JP3754666B2 - アクチュエータ及びハンド装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所要の作動を行うアクチュエータに関し、特に、弾性体の弾性力を一方向の作動に利用することで簡易な構造で種々の作動形態を実現したアクチュエータ及びハンド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、産業用及び福祉介護用等のロボットのハンド装置は、モータ及びシリンダ等のアクチュエータを電気的に制御することで作動される。一方、昨今、このような装置に比べてメカニカルな部分を削減して簡易な構造で各種作動を実現したアクチュエータが登場している。
【０００３】
図１８（ａ）のアクチュエータ１は、湾曲形状の筒状弾性体１ａにぜんまい状ばね１ｂを密着させると共に両端部に封止部材１ｃを夫々取り付けて内部を密閉し、筒状弾性体１ａの内部に空気を供給することで筒状弾性体１ａを伸長させている（特許文献１参照。）。
また、図１８（ｂ）の把持装置２は、一端を封止部材２ｃで閉鎖したホース２ａの内部にばね鋼又は形状記憶合金からなる弾性部材２ｂを挿通し、ホース２ａの内部に流体を供給することで、弾性部材２ｂの弾性力に抗してホース２ａを変形させている（特許文献２参照。）。
【０００４】
さらに、図１８（ｃ）のアクチュエータ３は、複数の把持部材３ａをばね３ｂで連結すると共に、各把持部材３ａを貫通するように形状記憶合金管３ｃを取り付けている。アクチュエータ３は、形状記憶合金管３ｃの内部に温液が流入させることで湾曲され、冷液を流入させることで直線状に伸長させる作動を行う（特許文献３参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−１６４１１０号公報
【特許文献２】
特開平８−１６８９８９号公報
【特許文献３】
特開平６−３３９８８７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１８（ａ）のアクチュエータ１は、硬度のある金属製のぜんまい状ばね１ｂを表出させているので、金属が直接人体に触れる場合が生じるので福祉介護用のロボットのハンド装置に適用するのは好適でないと云う問題がある。また、筒状弾性体１ａの伸長状態と巻回状態に変形させる作動は、空気の供給及びぜんまい状ばね１ｂの弾性力に依存するので、複雑な動作を行えない問題もある。さらに、筒状弾性体１ａは封止部材１ｃを取り付けて内部を密閉するため、封止部材１ｃの取付後にシール性等を確認する必要があり製作に手間を要すると云う問題がある。
【０００７】
図１８（ｂ）の把持装置２は、細いホース２ａ自体を把持部材として使用しているので、小片等の小さい物体等を把持する場合に適用するのが困難になる問題がある。また、把持装置２も、作動を流体の供給及び弾性部材２ｂの弾性力に依存しているため、一様な作動しか行えない問題がある。
【０００８】
図１８（ｃ）のアクチュエータ３は、把持部材３ａをばね３ｂで連結する構成であるため、部品点数も多く組立に手間を要する問題がある。また、一本の形状記憶合金管３ｃの変形に追従させて作動させるため、単純な動作しか行えない問題がある。さらに、把持部材３ａ、ばね３ｂ及び形状記憶合金管３ｃ等の硬度のある部材が表面に露出しているので、アクチュエータ３を福祉介護に用いるのは適切でない問題もある。
【０００９】
本発明は、斯かる問題に鑑みてなされたものであり、弾性の作動体の内部に直接、可撓性管を貫通配置することで、表面がソフトであると共に一段と簡易な構造で種々の作動を行うアクチュエータを提供することを目的とする。
また、本発明は、作動体の形状を棒状又は板状にすることで、様々な用途に適用できるアクチュエータを提供することを目的とする。
【００１０】
さらに、本発明は、作動体を複数の弾性部材を組み合わせて構成することにより、多様な動作を可能にしたアクチュエータを提供することを目的とする。
さらに、また、本発明は、可撓性管を複数配置することにより、複雑な作動にも対応可能にしたアクチュエータを提供することを目的とする。
また、本発明は、各種アクチュエータを組み合わせることで、簡易な構造で人体の手と近似した作動を行うことができるハンド装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、第１発明に係るアクチュエータは、弾性曲状体と、該弾性曲状体の内部を貫通しており、一端が閉鎖してある複数の可撓性管と、該可撓性管の他端から管内に流体を供給することで、前記弾性曲状体を伸長させる伸長手段とを備え、前記複数の可撓性管は、夫々平行的に配置してあり、各可塑性管の一端は、前記可撓性管の貫通方向に沿って間隔を隔てた箇所に夫々配置してあることを特徴とする。
【００１２】
第１発明にあっては、可撓性管を弾性曲状体の内部に貫通させた簡易な構造にしており、可撓性管の内部に気体又は液体等の流体を供給することで、可撓性管が直線状に伸長させる。このように可撓性管を伸長させることで可撓性管は剛体となり、その結果、曲がり形状の弾性曲状体を追従させて直線状に伸長させることができる。また、流体の供給を停止すると、可撓性管の剛性が弱まり弾性曲状体が有する弾性力が優勢となり、自然と元の曲がり形状に戻る。よって、アクチュエータは、伸長側の動作は流体の供給で行い、曲がり側の動作は弾性力で行うことにより、簡易な構造で所要の作動を実現できる。さらに、複数の可撓性管を、一端が一致しないように配置することで、多様な伸長作動を実現できる。例えば、一本目の可撓性管を一端が可撓性管の先端付近に位置するように配置させると共に、２本目の可撓性管を一端が長手方向の湾曲している中間箇所に位置するように配置させることで、各可撓性管に流体を供給した場合、直線状になる範囲が相違し、それに伴い弾性曲状体を部分的に変形させることが可能になる。即ち、１本目の可撓性管のみに流体を供給した場合、弾性曲状体の先端付近のみが直線状に伸長し、２本目の可撓性管のみに流体を供給した場合は、中間箇所のみが伸長するので、各可撓性管への流体の供給を調節することで多様な変形動作を実現できる。
【００１３】
また、変形する弾性曲状体には表面がソフトで所要の弾性力を具備する天然ゴム及び合成ゴム等の各種ゴム、ポリオレフィン及びブロック共重合体ポリマー等の合成樹脂、並びに、発泡樹脂等の適用が可能である。なお、弾性曲状体の曲がり具合は、アクチュエータが適用される対象に応じて形状にすることが好ましく、湾曲形状及び屈曲形状等の様々な曲がり形状に形成してもよい。また、伸長手段は、流体の供給量及び供給圧を調節可能にして、伸長の速度及び伸長する程度等を調整することが好適である。
【００１４】
第２発明に係るアクチュエータは、弾性曲状体と、該弾性曲状体の内部を貫通しており、一端が閉鎖してある複数の可撓性管と、該可撓性管の他端から管内に流体を供給することで、前記弾性曲状体を伸長させる伸長手段とを備え、前記複数の可撓性管は、前記弾性曲状体を伸長させた状態で各可塑性管の一端が相異する方向を向くように夫々配置してあることを特徴とする。
第２発明にあっては、可撓性管を弾性曲状体の内部に貫通させた簡易な構造にしており、可撓性管の内部に気体又は液体等の流体を供給することで、可撓性管が直線状に伸長させる。このように可撓性管を伸長させることで可撓性管は剛体となり、その結果、曲がり形状の弾性曲状体を追従させて直線状に伸長させることができる。また、流体の供給を停止すると、可撓性管の剛性が弱まり弾性曲状体が有する弾性力が優勢となり、自然と元の曲がり形状に戻る。よって、アクチュエータは、伸長側の動作は流体の供給で行い、曲がり側の動作は弾性力で行うことにより、簡易な構造で所要の作動を実現できる。さらに、複数の可撓性管を、一端が一致しないように配置することで、多様な伸長作動を実現できる。
【００１５】
第３発明に係るアクチュエータは、前記弾性曲状体の内部に芯材が配置してあることを特徴とする。
第３発明にあっては、芯材を内部に配置することで、弾性曲状体に所要の剛性を持たせることができ、物体の把持時及び押圧時等に弾性曲状体が弾性変形する程度を抑制して、把持力及び押圧力等を増強できる。
【００１６】
第４発明に係るアクチュエータは、前記芯材は、複数であることを特徴とする。
【００１７】
第４発明にあっては、複数の芯材を内部に配置することで、弾性曲状体に所要の剛性を持たせることができ、物体の把持時及び押圧時等に弾性曲状体が弾性変形する程度を抑制して、把持力及び押圧力等を増強できる。なお、各芯材は、可撓性管の貫通方向を考慮して弾性曲状体の伸長を妨げないように配置することが重要である。
【００１８】
第５発明に係るアクチュエータは、複数の芯材は、前記可撓性管の貫通方向に沿って間隔を隔てて配置してあることを特徴とする。
第５発明にあっては、各芯材同士は間隔を隔てて配置することで、変形時に節となる箇所を弾性曲状体に形成でき、節を変形支点とした作動を実現できる。
【００１９】
第６発明に係るアクチュエータは、各可撓性管の一端は、相異する各芯材に夫々当接するように配置してあることを特徴とする。
第６発明にあっては、複数の可撓性管の一端を各芯材に当接させることで、可撓性管が直線状に変形する場合、当接する一端で各芯材を押圧することになり、変形に係る作動力を芯材へ直接的に伝達でき、それに伴い弾性曲状体の変形に対する応答性も向上し、迅速で且つ力強い作動が可能になる。
【００２１】
第７発明に係るアクチュエータは、前記弾性曲状体は、複数の弾性部材を組み合わせてなることを特徴とする。
【００２２】
第７発明にあっては、複数の弾性部材を組み合わせて弾性曲状体を形成することで、内部に可撓性管を配置した弾性曲状体を容易に形成できる。例えば、棒状の弾性曲状体を形成する場合、可撓性管に各弾性部材を串刺し状に連続して取り付けていくことで、可撓性管を貫通させた弾性曲状体を簡単に形成できる。また、これら各弾性部材同士は、加熱による融着又は接着剤等による接着で連結一体化することが好ましく、このような弾性部材の連結箇所が伸縮動作における節として機能し、節毎に屈曲するような変形動作を実現できる。
【００２３】
第８発明に係るアクチュエータは、前記弾性曲状体は、複数の弾性部材を組み合わせてなり、各弾性部材の内部に芯材を夫々配置してあることを特徴とする。
【００２４】
第８発明にあっては、複数の弾性部材を組み合わせて弾性曲状体を形成することで、内部に可撓性管を配置した弾性曲状体を容易に形成できる。
【００２５】
例えば、棒状の弾性曲状体を形成する場合、可撓性管に各弾性部材を串刺し状に連続して取り付けていくことで、可撓性管を貫通させた弾性曲状体を簡単に形成できる。
【００２６】
これら各弾性部材同士は、加熱による融着又は接着剤等による接着で連結一体化することが好ましく、このような弾性部材の連結箇所が伸縮動作における節として機能し、節毎に屈曲するような変形動作を実現できる。
【００２７】
また、各弾性部材の内部に芯材を配置することで、複数の芯材により形成される節と各弾性部材の連結により形成される節とが一致し、なめらかな動作及び所要の剛性の確保を両立できる。
【００２８】
第９発明に係るアクチュエータは、前記弾性曲状体は、複数の弾性部材を組み合わせてなり、各弾性部材の内部に芯材を夫々配置してあり、各可撓性管の一端は、相異する各芯材に夫々当接するように配置してあることを特徴とする。
第９発明にあっては、複数の弾性部材を組み合わせて弾性曲状体を形成することで、内部に可撓性管を配置した弾性曲状体を容易に形成できる。また、各弾性部材の内部に芯材を配置することで、複数の芯材により形成される節と各弾性部材の連結により形成される節とが一致し、なめらかな動作及び所要の剛性の確保を両立できる。さらに、複数の可撓性管の一端を各芯材に当接させることで、可撓性管が直線状に変形する場合、当接する一端で各芯材を押圧することになり、変形に係る作動力を芯材へ直接的に伝達でき、それに伴い弾性曲状体の変形に対する応答性も向上し、迅速で且つ力強い作動が可能になる。
【００２９】
第１０発明に係るアクチュエータは、前記複数の弾性部材は、弾性力を夫々相異させてあることを特徴とする。
第１０発明にあっては、各弾性部材は弾性力が相違するものを組み合わせることで、部分的に弾性力が相違する弾性曲状体を形成でき、弾性体の弾性力を利用して元の状態に復元させる場合、弾性力の強弱に応じて複雑な戻り動作を行うことができる。
【００３０】
第１１発明に係るアクチュエータは、前記弾性曲状体は、伸長させた状態で棒状となることを特徴とする。
第１１発明にあっては、弾性曲状体を伸長させた状態で棒状に形成することで、物体を把持する用途、及び、物体を押す用途等にアクチュエータを適用できる。また、これら各用途に対して、弾性曲状体の表面がソフトであるため作業対象となる物体を優しく取り扱うことができる。
【００３１】
第１２発明に係るアクチュエータは、前記弾性曲状体は、伸長させた状態で板状となることを特徴とする。
第１２発明にあっては、弾性曲状体を伸長させた状態で板状に形成することで、物体を広い面で把持する動作、及び、広い面で物体を押す動作等に対応可能となり、アクチュエータの適用用途を広げることができる。
【００３４】
第１３発明に係るハンド装置は、前記アクチュエータの板状となる弾性曲状体に、前記アクチュエータの棒状の弾性曲状体が取り付けてあることを特徴とする。
第１３発明にあっては、板状の弾性曲状体に棒状の弾性曲状体を取り付けているので、簡易な構造で人体の手と同様な作動を行うハンド装置を形成できる。即ち、板状の弾性曲状体を含むアクチュエータを手のひら及び甲として機能させると共に、棒状の弾性曲状体を含むアクチュエータを指として機能させることで全体として手と同様な作動形態を実現できる。
【００３５】
よって、各指に相当するアクチュエータと、手のひら及び甲に相当するアクチュエータとを個別に制御することで、物体の把持及び押圧以外に、じゃんけん、手文字と云った人体の手と同様な複雑な動きも行うことができ、表面がソフトであることも含めて福祉介護用等に対して好適に導入できる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
図１（ａ）は本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータ１０の全体構成図である。アクチュエータ１０は弾性曲状体である作動体１１の内部に可撓性管であるチューブ１２を貫通しており、このチューブ１２の内部に流体として液体を供給する伸長手段の操作制御器１３を接続している。
【００３７】
作動体１１は、図２にも示すように、合成ゴムを材質に用いてＪ字状で成形されており、図中の一点鎖線に示すように直線の棒状に変形させると、元のＪ字状に復元しようとする弾性力（図中、矢印で示す）が先端１１ａを含む作動体１１の湾曲した中間部１１ｃに発生する。なお、作動体１１は、成形用の型内にチューブ１２を配置した状態で成形をすることで、内部にチューブ１２を貫通させており、その結果、チューブ１２は作動体１１の先端１１ａから他端１１ｂへと配置されると共に他端１１ｂから外方へ延出されている。
【００３８】
チューブ１２は、一端１２ａが閉鎖された所要の形状に撓むことが可能な細径のチューブ（本実施形態ではφ３ｍｍ）であり、内部に液体が充填されていない場合は、作動体１１と同等のＪ字状になり、内部に液体が供給されて内部全体が液体で充填された場合、直線状の剛体になる。本実施形態のチューブ１２には、Ｊ字状から直線状に変形する際の変形力が作動体１１の弾性力より大きいものを適用している。
【００３９】
また、操作制御器１３は、図１（ａ）、図３に示すように、制御器１４、切換バルブ１５、操作部１６、作動源部１７及び圧力センサ１８を具備している。制御器１４は、操作部１６の操作と圧力センサ１８の検知信号に基づいて切換バルブ１５を切り換える制御及び後述する作動源部１７のモータ１７ｂの制御を行うものである。切換バルブ１５は、制御器１４の制御に応じてチューブ１２と作動源部１７とを流通させた状態（図３に示す状態）とチューブ１２と作動源部１７との間を遮断した状態に切り換えるものである。
【００４０】
操作部１６は、作動体１１を作動させる所要の操作を受け付けるものである。さらに、作動源部１７は、液体の供給及び吸い出しを行うポンプ１７ａ、ポンプ１７ａを駆動するモータ１７ｂ及びチューブ１２に供給する液体を蓄えるタンク１７ｃを内蔵している。
【００４１】
モータ１７ｂは、回転、回転停止及び回転方向が制御器１４により制御されており、チューブ１２及び作動源部１７が流通している状態で、モータ１７を一方向に回転させることでチューブ１２へ液体を供給すると共に他方向に回転させることでチューブ１２内の液体をタンク１７ｃへ吸い出すようにしている。
【００４２】
また、圧力センサ１８は、チューブ１２の他端１２ｂと接続されており、チューブ１２が直線状に変形する際の基準圧力値を設定可能にしており、チューブ１２内の現在の圧力を検知し、検知された圧力値が設定された基準圧力値と同等になると検知信号を制御器１４へ出力している。なお、制御器１４は、出力された検知信号を受け付けると切換バルブ１５がチューブ１２と作動源部１７が遮断するような制御を行う。
【００４３】
次に、上述した構成のアクチュエータ１０における作動体１１の作動状況を説明する。
作動体１１は、チューブ１２に液体が供給されていない状態では、作動体１１自身の弾性力で図１（ａ）に示すＪ字状の形状になり、この状態を作動体１１の先端１１ａの原点位置にし、弾性力で物体Ｐ１の把持を可能にしている。
【００４４】
上記状態から、作動体１１の作動操作を操作部１６で行うことで、制御器１４がモータ１７ｂを液体の供給側へ回転させると共に切換バルブ１５を流通側へ移動させることで、チューブ１２に液体を供給する。チューブ１２は液体が供給されることで、作動体１１の弾性力に抗して徐々に直線状に変形していく。また、この変形により把持されている物体Ｐ１は解放されることになる。
【００４５】
作動体１１は、上述したチューブ１２の変形に伴い、図１（ｂ）に示すように、先端１１ａ付近の部分の曲がりが徐々に緩和され、最終的に直線状態に伸長する。この直線状態では、チューブ１２の内部の圧力が基準圧力値に達し、圧力センサ１８から検知信号が制御器１４へ出力されると共に、制御機１４は検知信号を受けて切換バルブ１５を遮断側へ移動させる。このような制御を行うことで作動体１１は直線状態の形状が維持される。
【００４６】
また、作動体１１の先端１１ａを原点位置に戻すには、原点に戻す操作を操作部１６で行うことにより、制御器１４がモータ１７ｂを吸い出し側へ回転させると共に切換バルブ１５を流通側へ移動させることで、チューブ１２に充填されている液体をタンク１７ｃへ吸い出している。この液体の吸い出しに伴い、チューブ１２の剛性が徐々に低下して、作動体１１の弾性力が優勢になり始め、先端１１ａを含む箇所の曲率が強くなり、最終的にチューブ１２内の液体が全て吸い出されると、作動体１１の弾性力により元のＪ字状になり、先端１１ａが原点位置に戻る。
【００４７】
このように第１の実施形態に係るアクチュエータ１０の作動体１１は、メカニカル的な部分を持たない構造で、Ｊ字状態と直線状態との間を自由に変形でき、しかも、作動体１１は弾性を有する表面がソフトな合成ゴム製であるため、壊れやすい物体の把持及び福祉介護用等に好適に導入できる。
【００４８】
なお、第１の実施形態に係るアクチュエータ１０は、上述した形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、作動体１１は、合成ゴム以外にも、天然ゴムのような各種ゴム、発泡樹脂、ポリオレフィン及びブロック共重合体ポリマー等の合成樹脂を適用して形成されるようにしてもよく、また形成される形状もＪ字状以外の他の湾曲及び屈曲形状等にしてもよい。さらに、チューブ１２に供給する流体には気体を適用することも可能である。
【００４９】
図４（ａ）（ｂ）は、第１の実施形態の変形例に係るアクチュエータ２０である。変形例のアクチュエータ２０は、作動体２１の変形を形状記憶合金部材の変形により作動変形させる点がアクチュエータ１０と相違している。即ち、アクチュエータ２０は、弾性体である作動体２１の内部に線状の形状記憶合金部材２２を貫通配置している。この貫通配置の状況は、常温で図４（ａ）に示す作動体２１と同等のＪ字状である形状記憶合金部材２２の昇温時の変形方向が、作動体２１の変形時に生じる弾性力の方向（図中、矢印方向で示す）の反対方向となるようにしている。なお、形状記憶合金部材２２は昇温により直線状に変形し、この変形力は作動体２１の弾性力より大きくなるようにしている。
【００５０】
また、形状記憶合金部材２２は、作動体２１の先端２１ａ側に対応する一端２２ａに第１電線２９ａを接続し、作動体２１の後端２１ｂ側の他端２２ｂには第２電線２９ｂを接続している。これら第１及び第２電線２９ａ、２９ｂは作動体２１の後端２１ｂより外方へ延出して操作制御器２３と接続されている。操作制御器２３は、作動スイッチ２４及び直流電源２５を具備しており、直流電源２５の陰極側に第１電線２９ａを接続すると共に、作動スイッチ２４に第２電線２９ｂを接続している。
【００５１】
アクチュエータ２０の作動体２１を変形作動させるには、図４（ｂ）に示すように、操作制御器２３の作動スイッチ２４をオフからオンにして、形状記憶合金部材２２に直流電源２５の電流を通電させる。形状記憶合金部材２２は通電されることで自身の内部抵抗により発生するジュール熱により加熱されて昇温し、作動体２１の弾性力に抗して、昇温に伴いＪ字状の湾曲状態から直線状態に変形する。なお、この直線状態は通電を継続することで維持される。
【００５２】
また、作動体２１を図４（ｂ）の直線状態から図４（ａ）のＪ字状態に戻すには、作動スイッチ２４をオンからオフにして、形状記憶合金部材２２への通電を停止することで行う。形状記憶合金部材２２は通電を停止されることでジュール熱が発生しなくなり徐々に降温し、その結果、作動体２１の弾性力に従いながら常温時の形状のＪ字状態に戻る。
【００５３】
なお、変形例のアクチュエータ２０は、図４（ｂ）に示す直線の棒状である作動体の内部に、常温で直線状態であり昇温時にＪ字状に変形する形状記憶合金部材を配置するようにしてもよい。このような構成にすることで、常温時は図４（ｂ）の直線状態で、昇温時は図４（ｂ）のＪ字状態に作動体が変形するアクチュエータを構成することもできる。また、操作制御器２３における電源には直流以外にも交流電源を用いることも可能である。さらに、アクチュエータ２０の作動形態によっては、形状記憶合金部材２２の昇温時の変形方向を弾性体の弾性力の方向と反対方向ではなく同方向にしてもよい。例えば、常温時が直線状態で昇温時にＪ字状に変形する形状記憶合金をＪ字状の弾性体に貫通配置することで、昇温させて物体を把持する場合、形状記憶合金の変形力を弾性体の同方向の弾性力で増強でき把持力を向上できる。また、形状記憶合金部材は上述した通電加熱を用いるのではなく、形状記憶合金部材自体を内部に液体を流通させることができる管状に形成し、昇温させる時は、管内に高温の液体を循環させて、管状の形状記憶合金部材を加熱変形させることも可能である。
【００５４】
図５（ａ）（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータにおける作動体３１を示している。作動体３１は、第１実施形態と同様に弾性曲状体であり、合成ゴムで形成されているが、伸長時に板状になるように形成されている。なお、形成状態では側面方向からの形状が「へ」の字状になるように形成されており、板状に変形させた場合、「へ」の字状に戻るように弾性力（図５（ａ）で示す矢印方向の力）が生じる。
【００５５】
また、作動体３１の内部には可撓性管であるチューブ３２が貫通している。上述した箇所以外は、第１の実施形態のアクチュエータ１０と同様の構成であり、チューブ３２を操作制御器（図示せず）に接続して液体を供給することで、図５（ａ）の屈曲状態から図５（ｂ）の伸長状態に作動体３１を変形させることができる。第２の実施形態のアクチュエータは作動体３１が幅広であるため、弾性力も大きくなり、大きな寸法の物体を把持するような場合に好適である。
【００５６】
なお、第２の実施形態のアクチュエータも第１の実施形態と同様の各種変形を適用することが可能であり、例えば、作動をチューブ３２に液体を供給して行う以外にも、内部に形状記憶合金部材を貫通配置して昇温により形状記憶合金部材を変形させて作動体を変形させるようにしてもよい。
【００５７】
図６は、本発明の第３の実施形態に係るアクチュエータ４０の全体構成を示す液体供給回路図である。アクチュエータ４０は作動体４１に可撓性管であり一端が閉鎖された２本の第１チューブ４２１及び第２チューブ４２２を貫通させており、第１及び第２チューブ４２１、４２２の他端は操作制御器４３に接続している。
【００５８】
第１及び第２チューブ４２１、４２２は、図７（ａ）に示すように、各一端４２１ａ、４２２ａを作動体４１の内部の相違する箇所に夫々配置している。即ち、第１チューブ４２１の一端４２１ａは作動体４１の先端４１ａの近傍に配置しており、第２チューブ４２２の一端４２２ａは作動体４１の湾曲した中間部４１ｃに配置している。
【００５９】
また、操作制御器４３は、図６に示すように、第１チューブ４２１の他端を第１圧力センサ４８１を介して第１切換バルブ４５１に接続しており、第２チューブ４２２の他端を第２圧力センサ４８２を介して第２切換バルブ４５２に接続している。また、操作制御器４３は、操作部４６の操作、第１及び第２圧力センサ４８１、４８２の検知信号を受けて、別個に第１切換バルブ４５１と第２切換バルブ４５２を制御できるようにしている。なお、上述した箇所以外は、第１の実施の形態のアクチュエータ１０と同様の構成にしているので説明を省略する。
【００６０】
次にアクチュエータ４０の作動体４１の作動例を図７（ａ）（ｂ）（ｃ）に基づいて説明する。
先ず、図７（ａ）に示すＪ字状に湾曲した状態から、図７（ｂ）に示すように第２チューブ４２２にのみ液体を供給した場合、湾曲していた第２チューブ４２２は、直線状に変形して剛性を増し、それに伴い、湾曲していた中間部４１ｃも直線状態に変形する。なお、第２チューブ４２２内が所要の圧力値になると、第１の実施形態で説明した制御により、直線状態の変形は維持される。また、この状態では、作動体４１の先端４１ａ付近は、作動体４１の弾性力により湾曲したままである。
【００６１】
次に、図７（ｃ）に示すように、第１チューブ４２１にも液体を供給した場合、第１チューブ４２１も全体が直線状に変形し、作動体４１の先端４１ａ付近も直線状に変形し、作動体４１全体が直線状態の棒状になる。よって、第３の実施形態に係るアクチュエータ４０は、作動体４１を二段階で変形させることができ、複雑な作動にも対応可能にしている。
【００６２】
なお、作動体４１の作動に関しては、先に第１チューブ４２１に液体を供給してから第２チューブ４２２に液体を供給するようにしてもよく、このように液体の供給順序を適宜制御することで様々な作動形態を行うことができる。さらに、液体を吸い出す順番も適宜制御することで、作動体４１の弾性力により元に戻る変形も様々な形態で行うことができる。なお、第３の実施形態のアクチュエータ４０も第１の実施形態における各種変形の適用が可能であり、また、変形させる形態によっては、３本以上のチューブを貫通させてもよい。
【００６３】
図８は、第３の実施形態の一変形例のアクチュエータ５０の全体の構成を示す概略図であり、アクチュエータ５０は、作動体５１を２本の第１及び第２形状記憶合金部材５２１、５２２により作動変形可能にしている。第１形状記憶合金部材５２１は、一端５２１ａを作動体５１の先端５１ａの近傍に配置する一方、第２形状記憶合金部材５２２は、一端５２２ａを作動体５１の中間部５１ｃに配置している。
【００６４】
また、第１形状記憶合金部材５２１は、操作制御器５３の直流電源５５の負極側と第１電線５９１ａを介して接続すると共に、第１作動スイッチ５４１に第２電線５９１ｂを介して接続している。同様に、第２形状記憶合金部材５２２は、操作制御器５３の直流電源５５の負極側と第３電線５９２ａを介して接続すると共に、第２作動スイッチ５４２に第４電線５９２ｂを介して接続している。
【００６５】
よって、アクチュエータ５０では、第１作動スイッチ５４１、第２作動スイッチ５４２のオンとオフを切り換えて操作することで、第１形状記憶合金部材５２１と第２形状記憶合金部材５２２が個別に通電加熱され、作動体５１の先端５１ａ付近及び中間部５１ｃを独立して作動させることができる。その結果、作動体５１の作動形態を一段と細やかに制御できる。なお、アクチュエータ５０も、第１の実施形態のアクチュエータ２０と同様に各種変形を適用できる。
【００６６】
図９（ａ）〜（ｃ）は、上述したアクチュエータ５０の作動体５１に更に２本の第３及び第４形状記憶合金部材６２３、６２４を配置している作動体６１の概略図である。なお、図９（ａ）〜（ｃ）は図８を側面図とした場合、正面図に相当する方向からの視図である。図９（ａ）に示すように、作動体６１は、第１及び第２形状記憶合金部材６２１、６２２の左右に第３及び第４形状記憶合金部材６２３、６２４を配置している。
【００６７】
第３及び第４形状記憶合金部材６２３、６２４は、通電加熱により長さ方向が収縮する変形を行うものであり、図８に示す操作制御器５３と同様な回路構成の第３作動スイッチ及び第４作動スイッチに接続されて、第３及び第４形状記憶合金部材６２３、６２４を個別に通電加熱可能にしている。
【００６８】
また、図９（ａ）に示すように、第１及び第２形状記憶合金部材６２１、６２２を通電加熱させて作動体６１を伸長させた場合、作動体６１には新たな弾性力が生じ、図中の左右何れかの方向に変形させる外力を付加すると、中心の位置に戻ろうとする弾性力が生じている。よって、図９（ｂ）に示すように、第３形状記憶合金部材６２３を通電加熱すると、第３形状記憶合金部材６２３は作動体６１の新たに生じた弾性力（図中、ハッチング矢印で示す）に抗して縮小変形することで、作動体６１は全体が左（図中、白矢印で示す）に傾く変形を行う。
【００６９】
さらに、図９（ｂ）に示すように、第４形状記憶合金部材６２４を通電加熱すると、第４形状記憶合金部材６２４は作動体６１の新たに生じた弾性力（図中、ハッチング矢印で示す）に抗して縮小変形することで、作動体６１は全体が右（図中、白矢印で示す）に傾く変形を行う。上述したように計４本の形状記憶合金部材６２１〜６２４を作動体６１の内部に配置するので、一段と複雑な変形作動を行うことができる。
【００７０】
図１０（ａ）（ｂ）は、本発明の第４の実施形態のアクチュエータにおける作動体７１の斜視図であり、図１０（ｂ）に示すように伸長させた状態で板状となる作動体７１に２本の第１及び第２チューブ７２１、７２２を配置している。作動体７１は、図１０（ａ）に示すように伸長させない通常の状態では、側方からの形状が略Ｕ字状の曲形状となるように形成された弾性曲状体であり、中央に平面方向からの形状が略三角形の固定部７１１を設けると共に、左右に第１及び第２変形部７１２、７１３を設けている。
【００７１】
また、第１チューブ７２１は、第１変形部７１２及び固定部７１１を貫通するように配置されており、第２チューブ７２２は、第２変形部７１３及び固定部７１１を貫通するように配置されている。また、第１及び第２チューブ７２１、７２２は、図示していないが、図５に示す構成と同等の操作制御器に接続されて、夫々個別に液体が供給されるようにしている。
【００７２】
第１チューブ７２１に液体が供給されると、第１チューブ７２１が直線状に変形することで、屈曲形状の第１変形部７１２は、伸長して固定部７１１に対して平坦となるように自身の弾性力に抗して変形する。また、第２チューブ７２２に液体が供給されると、第２チューブ７２１が直線状に変形することで、屈曲形状の第２変形部７１３は、伸長して固定部７１１に対して平坦となるように自身の弾性力に抗して変形する。
【００７３】
よって、第１及び第２チューブ７２１、７２２への液体の供給具合及び液体の吸い出し具合を適宜操作することで、作動体７１も複雑な種々の伸縮動作を行うことができる。なお、第４の実施形態のアクチュエータにおける作動体７１にも第１の実施形態と同様の各種変形の適用が可能であり、また、第１及び第２チューブ７２１、７２２の代わりに２本の形状記憶合金部材を配置して、昇温により作動体７１を変形させることも可能である。
【００７４】
図１１は、本発明の第５の実施形態のアクチュエータにおける作動体８１の側方断面図である。作動体８１は、第１の実施形態の作動体１１に４個の第１芯材８９１、第２芯材８９２、第３芯材８９３及び第４芯材８９４を配置した構成にしている。各芯材８９１〜８９４は、弾性曲状体の作動体８１に比べて剛性の高い材質で形成されており、例えば、合成樹脂のような材質を適用できる。
【００７５】
また、第１芯材８９１は作動体８１の先端部８１ａの内部に配置され、以下、第２芯材８９２は第１中間部８１ｂに、第３芯材８９３は第２中間部８１ｃに、第４芯材８９４は後端部８１ｄの夫々内部に配置されている。また、各芯材８９１〜８９４の間は接続しておらず、各芯材８９１〜８９４に比べて剛性の低い節８１ｅ、８１ｆ、８１ｇが生じている。
【００７６】
作動体８１の内部を貫通するチューブ８２に液体を供給すると、チューブ８２が直線状に変形するにつれて、作動体８１は各節８１ｅ〜８１ｇを支点として伸長されていき、丁度、人体の指における間接を支点とした動きと同様な作動を実現している。また、作動体８１の弾性力により物体を把持する場合等も、表面がソフトであっても内部の各芯材８１ａ〜８１ｄで剛性が向上するため、一段としっかりとした把持が行われる。
【００７７】
なお、第５の実施形態のアクチュエータにおける作動体８１も第１の実施形態における各種変形を適用でき、また、形状記憶合金部材の昇温作動も適用可能である。さらに、第５の実施形態のアクチュエータは、第２の実施形態のように、作動体８１の内部に複数のチューブ又は形状記憶合金部材を配置させて複雑な作動を行うようにしてもよい。さらに、また、板状である作動体にも第５の実施形態は適用可能である。
【００７８】
図１２（ａ）（ｂ）は、本発明の第６の実施形態のアクチュエータにおける作動体９１の概略の斜視図であり、作動体９１は複数の弾性部材９１１〜９１４を組み合わせて湾曲状に形成されている。各弾性部材９１１〜９１４は、第１の実施形態において述べた作動体１１の材質に適用できるものと同等な材質で形成されている。また、各弾性部材９１１〜９１４は、周囲の一方側の長手方向の寸法を反対側と相違させることで端面９１１ａ〜９１４ｂを斜めに形成し、組み合わせた際に、全体が湾曲した形状になるようにしている。
【００７９】
作動体９１を形成するには、図１２（ａ）に示すように、チューブ９２に第４弾性部材９１４から第１弾性部材９１１までを順次、串刺し状に刺していくと共に、各弾性部材９１１〜９１４の間を接着剤で接着することで、図１２（ｂ）に示す内部にチューブ９２を貫通させた湾曲状の作動体９１を完成させている。このような組立構成にすることで、内部にチューブ９２を貫通させた作動体９１を容易に製作している。また、各弾性部材９１１〜９１４の接着箇所は、弾性が変化することから作動に対して節９１ｅ〜９１ｇとなる。なお、各弾性部材９１１〜９１４の間の接合は融着で行うことも可能である。
【００８０】
このような構造の作動体９１のチューブ９２に液体を供給すると、チューブ９２が直線状に変形するにつれて、作動体９１も追従して直線状に変形するが、この際、節９１ｅ〜９１ｇを支点とした変形形態になり、また、液体を吸い出して復元する場合は節９１ｅ〜９１ｇで屈折して元に戻るようになる。
【００８１】
なお、第６の実施形態のアクチュエータにおける作動体９１は上述した形態に限定されるものではなく、例えば、組み合わせる各弾性部材９１１〜９１４の弾性力を相違させて、復元させる場合の作動を一様ではなく、様々な状態で元に戻るようにさせてもよい。即ち、弾性力の強い弾性部材は早く元の湾曲状態に戻り、弾性力の弱い弾性部材は遅く元の状態に戻るため、部分的に復元形態を変化させることができる。
【００８２】
また、第６の実施形態においても第１の実施形態における各種変形例の適用が可能であり、形状記憶合金部材による昇温作動も適用できる。さらに、第３の実施形態のように複数のチューブ又は形状記憶合金部材を作動体内部に配置してもよく、第５の実施形態のように複数の芯材を配置することも可能である。
【００８３】
図１３は、本発明の第７の実施形態のアクチュエータにおける作動体１０１の分解状態の概略図であり、作動体１０１は複数の弾性部材１１１〜１１３を組み合わせて湾曲状に形成されており、伸長状態では板状になる。作動体１０１には第１チューブ１０２ａ及び第２チューブ１０２Ａ、１０２Ｂが貫通しており、中央の弾性部材１１１に第１及び第２チューブ１０２ｂを貫通させてから第１チューブ１０２Ａには左側の弾性部材１１２を突き刺し、第２チューブ１０２Ｂには右側の弾性部材１１３を突き刺した後、各弾性部材１１〜１１３を接着剤又は融着で接合することで作動体１０１を形成している。
【００８４】
このように大きな形状で内部に第１及び第２チューブ１０２Ａ、１０２Ｂを貫通させる作動体１０１も、複数の弾性部材１１１〜１１３を各チューブ１０２Ａ、１０２Ｂに突き刺していくことで容易に形成することができる。なお、第７の実施形態のアクチュエータにおける作動体１０１にも図１２に示す第６の実施形態の作動体９１と同様の各種変形例の適用が可能である。
【００８５】
図１４は、本発明の第８の実施形態のアクチュエータ１２０における作動体１２１の概略断面を示す全体構成図である。第８の実施形態の作動体１２１は、図６、７、８に示す第３実施形態における作動体４１（５１）、図１１に示す第５の実施形態における作動体８１、図１２に示す第６の実施形態における作動体９１を組み合わせたような構成にしている。
【００８６】
即ち、先端側の先端弾性部材１３１、第１中間弾性部材１３２、第２中間弾性部材１３３及び後端弾性部材１３４を組み合わせて、接着剤で接着することで湾曲状の作動体１２１を構成し、各弾性部材１３１〜１３４の接合部を節１２１ａ〜１２２ｃにして、直線状に変形させると湾曲する向きに弾性力が生じる弾性体を形成している。また、各弾性部材１３１〜１３４の内部には第１芯材１５１から第４芯材１５４が配置されており、これら各芯材１５１〜１５４に一端が夫々当接するように計４本の第１形状記憶合金部材１４１から第４形状記憶合金部材１４４が作動体１２１の内部に貫通配置してある。
【００８７】
即ち、第１形状記憶合金部材１４１は、一端１４１ａを先端弾性部材１３１内に配置された第１芯材１５１に当接させている。また、以下同様に、第２形状記憶合金部材１４２の一端１４２ａは第１中間弾性部材１３２内の第２芯材１５２に、第３形状記憶合金部材１４３の一端１４３ａは第２中間弾性部材１３３内の第３芯材１５３に、第４形状記憶合金部材１４４の一端１４４ａは後端弾性部材１３４内の第４芯材１５４に、夫々当接させている。
【００８８】
なお、第１及び第２形状記憶合金部材１４１、１４２は、昇温時に図中の湾曲した形状から直線状に変形するものであり、第３及び第４形状記憶合金部材１４３、１４４は、昇温時に直線状態から一端１４３ａ、１４４ａ側が上昇する向きに湾曲するものである。また、各形状記憶合金部材１４１〜１４４は複数の電線ｄを介して操作制御器１２２に接続されている。
【００８９】
操作制御器１２２は、４個の作動スイッチ１２２ａ〜１２２ｄが設けられており、各形状記憶合金部材１４１〜１４４毎に独立して通電加熱できるようにしている。なお、上述した箇所以外の構成は、上述した各実施形態と同様の構成にしている。
【００９０】
図１５（ａ）〜（ｄ）は作動体１２１の作動例の状況を示しており、図１５（ａ）は、第１形状記憶合金部材１４１のみを通電加熱した場合の作動状況である。通電加熱により第１形状記憶合金部材１４１は直線状に変形するが、第１中間弾性部材１５２、第２中間弾性部材１５３及び後端部材１５４内を貫通する第２形状記憶合金部材１４２は依然として湾曲形状であるため、第１形状記憶合金部材１４１のみの配置となる先端弾性部材１３１だけが節１２１ａを支点として直線状に変形する。
【００９１】
また、第１形状記憶合金部材１４１が変形する際は、一端１４１ａが第１芯材１５１に当接しているので、変形に係る力が硬度のある第１芯材１５１へ直接的に伝達されて、作動効率が向上すると共に第１形状記憶合金部材１４１の変形に対する追従性も高まり一段と敏捷な作動を実現できる。
【００９２】
図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の状態から、第２形状記憶合金部材１４２を通電加熱して直線状に変形させた状態を示しており、第１中間部１３２は節１２２ｂを支点として直線状に変形している。また、この変形時も第２形状記憶合金部材１４２の一端１４２ａが第２芯材１５２を押圧して第１中間部１３２を直線状にしており、ダイレクト感のある動きを達成している。なお、第１中間部１３２が節１２２ｂを支点として作動するのは、第１中間部１３２の第２芯材１５２のみが押圧され、第２中間部１３３の第３芯材１５３は押圧されていないためである。
【００９３】
図１５（ｃ）は、図１５（ｂ）の状態から、第３形状記憶合金部材１４３を通電加熱して上方に湾曲変形させた状態を示しており、この変形に追従して第２中間部１３３も上方に作動変形し、その結果、作動体１２１が棒状の直線状態になる。また、この変形時も第３形状記憶合金部材１４３の一端１４３ａが第３芯材を押圧するため、追従性の高いスムーズな作動が実現される。
【００９４】
図１５（ｄ）は、図１５（ｃ）の状態から、第４形状記憶合金部材１４４を通電加熱して、直線状から上方に湾曲させた状態を示しており、この変形に追従して作動体１２１全体が後端１２２ｄを支点として上方に変形している。よって、第４形状記憶合金部材１４４を変形させると、作動体１２１全体を上昇させることができる。なお、この変形も同様に第４芯材が第４形状記憶合金部材１４４の一端１４４ａに押圧されて敏捷な動きとなる。
【００９５】
また、作動体１２１が図１５（ａ）に示す状態、又は、図１５（ｂ）に示す状態でも、第４形状記憶合金部材１４４を通電加熱することで、このような各種形状の状態である作動体１２１全体を上昇できる。なお、作動体１２１の作動は上述した形態に限定されるものではなく、各形状記憶合金部材１４１〜１４４の通電順序および通電状況等を適宜制御することで、複雑な作動を実現できる。
【００９６】
さらに、第８の実施形態のアクチュエータ１２０は、上述した各実施形態における各変形例の適用が可能であり、各形状記憶合金部材１４１〜１４４の代わりにチューブを用いて、各チューブの一端を各芯材１５１〜１５４に当接させて、流体の供給により作動させることも可能である。
【００９７】
図１６（ａ）（ｂ）は、本発明の第９の実施形態に係るハンド装置２００の概略図である。ハンド装置２００は、図１６（ａ）に示すように、図１３に示す第７の実施形態に係る作動体１０１に略同等の構成の作動体２０２に、図１４に示す第８の実施形態に係る作動体１２１と略同等の構成の計５本の作動体２１０、２２０、２３０、２４０、２５０を取り付けてハンド部２０１を形成している。また、各作動体２０２、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０の内部に配置された各形状記憶合金部材２０６、２０７、２１４等は操作制御器２０８に接続されている。なお、ハンド部２０１は、人体の左手に近似したものであり、図１６（ａ）（ｂ）は手のひら側からの視図である。
【００９８】
手のひらに相当する板状の作動体２０２は、固定部２０３に２つの変形部２０４、２０５を接着剤により取り付けると共に、２本の形状記憶合金部材２０６、２０７を内部に貫通配置して、通電加熱しない場合、側方からの形状が略Ｕ字状になるようにしている。
【００９９】
また、作動体２０２の一方の変形部２０５に接着剤で取り付けられる計４本の作動体２１０〜２４０は夫々同等の構成であり、人差し指、中指、薬指及び小指に夫々相当する。代表して作動体２１０で構成を説明すると、先端側の先端部２１１、中間部２１２及び後端部２１３を接着して組み合わせることで作動体２１０が形成されており、各部２１１〜２１３の内部に一端が夫々位置するように計３本の形状記憶合金部材２１４〜２１６を配置している。なお、上述した以外の箇所は、図１４の作動体１２１と同様の構成にしている。
【０１００】
さらに、手のひらに相当する作動体２０２の他方の変形部２０４に接着剤で取り付けられる作動体２５０は、親指に相当するものであり、先端部２５１及び後端部２５２を接着して組み合わせることで形成されると共に、一端が各部２５１、２５２の内部に夫々位置するように２本の形状記憶合金部材２５３、２５４が貫通配置されている。また、作動体２５０も、上述した以外の箇所は、図１４の作動体１２１と同様の構成にしている。
【０１０１】
なお、上述した各指に相当する作動体２１０、２２０、２３０、２４０、２５０は、手のひらに相当する作動体２０２の湾曲する側と同方向に湾曲するように形成されており、直線状に変形させると湾曲状態に戻るように弾性力が生じる。また、各形状記憶合金部材２０６、２０７等を接続する操作制御器２０８は、各形状記憶合金部材２０６、２０７等毎に通電加熱できるようにしており、これにより、各作動体２０２、２１０等を個別に又は連動させて種々の形態で変形できるようにしている。
【０１０２】
図１７（ａ）は、各形状記憶合金部材２０６、２０７等を通電加熱せずに、ハンド部２０１の各作動体２０２〜２５０の弾性力及び湾曲した状態の形状記憶合金部材の剛性力により小片の物体Ｐ２を把持している状態を示す。
【０１０３】
また、図１７（ｂ）は、手のひらに相当する作動体２０２の変形部２０４を伸長させて開くように作動させると共に、人差し指、中指及び親指に相当する作動体２１０、２２０、２５０を直線状に伸長させるように作動させた状態を示している。さらに、上述した状態以外にも、ハンド装置２００はハンド部２０１を各形状記憶合金部材２０６、２０７等の通電加熱を適宜制御することで、人体の手と略同等に種々の状態に変形させることができ、各種形状及び様々な寸法の物体の把持及びボタン、スイッチ等の操作、手文字の形成等種々の用途に適用できる。しかも、ハンド部２０１はソフトな表面であるため、従来のハンド装置へ適用が困難であった福祉介護用等にも容易に導入できる。
【０１０４】
なお、第９の実施形態に係るハンド装置２００は、上述した形態に限定されるものではなく、板状の作動体に取り付ける棒状の作動体の本数を５本以外にすることも可能であり、また、板状の作動体も別の変形作動ができるようなものを適用してもよい。さらに、各作動体には、上述した各実施形態におけるいずれのものを適用するようにしてもよい。また、変形を行う作動源には、形状記憶合金部材の昇温による方式及びチューブに流体を供給する方式のいずれを適用してもよく、混在させることも可能である。
【０１０５】
【発明の効果】
以上に詳述した如く、第１発明及び第２発明にあっては、可撓性管を弾性曲状体の内部に貫通させることで、表面がソフトな簡易な構造で所要の作動を実現でき、複数の可撓性管を、一端が一致しないように配置することで、多様な伸長作動を実現できる。
第３発明にあっては、芯材を内部に配置するので、弾性曲状体に所要の剛性を持たせることができる。
第４発明にあっては、複数の芯材を内部に配置するので、物体の把持時及び押圧時等に弾性曲状体が弾性変形する程度を抑制して、把持力及び押圧力等を増強できる。
【０１０６】
第５発明にあっては、各芯材同士は間隔を隔てて配置するので、変形時に節となる箇所を弾性曲状体に形成できる。
第６発明にあっては、複数の可撓性管の一端を各芯材に当接させるので、変形に係る作動力を芯材へ直接的に伝達でき、それに伴い弾性曲状体の変形に対する応答性も向上し、迅速で且つ力強い作動が可能になる。
第７発明にあっては、複数の弾性部材を組み合わせるので、内部に可撓性管を配置した弾性曲状体を容易に形成できる。
第８発明にあっては、複数の弾性部材を組み合わせて弾性曲状体を形成するので、内部に可撓性管を配置した弾性曲状体を容易に形成でき、また、各弾性部材の内部に芯材を配置するので、なめらかな動作及び所要の剛性の確保を両立できる。
【０１０７】
第９発明にあっては、複数の弾性部材を組み合わせて弾性曲状体を形成することで、内部に可撓性管を配置した弾性曲状体を容易に形成でき、各弾性部材の内部に芯材を配置するので、なめらかな動作及び所要の剛性の確保を両立でき、さらに、複数の可撓性管の一端を各芯材に当接させるので、迅速で且つ力強い作動を実現できる。
第１０発明にあっては、弾性力が相違する弾性部材を組み合わせるので、弾性力の強弱に応じて複雑な戻り動作を行うことができる。
第１１発明にあっては、作動に係る弾性曲状体を棒状することで、種々の用途に適用できる。
第１２発明にあっては、弾性曲状体を板状にすることで、用途範囲を広げることができる。
第１３発明にあっては、板状の弾性曲状体に棒状の弾性曲状体を取り付けているので、人体の手と同様な作動を行うハンド装置を簡易な構成で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータであり、（ａ）は作動体の湾曲状態の斜視図、（ｂ）は作動体の伸長時の斜視図である。
【図２】第１の実施形態の作動体の断面図である。
【図３】第１の実施形態のアクチュエータの液体供給回路図である。
【図４】第１の実施形態の変形例のアクチュエータであり、（ａ）は作動体の湾曲状態の概略図、（ｂ）は作動体の伸長時の概略図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る作動体であり、（ａ）は作動体の屈曲状態の斜視図、（ｂ）は伸長時の斜視図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るアクチュエータの液体供給回路図である。
【図７】（ａ）（ｂ）（ｃ）は第３の実施形態の作動体の作動状況の概略図である。
【図８】第３の実施形態の変形例に係るアクチュエータの概略図である。
【図９】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、第３の実施形態の別の変形例に係る作動体の作動状況を示す概略図である。
【図１０】第４の実施形態に係る作動体であり、（ａ）は湾曲状態の斜視図、（ｂ）は伸長時の斜視図である。
【図１１】第５の実施形態に係る作動体の側方断面図である。
【図１２】第６の実施形態に係る作動体であり、（ａ）は製作状態を示す斜視図、（ｂ）は完成状態を示す斜視図である。
【図１３】第７の実施形態に係る作動体の分解斜視図である。
【図１４】第８の実施形態に係るアクチュエータの全体構成図である。
【図１５】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、第８の実施形態に係る作動体の作動状況を示す概略図である。
【図１６】第９の実施形態に係るハンド装置であり、（ａ）は分解状態のハンド部を示す概略図、（ｂ）は完成状態のハンド部を示す概略図である。
【図１７】（ａ）（ｂ）は第９の実施形態に係るハンド部の作動状況を示す概略斜視図である。
【図１８】（ａ）は従来のアクチュエータの斜視図、（ｂ）は従来の把持装置の斜視図、（ｃ）は別の従来のアクチュエータの斜視図である。
【符号の説明】
１０ アクチュエータ
１１ 作動体
１２ チューブ
１３、２３ 操作制御器
２２ 形状記憶合金部材
８９１〜８９４ 芯材
９１１〜９１４ 弾性部材
２００ ハンド装置
２０１ ハンド部
【発明の属する技術分野】
本発明は、所要の作動を行うアクチュエータに関し、特に、弾性体の弾性力を一方向の作動に利用することで簡易な構造で種々の作動形態を実現したアクチュエータ及びハンド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、産業用及び福祉介護用等のロボットのハンド装置は、モータ及びシリンダ等のアクチュエータを電気的に制御することで作動される。一方、昨今、このような装置に比べてメカニカルな部分を削減して簡易な構造で各種作動を実現したアクチュエータが登場している。
【０００３】
図１８（ａ）のアクチュエータ１は、湾曲形状の筒状弾性体１ａにぜんまい状ばね１ｂを密着させると共に両端部に封止部材１ｃを夫々取り付けて内部を密閉し、筒状弾性体１ａの内部に空気を供給することで筒状弾性体１ａを伸長させている（特許文献１参照。）。
また、図１８（ｂ）の把持装置２は、一端を封止部材２ｃで閉鎖したホース２ａの内部にばね鋼又は形状記憶合金からなる弾性部材２ｂを挿通し、ホース２ａの内部に流体を供給することで、弾性部材２ｂの弾性力に抗してホース２ａを変形させている（特許文献２参照。）。
【０００４】
さらに、図１８（ｃ）のアクチュエータ３は、複数の把持部材３ａをばね３ｂで連結すると共に、各把持部材３ａを貫通するように形状記憶合金管３ｃを取り付けている。アクチュエータ３は、形状記憶合金管３ｃの内部に温液が流入させることで湾曲され、冷液を流入させることで直線状に伸長させる作動を行う（特許文献３参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−１６４１１０号公報
【特許文献２】
特開平８−１６８９８９号公報
【特許文献３】
特開平６−３３９８８７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１８（ａ）のアクチュエータ１は、硬度のある金属製のぜんまい状ばね１ｂを表出させているので、金属が直接人体に触れる場合が生じるので福祉介護用のロボットのハンド装置に適用するのは好適でないと云う問題がある。また、筒状弾性体１ａの伸長状態と巻回状態に変形させる作動は、空気の供給及びぜんまい状ばね１ｂの弾性力に依存するので、複雑な動作を行えない問題もある。さらに、筒状弾性体１ａは封止部材１ｃを取り付けて内部を密閉するため、封止部材１ｃの取付後にシール性等を確認する必要があり製作に手間を要すると云う問題がある。
【０００７】
図１８（ｂ）の把持装置２は、細いホース２ａ自体を把持部材として使用しているので、小片等の小さい物体等を把持する場合に適用するのが困難になる問題がある。また、把持装置２も、作動を流体の供給及び弾性部材２ｂの弾性力に依存しているため、一様な作動しか行えない問題がある。
【０００８】
図１８（ｃ）のアクチュエータ３は、把持部材３ａをばね３ｂで連結する構成であるため、部品点数も多く組立に手間を要する問題がある。また、一本の形状記憶合金管３ｃの変形に追従させて作動させるため、単純な動作しか行えない問題がある。さらに、把持部材３ａ、ばね３ｂ及び形状記憶合金管３ｃ等の硬度のある部材が表面に露出しているので、アクチュエータ３を福祉介護に用いるのは適切でない問題もある。
【０００９】
本発明は、斯かる問題に鑑みてなされたものであり、弾性の作動体の内部に直接、可撓性管を貫通配置することで、表面がソフトであると共に一段と簡易な構造で種々の作動を行うアクチュエータを提供することを目的とする。
また、本発明は、作動体の形状を棒状又は板状にすることで、様々な用途に適用できるアクチュエータを提供することを目的とする。
【００１０】
さらに、本発明は、作動体を複数の弾性部材を組み合わせて構成することにより、多様な動作を可能にしたアクチュエータを提供することを目的とする。
さらに、また、本発明は、可撓性管を複数配置することにより、複雑な作動にも対応可能にしたアクチュエータを提供することを目的とする。
また、本発明は、各種アクチュエータを組み合わせることで、簡易な構造で人体の手と近似した作動を行うことができるハンド装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、第１発明に係るアクチュエータは、弾性曲状体と、該弾性曲状体の内部を貫通しており、一端が閉鎖してある複数の可撓性管と、該可撓性管の他端から管内に流体を供給することで、前記弾性曲状体を伸長させる伸長手段とを備え、前記複数の可撓性管は、夫々平行的に配置してあり、各可塑性管の一端は、前記可撓性管の貫通方向に沿って間隔を隔てた箇所に夫々配置してあることを特徴とする。
【００１２】
第１発明にあっては、可撓性管を弾性曲状体の内部に貫通させた簡易な構造にしており、可撓性管の内部に気体又は液体等の流体を供給することで、可撓性管が直線状に伸長させる。このように可撓性管を伸長させることで可撓性管は剛体となり、その結果、曲がり形状の弾性曲状体を追従させて直線状に伸長させることができる。また、流体の供給を停止すると、可撓性管の剛性が弱まり弾性曲状体が有する弾性力が優勢となり、自然と元の曲がり形状に戻る。よって、アクチュエータは、伸長側の動作は流体の供給で行い、曲がり側の動作は弾性力で行うことにより、簡易な構造で所要の作動を実現できる。さらに、複数の可撓性管を、一端が一致しないように配置することで、多様な伸長作動を実現できる。例えば、一本目の可撓性管を一端が可撓性管の先端付近に位置するように配置させると共に、２本目の可撓性管を一端が長手方向の湾曲している中間箇所に位置するように配置させることで、各可撓性管に流体を供給した場合、直線状になる範囲が相違し、それに伴い弾性曲状体を部分的に変形させることが可能になる。即ち、１本目の可撓性管のみに流体を供給した場合、弾性曲状体の先端付近のみが直線状に伸長し、２本目の可撓性管のみに流体を供給した場合は、中間箇所のみが伸長するので、各可撓性管への流体の供給を調節することで多様な変形動作を実現できる。
【００１３】
また、変形する弾性曲状体には表面がソフトで所要の弾性力を具備する天然ゴム及び合成ゴム等の各種ゴム、ポリオレフィン及びブロック共重合体ポリマー等の合成樹脂、並びに、発泡樹脂等の適用が可能である。なお、弾性曲状体の曲がり具合は、アクチュエータが適用される対象に応じて形状にすることが好ましく、湾曲形状及び屈曲形状等の様々な曲がり形状に形成してもよい。また、伸長手段は、流体の供給量及び供給圧を調節可能にして、伸長の速度及び伸長する程度等を調整することが好適である。
【００１４】
第２発明に係るアクチュエータは、弾性曲状体と、該弾性曲状体の内部を貫通しており、一端が閉鎖してある複数の可撓性管と、該可撓性管の他端から管内に流体を供給することで、前記弾性曲状体を伸長させる伸長手段とを備え、前記複数の可撓性管は、前記弾性曲状体を伸長させた状態で各可塑性管の一端が相異する方向を向くように夫々配置してあることを特徴とする。
第２発明にあっては、可撓性管を弾性曲状体の内部に貫通させた簡易な構造にしており、可撓性管の内部に気体又は液体等の流体を供給することで、可撓性管が直線状に伸長させる。このように可撓性管を伸長させることで可撓性管は剛体となり、その結果、曲がり形状の弾性曲状体を追従させて直線状に伸長させることができる。また、流体の供給を停止すると、可撓性管の剛性が弱まり弾性曲状体が有する弾性力が優勢となり、自然と元の曲がり形状に戻る。よって、アクチュエータは、伸長側の動作は流体の供給で行い、曲がり側の動作は弾性力で行うことにより、簡易な構造で所要の作動を実現できる。さらに、複数の可撓性管を、一端が一致しないように配置することで、多様な伸長作動を実現できる。
【００１５】
第３発明に係るアクチュエータは、前記弾性曲状体の内部に芯材が配置してあることを特徴とする。
第３発明にあっては、芯材を内部に配置することで、弾性曲状体に所要の剛性を持たせることができ、物体の把持時及び押圧時等に弾性曲状体が弾性変形する程度を抑制して、把持力及び押圧力等を増強できる。
【００１６】
第４発明に係るアクチュエータは、前記芯材は、複数であることを特徴とする。
【００１７】
第４発明にあっては、複数の芯材を内部に配置することで、弾性曲状体に所要の剛性を持たせることができ、物体の把持時及び押圧時等に弾性曲状体が弾性変形する程度を抑制して、把持力及び押圧力等を増強できる。なお、各芯材は、可撓性管の貫通方向を考慮して弾性曲状体の伸長を妨げないように配置することが重要である。
【００１８】
第５発明に係るアクチュエータは、複数の芯材は、前記可撓性管の貫通方向に沿って間隔を隔てて配置してあることを特徴とする。
第５発明にあっては、各芯材同士は間隔を隔てて配置することで、変形時に節となる箇所を弾性曲状体に形成でき、節を変形支点とした作動を実現できる。
【００１９】
第６発明に係るアクチュエータは、各可撓性管の一端は、相異する各芯材に夫々当接するように配置してあることを特徴とする。
第６発明にあっては、複数の可撓性管の一端を各芯材に当接させることで、可撓性管が直線状に変形する場合、当接する一端で各芯材を押圧することになり、変形に係る作動力を芯材へ直接的に伝達でき、それに伴い弾性曲状体の変形に対する応答性も向上し、迅速で且つ力強い作動が可能になる。
【００２１】
第７発明に係るアクチュエータは、前記弾性曲状体は、複数の弾性部材を組み合わせてなることを特徴とする。
【００２２】
第７発明にあっては、複数の弾性部材を組み合わせて弾性曲状体を形成することで、内部に可撓性管を配置した弾性曲状体を容易に形成できる。例えば、棒状の弾性曲状体を形成する場合、可撓性管に各弾性部材を串刺し状に連続して取り付けていくことで、可撓性管を貫通させた弾性曲状体を簡単に形成できる。また、これら各弾性部材同士は、加熱による融着又は接着剤等による接着で連結一体化することが好ましく、このような弾性部材の連結箇所が伸縮動作における節として機能し、節毎に屈曲するような変形動作を実現できる。
【００２３】
第８発明に係るアクチュエータは、前記弾性曲状体は、複数の弾性部材を組み合わせてなり、各弾性部材の内部に芯材を夫々配置してあることを特徴とする。
【００２４】
第８発明にあっては、複数の弾性部材を組み合わせて弾性曲状体を形成することで、内部に可撓性管を配置した弾性曲状体を容易に形成できる。
【００２５】
例えば、棒状の弾性曲状体を形成する場合、可撓性管に各弾性部材を串刺し状に連続して取り付けていくことで、可撓性管を貫通させた弾性曲状体を簡単に形成できる。
【００２６】
これら各弾性部材同士は、加熱による融着又は接着剤等による接着で連結一体化することが好ましく、このような弾性部材の連結箇所が伸縮動作における節として機能し、節毎に屈曲するような変形動作を実現できる。
【００２７】
また、各弾性部材の内部に芯材を配置することで、複数の芯材により形成される節と各弾性部材の連結により形成される節とが一致し、なめらかな動作及び所要の剛性の確保を両立できる。
【００２８】
第９発明に係るアクチュエータは、前記弾性曲状体は、複数の弾性部材を組み合わせてなり、各弾性部材の内部に芯材を夫々配置してあり、各可撓性管の一端は、相異する各芯材に夫々当接するように配置してあることを特徴とする。
第９発明にあっては、複数の弾性部材を組み合わせて弾性曲状体を形成することで、内部に可撓性管を配置した弾性曲状体を容易に形成できる。また、各弾性部材の内部に芯材を配置することで、複数の芯材により形成される節と各弾性部材の連結により形成される節とが一致し、なめらかな動作及び所要の剛性の確保を両立できる。さらに、複数の可撓性管の一端を各芯材に当接させることで、可撓性管が直線状に変形する場合、当接する一端で各芯材を押圧することになり、変形に係る作動力を芯材へ直接的に伝達でき、それに伴い弾性曲状体の変形に対する応答性も向上し、迅速で且つ力強い作動が可能になる。
【００２９】
第１０発明に係るアクチュエータは、前記複数の弾性部材は、弾性力を夫々相異させてあることを特徴とする。
第１０発明にあっては、各弾性部材は弾性力が相違するものを組み合わせることで、部分的に弾性力が相違する弾性曲状体を形成でき、弾性体の弾性力を利用して元の状態に復元させる場合、弾性力の強弱に応じて複雑な戻り動作を行うことができる。
【００３０】
第１１発明に係るアクチュエータは、前記弾性曲状体は、伸長させた状態で棒状となることを特徴とする。
第１１発明にあっては、弾性曲状体を伸長させた状態で棒状に形成することで、物体を把持する用途、及び、物体を押す用途等にアクチュエータを適用できる。また、これら各用途に対して、弾性曲状体の表面がソフトであるため作業対象となる物体を優しく取り扱うことができる。
【００３１】
第１２発明に係るアクチュエータは、前記弾性曲状体は、伸長させた状態で板状となることを特徴とする。
第１２発明にあっては、弾性曲状体を伸長させた状態で板状に形成することで、物体を広い面で把持する動作、及び、広い面で物体を押す動作等に対応可能となり、アクチュエータの適用用途を広げることができる。
【００３４】
第１３発明に係るハンド装置は、前記アクチュエータの板状となる弾性曲状体に、前記アクチュエータの棒状の弾性曲状体が取り付けてあることを特徴とする。
第１３発明にあっては、板状の弾性曲状体に棒状の弾性曲状体を取り付けているので、簡易な構造で人体の手と同様な作動を行うハンド装置を形成できる。即ち、板状の弾性曲状体を含むアクチュエータを手のひら及び甲として機能させると共に、棒状の弾性曲状体を含むアクチュエータを指として機能させることで全体として手と同様な作動形態を実現できる。
【００３５】
よって、各指に相当するアクチュエータと、手のひら及び甲に相当するアクチュエータとを個別に制御することで、物体の把持及び押圧以外に、じゃんけん、手文字と云った人体の手と同様な複雑な動きも行うことができ、表面がソフトであることも含めて福祉介護用等に対して好適に導入できる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
図１（ａ）は本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータ１０の全体構成図である。アクチュエータ１０は弾性曲状体である作動体１１の内部に可撓性管であるチューブ１２を貫通しており、このチューブ１２の内部に流体として液体を供給する伸長手段の操作制御器１３を接続している。
【００３７】
作動体１１は、図２にも示すように、合成ゴムを材質に用いてＪ字状で成形されており、図中の一点鎖線に示すように直線の棒状に変形させると、元のＪ字状に復元しようとする弾性力（図中、矢印で示す）が先端１１ａを含む作動体１１の湾曲した中間部１１ｃに発生する。なお、作動体１１は、成形用の型内にチューブ１２を配置した状態で成形をすることで、内部にチューブ１２を貫通させており、その結果、チューブ１２は作動体１１の先端１１ａから他端１１ｂへと配置されると共に他端１１ｂから外方へ延出されている。
【００３８】
チューブ１２は、一端１２ａが閉鎖された所要の形状に撓むことが可能な細径のチューブ（本実施形態ではφ３ｍｍ）であり、内部に液体が充填されていない場合は、作動体１１と同等のＪ字状になり、内部に液体が供給されて内部全体が液体で充填された場合、直線状の剛体になる。本実施形態のチューブ１２には、Ｊ字状から直線状に変形する際の変形力が作動体１１の弾性力より大きいものを適用している。
【００３９】
また、操作制御器１３は、図１（ａ）、図３に示すように、制御器１４、切換バルブ１５、操作部１６、作動源部１７及び圧力センサ１８を具備している。制御器１４は、操作部１６の操作と圧力センサ１８の検知信号に基づいて切換バルブ１５を切り換える制御及び後述する作動源部１７のモータ１７ｂの制御を行うものである。切換バルブ１５は、制御器１４の制御に応じてチューブ１２と作動源部１７とを流通させた状態（図３に示す状態）とチューブ１２と作動源部１７との間を遮断した状態に切り換えるものである。
【００４０】
操作部１６は、作動体１１を作動させる所要の操作を受け付けるものである。さらに、作動源部１７は、液体の供給及び吸い出しを行うポンプ１７ａ、ポンプ１７ａを駆動するモータ１７ｂ及びチューブ１２に供給する液体を蓄えるタンク１７ｃを内蔵している。
【００４１】
モータ１７ｂは、回転、回転停止及び回転方向が制御器１４により制御されており、チューブ１２及び作動源部１７が流通している状態で、モータ１７を一方向に回転させることでチューブ１２へ液体を供給すると共に他方向に回転させることでチューブ１２内の液体をタンク１７ｃへ吸い出すようにしている。
【００４２】
また、圧力センサ１８は、チューブ１２の他端１２ｂと接続されており、チューブ１２が直線状に変形する際の基準圧力値を設定可能にしており、チューブ１２内の現在の圧力を検知し、検知された圧力値が設定された基準圧力値と同等になると検知信号を制御器１４へ出力している。なお、制御器１４は、出力された検知信号を受け付けると切換バルブ１５がチューブ１２と作動源部１７が遮断するような制御を行う。
【００４３】
次に、上述した構成のアクチュエータ１０における作動体１１の作動状況を説明する。
作動体１１は、チューブ１２に液体が供給されていない状態では、作動体１１自身の弾性力で図１（ａ）に示すＪ字状の形状になり、この状態を作動体１１の先端１１ａの原点位置にし、弾性力で物体Ｐ１の把持を可能にしている。
【００４４】
上記状態から、作動体１１の作動操作を操作部１６で行うことで、制御器１４がモータ１７ｂを液体の供給側へ回転させると共に切換バルブ１５を流通側へ移動させることで、チューブ１２に液体を供給する。チューブ１２は液体が供給されることで、作動体１１の弾性力に抗して徐々に直線状に変形していく。また、この変形により把持されている物体Ｐ１は解放されることになる。
【００４５】
作動体１１は、上述したチューブ１２の変形に伴い、図１（ｂ）に示すように、先端１１ａ付近の部分の曲がりが徐々に緩和され、最終的に直線状態に伸長する。この直線状態では、チューブ１２の内部の圧力が基準圧力値に達し、圧力センサ１８から検知信号が制御器１４へ出力されると共に、制御機１４は検知信号を受けて切換バルブ１５を遮断側へ移動させる。このような制御を行うことで作動体１１は直線状態の形状が維持される。
【００４６】
また、作動体１１の先端１１ａを原点位置に戻すには、原点に戻す操作を操作部１６で行うことにより、制御器１４がモータ１７ｂを吸い出し側へ回転させると共に切換バルブ１５を流通側へ移動させることで、チューブ１２に充填されている液体をタンク１７ｃへ吸い出している。この液体の吸い出しに伴い、チューブ１２の剛性が徐々に低下して、作動体１１の弾性力が優勢になり始め、先端１１ａを含む箇所の曲率が強くなり、最終的にチューブ１２内の液体が全て吸い出されると、作動体１１の弾性力により元のＪ字状になり、先端１１ａが原点位置に戻る。
【００４７】
このように第１の実施形態に係るアクチュエータ１０の作動体１１は、メカニカル的な部分を持たない構造で、Ｊ字状態と直線状態との間を自由に変形でき、しかも、作動体１１は弾性を有する表面がソフトな合成ゴム製であるため、壊れやすい物体の把持及び福祉介護用等に好適に導入できる。
【００４８】
なお、第１の実施形態に係るアクチュエータ１０は、上述した形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、作動体１１は、合成ゴム以外にも、天然ゴムのような各種ゴム、発泡樹脂、ポリオレフィン及びブロック共重合体ポリマー等の合成樹脂を適用して形成されるようにしてもよく、また形成される形状もＪ字状以外の他の湾曲及び屈曲形状等にしてもよい。さらに、チューブ１２に供給する流体には気体を適用することも可能である。
【００４９】
図４（ａ）（ｂ）は、第１の実施形態の変形例に係るアクチュエータ２０である。変形例のアクチュエータ２０は、作動体２１の変形を形状記憶合金部材の変形により作動変形させる点がアクチュエータ１０と相違している。即ち、アクチュエータ２０は、弾性体である作動体２１の内部に線状の形状記憶合金部材２２を貫通配置している。この貫通配置の状況は、常温で図４（ａ）に示す作動体２１と同等のＪ字状である形状記憶合金部材２２の昇温時の変形方向が、作動体２１の変形時に生じる弾性力の方向（図中、矢印方向で示す）の反対方向となるようにしている。なお、形状記憶合金部材２２は昇温により直線状に変形し、この変形力は作動体２１の弾性力より大きくなるようにしている。
【００５０】
また、形状記憶合金部材２２は、作動体２１の先端２１ａ側に対応する一端２２ａに第１電線２９ａを接続し、作動体２１の後端２１ｂ側の他端２２ｂには第２電線２９ｂを接続している。これら第１及び第２電線２９ａ、２９ｂは作動体２１の後端２１ｂより外方へ延出して操作制御器２３と接続されている。操作制御器２３は、作動スイッチ２４及び直流電源２５を具備しており、直流電源２５の陰極側に第１電線２９ａを接続すると共に、作動スイッチ２４に第２電線２９ｂを接続している。
【００５１】
アクチュエータ２０の作動体２１を変形作動させるには、図４（ｂ）に示すように、操作制御器２３の作動スイッチ２４をオフからオンにして、形状記憶合金部材２２に直流電源２５の電流を通電させる。形状記憶合金部材２２は通電されることで自身の内部抵抗により発生するジュール熱により加熱されて昇温し、作動体２１の弾性力に抗して、昇温に伴いＪ字状の湾曲状態から直線状態に変形する。なお、この直線状態は通電を継続することで維持される。
【００５２】
また、作動体２１を図４（ｂ）の直線状態から図４（ａ）のＪ字状態に戻すには、作動スイッチ２４をオンからオフにして、形状記憶合金部材２２への通電を停止することで行う。形状記憶合金部材２２は通電を停止されることでジュール熱が発生しなくなり徐々に降温し、その結果、作動体２１の弾性力に従いながら常温時の形状のＪ字状態に戻る。
【００５３】
なお、変形例のアクチュエータ２０は、図４（ｂ）に示す直線の棒状である作動体の内部に、常温で直線状態であり昇温時にＪ字状に変形する形状記憶合金部材を配置するようにしてもよい。このような構成にすることで、常温時は図４（ｂ）の直線状態で、昇温時は図４（ｂ）のＪ字状態に作動体が変形するアクチュエータを構成することもできる。また、操作制御器２３における電源には直流以外にも交流電源を用いることも可能である。さらに、アクチュエータ２０の作動形態によっては、形状記憶合金部材２２の昇温時の変形方向を弾性体の弾性力の方向と反対方向ではなく同方向にしてもよい。例えば、常温時が直線状態で昇温時にＪ字状に変形する形状記憶合金をＪ字状の弾性体に貫通配置することで、昇温させて物体を把持する場合、形状記憶合金の変形力を弾性体の同方向の弾性力で増強でき把持力を向上できる。また、形状記憶合金部材は上述した通電加熱を用いるのではなく、形状記憶合金部材自体を内部に液体を流通させることができる管状に形成し、昇温させる時は、管内に高温の液体を循環させて、管状の形状記憶合金部材を加熱変形させることも可能である。
【００５４】
図５（ａ）（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータにおける作動体３１を示している。作動体３１は、第１実施形態と同様に弾性曲状体であり、合成ゴムで形成されているが、伸長時に板状になるように形成されている。なお、形成状態では側面方向からの形状が「へ」の字状になるように形成されており、板状に変形させた場合、「へ」の字状に戻るように弾性力（図５（ａ）で示す矢印方向の力）が生じる。
【００５５】
また、作動体３１の内部には可撓性管であるチューブ３２が貫通している。上述した箇所以外は、第１の実施形態のアクチュエータ１０と同様の構成であり、チューブ３２を操作制御器（図示せず）に接続して液体を供給することで、図５（ａ）の屈曲状態から図５（ｂ）の伸長状態に作動体３１を変形させることができる。第２の実施形態のアクチュエータは作動体３１が幅広であるため、弾性力も大きくなり、大きな寸法の物体を把持するような場合に好適である。
【００５６】
なお、第２の実施形態のアクチュエータも第１の実施形態と同様の各種変形を適用することが可能であり、例えば、作動をチューブ３２に液体を供給して行う以外にも、内部に形状記憶合金部材を貫通配置して昇温により形状記憶合金部材を変形させて作動体を変形させるようにしてもよい。
【００５７】
図６は、本発明の第３の実施形態に係るアクチュエータ４０の全体構成を示す液体供給回路図である。アクチュエータ４０は作動体４１に可撓性管であり一端が閉鎖された２本の第１チューブ４２１及び第２チューブ４２２を貫通させており、第１及び第２チューブ４２１、４２２の他端は操作制御器４３に接続している。
【００５８】
第１及び第２チューブ４２１、４２２は、図７（ａ）に示すように、各一端４２１ａ、４２２ａを作動体４１の内部の相違する箇所に夫々配置している。即ち、第１チューブ４２１の一端４２１ａは作動体４１の先端４１ａの近傍に配置しており、第２チューブ４２２の一端４２２ａは作動体４１の湾曲した中間部４１ｃに配置している。
【００５９】
また、操作制御器４３は、図６に示すように、第１チューブ４２１の他端を第１圧力センサ４８１を介して第１切換バルブ４５１に接続しており、第２チューブ４２２の他端を第２圧力センサ４８２を介して第２切換バルブ４５２に接続している。また、操作制御器４３は、操作部４６の操作、第１及び第２圧力センサ４８１、４８２の検知信号を受けて、別個に第１切換バルブ４５１と第２切換バルブ４５２を制御できるようにしている。なお、上述した箇所以外は、第１の実施の形態のアクチュエータ１０と同様の構成にしているので説明を省略する。
【００６０】
次にアクチュエータ４０の作動体４１の作動例を図７（ａ）（ｂ）（ｃ）に基づいて説明する。
先ず、図７（ａ）に示すＪ字状に湾曲した状態から、図７（ｂ）に示すように第２チューブ４２２にのみ液体を供給した場合、湾曲していた第２チューブ４２２は、直線状に変形して剛性を増し、それに伴い、湾曲していた中間部４１ｃも直線状態に変形する。なお、第２チューブ４２２内が所要の圧力値になると、第１の実施形態で説明した制御により、直線状態の変形は維持される。また、この状態では、作動体４１の先端４１ａ付近は、作動体４１の弾性力により湾曲したままである。
【００６１】
次に、図７（ｃ）に示すように、第１チューブ４２１にも液体を供給した場合、第１チューブ４２１も全体が直線状に変形し、作動体４１の先端４１ａ付近も直線状に変形し、作動体４１全体が直線状態の棒状になる。よって、第３の実施形態に係るアクチュエータ４０は、作動体４１を二段階で変形させることができ、複雑な作動にも対応可能にしている。
【００６２】
なお、作動体４１の作動に関しては、先に第１チューブ４２１に液体を供給してから第２チューブ４２２に液体を供給するようにしてもよく、このように液体の供給順序を適宜制御することで様々な作動形態を行うことができる。さらに、液体を吸い出す順番も適宜制御することで、作動体４１の弾性力により元に戻る変形も様々な形態で行うことができる。なお、第３の実施形態のアクチュエータ４０も第１の実施形態における各種変形の適用が可能であり、また、変形させる形態によっては、３本以上のチューブを貫通させてもよい。
【００６３】
図８は、第３の実施形態の一変形例のアクチュエータ５０の全体の構成を示す概略図であり、アクチュエータ５０は、作動体５１を２本の第１及び第２形状記憶合金部材５２１、５２２により作動変形可能にしている。第１形状記憶合金部材５２１は、一端５２１ａを作動体５１の先端５１ａの近傍に配置する一方、第２形状記憶合金部材５２２は、一端５２２ａを作動体５１の中間部５１ｃに配置している。
【００６４】
また、第１形状記憶合金部材５２１は、操作制御器５３の直流電源５５の負極側と第１電線５９１ａを介して接続すると共に、第１作動スイッチ５４１に第２電線５９１ｂを介して接続している。同様に、第２形状記憶合金部材５２２は、操作制御器５３の直流電源５５の負極側と第３電線５９２ａを介して接続すると共に、第２作動スイッチ５４２に第４電線５９２ｂを介して接続している。
【００６５】
よって、アクチュエータ５０では、第１作動スイッチ５４１、第２作動スイッチ５４２のオンとオフを切り換えて操作することで、第１形状記憶合金部材５２１と第２形状記憶合金部材５２２が個別に通電加熱され、作動体５１の先端５１ａ付近及び中間部５１ｃを独立して作動させることができる。その結果、作動体５１の作動形態を一段と細やかに制御できる。なお、アクチュエータ５０も、第１の実施形態のアクチュエータ２０と同様に各種変形を適用できる。
【００６６】
図９（ａ）〜（ｃ）は、上述したアクチュエータ５０の作動体５１に更に２本の第３及び第４形状記憶合金部材６２３、６２４を配置している作動体６１の概略図である。なお、図９（ａ）〜（ｃ）は図８を側面図とした場合、正面図に相当する方向からの視図である。図９（ａ）に示すように、作動体６１は、第１及び第２形状記憶合金部材６２１、６２２の左右に第３及び第４形状記憶合金部材６２３、６２４を配置している。
【００６７】
第３及び第４形状記憶合金部材６２３、６２４は、通電加熱により長さ方向が収縮する変形を行うものであり、図８に示す操作制御器５３と同様な回路構成の第３作動スイッチ及び第４作動スイッチに接続されて、第３及び第４形状記憶合金部材６２３、６２４を個別に通電加熱可能にしている。
【００６８】
また、図９（ａ）に示すように、第１及び第２形状記憶合金部材６２１、６２２を通電加熱させて作動体６１を伸長させた場合、作動体６１には新たな弾性力が生じ、図中の左右何れかの方向に変形させる外力を付加すると、中心の位置に戻ろうとする弾性力が生じている。よって、図９（ｂ）に示すように、第３形状記憶合金部材６２３を通電加熱すると、第３形状記憶合金部材６２３は作動体６１の新たに生じた弾性力（図中、ハッチング矢印で示す）に抗して縮小変形することで、作動体６１は全体が左（図中、白矢印で示す）に傾く変形を行う。
【００６９】
さらに、図９（ｂ）に示すように、第４形状記憶合金部材６２４を通電加熱すると、第４形状記憶合金部材６２４は作動体６１の新たに生じた弾性力（図中、ハッチング矢印で示す）に抗して縮小変形することで、作動体６１は全体が右（図中、白矢印で示す）に傾く変形を行う。上述したように計４本の形状記憶合金部材６２１〜６２４を作動体６１の内部に配置するので、一段と複雑な変形作動を行うことができる。
【００７０】
図１０（ａ）（ｂ）は、本発明の第４の実施形態のアクチュエータにおける作動体７１の斜視図であり、図１０（ｂ）に示すように伸長させた状態で板状となる作動体７１に２本の第１及び第２チューブ７２１、７２２を配置している。作動体７１は、図１０（ａ）に示すように伸長させない通常の状態では、側方からの形状が略Ｕ字状の曲形状となるように形成された弾性曲状体であり、中央に平面方向からの形状が略三角形の固定部７１１を設けると共に、左右に第１及び第２変形部７１２、７１３を設けている。
【００７１】
また、第１チューブ７２１は、第１変形部７１２及び固定部７１１を貫通するように配置されており、第２チューブ７２２は、第２変形部７１３及び固定部７１１を貫通するように配置されている。また、第１及び第２チューブ７２１、７２２は、図示していないが、図５に示す構成と同等の操作制御器に接続されて、夫々個別に液体が供給されるようにしている。
【００７２】
第１チューブ７２１に液体が供給されると、第１チューブ７２１が直線状に変形することで、屈曲形状の第１変形部７１２は、伸長して固定部７１１に対して平坦となるように自身の弾性力に抗して変形する。また、第２チューブ７２２に液体が供給されると、第２チューブ７２１が直線状に変形することで、屈曲形状の第２変形部７１３は、伸長して固定部７１１に対して平坦となるように自身の弾性力に抗して変形する。
【００７３】
よって、第１及び第２チューブ７２１、７２２への液体の供給具合及び液体の吸い出し具合を適宜操作することで、作動体７１も複雑な種々の伸縮動作を行うことができる。なお、第４の実施形態のアクチュエータにおける作動体７１にも第１の実施形態と同様の各種変形の適用が可能であり、また、第１及び第２チューブ７２１、７２２の代わりに２本の形状記憶合金部材を配置して、昇温により作動体７１を変形させることも可能である。
【００７４】
図１１は、本発明の第５の実施形態のアクチュエータにおける作動体８１の側方断面図である。作動体８１は、第１の実施形態の作動体１１に４個の第１芯材８９１、第２芯材８９２、第３芯材８９３及び第４芯材８９４を配置した構成にしている。各芯材８９１〜８９４は、弾性曲状体の作動体８１に比べて剛性の高い材質で形成されており、例えば、合成樹脂のような材質を適用できる。
【００７５】
また、第１芯材８９１は作動体８１の先端部８１ａの内部に配置され、以下、第２芯材８９２は第１中間部８１ｂに、第３芯材８９３は第２中間部８１ｃに、第４芯材８９４は後端部８１ｄの夫々内部に配置されている。また、各芯材８９１〜８９４の間は接続しておらず、各芯材８９１〜８９４に比べて剛性の低い節８１ｅ、８１ｆ、８１ｇが生じている。
【００７６】
作動体８１の内部を貫通するチューブ８２に液体を供給すると、チューブ８２が直線状に変形するにつれて、作動体８１は各節８１ｅ〜８１ｇを支点として伸長されていき、丁度、人体の指における間接を支点とした動きと同様な作動を実現している。また、作動体８１の弾性力により物体を把持する場合等も、表面がソフトであっても内部の各芯材８１ａ〜８１ｄで剛性が向上するため、一段としっかりとした把持が行われる。
【００７７】
なお、第５の実施形態のアクチュエータにおける作動体８１も第１の実施形態における各種変形を適用でき、また、形状記憶合金部材の昇温作動も適用可能である。さらに、第５の実施形態のアクチュエータは、第２の実施形態のように、作動体８１の内部に複数のチューブ又は形状記憶合金部材を配置させて複雑な作動を行うようにしてもよい。さらに、また、板状である作動体にも第５の実施形態は適用可能である。
【００７８】
図１２（ａ）（ｂ）は、本発明の第６の実施形態のアクチュエータにおける作動体９１の概略の斜視図であり、作動体９１は複数の弾性部材９１１〜９１４を組み合わせて湾曲状に形成されている。各弾性部材９１１〜９１４は、第１の実施形態において述べた作動体１１の材質に適用できるものと同等な材質で形成されている。また、各弾性部材９１１〜９１４は、周囲の一方側の長手方向の寸法を反対側と相違させることで端面９１１ａ〜９１４ｂを斜めに形成し、組み合わせた際に、全体が湾曲した形状になるようにしている。
【００７９】
作動体９１を形成するには、図１２（ａ）に示すように、チューブ９２に第４弾性部材９１４から第１弾性部材９１１までを順次、串刺し状に刺していくと共に、各弾性部材９１１〜９１４の間を接着剤で接着することで、図１２（ｂ）に示す内部にチューブ９２を貫通させた湾曲状の作動体９１を完成させている。このような組立構成にすることで、内部にチューブ９２を貫通させた作動体９１を容易に製作している。また、各弾性部材９１１〜９１４の接着箇所は、弾性が変化することから作動に対して節９１ｅ〜９１ｇとなる。なお、各弾性部材９１１〜９１４の間の接合は融着で行うことも可能である。
【００８０】
このような構造の作動体９１のチューブ９２に液体を供給すると、チューブ９２が直線状に変形するにつれて、作動体９１も追従して直線状に変形するが、この際、節９１ｅ〜９１ｇを支点とした変形形態になり、また、液体を吸い出して復元する場合は節９１ｅ〜９１ｇで屈折して元に戻るようになる。
【００８１】
なお、第６の実施形態のアクチュエータにおける作動体９１は上述した形態に限定されるものではなく、例えば、組み合わせる各弾性部材９１１〜９１４の弾性力を相違させて、復元させる場合の作動を一様ではなく、様々な状態で元に戻るようにさせてもよい。即ち、弾性力の強い弾性部材は早く元の湾曲状態に戻り、弾性力の弱い弾性部材は遅く元の状態に戻るため、部分的に復元形態を変化させることができる。
【００８２】
また、第６の実施形態においても第１の実施形態における各種変形例の適用が可能であり、形状記憶合金部材による昇温作動も適用できる。さらに、第３の実施形態のように複数のチューブ又は形状記憶合金部材を作動体内部に配置してもよく、第５の実施形態のように複数の芯材を配置することも可能である。
【００８３】
図１３は、本発明の第７の実施形態のアクチュエータにおける作動体１０１の分解状態の概略図であり、作動体１０１は複数の弾性部材１１１〜１１３を組み合わせて湾曲状に形成されており、伸長状態では板状になる。作動体１０１には第１チューブ１０２ａ及び第２チューブ１０２Ａ、１０２Ｂが貫通しており、中央の弾性部材１１１に第１及び第２チューブ１０２ｂを貫通させてから第１チューブ１０２Ａには左側の弾性部材１１２を突き刺し、第２チューブ１０２Ｂには右側の弾性部材１１３を突き刺した後、各弾性部材１１〜１１３を接着剤又は融着で接合することで作動体１０１を形成している。
【００８４】
このように大きな形状で内部に第１及び第２チューブ１０２Ａ、１０２Ｂを貫通させる作動体１０１も、複数の弾性部材１１１〜１１３を各チューブ１０２Ａ、１０２Ｂに突き刺していくことで容易に形成することができる。なお、第７の実施形態のアクチュエータにおける作動体１０１にも図１２に示す第６の実施形態の作動体９１と同様の各種変形例の適用が可能である。
【００８５】
図１４は、本発明の第８の実施形態のアクチュエータ１２０における作動体１２１の概略断面を示す全体構成図である。第８の実施形態の作動体１２１は、図６、７、８に示す第３実施形態における作動体４１（５１）、図１１に示す第５の実施形態における作動体８１、図１２に示す第６の実施形態における作動体９１を組み合わせたような構成にしている。
【００８６】
即ち、先端側の先端弾性部材１３１、第１中間弾性部材１３２、第２中間弾性部材１３３及び後端弾性部材１３４を組み合わせて、接着剤で接着することで湾曲状の作動体１２１を構成し、各弾性部材１３１〜１３４の接合部を節１２１ａ〜１２２ｃにして、直線状に変形させると湾曲する向きに弾性力が生じる弾性体を形成している。また、各弾性部材１３１〜１３４の内部には第１芯材１５１から第４芯材１５４が配置されており、これら各芯材１５１〜１５４に一端が夫々当接するように計４本の第１形状記憶合金部材１４１から第４形状記憶合金部材１４４が作動体１２１の内部に貫通配置してある。
【００８７】
即ち、第１形状記憶合金部材１４１は、一端１４１ａを先端弾性部材１３１内に配置された第１芯材１５１に当接させている。また、以下同様に、第２形状記憶合金部材１４２の一端１４２ａは第１中間弾性部材１３２内の第２芯材１５２に、第３形状記憶合金部材１４３の一端１４３ａは第２中間弾性部材１３３内の第３芯材１５３に、第４形状記憶合金部材１４４の一端１４４ａは後端弾性部材１３４内の第４芯材１５４に、夫々当接させている。
【００８８】
なお、第１及び第２形状記憶合金部材１４１、１４２は、昇温時に図中の湾曲した形状から直線状に変形するものであり、第３及び第４形状記憶合金部材１４３、１４４は、昇温時に直線状態から一端１４３ａ、１４４ａ側が上昇する向きに湾曲するものである。また、各形状記憶合金部材１４１〜１４４は複数の電線ｄを介して操作制御器１２２に接続されている。
【００８９】
操作制御器１２２は、４個の作動スイッチ１２２ａ〜１２２ｄが設けられており、各形状記憶合金部材１４１〜１４４毎に独立して通電加熱できるようにしている。なお、上述した箇所以外の構成は、上述した各実施形態と同様の構成にしている。
【００９０】
図１５（ａ）〜（ｄ）は作動体１２１の作動例の状況を示しており、図１５（ａ）は、第１形状記憶合金部材１４１のみを通電加熱した場合の作動状況である。通電加熱により第１形状記憶合金部材１４１は直線状に変形するが、第１中間弾性部材１５２、第２中間弾性部材１５３及び後端部材１５４内を貫通する第２形状記憶合金部材１４２は依然として湾曲形状であるため、第１形状記憶合金部材１４１のみの配置となる先端弾性部材１３１だけが節１２１ａを支点として直線状に変形する。
【００９１】
また、第１形状記憶合金部材１４１が変形する際は、一端１４１ａが第１芯材１５１に当接しているので、変形に係る力が硬度のある第１芯材１５１へ直接的に伝達されて、作動効率が向上すると共に第１形状記憶合金部材１４１の変形に対する追従性も高まり一段と敏捷な作動を実現できる。
【００９２】
図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の状態から、第２形状記憶合金部材１４２を通電加熱して直線状に変形させた状態を示しており、第１中間部１３２は節１２２ｂを支点として直線状に変形している。また、この変形時も第２形状記憶合金部材１４２の一端１４２ａが第２芯材１５２を押圧して第１中間部１３２を直線状にしており、ダイレクト感のある動きを達成している。なお、第１中間部１３２が節１２２ｂを支点として作動するのは、第１中間部１３２の第２芯材１５２のみが押圧され、第２中間部１３３の第３芯材１５３は押圧されていないためである。
【００９３】
図１５（ｃ）は、図１５（ｂ）の状態から、第３形状記憶合金部材１４３を通電加熱して上方に湾曲変形させた状態を示しており、この変形に追従して第２中間部１３３も上方に作動変形し、その結果、作動体１２１が棒状の直線状態になる。また、この変形時も第３形状記憶合金部材１４３の一端１４３ａが第３芯材を押圧するため、追従性の高いスムーズな作動が実現される。
【００９４】
図１５（ｄ）は、図１５（ｃ）の状態から、第４形状記憶合金部材１４４を通電加熱して、直線状から上方に湾曲させた状態を示しており、この変形に追従して作動体１２１全体が後端１２２ｄを支点として上方に変形している。よって、第４形状記憶合金部材１４４を変形させると、作動体１２１全体を上昇させることができる。なお、この変形も同様に第４芯材が第４形状記憶合金部材１４４の一端１４４ａに押圧されて敏捷な動きとなる。
【００９５】
また、作動体１２１が図１５（ａ）に示す状態、又は、図１５（ｂ）に示す状態でも、第４形状記憶合金部材１４４を通電加熱することで、このような各種形状の状態である作動体１２１全体を上昇できる。なお、作動体１２１の作動は上述した形態に限定されるものではなく、各形状記憶合金部材１４１〜１４４の通電順序および通電状況等を適宜制御することで、複雑な作動を実現できる。
【００９６】
さらに、第８の実施形態のアクチュエータ１２０は、上述した各実施形態における各変形例の適用が可能であり、各形状記憶合金部材１４１〜１４４の代わりにチューブを用いて、各チューブの一端を各芯材１５１〜１５４に当接させて、流体の供給により作動させることも可能である。
【００９７】
図１６（ａ）（ｂ）は、本発明の第９の実施形態に係るハンド装置２００の概略図である。ハンド装置２００は、図１６（ａ）に示すように、図１３に示す第７の実施形態に係る作動体１０１に略同等の構成の作動体２０２に、図１４に示す第８の実施形態に係る作動体１２１と略同等の構成の計５本の作動体２１０、２２０、２３０、２４０、２５０を取り付けてハンド部２０１を形成している。また、各作動体２０２、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０の内部に配置された各形状記憶合金部材２０６、２０７、２１４等は操作制御器２０８に接続されている。なお、ハンド部２０１は、人体の左手に近似したものであり、図１６（ａ）（ｂ）は手のひら側からの視図である。
【００９８】
手のひらに相当する板状の作動体２０２は、固定部２０３に２つの変形部２０４、２０５を接着剤により取り付けると共に、２本の形状記憶合金部材２０６、２０７を内部に貫通配置して、通電加熱しない場合、側方からの形状が略Ｕ字状になるようにしている。
【００９９】
また、作動体２０２の一方の変形部２０５に接着剤で取り付けられる計４本の作動体２１０〜２４０は夫々同等の構成であり、人差し指、中指、薬指及び小指に夫々相当する。代表して作動体２１０で構成を説明すると、先端側の先端部２１１、中間部２１２及び後端部２１３を接着して組み合わせることで作動体２１０が形成されており、各部２１１〜２１３の内部に一端が夫々位置するように計３本の形状記憶合金部材２１４〜２１６を配置している。なお、上述した以外の箇所は、図１４の作動体１２１と同様の構成にしている。
【０１００】
さらに、手のひらに相当する作動体２０２の他方の変形部２０４に接着剤で取り付けられる作動体２５０は、親指に相当するものであり、先端部２５１及び後端部２５２を接着して組み合わせることで形成されると共に、一端が各部２５１、２５２の内部に夫々位置するように２本の形状記憶合金部材２５３、２５４が貫通配置されている。また、作動体２５０も、上述した以外の箇所は、図１４の作動体１２１と同様の構成にしている。
【０１０１】
なお、上述した各指に相当する作動体２１０、２２０、２３０、２４０、２５０は、手のひらに相当する作動体２０２の湾曲する側と同方向に湾曲するように形成されており、直線状に変形させると湾曲状態に戻るように弾性力が生じる。また、各形状記憶合金部材２０６、２０７等を接続する操作制御器２０８は、各形状記憶合金部材２０６、２０７等毎に通電加熱できるようにしており、これにより、各作動体２０２、２１０等を個別に又は連動させて種々の形態で変形できるようにしている。
【０１０２】
図１７（ａ）は、各形状記憶合金部材２０６、２０７等を通電加熱せずに、ハンド部２０１の各作動体２０２〜２５０の弾性力及び湾曲した状態の形状記憶合金部材の剛性力により小片の物体Ｐ２を把持している状態を示す。
【０１０３】
また、図１７（ｂ）は、手のひらに相当する作動体２０２の変形部２０４を伸長させて開くように作動させると共に、人差し指、中指及び親指に相当する作動体２１０、２２０、２５０を直線状に伸長させるように作動させた状態を示している。さらに、上述した状態以外にも、ハンド装置２００はハンド部２０１を各形状記憶合金部材２０６、２０７等の通電加熱を適宜制御することで、人体の手と略同等に種々の状態に変形させることができ、各種形状及び様々な寸法の物体の把持及びボタン、スイッチ等の操作、手文字の形成等種々の用途に適用できる。しかも、ハンド部２０１はソフトな表面であるため、従来のハンド装置へ適用が困難であった福祉介護用等にも容易に導入できる。
【０１０４】
なお、第９の実施形態に係るハンド装置２００は、上述した形態に限定されるものではなく、板状の作動体に取り付ける棒状の作動体の本数を５本以外にすることも可能であり、また、板状の作動体も別の変形作動ができるようなものを適用してもよい。さらに、各作動体には、上述した各実施形態におけるいずれのものを適用するようにしてもよい。また、変形を行う作動源には、形状記憶合金部材の昇温による方式及びチューブに流体を供給する方式のいずれを適用してもよく、混在させることも可能である。
【０１０５】
【発明の効果】
以上に詳述した如く、第１発明及び第２発明にあっては、可撓性管を弾性曲状体の内部に貫通させることで、表面がソフトな簡易な構造で所要の作動を実現でき、複数の可撓性管を、一端が一致しないように配置することで、多様な伸長作動を実現できる。
第３発明にあっては、芯材を内部に配置するので、弾性曲状体に所要の剛性を持たせることができる。
第４発明にあっては、複数の芯材を内部に配置するので、物体の把持時及び押圧時等に弾性曲状体が弾性変形する程度を抑制して、把持力及び押圧力等を増強できる。
【０１０６】
第５発明にあっては、各芯材同士は間隔を隔てて配置するので、変形時に節となる箇所を弾性曲状体に形成できる。
第６発明にあっては、複数の可撓性管の一端を各芯材に当接させるので、変形に係る作動力を芯材へ直接的に伝達でき、それに伴い弾性曲状体の変形に対する応答性も向上し、迅速で且つ力強い作動が可能になる。
第７発明にあっては、複数の弾性部材を組み合わせるので、内部に可撓性管を配置した弾性曲状体を容易に形成できる。
第８発明にあっては、複数の弾性部材を組み合わせて弾性曲状体を形成するので、内部に可撓性管を配置した弾性曲状体を容易に形成でき、また、各弾性部材の内部に芯材を配置するので、なめらかな動作及び所要の剛性の確保を両立できる。
【０１０７】
第９発明にあっては、複数の弾性部材を組み合わせて弾性曲状体を形成することで、内部に可撓性管を配置した弾性曲状体を容易に形成でき、各弾性部材の内部に芯材を配置するので、なめらかな動作及び所要の剛性の確保を両立でき、さらに、複数の可撓性管の一端を各芯材に当接させるので、迅速で且つ力強い作動を実現できる。
第１０発明にあっては、弾性力が相違する弾性部材を組み合わせるので、弾性力の強弱に応じて複雑な戻り動作を行うことができる。
第１１発明にあっては、作動に係る弾性曲状体を棒状することで、種々の用途に適用できる。
第１２発明にあっては、弾性曲状体を板状にすることで、用途範囲を広げることができる。
第１３発明にあっては、板状の弾性曲状体に棒状の弾性曲状体を取り付けているので、人体の手と同様な作動を行うハンド装置を簡易な構成で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータであり、（ａ）は作動体の湾曲状態の斜視図、（ｂ）は作動体の伸長時の斜視図である。
【図２】第１の実施形態の作動体の断面図である。
【図３】第１の実施形態のアクチュエータの液体供給回路図である。
【図４】第１の実施形態の変形例のアクチュエータであり、（ａ）は作動体の湾曲状態の概略図、（ｂ）は作動体の伸長時の概略図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る作動体であり、（ａ）は作動体の屈曲状態の斜視図、（ｂ）は伸長時の斜視図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るアクチュエータの液体供給回路図である。
【図７】（ａ）（ｂ）（ｃ）は第３の実施形態の作動体の作動状況の概略図である。
【図８】第３の実施形態の変形例に係るアクチュエータの概略図である。
【図９】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、第３の実施形態の別の変形例に係る作動体の作動状況を示す概略図である。
【図１０】第４の実施形態に係る作動体であり、（ａ）は湾曲状態の斜視図、（ｂ）は伸長時の斜視図である。
【図１１】第５の実施形態に係る作動体の側方断面図である。
【図１２】第６の実施形態に係る作動体であり、（ａ）は製作状態を示す斜視図、（ｂ）は完成状態を示す斜視図である。
【図１３】第７の実施形態に係る作動体の分解斜視図である。
【図１４】第８の実施形態に係るアクチュエータの全体構成図である。
【図１５】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、第８の実施形態に係る作動体の作動状況を示す概略図である。
【図１６】第９の実施形態に係るハンド装置であり、（ａ）は分解状態のハンド部を示す概略図、（ｂ）は完成状態のハンド部を示す概略図である。
【図１７】（ａ）（ｂ）は第９の実施形態に係るハンド部の作動状況を示す概略斜視図である。
【図１８】（ａ）は従来のアクチュエータの斜視図、（ｂ）は従来の把持装置の斜視図、（ｃ）は別の従来のアクチュエータの斜視図である。
【符号の説明】
１０ アクチュエータ
１１ 作動体
１２ チューブ
１３、２３ 操作制御器
２２ 形状記憶合金部材
８９１〜８９４ 芯材
９１１〜９１４ 弾性部材
２００ ハンド装置
２０１ ハンド部
Claims (13)
- 弾性曲状体と、
該弾性曲状体の内部を貫通しており、一端が閉鎖してある複数の可撓性管と、
該可撓性管の他端から管内に流体を供給することで、前記弾性曲状体を伸長させる伸長手段と
を備え、
前記複数の可撓性管は、夫々平行的に配置してあり、
各可塑性管の一端は、前記可撓性管の貫通方向に沿って間隔を隔てた箇所に夫々配置してあることを特徴とするアクチュエータ。 - 弾性曲状体と、
該弾性曲状体の内部を貫通しており、一端が閉鎖してある複数の可撓性管と、
該可撓性管の他端から管内に流体を供給することで、前記弾性曲状体を伸長させる伸長手段と
を備え、
前記複数の可撓性管は、前記弾性曲状体を伸長させた状態で各可塑性管の一端が相異する方向を向くように夫々配置してあることを特徴とするアクチュエータ。 - 前記弾性曲状体の内部に芯材が配置してある請求項１又は請求項２に記載のアクチュエータ。
- 前記芯材は、複数である請求項３に記載のアクチュエータ。
- 複数の芯材は、前記可撓性管の貫通方向に沿って間隔を隔てて配置してある請求項４に記載のアクチュエータ。
- 各可撓性管の一端は、相異する各芯材に夫々当接するように配置してある請求項５に記載のアクチュエータ。
- 前記弾性曲状体は、複数の弾性部材を組み合わせてなる請求項１乃至請求項６いずれかに記載のアクチュエータ。
- 前記弾性曲状体は、複数の弾性部材を組み合わせてなり、
各弾性部材の内部に芯材を夫々配置してある請求項１又は請求項２に記載のアクチュエータ。 - 前記弾性曲状体は、複数の弾性部材を組み合わせてなり、
各弾性部材の内部に芯材を夫々配置してあり、
各可撓性管の一端は、相異する各芯材に夫々当接するように配置してある請求項１又は請求項２に記載のアクチュエータ。 - 前記複数の弾性部材は、弾性力を夫々相異させてある請求項７乃至請求項９のいずれかに記載のアクチュエータ。
- 前記弾性曲状体は、伸長させた状態で棒状となる請求項１、３乃至１０のいずれかに記載のアクチュエータ。
- 前記弾性曲状体は、伸長させた状態で板状となる請求項２乃至１０のいずれかに記載のアクチュエータ。
- 前記請求項１２に記載のアクチュエータの弾性曲状体に、前記請求項１１に記載のアクチュエータの弾性曲状体が取り付けてあることを特徴とするハンド装置。
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