JP6900032B2

JP6900032B2 - アクチュエータ

Info

Publication number: JP6900032B2
Application number: JP2017126615A
Authority: JP
Inventors: 智川上; 亮介志水
Original assignee: TGK Co Ltd
Current assignee: TGK Co Ltd
Priority date: 2017-06-28
Filing date: 2017-06-28
Publication date: 2021-07-07
Anticipated expiration: 2037-06-28
Also published as: JP2019007471A

Description

本発明は、形状記憶合金を用いたアクチュエータに関する。

従来より、小型化を図れるアクチュエータとして、形状記憶合金を用いたＳＭＡ（Shape Memory Alloy）アクチュエータが知られている。このＳＭＡアクチュエータは、形状記憶合金を用いた伸縮部材の温度変化による伸縮を利用して可動子を往復動させることが可能である。

この一例となる特許文献１のアクチュエータは、複数の第１突起部を有する固定子と、第１突起部と互い違いに並ぶように配置される複数の第２突起部を有する可動子と、第１突起部と第２突起部に交互に掛けるように張り渡される伸縮部材とを備える。

特開２０１４−８８８１１号公報

本発明者が検討したところ、特許文献１のアクチュエータでは、隣り合う第１突起部の間や隣り合う第２突起部の間に伸縮部材を押し込むにあたり、伸縮部材に部分的に過大な引張応力が付与される恐れがあるとの知見を得た。特許文献１のアクチュエータは、このための特段の対策を講じておらず、改善の余地がある。

本発明のある態様は、このような課題に鑑みてなされ、その目的の１つは、ＳＭＡアクチュエータに用いられる伸縮部材に付与される引張応力を軽減できる技術を提供する。

本発明の第１態様はアクチュエータである。第１態様のアクチュエータは、第１掛け部を有する固定子と、前記固定子と対向する可動子であって、前記第１掛け部と互い違いに並ぶように配置される第２掛け部を有し、前記固定子と対向する方向を可動方向として移動可能な可動子と、温度変化により伸縮可能な形状記憶合金を素材として構成され、前記第１掛け部と前記第２掛け部に交互に掛けるように張り渡され、縮み変形により前記可動子を駆動可能な伸縮部材と、を備え、前記固定子及び前記可動子の少なくとも一方は、支持ベースと、前記支持ベースに回転自在に支持され、前記掛け部を構成する回転体とを有する。

この態様によれば、隣り合う第１掛け部の間や隣り合う第２掛け部の間に伸縮部材を押し込むにあたり、これらの間に伸縮部材をスムーズに送り易くなる。これにより、伸縮部材に付与される引張応力を軽減できる。

本発明の第２態様のアクチュエータは、第１掛け部を有する固定子と、前記固定子と対向する可動子であって、前記第１掛け部と互い違いに並ぶように配置される第２掛け部を有し、前記固定子と対向する方向を可動方向として移動可能な可動子と、温度変化により伸縮可能な形状記憶合金を素材として構成され、前記第１掛け部と前記第２掛け部に交互に掛けるように張り渡され、縮み変形により前記可動子を駆動可能な伸縮部材と、を備え、前記第１掛け部及び前記第２掛け部の少なくとも一方は、前記伸縮部材との接触箇所に潤滑剤が塗布されている。

図１（ａ）は、参考例のアクチュエータの一部を模式的に示す側面図であり、図１（ｂ）、は、伸縮部材の組み付け作業の途中状態を示す側面図であり、図１（ｃ）は、伸縮部材の組み付け作業の途中状態を示す他の側面図である。図２（ａ）は、アクチュエータの使用時の固定子と可動子の位置関係を模式的に示す図であり、図２（ｂ）は、その位置関係が変化した状態を示す図である。第１実施形態のアクチュエータの斜視図である。第１実施形態のアクチュエータの側面図である。第１実施形態のアクチュエータの平面図である。第１実施形態のアクチュエータの側面断面図である。図６のＡ−Ａ線断面図である。第１実施形態の可動子が伸縮部材により駆動された状態を示す図である。第２実施形態のアクチュエータを図７と同じ視点から見た図である。第３実施形態のアクチュエータの斜視図である。第３実施形態のアクチュエータの側面断面図である。図１１の一部の拡大図である。

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

まず、本発明を想到するに至った背景から説明する。図１（ａ）は、参考例のアクチュエータ１０の一部を模式的に示す側面図である。アクチュエータ１０は、複数の第１掛け部１２ａを有する固定子１２と、第１掛け部１２ａと互い違いに並ぶように配置される第２掛け部１４ａを有する可動子１４と、第１掛け部１２ａと第２掛け部１４ａに交互に掛けるように方向Ｙに張り渡される伸縮部材１６とを備える。

図１（ｂ）は、伸縮部材１６の組み付け作業の途中状態を示す側面図である。この組み付け作業では、まず、固定子１２と可動子１４の間に伸縮部材１６を張り渡しておく。この後、固定子１２と可動子１４を互いに近づける方向Ｐａに相対移動させ、固定子１２と可動子１４の間に伸縮部材１６を挟み込む。

図１（ｃ）は、伸縮部材１６の組み付け作業の途中状態を示す他の側面図である。固定子１２と可動子１４の間に伸縮部材１６を挟み込むとき、伸縮部材１６は、固定子１２や可動子１４の各掛け部１２ａ、１４ａによって、隣り合う第１掛け部１２ａの間や隣り合う第２掛け部１４ａの間に方向Ｐｂに押し込まれる。このとき、伸縮部材１６は、隣り合う第１掛け部１２ａの間や隣り合う第２掛け部１４ａの間での伸縮部材１６の経路長が長くなるように、これら掛け部１２ａ、１４ａを用いて押し込まれる。

ここで、伸縮部材１６には、固定子１２や可動子１４の掛け部１２ａ、１４ａとの接触箇所で摩擦抵抗が生じる。この摩擦抵抗に起因して、隣り合う第１掛け部１２ａの間や隣り合う第２掛け部１４ａの間に伸縮部材１６を押し込むにあたり、伸縮部材１６に部分的に過大な引張応力Ｆａが付与される恐れがある。この引張応力Ｆａは、固定子１２や可動子１４の掛け部１２ａ、１４ａとの間での摩擦抵抗に起因して、隣り合う掛け部１２ａ、１４ａの間に伸縮部材１６をスムーズに送ることができないまま、隣り合う掛け部１２ａ、１４ａの間に伸縮部材１６が押し込まれることで付与される。このような過大な引張応力Ｆａが伸縮部材１６に付与されると、伸縮部材１６の破断の恐れがある。また、このように隣り合う掛け部１２ａ、１４ａの間に伸縮部材１６をスムーズに送ることができないと、伸縮部材１６を方向Ｐｂにスムーズに押し込み難くなり、作業性の低下も招く。

図２（ａ）、（ｂ）は、アクチュエータ１０の使用時の固定子１２と可動子１４の位置関係を模式的に示す。アクチュエータ１０を後述する触感付与装置として用いる場合を考える。この場合、触感付与対象物への外力の入力のされ方によって、固定子１２に対する可動子１４の相対位置が変化し、隣り合う掛け部１２ａ、１４ａの間での伸縮部材１６の経路長が変化することがある。この相対位置の変化とは、固定子１２に対する可動子１４の可動方向Ｘでの隙間寸法が方向Ｙで変動することを想定している。

たとえば、図２（ａ）では特定の第１掛け部１２ａ間での伸縮部材１６の経路長がＬ１であり、図２（ｂ）では同じ第１掛け部１２ａ間での伸縮部材１６の経路長が経路長Ｌ１より大きいＬ２である。これは、固定子１２に対する可動子１４の相対位置の変化の前後で、この特定の掛け部１２ａの間での伸縮部材１６の経路長が長くなるように伸縮部材１６が押し込まれることを意味する。よって、アクチュエータ１０の使用時においても、固定子１２や可動子１４の掛け部１２ａ、１４ａとの間での摩擦抵抗に起因して、伸縮部材１６に過大な引張応力Ｆａが付与される恐れがある。

特に、アクチュエータ１０の使用時には、固定子１２や可動子１４の掛け部１２ａ、１４ａの表面での伸縮部材１６の微少な摺動の繰り返しにより、いわゆるかじりが生じる可能性がある。このようなかじりが生じると、伸縮部材１６の摩擦抵抗の増大を招き、伸縮部材１６に過大な引張応力Ｆａが付与される恐れが高まる。

この問題を解決するため、第１の対策として、第１実施形態、第２実施形態のアクチュエータ１０では、支持ベースに回転自在に支持される回転体によって、固定子１２や可動子１４の掛け部１２ａ、１４ａを構成している。また、第２の対策として、第３実施形態のアクチュエータ１０では、固定子１２や可動子１４の伸縮部材１６との接触箇所に下地面より表面粗さが小さい表面処理面を設けている。

いずれの対策を講じたアクチュエータ１０でも、隣り合う第１掛け部１２ａや隣り合う第２掛け部１４ａの間に伸縮部材１６を押し込むにあたり、これらの間に伸縮部材１６をスムーズに送り易くなる。これにより、伸縮部材１６に付与される引張応力Ｆａを軽減でき、伸縮部材１６の破断を防止できる。また、伸縮部材１６の組み付け作業において、隣り合う第１掛け部１２ａや隣り合う第２掛け部１４ａの間に伸縮部材１６を押し込み易くなり、良好な作業性を得られる。以下、このような背景のもとでなされたアクチュエータ１０を説明する。

（第１実施形態）
図３は、第１実施形態のアクチュエータ１０の斜視図である。図４は、アクチュエータ１０の側面図である。本実施形態のアクチュエータ１０は、不図示の電気機器を操作するユーザに、電気機器に対する操作に連動して触感を付与する触感付与装置として用いられる。本実施形態の電気機器はタッチパネル装置であり、触感付与対象物はタッチパネル装置のタッチパネルとなる。アクチュエータ１０は、タッチパネル装置のケーシング内に収容される。アクチュエータ１０は、可動子１４の可動方向Ｘ（後述する）の一方側を出力方向としたとき、可動子１４の出力方向での動きをタッチパネルに伝達可能に設けられる。アクチュエータ１０は、たとえば、可動子１４の出力方向がタッチパネルの面内方向又は面外方向に沿うように設けられる。

電気機器は、タッチパネルを出力方向とは反対側の反出力方向に付勢する付勢部（不図示）を有する。タッチパネルが可動子１４により出力方向に動かされた後、可動子１４からタッチパネルへの力の伝達が解除されたとき、この付勢部の付勢力によって、可動子１４とともにタッチパネルが反出力方向に押し戻される。このタッチパネルの出力方向と反出力方向への動きが瞬間的に行われることで、タッチパネルに触れているユーザにパルス状の振動が伝達され、ユーザに触感を付与することになる。

アクチュエータ１０は、主に、固定子１２と、可動子１４と、伸縮部材１６と、付勢部材１８と、第１雄ねじ部材２０と、第２雄ねじ部材２２と、雌ねじ部材２４と、を備える。

図４に示すように、固定子１２と可動子１４は対向している。可動子１４は、固定子１２と対向する方向を可動方向Ｘとして移動可能である。可動子１４は、可動子１４の出力方向となる可動方向Ｘの一方側（図４の上側）に配置され、固定子１２は、前述の反出力方向となる可動方向Ｘの他方側（図４の下側）に配置される。本実施形態では、可動方向Ｘの一方側（図４の上側）が固定子１２から可動子１４が離れる方向となり、可動方向Ｘの他方側（図４の下側）が固定子１２に可動子１４が近づく方向となる。以下、説明の便宜のため、可動子１４の可動方向Ｘのうち、固定子１２から可動子１４が離れる方向を「上」とし、固定子１２に可動子１４が近づく方向を「下」とする。

図５は、アクチュエータ１０の平面図である。図４、図５に示すように、固定子１２と可動子１４の全体は、可動方向Ｘと交差する延び方向Ｙに延びている。本実施形態の延び方向Ｙは可動方向Ｘと直交している。本実施形態の固定子１２と可動子１４は直線状に延びている。以下、説明の便宜のため、可動子１４の延び方向Ｙの一方側（図４の左側）を「左」とし、他方側（図４の右側）を「右」とする。

図６は、アクチュエータ１０の側面断面図である。固定子１２は、可動子１４の可動方向Ｘで可動子１４側（上側）に臨む箇所に第１掛け部１２ａを有する。本実施形態の第１掛け部１２ａは、可動子１４の延び方向Ｙに間を置いて複数並べられる。可動子１４は、可動子１４の可動方向Ｘで固定子１２側（下側）に臨む箇所に第２掛け部１４ａを有する。本実施形態の第２掛け部１４ａは、可動子１４の延び方向Ｙに間を置いて複数並べられる。第１掛け部１２ａと第２掛け部１４ａは、可動子１４の延び方向Ｙに互い違いに並ぶように配置される。

図５、図６に示すように、固定子１２は、可動方向Ｘから見て、可動子１４との可動方向Ｘでの対向箇所よりはみ出るはみ出し部１２ｄを有する。本実施形態のはみ出し部１２ｄは、可動子１４との対向箇所より延び方向Ｙの両側にはみ出る。はみ出し部１２ｄには、伸縮部材１６や付勢部材１８が固定される被固定部１２ｅが設けられる。被固定部１２ｅは、不図示の固定部材を用いてアクチュエータ１０の固定相手に固定される。本実施形態での固定相手とは、前述した電気機器のケーシングである。

図６に示すように、伸縮部材１６は、温度変化により伸縮可能な形状記憶合金を素材として構成される。この形状記憶合金は、たとえば、Ｎｉ−Ｔｉ合金等である。この形状記憶合金を用いた伸縮部材１６は、加熱により縮み変形可能であるとともに冷却により伸び変形可能である。本実施形態の伸縮部材１６は線状のワイヤーであるが、帯状のベルト等でもよい。

伸縮部材１６は、固定子１２の第１掛け部１２ａと可動子１４の第２掛け部１４ａに交互に掛けるように可動子１４の延び方向Ｙに張り渡される。詳しくは、伸縮部材１６は、可動子１４の可動方向Ｘで第１掛け部１２ａの可動子１４側（上側）に臨む箇所と、その可動方向Ｘで第２掛け部１４ａの固定子１２側（下側）に臨む箇所とに交互に掛けるように張り渡される。

伸縮部材１６は、張力を付与された状態で、第１雄ねじ部材２０を用いて両端部１６ａ、１６ｂが固定される。本実施形態の伸縮部材１６は固定子１２の被固定部１２ｅに両端部１６ａ、１６ｂが固定される。伸縮部材１６の両端部１６ａ、１６ｂは、不図示の外部電源回路に電気配線を介して電気的に接続される。

付勢部材１８は、固定子１２からの可動子１４の離脱を防止するために用いられる。本実施形態の付勢部材１８は、固定子１２や可動子１４の左側部分と右側部分のそれぞれに対応して個別に設けられる。本実施形態の付勢部材１８は、可動子１４から離間した箇所で固定子１２に固定される固定部１８ａと、可動子１４を下側（可動方向Ｘの他方側）に向けて押さえる押さえ部１８ｂとを有する。本実施形態の固定部１８ａは、固定子１２の被固定部１２ｅの上側に配置され、固定子１２の被固定部１２ｅに第２雄ねじ部材２２を用いて固定される。押さえ部１８ｂは、可動子１４の可動方向Ｘでの動きに追従して可動方向Ｘに弾性変形可能である。

第１雄ねじ部材２０は、伸縮部材１６と固定子１２を締結する。第２雄ねじ部材２２は、付勢部材１８と固定子１２を締結する。各雄ねじ部材２０、２２は固定子１２の左側部分の被固定部１２ｅと右側部分の被固定部１２ｅのそれぞれに対応して個別に設けられる。本実施形態の第１雄ねじ部材２０や第２雄ねじ部材２２の頭部と固定子１２の間には電極部材２６が挟み込まれる。電極部材２６は真鍮等の導電性素材を用いて構成される。固定子１２の左右両側の電極部材２６は不図示の外部電源回路に接続され、伸縮部材１６への通電に用いられる。本実施形態の第１雄ねじ部材２０の頭部と伸縮部材１６の間には板状の押さえ部材２８が配置され、伸縮部材１６は電極部材２６と押さえ部材２８の間に挟み込まれる。

雌ねじ部材２４は、固定子１２を挟んで可動子１４とは可動方向Ｘの反対側、つまり、固定子１２の下側に配置される。本実施形態の雌ねじ部材２４は、固定子１２の左側部分の被固定部１２ｅと右側部分の被固定部１２ｅのそれぞれに対応して個別に設けられる。本実施形態の雌ねじ部材２４は板状をなしており、固定子１２の被固定部１２ｅの下側に配置される。第１雄ねじ部材２０や第２雄ねじ部材２２は、雌ねじ部材２４にねじ込まれることで、雄ねじ部材２０、２２による締結対象と固定子１２を締結する。ここでの締結対象とは、第１雄ねじ部材２０では伸縮部材１６が該当し、第２雄ねじ部材２２では付勢部材１８が該当する。

図７は、図６のＡ−Ａ線断面図である。図６、図７に示すように、固定子１２は、第１支持ベース３０−Ａと、第１支持ベース３０−Ａに回転自在に支持される複数の第１回転体３２−Ａとを有する。複数の第１回転体３２−Ａのそれぞれは、前述の第１掛け部１２ａを構成する。可動子１４は、第２支持ベース３０−Ｂと、第２支持ベース３０−Ｂに回転自在に支持される複数の第２回転体３２−Ｂとを有する。複数の第２回転体３２−Ｂのそれぞれは、前述の第２掛け部１４ａを構成する。以下、第１支持ベース３０−Ａ、第２支持ベース３０−Ｂ等の共通点のある別々の構成要素に関して、総称するときは冒頭の「第１、第２」や符号の末尾の「−Ａ、−Ｂ」を省略する。

第１支持ベース３０−Ａは、複数の第１回転体３２−Ａの回転軸方向Ｚの両側に配置される一対の第１支持部３４−Ａと、一対の第１支持部３４−Ａに対して可動子１４の延び方向Ｙの両側に設けられる前述の被固定部１２ｅとを有する。第２支持ベース３０−Ｂは、複数の第２回転体３２−Ｂの回転軸方向Ｚの両側に配置される一対の第２支持部３４−Ｂを有する。ここでの第１回転体３２−Ａや第２回転体３２−Ｂの回転軸方向Ｚとは、可動子１４の可動方向Ｘ及び延び方向Ｙに直交する方向となる

一対の第１支持部３４−Ａは、複数の第１回転体３２−Ａを支持する役割を果たす。一対の第２支持部３４−Ｂは、複数の第２回転体３２−Ｂを支持する役割を果たす。一対の第１支持部３４−Ａや一対の第２支持部３４−Ｂは、可動子１４の延び方向Ｙに延びている。本実施形態の各支持部３４−Ａ、３４−Ｂは、可動子１４の延び方向Ｙに延びる板状をなす。

図４に示すように、一対の第１支持部３４−Ａは、可動子１４の延び方向Ｙに並ぶ複数の第１凸部３６を有する。第１凸部３６は上向きに突き出ている。第１回転体３２−Ａは、一対の第１支持部３４−Ａそれぞれの第１凸部３６の間に配置され、その第１凸部３６により回転自在に支持される。複数の第１凸部３６の間には下向きに窪む第１凹部３８が形成される。

一対の第２支持部３４−Ｂは、可動子１４の延び方向Ｙに並ぶ複数の第２凸部４０を有する。第２凸部４０は下向きに突き出ている。第２回転体３２−Ｂは、一対の第２支持部３４−Ｂそれぞれの第２凸部４０の間に配置され、その第２凸部４０により回転自在に支持される。複数の第２凸部４０の間には上向きに窪む第２凹部４２が形成される。

固定子１２の第１凸部３６と可動子１４の第２凸部４０は、可動子１４の延び方向Ｙに互い違いに並ぶように配置される。本実施形態の固定子１２の第１凸部３６は可動子１４の第２凹部４２と嵌合しており、固定子１２の第１凹部３８は可動子１４の第２凸部４０と嵌合している。

図７に示すように、一対の第１支持部３４−Ａには、互いに回転軸方向Ｚに対向する箇所に回転体３２の端部を支持する軸受孔３４ａが形成される。図示しないが、一対の第２支持部３４−Ｂにも同様の軸受孔３４ａが形成される。本実施形態の軸受孔３４ａは、軸受孔３４ａの内周面がすべり面となるすべり軸受として機能する。本実施形態の軸受孔３４ａは、一対の支持部３４の対向する内側面に開口する有底孔となり、回転体３２の端部を嵌め込み可能な形状である。

一対の第１支持部３４−Ａには、回転軸方向Ｚの外側に向けて第１軸受孔３４ａを開放する抜き孔３４ｂが形成される。図示しないが、一対の第２支持部３４−Ｂにも同様の抜き孔３４ｂが形成される。本実施形態の抜き孔３４ｂは、軸受孔３４ａより小径に形成される。本実施形態の抜き孔３４ｂは、有底孔となる軸受孔３４ａの底部に開口する。

一対の支持部３４の一部３４ｃは、回転体３２に巻き掛けられる伸縮部材１６の回転軸方向Ｚの両側に配置される。この支持部３４の一部３４ｃは、伸縮部材１６が回転軸方向Ｚに変位しようとしたとき、伸縮部材１６と接触することで、その変位を規制可能である。

図６に示すように、本実施形態の回転体３２は断面円形の柱状をなす。伸縮部材１６は、可動子１４の可動方向Ｘで第１回転体３２−Ａの可動子１４側（上側）に臨む外周面部分に巻き掛けられる。また、伸縮部材１６は、その可動方向Ｘで第２回転体３２−Ｂの固定子１２側（下側）に臨む外周面部分に巻き掛けられる。

本実施形態の第１支持ベース３０−Ａの被固定部１２ｅは、第１支持ベース３０−Ａの第１支持部３４−Ａより可動方向Ｘでの厚み寸法が小さくなるように形成される。被固定部１２ｅの下側面は、第１支持ベース３０−Ａの第１支持部３４−Ａの下側面より上側に位置し、被固定部１２ｅの上側面は、可動子１４の上側面より下側に位置する。

図３に示すように、以上の固定子１２の第１支持ベース３０−Ａは、一対の分割部材４４を組み合わせて構成される。一対の分割部材４４は、第１支持ベース３０−Ａを回転体３２の回転軸方向Ｚに分割した形状を持つ。一対の分割部材４４は、第１支持ベース３０−Ａの被固定部１２ｅとなる箇所で回転軸方向Ｚに対向する面を重ね合わせられる。

一対の分割部材４４の一方には、他方の分割部材４４との重ね合わせ箇所に嵌合凸部４６が形成される。一対の分割部材４４の他方には、一方の分割部材４４との重ね合わせ箇所に嵌合凸部４６が嵌め込まれる嵌合凹部４８が形成される。一対の分割部材４４は、嵌合凸部４６の嵌合凹部４８への嵌め込みにより、可動子１４の延び方向Ｙでの変位が規制され、その延び方向Ｙでの位置決めがなされる。

可動子１４の第２支持部３４−Ｂには、付勢部材１８の押さえ部１８ｂと可動方向Ｘに対向する箇所に窪み部１４ｃが形成される。付勢部材１８の押さえ部１８ｂは、可動子１４の窪み部１４ｃ内に配置され、その窪み部１４ｃの内壁面に接触する。

なお、固定子１２や可動子１４の各部位は、加熱により縮み変形した伸縮部材１６の放熱性を高めるため、熱伝導率に優れた素材を用いて構成される。この一例として、本実施形態の固定子１２や可動子１４はアルミニウムを用いて構成される。また、固定子１２や可動子１４の各部位は、アクチュエータ１０の動作時に通電状態になる伸縮部材１６から絶縁するため、表面に絶縁層（不図示）が被覆されている。絶縁層は、たとえば、アルマイト処理により得られるアルマイト層等である。ここでの各部位とは、固定子１２の第１支持ベース３０−Ａや第１回転体３２−Ａ、可動子１４の第２支持ベース３０−Ｂや第２回転体３２−Ｂをいう。

アクチュエータ１０の動作を説明する。
図８は、可動子１４が伸縮部材１６により駆動された状態を示す図である。伸縮部材１６は、外部電源回路から電気配線を介して通電されると、通電加熱により縮み変形しようとする。これにより、伸縮部材１６は、可動子１４を上側（可動方向Ｘの一方側）に向かう方向Ｐｄに押圧することで、可動子１４を同方向Ｐｄに駆動する。

可動子１４が上側に変位すると、付勢部材１８の押さえ部１８ｂは、可動子１４の変位に追従して上側に向かう方向Ｐｅに弾性変形する。付勢部材１８の押さえ部１８ｂは、自らの弾性変形量に応じた大きさの反発力を付勢力として可動子１４に付与する。この付勢力は、可動子１４の下側（可動方向の他方側）に向けて可動子１４に付与される。

伸縮部材１６は、外部電源回路による通電状態を解除すると、放熱することで元の形状に戻るように伸び変形する。これに伴い、可動子１４は、電気機器の付勢部の付勢力や付勢部材１８の付勢力により、伸縮部材１６により駆動される前の元の位置に向けて押し戻される。

第１実施形態のアクチュエータ１０の効果を説明する。
（Ａ）固定子１２や可動子１４の掛け部１２ａ、１４ａは、支持ベース３０に回転自在に支持される回転体３２が構成する。図１（ｃ）、図２で説明したように、隣り合う第１掛け部１２ａの間や隣り合う第２掛け部１４ａの間に伸縮部材１６を押し込む場合を考える。この場合、伸縮部材１６との摩擦抵抗に起因して掛け部１２ａ、１４ａを構成する回転体３２が回転し、隣り合う第１掛け部１２ａや隣り合う第２掛け部１４ａの間に伸縮部材１６をスムーズに送り易くなる。この結果、伸縮部材１６に付与される引張応力Ｆａを軽減でき、伸縮部材１６の破断を防止できる。また、伸縮部材１６の組み付け作業において、隣り合う第１掛け部１２ａや隣り合う第２掛け部１４ａの間に伸縮部材１６を押し込み易くなるため、良好な作業性を得られる。

支持ベース３０の支持部３４には、軸受孔３４ａを開放する抜き孔３４ｂが形成される。よって、支持ベース３０の軸受孔３４ａ内に回転体３２の端部を配置するにあたり、軸受孔３４ａ内の空気を抜き孔３４ｂを通して抜けるようになる。このため、支持ベース３０の軸受孔３４ａ内に回転体３２の端部を配置し易くなる。特に、後述の潤滑剤５８を回転体３２に塗布する場合、回転体３２の端部に塗布された潤滑剤５８の一部も抜き孔３４ｂを通して抜けるようになる。この点からも、支持ベース３０の軸受孔３４ａ内に回転体３２の端部を配置し易くなる。

支持ベース３０の支持部３４は、伸縮部材１６の回転軸方向Ｚでの変位を規制可能である。よって、伸縮部材１６の組み付け作業において、支持ベース３０の支持部３４を用いて伸縮部材１６の回転体３２からの離脱を防止できる。

（第２の実施の形態）
図９は、第２実施形態のアクチュエータ１０を図７と同じ視点から見た図である。第１実施形態の回転体３２は、支持ベース３０に直接に回転自在に支持される例を説明した。本実施形態の回転体３２はプーリ５０であり、プーリ軸５２を介して支持ベース３０に回転自在に支持される。プーリ５０は、筒状部材である。プーリ５０には周方向に沿って延びるプーリ溝５０ａが形成され、プーリ溝５０ａに伸縮部材１６が巻き掛けられる。プーリ軸５２は、プーリ５０の内周側を挿通され、プーリ５０と一体的に回転可能に設けられる。プーリ軸５２は、支持ベース３０の軸受孔３４ａに回転自在に支持される。

本実施形態のアクチュエータ１０によっても、第１実施形態の（Ａ）で説明した効果を得られる。

（第３の実施の形態）
図１０は、第３実施形態のアクチュエータ１０の斜視図である。図１１は、第３実施形態のアクチュエータ１０の側面断面図である。本実施形態では、前述の通り、固定子１２や可動子１４の伸縮部材１６との接触箇所に下地面より表面粗さが小さい表面処理面を設けている。

本実施形態の固定子１２や可動子１４は支持ベース３０と回転体３２を有しておらず、固定子１２の第１掛け部１２ａや可動子１４の第２掛け部１４ａが回転不能に構成される。本実施形態の第１掛け部１２ａは上向きに突き出ている。複数の第１掛け部１２ａの間には下向きに窪む第３凹部１２ｂが形成される。本実施形態の第２掛け部１４ａは下向きに突き出ている。複数の第２掛け部１４ａの間には上向きに窪む第４凹部１４ｂが形成される。本実施形態の固定子１２の第１掛け部１２ａは可動子１４の第４凹部１４ｂと嵌合しており、可動子１４の第２掛け部１４ａは固定子１２の第３凹部１２ｂと嵌合している。

図１２は、図１１の一部の拡大図である。本実施形態の第１掛け部１２ａには上向きに凸となる半円状の第１円弧面１２ｄが形成される。本実施形態の第２掛け部１４ａには下向きに凸となる半円状の第２円弧面１４ｄが形成される。

本実施形態では、固定子１２の第１掛け部１２ａや可動子１４の第２掛け部１４ａの伸縮部材１６との接触箇所に表面処理面５４が設けられる。ここでの接触箇所とは、可動子１４の可動方向Ｘで第１掛け部１２ａの可動子１４側（上側）に臨む箇所と、その可動方向Ｘで第２掛け部１４ａの固定子１２側（下側）に臨む箇所である。

表面処理面５４は、表面処理面５４の下地となる下地面５６より表面粗さが小さくなるように設けられる。本実施形態での下地面５６とは、固定子１２や可動子１４を被覆する絶縁層（アルマイト層）の外面である。表面処理面５４は、下地面５６より表面粗さを小さくする表面処理を下地面に施すことにより得られる。本実施形態での表面処理は潤滑剤の塗布である。この潤滑剤は、たとえば、フッ素系グリース、モリブデン系グリース等である。本実施形態の表面処理面５４は、下地面５６に層状に塗布された潤滑剤５８の外面により構成される。本図では、説明の便宜のため、潤滑剤５８にのみハッチングを付す。固定子１２や可動子１４の掛け部１２ａ、１４ａの伸縮部材１６との接触箇所には潤滑剤５８が塗布されているともいえる。

この表面処理面５４は、掛け部１２ａ、１４ａの円弧面１２ｄ、１４ｄの円中心Ｃａを中心とする角度範囲Ｓａであって、可動方向Ｘでの掛け部１２ａ、１４ａの頂点Ｃｂを中央とする所定の角度範囲Ｓａにある箇所を含むように設けられる。ここでの掛け部１２ａ、１４ａの頂点Ｃｂとは、掛け部１２ａ、１４ａの円弧面１２ｄ、１４ｄの中心点Ｃａから可動子１４の可動方向Ｘに沿って延びる直線Ｌａと円弧面１２ｄ、１４ｄとの交点をいう。この所定の角度範囲Ｓａは、少なくとも９０°以上の範囲に設定される。これは、通常、この角度範囲Ｓａに伸縮部材１６が接触するためである。この角度範囲Ｓａは、特に伸縮部材１６が接触する可能性が高い範囲として、１８０°以上の範囲に設定されると好ましい。本実施形態では角度範囲Ｓａを１８０°に設定している。なお、固定子１２の第３凹部１２ｂや可動子１４の第４凹部１４ｂでの表面処理面５４の有無は特に問わない。

第３実施形態のアクチュエータ１０の効果を説明する。
本実施形態では、固定子１２の第１掛け部１２ａや可動子１４の第２掛け部１４ａの伸縮部材１６との接触箇所に下地面より表面粗さが小さい表面処理面が設けられている。図１（ｃ）で説明したように、隣り合う第１掛け部１２ａの間や隣り合う第２掛け部１４ａの間に伸縮部材１６を押し込む場合を考える。この場合に、第１掛け部１２ａや第２掛け部１４ａとの間で生じる伸縮部材１６の摩擦抵抗に関して、伸縮部材１６が下地面５６に直接に接触するより軽減でき、隣り合う第１掛け部１２ａや隣り合う第２掛け部１４ａの間に伸縮部材１６をスムーズに送り易くなる。この結果、伸縮部材１６に付与される引張応力Ｆａを軽減でき、伸縮部材１６の破断を防止できる。また、伸縮部材１６の組み付け作業において、隣り合う第１掛け部１２ａや隣り合う第２掛け部１４ａの間に伸縮部材１６を押し込み易くなるため、良好な作業性を得られる。

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

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

固定子１２や可動子１４は、第１掛け部１２ａと第２掛け部１４ａが互い違いに並ぶように配置されていれば、その具体的な形状は特に限定されない。たとえば、固定子１２や可動子１４は、直線状に延びる場合の他に曲線状に延びていてもよい。

固定子１２は、複数の第１掛け部１２ａを有し、可動子１４は、複数の第２掛け部１４ａを有する例を説明した。第１掛け部１２ａと第２掛け部１４ａは、何れかが単数でもよい。

伸縮部材１６や付勢部材１８は、固定子１２への固定方法、形状、配置位置に関して、特に限定されない。付勢部材１８は押さえ部１８ｂが弾性変形可能なばね部材を例に説明したが、その具体例は特に限定されない。付勢部材１８は、ばね部材とする場合、たとえば、線ばね、コイルばねでもよい。また、付勢部材１８は、ばね部材の他にゴム部材が用いられてもよい。付勢部材１８は、ばね部材、ゴム部材等の弾性部材でもよいということである。

実施形態では、固定子１２及び可動子１４の両方が、支持ベース３０と、支持ベース３０に対して回転自在に支持される回転体３２とを有する例を説明した。これに限定されず、固定子１２及び可動子１４の少なくとも一方が、支持ベース３０と回転体３２とを有していればよい。たとえば、固定子１２のみが第１支持ベース３０−Ａと第１掛け部１２ａを構成する第１回転体３２−Ａとを有し、可動子１４は第２支持ベース３０−Ｂと第２回転体３２−Ｂを有しない構成としてもよい。この場合、固定子１２の第１掛け部１２ａのみが回転自在となり、可動子１４の第２掛け部１４ａは回転不能となる。

支持ベース３０の支持部３４の軸受孔３４ａは、回転体３２の端部を直接に支持するすべり軸受として機能する例を説明したが、回転体３２の端部を転がり軸受を介して支持してもよい。支持ベース３０の支持部３４には抜き孔３４ｂが形成されていなくともよい。支持ベース３０の一対の支持部３４は、伸縮部材１６の回転軸方向Ｚでの変位を規制可能である例を説明したが、伸縮部材１６の変位を規制不能でもよい。

第３実施形態では、固定子１２及び可動子１４の両方の伸縮部材１６との接触箇所に表面処理面５４が設けられる例を説明した。これに限定されず、固定子１２及び可動子１４の少なくとも一方の伸縮部材１６との接触箇所に表面処理面５４が設けられていてもよい。また、表面処理面５４は、固定子１２や可動子１４の掛け部１２ａ、１４ａが回転可能に構成される場合に用いられてもよい。

表面処理面５４を設けるための表面処理として潤滑剤５８の塗布を例に説明した。この表面処理は、下地面５６より表面粗さを小さくできるものであればよく、その具体例は特に限定されない。たとえば、カシマコート（登録商標）処理、タフラム（登録商標）処理等でもよい。カシマコート処理は、陽極酸化処理により得られたアルマイト層のポーラス内に二次電解により二硫化モリブデンを析出させる処理をいう。タフラム処理は、アルマイト層の外面の微少な凹部内にフッ素樹脂を含浸させる処理をいう。いずれの場合も、アルマイト層の外面を下地面５６とし、その下地面５６の一部を残して二硫化モリブデン、フッ素樹脂等の潤滑剤が下地面５６の外面に設けられたものが表面処理面５４となる。このように、表面処理面５４は、下地面５６に層状に塗布された潤滑剤５８でもよいし、下地面５６と潤滑剤の組み合わせでもよい。いずれの場合も、表面処理面５４は、表面処理面５４を構成する潤滑剤を除いた場合に現れる下地面５６より表面粗さが小さくなるという構造面での共通点がある。

第３実施形態や変形例で説明したアクチュエータ１０に関する内容は、アクチュエータ１０に用いられる固定子１２や可動子１４の加工方法に適用されてもよい。この加工方法には、固定子１２の第１掛け部１２ａ及び可動子１４の第２掛け部１４ａの少なくとも一方に対して、伸縮部材１６と接触すべき箇所に下地面５６より表面粗さを小さくする表面処理を施すステップが含まれる。これにより、固定子１２や可動子１４に前述した表面処理面５４が設けられる。

１０…アクチュエータ、１２…固定子、１２ａ…第１掛け部、１４…可動子、１４ａ…第２掛け部、１６…伸縮部材、３０…支持ベース、３２…回転体、３４…支持部、３４ａ…軸受孔、３４ｂ…抜き孔、５４…表面処理面、５６…下地面。

Claims

第１掛け部を有する固定子と、
前記固定子と対向する可動子であって、前記第１掛け部と互い違いに並ぶように配置される第２掛け部を有し、前記固定子と対向する方向を可動方向として移動可能な可動子と、
温度変化により伸縮可能な形状記憶合金を素材として構成され、前記第１掛け部と前記第２掛け部に交互に掛けるように張り渡され、縮み変形により前記可動子を駆動可能な伸縮部材と、を備え、
前記固定子及び前記可動子の少なくとも一方は、支持ベースと、前記支持ベースに回転自在に支持され、前記掛け部を構成する回転体とを有し、
前記支持ベースは、前記回転体の回転軸方向の両側に配置され、前記回転体の端部を支持する軸受孔が形成された一対の支持部を有し、
前記支持部には、前記回転軸方向の外側に向けて前記軸受孔を開放する抜き孔が形成され、
前記抜き孔は、前記軸受孔より小径に形成されるアクチュエータ。
前記支持ベースは、前記回転体の回転軸方向の両側に配置され、前記回転体の端部を支持する一対の支持部を有し、
前記支持部は、前記伸縮部材の前記回転軸方向での変位を規制可能である請求項１に記載のアクチュエータ。
第１掛け部を有する固定子と、
前記固定子と対向する可動子であって、前記第１掛け部と互い違いに並ぶように配置される第２掛け部を有し、前記固定子と対向する方向を可動方向として移動可能な可動子と、
温度変化により伸縮可能な形状記憶合金を素材として構成され、前記第１掛け部と前記第２掛け部に交互に掛けるように張り渡され、縮み変形により前記可動子を駆動可能な伸縮部材と、を備え、
前記第１掛け部及び前記第２掛け部の両方には、前記伸縮部材との接触箇所に下地面より表面粗さが小さい表面処理面が設けられ、
前記表面処理面は、前記下地面に層状に塗布された潤滑剤であり、
前記表面処理面は、前記第１掛け部の前記表面処理面に対して前記可動子の前記可動方向に対向する箇所と、前記第２掛け部の前記表面処理面に対して前記固定子の前記可動方向に対向する箇所とに設けられないアクチュエータ。