａの圧力が大気圧よりも低くなり、大気圧との圧力差によって第１のピストン２を矢印Ｂ方向に押圧する力が、第１のピストン２とシリンダ４の内壁との間の静摩擦による抗力を超えると、第１のピストン２が矢印Ｂ方向に摺動するため、作動ロッド３がシリンダ４内に引き込まれる。また、流体封入室４２ｂ内の空気５ｂの圧力が大気圧よりも高くなり、流体封入室４２ｂ内の空気５ｂが圧力差によって第４のピストン４４を矢印Ｅ方向に押圧する力が、第４のピストン４４と第２のシリンダ４２の内壁との間の静摩擦による抗力を超えると、第４のピストン４４が矢印Ｅ方向に摺動するため、第２の作動ロッド４３が第２のシリンダ４２から押し出される。
【００６４】
アクチュエータ４１にあっては、一個の第２のピストン８を駆動させるだけで、上述したような作動ロッド３と第２の作動ロッド４３の相反する方向への動作をリンクさせて行うことができる。したがって、このアクチュエータ４１によれば、一本の作動ロッドによる出力だけでは実現できない操作を行うことができるようになる。
【００６５】
アクチュエータ４１は、上述した第２のシリンダ４２を圧力容器６のロッド動作室６ｂと連通させる構成に限らず、図１１に示すように、上記第１の実施形態にて説明したアクチュエータ１を２個連結するよう構成してもよい。このとき、各作動ロッド３は、それらの先端部分において連結部材４５により連結されている。このような構成によれば、それぞれの作動ロッド３、３を別個に動作するよう各圧力容器６、６における第２のピストン８、８の駆動を制御することにより、上述したような相反する方向への２本の作動ロッドの動作だけでなく、同方向への動作や、それぞれの作動ロッドにて移動量を調整しながらの動作等さらに細かな動作に対応することができるようになる。
【００６６】
なお、第３の実施形態に係るアクチュエータ４１にあっても、上述した各実施形態に係るアクチュエータと同様に、湾曲したシリンダ及び作動ロッドを有するものであっても、可撓性を有する部材により第１のシリンダ及び作動ロッドを形成するものであってもよく、また、非接触式或いは接触式の距離測定装置や圧力調整機構を配するものであってもよく、さらにはシリンダ等の径や形状は問わない。そして、第２のピストン８は、上述した原動機と駆動用のロッドにより往復動作するものでなくともよく、それ自体を原動機によって構成して自己の推進力により往復動作するものであっても、また、操作者の手動により往復動作するものであってもよい。
【００６７】
また、アクチュエータ４１は、作動ロッド３が接続されたピストンと、これを動作させるために作動流体を圧縮、膨張させるピストンとの間の距離を離れすぎないよう一定に保つ目的で、第１のピストン２と第２のピストン８と、或いは第４のピストン４４と第２のピストン８とをワイヤ１１によって連結してもよい。
【００６８】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。なお、上記各実施形態と同一構成を有する部分については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。アクチュエータは、作動ロッドを往復動作させる流体の圧力変化をコンプレッサにより行ってもよいが、このようにコンプレッサを使用する場合であっても、引き回しや設置の自由度の向上や実際の作業部位における作業性の向上は必要である。本実施形態は、このような要請に応え得るものである。
【００６９】
本実施形態のアクチュエータ５１は、図１２に示すように、可撓性を有する部材により形成されたシリンダ５２と、該シリンダ５２内に収容されたピストン５３に一端部が接続されるとともに、他端部が上記シリンダ５２から突出し往復動作される作動ロッド５４とを備えてなる。そして、上記シリンダ５２には、作動ロッド５４が突出する側の一端部近傍、及びピストン５３を挟んで逆側の他端部近傍に第１の及び第２の孔部５２ａ、５２ｂが形成され、これら孔部５２ａ、５２ｂにそれぞれ作動ロッド５４の動作に応じて、原動機（図示は省略する）を駆動源とするコンプレッサからの空気が供給される圧力容器に連通され、或いは大気に開放される第１及び第２の流路５５、５６が接続されている。
【００７０】
このアクチュエータ５１において、作動ロッド５４は、上述の第１の実施形態における作動ロッド１７のように、シリンダ５２と同様に可撓性を有する部材にて形成されている。また、第１及び第２の流路５５、５６も同様に、可撓性を有する部材にて形成されている。アクチュエータ５１では、このような構成とすることによって、シリンダ５２が曲げられた場合に、作動ロッド５４、第１及び第２の流路もそれに追従するように曲がるようになり、円滑なシリンダ５２の曲がり動作が実現される。
【００７１】
上記構成のアクチュエータ５１の作動ロッド５４の動作について、以下に説明する。
【００７２】
まず、作動ロッド５４をシリンダ５２から押し出すよう動作させる（矢印Ａ方向への駆動）場合には、第２の流路５６を圧力容器に接続してコンプレッサからの高圧な圧縮空気をシリンダ５２の他端部側の空間に供給するとともに、第１の流路５５を大気に開放してシリンダ５２の一端部側の空間の空気を大気中に放出する。これにより、シリンダ５２内においてピストン５３を挟んで圧力差が生じる、具体的には一端部側よりも他端部側の圧力の方が高くなるため、他端側の圧力に押されてピストン５３がシリンダ５２内を矢印Ａ方向に摺動し、同様に作動ロッド５４も矢印Ａ方向に動作し、作動ロッド５４がシリンダ５２から押し出される。
【００７３】
また、作動ロッド５４をシリンダ５２内に引き込むよう動作させる（矢印Ｂ方向への駆動）場合には、上記押し出す動作の場合とは逆に、第１の流路５５を圧力容器に接続してコンプレッサからの高圧な圧縮空気をシリンダ５２の一端部側の空間に供給するとともに、第２の流路５６を大気に開放してシリンダ５２の他端部側の空間の空気を大気中に放出する。これにより、シリンダ５２内においてピストン５３を挟んで他端部側よりも一端部側の圧力の方が高くなるため、一端側の圧力に押されてピストン５３がシリンダ５２内を矢印Ｂ方向に摺動し、同様に作動ロッド５４も矢印Ｂ方向に動作し、作動ロッド５４がシリンダ５２内に押し込まれる。
【００７４】
上述のアクチュエータ５１は、上述したように第１及び第２の流路５５、５６を設けてシリンダ５２内に空気を供給、又はシリンダ５２内の空気を放出するような構成ではなく、図１３に示すように、シリンダ５２に流体流路５７を介して連通されている圧力容器５８に、或いは流体流路５７に直接、原動機（図示は省略する）を駆動源とし、シリンダ５２内に空気を供給するコンプレッサ６１や、同じく原動機（図示は省略する）を駆動源とし、シリンダ５２内から空気を吸引するバキューム装置（図示は省略する）を接続するようにしてもよい。このような構成のアクチュエータ５１にあっては、上述の各実施形態において空気を圧縮、膨張する第２のピストン８等に代えて、上記コンプレッサ６１やバキューム装置によって流体流路５７を介して空気を供給し、又は空気を吸引することで、シリンダ５２内、具体的には流体流路５７側のシリンダ５２内の空間の圧力を変化させる。
【００７５】
以下、このようなコンプレッサ６１等が接続されるアクチュエータ５１における作動ロッド５４の動作について説明する。
【００７６】
まず、作動ロッド５４をシリンダ５２から押し出すよう動作させる（矢印Ａ方向への駆動）場合には、図１３に示すように、圧力容器５８にコンプレッサ６１を接続し、シリンダ５２に空気を供給する。これにより、流体流路５７側のシリンダ５２内空間の圧力が高まり、ピストン５３がシリンダ５２内を矢印Ａ方向に摺動し、同様に作動ロッド５４も矢印Ａ方向に動作し、作動ロッド５４がシリンダ５２から押し出される。
【００７７】
また、作動ロッド５４をシリンダ５２内に引き込むよう動作させる（矢印Ｂ方向への駆動）場合には、図１３に示すコンプレッサ６１に代えてバキューム装置を圧力容器５８に接続し、シリンダ５２から空気を吸引する。これにより、流体流路５７側のシリンダ５２内空間の圧力が低くなり、ピストン５３がシリンダ５２内を矢印Ｂ方向に摺動し、同様に作動ロッド５４も矢印Ｂ方向に動作し、作動ロッド５４がシリンダ５２に押し込まれる。
【００７８】
このようにコンプレッサ、或いはコンプレッサとバキューム装置によって作動ロッド５４を往復動作させるアクチュエータ５１にあっても、作動ロッド５４が配された実際の作業部位であるシリンダ５２を、可撓性を有する部材により形成することで、引き回しや設置の自由度を向上させることができるようになり、また、より細かく且つ入り組んだ、例えば障害物等がある作業環境においても効率よく作業を行うことができるようになる。
【００７９】
以上、各実施形態について説明したが、本発明は上述した構成例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。例えば、上記密封した作動流体の圧力変化により作動ロッドを往復動作させる各実施形態では、作動流体の一例として空気５を密閉空間内に封入したアクチュエータついて説明しているが、密閉構造が採用されているため、水、シリコンオイル、ブレーキオイル等の液体は勿論、単一分子構造の気体であっても、容易に封入し、作動流体として使用することができる。したがって、上記の空気以外にも、例えば単一分子構造の気体であるヘリウム（Ｈｅ）は応答速度をより高める場合に好適に使用でき、体液、特に血液と浸透圧が等しくなるように作られた生理食塩水は医療分野に使用する場合に好適に使用できるように、その使用分野に適した種々の流体を使用することができる。
【００８０】
【発明の効果】
本発明に係るアクチュエータによれば、コンプレッサ等の大型の流体圧縮装置等が必要なくなり、装置の小型化、軽量化、及び構成の簡素化を容易に実現することができる。
【００８１】
また、本発明によれば、密閉空間内に封入された作動流体を、密閉した状態で圧縮、膨張するものであり、作動流体の廃棄をする必要が無くなるため、上記作動流体を高圧又は低圧に圧力変化させるために消費したエネルギーを無駄なく有効に利用することができるようになる。
【００８２】
さらに、本発明によれば、作動ロッドを動作させるのは密閉空間内部の作動流体の圧力変化であるため、例えばシリンダや作動流体の流路等を小径にしたり、折曲或いは湾曲させた場合であっても、微少な力で作動ロッドを動作させることができる。
【００８３】
また、本発明によれば、作動ロッドが配された実際の作業部位であるシリンダを、可撓性を有する部材により形成することで、引き回しや設置の自由度を向上させることができる。また、本発明によれば、より細かく且つ入り組んだ、例えば障害物等がある作業環境においても効率よく作業を行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のアクチュエータの縦断面図である。
【図２】同アクチュエータの他の構成を示す図であり、作動ロッドの引き込み動作を補助するワイヤが設けられたアクチュエータの縦断面図である。
【図３】同アクチュエータの他の構成を示す図であり、シリンダ部分を拡大して示す縦断面図である。
【図４】同アクチュエータの他の構成を示す図であり、可撓性を有する部材により形成されたシリンダ部分を拡大して示す縦断面図である。
【図５】同アクチュエータの他の構成を示す図であり、非接触型距離測定装置が配されたアクチュエータの縦断面図である。
【図６】同アクチュエータの他の構成を示す図であり、接触型距離測定装置が配されたアクチュエータの縦断面図である。
【図７】同アクチュエータの他の構成を示す図であり、圧力調整機構が配されたアクチュエータの縦断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態のアクチュエータの縦断面図である。
【図９】同アクチュエータの他の構成を示す縦断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態のアクチュエータの縦断面図である。
【図１１】同アクチュエータの他の構成を示す縦断面図である。
【図１２】本発明の第４実施形態のアクチュエータの断面図であり、シリンダ部分の構造を示す縦断面図である。
【図１３】同アクチュエータの他の構成を示す縦断面図である。
【図１４】従来のアクチュエータの概略構成を示す縦断面図である。
【図１５】他の構成を有する従来のアクチュエータの概略構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ アクチュエータ，２ 第１のピストン，３ 作動ロッド，４ シリンダ，４ａ ロッド動作室，４ｂ 流体封入室，５ 空気，６ 圧力容器，６ａ 流体封入室，６ｂ ロッド動作室，７ 流体流路，８ 第２のピストン，９ 駆動用ロッド，１０ 原動機，１１ ワイヤ，１８ 非接触型距離測定装置，１９ 接触型距離測定装置，２０ 連結器具，２１ 圧力調整機構[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an actuator used in various industrial fields such as the industrial field or the medical field, and more particularly, to an actuator that operates an operating rod by a change in pressure of a working fluid.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an actuator that reciprocates an operating rod by a change in pressure of a fluid, such as an actuator 101 illustrated in FIG. As shown in FIG. 1, the actuator 101 has a cylinder 104 in which a piston 104 connected to an operating rod 103 is slidably accommodated. The operation rod 103 is reciprocated by sliding in and out of one end of the cylinder 102 by sliding inside the cylinder 102, and a force is taken out of the cylinder 102. A first flow path 106 and a second flow path 107 for supplying air 105 into the cylinder 102 are connected to the cylinder 102. The first flow path 106 and the second flow path 107 are connected such that the first flow path 106 is located on the other end side from the position of the piston 104, and the second flow path 107 is located at the position of the piston 104. Rather than one end. The first flow path 106 and the second flow path 107 are provided with a valve 111 connected to a pressure vessel 110 in which compressed air 105 is supplied and stored from a fluid compression device 109 driven by a prime mover 108, or an atmosphere. Connected to one of the valves 112 that is opened to the user. FIG. 14 shows a state in which the first flow path 106 is connected to the valve 111 and the second flow path 107 is connected to the valve 112.
[0003]
In such an actuator 101, a pressure difference is generated between one end and the other end in the cylinder 102 by supplying and discharging the air 105 from the first flow path 106 and the second flow path 107. Thus, the operating rod 103 is reciprocated. Specifically, when operating the operating rod 103 in the direction of pushing out from the cylinder 102 (the direction of arrow G in the figure), the valve 111 is opened to open the pressure vessel from the first channel 106. The high-pressure air 105 in the cylinder 110 is supplied into the cylinder 102, and the air 105 in the cylinder 102 is discharged from the second channel 107 to the atmosphere by opening the valve channel 112 a of the valve 112. As a result, the pressure at one end is lower than that at the other end of the cylinder 102, and the piston 104 is pushed by the pressure of the air 105 at the other end and slides in the cylinder 102 in the direction of arrow G to operate. The rod 103 similarly moves in the direction of arrow G. When the operating rod 103 is moved in the direction of drawing into the cylinder 102 (in the direction of arrow H in the figure), although not shown in detail, the first flow path 106 is connected to the valve 112 and the second flow path is connected to the second flow path. 107 is connected to a valve 111 to discharge the air 55 in the cylinder 52 from the first flow path 56 and to supply the air 105 into the cylinder 102 from the second flow path 57. As a result, the pressure on the other end side is lower than that on one end side of the cylinder 102, so that the piston 10 is pushed by the pressure of the air 105 on one end side and slides in the cylinder 102 in the direction indicated by the arrow H. 103 also operates in the direction of arrow H.
[0004]
In addition to the actuator 101 using the above-described fluid pressure change, a force is directly transmitted to a long operation rod 124 by a transmission device 123 driven by a motor 122 like an actuator 121 shown in FIG. 15, for example. In some cases, the operating rod 124 is reciprocated so as to be inserted into and removed from a rod protection tube 125 having a through hole having substantially the same diameter, and a force is taken out of the cylinder protection tube 125.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the past, actuators having the above-described configurations have been provided.In particular, in the case of use in medical fields such as when used for endoscopic surgery, miniaturization of the device has been demanded. Further, it is desired that the operating rod can be operated with a small force even when the size is reduced. In the medical field, in order to improve the operability of the actuator, the operating rod and a cylinder or the like accommodating the operating rod are bent or curved in accordance with a working environment such as a working place or a working state. It is desirable to have a possible configuration, and even if it is bent or curved in this way, it is also required to operate the operating rod smoothly with a small force. Furthermore, effective use of energy without waste is desired not only in the medical field described above but also in all industrial fields.
[0006]
Therefore, the present invention has been proposed in view of the above points, and facilitates miniaturization, weight reduction, and simplification of the configuration of the device, and can operate the operating rod with a small force. It is another object of the present invention to provide an actuator capable of effectively using energy.
[0007]
It is another object of the present invention to provide an actuator that can flexibly cope with various work places and has improved flexibility in wiring and installation and workability.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
An actuator according to the present invention that achieves the above object transmits a pressure change of a working fluid to reciprocate an operating member, for example, a piston to which an operating rod is connected, and a part of the actuator is closed by the operating member. The working fluid is sealed in the closed space, and a pressure change of the working fluid compressed or expanded by reducing or expanding the closed space is transmitted to reciprocate the working rod. .
[0009]
The present invention provides, for example, an operating member having an operating rod connected to a first piston as described above, a second piston for reducing and expanding an enclosed space, and compressing and expanding a working fluid, A cylinder that slidably accommodates the first piston, a pressure vessel that slidably accommodates the second piston, and a fluid flow path that communicates the cylinder with the pressure vessel. It comprises one piston, the second piston, the cylinder, the pressure vessel, and the fluid flow path. Then, the closed space is compressed and expanded by sliding of the second piston, and a pressure change of the working fluid accompanying the compression and expansion is transmitted to the first piston, so that the first piston is compressed. The operating rod connected to the side opposite to the closed space is reciprocated in and out of the cylinder.
[0010]
The actuator having the above-described configuration reduces or expands the enclosed space in which the working fluid is sealed, and causes the working rod to reciprocate using the pressure change of the working fluid that is compressed or expanded. Therefore, according to the present invention, a fluid compression device such as a compressor is not required, and miniaturization and weight reduction of the device and simplification of the configuration can be easily realized.
[0011]
In the present invention, since the working fluid sealed in the sealed space is compressed and expanded in a sealed state, the energy consumed to change the pressure of the working fluid to a high pressure or a low pressure is used without waste. Is done. Therefore, in the present invention, there is no need to dispose of the working fluid, and effective use of energy is achieved.
[0012]
Further, in the present invention, since the operating rod is operated by the pressure change of the working fluid inside the closed space, for example, when the diameter of the cylinder or the flow path of the working fluid is reduced, bent or curved. Also, the operating rod can be operated with a small force.
[0013]
Further, another actuator of the present invention includes the above-mentioned operating member in which an operating rod is connected to a piston, and a cylinder formed of a flexible member and accommodating the piston in a slidable manner. It is characterized by.
[0014]
In the actuator of the present invention having the above-described configuration, the degree of freedom of routing and installation is improved by forming the cylinder, which is the actual work site on which the operating rod is disposed, with a flexible member. Further, according to the present invention, it is possible to efficiently perform work even in a finer and more complicated work environment in which there are obstacles and the like.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of the actuator according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0016]
First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows an actuator 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the actuator 1 has an operating rod 3 having one end connected to a first piston 2 and a first piston 2 sliding. A cylinder 4 freely accommodated, a pressure vessel 6 for enclosing a working fluid, for example, air 5, a fluid flow path 7 communicating the cylinder 4 with the pressure vessel 6, and slidably accommodated in the pressure vessel 6. And a driving rod 9 for driving a second piston 8 for compressing and expanding the air 5 in the pressure vessel 6.
[0017]
The operating rod 3 is a shaft for taking out the output to the outside of the actuator 1, and is arranged so that the other end protrudes outside the cylinder 4. The operating rod 3 follows the movement of the first piston 2 sliding in the cylinder 4 and reciprocates in the directions indicated by arrows A and B in FIG. Output to the outside.
[0018]
The cylinder 4 has a hollow cylindrical shape, and is partitioned into two spaces by the first piston 2 sealed between the cylinder 4 and the inner wall, specifically, a rod operation in which the operating rod 3 reciprocates. The chamber is divided into a chamber 4a and a fluid sealing chamber 4b communicating with the pressure vessel 6. The cylinder 4 is provided with a hole 4c having substantially the same diameter as the operation rod 3 on the end face on the rod operation chamber 4a side so that the operation rod 3 can protrude from the inside of the cylinder 4. The air outside the actuator 1 flows into the rod operation chamber 4a through the hole 4c, and has the same pressure as the atmospheric pressure. The cylinder 4 has a fluid channel 7 opened at the end face on the side of the fluid sealing chamber 4b, and communicates with the pressure vessel 6 as described above. The air 5 in the pressure vessel 6 flows into and is sealed into the fluid sealing chamber 4 b through the fluid flow path 7, and has the same pressure as the pressure of the air 5 in the pressure vessel 6.
[0019]
The pressure vessel 6 has a hollow cylindrical shape having a diameter larger than that of the cylinder 4, and, like the cylinder 4, has two spaces formed by the second piston 8 sealed between its inner walls. Specifically, a fluid-filled chamber 6a filled with air 5 and the second piston 8 are arranged in the pressure vessel 6 along the axial direction of the pressure vessel 6 by arrows C and arrows in FIG. It is divided into a rod operating chamber 6b in which a driving rod 9 that slides in the D direction operates. The pressure vessel 6 has a fluid flow path 7 opened at the end face on the fluid sealing chamber 6a side, and a drive rod 9 and a drive rod 9 on the end face on the rod operation chamber 6b side, although not shown in detail. A hole for connecting to a driving source is provided.
[0020]
The fluid passage 7 is a tubular member having a diameter smaller than that of the cylinder 4 and the pressure vessel 6. The fluid passage 7 opens to the fluid filling chamber 4 b of the cylinder 4 and the fluid filling chamber 6 a of the pressure vessel 6, and the fluid filling chamber 4 b , 6a. The fluid flow path 7 is formed of a flexible member such as rubber or a thin metal material. By forming the fluid flow path 7 with a flexible member in this manner, the degree of freedom in the routing and installation of the actuator 1 can be improved.
[0021]
In the actuator 1, as described above, the first piston 2 is sealed with respect to the inner wall of the cylinder 4, and the second piston 8 is sealed with respect to the inner wall of the pressure vessel 6. The air 5 is sealed in a space defined by 4b, the fluid flow path 7 and the fluid sealing chamber 6a of the pressure vessel 6. This space is a sealed space that is kept airtight so that the air 5 does not leak to the outside.
[0022]
The driving rod 9 is disposed in the rod operation chamber 6b of the pressure vessel 6 and is driven by a motor 10 such as a motor serving as a driving source along the axial direction of the pressure vessel 6 in the directions indicated by arrows C and D in FIG. Is driven. Then, the driving rod 9 presses the second piston 8 connected to one end and slides in the pressure vessel 6 in the same direction.
[0023]
The actuator 1 having the above-described configuration changes the pressure of the working fluid sealed in the actuator 1, that is, the air 5, transmits the pressure change of the air 5 to the working rod 3, and linearly moves the working rod 3. , Specifically, reciprocating motion in the directions of arrows A and B. The operation of the operation rod 3 of the actuator 1 will be described below.
[0024]
When the actuator 1 is operated to push the operating rod 3 out of the cylinder 4 (drive in the direction of arrow A), the pressure in the rod operating chamber 4a of the cylinder 4, that is, the pressure in the fluid sealing chamber 4b is higher than the atmospheric pressure. Is performed to increase the pressure of the pressure. Specifically, the prime mover 10 is started to drive the driving rod 9 in the direction of arrow C, and the driving rod 9 presses and slides the second piston 8 in the same direction. Then, the sliding of the second piston 8 narrows the fluid sealing chamber 6a of the pressure vessel 6, and the air 5 sealed therein is compressed. When the air 5 in the fluid sealing chamber 6a is compressed in this way, the air 5 in the fluid sealing chamber 4b of the cylinder 4 communicating with the fluid sealing chamber 6a via the fluid flow path 7 is also compressed, and the pressure is reduced. Get higher. Then, the pressure of the air 5 in the fluid sealing chamber 4b of the cylinder 4 becomes higher than the atmospheric pressure which is the pressure in the rod operating chamber 4a, and the air 5 in the fluid sealing chamber 4b is caused by the pressure difference to the first piston 2. Is greater than the drag due to the static friction between the first piston 2 and the inner wall of the cylinder 4, the first piston 2 is slid. The connected operating rod 3 also operates in the same direction, and the operating rod 3 is pushed out of the cylinder 4.
[0025]
When the actuator 1 is operated to pull the operating rod 3 into the cylinder 4 (driving in the direction of arrow B), the fluid is sealed compared to the atmospheric pressure which is the pressure in the rod operating chamber 4a of the cylinder 4. An operation for reducing the pressure in the chamber 4b is performed. Specifically, the prime mover 10 is started to drive the driving rod 9 in the direction of arrow D, and the driving rod 9 pulls the second piston 8 back in the same direction to slide. Then, due to the sliding of the second piston 8, the fluid sealing chamber 6a of the pressure vessel 6 is expanded, and the air 5 sealed therein is expanded. When the air 5 in the fluid sealing chamber 6a expands in this way, the air 5 in the fluid sealing chamber 4b of the cylinder 4 communicating with the fluid sealing chamber 6a via the fluid flow path 7 also expands, and the pressure decreases. . Then, the pressure of the air 5 in the fluid sealing chamber 4b becomes lower than the atmospheric pressure which is the pressure in the rod operating chamber 4a, and the first piston 2 is pressed in the direction of arrow B by the pressure difference from the atmospheric pressure. When the force exceeds the drag due to the static friction between the first piston 2 and the inner wall of the cylinder 4, the first piston 2 is slid, and accordingly, the operating rod 3 connected to the first piston 2 is moved. Also operate in the same direction, and the operating rod 3 is pulled into the cylinder 4.
[0026]
As described above, in the actuator 1, the air 5 sealed in the fluid sealing chamber 4 b of the cylinder 4, the fluid flow path 7, and the fluid sealing chamber 6 a of the pressure vessel 6 is compressed and expanded. By moving the position to narrow or widen the fluid sealing chamber 6a, the pressure of the air 5 is changed, and this pressure change is transmitted to the first piston 2 to which the operating rod 3 is connected, and the operating rod 3 To reciprocate. In this manner, the actuator 1 can reciprocate the operating rod 3 by a pressure change in a fluid flow path of one system that is in communication with each other. Therefore, it is not necessary to use a large-sized fluid compression device such as a compressor.Moreover, a plurality of systems of air flow paths having valves, a reconnection operation for switching the operation direction of the operating rod, and the like are not required. The device can be easily reduced in size and weight, and simplified in configuration.
[0027]
Further, the actuator 1 drives the driving rod 9 and the second piston 8 by the motor 10 in order to compress and expand the air 5 serving as a working fluid. The pressure-changed air 5 can be used in the closed space without waste. Therefore, according to the present invention, there is no need to discard the air 5 as the working fluid, so that energy can be used efficiently.
[0028]
Further, since the actuator 1 operates the operating rod 3 due to the pressure change of the air 5 sealed therein, it is necessary to reduce the diameter of the cylinder 4 or the fluid passage 7 or to bend or curve it. Also, the operating rod 3 can be operated with a small force.
[0029]
As described above, when the actuator 1 is operated, as shown in FIG. 2, so that the operating rod 3 is not pushed out more than the assumed pushing amount and so that the assumed retracting amount can be reliably pulled in, as shown in FIG. The first piston 2 and the second piston 8 to which the operating rod 3 is connected may be connected by a wire 11. With such a configuration, the distance between the first piston 2 and the second piston 8 can be kept constant at a predetermined distance, specifically, not more than the length of the wire 11. As a result, the pushing operation and the retracting operation of the operating rod 3 can be performed more reliably and in an assumed amount, and the operation performance of the actuator 1 can be improved. At this time, in addition to the wire 11, the first piston 2 and the second piston 8 are connected to each other by a strength that can withstand a pulling force between the pistons during the pushing operation and the retracting operation of the operating rod 3. For example, a flexible rod or the like can be used.
[0030]
In such an actuator 1, the fluid flow path 7 is bent at the time of its use, and when the radius of curvature is small, the wire 11 and the fluid flow path 7 come into contact with each other, causing large friction at that time, and It is also conceivable that the movement of the rod 3 is hindered. Therefore, in order to avoid such a situation, the wire 11 may be disposed on the actuator 1 in a state where the wire 11 is covered with a protective tube, for example, a metal tube or a Teflon (registered trademark) tube. The protective tube only needs to reduce resistance due to friction between the wire 11 and the fluid flow path 7, and thus, for example, it is not necessary to seal the wire 11, and therefore, may be a mesh or the like. . Further, in order to reduce the friction caused by the contact between the wire 11 and the fluid flow path 7, instead of coating the wire 11 with a protective tube as described above, the fluid flow path 7 side is made of, for example, Teflon (registered). (Trademark) tube, and further, the wire 11 may be covered with a protective tube, and the fluid channel 7 may be formed of a Teflon (registered trademark) tube or the like.
[0031]
The actuator 1 having the above-described effects includes an indirect portion of a robot arm that supports an endoscopic surgery in which a small-sized actuator is desired to be realized, an operation portion that operates a surgical instrument at a distal end portion of the robot arm, Alternatively, it can be suitably used in the medical field such as an operation section for operating a treatment instrument for administering a drug or the like. In addition to the medical field, the present invention requires a clean environment under a work environment where miniaturization is demanded and the influence of electromagnetic or electric noise or the generation of contamination is disliked. It is preferably used in robot arms used below, for example, indirect parts of robot arms used in the biotechnology field, operating parts for manipulating instruments for genetic recombination at the tip of the robot arm, used in the semiconductor field Operate the robot arm joints, inspection and manufacturing equipment, and the robot arm joints used in the chemical field that handles polymer materials such as carbon nanotubes, and the inspection and manufacturing equipment. It can be suitably used in various fields, such as an operating portion to be operated.
[0032]
In addition to the above-described various fields, the actuator 1 is lightweight, has a simple configuration, is flexible, and is suitable for use in an environment where it is necessary to suppress injuries and harm to a human body due to accidents during handling. For example, it can be suitably used for an indirect part of a wearable robot used in an apparel field, nursing care, or the like, an artificial muscle, or the like.
[0033]
Further, the actuator 1 is not particularly required to be miniaturized as described above, but is required to be easily and quickly handled. For example, an indirect portion or a control stick of a robot arm for rescue and exploration in the event of a disaster. It can also be suitably used for the distal end of a robot arm for remote control of a handle or the like.
[0034]
The actuator 1 according to the present embodiment is not limited to the configuration described above. In the above description, the operating rod 3 is reciprocated linearly in the actuator 1. For example, as shown in FIG. 3, a curved cylinder 12 and an operating rod 13 curved with a similar curvature are used. Thereby, the reciprocating motion of the operating rod 13 in an arc shape can be realized. At this time, the first piston 14 to which one end of the operating rod 13 is connected and to which the pressure change of the air 5 is transmitted is moved over the entire sliding range in the cylinder 12 before and after sliding and during sliding. The shape is such that the air 5 can be kept in contact with the inner wall of the cylinder 12 and the air 5 can be sealed with a second piston (not shown), for example, a spherical shape as shown in FIG. According to such an actuator 1, it is possible to reliably and accurately perform an operation that requires an arc-shaped movement rather than a linear movement, for example, push / pull of a control lever or rotation of a handle.
[0035]
Further, in the actuator 1, the fluid channel 7 is formed of a flexible member as described above, but the cylinder portion may also be formed of a flexible member. In the actuator 1, since the cylinder 15 shown in FIG. 4 is formed of a flexible member, the cylinder portion in addition to the fluid flow path 7 can be bent as shown by a two-dot chain line in FIG. And the degree of freedom of routing and installation can be further improved. In addition, by giving flexibility to the cylinder 15 which is the actual work site where the operating rod is arranged, it is possible to work efficiently even in a finer and more complicated work environment where there are obstacles, for example. Become like
[0036]
At this time, when the cylinder portion is formed of a flexible member like the above-described cylinder 15, the same shape as that used in the curved cylinder 12 (shown in FIG. 3) is used. The first piston, specifically, the contact with the inner wall can be maintained over the entire sliding range in the cylinder 15, and the air 5 is sealed between the first piston and the second piston (not shown). A spherical first piston 16 is used.
[0037]
The operating rod 17 housed in the cylinder 15 is formed of a member having flexibility similarly to the cylinder 15, and a rod that can bend following the bent cylinder 15 is used. In the actuator 1 having such a cylinder 15, since the second piston 16 and the hole through which the operating rod 17 is inserted / removed are supported in the cylinder 15, when the cylinder 15 is bent, its force is reduced. In addition to the operating rod 17, the operating rod 15 is configured to bend so as to follow the cylinder 15. With such a configuration, when the cylinder 15 is bent, the cylinder 15 is not obstructed by the operating rod 15 and a smooth bending operation of the cylinder 52 is realized.
[0038]
Furthermore, in each of the above-described embodiments, the cylinder 4, the fluid flow path 7, and the pressure vessel 6 are formed such that the diameter becomes smaller in the order of the pressure vessel 6, the cylinder 4, and the fluid flow path 7. However, the present invention is not limited to such a configuration. For example, the cylinder 4, the fluid flow path 7, and the pressure vessel 6 may all have the same diameter, or the fluid flow path 7 may have a larger diameter than the cylinder 4. The fluid flow path 7 and the pressure vessel 6 may be formed in any size. Similarly, the cylinder 4 and the pressure vessel 6 need not be cylindrical as described above, and may be formed in another shape such as a hollow prism. The first piston 2 and the second piston 8 accommodated in the cylinder 4 and the pressure vessel 6 also have shapes corresponding to the shapes of the cylinder 4 and the pressure vessel 6, respectively.
[0039]
Furthermore, the actuator 1 may be provided with a distance measuring device so as to measure the amount of movement of the operating rod 3 by detecting the position of the first piston 2. FIG. 5 shows the actuator 1 in which the non-contact distance measuring device 18 is arranged in the pressure vessel 6, and FIG. 6 shows the actuator 1 in which the contact distance measuring device 19 is arranged in the pressure vessel 6.
[0040]
In the actuator 1 shown in FIG. 5, for example, a laser length measuring device can be used as the non-contact type distance measuring device 18. By using such a laser length measuring device, the curved fluid flow path 7 can be used. Also, if the inner wall surface of the fluid flow path 7 is made a mirror surface, the position of the first piston 2 can be measured, and the movement amount of the operating rod 3 can be measured.
[0041]
In the actuator 1 shown in FIG. 6, the position of the first piston 2 is measured by connecting the contact type distance measuring device 19 and the first piston 2 by the connecting device 20 and measuring the position of the connecting device 20. . Then, the amount of movement of the operating rod 3 and the like are measured from the position of the first piston 2 thus measured. According to the actuator 1 having such a contact-type distance measuring device 15, the position of the first piston 2 can be measured even when the actuator has the bent fluid flow path 7 or the small-diameter fluid flow path 7. And the amount of movement of the operating rod 3 can be measured.
[0042]
In addition, the size of the actuator is reduced, and the cylinder 4 and the fluid flow path 7 are extremely thin. Specifically, the diameter is 10 mm or less, which is a size clinically required as an example for use in assisting endoscopic surgery ( When the first piston 2 is not provided, an operating rod having substantially the same diameter as the inner diameter of the cylinder 4 is provided in the cylinder, and the pressure change of the air 5 is directly transmitted to the operating rod. It may be configured to operate. According to the present invention, it is possible to provide an extremely small actuator as described above, and it is particularly useful for a medical operation on a human body, such as for supporting the above-mentioned endoscopic surgery. Further, when the air 5 is used for medical treatment as described above, since the air 5 is used as a working fluid, adverse effects on the human body can be minimized even if leakage occurs.
[0043]
As means for compressing and expanding the air 5, in addition to the above-described reciprocating operation of the second piston 8 by the driving rod 9 driven by the prime mover 10, the second piston 8 is reciprocated manually by an operator. The driven member or the second piston 8 itself is constituted by a prime mover, specifically, a linear motor such as an ultrasonic motor or a magnetic motor, and the second piston 8 moves in the pressure vessel 6 by its own propulsive force. It may be one that reciprocates. At this time, a seal cannot be made between the second piston 8 serving as the prime mover and the inner wall of the pressure vessel 6 by an O-ring or the like, but there is a contact between the second piston 8 and the inner wall of the pressure vessel 6. Since the air 5 is provided or has only a very small gap, the airtightness of the air 5 can be maintained. With such a configuration, the prime mover 10 and the driving rod 9 are not required, and the size can be further reduced. Further, as means for compressing and expanding the air 5, besides changing the width of the fluid sealing chamber 6 a of the pressure vessel 6, for example, a heater and a cooling device for heating and cooling the air 5 to compress and expand the air 5 may also be used. Conceivable.
[0044]
Further, when the air 5 in the closed space leaks, for example, the pressure of the air 5 decreases by the leaked amount, so that the second piston 8 moves and the position of the actuator 1 may be shifted. Such a displacement of the second piston 8 causes a deviation in the operation amount of the operating rod 3. Further, in order to increase the response speed and the operation output of the operation rod 3, it is necessary to increase the pressure of the air 5 in the closed space. The actuator 1 may have a pressure adjusting mechanism 21 as shown in FIG. 7, for example, so that the pressure of the sealed air 5 can be changed and adjusted in the case described above. The pressure adjusting mechanism 21 includes an adjusting pressure container 21a, an adjusting piston 21b disposed in the adjusting pressure container 21a, and air for communicating the fluid sealing chamber 6a of the pressure container 6 with the adjusting pressure container 21a. It comprises a supply pipe 21c and a valve 21d provided on the path of the air supply pipe 21c to block the movement of air from the adjusting pressure vessel 21a to the fluid sealing chamber 6a as described later. In the pressure adjusting mechanism 21, when the pressure of the air 5 changes due to leakage or the like, or when it is desired to increase the response speed and the operating output of the operating rod 3, the valve 21d is opened and the adjusting pressure vessel 21a is opened. By operating the adjusting piston 21b, the adjusting air 22 is filled into the fluid sealing chamber 6a to increase the pressure of the air 5 in the closed space. The adjusting piston 21b may be operated by a prime mover and a rod similarly to the second piston 8, or may be operated by its own propulsive force by being constituted by the prime mover. Further, it may be operated manually by an operator. Then, by closing the valve 21d after filling with the adjusting air 22, the airtightness of the sealed space is ensured, and the pressure of the air 5 is maintained in an increased state. The configuration of the pressure adjusting mechanism described above is an example. For example, the pressure of the air 5 is increased by maintaining the position of the adjusting piston 21b after the filling of the adjusting air 22 without providing the valve 21d. It may be configured to maintain the pressure, or may be configured to fill the fluid sealing chamber 6a with air for adjustment by a compressor having a pressure adjusting valve.
[0045]
As described above, when the pressure of the air 5 is adjusted by the above-described pressure adjusting mechanism 21, the rod operating chamber 4a is operated so as not to operate the first piston 2 against the pressing by the high-pressure air 5. Also, instead of the air outside the actuator 1, the space between the hole 4c and the operating rod 3 is sealed to seal the air at a predetermined pressure. Alternatively, an elastic member such as a spring for pressing the first piston 2 toward the fluid sealing chamber 4b in the rod operating chamber 4a so as not to operate the first piston 2 against the pressing by the high-pressure air 5 Is provided. In the case where an external force against the pressing by the high-pressure air 5 acts, for example, the first piston 2 is moved into the cylinder 4 via the operating rod 3 by abutting on the operation target during the operation, for example. In the case where a force such as pushing down or pushing back into the cylinder 4 acts, it is necessary to seal the air at a predetermined pressure in the rod operation chamber 4a as described above, and to provide an elastic member such as a spring. Disappears.
[0046]
The above-described pressure adjusting mechanism 21 is not limited to the above-described configuration. A new piston is provided in the fluid sealing chamber 6a of the pressure vessel 6, and the pressure of the air 5 is adjusted by driving the piston. The position of the second piston 8 may be corrected.
[0047]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Parts having the same configuration as the actuator 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0048]
The actuator 31 shown in FIG. 8 is provided with a second fluid flow path 32 to allow the rod operation chamber 4a of the cylinder 4 to communicate with the rod operation chamber 6b of the pressure vessel 6, and the rod operation chamber 4a and the second The air 5 is also sealed in the fluid flow path 32 and the rod operation chamber 6b (hereinafter, the air 5 is referred to as air 5a on the fluid flow path 7 side and as air 5b on the second fluid flow path 32 side of the air 5). Will be explained.) The second fluid passage 32 in the actuator 31 is a tubular member having a smaller diameter than the cylinder 4 and the pressure vessel 6, similarly to the fluid passage 7. In this actuator 31, the operating rod 3 is sealed with respect to the cylinder 4 so that the sealed air 5b does not leak from the rod operating chamber 4a in the hole 4c through which the operating rod 3 of the cylinder 4 is inserted. I have.
[0049]
The actuator 31 having the above-described configuration changes the pressure of the working fluid sealed in the actuator 31, that is, the air 5a and the air 5b, transmits the pressure change to the operating rod 3, and moves the operating rod 3 straight. It is driven in a typical manner. The operation of the actuator 31 will be described below.
[0050]
When the actuator 31 is operated so as to push the operating rod 3 out of the cylinder 4 (driving in the direction of arrow A in FIG. 3), the pressure in the fluid sealing chamber 4b is higher than the pressure in the rod operating chamber 4a of the cylinder 4. To increase the pressure, the prime mover 10 is started, and the second piston 8 is slid in the direction of arrow C by the driving rod 9. Then, the sliding of the second piston 8 narrows the fluid sealing chamber 6a of the pressure vessel 6 and widens the rod operating chamber 6b. For this reason, in the actuator 31, the air 5a is compressed and its pressure increases, and in synchronism therewith, the air 5b sealed in the rod operation chamber 6b expands and its pressure decreases. Then, the pressure of the compressed air 5a becomes higher than the pressure of the expanded air 5b, and the force of the air 5a in the fluid sealing chamber 4b pressing the first piston 2 in the direction of arrow A due to the pressure difference is the first force. When the force due to the static friction between the piston 2 and the inner wall of the cylinder 4 is exceeded, the first piston 2 is slid, and the operating rod 3 connected to the first piston 2 also moves in the same direction. Then, the operating rod 3 is pushed out of the cylinder 4.
[0051]
When the actuator 31 is operated to pull the operating rod 3 into the cylinder 4 (driving in the direction of arrow B), contrary to the driving in the pushing direction described above, the operation in the rod operating chamber 4a is reversed. The prime mover 10 is started and the second piston 8 is slid in the direction of arrow D by the driving rod 9 so that the pressure in the fluid sealing chamber 4b is lower than the pressure. Then, the sliding of the second piston 8 expands the fluid sealing chamber 6a of the pressure vessel 6 and narrows the rod operating chamber 6b. For this reason, in the actuator 31, the air 5a expands and its pressure decreases, and in synchronization with that, the air 5b is compressed and its pressure increases. Then, the pressure of the expanded air 5a becomes lower than the pressure of the compressed air 5b, and the force of the air 5b in the rod operation chamber 4a pressing the first piston 2 in the direction of arrow B due to the pressure difference is the first force. When the force due to the static friction between the piston 2 and the inner wall of the cylinder 4 is exceeded, the first piston 2 is slid, and the operating rod 3 connected to the first piston 2 also moves in the same direction. Then, the operating rod 3 is pulled into the cylinder 4.
[0052]
In particular, in the actuator 31 described above, the rod operating chamber 4a and the rod operating chamber 6b communicate with each other through the second fluid flow path 32, so that only one second piston 8 is driven to generate the air 5a. Since the pressure increase and the pressure decrease of the air 5b, and the pressure decrease of the air 5a and the pressure increase of the air 5b are configured to be performed in synchronization with the sliding of the second piston 8, the air is more remarkably and quickly increased. A pressure difference can be produced at 5a, 5b. Therefore, the actuator 31 can smoothly and responsively perform the reciprocating operation of the operating rod 3.
[0053]
In the actuator 31 described above, the working fluid is sealed in both the fluid sealing chamber 6a and the rod operating chamber 6b partitioned by the second piston 8, but the fluid sealing chamber 6a or the rod operating chamber is sealed. 6b or both of them may be provided with a pressure adjusting mechanism 17 such as the actuator 1 described above. When the air 5b is also sealed in the rod operating chamber 6b side as in the actuator 31, a piston may be newly provided in the fluid sealing chamber 6a as in the actuator 1, but is not limited to this. A pressure adjusting mechanism may be provided in which a new piston is provided in the rod operating chamber 6b instead of the fluid filled chamber 6a, and the piston is driven to adjust the pressure of the air 5b and correct the position of the second piston 8. Good.
[0054]
Further, the actuator 31 is not limited to the configuration in which the rod operation chamber 4a of the cylinder 4 communicates with the rod operation chamber 6b by the above-described second fluid flow path 32, and is independent of the pressure vessel 6 as shown in FIG. A second pressure vessel 33 may be further provided, and the fluid pressure chamber 33a of the second pressure vessel 33 may be communicated with the rod operating chamber 4a of the cylinder 4. The second pressure vessel 33 has a configuration similar to that of the pressure vessel 6, and a third piston 34 sealed between its inner wall and a third piston 34 is slidably provided. Thus, a fluid sealing chamber 33a in which air 5b is sealed is divided into a rod operating chamber 33b in which a driving rod 35 for sliding a third piston 34 along the axial direction of the second pressure vessel 33 operates. I have. Thus, by providing the separate second pressure vessel 33 and communicating the fluid sealing chamber 33a of the second pressure vessel 33 with the rod operating chamber 4a of the cylinder 4, the pressure of the air 5a and the air 5b is reduced. It can be adjusted separately. Therefore, by performing a finer adjustment of the pressure difference between the air 5a and the air 5b, a fine operation of the operating rod 3 can be realized.
[0055]
The actuator 31 according to the second embodiment has flexibility even if it has a curved cylinder and an operating rod, similarly to the actuator 1 according to the above-described first embodiment. The first cylinder and the operating rod may be formed by members, or a non-contact or contact type distance measuring device may be provided. It doesn't matter. Further, the actuator 31 having the second pressure vessel 33 may be provided with the pressure adjusting mechanism of each configuration described above. The second piston 8 and the third piston 24 do not have to be reciprocated by the above-described prime mover and the driving rod, but can be constituted by the prime mover and reciprocate by their own propulsion. Or a reciprocating operation may be performed manually by an operator.
[0056]
In addition, the actuator 31 connects the first piston 2 and the second piston 8 with the wire 11 in order to keep the distance between the first piston 2 and the second piston 8 constant so as not to be too large. May be.
[0057]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. Note that portions having the same configuration as those in the above embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
[0058]
An actuator 41 shown in FIG. 10 is provided with a second cylinder 42 having a configuration similar to that of the cylinder 4, and a second cylinder 42 that reciprocates in the second cylinder 42 by a pressure change of a working fluid similarly to the working rod 3. An operating rod 43 is provided. The second operating rod 43 is filled with air 5b in the rod operating chamber 6b of the pressure vessel 6, and the rod operating chamber 6b and the second cylinder 42 are connected via the second fluid flow path 32. To reciprocate.
[0059]
Similarly to the cylinder 4, the second cylinder 42 is provided with a fourth piston 44 to which one end of the second operating rod 43 is connected so as to be slidable. The piston 44 partitions the space into two spaces, specifically, a rod operating chamber 42a in which the second operating rod 43 reciprocates, and a fluid sealing chamber 42b communicated with the rod operating chamber 6b as described above. Have been.
[0060]
Similarly to the operating rod 3, the second operating rod 43 follows the movement of the fourth piston 44 and reciprocates along the axial direction of the second cylinder 42 in the directions indicated by arrows E and F in FIG. Then, output to the outside of the actuator 41 is performed. The second operating rod 43 is connected to the operating rod 3 by a connecting member 45 at a distal end portion thereof.
[0061]
The operation of each operating rod of the actuator 41 will be described below.
[0062]
In the actuator 41, when the prime mover 10 is started to drive the driving rod 9 in the direction of arrow C, and the second rod 8 is pressed by the driving rod 9 in the same direction to slide, the pressure vessel 6 The fluid sealing chamber 6a is narrowed, and the rod operating chamber 6b is widened. Then, the air 5a on the fluid sealing chamber 6a side is compressed, the air 5b on the rod operating chamber 6b side expands, and the pressure of the air 5a is high and the pressure of the air 5b is low. Then, the pressure of the air 5a in the fluid sealing chamber 4b becomes higher than the atmospheric pressure, and the force of the air 5a in the fluid sealing chamber 4b pressing the first piston 2 in the direction of arrow A due to the pressure difference is the first force. If the drag due to the static friction between the piston 2 and the inner wall of the cylinder 4 is exceeded, the first piston 2 slides in the direction of arrow A, and the operating rod 3 is pushed out of the cylinder 4. Further, when the pressure of the air 5b in the fluid sealing chamber 42b becomes lower than the atmospheric pressure, the force that presses the fourth piston 44 in the direction of arrow F due to the pressure difference causes the force of the fourth piston 44 and the second cylinder 42 to move. If the drag due to the static friction between the inner wall and the inner wall is exceeded, the fourth piston 44 slides in the direction of arrow F, and the second operating rod 43 is pulled into the second cylinder 42.
[0063]
Further, in the actuator 41, when the prime mover 10 is started to drive the driving rod 9 in the direction of the arrow D, and the second piston 8 is pressed by the driving rod 9 in the same direction to slide, The fluid sealing chamber 6a of the pressure vessel 6 is expanded, and the rod working chamber 6b is narrowed. Then, the air 5a in the fluid sealing chamber 6a expands, the air 5b in the rod operating chamber 6b is compressed, and the pressure of the air 5a is low and the pressure of the air 5b is high. Then, the pressure of the air 5a in the fluid sealing chamber 4b becomes lower than the atmospheric pressure, and the force that presses the first piston 2 in the direction of arrow B due to the pressure difference from the atmospheric pressure causes the first piston 2 and the cylinder 4 When the drag due to the static friction between the first piston 2 and the inner wall of the first piston 2 is exceeded, the first piston 2 slides in the direction of arrow B, and the operating rod 3 is pulled into the cylinder 4. Further, the pressure of the air 5b in the fluid sealing chamber 42b becomes higher than the atmospheric pressure, and the force of the air 5b in the fluid sealing chamber 42b pressing the fourth piston 44 in the direction of arrow E due to the pressure difference is the fourth force. When the resistance due to the static friction between the piston 44 and the inner wall of the second cylinder 42 is exceeded, the fourth piston 44 slides in the direction of arrow E, and the second operating rod 43 is pushed out of the second cylinder 42. It is.
[0064]
In the actuator 41, the operation of the operating rod 3 and the operation of the second operating rod 43 in the opposite directions can be performed by simply driving one second piston 8 as described above. Therefore, according to this actuator 41, it becomes possible to perform an operation that cannot be realized only by the output of one operating rod.
[0065]
The actuator 41 is not limited to the configuration in which the second cylinder 42 is communicated with the rod operation chamber 6b of the pressure vessel 6, and the two actuators 1 described in the first embodiment are used as shown in FIG. You may comprise so that it may be connected. At this time, the respective operating rods 3 are connected by connecting members 45 at their distal ends. According to such a configuration, the driving of the second pistons 8, 8 in each of the pressure vessels 6, 6 is controlled so that each of the operating rods 3, 3 is operated separately, so that the opposing directions as described above are achieved. It is possible to cope with not only the operation of the two operation rods but also the operation in the same direction, and the operation while adjusting the amount of movement with each operation rod.
[0066]
Note that, even in the actuator 41 according to the third embodiment, similarly to the actuator according to each of the above-described embodiments, even if the actuator 41 has a curved cylinder and an operating rod, the actuator 41 has a flexible member. 1 may form a cylinder and an operating rod, or may be provided with a non-contact type or contact type distance measuring device or a pressure adjusting mechanism. Does not matter. The second piston 8 does not have to be reciprocated by the prime mover and the driving rod, and may be configured by the prime mover itself and reciprocate by its own propulsion force. It may be one that reciprocates manually by an operator.
[0067]
The actuator 41 is also provided with a first piston for the purpose of keeping the distance between the piston to which the operating rod 3 is connected and the piston for compressing and expanding the working fluid to operate the piston so as not to be too far apart. The second piston 8 and the fourth piston 44 and the second piston 8 may be connected by the wire 11.
[0068]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. Note that portions having the same configuration as those in the above embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. The actuator may use a compressor to change the pressure of the fluid that causes the operating rod to reciprocate.However, even when the compressor is used in this manner, the degree of freedom of routing and installation can be improved, and work at the actual work site can be performed. Improving sex is necessary. The present embodiment can respond to such a request.
[0069]
As shown in FIG. 12, the actuator 51 of the present embodiment has a cylinder 52 formed of a flexible member and a piston 53 housed in the cylinder 52, one end of which is connected to the cylinder 52 and the other end thereof. A working rod 54 projecting from the cylinder 52 and reciprocating. In the cylinder 52, first and second holes 52a and 52b are formed near one end on the side where the operating rod 54 protrudes and near the other end on the opposite side across the piston 53, The holes 52a and 52b communicate with a pressure vessel supplied with air from a compressor driven by a prime mover (not shown) according to the operation of the operating rod 54, or are opened to the atmosphere in accordance with the operation of the operating rod 54, respectively. The first and second flow paths 55 and 56 are connected.
[0070]
In the actuator 51, the operating rod 54 is formed of a flexible member like the cylinder 52, like the operating rod 17 in the above-described first embodiment. Similarly, the first and second flow paths 55 and 56 are also formed of a flexible member. In the actuator 51, by adopting such a configuration, when the cylinder 52 is bent, the operating rod 54, the first and second flow paths also bend so as to follow the bending, and the smooth movement of the cylinder 52 is achieved. A bending operation is realized.
[0071]
The operation of the operation rod 54 of the actuator 51 having the above configuration will be described below.
[0072]
First, when the operating rod 54 is operated to be pushed out of the cylinder 52 (driving in the direction of arrow A), the second flow path 56 is connected to a pressure vessel to supply high-pressure compressed air from the compressor to the other of the cylinder 52. The air is supplied to the space on the end side, and the first flow path 55 is opened to the atmosphere to release the air in the space on the one end side of the cylinder 52 to the atmosphere. As a result, a pressure difference is generated across the piston 53 in the cylinder 52. Specifically, the pressure at the other end is higher than the pressure at one end, and the piston 53 is pushed by the pressure at the other end. Slides in the direction of arrow A in the cylinder 52, and the operating rod 54 similarly operates in the direction of arrow A, whereby the operating rod 54 is pushed out of the cylinder 52.
[0073]
Further, when the operation rod 54 is operated to be pulled into the cylinder 52 (driving in the direction of arrow B), the first flow path 55 is connected to the pressure vessel, Is supplied to the space at one end of the cylinder 52, and the second flow path 56 is opened to the atmosphere to release the air in the space at the other end of the cylinder 52 to the atmosphere. As a result, the pressure at one end is higher than that at the other end with the piston 53 interposed in the cylinder 52, and the piston 53 is pushed by the pressure at one end and slides in the cylinder 52 in the direction of arrow B. Similarly, the operating rod 54 also moves in the direction of arrow B, and the operating rod 54 is pushed into the cylinder 52.
[0074]
The actuator 51 described above does not provide the first and second flow paths 55 and 56 to supply air into the cylinder 52 or discharge air from the cylinder 52 as described above. As shown, air is supplied into the cylinder 52 by using a prime mover (not shown) as a drive source to the pressure vessel 58 which is connected to the cylinder 52 via the fluid flow path 57 or directly to the fluid flow path 57. A compressor 61 or a prime mover (not shown) may be used as a drive source, and a vacuum device (not shown) for sucking air from the cylinder 52 may be connected. In the actuator 51 having such a configuration, instead of the second piston 8 or the like that compresses and expands air in each of the above-described embodiments, the compressor 61 or a vacuum device transmits air through the fluid flow path 57. By supplying or sucking air, the pressure in the cylinder 52, specifically, the pressure in the space in the cylinder 52 on the fluid flow path 57 side is changed.
[0075]
Hereinafter, the operation of the operating rod 54 in the actuator 51 to which the compressor 61 and the like are connected will be described.
[0076]
First, when the operation rod 54 is operated to be pushed out of the cylinder 52 (driving in the direction of arrow A), a compressor 61 is connected to the pressure vessel 58 and air is supplied to the cylinder 52 as shown in FIG. As a result, the pressure in the space inside the cylinder 52 on the fluid flow path 57 side increases, and the piston 53 slides in the cylinder 52 in the direction of arrow A. Similarly, the operating rod 54 also operates in the direction of arrow A. It is pushed out of the cylinder 52.
[0077]
When the operating rod 54 is operated to be drawn into the cylinder 52 (driving in the direction of arrow B), a vacuum device is connected to the pressure vessel 58 instead of the compressor 61 shown in FIG. Suction. As a result, the pressure in the space inside the cylinder 52 on the fluid flow path 57 side decreases, and the piston 53 slides in the cylinder 52 in the direction of arrow B. Similarly, the operating rod 54 also operates in the direction of arrow B. Is pushed into the cylinder 52.
[0078]
As described above, even in the compressor 51 or the actuator 51 that reciprocates the operation rod 54 by the compressor and the vacuum device, the cylinder 52 that is the actual work site where the operation rod 54 is disposed is formed by a flexible member. By doing so, it is possible to improve the degree of freedom of routing and installation, and it is possible to work efficiently even in a finer and more complicated work environment where there are obstacles and the like.
[0079]
Although the embodiments have been described above, the present invention is not limited to the above-described configuration examples, and it is needless to say that the present invention can be appropriately changed without departing from the gist thereof. For example, in each embodiment in which the working rod is reciprocated by the pressure change of the sealed working fluid, the actuator in which the air 5 is sealed in the closed space is described as an example of the working fluid. However, a sealed structure is adopted. Therefore, not only liquids such as water, silicone oil, and brake oil, but also gases having a single molecular structure can be easily sealed and used as a working fluid. Therefore, in addition to the above-mentioned air, for example, helium (He), which is a gas having a single-molecule structure, can be suitably used to increase the response speed, and is made to have an osmotic pressure equal to that of a body fluid, particularly blood. As the physiological saline, it is possible to use various fluids suitable for the field of use so that it can be suitably used when used in the medical field.
[0080]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the actuator which concerns on this invention, a large-sized fluid compression apparatus, such as a compressor, is unnecessary, and size reduction of an apparatus, weight reduction, and simplification of a structure can be easily implement | achieved.
[0081]
Further, according to the present invention, the working fluid sealed in the sealed space is compressed and expanded in a sealed state, and it is not necessary to dispose of the working fluid. The energy consumed for changing the pressure can be effectively used without waste.
[0082]
Further, according to the present invention, since the operating rod is operated by a change in the pressure of the working fluid in the closed space, for example, when the diameter of the cylinder or the flow path of the working fluid is reduced, or when the bending or bending is performed. Even so, the operating rod can be operated with a small force.
[0083]
Further, according to the present invention, by forming the cylinder, which is the actual work site on which the operating rod is disposed, with a flexible member, it is possible to improve the degree of freedom in routing and installation. Further, according to the present invention, work can be efficiently performed even in a finer and more complicated work environment in which, for example, an obstacle is present.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an actuator according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing another configuration of the actuator, and is a longitudinal sectional view of the actuator provided with a wire for assisting a retracting operation of an operating rod.
FIG. 3 is a diagram showing another configuration of the actuator, and is a longitudinal sectional view showing a cylinder portion in an enlarged manner.
FIG. 4 is a view showing another configuration of the actuator, and is an enlarged longitudinal sectional view showing a cylinder portion formed of a flexible member.
FIG. 5 is a view showing another configuration of the actuator, and is a longitudinal sectional view of the actuator provided with the non-contact distance measuring device.
FIG. 6 is a view showing another configuration of the actuator, and is a longitudinal sectional view of the actuator provided with the contact distance measuring device.
FIG. 7 is a view showing another configuration of the actuator, and is a longitudinal sectional view of the actuator provided with the pressure adjusting mechanism.
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of an actuator according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing another configuration of the actuator.
FIG. 10 is a longitudinal sectional view of an actuator according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing another configuration of the actuator.
FIG. 12 is a sectional view of an actuator according to a fourth embodiment of the present invention, and is a longitudinal sectional view showing a structure of a cylinder portion.
FIG. 13 is a longitudinal sectional view showing another configuration of the actuator.
FIG. 14 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a conventional actuator.
FIG. 15 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a conventional actuator having another configuration.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 actuator, 2 first piston, 3 operating rod, 4 cylinder, 4a rod operating chamber, 4b fluid sealing chamber, 5 air, 6 pressure vessel, 6a fluid sealing chamber, 6b rod operating chamber, 7 fluid flow path, 8th fluid 2 piston, 9 driving rod, 10 prime mover, 11 wires, 18 non-contact type distance measuring device, 19 contact type distance measuring device, 20 connecting device, 21 pressure adjusting mechanism

Claims (10)

作動流体の圧力変化を伝達して作動部材を往復動作させるアクチュエータにおいて、
上記作動部材で一部が閉塞された密閉空間内に上記作動流体を封入し、上記密閉空間を縮小又は拡大することで圧縮又は膨張される上記作動流体の圧力変化を伝達して上記作動部材を往復動作させることを特徴とするアクチュエータ。In an actuator that transmits a pressure change of a working fluid and reciprocates an operating member,
The working fluid is sealed in a closed space partially closed by the working member, and the working member is transmitted by transmitting a pressure change of the working fluid compressed or expanded by reducing or expanding the closed space. An actuator characterized by reciprocating operation. 作動ロッドが第１のピストンに接続されてなる上記作動部材と、
上記密閉空間を縮小、拡大し、上記作動流体を圧縮、膨張する第２のピストンと、
上記第１のピストンを摺動自在に収容するシリンダと、
上記第２のピストンを摺動自在に収容する圧力容器と、
上記シリンダと上記圧力容器とを連通させる流体流路とを備え、
上記密閉空間は、上記第１のピストン、上記第２のピストン、上記シリンダ、上記圧力容器及び上記流体流路により構成され、
上記第２のピストンの摺動で上記密閉空間が圧縮、膨張され、この圧縮、膨張に伴う上記作動流体の圧力変化を上記第１のピストンに伝達して、上記第１のピストンの上記密閉空間とは逆側に接続された上記作動ロッドを、上記シリンダの内外へ往復動作させることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。An actuating member having an actuation rod connected to the first piston;
A second piston that contracts and expands the closed space and compresses and expands the working fluid;
A cylinder for slidably housing the first piston,
A pressure vessel that slidably houses the second piston,
A fluid flow path that communicates the cylinder and the pressure vessel,
The closed space is configured by the first piston, the second piston, the cylinder, the pressure vessel, and the fluid flow path,
The closed space is compressed and expanded by sliding of the second piston, and a pressure change of the working fluid accompanying the compression and expansion is transmitted to the first piston, and the closed space of the first piston is transmitted. 2. The actuator according to claim 1, wherein the operation rod connected to the opposite side of the actuator reciprocates in and out of the cylinder. 上記シリンダにおいて上記第１のピストンにより上記密閉空間と区画され且つ上記作動ロッドが往復動作される内部空間と、上記圧力容器において上記密閉空間と区画される内部空間とを連通させる第２の流体流路をさらに備え、
上記シリンダの内部空間、上記圧力容器の内部空間及び第２の流体流路で第２の密閉空間を構成するとともに、該第２の密閉空間に作動流体を封入し、
上記第２のピストンによって上記密閉空間内の作動流体の圧力を変化させるとともに、上記第２の密閉空間内の作動流体の圧力も変化させることを特徴とする請求項２記載のアクチュエータ。A second fluid flow that communicates an internal space defined by the first piston in the cylinder with the closed space and in which the operating rod reciprocates, and an internal space defined by the closed space in the pressure vessel; More roads,
An inner space of the cylinder, an inner space of the pressure vessel and a second fluid flow path constitute a second sealed space, and a working fluid is sealed in the second sealed space,
3. The actuator according to claim 2, wherein the pressure of the working fluid in the closed space is changed by the second piston, and the pressure of the working fluid in the second closed space is also changed. 作動流体を圧縮、膨張する第３のピストンと、
上記第３のピストンを摺動自在に収容する第２の圧力容器と、
上記シリンダにおいて上記第１のピストンにより上記密閉空間と区画され且つ上記作動ロッドが往復動作される内部空間と上記第２の圧力容器とを連通させる第２の流体流路とをさらに備え、
上記シリンダの内部空間、上記第２の圧力容器及び第２の流体流路で第２の密閉空間を構成するとともに、該第２の密閉空間に作動流体を封入し、
上記第２のピストンによって上記密閉空間内の作動流体の圧力を変化させるとともに、上記第２の密閉空間内の作動流体の圧力も変化させることを特徴とする請求項２記載のアクチュエータ。A third piston for compressing and expanding the working fluid;
A second pressure vessel that slidably houses the third piston,
The cylinder further includes a second fluid flow path that communicates the internal space in which the first piston is partitioned from the closed space by the first piston and in which the operating rod reciprocates, and the second pressure vessel.
A second sealed space is formed by the inner space of the cylinder, the second pressure vessel, and the second fluid flow path, and a working fluid is sealed in the second sealed space;
3. The actuator according to claim 2, wherein the pressure of the working fluid in the closed space is changed by the second piston, and the pressure of the working fluid in the second closed space is also changed. 第２の作動ロッドと、
上記第２の作動ロッドが接続された第４のピストンと、
上記第４のピストンを摺動自在に収容する第２のシリンダと、
上記圧力容器において上記密閉空間と区画される内部空間とを連通させる第２の流体流路とをさらに備え、
上記第２のシリンダ、上記圧力容器の内部空間及び第２の流体流路で第２の密閉空間を構成するとともに、該第２の密閉空間に作動流体を封入し、
上記第２のピストンによって上記密閉空間内の作動流体の圧力を変化させるとともに、上記第２の密閉空間内の作動流体の圧力も変化させて、上記第４のピストンの上記第２の密閉空間とは逆側に接続された上記第２の作動ロッドを、上記第２のシリンダの内外へ往復動作させることを特徴とする請求項２記載のアクチュエータ。A second actuation rod;
A fourth piston to which the second operating rod is connected;
A second cylinder slidably housing the fourth piston,
A second fluid flow path that communicates the sealed space with the internal space defined in the pressure vessel;
The second cylinder, an inner space of the pressure vessel and a second fluid flow path constitute a second sealed space, and a working fluid is sealed in the second sealed space.
The pressure of the working fluid in the closed space is changed by the second piston, and the pressure of the working fluid in the second sealed space is also changed by the second piston. 3. The actuator according to claim 2, wherein the second operating rod connected to the opposite side reciprocates in and out of the second cylinder. 4. ２組の上記アクチュエータの作動ロッド同士が連結部材で連結されてなることを特徴とする請求項２記載のアクチュエータ。3. The actuator according to claim 2, wherein the operating rods of the two sets of actuators are connected by a connecting member. 上記密閉空間又は上記内部空間、或いはこれらの両方に、新たに流体を充填して上記作動流体の圧力を変化させる圧力調整機構が配されることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項記載のアクチュエータ。7. A pressure adjusting mechanism for changing a pressure of the working fluid by newly filling a fluid in the closed space or the internal space, or both of them. The actuator according to the item. 上記各作動ロッドが接続されたピストンが、上記作動流体を圧縮、膨張するピストンと連結され、上記各作動ロッドが接続されたピストンと上記作動流体を圧縮、膨張するピストンとの間隔が所定間隔に保たれていることを特徴とする請求項２乃至７いずれか１項記載のアクチュエータ。The piston to which each of the operating rods is connected is connected to a piston that compresses and expands the working fluid, and the interval between the piston to which each of the operating rods is connected and the piston that compresses and expands the working fluid is a predetermined interval. 8. The actuator according to claim 2, wherein the actuator is maintained. 上記各シリンダは、可撓性を有する部材により形成されていることを特徴とする請求項２乃至８いずれか１項記載のアクチュエータ。The actuator according to any one of claims 2 to 8, wherein each of the cylinders is formed of a flexible member. 作動流体の圧力変化を伝達して作動部材を往復動作させるアクチュエータにおいて、
作動ロッドがピストンに接続されてなる上記作動部材と、
可撓性を有する部材により形成されるとともに、上記ピストンを摺動自在に収容するシリンダとを備えることを特徴とするアクチュエータ。In an actuator that transmits a pressure change of a working fluid and reciprocates an operating member,
An operating member having an operating rod connected to a piston;
An actuator, comprising: a cylinder formed of a flexible member and accommodating the piston slidably.

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