(57)【要約】【課題】他の機器を動作させる用途に使用できるアクチュエータ等を提供すること。【解決手段】アクチュエータ１０は、一列に配置されており、それぞれが２つの第１屈曲形成部３１を有する第１絶縁性熱伝導体２１２、２１４、２１６と、前記第１絶縁性熱伝導体２１２、２１４、２１６の間にそれぞれ配置された、第２屈曲形成部３２を有する第２絶縁性熱伝導体２１３、２１５、２１７と、前記第１絶縁性熱伝導体２１２、２１４、２１６の列の第１端に配置された前記第１絶縁性熱伝導体に取り付けられた基部と、形状記憶合金ワイヤ２２とを備え、前記形状記憶合金ワイヤ２２は、前記基部から一方の前記第１屈曲形成部３１および前記第２屈曲形成部３２をジグザグに介して前記第１絶縁性熱伝導体の列の第２端で折り返し、他方の前記第１屈曲形成部３１および前記第２屈曲形成部３２を介してジグザグに前記基部に戻るように布設されている。【選択図】図４
2020063682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一列に配置されており、それぞれが２つの第１屈曲形成部を有する第１絶縁性熱伝導体と、前記第１絶縁性熱伝導体の間にそれぞれ配置された、第２屈曲形成部を有する第２絶縁性熱伝導体と、
前記第１絶縁性熱伝導体の列の第１端に配置された前記第１絶縁性熱伝導体に取り付けられた基部と、
形状記憶合金ワイヤとを備え、
前記形状記憶合金ワイヤは、前記基部から一方の前記第１屈曲形成部および前記第２屈曲形成部をジグザグに介して前記第１絶縁性熱伝導体の列の第２端で折り返し、他方の前記第１屈曲形成部および前記第２屈曲形成部を介してジグザグに前記基部に戻り、前記第１絶縁性熱伝導体と前記第２絶縁性熱伝導体との間でハの字型と逆ハの字型を交互に繰り返すように布設されており、
前記形状記憶合金ワイヤが収縮した場合に、前記第１端と前記第２端との間の距離が短縮する
アクチュエータ。
【請求項２】
第１形状記憶合金ワイヤと、
第２形状記憶合金ワイヤと、
前記第１形状記憶合金ワイヤおよび前記第２形状記憶合金ワイヤが接する、絶縁性熱伝導体により構成された移動体と、
前記第１形状記憶合金ワイヤおよび前記第２形状記憶合金ワイヤが固定された基部と
前記第１形状記憶合金ワイヤおよび前記第２形状記憶合金ワイヤにパルス電圧を印加するアクチュエータ駆動回路とを備え、
前記アクチュエータ駆動回路から前記第１形状記憶合金ワイヤと前記第２形状記憶合金ワイヤとに印加された駆動電圧が、前記第１形状記憶合金ワイヤと前記第２形状記憶合金ワイヤとを連携して収縮させることにより、前記基部に対して前記移動体が動作する
アクチュエータ。
【請求項３】
第１形状記憶合金ワイヤと、
第２形状記憶合金ワイヤと、
前記第１形状記憶合金ワイヤが接する、絶縁性熱伝導体により構成された第１移動体と、
前記第２形状記憶合金ワイヤが接する、絶縁性熱伝導体により構成された第２移動体と、
第１移動体および第２移動体により変位される出力機構部と、
前記第１形状記憶合金ワイヤおよび前記第２形状記憶合金ワイヤにパルス電圧を印加するアクチュエータ駆動回路とを備え、
前記アクチュエータ駆動回路から前記第１形状記憶合金ワイヤと前記第２形状記憶合金ワイヤとに駆動電圧を交互に印加することで、前記第１形状記憶合金ワイヤと前記第２形状記憶合金ワイヤとを連携して収縮させることにより、前記出力機構部を固定物に対して２つの安定位置で交互に変位させる
アクチュエータ。
【請求項４】
入力電圧を昇圧する昇圧回路と、
昇圧回路により昇圧された電圧により充電されるコンデンサと、
閉状態である場合に前記入力電圧を形状記憶合金ワイヤに印加する第１スイッチと、
閉状態である場合に前記コンデンサから放電される電圧を前記形状記憶合金ワイヤに印加する第２スイッチと、
前記形状記憶合金ワイヤが収縮しはじめる前の温度になるまで前記第１スイッチを閉状態にし、前記第１スイッチを開状態にした後に、前記第２スイッチを閉状態にする切換器と
を備えるアクチュエータ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータおよびアクチュエータ駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
山部と谷部とを一定間隔で交互に有する固定子と移動子とを、一方の山部と他方の谷部とが対向するように配置し、山部と谷部との配列方向に沿って両者の間に形状記憶合金ワイヤを配置したアクチュエータが開示されている（特許文献１）。
【０００３】
ワイヤにパルス電圧を印加して、ジュール熱により収縮させることにより、固定子と移動子との間隔が広がる。ワイヤで発生したジュール熱は、ワイヤが接触する山部を通じて速やかに拡散し、ワイヤの長さは元に戻る。これにより、固定子と移動子との間隔は速やかに元の位置に戻る。
【０００４】
特許文献１のアクチュエータをたとえばタッチパネルに取り付け、ユーザによるタッチパネルの操作に同期して動作させることにより、ユーザへの触覚フィードバックを行なうハプティック機器を実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０２３６０５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のアクチュエータは、たとえばスイッチのオン−オフ切り替え、または、バルブの開閉等の、他の機器を動かす用途には使用できない。
【０００７】
一つの側面では、他の機器を動作させる用途に使用できるアクチュエータ等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
アクチュエータは、一列に配置されており、それぞれが２つの第１屈曲形成部を有する第１絶縁性熱伝導体と、前記第１絶縁性熱伝導体の間にそれぞれ配置された、第２屈曲形成部を有する第２絶縁性熱伝導体と、前記第１絶縁性熱伝導体の列の第１端に配置された前記第１絶縁性熱伝導体に取り付けられた基部と、形状記憶合金ワイヤとを備え、前記形状記憶合金ワイヤは、前記基部から一方の前記第１屈曲形成部および前記第２屈曲形成部をジグザグに介して前記第１絶縁性熱伝導体の列の第２端で折り返し、他方の前記第１屈曲形成部および前記第２屈曲形成部を介してジグザグに前記基部に戻り、前記第１絶縁性熱伝導体と前記第２絶縁性熱伝導体との間でハの字型と逆ハの字型を交互に繰り返すように布設されており、前記形状記憶合金ワイヤが収縮した場合に、前記第１端と前記第２端との間の距離が短縮する。
【発明の効果】
【０００９】
一つの側面では、他の機器を動作させる用途に使用できるアクチュエータ等を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】アクチュエータの構成を説明する説明図である。
【図２】収縮状態のアクチュエータの側面図である。
【図３】アクチュエータの部分斜視図である。
【図４】アクチュエータの部分断面図である。
【図５】形状記憶合金ワイヤの温度と収縮率との関係を説明するグラフである。
【図６】アクチュエータの動作を説明する説明図である。
【図７】アクチュエータ駆動回路の回路図である。
【図８】アクチュエータの駆動方法を説明する説明図である。
【図９】実施の形態２のアクチュエータの正面図である。
【図１０】実施の形態２のアクチュエータの側面図である。
【図１１】実施の形態２のアクチュエータの下面図である。
【図１２】実施の形態２の保持体の斜視図である。
【図１３】実施の形態２の保持体の斜視図である。
【図１４】実施の形態２のアクチュエータの動作を説明する説明図である。
【図１５】実施の形態３のアクチュエータの斜視図である。
【図１６】実施の形態３のアクチュエータの半断面図である。
【図１７】図１６のXVII−XVII線による断面図である。
【図１８】図１６のXVIII−XVIII線による断面図である。
【図１９】図１６のXIX−XIX線による断面図である。
【図２０】実施の形態４のアクチュエータの構成を説明する説明図である。
【図２１】実施の形態４のアクチュエータの動作を説明する説明図である。
【図２２】実施の形態５のアクチュエータの動作を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［実施の形態１］
図１は、アクチュエータの構成を説明する説明図である。アクチュエータ１０は、固定物６０に固定された固定端と、支持端４０に固定された移動体２１１とを有する、収縮型のアクチュエータである。図１の左側は、初期状態のアクチュエータ１０を示す。図１の右側は、収縮状態のアクチュエータ１０を示す。初期状態で長さＬの部分が、収縮状態ではΔＬ短縮する。
【００１２】
アクチュエータ１０が伸び縮みすることにより移動体２１１が移動する。移動体２１１をアクチュエータ１０が発生する力が作用する作用点として、スイッチまたはバルブの開閉等の制御を行なう。固定物６０は、支持端４０を備える機器が設置された場所の壁または床等であっても良い。
【００１３】
アクチュエータ１０は、複数の保持体２１と、複数の保持体２１にわたってジグザグに張り渡された形状記憶合金ワイヤ２２と、付勢部材２３とを含む。複数の保持体２１は、第１保持体である移動体２１１と、第２保持体２１２、第３保持体２１３、および第４保持体２１４等とを含む。
【００１４】
付勢部材２３は、移動体２１１と支持端４０との間に配置されている。図１においては、付勢部材２３は、引張ばねである。保持体２１の形状、および、形状記憶合金ワイヤ２２の張り渡し方については後述する。
【００１５】
移動体２１１から最も離れた保持体２１に、固定部材２９が固定されている。固定部材２９は、図示を省略するねじまたは接着剤等により、固定物６０に取り付けられている。形状記憶合金ワイヤ２２の両端は、カシメ部材２４により固定部材２９にカシメ固定されている。配線部材である接続線２５がそれぞれのカシメ部材２４により形状記憶合金ワイヤ２２と共締めされている。２本の接続線２５を介して、形状記憶合金ワイヤ２２の両端に後述する駆動電圧が印加される。固定部材２９は、形状記憶合金ワイヤ２２を結線する基部の一例である。
【００１６】
図２は、収縮状態のアクチュエータ１０の側面図である。図３は、アクチュエータ１０の部分斜視図である。図４は、アクチュエータ１０の部分断面図である。図１から図４を使用して、アクチュエータ１０の構成を説明する。
【００１７】
移動体２１１は、長円環状である。第２保持体２１２以降の保持体２１は、長方形板状である。第２保持体２１２以降の保持体２１は、移動体２１１の長軸方向に沿って一列に配置されている。第２保持体２１２以降の保持体２１の広面は、移動体２１１の長軸方向に対して略垂直である。
【００１８】
偶数番目の保持体２１は、長手方向の両端付近に２個の第１貫通孔３１を有する。第１貫通孔３１は、形状記憶合金ワイヤ２２が通過可能な直径を有する丸孔である。第３保持体２１３以降の奇数番目の保持体２１は、長辺、短辺共に偶数番目の保持体２１の長辺および短辺よりも短く、中央付近に１個の第２貫通孔３２を有する。第２貫通孔３２は、２本の形状記憶合金ワイヤ２２が互いに接触せずに通過可能な直径を有する丸孔である。第１貫通孔３１および第２貫通孔３２は、長孔または楕円孔等の任意の形状の孔であっても良い。
【００１９】
図４に示すように、形状記憶合金ワイヤ２２の中央部は、移動体２１１により山形に屈曲する第１屈曲部７１１を形成する。図４における第１屈曲部７１１の左側において、形状記憶合金ワイヤ２２は第２保持体２１２の左側の第１貫通孔３１を通過して、右向きに屈曲する第２屈曲部７１２を形成する。図４における第１屈曲部７１１の右側において、形状記憶合金ワイヤ２２は第２保持体２１２の右側の第１貫通孔３１を通過して、左向きに屈曲する第３屈曲部７１３を形成する。第２屈曲部７１２と第３屈曲部７１３との間は、第１距離Ａ１離れている。
【００２０】
第２屈曲部７１２を挟んで第１屈曲部７１１の反対側において、形状記憶合金ワイヤ２２は第３保持体２１３の第２貫通孔３２を通過して、左向きに屈曲する第４屈曲部７１４を形成する。第３屈曲部７１３を挟んで第１屈曲部７１１の反対側において、形状記憶合金ワイヤ２２は第３保持体２１３の第２貫通孔３２を通過して、右向きに屈曲する第５屈曲部７１５を形成する。
【００２１】
第４屈曲部７１４および第５屈曲部７１５において、形状記憶合金ワイヤ２２は第２貫通孔３２の内面に接触した状態である。第２貫通孔３２内において形状記憶合金ワイヤ２２同士は接触しない。第４屈曲部７１４と第５屈曲部７１５とは第２距離Ａ２離れている。第２距離は、第２貫通孔３２の内径により定まる。
【００２２】
第４屈曲部７１４を挟んで第２屈曲部７１２の反対側において、形状記憶合金ワイヤ２２は第４保持体２１４の左側の第１貫通孔３１を通過して、右向きに屈曲する第６屈曲部７１６を形成する。第５屈曲部７１５を挟んで第３屈曲部７１３の反対側において、形状記憶合金ワイヤ２２は第４保持体２１４の右側の第１貫通孔３１を通過して、左向きに屈曲する第７屈曲部７１７を形成する。
【００２３】
以後、形状記憶合金ワイヤ２２は、第５保持体２１５、第６保持体２１６、第７保持体２１７と、第１貫通孔３１と第２貫通孔３２とを交互に通過して、線対称なジグザグに張り渡されている。形状記憶合金ワイヤ２２は、保持体２１同士の間で、ハの字型と逆ハの字型を交互に繰り返す。
【００２４】
第１貫通孔３１を通過する部分では、形状記憶合金ワイヤ２２同士は第１距離Ａ１離れており、第２貫通孔３２を通過する部分では、形状記憶合金ワイヤ２２同士は第２距離Ａ２離れている。形状記憶合金ワイヤ２２同士は、途中で接触しない。
【００２５】
移動体２１１の長孔は、形状記憶合金ワイヤ２２の中央部を屈曲させて第１屈曲部７１１を形成する中央屈曲形成部の一例である。第１貫通孔３１は、形状記憶合金ワイヤ２２を屈曲させて第２屈曲部７１２、第３屈曲部７１３、第６屈曲部７１６、第７屈曲部７１７等を形成する第１屈曲形成部の一例である。第２貫通孔３２は、形状記憶合金ワイヤ２２を屈曲させて第４屈曲部７１４、第５屈曲部７１５、等を形成する第２屈曲形成部の一例である。
【００２６】
保持体２１の、少なくとも形状記憶合金ワイヤ２２と接触する部分は、絶縁性であり、かつ、熱伝導性が高い材料製である。保持体２１は、たとえばアルミニウム合金またはチタン合金等の、絶縁性酸化皮膜を表面に形成する金属製である。保持体２１は、銅合金等の導電性金属製の表面に、絶縁性の塗装、または、絶縁性コーティング等を施して形成されても良い。
【００２７】
保持体２１は、酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウム等の、絶縁性および熱伝導性が高いセラミックス製であっても良い。保持体２１は、ダイヤモンド製であっても良い。保持体２１は、カーボン等の熱伝導性の高いフィラーを絶縁性の樹脂中に分散させた複合材料等の樹脂製であっても良い。保持体２１には、その他任意の絶縁性かつ高熱伝導性の材料を使用できる。
【００２８】
移動体２１１は、形状記憶合金ワイヤ２２の中央部を保持する中央絶縁性熱伝導体の一例である。第２保持体２１２、第４保持体２１４等の偶数番目の保持体２１は、第１絶縁性熱伝導体の一例である。第３保持体２１３およびそれ以降の奇数番目の保持体２１は、第２絶縁性熱伝導体の一例である。
【００２９】
形状記憶合金ワイヤ２２は、形状記憶合金製である。図５は、形状記憶合金ワイヤ２２の温度と収縮率との関係を説明するグラフである。横軸は温度であり、縦軸は形状記憶合金ワイヤ２２の収縮率である。横軸の左端は、２０℃程度のいわゆる常温である。
【００３０】
形状記憶合金ワイヤ２２の温度を常温から上昇させる場合について説明する。常温においては、形状記憶合金ワイヤ２２の長さは自然長、すなわち収縮率０パーセントである。収縮開始温度Ｔ３を超えると、形状記憶合金ワイヤ２２は収縮を始める。形状記憶合金ワイヤ２２は、第１変態温度Ｔ１付近で急激に収縮し、収縮安定温度Ｔ４を超えると収縮率Ｓで安定した状態になる。収縮率Ｓは、約４パーセントから５パーセント程度である。
【００３１】
形状記憶合金ワイヤ２２を収縮安定温度Ｔ４から冷却する場合について説明する。伸張開始温度Ｔ５を下回ると、形状記憶合金ワイヤ２２は伸張を始める。形状記憶合金ワイヤ２２は、第２変態温度Ｔ２付近で急激に自然長に向けて伸張する。形状記憶合金ワイヤ２２は、伸張安定温度Ｔ６を下回ると自然長に戻り、安定した状態になる。
【００３２】
以上に説明した通り、形状記憶合金ワイヤ２２は温度上昇中と、温度下降中とで温度と収縮率との関係が異なるヒステリシス特性を有する。本実施の形態で使用する形状記憶合金ワイヤ２２の特性を表１に示す。
【００３３】
【表１】
2020063682.tif 000003
【００３４】
図５および表１は、形状記憶合金ワイヤ２２の温度と収縮率との関係の一例である。それぞれの温度は、表１に示す温度に限定しない。第２変態温度Ｔ２よりも、収縮開始温度Ｔ３の方が低くても良い。
【００３５】
形状記憶合金ワイヤ２２は、表面に絶縁被覆を有しても良い。この場合、保持体２１の表面は導電性であっても良い。
【００３６】
移動体２１１に、付勢部材２３の一端に設けられたフックが引っ掛けられてある。付勢部材２３の他端もフック状であり、たとえば支持端４０に設けられた貫通孔に引っ掛けてある。なお、付勢部材２３の両端は、ネジ固定、接着固定その他任意の手段により移動体２１１および支持端４０にそれぞれ固定されていても良い。
【００３７】
付勢部材２３により移動体２１１が図１の上側に向けて引っ張られて、形状記憶合金ワイヤ２２に張力が加えられる。この張力により、保持体２１および形状記憶合金ワイヤ２２が、図４を使用して説明した状態に維持される。形状記憶合金ワイヤ２２は、張力により第１貫通孔３１および第２貫通孔３２の内面に押し付けられる。
【００３８】
付勢部材２３は、板ばね、ゴム、その他任意の弾性体であっても良い。移動体２１１と支持端４０との間に付勢部材２３が介在することにより、固定物６０と支持端４０との間の距離にバラツキがある場合であっても、容易に取付可能なアクチュエータ１０を実現できる。
【００３９】
付勢部材２３を省略し、移動体２１１が支持端４０に直接取り付けられていても良い。このようにする場合、移動体２１１が弾性を有しても良い。移動体２１１が、長さ調整機能を有しても良い。支持端４０と固定物６０との間に、距離調整機構が設けられていても良い。
【００４０】
２本の接続線２５の間にパルス電圧を印加することにより、形状記憶合金ワイヤ２２はジュール熱により瞬時に発熱する。形状記憶合金ワイヤ２２の温度が第１変態温度Ｔ１を急速に越えることにより、形状記憶合金ワイヤ２２は、瞬時に短くなる。
【００４１】
図６は、アクチュエータ１０の動作を説明する説明図である。図６においては、図４のＡ部の形状記憶合金ワイヤ２２の長さの変化を模式的に示す。太い実線は、初期状態におけるＡ部の形状記憶合金ワイヤ２２を示す。太い一点鎖線は、加熱により収縮した状態の形状記憶合金ワイヤ２２を示す。
【００４２】
Ｏ点は、形状記憶合金ワイヤ２２が第１貫通孔３１の縁で屈曲する点を示す。Ｐ０点は、形状記憶合金ワイヤ２２が移動体２１１に設けられた孔の縁で屈曲する点を示す。Ｑ点は、Ｐ０点から第２保持体２１２に下ろした垂線の足を示す。
【００４３】
Ｏ点とＰ０点との間の距離をＬ１で示す。Ｑ点とＰ０点との間の距離をＨ１で示す。形状記憶合金ワイヤ２２が発熱した場合、前述の通りＬ１は約４パーセントから５パーセント程度短くなり、Ｌ２に変化する。形状記憶合金ワイヤ２２は線対称に張り渡されているため、Ｐ０点は、Ｐ０点とＱ点とを結ぶ線上にあるＰ１点に移動する。
【００４４】
Ｐ０点がＰ１点に移動することにより、移動体２１１の孔と第２保持体２１２との間の距離Ｈ１は、Ｈ２短くなる。発熱前の形状記憶合金ワイヤ２２と第２保持体２１２とのなす角を、θで示す。幾何学的な関係により、（１）式が成立する。
Ｈ２≒（Ｌ１−Ｌ２）／sinθ  ‥‥‥  （１）
【００４５】
（１）式より、形状記憶合金ワイヤ２２の収縮量（Ｌ１−Ｌ２）に対して、移動体２１１と第２保持体２１２との間の距離の収縮量Ｈ２は、約（１／sinθ）倍になる。以下の説明においては、（１／sinθ）を拡大率と記載する。具体的な数値の例を表２に示す。
【００４６】
【表２】
2020063682.tif 000004
【００４７】
θが大きい場合には、形状記憶合金ワイヤ２２の収縮量と、保持体２１間の距離の変化量とは、略一致する。θが小さい場合には、拡大率が大きくなるが、保持体２１同士の間隔が狭いために、形状記憶合金ワイヤ２２の引き回しが困難になる。以上により、θは１５度から３０度程度の範囲が好適である。
【００４８】
図１に例示するように、２６個の保持体２１に形状記憶合金ワイヤ２２がジグザグに張り渡されている場合、図６に示す構成が左右に２５箇所ずつ形成され、アクチュエータ１０は、全体でΔＬ＝（２５×Ｈ２）収縮する。
【００４９】
このように、形状記憶合金ワイヤ２２をジグザグに張り渡した状態に布設することにより、形状記憶合金ワイヤ２２の収縮量を拡大して、スイッチまたはバルブ等の支持端４０を動作させることができる。
【００５０】
パルス電圧の終了に伴い、ジュール熱の発生は停止する。形状記憶合金ワイヤ２２に発生した熱は保持体２１を介して外部に拡散して、形状記憶合金ワイヤ２２の温度が第２変態温度Ｔ２以下に下がる。付勢部材２３の作用によりアクチュエータ１０の状態は初期状態に戻る。
【００５１】
形状記憶合金ワイヤ２２の熱容量は、アクチュエータ１０全体の熱容量に比べて非常に小さいため、パルス電圧を繰り返し印加して動作させた場合であってもアクチュエータ１０全体の温度は殆ど上昇しない。なお、アクチュエータ１０を頻繁に動作させる場合には、ペルチェ素子または放熱板等の冷却機構をアクチュエータ１０に取り付けても良い。
【００５２】
以上に説明したように、パルス電圧を印加することにより形状記憶合金ワイヤ２２を瞬間的に収縮させて、支持端４０を動かすアクチュエータ１０を実現できる。
【００５３】
図７は、アクチュエータ駆動回路５０の回路図である。アクチュエータ駆動回路５０は、形状記憶合金ワイヤ２２の両端に駆動電圧を印加する回路である。図７において、形状記憶合金ワイヤ２２の一方の端は、接地されている。
【００５４】
形状記憶合金ワイヤ２２の他方の端は、第１スイッチ５１、および、第１スイッチ５１と並列に接続された、第２スイッチ５２とＤＣ／ＤＣコンバータ５４とを介して、入力電圧を供給する直流電源５３に接続されている。第１スイッチ５１および第２スイッチ５２は、常開型のスイッチである。
【００５５】
第２スイッチ５２とＤＣ／ＤＣコンバータ５４との間に、コンデンサ５５の一方の端子が接続されている。コンデンサ５５の他方の端子は、接地されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ５４は、直流電源５３の出力電圧を昇圧する昇圧回路の一例である。ＤＣ／ＤＣコンバータ５４により昇圧された電圧が、コンデンサ５５の一方の端子に印加される。
【００５６】
切換器５７は、第１スイッチ５１または第２スイッチ５２を選択的に閉状態にする。すなわち、切換器５７は、第１スイッチ５１と第２スイッチ５２とが同時に閉状態にならないように動作する。
【００５７】
切換器５７には、アクチュエータ１０の近傍に取り付けられたセンサ５６が接続されている。本実施の形態においては、センサ５６はアクチュエータ１０の周囲の温度を測定する温度センサである。
【００５８】
図８は、アクチュエータ１０の駆動方法を説明する説明図である。図８Ａは、形状記憶合金ワイヤ２２に印加される駆動電圧を示す。図８Ａの横軸は時間であり、縦軸は印加電圧である。
【００５９】
図８Ｂは、アクチュエータ１０の移動体２１１に加わる加速度の変化を示す。図８Ｂの横軸は時間であり、縦軸は加速度である。図８Ａの横軸と、図８Ｂの横軸とは、同一の時刻を示す。
【００６０】
時刻ｔ０から時刻ｔ１までは、第１スイッチ５１および第２スイッチ５２の両方が開状態である。形状記憶合金ワイヤ２２に電圧は印加されない。電荷が蓄積することにより、コンデンサ５５が充電される。
【００６１】
時刻ｔ１に、切換器５７が第１スイッチ５１を開状態から閉状態に切り換える。形状記憶合金ワイヤ２２に、直流電源５３の出力電圧である第１電圧Ｖ１が印加される。形状記憶合金ワイヤ２２はジュール熱によりゆるやかに発熱する。第１スイッチ５１および直流電源５３は、形状記憶合金ワイヤ２２に第１電圧を供給する第１印加部の機能を果たす。
【００６２】
時刻ｔ２に、切換器５７が第１スイッチ５１を閉状態から開状態に切り換える。形状記憶合金ワイヤ２２に、電圧は印加されない。以下の説明では時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間をプレヒート時間と記載する。
【００６３】
プレヒート時間は、形状記憶合金ワイヤ２２が収縮を開始する直前の温度まで予熱される程度の時間であることが望ましい。以下の説明ではプレヒート時間の終了時の形状記憶合金ワイヤ２２の温度をプレヒート温度と記載し、形状記憶合金ワイヤ２２の温度をプレヒート温度まで上昇させることをプレヒートと記載する。
【００６４】
形状記憶合金ワイヤ２２の温度と収縮率との関係を、図５を使用して例示した。プレヒート温度は、形状記憶合金ワイヤ２２が縮み始める前の温度の上限である、伸張安定温度Ｔ６程度であることが望ましい。プレヒート時間の設定については、後述する。
【００６５】
時刻ｔ２の直後である時刻ｔ３に切換器５７が第２スイッチ５２を開状態から閉状態に切り換える。時刻ｔ３から時刻ｔ４に掛けて、コンデンサ５５に蓄えられた電荷が放電されることによるパルス電圧が形状記憶合金ワイヤ２２に印加される。パルス電圧の最大値は、第２電圧Ｖ２である。第２スイッチ５２およびコンデンサ５５は、形状記憶合金ワイヤ２２に第２電圧Ｖ２を供給する第２印加部の機能を果たす。
【００６６】
形状記憶合金ワイヤ２２に瞬時に大きな電流が流れ、ジュール熱により急激に発熱する。形状記憶合金ワイヤ２２の温度は瞬時に第１変態温度Ｔ１を超えて、急激に収縮する。アクチュエータ１０全体が収縮し、移動体２１１に大きな加速度が発生する。
【００６７】
時刻ｔ４に、切換器５７が第２スイッチ５２を閉状態から開状態に切り換える。アクチュエータ駆動回路５０は初期状態に戻る。形状記憶合金ワイヤ２２に印加される電圧はゼロになり、ジュール熱の発生は停止する。
【００６８】
形状記憶合金ワイヤ２２に発生した熱は保持体２１を介して外部に拡散し、形状記憶合金ワイヤ２２の温度が低下する。形状記憶合金ワイヤ２２の温度は、第２変態温度Ｔ２以下に下がる。付勢部材２３の作用により、移動体２１１の加速度は振動しながら減衰する。振動の終了に伴い、アクチュエータ１０の状態は初期状態に戻る。
【００６９】
アクチュエータ駆動回路５０の具体的な定数の例を説明する。直流電源５３の電圧は、４Ｖ、ＤＣ／ＤＣコンバータ５４の出力電圧は２０Ｖ、形状記憶合金ワイヤ２２の抵抗値は約８オームである場合、プレヒートされた状態の形状記憶合金ワイヤ２２を瞬時に収縮させるには、１００μＦ程度のコンデンサ５５が必要である。
【００７０】
仮に、プレヒートを行なわず、常温の形状記憶合金ワイヤ２２を瞬時に収縮させる場合には、２２０μＦ程度のコンデンサ５５が必要である。形状記憶合金ワイヤ２２をプレヒートすることにより、コンデンサ５５の容量を半分以下にできる。これにより、アクチュエータ駆動回路５０を大幅に小型化できる。
【００７１】
プレヒートにより、形状記憶合金ワイヤ２２の温度を所定の温度にすることにより、パルス電圧を印加した際のアクチュエータ１０の挙動を安定させることができる。たとえば寒冷地等の、周囲温度が低い状態であっても、確実に動作するアクチュエータ１０を実現できる。
【００７２】
プレヒート時間が長すぎる場合、形状記憶合金ワイヤ２２の温度が上昇してゆるやかに収縮を始めてしまう可能性がある。プレヒート時間が短すぎる場合、形状記憶合金ワイヤ２２の温度がプレヒート温度に到達せず、第２スイッチ５２を閉状態にしても形状記憶合金ワイヤ２２が十分に収縮しない可能性がある。このような状態を避けるために、切換器５７はセンサ５６により測定された周囲温度に応じてプレヒート時間を変化させる。表３に、周囲温度と適切なプレヒート時間との関係の例を示す。
【００７３】
【表３】
2020063682.tif 000005
【００７４】
切換器５７は、センサ５６の出力に基づいて第１スイッチ５１および第２スイッチ５２を動作させるデジタル回路またはアナログ回路である。切換器５７は、ＣＰＵを内蔵して、プログラムに基づいて第１スイッチ５１および第２スイッチ５２の開閉を制御しても良い。
【００７５】
センサ５６は、アクチュエータ１０自体に取り付けられていても良い。たとえば、センサ５６に熱電対を使用して、保持体２１のうちの１つに放熱グリス等を用いて取り付けることができる。このようにすることにより、プレヒート時間をさらに適切に定めるアクチュエータ駆動回路５０を実現できる。
【００７６】
センサ５６は、アクチュエータ１０が取り付けられた機器に取り付けられた温度センサであっても良い。アクチュエータ１０が取り付けられた機器に内蔵された温度センサが、本実施の形態のセンサ５６を兼ねても良い。
【００７７】
温度センサの代わりに、たとえば形状記憶合金ワイヤ２２の歪み量、１つの保持体２１に設けられた２つの第１貫通孔３１同士の間に生じる応力、または、形状記憶合金ワイヤ２２の抵抗値等、温度以外の状態を検出する任意のセンサを、センサ５６に使用しても良い。これらのセンサ５６により、形状記憶合金ワイヤ２２の収縮開始を早期に検出することにより、プレヒート時間を適切に定めることができる。
【００７８】
アクチュエータ駆動回路５０を小型化する必要がない場合には、第１スイッチ５１およびセンサ５６を省略し、切換器５７は第２スイッチ５２の開閉操作のみを行なうようにすることができる。形状記憶合金ワイヤ２２には、図８のｔ３からｔ４に示すパルス電圧のみが印加される。
【００７９】
本実施の形態によると、スイッチまたはバルブ等の支持端４０を動作させる用途に使用できるアクチュエータ１０を提供できる。
【００８０】
本実施の形態によると、形状記憶合金ワイヤ２２をジグザグに張り渡すことにより、形状記憶合金ワイヤ２２の収縮量を拡大し、大きい変位量を得るアクチュエータ１０を実現できる。
【００８１】
本実施の形態によると、形状記憶合金ワイヤ２２が複数の位置で保持体２１に密着するため、ジュール熱を効率良く放熱するアクチュエータ１０を実現できる。放熱により形状記憶合金ワイヤ２２が速やかに常温に戻るため、短い間隔で繰り返し動作させられるアクチュエータ１０を実現できる。
【００８２】
本実施の形態によると、使用する保持体２１の数により、変位量が変化する。したがって、共通の部品を使用して、種々の変位量を有するアクチュエータ１０を作成できる。
【００８３】
本実施の形態によると、プレヒートを行なうことにより、小容量のコンデンサ５５を用いるアクチュエータ駆動回路５０を提供できる。コンデンサ５５が小容量であることにより、アクチュエータ駆動回路５０自体を小型化できる。
【００８４】
本実施の形態によると、プレヒートを行なうことにより、様々な環境において安定して動作するアクチュエータ１０およびアクチュエータ駆動回路５０を提供できる。
【００８５】
第２貫通孔３２は、近接する２個の貫通孔により構成されていても良い。形状記憶合金ワイヤ２２が弛んだ場合であっても、第２貫通孔３２の内部で形状記憶合金ワイヤ２２同士が接触して、ショートすることを防止できる。
【００８６】
第１貫通孔３１および第２貫通孔３２と、保持体２１の縁との間は、スリットにより接続されていても良い。形状記憶合金ワイヤ２２を第１貫通孔３１および第２貫通孔３２に挿通する作業が容易なアクチュエータ１０を提供できる。
【００８７】
［実施の形態２］
本実施の形態は、屈曲型のアクチュエータ１０に関する。実施の形態１と共通する部分については、説明を省略する。
【００８８】
図９は、実施の形態２のアクチュエータ１０の正面図である。図１０は、実施の形態２のアクチュエータ１０の側面図である。図１１は、実施の形態２のアクチュエータ１０の下面図である。図１２および図１３は、実施の形態２の保持体２１の斜視図である。図９および図１０は、アクチュエータ１０の初期状態を示す。
【００８９】
図９および図１０に示すように、アクチュエータ１０はジグザグに張り渡された第１形状記憶合金ワイヤ２２１と、第１形状記憶合金ワイヤ２２１と略平行に張り渡された第２形状記憶合金ワイヤ２２２との、２本の形状記憶合金ワイヤ２２を有する。２本の形状記憶合金ワイヤ２２は、接続線２５を介してそれぞれ別々のアクチュエータ駆動回路５０に接続されている。
【００９０】
図１２に示すように、保持体２１は第１主面７２１と第２主面７２２とを有する円板状である。第１主面７２１には、半円柱形状の第１突起４１が、第１主面７２１の直径に沿って畝状に設けられている。
【００９１】
第１突起４１の軸線を挟んで対称に、２個の第２貫通孔３２が設けられている。第２貫通孔３２は、２本の形状記憶合金ワイヤ２２が互いに接触せずに通過可能な太さである。それぞれの第２貫通孔３２を挟んで、２個の第１貫通孔３１が設けられている。２個の第１貫通孔３１およびその間の第２貫通孔３２は、第１突起４１の軸線と略平行な直線上に配置されている。
【００９２】
図１３に示すように、第２主面７２２には略台形柱状の第２突起４２が、第１突起４１の裏側にあたる位置に畝状に設けられている。第２突起４２の頂部には、第１突起４１と摺動可能な円筒面状の溝状の凹部４２２が設けられている。
【００９３】
図１０に示すように、保持体２１は第１突起４１が凹部４２２に係合した状態で、複数積層されている。なお、図９および図１０において一番上側に配置された移動体２１１は、第１突起４１を備えなくても良い。
【００９４】
移動体２１１の第１主面７２１側に、指先形状の先端部材２８が固定されている。形状記憶合金ワイヤ２２の中央部は、先端部材２８または移動体２１１に固定され、形状記憶合金ワイヤ２２の両端を引っ張っても外れない状態になっている。
【００９５】
先端部材２８または移動体２１１に張力線２６の一端が固定されている。張力線２６は、たとえばピアノ線等の引張強度の高い線材が望ましい。ここで引張強度は、張力線２６の弾性限界における張力の強さを意味する。張力線２６はたとえばアラミド繊維等の、樹脂製の線材であっても良い。張力線２６は、それぞれの保持体２１の第３貫通孔３３に挿通されている。
【００９６】
移動体２１１から最も離れた第ｎ保持体２１ｎは、第２突起４２を備えない。第ｎ保持体２１ｎの第２主面７２２側に、２本の形状記憶合金ワイヤ２２の両端がそれぞれカシメ部材２４によりカシメ固定されている。図１１に示すように、第ｎ保持体２１ｎの第２主面７２２に、４個のカシメ部材２４がそれぞれ離れて配置されている。配線部材である接続線２５がそれぞれのカシメ部材２４により形状記憶合金ワイヤ２２と共締めされている。
【００９７】
第ｎ保持体２１ｎは、ねじまたは接着等により、図示を省略する台座等に固定されている。
【００９８】
張力線２６の第ｎ保持体２１ｎ側の端部は、張力線固定部材２７に固定されている。張力線固定部材２７と、第ｎ保持体２１ｎとの間に、付勢部材２３が介在している。
図９においては、付勢部材２３は圧縮コイルばねであり、付勢部材２３の中央に張力線２６が通っている。
【００９９】
付勢部材２３により、張力線２６に張力が加えられ、保持体２１同士が密着した状態に保持される。
【０１００】
第１形状記憶合金ワイヤ２２１、および第２形状記憶合金ワイヤ２２２は、それぞれ第１貫通孔３１と第２貫通孔３２とを交互に通過して、線対称なジグザグに張り渡されている。第１形状記憶合金ワイヤ２２１同士、および、第２形状記憶合金ワイヤ２２２同士は、途中で接触しない。第１形状記憶合金ワイヤ２２１と第２形状記憶合金ワイヤ２２２も、途中で接触しない。
【０１０１】
図１０に示すように、第１形状記憶合金ワイヤ２２１および第２形状記憶合金ワイヤ２２２は、初期状態においてはわずかに弛んだ状態になっている。
【０１０２】
図１４は、実施の形態２のアクチュエータ１０の動作を説明する説明図である。第２形状記憶合金ワイヤ２２２に、図８を使用して説明した駆動電圧を印加することにより、第２形状記憶合金ワイヤ２２２は瞬時に収縮する。その結果、図１４に示すようにアクチュエータ１０は図１４における右向きに屈曲する。なお、第１形状記憶合金ワイヤ２２１は、図１に示す状態で張力が加わらない程度の長さに調整されている。
【０１０３】
駆動電圧の終了後、第２形状記憶合金ワイヤ２２２で発生したジュール熱は、保持体２１を介して速やかに拡散し、第２形状記憶合金ワイヤ２２２は自然長に戻る。しかし、第１突起４１と、凹部４２２との間の摩擦力により、アクチュエータ１０は図１４に示す形状に維持される。
【０１０４】
第１形状記憶合金ワイヤ２２１に、図８を使用して説明した駆動電圧を印加することにより、アクチュエータ１０は図１４における左向きに屈曲する。なお、第１形状記憶合金ワイヤ２２１および第２形状記憶合金ワイヤ２２２の長さを適切に選択することにより、強く屈曲するか、弱く屈曲するか等、屈曲時の状態を調整できる。間歇的に形状記憶合金ワイヤ２２に駆動電圧を印加して、屈曲した状態を確実に維持するようにしても良い。
【０１０５】
本実施の形態のアクチュエータ１０は、たとえばロボットハンドの指に好適である。たとえば、先端部材２８をシリコーンゴム等の柔らかい素材で作成することにより、ワークをソフトに保持するロボットハンドを実現できる。
【０１０６】
本実施の形態によると、２本の形状記憶合金ワイヤ２２がそれぞれ複数の位置で保持体２１に密着するため、ジュール熱を効率良く放熱するアクチュエータ１０を実現できる。放熱により形状記憶合金ワイヤ２２が速やかに常温に戻るため、短い間隔で繰り返し駆動電圧を印加できるアクチュエータ１０を実現できる。
【０１０７】
［実施の形態３］
本実施の形態は、円筒型の固定子および移動子を有するアクチュエータ１０に関する。実施の形態１と共通する部分については、説明を省略する。
【０１０８】
図１５は、実施の形態３のアクチュエータ１０の斜視図である。図１６は、実施の形態３のアクチュエータ１０の半断面図である。図１７は、図１６のXVII−XVII線による断面図である。図１８は、図１６のXVIII−XVIII線による断面図である。図１９は、図１６のXIX−XIX線による断面図である。なお、図１５から図１９においては、初期状態のアクチュエータ１０を示す。
【０１０９】
アクチュエータ１０は、円筒状の第２保持体２１２と、第２保持体２１２に挿通された第１保持体である円筒状の移動体２１１と、移動体２１１と第２保持体２１２との間に張り渡された２本の形状記憶合金ワイヤ２２とを備える。第２保持体２１２は、両端からそれぞれ内向きに周状に突出して、移動体２１１の表面と摺動可能な５を有する。
【０１１０】
移動体２１１は、第２保持体２１２の第１端面２１２１側および第２端面２１２２側の双方から突出する。移動体２１１は、第１端面２１２１から突出する側に、フランジ状のストッパ４６を有する。ストッパ４６と第１端面２１２１との間に、移動体２１１と第２保持体２１２とを離隔する向きに付勢する付勢部材２３が挿入されている。付勢部材２３は、圧縮コイルばねである。
【０１１１】
図１６および図１７に示すように、第２保持体２１２は、第２端面２１２２近傍の側面に２個の第１貫通孔３１を有する。第１貫通孔３１同士は、対向する位置に設けられている。それぞれの第１貫通孔３１の近傍に、カシメ部材２４を固定するカシメ孔が設けられている。なお、第１貫通孔３１とカシメ孔とが連続して１個の孔になっていても良い。
【０１１２】
図１７に示すように、第１端面２１２１側の摺動部４５には、スリット状の第２通路４５２が４箇所に設けられている。
【０１１３】
図１９に示すように、移動体２１１は、ストッパ４６を挟んで第２保持体２１２の反対側に、４個の第４貫通孔３４を有する。第４貫通孔３４は２個１組で近接して配置されており、２つの組同士は対向する位置に設けられている。
【０１１４】
図１８に示すように、移動体２１１は、ストッパ４６を移動体２１１の長手方向に貫通する２個の第１通路４６１を有する。第１通路４６１は、移動体２１１の長手方向に沿って、第４貫通孔３４に対応する位置に設けられている。
【０１１５】
図１６および図１９に示すように、２本の形状記憶合金ワイヤ２２の中央部は、１組の第４貫通孔３４により移動体２１１の内面に引き回されて、第１屈曲部７１１を形成する。形状記憶合金ワイヤ２２は、第１通路４６１、第２通路４５２および第１貫通孔３１を介して、第２保持体２１２の表面に引き出されている。
【０１１６】
それぞれの形状記憶合金ワイヤ２２は、第１貫通孔３１を通過する部分で外向きに屈曲する第２屈曲部７１２および第３屈曲部７１３を形成する。第２屈曲部７１２と第３屈曲部７１３との間は、第１距離Ａ１離れている。
【０１１７】
第１貫通孔３１から引き出された２本の形状記憶合金ワイヤ２２の両端は、それぞれカシメ部材２４により第２保持体２１２の表面にカシメ固定されている。配線部材である接続線２５がそれぞれのカシメ部材２４により２本の形状記憶合金ワイヤ２２と共締めされている。
【０１１８】
図７を使用して説明したアクチュエータ駆動回路５０に、接続線２５を介して２本の形状記憶合金ワイヤ２２が並列に接続されている。
【０１１９】
アクチュエータ１０の動作について説明する。アクチュエータ駆動回路５０から、２本の接続線２５の間に図８を使用して説明した駆動電圧が印加される。２本の形状記憶合金ワイヤ２２は、ジュール熱により発熱して瞬時に収縮する。移動体２１１が、図１６の左側に向けて突出する。
【０１２０】
パルス電圧の終了に伴い、ジュール熱の発生は停止する。形状記憶合金ワイヤ２２に発生した熱は移動体２１１および第２保持体２１２を介して外部に拡散して、形状記憶合金ワイヤ２２の長さが元に戻る。付勢部材２３の作用によりアクチュエータ１０の状態は初期状態に戻る。
【０１２１】
移動体２１１の外面が円筒面であるので、形状記憶合金ワイヤ２２は、長さ方向のほとんどの部分で移動体２１１の外面に接触する。そのため、ジュール熱を効率良く放熱するアクチュエータ１０を実現できる。放熱により形状記憶合金ワイヤ２２が速やかに常温に戻るため、短い間隔で繰り返し動作させられるアクチュエータ１０を実現できる。
【０１２２】
図１６および図１７においては、移動体２１１の外面と第２保持体２１２の内面との間の隙間を広く強調して記載したが、この隙間は、形状記憶合金ワイヤ２２の直径よりもわずかに広い程度であることが望ましい。形状記憶合金ワイヤ２２が移動体２１１および第２保持体２１２の一方または双方に接触するため、効率良くジュール熱を拡散させられる。
【０１２３】
移動体２１１の外面および第２保持体２１２の内面は、円筒面に限定しない。たとえば楕円筒面等、形状記憶合金ワイヤ２２が配置される隙間がゆるやかな曲面になる任意の形状であっても良い。
【０１２４】
本実施の形態によると、瞬間的に強い押圧力を発生するアクチュエータ１０を提供できる。
【０１２５】
２本の形状記憶合金ワイヤ２２を１つのアクチュエータ駆動回路５０に並列に接続することにより、駆動電圧が２本の形状記憶合金ワイヤ２２に同時に印加され、同時に収縮する。そのため、移動体２１１と第２保持体２１２との間に抉りが発生せず、スムーズに動作するアクチュエータ１０を提供できる。
【０１２６】
移動体２１１に、２組の第４貫通孔３４の代わりに側面に突出する２本のピン等の突起を設け、形状記憶合金ワイヤ２２を引っ掛けて第１屈曲部７１１を形成しても良い。組立が容易なアクチュエータ１０を提供できる。
【０１２７】
形状記憶合金ワイヤ２２は、第２保持体２１２の内面でカシメ部材２４に固定されても良い。このようにする場合には、第１貫通孔３１は不要である。
【０１２８】
［実施の形態４］
本実施の形態は、進退の両方向に動作する、いわゆるプッシュプル型のアクチュエータ１０に関する。実施の形態３と共通する部分については、説明を省略する。
【０１２９】
図２０は、実施の形態４のアクチュエータ１０の構成を説明する説明図である。なお、図２０においては、本実施の形態４のアクチュエータ１０の主要な構成を模式的に示す。
【０１３０】
アクチュエータ１０は、円筒状の第２保持体２１２と、第２保持体２１２に挿通された円筒状の移動体２１１と、移動体２１１と第２保持体２１２との間に張り渡された４本の形状記憶合金ワイヤ２２とを備える。形状記憶合金ワイヤ２２は、図２０の左側に配置された２本の左形状記憶合金ワイヤ２２８と、図２０の右側に配置された２本の右形状記憶合金ワイヤ２２９とを含む。なお、図２０においては、左形状記憶合金ワイヤ２２８、右形状記憶合金ワイヤ２２９とも１本を省略し、１本を模式的に示す。
【０１３１】
移動体２１１は、第２保持体２１２の両側から突出する。第２保持体２１２の両端近傍に、それぞれ２個のカシメ部材２４が固定されている。両端それぞれのカシメ部材２４同士は、対向する位置に設けられている。
【０１３２】
移動体２１１の中央部において、２本の左形状記憶合金ワイヤ２２８は、実施の形態３と同様に対向する位置に固定されて、それぞれが第１屈曲部７１１を形成する。２本の左形状記憶合金ワイヤ２２８の両端は、実施の形態３と同様に、接続線２５と共にカシメ部材２４により、第２保持体２１２の端部に固定されている。
【０１３３】
同様に、２本の右形状記憶合金ワイヤ２２９も、移動体２１１に固定されて、それぞれが第１屈曲部７１１を形成する。２本の右形状記憶合金ワイヤ２２９の両端は、実施の形態３と同様に、接続線２５と共にカシメ部材２４により、第２保持体２１２の端部に固定されている。
【０１３４】
２本の左形状記憶合金ワイヤ２２８は、１台のアクチュエータ駆動回路５０に並列に接続されている。２本の右形状記憶合金ワイヤ２２９は、別のアクチュエータ駆動回路５０に並列に接続されている。
【０１３５】
図２１は、実施の形態４のアクチュエータ１０の動作を説明する説明図である。図２１Ａは、初期状態を示す。左形状記憶合金ワイヤ２２８および右形状記憶合金ワイヤ２２９は、いずれもわずかに弛んだ状態になっている。
【０１３６】
図２１Ｂは、左形状記憶合金ワイヤ２２８に駆動電圧を印加した状態を示す。左形状記憶合金ワイヤ２２８がジュール熱により収縮し、移動体２１１が図２１の左向きに突出している。右形状記憶合金ワイヤ２２９の第１屈曲部７１１が移動体２１１に引っ張られて、弛みのない状態になっている。
【０１３７】
図２１Ｃは、ジュール熱が拡散して、左形状記憶合金ワイヤ２２８が常温に戻った状態を示す。左形状記憶合金ワイヤ２２８が自然長に戻って、弛んだ状態になっている。右形状記憶合金ワイヤ２２９および移動体２１１は、図２１Ｂと同じ状態である。
【０１３８】
図２１Ｄは、右形状記憶合金ワイヤ２２９に駆動電圧を印加してジュール熱により収縮した後に、常温に戻った状態を示す。右形状記憶合金ワイヤ２２９の収縮に伴い、移動体２１１が図２１の右向きに突出し、左形状記憶合金ワイヤ２２８は弛みのない状態になっている。右形状記憶合金ワイヤ２２９は、収縮した後に自然長に戻って、弛んだ状態になっている。
【０１３９】
本実施の形態によると、進退双方の動作が可能な、いわゆるプッシュプル型のアクチュエータ１０を提供できる。
【０１４０】
［実施の形態５]
本実施の形態は、第１状態と第２状態との２つの状態に切替可能なアクチュエータ１０に関する。実施の形態４と共通する部分については、説明を省略する。図２２は、実施の形態５のアクチュエータ１０の動作を説明する説明図である。
【０１４１】
本実施の形態のアクチュエータ１０は、実施の形態４で説明したアクチュエータ１０の移動体２１１が、長手方向の中央部で第１移動体２１１１と第２移動体２１１２とに分離した構造を有する。なお、図２２においては、第１移動体２１１１と第２移動体２１１２については表面を図示する。
【０１４２】
第１移動体２１１１と固定物６０との間に配置された第１付勢部材、および、第２移動体２１１２と固定物６０との間に配置された第２付勢部材２３２により、第１移動体２１１１と第２移動体２１１２とは互いに近付く向きに付勢されている。なお、第１移動体２１１１と第２移動体２１１２とは、両者の間に配置された引張ばね等により、互いに近付く向きに付勢されていても良い。
【０１４３】
なお、第１移動体２１１１と第２保持体２１２との間に張り渡された左形状記憶合金ワイヤ２２８は、本実施の形態の第１形状記憶合金ワイヤの一例である。第２移動体２１１２と第２保持体２１２との間に張り渡された、右形状記憶合金ワイヤ２２９は本実施の形態の第２形状記憶合金ワイヤの一例である。
【０１４４】
さらにアクチュエータ１０は、長板状の第３板６３３と、第３板６３３の両端から同一の向きに突出する第１板６３１および第２板６３２とを有する出力機構部６３を備える。第１板６３１と第２板６３２との間に、第１移動体２１１１、第２移動体２１１２および第２保持体２１２が保持されている。
【０１４５】
本実施の形態のアクチュエータ１０は、出力機構部６３をアクチュエータ１０が発生する力が作用する作用点に用いて、スイッチまたはバルブの開閉等の制御を行なう。なお、第３板６３３は、たとえば第２保持体２１２と略同軸に配置された半円筒形状の板であっても良い。
【０１４６】
第３板６３３の長手方向の中央部付近に、第１固定部６１および第２固定部６２が長手方向に並んで設けられている。第１固定部６１および第２固定部６２は、半球状、円錐状、Ｕ字溝状、またはＶ字溝状等、任意の形状の窪みである。
【０１４７】
第１固定部６１または第２固定部６２に先端が嵌まりこむように配置されたプランジャ６４が、固定物６０に固定されている。プランジャ６４は、バネおよびバネの先端に固定された球体を有する、機構部品である。
【０１４８】
固定物６０は、アクチュエータ１０が取り付けられた機器の筐体または、機器が設置された場所の壁もしくは床等である。図２２に示す３箇所の固定物６０は、同一の構造物のそれぞれ異なる場所であっても、それぞれ異なる構造物であっても良い。
【０１４９】
図２２Ａは、プランジャ６４の先端が第１固定部６１に嵌まりこんだ第１状態を示す。第１状態においては、左形状記憶合金ワイヤ２２８および右形状記憶合金ワイヤ２２９のいずれにも駆動電圧は印加されておらず、自然長になっている。出力機構部６３の第１板６３１が第１移動体２１１１に接触している。
【０１５０】
図２２Ｂは、左形状記憶合金ワイヤ２２８に駆動電圧を印加した状態を示す。左形状記憶合金ワイヤ２２８がジュール熱により収縮し、第１付勢部材２３１の付勢力に抗して第１移動体２１１１が図２２の左向きに突出している。第１移動体２１１１の突出に伴い、出力機構部６３も左向きに移動し、プランジャ６４の先端が第２固定部６２に嵌まりこんだ第２状態になっている。
【０１５１】
図２２Ｃは、ジュール熱が拡散して、左形状記憶合金ワイヤ２２８が常温に戻った状態を示す。左形状記憶合金ワイヤ２２８が自然長に戻り、第１付勢部材２３１により付勢されて第２移動体２１１２に近付いている。第１移動体２１１１と第２移動体２１１２との間の距離は、図２２Ａと図２２Ｃとで同一である。すなわち、図２２Ａと図２２Ｃとでは、出力機構部６３の位置のみが異なる。
【０１５２】
図２２Ｄは、右形状記憶合金ワイヤ２２９に駆動電圧を印加した状態を示す。右形状記憶合金ワイヤ２２９がジュール熱により収縮し、第２付勢部材２３２の付勢力に抗して第２移動体２１１２が図２２右向きに突出している。第２移動体２１１２の突出に伴い、出力機構部６３も右向きに移動し、プランジャ６４の先端が第１固定部６１に嵌まりこんだ第１状態になっている。
【０１５３】
図２２Ｄに示す状態からジュール熱が拡散して、右形状記憶合金ワイヤ２２９が常温に戻ると、図２２Ａに示す状態になる。
【０１５４】
本実施の形態によると、駆動電圧を印加していなくても出力機構部６３がプランジャ６４により第１状態または第２状態のいずれか一方に安定して保持されるアクチュエータ１０を提供できる。そのため、電力消費量の少ないアクチュエータ１０を提供できる。
【０１５５】
本実施の形態によると、プランジャ６４の作用により、出力機構部６３は、第１状態または第２状態のいずれかの位置で停止する。したがって、たとえば高速に繰り返し動作をさせる場合等、形状記憶合金ワイヤ２２の放熱が不十分であっても、安定した動作を行なえるアクチュエータ１０を提供できる。
【０１５６】
なお、形状記憶合金ワイヤ２２の放熱が不十分な状態で繰り返し使用する可能性がある場合には、図２２Ｄに示す状態で第１移動体２１１１の端面と第１板６３１との間に隙間が残るように、第３板６３３の長さを定めることが望ましい。このようにすることにより、左形状記憶合金ワイヤ２２８が自然長に戻っていない場合に、第１移動体２１１１が出力機構部６３に押されることを防止できる。そのため、左形状記憶合金ワイヤ２２８に過大な負荷が加わることを防止できる。
【０１５７】
各実施例で記載されている技術的特徴（構成要件）はお互いに組合せ可能であり、組み合わせすることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１５８】
１０      アクチュエータ
２１      保持体
２１１    移動体（中央絶縁性熱伝導体）
２１１１  第１移動体
２１１２  第２移動体
２１２    第２保持体（第１絶縁性熱伝導体）
２１２１  第１端面
２１２２  第２端面
２１３    第３保持体（第２絶縁性熱伝導体）
２１４    第４保持体（第１絶縁性熱伝導体）
２１５    第５保持体（第２絶縁性熱伝導体）
２１６    第６保持体（第１絶縁性熱伝導体）
２１７    第７保持体（第２絶縁性熱伝導体）
２１ｎ    第ｎ保持体（絶縁性熱伝導体）
２２      形状記憶合金ワイヤ
２２１    第１形状記憶合金ワイヤ
２２２    第２形状記憶合金ワイヤ
２２８    左形状記憶合金ワイヤ
２２９    右形状記憶合金ワイヤ
２３      付勢部材
２３１    第１付勢部材
２３２    第２付勢部材
２４      カシメ部材
２５      接続線
２６      張力線
２７      張力線固定部材
２８      先端部材
２９      固定部材（基部）
３１      第１貫通孔（第１屈曲形成部）
３２      第２貫通孔（第２屈曲形成部）
３３      第３貫通孔
３４      第４貫通孔
４０      支持端
４１      第１突起
４２      第２突起
４２２    凹部
４５      摺動部
４５２    第２通路
４６      ストッパ
４６１    第１通路
５０      アクチュエータ駆動回路
５１      第１スイッチ
５２      第２スイッチ
５３      直流電源
５４      ＤＣ／ＤＣコンバータ
５５      コンデンサ
５６      センサ
５７      切換器
６０      固定物
６１      第１固定部
６２      第２固定部
６３      出力機構部
６３１    第１板
６３２    第２板
６３３    第３板
６４      プランジャ
７１１    第１屈曲部
７１２    第２屈曲部
７１３    第３屈曲部
７１４    第４屈曲部
７１５    第５屈曲部
７１６    第６屈曲部
７１７    第７屈曲部
７２１    第１主面
７２２    第２主面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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