JP2001170900A - アクチュエータおよびマニピュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アクチュエータの電気配線を低減することに
よって、組み立て等を簡単にするとともに、動作の際の
負荷を低減すること。 【解決手段】 支持体２０の内部に導電性のある材料で
形成された可動部１０が収容されて構成されており、駆
動機構として支持体２０内部に形状記憶合金部材３０
ａ，３０ｂが設けられている。形状記憶合金部材３０
ａ，３０ｂはそれぞれコイルばね状に形成されており、
それぞれの一端側は個別に設けられた電極端子４１ａ，
４１ｂに接続されており、他端側は可動部１０の固定部
１１ａ，１１ｂに接続される。また、可動部１０の下端
部には電極端子４２が設けられており、電極端子４２と
各固定部１１ａ，１１ｂとは可動部１０によって導通さ
れる。電極端子４２に対して１本のリード線を配線する
ことで、各固定部１１ａ，１１ｂは共通電位に保たれ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、可動部を所定方
向に動作させるアクチュエータおよびそれを利用したマ
ニピュレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】細胞微小操作等の技術分野においては顕
微鏡下で細胞レベルでの微小な操作を行うために、従来
より様々なマイクロマニピュレータが使用されていた。
そのようなマイクロマニピュレータにおいては、所定の
操作を行うための動作に必要な駆動機構を微小な構成で
製作することが望まれる。

【０００３】従来においては、特開昭６１−１９９８１
号公報にも開示されているように、形状記憶合金部材を
用いて駆動機構を構成し、形状記憶合金部材に対して通
電を行うことにより、形状記憶合金部材を加熱し、記憶
処理された形状を復元する際に発生する力を利用して駆
動機構を実現するアクチュエータが知られている。

【０００４】このようなアクチュエータでは、形状記憶
合金部材に対して通電を行うための電気配線のみを行え
ばよいため、油圧式駆動機構等を設ける場合に比べて複
雑な構造とする必要がない。したがって、コンパクトな
アクチュエータとして実現することが可能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報のような従来のアクチュエータでは、形状記憶合金部
材の両端側に通電を行うための電気配線を行うことが必
要となり、配線の引き回しを行うための配線スペースが
必要になる。すなわち、形状記憶合金部材に対して通電
を行うためには、一端側と他端側との双方に対して端子
が設けられ、それぞれの端子に対して配線を行うことが
必要であり、複数の形状記憶合金部材が設けられる場合
にはそれぞれに対して２本の電気配線を行わなければな
らないのである。

【０００６】このため、各端子について１本ずつの電気
配線を行う場合、使用する形状記憶合金部材の数に比例
して配線数が増加するので、配線の引き回しや組み立て
が困難になるという問題を有する。

【０００７】さらに、配線自体が駆動の際の負荷となる
ことも考えられ、その負荷が原因となってアクチュエー
タにおける所定の動作を行うことができないという問題
も生じ得る。

【０００８】このような問題は、特にアクチュエータを
微小な構成としたマイクロアクチュエータにおいて顕著
なものとなる。つまり、アクチュエータ自体が微小なも
のとなれば、それに応じて配線の引き回しや組み立てが
困難になるとともに、配線自体の負荷により動作不良が
発生しやすくなるのである。

【０００９】そこで、この発明は、上記課題に鑑みてな
されたものであって、電気配線を低減することによっ
て、組み立て等を簡単にするとともに、動作の際の負荷
を低減するアクチュエータおよびそれを利用したマニピ
ュレータを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、可動部を所定方向に動作
させるアクチュエータであって、所定形状に記憶処理さ
れ、一端側が支持体に固定され、他端側が前記可動部に
連結された複数の形状記憶部材と、前記複数の形状記憶
部材のそれぞれの前記一端側に設けられ、前記複数の形
状記憶部材のそれぞれに通電を図るための第１の電極群
と、前記複数の形状記憶部材のそれぞれの前記他端側を
共通の電位に保つための第２の電極とを備え、前記第２
の電極が、前記複数の形状記憶部材のそれぞれの前記他
端側とは異なる位置に設けられ、前記複数の形状記憶部
材のそれぞれの前記他端側と前記第２の電極とが前記可
動部を含む部材によって電気的に導通されるように構成
される。

【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のアクチュエータにおいて、前記第１の電極群が、前記
複数の形状記憶部材のそれぞれの前記一端側を前記支持
体に固定するための固定作用を有することを特徴として
いる。

【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項１または
請求項２に記載のアクチュエータにおいて、前記複数の
形状記憶部材がコイルばね形状で記憶処理されており、
通電されることによって、前記可動部に対して回転動作
または摺動動作を与えることを特徴としている。

【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項１または
請求項２に記載のアクチュエータにおいて、前記複数の
形状記憶部材が直線形状で記憶処理されており、通電さ
れることによって、前記可動部に対して揺動動作を与え
ることを特徴としている。

【００１４】請求項５に記載の発明は、可動部を複数方
向に動作させるアクチュエータであって、前記可動部を
第１の方向に駆動するための第１駆動機構が複数の形状
記憶部材によって構成されており、該複数の形状記憶部
材のそれぞれに通電を行うことによって、前記可動部を
第１の方向に駆動させる第１駆動部と、前記可動部を第
２の方向に駆動するための第２駆動機構が複数の形状記
憶部材によって構成されており、該複数の形状記憶部材
のそれぞれに通電を行うことによって、前記可動部を第
２の方向に駆動させる第２駆動部と、前記第１駆動部と
前記第２駆動部とを連結する連結部材とを備え、前記第
１駆動機構を構成する前記複数の形状記憶部材の所定端
側と、前記第２駆動機構を構成する前記複数の形状記憶
部材の所定端側とを、前記連結部材を介して共通の電位
に保つことを特徴としている。

【００１５】請求項６に記載の発明は、エンドエフェク
タによって所定の作業を行うマニピュレータであって、
互いに直交させて順次に連結された複数のリニアアクチ
ュエータによって構成された複数の直進自由度を有する
直進手段と、一端側が前記複数のリニアアクチュエータ
のうちの最終段のリニアアクチュエータに結合されると
ともに他端側が前記エンドエフェクタの基部側に結合さ
れた請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のアクチ
ュエータとを備えている。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照しつつ説明する。

【００１７】＜１．第１の実施の形態＞まず、この発明
の第１の実施の形態について説明する。図１は、この発
明の第１の実施の形態であるアクチュエータ１００を示
す断面図である。

【００１８】図１に示すようにアクチュエータ１００
は、主として可動部１０と支持体２０と２つの形状記憶
合金部材３０ａ，３０ｂとを備えている。

【００１９】可動部１０は、棒状の軸部の中央付近に形
状記憶合金部材３０ａ，３０ｂのそれぞれの一端側を固
定するための固定部１１ａ，１１ｂを備えて構成され
る。可動部１０は導電性のある材料を含んで形成され、
固定部１１ａ，１１ｂにおいては可動部１０と形状記憶
合金部材３０ａ，３０ｂとの導通が実現されている。ま
た、可動部１０の一端側（図１においては下端側）には
電極端子４２（第２の電極）が設けられており、電極端
子４２と各固定部１１ａ，１１ｂとの間は、導通性のあ
る材料によって導通が図られている。

【００２０】支持体２０は円筒形状であって、内部空間
が閉塞された構造体であり、円筒形状の上面側および底
面側の中心位置には、軸受２１ａ，２１ｂが設けられて
いる。そして、その軸受２１ａ，２１ｂに対して可動部
１０が挿通されており、可動部１０と支持体２０との中
心軸が一致するように構成されている。軸受２１ａ，２
１ｂは支持体２０に対して固定されている一方、軸受２
１ａ，２１ｂと可動部１０との間は低摩擦であり、可動
部１０が軸受２１ａ，２１ｂに対して摺動または回動可
能となっている。また、軸受２１ａ，２１ｂは絶縁材料
で形成されており、可動部１０と支持体２０とは電気的
に絶縁されている。例えば、軸受２１ａ，２１ｂは、Ｐ
ＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の低摩擦の絶
縁体を用いればよい。

【００２１】形状記憶合金部材３０ａ，３０ｂは、Ｎｉ
−Ｔｉ合金等の形状記憶合金材料で形成された線状部材
に対して熱処理によりコイルばね形状に記憶処理されて
いる。そして、形状記憶合金部材３０ａ，３０ｂは、そ
れぞれ支持体２０の内部空間に収容されており、可動部
１０と同軸に設置されている。形状記憶合金部材３０
ａ，３０ｂのそれぞれの一端側は支持体２０に設けられ
たばね保持部２２ａ，２２ｂにて保持され、他端側は可
動部１０の固定部１１ａ，１１ｂにて固定される。ばね
保持部２２ａ，２２ｂは、支持体２０と各形状記憶合金
部材３０ａ，３０ｂの一端とを回転中心軸（円筒形状の
中心軸）まわりに回転しないように所定位置にて保持す
るとともに、絶縁材料で形成されて支持体２０と形状記
憶合金部材３０ａ，３０ｂとを電気的に絶縁し、導通し
ないように構成される。

【００２２】また、形状記憶合金部材３０ａ，３０ｂの
一端側は、ばね保持部２２ａ，２２ｂによって保持され
るとともに、その端部がばね保持部２２ａ，２２ｂから
一定量だけ突出するように取り付けられる。そして、そ
の突出した部分には、形状記憶合金部材３０ａ，３０ｂ
に通電を行うための電極端子４１ａ，４１ｂ（第１の電
極群）がそれぞれ配置される。

【００２３】また、コイルばね状の形状記憶合金部材３
０ａ，３０ｂのうちの少なくとも一方が記憶処理された
状態からばねを巻き絞めるような初期歪みを与えられて
可動部１０および支持体２０に取り付けられる。可動部
１０は支持体２０に対して摺動または回動自在に構成さ
れているため、少なくとも一方に対してばねを巻き締め
るような初期歪みを与えれば、その巻き締めによる作用
によって可動部１０が回動し、他方の形状記憶合金部材
に対しても初期歪みが与えられることになる。したがっ
て、形状記憶合金部材３０ａ，３０ｂのうちの少なくと
も一方に対して初期歪みを与えれば、他方にも初期歪み
が与えられることになるのである。

【００２４】そして、上記構成の外部側には電源部８１
ａ，８１ｂが設けられており、電源部８１ａ，８１ｂの
それぞれは互いに独立して電圧制御を行うことが可能な
ように構成される。

【００２５】電源部８１ａの正電極側にはリード線７１
ａが接続され、そのリード線７１ａの他端側は電極端子
４１ａに接続される。したがって、電源部８１ａの正電
極側は、リード線７１ａを介して形状記憶合金部材３０
ａの一端側と電極端子４１ａにて電気的に接続されてい
る。同様に、電源部８１ｂの正電極側はリード線７１ｂ
を介して形状記憶合金部材３０ｂの一端側と電極端子４
１ｂにて電気的に接続されている。

【００２６】一方、電源部８１ａ，８１ｂの負電極側は
双方とも接地されるとともに、形状記憶合金部材３０
ａ，３０ｂに通電を行った際に一定の電圧降下を生じさ
せるための抵抗器９が接続される。そして、電源部８１
ａ，８１ｂの負電極側はその抵抗器９および１本のリー
ド線７１ｃを介して可動部１０に設けられた電極端子４
２に接続されている。したがって、電源部８１ａ，８１
ｂの負電極側は、リード線７１ｃを介して可動部１０の
一部に電極端子４２にて電気的に接続されている。

【００２７】ここで、各電極端子４１ａ，４１ｂ，４２
と各リード線７１ａ，７１ｂ，７１ｃとは、圧着接続等
のような摩擦力の作用によって互いに固定される。なぜ
なら、はんだ付けによって各リード線７１ａ〜７１ｃを
各電極端子４１ａ，４１ｂ，４２に固定しようとする
と、はんだ付けの際に形状記憶合金部材３０ａ，３０ｂ
が加熱されることとなり、記憶した形状を喪失すること
になるからである。したがって、各電極端子と各リード
線とを固定する際にははんだ付け等の加熱を伴う接着方
法ではなく、圧着接続等の摩擦力の作用による接着方法
を採用することが好ましいのである。

【００２８】以上のように構成されたアクチュエータ１
００において、電源部８１ａ，８１ｂをそれぞれに独立
に駆動制御して、電極端子４１ａと電極端子４２との
間、または、電極端子４１ｂと電極端子４２との間の電
位差を調整することで、形状記憶合金部材３０ａ，３０
ｂのいずれか一方を通電加熱する。

【００２９】一例として、形状記憶合金部材３０ａに対
して通電加熱を行い、形状記憶合金部材３０ｂに対して
通電加熱を行わない場合について説明する。この場合、
形状記憶合金部材３０ａは電源部８１ａによって通電さ
れ、それによって加熱されていく。そして、形状記憶合
金部材３０ａが変態温度以上に加熱されると、初期歪み
の与えられた状態（つまり、記憶形状から巻き絞められ
た状態）から記憶形状（記憶処理によって記憶した形
状）に回復しようとする力が発生する。一般に、形状記
憶合金部材の変態温度以上での形状回復時に発生する力
は、変態温度以下での塑性変形に要する力よりも大き
い。このため、通電加熱によってコイルばね状の形状記
憶合金部材３０ａが巻き絞められた状態から元の記憶形
状に戻ろうとして巻き戻され、他方の通電されていない
形状記憶合金部材３０ｂはさらに巻き絞められることに
なる。この結果、可動部１０は、形状記憶合金部材３０
ａが巻き戻ろうとする方向に回転動作を行うこととな
り、支持体２０の中心に位置する可動部１０の棒状部分
が回動することになる。

【００３０】次に、上記と逆の場合について説明する。
例えば、電源部８１ａによる通電を停止し、電源部８１
ｂの通電を開始すると、上記と逆の挙動を示し、コイル
ばね状の形状記憶合金部材３０ｂが巻き戻る方向に力を
発生させるので、形状記憶合金部材３０ａが巻き絞めら
れ、可動部１０が上記と逆方向に回転動作を行う。

【００３１】そして、電源部８１ａ，８１ｂのうちのい
ずれか一方の通電状態を停止させると、各形状記憶合金
部材３０ａ，３０ｂは力の釣り合いのとれる位置に戻
り、双方に一定の初期歪みが与えられた状態で静止す
る。

【００３２】上記のように電源部８１ａ，８１ｂのうち
のいずれか一方を通電すれば、可動部１０を中心軸まわ
りに回転させることができる。そして、電源部８１ａ，
８１ｂにおける発生電圧を制御すれば、各形状記憶合金
部材３０ａ，３０ｂに対する通電量を制御することがで
き、それによって各形状記憶合金部材３０ａ，３０ｂに
て発生する熱量を制御することが可能になる。このた
め、電源部８１ａ，８１ｂを個別に制御することで、可
動部１０の回転量を調整することも可能になるのであ
る。

【００３３】ただし、上記のように可動部１０を動作さ
せる過程のいずれの状態においても、各形状記憶合金部
材３０ａ，３０ｂの両端部以外の部位が他の構造体また
は自らの他の部位と接触しないように構成することが望
ましい。なぜなら、アクチュエータ１００は、形状記憶
合金部材３０ａ，３０ｂが直接的な通電によって加熱さ
れることで駆動機構として機能するように実現されてい
るため、通電中に形状記憶合金部材３０ａ，３０ｂの端
部（電極端子４１ａ，４１ｂおよび固定部１１ａ，１１
ｂ）以外の部分が他の構造体（可動部１０の軸部や支持
体２０の内壁等）に接触したり、形状記憶合金部材３０
ａ，３０ｂ自体が接触して短絡するようなことになる
と、それによって通電状態や熱分布が変化し、可動部１
０の回転量制御を正常に行うことができなくなるからで
ある。したがって、動作過程において上記のような接触
を避けることができない場合には、他の構造体または形
状記憶合金部材３０ａ，３０ｂの相互に接触する部位に
対し、絶縁膜を塗布したり、絶縁材料を用いる等の絶縁
処理を施しておくことが好ましい。

【００３４】以上説明したように、この実施の形態のア
クチュエータ１００では、各形状記憶合金部材３０ａ，
３０ｂの一端側に電極端子４１ａ，４１ｂを設け、他端
側は可動部１０の固定部１１ａ，１１ｂに固定されると
ともに、可動部１０において固定部１１ａ，１１ｂとは
異なる位置に設けられた電極端子４２と、各固定部１１
ａ，１１ｂとの間を導電性材料によって形成された可動
部１０が導通させるように構成されている。このため、
各形状記憶合金部材３０ａ，３０ｂに対して個別に通電
を行うために必要な配線は、電極端子４１ａに接続する
ためのリード線７１ａと、電極端子４１ｂに接続するた
めのリード線７１ｂと、可動部１０に設けられた電極端
子４２に接続するためのリード線７１ｃとの３本のリー
ド線を配線すればよい。

【００３５】したがって、固定部１１ａ，１１ｂに対し
て直接的かつ個別にリード線を接続する場合に比べて、
この実施の形態のアクチュエータ１００ではリード線の
配線数を低減することができるとともに、リード線の引
き回し等のために必要な配線スペースを小さくすること
が可能になる。また、配線数が低減されることから、ア
クチュエータ１００の組み立て等が簡単になるととも
に、リード線が動作の際の負荷となることを低減するこ
ともできる。特に、この実施の形態のアクチュエータ１
００では、形状記憶合金部材３０ａ，３０ｂに対して通
電を行うための共通の電極端子４２が可動部１０の回転
中心となる軸部に設けられているので、電極端子４２に
接続されるリード線７１ｃが回転動作の際の負荷となる
ことも最小限に抑えられる。

【００３６】また、上記構成例では、可動部１０の軸部
に直接的に電極端子４２を取り付けているため、可動部
１０の回転動作に伴ってリード線７１ｃにねじれが生
じ、そのねじれが回転動作の際の若干の負荷となること
が予想され、特に、アクチュエータ１００を微小構成の
マイクロアクチュエータとして実現する場合には、その
ような負荷が問題となることも想定される。

【００３７】したがって、そのような場合には、電極端
子４２を可動部１０の軸部に対して固定するのではな
く、滑り接触するように配置して回転動作の際にリード
線７１ｃがねじれを生じないように構成すればよい。

【００３８】図２は、リード線７１ｃにねじれを生じな
い電極端子４２の一例を示す図である。図２に示すよう
に、電極端子４２は、導電性材料で形成された板ばね状
部材４２ａと、リード線７１ｃと板ばね状部材４２ａと
を保持して互いに電気的に接続するための端子部４２ｂ
とを備えて構成される。板ばね状部材４２ａは、一定の
押圧によって可動部１０の軸部に対して接触するように
構成されており、可動部１０が回転動作する過程におい
て、可動部１０と板ばね状部材４２ａとは常に接触状態
となる。

【００３９】一方、端子部４２ｂは固定されており、そ
の端子部４２ｂに固定されたリード線７１ｃは可動部１
０の回転動作による影響を受けず、リード線７１ｃにね
じれ等が生じることはない。

【００４０】したがって、図２に示すように電極端子４
２を可動部１０と滑り接触するように構成すれば、アク
チュエータ１００を微小構成で実現してもリード線７１
ｃが回転動作の際の負荷となることを解消することがで
き、より正確な回転制御を行うことが可能になる。

【００４１】なお、この実施の形態では、コイルばね状
の形状記憶合金部材３０ａ，３０ｂを記憶形状からさら
に巻き絞めた状態で初期歪みを与えることにより、アク
チュエータ１００を構成する場合について説明したが、
これに限定されるものではなく記憶形状から巻き戻した
状態で初期歪みを与えても可動部１０を回転動作させる
アクチュエータとして実現することができる。この場合
には、形状記憶合金部材３０ａ（または３０ｂ）に通電
加熱を行うと、形状記憶合金部材３０ａ（または３０
ｂ）は巻き絞める方向に力を発生させるため、可動部１
０は上述した動作説明とは逆方向に回転することにな
る。

【００４２】また、形状記憶合金部材３０ａ，３０ｂに
対し、初期歪みをコイルばねの巻き絞める方向または巻
き戻す方向に与えれば、アクチュエータ１００が可動部
１０を回転動作させる回転アクチュエータとして実現さ
れるが、コイルばね形状に与える初期歪みを他の形態に
すれば、上記と同様の構成で他の動作を実現することが
できる。

【００４３】例えば、図１に示すコイルばね状の形状記
憶合金部材３０ａ，３０ｂに対し、記憶処理された状態
からばねを伸縮させるように初期歪みを与えれば、アク
チュエータ１００の可動部１０を軸方向に摺動（直動）
させる摺動アクチュエータとして実現することができ
る。この場合、初期歪みがコイルばねを収縮させる方向
に与えられている場合には、通電を行うことによって形
状記憶合金部材３０ａ，３０ｂの一方が元の形状に伸長
しようとするので、他方はさらに収縮し、その結果、可
動部１０が軸方向（長手方向）に沿って移動する。逆
に、初期歪みがコイルばねを伸長させる方向に与えられ
ている場合には、通電を行うことによって形状記憶合金
部材３０ａ，３０ｂの一方が元の形状に収縮しようとす
るので、他方はさらに伸長し、その結果、可動部１０が
軸方向（長手方向）に沿って移動する。したがって、形
状記憶合金部材３０ａ，３０ｂによるコイルばね形状を
圧縮ばね若しくは引張ばねとし、伸縮させるような初期
歪みを与えることによって可動部１０を支持体２０に対
して摺動させるようなアクチュエータ１００を実現する
ことができるのである。

【００４４】さらに、この実施の形態においては、可動
部１０は導電性材料を含んで構成されることについて説
明したが、この理由は上記説明より明らかなように固定
部１１ａ，１１ｂと電極端子４２とを導通させるためで
ある。したがって、その間の導通が図られていれば、他
の部位については絶縁材料で構成されてもよい。

【００４５】＜２．第２の実施の形態＞次に、この発明
の第２の実施の形態について説明する。図３は、この発
明の第２の実施の形態であるアクチュエータ２００を示
す斜視図である。

【００４６】このアクチュエータ２００は、主として可
動部１５と支持体２５と４つの形状記憶合金部材３５
ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄとを備えている。

【００４７】可動部１５は、導電性のある材料で形成さ
れた円盤状の形状であり、その中心から等距離の位置に
等角度間隔で形状記憶合金部材３５ａ〜３５ｄのそれぞ
れの一端側を固定するための固定部１６ａ，１６ｂ，１
６ｃ，１６ｄを備えて構成される。また、可動部１５の
裏面（下面）側中心位置には支持体２５に含まれる軸部
２５ｃの先端部を受ける円錐形状の凹部が形成されてい
る。

【００４８】支持体２５は、円筒状の外郭部２５ａ、底
部２５ｂ、および軸部２５ｃを備えて構成される。

【００４９】外郭部２５ａは円筒形状に形成されてお
り、上面側には形状記憶合金部材３５ａ〜３５ｄを挿通
するための孔が設けられており、その中心部より軸部２
５ｃが突出するように構成されている。

【００５０】また、底部２５ｂは絶縁材料で形成され、
外郭部２５ａの下部に固定される。底部２５ｂの中心部
には、垂直に軸部２５ｃの一端（下端）側が固定されて
いる。軸部２５ｃは導電性のある材料で形成され、下端
側と上端側とを電気的に導通させることができる。ま
た、軸部２５ｃの他端（上端）側は円錐形状となってお
り、可動部１５はその上端（先端）を支点として揺動可
能なように設置される。なお、可動部１５の裏面側に形
成された円錐形状の凹部の頂角は、可動部１５が軸部２
５ｃの先端に対して所定の最大角度分傾くことが可能な
ように、軸部２５ｃの先端部の頂角よりも大きく設定さ
れる（図４参照）。

【００５１】形状記憶合金部材３５ａ〜３５ｄは、Ｎｉ
−Ｔｉ合金等の形状記憶合金線で構成されており、熱処
理によって直線形状に記憶処理されている。形状記憶合
金部材３５ａ〜３５ｄは、それぞれ底部２５ｂと可動部
１５との間に、軸部２５ｃを囲むように、かつ、軸部２
５ｃに略平行に張設される。形状記憶合金部材３５ａと
３５ｃ、および、形状記憶合金部材３５ｂと３５ｄは、
それぞれ軸部２５ｃをはさんで等距離に配置され、か
つ、軸部２５ｃの中心と一直線上に配置される。また、
各形状記憶合金部材３５ａ〜３５ｄは、可動部１５の揺
動角に拘わらずに常に引張力を受けるように取り付けら
れている。つまり、この引張力により記憶処理された形
状よりも伸長させた状態で初期歪みを与えておくのであ
る。

【００５２】形状記憶合金部材３５ａ〜３５ｄは変態温
度以下で弾性域を超えて引張られると変形するが、変態
温度以上に加熱することで母相に逆変態し、元の記憶処
理された形状（長さ）に戻る、という性質を有する。先
述の通り、形状記憶合金は変態温度以上での形状回復時
に発生する力の方が変態温度以下での塑性変形に要する
力より大きいため、形状記憶合金部材３５ａ〜３５ｄの
うちの１本または複数本を選択的に加熱することで力の
釣り合いが変わり、可動部１５を所定方向に傾けること
ができるのである。そして、この可動部１５の上面側に
外部に対して仕事をするためのエンドエフェクタ等を取
り付ければ、外部に対して仕事をするも可能になるので
ある。

【００５３】図４は、アクチュエータ２００の断面図で
ある。なお、図４では形状記憶合金部材３５ａ〜３５ｄ
のうちの３５ｂと３５ｄ、およびこれらに付随する構成
については見えない部分であるため図示していない。

【００５４】図４に示すように、可動部１５において形
状記憶合金部材３５ａ〜３５ｄを固定するための固定部
１６ａ〜１６ｄ（１６ｂ，１６ｄは図示省略）は、凹部
状に形成されており、その内側に圧着端子４４ａ〜４４
ｄ（４４ｂ，４４ｄは図示省略）が設けられる。この圧
着端子４４ａ〜４４ｄが、各形状記憶合金部材３５ａ〜
３５ｄの一端側を摩擦力で可動部１５に固定するととも
に、各形状記憶合金部材３５ａ〜３５ｄと可動部１５と
の電気的な導通を図っている。すなわち、可動部１５
は、圧着端子４４ａ〜４４ｄを介して各形状記憶合金部
材３５ａ〜３５ｄと電気的に接続されるのである。

【００５５】また、軸部２５ｃも導電性材料で形成され
るため、可動部１５と軸部２５ｃとの接触部において電
気的な接続が行われることとなり、軸部２５ｃの下端部
と可動部１５に設けられた各圧着端子４４ａ〜４４ｄと
の導通が実現される。

【００５６】しかしながら、可動部１５と軸部２５ｃと
の電気的な接続は、円錐形状の頂点である１点のみで行
われることから、可動部１５と軸部２５ｃとの導通が十
分でない場合もある。そのような場合には、可動部１５
と軸部２５ｃとを適当な部位でリード線等で結ぶように
するか、または、一方に接触子を設け、他方の対応する
箇所に滑り接触するようにすればよい。あるいは、アク
チュエータ２００が微小な構成で実現される場合には、
表面張力を利用してもよい。

【００５７】図５は、可動部１５と軸部２５ｃとを十分
に導通させるための構成例を示す図である。

【００５８】まず、図５（ａ）に示す構成例では、可動
部１５の下面側と軸部２５ｃの側面側とに対してリード
線２７ａを接続するための接続部２７ｂが設けられ、そ
の接続部２７ｂに対してリード線２７ａを取り付けるこ
とで、可動部１５と軸部２５ｃとの導通が図られてい
る。このとき、リード線２７ａは可動部１５の揺動動作
の際に負荷とならないように一定量撓ませた状態で取り
付けることが望ましい。

【００５９】次に、図５（ｂ）に示す構成例では、可動
部１５の下面側に板ばね状部材２８ａが取り付けられ、
この板ばね状部材２８ａが一定の押圧で軸部２５ｃに接
触するように構成される。したがって、板ばね状部材２
８ａが接触子となり、軸部２５ｃに滑り接触するように
構成されるので、可動部１５が揺動動作する際の負荷を
大きくすることなく可動部１５と軸部２５ｃとの導通を
図ることが可能になる。

【００６０】さらに、図５（ｃ）に示す構成例では、可
動部１５の下面側に設けられた円錐形状の凹部と軸部２
５ｃの円錐形状との隙間部分にペースト状で不揮発性の
導電性物質２９が充填され、それによって可動部１５と
軸部２５ｃとの接触面積（導通面積）を大きくすること
ができ、十分な導通を図ることが可能になる。なお、こ
の構成例が適用可能な場合は、アクチュエータ２００が
微小なマイクロアクチュエータとして実現される場合で
あり、その場合にはペースト状の導電性物質２９に表面
張力が作用し、可動部１５と軸部２５ｃとの隙間部分か
ら導電性物質２９の流出を防ぐことができる。

【００６１】図４に戻り、軸部２５ｃの下端部は底部２
５ｂの中心位置に設けられた孔に嵌着されており、その
下端面には、電極端子４６（第２の電極）が取り付けら
れている。そして、その電極端子４６にはリード線７２
ｅが接続される。一方、軸部２５ｃの上端付近において
は、軸部２５ｃと外郭部２５ａとの間に絶縁部材２６が
設けられており、軸部２５ｃと外郭部２５ａとが導通さ
れることを防止している。ただし、外郭部２５ａ自体が
絶縁材料で形成されている場合には、軸部２５ｃと外郭
部２５ａとの間に絶縁部材２６を介在させる必要はな
い。

【００６２】また、形状記憶合金部材３５ａ〜３５ｄの
他端側は、底部２５ｂに設けられた貫通孔に挿通されて
おり、底部２５ｂの下面側にて電極端子４５ａ〜４５ｄ
（４５ｂ，４５ｄは図示省略）（第１の電極群）が取り
付けられる。電極端子４５ａ〜４５ｄは、各形状記憶合
金部材３５ａ〜３５ｄに対して通電を行うためのリード
線７２ａ〜７２ｄ（７２ｂ，７２ｄは図示省略）を接続
するための端子であるとともに、形状記憶合金部材３５
ａ〜３５ｄの他端側を支持体２５の底部２５ｂに固定す
るための作用を有する端子である。

【００６３】なお、底部２５ｂは全体が絶縁材料で形成
されているため、軸部２５ｃと各形状記憶合金部材３５
ａ〜３５ｄとが底部２５ｂを介して電気的に接触しない
ようになっている。ただし、底部２５ｂは、軸部２５ｃ
に接する部位と各形状記憶合金部材３５ａ〜３５ｄに接
する部位のみを絶縁材料で構成するようにしてもよい。

【００６４】そして、この実施の形態では、各形状記憶
合金部材３５ａ〜３５ｄに対して個別に通電状態を制御
するために、４つの電源部８２ａ〜８２ｄ（８２ｂ，８
２ｄは図示省略）が設けられている。各電源部８２ａ〜
８２ｄの正電極側は、それぞれリード線７２ａ〜７２ｄ
を介して各形状記憶合金部材３５ａ〜３５ｄに設けられ
た電極端子４５ａ〜４５ｄに接続され、負電極側は全て
接地されるとともに、抵抗器９を介して電極端子４６に
接続されている。

【００６５】なお、電極端子４５ａ〜４５ｄは各形状記
憶合金部材３５ａ〜３５ｄと各リード線７２ａ〜７２ｄ
とを圧着接続等の摩擦力によって固定する。

【００６６】上記の構成において、電源部８２ａ〜８２
ｄにより、電極端子４５ａ〜４５ｄと圧着端子４６との
間の電位差を個別に制御することで、形状記憶合金部材
３５ａ〜３５ｄは通電加熱される。上述の通り、形状記
憶合金部材３５ａ〜３５ｄのうちの１本または複数本を
選択的に通電加熱することで、通電加熱された形状記憶
合金部材が収縮する方向に力を発生させるため、可動部
１５における力の釣り合い状態が変わり、可動部１５を
任意の方向に傾斜させることができる。そして、各電源
部８２ａ〜８２ｄにおいて発生させる電位差を制御する
ことで、可動部１５の傾斜角と方向を制御することも可
能である。

【００６７】ただし、この実施の形態でも、第１の実施
の形態と同様に、可動部１５を動作させる過程のいずれ
の状態においても、形状記憶合金部材３５ａ〜３５ｄの
両端部以外の部位が他の構造体と接触しないように構成
することが望ましい。したがって、可動部１５を動作さ
せる際に接触が避けられない場合には、他の構造体ある
いは形状記憶合金部材３５ａ〜３５ｄ自体の接触箇所に
対して絶縁処理を施しておくことがより好ましい。

【００６８】以上説明したように、この実施の形態のア
クチュエータ２００では、各形状記憶合金部材３５ａ〜
３５ｄの一端側に電極端子４５ａ〜４５ｄを設け、他端
側は可動部１５の固定部１６ａ〜１６ｄに固定されると
ともに、可動部１５と軸部２５ｃとの導通が図られてい
る。そして、軸部２５ｃの下端面に取り付けられた電極
端子４６と形状記憶合金部材３５ａ〜３５ｄの各電極端
子４５ａ〜４５ｄとの間を個別に通電することができる
構成となっている。このため、各形状記憶合金部材３０
ａ，３０ｂに対して個別に通電を行うために必要な配線
は、電極端子４５ａ〜４５ｄに接続するためのリード線
７２ａ〜７２ｄと、電極端子４６に接続するためのリー
ド線７２ｅとの５本のリード線を配線すればよい。

【００６９】したがって、各圧着端子４４ａ〜４４ｄに
対して直接的かつ個別にリード線を接続する場合に比べ
て、この実施の形態のアクチュエータ２００ではリード
線の配線数を低減することができるとともに、リード線
の引き回し等のために必要な配線スペースを小さくする
ことが可能になる。すなわち、各圧着端子４４ａ〜４４
ｄに対して直接的かつ個別にリード線を接続する場合
は、電源部８２ａ〜８２ｄの数の２倍の数の配線が必要
であるため、８本のリード線を必要とするのであるが、
この実施の形態のアクチュエータ２００では、リード線
の本数を電源部の数に１本を加えた数（つまり、５本の
リード線）に低減することができるのである。

【００７０】また、配線数が低減されることから、アク
チュエータ２００の組み立て等が簡単になるとともに、
リード線が動作の際の負荷となることを低減することも
できる。特に、この実施の形態のアクチュエータ２００
では、形状記憶合金部材３５ａ〜３５ｄに対して通電を
行うための共通の電極端子４６が可動部１５とは異なる
部材である軸部２５ｃに設けられているので、可動部１
５が如何なる方向に揺動したとしてもリード線が動作の
負荷となることはない。さらに、全てのリード線７２ａ
〜７２ｅを底部２５ｂの底面側に集中配置することがで
き、任意の機器への組み込みが容易となる。

【００７１】なお、この実施の形態では、線状の形状記
憶合金部材を４本設けた構成例について説明したが、こ
れに限定されるものではなく、可動部１５を揺動させる
方向等に応じて２本以上であれば何本であってもよい。
また、一部の形状記憶合金部材の代わりにバイアスばね
を用いて、軸部２５ｃを挟んだ対称な位置となる一方側
を形状記憶合金部材、他方側をバイアスばねという構成
にしても得られる効果は同様である。

【００７２】また、上記の構成では形状記憶合金部材３
５ａ〜３５ｄを直線形状に記憶処理した形状記憶合金線
としているが、これに限定されるものでなく、必要な発
生力や伸縮率に応じて、ばね形状に記憶処理してもよい
ことは勿論である。

【００７３】また、軸部２５ｃと可動部１５との接続部
に関しても、円錐形状に代えて球状としてもよい。図６
は、このような形態の軸部２５ｃと可動部１５との接続
部を示す図である。図６に示すように可動部１５に球状
の凹部を設け、軸部２５ｃの先端部を球状にすること
で、可動部１５と軸部２５ｃとの接触面積を大きくする
ことができ、可動部１５と軸部２５ｃとの導通を十分な
ものとすることができる。

【００７４】また、上記のアクチュエータ２００は、可
動部１５を任意の方向に揺動させるための構成であった
が、可動部１５が揺動可能に支持されていれば他の構成
を採用してもよい。図７は、その一例であるアクチュエ
ータ２００ａを示す図である。図７に示すアクチュエー
タ２００ａの構成例では、可動部１５ａは支持柱２４ａ
と揺動軸２４ｂと底部２４ｃとを備える支持体２４に支
持されており、可動部１５ａが揺動軸２４ｂを中心に揺
動可能となっている。可動部１５ａは導電性のある材料
で形成され、揺動軸２４ｂを挟んで対称な位置に形状記
憶合金部材３５ｅ，３５ｆが張設されている。また、支
持柱２４ａおよび揺動軸２４ｂも導電性のある材料で形
成され、これによって形状記憶合金部材３５ｅ，３５ｆ
と支持柱２４ａとは電気的に接続された状態となってい
る。

【００７５】そして、底部２４ｃの底面側より、３本の
リード線７３ａ，７３ｂ，７３ｃが配線されるように構
成される。リード線７３ａは電源部８２ｅの正電極側と
形状記憶合金部材３５ｅとに接続され、リード線７３ｂ
は電源部８２ｆの正電極側と形状記憶合金部材３５ｆと
に接続され、リード線７３ｃは支持柱２４ａの底部と抵
抗器９とに接続される。電源部８２ｅ，８２ｆの負電極
側は接地されるとともに、双方ともに抵抗器９を介して
リード線７３ｃに接続される。

【００７６】図７に示すような構成を採用することによ
っても、各形状記憶合金部材３５ｅ，３５ｆに対して個
別に通電することで、可動部１５ａを揺動動作させるこ
とができ、リード線７３ａ〜７３ｃの本数を低減するこ
とが可能になるのである。

【００７７】なお、この実施の形態においては、可動部
１５および軸部２５ｃは導電性材料で形成されることに
ついて説明したが、この理由は上記説明より明らかなよ
うに圧着端子４４ａ〜４４ｄと電極端子４６とを導通さ
せるためである。したがって、その間の導通が図られて
いれば、他の部位については絶縁材料で構成されてもよ
い。

【００７８】＜３．第３の実施の形態＞次に、この発明
の第３の実施の形態について説明する。図８は、この発
明の第３の実施の形態であるアクチュエータ３００を示
す断面図である。

【００７９】アクチュエータ３００は、基本的に、第１
の実施の形態で説明したアクチュエータ１００と第２の
実施の形態で説明したアクチュエータ２００とを組み合
わせた構成となっており、複数方向の動作が実現される
ように構成されている。

【００８０】アクチュエータ３００は、第１駆動部３１
０と第２駆動部３２０とを有しており、第１駆動部３１
０は第１の実施の形態で説明したアクチュエータ１００
の動作原理を利用した駆動部であり、第２駆動部３２０
は第２の実施の形態で説明したアクチュエータ２００の
動作原理を利用した駆動部である。したがって、上述し
た部材と同一の作用効果を示す部材については同一の符
号を付しており、ここではそれらについての説明は省略
する。また、図８における第２駆動部３２０では、形状
記憶合金部材３５ａ〜３５ｄのうちの３５ｂと３５ｄ、
およびこれらに付随する構成については見えない部分で
あるため図示していない。

【００８１】第１駆動部３１０と第２駆動部３２０と
は、連結部材となる中心軸１２を介して互いに連結され
ている。この中心軸１２は、第１の実施の形態における
アクチュエータ１００の可動部１０と、第２の実施の形
態におけるアクチュエータ２００の軸部２５ｃとの両機
能を兼備するものであり、この中心軸１２に対して第２
駆動部３２０の支持体に含まれる外郭部２５ａおよび底
部２５ｂが固定されている。したがって、アクチュエー
タ３００において第１駆動部３１０の出力軸に相当する
中心軸１２を回転または摺動させることで、第２駆動部
３２０の全体を中心軸１２を中心として回転させたり、
または中心軸１２の長手方向に沿って摺動させたりする
ことが可能になる。そしてさらには、第２駆動部３２０
において可動部１５を任意の方向に揺動動作させること
ができるため、このアクチュエータ３００においては可
動部１５に対して回転３自由度を、または、直動１自由
度と回転２自由度とを持たせることができる。

【００８２】ここで中心軸１２について説明を加える。
図８に示すように中心軸１２は、一端（上端）側が閉じ
た円錐形状、他端（下端）側が開口部１２ｅとなってい
る中空軸である。その中空となっている内部側が絶縁材
料で形成される一方で、表面側は、導電性材料の塗布処
理等によって導電体として形成される。

【００８３】図９は、第１駆動部３１０と第２駆動部３
２０との間隙部分の拡大図である。第２駆動部３２０の
各形状記憶合金部材３５ａ〜３５ｄのそれぞれに通電を
行うための電極端子４５ａ〜４５ｄ（４５ｂ，４５ｄは
図示省略）に接続されるリード線７２ａ〜７２ｄ（７２
ｂ，７２ｄは図示省略）は、中心軸１２の各電極端子４
５ａ〜４５ｄの近傍位置に設けられた貫通穴１２ａ〜１
２ｄ（１２ｂ，１２ｄは図示省略）より中心軸３３の内
部に導かれる。そして各リード線７２ａ〜７２ｄは、中
空状の中心軸１２の内部を通って開口部１２ｅから外部
に導かれる（図８参照）。

【００８４】また、中心軸１２の開口部１２ｅ近傍の表
面位置には電極端子４２が設けられており、この電極端
子４２は、第１駆動部３１０において形状記憶合金部材
３０ａ，３０ｂの一端側を固定する固定部１１ａ，１１
ｂおよび第２駆動部３２０における可動部１５と、中心
軸１２の表面に設けられた導電性材料を介して導通が図
られている。

【００８５】可動部１５には第２駆動部３２０における
形状記憶合金部材３５ａ〜３５ｄの一端側が圧着端子４
４ａ〜４４ｄによって固定されており、中心軸１２と各
圧着端子４４ａ〜４４ｄは、可動部１５を形成する導電
性材料によって導通が図られる。

【００８６】そして、アクチュエータ３００は、第１駆
動部３１０において形状記憶合金部材３０ａ，３０ｂを
それぞれ個別に通電加熱するための電源部８１ａ，８１
ｂと、第２駆動部３２０において形状記憶合金部材３５
ａ〜３５ｄをそれぞれ個別に通電加熱するための電源部
８２ａ〜８２ｄ（８２ｂ，８２ｄは図示省略）とを備え
ており、電源部８１ａ，８１ｂおよび電源部８２ａ〜８
２ｄの負電極側は、全て接地されるとともに、抵抗器９
を介して電極端子４２に電気的に接続されている。な
お、抵抗器９と電極端子４２との間は１本のリード線７
１ｃで接続されている。

【００８７】また、電源部８１ａ，８１ｂの正電極側
は、それぞれリード線７１ａ，７１ｂを介して第１駆動
部３１０の電極端子４１ａ，４１ｂに接続されており、
また、電源部８２ａ〜８２ｄの正電極側のそれぞれは中
心軸１２の内部に配線されたリード線７２ａ〜７２ｄを
介して各電極端子４５ａ〜４５ｄに接続されている。

【００８８】このように、アクチュエータ３００におけ
る駆動機構となる形状記憶合金部材３０ａ，３０ｂおよ
び３５ａ〜３５ｄの一端側は、すべて電極端子４２に接
続されており、中心軸１２および可動部１５を介して共
通電位となるように構成されている。

【００８９】そして、各電源部８１ａ，８１ｂおよび８
２ａ〜８２ｄを個別に制御し、各形状記憶合金部材３０
ａ，３０ｂおよび３５ａ〜３５ｄを選択的に通電加熱す
ることにより、アクチュエータ３００の先端に設けられ
た可動部１５の位置または姿勢を様々な状態に制御する
ことが可能になる。

【００９０】以上説明したように、この実施の形態のア
クチュエータ３００では、各形状記憶合金部材３０ａ，
３０ｂおよび３５ａ〜３５ｄに対して個別に通電を行う
ために必要な配線は、電極端子４１ａ，４１ｂおよび４
５ａ〜４５ｄに接続するためのリード線７１ａ，７１ｂ
および７２ａ〜７２ｄと、電極端子４２に接続するため
のリード線７１ｃとの７本のリード線を配線すればよ
い。

【００９１】したがって、各形状記憶合金部材に対して
直接的かつ個別にリード線を接続する場合に比べて、こ
の実施の形態のアクチュエータ３００ではリード線の配
線数を低減することができるとともに、リード線の引き
回し等のために必要な配線スペースを小さくすることが
可能になる。具体的には、このアクチュエータ３００に
おいても電源部の数に１本を加えた数のリード線で全て
の形状記憶合金部材３０ａ，３０ｂおよび３５ａ〜３５
ｄに対する個別通電が可能になるのである。

【００９２】特にアクチュエータ３００において、第２
駆動部３２０に導くリード線７２ａ〜７２ｄは中心軸１
２の内部空間を配線されるように構成されているため、
第１駆動部３１０が中心軸１２まわりに回転動作を行っ
たとしても各リード線７２ａ〜７２ｄが中心軸１２と一
体となって回転する。したがって、各リード線７２ａ〜
７２ｄが回転動作の際の動作負荷となることを回避する
ことができる。

【００９３】なお、中心軸１２の表面側に導電性材料に
よって薄膜を形成し、この薄膜を第２駆動部３２０から
のリード線７２ａ〜７２ｄと置き換えるような構成して
もよい。

【００９４】これについて具体的に説明する。まず、中
心軸１２の表面に各電極端子４５ａ〜４５ｄ近傍から開
口部１２ｅ（すなわち下端）まで、半導体プロセスによ
って周方向に５分割した薄膜を成膜する。５つの薄膜の
うち４つの薄膜は、一端（上端）側がそれぞれ電極端子
４５ａ〜４５ｄとリード線で結ばれ、他端（下端）側が
それぞれ電源部８２ａ〜８２ｄの正電極側にリード線に
て結ばれる。一方、中心軸１２の表面に形成される導電
体は、円錐形状（上端）側から電極端子４５ａ〜４５ｄ
近傍位置までとしておき、この導電体と残る１つの薄膜
の一端（上端）側とを連結させて一体的に構成する。こ
の一体化される薄膜は当然に他の４つの薄膜とは絶縁さ
れている。そして、一体化される薄膜の他端（下端）側
においては、リード線を介して抵抗器９と接続される。

【００９５】このような構成を採用することにより、リ
ード線７２ａ〜７２ｄを中心軸１２の内部を通す構成と
同様の効果が得られる。そして、このような構成を採用
することにより、中心軸１２を必ずしも中空状に形成す
る必要がなく、複数のリード線７２ａ〜７２ｄを中心軸
１２の内部側に通さなくてよいため、組み立てが極めて
容易になるというメリットもある。ただし、この構成例
の場合には、中心軸１２と軸受２１ａ，２１ｂとの摺動
摩擦によって段差が生じる等といった問題が発生する可
能性もある。そのような場合には、中心軸１２の少なく
とも該当する個所（軸受け２１ａ，２１ｂとの接触箇
所）に対して別途何らかの膜を形成して半径方向の段差
を埋めるようにすればよい。また、膜を絶縁膜とし、軸
受２１ａ，２１ｂを転がり軸受（ベアリング）として構
成すれば、中心軸１２と軸受２１ａ，２１ｂとの間の摩
擦の問題は解消される。

【００９６】なお、この構成例では、半導体プロセスに
よって薄膜を成膜する例について説明したが、これに限
られるものではなく、金めっきや金クラッド等で同形状
の導電用の帯を設けるようにしてもよい。

【００９７】このようにこの実施の形態では配線数が低
減されることから、アクチュエータ３００の組み立て等
が簡単になる。また、アクチュエータ３００では、形状
記憶合金部材３０ａ，３０ｂおよび３５ａ〜３５ｄに対
して通電を行うための共通の電極端子４２が可動部１５
とは異なる部材である中心軸１２の下端部に設けられて
いるので、可動部１５が如何なる方向に揺動したとして
もリード線が動作の負荷となることはない。さらに、全
てのリード線を第１駆動部３１０に集中配置することが
でき、任意の機器への組み込みが容易となる。

【００９８】上述したアクチュエータ３００は、第１駆
動部３１０として第１の実施の形態で説明したアクチュ
エータ１００を備え、第２駆動部３２０として第２の実
施の形態で説明したアクチュエータ２００を備え、中心
軸１２がこれらのアクチュエータを連結する連結部材と
して用いることで実現されている。しかしながら、第１
駆動部３１０と第２駆動部３２０とを相互に入れ換えた
構成も実現可能であることから、そのような構成を採用
してもよい。

【００９９】これに対し、例えば、可動部１５の上面側
に細胞等を操作するためのエンドエフェクタ等を取り付
けて、アクチュエータ３００を微小な構成のマイクロア
クチュエータとして実現する場合には、第２駆動部３２
０による揺動動作によってエンドエフェクタが大きく振
れることは望ましくなく、むしろ微小操作を行うことが
できるように微小な角度制御が可能である揺動動作であ
ることが望ましい。したがって、そのような場合には、
図８に示したような連結順序を採用することがより好ま
しい形態となる。

【０１００】＜４．第４の実施の形態＞次に、この発明
の第４の実施の形態について説明する。この実施の形態
では、上述したアクチュエータが組み込まれたマイクロ
マニピュレータの一構成例について説明する。

【０１０１】図１０は、この発明の第４の実施の形態で
あるマイクロマニピュレータ４００を示す斜視図であ
る。なお、図１０においてＸ，Ｙ，Ｚは互いに直交する
３軸を示している。また、図１０においては各部を駆動
するための電源部やリード線の配線については図示を省
略している。

【０１０２】マイクロマニピュレータ４００は、第１リ
ニアアクチュエータ４５０と、第２リニアアクチュエー
タ４６０と、第３リニアアクチュエータ４７０と、第３
の実施の形態で説明した揺動アクチュエータ３００とエ
ンドエフェクタ９０とを備えている。

【０１０３】第１ないし第３リニアアクチュエータ４５
０〜４７０は互いに直交するように順次に連結されてお
り、エンドエフェクタ９０に対して複数の直進自由度を
与える直進手段として実現されている。また、揺動アク
チュエータ３００はその先端部分に結合されたエンドエ
フェクタ９０の姿勢を任意の角度に変化させることによ
り、そのエンドエフェクタ９０で支持される微小な対象
物の姿勢を変化させることができる。

【０１０４】第１リニアアクチュエータ４５０は圧電素
子４５１とスプライン軸４５２とスライダ４５３とを備
えており、Ｘ軸方向に沿ってスライダ４５３を移動させ
ることができるように構成されている。

【０１０５】圧電素子４５１は積層圧電セラミックス等
によって構成され、外部に設けられる駆動回路からの電
圧の印加によってＸ軸方向に沿って伸縮動作を行う。そ
して圧電素子４５１の一端側は図中斜線で示す固定部４
０９に固着されており、他端側はスプライン軸４５２の
端面に固着されている。したがって、スプライン軸４５
２は圧電素子４５１の伸縮動作に伴ってその長手方向で
あるＸ軸方向に移動する。なお、固定部４０９は、マイ
クロマニピュレータ４００の設置対象となる装置（例え
ば、顕微鏡等）における設置箇所を示す部分である。

【０１０６】また、スライダ４５３はスプライン軸４５
２に嵌め込まれており、スライダ４５３の内部に装着さ
れた弾性部材がスライダ４５３とスプライン軸４５２と
の間に一定の摩擦を生じさせることにより、通常はスラ
イダ４５３がスプライン軸４５２に対して位置固定され
た状態となる。一方、スライダ４５３にその摩擦力以上
の力が作用することによってスライダ４５３はスプライ
ン軸４５２上をＸ軸に沿って摺動する。リニアアクチュ
エータはこの原理を利用してスライダ４５３をＸ軸方向
に沿って移動させるのである。

【０１０７】具体的に説明すると、Ｘ軸方向に沿って、
圧電素子４５１が停止または緩やかな伸縮動作を行う場
合には、スライダ４５３に対して弾性部材による摩擦力
以上の力が作用しないため、スプライン軸４５２に対す
るスライダ４５３の位置は変化しない。これに対して、
圧電素子４５１が瞬時に伸縮動作を行う場合には、スラ
イダ４５３に対して弾性部材による摩擦力以上の慣性力
が作用するのでスプライン軸４５２に対するスライダ４
５３の位置は圧電素子４５１の伸縮方向と逆方向に慣性
移動するのである。

【０１０８】なお、スプライン軸４５２に設けられた凸
部４５２ａとスライダ４５３の凹部４５３ａとが嵌合す
ることにより、スライダ４５３のスプライン軸４５２の
周方向への回転を抑制できることは言うまでもない。ま
た、スプライン軸４５２の代わりに、角柱のような単な
るガイド軸を用いてもよい。

【０１０９】第２リニアアクチュエータ４６０も第１リ
ニアアクチュエータ４５０と同様に、圧電素子４６１と
スプライン軸４６２とスライダ４６３とを備え、Ｙ軸方
向に沿ってスライダ４６３を移動させることができるよ
うに構成されている。圧電素子４６１の一端側は第１リ
ニアアクチュエータ４５０のスライダ４５３の側面部に
固着されており、他端側はスプライン軸４６２の端面に
固着されている。したがって、スプライン軸４６２は圧
電素子４６１の伸縮動作に伴ってその長手方向であるＹ
軸方向に移動する。なお、圧電素子４６１とスプライン
軸４６２とスライダ６３との連結および構成は第１リニ
アアクチュエータ４５０と同様である。

【０１１０】第３リニアアクチュエータ４７０も上記各
リニアアクチュエータと同様であり、圧電素子４７１と
スプライン軸４７２とスライダ４７３とを備えてＺ軸方
向に沿ってスライダ４７３を移動させることができるよ
うに構成されている。そして圧電素子４７１の一端側は
第２リニアアクチュエータ４６０のスライダ４６３に固
着されており、他端側はスプライン軸４７２の端面に固
着されている。したがって、スプライン軸４７２は圧電
素子４７１の伸縮動作に伴ってＺ軸方向に移動する。な
お、圧電素子４７１とスプライン軸４７２とスライダ４
７３との連結および構成は他のリニアアクチュエータと
同様である。

【０１１１】そして、第３リニアアクチュエータ４７０
のスライダ４７３にはＸ軸方向に沿って揺動アクチュエ
ータ３００が固着されている。このアクチュエータ３０
０は、図８に示したように第１駆動部３１０と第２駆動
部３２０とが連結された構成として実現されている。

【０１１２】第１駆動部３１０は、微小径の円筒状に構
成され、第３リニアアクチュエータ４７０のスライダ４
７３に固定されている。ただし、第１駆動部３１０をス
ライダ４７３に固定する際には、図８に示した中心軸１
２を固定するのではなく、支持体２０をスライダ４７３
に対して固定する。なぜなら、中心軸１２を固定する
と、揺動アクチュエータ３００の可動部１５を回転もし
くは摺動させることができなくなるからである。

【０１１３】なお、この第１駆動部３１０においては内
部にコイルばね状の形状記憶合金部材が収容されている
が、この実施の形態においては、コイルばね状の形状記
憶合金部材に対して巻き絞め方向または巻き戻し方向の
初期歪みを与えることで、第１駆動部３１０を回転アク
チュエータとして実現している。

【０１１４】そして、この第１駆動部３１０の内部に設
けられた形状記憶合金部材に対して個別に通電制御が行
われることにより、第２駆動部３２０をＸ軸に平行な中
心軸周りに回転させることができるように構成されてい
る。

【０１１５】第１駆動部３１０の中心軸１２（図８参
照）には第２駆動部３２０が着設されており、第２駆動
部３２０の内部に設けられた形状記憶合金部材に対して
個別に通電制御が行われることにより、可動部１５がＹ
Ｚ平面に平行な状態から任意の方向および角度に傾斜す
るように構成されている。

【０１１６】そして第２駆動部３２０に設けられた可動
部１５には、このマイクロマニピュレータ４００のエン
ドエフェクタ９０の基部側が接続配置されている。エン
ドエフェクタ９０は微小な対象物に対して所定の操作を
行うために適した機構のものが採用される。例えば、ハ
ンド機構を備えるマイクログリッパや、ニードル等がエ
ンドエフェクタ９０として使用される。

【０１１７】マイクロマニピュレータ４００は上記のよ
うに構成されており、第１から第３リニアアクチュエー
タ４５０〜４７０はエンドエフェクタ９０の位置をＸ，
Ｙ，Ｚの３軸方向に直進移動させることができ、揺動ア
クチュエータ３００はエンドエフェクタ９０をロール・
ピッチ・ヨーの３方向に回転移動させることができる。
つまり、上記のような構成とすることにより、エンドエ
フェクタ９０を直進運動させるための３自由度と回転運
動させるための３自由度との合計６自由度が実現されて
いる。

【０１１８】したがって、マイクロマニピュレータ４０
０を上記のように構成することでエンドエフェクタ９０
を任意の位置に移動させることが可能になるとともに、
エンドエフェクタ９０を任意の姿勢に変化させることも
可能になる。

【０１１９】また、マイクロマニピュレータ４００に対
して上述した各アクチュエータを組み込むことで、エン
ドエフェクタ９０の位置制御を常時適切に行うことが可
能になるとともに、揺動アクチュエータ３００における
リード線の配線スペースを低減することができるととも
に、微小動作を行う際に、各リード線が動作の際の負荷
となることを低減することができ、精度の高い微小操作
を行うことが可能になる。つまり、このマイクロマニピ
ュレータ４００は顕微鏡下での細胞レベルでの微小操作
や微少部品の組立等に使用されるが、リード線の配線が
そのような微小操作を阻害するような要因となることも
なく、また、エンドエフェクタ９０を精度よく動作させ
ることができる。さらに、リード線の本数が低減されて
いるので、マイクロマニピュレータ４００を組み立てる
際の組み立て効率を向上させることが可能になる。

【０１２０】＜５．変形例＞以上、この発明の実施の形
態について説明したが、この発明は上記説明した内容の
ものに限定されるものでない。

【０１２１】例えば、上記説明においては、微小構成等
を考慮して駆動機構として形状記憶合金部材を用いる場
合を例示したが、形状記憶合金に限定されるものではな
く、通電加熱によって同様の形状記憶効果を示すもので
あれば他の材料を用いて形状記憶部材を構成してもよ
い。

【０１２２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、複数の形状記憶部材に導通を図るため
に、それぞれの形状記憶部材の一端側に設けられた第１
の電極群と、それぞれの形状記憶部材の他端側を共通電
位に保つための第２の電極とを備え、複数の形状記憶部
材のそれぞれの他端側と第２の電極とが可動部を含む部
材によって電気的に導通されるように構成されているた
め、アクチュエータを駆動するための電気的な配線数を
低減することができ、組み立て等を簡単にすることがで
きるとともに、動作負荷を低減することも可能になる。

【０１２３】請求項２に記載の発明によれば、第１の電
極群は、複数の形状記憶部材のそれぞれの一端側を支持
体に固定するための固定作用を有するため、複数の形状
記憶部材を固定するために別の部材を設ける必要がな
く、構成を簡略化することができる。

【０１２４】請求項３に記載の発明によれば、複数の形
状記憶部材はコイルばね形状で記憶処理されており、通
電されることによって、可動部に対して回転動作または
摺動動作を与えるように構成されるため、アクチュエー
タを回転アクチュエータまたは摺動アクチュエータとし
て実現することができる。

【０１２５】請求項４に記載の発明によれば、複数の形
状記憶部材は直線形状で記憶処理されており、通電され
ることによって、可動部に対して揺動動作を与えるよう
に構成されるため、アクチュエータを揺動アクチュエー
タとして実現することができる。

【０１２６】請求項５に記載の発明によれば、第１駆動
機構を構成する複数の形状記憶部材の所定端側と、第２
駆動機構を構成する複数の形状記憶部材の所定端側と
を、連結部材を介して共通の電位に保つように構成され
ているため、アクチュエータを駆動するための電気的な
配線数を低減することができ、組み立て等を簡単にする
ことができるとともに、動作負荷を低減することも可能
になる。

【０１２７】請求項６に記載の発明によれば、マニピュ
レータを構成する際のリード線の配線スペースを低減す
ることができるとともに、エンドエフェクタを動作させ
る際の動作負荷をも低減することができ、精度の高い微
小操作を行うことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態であるアクチュエ
ータを示す断面図である。

【図２】リード線にねじれを生じない電極端子の一例を
示す図である。

【図３】この発明の第２の実施の形態であるアクチュエ
ータを示す斜視図である。

【図４】この発明の第２の実施の形態のアクチュエータ
の断面図である。

【図５】可動部と軸部とを十分に導通させるための構成
例を示す図である。

【図６】軸部と可動部との接続部を球状とした形態を示
す図である。

【図７】第２の実施の形態における他の構成例のアクチ
ュエータを示す図である。

【図８】この発明の第３の実施の形態であるアクチュエ
ータを示す断面図である。

【図９】第１駆動部と第２駆動部との間隙部分の拡大図
である。

【図１０】この発明の第４の実施の形態であるマイクロ
マニピュレータを示す斜視図である。

【符号の説明】 １０，１５ 可動部 １２ 中心軸（連結部材） ２０，２５ 支持体 ２５ｃ 軸部 ３０ａ，３０ｂ，３５ａ〜３５ｆ 形状記憶合金部材
（駆動機構） ４１ａ，４１ｂ，４５ａ〜４５ｄ 電極端子（第１の電
極群） ４２，４６ 電極端子（第２の電極） ４４ａ〜４４ｄ 圧着端子 ７１ａ〜７１ｃ，７２ａ〜７２ｅ リード線 ３１０ 第１駆動部 ３２０ 第２駆動部 １００，２００，３００ アクチュエータ ４００ マイクロマニピュレータ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可動部を所定方向に動作させるアクチュ
   エータであって、 所定形状に記憶処理され、一端側が支持体に固定され、
   他端側が前記可動部に連結された複数の形状記憶部材
   と、 前記複数の形状記憶部材のそれぞれの前記一端側に設け
   られ、前記複数の形状記憶部材のそれぞれに通電を図る
   ための第１の電極群と、 前記複数の形状記憶部材のそれぞれの前記他端側を共通
   の電位に保つための第２の電極と、を備え、 前記第２の電極は、前記複数の形状記憶部材のそれぞれ
   の前記他端側とは異なる位置に設けられ、前記複数の形
   状記憶部材のそれぞれの前記他端側と前記第２の電極と
   が前記可動部を含む部材によって電気的に導通されるこ
   とを特徴とするアクチュエータ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のアクチュエータにおい
   て、 前記第１の電極群は、前記複数の形状記憶部材のそれぞ
   れの前記一端側を前記支持体に固定するための固定作用
   を有することを特徴とするアクチュエータ。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載のアクチ
   ュエータにおいて、 前記複数の形状記憶部材はコイルばね形状で記憶処理さ
   れており、通電されることによって、前記可動部に対し
   て回転動作または摺動動作を与えることを特徴とするア
   クチュエータ。
4. 【請求項４】 請求項１または請求項２に記載のアクチ
   ュエータにおいて、 前記複数の形状記憶部材は直線形状で記憶処理されてお
   り、通電されることによって、前記可動部に対して揺動
   動作を与えることを特徴とするアクチュエータ。
5. 【請求項５】 可動部を複数方向に動作させるアクチュ
   エータであって、 前記可動部を第１の方向に駆動するための第１駆動機構
   が複数の形状記憶部材によって構成されており、該複数
   の形状記憶部材のそれぞれに通電を行うことによって、
   前記可動部を第１の方向に駆動させる第１駆動部と、 前記可動部を第２の方向に駆動するための第２駆動機構
   が複数の形状記憶部材によって構成されており、該複数
   の形状記憶部材のそれぞれに通電を行うことによって、
   前記可動部を第２の方向に駆動させる第２駆動部と、 前記第１駆動部と前記第２駆動部とを連結する連結部材
   と、を備え、 前記第１駆動機構を構成する前記複数の形状記憶部材の
   所定端側と、前記第２駆動機構を構成する前記複数の形
   状記憶部材の所定端側とを、前記連結部材を介して共通
   の電位に保つことを特徴とするアクチュエータ。
6. 【請求項６】 エンドエフェクタによって所定の作業を
   行うマニピュレータであって、 互いに直交させて順次に連結された複数のリニアアクチ
   ュエータによって構成された複数の直進自由度を有する
   直進手段と、 一端側が前記複数のリニアアクチュエータのうちの最終
   段のリニアアクチュエータに結合されるとともに他端側
   が前記エンドエフェクタの基部側に結合された請求項１
   ないし請求項５のいずれかに記載のアクチュエータと、
   を備えることを特徴とするマニピュレータ。