JP2014211149A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】変形状態から定常状態へ立ち下がる際の動作応答性を高めたアクチュエータを提供する。【解決手段】温度変化に伴って変形する感温変形部１１Ｃと、感温変形部１１Ｃを定常温度から変形温度に変化させて感温変形部１１Ｃを変形させる直流電源１９Ａと、感温変形部１１Ｃの変形に伴って弾性変形する弾性変形板１２と、感温変形部１１Ｃが変形温度である場合に感温変形部１１Ｃよりも定常温度に近い温度であり、弾性変形板１２の弾性変形に伴って変位して感温変形部１１Ｃとの接触状態が変化し、感温変形部１１Ｃが変形温度である場合には感温変形部１１Ｃが定常温度である場合よりも感温変形部１１Ｃとの接触面積が大きくなる吸放熱板１３Ｃと、を備えるアクチュエータ１０。【選択図】 図２

Description

本発明は、温度変化に伴って変形する感温変形部材を用いて、振動や変位を生成するアクチュエータに関する。

アクチュエータにおいて感温変形部材が用いられることがある（例えば、特許文献１参照）。感温変形部材としては、形状記憶合金が知られている。形状記憶合金は、変態点以下の温度で原形状から変形していても、変態点以上の温度に加熱されると、原形状を回復する形状記憶効果を有する合金である。また、感温変形部材としては、線膨脹係数が互いに異なる板同士を貼り合わせて構成されるユニモルフ構造体も知られている。

特許文献１に記載されているアクチュエータは、形状記憶合金材を原形状から伸長させるように、弾性材から張力をかけた状態で、形状記憶合金材の両端を弾性材に固定している。そして、形状記憶合金材に通電して形状記憶合金材を変態点以上の温度に加熱することにより、形状記憶合金材が原形状を回復しようとして縮まる力を利用して弾性材を湾曲させている。また、形状記憶合金材が自然冷却することにより、弾性材が平坦状に形状を回復しようとする力を利用して形状記憶合金材を再び伸長させている。このようなアクチュエータでは、形状記憶合金材の変形を弾性材の変形に変換することにより、形状記憶合金材単体での微小な変形から、弾性材の大きな変形を引き起こすことができる。

特開昭６３−２１３６７号公報

上述した従来のアクチュエータでは、形状記憶合金材へ通電することにより定常状態から変形状態に形状が移行し、形状記憶合金材の自然冷却により変形状態から定常状態に形状が移行する。したがって、従来のアクチュエータにおいて定常状態から変形状態を立ち上げるために要する時間は比較的みじかいが、変形状態を定常状態へと立ち下げるために要する時間は比較的ながかった。即ち、従来のアクチュエータでは、定常状態から変形状態を立ち上げる際に比べて、変形状態を定常状態へと立ち下げる際の動作応答性が低いという問題があった。

そこで本発明の目的は、変形状態を定常状態へと立ち下げる際の動作応答性が高いアクチュエータを提供することにある。

この発明に係るアクチュエータは、感温変形部と温度制御部と弾性変形部と吸放熱部とを備えている。感温変形部は、温度変化に伴って変形する。温度制御部は、感温変形部を定常温度から変形温度に変化させて感温変形部を変形させる。弾性変形部は、感温変形部の変形に伴って弾性変形する。吸放熱部は、感温変形部と周辺雰囲気との間での熱伝達を媒介する。そして、吸放熱部は、弾性変形部の弾性変形に伴って変位して感温変形部との接触状態が変化し、感温変形部が定常温度である場合に比べて、感温変形部が変形温度である場合に、感温変形部との接触面積がより大きい。

この構成では、感温変形部が定常温度である定常状態と感温変形部が変形温度である変形状態とで、アクチュエータの形状を異ならせることができる。そして、アクチュエータが変形状態である場合に吸放熱部が感温変形部に大面積で接触するので、変形状態では感温変形部と周辺雰囲気との間での熱伝達効率が高まり、感温変形部の温度を変形温度から定常温度に速やかに変化させることができる。

上述のアクチュエータにおいて、吸放熱部は、定常温度では感温変形部から離れており、変形温度では感温変形部に接していると好適である。この構成では、定常状態での感温変形部と周辺雰囲気との間での熱伝達効率が小さく、感温変形部の温度を定常温度から変形温度に速やかに変化させることができる。

上述のアクチュエータにおいて、感温変形部は、形状記憶合金からなり、定常温度は、形状記憶合金の変態点よりも低温であり、変形温度は形状記憶合金の変態点よりも高温であると好適である。これにより、簡易な構成で、吸放熱部を、定常温度で感温変形部から離し、変形温度で感温変形部に接するように変形させることができる。

上述のアクチュエータにおいて、温度制御部は、感温変形部の両端間に直流電流を印加することにより、感温変形部を定常温度から変形温度に変化させてもよい。これにより、簡易な構成で、感温変形部を定常温度から変形温度に速やかに変化させることができる。

上述のアクチュエータにおいて、吸放熱部が感温変形部に接触することで、感温変形部の両端間に印加する直流電流が短絡され、感温変形部が変形温度から定常温度に変化してもよい。この構成では、感温変形部の両端間に直流電流を印加し続けていても、感温変形部が変形して直流電流の印加状態が自動的に変化し、定常状態と変形状態とが自動的に交互に繰り返されることになる。

上述のアクチュエータにおいて、弾性変形部は、感温変形部が両端間に接続されており、吸放熱部は、弾性変形部の中央近傍に連結されている支柱部と、弾性変形部に対して間隔を空けて支柱部に支持されていて弾性変形部の感温変形部側に平行する吸放熱板と、を備えてもよい。

上述のアクチュエータにおいて温度制御部は、周期的に感温変形部を定常温度から変形温度に変化させて弾性変形部を屈曲振動させ、吸放熱板は、弾性変形部が屈曲振動する周波数と一致する、屈曲振動の共振周波数を有すると好適である。この構成では、吸放熱板が弾性変形部とともに屈曲振動することで周辺雰囲気での気体流量が増加し、吸放熱板と周辺雰囲気との間での熱伝達効率が高まる。

上述のアクチュエータにおいて、吸放熱板は、感温変形部側に凸に湾曲していると好適である。この構成では、感温変形部に対する吸放熱板の接触角が小さくなるので、吸放熱板との接触により感温変形部が受ける物理的ストレスが低減し、感温変形部が損壊し難くなる。

上述のアクチュエータにおいて、吸放熱板は、感温変形部の外形状と一致する内形状の溝を備えていると好適である。この構成では、吸放熱板と感温変形部とが接触する際の接触面積が増加し、吸放熱板と感温変形部との間での熱伝達効率が高まる。

この発明によれば、感温変形部が定常温度である定常状態と感温変形部が変形温度である変形状態とで、アクチュエータの形状を異ならせることができる。そして、アクチュエータが変形状態である場合に吸放熱部が感温変形部に大面積で接触するので、アクチュエータが変形状態である場合に感温変形部と周辺雰囲気との間での熱伝達効率が高まり、感温変形部が変形温度から定常温度に速やかに変化することになる。したがって、アクチュエータにおいて、変形状態を定常状態へと立ち下げる際の動作応答性を高めることが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータの斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータの模式的な側面図である。 本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータの模式的な側面図である。 本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータの備える吸放熱板の挙動の一例を示す側面図である。 本発明の第３の実施形態に係るアクチュエータの斜視図および模式的な側面図である。 本発明の第４の実施形態に係るアクチュエータの斜視図である。 感温変形部の他の固定態様を例示する斜視図である。 感温変形部の他の固定態様を例示する斜視図である。 本発明の第５の実施形態に係るアクチュエータを説明する斜視図および感温変形部の平面図である。 感温変形部の他の固定態様を例示する斜視図である。

まず、本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータについて説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータ１０の斜視図である。

アクチュエータ１０は、形状記憶合金材１１と、弾性変形板１２と、ヒートシンク１３と、導電性接着材１４Ａ，１４Ｂと、電源回路１８と、を備えている。電源回路１８は、図１での図示は省いている。

弾性変形板１２は、特許請求の範囲に記載の弾性変形部に相当している。弾性変形板１２は、ガラスエポキシ基板からなり平面形状が長方形である。弾性変形板１２の長手方向の両端それぞれの近傍には、銅箔からなり、弾性変形板１２の長手方向を向く端面を覆うとともに、天面、底面、および両側面を覆う電極膜１５Ａ，１５Ｂが設けられている。電極膜１５Ａ，１５Ｂは、電源回路１８に接続されるものである。

弾性変形板１２における電極膜１５Ａの形成領域には、長手方向を向く端面と両側面とのそれぞれに溝１６Ａ，１７Ａが設けられている。溝１６Ａは、弾性変形板１２の長手方向を向く端面に、天面から底面に至るように延伸して設けられている。溝１７Ａは、弾性変形板１２の両側面それぞれに、天面から底面に至るように延伸して設けられている。

また、弾性変形板１２における電極膜１５Ｂの形成領域には、長手方向を向く端面と両側面とのそれぞれに溝１６Ｂ，１７Ｂが設けられている。溝１６Ｂは、弾性変形板１２の長手方向を向く端面に、天面から底面に至るように延伸して設けられている。溝１７Ｂは、弾性変形板１２の両側面それぞれに、天面から底面に至るように延伸して設けられている。

形状記憶合金材１１は、温度変化に伴って変形する形状記憶合金からなる。形状記憶合金材１１は、固定部１１Ａ，１１Ｂと感温変形部１１Ｃとを備えている。形状記憶合金は、変態点未満の定常温度で原形状から変形していても、変態点以上の変形温度に加熱されると、原形状を回復しようとする形状記憶効果を有する合金である。

固定部１１Ａは、形状記憶合金材１１の一端近傍の部位であり、弾性変形板１２における電極膜１５Ａの形成領域に固定されている。本実施形態では、固定部１１Ａにおいて、形状記憶合金材１１の一端は、導電性接着材１４Ａにより弾性変形板１２の天面に接着されている。そして形状記憶合金材１１は、弾性変形板１２の両側面の溝１７Ａを通過するように弾性変形板１２を巻き回され、弾性変形板１２の底面から弾性変形板１２の端面の溝１６Ａを経由して弾性変形板１２の天面に引き出されている。なお、導電性接着材１４Ａは低温半田などであってもよい。

固定部１１Ｂは、形状記憶合金材１１の他端近傍の部位であり、弾性変形板１２における電極膜１５Ｂの形成領域に固定されている。本実施形態では、固定部１１Ｂにおいて、形状記憶合金材１１の他端は、弾性変形板１２の天面から弾性変形板１２の端面の溝１６Ｂを経由して、弾性変形板１２の底面に引き出され、弾性変形板１２の両側面の溝１７Ｂを通過するように弾性変形板１２を巻き回され、導電性接着材１４Ｂにより弾性変形板１２の天面に接着されている。なお、導電性接着材１４Ｂは低温半田などであってもよい。

感温変形部１１Ｃは、形状記憶合金材１１における固定部１１Ａと固定部１１Ｂとの間の部位であり、弾性変形板１２の天面に接する、または弾性変形板１２の天面から離間して対向するように、弾性変形板１２の天面から離間可能な状態で、弾性変形板１２の長手方向に沿って延伸している。感温変形部１１Ｃは、弾性変形板１２の天面と一方の端面との角と、弾性変形板１２の天面と他方の端面との角との間に張架されており、アクチュエータ１０の使用環境の温度範囲内（定常温度）で、原形状から伸長するように、弾性変形板１２から張力をかけられている。

ヒートシンク１３は、特許請求の範囲に記載の吸排熱部に相当している。ヒートシンク１３は、銅などの熱伝導率の高い材料からなり、台座部１３Ａと支柱部１３Ｂと吸放熱板１３Ｃとを備えている。

台座部１３Ａは、弾性変形板１２の天面に接着剤などで固定されており、弾性変形板１２の両側面それぞれに沿って弾性変形板１２の長手方向に延伸している。

支柱部１３Ｂは、各台座部１３Ａの長手方向の中央付近から直交方向に分岐して延伸する梁状の部位であり、弾性変形板１２の天面法線方向に折れ曲がって弾性変形板１２の天面から起立している。

吸放熱板１３Ｃは、平面形状が長方形であり、長手方向が弾性変形板１２と一致する平板である。吸放熱板１３Ｃは、弾性変形板１２の天面に対して間隔を空けた状態で支柱部１３Ｂに支持されており、弾性変形板１２の天面に配置されている感温変形部１１Ｃに対して間隔を空けた状態で対向している。

図２は、アクチュエータ１０の模式的な側面図であり、図２（Ａ）は感温変形部１１Ｃが定常温度である定常状態を示しており、図２（Ｂ）は、感温変形部１１Ｃが変形温度である変形状態を示している。

アクチュエータ１０は、電源回路１８を備えている。電源回路１８は、特許請求の範囲に記載の温度制御部に相当するものである。電源回路１８は、電極膜１５Ａと電極膜１５Ｂとの間に接続しており、直流電源１９Ａと、スイッチ１９Ｂとを備えている。直流電源１９Ａの陰極は、スイッチ１９Ｂおよび電極膜１５Ａおよびを介して、形状記憶合金材１１に接続している。直流電源１９Ａの陽極は、電極膜１５Ｂを介して、形状記憶合金材１１に接続している。したがって、スイッチ１９Ｂをオンすることにより、直流電源１９Ａから電極膜１５Ａ，１５Ｂを介して感温変形部１１Ｃに直流電流が印加される。また、スイッチ１９Ｂをオフすることにより、直流電源１９Ａから感温変形部１１Ｃへの直流電流の印加が停止される。

図２（Ａ）に示す定常状態のアクチュエータ１０に対して、スイッチ１９Ｂをオンして、形状記憶合金材１１への通電を行うと、形状記憶合金材１１が発熱して感温変形部１１Ｃの温度が上昇する。感温変形部１１Ｃの温度が、形状記憶合金の変態点を超えて変形温度になると、感温変形部１１Ｃが原形状に回復しようとして収縮変形する。これにより、形状記憶合金材１１の固定部１１Ａ，１１Ｂを介して、弾性変形板１２の天面側に感温変形部１１Ｃから圧縮方向の外力が作用し、弾性変形板１２が湾曲変形して、アクチュエータ１０は図２（Ｂ）に示す変形状態となる。そして、弾性変形板１２の長手方向の中心は、弾性変形板１２の底面法線方向に変位することになる。

すると、吸放熱板１３Ｃは、支柱部１３Ｂを介して弾性変形板１２の長手方向の中心に接続されているために、弾性変形板１２の長手方向の中心とともに弾性変形板１２の底面法線方向に変位する。したがって、定常状態から変形状態に移行することにより、吸放熱板１３Ｃと感温変形部１１Ｃとの間隔が狭まることになる。

この際、変形状態における弾性変形板１２の長手方向の中心における変位量が、定常状態における吸放熱板１３Ｃと弾性変形板１２との間隔よりも大きくなるようにしておければ、感温変形部１１Ｃが吸放熱板１３Ｃと接触する。吸放熱板１３Ｃは定常温度であるので、吸放熱板１３Ｃと感温変形部１１Ｃとが接触することにより、高温の感温変形部１１Ｃから低温の吸放熱板１３Ｃへの熱伝達が発生する。

吸放熱板１３Ｃは、感温変形部１１Ｃよりも体積が大きく、大きな熱容量を有している。また、吸放熱板１３Ｃと感温変形部１１Ｃとの間での熱伝達率は、外気と感温変形部１１Ｃとの間での熱伝導率よりも高く、吸放熱板１３Ｃは感温変形部１１Ｃよりも表面積が大きい。したがって、感温変形部１１Ｃが吸放熱板１３Ｃに接触する変形状態になると、感温変形部１１Ｃから吸放熱板１３Ｃへ伝達される熱量が極めて大きくなる。

したがって、図２（Ｂ）に示す変形状態のアクチュエータ１０に対して、スイッチ１９Ｂをオフして、形状記憶合金材１１への通電を停止すると、感温変形部１１Ｃが急速に冷却されて感温変形部１１Ｃの温度が低下する。形状記憶合金の温度が変態点を超えて低下して定常温度になると、感温変形部１１Ｃの原形状を回復しようとする弾性力が減り、弾性変形板１２から感温変形部１１Ｃに作用する引っ張りの外力によって、感温変形部１１Ｃが伸長変形する。また、弾性変形板１２の天面側に感温変形部１１Ｃから作用する圧縮方向の外力が減り、弾性変形板１２が湾曲変形した状態から平板状に回復しようとする。これにより、アクチュエータ１０は、再び、図２（Ａ）に示す定常状態となり、弾性変形板１２の長手方向の中心は、弾性変形板１２の天面法線方向に変位することになる。

したがって、このアクチュエータ１０においては、電源回路１８から感温変形部１１Ｃへの電流の印加状態をオンオフすることにより、弾性変形板１２の長手方向の中心を、弾性変形板１２の底面法線方向と天面法線方向とに切り替えて変位させることができる。

そして、変形状態では、感温変形部１１Ｃと吸放熱板１３Ｃとが接触して熱伝達が発生するので、アクチュエータ１０を変形状態から定常状態へと移行させるために要する時間が短縮され、変形状態を定常状態へと立ち下げる際の動作応答性が改善されることになる。即ち、ヒートシンク１３は、感温変形部１１Ｃとの接触によりアクチュエータの動作応答性を改善する機能を備えている。

その上、吸放熱板１３Ｃと感温変形部１１Ｃとの間隔が変化する際に、感温変形部１１Ｃの周辺雰囲気の気体が流動する。即ち、ヒートシンク１３は、感温変形部１１Ｃの周辺雰囲気の気体を流動させることにより、感温変形部１１Ｃや吸放熱板１３Ｃを冷却する空冷機能も備えている。このことによってもアクチュエータ１０が変形状態から定常状態へ立ち下がる際の動作応答性を改善することができる。

また、吸放熱板１３Ｃと感温変形部１１Ｃとが接触することによって、感温変形部１１Ｃが急冷されると、感温変形部１１Ｃの収縮変形と弾性変形板１２の湾曲変形とが進展することがなくなる。したがって、ヒートシンク１３は、アクチュエータ１０の変形量を制限するストッパー機能も備えている。

また、吸放熱板１３Ｃおよび弾性変形板１２が平板状であることにより、アクチュエータ１０を薄型に構成することができる。

また、感温変形部１１Ｃへ印加する電流のオンとオフとを周期的に切り替えることで、アクチュエータ１０を、定常状態と変形状態とが交互に繰り返すように振動させることもできる。

なお、感温変形部１１Ｃ自体への通電によって感温変形部１１Ｃを加熱する他、感温変形部１１Ｃとは別に加熱装置を設けて、感温変形部１１Ｃを加熱するようにしてもよい。また、感温変形部１１Ｃは、定常状態で弾性変形板１２の表面に接するように配置するほか、定常状態でも弾性変形板１２の表面に対して間隔を空けて対向するように配置してもよい。

さらには、弾性変形板１２に開口や溝を設けて、その内部に感温変形部１１Ｃを配置するようにしてもよい。その場合には、弾性変形板１２の中性面、即ち、弾性変形板１２の天面および底面と平行で、弾性変形板１２が屈曲する際に伸びも縮みも発生しない面よりも、吸放熱板１３Ｃ側に感温変形部１１Ｃを配置すると好適である。

これは、感温変形部１１Ｃが弾性変形板１２の中性面上に配置されてしまうと、感温変形部１１Ｃの伸びや縮みが発生しても、弾性変形板１２に屈曲変形が発生せず、アクチュエータとして駆動することが無くなってしまうためである。また、感温変形部１１Ｃが弾性変形板１２の中性面よりも吸放熱板１３Ｃから離して配置されてしまうと、弾性変形板１２に屈曲変形が発生しても、吸放熱板１３Ｃ側に凸に屈曲するようになり、吸放熱板１３Ｃが感温変形部１１Ｃに接触しなくなってしまうためである。

次に、本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータについて説明する。
第２の実施形態に係るアクチュエータは、定常状態と変形状態とが自動的に交互に繰り返して自励振するように、電源回路を構成している。

図３は、第２の実施形態に係るアクチュエータ２０を模式的に示す側面図であり、図３（Ａ）は、アクチュエータ２０の定常状態を示し、図３（Ｂ）はアクチュエータ２０の変形状態を示している。

アクチュエータ２０は、形状記憶合金材１１と弾性変形板１２とヒートシンク１３と電源回路２８とを備えている。形状記憶合金材１１と弾性変形板１２とヒートシンク１３とは、第１の実施形態と同様な構成である。電源回路２８は、直流電源２９Ａとスイッチ２９Ｂを備えている。直流電源２９Ａの陰極は、スイッチ２９Ｂおよび電極膜１５Ａを介して形状記憶合金材１１に接続している。直流電源２９Ａの陽極は、電極膜１５Ｂを介して形状記憶合金材１１に接続するだけでなく、ヒートシンク１３にも接続している。

このアクチュエータ２０は、図３（Ａ）に示す定常状態でスイッチ２９Ｂをオンしていると、直流電源２９Ａからの直流電流が形状記憶合金材１１の両端間を流れて、形状記憶合金材１１の温度が上昇する。そして、アクチュエータ２０は、形状記憶合金材１１の温度が変形温度まで上昇すると、自動的に、定常状態から変形状態に移行し、ヒートシンク１３が形状記憶合金材１１に接触する。

アクチュエータ２０は、図３（Ｂ）に示す変形状態でスイッチ２９Ｂをオンしていると、ヒートシンク１３が形状記憶合金材１１に接しているので、直流電源２９Ａからの直流電流が、ヒートシンク１３にも流れる。ヒートシンク１３は、線径の細い形状記憶合金材１１よりも低い抵抗値となるので、直流電源２９Ａからの直流電流は、形状記憶合金材１１よりもヒートシンク１３に多く流れる。したがって、変形状態であるアクチュエータ１０は、スイッチ２９Ｂをオンしたままであっても、形状記憶合金材１１での発熱量が低下する。すると、形状記憶合金材１１が、吸放熱板１３Ｃとの接触により冷却される。そして、アクチュエータ２０は、形状記憶合金材１１の温度が定常温度まで低下すると、自動的に、変形状態から定常状態に移行し、ヒートシンク１３が形状記憶合金材１１から離間する。

したがって、このアクチュエータ２０では、スイッチ２９Ｂをオンしたままであっても、定常状態と変形状態とが自動的に繰り返されて自励振することになる。また、このアクチュエータ２０では、形状記憶合金材１１と吸放熱板１３Ｃとの接触時に、形状記憶合金材１１に印加される電力が下がって形状記憶合金材１１の発熱と変形とが抑制されるので、アクチュエータ１０の変形を抑制するストッパー機能がより効果的に発現することになる。

なお、電源回路２９の構成は、ここで示した配線態様に限られず、例えば直流電源２９Ａの陽極と陰極とを入れ替えても、アクチュエータを自励振させることができる。

ここで、吸放熱板１３Ｃの板バネとしての共振周波数と、アクチュエータ２０の駆動振動周波数とが一致している場合に生じる、吸放熱板１３Ｃの振動態様を説明する。

図４は、アクチュエータ１０の吸放熱板１３Ｃに生じる板バネとしての振動態様を示す模式的な側面図である。

吸放熱板１３Ｃの板バネとしての共振周波数と、アクチュエータ１０の駆動振動周波数とが一致している場合、アクチュエータ１０には、前述の図２で示した弾性変形板１２の変形が繰り返される振動が生じるとともに、図４に示す吸放熱板１３Ｃの振動も生じる。

具体的には、吸放熱板１３Ｃは、支柱部１３Ｂとの接続点が、弾性変形板１２の天面法線方向に沿って上下動をするのに伴い、慣性力の作用で、両端部が扇ぐように屈曲振動する。このような吸放熱板１３Ｃの屈曲振動が発生すると、吸放熱板１３Ｃや感温変形部１１Ｃの周辺雰囲気で気体の流量が増加する。即ち、アクチュエータ１０において、吸放熱板１３Ｃの板バネとしての共振周波数と、アクチュエータ１０の駆動振動周波数とが一致している場合には、より強力なブロア機能と空冷効果とを得ることができ、アクチュエータ１０の変形状態から定常状態への立ち下がり動作の応答性がさらに改善されることになる。

次に、本発明の第３の実施形態に係るアクチュエータについて説明する。図５（Ａ）は本発明の第３の実施形態に係るアクチュエータ３０の斜視図である。

アクチュエータ３０は、形状記憶合金材３１と、弾性変形板３２と、ヒートシンク３３と、導電性接着材３４Ａ，３４Ｂと、を備えている。

弾性変形板３２は、第１の実施形態に係る弾性変形板１２と同様な構成であり、長手方向の両端近傍に電極膜３５Ａ，３５Ｂと、溝３６Ａ，３７Ａ，３６Ｂ，３７Ｂとが設けられている。電極膜３５Ａ，３５Ｂは、第１の実施形態に係る電極膜１５Ａ，１５Ｂと同様な構成である。溝３６Ａ，３７Ａ，３６Ｂ，３７Ｂは、第１の実施形態に係る溝１６Ａ，１７Ａ，１６Ｂ，１７Ｂと同様な構成である。

形状記憶合金材３１は、第１の実施形態に係る形状記憶合金材１１と同様な構成であり、固定部３１Ａ，３１Ｂと感温変形部３１Ｃとを備えている。固定部３１Ａ，３１Ｂは、第１の実施形態に係る固定部１１Ａ，１１Ｂと同様な構成である。感温変形部３１Ｃは、第１の実施形態に係る感温変形部１１Ｃと同様な構成である。

ヒートシンク３３は、台座部３３Ａと支柱部３３Ｂと吸放熱板３３Ｃとを備えている。台座部３３Ａは、第１の実施形態に係る台座部１３Ａと同様な構成である。支柱部３３Ｂは、第１の実施形態に係る支柱部１３Ｂと同様な構成である。

吸放熱板３３Ｃは、本実施形態に特徴的な構成のものであり、平面形状が長方形で長手方向が弾性変形板３２と一致する板状であって、弾性変形板３２側に凸になるように湾曲するＲを付けて形成されている。そして、吸放熱板３３Ｃは、弾性変形板３２の天面に対して間隔を空けた状態で支柱部３３Ｂに支持されており、弾性変形板３２の天面に配置されている感温変形部３１Ｃに対しても間隔を空けた状態で対向している。

図５（Ｂ）は、変形状態におけるアクチュエータ３０の模式的な側面図である。

アクチュエータ３０は、定常状態では第１の実施形態で示したアクチュエータ１０と同様に、形状記憶合金材３１への通電により形状記憶合金材３１が発熱して感温変形部３１Ｃが定常温度から変形温度になることで、感温変形部３１Ｃと吸放熱板３３Ｃとの間隔が狭まって、弾性変形板３２と吸放熱板３３Ｃとが接触する変形状態となる。

変形状態では、吸放熱板３３Ｃが弾性変形板３２側に凸に湾曲するＲを付けられているので、吸放熱板３３Ｃに接する感温変形部３１Ｃは、吸放熱板３３Ｃの底面形状に沿って変形する。

前述の第１の実施形態においては吸放熱板１３Ｃが平板状であったために、吸放熱板１３Ｃの長手方向の縁に感温変形部１１Ｃが接触して屈曲し、感温変形部１１Ｃに局所的にストレスが集中して損壊が生じる危険性があった。しかしながら、本実施形態に係るアクチュエータ３０においては、吸放熱板３３ＣのＲに対する接線方向に感温変形部３１Ｃが伸びるために、感温変形部３１Ｃが屈曲することがなく、感温変形部３１Ｃに局所的にストレスが集中して損壊が生じることを防ぐことができる。

次に、本発明の第４の実施形態に係るアクチュエータについて説明する。図６は本発明の第４の実施形態に係るアクチュエータ４０の斜視図である。

アクチュエータ４０は、形状記憶合金材４１と、弾性変形板４２と、ヒートシンク４３と、導電性接着材４４Ａ，４４Ｂと、を備えている。

弾性変形板４２は、第１の実施形態に係る弾性変形板１２と同様な構成であり、長手方向の両端近傍に電極膜４５Ａ，４５Ｂと、溝４６Ａ，４７Ａ，４６Ｂ，４７Ｂとが設けられている。電極膜４５Ａ，４５Ｂは、第１の実施形態に係る電極膜１５Ａ，１５Ｂと同様な構成である。溝４６Ａ，４７Ａ，４６Ｂ，４７Ｂは、第１の実施形態に係る溝１６Ａ，１７Ａ，１６Ｂ，１７Ｂと同様な構成である。

形状記憶合金材４１は、第１の実施形態に係る形状記憶合金材１１と同様な構成であり、固定部４１Ａ，４１Ｂと感温変形部４１Ｃとを備えている。固定部４１Ａ，４１Ｂは、第１の実施形態に係る固定部１１Ａ，１１Ｂと同様な構成である。感温変形部４１Ｃは、第１の実施形態に係る感温変形部１１Ｃと同様な構成である。

ヒートシンク４３は、台座部４３Ａと支柱部４３Ｂと吸放熱板４３Ｃとを備えている。台座部４３Ａは、第１の実施形態に係る台座部１３Ａと同様な構成である。支柱部４３Ｂは、第１の実施形態に係る支柱部１３Ｂと同様な構成である。

吸放熱板４３Ｃは、本実施形態に特徴的な構成のものであり、平面形状が長方形で長手方向が弾性変形板４２と一致する平板状であって、溝４３Ｄを備えている。溝４３Ｄは、吸放熱板４３Ｃの底面に設けられており、吸放熱板４３Ｃの長手方向に伸びて感温変形部４１Ｃと対向しており、アクチュエータ４０が変形状態となる際に感温変形部４１Ｃが嵌り込み、溝４３Ｄの内表面に、感温変形部４１Ｃの表面が面接触するように形成されている。

本実施形態においては、溝４３Ｄが設けられているので、アクチュエータ４０が変形状態である場合に、感温変形部４１Ｃと吸放熱板４３Ｃとの接触面積が大きくなり、このことによって、アクチュエータ４０の変形状態から定常状態への立ち下がり動作の応答性がさらに改善されることになる。

なお、本実施形態のアクチュエータ４０においても吸放熱板４３Ｃの底面が感温変形部４１Ｃ側に凸となるように吸放熱板４３Ｃを湾曲させていてもよい。

次に、形状記憶合金材の他の固定態様について説明する。

図７（Ａ）は、形状記憶合金材５１を弾性変形板５２に固定具５３を用いて固定する例を示す斜視図である。

固定具５３は、カシメ部５４とクリップ部５５とを備えている。クリップ部５５は、平板を折り曲げて両端を対向させ、両端間の間隔が弾性変形板５２の厚みよりも狭くなるように設定された形状であり、弾性変形板５２を狭持するようにして弾性変形板５２に取り付けられる。カシメ部５４は、クリップ部５５の一端から屈曲するように延伸して設けられた部分を折り返し、クリップ部５５との間に形状記憶合金材５１を挟んだ状態で、形状記憶合金材５１を狭持するように一部を変形させた構成である。

このように固定具５３を用いて形状記憶合金材５１を弾性変形板５２に固定してもよい。この場合には、固定具５３を、形状記憶合金材５１への通電に用いる端子部材として利用してもよい。

図７（Ｂ）は、形状記憶合金材６１を弾性変形板６２に固定具６３を用いて固定する例を示す斜視図である。

固定具６３は、カシメ部６４とクリップ部６５とを備えている。クリップ部６５は、平板を折り曲げて両端を対向させ、両端間の間隔が弾性変形板６２の厚みよりも狭くなるように設定された形状であり、弾性変形板６２を狭持するようにして弾性変形板６２に取り付けられる。カシメ部６４は、クリップ部６５の表面から立ち上がるように設けた筒状の部位を、形状記憶合金材６１の延伸方向に折り曲げた形状であり、筒内部に形状記憶合金材６１を挿入した状態で、形状記憶合金材６１を狭持するように筒を押し潰して変形させた構成である。

このように固定具６３を用いて形状記憶合金材６１を弾性変形板６２に固定してもよい。この場合にも、固定具６３を、形状記憶合金材６１への通電に用いる端子部材として利用してもよい。

図８は、形状記憶合金材７１を弾性変形板７２にリベット７３を用いて固定する例を示す斜視図である。図８（Ａ）は、リベット７３を取り付ける直前の状態を示しており、図８（Ｂ）は、リベット７３を取り付けた状態を示している。

弾性変形板７２は、リベット７３を取り付けるための開口部７２Ａを有している。開口部７２Ａの径は、リベット７３の軸径よりも若干大きく、また、開口部７２Ａとリベット７３の径寸法の差は、形状記憶合金材７１の線径よりも小さく設定されている。

形状記憶合金材７１の端部が、弾性変形板７２の開口部７２Ａに挿入されている状態で、リベット７３は開口部７２Ａに打ち込まれ、リベット７３の頭部のみが開口部７２Ａから露出する状態とされる。これにより、開口部７２Ａの壁面とリベット７３との間に、形状記憶合金材７１が挟持される。

このようにリベット７３を用いて形状記憶合金材７１を弾性変形板７２に固定してもよい。この場合にも、リベット７３を、形状記憶合金材７１への通電に用いる端子部材として利用してもよい。

これらの固定態様では、形状記憶合金材を弾性変形板に巻回するような作業が不要となるので、形状記憶合金材の取り付け作業が容易となる。

次に、本発明の第５の実施形態に係るアクチュエータについて説明する。
図９（Ａ）は、第５の実施形態に係るアクチュエータ８０の斜視図である。

アクチュエータ８０は、形状記憶合金材８１と、弾性変形板８２と、ヒートシンク８３と、を備えている。弾性変形板８２は、ガラスエポキシ基板からなり平面形状が長方形の平板状であり、弾性変形部に相当する。

ヒートシンク８３は、第１の実施形態に係るヒートシンク１３と同様な構成であり、台座部８３Ａと支柱部８３Ｂと吸放熱板８３Ｃとを備えている。台座部８３Ａは、第１の実施形態に係る台座部１３Ａと同様な構成である。支柱部８３Ｂは、第１の実施形態に係る支柱部１３Ｂと同様な構成である。吸放熱板８３Ｃは、第１の実施形態に係る吸放熱板１３Ｃと同様な構成である。

形状記憶合金材８１は、本実施形態に特徴的な構成のものであり、厚みが一様で、長手方向の中央が括れた平板からなる。図９（Ｂ）は、形状記憶合金材８１の平面図である。形状記憶合金材８１は、長手方向の両端それぞれの領域に、短手方向の寸法が幅広な固定部８１Ａ，８１Ｂを備えている。また、長手方向の両端間の括れた領域に、短手方向の寸法が幅狭な感温変形部８１Ｃを備えている。図９（Ｃ）は、アクチュエータ８０における固定部８１Ａの近傍を拡大表示した斜視図である。固定部８１Ａ，８１Ｂは、接着層８４を介して弾性変形板８２に接着されている。接着層８４は、低温硬化型の接着剤等からなる。一方、感温変形部８１Ｃは、弾性変形板８２に対して接着されておらず、弾性変形板８２から離間可能に構成されている。

このような構成の形状記憶合金材８１を用いれば、形状記憶合金材８１を弾性変形板８２に固定するために、他の固定具が不要となり、取り付け作業が容易となる。また、この場合には、形状記憶合金材８１の固定部８１Ａ，８１Ｂを、形状記憶合金材８１への通電に用いる端子として利用してもよい。

このアクチュエータ８０においては、第１の実施形態で示した形状記憶合金材１１よりも形状記憶合金材８１の表面積が大きいので、形状記憶合金材８１から吸放熱板８３Ｃへの熱伝達が速くなり、アクチュエータ８０が変形状態から定常状態へ移行する立ち下がり動作がさらに速やかなものになる。また、感温変形部８１Ｃの幅を調整することにより抵抗値を変えることができ、定常状態から変形状態への立ち上がり動作の速度を調整することが容易となる。

図１０は、形状記憶合金材９１を弾性変形板９２に固定する他の構成例を示す斜視図である。

形状記憶合金材９１は、長手方向の両端それぞれの領域に、短手方向の寸法が幅広な固定部９１Ａ，９１Ｂを備えている。また、長手方向の両端間の括れた領域に、短手方向の寸法が幅狭な感温変形部９１Ｃを備えている。

固定部９１Ａ，９１Ｂは、形状記憶合金材９１の長手方向の先端を折り曲げて基端側に対向させ、両端間の間隔が弾性変形板９２の厚みよりも狭くなるように設定された形状であり、弾性変形板９２を狭持するようにして弾性変形板９２に取り付けられる。この場合には、形状記憶合金材９１と弾性変形板９２との接続面積が大きくなり、形状記憶合金材９１の接続保持力が大きくなる。

このように形状記憶合金材９１を弾性変形板９２に固定してもよい。この場合にも、形状記憶合金材９１を通電に用いる端子として利用してもよい。

１０，２０，３０，４０，８０…アクチュエータ
１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１…形状記憶合金材
１１Ａ，１１Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ，３１Ａ，３１Ｂ，４１Ａ，４１Ｂ，８１Ａ，８１Ｂ，９１Ａ，９１Ｂ…固定部
１１Ｃ，２１Ｃ，３１Ｃ，４１Ｃ，８１Ｃ，９１Ｃ…感温変形部
１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２，８２，９２…弾性変形板
１３，２３，３３，４３，８３…ヒートシンク
１３Ａ，２３Ａ，３３Ａ，４３Ａ，８３Ａ…台座部
１３Ｂ，２３Ｂ，３３Ｂ，４３Ｂ，８３Ｂ…支柱部
１３Ｃ，２３Ｃ，３３Ｃ，４３Ｃ，８３Ｃ…吸放熱板
１４Ａ，１４Ｂ，２４Ａ，２４Ｂ，３４Ａ，３４Ｂ…導電性接着材
１５Ａ，１５Ｂ，２５Ａ，２５Ｂ，３５Ａ，３５Ｂ…電極膜
１６Ａ，１７Ａ，１６Ｂ，１７Ｂ，２６Ａ，２７Ａ，２６Ｂ，２７Ｂ，３３Ｄ，３６Ａ，３７Ａ，３６Ｂ，３７Ｂ…溝
１８，２８…電源回路
１９Ａ，２９Ａ…直流電源
１９Ｂ，２９Ｂ…スイッチ
８４…接着層
５３，６３…固定具
５４，６４…カシメ部
５５，６５…クリップ部
７２Ａ…開口部
７３…リベット

Claims (9)

1. 温度変化に伴って変形する感温変形部と、
   前記感温変形部を定常温度から変形温度に変化させて前記感温変形部を変形させる温度制御部と、
   前記感温変形部の変形に伴って弾性変形する弾性変形部と、
   前記感温変形部と周辺雰囲気との間での熱伝達を媒介する吸放熱部と、を備え、
   前記吸放熱部は、前記弾性変形部の弾性変形に伴って変位して前記感温変形部との接触状態が変化し、前記感温変形部が定常温度である場合に比べて、前記感温変形部が変形温度である場合に、前記感温変形部との接触面積がより大きい、
   アクチュエータ。
2. 前記吸放熱部は、定常温度では前記感温変形部から離れており、変形温度では前記感温変形部に接している、
   請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記感温変形部は、形状記憶合金からなり、前記定常温度は、前記形状記憶合金の変態点よりも低温であり、前記変形温度は前記形状記憶合金の変態点よりも高温である、
   請求項１または２に記載のアクチュエータ。
4. 前記温度制御部は、前記感温変形部の両端間に直流電流を印加することにより、前記感温変形部を定常温度から変形温度に変化させる、
   請求項１〜３のいずれかに記載のアクチュエータ。
5. 前記吸放熱部が前記感温変形部に接触することで、前記感温変形部の両端間に印加する直流電流が短絡され、前記感温変形部が変形温度から定常温度に変化する、
   請求項１〜４のいずれかに記載のアクチュエータ。
6. 前記弾性変形部は、前記感温変形部が両端間に接続され、
   前記吸放熱部は、
   前記弾性変形部の中央近傍に連結されている支柱部と、
   前記弾性変形部に対して間隔を空けて前記支柱部に支持されており前記弾性変形部の前記感温変形部側に平行する吸放熱板と、を備える、
   請求項１〜５のいずれかに記載のアクチュエータ。
7. 前記温度制御部は、周期的に前記感温変形部を定常温度から変形温度に変化させて、前記弾性変形部を屈曲振動させ、
   前記吸放熱板は、前記弾性変形部が屈曲振動する周波数と一致する、屈曲振動の共振周波数を有する、
   請求項６に記載のアクチュエータ。
8. 前記吸放熱板は、感温変形部側に凸に湾曲している、
   請求項６または７に記載のアクチュエータ。
9. 前記吸放熱板は、前記感温変形部の外形状と一致する内形状の溝を備える
   請求項６〜８のいずれかに記載のアクチュエータ。

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