JPS60219973A - アクチユエ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分力〕 本発明は、形状記憶合金（Ｓｈａｐｅ　Ｍｅｍｏｒｙ　
Ａ１１−ｏｙ）の形状記憶効果（５ｈａｐｅ　Ｍｅｍｏ
ｒｙ　Ｅｆｆｅｃｔ　）と、減速機構のフラットタイプ
のハーモニックギアを結合して回転出力を得るアクチー
エータに関する。

〔発明の技術的背景〕

従来、この種装置においては減速機でわる／・−モニッ
クギアは外部より駆動モータまたは何らかの方法で駆動
させ動力を出力端より取り出している０ この従来例の側面図を第１図に表わし、そのＸ＋　Ｘ／
線に沿うハーモニックギアの平断面図を第一図に示す。

ハーモニックギア／は第１図および第２図に示すように
、たとえばモータ軸ＩＯなどの入力軸にウェブジェネレ
ータハブ４ｔｈを介して連結され外周に楕円状の軸受ｊ
を有する楕円状のウェーブジェネレータｌと、前記軸受
夕の外周に嵌合され外周にｎ個のスズライン状の歯３ａ
をリング状にオＪする可撓性の円形のフレクスプライン
３と、楕円状にたわんだ前記フレクスプライン３の外周
に前記歯３ａの長軸側の２個所と噛み合わせて嵌合し、
内周にｎより袂数個α多いスズライン状の歯、２ａをリ
ング状に有する円状のサーキュラスプラインλとから構
成さハ、たとえば前記サーキーラスプラインλを固定し
、前記フレクスプライン３を前記入力軸と同心にカップ
リング乙に図示しない出力軸を連結した場合、前記ウェ
ーブジェネレータ弘を時計方向に１回転すると、前記フ
レクスプライン３は反時計方向に前記サーキーラスプラ
インλとの歯数差α分だけ回転する。逆に、前記フレク
スプライン３を固定し、サーキュラスズラインλを出力
軸に連結し７′ｃ場合、前記ウェーブジェネレータｔが
時計方向に１回転すると、チーキーラスプラインーは時
計方向に前記歯数差α分だけ回転する。つ１り前者の場
合の速度比は、ウェーブジェネレータ弘の回転方向とは
逆方向にａ／ｎとなｐ１後者の場合はウェーブジェネレ
ータ≠の回転方向と同方向にα／（ｎ＋α）となる。

すなわち、ハーモニックギア／の構造は、最外殻にサー
キュラスズラインコが固定さｎており、その内側には可
動部であるフレクスプライン３がちり、それには出力端
となる取付ポルトタが取り付けである。さらに、その内
側にはウニイブジェネレータ≠がらり、その楕円形状の
回シには軸受夕が設けである。また、ウェーブジェネレ
ータ弘の中心部にはウェーブジェネレータノ＼ゾ≠ｈを
そなえ、これには駆動モータ７の回転軸ＩＱが固定さｎ
る。駆動モータ７の軸方向後部には速度位置検出機構を
有するフィードバックユニットとが取り付けられている
。

〔背景技術の問題点〕

このように、ハーモニックギア／のウニイブジェネレー
タψに駆動モータ７の回転軸１０を取り例はウニイブジ
ェネレータ≠を回転させることにより、フレクスプライ
ン３とサーキュラスプラインλの減速比による出力を、
フレクスプライン３、チーキーラスプラインー〇いずれ
かより取や出す機構においては、以下のような欠点があ
る。

■　ハーモニックギアとは別に駆動装甑を必要とするの
で、全体の重量が重くなる。

■　駆動後−〇回転軸は第１図のように・・−モニック
ギア部にカップリングされ、全体機構の大きさが大きく
なりかつ長さが長くなる。

◎　したがって、トルク／重量比も小さくなる。

しかしてアクチーニー、２に対する要望は、軽薄短小そ
れにトルク／重量比のアップでらるが、従来技術におい
てはこｎらのいずれも満足していない。

すなわち、従来のモータ技術だけでトルク／重量比のア
ップを計っても、非常に難しく、高トルク化を行なうた
めには減速様を介して出力金得る手段を取らざるを得な
いが、単に駆動モータに減速機をカップリングしただけ
では軽薄短小のニーーズを満足していない。

〔発明の目的〕

ここにおいて本発明は、従来装置の難点を克服し、形状
記憶合金による駆動機構をフラットタイプのハーモニッ
クギア内部に構成したアクチュエータを提供することを
、その目的とする・〔発明の概要〕 本発明は、フラットタイプの／飄−モニックギアのウェ
ーブジェネレータ部材を取ジ除き、その対角線上でかつ
放射状に配設されそｎ、ぞｔ外側端部を軸受の内輪にと
りつけている検数率の形状記憶合金を設け、複数の形状
記憶合金のうち対角線上の一対の形状記憶合金のみ一定
方向に順次加熱・冷却していき、これによシ形状記憶合
金を伸・縮させて回転出力を取り出すアクテコエータで
おる。

〔発明の実施例〕

先ず、本発明が運用されるフラットタイプのノ・−モニ
ツクギアは次のとおジである０ 構成部材はグ点となるがカップタイ２′（第１図）と同
じ動作原理で作動する。

フラットタイプの場合、フレクスプライン３の形状は、
カップタイプのフレクスプライン３の底の部分をカット
した形状となっており、さらに出力軸連結のために、フ
レクスプライン３と同じ歯数のチーキーラスプラインを
一つ追加した構造となる。

そこで二つのサーキュラスプラインをサーキュラスプラ
イン（固定側）Ｓとサーキユラスプライン（可動側）Ｄ
とする。

チーキーラスプラインＳ（これを２８　とする）はカッ
プタイプのチーキーラスプラインと同じようにフレクス
プライン３よｐ歯数が初数枚（たとえば２枚）多くなっ
ている。

チーキーラスプラインＤ（これを２Ｄ　とする）はフレ
クスプライン３と同じ歯数になっている。

したがって、フレクスプライン３と相対回転を生じない
ので、フレクスプライン３と同じ速度で回転する。

ウェーブジェネレータ弘はカップタイプと同じである。

フレクスプライン３はカップタイプのフレクスプライン
３の底の部分をカットした形状である。

本発明の原理的一実施例における構成図を第３図に表わ
し、その側断面図を第９図に示す。

本発明は第２図におけるウェーブジェネレータμに代え
て、動弁線上でかつ放射状に配設されそ扛ぞれ外側端部
を軸受ｊの内輪にとりつけている検数率の形状記憶合金
／ｌ〜／ｇをそなえる。

形状記憶合金／／〜ｌざは例えばコイルばね状（スパイ
ラル状）に巻回成形さｎ−たスプリングで形成され、固
定部材（絶縁物）／／ａ〜／ざａを介して軸受夕の内輪
にほぼ等間隔にその一端が固定され、その他端は導電性
リングＪに接続さむる。導電性リングＪは絶縁環２／を
介して取付リングｎに固定され、取付リング−〇内孔Ｊ
は冷却風の通路を形成する。

形状記憶合金／／〜／ｇの固定部材／／ａ〜／Ｔａへの
端末は、スイッチング素子３０を経て電源りの一端へ至
り、電源卯の他端は導電性リングＪへ接続づれる。

スイッチング素子３０は等間間隔でその端子３７〜３Ｉ
Ａが逐次電源接点３Ｓの移動により電源幻へ接続され、
それが繰り返さｎる０ そして、チーキュスプラインＳの２８　とフレクスプラ
イン３とのハーモニック運動によってえられた減速出力
が、チーキースプラインＤの２Ｄから出力される。

本考案の動作原理が第３図〜第ｇ図に示さ扛る。

すなわち、スイッチング素子３０の端子３／へ電、源接
点３ｊが接続され、形状記憶合金／ｌと１５へ通電され
、そのスプリングが発熱し膨張し伸長し第５図の形態を
とる。

次いで、スイッチング素子３０の電源接点３Ｓが端子３
２へ移り、形状記憶合金／２と１６へ通電されるととも
に、形状記憶合金／／と１５は冷却手段により急冷きれ
、第６図の状態となる。

それから、逐次、形状記憶合金１３と１７そして形状記
憶合金／ｑと／ざへ通称さ九、第７図から第を図へと移
る。

したがってこの動作を２回緑返し、そして第５図の状態
にもどすことにより、フレクスプライン３はサーキュラ
スプラインＳの稲　との歯数の差分たとえば２枚差であ
ればλ根分だけ時計方向に減速回転する。

なお、通電開始前の初期状態では、図示していないが、
形状記憶合金ｌ／〜／ｇは全て短縮した状態となり、軸
受ｊは円形となる。形状記憶合金ｌ／〜ｌざはある程度
の弾性を持たせたスプリング形状記憶合金たとえば／／
へ通電するときはその対角線上の形状記憶合金／ざへも
通電され、その２つが加熱膨張し伸長し長径となり、か
つ形状記憶合金１３と１７ｉｉ形状記憶合金／ｌと／ざ
の伸長に従い圧縮されて短径となり、軸受ｊの内輪は楕
円状と碌る。

このアクチネエータの速度はスイッチング素子３０にお
ける電源接点３Ｓの端子３１〜３ｔへの移動切替速度に
よる。

また、形状記憶合金ｌ／〜／ｇの加熱膨張を形状記憶合
金／ｌ〜ｉｇへの熱風の吹きつけにより行なうこともで
きる。

取り出される出力の大きさは、フレクスプライン３とチ
ーキエスプラインＳのら　とのギア比によシ決まる。

速比はフレクスプライン３およびチーキーラスプライン
Ｓの、２８の歯数による。

いま、 フレクスプライン３の歯数を得、 サーキュラスプラインＳの２８の歯数２０（たとえば２
゜＝得　＋２とする）、 速比値をＲとすると、 第３図における形状記憶合金／／〜１５の数はｒ個であ
るが、こ詐を１６個に増加すると２倍の分解能となるの
で、回転をよりなめらかに制御できる。

このように個数を多くしていくと、分解能が高められ、
さらになめらかな回転運動が得ら扛る。

形状記憶合金／／〜／ｇで構成されたスズリングは、ス
パイラル状に巻回成形するだけでなく、第２図はその側
面図、第７０図にその正面図を示すように、叛ノ々ネ状
のスプリングにおいても可能でオリ、分解能を高める上
では、スペースを取らない板バネ状のスプリングの方が
スパイラル状のスズリングよシ、よジ実用的でるる。

本発明の他の実施例の構成図を第１／図に表わし、（ａ
）はその側断面図、（ｂ）はくａ）のＹ　−Ｙ’　線に
沿う断面の半分を示した平面図である。

この実施例は形状記憶合金ｌｌ〜／ｇの冷却手段に主眼
をおく。

中央の冷却風の吸気孔おから冷却気体（空気あるいはガ
ス）ＳＯを加圧送入し、フレクスプライン１の中央部下
面に設は冷却気体が均等に放散するようにした通風ガイ
ドＳ／に当り、そして各形状記憶合金／／〜／ｇを冷却
して排気孔２’ｌ、２６・・・から外部へ放出される。

つまり、常時送風しておき形状記憶合金ｌ／〜１５へ通
電することで風によジ奪わｎる熱量以上の熱を発生させ
、形状記憶合金／／〜／ざの形状を加熱膨張伸長させ、
通電を切ると同時に形状記憶合金ｌ／〜７ｇの熱を風に
より奪い、排気孔２Ｑ　。

Ｊより放出して形状記憶合金のスズリング／／〜／ざを
冷却し、元の形状に戻す。

なお、５２は冷却気体５０の循環を円滑させるかえり、
Ｓ３は上蓋を形成するカバー、評は外殻を構成する外装
（ハウジング）　、　ｊ５はサーキユラスプラインＤの
２Ｄヲ回転自在に支承する軸受、５乙は負狗取付はボル
ト孔、５７　、３８は形状記憶合金／／〜ｌざへの給電
線で必る。

また、別の冷却手段として、形状記憶合金／／〜／ざへ
の通１１ｉ、（Ｆ３るいは熱風吹きつけ）終了と同期さ
せて圧縮気体（冷却風）を加熱膨張している形状記憶合
金／／〜／８に吹きつけ急冷してもよい。

なお、本発明においては、前記チーキーラスプライン２
８　の歯数をｎ個とし、かつ前記サーキュラスプライン
、２Ｄの歯数をｎより槍数個多くすることもできる。た
だしこの場合は、フレクスプライン３は回転しないので
軸受ｊは必要でなくなる。

〔発明の効果〕

かくして本発明によれば、次のような特段の効果が認め
られる。

■　ハーモニックギアの内部に形状記憶合金による私動
機′ｍ全形ｂｙシ、従来技術のような別に駆動装置を必
要（モータが占める重ｔｈ士の割合は非常に大きい）と
しないので、アクチーエータ全体の型部が軽くなる。

■　従来例のようなハーモニックギアのウニイブジェネ
レータに駆１ｉｌｌ装かの回転軸をカップリングさせ駆
動する方策においては、アクチーエータ全体の大きさが
大きくなり、回転軸方向の長さが長くなるが、本発明に
おいては形状記憶合金による駆動機構をハーモニックギ
アの内部に形成し、アクチーエータ全体の形状を小さく
逝くできる。

■　ハーモニックギアという非常に高い減速比（たとえ
ば約ｌ：１０Ｏ）ｆ持つ減速手段と一体形にしているた
め、トルク／１！襲比を大きくできる。

つまシ、本発明は工業的ニーズである軽薄短小・トルク
／重量比のアップを完全に可能とする。

■　フラットタイツのアクチェエータでるることによジ
、軽薄短小が要求さｎてさた駆動機構部たとえばマニビ
ーレータ等における関節部、またはロボット等における
軸駆動部に利用することができる。とくに前者に連用す
ることは本発明の効果上非常に廟効である・

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の側面図、第２図は第１図のＸ−Ｘ　／
線に沿う平断面図、第３図は本発明の一実施例における
構成図、第４図はその細断面図、第ｊ図〜第ｒ図は本発
明の詳細な説明図、第７図、第７０図は形状記憶合金の
他の例における側面図、正面図、第１７図は仙の実施例
の構成図を表わしくａ）はその側断面図、（ｂ）は（ａ
）のＹ　−Ｙ’線に沿う断面の半分を示した平面図であ
る。 ／・・・ハーモニックギア、、２・・・サーキユラスプ
ライン、Ｊａ・・・その歯、２８・・・サーキユラスプ
ラインＳ、２Ｄ・・・サーキユラスプラインＤ、３・・
・フレクスプライン、３ａ・・・その歯、≠・・・ウェ
ーブジェネレータ、ｐｈ・・・そのノ１ブ、ｊ・・・軸
受、６・・・カップリング、７・・・駆動モータ、ｇ・
・・フィードバックユニット、り、りａ・・・出力端取
付ボルト、ナツト、１０・・・回転軸、ｌ／〜ｉｔ・・
・形状記憶合金、／／ａ〜／ざａ・・・その軸受内輪へ
の固定手段、Ｊ・・・導電性リング、２１・・・絶縁環
、ｎ・・・中央固定部材（取付リング）、Ｊ・・・吸気
孔、２１Ａ　、　＃・・・排気孔、３０・・・スイッチ
ング素子、３７〜３１ｔ・・・その出力端子、３Ｓ・・
・電源接点、す・・・電源、ＳＯ・・・冷却気体、Ｓ／
・・・通風ガイド、Ｓ２・・・かえり、ＳＳ・・・カバ
ー、５Ｉ７・・・ハウジング、ＳＳ・・・軸受、Ｓ６・
・・負荷取付はボルト孔、ｊ７　、３８・・・給電線。 出願人代理人　猪　股　清 第Ｅ図 第４図 第５図　第６図 第７図　第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ／、外輪および内輪を可撓性のリングで構成した軸受と
   １ 対角線上でかつ放射状に配設されそれぞれ外側端部を前
   記軸受の内輪にとりつけている複数本の形状記憶合金と
   、 前記軸受の外輪に嵌合され、外周にｎ個のスプライン状
   の歯をリング状に有する可撓性の円形のフレクスプライ
   ンと、 このフレクスプラインの外周に嵌合され内径が前記フレ
   クスプラインの外径よシも大きく、かつ内周にＤより複
   数個多い（もしくはｎ個の）スプライン状の歯をリング
   状に有する円状の固定サーキュラスジラインと、 前記フレクスプラインの外周に嵌合されるとともに外周
   部を軸受を介して固定部に支持され、内径がこのフレク
   スプラインの外径よりも大きく、かつ内周にｎ個の（も
   しくはｎよジ複数個多い）スプライン状の歯をリング状
   に有する円状の可動サーキュラスジラインとをそなえ、 複数の形状記憶合金のうち対角線上の一対の形状記憶合
   金のみ一定方向に順次加熱・冷却していき、これより前
   記形状記憶合金を伸・縮させて、前記軸受とともに前記
   フレクスプラインを楕円形状に変化させ、 かつこの楕円形状の長軸側の位置を一定方向に順次移動
   させ、この楕円形状に変化した前記フレクスプラインを
   長軸側２カ所において前記サーキーラスプラインにかみ
   合わせ、前記可動ザーキーラスプラインを回転させるこ
   とを特徴とするアクチェエータ。 λ　前記複数本の形状記憶合金をそ扛ぞれコイルばね状
   に巻回形成している特許請求の範囲第１項記載のアクチ
   ーエータ。 ３、前記形状記憶合金の加熱膨張を、形状記憶合金への
   通電により行なわせるものである特許請求の範囲第１項
   または第一項記載のアクチーエータ。 μ、前記形状記憶合金の加熱膨張を、形状記憶合金への
   熱風の吹きつけによシ行なわせるものである特許請求の
   範囲第１項または第２項記載のアクチーエータ。 ｊ、前記形状記憶合金の冷却を、形状記憶合金への冷却
   を、形状記憶合金への冷却風の吹きつけによシ行なわせ
   るものである特許請求の範囲第１項ないし第グ項のいず
   れかの項に記載のアクチーエータ。