JP2011027003A - 形状記憶合金アクチュエータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】移動体の振動を抑えることができ、更に応答性がよく、形状記憶合金を加熱し、移動体を制止させるときの形状記憶合金ワイヤへの通電量を減少することを可能にできる形状記憶合金アクチュエータ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】形状記憶合金の加熱による形状変化で押付部材２と移動体１とを移動させて移動体１が第１のストッパー８１の位置で制止している状態のとき、被駆動体と被駆動体押付部材とが分離し、第１のストッパーの位置に対して、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被駆動体押付部材の移動に抗する抵抗力を変化させる抵抗変化手段が設けられ、被駆動体と被駆動体押付部材とが分離した状態のとき、抵抗変化手段により被駆動体押付部材が保持または静止されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、形状記憶合金の温度による形状変化を移動体に伝達し、移動体の位置を変化させる形状記憶合金アクチュエータ装置に関する。

従来より、温度変化により変態し形状変化する形状記憶合金を利用した形状記憶合金アクチュエータ装置が知られている。形状記憶合金アクチュエータ装置は、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、形状記憶合金の線材の一端を固定端とし、もう一端を可動端とする構成をとり、バイアスばねによる力と、形状記憶合金の線材への通電加熱による温度変化で形状記憶合金の線材の長さが変化したときに発生する収縮力と、によって、可動端により移動体が駆動される技術が開示されている。また、固定端側の形状記憶合金の線材を絶縁性で湾曲可能なチューブ部材で覆うことにより、形状記憶合金アクチュエータ装置の省スペース化も可能としている。

特開昭６１−１９９８０号公報

児玉和之等著「ヒステリシスモデルを用いた形状記憶合金アクチュエータの位置制御」日本機械学会論文集（Ｃ編）６５巻６４０号（１９９２−１２）

上記特許文献１のような線材の形状記憶合金を用いた形状記憶合金アクチュエータ装置において、形状記憶合金の抵抗値を検出して抵抗フィードバック制御を行って移動体の位置を制御すると、アクチュエータ自体をセンサとすることが可能となる。

しかしながら、非特許文献１などに記載されているように、移動体の位置を制止するために、抵抗フィードバック制御により形状記憶合金の抵抗値を所定の目標抵抗値に制御する際、形状記憶合金の抵抗値が目標抵抗値付近のときに生じる移動体の振動を抑えることが困難である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、この問題を解決するために、移動体の振動を抑えることができ、更に応答性がよく、形状記憶合金を加熱し、移動体を制止させるときの形状記憶合金ワイヤへの通電量を減少することを可能にできる形状記憶合金アクチュエータ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、形状記憶合金の温度による形状変化を被駆動体に伝達し、被駆動体の位置を変化させるアクチュエータにおいて、前記形状記憶合金の一端が固定部材に固定され、前記形状記憶合金の他端が被駆動体押付部材に連結され、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前記被駆動体押付部材に外力を付加する第１の付勢部材と、前記被駆動体は前記被駆動体押付部材に当接可能に配置され、前記形状記憶合金の加熱による形状変化方向に対して同方向に前記被駆動体に外力を付加する第２の付勢部材と、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被駆動体の移動を制限する第１のストッパーと、前記形状記憶合金の冷却による前記被駆動体の移動方向側の所定の位置に前記被駆動体の移動を制限する第２のストッパーと、を有する、前被駆動体押付部材の移動方向を案内するガイド部材と、を備え、前記形状記憶合金の加熱による形状変化で前記被駆動体押付部材と前記被駆動体とを移動させて前記移動体が前記第１のストッパーの位置で制止している状態のとき、前記被駆動体と前記被駆動体押付部材とが分離し、前記第１のストッパーの位置に対して、第１の付勢部材が収縮する方向に、前記被駆動体押付部材の移動に抗する抵抗力を変化させる抵抗変化手段が設けられ、前記被駆動体と前記被駆動体押付部材とが分離した状態のとき、前記抵抗変化手段により前記被駆動体押付部材が保持または静止され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、前記抵抗変化手段が、前記ガイド部材の内壁に設けられていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記抵抗変化手段が、前記第１の付勢部材が接触する部位に設けられていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記抵抗変化手段が、前記ガイド部材に設けられた面精度が変化する摩擦変化領域であることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記抵抗変化手段が、前記被駆動体押付部材と前記ガイド部材との接触面積を変化させることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記抵抗変化手段が、前記被駆動体押付部材と前記ガイド部材との間に作用する静電気力を変化させることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記抵抗変化手段が、前記被駆動体押付部材に作用する磁力を変化させることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記抵抗変化手段が、前記被駆動体押付部材に押圧力を負荷する弾性体を有することが望ましい。

本発明の形状記憶合金アクチュエータ装置は、付勢部材を２個用いた構成にすることにより移動体の振動を抑えることが可能となる。更に、本発明の形状記憶合金アクチュエータ装置では、摩擦変化領域を設けたので、形状記憶合金を加熱した状態で、移動体を制止させているときの形状記憶合金への通電量を減少させるとともに移動体の応答性をよりよくすることを可能にし、形状記憶合金アクチュエータ装置の駆動安定性をより向上させることができる。

（ａ）は、第１の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータ装置の形状記憶合金ワイヤが常温で延伸した状態の断面構成を示す図であり、（ｂ）は、第１の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータ装置の形状記憶合金ワイヤが通電加熱された状態の断面構成を示す図であり、（ｃ）は、図１（ｂ）で示す状態より、さらに形状記憶合金ワイヤへの通電量を増やした状態の形状記憶合金アクチュエータ装置の断面構成を示す図である。 形状記憶合金ワイヤが加熱収縮する際に生じる発生力と、形状記憶合金ワイヤへの通電量と、の関係を示すグラフである。 押付部材に働く抵抗力と押付部材の位置Ａ、Ｂ、Ｃとの関係を示したグラフである。 （ａ）は、第２の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータ装置の形状記憶合金ワイヤが常温で延伸した状態の断面構成を示す図であり、（ｂ）は、第２の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータ装置の形状記憶合金ワイヤが通電加熱した状態の断面構成を示す図である。 （ａ）は、第３の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータ装置の形状記憶合金ワイヤが常温で延伸した状態の断面構成を示す図であり、（ｂ）は、第３の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータ装置の形状記憶合金ワイヤが通電加熱した状態の断面構成を示す図であり、（ｃ）は、図５（ｂ）で示す状態より、さらに形状記憶合金ワイヤへの通電量を増やした状態の形状記憶合金アクチュエータ装置の断面構成を示す図である。 （ａ）は、第４の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータ装置の形状記憶合金ワイヤが常温で延伸した状態の断面構成を示す図であり、（ｂ）は、第４の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータ装置の形状記憶合金ワイヤを通電加熱した状態の断面構成を示した図であり、（ｃ）は、図６（ｂ）の線Ｄ−Ｄに沿った断面構成を示す図である。 （ａ）は、第５の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータ装置の形状記憶合金ワイヤが常温で延伸した状態の断面構成を示す図であり、（ｂ）は、第５の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータ装置の形状記憶合金ワイヤを通電加熱した状態の断面構成を示す図であり、（ｃ）は、図７（ｂ）で示す状態より、さらに形状記憶合金ワイヤへの通電量を増やした状態の形状記憶合金アクチュエータ装置の断面構成を示す図である。 （ａ）は、第６の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータ装置の形状記憶合金ワイヤが常温で延伸した状態の断面構成を示す図であり、（ｂ）は、第６の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータ装置の形状記憶合金ワイヤを通電加熱した状態の断面構成を示す図である。

以下に、本発明にかかる形状記憶合金アクチュエータ装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータ装置１００について図１（ａ）乃至（ｃ）を用いて説明する。図１（ａ）は、第１の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータ装置１００の形状記憶合金ワイヤ５が常温で延伸した状態の断面構成を示す図である。図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータ装置１００形状記憶合金ワイヤ５を通電加熱した状態の断面構成を示す図である。図１（ｃ）は、図１（ｂ）で示す状態より、さらに形状記憶合金ワイヤ５への通電量を増やした状態の形状記憶合金アクチュエータ装置１００の断面構成を示す図である。

図２は、形状記憶合金ワイヤ５が加熱収縮する際に生じる発生力と、形状記憶合金ワイヤ５への通電量と、の関係を示すグラフである。図３は、押付部材２に働く抵抗力と押付部材２の位置Ａ、Ｂ、Ｃとの関係を示したグラフである。

形状記憶合金アクチュエータ装置１００は、温度により形状変化する形状記憶合金すなわち形状記憶合金ワイヤ５と、形状記憶合金ワイヤ５の形状変化により位置を変化する被駆動体すなわち移動体１と、を備える。さらに、形状記憶合金アクチュエータ装置１００は、第１の付勢部材、すなわち押圧部材用バイアスばね４２と、第２の付勢部材、すなわち、移動体用バイアスばね４１と、ストッパー８１及びストッパー８２を有するガイド部材すなわちガイド筒３と、を備える。

形状記憶合金ワイヤ５の一端は固定部材に固定され、形状記憶合金ワイヤ５の他端は、被駆動体押付部材すなわち押付部材２に連結されている。押圧部材用バイアスばね４２は、形状記憶合金ワイヤ５の加熱による形状変化方向に対して反対方向に押付部材２に外力を付加する。移動体１は押付部材２に当接可能に配置されている。

移動体用バイアスばね４１は、形状記憶合金ワイヤ５の加熱による形状変化方向に対して同方向に移動体１に外力を付加する。ストッパー８２は、形状記憶合金ワイヤ５の加熱による移動体１の移動方向側の所定の位置に配置され、移動体１の移動を制限する。

ストッパー８１は、形状記憶合金ワイヤ５の冷却による移動体１の移動方向側の所定の位置に移動体２の移動を制限する。ガイド筒３は、押付部材２の移動方向を案内する。

また、形状記憶合金ワイヤ５の加熱による形状変化で押付部材２と移動体１とを移動すると、移動体１がストッパー８２の位置で制止している状態のとき、移動体１と押付部材２とが分離する。さらに、移動体１と押付部材２とが分離した状態のとき、ストッパー８２の位置に対して押圧部材用バイアスばね４２が収縮する方向の所定位置に、押付部材２の移動に抗する抵抗力を変化させる抵抗変化手段、すなわち摩擦変化領域７が設けられ、摩擦変化領域７により押付部材２が保持または静止される。

なお、本実施形態のガイド筒３には、移動体１が部分的に外部に延出した状態で、ガイド筒３を長手方向（図１の左右方向）に移動可能とする開口３ａが設けられている。ガイド筒３の長手方向で対向し、開口３ａを規定する縁部の一方がストッパー８１を構成し、他方がストッパー８２を構成する。

次に、図１（ａ）乃至（ｃ）に示された移動体１の位置関係について説明する。図１（ａ）は、形状記憶合金ワイヤ５が常温で延伸した状態のとき、移動体１には、互いに圧縮コイルばねである押圧部材用バイアスばね４２と移動体用バイアスばね４１との力の差分により、図１の紙面左方向に力がかかっている状態を示す。

このとき、図１（ａ）の紙面左側のストッパー８１によって移動体１は制止された状態である。説明のため、このときの押付部材２の移動体１に接する押圧面２ａの位置を位置Ａとする。

図１（ｂ）は、形状記憶合金ワイヤ５を通電加熱し、形状記憶合金ワイヤ５の相変態による収縮による発生力と、押圧部材用バイアスばね４２と移動体用バイアスばね４１との力の差分による図１（ｂ）の紙面左方向に働く力と、がつりあって移動体１が制止している状態を示す。

説明のため、このときの押付部材２の押圧面２ａの位置を位置Ｂとする。なお、図１（ｂ）は、移動体１は、ストッパー８２に当接している状態を示すが、移動体１がストッパー８１及びストッパー８２の間に位置するように、すなわち両ストッパー８１、８２に当接しないように移動体１を制止することも可能である。

図１（ｃ）は、図１（ｂ）より、さらに形状記憶合金ワイヤ５への通電量を増やして加熱収縮させたときの、形状記憶合金ワイヤ５の収縮による発生力と、押圧部材用バイアスばね４２の紙面左方向に働く力と、がつりあって押付部材２が制止している状態を示す。

図１（a）では移動体１は紙面左側のストッパー８１に当たっていたが、位置Ｂを越えて押付部材２が紙面右方向に移動したことにより、移動体１は移動体用バイアスばね４１の力により紙面右側のストッパー８２で制止した状態となり、押付部材２は移動体１から分離し、移動体用バイアスばね４１がさらに収縮する方向（図１（ｃ）の右方向）に移動している。

移動体１と押付部材２とが分離した状態のとき、押付部材２の連結面２ｂは押付部材２とガイド筒３との間に働く摩擦が変化する摩擦変化領域７に到達する。本実施形態の抵抗変化領域は、ガイド筒３の内壁３ｂの面精度を粗くすることにより摩擦力を増加させた摩擦変化領域７である。押付部材２が摩擦変化領域７内にあるときの押付部材２の押圧面２ａの位置を位置Ｃとする。作用効果については、図２、図３を用いて後述する。

図２に示すように、形状記憶合金ワイヤ５が加熱収縮する際に生じる発生力は形状記憶合金ワイヤ５への通電量とともに増加する。本実施形態の形状記憶合金ワイヤ５は、その通電量と形状記憶合金ワイヤ５の温度とが略比例する特性を有している。したがって、図１（ｃ）において移動体１を制止する際、形状記憶合金ワイヤ５の通電量を減少させるには、形状記憶合金ワイヤ５が必要とする発生力を減少させればよい。

図３には、押付部材２の移動に対する抵抗力（移動体用バイアスばね４１の付勢力、押圧部材用バイアスばね４２の付勢力、押付部材２とガイド筒３との間に働く摩擦力の合力）と、図１での押付部材２の位置Ａ、Ｂ、Ｃの関係が示されている。図３において、押付部材２に働く力の向きについて、押付部材２がＡ→Ｃ方向（図１での紙面右方向）に移動する際は、正の方向が図１での紙面左方向とし、押付部材２がＣ→Ａ方向（図１での紙面左方向）に移動する際は、正の方向が図１での紙面右方向とした。

説明の都合上、位置Ｂと位置Ｃとの間で押付部材２の移動に抗する抵抗力が変化（摩擦力増加若しくは減少）したことを強調するために、位置Ａから位置Ｂまでの間については、押付部材２とガイド筒３との間の摩擦力はフリーとする（考慮しない）グラフとした。形状記憶合金ワイヤ５を加熱収縮して押付部材２が移動する際（紙面右方向（Ａ→Ｃ））、位置Ｂから位置Ｃに移動するときは、図３中のＢ→Ｃの破線で示す力が押付部材２に働く。押付部材２がゆっくりと移動する場合は、押付部材２に静止摩擦力がかかるため、図３中のＢ→Ｃの実線で示す力に近似できる力が押付部材２に働く。

また、押付部材２が位置Ｃまで移動した後、位置Ｂの方向に形状記憶合金ワイヤ５を冷却延伸して押付部材２が図１の紙面左方向（Ｃ→Ｂ）に移動する際、図３中のＣ→Ｂの破線で示す力が押付部材２に働く。また、押付部材２がゆっくりと移動する場合は、静摩擦力＞動摩擦力の関係より図３中のＣ→Ｂの実線で示す力に近似できる力が押付部材２に働く。

上記のことを踏まえ、本発明の第１の実施形態による作用効果を説明する。形状記憶合金ワイヤ５を通電加熱し形状記憶合金ワイヤ５を収縮させることにより、位置Ａ→Ｂ→Ｃと押付部材２を図１の紙面右方向に移動させる。移動体１は、押付部材２の押圧面２ａが位置Ｂを越えた時点でストッパー８２により制止された状態となり、押付部材２の動きは移動体１には伝わらない。

次に、形状記憶合金ワイヤ５の通電量をゆっくりと低下させ、Ｃ→Ｂの方向に押付部材２を移動し、位置Ｂと位置Ｃの間で制止させる。この場合、形状記憶合金ワイヤ５の抵抗をモニタリングするなどして位置Ｂと位置Ｃの間に押付部材２があることを確認する機能があると望ましい。

図３で説明したとおり、押付部材２をＣ→Ｂの方向に移動し、位置Ｂと位置Ｃとの間で制止させる場合は、摩擦変化領域７にて押付部材２とガイド筒３との間の摩擦が大きいことにより形状記憶合金ワイヤ５に必要な発生力が、摩擦変化領域７以外で押付部材２を制止させる場合に比べ小さくなる。

図２での説明のとおり、押付部材２を制止するために形状記憶合金ワイヤ５に必要な発生力が小さくなると、形状記憶合金ワイヤ５への通電量を小さくすることが出来る。よって、押付部材２の制止時、形状記憶合金ワイヤ５の通電量を小さく抑えることにより、形状記憶合金ワイヤ５の加熱温度も小さくできるため、形状記憶合金アクチュエータ１００の周辺の温度上昇が抑制される。また、形状記憶合金ワイヤ５への加熱を抑える効果により、形状記憶合金アクチュエータ１００を長期間安定して駆動させることが可能となる。

また、位置Ｂと位置Ｃとの間で制止されている押付部材２を、位置Ａに移動させるときは、一度、Ｃの位置まで押付部材２が移動するように瞬間的に通電加熱して形状記憶合金ワイヤ５を収縮させ、通電をオフにする構成としてもよい。この構成によれば、押付部材２の制止時の通電量を小さく抑えている。このため、形状記憶合金ワイヤ５の温度が低下していることと、一度位置Ｃまで押付部材２を移動させるための通電加熱時間が短くいことと、によって、形状記憶合金ワイヤ５の周囲の温度上昇が非常に小さく抑えられる。そして、形状記憶合金ワイヤ５の温度が周囲へ比較的伝達しやすく冷却速度が高まり、押付部材２の移動時間を短縮できる。また、押付部材２には、制止した状態から移動させる際に生じる静摩擦力よりも小さい動摩擦力がはたらくため、押付部材２の移動方向に働く力が大きくなり速い応答速度で位置Ｃから位置Ａに移動することが可能となる。

〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータ装置１００について図４（ａ）、（ｂ）を参照しつつ説明する。図４（ａ）は、第２の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータ装置１００の形状記憶合金ワイヤ５が常温で延伸した状態の断面構成を示す図であり、図４（ｂ）は、第２の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータ装置１００の形状記憶合金ワイヤ５を通電加熱した状態の断面構成を示す図である。なお、図中、図１と構成が重複する部分の説明は省略する。

図４（ｂ）のように、押付部材２が位置Ｃにあるとき、収縮状態の押圧部材用バイアスばね４２の外周部が触れるガイド筒３の内壁３ｂの全領域に、抵抗変化手段すなわち面精度が異なる摩擦変化領域７が配置されている。摩擦変化領域７によって、押圧部材用バイアスばね４２とガイド筒３との間に働く摩擦力が押付部材２の位置によって変化するため、本実施例においても、図１（ａ）乃至（ｃ）に示す第１の実施形態と同等の効果を得られる。

〔第３の実施形態〕
本発明の第３の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータ装置１００について図５（ａ）乃至（ｃ）を参照しつつ説明する。図５（ａ）は、第３の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータ装置１００の形状記憶合金ワイヤ５が常温で延伸した状態の断面構成を示す図であり、図５（ｂ）は、第３の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータ装置１００の形状記憶合金ワイヤ５が通電加熱した状態の断面構成を示す図であり、図５（ｃ）は、図５（ｂ）で示す状態より、さらに形状記憶合金ワイヤ５への通電量を増やした状態の形状記憶合金アクチュエータ装置１００の断面構成を示した図である。なお、図１と構成が重複する部分の説明は省略する。

本実施形態における抵抗変化手段は、押付部材２に対して接触する面積が変化するガイド筒３０を有する。ガイド筒３０は、内径が均一の筒状部３１と、内径が変化している変形部３２と、を有している。図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ） に示す形状記憶合金アクチュエータ装置１００は、それぞれ図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）に示す形状記憶合金アクチュエータ装置と、形状記憶合金ワイヤ５の伸縮により駆動する点においては同等である。

変形部３２は、押付部材２の外径より大きい内径を有し、変形部３２の最も内径が大きい部位である最大直径部３２ａから移動体用バイアスばね４１及び押圧部材用バイアスばね４２が収縮する方向（図中左右方向）に向かい内径が漸減していき、押付部材２の外径より若干大きい（若しくは等しい）内径を有する筒状部３１に連続する。従って、図５（ｂ）の状態では、押付部材２の連結面２ｂが筒状部３１に到達し、押付部材２の外周面２ｃが筒状部３１の内壁３１ｂに部分的に接している。また、図５（ｃ）の状態では、押付部材２の外周面２ｃのほぼ全体が、筒状部３１の内壁３１ｂに接している。

図５（ｃ）に示す形状記憶合金アクチュエータ装置１００の状態と図５（ａ） に示す形状記憶合金アクチュエータ装置１００の状態とを比較すると、図５（ｃ）の状態の方が、ガイド筒３０と押付部材２との接触面積が増加している。したがって、本実施形態においても、図１の第１の実施形態と同等の効果を得られる。また、本実施形態のガイド筒３０は一体構成としたが、テーパ状に切削した２つの筒を連結させる構成としても同等の効果を得られるのみならず、加工が簡便化される。

なお、本実施形態では、ガイド筒３０の内径が異なる部分を設け、ガイド筒３０と押付部材２との接触面積を変化させる構成としたが、内径が均一のガイド筒３０に対する押付部材２の相対位置により押付部材２の外径が変化させることができる構成とし、ガイド筒３０と押付部材２との間の接触面積を変化させる構成としてもよい。

〔第４の実施形態〕
本発明の第４の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータ装置１００について図６（ａ）乃至（ｃ）を参照しつつ説明する。図６（ａ）は、第４の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータ装置１００の形状記憶合金ワイヤ５が常温で延伸した状態の形状記憶合金アクチュエータ装置１００の断面構成を示す図である。図６（ｂ）は、第４の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータ装置１００の形状記憶合金ワイヤ５が通電加熱した状態の形状記憶合金アクチュエータ装置の断面構成を示した図である。図６（ｃ）は、図６（ｂ）の線Ｄ−Ｄに沿った断面構成を示す図である。なお、図１と構成が重複する部分の説明は省略する。

図６（ａ）、図６（ｂ）は、それぞれ図１（ａ）、図１（ｃ）に対応し、図１（ａ）、図１（ｃ）と同様に形状記憶合金ワイヤ５による移動体１の駆動動作を示している。本実施形態の抵抗変化手段は、ガイド筒３の外周に配置された電極筒７１を有し、移動体１に作用する静電力を変化できるように構成されている。ガイド筒３を介して、誘電体を構成する押付部材２１と電極筒７１とが対峙している。図６（ｂ）の押付部材２１は、図１（ｃ）の押付部材２と同様に位置Ｃにある。すなわち、位置Ｃにある押付部材２１を、その周方向においてガイド筒３を介して取り囲むように電極筒７１が配置されている。

電極筒７１と押付部材２１との間に静電気力を働かせることにより、押付部材２１とガイド筒３との間の摩擦力を変化させ、押付部材２１を位置Ａ〜Ｃ間の所定の位置に制止するように制御することが可能となる。例えば、押付部材２１を位置Ｃで制止させるためには、図６（ｂ）の状態のときに、電極筒７１に電圧を印加する。

静電気力を変化させることで摩擦力を変化させることができる。このため、本実施形態において、図１と同等の効果を得られる。さらに静電気力は、電極筒７１に供給する電気量を変化させることで調整できる。このため、摩擦力の変化の度合いを容易に制御できるという利点がある。また、本実施形態ではガイド筒３が非誘電体である必要があるが、ガイド筒３を電極としても勿論同様の効果を得られる。

〔第５の実施形態〕
本発明の第５の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータ装置１００について図７（ａ）乃至（ｃ）を参照しつつ説明する。図７（ａ）は、第５の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータ装置１００の形状記憶合金ワイヤ５が常温で延伸した状態の断面構成を示す図であり、図７（ｂ）は、第５の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータ装置１００の形状記憶合金ワイヤ５を通電加熱した状態の断面構成を示す図であり、図７（ｃ）は、図７（ｂ）で示す状態より、さらに形状記憶合金ワイヤ５への通電量を増やした状態の形状記憶合金アクチュエータ装置１００の断面構成を示した図である。図１と構成が重複する部分の説明は省略する。

図７（ａ）、図７（ｂ）は、それぞれ図１（ａ）、図１（ｃ）に対応し、図１（ａ）、図１（ｃ）と同様に形状記憶合金ワイヤ５による移動体１の駆動動作を示している。本実施形態の抵抗変化手段は、ガイド筒３の外周に配置されたコイル７２を有し、押付部材２２とコイル７２との間に働く電磁力による引力を変化できるように構成されている。また、ガイド筒３を介して、磁石である押付部材２２とコイル７２とが対峙している。

図７（ｂ）の押付部材２２は、図１（ｃ）の押付部材２と同様に、位置Ｃにある。すなわち、位置Ｃにある押付部材２２を、その周方向において、ガイド筒３を介して取り囲むようにコイル７２が配置されている。従って、コイル７２に電力を供給し、押付部材２２とコイル７２との間に電磁力による引力を働かせることにより、押付部材２２とガイド筒３との間の摩擦力を変化させ、押付部材２２を位置Ａ〜Ｃ間の所定の位置に制止させることが可能となる。例えば、押付部材２２を位置Ｃで制止させるためには、図７（ｃ）の状態のときに、コイル７２に電力を供給する。

本実施形態は、電磁力の変化により摩擦力を変化させることにより、図１と同等の効果を奏し、さらに電磁力の変化はコイル７２に供給する電気量によるので摩擦力の変化の度合いを容易に調整できるという利点がある。また、本実施形態では押付部材２２を磁石としたが、もちろん磁性体であっても良い。

〔第６の実施形態〕
本発明の第６の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータ装置１００について図８（ａ）、（ｂ）を参照しつつ説明する。図８（ａ）は、第６の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータ装置１００の形状記憶合金ワイヤ５が常温で延伸した状態の断面構成を示す図である。図８（ｂ）は、第６の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータ装置１００の形状記憶合金ワイヤ５を通電加熱した状態の断面構成を示した断面図である。図１と構成が重複する部分の説明は省略する。図８（ａ）、図８（ｂ）は、それぞれ図１（ａ）、図１（ｃ）に対応し、図１（ａ）、図１（ｃ）と同様に形状記憶合金ワイヤ５による移動体１の駆動動作を示している。

本実施形態では、ガイド筒３の外周に板バネ７３を配置した。板バネ７３は、ガイド筒３がその直径方向内方に押圧されるように配置され、位置Ａ〜Ｃの間の所定の制止位置において押付部材２とガイド筒３との摩擦力を増加する状態となっている。図８（ｂ）の押付部材２の位置は図１（ｃ）の押付部材２と同様の位置Ｃにある。

図８（ｂ）の状態のとき、押付部材２は、板バネ７３により押圧されたガイド筒３の部位に位置し、板バネ７３はガイド筒３を介して押付部材２を押圧している状態となっている。よって、図８（ａ）の状態と図８（ｂ）の状態とでは、押付部材２とガイド筒３との間の摩擦力が変化する。そのため、本実施形態においても、図１（ａ）乃至（ｃ）に示す第１の実施形態の形状記憶合金アクチュエータ装置１００と同等の効果を得られる。

本実施形態の構成によれば、ガイド筒３に特別な加工をすることなく、ガイド筒３を微小に変形させる板バネ７３を配置すればよいため加工が簡便化される。また、本実施形態では板バネ７３としたが、ガイド筒３を径方向内方に押圧し摩擦力を変化できる弾性体であれば良い。

上述の第１乃至第６の実施形態では、押圧部材用バイアスばね４２と移動体用バイアスばね４１とは、圧縮コイルばねを用いる構成としたが、本発明はこの構成に限定されず、それぞれ、移動部材１及び押付部材２を付勢できる部材であれば適宜変更できる。

本発明は、移動体の振動を抑えることができ、更に応答性がよい形状記憶合金アクチュエータ装置に有用である。

１ 移動体
２ 押付部材
２ａ 押圧面
２ｂ 連結面
２ｃ 外周面
３、３０ ガイド筒
３ａ 開口
３ｂ 内壁
５ 形状記憶合金ワイヤ
６ 固定部材
７ 摩擦変化領域
２１ 押付部材
３１ 筒状部
３１ｂ 内壁
３２ 変形部
３２ａ 最大直径部
４１ 移動体用バイアスばね
４２ 押圧部材用バイアスばね
７１ 電極筒
７２ コイル
７３ 板バネ
８１ ストッパー
８２ ストッパー
１００ 形状記憶合金アクチュエータ装置

Claims (8)

1. 形状記憶合金の温度による形状変化を被駆動体に伝達し、被駆動体の位置を変化させるアクチュエータにおいて、
   前記形状記憶合金の一端が固定部材に固定され、
   前記形状記憶合金の他端が被駆動体押付部材に連結され、
   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前記被駆動体押付部材に外力を付加する第１の付勢部材と、
   前記被駆動体は前記被駆動体押付部材に当接可能に配置され、
   前記形状記憶合金の加熱による形状変化方向に対して同方向に前記被駆動体に外力を付加する第２の付勢部材と、
   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被駆動体の移動を制限する第１のストッパーと、
   前記形状記憶合金の冷却による前記被駆動体の移動方向側の所定の位置に前記被駆動体の移動を制限する第２のストッパーと、を有する、前被駆動体押付部材の移動方向を案内するガイド部材と、を備え、
   前記形状記憶合金の加熱による形状変化で前記被駆動体押付部材と前記被駆動体とを移動させて前記移動体が前記第１のストッパーの位置で制止している状態のとき、前記被駆動体と前記被駆動体押付部材とが分離し、
   前記第１のストッパーの位置に対して、前記第１の付勢部材が収縮する方向に、前記被駆動体押付部材の移動に抗する抵抗力を変化させる抵抗変化手段が設けられ、
   前記被駆動体と前記被駆動体押付部材とが分離した状態のとき、前記抵抗変化手段により前記被駆動体押付部材が保持または静止されることを特徴とする形状記憶合金アクチュエータ装置。
2. 前記抵抗変化手段が、前記ガイド部材の内壁に設けられてい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装置。
3. 前記抵抗変化手段が、前記第１の付勢部材が接触する部位に設けられてい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装置。
4. 前記抵抗変化手段が、前記ガイド部材に設けられた面精度が変化する摩擦変化領域であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の形状記憶合金アクチュエータ装置。
5. 前記抵抗変化手段が、前記被駆動体押付部材と前記ガイド部材との接触面積を変化させ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装置。
6. 前記抵抗変化手段が、前記被駆動体押付部材と前記ガイド部材との間に作用する静電気力を変化させ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装置。
7. 前記抵抗変化手段が、前記被駆動体押付部材に作用する磁力を変化させ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装置。
8. 前記抵抗変化手段が、前記被駆動体押付部材に押圧力を負荷する弾性体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装置。

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