(57)【要約】      （修正有）【課題】小型の人工筋であっても容易に変位を検出可能であって、しかも人工筋の動作の障害となることなく利用できるセンサを備えた人工筋を提供する。【解決手段】流体が圧入されることで膨張する長手状のチューブ１０と、このチューブの周囲を取り囲む筒状組紐２０とを有する人工筋において、筒状組紐は、複数本の繊維を平織り状に編み上げたものであって、この筒状組紐を構成する少なくとも１本の繊維を導電性繊維２１として、この導電性繊維をセンサ体とする。【選択図】図１
2017101809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が圧入されることで膨張する長手状のチューブと、
このチューブの周囲を取り囲む筒状組紐と
を有する人工筋において、
前記筒状組紐は、複数本の繊維を平織り状に編み上げたものであって、この筒状組紐を構成する少なくとも１本の繊維を導電性繊維として、この導電性繊維をセンサ体としている人工筋。
【請求項２】
流体が圧入されることで膨張する長手状のチューブと、
このチューブの周囲を取り囲む筒状組紐と
を有する人工筋において、
前記筒状組紐は、前記チューブに右回りで巻き付ける複数本の繊維と、前記チューブに左回りで巻き付ける複数本の繊維とを平織り状に編み上げたものであって、
前記チューブに右回りで巻き付ける複数本の繊維の少なくとも１本と、前記チューブに左回りで巻き付ける複数本の繊維の少なくとも１本をそれぞれ導電性繊維として、これらの導電性繊維をセンサ体としている人工筋。
【請求項３】
前記導電性繊維の抵抗または電気伝導度を測定することで変位量を検出する請求項１または請求項２に記載の人工筋
【請求項４】
前記導電性繊維の抵抗または電気伝導度を測定することで前記チューブ内の圧力を検出する請求項１または請求項２に記載の人工筋
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工筋に関し、特にセンサ体を設けた人工筋に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、人工筋としては、圧縮空気を用いて作動させるマッキベン型人工筋がよく知られている。このマッキベン型人工筋は、圧縮空気等の流体の圧入によって膨張するチューブと、このチューブの周囲を取り囲む筒状組紐とで構成している。チューブは一般的にはゴム管とし、筒状組紐は所定の繊維を平織り状に編み上げるとともに筒状としていることが多い。
【０００３】
そして、マッキベン型人工筋では、チューブ内に圧縮空気を圧入することでチューブを膨張させると、チューブの径方向の膨張に筒状組紐が追随し、筒状組紐は径方向に引っ張られる。筒状組紐は、径方向に引っ張られることで、長手方向に対しては縮みが生じることとなっている。この筒状組紐の長手方向の縮みによってマッキベン型人工筋が収縮状態となる。
【０００４】
筒状組紐は、製紐機を用いてチューブの外周面において繊維を編み込んで形成することが多い。筒状組紐を作製する製紐機は、芯となるチューブを供給するチューブ供給リールと、筒状組紐を構成する繊維が巻き付けられたボビンを装着した複数のキャリヤとを備えている。特にキャリヤは編み上げる繊維の数に合わせて複数設けている。
【０００５】
製紐機は、複数のキャリヤのうちの半数のキャリヤをチューブを中心とする右回りに回転させ、残りの半数のキャリヤをチューブを中心とする左回りに回転させて、チューブに右回りで巻き付ける繊維と、チューブに左回りで巻き付ける繊維とを平織り状に編み上げて、筒状組紐としている（例えば、特許文献１、図２参照。）。
【０００６】
従来の人工筋では、伸張状態と収縮状態のいずれかの状態であることが重要であり、単にオン・オフ駆動させるだけであったが、人工筋が広く利用されるようになると、人工筋の変位を制御することが求められるようになってきた。
【０００７】
そこで、人工筋の変位を制御するために、たとえば人工筋の外周面に変位センサを装着したり（例えば、特許文献２参照。）、人工筋の外周面に歪センサを装着したり（例えば、特許文献３参照。）、人工筋の外周面に２本１組のセンサを人工筋の中心軸と軸対称に配置したり（例えば、特許文献４参照。）することが提案されている。
【０００８】
あるいは、チューブの内部にセンサとしての抵抗体を設けて抵抗変化を検出したり（例えば、特許文献５参照。）、チューブ内に圧入する流体を導電性の液体として、チューブ内に設けた２つ１組の電極間の抵抗変化を検出したりすることで（例えば、特許文献６参照。）、人工筋の変位を検出することも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−０６８７９４号公報
【特許文献２】特開２０１４−２２８０１７号公報
【特許文献３】特開２００９−２５７５７３号公報
【特許文献４】特開２０１０−１５６３５２号公報
【特許文献５】特開２０１０−１５５２８３号公報
【特許文献６】特開平０２−２８４８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、人工筋の外周面に所定のセンサを設ける構成では、センサの取り付け作業の手間が増えるだけでなく、センサの取り付け形態によっては人工筋の安定な動作の障害となるおそれがあった。一方、人工筋のチューブの内側にセンサを設ける構成では、構成が複雑になったり、高価な流体が必要であったりするため、利用形態が限られることとなっていた。
【００１１】
本発明者らはこのような現状に鑑み、小型の人工筋であっても容易に変位を検出可能であって、しかも人工筋の動作の障害となることなく利用できるセンサを備えた人工筋を提供可能とすべく研究開発を行って、本発明を成すに至ったものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明では、流体が圧入されることで膨張する長手状のチューブと、このチューブの周囲を取り囲む筒状組紐とを有する人工筋において、筒状組紐は、複数本の繊維を平織り状に編み上げたものであって、この筒状組紐を構成する少なくとも１本の繊維を導電性繊維として、この導電性繊維をセンサ体とすることとした。
【００１３】
また、本発明では、筒状組紐は、チューブに右回りで巻き付ける複数本の繊維と、チューブに左回りで巻き付ける複数本の繊維とを平織り状に編み上げたものであって、チューブに右回りで巻き付ける複数本の繊維の少なくとも１本と、チューブに左回りで巻き付ける複数本の繊維の少なくとも１本をそれぞれ導電性繊維として、これらの導電性繊維をセンサ体とすることとした。
【００１４】
さらに、本発明の人工筋では、導電性繊維の抵抗または電気伝導度を測定することで変位量またはチューブ内の圧力を検出することとした。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、筒状組紐を構成する繊維を導電性繊維とし、この導電性繊維自体をセンサ体とすることで、筒状組紐の形成にともなってセンサ体の組み込みが完了していることとなり、別途のセンサ体の取り付け作業が不要であるとともに、人工筋の収縮動作及び伸張動作の障害となるおそれがなく、人工筋の変位の検出精度を高めることができる。しかも、チューブの外周面にセンサ体を設けていることとなるので、細径のチューブを用いた場合であってもセンサ体を設けることができ、小型の人工筋であってもセンサ付きの人工筋とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態の人工筋の説明図である。
【図２】第２の実施形態の人工筋の説明図である。
【図３】第２の実施形態の人工筋において、収縮量を調整した場合の抵抗値の変化率のグラフである。
【図４】第２の実施形態の人工筋において、目標収縮量が10mmとなるように圧縮空気の送給を制御した状態で、収縮状態に対する抵抗値の変化率の時間変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の人工筋は、流体が圧入されることで膨張する長手状のチューブと、このチューブの周囲を取り囲む筒状組紐とを有する人工筋において、筒状組紐は、複数本の繊維を平織り状に編み上げたものであって、この筒状組紐を構成している繊維を導電性繊維として、この導電性繊維をセンサ体としているものである。
【００１８】
筒状組紐は、従来通り製紐機を用いて作製しており、製紐機のキャリヤにボビンを介して装填される繊維を導電性繊維とするだけで、極めて容易に筒状組紐を構成する繊維を導電性繊維とすることができる。
【００１９】
本実施形態では、製紐機のキャリヤには、１本の繊維または導電性繊維を装填して製紐しているが、複数本の繊維を一組として、あるいは複数本の繊維で１本の撚り糸として、キャリヤに装填して製紐してもよい。
【００２０】
特に、本実施形態では、導電性繊維ではない繊維はポリエステル繊維等の化学繊維を用いているが、筒状組紐を形成可能であればどのような繊維を用いてもよい。
【００２１】
また、本実施形態では、筒状組紐は繊維を平織り状に編み上げているが、例えば筒状組紐をポリエステル繊維で形成する場合に、ポリエステル繊維の交差部でポリエステル繊維同士を熱融着させて一体してもよい。このように一体化させた場合であっても平織り状に編み上げたものと本発明では見なすものとする。
【００２２】
さらに、本実施形態では、導電性繊維としては、後述するように抵抗変化を検出しやすいように銀とポリエステルとで構成された導電性繊維（以下、単に「銀線」という。）を用いているが、適宜の金属線を用いてもよい。なお、金属線を用いる場合には、絶縁性の被覆材で被覆して漏電等の電気的不具合が生じないようにしておくことが望ましい。
【００２３】
また、導電性繊維の線径は、導電性繊維ではない繊維の線径と同程度のサイズとしておくことが望ましく、後述するように抵抗変化の検出に適した導電性繊維を特定した後、この導電性繊維の線径に合わせた線径の導電性繊維ではない繊維を選択することが望ましい。
【００２４】
図１は、第１の実施形態の人工筋の説明図である。本実施形態の人工筋は、ゴム管で構成したチューブ10と、このチューブ10の周囲を取り囲む筒状組紐20とを有する人工筋である。
【００２５】
人工筋の先端側は、第１固定具31でチューブ10の先端側の開口を閉塞するとともに、チューブ10と筒状組紐20とを一体として固定している。また、人工筋の基端側は、チューブ10の基端側の開口に連結管33を装着し、第２固定具32でチューブ10と筒状組紐20とを一体として固定している。第１固定具31及び第２固定具32としては、本実施形態では結束帯を用い、より一体化するために、筒状組紐20の端部を接着でチューブ10に接着させている。
【００２６】
連結管33は送気管34に連結して、送気管34を介してチューブ10内に圧縮空気を送気可能としている。また、送気管34を介してチューブ10内の空気を排気可能としている。
【００２７】
本実施形態の人工筋では、筒状組紐20を構成している１本の繊維を銀線21とし、他の繊維はポリエステル繊維としている。筒状組紐20は、総数32本の繊維で構成している。図１に示すように、銀線21は、チューブ10に対して螺旋状に巻き付けられて、人工筋の先端側と基端側の両端に引き出している。
【００２８】
人工筋から引き出された銀線21は、図示しない電流計および電源を備えた抵抗計測回路に接続して、銀線21の抵抗を測定可能としている。なお、抵抗ではなく電気伝導度を測定してもよい。
【００２９】
図２は、第２の実施形態の人工筋の説明図である。本実施形態の人工筋も、ゴム管で構成したチューブ10と、このチューブ10の周囲を取り囲む筒状組紐20とを有する人工筋である。
【００３０】
人工筋の先端側は、第１固定具31でチューブ10の先端側の開口を閉塞するとともに、チューブ10と筒状組紐20とを一体として固定している。また、人工筋の基端側は、チューブ10の基端側の開口に連結管33を装着し、第２固定具32でチューブ10と筒状組紐20とを一体として固定している。第１固定具31及び第２固定具32としては、本実施形態では結束帯を用い、より一体化するために、筒状組紐20の端部を接着でチューブ10に接着させている。
【００３１】
連結管33は送気管34に連結して、送気管34を介してチューブ10内に圧縮空気を送気可能としている。また、送気管34を介してチューブ10内に空気を排気可能としている。
【００３２】
本実施形態の人工筋では、筒状組紐20を構成する繊維のうち、チューブ10に右回りで巻き付ける繊維の１本を第１銀線22aとし、チューブ10に左回りで巻き付ける繊維の１本を第２銀線22bとし、他の繊維はポリエステル繊維としている。筒状組紐20は、総数32本の繊維で構成している。
【００３３】
人工筋の基端側では、第１銀線22aと第２銀線22bが引き出され、互いに絶縁した状態でとりまとめて引き出し、人工筋の先端側でも第１銀線22aと第２銀線22bが引き出され、互いに絶縁した状態でとりまとめて引き出し、図示しない電流計および電源を備えた抵抗計測回路に接続して、第１銀線22aと第２銀線22bとを並列接続した連結抵抗体の抵抗を測定可能としている。なお、抵抗ではなく電気伝導度を測定してもよい。
【００３４】
本実施形態では、抵抗計測回路に対して第１銀線22aと第２銀線22bと並列接続しているが、チューブ10に対して螺旋状に巻き付けた第１銀線22aと第２銀線22bの人工筋の先端側に引き出された部分を互いに連結することで直列接続としてもよい。
【００３５】
図３は、第２の実施形態の人工筋において、収縮量を調整した場合の抵抗値の変化率のグラフである。ここで、第２の実施形態の人工筋は、全長で約150mmとして、チューブ10への圧縮空気の送給によって人工筋は収縮し、各収縮状態での第１銀線22aと第２銀線22bとを並列接続した状態での抵抗の変化率を計測した。
【００３６】
図３から明らかなように、人工筋の収縮量が大きくなるにつれて抵抗の変化率が大きくなっており、抵抗の計測によって人工筋の収縮量の検出が可能であることが確認できた。
【００３７】
また、人工筋の収縮量は、チューブの内圧と一定の相関関係にあるため、抵抗の計測によって人工筋の収縮量とともにチューブの内圧も計測可能であることを示している。
【００３８】
さらに、図４は、第２の実施形態の人工筋で目標収縮量が10mmとなるように圧縮空気の送給を制御した際の、収縮状態と抵抗値の変化率の時間変化を確認したグラフである。すなわち、本センサによって所望の収縮量を実現できるかを確認したグラフである。
【００３９】
図４から明らかなように、収縮量は目標である10mmで安定しており、かつ抵抗値の変化率は若干の遅延はあるもの、人工筋の収縮変化に対して安定的であり、変位制御に利用できることが確認できた。
【００４０】
以上のように本発明の人工筋では、筒状組紐20を構成する繊維を導電性繊維とし、この導電性繊維自体をセンサ体として抵抗または電気伝導度を測定することで、人工筋の変位を制御することができる。
【００４１】
特に、導電性繊維は筒状組紐20自体を構成しているため、従来のセンサのような後付け作業が不要であるとともに、人工筋の人工筋の収縮動作及び伸張動作の障害となるおそれを解消できる。しかも、チューブ10の外周面にセンサ体となる導電性繊維を設けているので、細径のチューブ10を用いた場合であってもセンサ体を設けることができ、小型の人工筋であってもセンサ付きの人工筋とすることができる。
【００４２】
上述した実施形態では、導電性繊維が筒状組紐の一部を構成しているためにチューブに巻き付けているが、製紐機のセッティングによっては、筒状組紐を構成する繊維の一部をチューブの長手方向と平行に配置させることもできる。
【００４３】
そこで、チューブの長手方向と平行に配置させる繊維を高剛性の導電性繊維とした場合には、この高剛性の導電性繊維が変位しにくいために、人工筋を収縮させた際に、高剛性の導電性繊維部分を外側として湾曲させることができる。
【００４４】
通常の人工筋でも、湾曲変形を生じさせるために、人工筋の側面に高剛性の長手状材料を後付けすることは知られているが、この長手状材料の代わりに高剛性の導電性繊維を用いることで、長手状材料の後付け作業を不要とすることができるとともに、人工筋の変位の制御を可能とすることができる。
【００４５】
以上のように本発明では、伸縮動作をする部材に導電性繊維を配設して、この導電性繊維に伸縮動作にともなう状態変動を生じさせることで伸縮動作の程度を測定可能としているが、上述したマッキベン型人工筋での使用だけではなく、例えば圧縮空気等を圧入することで膨張する複数の空気圧室を備えたアクチュエータにも使用できる。
【００４６】
このようなアクチュエータでは、補強を目的としたり、あるいは可動方向を調整したりするために、空気圧室を構成しているゴム製等の弾性壁に繊維を埋設したり、貼り付けたりすることがあるが、この繊維を導電性繊維とすることで、空気圧室の変位や内部圧力を計測可能とすることもできる。
【符号の説明】
【００４７】
10  チューブ
20  筒状組紐
21  銀線
22a 第１銀線
22b 第２銀線
31  第１固定具
32  第２固定具
33  連結管
34  送気管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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