JPWO2018083762A1 - 剛性可変アクチュエータ - Google Patents

Abstract

剛性可変アクチュエータ（１０；１０Ａ）は、第一の相と第二の相の間で相が移り変わり得る形状記憶部材（２０）を有している。形状記憶部材は、第一の相にあるときは、低剛性状態を取り、第二の相にあるときは、低剛性状態よりも高い剛性を持つ状態である高剛性状態を取る。剛性可変アクチュエータはさらに、形状記憶部材に第一の相と第二の相の間の相の移り変わりを引き起こさせる誘起部材（３０）と、形状記憶部材と誘起部材を弾性的に接続している接続部材（４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ，４０Ｅ，４０Ｆ，４０Ｇ，４０Ｈ，４０Ｉ；６０）を有している。形状記憶部材と誘起部材と接続部材はいずれも導電性を有しており、形状記憶部材と誘起部材と接続部材は電気的に接続されている。

Description

本発明は、可撓性部材に装着され、可撓性部材の剛性を変更し得る剛性可変アクチュエータに関する。

日本国特許第３１２２６７３号は、挿入部の軟性部の剛性を変更し得る内視鏡を開示している。この内視鏡では、可撓性部材（たとえばコイルパイプ）の両端部が内視鏡の所定位置に固定されており、この可撓性部材には可撓性調整部材（たとえばコイルパイプに挿通された可撓性調整ワイヤ）が分離体を介して固定されている。可撓性部材と可撓性調整部材は、軟性部に沿って内視鏡の操作部にまで延び、かつ軟性部のほぼ全体にわたって延びている。可撓性調整部材を引っ張ることによって、可撓性部材が圧縮されて硬くなり、これにより、軟性部の剛性が変更される。

可撓性部材と可撓性調整部材は軟性部のほぼ全体にわたって延びているため、このような機構を駆動するには、非常に大きな力を必要とする。この機構の電動化を図った場合、大型の動力源が必要とされ、その構成は、大がかりなものとなる。

日本国特許第３１４２９２８号は、形状記憶合金を用いた可撓管用剛性可変装置を開示している。この剛性可変装置は、可撓管内に配設されるコイルと、このコイルの内側に配設される電気的絶縁性チューブと、この電気的絶縁性チューブ内にその軸方向に延びて配置される形状記憶合金製ワイヤと、この形状記憶合金製ワイヤを通電する通電加熱手段を備えている。

形状記憶合金製ワイヤは、低温時には、その長さが伸長し、高温時には、収縮する性質を有している。形状記憶合金製ワイヤは、コイルの両端に設けられた固定部を通って延出しており、その両端にかしめ部材が固定されている。形状記憶合金製ワイヤは、低温時には弛み、高温時には、かしめ部材が固定部に係合して突っ張るように配されている。

形状記憶合金製ワイヤは、通電加熱手段によって加熱された高温時には収縮してコイルを硬くする。一方、通電のない低温には、形状記憶合金製ワイヤは伸長してコイルを柔らかくする。

この剛性可変装置は、シンプルな構成であるため小型に構成され得るが、形状記憶合金製ワイヤの収縮時には、形状記憶合金製ワイヤの両端が拘束され、形状記憶合金製ワイヤに負荷がかかるため、その耐久性に難がある。

本発明の目的は、シンプルな構成で耐久性のある剛性可変アクチュエータを提供することである。

この目的のため、剛性可変アクチュエータは、第一の相と第二の相の間で相が移り変わり得る形状記憶部材を備えている。形状記憶部材は、第一の相にあるときは、低剛性状態を取り、第二の相にあるときは、低剛性状態よりも高い剛性を持つ状態である高剛性状態を取る。剛性可変アクチュエータはさらに、形状記憶部材に第一の相と第二の相の間の相の移り変わりを引き起こさせる誘起部材と、形状記憶部材と誘起部材を弾性的に接続している接続部材を備えている。形状記憶部材と誘起部材と接続部材はいずれも導電性を有しており、形状記憶部材と誘起部材と接続部材は電気的に接続されている。

図１は、第一実施形態による剛性可変アクチュエータ装置を示している。 図２は、図１に示された剛性可変アクチュエータのII−II線に沿った断面構造を模式的に示している。 図３は、形状記憶部材の曲げ変形と、これを受けた接続部材の変形を模式的に示している。 図４は、図２に示された接続部材に代えて適用可能な別の接続部材を示している。 図５は、図２に示された接続部材に代えて適用可能な別の接続部材を示している。 図６は、図２に示された接続部材に代えて適用可能な別の接続部材を示している。 図７は、図２に示された接続部材に代えて適用可能な別の接続部材を示している。 図８は、図２に示された接続部材に代えて適用可能な別の接続部材を示している。 図９は、図２に示された接続部材に代えて適用可能な別の接続部材を示している。 図１０は、図２に示された接続部材に代えて適用可能な別の接続部材を示している。 図１１は、図２に示された接続部材に代えて適用可能な別の接続部材を示している。 図１２は、図２に示された接続部材に代えて適用可能な別の接続部材を示している。 図１３は、第二実施形態による剛性可変アクチュエータを示している。

［第一実施形態］
図１は、第一実施形態による剛性可変アクチュエータ装置を示している。図１に示されるように、剛性可変アクチュエータ装置は、異なる剛性状態を取り得る剛性可変アクチュエータ１０と、剛性可変アクチュエータ１０の剛性状態を制御する制御部９０を備えている。

剛性可変アクチュエータ１０は、可撓性部材に装着され、異なる剛性状態を取り得ることにより、可撓性部材に異なる剛性を提供する機能を有している。剛性可変アクチュエータ１０は、形状記憶部材２０が少なくとも一つの自由端をもつように可撓性部材に装着される。

剛性可変アクチュエータ１０は、第一の相と第二の相の間で相が移り変わり得る形状記憶部材２０と、形状記憶部材２０に第一の相と第二の相の間の相の移り変わりを引き起こさせる誘起部材３０と、形状記憶部材２０と誘起部材３０を弾性的に接続している接続部材４０を備えている。

形状記憶部材２０と誘起部材３０と接続部材４０はいずれも導電性を有しており、したがって、形状記憶部材２０と誘起部材３０と接続部材４０は電気的に接続されている。より詳しくは、形状記憶部材２０と誘起部材３０は接続部材４０を介して電気的に接続されている。

誘起部材３０は、導電性材料で構成されている。誘起部材３０は、その端部３２が、たとえば、接続部材４０に固着されていることにより、接続部材４０と導通している。誘起部材３０と接続部材４０の間の固着は、半田や溶接、導電性接着剤、ロウ付けなどによっておこなわれてよい。このような固着の手法は、小型である剛性可変アクチュエータ１０に対して好適である。

接続部材４０は、形状記憶部材２０を把持していることにより、形状記憶部材２０と導通している。これについては後述する。

形状記憶部材２０は、第一の相にあるときは、低剛性状態を取り、すなわち低い弾性係数を示し、したがって、可撓性部材に比較的低い剛性を提供する。また、形状記憶部材２０は、第二の相にあるときは、低剛性状態よりも高い剛性を持つ状態である高剛性状態を取り、すなわち高い弾性係数を示し、したがって、可撓性部材に比較的高い剛性を提供する。形状記憶部材２０は、低剛性状態では、外力に従って容易に変形され、高剛性状態では、外力に抗してあらかじめ記憶している記憶形状に戻る傾向を示す。記憶形状は、これに限らないが、たとえば直線形状であってよい。

ここにおいて、外力とは、形状記憶部材２０を変形させ得る力を意味しており、重力も外力の一部と考える。

誘起部材３０は、熱を発する性能を有している。形状記憶部材２０は、誘起部材３０の発熱により加熱されることにより、第一の相から第二の相に相が移り変わる性質を有している。

形状記憶部材２０は、たとえば形状記憶合金から構成されていてよい。形状記憶合金は、これに限らないが、たとえばＮｉＴｉを含む合金であってよい。

形状記憶部材２０を構成する形状記憶合金は、たとえば、マルテンサイト相とオーステナイト相の間で相が移り変わるものであってよい。その形状記憶合金は、マルテンサイト相時には、外力に対して比較的容易に塑性変形する。つまり、その形状記憶合金は、マルテンサイト相時には低い弾性係数を示す。一方、その形状記憶合金は、オーステナイト相時には、外力に抵抗して容易には変形しない。さらに大きな外力のために変形しても、その大きな外力がなくなれば、超弾性を示して、記憶している形状に戻る。つまり、その形状記憶合金は、オーステナイト相時には高い弾性係数を示す。

誘起部材３０は、導電性材料から構成されており、電流の供給に対して熱を発する性質を有している。誘起部材３０は、たとえば電熱線、つまり電気抵抗の大きい導電性部材で構成されてよい。

形状記憶部材２０は、細長い外観形状を有している。誘起部材３０は、ワイヤ状の部材で構成されており、形状記憶部材２０の外側周囲に配置されている。誘起部材３０は、形状記憶部材２０から適度なすき間をおいて、形状記憶部材２０の長手軸に沿って、形状記憶部材２０の周囲を螺旋状に延びている。このような構成のおかげで、誘起部材３０によって発せられる熱は、形状記憶部材２０に効率良く伝達される。

形状記憶部材２０は、導電性材料から構成されている。たとえば、形状記憶部材２０の周囲には絶縁膜２２が設けられている。絶縁膜２２は、形状記憶部材２０と誘起部材３０の間の短絡を防止する働きをする。

図２は、図１に示された剛性可変アクチュエータ１０のII−II線に沿った断面構造を模式的に示している。図２に示されるように、形状記憶部材２０は、円形の断面形状を有している。接続部材４０は、Ｃ字状の断面形状を有している。

図１と図２から理解されるように、形状記憶部材２０は、円柱に形作られている。接続部材４０は、長手軸に沿ったスリット４２を有している円筒体で構成されている。したがって、接続部材４０は、円周に沿って二つの端部を有している。すなわち、接続部材４０は、円周に沿って互いに離れている二つの端部を有している。

接続部材４０は、形状記憶部材２０を取り巻く様に形状記憶部材２０に接して配置されている。接続部材４０は、柔軟に弾性変形するように構成されている。接続部材４０の内径は、形状記憶部材２０の外径よりもいくぶん小さく設定されている。つまり、接続部材４０は、元の状態に比べていくぶん広げられた状態で、形状記憶部材２０の周りに配置されている。これにより、接続部材４０は、内向きに弾性変形する復元力により形状記憶部材２０を把持している。

誘起部材３０の端部３２は、スリット４２の反対側の接続部材４０の部分に固着されている。誘起部材３０の端部３２の固着位置は、スリット４２の反対側の接続部材４０の部分に限らず、他の適当な接続部材４０の部分であってもよい。しかし、スリット４２の反対側の接続部材４０の部分は形状記憶部材２０の変形に対して最も変形しないため、誘起部材３０の端部３２の固着位置は、スリット４２の反対側の接続部材４０の部分が最も好ましい。

形状記憶部材２０は、円柱に限らず、楕円柱や多角形柱に形作られてもよい。形状記憶部材２０が楕円柱に形作られる場合、接続部材４０の内径は、形状記憶部材２０の断面の楕円の長軸に沿った径よりもいくぶん小さく設定されるとよい。形状記憶部材２０が多角形柱に形作られる場合、接続部材４０の内径は、形状記憶部材２０の多角形の最大径よりもいくぶん小さく設定されるとよい。また、接続部材４０は、形状記憶部材２０の形状に対応して、楕円筒体や多角形筒体に形作られてもよい。その場合、長手軸に垂直な断面において、接続部材４０の内側の輪郭は、形状記憶部材２０の外側の輪郭よりもいくぶん小さく設定されるとよい。

図１に示されるように、制御部９０は、一つの電源９２と一つのスイッチ９４を含んでいる。電源９２とスイッチ９４は、互いに電気的に接続されている。電源９２は、配線９６を介して形状記憶部材２０と電気的に接続されている。スイッチ９４は、配線９８を介して誘起部材３０と電気的に接続されている。制御部９０は、スイッチ９４のオンすなわち閉じ動作に応じて、誘起部材３０に電流を供給し、また、スイッチ９４のオフすなわち開き動作に応じて、誘起部材３０に対する電流の供給を停止する。誘起部材３０は、電流の供給に応じて熱を発する。

上述された剛性可変アクチュエータ１０は、形状記憶部材２０の両端が何ら拘束されることなく、可撓性部材に装着される。たとえば、剛性可変アクチュエータ１０は、形状記憶部材２０の一端または両端が自由端であるように、可撓性部材の限られた空間内に少ないすき間をもって配置される。

ここにおいて、限られた空間とは、剛性可変アクチュエータ１０をちょうど収容し得る空間を意味している。したがって、剛性可変アクチュエータ１０と可撓性部材の一方の変形は、わずかであっても、他方に接触して外力を与え得る。

たとえば、可撓性部材は、剛性可変アクチュエータ１０の外径よりもわずかに大きい内径をもつチューブであり、このチューブの内部に剛性可変アクチュエータ１０が配置されてよい。これに限らず、可撓性部材は、剛性可変アクチュエータ１０よりもわずかに大きい空間を有してさえいればよい。

形状記憶部材２０が第一の相にあるとき、剛性可変アクチュエータ１０は、比較的低い剛性を可撓性部材に提供し、可撓性部材に作用する外力すなわち形状記憶部材２０を変形させ得る力に従って容易に変形する。

また、形状記憶部材２０が第二の相にあるとき、剛性可変アクチュエータ１０は、比較的高い剛性を可撓性部材に提供し、可撓性部材に作用する外力すなわち形状記憶部材２０を変形させ得る力に抗して記憶形状に戻る傾向を示す。

たとえば制御部９０によって形状記憶部材２０の相が第一の相と第二の相の間で切り換えられることによって、可撓性部材の剛性が切り換えられる。

剛性の切り換えに加えて、可撓性部材に外力が作用している状況下においては、剛性可変アクチュエータ１０は、可撓性部材の形状を切り換える双方向アクチュエータとしても機能する。また、可撓性部材に外力が作用しておらず、形状記憶部材２０の相が第二の相に切り換えられる前の第一の相において可撓性部材が変形されている状況下においては、可撓性部材の形状を元に戻す単一方向アクチュエータとしても機能する。

図３は、形状記憶部材２０の曲げ変形と、これを受けた接続部材４０の変形を模式的に示している。形状記憶部材２０は、第一の相にあるときは、外力に従って容易に曲げ変形を起こし得る。形状記憶部材２０が曲げ変形を起こした場合、形状記憶部材２０は、まっすぐな形状記憶部材２０の端から曲がった形状記憶部材２０の端へ円弧状に向かう方向（矢印Ｄ１で示される）に変形する。接続部材４０の付近において形状記憶部材２０が曲げ変形を起こした場合、接続部材４０は、形状記憶部材２０の曲げ変形を受けて、接続部材４０の径方向（矢印Ｄ２で示される）に外向きに変形する。言い換えれば、接続部材４０は、形状記憶部材２０の曲げ変形の方向を、形状記憶部材２０の長手軸に垂直な方向、つまり接続部材４０の径方向に変換する。

ここで、比較例として、誘起部材３０の端部３２が形状記憶部材２０に平行に延びており、接続部材４０を介することなく、形状記憶部材２０に直接固着されている剛性可変アクチュエータを想定する。このような剛性可変アクチュエータにおいては、形状記憶部材２０が曲げ変形を起こした場合、誘起部材３０の端部３２と形状記憶部材２０の固着部分は、形状記憶部材２０の曲げ変形に伴う応力をそのまま受ける。これは、誘起部材３０と形状記憶部材２０の間の電気的接続を損傷または破損させる要因となる。

これに対して、本実施形態の剛性可変アクチュエータ１０においては、誘起部材３０の端部３２は、形状記憶部材２０に平行に延びており、形状記憶部材２０を把持している接続部材４０に固着されている。このため、誘起部材３０の端部３２と接続部材４０の固着部分は、形状記憶部材２０の曲げ変形に伴う応力をほとんど受けることなく、接続部材４０が広がる方向にほとんど移動するだけである。つまり、形状記憶部材２０の曲げ変形に伴って誘起部材３０の端部３２と接続部材４０の固着部分が受ける応力が大幅に軽減される。これにより、形状記憶部材２０の曲げ変形に起因する誘起部材３０と形状記憶部材２０の間の電気的接続の損傷または破損の可能性が大幅に軽減される。

誘起部材３０の端部３２と接続部材４０の固着部分は、接続部材４０の長さが短いほど、形状記憶部材２０の変形の影響を受けにくいため、接続部材４０の長さは、形状記憶部材２０を把持するに十分な力が得られる範囲においてできる限り短いとよい。

〔さまざまな接続部材４０の代替案〕
以下、図２に示された接続部材４０に代えて適用可能なさまざまな代替案について図４〜図１２を参照して説明する。当然ながら、図４〜図１２に示される代替案の接続部材はいずれも導電性を有している。図４〜図１１は、図１のII−II線に沿った断面に対応した断面構造を模式的に示している。

〔第一の代替案による接続部材〕
図４は、図２に示された接続部材４０に代えて適用可能な別の接続部材４０Ａを示している。接続部材４０Ａは、長手軸に沿ったスリット４２を有している多角形筒体で構成されている。接続部材４０Ａは、形状記憶部材２０を取り巻く様に形状記憶部材２０に接して配置されている。接続部材４０Ａは、柔軟に弾性変形するように構成されている。接続部材４０Ａの内側輪郭の内接円の径は、形状記憶部材２０の外径よりもいくぶん小さく設定されている。つまり、接続部材４０Ａは、元の状態に比べていくぶん広げられた状態で、形状記憶部材２０の周りに配置されている。これにより、接続部材４０Ａは、内向きに弾性変形する復元力により形状記憶部材２０を把持している。

誘起部材３０の端部３２は、スリット４２の反対側の接続部材４０Ａの部分に固着されている。誘起部材３０の端部３２の固着位置は、スリット４２の反対側の接続部材４０Ａの部分に限らず、他の適当な接続部材４０Ａの部分であってもよい。

円筒状の接続部材４０と同様に、多角形筒状の接続部材４０Ａにおいても、誘起部材３０の端部３２と接続部材４０Ａの固着部分は、形状記憶部材２０の曲げ変形に伴う応力をほとんど受けることなく、接続部材４０Ａが広がる方向にほとんど移動するだけである。つまり、形状記憶部材２０の曲げ変形に伴って誘起部材３０の端部３２と接続部材４０Ａの固着部分が受ける応力が大幅に軽減される。これにより、形状記憶部材２０の曲げ変形に起因する誘起部材３０と形状記憶部材２０の間の電気的接続の損傷または破損の可能性が大幅に軽減される。

多角形筒状の接続部材４０Ａは、円筒状の接続部材４０と比較して、接点が任意に設計できる。すなわち、接続部材４０Ａと形状記憶部材２０の間の接点の数を任意に決めることができる。図２に示されるような円筒状の接続部材４０の場合、接続部材４０Ａと形状記憶部材２０の間の接点の数は実際にはわからない。図面上では、接続部材４０Ａと形状記憶部材２０は全面で密着しているように見えるが、その様なことは実際にはないと考えられる。つまり、接続部材４０Ａと形状記憶部材２０の間の接点の数にバラツキが生じると考えられる。このような接点の数のバラツキは、抵抗値のバラツキや把持する力のバラツキを引き起こす可能性がある。これに対して、多角形筒状の接続部材４０Ａにおいては、接点の数が正確に決められるので、接点の数のバラツキ、ひいては抵抗値のバラツキや把持する力のバラツキが抑えられる。

〔第二の代替案による接続部材〕
図５は、図２に示された接続部材４０に代えて適用可能な別の接続部材４０Ｂを示している。接続部材４０Ｂは、図４に示された接続部材４０Ａと、接続部材４０Ａに固定された補強部材４４から構成されている。補強部材４４は、導電性材料から構成されている。補強部材４４は、矩形の板状部材で構成されてよい。補強部材４４は、スリット４２の反対側の接続部材４０Ａの部分に固定されている。補強部材４４は、スリット４２の反対側の接続部材４０Ａの部分の剛性を高める働きをしている。補強部材４４は、接続部材４０Ａの一部分の剛性を高める高剛性部分を構成している。言い換えれば、接続部材４０Ｂは、他の部分より高い剛性を有している高剛性部分を有している。誘起部材３０の端部３２は、補強部材４４に固着されている。

誘起部材３０の端部３２は、接続部材４０Ｂの高剛性部分に、すなわち補強部材４４に固着されているため、形状記憶部材２０の曲げ変形に伴って誘起部材３０の端部３２と接続部材４０Ｂの固着部分が受ける応力がさらに軽減される。これにより、誘起部材３０と形状記憶部材２０の間の電気的接続の損傷または破損の可能性がさらに軽減される。

〔第三の代替案による接続部材〕
図６は、図２に示された接続部材４０に代えて適用可能な別の接続部材４０Ｃを示している。接続部材４０Ｃは、図４に示された接続部材４０Ａと同様に、長手軸に沿ったスリット４２を有している多角形筒体で構成されている。ただし、接続部材４０Ｃでは、スリット４２の反対側の接続部材４０Ｃの部分が肉厚に形成されている。このため、スリット４２の反対側の接続部材４０Ｃの部分は、他の部分に比べて高い剛性を有している。つまり、接続部材４０Ｃは、他の部分より高い剛性を有している高剛性部分４６を有している。誘起部材３０の端部３２は、接続部材４０Ｃの高剛性部分４６に、すなわちスリット４２の反対側の接続部材４０Ｃの部分に固着されている。

誘起部材３０の端部３２は、接続部材４０Ｃの高剛性部分に固着されているため、形状記憶部材２０の曲げ変形に伴って誘起部材３０の端部３２と接続部材４０Ｃの固着部分が受ける応力がさらに軽減される。これにより、誘起部材３０と形状記憶部材２０の間の電気的接続の損傷または破損の可能性がさらに軽減される。

〔第四の代替案による接続部材〕
図７は、図２に示された接続部材４０に代えて適用可能な別の接続部材４０Ｄを示している。接続部材４０Ｄは、図２に示された接続部材４０と同様に、長手軸に沿ったスリット４２を有している円筒体で構成されている。ただし、接続部材４０Ｄは、板厚が低減された部分を有している。たとえば、接続部材４０Ｄには、溝４８が形成されている。溝４８は、たとえば、スリット４２の反対側の接続部材４０Ｄの部分に形成されている。溝４８は、たとえば、接続部材４０Ｄの軸に沿って直線的に延びている。溝４８が形成されている付近の接続部材４０Ｄの部分は、他の部分に比べて低い剛性を有している。つまり、接続部材４０Ｄは、他の部分より低い剛性を有している低剛性部分を有している。誘起部材３０の端部３２は、低剛性部分から外れた接続部材４０Ｄの部分に、たとえば、スリット４２と溝４８の中間部分に固着されている。

接続部材４０Ｄは、形状記憶部材２０の曲げ変形を受けて、低剛性部分すなわち溝４８の付近の部分が他の部分よりも大きく変形する。誘起部材３０の端部３２は、低剛性部分から外れた接続部材４０Ｄの部分に固着されているため、形状記憶部材２０の曲げ変形に伴って誘起部材３０の端部３２と接続部材４０Ｄの固着部分が受ける応力が良好に軽減される。これにより、誘起部材３０と形状記憶部材２０の間の電気的接続の損傷または破損の可能性が良好に軽減される。

〔第五の代替案による接続部材〕
図８は、図２に示された接続部材４０に代えて適用可能な別の接続部材４０Ｅを示している。接続部材４０Ｅは、図７に示された接続部材４０Ｄと同様に、長手軸に沿ったスリット４２を有している円筒体で構成されている。ただし、接続部材４０Ｅは、板厚が低減された複数の部分を有している。たとえば、接続部材４０Ｅには、複数の溝４８が形成されている。たとえば、三つの溝４８が、接続部材４０Ｅの軸の周りに角度的に等間隔で、たとえば９０度間隔で、スリット４２に対して対称的に形成されている。溝４８は、たとえば、接続部材４０Ｅの軸に沿って直線的に延びている。溝４８が形成されている付近の接続部材４０Ｅの部分は、他の部分に比べて低い剛性を有している。つまり、接続部材４０Ｅは、他の部分より低い剛性を有している複数の低剛性部分を有している。誘起部材３０の端部３２は、低剛性部分から外れた接続部材４０Ｅの部分に、たとえば、二つの溝４８の中間部分に固着されている。誘起部材３０の端部３２は、たとえば、スリット４２と溝４８の中間部分に固着されていてもよい。

接続部材４０Ｅは、形状記憶部材２０の曲げ変形を受けて、低剛性部分すなわち溝４８の付近の部分が他の部分よりも大きく変形する。接続部材４０Ｅは複数の低剛性部分を有しているため、接続部材４０Ｅの各低剛性部分の変形量は、ただ一つの低剛性部分を有している接続部材４０Ｄの低剛性部分の変形量よりも少なく、接続部材４０Ｅの各低剛性部分の負担は接続部材４０Ｄの低剛性部分よりも少ない。

誘起部材３０の端部３２は、低剛性部分から外れた接続部材４０Ｅの部分に固着されているため、形状記憶部材２０の曲げ変形に伴って誘起部材３０の端部３２と接続部材４０Ｅの固着部分が受ける応力が良好に軽減される。これにより、誘起部材３０と形状記憶部材２０の間の電気的接続の損傷または破損の可能性が良好に軽減される。

〔第六の代替案による接続部材〕
図９は、図２に示された接続部材４０に代えて適用可能な別の接続部材４０Ｆを示している。接続部材４０Ｆは、図８に示された接続部材４０Ｅと同様に、長手軸に沿ったスリット４２を有している円筒体で構成されており、また、板厚が低減された複数の部分、たとえば、二つの溝４８を有している。ただし、接続部材４０Ｆには、誘起部材３０の端部３２を受ける溝５０が形成されている。誘起部材３０の端部３２は、この溝５０に沿って配置され、端部３２を覆うように固着部材５２が設けられており、これにより接続部材４０Ｆに固着されている。つまり、誘起部材３０の端部３２と接続部材４０Ｆは、固着部材により固着されている。たとえば、これに限定されないが、溝５０は、スリット４２の反対側の接続部材４０Ｆの部分に形成されており、二つの溝４８は、スリット４２と溝５０の間の中間部分に形成されている。

溝４８が形成されている付近の接続部材４０Ｆの部分は、他の部分に比べて低い剛性を有している。つまり、接続部材４０Ｆは、他の部分より低い剛性を有している複数の低剛性部分を有している。

固着部材５２は、半田や導電性接着剤、ロウを厚盛りして構成されてよい。固着部材５２は、適度に高い剛性を有しており、固着部材５２が設けられた接続部材４０Ｆの部分の剛性を高める働きをしている。すなわち、固着部材５２は、接続部材４０Ｆの一部分の剛性を高める高剛性部分を構成している。言い換えれば、接続部材４０Ｆは、他の部分より高い剛性を有している高剛性部分を有している。別の見方によれば、固着部材５２は、高剛性部分を代替している。

接続部材４０Ｆは、接続部材４０Ｅと同様に、複数の低剛性部分を有しているため、接続部材４０Ｆの各低剛性部分の負担は、ただ一つの低剛性部分を有している接続部材４０Ｄの低剛性部分よりも少ない。

誘起部材３０の端部３２は、固着部材５２によって構成された高剛性部分に固着されているため、形状記憶部材２０の曲げ変形に伴って誘起部材３０の端部３２と接続部材４０Ｆの固着部分が受ける応力が良好に軽減される。これにより、誘起部材３０と形状記憶部材２０の間の電気的接続の損傷または破損の可能性が良好に軽減される。

〔第七の代替案による接続部材〕
図１０は、図２に示された接続部材４０に代えて適用可能な別の接続部材４０Ｇを示している。接続部材４０Ｇは、第一の接続部材４０Ｇ１と、第二の接続部材４０Ｇ２から構成されている。第一の接続部材４０Ｇ１は、図２に示された接続部材４０と同様に構成されている。ただし、第一の接続部材４０Ｇ１には、誘起部材３０の端部３２が固着されていない。第二の接続部材４０Ｇ２は、長手軸に沿ったスリット４２Ａを有している円筒体で構成されている。第二の接続部材４０Ｇ２は、第一の接続部材４０Ｇ１との間に誘起部材３０の端部３２を挟み込むように、第一の接続部材４０Ｇ１を取り巻く様に第一の接続部材４０Ｇ１に接して配置されている。

第二の接続部材４０Ｇ２は、柔軟に弾性変形するように構成されている。第二の接続部材４０Ｇ２は、元の状態に比べていくぶん広げられた状態で、第一の接続部材４０Ｇ１の周りに配置されている。これにより、第二の接続部材４０Ｇ２は、内向きに弾性変形する復元力により、誘起部材３０の端部３２を第一の接続部材４０Ｇ１に押し付けている。すなわち、接続部材４０Ｇは、第二の接続部材４０Ｇ２の弾性力により誘起部材３０の端部３２を保持している。これにより、誘起部材３０の端部３２と第一の接続部材４０Ｇ１の間の安定した電気的接続が提供されている。

誘起部材３０の端部３２は、第一の接続部材４０Ｇ１に固着されておらず、第一の接続部材４０Ｇ１と第二の接続部材４０Ｇ２に挟まれて保持されているため、形状記憶部材２０の曲げ変形に対して、誘起部材３０の端部３２と第一の接続部材４０Ｇ１の間の電気的接続はほとんど影響を受けない。これにより、誘起部材３０と形状記憶部材２０の間の電気的接続の損傷または破損の可能性が良好に軽減される。

〔第八の代替案による接続部材〕
図１１は、図２に示された接続部材４０に代えて適用可能な別の接続部材４０Ｈを示している。接続部材４０Ｈは、長手軸に沿ったスリット４２を有している円筒体で構成されている。接続部材４０Ｈは、形状記憶部材２０との間に誘起部材３０の端部３２を挟み込むように、形状記憶部材２０を取り巻く様に形状記憶部材２０に接して配置されている。

接続部材４０Ｈは、柔軟に弾性変形するように構成されている。接続部材４０Ｈは、元の状態に比べていくぶん広げられた状態で、接続部材４０Ｈの周りに配置されている。これにより、接続部材４０Ｈは、内向きに弾性変形する復元力により、誘起部材３０の端部３２を形状記憶部材２０に押し付けている。すなわち、接続部材４０Ｈは、形状記憶部材２０と共働して、接続部材４０Ｈの弾性力により誘起部材３０の端部３２を保持している。これにより、誘起部材３０の端部３２と形状記憶部材２０の間の安定した電気的接続が提供されている。

誘起部材３０の端部３２は、接続部材４０Ｈと形状記憶部材２０に挟まれて保持されているため、形状記憶部材２０の曲げ変形に対して、誘起部材３０の端部３２と形状記憶部材２０の間の電気的接続はほとんど影響を受けない。これにより、誘起部材３０と形状記憶部材２０の間の電気的接続の損傷または破損の可能性が良好に軽減される。

〔第九の代替案による接続部材〕
図１２は、図２に示された接続部材４０に代えて適用可能な別の接続部材４０Ｉを示している。接続部材４０Ｉは、コイルばね状に構成されている。つまり、接続部材４０Ｉは、一周よりも多く螺旋状に隣接して巻回するように構成されている。接続部材４０Ｉは、柔軟に弾性変形するように構成されている。接続部材４０Ｉの内径は、形状記憶部材２０の外径よりもいくぶん小さく設定されている。接続部材４０Ｉが形状記憶部材２０に装着されたとき、接続部材４０Ｉは、元の状態に比べていくぶん広げられた状態で、形状記憶部材２０の周りに配置される。これにより、接続部材４０は、内向きに弾性変形する復元力により形状記憶部材２０を把持する。

誘起部材３０の端部３２は、接続部材４０Ｉの外周部に、たとえば、両端から外れた部分に固着される。

形状記憶部材２０の曲げ変形に対して、接続部材４０Ｉは、その径が広がるように変形する。このため、形状記憶部材２０の曲げ変形に伴って誘起部材３０の端部３２と接続部材４０Ｉの固着部分が受ける応力が大幅に軽減される。これにより、形状記憶部材２０の曲げ変形に起因する誘起部材３０と形状記憶部材２０の間の電気的接続の損傷または破損の可能性が大幅に軽減される。

［第二実施形態］
図１３は、第二実施形態による剛性可変アクチュエータ１０Ａを示している。図１３に示されるように、剛性可変アクチュエータ１０Ａは、形状記憶部材２０と、誘起部材３０と、形状記憶部材２０と誘起部材３０を弾性的に接続している接続部材６０を備えている。形状記憶部材２０と誘起部材３０の構成は、第一実施形態の説明において述べられたとおりである。

形状記憶部材２０と誘起部材３０と接続部材６０はいずれも導電性を有しており、したがって、形状記憶部材２０と誘起部材３０と接続部材６０は電気的に接続されている。より詳しくは、形状記憶部材２０と誘起部材３０は接続部材６０を介して電気的に接続されている。

形状記憶部材２０には、円形の貫通穴２４が設けられている。貫通穴２４は、形状記憶部材２０の軸を横切って、たとえば、形状記憶部材２０の軸に垂直に延びている。接続部材６０は、長手軸に沿ったスリット６２を有している円筒体で構成されている。貫通穴２４は、接続部材６０の外径よりも小さい径を有している。接続部材６０は、貫通穴２４に圧入されている。これにより、接続部材６０は、形状記憶部材２０に保持されている。

誘起部材３０は、誘起部材３０の端部３２が接続部材６０の端の一部分に固着されていることにより、接続部材６０と導通している。たとえば、誘起部材３０の端部３２は、スリット６２の反対側に位置する接続部材６０の端の一部分に固着されている。誘起部材３０と接続部材６０の間の固着は、半田や溶接、導電性接着剤、ロウ付けなどによっておこなわれてよい。このような固着の手法は、小型である剛性可変アクチュエータ１０Ａに対して好適である。

形状記憶部材２０は、第一の相にあるときは、外力に従って容易に曲げ変形を起こし得る。接続部材６０の付近において形状記憶部材２０が曲げ変形を起こした場合、接続部材６０は、形状記憶部材２０の曲げ変形を受けて、接続部材６０の径方向に内向きに変形する。このため、誘起部材３０の端部３２と接続部材６０の固着部分は、形状記憶部材２０の曲げ変形に伴う応力をほとんど受けない。また、形状記憶部材２０の曲げ変形に伴って誘起部材３０の端部３２と接続部材６０の固着部分が受ける応力が大幅に軽減される。これにより、形状記憶部材２０の曲げ変形に起因する誘起部材３０と形状記憶部材２０の間の電気的接続の損傷または破損の可能性が大幅に軽減される。

形状記憶部材２０に形成される貫通穴２４は、円形の貫通穴に限定されるものではなく、他の形の貫通穴、たとえば、楕円形の貫通穴や多角形の貫通穴であってもよい。また、接続部材６０は、スリットを有している円筒体に限定されるものではなく、スリットを有している他の形の筒体、たとえば、スリットを有している楕円形筒体や多角形筒体であってもよい。さらに、接続部材６０は、高剛性部や低剛性部や固着部を有していてもよい。これらの変形は、当業者であれば、図４〜図９に示された接続部材４０のいくつかの代替案から容易に類推されるであろう。

Claims (11)

1. 可撓性部材に装着され、前記可撓性部材に異なる剛性を提供し得る剛性可変アクチュエータであり、
   第一の相と第二の相の間で相が移り変わり得る形状記憶部材を備えており、前記形状記憶部材は、前記第一の相にあるときは、低剛性状態を取り、前記第二の相にあるときは、前記低剛性状態よりも高い剛性を持つ状態である高剛性状態を取り、さらに、
   前記形状記憶部材に前記第一の相と前記第二の相の間の相の移り変わりを引き起こさせる誘起部材と、
   前記形状記憶部材と前記誘起部材を弾性的に接続している接続部材を備えており、
   前記形状記憶部材と前記誘起部材と前記接続部材はいずれも導電性を有しており、前記形状記憶部材と前記誘起部材と前記接続部材は電気的に接続されている剛性可変アクチュエータ。
2. 前記形状記憶部材と前記誘起部材は前記接続部材を介して電気的に接続されている請求項１に記載の剛性可変アクチュエータ。
3. 前記接続部材は、前記形状記憶部材を取り巻く様に配置されており、内向きに弾性変形する復元力により前記形状記憶部材を把持している請求項１または２に記載の剛性可変アクチュエータ。
4. 前記誘起部材は前記接続部材に固着されている請求項１または２に記載の剛性可変アクチュエータ。
5. 前記接続部材は、前記形状記憶部材の曲げ変形を受けて、外向きに変形する請求項３に記載の剛性可変アクチュエータ。
6. 前記接続部材は、他の部分より高い剛性を有している高剛性部分を有している請求項１または２に記載の剛性可変アクチュエータ。
7. 前記接続部材は、他の部分より低い剛性を有している低剛性部分を有している請求項１に記載の剛性可変アクチュエータ。
8. 前記接続部材と前記誘起部材は、固着部材により固着されている請求項４に記載の剛性可変アクチュエータ。
9. 前記接続部材は、他の部分より高い剛性を有している高剛性部分を有しており、前記固着部材は、前記高剛性部分を代替している請求項８に記載の剛性可変アクチュエータ。
10. 前記接続部材は、弾性力により前記誘起部材を保持している請求項１または２に記載の剛性可変アクチュエータ。
11. 前記形状記憶部材には、前記接続部材の外径よりも小さい径を有している穴が設けられており、前記接続部材は、前記穴に圧入されている請求項１または２に記載の剛性可変アクチュエータ。

Images