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バルーンアクチュエータ、エンドエフェクタ、及び医療用器具

国内特許コード P07A010046
整理番号 2004-039
掲載日 2007年6月22日
出願番号 特願2005-021730
公開番号 特開2006-204612
登録番号 特許第4406693号
出願日 平成17年1月28日(2005.1.28)
公開日 平成18年8月10日(2006.8.10)
登録日 平成21年11月20日(2009.11.20)
発明者
  • 小西 聡
  • 鄭 玉賛
出願人
  • 立命館大学
発明の名称 バルーンアクチュエータ、エンドエフェクタ、及び医療用器具
発明の概要 【課題】 2方向動作など従来とは異なる動作を可能とする。
【解決手段】 内部に供給された流体の流体圧によって表面の膜体(11,12)が伸びつつ膨張し、当該伸びによって生じた引っ張り応力によって曲がり運動を行うバルーンアクチュエータ(5a,5b,5c)であって、前記膜体(11,12)は、流体圧によって伸びが生じる第1膜体(11)と、流体圧によって伸びが生じるとともに、伸びによって生じる引っ張り応力が前記第1膜体(11)とは異なるよう構成され、前記第1膜体(11)との間に前記流体が供給されるよう前記第1膜体(11)に接合された第2膜体(12)と、を有して構成されている。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要 【背景技術】バルーンアクチュエータは、特許文献1及び非特許文献1に記載のものがある。 特許文献1は、神経束を選択的に刺激する方法に用いられるカフ型インタフェース装置を開示しており、このカフ型インタフェース装置は、ポリイミドフィルムにシリコーンゴムフィルムが貼り合わされてバルーンとなるカフ型アクチュエータを備えている。 非特許文献1は、特許文献1のバルーンと同様なバルーンアクチュエータ100を詳細に開示している。図12(a)は、非特許文献1に記載のバルーンアクチュエータ100を示している。このバルーンアクチュエータ100は、上下2枚のフレキシブルフィルム101,102を接着して構成されている。上側のフレキシブルフィルム101は、膨張膜となるシリコーンゴムフィルムによって構成され、下側のフレキシブルフィルム102は基板となる生じないポリイミドフィルムによって構成されている。 2枚のフィルム101,102は、それらの周縁部が接着剤103によって接着されており、これらのフィルム102,103間には、空気が供給される内部空間104が形成されている。 ポリイミドフィルム102の背面には、シリコーン製のリブ部105が設けられており、ポリイミドフィルム102の不必要な変形などを防いでいる。図12(a)のバルーンアクチュエータの内部空間104に圧縮空気が供給されると、図12(b)に示すように空気の圧力によってシリコーンゴムフィルムからなる膨張膜101が伸びてその表面積を大きくしながら膨らむ。シリコーンゴムフィルム101が伸びると図示のような引っ張り応力Fが生じ、この引っ張り応力Fによってバルーンアクチュエータが曲がり運動を行い、バルーンアクチュエータ先端(図の左端)がΔZほど上方に移動する。
【特許文献1】特開2002-102360
【非特許文献1】小西聡(Satoshi Konishi)、外2名、「空気バルーンアクチュエータを用いた薄く柔軟なエンドエフェクタ」(Thin flexible end-effector using pneumatic balloon actuator)、センサーとアクチュエータ(Sensors and Actuators)A 89、エルゼビア(elsevier)、2001年、P.28-35
産業上の利用分野 本発明は、バルーンアクチュエータ、エンドエフェクタ、及び医療用器具に関するものである。
特許請求の範囲 【請求項1】 内部に供給された流体の流体圧によって表面の膜体が表面積を拡げつつ伸びて膨張し、当該伸びによって前記膜体に生じた引っ張り応力によって曲がり運動を行うバルーンアクチュエータであって、 前記膜体は、 伸縮自在に形成され流体圧によって表面積を拡げつつ伸びて膨張する第1膜体と、 前記第1膜体との間に前記流体が供給される空間を形成するようにして当該第1膜体に接合され、かつ、伸縮自在に形成され、流体圧によって表面積を拡げつつ伸びて膨張するとともに、前記第1膜体よりも膜厚が厚い及び/又は前記第1膜体よりも硬度が高い第2膜体と、 を有し、 前記空間に供給された流体の流体圧が所定の圧力となるまでは、膨張した前記第1膜体の引っ張り応力によって当該第1膜体の膨張方向への前記曲がり運動が生じ、 前記空間に供給された流体の流体圧が前記所定の圧力よりも大きくなった場合に、膨張した前記第2膜体の引っ張り応力によって当該第2膜体の膨張方向への前記曲がり運動が生じることを特徴とするバルーンアクチュエータ。
【請求項2】 前記第2膜体は、第1膜体よりも伸びが少なく第1膜体よりも小さい膨張が生じるよう構成されているとともに、前記空間に供給された流体の流体圧が前記所定の圧力よりも大きくなった場合に、前記第1膜体に生じる引っ張り応力よりも大きな引っ張り応力を発生させて、第2膜体の膨張方向への曲がり運動を生じさせることを特徴とする請求項1記載のバルーンアクチュエータ。
【請求項3】 曲がり運動が生じる関節部を有するエンドエフェクタであって、 前記関節部は、内部に供給された流体の流体圧によって表面の膜体が表面積を拡げつつ伸びて膨張し、当該伸びによって前記膜体に生じた引っ張り応力によって曲がり運動を行うバルーンアクチュエータによって構成され、 前記膜体は、 伸縮自在に形成され流体圧によって表面積を拡げつつ伸びて膨張する第1膜体と、 前記第1膜体との間に前記流体が供給される空間を形成するようにして当該第1膜体に接合され、かつ、伸縮自在に形成され、流体圧によって表面積を拡げつつ伸びて膨張するとともに、前記第1膜体よりも膜厚が厚い及び/又は前記第1膜体よりも硬度が高い第2膜体と、 を有し、 前記空間に供給された流体の流体圧が所定の圧力となるまでは、膨張した前記第1膜体の引っ張り応力によって当該第1膜体の膨張方向への前記曲がり運動が生じ、 前記空間に供給された流体の流体圧が前記所定の圧力よりも大きくなった場合に、膨張した前記第2膜体の引っ張り応力によって当該第2膜体の膨張方向への前記曲がり運動が生じることを特徴とするエンドエフェクタ。
【請求項4】 曲がり運動が生じる関節部を有するエンドエフェクタを備えた医療用器具であって、 前記関節部は、内部に供給された流体の流体圧によって表面の膜体が表面積を拡げつつ伸びて膨張し、当該伸びによって前記膜体に生じた引っ張り応力によって曲がり運動を行うバルーンアクチュエータによって構成され、 前記膜体は、 伸縮自在に形成され流体圧によって表面積を拡げつつ伸びて膨張する第1膜体と、 前記第1膜体との間に前記流体が供給される空間を形成するようにして当該第1膜体に接合され、かつ、伸縮自在に形成され、流体圧によって表面積を拡げつつ伸びて膨張するとともに、前記第1膜体よりも膜厚が厚い及び/又は前記第1膜体よりも硬度が高い第2膜体と、を有し、 前記空間に供給された流体の流体圧が所定の圧力となるまでは、膨張した前記第1膜体の引っ張り応力によって当該第1膜体の膨張方向への前記曲がり運動が生じ、 前記空間に供給された流体の流体圧が前記所定の圧力よりも大きくなった場合に、膨張した前記第2膜体の引っ張り応力によって当該第2膜体の膨張方向への前記曲がり運動が生じることを特徴とする医療用器具。
産業区分
  • 治療衛生
  • 工業用ロボット
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 権利存続中
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