JPH07103129A - 回転形アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回転形アクチュエータにおいて、偏平径小化
を図る。 【構成】 ピン状電極８ａに接している形状記憶合金か
らなる第１の駆動部材４に電流が流れると、該第１の駆
動部材４が自己発熱により温度上昇して回転軸３を矢印
Ａ方向に回転させながら曲率が大の渦巻状の記憶形状に
変形する。これにより、第１の駆動部材４がピン状電極
８ａから離れ、代わって同じく形状記憶合金からなる第
２の駆動部材５がピン状電極８ｂに接する。すると、第
２の駆動部材５に電流が流れ、該第２の駆動部材５が自
己発熱して温度上昇し、回転軸３を矢印Ａとは反対方向
に回転させながら曲率が小の渦巻状の記憶形状に変形す
る。これにより、第１の駆動部材４が再びピン状電極８
ａに接する、ということを繰り返す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は形状記憶部材により回転
軸を正逆回転させる構成の回転形アクチュエータに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、正逆方向の回転運動を取り出すた
めの回転形アクチュエータとしては、一般にモータ、例
えばステッピングモータが用いられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ステッピン
グモータはハウジング内にコイルを巻装したステータお
よび永久磁石形のロータを配設する構造であるため、軸
方向にも径方向にも小形化して偏平径小に構成する場
合、コイルや永久磁石の配置スペースが極く小さくな
り、そのような小スペースに配置し得る極く小形のコイ
ルや永久磁石を製造することが難しく、従って偏平径小
化には限度がある。

【０００４】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、偏平径小化を容易に達成できる回転形
アクチュエータを提供するにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の回転形アクチュ
エータは、ハウジングと、このハウジングに支持された
回転軸と、両端部がそれぞれ前記ハウジングと回転軸と
に連結された形状記憶部材により構成され、所定温度に
加熱されると記憶した形状となって回転軸を一方向に回
転させる第１の駆動部材と、両端部がそれぞれ前記ハウ
ジングと回転軸とに連結された形状記憶部材により構成
され、所定温度に加熱されると記憶した形状になって回
転軸を他方向に回転させる第２の駆動部材と、前記第１
および第２の駆動部材を交互に加熱する加熱手段とから
構成したことを特徴とするものである（請求項１）。

【０００６】また、ハウジングと、このハウジングに支
持された回転軸と、渦巻き状に形成された形状記憶部材
から構成されて両端部がそれぞれ前記ハウジングと回転
軸とに連結され、所定温度に加熱されると記憶した形状
となって回転軸を一方向に回転させる第１の駆動部材
と、渦巻き状に形成された形状記憶部材から構成されて
その渦巻き方向が前記第１の駆動部材と逆となるように
両端部がそれぞれ前記ハウジングと回転軸とに連結さ
れ、所定温度に加熱されると記憶した形状となって回転
軸を他方向に回転させる第２の駆動部材と、前記第１お
よび第２の形状記憶部材を交互に加熱する加熱手段とか
ら構成することができる（請求項２）。

【０００７】更に、ハウジングと、このハウジングに支
持された回転軸と、両端部がそれぞれ前記ハウジングと
回転軸とに連結された可逆形の形状記憶部材から構成さ
れ、所定の高温側温度に加熱されると記憶した形状にな
って回転軸を一方向に回転させると共に、所定の低温側
温度に冷却されると記憶した別の形状になって回転軸を
他方向に回転させる駆動部材と、この駆動部材が前記所
定の低温度となることにより、前記回転軸が前記他方向
に回転された状態で駆動部材を加熱する加熱手段とから
構成しても良い（請求項３）。

【０００８】この場合、駆動部材を形状記憶合金により
構成し、加熱手段を、駆動部材に電流を流すことにより
該駆動部材を発熱させる構成の電流供給手段から構成し
ても良い（請求項４）。また、加熱手段としては、光を
駆動部材に照射することにより該駆動部材を加熱する光
照射手段により構成することもできる（請求項５）。

【０００９】

【作用】第１および第２の駆動部材が加熱手段により交
互に加熱されると、それら第１および第２の駆動部材が
交互に記憶した形状になるので、回転軸が一方向および
他方向に回転駆動される（請求項１，２）。

【００１０】また、駆動部材が加熱手段により加熱され
ると、駆動部材が高温側記憶形状に変形し、これにより
回転軸が一方向に回転駆動される。その後、駆動部材が
冷えると、低温度側記憶形状に変形し、これにより回転
軸が他方向に回転駆動される。このような駆動部材の加
熱冷却の繰り返しにより回転軸が正逆回転される（請求
項３）。

【００１１】このように形状記憶部材からなる駆動部材
により回転軸を正逆方向に回転させることができるの
で、偏平径小化を容易に達成できる。また、加熱手段を
電流供給手段、光照射手段から構成することにより、加
熱手段によって偏平径小化が妨げられることがない。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例につき図１ない
し図５を参照しながら説明する。図１および図２に示す
ように、偏平なリング状のハウジング１の両端部には軸
受２，２が設けられ、この両軸受２，２間に回転軸３が
支持されている。また、ハウジング１内には第１および
第２の駆動部材４および５が配置されている。

【００１３】これら第１および第２の駆動部材４および
５は非可逆形の形状記憶部材例えば形状記憶合金により
細い帯状に形成されている。そして、第１の駆動部材４
は図４に示すような曲率の大（曲率半径の小）なる渦巻
状の形状を記憶しており、例えば８０℃に加熱される
と、その記憶した形状に変形する。また、第２の駆動部
材５は図５に示すような曲率の小（曲率半径の大）なる
渦巻状の形状を記憶しており、例えば８０℃に加熱され
ると、その記憶した形状に変形する。

【００１４】かかる第１および第２の駆動部材４および
５は断熱性および可撓性を有する帯状絶縁体６を介して
貼り合わされている。そして、第１および第２の駆動部
材４および５の両端部はそれぞれハウジング１および回
転軸３に連結されている。

【００１５】一方、第１および第２の駆動部材４および
５のハウジング１側の端部には電極７が接続されてい
る。また、ハウジング１の一端部の内側には一対のピン
状電極８ａ，８ｂが設けられており、この一対のピン状
電極８ａ，８ｂ間に第１および第２の駆動部材４および
５の途中部分が介在されている。そして、電極７とピン
状電極８，８とは電源に接続されて加熱手段としての電
流供給手段９を構成している。なお、第１および第２の
駆動部材４および５、電極７、ピン状電極８ａ，８ｂと
ハウジング１、回転軸３とは絶縁されている。

【００１６】次に上記構成の作用を説明する。今、図１
に示すように、第１および第２の駆動部材４および５が
曲率の小なる形状（第２の駆動部材５の記憶形状）に伸
びていて第１の駆動部材４がピン状電極８ａに接触して
いるものとし、この状態で電極７およびピン状電極８
ａ，８ｂ間に電圧を印加したとする。すると、第１の駆
動部材４に電流が流れ、ジュール熱により第１の駆動部
材４自身が発熱する。そして、第１の駆動部材４が略８
０℃になると、該第１の駆動部材４は第２の駆動部材５
を巻き締め方向（曲率が大となる方向）に変形させなが
ら、図４に示す曲率が大なる記憶形状に変形する。この
第１の駆動部材４の変形により、回転軸３が一方向たる
矢印Ａ方向に回転する。

【００１７】このようにして第１の駆動部材４が回転軸
３を矢印Ａ方向に回転させながら自身の記憶形状に変形
すると、図３に示すように、第１の駆動部材４はピン状
電極８ａから離れ、代わって第１の駆動部材４により巻
き締め方向に変形された第２の駆動部材５がピン状電極
８ｂに接触するようになる。すると、第２の駆動部材５
に電流が流れ、ジュール熱により第２の駆動部材５自身
が発熱する。そして、第２の駆動部材５が略８０℃にな
ると、該第２の駆動部材５は自然冷却により温度低下し
た第１の駆動部材５を緩め方向（曲率が小となる方向）
に変形させながら、図５に示す曲率が小なる記憶形状に
変形する。この第２の駆動部材５の変形により、回転軸
３が他方向たる矢印Ａとは反対方向に回転する。

【００１８】この第２の駆動部材５の変形により、図１
に示すように、第２の駆動部材５がピン状電極８ｂから
離れ、代わって第１の駆動部材４がピン状電極８ａに接
する状態に戻り、再び第１の駆動部材４が回転軸３を矢
印Ａ方向に回転させながら記憶形状に変形する。そし
て、この第１の駆動部材４の変形により、第２の駆動部
材５がピン状電極８ｂに接すると、再び第２の駆動部材
５が回転軸３を矢印Ａとは反対方向に回転させながら記
憶形状に変形する。このような動作が電極７とピン状電
極８ａ，８ｂとの間に電圧が印加されている間、継続し
て行われ、これにより回転軸３が矢印Ａ方向およびこれ
とは反対方向に正逆回転する。

【００１９】このように本実施例によれば、ハウジング
１と回転軸３との間には、第１および第２の駆動部材４
および５を設けるだけで済むので、ハウジングの内側に
ステータを設け、回転軸に永久磁石を設けねばならない
ステッピングモータとは異なり軸方向にも径方向にも容
易に小形化できる。

【００２０】しかも、そのような軸方向、径方向の小形
化を図っても、第１および第２の駆動部材４および５は
形状記憶合金製であるから、コイルや永久磁石とは異な
り小さな髭状に形成することは容易であり、従って回転
形アクチュエータを全体として十分に小形化することが
できる。

【００２１】また、第１および第２の駆動部材４および
５を加熱する手段をそれら駆動部材４，５自身に電流を
流して自己発熱させる電流供給手段９により構成したの
で、駆動部材４，５を別のヒータにより加熱するものに
比べて、ヒータの配置スペースを設けずとも済み、加熱
手段が回転形アクチュエータの小形化の妨げとなるおそ
れがない。

【００２２】図６ないし図８は本発明の第２の実施例を
示すもので、上記第１の実施例と同一部分に同一符号を
付して異なる部分を説明する。この実施例が第１の実施
例と異なるところは、第１および第２の駆動部材４およ
び５を加熱する加熱手段を光照射手段によって構成した
ところにある。

【００２３】すなわち、ハウジング１の一端部には窓１
０ａ，１０ｂが形成され、この窓１０ａ，１０ｂに凸レ
ンズ１１ａ，１１ｂが嵌着されている。そして、ハウジ
ング１の外側に凸レンズ１１ａ，１１ｂに対向するヒー
タ用のランプ１２ａ，１２ｂ（光照射手段）が設けられ
ている。

【００２４】この構成において、図６に示すように第１
および第２の駆動部材４および５が伸びた状態にあると
き、ランプ１２ａからの光は凸レンズ１１ａにより絞ら
れて第１の駆動部材４に照射される。これにより、第１
の駆動部材４が照射光により熱せられ、第２の駆動部材
５を巻き締め方向に変形させながら、図８に示すように
変形すると、第２の駆動部材５にランプ１２ｂからの光
が照射される。

【００２５】すると、今度は第２の駆動部材５が照射光
に熱せられ、第１の駆動部材４を緩め方向に変形させな
がら、図６に示す記憶形状に変形する。これにより再び
第１の駆動部材４が照射光を受けて熱せられるようにな
る、というように第１および第２の駆動部材４および５
が照射光により交互に熱せられるようになり、これにて
回転軸３が矢印Ａ方向およびこれとは反対方向に正逆回
転する。このように加熱手段を光照射手段たるランプ１
２に変えても、ハウジング１の大形化を招来するおそれ
はない。

【００２６】図９ないし図１１は本発明の第３の実施例
を示すもので、前記第１の実施例と同一部分には同一符
号を付して異なる部分を説明する。図９および図１０に
示すように、ハウジング１と回転軸３との間には第１お
よび第２の駆動部材１３および１４が設けられている。
両駆動部材１３，１４は形状記憶部材例えば形状記憶合
金により渦巻状に形成され、例えば８０℃に加熱される
と、曲率の大なる記憶形状に変形する。そして、両駆動
部材１３，１４は渦巻き方向が互いに逆となるように配
置され、両端部がそれぞれハウジング１および回転軸３
に連結されている。

【００２７】そして、ハウジング１の一端部に両駆動部
材１３，１４に対応して一対のピン状電極１５ａ，１５
ｂが設けられていると共に、両駆動部材１３，１４のハ
ウジング１側の一端部には電極１６ａ，１６ｂが設けら
れている。そして、ピン状電極１５ａ，１５ｂおよび電
極１６ａ，１６ｂは電源に接続されて加熱手段としての
電流供給手段１７として構成されている。

【００２８】上記構成において、今、図９に示すよう
に、第１の駆動部材１３が曲率の小なる状態に伸びてピ
ン状電極１５ａに接触し、第２の駆動部材１４が曲率の
大なる状態にあってピン状電極１５ｂから離れていると
する。

【００２９】この状態でピン状電極１５ａ，１５ｂと電
極１６ａ，１６ｂとの間に電圧が印加されると、第１の
駆動部材１３に電流が流れて該第１の駆動部材１３が自
己発熱する。そして、第１の駆動部材１３が略８０℃に
なると、第２の駆動部材１４を緩め方向に変形させなが
ら、図１１に示すように記憶形状に変形する。これによ
り、第１の駆動部材１３がピン状電極１５ａから離れ、
代って第２の駆動部材１４がピン状電極１５ｂに接触す
るようになるため、今度は第２の駆動部材１４に電流が
流れて自己発熱するようになる。そして、第２の駆動部
材１４が略８０℃になると、第１の駆動部材１３を緩め
方向に変形させながら、図９に示す記憶形状に変形し、
これにより第２の駆動部材１４がピン状電極１５ｂから
離れて第１の駆動部材１３がピン状電極１５ａに接する
ようになる、ということを繰り返す。

【００３０】そして、第１および第２の駆動部材１３お
よび１４が交互に記憶形状に変形することにより、回転
軸３が矢印Ａ方向およびこれとは反対方向に正逆回転す
る。このように構成しても前記第１の実施例と同様の効
果を得ることができる上、第１および第２の駆動部材１
３および１４としては同一構成の部材を使用して構成で
きる。

【００３１】図１２ないし図１４は本発明の第４の実施
例を示すもので、上述の第３の実施例を示す図９ないし
図１１と同一部分に同一符号を付して異なるところを説
明する。この実施例が第３の実施例と異なるところは、
加熱手段を光照射手段に代えたところにある。すなわ
ち、ハウジング１の一端部には第１および第２の駆動部
材１３および１４に対応する窓１８ａ，１８ｂが形成さ
れ、この窓１８ａ，１８ｂに凸レンズ１９ａ，１９ｂが
取り付けられている。そして、各凸レンズ１９ａ，１９
ｂに対応して光照射手段としてのヒータ用ランプ２０
ａ，２０ｂが配設されている。

【００３２】このように構成において、第１の駆動部材
１３が凸レンズ１９ａからの光照射により加熱されて図
１４に示す記憶形状に変形すると、第２の駆動部材１４
が凸レンズ１９ｂからの光を受けるようになる。これに
より、第２の駆動部材１４が図１２に示す記憶形状に変
形すると、再び第１の駆動部材１３が凸レンズ１９ａか
らの光を受けるようになる。従って、第１および第２の
駆動部材１３および１４は交互に記憶形状に変形し、回
転軸３を矢印Ａ方向およびこれとは反対方向に正逆回転
する。

【００３３】図１５ないし図１７は本発明の第５の実施
例を示すもので、前記第１の実施例と同一部分に同一符
号を付して異なるところを説明する。ハウジング１内に
は駆動部材２１が１個のみ設けられている。この駆動部
材２１は可逆形の形状記憶部材例えば形状記憶合金から
なるもので、所定の高温側温度例えば８０℃に加熱され
ると、図１７に示すように曲率の大なる渦巻き状の記憶
形状に変形し、所定の低温側温度例えば３０℃に冷却さ
れると、図１５に示す曲率の小なる渦巻き状の記憶形状
に変形する。そして、この駆動部材２１の両端部はそれ
ぞれハウジング１および回転軸３に連結されている。

【００３４】一方、ハウジング１の一端部にはピン状電
極２２が駆動部材２１の外側に位置するように設けられ
ており、このピン状電極２２と駆動部材２１のハウジン
グ１側の一端部に設けられた電極２３とは電源に接続さ
れて加熱手段としての電流供給手段２４として構成され
ている。

【００３５】上記構成において、今、図１５に示すよう
に駆動部材２１が曲率の小なる伸びた状態にあってピン
状電極２２に接触しているものとする。この状態でピン
状電極２２と電極２３との間に電圧が印加されると、駆
動部材２１に電流が流れ、該駆動部材２１が発熱する。
そして、駆動部材２１が略８０℃になると、図１７に示
す高温側記憶形状に変形してピン状電極２２から離れ
る。すると、駆動部材２１は冷え、略３０℃になると、
図１５に示す低温側記憶形状に変形し、再びピン状電極
２２に接触する、ということを繰り返す。このような駆
動部材２１の高温側記憶形状と低温側記憶形状との間で
の変形が繰り返し行われることにより、回転軸３が矢印
Ａ方向およびこれとは反対方向に繰り返し回転される。
この実施例によれば、駆動部材２１を可逆形の形状記憶
合金により形成したので、１個の駆動部材２１で回転軸
３を正逆回転させることができる。

【００３６】図１８ないし図２０は本発明の第６の実施
例を示すもので、上記第５の実施例と同一部分に同一符
号を付して異なるところを説明する。この実施例では、
加熱手段を光照射手段としたところが第５の実施例と異
なる。すなわち、ハウジング１の一端部には窓２５が設
けられ、この窓２５に凸レンズ２６が取り付けられてい
る。そして、凸レンズ２６に対向して光照射手段として
のヒータ用ランプ２７が配設されている。

【００３７】この構成において、ランプ２７の光が凸レ
ンズ２６を通じて駆動部材２１に照射されると、駆動部
材２１が略８０℃まで加熱されて図２０に示す高温側記
憶形状に変形する。この変形により、駆動部材２１は光
照射を受けなくなり、そして略３０℃まで温度低下する
と、図１８に示す低温側記憶形状に変形し、再びランプ
２７の光を受けて加熱されるようになる、ということを
繰り返す。そして、この高温側記憶形状と低温側記憶形
状との間での変形の繰り返しにより、回転軸３が矢印Ａ
方向およびこれとは反対方向に繰り返し回転される。こ
のよう構成しても上記第５の実施例と同様の効果を得る
ことができる。

【００３８】なお、上記各実施例では、いずれも形状記
憶部材を形状記憶合金としたが、これは形状記憶樹脂で
あっても良い。また、光照射手段としてはランプ用のヒ
ータに限られず、レーザ装置であっても良い。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、形
状記憶部材からなる駆動部材により回転軸を正逆回転さ
せることができるので、偏平径小化を容易に達成でき
る。また、駆動部材を加熱する加熱手段を電流供給手
段、光照射手段により構成することにより、駆動部材の
加熱に欠くべからざる加熱手段によって偏平径小化が妨
げられるおそれがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す横断面図

【図２】縦断面図

【図３】図１とは異なる状態で示す横断面図

【図４】第１の駆動部材の記憶形状を示す平面図

【図５】第２の駆動部材の記憶形状を示す平面図

【図６】本発明の第２の実施例を示す横断面図

【図７】縦断面図

【図８】図６と異なる状態で示す横断面図

【図９】本発明の第３の実施例を示す横断面図

【図１０】縦断面図

【図１１】図９とは異なる状態で示す横断面図

【図１２】本発明の第４の実施例を示す横断面図

【図１３】縦断面図

【図１４】図１２とは異なる状態で示す横断面図

【図１５】本発明の第５の実施例を示す横断面図

【図１６】縦断面図

【図１７】図１５とは異なる状態で示す横断面図

【図１８】本発明の第６の実施例を示す横断面図

【図１９】縦断面図

【図２０】図１８とは異なる状態で示す横断面図

【符号の説明】

図面中、１はハウジング、３は回転軸、４は第１の駆動
部材、５は第２の駆動部材、６は帯状絶縁体、９は電流
供給手段（加熱手段）、１２はランプ（光照射手段、加
熱手段）、１３は第１の駆動部材、１４は第２の駆動部
材、１７は電流供給手段（加熱手段）、２１はランプ
（光照射手段、加熱手段）、２３は電流供給手段（加熱
手段）、２７はランプ（光照射手段、加熱手段）であ
る。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングと このハウジングに支持された回転軸と、 両端部がそれぞれ前記ハウジングと回転軸とに連結され
   た形状記憶部材により構成され、所定温度に加熱される
   と記憶した形状となって回転軸を一方向に回転させる第
   １の駆動部材と、 両端部がそれぞれ前記ハウジングと回転軸とに連結され
   た形状記憶部材により構成され、所定温度に加熱される
   と記憶した形状になって回転軸を他方向に回転させる第
   ２の駆動部材と、 前記第１および第２の駆動部材を交互に加熱する加熱手
   段とを具備してなる回転形アクチュエータ。
2. 【請求項２】 ハウジングと このハウジングに支持された回転軸と、 渦巻き状に形成された形状記憶部材から構成されて両端
   部がそれぞれ前記ハウジングと回転軸とに連結され、所
   定温度に加熱されると記憶した形状となって回転軸を一
   方向に回転させる第１の駆動部材と、 渦巻き状に形成された形状記憶部材から構成されてその
   渦巻き方向が前記第１の駆動部材と逆となるように両端
   部がそれぞれ前記ハウジングと回転軸とに連結され、所
   定温度に加熱されると記憶した形状となって回転軸を他
   方向に回転させる第２の駆動部材と、 前記第１および第２の形状記憶部材を交互に加熱する加
   熱手段とを具備してなる回転形アクチュエータ。
3. 【請求項３】 ハウジングと、 このハウジングに支持された回転軸と、 両端部がそれぞれ前記ハウジングと回転軸とに連結され
   た可逆形の形状記憶部材から構成され、所定の高温側温
   度に加熱されると記憶した形状になって回転軸を一方向
   に回転させると共に、所定の低温側温度に冷却されると
   記憶した別の形状になって回転軸を他方向に回転させる
   駆動部材と、 この駆動部材が前記所定の低温度となることにより、前
   記回転軸が前記他方向に回転された状態で駆動部材を加
   熱する加熱手段とを具備してなる回転形アクチュエー
   タ。
4. 【請求項４】 駆動部材は形状記憶合金により構成さ
   れ、加熱手段は駆動部材に電流を流すことにより該駆動
   部材を発熱させる構成の電流供給手段により構成されて
   いることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記
   載の回転形アクチュエータ。
5. 【請求項５】 加熱手段は光を駆動部材に照射すること
   により該駆動部材を加熱する光照射手段により構成され
   ていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに
   記載の回転形アクチュエータ。