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公開番号2025119889
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-15
出願番号2024014986
出願日2024-02-02
発明の名称面状アクチュエータ、これを用いた搬送装置、移動装置及び褥瘡予防装置、並びに製造方法
出願人国立大学法人東京科学大学,日本ゼオン株式会社
代理人個人
主分類F15B 15/10 20060101AFI20250807BHJP(流体圧アクチュエータ;水力学または空気力学一般)
要約【課題】移動速度が大きくかつ低製造コストの面状アクチュエータ、これを用いた搬送装置、移動装置及び褥瘡予防装置、並びに製造方法を提供する。
【解決手段】(A)に示す大気圧状態では、圧力室3-A(3-B、3-C、3-D)はY字形断面形状(偏平状態)となる。このときのY字形の一方の外辺つまり上側ウレタンシート1-1の幅w11及び内辺つまり上側ウレタンシート1-2の幅w12の和をL1とし、溶着端点E1、E2の距離をW1とする。(B)に示す正圧状態では、圧力室3-A(3-B、3-C、3-D)は円形断面形状となる。このときの半円周の長さは図3の(A)のL1となり、溶着端点E1、E2の距離をW2とすると、W2=L1/πなる関係が存在する。圧力室3-A(3-B、3-C、3-D)が大気圧状態から正圧状態へ変化すると、伸長幅Δxは次式で与えられる。Δx=W2-W1=L1/π-W1従って、推進力を大きくできる。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
第１の方向に延在し該第１の方向と異なる第２の方向に並列配置された３つ以上の圧力室を具備し、
前記各圧力室は、大気圧状態のときに前記第１の方向から見てＹ字形断面形状をなし、大気圧より大きい正圧状態のときに前記第１の方向から見て円形断面形状をなすようにし、
さらに、前記各圧力室を前記大気圧状態及び前記正圧状態に制御するための制御手段を具備する面状アクチュエータ。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記各圧力室は、
前記第１の方向に沿って設けられた第１の上側シート及び該第１の上側シートより幅狭の第２の上側シートと
前記第１の方向に沿って設けられた第１の下側シート及び該第１の下側シートより幅狭の第２の下側シートと
を具備し、
前記第１の上側シートの一端と前記第２の上側シートの一端とは第１の接続部において接続され、
前記第１の下側シートの一端と前記第２の下側シートの一端とは第２の接続部において接続され、
前記第１の上側シートの他端と前記第１の下側シートの他端とは第３の接続部において接続され、
前記第２の上側シートの他端と前記第２の下側シートの他端とは第４の接続部において接続された請求項１に記載の面状アクチュエータ。
【請求項３】
前記第１の上側シートの幅をｗ１１とし、前記第２の上側シートの幅をｗ１２とし、前記第１の下側シートの幅をｗ２１とし、前記第２の下側シートの幅をｗ２２とすれば、
ｗ１１＝ｗ２１
ｗ１２＝ｗ２２
である請求項２に記載の面状アクチュエータ。
【請求項４】
前記第１の上側シートの幅をｗ１１とし、前記第２の上側シートの幅をｗ１２とし、前記第１の下側シートの幅をｗ２１とし、前記第２の下側シートの幅をｗ２２とすれば、
ｗ１１／ｗ１２＝ｗ２１／ｗ２２
である請求項２に記載の面状アクチュエータ。
【請求項５】
さらに、前記各圧力室内に設けられた弾性体を具備する請求項１に記載の面状アクチュエータ。
【請求項６】
さらに、第１のグループの前記各圧力室の一端側に接続された複数の第１のチューブと、
前記第１のグループと異なる第２のグループの前記各圧力室の一端側に接続された複数の第２のチューブと、
前記複数の第１のチューブを束ねる第１の弾性紐部材と、
前記複数の第２のチューブを束ねる第２の弾性紐部材と、
を具備し、
前記複数の第１のチューブと前記複数の第２のチューブとは前記面状アクチュエータの前記第１の方向に関して互いに反対側に位置する請求項１に記載の面状アクチュエータ。
【請求項７】
Ｎ（Ｎは３以上の自然数）個毎の前記圧力室によって（Ｎ＋１）個の室グループを構成し、
前記制御手段は前記各室グループ毎に属する前記圧力室を大気圧状態及び大気圧より大きい正圧状態に制御するようにした請求項１に記載の面状アクチュエータ。
【請求項８】
前記各室グループに属する複数の前記圧力室の一端を１つのチューブで接続する請求項７に記載の面状アクチュエータ。
【請求項９】
隣接する前記各室グループのチューブを波状に交差させた請求項８に記載の面状アクチュエータ。
【請求項１０】
前記チューブは前記圧力室を構成するシートによって挟まれている請求項８に記載の面状アクチュエータ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は流体圧エネルギーにより進行波（後退波）を生成する面状アクチュエータ、これを用いた搬送装置、移動装置及び褥瘡予防装置、並びに製造方法に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
カタツムリやナメクジなどの腹足類は、シート状の腹足に進行波を生成して移動する。この腹足類の移動方法は様々な地面や狭隘環境に対応でき、環境を傷つけないなど多くの利点があることから、その動作原理を取り入れた面状アクチュエータが多数開発されている。特に、面状アクチュエータは流体圧駆動による柔軟かつ肉薄な構造を有するので、狭隘環境へ潜入するうえで優位である。たとえば、人体荷重下をはじめとする不定な形状の隙間において、接触対象を傷つけることなく推進できる性質は、高齢者の介護における褥瘡予防装置に大きく役立つと考えられる。
【０００３】
図２１は第１の従来の面状アクチュエータに示す斜視図である（参照：非特許文献１）。尚、図２１の面状アクチュエータ１００はいわゆる生成される進行波が横波型である。
【０００４】
図２１において、面状アクチュエータ１００は、たとえば縦９０ｍｍ、横１３０ｍｍ、高さ１１ｍｍで、Ｙ方向に沿った上側圧力室（チャンバ）１１１－Ａ－Ｕ、１１１－Ｂ－Ｕ、１１１－Ｃ－Ｕ、…、下側圧力室（チャンバ）１１１－Ａ－Ｌ、１１１－Ｂ－Ｌ、１１１－Ｃ－Ｌ、…をＸ方向に並列して内部に形成したウレタンシート１１２と、ウレタンシート１１２上に設けられたウレタンスポンジ１１３とよりなる。この場合、上側１１１－Ａ－Ｕ、１１１－Ｂ－Ｕ、１１１－Ｃ－Ｕ、…の外側のウレタンシート１１２の厚さｄ１及び下側圧力室１１１－Ｂ－Ｌ、１１１－Ｃ－Ｌ、１１１－Ａ－Ｌの外側ウレタンシート１１２の厚さｄ１は、上側圧力室１１１－Ａ－Ｕ、１１１－Ｂ－Ｕ、１１１－Ｃ－Ｕと、下側圧力室１１１－Ｂ－Ｌ、１１１－Ｃ－Ｌ、１１１－Ａ－Ｌとの間の厚さｄ２より小さい。つまり、ｄ１＜ｄ２である。尚、ｄ１、ｄ２、ｄ１の３層構造は３枚の熱可塑性ウレタンシート及び耐熱性剥離シートたとえばクッキングシートをヒートプレス機を用いて溶着することによって得られる。
【０００５】
図２２は図２１の面状アクチュエータの湾曲原理を説明するための図であって、図２１の上側圧力室１１１－Ａ－Ｕの近傍の拡大図である。
【０００６】
図２２においては、上側圧力室１１１－Ａ－Ｕの上側のウレタンシート１１２の薄い部分１１２Ｔの厚さｄ１はたとえば０．３ｍｍであり、他方、上側圧力室１１１ーＡーＵの下側のウレタンシート１１２の厚い部分１１２Ｄの厚さｄ１＋ｄ２は０．３＋０．６＝０．９ｍｍである。尚、上側圧力室１１１ーＡーＵの溶着端部をＥ１、Ｅ２とする。
【０００７】
図２２の（Ａ）に示すごとく、上側圧力室１１１－Ａ－Ｕが無加圧（大気圧）状態では、上側圧力室１１１－Ａ－Ｕは偏平状態となり、従って、ウレタンシート１２の薄い部分１１２Ｔ及び厚い部分１１２Ｄは共に偏平状態となる。この結果、薄い部分１１２Ｔ及び厚い部分１１２Ｄ全体は水平となる。
【０００８】
他方、図２２の（Ｂ）に示すごとく、上側圧力室１１１－Ａ－Ｕが加圧状態（大気圧より大きい正圧状態）では、上側圧力室１１１－Ａ－Ｕは膨張状態となり、従って、ウレタンシート１１２の薄い部分１１２Ｔは上側圧力室１１１－Ａ－Ｕの溶着端部Ｅ１、Ｅ２に対して上側に凸となり、同時に、ウレタンシート１１２の厚い部分１１２Ｄは上側圧力室１１１－Ａ－Ｕの溶着端部Ｅ１、Ｅ２に対して下側に凸となる。このとき、溶着端部Ｅ１、Ｅ２外のウレタンシート１１２は溶着端部Ｅ１、Ｅ２間の薄い部分１１２Ｔよりも厚い部分１１２Ｄと強度的に一体となっているので、溶着端部Ｅ１、Ｅ２外のウレタンシート１１２と溶着端部Ｅ１、Ｅ２間の厚い部分１１２Ｄとは全体として薄い部分１１２Ｔ側へ屈曲して下側へ凸となる。このように、上側圧力室１１１－Ａ－Ｕ、１１１－Ｂ－Ｕ、１１１－Ｃ－Ｕ、…近傍のウレタンシート１１２は上側に湾曲することになる。尚、下側圧力室１１１－Ｃ－Ｌ、１１１－Ａ－Ｌ、１１１－Ｂ－Ｌ、…は下側に湾曲することになる。
【０００９】
図２３は図２１の面状アクチュエータ１００の動作を説明するための図である。図２３においては、面状アクチュエータ１００は床等に固定されて対象物Ｏを搬送するための搬送装置として作用する。
【００１０】
始めに、図２３の（Ａ）のＡ相加圧を参照すると、圧力室１１１－Ａ－Ｕ、１１１－Ａ－Ｌ、１１１－Ｂ－Ｕ、１１１－Ｂ－Ｌ、１１１－Ｃ－Ｕ、１１１－Ｃ－Ｌを、それぞれ、加圧状態、非加圧状態、非加圧状態とする。この結果、圧力室１１１－Ａ－Ｕ、１１１－Ａ－Ｌが膨張し、圧力室１１１－Ｂ－Ｕ、１１１－Ｂ－Ｌ、１１１－Ｃ－Ｕ、１１１－Ｃ－Ｌは偏平となる横波型進行波の形成により、面状アクチュエータ１００の押出力は増大する。この結果、圧力室１１１－Ａ－Ｕ、１１１－Ａ－Ｌ上の対象物Ｏはウレタンスポンジ１３との接触圧により図中左側へ少し移動する。
（【００１１】以降は省略されています）

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