特許 7410564 アクチュエータの製造方法及びアクチュエータ

(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】2023-12-26

(45)【発行日】2024-01-10

(54)【発明の名称】アクチュエータの製造方法及びアクチュエータ

(51)【国際特許分類】

   F15B 15/10 20060101AFI20231227BHJP

【ＦＩ】

F15B15/10 H

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020045104

(22)【出願日】2020-03-16

(65)【公開番号】P2021148130

(43)【公開日】2021-09-27

【審査請求日】2023-02-24

(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】奥井 学

(72)【発明者】

【氏名】小島 明寛

【審査官】古▲瀬▼ 裕介

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００８／１４００３２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開昭６１－１５３００８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１３７５１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１５５２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３５５６０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１５Ｂ １５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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、
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。

【請求項2】

前記弾性材の定着後に前記規制材による連結を解除する工程と、
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。

【請求項3】

前記規制材の解除工程は、前記規制材の溶融、破断、伸長のいずれか又はこれらの組み合わせにより、連結を解除することを特徴とする請求項２記載のアクチュエータの製造方法。

【請求項4】

軸方向に延長する複数の拘束材と、
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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１１－１３７５１６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、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。

【0005】

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。

【課題を解決するための手段】

【0006】

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。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】アクチュエータの概略を示す図である。

【図2】弾性筒状体の断面図である。

【図3】アクチュエータの製造工程の一部を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

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。

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【符号の説明】

【0019】

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

【図1】

【図2】

【図3】