(57)【要約】 【課題】弾性体チューブへ最小限の加工を施すことによってその外周表面の耐摩耗性を向上させ、簡易な構造でかつ軽量であるという有利な特徴を保持しつつ、低コストで耐久性の高い流体圧式アクチュエータ用弾性体チューブ並びに流体圧式アクチュエータを提供する。【解決手段】空気又は液体等の流体の給排により駆動される流体圧式アクチュエータの駆動力源としての弾性体チューブであって、外周全面に合成樹脂製の短繊維を表面に対して垂直に静電植毛して成る耐摩耗植毛層を設け、さらに、前記耐摩耗植毛層は、前記弾性体チューブの外周表面に軸線方向に沿って多数の帯状、又は、前記弾性体チューブ外周全面に多数のドット状に前記合成樹脂製の短繊維を静電植毛して成る。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気又は液体等の流体の給排により駆動される流体圧式アクチュエータの駆動力源としての弾性体チューブであって、外周全面に合成樹脂製の短繊維を外周表面に対して垂直に静電植毛して成る耐摩耗植毛層を設けたことを特徴とする弾性体チューブ。
【請求項２】
前記耐摩耗植毛層は、前記弾性体チューブの外周表面に軸線方向に沿って前記合成樹脂製の短繊維を多数の帯状に配列させて静電植毛して成ることを特徴とする請求項１に記載の弾性体チューブ。
【請求項３】
前記耐摩耗植毛層は、前記弾性体チューブ外周全面に多数のドット状に前記合成樹脂製の短繊維を静電植毛して成ることを特徴とする請求項１に記載の弾性体チューブ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の弾性体チューブを駆動力源として有する流体圧式アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気又は液体等の流体の給排により駆動される流体圧式アクチュエータに用いられる弾性体チューブ及び、該弾性体チューブを用いた流体圧式アクチュエータ、特に、マッキベン（ＭｃＫｉｂｂｅｎ）型流体圧式アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるアクチュエータ（駆動装置）のうち、マッキベン（ＭｃＫｉｂｂｅｎ）型流体圧式アクチュエータは、図１乃至図３に示すように、天然ゴムやウレタンゴム等製の弾性体チューブＧの外周に合成樹脂繊維を螺旋状の網目に織った筒状のスリーブＳを被せた上で、空気又は液体等の流体の吸排機構を備える一対のターミナル部Ｔにて両端を固定封鎖してなり、弾性体チューブＴを外部から印加する空気圧で膨張させることにより全長を収縮させる。スリーブＳは、図４に示すように、網目の角度がアコーディオンのように変化することにより、軸方向に押し込むと半径が太くなり、逆に引っ張ると半径が細くなる構造を有し、内蔵する弾性体チューブＴに空気圧が印加されて軸方向と半径方向に膨張しようとする際に、スリーブＳが半径方向の膨張を取り出して網目の角度を変化させることで弾性体チューブＴに軸方向の収縮力を生じさせることを原理としている。
【０００３】
流体圧式アクチュエータは、電磁式あるいは油圧シリンダ式アクチュエータに比べて、軽量で出力密度が高い（自重が小さいのに大きな力が出る）、耐環境性に優れている（錆びや埃に強い）、構造がシンプルでメンテナンスが容易、柔軟性が高く人間の筋特性に近い特性を有する、製造コストが小さい、といったメリットを有する一方、構造上の必然としてスリーブとの摩擦により弾性体チューブの表面が傷付きあるいは摩耗して孔や亀裂を生じるため耐久性が低いというデメリットを有する。
【０００４】
この問題を解決するために、特許文献１乃至３に示されるような先行技術が提案されている。特許文献１に記載の発明では、弾性体チューブにその長手方向に配向させて炭素繊維またはガラス繊維等の短繊維を含有させることで、弾性体チューブの材質自体の耐摩耗性を強化し、かつ、その伸縮方向を制御することで耐久性を高めるものである。また、特許文献２に記載の発明では、弾性体チューブを二重構造として外側チューブの摩耗や亀裂が内側チューブに伝播しない構成で耐久性を高めている。さらに、特許文献３に記載の発明では、弾性体チューブとスリーブとの間に伸縮性を有する低摩擦体を挟んで配置することで摩耗を低減させる構成としている。
【特許文献１】特開２０１５−１８０８２９号公開特許公報
【特許文献２】特開２０１５−１０８４３６号公開特許公報
【特許文献３】特表２００４−０８５８５６号公開特許公報
【０００５】
しかしながら、特許文献１の記載発明の如く弾性体チューブの素材自体に短繊維を含有させると必然的にゴム等の素材の弾性が変化してアクチュエータの出力特性も変化する。そのため、弾性体チューブの素材の仕様も専用化せざるを得ない。また、特許文献２及び３の記載発明の如く弾性体チューブを二重構造化させたり、弾性体チューブとスリーブとの間に低摩擦体を挟む構成は構造が複雑化せざるを得ない。従ってこれらの先行技術は、いずれも製造コストが小さいという流体圧式アクチュエータのメリットを低下させることとなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上のような従来技術の問題を解決するべく、従前の弾性体チューブへ最小限の加工を施すことによってその外周表面の耐摩耗性を向上させ、簡易な構造でかつ軽量であるという有利な特徴を保持しつつ、低コストで耐久性の高い流体圧式アクチュエータ用弾性体チューブ並びに流体圧式アクチュエータを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本願の請求項１に記載した発明は、空気又は液体等の流体の給排により駆動される流体圧式アクチュエータの駆動力源としての弾性体チューブであって、該弾性体チューブの外周全面に合成樹脂製の短繊維を外周表面に対して垂直に静電植毛して成る植毛層を設けたことを特徴とする。
【０００８】
本発明における合成樹脂製の短繊維としては弾性復元力の高いナイロン繊維が好適であるが、これに限らず耐摩耗性の高い合成繊維を用いる。静電植毛は、予め表面に接着剤を塗布したワーク（植毛対象物）を静電植毛器内に設置し、投入した短繊維に高電圧を掛けることにより、電界を通過する際に短繊維の方向が電界と平行に揃いつつ、静電吸引力により飛昇してワークの接着剤塗布面に垂直に高密度に密集して接着されるものである。古くは炬燵の金属製熱源カバーから各種機械器具の部材、日用品等の表面加工の分野で広く普及し、断熱性・防音性・耐衝撃性の改善や手触り等の風合い向上に用いられてきた旧知の技術である。
【０００９】
静電植毛による植毛層は弾力性が高いためゴムの表面の改質にも用いられ、自動車のゴム製部品等の各種の内装部材や日用品等にも多用されているが、その目的は摩擦低減による部材動作の円滑化、遮音性、気密性、質感の向上等であった。たとえば、自動車のゴム製パッキングへの静電植毛は、摩擦低減効果によるビビリ音の防止や窓ガラス昇降の円滑化を目的とし、また、ゴム製炊事用手袋の内側に静電植毛を施した製品も公知であるが、これも手袋の手の皮膚へのベタ付き防止と着脱の円滑化を目的としていた。すなわち、これまで静電植毛の摩擦低減効果は、接触物の動作の円滑化を目的としていたのであり、被植毛体自体の耐摩耗性向上を企図したものではなかったのである。
【００１０】
一方、本願発明者は、かかる静電植毛による植毛層の有する機械的な耐摩耗性向上効果に着目し、新たにゴムのように本来的に比較的摩擦係数が高く、反復的な伸縮を要求される弾性体の表面保護、すなわち耐久性向上への適用に想到したものである。具体的には、ゴムの表面に高密度に植毛された短繊維の層は、外装されたスリーブの内面と各短繊維の先端のいわば無数の「点」で接触するため、ゴム表面がスリーブの内面に直接接触する場合に比べて接触面積は大幅に減少する。また、弾性体チューブの膨張収縮によりスリーブの内面がその表面を押圧して擦過する際にも、個々の短繊維は根元で固定されている反面、その先端は自由に全方位へ復元可能に傾斜するから、短繊維の側面が線的にスリーブの内面と接触し、いわばスリーブの内面を常時全方向に「いなす」形で接触面積を減少させる。かかる作用により弾性体チューブの表面とスリーブの内面との摩擦は低減され、弾性体チューブ表面の損傷や摩耗が抑制される。
【００１１】
前述の通り、従来の機械分野では、被植毛部材に接触する物体の動きの円滑化、人体の保護、接触時の衝撃音の低減、あるいは接触後の物体の運動を適宜停止させるために摩擦力を増加させることを目的に静電植毛が用いられてきた。一方、本願発明は、静電植毛層によって伸縮する弾性体チューブの表面の耐摩耗性を向上させ、伸縮せずに擦過するスリーブの内面との摩擦から保護するという逆の発想に基づく。後述の通り、発明者が実施した往復摩擦試験の結果、短繊維を静電植毛した植毛層を設けたゴムの表面の摩擦係数並びに摩耗物質量は、植毛層なしのゴム表面に比べて大幅に低減されており、植毛層による耐摩耗性の向上が確認されている。
【００１２】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項２に記載の弾性体チューブであって、前記植毛層を、前前記弾性体チューブの外周表面に軸線方向に沿って前記合成樹脂製の短繊維を多数の帯状に配列させて静電植毛して成ることを特徴とする。
【００１３】
静電植毛に用いられる接着剤にはアクリル系、ウレタン系、工ポキシ系、酢酸ビニル系等があり、剤型にはエマルジョンタイプ、ソルベントタイプがある。接着剤は、ゴム表面のへの接着力が強く、かつ、ゴム自体の変形伸縮に応じた弾力性・柔軟性を備えたものであれば特に限定されないが、ゴム製の弾性体チューブへのナイロン製短繊維の植毛には、たとえばアクリル系のエマルジョンタイプが好適である。かかる接着剤は、ゴムへの接着力が強いだけでなく、形成する接着層の弾力性も高く、弾性体チューブの伸縮に追従して高い伸縮性を発揮するが、それでも、ゴム自体の弾性と接着層の弾性が異なる場合には伸縮が反復されるうちに薄い接着層にクラックが生じ、最終的にはそこから植毛層が剥離するおそれがある。
【００１４】
かかる植毛層の剥離を防止するためには、ゴム表面における植毛層に隙間を設けることが有効である。接着層が連続していなければゴム表面の伸縮による接着層自体の引伸ばしの影響は低減されるため、クラックが生じにくくなる。前述の通り、弾性体チューブに空気圧が印加されて膨張する際には、スリーブが半径方向の膨張を取り出して網目の角度を変化させることで弾性体チューブを軸方向に収縮させる。そのため、弾性体チューブの表面は、周方向においては膨張の際にその断面外周が拡大し、接着層に引張力が働いて引伸ばされることでクラックが生じ易くなる。一方、軸線方向では、膨張の際に接着層に働く引張力は周方向に比べて小さいため、クラックは生じにくい。また、図４に示した如く、弾性体チューブの膨張時にはスリーブの網目が軸線方向に圧縮され、縮小時には伸展されるため、弾性体チューブの表面とスリーブ内面との摩擦は、周方向に比べて軸線方向がより大きくなる。従って、植毛層を弾性体チューブの外周表面に軸線方向に沿って多数の帯状に配列させて形成すれば、軸線方向の摩擦に対する耐摩耗性を維持でき、しかも、帯状の植毛層同士が隙間により分断されているため、周方向の引張力により接着層にクラックが生じることを防ぐことができるのである。
【００１５】
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１に記載の弾性体チューブであって、前記植毛層は、前記弾性体チューブ外周全面に多数のドット状に前記合成樹脂製の短繊維を静電植毛して形成したことを特徴とする。
【００１６】
駆動中のマッキベン型流体圧式アクチュエータにおける弾性体チューブは、収縮時には軸線方向に収縮するとともに周方向に拡張される一方、伸展時にはその逆方向に作動し、しかも、チューブの中央部と両端のターミナルの近くとでは印加される空気圧に対して伸縮率が非線形に応答する。その結果、弾性体チューブ表面の伸縮の方向及びスリーブ内面との摩擦の方向も部位により異なるから、植毛層は全方向への伸縮及び摩擦への耐久性を備えることがより望ましい。
【００１７】
これに対し、植毛層を高密度かつ等間隔のドット状に分散して設ければ、弾性体チューブの周方向への膨張収縮に対してのみならず、全方向への膨張収縮に対しても接着層のクラックを防止することができ、弾性体チューブの耐摩耗性がさらに向上する。従って、ドットの配置は、各ドットの中心が隣接するすべてのドットの中心と等距離となるようにすることが好適である。なお、ドットの大きさ及び隣接するドットの中心同士の間隔は弾性体チューブの直径や伸縮率に応じて適宜設定可能であり、特に限定されない。また、植毛層を高密度としつつ均等に隙間を設けるためには、ドットの形状は円形に限らず、四角形その他の回転対称形を網状に反復させたものとしても良い。
【００１８】
発明者は、静電植毛による弾性体チューブ表面の耐摩耗性向上効果を検証するべくゴム板に静電植毛を施した試料片を用いて往復摩擦試験を行った。使用した試料片は天然ゴムシート（６４ｍｍ四方、厚さ３ｍｍ）の片面にナイロン製短繊維（長さ０．５ｍｍ、太さ１９μｍ）を簡易静電植毛装置により静電植毛したもので、植毛用接着剤としてはアクリル系エマルジョンタイプのゴムシート植毛用接着剤を厚さ約０．１ｍｍに塗布して用いた。また、往復摩擦試験の摩擦対象は、マッキベン型人工筋肉に一般的に用いられているＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）製スリーブであり、太さ約０．３ｍｍのＰＥＴフィラメント線３本を平面に並べて成る緯糸と経糸を鋭角（約３５度）で開口率約２５％のメッシュに綾織りしたものを切り出したスリーブ片を使用した。また、往復摩擦試験は、表面性測定機（摩擦摩耗試験機）により、重り：２００ｇ、速度１５０ｍｍ／分、片道長さ１００ｍｍにて、スリーブ片に対してスリーブの軸線方向に平行・垂直に各往復回数５０回の摩擦を加え、静止摩擦係数、動摩擦係数、及び試験片の重量変化による摩耗量の計測を行い、表１の通り平均値と標準偏差の数値を得た。なお、「植毛形態」の「ドット状」とは、試料片の表面に直径３ｍｍの円形ドット状の植毛層を、各中心の間隔を６ｍｍの配置で試料片の片面全面に植毛したものを使用した。「摩擦対象」の「ガラス片（参考）」は、参考試験として、摩擦対象としてスリーブではなく表面が平滑なガラス片を使用したものである。
【表１】
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【００１９】
試験結果では、植毛層なしの試料片に対して全面に植毛層を設けた試料片では、静止摩擦係数・動摩擦係数が平行方向ではそれぞれ約８０％、約４９％、垂直方向では同約７８％、約３９％低減した。また、摩耗量は、植毛層なしでは４ｍｇ前後あったものが、植毛層ありでは０．１ｍｇ以下と計測誤差程度まで減少した。このことは、試験条件において植毛された短繊維の脱落は皆無に等しく、試料片のゴムの摩耗が防止されたことを示す。一方、ドット状の植毛層を設けた試料片の場合、摩擦係数は平行方向の場合で同約６８％、約４３％、垂直方向の場合で同約６６％、約３１％の減少と、摩擦係数の低減幅は小さくなるものの、摩耗量はやはりいずれも０．１ｍｇ以下であった。以上の結果から、ゴムの表面に設けた植毛層によりスリーブとの摩擦が低減され、マッキベン型流体圧式アクチュエータのより円滑な作動が期待できるだけでなく、弾性体チューブの耐摩耗性を大幅に向上できることが確認できた。なお、ガラス片を摩擦対象とした場合、植毛層なしの試料片に対して全面に植毛層を設けた試料片では、静止摩擦係数・動摩擦係数がそれぞれ約８９％、約８６％、ドット状の植毛層を設けた試料片では同約７９％、約７１％の低減となった。ちなみに、植毛層なしの試料片の場合の摩擦係数の標準偏差が大きいのは、製造工程に起因する凹凸を有するゴム板の表面が直接ガラス片に接触して摩擦されたため、試料片毎の表面状態のばらつきが反映されたものと考えられる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、流体圧式アクチュエータ、特にマッキベン型アクチュエータの耐久性の制約となる弾性体チューブの外周面とスリーブの内面との摩擦による弾性体チューブの損傷や摩耗を、弾性体チューブ自体に特段の設計変更を行うことなく効果的に低減させることができる。その結果、消耗部材としての弾性体チューブの耐久性を低コストで向上させ、アクチュエータのメンテナンスの負担を低減できるので、その普及促進に資するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図５は、本発明の第１実施形態に係る弾性体チューブ（実施形態では天然ゴム製のゴムチューブＧ）を適用した流体圧式アクチュエータの内部構造を示す斜視図であり、図６は、同断面図である。ゴムチューブＧはその外周面にナイロン製の短繊維ｆを静電植毛して成る植毛層Ｆを有し、スリーブＳに内装されている。図７の模式図（イ）に示すように、スリーブＳはＰＥＴ製フィラメント線ｓを３本平面に並べて成る緯糸と経糸を鋭角でメッシュに綾織りして成り、その内面は凹凸を有するため、植毛層Ｆを有しないゴムチューブＧが印加されて膨張する際には、スリーブＳの内面がゴムチューブＧの表面を直接に押圧しつつ擦過するため、摩擦によりゴムチューブＧが摩耗し、傷付くおそれがある。
【００２２】
一方、本第１実施形態では、スリーブＳの内面には短繊維ｆの先端が無数の「点」として接触する形となり、摩擦が低減される。また、個々の短繊維ｆは根元で固定されている反面、その先端は自由に全方位へ復元可能に傾斜するから、短繊維ｆの側面が線的にスリーブＳの内面と接触し、いわば常時全方向に「いなす」形で摩擦が低減され、ゴムチューブＧ表面の損傷や摩耗が抑制される。さらに、短繊維ｆが十分に高密度に植毛されていれば、短繊維ｆ同士が互いに支持し合う形となり、スリーブＳの内面に押圧されても容易には傾斜しないため、植毛層ＦがゴムチューブＧとスリーブＳとの間で緩衝層としての役割を果たす。
【００２３】
植毛層Ｆを形成する短繊維ｆの長さや太さは十分な植毛密度が確保できれば特に限定されないが、一般的なマッキベン型流体圧式アクチュエータに用いられているスリーブ（フィラメントｓの直径が０．３ｍｍ程度、伸展時の開口率が約２５％程度）に対しては、長さ０．５ｍｍ程度、直径は２０μｍ程度の短繊維ｆを、少なくとも５，０００本／平方ｃｍ以上の密度で植毛することが好適である。スリーブＳのメッシュはアクチュエータの作動により拡大縮小を繰り返すため、短繊維ｆが長過ぎると拡大時にメッシュ内に進入した短繊維ｆが縮小時にメッシュに挟まれて引き抜かれるおそれがあり、また、植毛密度が粗いと植毛層Ｆにフィラメントｓが食い込んで摩擦係数が高まり、耐摩耗性を損なうからである。
【００２４】
なお、異なる長さの短繊維fを混在させ、均一の混在率で植毛層Ｆを形成することも技術上可能であり、現に実施されている。この場合、植毛層Ｆの表面への外圧により倒れ込む長い短繊維を短い短繊維が支持する形となり、植毛層Ｆ全体の復元力が向上することが知られており、かかる構成を採用することにより、植毛層Ｆの耐摩耗性をさらに高めることができる。
【００２５】
（第２実施形態）
図８は、本発明の第２実施形態に係るゴムチューブＧを適用した流体圧式アクチュエータの内部構造を示す斜視図であり、図９は、同断面図である。本実施形態では、ゴムチューブＧ表面の植毛層Ｆを、軸線方向に沿って図１０に示す拡大図の如く帯状に形成する。
【００２６】
図１１の模式図に示す通り、植毛層ＦはゴムチューブＧの表面に接着剤により短繊維ｆを接着植毛するため接着層ａが構成されるが、ゴムチューブＧの伸縮に追従して高い伸縮性を発揮するアクリル系エマルジョンタイプの接着剤を用いても、ゴムと接着層の弾性が異なる場合には、アクチュエータの作動時によりゴムチューブＧが伸縮を反復するうちに、薄い接着層ａにクラックｃが生じ、最終的にはそこから植毛層Ｆが剥離するおそれがある。
【００２７】
本実施形態では、図１２に示す拡大図の如く、帯状の植毛層Ｆを間隔gを空けて形成されていて連続していないため、ゴムチューブＧの表面の伸縮による接着層ａ自体の引伸ばしの影響は低減され、クラックが生じにくくなる。また、植毛層ＦとスリーブＳの内面との摩擦は主に軸線に沿った往復方向に生じ、周方向での摩擦は比較的小さいため、植毛層ＦをゴムチューブＧの外周表面に軸線方向に沿って帯状に形成することにより、軸線方向の摩擦に対する耐摩耗性は維持しつつ、接着層ａに周方向への引張力によるクラックが生じることを防ぐことができるため、植毛層Ｆの耐久性が向上する。なお、植毛層Ｆの帯の幅及び間隔は特に限定されないが、前述の一般的なマッキベン型流体圧式アクチュエータに用いられているスリーブＳに適用する場合は、３ｍｍ程度の幅の帯を１ｍｍ程度の間隔で設けることが好適である。
【００２８】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態は、ゴムチューブＧ表面に設ける植毛層Ｆを図１３の拡大図に示す如く円形のドット状に形成したものであり、ドットの配置は、各ドットの中心が隣接するすべてのドットの中心と等距離としており、その他の構成は第２実施形態と共通である。かかる構成では、植毛層Ｆは全方位に接着層ａの隙間を有するため、アクチュエータの作動時にゴムチューブＧの部位によってその表面が異なる伸縮率で非線形に収縮しても、接着層ａにクラックｃが生じる可能性が低減され、第２実施形態よりもさらに植毛層Ｆの耐久性を向上させることができる。
【００２９】
以上、本発明に係る弾性体チューブの具体的な構成について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内において改良又は変更が可能であり、それらは本発明の技術的範囲に属するものである。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、流体圧式アクチュエータ、特にマッキベン型アクチュエータの駆動体としての弾性体チューブ並びにこれを用いたアクチュエータに利用可能であり、かかるアクチュエータを利用した機械装置や機器、特に、要求出力が小さくても常時高頻度で作動し、かつ、メンテナンス負担の軽減が求められる作業用・介護用のパワードスーツ（人体装着型ロボット）やロボット義手・義足等の機器への適用において効果的である。本発明により、消耗部材としての弾性体チューブの耐久性を低コストで向上させ、アクチュエータのメンテナンスの負担を低減することにより、かかる機器の普及促進に資するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】一般的なマッキベン型流体圧式アクチュエータの構造斜視図
【図２】一般的なマッキベン型流体圧式アクチュエータの断面図
【図３】一般的なマッキベン型流体圧式アクチュエータの作動を示す図
【図４】一般的なマッキベン型流体圧式アクチュエータのスリーブの拡大図
【図５】第１実施形態に係るゴムチューブを適用した流体圧式アクチュエータの構造斜視図
【図６】第１実施形態に係るゴムチューブを適用した流体圧式アクチュエータの断面図
【図７】ゴムチューブとスリーブの接触状態の拡大模式図
【図８】第２実施形態に係るゴムチューブを適用した流体圧式アクチュエータの構造斜視図
【図９】第２実施形態に係るゴムチューブを適用した流体圧式アクチュエータの断面図
【図１０】第２実施形態に係るゴムチューブ表面の拡大模式図
【図１１】ゴムチューブ表面のクラック生成を示す模式図
【図１２】第２実施形態に係るゴムチューブ表面の模式図
【図１３】第３実施形態に係るゴムチューブ表面の拡大模式図
【符号の説明】
【００３２】
ａ 接着層
Ｆ 植毛層
ｆ 短繊維
Ｇ 弾性体チューブ（ゴムチューブ）
Ｓ  スリーブ
ｓ  フィラメント
Ｔ ターミナル
【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】
2017141949.tif 000010
【図８】
2017141949.tif 000011
【図９】
2017141949.tif 000012
【図１０】
2017141949.tif 000013
【図１１】
2017141949.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年10月31日(2016.10.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気又は液体等の流体の給排により駆動される流体圧式アクチュエータに用いられる弾性体チューブ及び、該弾性体チューブを用いた流体圧式アクチュエータ、特に、マッキベン（ＭｃＫｉｂｂｅｎ）型流体圧式アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるアクチュエータ（駆動装置）のうち、マッキベン（ＭｃＫｉｂｂｅｎ）型流体圧式アクチュエータは、図１乃至図３に示すように、天然ゴムやウレタンゴム等製の弾性体チューブＧの外周に合成樹脂繊維を螺旋状の網目に織った筒状のスリーブＳを被せた上で、空気又は液体等の流体の吸排機構を備える一対のターミナル部Ｔにて両端を固定封鎖してなり、弾性体チューブGを外部から印加する空気圧で膨張させることにより全長を収縮させる。スリーブＳは、図４に示すように、網目の角度がアコーディオンのように変化することにより、軸方向に押し込むと半径が太くなり、逆に引っ張ると半径が細くなる構造を有し、内蔵する弾性体チューブGに空気圧が印加されて軸方向と半径方向に膨張しようとする際に、スリーブＳが半径方向の膨張を取り出して網目の角度を変化させることで弾性体チューブGに軸方向の収縮力を生じさせることを原理としている。
【０００３】
流体圧式アクチュエータは、電磁式あるいは油圧シリンダ式アクチュエータに比べて、軽量で出力密度が高い（自重が小さいのに大きな力が出る）、耐環境性に優れている（錆びや埃に強い）、構造がシンプルでメンテナンスが容易、柔軟性が高く人間の筋特性に近い特性を有する、製造コストが小さい、といったメリットを有する一方、構造上の必然としてスリーブとの摩擦により弾性体チューブの表面が傷付きあるいは摩耗して孔や亀裂を生じるため耐久性が低いというデメリットを有する。
【０００４】
この問題を解決するために、特許文献１乃至３に示されるような先行技術が提案されている。特許文献１に記載の発明では、弾性体チューブにその長手方向に配向させて炭素繊維またはガラス繊維等の短繊維を含有させることで、弾性体チューブの材質自体の耐摩耗性を強化し、かつ、その伸縮方向を制御することで耐久性を高めるものである。また、特許文献２に記載の発明では、弾性体チューブを二重構造として外側チューブの摩耗や亀裂が内側チューブに伝播しない構成で耐久性を高めている。さらに、特許文献３に記載の発明では、弾性体チューブとスリーブとの間に伸縮性を有する低摩擦体を挟んで配置することで摩耗を低減させる構成としている。
【特許文献１】特開２０１５−１８０８２９号公開特許公報
【特許文献２】特開２０１５−１０８４３６号公開特許公報
【特許文献３】特表２００４−０８５８５６号公開特許公報
【０００５】
しかしながら、特許文献１の記載発明の如く弾性体チューブの素材自体に短繊維を含有させると必然的にゴム等の素材の弾性が変化してアクチュエータの出力特性も変化する。そのため、弾性体チューブの素材の仕様も専用化せざるを得ない。また、特許文献２及び３の記載発明の如く弾性体チューブを二重構造化させたり、弾性体チューブとスリーブとの間に低摩擦体を挟む構成は構造が複雑化せざるを得ない。従ってこれらの先行技術は、いずれも製造コストが小さいという流体圧式アクチュエータのメリットを低下させることとなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上のような従来技術の問題を解決するべく、従前の弾性体チューブへ最小限の加工を施すことによってその外周表面の耐摩耗性を向上させ、簡易な構造でかつ軽量であるという有利な特徴を保持しつつ、低コストで耐久性の高い流体圧式アクチュエータ用弾性体チューブ並びに流体圧式アクチュエータを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本願の請求項１に記載した発明は、空気又は液体等の流体の給排により駆動される流体圧式アクチュエータの駆動力源としての弾性体チューブであって、該弾性体チューブの外周全面に合成樹脂製の短繊維を外周表面に対して垂直に静電植毛して成る植毛層を設けたことを特徴とする。
【０００８】
本発明における合成樹脂製の短繊維としては弾性復元力の高いナイロン繊維が好適であるが、これに限らず耐摩耗性の高い合成繊維を用いる。静電植毛は、予め表面に接着剤を塗布したワーク（植毛対象物）を静電植毛器内に設置し、投入した短繊維に高電圧を掛けることにより、電界を通過する際に短繊維の方向が電界と平行に揃いつつ、静電吸引力により飛昇してワークの接着剤塗布面に垂直に高密度に密集して接着されるものである。古くは炬燵の金属製熱源カバーから各種機械器具の部材、日用品等の表面加工の分野で広く普及し、断熱性・防音性・耐衝撃性の改善や手触り等の風合い向上に用いられてきた旧知の技術である。
【０００９】
静電植毛による植毛層は弾力性が高いためゴムの表面の改質にも用いられ、自動車のゴム製部品等の各種の内装部材や日用品等にも多用されているが、その目的は摩擦低減による部材動作の円滑化、遮音性、気密性、質感の向上等であった。たとえば、自動車のゴム製パッキングへの静電植毛は、摩擦低減効果によるビビリ音の防止や窓ガラス昇降の円滑化を目的とし、また、ゴム製炊事用手袋の内側に静電植毛を施した製品も公知であるが、これも手袋の手の皮膚へのベタ付き防止と着脱の円滑化を目的としていた。すなわち、これまで静電植毛の摩擦低減効果は、接触物の動作の円滑化を目的としていたのであり、被植毛体自体の耐摩耗性向上を企図したものではなかったのである。
【００１０】
一方、本願発明者は、かかる静電植毛による植毛層の有する機械的な耐摩耗性向上効果に着目し、新たにゴムのように本来的に比較的摩擦係数が高く、反復的な伸縮を要求される弾性体の表面保護、すなわち耐久性向上への適用に想到したものである。具体的には、ゴムの表面に高密度に植毛された短繊維の層は、外装されたスリーブの内面と各短繊維の先端のいわば無数の「点」で接触するため、ゴム表面がスリーブの内面に直接接触する場合に比べて接触面積は大幅に減少する。また、弾性体チューブの膨張収縮によりスリーブの内面がその表面を押圧して擦過する際にも、個々の短繊維は根元で固定されている反面、その先端は自由に全方位へ復元可能に傾斜するから、短繊維の側面が線的にスリーブの内面と接触し、いわばスリーブの内面を常時全方向に「いなす」形で接触面積を減少させる。かかる作用により弾性体チューブの表面とスリーブの内面との摩擦は低減され、弾性体チューブ表面の損傷や摩耗が抑制される。
【００１１】
前述の通り、従来の機械分野では、被植毛部材に接触する物体の動きの円滑化、人体の保護、接触時の衝撃音の低減、あるいは接触後の物体の運動を適宜停止させるために摩擦力を増加させることを目的に静電植毛が用いられてきた。一方、本願発明は、静電植毛層によって伸縮する弾性体チューブの表面の耐摩耗性を向上させ、擦過するスリーブの内面との摩擦から保護するという逆の発想に基づく。後述の通り、発明者が実施した往復摩擦試験の結果、短繊維を静電植毛した植毛層を設けたゴムの表面の摩擦係数並びに摩耗物質量は、植毛層なしのゴム表面に比べて大幅に低減されており、植毛層による耐摩耗性の向上が確認されている。
【００１２】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項２に記載の弾性体チューブであって、前記植毛層を、前記弾性体チューブの外周表面に軸線方向に沿って前記合成樹脂製の短繊維を多数の帯状に配列させて静電植毛して成ることを特徴とする。
【００１３】
静電植毛に用いられる接着剤にはアクリル系、ウレタン系、工ポキシ系、酢酸ビニル系等があり、剤型にはエマルジョンタイプ、ソルベントタイプがある。接着剤は、ゴム表面のへの接着力が強く、かつ、ゴム自体の変形伸縮に応じた弾力性・柔軟性を備えたものであれば特に限定されないが、ゴム製の弾性体チューブへのナイロン製短繊維の植毛には、たとえばアクリル系のエマルジョンタイプやウレタン系のソルベントタイプが好適である。かかる接着剤は、ゴムへの接着力が強いだけでなく、形成する接着層の弾力性も高く、弾性体チューブの伸縮に追従して高い伸縮性を発揮するが、それでも、ゴム自体の弾性と接着層の弾性が異なる場合には伸縮が反復されるうちに薄い接着層にクラックが生じ、最終的にはそこから植毛層が剥離するおそれがある。
【００１４】
かかる植毛層の剥離を防止するためには、ゴム表面における植毛層に隙間を設けることが有効である。接着層が連続していなければゴム表面の伸縮による接着層自体の引伸ばしの影響は低減されるため、クラックが生じにくくなる。前述の通り、弾性体チューブに空気圧が印加されて膨張する際には、スリーブが半径方向の膨張を取り出して網目の角度を変化させることで弾性体チューブを軸方向に収縮させる。そのため、弾性体チューブの表面は、周方向においては膨張の際にその断面外周が拡大し、接着層に引張力が働いて引伸ばされることでクラックが生じ易くなる。一方、軸線方向では、膨張の際に接着層に働く引張力は周方向に比べて小さいため、クラックは生じにくい。また、図４に示した如く、弾性体チューブの膨張時にはスリーブの網目が軸線方向に圧縮され、縮小時には伸展されるため、弾性体チューブの表面とスリーブ内面との摩擦は、周方向に比べて軸線方向がより大きくなる。従って、植毛層を弾性体チューブの外周表面に軸線方向に沿って多数の帯状に配列させて形成すれば、軸線方向の摩擦に対する耐摩耗性を維持でき、しかも、帯状の植毛層同士が隙間により分断されているため、周方向の引張力により接着層にクラックが生じることを防ぐことができるのである。
【００１５】
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１に記載の弾性体チューブであって、前記植毛層は、前記弾性体チューブ外周全面に多数のドット状に前記合成樹脂製の短繊維を静電植毛して形成したことを特徴とする。
【００１６】
駆動中のマッキベン型流体圧式アクチュエータにおける弾性体チューブは、収縮時には軸線方向に収縮するとともに周方向に拡張される一方、伸展時にはその逆方向に作動し、しかも、チューブの中央部と両端のターミナルの近くとでは印加される空気圧に対して伸縮率が非線形に応答する。その結果、弾性体チューブ表面の伸縮の方向及びスリーブ内面との摩擦の方向も部位により異なるから、植毛層は全方向への伸縮及び摩擦への耐久性を備えることがより望ましい。
【００１７】
これに対し、植毛層を高密度かつ等間隔のドット状に分散して設ければ、弾性体チューブの周方向への膨張収縮に対してのみならず、全方向への膨張収縮に対しても接着層のクラックを防止することができ、弾性体チューブの耐摩耗性がさらに向上する。従って、ドットの配置は、各ドットの中心が隣接するすべてのドットの中心と等距離となるようにすることが好適である。なお、ドットの大きさ及び隣接するドットの中心同士の間隔は弾性体チューブの直径や伸縮率に応じて適宜設定可能であり、特に限定されない。また、植毛層を高密度としつつ均等に隙間を設けるためには、ドットの形状は円形に限らず、四角形その他の回転対称形を網状に反復させたものとしても良い。
【００１８】
発明者は、静電植毛による弾性体チューブ表面の耐摩耗性向上効果を検証するべくゴム板に静電植毛を施した試料片を用いて往復摩擦試験を行った。使用した試料片は天然ゴムシート（６４ｍｍ四方、厚さ３ｍｍ）の片面にナイロン製短繊維（長さ０．５ｍｍ、太さ１９μｍ）を簡易静電植毛装置により静電植毛したもので、植毛用接着剤としてはアクリル系エマルジョンタイプのゴムシート植毛用接着剤を厚さ約０．１ｍｍに塗布して用いた。また、往復摩擦試験の摩擦対象は、マッキベン型流体圧式アクチュエータに一般的に用いられているＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）製スリーブであり、太さ約０．３ｍｍのＰＥＴフィラメント線３本を平面に並べて成る緯糸と経糸を鋭角（約３５度）で開口率約２５％のメッシュに綾織りしたものを切り出したスリーブ片を使用した。また、往復摩擦試験は、表面性測定機（摩擦摩耗試験機）により、重り：２００ｇ、速度１５０ｍｍ／分、片道長さ１００ｍｍにて、スリーブ片に対してスリーブの軸線方向に平行・垂直に各往復回数５０回の摩擦を加え、静止摩擦係数、動摩擦係数、及び試験片の重量変化による摩耗量の計測を行い、表１の通り平均値と標準偏差の数値を得た。なお、「植毛形態」の「ドット状」とは、試料片の表面に直径３ｍｍの円形ドット状の植毛層を、各中心の間隔を６ｍｍの配置で試料片の片面全面に植毛したものを使用した。「摩擦対象」の「ガラス片（参考）」は、参考試験として、摩擦対象としてスリーブではなく表面が平滑なガラス片を使用したものである。
【表１】
2017141949.tif 000017
【００１９】
試験結果では、植毛層なしの試料片に対して全面に植毛層を設けた試料片では、静止摩擦係数・動摩擦係数が平行方向ではそれぞれ約８０％、約４９％、垂直方向では同約７８％、約３９％低減した。また、摩耗量は、植毛層なしでは４ｍｇ前後あったものが、植毛層ありでは０．１ｍｇ以下と計測誤差程度まで減少した。このことは、試験条件において植毛された短繊維の脱落は皆無に等しく、試料片のゴムの摩耗が防止されたことを示す。一方、ドット状の植毛層を設けた試料片の場合、摩擦係数は平行方向の場合で同約６８％、約４３％、垂直方向の場合で同約６６％、約３１％の減少と、摩擦係数の低減幅は小さくなるものの、摩耗量はやはりいずれも０．１ｍｇ以下であった。以上の結果から、ゴムの表面に設けた植毛層によりスリーブとの摩擦が低減され、マッキベン型流体圧式アクチュエータのより円滑な作動が期待できるだけでなく、弾性体チューブの耐摩耗性を大幅に向上できることが確認できた。なお、ガラス片を摩擦対象とした場合、植毛層なしの試料片に対して全面に植毛層を設けた試料片では、静止摩擦係数・動摩擦係数がそれぞれ約８９％、約８６％、ドット状の植毛層を設けた試料片では同約７９％、約７１％の低減となった。ちなみに、植毛層なしの試料片の場合の摩擦係数の標準偏差が大きいのは、製造工程に起因する凹凸を有するゴム板の表面が直接ガラス片に接触して摩擦されたため、試料片毎の表面状態のばらつきが反映されたものと考えられる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、流体圧式アクチュエータ、特にマッキベン型アクチュエータの耐久性の制約となる弾性体チューブの外周面とスリーブの内面との摩擦による弾性体チューブの損傷や摩耗を、弾性体チューブ自体に特段の設計変更を行うことなく効果的に低減させることができる。その結果、消耗部材としての弾性体チューブの耐久性を低コストで向上させ、アクチュエータのメンテナンスの負担を低減できるので、その普及促進に資するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図５は、本発明の第１実施形態に係る弾性体チューブ（実施形態では天然ゴム製のゴムチューブＧ）を適用した流体圧式アクチュエータの内部構造を示す斜視図であり、図６は、同断面図である。ゴムチューブＧはその外周面にナイロン製の短繊維ｆを静電植毛して成る植毛層Ｆを有し、スリーブＳに内装されている。図７の模式図（イ）に示すように、スリーブＳはＰＥＴ製フィラメント線ｓを３本平面に並べて成る緯糸と経糸を鋭角でメッシュに綾織りして成り、その内面は凹凸を有するため、植毛層Ｆを有しないゴムチューブＧが印加されて膨張する際には、スリーブＳの内面がゴムチューブＧの表面を直接に押圧しつつ擦過するため、摩擦によりゴムチューブＧが摩耗し、傷付くおそれがある。
【００２２】
一方、本第１実施形態では、図７の模式図（ロ）に示すように、スリーブＳの内面には短繊維ｆの先端が無数の「点」として接触する形となり、摩擦が低減される。また、図７の模式図（ハ）に示すように、個々の短繊維ｆは根元で固定されている反面、その先端は自由に全方位へ復元可能に傾斜するから、短繊維ｆの側面が線的にスリーブＳの内面と接触し、いわば常時全方向に「いなす」形で摩擦が低減され、ゴムチューブＧ表面の損傷や摩耗が抑制される。さらに、短繊維ｆが十分に高密度に植毛されていれば、短繊維ｆ同士が互いに支持し合う形となり、スリーブＳの内面に押圧されても容易には傾斜しないため、植毛層ＦがゴムチューブＧとスリーブＳとの間で緩衝層としての役割を果たす。
【００２３】
植毛層Ｆを形成する短繊維ｆの長さや太さは十分な植毛密度が確保できれば特に限定されないが、一般的なマッキベン型流体圧式アクチュエータに用いられているスリーブ（フィラメントｓの直径が０．３ｍｍ程度、伸展時の開口率が約２５％程度）に対しては、長さ０．５ｍｍ程度、直径は２０μｍ程度の短繊維ｆを、少なくとも５，０００本／平方ｃｍ以上の密度で植毛することが好適である。スリーブＳのメッシュはアクチュエータの作動により拡大縮小を繰り返すため、短繊維ｆが長過ぎると拡大時にメッシュ内に進入した短繊維ｆが縮小時にメッシュに挟まれて引き抜かれるおそれがあり、また、植毛密度が粗いと植毛層Ｆにフィラメントｓが食い込んで摩擦係数が高まり、耐摩耗性を損なうからである。
【００２４】
なお、異なる長さの短繊維fを混在させ、均一の混在率で植毛層Ｆを形成することも技術上可能であり、現に実施されている。この場合、植毛層Ｆの表面への外圧により倒れ込む長い短繊維を短い短繊維が支持する形となり、植毛層Ｆ全体の復元力が向上することが知られており、かかる構成を採用することにより、植毛層Ｆの耐摩耗性をさらに高めることができる。
【００２５】
（第２実施形態）
図８は、本発明の第２実施形態に係るゴムチューブＧを適用した流体圧式アクチュエータの内部構造を示す斜視図であり、図９は、同断面図である。本実施形態では、ゴムチューブＧ表面の植毛層Ｆを、軸線方向に沿って図１０に示す拡大図の如く帯状に形成する。
【００２６】
図１１の模式図に示す通り、植毛層ＦはゴムチューブＧの表面に接着剤により短繊維ｆを接着植毛するため接着層ａが構成されるが、ゴムチューブＧの伸縮に追従して高い伸縮性を発揮するアクリル系エマルジョンタイプやウレタン系のソルベントタイプの接着剤を用いても、ゴムと接着層の弾性が異なる場合には、アクチュエータの作動時によりゴムチューブＧが伸縮を反復するうちに、薄い接着層ａにクラックｃが生じ、最終的にはそこから植毛層Ｆが剥離するおそれがある。
【００２７】
本実施形態では、図１２に示す拡大図の如く、帯状の植毛層Ｆを間隔gを空けて形成されていて連続していないため、ゴムチューブＧの表面の伸縮による接着層ａ自体の引伸ばしの影響は低減され、クラックが生じにくくなる。また、植毛層ＦとスリーブＳの内面との摩擦は主に軸線に沿った往復方向に生じ、周方向での摩擦は比較的小さいため、植毛層ＦをゴムチューブＧの外周表面に軸線方向に沿って帯状に形成することにより、軸線方向の摩擦に対する耐摩耗性は維持しつつ、接着層ａに周方向への引張力によるクラックが生じることを防ぐことができるため、植毛層Ｆの耐久性が向上する。なお、植毛層Ｆの帯の幅及び間隔は特に限定されないが、前述の一般的なマッキベン型流体圧式アクチュエータに用いられているスリーブＳに適用する場合は、３ｍｍ程度の幅の帯を１ｍｍ程度の間隔で設けることが好適である。
【００２８】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態は、ゴムチューブＧ表面に設ける植毛層Ｆを図１３の拡大図に示す如く円形のドット状に形成したものであり、ドットの配置は、各ドットの中心が隣接するすべてのドットの中心と等距離としており、その他の構成は第２実施形態と共通である。かかる構成では、植毛層Ｆは全方位に接着層ａの隙間を有するため、アクチュエータの作動時にゴムチューブＧの部位によってその表面が異なる伸縮率で非線形に収縮しても、接着層ａにクラックｃが生じる可能性が低減され、第２実施形態よりもさらに植毛層Ｆの耐久性を向上させることができる。
【００２９】
（第１実施形態を適用した流体圧式アクチュエータでの耐久試験の結果）
発明者は、本発明の効果を検証するため、本発明の第１実施形態に係る静電植毛済ゴム
チューブを実際に適用したマッキベン式流体圧式アクチュエータ装置により耐久試験を実施した。試験に使用したゴムチューブGの仕様、静電植毛の条件、流体圧式アクチュエータの仕様、及び耐久試験の条件は表２の通りである。
【表２】
2017141949.tif 000018
また、図１４は耐久試験に用いた流体圧式アクチュエータの構成部品の写真、図１５は耐久試験後のゴムチューブGの写真、図１６は静電植毛に用いた簡易静電植毛装置の写真、図１７は耐久試験の実施状況を示す写真である。耐久試験は、静電植毛したゴムチューブGと、静電植毛していないゴムチューブG（対照群）各３本を用い、２０ｋｇの錘で伸長負荷を掛けた状態でエアコンプレッサーを接続した加圧装置により０．５MPａの気圧で３秒サイクル（加圧１．５秒、排気１．５秒）の引加をゴムチューブＧからの空気漏れが発生するまで繰り返す方法で行った。
【００３０】
耐久試験の結果は表３の通りである。対照群の３本のゴムチューブＧを用いた流体圧式アクチュエータではいずれも５万回経過前にゴムチューブＧにピンホールが発生して空気漏れを生じたのに対し、静電植毛したゴムチューブＧを用いた流体圧式アクチュエータでは１００万回以上経過後も空気漏れは生じず、植毛層Ｆによる耐久性向上の効果が明確に検証できた。前述の図１５の写真からも明らかなように、静電植毛なしのゴムチューブＧの表面には収縮時（すわなち膨張時）のスリーブＳへの圧着によりスリーブＳの内面の模様が転写しており、表面に高いストレスが掛かっていたことが分かるが、静電植毛したゴムチューブＧでは１００万回の試験後も植毛層Ｆに若干の摩耗が認められたものの、明らかな短繊維ｆの脱落（抜け）や植毛層Ｆのめくれは認められなかった。
【表３】
2017141949.tif 000019
【００３１】
また、表４はゴムチューブＧに引加する空気圧の変化に対する流体圧式アクチュエータの収縮量を計測して植毛層Ｆの有無による比較を行った結果を示すグラフである。植毛層Ｆなしに比べて植毛層Ｆありの方が収縮量が小さいものの、その差はごく僅かであり、０．５ＭＰａ以上の圧力においては収縮量はほぼ同じとなった。従って、ゴムチューブＧに植毛層Ｆを設けても流体圧式アクチュエータの収縮特性にはほとんど影響を与えないことが確認できた。
【表４】
2017141949.tif 000020
【００３２】
以上、本発明に係る弾性体チューブの具体的な構成について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内において改良又は変更が可能であり、それらは本発明の技術的範囲に属するものである。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、流体圧式アクチュエータ、特にマッキベン型アクチュエータの駆動体としての弾性体チューブ並びにこれを用いたアクチュエータに利用可能であり、かかるアクチュエータを利用した機械装置や機器、特に、比較的小さな要求出力で常時高頻度に作動し、かつ、メンテナンス負担の軽減が求められる作業用・介護用のパワードスーツ（人体装着型ロボット）やロボット義手・義足等の機器への適用において効果的である。本発明により、消耗部材としての弾性体チューブの耐久性を低コストで向上させ、アクチュエータのメンテナンスの負担を低減することにより、かかる機器の普及促進に資するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】一般的なマッキベン型流体圧式アクチュエータの構造斜視図
【図２】一般的なマッキベン型流体圧式アクチュエータの断面図
【図３】一般的なマッキベン型流体圧式アクチュエータの作動を示す図
【図４】一般的なマッキベン型流体圧式アクチュエータのスリーブの拡大図
【図５】第１実施形態に係るゴムチューブを適用した流体圧式アクチュエータの構造斜視図
【図６】第１実施形態に係るゴムチューブを適用した流体圧式アクチュエータの断面図
【図７】ゴムチューブとスリーブの接触状態の拡大模式図
【図８】第２実施形態に係るゴムチューブを適用した流体圧式アクチュエータの構造斜視図
【図９】第２実施形態に係るゴムチューブを適用した流体圧式アクチュエータの断面図
【図１０】第２実施形態に係るゴムチューブ表面の拡大模式図
【図１１】ゴムチューブ表面のクラック生成を示す模式図
【図１２】第２実施形態に係るゴムチューブ表面の模式図
【図１３】第３実施形態に係るゴムチューブ表面の拡大模式図
【図１４】耐久試験に用いた流体圧式アクチュエータの構成部品の写真
【図１５】耐久試験後のゴムチューブGの写真
【図１６】静電植毛に用いた簡易静電植毛装置の写真
【図１７】耐久試験の実施状況を示す写真
【符号の説明】
【００３５】
ａ    接着層
Ｄ  流体圧式アクチュエータの直径
Ｆ    植毛層
ｆ    短繊維
Ｇ    弾性体チューブ（ゴムチューブ）
ｇ  植毛層Ｆの間隔
Ｌ  流体圧式アクチュエータの長さ
Ｓ    スリーブ
ｓ  フィラメント
Ｔ    ターミナル
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2017141949.tif 000021
【図２】
2017141949.tif 000022
【図３】
2017141949.tif 000023
【図４】
2017141949.tif 000024
【図５】
2017141949.tif 000025
【図６】
2017141949.tif 000026
【図７】
2017141949.tif 000027
【図８】
2017141949.tif 000028
【図９】
2017141949.tif 000029
【図１０】
2017141949.tif 000030
【図１１】
2017141949.tif 000031
【図１２】
2017141949.tif 000032
【図１３】
2017141949.tif 000033
【図１４】
2017141949.tif 000034
【図１５】
2017141949.tif 000035
【図１６】
2017141949.tif 000036
【図１７】
2017141949.tif 000037
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月23日(2016.11.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気又は液体等の流体の給排により駆動される流体圧式アクチュエータに用いられる弾性体チューブ及び、該弾性体チューブを用いた流体圧式アクチュエータ、特に、マッキベン（ＭｃＫｉｂｂｅｎ）型流体圧式アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるアクチュエータ（駆動装置）のうち、マッキベン（ＭｃＫｉｂｂｅｎ）型流体圧式アクチュエータは、図１乃至図３に示すように、天然ゴムやウレタンゴム等製の弾性体チューブＧの外周に合成樹脂繊維を螺旋状の網目に織った筒状のスリーブＳを被せた上で、空気又は液体等の流体の吸排機構を備える一対のターミナル部Ｔにて両端を固定封鎖してなり、弾性体チューブGを外部から印加する空気圧で膨張させることにより全長を収縮させる。スリーブＳは、図４に示すように、網目の角度がアコーディオンのように変化することにより、軸方向に押し込むと半径が太くなり、逆に引っ張ると半径が細くなる構造を有し、内蔵する弾性体チューブGに空気圧が印加されて軸方向と半径方向に膨張しようとする際に、スリーブＳが半径方向の膨張を取り出して網目の角度を変化させることで弾性体チューブGに軸方向の収縮力を生じさせることを原理としている。
【０００３】
流体圧式アクチュエータは、電磁式あるいは油圧シリンダ式アクチュエータに比べて、軽量で出力密度が高い（自重が小さいのに大きな力が出る）、耐環境性に優れている（錆びや埃に強い）、構造がシンプルでメンテナンスが容易、柔軟性が高く人間の筋特性に近い特性を有する、製造コストが小さい、といったメリットを有する一方、構造上の必然としてスリーブとの摩擦により弾性体チューブの表面が傷付きあるいは摩耗して孔や亀裂を生じるため耐久性が低いというデメリットを有する。
【０００４】
この問題を解決するために、特許文献１乃至３に示されるような先行技術が提案されている。特許文献１に記載の発明では、弾性体チューブにその長手方向に配向させて炭素繊維またはガラス繊維等の短繊維を含有させることで、弾性体チューブの材質自体の耐摩耗性を強化し、かつ、その伸縮方向を制御することで耐久性を高めるものである。また、特許文献２に記載の発明では、弾性体チューブを二重構造として外側チューブの摩耗や亀裂が内側チューブに伝播しない構成で耐久性を高めている。さらに、特許文献３に記載の発明では、弾性体チューブとスリーブとの間に伸縮性を有する低摩擦体を挟んで配置することで摩耗を低減させる構成としている。
【特許文献１】特開２０１５−１８０８２９号公開特許公報
【特許文献２】特開２０１５−１０８４３６号公開特許公報
【特許文献３】特表２００４−０８５８５６号公開特許公報
【０００５】
しかしながら、特許文献１の記載発明の如く弾性体チューブの素材自体に短繊維を含有させると必然的にゴム等の素材の弾性が変化してアクチュエータの出力特性も変化する。そのため、弾性体チューブの素材の仕様も専用化せざるを得ない。また、特許文献２及び３の記載発明の如く弾性体チューブを二重構造化させたり、弾性体チューブとスリーブとの間に低摩擦体を挟む構成は構造が複雑化せざるを得ない。従ってこれらの先行技術は、いずれも製造コストが小さいという流体圧式アクチュエータのメリットを低下させることとなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上のような従来技術の問題を解決するべく、従前の弾性体チューブへ最小限の加工を施すことによってその外周表面の耐摩耗性を向上させ、簡易な構造でかつ軽量であるという有利な特徴を保持しつつ、低コストで耐久性の高い流体圧式アクチュエータ用弾性体チューブ並びに流体圧式アクチュエータを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本願の請求項１に記載した発明は、空気又は液体等の流体の給排により駆動される流体圧式アクチュエータの駆動力源としての弾性体チューブであって、該弾性体チューブの外周全面に合成樹脂製の短繊維を外周表面に対して垂直に静電植毛して成る植毛層を設けたことを特徴とする。
【０００８】
本発明における合成樹脂製の短繊維としては弾性復元力の高いナイロン繊維が好適であるが、これに限らず耐摩耗性の高い合成繊維を用いる。静電植毛は、予め表面に接着剤を塗布したワーク（植毛対象物）を静電植毛器内に設置し、投入した短繊維に高電圧を掛けることにより、電界を通過する際に短繊維の方向が電界と平行に揃いつつ、静電吸引力により飛昇してワークの接着剤塗布面に垂直に高密度に密集して接着されるものである。古くは炬燵の金属製熱源カバーから各種機械器具の部材、日用品等の表面加工の分野で広く普及し、断熱性・防音性・耐衝撃性の改善や手触り等の風合い向上に用いられてきた旧知の技術である。
【０００９】
静電植毛による植毛層は弾力性が高いためゴムの表面の改質にも用いられ、自動車のゴム製部品等の各種の内装部材や日用品等にも多用されているが、その目的は摩擦低減による部材動作の円滑化、遮音性、気密性、質感の向上等であった。たとえば、自動車のゴム製パッキングへの静電植毛は、摩擦低減効果によるビビリ音の防止や窓ガラス昇降の円滑化を目的とし、また、ゴム製炊事用手袋の内側に静電植毛を施した製品も公知であるが、これも手袋の手の皮膚へのベタ付き防止と着脱の円滑化を目的としていた。すなわち、これまで静電植毛の摩擦低減効果は、接触物の動作の円滑化を目的としていたのであり、被植毛体自体の耐摩耗性向上を企図したものではなかったのである。
【００１０】
一方、本願発明者は、かかる静電植毛による植毛層の有する機械的な耐摩耗性向上効果に着目し、新たにゴムのように本来的に比較的摩擦係数が高く、反復的な伸縮を要求される弾性体の表面保護、すなわち耐久性向上への適用に想到したものである。具体的には、ゴムの表面に高密度に植毛された短繊維の層は、外装されたスリーブの内面と各短繊維の先端のいわば無数の「点」で接触するため、ゴム表面がスリーブの内面に直接接触する場合に比べて接触面積は大幅に減少する。また、弾性体チューブの膨張収縮によりスリーブの内面がその表面を押圧して擦過する際にも、個々の短繊維は根元で固定されている反面、その先端は自由に全方位へ復元可能に傾斜するから、短繊維の側面が線的にスリーブの内面と接触し、いわばスリーブの内面を常時全方向に「いなす」形で接触面積を減少させる。かかる作用により弾性体チューブの表面とスリーブの内面との摩擦は低減され、弾性体チューブ表面の損傷や摩耗が抑制される。
【００１１】
前述の通り、従来の機械分野では、被植毛部材に接触する物体の動きの円滑化、人体の保護、接触時の衝撃音の低減、あるいは接触後の物体の運動を適宜停止させるために摩擦力を増加させることを目的に静電植毛が用いられてきた。一方、本願発明は、静電植毛層によって伸縮する弾性体チューブの表面の耐摩耗性を向上させ、擦過するスリーブの内面との摩擦から保護するという逆の発想に基づく。後述の通り、発明者が実施した往復摩擦試験の結果、短繊維を静電植毛した植毛層を設けたゴムの表面の摩擦係数並びに摩耗物質量は、植毛層なしのゴム表面に比べて大幅に低減されており、植毛層による耐摩耗性の向上が確認されている。
【００１２】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項２に記載の弾性体チューブであって、前記植毛層を、前記弾性体チューブの外周表面に軸線方向に沿って前記合成樹脂製の短繊維を多数の帯状に配列させて静電植毛して成ることを特徴とする。
【００１３】
静電植毛に用いられる接着剤にはアクリル系、ウレタン系、工ポキシ系、酢酸ビニル系等があり、剤型にはエマルジョンタイプ、ソルベントタイプがある。接着剤は、ゴム表面のへの接着力が強く、かつ、ゴム自体の変形伸縮に応じた弾力性・柔軟性を備えたものであれば特に限定されないが、ゴム製の弾性体チューブへのナイロン製短繊維の植毛には、たとえばアクリル系のエマルジョンタイプやウレタン系のソルベントタイプが好適である。かかる接着剤は、ゴムへの接着力が強いだけでなく、形成する接着層の弾力性も高く、弾性体チューブの伸縮に追従して高い伸縮性を発揮するが、それでも、ゴム自体の弾性と接着層の弾性が異なる場合には伸縮が反復されるうちに薄い接着層にクラックが生じ、最終的にはそこから植毛層が剥離するおそれがある。
【００１４】
かかる植毛層の剥離を防止するためには、ゴム表面における植毛層に隙間を設けることが有効である。接着層が連続していなければゴム表面の伸縮による接着層自体の引伸ばしの影響は低減されるため、クラックが生じにくくなる。前述の通り、弾性体チューブに空気圧が印加されて膨張する際には、スリーブが半径方向の膨張を取り出して網目の角度を変化させることで弾性体チューブを軸方向に収縮させる。そのため、弾性体チューブの表面は、周方向においては膨張の際にその断面外周が拡大し、接着層に引張力が働いて引伸ばされることでクラックが生じ易くなる。一方、軸線方向では、膨張の際に接着層に働く引張力は周方向に比べて小さいため、クラックは生じにくい。また、図４に示した如く、弾性体チューブの膨張時にはスリーブの網目が軸線方向に圧縮され、縮小時には伸展されるため、弾性体チューブの表面とスリーブ内面との摩擦は、周方向に比べて軸線方向がより大きくなる。従って、植毛層を弾性体チューブの外周表面に軸線方向に沿って多数の帯状に配列させて形成すれば、軸線方向の摩擦に対する耐摩耗性を維持でき、しかも、帯状の植毛層同士が隙間により分断されているため、周方向の引張力により接着層にクラックが生じることを防ぐことができるのである。
【００１５】
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１に記載の弾性体チューブであって、前記植毛層は、前記弾性体チューブ外周全面に多数のドット状に前記合成樹脂製の短繊維を静電植毛して形成したことを特徴とする。
【００１６】
駆動中のマッキベン型流体圧式アクチュエータにおける弾性体チューブは、収縮時には軸線方向に収縮するとともに周方向に拡張される一方、伸展時にはその逆方向に作動し、しかも、チューブの中央部と両端のターミナルの近くとでは印加される空気圧に対して伸縮率が非線形に応答する。その結果、弾性体チューブ表面の伸縮の方向及びスリーブ内面との摩擦の方向も部位により異なるから、植毛層は全方向への伸縮及び摩擦への耐久性を備えることがより望ましい。
【００１７】
これに対し、植毛層を高密度かつ等間隔のドット状に分散して設ければ、弾性体チューブの周方向への膨張収縮に対してのみならず、全方向への膨張収縮に対しても接着層のクラックを防止することができ、弾性体チューブの耐摩耗性がさらに向上する。従って、ドットの配置は、各ドットの中心が隣接するすべてのドットの中心と等距離となるようにすることが好適である。なお、ドットの大きさ及び隣接するドットの中心同士の間隔は弾性体チューブの直径や伸縮率に応じて適宜設定可能であり、特に限定されない。また、植毛層を高密度としつつ均等に隙間を設けるためには、ドットの形状は円形に限らず、四角形その他の回転対称形を網状に反復させたものとしても良い。
【００１８】
発明者は、静電植毛による弾性体チューブ表面の耐摩耗性向上効果を検証するべくゴム板に静電植毛を施した試料片を用いて往復摩擦試験を行った。使用した試料片は天然ゴムシート（６４ｍｍ四方、厚さ３ｍｍ）の片面にナイロン製短繊維（長さ０．５ｍｍ、太さ１９μｍ）を簡易静電植毛装置により静電植毛したもので、植毛用接着剤としてはアクリル系エマルジョンタイプのゴムシート植毛用接着剤を厚さ約０．１ｍｍに塗布して用いた。また、往復摩擦試験の摩擦対象は、マッキベン型流体圧式アクチュエータに一般的に用いられているＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）製スリーブであり、太さ約０．３ｍｍのＰＥＴフィラメント線３本を平面に並べて成る緯糸と経糸を鋭角（約３５度）で開口率約２５％のメッシュに綾織りしたものを切り出したスリーブ片を使用した。また、往復摩擦試験は、表面性測定機（摩擦摩耗試験機）により、重り：２００ｇ、速度１５０ｍｍ／分、片道長さ１００ｍｍにて、スリーブ片に対してスリーブの軸線方向に平行・垂直に各往復回数５０回の摩擦を加え、静止摩擦係数、動摩擦係数、及び試験片の重量変化による摩耗量の計測を行い、表１の通り平均値と標準偏差の数値を得た。なお、「植毛形態」の「ドット状」とは、試料片の表面に直径３ｍｍの円形ドット状の植毛層を、各中心の間隔を６ｍｍの配置で試料片の片面全面に植毛したものを使用した。「摩擦対象」の「ガラス片（参考）」は、参考試験として、摩擦対象としてスリーブではなく表面が平滑なガラス片を使用したものである。
【表１】
2017141949.tif 000038
【００１９】
試験結果では、植毛層なしの試料片に対して全面に植毛層を設けた試料片では、静止摩擦係数・動摩擦係数が平行方向ではそれぞれ約８０％、約４９％、垂直方向では同約７８％、約３９％低減した。また、摩耗量は、植毛層なしでは４ｍｇ前後あったものが、植毛層ありでは０．１ｍｇ以下と計測誤差程度まで減少した。このことは、試験条件において植毛された短繊維の脱落は皆無に等しく、試料片のゴムの摩耗が防止されたことを示す。一方、ドット状の植毛層を設けた試料片の場合、摩擦係数は平行方向の場合で同約６８％、約４３％、垂直方向の場合で同約６６％、約３１％の減少と、摩擦係数の低減幅は小さくなるものの、摩耗量はやはりいずれも０．１ｍｇ以下であった。以上の結果から、ゴムの表面に設けた植毛層によりスリーブとの摩擦が低減され、マッキベン型流体圧式アクチュエータのより円滑な作動が期待できるだけでなく、弾性体チューブの耐摩耗性を大幅に向上できることが確認できた。なお、ガラス片を摩擦対象とした場合、植毛層なしの試料片に対して全面に植毛層を設けた試料片では、静止摩擦係数・動摩擦係数がそれぞれ約８９％、約８６％、ドット状の植毛層を設けた試料片では同約７９％、約７１％の低減となった。ちなみに、植毛層なしの試料片の場合の摩擦係数の標準偏差が大きいのは、製造工程に起因する凹凸を有するゴム板の表面が直接ガラス片に接触して摩擦されたため、試料片毎の表面状態のばらつきが反映されたものと考えられる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、流体圧式アクチュエータ、特にマッキベン型アクチュエータの耐久性の制約となる弾性体チューブの外周面とスリーブの内面との摩擦による弾性体チューブの損傷や摩耗を、弾性体チューブ自体に特段の設計変更を行うことなく効果的に低減させることができる。その結果、消耗部材としての弾性体チューブの耐久性を低コストで向上させ、アクチュエータのメンテナンスの負担を低減できるので、その普及促進に資するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図５は、本発明の第１実施形態に係る弾性体チューブ（実施形態ではウレタンゴム製のゴムチューブＧ）を適用した流体圧式アクチュエータの内部構造を示す斜視図であり、図６は、同断面図である。ゴムチューブＧはその外周面にナイロン製の短繊維ｆを静電植毛して成る植毛層Ｆを有し、スリーブＳに内装されている。図７の模式図（イ）に示すように、スリーブＳはＰＥＴ製フィラメント線ｓを３本平面に並べて成る緯糸と経糸を鋭角でメッシュに綾織りして成り、その内面は凹凸を有するため、植毛層Ｆを有しないゴムチューブＧが印加されて膨張する際には、スリーブＳの内面がゴムチューブＧの表面を直接に押圧しつつ擦過するため、摩擦によりゴムチューブＧが摩耗し、傷付くおそれがある。
【００２２】
一方、本第１実施形態では、図７の模式図（ロ）に示すように、スリーブＳの内面には短繊維ｆの先端が無数の「点」として接触する形となり、摩擦が低減される。また、図７の模式図（ハ）に示すように、個々の短繊維ｆは根元で固定されている反面、その先端は自由に全方位へ復元可能に傾斜するから、短繊維ｆの側面が線的にスリーブＳの内面と接触し、いわば常時全方向に「いなす」形で摩擦が低減され、ゴムチューブＧ表面の損傷や摩耗が抑制される。さらに、短繊維ｆが十分に高密度に植毛されていれば、短繊維ｆ同士が互いに支持し合う形となり、スリーブＳの内面に押圧されても容易には傾斜しないため、植毛層ＦがゴムチューブＧとスリーブＳとの間で緩衝層としての役割を果たす。
【００２３】
植毛層Ｆを形成する短繊維ｆの長さや太さは十分な植毛密度が確保できれば特に限定されないが、一般的なマッキベン型流体圧式アクチュエータに用いられているスリーブ（フィラメントｓの直径が０．３ｍｍ程度、伸展時の開口率が約２５％程度）に対しては、長さ０．５ｍｍ程度、直径は２０μｍ程度の短繊維ｆを、少なくとも５，０００本／平方ｃｍ以上の密度で植毛することが好適である。スリーブＳのメッシュはアクチュエータの作動により拡大縮小を繰り返すため、短繊維ｆが長過ぎると拡大時にメッシュ内に進入した短繊維ｆが縮小時にメッシュに挟まれて引き抜かれるおそれがあり、また、植毛密度が粗いと植毛層Ｆにフィラメントｓが食い込んで摩擦係数が高まり、耐摩耗性を損なうからである。
【００２４】
なお、異なる長さの短繊維fを混在させ、均一の混在率で植毛層Ｆを形成することも技術上可能であり、現に実施されている。この場合、植毛層Ｆの表面への外圧により倒れ込む長い短繊維を短い短繊維が支持する形となり、植毛層Ｆ全体の復元力が向上することが知られており、かかる構成を採用することにより、植毛層Ｆの耐摩耗性をさらに高めることができる。
【００２５】
（第２実施形態）
図８は、本発明の第２実施形態に係るゴムチューブＧを適用した流体圧式アクチュエータの内部構造を示す斜視図であり、図９は、同断面図である。本実施形態では、ゴムチューブＧ表面の植毛層Ｆを、軸線方向に沿って図１０に示す拡大図の如く帯状に形成する。
【００２６】
図１１の模式図に示す通り、植毛層ＦはゴムチューブＧの表面に接着剤により短繊維ｆを接着植毛するため接着層ａが構成されるが、ゴムチューブＧの伸縮に追従して高い伸縮性を発揮するアクリル系エマルジョンタイプやウレタン系のソルベントタイプの接着剤を用いても、ゴムと接着層の弾性が異なる場合には、アクチュエータの作動時によりゴムチューブＧが伸縮を反復するうちに、薄い接着層ａにクラックｃが生じ、最終的にはそこから植毛層Ｆが剥離するおそれがある。
【００２７】
本実施形態では、図１２に示す拡大図の如く、帯状の植毛層Ｆを間隔gを空けて形成されていて連続していないため、ゴムチューブＧの表面の伸縮による接着層ａ自体の引伸ばしの影響は低減され、クラックが生じにくくなる。また、植毛層ＦとスリーブＳの内面との摩擦は主に軸線に沿った往復方向に生じ、周方向での摩擦は比較的小さいため、植毛層ＦをゴムチューブＧの外周表面に軸線方向に沿って帯状に形成することにより、軸線方向の摩擦に対する耐摩耗性は維持しつつ、接着層ａに周方向への引張力によるクラックが生じることを防ぐことができるため、植毛層Ｆの耐久性が向上する。なお、植毛層Ｆの帯の幅及び間隔は特に限定されないが、前述の一般的なマッキベン型流体圧式アクチュエータに用いられているスリーブＳに適用する場合は、３ｍｍ程度の幅の帯を１ｍｍ程度の間隔で設けることが好適である。
【００２８】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態は、ゴムチューブＧ表面に設ける植毛層Ｆを図１３の拡大図に示す如く円形のドット状に形成したものであり、ドットの配置は、各ドットの中心が隣接するすべてのドットの中心と等距離としており、その他の構成は第２実施形態と共通である。かかる構成では、植毛層Ｆは全方位に接着層ａの隙間を有するため、アクチュエータの作動時にゴムチューブＧの部位によってその表面が異なる伸縮率で非線形に収縮しても、接着層ａにクラックｃが生じる可能性が低減され、第２実施形態よりもさらに植毛層Ｆの耐久性を向上させることができる。
【００２９】
（第１実施形態を適用した流体圧式アクチュエータでの耐久試験の結果）
発明者は、本発明の効果を検証するため、本発明の第１実施形態に係る静電植毛済ゴム
チューブを実際に適用したマッキベン式流体圧式アクチュエータ装置により耐久試験を実施した。試験に使用したゴムチューブGの仕様、静電植毛の条件、流体圧式アクチュエータの仕様、及び耐久試験の条件は表２の通りである。
【表２】
2017141949.tif 000039
また、図１４は耐久試験に用いた流体圧式アクチュエータの構成部品の写真、図１５は耐久試験後のゴムチューブGの写真、図１６は静電植毛に用いた簡易静電植毛装置の写真、図１７は耐久試験の実施状況を示す写真である。耐久試験は、静電植毛したゴムチューブGと、静電植毛していないゴムチューブG（対照群）各３本を用い、２０ｋｇの錘で伸長負荷を掛けた状態でエアコンプレッサーを接続した加圧装置により０．５MPａの気圧で３秒サイクル（加圧１．５秒、排気１．５秒）の引加をゴムチューブＧからの空気漏れが発生するまで繰り返す方法で行った。
【００３０】
耐久試験の結果は表３の通りである。対照群の３本のゴムチューブＧを用いた流体圧式アクチュエータではいずれも５万回経過前にゴムチューブＧにピンホールが発生して空気漏れを生じたのに対し、静電植毛したゴムチューブＧを用いた流体圧式アクチュエータでは１００万回以上経過後も空気漏れは生じず、植毛層Ｆによる耐久性向上の効果が明確に検証できた。前述の図１５の写真からも明らかなように、静電植毛なしのゴムチューブＧの表面には収縮時（すわなち膨張時）のスリーブＳへの圧着によりスリーブＳの内面の模様が転写しており、表面に高いストレスが掛かっていたことが分かるが、静電植毛したゴムチューブＧでは１００万回の試験後も植毛層Ｆに若干の摩耗が認められたものの、明らかな短繊維ｆの脱落（抜け）や植毛層Ｆのめくれは認められなかった。
【表３】
2017141949.tif 000040
【００３１】
また、表４はゴムチューブＧに引加する空気圧の変化に対する流体圧式アクチュエータの収縮量を計測して植毛層Ｆの有無による比較を行った結果を示すグラフである。植毛層Ｆなしに比べて植毛層Ｆありの方が収縮量が小さいものの、その差はごく僅かであり、０．５ＭＰａ以上の圧力においては収縮量はほぼ同じとなった。従って、ゴムチューブＧに植毛層Ｆを設けても流体圧式アクチュエータの収縮特性にはほとんど影響を与えないことが確認できた。
【表４】
2017141949.tif 000041
【００３２】
以上、本発明に係る弾性体チューブの具体的な構成について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内において改良又は変更が可能であり、それらは本発明の技術的範囲に属するものである。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、流体圧式アクチュエータ、特にマッキベン型アクチュエータの駆動体としての弾性体チューブ並びにこれを用いたアクチュエータに利用可能であり、かかるアクチュエータを利用した機械装置や機器、特に、比較的小さな要求出力で常時高頻度に作動し、かつ、メンテナンス負担の軽減が求められる作業用・介護用のパワードスーツ（人体装着型ロボット）やロボット義手・義足等の機器への適用において効果的である。本発明により、消耗部材としての弾性体チューブの耐久性を低コストで向上させ、アクチュエータのメンテナンスの負担を低減することにより、かかる機器の普及促進に資するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】一般的なマッキベン型流体圧式アクチュエータの構造斜視図
【図２】一般的なマッキベン型流体圧式アクチュエータの断面図
【図３】一般的なマッキベン型流体圧式アクチュエータの作動を示す図
【図４】一般的なマッキベン型流体圧式アクチュエータのスリーブの拡大図
【図５】第１実施形態に係るゴムチューブを適用した流体圧式アクチュエータの構造斜視図
【図６】第１実施形態に係るゴムチューブを適用した流体圧式アクチュエータの断面図
【図７】ゴムチューブとスリーブの接触状態の拡大模式図
【図８】第２実施形態に係るゴムチューブを適用した流体圧式アクチュエータの構造斜視図
【図９】第２実施形態に係るゴムチューブを適用した流体圧式アクチュエータの断面図
【図１０】第２実施形態に係るゴムチューブ表面の拡大模式図
【図１１】ゴムチューブ表面のクラック生成を示す模式図
【図１２】第２実施形態に係るゴムチューブ表面の模式図
【図１３】第３実施形態に係るゴムチューブ表面の拡大模式図
【図１４】耐久試験に用いた流体圧式アクチュエータの構成部品の写真
【図１５】耐久試験後のゴムチューブGの写真
【図１６】静電植毛に用いた簡易静電植毛装置の写真
【図１７】耐久試験の実施状況を示す写真
【符号の説明】
【００３５】
ａ    接着層
Ｄ  流体圧式アクチュエータの直径
Ｆ    植毛層
ｆ    短繊維
Ｇ    弾性体チューブ（ゴムチューブ）
ｇ  植毛層Ｆの間隔
Ｌ  流体圧式アクチュエータの長さ
Ｓ    スリーブ
ｓ  フィラメント
Ｔ    ターミナル
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2017141949.tif 000042
【図２】
2017141949.tif 000043
【図３】
2017141949.tif 000044
【図４】
2017141949.tif 000045
【図５】
2017141949.tif 000046
【図６】
2017141949.tif 000047
【図７】
2017141949.tif 000048
【図８】
2017141949.tif 000049
【図９】
2017141949.tif 000050
【図１０】
2017141949.tif 000051
【図１１】
2017141949.tif 000052
【図１２】
2017141949.tif 000053
【図１３】
2017141949.tif 000054
【図１４】
2017141949.tif 000055
【図１５】
2017141949.tif 000056
【図１６】
2017141949.tif 000057
【図１７】
2017141949.tif 000058
【手続補正書】
【提出日】平成29年2月7日(2017.2.7)
【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気又は液体等の流体の給排により駆動される流体圧式アクチュエータの駆動力源としての弾性体チューブであって、前記弾性体チューブの外周表面には軸線方向に沿って多数の帯状に合成樹脂製の短繊維を外周表面に対して垂直に静電植毛して成る対摩耗植毛層を設けたことを特徴とする弾性体チューブ。
【請求項２】
空気又は液体等の流体の給排により駆動される流体圧式アクチュエータの駆動力源としての弾性体チューブであって、前記弾性体チューブの外周全面には多数のドット状に合成樹脂製の短繊維を外周表面に対して垂直に静電植毛して成る対摩耗植毛層を設けたことを特徴とする弾性体チューブ。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれかに記載の弾性体チューブを駆動力源として有する流体圧式アクチュエータ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気又は液体等の流体の給排により駆動される流体圧式アクチュエータに用いられる弾性体チューブ及び、該弾性体チューブを用いた流体圧式アクチュエータ、特に、マッキベン（ＭｃＫｉｂｂｅｎ）型流体圧式アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるアクチュエータ（駆動装置）のうち、マッキベン（ＭｃＫｉｂｂｅｎ）型流体圧式アクチュエータは、図１乃至図３に示すように、天然ゴムやウレタンゴム等製の弾性体チューブＧの外周に合成樹脂繊維を螺旋状の網目に織った筒状のスリーブＳを被せた上で、空気又は液体等の流体の吸排機構を備える一対のターミナル部Ｔにて両端を固定封鎖してなり、弾性体チューブGを外部から印加する空気圧で膨張させることにより全長を収縮させる。スリーブＳは、図４に示すように、網目の角度がアコーディオンのように変化することにより、軸方向に押し込むと半径が太くなり、逆に引っ張ると半径が細くなる構造を有し、内蔵する弾性体チューブGに空気圧が印加されて軸方向と半径方向に膨張しようとする際に、スリーブＳが半径方向の膨張を取り出して網目の角度を変化させることで弾性体チューブGに軸方向の収縮力を生じさせることを原理としている。
【０００３】
流体圧式アクチュエータは、電磁式あるいは油圧シリンダ式アクチュエータに比べて、軽量で出力密度が高い（自重が小さいのに大きな力が出る）、耐環境性に優れている（錆びや埃に強い）、構造がシンプルでメンテナンスが容易、柔軟性が高く人間の筋特性に近い特性を有する、製造コストが小さい、といったメリットを有する一方、構造上の必然としてスリーブとの摩擦により弾性体チューブの表面が傷付きあるいは摩耗して孔や亀裂を生じるため耐久性が低いというデメリットを有する。
【０００４】
この問題を解決するために、特許文献１乃至３に示されるような先行技術が提案されている。特許文献１に記載の発明では、弾性体チューブにその長手方向に配向させて炭素繊維またはガラス繊維等の短繊維を含有させることで、弾性体チューブの材質自体の耐摩耗性を強化し、かつ、その伸縮方向を制御することで耐久性を高めるものである。また、特許文献２に記載の発明では、弾性体チューブを二重構造として外側チューブの摩耗や亀裂が内側チューブに伝播しない構成で耐久性を高めている。さらに、特許文献３に記載の発明では、弾性体チューブとスリーブとの間に伸縮性を有する低摩擦体を挟んで配置することで摩耗を低減させる構成としている。
【特許文献１】特開２０１５−１８０８２９号公開特許公報
【特許文献２】特開２０１５−１０８４３６号公開特許公報
【特許文献３】特表２００４−０８５８５６号公開特許公報
【０００５】
しかしながら、特許文献１の記載発明の如く弾性体チューブの素材自体に短繊維を含有させると必然的にゴム等の素材の弾性が変化してアクチュエータの出力特性も変化する。そのため、弾性体チューブの素材の仕様も専用化せざるを得ない。また、特許文献２及び３の記載発明の如く弾性体チューブを二重構造化させたり、弾性体チューブとスリーブとの間に低摩擦体を挟む構成は構造が複雑化せざるを得ない。従ってこれらの先行技術は、いずれも製造コストが小さいという流体圧式アクチュエータのメリットを低下させることとなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上のような従来技術の問題を解決するべく、従前の弾性体チューブへ最小限の加工を施すことによってその外周表面の耐摩耗性を向上させ、簡易な構造でかつ軽量であるという有利な特徴を保持しつつ、低コストで耐久性の高い流体圧式アクチュエータ用弾性体チューブ並びに流体圧式アクチュエータを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本願の請求項１に記載した発明は、空気又は液体等の流体の給排により駆動される流体圧式アクチュエータの駆動力源としての弾性体チューブであって、前記弾性体チューブの外周表面には軸線方向に沿って多数の帯状に合成樹脂製の短繊維を外周表面に対して垂直に静電植毛して成る対摩耗植毛層を設けたことを特徴とする。
【０００８】
本発明における合成樹脂製の短繊維としては弾性復元力の高いナイロン繊維が好適であるが、これに限らず耐摩耗性の高い合成繊維を用いる。静電植毛は、予め表面に接着剤を塗布したワーク（植毛対象物）を静電植毛器内に設置し、投入した短繊維に高電圧を掛けることにより、電界を通過する際に短繊維の方向が電界と平行に揃いつつ、静電吸引力により飛昇してワークの接着剤塗布面に垂直に高密度に密集して接着されるものである。古くは炬燵の金属製熱源カバーから各種機械器具の部材、日用品等の表面加工の分野で広く普及し、断熱性・防音性・耐衝撃性の改善や手触り等の風合い向上に用いられてきた旧知の技術である。
【０００９】
静電植毛による植毛層は弾力性が高いためゴムの表面の改質にも用いられ、自動車のゴム製部品等の各種の内装部材や日用品等にも多用されているが、その目的は摩擦低減による部材動作の円滑化、遮音性、気密性、質感の向上等であった。たとえば、自動車のゴム製パッキングへの静電植毛は、摩擦低減効果によるビビリ音の防止や窓ガラス昇降の円滑化を目的とし、また、ゴム製炊事用手袋の内側に静電植毛を施した製品も公知であるが、これも手袋の手の皮膚へのベタ付き防止と着脱の円滑化を目的としていた。すなわち、これまで静電植毛の摩擦低減効果は、接触物の動作の円滑化を目的としていたのであり、被植毛体自体の耐摩耗性向上を企図したものではなかったのである。
【００１０】
一方、本願発明者は、かかる静電植毛による植毛層の有する機械的な耐摩耗性向上効果に着目し、新たにゴムのように本来的に比較的摩擦係数が高く、反復的な伸縮を要求される弾性体の表面保護、すなわち耐久性向上への適用に想到したものである。具体的には、ゴムの表面に高密度に植毛された短繊維の層は、外装されたスリーブの内面と各短繊維の先端のいわば無数の「点」で接触するため、ゴム表面がスリーブの内面に直接接触する場合に比べて接触面積は大幅に減少する。また、弾性体チューブの膨張収縮によりスリーブの内面がその表面を押圧して擦過する際にも、個々の短繊維は根元で固定されている反面、その先端は自由に全方位へ復元可能に傾斜するから、短繊維の側面が線的にスリーブの内面と接触し、いわばスリーブの内面を常時全方向に「いなす」形で接触面積を減少させる。かかる作用により弾性体チューブの表面とスリーブの内面との摩擦は低減され、弾性体チューブ表面の損傷や摩耗が抑制される。
【００１１】
前述の通り、従来の機械分野では、被植毛部材に接触する物体の動きの円滑化、人体の保護、接触時の衝撃音の低減、あるいは接触後の物体の運動を適宜停止させるために摩擦力を増加させることを目的に静電植毛が用いられてきた。一方、本願発明は、静電植毛層によって伸縮する弾性体チューブの表面の耐摩耗性を向上させ、擦過するスリーブの内面との摩擦から保護するという逆の発想に基づく。後述の通り、発明者が実施した往復摩擦試験の結果、短繊維を静電植毛した植毛層を設けたゴムの表面の摩擦係数並びに摩耗物質量は、植毛層なしのゴム表面に比べて大幅に低減されており、植毛層による耐摩耗性の向上が確認されている。
【００１２】
静電植毛に用いられる接着剤にはアクリル系、ウレタン系、工ポキシ系、酢酸ビニル系等があり、剤型にはエマルジョンタイプ、ソルベントタイプがある。接着剤は、ゴム表面のへの接着力が強く、かつ、ゴム自体の変形伸縮に応じた弾力性・柔軟性を備えたものであれば特に限定されないが、ゴム製の弾性体チューブへのナイロン製短繊維の植毛には、たとえばアクリル系のエマルジョンタイプやウレタン系のソルベントタイプが好適である。かかる接着剤は、ゴムへの接着力が強いだけでなく、形成する接着層の弾力性も高く、弾性体チューブの伸縮に追従して高い伸縮性を発揮するが、それでも、ゴム自体の弾性と接着層の弾性が異なる場合には伸縮が反復されるうちに薄い接着層にクラックが生じ、最終的にはそこから植毛層が剥離するおそれがある。
【００１３】
かかる植毛層の剥離を防止するためには、ゴム表面における植毛層に隙間を設けることが有効である。接着層が連続していなければゴム表面の伸縮による接着層自体の引伸ばしの影響は低減されるため、クラックが生じにくくなる。前述の通り、弾性体チューブに空気圧が印加されて膨張する際には、スリーブが半径方向の膨張を取り出して網目の角度を変化させることで弾性体チューブを軸方向に収縮させる。そのため、弾性体チューブの表面は、周方向においては膨張の際にその断面外周が拡大し、接着層に引張力が働いて引伸ばされることでクラックが生じ易くなる。一方、軸線方向では、膨張の際に接着層に働く引張力は周方向に比べて小さいため、クラックは生じにくい。また、図４に示した如く、弾性体チューブの膨張時にはスリーブの網目が軸線方向に圧縮され、縮小時には伸展されるため、弾性体チューブの表面とスリーブ内面との摩擦は、周方向に比べて軸線方向がより大きくなる。従って、植毛層を弾性体チューブの外周表面に軸線方向に沿って多数の帯状に配列させて形成すれば、軸線方向の摩擦に対する耐摩耗性を維持でき、しかも、帯状の植毛層同士が隙間により分断されているため、周方向の引張力により接着層にクラックが生じることを防ぐことができるのである。
【００１４】
次に、請求項２に記載した発明は、空気又は液体等の流体の給排により駆動される流体圧式アクチュエータの駆動力源としての弾性体チューブであって、前記弾性体チューブの外周全面には多数のドット状に合成樹脂製の短繊維を外周表面に対して垂直に静電植毛して成る対摩耗植毛層を設けたことを特徴とする。
【００１５】
駆動中のマッキベン型流体圧式アクチュエータにおける弾性体チューブは、収縮時には軸線方向に収縮するとともに周方向に拡張される一方、伸展時にはその逆方向に作動し、しかも、チューブの中央部と両端のターミナルの近くとでは印加される空気圧に対して伸縮率が非線形に応答する。その結果、弾性体チューブ表面の伸縮の方向及びスリーブ内面との摩擦の方向も部位により異なるから、植毛層は全方向への伸縮及び摩擦への耐久性を備えることがより望ましい。
【００１６】
これに対し、植毛層を高密度かつ等間隔のドット状に分散して設ければ、弾性体チューブの周方向への膨張収縮に対してのみならず、全方向への膨張収縮に対しても接着層のクラックを防止することができ、弾性体チューブの耐摩耗性がさらに向上する。従って、ドットの配置は、各ドットの中心が隣接するすべてのドットの中心と等距離となるようにすることが好適である。なお、ドットの大きさ及び隣接するドットの中心同士の間隔は弾性体チューブの直径や伸縮率に応じて適宜設定可能であり、特に限定されない。また、植毛層を高密度としつつ均等に隙間を設けるためには、ドットの形状は円形に限らず、四角形その他の回転対称形を網状に反復させたものとしても良い。
【００１７】
発明者は、静電植毛による弾性体チューブ表面の耐摩耗性向上効果を検証するべくゴム板に静電植毛を施した試料片を用いて往復摩擦試験を行った。使用した試料片は天然ゴムシート（６４ｍｍ四方、厚さ３ｍｍ）の片面にナイロン製短繊維（長さ０．５ｍｍ、太さ１９μｍ）を簡易静電植毛装置により静電植毛したもので、植毛用接着剤としてはアクリル系エマルジョンタイプのゴムシート植毛用接着剤を厚さ約０．１ｍｍに塗布して用いた。また、往復摩擦試験の摩擦対象は、マッキベン型流体圧式アクチュエータに一般的に用いられているＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）製スリーブであり、太さ約０．３ｍｍのＰＥＴフィラメント線３本を平面に並べて成る緯糸と経糸を鋭角（約３５度）で開口率約２５％のメッシュに綾織りしたものを切り出したスリーブ片を使用した。また、往復摩擦試験は、表面性測定機（摩擦摩耗試験機）により、重り：２００ｇ、速度１５０ｍｍ／分、片道長さ１００ｍｍにて、スリーブ片に対してスリーブの軸線方向に平行・垂直に各往復回数５０回の摩擦を加え、静止摩擦係数、動摩擦係数、及び試験片の重量変化による摩耗量の計測を行い、表１の通り平均値と標準偏差の数値を得た。なお、「植毛形態」の「ドット状」とは、試料片の表面に直径３ｍｍの円形ドット状の植毛層を、各中心の間隔を６ｍｍの配置で試料片の片面全面に植毛したものを使用した。「摩擦対象」の「ガラス片（参考）」は、参考試験として、摩擦対象としてスリーブではなく表面が平滑なガラス片を使用したものである。
【表１】
2017141949.tif 000059
【００１８】
試験結果では、植毛層なしの試料片に対して全面に植毛層を設けた試料片では、静止摩擦係数・動摩擦係数が平行方向ではそれぞれ約８０％、約４９％、垂直方向では同約７８％、約３９％低減した。また、摩耗量は、植毛層なしでは４ｍｇ前後あったものが、植毛層ありでは０．１ｍｇ以下と計測誤差程度まで減少した。このことは、試験条件において植毛された短繊維の脱落は皆無に等しく、試料片のゴムの摩耗が防止されたことを示す。一方、ドット状の植毛層を設けた試料片の場合、摩擦係数は平行方向の場合で同約６８％、約４３％、垂直方向の場合で同約６６％、約３１％の減少と、摩擦係数の低減幅は小さくなるものの、摩耗量はやはりいずれも０．１ｍｇ以下であった。以上の結果から、ゴムの表面に設けた植毛層によりスリーブとの摩擦が低減され、マッキベン型流体圧式アクチュエータのより円滑な作動が期待できるだけでなく、弾性体チューブの耐摩耗性を大幅に向上できることが確認できた。なお、ガラス片を摩擦対象とした場合、植毛層なしの試料片に対して全面に植毛層を設けた試料片では、静止摩擦係数・動摩擦係数がそれぞれ約８９％、約８６％、ドット状の植毛層を設けた試料片では同約７９％、約７１％の低減となった。ちなみに、植毛層なしの試料片の場合の摩擦係数の標準偏差が大きいのは、製造工程に起因する凹凸を有するゴム板の表面が直接ガラス片に接触して摩擦されたため、試料片毎の表面状態のばらつきが反映されたものと考えられる。
【００１９】
請求項２に記載した発明は、請求項１又は２のいずれかに記載の弾性体チューブを駆動力源として有する流体圧式アクチュエータである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、流体圧式アクチュエータ、特にマッキベン型アクチュエータの耐久性の制約となる弾性体チューブの外周面とスリーブの内面との摩擦による弾性体チューブの損傷や摩耗を、弾性体チューブ自体に特段の設計変更を行うことなく効果的に低減させることができる。その結果、消耗部材としての弾性体チューブの耐久性を低コストで向上させ、アクチュエータのメンテナンスの負担を低減できるので、その普及促進に資するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図５は、本発明の第１実施形態に係る弾性体チューブ（実施形態では天然ゴム製のゴムチューブＧ）を適用した流体圧式アクチュエータの内部構造を示す斜視図であり、図６は、同断面図である。図示したとおり、本第１実施形態では、ゴムチューブＧはその外周面の全面にナイロン製の短繊維ｆを静電植毛して成る植毛層Ｆを有し、スリーブＳに内装されている。図７の模式図（イ）に示すように、スリーブＳはＰＥＴ製フィラメント線ｓを３本平面に並べて成る緯糸と経糸を鋭角でメッシュに綾織りして成り、その内面は凹凸を有するため、植毛層Ｆを有しないゴムチューブＧが印加されて膨張する際には、スリーブＳの内面がゴムチューブＧの表面を直接に押圧しつつ擦過するため、摩擦によりゴムチューブＧが摩耗し、傷付くおそれがある。
【００２２】
一方、本第１実施形態では、図７の模式図（ロ）に示すように、スリーブＳの内面には短繊維ｆの先端が無数の「点」として接触する形となり、摩擦が低減される。また、図７の模式図（ハ）に示すように、個々の短繊維ｆは根元で固定されている反面、その先端は自由に全方位へ復元可能に傾斜するから、短繊維ｆの側面が線的にスリーブＳの内面と接触し、いわば常時全方向に「いなす」形で摩擦が低減され、ゴムチューブＧ表面の損傷や摩耗が抑制される。さらに、短繊維ｆが十分に高密度に植毛されていれば、短繊維ｆ同士が互いに支持し合う形となり、スリーブＳの内面に押圧されても容易には傾斜しないため、植毛層ＦがゴムチューブＧとスリーブＳとの間で緩衝層としての役割を果たす。
【００２３】
植毛層Ｆを形成する短繊維ｆの長さや太さは十分な植毛密度が確保できれば特に限定されないが、一般的なマッキベン型流体圧式アクチュエータに用いられているスリーブ（フィラメントｓの直径が０．３ｍｍ程度、伸展時の開口率が約２５％程度）に対しては、長さ０．５ｍｍ程度、直径は２０μｍ程度の短繊維ｆを、少なくとも５，０００本／平方ｃｍ以上の密度で植毛することが好適である。スリーブＳのメッシュはアクチュエータの作動により拡大縮小を繰り返すため、短繊維ｆが長過ぎると拡大時にメッシュ内に進入した短繊維ｆが縮小時にメッシュに挟まれて引き抜かれるおそれがあり、また、植毛密度が粗いと植毛層Ｆにフィラメントｓが食い込んで摩擦係数が高まり、耐摩耗性を損なうからである。
【００２４】
なお、異なる長さの短繊維fを混在させ、均一の混在率で植毛層Ｆを形成することも技術上可能であり、現に実施されている。この場合、植毛層Ｆの表面への外圧により倒れ込む長い短繊維を短い短繊維が支持する形となり、植毛層Ｆ全体の復元力が向上することが知られており、かかる構成を採用することにより、植毛層Ｆの耐摩耗性をさらに高めることができる。
【００２５】
（第２実施形態）
図８は、本発明の第２実施形態に係るゴムチューブＧを適用した流体圧式アクチュエータの内部構造を示す斜視図であり、図９は、同断面図である。本実施形態では、ゴムチューブＧ表面の植毛層Ｆを、軸線方向に沿って図１０に示す拡大図の如く帯状に形成する。
【００２６】
図１１の模式図に示す通り、植毛層ＦはゴムチューブＧの表面に接着剤により短繊維ｆを接着植毛するため接着層ａが構成されるが、ゴムチューブＧの伸縮に追従して高い伸縮性を発揮するアクリル系エマルジョンタイプやウレタン系のソルベントタイプの接着剤を用いても、ゴムと接着層の弾性が異なる場合には、アクチュエータの作動時によりゴムチューブＧが伸縮を反復するうちに、薄い接着層ａにクラックｃが生じ、最終的にはそこから植毛層Ｆが剥離するおそれがある。
【００２７】
本実施形態では、図１２に示す拡大図の如く、帯状の植毛層Ｆを間隔gを空けて形成されていて連続していないため、ゴムチューブＧの表面の伸縮による接着層ａ自体の引伸ばしの影響は低減され、クラックが生じにくくなる。また、植毛層ＦとスリーブＳの内面との摩擦は主に軸線に沿った往復方向に生じ、周方向での摩擦は比較的小さいため、植毛層ＦをゴムチューブＧの外周表面に軸線方向に沿って帯状に形成することにより、軸線方向の摩擦に対する耐摩耗性は維持しつつ、接着層ａに周方向への引張力によるクラックが生じることを防ぐことができるため、植毛層Ｆの耐久性が向上する。なお、植毛層Ｆの帯の幅及び間隔は特に限定されないが、前述の一般的なマッキベン型流体圧式アクチュエータに用いられているスリーブＳに適用する場合は、３ｍｍ程度の幅の帯を１ｍｍ程度の間隔で設けることが好適である。
【００２８】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態は、ゴムチューブＧ表面に設ける植毛層Ｆを図１３の拡大図に示す如く円形のドット状に形成したものであり、ドットの配置は、各ドットの中心が隣接するすべてのドットの中心と等距離としており、その他の構成は第２実施形態と共通である。かかる構成では、植毛層Ｆは全方位に接着層ａの隙間を有するため、アクチュエータの作動時にゴムチューブＧの部位によってその表面が異なる伸縮率で非線形に収縮しても、接着層ａにクラックｃが生じる可能性が低減され、第２実施形態よりもさらに植毛層Ｆの耐久性を向上させることができる。
【００２９】
以上、本発明に係る弾性体チューブの具体的な構成について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内において改良又は変更が可能であり、それらは本発明の技術的範囲に属するものである。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、流体圧式アクチュエータ、特にマッキベン型アクチュエータの駆動体としての弾性体チューブ並びにこれを用いたアクチュエータに利用可能であり、かかるアクチュエータを利用した機械装置や機器、特に、比較的小さな要求出力で常時高頻度に作動し、かつ、メンテナンス負担の軽減が求められる作業用・介護用のパワードスーツ（人体装着型ロボット）やロボット義手・義足等の機器への適用において効果的である。本発明により、消耗部材としての弾性体チューブの耐久性を低コストで向上させ、アクチュエータのメンテナンスの負担を低減することにより、かかる機器の普及促進に資するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】一般的なマッキベン型流体圧式アクチュエータの構造斜視図
【図２】一般的なマッキベン型流体圧式アクチュエータの断面図
【図３】一般的なマッキベン型流体圧式アクチュエータの作動を示す図
【図４】一般的なマッキベン型流体圧式アクチュエータのスリーブの拡大図
【図５】第１実施形態に係るゴムチューブを適用した流体圧式アクチュエータの構造斜視図
【図６】第１実施形態に係るゴムチューブを適用した流体圧式アクチュエータの断面図
【図７】ゴムチューブとスリーブの接触状態の拡大模式図
【図８】第２実施形態に係るゴムチューブを適用した流体圧式アクチュエータの構造斜視図
【図９】第２実施形態に係るゴムチューブを適用した流体圧式アクチュエータの断面図
【図１０】第２実施形態に係るゴムチューブ表面の拡大模式図
【図１１】ゴムチューブ表面のクラック生成を示す模式図
【図１２】第２実施形態に係るゴムチューブ表面の模式図
【図１３】第３実施形態に係るゴムチューブ表面の拡大模式図
【符号の説明】
【００３２】
ａ    接着層
Ｄ  流体圧式アクチュエータの直径
Ｆ    植毛層
ｆ    短繊維
Ｇ    弾性体チューブ（ゴムチューブ）
ｇ  植毛層Ｆの間隔
Ｌ  流体圧式アクチュエータの長さ
Ｓ    スリーブ
ｓ  フィラメント
Ｔ    ターミナル
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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】
2017141949.tif 000067
【図９】
2017141949.tif 000068
【図１０】
2017141949.tif 000069
【図１１】
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【図１２】
2017141949.tif 000071
【図１３】
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