JPH08144932A - アクチュエータおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 形状記憶合金を利用して構成したマイクロマ
シン用アクチュエータ１において、形状記憶合金の一部
に設けた限定領域１３をその周辺領域１４、１５よりも
変形し易くして小さな電力で駆動可能にする。 【構成】 形状記憶合金の一部の断面を除去加工して、
断面積がその周辺領域１４、１５よりも小さい限定領域
１３を設けた。このため、限定領域１３の電気抵抗値が
その周辺領域１４、１５よりも大きくなり、形状記憶合
金が主に変形する範囲を限定領域１３に制限した。そし
て、形状記憶合金の通電時には、限定領域１３の温度上
昇速度が周辺領域１４、１５よりも速いので速やかに塑
性変形前の元の状態に復元し、通電遮断時には、限定領
域１３よりも低い温度の周辺領域１４、１５がヒートシ
ンクとして作用することにより限定領域１３の温度下降
速度が速くなるため、速やかに塑性変形の状態に戻るよ
うになった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、マイクロマシン等に
用いられるアクチュエータおよびその製造方法に関する
もので、特に形状記憶合金やバイメタルのように熱によ
り変形するアクチュエータおよびその製造方法に係わ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、Ｔｉ−Ｎｉ合金によって製造
される形状記憶合金は、塑性変形させた合金をある変態
温度以上に加熱すると変形以前の形状に戻る性質を持つ
ことが知られている。従来より、このような形状記憶合
金の性質を利用して、マイクロマシンに適用するための
アクチュエータが開発されている。

【０００３】ところで、形状記憶合金は加工性が悪いた
め、例えば細線では直径５０μｍ以下、薄板では厚さ５
０μｍ以下のものを製造することが困難であった。さら
に、形状記憶合金を応用した従来のマイクロマシン用ア
クチュエータでは、特開昭６３−２１９９２５号公報に
記載されているように、細線を利用した場合、細線の長
手方向に亘って同一の断面形状となるように加工してア
クチュエータを構成していた。また、薄板を利用した場
合には、薄板の板長さ方向に亘って長方形や星形等のよ
うに同一の断面形状となるように加工してアクチュエー
タを構成していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のマイ
クロマシン用アクチュエータにおいては、長さ方向に亘
って同一の断面形状の形状記憶合金製の細線や薄板を利
用しているため、加熱される細線や薄板の範囲が広い。
このため、細線や薄板を変形させようとした場合に、大
きな加熱量、つまり大きな電力が必要となるという問題
が生じている。

【０００５】また、形状記憶合金製の細線の全長に亘っ
て、あるいは形状記憶合金製の薄板の全範囲に亘って、
ある変態温度以上となるように細線や薄板へ駆動電流を
流しているので、細線や薄板への駆動電流を遮断した後
の細線や薄板の温度降下に時間がかかるために、アクチ
ュエータの繰り返し動作を高速化することが困難である
という問題が生じている。さらに、バイメタル製の薄板
は形状記憶合金製の薄板と同様な変形特性を有するた
め、形状記憶合金製の薄板と同様にアクチュエータに利
用されているが、形状記憶合金製の薄板の場合と同様な
問題が生じている。

【０００６】この発明の目的は、温度変態部材の一部に
設けた限定領域をその周辺領域よりも変形し易くするこ
とによって、小さな加熱量で駆動可能なアクチュエータ
およびその製造方法を提供することにある。また、温度
変態部材の温度上昇速度を速くし、且つ温度降下速度を
速くして繰り返し動作を高速化したアクチュエータおよ
びその製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、温度の変化に応じて形状が変化する、形状記憶合金
またはバイメタルなどの温度変態部材と、この温度変態
部材を加熱する加熱手段とを備えたアクチュエータであ
って、前記温度変態部材の一部に、温度が上昇する速度
がその周辺領域よりも速い限定領域を設けた技術手段を
採用した。

【０００８】請求項２に記載の発明は、前記限定領域
を、その周辺領域よりも断面積を小さくした技術手段を
採用した。請求項３に記載の発明は、前記加熱手段が、
前記温度変態部材へ駆動電流を流すことにより駆動する
制御回路である技術手段を採用した。

【０００９】請求項４に記載の発明は、前記加熱手段
が、前記温度変態部材の限定領域へ熱線を照射すること
により前記温度変態部材を駆動する技術手段を採用し
た。請求項５に記載の発明は、前記加熱手段が、前記温
度変態部材の限定領域へ光を照射することにより前記温
度変態部材を駆動する技術手段を採用した。

【００１０】請求項６に記載の発明は、温度の変化に応
じて形状が変化する温度変態部材を利用したアクチュエ
ータの製造方法であって、前記温度変態部材の一部の断
面積をその周辺領域の断面積より小さくなるように除去
加工を行って、前記温度変態部材の一部に、温度が上昇
する速度がその周辺領域よりも速い限定領域を形成した
技術手段を採用した。

【００１１】請求項７に記載の発明は、温度の変化に応
じて形状が変化する温度変態部材を利用したアクチュエ
ータの製造方法であって、前記温度変態部材の一部の外
周に熱伝導性に優れた材料を付着させる付着加工を行っ
て、前記温度変態部材の一部に、温度が上昇する速度が
その周辺領域よりも速い限定領域を形成した技術手段を
採用した。

【００１２】

【作用および発明の効果】請求項１に記載の発明によれ
ば、加熱手段により温度変態部材が加熱されると、温度
変態部材の一部に設けた限定領域の温度が限定領域の周
辺領域よりも速く上昇することにより、温度変態部材の
限定領域の形状変化が限定領域の周辺領域より早く起こ
る。したがって、加熱手段の加熱量が小さくても温度変
態部材の形状を変化させることができる。

【００１３】また、請求項１に記載の発明によれば、加
熱手段による温度変態部材への加熱が終了した後は、最
高温の限定領域の周辺領域の温度は低いので、周辺領域
がヒートシンクとして作用することにより、限定領域の
温度が速く下降することにより、温度変態部材の形状変
化が早くなる。したがって、温度変態部材の繰り返し動
作の高速化を実現することができる。

【００１４】請求項２および請求項３に記載の発明によ
れば、制御回路により温度変態部材に駆動電流が流され
ると、周辺領域よりも断面積の小さい限定領域の電気抵
抗値が限定領域よりも断面積の大きい周辺領域の電気抵
抗値よりも大きくなる。これにより、限定領域の温度が
周辺領域よりも速く上昇することによって、温度変態部
材の限定領域の形状変化が限定領域の周辺領域より早く
起こる。したがって、少ない電力で温度変態部材の形状
を変化させることができる。

【００１５】請求項４に記載の発明によれば、温度変態
部材の限定領域に加熱手段から熱線が照射されると、限
定領域の温度が周辺領域よりも速く上昇することによっ
て、温度変態部材の限定領域の形状変化が限定領域の周
辺領域より早く起こる。したがって、少ない熱線の照射
量で温度変態部材の形状を変化させることができるの
で、加熱手段の動力を抑えることができる。

【００１６】請求項５に記載の発明によれば、温度変態
部材の限定領域に加熱手段から光が照射されると、限定
領域の温度が周辺領域よりも速く上昇することによっ
て、温度変態部材の限定領域の形状変化が限定領域の周
辺領域より早く起こる。したがって、少ない光の照射量
で温度変態部材の形状を変化させることができるので、
加熱手段の動力を抑えることができる。

【００１７】請求項６に記載の発明によれば、温度変態
部材の一部の断面積を周辺領域の断面積より小さくなる
ように除去加工を行うことにより、温度変態部材の一部
に、電気抵抗値が周辺領域よりも大きく、且つ温度上昇
速度が周辺領域よりも速い限定領域が容易に製作するこ
とができる。請求項７に記載の発明によれば、温度変態
部材の一部の外周に熱伝導性に優れた材料を付着させる
付着加工を行うことにより、温度変態部材の一部に、温
度上昇速度が周辺領域よりも速い限定領域を容易に製作
することができる。

【００１８】

【実施例】次に、この発明のアクチュエータを、マイク
ロマシン用アクチュエータに適用した実施例に基づいて
説明する。

【００１９】〔第１実施例の構成〕図１および図２はこ
の発明の第１実施例を示したもので、図１は形状記憶合
金製の細線を利用したマイクロマシン用アクチュエータ
を示した図である。このマイクロマシン用アクチュエー
タ１は、絶縁材料製のベース１０、一端部がベース１０
の垂直方向の側壁部に溶接、圧入等により固定された細
線１１、および細線１１への電力の供給（給電）および
電力の供給の停止を制御する給電制御回路１２等から構
成されている。

【００２０】細線１１は、本発明の温度変態部材であっ
て、Ｔｉ−Ｎｉ合金（チタン・ニッケル合金：ニチノー
ル）、Ｃｕ−Ｚｎ合金（銅・亜鉛合金）、Ｉｎ−Ｔｌ合
金（インジウム・タリウム合金）等の形状記憶合金より
なり、線径が５０μｍ〜１００μｍの円形断面を有し、
ある程度の長さを持った丸棒状の導電体である。そし
て、細線１１の長手方向の略中央部（一部）には、細線
１１の基準断面よりも断面積が小さくなるように細線１
１の円形断面と異なる形状の断面を有する限定領域１３
が設けられている。

【００２１】限定領域１３は、図１において細線１１の
うちハッチングを施した部分で、周辺領域１４、１５よ
りも電気抵抗値が大きく、周辺領域１４、１５よりも温
度が上昇する速度の速い領域で、細線１１の少なくとも
長手方向に所定の寸法だけ連続して設けられている。逆
に、周辺領域１４、１５は、図１において細線１１のう
ち白抜きにした部分で、限定領域１３よりも電気抵抗値
が小さく、限定領域１３よりも温度が上昇する速度（温
度上昇速度）の遅い領域である。周辺領域１４は、細線
１１において限定領域１３より一端（固定端）側に設け
られ、周辺領域１５は、細線１１において限定領域１３
より他端（自由端）側に設けられている。

【００２２】次に、図２（ａ）〜（ｅ）は限定領域１３
における断面形状の例を示した図である。第１の例は、
図２（ａ）に示したように、水平方向（図示左右方向）
に肉薄とされた略長方形状の断面を有する限定領域１３
である。この略長方形状の限定領域１３は、細線１１の
元の円形断面から細線１１の水平方向の両側の部分の球
面形状（凸面形状）の断面を、切削加工やレーザ加工等
の除去加工により除去することによって球面形状の凹部
１３ａを２箇所設けることにより形成される。

【００２３】また、第２の例は、図２（ｂ）に示したよ
うに、垂直方向（図示上下方向）に肉薄とされた略長方
形状の断面を有する限定領域１３である。この略長方形
状の限定領域１３は、細線１１の元の円形断面から細線
１１の垂直方向の両側の部分の球面形状（凸面形状）の
断面を、前述のような除去加工により除去することによ
って球面形状の凹部１３ｂを２箇所設けることにより形
成される。

【００２４】そして、第３の例は、図２（ｃ）に示した
ように、手裏剣形状の断面を有する限定領域１３であ
る。この手裏剣形状の限定領域１３は、細線１１の元の
円形断面から略正方形状の断面を、前述のような除去加
工により等間隔で複数箇所（例えば４箇所）除去するこ
とによって略正方形状の溝部１３ｃを４箇所設けること
により形成される。

【００２５】さらに、第４の例は、図２（ｄ）に示した
ように、細線１１の元の円形断面より小さい正方形状の
断面を有する限定領域１３である。この正方形状の限定
領域１３は、細線１１の元の円形断面から細線１１の外
周側の部分の略円環状断面を、前述のような除去加工に
より除去することによって略円環形状の凹部１３ｄを設
けることにより形成される。

【００２６】そして、第５の例は、図２（ｅ）に示した
ように、水平方向（図示左右方向）に肉薄とされた櫛歯
形状の断面を有する限定領域１３である。この櫛歯形状
の限定領域１３は、細線１１の元の円形断面から細線１
１の垂直方向の一方（図示上方）の部分の略長方形状の
断面を、前述のような除去加工により等間隔で複数箇所
（例えば３箇所）除去することによって略長方形状の深
穴部１３ｅを３箇所設けることにより形成される。

【００２７】給電制御回路１２は、本発明の加熱手段で
あって、細線１１に電力を供給（細線１１を通電）する
ことにより細線１１を加熱（昇温）したり、細線１１へ
の電力の供給を停止（細線１１への通電を停止）するこ
とにより細線１１を冷却（降温）したりする加熱冷却手
段、温度昇降手段である。

【００２８】この給電制御回路１２は、細線１１へ所定
のパルス幅の直流の駆動電流を流すためのパルス電源１
６、このパルス電源１６と細線１１の周辺領域１４とを
電気的に接続する給電線１７ａ、パルス電源１６と細線
１１の周辺領域１５とを電気的に接続する給電線１７
ｂ、およびこの給電線１７ｂの途中に設けられた制御ス
イッチ（常開接点）１８等から構成された通電制御手
段、給電制御手段である。なお、制御スイッチ１８の開
閉は、手動により行っても良く、センサ等の入力信号に
より自動的に行っても良い。

【００２９】〔第１実施例の作用〕次に、この実施例の
マイクロマシン用アクチュエータ１として利用した形状
記憶合金製の丸棒状細線１１の繰り返し動作（作動）を
図１および図２に基づいて簡単に説明する。

【００３０】先ず、一直線上の丸棒状の細線１１を限定
領域１３にて、周辺領域１５の自由端が図示下方へ向く
ように曲げることにより塑性変形させておく。そして、
制御スイッチ１８を閉じると、パルス電源１６から給電
線１７ａ、１７ｂを介して細線１１に駆動電流が流れ
る。このように、細線１１に駆動電流を流すと、細線１
１の温度が徐々に上昇していき、最終的に細線１１の変
態温度以上に到達する。すると、細線１１は、図１に二
点鎖線で示した塑性変形前の一直線上に位置する状態へ
と戻っていく。

【００３１】このとき、この実施例のマイクロマシン用
アクチュエータ１の場合には、細線１１の周辺領域１
４、１５よりも断面積が小さい限定領域１３、すなわ
ち、細線１１の周辺領域１４、１５よりも電気抵抗値が
小さい限定領域１３が存在する。このため、細線１１の
限定領域１３における温度上昇が細線１１の周辺領域１
４、１５よりも激しくなり、限定領域１３における温度
が周辺領域１４、１５と比較していち早く変態温度以上
に昇温する。

【００３２】したがって、細線１１の線径を固定した場
合に、限定領域１３が存在しない一様な断面を有する従
来例の細線と比較して、この実施例の細線１１では小さ
な電流値で塑性変形前の一直線上に位置する状態（元の
状態）に形状変化させることができる。

【００３３】次に、制御スイッチ１８を切った（開い
た）場合、すなわち、細線１１への駆動電流の遮断時に
は、細線１１の限定領域１３の周辺領域１４、１５は、
その温度が限定領域１３よりも低い状態であり、限定領
域１３に対してヒートシンク（熱を吸収する装置）とし
て作用するため、細線１１の温度を限定領域１３が存在
しない従来例の細線よりも早く降下させることができ
る。

【００３４】〔第１実施例の効果〕この実施例のマイク
ロマシン用アクチュエータ１は、形状記憶合金製の細線
１１の一部の断面を切削加工やレーザ加工等の除去加工
によって元の断面より除去している。これにより、細線
１１に断面積が周辺領域１４、１５よりも小さい領域、
すなわち、電気抵抗値が周辺領域１４、１５よりも小さ
い限定領域１３を、細線１１の長手方向のうちに局部的
に設け、細線１１が主に変形する範囲をこの限定領域１
３に制限するようにしている。

【００３５】この結果、細線１１への駆動電流の通電後
の細線１１の温度上昇速度を増大させることができる。
そして、細線１１の限定領域１３における細線１１が他
の周辺領域１４、１５よりも変形し易くすることによっ
て、小さな電力で塑性変形前の状態へ駆動が可能なマイ
クロマシン用アクチュエータ１となる。

【００３６】また、細線１１への駆動電流の遮断時に
は、細線１１の限定領域１３の温度よりも周辺領域１
４、１５の温度の方が低い状態であり、周辺領域１４、
１５が制限領域１３の熱を速やかに吸収することによ
り、細線１１全体の温度を早く下げることができる。こ
の結果、細線１１への駆動電流の遮断後の細線１１の温
度降下速度を増大させることができるので、細線１１、
すなわち、マイクロマシン用アクチュエータ１の繰り返
し動作の高速化を図ることができる。

【００３７】さらに、従来例のように線径が一様な細線
を用いた場合と、この実施例のように細線の断面積と同
じ断面積を持つように限定領域１４を加工した場合とを
比較すると、この実施例では限定領域１３以外の細線１
１の断面積（周辺領域１４、１４の断面積）が必然的に
大きくなる。このため、駆動電流を流す細線の長手方向
の寸法、すなわち、給電線１７ａ、１７ｂの接続部間の
細線１１の長手方向の距離が同じ場合に、従来例と比較
してこの実施例の方が電気抵抗値が小さくなるために必
要な電力を小さくすることができる。

【００３８】〔第２実施例の構成〕図３ないし図５はこ
の発明の第２実施例を示したもので、図３は形状記憶合
金製の薄板を利用したマイクロマシン用アクチュエータ
を示した図である。このマイクロマシン用アクチュエー
タ２は、ベース２０、形状記憶合金製の薄板２１および
給電制御回路２２等から構成されている。給電制御回路
２２は、第１実施例と同様に、パルス電源２６、給電線
２７ａ、２７ｂおよび制御スイッチ（常開接点）２８等
から構成されている。

【００３９】薄板２１は、本発明の温度変態部材であっ
て、第１実施例と同様な導電材料である形状記憶合金よ
りなり、板厚が５０μｍ〜１００μｍで、板幅が２２０
μｍ〜４５０μｍの長方形状の断面を有し、ある程度の
板長さを持った板材である。この薄板２１は、塑性変形
時の状態が図３に示したような湾曲形状であり、塑性変
形の前の元の状態が図４に示したような平板形状であ
る。そして、薄板２１の板長さ方向の略中央部（一部）
には、図３および図４でハッチングを施したように、周
辺領域２４、２５よりも断面積が小さく、電気抵抗値が
大きい限定領域２３が設けられている。

【００４０】次に、図５（ａ）〜（ｄ）は限定領域２３
における断面形状の例を示した図である。第１の例は、
図５（ａ）に示したように、垂直方向（図示上下方向）
に肉薄とされた略長方形状の断面を有する限定領域２３
である。この略長方形状の限定領域２３は、薄板２１の
元の長方形状の断面から薄板２１の垂直方向の一方の部
分の長方形状の断面（当然の如く薄板２１の元の長方形
状の断面より断面積が小さい長方形状の断面）を、除去
加工により除去することによって長方形状の溝部２３ａ
を設けることにより形成される。

【００４１】また、第２の例は、図５（ｂ）に示したよ
うに、垂直方向（図示上下方向）に肉薄とされた鋸歯形
状の断面を有する限定領域２３である。この鋸歯形状の
限定領域２３は、薄板２１の元の長方形状の断面から薄
板２１の垂直方向の一方の部分の正方形状の断面を、除
去加工により等間隔で複数箇所（例えば６箇所）除去す
ることによって正方形状の溝部２３ｂを６箇所設けるこ
とにより形成される。

【００４２】そして、第３の例は、図５（ｃ）に示した
ように、板幅方向に短冊形状の窓部２３ｃを有する限定
領域２３である。この短冊形状の窓部２３ｃは、薄板２
１の元の長方形状の断面からこの断面積より小さい長方
形状の断面を、除去加工により板幅方向に等間隔で複数
箇所（例えば４箇所）、所定の板長さ分だけ除去するこ
とによって形成される。

【００４３】さらに、第４の例は、図５（ｄ）に示した
ように、板幅方向に元の薄板２１の板幅より狭い長方形
状の幅狭部２３ｄよりなる限定領域２３である。この幅
狭部２３ｄは、薄板２１の元の長方形状の断面から板幅
方向の両側の長方形状の断面を、除去加工により所定の
板長さ分だけ除去することによって長方形状の切欠部２
３ｅを２箇所設けることにより形成される。なお、薄板
２１の動作等に関しては第１実施例と同様であるので説
明を省略する。

【００４４】以上のように第１、第２実施例では、細線
１１または薄板２１等の形状記憶合金に駆動電流を流し
て加熱しているが、細線１１または薄板２１においてそ
の周辺領域１４、１５、２４、２５よりも断面積を小さ
くした限定領域１３、２３にレーザ光や収束した光を照
射して形状記憶合金を加熱することもできる。

【００４５】このようにマイクロマシン用アクチュエー
タ１、２を光照射（熱線照射）によって駆動する場合に
も、光を照射する細線１１や薄板２１の限定領域１３、
２３は熱容量がその周辺領域１４、１５、２４、２５よ
りも小さいため、駆動電流で駆動する場合と同様に高速
度な繰り返し動作を行うことができる。なお、光照射に
よって駆動する場合には、図２（ｅ）や図５（ｂ）に示
したように、限定領域１３、２３をレーザ光の吸収量が
大きくなるように深穴部１３ｅや溝部２３ｂで形成する
ことが望ましい。これらの深穴部１３ｅや溝部２３ｂの
加工にはレーザ加工法または放電加工法が適している。

【００４６】〔第２実施例の効果〕この実施例では、形
状記憶合金製の薄板２１において断面積が小さい領域、
すなわち、温度上昇速度が速くなる限定領域２３を設
け、薄板２１が主に変形する範囲をこの限定領域２３に
限るようにマイクロマシン用アクチュエータ２を構成し
ている。このため、マイクロマシン用アクチュエータ２
の駆動に必要な電力または光出力を低減することができ
る。さらに、駆動電流または光照射を遮断した後のマイ
クロマシン用アクチュエータ２の温度下降速度を速くす
ることができるので、繰り返し動作の高速化を図ること
ができる。

【００４７】〔第３実施例の構成〕図６はこの発明の第
３実施例を示したもので、図６（ａ）は重力による復元
力を利用したマイクロマシン用アクチュエータを示した
図で、図６（ｂ）は細線の限定領域を拡大した図であ
る。

【００４８】このマイクロマシン用アクチュエータ３
は、ベース３０、形状記憶合金製の細線３１および給電
制御回路３２等から構成されている。その給電制御回路
３２は、第１実施例と同様に、パルス電源３６、給電線
３７ａ、３７ｂおよび制御スイッチ（常開接点）３８等
から構成されている。なお、３９は細線３１の他端部に
組み付けられた重りである。

【００４９】細線３１は、線径が５０μｍ〜５００μｍ
であり、その中央部（一部）に、断面積がその周辺領域
３４、３５よりも小さく、電気抵抗値が大きい限定領域
３３を有している。この限定領域３３は、図６（ａ）に
てハッチングを施した領域で、図６（ｂ）に示したよう
な略長方形状の断面を有している。

【００５０】限定領域３３は、その断面積が細線３１の
元の円形断面の断面積の約１／２〜２／３になるよう
に、細線３１の元の円形断面から細線３１の垂直方向の
両側の部分の球面形状（凸面形状）の断面を、除去加工
することによって球面形状の凹部３３ａを２箇所設ける
ことにより形成される。

【００５１】除去加工は、１０μｍ×１０μｍ〜５０μ
ｍ〜５０μｍの寸法に収束した波長１９３ｎｍのＡｒＦ
（アルゴン・フッ素）エキシマレーザ光を細線３１に照
射して除去を実施している。ＡｒＦエキシマレーザ光
は、発振時間が１５ｎｍ前後のパルス光であり、加工変
質層を非常に薄くすることができるため、形状記憶合金
としての性質に影響を与えずに細線３１を加工できる。
１パルスのＡｒＦエキシマレーザ光照射で０．２μｍ〜
１．０μｍの深さの断面が除去されるので、除去加工す
る領域に繰り返し照射することにより細線３１の一部
（限定領域３３）を所要の断面形状に形成することがで
きる。

【００５２】〔第３実施例の作用〕次に、この実施例の
マイクロマシン用アクチュエータ３の作用を図６に基づ
いて簡単に説明する。制御スイッチ３８を閉じ、細線３
１の限定領域３３がある一定温度（変態温度）以上にな
ると細線が塑性変形前の形状（図６において二点鎖線で
示す）へと復元していく。このため、重り３９は上昇す
る。次に、制御スイッチ３８を開くと、重力の作用によ
り重り３９は元の位置へ下降する。このように、この実
施例の細線３１は、第１実施例より細線３１の他端部の
下降速度が速いマイクロマシン用アクチュエータ３とし
て動作する。

【００５３】〔第４実施例の構成〕図７はこの発明の第
４実施例を示したもので、形状記憶合金製の細線を利用
したマイクロマシン用アクチュエータを示した図であ
る。このマイクロマシン用アクチュエータ４は、ベース
４０、形状記憶合金製の細線４１および給電制御回路４
２等から構成されている。給電制御回路４２は、第１実
施例と同様に、パルス電源４６、給電線４７ａ、４７ｂ
および制御スイッチ（常開接点）４８等から構成されて
いる。

【００５４】細線４１は、塑性変形前の形状が一直線で
あり、塑性変形にて図７に示したようにコイルバネとし
て作用する形状に変形させている。すなわち、細線４１
は、４箇所の巻回部（コイル部）４４ａ〜４４ｄを持つ
螺旋形状に変形させている。なお、細線４１のうち図７
にてハッチングを施した限定領域４３ａ〜４３ｄは、断
面積がその周辺領域４５ａ〜４５ｅよりも断面積が小さ
く、電気抵抗値が大きい領域である。

【００５５】〔第４実施例の作用〕次に、この実施例の
マイクロマシン用アクチュエータ４の作用を図７に基づ
いて簡単に説明する。ここで、図７において、矢印４１
ａは細線４１上の特定の箇所を表し、矢印４１ｂ、４１
ｃは矢印４１ａの往復方向（垂直方向）の移動方向を示
す。

【００５６】制御スイッチ４８を閉じると、周辺領域４
５ａ〜４５ｅの部分の細線４１よりも先に限定領域４３
ａ〜４３ｄの部分の細線４１が一直線になるように復元
していく（伸びる）。この結果、矢印４１ａは矢印４１
ｂの方向に移動する。次に、制御スイッチ４８を開く
と、限定領域４３ａ〜４３ｄの部分の細線４１が冷却し
始め、限定領域４３ａ〜４３ｄの部分の細線４１がコイ
ル状になる（縮む）。この結果、矢印４１ａは矢印４１
ｃの方向に移動する。

【００５７】〔第５実施例の構成〕図８および図９はこ
の発明の第５実施例を示したもので、形状記憶合金製の
薄板を利用したマイクロマシン用アクチュエータを示し
た図である。このマイクロマシン用アクチュエータ５
は、断面コの字状のベース５０、形状記憶合金製の薄板
で作成した第１、第２板バネ５１、５２、第１、第２板
バネ５１、５２間に設けられた平板状のブロック５３、
および第２板バネ５２への電力の供給を制御する給電制
御回路５４等から構成されている。

【００５８】ベース５０およびブロック５３は、第１、
第２板バネ５１、５２の端部を接着する等の方法で固定
している。給電制御回路５４は、第１実施例と同様に、
パルス電源５６、給電線５７ａ、５７ｂおよび制御スイ
ッチ（常開接点）５８等から構成されている。

【００５９】第１、第２板バネ５１、５２は、塑性変形
前の形状が円環状または平面状であり、塑性変形にて図
８に示したように押し潰した形状に変形させている。な
お、第２板バネ５２のうち図８にてハッチングを施した
限定領域５２ａ、５２ｂは、断面積がその周辺領域５２
ｃ、５２ｄよりも断面積が小さく、電気抵抗値が大きい
領域で、図９に示したように、短冊形状の窓部５２ｅを
複数個有している。なお、第１板バネ５１の材質を形状
記憶合金以外のものを利用しても良い。

【００６０】〔第５実施例の作用〕次に、この実施例の
マイクロマシン用アクチュエータ５の作用を図８および
図９に基づいて簡単に説明する。ここで、図８におい
て、矢印５３ａ、５３ｂはブロック５３の往復方向（垂
直方向）の移動方向を示す。

【００６１】制御スイッチ５８を閉じ、第２板バネ５２
の限定領域５２ａ、５２ｂの温度が変態温度以上に上昇
すると、第１板バネ５１の矢印５３ｂの方向に押す力に
打ち勝つことにより、第２板バネ５２が塑性変形前の元
の形状に復元しようとする。この結果、ブロック５３は
矢印５３ａの方向に移動する。次に、制御スイッチ５８
を開くと、第２板バネ５２と比較して第１板バネ５１が
矢印５３ｂの方向に押す力が強くなり、ブロック５３は
矢印５３ｂの方向に移動する。

【００６２】〔第６実施例の構成〕図１０および図１１
はこの発明の第６実施例を示したもので、形状記憶合金
製の薄板を利用したマイクロマシン用アクチュエータを
示した図である。このマイクロマシン用アクチュエータ
６は、断面コの字状のベース６０、形状記憶合金製の薄
板で作製した第１〜第４板バネ６１〜６４、第１、第２
板バネ６１、６２と第３、第４板バネ６３、６４との間
に設けられた平板状のブロック６５、および第１〜第４
板バネ６１〜６４への電力の供給を制御する給電制御回
路６６等から構成されている。

【００６３】ベース６０およびブロック６５は、第１〜
第４板バネ６１〜６４の端部をねじ止めする等の方法で
固定している。給電制御回路６６は、パルス電源７０、
第１給電線７１ａ、７１ｂ、第２給電線７２ａ、７２
ｂ、第３給電線７３ａ、７３ｂ、第４給電線７４ａ、７
４ｂおよび第１〜第４制御スイッチ（常開接点）７５〜
７８等から構成されている。

【００６４】第１、第２板バネ６１、６２は、塑性変形
前の形状が半円環状または平面状であり、塑性変形にて
図１０に示したように押し潰した形状に変形させてい
る。なお、第１、第２板バネ６１、６２のうち図１０に
てハッチングを施した限定領域６１ａ、６２ａは、断面
積がその周辺領域６１ｂ、６１ｃ、６２ｂ、６２ｃより
も断面積が小さく、電気抵抗値が大きい領域で、図１１
（ａ）、（ｂ）に示したように、短冊形状の第１、第２
窓部６１ｄ、６２ｄを複数個有している。

【００６５】第３、第４板バネ６３、６４は、塑性変形
前の形状が半円環状または平面状であり、塑性変形にて
図１０に示したように押し潰した形状に変形させてい
る。なお、第３、第４板バネ６３、６４のうち図１０に
てハッチングを施した限定領域６３ａ、６４ａは、断面
積がその周辺領域６３ｂ、６３ｃ、６４ｂ、６４ｃより
も断面積が小さく、電気抵抗値が大きい領域で、図１１
（ａ）、（ｂ）に示したように、短冊形状の第３、第４
窓部６３ｄ、６４ｄを複数個有している。

【００６６】〔第６実施例の作用〕次に、この実施例の
マイクロマシン用アクチュエータ６の作用を図１０およ
び図１１に基づいて簡単に説明する。ここで、図１０に
おいて、矢印６５ａ、６５ｂはブロック６５の往復方向
（垂直方向）への移動方向を示し、矢印６５ｃ、６５ｄ
はブロック６５の回転方向への移動方向を示す。

【００６７】第１、第２制御スイッチ７５、７６を閉
じ、第３、第４制御スイッチ７７、７８を開くと、第
１、第２板バネ６１、６２が昇温し限定領域６１ａ、６
２ａが伸びようとするのでブロック６５は矢印６５ａの
方向に移動する。また、第１、第２制御スイッチ７５、
７６を開き、第３、第４制御スイッチ７７、７８を閉じ
ると、第３、第４板バネ６３、６４が昇温し限定領域６
３ａ、６４ａが伸びようとするのでブロック６５は矢印
６５ｂの方向に移動する。

【００６８】次に、第２、第３制御スイッチ７６、７７
を開き、第１、第４制御スイッチ７５、７８を閉じる
と、第１、第４板バネ６１、６４が昇温し限定領域６１
ａ、６４ａが伸びようとするのでブロック６５は矢印６
５ｃの方向に回転する。また、第１、第４制御スイッチ
７５、７８を開き、第２、第３制御スイッチ７６、７７
を閉じると、第２、第３板バネ６２、６３が昇温し限定
領域６２ａ、６３ａが伸びようとするのでブロック６５
は矢印６５ｄの方向に回転する。

【００６９】〔変形例〕以上の第１〜第６実施例では、
形状記憶合金よりなる細線や薄板を利用したマイクロマ
シン用アクチュエータについて数例を示したが、その他
にも細線や薄板の変形方法や形状が種々考えられ、これ
らの細線や薄板を目的に合わせて局部的に除去加工して
所要の動作を行うアクチュエータを得ることができる。

【００７０】また、細線や薄板を除去加工して得られる
形状に関しては、電気抵抗値が除去加工した限定領域で
その周辺領域よりも大きくなれば良いのであって、第１
〜第６実施例で示した形状に限定されない。例えば、細
線では元の断面が円形、薄板では元の断面が長方形の場
合を示したが、このような断面形状の細線や薄板に限定
されることはなく、断面形状が円形や長方形と異なる星
形、楕円形、長円形、菱形、台形、平行四辺形、あるい
は上下左右方向が異形状の細線や薄板を用いた場合にも
本発明を適用できることは明らかである。

【００７１】どのようなアクチュエータを構成するにし
ても、細線や薄板の局部的に設けた限定領域を主として
高温度にして動作させることにより、電力の低減や動作
の高速化を可能とするアクチュエータを得ることができ
る。また、第５、第６実施例では、形状記憶合金正の薄
板を用いているが、バイメタルとして作用する薄板を形
状記憶合金の代わりに用いても良い。

【００７２】すなわち、バイメタルが形状記憶合金と同
様に加熱によって変形することは周知であり、例えばバ
イメタル製の薄板を、図５（ｃ）、（ｄ）のような形状
に加工すれば、第２実施例で説明した形状記憶合金製の
薄板を利用したアクチュエータと同様なアクチュエータ
を実現できる。なお、バイメタルを利用したアクチュエ
ータの駆動にも通電やレーザ加熱を適用できる。

【００７３】また、以上の第１〜第６実施例では、細線
や薄板の一部の断面を除去加工して温度上昇下降速度が
速くなる限定領域を設けているが、細線や薄板の一部の
外周または内部に熱伝導性に優れた材料を被着すること
によって温度上昇下降速度が速くなる限定領域を設ける
こともできる。さらに、細線や薄板の除去下降にはＡｒ
Ｆエキシマレーザ加工法を用いているが、その他のＹＡ
Ｇレーザ、Ａｒレーザ等を用いたレーザ加工法、化学的
な加工法などを利用して除去加工することもできる。ま
た、細線や薄板の一部にその周辺領域より電気抵抗値の
大きい材料を設けても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例を示した正面図である。

【図２】（ａ）〜（ｅ）はこの発明の第１実施例の細線
の限定領域を示したＡ−Ａ断面図である。

【図３】この発明の第２実施例の塑性変形の状態を示し
た正面図である。

【図４】この発明の第２実施例の元の状態を示した平面
図である。

【図５】（ａ）、（ｂ）はこの発明の第２実施例の薄板
の限定領域を示したＢ−Ｂ断面図で、（ｃ）、（ｄ）は
この発明の第２実施例の薄板の限定領域を示した平面図
である。

【図６】（ａ）はこの発明の第３実施例を示した正面図
で、図６（ｂ）は第３実施例の細線の限定領域を示した
断面図である。

【図７】この発明の第４実施例を示した正面図である。

【図８】この発明の第５実施例を示した正面図である。

【図９】この発明の第５実施例を示した側面図である。

【図１０】この発明の第６実施例を示した正面図であ
る。

【図１１】（ａ）はこの発明の第６実施例を示した左側
面図で、（ｂ）はこの発明の第６実施例を示した右側面
図である。

【符号の説明】

１ マイクロマシン用アクチュエータ ２ マイクロマシン用アクチュエータ ３ マイクロマシン用アクチュエータ ４ マイクロマシン用アクチュエータ ５ マイクロマシン用アクチュエータ ６ マイクロマシン用アクチュエータ １１ 細線（温度変態部材） １２ 制御回路（加熱手段） １３ 限定領域 １４ 周辺領域 １５ 周辺領域 ２１ 薄板（温度変態部材） ２２ 制御回路（駆動手段） ２３ 限定領域 ２４ 周辺領域 ２５ 周辺領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永久保 雅夫 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 井戸垣 孝治 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】温度の変化に応じて形状が変化する温度変
   態部材と、この温度変態部材を加熱する加熱手段とを備
   えたアクチュエータであって、 前記温度変態部材は、一部に、温度が上昇する速度がそ
   の周辺領域よりも速い限定領域を設けたことを特徴とす
   るアクチュエータ。
2. 【請求項２】請求項１に記載のアクチュエータにおい
   て、 前記限定領域は、その周辺領域よりも断面積が小さいこ
   とを特徴とするアクチュエータ。
3. 【請求項３】請求項２に記載のアクチュエータにおい
   て、 前記加熱手段は、前記温度変態部材へ駆動電流を流すこ
   とにより駆動する制御回路であることを特徴とするアク
   チュエータ。
4. 【請求項４】請求項１に記載のアクチュエータにおい
   て、 前記加熱手段は、前記温度変態部材の限定領域へ熱線を
   照射することにより前記温度変態部材を駆動することを
   特徴とするアクチュエータ。
5. 【請求項５】請求項１に記載のアクチュエータにおい
   て、 前記加熱手段は、前記温度変態部材の限定領域へ光を照
   射することにより前記温度変態部材を駆動することを特
   徴とするアクチュエータ。
6. 【請求項６】温度の変化に応じて形状が変化する温度変
   態部材を利用したアクチュエータの製造方法であって、 前記温度変態部材の一部の断面積をその周辺領域の断面
   積より小さくなるように除去加工を行って、前記温度変
   態部材の一部に、温度が上昇する速度がその周辺領域よ
   りも速い限定領域を形成したことを特徴とするアクチュ
   エータの製造方法。
7. 【請求項７】温度の変化に応じて形状が変化する温度変
   態部材を利用したアクチュエータの製造方法であって、 前記温度変態部材の一部の外周に熱伝導性に優れた材料
   を付着させる付着加工を行って、前記温度変態部材の一
   部に、温度が上昇する速度がその周辺領域よりも速い限
   定領域を形成したことを特徴とするアクチュエータの製
   造方法。