JP5139938B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、弾性収縮体を加圧した際に発生する伸縮力を利用したアクチュエータに関するものである。

近年の各種メカトロニクス機器等の高性能化に伴って、アクチュエータに対する要求も多様化且つ高度化してきているのが現状である。アクチュエータの大出力化への対応もその一つであり、強固で耐久性に優れたアクチュエータの開発が強く望まれている。

ところで従来、この種のアクチュエータとしては、例えば次のようなものが存在する。即ち、この従来のアクチュエータは、ゴム製の内筒と、該内筒に外嵌着された編組構造体とで弾性収縮体を構成し、その両端部に閉鎖部材を取付けたものである。前記弾性収縮体は、筒状の締金を二箇所でかしめることにより、閉鎖部材に固定されている（特許文献１参照）。

また、締金の一端部には、該一端部側程拡径するスカート部が形成されている。これにより、膨出した弾性収縮体と締金の端縁との接触が回避されるために、弾性収縮体に損傷を生ぜしめることなく、その保護が図られることになる。
特公平６−５６１６４号公報

かかるアクチュエータは、例えば把持機構を備えたロボットハンドのフレームに組込んで使用される。即ち、アクチュエータの内筒に作動流体（例えば、水、空気、油等）を給排して、弾性収縮体を適宜拡縮させることにより、前記フレームに把持動作を行わしめるのである。

ところで、上記従来のアクチュエータに流体が供給された場合、膨出する弾性収縮体により締金のスカート部を介して、該締金は径外方向だけではなく、他端部側に向けて管軸方向にも押圧力が作用することになる。

しかるに、上記従来のアクチュエータに於ける、締金によるかしめという固定手段は、強度的には必ずしも十分なものではなかった。特に、作動流体が高圧流体であるような場合は、弾性収縮体と閉鎖金具との良好な固定状態を維持することができないために、作動流体が外部に漏洩してしまうという致命的な問題点を有していたのである。この場合、締金の肉厚や材質を変更して対処することも考えられるが、かしめて固定するという締金の仕様上、肉厚を確保することは不可能であり、製作コスト面を考慮すると材質の変更も困難である。

また、上記従来のものは、締金をかしめることにより、弾性収縮体と閉鎖部材とを固定しているが、かかるかしめ作業には専用の工具及び型を要するという製作上の難点がある。

更に、このように一度締金をかしめて固定してしまうと、これを分解することは殆んど不可能であり、保守、点検等のメンテナンス性に欠けるという欠点も有していたのである。

これに対して、着脱自在なホースバンドを弾性収縮体と閉鎖部材との固定手段とすることも可能ではあるが、その締結力には一定の限界があるために、近年の大出力化の要請に応えられるものではない。

それ故に、本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、大出力化に十分に対応し得るアクチュエータを提供することにある。

本発明に係るアクチュエータは、作動流体が給排される筒状の弾性体と、該弾性体に外嵌される網状体とを有する弾性収縮体と、該弾性収縮体の両端部に一端部が挿着され、該一端部側外周面に他端部側程拡径するように形成された複数の段部が設けられた端末部材と、前記弾性収縮体の径外方向への膨出を規制するために、該弾性収縮体を介して前記端末部材の前記段部に固定される保護部材と、該保護部材が前記端末部材の他端部側に移動しないように規制する規制手段とを備えたものである。

これによれば、高圧の作動流体がアクチュエータ内に流入すると、弾性収縮体は径外方向に膨出する。かかる弾性収縮体の膨出により、保護部材は径外方向のみならず、端末部材の他端部側に向けて管軸方向の押圧力を受けることになる。しかるに、かかる管軸方向への押圧力を受けても、規制手段により保護部材は端末部材の他端部側へ移動することはない。これにより、弾性収縮体を介した、保護部材と端末部材との固定状態が良好に維持されるために、作動流体が漏洩するようなことはない。即ち、かかるアクチュエータは、これを適用する各種装置の大出力化にも十分に耐え得る強度を有することになる。

また、前記規制手段は、端末部材の他端部側に位置する保護部材の端面を保持すべく、前記端末部材に設けられるストッパーで構成してもよい。

この場合は、端末部材の他端部側に位置する保護部材の端面がストッパーにより保持されるために、保護部材が端末部材の他端部側に移動することはない。これにより、弾性収縮体を介した、保護部材と端末部材との固定状態が良好に維持される。よって、作動流体が漏洩するようなことはなく、大出力化の要請に十分に対応することができる。

本発明に係るアクチュエータは、作動流体が給排される筒状の弾性体と、該弾性体に外嵌される網状体とを有する弾性収縮体と、該弾性収縮体の両端部に一端部が挿着される端末部材と、前記弾性収縮体の径外方向への膨出を規制するために、該弾性収縮体を介して前記端末部材の一端部側に固定される保護部材と、該保護部材が前記端末部材の他端部側に移動しないように規制する規制手段とを備え、前記規制手段は、端末部材の他端部側に位置する保護部材の端面を保持すべく、前記端末部材に設けられたストッパーであり、前記ストッパーの内周面に、端末部材の他端部側外周面に形成されたネジ部に螺合可能なネジ部が設けられたものである。

これによると、ストッパーのネジ部を端末部材のネジ部に螺合すれば、ストッパーにより前記保護部材の端面が保持されることになる。よって、保護部材は端末部材の他端部側への移動が規制される。これにより、弾性収縮体を介した、保護部材と端末部材との固定状態が良好に維持されて、作動流体が漏洩するようなことはない。その結果、大出力化の要請に十分に対応することが可能となる。

また、前記規制手段は、端末部材の他端部側に位置する保護部材の端面を保持すべく、前記弾性収縮体に設けられるストッパーで構成することも可能である。

この場合も、ストッパーにより保護部材の移動は規制されて、良好な固定状態を維持することができる。よって、大出力化の要請に十分に対応し得る強度を備えることになる。

本発明に係るアクチュエータは、作動流体が給排される筒状の弾性体と、該弾性体に外嵌される網状体とを有する弾性収縮体と、該弾性収縮体の両端部に一端部が挿着される端末部材と、前記弾性収縮体の径外方向への膨出を規制するために、該弾性収縮体を介して前記端末部材の一端部側に固定される保護部材と、該保護部材が前記端末部材の他端部側に移動しないように規制する規制手段とを備え、前記規制手段は、端末部材の他端部側に位置する保護部材の端面を保持すべく、前記弾性収縮体に設けられたストッパーであり、前記端末部材の外周面に凹溝が形成されると共に、ストッパーの内周面に凸部が形成され、且つ該凸部により弾性収縮体が押圧されて前記凹溝に係入されたものである。

これによると、ストッパーの凸部により押圧された弾性収縮体は端末部材の凹溝に係入されるので、該端末部材と弾性収縮体とが強固に固定されることになる。この場合もストッパーにより保護部材の移動は規制されるために、保護部材と端末部材との固定状態は良好に維持される。よって、作動流体が漏洩するようなことはなく、大出力化の要請にも十分に対応することができる。

また、前記保護部材は弾性収縮体に着脱自在に設けても構わない。

このようにすると、必要に応じて保護部材等を弾性収縮体から取外して分解し、更にはこれを組立てることが可能となる。このため、保守、点検等も容易に行うことができて、良好なメンテナンス性を確保し得ることになる。

更に、保護部材及びストッパーを弾性収縮体に着脱自在に設けるようにすることも可能である。

この場合も、弾性収縮体から保護部材及びストッパーを取外して分解できると共に、これを組立てることができて、良好なメンテナンス性を備えることになる。また、保護部材やストッパーの固定手段として、例えばホースバンド等を採用すれば、別途特殊な工具や型を必要としないばかりではなく、特殊な技術も一切要しないため、一連の作業が簡易に且つ確実に行うことが可能になる。

更に、本発明に係るアクチュエータは、全体の構成が非常に簡易であるために、その製作も安価で且つ容易に行えるという利点もある。

以上のように、本発明によれば、大出力化の要請に十分に対応し得る強固で且つ取扱い容易なアクチュエータを得ることができる。

以下、本発明に係るアクチュエータの一実施形態について図面に従って説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態に係るアクチュエータを示し、同図（ａ）が正面図で、同図（ｂ）が断面図である。同図に示すように、中央の弾性収縮体１は、ゴム等からなる筒状の弾性体２と、該弾性体２に外嵌着される筒状の網状体３とを備えている。網状体３は、例えばポリエステル繊維や超高強力ポリエチレン繊維等を格子状に編み込んで形成されたものである。

弾性収縮体１の両端部には、これに作動油等の流体を給排すべく金属製端末部材４の一端部側が挿着されている。端末部材４の中央部には管軸方向に貫通孔５が設けられている。また、その一端部側外周面には他端部側程拡径するように形成された複数の段部１５が、管軸方向に所定間隔を有して周方向に設けられている。更に、端末部材４の外周面略中央部分には、管軸方向に所定の幅を有して凹溝６が形成されている。また、凹溝６の外方位置には環状の凸部７が径方向に突設されている。更に、凸部７の外方に位置する端末部材４の他端部側外周面にはネジ部８が設けられている。

弾性収縮体１の径外方向への膨出を規制するために、該弾性収縮体１には金属製の保護部材９が外嵌されている。この保護部材９は一対の半割体９ａ、９ａからなり、着脱自在な複数個のホースバンド１０で、弾性収縮体１を介して前記端末部材４の段部１５（端末部材４の一端部側）に固定されている。また、保護部材９の一端部（弾性収縮体１の中央側）には、該一端部側程拡径するスカート部９ｂが形成されている。

弾性収縮体１の両端部は、折り返されるようにして固定リング１１により、前記端末部材４の凸部７の外側に固定されている。尚、固定リング１１は、例えば割リングやＣリング等からなっており、端末部材４に対して着脱可能である。また、略円筒状のストッパー１２は、内周面にネジ部１３が形成された内向凸部１４を有している。このネジ部１３を前記端末部材４のネジ部８に螺合していくと、前記弾性収縮体１の端部及び固定リング１１が、ストッパー１２の内向凸部１４と端末部材４の凸部７間に挟持された状態で固定される。これにより、前記保護部材９による固定と合わせて、弾性収縮体１と端末部材４とが二重に固定されることになる。

また、この状態でストッパー１２の先端面１２ａが、前記保護部材９の他端面９ｃに当接して保持し得るように設定されており、保護部材９のストッパー１２側（端末部材４の他端部側）への移動は規制されることになる。尚、弾性収縮体１は弾性を有する弾性体２と、所定の繊維を編み込んだ網状体３とからなるために、ストッパー１２の螺合時に於いて、若干の寸法誤差や組立誤差等を有する場合でも、これを解消しつつストッパー１２の先端面１２ａと保護部材９の他端面９ｃとを確実に当接保持させることができる。

尚、本実施形態に係るアクチュエータは、各部材の固定手段としてかしめという手段は一切使用していないために、事後的な分解及び組立が可能であるという優れたメンテナンス性を備えている。また、かかる分解及び組立作業には、別途特殊な工具や型を必要としないばかりではなく、特殊な技術も一切要しないため、一連の作業が簡易に且つ確実に行えるという利点がある。

本実施形態に係るアクチュエータは以上のような構成からなるが、次にかかるアクチュエータをロボットハンドに適用した使用例について説明する。

図２に示すように、ロボットハンドＡは把持装置２０、２１と、該把持装置２０、２１が固定される板状のベース２２とを有している。把持装置２０、２１は、把持機構を備えたフレーム２３と、該フレーム２３に上下方向に複数装着される上述のアクチュエータ２４と、ホース２５を介してこれに作動油等の流体を給排するための圧力調整装置２６とから構成されている。

一対の把持装置２０は、所定間隔を有してベース２２上に並設されている。また、他方の把持装置２１は、一対の把持装置２０間に形成される空間に対向するようにして、ベース２２上に固定されている。尚、把持装置２０、２１は使用するアクチュエータ２４の数が相違している点以外は略同様の構成からなるために、ここでは前者の把持装置２０についてのみ説明する。

前記フレーム２３は、ベース２２に固定される底板２７と、該底板２７に対向配置される天板２８と、両板２７、２８の側面間に連結されてフレーム２３の側部を構成する一対のリンク２９、２９とを備えている。かかるリンク２９は、複数の連杆３０がピン３１を介して回動自在に連結されたものであり、このピン３１は一対のリンク２９、２９を連結すべく所定の長さに形成されている。また、フレーム２３の前面側には平面略コの字状のカバー体３２が配されている。これは、前記アクチュエータ２４の弾性収縮体１の前方側への移動を所定範囲内に規制するものであり、カバー体３２の両端部は前記リンク２９、２９の対向する各連杆３０、３０の側面中央部に固定されている。更に、所定の連杆３０の背面には、これに連結される上方又は下方の連杆３０の背面に係合して背面側への回動を規制する規制板３３が設けられている。

また、天板２８と底板２７間には複数のアクチュエータ２４が固定されており、その上端部に位置する端末部材８は栓３４により閉塞されている。一方、下端部に位置する端末部材８はホース２５を介して圧力調整装置２６に接続されている。本実施形態に係るロボットハンドＡは、以上のように構成されている。

次に、このロボットハンドＡを使用して、例えば図３に示すように棒状体５０をベース２２上に固定する場合について説明する。この場合は、同図（ａ）のように、ベース２２上に棒状体５０が嵌合可能な略半円状の凹溝２２ａを形成しておいてもよい。尚、この状態では、まだアクチュエータ２４には作動流体が供給されておらず、各把持装置２０、２１は起立した状態にある。

先ず、ベース２２の凹溝２２ａに棒状体５０を嵌合させて載置する。その後、各圧力調整装置２６からホース２５を介して加圧した作動流体を各把持装置２０、２１のアクチュエータ２４に供給する。これにより、アクチュエータ２４の弾性体２が径外方向に膨出すると共に、網状体３が径外方向に拡径する一方で、管軸方向に対しては収縮することになる。

また、この弾性収縮体１の膨出により、保護部材９はそのスカート９ｂを介して外側（端末部材４の他端部側）に向けて管軸方向にも押圧力が作用する。かかる押圧力は、作動流体が高圧になるほど増大することになる。しかるに、保護部材９の他端面９ｃはストッパー１２の先端面１２ａに当接して保持されているので、保護部材９の外向きへの移動は規制されることになる。従って、保護部材９による弾性収縮体１及び端末部材４の固定状態は強固に維持されるために、作動流体が外部に漏洩することはない。

他方、この場合弾性収縮体１は、管軸方向に対しては収縮することになる。かかる弾性収縮体１の収縮により各把持装置２０、２１は、図３（ｂ）に示すように棒状体５０側に向けて回動し、該棒状体５０の外周面を把持するように湾曲する。これにより、棒状体５０はベース２２上に強固に且つ確実に固定されることになる。棒状体５０は、例えばこの状態で他の場所に搬送等される。

また、把持装置２０、２１による棒状体５０の把持状態を解除する場合は、圧力調整装置２６によりアクチュエータ２４の弾性体２内の作動流体を外部に排出する。これにより、弾性体２の圧力が低下して縮径することになる。また、網状体３は縮径すると共に、管軸方向に対しては伸長する。このため、前記弾性収縮体１は管軸方向に対して伸長して元の状態に戻ることになる。これにより、把持装置２０、２１による棒状体５０の把持状態が解除されるように、各把持装置２０、２１は元の起立状態に戻るのである。棒状体５０はベース２２から取出すことができる。

尚、上記実施形態に於いては、ストッパー１２を略円筒状に形成して弾性収縮体１の端部を挿入し得るように構成したが、例えばストッパー１２を略円柱状に形成して弾性収縮体１の端部が挿入されないように構成することも可能である。即ち、ストッパー１２を、端末部材４のネジ部８に螺合可能なネジ部１３を内周面に有するナット状部材で構成するのである。この場合も、端末部材４とストッパー１２の螺合により、保護部材９の端面がストッパー１２の先端面１２ａにより当接保持されて、保護部材９の外側（端末部材４の他端部側）への移動は規制される。

また、本実施形態に係るアクチュエータは、かかるロボットハンドＡ以外の各種装置についても幅広く適用可能であり、その具体的な適用範囲はこれに限定されるものではない。

＜第２実施形態＞
更に、アクチュエータ２４は上記実施形態の如きものに限定されず、次のように構成することも可能である。かかるアクチュエータ２４の主な構成は、上記実施形態に係るアクチュエータ２４と同様であり、共通部分は同じ符号を付してその説明は省略し、相違部分についてのみ以下に説明することとする。

即ち、図４に示すように、ストッパー１２が上記実施形態とは異なり、内周面に凸部４０を有する一対の半割体４１、４１で構成されている。このストッパー１２はホースバンド４２を締め込むことにより、その凸部４０で弾性収縮体１の端部側を前記端末部材４の凹溝６内に係入させて固定される。このように、弾性収縮体１を押圧状態で凹溝６に係入させることにより、弾性収縮体１と端末部材４との固定状態が強固なものになる。この場合も、ストッパー１２の先端面１２ａと保護部材９の他端面９ｃとの当接保持により、保護部材９の外向き（端末部材４の他端部側）の移動は規制されて、上記第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。尚、本実施形態に於ける端末部材４は、第１実施形態のようなネジ部８を有していない。

また、上記各実施形態に於いては、ストッパー１２の端面１２ａを保護部材９の端面９ｃを当接して保持させて、保護部材９の移動規制手段としている。しかるに、かかる移動規制手段は、決してこのようなストッパー１２に限定されるものではない。

更に、上記各実施形態に於ける保護部材９は、ホースバンド１０により弾性収縮体１を介して端末部材４の一端部側に固定しているが、かかる保護部材９の固定手段も決してこれに限定されない。

また、上記各実施形態では、保護部材９の一端部にスカート部９ｂを形成しているが、かかるスカート部９ｂは必要に応じて形成すればよいものであり、省略しても構わない。

更に、端末部材４の一端部を弾性収縮体１に挿着する場合は、端末部材４の外周面に接着剤を塗布してもよい。この場合は、図５に示すように、端末部材４の段部１５に環状溝１５ａを周方向に形成すると、塗布した接着剤が環状溝１５ａ内に保持される。これにより、弾性収縮体１と端末部材４との一体性が向上するばかりではなく、端末部材４の弾性収縮体１への挿着時に於いて、端末部材４に塗布した接着剤が弾性収縮体１により剥ぎ取られたり、これが端末部材４の貫通孔５に流入して作動流体の流通を阻害せしめるということがなくなる。

その他、端末部材４の各部の形状等の具体的な構成も、本発明の意図する範囲内に於いて任意に設計変更自在である。

以上説明したように、本発明は、弾性収縮体を加圧した際に発生する伸縮力を利用するアクチュエータについて有用である。

第１実施形態に係るアクチュエータを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。 アクチュエータを備えたロボットハンドの斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）はロボットハンドの動作の様子を示す斜視図である。 第２実施形態に係るアクチュエータを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。 端末部材の正面図である。

符号の説明

１ 弾性収縮体
２ 弾性体
３ 網状体
４ 端末部材
６ 凹溝
８ ネジ部
９ 保護部材
９ｃ 端面
１２ ストッパー
１３ ネジ部
４０ 凸部

Claims (7)

1. 作動流体が給排される筒状の弾性体と、該弾性体に外嵌される網状体と、を有する弾性収縮体と、
   該弾性収縮体の両端部に一端部が挿着され、該一端部側外周面に他端部側程拡径するように形成された複数の段部が設けられた端末部材と、
   前記弾性収縮体の径外方向への膨出を規制するために、該弾性収縮体を介して前記端末部材の前記段部に固定される保護部材と、
   該保護部材が前記端末部材の他端部側に移動しないように規制する規制手段と、を備えてなることを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記規制手段が、端末部材の他端部側に位置する保護部材の端面を保持すべく、前記端末部材に設けられたストッパーである請求項１記載のアクチュエータ。
3. 作動流体が給排される筒状の弾性体と、該弾性体に外嵌される網状体と、を有する弾性収縮体と、
   該弾性収縮体の両端部に一端部が挿着される端末部材と、
   前記弾性収縮体の径外方向への膨出を規制するために、該弾性収縮体を介して前記端末部材の一端部側に固定される保護部材と、
   該保護部材が前記端末部材の他端部側に移動しないように規制する規制手段と、を備え、
   前記規制手段は、端末部材の他端部側に位置する保護部材の端面を保持すべく、前記端末部材に設けられたストッパーであり、
   前記ストッパーの内周面に、端末部材の他端部側外周面に形成されたネジ部に螺合可能なネジ部が設けられてなるアクチュエータ。
4. 前記規制手段が、端末部材の他端部側に位置する保護部材の端面を保持すべく、前記弾性収縮体に設けられたストッパーである請求項１記載のアクチュエータ。
5. 作動流体が給排される筒状の弾性体と、該弾性体に外嵌される網状体と、を有する弾性収縮体と、
   該弾性収縮体の両端部に一端部が挿着される端末部材と、
   前記弾性収縮体の径外方向への膨出を規制するために、該弾性収縮体を介して前記端末部材の一端部側に固定される保護部材と、
   該保護部材が前記端末部材の他端部側に移動しないように規制する規制手段と、を備え、
   前記規制手段は、端末部材の他端部側に位置する保護部材の端面を保持すべく、前記弾性収縮体に設けられたストッパーであり、
   前記端末部材の外周面に凹溝が形成されると共に、ストッパーの内周面に凸部が形成され、且つ該凸部により弾性収縮体が押圧されて前記凹溝に係入されてなるアクチュエータ。
6. 前記保護部材が、弾性収縮体に着脱自在に設けられてなる請求項３記載のアクチュエータ。
7. 前記保護部材及びストッパーが、弾性収縮体に着脱自在に設けられてなる請求項２、４、５の何れか一つに記載のアクチュエータ。

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