(57)【要約】【課題】大きな収縮率と、それによる大きなストロークを実現することが可能な、流体アクチュエータを提供する。【解決手段】インナー部材１は、収納空間１２の内部における流体の圧力の上昇／下降に従って、インナー部材１の径方向において拡大／縮小する。アウター部材２は、筒状に構成されている。インナー部材１は、アウター部材２の内部に収容されている。アウター部材２は、インナー部材１が径方向に拡大したときに、インナー部材１に押圧されて、アウター部材２自体がその径方向外側に変位する。アウター部材２が径方向外側に変位することによって、アウター部材２における軸方向の長さが縮小する。軸方向におけるインナー部材１の少なくとも一端は、アウター部材２に対して、軸方向において、相対的に変位可能とされている。【選択図】図１
2010127429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インナー部材とアウター部材とを備えており、
前記インナー部材は、その内部に、流体を収納できる収納空間を備えており、
かつ、前記インナー部材は、前記収納空間の内部における前記流体の圧力の上昇／下降に従って、少なくとも前記インナー部材の一方向において拡大／縮小する構成となっており、
前記アウター部材は、筒状に構成されており、
前記インナー部材は、前記アウター部材の内部に収容されており、
前記アウター部材は、前記インナー部材が前記一方向に拡大したときに、前記インナー部材に押圧されて、前記アウター部材自体がその径方向外側に変位する構成となっており、
かつ、前記アウター部材は、それ自体が径方向外側に変位することによって、前記アウター部材における軸方向の長さが縮小する構成となっており、
さらに、前記軸方向における前記インナー部材の少なくとも一端は、前記アウター部材に対して、前記軸方向において、相対的に変位可能とされている
ことを特徴とする流体アクチュエータ。
【請求項２】
前記インナー部材は、筒状部を備えており、
前記筒状部は、可撓性を有する非弾性材料により構成されており、
さらに、前記筒状部の軸方向は、前記アウター部材の軸方向とほぼ一致させられており、
前記収納空間は、前記筒状部の内側に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の流体アクチュエータ。
【請求項３】
さらに柱部材を備えており、
前記柱部材は、前記インナー部材の両端を支持することによって、前記インナー部材における前記軸方向の変位を規制する構成となっている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の流体アクチュエータ。
【請求項４】
さらに、前記インナー部材の他端も、前記アウター部材に対して、前記軸方向において、相対的に変位可能とされている
請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体アクチュエータ。
【請求項５】
前記インナー部材の他端は、前記アウター部材に対して、前記軸方向において相対的に変位しないように固定されている
請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体アクチュエータ。
【請求項６】
前記アウター部材は、繊維を用いた編組構造とされている
請求項１〜５のいずれか１項に記載の流体アクチュエータ。
【請求項７】
前記インナー部材は弾性材料により構成されている
請求項１に記載の流体アクチュエータ。
【請求項８】
さらにワイヤー部材を備えており、
前記インナー部材は、筒状部と封止具とを備えており、
前記筒状部の少なくとも一端の内側には、前記封止具が配置されており、
前記筒状部における前記少なくとも一端の外側には、前記ワイヤー部材が、このワイヤー部材自体に張力がかかった状態で巻き付けられており、
前記筒状部と前記封止具とは、前記ワイヤー部材における前記張力によって、相互に固定されている
請求項１に記載の流体アクチュエータ。
【請求項９】
さらにワイヤー部材を備えており、
前記インナー部材は、筒状部と封止具とを備えており、
前記筒状部の他端の内側には、前記封止具が配置されており、
前記筒状部における前記他端の外側であって、かつ、前記アウター部材の外側となる位置には、前記ワイヤー部材が、このワイヤー部材自体に張力がかかった状態で巻き付けられており、
前記筒状部と前記封止具と前記アウター部材とは、前記ワイヤー部材における前記張力によって、前記インナー部材の他端側において、相互に固定されている
請求項１に記載の流体アクチュエータ。
【請求項１０】
前記ワイヤー部材の側面には、隣接する前記ワイヤー部材自体の側面とかみ合う凹凸部が形成されている
請求項８又は９に記載の流体アクチュエータ。
【請求項１１】
前記インナー部材の外面と前記アウター部材の内面との間には、両者の間の摩擦抵抗を低減することが可能な潤滑剤が配置されている
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の流体アクチュエータ。
【請求項１２】
前記インナー部材は、前記収納空間の内圧上昇によって膨出する複数の分岐部を備えており、
前記アウター部材は、前記複数の分岐部をそれぞれ覆っている
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の流体アクチュエータ。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の流体アクチュエータと、流体圧供給源とを備えており、
前記流体圧供給源は、前記流体アクチュエータにおける前記インナー部材の内部に流体を供給することによって、前記インナー部材内部における流体圧を上昇させる構成となっている
ことを特徴とする駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を用いたアクチュエータに関するものである。より詳しくは、本発明は、流体圧の変化を変位に変換することにより駆動力を得るアクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エアシリンダや油圧シリンダ，ゴム人工筋などの流体アクチュエータは、他の種類のアクチュエータ、例えば電磁アクチュエータに比較して、出力/重量比が大きいという特長を持つ。
【０００３】
ゴム人工筋は、加圧流体の給排による膨張・収縮を利用したアクチュエータである。このゴム人工筋は、その簡素な構造により、他の流体シリンダと比較しても著しく軽量にすることが可能である。また、ゴム人工筋は、流体シリンダのピストンのような擦動部をもたないため、スティックスリップを起こさない。そのため、ゴム人工筋は、流体シリンダの代わりに用いられる他、ロボット・マニピュレータやリハビリテーション装置、動作補助装具などの用途に好適であると考えられている。
【０００４】
ゴム人工筋としては、流体圧として空気圧を用いるものが、空気圧ゴム人工筋として良く知られている。空気圧ゴム人工筋の原理は、管状弾性体の膨張を、軸方向の収縮に変換するというものである。以下、空気圧ゴム人工筋の従来技術について説明する。
【０００５】
（編組繊維被覆型ゴム人工筋）
編組繊維被覆型としては、マッキベン(McKibben)型人工筋がよく知られており、その原理は例えば特許文献１（米国特許2,844,126号）に示されている。これは管状弾性体と、それを覆う、編組繊維でできた管状被覆体と、管状弾性体と被覆体の両端どうしを固定しながら封止する固定部材とから構成されている。
【０００６】
この技術では、空気圧の供給によって管状弾性体が膨張すると、その外側の管状被覆体も膨張する。すると、管状被覆体の編組構造におけるパンタグラフ機構によって、管状被覆体の膨張が、その軸方向の収縮に変換される。そして、管状被覆体の両端を介して、収縮力を外部に伝達することができる。マッキベン型人工筋については、その基本動作が、特許文献２（特開昭48-24175号）に、理論収縮率が、特許文献３及び４（特開昭50-52872号及び特公昭52-40378号）に、管状被覆体の編目構造の例が、特許文献５（特開2003-301807号）に、弾性体と被覆体の間における摩擦低減の例が、特許文献６（特願2005-504001号）に示されている。
【０００７】
（軸方向繊維強化型ゴム人工筋）
軸方向繊維強化型としては、ワルシャワ型人工筋がよく知られている。これは、管状弾性体と、管状弾性体の軸方向に沿ってこの弾性体に埋め込まれた繊維と、繊維を含む管状弾性体の両端を封止する固定部材とから構成される。この技術では、空気圧を管状弾性体の内部に供給すると、軸方向に強化された管状弾性体は、球状に膨張するとともに軸方向の長さを狭める。したがって、この技術では、封止された両端を介して収縮力を外部に伝達することができる。このタイプのゴム人工筋の例は、特許文献７（特開2001-355608号）に示されている。
【０００８】
（交差繊維強化型ゴム人工筋）
交差繊維強化型のゴム人工筋は、特許文献８（米国特許6,349,746号）に示されている。このゴム人工筋は、管状弾性体と、管状弾性体の軸方向に対して角度を持ってこの弾性体に埋め込まれた交差繊維と、管状弾性体の両端を封止する固定部材から構成される。この技術では、管状弾性体の内部に空気圧が供給されると、管状弾性体が膨張する。すると、管状弾性体に埋め込まれた交差繊維によるパンタグラフ機構が、膨張力を、軸方向の収縮力に変換する。これにより、この技術では、管状弾性体における、封止された両端を介して、収縮力を外部に伝達することができる。
【０００９】
（従来型ゴム人工筋の理論収縮率）
前記した従来のゴム人工筋における、解析的に算出される収縮率について以下に説明する。ここで、収縮率とは、ゴム人工筋の最大伸長時の長さ（図１３における長さＬ１）に対する、能動的な収縮ストローク（図１３における長さＬ２）の長さの割合である。
【００１０】
図１３（従来例）は、編組繊維被覆型または交差繊維強化型のゴム人工筋における動作を示している。その最大収縮率は、管状弾性体の膨張力とそれを覆う編組繊維の張力との力学的釣合から
2010127429.tif 000003
と算出される。
【００１１】
一方、図１４（従来例）は、軸方向繊維強化型のゴム人工筋における動作を示している。その最大収縮率は、管状弾性体の内圧とこの弾性体を強化する軸方向繊維の張力の間における力学的釣合から、約５４％と算出される。
【特許文献１】米国特許2,844,126号公報
【特許文献２】特開昭48-24175号公報
【特許文献３】特開昭50-52872号公報
【特許文献４】特公昭52-40378号公報
【特許文献５】特開2003-301807号公報
【特許文献６】特願2005-504001号公報
【特許文献７】特開2001-355608号公報
【特許文献８】米国特許6,349,746号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
（第１の課題…収縮率）
前記した通り、従来のゴム人工筋における理論的な収縮率は、編組繊維被覆型および交差繊維強化型において４２％、軸方向繊維強化型で５４％であった。しかしながら、実際に製作されたゴム人工筋では、管状弾性体の弾性変形や摩擦に伴う損失のため、理論値よりも低い収縮率しか得られない。実際の製品における収縮率は、編組繊維被覆型および交差繊維強化型において、最大で３２％程度、軸方向繊維強化型において、最大で４１％程度であると考えられる。
【００１３】
したがって、本発明における第１の課題は、大きな収縮率と、それによる大きなストロークを実現することである。
【００１４】
（第２の課題…耐久性）
従来のゴム人工筋では、管状弾性体を弾性材料から構成しているために、耐久性や耐圧性を向上させることが難しいという問題があった。
【００１５】
また、編組繊維被覆型の人工筋において知られている問題として、
・繰り返される伸縮動作にともなって、管状弾性体との摩擦により、編組繊維の目が崩れること、
・管状弾性体が膨出した状態では、広がった網目の間から、管状弾性体が突出して、編組繊維への負荷が増える場合があること
・管状弾性体と編組繊維被覆との間の摩擦により、管状弾性体に摩耗を生じる可能性があり、管状弾性体の対摩耗性を高めるために、コストがかかってしまうこと
がある。
【００１６】
管状弾性体と強化繊維を一体化した交差繊維強化型および軸方向繊維強化型の人工筋においては、耐久性が改善されているものの、管状弾性体として、機械的強度が非弾性材料に劣る弾性材料を用いているため、疲労による劣化が避けられない。
【００１７】
すなわち、本発明における第２の課題は、繰り返し動作における耐久性を向上させることである。
【００１８】
（第３の課題…効率）
編組繊維被覆型および交差繊維強化型の人工筋において知られている他の問題は、管状弾性体の摩擦や弾性変形によるエネルギ損失である。これは、ヒステリシス特性の劣化や、低圧動作における収縮率低下の原因となる。
【００１９】
本発明における第３の課題は、摩擦やエネルギ損失を低減することにより、高効率化を図ることである。
【００２０】
（第４の課題…耐圧力）
軸方向繊維強化型の人工筋においては、強化繊維が軸方向のみに配置されているため、伸縮動作中における、管状弾性体と管状被覆体との摩擦や、弾性体の軸方向への弾性変形を抑えることができる。しかしながら、軸方向繊維強化型の人工筋においては、軸方向以外には強化繊維が入っていない。このため、円周方向への力については、弾性体である膜の弾性力によって耐えなければならない。すると、このタイプの人工筋では、耐圧力を高めることが難しいという問題がある。例えば、このタイプにおける実際の耐圧力は、編組繊維被覆型および交差繊維強化型の人工筋に比べて、およそ１／３以下であると考えられる。
【００２１】
すなわち、本発明における第４の課題は、耐圧力を向上させることである。
【００２２】
（第５の課題…出力と体積）
従来型のゴム人工筋では、内圧が加わる管状弾性体の端を封止するとともに、出力端を取り付けるため、管状弾性体とその外側の管状被覆体との端部どうしをまとめて封止している。さらに、出力端を管状被覆体に堅固に取り付けるために、封止手段としては、金属製のボルトナット機構のような、比較的に大型でかつ重量のある機構を用いている。このため、従来のゴム人工筋は、サイズが大きく、さらに重量が重くなりがちであるという不都合がある。
【００２３】
多様な装置への応用を考えると、流体アクチュエータは、占有体積が少なく、かつ、配置しやすい形状であることが望ましい。編組繊維被覆型および交差繊維強化型の人工筋は、最大収縮時の外形状が円筒状である点において、配置しやすいという面を持つが、伸縮においては、長さ方向の変形を生じるため、占有体積の形状は複雑である。一方、軸方向線強化型の人工筋は、最大収縮時の外形状が球状で、その直径は最大伸長時の３倍にもなりうるため、占有体積が大きい。
【００２４】
すなわち、本発明における第５の課題は、省スペースな形状を実現することである。
【００２５】
本発明は、実施態様に応じて、前記した課題のいずれか又は全てに対応するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明は、下記のいずれかの項目に記載の構成を備えている。
【００２７】
（項目１）
インナー部材とアウター部材とを備えており、
前記インナー部材は、その内部に、流体を収納できる収納空間を備えており、
かつ、前記インナー部材は、前記収納空間の内部における前記流体の圧力の上昇／下降に従って、少なくとも前記インナー部材の一方向において拡大／縮小する構成となっており、
前記アウター部材は、筒状に構成されており、
前記インナー部材は、前記アウター部材の内部に収容されており、
前記アウター部材は、前記インナー部材が前記一方向に拡大したときに、前記インナー部材に押圧されて、前記アウター部材自体がその径方向外側に変位する構成となっており、
かつ、前記アウター部材は、それ自体が径方向外側に変位することによって、前記アウター部材における軸方向の長さが縮小する構成となっており、
さらに、前記軸方向における前記インナー部材の少なくとも一端は、前記アウター部材に対して、前記軸方向において、相対的に変位可能とされている
ことを特徴とする流体アクチュエータ。
【００２８】
この発明では、軸方向におけるインナー部材の少なくとも一端を、アウター部材に対して、軸方向において、相対的に変位可能としている。このため、インナー部材の一端側においては、インナー部材の膨張による、アウター部材への力が、アウター部材の径方向にのみ作用し、軸方向においては実質的に作用しない。
【００２９】
この構成により、この発明では、収縮率を向上させることが可能になる。すなわち、この項目の発明は、前記した第１の課題に対応している。
【００３０】
（項目２）
前記インナー部材は、筒状部を備えており、
前記筒状部は、可撓性を有する非弾性材料により構成されており、
さらに、前記筒状部の軸方向は、前記アウター部材の軸方向とほぼ一致させられており、
前記収納空間は、前記筒状部の内側に形成されている
ことを特徴とする項目１に記載の流体アクチュエータ。
【００３１】
本発明におけるインナー部材は、軸方向に伸縮する必要はないので、筒状部を非弾性材料により構成することが可能である。ただし、本発明のインナー部材は、繰り返しの膨張／収縮が可能である必要があるため、この項目の発明では、筒状部の材質として可撓性材料を採用している。
【００３２】
この項目の発明では、インナー部材の筒状部を、可撓性を有する非弾性材料により構成することによって、インナー部材の耐久性及び耐圧性を向上することが可能になる。
【００３３】
また、この項目の発明では、インナー部材の筒状部を、非弾性材料により構成したので、インナー部材を弾性材料で構成した場合に比較して、エネルギ損失を低く抑えることが可能になる。
【００３４】
すなわち、この項目の発明は、第２〜第４の課題に対応している。
【００３５】
（項目３）
さらに柱部材を備えており、
前記柱部材は、前記インナー部材の両端を支持することによって、前記インナー部材における前記軸方向の変位を規制する構成となっている
ことを特徴とする項目１又は２に記載の流体アクチュエータ。
【００３６】
柱部材を用いているために、この項目の発明では、インナー部材における耐圧性を向上させることが可能になる。すなわち、この項目の発明は、第４の課題に対応している。
【００３７】
（項目４）
さらに、前記インナー部材の他端も、前記アウター部材に対して、前記軸方向において、相対的に変位可能とされている
項目１〜３のいずれか１項に記載の流体アクチュエータ。
【００３８】
この項目の発明においても、インナー部材における膨張力を、アウター部材における収縮力に変換することができる。
【００３９】
（項目５）
前記インナー部材の他端は、前記アウター部材に対して、前記軸方向において相対的に変位しないように固定されている
項目１〜３のいずれか１項に記載の流体アクチュエータ。
【００４０】
この項目の発明においても、インナー部材における膨張力を、アウター部材における収縮力に変換することができる。また、この項目の発明においても、項目１に記載したように、インナー部材の一端側をアウター部材に対して、軸方向に移動可能としているので、前記したとおり、高い収縮率を得ることが可能である。
【００４１】
（項目６）
前記アウター部材は、繊維を用いた編組構造とされている
項目１〜５のいずれか１項に記載の流体アクチュエータ。
【００４２】
編組構造を用いることにより、いわゆるパンタグラフ機構を構成することができる。このパンタグラフ機構を用いて、インナー部材における膨張力を、アウター部材における軸方向の収縮力に変換することができる。ただし、編組構造を用いることは必須ではない。
【００４３】
（項目７）
前記インナー部材は弾性材料により構成されている
項目１に記載の流体アクチュエータ。
【００４４】
（項目８）
さらにワイヤー部材を備えており、
前記インナー部材は、筒状部と封止具とを備えており、
前記筒状部の少なくとも一端の内側には、前記封止具が配置されており、
前記筒状部における前記少なくとも一端の外側には、前記ワイヤー部材が、このワイヤー部材自体に張力がかかった状態で巻き付けられており、
前記筒状部と前記封止具とは、前記ワイヤー部材における前記張力によって、相互に固定されている
項目１に記載の流体アクチュエータ。
【００４５】
この項目の発明では、ワイヤー部材を用いてインナー部材の筒状部を封止しているので、インナー部材の端部における外径を、封止具の外径と同等か、それよりやや大きい程度に抑えることができる。このため、この項目の発明では、省スペースな外径形状を実現することが可能になる。すなわち、この発明は、前記した第５の課題に対応している。
【００４６】
（項目９）
さらにワイヤー部材を備えており、
前記インナー部材は、筒状部と封止具とを備えており、
前記筒状部の他端の内側には、前記封止具が配置されており、
前記筒状部における前記他端の外側であって、かつ、前記アウター部材の外側となる位置には、前記ワイヤー部材が、このワイヤー部材自体に張力がかかった状態で巻き付けられており、
前記筒状部と前記封止具と前記アウター部材とは、前記ワイヤー部材における前記張力によって、前記インナー部材の他端側において、相互に固定されている
項目１に記載の流体アクチュエータ。
【００４７】
この項目の発明では、インナー部材の他端側において、ワイヤー部材を用いて、インナー部材とアウター部材とをまとめて封止しているので、封止箇所におけるアウター部材の外径を、封止具の外径と同等か、それよりやや大きい程度に抑えることができる。このため、この項目の発明では、省スペースな外径形状を実現することが可能になる。すなわち、この発明は、前記した第５の課題に対応している。
【００４８】
（項目１０）
前記ワイヤー部材の側面には、隣接する前記ワイヤー部材自体の側面とかみ合う凹凸部が形成されている
項目８又は９に記載の流体アクチュエータ。
【００４９】
凹凸部を設けることにより、隣接して周回されたワイヤー部材どうしの位置ずれを防止することができ、ワイヤー部材による固定強度を向上させることが可能になる。
【００５０】
（項目１１）
前記インナー部材の外面と前記アウター部材の内面との間には、両者の間の摩擦抵抗を低減することが可能な潤滑剤が配置されている
項目１〜１０のいずれか１項に記載の流体アクチュエータ。
【００５１】
潤滑剤を配置することにより、インナー部材とアウター部材との間における摩擦抵抗を低減することができ、摩擦に起因するエネルギ損失を低減することが可能になる。すなわち、この項目の発明は、前記した第３の課題に対応している。
【００５２】
（項目１２）
前記インナー部材は、前記収納空間の内圧上昇によって膨出する複数の分岐部を備えており、
前記アウター部材は、前記複数の分岐部をそれぞれ覆っている
項目１〜１１のいずれか１項に記載の流体アクチュエータ。
【００５３】
インナー部材に複数の分岐部を形成し、それぞれの分岐部をアウター部材で個別に覆う構成とすることにより、一つの流体アクチュエータにおいて、それぞれの分岐部に対応した出力端を得ることができる。例えば、この発明によれば、一つのアクチュエータにおいて、三つ以上の出力端を得ることが可能である。
【００５４】
（項目１３）
項目１〜１２のいずれか１項に記載の流体アクチュエータと、流体圧供給源とを備えており、
前記流体圧供給源は、前記流体アクチュエータにおける前記インナー部材の内部に流体を供給することによって、前記インナー部材内部における流体圧を上昇させる構成となっている
ことを特徴とする駆動装置。
【００５５】
インナー部材の内部における流体圧を上昇させることにより、アウター部材における収縮力を得ることができる。なお、インナー部材の内圧を下げる手段としては、流体圧供給源によって流体を逆流させる手段、インナー部材にバルブを設けて外部に放出する手段など、適宜な手段を用いることができる。
【発明の効果】
【００５６】
本発明によれば、大きな収縮率と、それによる大きなストロークを実現することが可能な、流体アクチュエータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る流体アクチュエータを、図１〜図３に基づいて説明する。
【００５８】
本実施形態に係る流体アクチュエータは、インナー部材１とアウター部材２とを、基本的な構成要素として備えている。
【００５９】
インナー部材１は、適宜な封止手段によって両端が閉じられた筒状部１１を備えている。筒状部１１の内部は、流体を収納できる収納空間１２となっている（図２参照）。この実施形態では、筒状部１１の内部における収納空間１２の内部に、適宜な流体圧供給源５によって、流体圧を供給することができるようになっている。流体供給源５は、筒状部１１に流体を供給するためのホースあるいは管を備えていることが好ましい。また、筒状部１１には、流体供給源５のホースあるいは管を接続するための継ぎ手を備えていることが好ましい。この継ぎ手は、ワンタッチでホースあるいは管の着脱ができる機構であることが好ましい。
【００６０】
筒状部１１は、この実施形態では、可撓性を有する非弾性材料により構成されている。非弾性材料としては、例えば、薄膜のフッ素樹脂（PTFE）が、低摩擦でかつ機械的特性が良いために、特に好適である。
【００６１】
また、筒状部１１は、この実施形態では、筒状に形成されており、その軸方向は、アウター部材２の軸方向と一致させられている。
【００６２】
インナー部材１は、収納空間１２の内部における流体の圧力の上昇／下降に従って、インナー部材１の一方向（この例ではインナー部材の径方向）において拡大／縮小する構成となっている。
【００６３】
この実施形態で使用される流体は、空気となっている。ただし、流体としては、空気に限らず、液体やゲル状材料とすることも可能である。具体的には、例えば、取り扱いが容易な水や、市販ボンベが利用できる二酸化炭素ガスの利用が考えられる。
【００６４】
アウター部材２は、筒状に構成されている。インナー部材１は、アウター部材２の内部に収容されている（図１参照）。
【００６５】
アウター部材２は、インナー部材１がその径方向に拡大したときに、インナー部材１に押圧されて、アウター部材２自体がその径方向外側に変位する構成となっている。かつ、アウター部材２は、それ自体が径方向外側に変位することによって、アウター部材における軸方向の長さが縮小する構成となっている。
【００６６】
さらに、軸方向におけるインナー部材１の一端（図１において左端）は、アウター部材２に対して、その軸方向において、相対的に変位可能とされている。つまり、インナー部材１の一端側は、アウター部材２に対して、非拘束の状態となっている。
【００６７】
具体的には、この実施形態におけるアウター部材２は、繊維を用いた編組構造により構成されている。ここで用いる繊維としては、伸縮率の低いものが、収縮率を上げるという観点から好ましい。編組構造を用いることにより、いわゆるパンタグラフ作用によって、径方向への膨張を収縮力に変換することができる。ただし、編組構造を用いることは必須ではなく、例えば、アウター部材２として、可撓性を有し、かつ、軸方向に伸縮しない材料を用いることも可能である。
【００６８】
また、本実施形態では、インナー部材１の他端（図１において右端）は、アウター部材２に対して、適宜な固定具によって固定されている。また、この固定具は、インナー部材１の端部を封止しているとともに、流体圧供給源５からの流体を受け入れることができるようになっている。
【００６９】
（第１実施形態の動作）
次に、本実施形態に係る流体アクチュエータの動作を、図３を参照しながら説明する。まず、初期状態（図３（ａ）参照）では、インナー部材１の筒状部１１の内部は減圧状態（例えば１気圧あるいはそれ以下）であるとする。
【００７０】
ついで、流体圧供給源５（図１参照）により、流体圧を筒状部１１の内部に供給する。すると、筒状部１１は、径方向外側に膨張し、アウター部材２を、その径方向外側に押し出す（図３（ｂ）参照）。
【００７１】
すると、アウター部材２の全長が収縮する。このようにして、この実施形態の流体アクチュエータでは、流体圧を収縮力に変換することができる。したがって、例えば、アウター部材の端部２２（図３参照）を出力端とすることにより、収縮力を取り出して、適宜な装置、例えばロボットの動力源として利用することができる。
【００７２】
また、筒状部１１の内部における圧力を初期状態に戻すことにより、筒状部１１の形状は、初期状態に戻る。その後、流体圧を再び筒状部１１に供給することにより、前記と同様の動作が可能である。したがって、この流体アクチュエータは、周期的な収縮動作を行うことができる。
【００７３】
（収縮率の向上）
本実施形態では、インナー部材１の一端を、アウター部材２に対して、軸方向において、相対的に変位可能としている。このため、インナー部材１の一端側においては、インナー部材１の膨張による、アウター部材２への押圧力が、アウター部材２の径方向にのみ作用し、軸方向においては実質的に作用しない。
【００７４】
すなわち、本実施形態では、インナー部材１が径方向に変形したとしても、アウター部材２に対して軸方向の力が加わらない構造となっている。このため、この実施形態では、インナー部材１とアウター部材２との間に起きる、軸方向における力学的な干渉を回避できる。その結果、この実施形態における収縮率は、理論上、１００％に近づけることが可能と考えられる。
【００７５】
一方、従来の技術においては、管状弾性体と管状被覆体との端部どうしを固定するか、または、管状弾性体が管状被覆体の内部にすき間無く広がる構造であった。そのため、従来の技術では、管状弾性体と管状被覆体との間における、軸方向の力の釣合が、収縮率を限定していた。
【００７６】
なお、本実施形態におけるインナー部材１の軸方向長さは、動作中のいかなる時点においても、アウター部材２の軸方向長さを超えないことが好ましい。インナー部材１の長さが、アウター部材２の長さを超えると、力学的干渉が生じ、収縮率を悪化させる可能性があるためである。
【００７７】
（高効率化および耐久性の向上）
さらに、本実施形態では、インナー部材１の筒状部１１として、可撓性を有する非弾性材料を用いたので、筒状部として弾性材料を用いた場合に比較して、耐久性及び耐圧性の向上を図ることができるという利点がある。
【００７８】
また、従来の技術のように、インナー部材の両端をアウター部材に固定した場合には、筒状部も、アウター部材の伸縮に対応して伸縮する必要があるため、筒状部として非弾性材料を用いることは難しい。これに対して、本実施形態では、前記したように、インナー部材１の一端をアウター部材２に対して移動可能としたので、インナー部材１が軸方向に伸縮する必要はない。このため、この実施形態では、軸方向にはほとんど伸縮せず、径方向にのみ実質的に伸縮する非弾性材料を用いて、インナー部材１の筒状部１１を構成することができる。さらには、この実施形態では、筒状部１１の変形を径方向に限定することができるので、筒状部１１が軸方向にも変形する場合に比較して、変形エネルギを低減することが可能になる。また、筒状部１１が軸方向にも変形すると、筒状部１１とアウター部材２との摩擦を生じることになるが、この実施形態では、このような摩擦を低減することができるという利点もある。
【００７９】
また、インナー部材として弾性体を用いた場合には、インナー部材が膨出した状態において、アウター部材の網目の間から、インナー部材が突出するおそれがあった。これに対して、この実施形態では、インナー部材として非弾性材料を用いたので、編組繊維を用いたアウター部材への負荷を減らすことができる。
【００８０】
また、この実施形態では、膨張時におけるインナー部材１の長さが実質的に変化せず、太さだけが変化するので、円筒形のスペースを確保しておけば、動作が可能であるという実装上の利点もある。
【００８１】
なお、本実施形態において、インナー部材１の外面とアウター部材２の内面との間に、両者の間の摩擦抵抗を低減するための潤滑剤を配置することが可能である。好適な潤滑剤の一例は、特性が安定していて、様々な特性を持たせられるシリコンオイルである。さまざまな物性の潤滑剤（例えばシリコンオイル）を選択することによって、摩擦を低減するばかりでなく、振動的な動きを抑制する機能的な粘性も付加することが可能である。
【００８２】
（第２実施形態）
次に、図４及び図５を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る流体アクチュエータを説明する。なお、この実施形態の説明においては、前記した第１実施形態で説明した流体アクチュエータと共通する要素については、同一符号を用いることで、説明の重複を避ける。
【００８３】
この第２実施形態では、インナー部材１の筒状部１１の材質として、非弾性材料に変えて、弾性材料が用いられている。弾性材料としては、例えば、柔軟な天然ゴム、温度変化に強いシリコーンゴム、機械的強度にすぐれたポリウレタンなどが好適であると考えられる。
【００８４】
本実施形態における筒状部１１は、断面円形であって、かつ、両端が閉鎖された円柱状に形成されている（図５参照）。また、この実施形態においても、流体圧供給源５によって、筒状部１１の内部における流体圧を増減させることができるようになっている。
【００８５】
第２実施形態の流体アクチュエータにおいても、インナー部材１における径方向の膨張を、アウター部材２における軸方向の変位（収縮）に変換することができる。
【００８６】
なお、インナー部材１の筒状部１１を弾性材料により構成した場合には、非弾性材料を用いた場合に比較して、耐久性、耐圧性あるいはエネルギ効率が低下する可能性がある。このため、弾性材料を用いて筒状部１１を構成する場合には、必要とされる耐久性等の要件に見合った材質が選択される。
【００８７】
ただし、筒状部１１として弾性材料を用いた場合であっても、筒状部１１における軸方向の変形を制約する構成とすれば、機能的には、非弾性材料を用いた場合に近づけることが可能である。軸方向の変形を制約する方法としては、例えば、弾性材料の内部や表面に、軸方向に延長された繊維を配置し、この繊維の張力を用いて、弾性材料の軸方向変位を制約することが考えられる。
【００８８】
前記以外の他の構成及び利点は、前記した第１実施形態と同様なので、第２実施形態についてのこれ以上詳しい説明は省略する。
【００８９】
（第３実施形態）
次に、図６を参照しながら、本発明の第３実施形態に係る流体アクチュエータを説明する。なお、この実施形態の説明においては、前記した第１実施形態で説明した流体アクチュエータと共通する要素については、同一符号を用いることで、説明の重複を避ける。
【００９０】
この第３実施形態では、第２実施形態と同様に、インナー部材１の筒状部１１の材質として、非弾性材料に変えて、弾性材料が用いられている。
【００９１】
また、本実施形態における筒状部１１も、第２実施形態と同様に、断面円形であって、かつ、両端が閉鎖された円柱状に形成されている。ただし、この第３実施形態では、第２実施形態と異なり、筒状部１１の他端側（図６において右端側）も、一端側（図６における左端側）と同様に、アウター部材２に対して、軸方向に相対移動が可能となっている。具体的には、この実施形態では、筒状部１１の他端側は、アウター部材２に対して非拘束となっている。
【００９２】
また、この実施形態においても、流体圧供給源５によって、筒状部１１の内部における流体圧を増減させることができるようになっている。
【００９３】
第３実施形態の流体アクチュエータにおいても、インナー部材１における径方向の膨張を、アウター部材２における軸方向の変位（収縮）に変換することができる。
【００９４】
前記以外の他の構成及び利点は、前記した第２実施形態と同様なので、第３実施形態についてのこれ以上詳しい説明は省略する。
【００９５】
（第４実施形態）
次に、図７を参照しながら、本発明の第４実施形態に係る流体アクチュエータを説明する。なお、この実施形態の説明においては、前記した第１実施形態で説明した流体アクチュエータと共通する要素については、同一符号を用いることで、説明の重複を避ける。
【００９６】
この第４実施形態における流体アクチュエータは、柱部材３を備えている（図７参照）。柱部材３は、インナー部材１の筒状部１１の両端を支持することによって、インナー部材１における軸方向の変位を規制する構成となっている。より具体的には、筒状部１１の両端は、柱部材３の両端に固定されると共に、柱部材３の両端によって封止されている。
【００９７】
さらに、第４実施形態における筒状部１１の他端側（図７において右端側）は、第３実施形態の場合と同様に、アウター部材２に対して、軸方向に移動可能とされている。
【００９８】
この実施形態では、インナー部材１に対して、その軸方向の力が外部から作用した場合でも、柱部材３により、軸方向の変形を防ぐことができる。このため、この実施形態では、インナー部材１における耐圧性をさらに向上させることができるという利点がある。
【００９９】
また、第１実施形態の構成において、インナー部材１の内圧が上昇したときは、半径方向の膨張については、アウター部材２が拘束する。しかしながら、インナー部材１の内圧が過大になったり、インナー部材１が経時変化で弱化した場合には、内圧上昇によってインナー部材１が軸方向に伸びる可能性がある。これに対してこの第４実施形態では、柱部材３により、軸方向におけるインナー部材１の変形を防ぐことが可能になる。
【０１００】
前記以外の他の構成及び利点は、前記した第１実施形態と同様なので、第４実施形態についてのこれ以上詳しい説明は省略する。
【０１０１】
（第５実施形態）
次に、図８及び図９を参照しながら、本発明の第５実施形態に係る流体アクチュエータを説明する。なお、この実施形態の説明においては、前記した第１実施形態で説明した流体アクチュエータと共通する要素については、同一符号を用いることで、説明の重複を避ける。
【０１０２】
この第５実施形態では、インナー部材１の筒状部１１の両端を封止するための部材として、封止具１３とワイヤー部材４とが用いられている。
【０１０３】
封止具１３は、筒状部１１の両端にそれぞれ配置されている。これらの封止具は、いずれも同様に構成されているので、以下の説明においては、一方の封止具について主に説明する。
【０１０４】
封止具１３は、概略円柱状に形成されており、その側面には、円周方向に延びる溝１３ａが形成されている。（図８参照）。
【０１０５】
ワイヤー部材４は、封止具１３の溝１３ａに対応する位置において、筒状部１１の外側から、張力をかけられた状態で周回されている。これにより、この実施形態では、筒状部１１と封止具１３とが、ワイヤー部材４における張力によって、相互に固定されている。そして、この構成により、筒状部１１の収納空間１２から外部へ流体が漏れることを防ぐことができる。
【０１０６】
ワイヤー部材４を筒状部１１に固定する方法の一例を、図９を参照しながら説明する。まず、ワイヤー部材４を筒状部１１の周囲に巻き付ける。図示の例では、２周分、ワイヤー部材４を周回させている。ついで、ワイヤー部材４の端部近傍を合わせて、強くねじる（図９参照）。これにより、ワイヤー部材４に対して強い張力を与えることができる。その後、図８に示されるように、ねじられた部分を横に倒す。
【０１０７】
この実施形態では、ワイヤー部材４を用いてインナー部材１の筒状部１１を封止しているので、インナー部材１の端部における外径を、封止具１３の外径と同等か、それよりやや大きい程度に抑えることができる。このため、この実施形態の流体アクチュエータによれば、省スペースな外径形状を実現することが可能になる。
【０１０８】
本実施形態では、さらに、封止具１３に溝１３ａを設けているので、流体アクチュエータの外径形状を一層小さく押さえることができる。
【０１０９】
なお、この第５実施形態では、インナー部材１の筒状部１１の外周からワイヤー部材４を周回させている。しかしながら、インナー部材の他端側においては、アウター部材２の外周から、筒状部１１を挟んで、封止具１３にワイヤー部材４を周回させることもできる。このようにすれば、筒状部１１の封止を行うことができるだけでなく、インナー部材１の他端とアウター部材２とを固定することができる。したがって、流体アクチュエータについての一層の小型化を図りうる。また、この場合であっても、前記したとおり、インナー部材１の一端側をアウター部材２に対して移動可能とすることによって、収縮率の向上を図ることができる。
【０１１０】
前記以外の他の構成及び利点は、前記した第１実施形態と同様なので、第５実施形態についてのこれ以上詳しい説明は省略する。
【０１１１】
（第６実施形態）
次に、図１０及び図１１を参照しながら、本発明の第６実施形態に係る流体アクチュエータを説明する。なお、この実施形態の説明においては、前記した第５実施形態で説明した流体アクチュエータと共通する要素については、同一符号を用いることで、説明の重複を避ける。
【０１１２】
この第６実施形態では、ワイヤー部材４の側面に、隣接するワイヤー部材４自体の側面とかみ合う凹凸部４１が形成されている。
【０１１３】
本実施形態では、凹凸部４１を設けることにより、隣接して周回されたワイヤー部材４どうしの位置ずれを防止することができ、ワイヤー部材４による固定強度を向上させることができるという利点がある。
【０１１４】
また、本実施形態では、凹凸部４１を設けたので、ワイヤー部材４をねじり合わせた部分を除去しても、ワイヤー部材４における張力を保持することができる。このため、この実施形態では、アクチュエータの外径を一層コンパクトにすることができる。
【０１１５】
（第７実施形態）
次に、図１２を参照しながら、本発明の第７実施形態に係る流体アクチュエータを説明する。なお、この実施形態の説明においては、前記した第１実施形態で説明した流体アクチュエータと共通する要素については、同一符号を用いることで、説明の重複を避ける。
【０１１６】
本実施形態におけるインナー部材１は、二つの分岐部１１１及び１１２を備えている。これらの分岐部１１１及び１１２は、収納空間１２の内圧上昇によって膨出する構成となっている。より具体的には、分岐部１１１及び１１２の内部にも、収納空間１２が連続して形成されており、流体圧供給源５から供給された流体によって、内圧が上昇するようになっている。
【０１１７】
アウター部材２は、二つの分岐部１１１及び１１２に対応して分岐されており、分岐部１１１及び１１２をそれぞれ覆っている（図１２参照）。
【０１１８】
本実施形態では、インナー部材１に分岐部１１１及び１１２を形成し、それぞれの分岐部をアウター部材２で個別に覆う構成とすることにより、一つの流体アクチュエータにおいて、それぞれの分岐部に対応した出力端を得ることができる。例えば、この実施形態では、第１出力端２２１と第２出力端２２２を、図１２において左側に形成することができる。図１２における右端も出力端と見れば、この実施形態では、一つのアクチュエータにおいて、三つ出力端を得ることができる。したがって、この実施形態のアクチュエータでは、上腕二頭筋を模した構成とすることも可能になる。
【０１１９】
なお、分岐部の数は、三つ以上でもよい。分岐部の数を増やした場合には、それぞれの分岐部をアウター部材で覆うことによって、分岐部の数に応じた出力端を得ることができる。
【０１２０】
前記以外の他の構成及び利点は、前記した第５実施形態と同様なので、第６実施形態についてのこれ以上詳しい説明は省略する。
【０１２１】
前記した各実施形態の流体アクチュエータと、流体圧供給源５とにより、流体圧を用いた駆動装置を構成することができる。
【０１２２】
なお、前記実施形態及び実施例の記載は単なる一例に過ぎず、本発明に必須の構成を示したものではない。各部の構成は、本発明の趣旨を達成できるものであれば、上記に限らない。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る流体アクチュエータを示す、一部を破断した説明図である。
【図２】図１におけるインナー部材の横断面図である。
【図３】図１に示される流体アクチュエータの動作を説明するための説明図である。図（ａ）は、筒状部の収縮状態を示す。図（ｂ）は、筒状部の膨張状態を示す。
【図４】本発明の第２実施形態に係る流体アクチュエータを示す、一部を破断した説明図である。
【図５】図４におけるインナー部材の横断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る流体アクチュエータを示す、一部を破断した説明図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る流体アクチュエータを示す、一部を破断した説明図である。
【図８】本発明の第５実施形態に係る流体アクチュエータを示す、一部を破断した説明図である。
【図９】図８の流体アクチュエータについての作製方向を説明するための説明図である。
【図１０】本発明の第６実施形態に係る流体アクチュエータを示す、一部を破断した説明図である。
【図１１】図１０の流体アクチュエータについての作製方向を説明するための説明図である。
【図１２】本発明の第７実施形態に係る流体アクチュエータを示す、一部を破断した説明図である。
【図１３】従来の人工筋の一例を示す説明図である。
【図１４】従来の人工筋の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１２４】
１  インナー部材
１１  筒状部
１１１・１１２  分岐部
１２  収納空間
１３  封止具
１３ａ  封止具の溝
２  アウター部材
２１  固定具
２２  出力端
２２１  第１出力端
２２２  第２出力端
３  柱部材
４  ワイヤー部材
４１  凹凸部
５  流体圧供給源
【図１】
2010127429.tif 000004
【図２】
2010127429.tif 000005
【図３】
2010127429.tif 000006
【図４】
2010127429.tif 000007
【図５】
2010127429.tif 000008
【図６】
2010127429.tif 000009
【図７】
2010127429.tif 000010
【図８】
2010127429.tif 000011
【図９】
2010127429.tif 000012
【図１０】
2010127429.tif 000013
【図１１】
2010127429.tif 000014
【図１２】
2010127429.tif 000015
【図１３】
2010127429.tif 000016
【図１４】
2010127429.tif 000017