JP2009108729A - 形状記憶合金アクチュエータの制御方法及び制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過剰電力供給による形状記憶合金の劣化を防止した形状記憶合金アクチュエータの制御方法及び制御装置を提供する。
【解決手段】移動体１０７を動かすために目標設定抵抗値Ｒ１を初期目標抵抗値Ｒ０にセットし（Ｓ２）、投入電力最適化工程により設定された電力を投入し、形状記憶合金ワイヤ１０２を収縮させて移動体１０７の位置を変化させる（Ｓ３）。経過時間の変数Ｔａが第１の所定時間Ｔ１に達したときにＴａをリセットした後（Ｓ７）、判定演算回路１２６において、Ｓ３にて測定された抵抗値Ｒｍと目標抵抗値Ｒ１との差が所定の許容範囲ΔＲ内にあるか判定し（Ｓ８）、その差が許容範囲ΔＲより大きい場合は、移動体１０７が第２ストッパー１１０にあたって抵抗値がＲ１に達することができないとして、目標抵抗値Ｒ１をその時点での測定された抵抗値Ｒｍに置き換える（Ｓ９）。
【選択図】図６

Description

本発明は、形状記憶合金により駆動するアクチュエータに関する。

形状記憶素子は温度の変化により相転移し形状変化する。この形状記憶素子の形状変化を利用したアクチュエータは、アクチュエータの小型化、軽量性などにおいて優れた特性を持っている。

例えば、特許文献１では、形状記憶素子を通電させることによって形状記憶素子の形状を変化させ、その形状変化に伴って変化する抵抗値を検出し、形状記憶素子の伸縮を制御することにより、アクチュエータ自体がセンサとしての機能も果たす技術が開示されている。

また、形状記憶素子を用いたアクチュエータの構成例として、例えば特許文献２のように、形状記憶合金の線材を絶縁性の可撓管に挿入し、一端を可撓管とともに固定し固定部とし、もう一端を可動部とする例が紹介されている。上記の構成は、形状記憶合金の線材を可撓管ごと湾曲しても可動部は機能を果たすので、各種装置へ組み込むスペースを縮小することができる。
特開昭５７−１４１７０４号公報 特公平５−８７６７７号

ここにおいて、形状記憶合金の線材を用いたアクチュエータにおいて、駆動ストロークを大きく取りつつ、形状記憶合金の伸縮を制御することで移動体の駆動を制御する場合、上記特許文献１及び特許文献２に記載の技術を基礎として、形状記憶合金の抵抗値を検出して制御し、形状記憶合金を可撓性のチューブに内挿した構成をとることが想定される。

上述したような構成をとったアクチュエータにおいて、位置精度を高めるため、あるいは可動範囲を制限するためには、移動体に機械的な拘束を設け可動範囲を制限して使用することが考えられる。

しかしながら、かかる場合において、可動範囲の限界まで形状記憶合金を変位させて移動体を移動し、目標とする抵抗値に形状記憶合金の抵抗値が達していない場合は、抵抗値フィードバック制御では目標抵抗値に抵抗値を合わせた制御を行うため、形状記憶合金に過剰な電力を供給することとなるおそれを生じ得る。そのため形状記憶合金に過剰な加熱をしてしまい形状記憶合金の性能劣化を早める可能性がある。

本発明は、かかる実情に着目し、過剰電力供給による形状記憶合金の劣化を防止した形状記憶合金を用いたアクチュエータの制御方法及び制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、
中空形状のチューブ部材内に形状記憶合金が挿通され、
チューブ部材の一端と形状記憶合金の一端が固定され、
形状記憶合金の他端が被駆動体に機械的に連結され、
チューブ部材の他端が支持部材に固定され、
形状記憶合金の加熱による形状変化方向に対して反対方向に外力を負荷する付勢部材を備え、
形状記憶合金の加熱による被駆動体の移動方向側の所定の位置に支持部材に対する被駆動体の移動を制限するストッパーを備え、
形状記憶合金に電流を流し、形状記憶合金の温度を変化させることにより、形状記憶合金の形状を変化させ、被駆動体とチューブ部材の形状記憶合金と固定していない側の一端との相対位置を変化させて制御する形状記憶合金アクチュエータの制御方法であって、
被駆動体を移動させるために形状記憶合金の目標抵抗値の値を第１の目標抵抗値に設定する目標抵抗値決定手段と、形状記憶合金の抵抗値を検出する抵抗値検出手段と、目標抵抗値と抵抗値の情報をもとにフィードバック制御を行う抵抗フィードバック制御回路と、を備えた制御手段を用い、
抵抗フィードバック制御回路により形状記憶合金へ投入する電力設定を、第１の目標抵抗値に設定されている目標抵抗値に対して抵抗値が所定の許容範囲内になるように最適化する第１の投入電力最適化工程と、
第１の投入電力最適化工程中に、所定の第１の時間間隔内に抵抗値が第１の目標抵抗値に設定されている目標抵抗値に対して許容範囲内にならなかった場合、第１の時間間隔経過後の抵抗値を第２の目標抵抗値として目標抵抗値を第１の目標抵抗値から第２の目標抵抗値に置き換える目標抵抗値置換工程と、
目標抵抗値置換工程により置き換えた目標抵抗値に対して抵抗値が所定の許容範囲内になるように最適化する第２の投入電力最適化工程と、を有することを特徴とする。

また、本発明の好ましい態様によれば、第２の投入電力最適化工程中に所定の第２の時間間隔経過後、目標抵抗値を第１の目標抵抗値に置き換えて、第１の投入電力最適化工程を行う目標抵抗値戻し工程を有することを特徴とすることができる。

また、本発明は、
中空形状のチューブ部材内に形状記憶合金が挿通され、
チューブ部材の一端と形状記憶合金の一端が固定され、
形状記憶合金の他端が被駆動体に機械的に連結され、
チューブ部材の他端が支持部材に固定され、
形状記憶合金の加熱による形状変化方向に対して反対方向に外力を負荷する付勢部材を備え、
形状記憶合金の加熱による被駆動体の移動方向側の所定の位置に支持部材に対する被駆動体の移動を制限するストッパーを備え、
形状記憶合金に電流を流し、形状記憶合金の温度を変化させることにより、形状記憶合金の形状を変化させ、被駆動体とチューブ部材の形状記憶合金と固定していない側の一端との相対位置を変化させて制御する形状記憶合金アクチュエータの制御方法であって、
被駆動体を移動させるために形状記憶合金の目標抵抗値の値を第１の目標抵抗値に設定する目標抵抗値決定手段と、形状記憶合金の抵抗値を検出する抵抗値検出手段と、目標抵抗値と抵抗値の情報をもとにフィードバック制御を行う抵抗フィードバック制御回路と、を備えた制御手段を用い、
抵抗フィードバック制御回路より形状記憶合金へ投入する電力設定を第１の目標抵抗値に設定されている目標抵抗値に対して抵抗値が所定の許容範囲内になるように最適化する第１の投入電力最適化工程と、
第１の投入電力最適化工程中に、所定の第３の時間間隔内に抵抗値が第１の目標抵抗値に設定されている目標抵抗値に対して許容範囲内にならなかった場合、目標抵抗値が抵抗値に近づくように、目標抵抗値を所定の抵抗変化幅だけ変化させる一定幅目標抵抗値変化工程と、
一定幅目標抵抗値変化工程で変化した目標抵抗値に対して抵抗値が許容範囲内になるように投入電力を最適化する第３の投入電力最適化工程と、
第３の投入電力最適化工程で、所定の第３の時間間隔経過後、抵抗値が目標抵抗値に対して許容範囲内にならなかった場合、一定幅目標抵抗値変化工程に戻す一定幅目標抵抗値変化ループ工程と、を有することを特徴とする。

また、本発明の好ましい態様によれば、本発明は、一定幅目標抵抗値変化ループ工程中に所定の第４の時間間隔経過後、
目標抵抗値を第１の目標抵抗値に置き換えて、第１の投入電力最適化工程を行う第２の目標抵抗値戻し工程を有することを特徴とすることができる。

また、本発明は、
中空形状のチューブ部材内に形状記憶合金が挿通され、
チューブ部材の一端と形状記憶合金の一端が固定され、
形状記憶合金の他端が被駆動体に機械的に連結され、
チューブ部材の他端が支持部材に固定され、
形状記憶合金の加熱による形状変化方向に対して反対方向に外力を負荷する付勢部材を備え、
形状記憶合金の加熱による被駆動体の移動方向側の所定の位置に支持部材に対する被駆動体の移動を制限するストッパーを備え、
形状記憶合金に電流を流し、形状記憶合金の温度を変化させることにより、形状記憶合金の形状を変化させ、被駆動体とチューブ部材の形状記憶合金と固定していない側の一端との相対位置を変化させて制御する形状記憶合金アクチュエータの制御装置であって、
被駆動体をストッパーへ移動させるために形状記憶合金の目標抵抗値の値を第１の目標抵抗値に設定する目標抵抗値決定手段と、形状記憶合金の抵抗値を検出する抵抗値検出手段と、目標抵抗値と抵抗値の情報をもとにフィードバック制御を行う抵抗フィードバック制御回路と、を備えた制御手段を備え、
抵抗フィードバック制御回路により形状記憶合金へ投入する電力設定を、第１の目標抵抗値に設定されている目標抵抗値に対して抵抗値が所定の許容範囲内になるように最適化する第１の投入電力最適化手段と、
第１の投入電力最適化手段による最適化中に、所定の第１の時間間隔内に抵抗値が第１の目標抵抗値に設定されている目標抵抗値に対して許容範囲内にならなかった場合、第１の時間間隔経過後の抵抗値を第２の目標抵抗値として目標抵抗値を第１の目標抵抗値から第２の目標抵抗値に変更する目標抵抗値変更手段と、
目標抵抗値変更手段により変更された目標抵抗値に対して抵抗値が所定の許容範囲内になるように最適化する第２の投入電力最適化手段と、を有することを特徴とする。

本発明は、過剰電力供給による形状記憶合金の劣化を防止した形状記憶合金を用いたアクチュエータの制御方法及び制御装置を提供することができる。

以下に、本発明に係る形状記憶合金を用いたアクチュエータの制御装置及び制御方法の実施例を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本実施例に用いた形状記憶合金ワイヤ１０２の温度−抵抗特性を示した概略図である。
横軸は温度を示し、縦軸は形状記憶合金ワイヤ１０２の抵抗値を示す。図１中に記載した温度１は形状記憶合金ワイヤが温度によって相転移しはじめ、長さが収縮することにより加熱によって抵抗が下がりはじめる点を示している。図１中に記載した温度２は形状記憶合金ワイヤ１０２が機械的な拘束により長さが変化することが出来ない状態になり、加熱しても抵抗が変化しなくなる点を示している。厳密には分子の熱運動等の影響から温度２以上に加熱したときに抵抗が高くなる傾向がある。しかしながら、形状記憶合金ワイヤ１０２の長さ変化による抵抗値の変化と比較して十分小さいため、ここでは、変化しなくなる点と表現した。

図２は、本実施例に係る形状記憶合金を用いたアクチュエータの構成例を示し、図３は、図２における形状記憶合金を用いたアクチュエータを駆動制御する抵抗値フィードバック制御回路１２０の内部構成を示している。

本実施例に係る形状記憶合金を用いたアクチュエータは次のように構成されている。図２に示したように、チューブ１０１内に形状記憶合金ワイヤ１０２を挿通している。形状記憶合金ワイヤ１０２の一端に圧着部材１０３を圧着固定し、圧着部材１０３とチューブ１０１の一端を接着剤１０４により接合してある。

そして、チューブ１０１の他端を支持部材１０５に固定する。支持部材１０５には形状記憶合金ワイヤ１０２が通る穴（図示せず）を設けている。支持部材１０５のチューブ１０１を固定した側の反対側にバイアスばね１０６の一端を固定する。バイアスばね１０６の他端は移動体１０７に固定している。また、形状記憶合金ワイヤ１０２の他端は、チューブ１０１内、支持部材１０５内、バイアスばね１０６内を通って移動体１０７に固定されている。

支持部材１０５は土台１０８上に設置されている。土台１０８には第１ストッパー１０９、第２ストッパー１１０を設けている。尚、図２は、形状記憶合金ワイヤ１０２の長さが室温の場合を示しており、バイアスばね１０２の付勢力により、移動体１０７が第１ストッパー１０９で規制され制止された状態を示している。

圧着部材１０３は導電性である。形状記憶合金ワイヤ１０２の一端は抵抗値フィードバック制御回路１２０の信号発生回路１２１に電気的に接続されている。形状記憶合金ワイヤ１０２の他端は抵抗値検出回路１２２に電気的に接続されている。

ここで、図３に示すように、抵抗値フィードバック制御回路１２０は、本発明に係る制御手段として機能し、判定演算回路１２６と、演算された通電量を形状記憶合金ワイヤ１０２に出力する信号発生回路１２１と、を備えている。ここで、判定演算回路１２６は、抵抗値指令回路１２３と、カウンタ１２４と、所定時間経過後に抵抗検出回路１２２から得られた抵抗値とメモリ１２５に記録され抵抗値指令回路１２３より設定された目標抵抗値とを比較し形状記憶合金ワイヤ１０２への最適な通電量を演算する。

図４の（ａ）、図４の（ｂ）は、図２に示した形状記憶合金ワイヤ１０２の状態の違いによる移動体の位置変化を示した図である。この図４の（ａ）、（ｂ）では、移動体の位置変化を理解しやすくするため、図２で図示した抵抗値フィードバック制御回路１２０についての図示を省略している。

図４の（ａ）は、形状記憶合金ワイヤ１０２が抵抗値フィードバック制御回路１２０からの通電により加熱され相転移し、形状記憶合金ワイヤ１０２の収縮力がバイアスばね１０６の付勢力に抗してその長さが変化し、形状記憶合金ワイヤ１０２の収縮方向に移動体１０７が位置変化した状態を示している。

図４の（ｂ）は、図４の（ａ）の場合よりも通電電力を上げて移動体１０７を形状記憶合金ワイヤ１０２の収縮方向により大きく移動させて、第２ストッパー１１０により規制され制止された状態を示している。このとき、形状記憶合金ワイヤ１０２は加熱により、さらに収縮しようとしても第２ストッパー１１０によって移動体１０７は動くことが出来ない。その結果、形状記憶合金ワイヤ１０２も収縮出来ない。移動体１０７は制止しているが、形状記憶合金ワイヤ１０２には過剰な加熱がされやすい状況となっている。

図５の（ａ）、（ｂ）は、時間経過に伴う移動体１０７の変位及び形状記憶合金ワイヤ１０２の抵抗値変化を模式的に示したものである。（ａ）において、横軸に時間、縦軸に抵抗値としていている。また、（ｂ）では、横軸を時間、縦軸を変位としている。

図６は、本実施例における図３で示したフィードバック制御回路１２０が行う第１の制御方法の手順を説明するフローチャートである。ここで、図６、図７のフローチャートにより実行される制御が、本発明に係る第１の投入電力最適化工程（或いは手段）、目標抵抗値置換工程（或いは手段）、第２の投入電力最適化工程（或いは手段）、目標抵抗値戻し工程（或いは手段）としての機能を奏することとなる。

図６に示したように、図２で示した構成のアクチュエータの移動体１０７を動かすために、初期目標抵抗値Ｒ０が設定され、経過時間としての２つの変数Ｔａ, Ｔｂをリセットしカウントを開始する（ステップＳ１）。ここで、初期目標抵抗値Ｒ０は、チューブ１０１の湾曲状態に依らず十分に移動体１０７が第２ストッパー１１０に到達し得るような値である。

次に、目標抵抗値Ｒ１として、目標設定抵抗値Ｒ１を初期目標抵抗値Ｒ０とする（ステップＳ２）。

初期目標抵抗値Ｒ０が設定されたことにより、抵抗値フィードバック制御回路１２０の信号発生回路１２１からの出力によって投入電力最適化工程により設定された電力が投入され、形状記憶合金ワイヤ１０２が収縮し移動体１０７の位置を変化させる（ステップＳ３）。この投入電力最適化工程については後述する。

経過時間の変数Ｔｂが第２の所定時間Ｔ２に達しているか判定する（ステップＳ４）。

所定の時間が経過していれば、Ｔａ，ＴｂをリセットしステップＳ２に戻る（ステップＳ５）。

ステップＳ４にて、経過時間の変数ＴｂがＴ２に達していなければ、次に経過時間の変数Ｔａが所定の第１の経過時間に達しているか判定を行う（ステップＳ６）。

ここで、経過時間Ｔａが第１の所定時間Ｔ１に達したとき、Ｔａをリセットした後（ステップＳ７）、判定演算回路１２６において、ステップＳ３にて測定された抵抗値Ｒｍと目標抵抗値Ｒ１との差が所定の許容範囲ΔＲ内にあるか判定する（ステップＳ８）。

測定された抵抗値ＲｍとＲ１の差が許容範囲ΔＲより大きい場合は、移動体１０７が第２ストッパー１１０にあたって、抵抗値がＲ１に達することができないと判断して、目標抵抗値Ｒ１をその時点での測定された抵抗値Ｒｍに置き換えステップＳ３に戻る（ステップＳ９）。

ここで第１の所定時間Ｔ１とは、形状記憶合金ワイヤ１０２が初期目標抵抗値Ｒ１に到達するまでに収縮可能である場合、Ｔ１投入電力最適化工程によって抵抗値ＲｍがＲ１に近づくのに十分な時間である。すなわち、確実に第２ストッパー１１０の位置まで、移動体１０７が到達し得るとされる時間である。

図６のフローにおいては、この抵抗値Ｒ１がその値に到達し得ない場合の置き換えを第１の所定時間Ｔ１毎に行うことができるので、移動体１０７が第２ストッパー１１０に当たったことによる過加熱を抑制することができ、結果として形状記憶合金ワイヤ１０２の劣化を防止することができる。

また、ステップＳ４において、経過時間の変数Ｔｂが第２の所定時間Ｔ２に達したと判定したとき、ステップＳ５にてＴａ，ＴｂをリセットしステップＳ２に戻る。そこで、目標抵抗値Ｒ１を初期目標設定値Ｒ０と設定することにより、第２の所定時間Ｔ２が経過する毎に抵抗値Ｒ１は抵抗値Ｒ０にリセットされる。例えば、外的要因等により図５に示すようＴ１経過後（Ｔ２未満）に、チューブ１０１の湾曲状態が変化し、移動体１０７が第２ストッパー１１０から第１ストッパー１０９側に移動してしまったとしても、所定時間Ｔ２経過後に抵抗値Ｒ１を初期目標値Ｒ０とし、再度抵抗値Ｒ０に近づけるよう形状記憶合金ワイヤ１０２に通電することにより、測定抵抗値Ｒｍが変化せずに移動体１０７の位置が変化したとしても、移動体１０７を第２ストッパー１１０の位置まで再度戻すことができ、また、移動体１０７が第２ストッパー１１０近傍まで変位しない状態でフィードバック制御され続ける状況を防ぐことができる。ここで第２の所定時間Ｔ２とは、通常Ｔ１よりもかなり大きな値となる。

なお、投入電力最適化工程については図７にフローを示す。形状記憶合金ワイヤ１０２に所定の電圧Ｖａを印加する（ステップＳ１１）。この状態でその抵抗値Ｒｍを測定する（ステップＳ１２）。そして、抵抗値Ｒｍと抵抗値Ｒ１の差に応じて電圧Ｖａを変化させることで投入電力を制御する（ステップＳ１３）。ここで、図７に示した所定のアルゴリズムとは、抵抗値Ｒｍと抵抗値Ｒ１の差、およびフィードバックループにおける抵抗値Ｒｍの時間微分値などを用いた関係式に基づいて電圧Ｖａの値を随時更新することである。

このように本実施例の方法では、チューブ１０１の湾曲状態の変化による過加熱を防止しながら、確実に第２ストッパー１１０近傍まで移動体１０７を変位させることが可能になる。

本実施例の作用効果を説明する。例えば、抵抗フィードバック制御により、移動体をストッパー位置まで移動させる場合、目標抵抗値はストッパーに移動体が当たる位置まで形状記憶合金の長さを変形させたときの抵抗値付近に設定する。その場合、形状記憶合金の残留歪により抵抗値が変化していた場合は抵抗値が目標抵抗値に達することが出来ないため、抵抗フィードバック制御では過剰な電力を供給することとなる。また、チューブ部位が湾曲可能なアクチュエータでは、移動体を駆動している際に、チューブ部位の湾曲角を変化させると、チューブ内径と形状記憶合金の外形とのクリアランスより、ストッパー位置での形状記憶合金の抵抗値が変化する。そのため、抵抗フィードバック制御では過剰な電力を供給することとなる。
しかしながら、本発明では、上記の過剰電力が供給される状況下のときに、一定時間内に目標抵抗値を、検出した抵抗値に変更して抵抗フィードバック制御を続けるようにしたので、移動体の位置が変化することなく、形状記憶合金の過剰な電力が投入されることを防止でき、以って形状記憶合金の性能の劣化を防ぎ、長期間安定した駆動を提供することができる、といった作用効果を奏することができることとなる。

かかる構成とすれば、上述した作用効果、すなわち、チューブ部位の湾曲角の変化で生じる過剰な電力供給について、目標抵抗値を、検出した抵抗値に設定しなおすことにより防止することができることに加え、一定時間後に、目標設定値を、目標抵抗値決定手段により決定した第１の目標抵抗値に再び戻すことにより、上記一定時間内に湾曲角の変化などで移動体がストッパー位置から移動していた場合、再び、移動体をストッパー位置に戻して制御することが可能となる。

次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例におけるアクチュエータの構成は実施例１と同様で、制御フローのみが異なる。そのフローを図８に示す。ここにおいて、図８のフローチャートにおいて実行される制御が、本発明に係る一定幅目標抵抗値変化工程（或いは手段）、第３の投入電力最適化工程（或いは手段）、一定幅目標抵抗値変化ループ工程（或いは手段）、第２の目標抵抗値戻し工程（或いは手段）としての機能を奏することになる。

図８に示したように、本実施例では、実施例１と異なり、第１の所定時間（Ｔ１）経過時に抵抗値Ｒ１と抵抗値Ｒｍの差の絶対値が大きい場合に抵抗値Ｒ１を抵抗値Ｒｍに置き換えるのではなく、所定の抵抗値差δＲを加えた値に置き換える。この方法でも実施例１と同様の効果を得ることができる。なお、δＲは定数であっても、抵抗値Ｒｍ若しくは抵抗値Ｒ１の関数であっても良い。尚、本実施例では第３の所定時間Ｔ３を第１の所定時間Ｔ１と同等にしている。さらに、第４の所定時間Ｔ４を第２の所定時間Ｔ２と同等にしている。

また、本実施例においては、実施例１のように所定時間経過後その時点で測定された抵抗値Ｒｍに抵抗値Ｒ１を置き換えるようにした例に対して、抵抗値Ｒ１は所定時間Ｔ１毎に、所定の抵抗値差δＲずつ目標抵抗値Ｒ１を抵抗値Ｒｍに近づけながら投入電力最適化を行うようになっている。この方法では、Ｒ１を即座に抵抗値Ｒｍに変更せずに、電力の最適化を試みながらＲ１を抵抗値Ｒｍに近づけていく。すなわち、湾曲状態が頻繁に変化する状況で第２ストッパー１１０に移動体１０７が制止される位置での抵抗値が変化していても、移動体１０７が第２ストッパー１１０から離れる時間を短くすることが可能となる。以上説明したように、本実施例においても実施例１と同様の効果を得ることができる。

以上説明したように、本実施例では、チューブ部位の湾曲角の変化などで生じる過剰な電力供給の状況のとき、一定時間内で抵抗値が目標抵抗値の許容範囲内に収まらなければ、一定の幅で、随時、目標抵抗値の値を抵抗値側に変化させることにより、短時間で抵抗値が目標抵抗値の許容範囲に収まり、最適な電力供給で抵抗フィードバック制御を行うことができる。よって、過剰な電力供給時間を短縮し形状記憶合金の過剰な加熱による性能劣化を減少させることができる。また、目標抵抗値を抵抗値側に変化させているときに、チューブ部位の湾曲角が変化しても、随時目標抵抗値を変化させながらも抵抗値に近づけているため、移動体をストッパー位置に制止したまま過剰な電力供給時間を短縮することが出来る。

また、かかる構成とすれば、上述した作用効果、すなわち、チューブ部位の湾曲角の変化で生じる過剰な電力供給について、目標抵抗値を、抵抗値側に一定の幅で随時近づけていくことにより防止することができることに加え、一定時間後に、目標設定値を、目標抵抗値決定手段により決定した第１の目標抵抗値に再び戻すことにより、上記一定時間内に湾曲角の変化などで著しく移動体がストッパー位置から移動していた場合、再び、移動体をストッパー位置に戻して制御することが可能となる。

以上のように、本発明に係る形状記憶合金アクチュエータの制御方法及び制御装置は、形状記憶合金により駆動するアクチュエータの制御方法及び制御装置として有用であり、特に、形状記憶合金の劣化を防止するのに適している。

本発明に係る実施例１で用いた形状記憶合金ワイヤの温度−抵抗特性を示した概略図である。 同上実施例に係る形状記憶合金を用いたアクチュエータの構成例を示す図である。 図２における形状記憶合金を用いたアクチュエータを駆動制御する抵抗値フィードバック制御回路の内部構成を示す図である。 図２に示した形状記憶合金ワイヤの状態の違いによる移動体の位置変化を示した図である。 時間経過に伴う移動体の変位及び形状記憶合金ワイヤの抵抗値変化を模式的に示した図である。 同上実施例におけるフィードバック制御回路が行う制御方法の手順を説明するフローチャートである。 同上実施例において実行される投入電力最適化工程について説明するフローチャートである。 本発明の実施例２におけるフィードバック制御回路が行う制御方法の手順を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０１ チューブ
１０２ 形状記憶合金ワイヤ
１０３ 圧着部材
１０４ 接着剤
１０５ 支持部材
１０６ バイアスばね
１０７ 移動体
１０８ 土台
１０９ 第１ストッパー
１１０ 第２ストッパー
１２０ 抵抗値フィードバック制御回路
１２１ 信号発生回路
１２２ 抵抗値検出回路
１２３ 抵抗値指令回路
１２６ 判定演算回路

Claims (5)

1. 中空形状のチューブ部材内に形状記憶合金が挿通され、
   前記チューブ部材の一端と前記形状記憶合金の一端が固定され、
   前記形状記憶合金の他端が被駆動体に機械的に連結され、
   前記チューブ部材の他端が支持部材に固定され、
   前記形状記憶合金の加熱による形状変化方向に対して反対方向に外力を負荷する付勢部材を備え、
   前記形状記憶合金の加熱による前記被駆動体の移動方向側の所定の位置に前記支持部材に対する前記被駆動体の移動を制限するストッパーを備え、
   前記形状記憶合金に電流を流し、前記形状記憶合金の温度を変化させることにより、前記形状記憶合金の形状を変化させ、前記被駆動体と前記チューブ部材の前記形状記憶合金と固定していない側の一端との相対位置を変化させて制御する形状記憶合金アクチュエータの制御方法であって、
   前記被駆動体を移動させるために前記形状記憶合金の目標抵抗値の値を第１の目標抵抗値に設定する目標抵抗値決定手段と、前記形状記憶合金の抵抗値を検出する抵抗値検出手段と、目標抵抗値と抵抗値の情報をもとにフィードバック制御を行う抵抗フィードバック制御回路と、を備えた制御手段を用い、
   前記抵抗フィードバック制御回路により前記形状記憶合金へ投入する電力設定を、前記第１の目標抵抗値に設定されている目標抵抗値に対して抵抗値が所定の許容範囲内になるように最適化する第１の投入電力最適化工程と、
   前記第１の投入電力最適化工程中に、所定の第１の時間間隔内に抵抗値が前記第１の目標抵抗値に設定されている目標抵抗値に対して前記許容範囲内にならなかった場合、前記第１の時間間隔経過後の抵抗値を第２の目標抵抗値として目標抵抗値を前記第１の目標抵抗値から前記第２の目標抵抗値に置き換える目標抵抗値置換工程と、
   前記目標抵抗値置換工程により置き換えた目標抵抗値に対して抵抗値が所定の許容範囲内になるように最適化する第２の投入電力最適化工程と、を有することを特徴とする形状記憶合金アクチュエータの制御方法。
2. 前記第２の投入電力最適化工程中に所定の第２の時間間隔経過後、目標抵抗値を第１の目標抵抗値に置き換えて、第１の投入電力最適化工程を行う目標抵抗値戻し工程を有することを特徴とする請求項１に記載の形状記憶合金アクチュエータの制御方法。
3. 中空形状のチューブ部材内に形状記憶合金が挿通され、
   前記チューブ部材の一端と前記形状記憶合金の一端が固定され、
   前記形状記憶合金の他端が被駆動体に機械的に連結され、
   前記チューブ部材の他端が支持部材に固定され、
   前記形状記憶合金の加熱による形状変化方向に対して反対方向に外力を負荷する付勢部材を備え、
   前記形状記憶合金の加熱による前記被駆動体の移動方向側の所定の位置に前記支持部材に対する前記被駆動体の移動を制限するストッパーを備え、
   前記形状記憶合金に電流を流し、前記形状記憶合金の温度を変化させることにより、前記形状記憶合金の形状を変化させ、前記被駆動体と前記チューブ部材の前記形状記憶合金と固定していない側の一端との相対位置を変化させて制御する形状記憶合金アクチュエータの制御方法であって、
   前記被駆動体を移動させるために前記形状記憶合金の目標抵抗値の値を第１の目標抵抗値に設定する目標抵抗値決定手段と、前記形状記憶合金の抵抗値を検出する抵抗値検出手段と、目標抵抗値と抵抗値の情報をもとにフィードバック制御を行う抵抗フィードバック制御回路と、を備えた制御手段を用い、
   前記抵抗フィードバック制御回路より前記形状記憶合金へ投入する電力設定を前記第１の目標抵抗値に設定されている目標抵抗値に対して抵抗値が所定の許容範囲内になるように最適化する第１の投入電力最適化工程と、
   前記第１の投入電力最適化工程中に、所定の第３の時間間隔内に抵抗値が前記第１の目標抵抗値に設定されている目標抵抗値に対して許容範囲内にならなかった場合、目標抵抗値が抵抗値に近づくように、目標抵抗値を所定の抵抗変化幅だけ変化させる一定幅目標抵抗値変化工程と、
   一定幅目標抵抗値変化工程で変化した目標抵抗値に対して抵抗値が許容範囲内になるように投入電力を最適化する第３の投入電力最適化工程と、
   前記第３の投入電力最適化工程で、所定の第３の時間間隔経過後、抵抗値が目標抵抗値に対して許容範囲内にならなかった場合、前記一定幅目標抵抗値変化工程に戻す一定幅目標抵抗値変化ループ工程と、を有することを特徴とする形状記憶合金アクチュエータの制御方法。
4. 前記一定幅目標抵抗値変化ループ工程中に所定の第４の時間間隔経過後、
   目標抵抗値を第１の目標抵抗値に置き換えて、第１の投入電力最適化工程を行う第２の目標抵抗値戻し工程を有することを特徴とする請求項３に記載の形状記憶合金アクチュエータの制御方法。
5. 中空形状のチューブ部材内に形状記憶合金が挿通され、
   前記チューブ部材の一端と前記形状記憶合金の一端が固定され、
   前記形状記憶合金の他端が被駆動体に機械的に連結され、
   前記チューブ部材の他端が支持部材に固定され、
   前記形状記憶合金の加熱による形状変化方向に対して反対方向に外力を負荷する付勢部材を備え、
   前記形状記憶合金の加熱による前記被駆動体の移動方向側の所定の位置に前記支持部材に対する前記被駆動体の移動を制限するストッパーを備え、
   前記形状記憶合金に電流を流し、前記形状記憶合金の温度を変化させることにより、前記形状記憶合金の形状を変化させ、前記被駆動体と前記チューブ部材の前記形状記憶合金と固定していない側の一端との相対位置を変化させて制御する形状記憶合金アクチュエータの制御装置であって、
   前記被駆動体を前記ストッパーへ移動させるために前記形状記憶合金の目標抵抗値の値を第１の目標抵抗値に設定する目標抵抗値決定手段と、前記形状記憶合金の抵抗値を検出する抵抗値検出手段と、目標抵抗値と抵抗値の情報をもとにフィードバック制御を行う抵抗フィードバック制御回路と、を備えた制御手段と、
   前記抵抗フィードバック制御回路により前記形状記憶合金へ投入する電力設定を、前記第１の目標抵抗値に設定されている目標抵抗値に対して抵抗値が所定の許容範囲内になるように最適化する第１の投入電力最適化手段と、
   前記第１の投入電力最適化手段による最適化中に、所定の第１の時間間隔内に抵抗値が前記第１の目標抵抗値に設定されている目標抵抗値に対して前記許容範囲内にならなかった場合、前記第１の時間間隔経過後の抵抗値を第２の目標抵抗値として目標抵抗値を前記第１の目標抵抗値から前記第２の目標抵抗値に変更する目標抵抗値変更手段と、
   前記目標抵抗値変更手段により変更された目標抵抗値に対して抵抗値が所定の許容範囲内になるように最適化する第２の投入電力最適化手段と、を有することを特徴とする形状記憶合金アクチュエータの制御装置。

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