(57)【要約】     【課題】  柔軟性を持ちつつ、変位量をより大きくできる弾性膨張収縮構造体を提供する。【解決手段】  内部空間１２ａを有する筒状の外側中空伸縮弾性体１の片方の端面を封止部材１０ａ、１０ｂで固定し封止し、弾性体１のもう片方の端部を固定して弾性体の内部空間に凸形状で入り込んで封止手段７ａ〜７ｄで封止し、弾性体の内部空間ａに対して流体注入出通路１１ａ、１１ｂで流体の注入又は注出を行い、凸形状の封止手段をはさんで弾性体の内部空間に対して外側に直列に結合され外側かつ弾性体の内側には内側中空伸縮弾性体４の全体又は一部分が配設されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に第１内部空間（１２ａ）を有しかつ圧力源（１００）から上記第１内部空間に供給される流体の圧力によって上記第１内部空間内の圧力が変化し、それに応じて伸縮する筒状の外側中空伸縮弾性体（１）と、
上記外側中空伸縮弾性体の一方の端面を固定し封止する第１封止手段（１０ａ，１０ｂ）と、
上記外側中空伸縮弾性体の他方の端部を固定してかつ上記外側中空伸縮弾性体の上記第１内部空間内に凸形状で入り込む形で封止する第２封止手段（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）と、
上記第２封止手段を挟んで上記外側中空伸縮弾性体の上記第１内部空間の外側に直列に結合されて上記外側中空伸縮弾性体の上記第１内部空間内に全体又は一部分が配設され、かつ、内部に第２内部空間（１２ｂ）を有する内側中空伸縮構造体（４）と、
上記外側中空伸縮弾性体の上記第１内部空間又は上記内側中空伸縮構造体の上記第２内部空間に対して上記圧力源（１００）からの上記流体の注入又は注出のために上記流体を通過させる流体注入出部材（１１ｂ，１３ｂ）と、
を備えて、上記外側中空伸縮弾性体の上記第１内部空間又は上記内側中空伸縮構造体の上記第２内部空間とに供給される圧縮性流体の圧力によって上記第１内部空間又は上記第２内部空間内の圧力が変化し、それに応じて上記外側中空伸縮弾性体又は上記内側中空伸縮構造体を伸縮させることを特徴とする弾性膨張収縮構造体。
【請求項２】
上記内側伸縮構造体が、内部に第２内部空間を有する筒状の中空伸縮弾性体であり、上記第２封止手段により上記内側中空伸縮構造体と上記外側中空伸縮弾性体との結合部を構成し、かつ、上記第２封止手段に、上記内側中空伸縮構造体の上記第２内部空間と上記外側中空弾性体の上記第１内部空間を連結して連結空間を構成する流路（８）を有する一方、
上記内側中空伸縮構造体の両端部のうち上記流路を構成しない側の端部を封止する第３封止手段（９ａ，９ｂ）をさらに備え、
上記外側中空伸縮弾性体の上記第１内部空間に対して上記流体の注入又は注出をする上記流体注入出部材から上記流体を注入出して上記連結空間における圧力を制御することによって上記外側中空伸縮弾性体と上記内側中空伸縮構造体とをそれぞれ伸縮動作させる、請求項１に記載の弾性膨張収縮構造体。
【請求項３】
上記内側中空伸縮構造体が、内部空間（１２ｂ）を有する筒状の中空伸縮弾性体であり、
上記内側中空伸縮構造体内部の空間を封止する封止手段（９a,９ｂ）を有し、
上記内側中空伸縮構造体の上記内部空間に対して流体の注入あるいは注出のために上記流体を通過させる流体注入出部材（１３ｂ）を有し、
上記外側中空伸縮弾性体の上記内部空間に対して流体の注入又は注出をする上記流体注入出部材と上記内側中空伸縮構造体の上記内部空間に対して流体の注入あるいは注出をする上記流体注入出部材から上記流体を注入出して上記外側中空伸縮弾性体と上記内側中空伸縮構造体の上記内部空間の圧力をそれぞれ独立に制御することによって動作されうる、請求項１に記載の弾性膨張収縮構造体。
【請求項４】
上記内側中空伸縮構造体が、可動隔壁（２３）によって区切られた２つの内部空間（２１，２２）を有しかつ上記２つの内部空間の差圧によって上記可動隔壁に連結された出力軸（１９）による伸縮動作を行う流体圧駆動シリンダ（１６）であり、
上記内側流体圧駆動シリンダの上記内部空間を封止する封止手段（７ｃ，７ｅ，７ｆ，７ｄ）を有し、
上記内側流体圧駆動シリンダの上記２つの内部空間に対して上記流体の注入あるいは注出のために上記流体を通過させる流体注入出部材（１７，１８）を有し、
上記外側中空伸縮弾性体の上記内部空間に対して上記流体の注入又は注出をする上記流体注入出部材と上記内側流体圧駆動シリンダの上記２つの内部空間に対して上記流体の注入あるいは注出をする上記流体注入出部材から上記流体を注入出して、上記外側中空伸縮弾性体と上記内側流体圧駆動シリンダの上記内部空間の圧力をそれぞれ独立に制御することによって動作されうる、請求項１に記載の弾性膨張収縮構造体。
【請求項５】
上記内側中空伸縮構造体が、可動隔壁（２３）によって区切られた２つの内部空間（２１，２２）を有しかつ上記２つの内部空間の差圧によって上記可動隔壁に連結された出力軸（１９）による伸縮動作を行う流体圧駆動シリンダ（１６Ａ）であり、
上記内側流体圧駆動シリンダの上記内部空間を封止する封止手段（７ｃ，７ｅ，７ｆ，７ｄ）を有し、
上記内側流体圧駆動シリンダの上記２つの内部空間のうちの１つの内部空間（２２）と上記外側中空弾性体の上記内部空間とを連結して連結空間を構成する流路（２４）を上記内側流体圧駆動シリンダと上記外側中空弾性体との結合部（７ｃ）に有し、
上記内部流体圧駆動シリンダと上記外側中空伸縮弾性体との上記連結空間を構成しない側の上記流体圧駆動シリンダの上記２つの内部空間のうちの残りの内部空間（２３）に対して上記流体の注入あるいは注出のために上記流体を通過させる流体注入出部材（１８）を有し、
上記外側中空伸縮弾性体の上記内部空間に対して上記流体の注入又は注出のために上記流体を通過させる上記流体注入出部材と上記内部流体圧駆動シリンダと上記外側中空伸縮弾性体との上記連結空間を構成しない側の上記流体圧駆動シリンダ内の上記内部空間に対して上記流体の注入あるいは注出のために上記流体を通過させる上記流体注入出部材から上記流体を注入出して、上記外側中空伸縮弾性体と上記内側流体圧駆動シリンダの上記内部空間の圧力をそれぞれ独立に制御することによって動作されうる、請求項１に記載の弾性膨張収縮構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットアーム等の機械構造を駆動する柔軟性を有する直動駆動アクチュエータとして使われる弾性膨張収縮構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロボットアームの駆動には主に電気モータが使用されてきた。
【０００３】
産業用ロボットでは、高ゲインのフィードバック制御により高い手先位置精度が実現されている。
【０００４】
しかしながら、このような電気モータにより駆動される機構は、剛性が高く、柔らかさに欠ける場合が多く、家庭用ロボットなど安全性が重視される分野に適しているとは言えない。
【０００５】
こうした課題に対し、図７に示すマッキベン型の空気圧アクチュエータが提案されている。マッキベン型の空気圧アクチュエータは、ゴム材料で構成された管状弾性体１０１の外表面に繊維コードで構成された拘束手段１０２が配設され、管状弾性体１０１の両端部を封止手段１０３で気密封止する構造となっている。流体注入出手段１０４を通じ空気等の圧縮性流体により内圧を管状弾性体１０１の内部空間に与えると、管状弾性体１０１が主に半径方向に膨張しようとするが、拘束手段１０２の作用により、管状弾性体１０１の中心軸方向の運動に変換され、全長が収縮する。このマッキベン型のアクチュエータは主に弾性体で構成されるため、柔軟性があり、安全で軽量なアクチュエータであるという特徴を有する（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−１９７６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
マッキベン型のアクチュエータは圧縮性流体を管状弾性体１０１に注入・注出することにより四方に膨らんで、縦方向に収縮運動し変位を発生させる。その変位量はその長さの２０％程度と、モータで駆動されるボールネジ等に比べて小さいということが挙げられる。
【０００８】
本発明の目的は、上記従来構造の課題を解決し、柔軟性を持ちつつ、変位量をより大きくできる弾性膨張収縮構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【００１０】
本発明の第１態様によれば、内部に第１内部空間を有しかつ圧力源から上記第１内部空間に供給される流体の圧力によって上記第１内部空間内の圧力が変化し、それに応じて伸縮する筒状の外側中空伸縮弾性体と、
上記外側中空伸縮弾性体の一方の端面を固定し封止する第１封止手段と、
上記外側中空伸縮弾性体の他方の端部を固定してかつ上記外側中空伸縮弾性体の上記第１内部空間内に凸形状で入り込む形で封止する第２封止手段と、
上記第２封止手段を挟んで上記外側中空伸縮弾性体の上記第１内部空間の外側に直列に結合されて上記外側中空伸縮弾性体の上記第１内部空間内に全体又は一部分が配設され、かつ、内部に第２内部空間を有する内側中空伸縮構造体と、
上記外側中空伸縮弾性体の上記第１内部空間又は上記内側中空伸縮構造体の上記第２内部空間に対して上記圧力源からの上記流体の注入又は注出のために上記流体を通過させる流体注入出部材と、
を備えて、上記外側中空伸縮弾性体の上記第１内部空間又は上記内側中空伸縮構造体の上記第２内部空間とに供給される圧縮性流体の圧力によって上記第１内部空間又は上記第２内部空間内の圧力が変化し、それに応じて上記外側中空伸縮弾性体又は上記内側中空伸縮構造体を伸縮させることを特徴とする弾性膨張収縮構造体を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、外側中空伸縮弾性体と内側中空伸縮構造体の組み合わせで構成されることで、柔軟性を持ちつつ、変位量をより大きくできる弾性膨張収縮構造体を実現可能である。
【００１２】
また、本発明の弾性膨張収縮構造体を利用して、外装部の半分以上を中空弾性伸縮体とする場合には、家庭など人と本アクチュエータが共存する環境において、アクチュエータが人と接触しても弾性体の弾性によって衝撃を和らげることが可能である。そのため、従来の産業用ロボットに用いられるようなアクチュエータに比べて、人と共存する環境においての人との親和性が良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。
【００１４】
本発明の第１態様によれば、内部に第１内部空間を有しかつ圧力源から上記第１内部空間に供給される流体の圧力によって上記第１内部空間内の圧力が変化し、それに応じて伸縮する筒状の外側中空伸縮弾性体と、
上記外側中空伸縮弾性体の一方の端面を固定し封止する第１封止手段と、
上記外側中空伸縮弾性体の他方の端部を固定してかつ上記外側中空伸縮弾性体の上記第１内部空間内に凸形状で入り込む形で封止する第２封止手段と、
上記第２封止手段を挟んで上記外側中空伸縮弾性体の上記第１内部空間の外側に直列に結合されて上記外側中空伸縮弾性体の上記第１内部空間内に全体又は一部分が配設され、かつ、内部に第２内部空間を有する内側中空伸縮構造体と、
上記外側中空伸縮弾性体の上記第１内部空間又は上記内側中空伸縮構造体の上記第２内部空間に対して上記圧力源からの上記流体の注入又は注出のために上記流体を通過させる流体注入出部材と、
を備えて、上記外側中空伸縮弾性体の上記第１内部空間又は上記内側中空伸縮構造体の上記第２内部空間とに供給される圧縮性流体の圧力によって上記第１内部空間又は上記第２内部空間内の圧力が変化し、それに応じて上記外側中空伸縮弾性体又は上記内側中空伸縮構造体を伸縮させることを特徴とする弾性膨張収縮構造体を提供する。
【００１５】
本発明の第２態様によれば、上記内側伸縮構造体が、内部に第２内部空間を有する筒状の中空伸縮弾性体であり、上記第２封止手段により上記内側中空伸縮構造体と上記外側中空伸縮弾性体との結合部を構成し、かつ、上記第２封止手段に、上記内側中空伸縮構造体の上記第２内部空間と上記外側中空弾性体の上記第１内部空間を連結して連結空間を構成する流路を有する一方、
上記内側中空伸縮構造体の両端部のうち上記流路を構成しない側の端部を封止する第３封止手段をさらに備え、
上記外側中空伸縮弾性体の上記第１内部空間に対して上記流体の注入又は注出をする上記流体注入出部材から上記流体を注入出して上記連結空間における圧力を制御することによって上記外側中空伸縮弾性体と上記内側中空伸縮構造体とをそれぞれ伸縮動作させる、第１の態様に記載の弾性膨張収縮構造体を提供する。
【００１６】
本発明の第３態様によれば、上記内側中空伸縮構造体が、内部空間を有する筒状の中空伸縮弾性体であり、
上記内側中空伸縮構造体内部の空間を封止する封止手段を有し、
上記内側中空伸縮構造体の上記内部空間に対して流体の注入あるいは注出のために上記流体を通過させる流体注入出部材を有し、
上記外側中空伸縮弾性体の上記内部空間に対して流体の注入又は注出をする上記流体注入出部材と上記内側中空伸縮構造体の上記内部空間に対して流体の注入あるいは注出をする上記流体注入出部材から上記流体を注入出して上記外側中空伸縮弾性体と上記内側中空伸縮構造体の上記内部空間の圧力をそれぞれ独立に制御することによって動作されうる、第１の態様に記載の弾性膨張収縮構造体を提供する。
【００１７】
本発明の第４態様によれば、上記内側中空伸縮構造体が、可動隔壁によって区切られた２つの内部空間を有しかつ上記２つの内部空間の差圧によって上記可動隔壁に連結された出力軸による伸縮動作を行う流体圧駆動シリンダであり、
上記内側流体圧駆動シリンダの上記内部空間を封止する封止手段を有し、
上記内側流体圧駆動シリンダの上記２つの内部空間に対して上記流体の注入あるいは注出のために上記流体を通過させる流体注入出部材を有し、
上記外側中空伸縮弾性体の上記内部空間に対して上記流体の注入又は注出をする上記流体注入出部材と上記内側流体圧駆動シリンダの上記２つの内部空間に対して上記流体の注入あるいは注出をする上記流体注入出部材から上記流体を注入出して、上記外側中空伸縮弾性体と上記内側流体圧駆動シリンダの上記内部空間の圧力をそれぞれ独立に制御することによって動作されうる、第１の態様に記載の弾性膨張収縮構造体を提供する。
【００１８】
本発明の第５態様によれば、上記内側中空伸縮構造体が、可動隔壁によって区切られた２つの内部空間を有しかつ上記２つの内部空間の差圧によって上記可動隔壁に連結された出力軸による伸縮動作を行う流体圧駆動シリンダであり、
上記内側流体圧駆動シリンダの上記内部空間を封止する封止手段を有し、
上記内側流体圧駆動シリンダの上記２つの内部空間のうちの１つの内部空間と上記外側中空弾性体の上記内部空間とを連結して連結空間を構成する流路を上記内側流体圧駆動シリンダと上記外側中空弾性体との結合部に有し、
上記内部流体圧駆動シリンダと上記外側中空伸縮弾性体との上記連結空間を構成しない側の上記流体圧駆動シリンダの上記２つの内部空間のうちの残りの内部空間に対して上記流体の注入あるいは注出のために上記流体を通過させる流体注入出部材を有し、
上記外側中空伸縮弾性体の上記内部空間に対して上記流体の注入又は注出のために上記流体を通過させる上記流体注入出部材と上記内部流体圧駆動シリンダと上記外側中空伸縮弾性体との上記連結空間を構成しない側の上記流体圧駆動シリンダ内の上記内部空間に対して上記流体の注入あるいは注出のために上記流体を通過させる上記流体注入出部材から上記流体を注入出して、上記外側中空伸縮弾性体と上記内側流体圧駆動シリンダの上記内部空間の圧力をそれぞれ独立に制御することによって動作されうる、第１の態様に記載の弾性膨張収縮構造体を提供する。
【００１９】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態における弾性膨張収縮構造を示す図である。
【００２１】
図１において、１は外側中空伸縮弾性体であり、外側中空伸縮弾性体１の構成は、内部に第１内部空間１２ａを有しかつゴム又はゴム状弾性体で構成された、第１筒状伸縮部材の一例として機能する第１管状弾性体２と、第１管状弾性体２の変形方向を一定方向に拘束するために材料的には伸びにくい樹脂又は金属の繊維コードを網目状に編んで、外側中空伸縮弾性体１の膨張による半径方向の変形が軸方向の長さの収縮に変換される一方、外側中空伸縮弾性体１の収縮による半径方向の変形が軸方向の長さの膨張に変換される変形方向規制部材３とより構成されており、変形方向規制部材３は第１管状弾性体２の外表面を覆うように配設されている。外側中空伸縮弾性体１の第１内部空間１２ａ内には、伸縮部分の全体又は一部分が上記外側中空伸縮弾性体１の第１内部空間１２ａ内に入り込む形で内側中空伸縮構造体の一例としての内側中空伸縮弾性体４が大略同軸に配設されている。
【００２２】
内側中空伸縮弾性体４は、外側中空伸縮弾性体１の構成と同様に、内部に第２内部空間１２ｂを有しかつゴム又はゴム状弾性体で構成された、第２筒状伸縮部材の一例として機能する第２管状弾性体５と、第２管状弾性体５の変形方向を一定方向に拘束するために材料的には伸びにくい樹脂又は金属の繊維コードを網目状に編んで、内側中空伸縮弾性体４の膨張による半径方向の変形が軸方向の長さの収縮に変換される一方、内側中空伸縮弾性体４の収縮による半径方向の変形が軸方向の長さの膨張に変換される変形方向規制部材６とより構成されており、変形方向規制部材６は第２管状弾性体５の外表面を覆うように配設されている。
【００２３】
外側中空伸縮弾性体１及び内側中空伸縮弾性体４は、外側結合部７ａ，内側結合部７ｂ，内側結合部７ｃ，外側結合部７ｄによって結合されている。すなわち、外側中空伸縮弾性体１の一端部（図１の右端部）は、第２封止手段の例として機能する、円環状の外側結合部７ｄと円筒状の内側結合部７ｃの固定端部（図１の右端部）との間に挟まれる形で密着固定されている。また、内側中空伸縮弾性体４の一端部（図１の左端部）は、第１封止手段の例として機能する、円筒状の内側結合部７ｃの自由端部（図１の左端部）内に密着嵌合固定された円環状の外側結合部７ａと円筒状の内側結合部７ｂとの間で挟まれる形で密着固定されている。そして、外側結合部７ａ，内側結合部７ｂ，内側結合部７ｃ，外側結合部７ｄは一体となっており、外側中空伸縮弾性体１の一端部（図１の右端部）側での第１内部空間１２ａと外部との封止の役割も兼ねている。内側結合部７ｂの中央部には、軸方向に貫通して流路８が形成されて、第１内部空間１２ａと第２内部空間１２ｂが連通している。内側中空伸縮弾性体４の両端部のうち、外側中空伸縮弾性体１と結合されていない他端部（図１の右端部）は、第３封止手段の一例として機能する、円環状の外側封止部材９ａと円柱状の内側封止部材９ｂとの間に挟まれる形で密着固定かつ封止されている。また、外側中空伸縮弾性体１の両端部のうち、内側中空伸縮弾性体４が配設されていない他端部（図１の左端部）は、第１封止手段の一例として機能する、円環状の外側封止部材１０ａと、円筒状の内側封止部材１０ｂとの間で挟み込む形で密着固定かつ封止されている。そして、内側封止部材１０ｂには、その中央部に外側中空伸縮弾性体１の軸方向沿いに、第１内部空間１２ａに連通しかつ流路８の内径よりも大きな内径の第１流体注入出通路１１ａが形成されているとともに、内側封止部材１０ｂの端部に管状の流体注入出部材１１ｂが固定されて、第１流体注入出通路１１ａの図１の左端から上向きに、外部への第２流体注入出通路１１ｃが流体注入出部材１１ｂ内に形成されている。第２流体注入出通路１１ｃは、コンプレッサーなどの外部圧力源１００に接続されて、外部圧力源１００の圧力を制御可能な制御装置１１０の制御下で制御可能としている。
【００２４】
外側中空伸縮弾性体１及び内側中空伸縮弾性体４は、第１内部空間１２ａと第２内部空間１２ｂに空気等の圧縮性流体によって内部圧力を加えると、第１及び第２管状弾性体２，４がそれぞれ膨張しようとするが、変形方向規制部材３，６の作用により図１の左右方向の運動に変換されて収縮するものである。そのため、内側結合部７ｃと内側中空伸縮弾性体４の間には、内側中空伸縮弾性体４の膨らみを受容できるための隙間８０を設ける。
【００２５】
従来のマッキベン型の空気圧アクチュエータの構成（図７）での伸縮前後の状態を図８に示す。空気圧アクチュエータの伸縮前の状態が図８の（ａ）であり、空気圧アクチュエータの伸縮後の状態が図８の（ｂ）である。空気圧アクチュエータを加圧すると、ある一定の内部圧力に対して、空気圧アクチュエータは、伸縮前の状態（図８の（ａ））の長さＬ１からｄＬ１だけ収縮する形となる。
【００２６】
次に、第１実施形態の弾性膨張収縮構造体の構成では、外側中空伸縮弾性体１の第１内部空間１２ａと内側中空伸縮弾性体４の第２内部空間１２ｂとがつながっている。そのため、外部圧力源１００から１系統の第１，第２流体注入出通路１１ａ，１１ｃより注入出する圧縮性流体の圧力を制御装置１１０で制御することによって、２つの中空伸縮弾性体１，４を同時的に伸縮させて動作をさせることができる。
【００２７】
図９の（ａ）に図１の弾性膨張収縮構造体の伸縮前の状態、図９の（ｂ）に弾性膨張収縮構造体の伸縮後の状態を示す。伸縮前の外側中空弾性伸縮体１の長さをＬ２、内側弾性伸縮体４の長さをＬ３とし、ある圧力における外側中空伸縮弾性体１と内側中空伸縮弾性体４との収縮の長さをそれぞれｄＬ２，ｄＬ３とする。また、外側中空伸縮弾性体１と内側中空伸縮弾性体４との重なり部分の長さをＬ４とする。このとき、第２封止手段の内側結合部７ｃの内側端面ＯＬを基準固定位置としている。この場合の（変化率１）＝（ｄＬ２＋ｄＬ３）／（Ｌ２＋Ｌ３−Ｌ４）となる。また、この重なり部分（長さＬ４の部分）がない場合は、（変化率２）＝（ｄＬ２＋ｄＬ３）／（Ｌ２＋Ｌ３）となる。（変化率１）＞（変化率２）より、内側中空伸縮弾性体４の一部分又は全体が外側中空伸縮弾性体１の内部に入り込む形で配設されているため、外側中空伸縮弾性体１と内側中空伸縮弾性体４とを単に直列に配設した場合に比べて伸縮長さの割合を高く出来て、同じ全長に対して変化率を大きく出来る。
【００２８】
また、内側中空伸縮弾性体４の一部分又は全体が外側中空伸縮弾性体１の内部に入り込む形で配設されているため、外側中空伸縮弾性体１の内部の体積が少なくてすむため、外側中空伸縮弾性体１と内側中空伸縮弾性体４とを単に直列に配設した場合に比べて、少ない流量で外側中空伸縮弾性体１の伸縮動作が行え、外側中空伸縮弾性体１の応答性を高めて動作制御を行うことが出来る。
【００２９】
また、第１実施形態の変形例として、図１ではなく図２のようにしてもよい。すなわち、第１実施形態（図１）においては、外側中空伸縮弾性体１側に第１，第２流体注入出通路１１ａ，１１ｃを設けて、制御する圧縮性流体を注入していたが、図２のように外側中空伸縮弾性体１側の第１，第２流体注入出通路１１ａ，１１ｃは無くして、内側中空伸縮弾性体４側の内側封止部材９ｂには、その中央部に内側中空伸縮弾性体４の軸方向沿いに、第２内部空間１２ｂに連通しかつ流路８の内径よりも大きな内径の第３流体注入出通路１３ａが形成されているとともに、内側封止部材９ｂの端部に管状の流体注入出部材１３ｂが固定されて、第３流体注入出通路１３ａの図１の右端から上向きに、外部への第４流体注入出通路１３ｃが流体注入出部材１３ｂ内に形成されている。第４流体注入出通路１３ｃは、コンプレッサーなどの外部圧力源１００に接続されて、外部圧力源１００の圧力を制御可能な制御装置１１０の制御下で制御可能としている。このようにして、第１実施形態（図１）と同様に第１内部空間１２ａと第２内部空間１２ｂの圧力を同時的に制御装置１１０で制御する点が第１実施形態（図１）と異なる構成である。
【００３０】
（第２実施形態）
図３に第２実施形態における弾性膨張収縮構造を示す。
【００３１】
図３においては、図１の第１実施形態における弾性膨張収縮体と図２に第１実施形態の変形例における弾性膨張収縮体とを組み合わせた上で、内側結合部７ｂの流路８を無くし、上記２つの中空伸縮弾性体１，４の内部が別々の内部空間１４，１５を構成するようにしたものである。そのため、中空伸縮弾性体１，４を２系統の流体注入出通路、すなわち、第１，第２流体注入出通路１１ａ，１１ｃ及び第３，第４流体注入出通路１３ａ，１３ｂより注入出する圧縮性流体の圧力を、制御装置１０１の制御の元にコンプレッサーなどの外部圧力源１００Ａ，１００Ｂにより、別々に独立制御することによって、２つの中空伸縮弾性体１，４を同時に伸縮させて動作をさせる。こうすることで、１系統から注入する圧縮性流体の量が少なくてすむので、注入時間が短縮され、第１実施形態よりも応答の速いアクチュエータとなる。
【００３２】
そして、内側中空伸縮弾性体４の一部分又は全体が外側中空伸縮弾性体１の内部に入り込む形で配設されているため、第１実施形態で説明したのと同様に、単に直列に配設した場合に比べて伸縮長さの割合を高く出来、同じ全長に対して変化率を大きく出来る。
【００３３】
（第３実施形態）
図４に第３実施形態における弾性膨張収縮構造を示す。第３実施形態は、第２実施形態において、２系統の流体注入出通路を持ちながら、外側中空伸縮弾性体１は同じで、内側中空伸縮弾性体４の構造が異なるものである。
【００３４】
図４において、１は上記外側中空伸縮弾性体であり、外側中空伸縮弾性体１の構成は第１実施形態と同様である。外側中空伸縮弾性体１は、外側結合部７ｄと内側結合部７ｃに挟まれる形で固定されており、図４に示すように、上記円筒状の内側結合部７ｃと、上記円環状の外側結合部７ｄと、円筒状の内側結合部７ｃの内側の自由端部（図４の左端部）内に密着嵌合固定された円板状の内側結合部７ｅとによって、外側中空伸縮弾性体１の内部空間２０と外側とは封止されている。円筒状の内側結合部７ｃの固定側の端部（図４の右端部）内には密着嵌合固定された円環状の外側結合部７ｆを備えている。内側結合部７ｃ，外側結合部７ｄ，内側結合部７ｅ，外側結合部７ｆは剛体で構成されて、内側結合部７ｃと内側結合部７ｅと外側結合部７ｆとにより閉じた空間を構成している。この閉じた空間は、内部で、円筒状の内側結合部７ｃの内周面を軸方向に摺動可能な可動隔壁２３によって内部空間２１と内部空間２２に隔てられている。そして、可動隔壁２３の中央部には、外側に向けて延びて円環状の外側結合部７ｆを貫通する出力軸１９が取り付けられている。内側結合部７ｃ内には、内部空間２１の内側結合部７ｅ側の端部（図４の左端部）と外部とをつなぐ流体注入出通路１８が設けられている。流体注入出通路１８には、制御装置１１０により動作制御されるコンプレッサーなどの外部圧力源１００Ｄが接続されている。また、外側結合部７ｆには、内部空間２２と外部とをつなぐ管状の流体注入出部材１７が貫通して設けられている。流体注入出部材１７には、制御装置１１０により動作制御されるコンプレッサーなどの外部圧力源１００Ｃが接続されている。そして、内側結合部７ｃ，外側結合部７ｄ，内側結合部７ｅ，外側結合部７ｆと内部空間２１，２２、隔壁２３、出力軸１９、流体注入出通路１７，１８で、内側中空伸縮構造体の別の例としての、一つの流体圧駆動シリンダ１６を構成している。いわば、外側中空伸縮弾性体１の内部に、上記外側中空伸縮弾性体１の内部空間２０に伸縮部分の全体又は一部分が入り込む形で内側流体圧駆動シリンダ１６が配設されている形となっている。
【００３５】
外側中空伸縮弾性体１の端部のうち、内側流体圧駆動シリンダ１６が配設されていない側の端部は、第１実施形態と同様に、外側封止部材１０ａと内側封止部材１０ｂで挟み込む形で固定かつ封止されている。そして、内側封止部材１０ｂ部には、第１流体注入出通路１１ａ及び外部への第２流体注入出通路１１ｃが形成されている。第２流体注入出通路１１ｃには、制御装置１１０により動作制御されるコンプレッサーなどの外部圧力源１００Ａが接続されている。
【００３６】
外側中空伸縮弾性体１は、内部空間２０に空気等の圧縮性流体によって内部圧力を加えると第１管状弾性体２がそれぞれ膨張しようとするが、変形方向規制部材３の作用により図４の左右方向の運動に変換され伸縮するものである。内側流体圧駆動シリンダ１６は、内部空間２１と内部空間２２との間の圧力差によって可動隔壁２３が左右に動くことによって、出力軸１９が移動し動作する。
【００３７】
以上のように、第３実施形態によれば、外側中空弾性体１の伸縮は第１，第２流体注入出通路１１ａ，１１ｃから内部空間２０の圧縮性流体の圧力を、制御装置１１０により外部圧力源１００Ａを動作制御することによって行われ、内部流体圧駆動シリンダ１６の伸縮は、流体注入出通路１７、１８から内部空間２１と内部空間２２の圧縮性流体の圧力を、制御装置１１０により外部圧力源１００Ｃ及び１００Ｄを動作制御することによって行われる。なお、外部圧力源１００Ｃ及び１００Ｄは、いずれか１つとして、他方に対しては制御装置１１０により切替制御される切替弁により適宜供給排気できるようにしてもよい。
【００３８】
そして、内側流体圧駆動シリンダ１６の一部分又は全体が外側中空伸縮弾性体１の内部に入り込む形で配設されているため、第１実施形態で説明したのと同様に、単に直列に配設した場合に比べて伸縮長さの割合を高く出来、同じ全長に対して変化率を大きくできる。
【００３９】
また、第１実施形態及び第２実施形態では、構成する２つの伸縮体の全てが中空伸縮弾性体であったため、２つの伸縮体の結合軸に対して直交する方向の横方向のずれも発生するが、第３実施形態では、２つの伸縮体のうちの片方が、流体圧駆動シリンダのため、軸方向の直線性が増し、横方向のずれも抑えることが出来る。
【００４０】
（第４実施形態）
図５に第４実施形態における弾性膨張収縮構造を示す。第３実施形態は、第４実施形態において、管状の流体注入出部材１７により内部空間２２と外部とをつなぐ代わりに、管状の連通部材２４により、外側中空伸縮弾性体１の内部空間２０と内部空間２２とをつなぐようにしたものである。
【００４１】
図５において、１は上記外側中空伸縮弾性体であり、外側中空伸縮弾性体１の構成は第１実施形態と同様である。外側中空伸縮弾性体１の一端部（図５の右端部）は、外側結合部７ｄと内側結合部７ｃに挟まれる形で把持されており、図４に示す第３実施形態と同様に、内側結合部７ｃ，外側結合部７ｄ，内側結合部７ｅによって、外側中空伸縮弾性体１の内部空間２０と外側とは封止されているとともに、内側結合部７ｃ，外側結合部７ｄ，内側結合部７ｅ，外側結合部７ｆは剛体で構成されて、閉じた空間を構成している。この閉じた空間は、第３実施形態と同様に、内部で可動隔壁２３によって内部空間２１と内部空間２２に隔てられているとともに、可動隔壁２３には出力軸１９が取り付けられている。内側結合部７ｃ内には、内部空間２１の内側結合部７ｅ側の端部（図５の左端部）と外部とをつなぐ流体注入出通路１８が第３実施形態と同様に設けられている。流体注入出通路１８には、制御装置１１０により動作制御されるコンプレッサーなどの外部圧力源１００Ｄが接続されている。また、内側結合部７ｃの外側結合部７ｆ側の端部（図５の右端部）に、内部空間２２と外側中空伸縮弾性体１の内部空間２０とをつなぐ管状の連通部材２４が設けられている。この流体連通部材２４により、内部空間２２と内部空間２０は空間的につながった構成となる。そして、内側結合部７ｃと、外側結合部７ｄと、内側結合部７ｅと、外側結合部７ｆと、内部空間２１と、内部空間２２と、隔壁２３と、出力軸１９と、連通部材２４とで、内側中空伸縮構造体の別の例としての、一つの流体圧駆動シリンダ１６Ａを構成している。いわば、外側中空伸縮弾性体１の内部に、上記外側中空伸縮弾性体１の内部空間２０に伸縮部分の全体又は一部分が入り込む形で内側流体圧駆動シリンダ１６Ａが配設されている形となっている。
【００４２】
外側中空伸縮弾性体１の端部のうち、内側流体圧駆動シリンダ１６Ａが配設されていない側の端部は、第１実施形態と同様に、外側封止部材１０ａと内側封止部材１０ｂで挟み込む形で固定かつ封止されている。そして、内側封止部材１０ｂ部には、第１流体注入出通路１１ａ及び、外部への第２流体注入出通路１１ｃが形成されている。第２流体注入出通路１１ｃには、制御装置１１０により動作制御されるコンプレッサーなどの外部圧力源１００Ａが接続されている。
【００４３】
外側中空伸縮弾性体１は、内部空間２０に空気等の圧縮性流体によって内部圧力を加えると第１管状弾性体２がそれぞれ膨張しようとするが、変形方向規制部材３の作用により図５の左右方向の運動に変換され伸縮するものである。内側流体圧駆動シリンダ１６Ａは、内部空間２１と内部空間２２との間の圧力差によって可動隔壁２３が左右に動くことによって、出力軸１９が移動し動作する。
【００４４】
以上のように、第４実施形態によれば、外側中空弾性体１の伸縮は第１，第２流体注入出通路１１ａ，１１ｃから内部空間２０の圧縮性流体の圧力を、制御装置１１０により外部圧力源１００Ａを動作制御することによって行われ、同時に内部流体圧駆動シリンダ１６Ａの内部空間２２の圧力も連通部材２４によって内部空間２０と内部空間２２がつながっているため内部空間２０と同じ圧力に制御される。したがって、内部流体圧駆動シリンダ１６Ａの伸縮は、流体注入出通路１８より圧縮性流体を注入出して、内部空間２１の圧力を、制御装置１１０により外部圧力源１００Ｄを動作制御し、内部空間２２との差圧を生じさせることにより制御することが出来る。
【００４５】
そして、内側流体圧駆動シリンダ１６Ａの一部分又は全体が外側中空伸縮弾性体１の内部に入り込む形で配設されているため、第１実施形態で説明したのと同様に、単に直列に配設した場合に比べて伸縮長さの割合を高く出来、同じ全長に対して変化率を大きく出来る。
【００４６】
また、第１実施形態、第２実施形態では全てが構成する２つの伸縮体が中空弾性伸縮体であったため、結合軸に対しての横方向のずれも発生するが、第４実施形態では片方が、流体圧駆動シリンダのため軸方向の直線性が増し、横方向のずれも抑えることが出来る。
【００４７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、以上の第１実施形態〜第４実施形態の説明では、外側中空伸縮弾性体一つと内側中空伸縮弾性体が一つの計２個からなる弾性膨張伸縮構造体の組み合わせで説明を行っているが、一つの外側中空伸縮弾性体の両端に内側中空伸縮弾性体を２つ配設した場合、逆に一つの内側中空伸縮弾性体に対して両端に２つの外側中空伸縮弾性体を配設した場合も可能であり、外側中空伸縮弾性体と内側中空伸縮弾性体を交互に連結する形の構成も可能である。また、図６に示すように内側中空伸縮構造体の別の例としての内側中空伸縮弾性体２６のさらに内側に中空伸縮弾性体２７を構成するような多段構造も可能である。すなわち、図６では、外側中空伸縮弾性体２５の内側に内側中空伸縮弾性体２６が配設され、さらに内側中空伸縮弾性体２６の内側に内側中空伸縮弾性体２７が配設されている。
【００４８】
さらに、従来のアクチュエータを単に直列にした構成と比較して、内部に入れ込むことでより多くのストロークを得ることが出来る。そのため、例えば、図１０（ａ）に示すように、２本のアクチュエータを伸縮させ、関節を回転させるような従来の機構の場合、図１０（ｂ）のように２本のアクチュエータをそれぞれ本発明の構成とすることで、従来と比較して制御しうる関節回転角範囲を拡大できるという効果がある。なお、図１０において、２００は回転自在なプーリー、２０１は２本のアクチュエータをプーリー２００を介して連結するワイヤ又はロープなどの紐部材である。２本のアクチュエータの伸縮駆動により、プーリー２００を正逆回転させて、２本のアクチュエータの伸縮動作を回転動作に変換する機構である。
【００４９】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本アクチュエータは、圧縮性流体を用いて駆動され、柔軟性があり軽量なアクチュエータである。また、弾性体であるため人との親和性に優れる。本願の構成により、より制御範囲を向上させることが出来るので、介護や家事全般のロボットのアクチュエータとして人と共存する領域で使用可能であり、また浴室や台所など水を用いるところでも、駆動が電流ではなく圧縮製流体なので感電等の危険もなく安全なアクチュエータとして使用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１実施形態における弾性膨張収縮構造体の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の変形例における弾性膨張収縮構造体の構造の別構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態における弾性膨張収縮構造体の構造を示す断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態における弾性膨張収縮構造体の構造を示す断面図である。
【図５】本発明の第４実施形態における弾性膨張収縮構造体の構造を示す断面図である。
【図６】本発明の多段構成の場合を示す断面図である。
【図７】従来の空気圧アクチュエータの構造を示す断面図である。
【図８】（ａ），（ｂ）はそれぞれ従来の空気圧アクチュエータの伸縮前後の概要を示す断面図である。
【図９】（ａ），（ｂ）はそれぞれ第１実施形態の弾性膨張収縮構造体における伸縮前後での優位性を示す断面図である。
【図１０】（ａ），（ｂ）はそれぞれ２本のアクチュエータを伸縮させ、関節を回転させるような従来の機構を示す断面図、２本のアクチュエータをそれぞれ本発明の第１実施形態の弾性膨張収縮構造体とする機構を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１    外側中空伸縮弾性体
２    第１管状弾性体
３    変形方向規制部材
４    内側中空伸縮弾性体
５    第２管状弾性体
６    変形方向規制部材
７ａ    外側結合部
７ｂ    内側結合部
７ｃ    内側結合部
７ｄ    外側結合部
７ｅ    内側結合部
７ｆ    外側結合部
８    流路
９ａ    外側封止部材
９ｂ    内側封止部材
１０ａ    外側封止部材
１０ｂ    内側封止部材
１１ａ    第１流体注入出通路
１１ｂ    流体注入出部材
１１ｃ    第２流体注入出通路
１２ａ    第１内部空間
１２ｂ    第２内部空間
１３ａ    第３流体注入出通路
１３ｂ    流体注入出部材
１３ｃ    第４流体注入出通路
１４    内部空間
１５    内部空間
１６，１６Ａ    内側流体圧駆動シリンダ
１７    流体注入出部材
１８    流体注入出部材
１９    出力軸
２０    内部空間
２１    内部空間
２２    内部空間
２３    隔壁
２４    連通部材
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ    外部供給源
１１０    制御装置
【図１】
2005069392.tif 000003
【図２】
2005069392.tif 000004
【図３】
2005069392.tif 000005
【図４】
2005069392.tif 000006
【図５】
2005069392.tif 000007
【図６】
2005069392.tif 000008
【図７】
2005069392.tif 000009
【図８】
2005069392.tif 000010
【図９】
2005069392.tif 000011
【図１０】
2005069392.tif 000012