WO2019159754A1 - アクチュエータ装置 - Google Patents

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energy
actuator device
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栄太郎 田中
誠一郎 鷲野
拓磨 山内
晴彦 渡邊
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Denso Corp
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02N11/00—Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means

Definitions

  • the present disclosure relates to an actuator device using an actuator member that deforms based on changes in electrical, photonic, chemical, thermal, and other energy states.
  • an actuator member described in Patent Document 1 is known as this type of actuator member.
  • the actuator member described in Patent Document 1 has a structure in which a single polymer fiber is pre-twisted or a structure in which a plurality of polymer fibers are pre-twisted, and has a characteristic of being deformed by a temperature change based on electric heating or white heating. doing.
  • the actuator member described in Patent Document 1 When the actuator member described in Patent Document 1 is once heated and then naturally cooled, the actuator member is deformed in a direction opposite to the deformation direction during heating. That is, the actuator member is deformed based on a change in the state of thermal energy. If torque can be applied to an arbitrary operated part using the deformation of the actuator member, the operated part can be rotationally displaced.
  • An object of the present disclosure is to provide an actuator device that can apply torque to an actuated portion by using an actuator member that deforms based on a change in energy state.
  • the actuator device includes an actuator member, a support member, an actuated portion, and an energy adjustment portion.
  • the actuator member is formed in a fiber shape and is deformed in a direction along the central axis based on a change in energy state.
  • the support member is formed in a rod shape around a predetermined axis.
  • the actuated portion is supported by the support member so as to be rotatable in a circumferential direction around a predetermined axis.
  • the energy adjusting unit adjusts the energy state of the actuator member.
  • the actuator member is spirally wound around the support member, and is deformed in a direction along the central axis to apply a circumferential torque centered on a predetermined axis to the operated portion.
  • the actuator member when the energy state of the actuator member is changed by adjusting the energy state of the actuator member by the energy adjusting unit, the actuator member is deformed in the direction along the central axis. At this time, since the actuator member is spirally wound around the support member, the entire actuator member is deformed in a spiral direction around a predetermined axis. By utilizing the deformation of the actuator member in the spiral direction, a torque in the circumferential direction around a predetermined axis can be applied to the operated part.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the structure of the actuator device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating an electrical configuration of the actuator device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating the structure of a first modification of the actuator device according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating the structure of a second modification of the actuator device according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating an electrical configuration of the actuator device according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing the structure of the actuator device according to the third embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the structure of the actuator device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along line VIII-VIII in FIG.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing the structure of the actuator device of the fourth embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram schematically illustrating the structure of an actuator device according to a first modification of the fourth embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram schematically illustrating the structure of an actuator device according to a second modification of the fourth embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram schematically illustrating the structure of the actuator device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 13 is a block diagram illustrating an electrical configuration of the actuator device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram schematically illustrating the structure of an actuator device according to another embodiment.
  • FIG. 15 is a diagram schematically illustrating the structure of an actuator device according to another embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram schematically illustrating the structure of an actuator device according to another embodiment.
  • the actuator device 10 of this embodiment includes support members 21 and 22, an actuated portion 30, holding members 41 and 42, and actuator members 51 and 52.
  • Support members 21 and 22 are rod-shaped members formed in a columnar shape around a predetermined axis m1.
  • the support members 21 and 22 are made of an elastic material. Elastomer is adopted as the material of the support members 21 and 22 of the present embodiment. In addition, as a material of the support members 21 and 22, nylon, rubber, or the like can be adopted.
  • the one end portion 21a of the first support member 21 is fixed to one side surface 30a of the operated portion 30 formed in a cubic shape or a rectangular parallelepiped shape.
  • the other end 21b of the first support member 21 is fixed to a first holding member 41 assembled to a housing or the like (not shown).
  • One end portion 22 a of the second support member 22 is fixed to the other side surface 30 b of the operated portion 30.
  • the other side surface 30 b is a side surface opposite to the one side surface 30 a to which the one end portion 21 a of the first support member 21 is fixed in the operated portion 30.
  • the other end 22b of the second support member 22 is fixed to a second holding member 42 assembled to a housing or the like (not shown).
  • the support members 21 and 22 support the operated part 30.
  • the actuated portion 30 can be rotated by elastically twisting and deforming the support members 21 and 22 in the circumferential direction about the axis m1. That is, the support members 21 and 22 support the actuated portion 30 so as to be rotatable in the circumferential direction about the axis m1.
  • a sensor device 31 is fixedly provided on the operated part 30.
  • the sensor device 31 is a device that detects a predetermined physical quantity such as an infrared sensor.
  • the first actuator member 51 is made of a fibrous elongated member that is spirally wound around the outer peripheral surface of the first support member 21.
  • the 1st actuator member 51 consists of a non-twisted member which is not twisted in the peripheral direction centering on the central axis m10.
  • One end 51 a of the first actuator member 51 is fixed to the outer peripheral surface of the one end 21 a of the first support member 21.
  • the other end 51 b of the first actuator member 51 is fixed to the outer peripheral surface of the other end 21 b of the first support member 21.
  • an intermediate portion from one end 51 a to the other end 51 b may be fixed to the outer peripheral surface of the first support member 21.
  • the second actuator member 52 is formed of an elongated fiber member that is spirally wound around the outer peripheral surface of the second support member 22.
  • the second actuator member 52 is also composed of a non-twisted member that is not twisted in the circumferential direction around the central axis m20.
  • One end 52 a of the second actuator member 52 is fixed to the outer peripheral surface of the one end 22 a of the second support member 22.
  • the other end 52 b of the second actuator member 52 is fixed to the outer peripheral surface of the other end 22 b of the second support member 22.
  • the second actuator member 52 may also be fixed to the first support member 21 at an intermediate portion from one end 52a to the other end 52b.
  • the actuator members 51 and 52 are made of a material that deforms in the direction along the central axes m10 and m20 based on the change in the energy state. Specifically, the actuator members 51 and 52 are formed of polymer fibers such as polyamide that are deformed based on a change in the state of thermal energy.
  • the first actuator member 51 When the first actuator member 51 is heated to transition from the low temperature state to the high temperature state, the first actuator member 51 contracts in the direction along the central axis m10, that is, in the spiral direction, as compared with the case of the low temperature state. Due to the contraction deformation in the spiral direction of the first actuator member 51, the torque in the circumferential direction C1 about the axis m1 is applied to the first support member 21 to which the first actuator member 51 is fixed. The member 21 is elastically twisted and deformed in the circumferential direction C1. Thereby, since the torque in the circumferential direction C1 is applied to the operated portion 30 fixed to the one end portion 21a of the first support member 21, the operated portion 30 and the sensor device 31 are separated from the reference position shown in FIG.
  • the second actuator member 52 is elastically torsionally deformed in the circumferential direction C1 following the actuated portion 30 to allow rotation of the actuated portion 30 in the circumferential direction C1.
  • the actuated part 30 and the sensor device 31 rotate to a first set position P1 indicated by a two-dot chain line that is shifted from the reference position P0 indicated by a solid line in FIG. 2 by a predetermined angle ⁇ 1 in the circumferential direction C1. .
  • the first actuator member 51 transitions from the high temperature state to the low temperature state due to natural cooling or the like, the first actuator member 51 expands in the direction along the central axis m10 and returns to the original state. That is, since the torque applied to the first support member 21 from the first actuator member 51 is lost, the first support member 21 is elastically deformed and returns to the original state. Thereby, the actuated part 30 and the sensor device 31 are returned to the reference position P0.
  • the second actuator member 52 transitions from the low temperature state to the high temperature state, the second actuator member 52 contracts in the spiral direction along the central axis m20. Due to the contraction deformation of the second actuator member 52 in the spiral direction, the second support member 22 to which the second actuator member 52 is fixed is given a torque in the circumferential direction C2 centered on the axis m1, so that the second The support member 22 is elastically twisted and deformed in the circumferential direction C2.
  • the circumferential direction C ⁇ b> 2 is a direction opposite to the direction of torque applied from the first actuator member 51 to the first support member 21.
  • the second support member 22 Since the second support member 22 is torsionally deformed in the circumferential direction C2, torque in the circumferential direction C2 is applied to the operated part 30 fixed to the one end 22a of the second support member 22, and thus the operated part 30 and The sensor device 31 rotates in the circumferential direction C2 from the reference position shown in FIG. As a result, the actuated part 30 and the sensor device 31 rotate to a second set position P2 indicated by a two-dot chain line that is shifted from the reference position P0 indicated by a solid line in FIG. 2 by a predetermined angle ⁇ 2 in the circumferential direction C2. . Further, when the second actuator member 52 expands due to the transition of the second actuator member 52 from the high temperature state to the low temperature state due to natural cooling or the like, the second support member 22 returns to the original state. The sensor device 31 returns to the reference position P0.
  • the actuator device 10 includes a first heating device 61, a second heating device 62, and an ECU (Electronic Control Unit) 70.
  • ECU Electronic Control Unit
  • the heating devices 61 and 62 are devices for heating the actuator members 51 and 52, respectively.
  • the heating devices 61 and 62 include, for example, coils arranged so as to cover the periphery of the actuator members 51 and 52, respectively, and heat the actuator members 51 and 52 by generating heat based on energization of the coils.
  • the heating devices 61 and 62 correspond to an energy adjusting unit that adjusts the state of thermal energy of the actuator members 51 and 52.
  • the ECU 70 is mainly configured by a microcomputer having a CPU, a ROM, a RAM, and the like.
  • the ECU 70 executes position control for changing the position of the sensor device 31 by executing a program stored in advance in the ROM and driving the heating devices 61 and 62. Specifically, when changing the position of the sensor device 31 in the circumferential direction C1, the ECU 70 transmits a control signal to the first heating device 61 to drive the first heating device 61, thereby driving the first actuator member. 51 is heated. At this time, the ECU 70 controls the heating amount of the first actuator member 51 by including the instruction value of the heating amount of the first actuator member 51 in the control signal.
  • the ECU 70 naturally cools the first actuator member 51 by stopping the first heating device 61 when returning the sensor device 31 to the reference position P0.
  • the ECU 70 displaces the sensor device 31 to an arbitrary position within the range from the reference position P0 to the first set position P1 shown in FIG. 2 through such thermal energy control of the first actuator member 51.
  • the ECU 70 performs the same thermal energy control on the second actuator member 52 through the second heating device 62, thereby moving the sensor device 31 from the reference position P0 to the second set position P2 shown in FIG. Displace to any position in the range.
  • the actuator device 10 of the present embodiment described above the operations and effects shown in the following (1) and (2) can be obtained.
  • the actuator members 51 and 52 When the state of thermal energy of the actuator members 51 and 52 is changed by the heating devices 61 and 62 and the actuator members 51 and 52 are deformed in the direction along the central axes m10 and m20, the actuator members 51 and 52 as a whole are axes. Deforms in a spiral direction around m1.
  • the support members 21 and 22 are elastically torsionally deformed in the circumferential directions C1 and C2 by the force applied to the support members 21 and 22 based on the deformation of the actuator members 51 and 52, so that the operated part 30 is in the circumferential directions C1 and C2. Rotate to. That is, by using the deformation of the actuator members 51 and 52 in the spiral direction, the torque in the circumferential directions C1 and C2 can be applied to the operated part 30.
  • the orientation angles ⁇ 1 and ⁇ 2 of the actuator members 51 and 52 are acute angles formed by the center axes m10 and m20 of the actuator member with respect to the center axis m1 of the spiral, and are equal to the so-called spiral angle. Since the actuator member described in Patent Document 1 has a structure in which polymer fibers are twisted in advance, if the actuator member is further deformed in a spiral shape so as to increase the orientation angle, the actuator member may be damaged.
  • the actuator member described in Patent Document 1 since the actuator members 51 and 52 of the present embodiment are made of a non-twisted member that is not twisted in the circumferential direction around the central axes m10 and m20, the orientation angles ⁇ 1 and ⁇ 2 of the actuator members 51 and 52 are as follows. Can be increased. Therefore, the torque applied to the actuated part 30 can be increased. If the orientation angles ⁇ 1 and ⁇ 2 can be increased, the amount of torque generated by the actuator members 51 and 52 per unit length in the direction along the central axis m1 can be increased. Therefore, since the overall length of the actuator device 10 in the direction along the central axis m1 can be shortened, it is possible to reduce the dead space that needs to be secured when the actuator device 10 is mounted on the subassembly.
  • the torque in the circumferential direction C2 can be applied to the operated part 30 by heating the actuator member 52 by the heating device 62.
  • the torque of the circumferential direction C1 can be provided to the to-be-actuated part 30 by stopping the heating apparatus 62 and cooling the actuator member 52 naturally. Therefore, an action and effect similar to the actuator device 10 of the first embodiment can be obtained.
  • the first support member 21 and the second support member 22 are made of a conductive elastic material capable of generating heat when energized.
  • a conductive elastomer can be used as the conductive elastic material.
  • the actuator device 10 includes a first energization device 63 for energizing the first support member 21 and a second energization device 64 for energizing the second support member 22. .
  • the first support member 21 When the first support member 21 is energized by the first energization device 63, the first support member 21 generates heat.
  • the first actuator member 51 contracts and deforms, and torque in the circumferential direction C ⁇ b> 1 is applied to the actuated unit 30 and the sensor device 31. .
  • the second support member 22 when the second support member 22 is energized by the second energization device 64, the second support member 22 generates heat. When the heat of the second support member 22 is transmitted to the second actuator member 52, the second actuator member 52 contracts and deforms, and torque in the circumferential direction C2 is applied to the operated portion 30 and the sensor device 31. .
  • the energization devices 63 and 64 correspond to an energy adjustment unit that indirectly adjusts the state of thermal energy of the actuator members 51 and 52 by supplying electric energy to the support members 21 and 22.
  • the ECU 70 controls the energization amount of the first actuator member 51 by transmitting a control signal including an instruction value of the energization amount of the first support member 21 to the first energization device 63.
  • the ECU 70 controls the energization amount of the second actuator member 52 by transmitting a control signal including an instruction value of the energization amount of the second support member 22 to the second energization device 64.
  • the ECU 70 displaces the sensor device 31 to any position within the range from the first setting position P1 to the second setting position P2 shown in FIG. 2 through such energization control.
  • the operation and effect shown in the following (3) can be further obtained.
  • (3) The state of the thermal energy of the actuator members 51 and 52 is indirectly adjusted by the electric energy applied to the support members 21 and 22 from the energization devices 63 and 64.
  • the state of the thermal energy of the actuator members 51, 52 changes and the actuator members 51, 52 are deformed in the direction along the central axes m10, m20, the entire actuator members 51, 52 are deformed in a spiral direction centered on the axis m1. To do.
  • the support members 21 and 22 are elastically torsionally deformed in the circumferential directions C1 and C2 by the force applied to the support members 21 and 22 based on the deformation of the actuator members 51 and 52, so that the operated part 30 is in the circumferential directions C1 and C2. Rotate to. That is, by using the deformation of the actuator members 51 and 52 in the spiral direction, the torque in the circumferential directions C1 and C2 can be applied to the operated part 30.
  • the actuator device 10 of this embodiment includes a support member 24 instead of the support members 21 and 22 of the first embodiment.
  • the support member 24 is formed in a columnar shape around the axis m1.
  • the actuated portion 30 is formed with an insertion hole 30 c that penetrates from one side surface 30 a to the other side surface 30 b.
  • the support member 24 is inserted through the insertion hole 30c.
  • Bearings 32 and 33 are provided between the inner peripheral surface of the operated part 30 and the outer peripheral surface of the support member 24. By these bearings 32 and 33, the actuated portion 30 is supported so as to be rotatable in the circumferential directions C 1 and C 2 with respect to the support member 24.
  • the support member 24 is formed of a material capable of reducing the frictional force generated between the actuator members 51 and 52. Metal is adopted as the material of the support members 21 and 22 of the present embodiment. As a result, the actuator members 51 and 52 can be contracted and stretched while sliding on the outer peripheral surfaces of the support members 21 and 22.
  • one end 51 a of the first actuator member 51 is fixed to one side 30 a of the actuated portion 30.
  • the other end 21 b of the first actuator member 51 is fixed to the first holding member 41.
  • one end portion 52 a of the second actuator member 52 is fixed to the other side surface 30 b of the operated portion 30.
  • the other end 52 b of the second actuator member 52 is fixed to the second holding member 42.
  • the holding members 41 and 42 correspond to members different from the operated part 30.
  • the circumferential direction is provided on the one side surface 30 a of the actuated portion 30. C1 torque is directly applied. Due to this torque, the actuated part 30 and the sensor device 31 rotate in the circumferential direction C1. Further, when the heating of the first actuator member 51 by the first heating device 61 is stopped and the first actuator member 51 is cooled by natural cooling or the like, the first actuator member 51 expands in the spiral direction. The unit 30 and the sensor device 31 return to the reference position P0.
  • the second actuator member 52 contracts in the spiral direction by the second actuator member 52 being heated by the second heating device 62
  • the torque in the circumferential direction C2 is directly applied to the other side surface 30b of the operated part 30. To be granted. Due to this torque, the actuated part 30 and the sensor device 31 rotate in the circumferential direction C2. Further, when the heating of the second actuator member 52 by the second heating device 62 is stopped and the first actuator member 51 is cooled by natural cooling or the like, the second actuator member 52 expands in the spiral direction.
  • the unit 30 and the sensor device 31 return to the reference position P0.
  • the operation and effect shown in the following (4) can be obtained.
  • the state of the thermal energy of the actuator members 51 and 52 is changed by the heating devices 61 and 62 and the actuator members 51 and 52 are deformed in the direction along the central axes m10 and m20, the actuator members 51 and 52 as a whole are axes. Deforms in a spiral direction around m1. Based on the deformation of the actuator members 51 and 52, the operated part 30 rotates in the circumferential directions C1 and C2.
  • the torque in the circumferential directions C1 and C2 can be applied to the operated part 30. Further, torque can be directly applied from the actuator members 51 and 52 to the operated part 30. Therefore, compared with the case where the torque is indirectly applied from the actuator members 51 and 52 to the actuated portion 30 via the support members 21 and 22 as in the actuator device 10 of the first embodiment, a larger torque is actuated. It can be given to the part.
  • a fourth embodiment of the actuator device 10 will be described.
  • the description will focus on the differences from the actuator device 10 of the first embodiment.
  • the first actuator member 51 is heated by the heat generated from the first support member 21 as in the actuator device 10 of the second embodiment, the first actuator member 51 is contracted and deformed by heating.
  • the inner peripheral surface of the actuator member 51 is pressed against the outer peripheral surface of the first support member 21.
  • the contact area between the first actuator member 51 and the first support member 21 increases, and as a result, the heat transfer area of the first actuator member 51 relative to the first support member 21 increases.
  • the contraction deformation of the first actuator member 51 may be promoted. This is a factor that lowers the control accuracy of the deformation amount of the first actuator member 51, and thus the control accuracy of the rotational position of the actuated portion 30 may be deteriorated. Such a problem may occur in the second actuator member 52 as well.
  • the actuator device 10 of the present embodiment by adopting a configuration in which the actuator members 51 and 52 are heated from the outer peripheral portion, the inner peripheral portions of the actuator members 51 and 52 are hardly pressed against the support members 21 and 22. I have to.
  • the first heating device 61 that heats the first actuator member 51 from the outer peripheral side
  • the second actuator member 52 that heats the second actuator member 52 from the outer peripheral side.
  • the second heating device 62 is provided. The first heating device 61 and the second heating device 62 are controlled by the ECU 70 as shown in FIG.
  • the first heating device 61 heats the outer peripheral portion of the first actuator member 51. According to such a configuration, the temperature of the outer peripheral portion of the first actuator member 51 heated by the first heating device 61 is likely to rise. On the other hand, since the inner peripheral portion of the first actuator member 51 is in contact with the first support member 21, the heat of the inner peripheral portion of the first actuator member 51 is radiated to the first support member 21. As a result, the temperature of the first actuator member 51 becomes higher than the temperature of the first support member 21 when the first actuator member 51 is deformed.
  • the amount of contraction deformation of the inner peripheral part becomes smaller than the amount of contraction deformation of the outer peripheral part. Therefore, since the inner peripheral surface of the first actuator member 51 is hardly pressed against the outer peripheral surface of the first support member 21, an increase in the heat transfer area of the first actuator member 51 relative to the first support member 21 can be suppressed. . That is, since the amount of heat input from the first support member 21 to the first actuator member 51 is unlikely to change, the deformation amount of the first actuator member 51 can be accurately controlled. Similar actions and effects can be obtained with respect to the second actuator member 52.
  • the heat radiation of the first support member 21 can be promoted by the heat radiating fins 101.
  • the amount of contraction deformation of the inner peripheral portion of the first actuator member 51 can be further reduced.
  • the amount of heat input from the first support member 21 to the first actuator member 51 is less likely to change, so that the deformation amount of the first actuator member 51 can be controlled with higher accuracy.
  • the other end 21 b of the first support member 21 is in contact with the first cooling part 121 provided on the first holding member 41.
  • the first cooling unit 121 cools the first holding member 41.
  • the Peltier device which cools the 1st holding member 41 by energization, for example, and the cooling water circulation mechanism which cools the 1st holding member 41 with the cooling water which flows through the inside can be used.
  • the other end 22 b of the second support member 22 is in contact with the second cooling part 122 provided on the second holding member 42.
  • the heat dissipation of the first support member 21 can be further promoted, and as a result, the amount of contraction deformation of the inner peripheral portion of the first actuator member 51 can be further reduced. Accordingly, the amount of heat input from the first support member 21 to the first actuator member 51 is less likely to change, so that the deformation amount of the first actuator member 51 can be controlled with higher accuracy.
  • the actuator device 10 of the present embodiment includes a first temperature sensor 111 provided on the first actuator member 51 and a second temperature sensor 112 provided on the second actuator member 52. .
  • the first temperature sensor 111 detects the temperature of the first actuator member 51 and outputs a signal corresponding to the detected temperature.
  • the second temperature sensor 112 detects the temperature of the second actuator member 52 and outputs a signal corresponding to the detected temperature.
  • the first temperature sensor 111 and the second temperature sensor 112 correspond to a temperature detection unit.
  • the output signals of the first temperature sensor 111 and the second temperature sensor 112 are taken into the ECU 70.
  • the ECU 70 acquires information on the temperature of the first actuator member 51 based on the output signal of the first temperature sensor 111, and from the first energization device 63 to the first support member based on the acquired temperature of the first actuator member 51.
  • the amount of energization to 21, specifically, the magnitude of the voltage applied to the first support member 21 is controlled. For example, this energization control is performed as follows.
  • the torsional deformation amount of the first support member 21 has a correlation with the contraction deformation amount of the first actuator member 51, that is, the temperature of the first actuator member 51. Therefore, the rotation angle ⁇ ⁇ b> 1 of the sensor device 31 has a correlation with the temperature of the first actuator member 51.
  • these relationships are obtained in advance through experiments or the like, and based on the experimental results, the target rotation angle ⁇ * of the sensor device 31 and the target temperature T * of the first actuator member 51 A first map showing the above relationship is created in advance, and the first map is stored in the storage device of the ECU 70.
  • the temperature of the first actuator member 51 has a correlation with the amount of power supplied from the first power supply device 63 to the first support member 21.
  • these relationships are obtained in advance through experiments or the like, and based on the experimental results, the target temperature T * of the first actuator member 51 and the energization amount instruction value of the first energization device 63.
  • a second map indicating the relationship with P * is created in advance, and the second map is stored in the storage device of the ECU 70.
  • the ECU 70 sets the energization amount instruction value P * of the first energization device 63 according to the target rotation angle ⁇ * of the sensor device 31 based on the first map and the second map. That is, the ECU 70 sets the target temperature T * of the first actuator member 51 from the target rotation angle ⁇ * of the sensor device 31 based on the first map. Further, the ECU 70 sets the energization amount instruction value P * of the first energization device 63 based on the second map from the target temperature T * of the first actuator member 51.
  • the ECU 70 calculates a difference value ⁇ (T * ⁇ T) between the temperature T of the first actuator member 51 acquired by the first temperature sensor 111 and the target temperature T *, and the difference value ⁇ (T * ⁇ T).
  • the energization amount correction value ⁇ P according to T) is calculated by an arithmetic expression or the like.
  • the energization amount correction value ⁇ P is set so as to have a positive correlation with the difference value ⁇ (T * ⁇ T).
  • the ECU 70 controls the energization amount from the first energization device 63 to the first support member 21 using a value “P * + ⁇ P” obtained by correcting the energization amount instruction value P * by the energization amount correction value ⁇ P.
  • the ECU 70 acquires information on the temperature of the second actuator member 52 based on the output signal of the second temperature sensor 112, and outputs the information from the second energization device 64 based on the acquired temperature of the second actuator member 52.
  • the amount of current supplied to the support member 22 is controlled. According to the actuator device 10 of the present embodiment described above, the operation and effect shown in the following (6) can be further obtained.
  • the first actuator member 51 When the first actuator member 51 is heated by the heat generated from the first support member 21, the first actuator member 51 contracts and the inner peripheral surface of the first actuator member 51 becomes the first support member 21. When pressed, the heat transfer area of the first actuator member 51 with respect to the first support member 21 increases, so that the temperature of the first actuator member 51 easily rises as described above. In addition, as described above, this becomes a factor that reduces the control accuracy of the deformation amount of the first actuator member 51. In this regard, according to the actuator device 10 of the present embodiment, the temperature of the first actuator member 51 has risen above the target temperature T * by increasing the heat transfer area of the first actuator member 51 with respect to the first support member 21.
  • the energization amount from the second energization device 64 to the second support member 22 is corrected so that the temperature increase is canceled out.
  • the temperature of the first actuator member 51 can be accurately controlled to the target temperature T *, so that the deformation amount of the first actuator member 51 can be accurately controlled. Similar actions and effects can be obtained with respect to the second actuator member 52.
  • each embodiment can also be implemented with the following forms.
  • the first actuator member 51 contracts, the first support member 21 is torsionally deformed by a frictional force that acts between the first actuator member 51 and the first support member 21. If possible, the first actuator member 51 may not be fixed to the first support member 21. Similarly, the second actuator member 52 may not be fixed to the second support member 22.
  • a heat diffusion layer 24 c for increasing the heat transfer efficiency of the actuator members 51 and 52 may be provided on the outer peripheral surface of the support member 24 of the third embodiment.
  • a thermal diffusion layer may be provided on each outer peripheral surface of the support members 21 and 22 of the first embodiment and the second embodiment.
  • a gap may be formed between the support member 24 and the first actuator member 51 and between the support member 24 and the second actuator member 52.
  • the actuator members 51 and 52 may be disposed inside the support member 24. Specifically, as shown in FIG. 15, a spiral hole 24d into which the first actuator member 51 is inserted and a spiral hole 24e into which the second actuator member 52 is inserted inside the support member 24. And may be formed.
  • the actuator members 51 and 52 are not limited to a spiral structure, and may have a spiral structure.
  • the first actuator member 51 is spirally disposed on the outer periphery of the first support member 25, and the second actuator member 52 is spirally disposed on the outer periphery of the second support member 26.
  • the first support member 25 is formed in a cylindrical shape around an axis m2 parallel to the axis m1.
  • the first support member 25 is formed in a columnar shape around an axis m3 parallel to the axis m1.
  • One end portion 51 a of the first actuator member 51 is fixed to one side surface 30 d of the operated portion, and the other end portion 51 b of the first actuator member 51 is fixed to the first support member 25.
  • one end portion 52 a of the second actuator member 52 is fixed to one side surface 30 e of the operated portion, and the other end portion 52 b of the second actuator member 52 is fixed to the second support member 26. Even with such a configuration, the actuated portion 30 can be rotated about the axis m ⁇ b> 1 by contraction deformation of the first actuator member 51 and the second actuator member 52.
  • the material of the actuator members 51 and 52 is not limited to the polymer fiber, and an appropriate material that deforms based on changes in electrical, optical, chemical, thermal, and other energy states may be used. it can. Examples of such materials include shape memory alloys, dielectric elastomers, magnetic gels, and conductive polymers.
  • an appropriate energy adjustment unit other than the heating devices 61 and 62 and the energization devices 63 and 64 may be used according to the material of the actuator members 51 and 52.

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Abstract

アクチュエータ装置（１０）は、アクチュエータ部材（５１，５２）と、支持部材（２１，２２）と、エネルギ調整部と、を備える。アクチュエータ部材は、繊維状に細長く形成され、エネルギ状態の変化に基づき中心軸に沿った方向に変形する。支持部材は、所定の軸線を中心に棒状に形成される。エネルギ調整部は、アクチュエータ部材のエネルギ状態を調整する。アクチュエータ部材は、支持部材に螺旋状に巻かれるとともに、中心軸に沿った方向に変形することにより所定の軸線を中心とする周方向のトルクを被作動部に付与する。

Description

アクチュエータ装置 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１８年２月１９日に出願された日本国特許出願２０１８－０２７０７４号と、２０１８年７月２日に出願された日本国特許出願２０１８－１２６３３６号と、に基づくものであって、その優先権の利益を主張するものであり、その特許出願の全ての内容が、参照により本明細書に組み込まれる。
　本開示は、電気的、光子的、化学的、熱的、及びその他のエネルギ的な状態の変化に基づいて変形するアクチュエータ部材を用いたアクチュエータ装置に関する。
　従来、この種のアクチュエータ部材としては、特許文献１に記載のアクチュエータ部材が知られている。特許文献１に記載のアクチュエータ部材は、単数のポリマ繊維を予め撚った構造、あるいは複数のポリマ繊維を予め撚り合わせた構造からなり、電気加熱や白色加熱に基づく温度変化により変形する特性を有している。
特開２０１６－４２７８３号公報
　特許文献１に記載のアクチュエータ部材を一旦加熱した後に自然冷却させた場合、このアクチュエータ部材は加熱時の変形方向とは逆方向に変形する。すなわち、アクチュエータ部材は、その熱エネルギの状態の変化に基づき変形する。このアクチュエータ部材の変形を利用して任意の被作動部にトルクを付与することができれば、被作動部を回転変位させることが可能である。
　本開示の目的は、エネルギ状態の変化に基づき変形するアクチュエータ部材を利用することにより被作動部にトルクを付与することの可能なアクチュエータ装置を提供することにある。
　本開示の一態様によるアクチュエータ装置は、アクチュエータ部材と、支持部材と、被作動部と、エネルギ調整部と、を備える。アクチュエータ部材は、繊維状に細長く形成され、エネルギ状態の変化に基づき中心軸に沿った方向に変形する。支持部材は、所定の軸線を中心に棒状に形成される。被作動部は、支持部材により所定の軸線を中心とする周方向に回転可能に支持される。エネルギ調整部は、アクチュエータ部材のエネルギ状態を調整する。アクチュエータ部材は、支持部材に螺旋状に巻かれるとともに、中心軸に沿った方向に変形することにより所定の軸線を中心とする周方向のトルクを被作動部に付与する。
　この構成によれば、エネルギ調整部によってアクチュエータ部材のエネルギ状態が調整されることでアクチュエータ部材のエネルギ状態が変化すると、アクチュエータ部材が中心軸に沿った方向に変形する。このとき、アクチュエータ部材が支持部材に螺旋状に巻き付けられているため、アクチュエータ部材全体としては所定の軸線を中心とする螺旋方向に変形することになる。このアクチュエータ部材の螺旋方向の変形を利用することにより、所定の軸線を中心とする周方向のトルクを被作動部に付与することができる。
図１は、第１実施形態のアクチュエータ装置の構造を模式的に示す図である。 図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面構造を示す断面図である。 図３は、第１実施形態のアクチュエータ装置の電気的な構成を示すブロック図である。 図４は、第１実施形態のアクチュエータ装置の第１変形例の構造を模式的に示す図である。 図５は、第１実施形態のアクチュエータ装置の第２変形例の構造を模式的に示す図である。 図６は、第２実施形態のアクチュエータ装置の電気的な構成を示すブロック図である。 図７は、第３実施形態のアクチュエータ装置の構造を模式的に示す図である。 図８は、図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿った断面構造を示す断面図である。 図９は、第４実施形態のアクチュエータ装置の構造を模式的に示す図である。 図１０は、第４実施形態の第１変形例のアクチュエータ装置の構造を模式的に示す図である。 図１１は、第４実施形態の第２変形例のアクチュエータ装置の構造を模式的に示す図である。 図１２は、第５実施形態のアクチュエータ装置の構造を模式的に示す図である。 図１３は、第５実施形態のアクチュエータ装置の電気的な構成を示すブロック図である。 図１４は、他の実施形態のアクチュエータ装置の構造を模式的に示す図である。 図１５は、他の実施形態のアクチュエータ装置の構造を模式的に示す図である。 図１６は、他の実施形態のアクチュエータ装置の構造を模式的に示す図である。
　以下、アクチュエータ装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
　＜第１実施形態＞
　はじめに、アクチュエータ装置の第１実施形態について説明する。図１に示されるように、本実施形態のアクチュエータ装置１０は、支持部材２１，２２と、被作動部３０と、保持部材４１，４２と、アクチュエータ部材５１，５２とを備えている。
　支持部材２１，２２は、所定の軸線ｍ１を中心に円柱状に形成された棒状の部材からなる。支持部材２１，２２は弾性体材料からなる。本実施形態の支持部材２１，２２の材質としては、エラストマが採用されている。なお、支持部材２１，２２の材質としては、ナイロンやゴム等を採用することも可能である。
　第１支持部材２１の一端部２１ａは、立方体状又は直方体状に形成された被作動部３０の一側面３０ａに固定されている。第１支持部材２１の他端部２１ｂは、図示しない筐体等に組み付けられた第１保持部材４１に固定されている。第２支持部材２２の一端部２２ａは、被作動部３０の他側面３０ｂに固定されている。他側面３０ｂは、被作動部３０において第１支持部材２１の一端部２１ａが固定される一側面３０ａとは反対側の側面である。第２支持部材２２の他端部２２ｂは、図示しない筐体等に組み付けられた第２保持部材４２に固定されている。支持部材２１，２２は、被作動部３０を支持している。また、軸線ｍ１を中心とする周方向に支持部材２１，２２が弾性的に捩り変形することにより被作動部３０を回転させることができる。すなわち、支持部材２１，２２は、被作動部３０を、軸線ｍ１を中心とする周方向に回転可能に支持している。
　被作動部３０には、センサ装置３１が固定して設けられている。センサ装置３１は、赤外線センサ等の所定の物理量を検出する装置である。
　第１アクチュエータ部材５１は、第１支持部材２１の外周面に螺旋状に巻き付けられる繊維状の細長い部材からなる。第１アクチュエータ部材５１は、その中心軸ｍ１０を中心とする周方向に撚られていない無撚状の部材からなる。第１アクチュエータ部材５１の一端部５１ａは、第１支持部材２１の一端部２１ａの外周面に固定されている。第１アクチュエータ部材５１の他端部５１ｂは、第１支持部材２１の他端部２１ｂの外周面に固定されている。なお、第１アクチュエータ部材５１に関しては、その一端部５１ａから他端部５１ｂまでの中間部分が第１支持部材２１の外周面に固定されていてもよい。
　第２アクチュエータ部材５２は、第２支持部材２２の外周面に螺旋状に巻き付けられる細長い繊維状の部材からなる。第２アクチュエータ部材５２も、その中心軸ｍ２０を中心とする周方向に撚られていない無撚状の部材からなる。第２アクチュエータ部材５２の一端部５２ａは、第２支持部材２２の一端部２２ａの外周面に固定されている。第２アクチュエータ部材５２の他端部５２ｂは、第２支持部材２２の他端部２２ｂの外周面に固定されている。なお、第２アクチュエータ部材５２に関しても、その一端部５２ａから他端部５２ｂまでの中間部分が第１支持部材２１に固定されていてもよい。
　アクチュエータ部材５１，５２は、エネルギ状態の変化に基づき中心軸ｍ１０，ｍ２０に沿った方向に変形する材料により形成されている。具体的には、アクチュエータ部材５１，５２は、その熱エネルギの状態の変化に基づいて変形するポリアミド等のポリマ繊維により形成されている。
　第１アクチュエータ部材５１は、加熱されることにより低温状態から高温状態に遷移すると、低温状態である場合と比較して、その中心軸ｍ１０に沿った方向、すなわち螺旋方向に収縮する。この第１アクチュエータ部材５１の螺旋方向の収縮変形により、第１アクチュエータ部材５１が固定された第１支持部材２１には軸線ｍ１を中心とする周方向Ｃ１のトルクが付与されるため、第１支持部材２１が周方向Ｃ１に弾性的に捩り変形する。これにより、第１支持部材２１の一端部２１ａに固定された被作動部３０に周方向Ｃ１のトルクが付与されるため、被作動部３０及びセンサ装置３１は、図１に示される基準位置から周方向Ｃ１に回転する。なお、この際、第２アクチュエータ部材５２が被作動部３０に追従して周方向Ｃ１に弾性的に捩り変形することにより、被作動部３０の周方向Ｃ１の回転が許容される。結果的に、被作動部３０及びセンサ装置３１は、図２に実線で示される基準位置Ｐ０から周方向Ｃ１に所定角度θ１だけずれた、二点鎖線で示される第１設定位置Ｐ１まで回転する。
　また、自然冷却等により第１アクチュエータ部材５１が高温状態から低温状態に遷移すると、第１アクチュエータ部材５１は、その中心軸ｍ１０に沿った方向に伸張して元の状態に戻る。すなわち、第１アクチュエータ部材５１から第１支持部材２１に付与されているトルクがなくなるため、第１支持部材２１が弾性変形して元の状態に戻る。これにより、被作動部３０及びセンサ装置３１は基準位置Ｐ０に復帰する。
　同様に、第２アクチュエータ部材５２も、低温状態から高温状態に遷移すると、その中心軸ｍ２０に沿った螺旋方向に収縮する。この第２アクチュエータ部材５２の螺旋方向の収縮変形により、第２アクチュエータ部材５２が固定された第２支持部材２２には、軸線ｍ１を中心とする周方向Ｃ２のトルクが付与されるため、第２支持部材２２が周方向Ｃ２に弾性的に捩り変形する。周方向Ｃ２は、第１アクチュエータ部材５１から第１支持部材２１に付与されるトルクの方向とは反対の方向である。第２支持部材２２が周方向Ｃ２に捩り変形することにより、第２支持部材２２の一端部２２ａに固定された被作動部３０に周方向Ｃ２のトルクが付与されるため、被作動部３０及びセンサ装置３１は、図１に示される基準位置から周方向Ｃ２に回転する。結果的に、被作動部３０及びセンサ装置３１は、図２に実線で示される基準位置Ｐ０から周方向Ｃ２に所定角度θ２だけずれた、二点鎖線で示される第２設定位置Ｐ２まで回転する。また、自然冷却等により第２アクチュエータ部材５２が高温状態から低温状態に遷移することにより、第２アクチュエータ部材５２が伸張すると、第２支持部材２２が元の状態に戻るため、被作動部３０及びセンサ装置３１は基準位置Ｐ０に復帰する。
　次に、アクチュエータ装置１０の電気的な構成について説明する。
　図３に示されるように、アクチュエータ装置１０は、第１加熱装置６１と、第２加熱装置６２と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）７０とを備えている。
　加熱装置６１，６２は、アクチュエータ部材５１，５２をそれぞれ加熱するための装置である。加熱装置６１，６２は、例えばアクチュエータ部材５１，５２のそれぞれの周囲を覆うように配置されるコイルを備えており、コイルの通電に基づき発熱することによりアクチュエータ部材５１，５２をそれぞれ加熱する。本実施形態では、加熱装置６１，６２が、アクチュエータ部材５１，５２の熱エネルギの状態を調整するエネルギ調整部に相当する。
　ＥＣＵ７０は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するマイクロコンピュータを中心に構成されている。ＥＣＵ７０は、ＲＯＭに予め記憶されたプログラムを実行して加熱装置６１，６２を駆動させることにより、センサ装置３１の位置を変化させる位置制御を実行する。
　具体的には、ＥＣＵ７０は、センサ装置３１の位置を周方向Ｃ１に変化させる場合には、制御信号を第１加熱装置６１に送信して第１加熱装置６１を駆動させることにより第１アクチュエータ部材５１を加熱する。この際、ＥＣＵ７０は、第１アクチュエータ部材５１の加熱量の指示値を制御信号に含めることにより、第１アクチュエータ部材５１の加熱量を制御する。また、ＥＣＵ７０は、センサ装置３１を基準位置Ｐ０に戻す場合には、第１加熱装置６１を停止させることにより第１アクチュエータ部材５１を自然冷却させる。ＥＣＵ７０は、このような第１アクチュエータ部材５１の熱エネルギ制御を通じて、センサ装置３１を、図２に示される基準位置Ｐ０から第１設定位置Ｐ１までの範囲の任意の位置に変位させる。
　また、ＥＣＵ７０は、第２加熱装置６２を通じて第２アクチュエータ部材５２に対して同様の熱エネルギ制御を行うことにより、センサ装置３１を、図２に示される基準位置Ｐ０から第２設定位置Ｐ２までの範囲の任意の位置に変位させる。
　以上説明した本実施形態のアクチュエータ装置１０によれば、以下の（１）及び（２）に示される作用及び効果を得ることができる。
　（１）加熱装置６１，６２によりアクチュエータ部材５１，５２の熱エネルギの状態が変化してアクチュエータ部材５１，５２が中心軸ｍ１０，ｍ２０に沿った方向に変形すると、アクチュエータ部材５１，５２全体が軸線ｍ１を中心とする螺旋方向に変形する。このアクチュエータ部材５１，５２の変形に基づき支持部材２１，２２に加わる力によって支持部材２１，２２が周方向Ｃ１，Ｃ２に弾性的に捩り変形することで、被作動部３０が周方向Ｃ１，Ｃ２に回転する。すなわち、アクチュエータ部材５１，５２の螺旋方向の変形を利用することにより、周方向Ｃ１，Ｃ２のトルクを被作動部３０に付与することができる。
　（２）より大きなトルクを被作動部３０に付与するためには、図１に示される螺旋の中心軸ｍ１に対するアクチュエータ部材５１，５２の配向角度φ１，φ２を大きくする必要がある。配向角度φ１，φ２は、図１に示されるように、螺旋の中心軸ｍ１に対してアクチュエータ部材の中心軸ｍ１０，ｍ２０がなす鋭角の角度であって、いわゆる螺旋角度に等しい。特許文献１に記載のアクチュエータ部材は、予めポリマ繊維を撚った構造からなるため、配向角度が大きくなるようにアクチュエータ部材を螺旋状に更に変形させると、アクチュエータ部材の損傷を招くおそれがある。すなわち、特許文献１に記載のアクチュエータ部材は強度の観点から配向角度を大きくすることが難しく、結果として被作動部に十分なトルクを付与することが困難である。この点、本実施形態のアクチュエータ部材５１，５２は、中心軸ｍ１０，ｍ２０を中心とする周方向に撚られていない無撚状の部材からなるため、アクチュエータ部材５１，５２の配向角度φ１，φ２を大きくすることができる。よって、被作動部３０に付与されるトルクを大きくすることができる。また、配向角度φ１，φ２を大きくすることができれば、中心軸ｍ１に沿った方向における単位長さ当たりのアクチュエータ部材５１，５２のトルク発生量を大きくすることができる。よって、中心軸ｍ１に沿った方向におけるアクチュエータ装置１０の全長を短くすることができるため、アクチュエータ装置１０をサブアッセンブリに搭載する際に確保する必要のあるデットスペースを縮小することが可能である。
　（第１変形例）
　次に、第１実施形態のアクチュエータ装置１０の第１変形例について説明する。
　図４に示されるように、本変形例の被作動部３０の一側面３０ａには、第１支持部材２１及び第１アクチュエータ部材５１に代えて、金属等からなる軸部材２３の一端部２３ａが固定されている。軸部材２３の他端部２３ｂは、第１保持部材４１に設けられた軸受け８０により回転可能に支持されている。したがって、本変形例のアクチュエータ装置１０では、被作動部３０の一側面３０ｂに固定された支持部材２２にのみアクチュエータ部材５２が巻き付けられている。
　本変形例のアクチュエータ装置１０によれば、加熱装置６２によりアクチュエータ部材５２を加熱することにより被作動部３０に周方向Ｃ２のトルクを付与することができる。また、加熱装置６２を停止させてアクチュエータ部材５２を自然冷却させることにより被作動部３０に周方向Ｃ１のトルクを付与することができる。よって、第１実施形態のアクチュエータ装置１０に類似の作用及び効果を得ることができる。
　（第２変形例）
　次に、第１実施形態のアクチュエータ装置１０の第２変形例について説明する。
　図５に示されるように、本変形例のアクチュエータ装置１０では、第１支持部材２１に対する第１アクチュエータ部材５１の巻き付け方向が第１実施形態の巻き付け方向と逆方向になっている。したがって、第１加熱装置６１により第１アクチュエータ部材５１が加熱されて第１アクチュエータ部材５１が収縮変形すると、被作動部３０及びセンサ装置３１には周方向Ｃ２のトルクが付与される。すなわち、本変形例のアクチュエータ装置１０では、第１アクチュエータ部材５１の収縮変形により被作動部３０及びセンサ装置３１に加わるトルクの方向と、第２アクチュエータ部材５２の収縮変形により被作動部３０及びセンサ装置３１に加わるトルクの方向とが同一の方向となっている。
　このような構成によれば、第１アクチュエータ部材５１及び第２アクチュエータ部材５２のいずれか一方が何らかの理由により損傷した場合でも、損傷の無い他方のアクチュエータ部材を用いて被作動部３０及びセンサ装置３１にトルクを付与することができる。すなわち、被作動部３０及びセンサ装置３１を変位させる手段の冗長設計が可能となる。
　＜第２実施形態＞
　次に、アクチュエータ装置１０の第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態のアクチュエータ装置１０との相違点を中心に説明する。
　本実施形態のアクチュエータ装置１０では、第１支持部材２１及び第２支持部材２２が、通電により発熱することの可能な導電性の弾性体材料からなる。導電性の弾性体材料としては、例えば導電性エラストマを用いることができる。
　図６に示されるように、アクチュエータ装置１０は、第１支持部材２１を通電するための第１通電装置６３と、第２支持部材２２を通電するための第２通電装置６４とを備えている。第１通電装置６３により第１支持部材２１が通電されると、第１支持部材２１が発熱する。この第１支持部材２１の熱が第１アクチュエータ部材５１に伝達されることにより、第１アクチュエータ部材５１が収縮変形して、被作動部３０及びセンサ装置３１に周方向Ｃ１のトルクが付与される。
　同様に、第２通電装置６４により第２支持部材２２が通電されると、第２支持部材２２が発熱する。この第２支持部材２２の熱が第２アクチュエータ部材５２に伝達されることにより、第２アクチュエータ部材５２が収縮変形して、被作動部３０及びセンサ装置３１に周方向Ｃ２のトルクが付与される。
　このように、本実施形態では、通電装置６３，６４が、支持部材２１，２２に電気エネルギを供給することによりアクチュエータ部材５１，５２の熱エネルギの状態を間接的に調整するエネルギ調整部に相当する。
　ＥＣＵ７０は、第１支持部材２１の通電量の指示値を含む制御信号を第１通電装置６３に送信することにより、第１アクチュエータ部材５１の通電量を制御する。同様に、ＥＣＵ７０は、第２支持部材２２の通電量の指示値を含む制御信号を第２通電装置６４に送信することにより、第２アクチュエータ部材５２の通電量を制御する。ＥＣＵ７０は、このような通電制御を通じて、センサ装置３１を、図２に示される第１設定位置Ｐ１から第２設定位置Ｐ２までの範囲の任意の位置に変位させる。
　以上説明した本実施形態のアクチュエータ装置１０によれば、上記の（２）に示される作用及び効果に加え、以下の（３）に示される作用及び効果を更に得ることができる。
　（３）通電装置６３，６４から支持部材２１，２２に付与される電気エネルギにより、アクチュエータ部材５１，５２の熱エネルギの状態が間接的に調整される。アクチュエータ部材５１，５２の熱エネルギの状態が変化してアクチュエータ部材５１，５２が中心軸ｍ１０，ｍ２０に沿った方向に変形すると、アクチュエータ部材５１，５２全体が軸線ｍ１を中心とする螺旋方向に変形する。このアクチュエータ部材５１，５２の変形に基づき支持部材２１，２２に加わる力によって支持部材２１，２２が周方向Ｃ１，Ｃ２に弾性的に捩り変形することで、被作動部３０が周方向Ｃ１，Ｃ２に回転する。すなわち、アクチュエータ部材５１，５２の螺旋方向の変形を利用することにより、周方向Ｃ１，Ｃ２のトルクを被作動部３０に付与することができる。
　＜第３実施形態＞
　次に、アクチュエータ装置１０の第３実施形態について説明する。以下、第１実施形態のアクチュエータ装置１０との相違点を中心に説明する。
　図７に示されるように、本実施形態のアクチュエータ装置１０は、第１実施形態の支持部材２１，２２に代えて、支持部材２４を備えている。支持部材２４は、軸線ｍ１を中心に円柱状に形成されている。図８に示されるように、被作動部３０には、その一側面３０ａから他側面３０ｂに貫通する挿通孔３０ｃが形成されている。挿通孔３０ｃには、支持部材２４が挿通されている。被作動部３０の内周面と支持部材２４の外周面との間には、軸受け３２，３３が設けられている。これらの軸受け３２，３３により、被作動部３０は、支持部材２４に対して周方向Ｃ１，Ｃ２に回転可能に支持されている。
　支持部材２４は、アクチュエータ部材５１，５２との間に発生する摩擦力を小さくすることの可能な材料により形成されている。本実施形態の支持部材２１，２２の材質としては、金属が採用されている。これにより、アクチュエータ部材５１，５２は、支持部材２１，２２の外周面を滑りながら収縮変形及び伸張変形することが可能である。
　図７に示されるように、第１アクチュエータ部材５１の一端部５１ａは、被作動部３０の一側面３０ａに固定されている。また、第１アクチュエータ部材５１の他端部２１ｂは、第１保持部材４１に固定されている。同様に、第２アクチュエータ部材５２の一端部５２ａは、被作動部３０の他側面３０ｂに固定されている。また、第２アクチュエータ部材５２の他端部５２ｂは、第２保持部材４２に固定されている。本実施形態では、保持部材４１，４２が、被作動部３０とは異なる部材に相当する。
　本実施形態のアクチュエータ装置１０では、第１加熱装置６１によって第１アクチュエータ部材５１が加熱されることで第１アクチュエータ部材５１が螺旋方向に収縮すると、被作動部３０の一側面３０ａには周方向Ｃ１のトルクが直接的に付与される。このトルクにより、被作動部３０及びセンサ装置３１が周方向Ｃ１に回転する。また、第１加熱装置６１による第１アクチュエータ部材５１の加熱が停止して、自然冷却等により第１アクチュエータ部材５１が冷却されると、第１アクチュエータ部材５１が螺旋方向に伸張するため、被作動部３０及びセンサ装置３１が基準位置Ｐ０に復帰する。
　同様に、第２加熱装置６２によって第２アクチュエータ部材５２が加熱されることで第２アクチュエータ部材５２が螺旋方向に収縮すると、被作動部３０の他側面３０ｂには周方向Ｃ２のトルクが直接的に付与される。このトルクにより、被作動部３０及びセンサ装置３１が周方向Ｃ２に回転する。また、第２加熱装置６２による第２アクチュエータ部材５２の加熱が停止して、自然冷却等により第１アクチュエータ部材５１が冷却されると、第２アクチュエータ部材５２が螺旋方向に伸張するため、被作動部３０及びセンサ装置３１が基準位置Ｐ０に復帰する。
　以上説明した本実施形態のアクチュエータ装置１０によれば、上記の（２）に示される作用及び効果に加え、以下の（４）に示される作用及び効果を得ることができる。
　（４）加熱装置６１，６２によりアクチュエータ部材５１，５２の熱エネルギの状態が変化してアクチュエータ部材５１，５２が中心軸ｍ１０，ｍ２０に沿った方向に変形すると、アクチュエータ部材５１，５２全体が軸線ｍ１を中心とする螺旋方向に変形する。このアクチュエータ部材５１，５２の変形に基づき、被作動部３０が周方向Ｃ１，Ｃ２に回転する。すなわち、アクチュエータ部材５１，５２の螺旋方向の変形を利用することにより、周方向Ｃ１，Ｃ２のトルクを被作動部３０に付与することができる。また、アクチュエータ部材５１，５２から被作動部３０にトルクを直接的に付与することができる。そのため、第１実施形態のアクチュエータ装置１０のようにアクチュエータ部材５１，５２から支持部材２１，２２を介して被作動部３０にトルクを間接的に付与する場合と比較すると、より大きなトルクを被作動部に付与することが可能となる。
　＜第４実施形態＞
　次に、アクチュエータ装置１０の第４実施形態について説明する。以下、第１実施形態のアクチュエータ装置１０との相違点を中心に説明する。
　第２実施形態のアクチュエータ装置１０のように、第１支持部材２１から発せられる熱により第１アクチュエータ部材５１を加熱するような構成の場合、加熱により第１アクチュエータ部材５１が収縮変形すると、第１アクチュエータ部材５１の内周面が第１支持部材２１の外周面に押し付けられることになる。これにより、第１アクチュエータ部材５１と第１支持部材２１との接触面積が増加するため、結果的に第１支持部材２１に対する第１アクチュエータ部材５１の伝熱面積が増加することになる。よって、第１支持部材２１に対する第１アクチュエータ部材５１の入熱量が増加するため、第１アクチュエータ部材５１の収縮変形が促進される可能性がある。これは、第１アクチュエータ部材５１の変形量の制御精度を低下させる要因となるため、被作動部３０の回転位置の制御精度が悪化するおそれがある。このような課題は、第２アクチュエータ部材５２にも同様に生じ得る。
　そこで、本実施形態のアクチュエータ装置１０では、アクチュエータ部材５１，５２を外周部分から加熱する構成を採用することにより、アクチュエータ部材５１，５２の内周部分が支持部材２１，２２に押し付けられ難くなるようにしている。
　具体的には、図９に示されるように、本実施形態のアクチュエータ装置１０では、第１アクチュエータ部材５１を外周側から加熱する第１加熱装置６１、及び第２アクチュエータ部材５２を外周側から加熱する第２加熱装置６２を備えている。第１加熱装置６１及び第２加熱装置６２は、図３に示されるようにＥＣＵ７０により制御される。
　以上説明した本実施形態のアクチュエータ装置１０によれば、以下の（５）に示される作用及び効果を更に得ることができる。
　（５）第１加熱装置６１は、第１アクチュエータ部材５１の外周部分を加熱する。このような構成によれば、第１加熱装置６１により加熱される第１アクチュエータ部材５１の外周部分は温度上昇し易くなる。これに対し、第１アクチュエータ部材５１の内周部分は第１支持部材２１に接触しているため、第１アクチュエータ部材５１の内周部分の熱は第１支持部材２１に放熱される。結果的に、第１アクチュエータ部材５１の変形時に、第１アクチュエータ部材５１の温度が第１支持部材２１の温度よりも高くなる。これにより、第１アクチュエータ部材５１では、その外周部分の収縮変形量よりも、その内周部分の収縮変形量の方が小さくなる。よって、第１アクチュエータ部材５１の内周面が第１支持部材２１の外周面に押し付けられ難くなるため、第１支持部材２１に対する第１アクチュエータ部材５１の伝熱面積の増加を抑制することができる。すなわち、第１支持部材２１から第１アクチュエータ部材５１への入熱量が変化し難くなるため、第１アクチュエータ部材５１の変形量を精度良く制御することが可能となる。第２アクチュエータ部材５２に関しても同様の作用及び効果を得ることができる。
　（第１変形例）
　次に、第４実施形態のアクチュエータ装置１０の第１変形例について説明する。
　図１０に示されるように、本変形例のアクチュエータ装置１０では、第１支持部材２１の他端部２１ｂの外周部分に複数の放熱フィン１０１が形成されている。また、第２支持部材２２の他端部２２ｂの外周部分にも複数の放熱フィン１０２が形成されている。
　このような構成によれば、放熱フィン１０１により第１支持部材２１の放熱を促進させることができるため、結果的に第１アクチュエータ部材５１の内周部分の収縮変形量を更に小さくすることができる。これにより、第１支持部材２１から第１アクチュエータ部材５１への入熱量が更に変化し難くなるため、第１アクチュエータ部材５１の変形量を更に精度良く制御することが可能となる。
　また、放熱フィン１０２により第２支持部材２２の放熱を促進させることができるため、第２アクチュエータ部材５２に関しても同様の作用及び効果を得ることができる。
　（第２変形例）
　次に、第４実施形態のアクチュエータ装置１０の第２変形例について説明する。
　図１１に示されるように、本変形例のアクチュエータ装置１０では、第１支持部材２１の他端部２１ｂが、第１保持部材４１に設けられた第１冷却部１２１に接触している。第１冷却部１２１は、第１保持部材４１を冷却する。第１冷却部１２１としては、例えば通電により第１保持部材４１を冷却するペルチェ素子や、内部を流れる冷却水により第１保持部材４１を冷却する冷却水循環機構を用いることができる。また、第２支持部材２２の他端部２２ｂは、同様に、第２保持部材４２に設けられた第２冷却部１２２に接触している。
　このような構成によれば、第１支持部材２１の放熱を更に促進させることができるため、結果的に第１アクチュエータ部材５１の内周部分の収縮変形量を更に小さくすることができる。これにより、第１支持部材２１から第１アクチュエータ部材５１への入熱量が更に変化し難くなるため、第１アクチュエータ部材５１の変形量を更に精度良く制御することが可能となる。
　また、第２冷却部１２２により第２支持部材２２の放熱を促進させることができるため、第２アクチュエータ部材５２に関しても同様の作用及び効果を得ることができる。
　＜第５実施形態＞
　次に、アクチュエータ装置１０の第５実施形態について説明する。以下、第２実施形態のアクチュエータ装置１０との相違点を中心に説明する。
　図１２に示されるように、本実施形態のアクチュエータ装置１０は、第１アクチュエータ部材５１に設けられる第１温度センサ１１１と、第２アクチュエータ部材５２に設けられる第２温度センサ１１２とを備えている。第１温度センサ１１１は、第１アクチュエータ部材５１の温度を検出するとともに、検出した温度に応じた信号を出力する。第２温度センサ１１２は、第２アクチュエータ部材５２の温度を検出するとともに、検出した温度に応じた信号を出力する。本実施形態では、第１温度センサ１１１及び第２温度センサ１１２が温度検出部に相当する。
　図１３に示されるように、第１温度センサ１１１及び第２温度センサ１１２のそれぞれの出力信号は、ＥＣＵ７０に取り込まれている。ＥＣＵ７０は、第１温度センサ１１１の出力信号に基づいて第１アクチュエータ部材５１の温度の情報を取得するとともに、取得した第１アクチュエータ部材５１の温度に基づいて第１通電装置６３から第１支持部材２１への通電量、具体的には第１支持部材２１に印加されている電圧の大きさを制御する。例えば、この通電制御は次のように行われる。
　図２に示されるセンサ装置３１の回転角度θ１は、第１支持部材２１の捩り変形量と相関関係がある。また、第１支持部材２１の捩り変形量は、第１アクチュエータ部材５１の収縮変形量、すなわち第１アクチュエータ部材５１の温度と相関関係がある。したがって、センサ装置３１の回転角度θ１は第１アクチュエータ部材５１の温度と相関関係がある。本実施形態のアクチュエータ装置１０では、それらの関係が予め実験等により求められており、その実験結果に基づいて、センサ装置３１の目標回転角度θ＊と第１アクチュエータ部材５１の目標温度Ｔ＊との関係を示す第１マップが予め作成されるとともに、その第１マップがＥＣＵ７０の記憶装置に記憶されている。
　また、第１アクチュエータ部材５１の温度は、第１通電装置６３から第１支持部材２１への通電量と相関関係がある。本実施形態のアクチュエータ装置１０では、それらの関係が予め実験等により求められており、その実験結果に基づいて、第１アクチュエータ部材５１の目標温度Ｔ＊と第１通電装置６３の通電量指示値Ｐ＊との関係を示す第２マップが予め作成されるとともに、その第２マップがＥＣＵ７０の記憶装置に記憶されている。
　ＥＣＵ７０は、上記の第１マップ及び第２マップに基づいて、センサ装置３１の目標回転角度θ＊に応じた第１通電装置６３の通電量指示値Ｐ＊を設定する。すなわち、ＥＣＵ７０は、センサ装置３１の目標回転角度θ＊から第１マップに基づいて第１アクチュエータ部材５１の目標温度Ｔ＊を設定する。また、ＥＣＵ７０は、第１アクチュエータ部材５１の目標温度Ｔ＊から第２マップに基づいて第１通電装置６３の通電量指示値Ｐ＊を設定する。
　一方、ＥＣＵ７０は、第１温度センサ１１１により取得した第１アクチュエータ部材５１の温度Ｔと目標温度Ｔ＊との差分値Δ（Ｔ＊－Ｔ）を演算するとともに、その差分値Δ（Ｔ＊－Ｔ）に応じた通電量補正値ΔＰを演算式等により演算する。なお、通電量補正値ΔＰは、差分値Δ（Ｔ＊－Ｔ）と正の相関関係をなすように設定される。ＥＣＵ７０は、この通電量補正値ΔＰにより通電量指示値Ｐ＊を補正した値「Ｐ＊＋ΔＰ」を用いて、第１通電装置６３から第１支持部材２１への通電量を制御する。
　同様に、ＥＣＵ７０は、第２温度センサ１１２の出力信号に基づいて第２アクチュエータ部材５２の温度の情報を取得するとともに、取得した第２アクチュエータ部材５２の温度に基づいて第２通電装置６４から第２支持部材２２への通電量を制御する。
　以上説明した本実施形態のアクチュエータ装置１０によれば、以下の（６）に示される作用及び効果を更に得ることができる。
　（６）第１支持部材２１から発せられる熱により第１アクチュエータ部材５１が加熱されることにより第１アクチュエータ部材５１が収縮変形し、第１アクチュエータ部材５１の内周面が第１支持部材２１に押し付けられた場合、第１支持部材２１に対する第１アクチュエータ部材５１の伝熱面積が増加するため、第１アクチュエータ部材５１の温度が上昇し易くなることは上述の通りである。また、これが、第１アクチュエータ部材５１の変形量の制御精度を低下させる要因になることも上述の通りである。この点、本実施形態のアクチュエータ装置１０によれば、第１支持部材２１に対する第１アクチュエータ部材５１の伝熱面積が増加することにより第１アクチュエータ部材５１の温度が目標温度Ｔ＊よりも上昇した場合、その温度上昇分が打ち消されるように、第２通電装置６４から第２支持部材２２への通電量が補正される。結果的に、第１アクチュエータ部材５１の温度を目標温度Ｔ＊に精度良く制御することができるため、第１アクチュエータ部材５１の変形量を精度良く制御することが可能となる。第２アクチュエータ部材５２に関しても同様の作用及び効果を得ることができる。
　＜他の実施形態＞
　なお、各実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
　・第１実施形態のアクチュエータ装置１０では、第１アクチュエータ部材５１が収縮する際に第１アクチュエータ部材５１と第１支持部材２１との間に作用する摩擦力により第１支持部材２１を捩り変形させることが可能であれば、第１アクチュエータ部材５１が第１支持部材２１に固定されていなくてもよい。同様に、第２アクチュエータ部材５２が第２支持部材２２に固定されていなくてもよい。
　・第３実施形態のアクチュエータ装置１０では、アクチュエータ部材５１，５２を加熱するための構成として、第２実施形態のアクチュエータ装置１０の構成を採用してもよい。
　・図１４に示されるように、第３実施形態の支持部材２４の外周面には、アクチュエータ部材５１，５２の熱伝達効率を高めるための熱拡散層２４ｃが設けられていてもよい。同様に、第１実施形態及び第２実施形態の支持部材２１，２２のそれぞれの外周面にも、熱拡散層が設けられていてもよい。
　・第３実施形態のアクチュエータ装置１０では、支持部材２４と第１アクチュエータ部材５１との間、並びに支持部材２４と第２アクチュエータ部材５２との間に隙間が形成されていてもよい。
　・第３実施形態のアクチュエータ装置１０では、支持部材２４の内部にアクチュエータ部材５１，５２が配置されていてもよい。具体的には、図１５に示されるように、支持部材２４の内部に、第１アクチュエータ部材５１が挿入される螺旋状の穴２４ｄと、第２アクチュエータ部材５２が挿入される螺旋状の穴２４ｅとが形成されていてもよい。
　・アクチュエータ部材５１，５２は、螺旋状の構造に限らず、渦巻き状の構造を有していてもよい。例えば、図１６に示されるように、第１支持部材２５の外周に第１アクチュエータ部材５１を渦巻き状に配置するとともに、第２支持部材２６の外周に第２アクチュエータ部材５２を渦巻き状に配置する。第１支持部材２５は、軸線ｍ１に平行な軸線ｍ２を中心に円柱状に形成されている。第１支持部材２５は、軸線ｍ１に平行な軸線ｍ３を中心に円柱状に形成されている。第１アクチュエータ部材５１の一端部５１ａは被作動部の一側面３０ｄに固定されるとともに、第１アクチュエータ部材５１の他端部５１ｂは第１支持部材２５に固定されている。また、第２アクチュエータ部材５２の一端部５２ａは被作動部の一側面３０ｅに固定されるとともに、第２アクチュエータ部材５２の他端部５２ｂは第２支持部材２６に固定されている。このような構成であっても、第１アクチュエータ部材５１及び第２アクチュエータ部材５２の収縮変形により、軸線ｍ１を中心に被作動部３０を回転させることが可能である。
　・アクチュエータ部材５１，５２の材質としては、ポリマ繊維に限らず、電気的、光学的、化学的、熱的、及びその他のエネルギ的な状態の変化に基づいて変形する適宜の材料を用いることができる。このような材料には、例えば形状記憶合金や誘電エラストマ、磁性ゲル、導電性高分子等がある。また、アクチュエータ部材５１，５２の材質に合わせて、加熱装置６１，６２や通電装置６３，６４以外の適宜のエネルギ調整部を用いてもよい。
　・本開示は上記の具体例に限定されるものではない。上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素、及びその配置、条件、形状等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

Claims (13)

  1. 　繊維状に細長く形成され、エネルギ状態の変化に基づき中心軸に沿った方向に変形するアクチュエータ部材（５１，５２）と、
    　所定の軸線を中心に棒状に形成される支持部材（２１，２２，２４）と、
    　前記所定の軸線を中心とする周方向に回転可能に支持される被作動部（３０）と、
    　前記アクチュエータ部材のエネルギ状態を調整するエネルギ調整部（６１，６２，６３，６４）と、を備え、
    　前記アクチュエータ部材は、前記支持部材に螺旋状又は渦巻き状に巻かれるとともに、前記中心軸に沿った方向に変形することにより前記所定の軸線を中心とする周方向のトルクを前記被作動部に付与する
    　アクチュエータ装置。
  2. 　前記支持部材（２１，２２）は、前記アクチュエータ部材の変形に基づき前記所定の軸線を中心とする周方向に弾性的に捩り変形する弾性体材料からなり、
    　前記アクチュエータ部材は、前記支持部材を捩り変形させることにより前記所定の軸線を中心とする周方向のトルクを前記被作動部に付与する
    　請求項１に記載のアクチュエータ装置。
  3. 　前記アクチュエータ部材の一端部は、前記被作動部に固定され、
    　前記アクチュエータ部材の他端部は、前記被作動部とは異なる部材に固定されている
    　請求項１に記載のアクチュエータ装置。
  4. 　前記アクチュエータ部材は、熱エネルギの状態の変化に基づき変形するものであり、
    　前記エネルギ調整部（６１，６２）は、前記アクチュエータ部材の熱エネルギを調整するものである
    　請求項１～３のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
  5. 　前記エネルギ調整部は、前記アクチュエータ部材の外周部分を加熱する加熱装置からなる
    　請求項４に記載のアクチュエータ装置。
  6. 　前記中心軸に沿った方向における前記アクチュエータ部材の変形時に、前記アクチュエータ部材の温度が前記支持部材の温度よりも高い
    　請求項５に記載のアクチュエータ装置。
  7. 　前記支持部材には、放熱用のフィンが形成されている
    　請求項５又は６に記載のアクチュエータ装置。
  8. 　前記支持部材を冷却する冷却部を更に備える
    　請求項５～７のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
  9. 　前記アクチュエータ部材は、熱エネルギの状態の変化に基づき変形するものであり、
    　前記支持部材は、電気エネルギの供給に基づき熱を発生する導電性材料からなり、
    　前記エネルギ調整部（６３，６４）は、前記支持部材に電気エネルギを供給することにより前記アクチュエータ部材の熱エネルギの状態を間接的に調整する
    　請求項１に記載のアクチュエータ装置。
  10. 　前記支持部材は、前記アクチュエータ部材の変形に基づき前記所定の軸線を中心とする周方向に弾性的に捩り変形するとともに、電気エネルギの供給に基づき熱を発生する導電性の弾性体材料からなる
    　請求項９に記載のアクチュエータ装置。
  11. 　前記アクチュエータ部材の温度を検出する温度検出部と、
    　前記温度検出部により検出される前記アクチュエータ部材の温度に基づいて前記エネルギ調整部を制御する制御部と、を更に備える
    　請求項９又は１０に記載のアクチュエータ装置。
  12. 　前記支持部材の外周面には、熱拡散層（２４ｃ）が設けられている
    　請求項４～１１のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
  13. 　前記アクチュエータ部材は、その中心軸を中心とする周方向に撚られていない無撚状の部材からなる
    　請求項１～１２のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
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