JP4600068B2 - 製作装置および製作方法 - Google Patents

Description

本発明は、所定の長さを有する形状記憶合金の部品が張設される製品の製作が可能な製作技術に関する。

アクチュエータにおいては、加熱すると記憶形状に復元するという形状記憶合金(ＳＭＡ)の特徴を利用したものがある(非特許文献１)。このＳＭＡを利用するアクチュエータとしては、例えば張設されたＳＭＡワイヤーの伸縮によって可動するものがある。

(株)古河テクノマテリアル、"古河テクノマテリアル形状記憶合金・超弾性合金のページ"、［online］、［平成１７年２月５日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.fitec.co.jp/ftm/index.htm＞

しかしながら、上記のＳＭＡワイヤーは弾性係数(弾性値)が低い状態では応力の加わる方向に伸長するという特性があるため、アクチュエータの組立においてＳＭＡワイヤーを張架する際には、応力の加わる方向に意図しない伸びが生じることとなる。このように組み立てられたアクチュエータは、初期張力や、加熱時のＳＭＡワイヤーの変位にバラツキが生じるため、アクチュエータ(製品)の品質が低下するという問題がある。

例えば、図１８に示すようにＳＭＡワイヤー９０を固定部９２に固定しガイド部９１からＳＭＡ９０を送り出して張架する場合、ＳＭＡ９０が緩む（マイナスリード）方向にガイド部９１を移動させてしまうと、ＳＭＡ９０では収縮運動が起こるため、ねじれが生じてアクチュエータの組立に支障を来すこととなる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、形状記憶合金が張設される製品を高品質に製作できる製作技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、所定の長さを有する形状記憶合金の部品が第１固定部から第２固定部まで張設される製品の製作が可能な製作装置であって、(a)少なくとも前記第１固定部と前記第２固定部とに形状記憶合金を固定する前に、前記形状記憶合金を張架状態に保持する張架手段と、(b)前記張架手段による張架状態において、前記形状記憶合金に通電する通電手段とを備え、前記通電手段は、前記製品に前記形状記憶合金が固定された後、前記形状記憶合金への通電を解除する手段を有し、前記張架状態の形状記憶合金が前記製品に固定された後に前記形状記憶合金の部品とすることにより、前記製品が製作される。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る製作装置において、(c)前記形状記憶合金をガイドして送り出すガイド部をさらに備え、前記ガイド部は、前記製品に対して相対的な移動および／または回転が可能である。

また、請求項３の発明は、請求項２の発明に係る製作装置において、前記ガイド部は、前記形状記憶合金が送り出される出口開口部を備えた筒状の形状を有しており、前記出口開口部は、前記形状記憶合金の厚みに対して５倍以上の曲率半径を有する曲面を備えるとともに、前記出口開口部の開口面積は、前記形状記憶合金の断面積の２倍以上である。

また、請求項４の発明は、請求項３の発明に係る製作装置において、前記出口開口部における前記形状記憶合金の屈曲角度は１２０度以下である。

また、請求項５の発明は、請求項２ないし請求項４のいずれかの発明に係る製作装置において、前記ガイド部は、前記形状記憶合金より表面硬度が高い金属またはセラミックで形成される。

また、請求項６の発明は、請求項２ないし請求項５のいずれかの発明に係る製作装置において、前記ガイド部から送り出される形状記憶合金は、回転するローラによって送り出される。

また、請求項７の発明は、請求項１の発明に係る製作装置において、前記形状記憶合金は、直径が０.１ｍｍ以下のワイヤーとして形成されている。

また、請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれかの発明に係る製作装置において、前記通電手段は、(b-1)少なくとも前記第１固定部から前記第２固定部までの区間に対応する形状記憶合金の箇所に通電を行う通電部を有する。

また、請求項９の発明は、請求項８の発明に係る製作装置において、前記通電部は、前記ガイド部から送り出された形状記憶合金に接触する接触部を有し、前記ガイド部から送り出された前記接触部より以遠の形状記憶合金のみ前記通電部による通電を行う。

また、請求項１０の発明は、請求項９の発明に係る製作装置において、前記接触部は、導電性を有する前記ガイド部の一部、または全部として形成される。

また、請求項１１の発明は、請求項９の発明に係る製作装置において、前記接触部は、ローラ状の形状、ブラシ状の形状または平滑面を有する導電性の部材として形成される。

また、請求項１２の発明は、請求項２の発明に係る製作装置において、前記通電手段は、(b-2)前記ガイド部からの形状記憶合金の送り出しが行われる期間のうち所定の期間、前記形状記憶合金に通電を行う手段を有する。

また、請求項１３の発明は、請求項２の発明に係る製作装置において、前記通電手段は、(b-3)前記ガイド部からの前記形状記憶合金の送り出しが完了してから、前記製品に前記形状記憶合金が固定されるまでの間、前記形状記憶合金に通電を行う手段を有する。

また、請求項１４の発明は、請求項２の発明に係る製作装置において、前記張架手段は、(a-1)前記形状記憶合金が送り込まれる前記ガイド部の入口の手前で、前記形状記憶合金に所定の張力を付与して前記張架状態にする張力付与部を有する。

また、請求項１５の発明は、請求項２の発明に係る製作装置において、前記張架手段は、(a-2)前記形状記憶合金が送り込まれる前記ガイド部の入口の手前で、前記形状記憶合金を所定の長さ引っ張って前記張架状態にする引張部を有する。

また、請求項１６の発明は、請求項２の発明に係る製作装置において、前記張架手段は、(a-3)少なくとも前記ガイド部からの形状記憶合金の送り出しが行われる期間、前記形状記憶合金が送り込まれる前記ガイド部の入口の手前で前記形状記憶合金に張力を付与する第１張力付与手段と、(a-4)少なくとも前記ガイド部からの前記形状記憶合金の送り出しが完了してから、前記製品に前記形状記憶合金が固定されるまでの間、前記形状記憶合金が送り出される前記ガイド部の出口の以遠で前記形状記憶合金に張力を付与する第２張力付与手段とを有する。

また、請求項１７の発明は、請求項１６の発明に係る製作装置において、前記第２張力付与手段で付与する張力値は、前記第１張力付与手段で付与する張力値より大きい。

また、請求項１８の発明は、請求項１ないし請求項１７のいずれかの発明に係る製作装置において、前記通電手段による通電時の形状記憶合金は、未通電時の形状記憶合金より高い弾性係数を有する。

また、請求項１９の発明は、請求項１８のの発明に係る製作装置において、前記通電時の形状記憶合金の弾性係数は、形状記憶合金が記憶形状に復元した時の弾性係数、または当該弾性係数の近傍値である。

また、請求項２０の発明は、請求項２の発明に係る製作装置において、前記張架状態において前記形状記憶合金が製品に固定されてから、次の製品の製作を開始するまでの間、前記ガイド部から送り出された形状記憶合金をフリーの状態としない。

また、請求項２１の発明は、請求項２０の発明に係る製作装置において、(d)前記張架状態において前記形状記憶合金が前記製品に固定された後に、前記ガイド部から送り出された前記形状記憶合金を保持する保持部をさらに備える。

また、請求項２２の発明は、請求項２１の発明に係る製作装置において、(e)前記製品と前記保持部との間で、前記形状記憶合金を切断する切断手段をさらに備え、前記形状記憶合金が前記保持部で保持されてから、前記切断手段により前記形状記憶合金が切断される。

また、請求項２３の発明は、請求項２０の発明に係る製作装置において、前記張架状態において前記形状記憶合金が前記製品に固定された後、前記形状記憶合金を切断せずに前記次の製品の製作を開始する。

また、請求項２４の発明は、所定の長さを有する形状記憶合金の部品が第１固定部から第２固定部まで張設される製品を製作する製作方法であって、(a)少なくとも前記第１固定部と前記第２固定部とに形状記憶合金を固定する前に、前記形状記憶合金を張架状態に保持する張架工程と、(b)前記張架状態において、前記形状記憶合金に通電する通電工程と、(c)前記張架状態の形状記憶合金が前記製品に固定された後に前記形状記憶合金の部品とすることにより、前記製品を製作する工程とを備え、前記通電工程は、(b-1)前記製品に前記形状記憶合金が固定された後、前記形状記憶合金への通電を解除する工程、を有する。

請求項１ないし請求項２４の発明によれば、少なくとも第１固定部と第２固定部とに形状記憶合金を固定する前に形状記憶合金を張架状態に保持し、この張架状態において形状記憶合金に通電する。そして、張架状態の形状記憶合金が製品に固定された後に形状記憶合金の部品とすることにより製品が製作される。その結果、形状記憶合金が張設される製品を高品質に製作できる。また、製品に形状記憶合金が固定された後、形状記憶合金への通電を解除するため、適切なタイミングで通電を終了できる。

特に、請求項２の発明においては、形状記憶合金をガイドして送り出すガイド部は製品に対して相対的な移動および／または回転が可能であるため、形状記憶合金を容易に張架できる。

また、請求項３の発明においては、ガイド部の出口開口部は形状記憶合金の厚みに対して５倍以上の曲率半径を有する曲面を備えるとともに、その開口面積は形状記憶合金の断面積の２倍以上であるため、形状記憶合金に過大な応力を加えずスムーズにガイド部からの送り出しを行える。

また、請求項４の発明においては、ガイド部の出口開口部における形状記憶合金の屈曲角度は１２０度以下であるため、形状記憶合金に過度な応力を加えずにガイド部からの送り出しを行える。

また、請求項５の発明においては、ガイド部は形状記憶合金より表面硬度が高い金属またはセラミックで形成されるため、形状記憶合金の送り出しによるガイド部の磨耗を防止できる。

また、請求項６の発明においては、ガイド部から送り出される形状記憶合金は回転するローラによって送り出されるため、形状記憶合金に過大な応力を加えず送り出しを行える。

また、請求項７の発明においては、形状記憶合金は直径が０.１ｍｍ以下のワイヤーとして形成されているため、形状記憶合金の加熱・冷却を迅速に行える。その結果、製品に張設された形状記憶合金の応答性を向上できる。

また、請求項８の発明においては、少なくとも第１固定部から第２固定部までの区間に対応する形状記憶合金の箇所に通電を行うため、適切な箇所に通電できる。

また、請求項９の発明においては、ガイド部から送り出された形状記憶合金に接触する接触部より以遠の形状記憶合金のみ通電部による通電を行うため、適切な通電を行える。

また、請求項１０の発明においては、接触部は導電性を有するガイド部の一部または全部として形成されるため、省スペースを図れる。

また、請求項１１の発明においては、接触部はローラ状の形状、ブラシ状の形状または平滑面を有する導電性の部材として形成されるため、形状記憶合金に適切に接触して通電できる。

また、請求項１２の発明においては、ガイド部からの形状記憶合金の送り出しが行われる期間のうち所定の期間、形状記憶合金に通電を行うため、製品の製作時に形状記憶合金の張力を調整できる。

また、請求項１３の発明においては、ガイド部からの形状記憶合金の送り出しが完了してから製品に形状記憶合金が固定されるまでの間、形状記憶合金に通電を行うため、製品に形状記憶合金が張架されてから形状記憶合金の張力を調整できる。

また、請求項１４の発明においては、形状記憶合金が送り込まれるガイド部の入口の手前で形状記憶合金に所定の張力を付与して張架状態にするため、適切に形状記憶合金の張力を調整できる。

また、請求項１５の発明においては、形状記憶合金が送り込まれるガイド部の入口の手前で形状記憶合金を所定の長さ引っ張って張架状態にするため、適切に形状記憶合金の張力を調整できる。

また、請求項１６の発明においては、少なくともガイド部からの形状記憶合金の送り出しが行われる期間、形状記憶合金が送り込まれるガイド部の入口の手前で形状記憶合金に張力を付与するとともに、少なくともガイド部からの形状記憶合金の送り出しが完了してから製品に形状記憶合金が固定されるまでの間、形状記憶合金が送り出されるガイド部の出口の以遠で形状記憶合金に張力を付与する。その結果、ガイド部からの形状記憶合金の送り出し完了前後における形状記憶合金の張力調整を適切に行える。

また、請求項１７の発明においては、第２張力付与手段で付与する張力値は第１張力付与手段で付与する張力値より大きいため、形状記憶合金に対して適切に張力を付与できる。

また、請求項１９の発明においては、通電時の形状記憶合金の弾性係数は形状記憶合金が記憶形状に復元した時の弾性係数または当該弾性係数の近傍値であるため、形状記憶合金の伸びが少ない状態で張架を行える。

また、請求項２０の発明においては、張架状態において形状記憶合金が製品に固定されてから次の製品の製作を開始するまでの間、ガイド部から送り出された形状記憶合金をフリーの状態としないため、効率良く次の製品の製作に移行できる。

また、請求項２１の発明においては、張架状態において形状記憶合金が製品に固定された後にガイド部から送り出された形状記憶合金を保持するため、次の製品の製作にスムーズに移行できる。

また、請求項２２の発明においては、形状記憶合金が保持部で保持されてから、製品と保持部との間で形状記憶合金が切断されるため、次の製品の製作開始までに形状記憶合金がフリーの状態となるのを防止できる。

また、請求項２３の発明においては、張架状態において形状記憶合金が製品に固定された後、形状記憶合金を切断せずに次の製品の製作を開始するため、次の製品の製作開始までに形状記憶合金がフリーの状態となるのを防止でき、製作の効率化を図れる。

＜第１実施形態＞
＜アクチュエータ組立装置の構成＞
本発明の第１実施形態に係るアクチュエータ組立装置(以下では単に「組立装置」という)１を説明する前に、製作装置として機能する組立装置１で製作されるアクチュエータ(製品)２について説明する。

図１および図２は、アクチュエータ８の要部構成を示す図である。図１および図２は、アクチュエータ８の上面図および側面図を表している。

アクチュエータ８は、可動部８０と固定部８１とを備えており、可動部８０と固定部８１との間には、部品であるバネ８２と形状記憶合金(ＳＭＡ)８３とが張架されている。

可動部８０は、その中央に軸８０ｃが設けられており、この軸８０ｃを中心に回動自在となっている。

ＳＭＡ８３は、一定の長さ(以下では「記憶長さ」ともいう)が形状記憶されたワイヤーとして構成されており、可動部８０の突起部８０１に引っ掛けられるとともに両端付近が上下２個の電極部８４(８４ａ、８４ｂ)の各カシメ材８５により固定されている。すなわち、ＳＭＡ８３は、所定の長さを有するアクチュエータ８の部品として、電極部８４ｂ（第１固定部）から電極部８４ａ（第２固定部）まで張設されている。このＳＭＡ８３の直径は、０.１ｍｍ以下とするのが好ましい。これは、ＳＭＡが０.１ｍｍを超える直径を持つ場合には、応力や形状が安定してしまうためにワイヤーの持つ剛性による張架が困難となったり、通電して記憶長さに復元させる際に温度の上昇や降下に時間がかかり応答性が悪化するためである。

上部電極部８４ａは、電流源ＧＮと電気的に直接接続されるとともに、下部電極部８４ｂは、電流源ＧＮとスイッチＳＷを介して接続されている。

このような構成により、スイッチＳＷがオフの状態では、可動部８０はバネ８２の付勢力によって回転方向Ｄａの向きに力が加えられ、この力はＳＭＡ８３に伝達される。ここで、ＳＭＡ８３の周囲の温度がＳＭＡ８３の弾性値が低くなる温度に該当する場合には、ＳＭＡ８３は記憶長さより伸びることとなる。これにより、可動部８０は回転方向Ｄａに回動される。

一方、スイッチＳＷをオンしてＳＭＡ８３に通電を行うと、ＳＭＡ８３は自身の抵抗成分によってジュール熱を発生し、この発熱により記憶長さへの復元を開始する。そして、収縮するＳＭＡ８３は、弾性値が高い温度状態を超えた段階で記憶長さに戻る。この場合、可動部８０が回転方向Ｄｂの向きに力が加えられ、この力がバネ８２の付勢力より大きくなると、可動部８０は回転方向Ｄｂに回動することとなる。

ＳＭＡ８３の加熱状態においてスイッチＳＷをオフする場合には、ＳＭＡ８３が周囲の雰囲気によって冷却されるため、弾性値の低い状態に移行しバネ８２の付勢力による伸長が開始される。そして、ＳＭＡ８３の弾性値が最低となる温度に冷却された場合には、ＳＭＡ８３の伸びは最大となって、回転方向Ｄａに回動することとなる。

このようにＳＭＡ８３への通電による加熱や自然冷却が行われることで、可動部８０は軸８０ｃを中心とした回動運動を行える。ここで、可動部８０の動作は、可動部８０の突起８０１に掛けられたＳＭＡ８３に加えられる張力によって決定されるため、可動部８０において予定通りの可動量を得るには製作時にＳＭＡ８３の張力調整を適切に行う必要がある。一方、製作されたアクチュエータ８において可動部８０の応答性を向上するには、ＳＭＡ８３が一定の張力を有していることも重要である。

以上のようにＳＭＡ８３を可動部８０に張るアクチュエータ８の製作時には、その張力調整が重要となるが、この張力調整を容易に行える組立装置１について以下で説明する。

図３は、組立装置１の要部構成を示す図である。

組立装置１は、アクチュエータ８に張設されたＳＭＡ８３(図１)の材料となるＳＭＡ１０を巻き付けたロール部１１と、ロール部１１から供給されるＳＭＡ１０に張力を与える張力調整部１２と、張力調整部１２を出たＳＭＡ１０をガイドして送り出すガイド部１３とを備えている。このガイド部１３は、製作中のアクチュエータに対して相対的な移動や回転が可能となっているが、このような動作により可動部８０にＳＭＡ１０を張れることとなる。ここでは、ＳＭＡ１０が送り込まれるガイド部１３の入口の手前に設けられた張力調整部１２によりＳＭＡ１０に一定の張力を付与するため、適切なＳＭＡ１０の張架が可能となる。

また、組立装置１は、ＳＭＡ１０に通電するためにガイド部１３の近傍に設けられた電極部(通電部)１４と、電極部１４に電力を供給する電流源１５と、電流源１５による通電のオン・オフを切替えるスイッチ１６とを備えている。さらに、組立装置１は、ＳＭＡ１０を可動部８０に張る際にＳＭＡ１０を保持するための第１保持部１７と第２保持部１８とを有している。この第１保持部１７は、スイッチ１６を介して電流源１５と電気的に接続している。

図４は、ガイド部１３の下部付近を説明するための図である。

ガイド部１３は、円筒形の形状を有しており、その出口開口部１３ａは曲面で構成されている。ここで、出口開口部１３ａの開口面積は、ＳＭＡ１０の断面積の２倍以上であるのが好ましい。これは、ＳＭＡ１０の断面積に対して２倍未満の開口面積(隙間)では、出口部分で摩擦が発生し必要以上の応力が生じるためである。

出口開口部１３ａにおいては、その曲率半径が張架に用いるＳＭＡ１０の直径(厚み)の５倍以上であるのが好ましい。一般に線材をその直径の５倍未満の曲率で曲げると線材の内側・外側で約１０％以上の圧縮・伸長が生じるが、このような内外の変位差によってＳＭＡの記憶能力が損なわれたり、素材としてダメージを受けるため、出口開口部１３ａの曲率半径はＳＭＡ１０の直径の５倍以上が好適となる。なお、ガイド部１３の出口から送り出されるＳＭＡ１０については、アクチュエータ８の形状に応じた張架を考慮すると、ガイド部１３の中心軸１３ｃからの角度θ１、θ２(図５)が０〜１２０度の範囲内に収まるのが好適である。すなわち、１２０度を超える角度でＳＭＡ１０を屈曲するとＳＭＡ１０にかかる応力が過大になるため、出口開口部１３ａにおけるＳＭＡ１０の屈曲角度は１２０度以下が望ましいこととなる。

また、ガイド部１３は、ＳＭＡ１０より表面硬度が低いと摩擦による磨耗が生じるため、ＳＭＡ１０より表面硬度が高い材質の金属やセラミックで形成する。

電極部１４は、ガイド部１３の出口から送り出されたＳＭＡ１０に接触する接触部１４１と、接触部１４１をＳＭＡ１０に確実に接触させるために付勢力を与える付勢部１４２とを備えている。このような構成の電極部１４により、ガイド部１３から送り出されたＳＭＡ１０であって接触部１４１より以遠のＳＭＡ１０のみ通電が行われることとなる。

接触部１４１では、ＳＭＡ１０に当接する先端に回転軸１４ｃを中心に回転自在な導電性の回転部材１４４(図６)が設けられている。この回転部材１４４には、送り出し時にＳＭＡ１０が外れないように保持するための溝１４ｍが形成されている。このような構成によりガイド部１３から送り出されるＳＭＡ１０は回転するローラ(回転部材１４４)によって送り出されることとなるため、ＳＭＡ１０に対する接触抵抗を抑制でき、ＳＭＡ１０に過大な応力が加わるのを防止できる。

また、電極部１４は、例えばパルスモータを利用して接触部１４１および付勢部１４２を回転方向Ｒｔに回転させる回転部１４３を備えている。ガイド部１３は、後述のようにＳＭＡ１０を張る過程において移動・回転し、ＳＭＡ１０の送り出し方向も変化するが、この方向の変化に応じてガイド部１３に対する接触部１４１の向きを変化させる必要がある。そこで、回転部１４３によりガイド部１３の中心軸１３ｃを中心として接触部１４１を相対的に回動させることで、スムーズなＳＭＡ１０の張架動作を行えることとなる。

＜組立装置１によるアクチュエータ８の組立について＞
以上の構成を有する組立装置１を利用したアクチュエータ８を組み立てる手順、特にＳＭＡ１０の張設手順を、図３を参照しつつ以下で説明する。

(１)まず、ガイド部１３から出たＳＭＡ１０を第１保持部１７に係止する。

(２)次に、ＳＭＡ１０を送り出しつつガイド部１３を下部電極部８４ｂ、本体部８０の突起部８０１、上部電極部８４ａの順に、移動方向Ｋ１〜Ｋ３に沿って自動的に移動させる。この場合、張力調整部１２によってＳＭＡ１０には所定の張力が付与されることとなる。また、ＳＭＡ１０を突起部８０１に掛ける際などには、回転部１４３によりＳＭＡ１０に接触する接触部１４１が適宜に回転される。

(３)ガイド部１３から送り出されるＳＭＡ１０を第２保持部１８に係止する。

(４)各カシメ材８５によって電極部８４ａ、８４ｂにＳＭＡ１０を固定する。そして、電極部８４から第１・第２保持部１７、１８までの不要なＳＭＡ１０を、例えば刃物によって切断する。このように張架状態のＳＭＡ１０をアクチュエータに固定した後に切断することで、アクチュエータ８の部品としてのＳＭＡ８３が生成されてアクチューエータ８が製作されることとなる。

上述の工程(１)〜(３)においては、ガイド部１３からのＳＭＡ１０の送り出しが行われる期間のうちの全期間（または一部の期間）、スイッチ１６をオンにして電極部１４からＳＭＡ１０に通電を行う。すなわち、少なくとも電極部８４ａと電極部８４ｂとにＳＭＡ１０を固定する直前にＳＭＡ１０を張架状態に保持し、この張架状態において少なくとも電極部８４ｂから電極部８４ａまでの区間に対応するＳＭＡ１０の箇所に通電が行われることとなる。そして、アクチュエータにＳＭＡ１０が固定された後にはＳＭＡ１０への通電を解除する。

上記のように未通電時のＳＭＡ１０より高い弾性係数(弾性値)、具体的には通電によってＳＭＡ１０が記憶形状に復元した時の弾性係数または当該弾性係数の近傍値を有するＳＭＡ１０の状態において張架するため、ＳＭＡ１０の伸びが極めて少なくなってＳＭＡ１０の張架を適切に行えるようになる。この場合、ＳＭＡ１０に流す電流を調整して発熱量を制御することにより、一定の張力でＳＭＡを張ることも可能となる。

以上のような組立装置１を利用することにより、アクチュエータにＳＭＡを張る際にＳＭＡに通電して弾性値の高い状態にできるため、ＳＭＡの張設を安定して行える。その結果、アクチュエータを高品質に製作できることとなる。

なお、組立装置１においては、図４に示す形状のガイド部１３を使用するのは必須でなく、図７に示すガイド部１３Ａを使用しても良い。このガイド部１３Ａは、曲面部１３ｒが出口の手前に設けられている。これにより、ＳＭＡ１０は、ガイド部１３の出口を出るまで、しなやかな状態を維持できる。

また、組立装置１においては、図４に示すような電極部１４が設けられるのは必須でなく、図８に示す電極部１４Ａを設けても良い。この電極部１４Ａは、付勢部１４２の直下になくガイド部１３から離れて配設されるＳＭＡ１０との接触部１４ｄを有している。

また、組立装置１における電極部１４の接触部については、図６に示す形状の回転部材(ローラ状の部材)１４４を有するのは必須でなく、図９(ａ)〜(ｃ)に示すＳＭＡ１０を滑らせるための平滑面を有する導電性の部材１４５〜１４７や、図９(ｄ)に示すブラシ状の形状を有する導電性の部材１４８を有しても良い。

部材１４５は、ＳＭＡ１０が接触して滑る凹面を有しており、送り出されるＳＭＡ１０が部材１４５から外れるのを防止できる。

部材１４６は、ＳＭＡ１０が接触して滑る平面を有しているが、図１０に示すようにガイド部１３の中心軸１３ｃを中心としたリング状の部材として形成する。図１０に示す構成では、図４に示す回転部１４３も不要となる。

部材１４７は、ＳＭＡ１０が接触して滑る凸面で構成されており、部材１４６と同様にリング状として形成する。これにより、部材１４７とＳＭＡ１０とが点接触となるため、ＳＭＡ１０との摩擦を低減できる。

部材１４８は、その先端にＳＭＡ１０に接触するブラシ１４９が設けられている。これにより、ＳＭＡ１０との摩擦が低減できることとなる。

また、組立装置１は、図１〜２に示すアクチュエータ８のように可動部８０と固定部８１とが独立して製造される場合において相互の相対位置を変化させずにＳＭＡ１０を張る作業に有効であるが、図１１〜１２に示すアクチュエータ８Ａのように可動部８０と固定部８１とが一体的に製造される場合において、相互の相対位置を変化させずにＳＭＡ１０を張る作業にも有効である。

アクチュエータ８Ａは、可動部８０と固定部８１とが結合部８６で結合した状態で製造される。そして、組立装置１を用いてＳＭＡ８３の張架を行った後に、切断面ＣＴで結合部８６を分断することにより、アクチュエータとして機能することとなる。

さらに、組立装置１を利用してアクチュエータを１個づつ組み立てるのは必須でなく、複数のアクチュエータを同時に組み立るようにしても良い。この場合、例えば図１３に示す組立装置１Ａが利用される。

この組立装置１Ａは、組立装置１(図３)に対してＳＭＡ１０を保持するための保持部１９が付加されている。この保持部１９は、アクチュエータにおいてＳＭＡ１０の張架が完了しＳＭＡ１０が固定されてから、例えばアクチュエータと保持部１９との間にあるＳＭＡ１０の範囲に大電流を流し発熱できる切断手段(不図示)によりＳＭＡ１０の不要部が切断される場合でも、次のアクチュエータの製作が開始されるまでの間、ガイド部１３から送り出されるＳＭＡ１０の先端部がフリーの状態にしないように保持するものである。

このような組立装置１Ａを利用して例えば図１１〜１２に示すアクチュエータ８Ａを２個組み立てる場合には、電極部１４からＳＭＡ１０に通電を行いつつガイド部１３を移動方向Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４の順に移動させる。そして、電極部８４にＳＭＡ１０を固定した後に不要部を切断して、２個のアクチュエータ８Ａの組み立てが完了する。

以上の組立装置１では、１個目(図１３下側)のアクチュエータ８ＡのＳＭＡ１０の張架が完了してＳＭＡ１０がアクチュエータ８Ａに固定された後も、ＳＭＡ１０を切断せずに引き続き次の２個目(図１３上側)のアクチュエータ８Ａの張架を行えば、生産性の向上を図れることとなる。

また、アクチュエータの組立においては、図１〜２に示すような可動部８０と固定部８１とが設けられていないＳＭＡ部品８Ｂ(図１４)を対象としても良い。このＳＭＡ部品８Ｂは、２個の環状部材８７にＳＭＡ８３が張架される構成となっている。

このようなＳＭＡ部品８Ｂを組み立てる場合には、図１５に示す組立装置１Ｂを利用する。この組立装置１Ｂは、図３に示す組立装置１と類似の構成を有している。なお、図１５においては、組立装置１と同様の機能を有する部位には、同一の参照符号を付している。

以上の構成を有する組立装置１Ｂにおいても、第１保持部１７でＳＭＡ１０を係止した後にガイド部１３を移動方向Ｋａに移動させてＳＭＡ１０を張架する際には電極部１４によってＳＭＡ１０に通電する。このように組み立られたＳＭＡ部品８Ｂは伸びが少なく捩れがないため、その後のアクチュエータ等への組み付けが容易となる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、アクチュエータの組立時にＳＭＡの張力調整を行ったが、第２実施形態では、アクチュエータに張架されたＳＭＡの張力調整を行う。本実施形態で利用する張力調整装置２について以下で説明する。

図１６は、本発明の第２実施形態に係る張力調整装置２の要部構成を示す図である。

張力調整装置２は、図１５に示す組立装置１Ｂと類似の構成を有しているが、２つの張力調整部２１が付加されている点が異なっている。なお、図１６においては、組立装置１Ｂと同様の機能を有する部位には、同一の参照符号を付している。

張力調整部２１は、第１保持部１７と第２保持部１８とに接続し、例えばバネの力を利用して各保持部１７、１８を左方向Ｆａと右方向Ｆｂに引っ張ってＳＭＡ１０の張力を調整する部位である。この張力調整部(第２張力付与手段)２１については、ガイド部１３からのＳＭＡ１０の送り出しが行われてアクチュエータが組み立てられる期間、ガイド部１３の入口の手前でＳＭＡ１０に張力を付与する張力調整部(第１張力付与手段)１２とは役割が異なっており、少なくともガイド部１３からのＳＭＡ１０の送り出しが終了しアクチュエータの組立が完了してからＳＭＡ１０が固定されるまでの間、ガイド部１３の出口の以遠でＳＭＡ１０に張力を付与する役割を担っている。このため、張力調整部２１における張力の設定値(張力値)については、ＳＭＡ１０の張架の際に必要な最低限の張力を付与する張力調整部１２の張力値より大きい値に設定している。

以上の構成を有する張力調整装置２においては、以下で説明する手順でＳＭＡ１０の張力が調整される。

まず、始点の第１保持部１７から終点の第２保持部１８までＳＭＡ１０を張りＳＭＡ１０が第２保持部１８で係止された後に、スイッチ１６をオンにして電流源１５からＳＭＡ１０に一定の電流を流すことにより、ＳＭＡ１０にオーステナイト変態を生じさせる。

次に、第１保持部１７と第２保持部１８とに接続する各張力調整部２１によってＳＭＡ１０を左右方向Ｆａ、Ｆｂに引っ張って張力調整を行う。

そして、張力調整部２１による張力調整が終了した後には、カシメ材８５によってＳＭＡ１０を固定し、カシメ材８５から第１・第２保持部１７、１８までの不要なＳＭＡ１０を、例えば刃物によって切断する。なお、ＳＭＡ１０の不要部の切断については、ＳＭＡ１０の狭い範囲に大電流を流して溶解させることで切断するようにしても良い。また、不要部の切断後、第２保持部１８からＳＭＡ１０を解除せず次のアクチュエーターの組立てまで保持すれば、ガイド部１３から繰り出されたＳＭＡ１０はフリーとならず好適である。

以上のような張力調整装置２を利用することにより、ガイド部１３からのＳＭＡ１０の送り出しが完了してからアクチューエータにＳＭＡ１０が固定されるまでの間において、張架状態のＳＭＡ１０に通電を行うため、張設されるＳＭＡ１０の張力を適切に調整できる。その結果、安定な動作が行える高品質なアクチュエータを製作できることとなる。

なお、張力調整装置２の張力調整部２１については、バネの力を利用してＳＭＡの張力調整を行うのは必須でなく、例えばモータなどのアクチュエータを使用して張力を調整するようにしても良い。この場合、ＳＭＡの張力を計測しつつ張力調整を行えば、所望の張力で精度良くＳＭＡの張架を行えることとなる。なお、上記のＳＭＡの張力を計測する代わりに、アクチュエータに張られるＳＭＡの長さを計測して張力調整を行っても良い。

＜変形例＞
◎上記の各実施形態におけるガイド部については、図４に示すように曲面で構成される出口開口部１３ａを有するのは必須でなく、図１７に示すように尖った出口開口部１３ｂを有しても良い。

◎上記の各実施形態においては、ワイヤー(線)状のＳＭＡをアクチュエータに取付けるのは必須でなく、細長い方形状の薄板のような箔を取付けるようにしても良い。

◎上記の各実施形態における電極部の接触部については、図４に示す接触部１４１のようにガイド部１３と別体として構成されるのは必須でなく、導電性を有するガイド部１３の一部または全部として形成されるようにしても良い。

◎上記の各実施形態における張力調整部１２については、ＳＭＡ１０を所定の長さ引っ張って張架状態にする構成としても良い。

本発明の第１実施形態に係る組立装置１で製作されるアクチュエータ８の要部構成を示す図である。 アクチュエータ８の要部構成を示す図である。 組立装置１の要部構成を示す図である。 ガイド部１３の下部付近を説明するための図である。 ガイド部１３から送り出されるＳＭＡ１０の角度を説明するための図である。 回転部材１４４を説明するための図である。 ガイド部１３Ａを説明するための図である。 電極部１４Ａを説明するための図である。 ＳＭＡ１０に接触する電極部１４の部材を説明するための図である。 電極部１４の部材１４６を説明するための図である。 アクチュエータ８Ａの要部構成を示す図である。 アクチュエータ８Ａの要部構成を示す図である。 組立装置１Ａの要部構成を示す図である。 アクチュエータ８Ｂの要部構成を示す図である。 組立装置１Ｂの要部構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る張力調整装置２の要部構成を示す図である。 本発明の変形例に係るガイド部１３の出口開口部１３ｂを説明するための図である。 従来技術に係るＳＭＡ９０の張架を説明するための図である。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ アクチュエータ組立装置（組立装置）
２ 張力調整装置
８、８Ａ アクチュエータ
１０、８３ 形状記憶合金(ＳＭＡ)
１２ 張力調整部
１３、１３Ａ ガイド部
１４ 電極部
１５ 電流源
１７ 第１保持部
１８ 第２保持部
１９ 保持部
２１ 張力調整部
８０ 可動部
８１ 固定部
８４ 電極部
１４１ 接触部
１４４ 回転部材

Claims (24)

1. 所定の長さを有する形状記憶合金の部品が第１固定部から第２固定部まで張設される製品の製作が可能な製作装置であって、
   (a)少なくとも前記第１固定部と前記第２固定部とに形状記憶合金を固定する前に、前記形状記憶合金を張架状態に保持する張架手段と、
   (b)前記張架手段による張架状態において、前記形状記憶合金に通電する通電手段と、
   を備え、
   前記通電手段は、
   前記製品に前記形状記憶合金が固定された後、前記形状記憶合金への通電を解除する手段を有し、
   前記張架状態の形状記憶合金が前記製品に固定された後に前記形状記憶合金の部品とすることにより、前記製品が製作されることを特徴とする製作装置。
2. 請求項１に記載の製作装置において、
   (c)前記形状記憶合金をガイドして送り出すガイド部、
   をさらに備え、
   前記ガイド部は、前記製品に対して相対的な移動および／または回転が可能であることを特徴とする製作装置。
3. 請求項２に記載の製作装置において、
   前記ガイド部は、前記形状記憶合金が送り出される出口開口部を備えた筒状の形状を有しており、
   前記出口開口部は、前記形状記憶合金の厚みに対して５倍以上の曲率半径を有する曲面を備えるとともに、
   前記出口開口部の開口面積は、前記形状記憶合金の断面積の２倍以上であることを特徴とする製作装置。
4. 請求項３に記載の製作装置において、
   前記出口開口部における前記形状記憶合金の屈曲角度は１２０度以下であることを特徴とする製作装置。
5. 請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の製作装置において、
   前記ガイド部は、前記形状記憶合金より表面硬度が高い金属またはセラミックで形成されることを特徴とする製作装置。
6. 請求項２ないし請求項５のいずれかに記載の製作装置において、
   前記ガイド部から送り出される形状記憶合金は、回転するローラによって送り出されることを特徴とする製作装置。
7. 請求項１に記載の製作装置において、
   前記形状記憶合金は、直径が０.１ｍｍ以下のワイヤーとして形成されていることを特徴とする製作装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の製作装置において、
   前記通電手段は、
   (b-1)少なくとも前記第１固定部から前記第２固定部までの区間に対応する形状記憶合金の箇所に通電を行う通電部、
   を有することを特徴とする製作装置。
9. 請求項８に記載の製作装置において、
   前記通電部は、
   前記ガイド部から送り出された形状記憶合金に接触する接触部、
   を有し、
   前記ガイド部から送り出された前記接触部より以遠の形状記憶合金のみ前記通電部による通電を行うことを特徴とする製作装置。
10. 請求項９に記載の製作装置において、
    前記接触部は、導電性を有する前記ガイド部の一部、または全部として形成されることを特徴とする製作装置。
11. 請求項９に記載の製作装置において、
    前記接触部は、ローラ状の形状、ブラシ状の形状または平滑面を有する導電性の部材として形成されることを特徴とする製作装置。
12. 請求項２に記載の製作装置において、
    前記通電手段は、
    (b-2)前記ガイド部からの形状記憶合金の送り出しが行われる期間のうち所定の期間、前記形状記憶合金に通電を行う手段、
    を有することを特徴とする製作装置。
13. 請求項２に記載の製作装置において、
    前記通電手段は、
    (b-3)前記ガイド部からの前記形状記憶合金の送り出しが完了してから、前記製品に前記形状記憶合金が固定されるまでの間、前記形状記憶合金に通電を行う手段、
    を有することを特徴とする製作装置。
14. 請求項２に記載の製作装置において、
    前記張架手段は、
    (a-1)前記形状記憶合金が送り込まれる前記ガイド部の入口の手前で、前記形状記憶合金に所定の張力を付与して前記張架状態にする張力付与部、
    を有することを特徴とする製作装置。
15. 請求項２に記載の製作装置において、
    前記張架手段は、
    (a-2)前記形状記憶合金が送り込まれる前記ガイド部の入口の手前で、前記形状記憶合金を所定の長さ引っ張って前記張架状態にする引張部、
    を有することを特徴とする製作装置。
16. 請求項２に記載の製作装置において、
    前記張架手段は、
    (a-3)少なくとも前記ガイド部からの形状記憶合金の送り出しが行われる期間、前記形状記憶合金が送り込まれる前記ガイド部の入口の手前で前記形状記憶合金に張力を付与する第１張力付与手段と、
    (a-4)少なくとも前記ガイド部からの前記形状記憶合金の送り出しが完了してから、前記製品に前記形状記憶合金が固定されるまでの間、前記形状記憶合金が送り出される前記ガイド部の出口の以遠で前記形状記憶合金に張力を付与する第２張力付与手段と、
    を有することを特徴とする製作装置。
17. 請求項１６に記載の製作装置において、
    前記第２張力付与手段で付与する張力値は、前記第１張力付与手段で付与する張力値より大きいことを特徴とする製作装置。
18. 請求項１ないし請求項１７のいずれかに記載の製作装置において、
    前記通電手段による通電時の形状記憶合金は、未通電時の形状記憶合金より高い弾性係数を有することを特徴とする製作装置。
19. 請求項１８の記載の製作装置において、
    前記通電時の形状記憶合金の弾性係数は、形状記憶合金が記憶形状に復元した時の弾性係数、または当該弾性係数の近傍値であることを特徴とする製作装置。
20. 請求項２に記載の製作装置において、
    前記張架状態において前記形状記憶合金が製品に固定されてから、次の製品の製作を開始するまでの間、前記ガイド部から送り出された形状記憶合金をフリーの状態としないことを特徴とする製作装置。
21. 請求項２０に記載の製作装置において、
    (d)前記張架状態において前記形状記憶合金が前記製品に固定された後に、前記ガイド部から送り出された前記形状記憶合金を保持する保持部、
    をさらに備えることを特徴とする製作装置。
22. 請求項２１に記載の製作装置において、
    (e)前記製品と前記保持部との間で、前記形状記憶合金を切断する切断手段、
    をさらに備え、
    前記形状記憶合金が前記保持部で保持されてから、前記切断手段により前記形状記憶合金が切断されることを特徴とする製作装置。
23. 請求項２０に記載の製作装置において、
    前記張架状態において前記形状記憶合金が前記製品に固定された後、前記形状記憶合金を切断せずに前記次の製品の製作を開始することを特徴とする製作装置。
24. 所定の長さを有する形状記憶合金の部品が第１固定部から第２固定部まで張設される製品を製作する製作方法であって、
    (a)少なくとも前記第１固定部と前記第２固定部とに形状記憶合金を固定する前に、前記形状記憶合金を張架状態に保持する張架工程と、
    (b)前記張架状態において、前記形状記憶合金に通電する通電工程と、
    (c)前記張架状態の形状記憶合金が前記製品に固定された後に前記形状記憶合金の部品とすることにより、前記製品を製作する工程と、
    を備え、
    前記通電工程は、
    (b-1)前記製品に前記形状記憶合金が固定された後、前記形状記憶合金への通電を解除する工程、
    を有することを特徴とする製作方法。

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