【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は、主にロボツトの操作部として作動す
るエアバツク式ニユーマチツクアクチユエータ、
より具体的にはゴム又はゴム状弾性体からなる内
筒と、この内筒の外周を覆う編組構造体との間
に、内筒に追従して伸縮および膨脹変形を行う繊
維編物を中間層として設けた、耐久性に優れたニ
ユーマチツクアクチユエータに関するものであ
る。
近年、危険作業から作業者を防護することを目
的として開発されたマニプレータ（マジツクハン
ド）の用途が、その後のロボツト技術の発展およ
び省エネルギー、高生産性の思想と相俟つて入力
作業の代替を含む広い範囲に拡大されつつあるの
は周知の通りである。
このようなロボツト技術の進歩にとつて、マニ
プレータ又はその類似物の操作部として、いかに
優れたアクチユエータを得るかが重要なポイント
を握つていると言つても過言ではない。
事実、マニプレータ用アクチユエータとして各
種のものが提案され、実用化されているが、それ
らはいずれも、いくつかの問題点を含んでいる。
そこで出願人は先に、これらの問題点を改良し
た新しいエアバツク式ニユーマチツクアクチユエ
ータを開発し、特許出願を行なつている。〔特願
昭58−71404号、特願昭58−160544号〕。
これらのエアバツク式ニユーマチツクアクチユ
エータは、ゴム又はゴム状弾性体による管状部材
としての内筒と、この内筒の外周を覆う編組構造
体とからなり、両端を封鎖して内筒の内部空間に
圧力を加えた際の、編組構造体のパンタグラフ運
動に基づき、径方向の膨脹に伴つて軸線方向に収
縮する特性を有しており、このときに生起される
収縮力によつてアクチユエータに連結した部材又
は装置（例えばロボツトの間節など）を動かす仕
組みとなつている。
この場合、内筒の径変化に対する抵抗力が発生
しないようにするために編組構造体と内筒とは結
合されていない。
このようなエアバツク式ニユーマチツクアクチ
ユエータを第１図に示す。
第１図において、１はゴム又はゴム状弾性体よ
りなる管状体、２はその外周に設けた編組構造
体、３は両端の閉鎖部材、４はかしめキヤツプで
ある。
閉鎖部材３は、管状体１の両端開口に緊密に、
好ましくは接着剤を用い得る封止合着に供するニ
ツプル部分５と、位置定めを司るフランジ部分６
と、さらには連結ピン孔をあけたアイ又はクレビ
ス端部分７とからなり、ニツプル部分５の外周に
は、その先端側に向く緩テーパーと、反対向きの
急テーパーとを有する抜け止め用の管状突条を設
けるを可とする。かかる閉鎖部材３の一方には、
少なくともその片側で、ニツプル５の長さ方向に
形成した孔９を介し管状体１の内部空洞１０に連
通する接続孔１１をあけ、ここにフイツテイング
１２を取付ける。
かしめキヤツプ４は、フランジ部分６と係合し
て管状体１の端部外周にかぶさり、とくに端縁に
フレアー１３を形成した円筒状金物より成り、ニ
ツプル部分５に向けて半径方向に局部押圧して閉
鎖部材３を管状体１に封止合着する。
このような構造のニユーマチツクアクチユエー
タに対し外部の操作圧力源としてのエアコンプレ
ツサーを３方弁を含む管路により接続し、管状体
１の内部空洞１０内に制御圧力を適用することに
より、編組構造体２の編組角θOのθXに至る拡大つ
まり、パンタグラフ運動によつて、管状体１の膨
径と、それに由来した軸方向の収縮すなわち閉鎖
部材３の連結ピン孔間距離の縮小をもたらす。
ところで、このような構造のニユーマチツクア
クチユエータの場合、その両端を封鎖し内部空間
に圧力を加えた際におこる径方向への膨脹と軸線
方向への収縮に際し、外部の編組構造体を構成す
る繊維又はコードがゴム又はゴム状弾性体よりな
る内筒にくい込んで内筒を損傷させるため、内筒
の寿命ひいてはニユーマチツクアクチユエータの
寿命を著しく短いものにしていると言う問題があ
つた。
上記問題点をふまえ研究を進めた結果、ゴム又
はゴム状弾性体よりなる内筒と、この内筒の外周
を覆う編組構造体との間に、内筒に柔軟に追従し
て伸縮および膨縮変形を行う繊維編物よりなる中
間層を設けたことにより、従来のニユーマチツク
アクチユエータの機能を全くそこなうことなく、
耐久性の著しく優れたニユーマチツクアクチユエ
ータを得ることが出来た。
これはすなわち、繊維編物からなる中間層が、
内筒の変形に十分正確に追従して柔軟に変形し得
ることから、その中間層繊維の内筒へのくい込み
のおそれがなく、また、中間層と内筒との摩擦が
小さいことによるものであり、さらには、編組構
造体の繊維またはコードの、内筒へのくい込み
が、その中間層によつて有効に阻止されることに
よるものである。
もちろん、本発明の中心となる中間層は次の機
能を有することが前提である。
() ゴム又はゴム状弾性体よりなる内筒の伸縮
運動を防げない程やわらかく、かつよく伸びる
こと、
() 中間層自身が優れた耐久性を有すること。
したがつて、上記の必要条件を満足する中間層
として次のような特性を有する繊維編物を用い
ることにより、本発明の目的を達成することが
出来る。
まず本発明ニユーマチツクアクチユエータの中
間層は、長さ方向および半径方向のそれぞれにや
わらかく伸縮する繊維編物で構成されていること
が基本的特徴である。周知の通り、繊維の構造物
は織物と編物に大別さるが、前者がほとんど延び
ないのに対し後者は構造およびその構成要素に応
じて非常に大きな延びをもたらす。したがつて中
間層としては編物が適している。ただし本発明の
主旨に従うためには、その破断時の引張伸止が55
％以上、好ましくは70％以上、さらに好ましくは
90％以上である編物であることが必要である。
また、本発明ニユーマチツクアクチユエータの
中間層は、ゴム又はゴム状弾性体よりなる内筒の
伸縮運動に追随して変形出来るためには、繊維の
編物の弾性率が高すぎないことが重要であり、そ
の50％伸長時における編物の単位幅当りの引張力
が１〜５×103（ｇ／cm）、より好ましくは２〜２
×103（ｇ／cm）、更に好ましくは４〜１×103
（ｇ／cm）の範囲であることが望ましい。なお、
編物の場合単位面積当りの引張力（応力）より
も、単位幅当りの引張力を用いるのが一般的であ
る。
このような中間層を構成する編物の素材となる
繊維としては、それ自身の耐久性が優れたもので
あれば天然繊維、化学繊維を問わない。例えば天
然繊維としては、綿、麻などの植物繊維、絹、毛
などの運動繊維など、また化学繊維としてはナイ
ロン、ポリエステル、アクリル、ビニロン、ビニ
リデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩
化ビニル、ポリウレタン、ポリ青化ビニリデン、
ポリフルオロエチレンなどの合成繊維、レーヨ
ン、ベンベルグ、ポリノジツク、キユプラなどの
再生繊維、アセテート、トリアセテート、プロミ
ツクス、塩化ゴムなどの半合成繊維などが適して
いる。
一方、内筒を構成するゴム又はゴム状弾性体お
よびその外周を覆う編組構造体についてはすでに
前述した既出願特許〔特願昭58−71404号、特願
昭58−160544号〕で述べられているがここでも一
言触れておくことにする。
まず内筒を構成するゴム又はゴム状弾性体と
は、ゴム弾性体一般を総括するものであり、例え
ば天然ゴム（NR）の架橋物およびスチレンブタ
ジエンゴム（SBR）、ブタジエンゴム（BR）、イ
ソプレンゴム（IR）、クロロプレンゴム（CR）、
アクリロニトリルブタジエンゴム（NBR）、イソ
ブチレンイソプレンゴム（IIR）、エチレンプロ
ピレンゴム（EPR）、エチレンプロピレンターポ
リマ（EPDM）、シリコーンゴム、フツ素ゴム、
ウレタンゴム、アクリルゴム、エチレン酢酸ビニ
ル共重合体（EVA）、塩素化ポリエチレン、クロ
ルスルフオン化ポリエチレンなどの合成ゴムの架
橋物、更にこれらの天然ゴム、合成ゴムにカーボ
ン、シリカ、炭酸カルシウムなどの一般の充填材
および短繊維、長繊維などの繊維、各種の可塑剤
などを充填した加硫ゴム一般をさす。更にSBSに
代表される各種熱可塑性エラストマーなど未加硫
物でありながらゴム弾性を示すプラスチツク一般
を含むものである。
一方編組構造体としては、前述の中間層として
用いた天然繊維、化学繊維はもとより、芳香族ポ
リアミド繊維、ガラス繊維、炭素繊維など有機又
は無機質高張力繊維、更に極細金属ワイヤなどフ
イラメントの撚り又は無撚りの束などが適してい
る。
以上のように、中間層を用いることにより、本
The present invention mainly relates to an air bag type pneumatic actuator that operates as an operating part of a robot;
More specifically, between an inner cylinder made of rubber or a rubber-like elastic body and a braided structure covering the outer periphery of this inner cylinder, a fiber knitted fabric that expands, contracts and expands following the inner cylinder is used as an intermediate layer. This invention relates to a pneumatic actuator with excellent durability. In recent years, the use of manipulators (magic hands), which were developed to protect workers from dangerous work, has expanded with the subsequent development of robotics technology and the idea of energy saving and high productivity, and has expanded to include the replacement of input work. As is well known, the scope is being expanded. It is no exaggeration to say that an important point in the progress of such robot technology is how to obtain an excellent actuator as an operating part of a manipulator or the like. In fact, various actuators for manipulators have been proposed and put into practical use, but all of them have some problems. Therefore, the applicant has previously developed a new air bag type pneumatic actuator that improves these problems, and has filed a patent application. [Patent Application No. 1983-71404, Patent Application No. 1982-160544]. These air bag type pneumatic actuators consist of an inner cylinder as a tubular member made of rubber or rubber-like elastic material, and a braided structure that covers the outer periphery of this inner cylinder. Based on the pantograph movement of the braided structure when pressure is applied to the space, it has the characteristic of expanding in the radial direction and contracting in the axial direction, and the contractile force generated at this time causes the actuator to It is a mechanism for moving connected members or devices (for example, a robot segment). In this case, the braided structure and the inner cylinder are not connected to each other in order to prevent resistance to change in the diameter of the inner cylinder. Such an air bag type pneumatic actuator is shown in FIG. In FIG. 1, 1 is a tubular body made of rubber or a rubber-like elastic body, 2 is a braided structure provided on its outer periphery, 3 is a closing member at both ends, and 4 is a caulking cap. The closing member 3 is tightly attached to both end openings of the tubular body 1.
A nipple portion 5 for sealing and bonding, which may preferably use an adhesive, and a flange portion 6 for positioning.
and an eye or clevis end portion 7 with a connecting pin hole, and on the outer periphery of the nipple portion 5 there is a tubular shape for preventing slipping out, which has a gentle taper facing the tip side and a sharp taper facing the opposite direction. Protrusions may be provided. One of the closure members 3 includes:
At least on one side thereof, a connecting hole 11 is made which communicates with the internal cavity 10 of the tubular body 1 through a hole 9 formed in the lengthwise direction of the nipple 5, in which a fitting 12 is attached. The caulking cap 4 engages with the flange portion 6 and covers the outer periphery of the end of the tubular body 1. The caulking cap 4 is made of a cylindrical metal piece with a flare 13 formed on the edge, and is locally pressed in the radial direction toward the nipple portion 5. The closure member 3 is sealingly bonded to the tubular body 1 using the following steps. An air compressor as an external operating pressure source is connected to the pneumatic actuator having such a structure through a conduit including a three-way valve, and a control pressure is applied within the internal cavity 10 of the tubular body 1. As a result, due to the expansion of the braid angle θ O of the braided structure 2 to θ brings about a reduction in distance. By the way, in the case of a pneumatic actuator with such a structure, when the both ends of the pneumatic actuator are sealed and pressure is applied to the internal space, the external braided structure is expanded and contracted in the axial direction. There is a problem in that the constituent fibers or cords get stuck in the inner cylinder made of rubber or rubber-like elastic material and damage the inner cylinder, significantly shortening the life of the inner cylinder and the life of the pneumatic actuator. It was hot. As a result of conducting research based on the above problems, we found that between the inner cylinder made of rubber or rubber-like elastic material and the braided structure covering the outer periphery of this inner cylinder, it can expand and contract by flexibly following the inner cylinder. By providing an intermediate layer made of a knitted fiber that performs deformation, the function of the conventional pneumatic actuator is not impaired at all.
It was possible to obtain a pneumatic actuator with extremely excellent durability. This means that the middle layer made of fiber knitted fabric is
Because it can flexibly deform by following the deformation of the inner cylinder sufficiently accurately, there is no risk of the intermediate layer fibers biting into the inner cylinder, and the friction between the intermediate layer and the inner cylinder is small. Furthermore, the intermediate layer effectively prevents the fibers or cords of the braided structure from penetrating into the inner cylinder. Of course, it is assumed that the intermediate layer, which is the core of the present invention, has the following functions. () The inner cylinder made of rubber or rubber-like elastic material must be so soft and stretchable that it cannot prevent expansion and contraction; () The intermediate layer itself must have excellent durability.
Therefore, the object of the present invention can be achieved by using a fiber knitted fabric having the following characteristics as an intermediate layer that satisfies the above requirements. First, the basic feature of the intermediate layer of the pneumatic actuator of the present invention is that it is composed of a fiber knitted fabric that stretches and contracts softly in both the length direction and the radial direction. As is well known, fiber structures are broadly classified into woven and knitted fabrics, and while the former have little elongation, the latter can elongate to a very large extent depending on the structure and its constituent elements. Therefore, knitted fabrics are suitable as the intermediate layer. However, in order to comply with the gist of the present invention, the tensile elongation at break must be 55
% or more, preferably 70% or more, more preferably
It must be a knitted fabric with 90% or more. In addition, in order for the intermediate layer of the pneumatic actuator of the present invention to be able to deform following the expansion and contraction movement of the inner cylinder made of rubber or a rubber-like elastic body, the elastic modulus of the knitted fiber material must not be too high. It is important that the tensile force per unit width of the knitted fabric at 50% elongation is 1 to 5 × 10 3 (g/cm), more preferably 2 to 2
×10 3 (g/cm), more preferably 4 to 1 × 10 3
(g/cm) is desirable. In addition,
In the case of knitted fabrics, it is common to use tensile force per unit width rather than tensile force (stress) per unit area. The fibers used as the material for the knitted fabric constituting such an intermediate layer may be natural fibers or chemical fibers as long as they have excellent durability. For example, natural fibers include plant fibers such as cotton and linen, athletic fibers such as silk and wool, and chemical fibers include nylon, polyester, acrylic, vinylon, vinylidene, polypropylene, polyethylene, polyvinyl chloride, polyurethane, and polyamide. vinylidene chloride,
Suitable materials include synthetic fibers such as polyfluoroethylene, recycled fibers such as rayon, Bemberg, polynosics, and kyupra, and semi-synthetic fibers such as acetate, triacetate, promics, and chlorinated rubber. On the other hand, the rubber or rubber-like elastic body constituting the inner cylinder and the braided structure covering its outer periphery have already been described in the aforementioned previously applied patents [Japanese Patent Application No. 58-71404, Japanese Patent Application No. 58-160544]. However, I would like to mention a few words here. First of all, the rubber or rubber-like elastic body that constitutes the inner cylinder refers to rubber elastic bodies in general, such as crosslinked natural rubber (NR), styrene-butadiene rubber (SBR), butadiene rubber (BR), and isoprene. rubber (IR), chloroprene rubber (CR),
Acrylonitrile butadiene rubber (NBR), isobutylene isoprene rubber (IIR), ethylene propylene rubber (EPR), ethylene propylene terpolymer (EPDM), silicone rubber, fluoro rubber,
Cross-linked synthetic rubbers such as urethane rubber, acrylic rubber, ethylene vinyl acetate copolymer (EVA), chlorinated polyethylene, and chlorosulfonated polyethylene, as well as carbon, silica, calcium carbonate, etc. Refers to general vulcanized rubber filled with general fillers, fibers such as short fibers and long fibers, and various plasticizers. It also includes general plastics that exhibit rubber elasticity even though they are unvulcanized, such as various thermoplastic elastomers such as SBS. On the other hand, the braided structure can be made of not only the natural fibers and chemical fibers used as the intermediate layer mentioned above, but also organic or inorganic high tensile strength fibers such as aromatic polyamide fibers, glass fibers, and carbon fibers, as well as twisted or non-woven filaments such as ultrafine metal wires. A twisted bundle is suitable. As mentioned above, by using an intermediate layer, the main
【表】
表−１の結果は、中間層を導入した本発明のニ
ユーマチツクアクチユエータが従来品に比べ著し
く高寿命となることを示している。
以上に述べたように、本発明のニユーマチツク
アクチユエータでは、ゴム又はゴム状弾性体から
なる内筒と、この内筒の外周を覆う編組構造体と
の間に、繊維編物からなり、内筒の変形に十分正
確に追従して柔軟に変形する中間層を設けること
により、その中間層繊維の、内筒へのくい込みを
防止してなお、中間層と内筒との摩擦を十分小な
らしめ、また、編組構造体の繊維またはコード
の、内筒へのくい込みをその中間層により阻止し
て、ニユーマチツクアクチユエータの破損に至る
までの伸縮寿命を大幅に向上させることができ
る。[Table] The results in Table 1 show that the pneumatic actuator of the present invention incorporating the intermediate layer has a significantly longer lifespan than conventional products. As described above, in the pneumatic actuator of the present invention, between the inner cylinder made of rubber or a rubber-like elastic body and the braided structure covering the outer periphery of this inner cylinder, a fiber knitted fabric is formed, By providing an intermediate layer that flexibly deforms by following the deformation of the inner cylinder sufficiently accurately, the intermediate layer fibers are prevented from digging into the inner cylinder, and the friction between the intermediate layer and the inner cylinder is sufficiently reduced. The intermediate layer prevents the fibers or cords of the braided structure from penetrating into the inner cylinder, greatly improving the life of the pneumatic actuator until it breaks. .
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]
第１図は従来のエアーバツク式ニユーマチツク
アクチユエータの要部断面図、第２図は本発明の
ニユーマチツクアクチユエータの主要部分の説明
図である。
１……管状体、２……編組構造体、３……閉鎖
部材、４……かしめキヤツプ、５……ニツプル、
６……フランジ、７……クレビス端、８……環状
突条、９……孔、１０……内部空洞、１１……接
続孔、１２……フイツテイング、１３……フレ
ア、１４……中間層。
FIG. 1 is a sectional view of the main parts of a conventional air bag type pneumatic actuator, and FIG. 2 is an explanatory diagram of the main parts of the pneumatic actuator of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Tubular body, 2... Braided structure, 3... Closing member, 4... Caulking cap, 5... Nipple,
6... Flange, 7... Clevis end, 8... Annular protrusion, 9... Hole, 10... Internal cavity, 11... Connection hole, 12... Fitting, 13... Flare, 14... Intermediate layer .