JP4212644B1 - 回動装置 - Google Patents

Abstract

流体圧式のアクチュエータを用いた回動装置において、回動角度の増大を図る。
回動部材１３を回動可能に連結した配置部材１２は、上面１２ｂに突出部２０を設け、その突出部２０の突出面２０ａに流体圧式のアクチュエータ１４を配置し、線材１５でアクチュエータ１４と回動部材１３を繋ぐ。突出部２０は、回動部材１３側の先端縁２０ｅから長手方向の途中部分へと高くなるようにすると共に、その途中部分から後端縁２０ｆへと低くなるようにしている。それにより、アクチュエータ１４に流体を供給してアクチュエータ１４の全長を短くさせると、アクチュエータ１４の先端１４ａが突出部２０の突出面２０ａに沿って移動し、配置部材１２の上面１２ｂから離れて高く位置する。その結果、傾いた姿勢の線材１５を介してアクチュエータにより回動部材１３は引っ張られるので、回動部材１３の回動角度が大きくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、アクチュエータの作動により回動部材を回動させる回動装置に関し、特に、回動部材の回動角度の増大を図るようにしたものに関する。

従来、空気及び液体等の流体を供給することで作動するアクチュエータを用いて、回動部材を回動させるようにした回動装置が存在する。この種の回動装置に適用されるアクチュエータは通常、全体がチューブ状であり、流体の供給により全長方向に直交的な径方向が膨らむタイプ（マッキンベン型又は流体圧式のアクチュエータと称されるタイプ）であることが多い。

図１０（ａ）（ｂ）は、従来の一般的な回動装置１を示している。この従来の回動装置１は、長板状の配置部材２の一端部２ａに板状の回動部材３を回動可能に連結すると共に（回動中心は回動軸９）、配置部材２の上面２ｂにチューブ状の流体圧式のアクチュエータ４を配置している。アクチュエータ４は、先端４ａに線材５を取り付けると共に、線材５の端部５ａを係止具６を介して回動部材３の上面３ａに繋げている。また、アクチュエータ４は、後端４ｂに流体（例えば、空気）の供給用となるホース７を接続すると共に、ホース７を固定部材８で配置部材２の上面２ｂに固定することで、アクチュエータ４は配置部材２へ取付固定されている。

図１０（ａ）の状態から、アクチュエータ４にホース７を通じて流体を供給すると、図１０（ｂ）に示すようにアクチュエータ４は膨らみ、図中のＸ方向（配置部材２の長手方向）に平行なアクチュエータ４の全長が縮むと共に、図中のＹ方向（配置部材２の厚み方向）に平行なアクチュエータ４の径寸法が拡大することで、アクチュエータ４は、線材５を介して回動部材３を引っ張る。回動部材３は、アクチュエータ４に引っ張られることで、回動軸９を中心に、図１０（ａ）に示す状態から角度α、回動する。なお、図１０（ｂ）は、アクチュエータ４を最大限に膨らませた状態を示しており、この状態で線材５は、Ｘ方向に平行的になっているものとする。

また、上述した図１０（ａ）（ｂ）に示すような回動装置１と同等なものは、下記の特許文献１〜３にも開示されている。
特開昭６０−１３２１０３号公報 特表平６−５０５３２６号公報 国際公開２００６／０８００８８号パンフレット

図１０（ａ）（ｂ）に示す従来の回動装置１は、線材５の姿勢が図中のＸ方向とほぼ平行的であるため、図１０（ａ）の状態で線材５をＸ方向で示す矢印方向に引っ張ったとしても、回動部材３を、回動軸９を中心に回動させるために重要なＹ方向の力成分（回動軸９を中心とする円の回動部材３に対する接線方向の力成分）が、回動の開始時点で大きくならない。そのため、図１０（ａ）に示すように、回動部材３が水平状態の姿勢から最初に回動させるときに、スムーズに回動部材３の回動を開始させにくいと云う問題がある。

また、上述したような回動装置１は、様々な用途に適用されるが、例えば、ロボットハンドの指先部分に適用されるときには、図１０（ａ）（ｂ）におけるＸ方向に十分な寸法を確保できない場合がある。Ｘ方向の寸法が十分に確保できないと、回動装置１に採用するアクチュエータ４のサイズも小型のものになり、小型のアクチュエータ４は作動量が小さいので、最大限にアクチュエータ４を作動させても回動部材３の回動角度を大きくできないと云う問題がある。

さらに、従来の回動装置１は、アクチュエータ４は、ホース７の一部（又はアクチュエータ４の後端４ｂ等）が固定部材８で配置部材８へ固定されることで、配置部材８に位置決めされた状態で取り付けられるが、図１０（ｂ）に示すように、線材５を引っ張る状態では、その引っ張りに抗する応力が固定部材８によるホース７の固定部分７ａの付近に集中しやすくなり、使用頻度に伴い何度も応力が集中的にかかることで、固定部分７ａ及びその付近が他の部分と比べて劣化しやすいと云う問題がある。

本発明は、斯かる問題に鑑みてなされたものであり、配置部材にアクチュエータを載置する突出部を設けることで、回動部材の引っ張り角度を上向きにして、回動部材の回動開始をスムーズにすると共に、回動部材の回動角度の増大及び使用による劣化の抑制を図れるようにした回動装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明に係る回動装置は、流体の供給により全長が短くなるように径方向へ膨らむチューブ状のアクチュエータと、前記アクチュエータを配置して前記アクチュエータの一端部側が固定される配置部材と、前記アクチュエータの他端部側で前記配置部材に回動可能に連結してある回動部材と、前記アクチュエータの他端部及び前記回動部材を繋ぐ線材とを備える回動装置において、前記配置部材は、前記アクチュエータが配置される面に突出部を設けており、前記アクチュエータは、前記突出部の突出面に配置してあることを特徴とする。

本発明にあっては、配置部材に突出部を設けると共に、アクチュエータを突出部の突出面に配置するので、従来に比べて上方からアクチュエータは線材を介して回動部材を引っ張るようになる。そのため、水平状態の回動部材の回動を開始するときに、回動部材を回動させるために重要な力成分を従来より大きくでき、それに伴い水平状態の回動部材をスムーズに立ち上げて回動させることができる。

また、本発明にかかる回動装置は、前記突出部の突出面は、前記アクチュエータの全長方向に応じた方向で、前記回動部材の連結側から前記突出部の途中部分へ突出寸法が高くなる斜面にしてあることを特徴とする。

本発明にあっては、突出部の突出面の少なくとも一部を斜面にすると共に、その突出面の傾き具合を回動部材の連結側から突出部の途中部分の方へ高くなるに形成するので、アクチュエータの線材が取り付けられる他端部は、流体の供給に伴い、アクチュエータの全長が短くなるにつれて斜面を登るようになり、他端部の位置は高くなる。そのため、流体が供給されない場合は、従来と同様の高さにアクチュエータの他端部を位置させることができるので、従来と同じ長さの線材を用いても回動部材を水平姿勢にできる。一方、流体が供給されるにつれてアクチュエータの他端部の位置が高くなると、斜め上方向から回動部材を引っ張る関係上、従来より回動部材を手元に引き寄せるようになり、その結果、回動角度の増大を図れる。

さらに、本発明に係る回動装置は、前記突出部の突出面が、前記アクチュエータの全長方向に応じた方向で、前記突出部の途中部分から前記アクチュエータの固定側へ突出寸法が低くなる斜面にしてあることを特徴とする。

本発明にあっては、突出部の途中部分からアクチュエータの固定側へ低くなる斜面を突出部の突出面に形成するので、アクチュエータへ流体が供給されると、線材が取り付けられたアクチュエータの他端側が、アクチュエータの固定側へ移動するようにアクチュエータの全長が短くなるため、アクチュエータは斜面に沿って他端側が持ち上がると共に固定側が下がった姿勢になる。アクチュエータは、このように線材が取り付けられた他端側が持ち上がった姿勢で線材を引っ張るので、引っ張りに抗する抗力は、突出部の斜面にもかかるようになる。その結果、従来のアクチュエータでは、アクチュエータの固定箇所に集中していた応力を、斜面に対する抗力にも分散でき、アクチュエータの固定箇所の劣化を抑制できるようになる。また、流体の供給されたアクチュエータの姿勢が傾くことで、傾かない場合に比べて、回動部材をより大きく引っ張ることに貢献できるようになる。

さらにまた、本発明に係る回動装置は、前記突出部の突出面が、前記アクチュエータの全長方向に応じた方向で、前記回動部材の連結側から前記突出部の途中部分へ突出寸法が高くなる第１斜面にしてあると共に、前記途中部分から前記アクチュエータの固定側へ突出寸法が低くなる第２斜面にしてあり、前記第２斜面は、第１斜面に比べて滑りにくくしてあることを特徴とする。

本発明にあっては、回動部材の連結側から突出部の途中部分の方へ高くなる第１斜面、及び突出部の途中部分からアクチュエータの固定側へ低くなる第２斜面を突出部の突出面にそれぞれ形成するので、第１斜面により回動部材の回動角度の増大を図れると共に、第２斜面によりアクチュエータの固定箇所の劣化が抑制される。また、第２斜面は、第１斜面に比べて滑りにくくしてあるので、線材が取り付けられた他端側が持ち上がった姿勢のアクチュエータが第２斜面に対して踏ん張った状態を確保できやすくなり、アクチュエータの固定箇所の劣化を一段と抑制できる。

また、本発明に係る回動装置は、前記配置部材が、前記アクチュエータと平行的に他のアクチュエータを配置可能にしており、前記配置部材に配置可能な他のアクチュエータが対向する前記突出部の側面は、凹状に窪ませてあることを特徴とする。

本発明にあっては、複数のアクチュエータを平行的に配置させて回動装置を使用するような場合において、突出部の側面を凹状に窪ませてあるので、突出部の側方に配置されたアクチュエータに流体が供給されて膨らんだとしても、その膨らんだアクチュエータが突出部の凹状の窪みに収まる。それにより、平面に各アクチュエータを配置する場合に比べて、間隔を縮めて配置しても、流体の供給により膨らんだアクチュエータ同士の干渉が防止されるので、複数のアクチュエータをコンパクトに配置できるようになる。

本発明にあっては、配置部材に設けた突出部にアクチュエータを載置するので、従来に比べて上方からアクチュエータは回動部材を引っ張り、水平状態の回動部材をスムーズに回動させることができる。
また、本発明にあっては、回動部材の連結側から突出部の途中部分の方へ高くなる斜面を突出部の突出面にするので、アクチュエータの作動による回動部材の回動角度を従来より大きくできる。
さらに、本発明にあっては、突出部の途中部分からアクチュエータの固定側へ低くなる斜面を突出部の突出面にするので、アクチュエータが回動部材を引っ張る際、従来、アクチュエータの固定箇所へ集中していた応力を、アクチュエータを支える斜面に分散でき、アクチュエータの固定箇所の劣化を抑制できると共に、回動部材の回動角度を大きくすることにも貢献できる。

本発明にあっては、異なる方向に傾斜する第１斜面及び第２斜面を突出部に設けるので、第１斜面及び第２斜面により回動部材の回動角度の増大を図れると共に、第２斜面によりアクチュエータの固定箇所の劣化が抑制でき、また、第２斜面は、第１斜面に比べて滑りにくくしているので、アクチュエータの固定箇所の劣化を一段と抑制できる。
本発明にあっては、複数のアクチュエータを平行的に配置させて回動装置を使用するような場合に間隔を縮めて各アクチュエータを配置しても、流体の供給により膨らんだアクチュエータ同士の干渉を防止でき、複数のアクチュエータをコンパクトに配置できる。

本発明の実施形態に係る回動装置であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 本発明に係る突出部を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 実施形態に係るアクチュエータであり、（ａ）は流体の非供給状態の側面図、（ｂ）は流体を供給して最大限に膨らんだ状態を示す側面図である。 実施形態に係るアクチュエータであり、（ａ）は流体の非供給状態の断面図、（ｂ）は流体を供給して最大限に膨らんだ状態を示す断面図である。 （ａ）は流体の非供給状態における回動装置の側面図、（ｂ）は流体の供給が開始された状態の回動装置の側面図、（ｃ）は最大限にアクチュエータが膨らんだ状態の回動装置の側面図である。 変形例の回動装置を示す側面図である。 別の変形例の回動装置を用いたハンド装置を示す平面図である。 図７のＢ−Ｂ線における断面図であり、（ａ）は各アクチュエータに流体が供給されていない状態の断面図、（ｂ）は各アクチュエータに流体が供給された状態の断面図である。 本発明の別の変形例の回動装置であり、（ａ）は各アクチュエータに流体が供給されていない状態の断面図、（ｂ）は各アクチュエータに流体が供給された状態の断面図である。 従来の一般的な回動装置を示し、（ａ）は流体の非供給状態の側面図、（ｂ）はアクチュエータが最大限に膨らんだ状態を示す側面図である。

符号の説明

１０ 回動装置
１２ 配置部材
１３ 回動部材
１４ アクチュエータ
１５ 線材
１７ ホース
２０、４５ 突出部
２０ａ 突出面
２０ｂ 第１斜面
２０ｃ 第２斜面
４５ａ、４５ｂ 側面

図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態に係る回動装置１０を示している。本実施形態の回動装置１０は、図１０（ａ）（ｂ）に示す従来の回動装置１と基本的な構成は同等であるが、配置部材１２のアクチュエータ１４が配置される上面１２ｂに突出部２０を設け、その突出部２０の上面となる突出面２０ａにアクチュエータ１４を載置したことが新たな構成部分になっている。この新たな構成部分を適用することで、回動装置１０は、アクチュエータ１４の引っ張りにより回動部材１３をスムーズに回動可能にすると共に、回動角度を増大させたことを特徴にしている。なお、各図に示すＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は、それぞれ直交する方向であると共に、これらの各方向は各図において共通である。

回動装置１０は、長板状の配置部材１２の一端部１２ａに平板状の回動部材１３を回動可能に連結している。具体的には、図１（ａ）に示すように、配置部材１２は、幅方向（配置部材１２の短辺方向。図１（ａ）のＺ方向に相当）で一端部１２ａ側の中央部分に凹部１２ｃを形成し、一方、回動部材１３は、配置部材１２との連結側に凸部１３ｂを形成し、この凸部１３ｂを配置部材１２の凹部１２ｃ内に位置させた状態で、両者（凹部１２ｃ及び凸部１３ｂ）を貫通する回動軸１９を取り付けている。これにより回動部材１３は、回動軸１９を回動中心にして回動可能になっている。なお、本実施形態の配置部材１２及び回動部材１３は、合成樹脂製である。

また、図１（ｂ）、図２（ｂ）等に示すように、配置部材１２は、上面１２ｂに丘状の突出部２０を設けている。突出部２０は、丘状の頂部２０ｄを中心に回動部材１３側に第１斜面２０ｂを形成すると共に、回動部材１３との反対側に第２斜面２０ｃを形成している（図２（ａ）（ｂ）参照）。第１斜面２０ｂは、配置部材１２の長手方向に応じた方向（図中のＸ方向）で、回動部材１３の連結側となる先端縁２０ｅから突出部２０の途中部分に相当する頂部２０ｄへ突出寸法が高くなるように、上方に凸のなだらかな湾曲面で形成されている。第２斜面２０ｃは、図中のＸ方向で、突出部２０の頂部２０ｄから回動部材１３と反対側になる後端縁２０ｆへ突出寸法が低くなるように、上方に凸のなだらかな湾曲面で形成されている。

このような第１斜面２０ｂ及び第２斜面２０ｃが組み合わされて、アクチュエータ１４を配置するための上面となる突出面２０ａが形成される。また、第２斜面２０ｃは、表面が第１斜面２０ｂの表面に比べて滑りにくくなっている。詳しくは、第１斜面２０ｂの表面は、面疎度の細かい平滑面に仕上げられているが、第２斜面２０ｃは、表面をザラザラにして面疎度を荒くした面に仕上げられている。なお、第２斜面２０ｃを、第１斜面２０ｂに比べて滑りにくくする仕方は、各斜面２０ｂ、２０ｃの表面を同等に仕上げた上で、摩擦係数の大きいシート（例えば、ゴムシート）を第２斜面２０ｃのみに貼り付けることなども考えられる。

さらに、突出部２０は、頂部２０ｄの突出寸法（図２（ｂ）に示す配置部材１２の厚み方向となるＹ方向の寸法）を本実施形態では高さＨ１にすると共に、水平方向（Ｘ方向）において、後端縁２０ｆからの寸法を長さＬ２にしている（突出部２０のＸ方向の全長寸法は、長さＬ１）。突出部２０の高さＨ１及び全長寸法の長さＬ１は、採用するアクチュエータ１４の寸法に基づいて決定されるものであり、アクチュエータ１４の後端１４ｂ付近を、突出部２０の後端縁２０ｆに合わせた状態で、アクチュエータ１４の先端１４ａが、突出部２０の先端縁２０ｅより少し飛び出て、配置部材１２の上面１２ｂに位置するように各寸法（高さＨ１、長さＬ１）は決められる。また、頂部２０ｄの後端縁２０ｆからの寸法の長さＬ２は、後述する本実施形態のアクチュエータ１４が、最大限に膨らんだ際の全長寸法Ｔ２（図３（ｂ）参照）に応じた寸法（本実施形態では、Ｌ２＝Ｔ２）にしてあり、それにより、アクチュエータ１４が最大限に膨らんだ際にアクチュエータ１４の線材１５が繋げられる先端１４ａが、配置部材１２の上面１２ｂから最も高く位置するようにしている。

なお、本実施形態では、配置部材１２の一部に相当する突出部２０を、配置部材１２の上面１２ｂにパテ状の硬化性樹脂を盛り上げて形成しているが、合成樹脂を材料にして配置部材１２を射出成形で金型により成形する場合には、金型に突出部２０に応じた部分を作り込むことで、配置部材１２と突出部２０を一体成形することも可能である。

図３（ａ）（ｂ）、図４（ａ）（ｂ）は、本実施形態の回動装置１０に適用されているアクチュエータ１４を示している。アクチュエータ１４は、接続されたホース１７を通じて作動用の流体が供給されるようになっており、本実施形態では、流体として空気を供給するようにしている。なお、ホース１７の図示しない端には、作動流体発生源（空気供給源）が接続される。

図４（ａ）（ｂ）に示すようにアクチュエータ１４は袋体２６を被覆体２５で被覆する構成になっており、被覆体２５の内部空間２５ｃに収められる袋体２６は、非ゴム系の材料で形成されており、本実施形態では流体が通過しない合成高分子化合物であるポリプロピレン系の成分を含む材料を用いている。なお、袋体２６の材料には、流体を通過させない特性を有する合成高分子化合物としてポリプロピレン系、塩化ビニル系、テフロン（登録商標）系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリエチレン系、ポリイミド系、ポリスチレン系、ポリカーボネート系等の少なくとも１つを成分として含むものを適用できる（上述した成分を混在させることも可能）。また、このような合成高分子化合物を使用できない環境、多湿でない環境などでは、袋体２６の材料に、流体を通過させない他の材質も適用可能である。

袋体２６は、ホース１７が接続される側の端部２６ｂが開口端であり、開口端に対向する先端部分２６ａが閉鎖端になっている。なお、端部２６ｂは、内部にホース１７が挿入された状態で糸状の結束材（図４（ａ）（ｂ）では、図示を省略）が巻回された上で、ホース１７の挿入範囲に外方から熱収縮チューブ２８を被せ、その熱収縮チューブ２８に所定の熱量を加えて収縮させることで、ホース１７を固定している。

一方、被覆体２５は、袋体２６を被覆できる大きさの筒状で伸縮可能に編成してあり、本実施形態では、エステル系の糸であるポリエステルマルチフィラメント糸（２７５デシテックス）を用い、製紐機により袋打ちで編み上げられている。また、編み上げの際には、編み目が菱形（バイアス）の形状となり、且つ菱形（バイアス）の長手方向が無負荷状態で被覆体２５の長手方向（Ｘ方向。アクチュエータ１４の全長方向に相当）と一致するように編成して、図３（ｂ）に示すＹ方向に平行な向きに伸縮しやすく、且つ所要の張力を具備させると共に、伸張度合いが大きくなると締付力が高まるようにしている。

このような被覆体２５は、袋体２６の変形に伴い伸縮できる柔軟性を確保しているが、最大に伸張した状態では、袋体２６が膨らもうとする押圧力に抗して押さえ込むことができる締付力を発生させる。このような所定の締付力は、ポリエステルマルチフィラメント糸を用いて袋打ちで編み上げ編成することで得られている。

上述した袋体２６及び被覆体２５を用いてアクチュエータ１４を製作するには、先ず、端部２６ｂにホース１７を固定した状態の袋体２６を、筒状の被覆体２５で被い、それから、ホース１７が延出する被覆体２５の一方の端部２５ｂを糸状の結束部材２７ｂを巻き付けて、袋体２６の端部２６ｂを覆う熱収縮チューブ２８と共に結束固定する。また、被覆体２５は、他方の先端部２５ａにも糸状の結束部材２７ａを巻き付けて先端部２５ａを閉鎖し、アクチュエータ１４を完成する。この際、袋体２６の先端部分２６ａを固定することなく自由端にしている。なお、結束部材２７ａ、２７ｂには、糸状の部材以外にも、合成樹脂製の結束バンド、結束金具、かしめ具、ひも状の部材などを適用できる。

完成したアクチュエータ１４は、流体の非供給時では、袋体２６が薄いので（一枚部分の厚み寸法が５０μｍ）が、アクチュエータ１４自体の厚み寸法は、ほぼ被覆体２５の厚みと一致し、柔軟性に富むため、上述した配置部材１２の突出部２０に載せると、突出部２０の突出面２０ａの形状に沿って平仮名の「へ」字状に変形する（図１（ｂ）参照）。また、ホース１７を通じてアクチュエータ１４に流体（空気）を供給すると、袋体２６が膨らみ始め、それに追従して被覆体２５がＸ方向に直交する方向に拡径する。この際、袋体２６は、非ゴム系の材料であるため、流体の供給圧が低くてもスムーズに膨らむ。

流体の供給をさらに続けると、アクチュエータ１４は最終的に図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示す状態に変形し、アクチュエータ１４の全長は、流体の非供給状態の寸法Ｔ１からＴ２へと短くなり（Ｔ１＞Ｔ２）、アクチュエータの径（直径寸法）は、流体の非供給状態の寸法Ｄ１からＤ２へと大きくなる（Ｄ１＜Ｄ２）。なお、本実施形態で適用するアクチュエータ１４の収縮率（全長が寸法Ｔ１からＴ２へ収縮する割合）は、約４０％である。また、上述した寸法Ｔ１、Ｔ２は、アクチュエータ１４の、結束部材２７ａ、２７ｂ間の距離寸法である（アクチュエータ１４の端部１４ａ、１４ｂは、結束部材２７ａ、２７ｂより外方に位置する）。

次に、上述したアクチュエータ１４を、配置部材１２の突出部２０の突出面２０ａに配置して、回動装置１０を製作する手順を説明する。先ず、アクチュエータ１４の先端１４ａ（他端部に相当）に線材１５を予め取り付ける。なお、線材１５は、アクチュエータ１４の先端１４ａの周囲を巻回させて取り付けることが可能であるが、線材１５としてワイヤ材等を用いる場合は、取付側の端部に係止具を設け、図４（ａ）に示す被覆体２５の先端部２５ａの内部に係止具を導き、糸状の結束部材２７ａで共締め固定することも可能である。なお、使用する線材１５の長さは、図１（ａ）（ｂ）に示すようにアクチュエータ１４が取り付けられた状態で、回動部材１３が配置部材１２に対して水平状態になる寸法にしている。

次に、アクチュエータ１４は、Ｘ方向で後端１４ｂ（一端部に相当）が、突出部２０の後端縁２０ｆと合うように位置決めした状態で、後端１４ｂから延出するホース１７を固定部材１８で配置部材１２の上面１２ｂに固定する。なお、固定部材１８は、糸状の部材であり、配置部材１２に形成した２箇所の貫通穴（図示せず）に糸状の固定部材１８を周回させてホース１７を配置部材１２に固定しているが、これに限定されるものではない。例えば、固定部材１８としてＵ字状のカシメ具を適用し、ホース１７を押さえ込むようにカシメ具の両端を配置部材１２の上面１２ｂに打ち込んでアクチュエータ１４を固定することも可能である。

それから、アクチュエータ１４の先端１４ａから延出する線材１５の端部１５ａを、回動部材１３の表面１３ａに予め取り付けておいた係止具１６に係止して、線材１５を介してアクチュエータ１４と回動部材１３を繋ぎ、回動部材１０を完成する。なお、本実施形態の回動装置１０に用いる各部材１２、１３、アクチュエータ１４、及び線材１５の寸法は、図１０（ａ）（ｂ）に示す従来の回動装置１に適用される各部材２、３、アクチュエータ４、及び線材５と同じにしていると共に、係止具１６及び流体の非供給時のアクチュエータ１４の先端１４ａの位置も回動装置１と同等になるように設計しており、また、アクチュエータ１４も、従来の回動装置１のアクチュエータ４と同等のものを用いている。但し、アクチュエータ１４の後端１４ｂ側の配置部材１２に対するホース１７の固定位置だけは、本実施形態では、アクチュエータ１４が突出部２０に載置される関係上、従来の回動装置１における固定位置に比べて、回動部材１３寄りになっている。

次に、図５（ａ）〜（ｃ）に基づいて、ホース１７を通じてアクチュエータ１４へ流体を供給することで、回動部材１３を回動させる状態について説明する。まず、図５（ａ）に示す流体の非供給状態では、アクチュエータ１４の先端１４ａが、突出部２０から外れて配置部材１２の上面１２ｂに位置するので、線材１５は、アクチュエータ１４の先端１４ａの厚み分だけ配置部材１２の上面１２ｂから距離ｈ１だけ離れた高さに位置し、配置部材１２の上面１２ｂと平行的な姿勢になっている。なお、このようなアクチュエータ１４の先端１４ａに関する状態は、図１０（ａ）に示す従来の回動装置１における流体の非供給状態と同等である。

次に、図５（ｂ）に示すように、アクチュエータ１４への流体供給を開始すると、アクチュエータ１４が膨らんで全長が縮まるが、後端１４ｂ側が配置部材１２に固定部材１８で固定されることから、先端１４ａが後端１４ｂ側へ移動する。アクチュエータ１４の先端１４ａが、後端１４ｂ側へ移動すると、先端１４ａは、図５（ｂ）に白矢印方向へ突出部２０の第１斜面２０ｂを昇るように摺動するため、線材１５の先端１４ａへの取付側は、配置部材１２の上面１２ｂからの高さが、図５（ａ）の距離ｈ１より大きい距離ｈ２になる（ｈ２＞ｈ１）。そのため、アクチュエータ１４は、従来に比べて高い位置から、線材１５を介して回動部材１３を引っ張って回動を開始させることになり、図５（ａ）に示す水平状態から、回動部材１３の回動をスムーズに開始させることができる。

すなわち、図５（ｂ）に示す状態で、線材１５は、アクチュエータ１４との接続側が高くなるため、線材１５に伴う引っ張り力には、Ｘ方向に平行な力成分（Ｘ方向ベクトル）に加えて、Ｙ方向に平行な力成分（Ｙ方向ベクトル）も従来より大きく発生する。このＹ方向に平行な力成分が、水平状態の回動部材１３を回動させるように働くため、回動部材１３を反応良く回動させることが可能となる。また、突出部２０の第１斜面２０ｂは平滑面であるため、アクチュエータ１４の先端１４ａ側は、第１斜面２０ｂの上をスムーズに移動できる。

図５（ｃ）は、図５（ｂ）に示す状態から、さらに流体を供給してアクチュエータ１４を最大限に膨らませた状態を示している。アクチュエータ１４が最大限に膨らむと、突出部２０の頂部２０ｄの後端辺２０ｆからの距離（図２（ｂ）に示す長さＬ２）と、最大限に膨らんだ場合のアクチュエータ１４の全長寸法Ｔ２（図３（ｂ）参照）との関係から（Ｌ２＝Ｔ２）、アクチュエータ１４の先端１４ａは、突出部２０の頂部２０ｄ付近で配置部材１２の上面（１２ｂ）から最も高く離れて位置する（上面１２ｂからの高さは、距離ｈ３。ｈ３＞ｈ２）。そのため、線材１５が、最も傾いた姿勢となり、図５（ｃ）に示す状態では、Ｘ方向に対して角度γだけ傾く。

よって、線材１５の長さをＳとすると、図５（ｃ）に示す状態での線材１５のＸ方向に平行な寸法は、Ｓ×ｃｏｓγになり、図１０（ｂ）に示す従来の場合に比べて、線材１５のＸ方向に平行な寸法は、Ｓ×（１−ｃｏｓγ）だけ短くなる。その結果、アクチュエータ１４が後端１４ｂの側が配置部材１２に固定されていることから、回動部材１３を配置部材１２の方へ、少なくともＳ×（１−ｃｏｓγ）の距離を、従来より多く引き込むことになり、回動部材１３の回動角度βは、図１０（ｂ）に示す従来の回動装置１における回動角度αより大きくなる（β＞α）。そのため、本実施形態の回動装置１０は、Ｘ方向に大きな寸法を確保できないため、作動長の大きいアクチュエータを適用しにくい場合でも、回動部材の回動角度を大きくできると云うメリットがある。なお、図５（ｃ）の状態を詳細に見ると、アクチュエータ１４自体も、第２斜面２０ｃに位置することから傾いた姿勢になるので、傾いた姿勢でのＸ方向に平行な方向に対する寸法は、図３（ｂ）に示す最大限に膨らんだ際の全長寸法Ｔ２より短くなる。具体的には、図５（ｃ）に示す状態でのアクチュエータ１４のＸ方向に対する傾き角度をΛとすれば、アクチュエータ１４についてのＸ方向で短くなる寸法は、Ｔ２×（１−ｃｏｓΛ）となる。そのため、このＴ２×（１−ｃｏｓΛ）と、上述した線材１５に関する寸法のＳ×（１−ｃｏｓγ）との合計分が、図１０（ｂ）に示す従来の回動装置１に対する回動部材１３の回動角度の差に関係し、回動部材１３の回動角度を大きくすることに第２斜面２０ｃは貢献している。

また、図５（ｃ）に示す状態では、アクチュエータ１４は、第２斜面２０ｃに位置し、第２斜面２０ｃは、滑りにくくなっているので、アクチュエータ１４が高いグリップ力で支えられた状態となり、線材１５の引っ張りに係る抗力が、第２斜面２０ｃに対して、図５（ｃ）中の白矢印方向にかかることになる。そのため、図１０（ｂ）に示す従来の場合に比べて、アクチュエータ１４を固定している固定部材１８に応じたホース１７の固定部分１７ａに集中していた応力が、第２斜面２０ｃへの抗力として分散され、アクチュエータ１４の固定に係る箇所の劣化を抑制することができる。

なお、本発明に係る回動装置１０は、上述した形態に限定されるものではなく、種々の変形例が考えられる。たとえば、回動装置１０に適用されるアクチュエータ１４は、図３、図４に示すようなタイプ以外にも、様々な材質で構成されるものが適用可能であり、例えば、袋体２６にはゴム系の弾性材料（合成ゴム系のもの等）を使用できると共に、塩ビ系の材質も袋体２６に使用できる。また、流体の非供給状態に、回動部材１３を積極的に水平状態にしたい場合は、回動部材１３をアクチュエータ１４による回動方向と逆方向に回動部材１３を付勢する付勢部材を、アクチュエータ１４が配置される面とは逆の面で、回動部材１３と配置部材１２を連結するように取り付けることが考えられる。このような付勢部材には、帯状のゴム部材（特許文献３の図７（ｂ）等参照）又は引っ張りコイルバネなどを適用できる。

図６は、変形例の回動装置１０′を示している。この変形例は、配置部材１２′の上面１２ｂ′に設ける突出部２０′に第１斜面を設けていないことが特徴である。そのため、突出部２０′に載置されるアクチュエータ１４′の先端１４ａ′は、流体が非供給の状態であっても、突出部２０′の突出高さに位置するので、水平状態の回動部材１３′を、さらに上方から引っ張ることができ、一段とスムーズに回動部材１３′の回動を開始させられる。

図７は、本発明の変形例に係る回動装置４０、６０、７０、８０、９０を用いたハンド装置３０を示している。ハンド装置３０は、丁度、人間の手における人差し指から小指までの位置に第１回動装置４０〜第４回動装置８０を配置し、親指の位置に第５回動装置９０を配置した構成になっている。第１回動装置４０〜第４回動装置８０は、丁度、人間の手首付近に位置するベース部材３１の端面３１ａに取り付けられると共に、第５回動装置９０は、ベース部材３１に固定された支持部３２に取り付けられている。各回動装置４０〜９０は、基本的に同等の構成なので、人差し指に相当する第１回動装置４０で代表して、変形例の構成を説明する。なお、図７では、図が煩雑になるのを避けるため、第１回動装置４０以外の回動装置６０〜９０において、アクチュエータ及び線材等の図示を省略している。

第１回動装置４０は、第１アクチュエータ４６、第２アクチュエータ４７、及び第３アクチュエータ４８を平行的に配置する配置部材４１の一端部４１ａ側に、第１回動部材４２を回動可能に連結している。また、第１回動装置４０は、第１回動部材４２の一端部４２ａに、第２回動部材４３を回動可能に連結すると共に、第２回動部材４３の一端部４３ａに第３回動部材４４を回動可能に連結している。さらに、第１回動装置４０は、配置部材４１の幅方向（図７のＺ方向）の中央箇所に突出部４５を設けると共に、突出部４５に第１アクチュエータ４６を載置し、その第１アクチュエータ４６の両側となる配置部材４１の上面４１ｂに第２アクチュエータ４７及び第３アクチュエータ４８を夫々配置している。

第１アクチュエータ４６は、第１回動部材４２の回動用であり、第１回動部材４２と第１線材５１で繋がれている。また、第２アクチュエータ４７（他のアクチュエータに相当）は、第２回動部材４３の回動用であり、第２回動部材４３と第２線材５２で繋がれている。さらに、第３アクチュエータ４８（他のアクチュエータに相当）は、第３回動部材４４の回動用であり、第３回動部材４４と第３線材５３で繋がれている。

第１アクチュエータ４６が載置される突出部４５は、突出面４５ｃ（図８（ａ）（ｂ）参照）については、上述した図２（ａ）（ｂ）等に示す突出部２０と同等であるが、第２アクチュエータ４７及び第３アクチュエータ４８が対向する側面の形状が、上述した突出部２０と異なっている。

図８（ａ）（ｂ）は、図７のＢ−Ｂ線における断面図であり、突出部４５は、第２アクチュエータ４７及び第３アクチュエータ４８がそれぞれ対向する一側面４５ａ及び他側面４５ｂを凹状に窪ませた形状にしている。これら各側面４５ａ、４５ｂは、図８（ｂ）に示すように、第２アクチュエータ４７及び第３アクチュエータ４８がそれぞれ最大限に膨らんだ場合に、各側面４５ａ、４５ｂが、各アクチュエータ４７、４８の円形状に沿うように円弧状の湾曲した凹面になっている。また、突出部４０の突出面４５ｃは、配置部材４１の上面４１ｂから高さＨ１０の寸法になっており、この高さＨ１０は、各アクチュエータ４７、４８が最大限に膨らんだ場合の外径より大きく設定されている。なお、各アクチュエータ４７、４８を配置するためのスペース効率を高めるには、突出部４５の円弧状に湾曲させる各側面４５ａ、４５ｂの凹面に係る曲率を、各アクチュエータ４７、４８の最大限に膨らんだ場合の外径の曲率に合わせると共に、各側面４５ａ、４５ｂの凹面を形成する円弧中心と、最大限に膨らんだ場合の各アクチュエータ４７、４８の中心が一致するように各アクチュエータ４７、４８を配置して、配置部材４１の上面４１ｂからの高さをさらに抑制することで、装置構造のコンパクト化に貢献できる。

このような変形例では、図８（ｂ）に示すように、各アクチュエータ４６〜４８へ同時的に流体が供給されても、各アクチュエータ４６〜４８が干渉して膨らむことが妨げられることが無いため、各アクチュエータ４６〜４８をＺ方向に詰めて配置することができ、複数のアクチュエータを、平行的に間隔を詰めて配置する際に好適となる。なお、図７、図８（ａ）（ｂ）では、突出部４５の両側に計２つのアクチュエータ４７、４８を配置したが、いずれか一方側のみにアクチュエータを配置する場合にも、このような窪んだ側面の構成を適用できる。

図９（ａ）（ｂ）は、別の変形例の回動装置１００を示している。図９（ａ）（ｂ）は、図１（ｃ）と同じ箇所における断面図であり、配置部材１１２の上面１１２ｂに設けた突出部１２０の突出面１２０ａを凹状に湾曲するように窪ませたことが特徴になっている。突出面１２０ａの湾曲に係る曲率は、突出面１２０ａに配置されるアクチュエータ１１４が最大限に膨らんだ場合の外径の曲率に合わせたものになっている。それにより、図９（ａ）に示すように、アクチュエータ１１４に流体が供給されていない状態では、湾曲した突出面１２０ａの影響を受けることなく、アクチュエータ１１４はスムーズに膨らむことができ、最大限に膨らんだ場合は、突出面１２０ａにアクチュエータ１１４がピッタリとフィットした状態になり、アクチュエータ１１４が膨らんでも、アクチュエータ１１４の安定した載置状態を確保できる。このような凹状に窪んだ突出面１２０ａは、図２（ａ）（ｂ）に示す第１斜面２０ｂ、第２斜面２０ｃのいずれにも適用できるが、特に、図９（ｂ）に示すように、膨らんだ状態でアクチュエータ１１４を安定させるためには、第２斜面２０ｃを凹状に湾曲させて窪ませることが好適となる。なお、このような変形例の突出面（凹状に湾曲するように窪んだ突出面）は、図６、図８（ａ）（ｂ）に示す変形例の突出部２０′、４０等にも勿論、適用可能である。

本発明の回動装置は、流体圧式のアクチュエータを配置する配置部材に連結した回動部材をアクチュエータの作動により回動させるものであり、従来の回動装置に比べて回動部材の回動範囲（回動角度）を増大させている。この本発明の回動装置は、工場内の各種生産装置（特に、ハンドリング装置）等に適用できる共に、産業用又は福祉用等の各種ロボットのハンド部分、あるいは義手等に適用できる。

Claims (4)

1. 流体の供給により全長が短くなるように径方向へ膨らむチューブ状のアクチュエータと、前記アクチュエータを配置して前記アクチュエータの一端部側が固定される配置部材と、前記アクチュエータの他端部側で前記配置部材に回動可能に連結してある回動部材と、前記アクチュエータの他端部及び前記回動部材を繋ぐ線材とを備える回動装置において、
   前記配置部材は、前記アクチュエータが配置される面に突出部を設けており、
   前記アクチュエータは、前記突出部の突出面に配置してあり、
   前記配置部材はさらに、他のアクチュエータが前記アクチュエータと平行的に配置可能にしてあり、
   前記配置部材に配置可能な他のアクチュエータが対向する前記突出部の側面は、凹状に窪ませてあることを特徴とする回動装置。
2. 前記突出部の突出面は、前記アクチュエータの全長方向に応じた方向で、前記回動部材の連結側から前記突出部の途中部分へ突出寸法が高くなる斜面にしてある請求項１に記載の回動装置。
3. 前記突出部の突出面は、前記アクチュエータの全長方向に応じた方向で、前記突出部の途中部分から前記アクチュエータの固定側へ突出寸法が低くなる斜面にしてある請求項１又は請求項２に記載の回動装置。
4. 前記突出部の突出面は、前記アクチュエータの全長方向に応じた方向で、前記回動部材の連結側から前記突出部の途中部分へ突出寸法が高くなる第１斜面にしてあると共に、前記途中部分から前記アクチュエータの固定側へ突出寸法が低くなる第２斜面にしてあり、
   前記第２斜面は、第１斜面に比べて滑りにくくしてある請求項１に記載の回動装置。

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