JP5276941B2

JP5276941B2 - 大変位アクチュエータ

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Publication number: JP5276941B2
Application number: JP2008243601A
Authority: JP
Inventors: 昭三大寺; 明小川
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-09-24
Filing date: 2008-09-24
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2028-09-24
Also published as: JP2010077810A

Description

本発明はアクチュエータに関し、詳しくは、形状記憶合金を用いた変位量の大きいアクチュエータに関する。

近年、アクチュエータとして、形状記憶合金を用いた機構で、種々の特徴を有するものが提案されている。

＜従来技術１＞
上述の従来のアクチュエータの一つとして、図１２に示すようなアクチュエータが提案されている（特許文献１参照）。

このアクチュエータ５０は、図１２に示すように、同軸線上に配置された一対のフランジ５１，５２と、上記一対のフランジ５１，５２間に張架された、形状記憶合金からなる複数本の形状記憶ワイヤ５３と、これらの形状記憶ワイヤ５３が加熱される前には、フランジ５１、５２がその周方向に所定の角度を持つように回転され、形状記憶ワイヤ５３がねじれて鼓のような構造となるように、一対のフランジ５１，５２を所定の角度だけ回転させた状態に保持するバイアスコイル（図示せず）を備えている。

そして、形状記憶合金からなる形状記憶ワイヤ５３が加熱され、記憶する所定の形状に復帰しようとする力により、フランジ５１（またはフランジ５２）がバイアスコイルの付勢力に打ち勝って所定の方向に回転するように構成されている。

しかしながら、この従来技術１のアクチュエータ５０は、形状記憶ワイヤ５３を構成する形状記憶合金の相転移による４％程度の歪を利用してフランジを所定の角度だけ回転させるものであり、変位量をそれほど大きくとることはできないという問題点がある。

＜従来技術２＞
また、その他にも、以下に説明するような構成を有する多自由度アクチュエータが提案されている（特許文献２の図６参照）。

この多自由度アクチュエータ６０においては、図１３(ａ)に示すように、フレキシブルシャフト６４の両側に配設された可動円板６１と固定円板６２の間に、形状記憶合金からなる３本の形状記憶コイル６３が周方向に１２０°の間隔をおいて掛け渡しされている。そして、形状記憶コイル６３がジュール熱により一定温度まで加熱されると、形状記憶コイル６３は記憶する形状（長さ）に戻ろうとして収縮する。その結果、形状記憶コイル６３が記憶する形状に戻ろうとする力により、図１３(ｂ)に示すように、可動円板６１の傾き角を変えることが可能になる。

この従来技術２の場合、単なる線状の形状記憶合金ではなく、コイル状の形状記憶合金（形状記憶コイル）を用いているため、単なる線状の形状記憶合金（形状記憶ワイヤ）を用いる場合に比べて、歪を４０％程度にまで大きくすることができる。従って、この形状記憶ワイヤを、図１３(ａ)，(ｂ)に示すような態様で用いることにより、従来技術１の場合に比べて変位量を、例えば４０％程度まで大きくすることができる。しかし、この従来技術２の場合にも、変位量には制約があり、さらに大きな変位量を実現することが可能なアクチュエータが求められているのが実情である。

また、従来技術２のように、形状記憶コイルを用いた場合、収縮する方向には変位量を多くとりやすく、また、意図する方向に変位させることも比較的容易であるが、形状記憶合金を伸張させることにより変位させようとした場合、所望の方向に変位させることが困難であるという問題点がある。
特開昭６１−３３４００号公報特開平５−１０４４７５号公報

本発明は、上記課題を解決するものであり、変位量を大きくとることが可能な大変位アクチュエータ、形状記憶合金の伸張方向に変位させる際にも、意図する方向に確実に変位させることが可能な大変位アクチュエータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の大変位アクチュエータは、
互いに対向するように位置する一対の支持体と、
前記支持体間に配設された、座屈していない所定の線形状を記憶している複数本の線状の形状記憶合金と
を備え、
前記線状の形状記憶合金として、予備折り曲げ加工が施されたものが用いられており、外部から所定の応力が加わった場合に座屈して、座屈により生じる屈曲または湾曲部分が、座屈前の当該部分に比べて、前記一対の支持体により挟まれた領域から外側に向かう方向に変位するように構成されていること
を特徴としている。

また、本発明の大変位アクチュエータは、
互いに対向するように位置する一対の支持体と、
前記支持体間に配設され、座屈した形状として、座屈による屈曲または湾曲部分が、伸張した状態の当該部分に比べて、前記一対の支持体により挟まれた領域から外側に向かう方向に変位した形状を記憶している複数本の線状の形状記憶合金と
を備え、
前記線状の形状記憶合金は、外部から応力を加えることによって、前記一対の支持体間の距離Ａが、座屈した状態の距離Ｂより大きい、伸張した状態となるように構成されていること
を特徴としている。

また、本発明の大変位アクチュエータは、
互いに対向するように位置する一対の支持体と、
前記支持体間に配設された、座屈していない所定の線形状を記憶している複数本の線状の形状記憶合金と
を備え、
各線状の形状記憶合金の一方の支持体への配設点と、該線状の形状記憶合金の他方の支持体への配設点とが、支持体の互いに対向する主面に垂直な方向からみて前記支持体の周方向に３０度以上ずれた位置にくるように、互いに対向する前記一対の支持体の一方が他方の支持体に対して回転したときの形状を前記線状の形状記憶合金が記憶しており、
前記線状の形状記憶合金が、記憶している前記形状を有している状態で外部から所定の応力が加わった場合に、前記線状の形状記憶合金が座屈して、座屈により生じる前記形状記憶合金の屈曲または湾曲部分が、座屈前の当該部分に比べて、前記一対の支持体により挟まれた領域から外側に向かう方向に変位するように構成されていること
を特徴としている。

また、本発明の大変位アクチュエータは、
互いに対向するように位置する一対の支持体と、
前記支持体間に配設され、座屈した形状として、座屈による屈曲または湾曲部分が、伸張した状態の当該部分に比べて、前記一対の支持体により挟まれた領域から外側に向かう方向に変位した形状を記憶している複数本の線状の形状記憶合金と
を備え、
各線状の形状記憶合金の一方の支持体への配設点と、該線状の形状記憶合金の他方の支持体への配設点とが、支持体の互いに対向する主面に垂直な方向からみて前記支持体の周方向に３０度以上ずれた位置にくるように、互いに対向する前記一対の支持体の一方が他方の支持体に対して回転したときの形状を前記線状の形状記憶合金が記憶しており、
前記線状の形状記憶合金が、記憶している前記形状を有している状態で外部から応力が加わった場合に、前記線状の形状記憶合金は、前記一対の支持体間の距離Ａが、座屈した状態の距離Ｂより大きい、伸張した状態となるように構成されていること
を特徴としている。

また、前記一対の支持体のうち、一方の支持体には一方側ガイド部材が配設され、他方の支持体には前記一方側ガイド部材と係合する他方側ガイド部材が配設され、前記一対の支持体が接近または離間する際には、前記一方側ガイド部材と前記他方側ガイド部材とが互いに係合した状態で摺動し、前記一対の支持体の少なくとも一方が移動することにより、前記一対の支持体が接近または離間するように構成されていることを特徴としている。

また、前記一方側ガイド部材がパイプ状部材であり、前記他方側ガイド部材が前記一方側ガイド部材である前記パイプ状部材の内側にはまり込み、前記一対の支持体が接近または離間する際には、前記パイプ状部材の内周面に沿ってその軸方向に摺動する部材であることを特徴としている。

本発明の大変位アクチュエータは、互いに対向する一対の支持体と、支持体間に配設された、座屈していない所定の線形状を記憶している複数本の線状の形状記憶合金とを備えた大変位アクチュエータにおいて、線状の形状記憶合金として、外部から所定の応力が加わった場合に、座屈した状態への変形を促すための予備折り曲げ加工が施されたものを用いるようにしているので、形状記憶合金を意図する所定の形状に確実に座屈させて、変位量を大きくとることが可能になる。
なお、本発明において，座屈した状態とは、屈曲した状態に限らず湾曲した状態も含まれる。また、一対の支持体を他方の支持体に対して捻った場合のような斜め方向も含まれる。
また、本発明においては、座屈により生じる形状記憶合金の屈曲または湾曲部分が、座屈前の当該部分に比べて、一対の支持体により挟まれた領域から外側に向かう方向に変位するように構成されているので、形状記憶合金が絡み合うことを回避しつつ、大きな変位量を実現することができる。

また、線状の形状記憶合金が、上述の予備折り曲げ加工が施された部分で変形を開始し、その後変形が進んで座屈状態となった後、外部からの加熱による熱や通電によるジュール熱などにより、記憶する形状に復元する際も、所定の座屈形状から記憶する、座屈していない所定の線形状への復帰になるので、確実に大きな変位を確保することが可能になる。
すなわち、本発明によれば、線状の形状記憶合金を意図する所定の形状に確実に座屈させることが可能になるとともに、例えば、通電によるジュール熱によって座屈した形状記憶合金を、座屈していない線形状に形状復帰させることが可能になるため、座屈変形時の支持体間の距離に比べて、形状復帰後の支持体間の距離を２倍以上にすることが可能になり、大きな歪（変位量）を実現することができる。

また、本発明の大変位アクチュエータは、互いに対向する一対の支持体と、支持体間に配設された、座屈した形状を記憶させた複数本の線状の形状記憶合金とを備えた大変位アクチュエータにおいて、線状の形状記憶合金は、外部から応力を加えることによって、一対の支持体間の距離Ａが、座屈した状態より大きい、伸張した状態の距離Ｂより大きくなるように構成されているので、形状記憶合金は、伸張した状態から、形状記憶合金が記憶する座屈した状態に形状が復帰することになり、確実に変位の方向が定まり、高い信頼性を実現することができる。

また、各線状の形状記憶合金の一方の支持体への配設点と、該線状の形状記憶合金の他方の支持体への配設点とが、支持体の互いに対向する主面に垂直な方向からみて前記支持体の周方向に３０度以上ずれた位置にくるように、互いに対向する前記一対の支持体の一方が他方の支持体に対して回転したときの形状を前記線状の形状記憶合金に記憶させておくことは、座屈した状態または伸張した状態への変形を促すために有意義であり、外力やバイアス力により、確実に変形を開始させることが可能になるため望ましい。
なお、一方の支持体を他方の支持体に対して回転させる処理と併せて、予備折り曲げ加工を施すことも可能である。

また、一対の支持体のうち、一方の支持体には一方側ガイド部材を配設し、他方の支持体には一方側ガイド部材と係合する他方側ガイド部材が配設され、一対の支持体が接近または離間する際には、一方側ガイド部材と他方側ガイド部材とが互いに係合した状態で摺動し、一対の支持体の少なくとも一方が移動することにより、前記一対の支持体が接近または離間するように構成することにより、確実に変位する方向を規定することが可能になり、信頼性をさらに向上させることができる。

また、一方側ガイド部材をパイプ状部材とし、他方側ガイド部材を、一方側ガイド部材であるパイプ状部材の内側にはまり込み、一対の支持体が接近または離間する際には、パイプ状部材の内周面に沿ってその軸方向に摺動する部材とすることにより、一対の支持体を、相対的に規定された所定の方向の変位させることが可能になるとともに、アクチュエータ全体の剛性を高めることが可能になり、本発明をさらに実効あらしめることができる。

以下に本発明の実施の形態を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。

図１，２は、本発明の一実施例にかかる大変位アクチュエータを示す図であり、図１は冷却時に外力やバイアス力が加わって座屈した状態を示す図、図２は加熱されて記憶する形状に復帰した状態を示す図である。

この実施例１の大変位アクチュエータ１０は、図１および２に示すように、互いに対向する一対の円板状の支持体１，２を備えている。そして支持体１，２間には、線状で、座屈して所定の形状になりやすいように、所定の部分（図２の矢印Ｐで示す部分）に、図１に示すような、所定の座屈状態への変形を促す予備折り曲げ加工（所定方向へのわずかな曲げ加工）５を施すとともに、その形状を記憶させた、複数本の線状の形状記憶合金３を備えている。なお、図１，２においては、支持体１上に荷重４を置いた図を示しているが、これは概念的なものであり、外力を加えることができる機構であればよい。

この実施例１では、線状の形状記憶合金３としては、ＮｉＴｉＣｕ材からなり、線径がφ０．１５ｍｍのものを用いている。なお、形状記憶合金としてはＮｉＴｉＣｕ材に限らず、ＮｉＴｉ材を用いることも可能であり、さらにその他の材料を用いることも可能である。
なお、形状記憶合金は、外部から熱を加えたり、通電によるジュール熱を与えたりすることで、相転移を起こし、歪みが発生する。そのひずみの量は通常は４％程度である。また転移温度以上になるときに、記憶形状に戻るという性質がある。

そこで、この実施例１では、座屈していないが、長さ方向略中央部に、所定方向へのわずかな曲げ加工５が施された形状を記憶させた線状の形状記憶合金３を用いている。すなわち、長さ方向略中央部に、予め少しだけ所定の方向に曲折させておく（折り目をつけておく）ことにより、外力やバイアス力によって、容易に所定の形状に座屈するように構成された、線状の形状記憶合金を用いている。

なお、この実施例１の大変位アクチュエータ１０について、線径０．１５ｍｍ、長さ１５ｍｍ程度の線状の形状記憶合金３を８本等間隔に配置した状態で、形状記憶合金３が形状復帰する際に発生する力を測定したところ、２８ｇｆ程度の力が発生することが確認された。また、支持体１，２の間の距離を、線状の形状記憶合金３が座屈した図１の状態の距離Ｂ：６ｍｍから、線状の形状記憶合金３が伸張した状態の図２の状態の支持体１，２間の距離Ａ：１５ｍｍにまで拡大することができた。また、図２の形状記憶合金３が伸張した状態から、１３ｇｆ程度の力で図１の形状記憶合金３が座屈した状態に変形させることができた。
したがって、この実施例１の大変位アクチュエータ１０によれば、発生する力２８ｇｆから、外力（バイアス力）１３ｇｆを差し引いた力１５ｇｆ程度の力を発生させることができたことになる。

この実施例１の大変位アクチュエータ１０の構成の場合、線状の形状記憶合金３が外部からの熱や通電によるジュール熱によって、大きく座屈した状態からほぼ直線の状態に形状回復するため、座屈変形時の長さに比べると、１００％以上の歪を達成することができる。また、コイル形状のような螺旋状部分がないため、相転移時に伸張変形しやすく、しかも、曲がりにくい（異形状になりにくい）という特有の効果を奏する。その結果、伸張時に外部に対して確実に力を印加することが可能になる。なお、外部からの熱や通電によるジュール熱で相転移を起こすと、形状記憶合金は一般に剛性が向上する。したがって、伸張したときには硬くなるため、さらに確実に外部に対して力を印加することが可能になる。

図３，４は、本発明の一実施例にかかる大変位アクチュエータ１０を示す図であり、図３は外部からの熱や通電によるジュール熱を与えていない状態で、外力やバイアス力が加わって線状の形状記憶合金が座屈した状態を示す図、図４は加熱されて記憶している形状に復帰した状態を示す図である。

この実施例２の大変位アクチュエータ１０は、図３，４に示すように、互いに対向する一対の円板状の支持体１，２を備えている。そして支持体１，２間には、複数本の線状の形状記憶合金３が配設されている。そして、線状の形状記憶合金３が座屈して所定の形状になりやすいように、互いに対向する一対の支持体１，２の一方、例えば支持体１を、一対の支持体１，２の互いに対向する主面に垂直な方向からみて、他方の支持体２に対して約９０度回転させた状態で、その形状を記憶させている（図４参照）。ただし、通電によりジュール熱を与える場合にショートが生じないように、各形状記憶合金３が接触しないように構成されている。
なお、図３，４においても、支持体１上に荷重４をおいた図を示しているが、これは概念的なものであり、外力を加えることができる機構であればよい。

この実施例２でも、線状の形状記憶合金３としては、ＮｉＴｉＣｕ材からなり、線径がφ０．１５ｍｍのものを用いている。
この実施例２の大変位アクチュエータ１０について、線径０．１５ｍｍ、長さ１５ｍｍ程度の線状の形状記憶合金３を８本等間隔に配置した状態で、形状記憶合金３が形状復帰する際に発生する力を測定したところ、２４ｇｆ程度の力が発生することが確認された。また、支持体１，２の間の距離を、線状の形状記憶合金３が座屈した図３の状態の距離Ｂ：２ｍｍから、線状の形状記憶合金３が伸張した状態の図４の状態の支持体１，２間の距離Ａ：１５ｍｍにまで拡大することができた。また、図４の形状記憶合金３が伸張した状態から、９ｇｆ程度の力で図３の形状記憶合金３が座屈した状態に変形させることができた．

したがって、この実施例２では、発生する力２４ｇｆから、外力（バイアス力）９ｇｆを差し引いた力１５ｇｆ程度の力を発生させることができたことになる。

上述のように、この実施例２の大変位アクチュエータ１０の構成の場合、線状の形状記憶合金３が加熱によって、大きく座屈した図３の状態から、図４に示すような伸張した状態に形状回復するため、座屈変形時の長さに比べると、１００％以上の歪を達成することができるなど、上記実施例１の場合と同様の効果が得られることが確認された。

図５は、本願発明の他の実施例（実施例３）にかかる大変位アクチュエータの構成を模式的に示す図である。
この実施例３の大変位アクチュエータ１０においては、一対の支持体１，２うち、一方の支持体１に、一方側ガイド部材（一方側パイプ状部材）１３が取り付けられているとともに、他方の支持体２には、一方側パイプ状部材１３の内側にはまり込み、一対の支持体１，２が接近または離間する際には、一方側パイプ状部材１３の内周面に沿ってその軸方向に摺動する他方側ガイド部材（外径が一方側パイプ状部材１３の内径よりも小さい他方側パイプ状部材）１４が取り付けられている。その他の構成は、実施例１の場合と同様で有り、図５で図１と同一符号を付した部分は同一または相当する部分である。

この実施例３の大変位アクチュエータ１０においては、一対の支持体１，２が接近または離間する際に、支持体１，２の変位方向を、一方側パイプ状部材１３および他方側パイプ状部材１４が、確実に規定するため、支持体１，２は、この一方側パイプ状部材１３、他方側パイプ状部材１４にガイドされて、両者を結ぶ線に沿って確実に移動することになり、高い信頼性が実現されることになる。
＜応用例１＞

図６は、実施例１の大変位アクチュエータ１０に準じる構造を有する大変位アクチュエータを用いた駆動ユニットの構成を模式的に示す図である。
図６に示すように、この駆動ユニット２０は、大変位アクチュエータ１０と、ユニット本体１１と、一対の支持体１，２の外側から両者に対して、その間隔を縮める方向に常時外力を与えるためのスプリング１２とを備えている。

すなわち、この駆動ユニット２０に用いられている大変位アクチュエータ１０の支持体１には軸状ガイド部材１６が取り付けられ、支持体２は軸状ガイド部材１６にはまり込み、軸状ガイド１６の外周面上をその軸方向に摺動するように構成されている。そして、軸状ガイド部材１６の他方の端部には、フランジ１７が取り付けられており、支持体２とフランジ１７との間には、一対の支持体１，２の外側から、両者の間隔を縮める方向に常時外力を与えるためのスプリング１２が、軸状ガイド部材１６に保持されるように配設されている。そして、ユニット本体１１は支持体２に接続されており、位置関係が固定された支持体１とフランジ１７との間で、支持体２が変位するのに対応して、ユニット本体１１に駆動力が働くように構成されている。

この駆動ユニット２０においては、例えば、大変位アクチュエータ１０の線状の形状記憶合金３が座屈している状態で、これを外部の熱や通電によるジュール熱で加熱して形状復帰させると、線状の形状記憶合金３がスプリング１２の付勢力に打ち勝って伸張し、支持体２を介してユニット本体１１を矢印Ａの方向に移動させる一方、形状記憶合金３が冷却されると、形状記憶合金３がスプリング１２の付勢力に負けて座屈し、ユニット本体１１を矢印Ｂの方向に移動させる動作を行う。

なお、特に図示しないが、この応用例１の駆動ユニット２０において用いられている、実施例１の大変位アクチュエータに準じる大変位アクチュエータに代えて実施例２の大変位アクチュエータに準じる大変位アクチュエータ(支持体の少なくとも一方を回転させた構成のもの)を用いた場合にも、この応用例１の場合と同様の作用効果を奏する駆動ユニットを得ることができる。

図７，８に示す、この実施例４の大変位アクチュエータ１０は、以下に説明するように、線状の形状記憶合金３として、座屈した形状を記憶させたものを用いていることを除いて、上記実施例１の大変位アクチュエータ１０と同様に構成されている。
なお、図７は、冷却時に外力やバイアス力が加わって線状の形状記憶合金３が伸張した状態を示す図、図８は線状の形状記憶合金３が加熱されて記憶する座屈した形状に復帰した状態を示す図である。
なお、図７，８において、図１，２と同一符号を付した部分は、同一または相当する部分を示している。

この実施例４の大変位アクチュエータ１０においては、上述のように、座屈した形状を記憶させた線状の形状記憶合金３が用いられている。
また、線状の形状記憶合金３として、外部から応力が加わって伸長した状態における一対の支持体１，２間の距離Ａが、座屈した状態における一対の支持体１，２間の距離Ｂの２倍以上になるように構成されたものが用いられている。
なお、座屈させた形状を記憶させた線状の形状記憶合金の場合、座屈した所定の形状への変形を促すための変形促進処理は不要であり、この実施例４の大変位アクチュエータ１０でも、線状の形状記憶合金３として、座屈した形状への変形促進処理を施していないものを用いている。
なお、図７，８においては、支持体２に荷重４をぶら下げた図を示しているが、これは概念的なものであり、外力を加えることができる機構であればよい。
なお、このことは、実施例５の図９，図１０の場合も同様である。

このように構成された実施例４の大変位アクチュエータ１０においては、冷却時に外力やバイアス力により線状の形状記憶合金３が図７のように伸張する一方、その状態で外部からの熱や通電によるジュール熱などが加わると、図８に示すように、線状の形状記憶合金３が記憶する座屈した形状に復帰する。したがって、この実施例４の大変位アクチュエータ１０においても、上記実施例１〜３の大変位アクチュエータ１０の場合と同様に、確実に大きな変位量を確保することが可能になる。

図９，１０は、本発明の他の実施例（実施例５）にかかる大変位アクチュエータを示す図であり、図９は、冷却時に外力やバイアス力が加わって線状の形状記憶合金３が伸張した状態を示す図、図１０は線状の形状記憶合金３が加熱されて記憶する座屈した形状に復帰した状態を示す図である。

この実施例５の大変位アクチュエータ１０においても、上記実施例４の場合と同様、以下に説明するように、線状の形状記憶合金３として、座屈した形状を記憶させたものを用いていることを除いて、上記実施例２の大変位アクチュエータ１０と同様に構成されている。
なお、図９，１０において、実施例２の大変位アクチュエータ１０を示す図３，４と同一符号を付した部分は、同一または相当する部分を示している。

そして、この実施例５の大変位アクチュエータ１０においては、上述の実施例２の場合と同様に、互いに対向する一対の支持体１，２の一方、例えば支持体１を、一対の支持体１，２の互いに対向する主面に垂直な方向からみて、他方の支持体２に対して約９０度回転させるとともに、座屈させた状態で、その形状を記憶させている（図１０参照）。

また、線状の形状記憶合金３として、外部から応力が加わって伸長した状態における一対の支持体１，２間の距離Ａが、座屈した状態における一対の支持体１，２間の距離Ｂの２倍以上になるように構成されたものが用いられている。ただし、通電によりジュール熱を与える場合にショートが生じないように、各形状記憶合金３が接触しないように構成されている。
なお、座屈させた形状を記憶する線状の形状記憶合金の場合、座屈した所定の形状への変形を促すための変形促進処理は不要であり、この実施例５の大変位アクチュエータ１０でも、線状の形状記憶合金３として、座屈した形状への変形促進処理を施していないものを用いている。その他の構成は、図３，４に示す実施例２の大変位アクチュエータ１０の場合と同様である。

このように構成された実施例５の大変位アクチュエータ１０においては、冷却時に外力やバイアス力により線状の形状記憶合金３が図９のように伸張する一方、その状態で外部からの加熱や通電によるジュール熱などが加わると、図１０に示すように、線状の形状記憶合金３が記憶する座屈した形状に復帰する。したがって、この実施例５の大変位アクチュエータ１０においても、上記実施例４の大変位アクチュエータ１０の場合と同様の効果を得ることができる。
＜応用例２＞

図１１は、実施例４の大変位アクチュエータ１０に準じる構造を有する大変位アクチュエータを用いた駆動ユニットの構成を模式的に示す図である。
図１１に示すように、この駆動ユニット２０は、大変位アクチュエータ１０と、ユニット本体１１と、一対の支持体１，２の間隔を広げる方向に常時外力を与えるためのスプリング１２とを備えている。

すなわち、この駆動ユニットに用いられている大変位アクチュエータ１０の支持体１には軸状ガイド部材１６が取り付けられ、支持体２は軸状ガイド部材１６にはまり込み、軸状ガイド１６の外周面上をその軸方向に摺動するように構成されている。そして、軸状ガイド部材１６の他方の端部には、フランジ１７が取り付けられており、支持体１と支持体２の間には、一対の支持体１，２の間隔を広げる方向に常時外力を与えるためのスプリング１２が、軸状ガイド部材１６に保持されるように配設されている。そして、ユニット本体１１は支持体２に接続されており、位置関係が固定された支持体１とフランジ１７との間で、支持体２が変位するのに対応して、ユニット本体１１に駆動力が働くように構成されている。

この駆動ユニットにおいては、例えば、大変位アクチュエータ１０の線状の形状記憶合金３が伸張している状態で、これを加熱して形状復帰させると、線状の形状記憶合金３がスプリング１２の付勢力に打ち勝って座屈し、ユニット本体１１を矢印Ｂの方向に移動させ、冷却すると、線状の形状記憶合金３がスプリング１２の付勢力に負けて伸張し、ユニット本体１１を矢印Ａの方向に移動させる動作を行う。

なお、特に図示しないが、この応用例２の駆動ユニットにおいて用いられている、実施例４の大変位アクチュエータ１０に準じる大変位アクチュエータに代えて実施例５の大変位アクチュエータ１０に準じる大変位アクチュエータ(支持体の少なくとも一方を回転させた構成のもの)を用いた場合にも、この応用例２の場合と同様の作用効果を奏する駆動ユニットを得ることができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、形状記憶合金の種類や、その具体的な形状、支持体間に配設する形状記憶合金の本数などに関し、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。

本発明の実施例１にかかる大変位アクチュエータを示す図であり、冷却時に外力やバイアス力が加わって座屈した状態を示す図である。本発明の実施例１にかかる大変位アクチュエータを示す図であり、外部からの熱や通電によるジュール熱で記憶する形状に復帰した状態を示す図である。本発明の実施例２にかかる大変位アクチュエータを示す図であり、冷却時に外力やバイアス力が加わって座屈した状態を示す図である。本発明の実施例２にかかる大変位アクチュエータを示す図であり、外部からの熱や通電によるジュール熱で記憶する形状に復帰した状態を示す図である。本発明の実施例３にかかる大変位アクチュエータを示す図である。本発明の応用例１にかかる駆動ユニットの構成を模式的に示す図である。本発明の実施例４にかかる大変位アクチュエータを示す図であり、冷却時に外力やバイアス力が加わって伸張した状態を示す図である。本発明の実施例４にかかる大変位アクチュエータを示す図であり、外部からの熱や通電によるジュール熱で記憶する座屈した形状に復帰した状態を示す図である。本発明の実施例５にかかる大変位アクチュエータを示す図であり、冷却時に外力やバイアス力が加わって伸張した状態を示す図である。本発明の実施例５にかかる大変位アクチュエータを示す図であり、外部からの熱や通電によるジュール熱で記憶する座屈した形状に復帰した状態を示す図である。本発明の応用例２にかかる駆動ユニットの構成を模式的に示す図である。従来のアクチュエータの一例を示す図である。従来の他の多自由度アクチュエータを示す図であり、(ａ)は形状合金の形状復帰による変形が生じる前の状態、(ｂ)は変形が生じた後の状態を示す図である。

１，２支持体
３線状の形状記憶合金
４荷重
５折り曲げ加工
１０大変位アクチュエータ
１１ユニット本体
１２スプリング
１３一方側ガイド部材（一方側パイプ状部材）
１４他方側ガイド部材（他方側パイプ状部材）
１６軸状ガイド部材
１７フランジ
２０駆動ユニット
Ａ伸長した状態における支持体間の距離
Ｂ座屈した状態における支持体間の距離

Claims

互いに対向するように位置する一対の支持体と、
前記支持体間に配設された、座屈していない所定の線形状を記憶している複数本の線状の形状記憶合金と
を備え、
前記線状の形状記憶合金として、予備折り曲げ加工が施されたものが用いられており、外部から所定の応力が加わった場合に座屈して、座屈により生じる屈曲または湾曲部分が、座屈前の当該部分に比べて、前記一対の支持体により挟まれた領域から外側に向かう方向に変位するように構成されていること
を特徴とする大変位アクチュエータ。
互いに対向するように位置する一対の支持体と、
前記支持体間に配設され、座屈した形状として、座屈による屈曲または湾曲部分が、伸張した状態の当該部分に比べて、前記一対の支持体により挟まれた領域から外側に向かう方向に変位した形状を記憶している複数本の線状の形状記憶合金と
を備え、
前記線状の形状記憶合金は、外部から応力を加えることによって、前記一対の支持体間の距離Ａが、座屈した状態の距離Ｂより大きい、伸張した状態となるように構成されていること
を特徴とする大変位アクチュエータ。
互いに対向するように位置する一対の支持体と、
前記支持体間に配設された、座屈していない所定の線形状を記憶している複数本の線状の形状記憶合金と
を備え、
各線状の形状記憶合金の一方の支持体への配設点と、該線状の形状記憶合金の他方の支持体への配設点とが、支持体の互いに対向する主面に垂直な方向からみて前記支持体の周方向に３０度以上ずれた位置にくるように、互いに対向する前記一対の支持体の一方が他方の支持体に対して回転したときの形状を前記線状の形状記憶合金が記憶しており、
前記線状の形状記憶合金が、記憶している前記形状を有している状態で外部から所定の応力が加わった場合に、前記線状の形状記憶合金が座屈して、座屈により生じる前記形状記憶合金の屈曲または湾曲部分が、座屈前の当該部分に比べて、前記一対の支持体により挟まれた領域から外側に向かう方向に変位するように構成されていること
を特徴とする大変位アクチュエータ。
互いに対向するように位置する一対の支持体と、
前記支持体間に配設され、座屈した形状として、座屈による屈曲または湾曲部分が、伸張した状態の当該部分に比べて、前記一対の支持体により挟まれた領域から外側に向かう方向に変位した形状を記憶している複数本の線状の形状記憶合金と
を備え、
各線状の形状記憶合金の一方の支持体への配設点と、該線状の形状記憶合金の他方の支持体への配設点とが、支持体の互いに対向する主面に垂直な方向からみて前記支持体の周方向に３０度以上ずれた位置にくるように、互いに対向する前記一対の支持体の一方が他方の支持体に対して回転したときの形状を前記線状の形状記憶合金が記憶しており、
前記線状の形状記憶合金が、記憶している前記形状を有している状態で外部から応力が加わった場合に、前記線状の形状記憶合金が、前記一対の支持体間の距離Ａが、座屈した状態の距離Ｂより大きい、伸張した状態となるように構成されていること
を特徴とする大変位アクチュエータ。
前記一対の支持体のうち、一方の支持体には一方側ガイド部材が配設され、他方の支持体には前記一方側ガイド部材と係合する他方側ガイド部材が配設され、前記一対の支持体が接近または離間する際には、前記一方側ガイド部材と前記他方側ガイド部材とが互いに係合した状態で摺動し、前記一対の支持体の少なくとも一方が移動することにより、前記一対の支持体が接近または離間するように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の大変位アクチュエータ。
前記一方側ガイド部材がパイプ状部材であり、前記他方側ガイド部材が前記一方側ガイド部材である前記パイプ状部材の内側にはまり込み、前記一対の支持体が接近または離間する際には、前記パイプ状部材の内周面に沿ってその軸方向に摺動する部材であることを特徴とする請求項５記載の大変位アクチュエータ。