JP2018050445A - アクチュエータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータ部材に自然変形が生じる状況下において被作動部の作動を安定化させることの可能なアクチュエータ装置を提供する。
【解決手段】このアクチュエータ装置１０は、アクチュエータ部材２１，２２と、被作動部３０と、加熱部と、張力付与装置５０とを備える。アクチュエータ部材２１，２２は、加熱部からの熱エネルギの付与に応じて変形する。被作動部３０は、アクチュエータ部材２１，２２に連結されている。張力付与装置５０は、自然変形によるアクチュエータ部材２１，２２の伸長による張力変化を矯正することのできる張力をアクチュエータ部材２１，２２に付与する。
【選択図】図１

Description

本開示は、電気的、光子的、化学的、熱的、吸収、もしくは他の手段による外部からのエネルギ入力に応じて変形するアクチュエータ部材を動力源として用いるアクチュエータ装置に関する。

従来、この種のアクチュエータ部材としては、特許文献１に記載のアクチュエータ部材が知られている。特許文献１に記載のアクチュエータ部材は、ポリマ繊維からなり、電気加熱や白色加熱に基づく温度変化によりねじり変形又は伸張変形する特性を有している。

特開２０１６−４２７８３号公報

特許文献１に記載のアクチュエータ部材を一旦加熱した後に自然冷却させた場合、このアクチュエータ部材は加熱時の変形方向とは逆方向に変形する。したがって、特許文献１に記載のアクチュエータ部材に被作動部を連結した上でアクチュエータ部材を加熱及び冷却すれば、被作動部を往復動作せることが可能となる。

一方、特許文献１に記載されるようなポリマ繊維からなるアクチュエータ部材では、周囲環境の水分や油分を吸収して膨潤することにより、ねじり特性や伸張特性等の変形特性に変化が生じ得る。また、アクチュエータ部材に一定の荷重が付与され続けられることでアクチュエータ部材が変形する、いわゆるクリープ変形がアクチュエータ部材に生じた場合にも、同様にアクチュエータ部材の変形特性に変化が生じ得る。膨潤やクリープ変形、熱膨張、熱収縮によりアクチュエータ部材が変形すると、アクチュエータ部材に連結された被作動部の作動にも変化が生じるため、結果的に被作動部の作動を不安定化させるおそれがある。

なお、このような課題は、ポリマ繊維からなるアクチュエータ部材に限らず、膨潤やクリープ変形、熱膨張、熱収縮等の自然変形により変形特性に変化が生じ得るアクチュエータ部材を動力源として用いるアクチュエータ装置に共通する課題である。

本開示は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、アクチュエータ部材に自然変形が生じる状況下において被作動部の作動を安定化させることの可能なアクチュエータ装置を提供することにある。

上記課題を解決するアクチュエータ装置（１０）は、アクチュエータ部材（２１，２２）と、被作動部（３０）と、駆動部（６１，６２）と、張力付与部（２３，５０，６３，８０）とを備える。アクチュエータ部材は、外部からのエネルギの付与に応じて変形する。被作動部は、アクチュエータ部材に連結されている。駆動部は、アクチュエータ部材にエネルギを付与することにより被作動部をアクチュエータ部材の変形方向に変位させる。張力付与部は、自然変形によるアクチュエータ部材の伸長及び収縮の少なくとも一方に基づく張力変化を矯正することのできる張力をアクチュエータ部材に付与する。

この構成によれば、自然変形によりアクチュエータ部材が伸長及び収縮の少なくとも一方を行うような状況下でも、張力付与部からアクチュエータ部材に付与される張力によりアクチュエータ部材の張力変化が矯正される。これにより、自然変形によるアクチュエータ部材の伸長及び収縮の少なくとも一方が被作動部の作動に及ぼす影響を緩和することができるため、被作動部の作動を安定化させることができる。

なお、上記手段、及び特許請求の範囲に記載の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

本開示によれば、アクチュエータ部材に自然変形が生じる状況下において被作動部の作動を安定化させることの可能なアクチュエータ装置を提供できる。

図１は、第１実施形態のアクチュエータ装置の構造を模式的に示す図である。 図２は、第１実施形態のアクチュエータ装置の電気的な構成を示すブロック図である。 図３は、第１実施形態のアクチュエータ装置の動作例を模式的に示す図である。 図４は、第２実施形態のアクチュエータ装置の構造を模式的に示す図である。 図５は、第２実施形態のアクチュエータ装置における矯正用アクチュエータ部材の一例を拡大して示す拡大図である。 図６は、第２実施形態のアクチュエータ装置の電気的な構成を示すブロック図である。 図７は、第２実施形態の変形例のアクチュエータ装置における矯正用アクチュエータ部材を拡大して示す拡大図である。 図８は、第３実施形態のアクチュエータ装置の構造を模式的に示す図である。 図９は、第３実施形態の第１変形例のアクチュエータ装置の構造を模式的に示す図である。 図１０は、第３実施形態の第２変形例のアクチュエータ装置の構造を模式的に示す図である。 図１１は、第４実施形態のアクチュエータ装置の構造を模式的に示す図である。 図１２は、第４実施形態の変形例のアクチュエータ装置の構造を模式的に示す図である。 図１３は、第４実施形態のアクチュエータ装置における第１アクチュエータ部材の中心軸ｍ１とコイルばねの中心軸ｍ１０，ｍ１１との関係を模式的に示す図である。 図１４は、第４実施形態のアクチュエータ装置における第１アクチュエータ部材の中心軸ｍ１とコイルばねの中心軸ｍ１０〜ｍ１２との関係を模式的に示す図である。 図１５は、他の実施形態のアクチュエータ装置の構造を模式的に示す図である。

＜第１実施形態＞
以下、アクチュエータ装置の第１実施形態について図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１に示されるように、本実施形態のアクチュエータ装置１０は、第１アクチュエータ部材２１と、第２アクチュエータ部材２２と、被作動部３０と、固定部材４０と、張力付与装置５０とを備えている。

第１アクチュエータ部材２１及び第２アクチュエータ部材２２は、被作動部３０を挟んで直列に配置されている。各アクチュエータ部材２１，２２は、軸線ｍ１に沿って配置されたワイヤ状の部材からなる。各アクチュエータ部材２１，２２は、ポリアミド等のポリマ繊維により形成されている。各アクチュエータ部材２１，２２の表面には、銀等の金属めっきが形成されている。各アクチュエータ部材２１，２２の表面に形成された金属めっきに電流を流すことにより、各アクチュエータ部材２１，２２を加熱することが可能となっている。各アクチュエータ部材２１，２２は、加熱という熱エネルギの供給に基づいて、軸線ｍ１を中心としてねじり変形する特性を有している。

具体的には、図中に二点鎖線で示されるように、第１アクチュエータ部材２１の構成分子であるポリアミド分子の配向方向は、軸線ｍ１に対して所定角度で傾斜するかたちで軸線ｍ１を中心に螺旋状をなしている。これにより、第１アクチュエータ部材２１は、加熱による熱エネルギの付与に基づき軸線ｍ１を中心とする第１方向Ｒ１１にねじり変形するとともに、自然冷却等により冷却されることで第１方向Ｒ１１とは逆の方向にねじり変形する特性を有している。すなわち、第１アクチュエータ部材２１の変形方向は第１方向Ｒ１１である。

一方、第２アクチュエータ部材２２の構成分子であるポリアミド分子の配向方向は、軸線ｍ１に対して第１アクチュエータ部材２１の構成分子の配向方向とは逆方向に所定角度で傾斜するかたちで軸線ｍ１を中心に螺旋状をなしている。これにより、第２アクチュエータ部材２２は、加熱による熱エネルギの付与に基づき第１方向Ｒ１１とは逆の第２方向Ｒ１２にねじり変形するとともに、自然冷却等により冷却されることで第２方向Ｒ１２とは逆の方向にねじり変形する特性を有している。すなわち、第２アクチュエータ部材２２の変形方向は第２方向Ｒ１２である。なお、第２アクチュエータ部材２２の断面形状や長さは、第１アクチュエータ部材２１の断面形状や長さと同一である。

なお、以降の図では、特に言及が無い限りアクチュエータ部材の配向方向の図示を割愛する。

被作動部３０は、第１アクチュエータ部材２１の一端部２１ａに連結されている。よって、加熱により第１アクチュエータ部材２１が第１方向Ｒ１１にねじり変形すると、被作動部３０には第１方向Ｒ１１の回転力が付与されるため、被作動部３０が第１方向Ｒ１１に回転変位する。

また、被作動部３０は、第２アクチュエータ部材２２の一端部２２ａにも連結されている。よって、加熱により第２アクチュエータ部材２２が第２方向Ｒ１２にねじり変形すると、被作動部３０には第２方向Ｒ１２の回転力が付与されるため、被作動部３０が第２方向Ｒ１２に回転変位する。

被作動部３０には、センサ装置３１が固定して設けられている。センサ装置３１は、所要の物理量を検出する装置や撮像装置等である。センサ装置３１は、被作動部３０と一体となって第１方向Ｒ１１及び第２方向Ｒ１２に回転変位する。なお、被作動部３０は、図示しない支持機構により軸線ｍ１を中心に回転可能に支持されている。

固定部材４０は、アクチュエータ装置１０の筐体等である。固定部材４０には、第２アクチュエータ部材２２における被作動部３０に連結されている端部２２ａとは反対側の端部２２ｂが固定して取り付けられている。固定部材４０は、第２アクチュエータ部材２２を保持している。

張力付与装置５０は、通電に基づき各アクチュエータ部材２１，２２に張力を付与する装置である。張力付与装置５０は、可動部５１を有している。可動部５１には、第１アクチュエータ部材２１における被作動部３０に連結されている端部２１ａとは反対側の端部２１ｂが連結されている。張力付与装置５０は、通電に基づき可動部５１を矢印Ａ１で示される方向に変位させる。矢印Ａ１で示される方向は、軸線ｍ１に平行な方向であって、且つ被作動部３０から離間する方向である。この可動部５１の変位により、各アクチュエータ部材２１，２２に矢印Ａ１で示される方向の張力が付与される。また、張力付与装置５０への通電量を調整することにより、各アクチュエータ部材２１，２２に付与される張力を調整することが可能となっている。このように、張力付与装置５０は、各アクチュエータ部材２１，２２に付与される張力を電気的に制御可能である。このような張力付与装置５０としては、例えば電磁力により可動部５１を変位させる電磁アクチュエータ装置や、ロータの回転力を利用して可動部５１を変位させるモータ装置を用いることができる。

なお、張力付与装置５０は、第１アクチュエータ部材２１を保持している。張力付与装置５０及び固定部材４０は、各アクチュエータ部材２１，２２を介して被作動部３０を保持する機能も有している。

次に、アクチュエータ装置１０の電気的な構成について説明する。
図２に示されるように、アクチュエータ装置１０は、第１加熱部６１と、第２加熱部６２と、制御部７０とを更に備えている。

第１加熱部６１は、第１アクチュエータ部材２１の金属めっきに電流を流すことにより、第１アクチュエータ部材２１をジュール熱で加熱する。これにより、第１アクチュエータ部材２１が第１方向Ｒ１１にねじり変形することで、被作動部３０が第１方向Ｒ１１に回転変位する。このように、本実施形態の第１加熱部６１は、第１アクチュエータ部材２１にエネルギを付与することにより被作動部３０を第１アクチュエータ部材２１の変形方向に変位させる駆動部として機能している。

第２加熱部６２は、第２アクチュエータ部材２２の金属めっきに電流を流すことにより、第２アクチュエータ部材２２をジュール熱で加熱する。これにより、第２アクチュエータ部材２２が第２方向Ｒ１２にねじり変形することで、被作動部３０が第２方向Ｒ１２に回転変位する。このように、本実施形態の第２加熱部６２は、第２アクチュエータ部材２２にエネルギを付与することにより被作動部３０を第２アクチュエータ部材２２の変形方向に変位させる駆動部として機能している。

制御部７０は、第１加熱部６１及び第２加熱部６２を介して第１アクチュエータ部材２１及び第２アクチュエータ部材２２をそれぞれ加熱することにより被作動部３０の第１方向Ｒ１１及び第２方向Ｒ１２の姿勢を変化させる姿勢制御を実行する部分である。制御部７０は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するマイクロコンピュータを中心に構成されている。ＣＰＵは、被作動部３０の姿勢制御に関する演算処理を実行する。ＲＯＭには、姿勢制御に必要なプログラムやデータ等が記憶されている。ＲＡＭには、ＣＰＵの演算結果等が一時的に記憶される。

具体的には、制御部７０は、被作動部３０の姿勢を第１方向Ｒ１１に変位させる場合には、第１加熱部６１を介して第１アクチュエータ部材２１を加熱する。制御部７０は、被作動部３０の姿勢を第２方向Ｒ１２に変位させる場合には、第２加熱部６２を介して第２アクチュエータ部材２２を加熱する。

また、制御部７０は、張力付与装置５０を制御することにより、各アクチュエータ部材２１，２２に張力を付与する。具体的には、制御部７０は、被作動部３０の姿勢制御の開始時に、すなわち被作動部３０の作動開始時に張力付与装置５０への通電を行う。これにより、張力付与装置５０が駆動し、各アクチュエータ部材２１，２２に所定の張力が付与される。なお、制御部７０は、被作動部３０の姿勢制御の開始時の直前に、すなわち被作動部３０の作動開始時の直前に張力付与装置５０を駆動させることにより、各アクチュエータ部材２１，２２に所定の張力を付与してもよい。制御部７０は、被作動部３０の姿勢制御を実行している期間、張力付与装置５０への通電を維持することにより、各アクチュエータ部材２１，２２に所定の張力が付与されている状態を維持する。

さらに、制御部７０は、被作動部３０の姿勢制御の終了時に、すなわち被作動部３０の作動終了時に、張力付与装置５０への通電を停止することにより、各アクチュエータ部材２１，２２に付与されている張力を解除する。

次に、本実施形態のアクチュエータ装置１０の動作例について説明する。
各アクチュエータ部材２１，２２に膨潤やクリープ変形、熱膨張等の自然変形が生じる状況下では、各アクチュエータ部材２１，２２が図１に示される軸線ｍ１に沿った方向Ｂに伸長すると、図３に示されるように各アクチュエータ部材２１，２２に撓みが生じる可能性がある。以下、矢印Ｂで示される方向を、自然変形に基づく各アクチュエータ部材２１，２２の伸長方向とも称する。自然変形により各アクチュエータ部材２１，２２が伸長すると、各アクチュエータ部材２１，２２のねじり変形に基づく回転力が被作動部３０に適切に付与され難くなる。これが、被作動部３０の作動を不安定化させる要因となる。

この点、本実施形態のアクチュエータ装置１０では、自然変形により各アクチュエータ部材２１，２２が軸線ｍ１に沿った方向に伸長した場合でも、被作動部３０の姿勢制御の開始時、又はその直前に、張力付与装置５０から第１アクチュエータ部材２１及び第２アクチュエータ部材２２に矢印Ａ１で示される方向の張力が付与される。この張力により、自然変形による第１アクチュエータ部材２１及び第２アクチュエータ部材２２の伸長に基づく張力変化が矯正されるため、第１アクチュエータ部材２１及び第２アクチュエータ部材２２の伸長状態を、図１に示されるような状態に戻すことができる。これにより、各アクチュエータ部材２１，２２のねじり変形に基づく回転力が被作動部３０に適切に付与されるようになるため、被作動部３０を適切に作動させ易くなる。

以上説明した本実施形態のアクチュエータ装置１０によれば、以下の（１）〜（３）に示される作用及び効果を得ることができる。

（１）自然変形により各アクチュエータ部材２１，２２が軸線ｍ１に沿った方向に伸長するような状況下でも、張力付与装置５０から各アクチュエータ部材２１，２２に付与される張力により、各アクチュエータ部材２１，２２の伸長に基づく張力変化が矯正される。これにより、自然変形による各アクチュエータ部材２１，２２の伸長が被作動部３０の作動に及ぼす影響を緩和することができるため、被作動部３０の作動を安定化させることができる。

（２）張力付与装置５０は、被作動部３０の作動開始時、又はその直前に各アクチュエータ部材２１，２２に張力を付与する。また、張力付与装置５０は、被作動部３０の作動停止時、又はその直後に各アクチュエータ部材２１，２２に付与されている張力を解除する。これにより、被作動部３０が作動している期間以外の期間では各アクチュエータ部材２１，２２に付与される応力が緩和されるため、各アクチュエータ部材２１，２２の経時劣化を抑制することができる。

（３）各アクチュエータ部材２１，２２に付与される張力を電気的に制御可能な張力付与部として、張力付与装置５０を用いることとした。これにより、張力付与装置５０の通電量や通電タイミングを制御することにより、各アクチュエータ部材２１，２２に付与される張力の大きさや張力の付与タイミングを任意に調整することができる。

＜第２実施形態＞
次に、アクチュエータ装置１０の第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

図４に示されるように、本実施形態のアクチュエータ装置１０は、張力付与装置５０に代えて、矯正用アクチュエータ部材２３を備えている。矯正用アクチュエータ部材２３は、軸線ｍ１に沿って配置されるワイヤ状の部材からなる。矯正用アクチュエータ部材２３の一端部２３ａは、第１アクチュエータ部材２１の端部２１ｂに連結されている。矯正用アクチュエータ部材２３の他端部２３ｂは、筐体等の固定部材４１に固定して取り付けられている。固定部材４１は、矯正用アクチュエータ部材２３を保持している。また、固定部材４０，４１は、各アクチュエータ部材２１，２２及び矯正用アクチュエータ部材２３を介して被作動部３０を保持する機能も有している。

矯正用アクチュエータ部材２３は、ポリアミド等のポリマ繊維の束により形成されている。矯正用アクチュエータ部材２３は、第１アクチュエータ部材２１と一体形成されている。なお、矯正用アクチュエータ部材２３は、第１アクチュエータ部材２１と別体からなるものであってもよい。この場合、矯正用アクチュエータ部材２３は、接着等により第１アクチュエータ部材２１に接合される。

矯正用アクチュエータ部材２３の表面には、銀等の金属めっきが形成されている。矯正用アクチュエータ部材２３の金属めっきと第１アクチュエータ部材２１の金属めっきとは電気的に絶縁されており、矯正用アクチュエータ部材２３の金属めっき及び第１アクチュエータ部材２１の金属めっきのいずれか一方に電流を流すことが可能となっている。矯正用アクチュエータ部材２３の表面に形成された金属めっきに電流を流すことにより、矯正用アクチュエータ部材２３が加熱される。矯正用アクチュエータ部材２３は、加熱という熱エネルギの付与に基づいて軸線ｍ１に沿った方向Ｂに収縮する特性を有している。

具体的には、図５に示されるように、矯正用アクチュエータ部材２３は、構成分子の配列方向が螺旋状をなすポリマ繊維を軸線ｍ１を中心に螺旋状に配置した構造を有している。この矯正用アクチュエータ部材２３を構成するポリマ繊維は、加熱により収縮する特性を有している。このポリマ繊維の収縮により、矯正用アクチュエータ部材２３全体としては、軸線ｍ１に沿った方向Ｂに収縮する。この矯正用アクチュエータ部材２３の軸線ｍ１に沿った方向Ｂへの収縮により、各アクチュエータ部材２１，２２に矢印Ａ１で示される方向の張力が付与される。また、矯正用アクチュエータ部材２３の加熱量を調整することにより、矯正用アクチュエータ部材２３の収縮量を調整することができるため、結果的に各アクチュエータ部材２１，２２に付与される張力を調整することができる。

次に、本実施形態のアクチュエータ装置１０の電気的な構成について説明する。
図６に示されるように、アクチュエータ装置１０は、第３加熱部６３を更に備えている。第３加熱部６３は、矯正用アクチュエータ部材２３の金属めっきに電流を流すことにより、矯正用アクチュエータ部材２３をジュール熱で加熱する。これにより、矯正用アクチュエータ部材２３が収縮することで、各アクチュエータ部材２１，２２に張力が付与される。このように、本実施形態の第３加熱部６３は、矯正用アクチュエータ部材２３にエネルギを付与する矯正用駆動部として機能する。

制御部７０は、第３加熱部６３を介して矯正用アクチュエータ部材２３を収縮させることにより、各アクチュエータ部材２１，２２に張力を付与する。具体的には、制御部７０は、被作動部３０の姿勢制御の開始時に、すなわち被作動部３０の作動開始時に矯正用アクチュエータ部材２３の加熱を行うことにより、各アクチュエータ部材２１，２２に張力を付与する。なお、制御部７０は、被作動部３０の姿勢制御の開始時の直前に、すなわち被作動部３０の作動開始時の直前に矯正用アクチュエータ部材２３を加熱することにより、各アクチュエータ部材２１，２２に所定の張力を付与してもよい。制御部７０は、被作動部３０の姿勢制御を実行している期間、矯正用アクチュエータ部材２３の加熱を維持することにより、各アクチュエータ部材２１，２２に所定の張力が付与されている状態を維持する。

さらに、制御部７０は、被作動部３０の姿勢制御の終了時に、すなわち被作動部３０の作動終了時に、矯正用アクチュエータ部材２３の加熱を停止することにより、各アクチュエータ部材２１，２２に付与されている張力を解除する。

以上説明した本実施形態のアクチュエータ装置１０によれば、第１実施形態による上記の（１）及び（２）と同一又は類似の作用及び効果を得ることができるとともに、以下の（４）に示される作用及び効果を得ることができる。

（４）各アクチュエータ部材２１，２２に付与される張力を電気的に制御可能な張力付与部として、矯正用アクチュエータ部材２３及び第３加熱部６３を用いることとした。これにより、矯正用アクチュエータ部材２３の加熱量や加熱タイミングを制御することにより、各アクチュエータ部材２１，２２に付与される張力の大きさや張力の付与タイミングを任意に調整することができる。

（変形例）
次に、第２実施形態のアクチュエータ装置１０の変形例について説明する。以下、第２実施形態のアクチュエータ装置１０との相違点を中心に説明する。

本変形例のアクチュエータ装置１０では、矯正用アクチュエータ部材２３が、図７に示されるような構造を有している。すなわち、矯正用アクチュエータ部材２３は、軸線ｍ１に沿って配置されている。図中に二点鎖線で示されるように、矯正用アクチュエータ部材２３の構成分子であるポリアミド分子の配向方向は、軸線ｍ１を中心に螺旋状をなしている。軸線ｍ１に対する矯正用アクチュエータ部材２３の配向方向の螺旋角度は、軸線ｍ１に対する第１アクチュエータ部材２１の配向方向の螺旋角度よりも大きくなっている。これにより、矯正用アクチュエータ部材２３を構成するポリマ繊維が加熱により収縮すると、矯正用アクチュエータ部材２３全体として軸線ｍ１に沿った方向に収縮する。この矯正用アクチュエータ部材２３の軸線ｍ１に沿った方向への収縮により、各アクチュエータ部材２１，２２に矢印Ａ１で示される方向の張力を付与することができる。

このような矯正用アクチュエータ部材２３であっても、第２実施形態による上記の（１）、（２）、及び（４）と同一又は類似の作用及び効果を得ることができる。

＜第３実施形態＞
次に、アクチュエータ装置１０の第３実施形態について説明する。以下、第１実施形態のアクチュエータ装置１０との相違点を中心に説明する。

図８に示されるように、本実施形態のアクチュエータ装置１０は、張力付与装置５０に代えて、弾性部材８０を有している。弾性部材８０は、第１アクチュエータ部材２１と、筐体等の固定部材４１との間に、第１アクチュエータ部材２１及び固定部材４１に直列に配置されている。弾性部材８０は、各アクチュエータ部材２１，２２の弾性率よりも小さい弾性率を有するコイルばねにより構成されている。弾性部材８０の一端部８０ａは、第１アクチュエータ部材２１の端部２１ｂに連結されている。弾性部材８０の他端部８０ｂは、筐体等の固定部材４１に固定されている。

弾性部材８０は、自然変形に基づく各アクチュエータ部材２１，２２の伸長方向Ｂに予めの張力を各アクチュエータ部材２１，２２に付与している。具体的には、弾性部材８０は、第１アクチュエータ部材２１の端部２１ｂに矢印Ａ１で示される方向の付勢力を付与している。この付勢力により、各アクチュエータ部材２１，２２には矢印Ｂで示される方向の張力が付与されている。弾性部材８０から各アクチュエータ部材２１，２２に付与される張力は、自然変形に基づく各アクチュエータ部材２１，２２の伸長量よりも大きく各アクチュエータ部材２１，２２を伸長させることのできるように予め実験等により設定されている。

以上説明した本実施形態のアクチュエータ装置１０によれば、第１実施形態による上記の（１）と同一又は類似の作用及び効果を得ることができるとともに、以下の（５）及び（６）に示される作用及び効果を得ることができる。

（５）各アクチュエータ部材２１，２２に張力を付与する張力付与部として、弾性部材８０を用いることとした。弾性部材８０は、自然変形に基づく各アクチュエータ部材２１，２２の伸長方向Ｂに予め張力を付与する。これにより、第１実施形態のような張力付与装置５０を用いる構成と比較すると、より簡素な構成で各アクチュエータ部材２１，２２に張力を付与することができる。

（６）弾性部材８０は、自然変形に基づく各アクチュエータ部材２１，２２の伸長量よりも大きく各アクチュエータ部材２１，２２を伸長させることの可能な張力を各アクチュエータ部材２１，２２に付与する。これにより、自然変形に基づく各アクチュエータ部材２１，２２の伸長が被作動部３０の作動に及ぼす影響を、より確実に抑制することができる。

（第１変形例）
次に、第３実施形態のアクチュエータ装置１０の第１変形例について説明する。以下、第３実施形態のアクチュエータ装置１０との相違点を中心に説明する。

図９に示されるように、本変形例の第１アクチュエータ部材２１及び第２アクチュエータ部材２２は、軸線ｍ１を挟んで並列に配置されている。第１アクチュエータ部材２１は、軸線ｍ２に沿って配置されている。第１アクチュエータ部材２１は、加熱による熱エネルギの付与に基づいて軸線ｍ２を中心とする回転方向Ｒ２１にねじり変形する。第２アクチュエータ部材２２は、軸線ｍ３に沿って配置されている。第２アクチュエータ部材２２は、加熱による熱エネルギの付与に基づいて軸線ｍ３を中心とする回転方向Ｒ２２にねじれ変形する。

第１アクチュエータ部材２１の一端部２１ａ及び第２アクチュエータ部材２２の一端部２２ｂは、被作動部３０に連結されている。第１アクチュエータ部材２１の他端部２１ｂ及び第２アクチュエータ部材２２の他端部２２ａは、固定部材４１に固定して取り付けられている。このような構造により、加熱により第１アクチュエータ部材２１が回転方向Ｒ２１にねじり変形すると、被作動部３０には回転方向Ｒ２１の回転力が付与される。この回転方向Ｒ２１の回転力により、被作動部３０は第１方向Ｒ１１に回転変位する。また、加熱により第２アクチュエータ部材２２が回転方向Ｒ２２にねじり変形すると、被作動部３０には回転方向Ｒ２２の回転力が付与される。この回転方向Ｒ２２の回転力により、被作動部３０は第２方向Ｒ１２に回転変位する。

被作動部３０における各アクチュエータ部材２１，２２が連結されている側面とは反対側の側面には、弾性部材８０の一端部８０ａが連結されている。弾性部材８０の他端部８０ｂは、固定部材４０に固定して取り付けられている。弾性部材８０は、自然変形に基づく各アクチュエータ部材２１，２２の伸長方向Ｂに予めの張力を各アクチュエータ部材２１，２２に付与している。具体的には、弾性部材８０は、被作動部３０に矢印Ａ２で示される方向の付勢力を付与している。この付勢力により、各アクチュエータ部材２１，２２には矢印Ａ２で示される方向の張力が付与されている。

このような構成を有するアクチュエータ装置１０であっても、第３実施形態と同一又は類似の作用及び効果を得ることができる。

（第２変形例）
次に、第３実施形態のアクチュエータ装置１０の第２変形例について説明する。以下、第３実施形態のアクチュエータ装置１０との相違点を中心に説明する。

図１０に示されるように、本変形例のアクチュエータ装置１０では、第１アクチュエータ部材２１と被作動部３０との間に弾性部材８０が配置されている。このような構成であっても、第３実施形態と同一又は類似の作用及び効果を得ることができる。

＜第４実施形態＞
次に、アクチュエータ装置１０の第４実施形態について説明する。以下、第３実施形態のアクチュエータ装置１０との相違点を中心に説明する。なお、本実施形態では、軸線ｍ１を「第１アクチュエータ部材２１の中心軸ｍ１」及び「第２アクチュエータ部材２２の中心軸ｍ１」とも称する。

図１１に示されるように、本実施形態のアクチュエータ装置１０は、弾性部材８０に代えて、第１アクチュエータ部材２１の端部２１ｂに設けられる第１張力付与機構１００と、第２アクチュエータ部材２２の端部２２ｂに設けられる第２張力付与機構１１０とを備えている。

第１張力付与機構１００は、矢印Ａ１で示される方向の張力を第１アクチュエータ部材２１に付与する。具体的には、第１張力付与機構１００は、固定部１０１と、ハウジング１０２と、コイルばね１０３とを有している。

固定部１０１は、第１アクチュエータ部材２１の端部２１ｂに接着等により固定されている。固定部１０１は、第１アクチュエータ部材２１の端部２１ｂの外周面から、軸線ｍ１を中心とする径方向に突出するようにフランジ状に形成されている。

ハウジング１０２は、軸線ｍ１を中心に有底筒状に形成されている。ハウジング１０２の内部には、固定部１０１が摺動可能に収容されている。ハウジング１０２は、被作動部３０に対向する端部に底部１０２ａを有している。底部１０２ａには、軸線ｍ１を中心軸とする貫通孔１０２ｂが形成されている。第１アクチュエータ部材２１の端部２１ｂは、この貫通孔１０２ｂを通じてハウジング１０２の内部に延びて固定部１０１に固定されている。ハウジング１０２における底部１０２ａが設けられる端部とは反対側の端部は、固定部材４１に固定されている。貫通孔１０２ｂの内径は、第１アクチュエータ部材２１の外径よりも大きい。したがって、第１アクチュエータ部材２１が方向Ｂに伸縮する際に、第１アクチュエータ部材２１とハウジング１０２との間に摩擦力が発生し難くなっている。

コイルばね１０３は、その内部に第１アクチュエータ部材２１の端部２１ｂを内包するように配置されている。コイルばね１０３は、その中心軸が第１アクチュエータ部材２１の中心軸ｍ１に一致するように第１アクチュエータ部材２１の端部２１ｂの外周に設けられている。コイルばね１０３は、固定部１０１とハウジング１０２の底部１０２ａとの間に圧縮された状態で配置されることにより、固定部１０１に矢印Ａ１に示される方向の弾性力を付与している。これにより、第１アクチュエータ部材２１には、矢印Ａ１に示される方向の張力が付与されている。

コイルばね１０３の一端部は、固定部１０１に形成された凹状の溝１０１ａに挿入されている。コイルばね１０３の他端部は、ハウジング１０２に形成された凹状の溝１０２ｃに挿入されている。コイルばね１０３の両端部が溝１０１ａ，１０２ｃにそれぞれ挿入されることにより、コイルばね１０３の外周部分が位置決めされている。これにより、コイルばね１０３の内周部分と第１アクチュエータ部材２１の外周部分との間に隙間が設けられるとともに、コイルばね１０３の外周部分とハウジング１０２の内周部分との間に隙間が設けられている。これらの隙間により、コイルばね１０３が弾性変形する際に、コイルばね１０３と第１アクチュエータ部材２１との間に摩擦力が発生し難くなるとともに、コイルばね１０３とハウジング１０２との間に摩擦力が発生し難くなっている。

第２張力付与機構１１０は、矢印Ａ１で示される方向とは反対の矢印Ａ２で示される方向の張力を第２アクチュエータ部材２２に付与している。第２張力付与機構１１０は、第１張力付与機構１００と同様に、固定部１１１と、ハウジング１１２と、コイルばね１１３とを有している。なお、これらの要素の構造及び機能は、第１張力付与機構１００の各要素の構造及び機能と同一であるため、それらの詳細な説明は割愛する。

以上説明した本実施形態のアクチュエータ装置１０によれば、第１実施形態による上記の（１）と同一又は類似の作用及び効果を得ることができるとともに、以下の（７）〜（９）に示される作用及び効果を得ることができる。

（７）各アクチュエータ部材２１，２２に張力を付与する張力付与部として、コイルばね１０３，１１３を用いることとした。コイルばね１０３，１１３は、自然変形に基づく各アクチュエータ部材２１，２２の伸長方向Ｂに予め張力を付与する。これにより、第１実施形態のような張力付与装置５０を用いる構成と比較すると、より簡素な構成で各アクチュエータ部材２１，２２に張力を付与することができる。

（８）コイルばね１０３は、第１アクチュエータ部材２１の外周に設けられている。また、コイルばね１１３は、第２アクチュエータ部材２２の外周に設けられている。これにより、第１実施形態のような張力付与装置５０をアクチュエータ部材２１，２２のそれぞれの端部に設ける場合と比較すると、軸線ｍ１に沿った方向におけるアクチュエータ装置１０の大型化を回避することができる。

（９）コイルばね１０３，１１３は、アクチュエータ部材２１，２２をそれぞれ内包している。これにより、軸線ｍ１を中心とする径方向におけるアクチュエータ装置１０の大型化を回避することができる。

（変形例）
次に、第４実施形態のアクチュエータ装置１０の変形例について説明する。以下、第４実施形態のアクチュエータ装置１０との相違点を中心に説明する。

図１２に示されるように、本変形例の第１張力付与機構１００は、２つのコイルばね１０４ａ，１０４ｂを有している。コイルばね１０４ａ，１０４ｂは、それらの中心軸ｍ１０，ｍ１１がアクチュエータ部材２１の中心軸ｍ１からずれた位置となるように第１アクチュエータ部材２１の端部２１ｂの外周に設けられている。より詳しくは、図１３に示されるように、２つのコイルばね１０４ａ，１０４ｂのそれぞれの中心軸ｍ１０，ｍ１１は、第１アクチュエータ部材２１の中心軸ｍ１を中心とする同一円周Ｃにおいて等角度間隔となる位置に配置されている。これにより、第１アクチュエータ部材２１にモーメントを発生させることなく、矢印Ａ１で示される方向の張力を第１アクチュエータ部材２１に付与することができる。

図１２に示されるように、コイルばね１０４ａの一端部は、固定部１０１に形成された突出部１０１ｂに挿入されている。また、コイルばね１０４ａの他端部は、ハウジング１０２に形成された突出部１０２ｄに挿入されている。コイルばね１０４ａの両端部が突出部１０１ｂ，１０２ｄにそれぞれ挿入されることにより、コイルばね１０４ａの内周部分が位置決めされている。同様に、コイルばね１０４ｂの内周部分も、固定部１０１に形成された突出部１０１ｃ、及びハウジング１０２に形成された突出部１０２ｅにより位置決めされている。これにより、コイルばね１０４ａ，１０４ｂのそれぞれの内周部分と第１アクチュエータ部材２１の外周部分との間に隙間が設けられるとともに、コイルばね１０４ａ，１０４ｂのそれぞれの外周部分とハウジング１０２の内周部分との間に隙間が設けられている。これらの隙間により、コイルばね１０４ａ，１０４ｂが弾性変形する際に、コイルばね１０４ａ，１０４ｂと第１アクチュエータ部材２１との間に摩擦力が発生し難くなるとともに、コイルばね１０４ａ，１０４ｂとハウジング１０２との間に摩擦力が発生し難くなっている。

図１２に示されるように、第２張力付与機構１１０も、第１張力付与機構１００と同様に、２つのコイルばね１１４ａ，１１４ｂを有している。これらのコイルばね１１４ａ，１１４ｂの構造は、第１張力付与機構１００のコイルばね１０４ａ，１０４ｂと同一であるため、それらの詳細な説明は割愛する。

このようなアクチュエータ装置１０によれば、第４実施形態のアクチュエータ装置１０による上記の（７）及び（８）に示される作用及び効果を得ることができる。また、第４実施形態のアクチュエータ装置１０と比較すると、コイルばねの数が増える分だけ、各アクチュエータ部材２１，２２に付与される張力を増加させることができる。

なお、アクチュエータ部材２１，２２の外周に配置されるコイルばねの数は２個に限らず、適宜変更可能である。例えば第１アクチュエータ部材２１の外周に３個のコイルばねを設ける場合には、図１４に示されるように、３つのコイルばねのそれぞれの中心軸ｍ１０〜ｍ１２は、第１アクチュエータ部材２１の中心軸ｍ１を中心とする同一円周Ｃにおいて等角度間隔となる位置に配置される。

＜他の実施形態＞
なお、各実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・第１実施形態の張力付与装置５０は、アクチュエータ部材２１，２２に付与される張力が一定の大きさとなるように、アクチュエータ部材２１，２２に付与する張力の大きさを調整してもよい。例えばアクチュエータ部材２１，２２が熱の付与により図１の方向Ｂに膨張する特性を有している場合には、張力付与装置５０は、アクチュエータ部材２１，２２が熱膨張した際に、可動部５１を方向Ａ１へ変位させることにより、アクチュエータ部材２１，２２に付与される張力を一定の大きさに調整する。一方、アクチュエータ部材２１，２２が熱の付与により方向Ｂに収縮する特性を有している場合には、張力付与装置５０は、アクチュエータ部材２１，２２が熱収縮した際に、可動部５１を方向Ａ１とは逆の方向に変位させることにより、アクチュエータ部材２１，２２に付与される張力を一定の大きさに調整する。これにより、アクチュエータ部材２１，２２が熱膨張又は熱収縮する特性を有している場合でも、アクチュエータ部材２１，２２の張力変化を矯正することができる。なお、類似の構成は、第２実施形態のアクチュエータ装置１０でも実現することができる。

・第３実施形態の弾性部材８０としては、コイルばねに限らず、ぜんまいばねや板ばね、その他の適宜の弾性部材を用いることができる。また、弾性部材８０の数は、単数に限らず、複数であってもよい。

・第３実施形態のアクチュエータ装置１０では、仮にアクチュエータ部材２１，２２が熱収縮により方向Ｂに収縮する特性を有している場合であっても、アクチュエータ部材２１の端部２１ｂに弾性部材８０が接続されていれば、方向Ｂに弾性部材８０が変形することで各アクチュエータ部材２１，２２に加わる応力を緩和することができる。よって、アクチュエータ部材２１，２２の耐久性が向上する効果を奏することができる。

・第４実施形態のアクチュエータ装置１０では、コイルばねの数や配置を適宜変更してもよい。例えば第４実施形態の変形例のアクチュエータ装置１０では、第１アクチュエータ部材２１の外周にコイルばね１０４ａ，１０４ｂのいずれか一方のみが設けられ、且つ第２アクチュエータ部材２２の外周にコイルばね１１４ａ，１１４ｂのいずれか一方のみが設けられていてもよい。また、例えば図１５に示されるように、図１１に示されるアクチュエータ装置１０のコイルばねの構成と、図１２に示されるアクチュエータ装置１０のコイルばねの構成とを組み合わせてもよい。

・第４実施形態のアクチュエータ装置１０では、第１張力付与機構１００及び第２張力付与機構１１０のいずれか一方のみが設けられていてもよい。

・第４実施形態のアクチュエータ装置１０では、コイルばね１０３，１０４ａ，１０４ｂ，１１３，１１４ａ，１１４ｂに代えて、メッシュばね等の適宜の弾性部材を用いてもよい。

・図１１に示される第４実施形態のコイルばね１０３は、その内周部分が固定部１０１及びハウジング１０２により位置決めされていてもよい。コイルばね１１３についても同様である。また、図１２に示される第４実施形態の変形例のコイルばね１０４ａ，１０４ｂは、それらの外周部分が固定部１０１及びハウジング１０２により位置決めされていてもよい。コイルばね１１４ａ，１１４ｂについても同様である。

・各アクチュエータ部材２１〜２３を加熱する方法としては、表面に形成された金属めっきに電流を流して加熱する方法に限らず、適宜の方法を採用することができる。例えば各アクチュエータ部材２１〜２３の外周面にコイルを巻回するとともに、このコイルへの通電により各アクチュエータ部材２１〜２３を加熱してもよい。あるいは、ヒータ等を用いて各アクチュエータ部材２１〜２３を加熱してもよい。

・各アクチュエータ部材２１，２２としては、エネルギの付与に基づきねじり変形するものに限らず、エネルギの付与に基づき長手方向に直動変位するものを用いることもできる。例えば各アクチュエータ部材２１，２２としては、加熱に基づき軸線ｍ１に平行な方向に伸張変形するとともに、冷却に基づき軸線ｍ１に平行な方向に収縮変形するアクチュエータ部材を用いることもできる。

・各アクチュエータ部材２１〜２３の素材としては、ポリマ繊維に限らず、電気的、光学的、化学的、熱的、吸収、もしくは他の手段による外部からのエネルギ入力に応じて変形する適宜の素材を用いることができる。このような素材には、例えば形状記憶合金や誘電エラストマ、磁性ゲル、導電性高分子等がある。

・第１実施形態の変形例の矯正用アクチュエータ部材２３の素材に関しては、外部からのエネルギ入力に応じて変形する適宜の素材を用いることができる。なお、矯正用アクチュエータ部材２３の素材は、第１アクチュエータ部材２１の素材と同一であってもよいし、異なっていてもよい。矯正用アクチュエータ部材２３の素材と第１アクチュエータ部材２１の素材とが同一である場合には、矯正用アクチュエータ部材２３と第１アクチュエータ部材２１とが一体形成されていてもよい。

・制御部７０が提供する手段及び／又は機能は、実体的な記憶装置に記憶されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組み合わせにより提供することができる。例えば制御部７０がハードウェアである電子回路により提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路により提供することができる。

・本開示は上記の具体例に限定されるものではない。上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素、及びその配置、条件、形状等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

１０：アクチュエータ装置
２１：第１アクチュエータ部材
２２：第２アクチュエータ部材
２３：矯正用アクチュエータ部材（張力付与部）
３０：被作動部
５０：張力付与装置（張力付与部）
６１：第１加熱部（駆動部）
６２：第２加熱部（駆動部）
６３：第３加熱部（張力付与部，矯正用駆動部）
８０：弾性部材（張力付与部）
１０３，１０４ａ，１０４ｂ，１１３，１１４ａ，１１４ｂ：コイルばね（張力付与部）

Claims (12)

1. 外部からのエネルギの付与に応じて変形するアクチュエータ部材（２１，２２）と、
   前記アクチュエータ部材に連結される被作動部（３０）と、
   前記アクチュエータ部材にエネルギを付与することにより前記被作動部を前記アクチュエータ部材の変形方向に変位させる駆動部（６１，６２）と、
   自然変形による前記アクチュエータ部材の伸長及び収縮の少なくとも一方に基づく張力変化を矯正することのできる張力を前記アクチュエータ部材に付与する張力付与部（２３，５０，６３，８０，１０３，１０４ａ，１０４ｂ，１１３，１１４ａ，１１４ｂ）と、を備える
   アクチュエータ装置。
2. 前記張力付与部（２３，５０，６３）は、
   前記アクチュエータ部材に付与される張力を電気的に制御可能であり、
   前記被作動部の作動開始時、又はその直前に前記アクチュエータ部材に張力を付与するとともに、
   前記被作動部の作動停止時、又はその直後に前記アクチュエータ部材に付与されている張力を解除する
   請求項１に記載のアクチュエータ装置。
3. 前記張力付与部（５０）は、
   電磁アクチュエータ装置、又はモータ装置である
   請求項２に記載のアクチュエータ装置。
4. 前記張力付与部は、
   外部からのエネルギの付与に応じて、自然変形による前記アクチュエータ部材の伸長及び収縮の少なくとも一方による張力変化を矯正することのできる張力を前記アクチュエータ部材に付与する矯正用アクチュエータ部材（２３）と、
   前記矯正用アクチュエータ部材にエネルギを付与する矯正用駆動部（６３）と、により構成されている
   請求項２に記載のアクチュエータ装置。
5. 前記張力付与部は、
   自然変形に基づく前記アクチュエータ部材の伸長方向に予め張力を前記アクチュエータ部材に付与する弾性部材（８０）である
   請求項１に記載のアクチュエータ装置。
6. 前記弾性部材は、
   自然変形に基づく前記アクチュエータ部材の伸長量よりも大きく前記アクチュエータ部材を伸長させることの可能な張力を前記アクチュエータ部材に付与する
   請求項５に記載のアクチュエータ装置。
7. 前記弾性部材は、
   コイルばね、ぜんまいばね、及び板ばねのいずれかである
   請求項５又６に記載のアクチュエータ装置。
8. 前記張力付与部（１０３，１０４ａ，１０４ｂ，１１３，１１４ａ，１１４ｂ）は、
   前記アクチュエータ部材の外周に設けられている
   請求項１に記載のアクチュエータ装置。
9. 前記張力付与部（１０４ａ，１０４ｂ，１１４ａ，１１４ｂ）は、
   前記アクチュエータ部材の中心軸を中心とする同一円周上に複数配置されている
   請求項８に記載のアクチュエータ装置。
10. 前記張力付与部（１０３，１１３）は、
    前記アクチュエータ部材を内包している
    請求項８又は９に記載のアクチュエータ装置。
11. 前記張力付与部は、
    コイルばねからなる
    請求項８〜１０のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
12. 前記アクチュエータ部材は、
    ポリマ繊維からなる
    請求項１〜１１のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。

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