JP7410564B2 - Actuator manufacturing method and actuator - Google Patents
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Description
本発明は、アクチュエータに関し、特に内部への圧力供給によって伸縮可能なアクチュエータ及び当該アクチュエータの製造方法に関する。 The present invention relates to an actuator, and particularly to an actuator that can be expanded and contracted by supplying pressure to the inside thereof, and a method for manufacturing the actuator.
従来、特許文献1に示すように、人工筋肉として採用可能なアクチュエータの例として、内部に拘束材としての繊維が内挿されたゴムを筒状に成形し、その両端を封止した構成のものが知られている。当該アクチュエータにあっては、封止された内部空間内に外部から空気等の圧力を供給することによって、ゴムが径方向に膨張すると共に、内挿された繊維の拘束によって軸方向に収縮することから、所定の伸縮力を備えた優れたアクチュエータとして機能する。
Conventionally, as shown in
しかしながら、上記繊維のゴム内への内挿方法にあっては、複数の繊維を軸方向に沿って引き揃えてシート状とする工程、シート状とした繊維をチューブ状に成型されたラテックスに巻き付けて一体化させる工程、一体化されたチューブの外周に再びラテックスを塗布する工程等が必要であり、繊維の均一性の担保や、連続的な生産が困難であった。 However, the above-mentioned method of inserting fibers into rubber involves a step of aligning multiple fibers along the axis to form a sheet, and a step of winding the sheet-shaped fibers around latex molded into a tube. This requires a process of integrating the fibers by applying latex to the outer periphery of the integrated tube, making it difficult to ensure the uniformity of the fibers and to achieve continuous production.
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、拘束材を均一に配列可能であって、かつ、生産性の高いアクチュエータの製造方法等を提供する。 The present invention has been made in view of the conventional problems, and provides a method of manufacturing an actuator, etc., in which restraining materials can be arranged uniformly and with high productivity.
上記課題を解決するための一態様として、軸方向に延長する複数の拘束材を有し、内部への圧力給排によって伸縮可能な弾性筒状体を備えたアクチュエータの製造方法であって、複数の拘束材を弾性筒状体の円周方向に沿って互いに遊離不能とする規制材により連結し、円筒状の繊維群を成形する工程と、繊維群の表面に弾性材を定着する工程と、を含む態様とした。
本態様によれば、規制材によって複数の拘束材が弾性筒状体の円周方向に沿って互いに遊離不能とされた円筒状の繊維群に対して弾性材が定着されることから弾性材に対して拘束材を均一に配列することができると共に、これらの工程を連続的に行うことができる。
また、他の態様として、弾性材の定着後に規制材による連結を解除する工程を更に含む態様とした。
本態様によれば、規制材の連結が解除されることによって、弾性筒状体の径方向への膨張が円滑になされることとなる。また、解除工程にあっては、規制材を溶融、水溶、破断、伸長のいずれか又はこれらの組み合わせによりなすことが好適である。
また、上記製造方法によって得られるアクチュエータとして、軸方向に延長する複数の拘束材と、複数の拘束材を円周方向に沿って互いに遊離不能とする規制材とを有し、内部への圧力給排によって伸縮可能な弾性筒状体を備えたアクチュエータであって、規制材は、弾性筒状体への圧力の供給による膨張により破断又は伸長し、複数の拘束材が遊離可能となる構成とした。
なお、上述した各発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。
One aspect of solving the above problem is to provide a method for manufacturing an actuator including an elastic cylindrical body that has a plurality of restraining members extending in the axial direction and that can be expanded and contracted by supplying and discharging pressure to the inside. a step of forming a cylindrical fiber group by connecting the restraining materials along the circumferential direction of the elastic cylindrical body with a restricting material that cannot be separated from each other, and a step of fixing the elastic material on the surface of the fiber group; The embodiment includes the following.
According to this aspect, the elastic material is fixed to the cylindrical fiber group in which the plurality of restraining materials cannot be separated from each other along the circumferential direction of the elastic cylindrical body by the regulating material. In contrast, the restraining materials can be arranged uniformly, and these steps can be performed continuously.
In another embodiment, the method further includes a step of releasing the connection by the regulating material after fixing the elastic material.
According to this aspect, the elastic cylindrical body expands smoothly in the radial direction by releasing the connection of the regulating member. Further, in the releasing step, it is preferable that the regulating material be melted, dissolved in water, broken, stretched, or a combination thereof.
Moreover, the actuator obtained by the above manufacturing method has a plurality of restraining members extending in the axial direction and a restricting member that prevents the plurality of restraining members from separating from each other along the circumferential direction, and has pressure supply to the inside. The actuator is equipped with an elastic cylindrical body that can be expanded and contracted by evacuation, and the restricting member is configured to break or expand due to the expansion and expansion caused by the supply of pressure to the elastic cylindrical body, and the plurality of restraint members can be released. .
Note that the above-mentioned summaries of each invention do not list all the necessary features of the present invention, and subcombinations of these feature groups may also constitute an invention.
図1は、実施形態に係るアクチュエータ1の基本的構成を示す図である。図1に示すように、アクチュエータ1は、伸縮部としての弾性筒状体10(以下、筒状体10)と、筒状体10の両端の開口10a;10bを、密に閉塞する封止体20a;20bとを備える。詳細については後述するが、筒状体10は所定厚さを有するゴムが円筒状に形成されてなり、軸方向の両端部に開口10a;10bを有する。なお、ゴムとしては天然ラテックスゴムやシリコーンゴムなどが好適である。
FIG. 1 is a diagram showing the basic configuration of an
図2に示すように、筒状体10を構成するゴムの内部には、軸方向に沿って互いに平行に延長する拘束材としての複数の繊維15が円周方向に沿って概ね均一な密度で内挿されている。なお、本例では、ゴム内に繊維15が埋没して内挿された例を示すが、一部がゴム表面に露出している状態や、ゴム表面に沿って配列された状態であっても良い。繊維15としては、例えばカーボン、ナイロン、ポリエステル、アラミド等の繊維であれば良く、より好ましくは、伸びの少ないカーボン、アラミドの繊維が好適である。これらの繊維に適当なプライマー処理、又は、表面酸化処理を行うことで、ゴムとの接着性を十分に向上させることができ、一体化を図ることができる。また、繊維15の形態は、フィラメント、ヤーン(スパン・ヤーン及びフィラメント・ヤーン)、ストランド等のいずれの形態でも用いることができ、さらに、撚りをかけずに収束させた無撚繊維、これらの繊維を複数本撚って作成した繊維を用いることも可能である。繊維の種類にもよるが、二種類以上の素材の異なる繊維や形態の異なる繊維を組み合わせても良い。
As shown in FIG. 2, inside the rubber constituting the
筒状体10の開口10a;10bは、それぞれ封止体20a;20bによって閉塞される。開口10a;10bと封止体20a;20bとは、外周部を強固に締結するリング12a;12dによりそれぞれ締結されている。また、リング12a;12d間には、リング12b;12cが軸方向に均等な間隔で脱落不能に介在している。
The
筒状体10の開口10a;10bが封止体20a;20bによって閉塞されることにより、筒状体10の内部には、空気等の流体の圧力を供給可能なチャンバーCが形成される。また、図示は省略するが封止体20a;20b又はこれらの一方には、チャンバーCと連通する圧力供給孔が形成されており、当該圧力供給孔にチューブ等を連結することにより、エアコンプレッサー等の外部からの圧力の給排が可能とされる。
By closing the
図1(b)に示すように、上記筒状体10のチャンバーC内に空気等の圧力を供給すると、筒状体10は、径方向に向けて膨張すると共に、軸方向に沿って配設された複数の繊維15によって軸方向への伸長が規制される結果、軸方向に向けて収縮する。このとき、筒状体10の軸方向には4つのリング12a~12dが配設されているため、これらの間に位置する3つの部位が膨張部14a~14cとなる。なお、リングの数やその有無は、任意に設定可能である。このように、本例に係るアクチュエータ1は、圧力の給排によって軸方向に伸縮動作可能である。
As shown in FIG. 1(b), when pressure such as air is supplied into the chamber C of the
次に、上記構成からなるアクチュエータ1の製造方法について説明する。図3(a)は、筒状体10内に内挿される繊維15により構成された筒状繊維群30を示す概要図である。本例に係る筒状繊維群30は、所定の織り機Kによって軸方向沿って連続的に成形される。同図に示すように、筒状繊維群30は、軸方向に沿って延長する縦糸としての複数の繊維15と、各繊維15に対して編み込まれ、繊維15に直交する筒状体10の円周方向に沿って延長する横糸としての規制糸17とにより、両端開口の円筒状に成形される。
Next, a method for manufacturing the
規制糸17は、繊維15の延長方向に沿って所定の間隔を経て配設されており、各繊維15同士を遊離不能に規制,連結するものである。また、規制糸17は、アクチュエータ1の使用時において各繊維15同士の規制,連結を解除可能な素材が好ましい。例えば、熱や水、他の溶剤によって溶融,水溶し得る繊維、繊維自体の強度が低く、筒状体10の膨張によって破断する繊維、伸張性が高く、膨張によって繊維15同士の規制,連結を解除可能な繊維が挙げられる。
The regulating
即ち、規制糸17は、次工程におけるゴムの定着前において繊維15同士を規制,連結すると共に、ゴムの定着後、又は、筒状体10の膨張時において繊維15同士の規制,連結を解除可能な繊維である。そして、このような規制糸17を用いて筒状繊維群30を事前に作成することにより、ゴムの定着前における繊維15が円周方向に沿って均一に配列され、かつ、軸方向に沿って互いに平行に延在する状態を維持することができる。
That is, the regulating
次に、図3(b)に示すように、上記編み機から連続的に引き出される筒状繊維群30に、図外の円筒の芯材を挿入し、連続成形される筒状繊維群30を引き出しながらゴム定着工程に移送する。同図に示すように、当該ゴム定着工程においては、天然ラテックスゴムやシリコーンゴムが満たされた貯留槽40を通過させること、或いは、所定の噴射手段によって筒状繊維群30の外周面側に一定の厚さのゴムを塗布する。当該工程によってゴムが筒状繊維群30の網目を介して含侵し、表面又は網目の内部に筒状繊維群30を有する所定厚さのゴム層が形成される。また、耐久性の観点から内周面側にもゴムを定着させる必要がある場合には、芯材の一端側から他端側に向けて筒状繊維群30を連続的に裏返すことによって内周面を外周面として露出させ、再び上記定着工程を行えば良い。そして、定着工程の完了後には、ゴムと筒状繊維群30を一体化させるための加硫を行うことにより、繊維15が均一に配列された筒状繊維群30とゴムとが一体化された筒状体10を得ることができる。その後、一体化された筒状体10を所定長さに裁断することにより、所望の所定長を有するアクチュエータ1に適用可能な筒状体10を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 3(b), a cylindrical core material (not shown) is inserted into the
また、規制糸17が熱溶融性の繊維である場合には加硫時の熱、或いは別途の熱処理工程によって規制,連結が解除され、水溶性の繊維である場合にはゴムの塗布、或いは別途の液体処理工程によって規制,連結が解除される。また、破断可能な繊維、或いは、伸張性の高い繊維である場合は、アクチュエータ1(筒状体10)の初回動作時における筒状体10の膨張によって規制,連結が解除されることとなる。
つまり、規制糸17による規制,連結が解除されたアクチュエータ1を最終生産品と概念した場合、規制糸17による規制,連結がなされている筒状体10、或いは、これを備えたアクチュエータ1は、中間生産品として概念することが可能である。
In addition, if the regulating
In other words, if the
以上の通り、上記実施形態によれば、軸方向に延長する繊維15が筒状体10に対して均一な状態で引き揃えられたアクチュエータ1を得ることが可能となり、伸縮動作の安定性をより向上させることができる。また、筒状繊維群30を連続成形しつつ、これをゴム定着工程に連続的に移送することができるため、筒状体10及びアクチュエータ1の製造効率を飛躍的に向上させることができる。
As described above, according to the above embodiment, it is possible to obtain the
1 アクチュエータ(人工筋肉),10 筒状体,12a~12d リング,
15 繊維,17 規制糸,20a;20b 封止体,30 筒状繊維群,40 貯留槽
1 actuator (artificial muscle), 10 cylindrical body, 12a to 12d ring,
15 fiber, 17 regulating thread, 20a; 20b sealing body, 30 cylindrical fiber group, 40 storage tank
Claims (4)
前記複数の拘束材を前記弾性筒状体の円周方向に沿って互いに遊離不能とする規制材により連結し、円筒状の繊維群を成形する工程と、
前記繊維群の表面に弾性材を定着する工程と、
を含むことを特徴とするアクチュエータの製造方法。 A method for manufacturing an actuator comprising an elastic cylindrical body having a plurality of restraining members extending in the axial direction and expandable and contractible by supplying and discharging pressure to the inside, the method comprising:
forming a cylindrical fiber group by connecting the plurality of restraining materials along the circumferential direction of the elastic cylindrical body with a restricting material that makes them impossible to separate from each other;
fixing an elastic material on the surface of the fiber group;
A method of manufacturing an actuator, comprising:
を更に含むことを特徴とする請求項1記載のアクチュエータの製造方法。 releasing the connection by the regulating material after fixing the elastic material;
The method of manufacturing an actuator according to claim 1, further comprising:
前記複数の拘束材を円周方向に沿って互いに遊離不能とする規制材とを有し、内部への圧力給排によって伸縮可能な弾性筒状体を備えたアクチュエータであって、
前記規制材は、前記弾性筒状体への圧力の供給による膨張により破断又は伸長し、前記複数の拘束材が遊離可能となることを特徴とするアクチュエータ。 a plurality of restraints extending in the axial direction ;
An actuator including a regulating member that prevents the plurality of restraining members from being separated from each other along the circumferential direction, and an elastic cylindrical body that can be expanded and contracted by supplying and discharging pressure to the inside,
The actuator is characterized in that the restricting member is broken or elongated by expansion due to the supply of pressure to the elastic cylindrical body, and the plurality of restricting members can be released.
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