JP7199090B2 - actuator - Google Patents
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Description
本発明は、形状記憶合金(SMA:Shape Memory Alloy)を用いたアクチュエータに関する。 The present invention relates to an actuator using a shape memory alloy (SMA).
従来、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アクチュエータが知られる。SMAアクチュエータは、形状記憶合金製の伸縮部材を備え、伸縮部材の温度変化による伸縮を利用して駆動対象を駆動できる。 Conventionally, an SMA actuator using a shape memory alloy is known as an actuator that can be miniaturized. The SMA actuator includes an elastic member made of a shape memory alloy, and can drive an object by utilizing the expansion and contraction of the elastic member due to temperature change.
特許文献1のSMAアクチュエータは、固定子と、固定子に対して移動可能な可動子と、固定子と可動子の間に張り渡される伸縮部材と、可動子を移動可能に固定子に取り付けるネジとを備える。 The SMA actuator of Patent Document 1 includes a stator, a mover movable with respect to the stator, an expandable member stretched between the stator and the mover, and a screw for movably attaching the mover to the stator. and
本発明者は、特許文献1のアクチュエータを検討したところ、次の課題があるとの認識を得た。特許文献1のアクチュエータは、ネジにより固定子に可動子を取り付けるまで、固定子と可動子が容易にばらけてしまう。よって、アクチュエータの組み立て時の作業性の面で改良の余地があった。 The inventor of the present invention has studied the actuator of Patent Document 1 and has recognized that there is the following problem. In the actuator of Patent Document 1, the stator and the mover are easily separated until the mover is attached to the stator with screws. Therefore, there is room for improvement in terms of workability when assembling the actuator.
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、形状記憶合金を用いたアクチュエータの組み立て時に良好な作業性を得られる技術を提供する。 An aspect of the present invention has been made in view of such a problem, and one of the objects thereof is to provide a technique that can obtain good workability when assembling an actuator using a shape memory alloy.
前述の課題を解決するための本発明の第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、固定子と、前記固定子に対して第1方向に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、縮み変形により前記可動子を前記第1方向の一方側に駆動可能な伸縮部材と、前記第1方向での前記固定子と前記可動子の分離を規制可能な分離規制部材と、前記分離規制部材とは別に設けられ、前記第1方向と直交する二方向での前記固定子に対する前記可動子の位置を保持可能な位置保持構造とを備えるアクチュエータ。 A first aspect of the present invention for solving the aforementioned problems is an actuator. The actuator of the first mode is composed of a stator, a mover movable in a first direction with respect to the stator, and a shape memory alloy that can be expanded and contracted by temperature change, and the mover is moved by contraction deformation. An expandable member that can be driven in one direction in the first direction, a separation regulation member that can regulate separation of the stator and the mover in the first direction, and a separation regulation member provided separately from the separation regulation member, and a position holding structure capable of holding the position of the mover with respect to the stator in two directions perpendicular to the first direction.
この態様によれば、アクチュエータの組み立て時に良好な作業性を得られる。 According to this aspect, good workability can be obtained when assembling the actuator.
以下、本発明の実施形態の一例を説明する。同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。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、その寸法を適宜拡大、縮小する。図面は符号の向きに合わせて見るものとする。本明細書での「接触」、「固定」とは、特に明示がない限り、言及している条件を二者が直接的に満たす場合の他に、他の部材を介して満たす場合も含む。 An example of an embodiment of the present invention will be described below. The same reference numerals are given to the same components, and overlapping descriptions are omitted. In each drawing, for convenience of explanation, some of the components are omitted or the dimensions thereof are enlarged or reduced as appropriate. The drawings should be viewed according to the orientation of the symbols. Unless otherwise specified, the terms "contact" and "fixation" in this specification include cases in which the two parties directly satisfy the mentioned conditions as well as cases in which the conditions are satisfied via another member.
(第1の実施の形態)
図1、図2を参照する。アクチュエータ10が用いられる駆動装置12を説明する。本実施形態の駆動装置12は、アクチュエータ10の駆動対象14を往復動させることで、駆動対象14に触れているユーザUに触感を付与可能な触感付与装置である。本実施形態の駆動対象14は、タッチパネル装置のタッチパネルである。
(First embodiment)
Please refer to FIGS. A
駆動装置12は、駆動対象14を押圧するアクチュエータ10と、アクチュエータ10の押圧方向Paとは反対側の反押圧方向Pbに駆動対象14を付勢する付勢部16と、を備える。付勢部16は、たとえば、コイルスプリング等の弾性体である。
The
駆動装置12は、駆動対象14に対するタッチ操作を検出可能なタッチ検出部18と、タッチ検出部18の検出結果に基づき、アクチュエータ10の伸縮部材26(後述する)に対する通電を制御可能な制御部20と、を備える。タッチ検出部18は、たとえば、タッチパネルに組み込まれる静電容量式タッチセンサ等である。制御部20は、コンピュータのCPU、ROM、RAM等の組み合わせにより構成される。
The
図2~図5を参照する。アクチュエータ10は、主に、固定子22と、可動子24と、伸縮部材26と、分離規制部材28と、付勢部材30と、を備える。
Please refer to FIGS. The
可動子24は、固定子22に対して第1方向(以下、単にZ方向という)に移動可能である。詳しくは、可動子24は、固定子22とZ方向に対向しており、そのZ方向の両側に移動可能である。Z方向の一方側(図2中の上側)は、可動子24が駆動対象14を押圧する押圧方向Paとなり、Z方向の他方側(図2中の下側)は反押圧方向Pbとなる。以下、押圧方向Paを上側又は上方向といい、反押圧方向Pbを下側又は下方向ともいう。
The
本実施形態の固定子22と可動子24は、全体として、Z方向と交差する第2方向X(以下、単にX方向ともいう)に延びる長尺体である。固定子22と可動子24は直線状に延びる長尺体である。X方向は固定子22や可動子24の長手方向であり、本実施形態ではZ方向と直交する。以下、Z方向及びX方向に直交する第3方向YをY方向という。
The
固定子22は、可動子24とZ方向に対向する箇所よりX方向に突き出る突出部22aを備える。本実施形態の突出部22aは、可動子24とZ方向に対向する箇所に対してX方向両側に設けられる。突出部22aには、駆動対象14が組み込まれる外部機器に取り付けられる被取付部22bが設けられる。固定子22の被取付部22bは、ねじ部材等の取付部材32を用いて、外部機器のアクチュエータ取付部34に取り付けられる。
The
本実施形態の可動子24は、固定子22を間に挟んで駆動対象14とはZ方向の反対側に配置される。本実施形態の固定子22は上側に配置され、可動子24は下側に配置される。本実施形態の押圧方向Paは可動子24が固定子22に近づく方向となり、反押圧方向Pbは可動子24が固定子22から遠ざかる方向となる。可動子24は、駆動対象14を押圧するための押圧部24aを備える。詳細は後述する。
The
伸縮部材26は、線状のワイヤーを例示するが、帯状のベルト等でもよい。伸縮部材26の両端側部分は、固定部材36を用いて固定子22に固定される。本実施形態では固定子22の突出部22aに固定される。本実施形態の固定部材36はねじ部材であり、固定子22に設けられる雌ねじ部22cにねじ込まれる。固定部材36は、固定子22との間に伸縮部材26の一部を挟み込むことで、伸縮部材26を固定子22に固定する。伸縮部材26の両端側部分は、不図示の電気配線を介して制御部20に電気的に接続される。
A linear wire is exemplified as the
伸縮部材26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。形状記憶合金製の伸縮部材26は、加熱による逆変態(オーステナイト変態)により縮み変形可能であるとともに、冷却によるマルテンサイト変態により伸び変形可能である。
The
本実施形態の伸縮部材26は、固定子22と可動子24に巻き付けられている。伸縮部材26の巻き付け箇所の内側には固定子22と可動子24の両方が配置される。伸縮部材26は、固定子22と可動子24のZ方向に対向している箇所に巻き付けられる。
The
伸縮部材26は、固定子22のZ方向の外面部22dと可動子24のZ方向の外面部24dとに交互に接触するように巻き付けられる。ここでの固定子22の外面部22dとは、可動子24とはZ方向の反対側に設けられる固定子22の一部をいう。また、可動子24の外面部24dとは、固定子22とはZ方向の反対側に設けられる可動子24の一部をいう。これにより、伸縮部材26は、Z方向での固定子22及び可動子24の離脱を規制するように張り渡される。また、伸縮部材26は、Y方向での固定子22及び可動子24の相対的な動きを規制するように張り渡される。
The
本実施形態の伸縮部材26は、伸縮部材26の巻き方向Pcに向かうにつれて、X方向に延びるように固定子22と可動子24に巻き付けられている。ここでの巻き方向Pcとは、伸縮部材26が巻き付けられている箇所で伸縮部材26の長手方向に沿う方向をいう。この一例として、本実施形態の伸縮部材26は、固定子22と可動子24に螺旋状に巻き付けられている。
The
伸縮部材26には、付勢部材30の付勢力が可動子24を介して付与されており、その付勢力により張力が付与される。本実施形態では、固定子22から可動子24がZ方向で遠ざかる方向に付勢力が付与される。これにより、可動子24は、固定子22から間隔を空けた位置に配置される。伸縮部材26は、このような張力を付与された状態で固定子22及び可動子24に交互に接触するように張り渡されることになる。本実施形態の伸縮部材26は、縮み変形によって、Z方向において可動子24を固定子22に近づける方向(押圧方向Pa)に駆動可能である。
A biasing force of a biasing
分離規制部材28は、Z方向での固定子22と可動子24の分離を規制可能である。分離規制部材28は、伸縮部材26と同様、ねじ部材等の固定部材を用いて、固定子22に固定される。本実施形態の分離規制部材28は伸縮部材26が兼ねている。
付勢部材30は、可動子24を反押圧方向Pbに付勢可能である。本実施形態の付勢部材30は、コイルスプリング、つまり、弾性体である。本実施形態の付勢部材30は固定子22と可動子24の間に配置される。
The biasing
固定子22には、X方向及びY方向での固定子22に対する相対移動を規制可能に付勢部材30を支持する固定子側支持部22eが設けられる。本実施形態の固定子側支持部22eは、付勢部材30のZ方向の一端部を収納する有底凹部であるが、付勢部材30の一端部の内部に嵌め込まれる凸部等でもよい。可動子24には、X方向及びY方向での可動子24に対する相対移動を規制可能に付勢部材30を支持する可動子側支持部24eが設けられる。本実施形態の可動子側支持部24eは、付勢部材30のZ方向の他端部を収納する有底凹部であるが、付勢部材30の他端部の内部に嵌め込まれる凸部等でもよい。
The
ここで、アクチュエータ10は、Y方向及びZ方向の二方向での固定子22に対する可動子24の位置を保持する位置保持構造80を備える。本実施形態の位置保持構造80には第1位置保持構造80が含まれる。第1位置保持構造80は、固定子22に設けられる受け部40と、可動子24に設けられる位置決め部42とを備える。第1位置保持構造80は、受け部40と位置決め部42の接触によって、前述のように固定子22に対する可動子24の位置を保持する。
Here, the
本実施形態において、位置決め部42は、可動子24からZ方向に突き出る凸部44である。この凸部44は、固定子22に対して可動子24のZ方向に対向する箇所から突き出ている。また、本実施形態において、受け部40は凸部44が差し込まれる凹部46である。本実施形態において、凸部44は柱状をなしており、凹部46は固定子22をZ方向に貫通する貫通孔である。本実施形態において、位置決め部42を構成する凸部44は押圧部24aを兼ねている。
In this embodiment, the positioning
本実施形態の受け部40は、固定子22の他の部位を構成する単数の部材により構成される。本実施形態の位置決め部42は、可動子24の他の部位を構成する単数の部材により構成される。ここでの他の部位とは、たとえば、固定子22や可動子24での伸縮部材26の接触箇所をいう。本実施形態において、受け部40と位置決め部42の組は、X方向に間を空けた複数箇所に設けられる。
The receiving
本実施形態の固定子22の受け部40は、可動子24の位置決め部42を摺動させることで、可動子24のX方向やY方向での移動を規制するようにガイドする機能を持つ。受け部40は、このようなガイド機能を持つものの、Z方向での固定子22と可動子24の分離を規制する機能は持たない。本実施形態の受け部40は、可動子24の位置決め部42が接触することで、可動子24のX方向両側の移動や、そのY方向両側の移動を規制可能である。
The receiving
なお、本実施形態の凸部44は、固定子22から駆動対象14側に突き出るように設けられる。伸縮部材26は、その凸部44を避けるように固定子22に巻き付けられる。また、凸部44の外周側には付勢部材30が配置される。
In addition, the
アクチュエータ10とともに駆動装置12の動作を説明する。図2、図6を参照する。図2は、伸縮部材26が通電により縮み変形する前の状態を示し、図6は、伸縮部材26が通電により縮み変形した後の状態を示す。
The operation of the
駆動装置12の制御部20は、予め定められた駆動開始条件を満たすと、予め定められた通電条件のもとで伸縮部材26に通電する。本実施形態の駆動開始条件は駆動対象14に対するタッチ操作がタッチ検出部18により検出されることである。通電条件は、伸縮部材26が逆変態開始温度以上の温度域まで伸縮部材26を加熱することで、伸縮部材26を縮み変形させることが可能な条件に設定される。
When a predetermined driving start condition is satisfied, the
制御部20による通電に伴い伸縮部材26が縮み変形すると、伸縮部材26により可動子24が押圧方向Paに駆動される(図6参照)。制御部20による伸縮部材26に対する通電が停止すると、伸縮部材26が放熱冷却により元の形状に復元するように伸び変形する。これに伴い、付勢部材30の付勢力により可動子24が反押圧方向Pbに押し戻される(図2参照)。
When the expansion/
可動子24が押圧方向Paに移動すると、駆動対象14は、駆動装置12の付勢部16の付勢力に抗して、可動子24の押圧部24aにより押圧方向Paに押圧される(図6参照)。可動子24が反押圧方向Pbに移動すると、駆動対象14は、付勢部16の付勢力により反押圧方向Pbに動かされる(図2参照)。
When the
このように可動子24は、伸縮部材26の伸縮(縮み変形)と付勢部材30の付勢力によって往復動するように動かされる。駆動対象14は、可動子24と付勢部16の付勢力によって、可動子24のZ方向での往復動に連動して、自らも往復動するように動かされる。これにより、駆動対象14に触れているユーザUに駆動対象14の振動(往復動)を伝達させ、ユーザに触感を付与できる。
In this manner, the
本実施形態では、図6に示すように、伸縮部材26が縮み変形した状態にあるとき、可動子24は、固定子22とZ方向に対向する箇所24fで固定子22に接触する。この固定子22と可動子24のZ方向に対向する箇所22f、24fは平坦面である。
In this embodiment, as shown in FIG. 6, when the
アクチュエータ10の組み立て手順の一例を説明する。図7(A)に示すように、固定子22の受け部40に可動子24の位置決め部42がX方向及びY方向で接触可能な位置に配置する。本実施形態では、固定子22及び可動子24の一方の凸部44をそれらの他方の凹部46内に差し込むことで、これを実現する。これにより、分離規制部材28を固定子22に固定しなくとも、固定子22及び可動子24をX方向やY方向に位置決めできる。このとき、固定子22と可動子24の間に付勢部材30を予め配置しておく。
An example of the procedure for assembling the
次に、図7(B)に示すように、固定子22や可動子24に接触するように伸縮部材26を張り渡し、伸縮部材26を固定子22に固定する。本実施形態では、固定子22や可動子24に伸縮部材26を巻き付けたうえで、伸縮部材26の両端部を固定部材36を用いて固定子22に固定する。
Next, as shown in FIG. 7B, the
このように伸縮部材26を巻き付けるうえで、固定子22を固定治具70に固定し、可動子24を可動治具72に固定する。可動子24は、固定子22との間に所定のZ方向の寸法Laを持つ隙間68を空けた位置に配置する。この隙間68の寸法Laは、可動治具72により可動子24をZ方向に移動させることで調整する。この隙間68の寸法Laは、付勢部材30が弾性変形する大きさに設定される。この隙間68の寸法Laが維持されるように、可動治具72によって、付勢部材30の付勢力に抗する所定の押し付け荷重Faを付与した状態を維持する。
In winding the
隙間68の寸法Laを調整した条件のもと、伸縮部材26の一端部を固定部材36に固定する。この後、伸縮部材26の他端部に所定の引張荷重を付与しつつ、固定子22や可動子24に伸縮部材26を巻き付けた後、伸縮部材26の他端部を固定部材36に固定する。この後、可動治具72により付与される押し付け荷重Faを解除すると、隙間68の寸法Laのときに生じる付勢部材30の付勢力に応じた大きさの張力が伸縮部材26に付与される。伸縮部材26を固定子22に固定してから伸縮部材26に張力を付与できることになる。この伸縮部材26の張力は、隙間68の寸法Laに応じた大きさとなり、その寸法Laが小さくなるほど大きくなる。このように、本実施形態のアクチュエータ10によれば、伸縮部材26を巻き付けるときの固定子22と可動子24の隙間68の寸法Laを調整することで、伸縮部材26に付与される張力を容易に調整できる。
One end of the
以上のアクチュエータ10の効果を説明する。
Effects of the
(A)アクチュエータ10は、分離規制部材28とは別に設けられ、X方向及びY方向での固定子22に対する可動子24の位置を保持する位置保持構造80を備える。よって、分離規制部材28(伸縮部材26)により固定子22と可動子24の分離を規制する前段階において、位置保持構造80によって、固定子22と可動子24のX方向やY方向での位置ずれを防止できる(図7(A)参照)。これに伴い、固定子22と可動子24が容易にばらける事態を避けられ、アクチュエータ10の組み立て時に良好な作業性を得られる。
(A) The
(B)可動子24の位置決め部42は可動子24の押圧部24aを兼ねている。よって、可動子24の位置決め部42と押圧部24aを別に設けるより、可動子24の構成を簡素化でき、部品コストの軽減を図れる。
(B) The
(C)伸縮部材26は、固定子22及び可動子24のZ方向での離脱を規制するように張り渡される。よって、伸縮部材26が分離規制部材28を兼ねることができ、これらを別々に設けるより部品点数の削減を図れる。また、伸縮部材26により固定子22及び可動子24のZ方向での相対移動を規制できる他に、Y方向での相対移動を規制できる。よって、固定子22及び可動子24のY方向での位置ずれを抑えられるうえ、そのY方向での分離を防止できる。この効果は、前述の受け部40と位置決め部42の組み合わせがなくとも得られる。
(C) The
伸縮部材26は、伸縮部材26の内側に固定子22と可動子24の両方が配置されるように、固定子22と可動子24に巻き付けられている。よって、伸縮部材26を後述する貫通孔60内に通さずとも、固定子22及び可動子24の離脱を規制するように伸縮部材26を張り渡せる。このため、伸縮部材26の張り渡し時に良好な作業性を得られる。
The
伸縮部材26は、巻き方向Pcに向かうにつれてX方向に延びるように固定子22や可動子24に巻き付けられる。よって、二次元的に巻き付ける場合と比べて、固定子22や可動子24に対する伸縮部材26の接触範囲をX方向に広くできる。これに伴い、通電加熱された伸縮部材26を放熱冷却するとき、固定子22や可動子24に対する伸縮部材26からの伝熱量を増大できる。これにより、固定子22や可動子24からの放熱量を増大でき、良好な放熱効果を得られる。
The
なお、伸縮部材26は、固定子22や可動子24の間を通らずに、固定子22や可動子24の外面部22d、24dに接触するように張り渡される。かりに、固定子22と可動子24の間を通るように伸縮部材26が配置された場合、伸縮部材26から放出された熱が固定子22と可動子24の間にこもり易くなる。これに対して、本実施形態によれば、このように伸縮部材26から放出された熱がこもる事態を避けられるため、良好な放熱効果を得やすくなる。
The expansion/
また、固定子22や可動子24は、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、固定子22や可動子24は、アルミニウム、つまり、金属系素材を用いて構成される。また、固定子22や可動子24の外面には、伸縮部材26から絶縁するため、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である。
In addition, the
次に、アクチュエータ10の他の工夫点を説明する。図4を参照する。固定子22及び可動子24の少なくとも一方には、伸縮部材26が内側に配置される溝部50、52が設けられる。本実施形態では固定子22及び可動子24の両方の外面部22d、24dに設けられる。固定子22の外面部22dには複数の第1溝部50が設けられ、可動子24の外面部24dには複数の第2溝部52が設けられる。溝部50、52は、固定子22や可動子24に対する伸縮部材26の巻き付け箇所に設けられる。
Next, another devised point of the
固定子22と可動子24がZ方向に対向する箇所において、固定子22の軸心Ca周りを回る方向を固定子22の周方向といい、可動子24の軸心Cb周りを回る方向を可動子24の周方向という。
The direction in which the
第1溝部50は、固定子22の外面部22dにて固定子22の周方向に延びるように設けられる。本実施形態の第1溝部50は、伸縮部材26の巻き方向Pcに向かうにつれて、X方向に延びるように設けられる。第1溝部50の両端部50aは、固定子22の外面部22dの周方向両側の端部に設けられる。
The
第2溝部52は、可動子24の外面部24dにて可動子24の周方向に延びるように設けられる。本実施形態の第2溝部52は、伸縮部材26の巻き方向Pcに向かうにつれて、X方向に延びるように設けられる。第2溝部52の両端部52aは、可動子24の外面部24dの周方向両側の端部に設けられる。
The
第1溝部50の端部50aの開口部と、第2溝部52の端部52aの開口部とは、Z方向に対向する箇所に設けられる。伸縮部材26は、Z方向に対向する箇所にある第1溝部50の開口部と第2溝部52の開口部を通るように設けられる。
The opening of the
固定子22や可動子24に溝部50、52を設けることで、伸縮部材26を溝部50、52内に配置しつつ、固定子22や可動子24に伸縮部材26を巻き付けられる。よって固定子22や可動子24に対する伸縮部材26の位置ずれが生じ難くなり、伸縮部材26の巻き付け作業が容易となる。また、固定子22や可動子24の表面積を増大させ易くなるため、固定子22や可動子24からの放熱量の増大により、良好な放熱効果を得やすくなる。
By providing the
図8を参照する。第1溝部50と第2溝部52は、大半の構成が共通するため、その共通する構成に関しては図8を参照に説明する。溝部50、52の両側面54は、その長手方向に直交する断面において、溝部50、52の底側に向かうにつれて幅狭となるように形成される。ここでの溝部50、52の側面54とは、その断面において、溝部50、52の深さ方向Pdと直交する溝幅方向Peの面をいう。この条件は、溝部50、52の深さ方向Pdの少なくとも一部において満たされていればよい。本実施形態では、溝部50、52の深さ方向Pdの全域において満たされ、その底部が円弧状をなしている。この条件を満たすうえで、溝部50、52の底部は、たとえば、鋭角又は鈍角に尖る尖状をなしていてもよいし、台形状をなしてもよい。
Please refer to FIG. Since the
伸縮部材26は、このような条件を満たす溝部50、52の両側面54に接触している。これにより、可動子24や固定子22に対する伸縮部材26の接触面積が増大し、固定子22や可動子24に対する伸縮部材26の伝熱量を増大できる。これにより、固定子22や可動子24からの放熱量を増大でき、良好な放熱効果を得られる。
The
伸縮部材26は、溝部50、52の底部とは反対側の入口56より奥側に収まるように配置される。伸縮部材26は、この入口56より外側にはみ出ないということである。これにより、周辺構造に対する伸縮部材26の干渉を避けられる。
The
(第2の実施の形態)
図9を参照にして、第2実施形態のアクチュエータ10を説明する。本実施形態では、第1実施形態と比べ、位置保持構造が主に相違する。本実施形態の位置保持構造80、82は、前述の固定子22の受け部40と可動子24の位置決め部42を備える第1位置保持構造80の他に、第2位置保持構造82が含まれる。
(Second embodiment)
The
第2位置保持構造82は、前述の固定子側支持部22eと、可動子側支持部24eと、付勢部材30とを備える。付勢部材30は、固定子側支持部22eを構成する有底凹部の内周面に対してX方向に摺動可能に嵌め込まれる。また、付勢部材30は、可動子側支持部24eを構成する有底凹部の内周面に対してX方向に摺動可能に嵌め込まれる。
The second
これらを用いて、固定子22に対する可動子24の位置を保持するため、本実施形態のアクチュエータ10は、次の条件を満たすように構成される。この条件を満たすうえで、固定子22の受け部40と可動子24の位置決め部42の間には、固定子22と可動子24がX方向及びY方向に相対移動するときに、付勢部材30の弾性変形を許容するための十分な大きさのクリアランス84が設けられる。
(条件)固定子22と可動子24がX方向及びY方向に相対移動したとき、固定子22の受け部40と可動子24の位置決め部42が接触するより先に付勢部材30が弾性変形すること
Since these are used to hold the position of the
(Condition) When the
固定子22や可動子24にX方向及びY方向に相対移動させる外力が付与された場合を考える。この場合、固定子22や可動子24の相対移動に追従して付勢部材30が弾性変形することで、それらの大きな相対移動が制限され、付勢部材30により固定子22に対する可動子24の位置が保持される。また、固定子22や可動子24に付与される外力を解除すると、付勢部材30の弾性反発力によって、相対移動前の相対位置に押し戻され、これによっても、付勢部材30により固定子22に対する可動子24の位置が保持される。なお、固定子22と可動子24の相対移動量が大きくなった場合、第1位置保持構造80の受け部40と位置決め部42の接触によって、固定子22に対する可動子24の位置が保持される。
Consider a case where an external force is applied to move the
このように付勢部材30を備える第2位置保持構造82を用いることで、付勢部材30とは別に第2位置保持構造82を設ける場合と比べ、アクチュエータ10の構成を簡素化でき、製品コストの軽減を図れる。本実施形態では、第1位置保持構造80と第2位置保持構造82を設けているが、第1位置保持構造80を省略した場合でも、付勢部材30とは別に第2位置保持構造を設けずともよくなる利点がある。
By using the second
また、付勢部材30はコイルスプリングである。よって、固定子側支持部22eや可動子側支持部24eに柱状の凸部44を接触させる場合と比べ、固定子側支持部22eや可動子側支持部24eとの接触面積を抑えられ、その摺動抵抗を軽減できる。この摺動抵抗の軽減により、駆動対象14の駆動のために可動子24をX方向に往復動する動作をスムーズに行える。
Also, the biasing
なお、固定子側支持部22eを構成する有底凹部のX方向寸法と、可動子側支持部24eを構成する有底凹部のX方向寸法の合計値は、第1位置保持構造80を構成する凹部46(貫通孔)のX方向寸法より小さくなるように設定される。よって、第1位置保持構造80の受け部40と位置決め部42の接触のみを用いる場合と比べ、固定子22に対して可動子24がX方向に移動するときの摺動範囲を小さくでき、その摺動抵抗を低減できる。ここでの摺動範囲とは、第1位置保持構造80に関しては、凹部46(貫通孔)の内周面に対して凸部44が摺動する範囲をいう。また、ここでの摺動範囲とは、第2位置保持構造82に関しては、固定子側支持部22eや可動子側支持部24eの内周面に対して付勢部材30が摺動する範囲をいう。
The total value of the X-direction dimension of the bottomed recesses forming the stator-
(第3の実施の形態)
図10を参照にして、第3実施形態のアクチュエータ10を説明する。本実施形態では、第1実施形態と比べ、伸縮部材26の張り渡し方が主に相違する。可動子24や固定子22にはZ方向に貫通する貫通孔60が形成される。貫通孔60は、X方向に間隔を空けた箇所に複数形成される。
(Third Embodiment)
The
伸縮部材26は、複数の貫通孔60内を通しつつ、可動子24や固定子22の外面部22d、24dに交互に接触するように張り渡される。これによっても、伸縮部材26は、Z方向での固定子22及び可動子24の離脱を規制するように張り渡される。また、伸縮部材26は、Y方向での固定子22及び可動子24の離脱を規制するように張り渡される。よって、本実施形態でも、前述の(C)で説明した効果を得られる。
The
なお、本実施形態によっても、第1実施形態の(A)、(B)で説明した効果を得られる。 The effects described in (A) and (B) of the first embodiment can also be obtained in this embodiment.
(第4の実施の形態)
図11を参照に第4実施形態のアクチュエータ10を説明する。本実施形態の可動子24は押圧方向Pa側に配置され、固定子22は反押圧方向Pb側に配置される。本実施形態では伸縮部材26が可動子24と固定子22の間に配置される。可動子24と固定子22のそれぞれは、X方向に互い違いに並ぶように配置される複数の凸部62を備える。伸縮部材26は、可動子24と固定子22の凸部62に交互に接触するように張り渡される。これにより、本実施形態の伸縮部材26は、縮み変形によって、Z方向において可動子24を固定子22から遠ざかる方向に駆動可能である。本実施形態の押圧方向Paは可動子24が固定子22から遠ざかる方向となり、反押圧方向Pbは可動子24が固定子22に近づく方向となる。
(Fourth embodiment)
The
本実施形態の分離規制部材28は、伸縮部材26とは別に設けられる。本実施形態の分離規制部材28は、ねじ込みにより固定子22に固定されるねじ部材であり、可動子24に形成される挿通孔64にZ方向に移動自在に挿通される。
The
本実施形態の付勢部材30は、分離規制部材28の頭部と可動子24の間に配置される。
The biasing
本実施形態の可動子24の位置決め部42は、可動子24の押圧部24aと別に設けられる。
The positioning
本実施形態によっても、第1実施形態の(A)で説明した効果を得られる。 This embodiment can also provide the effect described in (A) of the first embodiment.
(第5の実施の形態)
図12、図13を参照に第5実施形態のアクチュエータ10を説明する。本実施形態の固定子22は押圧方向Pa側に配置され、可動子24は反押圧方向Pb側に配置される。本実施形態の固定子22は、固定子22のY方向の両側面部からY方向に突き出る複数の第1掛け部22gを有する。本実施形態の可動子24は、可動子24のY方向の両側面部からY方向に突き出る複数の第2掛け部24gを有する。
(Fifth embodiment)
The
伸縮部材26は、固定子22の第1掛け部22gと可動子24の第2掛け部24gに交互に掛けるように張り渡される。伸縮部材26は、可動子24とはZ方向で反対側を向く箇所で固定子22の第1掛け部22gに掛けられ、固定子22とはZ方向で反対側を向く箇所で可動子24の第2掛け部24gに掛けられる。これにより、伸縮部材26は、Z方向での固定子22及び可動子24の離脱を規制するように張り渡される。
The
伸縮部材26の両端部26aは、不図示の固定部材を用いて固定子22に固定される。伸縮部材26は、固定子22と可動子24の間を通るように配置される折り返し部26bと、折り返し部26bと両端部26aの間に設けられる一対の中間部26cとを備える。一対の中間部26cのそれぞれは、Z方向から見て、固定子22や可動子24のY方向の両側に配置される。中間部26cは、固定子22や可動子24のY方向の片側の側面部の第1掛け部22gと第2掛け部24gに交互に掛けるように張り渡される。
Both ends 26a of the
本実施形態によっても、第1実施形態の(A)、(B)、(C)で説明した効果を得られる。 This embodiment also provides the effects described in (A), (B), and (C) of the first embodiment.
なお、本実施形態の固定子22の第1掛け部22gや可動子24の第2掛け部24gにも、前述した第1溝部50や第2溝部52が設けられてもよい。
The
(その他の変形例)
アクチュエータ10は触感付与装置に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。
(Other modifications)
Although an example in which the
アクチュエータ10の駆動対象14は、駆動装置12によりタッチパネルの面外方向に往復動する例を説明したが、その面内方向に往復動してもよい。
Although an example in which the driving
固定子22や可動子24の形状は、伸縮部材26の縮み変形により可動子24を駆動可能であれば、特に限定されない。固定子22や可動子24は、たとえば、直線状に延びる場合の他に曲線状に延びていてもよい。
The shapes of the
伸縮部材26を構成する形状記憶合金の組成は特に限定されない。たとえば、Ni-Ti-Cu系合金が用いられてもよい。
The composition of the shape memory alloy forming the
固定子22や可動子24に対する伸縮部材26の巻き付け方は特に限定されない。たとえば、伸縮部材26は、固定子22と可動子24に二次元的に巻き付けられていてもよい。この場合、伸縮部材26は、X方向に間を空けた複数の箇所で固定子22と可動子24に巻き付けられてもよい。
A method of winding the
固定子22や可動子24の外面部22d、24dには溝部50、52が設けられなくともよい。溝部50、52は、固定子22や可動子24の外面部22d、24dとは異なる箇所に設けられてもよい。伸縮部材26は、溝部50、52の内壁面に接触するうえで、その両側面54に接触していなくともよい。
The
付勢部材30は、コイルスプリングを例に説明したが、板ばね、線ばね、ゴム体等の弾性体でもよい。
Although the biasing
位置決め部42は凸部44であり、受け部40が凹部46である例を説明したが、位置決め部42は凹部46であり、受け部40が凸部44であってもよい。また、受け部40及び位置決め部42の一方を凸部44とし、それらの他方を凹部46以外にしてもよい。
Although an example in which the
以上、本発明の実施形態や変形例について詳細に説明した。前述した実施形態や変形例は、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。実施形態や変形例の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、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」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。以上の構成要素の任意の組み合わせも、本発明の態様として有効である。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。 The embodiments and modifications of the present invention have been described in detail above. All of the above-described embodiments and modifications merely show specific examples for carrying out the present invention. The contents of the embodiments and modifications do not limit the technical scope of the present invention, and many design changes such as alterations, additions, and deletions of constituent elements are possible without departing from the spirit of the invention. In the above-described embodiment, the description of "embodiment" is added to emphasize the content that allows such design change, but the design change is permitted even for content that does not have such a description. Any combination of the above components is also effective as an aspect of the present invention. The hatching attached to the cross section of the drawing does not limit the material of the hatched object.
また、以上の実施形態、変形例により具体化される発明を一般化すると、以下の項目に記載の発明が含まれているともいえる。
(項目)
固定子と、
前記固定子に対して第1方向に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、縮み変形により前記可動子を前記第1方向の一方側に駆動可能な伸縮部材と、を備え、
前記伸縮部材は、前記第1方向での前記固定子及び前記可動子の離脱を規制するように張り渡されるアクチュエータ。
Further, when the inventions embodied by the above embodiments and modifications are generalized, it can be said that the inventions described in the following items are included.
(item)
a stator;
a mover movable in a first direction with respect to the stator;
an expandable member made of a shape memory alloy that can be expanded and contracted by temperature change, and capable of driving the mover to one side in the first direction by contraction deformation,
The expandable member is an actuator that is stretched so as to restrict separation of the stator and the mover in the first direction.
この項目に記載の発明に関する課題は下記の通りである。 The problems related to the invention described in this item are as follows.
本発明者は、特許文献1のアクチュエータを検討したところ、次の課題があるとの認識を得た。特許文献1のアクチュエータは、固定子及び可動子の離脱を規制するうえでネジを余分に要してしまう。本発明者は、アクチュエータの部品点数の削減を図るうえで、改良の余地があるとの認識を得た。 The inventor of the present invention has studied the actuator of Patent Document 1 and has recognized that there is the following problem. The actuator of Patent Literature 1 requires an extra screw for restricting the detachment of the stator and mover. The inventor has recognized that there is room for improvement in reducing the number of actuator parts.
この項目に記載の発明は、形状記憶合金を用いたアクチュエータの部品点数の削減を図れる技術を提供する。 The invention described in this item provides a technique capable of reducing the number of parts of an actuator using a shape memory alloy.
10…アクチュエータ、14…駆動対象、22…固定子、22d…外面部、24…可動子、24a…押圧部、24d…外面部、26…伸縮部材、28…分離規制部材、40…受け部、42…位置決め部、50…溝部、54…側面、80…第1位置保持構造、82…第2位置保持構造。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記固定子に対して第1方向に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、縮み変形により前記可動子を前記第1方向の一方側に駆動可能な伸縮部材と、
前記第1方向での前記固定子と前記可動子の分離を規制可能な分離規制部材と、
前記分離規制部材とは別に設けられ、前記第1方向と直交する二方向での前記固定子に対する前記可動子の位置を保持可能な位置保持構造と、
前記伸縮部材の両端側部分のそれぞれを前記固定子に固定する一対の固定部材と、を備え、
前記位置保持構造には、第1位置保持構造が含まれ、
前記第1位置保持構造は、
前記固定子に設けられる受け部と、
前記可動子に設けられる位置決め部と、を備え、
前記受け部と前記位置決め部の接触によって、前記二方向での前記固定子に対する前記可動子の位置が保持され、
前記位置決め部は、駆動対象を押圧する押圧部を兼ねており、前記一対の固定部材の間において前記伸縮部材を避けるように設けられるアクチュエータ。 a stator;
a mover movable in a first direction with respect to the stator;
an expansion/contraction member made of a shape memory alloy that can be expanded/contracted by temperature change, and capable of driving the mover to one side in the first direction by contraction deformation;
a separation restricting member capable of restricting separation of the stator and the mover in the first direction;
a position holding structure provided separately from the separation restricting member and capable of holding the position of the mover with respect to the stator in two directions orthogonal to the first direction ;
a pair of fixing members for fixing both end portions of the expandable member to the stator ,
The position holding structure includes a first position holding structure,
The first position holding structure is
a receiving portion provided on the stator;
a positioning portion provided on the mover,
The position of the mover with respect to the stator in the two directions is held by the contact between the receiving portion and the positioning portion,
The positioning portion also serves as a pressing portion that presses an object to be driven , and the actuator is provided between the pair of fixed members so as to avoid the expansion and contraction member .
前記位置保持構造には、第2位置保持構造が含まれ、
前記第2位置保持構造は、
前記固定子に設けられ、前記二方向での前記固定子に対する相対移動を規制可能に前記付勢部材を支持する固定子側支持部と、
前記可動子に設けられ、前記二方向での前記可動子に対する相対移動を規制可能に前記付勢部材を支持する可動子側支持部と、
前記付勢部材と、を備える請求項1に記載のアクチュエータ。 a biasing member disposed between the stator and the mover and capable of biasing the mover in the other side of the first direction;
The position holding structure includes a second position holding structure,
The second position holding structure is
a stator-side support portion provided on the stator for supporting the biasing member so as to restrict relative movement with respect to the stator in the two directions;
a mover-side support portion provided on the mover for supporting the biasing member so as to restrict relative movement with respect to the mover in the two directions;
2. The actuator of claim 1 , comprising the biasing member.
前記伸縮部材は、前記伸縮部材の巻き方向に向かうにつれて前記固定子の長手方向に延びるように前記固定子と前記可動子に巻き付けられている請求項4に記載のアクチュエータ。 The stator is an elongate body,
5. The actuator according to claim 4 , wherein the expandable member is wound around the stator and the mover so as to extend in the longitudinal direction of the stator toward the winding direction of the expandable member.
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