(57)【要約】【課題】簡素な構造で作動信頼性が高く、低コストで量産に適した構造のアクチュエータおよびその製造方法を提供する。【解決手段】一つの平面内で湾曲可能に構成されたアクチュエータ１であって、外周部に溝部２１が設けられ内部に作動流体を収容する空気室８を有する筒状弾性体２と、前記溝部２１に装着され前記筒状弾性体２の断面形状の変化を抑制しこの軸方向の伸張を促進する膨張規制部材３と、前記筒状弾性体２の外側面の一部に設けられたこの筒状弾性体２の軸方向の伸張を抑制する伸張規制部材４と、前記筒状弾性体２を覆う筒体外周部９と、前記筒状弾性体２の両端部に設けられたキャップ５、６と、前記キャップの一つに設けられた作動流体を出し入れする注入管７と、を具備することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの平面内で湾曲可能に構成されたアクチュエータであって、外周部に溝部が設けられ内部に作動流体を収容する空気室を有する筒状弾性体と、前記溝部に装着され前記筒状弾性体の断面形状の変化を抑制しこの軸方向の伸張を促進する膨張規制部材と、前記筒状弾性体の外側面の一部に設けられたこの筒状弾性体の軸方向の伸張を抑制する伸張規制部材と、前記筒状弾性体を覆う筒体外周部と、前記筒状弾性体の両端部に設けられたキャップと、前記キャップの一つに設けられた作動流体を出し入れする注入管と、を具備することを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記伸張規制部材は複数の線状部材からなることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記溝部を前記筒状弾性体の外周部にらせん状に形成したことを特徴とする請求項１又は２のアクチュエータ。
【請求項４】
一つの平面内で湾曲可能に構成されたアクチュエータの製造方法において、外周部に溝部が設けられ内部に作動流体を収容する空気室を有する筒状弾性体を成型加工により形成する工程と、前記溝部に前記筒状弾性体の断面形状の変化を抑制しこの軸方向の伸張を促進する膨張規制部材を装着する工程と、前記筒状弾性体の外側面の一部にこの筒状弾性体の軸方向の伸張を抑制する伸張規制部材を設ける工程と、前記筒状弾性体を筒体外周部で覆う工程と、前記筒状弾性体の両端部にキャップを設ける工程と、前記キャップの一つに作動流体を出し入れする注入管を設ける工程と、からなることを特徴とするアクチュエータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、湾曲又は伸縮同等の動作を行なうアクチュエータに関し、特に、弾性筒状体内に流体を注入・排出することによって屈伸するアクチュエータおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物を軟らかく把持可能なアクチュエータの一つに、空気等の作動流体による流体圧をアクチュエータに加えることにより湾曲や伸縮などの動作を行なうアクチュエータがある。
【０００３】
特に、アクチュエータは、円滑な湾曲動作が可能であり細径化も容易で、構造も簡素なアクチュエータであり、ロボットアームなど様々な分野への適用が研究されている（特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載のアクチュエータは、伸張可能な筒状体の軸方向に沿って片側に軸方向補強部材が配置されてその部分の軸方向の伸びが規制され、さらに、軸方向と直交する周方向にはらせん状の補強部材が配置されて半径方向の膨張が規制されるようになっている。そして、この筒状体の中に形成された圧力室に高圧空気を注入することにより、この筒体が、軸方向補強部材が内側になるように湾曲する構成になっている。
【０００５】
このような従来のアクチュエータ１００の製造工程を図７を用いて説明する。  
従来のアクチュエータ１００は、最初に、図７（ａ）に示すように筒状の筒体基材１０１を成型する。筒体基材１０１はアクチュエータ１００の第１層を構成するもので、内部に空気室１０６が形成される。次に、図７（ｂ）に示すように筒体基材１０１の外周に膨張規制線材１０２を巻き付ける。この膨張規制線材１０２がアクチュエータ１００の第２層となる。
【０００６】
次に、図７（ｃ）に示すように膨張規制線材１０２を巻き付けた筒体基材１０１の外側に筒体基材１０１と同じ材料の筒体中間部１０３を配置して、これらを一体成型して筒状弾性体１００とする。この筒体中間部１０３はアクチュエータ１００の第３層となる。
【０００７】
次に、図７（ｄ）に示すように筒体中間部１０３の湾曲時に内側になる部分に伸張規制線材１０４を配置する。そして、図７（ｅ）に示すように伸張規制線材１０４を覆うように筒体基材１０１と同じ材料の筒体外周部１０５を配置して、アクチュエータ１００として一体成型する。この筒体外周部１０５がアクチュエータ１００の第４層となる。
【０００８】
なお、筒体中間部１０３と筒体外周部１０５は同じ材料であることから、筒体外周部１０５で筒体中間部１０３を兼ねることが可能であり、その結果、アクチュエータ１００は最低３層から構造体となる。
【０００９】
最後に、図７（ｆ）に示すようにアクチュエータ１００の一方の端部に第１のキャップ１０７を付けて密閉し、アクチュエータ１００のもう一方の端部には第２のキャップ１０８を取り付ける。第２のキャップ１０８には貫通孔が設けられており、この貫通孔にチューブ１０９を差し込んで封止する。  
なお、チューブ１０９を貫通孔に取り付ける時期は、第２のキャップ１０８をアクチュエータ１００に取り付ける前でも後でもよい。
【００１０】
上記のような従来の製造工程においては、図７（ａ）、（ｃ）及び（ｅ）に示す工程は、成型により製作されるために、それぞれに成型用型が必要となり、合計３種の成型用型が必要となっていた。
【特許文献１】特許第２９９３５０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したように、従来のアクチュエータは周方向に配置された規制部材が圧力室を形成している筒状弾性体と一体成型で形成されている。そのため、従来のアクチュエータは最低３層構造にする必要があり、その構造は規制部材を弾性体で挟むサンドイッチ構造となる。その結果、その製造工程は、最初に弾性体を形成し、その周囲に規制部材を巻き付け、その後、規制部材の外側にもう一度弾性体を形成する３工程からなり、３種類の型が必要となっていた。そのため、アクチュエータの製作に時間も手間もかかり、高コストで量産には適さない構造であった。
【００１２】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、簡素な構造で作動信頼性が高く、低コストで量産に適した構造のアクチュエータおよびその製造方法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】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明は、一つの平面内で湾曲可能に構成されたアクチュエータであって、外周部に溝部が設けられ内部に作動流体を収容する空気室を有する筒状弾性体と、前記溝部に装着され前記筒状弾性体の断面形状の変化を抑制しこの軸方向の伸張を促進する膨張規制部材と、前記筒状弾性体の外側面の一部に設けられたこの筒状弾性体の軸方向の伸張を抑制する伸張規制部材と、前記筒状弾性体を覆う筒体外周部と、前記筒状弾性体の両端部に設けられたキャップと、前記キャップの一つに設けられた作動流体を出し入れする注入管と、を具備することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、アクチュエータの製造方法についての発明であって、一つの平面内で湾曲可能に構成されたアクチュエータの製造方法において、外周部に溝部が設けられ内部に作動流体を収容する空気室を有する筒状弾性体を成型加工により形成する工程と、前記溝部に前記筒状弾性体の断面形状の変化を抑制しこの軸方向の伸張を促進する膨張規制部材を装着する工程と、前記筒状弾性体の外側面の一部にこの筒状弾性体の軸方向の伸張を抑制する伸張規制部材を設ける工程と、前記筒状弾性体を筒体外周部で覆う工程と、前記筒状弾性体の両端部にキャップを設ける工程と、前記キャップの一つに作動流体を出し入れする注入管を設ける工程と、からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、簡単な構成で動作信頼性が高く、製造が容易な低コストの量産に適したアクチュエータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係るアクチュエータおよびその製造方法の実施形態について図面を参照して説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１７】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータの構成を、図１〜図３を参照して説明する。  
図１は、本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータ１の縦断面図であり、図２は図１のＩ−Ｉ線矢視断面図、図３はアクチュエータ１の動作を示す図である。
【００１８】
アクチュエータ１は、筒状弾性体２、筒状弾性体２の周方向に巻かれた膨張規制部材３、伸張規制部材４、筒状弾性体２の両端部に設けられた第１のキャップ５及び第２のキャップ６、第２のキャップに取り付けられ作動流体が流出入するチューブ７、空気などの作動流体を収納する圧力室８、筒体外周部９、及び筒状弾性体２の外周に形成された溝部２１から構成される。
【００１９】
図１において、アクチュエータ１の長手方向をｚ軸、アクチュエータが曲がる方向をｙ軸、ｚ軸およびｙ軸に垂直な方向をｘ軸とする。  
筒状弾性体２は、ｘ−ｙ平面に対しては伸張しにくくｚ軸方向に伸張するように構成された異方性の弾性体で、内部に空気などの作動流体を収容可能な圧力室８を形成している。筒状弾性体２の軸方向の一端部には第１のキャップ５が圧力室８を密閉するように取り付けられ、他端部には第２のキャップ６が取り付けられている。第２のキャップ６にはチューブ（注入管）７が取り付けられ、チューブ７を通して、例えば圧縮機（図示せず）から供給される圧縮空気等の作動流体を圧力室８内に圧入したり、圧力室８内から作動流体を放出したりできるようになっている。
【００２０】
上述したように、筒状弾性体２をｘ−ｙ平面に対しては伸張しにくく、また、ｚ軸方向に伸張するような異方性の弾性体にするために、筒状弾性体２の周方向に膨張規制部材３が巻かれている。筒状弾性体２がｚ軸方向に伸張した場合でも、膨張規制部材３がｚ方向にずれないようにするために、筒状弾性体２の周方向には図４に示すようにらせん状の溝部２１が形成され、膨張規制部材３は筒状弾性体２の前記溝部２１に周方向に巻き付けられる。すなわち、この膨張規制部材３は、筒状弾性体２の断面形状の伸長を抑制し、この軸方向の伸長を促進する機能を有している。
【００２１】
また、膨張規制部材３を配置するための筒状弾性体２の溝部２１は、図５の（ａ）に示すような半円形形状に限定されない。図５（ｂ）に示すような四角形状や図５（ｃ）に示すような三角形状であってもよく、いずれの場合でも、配置された膨張規制部材３が溝部２１に収まり、ｚ軸方向にずれないように膨張規制部材３と凸部２２が交互になるように形成される。
【００２２】
伸張規制部材４は、筒状弾性体２のｙ軸方向の端部の平坦部に、ｚ軸方向に配置されている。この伸張規制部材４の材料として、筒状弾性体２に比べて伸張しにくく、筒状弾性体２に接した部分で筒状弾性体２に対して滑らずに筒状弾性体２の伸張を抑制できる材料が好ましい。図２に示す例では、伸張規制部材４として、３本の線状の伸張規制部材４が示されているが、本数は何本であってもよく、また、形状はｘ軸方向に幅をもってｚ軸方向に延びる帯状部材であってもよい。すなわち、この伸張規制部材４は、筒状弾性体２の軸方向の伸長を抑制する機能を有している。
【００２３】
また、異方性の弾性体である筒状弾性体２と筒状弾性体２のｙ軸方向の端部の平坦部の伸張規制部材４がｙ軸方向に滑らないようにするために、筒状弾性体２を筒体外周部９で覆う。筒状弾性体２の周方向に巻かれている膨張規制部材３及び筒状弾性体２の平坦部に配置した伸張規制部材４は、筒体外周部９の内空に配置されるように構成する。
【００２４】
膨張規制部材３および伸張規制部材４としては、たとえば、アラミド繊維や綿糸などの糸・紐・リボンやプラスチックや金属の棒材や帯板材などが好ましい。また、これらの異なる種類の材料を組合せてもよい。
【００２５】
上記のように構成されたアクチュエータ１は、外部の圧力制御装置（図示せず）によりチューブ７を通じて圧力室８内に圧縮空気などの作動流体を注入すると、圧力室８内の圧力が上昇し、筒状弾性体２が外側に押される。このとき、伸張規制部材４と膨張規制部材３によって筒状弾性体２の伸びが部分的に規制されるので、アクチュエータ１は、伸張規制線材４のある側を内側にして湾曲する。湾曲の際、筒状弾性体２は、断面形状は変化しないので、微細でスムースな湾曲動作が可能となる。
【００２６】
図３は圧力を上昇させた場合のアクチュエータ１の湾曲動作を点線で示したものである。そして、圧力室８内の圧力を元の圧力まで減圧すれば、アクチュエータ１は再び元の形状に復元する。
【００２７】
本第１の実施形態に係るアクチュエータによれば、筒状弾性体２は膨張規制部材３と伸張規制部材４とが一体化された構成を有し、湾曲の際も断面形状が変化せずに弾性変形するように構成されてため、微細でスムースな湾曲・伸縮動作が可能となる。これにより、簡単な構成で動作信頼性が高く、製造が容易な低コストの量産に適したアクチュエータを提供することができる。
【００２８】
（第２の実施形態）
上記の構成を有するアクチュエータ１の製造方法を図６を用いて説明する。  
図６（ａ）〜（ｅ）はアクチュエータ１の製造工程を示す正面図および縦断面図である。
【００２９】
本アクチュエータ１は、図６（ａ）〜（ｅ）に示す工程で製造する、
最初に、図６（ａ）に示すように、外周に溝部２１が形成されている筒状弾性体２を成型によって製作する。筒状弾性体２の外周にこのような微細の溝２１を付けることは型を２分割し、ワイヤカットのような微細加工機を用いることで容易に製造可能となる。この溝２１は、凸部２２を介してらせん状に形成され、その内部には空気室８が形成される。図６（ａ）に示す筒状弾性体２が、アクチュエータ１の第１層でこれが基材となる。
【００３０】
次に、図６（ｂ）に示すように、筒状弾性体２に設けた溝部２１に沿って膨張規制部材３を巻き付ける。この膨張規制線材３がアクチュエータ１の第２層となる。  
次に、図６（ｃ）に示すように膨張規制部材３が装着された筒状弾性体２の湾曲時に内側になる部分に伸張規制部材４を配置する。そして、図６（ｄ）に示すように膨張規制部材３および伸張規制部材４を覆うように、筒状弾性体２と同じ材料の筒体外周部９を配置して、アクチュエータ１として一体化する。この筒体外周部９が、アクチュエータ１の第３層となる。なお、筒状弾性体２と筒体外周部９は同じ材料である必要はなく、同じような機能を有する弾性構造体であればよい。
【００３１】
筒状弾性体２と筒体外周部９を一体化する方法の一例として、筒体外周部９の内空を膨らませ状態で、その部分に筒状弾性体２に配置して筒体外周部９の内空を元に戻すことにより容易に一体化が可能となる。
【００３２】
最後に、図６（ｅ）に示すように、アクチュエータ１の一方の端部に第１のキャップ５を付けて密閉し、アクチュエータ１のもう一方の端部には第２のキャップ６を取り付ける。第２のキャップ６には貫通孔が設けられており、この貫通孔にチューブ７を差し込んで封止する。
【００３３】
以上説明したように、本第２の実施形態に係るアクチュエータ１の製造工程においては、図６（ａ）に示す工程のみが成型により製作されるもので、他の工程は成型によるものでなく、製造工程は従来に比べて大幅に簡素化され、さらに製造に費やされる時間も大幅な短縮が可能となる。その結果、簡単な構成で動作信頼性が高く、製造が容易な低コストの量産に適したアクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータの断面図。
【図２】図１のＩ−Ｉ線矢視断面図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータの動作を示す図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る筒状弾性体の正面図。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る筒状弾性体に設けられた溝部の詳細図。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータの製造工程図。
【図７】（ａ）〜（ｆ）は従来のアクチュエータの製造工程図。
【符号の説明】
【００３５】
１、１００…アクチュエータ、２、１０１…筒状弾性体、３、１０２…膨張規制部材、４、１０４…伸張規制部材、５、６…キャップ、７…チューブ、８…空気室、９…筒体外周部、２１、２３、２４…溝部、２２…凸部、１０５…筒体外周部、１０７、１０８…キャップ、１０９…チューブ。
【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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