JP4067282B2 - 形状記憶合金アクチュエータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、形状記憶合金を駆動源とする形状記憶合金アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の形状記憶合金アクチュエータは、一般に、外部から力が操作端に作用したとき、その外力が操作端を通じて形状記憶合金に直接作用する構成となっていた。
【０００３】
また、従来の形状記憶合金アクチュエータは、多くの場合、操作端を一つの方向に移動させる際は、操作端を形状記憶合金の形状回復力により駆動する一方、操作端を反対方向に移動させる際は、バイアスばねの復元力により操作端を駆動するようになっていたが、操作端の前記一つの方向の移動に関してのみ見ると、形状記憶合金の形状回復力だけで操作端を駆動していた。
【０００４】
また、従来は、操作端が２つの安定位置を持つ双安定型の形状記憶合金アクチュエータは存在しなかった。また、操作端が１つの安定位置を持ち、かつ操作端の位置が瞬間的に反転する単安定型の形状記憶合金アクチュエータも存在しなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
大きな予変形を与えられた形状記憶合金の加熱時の形状回復力は非常に大きく、それ自身の材料強度を上回る。例えば１％以上の変形を与え、ひずみを拘束した状態の形状記憶合金の形状回復力は、疲労強度や弾性限界を上回ることもある。しかるに、従来の形状記憶合金アクチュエータでは、一般に、前述のように外部から力が操作端に作用したとき、その外力が操作端を通じて形状記憶合金に直接作用する構成となっていたので、操作端が作動中に拘束されたり、不意に予定外の強い外力が操作端に作用されたりすると、過剰な応力が形状記憶合金に加わり、性能が低下したり、破壊されてしまう大きな原因となっていた。
【０００６】
また、操作端を互いに反対方向に駆動する２つの形状記憶合金を備えた差動型といわれる形状記憶合金アクチュエータでは、冷却を十分に行わないと２つの形状記憶合金が互いの強い形状回復力で引き合う状態になり、形状記憶合金に致命的なダメージを与えることがあった。
【０００７】
また、従来の形状記憶合金アクチュエータでは、前述のように少なくとも操作端の一方向の運動は、形状記憶合金の形状回復力のみで行われるようになっていたので、動作速度が遅いとともに、高価な形状記憶合金を比較的大量に要し、コストが高くなり、かつ使用エネルギー量も多くなるという問題もあった。
【０００８】
本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたもので、本発明の１つの目的は、外部から力が操作端に作用しても、その外力が操作端を通じて形状記憶合金に直接作用することのない形状記憶合金アクチュエータを提供することを目的とする。
【０００９】
本発明の他の目的は、動作速度の速い形状記憶合金アクチュエータを提供することを目的とする。
【００１０】
本発明の他の目的は、操作端が２つの安定位置を持つ双安定型の形状記憶合金アクチュエータを提供することを目的とする。
【００１１】
本発明の他の目的は、操作端が１つの安定位置を持ち、かつ操作端の位置が瞬間的に反転する単安定型の形状記憶合金アクチュエータを提供することを目的とする。
【００１２】
本発明の他の目的は、差動型形状記憶合金アクチュエータにおいて、両方の形状記憶合金が同時に形状回復力を発生している状態になっても、形状記憶合金が劣化したり、破壊されることのない形状記憶合金アクチュエータを提供することを目的とする。
【００１３】
本発明の他の目的は、以下の説明から明らかになろう。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
第一の本発明による形状記憶合金アクチュエータは、
アクチュエータ外部に対しアクチュエータの機械的出力が出される操作端が２つの安定位置を有する双安定型形状記憶合金アクチュエータであって、
第一の操作端部材安定位置と第二の操作端部材安定位置との間を回動可能であり、前記操作端を構成する操作端部材と、この第一の操作端部材とともにリンク機構を構成しており、第一の中間部材安定位置と第二の中間部材安定位置との間を回動可能（または直線的に移動可能）な中間部材と、形状回復力を発生したとき、前記中間部材を前記第一の中間部材安定位置に向かって動かすように前記中間部材に連係された第一の形状記憶合金と、形状回復力を発生したとき、前記中間部材を前記第二の中間部材安定位置に向かって動かすように前記中間部材に連係された第二の形状記憶合金と、前記操作端部材と前記中間部材との間に介装されており、前記操作端部材の所定箇所と前記中間部材の所定箇所とを互いに近づけるようにまたは遠ざけるように付勢するばねからなる反転付勢手段とを有してなり、
前記操作端部材が前記第一の操作端部材安定位置、前記中間部材が前記第一の中間部材安定位置にそれぞれある状態から前記中間部材が前記第二の中間部材安定位置に向かって移動されて行くときは、前記中間部材が、前記操作端部材の回動軸と前記操作端部材に対する前記反転付勢手段の力の作用点とを結ぶ直線と前記反転付勢手段の力の作用線とが一直線上に重なることとなる位置である中立位置より前記第一の中間部材安定位置側にある間は、前記操作端部材は前記反転付勢手段により前記第一の操作端部材安定位置に向かって付勢されているが、前記中間部材が前記中立位置を越えて前記第二の中間部材安定位置側に移動すると、前記操作端部材は前記反転付勢手段により逆に前記第二の操作端部材安定位置に向かって付勢されるようになる一方、前記操作端部材が前記第二の操作端部材安定位置、前記中間部材が前記第二の中間部材安定位置にそれぞれある状態から前記中間部材が前記第一の中間部材安定位置に向かって移動されて行くときは、前記中間部材が前記中立位置より前記第二の中間部材安定位置側にある間は、前記操作端部材は前記反転付勢手段により前記第二の操作端部材安定位置に向かって付勢されているが、前記中間部材が前記中立位置を越えて前記第一の中間部材安定位置側に移動すると、前記操作端部材は前記反転付勢手段により逆に前記第一の操作端部材安定位置に向かって付勢されるようになるように構成されているものである。
【００１５】
この第一の本発明の双安定型形状記憶合金アクチュエータにおいては、操作端部材が第二の操作端部材安定位置、中間部材が第二の中間部材安定位置にあるとき、第一の形状記憶合金が所定温度範囲まで加熱されると、第一の形状記憶合金の形状回復力によって中間部材が第二の中間部材安定位置から第一の中間部材安定位置に向かって移動される。しかし、中間部材が中立位置に達するまでは、反転付勢手段が操作端部材を第二の操作端部材安定位置に向かって付勢しているので、操作端部材は第二の操作端部材安定位置側に止まったままになっている。
【００１６】
ところが、中間部材が前記中立位置を越えて第一の中間部材安定位置側に移動されると、反転付勢手段が操作端部材を逆方向に付勢するようになるので、操作端部材が急に第一の操作端部材安定位置に向かって動き出し、第一の操作端部材安定位置に達すると、その位置に停止する。その一方、中間部材は、反転付勢手段の付勢力により第一の中間部材安定位置に停止する。
【００１７】
また、操作端部材が第一の操作端部材安定位置、中間部材が第一の中間部材安定位置にあるとき、第二の形状記憶合金が所定温度範囲まで加熱されると、第二の形状記憶合金の形状回復力によって中間部材が第一の中間部材安定位置から第二の中間部材安定位置に向かって移動される。しかし、中間部材が中立位置に達するまでは、反転付勢手段が操作端部材を第一の操作端部材安定位置に向かって付勢しているので、操作端部材は第一の操作端部材安定位置側に止まったままになっている。
【００１８】
ところが、中間部材が前記中立位置を越えて第二の中間部材安定位置側に移動されると、反転付勢手段が操作端部材を逆方向に付勢するようになるので、操作端部材が急に第二の操作端部材安定位置に向かって動き出し、第二の操作端部材安定位置に達すると、その位置に停止する。その一方、中間部材は、反転付勢手段の付勢力により第二の安定位置に停止する。
【００１９】
この第一の本発明の双安定型形状記憶合金アクチュエータにおいては、操作端部材に第一および第二の２つの安定位置を持たせ、第一または第二の形状記憶合金を加熱することにより、その安定位置を反転できる。
【００２０】
第二の本発明による形状記憶合金アクチュエータは、
アクチュエータ外部に対しアクチュエータの機械的出力が出される操作端が１つの安定位置を有する単安定型形状記憶合金アクチュエータであって、
操作端部材安定位置と操作端部材一時反転位置との間を回動可能であり、前記操作端を構成する操作端部材と、この第一の操作端部材とともにリンク機構を構成しており、中間部材安定位置と中間部材一時反転位置との間を回動可能（または直線的に移動可能）な中間部材と、形状回復力を発生したとき、前記中間部材を前記中間部材一時反転位置に向かって動かすように前記中間部材に連係された形状記憶合金と、前記中間部材を前記中間部材安定位置に向かって付勢する中間部材復帰付勢手段と、前記操作端部材と前記中間部材との間に介装されており、前記操作端部材の所定箇所と前記中間部材の所定箇所とを互いに近づけるようにまたは遠ざけるように付勢するばねからなる反転付勢手段とを有してなり、
前記操作端部材が前記操作端部材安定位置、前記中間部材が前記中間部材安定位置にそれぞれある状態から前記中間部材が前記中間部材一時反転位置に向かって移動されて行くときは、前記中間部材が、前記操作端部材の回動軸と前記操作端部材に対する前記反転付勢手段の力の作用点とを結ぶ直線と前記反転付勢手段の力の作用線とが一直線上に重なることとなる位置である中立位置より前記中間部材安定位置側にある間は、前記操作端部材は前記反転付勢手段により前記操作端部材安定位置に向かって付勢されているが、前記中間部材が前記中立位置を越えて前記中間部材一時反転位置側に移動すると、前記操作端部材は前記反転付勢手段により逆に前記操作端部材一時反転位置に向かって付勢されるようになる一方、前記操作端部材が前記操作端部材一時反転位置、前記中間部材が前記中間部材一時反転位置にそれぞれある状態から前記中間部材が前記中間部材安定位置に向かって移動されて行くときは、前記中間部材が前記中立位置より前記中間部材一時反転位置側にある間は、前記操作端部材は前記反転付勢手段により前記操作端部材一時反転位置に向かって付勢されているが、前記中間部材が前記中立位置を越えて前記中間部材安定位置側に移動すると、前記操作端部材は前記反転付勢手段により逆に前記操作端部材安定位置に向かって付勢されるようになるように構成されているものである。
【００２１】
この第二の本発明の単安定型形状記憶合金アクチュエータにおいては、操作端部材が操作端部材安定位置、中間部材が中間部材安定位置にあるとき、形状記憶合金が所定温度範囲まで加熱されると、形状記憶合金の形状回復力によって中間部材が中間部材安定位置から中間部材一時反転位置に向かって移動される。しかし、中間部材が中立位置に達するまでは、反転付勢手段が操作端部材を操作端部材安定位置に向かって付勢しているので、操作端部材は操作端部材安定位置側に止まったままになっている。
【００２２】
ところが、中間部材が前記中立位置を越えて中間部材一時反転位置側に移動されると、反転付勢手段が操作端部材を逆方向に付勢するようになるので、操作端部材が急に操作端部材一時反転位置に向かって動き出し、操作端部材一時反転位置に達すると、その位置に停止する。その一方、中間部材は、反転付勢手段の付勢力により中間部材一時反転位置に停止する。
【００２３】
また、操作端部材が一時反転位置、中間部材が中間部材一時反転位置にそれぞれ達した後、形状記憶合金に対する加熱が停止され、形状記憶合金が冷却すると、中間部材復帰付勢手段により中間部材が反転付勢手段に抗して中間部材安定位置へ向かって移動されて行き、この中間部材が中立位置を越えて中間部材安定位置側に移動されると、反転付勢手段が操作端部材を逆に操作端部材安定位置に向かって付勢するようになるので、操作端部材が反転付勢手段の力により急に動き出し、操作端部材安定位置に復帰する。なお、中間部材も、中間部材復帰付勢手段および反転付勢手段の力により中間部材安定位置に復帰する。
【００２４】
このようにして、第二の本発明の単安定型形状記憶合金アクチュエータでは、形状記憶合金を加熱することにより、中間部材が中立位置を越えると、安定位置にある操作端部材が急に一時反転位置へ反転し、かつ形状記憶合金が冷却すると、操作端部材が元の安定位置へ戻る。
【００２５】
また、前記第一および第二の本発明の形状記憶合金アクチュエータにおいては、外部から操作端部材に力が作用しても、その外力が操作端部材を通じて形状記憶合金に直接作用することがない。したがって、外部から操作端部材に作用する力により過大な応力が形状記憶合金に加わり、性能が低下したり、破壊されてしまうことがないので、耐久性を向上することができる。
【００２６】
また、操作端部材の動作は直接的には反転付勢手段の力によってなされるので、動作速度を速くすることができ、かつ形状記憶合金の使用量を減らし、コストを低減するとともに、使用エネルギー量の低減し、ひいては省資源を図ることができる。
【００２７】
なお、本発明における形状記憶合金としては、一般的な形状記憶合金も使用することができるが、特に大きな二方向性形状記憶効果を持つ形状記憶合金を使用すると、一層優れた効果を得ることができる。
【００２８】
ここで、二方向性形状記憶効果とは、低温で形状回復と反対方向の変形を与える際に力が不要であるか、または極めて少なくてよい現象である。見た目には、形状記憶合金が低温時に変形した形状と高温時に形状回復した形状との２つの形状を覚えているような挙動を示す。従来の二方向性形状記憶合金においては、引張ひずみで最大１％前後の小さくて不安定な二方向性形状記憶効果しか得られなかったが、本発明者が前に特願２０００−２０４９２７号において提案した方法によれば、巨大な二方向性形状記憶効果を持つ形状記憶合金を得ることができる。例えば、ワイヤ状で、引張方向に記憶形状を持つ形状記憶合金とした場合は、加熱すると記憶している長さに収縮して硬くなる一方、冷却時には、負荷の無い状態でも、ちょうど筋肉が弛緩するように柔らかくなり、自分で伸びて低温時の元の長さと形に戻る。したがって、加熱と冷却だけで、外部からバイアス力を作用させることなく、伸び縮みする。
【００２９】
このような形状記憶合金を、例えば、第一の本発明の双安定型形状記憶合金アクチュエータに使用した場合は、形状回復力を発生して収縮した形状記憶合金によって中間部材が動かされるとき、収縮をしていない方の形状記憶合金は抵抗力を発生することなくゆるむ方向に動き、操作部端部材の運動を容易にする。この結果、応答性などの性能や寿命が大幅に向上し、僅かな形状記憶合金で動く、双安定式の差動型アクチュエータを実用化できる。
【００３０】
なお、完全な２方向性を示せないまでも、形状回復可能なひずみ領域内で低温での変形に力がほとんど必要ない形状記憶合金でも、同様の効果を得ることができる（このような形状記憶合金も実質的に二方向性形状記憶合金として考えてよい）、このような形状記憶合金もやはり本発明者が前に提案した特願２０００−２０４９２７号に開示された方法により得ることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【００３２】
【実施例】
図１〜１２は本発明による形状記憶合金アクチュエータの第一実施例を示しており、双安定型アクチュエータを構成した例である。これらの図のうち図１は後で詳しく説明するように操作端部材７および中間部材３がそれぞれの第二の安定位置にある状態を示している。図２は、図３（図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図）と対応して参照することにより、装置の構成が容易に理解されるようにするために、通常の使用状態ではあり得ない状態であるが、操作端部材７および中間部材３を強制的に中立位置に位置に固定した状態を示している。
【００３３】
アクチュエータ本体１には中間部材回動軸２が立設されており、この中間部材回動軸２には直線形のレバー状の中間部材３の一端部が該中間部材回動軸２を中心として回動可能に支持されている。前記アクチュエータ本体１にはピン状の中間部材ストッパ４および５が互いに間隔を置いて固定されており、中間部材３はその回動範囲を図８のように中間部材ストッパ４に当接する第一の中間部材安定位置と、図１および４のように中間部材ストッパ５に当接する第二の中間部材安定位置との間に制限されている。前記アクチュエータ本体１には操作端部材回動軸６が立設されており、この操作端部材回動軸６には直線形のレバー状の操作端部材７の一端部が該操作端部材回動軸６を中心として回動可能に支持されている。前記アクチュエータ本体１にはピン状の操作端部材ストッパ８および９が互いに間隔を置いて固定されており、操作端部材７はその回動範囲を図８のようにストッパ８に当接する第一の操作端部材安定位置と、図１および４のように操作端部材ストッパ９に当接する第二の操作端部材安定位置との間に制限されている。
【００３４】
ここで、前記中間部材回動軸２と操作端部材回動軸６とを結ぶ直線Ｅ（図１参照）に関して、中間部材ストッパ４と５および操作端部材ストッパ８と９は対称的に配置されており、これに伴い直線Ｅに関して前記第一の操作端部材安定位置と第二の操作端部材安定位置および第一の中間部材安定位置と第二の中間部材安定位置とはそれぞれ対称的な位置となっている。ただし、本発明においては必ずしもこのような対称的な配置とする必要はない。
【００３５】
前記中間部材３の他端部にはピン１０が立設されており、操作端部材７の中間部にはピン１１が立設されている。前記ピン１０とピン１１との間には引張コイルばねからなる反転付勢手段１２が介装されており、この反転付勢手段１２はピン１０とピン１１とを互いに近接する方向に付勢している。なお、前記中間部材回動軸２を中心にしたピン１０（中間部材３に対する反転付勢手段１２の力の作用点）の回転軌跡が操作端部材回動軸６上を通過するように各部が配置されている。図６および１０は、ピン１０が操作端部材回動軸６上に位置した状態を示している。
【００３６】
前記中間部材３には、中間部材回動軸２と同軸に横断面円形の巻き掛け部１３が一体的に設けられている。この巻き掛け部１３の外周の１箇所には、１本のワイヤ状の形状記憶合金１４の中間部が固定されており（１５は巻き掛け部１３に対する形状記憶合金１４の固定部を示している）、この形状記憶合金１４の両端部はそれぞれピン１６，１７を介してアクチュエータ本体１に固定されている。これにより、形状記憶合金１４の前記固定部１５付近は巻き掛け部１３に巻き掛けられた状態となっている。この形状記憶合金１４は物理的には１本のワイヤ状をなしているが、本実施例では、この形状記憶合金１４の固定部１５とピン１６との間の部分が第一の形状記憶合金１４ａを構成する一方、前記固定部１５とピン１７との間の部分が第二の形状記憶合金１４ｂを構成している。勿論、第一の形状記憶合金１４ａに相当する部分および第二の形状記憶合金１４ｂに相当する部分を分離した２本のワイヤ状の形状記憶合金によりそれぞれ構成し、各形状記憶合金の端部を巻き掛け部１３の外周に固定してもよい。
【００３７】
前記形状記憶合金１４は、巨大な二方向性形状記憶効果を持つ形状記憶合金とされており、直線引張方向に記憶形状を持ち、加熱すると記憶している長さに収縮して硬くなる一方、冷却時には、負荷の無い状態でも、ちょうど筋肉が弛緩するように柔らかくなり、自分で伸びて低温時の元の長さと形に戻る。したがって、加熱と冷却だけで、外部からバイアス力を作用させることなく、伸び縮みする。このような形状記憶合金は、例えば、本発明者が前に提案した特願２０００−２０４９２７号に開示された方法により得ることができる。なお、完全な、２方向性を示せないまでも、形状回復可能なひずみ領域内で低温での変形に力がほとんど必要ない形状記憶合金であってもよく、このような形状記憶合金もやはり本発明者が前に提案した特願２０００−２０４９２７号に開示された方法により得ることができる。
【００３８】
前記ピン１６と固定部１５との間および、ピン１７と固定部１５との間は、スイッチ手段（図示せず）により、それぞれ独立に電源（図示せず）に接続および切断できるようになっている。
【００３９】
次に、本実施例の作動を図４〜１１の動作説明図を用いて説明する（これらの図においては、図面を分かりやすくするために、アクチュエータ本体１および形状記憶合金１４等は図示を省略している）。図４は、図１と同じ状態を示しており、操作端部材７および中間部材３がそれぞれ反転付勢手段１２の力により操作端部材ストッパ９，中間部材ストッパ５に当接され、それぞれ第二の操作端部材安定位置、第二の中間部材安定位置にある状態を示している。
【００４０】
この図４の状態において、前記スイッチ手段によりピン１６と固定部１５との間を電源に接続し、第一の形状記憶合金１４ａに通電すると、ジュール熱により第一の形状記憶合金１４ａが所定温度範囲まで加熱され、形状記憶効果により反転付勢手段１２に抗して該形状記憶合金１４ａが記憶している長さに戻ろうとする形状回復力を発生して収縮するので、巻き掛け部１３ひいては中間部材３が図５および６の矢印Ａのように時計方向（本実施例の動作説明において時計方向または反時計方向と言うとき、それは図３以外の図における向きとする）に回動して行く。しかしながら、中間部材３がその中立位置（図６のように中間部材３が中間部材回動軸２と操作端部材回動軸６とを結ぶ直線Ｅと重なる位置で、この位置においてピン１０とピン１１とを結ぶ直線（反転付勢手段１２の力の作用線）が操作端部材回動軸６とピン１１（操作端部材７に対する反転付勢手段１２の力の作用点）とを結ぶ直線と一直線上に重なる）に達するまでは、反転付勢手段１２が操作端部材７を時計方向に付勢しているので、操作端部材７は反転付勢手段１２によって操作端部材ストッパ９に当接されて、第二の安定位置に停止したままになっている。
【００４１】
しかしながら、中間部材３が図６の中立位置を時計方向に越えると、それまで操作端部材７を時計方向に付勢していた反転付勢手段１２が操作端部材７を逆に反時計方向に付勢するようになるので、操作端部材７が急に動き出し、図７および８の矢印Ｂのように急速に反時計方向に回動されて行き、図８のように操作端部材ストッパ８に当接されると、その位置、すなわち第一の安定位置で停止する。他方、中間部材３に関してみると、操作端部材７の回動によって図７のようにピン１０とピン１１とを結ぶ直線（反転付勢手段１２の力の作用線）が中間部材回動軸２とピン１０（中間部材３に対する反転付勢手段１２の力の作用点）とを結ぶ直線を越えると、それまで反転付勢手段１２によって反時計方向に付勢されていた中間部材３が逆に時計方向に付勢されるようになるので、中間部材３は反転付勢手段１２の力（および第一の形状記憶合金１４ａ）によって図８のように中間部材ストッパ４に当接されるまで時計方向（矢印Ａ方向）に回動されて行き、中間部材ストッパ４に当接される位置、すなわち第一の安定位置に停止する。
【００４２】
また、図８のように中間部材３および操作端部材７がそれぞれの第一の安定位置にあるときに、前記スイッチ手段によりピン１７と固定部１５との間を電源に接続し、第二の形状記憶合金１４ｂに通電すると、第二の形状記憶合金１４ｂが所定温度範囲まで加熱され、形状記憶効果により反転付勢手段１２に抗して該形状記憶合金１４ｂが記憶している長さに戻ろうとして短くなるので、巻き掛け部１３ひいては中間部材３が図９および１０の矢印Ｃのように反時計方向に回動して行く。しかしながら、中間部材３がその中立位置に達するまでは、反転付勢手段１２が操作端部材７を反時計方向に付勢しているので、操作端部材７は反転付勢手段１２によって操作端部材ストッパ８に当接されて、第一の安定位置に停止したままになっている。
【００４３】
しかしながら、図１０のように中間部材３が中立位置まで回転され、さらにその位置を反時計方向に越えると、それまで操作端部材７を反時計方向に付勢していた反転付勢手段１２が、操作端部材７を逆に時計方向に付勢するようになるので、操作端部材７が反転付勢手段１２の力により急に動き出し、図１１の矢印Ｄのように急速に時計方向に回動されて行き、図６のように操作端部材９に当接されると、その位置、すなわち第二の安定位置で停止する。他方、中間部材３に関してみると、操作端部材７の回動によって図１１のようにピン１０とピン１１とを結ぶ直線（反転付勢手段１２の力の作用線）が中間部材回動軸２とピン１０（中間部材３に対する反転付勢手段１２の力の作用点）とを結ぶ直線を越えると、それまで反転付勢手段１２によって時計方向に付勢されていた中間部材３が逆に反時計方向に付勢されるようになるので、中間部材３は反転付勢手段１２の力（および第二の形状記憶合金１４ｂ）によって中間部材ストッパ５に当接されるまで反時計方向に回動されて行き、中間部材ストッパ５に当接される位置、すなわち第二の安定位置に停止する。
【００４４】
このようにして、この双安定型形状記憶合金アクチュエータでは、操作端部材７に２つの安定位置を持たせ、第一または第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂに加熱することにより、その安定位置を反転できる。なお、本発明においては本実施例のように、中間部材回動軸２を中心にしたピン１０（中間部材３に対する反転付勢手段１２の力の作用点）の回転軌跡が操作端部材回動軸６かその極近傍を通過するようにすることが好ましく、そのようにすることにより、中立位置近傍の中間部材３の極僅かな角度変化（位置変化）で操作端部材７を第一または第二の操作端部材安定位置に瞬時に反転できる。
【００４５】
また、この形状記憶合金アクチュエータは、外部から操作端部材７に力が作用しても、その外力が操作端部材７を通じて第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂに直接作用することがない。したがって、外部から操作端部材７に作用する力により過大な応力が形状記憶合金に加わり、性能が低下したり、破壊されてしまうことがないので、耐久性を向上することができる。
【００４６】
また、操作端部材７の動作は直接的には反転付勢手段１２の力によってなされるので、動作速度を速くすることができ、かつ形状記憶合金１４ａ，１４ｂの使用量を減らし、コストを低減するとともに、使用エネルギー量の低減、ひいては省資源を図ることができる。
【００４７】
なお、前記実施例においては、中間部材３に対する反転付勢手段１２の力の作用点の回転軌跡が操作端部材回動軸６上を通過するようにされているので、中間部材３が第一の中間部材安定位置から第二の中間部材安定位置に移動する際の中立位置と、第二の中間部材安定位置から第一の中間部材安定位置に移動する際の中立位置とが同一位置となっているが、中間部材３に対する反転付勢手段１２の力の作用点の回転軌跡が操作端部材回動軸６上を通過しない場合は、中間部材３が第一の中間部材安定位置から第二の中間部材安定位置に移動する際の中立位置と、第二の中間部材安定位置から第一の中間部材安定位置に移動する際の中立位置とが異なってくることがある。
【００４８】
また、本実施例では、第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂとして、形状回復可能なひずみ領域内で低温での変形に力が必要ないか、またはほとんど必要ない形状記憶合金を用いているので、収縮をしていない方の形状記憶合金は抵抗力を発生することなくたるむ方向に動き、操作部端部材の運動を容易にする。この結果、応答性などの性能や寿命が大幅に向上し、僅かな形状記憶合金で動く、双安定式の差動型アクチュエータを実用化できる（ただし、本発明においては、形状記憶合金として、通常の形状記憶合金を用いることもできる）。
【００４９】
また、前記第一の実施例においては、外部からの力により、操作端部材７が一方の安定位置から他方の安定位置に回動された場合には、中間部材３も反転されてしまうので、前記外部の力がなくなっても、操作端部材７および中間部材３は元の安定位置に戻ることはない。図１２は、この現象を例示したものであり、外部からの力により操作端部材７が実線で示す第一の操作端部材安定位置から一点鎖線で示す第二の操作端部材安定位置へ回動されると、ピン１０とピン１１とを結ぶ直線（反転付勢手段１２の力の作用線）が中間部材回動軸２とピン１０（中間部材３に対する反転付勢手段１２の力の作用点）とを結ぶ直線を越えた時点で中間部材３に対する反転付勢手段１２の付勢力の向きが反転するため、中間部材３が実線で示す第一の中間部材安定位置から一点鎖線で示す第二の中間部材安定位置に反転されてしまう。したがって、前記外部の力がなくなっても、操作端部材７および中間部材３は元の第一の操作端部材安定位置および第一の中間部材安定位置に戻ることはない。勿論、逆に、外部からの力により操作端部材７が第二の操作端部材安定位置から第一の操作端部材安定位置へ回動されたときも、同様にして中間部材３が第二の中間部材安定位置から第一の中間部材安定位置に反転されてしまい、前記外部の力がなくなっても、操作端部材７および中間部材３は元の第二の操作端部材安定位置および第二の中間部材安定位置に戻ることはない。
【００５０】
図１３は、このような現象を防止することができる本発明による形状記憶合金アクチュエータの第二実施例を示している。この実施例においては、外部からの力により、操作端部材７が一方の安定位置から他方の安定位置に回動されても、ピン１０とピン１１とを結ぶ直線（反転付勢手段１２の力の作用線）が中間部材回動軸２とピン１０（中間部材３に対する反転付勢手段１２の力の作用点）とを結ぶ直線を越えないようにアクチュエータが構成されている。他の構成は前記第一実施例と同様である。
【００５１】
このような構成とすることにより、操作端部材７が一方の安定位置から他方の安定位置に回動されても、中間部材３は反転されないので、前記外部の力がなくなると、操作端部材７は元の安定位置に戻るようにすることができる（図１３に例示されている場合について言えば、外部からの力により操作端部材７が実線で示す第一の操作端部材安定位置から一点鎖線で示す第二の操作端部材安定位置へ回動されても、中間部材３は実線で示す第一の安定位置に止まっており、したがって前記外部の力がなくなると、操作端部材７は元の第一の操作端部材安定位置に戻る）。
【００５２】
図１４〜１６は本発明による形状記憶合金アクチュエータの第三実施例を示している。本実施例においては、中間部材回動軸２と操作端部材回動軸６とを同軸としている。他の構成は前記第一実施例と同様である。
【００５３】
本実施例においても前記第一実施例と同様の作用効果を得ることができる。ただし、ピン１０（中間部材３に対する反転付勢手段１２の力の作用点）と操作端部材回動軸６との距離が大きくなるため、操作端部材７の安定位置の反転を行うのに中間部材３の大きな角度変化が必要となる。
【００５４】
図１７〜２０は本発明の第四実施例を示している。前記各実施例においては中間部材３が回動する形式とされていたが、本実施例においては中間部材３がスライド運動（直線移動）を行う形式とされている。これを詳しく説明すると、アクチュエータ本体１にはピン状の中間部材ストッパ１８，１９，２０，２１が立設されており、中間部材ストッパ１８と１９との間および２０と２１との間に挟まれることにより、中間部材３が直線方向に移動可能な状態でアクチュエータ本体１に支持されている。そして、前記中間部材３はその移動範囲を図２０のように中間部材ストッパ２０，２１に当接する第一の中間部材安定位置と、図１７のように中間部材ストッパ１８，１９に当接する第二の中間部材安定位置との間に制限されている。前記アクチュエータ本体１には操作端部材回動軸６が立設されており、この操作端部材回動軸６には直線形のレバー状の操作端部材７の一端部が該操作端部材回動軸６を中心として回動可能に支持されている。前記アクチュエータ本体１にはピン状の操作端部材ストッパ８および９が互いに間隔を置いて固定されており、操作端部材７はその回動範囲を図２０のように操作端部材ストッパ８に当接する第一の操作端部材安定位置と、図１７のように操作端部材ストッパ９に当接する第二の操作端部材安定位置との間に制限されている。ここで、前記中間部材３の移動方向に対し垂直で操作端部材回動軸６を通る直線Ｆに関して、中間部材ストッパ１８，１９と２０，２１および操作端部材ストッパ８と９が対称的に配置されているので、前記直線Ｆに関して前記第一の操作端部材安定位置と第二の操作端部材安定位置および第一の中間部材安定位置と第二の中間部材安定位置とがそれぞれ対称的な位置となっている。ただし、この場合も、必ずしも対称的な配置としなくてもよい。
【００５５】
前記中間部材３の中央部にはピン１０が立設されており、操作端部材７の中間部にはピン１１が立設されている。前記ピン１０とピン１１との間には引張コイルばねからなる反転付勢手段１２が介装されており、この反転付勢手段１２はピン１０とピン１１とを互いに近接する方向に付勢している。前記中間部材３の移動可能範囲の両側には、ピン２２，２３が立設されており、ピン２２と中間部材３との間には第一の形状記憶合金１４ａ、ピン２３と中間部材３との間には第二の形状記憶合金１４ｂがそれぞれ渡されている。第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂは前記各実施例の場合と同様にそれぞれ巨大な二方向性形状記憶効果を持つワイヤ状の形状記憶合金とされており、直線の引張方向に記憶形状を持っており、加熱すると記憶している長さに収縮して硬くなる一方、冷却時には、負荷の無い状態でも、ちょうど筋肉が弛緩するように柔らかくなり、自分で伸びて低温時の元の長さと形に戻る。
【００５６】
前記ピン２２と中間部材３との間および、ピン２３と中間部材３との間は、スイッチ手段（図示せず）により、それぞれ独立に電源（図示せず）に接続および切断できるようになっている。
【００５７】
次に、本実施例の作動を説明する。図１７は、操作端部材７および中間部材３がそれぞれ反転付勢手段１２の力により操作端部材ストッパ９、中間部材ストッパ１８，１９に当接され、それぞれ第二の操作端部材安定位置、第二の中間部材安定位置にある状態を示している。この状態において、前記スイッチ手段によりピン２２と中間部材３との間を電源に接続し、第一の形状記憶合金１４ａに通電すると、第一の形状記憶合金１４ａが所定温度範囲まで加熱され、形状記憶効果により反転付勢手段１２に抗して該形状記憶合金１４ａが記憶している長さに戻ろうとして収縮するので、中間部材３が図１９のように図上左方向に直線的に移動して行く。しかしながら、中間部材３がその中立位置（図１９のように直線Ｆにピン１０が重なる位置で、この位置においてピン１０と１１とを結ぶ直線（反転付勢手段１２の力の作用線）が操作端部材回動軸６とピン１１（操作端部材７に対する反転付勢手段１２の力の作用点）とを結ぶ直線と一直線上に重なることとなる）に達するまでは、反転付勢手段１２が操作端部材７を時計方向に付勢しているので、操作端部材７は反転付勢手段１２によって操作端部材ストッパ９に当接されて、第二の操作端部材安定位置に停止したままになっている。
【００５８】
しかしながら、図１９のように中間部材３が中立位置を左方に越えると、それまで操作端部材７を時計方向に付勢していた反転付勢手段１２が、逆に操作端部材７を反時計方向に付勢するようになるので、操作端部材７が反転付勢手段１２の力により急に反時計方向に動き出し、図２０のように操作端部材ストッパ８に当接されると、その位置、すなわち第一の操作端部材安定位置で停止する。他方、中間部材３に関してみると、操作端部材７の移動によってピン１０とピン１１とを結ぶ直線（反転付勢手段１２の力の作用線）が中間部材３の移動方向に対し垂直な方向より反時計方向に傾くと、それまで反転付勢手段１２によって右方に付勢されていた中間部材３が逆に左方に付勢されるようになるので、中間部材３は反転付勢手段１２の力（および第一の形状記憶合金１４ａ）によって中間部材ストッパ２０，２１に当接されるまで左方に移動されて行き、中間部材ストッパ２０，２１に当接される位置、すなわち第一の中間部材安定位置に停止する。
【００５９】
また、操作端部材７の第一の操作端部材安定位置から第二の操作端部材安定位置への反転も全く同様にして行われる。
【００６０】
図２１〜２４は本発明の第五実施例を示している。前記各実施例においては、一方の形状記憶合金が冷却しきらないうちに他方の形状記憶合金が加熱されると、両方の形状記憶合金１４ａ，１４ｂが同時に形状回復力を発生している状態になり、形状記憶合金が劣化したり、破壊される虞があるが、本実施例はこのような不都合を防止するものである。
【００６１】
本実施例においては、中間部材ストッパ４，５はアクチュエータ本体１に凸部として形成されており、これらの中間部材ストッパ４，５に中間部材３が当接される位置がそれぞれ第一および第二の中間部材安定位置とされている。また、アクチュエータ本体１の肩部が操作端部材ストッパ８，９を構成しており、これらのストッパ８，９に操作端部材７に設けられた支柱部２５が当接される位置がそれぞれ第一および第二の操作端部材安定位置とされている。このようにアクチュエータ本体１、中間部材ストッパ４，５および操作端部材ストッパ８，９の形状等は変更されているが、基本的な構成は前記第一実施例と同様とされている（対応する部品は同一符号で示している）。前記第一実施例との主な相違は、次に説明するように形状記憶合金１４ａ，１４ｂに過大な負荷荷重が作用するのを防止する手段が設けられていることである。
【００６２】
アクチュエータ本体１には、中間部材回動軸２の下方において、スライド凹部２６が設けられており、このスライド凹部２６にはスイッチ作動部材２７が図上上下方向に移動可能に嵌合されている。このスイッチ作動部材２７はスライド凹部２６の上端とアクチュエータ本体１に固定されたストッパ２８，２９とにより、その移動範囲を制限されている。前記スイッチ作動部材２７にはスイッチ操作片３０が設けられている。第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂの一端部はスイッチ作動部材２７に立設されたピン１６，１７を介してそれぞれスイッチ作動部材２７に固定されている。前記スイッチ作動部材２７に立設されたピン６０とアクチュエータ本体１に立設されたピン３１との間には引張コイルばねからなる過負荷防止用ばね３２が介装されており、この過負荷防止用ばね３２はスイッチ作動部材２７を下方、すなわち巻き掛け部１３から遠ざかる方向に付勢している。
【００６３】
前記アクチュエータ本体１にはリミットスイッチからなる過負荷防止スイッチ３３が取り付けられている。この過負荷防止スイッチ３３は、二つの電気伝導性のよい板ばね３４，３５と、これらの板ばね３４，３５にそれぞれ固定されて互いに対向された２つの接点３６，３７と、板ばね３４の先端部付近に設けられた電気絶縁体４１とを有しており、一方の接点３６は中間部材３の巻き掛け部１３に固定部１５において固定されている第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂの一端部に板ばね３４を介して電気的に接続され、他方の接点３７は板ばね３５を介して電源３８の一方の極に電気的に接続されている。前記電源３８の他方の極は第一および第二の駆動スイッチ３９，４０の一端に電気的に共通に接続されている。前記第一の駆動スイッチ３９の他端はピン１６を介して第一の形状記憶合金１４ａの他端部に電気的に接続され、第二の駆動スイッチ４０の他端はピン１７を介して第二の形状記憶合金１４ｂの他端部に電気的に接続されている。
【００６４】
本実施例においては、第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂに過大な負荷が作用されていない状態では、過負荷防止用ばね３２のばね力によりスイッチ作動部材２７は下方に移動されてストッパ２８，２９に当接されている。この状態では、スイッチ作動部材２７のスイッチ操作片３０が電気絶縁体４１および板ばね３４を介して接点３６を押し下げ、接点３６と３７とを互いに接触させている。したがって、図２１の実線位置で示すように操作端部材７が第二の操作端部材安定位置、中間部材３が第二の中間部材安定位置にそれぞれある状態において、第一の駆動スイッチ３９をオンすると、第一の形状記憶合金１４ａに通電されて該合金１４ａが加熱され、該合金１４ａが収縮するので、中間部材３が図上時計方向に回動され、操作端部材７が一点鎖線で示すように第一の操作端部材安定位置に反転するとともに中間部材３も一点鎖線で示すように第一の中間部材安定位置に回動する。
【００６５】
次に、第一の形状記憶合金１４ａが十分に冷却した後、第二の駆動スイッチ４０をオンすると、第二の形状記憶合金１４ｂに通電されて該合金１４ｂが加熱され、該合金１４ｂが収縮するので、操作端部材７が第二の操作端部材安定位置に反転するとともに中間部材３も第二の中間部材安定位置に回動する。このようにして、第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂに過大な負荷荷重が作用しない場合には、前記第一実施例の場合と同様に動作する。
【００６６】
しかしながら、一方の形状記憶合金が冷却しきらないうちに他方の形状記憶合金が加熱されたり、両方の形状記憶合金１４ａ，１４ｂが同時に加熱されることによって両方の形状記憶合金が同時に形状回復力を発生している状態になったり、または大きい外力が作用したりすることにより、第一および（または）第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂに過大な負荷が作用すると、図２４のようにスイッチ作動部材２７が図上上方に引き上げられるので、スイッチ作動部材２７がスイッチ操作片３０、電気絶縁体４１および板ばね３４を介して接点３６を押し下げなくなるため、接点３６と３７が離間される。これにより、それまで通電されていた第一または（および）第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂに対する通電が停止され、該形状記憶合金が冷却するので、第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂに形状記憶合金が劣化したり、破壊されるのを防止できる。
【００６７】
なお、ストッパ２８，２９は必ずしも設けなくてもよいが、本実施例のように設けておくと、スイッチ作動部材２７と巻き掛け部１３との間の距離の上限を設定することができ、これにより、前記上限を設けない場合におけるように過大な負荷が作用していないときにも両方の形状記憶合金にある程度以上の張力が作用し、中間部材３が中央付近で安定しやすくなってアクチュエータの動作が不安定になることを防止できる。
【００６８】
図２５〜２８は本発明の第六実施例を示している。本実施例においては、中間部材３は該中間部材３に設けられた長穴４２を中間部材回動軸２に嵌合されることにより回動可能とされている。巻き掛け部１３は長穴４２の周囲に長円状に形成されている。他の構成は前記図１〜１２の第一実施例および図２１〜２４の第五実施例と同様とされている（対応する部品は同一符号で示している）。
【００６９】
本実施例においては、第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂがともに冷却しているときは、図２５に示されるように、反転付勢手段１２により、中間部材３が図上上方に引き上げられ、中間部材回動軸２は相対的に長穴４２の一端（図上下端側）に偏倚した状態となっており、これにより巻き掛け部１３と第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂの反対側の端部との間の距離が比較的に大きくなっている（図２５では、便宜上、中間部材が中立位置にあるように描いてある）。
【００７０】
また、図２６に示されるように、一方の形状記憶合金（図では第一の形状記憶合金１４ａ）が十分に冷却している状態において、他方の形状記憶合金（図では第二の形状記憶合金１４ｂ）が加熱されると、中間部材３が回動し、前記第一実施例および第五実施例の場合と同様に操作端部材７（図示せず）が反転する（この場合、反転付勢手段１２に抗して中間部材３が若干図上下方に移動され、中間部材回動軸２が相対的に長穴４２の中間部に若干移動するようになっていてもよいし、中間部材３が図上下方に移動せず、回動軸２が長穴４２の一端に偏倚したままの状態となるようになっていてもよい）。
【００７１】
また、図２７に示されるように、一方の形状記憶合金（図では第二の形状記憶合金１４ｂ）がまだ十分冷却されていないうちに他方の形状記憶合金（図では第一の形状記憶合金１４ａ）が加熱状態とされたときは、反転付勢手段１２に抗して中間部材３が図上下方に移動され、中間部材回動軸２が相対的に長穴４２の他端（図上上端）の方にある程度移動することにより、巻き掛け部１３と第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂの反対側の端部との間の距離がある程度短くなるので、第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂに過大な負荷が作用するのを防止することができる。また、前記のように中間部材回動軸２が相対的に長穴４２の他端（図上上端）の方にある程度移動することにより、形状記憶合金の形状回復力が一時的に反転付勢手段１２に蓄えられる。その後、一方の形状記憶合金が冷却すると、前記中間部材３の下方移動のため、中間部材３の回動の当初、冷却した方の形状記憶合金は中間部材３が回転しやすい方向に緩む（なお、図２６の場合も、中間部材回動軸２が相対的に若干移動するようになっている場合には、同様に、中間部材３の回動当初に、冷却して収縮していない形状記憶合金の方が中間部材３が回転しやすい方向に緩む）。
【００７２】
さらに、第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂが同時に加熱されている状態になると、図２８に示されるように、中間部材３が大きく引き下げられて、相対的に中間部材回動軸２が長穴４２の他端（図上上端）の方に大きく移動し、巻き掛け部１３と第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂの反対側の端部との間の距離が短くなるので、第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂに過大な負荷が作用するのを防止することができる。
【００７３】
図２９および３０は本発明の第七実施例を示している。本実施例においては、前記図２５〜２８の第六実施例の構成にさらに過負荷防止スイッチ３３が設けられている。この過負荷防止スイッチ３３は、前記図２１〜２４の第五実施例におけるものと同様のものであり、通常の状態では、反転付勢手段１２（本実施例においては、本発明における過負荷防止用ばねを兼ねている）の力により、中間部材３（本実施例においては、本発明におけるスイッチ作動部材を兼ねている）が電気絶縁体４１を介して板ばね３４を押圧して、接点３６，３７を互いに接触させているので、加熱すべき形状記憶合金１４ａまたは１４ｂに通電可能な状態となっている。
【００７４】
しかしながら、第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂが両方とも加熱状態となり、過大な負荷が作用されると、図３０に示されるように、反転付勢手段１２に抗して中間部材３が図上下方に大きく移動され、相対的に中間部材回動軸２が長穴４２の他端（図上上端）の方に大きく移動し、電気絶縁体４１が中間部材３から離間し、接点３６，３７も互いに離間し、過負荷防止スイッチ３３が形状記憶合金１４ａ，１４ｂへの通電回路を遮断し、形状記憶合金１４ａ，１４ｂへの通電を停止させる。これにより、形状記憶合金１４ａ，１４ｂが保護される（なお、両方の形状記憶合金１４ａ，１４ｂが加熱状態となったときのみならず、一方の形状記憶合金がまだ十分冷却されていないうちに他方の形状記憶合金が加熱状態とされたときも、接点３６，３７が互いに離間し、形状記憶合金への通電が停止されるようにしてもよい）。
【００７５】
図３１は本発明の第八実施例を示している。本実施例においては、アクチュエータ本体（図示せず）に固定された回動部材回動軸４３には回動部材４４の中央部が回動を可能に支持されている。この回動部材４４には２つのプーリー４５，４６がそれぞれ回転可能に支持されており、これらのプーリー４５，４６は回動部材回動軸４３を間に挟むように配置されている。ここにおいて、本実施例では、回動部材４４およびプーリー４５，４６が可動当接体を構成している。回動部材４４と前記アクチュエータ本体１との間には引張コイルばねからなる過負荷防止用ばね３２が介装されており、このばね３２は回動部材４４を図上時計方向に付勢することにより、プーリー４６，４５を第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂに押圧し、これらの形状記憶合金１４ａ，１４ｂを伸張させようとするようになっている。前記アクチュエータ本体１に固定されたストッパ６６は、回動部材４４が所定以上図上時計方向に回動できないように回動部材４４の回動範囲を制限しており、これにより第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂを所定以上伸張させないように制限している。他の構成は前記第一実施例と同様とされている（対応する部品は同一符号で示している）。
【００７６】
本実施例においては、通常は、回動部材４４は図３１の位置またはそれに近い位置にあり、第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂが掛け渡される経路を長くしており、この状態で前記第一実施例の場合と同様な動作が行われる。
【００７７】
しかし、両方の形状記憶合金１４ａ，１４ｂが同時に加熱状態とされたり、一方の形状記憶合金が十分冷却されないうちに他方の形状記憶合金が加熱されたりすることにより、形状記憶合金１４ａ，１４ｂに過負荷が作用したときは、回動部材４４が過負荷防止用ばね３２に抗して図上反時計方向に回動され、第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂが掛け渡される経路が短くなって、第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂに作用する力が緩和されるので、過負荷が防止される。
【００７８】
図３２は本発明の第九実施例を示している。本実施例においては、アクチュエータ本体１（図示せず）に固定された一対の回動部材回動軸４７，４８にはそれぞれ回動部材４９，５０が回動を可能に支持されている。これらの回動部材４９，５０には部分的な歯車部分５１，５２が設けられており、これらの歯車部分５１，５２を互いに噛み合わされている。各回動部材４９，５０にはそれぞれプーリー５３，５４が回転可能に支持されている。ここにおいて、本実施例では、回動部材４９，５０およびプーリー５３，５４が可動当接体を構成している。回動部材４７，４８間には引張コイルばねからなる過負荷防止用ばね３２が介装されており、このばね３２は図上回動部材４９を時計方向、回動部材５０を反時計方向に付勢することにより、プーリー５４，５３を第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂに押圧し、これらの形状記憶合金１４ａ，１４ｂを伸張させようとするようになっている。前記アクチュエータ本体１に固定されたストッパ５５は、回動部材５０が所定以上図上反時計方向に回動できないように回動部材５０の回動範囲を制限しており、これにより第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂを所定以上伸張させないように制限している。図示していないが、他の構成は前記第一実施例と同様とされている。
【００７９】
本実施例においても、通常は、回動部材４９，５０は図３２の位置またはそれに近い位置にあり、第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂが掛け渡される経路を長くしており、この状態で前記第一実施例の場合と同様な動作が行われる。
【００８０】
しかし、両方の形状記憶合金１４ａ，１４ｂが同時に加熱状態とされたり、一方の形状記憶合金が十分冷却されないうちに他方の形状記憶合金が加熱されることにより、形状記憶合金１４ａ，１４ｂに過負荷が作用したときは、過負荷防止用ばね３２に抗して回動部材４９が図上反時計方向、回動部材５０が時計方向に回動され、第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂが掛け渡される経路が短くなって、第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂに作用する力が緩和されるので、過負荷が防止される。
【００８１】
図３３〜３７は本発明による形状記憶合金アクチュエータの第十実施例を示している。これらの図のうち図３３は、図３４（図３３のＸＸＸＩＶ−ＸＸＸＩＶ線における断面図）と組み合わせて参照することにより、装置の構成が容易に理解されるようにするために、通常の使用状態ではあり得ない状態であるが、操作端部材７および中間部材３を強制的に中立位置に位置に固定した状態を示している。
【００８２】
この実施例は、単安定型アクチュエータを構成するものであり、基本的には前記第一実施例の双安定型アクチュエータにおける第二の形状記憶合金１４ｂを中間部材復帰付勢手段５６に置き換えた構成とされている。これを詳しく説明すると、アクチュエータ本体１には中間部材回動軸２が立設されており、この中間部材回動軸２にはＬ字形をなした中間部材３の屈曲部が該中間部材回動軸２を中心として回動可能に支持されている。前記アクチュエータ本体１にはピン状の中間部材ストッパ４および５が互いに間隔を置いて固定されており、中間部材３はその回動範囲を図３５のように中間部材ストッパ５に当接する中間部材安定位置と、図３７のように中間部材ストッパ４に当接する中間部材一時反転位置との間に制限されている。前記中間部材３の一端部に立設されたピン５７とアクチュエータ本体１に立設されたピン５８との間には引張コイルばねからなる中間部材復帰付勢手段５６が介装されており、この中間部材復帰付勢手段５６は中間部材３を中間部材安定位置に向かって（すなわち図３５〜３７における反時計方向に）付勢している。前記アクチュエータ本体１には操作端部材回動軸６が立設されており、この操作端部材回動軸６には直線形のレバー状の操作端部材７の一端部が該操作端部材回動軸６を中心として回動可能に支持されている。前記アクチュエータ本体１にはピン状の操作端部材ストッパ８および９が互いに間隔を置いて固定されており、操作端部材７はその回動範囲を図３５のように操作端部材ストッパ９に当接する操作端部材安定位置と、図３７のように操作端部材ストッパ８に当接する操作端部材一時反転位置との間に制限されている。
【００８３】
前記中間部材３の他端部にはピン１０が立設されており、操作端部材７の中間部にはピン１１が立設されている。前記ピン１０とピン１１との間には引張コイルばねからなる反転付勢手段１２が介装されており、この反転付勢手段１２はピン１０とピン１１とを互いに近接する方向に付勢している。前記中間部材３には、中間部材回動軸２と同軸に横断面円形の巻き掛け部１３が一体的に設けられている。この巻き掛け部１３には、ワイヤ状の形状記憶合金１４の一端部が固定されており（１５はこの巻き掛け部１３に対する形状記憶合金１４の固定部を示している）、この形状記憶合金１４の他端部はピン１７を介してアクチュエータ本体１に固定されている。これにより、形状記憶合金１４の固定部１５付近は巻き掛け部１３に巻き掛けられた状態となっている。
【００８４】
前記形状記憶合金１４は、前記各実施例の場合と同様に巨大な二方向性形状記憶効果を持つ形状記憶合金とされている。前記ピン１７と固定部１５との間は、スイッチ手段（図示せず）により、電源（図示せず）に接続および切断できるようになっている。
【００８５】
次に、本実施例の作動を図３５〜３７の動作説明図を用いて説明する。図３５は、操作端部材７および中間部材３がそれぞれ反転付勢手段１２の力により操作端部材ストッパ９、中間部材ストッパ５に当接され、それぞれの安定位置にある状態を示している。
【００８６】
この状態において、前記スイッチ手段によりピン１７と固定部１５との間を電源に接続し、形状記憶合金１４に通電すると、形状記憶合金１４が所定温度範囲まで加熱され、形状記憶効果により反転付勢手段１２に抗して該形状記憶合金１４が記憶している長さに戻ろうとして収縮するので、巻き掛け部１３ひいては中間部材３が図３６の矢印のように時計方向に回動して行く。しかしながら、中間部材３がその中立位置、すなわち図３６のようにピン１０とピン１１とを結ぶ直線（反転付勢手段１２の力の作用線）が操作端部材回動軸６とピン１１（操作端部材７に対する反転付勢手段１２の力の作用点）とを結ぶ直線と一直線上に重なることとなる位置に達するまでは、反転付勢手段１２が操作端部材７を時計方向に付勢しているので、操作端部材７は反転付勢手段１２によって操作端部材ストッパ９に当接されて、操作端部材安定位置に停止したままになっている。
【００８７】
しかしながら、中間部材３が図３６の中立位置を時計方向に越えると、それまで操作端部材７を時計方向に付勢していた反転付勢手段１２が、操作端部材７を逆に反時計方向に付勢するようになるので、操作端部材７が反転付勢手段１２の力により急に動き出し、図３７のように急速に反時計方向に回動されて行き、操作端部材ストッパ８に当接されると、その位置、すなわち操作端部材一時反転位置に停止する。他方、中間部材３に関してみると、操作端部材７の回動によってピン１０とピン１１とを結ぶ直線（反転付勢手段１２の力の作用線）が中間部材回動軸２とピン１０（中間部材３に対する反転付勢手段１２の力の作用点）とを結ぶ直線を越えると、それまで反転付勢手段１２によって反時計方向に付勢されていた中間部材３が逆に時計方向に付勢されるようになるので、反転付勢手段１２の力（および形状記憶合金１４の形状回復力）によって中間部材ストッパ４に当接されるまで反時計方向に回動されて行き、中間部材ストッパ４に当接される位置、すなわち中間部材一時反転位置に停止する。
【００８８】
また、図３７のように中間部材３および操作端部材７がそれぞれの一時反転位置に達した後、形状記憶合金１４に対する通電が停止され、形状記憶合金が冷却すると、中間部材復帰付勢手段５６により中間部材３が反転付勢手段１２に抗して反時計方向に回動されて行き、中間部材３が図３６の中立位置を反時計方向に越えると、それまで操作端部材７を反時計方向に付勢していた反転付勢手段１２が、操作端部材７を逆に時計方向に付勢するようになるので、操作端部材７が反転付勢手段１２の力により急に動き出し、急速に時計方向に回動されて行き、図３５の操作端部材安定位置に復帰する。なお、中間部材３も、中間部材復帰付勢手段５６の力により中間部材安定位置に復帰する（なお、途中からは反転付勢手段１２の力も中間部材３を中間部材安定位置に復帰させるように作用するようになる）。
【００８９】
このようにして、本実施例では、形状記憶合金１４を加熱することにより、中間部材３が中立位置を越えると、安定位置にある操作端部材７が急に一時反転位置へ反転し、かつ形状記憶合金１４が冷却すると、操作端部材７が元の安定位置へ戻る単安定型アクチュエータが得られる。
【００９０】
なお、本実施例においても、外部から操作端部材７に力が作用しても、その力が操作端部材７を通じて形状記憶合金１４に直接作用することがない。したがって、外部から操作端部材７に作用する力により過剰な応力が形状記憶合金１４に加わり、性能が低下したり、破壊されてしまうことがないので、耐久性を向上することができる。
【００９１】
また、操作端部材７の動作は直接的には反転付勢手段１２の力によってなされるので、動作速度を速くすることができ、かつ形状記憶合金の使用量を減らし、コストを低減するとともに、使用エネルギー量の低減、ひいては省資源を図ることができる。
【００９２】
また、本実施例のように単安定型アクチュエータを構成する場合も、前記図１７〜２０の第四実施例と同様に中間部材３が直線運動を行うようにしたり、前記第五実施例以下と同様に形状記憶合金１４に対する過負荷防止手段を設けることができる。
【００９３】
また、前記各実施例においては、形状記憶合金を通電により加熱するものとしているが、本発明においては、伝導加熱、対流や環境温度による加熱、赤外線やレーザーによる加熱等の他の種の加熱方式によって形状記憶合金を加熱してもよい。
【００９４】
また、前記各実施例においては、反転付勢手段は、操作端部材の所定箇所と中間部材の所定箇所とを互いに近づけるよう付勢しているが、互いに遠ざけるように付勢する構成としてもよい。
【００９５】
また、前記各実施例においては、反転付勢手段をコイルばねにより構成しているが、反転付勢手段をコイルばね以外の板ばね等のばねや、気体を利用したばね等の他の種のばねとしてもよいし、反転付勢手段をゴム弾性を有するゴム弾性体により構成してもよい。また、操作端部材および中間部材の所定箇所にそれぞれ磁石（永久磁石または電磁石）を設けたり、操作端部材および中間部材の所定箇所の一方に磁石、他方に磁性体を設け、これらを反転付勢手段としてもよい。
【００９６】
【発明の効果】
以上のように本発明による形状記憶合金アクチュエータは、
（イ）外部から力が操作端に作用しても、その外力が操作端を通じて形状記憶合金に直接作用することがない、
（ロ）動作速度が速い、
（ハ）操作端が２つの安定位置を持つ双安定型の形状記憶合金アクチュエータや、操作端が１つの安定位置を持ち、かつ操作端の位置が瞬間的な反転動作を行う単安定型アクチュエータを得ることができる、
（ニ）過負荷防止手段を設けることにより、差動型形状記憶合金アクチュエータにおいて、両方の形状記憶合金が同時に形状回復力を発生している状態になっても、形状記憶合金が劣化したり、破壊されることがないようにすることができる、
等の優れた効果を得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による形状記憶合金アクチュエータの第一実施例を示す正面図である。
【図２】前記第一実施例を、操作端部材および中間部材を強制的に中立位置に位置に固定した状態において示す正面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。
【図４】前記第一実施例において操作端部材および中間部材がそれぞれ第二の安定位置にある状態を示す動作説明図である。
【図５】前記第一実施例において図４の状態から中間部材が回動され始めた状態を示す動作説明図である。
【図６】前記第一実施例において図５の状態から中間部材が中立位置に達した状態を示す動作説明図である。
【図７】前記第一実施例において図６の状態から中間部材が中立位置を越えた状態を示す動作説明図である。
【図８】前記第一実施例において操作端部材および中間部材がそれぞれ第一の安定位置にある状態を示す動作説明図である。
【図９】前記第一実施例において図８の状態から中間部材が回動され始めた状態を示す動作説明図である。
【図１０】前記第一実施例において図９の状態から中間部材が中立位置に達した状態を示す動作説明図である。
【図１１】前記第一実施例において図１０の状態から中間部材が中立位置を越えた状態を示す動作説明図である。
【図１２】前記第一実施例において操作端部材が外力により一方の安定位置から他方の安定位置に回動された場合の状態を示す動作説明図である。
【図１３】本発明による形状記憶合金アクチュエータの第二実施例を示す正面図である。
【図１４】本発明による形状記憶合金アクチュエータの第三実施例を、操作端部材および中間部材がそれぞれ第一の安定位置にある状態において示す正面図である（アクチュエータ本体および形状記憶合金等は図示を省略している）。
【図１５】前記第三実施例において中間部材の回動に伴って操作端部材が反転する様子を示す動作説明図である。
【図１６】前記第三実施例を、操作端部材および中間部材を強制的に中立位置に位置に固定した状態において示す断面図である。
【図１７】本発明による形状記憶合金アクチュエータの第四実施例を、操作端部材および中間部材がそれぞれ第二の安定位置にある状態において示す平面図である。
【図１８】前記第四実施例を示す背面図である。
【図１９】前記第四実施例において図１７の状態から中間部材が中立位置に達した状態を示す動作説明図である。
【図２０】前記第四実施例において操作端部材および中間部材がそれぞれ第一の安定位置にある状態を示す動作説明図である。
【図２１】本発明による形状記憶合金アクチュエータの第五実施例を示す正面図である。
【図２２】前記第五実施例を示す背面図である。
【図２３】前記第五実施例を、操作端部材および中間部材を強制的に中立位置に位置に固定した状態において示す断面図である（過負荷防止ばねは図示を省略している）。
【図２４】前記第五実施例において過負荷防止スイッチが切断された状態を示す正面図である。
【図２５】本発明による形状記憶合金アクチュエータの第六実施例を示す正面図である。
【図２６】前記第六実施例において一方の形状記憶合金が十分に冷却している状態において、他方の形状記憶合金が加熱された状態を示す動作説明図である。
【図２７】前記第六実施例において一方の形状記憶合金がまだ十分冷却されていないうちに他方の形状記憶合金が加熱されたときの様子を示す動作説明図である。
【図２８】前記第六実施例において第一および第二の形状記憶合金が同時に加熱された状態を示す動作説明図である。
【図２９】本発明による形状記憶合金アクチュエータの第七実施例を正常状態において示す正面図である。
【図３０】前記第七実施例を、過負荷状態において示す正面図である。
【図３１】本発明による形状記憶合金アクチュエータの第八実施例を示す正面図である。
【図３２】本発明による形状記憶合金アクチュエータの第九実施例を示す正面図である。
【図３３】本発明による形状記憶合金アクチュエータの第十実施例を、操作端部材および中間部材を強制的に中立位置に位置に固定した状態において示す正面図である。
【図３４】図３３のＸＸＸＩＶ−ＸＸＸＩＶ線における断面図である。
【図３５】前記第十実施例において操作端部材および中間部材がそれぞれ安定位置にある状態を示す動作説明図である。
【図３６】前記第十実施例において図３５の状態から中間部材が回動されて中立位置に達した状態を示す動作説明図である。
【図３７】前記第十実施例において操作端部材および中間部材がそれぞれ一時反転位置に反転された状態を示す動作説明図である。
【符号の説明】
１ アクチュエータ本体
２ 中間部材回動軸
３ 中間部材（スイッチ作動部材）
６ 操作端部材回動軸
７ 操作端部材
１２ 反転付勢手段（過負荷防止用ばね）
１３ 巻き掛け部
１４ 形状記憶合金
１４ａ 第一の形状記憶合金
１４ｂ 第二の形状記憶合金
２７ スイッチ作動部材
３２ 過負荷防止用ばね
３３ 過負荷防止スイッチ
３８ 電源
３９ 第一の駆動スイッチ
４０ 第二の駆動スイッチ
４２ 長穴
４４ 回動部材（可動当接体）
４５，４６ プーリー（可動当接体）
４９，５０ 回動部材（可動当接体）
５３，５４ プーリー（可動当接体）
５６ 中間部材復帰付勢手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、形状記憶合金を駆動源とする形状記憶合金アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の形状記憶合金アクチュエータは、一般に、外部から力が操作端に作用したとき、その外力が操作端を通じて形状記憶合金に直接作用する構成となっていた。
【０００３】
また、従来の形状記憶合金アクチュエータは、多くの場合、操作端を一つの方向に移動させる際は、操作端を形状記憶合金の形状回復力により駆動する一方、操作端を反対方向に移動させる際は、バイアスばねの復元力により操作端を駆動するようになっていたが、操作端の前記一つの方向の移動に関してのみ見ると、形状記憶合金の形状回復力だけで操作端を駆動していた。
【０００４】
また、従来は、操作端が２つの安定位置を持つ双安定型の形状記憶合金アクチュエータは存在しなかった。また、操作端が１つの安定位置を持ち、かつ操作端の位置が瞬間的に反転する単安定型の形状記憶合金アクチュエータも存在しなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
大きな予変形を与えられた形状記憶合金の加熱時の形状回復力は非常に大きく、それ自身の材料強度を上回る。例えば１％以上の変形を与え、ひずみを拘束した状態の形状記憶合金の形状回復力は、疲労強度や弾性限界を上回ることもある。しかるに、従来の形状記憶合金アクチュエータでは、一般に、前述のように外部から力が操作端に作用したとき、その外力が操作端を通じて形状記憶合金に直接作用する構成となっていたので、操作端が作動中に拘束されたり、不意に予定外の強い外力が操作端に作用されたりすると、過剰な応力が形状記憶合金に加わり、性能が低下したり、破壊されてしまう大きな原因となっていた。
【０００６】
また、操作端を互いに反対方向に駆動する２つの形状記憶合金を備えた差動型といわれる形状記憶合金アクチュエータでは、冷却を十分に行わないと２つの形状記憶合金が互いの強い形状回復力で引き合う状態になり、形状記憶合金に致命的なダメージを与えることがあった。
【０００７】
また、従来の形状記憶合金アクチュエータでは、前述のように少なくとも操作端の一方向の運動は、形状記憶合金の形状回復力のみで行われるようになっていたので、動作速度が遅いとともに、高価な形状記憶合金を比較的大量に要し、コストが高くなり、かつ使用エネルギー量も多くなるという問題もあった。
【０００８】
本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたもので、本発明の１つの目的は、外部から力が操作端に作用しても、その外力が操作端を通じて形状記憶合金に直接作用することのない形状記憶合金アクチュエータを提供することを目的とする。
【０００９】
本発明の他の目的は、動作速度の速い形状記憶合金アクチュエータを提供することを目的とする。
【００１０】
本発明の他の目的は、操作端が２つの安定位置を持つ双安定型の形状記憶合金アクチュエータを提供することを目的とする。
【００１１】
本発明の他の目的は、操作端が１つの安定位置を持ち、かつ操作端の位置が瞬間的に反転する単安定型の形状記憶合金アクチュエータを提供することを目的とする。
【００１２】
本発明の他の目的は、差動型形状記憶合金アクチュエータにおいて、両方の形状記憶合金が同時に形状回復力を発生している状態になっても、形状記憶合金が劣化したり、破壊されることのない形状記憶合金アクチュエータを提供することを目的とする。
【００１３】
本発明の他の目的は、以下の説明から明らかになろう。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
第一の本発明による形状記憶合金アクチュエータは、
アクチュエータ外部に対しアクチュエータの機械的出力が出される操作端が２つの安定位置を有する双安定型形状記憶合金アクチュエータであって、
第一の操作端部材安定位置と第二の操作端部材安定位置との間を回動可能であり、前記操作端を構成する操作端部材と、この第一の操作端部材とともにリンク機構を構成しており、第一の中間部材安定位置と第二の中間部材安定位置との間を回動可能（または直線的に移動可能）な中間部材と、形状回復力を発生したとき、前記中間部材を前記第一の中間部材安定位置に向かって動かすように前記中間部材に連係された第一の形状記憶合金と、形状回復力を発生したとき、前記中間部材を前記第二の中間部材安定位置に向かって動かすように前記中間部材に連係された第二の形状記憶合金と、前記操作端部材と前記中間部材との間に介装されており、前記操作端部材の所定箇所と前記中間部材の所定箇所とを互いに近づけるようにまたは遠ざけるように付勢するばねからなる反転付勢手段とを有してなり、
前記操作端部材が前記第一の操作端部材安定位置、前記中間部材が前記第一の中間部材安定位置にそれぞれある状態から前記中間部材が前記第二の中間部材安定位置に向かって移動されて行くときは、前記中間部材が、前記操作端部材の回動軸と前記操作端部材に対する前記反転付勢手段の力の作用点とを結ぶ直線と前記反転付勢手段の力の作用線とが一直線上に重なることとなる位置である中立位置より前記第一の中間部材安定位置側にある間は、前記操作端部材は前記反転付勢手段により前記第一の操作端部材安定位置に向かって付勢されているが、前記中間部材が前記中立位置を越えて前記第二の中間部材安定位置側に移動すると、前記操作端部材は前記反転付勢手段により逆に前記第二の操作端部材安定位置に向かって付勢されるようになる一方、前記操作端部材が前記第二の操作端部材安定位置、前記中間部材が前記第二の中間部材安定位置にそれぞれある状態から前記中間部材が前記第一の中間部材安定位置に向かって移動されて行くときは、前記中間部材が前記中立位置より前記第二の中間部材安定位置側にある間は、前記操作端部材は前記反転付勢手段により前記第二の操作端部材安定位置に向かって付勢されているが、前記中間部材が前記中立位置を越えて前記第一の中間部材安定位置側に移動すると、前記操作端部材は前記反転付勢手段により逆に前記第一の操作端部材安定位置に向かって付勢されるようになるように構成されているものである。
【００１５】
この第一の本発明の双安定型形状記憶合金アクチュエータにおいては、操作端部材が第二の操作端部材安定位置、中間部材が第二の中間部材安定位置にあるとき、第一の形状記憶合金が所定温度範囲まで加熱されると、第一の形状記憶合金の形状回復力によって中間部材が第二の中間部材安定位置から第一の中間部材安定位置に向かって移動される。しかし、中間部材が中立位置に達するまでは、反転付勢手段が操作端部材を第二の操作端部材安定位置に向かって付勢しているので、操作端部材は第二の操作端部材安定位置側に止まったままになっている。
【００１６】
ところが、中間部材が前記中立位置を越えて第一の中間部材安定位置側に移動されると、反転付勢手段が操作端部材を逆方向に付勢するようになるので、操作端部材が急に第一の操作端部材安定位置に向かって動き出し、第一の操作端部材安定位置に達すると、その位置に停止する。その一方、中間部材は、反転付勢手段の付勢力により第一の中間部材安定位置に停止する。
【００１７】
また、操作端部材が第一の操作端部材安定位置、中間部材が第一の中間部材安定位置にあるとき、第二の形状記憶合金が所定温度範囲まで加熱されると、第二の形状記憶合金の形状回復力によって中間部材が第一の中間部材安定位置から第二の中間部材安定位置に向かって移動される。しかし、中間部材が中立位置に達するまでは、反転付勢手段が操作端部材を第一の操作端部材安定位置に向かって付勢しているので、操作端部材は第一の操作端部材安定位置側に止まったままになっている。
【００１８】
ところが、中間部材が前記中立位置を越えて第二の中間部材安定位置側に移動されると、反転付勢手段が操作端部材を逆方向に付勢するようになるので、操作端部材が急に第二の操作端部材安定位置に向かって動き出し、第二の操作端部材安定位置に達すると、その位置に停止する。その一方、中間部材は、反転付勢手段の付勢力により第二の安定位置に停止する。
【００１９】
この第一の本発明の双安定型形状記憶合金アクチュエータにおいては、操作端部材に第一および第二の２つの安定位置を持たせ、第一または第二の形状記憶合金を加熱することにより、その安定位置を反転できる。
【００２０】
第二の本発明による形状記憶合金アクチュエータは、
アクチュエータ外部に対しアクチュエータの機械的出力が出される操作端が１つの安定位置を有する単安定型形状記憶合金アクチュエータであって、
操作端部材安定位置と操作端部材一時反転位置との間を回動可能であり、前記操作端を構成する操作端部材と、この第一の操作端部材とともにリンク機構を構成しており、中間部材安定位置と中間部材一時反転位置との間を回動可能（または直線的に移動可能）な中間部材と、形状回復力を発生したとき、前記中間部材を前記中間部材一時反転位置に向かって動かすように前記中間部材に連係された形状記憶合金と、前記中間部材を前記中間部材安定位置に向かって付勢する中間部材復帰付勢手段と、前記操作端部材と前記中間部材との間に介装されており、前記操作端部材の所定箇所と前記中間部材の所定箇所とを互いに近づけるようにまたは遠ざけるように付勢するばねからなる反転付勢手段とを有してなり、
前記操作端部材が前記操作端部材安定位置、前記中間部材が前記中間部材安定位置にそれぞれある状態から前記中間部材が前記中間部材一時反転位置に向かって移動されて行くときは、前記中間部材が、前記操作端部材の回動軸と前記操作端部材に対する前記反転付勢手段の力の作用点とを結ぶ直線と前記反転付勢手段の力の作用線とが一直線上に重なることとなる位置である中立位置より前記中間部材安定位置側にある間は、前記操作端部材は前記反転付勢手段により前記操作端部材安定位置に向かって付勢されているが、前記中間部材が前記中立位置を越えて前記中間部材一時反転位置側に移動すると、前記操作端部材は前記反転付勢手段により逆に前記操作端部材一時反転位置に向かって付勢されるようになる一方、前記操作端部材が前記操作端部材一時反転位置、前記中間部材が前記中間部材一時反転位置にそれぞれある状態から前記中間部材が前記中間部材安定位置に向かって移動されて行くときは、前記中間部材が前記中立位置より前記中間部材一時反転位置側にある間は、前記操作端部材は前記反転付勢手段により前記操作端部材一時反転位置に向かって付勢されているが、前記中間部材が前記中立位置を越えて前記中間部材安定位置側に移動すると、前記操作端部材は前記反転付勢手段により逆に前記操作端部材安定位置に向かって付勢されるようになるように構成されているものである。
【００２１】
この第二の本発明の単安定型形状記憶合金アクチュエータにおいては、操作端部材が操作端部材安定位置、中間部材が中間部材安定位置にあるとき、形状記憶合金が所定温度範囲まで加熱されると、形状記憶合金の形状回復力によって中間部材が中間部材安定位置から中間部材一時反転位置に向かって移動される。しかし、中間部材が中立位置に達するまでは、反転付勢手段が操作端部材を操作端部材安定位置に向かって付勢しているので、操作端部材は操作端部材安定位置側に止まったままになっている。
【００２２】
ところが、中間部材が前記中立位置を越えて中間部材一時反転位置側に移動されると、反転付勢手段が操作端部材を逆方向に付勢するようになるので、操作端部材が急に操作端部材一時反転位置に向かって動き出し、操作端部材一時反転位置に達すると、その位置に停止する。その一方、中間部材は、反転付勢手段の付勢力により中間部材一時反転位置に停止する。
【００２３】
また、操作端部材が一時反転位置、中間部材が中間部材一時反転位置にそれぞれ達した後、形状記憶合金に対する加熱が停止され、形状記憶合金が冷却すると、中間部材復帰付勢手段により中間部材が反転付勢手段に抗して中間部材安定位置へ向かって移動されて行き、この中間部材が中立位置を越えて中間部材安定位置側に移動されると、反転付勢手段が操作端部材を逆に操作端部材安定位置に向かって付勢するようになるので、操作端部材が反転付勢手段の力により急に動き出し、操作端部材安定位置に復帰する。なお、中間部材も、中間部材復帰付勢手段および反転付勢手段の力により中間部材安定位置に復帰する。
【００２４】
このようにして、第二の本発明の単安定型形状記憶合金アクチュエータでは、形状記憶合金を加熱することにより、中間部材が中立位置を越えると、安定位置にある操作端部材が急に一時反転位置へ反転し、かつ形状記憶合金が冷却すると、操作端部材が元の安定位置へ戻る。
【００２５】
また、前記第一および第二の本発明の形状記憶合金アクチュエータにおいては、外部から操作端部材に力が作用しても、その外力が操作端部材を通じて形状記憶合金に直接作用することがない。したがって、外部から操作端部材に作用する力により過大な応力が形状記憶合金に加わり、性能が低下したり、破壊されてしまうことがないので、耐久性を向上することができる。
【００２６】
また、操作端部材の動作は直接的には反転付勢手段の力によってなされるので、動作速度を速くすることができ、かつ形状記憶合金の使用量を減らし、コストを低減するとともに、使用エネルギー量の低減し、ひいては省資源を図ることができる。
【００２７】
なお、本発明における形状記憶合金としては、一般的な形状記憶合金も使用することができるが、特に大きな二方向性形状記憶効果を持つ形状記憶合金を使用すると、一層優れた効果を得ることができる。
【００２８】
ここで、二方向性形状記憶効果とは、低温で形状回復と反対方向の変形を与える際に力が不要であるか、または極めて少なくてよい現象である。見た目には、形状記憶合金が低温時に変形した形状と高温時に形状回復した形状との２つの形状を覚えているような挙動を示す。従来の二方向性形状記憶合金においては、引張ひずみで最大１％前後の小さくて不安定な二方向性形状記憶効果しか得られなかったが、本発明者が前に特願２０００−２０４９２７号において提案した方法によれば、巨大な二方向性形状記憶効果を持つ形状記憶合金を得ることができる。例えば、ワイヤ状で、引張方向に記憶形状を持つ形状記憶合金とした場合は、加熱すると記憶している長さに収縮して硬くなる一方、冷却時には、負荷の無い状態でも、ちょうど筋肉が弛緩するように柔らかくなり、自分で伸びて低温時の元の長さと形に戻る。したがって、加熱と冷却だけで、外部からバイアス力を作用させることなく、伸び縮みする。
【００２９】
このような形状記憶合金を、例えば、第一の本発明の双安定型形状記憶合金アクチュエータに使用した場合は、形状回復力を発生して収縮した形状記憶合金によって中間部材が動かされるとき、収縮をしていない方の形状記憶合金は抵抗力を発生することなくゆるむ方向に動き、操作部端部材の運動を容易にする。この結果、応答性などの性能や寿命が大幅に向上し、僅かな形状記憶合金で動く、双安定式の差動型アクチュエータを実用化できる。
【００３０】
なお、完全な２方向性を示せないまでも、形状回復可能なひずみ領域内で低温での変形に力がほとんど必要ない形状記憶合金でも、同様の効果を得ることができる（このような形状記憶合金も実質的に二方向性形状記憶合金として考えてよい）、このような形状記憶合金もやはり本発明者が前に提案した特願２０００−２０４９２７号に開示された方法により得ることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【００３２】
【実施例】
図１〜１２は本発明による形状記憶合金アクチュエータの第一実施例を示しており、双安定型アクチュエータを構成した例である。これらの図のうち図１は後で詳しく説明するように操作端部材７および中間部材３がそれぞれの第二の安定位置にある状態を示している。図２は、図３（図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図）と対応して参照することにより、装置の構成が容易に理解されるようにするために、通常の使用状態ではあり得ない状態であるが、操作端部材７および中間部材３を強制的に中立位置に位置に固定した状態を示している。
【００３３】
アクチュエータ本体１には中間部材回動軸２が立設されており、この中間部材回動軸２には直線形のレバー状の中間部材３の一端部が該中間部材回動軸２を中心として回動可能に支持されている。前記アクチュエータ本体１にはピン状の中間部材ストッパ４および５が互いに間隔を置いて固定されており、中間部材３はその回動範囲を図８のように中間部材ストッパ４に当接する第一の中間部材安定位置と、図１および４のように中間部材ストッパ５に当接する第二の中間部材安定位置との間に制限されている。前記アクチュエータ本体１には操作端部材回動軸６が立設されており、この操作端部材回動軸６には直線形のレバー状の操作端部材７の一端部が該操作端部材回動軸６を中心として回動可能に支持されている。前記アクチュエータ本体１にはピン状の操作端部材ストッパ８および９が互いに間隔を置いて固定されており、操作端部材７はその回動範囲を図８のようにストッパ８に当接する第一の操作端部材安定位置と、図１および４のように操作端部材ストッパ９に当接する第二の操作端部材安定位置との間に制限されている。
【００３４】
ここで、前記中間部材回動軸２と操作端部材回動軸６とを結ぶ直線Ｅ（図１参照）に関して、中間部材ストッパ４と５および操作端部材ストッパ８と９は対称的に配置されており、これに伴い直線Ｅに関して前記第一の操作端部材安定位置と第二の操作端部材安定位置および第一の中間部材安定位置と第二の中間部材安定位置とはそれぞれ対称的な位置となっている。ただし、本発明においては必ずしもこのような対称的な配置とする必要はない。
【００３５】
前記中間部材３の他端部にはピン１０が立設されており、操作端部材７の中間部にはピン１１が立設されている。前記ピン１０とピン１１との間には引張コイルばねからなる反転付勢手段１２が介装されており、この反転付勢手段１２はピン１０とピン１１とを互いに近接する方向に付勢している。なお、前記中間部材回動軸２を中心にしたピン１０（中間部材３に対する反転付勢手段１２の力の作用点）の回転軌跡が操作端部材回動軸６上を通過するように各部が配置されている。図６および１０は、ピン１０が操作端部材回動軸６上に位置した状態を示している。
【００３６】
前記中間部材３には、中間部材回動軸２と同軸に横断面円形の巻き掛け部１３が一体的に設けられている。この巻き掛け部１３の外周の１箇所には、１本のワイヤ状の形状記憶合金１４の中間部が固定されており（１５は巻き掛け部１３に対する形状記憶合金１４の固定部を示している）、この形状記憶合金１４の両端部はそれぞれピン１６，１７を介してアクチュエータ本体１に固定されている。これにより、形状記憶合金１４の前記固定部１５付近は巻き掛け部１３に巻き掛けられた状態となっている。この形状記憶合金１４は物理的には１本のワイヤ状をなしているが、本実施例では、この形状記憶合金１４の固定部１５とピン１６との間の部分が第一の形状記憶合金１４ａを構成する一方、前記固定部１５とピン１７との間の部分が第二の形状記憶合金１４ｂを構成している。勿論、第一の形状記憶合金１４ａに相当する部分および第二の形状記憶合金１４ｂに相当する部分を分離した２本のワイヤ状の形状記憶合金によりそれぞれ構成し、各形状記憶合金の端部を巻き掛け部１３の外周に固定してもよい。
【００３７】
前記形状記憶合金１４は、巨大な二方向性形状記憶効果を持つ形状記憶合金とされており、直線引張方向に記憶形状を持ち、加熱すると記憶している長さに収縮して硬くなる一方、冷却時には、負荷の無い状態でも、ちょうど筋肉が弛緩するように柔らかくなり、自分で伸びて低温時の元の長さと形に戻る。したがって、加熱と冷却だけで、外部からバイアス力を作用させることなく、伸び縮みする。このような形状記憶合金は、例えば、本発明者が前に提案した特願２０００−２０４９２７号に開示された方法により得ることができる。なお、完全な、２方向性を示せないまでも、形状回復可能なひずみ領域内で低温での変形に力がほとんど必要ない形状記憶合金であってもよく、このような形状記憶合金もやはり本発明者が前に提案した特願２０００−２０４９２７号に開示された方法により得ることができる。
【００３８】
前記ピン１６と固定部１５との間および、ピン１７と固定部１５との間は、スイッチ手段（図示せず）により、それぞれ独立に電源（図示せず）に接続および切断できるようになっている。
【００３９】
次に、本実施例の作動を図４〜１１の動作説明図を用いて説明する（これらの図においては、図面を分かりやすくするために、アクチュエータ本体１および形状記憶合金１４等は図示を省略している）。図４は、図１と同じ状態を示しており、操作端部材７および中間部材３がそれぞれ反転付勢手段１２の力により操作端部材ストッパ９，中間部材ストッパ５に当接され、それぞれ第二の操作端部材安定位置、第二の中間部材安定位置にある状態を示している。
【００４０】
この図４の状態において、前記スイッチ手段によりピン１６と固定部１５との間を電源に接続し、第一の形状記憶合金１４ａに通電すると、ジュール熱により第一の形状記憶合金１４ａが所定温度範囲まで加熱され、形状記憶効果により反転付勢手段１２に抗して該形状記憶合金１４ａが記憶している長さに戻ろうとする形状回復力を発生して収縮するので、巻き掛け部１３ひいては中間部材３が図５および６の矢印Ａのように時計方向（本実施例の動作説明において時計方向または反時計方向と言うとき、それは図３以外の図における向きとする）に回動して行く。しかしながら、中間部材３がその中立位置（図６のように中間部材３が中間部材回動軸２と操作端部材回動軸６とを結ぶ直線Ｅと重なる位置で、この位置においてピン１０とピン１１とを結ぶ直線（反転付勢手段１２の力の作用線）が操作端部材回動軸６とピン１１（操作端部材７に対する反転付勢手段１２の力の作用点）とを結ぶ直線と一直線上に重なる）に達するまでは、反転付勢手段１２が操作端部材７を時計方向に付勢しているので、操作端部材７は反転付勢手段１２によって操作端部材ストッパ９に当接されて、第二の安定位置に停止したままになっている。
【００４１】
しかしながら、中間部材３が図６の中立位置を時計方向に越えると、それまで操作端部材７を時計方向に付勢していた反転付勢手段１２が操作端部材７を逆に反時計方向に付勢するようになるので、操作端部材７が急に動き出し、図７および８の矢印Ｂのように急速に反時計方向に回動されて行き、図８のように操作端部材ストッパ８に当接されると、その位置、すなわち第一の安定位置で停止する。他方、中間部材３に関してみると、操作端部材７の回動によって図７のようにピン１０とピン１１とを結ぶ直線（反転付勢手段１２の力の作用線）が中間部材回動軸２とピン１０（中間部材３に対する反転付勢手段１２の力の作用点）とを結ぶ直線を越えると、それまで反転付勢手段１２によって反時計方向に付勢されていた中間部材３が逆に時計方向に付勢されるようになるので、中間部材３は反転付勢手段１２の力（および第一の形状記憶合金１４ａ）によって図８のように中間部材ストッパ４に当接されるまで時計方向（矢印Ａ方向）に回動されて行き、中間部材ストッパ４に当接される位置、すなわち第一の安定位置に停止する。
【００４２】
また、図８のように中間部材３および操作端部材７がそれぞれの第一の安定位置にあるときに、前記スイッチ手段によりピン１７と固定部１５との間を電源に接続し、第二の形状記憶合金１４ｂに通電すると、第二の形状記憶合金１４ｂが所定温度範囲まで加熱され、形状記憶効果により反転付勢手段１２に抗して該形状記憶合金１４ｂが記憶している長さに戻ろうとして短くなるので、巻き掛け部１３ひいては中間部材３が図９および１０の矢印Ｃのように反時計方向に回動して行く。しかしながら、中間部材３がその中立位置に達するまでは、反転付勢手段１２が操作端部材７を反時計方向に付勢しているので、操作端部材７は反転付勢手段１２によって操作端部材ストッパ８に当接されて、第一の安定位置に停止したままになっている。
【００４３】
しかしながら、図１０のように中間部材３が中立位置まで回転され、さらにその位置を反時計方向に越えると、それまで操作端部材７を反時計方向に付勢していた反転付勢手段１２が、操作端部材７を逆に時計方向に付勢するようになるので、操作端部材７が反転付勢手段１２の力により急に動き出し、図１１の矢印Ｄのように急速に時計方向に回動されて行き、図６のように操作端部材９に当接されると、その位置、すなわち第二の安定位置で停止する。他方、中間部材３に関してみると、操作端部材７の回動によって図１１のようにピン１０とピン１１とを結ぶ直線（反転付勢手段１２の力の作用線）が中間部材回動軸２とピン１０（中間部材３に対する反転付勢手段１２の力の作用点）とを結ぶ直線を越えると、それまで反転付勢手段１２によって時計方向に付勢されていた中間部材３が逆に反時計方向に付勢されるようになるので、中間部材３は反転付勢手段１２の力（および第二の形状記憶合金１４ｂ）によって中間部材ストッパ５に当接されるまで反時計方向に回動されて行き、中間部材ストッパ５に当接される位置、すなわち第二の安定位置に停止する。
【００４４】
このようにして、この双安定型形状記憶合金アクチュエータでは、操作端部材７に２つの安定位置を持たせ、第一または第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂに加熱することにより、その安定位置を反転できる。なお、本発明においては本実施例のように、中間部材回動軸２を中心にしたピン１０（中間部材３に対する反転付勢手段１２の力の作用点）の回転軌跡が操作端部材回動軸６かその極近傍を通過するようにすることが好ましく、そのようにすることにより、中立位置近傍の中間部材３の極僅かな角度変化（位置変化）で操作端部材７を第一または第二の操作端部材安定位置に瞬時に反転できる。
【００４５】
また、この形状記憶合金アクチュエータは、外部から操作端部材７に力が作用しても、その外力が操作端部材７を通じて第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂに直接作用することがない。したがって、外部から操作端部材７に作用する力により過大な応力が形状記憶合金に加わり、性能が低下したり、破壊されてしまうことがないので、耐久性を向上することができる。
【００４６】
また、操作端部材７の動作は直接的には反転付勢手段１２の力によってなされるので、動作速度を速くすることができ、かつ形状記憶合金１４ａ，１４ｂの使用量を減らし、コストを低減するとともに、使用エネルギー量の低減、ひいては省資源を図ることができる。
【００４７】
なお、前記実施例においては、中間部材３に対する反転付勢手段１２の力の作用点の回転軌跡が操作端部材回動軸６上を通過するようにされているので、中間部材３が第一の中間部材安定位置から第二の中間部材安定位置に移動する際の中立位置と、第二の中間部材安定位置から第一の中間部材安定位置に移動する際の中立位置とが同一位置となっているが、中間部材３に対する反転付勢手段１２の力の作用点の回転軌跡が操作端部材回動軸６上を通過しない場合は、中間部材３が第一の中間部材安定位置から第二の中間部材安定位置に移動する際の中立位置と、第二の中間部材安定位置から第一の中間部材安定位置に移動する際の中立位置とが異なってくることがある。
【００４８】
また、本実施例では、第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂとして、形状回復可能なひずみ領域内で低温での変形に力が必要ないか、またはほとんど必要ない形状記憶合金を用いているので、収縮をしていない方の形状記憶合金は抵抗力を発生することなくたるむ方向に動き、操作部端部材の運動を容易にする。この結果、応答性などの性能や寿命が大幅に向上し、僅かな形状記憶合金で動く、双安定式の差動型アクチュエータを実用化できる（ただし、本発明においては、形状記憶合金として、通常の形状記憶合金を用いることもできる）。
【００４９】
また、前記第一の実施例においては、外部からの力により、操作端部材７が一方の安定位置から他方の安定位置に回動された場合には、中間部材３も反転されてしまうので、前記外部の力がなくなっても、操作端部材７および中間部材３は元の安定位置に戻ることはない。図１２は、この現象を例示したものであり、外部からの力により操作端部材７が実線で示す第一の操作端部材安定位置から一点鎖線で示す第二の操作端部材安定位置へ回動されると、ピン１０とピン１１とを結ぶ直線（反転付勢手段１２の力の作用線）が中間部材回動軸２とピン１０（中間部材３に対する反転付勢手段１２の力の作用点）とを結ぶ直線を越えた時点で中間部材３に対する反転付勢手段１２の付勢力の向きが反転するため、中間部材３が実線で示す第一の中間部材安定位置から一点鎖線で示す第二の中間部材安定位置に反転されてしまう。したがって、前記外部の力がなくなっても、操作端部材７および中間部材３は元の第一の操作端部材安定位置および第一の中間部材安定位置に戻ることはない。勿論、逆に、外部からの力により操作端部材７が第二の操作端部材安定位置から第一の操作端部材安定位置へ回動されたときも、同様にして中間部材３が第二の中間部材安定位置から第一の中間部材安定位置に反転されてしまい、前記外部の力がなくなっても、操作端部材７および中間部材３は元の第二の操作端部材安定位置および第二の中間部材安定位置に戻ることはない。
【００５０】
図１３は、このような現象を防止することができる本発明による形状記憶合金アクチュエータの第二実施例を示している。この実施例においては、外部からの力により、操作端部材７が一方の安定位置から他方の安定位置に回動されても、ピン１０とピン１１とを結ぶ直線（反転付勢手段１２の力の作用線）が中間部材回動軸２とピン１０（中間部材３に対する反転付勢手段１２の力の作用点）とを結ぶ直線を越えないようにアクチュエータが構成されている。他の構成は前記第一実施例と同様である。
【００５１】
このような構成とすることにより、操作端部材７が一方の安定位置から他方の安定位置に回動されても、中間部材３は反転されないので、前記外部の力がなくなると、操作端部材７は元の安定位置に戻るようにすることができる（図１３に例示されている場合について言えば、外部からの力により操作端部材７が実線で示す第一の操作端部材安定位置から一点鎖線で示す第二の操作端部材安定位置へ回動されても、中間部材３は実線で示す第一の安定位置に止まっており、したがって前記外部の力がなくなると、操作端部材７は元の第一の操作端部材安定位置に戻る）。
【００５２】
図１４〜１６は本発明による形状記憶合金アクチュエータの第三実施例を示している。本実施例においては、中間部材回動軸２と操作端部材回動軸６とを同軸としている。他の構成は前記第一実施例と同様である。
【００５３】
本実施例においても前記第一実施例と同様の作用効果を得ることができる。ただし、ピン１０（中間部材３に対する反転付勢手段１２の力の作用点）と操作端部材回動軸６との距離が大きくなるため、操作端部材７の安定位置の反転を行うのに中間部材３の大きな角度変化が必要となる。
【００５４】
図１７〜２０は本発明の第四実施例を示している。前記各実施例においては中間部材３が回動する形式とされていたが、本実施例においては中間部材３がスライド運動（直線移動）を行う形式とされている。これを詳しく説明すると、アクチュエータ本体１にはピン状の中間部材ストッパ１８，１９，２０，２１が立設されており、中間部材ストッパ１８と１９との間および２０と２１との間に挟まれることにより、中間部材３が直線方向に移動可能な状態でアクチュエータ本体１に支持されている。そして、前記中間部材３はその移動範囲を図２０のように中間部材ストッパ２０，２１に当接する第一の中間部材安定位置と、図１７のように中間部材ストッパ１８，１９に当接する第二の中間部材安定位置との間に制限されている。前記アクチュエータ本体１には操作端部材回動軸６が立設されており、この操作端部材回動軸６には直線形のレバー状の操作端部材７の一端部が該操作端部材回動軸６を中心として回動可能に支持されている。前記アクチュエータ本体１にはピン状の操作端部材ストッパ８および９が互いに間隔を置いて固定されており、操作端部材７はその回動範囲を図２０のように操作端部材ストッパ８に当接する第一の操作端部材安定位置と、図１７のように操作端部材ストッパ９に当接する第二の操作端部材安定位置との間に制限されている。ここで、前記中間部材３の移動方向に対し垂直で操作端部材回動軸６を通る直線Ｆに関して、中間部材ストッパ１８，１９と２０，２１および操作端部材ストッパ８と９が対称的に配置されているので、前記直線Ｆに関して前記第一の操作端部材安定位置と第二の操作端部材安定位置および第一の中間部材安定位置と第二の中間部材安定位置とがそれぞれ対称的な位置となっている。ただし、この場合も、必ずしも対称的な配置としなくてもよい。
【００５５】
前記中間部材３の中央部にはピン１０が立設されており、操作端部材７の中間部にはピン１１が立設されている。前記ピン１０とピン１１との間には引張コイルばねからなる反転付勢手段１２が介装されており、この反転付勢手段１２はピン１０とピン１１とを互いに近接する方向に付勢している。前記中間部材３の移動可能範囲の両側には、ピン２２，２３が立設されており、ピン２２と中間部材３との間には第一の形状記憶合金１４ａ、ピン２３と中間部材３との間には第二の形状記憶合金１４ｂがそれぞれ渡されている。第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂは前記各実施例の場合と同様にそれぞれ巨大な二方向性形状記憶効果を持つワイヤ状の形状記憶合金とされており、直線の引張方向に記憶形状を持っており、加熱すると記憶している長さに収縮して硬くなる一方、冷却時には、負荷の無い状態でも、ちょうど筋肉が弛緩するように柔らかくなり、自分で伸びて低温時の元の長さと形に戻る。
【００５６】
前記ピン２２と中間部材３との間および、ピン２３と中間部材３との間は、スイッチ手段（図示せず）により、それぞれ独立に電源（図示せず）に接続および切断できるようになっている。
【００５７】
次に、本実施例の作動を説明する。図１７は、操作端部材７および中間部材３がそれぞれ反転付勢手段１２の力により操作端部材ストッパ９、中間部材ストッパ１８，１９に当接され、それぞれ第二の操作端部材安定位置、第二の中間部材安定位置にある状態を示している。この状態において、前記スイッチ手段によりピン２２と中間部材３との間を電源に接続し、第一の形状記憶合金１４ａに通電すると、第一の形状記憶合金１４ａが所定温度範囲まで加熱され、形状記憶効果により反転付勢手段１２に抗して該形状記憶合金１４ａが記憶している長さに戻ろうとして収縮するので、中間部材３が図１９のように図上左方向に直線的に移動して行く。しかしながら、中間部材３がその中立位置（図１９のように直線Ｆにピン１０が重なる位置で、この位置においてピン１０と１１とを結ぶ直線（反転付勢手段１２の力の作用線）が操作端部材回動軸６とピン１１（操作端部材７に対する反転付勢手段１２の力の作用点）とを結ぶ直線と一直線上に重なることとなる）に達するまでは、反転付勢手段１２が操作端部材７を時計方向に付勢しているので、操作端部材７は反転付勢手段１２によって操作端部材ストッパ９に当接されて、第二の操作端部材安定位置に停止したままになっている。
【００５８】
しかしながら、図１９のように中間部材３が中立位置を左方に越えると、それまで操作端部材７を時計方向に付勢していた反転付勢手段１２が、逆に操作端部材７を反時計方向に付勢するようになるので、操作端部材７が反転付勢手段１２の力により急に反時計方向に動き出し、図２０のように操作端部材ストッパ８に当接されると、その位置、すなわち第一の操作端部材安定位置で停止する。他方、中間部材３に関してみると、操作端部材７の移動によってピン１０とピン１１とを結ぶ直線（反転付勢手段１２の力の作用線）が中間部材３の移動方向に対し垂直な方向より反時計方向に傾くと、それまで反転付勢手段１２によって右方に付勢されていた中間部材３が逆に左方に付勢されるようになるので、中間部材３は反転付勢手段１２の力（および第一の形状記憶合金１４ａ）によって中間部材ストッパ２０，２１に当接されるまで左方に移動されて行き、中間部材ストッパ２０，２１に当接される位置、すなわち第一の中間部材安定位置に停止する。
【００５９】
また、操作端部材７の第一の操作端部材安定位置から第二の操作端部材安定位置への反転も全く同様にして行われる。
【００６０】
図２１〜２４は本発明の第五実施例を示している。前記各実施例においては、一方の形状記憶合金が冷却しきらないうちに他方の形状記憶合金が加熱されると、両方の形状記憶合金１４ａ，１４ｂが同時に形状回復力を発生している状態になり、形状記憶合金が劣化したり、破壊される虞があるが、本実施例はこのような不都合を防止するものである。
【００６１】
本実施例においては、中間部材ストッパ４，５はアクチュエータ本体１に凸部として形成されており、これらの中間部材ストッパ４，５に中間部材３が当接される位置がそれぞれ第一および第二の中間部材安定位置とされている。また、アクチュエータ本体１の肩部が操作端部材ストッパ８，９を構成しており、これらのストッパ８，９に操作端部材７に設けられた支柱部２５が当接される位置がそれぞれ第一および第二の操作端部材安定位置とされている。このようにアクチュエータ本体１、中間部材ストッパ４，５および操作端部材ストッパ８，９の形状等は変更されているが、基本的な構成は前記第一実施例と同様とされている（対応する部品は同一符号で示している）。前記第一実施例との主な相違は、次に説明するように形状記憶合金１４ａ，１４ｂに過大な負荷荷重が作用するのを防止する手段が設けられていることである。
【００６２】
アクチュエータ本体１には、中間部材回動軸２の下方において、スライド凹部２６が設けられており、このスライド凹部２６にはスイッチ作動部材２７が図上上下方向に移動可能に嵌合されている。このスイッチ作動部材２７はスライド凹部２６の上端とアクチュエータ本体１に固定されたストッパ２８，２９とにより、その移動範囲を制限されている。前記スイッチ作動部材２７にはスイッチ操作片３０が設けられている。第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂの一端部はスイッチ作動部材２７に立設されたピン１６，１７を介してそれぞれスイッチ作動部材２７に固定されている。前記スイッチ作動部材２７に立設されたピン６０とアクチュエータ本体１に立設されたピン３１との間には引張コイルばねからなる過負荷防止用ばね３２が介装されており、この過負荷防止用ばね３２はスイッチ作動部材２７を下方、すなわち巻き掛け部１３から遠ざかる方向に付勢している。
【００６３】
前記アクチュエータ本体１にはリミットスイッチからなる過負荷防止スイッチ３３が取り付けられている。この過負荷防止スイッチ３３は、二つの電気伝導性のよい板ばね３４，３５と、これらの板ばね３４，３５にそれぞれ固定されて互いに対向された２つの接点３６，３７と、板ばね３４の先端部付近に設けられた電気絶縁体４１とを有しており、一方の接点３６は中間部材３の巻き掛け部１３に固定部１５において固定されている第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂの一端部に板ばね３４を介して電気的に接続され、他方の接点３７は板ばね３５を介して電源３８の一方の極に電気的に接続されている。前記電源３８の他方の極は第一および第二の駆動スイッチ３９，４０の一端に電気的に共通に接続されている。前記第一の駆動スイッチ３９の他端はピン１６を介して第一の形状記憶合金１４ａの他端部に電気的に接続され、第二の駆動スイッチ４０の他端はピン１７を介して第二の形状記憶合金１４ｂの他端部に電気的に接続されている。
【００６４】
本実施例においては、第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂに過大な負荷が作用されていない状態では、過負荷防止用ばね３２のばね力によりスイッチ作動部材２７は下方に移動されてストッパ２８，２９に当接されている。この状態では、スイッチ作動部材２７のスイッチ操作片３０が電気絶縁体４１および板ばね３４を介して接点３６を押し下げ、接点３６と３７とを互いに接触させている。したがって、図２１の実線位置で示すように操作端部材７が第二の操作端部材安定位置、中間部材３が第二の中間部材安定位置にそれぞれある状態において、第一の駆動スイッチ３９をオンすると、第一の形状記憶合金１４ａに通電されて該合金１４ａが加熱され、該合金１４ａが収縮するので、中間部材３が図上時計方向に回動され、操作端部材７が一点鎖線で示すように第一の操作端部材安定位置に反転するとともに中間部材３も一点鎖線で示すように第一の中間部材安定位置に回動する。
【００６５】
次に、第一の形状記憶合金１４ａが十分に冷却した後、第二の駆動スイッチ４０をオンすると、第二の形状記憶合金１４ｂに通電されて該合金１４ｂが加熱され、該合金１４ｂが収縮するので、操作端部材７が第二の操作端部材安定位置に反転するとともに中間部材３も第二の中間部材安定位置に回動する。このようにして、第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂに過大な負荷荷重が作用しない場合には、前記第一実施例の場合と同様に動作する。
【００６６】
しかしながら、一方の形状記憶合金が冷却しきらないうちに他方の形状記憶合金が加熱されたり、両方の形状記憶合金１４ａ，１４ｂが同時に加熱されることによって両方の形状記憶合金が同時に形状回復力を発生している状態になったり、または大きい外力が作用したりすることにより、第一および（または）第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂに過大な負荷が作用すると、図２４のようにスイッチ作動部材２７が図上上方に引き上げられるので、スイッチ作動部材２７がスイッチ操作片３０、電気絶縁体４１および板ばね３４を介して接点３６を押し下げなくなるため、接点３６と３７が離間される。これにより、それまで通電されていた第一または（および）第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂに対する通電が停止され、該形状記憶合金が冷却するので、第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂに形状記憶合金が劣化したり、破壊されるのを防止できる。
【００６７】
なお、ストッパ２８，２９は必ずしも設けなくてもよいが、本実施例のように設けておくと、スイッチ作動部材２７と巻き掛け部１３との間の距離の上限を設定することができ、これにより、前記上限を設けない場合におけるように過大な負荷が作用していないときにも両方の形状記憶合金にある程度以上の張力が作用し、中間部材３が中央付近で安定しやすくなってアクチュエータの動作が不安定になることを防止できる。
【００６８】
図２５〜２８は本発明の第六実施例を示している。本実施例においては、中間部材３は該中間部材３に設けられた長穴４２を中間部材回動軸２に嵌合されることにより回動可能とされている。巻き掛け部１３は長穴４２の周囲に長円状に形成されている。他の構成は前記図１〜１２の第一実施例および図２１〜２４の第五実施例と同様とされている（対応する部品は同一符号で示している）。
【００６９】
本実施例においては、第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂがともに冷却しているときは、図２５に示されるように、反転付勢手段１２により、中間部材３が図上上方に引き上げられ、中間部材回動軸２は相対的に長穴４２の一端（図上下端側）に偏倚した状態となっており、これにより巻き掛け部１３と第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂの反対側の端部との間の距離が比較的に大きくなっている（図２５では、便宜上、中間部材が中立位置にあるように描いてある）。
【００７０】
また、図２６に示されるように、一方の形状記憶合金（図では第一の形状記憶合金１４ａ）が十分に冷却している状態において、他方の形状記憶合金（図では第二の形状記憶合金１４ｂ）が加熱されると、中間部材３が回動し、前記第一実施例および第五実施例の場合と同様に操作端部材７（図示せず）が反転する（この場合、反転付勢手段１２に抗して中間部材３が若干図上下方に移動され、中間部材回動軸２が相対的に長穴４２の中間部に若干移動するようになっていてもよいし、中間部材３が図上下方に移動せず、回動軸２が長穴４２の一端に偏倚したままの状態となるようになっていてもよい）。
【００７１】
また、図２７に示されるように、一方の形状記憶合金（図では第二の形状記憶合金１４ｂ）がまだ十分冷却されていないうちに他方の形状記憶合金（図では第一の形状記憶合金１４ａ）が加熱状態とされたときは、反転付勢手段１２に抗して中間部材３が図上下方に移動され、中間部材回動軸２が相対的に長穴４２の他端（図上上端）の方にある程度移動することにより、巻き掛け部１３と第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂの反対側の端部との間の距離がある程度短くなるので、第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂに過大な負荷が作用するのを防止することができる。また、前記のように中間部材回動軸２が相対的に長穴４２の他端（図上上端）の方にある程度移動することにより、形状記憶合金の形状回復力が一時的に反転付勢手段１２に蓄えられる。その後、一方の形状記憶合金が冷却すると、前記中間部材３の下方移動のため、中間部材３の回動の当初、冷却した方の形状記憶合金は中間部材３が回転しやすい方向に緩む（なお、図２６の場合も、中間部材回動軸２が相対的に若干移動するようになっている場合には、同様に、中間部材３の回動当初に、冷却して収縮していない形状記憶合金の方が中間部材３が回転しやすい方向に緩む）。
【００７２】
さらに、第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂが同時に加熱されている状態になると、図２８に示されるように、中間部材３が大きく引き下げられて、相対的に中間部材回動軸２が長穴４２の他端（図上上端）の方に大きく移動し、巻き掛け部１３と第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂの反対側の端部との間の距離が短くなるので、第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂに過大な負荷が作用するのを防止することができる。
【００７３】
図２９および３０は本発明の第七実施例を示している。本実施例においては、前記図２５〜２８の第六実施例の構成にさらに過負荷防止スイッチ３３が設けられている。この過負荷防止スイッチ３３は、前記図２１〜２４の第五実施例におけるものと同様のものであり、通常の状態では、反転付勢手段１２（本実施例においては、本発明における過負荷防止用ばねを兼ねている）の力により、中間部材３（本実施例においては、本発明におけるスイッチ作動部材を兼ねている）が電気絶縁体４１を介して板ばね３４を押圧して、接点３６，３７を互いに接触させているので、加熱すべき形状記憶合金１４ａまたは１４ｂに通電可能な状態となっている。
【００７４】
しかしながら、第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂが両方とも加熱状態となり、過大な負荷が作用されると、図３０に示されるように、反転付勢手段１２に抗して中間部材３が図上下方に大きく移動され、相対的に中間部材回動軸２が長穴４２の他端（図上上端）の方に大きく移動し、電気絶縁体４１が中間部材３から離間し、接点３６，３７も互いに離間し、過負荷防止スイッチ３３が形状記憶合金１４ａ，１４ｂへの通電回路を遮断し、形状記憶合金１４ａ，１４ｂへの通電を停止させる。これにより、形状記憶合金１４ａ，１４ｂが保護される（なお、両方の形状記憶合金１４ａ，１４ｂが加熱状態となったときのみならず、一方の形状記憶合金がまだ十分冷却されていないうちに他方の形状記憶合金が加熱状態とされたときも、接点３６，３７が互いに離間し、形状記憶合金への通電が停止されるようにしてもよい）。
【００７５】
図３１は本発明の第八実施例を示している。本実施例においては、アクチュエータ本体（図示せず）に固定された回動部材回動軸４３には回動部材４４の中央部が回動を可能に支持されている。この回動部材４４には２つのプーリー４５，４６がそれぞれ回転可能に支持されており、これらのプーリー４５，４６は回動部材回動軸４３を間に挟むように配置されている。ここにおいて、本実施例では、回動部材４４およびプーリー４５，４６が可動当接体を構成している。回動部材４４と前記アクチュエータ本体１との間には引張コイルばねからなる過負荷防止用ばね３２が介装されており、このばね３２は回動部材４４を図上時計方向に付勢することにより、プーリー４６，４５を第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂに押圧し、これらの形状記憶合金１４ａ，１４ｂを伸張させようとするようになっている。前記アクチュエータ本体１に固定されたストッパ６６は、回動部材４４が所定以上図上時計方向に回動できないように回動部材４４の回動範囲を制限しており、これにより第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂを所定以上伸張させないように制限している。他の構成は前記第一実施例と同様とされている（対応する部品は同一符号で示している）。
【００７６】
本実施例においては、通常は、回動部材４４は図３１の位置またはそれに近い位置にあり、第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂが掛け渡される経路を長くしており、この状態で前記第一実施例の場合と同様な動作が行われる。
【００７７】
しかし、両方の形状記憶合金１４ａ，１４ｂが同時に加熱状態とされたり、一方の形状記憶合金が十分冷却されないうちに他方の形状記憶合金が加熱されたりすることにより、形状記憶合金１４ａ，１４ｂに過負荷が作用したときは、回動部材４４が過負荷防止用ばね３２に抗して図上反時計方向に回動され、第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂが掛け渡される経路が短くなって、第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂに作用する力が緩和されるので、過負荷が防止される。
【００７８】
図３２は本発明の第九実施例を示している。本実施例においては、アクチュエータ本体１（図示せず）に固定された一対の回動部材回動軸４７，４８にはそれぞれ回動部材４９，５０が回動を可能に支持されている。これらの回動部材４９，５０には部分的な歯車部分５１，５２が設けられており、これらの歯車部分５１，５２を互いに噛み合わされている。各回動部材４９，５０にはそれぞれプーリー５３，５４が回転可能に支持されている。ここにおいて、本実施例では、回動部材４９，５０およびプーリー５３，５４が可動当接体を構成している。回動部材４７，４８間には引張コイルばねからなる過負荷防止用ばね３２が介装されており、このばね３２は図上回動部材４９を時計方向、回動部材５０を反時計方向に付勢することにより、プーリー５４，５３を第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂに押圧し、これらの形状記憶合金１４ａ，１４ｂを伸張させようとするようになっている。前記アクチュエータ本体１に固定されたストッパ５５は、回動部材５０が所定以上図上反時計方向に回動できないように回動部材５０の回動範囲を制限しており、これにより第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂを所定以上伸張させないように制限している。図示していないが、他の構成は前記第一実施例と同様とされている。
【００７９】
本実施例においても、通常は、回動部材４９，５０は図３２の位置またはそれに近い位置にあり、第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂが掛け渡される経路を長くしており、この状態で前記第一実施例の場合と同様な動作が行われる。
【００８０】
しかし、両方の形状記憶合金１４ａ，１４ｂが同時に加熱状態とされたり、一方の形状記憶合金が十分冷却されないうちに他方の形状記憶合金が加熱されることにより、形状記憶合金１４ａ，１４ｂに過負荷が作用したときは、過負荷防止用ばね３２に抗して回動部材４９が図上反時計方向、回動部材５０が時計方向に回動され、第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂが掛け渡される経路が短くなって、第一および第二の形状記憶合金１４ａ，１４ｂに作用する力が緩和されるので、過負荷が防止される。
【００８１】
図３３〜３７は本発明による形状記憶合金アクチュエータの第十実施例を示している。これらの図のうち図３３は、図３４（図３３のＸＸＸＩＶ−ＸＸＸＩＶ線における断面図）と組み合わせて参照することにより、装置の構成が容易に理解されるようにするために、通常の使用状態ではあり得ない状態であるが、操作端部材７および中間部材３を強制的に中立位置に位置に固定した状態を示している。
【００８２】
この実施例は、単安定型アクチュエータを構成するものであり、基本的には前記第一実施例の双安定型アクチュエータにおける第二の形状記憶合金１４ｂを中間部材復帰付勢手段５６に置き換えた構成とされている。これを詳しく説明すると、アクチュエータ本体１には中間部材回動軸２が立設されており、この中間部材回動軸２にはＬ字形をなした中間部材３の屈曲部が該中間部材回動軸２を中心として回動可能に支持されている。前記アクチュエータ本体１にはピン状の中間部材ストッパ４および５が互いに間隔を置いて固定されており、中間部材３はその回動範囲を図３５のように中間部材ストッパ５に当接する中間部材安定位置と、図３７のように中間部材ストッパ４に当接する中間部材一時反転位置との間に制限されている。前記中間部材３の一端部に立設されたピン５７とアクチュエータ本体１に立設されたピン５８との間には引張コイルばねからなる中間部材復帰付勢手段５６が介装されており、この中間部材復帰付勢手段５６は中間部材３を中間部材安定位置に向かって（すなわち図３５〜３７における反時計方向に）付勢している。前記アクチュエータ本体１には操作端部材回動軸６が立設されており、この操作端部材回動軸６には直線形のレバー状の操作端部材７の一端部が該操作端部材回動軸６を中心として回動可能に支持されている。前記アクチュエータ本体１にはピン状の操作端部材ストッパ８および９が互いに間隔を置いて固定されており、操作端部材７はその回動範囲を図３５のように操作端部材ストッパ９に当接する操作端部材安定位置と、図３７のように操作端部材ストッパ８に当接する操作端部材一時反転位置との間に制限されている。
【００８３】
前記中間部材３の他端部にはピン１０が立設されており、操作端部材７の中間部にはピン１１が立設されている。前記ピン１０とピン１１との間には引張コイルばねからなる反転付勢手段１２が介装されており、この反転付勢手段１２はピン１０とピン１１とを互いに近接する方向に付勢している。前記中間部材３には、中間部材回動軸２と同軸に横断面円形の巻き掛け部１３が一体的に設けられている。この巻き掛け部１３には、ワイヤ状の形状記憶合金１４の一端部が固定されており（１５はこの巻き掛け部１３に対する形状記憶合金１４の固定部を示している）、この形状記憶合金１４の他端部はピン１７を介してアクチュエータ本体１に固定されている。これにより、形状記憶合金１４の固定部１５付近は巻き掛け部１３に巻き掛けられた状態となっている。
【００８４】
前記形状記憶合金１４は、前記各実施例の場合と同様に巨大な二方向性形状記憶効果を持つ形状記憶合金とされている。前記ピン１７と固定部１５との間は、スイッチ手段（図示せず）により、電源（図示せず）に接続および切断できるようになっている。
【００８５】
次に、本実施例の作動を図３５〜３７の動作説明図を用いて説明する。図３５は、操作端部材７および中間部材３がそれぞれ反転付勢手段１２の力により操作端部材ストッパ９、中間部材ストッパ５に当接され、それぞれの安定位置にある状態を示している。
【００８６】
この状態において、前記スイッチ手段によりピン１７と固定部１５との間を電源に接続し、形状記憶合金１４に通電すると、形状記憶合金１４が所定温度範囲まで加熱され、形状記憶効果により反転付勢手段１２に抗して該形状記憶合金１４が記憶している長さに戻ろうとして収縮するので、巻き掛け部１３ひいては中間部材３が図３６の矢印のように時計方向に回動して行く。しかしながら、中間部材３がその中立位置、すなわち図３６のようにピン１０とピン１１とを結ぶ直線（反転付勢手段１２の力の作用線）が操作端部材回動軸６とピン１１（操作端部材７に対する反転付勢手段１２の力の作用点）とを結ぶ直線と一直線上に重なることとなる位置に達するまでは、反転付勢手段１２が操作端部材７を時計方向に付勢しているので、操作端部材７は反転付勢手段１２によって操作端部材ストッパ９に当接されて、操作端部材安定位置に停止したままになっている。
【００８７】
しかしながら、中間部材３が図３６の中立位置を時計方向に越えると、それまで操作端部材７を時計方向に付勢していた反転付勢手段１２が、操作端部材７を逆に反時計方向に付勢するようになるので、操作端部材７が反転付勢手段１２の力により急に動き出し、図３７のように急速に反時計方向に回動されて行き、操作端部材ストッパ８に当接されると、その位置、すなわち操作端部材一時反転位置に停止する。他方、中間部材３に関してみると、操作端部材７の回動によってピン１０とピン１１とを結ぶ直線（反転付勢手段１２の力の作用線）が中間部材回動軸２とピン１０（中間部材３に対する反転付勢手段１２の力の作用点）とを結ぶ直線を越えると、それまで反転付勢手段１２によって反時計方向に付勢されていた中間部材３が逆に時計方向に付勢されるようになるので、反転付勢手段１２の力（および形状記憶合金１４の形状回復力）によって中間部材ストッパ４に当接されるまで反時計方向に回動されて行き、中間部材ストッパ４に当接される位置、すなわち中間部材一時反転位置に停止する。
【００８８】
また、図３７のように中間部材３および操作端部材７がそれぞれの一時反転位置に達した後、形状記憶合金１４に対する通電が停止され、形状記憶合金が冷却すると、中間部材復帰付勢手段５６により中間部材３が反転付勢手段１２に抗して反時計方向に回動されて行き、中間部材３が図３６の中立位置を反時計方向に越えると、それまで操作端部材７を反時計方向に付勢していた反転付勢手段１２が、操作端部材７を逆に時計方向に付勢するようになるので、操作端部材７が反転付勢手段１２の力により急に動き出し、急速に時計方向に回動されて行き、図３５の操作端部材安定位置に復帰する。なお、中間部材３も、中間部材復帰付勢手段５６の力により中間部材安定位置に復帰する（なお、途中からは反転付勢手段１２の力も中間部材３を中間部材安定位置に復帰させるように作用するようになる）。
【００８９】
このようにして、本実施例では、形状記憶合金１４を加熱することにより、中間部材３が中立位置を越えると、安定位置にある操作端部材７が急に一時反転位置へ反転し、かつ形状記憶合金１４が冷却すると、操作端部材７が元の安定位置へ戻る単安定型アクチュエータが得られる。
【００９０】
なお、本実施例においても、外部から操作端部材７に力が作用しても、その力が操作端部材７を通じて形状記憶合金１４に直接作用することがない。したがって、外部から操作端部材７に作用する力により過剰な応力が形状記憶合金１４に加わり、性能が低下したり、破壊されてしまうことがないので、耐久性を向上することができる。
【００９１】
また、操作端部材７の動作は直接的には反転付勢手段１２の力によってなされるので、動作速度を速くすることができ、かつ形状記憶合金の使用量を減らし、コストを低減するとともに、使用エネルギー量の低減、ひいては省資源を図ることができる。
【００９２】
また、本実施例のように単安定型アクチュエータを構成する場合も、前記図１７〜２０の第四実施例と同様に中間部材３が直線運動を行うようにしたり、前記第五実施例以下と同様に形状記憶合金１４に対する過負荷防止手段を設けることができる。
【００９３】
また、前記各実施例においては、形状記憶合金を通電により加熱するものとしているが、本発明においては、伝導加熱、対流や環境温度による加熱、赤外線やレーザーによる加熱等の他の種の加熱方式によって形状記憶合金を加熱してもよい。
【００９４】
また、前記各実施例においては、反転付勢手段は、操作端部材の所定箇所と中間部材の所定箇所とを互いに近づけるよう付勢しているが、互いに遠ざけるように付勢する構成としてもよい。
【００９５】
また、前記各実施例においては、反転付勢手段をコイルばねにより構成しているが、反転付勢手段をコイルばね以外の板ばね等のばねや、気体を利用したばね等の他の種のばねとしてもよいし、反転付勢手段をゴム弾性を有するゴム弾性体により構成してもよい。また、操作端部材および中間部材の所定箇所にそれぞれ磁石（永久磁石または電磁石）を設けたり、操作端部材および中間部材の所定箇所の一方に磁石、他方に磁性体を設け、これらを反転付勢手段としてもよい。
【００９６】
【発明の効果】
以上のように本発明による形状記憶合金アクチュエータは、
（イ）外部から力が操作端に作用しても、その外力が操作端を通じて形状記憶合金に直接作用することがない、
（ロ）動作速度が速い、
（ハ）操作端が２つの安定位置を持つ双安定型の形状記憶合金アクチュエータや、操作端が１つの安定位置を持ち、かつ操作端の位置が瞬間的な反転動作を行う単安定型アクチュエータを得ることができる、
（ニ）過負荷防止手段を設けることにより、差動型形状記憶合金アクチュエータにおいて、両方の形状記憶合金が同時に形状回復力を発生している状態になっても、形状記憶合金が劣化したり、破壊されることがないようにすることができる、
等の優れた効果を得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による形状記憶合金アクチュエータの第一実施例を示す正面図である。
【図２】前記第一実施例を、操作端部材および中間部材を強制的に中立位置に位置に固定した状態において示す正面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。
【図４】前記第一実施例において操作端部材および中間部材がそれぞれ第二の安定位置にある状態を示す動作説明図である。
【図５】前記第一実施例において図４の状態から中間部材が回動され始めた状態を示す動作説明図である。
【図６】前記第一実施例において図５の状態から中間部材が中立位置に達した状態を示す動作説明図である。
【図７】前記第一実施例において図６の状態から中間部材が中立位置を越えた状態を示す動作説明図である。
【図８】前記第一実施例において操作端部材および中間部材がそれぞれ第一の安定位置にある状態を示す動作説明図である。
【図９】前記第一実施例において図８の状態から中間部材が回動され始めた状態を示す動作説明図である。
【図１０】前記第一実施例において図９の状態から中間部材が中立位置に達した状態を示す動作説明図である。
【図１１】前記第一実施例において図１０の状態から中間部材が中立位置を越えた状態を示す動作説明図である。
【図１２】前記第一実施例において操作端部材が外力により一方の安定位置から他方の安定位置に回動された場合の状態を示す動作説明図である。
【図１３】本発明による形状記憶合金アクチュエータの第二実施例を示す正面図である。
【図１４】本発明による形状記憶合金アクチュエータの第三実施例を、操作端部材および中間部材がそれぞれ第一の安定位置にある状態において示す正面図である（アクチュエータ本体および形状記憶合金等は図示を省略している）。
【図１５】前記第三実施例において中間部材の回動に伴って操作端部材が反転する様子を示す動作説明図である。
【図１６】前記第三実施例を、操作端部材および中間部材を強制的に中立位置に位置に固定した状態において示す断面図である。
【図１７】本発明による形状記憶合金アクチュエータの第四実施例を、操作端部材および中間部材がそれぞれ第二の安定位置にある状態において示す平面図である。
【図１８】前記第四実施例を示す背面図である。
【図１９】前記第四実施例において図１７の状態から中間部材が中立位置に達した状態を示す動作説明図である。
【図２０】前記第四実施例において操作端部材および中間部材がそれぞれ第一の安定位置にある状態を示す動作説明図である。
【図２１】本発明による形状記憶合金アクチュエータの第五実施例を示す正面図である。
【図２２】前記第五実施例を示す背面図である。
【図２３】前記第五実施例を、操作端部材および中間部材を強制的に中立位置に位置に固定した状態において示す断面図である（過負荷防止ばねは図示を省略している）。
【図２４】前記第五実施例において過負荷防止スイッチが切断された状態を示す正面図である。
【図２５】本発明による形状記憶合金アクチュエータの第六実施例を示す正面図である。
【図２６】前記第六実施例において一方の形状記憶合金が十分に冷却している状態において、他方の形状記憶合金が加熱された状態を示す動作説明図である。
【図２７】前記第六実施例において一方の形状記憶合金がまだ十分冷却されていないうちに他方の形状記憶合金が加熱されたときの様子を示す動作説明図である。
【図２８】前記第六実施例において第一および第二の形状記憶合金が同時に加熱された状態を示す動作説明図である。
【図２９】本発明による形状記憶合金アクチュエータの第七実施例を正常状態において示す正面図である。
【図３０】前記第七実施例を、過負荷状態において示す正面図である。
【図３１】本発明による形状記憶合金アクチュエータの第八実施例を示す正面図である。
【図３２】本発明による形状記憶合金アクチュエータの第九実施例を示す正面図である。
【図３３】本発明による形状記憶合金アクチュエータの第十実施例を、操作端部材および中間部材を強制的に中立位置に位置に固定した状態において示す正面図である。
【図３４】図３３のＸＸＸＩＶ−ＸＸＸＩＶ線における断面図である。
【図３５】前記第十実施例において操作端部材および中間部材がそれぞれ安定位置にある状態を示す動作説明図である。
【図３６】前記第十実施例において図３５の状態から中間部材が回動されて中立位置に達した状態を示す動作説明図である。
【図３７】前記第十実施例において操作端部材および中間部材がそれぞれ一時反転位置に反転された状態を示す動作説明図である。
【符号の説明】
１ アクチュエータ本体
２ 中間部材回動軸
３ 中間部材（スイッチ作動部材）
６ 操作端部材回動軸
７ 操作端部材
１２ 反転付勢手段（過負荷防止用ばね）
１３ 巻き掛け部
１４ 形状記憶合金
１４ａ 第一の形状記憶合金
１４ｂ 第二の形状記憶合金
２７ スイッチ作動部材
３２ 過負荷防止用ばね
３３ 過負荷防止スイッチ
３８ 電源
３９ 第一の駆動スイッチ
４０ 第二の駆動スイッチ
４２ 長穴
４４ 回動部材（可動当接体）
４５，４６ プーリー（可動当接体）
４９，５０ 回動部材（可動当接体）
５３，５４ プーリー（可動当接体）
５６ 中間部材復帰付勢手段
Claims (15)
- アクチュエータ外部に対しアクチュエータの機械的出力が出される操作端が２つの安定位置を有する双安定型形状記憶合金アクチュエータであって、
第一の操作端部材安定位置と第二の操作端部材安定位置との間を回動可能であり、前記操作端を構成する操作端部材と、この第一の操作端部材とともにリンク機構を構成しており、第一の中間部材安定位置と第二の中間部材安定位置との間を回動可能な中間部材と、形状回復力を発生したとき、前記中間部材を前記第一の中間部材安定位置に向かって動かすように前記中間部材に連係された第一の形状記憶合金と、形状回復力を発生したとき、前記中間部材を前記第二の中間部材安定位置に向かって動かすように前記中間部材に連係された第二の形状記憶合金と、前記操作端部材と前記中間部材との間に介装されており、前記操作端部材の所定箇所と前記中間部材の所定箇所とを互いに近づけるようにまたは遠ざけるように付勢するばねからなる反転付勢手段とを有してなり、
前記操作端部材が前記第一の操作端部材安定位置、前記中間部材が前記第一の中間部材安定位置にそれぞれある状態から前記中間部材が前記第二の中間部材安定位置に向かって移動されて行くときは、前記中間部材が、前記操作端部材の回動軸と前記操作端部材に対する前記反転付勢手段の力の作用点とを結ぶ直線と前記反転付勢手段の力の作用線とが一直線上に重なることとなる位置である中立位置より前記第一の中間部材安定位置側にある間は、前記操作端部材は前記反転付勢手段により前記第一の操作端部材安定位置に向かって付勢されているが、前記中間部材が前記中立位置を越えて前記第二の中間部材安定位置側に移動すると、前記操作端部材は前記反転付勢手段により逆に前記第二の操作端部材安定位置に向かって付勢されるようになる一方、前記操作端部材が前記第二の操作端部材安定位置、前記中間部材が前記第二の中間部材安定位置にそれぞれある状態から前記中間部材が前記第一の中間部材安定位置に向かって移動されて行くときは、前記中間部材が前記中立位置より前記第二の中間部材安定位置側にある間は、前記操作端部材は前記反転付勢手段により前記第二の操作端部材安定位置に向かって付勢されているが、前記中間部材が前記中立位置を越えて前記第一の中間部材安定位置側に移動すると、前記操作端部材は前記反転付勢手段により逆に前記第一の操作端部材安定位置に向かって付勢されるようになるように構成されている形状記憶合金アクチュエータ。 - 前記中間部材は該中間部材と一体的に回動する巻き掛け部を有し、前記第一および第二の形状記憶合金はワイヤ状とされていて、所定温度範囲に加熱されると記憶している長さに戻ろうとする形状回復力を発生して収縮するようになっており、かつそれぞれ形状回復力を発生したとき前記中間部材が回動されるように、前記前記巻き掛け部に巻き掛けられるようになっている請求項１記載の形状記憶合金アクチュエータ。
- 前記中間部材は該中間部材に設けられた長穴を回動軸に嵌合されることにより回動可能とされており、前記反転付勢手段は前記回動軸を相対的に前記長穴の一端側に偏倚させ、前記第一および第二の形状記憶合金を伸張させようとする方向に前記中間部材を付勢する請求項２記載の形状記憶合金アクチュエータ。
- 可動であって、前記第一および第二の形状記憶合金に当接する部分を有する可動当接体と、この可動当接体を前記第一および第二の形状記憶合金に押圧して前記第一および第二の形状記憶合金を伸張させようとする方向に前記可動当接体を付勢する過負荷防止用ばねとを有する請求項２記載の形状記憶合金アクチュエータ。
- アクチュエータ外部に対しアクチュエータの機械的出力が出される操作端が２つの安定位置を有する双安定型形状記憶合金アクチュエータであって、
第一の操作端部材安定位置と第二の操作端部材安定位置との間を回動可能であり、前記操作端を構成する操作端部材と、この第一の操作端部材とともにリンク機構を構成してお り、第一の中間部材安定位置と第二の中間部材安定位置との間を直線的に移動可能な中間部材と、形状回復力を発生したとき、前記中間部材を前記第一の中間部材安定位置に向かって動かすように前記中間部材に連係された第一の形状記憶合金と、形状回復力を発生したとき、前記中間部材を前記第二の中間部材安定位置に向かって動かすように前記中間部材に連係された第二の形状記憶合金と、前記操作端部材と前記中間部材との間に介装されており、前記操作端部材の所定箇所と前記中間部材の所定箇所とを互いに近づけるようにまたは遠ざけるように付勢するばねからなる反転付勢手段とを有してなり、
前記操作端部材が前記第一の操作端部材安定位置、前記中間部材が前記第一の中間部材安定位置にそれぞれある状態から前記中間部材が前記第二の中間部材安定位置に向かって移動されて行くときは、前記中間部材が、前記操作端部材の回動軸と前記操作端部材に対する前記反転付勢手段の力の作用点とを結ぶ直線と前記反転付勢手段の力の作用線とが一直線上に重なることとなる位置である中立位置より前記第一の中間部材安定位置側にある間は、前記操作端部材は前記反転付勢手段により前記第一の操作端部材安定位置に向かって付勢されているが、前記中間部材が前記中立位置を越えて前記第二の中間部材安定位置側に移動すると、前記操作端部材は前記反転付勢手段により逆に前記第二の操作端部材安定位置に向かって付勢されるようになる一方、前記操作端部材が前記第二の操作端部材安定位置、前記中間部材が前記第二の中間部材安定位置にそれぞれある状態から前記中間部材が前記第一の中間部材安定位置に向かって移動されて行くときは、前記中間部材が前記中立位置より前記第二の中間部材安定位置側にある間は、前記操作端部材は前記反転付勢手段により前記第二の操作端部材安定位置に向かって付勢されているが、前記中間部材が前記中立位置を越えて前記第一の中間部材安定位置側に移動すると、前記操作端部材は前記反転付勢手段により逆に前記第一の操作端部材安定位置に向かって付勢されるようになるように構成されている形状記憶合金アクチュエータ。 - 前記第一および第二の形状記憶合金にそれぞれ通電する通電手段と、前記第一の形状記憶合金および（または）第二の形状記憶合金に所定以上の負荷が掛かったときに前記通電手段からの前記第一の形状記憶合金および（または）第二の形状記憶合金に対する通電を停止する過負荷防止スイッチとを有してなる請求項１乃至５のいずれかに記載の形状記憶合金アクチュエータ。
- 前記過負荷防止スイッチはリミットスイッチを構成しており、
前記過負荷防止スイッチに対し相対的に移動可能で、この相対的移動により前記過負荷防止スイッチをオン、オフするようになっており、かつ前記第一の形状記憶合金および（または）第二の形状記憶合金に負荷が掛かると、前記過負荷防止スイッチをオフすることとなる方向に移動されようとするように前記第一および（または）第二の形状記憶合金に連係されたスイッチ作動部材と、このスイッチ作動部材を前記過負荷防止スイッチをオンすることとなる方向に付勢する過負荷防止用ばねとを有し、
前記第一の形状記憶合金および（または）第二の形状記憶合金に所定以上の負荷が掛かったときは、前記スイッチ作動部材が前記過負荷防止用ばねに抗して所定以上相対的に移動し、前記過負荷防止スイッチをオフし、前記通電手段からの前記第一の形状記憶合金および（または）第二の形状記憶合金に対する通電を停止する請求項６記載の形状記憶合金アクチュエータ。 - アクチュエータ外部に対しアクチュエータの機械的出力が出される操作端が１つの安定位置を有する単安定型形状記憶合金アクチュエータであって、
操作端部材安定位置と操作端部材一時反転位置との間を回動可能であり、前記操作端を構成する操作端部材と、この第一の操作端部材とともにリンク機構を構成しており、中間部材安定位置と中間部材一時反転位置との間を回動可能な中間部材と、形状回復力を発生したとき、前記中間部材を前記中間部材一時反転位置に向かって動かすように前記中間部材に連係された形状記憶合金と、前記中間部材を前記中間部材安定位置に向かって付勢する中間部材復帰付勢手段と、前記操作端部材と前記中間部材との間に介装されており、前記操作端部材の所定箇所と前記中間部材の所定箇所とを互いに近づけるようにまたは遠ざけるように付勢するばねからなる反転付勢手段とを有してなり、
前記操作端部材が前記操作端部材安定位置、前記中間部材が前記中間部材安定位置にそれぞれある状態から前記中間部材が前記中間部材一時反転位置に向かって移動されて行くときは、前記中間部材が、前記操作端部材の回動軸と前記操作端部材に対する前記反転付勢手段の力の作用点とを結ぶ直線と前記反転付勢手段の力の作用線とが一直線上に重なることとなる位置である中立位置より前記中間部材安定位置側にある間は、前記操作端部材は前記反転付勢手段により前記操作端部材安定位置に向かって付勢されているが、前記中間部材が前記中立位置を越えて前記中間部材一時反転位置側に移動すると、前記操作端部材は前記反転付勢手段により逆に前記操作端部材一時反転位置に向かって付勢されるようになる一方、前記操作端部材が前記操作端部材一時反転位置、前記中間部材が前記中間部材一時反転位置にそれぞれある状態から前記中間部材が前記中間部材安定位置に向かって移動されて行くときは、前記中間部材が前記中立位置より前記中間部材一時反転位置側にある間は、前記操作端部材は前記反転付勢手段により前記操作端部材一時反転位置に向かって付勢されているが、前記中間部材が前記中立位置を越えて前記中間部材安定位置側に移動すると、前記操作端部材は前記反転付勢手段により逆に前記操作端部材安定位置に向かって付勢されるようになるように構成されている形状記憶合金アクチュエータ。 - 前記中間部材は該中間部材と一体的に回動する巻き掛け部を有し、前記形状記憶合金はワイヤ状とされていて、所定温度範囲に加熱されると記憶している長さに戻ろうとする形状回復力を発生して収縮するようになっており、かつ形状回復力を発生したとき前記中間部材が回動されるように、前記巻き掛け部に巻き掛けられるようになっている請求項８記載の形状記憶合金アクチュエータ。
- 前記中間部材は該中間部材に設けられた長穴を回動軸に嵌合されることにより回動可能とされており、前記反転付勢手段は前記回動軸を相対的に前記長穴の一端側に偏倚させ、前記形状記憶合金を伸張させようとする方向に前記中間部材を付勢する請求項９記載の形状記憶合金アクチュエータ。
- 可動であって、前記形状記憶合金に当接する部分を有する可動当接体と、この可動当接体を前記形状記憶合金に押圧して前記形状記憶合金を伸張させようとする方向に前記可動当接体を付勢する過負荷防止用ばねとを有する請求項９記載の形状記憶合金アクチュエータ。
- アクチュエータ外部に対しアクチュエータの機械的出力が出される操作端が１つの安定位置を有する単安定型形状記憶合金アクチュエータであって、
操作端部材安定位置と操作端部材一時反転位置との間を回動可能であり、前記操作端を構成する操作端部材と、この第一の操作端部材とともにリンク機構を構成しており、中間部材安定位置と中間部材一時反転位置との間を直線的に移動可能な中間部材と、形状回復力を発生したとき、前記中間部材を前記中間部材一時反転位置に向かって動かすように前記中間部材に連係された形状記憶合金と、前記中間部材を前記中間部材安定位置に向かって付勢する中間部材復帰付勢手段と、前記操作端部材と前記中間部材との間に介装されており、前記操作端部材の所定箇所と前記中間部材の所定箇所とを互いに近づけるようにまたは遠ざけるように付勢するばねからなる反転付勢手段とを有してなり、
前記操作端部材が前記操作端部材安定位置、前記中間部材が前記中間部材安定位置にそれぞれある状態から前記中間部材が前記中間部材一時反転位置に向かって移動されて行くときは、前記中間部材が、前記操作端部材の回動軸と前記操作端部材に対する前記反転付勢手段の力の作用点とを結ぶ直線と前記反転付勢手段の力の作用線とが一直線上に重なることとなる位置である中立位置より前記中間部材安定位置側にある間は、前記操作端部材は前記反転付勢手段により前記操作端部材安定位置に向かって付勢されているが、前記中間部材が前記中立位置を越えて前記中間部材一時反転位置側に移動すると、前記操作端部材は前記反転付勢手段により逆に前記操作端部材一時反転位置に向かって付勢されるようになる一方、前記操作端部材が前記操作端部材一時反転位置、前記中間部材が前記中間部材一時反転位置にそれぞれある状態から前記中間部材が前記中間部材安定位置に向かって移動されて行くときは、前記中間部材が前記中立位置より前記中間部材一時反転位置側にある間は、前記操作端部材は前記反転付勢手段により前記操作端部材一時反転位置に向かって付勢されているが、前記中間部材が前記中立位置を越えて前記中間部材安定位置側に移動すると、前記操作端部材は前記反転付勢手段により逆に前記操作端部材安定位置に向かって付勢されるようになるように構成されている形状記憶合金アクチュエータ。 - 前記形状記憶合金に通電する通電手段と、前記形状記憶合金に所定以上の負荷が掛かったときに前記通電手段からの前記形状記憶合金に対する通電を停止する過負荷防止スイッチとを有してなる請求項８乃至１２のいずれかに記載の形状記憶合金アクチュエータ。
- 前記過負荷防止スイッチに対し相対的に移動可能で、この相対的移動により前記過負荷防止スイッチをオン、オフするようになっており、かつ前記形状記憶合金に負荷が掛かると、前記過負荷防止スイッチをオフすることとなる方向に移動されようとするように前記形状記憶合金に連係されたスイッチ作動部材と、このスイッチ作動部材を前記過負荷防止スイッチをオンすることとなる方向に付勢する過負荷防止用ばねとを有し、前記形状記憶合金に所定以上の負荷が掛かったときは、前記スイッチ作動部材が前記過負荷防止用ばねに抗して所定以上相対的に移動し、前記過負荷防止スイッチをオフし、前記通電手段からの前記形状記憶合金に対する通電を停止する請求項１３記載の形状記憶合金アクチュエータ。
- 前記形状記憶合金は、形状回復可能なひずみ領域内で低温での変形に力を必要としないかまたはほとんど必要としない特性を有する形状記憶合金である請求項１乃至１４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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