JP2019143555A - 形状記憶合金アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】伸縮部材の逆変態開始温度を調整できる技術を提供する。【解決手段】固定子２２と、固定子２２に対して移動可能な可動子２４と、張力を付与した状態で張り渡され、温度変化により伸縮可能な形状記憶合金を素材として構成され、縮み変形により可動子２４を駆動可能な伸縮部材２６と、伸縮部材２６の張力を調整可能な張力調整機構２８と、を備える。張力調整機構２８を用いて伸縮部材２６の張力を調整することで、伸縮部材２６の逆変態開始温度を調整できる。【選択図】図６

Description

本発明は、形状記憶合金アクチュエータに関する。

従来より、小型化を図れるアクチュエータとして、形状記憶合金（ＳＭＡ：Shape memory Alloy）を用いた形状記憶合金アクチュエータ（以下、単にＳＭＡアクチュエータともいう）が知られる。ＳＭＡアクチュエータは、形状記憶合金製の伸縮部材を備え、その伸縮部材の温度変化による伸縮を利用して被駆動要素を駆動可能である。

特許文献１には、固定子と、固定子に当接する可動子と、固定子と可動子の間に張り渡される伸縮部材と、弾性部材の弾性力をもって固定子に移動子を取り付ける取付手段とを備えたＳＭＡアクチュエータが記載されている。

特開２０１４−８８８１１号公報

本発明者は、ＳＭＡアクチュエータに関して検討したところ、次の知見を得た。伸縮部材は、逆変態開始温度以上の温度域まで加熱されたときに縮み変形する。ＳＭＡアクチュエータは、このような伸縮部材の縮み変形を利用して被駆動要素を駆動する。ここで、ＳＭＡアクチュエータの周囲の環境温度と伸縮部材の逆変態開始温度の温度差が過度に小さい場合、伸縮部材が逆変態開始温度以上に容易に加熱されてしまい、意図せず被駆動要素を駆動する誤動作の恐れが高まる。また、この温度差が過度に大きい場合、伸縮部材を逆変態開始温度以上に通電加熱するための通電量が過度に大きくなってしまい、ＳＭＡアクチュエータの応答性に悪影響を及ぼす。

このような問題との関係では、ＳＭＡアクチュエータの使用が想定される環境下での環境温度と伸縮部材の逆変態開始温度の温度差が適切な範囲に収まるように、伸縮部材の逆変態開始温度を調整できる技術の提案が望まれる。特許文献１の開示技術は、このような問題との関係で対策を講じたものではなく、改良の余地が残されている。

本発明のある態様は、このような課題に鑑みてなされ、その目的の１つは、伸縮部材の逆変態開始温度を調整できる技術を提供する。

本発明の第１態様は形状記憶合金アクチュエータであり、固定子と、前記固定子に対して移動可能な可動子と、張力を付与した状態で張り渡され、温度変化により伸縮可能な形状記憶合金を素材として構成され、縮み変形により前記可動子を駆動可能な伸縮部材と、前記伸縮部材の張力を調整可能な張力調整機構と、を備える。

この態様によれば、張力調整機構を用いて伸縮部材の張力を調整することで、伸縮部材の逆変態開始温度を調整できる。

第１実施形態の駆動装置を示す構成図である。 第１実施形態の被駆動機器の一部を示す模式図である。 第１実施形態のＳＭＡアクチュエータの上面図である。 第１実施形態のＳＭＡアクチュエータの側面図である。 第１実施形態のＳＭＡアクチュエータの側面断面図である。 図５の一部の拡大図である。 伸縮部材の温度とひずみの関係を示すグラフである。 図４の一部の拡大図である。 図９（ａ）は、図８のＡ−Ａ線断面図であり、図９（ｂ）は、図８のＢ−Ｂ線断面図である。 第２実施形態のＳＭＡアクチュエータの側面図である。 第２実施形態のＳＭＡアクチュエータの側面断面図である。

以下、実施形態、変形例では、同一の構成要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図面では、説明の便宜のため、構成要素の一部を適宜省略したり、構成要素の寸法を適宜拡大、縮小して示す。

（第１の実施の形態）
図１は、第１実施形態のＳＭＡアクチュエータ１０が用いられる駆動装置１２を示す構成図である。図２は、駆動装置１２が用いられる被駆動機器１４の一部を示す模式図である。駆動装置１２は、被駆動機器１４の被駆動部１４ａを駆動方向Ｐａに駆動する。本実施形態の被駆動機器１４はタッチパネル装置であり、被駆動機器１４の被駆動部１４ａはユーザＵによりタッチ操作されるタッチパネルである。本実施形態の駆動装置１２は触感付与装置である。触感付与装置は、被駆動機器１４の被駆動部１４ａに対するユーザＵのタッチ操作に連動して被駆動部１４ａを駆動することで、ユーザＵに触感を付与可能である。

駆動装置１２は、ＳＭＡアクチュエータ１０の他に、タッチ検出部１６と、付勢部１８と、制御装置２０と、を備える。

タッチ検出部１６は、被駆動機器１４の被駆動部１４ａに対するタッチ操作を検出可能である。タッチ検出部１６は、たとえば、タッチパネルに組み込まれる静電容量式タッチセンサ等である。

付勢部１８は、被駆動機器１４の被駆動部１４ａを駆動方向Ｐａとは反対側の反駆動方向Ｐｂに付勢する。付勢部１８は、コイルスプリング等の弾性体である。

制御装置２０は、タッチ検出部１６やＳＭＡアクチュエータ１０の伸縮部材２６（後述する）に電気的に接続される。制御装置２０は、コンピュータのＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の組み合わせにより構成される。制御装置２０には、タッチ検出部１６の検出結果が入力される。制御装置２０は、ＳＭＡアクチュエータ１０の伸縮部材２６に対する通電を制御可能である。

図３は、第１実施形態のＳＭＡアクチュエータ１０の上面図であり、図４は、その側面図であり、図５は、その側面断面図である。本実施形態のＳＭＡアクチュエータ１０は、固定子２２と、可動子２４と、伸縮部材２６と、張力調整機構２８と、を備える。

固定子２２は、被駆動機器１４のケーシング（不図示）に取り付けられる。可動子２４は、固定子２２に対して可動方向Ｘ（以下、単にＸ方向ともいう）に移動可能である。詳しくは、可動子２４は、固定子２２に対してＸ方向に離間した位置でＸ方向の両側に移動可能である。本実施形態の可動子２４は、固定子２２と対向しており、固定子２２と対向する方向を可動方向Ｘとして移動可能である。本実施形態では、Ｘ方向の一方側（図中の上側）は固定子２２から可動子２４が離れる方向となり、Ｘ方向の他方側（図中の下側）は固定子２２に可動子２４が近づく方向となる。以下、Ｘ方向の一方側を上側又は上方向といい、その他方側を下側又は下方向という。

可動子２４は、上方向を駆動方向Ｐａとして、その駆動方向Ｐａの動きを被駆動要素となる被駆動機器１４の被駆動部１４ａに伝達可能に設けられる。駆動方向Ｐａは、タッチパネルの面外方向を例示するが、タッチパネルの面内方向等の他の方向でもよい。

本実施形態の固定子２２と可動子２４は、全体として、Ｘ方向と交差する延び方向Ｙ（以下、単にＹ方向ともいう）に延びている。本実施形態のＹ方向はＸ方向と直交し、固定子２２と可動子２４は直線状に延びている。以下、Ｘ方向及びＹ方向に直交するＺ方向を幅方向という。

固定子２２は、Ｘ方向で可動子２４側を向く箇所に第１掛け部２２ａを有する。本実施形態の第１掛け部２２ａは、Ｙ方向に間を置いて複数並べられる。本実施形態の第１掛け部２２ａは、凸部と凹部がＹ方向に交互に並ぶ凹凸部の凸部が構成している。可動子２４は、Ｘ方向で固定子２２側を向く箇所に第２掛け部２４ａを有する。本実施形態の第２掛け部２４ａは、Ｙ方向に間を置いて複数並べられる。本実施形態の第２掛け部２４ａは、凸部と凹部がＹ方向に交互に並ぶ凹凸部の凸部が構成している。第１掛け部２２ａと第２掛け部２４ａは、Ｙ方向に互い違いに並ぶように配置される。

固定子２２は、Ｘ方向から見て、可動子２４とのＸ方向での対向箇所よりはみ出るはみ出し部２２ｂを有する。本実施形態のはみ出し部２２ｂは、可動子２４との対向箇所よりＹ方向の両側にはみ出る。はみ出し部２２ｂには、伸縮部材２６等が固定される被固定部２２ｃが設けられる。被固定部２２ｃは、不図示の固定部材を用いて被駆動機器１４のケーシング（不図示）に固定され、被駆動機器１４の被駆動部１４ａに対する位置が固定される。

伸縮部材２６は、線状のワイヤーを例示するが、帯状のベルト等でもよい。伸縮部材２６は、張力を付与した状態で少なくとも固定子２２及び可動子２４に接触するように張り渡される。伸縮部材２６の両端側部分は、後述する固定部材３０を用いて、固定子２２の被固定部２２ｃに固定される。本実施形態の伸縮部材２６は、固定子２２と可動子２４の間に配置され、固定子２２の第１掛け部２２ａと可動子２４の第２掛け部２４ａに交互に掛けるようにＹ方向に張り渡される。詳しくは、伸縮部材２６は、Ｘ方向で第１掛け部２２ａの可動子２４側を向く箇所と、Ｘ方向で第２掛け部２４ａの固定子２２側を向く箇所とに交互に掛けるように張り渡される。

伸縮部材２６は、温度変化により伸縮可能な形状記憶合金を素材として構成される。この形状記憶合金は、たとえば、Ｎｉ−Ｔｉ合金等である。形状記憶合金製の伸縮部材２６は、加熱による逆変態（オーステナイト変態）により縮み変形可能であるとともに、冷却によるマルテンサイト変態により伸び変形可能である。伸縮部材２６は縮み変形により可動子２４を駆動方向Ｐａに駆動可能である。

図６は、図５の一部の拡大図である。前述の固定部材３０は雄ねじ部材である。固定子２２を挟んで可動子２４とはＸ方向の反対側には雌ねじ部材３２が配置される。本実施形態の雌ねじ部材３２は板状をなし、雌ねじ部材３２には第１雌ねじ孔３２ａが形成される。固定部材３０は、雌ねじ部材３２の第１雌ねじ孔３２ａに軸部３０ａの雄ねじ部がねじ込まれており、その第１雌ねじ孔３２ａに対して締め付けることで、雌ねじ部材３２とともに固定子２２に固定される。固定部材３０は、自らの軸部３０ａに巻き付けられた伸縮部材２６を自らの頭部と固定子２２の間で挟み込むことで伸縮部材２６を固定子２２に固定する。固定部材３０や雌ねじ部材３２は、固定子２２のＹ方向の一方側部分の被固定部２２ｃと他方側部分の被固定部２２ｃのそれぞれに対応して個別に設けられる（図５参照）。

固定部材３０の頭部と固定子２２の間には電極部材３１が挟み込まれる。電極部材３１は真鍮等の導電性部材を用いて構成される。固定部材３０の頭部と伸縮部材２６の間には板状の押さえ３３が配置され、伸縮部材２６は電極部材３１と押さえ３３の間に挟み込まれる。電極部材３１は、伸縮部材２６の一端側部分に接触することで伸縮部材２６と導通している。伸縮部材２６の両端側部分は、不図示の電気配線や電極部材３１を介して制御装置２０に電気的に接続されている。

張力調整機構２８は、伸縮部材２６に付与される張力を調整可能である。本実施形態の張力調整機構２８は、第１押さえ部材３４と、第２押さえ部材３６とを有する。本実施形態の張力調整機構２８は、固定子２２や可動子２４のＹ方向の一方側部分と他方側部分のそれぞれに対応して個別に設けられる（図５参照）。張力調整機構２８は、本実施形態において、固定子２２に対して上側に全体が配置され、固定子２２に対して下側には配置されない。

第１押さえ部材３４は、自らがＸ方向に弾性変形した状態でＸ方向の下側に可動子２４を押さえている。第２押さえ部材３６は、Ｘ方向に位置調整可能に固定子２２に固定され、Ｘ方向の下側に第１押さえ部材３４を押さえている。これにより、張力調整機構２８は、固定子２２に対するＸ方向での可動子２４の離脱を防止する役割を果たしている。

本実施形態の第１押さえ部材３４は、第２押さえ部材３６により上側から押さえられる被押さえ部３４ａと、可動子２４を上側から押さえる押さえ部３４ｂとを有する板バネである。本実施形態において、被押さえ部３４ａは第１押さえ部材３４のＹ方向の一端側（図中左側）に設けられ、押さえ部３４ｂは被押さえ部３４ａよりＹ方向の他端側（図中右側）に設けられる。

本実施形態の被押さえ部３４ａは、Ｘ方向から見て、可動子２４からＹ方向に離間した箇所に設けられる。本実施形態の被押さえ部３４ａは、固定子２２の被固定部２２ｃの上側に配置される。

押さえ部３４ｂは、被押さえ部３４ａからＹ方向に延びており、Ｙ方向の先端側部分が可動子２４の上側に配置される。押さえ部３４ｂは、可動子２４のＸ方向での動きに追従してＸ方向に弾性変形可能な板状をなす。本実施形態の押さえ部３４ｂは、被押さえ部３４ａから上側に向けて延びる第１部分３４ｂａと、第１部分３４ｂａと曲げ部分３４ｂｂを介して連なりＹ方向に延びる第２部分３４ｂｃとを有する。押さえ部３４ｂは、Ｚ方向に沿った寸法が被押さえ部３４ａより小さくなるように形成される（図３参照）。

本実施形態の第２押さえ部材３６は雄ねじ部材である。第２押さえ部材３６の軸部３６ａは第１押さえ部材３４の被押さえ部３４ａを貫通している。前述の雌ねじ部材３２には第２雌ねじ孔３２ｂが形成される。第２押さえ部材３６は、固定子２２に固定される雌ねじ部材３２の第２雌ねじ孔３２ｂに軸部３６ａの雄ねじ部がねじ込まれることで、固定子２２に固定される。第２押さえ部材３６は、雌ねじ部材３２に対するねじ込み量を変えることで、固定子２２に対してＸ方向に位置調整可能である。

第２押さえ部材３６の頭部３６ｂは上側から第１押さえ部材３４の被押さえ部３４ａを押さえている。固定子２２に対するＸ方向での第２押さえ部材３６の位置の調整によって、第２押さえ部材３６による第１押さえ部材３４に対する押さえ位置Ｐｃ１もＸ方向に調整される。

第２押さえ部材３６による押さえ位置Ｐｃ１の調整によって、第１押さえ部材３４のＸ方向での弾性変形量が変化し、第１押さえ部材３４により可動子２４に下側に付与される押さえ力Ｆａが調整される。詳しくは、第２押さえ部材３６の押さえ位置Ｐｃ１が下側に変化したとき、第１押さえ部材３４のＸ方向での弾性変形量が大きくなり、第１押さえ部材３４による押さえ力Ｆａが増大する。一方、第２押さえ部材３６の押さえ位置Ｐｃ１が上側に変化したとき、第１押さえ部材３４のＸ方向での弾性変形量が小さくなり、第１押さえ部材３４による押さえ力Ｆａが減少する。

このような第１押さえ部材３４による可動子２４に付与される押さえ力Ｆａの調整によって、伸縮部材２６の弾性域での引張変形量が変化し、伸縮部材２６の張力が調整される。詳しくは、第２押さえ部材３６による押さえ位置Ｐｃ１がＸ方向の下側に変化すると、第１押さえ部材３４による押さえ力Ｆａが増大し、伸縮部材２６の弾性域での引張変形量が増大し、伸縮部材２６の張力が増大する。一方、第２押さえ部材３６による押さえ位置Ｐｃ１がＸ方向の上側に変化すると、第１押さえ部材３４による押さえ力Ｆａが減少し、伸縮部材２６の弾性域での引張変形量が減少し、伸縮部材２６の張力が減少する。

このように張力調整機構２８は、可動子２４を下側に押さえる押さえ力Ｆａを調整可能であり、その押さえ力Ｆａの調整により伸縮部材２６の張力を調整可能である。本実施形態の張力調整機構２８は、可動子２４に対する押さえ力Ｆａを連続的に調整可能であり、その押さえ力Ｆａの調整により伸縮部材２６の張力を連続的に０超の範囲で調整可能である。

本実施形態の張力調整機構２８は、このような押さえ力Ｆａの調整により、伸縮部材２６の張力とともに、固定子２２と可動子２４の間のＸ方向での間隔Ａを調整可能である。詳しくは、第２押さえ部材３６による押さえ力Ｆａが増大すると、伸縮部材２６の引張変形量の増大を伴い固定子２２に可動子２４が近づくことで、固定子２２と可動子２４の間隔Ａが狭くなる。一方、第２押さえ部材３６による押さえ力Ｆａが減少すると、伸縮部材２６の上方向の弾性反発力によって、伸縮部材２６の引張変形量の減少を伴い固定子２２から可動子２４が離れることで、固定子２２と可動子２４の間隔Ａが広くなる。本実施形態の張力調整機構２８は、前述のように、可動子２４に対する押さえ力Ｆａを連続的に調整可能であり、その押さえ力Ｆａの調整により固定子２２と可動子２４の間隔Ａを連続的に調整可能である。

なお、第２押さえ部材３６の押さえ位置Ｐｃ１を調整したとき、固定子２２と可動子２４の間隔Ａが変化することで、第１押さえ部材３４による可動子２４に対する押さえ位置Ｐｃ２もＸ方向に変化する。この第１押さえ部材３４の押さえ位置Ｐｃ２の変化量は、第２押さえ部材３６の押さえ位置Ｐｃ１の変化量より小さくなる。

以上のＳＭＡアクチュエータ１０を用いた駆動装置１２の動作を説明する。図１、図２を参照する。制御装置２０は、予め定められた駆動開始条件を満たすと、予め定められた通電条件のもとで伸縮部材２６に通電する。本実施形態の駆動開始条件は被駆動機器１４の被駆動部１４ａに対するタッチ操作がタッチ検出部１６により検出されることである。通電条件は、伸縮部材２６が逆変態開始温度以上の温度域まで伸縮部材２６を加熱することで、伸縮部材２６を縮み変形させることが可能な条件に設定される。

制御装置２０による通電に伴い伸縮部材２６が縮み変形すると、可動子２４が駆動方向Ｐａに駆動され、その可動子２４の動きが被駆動機器１４の被駆動部１４ａに伝達されることで、被駆動部１４ａも駆動方向Ｐａに駆動される。このとき、被駆動機器１４の被駆動部１４ａは付勢部１８の付勢力に抗して駆動方向Ｐａに駆動される。

制御装置２０による伸縮部材２６に対する通電が停止すると、伸縮部材２６が放熱冷却により元の形状に復元するように伸び変形する。これに伴い、伸縮部材２６から被駆動部１４ａへの力の伝達が解除され、被駆動部１４ａが付勢部１８の付勢力により反駆動方向Ｐｂに押し戻される。本実施形態の触感付与装置として機能する駆動装置１２は、この駆動方向Ｐａと反駆動方向Ｐｂの動きを瞬間的に行わせることで被駆動部１４ａを振動させる。これにより、駆動装置１２は、被駆動部１４ａに触れているユーザに被駆動部１４ａの振動を伝達させ、ユーザに触感を付与する。

次に、伸縮部材２６の逆変態開始温度の調整手法の一例を説明する。図７は、伸縮部材２６の温度とひずみεの関係を示すグラフである。このひずみεは、次の式（１）で表される。式（１）の「Ｌ_Ｔ＝Ｔｒ」は基準温度Ｔｒにあるときの伸縮部材２６が伸縮方向での長さをいい、「Ｌ_Ｔ＝Ｔｘ」は温度Ｔｘにあるときの伸縮部材２６が伸縮方向での長さをいう。ここでの基準温度Ｔｒとは、たとえば、室温（２５℃）である。このひずみεは、伸縮部材２６が基準温度Ｔｒにあるときの長さＬ_Ｔ＝Ｔｒからの伸縮部材２６の縮み方向での変形量が大きくなるほど大きくなる。
ε＝（Ｌ_Ｔ＝Ｔｒ−Ｌ_Ｔ＝Ｔｘ）／Ｌ_Ｔ＝Ｔｒ ・・・ （１）

形状記憶合金は、通常、昇温過程と降温過程とで温度の変化量に対するひずみの変化量が異なるヒステリシスを持つ。ここでの昇温過程とは、図７のＸ０→Ｘ１→Ｘ２→Ｘ３を辿る過程をいい、降温過程とは、Ｘ３→Ｘ４→Ｘ５→Ｘ０を辿る過程をいう。伸縮部材２６の逆変態開始温度は、通常、昇温過程において、温度の変化量に対してひずみの変化量が急激に大きくなり始める温度（図７のＸ１の温度）となる。

本グラフでは、伸縮部材２６の組成は変化させず、伸縮部材２６に付与される張力Ｔｓのみを変化させた条件のもとで得られた伸縮部材２６の温度−ひずみ特性のヒステリシス曲線を示す。本図に示すように、伸縮部材２６の張力ＴｓがＡ、２Ａ、３Ａの順で大きくなるほど、伸縮部材２６の逆変態開始温度がＴ１、Ｔ２、Ｔ３と順で大きくなることが把握できる。このように、伸縮部材２６の張力Ｔｓは、伸縮部材２６の逆変態開始温度との間で正の相関関係を持っている。このことを利用して、次のように伸縮部材２６の逆変態開始温度Ｔｅを調整する。

ここでは、説明の便宜のため、伸縮部材２６に初期張力Ｔｓ＝２Ａが付与されており、伸縮部材２６の逆変態開始温度がＴ２であるとする。また、伸縮部材２６に初期張力が付与されているときに、張力調整機構２８により可動子２４に付与される押さえ力をＦａ０とする。

ＳＭＡアクチュエータ１０の使用が想定される環境下での環境温度（以下、想定環境温度という）と伸縮部材の逆変態開始温度Ｔ２の温度差が過度に小さい場合を考える。これは、たとえば、ＳＭＡアクチュエータ１０をエンジンルーム内で用いるような、想定環境温度が過度に高い場合である。この場合、伸縮部材２６が逆変態開始温度以上に容易に加熱される事態を避けるため、伸縮部材２６の逆変態開始温度がＴ２超の温度Ｔ３となるように、たとえば、伸縮部材２６の張力Ｔｓを２Ａ超の張力３Ａに調整する。本実施形態でいえば、図６に示す張力調整機構２８を用いて、可動子２４に付与される押さえ力がＦａ０より大きくなるように調整することで、伸縮部材２６の張力を２Ａ超の張力３Ａに調整する。

また、前述の想定環境温度と伸縮部材２６の逆変態開始温度Ｔ２の温度差が過度に大きい場合を考える。この場合、伸縮部材２６を逆変態開始温度Ｔ２以上に通電加熱するための通電量の過度の増大を避けるため、伸縮部材２６の逆変態開始温度がＴ２未満の温度Ｔ１となるように、伸縮部材２６に付与される張力を２Ａ未満の張力Ａに調整する。本実施形態でいえば、張力調整機構２８を用いて、可動子２４に付与される押さえ力がＦａ０より小さくなるように調整することで、伸縮部材２６の張力を２Ａ未満の張力Ａに調整する。

このように、本実施形態のＳＭＡアクチュエータ１０によれば、張力調整機構２８を用いて伸縮部材２６の張力を調整することで、伸縮部材２６の逆変態開始温度を調整できる。特に、伸縮部材２６の組成を変えることなく逆変態開始温度を調整できるため、共通の伸縮部材２６を用いつつ様々な想定環境温度に対応できるＳＭＡアクチュエータ１０を実現できる。

また、張力調整機構２８は、可動子２４に付与される押さえ力Ｆａを調整可能であり、その押さえ力Ｆａの調整により伸縮部材２６の張力とともに、固定子２２と可動子２４の間のＸ方向での間隔Ａを調整可能である。このため、伸縮部材２６の張力の調整と併せて、固定子２２と可動子２４の間の間隔Ａを狭くするように調整することで、可動子２４の反駆動方向Ｐｂでの可動域をできる限り小さくできる。この可動域を小さくしておけば、可動子２４に外部荷重が付与されることで可動子２４が反駆動方向Ｐｂに移動した場合に、伸縮部材２６の引張変形量を小さくでき、伸縮部材２６に過大なストレスが付与される事態を避けられる。

また、第１押さえ部材３４はＸ方向に押さえ部３４ｂが弾性変形可能な板バネである。第１押さえ部材３４として板バネを用いた場合、コイルスプリングを用いる場合と比べて、第１押さえ部材３４のＸ方向での寸法を小型化しつつ、高いバネ定数を確保し易い。よって、本実施形態によれば、第１押さえ部材３４としてコイルスプリングを用いる場合と比べ、ＳＭＡアクチュエータ１０のＸ方向での寸法を小型化しつつ、高いバネ定数を確保し易くなる。

このように高いバネ定数を確保できる場合、第１押さえ部材３４のＸ方向での弾性変形量に対する押さえ力Ｆａの変化量を大きくできる。つまり、第１押さえ部材３４のＸ方向での弾性変形量が小さくとも、第１押さえ部材３４により大きい押さえ力Ｆａを確保し易くなる。これに伴い、伸縮部材２６の逆変態開始温度の調整可能範囲を広くできる。これは、たとえば、第１押さえ部材３４のＸ方向での弾性変形量が小さくとも、図７でいう温度Ｔ１〜Ｔ３の範囲を広くできることを意味する。このため、第１押さえ部材３４のＸ方向での寸法を小型化しつつも、伸縮部材２６の逆変態開始温度の調整可能範囲が広いＳＭＡアクチュエータ１０を実現できる。

ＳＭＡアクチュエータ１０の他の工夫点を説明する。図３、図６に示すように、可動子２４には、第１押さえ部材３４の押さえ部３４ｂとＸ方向に対向する箇所に溝部２４ｂが形成される。押さえ部３４ｂは、可動子２４の溝部２４ｂ内に収まるように配置される。押さえ部３４ｂは、可動子２４がＺ方向の両側に変位しようとしたとき、可動子２４の溝部２４ｂの溝側面２４ｂａと接触することで、そのＺ方向の両側への変位を規制する。このように、第１押さえ部材３４の押さえ部３４ｂは、可動子２４のＺ方向の両側への変位を規制する変位規制部３４ｃとして機能する。これにより、張力調整機構２８を用いて、固定子２２に対するＸ方向での可動子２４の離脱を防止しつつ、Ｚ方向での可動子２４の離脱を防止できる。

図８は、図４の一部の拡大図である。図９（ａ）は、図８のＡ−Ａ線断面図であり、図９（ｂ）は、図８のＢ−Ｂ線断面図である。図８、図９に示すように、固定子２２は、第１凹部３８ａと第１凸部３８ｂがＹ方向に交互に並ぶ第１凹凸部３８を有する。可動子２４は、第２凹部４０ａと第２凸部４０ｂがＹ方向に交互に並ぶ第２凹凸部４０を有する。第１凹凸部３８は、固定子２２と可動子２４がＸ方向に対向する箇所でＺ方向の両側部に個別に設けられる。第２凹凸部４０は、固定子２２と可動子２４がＸ方向に対向する箇所でＺ方向の両側部に個別に設けられる。

固定子２２の第１掛け部２２ａは、Ｚ方向の両側の第１凹凸部３８を構成する第１凸部３８ｂ間に設けられる。第１掛け部２２ａを構成する凹凸部の凸部は、Ｚ方向の両側の第１凸部３８ｂよりＸ方向の上側への突出量が小さく、第１凸部３８ｂ間で溝状を呈している。可動子２４の第２掛け部２４ａは、Ｚ方向の両側の第２凹凸部４０を構成する第２凸部４０ｂ間に設けられる。第２掛け部２４ａを構成する凹凸部の凸部は、Ｚ方向の両側の第２凸部４０ｂよりＸ方向の下側への突出量が小さく、第２凸部４０ｂ間で溝状を呈している。

第１凸部３８ｂは、第２凹部４０ａの外形に合致する外形に形成され、第２凹部４０ａ内に嵌め込まれている。第２凸部４０ｂは、第１凹部３８ａの外形に合致する外形に形成され、第１凹部３８ａ内に嵌め込まれている。ここでの「合致」とは、言及している二者の外形が完全に合致する場合と、ほぼ合致する場合の両者が含まれる。第１凹凸部３８と第２凹凸部４０は、互いに嵌め合わされており、第１凸部３８ｂと第２凸部４０ｂが互い違いに並ぶように設けられることになる。

ここで、第１凸部３８ｂと第２凹部４０ａのＸ方向での最小の間隔Ｂ１と、第２凸部４０ｂと第１凹部３８ａのＸ方向での最小の間隔Ｂ２とは同等の大きさに設定される。ここでの「同等」とは、言及している二者の大きさが完全に同じ場合と、ほぼ同じ場合の両者が含まれる。

これにより、固定子２２と可動子２４の間の間隔Ｂ１、Ｂ２を十分に狭めたとき、固定子２２の第１凹凸部３８と可動子２４の第２凹凸部４０のＹ方向での全長に亘って、両者の間で大きく隙間が空いた箇所が生じない構造となる。よって、固定子２２と可動子２４の間に異物が入り込み難くなり、異物の入り込みに伴う誤動作の発生を避けられる。

（第２の実施の形態）
図１０は、第２実施形態のＳＭＡアクチュエータ１０を示す側面図であり、図１１は、その側面断面図である。第１実施形態の例と比べて、主に、張力調整機構２８の第１押さえ部材３４が相違する。

本実施形態の第１押さえ部材３４はコイルスプリングである。可動子２４には段付き孔である収容孔２４ｄが形成される。第１押さえ部材３４は、収容孔２４ｄの大内径部内に収容される。本実施形態の第１押さえ部材３４は、自らが弾性変形した状態で、収容孔２４ｄの段差面に当たることで、可動子２４を下側に押さえている。

第２押さえ部材３６の軸部３６ａは収容孔２４ｄの小内径部や第１押さえ部材３４の内側に挿通される。第２押さえ部材３６の頭部３６ｂは上側から第１押さえ部材３４を押さえている。固定子２２に対するＸ方向での第２押さえ部材３６の位置の調整によって、第２押さえ部材３６による第１押さえ部材３４に対する押さえ位置Ｐｃ１もＸ方向に調整される。

第２押さえ部材３６による押さえ位置Ｐｃ１の調整によって、第１実施形態と同様、第１押さえ部材３４のＸ方向での弾性変形量が変化し、第１押さえ部材３４により可動子２４に下側に付与される押さえ力Ｆａが調整される。詳しくは、第２押さえ部材３６の押さえ位置Ｐｃ１が下側に変化したとき、第１押さえ部材３４のＸ方向での弾性変形量が大きくなり、第１押さえ部材３４による押さえ力Ｆａが増大する。一方、第２押さえ部材３６の押さえ位置Ｐｃ１が上側に変化したとき、第１押さえ部材３４のＸ方向での弾性変形量が小さくなり、第１押さえ部材３４による押さえ力Ｆａが減少する。

このような第１押さえ部材３４により可動子２４に付与される押さえ力Ｆａの調整によって、第１実施形態と同様、伸縮部材２６の弾性域での引張変形量が変化し、伸縮部材２６の張力が調整される。

本実施形態の張力調整機構２８も、第１実施形態と同様、このような押さえ力Ｆａの調整により、伸縮部材２６の張力とともに、固定子２２と可動子２４の間のＸ方向での間隔Ａを調整可能である。

このように、張力調整機構２８の第１押さえ部材３４は、自らが弾性変形した状態で可動子２４を下側（Ｘ方向の一方側）に押さえるものであればよく、その具体例は特に限定されない。第１押さえ部材３４は、板バネやコイルスプリング等のバネ部材の他に、ゴム部材が用いられてもよい。いずれにしても、第１押さえ部材３４は、バネ部材、ゴム部材等の弾性部材であればよい。

また、張力調整機構２８の第２押さえ部材３６は、Ｘ方向に位置調整可能に固定子２２に固定され、第１押さえ部材３４を下側に押さえるものであればよく、その具体例は特に限定されない。たとえば、第２押さえ部材３６は、固定子２２に連続的に位置調整可能に固定される雄ねじ部材を例に説明したが、段階的に位置調整可能に固定されてもよい。

また、張力調整機構２８は、固定子２２と可動子２４の間のＸ方向での間隔Ａを調整することなく、伸縮部材２６の張力を調整可能でもよい。たとえば、実施形態の例でいえば、張力調整機構２８は、固定部材３０をＹ方向に位置調整可能な構造により構成されてもよい。この場合、伸縮部材２６の引張変形量が大きくなるＹ方向の一方側に固定部材３０を位置調整することで伸縮部材２６の張力を大きくできる。また、伸縮部材２６の引張変形量が小さくなるＹ方向の他方側に固定部材３０を位置調整することで伸縮部材２６の張力を小さくできる。

なお、第２実施形態の張力調整機構２８の第２押さえ部材３６は、前述の通り、可動子２４の収容孔２４ｄに挿通されている。第２押さえ部材３６は、可動子２４がＺ方向の両側に変位しようとしたとき、可動子２４の収容孔２４ｄの内壁面と接触することで、そのＺ方向の両側への変位を規制する。これにより、第１実施形態と同様、張力調整機構２８を用いて、固定子２２に対するＸ方向での可動子２４の離脱を防止しつつ、Ｚ方向での可動子２４の離脱を防止できる。

図１０に示すように、第１実施形態と同様、第２実施形態の固定子２２も、第１凹部３８ａと第１凸部３８ｂが並ぶ第１凹凸部３８を有し、可動子２４は第２凹部４０ａと第２凸部４０ｂが並ぶ第２凹凸部４０を有する。第１実施形態と同様、第１凸部３８ｂと第２凹部４０ａのＸ方向での間隔と、第２凸部４０ｂと第１凹部３８ａのＸ方向での間隔とは同等の大きさに設定される。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明した。前述した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施形態の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。前述の実施形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「実施形態の」「実施形態では」等との表記を付して強調しているが、そのような表記のない内容でも設計変更が許容される。また、図面の断面に付したハッチングは、ハッチングを付した対象の材質を限定するものではない。

ＳＭＡアクチュエータ１０は触感付与装置に用いられる例を説明したが、その用途は特に限定されない。ＳＭＡアクチュエータ１０は、たとえば、単なる駆動装置として用いられてもよい。

固定子２２や可動子２４の形状や、伸縮部材２６の配置態様は、伸縮部材２６の縮み変形により可動子２４を駆動可能であれば、特に限定されない。固定子２２や可動子は、たとえば、直線状に延びる場合の他に曲線状に延びていてもよい。伸縮部材２６は、固定子２２と可動子２４の間に配置せずに可動子２４を間に挟んで固定子２２とはＸ方向の反対側に配置されてもよい。固定子２２の第１凸部３８ｂと可動子２４の第２凹部４０ａの間隔と、固定子２２の第１凹部３８ａと可動子２４の第２凸部４０ｂの間隔とは異なる大きさに設定されてもよい。

伸縮部材２６を構成する形状記憶合金の組成は特に限定されず、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｃｕ系合金が用いられてもよい。

第１実施形態の第１押さえ部材３４の変位規制部３４ｃは押さえ部３４ｂが兼ねている例を説明したが、押さえ部３４ｂとは別に設けられていてもよい。この場合、変位規制部３４ｃは、たとえば、可動子２４のＺ方向の両側に一部が配置されていてもよい。また、第１押さえ部材３４は変位規制部３４ｃがなくともよい。

２２…固定子、２４…可動子、２６…伸縮部材、２８…張力調整機構、３４…第１押さえ部材、３４ａ…被押さえ部，３４ｂ…押さえ部、３６…第２押さえ部材、３８…第１凹凸部、３８ａ…第１凹部、３８ｂ…第１凸部、４０…第２凹凸部、４０ａ…第２凹部、４０ｂ…第２凸部。

Claims (5)

1. 固定子と、
   前記固定子に対して移動可能な可動子と、
   張力を付与した状態で張り渡され、温度変化により伸縮可能な形状記憶合金を素材として構成され、縮み変形により前記可動子を駆動可能な伸縮部材と、
   前記伸縮部材の張力を調整可能な張力調整機構と、を備える形状記憶合金アクチュエータ。
2. 前記可動子は、前記固定子に対して可動方向に離間した位置で前記可動方向の両側に移動可能であり、
   前記伸縮部材は、前記可動方向の一方側に縮み変形により前記可動子を駆動可能であり、
   前記張力調整機構は、前記可動方向の他方側に前記可動子を押さえる押さえ力を調整可能であり、その押さえ力の調整により前記伸縮部材の張力とともに、前記固定子と前記可動子の間の前記可動方向での間隔を調整可能である請求項１に記載の形状記憶合金アクチュエータ。
3. 前記伸縮部材は、前記可動子の可動方向の一方側に縮み変形により前記可動子を駆動可能であり、
   前記張力調整機構は、
   自らが弾性変形した状態で前記可動方向の他方側に前記可動子を押さえる第１押さえ部材と、
   前記可動方向に位置調整可能に前記固定子に固定され、前記可動方向の他方側に前記第１押さえ部材を押さえる第２押さえ部材と、を有する請求項１または２に記載の形状記憶合金アクチュエータ。
4. 前記第１押さえ部材は、前記第２押さえ部により前記可動方向の一方側から押さえられる被押さえ部と、前記可動方向の一方側から前記可動子を押さえ、前記可動方向に弾性変形可能な押さえ部とを有する板バネである請求項３に記載の形状記憶合金アクチュエータ。
5. 前記固定子は、第１凹部と第１凸部が交互に並ぶ第１凹凸部を有し、
   前記可動子は、第２凹部と第２凸部が交互に並ぶ第２凹凸部を有し、
   前記第１凸部は、前記第２凹部の外形に合致する外形に形成され、前記第２凹部内に嵌め込まれ、
   前記第２凸部は、前記第１凹部の外形に合致する外形に形成され、前記第１凹部内に嵌め込まれ、
   前記第１凸部と前記第２凹部の前記可動子の可動方向での最小の間隔と、前記第２凸部と前記第１凹部の前記可動方向での最小の間隔とは同等の大きさに設定される請求項１から４のいずれかに記載の形状記憶合金アクチュエータ。

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