JP2019094778A - アクチュエータおよびアクチュエータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力が少ないアクチュエータ等を提供すること。【解決手段】アクチュエータ１０は、複数の固定子ローラ２３を回動可能に支持する固定子２０と、前記固定子ローラ２３の間に配置された移動子ローラ４２を回動可能に支持する移動子４０と、前記固定子ローラ２３および前記移動子ローラ４２の間に挟まれており、両端が前記固定子２０に設けられた２個の固定端子２２にそれぞれ接続された形状記憶合金製のワイヤ３１とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、アクチュエータおよびアクチュエータの製造方法に関する。

平行に配置された熱伝導性材料製の複数の円柱の間を縫うように通した形状記憶合金製のワイヤにパルス電圧を印加し、ジュール熱によりワイヤを収縮させることにより、円柱を動かすアクチュエータが開示されている（特許文献１）。ワイヤで発生したジュール熱は円柱を通じて速やかに拡散し、ワイヤの長さは元に戻る。これにより、円柱は速やかに元の位置に戻る。

国際公開第２０１２／０２３６０５号

しかしながら、特許文献１に記載のアクチュエータにおいては、ワイヤの一部分に強い引張り応力が生じるおそれがある。引張り応力によるワイヤの破断を防ぐために、太いワイヤを使用する場合には、ワイヤの抵抗値が小さくなるため、アクチュエータの消費電力が多くなる。

一つの側面では、消費電力が少ないアクチュエータ等を提供することを目的とする。

アクチュエータは、複数の固定子ローラを回動可能に支持する固定子と、前記固定子ローラの間に配置された移動子ローラを回動可能に支持する移動子と、前記固定子ローラおよび前記移動子ローラの間に挟まれており、両端が前記固定子に設けられた２個の固定端子にそれぞれ接続された形状記憶合金製のワイヤとを備える。

一つの側面では、消費電力が少ないアクチュエータ等を提供することができる。

アクチュエータの斜視図である。 アクチュエータの分解斜視図である。 固定子の斜視図である。 固定子の上面図である。 図４のV−V線による断面図である。 移動子の斜視図である。 留具の斜視図である。 アクチュエータの組立工程を説明する説明図である。 アクチュエータの組立工程を説明する説明図である。 アクチュエータの組立工程を説明する説明図である。 アクチュエータの組立工程を説明する説明図である。 アクチュエータの組立工程を説明する説明図である。 図１１のＡ部拡大図である。 図１２のＢ部拡大図である。 アクチュエータの上面図である。 図１５のXVI−XVI線による断面図である。 図１５のXVII−XVII線による断面図である。 図１５のXVIII−XVIII線による断面図である。 図１５のXIX−XIX線による断面図である。 アクチュエータの動作状態を説明する説明図である。 図１７のＣ部拡大図である。 移動子が左側にずれた状態を説明する説明図である。 実施の形態２のアクチュエータの分解斜視図である。 実施の形態２のアクチュエータの断面図である。 実施の形態３の固定子の斜視図である。 実施の形態３のアクチュエータの断面図である。 実施の形態４の固定子の斜視図である。 実施の形態４の固定子の断面図である。 実施の形態４の移動子の斜視図である。 実施の形態５の固定子ローラの正面図である。 実施の形態５のアクチュエータの断面図である。 実施の形態６のアクチュエータの分解斜視図である。 実施の形態６の留具および移動子を除去したアクチュエータの斜視図である。 実施の形態６の留具および移動子を除去したアクチュエータの部分拡大断面図である。

［実施の形態１］
図１は、アクチュエータ１０の斜視図である。以下の説明では、各図中に矢印で示す前、後、左、右、上および下のそれぞれの向きを使用する。アクチュエータ１０は、左右方向に長い略直方体形状を有し、前後方向および左右方向に面対称な形状である。アクチュエータ１０は、たとえばスマートフォンまたはタブレット等の機器の内部に後述するように組み込まれ、機器に触れているユーザにクリック感等の触感を感じさせる。

図２は、アクチュエータ１０の分解斜視図である。アクチュエータ１０は、固定子２０、移動子４０および留具５０を有する。固定子２０は、固定子枠２１、固定端子２２、および５個の固定子ローラ２３を有する。移動子４０は、移動子枠４１、および、４個の移動子ローラ４２を有する。留具５０は、移動子４０を固定子２０に押し付ける４個の付勢バネ５１を有する。固定子２０、移動子４０および留具５０の構成の詳細については、後述する。

図３は、固定子２０の斜視図である。図４は、固定子２０の上面図である。図５は、図４のV−V線による断面図である。図２から図５を使用して、固定子２０の構成を説明する。

固定子ローラ２３は、円柱形である。固定子ローラ２３は、両端面から同軸的に突出する円柱形の固定子軸部２３１を有する。すなわち、固定子ローラ２３は、中央部に比べて細い固定子軸部２３１を両端に有する、段付き円柱形状である。

固定子ローラ２３は、熱伝導率の高い材料製である。固定子ローラ２３の材質は、たとえば、アルミニウムもしくは銅等の金属、または、窒化アルミニウムもしくは窒化ケイ素等のセラミックスである。固定子ローラ２３は、樹脂製であってもよい。

固定子枠２１は、左右方向に長い略長方形の枠であり、前壁および後壁の内面に五組のローラ支持部２５を有する。ローラ支持部２５は、上側に開口する略Ｕ字型の溝であり、一組ずつ互いに対向している。ローラ支持部２５の開口部の幅は、固定子軸部２３１の直径より若干広い。対向する一組のローラ支持部２５により、１個の固定子ローラ２３が回動可能に支持される。

固定子枠２１の前壁と後壁とは、複数の接続部２８を介して接続されている。接続部２８は、ローラ支持部２５の下側に位置している。接続部２８により、固定子枠２１が前後方向に広がるような変形が防止されている。

固定子枠２１の上面の四隅から、略直方体の留具支持部２６が上向きに突出している。４個の留具支持部２６の突出高さは同一である。固定子枠２１の前壁および後壁の中央部の外面に、略直方体の留具固定突起２４が設けられている。固定子枠２１は、たとえば樹脂またはセラミックス等の、絶縁性を有する材料製である。

固定端子２２は、固定子枠２１の左右両端に設けられている。固定端子２２は、固定子枠２１の上面の左右両端から外向きに延びる長方形の端子板部２２３を有する。端子板部２２３の前側および後側から下向きに端子脚部２２２が延びている。端子板部２２３の中央部に浅い窪み状の端子凹部２２１が設けられている。

固定端子２２は、黄銅またはリン青銅等の導電率の高い金属板を屈曲させて形成されている。固定端子２２の表面は、錫メッキ層または金メッキ層等の、半田付けが容易な層により被覆されている。２つの固定端子２２は、互いに絶縁されている。２個の固定端子２２は、インサート成形により、固定子枠２１と一体化されている。

左右の端子板部２２３の上面の高さと、５個の固定子ローラ２３の上端の高さとは、ほぼ同一であることが望ましい。理由については、後述する。

図６は、移動子４０の斜視図である。図２および図６を使用して、移動子４０の構成を説明する。

移動子ローラ４２は、円柱形である。移動子ローラ４２は、両端面から同軸的に突出する円柱形の移動子軸部４２１を有する。移動子ローラ４２は、熱伝導率の高い材料製である。

移動子枠４１は、天板部４７と、４個の矩形箱状のローラ保持部４４とを有する。天板部４７は、前後方向が固定子枠２１と略同一寸法で、左右方向が固定子枠２１よりも短い、略長方形板状である。ローラ保持部４４は、開口部を下に向けて、天板部４７の下面に左右方向に一列に並んでいる。ローラ保持部４４の、右壁および左壁のそれぞれ中央には、第１ワイヤ通過溝４６が設けられている。

移動子枠４１の前壁と後壁とには、ローラ保持溝４５が設けられている。ローラ保持溝４５は略Ｕ字型であり、開口部を狭くして抜け止めを形成してある。ローラ保持溝４５の幅は、移動子軸部４２１の直径より若干広い。移動子枠４１は、たとえば樹脂またはセラミックス等の、絶縁性を有する材料製である。

対向する一組のローラ保持溝４５により、１個の移動子ローラ４２がローラ保持部４４の内側に回動可能に保持される。ローラ保持溝４５の入口部分に設けられた抜け止めの作用により、天板部４７を上側にして移動子４０を保持した場合であっても、移動子ローラ４２は落下しない。

図１および図２に示すように、天板部４７の上面に、略直方体形状の押圧部４３が２個、左右方向に並んで設けられている。２個の押圧部４３の突出高さは同一である。

図７は、留具５０の斜視図である。図７を使用して、留具５０の構成の詳細を説明する。留具５０は、前後に対向する２枚の側板部５２を有する。側板部５２は、左右方向に長い略長方形である。前後の側板部５２は、中央部に掛け渡された連結部５４、および、左右両端に掛け渡された支持板部５５により連結している。

連結部５４は略長方形であり、左右の縁から２本ずつ先細り形状の付勢バネ５１が延びている。付勢バネ５１は、下向きにゆるやかに曲がり、先端近傍で上向きに曲がっている。以上により、連結部５４の左右に合計４本の付勢バネ５１が構成されている。付勢バネ５１の機能については後述する。

支持板部５５は略長方形である。２枚の支持板部５５と、連結部５４とは、同一平面上である。側板部５２の中央部に、左右方向に長い長孔状の取付孔５３が設けられている。取付孔５３の中央部は、太くなっている。取付孔５３の機能については後述する。

前後の側板部５２の間隔は、固定子２０の前後方向の寸法と略同一である。左側の支持板部５５の左端から右側の支持板部５５の右端まで寸法は、固定子２０の左右方向の寸法と略同一である。

留具５０は、所定の形状に切断したステンレスバネ鋼板、または、ベリリウム銅板等の板バネ用の金属板を折り曲げて製作されている。留具５０は、樹脂により製作されても良い。

図８から図１２は、アクチュエータ１０の組立工程を説明する説明図である。図８から図１２は、アクチュエータ１０の長手方向に沿った中央部の断面図である。アクチュエータ１０は、固定子２０、移動子４０および留具５０を以下の手順で組み立てて製作する。

まず、図３から図５を使用して説明した通り、固定子枠２１のローラ支持部２５に固定子ローラ２３の固定子軸部２３１を挿入して、固定子２０を組み立てる。

図６を使用して説明したように、移動子枠４１のローラ保持溝４５に移動子ローラ４２の移動子軸部４２１を挿入して、移動子４０を組み立てる。この際、移動子軸部４２１をローラ保持溝４５の入口部分に外側から押し当てることにより、ローラ保持溝４５が弾性変形して対向する抜け止め同士の間隔が広がり、移動子軸部４２１がローラ保持溝４５の中に入る。ローラ保持溝４５が弾性復帰して、天板部４７を上側にした場合であっても移動子ローラ４２が落下しない状態になる。

図８に示すように、固定子ローラ２３の上側にワイヤ３１を配置する。ワイヤ３１の直径は０．１ミリメートル弱である。ワイヤ３１は、前述の第１ワイヤ通過溝４６に挿通可能である。ワイヤ３１は、形状記憶合金製である。ワイヤ３１は、温度が変態点を超えた場合に、瞬時に約４パーセントから５パーセント程度短くなり、冷えると元の長さに戻る。本実施の形態で使用するワイヤ３１の変態点は、７０℃から１００℃程度である。

図９に示すように、固定子ローラ２３同士の隙間に、移動子ローラ４２が対向するように、移動子４０を位置合わせする。この際、第１ワイヤ通過溝４６の位置とワイヤ３１の位置とが、前後方向に一致するように配置する。

図１０に示すように、固定子２０と移動子４０とを近づけ、移動子ローラ４２および移動子枠４１を固定子枠２１の中に挿入する。図２に示すように、固定子枠２１の前壁および後壁の内面はローラ支持部２５同士の間で凹んでおり、ローラ保持部４４を入れることができる。

ワイヤ３１は、固定子ローラ２３および移動子ローラ４２が回動することにより、固定子枠２１の内部に引き込まれ、固定子ローラ２３の上側と移動子ローラ４２の下側とを通る波型になる。固定子ローラ２３と移動子ローラ４２との間においては、ワイヤ３１は第１ワイヤ通過溝４６を通過する。第１ワイヤ通過溝４６の機能については、後述する。

固定子ローラ２３および移動子ローラ４２の作用により、ワイヤ３１の一部分に過度な引張り応力が発生して、ワイヤ３１が組立途中で破断する等のトラブルの発生を防止することができる。これにより、固定子２０と移動子４０との組み付けを高速に、かつ、高歩留まりで行なうことができる。

なお、固定子枠２１の下面側から、ワイヤ３１および移動子ローラ４２の下側の状態を確認できる。固定子枠２１の下面にカメラを配置して、画像処理によりワイヤ３１のずれ等の異常の有無をリアルタイムで検出しても良い。

図１１および図１２に示すように、ワイヤ３１を端子板部２２３と第２端子板３２とで挟んでカシメ固定を行なう。図１３は、図１１のＡ部拡大図である。図１４は、図１２のＢ部拡大図である。図２および図１１から図１４を使用して、カシメ固定について説明する。

図２に示すように、第２端子板３２は、略Ｔ字型の板である。第２端子板３２は、破線で示すようにＴ字の縦棒に相当する部分の下面に、ワイヤ保持溝３３を有する。ワイヤ保持溝３３は、ワイヤ３１の外形と略同一の幅および深さを有するＵ字型の溝である。第２端子板３２は黄銅またはリン青銅等の導電率の高い金属製である。

第２端子板３２は、ワイヤ保持溝３３にワイヤ３１が入るようにして、端子板部２２３の上に配置される。端子板部２２３の下面をダイにより支え、端子凹部２２１に対応する位置に第２端子板３２の上側からポンチを押し込むことにより、端子板部２２３とワイヤ３１と第２端子板３２とをカシメ固定して、カシメ部３５を作成する。

ワイヤ３１に対応する部分に溝を有するポンチを使用することにより、カシメ部３５は図１３に示すように、ワイヤ３１の上が筋状に盛り上がった形状になる。図１４に示すように、ワイヤ３１はあまり潰さずに、端子板部２２３および第２端子板３２を塑性変形させることにより、ワイヤ３１の破断を防止することができる。

カシメ部３５において、ワイヤ３１と、固定端子２２と、第２端子板３２とが電気的および機械的に接合される。以上により、ワイヤ３１と固定端子２２とを良好に導通させることができる。その後、固定端子２２の外側で余剰のワイヤ３１を切断して除去する。ワイヤ３１の両端が、それぞれ固定端子２２に接続された状態になる。

次に、移動子４０の上側から留具５０を被せ、取付孔５３と留具固定突起２４とを係合させる。さらに詳細に説明する。図３に示す通り、留具固定突起２４の上面は外向きに傾斜している。留具５０の下端部は、留具固定突起２４の上面に沿って拡がる。前述の通り、取付孔５３は長孔状であるので、弾性変形により留具固定突起２４が通過可能になる。留具固定突起２４が通過した後、留具５０は弾性復帰する。以上により、図１に示すように留具固定突起２４と取付孔５３とが係合する。

付勢バネ５１により、移動子４０が固定子２０に押し付けられる。前述のように、連結部５４の左右に合計４本の付勢バネ５１が構成されているので、移動子４０の前後左右が均等に固定子２０に向けて押圧される。図１に示すように、左右それぞれの付勢バネ５１の間から、上向きに押圧部４３が突出した状態になる。以上により、図１に示すアクチュエータ１０が完成する。

図１５は、アクチュエータ１０の上面図である。図１６は、図１５のXVI−XVI線による断面図である。図１７は、図１５のXVII−XVII線による断面図である。図１８は、図１５のXVIII−XVIII線による断面図である。図１９は、図１５のXIX−XIX線による断面図である。図１および図１５から図１９を使用して、完成後のアクチュエータ１０の構造を説明する。

図１、図１６および図１９に示すように、留具支持部２６の上面と、支持板部５５の下面とが当接して、留具５０を固定子枠２１の上に固定する。図１７および図１８に示すように、付勢バネ５１は、天板部４７を固定子２０に向けて付勢する。

図１６および図１８に示すように、連結部５４の下面と天板部４７の上面との間には空間が空いている。この空間の機能については、後述する。

図１６に示すように、５個の固定子ローラ２３と、４個の移動子ローラ４２とは、平行に、かつ、交互に配置されている。ワイヤ３１は、固定子ローラ２３の上部と、移動子ローラ４２の下部との間を縫うように屈曲している。ワイヤ３１の両端に接続された、固定端子２２の下端部は、固定子枠２１の下面よりも下側に突出している。

図１９に示すように、ワイヤ３１は固定端子２２の端子板部２２３の上面と第２端子板３２との間でカシメ固定されている。前述の通り、第２端子板３２に設けられたワイヤ保持溝３３の中にワイヤ３１を保持した状態でカシメが行なわれるので、カシメ部３５におけるワイヤ３１の断面形状は略円形を保っている。

ワイヤ３１を破断せずに、固定端子２２と、第２端子板３２とをカシメ固定できる形状であれば、カシメ固定後のワイヤ３１の断面形状は任意であり、たとえば、楕円形、長円形または長方形等でも良い。

アクチュエータ１０は、図１６および図１７に仮想線で示す第１板６１と第２板６２とにより、上下から挟んだ状態で使用される。第１板６１は、たとえばプリント基板であり、固定端子２２の先端を挿入可能な孔を有する。固定端子２２は、半田付けによりプリント基板上に設けられた電気回路に接続される。

第２板６２は、たとえばタッチパネルの表面のガラス基板等、アクチュエータ１０が取り付けられた機器を使用するユーザが触れる部品、またはその近傍の部品である。

図２０は、アクチュエータ１０の動作状態を説明する説明図である。図１６および図２０を使用して、アクチュエータ１０の動作を説明する。

図１６は、アクチュエータ１０の初期状態を示す。固定端子２２の間にパルス電圧を印加することにより、ワイヤ３１はジュール熱により瞬時に発熱する。ワイヤ３１は、温度が変態点を超えた場合に、瞬時に短くなる。ワイヤ３１が短くなることにより、移動子ローラ４２が上向きに移動する。移動子ローラ４２の動きに伴い、移動子４０が付勢バネ５１を押して上向きに移動する。

前述の、図１６および図１８における連結部５４の下面と天板部４７の上面との間の空間は、移動子４０を動作させた場合に天板部４７の上面が移動可能な空間である。この空間は、左右の固定端子２２の間に所定のパルス電圧が印加された場合に、連結部５４と天板部４７とが衝突しない程度の高さを有する。

パルス電圧の終了に伴い、ジュール熱の発生は停止する。ワイヤ３１に発生した熱は、固定子ローラ２３および移動子ローラ４２を介して外部に放散されて、ワイヤ３１の温度は変態点以下に下がる。付勢バネ５１の作用によりワイヤ３１の長さは元に戻り、アクチュエータ１０は図１６を使用して説明した状態に戻る。

ワイヤ３１の熱容量は、アクチュエータ１０全体の熱容量に比べて非常に小さいので、パルス電圧を繰り返し印加して動作させた場合であってもアクチュエータ１０全体の温度は殆ど上昇しない。なお、アクチュエータ１０を頻繁に動作させる場合には、ペルチェ素子または放熱板等の冷却機構をアクチュエータ１０に取り付けても良い。

以上に説明したように、パルス電圧を印加することにより、第１板６１と第２板６２との間の距離が瞬間的に大きくなり、その後元の状態に戻る。これにより、第２板６２に触れているユーザは、クリック感を感じる。

付勢バネ５１の作用により、移動子４０の高さは動作が終了するたびに元の高さに戻る。これにより、パルス電圧を印加するたびに、一定の動き出し位置から、一定の移動量だけ移動する動作を繰り返す移動子４０を実現できる。これにより、安定な特性を有するアクチュエータ１０を実現できる。

第１ワイヤ通過溝４６により、ワイヤ３１の蛇行、ならびに、移動子ローラ４２および固定子ローラ２３からの脱落が防止される。第１ワイヤ通過溝４６により、ワイヤ３１の状態が安定して保持される。これにより安定して動作するアクチュエータ１０を実現できる。

ワイヤ３１の伸縮状態に場所によるムラが生じた場合、固定子ローラ２３および移動子ローラ４２が自動的に回動することにより、ワイヤ３１に加わる張力が一様な状態に保たれる。したがって、細いワイヤ３１を使用した場合であっても、ワイヤ３１の破断を防止することができる。

細いワイヤ３１を使用する場合には、ワイヤ３１の抵抗値が大きくなる。したがって、定電圧のパルス駆動によりジュール熱を発生させる場合に、ワイヤ３１に流れる電流値が小さくなる。以上により、消費電流の小さいアクチュエータ１０を提供できる。

さらに、細いワイヤ３１を使用する場合には、ワイヤ３１の熱容量が小さくなる。したがって、パルス駆動により生じたジュール熱が速やかに放散される。以上により応答の速いアクチュエータ１０を提供できる。また、ワイヤ３１で発生するジュール熱が少ないので、繰り返し使用した場合であっても温度上昇が少ないアクチュエータ１０を提供できる。

固定子ローラ２３および移動子ローラ４２は、それぞれ絶縁性の固定子枠２１および移動子枠４１により支持され、互いに絶縁している。そのため、たとえば銅等の熱伝導性と導電性の両方が高い材料を固定子ローラ２３および移動子ローラ４２に使用しても、ワイヤ３１の両端へのパルス電圧の印加が妨げられない。

図２１は、図１７のＣ部拡大図である。図２１を使用して、ローラ支持部２５およびローラ保持溝４５の幅の詳細について説明する。

固定子軸部２３１の直径をＤ１、移動子軸部４２１の直径をＤ２、ローラ支持部２５の幅をＰ、ローラ保持溝４５の幅をＱでそれぞれ示す。本実施の形態においては、Ｄ１＝Ｄ２＝０．５ミリメートル、固定子ローラ２３および移動子ローラ４２の中央部の直径は１ミリメートルである。１本の固定子軸部２３１の左右の、ローラ支持部２５との間の隙間の和ｐは、（１）式で表される。
ｐ＝Ｐ−Ｄ１ ‥‥‥ （１）

同様に、１本の移動子軸部４２１の左右の、ローラ保持溝４５との間の隙間の和ｑは、（２）式で表される。
ｑ＝Ｑ−Ｄ２ ‥‥‥ （２）

固定子枠２１および移動子枠４１が樹脂製であり、固定子ローラ２３および移動子ローラ４２が金属製である場合、ｐは０．０４ミリメートルから０．１ミリメートル程度の範囲であり、ｑはｐよりも０．０４ミリメートルから０．０６ミリメートル程度大きいことが望ましい。ｐは、０．０７ミリメートル程度であり、ｑは０．１２ミリメートル程度であることが、さらに望ましい。

このように、固定子軸部２３１および移動子軸部４２１を支持する部分を、いわゆるガタを有して支持する寸法にすることにより、固定子ローラ２３および移動子ローラ４２がスムーズに回動し、ワイヤ３１の破断を防止するアクチュエータ１０を実現できる。

図２２は、移動子４０が左側にずれた状態を説明する説明図である。図２２においては、留具５０の図示を省略する。第２板６２が左側に動いている。第２板６２にひきずられて、移動子４０も左側に動き、本来の位置からずれている。

このようなずれは、たとえば第１板６１と第２板６２との間に剪断方向の外力が加わった場合に発生し得る。また、アクチュエータ１０が固定された場所の外側で、第１板６１と第２板６２との間に押圧力等の外力が加わった場合にも発生し得る。

移動子４０が本来の位置からずれることにより、移動子ローラ４２の左右でワイヤ３１に加わる張力に不均衡が生じる。具体的には、楕円形で示すＥ部、すなわち移動子ローラ４２の右側においては、ワイヤ３１に張力が加わる。一方、楕円形で示すＦ部、すなわち移動子ローラ４２の左側においては、ワイヤ３１が緩んだ状態になる。

僅かなずれであれば、ローラ支持部２５およびローラ保持溝４５の中で固定子軸部２３１が左に、移動子軸部４２１が右にそれぞれ移動することにより、ワイヤ３１に加わる張力が緩和されて、均等な状態になる。そのため、ワイヤ３１の破断が防止される。

ずれが大きい場合であっても、固定子ローラ２３および移動子ローラ４２が回動し、ワイヤ３１が固定子ローラ２３の左側から右側に引き込まれることにより、ワイヤ３１に加わる張力が緩和されて、均等な状態になる。そのため、ワイヤ３１の破断が防止される。ローラが回動可能であるので、ワイヤ３１とローラとの間の摩擦によるワイヤ３１の破断も防止される。

以上により、様々な外力が加わった場合であっても、ワイヤ３１の破断を防止できるアクチュエータ１０を提供できる。

図２１を使用して説明したようにｐの値を設定することにより、固定子ローラ２３の左右方向への移動量を制限し、ワイヤ３１の折れ曲がり等の異常な変形が発生することを防止できる。ｐの値よりもｑの値を大きくすることにより、移動子４０の傾きおよびずれに追従して移動子ローラ４２が速やかに動き、ワイヤ３１の破断を防止できる。

すなわち、固定子ローラ２３を配列方向のガタを有して支持し、移動子ローラ４２を同じ方向でさらに大きいガタを有して支持することにより、ワイヤ３１の伸縮に応じて自動的にそれぞれのローラが動く。これにより、ワイヤ３１に生じる張力を自動的に均一に保つアクチュエータ１０を提供できる。

固定端子２２と固定子ローラ２３とが隣接して配置されているので、移動子４０が上下方向に動いた場合であっても固定端子２２付近のワイヤ３１は上下方向に動かない。ワイヤ３１に剪断方向の力が加わらないので、ワイヤ３１の破断を防止できるアクチュエータ１０を提供できる。

前述の通り、左右の端子板部２２３の上面の高さと、５個の固定子ローラ２３の上端の高さとは、ほぼ同一であることが望ましい。このようにすることにより、図１６に示すように左右のカシメ部３５と両端の固定子ローラ２３との間で、ワイヤ３１が屈曲せず、略直線状になる。そのため、カシメ部３５付近でワイヤ３１に不要なストレスが加わることを防ぐことができる。また、ワイヤ３１が第２端子板３２の縁などに擦れて傷付くことも防ぐことができる。

移動子ローラ４２の形状および材質は、固定子ローラ２３と異なっていても良いが、ワイヤ３１からの均等な放熱を得る観点で固定子ローラ２３と同一の形状および材質であることが望ましい。固定子ローラ２３と移動子ローラ４２とに共通の部品を使用することにより、アクチュエータ１０のコストおよび部品管理の労力を低減することもできる。

アクチュエータ１０をタッチパネルに取り付けて使用する場合について説明する。ユーザによるタッチパネルの操作に合わせてアクチュエータ１０を動作させて、タッチパネルの表面を動かすことにより、機械式のキーボードを操作しているような感触をユーザに感じさせることができる。

アクチュエータ１０を取り付ける機器は、スマートフォンまたはタブレット等のタッチパネル式の情報機器に限定しない。自動車、オートバイまたは自転車等の輸送機器の、ハンドルまたは座面等にアクチュエータ１０を取り付けても良い。その他、ユーザが触れて使用する任意の機器にアクチュエータ１０を取り付けることができる。

ユーザが行った操作に応じて、アクチュエータ１０を動作させることにより、触覚を通じて操作に対するフィードバックを行なえる。また、たとえば自動運転中に異常が発生した場合等にアクチュエータ１０を動作させることにより、触覚を通じてユーザに対する注意喚起を行なえる。

押圧部４３は、アクチュエータ１０を取り付ける部位に応じた任意の形状にすることができる。たとえば、押圧部４３は上側からピンを挿入する穴、または、ネジを固定するネジ穴を有しても良い。押圧部４３は、アクチュエータ１０を取り付ける部位に係合する突起または窪みの形状であってもよい。

本実施の形態によると、消費電力の少ないアクチュエータ１０を提供できる。本実施の形態によると、小型で、瞬間的に変位を発生するアクチュエータ１０を提供できる。本実施の形態のアクチュエータ１０は、たとえばクリック感等の触感をユーザに提示する、いわゆる触覚デバイス用に適している。

本実施の形態によると、組立が容易なアクチュエータ１０を提供できる。具体的には、固定子２０および移動子４０の組立が容易なアクチュエータ１０を提供できる。また、固定子２０とワイヤ３１と移動子４０との組み付けが容易なアクチュエータ１０を提供できる。本実施の形態によると、組立時のワイヤ３１の破断を防止できる。

固定子２０と移動子４０とを組み付ける際に、固定子２０の下面からワイヤ３１の状態を観察することにより、組立工程での不具合の発生を速やかに検知し、対策できるアクチュエータ１０を提供できる。

固定子ローラ２３および移動子ローラ４２を、それぞれ細径部である固定子軸部２３１および移動子軸部４２１で保持するため、図１６に示すように固定子ローラ２３と移動子ローラ４２とを左右方向に近接して配置できる。そのため、小型のアクチュエータ１０を実現できる。

さらに、ワイヤ３１の伸縮により固定子ローラ２３および移動子ローラ４２に加わる回転モーメントが、固定子軸部２３１および移動子軸部４２１に生じる摩擦力による回転モーメントを容易に上回る。これにより、固定子ローラ２３および移動子ローラ４２が、ワイヤ３１の伸縮に連動して、円滑に回動する。

ここで、固定子ローラ２３および移動子ローラ４２に加わる回転モーメントは、ワイヤ３１が固定子ローラ２３および移動子ローラ４２を回転させる力と、固定子ローラ２３および移動子ローラ４２の半径との積である。摩擦力による回転モーメントは、固定子軸部２３１および移動子軸部４２１とそれらを支持する部分との間で生じる摩擦力と、固定子軸部２３１および移動子軸部４２１の半径との積である。

固定子ローラ２３、および移動子ローラ４２の表面は、潤滑性の高い材料製の皮膜により覆われていても良い。皮膜の厚さは、ワイヤ３１と、固定子ローラ２３および移動子ローラ４２との間の熱伝達の妨げにならない厚さである。具体的には、皮膜の厚さは、１マイクロメートルから数十マイクロメートル程度である。

固定子軸部２３１とローラ支持部２５との間の摩擦、および、移動子軸部４２１とローラ保持溝４５との間の摩擦が低減されることにより、固定子ローラ２３および移動子ローラ４２が円滑に回動できる。さらに、固定子ローラ２３および移動子ローラ４２と、ワイヤ３１との間の摩擦が低減されることにより、ワイヤ３１が円滑に伸縮できる。以上により、ワイヤ３１の破断を防止できる。

前述の潤滑性の高い材料は、絶縁性であっても良い。固定子軸部２３１および移動子軸部４２１の表面が絶縁性の材料により覆われている場合には、固定子枠２１および移動子枠４１は導電性を有する材料製であっても良い。

固定子枠２１の下面は、あらかじめ透明な板等で覆われていても良い。固定子２０と移動子４０とを組み付けた後に、固定子２０の下面を板等で覆っても良い。組立工程における固定子２０の下面からの観察に支障を与えずに、アクチュエータ１０の内部への異物の侵入による破損を防止できる。組立工程が安定し、固定子２０と移動子４０との組み付け工程を観察する必要性が低い場合には、固定子枠２１は有底、かつ、不透明であっても良い。

本実施の形態によると、外力が加わった場合のワイヤ３１の破断を防止したアクチュエータ１０を提供できる。本実施の形態によると、プリント基板等への実装が容易なアクチュエータ１０を提供できる。

第１板６１と第２板６２とを押し付けあう方向に付勢する手段を有する用途に使用する場合には、アクチュエータ１０は、付勢バネ５１を備えなくても良い。さらにアクチュエータ１０は留具５０を備えなくても良い。

固定子ローラ２３および移動子ローラ４２の数は、５個と４個とに限定しない。アクチュエータ１０は、任意の数の固定子ローラ２３および移動子ローラ４２を有することができる。ワイヤ３１は１本に限定しない。アクチュエータ１０は、任意の数のワイヤ３１を有することができる。アクチュエータ１０の各部の寸法は、本実施の形態に記載した寸法に限定しない。

アクチュエータ１０は、固定子２０側をユーザの触れる部分の近傍に固定して使用されても良い。

［実施の形態２］
本実施の形態は、移動子４０に横ずれが発生しにくい用途に適したアクチュエータ１０に関する。実施の形態１と共通する部分については、説明を省略する。

図２３は、実施の形態２のアクチュエータ１０の分解斜視図である。図２４は、実施の形態２のアクチュエータ１０の断面図である。固定子２０は、固定子枠２１と一体に形成された、５個の固定子突起２９を有する。固定子突起２９の上面は、略円筒面である。移動子４０は、天板部４７と一体に形成された４個の移動子突起４９を有する。移動子突起４９の下面は、略円筒面である。

固定子２０および移動子４０は、樹脂の射出成形により製作することが望ましい。固定子突起２９および移動子突起４９の表面は、潤滑性が良い材料製の皮膜により覆われていることが、さらに望ましい。

固定子２０および移動子４０は、セラミックス製または金属製であっても良い。固定子２０および移動子４０は、互いに異なる材料製であっても良い。固定子２０および移動子４０が導電性の材料製である場合には、固定子突起２９および移動子突起４９の表面は、絶縁性の材料製の皮膜により覆う。

第２端子板３２は、ワイヤ保持溝３３に加えて、中央部に浅い窪みを有する。固定端子２２と、ワイヤ３１と、第２端子板３２とをカシメ固定する際に、この窪みを目印にして、パンチの位置決めをすることができる。

本実施の形態のアクチュエータ１０を使用する際には、図２４に二点鎖線で示すように、第１板６１および第２板６２の上下方向への平行移動以外の動きを規制する摺動柱６３のような構成を設けることが望ましい。移動子４０の横ずれを防止することにより、使用時のワイヤ３１の破断を防止することができる。

［実施の形態３］
本実施の形態は、固定端子２２の縁に曲面部２７を設けたアクチュエータ１０に関する。実施の形態１と共通する部分については、説明を省略する。図２５は、実施の形態３の固定子２０の斜視図である。図２６は、実施の形態３のアクチュエータ１０の断面図である。

固定端子２２は、端子板部２２３の端子脚部２２２から遠い側の辺から、端子脚部２２２と同じ向きに延びる曲面部２７を備える。曲面部２７は、固定子ローラ２３の曲率と略同一の曲率を有する。固定子２０は、３個の固定子ローラ２３を有する。

図２に示すように、ワイヤ３１は両端で曲面部２７に沿って屈曲し、移動子ローラ４２に接触する。導体である固定端子２２と接触している部分では、ワイヤ３１にジュール熱は発生しないので、収縮も生じない。

仮に固定端子２２またはワイヤ３１の表面に非導電性の被覆を設けた場合であっても、ワイヤ３１で発生したジュール熱は固定端子２２に速やかに拡散するので、ワイヤ３１の温度は上昇しない。したがって、固定端子２２と接触している部分では、ワイヤ３１の収縮も生じない。

実施の形態１と異なり、端子板部２２３と固定子ローラ２３との間でワイヤ３１が空中で左右方向に保持される部分（図１４参照）が無い。そのため、パルス電圧を印加した際のワイヤ３１の伸縮が、移動子４０の前後方向の動作に効率良く寄与するアクチュエータ１０を提供できる。

［実施の形態４］
本実施の形態は、固定子２０がワイヤ３１のずれを防止する溝を備えるアクチュエータ１０に関する。実施の形態１と共通する部分については、説明を省略する。図２７は、実施の形態４の固定子２０の斜視図である。図２８は、実施の形態４の固定子２０の断面図である。

固定子枠２１は、左右方向に長い略長方形の枠であり、前壁および後壁の内面に五組のローラ支持部２５を有する。ローラ支持部２５は、上側に開口する略Ｕ字型の溝であり、一組ずつ互いに対向している。ローラ支持部２５の開口部の幅は、固定子軸部２３１の直径より若干広い。対向する一組のローラ支持部２５により、１個の固定子ローラ２３が回動可能に支持される。

固定子枠２１の前壁と後壁とは、上側に開口する略Ｕ字型の接続部２８を介して接続されている。接続部２８は、固定子ローラ２３の左、右および下を囲んでいる。接続部２８により、固定子枠２１が前後方向に広がるような変形が防止されている。

接続部２８の左右の壁にそれぞれ、接続部２８を前後に分ける第２ワイヤ通過溝２１２が設けられている。第２ワイヤ通過溝２１２は、ワイヤ３１の外形よりも大きい溝幅を有する。

図２９は、実施の形態４の移動子４０の斜視図である。移動子４０は、移動子枠４１、および、４個の移動子ローラ４２を有する。

移動子枠４１は、天板部４７と、４個の矩形箱状のローラ保持部４４とを有する。天板部４７は、前後方向が固定子枠２１と略同一寸法で、左右方向が固定子枠２１よりも短い、略長方形板状である。ローラ保持部４４は、開口部を下に向けて、天板部４７の下面に左右方向に一列に並んでいる。ローラ保持部４４の、右壁および左壁は大きく開口している。

移動子枠４１の前壁と後壁とには、ローラ保持溝４５が設けられている。対向する一組のローラ保持溝４５により、１個の移動子ローラ４２がローラ保持部４４の内側に回動可能に保持される。ローラ保持溝４５の入口部分に設けられた抜け止めの作用により、天板部４７を上側にして移動子４０を保持した場合であっても、移動子ローラ４２は落下しない。

図２７および図２８を使用して説明した固定子２０と、図２９を使用して説明した移動子４０とを組み付けて、留具５０で固定することにより、アクチュエータ１０が完成する。

ワイヤ３１は、固定子ローラ２３の上側と移動子ローラ４２の下側とを通る波型になる。固定子ローラ２３と移動子ローラ４２との間においては、ワイヤ３１は第２ワイヤ通過溝２１２を通過する。

本実施の形態によると、移動子４０が軽量であるので、消費電力が少ないアクチュエータ１０を提供できる。

［実施の形態５］
本実施の形態は、ローラにワイヤ３１を案内する溝を設けたアクチュエータ１０に関する。実施の形態１と共通する部分については、説明を省略する。図３０は、実施の形態５の固定子ローラ２３の正面図である。なお、移動子ローラ４２も同様の形状である。

固定子ローラ２３は、円柱形である。固定子ローラ２３は、両端面から同軸的に突出する円柱形の固定子軸部２３１を有する。固定子ローラ２３は、側面に２本の畝部２３２を有する。畝部２３２は、固定子ローラ２３を中心軸まわりに１周する筋状の突起である。２本の畝部２３２は平行であり、その間に案内溝２３３が形成されている。

固定子ローラ２３を、中心軸を含む面で切断する断面でみると、案内溝２３３は、ワイヤ３１の半径よりも約１０パーセント大きい半径を有する円弧状の底を有する。

図３１は、実施の形態５のアクチュエータ１０の断面図である。ワイヤ３１は、案内溝２３３により案内されるので、前後方向へのずれが防止される。案内溝２３３の底と、ワイヤ３１の外形とが近接しているので、ワイヤ３１で発生した熱が固定子ローラ２３および移動子ローラ４２に伝導しやすい。そのため、パルスを印加した後に、速やかにワイヤ３１が冷却される。

なお、固定子ローラ２３または移動子ローラ４２のいずれか一方のみを、図３０を使用して説明した形状にしても良い。複数の固定子ローラ２３および移動子ローラ４２の一部を、図３０を使用して説明した形状にしても良い。

［実施の形態６］
本実施の形態は、両端の固定子ローラ２３と、隣接する固定端子２２とが導通するアクチュエータ１０に関する。実施の形態１と共通する部分については、説明を省略する。

図３２は、実施の形態６のアクチュエータ１０の分解斜視図である。固定子２０は、固定子枠２１、固定端子２２、および５個の固定子ローラ２３を有する。５個の固定子ローラ２３のうち、固定端子２２に隣接して配置される左右それぞれ１個の固定子ローラ２３は、他の固定子ローラ２３と形状の異なる、端部固定子ローラ２３４である。

端部固定子ローラ２３４は、固定子ローラ２３と同一の外径を有し、固定子ローラ２３よりも低い円柱形である。端部固定子ローラ２３４は、両端面から同軸的に突出する円柱形の端部固定子軸部２３５を有する。端部固定子軸部２３５を含めた端部固定子ローラ２３４の高さは、固定子軸部２３１を含めた固定子ローラ２３の高さと同一である。

端部固定子ローラ２３４は、熱伝導率と、導電率の両方が高い材料製である。端部固定子ローラ２３４の材質は、銅が望ましい。端部固定子ローラ２３４の材質にアルミニウムを用いる場合には、銅メッキ等の導電性が高い皮膜を表面に形成する。アルミニウムは、表面に非導電性の酸化皮膜を形成しやすいからである。

第２端子板３２は、略Ｔ字型の板である。第２端子板３２は、Ｔ字の縦棒に相当する部分の先端に、二股に分かれたブラシ部３６を有する。ブラシ部３６は、斜め下向きに屈曲している。第２端子板３２は黄銅またはリン青銅等の導電率の高い金属製である。

図３３は、実施の形態６の留具５０および移動子４０を除去したアクチュエータ１０の斜視図である。図３４は、実施の形態６の留具５０および移動子４０を除去したアクチュエータ１０の部分拡大断面図である。

ブラシ部３６は、端部固定子軸部２３５に押し付けられている。そのため、端部固定子ローラ２３４は回動可能であり、かつ、ブラシ部３６と、第２端子板３２とカシメ部３５とを介して固定端子２２と導通する。すなわち、ブラシ部３６と端部固定子ローラ２３４とは、いわゆるスリップリング様の構造を形成する。

本実施の形態によると、固定端子２２と端部固定子ローラ２３４との間では、ワイヤ３１に電流が流れない。パルス電圧は、両端の端部固定子ローラ２３４同士の間に印加される。ワイヤ３１のうち、移動子４０の動作に寄与する部分のみにパルス電圧が印加されるので、効率が高く消費電力の少ないアクチュエータ１０を提供できる。

各実施例で記載されている技術的特徴（構成要件）はお互いに組合せ可能であり、組み合わせすることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものでは無いと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味では無く、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ アクチュエータ
２０ 固定子
２１ 固定子枠
２１２ 第２ワイヤ通過溝
２２ 固定端子
２２１ 端子凹部
２２２ 端子脚部
２２３ 端子板部
２３ 固定子ローラ
２３１ 固定子軸部
２３２ 畝部
２３３ 案内溝
２３４ 端部固定子ローラ
２３５ 端部固定子軸部
２４ 留具固定突起
２５ ローラ支持部
２６ 留具支持部
２７ 曲面部
２８ 接続部
２９ 固定子突起
３１ ワイヤ
３２ 第２端子板
３３ ワイヤ保持溝
３５ カシメ部
３６ ブラシ部
４０ 移動子
４１ 移動子枠
４２ 移動子ローラ
４２１ 移動子軸部
４３ 押圧部
４４ ローラ保持部
４５ ローラ保持溝
４６ 第１ワイヤ通過溝
４７ 天板部
４９ 移動子突起
５０ 留具
５１ 付勢バネ
５２ 側板部
５３ 取付孔
５４ 連結部
５５ 支持板部
６１ 第１板
６２ 第２板
６３ 摺動柱

アクチュエータは、複数の、中央部に比べて細い固定子軸部を両端に有する段付き円柱形状の固定子ローラを、回動可能に両端で支持する固定子と、前記固定子ローラの間に配置された移動子ローラを回動可能に両端で支持する移動子と、前記固定子ローラおよび前記移動子ローラの間に挟まれており、両端が前記固定子に設けられた２個の固定端子にそれぞれ接続された形状記憶合金製のワイヤとを備える。

Claims (12)

1. 複数の固定子ローラを回動可能に支持する固定子と、
   前記固定子ローラの間に配置された移動子ローラを回動可能に支持する移動子と、
   前記固定子ローラおよび前記移動子ローラの間に挟まれており、両端が前記固定子に設けられた２個の固定端子にそれぞれ接続された形状記憶合金製のワイヤと、
   を備えるアクチュエータ。
2. 前記固定子ローラは、中央部に比べて細い固定子軸部を両端に有する段付き円柱形状であり、前記固定子軸部で前記固定子に支持されている
   請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記移動子ローラは、中央部に比べて細い移動子軸部を両端に有する段付き円柱形状であり、前記移動子軸部で前記移動子に支持されている
   請求項１または請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 前記固定子ローラは、前記移動子ローラと同一の形状である
   請求項１から請求項３のいずれか一つに記載のアクチュエータ。
5. 前記移動子ローラは、前記固定子ローラの配列方向のガタを有して支持されている
   請求項１から請求項４のいずれか一つに記載のアクチュエータ。
6. 前記固定子ローラまたは前記移動子ローラは、前記ワイヤを案内する案内溝を備える
   請求項１から請求項５のいずれか一つに記載のアクチュエータ。
7. 前記固定子ローラまたは前記移動子ローラは、潤滑性を有する皮膜を備える
   請求項１から請求項６のいずれか一つに記載のアクチュエータ。
8. 前記ワイヤに対応するワイヤ保持溝を有する第２端子板を備え、
   前記ワイヤは、前記固定端子と前記ワイヤ保持溝との間に挟まれており、
   前記第２端子板は、前記固定端子にカシメ固定されている
   請求項１から請求項７のいずれか一つに記載のアクチュエータ。
9. 前記ワイヤは、前記固定端子と、複数の前記固定子ローラのうち前記固定端子に隣接する固定子ローラとの間で直線状である
   請求項１から請求項８のいずれか一つに記載のアクチュエータ。
10. 前記固定端子は、複数の前記固定子ローラのうち前記固定端子に隣接する固定子ローラと導通する
    請求項１から請求項９のいずれか一つに記載のアクチュエータ。
11. 前記固定子に保持されており、前記移動子を前記固定子に向けて付勢する付勢バネを備える
    請求項１から１０のいずれか一つに記載のアクチュエータ。
12. 複数の固定子ローラを回動可能に固定子に取り付け、
    移動子ローラを回動可能に移動子に取り付け、
    前記固定子ローラと前記移動子ローラとの間に形状記憶合金製のワイヤを挟み、
    前記形状記憶合金製のワイヤの両端を前記固定子に設けられた２個の固定端子にそれぞれ接続する
    アクチュエータの製造方法。

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