(57)【要約】【課題】ピストンの摺動抵抗を増加させることなく軽量且つ小型に構成することができ、構造簡単として高精度な屈伸動作が可能となる流体圧駆動装置及び流体圧駆動装置を用いた屈伸機構を提供する。【解決手段】シリンダ本体１０１の内面に摺接するピストン１０２と、ピストン１０２に連結されたピストンロッド１０３とを設ける。ピストンロッド１０３を金属により形成し、ピストン１０２を合成樹脂により形成する。ピストンロッド１０３は、その球部１０８をピストンの球面受け部１０６に嵌合することによりピストン１０２に連結する。ピストン１０２の外周面に、その周方向に延びる凹部１０７を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ本体と、外周面が該シリンダ本体の内面に摺接して流体圧により往復動するピストンと、該ピストンの往復動により伸縮するピストンロッドとを備え、該ピストンロッドの基端部に形成された球部を前記ピストンに形成された球面受け部に嵌合することによりピストンロッドがピストンに連結された流体圧駆動装置において、
前記ピストンロッドは金属により形成され、前記ピストンは合成樹脂により形成され、該ピストンの、少なくとも前記球面受け部に嵌合された前記球部の外面と前記シリンダ本体の内面とが最も近接した部分における外周面には、その周方向に延びる凹部が形成されていることを特徴とする流体圧駆動装置。
【請求項２】
請求項１記載の流体圧駆動装置を用いた屈伸機構であって、
前記シリンダ本体に揺動軸を介して揺動自在に連結された揺動部材を備え、
該揺動部材は、その前記揺動軸から所定の距離を存した位置に前記ピストンロッドの先端部が回動自在に連結され、
該ピストンロッドの伸縮により前記揺動軸を介した前記シリンダ本体と前記揺動部材との屈伸動作を行うことことを特徴とする屈伸機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダ本体と、外周面が該シリンダ本体の内面に摺接して流体圧により往復動するピストンと、該ピストンの往復動により伸縮するピストンロッドとを備える流体圧駆動装置、及びこの流体圧駆動装置により屈伸動作が駆動される屈伸機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、人間の手を模倣したハンド装置等においては、複数の屈伸機構たる指機構を備えている。各指機構は、複数の関節を備えて各関節毎に屈伸自在となっており、各関節に付設した流体圧駆動装置たる流体圧シリンダのピストンロッドの伸縮により、各関節毎に屈伸動作が行われるようになっている。そして、指機構においては、流体圧シリンダを支持する基部材に揺動軸を介して揺動する部材が連結され、この揺動部材の揺動軸の近傍にピストンロッドが連結されている（例えば下記特許文献参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１２６９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来のものでは、指機構の基部材と揺動部材との屈伸を円滑に行うために、流体圧シリンダのシリンダ本体が基部材に対して揺動自在に支持されている。このため、シリンダ本体の揺動スペースが必要であると共に、基部材にはシリンダ本体を揺動させる揺動軸等の部品が必要となり、屈伸機構たる指機構を十分に小型化することができない。
【０００５】
そこで、ピストンロッドの基端部に球部を形成し、ピストンに球面受け部を形成して、球部を球面受け部に嵌合することにより、ピストンロッドをピストンに対して揺動可能とすることが考えられる。これによれば、ピストンロッドがシリンダ本体に対して揺動するため、シリンダ本体と前記基部材とを一体化することが可能となり、シリンダ本体の揺動スペースや揺動軸等の部品が不要となって、指機構を小型に構成することができる。
【０００６】
そして更に、ピストンを熱可塑性を有する合成樹脂により形成すれば、射出成形により小型のピストンの製造が容易となり、しかも、球部を球面受け部に圧入するだけでピストンロッドをピストンに連結することができるので、組立て作業性も良い。
【０００７】
しかし、ピストンを合成樹脂により形成した場合には、合成樹脂の成形精度のばらつき等により、球部の大きさに合致する球面受け部を高精度に成形することが難しく、球面受け部に球部を圧入嵌合した際に、球部によって押し広げられた球面受け部の影響により、ピストンの外周面に膨らみが生じることがある。このため、シリンダ本体の内面に対してピストンの摺動抵抗が大きくなり、ピストンを円滑に往復動させることができない不都合がある。
【０００８】
本発明は、かかる課題を解決して、ピストンの摺動抵抗を増加させることなく軽量且つ小型に構成することができ、構造簡単として高精度な屈伸動作が可能となる流体圧駆動装置及び流体圧駆動装置を用いた屈伸機構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】
【０００９】
本発明は、シリンダ本体と、外周面が該シリンダ本体の内面に摺接して流体圧により往復動するピストンと、該ピストンの往復動により伸縮するピストンロッドとを備え、該ピストンロッドの基端部に形成された球部を前記ピストンに形成された球面受け部に嵌合することによりピストンロッドがピストンに連結された流体圧駆動装置において、前記ピストンロッドは金属により形成され、前記ピストンは合成樹脂により形成され、該ピストンの、少なくとも前記球面受け部に嵌合された前記球部の外面と前記シリンダ本体の内面とが最も近接した部分における外周面には、その周方向に延びる凹部が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の流体圧駆動装置は、ピストンロッドの球部をピストンの球面受け部に嵌合することによりピストンロッドがピストンに連結されて、ピストンに対してピストンロッドが揺動自在とされる。そして、ピストンロッドが金属により形成されていることによりピストンロッドの強度が高く、ピストンが合成樹脂により形成されていることにより射出成形等により小型軽量のピストンが容易に得られ、しかも、球部を球面受け部へ圧入するだけで嵌合させることができて組立て作業性が高い。なお、ピストンロッドをアルミニウム合金等の軽金属により形成すれば、一層軽量化することが可能である。
【００１１】
そして、本発明におけるピストンの外周面には、前記凹部が形成されているので、球部を球面受け部に圧入嵌合させたとき球面受け部が球部によって押し広げられても、その際のピストンの変形を、前記凹部により吸収することができる。これにより、球面受け部に球部を嵌合させたことによるピストンの外周面における膨らみの発生を防止することができ、シリンダ本体内面に対するピストンの摺動抵抗の増加を防止することができる。
【００１２】
更に、ピストンの外周面に前記凹部が形成されていることにより、シリンダ本体の内面に対してピストンの外周面の摺接面積が小さく、摺動抵抗を小とすることができるので、シリンダ本体内部におけるピストンの往復動を円滑に行わせることができる。
【００１３】
また、本発明は、前記流体圧駆動装置を用いた屈伸機構であって、前記シリンダ本体に揺動軸を介して揺動自在に連結された揺動部材を備え、該揺動部材は、その前記揺動軸から所定の距離を存した位置に前記ピストンロッドの先端部が回動自在に連結され、該ピストンロッドの伸縮により前記揺動軸を介した前記シリンダ本体と前記揺動部材との屈伸動作を行うことことを特徴とする。
【００１４】
本発明の屈伸機構においては、ピストンに対してピストンロッドが揺動自在とされた前記流体圧駆動装置を用いることにより、シリンダ本体の揺動スペース等を不要としてシリンダ本体に揺動部材を連結することができ、シリンダ本体と揺動部材とのみで揺動軸を介した屈伸動作が行える。これにより、部品点数も比較的少なく構造簡単とすることができ、スマートな屈伸機構を得ることができるので、例えば、人間の手を模倣したハンド装置等における指機構に本発明の屈伸機構を好適に採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態である指機構を示す説明的断面図。
【図２】本実施形態の要部の説明的断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明をロボットハンドの指機構に適用した実施形態を説明する。図示しないが、ロボットハンドは、人間の手を模倣したものであり、手の平を基部として、該基部に拇指、示指、中指、環指および小指に相当する５つの指機構を備える。なお、図１においては示指に相当する指機構１のみを示し、他の指を省略している。
【００１７】
指機構１は、本発明の屈伸機構に相当するものであり、図１に示すように、指先側から指基側に向かって順に、末節部２、中節部３、及び基節部４を備え、この配置と長さ寸法は人間の標準的な指に対応している。
【００１８】
末節部２と中節部３とはＤＩＰ関節５（遠位指節間関節）を介して連結されており、ＤＩＰ関節５により末節部２が中節部３に対して揺動自在とされている。
【００１９】
中節部３と基節部４とはＰＩＰ関節６（近位指節間関節）を介して連結されており、ＰＩＰ関節６により中節部３が基節部４に対して揺動自在とされている。
【００２０】
そして、基節部４はＭＰ１関節７及びＭＰ２関節８を介して手の平に相当する基部９に連結されている。ＭＰ１関節７及びＭＰ２関節８は２軸で回動する中手指節関節を構成するものであって、ＭＰ１関節７は中節部３と同じ方向に基節部４を揺動させ、ＭＰ２関節８はＭＰ１関節７に交差する軸線回りに基節部４を揺動させる。
【００２１】
以上により、ＤＩＰ関節５と、ＰＩＰ関節６と、ＭＰ１関節７とは、基部９の手の平側に向かう方向に回動して人間の手の握り動作と同じ屈伸動作を実現し、ＭＰ２関節８は、例えば手を広げる動作と同じ動作を実現する。
【００２２】
また、指機構１には、ＭＰ１関節７を介して基節部４の揺動を駆動する第１の従動流体圧シリンダ１０と、ＰＩＰ関節６を介して中節部３の揺動を駆動する第２の従動流体圧シリンダ１１とが設けられている。第１の従動流体圧シリンダ１０及び第２の従動流体圧シリンダ１１は夫々本発明の流体圧駆動装置に相当するものである。
【００２３】
第１の従動流体圧シリンダ１０のシリンダ本体１０１は、人間の中手骨に相当し、ＭＰ２関節８を介して基部９に支持されている。第２の従動流体圧シリンダ１１のシリンダ本体１１１は、人間の基節骨として基節部４を構成しており、ＭＰ１関節７とＭＰ２関節８とを介して基部９に連結されている。このように第１の従動流体圧シリンダ１０と第２の従動流体圧シリンダ１１とが指機構１に一体的に収納されるので指機構１がコンパクトに構成される。
【００２４】
ＰＩＰ関節６には、中節部３に中節骨として設けられた連結部材１２を介してＤＩＰ関節５が連結されている。ＤＩＰ関節５には、末節部２を構成する指先部材１３が回動自在に連結されている。中節部３の連結部材１２は、その一端がＰＩＰ関節６に回動自在に連結され、他端がＤＩＰ関節５に連結されている。更に、ＰＩＰ関節６とＤＩＰ関節５との間には、リンク部材１４が設けられている。
【００２５】
第１の従動流体圧シリンダ１０は、シリンダ本体１０１内部に流体が供給されることによりピストン１０２が摺動し、ピストンロッド１０３が伸縮してＭＰ１関節７を回動させる。これにより、指機構１がＭＰ１関節７を介して屈伸する。第１の従動流体圧シリンダ１０への油圧の供給は、配管１５を介して図外の油圧供給手段により行われる。
【００２６】
第２の従動流体圧シリンダ１１は、シリンダ本体１１１内部に流体が供給されることによりピストン１１２が摺動し、ピストンロッド１１３が伸縮してＰＩＰ関節６を回動させる。第２の従動流体圧シリンダ１１への油圧の供給は、ＭＰ１関節７の回動軸に内挿されている配管１６を介して図外の油圧供給手段により第１の従動流体圧シリンダ１０とは独立して行われる。
【００２７】
このとき、ＰＩＰ関節６とＤＩＰ関節５とが、連結部材１２とリンク部材１４とにより連結されているので、第２の従動流体圧シリンダ１１によるＰＩＰ関節６の回動に追従してＤＩＰ関節５が回動する。このように、ＤＩＰ関節５は、第２の従動流体圧シリンダ１１によるＰＩＰ関節６の回動に連動するように構成されているので、人間の指の動きに近い動作が得られるだけでなく、ＤＩＰ関節５を駆動するためのシリンダ等が不要となり、指機構１を軽量に構成することができる。
【００２８】
なお、本実施形態の指機構１において、第１の従動流体圧シリンダ１０を本発明の流体圧駆動装置としたとき、第１の従動流体圧シリンダ１０のシリンダ本体１０１に連設されたＭＰ１関節７が本発明における揺動軸に相当し、ＭＰ１関節７を介して第１の従動流体圧シリンダ１０のシリンダ本体１０１に揺動自在に連結された第２の従動流体圧シリンダ１１のシリンダ本体１１１が本発明における揺動部材に相当する。また、本実施形態の指機構１において、第２の従動流体圧シリンダ１１を本発明の流体圧駆動装置としたとき、第２の従動流体圧シリンダ１１のシリンダ本体１１１に連設されたＰＩＰ関節６が本発明における揺動軸に相当し、ＰＩＰ関節６を介して第２の従動流体圧シリンダ１１のシリンダ本体１１１に揺動自在に連結された中節部３の連結部材１２が本発明における揺動部材に相当する。
【００２９】
ここで、第１の従動流体圧シリンダ１０の構成について説明すれば、図２に示すように、ピストン１０２は、合成樹脂（例えばポリエーテルエーテルケトン樹脂）により形成されていて、シリンダ本体１０１の油圧室１０４を閉塞するガスケット１０５を備え、その内部に球面受け部１０６が形成されている。また、シリンダ本体１０１の内面に摺接するピストン１０２の外周面には断面視Ｖ字状の凹部１０７が周方向に形成されている。ピストンロッド１０３は、金属（例えばアルミニウム合金等の軽金属）により形成されていて、その基端部に球部１０８を備え、この球部１０８がピストン１０２の球面受け部１０６に嵌合されることによってピストン１０２に揺動自在に連結されている。そして、凹部１０７は、図２に示すように、ピストン１０２の、少なくとも球面受け部１０６に嵌合された球部１０８の外面とシリンダ本体１０１の内面とが最も近接した部分（即ち、球面受け部１０６に嵌合する球部１０８によって最も変形し易い部分）における外周面に形成されている。
【００３０】
第１の従動流体圧シリンダ１０は、ピストン１０２の外周面に凹部１０７が形成されているので、ピストンロッド１０３の球部１０８を球面受け部１０６に圧入嵌合させたとき球面受け部１０６が球部１０８によって押し広げられても、その際のピストン１０２の変形を、凹部１０７により吸収することができる。これにより、球面受け部１０６に球部１０８を嵌合させたことによるピストン１０２の外周面における膨らみの発生を防止することができ、シリンダ本体１０１内面に対するピストン１０２の摺動抵抗の増加を防止することができる。更に、ピストン１０２の外周面に凹部１０７が形成されていることにより、シリンダ本体１０１の内面に対してピストン１０２の外周面の摺接面積が小さく、摺動抵抗を小とすることができるので、シリンダ本体１０１内部におけるピストン１０２の往復動を円滑に行わせることができる。なお、凹部１０７の断面視形状は、断面視Ｖ字状でなくてもよく、例えば、断面視Ｕ字状であってもよい。
【００３１】
第２の従動流体圧シリンダ１１においても、図２を参照して説明すれば、第１の従動流体圧シリンダ１０と同様の構成によって、ピストン１１２とピストンロッド１１３とが連結されており、ピストン１１２の外周面に凹部１１７が形成されているので、第１の従動流体圧シリンダ１０と同様の効果を得ることができる。
【００３２】
そして、構成からなる指機構１によれば、第１の従動流体圧シリンダ１０及び第２の従動流体圧シリンダ１１のピストンロッド１０３，１１３を伸長させることにより円滑に折り曲げ動作を行うことができ、ピストンロッド１０３，１１３を収縮させることにより円滑に延ばし動作を行うことができる。
【００３３】
なお、本実施形態においては、屈伸機構として多関節の指機構１を示したが、それ以外に例えば、ヒューマノイドロボットに採用する場合には、図示しないが、人間の手首に相当する屈伸機構、肘に相当する屈伸機構、或いは、足首に相当する屈伸機構を挙げることができ、これらの屈伸機構にも、第１の従動流体圧シリンダ１０（又は第２の従動流体圧シリンダ１１）と同様の構成による本発明の流体圧駆動装置を好適に採用することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１…指機構（屈伸機構）、６…ＰＩＰ関節（揺動軸）、７…ＭＰ１関節（揺動軸）、１０…第１の従動流体圧シリンダ（流体圧駆動装置）、１１…第２の従動流体圧シリンダ（流体圧駆動装置）、１２…連結部材（揺動部材）、１０１，１１１…シリンダ本体、１０２，１１２…ピストン、１０３，１１３…ピストンロッド、１０６…球面受け部、１０７，１１７…凹部、１０８…球部、１１１…シリンダ本体（揺動部材）。
【図１】
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【図２】
2011058563.tif 000004