JP2007138721A - 直線駆動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 形状記憶合金ワイヤーを用いた直線駆動アクチュエータの小型・軽量化、低価格化を図り、形状記憶合金ワイヤーと通電用ワイヤーとの短絡を防止する。また、形状記憶合金ワイヤー及び通電用ワイヤーの端末処理を簡単にする。
【解決手段】 可動体２０と可動体２０を摺動可能に保持する保持部材５０と可動体２０に連繋する形状記憶合金ワイヤー１０及び通電用ワイヤー７０と、形状記憶合金ワイヤー１０の他端側に連繋し保持部材５０に取り付く第一の通電用端子３０と通電用ワイヤー７０の他端側に連繋し保持部材５０に取り付く第二の通電用端子４０とからなり、可動体２０から外れた空間で形状記憶合金ワイヤー１０と通電用ワイヤー７０とが相互に接触するのを防止する隔壁５１を保持部材５０に備えた構成。
【選択図】 図２

Description

本発明は、通電により自己発熱して長さが縮む形状記憶合金ワイヤーを用いた直線駆動アクチュエータに関する。

従来の形状記憶合金ワイヤーを用いた直線駆動アクチュエータとして例えば特開２００４−１５０２８１号公報において、第一の電極１と、第一の電極１に対して１方向に移動可能な第二の電極２とを備える。第一の電極１にはそれぞれ形状記憶合金からなるワイヤ状の複数の駆動体３の各一端が結合されている。各駆動体３の各他端はそれぞれ第二の電極２を支持している。駆動体３は、第二の電極の移動する駆動方向に沿って互いに接触しないように並んでいる。駆動体３は通常は記憶された形状よりも伸びている。駆動体３が通電加熱されると、各駆動体３はそれぞれ記憶された形状に変形し、第二の電極２が第一の電極１に対して駆動されることを特徴とするものが提案されている。

また、被駆動体と、この被駆動体に連結される形状記憶合金と、この形状記憶合金を介して被駆動体を駆動するための動力伝達部と、この動力伝達部に連結され動力を伝達する駆動機構とを具備したことを特徴とする形状記憶アクチュエータとして特開平５−３０５０５５号公報が提案されている。
特開２００４−１５０２８１号公報 特開平５−３０５０５５号公報

しかし特許文献１においては、移動可能な第二の電極２は左右対称位置に略Ｖ字状に配置した複数本の形状記憶合金ワイヤー３によって駆動されるものであって、1本の形状記憶合金ワイヤーにより駆動されるものでない。従って、形状記憶合金ワイヤーのコストが高くなり、組立も煩雑で工数が大きくなる。
また、特許文献２においては、1本の形状記憶合金ワイヤー４８とリード線５４とで被駆動体を駆動する構成を開示するものの形状記憶合金ワイヤー４８及びリード線５４の通電用端末処理部を明示するものでない。また、形状記憶合金ワイヤー４８とリード線５４とが確実に隔離されショート(短絡)を防止する構成を開示していない。

本発明は、形状記憶合金ワイヤーと通電用ワイヤー(リード線)とが確実に隔離されショート(短絡)を防止することを目的とする。また、可動体(被駆動体)と形状記憶合金ワイヤー及び通電用ワイヤーとの結合構造(端末処理の構成)、形状記憶合金ワイヤーと通電用端子との結合構造、通電用ワイヤーと通電用端子との結合構造を極めて簡単に構成し量産を容易にすることを目的とする。

本発明にかかる第一の直線駆動アクチュエータは、可動体と該可動体を摺動可能に保持する保持部材と前記可動体に連繋する形状記憶合金ワイヤー及び通電用ワイヤーと、前記形状記憶合金ワイヤーの他端側に連繋し前記保持部材に取り付く第一の通電用端子と前記通電用ワイヤーの他端側に連繋し前記保持部材に取り付く第二の通電用端子とからなる構成とするのが好ましい。これにより極めて簡単な構造で小型化、軽量化、低価格化を図れる。(請求項１)

さらに本発明にかかる第二の直線駆動アクチュエータは、可動体と第一の通電用端子とを略一直線上に配置したことを特徴とする第一に記載の直線駆動アクチュエータとするのが好ましい。これにより形状記憶合金ワイヤーの使用量を最短にできる。また、形状記憶合金ワイヤーに曲げ方向の分力が作用せず長寿命を保てる。さらに、保持部材への組み込みが容易となる。(請求項２)

さらに本発明にかかる第三の直線駆動アクチュエータは、可動体が孔を備え、前記孔内に形状記憶合金ワイヤー及び通電用ワイヤーを挿入したのち前記形状記憶合金ワイヤーと通電用ワイヤーとが導通するよう前記可動体をカシメたことを特徴とする第一に記載の直線駆動アクチュエータとするのが好ましい。これにより可動体と形状記憶合金ワイヤー及び通電用ワイヤーとの連繋を容易に効率よく行える。また、形状記憶合金ワイヤーと通電用ワイヤーとの接合を確実に行える。(請求項３)

さらに本発明にかかる第四の直線駆動アクチュエータは、可動体から外れた空間で形状記憶合金ワイヤーと通電用ワイヤーとが相互に接触するのを防止する隔離手段を保持部材に備えたことを特徴とする第一に記載の直線駆動アクチュエータとするのが好ましい。これにより形状記憶合金ワイヤーと通電用ワイヤーとが確実に隔離されショート(短絡)を防止できる。(請求項４)

さらに本発明にかかる第五の直線駆動アクチュエータは、通電用ワイヤーをバネ性を有する弾性部材としたことを特徴とする第一に記載の直線駆動アクチュエータとするのが好ましい。これにより可動体を自動的に元の位置に復帰可能とできる。(請求項５)

さらに本発明にかかる第六の直線駆動アクチュエータは、可動体の摺動範囲を規制する部材を保持部材に備えたことを特徴とする第一に記載の直線駆動アクチュエータとするのが好ましい。これにより可動体の摺動(可動)範囲を規制し、可動体が保持部材から抜けて外れるのを防止できる。(請求項６)

上記構成により本発明装置は極めて簡単な構造で小型化、軽量化、低価格化を図れる。また、形状記憶合金ワイヤーと通電用ワイヤー(リード線)とが確実に隔離されショート(短絡)を防止できる。さらに、可動体(被駆動体)と形状記憶合金ワイヤー及び通電用ワイヤーとの結合構造(端末処理の構成)、形状記憶合金ワイヤーと通電用端子との結合構造、通電用ワイヤーと通電用端子との結合構造を極めて簡単に構成でき量産を容易にする。

本発明にかかる直線駆動アクチュエータは上述の通りである。可動体を摺動可能に保持し通電用端子を取り付ける保持部材は樹脂部材を射出成形するのが好ましい。樹脂部材はポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＢＳ、ポリアミド、エポキシ、アクリル、塩化ビニール、塩化ビニリデン等の樹脂部材とするのが好ましい。
保持部材の外形は矩形の有底容器状とするのが好ましい。そして、有底容器の一方の側壁に可動体を摺動可能に保持する貫通孔を一つ設け、前記側壁と対向するもう一方の側壁に第一及び第二の通電用端子を取り付ける二つの貫通孔を設けた構成とするのが好ましい。なお、有底容器は閉蓋する蓋体を備えるのが好ましい。

可動体は各種機械構造用炭素鋼、各種ステンレス鋼、銅、黄銅、アルミニウム等とするのが好ましい。可動体に表面処理たとえばニッケルメッキ、亜鉛系メッキ、ユニクロメッキ、クロメート処理などを施してもよい。なお、樹脂部材たとえばはポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＢＳ、ポリアミド、エポキシ等で可動体を構成してもよい。
通電用端子は銅、黄銅、アルミニウム等とし、表面処理たとえばニッケルメッキ、亜鉛系メッキ、銀メッキ等を施すのが好ましい。
通電用ワイヤー(リード線)は一般的に用いられる銅線、バネ弾性を有するリン青銅線、ピアノ線、ピアノ線や銅線等を所定に巻回したコイルバネ等とするのが好ましい。

可動体の駆動は通電により収縮する形状記憶合金ワイヤーにより行うのが好ましい。形状記憶合金ワイヤーは例えばニッケル−チタン合金とするのが好ましい。勿論、モリブデン、ニオブを含んだチタン合金等としてもよい。本発明においては通電することで形状記憶合金ワイヤーが加熱され収縮する機能を利用している。形状記憶合金の歪率を略４．５％とした場合、略１ｍｍの収縮量(可動体の摺動量が略１ｍｍ)を得るのに長さ２５ｍｍ程度のワイヤーが必要となる。本発明装置を構成する形状記憶合金ワイヤーの線径は例えば５８μｍ程度とするのが好ましい。

形状記憶合金ワイヤーの張架形態は直線状とするのが好ましい。即ち、可動体と第一の通電用端子とを略一直線上に配置するのが好ましい。これにより形状記憶合金ワイヤーの使用量を最短にできる。また、形状記憶合金ワイヤーに曲げ方向の分力が作用せず長寿命を保てる。さらに、保持部材への組み込みが容易となる。
なお、可動体から外れた空間で形状記憶合金ワイヤーと通電用ワイヤーとが相互に接触するのを防止する隔離手段たとえば隔壁を保持部材に備えるのが好ましい。これにより形状記憶合金ワイヤーと通電用ワイヤーとが確実に隔離されショート(短絡)を防止できる。

可動体と形状記憶合金ワイヤー及び通電用ワイヤーとの結合構造(端末処理の構成)、形状記憶合金ワイヤーと通電用端子との結合構造、通電用ワイヤーと通電用端子との結合構造としてカシメ手段(圧着し挟持する)構成を用いるのが好ましい。
例えば、可動体が孔を備え、前記孔内に形状記憶合金ワイヤー及び通電用ワイヤーを挿入したのち前記形状記憶合金ワイヤーと通電用ワイヤーとが導通するよう前記可動体をカシメる構成とするのが好ましい。また、第一および第二の通電用端子も同様にそれぞれ孔を備え、該孔内に形状記憶合金ワイヤー、通電用ワイヤーを挿入したのち前記第一の通電用端子と形状記憶合金ワイヤー、前記第二の通電用端子と通電用ワイヤーとが導通するよう第一および第二の通電用端子をそれぞれカシメる構成とするのが好ましい。

以下、本発明の一実施例における直線駆動アクチュエータを図面とともに説明する。図１は本発明の一実施例における直線駆動アクチュエータの平面図、図２は図１において蓋体を外した状態の平面図、図３は図１の側面図、図４は図１を切断線Ｘ―Ｘで切断した状態の断面図、図５は形状記憶合金ワイヤーが熱収縮した状態の内部平面図を示す。

図1〜図５に示す直線駆動アクチュエータ１００は可動体２０と該可動体２０をストローク略１mm程度摺動可能に保持する保持部材５０と前記可動体２０に連繋する形状記憶合金ワイヤー１０及び通電用ワイヤー７０と、前記形状記憶合金ワイヤー１０の他端側に連繋し前記保持部材５０に取り付く第一の通電用端子３０と前記通電用ワイヤー７０の他端側に連繋し前記保持部材５０に取り付く第二の通電用端子４０とからなる。保持部材５０を閉蓋する蓋体６０はねじ８０で締結固定されている。

保持部材５０はポリスチレン樹脂を長方形の有底容器状に射出成形し、一方の側壁に設けた貫通孔５５に可動体２０を摺動可能に保持し、対向する側壁に設けた二つの貫通孔５４に第一の通電用端子３０と第二の通電用端子４０とを保持している。前記可動体２０、第一の通電用端子３０、第二の通電用端子４０は黄銅部材からなりニッケルメッキ処理されている。前記形状記憶合金ワイヤー１０は線径５８μm、長さ略２５mmのニッケル−チタン合金からなる。通電用ワイヤー７０は線径２００μm、長さ略３０mmのリン青銅からなる。

保持部材５０の中央部に一体成型した略矩形の隔壁５１は形状記憶合金ワイヤー１０及と通電用ワイヤー７０とが可動体２０から外れた空間で相互に接触するのを防止している。隔壁５１の可動体２０に近い角部２箇所を所定に略円弧状に丸め、通電用ワイヤー７０が擦れても断線せぬよう配慮するのが好ましい。
蓋体６０に設けた円柱突起６２、６４は保持部材５０に設けた円形凹部５２、５３に嵌合し、位置決めとズレ防止の役割を果たしている。また、蓋体６０に設けた矩形の突起６１は可動体の摺動(可動)範囲を規制し、同じく矩形の突起６３は第一の通電用端子３０と第二の通電用端子４０とを押圧、固定している。

図５に示すように、形状記憶合金ワイヤー７０が第一の通電用端子３０、第二の通電用端子４０、通電用ワイヤー７０を介して通電されると加熱して収縮し、可動体２０は右方向に略１mm摺動する。可動体２０の摺動量δは略１mmに限定されるものでなく任意に設定してよいことは言うまでもない。
可動体２０を元の位置に復帰させる手段は任意に構成してよい。例えば、通電用ワイヤー７０を巻回した圧縮コイルバネで構成しその弾性力を用いる方法、可動体２０の鍔部２５と保持部材５０の側壁との間に位置し摺動軸部周りに圧縮コイルバルを配設する構成、可動体２０を引張りコイルバネや板バネで戻す方法などとすればよい。(いずれも図示せず)

図６は図１を構成する可動体２０の断面図を示す。可動体２０は断面形状が略Ｔ字形をなし鍔部２５、摺動軸部、段付き軸部２２、細径薄肉部２３、貫通孔２１からなる。前記貫通孔２１内に形状記憶合金ワイヤー１０と通電用ワイヤー７０を挿通し細径薄肉部２３を略小判形にカシメることにより形状記憶合金ワイヤー１０と通電用ワイヤー７０とが電気的に導通し端末処理される。図７(Ａ)、図７(Ｂ)は端末処理後の可動体の平面図、側面図を示す。

同様に、図８は第一の通電用端子３０の断面図を示す。第一の通電用端子３０は軸部、段付き軸部３２、細径薄肉部３３、貫通孔３１からなる。前記貫通孔３１内に形状記憶合金ワイヤー１０を挿通し細径薄肉部３３を略小判形にカシメることにより第一の通電用端子３０と形状記憶合金ワイヤー１０とが電気的に導通し端末処理される。図９(Ａ)、図９(Ｂ)は端末処理後の第一の通電用端子の平面図、側面図を示す。なお、第二の通電用端子４０も第一の通電用端子３０と同じ構成とし、通電用ワイヤー７０と連繋する端末処理も図８、図９と同様に実施すればよい。

次に本発明装置を組み立てる手順を簡単に説明する。まず、可動体２０に形状記憶合金ワイヤー１０と通電用ワイヤー７０を挿通しカシメて取り付ける。次に、可動体２０、形状記憶合金ワイヤー１０、通電用ワイヤー７０を貫通孔５５に通し可動体２０を保持部材５０に支承させる。さらに、第一および第二の通電用端子を形状記憶合金ワイヤーと通電用ワイヤーの他端側にカシメて取り付ける。その後、第一の通電用端子と第二の通電用端子をそれぞれ有底容器の内側より貫通孔５４に通す。最後に、蓋体６０を閉蓋しねじ８０を締結すれば直線駆動アクチュエータが完成する。

このように本発明の直線駆動アクチュエータは極めて簡単な構造で小型化、軽量化、低価格化を図れる。また、形状記憶合金ワイヤーと通電用ワイヤー(リード線)とが確実に隔離されショート(短絡)を防止できる。さらに、可動体と形状記憶合金ワイヤー及び通電用ワイヤーとの結合構造(端末処理の構成)、形状記憶合金ワイヤーと通電用端子との結合構造、通電用ワイヤーと通電用端子との結合構造を極めて簡単に構成でき量産を容易にする。

なお上記実施例において、保持部材及び蓋体は樹脂部材の他に任意の絶縁部材たとえばセラミックス、木材などとしてもよい。また、金属部材を射出成形して保持部材を構成し、可動体および通電用端子挿入孔に絶縁スリーブ等を装着するようにしてもよい。

本発明にかかる直線駆動アクチュエータは、各種電子機器等を少量だけ変位させる駆動源として利用できる。また、数値を表示する点字表示装置を構成できる。数値を表示する点字表示装置はATM(現金自動受け払い機)、自動販売機、エレベータ等の表示端末として利用できる。

本発明の一実施例における直線駆動アクチュエータの平面図 図１において蓋体を外した状態の平面図 図３は図１の側面図 図１を切断線Ｘ―Ｘで切断した状態の断面図 形状記憶合金ワイヤーが熱収縮した状態の内部平面図 図１を構成する可動体の断面図 端末処理後の可動体の平面図 端末処理後の可動体の側面図 図１を構成する通電用端子の断面図 端末処理後の通電用端子の平面図 端末処理後の通電用端子の側面図

符号の説明

１０ 形状記憶合金ワイヤー
２０ 可動体
２１、３１ 貫通孔
２２、３２ 段付き軸部
２３、３３ 細径薄肉部
２５ 鍔部
３０ 第一の通電用端子
４０ 第二の通電用端子
５０ 保持部材
５１ 隔壁
５２、５３ 凹部
５４、５５ 貫通孔
６０ 蓋体
６１、６２、６３、６４ 突起
７０ 通電用ワイヤー
８０ ねじ
１００ 直線駆動アクチュエータ

Claims (7)

1. 可動体と該可動体を摺動可能に保持する保持部材と前記可動体に連繋する形状記憶合金ワイヤー及び通電用ワイヤーと、前記形状記憶合金ワイヤーの他端側に連繋し前記保持部材に取り付く第一の通電用端子と前記通電用ワイヤーの他端側に連繋し前記保持部材に取り付く第二の通電用端子とからなることを特徴とする直線駆動アクチュエータ。
2. 可動体と第一の通電用端子とを略一直線上に配置したことを特徴とする請求項１記載の直線駆動アクチュエータ。
3. 可動体が孔を備え、前記孔内に形状記憶合金ワイヤー及び通電用ワイヤーを挿入したのち前記形状記憶合金ワイヤーと通電用ワイヤーとが導通するよう前記可動体をカシメたことを特徴とする請求項１記載の直線駆動アクチュエータ。
4. 可動体から外れた空間で形状記憶合金ワイヤーと通電用ワイヤーとが相互に接触するのを防止する隔離手段を保持部材に備えたことを特徴とする請求項１記載の直線駆動アクチュエータ。
5. 通電用ワイヤーをバネ性を有する弾性部材としたことを特徴とする請求項１記載の直線駆動アクチュエータ。
6. 可動体の摺動範囲を規制する部材を保持部材に備えたことを特徴とする請求項１記載の直線駆動アクチュエータ。
7. 可動体と該可動体を摺動可能に保持する保持部材と前記可動体に連繋する形状記憶合金ワイヤー及び通電用ワイヤーと、前記形状記憶合金ワイヤーの他端側に連繋し前記保持部材に取り付く第一の通電用端子と前記通電用ワイヤーの他端側に連繋し前記保持部材に取り付く第二の通電用端子とからなり、前記可動体から外れた空間で前記形状記憶合金ワイヤーと前記通電用ワイヤーとが相互に接触するのを防止する隔離手段を保持部材に備えたことを特徴とする直線駆動アクチュエータ。
   
   
   
   

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