特許 7402507 空気分配装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-13

(45)【発行日】2023-12-21

(54)【発明の名称】空気分配装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 23/24 20060101AFI20231214BHJP

【ＦＩ】

G02B23/24 A

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020015486

(22)【出願日】2020-01-31

(65)【公開番号】P2020201473

(43)【公開日】2020-12-17

【審査請求日】2022-12-02

(31)【優先権主張番号】P 2019104233

(32)【優先日】2019-06-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】599011687

【氏名又は名称】学校法人 中央大学

(74)【代理人】

【識別番号】100141243

【弁理士】

【氏名又は名称】宮園 靖夫

(72)【発明者】

【氏名】中村 太郎

(72)【発明者】

【氏名】山田 泰之

(72)【発明者】

【氏名】眞野 雄貴

(72)【発明者】

【氏名】石川 龍太郎

【審査官】瀬戸 息吹

(56)【参考文献】

【文献】実開昭５６－１５５８３０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１２－０８１１２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０９７７４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２３／２４ － ２３／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

空気を供給及び排気することにより膨張、収縮するアクチュエータが３つ以上連結され、前記アクチュエータに所定の順序で空気を分配する空気分配装置であって、
前記複数のアクチュエータと個別に連通する複数の孔を有するアクチュエータ連通部と、
モーターの駆動により回転され、前記複数の孔のうち２以上の孔と連通し、空気供給手段からの圧縮空気を前記アクチュエータに給気する給気部と、
前記複数の孔のうち前記給気部に連通する孔を除く孔の全て、又は一部と連通し、該連通する孔を介して前記アクチュエータから空気を排気する排気部を有する流路切替部と、を備え、
前記アクチュエータ連通部は、断面円形の内周面を有する筒体からなり、
前記複数の孔は、一端側が前記アクチュエータに連通し、他端側が前記内周面に開口するように前記アクチュエータ連通部に設けられ、
前記流路切替部は、前記アクチュエータ連通部の内周側に設けられ、前記アクチュエータ連通部の内周面に対向する断面円形の外周面を有し、
前記給気部及び前記排気部は、一端が前記外周面に開口し、前記流路切替部が回転することにより、前記アクチュエータ連通部の内周に開口する前記複数の孔に一致可能に設けられ、蠕動運動を模すように前記アクチュエータを膨張、収縮させることを特徴とする空気分配装置。

【請求項2】

前記モーターは、該モーターの回転により回転する回転板を備え、
前記回転板は、回転中心から離れた位置に、前記モーターの回転軸と平行に延長する突起を備え、
前記流路切替部は、半径方向に放射状に延長し、前記突起が係合する複数の溝を備え、
前記複数の溝は、前記回転板が１回転する毎に隣接する溝に係合可能に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の空気分配装置。

【請求項3】

前記アクチュエータは、空気の供給により径方向外向きに膨張するとともに軸方向に収縮し、空気の排出により径方向内向きに収縮するとともに軸方向に伸長することを特徴とする請求項１に記載の空気分配装置。

【請求項4】

前記アクチュエータは、空気の供給により径方向内向きに膨張し、空気の排出により径方向内向きに収縮することを特徴とする請求項１に記載の空気分配装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空気分配装置に関し、特に、繰り返し所定の順序で空気を給排することにより動作するアクチュエータの制御に好適な空気分配装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、空気の供給することにより径方向に膨張するとともに軸方向に収縮し、空気を排出することにより径方向に収縮するとともに軸方向に伸長する膨縮ユニットを複数直列に連結し、連結された膨縮ユニットをミミズの蠕動運動を模倣するように所定の順序で個別に膨張、収縮させることでガス管や水道管等の管内を進行させる推進装置が知られている。この推進装置では、電気的な信号により開閉する弁を各膨縮ユニットに設けるとともに各膨縮ユニットの弁の開閉を制御する制御装置が最後尾の膨縮ユニットに設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－２２８６５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、前述のように膨縮ユニットの膨張や収縮させる場合、膨縮ユニットの膨張や収縮に、電磁弁のノズル径が、電磁弁を開閉するための制御速度や、膨縮ユニットへの給気流量や膨縮ユニットからの排気流量の増加に制限を与えるため、膨縮ユニットを膨張、収縮させる速度が頭打ちとなり、その結果、推進装置としての移動速度の向上も頭打ちとなってしまう。この問題を解決するには、ノズル径の大きな電磁弁を適用することも考えられるが、電磁弁を推進装置とともに管内を移動させる場合には、利用できる電磁弁の大きさにも限界がある。
そこで、本発明は、上記問題点を解決すべく、膨縮ユニットの膨縮動作を向上可能な空気分配装置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】

【0005】

上記課題を解決するための空気分配装置の構成として、空気を供給及び排気することにより膨張、収縮するアクチュエータが３つ以上連結され、アクチュエータに所定の順序で空気を分配する空気分配装置であって、複数のアクチュエータと個別に連通する複数の孔を有するアクチュエータ連通部と、モーターの駆動により回転され、複数の孔のうち２以上の孔と連通し、空気供給手段からの圧縮空気を給気する給気部と、複数の孔のうち給気部に連通する孔を除く孔の全て、又は一部と連通し、該連通する孔を介して前記アクチュエータから空気を排気する排気部を有する流路切替部と、を備え、前記アクチュエータ連通部は、断面円形の内周面を有する筒体からなり、前記複数の孔は、一端側が前記アクチュエータに連通し、他端側が前記内周面に開口するように前記アクチュエータ連通部に設けられ、前記流路切替部は、前記アクチュエータ連通部の内周側に設けられ、前記アクチュエータ連通部の内周面に対向する断面円形の外周面を有し、前記給気部及び前記排気部は、一端が前記外周面に開口し、前記流路切替部が回転することにより、前記アクチュエータ連通部の内周に開口する前記複数の孔に一致可能に設けられ、蠕動運動を模すように前記アクチュエータを膨張、収縮させる構成とした。
本構成によれば、簡単な構成で連結された複数のアクチュエータを動作させることができる。
また、本構成によれば、流路切替部からアクチュエータに供給される圧縮空気が、流路切替部からアクチュエータ連通部に半径方向に供給されるため、効率良く流路切替部からアクチュエータ連通部に圧縮空気を供給することができる。これにより、膨縮ユニットの膨縮動作をより向上させることができる。
また、空気分配装置の他の構成として、モーターは、該モーターの回転により回転する回転板を備え、回転板は、回転中心から離れた位置に、モーターの回転軸と平行に延長する突起を備え、流路切替部は、半径方向に放射状に延長し、突起が係合する複数の溝を備え、複数の溝は、回転板が１回転する毎に隣接する溝に係合可能に設けられたことにより、モーターの回転数（回転速度）を変化させることで膨縮ユニットの膨縮動作の動作速度を向上させることができる。
アクチュエータは、空気の供給により径方向外向きに膨張するとともに軸方向に収縮し、空気の排出により径方向内向きに収縮するとともに軸方向に伸長するものや、空気の供給により径方向内向きに膨張し、空気の排出により径方向内向きに収縮するものであっても良い。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】空気分配装置が取り付けられた推進装置の構成図である。

【図2】膨縮ユニットの軸方向断面図である。

【図3】膨縮ユニットの外筒の径方向断面図である。

【図4】連結部の外観斜視図である。

【図5】空気分配装置の透視図及び分解斜視図である。

【図6】流路切替ギアの平面図及び軸方向断面図である。

【図7】空気分配装置の動作を示す図である。

【図8】空気分配装置の動作を示す図である。

【図9】空気分配装置の動作を示す図である。

【図10】流路切替ギアの他の形態を示す図である。

【図11】空気分配装置の他の実施形態に係る外観斜視図及び分解斜視図である。

【図12】ステーターの平面図及び軸方向断面図である。

【図13】ローターの平面図、軸方向断面図及び径方向断面図である。

【図14】ローターに設けられた溝と回転板に取り付けられた突起の関係を示す図である。

【図15】モーターの回転とローターの回転の関係、及び給排路に対する給気路及び排気路の関係を示す図である。

【図16】ローターの移動とオリフィスの給排路への開閉動作を示す図である。

【図17】オリフィス面積の時間変化を示すグラフである。

【図18】流路切替装置の動作を示す図である。

【図19】流路切替装置の動作を示す図である。

【図20】流路切替装置の動作を示す図である。

【図21】流路切替装置の動作を示す図である。

【図22】流路切替装置の動作を示す図である。

【図23】流路切替装置の動作を示す図である。

【0007】

以下、発明の実施形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明される特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必須であるとは限らず、選択的に採用される構成を含むものである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

図１は、本実施形態に係る空気分配装置１が適用された管内推進装置の構成図である。同図に示すように、空気分配装置１は、管Ｚ内を移動可能に構成された推進装置２の最後尾に設けられる。

【0009】

以下、推進装置２の一例について説明する。推進装置２は、管Ｚ内に設けられる移動部８と、管Ｚ外に設けられ、移動部８の動作を制御する制御部７０とで構成される。図１に示すように、移動部８は、概略、複数（本例では７つ）の膨縮ユニット８０を連結して構成される。なお、連結される膨縮ユニット８０の数量は、７つに限定されず、少なくとも３つ以上であるとよい。移動部８が蠕動運動を模した動作により推進力を得るには、少なくとも２つの膨縮ユニット８０の膨張収縮運動と、１つの膨縮ユニット８０の伸長収縮運動とがなされればよいことから、移動部８は３つの膨縮ユニット８０を連結した編成が最小構成となる。

【0010】

図２は、膨縮ユニット８０が膨張状態及び収縮状態にあるときの軸方向断面図である。図３は、外筒８３を半径方向に切断した切断面を誇張して示した図である。図２に示すように、膨縮ユニット８０は、軸線方向に伸縮可能な筒状の内筒８１の外周に二重管を形成するように筒状の外筒８３を設け、内筒８１及び外筒８３の端部を気密を有するようにフランジ８２；８２を取り付けることにより、内筒８１に外周と外筒８３の内周及びフランジ８２；８２とで囲まれる閉空間としての気室Ｖが形成される。

【0011】

図３に示すように、外筒８３は、弾性体より形成される円筒状の筒本体８３Ａと、当該筒本体８３Ａの内部において密に内挿された複数の規制繊維８３Ｂとから構成される。規制繊維８３Ｂは、筒本体８３Ａの軸線方向に沿って延長し、外筒８３の軸方向への伸長を拘束する。これにより、膨縮ユニット８０は、気室Ｖに空気を供給することにより、図２（ａ）に示す状態から、図２（ｂ）に示すように、外径がＤ１からＤ２へと半径方向に膨張するとともに軸方向の長さがＬ１からＬ２へと収縮する（以下この状態を単に膨張という）。また、気室Ｖから空気を排気することにより、図２（ａ）に示すように、外径がＤ２からＤ１へと半径方向に収縮するとともに軸方向の長さがＬ２からＬ１へとに伸長する（以下この状態を単に収縮という）アクチュエータとして機能する。

【0012】

フランジ８２；８２には、連結体を介して膨縮ユニット８０同士を連結するための連結部８７が設けられる。連結部８７は、フランジ８２；８２の内周面を円周方向に沿って窪む内周溝８７Ａと、円周方向に沿って所定間隔を空けて端面８２ｂ；８２ｂから内周溝８７Ａに到達するように円弧状に窪む複数の切欠き８７Ｂとにより構成される。

【0013】

また、一方のフランジ８２には、気室Ｖへの空気の供給、気室Ｖからの空気の排気を可能にする給排孔９０が設けられる。図２に示すように、給排孔９０は、一端がフランジ８２に固定された内筒８１及び外筒８３との間のフランジ８２の表面に開口し、他端がフランジ８２の内周側に開口する貫通孔として設けられる。給排孔９０には、後述の空気分配装置１から延長するチューブが接続される。

【0014】

図４は、膨縮ユニット８０を連結する連結体の斜視図である。膨縮ユニット８０は、例えば、連結体１０５により連結される。連結体１０５は、例えば樹脂や硬質のゴムにより構成された円筒体であって、両端側の外周に、フランジ８２；８２の内周に形成された複数の切欠き８７Ｂに対応する複数の係合片１０６が設けられる。係合片１０６は、連結体１０５の円周方向に沿って所定長さの円弧状に延在するように外周面に突設される。連結体１０５は、係合片１０６を連結部８７の切欠き８７Ｂに一致させて押し込み、内周溝８７Ａに沿って回転させることで、膨縮ユニット８０同士を連結する。
なお、各膨縮ユニット８０は、給排孔９０を有するフランジ８２が進行方向後側に位置するように連結体１０５を介して連結すると良い。

【0015】

図１に示すように、制御部７０は、概略、膨縮ユニット８０に供給する圧縮空気を生成する圧縮空気供給手段７３と、圧縮空気供給手段７３により生成された圧縮空気を連結された膨縮ユニット８０に分配する空気分配装置１と、圧縮空気供給手段７３及び空気分配装置１を制御する推進制御手段７５とで構成される。

【0016】

圧縮空気供給手段７３は、例えば、コンプレッサーを利用することができ、コンプレッサーにより所定圧力に調圧された空気を空気分配装置１に供給する。

【0017】

図５は、本実施形態に係る空気分配装置１の概略構成図である。
空気分配装置１は、例えば、図１に示すように、移動部８の進行方向の最後尾に配置され、圧縮空気供給手段７３から供給される圧縮空気を、前述の膨縮ユニット８０に所定の順序で供給し、膨張、収縮を繰り返すように制御するための装置である。ここでいう所定の順序とは、移動部８を構成する膨縮ユニット８０の膨張・収縮が蠕動運動を模した動作をいう。

【0018】

図５に示すように、空気分配装置１は、概略、ケース１０と、流路切替ギア３０と、モーター４０とで構成されている。
ケース１０は、例えば、円筒状に形成され、流路切替ギア３０及びモーター４０を収容するための収容空間を有する本体部１１と、本体部１１に収容された流路切替ギア３０及びモーター４０へのアクセスを可能にする蓋部１２とで構成される。
なお、ケース１０の外形の形状は、円筒状に限定されず適宜変更すれば良い。

【0019】

本体部１１には、膨縮ユニット８０に延長するチューブの一端が接続されるチューブ接続部１４が設けられている。チューブ接続部１４は、例えば、本体部１１の一端側に設けられ、中心軸がケース１０の軸線に対してオフセットする円板状に形成される。チューブ接続部１４は、本実施形態では、本体部１１と一体的に形成されている。チューブ接続部１４の他端側を向く端面１４ａは、ケース１０の軸線と直交する平面状に形成される。

【0020】

チューブ接続部１４には、板厚方向に貫通する複数の孔１７が形成される。複数の孔１７は、例えば、前述の膨縮ユニット８０の数量分（本実施形態では図１に示すように７つ）設けられる。複数の孔１７は、例えば、チューブ接続部１４の中心線を中心とする一つのピッチ円上に位置し、円周方向に均等な間隔で配置される。一つの孔１７には、一つの膨縮ユニット８０がチューブを介して接続される。なお、チューブは、図示していないが、チューブ接続部１４と膨縮ユニット８０との空気の流通を可能とする可撓性を有する管であって、孔１７と膨縮ユニット８０の気室Ｖとを連通する。つまり、チューブ接続部１４は、アクチュエータ連通部として機能する。

【0021】

図６は、流路切替ギア３０の平面図及び軸方向断面図である。詳細には、図６（ａ）は、流路切替ギア３０におけるギア部３２方向の平面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）に矢印ｋ－ｋで示す軸方向断面図である。流路切替ギア３０は、チューブ接続部１４に接続された膨縮ユニット８０への空気の供給及び膨縮ユニット８０に供給した空気の排気を制御する流路切替部として機能する。

【0022】

図６に示すように、流路切替ギア３０は、該流路切替ギア３０の回転軸となる軸部３１と、軸部３１の一端側に設けられ、モーター４０の回転が入力されるギア部３２とを備え、ギア部３２をチューブ接続部１４に対向させてケース１０内に配置される。

【0023】

軸部３１は、中空の例えば円筒状の筒体により構成され、本体部１１に設けられた流路切替ギア支持部１５に回転可能に支持される。流路切替ギア支持部１５は、前述のチューブ接続部１４の端面１４ａと対向する位置に設けられ、チューブ接続部１４の中心線を軸線として延長する貫通孔１８を備える。貫通孔１８は、流路切替ギア３０の軸部３１が挿入され、流路切替ギア３０を回転可能に支持する。

【0024】

ギア部３２は、外周にモーター４０に取り付けられたギアに噛み合うギア歯３４を有する歯車であって、回転軸が軸部３１の中心軸と同軸となるように、軸部３１の一端側に設けられている。

【0025】

ギア部３２のチューブ接続部１４に対向する対向面３２ａは、チューブ接続部１４の端面１４ａと平行な平面状に形成される。ギア部３２は、対向面３２ａに扇状に窪む凹部３６と、他側面からギア部３２の板厚方向に円弧状に貫通する弧状孔３８を備える。凹部３６は、中心側に軸部３１の中空空間３１ｓと連通する孔３６ｈを有し、チューブ接続部１４に設けられた複数の孔（本例では２つの孔）を含むように、中心側から半径方向外側に向けて扇状に広がるように形成される（図７参照）。

【0026】

軸部３１の他端側には、ロータリー継手３３が取り付けられ、ロータリー継手３３を介して圧縮空気供給手段７３から延長するチューブ１６７が接続される。これにより、ギア部３２とともに回転する軸部３１とのチューブ１６７の供回りが防止される。そして、チューブ１６７から軸部３１の中空空間３１ｓに流れた圧縮空気は、回転するギア部３２の凹部３６を経て、凹部３６に重なる位置にある孔１７に供給される。つまり、凹部３６は、膨縮ユニット８０への給気部として機能するとともに、軸部３１の中空空間３１ｓ及び凹部３６が、圧縮空気の給気通路として機能する。

【0027】

弧状孔３８は、凹部３６に重なる孔１７を除く、チューブ接続部１４に設けられた残りの複数の孔１７（本例では５つの孔）を含むように、円周方向に沿う円弧状に形成される（図７参照）。弧状孔３８は、大気圧状態にあるケース１０内に連通するため、弧状孔３８に重なる孔１７にチューブを介して接続された膨縮ユニット８０の気室Ｖから空気を大気中に排気する排気部として機能する。換言すれば、本例における弧状孔３８は、膨縮ユニット８０の気室Ｖを大気開放する大気開放部ともいうことができる。なお、膨縮ユニット８０の気室Ｖは、必ずしも大気に開放される必要はない。
流路切替ギア３０は、凹部３６や弧状孔３８に連通する膨縮ユニット８０に対して、圧縮空気を供給したときの高圧状態や、空気を排出したときの低圧状態が隔離されるように凹部３６や弧状孔３８が構成されていれば良い。

【0028】

モーター４０は、ギア部３２の外周に設けられた歯車と噛み合う歯車４１を回転軸に備え、ケース１０に設けられたモーター収容部１６に収容される。モーター収容部１６は、モーター４０を収容したときに、モーター４０の回転軸が流路切替ギア３０の軸部３１と平行となるように、流路切替ギア支持部１５に隣接して設けられる。モーター４０には、例えば、ステッピングモーターやサーボモーター等のように回転角度が制御可能なものや回転速度を制御可能なものや減速ギアを有するギアードモーター等を用いることができる。モーター４０は、推進制御手段７５と電気的に接続され、回転速度などが制御される。

【0029】

推進制御手段７５は、モーター４０及び圧縮空気供給手段７３に接続される。
推進制御手段７５は、例えば、移動の開始及び停止等を指示するオン・オフスイッチや、モーター４０の回転速度を制御するボリュームスイッチなどにより構成することができる。そして、移動を開始するときには、スイッチをオンにすることにより、圧縮空気供給手段７３から空気分配装置１に圧縮空気が供給され、モーター４０を回転させる。これにより、流路切替ギア３０の凹部３６に重なる孔１７を介して、該重なる孔１７にチューブが接続された膨縮ユニット８０を膨張させることができ、弧状孔３８に重なる孔１７にチューブが接続された膨縮ユニット８０を収縮させることができる。

【0030】

なお、推進制御手段７５によるモーター４０の回転の制御は、連続的に回転させるようにしたり、簡単なタイマー機能等により断続的に回転させるように構成しても良い。

【0031】

図７乃至図９は、空気分配装置１を動作させたときのチューブ接続部１４の孔１７と、流路切替ギア３０の凹部３６及び弧状孔３８との関係を模式的に示すとともに、移動部８における膨縮ユニット８０の動作を示す図である。なお、同図では、図１に示した管Ｚは省略してある。また、以下の説明では、連結された膨縮ユニット８０の位置を特定するために、８０Ａ，８０Ｂ，・・・，８０Ｇ等として説明する。また、各膨縮ユニット８０Ａ～８０Ｇと接続される孔１７についても、孔１７Ａ，孔１７Ｂ，・・・，１７Ｇ等として特定する。

【0032】

図７（ａ）に示すように、凹部３６が孔１７Ａ；１７Ｂに連通し、弧状孔３８が孔１７Ｃ～１７Ｇに連通すると、推進装置は、膨縮ユニット８０Ａ；８０Ｂに圧縮空気供給手段７３から圧縮空気が供給され、膨縮ユニット８０Ａ；８０Ｂが膨張する。また、膨縮ユニット８０Ｃ～８０Ｇは、大気圧状態となり収縮状態にある。

【0033】

次に、図８に示すように、モーター４０の駆動により流路切替ギア３０が回転し、凹部が孔１７Ｂ；１７Ｃに連通し、弧状孔が孔１７Ｄ～１７Ｇ；１７Ａに連通すると、推進装置は、膨縮ユニット８０Ｂの膨張状態が維持され、８０Ｃに圧縮空気供給手段７３から圧縮空気が供給され、膨縮ユニット８０Ｃが膨張する。また、膨縮ユニット８０Ｄ～８０Ｇは、収縮状態が維持され、膨縮ユニット８０Ａは供給された圧縮空気が弧状孔から排出され、収縮する。

【0034】

さらに、図９に示すように、モーター４０の駆動により流路切替ギア３０が回転し、凹部が孔１７Ｃ；１７Ｄに連通し、弧状孔が孔１７Ｅ～１７Ｇ；１７Ａ；１７Ｂに連通すると、推進装置は、膨縮ユニット８０Ｃの膨張状態が維持され、８０Ｄに圧縮空気供給手段７３から圧縮空気が供給され、膨縮ユニット８０Ｄが膨張する。また、膨縮ユニット８０Ｅ～８０Ｇ；８０Ａは、収縮状態が維持され、膨縮ユニット８０Ｂは供給された圧縮空気が弧状孔から排出され、収縮する。

【0035】

このように、モーター４０が流路切替ギア３０を回転させて、凹部３６に連通する孔１７の位置、及び弧状孔３８に連通する孔１７の位置を順次ずらし、移動部８を構成する膨縮ユニット８０の膨張を進行方向に移動させることにより、移動部８に蠕動運動を模した進行波を生じさせ、管Ｚ内を移動させることができる。

【0036】

以上説明したように、本実施形態の空気分配装置１によれば、モーター４０の回転により給気・排気の両方を一方向の回転だけで制御するという簡単な構成で移動部８の移動を制御することができる。つまり、モーター４０の回転速度を制御することにより、膨縮ユニット８０を膨張させたり収縮させたりする速度を制御でき、孔１７及び孔１７に連通する凹部３６（給気部）や弧状孔３８（排気部）の大きさを大きくしたり、小さくすることにより、膨縮ユニットへの給気流量や膨縮ユニットからの排気流量を制御できるため、膨縮ユニット８０を膨張及び収縮させる速度の設定を自由、かつ容易に行うことができる。また、回転方向を逆向きにすることにより、進行方向を逆向きにすることができる。

【0037】

加えて、従来のように各膨縮ユニット８０から電磁弁や制御装置等をなくすことができ、各膨縮ユニット８０の構成を簡素化することができる。その結果、各膨縮ユニット８０を軽量化し、移動速度を向上させることができる。また、電磁弁等を制御するための制御機能を不要とすることができる。そして、推進装置を構成する部品点数が減少するため、故障の発生を低減させることができる。

【0038】

図１０は、流路切替ギア３０の他の形態を示す図である。前述の説明では、流路切替ギア３０のギア部３２に、軸部３１の中空空間３１ｓに連通するように扇状に窪む凹部３６を設けるものとして説明したがこれに限定されず、図１０に示すように構成しても良い。
即ち、扇状の凹部３６に換えて、図１０（ａ）に示すように、複数の孔１７を含むように、弧状に凹部を形成しても良い。このとき、ギア部３２の内部には、弧状に窪む凹部３６から中心に向けて延長する（本例では扇状の）中空部３６ｉと、中空部３６ｉと軸部３１の中空空間３１ｓに連通する穴３６ｊにより給気部を形成しても良い。

【0039】

なお、本実施形態では、複数の孔１７のうち円周方向に連続する２つを凹部３６に連通させるものとしたが、これに限定されず、円周方向に一つ飛ばし等、蠕動運動の形態に応じて変更すれば良い。また、複数の凹部３６に連通する孔１７を除く残りの全てを弧状孔３８により大気開放するものとして説明したが、これに限定されず、一部を大気開放するようにしても良い。
蠕動運動を満たす最小構成を考慮した場合、少なくとも２つの膨縮ユニット８０を膨張させたときに、一つの膨縮ユニット８０が収縮するように凹部３６や弧状孔３８を設ければよい。

【0040】

また、本実施形態では、一つのチューブ接続部１４に対応して一つの流路切替ギア３０により、膨縮ユニット８０への空気の供給及び排気を制御するものとして説明したが、これに限定されない。例えば、チューブ接続部１４を供給用チューブ接続部及び排気用チューブ接続部に分けるとともに、流路切替ギア３０を供給用流路切替ギア及び排気用流路切替ギアに分けて、一つのモーターにより供給用流路切替ギア及び排気用流路切替ギアを同期させて回転するようにしても良い。また、他のロータリー弁機構を用いても良い。

【0041】

図１１は、空気分配装置１の他の実施形態に係る外観斜視図及び分解斜視図である。本実施形態における空気分配装置１は、概略、アクチュエータ連通部として機能するステーター１００と、流路切替部として機能するローター２００と、流路切替の駆動源となるモーター４０とで構成される。

【0042】

図１２は、ステーター１００の平面図及び軸方向断面図である。図１２に示すように、ステーター１００は、所定の肉厚を有する円筒体により構成され、膨縮ユニット８０に供給される圧縮空気及び膨縮ユニット８０に供給された圧縮空気を排出するときの流路となる給排路１０２を備える。

【0043】

給排路１０２は、一端が端面１００ｔに開口し、軸Ｃ方向に沿って延長する軸方向延長部１０４と、ステーター１００の肉厚部分の内部の途中において軸方向延長部１０４から半径方向方向に向けて延長し、内周面１００ａに開口する径方向延長部１０６とで形成される貫通孔として設けられる。

【0044】

図１２（ａ）に示すように、給排路１０２は、円周方向に沿って均等な間隔で、例えば、連結される数量分設けられる。即ち、軸方向延長部１０４の端面１００ｔに開口する開口部が、円周方向に均等な間隔で開口し、径方向延長部１０６の内周面１００ａに開口する開口部が円周方向に沿って均等な間隔で開口するように形成される。本実施形態では、給排路１０２は、図１に示す膨縮ユニット８０の数量に対応して、円周方向に７等分した位置に設けられている。

【0045】

図１２（ａ）に示すように、軸方向延長部１０４は、例えば、チューブを接続するためのジョイントを装着可能なように、端面１００ｔにおいて円形に開口する円孔として形成される。
図１２（ｂ）に示すように、径方向延長部１０６は、例えば、内周面１００ａに矩形状に開口するように形成される。

【0046】

図１３は、ローター２００の平面図、軸方向断面図及び径方向断面図である。
図１３（ａ），（ｂ）に示すように、ローター２００は、外観視において、ステーター１００の内周空間に収容可能に形成された小径部２０２と、小径部２０２よりも外径が大径に形成された大径部２０４とを有する階段筒状体として形成される。

【0047】

ローター２００は、小径部２０２側の端部が閉塞され、大径部２０４側の端部から小径部２０２の内部にかけて軸Ｃ方向に延長する中空部２０６を備える。図１３（ｃ），（ｄ）に示すように、中空部２０６は、大径部２０４の範囲内では円形状、小径部２０２の範囲内では円弧状に軸Ｃ方向に沿って延長するように形成されている。

【0048】

小径部２０２における中空部２０６は、例えば、円弧状に外周面２０２ｂと平行に延長する弧状面２０２ａと、中心軸Ｃ側に膨出する膨出面２０２ｃにより形成される。膨出面２０２ｃは、ローター２００における中心軸Ｃを超え、弧状面２０２ａに近づくように弓なり山型に膨出し、小径部２０２の内周側において膨出部２０８を形成する。

【0049】

膨出部２０８には、圧縮空気が流入する流路を形成する圧縮空気流入部２１０が設けられる。
図１３（ｅ），（ｆ）に示すように、圧縮空気流入部２１０は、膨出部２０８の端面２０８ｔから中心軸Ｃ方向に沿って延長し、小径部２０２における閉塞端を貫通せずに終端する流路として形成される。圧縮空気流入部２１０の端面２０８ｔに開口する開口部には、例えば、ロータリー継手が取り付けられ、圧縮空気供給手段から延長するチューブがこのロータリー継手に接続される。これにより、ローター２００を回転させたときにチューブの供回りが防止される。

【0050】

また、図１３（ｄ）に示すように、小径部２０２には、放射状に延長し、外周面２０２ｂから半径方向に延長し、中空部２０６に連通する流路２１２と、圧縮空気流入部２１０に連通する流路２１４とを備える。流路２１２は、膨縮ユニット８０内の空気を排出するための排気路として機能する。また、流路２１４は、小径部２０２の外周面２０２ｂから膨出部２０８内を延長し、圧縮空気流入部２１０へと貫通するように形成され、圧縮空気流入部２１０とともに圧縮空気の給気路として機能する。本実施形態では、流路２１２は円周方向に連続するように５か所設けられ、流路２１４は、円周方向に連続するように２か所設けられている。

【0051】

外周面２０２ｂに開口する流路２１２の開口部及び流路２１４の開口部は、ローター２００をステーター１００に挿入し、駆動位置に配置したときに、ステーター１００の内周面１００ａに開口する給排路１０２の開口部に一致可能に設けられる。流路２１２及び流路２１４が外周面２０２ｂに開口する形状は、例えば、ステーター１００の内周面１００ａに開口する給排路１０２と同一の矩形状に形成される。

【0052】

小径部２０２は、ステーター１００の内周側に挿入したときに、外周面２０２ｂがステーター１００の内周面１００ａに摺接しつつ中心軸Ｃまわりを円周方向に回転可能な外径寸法に設定される。

【0053】

大径部２０４は、例えば、外径が小径部２０２の外径よりも大きく設定される。大径部２０４には、内周面２０４ａから外周面２０４ｂ側に向け、中心軸Ｃを中心とする放射状に延長する複数の溝２１６を備える。複数の溝２１６は、円周方向に均等な間隔で設けられ、各溝２１６が一定の幅を維持しつつ半径方向に延長し、大径部２０４の端面２０４ｔから軸Ｃ方向に沿って窪む凹部として形成される。本実施形態では、溝２１６は、膨縮ユニット８０の数量に対応させて７本設けられている。この溝２１６には、モーター４０に取り付けられた回転板３００から突出する突起３０２が係合する。

【0054】

モーター４０には、突起３０２を有する回転板３００が取り付けられる。回転板３００は、例えば、平板円板状に形成される。突起３０２は、例えば、溝２１６を移動可能な円柱状の軸体により構成され、モーター４０の回転軸に沿って延長するように、回転板３００に取り付けられる。突起３０２が回転板３００に取り付けられる位置は、例えば、次のように設定される。

【0055】

図１４は、ローター２００に設けられた溝２１６と回転板３００に取り付けられた突起３０２の関係を示す図である。同図に示すＯｍは、モーター４０の回転軸の中心である回転板３００の回転中心、Ｏｊは突起３０２の中心を示している。図１４に示すように、回転板３００は、例えば、回転中心Ｏｍが、隣接する各溝２１６；２１６の開口端２１６Ａ；２１６Ａを結ぶ仮想直線ｆの二等分点ｆｃ同士を結ぶ直線ｇの二等分点ｇｃに、位置するように配置される。即ち、モーター４０は、回転軸の中心が二等分点ｇｃに位置するようにローター２００に対して配置される。

【0056】

このように配置される回転板３００において、突起３０２は、回転板３００が回転したときに、該突起３０２の中心Ｏｊの移動する軌跡が二等分点ｆｃ上を通過するように、回転板３００に配置される。即ち、突起３０２は、モーター４０の回転により回転板３００が回転することにより、大径部に設けられた溝２１６に順次係合するように回転板３００に取り付けられる。つまり、突起３０２が回転板３００に取り付けられる位置は、円周方向に並ぶ溝２１６のピッチに応じて設定される。

【0057】

そして、モーター４０が回転板３００を図中矢印ｚ１に示す方向に回転させることにより、溝２１６の開口端側で係合した突起３０２が、溝２１６を半径方向外側に向けて移動しつつローター２００を図中矢印ｚ２に示す方向に回転させる。また、回転板３００の回転角度が９０°を過ぎることで、突起３０２は、溝２１６を半径方向内側に向けて移動しつつローター２００を回転させる。さらに、回転板３００が１８０°回転したところで、溝２１６から離脱する。そして、モーター４０が１８０°空転することで、突起３０２が、隣接する溝２１６の開口端に到達し、係合する。このような工程を繰り返すことにより、ローター２００は、モーター４０の連続的な回転に対して間欠的に回転することになる。即ち、複数の溝２１６と突起３０２を有する回転板３００とで間欠機構を構成し、ローター２００に疑似的なステップ回転をさせることができる。

【0058】

次に、上述のように回転するローター２００に設けられた給気路及び排気路と、ステーター１００に設けられた給排路１０２との関係について説明する。なお、以下の説明では、給気路及び排気路を区別せずに、単にオリフィスという場合がある。
図１５は、モーター４０の回転とローター２００の回転の関係、及び給排路１０２に対する給気路及び排気路の関係を示す図である。即ち、入力側のモーター４０の回転とローター２００関係、及びオリフィス開閉の挙動について説明する。

【0059】

以下の説明では、図１５（ａ），（ｂ）に示すように、簡単のため、ローター２００のカム構造体を、円形部品ではなく直線部品として近似して説明する。オリフィス面積の時間変化を考察するにあたり、簡単のために回転部品のカム構造体を円形部品ではなく直線部品に近似する。オリフィス面積の時間変化とは、ローター２００の小径部２０２に開口する給気路及び排気路の開口部と、ステーター１００の内周面１００ａに開口する給排路の重なり状態の時間変化を意味する。
ここで、モーター４０の回転角・角速度をそれぞれθｍ、ωｍ、溝２１６に噛み合う突起（ピン）３０２の回転直径をｒｍとする。０＜θｍ＜πの範囲で、モーター４０がθｍだけ回転したときの様子を図１５（ｂ）に示す。θｍ、ωｍは、時間の変数ｔを用いてθｍ＝ωｍ×ｔ（式１）の関係にあり、また、ローター２００の移動変位ｘ（ｔ）は、ｘ（ｔ）＝（ｒｍ/２）ｃｏｓ（ωｍ×ｔ）（式２）で算出される。ωｍは、モーター４０の回転角速度である。

【0060】

図１６は、ローター２００の移動とオリフィスの給排路１０２への開閉動作を示す図である。
次に、直線移動に近似したローター２００の移動とオリフィスの給排路１０２への開閉挙動とについて考察する。図１３（ａ），（ｂ）に示すように、大径部２０４において複数の溝２１６が開口する中空部２０６の直径をＲとし、ローター２００の小径部２０２においてオリフィス（給気路及び排気路）が開口する外周面２０２ｂ（オリフィス面）の直径をＲ０とすると、ローター２００のオリフィス面での移動変位ｘ０（ｔ）は、ｘ０（ｔ）＝（Ｒ０/Ｒ）（ｒｍ/２）ｃｏｓ（ωｍ×ｔ）（式３）で算出される。

【0061】

次に，ステーター１００の内周面１００ａによりオリフィスが閉鎖された状態から、給排路１０２と重なり開放状態に変化するときについて考える。
オリフィスは、モーター４０の回転により、図１６（ａ）乃至（ｄ）に示すように移動し、図１６（ｄ）に示すように、ステーター１００の給排路１０２とローター２００のオリフィスが重なった部分で空気が流れる。本実施形態では、給排路１０２の開口形状及びオリフィスの開口形状は、横２ａｍｍ、縦ｂｍｍの長方形とした。オリフィスの開閉は、図１６（ｃ）の状態を境に場合分けされる。
図１６（ｃ）に示す状態の時間（境界時間）をＴ０とすると、Ｔ０は、Ｔ０＝（１/ｗｍ）ｃｏｓ－１（（４ａＲ/Ｒ０ｒｍ）－１）（式４）により算出される。

【0062】

図１７は、オリフィス面積Ｓｏの時間変化を示すグラフである。これにより、オリフィス面積Ｓｏの時間変化は、図１７に示すように変化する。Ｔは、モーター４０が半回転（１８０°回転）したときの時間である。０＜ｔ＜Ｔ０のときに、オリフィスは閉塞状態にあり、Ｓｏ（ｔ）＝０である。Ｔ０＜Ｓｏ（ｔ）＜Ｔのときに、オリフィスは、徐々に重なり合い、Ｓｏ（ｔ）＝（（（－（ｒｍ×Ｒ０）/２Ｒ）＋ａ）－（ｘ０（ｔ）－ａ））×ｂ（式５）により算出される面積となる。

【0063】

なお、ローター２００における小径部２０２及び大径部２０４は、一体的に形成しても良く、また、別々に形成したものを一体化して構成しても良い。

【0064】

図１８乃至図２３は、本実施形態に係る空気分配装置１の動作を示す図である。なお、以下の説明では、流路２１２を排気路２１２といい、流路２１４を給気路２１４として説明する。また、膨縮ユニット８０Ａ～８０Ｇに接続された各給排路１０２についても、給排路１０２Ａ、１０２Ｂ、・・・、１０２Ｇ等として説明する。
図１８は、図１８（ｃ）に示すように、膨縮ユニット８０Ａ；８０Ｂへの給気が完了し、膨縮ユニット８０Ａ；８０Ｂが完全に膨張状態にあるときの、ステーター１００、ローター２００及び回転板３００の関係を示している。
このとき、図１８（ａ）に示すように、突起３０２は、溝２１６の開口部にちょうど係合を開始した状態にあり、図１８（ｂ）に示すように、ローター２００の全ての排気路２１２及び給気路２１４が、ステーター１００の内周面１００ａにより閉鎖された状態にある。この状態をモーター４０の回転角度を０°、即ち回転板３００の回転角度を０°とし、回転基準という。

【0065】

次に、図１９（ａ）に示すように、モーター４０が回転板３００を４５°回転させると、突起３０２が、溝２１６の半径方向外側に向けて移動しながらローター２００を回転させる。この回転では、図１９（ｂ）に示すように、全ての排気路２１２及び給気路２１４が、ステーター１００の内周面１００ａにより閉鎖された状態が維持され、膨縮ユニット８０Ａ；８０Ｂの膨張状態及び膨縮ユニット８０Ｃ～８０Ｇの収縮状態が維持されている。

【0066】

次に、図２０（ａ）に示すように、モーター４０が回転板３００をさらに４５°（回転基準から９０°）回転させると、突起３０２が、溝２１６をさらに半径方向外側に向けて移動しながらローター２００を回転させる。なお、このときの突起３０２の溝２１６の最も奥方向に侵入した状態にある。この回転により、図２０（ｂ）に示すように、各排気路２１２が給排路１０２Ａ；１０２Ｄ～１０２Ｇのいずれかに開口し、給気路２１４が給排路１０２Ｂ；１０２Ｃに開口した状態となり、図２０（ｃ）に示すように、膨縮ユニット８０Ａ内の空気が排出されて収縮し、膨縮ユニット８０Ｃ内に圧縮空気が供給されて膨張する。なお、排気路２１２及び給気路２１４は、モーター４０の回転角度が９０°に至る途中で、給排路１０２Ａ～１０２Ｇに開口を開始する。

【0067】

次に、図２１（ａ）に示すように、モーター４０が回転板３００をさらに４５°（回転基準から１３５°）回転させると、突起３０２が、溝２１６を半径方向内側に移動しながらローター２００を回転させる。この回転では、図２１（ｂ）に示すように、排気路２１２及び給排路１０２Ａ；１０２Ｄ～１０２Ｇの開口状態、給気路２１４及び給排路１０２Ｂ；１０２Ｃの開口状態が維持されたままローター２００が回転する。これにより、膨縮ユニット８０Ａ及び膨縮ユニット８０Ｃは、図２０（ｃ）に示した状態から図２１（ｃ）に示すように、膨縮ユニット８０Ａ内の空気の排出が進んでより収縮し、膨縮ユニット８０Ｃ内への圧縮空気の給気が進んでより膨張する。

【0068】

次に、図２２（ａ）に示すように、モーター４０が回転板３００をさらに４５°（回転基準から１８０°）回転させると、突起３０２が溝２１６から離脱可能な位置へと移動しながらローター２００を回転させる。この回転により、図２２（ｂ）に示すように、排気路２１２及び給気路２１４がステーター１００の内周面１００ａによって閉鎖され、膨縮ユニット８０Ａ，８０Ｄ～８０Ｇが収縮状態、膨縮ユニット８０Ｂ，８０Ｃが膨張状態となる。なお、詳細には、排気路２１２及び給気路２１４は、モーター４０の回転角度が１８０°に至る途中で、ステーター１００の内周面１００ａによる閉鎖が開始される。

【0069】

次に、図２３（ａ）に示すように、モーター４０が回転板３００をさらに４５°（回転基準から３６０°）回転させると、突起３０２が、先の溝２１６と周方向に隣接する溝２１６に係合を開始する位置に移動する。これにより、膨縮ユニット８０Ａを収縮させ、膨縮ユニット８０Ｃを膨張させる一つの工程が終了する。そして、上記工程を繰り返すことにより、常時、隣接する２つの膨縮ユニット８０を順次進行方向前方に移動させる蠕動運動を模した動作をさせることができる。

【0070】

したがって、モーター４０の回転数（回転速度）を制御することにより、移動部８の移動速度を速くしたり、遅くしたりすることができる。即ち、複雑な制御をすることなく、モーター４０の回転数のみを制御するという簡単な制御により、移動部８の移動速度を制御することができる。
なお、ローター２００の外周面に開口する排気路２１２及び給気路２１４は、必ずしも周方向に並んで開口することに限定されない。例えば、排気路２１２及び給気路２１４を外周面２０２ｂにおいて軸方向に位置ずれするように設けても良い。このとき、ローター２００の回転により給排路１０２が排気路２１２及び給気路２１４に連通、閉鎖されるようにステーター１００の内周面２０２ｂに給排路１０２の開口を設ければ良い。即ち、排気路２１２や給気路２１４を流れる空気が給排路１０２に対して半径方向に流れるように形成されていれば適宜変更すれば良い。

【0071】

本実施形態の空気分配装置１は、ステーター１００、ローター２００、回転板３００という簡単な構成からなるので、図１に示したように、移動部８の後方に連結したときに、軽量化することができ、移動部８の移動速度の向上に寄与することができる。

【0072】

また、モーター４０を電気的な信号により回転するものとして説明したが、これに限定されず、例えば、空気圧により回転する空気モーターを用いても良い。

【0073】

また、本実施形態では、空気分配装置１の制御対象に、空気を供給することにより径方向外向きに膨張するとともに軸方向に収縮し、空気を排出することにより径方向内向きに収縮するとともに軸方向に伸長する膨縮ユニット（アクチュエータ）として説明したが、これに限定されず、例えば、空気を供給することにより内筒が径方向内向きに膨張し、空気を排出することにより径方向内向きに収縮するアクチュエータを連結したポンプ等の制御にも好適である。

【符号の説明】

【0074】

１ 空気分配装置、２ 推進装置、８ 移動部、１０ ケース、１１ 本体部、
１２ 蓋部、１４ チューブ接続部、１７ 孔、
３０ 流路切替ギア、３１ 軸部、３１ｓ 中空空間、３２ ギア部、
３３ ロータリー継手、３６ 凹部、３８ 弧状孔、４０ モーター、
７３ 圧縮空気供給手段、７５ 推進制御手段、８０ 膨縮ユニット、
１００ ステーター、２００ ローター、３００ 回転板。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】