JP2005133553A - 形状記憶合金アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】身体の一部を局所的に圧迫するように駆動できて指圧のようなマッサージを行うことができる形状記憶合金アクチュエータを提供する。
【解決手段】幅方向の伸縮により長さ方向の寸法が変化する伸縮体１と、加熱や冷却により形状が変形することにより伸縮体１を幅方向に伸縮させる形状記憶合金の作動部材４を具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、形状記憶合金で駆動することにより身体等を圧迫したりする形状記憶合金アクチュエータに関するものである。

近年、形状記憶合金の線材をメッシュ状に編んだ形状記憶合金アクチュエータ（例えば、特許文献１、特許文献２参照）が提供されており、このメッシュ状の形状記憶合金アクチュエータを身体の一部に巻き付け、通電を制御することで形状記憶合金を伸縮させて身体を圧迫したり身体の圧迫を解除したりしてマッサージしたり、血圧を測定する止血手段としたりしている。
特開平８−１０２７８号公報 特開２００２−４８０５３号公報

上記の従来例ではメッシュ状の形状記憶合金アクチュエータを巻き付けた部分全体を圧迫することができるが、指圧のマッサージをするように身体の一部を局所的に圧迫したりすることができず、マッサージに有用に利用できるものでなかった。

本発明は叙述の点に鑑みにてなされたものであって、身体の一部を局所的に圧迫するように駆動できて指圧のようなマッサージを行うことができる形状記憶合金アクチュエータを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明の形状記憶合金アクチュエータは、幅方向の伸縮により長さ方向の寸法が変化する伸縮体と、加熱や冷却にて形状が変形することにより伸縮体を幅方向に伸縮させる形状記憶合金の作動部材とを具備したことを特徴とする。上記のように構成したことにより、通電等の制御にて形状記憶合金の作動部材を変形させることで伸縮体を幅方向に伸縮させて伸縮体を長さ方向に駆動することができ、伸縮体の長さ方向への駆動にて身体の一部を局所的に圧迫したりできて指圧のようなマッサージを行うことができる。

また上記伸縮体の伸縮機構は先端間の距離が変化する一対の支持材を備えたリンク機構であり、形状記憶合金の作動部材を一対の支持材の作用点間に介在したことを特徴とすることも好ましい。この場合、形状記憶合金の作動部材の変形を伸縮体の長手方向に伝達できて伸縮体を確実に駆動できる。

また形状記憶合金の作動部材にこの作動部材の収縮力より収縮力が弱い弾性体が直列に設けられたことを特徴とすることも好ましい。この場合、形状記憶合金の作動部材が収縮するとき弾性体にてその収縮を補助でき、伸縮体による圧迫をリリースするときのリリース力を向上できる。

また形状記憶合金の作動部材と並列に作動部材の所定量以上の変形を規制するストッパー部材を設けたことを特徴とすることも好ましい。この場合、形状記憶合金の作動部材が変形するときストッパー部材にて作動部材が必要以上に変形しないように規制でき、ストッパー部材を機械的リミッターとして伸縮体の駆動量を規制でき、また形状記憶合金の作動部材の永久ひずみを防止できる。

また伸縮体は幅方向の伸縮により長さ方向の寸法が変化する弾性部材にて形成され、形状記憶合金の作動部材が弾性部材の周囲に巻かれたことを特徴とすることも好ましい。この場合、伸縮体を簡単な構造で長手方向に駆動できると共に伸縮体で弾性的に圧迫できる。

また伸縮体に伸縮体の長さ方向の面が身体に接するように装着可能な帯を設けたことを特徴とすることも好ましい。この場合、帯を身体に巻き付けることにより伸縮体の長さ方向の端面を身体に接するように装着でき、身体を圧迫する伸縮体の身体への装着が容易になる。

本発明は叙述の如く通電等の制御にて形状記憶合金の作動部材を変形させることで伸縮体を幅方向に伸縮させて伸縮体を長さ方向に駆動することができ、伸縮体の長さ方向への駆動にて身体の一部を局所的に圧迫したりできて指圧のようなマッサージを行うことができるものである。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。

先ず図１、図２に示す例から述べる。伸縮体１は幅方向の伸縮により長さ方向の寸法が変化するようになっており、本例の場合、リンク機構よりなる伸縮機構１ａで主体が構成されている。リンク機構よりなる伸縮機構１ａは一対の支持材２で構成されているが、本例の支持材２は底片２ａと両側の側片２ｂとで台形状に形成されている。この一対の支持材２は底片２ａが相反する方向位置するように配置され、一対の支持材２の側片２ｂ同士を枢支部３で回動自在に連結してある。そして一対の枢支部３間が伸縮することで一対の底片２間の間隔が変化するようになっている。つまり、伸縮体１が幅方向に伸縮することにより伸縮体１の長さ方向の寸法が変化するようになっている。

上記の伸縮機構１ａの作用点である一対の枢支部３間には形状記憶合金の作動部材４が架設されており、作動部材４を加熱したり冷却したりすることで形状変化して作動部材４が収縮したり、伸張したりするようになっている。この作動部材４を構成する形状記憶合金はＮｉ−Ｔｉ系合金、Ｎｉ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ系合金等にて形成されている。また形状記憶合金の作動部材４は線状、メリヤス編、波状、螺旋状、板状等の形状にしてある。また形状記憶合金の作動部材４を加熱したり冷却したりするのは作動部材４に通電することでジュール熱を発生させて加熱したり通電を遮断することで冷却したりする制御が用いられる。この伸縮体１は長さ方向の一端である底片２ａを当接するように帯５に装着してあり、帯５を身体６に巻き付けることにより伸縮体１の長さ方向の他端である底片２ａを身体６に当接して身体６に装着できるようになっている。かかる帯５はナイロン、ポリウレタン、木綿などで形成されている。

帯５を身体６に巻き付けて伸縮体１を装着した状態で形状記憶合金の作動部材４を加熱したり冷却したりして伸縮体１を駆動するようになっている。形状記憶合金の作動部材４を冷却した状態では図２（ａ）のように形状記憶合金の作動部材４は伸張しており、伸縮体１の長さ方向の長さが短くなるように縮んでおり、身体６が圧迫されていない。形状記憶合金の作動部材４を加熱した状態では図２（ｂ）のように形状記憶合金の作動部材４は収縮しており、伸縮体１の長さ方向の長さが長くなるように伸びており、身体６は圧迫されている。この加熱や冷却を繰り返すことにより身体６を圧迫したり、圧迫からリリース（圧迫から開放）したりでき、指圧のようなマッサージができる。このようにして身体の一部に局所的に指圧のようなマッサージができる。このとき、伸縮体１がリンク機構よりなる伸縮機構１ａにて形成されているため、形状記憶合金の作動部材４の変形をスムーズに伸縮体１の長手方向に伝達できて伸縮体１を確実に駆動できる。

次にリンク機構よりなる伸縮機構１ａの他の例について述べる。図３に示す例では一対の支持材８は両側の２つの固定支持材８ａと２つの固定支持材８ａ間に配置した可動支持材８ｂとで構成されている。そして、２つの固定支持材８ａと可動支持材８ｂとの間に形状記憶合金の作動部材４を架設してある。しかして、形状記憶合金の作動部材４が冷却された状態では図３（ａ）のように伸縮機構１ａの長さ方向の長さが短くなり、また形状記憶合金の作動部材４が加熱された状態では図３（ｂ）のように伸縮機構１ａの長さ方向の長さが長くなるようになっている。

図４に示す例では一対の棒状の支持材９をＶ字状に配置してあり、一対の支持材９の一端同士を枢支部１０にて回転自在に連結してあり、この一対の支持材９間に形状記憶合金の作動部材４を架設してある。しかして、形状記憶合金の作動部材４が冷却された状態では図４（ａ）に示すように作動部材４が伸張して伸縮機構１ａの長さ方向の長さが短くなり、また形状記憶合金の作動部材４が加熱された状態では図４（ｂ）に示すように作動部材４が収縮して伸縮機構１ａの長さ方向の長さが長くなくなる。

図５に示す例では一対の棒状の支持材１１をＸ字状に配置してあり、この一対の支持材１１の中央同士を枢支部１２にて回転自在に連結してあり、この一対の支持材１１間に一対の形状記憶合金の作動部材４を架設してある。しかして、形状記憶合金の作動部材４が冷却された状態では図５（ａ）に示すように作動部材４が伸張して伸縮機構１ａの長さ方向の長さが短くなり、また形状記憶合金の作動部材４が加熱された状態では図５（ｂ）に示すように作動部材４が収縮して伸縮機構１ａの長さ方向の長さが長くなる。

上記例では１つの帯５に１つの伸縮体１を設けたものを図示して説明したが、１つの帯５に複数個の伸縮体１を設けてもよい。つまり、図６に示すように複数の伸縮体１を帯５の周方向に並べて設けても、図７、図８に示すように複数の伸縮体１を帯５の周方向とは直交する方向に並べて設けても、上記両者を併用してもよい。図６（ａ）のように周方向に配置した複数の伸縮体１にて身体６を圧迫すると身体６を圧迫する圧迫力を向上できる。また図６（ｂ）（ｃ）に示すように周方向に配置した伸縮体１のうち適宜の伸縮体１を選択して身体６を圧迫すると、身体６をつまむようなマッサージができる。また図７（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）のように帯５の周方向と直交する方向に並べた複数の伸縮体１にて順に圧迫すると、さするようなマッサージ感を得ることができ、リンパマッサージに最適である。

また帯５を巻き付けたとき、伸縮体１の最内層となる部分に図９に示すような突起１３を有する部材を用い、この突起１３の先端で押圧するようにしてもよい。この突起１３の形状としては図１０（ａ）のように曲面で押圧する形状のものや図１０（ｂ）のように平面で押圧する形状のものや図１０（ｃ）のように点て押圧する形状のもの等がある。この突起１３を有する部材の材質としては、ポリアセタール、ＭＣナイロン等が考えられる。このような突起１３を有する部材を用いると、突起１３の形状により圧迫の仕方を変化させることができる。

また図１１は他の例を示すものである。本例も図１に示す例と基本的に同じであり、異なる点だけを主に述べる。伸縮体１の伸縮機構１ａの一対の枢支部３の間に形状記憶合金の作動部材４が架設されるが、本例の場合、形状記憶合金の作動部材４と直列に弾性体１４が連結されている。この弾性体１４はばね、ゴム等であり、形状記憶合金の作動部材４の収縮力より弱い弾性を有するものである。形状記憶合金の作動部材４を冷却したときは、図１１（ａ）に示すように作動部材４は伸張するが弾性体１４は収縮する。形状記憶合金の作動部材４を加熱したときは、図１１（ｂ）に示すように作動部材４は収縮するが、弾性体１４が伸張する。これにより、加熱状態から冷却状態になるとき、弾性体１４の力が作動部材４を引っ張るように働き、圧迫をリリースするリリース力を向上することができる。

また図１２は他の例を示すものである。本例も図１に示す例と基本的に同じであり、異なる点だけを主に述べる。伸縮体１の伸縮機構１ａの一対の枢支部３の間に形状記憶合金の作動部材４が架設されるが、本例の場合、この一対の枢支部３の間に作動部材４と平行にストッパー部材１５を架設してある。このストッパー部材１５はナイロン、ポリウレタン、木綿などで形成され、その形態は線、螺旋などである。そしてストッパー部材１５は一対の枢支部３が近接する方向には縮むことができるが、一対の枢支部３が離間する方向には伸びないようになっている。しかして形状記憶合金の作動部材４が冷却されて作動部材４が伸張したときストッパー部材１５で規制された長さ以上に作動部材４が伸張しないようになっている。これにより、ストッパー部材１５を機械的リミッターとして伸縮体１の駆動量を規制でき、また形状記憶合金の作動部材４の永久ひずみを防止できる。

また図１３は他の例を示すものである。本例の場合、伸縮体１はゴムなどの柔軟な材料にて袋状にした弾性部材１ｂにて形成されており、内部に空気、水、ゲル等を内包させてある。この弾性部材１の外周には形状記憶合金の作動部材４を巻回してある。形状記憶合金の作動部材４が冷却されているときは、図１３（ａ）に示すように作動部材４が伸張しており、伸縮体１の長さ方向の長さが短くなっており、圧迫が行われない。形状記憶合金の作動部材４が加熱されているときは、図１３（ｂ）に示すように作動部材４が収縮しており、伸縮体１の長さ方向の長さが長くなっており、圧迫が行われる。このようにすると、伸縮体１を簡単な構造で長手方向に駆動できると共に伸縮体１で弾性的に圧迫できる。

また図１４は他の例を示すものである。本例の場合も図１の例と基本的に同じであり、異なる点だけを主に述べる。本例の場合、伸縮体１の身体６に接する側に身体６の全周に亙って接するように断熱層１７を設けてある。この断熱層１７はグラスウール、ロックウール、セラミックファイバー等で形成されている。形状記憶合金の作動部材４は加熱することにより収縮させるが、この熱を断熱層１７にて遮断して身体の加熱を制限することができ、熱に対する安全対策にできる。

また図１５に示すように断熱層１７の内周側に突起１３を一体に設けてもよく、また断熱層１７の内周側に突起１３を有する部材を用いてもよい。また形状記憶合金の作動部材４の収縮時に突起１３が内方に出るものであれば最内層に断熱層１７を配置してもよい。この突起１３の形状としては図１０（ａ）のように曲面で押圧する形状のものや図１０（ｂ）のように平面で押圧する形状のものや図１０（ｃ）のように点て押圧する形状のものがある。このように突起１３を設けると、突起１３の形状により圧迫の仕方を変化させることができる。

本発明の実施の形態の一例の断面図である。 （ａ）（ｂ）は同上の動作を説明する断面図である。 （ａ）（ｂ）は同上の伸縮機構の他の例を説明する説明図である。 （ａ）（ｂ）は同上の伸縮機構の他の例を説明する説明図である。 （ａ）（ｂ）は同上の伸縮機構の他の例を説明する説明図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）は同上の他の例を説明する断面図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は同上の他の例を説明する断面図である。 図７の要部を拡大せる断面図である。 同上の突起を有する部材を説明する正面図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）は同上の突起の形状を説明する説明図である。 （ａ）（ｂ）は同上の他の例を説明する断面図である。 同上の他の例を説明する断面図である。 （ａ）（ｂ）は同上の他の例を説明する斜視図である。 同上の他の例を示す断面図である。 同上の他の例を示す斜視図である。

符号の説明

１ 伸縮体
１ａ 伸縮機構
１ｂ 伸縮部材
２ 支持材
３ 枢支部
４ 作動部材
５ 帯
６ 身体
８ 支持材
９ 支持材
１１ 支持材
１４ 弾性体
１５ ストッパー部材
１７ 断熱層

Claims (6)

1. 幅方向の伸縮により長さ方向の寸法が変化する伸縮体と、加熱や冷却にて形状が変形することにより伸縮体を幅方向に伸縮させる形状記憶合金の作動部材とを具備したことを特徴とする形状記憶合金アクチュエータ。
2. 上記伸縮体の伸縮機構は先端間の距離が変化する一対の支持材を備えたリンク機構であり、形状記憶合金の作動部材を一対の支持材の作用点間に介在したことを特徴とする請求項１記載の形状記憶合金アクチュエータ。
3. 形状記憶合金の作動部材にこの作動部材の収縮力より収縮力が弱い弾性体が直列に設けられたことを特徴とする請求項２記載の形状記憶合金アクチュエータ。
4. 形状記憶合金の作動部材と並列に作動部材の所定量以上の変形を規制するストッパー部材を設けたことを特徴とする請求項２記載の形状記憶合金アクチュエータ。
5. 伸縮体は幅方向の伸縮により長さ方向の寸法が変化する弾性部材にて形成され、形状記憶合金の作動部材が弾性部材の周囲に巻かれたことを特徴とする請求項１記載の形状記憶合金アクチュエータ。
6. 伸縮体に伸縮体の長さ方向の面が身体に接するように装着可能な帯を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項の記載の形状記憶合金アクチュエータ。

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