(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み方向に貫通する貫通孔を形成した板状のベース部材と、
前記貫通孔の一方の開口を覆うように前記ベース部材に取り付けてあるシート状の内膜部材と、
前記内膜部材を被覆するように前記ベース部材に取り付けてあるシート状の外膜部材と
を備え、
前記内膜部材は、前記貫通孔を通じた流体の供給により膨らむようにしてあり、
前記外膜部材は、膨らんだ前記内膜部材に伴って変形することが可能な柔軟性を有すると共に、第一状態まで膨らんだ前記内膜部材が、前記第一状態を超過して膨らむようになることを抑える締付力を有することを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記内膜部材は、非伸縮性であると共に、前記外膜部材に被覆されていない単体の状態では前記第一状態を超えて膨らむことが可能な面積寸法を有しており、
前記外膜部材が前記内膜部材の膨らむ範囲を被覆する被覆範囲面積は、前記内膜部材が単体で最大に膨らむことが可能な範囲の面積以下にしてある請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記内膜部材は、伸縮性を有すると共に、前記外膜部材に被覆されていない単体の状態では前記第一状態を超えて伸長可能にしてあり、
前記外膜部材が前記内膜部材の膨らむ範囲を被覆する被覆範囲面積は、前記内膜部材が単体で最大に伸張して膨らむことが可能な範囲の面積以下にしてある請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記内膜部材は、流体の非供給状態で前記ベース部材の前記貫通孔が開口する面に伸長した状態で接するように、前記ベース部材に取り付けてある請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記外膜部材は、非伸縮性である請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記外膜部材は、通気性を有する請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
少なくとも人の指を載置することが可能な載置台と、
前記載置台の人の指が載置される箇所に配置してある請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のアクチュエータと
を備え、
前記アクチュエータは、前記ベース部材を介して前記載置台に取り付けてあることを特徴とするリハビリ機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体圧式のアクチュエータの中で、いわゆるメンブレン（membrane：膜）方式のものに関し、特に、供給される流体の圧に対する耐圧性を高めると共に、様々な用途に適用しやすくしたものであり、さらには、このようなアクチュエータをリハビリ機器に適用したものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、気体（たとえば空気）又は液体等の流体を供給して作動させる流体圧式のアクチュエータとしては、チューブ状のものが一般的であった（特許文献１参照）。また、チューブ状以外の流体圧式アクチュエータとしては、メンブレン（membrane：膜）方式のものがある（特許文献２参照）。
【０００３】
一方、従来から手、指などを対象としたリハビリ機器が各種存在し、手、指などの機能を回復させるためのリハビリ動作に係る作動手段として、気体（空気）の供給による袋体の膨らみを用いたものが下記の特許文献３〜５で開示されており、ゴムなどの伸縮性弾性材が具備する引っ張り力を利用したものが下記の特許文献６で開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−１３２１０３号公報
【特許文献２】特開２００７−１２０５１３号公報
【特許文献３】特開平１０−３３６０４号公報
【特許文献４】特開２０１０−１６７２２８号公報
【特許文献５】特開平９−４７４７７号公報
【特許文献６】特開２００９−１２５２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２に係るメンブレン方式のアクチュエータは、流体の供給により弾性シート（内膜部材に相当）を膨らまして線材を引っ張る構成になっている。そのため、供給される流体の圧を弾性シートだけで受け止めることになり、流体の供給圧が高まると弾性シートの供給圧に対する負担が高まると共に、使用頻度が増すにつれて弾性シートの劣化も進みやすくなるという問題がある。また、流体の供給圧をコントロールするレギュレータ等の故障により、流体の供給圧が過度になると、弾性シートが破裂に至ることもある。なお、特許文献２に係るアクチュエータでは、弾性シートの上に網状の被覆シートを被せているが、この被覆シートは、線材が弾性シートを傷付けることを防止するためのものであり、この被覆シートで、流体の供給圧に対する弾性シートの負担を緩和することはできない。
【０００６】
そして、特許文献２に係るメンブレン方式のアクチュエータは、線材の先端を対象物に連結することで、その対象物を線材の引っ張りにより駆動させているので、アクチュエータの用途が、線材で引っ張ることができる場合に限定されるという問題もある。
【０００７】
また、従来の一般的なチューブ状のアクチュエータの場合でも、アクチュエータの一端を直接または間接的に対象物に連結する必要があることから、用途が限定されるという問題があった。さらに、アクチュエータの形状がチューブ状であると共に、流体の供給によりラグビーボール状に変形することから、アクチュエータを安定した状態で設置するには、全周囲方向へのクリアランス寸法を確保した上でアクチュエータの両端を取付金具等で設置対象に固定する必要があり、設置スペースが大きくなると共に設置に対して手間を要するという問題もあった。
【０００８】
一方、気体（空気）の供給により袋体を膨らませるリハビリ機器では、指全体または手全体に一度に作用するものであったため、リハビリを必要とする人の症状・状態ごとに応じたきめ細やかなリハビリ作業を行えず、一律的なリハビリ動作しか提供できなかったという問題がある。
【０００９】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、所定の締付力を有する部材で内膜部材を被覆することで従来に比べて流体供給圧に対する耐圧性を高めると共に、線材を引っ張る用途以外にも幅広く容易に適用できるようにしたアクチュエータを提供することを目的とする。
また、本発明は、上述したアクチュエータを、リハビリを必要とする人の指ごとに配置することで、様々な症状・状態に対応しえるリハビリ機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明に係るアクチュエータは、厚み方向に貫通する貫通孔を形成した板状のベース部材と、前記貫通孔の一方の開口を覆うように前記ベース部材に取り付けてある内膜部材と、前記内膜部材を被覆するように前記ベース部材に取り付けてある外膜部材とを備え、前記内膜部材は、前記貫通孔を通じた流体の供給により膨らむようにしてあり、前記外膜部材は、膨らんだ前記内膜部材に伴って変形することが可能な柔軟性を有すると共に、第一状態まで膨らんだ前記内膜部材が、前記第一状態を超過して膨らむようになることを抑える締付力を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明にあっては、内膜部材が第一状態を超えて膨らむようになることを、所要の締付力を有する外膜部材で抑えるので、内膜部材は第一状態より大きく膨らまないと共に、この第一状態では、流体の供給圧に対する負担は、ほとんどが外膜部材にかかった状態になる。そのため、内膜部材における流体供給に対する負担が低減されると共に、使用に伴う材質の劣化進行も従来に比べて抑制されるようになる。また、内膜部材は第一状態より大きく膨らまないので、内膜部材が破裂するような事態の発生が防止される。そして、外膜部材は、内膜部材の膨らみを抑える締付力を有することから、流体の供給圧に抗して流体供給に伴う負担を受け止めることができ、従来のメンブレン方式のアクチュエータに比べて耐圧性の向上が図れる。なお、第一状態とは、内膜部材が単体で最大に膨らんだ状態を１００％とすると、それに対して約４０〜１００％の範囲内のいずれかのパーセントまで内膜部材が膨らんだ状態を意味する。そのため、本発明では、１００％を超えて内膜部材が膨らむことはない。
【００１２】
さらに、内膜部材および外膜部材はともにベース部材に取り付けられるので、アクチュエータの内膜部材が膨らむ方向は、ベース部材から内膜部材および外膜部材が位置する側への一方向のみとなり、アクチュエータの設置スペースを確保しやすくなると共に、板状のベース部材を介してアクチュエータの設置も容易に行えるようになる。
【００１３】
さらにまた、アクチュエータの膨らむ方向（作動方向）が一方向になることで、全周方向に膨らむチューブ状のアクチュエータに比べ、作動方向を一方向に集中させて効率的な作動量を確保でき、さらには、線材を引っ張る用途だけでなく、対象物を持ち上げる用途、対象物を押しつける用途、対象物を挟み込む用途等にも適用しやすくなり、従来のアクチュエータに比べて幅広い用途に適用しやすくなる。
【００１４】
本発明に係るアクチュエータは、前記内膜部材が、非伸縮性であると共に、前記外膜部材に被覆されていない単体の状態では前記第一状態を超えて膨らむことが可能な面積寸法を有しており、前記外膜部材が前記内膜部材の膨らむ範囲を被覆する被覆範囲面積は、前記内膜部材が単体で最大に膨らむことが可能な範囲の面積以下にしてあることを特徴とする。
【００１５】
本発明にあっては、弾性変形しない非伸縮性の内膜部材を用いるので、素材的な伸縮が生じないことから長年の使用に対しても素材劣化が進行しにくく、その上、流体の供給に係る抵抗が少なくなり、流体の供給圧が低い場合でも内膜部材がスムーズに膨らむようになる。なお、このように非伸縮性の内膜部材を用いた場合でも、外膜部材の被覆範囲面積を、内膜部材が単体の状態で最大に膨らむことが可能な範囲の面積以下にしているので、外膜部材の締付力により、内膜部材の最大許容量を超えて流体が供給されて大きく膨らむ状態へと至らないので、流体供給系の故障等により、過度に流体が供給されるような事態が生じても、内膜部材の破裂は防止される。
【００１６】
また、本発明に係るアクチュエータは、前記内膜部材が、伸縮性を有すると共に、前記外膜部材に被覆されていない単体の状態では前記第一状態を超えて伸長可能にしてあり、前記外膜部材が前記内膜部材の膨らむ範囲を被覆する被覆範囲面積は、前記内膜部材が単体で最大に伸張して膨らむことが可能な範囲の面積以下にしてあることを特徴とする。
【００１７】
本発明にあっては、伸縮性を有する内膜部材を用いるので、ある程度の量の流体が供給されて内膜部材が伸長し始めると、その後は流体の供給量に比例した状態で内膜部材が膨らむようになるので、供給する流体の量に応じた線形的な変化でアクチュエータを作動させることを望む場合に好適となる。なお、このように伸縮性の内膜部材を用いた場合でも、外膜部材の被覆範囲面積を、内膜部材が最大に伸張して膨らむことが可能な範囲の面積以下にしているので、外膜部材の締付力により、内膜部材が最大限に伸長できる範囲を超えるまでには至らないので、流体供給系の故障等により、過度に流体が供給されるような事態が生じても、内膜部材が破裂することは防止される。
【００１８】
さらに、本発明に係るアクチュエータは、前記内膜部材が、流体の非供給状態で前記ベース部材の前記貫通孔が開口する面に伸長した状態で接するように、前記ベース部材に取り付けてあることを特徴とする。
【００１９】
本発明にあっては、流体の非供給状態で、内膜部材が伸長してベース部材の一方の面に接するように取り付けてあるので、流体供給の開始時から内膜部材が伸長し始めるようになり、流体供給の最初から供給する流体の量に応じてアクチュエータが線形的に作動し、流体の供給にレスポンス良く作動可能なアクチュエータを実現できる。また、流体の非供給状態では内膜部材がベース部材の一方の面に接して収縮しているので、流体の非供給状態におけるアクチュエータのコンパクト化を図れる。
【００２０】
本発明に係るアクチュエータは、前記外膜部材が非伸縮性であることを特徴とする。
本発明にあっては、外膜部材を非伸縮性にしたので、第一状態を超えないように内膜部材の膨らみを確実に抑える締付力を具備できるようになる。
【００２１】
本発明に係るアクチュエータは、前記外膜部材が、通気性を有することを特徴とする。
本発明にあっては、外膜部材が通気性を有するので、内膜部材と外膜部材の間に存在する空気は、内膜部材の膨らみに伴って通気性を有する外膜部材を通じて外方へ押し出される。そのため内膜部材が膨らむ際に、内膜部材と外膜部材の間に空気が留まって内膜部材が膨らむのを妨げるようなことも生じなくなり、内膜部材はスムーズに膨らむことが可能になる。
【００２２】
また、本発明に係るリハビリ機器は、少なくとも人の指を載置することが可能な載置台と、前記載置台の人の指が載置される箇所に配置してある前記アクチュエータとを備え、前記アクチュエータは、前記ベース部材を介して前記載置台に取り付けてあることを特徴とする。
【００２３】
本発明にあっては、上述したアクチュエータを人の指が置かれる箇所に取り付けたので、指単位でリハビリに係る作動を行えるようになり、症状・状態ごとに要望される様々なリハビリ動作に細かく対応できるようになる。また、アクチュエータは、板状のベース部材を介して載置台に取り付けられることから、リハビリ機器の製作段階で容易にアクチュエータを設置できると共に、リハビリ機器の使用時においては安定した姿勢でアクチュエータを作動させることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明にあっては、内膜部材が第一状態を超過して膨らむことを、所要の締付力を具備した外膜部材で抑えるので、内膜部材の流体供給に対する負担を低減でき、使用に伴う材質の劣化進行も従来に比べて抑制できると共に、内膜部材が破裂するような事態の発生も防止できる。その上、本発明にあっては、アクチュエータの内膜部材が膨らむ方向は、ベース部材からの一方向のみとなるので、設置スペースの確保およびアクチュエータの設置を容易に行うことができると共に、作動方向を一方向のみに集中して大きな作動量を確保でき、線材を引っ張る以外にも、幅広い用途に適用できる。
【００２５】
本発明にあっては、非伸縮性の内膜部材を用いるので、伸縮を伴わない内膜部材の安定した長期使用を確保できると共に、流体供給に係る抵抗を少なくして、流体の供給圧が低い場合でも内膜部材がスムーズに膨らませることができるという特性を確保しながら、所要の被覆範囲面積を有する外膜部材により、非伸縮性の内膜部材の破裂を確実に防止できる。
【００２６】
本発明にあっては、伸縮性を有する内膜部材を用いるので、流体供給に伴って内膜部材が伸長し始めた後は流体の供給量に比例した線形的な状態で内膜部材が膨らんで、供給する流体の量に対するアクチュエータの作動応答性を向上できるという特性を確保しながら、所要の被覆範囲面積を有する外膜部材により、伸縮性を有する内膜部材の破裂を確実に防止できる。
【００２７】
本発明にあっては、流体の非供給状態で、内膜部材がベース部材の一方の面に接して収縮するので、流体供給の最初から、流体供給に対するアクチュエータの作動応答性を向上できると共に、流体の非供給状態におけるアクチュエータのコンパクト化を図れるので、設置スペースが限られる場合でも好適に設置できる。
【００２８】
本発明にあっては、外膜部材を非伸縮性にしたので、第一状態を超えないように内膜部材の膨らみを確実に抑える締付力を有することができ、内膜部材の破裂を確実に防止できる。
また、本発明にあっては、外膜部材が通気性を有するので、内膜部材と外膜部材の間に存在する空気は、内膜部材の膨らみに伴って通気性を有する外膜部材を通じて外方へ押し出すことができ、内膜部材が膨らむ際に、内膜部材と外膜部材の間に空気が留まって内膜部材が膨らむのを妨げるような事態を防止して、スムーズに内膜部材を膨らませることができる。
【００２９】
本発明にあっては、上述したアクチュエータを人の指が置かれる箇所に配置したので、症状・状態ごとに要望される様々なリハビリ動作に細かく対応でき、また、アクチュエータは、板状のベース部材を介して載置台に取り付けられることから、リハビリ機器にアクチュエータを容易に設置できると共に、リハビリ機器の使用時ではアクチュエータを安定した姿勢で作動させられる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の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斜視図、（ｂ）は流体が供給されてアクチュエータが最大限に作動した状態を示す斜視図である。
【図２】実施形態に係るアクチュエータの分解斜視図である。
【図３】暫定的に内膜部材を単体でベース部材に取り付けたものであり、（ａ）は流体の非供給状態の断面図、（ｂ）は流体を供給して内膜部材を単体で最大限膨らませた状態を示す断面図である。
【図４】内膜部材の膨らみに追従して、外膜部材が最大に膨らんだ状態を示す断面図である。
【図５】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）は流体が供給されてアクチュエータが最大限に作動した状態を示す断面図である。
【図６】実施形態に係るアクチュエータをリフト機構に適用した例を示し、（ａ）は流体の非供給状態の断面図、（ｂ）は流体が供給されて対象物を持ち上げた状態の概略外観図である。
【図７】実施形態に係る２台のアクチュエータを対向配置して把持機構に適用した例を示す概略外観図である。
【図８】実施形態に係る５台のアクチュエータを配置したリハビリ機器を示し、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は人の手を載せた状態の概略斜視図である。
【図９】（ａ）はリハビリ機器におけるアクチュエータの配置される箇所を示す要部斜視図、（ｂ）はリハビリ動作の概要を示す概略断面図である。
【図１０】変形例のリハビリ機器を示し、（ａ）は４台のアクチュエータを配置したリハビリ機器の概略斜視図であり、（ｂ）は１台のアクチュエータを配置したリハビリ機器の概略斜視図である。
【図１１】本発明の別の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）は流体の供給開始状態の断面図、（ｃ）は更に流体を供給した状態の断面図である。
【図１２】本発明の別の実施形態に係るアクチュエータであり、（ａ）は所要量の流体を供給した状態の断面図、（ｂ）はアクチュエータが最大限に作動した状態を示す断面図である。
【図１３】流体の供給量と内膜部材の容積の関係を示すグラフである。
【図１４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は変形例の外膜部材を示す概略斜視図である。
【図１５】別の変形例の外膜部材を示す概略斜視図である。
【図１６】（ａ）は更に別の変形例の外膜部材を示す概略斜視図であり、（ｂ）は変形例のアクチュエータが最大限に作動した状態を示す概略図である。
【図１７】（ａ）は変形例の取付部材を示す分解斜視図であり、（ｂ）は変形例の取付部材を用いた内膜部材及び外膜部材の取付状態を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態に係るアクチュエータ１を示している。この実施形態（第１実施形態）のアクチュエータ１は、流体の供給により、図１（ａ）に示す偏平な状態から、図１（ｂ）に示す最大限に作動した球状の状態へと至り、このような球状へとアクチュエータ１が変形することで、対象物に対して様々な動作を行えるようになっている。なお、本実施形態に係るアクチュエータ１では、流体として、主に空気のような加圧に対して圧縮性を示す気体を想定しているが、加圧に対して基本的に非圧縮性を示す液体を流体として用いることも可能である。
【００３２】
図２は、アクチュエータ１の分解状態を示している。アクチュエータ１は、円板状のベース部材２に、円形シート状の内膜部材３及び円形網シート状の外膜部材４を、糸５を巻回して取り付けたものになっている。以下、アクチュエータ１を構成する各部材２、３、４等を説明する。
【００３３】
ベース部材２は、所要の剛性を有する円板状の部材であり、本実施形態では合成樹脂製のものを使用しているが、金属製、陶器製、ガラス製、粘土製などのものも適用できる。ベース部材２は、底面２ｂから表面２ａへ至る厚み方向に貫通する貫通孔２ｅを円板面（表面２ａ、底面２ｂ）の中央に形成しており、また、側面２ｃの周囲には、厚み方向の中央部を窪ませた凹部２ｄを形成している。この凹部２ｄは、内膜部材３及び外膜部材４に対して糸５を巻き付けて取り付けた際に、抜け止めとして機能する。
【００３４】
なお、ベース部材２の貫通孔２ｅには、底面２ｂからホース６を圧入している。ホース６は、流体（空気）をアクチュエータ１へ運ぶものであり、図示していないホースの端部には、電磁弁、レギュレータ、及びフィルタ等を介してコンプレッサ（流体の供給源）が接続されており、これらの機器を介して所定圧（たとえば、約０．１１〜１．０ＭＰａ）で流体（空気）をアクチュエータ１へ適宜供給できるようにしている。なお、アクチュエータ１の故障発生を未然に防ぐためには、流体供給側に圧力センサを設けて、標準値以上の供給圧になった場合は、アクチュエータ１への流体供給を停止するような制御を行うことが好ましい。また、この種の制御の別の例として、フローセンサーを設けてアクチュエータ１への供給量を随時検知し、アクチュエータ１が最大限に作動する以前の程度の流体量が供給されると、自動的に流体の供給を停止する制御を行うようにしてもよい。
【００３５】
内膜部材３は、ベース部材２の表面２ａより大きい表面積（シート面の面積）を有した柔軟性（可撓性）のあるシート状部材（弾性のない非ゴム系のシート状部材と同等）であり、素材としては流体を通過させない非伸縮性のものを使用する。具体的には、合成高分子化合物に属するポリプロピレン系シート、塩化ビニル系シート、テフロン（登録商標）系シート、ポリエステル系シート、ポリアミド系シート、ポリエチレン系シート、ポリイミド系シート、ポリスチレン系シート、ポリカボネート系シート等のいずれかを適用でき、また、合成高分子化合物以外には紙製シートも適用できる。
【００３６】
図３（ａ）（ｂ）は、内膜部材３の流体の供給に対する変化の状態を示すために、内膜部材３を仮に単体でベース部材２に取り付けたものを示している。内膜部材３は、ベース部材２の表面２ｅに開口する貫通孔２ｅを覆うように、ベース部材２の側面２ｃに糸５で縛り付けられて、ベース部材２に取り付けられている。この際、図３（ａ）において、ベース部材２の表面２ｅから上方で、内膜部材３が余るように取り付けることになり、このベース部材２の表面２ｅより上の余った範囲が、流体の供給により内膜部材３が膨らむ範囲（図３（ｂ）において矢印で示す範囲）となる。この内膜部材３が膨らむ範囲は、図３（ｂ）に示すように、流体が供給された内膜部材３が単体で最大に膨らんだ場合の外面３ａにおける表面積が「Ａ１」になるようにしている。なお、内膜部材３には、厚み寸法が２０μｍ以上６００μｍ以下のものを適用でき、特に、流体の非供給状態で、内膜部材３のボリュームが出にくくして、アクチュエータ１のコンパクト化を図るには、厚み寸法が２５０μｍ〜３００μｍの範囲のものを適用することが好ましい。
【００３７】
図３（ｂ）は上述したように、ホース６を介して、内膜部材３の内面３ｂとベース部材２の表面２ａで形成される閉鎖空間に空気を供給して、内膜部材３を破裂しない範囲で最大限に膨らませた状態（第二状態に相当）を示している。内膜部材３は、空気が供給されることで、膨らんで半球状に変形することになる。この図３（ｂ）に示す状態において、内膜部材３の膨らむ範囲の最大体積（外面３ａでの体積）は、「Ｖ１」になっている。
【００３８】
なお、内膜部材３に供給される気体（空気）は、圧縮性の流体であるため、供給圧によって気体の体積は異なるが、図３（ｂ）の状態では、所定の供給圧下で、内膜部材の最大体積が「Ｖ１」になることに見合った量（体積）の気体が供給されることになる。また、気体の替わりに液体を流体として用いる場合、流体は通常の供給圧では非圧縮性の流体であるため、図３（ｂ）に示す状態に内膜部材３を膨らますには、「Ｖ１」と同等の量（体積）の液体が供給されることになる。
【００３９】
また、内膜部材３を図３（ａ）、（ｂ）に示すような状態でベース部材２へ取り付けるための目安としては、内膜部材３の外周縁３ｃをベース部材２の裏面２ｂの周縁２ｆと一致するようにすれば、内膜部材３の膨らむ範囲の表面積が「Ａ１」となるように、円形の内膜部材３の直径寸法を設定することが好適である。このような図３（ａ）、（ｂ）に示す状態は、内膜部材３の膨らむ範囲を説明するために、内膜部材３のみを暫定的に糸５でベース部材２へ取り付けた状態を示すものであり、アクチュエータ１の実際の構成状態を示すものではない。
【００４０】
一方、外膜部材４（図２参照）は、上述した内膜部材３を被覆する円形のシート状部材であり、ベース部材２の表面２ａより大きい表面積を有する非伸縮性の素材で形成されている。外膜部材４は、エステル系の糸（たとえば、２７５デジテックスのポリエステルマルチフィラメント糸）を用いて、通気性が確保できるように網状に編み上げられており、それにより、膨らんだ内膜部材３に伴って変形できる柔軟性を有している。外膜部材４は、編成用の糸の素材、糸の太さ、網の目の大きさ、および外膜部材４の内膜部材３の膨らむ範囲を覆う面積などを所定のものにすることで、上述した内膜部材３が所定の大きさにまで膨らむと、その状態を超過して大きく膨らむことを抑える締め付け力を発揮できるようにしている。具体的には、編成用の糸として、非伸縮性嵩高加工糸を用いると、外膜部材４が非伸縮性となり、所定の締付力を確保しやすくなる。
【００４１】
図４は、外膜部材４は、内膜部材３を覆ってベース部材２に糸５で取り付けた状態を示している。具体的には、上述した内膜部材３の膨らむ範囲を被覆する範囲（図４において、ベース部材２の表面２ａより上方となる範囲。図４の矢印で示す範囲に相当）の表面積（内面４ｂの表面積）が「Ａ２」となるように、外膜部材４はベース部材２に取り付けられている。ここで本実施形態では、外膜部材４の被覆範囲の表面積の「Ａ２」は、内膜部材３の膨らむ範囲の表面積の「Ａ１」より小さくなるようにしているが（Ａ２＜Ａ１）、流体として圧縮性流体の空気を用いて、１気圧より大きい供給圧で空気を供給するような仕様にする場合などでは、１気圧のときより圧縮されて小さくなった体積で空気が内膜部材３へ供給されることから、「Ａ２」を「Ａ１」と同等の面積にすることも可能であるが（Ａ２＝Ａ１）、流体として液体を用いるときは、液体が非圧縮性であることより、確実に内膜部材３の破裂を防ぐために、上記の「Ａ２＜Ａ１」の関係にする。
【００４２】
また、本実施形態の外膜部材４が、図４に示すように最も半球状に変形した場合の内部最大容積（内面４ｂでの容積）は「Ｖ２」になっており、この内部最大容積の「Ｖ２」も、内膜部材３の膨らむ範囲の最大体積の「Ｖ１」よりも小さくなるようにしている（Ｖ２＜Ｖ１）。ここでも、流体として圧縮性流体の気体（空気）を用いて、１気圧より大きい供給圧で気体（空気）を供給するような仕様の場合などでは、「Ｖ２」を「Ｖ１」と同等にすることも可能であるが（Ｖ２＝Ｖ１）、流体として液体を用いる場合は、上記の「Ｖ２＜Ｖ１」の関係にして、内膜部材３の破裂を防ぐことが重要となる。
【００４３】
なお、外膜部材４を図４に示すような状態でベース部材２へ取り付けるための目安としては、外膜部材４の外周縁４ｃをベース部材２の裏面２ｂの周縁２ｆと一致するようにすれば、外膜部材４の被覆範囲面積（内膜部材３の膨らむ範囲を被覆する範囲の内面４ｂの表面積）Ａ２となるように、円形の外膜部材４の直径寸法を設定することが好適である。
【００４４】
これらの内膜部材３、外膜部材４等を用いて、アクチュエータ１を製作する仕方としては、図２、４等に示すように、内膜部材３の外面３ａを被覆するように外膜部材４を重ねた状態にして、ベース部材２の表面２ａに被せる。そして、内膜部材３の外周縁３ｃと、外膜部材４の外周縁４ｃと、ベース部材２の裏面２ｂの周縁２ｆとが、それぞれ一致するように、内膜部材３および外膜部材４の位置を整える。このように位置を整えた状態で、糸５を、ベース部材２の側面２ｃに応じた箇所の外膜部材４の外面４ａに強く巻回することで、ベース部材２の側面２ｃに形成された凹部２ｄの底で糸５を巻き込んだ状態にしてから、糸５の端部を結び付ける。これにより、アクチュエータ１は完成し、内膜部材３の内面３ｂとベース部材２の表面２ａとで閉鎖される空間が形成される。
【００４５】
このように完成したアクチュエータ１には、ベース部材２の底面２から貫通孔２ｅにホース６を挿入して、アクチュエータ１へ流体（たとえば空気）を供給できる状態にする。なお、本実施形態では、ホース６を直接的に貫通孔２ｅへ取り付けているが、継手（たとえばＳＭＣ社製の継手。型番ＫＪＨ、ＫＱ２Ｈなど）を介してホース６の先端を貫通孔２ｅへ取り付けることも当然可能であり、このように継手を用いる場合は、貫通孔２ｅの内面に雌ネジを形成して継手の雄ネジと螺合させることになる。
【００４６】
図１（ａ）、図５（ａ）は、ホース６を取り付けたアクチュエータ１に、流体（空気）を供給する前の状態（流体の非供給状態）を示している。この状態では、内膜部材３の内部に空気が供給されていないことから、内膜部材３は萎んだ状態になっており、それに伴い、内膜部材３を被覆する外膜部材４も内膜部材３に沿った偏平的な形状になっている。
【００４７】
この状態からアクチュエータ１への空気の供給を開始すると、内膜部材３が膨らみ始める。なお、内膜部材３は、非伸縮性であると共に柔軟に変形できることから、空気の供給圧が低くても（たとえば、約０．１１〜０．２ＭＰａ程度の供給圧）、内膜部材３をスムーズに膨らませることができる。さらに、内膜部材３と外膜部材４との間の隙間Ｓ（図５（ａ）参照）に存在する空気は、外膜部材４が通気性を有することから、内膜部材３の膨らみに伴って、外膜部材４を通過して外方へ押し出されるので、隙間Ｓにする空気により内膜部材３がスムーズに膨らむことが妨げられることはない。
【００４８】
図１（ｂ）、図５（ｂ）は、所定量の空気を供給してアクチュエータ１が最大限に作動した状態を示しており、この状態では、外膜部材４は内膜部材３の膨らみにより、最も押し広げられて半球状に変形した状態（最も引っ張られた状態）になっており、内膜部材３に対して外膜部材４の締付力が発揮されている。
【００４９】
この状態においては、図５（ｂ）に示すように、外膜部材４の頂部４ｄからベース部材２の表面までの距離は、Ｈになっている。このようなアクチュエータ１が最大限に作動した状態においては、上述したように外膜部材４の被覆範囲の表面積の「Ａ２」が、内膜部材３の膨らむ範囲の表面積の「Ａ１」より小さいと共に（Ａ２＜Ａ１）、上述したように被覆部材４は内膜部材３の膨らみを抑える締付力を有することから、この被覆部材４の締付力により内膜部材３は、さらに膨らむことが可能な余長分を残した状態（第一状態に相当）になっている。このような余長分は、図５（ｂ）において、内膜部材３の頂部３ｄに、撓んだ部分（膨らまずに余った部分）として残存しているのが示されている。
【００５０】
よって、本実施形態におけるアクチュエータ１は、アクチュエータとして最大限に作動した場合でも、非伸縮性の内膜部材３には膨らまずに余った部分が残るようにしているので、内膜部材３に破裂のおそれが生じず、スムーズ且つ安定した作動状態を確保できる。また、アクチュエータ１の作動時の流体供給に対する負担は、外膜部材４で受け止められ、内膜部材３の負担は軽減されるので、従来のメンブレン方式のアクチュエータに比べて耐圧性を向上できると共に、使用によるアクチュエータ１の経年劣化を抑制でき、安定した使用状態を長期にわたり維持できる。
【００５１】
なお、図５（ｂ）に示す内膜部材３の余った部分を残した状態（第一状態）は、流体として圧縮性の気体（空気）を用いる場合、図３（ｂ）に示すように、内膜部材３が、外膜部材４の被覆がない単体で最大限に膨らんだ状態（１００％の状態。第二状態に相当）の８０〜１００％の範囲になるように、外膜部材４の被覆範囲の表面積Ａ２および締付力等を設定することが重要である。なお、内膜部材３の負担を抑えて使用劣化の進行防止を重要視する場合、または流体として非圧縮性の液体を用いる場合などでは、内膜部材３の最大限に膨らんだ状態（第二状態）に対する第一状態の割合を、約８０〜９８％程度に設定することが好ましい。
【００５２】
また、アクチュエータとして最大限に作動した場合の寸法としては、外膜部材４の頂部４ｄからベース部材２の表面２ａまでの距離Ｈが、ベース部材２の表面２ａの直径Ｄ（図５（ｂ）参照）の半分になるようにすると、アクチュエータ１が最大限に作動した場合の外膜部材４の形状が、半球状になる。そのため、アクチュエータ１の用途として、作動させた場合の形状が半球状にすることが必要であれば、「距離Ｈ＝直径Ｄ／２」という寸法関係に近づくように、内膜部材３、外膜部材４の寸法を設定することになるが、半球状にすることが必要でない場合は、特に上記の寸法関係にこだわらなくてもよい。
【００５３】
そして、図５（ｂ）に示すようにアクチュエータ１を膨らました状態で、ホース６の空気供給源側に設けられた電磁弁が大気解放となるように作動させると、アクチュエータ１に供給された空気がホース６を介して外方へ抜け始める。それにより、アクチュエータ１が萎み始めて、図５（ａ）に示す状態に戻る。よって、電磁弁の制御により、アクチュエータ１は、図５（ａ）に示す状態と、図５（ｂ）に示す状態との間で随時変形して作動し、それにより様々な用途に使用できるようになる。たとえば、アクチュエータ１の上方に線材を配置して、アクチュエータ１の作動により、その線材を押し上げるような構成にすれば（たとえば、特許文献２の図１〜図４等の構成を参照）、上述した特許文献２に示されるアクチュエータと同様に、線材の引っ張り機構を実現することができる。
【００５４】
また、図６（ａ）（ｂ）は、上述したアクチュエータ１をリフト機構の用途に適用した一例を示している。この例では、リフト機構を構成するフレーム部材８に、アクチュエータ１を固定する必要があることから、アクチュエータ１のベース部材２の底面２ｂに複数のネジ穴２ｇ（雌ネジの穴）を形成している。そして、アクチュエータ１をフレーム部材８の配置面８ａに載置した状態で、フレーム部材８に形成した貫通孔８ｂに通された複数のボルトＢを各ネジ穴２ｇに螺合してアクチュエータ１をフレーム部材８に固定している。なお、フレーム部材８には、ホース６の通過穴８ｃも形成し、ホース６を空気の供給側へ導けるようにしている。このようにアクチュエータ１には、ベース部材２が存在することから、ベース部材２を介して適用対象へ容易克つ安定した形態で設置することが可能となる。
【００５５】
このリフト機構で対象物Ｗを持ち上げるには、図６（ａ）に示すように、アクチュエータ１の外膜部材４に対象物Ｗを載置する。それから、アクチュエータ１に空気を供給すると、アクチュエータ１が膨らんで、最終的には図６（ｂ）に示すように、アクチュエータ１の内膜部材３および外膜部材４が半球状になって対象物Ｗを持ち上げることになる。そして、リフト機構に適用したアクチュエータ１では、作動方向がリフト方向だけになることから、アクチュエータ１の作動量を全てリフト方向の一方向に割り当てることができ、マッキンベン型のアクチュエータに比べて、供給する流体の量に対する作動効率を高めることができる。なお、アクチュエータ１を適用したリフト機構を、図６（ａ）（ｂ）に示す状態と天地が逆となるようにした場合は、アクチュエータ１の作動により対象物Ｗを下方へ押し付ける動作を行えるようになる。
【００５６】
図７は、アクチュエータ１を別の用途として、把持機構に適用した一例であり、丁度、図６（ａ）、（ｂ）に示したリフト機構を２台用いると共に、所定の間隔を開けて対向配置したような形態になっている。具体的には、「逆Ｕ字」状のフレーム部材９の一方の垂直部分９ｂに、上述したリフト機構と同様に第１のアクチュエータ１を固定し、他方の垂直部分９ｃに第２のアクチュエータ２を固定した形態となっている。なお、フレーム部材９の水平部分９ａに、汎用のロボットアームの先端１０を固定すれば、図７に示す把持機構は、簡易なロボットハンドとしても機能させることができる。
【００５７】
この把持機構で対象物Ｗを把持するには、空気を供給しないで萎ませた状態の両側のアクチュエータ１、１の間に、対象物Ｗが位置するように、フレーム部材９を移動させる。それから、空気を供給すると、両側のアクチュエータ１、１が膨らみ、最終的には図７に示すように、半球状になった両側のアクチュエータ１、１で対象物Ｗを挟持することになる。この対象物Ｗを挟持した状態で、ロボットアームにより所定の場所へフレーム部材９を移動させると共に、両側のアクチュエータ１、１へ供給していた空気を抜き取ると、両側のアクチュエータ１、１が萎み、対象物Ｗが解放される。よって、アクチュエータ１を適用した把持機構と、ロボットアームのような移動機構を組み合わせることで、対象物Ｗを自由に移動させることが可能になる。
【００５８】
なお、図７に示すような把持機構を簡易にすることも可能である。この場合は、一方のアクチュエータ１を廃止すると共に（例えば、図７の右側のアクチュエータ１を廃止）、一方の垂直部材９ｂの位置を、右側のアクチュエータ１が最大に膨らんだときの頂部の付近に配置した構成のフレーム部材を用いることになる。このような簡易な構成でも、１台のアクチュエータ１のみで、一方の垂直部材９ｂとの間で対象物Ｗを把持することができる。
【００５９】
図８（ａ）（ｂ）は、上述したアクチュエータ１を手・指のリハビリ用に適用したリハビリ機器１００を示している。このリハビリ機器１００は、リハビリを行う人の手を載せるために、板状の載置台１０１を用いており、載置台１０１は上面１０１ａに、丁度の手の形状に合うように窪ませた凹部１０２を形成している。凹部１０２は、載置台１０１の中央付近に手のひらを載置するために広がった形状の載置凹部１０２ａを形成すると共に、先端１０１ｂ側には手の指にあわせて、親指を載置するための親指用凹部１０２ｂ、人差し指を載置するための人差し指用凹部１０２ｃ、中指を載置するための中指用凹部１０２ｄ、薬指を載置するための薬指用凹部１０２ｅ、小指を載置するための小指用凹部１０２ｆを夫々設けている。なお、親指用凹部１０２ｂは、親指の先端が抜けないようにするため、先端側に洞窟状の差し込み部１０２ｇを形成している。これら各指用の凹部１０２ｂ〜１０２ｆには、上述したアクチュエータ１を夫々配置している。
【００６０】
図９（ａ）は、人差し指用凹部１０２ｃおよび中指用凹部１０２ｄにおけるアクチュエータ１の配置箇所を示している。人差し指凹部１０２ｃでは、載置される指の長さに応じた長手方向の中央付近１０２ｈに、円形状のザグリ穴部１０５ａを形成し、そのザグリ穴部１０５ａの中央に貫通孔１０６ａを形成している。ザグリ穴部１０５ａは、図２に示す円板状のベース部材２が全体に入り込むことが可能な深さ寸法にすると共に、完成した状態のアクチュエータ１のベース部材２における外径寸法に応じた内径寸法にして、アクチュエータ１がベース部材２を介して、ザグリ穴部１０５ａの内部に嵌め込んで、取り付けられるようにしている。なお、アクチュエータ１を強固に取り付ける場合には、接着剤で、ベース部材２の下面をザグリ穴部１０５ａの底面を固着させるか、または、図６（ｂ）に示す構成と同様にしてボルト止めすることになる。また、ザグリ穴部１０５ａに設けた貫通孔１０６ａは、アクチュエータ１に取り付けられたホース６が通過できる内径寸法を有している（図９（ｂ）参照）。
【００６１】
また、図９（ａ）に示すように、中指用凹部１０２ｄにも、中央付近１０２ｉにザグリ穴部１０５ｂおよび貫通孔１０６ｂを形成してアクチュエータ１を、上記と同様に取り付けられるようにしている。なお、他の凹部１０２ｂ、１０２ｅ、１０２ｆでも、上記と同様にザグリ穴部および貫通孔を設けてアクチュエータ１を配置して取り付けられるようにしているが、親指用凹部１０２ｂでは、差し込み部１０２ｇにかかる範囲にザグリ穴部および貫通孔を設けて、アクチュエータ１が半分程度、差し込み部１０２ｇの内部に位置するようにしている。
【００６２】
図８（ａ）に戻って、載置台１０１の説明を続けると、載置台１０１は、凹部１０２に載置された手の手首から甲のあたりを覆うようにベルト１０３を取り付けている。ベルト１０３は、バックル部１０３ａ（図８（ｂ）参照）で、ベルト長を調整できるようになっている。上述したような構成のリハビリ機器１００は、各アクチュエータ１から延出するホース６のそれぞれを、個別に電磁弁に接続しており、それにより独立して個々のアクチュエータ１を駆動できるようにしている。
【００６３】
図８（ｂ）は、上述したリハビリ機器１００の使用状況を示している。リハビリ機器１００を使用するには、まず、リハビリを受ける人の手を載置台１００の凹部１０２に載せる。具体的には、手のひらを載置凹部１０２ａに載せ、親指を親指用凹部１０２ｂに載置し、人差し指を人差し指用凹部１０２ｃに載置し、中指を中指用凹部１０２ｄに載置し、薬指を薬指用凹部１０２ｅに載置し、小指を小指用凹部１０２ｆに載置すると共に、親指の先端を差し込み部１０２ｇに差し込む。それから、ベルト１０３を手に巻回してからベルト長を調整することで、手首から甲のあたりを載置台１０１に固定する。
【００６４】
このようにリハビリを行う人の手を載置台１００にセットした状態で、流体を供給して各アクチュエータ１を作動させると、図９（ｂ）に示すように、膨らんだアクチュエータ１により指が持ち上げられ、持ち上げられた指は関節部分（第二関節の部分）で曲がることになる。そして、供給した流体を排出させて、膨らんだアクチュエータ１を萎んだ状態に戻すと、アクチュエータ１で持ち上げられた指は下ろされ伸ばされることになる。
【００６５】
よって、流体の供給・排出を繰り返すことで、アクチュエータ１は膨らんだり、萎んだりすることを繰り返し、それに伴い、指は持ち上げられて曲がった状態と、下がって伸ばされた状態とを繰り返すという屈伸動作を行うことになる。このような指の屈指動作が、指の曲げ伸ばしの機能を回復するためのリハビリ動作になる。
【００６６】
上記のような動作を指ごとに行うことで、各指に対してリハビリの治療を行える。また、各アクチュエータ１は個別に駆動することが可能なので、リハビリ動作の形態として、親指から小指にかけて、順番にアクチュエータ１を作動させてリハビリの治療を行うこと、またはランダムの順序で各指のリハビリの治療を行うことなどが可能となり、様々なパターンの刺激を、リハビリを行う人の症状等に合わせて与えることができる。
【００６７】
なお、上述した説明では、指の第二関節あたりの部分をアクチュエータ１で持ち上げるようにしていたが、手の配置箇所を指の長手方向に沿って前後させることにより、アクチュエータ１の当たる箇所を変えて、指を曲げる以外のリハビリ作業を行うことも可能である。たとえば、指先の腹部分にアクチュエータ１が当たるように手を載置した場合、アクチュエータ１を膨らませると、指が伸びた状態で指先が持ち上げられるような動作となり、このような動作では、指の付け根部分を動かして、付け根部分の関節機能の回復動作に貢献できると共に、指の腱をストレッチするような運動にもつながり、上述した指の屈伸的なリハビリと異なる種類のリハビリ動作を行える。
【００６８】
図１０（ａ）は、変形例のリハビリ機器１１０を示しており、この変形例のリハビリ機器１１０は、上述したリハビリ機器１００（図８（ａ）参照）の指を載置する箇所のみを抽出したような構成になっている。すなわち、リハビリ機器１１０は、矩形板状の載置台１１１の上面１１１ａに、人差し指用凹部１１２ａ、中指用凹部１１２ｂ、薬指用凹部１１２ｃ、小指用凹部１１２ｄを夫々、並行的に設けている。また各凹部１１２ａ〜１１２ｄには、一方側の端部に根本側ベルト１１３ａ〜１１３ｄを取り付けていると共に、他方側の端部には先端側ベルト１１４ａ〜１１４ｄを取り付けている。なお、これらのベルト１１３ａ〜１１３ｄ、１１４ａ〜１１４ｄはベルト長が調整可能になっており、リハビリを受ける人の指の太さに合わせられるようになっている。
【００６９】
そして、各凹部１１２ａ〜１１２ｄには、根本側ベルト１１３ａ〜１１３ｄと、先端側ベルト１１４ａ〜１１４ｄとの間の箇所に、アクチュエータ１をそれぞれ配置している。なお、アクチュエータ１の取り付けに係る構成は、上述した図９（ａ）に示すものと同じである。
【００７０】
このような変形例のリハビリ機器１１０を使用するには、リハビリを受ける人の指を根本側から各凹部１１２ａ〜１１２ｄに差し込んで載置し、各ベルト１１３ａ〜１１３ｄ、１１４ａ〜１１４ｄのベルト長を調整して、指を固定する。それからホース６より流体を供給して各アクチュエータ１を、上述した図８（ａ）等に示すリハビリ機器１００と同様に駆動することで、リハビリを受ける人は、指に対して様々なパターンのリハビリ動作を行うことができる。この変形例のリハビリ機器１１０は、図８（ａ）等に示すリハビリ機器１００に比べて、構造が簡易であると共に、アクチュエータ１に対する指の配置箇所の自由度が高いという利点があり、それにより、様々なパターンのリハビリ動作を行いやすくしている。なお、変形例のリハビリ機器１１０では、手のひらを載置する部分を省略していることから、手のひらを置いてリハビリ動作を行う場合は、机などの台の上にリハビリ機器１１０を設置し、机などの台の面上を手のひらの載置箇所として利用することになる。
【００７１】
また、図１０（ｂ）は、さらなる別の変形例のリハビリ機器１２０を示しており、この変形例のリハビリ機器１２０は、図１０（ａ）に示すリハビリ機器１１０の指を載置する箇所を一つだけ抽出したような構成になっている。すなわち、リハビリ機器１２０は、矩形板状の載置台１２１の上面１２１ａに、指用凹部１２２を設け、その指用凹部１２２の一方側の端部に根本側ベルト１２３を取り付けると共に、他方側の端部に先端側ベルト１２４を取り付けている。そして、指用凹部１２２には、根本側ベルト１２３と、先端側ベルト１２４との間の箇所に、アクチュエータ１を、図１０（ａ）に示すリハビリ機器１１０と同様に取り付けている。
【００７２】
このリハビリ機器１２０は、一本の指のみを載置する構成になっているので、構成自体を、上述したリハビリ機器１００、１１０に比べて一段と簡易にでき、親指から小指までのいずれの指にも適用できると共に、アクチュエータ１に対する指の配置箇所の自由度が更に高く、様々なパターンのリハビリ動作を行いやすいという利点がある。
【００７３】
図１１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の別の実施形態（第２実施形態）のアクチュエータ１１を示している。この第２実施形態のアクチュエータ１１は、内膜部材１３として、伸縮性のある素材を用いたことが特徴になっている。具体的には、厚みが約０．３ｍｍの合成ゴム製の円形シートを内膜部材１３として用いており、それにより、第２実施形態に係る内膜部材１３は、弾性変形して伸縮可能になっている（伸縮性を具備）。
【００７４】
このような第２実施形態に係る内膜部材１３の寸法は、内膜部材１３の膨らむ範囲の最大伸長時の面積が、外膜部材１４の被覆範囲の表面積より大きくなるようにしている。具体的には、丁度、第１実施形態の図３（ａ）、（ｂ）で説明した場合と同様に、内膜部材１３をベース部材１２に単体で取り付けた状態で、空気を供給して伸長させて、内膜部材１３が破裂しない範囲で最大に伸張して膨らんだ状態（第二状態。図３（ｂ）に示すような状態を参照）における内膜部材の最大に膨らむことが可能な範囲の表面積（ベース部材１２の表面より上方での外面１３ａの表面積）が第１実施形態の場合と同様に「Ａ１」となるようにしており、その表面積の「Ａ１」が外膜部材１４の被覆範囲の表面積の「Ａ２」より大きくなるようにしている（Ａ２＜Ａ１）。
【００７５】
また、第２実施形態においても、流体として圧縮性流体の気体（空気）を用いて、１気圧より大きい供給圧で気体（空気）を供給するような仕様を採用する場合などでは、１気圧より圧縮された気体（空気）が内膜部材１３へ供給されることから、「Ａ２」を「Ａ１」と同等の面積にすることも可能である（Ａ２＝Ａ１）。そして、流体として液体を用いるときは、液体が非圧縮性であることより、確実に内膜部材３の破裂を防ぐために、上記の「Ａ２＜Ａ１」の関係にする。
【００７６】
さらに、第２実施形態の外膜部材１４の内部最大容積（内面１４ｂでの容積）を「Ｖ２」、内膜部材１３の膨らむ範囲の最大体積を「Ｖ１」とした場合、「Ｖ２」と「Ｖ１」は、第１実施形態と同様の関係が成立し、基本的には「Ｖ２＜Ｖ１」の関係が好ましく、流体として空気を用いれば、「Ｖ２＝Ｖ１」の関係も可能であるが、流体として液体を用いる場合は、「Ｖ２＜Ｖ１」の関係にすることが重要である。
【００７７】
なお、第２実施形態に係るアクチュエータ１１において、上述の内膜部材１３以外の事項（ベース部材１２、外膜部材１４、糸１５、適用される流体の種類等）については、第１実施形態と同様であると共に、アクチュエータ１１へのホース１６の取付も第1実施形態と同様である。
【００７８】
上述した内膜部材１３は、図１１（ａ）に示すように伸長した状態で、ベース部材１２の表面１２ａに内面１３ｂが接するように取り付けられている。そのため、ベース部材１２の貫通孔１２ｅは内膜部材１３で閉鎖され、内膜部材１３がベース部材１２に密着して、流体の非供給状態でのアクチュエータ１１の外形寸法のコンパクト化を図れる。また、図１１（ｂ）以降で示すように、第２実施形態では、ベース部材１２の表面１２ａに接する部分が、内膜部材１３の膨らむ範囲に相当する。なお、内膜部材１３及び外膜部材１４のベース部材１２への取付方自体は第１実施形態と同様であり、糸１５の巻回によりベース部材１２の側面に形成された凹部１２ｄに締付固定されている。
【００７９】
図１１（ａ）に示す流体（たとえば、空気）の非供給状態から、ホース１６を介して流体の供給が始まると、図１１（ｂ）、（ｃ）に示すように、供給される空気の量に比例的に内膜部材１３が伸長して膨らむようになる。それに伴い、内膜部材１３の外面１３ａが、撓んでいた外膜部材１４の内面１４ｂに触れて、外膜部材１４を押し上げ始める。
【００８０】
図１２（ａ）、（ｂ）は、図１１（ｃ）の続きを示している。詳しくは、図１２（ａ）は図１１（ｃ）に示す状態から、更に空気が供給されて内膜部材１３が伸長して膨らみ、外膜部材１４を押し広げている状態を示している。
【００８１】
そして、図１２（ｂ）は、アクチュエータとして最大限に作動した状態を示しており、この状態では、外膜部材１４は内膜部材１３の膨らみにより、最も押し広げられたて半球状に変形した状態（最も引っ張られた状態）となって、内膜部材１３へ締付力を発揮している。そのため、外膜部材１４に被覆された内膜部材１３は、更に伸長できる余長代を残して膨らんだ状態（第一状態に相当）になっている。この状態において、内膜部材１３の膨らむ範囲（ベース部材１２の表面１２ａより上方の範囲）を被覆する外膜部材１４の被覆範囲の表面積（ベース部材１２の表面１２ａより上方の内面１４ｂの表面積）は、第１実施形態と同様に「Ａ２」になっており、外膜部材１４に被覆されて締め付けられることで、内膜部材１３の表面積は、単体では可能な「Ａ１」へ到達していない。
【００８２】
よって、第２実施形態に係るアクチュエータ１１が最大限に作動した場合でも、伸縮性の内膜部材１３が最大限の第二状態（表面積が「Ａ１」の状態）にまで伸長して破裂するおそれは生じない（第一状態＜第二状態）。ここで、第２実施形態では、伸縮性の内膜部材１３を用いることから、単体で内膜部材１３を単体で膨らませたときに対するアクチュエータとして最大限に作動した場合（図１２（ｂ）参照）における内膜部材１３の膨らみ具合を示すパーセント範囲の下限は、第1実施形態より下がっている。具体的には、流体として圧縮性の気体（空気）を用いる場合、図１２（ｂ）に示す内膜部材１３が更に伸長して膨らむことが可能な状態（第一状態）は、内膜部材１３が単体で最大限に膨らんだ状態（１００％の状態、第二状態に相当）の３０〜１００％の範囲になるように、外膜部材１４の被覆範囲の表面積の「Ａ２」および締付力等を設定できる。ただし、内膜部材１３が安定して長期にわたり伸縮性を維持するためには、最大に近い状態まで伸びることを回避できるように（伸びきった元に戻りにくくなるのを回避できるように）、第一状態を、内膜部材１３が単体で最大限に膨らんだ状態（１００％）の約３０〜５５％程度に設定することが好適である。このことは、流体として非圧縮性の液体を用いる場合などでも同様である。
【００８３】
また、第二実施形態においても、外膜部材１４が、図１２（ｂ）に示すように最も半球状に変形した場合の内部最大容積（内面１４ｂでの容積）は「Ｖ２」になっており、この内部最大容積の「Ｖ２」も、内膜部材１３の膨らむ範囲の最大体積の「Ｖ１」よりも小さくなるようにしている（Ｖ２＜Ｖ１）。ここでも、流体として圧縮性流体の気体（空気）を用いて、１気圧より大きい供給圧で気体（空気）を供給するような仕様を採用する場合などでは、第一実施形態と同様に、「Ｖ２」を「Ｖ１」と同等にすることも可能であるが（Ｖ２＝Ｖ１）、流体として液体を用いる場合は、上記の「Ｖ２＜Ｖ１」の関係にして、内膜部材１３の破裂を防ぐことが重要となる。
【００８４】
図１３は、上述した第２実施形態に係るアクチュエータ１１における流体（空気）の供給量（供給圧における体積の量）に対する内膜部材１３の容積（膨らみ具合）の関係を示すグラフ（内膜部材１３が第一状態にまで膨らむ前の範囲におけるグラフ）である。内膜部材１３は、図１１（ｂ）に示すように、空気の非供給状態ではベース部材１２の表面１２ａ全体に接しているため、内部容積はゼロであることから、空気の供給開始に伴って伸長して膨らみ始めるので、第２実施形態のアクチュエータ１１は空気の供給量に対して線形的な作動特性を得ることができ、空気（流体）の供給に対してレスポンスのよく作動できる。
【００８５】
また、図１２（ｂ）に示す状態から、供給した空気を外部へ排出すれば、膨らむ場合とは逆にアクチュエータ１１は萎んでいくが、このときも内膜部材１３に収縮性（弾性）があることから、この場合は、内膜部材１３の収縮力により排出される空気の量に比例してレスポンス良くアクチュエータ１１は萎むことができる。
【００８６】
上述したアクチュエータ１１では、図１１（ａ）に示すように、空気の非供給状態でも、内膜部材１３が伸長した状態になっており、内膜部材１３の伸長に対する負荷がかかる時間が長いので、これを避けるためには、第１実施形態と同様に、空気の非供給状態では、内膜部材１３を図１１（ａ）のように取り付けるのではなく、内膜部材１３が伸長しない状態でベース部材１２に取り付ける形態にすることも可能である（第１実施形態の図３（ａ）、図５（ａ）の内膜部材３の取付方式と同様に、第２実施形態の伸縮性のある内膜部材１３を取り付けることも可能）。なお、第二実施形態のアクチュエータ１１も、図６〜図１０（ｂ）に示すような例に適用することは勿論可能である。
【００８７】
また、図１４（ａ）〜（ｃ）は、変形例の外膜部材２４、３４、４４を示している。上述した第１実施形態および第２実施形態に係る外膜部材４、１４は、全体を均質に編成していたが、これら変形例の外膜部材２４、３４、４４は、部分的に編成の仕方を変えたものになっており、第１実施形態のアクチュエータ１または第２実施形態のアクチュエータ１１のいずれにも適用可能である。
【００８８】
図１４（ａ）に示す外膜部材２４は、円形の中央付近に、網状に編み上げた網状部分２４ａを形成すると共に、その他の周囲部分を細かい目で強靱に編成したものになっている。このような外膜部材２４では、中央の網状部分２４ａで通気性が確保されるので、内膜部材３、１３が膨らむ際、頂部付近から内膜部材３、１３と外膜部材２４との間に位置する空気が抜け出るので、内膜部材３、１３の膨らむ方向に沿って、内・外膜部材間の空気を外方へ排出でき、内膜部材３、１３がスムーズに膨らむことに対して貢献できる。
【００８９】
図１４（ｂ）に示す外膜部材３４は、円形の中央付近から径方向（法線方向）に沿った計４箇所に、網状に編み上げた網状部分３４ａ〜３４ｄを形成すると共に、その他の部分を細かい目で強靱に編成したものになっている。また、各網状部分３４ａ〜３４ｄの外周側の端辺部３４ｅ〜３４ｈは、外膜部材３４をベース部材２、１２へ取り付ける際の位置の目安になるようにしている。具体的には、これら端辺部３４ｅ〜３４ｈがベース部材２、１２の表面２ａ、１２ａの周縁２ｈ（図２参照）、１２ｈ（図１２（ｂ）参照）と一致するように、外膜部材３４を取り付ければ、外膜部材３４の被覆範囲の表面積が上述した「Ａ２」になる。この変形例の外膜部材３４は、内膜部材３、１３が膨らむ際、周囲の四箇所より内・外膜部材間の空気を外方へ排出できると共に、ベース部材２、１２への取付の位置決めの容易化を達成できる。
【００９０】
図１４（ｃ）に示す外膜部材４４は、円形の周方向に沿った計４箇所に、網状に編み上げた網状部分４４ａ〜４４ｄを形成すると共に、その他の部分を細かい目で強靱に編成したものになっている。また、各網状部分４４ａ〜４４ｄの外周側の端辺部４４ｅ〜４４ｈは、外膜部材４４をベース部材２、１２へ取り付ける際の位置の目安になるようにしており、具体的には、これら端辺部４４ｅ〜４４ｈがベース部材２、１２の表面２ａ、１２ａの周縁２ｈ、１２ｈと一致するように、外膜部材４４を取り付ければ、外膜部材４４の被覆範囲の表面積が上述した「Ａ２」になる。このような外膜部材４４は、内膜部材３、１３が膨らむ際、周囲の四箇所より内・外膜部材間の空気を外方へ排出できると共に、長目の端辺部４４ｅ〜４４ｈにより、ベース部材２、１２への位置決めを一段と容易に行うことができる。
【００９１】
図１５に示す外膜部材５４は、別の変形例であり、網状部分を設けないで均質に編成したシートに、通気性を確保するために計４個の穴５４ａ〜５４ｄを形成したものである。外膜部材５４は、目を細かく編んだ非収縮性の強靱なものであり、周囲付近の計四箇所にベース部材２、１２への取付用の目印を兼ねた穴５４ａ〜５４ｄを設けている。このような外膜部材５４では、穴５４ａ〜５４ｄより内・外膜部材間の空気を排出できると共に、穴５４ａ〜５４ｄがベース部材２、１２の表面２ａ、１２ａの周縁２ｈ、１２ｈと一致するように取付を行えば、所要の被覆範囲の表面積を確保でき、その上、網状部分を設けていないことから、上述した各外膜部材４、１４、２４、３４、４４より大きな締付力を発揮することができ、空気の供給圧が高い場合（約０．３ＭＰａ〜約１．０ＭＰａ程度）に好適となる。なお、穴の数は適宜増減することが可能であり、内・外膜部材間の空気排出を重要視する場合は、４個より多くの数の穴を設けることが好適であり、大きな締付力の確保を重要視する場合は、４個より少ない数の穴を設けることが好ましい。
【００９２】
また、上述した各外膜部材４、１４、２４、３４、４４、５４は、いずれも非伸縮性としたが、必ず非伸縮性であることが要求されるものではなく、アクチュエータ１、１１が最大限に作動したときに、所要の被覆範囲の表面積および内膜部材３、１３への締付力を確保できるのであれば、伸縮性のものを適用してもよい。
【００９３】
たとえば、外膜部材としては伸縮性を有するが、アクチュエータ１、１１の標準的な流体の供給圧（約０．１１ＭＰａ〜約１．０ＭＰａ程度）の範囲内であれば伸長せず、この範囲を超える引っ張り力がかかると伸長するという特性の素材であれば、上述した各外膜部材４、１４、２４、３４、４４、５４に用いることができる。また、外膜部材として伸縮性を有するが、一定の範囲で伸長した後は、アクチュエータ１、１１の標準的な流体の供給圧（約０．１１ＭＰａ〜約１．０ＭＰａ程度）の範囲内であれば伸長しないという特性の素材のものでも、一定の範囲で伸長した場合に、被覆範囲の表面積が「Ａ２」になると共に、内膜部材３、１３への締付力を確保できるのであれば、このような特性の素材も外膜部材として適用可能となる。このような伸縮性を有する素材は、上述した各外膜部材４、１４、２４、３４、４４、５４のいずれにも適用することが可能である。
【００９４】
また、編み方を工夫すること、または部分的に用いる糸を変えることなどを適宜用いれば、伸縮性と非伸縮性が部分的に混ざり合うような外膜部材を作ることも可能であり、このような外膜部材を用いると、アクチュエータの用途に応じてアクチュエータの作動形状を半球状以外の形にすることも可能になる。
【００９５】
図１６（ａ）は、伸縮性と非伸縮性が部分的に混ざり合った変形例の外膜部材６４を示している。円形の外膜部材６４は、中央部分６４ａを非伸縮性にしており、その周囲のドーナツ状部分６４ｂを網状に編み上げて伸縮性にしており、外周部分６４ｃを非伸縮性にしている。伸縮性を有するドーナツ状部分６４ｂは、一定の供給圧（例えば０．２ＭＰａ）により内膜部材３、１３により押し広げられて所定寸法だけ伸長するが、その後は伸長しないという特性を有し、所定寸法だけ伸長した場合での外膜部材６４の被覆範囲の表面積は、上述した場合と同様の「Ａ２」になるようにしている。なお、このドーナツ状部分６４ｂの外周側の端辺部６４ｄは、ベース部材２、１２へ取り付ける際の位置決めの目安になっており、端辺部６４ｄがベース部材２、１２の表面２ａ、１２ａの周縁２ｈ、１２ｈと一致するように、外膜部材６４を取り付ければ、外膜部材６４の被覆範囲の表面積が「Ａ２」となるようにしている。
【００９６】
図１６（ｂ）は、上述した変形例の外膜部材６４を用いたアクチュエータ６１を最大限に作動させた状態を示している。この場合、外膜部材６４のドーナツ状部分６４ｂは所定寸法だけ伸長することから、ドーナツ状部分６４ｂに応じた範囲は外方へ球面的に膨らむように変形しているが、中央部分６４ａは非伸縮性であるため締め付け力を発揮して、なだらかな丘状に変形しており、全体としては、図５（ｂ）に示す半球状の形を上方から押し込んだ偏平的な形状になっている。そのため、この変形例のアクチュエータ６１は、図６（ｂ）に示すように対象物Ｗをリフトする機構に好適であり、中央部分６４ａに相当する上部が、図６（ｂ）に示すアクチュエータ１に比べて、偏平的な形状であることから、リフト対象の対象物Ｗを安定して配置することができ、より確実に対象物Ｗをリフトすることができる。
【００９７】
なお、伸縮性と非伸縮性が部分的に混ざり合うような外膜部材は、伸縮性のシートに、非伸縮性のシートを部分的に貼り合わせる又は縫い合わせることで作ることも可能である。また、図１６（ａ）に示す外膜部材６４の非伸縮性の部分の強化を図りたい場合には、非伸縮性のシートを非伸縮性の部分（例えば中央部分６４ａ）に貼り合わせる又は縫い合わせるようにしてもよい。このようにすれば、非伸縮性の部分の締付力を更に向上できると共に、対象物Ｗを持ち上げる際に、対象物Ｗと触れる箇所の耐摩耗性も向上でき、長期の安定した使用に好適である。
【００９８】
さらに、アクチュエータの寸法および外膜部材が伸縮性を有する場合などは、内・外膜部材間に存在する空気の影響は小さくなることもあるので、上述した各外膜部材は、通気性を有しない素材のものを適用してもよい。このような通気性を有さない外膜部材を用いる場合でも、内膜部材との間に、部分的にスペーサなどを介在させて外膜部材を取り付ければ、内膜部材と外膜部材との間に隙間が生じ、この隙間から内・外膜部材間の空気を排出することも可能となる。
【００９９】
また、上述した各内膜部材、外膜部材は円形に限定されるものでなく、アクチュエータを構成できる形であれば、特に形状は限定されない。同様に、ベース部材２、１２も円板状のものに限定されるものではなく、三角形状、四角形状などの多角形の板状のもの、または、楕円、ひょうたん形状等を適用することが可能である。そして、このようにベース部材２、１２の形状を変更すれば、アクチュエータ１、１１の作動状態の形状も変わるようになり、例えば、ベース部材２、１２が三角形状であれば、アクチュエータ１、１１が最大に作動した形状も三角柱状になり、ベース部材２、１２が四角形状であれば、アクチュエータ１、１１が最大に作動した形状も四角柱状になるので、アクチュエータ１、１１の用途に合わせて、ベース部材２、１２の形状を適宜選択することが重要となる。
【０１００】
さらに、アクチュエータへ流体を供給するためにベース部材２、１２に形成する貫通孔２ｅ、１２ｅの位置は、ベース部材２、１２の中央箇所に限定されるものではなく、ベース部材２、１２の形状に合わせて適宜変更することも可能である。さらにまた、流体の供給・排出のスピードアップを図るには、貫通孔２ｅ、１２ｅを複数形成すると共に、それぞれにホース６、１６を取り付けて、複数の貫通孔２ｅ、１２ｅから同時に流体の供給・排出を行えるようにしてもよい。そして、上記のように複数の貫通孔２ｅ、１２ｅを設けた場合では、いずれかを供給専用、残りを排出専用にして、流体の供給・排出に係る経路を整理して、スムーズな流体の給排を行えるようにしてもよい。
【０１０１】
また、内膜部材および外膜部材のベース部材への取付方は、糸５、１５によるものに限定されず、他の取付方を適用することも当然可能である。
図１７（ａ）、（ｂ）は、糸５、１５の替わりにリング状のバンド部材８５で、内膜部材７３および外膜部材７４をベース部材７２へ取り付ける例を示している。この場合、ベース部材７２は、側面７２ｃに、図２等に示す凹部２ｄを形成しておらず、側面７２ｃは平らな周面になっている。
【０１０２】
バンド部材８５は、いわゆるホースバンド的な構造になっており、巻回する帯状部分８６、径調整部分８７、およびネジ８８を有している。帯状部分８６は、可撓性のある帯状の部材であり、後端に筒状の径調整部分８７を設けると共に、先端部８６ａを周回させて径調整部分８７に設けたスリットを通過させることでリング状になっている。また、帯状部分８６は内周面８６ｂに二段の凸部８６ｃ、８６ｄを全周に突設しており、これら凸部８６ｃ、８６ｄの頂部は外膜部材７４を傷つけない曲率の曲面になっている（図１７（ｂ）参照）。さらに、帯状部分８６は、外周面８６ｅに雌ネジ部８６ｆを形成しており、この雌ネジ部８６ｆが、径調整部分８７の内部にねじ込まれたネジ８８と螺合し、ネジ８８を締め付ける方向に回転させると、帯状部分８６の径寸法が縮径し、ネジ８８を緩める方向に回転させると、帯状部分８６の径寸法が拡径する。
【０１０３】
図１７（ｂ）に示すように、内膜部材７３および外膜部材７４をベース部材７２に対して、上述したように位置決めした状態で、拡径した状態のバンド部材８５をベース部材７２の側面７２ｃに対向する位置で外膜部材７４を外嵌し、その状態でネジ８８を締め付けると、帯状部分８６が縮径して、凸部８６ｃ、８６ｄにより、内膜部材７３および外膜部材７４は側面７２ｃへ押し付けられ、内膜部材７３および外膜部材７４はベース部材７２に取り付けられる。この状態では、二段の凸部８６ｃ、８６ｄによりシールポイントが形成されるので、内膜部材７３とベース部材７２の表面７２ａとで閉鎖空間が形成され、ホース７６を介して貫通孔７２ｅより供給される流体により内膜部材７３は膨らむことができる。以上のように図１７（ａ）、（ｂ）に示すバンド部材８５を用いると、ネジ８８の締め付けで容易に内膜部材７３および外膜部材７４を取り付けることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明に係るアクチュエータは、破裂等の不具合発生を確実に防止した上で、対象物の持ち上げ（リフト）、押し付け、把持等の様々な用途に対して好適に利用可能であると共に、リハビリ機器にも適用できる。
【符号の説明】
【０１０５】
１、１１、６１  アクチュエータ
２、１２、７２  ベース部材
３、１３、７３  内膜部材
４、１４、２４、３４、４４、５４、６４、７４  外膜部材
５、１５  糸
６、１６、７６  ホース
１００、１１０、１２０  リハビリ機器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005643588.tif 000008
【図８】
0005643588.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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