JP2005155426A - 形状記憶合金アクチュエータ及び複合アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】形状記憶合金により接続した第１部材と第２部材との重複量を変化させて対象物に対する作用を行うことにより、マッサージ装置等として利用できる形状記憶合金アクチュエータ及び複合アクチュエータを提供する。
【解決手段】端部が凹凸形状である第１部材と、前記凹凸形状と相互に出入可能な凹凸形状を端部に有する第２部材と、前記第１部材の凹部底部と前記第２部材の凸部頂部とを接続する第１接続部材と、前記第１部材の凸部頂部と前記第２部材の凸部頂部とを接続する第２接続部材とを備え、前記第１接続部材及び第２接続部材のうち、一方の接続部材が形状記憶合金であり、他方の接続部材が弾性体であるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、形状記憶合金アクチュエータ及び複合アクチュエータに関するものである。

従来から固定端と操作端部材とを中間部材を介して複数の形状記憶合金及び弾性体により接続することにより、形状記憶合金の形状回復力を利用して操作端部材を操作することができる構成を有する形状記憶合金アクチュエータが、特許文献１に開示されている。
特開２００１−００３８５０号公報

しかしながら、前記特許文献１に開示された形状記憶合金アクチュエータでは、固定端と操作端部材との距離を近づけたり遠ざけたりして相対的な位置関係を変えるものではなく、このようなアクチュエータを、例えば、第１部材と第２部材との相対位置の変化を利用して人体の腕や足等を締付けたり、締付けを解除したりするマッサージ装置等として用いることはできなかった。

本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成で形状記憶合金により接続した第１部材と第２部材との重複量を変化させて対象物に対する作用を行うことにより、マッサージ装置等として利用できる形状記憶合金アクチュエータ及び複合アクチュエータを提供することにある。

上記課題を解決するために本発明に係る形状記憶合金アクチュエータは、端部が凹凸形状である第１部材と、前記凹凸形状と相互に出入可能な凹凸形状を端部に有する第２部材と、前記第１部材の凹部底部と前記第２部材の凸部頂部とを接続する第１接続部材と、前記第１部材の凸部頂部と前記第２部材の凸部頂部とを接続する第２接続部材とを備え、 前記第１接続部材及び第２接続部材のうち、一方の接続部材が形状記憶合金であり、他方の接続部材が弾性体であるようにする。

本発明は、第１部材及び第２部材の相対位置を応答性よく変化させる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ができ、これにより例えば、第１部材と第２部材との相対位置の変化を利用して人体の腕や足等を締付けたり、締付けを解除したりするマッサージ装置や、血圧計等に用いる圧迫装置等として利用することができる。

以下本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
まず第１の実施形態について説明する。図１に示す形状記憶合金アクチュエータ１は相対的に移動可能で、端部に凹凸形状を有する平板状の第１部材２及び第２部材３を備えている。第１部材２及び第２部材３は保形性を有しており、その材質はポリアセタール、ベークライト、ＭＣナイロン、モノマーキャスティングポリアミド等の剛体である。第１部材２及び第２部材３は、端部の凹凸形状が相互に出入可能なように配置されている。

第１部材２の凹部底部と第２部材３の凸部頂部は第１接続部材４を介して接続してあり、また第１部材２の凸部頂部と第２部材３の凸部頂部は第２接続部材５を介して接続している。

上記第１接続部材及び第２接続部材のうち、第１接続部材４を所定温度以上の高温状態で記憶した形状に収縮する形状記憶合金Ａとしてあり、第２接続部材５を弾性体Ｂとしている。

ここで形状記憶合金Ａの材質としてはＮｉ−Ｔｉ合金、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｃｕ合金、Ｎｉ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ合金等が挙げられ、形状としては、螺旋状、波状、線状、網状、板状等が挙げられる。

また形状記憶合金アクチュエータ１は、形状記憶合金Ａである一方の接続部材を加熱する加熱手段（図示せず）と、該加熱手段を制御して形状記憶合金Ａである一方の接続部材への加熱状態を制御する制御部（図示せず）とを備えている。加熱手段としては、形状記憶合金Ａである一方の接続部材に通電してジュール熱により形状記憶合金Ａである一方の接続部材を加熱する方法を用いる。

第２接続部材５は、復帰力により第１部材２と第２部材３との相対距離が大きくなる方向に第１部材２と第２部材３とを相対移動させる力を常時付与して、形状記憶合金Ａである第１接続部材４に常時バイアス力を付与するものである。本実施形態では上記第２接続部材５としては収縮復帰力によりバイアス力を付与する引っ張りばねよりなる弾性体Ｂを用いる。

次に図１に基づいて本実施形態の形状記憶合金アクチュエータの動作について説明する。図１（ａ）は形状記憶合金Ａよりなる第１接続部材４に通電していない非加熱状態であり、この形状記憶合金Ａよりなる第１接続部材４を加熱していない形状記憶合金アクチュエータ１伸張時の図１（ａ）に示す状態において、制御部により形状記憶合金Ａである第１接続部材４に通電して加熱を行うように加熱手段を制御した場合は、加熱手段により形状記憶合金Ａである第１接続部材４は所定温度以上の高温状態にまで加熱される。これにより形状記憶合金Ａである第１接続部材４は弾性体Ｂよりなる第２接続部材５の復帰力に抗して図１（ｂ）に示す記憶した形状に収縮する。本実施形態では形状記憶合金Ａである第１接続部材４が収縮することで、第１部材２及び第２部材３の相対距離が小となって、形状記憶合金アクチュエータ１は収縮する。

形状記憶合金である第１接続部材４を加熱した上記図１（ｂ）に示す形状記憶合金アクチュエータ１収縮時の状態において、制御部により形状記憶合金Ａである第１接続部材４への加熱を行わないように加熱手段を制御した場合は、形状記憶合金Ａである第１接続部材４は放熱により所定温度未満の低温状態にまで冷却される。これにより形状記憶合金Ａである第１接続部材４は弾性体Ｂよりなる第２接続部材５の復帰力により伸張して、弾性体Ｂよりなる第２接続部材５の復帰力により図１（ａ）に示すようになり、第１部材２及び第２部材３の相対距離が大となって、形状記憶合金アクチュエータ１は伸張する。

そして以後、上記同様に形状記憶合金Ａである第１接続部材４を加熱したり冷却したりすることにより、第１部材２及び第２部材３が図１において上下方向に相対的に移動して作用力を得ることができる。

なお、弾性体Ｂとしては、引っ張りばね以外にもゴム等を使用することもできる。

本実施形態における形状記憶合金アクチュエータにおいては、上記のように第１接続部材４を形状記憶合金Ａとし、第２接続部材５を弾性体Ｂとすることで、第１部材２と第２部材３との相対位置を可変して作用力を得ることができる。また、形状記憶合金Ａである第１接続部材４は空気中への放熱が可能であり、収縮動作と伸張動作を高速で繰り返すことができる。さらには、部材コスト及びランニングコストを削減できる。

（実施形態２）
次に上記とは異なる第２の実施形態を図２に示す。なお上記第１の実施形態と同一の構成については同一の番号を付与してあり、重複する説明については説明を省略する。

第１接続部材及び第２接続部材のうち、第２接続部材５を所定温度以上の高温状態で記憶した形状に収縮する形状記憶合金Ａとしてあり、第１接続部材４を弾性体Ｂとしている。

図２（ａ）は形状記憶合金Ａよりなる第２接続部材５に通電していない非加熱状態であり、この形状記憶合金Ａよりなる第２接続部材５を加熱していない形状記憶合金アクチュエータ１収縮時の図２（ａ）に示す状態において、制御部（図示せず）により形状記憶合金Ａである第２接続部材５に通電して加熱を行うように加熱手段を制御した場合は、加熱手段により形状記憶合金Ａである第２接続部材５は所定温度以上の高温状態にまで加熱される。これにより形状記憶合金Ａである第２接続部材５は弾性体Ｂよりなる第１接続部材４の復帰力に抗して図２（ｂ）に示す記憶した形状に収縮する。本実施形態では形状記憶合金Ａである第２接続部材５が収縮することで、第１部材２及び第２部材３の相対距離が大となって、形状記憶合金アクチュエータ１は伸張する。

形状記憶合金である第２接続部材５を加熱した上記図２（ｂ）に示す形状記憶合金アクチュエータ１伸張時の状態において、制御部により形状記憶合金Ａである第２接続部材５への加熱を行わないように加熱手段を制御した場合は、形状記憶合金Ａである第２接続部材５は放熱により所定温度未満の低温状態にまで冷却される。これにより形状記憶合金Ａである第２接続部材５は弾性体Ｂよりなる第１接続部材４の復帰力により収縮して、弾性体Ｂよりなる第１接続部材４の復帰力により図２（ａ）に示すようになり、第１部材２及び第２部材３の相対距離が小となって、形状記憶合金アクチュエータ１は収縮する。

そして以後、上記同様に形状記憶合金Ａである第２接続部材５を加熱したり冷却したりすることにより、第１部材２及び第２部材３が図２において上下方向に相対的に移動して作用力を得ることができる。

なお、弾性体Ｂとしては、引っ張りばね以外にもゴム等を使用することもできる。

本実施形態における形状記憶合金アクチュエータにおいては、上記のように第２接続部材５を形状記憶合金Ａとし、第１接続部材４を弾性体Ｂとすることで、第１部材２と第２部材３との相対位置を可変して作用力を得ることができる。また、形状記憶合金Ａである第２接続部材５は空気中への放熱が可能であり、収縮動作と伸張動作を高速で繰り返すことができる。さらには、部材コスト及びランニングコストを削減できる。

（実施形態３）
次に、本発明の第３の実施形態を図３に示す。本実施形態は第１接続部材４、第２接続部材５をいずれも形状記憶合金Ａにより構成した点が図１に示す実施形態と異なっているだけで、他の構成は図１に示す実施形態と同じである。

本実施形態においては、形状記憶合金Ａよりなる第１接続部材４、第２接続部材５のいずれか一方を加熱した場合にはいずれか他方を非加熱とするようになっている。つまり、図３（ａ）は形状記憶合金Ａよりなる第２接続部材５を加熱して収縮させると共に形状記憶合金Ａよりなる第１接続部材４を非加熱とした状態であり、第１部材２と第２部材３との相対距離が大きくなる。一方、図３（ｂ）は形状記憶合金Ａよりなる第１接続部材４を加熱して収縮させると共に形状記憶合金Ａよりなる第２接続部材５を非加熱とした状態であり、第１部材２と第２部材３との相対距離が小さくなる。

上記のように第１接続部材４及び第２接続部材５の両方を加熱時に収縮する形状記憶合金Ａとしたものにおいては、例えば制御部（図示せず）を制御することで形状記憶合金アクチュエータ１の伸張状態及び収縮状態の切り換えをアクティブに制御することが可能となり、また応答性が向上する。

また、形状記憶合金Ａである第１接続部材４及び第２接続部材５は空気中への放熱が可能であり、収縮動作と伸張動作を高速で繰り返すことができる。

（実施形態４）
本発明の第４の実施形態を図４に示す。前述のような形状記憶合金アクチュエータ１を用いた圧迫装置１０の一例が示してある。図４に示す実施形態は一例として上記第３の実施形態に示す形状記憶合金アクチュエータ１と略同じ構成を有する形状記憶合金アクチュエータを備えている。該形状記憶合金アクチュエータは、円弧状に湾曲した板状の第１部材２及び第２部材３と、それらの両側端部に夫々設けた支持体６とからなり、即ち本実施形態の第１部材２及び第２部材３の夫々の両側端部は各支持体６となっている。該形状記憶合金アクチュエータ１の第１部材２及び第２部材３の側端部に設けた支持体６の夫々には、ポリアミドや木綿等の材質からなる帯状のベルト体７の長手方向の一端部を設けてあり、各ベルト体７、７の長手方向の他端部には夫々各ベルト体７、７の他端部同士を着脱自在に取り付けるための止め手段８を設けている。

そして各ベルト体７、７を用いて、形状記憶合金アクチュエータ１を脚や腕等の人体の一部に巻きつけ、止め手段８により両ベルト体７、７を結ぶことで、圧迫装置１０が人体の一部に装着される。そしてこの状態で、形状記憶合金アクチュエータ１を駆動することで、第１部材２及び第２部材３は相対距離が小さくなるように移動することとなり、これにより形状記憶合金の収縮力を利用してマッサージを行うことができる。

なお本実施形態では形状記憶合金アクチュエータ１をマッサージ装置に利用した例を示したが、例えば血圧測定時の止血手段や、リハビリにおける人体矯正手段等の従来から公知の他の圧迫手段として用いられる圧迫装置に形状記憶合金アクチュエータ１を利用しても良いものとする。

（実施形態５）
次に上記とは更に異なる第５の実施形態について説明する。本実施形態においては、上記第４の実施形態で示した圧迫装置１０を５台並べて配置したものであり、各形状記憶合金アクチュエータ１には上記第４の実施形態同様ベルト体７、７を設けている。（図示せず）
本実施形態の圧迫装置２０は上記複数の形状記憶合金アクチュエータの夫々を連携動作させる制御部（図示せず）を備えている。具体的には制御部は、前記形状記憶合金アクチュエータ１に備えた加熱手段の制御を行う制御部であって、該制御部は、例えば、図５に示すように複数の形状記憶合金アクチュエータ１を（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）のように並び順に形状記憶合金アクチュエータ１を動作させるように加熱手段を制御する。これにより人体の一部は複数の形状記憶合金アクチュエータ１にて順に圧迫され、これによりさするようなマッサージ感を得ることができる（リンパマッサージ）。

もちろん複数の形状記憶合金アクチュエータ１の駆動順序は上記例にのみ限定されず、他の種々の設定された順序に基いて連携動作するように制御部により制御してもよいものである。

上記のように形状記憶合金アクチュエータ１を並べて配置することで、形状記憶合金アクチュエータ１に備えた制御部による加熱手段の制御を設定して、所望の部位を選択的に圧迫したり、複数の部位を同時に圧迫したりと、様々な圧迫方法によって人体の一部を圧迫することが可能となる。

また、上記した各実施形態において、第１部材２、第２部材３の少なくとも一方又は両方に図６のように丸孔や角孔等の孔９を設けることにより第１部材２、第２部材３の放熱性が向上して動作速度をさらに高めることができる。

さらに、上記した各実施形態において、図７に示すように第１部材２、第２部材３にグラスウール、ロックウール、セラミックファイバー、羊毛などの断熱層１１を設けてもよい。なお、図７は圧迫装置１０の側面図を示しており、第１部材２及び第２部材３を平板状に示してある。ここで、第１部材２、第２部材３に断熱層１１を設けるに当たり、この断熱層１１を設ける側は人体のような対象物に接触する側である。これにより形状記憶合金Ａを加熱した際に断熱層１１により断熱を行って対象物を加熱しないようにして対象物が熱的影響を受けないようにできる。

（実施形態６）
次に、本発明の更に他の実施形態を図８に基いて説明する。図８は圧迫装置１０の側面図を示しており、第１部材２及び第２部材３を平板状に示してある。本実施形態においては、上記した各実施形態のものにおいて、第１部材２及び第２部材３に圧迫用突起１２を有する突起付き部材１３を設けることに特徴がある。突起付き部材１３は、例えば、ポリアセタール、モノマーキャスティングポリアミドなどにより形成してある。圧迫用突起１２としては図９（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のようなものを挙げることができる。図９（ｂ）は先端が曲面となったもの、図９（ｃ）は先端が平面となったもの、図９（ｄ）は先端が点状に尖ったものである。ここで、最内層に上記突起付き部材１３を設けるのであるが、最内層が断熱層１１の場合、突起付き部材１３として断熱性に優れたものを用いることで、断熱層１１と突起付き部材１３とを兼用してもよい。収縮時に対象物側に対して圧迫用突起１２が出るものであれば最内層に断熱層１１を配置してもよい。

第１の実施形態における形状記憶合金アクチュエータの概略を示す説明図である。（ａ）は形状記憶合金アクチュエータの伸張状態を示す説明図であり、（ｂ）は形状記憶合金アクチュエータの収縮状態を示す説明図である。 第２の実施形態における形状記憶合金アクチュエータの概略を示す説明図である。（ａ）は形状記憶合金アクチュエータの収縮状態を示す説明図であり、（ｂ）は形状記憶合金アクチュエータの伸張状態を示す説明図である。 第３の実施形態における形状記憶合金アクチュエータの概略を示す説明図である。（ａ）は形状記憶合金アクチュエータの伸張状態を示す説明図であり、（ｂ）は形状記憶合金アクチュエータの収縮状態を示す説明図である。 第４の実施形態における圧迫装置の斜視図である。 第５の実施形態における圧迫装置の動作順序を示す説明図である。 形状記憶合金アクチュエータに孔を設けた例を示す説明図である。 形状記憶合金アクチュエータに断熱層を設けた例を示す側面図である。 （ａ）は形状記憶合金アクチュエータに圧迫用突起を有する突起付き部材を設けた例を示す側面図である。（ｂ）（ｃ）（ｄ）はそれぞれ圧迫用突起の各例を示す説明図である。

符号の説明

１ 形状記憶合金アクチュエータ
２ 第１部材
３ 第２部材
４ 第１接続部材
５ 第２接続部材
１０ 圧迫装置
Ａ 形状記憶合金
Ｂ 弾性体

Claims (6)

1. 端部が凹凸形状である第１部材と、
   前記凹凸形状と相互に出入可能な凹凸形状を端部に有する第２部材と、
   前記第１部材の凹部底部と前記第２部材の凸部頂部とを接続する第１接続部材と、
   前記第１部材の凸部頂部と前記第２部材の凸部頂部とを接続する第２接続部材とを備え、
   前記第１接続部材及び第２接続部材のうち、一方の接続部材が形状記憶合金であり、他方の接続部材が弾性体であることを特徴とする形状記憶合金アクチュエータ。
2. 前記第１接続部材及び第２接続部材のうち、第１接続部材が形状記憶合金であり、第２接続部材が弾性体である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. 前記第１接続部材及び第２接続部材のうち、第１接続部材が弾性体であり、第２接続部材が形状記憶合金である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。
4. 前記第１接続部材及び第２接続部材の両方とも形状記憶合金である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。
5. 前記請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の形状記憶合金アクチュエータを複数備え、これら複数の形状記憶合金アクチュエータを並べて配置してなることを特徴とする複合アクチュエータ。
6. 前記複数の形状記憶合金アクチュエータの夫々を連携動作させる制御部を設けてなることを特徴とする請求項５記載の複合アクチュエータ。
   
   
   

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