(57)【要約】  流体圧式のアクチュエータを従来に比べて長期間、安定して作動可能にする。  非ゴム系の袋体５を伸縮可能な被覆体２で被覆してアクチュエータ１を形成する。袋体５は、最大限に膨らんだ場合の長手方向の寸法及び外径を、被覆体２が最大限に伸張した場合の内部における長手方向の寸法及び内径に比べていずれも大きくする。被覆体２は最大限に伸張した場合で、袋体５が膨らむことで生じる押圧力に抗する締付力を具備するように編成される。アクチュエータ１に流体を供給すると、袋体５が最大に膨らむ前に被覆体２により拘束されるため、袋体５が破裂することが防止され、また、袋体５は非ゴム系の材料であるため、ゴム劣化等の問題も生じることなく、アクチュエータ１を長期間、安定して作動できる。
2007094031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が供給されて膨らむ袋体と、該袋体を被覆して前記袋体の変形に伴い伸縮する被覆体とを備えるアクチュエータにおいて、
前記袋体は、非ゴム系の材料で形成してあると共に、最大に膨らんだときの最大体積を前記被覆体が最大に伸張したときの被覆体内部の最大容積に比べて大きくしており、
前記被覆体は、最大に伸張したときに前記袋体の膨らみ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】
流体が供給されて膨らむ袋体と、該袋体を被覆して前記袋体の変形に伴い伸縮する被覆体とを備えるアクチュエータにおいて、
前記袋体は、非ゴム系の材料で形成してあると共に、最大に膨らんだときの最大外径を前記被覆体が最大に伸張したときの被覆体内部の最大内径に比べて大きくしており、
前記被覆体は、最大に伸張したときに前記袋体の膨らみ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３】
前記袋体の材料は、合成高分子化合物、又は紙である請求項１又は請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記袋体の材料は、１枚部分の厚みが２０μｍ以上４００μｍ以下にしてある請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記袋体は、流体が供給されていない状態で折り目になる折り部が形成してある請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記袋体は、流体が通過する開口を複数有する請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記被覆体は、エステル系の糸で編成してある請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記被覆体は、３３０デシテックス以下の糸で編成してある請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記被覆体は、袋打ちで編成されており、編み目は菱形であり、流体を供給していないときの菱形の長手方向は、前記袋体の径方向に直交する方向に一致させてある請求項１乃至請求項８のいずれか１つに記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
第１部材と、
該第１部材に回動自在に連結してある第２部材と、
前記第１部材に配置してある請求項１乃至請求項９のいずれか１つに記載のアクチュエータと、
該アクチュエータ及び前記第２部材を繋ぐ線材と
を備えることを特徴とする駆動装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の駆動装置を複数備え、
各駆動装置の第１部材は、一体的に組み合わせてあることを特徴とするハンド装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項９のいずれか１つに記載のアクチュエータと、
該アクチュエータを配置する配置部材と、
前記アクチュエータと空間をあけて対向配置する対向部材と
を備えることを特徴とするハンド装置。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項９のいずれか１つに記載のアクチュエータを複数並置して、搬送対象の物体を各アクチュエータ上に載置できるようにしてあり、
各アクチュエータへの流体供給を順次切り替える切替手段を備えることを特徴とする搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、従来の流体圧式のアクチュエータに比べて長期間の安定使用、及び薄型化を実現したアクチュエータ、及びこのアクチュエータを利用した駆動装置、ハンド装置、及び搬送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気及び液体等の流体を袋体に供給し、その袋体が膨らむことで対象物を作動させる流体圧式のアクチュエータが各種存在する。このような流体圧式のアクチュエータの中には、ロボットの人工筋肉及び各種駆動装置の駆動等に用いられる所謂マッキンベン型のアクチュエータがある。【０００３】
マッキンベン型のアクチュエータは一般に、ゴム成分を含む弾性体の袋体、及びその袋体を被覆する伸縮可能な被覆体で構成されている。被覆体は、袋体が膨らむことで変形するが、袋体の過度の膨らみを抑制するため一般に硬い繊維が使用されている。マッキンベン型のアクチュエータは、袋体の膨らみを被覆体の長手方向の収縮変形に変換して、所要の作動力（作動量）を得る（特許文献１、２参照）。なお、マッキンベン型のアクチュエータの中には、袋体（チューブ）の材料として弾性を具備するゴム系ではなく、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリエチレン系、ポリイミド系、ポリスチレン系、ポリカーボネート系の少なくともいずれかを用いたものがある（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００３−３０１８０７号公報
【特許文献２】特開２００１−３５５６０８号公報
【特許文献３】特開２００４−１０５２６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のマッキンベン型のアクチュエータの中で特許文献１、２に示すように、袋体にゴム成分を含む弾性体を使用するものは、経年変化により袋体の膨縮特性が悪化する問題がある。具体的には、袋体の材料に含まれるゴム成分は、酸素及びオゾンによる酸化作用などで劣化すると共に、多数回の伸縮などにより材料疲労が生じて伸縮性が低下し、長期にわたり良好な作動特性を維持できない。【０００５】
また、袋体にゴム成分を含む弾性体を用いるアクチュエータは、流体を供給する際、袋体の弾性自体が流体供給時の負荷になる。そのため、外部の流体供給源は、その負荷以上に供給圧を高めて流体を供給できる大型のものが要求されると云う問題がある。さらに、袋体にゴム成分を含む弾性体を用いるアクチュエータは、袋体の厚み寸法が素材（材料）の特性上、ｍｍ（ミリメートル）単位になるため、アクチュエータの薄型化が困難になる。さらにまた、袋体にゴム成分を含む弾性体を用いると、ゴム成分に伸張限界があるため、アクチュエータの収縮率（流体の非供給時の長さに対する流体供給時の長さの割合）が低い限界値（約２０数％）に留まる。【０００６】
一方、特許文献３に示すように、ゴム系の材料を用いない袋体を適用したアクチュエータでは、ゴム成分を含むことに伴う種々の問題が発生しない替わりに別の問題が生じる。即ち、袋体が弾性を有しないので、流体の供給量が過度になると袋体が弾性変形できないため容易に破裂する問題がある。破裂を防いで良好な収縮率（約３０％以上）を確保するためには、袋体と、その袋体を被覆する被覆体との寸法的な関係などを適切に規定する必要があるが、特許文献３では、袋体と被覆体との寸法的な規定が記載されていないため、アクチュエータの安定作動、及び良好な収縮率を確保できないと云う問題がある。【０００７】
本発明は、斯かる問題に鑑みてなされたものであり、袋体にゴム系の材料を用いないと共に、袋体と被覆体との寸法関係を適切に規定することで、安定した作動を長期にわたり確保し、従来に比べて薄く且つ収縮率の向上を図っ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、このアクチュエータを用いてロボット、産業分野などで有効に活用できるようにした駆動装置、ハンド装置、及び搬送装置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】
【０００８】
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、流体が供給されて膨らむ袋体と、該袋体を被覆して前記袋体の変形に伴い伸縮する被覆体とを備えるアクチュエータにおいて、前記袋体は、非ゴム系の材料で形成してあると共に、最大に膨らんだときの最大体積を前記被覆体が最大に伸張したときの被覆体内部の最大容積に比べて大きくしており、前記被覆体は、最大に伸張したときに前記袋体の膨らみを抑える締付力を有することを特徴とする。【０００９】
本発明にあっては、袋体を非ゴム系の材料で形成するので、従来のゴム成分を含むことで生じていた各種問題が生じなくなり、長期にわたり安定した作動特性を確保でき、流体供給時の負荷抵抗も低減され、流体の供給圧を従来に比べて低圧にしても安定したアクチュエータの作動を行える。また、袋体の最大体積を被覆体内部の最大容積に比べて大きくすると共に、被覆体の最大伸張状態における締付力を袋体が膨らもうとする力より大きくするので、被覆体による押さえ込みにより袋体が破裂するまで膨らむことがない。そのため、アクチュエータが不用意に壊れることもなく長期間、良好な作動状態を維持できる。なお、非ゴム系の材料には、各種合成ゴム成分及び各種天然ゴム成分を含まないものが該当する（以下、同様）。また、袋体の最大体積とは、袋体が破裂しない範囲で最大限に膨らんだ場合の体積を意味し、被覆体内部の最大容積とは、被覆体が破断しない範囲で最大限に膨張（伸張）した場合の内部容積を意味する。【００１０】
また、本発明に係るアクチュエータは、開口端から流体が供給されて膨らむ袋体と、該袋体を被覆して前記袋体の変形に伴い伸縮する被覆体とを備えるアクチュエータにおいて、前記袋体は、非ゴム系の材料で形成してあると共に、最大に膨らんだときの最大外径を前記被覆体が最大に伸張したときの被覆体内部の最大内径に比べて大きくしており、前記被覆体は、最大に伸張したときに前記袋体の膨らみを抑える締付力を有することを特徴とする。【００１１】
本発明においても、袋体を非ゴム系の材料で形成するので、ゴム成分を含むことで生じる各種問題を解消して安定した作動特性を長期間確保でき、流体供給を低圧にしても安定したアクチュエータの作動を行える。また、袋体の最大外径を被覆体内部の最大内径に比べて大きくすると共に、被覆体の最大伸張状態における締付力を袋体が膨らもうとする力より大きくするので、袋体が破裂するまで膨らまないように被覆体で確実に押さえ込むことができる。その結果、アクチュエータの作動を長期間、安定化させられる。なお、袋体を膨らませて被覆体を最大限まで伸張させた状態では、膨らんだ袋体の外周面が袋体の内周面に全体的に当接するように袋体を形成することが、袋体の破裂防止を確実にする点で好適である。なお、袋体の最大外径とは、袋体が破裂しない範囲で最大限に膨らんだ状態での外径（外周面での直径）を意味し、被覆体内部の最大内径とは、被覆体が破断しない範囲で最大限にラグビーボール状に膨張（伸張）した場合の内径（内周面での直径）を意味する。【００１２】
さらに、本発明に係るアクチュエータは、前記袋体の材料は、合成高分子化合物、又は紙であることを特徴とする。
本発明にあっては、袋体の材料として流体を通さない合成高分子化合物、又は紙を用いるので、安価で且つ手軽にアクチュエータ用の袋体を製作できるようになる。なお、合成高分子化合物としては、ポリプロピレン系、塩化ビニル系、テフロン（登録商標）系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリエチレン系、ポリイミド系、ポリスチレン系、ポリカーボネート系等の少なくとも１つの成分を含むものが該当する。また、紙としては紙風船のような形状のものが流体で膨らます点で好適である。【００１３】
さらにまた、本発明に係るアクチュエータは、前記袋体の材料は、１枚部分の厚みが２０μｍ以上４００μｍ以下にしてあることを特徴とする。
本発明にあっては、材料の１枚部分の厚みを２０μｍ以上４００μｍ以下にするので、ゴム成分を含む材料を用いる場合に比べて袋体の全体的な厚み寸法が薄くなり、それに伴いアクチュエータ自体の厚み寸法を小さくしてアクチュエータの薄型化を実現できる。また、袋体の厚み寸法を上述した範囲に設定することで、流体の非供給時と供給時とのアクチュエータの伸縮度合いを大きくでき、アクチュエータの収縮率の増大に貢献でき、従来の同サイズのアクチュエータに比較して作動量を大きくできる。なお、アクチュエータの薄型化を優先にする場合は、袋体の１枚部分の厚みを２００μｍ以下、さらには１００μｍ以下にすることが好適であり、一方、袋体の耐久性を重用視する場合は、袋体の１枚部分の厚みを２００μｍを超えた寸法にすることが好ましい。【００１４】
また、本発明に係るアクチュエータは、前記袋体は、流体が供給されていない状態で折り目になる折り部が形成してあることを特徴とする。
本発明にあっては、袋体に折り部が形成してあるため、流体が供給されずに袋体が萎んだ状態では、折り部に沿って袋体が自然と折りたたまれるようになる。そのため、被覆体に比べて最大体積が大きい袋体、又は被覆体に比べて最大外径が大きい袋体を用いても、流体の非供給時には袋体はコンパクトに収まり、アクチュエータの薄型化に貢献できる。なお、折り部は袋体に複数形成することも勿論可能であり、複数の折り部を形成した場合は、流体の非供給時に袋体を一層コンパクトにできる。【００１５】
また、折り部は、折り部が袋体の径方向に直交する方向に形成することが好ましく、このように形成することで、流体が供給されると、袋体はスムーズに径方向に膨らみやすくなると共に、流体の非供給時には、袋体が折り部を折り目にして厚くならないように萎みやすくなり、袋体の膨らみ及び萎みによる径方向の寸法差を一段と大きくできる。【００１６】
さらに、本発明に係るアクチュエータは、前記袋体は、流体が通過する開口を複数有することを特徴とする。
本発明にあっては、流体の通過用の開口を袋体が複数有するため、袋体への流体供給の仕方に様々なバリエーションが生じる。例えば、供給専用の開口と、供給された流体の排出専用の開口を決めてアクチュエータを作動させることができ、この場合は流体を一定の方向に沿ってスムーズに流すことが可能になる。また、アクチュエータの作動応答性を高めるためには、複数の開口から同時に袋体を供給すると共に、袋体を萎ませるときは、複数の開口から同時流体を排出するようにして、袋体に対して多量の流体を短時間で出し入れ可能にできる。【００１７】
また、本発明に係るアクチュエータは、前記被覆体は、エステル系の糸で編成してあることを特徴とする。
本発明にあっては、難伸縮性の糸であるエステル系の糸で被覆体が編成してあるので、従来のマッキンベン型のアクチュエータに比べて被覆体が軟らかくなり、袋体の膨らみにも敏感に追従して、応答性の高い作動特性が得られると共に、流体の供給圧が約２０ｋＰａ程度でも確実に作動できるアクチュエータを得られ、アクチュエータの小型化にも貢献できる。なお、被覆体の編成には、モノフィラメント及びマルチフィラメントの糸を組み合わせて用いてもよく、また、マルチフィラメントの糸だけを用いてもよい。【００１８】
さらに、本発明に係るアクチュエータは、前記被覆体は、３３０デシテックス以下の糸で編成してあることを特徴とする。
本発明にあっては、被覆体が３３０デシテックス以下の糸で編成してあるので、従来のアクチュエータに用いられる硬い繊維に比べて軟らかくなり、袋体の微妙な変形に追従し、流体供給に伴う作動応答性を高められる。【００１９】
さらにまた、本発明に係るアクチュエータは、前記被覆体は、袋打ちで編成されており、編み目は菱形であり、流体を供給していないときの菱形の長手方向は、前記袋体の径方向に直交する方向に一致させてあることを特徴とする。【００２０】
本発明にあっては、被覆体が袋打ちと云う編み方で編成されているので、袋体を被覆する形態に好適で且つ袋体の膨張にも柔軟に追従できる軟らかい被覆体を形成できる。また、被覆体が伸縮していない状態（流体を供給していない状態）における菱形（バイアス）の編み目の長手方向を、袋体の径方向に直交する方向に一致させることで、被覆体及び袋体の径方向に伸縮する量を多くすることができ、アクチュエータの作動量増大に貢献できる。【００２１】
本発明に係る駆動装置は、第１部材と、該第１部材に回動自在に連結してある第２部材と、前記第１部材に配置してある上述したアクチュエータと、該アクチュエータ及び前記第２部材を繋ぐ線材とを備えることを特徴とする。【００２２】
本発明にあっては、第１部材及び第２部材を回動自在に連結すると共に、第１部材に配置したアクチュエータを線材で第２部材に繋ぐので、アクチュエータを作動させると、第２部材が引っ張られて回動する。このような回動を行う駆動装置には、上述した安定した長期間の作動特性を有し且つ収縮率を高めたアクチュエータが適用されるので、従来に比べて使用による作動性の低下が無く、さらに第２部材の回動範囲を高めた駆動装置を得ることができる。【００２３】
なお、本発明に係る駆動装置は、直列的に３個以上の部材を回動可能に繋げた構成にすることも可能であり、例えば、第１部材に回動可能に連結された第２部材に、さらに第３部材を回動可能に連結すると共に、第１部材に第２部材回動用の第１アクチュエータを配置し、第２部材に第３部材回動用の第２アクチュエータを配置したような駆動装置を実現してもよい。このように複数の駆動装置を直列的に繋げた構成にすることで丁度、人間の指のような動きを実現でき、ロボットのハンド部の指に好適な構成を提供できる。【００２４】
本発明に係るハンド装置は、上述した駆動装置を複数備え、各駆動装置の第１部材は、一体的に組み合わせてあることを特徴とする。【００２５】
本発明にあっては、複数の駆動装置の第１部材を一体的に組み合わせるので、各第１部材が一体となった部分が丁度、人間の掌に相当する部位となり、掌に相当する部位から回動可能な複数の第２部材が指状に突出した形態になる。そのため、人間の手と同様なハンド装置を実現でき、しかも上述した構成のアクチュエータを適用するので、第２部材の回動範囲を大きくして長期間安定して作動させられるハンド装置を提供できる。なお、人間の手と同等な動きを確保するためには、人間の指と同等に５体の駆動装置を組み合わせることが必要であり、このような人間の手と同等な動きを実現できるハンド装置は、人間型ロボットのハンド部又は義手として利用可能になる。【００２６】
本発明に係るハンド装置は、上述したアクチュエータと、該アクチュエータを配置する配置部材と、前記アクチュエータと空間をあけて対向配置する対向部材とを備えることを特徴とする。【００２７】
本発明にあっては、アクチュエータに空間をあけて対向部材を配置すると共に、流体の供給によりアクチュエータを膨張作動させることで、アクチュエータと対向部材との空間距離が縮まる。そのためハンド装置内の空間に物体を位置させれば、その物体をアクチュエータ及び対向部材で挟持できるようになる。このような構成のハンド装置に、上述したアクチュエータを適用するので、長期間安定して作動させることができると共に、収縮率の向上によるアクチュエータの径方向の膨張率も大きくなり、様々な寸法の物体を挟持でき、生産設備においてワークを掴むような箇所に好適なハンド装置を実現できる。【００２８】
本発明に係る搬送装置は、上述したアクチュエータを複数並置して、搬送対象の物体を各アクチュエータ上に載置できるようにしてあり、各アクチュエータへの流体供給を順次切り替える切替手段を備えることを特徴とする。【００２９】
本発明にあっては、アクチュエータを複数並べて配置すると共に、各アクチュエータへの流体供給を順次切り替えるので、並べられたアクチュエータが順次膨張作動する。そのため、物体の載置箇所の高さは順次変化するため、重力により滑り降りるように物体は、流体供給が切り替わっていく方向へ進み、スムーズに物体を搬送することが可能になる。特に、本発明の搬送装置では、アクチュエータの径方向の膨張率が大きいため、高さの変化巾が大きくなり物体の搬送をスピーディに行える。
【発明の効果】
【００３０】
本発明にあっては、非ゴム系の袋体の最大体積を被覆体内部の最大体積に比べて大きくすると共に、被覆体が最大に伸張した状態で袋体が膨らむことを抑えるので、従来のゴム成分を含む袋体を用いることで発生していた諸問題を解消でき、袋体が破裂するまで膨らむこともなくなり長期間の安定した作動を確保できる。
また、本発明にあっては、非ゴム系の袋体の最大外径を、被覆体の最大内径に比べて大きくすると共に、袋体が破裂するまで膨らむことを被覆体の押さえ込みにより防止するので、従来のゴム成分を含む袋体に伴う諸問題を解決でき、アクチュエータの安定した作動を長期間確保できる。【００３１】
本発明にあっては、袋体の材料として合成高分子化合物、又は紙を用いるので、手頃な材料で容易にアクチュエータ用の袋体を製作できる。
また、本発明にあっては、袋体の１枚部分の材料厚みを２０μｍ以上４００μｍ以下にするので、流体の非供給時において袋体が薄くなり、アクチュエータの薄型化を実現できる。【００３２】
本発明にあっては、袋体に折り部が形成してあるため、被覆体に比べて大きい袋体を用いても、流体の非供給時には袋体をコンパクトに納めることができ、アクチュエータの薄型化に貢献できると共に、アクチュエータの収縮率の向上に貢献できる。
また、本発明にあっては、袋体が複数の開口を有するため、複数の開口を用いて様々な方式で流体を供給でき、袋体への流体の供給及び排出をスムーズに行えると共に、使用目的に応じたアクチュエータの作動特性を確保できる。【００３３】
本発明にあっては、エステル系の糸で被覆体が編成してあるので、袋体が最大に膨らまないように袋体を押さえ込む張力を確保した上で、袋体の膨らみに対する応答性を向上できると共に、流体の供給圧が約２０ｋＰａ程度の低圧でも確実にアクチュエータを作動させられる。
また、本発明にあっては、被覆体が３３０デシテックス以下の糸で編成してあるので、従来のアクチュエータに用いられる被覆体に比べて軟らかくでき、袋体の微妙な変形に追従できる作動特性を得られる。
さらに、本発明にあっては、被覆体が袋打ちと云う編み方で編成されると共に、流体の非供給状態での菱形（バイアス）の編み目の長手方向にも配慮するので、被覆体が袋体の膨らみに柔軟に追従できると共に、被覆体の径方向の伸縮量も大きくできる。【００３４】
本発明にあっては、伸縮量の大きいアクチュエータを配置する第１部材に第２部材を回動自在に連結すると共に、アクチュエータを線材で第２部材に繋ぐので、第２部材の作動範囲を大きくした駆動装置を実現できる。
また、本発明にあっては、複数の駆動装置の第１部材を一体的に組み合わせるので、人間の掌から指状の部材（第２部材）が回動可能に突出したハンド装置を形成できる。【００３５】
本発明では、アクチュエータの膨張作動により物体を挟持できるので、生産設備及びＦＡ（Factory Automation）分野におけるワークのハンドリング箇所に対して好適なハンド装置を実現できる。
本発明にあっては、アクチュエータを複数並べて配置すると共に、各アクチュエータへの流体供給を順次切り替えるので、物体をスムーズに進められる搬送装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態に係るアクチュエータを示し、（ａ）は流体を供給していない状態の正面図、（ｂ）は流体を供給して最大限に作動させた状態の正面図である。
【図２】実施形態に係るアクチュエータの内部を示し、（ａ）は流体を供給していない状態の断面図、（ｂ）は流体を供給して最大限に作動させた状態の断面図である。
【図３】アクチュエータの被覆体の編み目が流体の供給に伴い変化することを示す概略拡大図である。
【図４】アクチュエータに用いられる袋体を示し、（ａ）は流体を供給していない萎んだ状態の斜視図、（ｂ）は流体を供給して最大限に膨らませた状態の斜視図である。
【図５】変形例の袋体を示し、（ａ）は流体を供給していない萎んだ状態の斜視図、（ｂ）は流体を供給して最大限に膨らませた状態の斜視図である。
【図６】別の変形例の袋体を示し、（ａ）は流体を供給して最大限に膨らませた状態の斜視図、（ｂ）はＸ軸に直交する平面での断面図、（ｃ）は袋体を裏返した場合のＸ軸に直交する平面での断面図である。
【図７】（ａ）はシートを半分に折りたたんだ状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のシートから形成した袋体の流体供給状態の斜視図である。
【図８】２本のホースが取り付けられた変形例のアクチュエータを示し、（ａ）は流体を供給していない状態の正面図、（ｂ）は流体を供給して最大限に作動させた状態の正面図である。
【図９】変形例のアクチュエータの内部を示す断面図である。
【図１０】本発明の駆動装置であり、（ａ）は平面図、（ｃ）は底面図である。
【図１１】本発明の駆動装置であり、（ａ）は作動させていない状態を示す正面図、（ｂ）は作動させた状態を示す正面図である。
【図１２】（ａ）は変形例の駆動装置を示す正面図、（ｂ）は別の変形例の駆動装置を示す正面図である。
【図１３】本発明のハンド装置を示す平面図である。
【図１４】本発明の搬送装置を示す斜視図である。
【図１５】図１４のＡ−Ａ線における概略断面図である。
【図１６】本発明の搬送装置に適用される流体供給システムのブロック図である。
【図１７】変形例の搬送装置であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における概略断面図である。
【図１８】本発明のハンド装置であり、（ａ）は物体を挟持する前の状態を示す概略図、（ｂ）は物体を挟持した状態を示す概略図である。
【図１９】変形例のハンド装置であり、（ａ）は物体を挟持する前の状態を示す概略図、（ｂ）は物体を挟持した状態を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３７】
１、１′  アクチュエータ
２、２′  被覆体
３  編み目
５、５′、５″、７′、８  袋体
５ｅ′、５ｅ″、５ｆ″、７ｅ′、７ｆ′  折り部
９  規制材
１０、２０、３０  駆動装置
１１  第１部材
１２  第２部材
１６  線材
４０、１２０、１３０  ハンド装置
１００、１１０  搬送装置
１０２Ａ〜１０２Ｎ  センサ
１０３Ａ〜１０３Ｎ  制御弁
１０４  作動流体発生源
１０５  コントロール部
１２１、１３１  ベース部材
１２２、１３２  対向部材
Ｈ  ホース
Ｒ  空間
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
図１（ａ）（ｂ）及び図２（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。本発明のアクチュエータ１は、流体が供給されるホースＨを接続し、流体の非供給時の厚みＴ１（図１（ａ）参照）を従来のアクチュエータに比べて薄くすると共に、流体の供給時に膨張（拡径）して全長が収縮する割合（収縮率：（１−Ｌ２／Ｌ１）×１００％）を従来のアクチュエータに比べて向上したことを主な特徴にしている。なお、本実施形態では、アクチュエータ１を作動させる流体に空気を使用しており、ホースＨの端に図示しない作動流体発生源（空気供給源）を接続し、ホースＨを通じてアクチュエータ１へ流体（空気）を供給するようにしている。【００３９】
図２（ａ）（ｂ）にも示すようにアクチュエータ１は袋体５と、この袋体５を被覆する被覆体２を備えている。被覆体２の内部空間２ｃに収められた袋体５は、非ゴム系の材料で形成されており、本実施形態では流体が通過しない合成高分子化合物であるポリプロピレン系の成分を含む材料を用いて、図４（ａ）に示すように萎んだ扁平な状態から図４（ｂ）に示すように流体が供給されることで球状に膨らむ形状にしている。また、袋体５の材料は、一枚部分５ｄの厚み寸法Ｔ２（図２（ｂ）参照）が５０μｍのものを使用している。【００４０】
なお、本発明の袋体５の材料には、流体を通過させない特性を有する合成高分子化合物としてポリプロピレン系、塩化ビニル系、テフロン（登録商標）系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリエチレン系、ポリイミド系、ポリスチレン系、ポリカーボネート系等の少なくとも１つを成分として含むものを適用できる（上述した成分を混在させることも可能）。また、このような合成高分子化合物を使用できない環境、多湿でない環境などでは、袋体５の材料に、流体を通過させない紙を用いることも可能であり、この場合、袋体５を膨らませることから紙風船のような形状の紙が好適となる。【００４１】
さらに、袋体５に用いる材料には、一枚部分５ｄの厚み寸法Ｔ２が５０μｍに限定されるわけではなく、２０μｍ以上４００μｍ以下の範囲のものを適用できる。袋体５に用いる材料は、アクチュエータ１の使用条件、使用目的等に応じて一枚部分５ｄの厚みが適切なものを使い分けることが好ましい。例えば、アクチュエータ１の薄型化を優先する場合は、厚み寸法Ｔ２が１００μｍ以下の材料を用いることが好適であり、アクチュエータ１を長期間使用させたい場合は、厚み寸法Ｔ２が２００μｍを超える材料を用いることが好ましい。【００４２】
袋体５は、ホースＨが接続される側の端部５ｂが開口端であり、開口端に対向する先端部分５ａが閉鎖端になっている。なお、端部５ｂは、内部にホースＨが挿入されると共に、ホースＨの挿入範囲を外方から熱収縮チューブ６を被せ、その熱収縮チューブ６に所定の熱量を加えて収縮させることで、ホースＨを固定している。また、袋体５の寸法は、流体の供給により破裂しない範囲で最大限に膨らんだ場合で、図４（ｂ）に示すように、全長の寸法がＬ１１（図中のＸ方向寸法）、最大外径の寸法がφＤ２（図中のＸ方向に直交する平面上での直径寸法）になるように形成されている。なお、図中のＸ方向は、袋体５の端部５ｂでホースＨを通じて流体が供給される方向（図１（ｂ）中の白矢印で示す方向）と平行な方向であり、Ｙ方向はＸ方向に直交する平面上の一方の方向（被覆体２及び袋体５の径方向に相当）であり、Ｚ方向はＸ方向に直交する平面上でＹ方向に直交する方向である。【００４３】
一方、被覆体２は、袋体５を被覆できるように筒状で伸縮可能に編成してあり、本実施形態では、エステル系の糸であるポリエステルマルチフィラメント糸（２７５デシテックス）を用い、製紐機により袋打ちで編み上げられている。また、編み上げの際には、図１（ａ）に示す編み目３が菱形（バイアス）の形状となり、且つ菱形（バイアス）の長手方向が無負荷状態で被覆体２の長手方向（Ｘ方向）と一致するように編成して、図１（ｂ）に示すＹ方向に平行な向きに伸縮しやすく、且つ所要の張力を具備させると共に、伸張度合いが大きくなると締付力が高まるようにしている。【００４４】
編み目３の形状の変化を具体的に説明すると、流体の供給により被覆体２が図１（ａ）に示す状態から図１（ｂ）に示す状態へ伸張すると、図３に示すように、編み目３は、第１頂点３ａ及び第３頂点３ｃを結ぶＸ方向を長手方向にした状態から、第２頂点３ｂ及び第４頂点３ｄを結ぶＹ方向を長手方向にした状態へ変形する。編成用の糸の寸法及び素材、編み目３の大きさなどを適正に選択することで、被覆体２は素材としての柔らかさ、伸縮性、及び所定の締付力を確保している。なお、図１（ａ）（ｂ）では、被覆体２における編み目３を部分的に図示するに留まっているが、編み目３の図示が省略された箇所にも編み目は勿論存在する。【００４５】
上述したように被覆体２は、袋体５の変形に伴い伸縮できる柔軟性を確保しているが、最大に伸張した状態では、袋体５が膨らもうとする押圧力に抗して押さえ込むことができる締付力を発生させる。このような所定の締付力は、ポリエステルマルチフィラメント糸を用いて袋打ちで編み上げ編成することで得られている。また、被覆体２がＹ方向で最大に伸張した場合（図２（ｂ）参照）、被覆体内部の最大内径の寸法がφＤ１（φＤ１＜袋体５の最大外径φＤ２）、Ｘ方向に平行な向きの内部長手寸法（内面先端２ｄから内面根元２ｅまでの距離）がＬ１０（Ｌ１０＜袋体５の全長寸法Ｌ１１）になり、このときの被覆体内部の最大容積は、図４（ｂ）に示す袋体５が最大に膨らんだときの最大体積に比べて小さくしている（即ち、袋体５の最大体積＞被覆体２の内部の最大容積）。【００４６】
上述した袋体５及び被覆体２を用いてアクチュエータ１を製作するには、先ず、図４（ａ）に示すように袋体５の端部５ｂに熱収縮チューブ６を用いてホースＨを固定した状態にし、この袋体５を筒状の被覆体２で被う。それから、図２（ａ）に示すように、ホースＨが延出する被覆体２の一方の端部２ｂを糸状の結束部材４ｂを巻き付けて、袋体５の端部５ｂを覆う熱収縮チューブ６と共に結束固定する。また、被覆体２は、他方の先端部２ａにも糸状の結束部材４ａを巻き付けて先端部２ａを閉鎖し、アクチュエータ１を完成する。この際、袋体５の先端部分５ａを固定することなく自由端にしている。なお、結束部材４ａ、４ｂには、糸状の部材以外にも、合成樹脂製の結束バンド、結束金具、かしめ具、ひも状の部材などを適用できる。【００４７】
完成したアクチュエータ１は、流体の非供給時では、非常に薄い袋体５（一枚部分５ｄの厚み寸法が５０μｍ）が、図４（ａ）に示すように萎んでいるため、アクチュエータ１自体の厚み寸法は、ほぼ被覆体２の厚みと一致し、アクチュエータ１の薄型化を実現できる。また、ホースＨを通じてアクチュエータ１に流体（空気）を供給すると、袋体５が膨らみ始め、それに追従して被覆体５がＸ方向に直交する平面上で拡径するように伸張する。この際、袋体５は、非ゴム系の材料であるため、従来のようにゴム系の弾性力に抗して流体を供給する必要がないため、流体の供給圧が低くてもスムーズに袋体５を膨らませることができる。【００４８】
流体の供給をさらに続けると、アクチュエータ１は最終的に図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示す状態に変形する。この状態では、袋体５が膨らみ、自由端の先端部分５ａの外周面が被覆体２の内面先端２ｄに当接するなど、袋体５の外周面が全体的に被覆体２の内周面に当接して、被覆体２を内方から外方へ押圧しているが、被覆体２の締付力により袋体２の膨らみが抑えられている。また、被覆体２の締付力は、流体の供給が続いても袋体２からの押圧力に抗し得るため、被覆体２は最大に伸張した状態でとどまる。【００４９】
また、被覆体２が最大に伸張した状態では、袋体５が最大に膨らんだときの最大体積が被覆体内部の最大容積に比べて大きく、さらに、袋体５の最大外径の寸法φＤ２は被覆体２の最大内径の寸法φＤ１に比べて大きいため、袋体５は最大に膨らんだ状態には至っていない。そのため、被覆体２が最大に伸張した場合でも、袋体５には更に膨らむことが可能な余裕部分が残存しているので、袋体５が膨らみすぎて破裂する事態は生じない。しかも本実施形態では、図１（ａ）に示す流体の非供給状態から被覆体２が最大に伸張した状態（図１（ｂ）に示す状態）に変化した場合の収縮率（結束部材４ａ、４ｂ間が、寸法Ｌ１から寸法Ｌ２へと収縮する割合）が約４０％に達しており、従来のアクチュエータに比べて作動量が拡大している。【００５０】
さらに、アクチュエータ１では、袋体５の材料が非ゴム系であるため、経年変化による袋体５の材料劣化の程度がゴム系の材料を用いたものに比べて格段に少なくなる。よって、本実施形態のアクチュエータ１は、長期にわたり安定した作動特性を確保すると共に、収縮率の向上に伴い作動量を拡大しており、各種ロボット、産業機械等における駆動源に好適なものになっている。【００５１】
なお、本発明に係るアクチュエータ１は、上述した形態に限定されるものではなく、種々の変形例が存在する。例えば、被覆体２を編成する糸はマルチフィレメントのものとモノフィラメントのものを組み合わせて用いてもよく、各糸のデシテックス数は、３３０デシテックス以下のものであれば適用可能であり、用いる糸及び編み方を工夫することで、伸縮程度、柔らかさ、及び締付力を適宜変更できる。また、流体には空気以外の気体、水及び油等の液体も適用できる。【００５２】
図５（ａ）（ｂ）は、本発明のアクチュエータ１に使用できる変形例の袋体５′を示している。変形例の袋体５′は周囲に折り部５ｅ′を形成したことが特徴であり、折り部５ｅ′は、袋体５′を形成するシート材を重ね合わせた状態で溶着により貼り合わせた部分に相当し、フランジ状に外方へ突出している。なお、折り部５ｅ′は、図中のＸ方向（流体の供給方向）に平行な向きに延出する部分を有して袋体５′の折りたたみ方向を規制している。【００５３】
即ち、流体を供給していない状態では、図５（ａ）に示すように袋体５′は、主にＹ方向の寸法が小さくなるように萎むようになる。この際、シート材の重ね合わせにより折り部５ｅ′の剛性が高くなっているため、袋体５′は折り部５ｅ′を自然と折り目にして折りたたんだ状態になり、流体の非供給時における袋体５′のサイズをさらにコンパクトにできる。また、袋体５′に流体を供給すると図５（ｂ）に示すように、折り部５ｅ′で折りたたまれていた状態が張りつめた状態になり、スムーズに膨らんで図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示す状態へとアクチュエータ１を作動できる。【００５４】
図６（ａ）（ｂ）は、複数の折り部５ｅ″、５ｆ″を有する袋体５″を示している。各折り部５ｅ″、５ｆ″は、袋体５″の先端部分５ａ″で直交的に交わるように袋体５″の周囲に形成されている。このように複数の折り部５ｅ″、５ｆ″を設けることで、流体を供給していない状態において、袋体５″は各折り部５ｅ″、５ｆ″を折り目（折り線）にしてコンパクトに折りたたまれることになり、アクチュエータ１の更なる薄型化を達成できる。なお、袋体５″は、図６（ａ）（ｂ）に示すように折り部５ｅ″、５ｆ″を外方へ突出させる以外に、図６（ｃ）に示すように袋体５″を裏返して、袋体内方に向けて折り部５ｅ″、５ｆ″を突出させることも可能である。図６（ｃ）の場合は、各折り部５ｅ″、５ｆ″が袋体５″の外方に表出しないので、アクチュエータ１の表面（被覆体２の表面）を滑らかにできる。【００５５】
また、図７（ａ）はシート７を示し、図７（ｂ）は、シート７から形成した別の変形例の袋体７′を示している。図７（ａ）に示すように矩形状のシート７を二つに折りたたんだ状態で、対向する短辺部７ｂ、７ｃ及び長辺部７ｄ、７ｅをそれぞれ溶着することで、図７（ｂ）に示す矩形状の袋体７′を形成できる。袋体７′は、溶着された箇所がフランジ状に突出する折り部７ｅ′、７ｆ′になっており、先端部７ｇ′が角張った形状になっている。そのため袋対７′は、流体供給による膨らみ量が、角張った形状を担う一方の折り部７ｅ′に沿った方向（Ｚ方向）がＹ方向に比べて大きくなるため、アクチュエータの使用環境、配置レイアウト等により一方向にのみ集中的に膨らみませたい場合に好適となる。なお、集中的に膨らませたい方向は、一方の折り部７ｅ′の長さ及び、折り部７ｅ′、７ｆ′からの上下部分７ｊ′、７ｋ′の余裕代の設定具合によって適宜コントロールできる。このような袋体７′も、流体の非供給時には、折り部７ｅ′、７ｆ′が折り目（折り線）となってコンパクトに折りたたまれる。なお、図７（ａ）で溶着しない他方の短辺部７ｈ側は、袋体７′において、開口端７ｈ′となって、ホースＨが熱収縮チューブ６で固定される。【００５６】
図８（ａ）（ｂ）及び図９は、別の変形例のアクチュエータ１′を示している。変形例のアクチュエータ１′は、被覆体２′の一方の端部２ｂ′から第１ホースＨ１を延出すると共に、他方の端部２ａ′からも第２ホースＨ２を延出していることが特徴である。２本のホースＨ１、Ｈ２に対応するため、被覆体２′に被覆されて内部空間２ｃ′に位置する袋体８は、図９に示すように両方の端部に開口８ａ、８ｂを設けており、一方の開口８ｂには第１ホースＨ１のホース端Ｈ１ａが挿入されて熱収縮チューブ６′で固定され、他方の開口８ａには第２ホースＨ２が同様に挿入されて熱収縮チューブ６′で固定されている。なお、袋体８の開口８ａ、８ｂを設けた両端部は、被覆体２′の両端部２ａ′、２ｂ′が被せられて結束部材４ａ′、４ｂ′で結束固定される。【００５７】
このようなアクチュエータ１′で用いられる袋体８は、両方の端部に開口８ａ、８ｂを設けた以外は、図１、２等に示す袋体５と同等の材質及び寸法形状にしてあるため、アクチュエータ１′も長期間の安定使用、及び薄型化を実現できると共に、収縮率の向上を図れる。なお、アクチュエータ１′の袋体８にも、図５〜７で説明した各種変形例の袋体５′、５″、７′の形態を適用することが勿論可能である。さらに、袋体８には２個以上の開口を設けて流体の供給及び排気を行うようにしてもよい。【００５８】
このようなアクチュエータ１′は、２本のホースＨ１、Ｈ２が取り付けられることで、袋体８の各開口８ａ、８ｂに流体を様々な方式で通過させることが可能となり、流体の供給制御の仕方にバリエーションが生じる。例えば、各ホースＨ１、Ｈ２の外方のホース端に流路の開閉切替用のバルブを取り付け、第１ホースＨ１側のバルブを開、第２ホースＨ２側のバルブを閉にして、第１ホースＨ１から流体を供給し袋体８を膨らますと共に、袋体８を萎ませるときは、第１ホースＨ１側のバルブを閉、第２ホースＨ２側のバルブを開にして第２ホースＨ２から流体を抜くようにする。このように流体の供給を制御することで、流体が終始一方向に流れてスムーズな流れを確保できる。また、別の流体の供給の仕方としては、第１ホースＨ１及び第２ホースＨ２で両方同時に袋体８へ流体を供給する一方、袋体８を萎ませるときは第１ホースＨ１及び第２ホースＨ２から両方同時に流体を抜くようにすることも可能である。この場合は、多量の流体を高速で供給及び排気できるため、アクチュエータ１′の作動応答性を高めることができる。【００５９】
図１０（ａ）（ｂ）及び図１１（ａ）（ｂ）は、アクチュエータ１（上述した各種変形例のアクチュエータも含む）を用いた駆動装置１０を示している。駆動装置１０は、アクチュエータ１を板状の第１部材１１に配置固定し、第１部材１１に回動自在に連結した第２部材１２と、アクチュエータ１を形成する被覆体２の先端部２ａとを線材１６で連結し、アクチュエータ１を作動させて第２部材１２を回動させるものである（図１１（ｂ）参照）。【００６０】
アクチュエータ１は、第１部材１１から突出する固定具１３のリング部に、ホースＨを取り付けた端部２ｂが挿入されて、端部２ｂ側が第１部材１１の表面１１ａに固定されている。また、アクチュエータ１の先端部２ａには、線材１６を係止する係止部材１４が取り付けられ、係止部材１４に係止された線材１６が、第１部材１１の表面１１ａから突出する規制ピン１５の輪状部分の内部を通されて、アクチュエータ１の先端部２ａ側が第１部材１１の表面１１ａに沿わされた状態で配置される。【００６１】
第１部材１１は、第２部材１２との連結側の端部１１ｂに凹部１１ｃを形成し、第２部材１２の連結側端部１２ｂに設けた凸部１２ｃを凹部１１ｃ内に配置した状態で、軸１７を第１部材１１及び第２部材１２に連通し、各部材１１、１２を回動可能に連結している。なお、アクチュエータ１から伸びる線材１６の先端１６ａは第２部材１２の表面１２ａに固定される。設計的には、先端１６ａが固定される箇所から軸１７までの距離Ｋ（図１１（ａ）参照）が、第２部材１２の回動角度θ（図１１（ｂ）参照）に影響する。【００６２】
また、駆動装置１０は、図１０（ｂ）に示すように、第１部材１１の裏面１１ｄ側で、第１部材１１の端部１１ｂと第２部材１２の連結側端部１２ｂ側を繋ぐように帯状の弾性部材１８、１９を取り付けている。弾性部材１８、１９は、伸長した場合に収縮方向に付勢力を生じさせるゴム片であり、一方の端部１８ａ、１９ａを第２部材１２の裏面１２ｄに貼り付けると共に、他方の端部１８ｂ、１９ｂを第１部材１１の裏面１１ｄに貼り付けている。【００６３】
よって、図１１（ａ）に示すように、アクチュエータ１に流体を供給していない場合では、弾性部材１８、１９の付勢力により、第１部材１１及び第２部材１２は直線状に並んだ姿勢となり、アクチュエータ１に流体を供給した場合、図１１（ｂ）に示すように、アクチュエータ１が作動して収縮し、線材１６を引っ張るので第２部材１２が回動する。よって、アクチュエータ１へホースＨを通じて流体の供給及び吸引を繰り返すことで、駆動装置１０は、図１１（ａ）に示す姿勢と図１１（ｂ）に示す姿勢との範囲で第２部材１２を回動させて、大がかりな仕組み及び複雑な構成を用いることなく、人間が指先を曲げるような駆動形態を少量の流体の出し入れで実現できる。【００６４】
なお、駆動装置１０は、上述した形態に限定されるものではなく、様々な変形例の適用が可能である。例えば、第１部材１１及び第２部材１２は矩形状の細長板状以外にも、利用形態に応じて棒状、骨形状等の様々な形状にすることが可能である。また、弾性部材１８、１９には、バネ（例えば、引張りコイルバネ）を適用してもよく、さらに第１部材１１及び第２部材１２を繋ぐ弾性部材は２本ではなく１本にしてもよく、この１本の弾性部材を図１０（ａ）（ｂ）に示す長手方向の中心を通るように配置してもよい。さらにまた、アクチュエータ１の端部２ｂを固定する固定具１３は、上述した形態以外のものを適用してもよく、また、固定具１３を用いる替わりに接着剤で端部２ｂを第１部材１１に固定してもよい。【００６５】
図１２（ａ）は、変形例の駆動装置２０を示す。この駆動装置２０は、アクチュエータ１が配置される第１部材２１に回動自在に連結する第２部材２２を屈曲（回動）可能にしていることが特徴である。即ち、第２部材２２は、第１部材１１に連結される側の板状の根元部分２３と、この根元部分２３に対して屈曲（回動）できるように取り付けられた板状の先端部分２４を備える。【００６６】
第１部材２１と、第２部材２２の根元部分２３との連結形態、及び根元部分２３と、先端部分２４との連結形態は、基本的に図１０（ａ）（ｂ）に示す構成と同様である。即ち、第１軸２７Ａを中心にして第２部材２２の根元部分２３が第１部材２１に対して回動できるように連結され、また、第２軸２７Ｂを中心にして先端部分２４が根元部分２３に対して回動できるように連結されている。さらに、アクチュエータ１が接着剤で固定配置される表面とは逆の裏面には、第１部材２１から第２部材の先端部分２４までを連続して繋ぐように弾性部材２８、２９を貼り付けている。さらにまた、アクチュエータ１の先端部２ａから延出する線材２６の先端２６ａを第２部材２２の先端部分２４の表面２４ａに取り付けている。【００６７】
このような駆動装置２０において、アクチュエータ１に流体を供給すると、アクチュエータ１が作動して線材２６を引っ張るように収縮するため、根元部分２３が第１軸２７Ａを中心に回動すると共に、先端部分２４が第２軸２７Ｂを中心に回動し、第２部材２２が屈曲して回動するような作動を得られる。その結果、第２部材２２（先端部分２４）の回動範囲を簡易な構成で、図１１（ｂ）に示す駆動装置１０の回動範囲より大きくできる。【００６８】
図１２（ｂ）は、別の変形例である駆動装置３０を示す。この変形例の駆動装置３０は、図１０（ａ）（ｂ）に示す駆動装置１０を直列的に且つそれぞれが回動自在となるように連結したような形態になっていることが特徴である。具体的には、第１部材３１、第２部材３２、第３部材３３、及び第４部材３４を、図１０（ａ）（ｂ）に示す構成と同様に回動可能に順次連結すると共に、第１アクチュエータ１Ａ、第２アクチュエータ１Ｂ、及び第３アクチュエータ１Ｃを第１部材３１、第２部材３２、及び第３部材３３のそれぞれに配置固定し、各アクチュエータ１Ａ〜１Ｃから延出する各線材３６Ａ〜３６Ｃを作動させる対象の各部材３２〜３４に取り付けている。また、各部材３１〜３４のそれぞれの連結箇所には弾性部材３８Ａ（３９Ａ）〜３８Ｃ（３９Ｃ）を貼り付けている。なお、弾性部材は、第１部材３１〜第４部材３４までを連続的に繋ぐように一体化したものを用いてもよい。【００６９】
駆動装置３０においては、ホースＨを通じて各アクチュエータ１Ａ〜１Ｃの全てに流体を供給することも、個別に流体を供給することも可能であるため、駆動装置３０に流体を供給する装置（作動流体発生源）の側で供給形態を適宜制御することで、駆動装置３０の各部材３２〜３４を複雑に動かすことができる。例えば、全アクチュエータ１Ａ〜１Ｃに流体を供給した場合は、各部材３２〜３４が回動して、第１部材３１から第４部材３４までが全体としてＪ字状になるように作動できる。また、第３アクチュエータ１Ｃだけに流体を供給した場合は丁度、指先だけを動かすような作動を実現でき、同様に、第２アクチュエータ１Ｂのみ、第１アクチュエータ１Ａのみを作動させてよい。なお、第１アクチュエータ１Ａと第２アクチュエータ１Ｂ、第１アクチュエータ１Ａと第３アクチュエータ１Ｃ、第２アクチュエータ１Ｂと第３アクチュエータ１Ｃと云うように、２個のアクチュエータを同時に作動させることも勿論可能である。【００７０】
図１３は、上述した駆動装置１０〜３０と同等な構成を有する第１駆動装置５０〜第５駆動装置９０を用いたハンド装置４０を示している。ハンド装置４０は、図１２（ｂ）に示す駆動装置３０と同等の構成の第１駆動装置５０〜第４駆動装置８０を丁度、人間の手における人差し指から小指までの位置に夫々配置すると共に、図１２（ｂ）に示す駆動装置３０から１つのアクチュエータと１つの回動する部材を省略した形態となる第５駆動装置９０を、人間の手における親指の位置に配置している。【００７１】
また、ハンド装置４０は、第１駆動装置５０〜第５駆動装置９０の各第１部材５１〜９１（図中、一点鎖線で囲む複数の範囲が相当）を一体的に組み合わせて丁度、人間の掌に相当する掌部分４１を形成している。なお、掌部分４１を人間の掌に応じた形状にするため、各第１部材５１〜９１は、図１０（ａ）に示す第１部材１１のように外径を矩形状にするのではなく、適宜変形させている。【００７２】
このような構成のハンド装置４０は、各駆動装置５０〜９０のアクチュエータ１Ａ〜１Ｃ（第５駆動装置９０では、アクチュエータ１Ａ、１Ｂ）を適宜作動させることで、各駆動装置５０〜９０の各部材５２〜５４、６２〜６４、７２〜７４、８２〜８４、９２、９３を回動させて人間の指のような動きを行えるようにしている。そのため、ハンド装置４０は、各種形状の物体の把持などを行うことができると共に、義手として使用することも可能である。なお、ハンド装置４０の表面をなめらかにすると共に、各アクチュエータ１Ａ等を保護するために、ハンド装置４０にゴム製の手袋を被せてもよく、さらには、ハンド装置４０の周囲を伸縮可能で可撓性を有する合成樹脂で被うようにモールド成形を行ってもよい。【００７３】
図１４、１５は、図１、２等に示すアクチュエータ１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ・・・）を用いて構成した搬送装置１００を示す。搬送装置１００は、搬送対象の物体Ｗを搬送するものであり、搬送方向に延在する両側の枠部１０１ａ、１０１ｂの間に底板部１０１ｄを設けると共に、複数の脚部１０１ｃで枠部１０１ａ、１０１ｂを支持している。また、底板部１０１ｄには、複数のアクチュエータ（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ・・・）を、アクチュエータの長手方向が搬送方向に直交するように並べて配置している。各アクチュエータ１Ａ、１Ｂ等の配置する間隔Ｐは、物体Ｗを各アクチュエータ１Ａ、１Ｂ等の上に載置できるようにしており、本実施形態ではアクチュエータが最大に膨らんだ場合の直径と同等の寸法にしている。なお、搬送装置１００に使用される各アクチュエータ１Ａ、１Ｂ等は、上述した各種変形例のアクチュエータを適用することも可能である。【００７４】
図１６は、各アクチュエータ１Ａ、１Ｂ等へホースＨを通じて流体の供給を行う流体供給システム１０６を示すブロック図である。流体供給システム１０６は、供給用の流体を発生させる作動流体発生源１０４に、各アクチュエータ１Ａ、１Ｂ等と同数の制御弁１０３Ａ、１０３Ｂ等、及び圧力を検知するセンサ１０２Ａ、１０２Ｂ等を順次接続し、ホースＨを介して各アクチュエータ１Ａ、１Ｂ等と接続する一方、流体供給の制御を行うコントロール部１０５を具備している。【００７５】
作動流体発生源１０４には、圧搾流体を発生させるポンプ、コンプレッサー、往復ピストン機構などを適用できる。なお、搬送装置１００で使用されるアクチュエータ１Ａ、１Ｂ等は低圧でも作動できるので、作動流体発生源１０４には大きな圧力で圧搾流体を発生させるものではなく、小型の低出力のものを適用できる。【００７６】
制御弁１０３Ａ、１０３Ｂ等は、各アクチュエータ１Ａ、１Ｂに対する流路を切り替える弁を内蔵し、流路の種類としては、作動流体発生源１０４で発生した流体を各アクチュエータ１Ａ、１Ｂ等へ流す流路、作動流体発生源１０４と各アクチュエータ１Ａ、１Ｂ等とを遮断する流路、アクチュエータ１Ａ、１Ｂに繋がれたホースを大気開放する流路がある。なお、内蔵される弁はコントロール部１０５の制御に基づいて電気的に作動可能となっている。また、センサ１０２Ａ、１０２Ｂ等は、アクチュエータ１Ａ、１Ｂ等へ供給される流体の供給圧を検知するものであり、検知した結果をコントロール部１０５へ伝送する。【００７７】
コントロール部１０５（切替手段に相当）は、流体の供給先となる各アクチュエータ１Ａ、１Ｂ等が順次切り替わるように、各制御弁１０３Ａ、１０３Ｂ等の弁を作動させて流路の切替制御を行う。具体的な制御内容として、図１５中で右端に位置する第１アクチュエータ１Ａに流体を供給するようにコントロール部１０５は第１制御弁１０３Ａの制御を行い、一定の時間差で第２アクチュエータ１Ｂに流体を供給するように第２制御弁１０３Ｂの制御を行い、さらに一定の時間差をあけて第３アクチュエータ１Ｃに流体を供給するように第３制御弁１０３Ｃの制御を行う。このような制御を行うことで、図１５に示すように第１アクチュエータ１Ａが最大に膨らんだ状態（底板部１０１ｄからの高さｈ１）で、第２アクチュエータ１Ｂは中間程度に膨らんだ状態（高さｈ２）になると共に、第３、４アクチュエータ１Ｃ、１Ｄは少し膨らんだ状態（高さｈ３、ｈ４。ｈ４＜ｈ３＜ｈ２＜ｈ１）になる。【００７８】
また、コントロール部１０５は、各アクチュエータ１Ａ、１Ｂ等が最大に膨らんだ状態になったかをセンサ１０２Ａ、１０２Ｂ等から送られる検知結果で判断しており、検知結果で伝えられる供給圧が最大に膨らんだ状態に対応する基準値に達すると、各制御弁１０３Ａ、１０３Ｂ等を大気開放の流路へ切り替えるように制御する。このような制御をコントロール部１０５が連続して行うことで、各アクチュエータ１Ａ、１Ｂ等は順次膨らみ、最大限まで膨らむと、今度は順次萎んでいき、以下、このような作動状況を繰り返す。【００７９】
搬送装置１００は、上述したように各アクチュエータ１Ａ、１Ｂ等が全体として蠕動運動のような動きをするので、各アクチュエータ１Ａ、１Ｂ等の上に搬送対象となる物体Ｗを載置すると、物体Ｗは作動する各アクチュエータ１Ａ、１Ｂ等の高さがｈ１〜ｈ４に順次変化することに伴い重力により高さの低い方向（搬送方向）へ搬送される。しかも、各アクチュエータ１Ａ、１Ｂ等は表面がソフトであるため物体Ｗが接触しても、物体Ｗを搬送中に傷つけることがないと共に、搬送に伴う騒音もほとんど発生しない。なお、物体Ｗを直接的に搬送する場合以外にも、トレイのような搬送台に載せて、トレイを各アクチュエータ１Ａ、１Ｂ等で運ぶようにしてもよい。【００８０】
また、図１６に示す流体供給システム１０６では、各アクチュエータに用いられる袋体５へ過度の流体供給を防止して袋体５の破裂を確実に防ぐために、各制御弁１０３Ａ、１０３Ｂ等と、各アクチュエータ１Ａ、１Ｂ等との間に流量センサをそれぞれ設けてもよい。流量センサは、アクチュエータへ供給される流体の流量を検知し、検知した内容を随時、コントロール部１０５へ送る。また、コントロール部１０５は、流量センサから送られる流量（検知量）が、袋体５の最大許容流量（袋体５の最大体積に相当）から安全値を引いた量（閾値。なお、閾値はコントロール部１０５の内部メモリに予め記憶）に達したか否かを判断し、検知量が閾値に達した場合は、アクチュエータへの流体供給を停止するように制御弁１０３Ａ、１０３Ｂ等の切替制御を行うようにする。なお、流体供給システム１０６は、各アクチュエータへの供給ラインを最低１本にした形態から構成することが可能であり、図１、２等に示すアクチュエータ１を単独で使用する場合は、１本の供給ラインを有する流体供給システム１０６を適用できる。【００８１】
図１７（ａ）（ｂ）は、変形例の搬送装置１１０を示す。変形例の搬送装置１１０は、各アクチュエータ１Ａ、１Ｂ等に直接的に物体Ｗを載せるのではなく、傾斜可能な板材１１２、１１３、１１４等に物体Ｗを載せると共に、各板材１１２、１１３、１１４等を各アクチュエータ１Ａ、１Ｂ等で持ち上げて傾斜させて物体Ｗを移動させることが特徴である。搬送装置１１０は、両側の枠部１１１ａ、１１１ｂの間に底板部１１１ｄを設けると共に、中心軸１１２ａ、１１３ａ等を中心に回動する複数の板材１１２、１１３等を底板部１１１ｄと間隔をあけて両側の枠部１１１ａ、１１１ｂに取り付けている。また、搬送装置１１０は、各板材１１２、１１３、１１４等と底板部１１１ｄとの間で、且つ各板材１１２、１１３、１１４等の自由端１１２ｂ、１１３ｂ、１１４ｂの側にアクチュエータ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ等を配置している。なお、板材１１２、１１３等の載置面１１２ｃ、１１３ｃ等は、物体Ｗが滑りやすくなるように摩擦抵抗を小さくする加工を行うことが好ましい。【００８２】
このような変形例の搬送装置１１０に適用する流体供給システムは、基本的に図１６に示す構成と同等であるが（流体供給システムについては図１６の符号を用いて説明する）、各アクチュエータ１Ａ、１Ｂ等へ流体を供給する時間間隔を板材１１２、１１３等の傾斜に合わせたものにしている。即ち、物体Ｗを確実に運ぶために、作動させる板材１１２、１１３等を１つに限るように制御弁１０３Ａ、１０３Ｂ等の切替を行っており、例えば、１番目の板材１１２を傾斜させてから水平姿勢に戻した後、それから２番目の板材１１３を傾斜させる。【００８３】
そのため、コントロール部１０５は、第１アクチュエータ１Ａに流体を供給すると、第１アクチュエータ１Ａが最大限に膨らむまで作動させ、その後、第１制御弁１０３Ａを大気開放の流路に切り替える。その後、センサ１０２Ａの検知により第１アクチュエータ１Ａが萎んだのを判断してから、コントロール部１０５は次の第２アクチュエータ１Ｂへ流体を供給するように第１制御弁１０３Ｂの弁の切替を制御し、第２アクチュエータ１Ｂが最大限に膨らむと、第２制御弁１０３Ｂを大気開放に切り替える。以降、このような制御を第３アクチュエータ１Ｃ、第４アクチュエータ等に順次行っていく。【００８４】
その結果、搬送装置１１０では、板材１１２、１１３等が一つずつ順次傾斜し水平姿勢に戻ることになり、それに伴い物体Ｗも運ばれていく。この変形例の搬送装置１１０は、板材１１２、１１３等を用いて搬送を行うため、図１４に示す搬送装置１００に比べてアクチュエータ１Ａ、１Ｂ等の数を減少させることができ、流体供給システム１０６に係る制御負担を低減できると共に、板材１１２、１１３等の載置面１１２ｃ、１１３ｃ等が滑りやすいため、物体Ｗをスムーズに運ぶことができる。【００８５】
図１８（ａ）（ｂ）は、図１、２等に示すアクチュエータ１（各種変形例のアクチュエータも含む）を用いて構成したハンド装置１２０を示す。ハンド装置１２０は、ＦＡ分野における生産設備などで、物体（ワーク）Ｗのハンドリング（挟持、把持）に好適なものであり、物体Ｗをハンドリングするにあたり所要の剛性を確保したベース部材１２１の内面１２１ａにアクチュエータ１を配置固定している。また、ハンド装置１２０は、アクチュエータ１との間に物体Ｗの外形より大きい空間Ｒをあけて対向するように対向部材１２２を設け、この対向部材１２２及びベース部材１２１を連結部材１２３で繋いでいる。なお、アクチュエータ１のベース部材１２１への固定は、図１０（ａ）（ｂ）で示す駆動装置１０と同等の方法で行うことが可能である。さらに、ハンド装置１２０の連結部材１２３の外面１２３ａからはアタッチメント部１２４を突出し、生産設備が有する移動機構、又は産業用ロボットのロボットアーム端などに、アタッチメント部１２４を介してハンド装置１２０を連結できるようにしている。【００８６】
上述したハンド装置１２０で物体を挟持するには、先ず、ハンド装置１２０を、生産設備が有する移動機構又は産業用ロボットのロボットアーム端などに連結して、ハンド装置１２０を移動できるようにする。次に、生産設備又は産業用ロボットの駆動によりハンド装置１２０を物体Ｗの上方に移動させてから、物体Ｗがハンド装置１２０の空間Ｒ内に位置するようにハンド装置１２０を下降させる。この状態で、ハンド装置１２０はアクチュエータ１を作動させると、物体Ｗは、拡径したアクチュエータ１の被覆体２の表面と対向部材１２２の内面１２２ａで挟持される。この後は、ホースＨより流体を供給してアクチュエータ１を作動させた状態を維持し、物体Ｗを挟持したまま生産設備又は産業用ロボットの駆動によりハンド装置１２０を移動させることで、物体Ｗを目的場所へ移動できる。目的場所へ移動した後は、アクチュエータ１の作動を停止して萎ませると、ハンド装置１２０は物体Ｗをリリースする。このように本発明のハンド装置１２０は、簡易な機構で物体Ｗを挟持してリリースできるので工場内の様々な対象を移動させる工程で活用できる。【００８７】
図１９（ａ）（ｂ）は、変形例のハンド装置１３０を示している。変形例のハンド装置１３０は、ベース部材１３１に第１アクチュエータ１Ａを配置固定すると共に、連結部材１３３で連結される対向部材１３２の内面１３２ａにも第２アクチュエータ１Ｂを配置固定したことが特徴である。物体Ｗを挟持する場合は、両アクチュエータ１Ａ、１Ｂを作動させることで空間Ｒ内に位置する物体Ｗを両側から強固に挟持できる（図１９（ｂ）参照）。【００８８】
なお、変形例のハンド装置１３０は、各アクチュエータ１Ａ、１Ｂの作動のさせ方で様々な使い方ができ、例えば、両方のアクチュエータ１Ａ、１Ｂの作動量を不均等に変化させることで、ハンド装置１３０を生産設備、産業用ロボットで動かさなくても、各アクチュエータ１Ａ、１Ｂの拡径可能なストローク範囲で物体Ｗの位置を移動できる。また、物体Ｗの巾寸法が大きい場合は、一方のアクチュエータのみを作動させて物体Ｗを挟持することもでき、挟持できる物体Ｗの巾範囲を広くできる。さらに、両アクチュエータ１Ａ、１Ｂを作動させて物体Ｗを挟持した場合、物体Ｗを両側から挟持するためハンド装置１３０は、図１８（ａ）（ｂ）に示すハンド装置１２０に比べて強固に物体Ｗを挟持できる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
アクチュエータの被覆体内の袋体に非ゴム系の材料を用いると共に、袋体の寸法形状を被覆体に対して適切にすることで、アクチュエータの長期間の安定使用、及び薄型化を実現し、このようなアクチュエータは駆動装置、ハンド装置、及び搬送装置等の駆動源として適用できる。
【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】
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【図８】
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【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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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年3月26日(2009.3.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
流体が供給されて膨らむ袋体と、該袋体を被覆して前記袋体の変形に伴い伸縮する被覆体とを備えるアクチュエータにおいて、
前記袋体は、非ゴム系の材料で形成してあると共に、最大に膨らんだときの最大外径を前記被覆体が最大に伸張したときの被覆体内部の最大内径に比べて大きく、且つ、最大に膨らんだときの全長寸法を前記被覆体が最大に伸張したときの内部長手寸法に比べて大きくしており、
前記被覆体は、最大に伸張したときに前記袋体の膨らみ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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また、本発明に係るアクチュエータは、流体が供給されて膨らむ袋体と、該袋体を被覆して前記袋体の変形に伴い伸縮する被覆体とを備えるアクチュエータにおいて、前記袋体は、非ゴム系の材料で形成してあると共に、最大に膨らんだときの最大外径を前記被覆体が最大に伸張したときの被覆体内部の最大内径に比べて大きく、且つ、最大に膨らんだときの全長寸法を前記被覆体が最大に伸張したときの内部長手寸法に比べて大きくしており、前記被覆体は、最大に伸張したときに前記袋体の膨らみを抑える締付力を有することを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明においても、袋体を非ゴム系の材料で形成するので、ゴム成分を含むことで生じる各種問題を解消して安定した作動特性を長期間確保でき、流体供給を低圧にしても安定したアクチュエータの作動を行える。また、袋体の最大外径を被覆体内部の最大内径に比べて大きくすると共に、被覆体の最大伸張状態における締付力を袋体が膨らもうとする力より大きくするので、袋体が破裂するまで膨らまないように被覆体で確実に押さえ込むことができる。その結果、アクチュエータの作動を長期間、安定化させられる。なお、袋体を膨らませて被覆体を最大限まで伸張させた状態では、膨らんだ袋体の外周面が被覆体の内周面に全体的に当接するように袋体を形成することが、袋体の破裂防止を確実にする点で好適である。なお、袋体の最大外径とは、袋体が破裂しない範囲で最大限に膨らんだ状態での外径（外周面での直径）を意味し、被覆体内部の最大内径とは、被覆体が破断しない範囲で最大限にラグビーボール状に膨張（伸張）した場合の内径（内周面での直径）を意味する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
さらに、本発明に係るアクチュエータは、前記袋体は、流体が通過する開口を複数有することを特徴とする。
本発明にあっては、流体の通過用の開口を袋体が複数有するため、袋体への流体供給の仕方に様々なバリエーションが生じる。例えば、供給専用の開口と、供給された流体の排出専用の開口を決めてアクチュエータを作動させることができ、この場合は流体を一定の方向に沿ってスムーズに流すことが可能になる。また、アクチュエータの作動応答性を高めるためには、複数の開口から同時に流体を供給すると共に、袋体を萎ませるときは、複数の開口から同時に流体を排出するようにして、袋体に対して多量の流体を短時間で出し入れ可能にできる。
【国際調査報告】
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