JP5999381B2

JP5999381B2 - 駆動装置

Info

Publication number: JP5999381B2
Application number: JP2014127143A
Authority: JP
Inventors: 勝人藤井; 松田　健; 健松田; 芳則渡邉; 祐樹秋田
Original assignee: SMK Corp
Current assignee: SMK Corp
Priority date: 2014-06-20
Filing date: 2014-06-20
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2034-06-20
Also published as: CN105531475A; TW201600718A; EP3159538A4; TWI602993B; KR101695326B1; KR20160036526A; CN105531475B; CN105531475A9; WO2015194060A1; EP3159538A1; JP2016006309A

Description

本発明は、主に振動発生用アクチュエータ等に使用される形状記憶合金を利用した駆動装置に関する。

従来、形状記憶合金の特性、即ち、力を加えて変形しても通電により一定の温度（動作温度）以上に加熱すると収縮する特性を利用して駆動する駆動装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

この駆動装置は、上面部に１又は複数の動作凹部からなる動作基部を有する絶縁性のベース部材と、そのベース部材と互いに対向し、その対向面部に動作凹部に挿入される動作凸部を有する可動部材とを備えるとともに、その対向面部間に通電した際の発熱により収縮する形状記憶合金材がベース部材の動作凹部に合わせて湾曲した状態で配置されている。

また、この駆動装置では、可動部材をベース部材側へ付勢する付勢手段を備え、非通電時において、可動部材がベース部材側に押し付けられ、可動部材とベース部材とが重なり合い、それに伴い動作凸部が形状記憶合金材に当接した状態になるようにしている。

そして、その状態から形状記憶合金線に通電して一定の温度以上まで加熱すると超弾性によって形状記憶合金線が収縮し、形状記憶合金材に押されて可動子がベース部材に対し離反する方向に相対移動する。

一方、形状記憶合金線の通電状態を解除し、形状記憶合金線の温度が一定の温度以下に低下すると、可動部材が付勢手段により可動部材がベース部材側に押されて原位置に復帰し、それに伴い各形状記憶合金線が湾曲した形状（非通電時形状）に復帰するようになっている。

特開２００５−２２６４５６号公報

しかしながら、上述の如き従来の駆動装置では、付勢手段により可動部材をベース部材側に向けて付勢しているため、可動部材の移動（起動）には、筐体からの負荷に加え、付勢手段の付勢力に対抗する力を必要とし、形状記憶合金部材への負担が大きいという問題があった。

また、この種の従来の駆動装置では、付勢手段によって可動部材がベース部材側に付勢されていることから、駆動装置が完全に停止した状態から起動する際の初動速度が抑制され、停止状態から動作開始までの応答性を阻害するという問題があった。

一方、この種の駆動装置の実装においては、駆動装置が実装される実装基板と、駆動装置により駆動させる被駆動物との間の距離が公差により非通電時の駆動装置の全高より広くなる場合があり、その場合、可動部材の押圧面と被駆動物との間に若干の隙間ができる虞がある。

このように若干の隙間が生じると、駆動装置を作動させた際、その隙間分だけ駆動装置による駆動力が被駆動物に伝達されない状態、所謂空撃ちを生じ、異音等の原因となる虞があった。

そこで、本発明は、このような従来の問題に鑑み、形状記憶合金部材への負担が少なく、初動性能に優れ、且つ、可動部材と被駆動物とを隙間なく実装可能な形状記憶合金部材を使用した駆動装置の提供を目的としてなされたものである。

上述の如き従来の問題を解決し、所期の目的を達成するための請求項１に記載の発明の特徴は、表面部に一又は複数の動作凹部からなる動作基部を有するベース部材と、該ベース部材と対向するように配置され、対向面側に前記動作凹部内に挿入される動作凸部を有する可動部材とを備え、前記ベース部材と前記可動部材との間に通電した際の発熱により収縮する線状又は帯状の形状記憶合金部材を介在させ、前記形状記憶合金部材の通電による収縮に連動して可動部材を前記ベース部材に対し離反する方向に移動させるようにした駆動装置において、前記ベース部材に支持されて前記可動部材を前記離反する方向に付勢するバネ体を備え、前記ベース部材は、前記動作基部の側部にバネ支持部を備え、前記可動部材は、前記バネ支持部の上面と対向するフランジ状の押し上げ部を備え、前記バネ支持部と前記押し上げ部との間にバネ体を介在させた駆動装置にある。

請求項２に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、前記バネ体は、前記バネ支持部の両端に開口したガイド穴に挿入されるバネ基部と、該両バネ基部間に両端を支持させて押し上げ部側に膨出した円弧状を成すように湾曲したバネ本体とを備え、該ガイド穴の少なくとも何れか一方が長穴溝状に形成されたことにある。

請求項３に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、前記バネ体は、端部が前記可動部材に移動可能に保持され、前記バネ支持部側に膨出した円弧状に湾曲したバネ本体を備え、該バネ本体の円弧状頂部を前記バネ支持部の上面に当接させたことにある。

請求項４に記載の発明の特徴は、請求項１〜３の何れか１項の構成に加え、前記ベース部材に前記可動部材を移動可能に保持させるブラケットを備えたことにある。

本発明に係る駆動装置は、上述したように、表面部に一又は複数の動作凹部からなる動作基部を有するベース部材と、該ベース部材と対向するように配置され、対向面側に前記動作凹部内に挿入される動作凸部を有する可動部材とを備え、前記ベース部材と前記可動部材との間に通電した際の発熱により収縮する線状又は帯状の形状記憶合金部材を介在させ、前記形状記憶合金部材の通電による収縮に連動して可動部材を前記ベース部材に対し離反する方向に移動させるようにした駆動装置において、前記ベース部材に支持されて前記可動部材を前記離反する方向に付勢するバネ体を備えたことにより、形状記憶合金部材の負担を軽減し、初動性能及び応答性の向上を図ることができる。また、駆動装置を可動部材と電子機器筐体等の被駆動物との間に隙間が生じないように容易に取り付けることができる。

また、本発明において、前記ベース部材は、前記動作基部の側部にバネ支持部を備え、前記可動部材は、前記バネ支持部の上面と対向するフランジ状の押し上げ部を備え、前記支持部と前記押し上げ部との間に前記バネ体を介在させたことにより、形状記憶合金材による押し上げ動作を阻害することなくバネ体で可動部材を付勢することができる。

更に、本発明において、前記バネ体は、前記バネ支持部の両端に開口したガイド穴に挿入されるバネ基部と、該両バネ基部間に両端を支持させて押し上げ部側に膨出した円弧状を成すように湾曲したバネ本体とを備え、該ガイド穴の少なくとも何れか一方が長穴溝状に形成されたことにより、バネ体を円滑に動作させることができる。

更にまた、前記バネ体は、端部が前記可動部材に移動可能に保持され、前記バネ支持部側に膨出した円弧状に湾曲したバネ本体を備え、該バネ本体の円弧状頂部を前記バネ支持部の上面に当接させたことにより、バネ体を円滑に動作させることができるとともに、可動部材とバネ体とを一体化することができる。

また、本発明において、前記ベース部材に前記可動部材を移動可能に保持させるブラケットを備えたことにより、バネ体によりベース部材に対し離反する方向に可動部材を付勢していても可動部材の脱落を防止することができる。

（ａ）（ｂ）は本発明に係る駆動装置の一例を示す斜視図である。同上の分解斜視図である。（ａ）は同上の駆動装置の動作部分の縦断面図、（ｂ）は同バネ体部分を示す断面図である。（ａ）は図２中のベース部材を示す平面図、（ｂ）はａ−ａ線断面図、（ｃ）は同ｂ−ｂ線断面図である。（ａ）は図２中の可動部材を示す正面図、（ｂ）は同平面図、（ｃ）は同底面図である。（ａ）（ｂ）は図２中のブラケットを示す斜視図である。非通電時の駆動装置の使用態様を示す縦断面図であって、（ａ）は形状記憶合金部材の状態を示す図、（ｂ）はバネ体の状態を示す図である。通電時の駆動装置の使用態様を示す縦断面図であって、（ａ）は形状記憶合金部材の状態を示す図、（ｂ）はバネの状態を示す図である。本発明に係る駆動装置のバネ体の他の態様を示す斜視図である。同上のバネ体を可動部材に取り付けた状態を示す斜視図である。（ａ）は同上の駆動装置の動作部分の縦断面図、（ｂ）は同バネ体部分を示す断面図である。

次に、本発明に係る駆動装置の実施の態様を図１〜図８に示した実施例に基づいて説明する。尚、本実施例においては、振動発生用アクチュエータに使用される駆動装置を例に説明し、図中符号１は駆動装置、符号Ａは実装基板、符号Ｂは被駆動物である電子機器の筐体である。

この駆動装置１は、表面部に一又は複数の動作凹部３１，３１...からなる動作基部３２を有するベース部材３と、ベース部材３と対向するように配置され、対向面側に動作凹部３１内に挿入される動作凸部４１，４１...を有する可動部材４とを備え、ベース部材３と可動部材４との間に通電した際の発熱により収縮する線状又は帯状の形状記憶合金部材２を介在させ、形状記憶合金部材２の通電による収縮に連動して可動部材４をベース部材３に対し離反する方向に移動させるようになっている。

また、この駆動装置１は、ベース部材３に支持されたバネ体７，７を備え、このバネ体７，７により可動部材４をベース部材３から離反する方向に付勢するようになっている。

また、この駆動装置１は、ベース部材３の端部と互いに嵌合し、形状記憶合金部材２の端部をベース部材３に固定する端子金具５，５を備え、この端子金具５，５を介して形状記憶合金部材２に通電されるようになっている。

形状記憶合金部材２は、ニッケル−チタン合金等の形状記憶効果を示す合金、即ち形状記憶合金からなる形状記憶合金線２１と、形状記憶合金線２１の外側を覆う帯状の被覆部材２２とを備え、所定温度下で変形させても形状記憶合金線２１に通電させた際の発熱により当該形状記憶合金線２１が収縮するようになっている。

ベース部材３は、図３に示すように、セラミック粉粒体を含有する絶縁性樹脂（以下、セラミック樹脂という）等の絶縁性樹脂により一体に形成され、表面部に複数の動作凹部３１，３１...を有する動作基部３２と、動作基部３２の両端に配置された端子固定部３３，３３と、動作基部３２の両側部に立ち上げたリブ状のバネ支持部３４，３４とを備えている。

動作基部３２は、断面山型状の複数の支持用凸部３５，３５...が長手方向に連続して配置されて断面波型状に形成され、当該波型状の谷間部が各動作凹部３１，３１...を構成し、形状記憶合金部材２が動作基部３２を長手方向で横切るように両端子固定部３３，３３間に配置され、その両端がそれぞれ端子金具５，５により端子固定部３３，３３に固定されている。

バネ支持部３４，３４は、動作基部３２の側面と一体になった一定幅を有するリブ状に形成され、動作凹部３１，３１...の側面開口側を閉鎖している。

このバネ支持部３４，３４には、その長手方向両端上面に開口したガイド穴３７，３７が形成され、このガイド穴３７，３７にバネ体７のバネ基部７１，７１が挿入され、バネ体７がバネ支持部に支持されるようになっている。

バネ体７は、弾性を有する金属線材を線材曲げ加工することにより形成され、ガイド穴３７に挿入されるピン状のバネ基部７１，７１と、両バネ基部７１，７１間に両端を支持させて可動部材４側に膨出した円弧状をなすバネ本体７２とを備えている。

バネ支持部３４のガイド穴３７，３７は、バネ体７の長手方向に長い長穴溝状に形成され、バネ本体７２の弾性変形に連動してバネ基部７１が案内されつつ移動できるようになっている。

端子固定部３３，３３は、平板状に形成され、形状記憶合金線２１の端部２１ａが端子固定部３３の表面側から端面を経て裏面側に折り返され、その外側に端子金具５，５を嵌め込むことにより形状記憶合金線２１の端部２１ａが固定されるようになっている。

端子金具５，５は、導電性金属材を絞り加工することにより一端が閉鎖された角筒キャップ状に形成され、この端子金具５，５を端子固定部３３，３３に嵌合させることにより、形状記憶合金部材２の端部が端子固定部３３，３３に固定されるとともに端子金具５，５に接続されるようになっている。

また、端子固定部３３，３３の裏面には、ベース部材３の長手方向と交差する方向に向けた加締め用溝３６が形成されており、この加締め用溝３６の位置に合わせて端子金具５，５の裏面側を加締めることにより形状記憶合金部材２の端部を確実に端子固定部３３，３３に固定するとともに、端子金具５，５と形状記憶合金部材２との安定した接続状態が確保されている。

一方、可動部材４は、図４に示すように、ベース部材３と同様に、セラミック粉粒体を含有する絶縁性樹脂（セラミック樹脂）等の絶縁性樹脂により一体に形成されている。

この可動部材４は、対向面側にベース部材３の各動作凹部３１，３１...内に挿入される複数の山形状の動作凸部４１，４１...を備え、ベース部材３に重ね合わされることにより、各動作凸部４１，４１...が動作凹部３１，３１...内に嵌め込まれ、可動部材４とベース部材３との対向面部間に配置された形状記憶合金部材２を動作凸部４１，４１...の嵌合面形状に合わせて波型に変形させるようになっている。

また、可動部材４は、動作凸部４１，４１の側面がバネ支持部３４の内側面にガイドされ、上下方向で安定して動作し、加速度のバラつきが抑制されるようになっている。

可動部材４は、上端に平坦な接触面を有する伝達部４２を備え、この伝達部４２がブラケット６上面に開口した挿通窓６１を通して上下に出入りするようになっている。

また、可動部材４の外周には、フランジ状の押し上げ部４３が一体に備えられ、この押し上げ部４３がブラケット６の挿通窓６１外縁によって当て止めされるようにし、且つ、押し上げ部４３の下面がバネ体７、７により上方に押圧されている。

ブラケット６は、図６に示すように、導電性金属板材を打ち抜き折り曲げ加工することにより一体に形成され、平板状の天板部６２と、天板部６２の両側縁より下向きに折り曲げた一対の側板部６３，６３とを備えている。

側板部６３，６３は、長手方向両端に段部が形成された逆凸板状に形成され、該段部６４，６４がベース部材３の上面に支持されるようになっている。

また、側板部６３には、切り起こし加工により形成された係止爪６５，６５が一体に形成され、この係止爪６５，６５を内向きに折り込み、ベース部材３の側面に形成された係止凹部３８内に係合させることによりブラケット６がベース部材３に着脱不能に固定される。

このように構成された駆動装置１は、電子機器に未装着の状態において、図３に示すように、ベース部材３に支持されたバネ体７，７により可動部材４がベース部材３に対し離脱する方向に付勢された状態にあり、可動部材４の動作凸部４１，４１がベース部材３の動作凹部３１，３１...及び波形状に湾曲した状態の形状記憶合金部材２より浮き上がった状態にある。

この駆動装置１を実装するには、図７（ａ）に示すように、可動部材４の上面を筐体Ｂに押し当て、バネ体７，７の付勢力に抗して可動部材４をベース部材３側に押し下げた状態で駆動装置１を実装基板Ａと電子機器筐体Ｂとの間に設置する。

その際には、バネ体７，７は、図７（ｂ）に示すように、バネ基部７１，７１をガイド穴３７，３７に案内させつつ、バネ本体７２が伸長する方向に弾性変形し、可動部材４は、ベース部材３に重ね合わされ、各動作凸部４１，４１...が動作凹部３１，３１...内に挿入され、動作凸部４１，４１...の頂部が波型状（非通電時形状）に変形した各形状記憶合金部材２と近接する。

また、可動部材４がベース部材３に支持されたバネ体７，７の付勢力（バネ反力）によって常に筐体Ｂに押し付けられた状態にあるので、駆動装置１は、実装基板Ａと電子機器筐体Ｂとの公差や駆動装置１自体の公差の影響をバネ体７，７で吸収し、可動部材４と被駆動物である筐体Ｂとの間で隙間を生じないように取り付けることができる。

よって、駆動装置１は、可動部材４と被駆動物である筐体Ｂとの間に生じる若干の隙間によってその隙間分だけ駆動装置による駆動力が被駆動物に伝達されない状態、所謂空撃ちを防止することができる。

一方、この駆動装置１に通電、即ち、端子金具５，５間に電圧を生じさせ、形状記憶合金部材２に電流を流すと、形状記憶合金部材２が形状記憶効果、即ち通電発熱によって収縮し、図８に示すように、形状記憶合金部材２の動作凸部４１，４１...頂部に接触した部分の対向面間方向位置が可動部材４側に変位し、それに連動して動作凸部４１，４１...を介して形状記憶合金部材２に押し上げられて可動部材４がベース部材３より離反する方向に相対移動し、電子機器筐体Ｂを持ち上げる。

その際、可動部材４がバネ体７，７により押し上げ側に付勢されていることにより、可動部材４には、形状記憶合金部材２による起動力（押し上げ力）にバネ体７，７による付勢力が加わるので、形状記憶合金部材２への負担が少なく、起動力が妨げられない。

また、形状記憶合金部材２による押し上げ力にバネ体７，７による付勢力が加わることにより、筐体Ｂより受ける負荷に対抗する押し上げ力が増し、可動部材４の初動速度が向上し、可動部材４が動作するまで応答性が向上する。

そして、端子金具５，５間に負荷した電圧が除去されると、電子機器筐体Ｂより加わる負荷等によって、バネ体７，７の付勢力に抗して可動部材４が図５（ａ）に示す原位置、即ち、ベース部材３に可動部材４が重ね合わされる位置に復帰し、それに伴い各動作凸部４１，４１...が動作凹部３１，３１...内に挿入され、動作凸部４１，４１...に押圧されて形状記憶合金部材２が波型状（非通電時形状）に復帰する。

尚、バネ体の態様は、上述の形状に限定されず、例えば、図９〜図１１に示すものを使用してもよい。尚、上述の実施例と同様の構成には同一符号を付して説明を省略する。

このバネ体８は、弾性を有する金属製線材を線材曲げ加工することにより一体に形成され、円弧状に湾曲した一対のバネ本体８１，８１と両バネ本体の一方の端部間を連結する連結保持部８２と、両バネ本体の他端より内向きに突出した可動保持部８３，８３とを備え、連結保持部及び可動保持部をそれぞれ可動部材４の長手方向両端に形成された保持溝４４に移動可能に保持させることにより、バネ本体８１，８１がバネ支持部３４側に膨出した円弧状を成すように可動部材４に取り付けられるようになっている。

そして、図１１に示すように、バネ本体の円弧状頂部をバネ支持部３４の上面に当接させた状態で可動部材４をベース部材３に保持させることにより、バネ体８がバネ支持部３４に支持されて可動部材４をベース部材３より離脱する方向に付勢するようになっている。

また、ブラケット６の態様は、上述の実施例に限定されず、例えば、係止爪を側板部６３の下縁より突出させ、当該係止爪を内向きに折り返しベース部材３の下面部に係合させるようにしてもよい。

また、本発明に係る駆動装置１は、振動発生用アクチュエータに限定されず、他の用途に使用するものであってもよい。

Ａ実装基板
Ｂ筐体
１駆動装置
２形状記憶合金部材
２１形状記憶合金線
２２被覆部材
３ベース部材
３１動作凹部
３２動作基部
３３端子固定部
３４バネ支持部
３５支持用凸部
３６加締め用溝
３７ガイド穴
４可動部材
４１動作凸部
４２伝達部
４３フランジ部
５端子金具
６ブラケット
６１挿通窓
７バネ体
７１バネ基部
７２バネ本体
８バネ
８１バネ本体
８２連結保持部
８３可動保持部

Claims

表面部に一又は複数の動作凹部からなる動作基部を有するベース部材と、
該ベース部材と対向するように配置され、対向面側に前記動作凹部内に挿入される動作凸部を有する可動部材とを備え、
前記ベース部材と前記可動部材との間に通電した際の発熱により収縮する線状又は帯状の形状記憶合金部材を介在させ、前記形状記憶合金部材の通電による収縮に連動して可動部材を前記ベース部材に対し離反する方向に移動させるようにした駆動装置において、
前記ベース部材に支持されて前記可動部材を前記離反する方向に付勢するバネ体を備え、
前記ベース部材は、前記動作基部の側部にバネ支持部を備え、
前記可動部材は、前記バネ支持部の上面と対向するフランジ状の押し上げ部を備え、前記バネ支持部と前記押し上げ部との間にバネ体を介在させたことを特徴とする駆動装置。
前記バネ体は、前記バネ支持部の両端に開口したガイド穴に挿入されるバネ基部と、該両バネ基部間に両端を支持させて押し上げ部側に膨出した円弧状を成すように湾曲したバネ本体とを備え、
該ガイド穴の少なくとも何れか一方が長穴溝状に形成された請求項１に記載の駆動装置。
前記バネ体は、端部が前記可動部材に移動可能に保持され、前記バネ支持部側に膨出した円弧状に湾曲したバネ本体を備え、該バネ本体の円弧状頂部を前記バネ支持部の上面に当接させた請求項１に記載の駆動装置。
前記ベース部材に前記可動部材を移動可能に保持させるブラケットを備えた請求項１〜３に記載の駆動装置。