(57)【要約】【課題】部品点数の増加を抑えつつ、熱効率向上または耐久性向上を図ることが可能なアクチュエータ装置を提供する。【解決手段】アクチュエータ装置１０は、温度変化に応じて所定の方向に変形する作動部材２０と、作動部材２０の外側に取り付けられ、作動部材２０に熱を与える加熱部材３０と、を備える。加熱部材３０は、第１作動部材２２に接する第１電熱線３２の巻付部３２２を有する。加熱部材３０は、第１電熱線３２の巻付部３２２の全体を直線状に伸ばした際の全長Ｌａが、基準長さＬｔｈよりも大きくなっている。但し、基準長さＬｔｈは、第１電熱線３２の巻付部３２２のうち軸方向ＤＲａの一方側に位置する一端側部位３２２ａから軸方向ＤＲａの他方側に位置する他端側部位３２２ｂまで連なる一部位を直線状に伸ばした際の長さである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータ装置であって、
温度変化に応じて所定の軸心の軸方向または前記軸心を中心とする周方向に変形する作動部材（２０）と、
前記作動部材の外側に取り付けられ、前記作動部材に熱を与える加熱部材（３０）と、を備え、
前記加熱部材における前記作動部材に接する加熱当接部（３２２）のうち前記軸方向の一方側に位置する一端側部位（３２２ａ）から前記軸方向の他方側に位置する他端側部位（３２２ｂ）まで連なる一部位を直線状に伸ばした際の長さを基準長さ（Ｌｔｈ）としたとき、
前記加熱部材は、前記加熱当接部の全体を直線状に伸ばした際の全長（Ｌａ）が、前記基準長さよりも大きくなっている、アクチュエータ装置。
【請求項２】
前記作動部材は、線材状に構成されており、
前記加熱当接部は、前記作動部材の外周に螺旋状に巻き付けられている、請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項３】
前記加熱当接部は、前記一端側部位および前記他端側部位のうち少なくとも一方に、Ｕ字状にターンするターン部（３２２ｃ）が設けられている、請求項２に記載のアクチュエータ装置。
【請求項４】
前記作動部材は、前記軸方向の一方側の部位が回転不能または前記軸方向に不動となるように保持されており、
前記加熱当接部は、前記ターン部が奇数箇所設定されるとともに、前記軸方向の一方側の方が他方側に比べて前記ターン部の数が少なくなるように構成され、前記軸方向の一方側の部位が固定されている、請求項３に記載のアクチュエータ装置。
【請求項５】
前記作動部材の前記軸方向の一方側の部位を保持する保持部材（５０）を備え、
前記作動部材は、ポリマ繊維を含んで構成され、前記保持部材に対して回転不能または前記軸方向に不動となるように熱カシメによって保持される熱カシメ部（２２４）が設けられている、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のアクチュエータ装置。
【請求項６】
アクチュエータ装置であって、
温度変化に応じて所定の軸心の軸方向または前記軸方向を中心とする周方向に変形する作動部材（２０）と、
前記作動部材の外側に取り付けられ、前記作動部材に熱を与える加熱部材（３０）と、
前記作動部材の前記軸方向の一方側の部位を保持する保持部材（４０）と、を備え、
前記作動部材は、ポリマ繊維を含んで構成され、回転不能または前記軸方向に不動となるように前記保持部材に対して熱カシメによって保持される熱カシメ部（２２４）が設けられている、アクチュエータ装置。
【請求項７】
前記熱カシメ部は、前記保持部材に接する部位が前記軸心を中心に前記軸方向に非対称な形状になっている、請求項５または６に記載のアクチュエータ装置。
【請求項８】
前記熱カシメ部は、前記ポリマ繊維および前記ポリマ繊維を覆う樹脂材料を含んで構成されている、請求項５ないし７のいずれか１つに記載のアクチュエータ装置。
【請求項９】
前記熱カシメ部は、前記保持部材と接する面積が大きくなるように、前記軸方向に直交する断面の大きさが前記作動部材のうち前記熱カシメ部以外の部位よりも大きくなっている、請求項５ないし８のいずれか１つに記載のアクチュエータ装置。
【請求項１０】
前記熱カシメ部は、表面粗さが、前記作動部材のうち前記熱カシメ部以外の部位よりも大きくなっている、請求項５ないし９のいずれか１つに記載のアクチュエータ装置。
【請求項１１】
前記加熱部材は、前記軸方向の一方側の部位が前記熱カシメ部に固定されている、請求項５ないし１０のいずれか１つに記載のアクチュエータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、アクチュエータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アクチュエータ装置として、ポリマーファイバーアクチュエータが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載のポリマーファイバーアクチュエータは、電気加熱や白色加熱による温度変化により、捩りまたは引張作動を発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−４２７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のポリマーファイバーアクチュエータのような熱駆動式のアクチュエータ装置では、ポリマーファイバーからなる作動部材が電熱線等の加熱部材によって加熱されることで変形する。この作動部材の変形がアクチュエータ装置の動力として出力される。
【０００５】
このようなアクチュエータ装置では、例えば、加熱部材を作動部材に対して密に巻き付けると、加熱部材から作動部材への熱の伝わり方が均一となることで熱効率が良くなる。
【０００６】
しかし、１つの加熱部材を作動部材に対して密に巻き付けると、作動部材が熱膨張する際に加熱部材によって押圧されて作動部材が塑性変形し易くなってしまう。作動部材の塑性変形は、作動部材と加熱部材との熱抵抗の増大を招く要因となることから好ましくない。
【０００７】
これらに対して、複数の加熱部材を用意し、当該複数の加熱部材を作動部材に対して並列に巻き付けることが考えられるが、この場合、アクチュエータ装置の部品点数が増加してしまう。
【０００８】
また、特許文献１には、作動部材の端部を固定部材で保持する旨の記載があるものの、当該固定部材の具体的な構造が示されていない。本発明者らは、作動部材の端部を挟み込む把持具によって機械的に保持する構造を検討した。
【０００９】
本発明者らの検討によれば、前述の構造とすると、作動部材が変形した際に生ずる応力が、作動部材のうち把持具によって保持される部位で過大となり、作動部材の耐久性を確保することが困難であることが判った。
【００１０】
本開示は、部品点数の増加を抑えつつ、熱効率向上または耐久性向上を図ることが可能なアクチュエータ装置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】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、
アクチュエータ装置であって、
温度変化に応じて所定の軸心の軸方向または軸心を中心とする周方向に変形する作動部材（２０）と、
作動部材の外側に取り付けられ、作動部材に熱を与える加熱部材（３０）と、を備え、
加熱部材における作動部材に接する加熱当接部（３２２）のうち軸方向の一方側に位置する一端側部位（３２２ａ）から軸方向の他方側に位置する他端側部位（３２２ｂ）まで連なる一部位を直線状に伸ばした際の長さを基準長さ（Ｌｔｈ）としたとき、
加熱部材は、加熱当接部の全体を直線状に伸ばした際の全長（Ｌａ）が、基準長さよりも大きくなっている。
【００１２】
このように、加熱当接部の全長が基準長さよりも大きくなっていれば、加熱当接部の全長が基準長さになっている場合に比べ、加熱部材を作動部材に対して密に当接させることができる。これにより、加熱部材から作動部材への熱の伝わり方が均一となるので、部品点数を増加させることなく、熱効率を向上させることができる。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、
アクチュエータ装置であって、
温度変化に応じて所定の軸心の軸方向または軸方向を中心とする周方向に変形する作動部材（２０）と、
作動部材の外側に取り付けられ、作動部材に熱を与える加熱部材（３０）と、
作動部材の軸方向の一方側の部位を保持する保持部材（４０）と、を備え、
作動部材は、ポリマ繊維を含んで構成され、回転不能または軸方向に不動となるように保持部材に対して熱カシメによって保持される熱カシメ部（２２４）が設けられている。
【００１４】
このように、熱カシメによって作動部材を保持部材に保持させる構造は、把持具によって作動部材を保持する構造に比べて、作動部材が変形した際に生ずる応力が作動部材の一部位に局所的に作用することが抑制される。このため、熱カシメによって作動部材を保持部材に保持させる構造とすれば、部品点数の増加を抑えつつ、耐久性の向上を図ることができる。
【００１５】
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係るアクチュエータ装置の概略構成図である。
【図２】第１実施形態に係るアクチュエータ装置の一部を示す模式図である。
【図３】第１実施形態に係るアクチュエータ装置の作動部材の固定構造を示す模式的な断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】第１実施形態に係るアクチュエータ装置の電熱線の巻付角度を説明するための説明図である。
【図６】第１実施形態に係るアクチュエータ装置の電熱線の基準長さおよび全長との関係を説明するための説明図である。
【図７】第１実施形態に係るアクチュエータ装置の電熱線の全長を説明するための説明図である。
【図８】第１実施形態に係るアクチュエータ装置の電熱線の巻付角度の適正範囲を説明するための説明図である。
【図９】第１実施形態に係るアクチュエータ装置の電熱線の固定構造を示す模式的な断面図である。
【図１０】第１実施形態の第１比較例となるアクチュエータ装置の一部を示す模式図である。
【図１１】第１実施形態の第２比較例となるアクチュエータ装置の作動部材の固定構造を示す模式的な断面図である。
【図１２】第２実施形態に係るアクチュエータ装置の一部を示す模式図である。
【図１３】図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態において、先行する実施形態で説明した事項と同一もしくは均等である部分には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する場合がある。また、実施形態において、構成要素の一部だけを説明している場合、構成要素の他の部分に関しては、先行する実施形態において説明した構成要素を適用することができる。以下の実施形態は、特に組み合わせに支障が生じない範囲であれば、特に明示していない場合であっても、各実施形態同士を部分的に組み合わせることができる。
【００１８】
（第１実施形態）
本実施形態について、図１〜図１１を参照して説明する。本実施形態では、本開示のアクチュエータ装置１０を車両の室内の状態を検出するセンサ装置９０を回転変位させる装置に適用した例について説明する。
【００１９】
図１に示すように、アクチュエータ装置１０は、作動部材２０と、加熱部材３０と、被作動部４０、保持部材５０と、を含んで構成されている。
【００２０】
作動部材２０は、作動部材２０自体の温度変化に応じて変形する部材である。作動部材２０は、アクチュエータ装置１０の動力源として機能し、作動部材２０の変形動作がアクチュエータ装置１０の出力になる。
【００２１】
本実施形態の作動部材２０は、被作動部４０を挟んで直列に配置された第１作動部材２２および第２作動部材２４を含んでいる。第１作動部材２２および第２作動部材２４は、実質的に同じ材料で構成され、断面形状および寸法も同等になっている。具体的には、第１作動部材２２および第２作動部材２４は、所定の方向に延在する線材状の部材で構成されている。また、第１作動部材２２および第２作動部材２４は、その断面形状が略円形状に形成されている。なお、本実施形態では、各作動部材２２、２４の軸心ＣＬの延在方向を作動部材２０の軸方向ＤＲａと呼ぶ。この軸方向ＤＲａは、各作動部材２２、２４の並ぶ方向でもある。
【００２２】
各作動部材２２、２４は、外部から熱エネルギが付与されると、当該熱エネルギに応じて変形するように構成されている。具体的には、各作動部材２２、２４は、ポリアミド等のポリマ繊維を含んで構成されている。なお、各作動部材２２、２４を構成するポリマ繊維は、ポリアミドに限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、または、これらの複合材料等で構成されていてもよい。
【００２３】
ポリマ繊維は、その特性として、温度変化に応じて変形する特性を備えている。具体的には、ポリマ繊維は、ポリマ繊維の温度が高くなるほど、捩り変形しつつ、軸方向ＤＲａに収縮し、且つ、軸方向ＤＲａに直交する径方向ＤＲｒに膨張する。
【００２４】
具体的には、各作動部材２２、２４は、加熱によって捩じり変形するようにポリマ繊維が螺旋状に編み込まれている。なお、各作動部材２２、２４は、例えば、ポリマ繊維の構成分子が軸心ＣＬに対して傾斜するように配向されたもので構成されていてもよい。
【００２５】
各作動部材２２、２４は、熱エネルギが付与された際の変形方向が異なる方向となるように構成されている。すなわち、第１作動部材２２は、加熱されると図１に示す第１方向Ｒ１に捩じり変形し、自然冷却等により温度が低下すると第１方向Ｒ１とは逆の第２方向Ｒ２に捩じり変形するように構成されている。一方、第２作動部材２４は、加熱されると第２方向Ｒ２に捩じり変形し、自然冷却等により温度が低下すると第２方向Ｒ２とは逆の第１方向Ｒ１に捩じり変形するように構成されている。
【００２６】
各作動部材２２、２４には、各作動部材２２、２４を加熱するための第１電熱線３２および第２電熱線３４が巻き付けられている。各電熱線３２、３４は、各作動部材２２、２４に対してエネルギを付与する加熱部材３０の一部を構成する。
【００２７】
図１および図２に示すように、加熱部材３０は、第１作動部材２２および第２作動部材２４に対して熱エネルギを付与するように構成されている。加熱部材３０は、第１作動部材２２に巻き付けられた第１電熱線３２、第２作動部材２４に巻き付けられた第２電熱線３４、第１電熱線３２および第２電熱線３４に電流を流す駆動部材３６、３８を有している。駆動部材３６、３８は、第１電熱線３２および第２電熱線３４に流す電流を個別に調整可能に構成されている。なお、作動部材２０に対する加熱部材３０の取り付け方については後述する。
【００２８】
また、各作動部材２２、２４それぞれは、両端部のうち一方が被作動部４０に対して連結され、両端部のうち他方が保持部材５０に対して保持されている。具体的には、第１作動部材２２は、外部からのエネルギに応じて捩じり変形する第１変形部２２１、被作動部４０に連結される第１連結部２２２、保持部材５０に保持される第１固定部２２３を有している。同様に、第２作動部材２４は、外部からのエネルギに応じて捩じり変形する第２変形部２４１、被作動部４０に連結される第２連結部２４２、保持部材５０に保持される第２固定部２４３を有している。なお、本実施形態では、第１作動部材２２の第１固定部２２３および第２作動部材２４の第２固定部２４３が、各作動部材２２における軸方向ＤＲａの一方側の部位を構成する。
【００２９】
被作動部４０は、センサ装置９０を固定するための土台部分を構成している。被作動部４０は、支持機構８０によって各作動部材２２、２４の軸心ＣＬを中心に回転可能に支持されている。
【００３０】
センサ装置９０は、車両の室内の温度分布を検出する赤外線センサ９１で構成されている。赤外線センサ９１は、ＩＲセンサと呼ばれることがある。センサ装置９０は、被作動部４０と一体に回転可能なように被作動部４０に対して固定されている。なお、センサ装置９０は、赤外線センサ９１に限らず、例えば、車室内を撮像する撮像機器等の視覚センサで構成されていてもよい。
【００３１】
被作動部４０は、各作動部材２２、２４の捩じり変形に応じて回転変位するように、各作動部材２２、２４が連結されている。具体的には、被作動部４０には、第１作動部材２２の第１連結部２２２が連結されるとともに、第２作動部材２４の第２連結部２４２が連結されている。なお、被作動部４０における各作動部材２２、２４の連結構造は、後述の保持部材５０における第１作動部材２２の固定構造と同様の構造になっている。
【００３２】
これにより、被作動部４０およびセンサ装置９０は、第１作動部材２２が第１方向Ｒ１に捩じり変形すると、第１方向Ｒ１の回転力が付与されることで、第１方向Ｒ１に回転変位する。また、被作動部４０およびセンサ装置９０は、第２作動部材２４が第２方向Ｒ２に捩じり変形すると、第２方向Ｒ２の回転力が付与されることで、第２方向Ｒ２に回転変位する。
【００３３】
保持部材５０は、各作動部材２２、２４の各固定部２２３、２４３を保持する部材である。本実施形態の保持部材５０は、第１作動部材２２の第１固定部２２３を保持する第１保持部５２、および第２作動部材２４の第２固定部２４３を保持する第２保持部５４を含んでいる。
【００３４】
各保持部５２、５４における各作動部材２２、２４の固定構造は、各作動部材２２、２４の各固定部２２３、２４３に作用する応力が分散される構造になっている。各作動部材２２、２４の固定構造は、第１保持部５２および第２保持部５４で同じ構造になっている。本実施形態では、第１保持部５２における第１作動部材２２の固定構造について説明し、第２固定部２４３の固定構造に関する説明を省略する。
【００３５】
図３に示すように、第１作動部材２２の第１固定部２２３には、回転不能または軸方向ＤＲａに不動となるように第１保持部５２に対して熱カシメによって保持される熱カシメ部２２４が設けられている。なお、熱カシメは、２つの部材の少なくとも一方を加熱して熱変形させることで、２つの部材を締結させる締結手法である。
【００３６】
熱カシメ部２２４は、第１固定部２２３のうち第１保持部５２に形成された有底の挿通穴５２１に挿入されている。この挿通穴５２１は、底部側に近づくにつれて穴面積が大きくなっている。具体的には、挿通穴５２１は、底部側に穴面積が一定となる底側穴部５２１ａ、底側穴部５２１ａから開口縁に向けて穴面積が徐々に小さくなる開口側穴部５２１ｂを有している。底側穴部５２１ａは、その断面形状が、作動部材２０の軸心ＣＬを中心に軸方向ＤＲａに非対称な形状になっている。具体的には、底側穴部５２１ａの断面形状は、四角形状になっている。
【００３７】
熱カシメ部２２４は、第１保持部５２の挿通穴５２１に挿入された状態で加熱されることで、挿通穴５２１の内側の形状と同様の外形状を有している。すなわち、熱カシメ部２２４は、第１保持部５２と接する面積が大きくなるように、軸方向ＤＲａに直交する断面の大きさが第１作動部材２２のうち熱カシメ部２２４以外の部位よりも大きくなっている。
【００３８】
加えて、図４に示すように、熱カシメ部２２４は、第１保持部５２の内側に接する部位の外形状が軸心ＣＬを中心に軸方向ＤＲａに非対称な形状になっている。具体的には、熱カシメ部２２４は、その外形状が四角形状になっている。なお、熱カシメ部２２４は、軸方向ＤＲａに非対称な形状であれば、四角形状以外の形状になっていてもよい。
【００３９】
また、本実施形態の熱カシメ部２２４は、ポリマ繊維で構成される本体部２２４ａおよび本体部２２４ａを覆う樹脂材料２２４ｂを含んで構成されている。熱カシメ部２２４は、本体部２２４ａの外側全体が樹脂材料２２４ｂによって覆われている。
【００４０】
さらに、熱カシメ部２２４は、第１保持部５２の内側に保持され易くなるように、第１保持部５２の内側に接する部位の表面粗さが、作動部材２０のうち熱カシメ部２２４以外の部位よりも大きくなっている。
【００４１】
続いて、本実施形態の作動部材２０に対する加熱部材３０の取り付け方について、図２、図５〜図８等を参照して説明する。なお、各電熱線３２、３４の取り付け方は、第１作動部材２２および第２作動部材２４で同じである。本実施形態では、第１作動部材２２に対する第１電熱線３２の取り付け方について説明し、第２作動部材２４に対する第２電熱線３４の取り付け方に関する説明を省略する。
【００４２】
図２に示すように、第１電熱線３２は、第１作動部材２２に接する巻付部３２２、巻付部３２２を固定する一対の固定部３２４、３２６を有している。本実施形態では、第１電熱線３２の巻付部３２２が、加熱部材３０における作動部材２０に接する加熱当接部を構成する。
【００４３】
図２および図５に示すように、第１電熱線３２の巻付部３２２は、第１作動部材２２の外周に対して所定の巻付角度Ψで螺旋状に巻き付けられている。巻付部３２２は、軸方向ＤＲａにおける第１保持部５２側に位置する一端側部位３２２ａ、軸方向ＤＲａにおける被作動部４０側に位置する他端側部位３２２ｂを有する。
【００４４】
巻付部３２２は、他端側部位３２２ｂに対してＵ字状にターンするターン部３２２ｃが設けられている。巻付部３２２は、軸方向ＤＲａの一端側部位３２２ａの方が他端側部位３２２ｂに比べてターン部３２２ｃの数が少なくなるように構成されている。具体的には、巻付部３２２は、ターン部３２２ｃが他端側部位３２２ｂに対して１箇所設定されている。なお、一端側部位３２２ａは、第１保持部５２に固定される部位である。
【００４５】
巻付部３２２は、ターン部３２２ｃを有することで、巻付部３２２の全体を直線状に伸ばした際の全長Ｌａが、一端側部位３２２ａから他端側部位３２２ｂまで連なる一部位を直線状に伸ばした際の長さである基準長さＬｒよりも大きくなっている。なお、基準長さＬｒは、巻付部３２２のうち一端側部位３２２ａからターン部３２２ｃまでの部位を直線状に伸ばした際の長さでもある。
【００４６】
巻付部３２２の基準長さＬｒは、図６に示すように、直角三角形ＴＧの斜辺の長さとして表すことができる。基準長さＬｒは、以下の数式Ｆ１で示され、巻付角度Ψは、以下の数式Ｆ２で示される。
【００４７】
Ｌｒ＝｛Ｌα２＋（２πＲＮ）２｝１／２  ・・・（Ｆ１）
Ψ＝ａｒｃｔａｎ（Ｌα／２πＲＮ）  ・・・（Ｆ２）
数式Ｆ１、Ｆ２において、Ｌαは、第１作動部材２２の一端側部位３２２ａから他端側部位３２２ｂまでの軸方向ＤＲａの長さである。Ｒは、第１電熱線３２の巻付部３２２の半径である。Ｎは、一端側部位３２２ａからターン部３２２ｃまでの第１電熱線３２の巻数である。
【００４８】
また、巻数Ｎは、以下の数式Ｆ３で示される。
【００４９】
Ｎ＝Ｌα／Ｌｐ  ・・・（Ｆ３）
数式Ｆ３において、Ｌｐは、第１作動部材２２に対して巻き付ける第１電熱線３２の巻付ピッチである。
【００５０】
本実施形態の巻付部３２２は、ターン部３２２ｃで折り返すことで、その全長Ｌａが基準長さＬｒよりも大きくなっている。具体的には、巻付部３２２の全長Ｌａは、図７に示すように、基準長さＬｒの略２倍程度の大きさになっている。
【００５１】
ところで、第１電熱線３２のジュール熱で第１作動部材２２が加熱されると、第１作動部材２２が径方向に膨張しつつ、第１方向Ｒ１に捩じり変形する。この過程では、第１電熱線３２の線膨張率が第１作動部材２２に対して非常に小さいので、第１作動部材２２の表面を第１電熱線３２が滑る。これにより、第１作動部材２２が摩耗する。第１作動部材２２が摩耗すると伝熱が悪化することから好ましくない。
【００５２】
そこで、本実施形態では、第１電熱線３２の巻付角度Ψは、第１作動部材２２が摩耗し難い角度、すなわち、第１作動部材２２と第１電熱線３２との接触状態が維持される角度に設定されている。具体的には、第１電熱線３２の巻付角度Ψは、第１電熱線３２の接触面圧が所定の基準面圧Ｐｔｈ以上となる角度に設定されている。なお、基準面圧Ｐｔｈは、第１作動部材２２と第１電熱線３２との接触状態を維持するのに必要とされる圧力に設定される。
【００５３】
ここで、図８（ａ）は、第１電熱線３２の巻付角度Ψと第１電熱線３２の接触面圧との関係の一例を示している。図８（ａ）に示すように、第１電熱線３２の接触面圧は、巻付角度Ψがピーク角度Ψｐ以下となる範囲で、巻付角度Ψが大きくなるに伴って高くなる。また、第１電熱線３２の接触面圧は、巻付角度Ψがピーク角度Ψｐよりも大きい範囲で、第１電熱線３２の巻付角度Ψが大きくなるに伴って低くなる。本実施形態では、第１電熱線３２の巻付角度Ψを、第１電熱線３２の接触面圧が所定の基準面圧Ｐｔｈ以上となるΨ１〜Ψ２までの範囲に設定している。
【００５４】
前述の如く、第１電熱線３２のジュール熱で第１作動部材２２が加熱されるが、第１電熱線３２の巻付ピッチＬｐが大きいと、第１作動部材２２に温度分布が発生する。このため、図８（ｂ）に示すように、巻付ピッチＬｐが大きい程、放熱ロスの増加等によって加熱効率が悪化し、第１電熱線３２を高温となるまで加熱する必要がある。
【００５５】
しかしながら、第１電熱線３２の温度が第１作動部材２２の軟化温度を超えると、アクチュエータ装置１０の出力が得られ難くなってしまう。このため、第１作動部材２２の軟化温度を超えないように、第１電熱線３２の巻付角度Ψは、加熱効率が基準加熱効率ＨＥｔｈ以上となるΨ３以下に設定することが望ましい。なお、加熱効率は、第１作動部材２２の受熱量（＝比熱×体積×温度上昇量）を第１電熱線３２のジュール熱（＝電流×電圧）で除したものである。
【００５６】
但し、図８に示すように、Ψ３がΨ１、Ψ２よりも小さい場合、第１電熱線３２の巻付角度ΨをΨ３に設定できない。このため、第１作動部材２２と第１電熱線３２との接触状態を維持しようとすると、加熱効率の向上を図ることが困難となる。
【００５７】
そこで、本実施形態では、軸方向ＤＲａにおいて隣り合う第１電熱線３２の間隔Ｌβが、第１電熱線３２の巻付角度ΨをΨ３に設定した際の巻付ピッチＬｐと同様の状態になるように第１電熱線３２を第１作動部材２２に対して巻き付けている。具体的には、第１電熱線３２は、ターン部３２２ｃで折り返される一方の線の間に、他方の線が位置するように、作動部材２２に対して巻き付けられている。
【００５８】
ここで、Ψ３がΨ１、Ψ２よりも小さい場合、第１電熱線３２の加熱効率を確保するのに必要な巻付ピッチＬｐ１は、第１作動部材２２と第１電熱線３２との接触状態を維持するのに必要な巻付ピッチＬｐ２よりも大きくなる。このため、例えば、ターン部３２２ｃの数は、第１電熱線３２の加熱効率ＨＥを確保するのに必要な巻付ピッチＬｐ１を第１作動部材２２と第１電熱線３２との接触状態を維持するのに必要な巻付ピッチＬｐ２で除した値に基づいて設定されていることが望ましい。
【００５９】
続いて、第１電熱線３２の固定部３２４、３２６は、図２に示すように、第１保持部５２に設けられた棒状部材５２２、５２３に固定されている。棒状部材５２２、５２３は、第１電熱線３２の固定部３２４、３２６を巻き付けることで固定部３２４、３２６を保持する部材である。棒状部材５２２、５２３は、軸方向ＤＲａに沿って延びる略円柱形状の部材で構成されている。なお、棒状部材５２２、５２３は、円柱形状以外の形状を有する部材（例えば、楕円柱形状）で構成されていてもよい。
【００６０】
第１電熱線３２の固定部３２４、３２６は、棒状部材５２２、５２３に対して螺旋状に複数回巻き付けられている。第１電熱線３２の固定部３２４、３２６は、リング状の固定用治具５２４によって棒状部材５２２、５２３に対して固定されている。
【００６１】
具体的には、図９に示すように、第１電熱線３２の固定部３２４は、棒状部材５２２に対して螺旋状に複数回巻き付けられた後、リング状の固定用治具５２４によって棒状部材５２２に対して固定される。なお、他方の固定部３２６は、上述の固定部３２４と同様の手法によって棒状部材５２２に対して固定される。なお、固定用治具５２４、５２５は、第１電熱線３２の固定部３２４、３２６を第１保持部５２に固定することが可能であれば、リング状の部材以外のもので構成されていてもよい。
【００６２】
次に、本実施形態の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。アクチュエータ装置１０は、前述の駆動部材３６、３８を介して各電熱線３２、３４の発熱量を調整することによって、被作動部４０の姿勢を変化させる姿勢制御を実行する制御装置１００を備えている。
【００６３】
制御装置１００は、プロセッサ１００ａ、メモリ１００ｂ、およびその周辺回路を有するマイクロコンピュータで構成されている。プロセッサ１００ａは、被作動部４０の姿勢制御に関する演算処理を実行する。メモリ１００ｂには、姿勢制御に必要なプログラム、データ等が予め記憶されている。また、メモリ１００ｂには、プロセッサ１００ａの演算結果等が記憶される。
【００６４】
例えば、制御装置１００は、被作動部４０を第１方向Ｒ１に変位させる場合、第１電熱線３２に電流して発熱させることで、第１作動部材２２を加熱する。第１作動部材２２は、加熱されることで第１方向Ｒ１に捩じり変形する。これに伴い被作動部４０およびセンサ装置９０が第１方向Ｒ１に変位する。
【００６５】
また、制御装置１００は、被作動部４０を第２方向Ｒ２に変位させる場合、第２電熱線３４に電流を流して発熱させることで、第２作動部材２４を加熱する。第２作動部材２４は、加熱されることで第２方向Ｒ２に捩じり変形する。これに伴い被作動部４０およびセンサ装置９０が第２方向Ｒ２に変位する。
【００６６】
以上説明したアクチュエータ装置１０は、電動モータを用いるアクチュエータとは異なり、被作動部４０を変位させる際の作動音が殆ど生じない。すなわち、本開示のアクチュエータ装置１０は、静粛性に優れており、高い静粛性が要求される車室内等に好適である。
【００６７】
特に、アクチュエータ装置１０は、加熱部材３０において作動部材２０に接する部位の全長Ｌａが基準長さＬｔｈよりも大きくなっている。これによると、加熱部材３０の巻付部３２２の全長Ｌａが基準長さＬｔｈになっている場合に比べて、加熱部材３０を作動部材２０に対して密に当接させることができる。これにより、加熱部材３０から作動部材２０への熱の伝わり方が均一となるので、部品点数を増加させることなく、熱効率を向上させることができる。
【００６８】
具体的には、作動部材２０は、線材状に構成されており、その外周に加熱部材３０を構成する各電熱線３２、３４が螺旋状に巻き付けられている。これによると、加熱部材３０によって線材状に構成される作動部材２０の外周を効率よく加熱することができる。
【００６９】
また、加熱部材３０を構成する各電熱線３２、３４は、軸方向ＤＲａにおける保持部材５０にて保持される側に、Ｕ字状にターンするターン部３２２ｃが設けられている。このように、加熱部材３０における軸方向ＤＲａの端部に対してターン部３２２ｃを設けることで、部品を追加することなく、加熱部材３０の全長Ｌａを基準長さＬｔｈよりも大きくすることができる。
【００７０】
ここで、図１０は、第１実施形態の第１比較例となるアクチュエータ装置ＣＥ１の一部を示す模式図である。第１比較例のアクチュエータ装置ＣＥ１は、２つの電熱線ＨＬ１、ＨＬ２が第１作動部材２２に対して並列に巻き付けられるとともに、それぞれの電熱線ＨＬ１、ＨＬ２が軸方向ＤＲａの両側の棒状部材Ｂ１〜Ｂ４に固定される構造になっている。このような構造では、アクチュエータ装置ＣＥ１の部品点数が増加するとともに、電熱線Ｈ１、ＨＬ２の固定構造が複雑となってしまう。
【００７１】
これに対して、本実施形態のアクチュエータ装置ＣＥ１は、軸方向ＤＲａの片側で加熱部材３０が固定される構造になっている。このため、第１比較例の如く軸方向ＤＲａの両側で加熱部材３０が固定される構造に比べて、部品点数の増加を抑えつつ、加熱部材３０の固定構造を簡素に実現することができる。
【００７２】
また、作動部材２０が変形した際に生ずる応力は、各作動部材２２、２４の各固定部２２３、２４３に集中して作用する。このため、例えば、図１１に示すように、各作動部材２２、２４の各固定部２２３、２４３が、把持具ＨＴによって機械的に保持される構造になっていると、各作動部材２２、２４の変形時に生ずる応力が把持具ＨＴによって保持される部位で過大となってしまう。このことは、作動部材２０の耐久性低下を招くことから好ましくない。なお、図１１は、第１実施形態の第２比較例となるアクチュエータ装置ＣＥ２の作動部材２０の固定構造を示す模式的な断面図である。
【００７３】
これに対して、本実施形態のアクチュエータ装置１０は、熱カシメによって各作動部材２２、２４を保持部材５０に保持させる構造になっている。これによると、把持具ＨＴによって作動部材２０を保持する構造に比べて、作動部材２０が変形した際に生ずる応力が作動部材２０の一部位に局所的に作用することが抑制される。このため、熱カシメによって作動部材２０を保持部材５０に保持させる構造とすれば、新たに部品を追加することなく、耐久性の向上を図ることができる。
【００７４】
具体的には、熱カシメ部２２４は、保持部材５０に接する部位が軸心ＣＬを中心に軸方向ＤＲａに非対称な形状になっている。これによると、熱カシメ部２２４が作動部材２０の軸方向ＤＲａの一方側の部位の回り止めを防止する部材として機能する。これによると、新たに部品を追加することなく、熱カシメ部２２４によって作動部材２０を適切に保持部材５０に保持させることができる。
【００７５】
また、熱カシメ部２２４は、ポリマ繊維からなる本体部２２４ａおよびポリマ繊維を覆う樹脂材料２２４ｂを含んで構成されている。これによれば、熱カシメ部２２４をポリマ繊維だけで構成する場合に比べて、作動部材２０の耐久性を確保することが可能となる。
【００７６】
さらに、熱カシメ部２２４は、保持部材５０と接する面積が大きくなるように、軸方向ＤＲａに直交する断面の大きさが作動部材２０のうち熱カシメ部２２４以外の部位よりも大きくなっている。これによると、熱カシメ部２２４と保持部材５０との接する面積を充分に確保することができるので、熱カシメ部２２４によって作動部材２０を適切に保持部材５０に保持させることができる。
【００７７】
さらにまた、熱カシメ部２２４は、表面粗さが、作動部材２０のうち熱カシメ部２２４以外の部位よりも大きくなっている。これによると、熱カシメ部２２４によって作動部材２０を適切に保持部材５０に保持させることができる。
【００７８】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、図１２、図１３を参照して説明する。本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について主に説明し、第１実施形態と同様の部分について説明を省略する。
【００７９】
本実施形態の加熱部材３０は、第１電熱線３２の一対の固定部３２４、３２６が第１作動部材２２に対して取り付けられている。図示しないが、第２電熱線３４の一対の固定部も第２作動部材２４に対して取り付けられている。本実施形態では、第１作動部材２２に対する第１電熱線３２の取り付け方について説明し、第２作動部材２４に対する第２電熱線３４の取り付け方に関する説明を省略する。
【００８０】
図１２および図１３に示すように、第１電熱線３２の一対の固定部３２４、３２６は、第１作動部材２２の第１固定部２２３の熱カシメ部２２４に対して固定されている。具体的には、第１電熱線３２の一対の固定部３２４、３２６は、第１保持部５２に熱カシメ部２２４を固定する際に、溶融した熱カシメ部２２４によって第１作動部材２２の第１固定部２２３に固定される。なお、第１保持部５２には、棒状部材５２２、５２３が設けられていない。
【００８１】
その他の構成は、第１実施形態と同様である。本実施形態のアクチュエータ装置１０は、第１実施形態のアクチュエータ装置１０と共通の構成から奏される作用効果を第１実施形態と同様に得ることができる。
【００８２】
本実施形態のアクチュエータ装置１０は、加熱部材３０における軸方向ＤＲａの一方側の部位、すなわち、第１保持部５２側の部位が熱カシメ部２２４に固定されている。これによると、加熱部材３０を固定するための専用の部品が必要ないので、部品点数を低減しつつ、熱カシメ部２２４によって作動部材２０および加熱部材３０それぞれを適切に保持部材５０に保持させることができる。
【００８３】
（他の実施形態）
以上、本開示の代表的な実施形態について説明したが、本開示は、上述の実施形態に限定されることなく、例えば、以下のように種々変形可能である。
【００８４】
上述の実施形態では、加熱部材３０を構成する各電熱線３２、３４が各作動部材２２、２４の外周に螺旋状に巻き付けられているものを例示したが、これに限定されない。加熱部材３０を構成する各電熱線３２、３４は、例えば、軸方向ＤＲａに沿って直線状に延びる直線部の両側でターンする構造になっていてもよい。
【００８５】
上述の実施形態では、作動部材２０が保持される軸方向の一方側にて加熱部材３０が固定されるものを例示したが、これに限定されない。加熱部材３０は、例えば、軸方向ＤＲａの両側が固定されていてもよい。
【００８６】
上述の実施形態の如く、作動部材２０は、熱カシメによって保持部材５０に保持される構造になっていることが望ましいが、これに限定されない。作動部材２０は、例えば、把持具によって保持されていてもよい。
【００８７】
上述の実施形態では、各作動部材２２、２４を加熱する方法として、各作動部材２２、２４に各電熱線３２、３４を巻き付け、当該電熱線３２、３４に電流を流すものを例示したが、これに限定されない。アクチュエータ装置１０は、例えば、各作動部材２２、２４の表面に金属メッキを形成し、当該金属メッキに対して電流を流すことで、各作動部材２２、２４を加熱する構成になっていてもよい。
【００８８】
上述の実施形態では、作動部材２０として、外部から付与される熱エネルギに応じて変形するポリマ繊維を含むものを例示したが、これに限定されない。作動部材２２、２４は、ポリマ繊維に限らず、例えば、外部からの熱エネルギの付与に応じて変形する適宜の素材を用いることができる。このような素材としては、例えば、形状記憶合金等が挙げられる。
【００８９】
上述の実施形態では、作動部材２０が軸方向ＤＲａに直列に配置された第１作動部材２２および第２作動部材２４で構成されたものを例示したが、これに限定されない。作動部材２０は、例えば、単一の作動部材または３つ以上の作動部材で構成されていてもよい。
【００９０】
上述の実施形態では、本開示のアクチュエータ装置１０を車両の室内の状態を検出するセンサ装置９０を回転変位させる装置に適用した例について説明したが、これに限定されない。本開示のアクチュエータ装置１０は、センサ装置９０以外の機器を変位させる装置に対して広く適用可能である。
【００９１】
上述の実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００９２】
上述の実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されない。
【００９３】
上述の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されない。
【００９４】
（まとめ）
上述の実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、アクチュエータ装置は、温度変化に応じて所定の軸心の軸方向または軸心を中心とする周方向に変形する作動部材と、作動部材の外側に取り付けられ、作動部材に熱を与える加熱部材と、を備える。加熱部材は、加熱当接部の全体を直線状に伸ばした際の全長が、基準長さよりも大きくなっている。
【００９５】
第２の観点によれば、作動部材は、線材状に構成されている。加熱当接部は、作動部材の外周に螺旋状に巻き付けられている。これによると、加熱部材によって線材状に構成される作動部材の外周を効率よく加熱することができる。
【００９６】
第３の観点によれば、加熱当接部は、一端側部位および他端側部位のうち少なくとも一方に、Ｕ字状にターンするターン部が設けられている。このように、加熱部材における軸方向の端部に対してターン部を設けることで、部品を追加することなく、加熱当接部の全長を基準長さよりも大きくすることができる。
【００９７】
第４の観点によれば、作動部材は、軸方向の一方側の部位が回転不能または軸方向に不動となるように保持されている。加熱当接部は、ターン部が奇数箇所設定されるとともに、軸方向の一方側の方が他方側に比べてターン部の数が少なくなるように構成され、軸方向の一方側の部位が固定されている。
【００９８】
このように、作動部材が保持される軸方向の一方側にて加熱部材が固定される構造になっていれば、軸方向の両側で加熱部材が固定される構造に比べて、加熱部材の固定構造を簡素に実現することができる。
【００９９】
第５の観点によれば、アクチュエータ装置は、作動部材の軸方向の一方側の部位を保持する保持部材を備える。作動部材は、ポリマ繊維を含んで構成され、保持部材に対して回転不能または軸方向に不動となるように熱カシメによって保持される熱カシメ部が設けられている。
【０１００】
熱カシメは、２つの部材の少なくとも一方を加熱して熱変形させることで、２つの部材を締結させる締結手法である。熱カシメによって作動部材を保持部材に保持させる構造は、把持具によって作動部材を保持する構造に比べて、作動部材が変形した際に生ずる応力が作動部材の一部位に局所的に作用することが抑制される。このため、熱カシメによって作動部材を保持部材に保持させる構造とすれば、新たに部品を追加することなく、耐久性の向上を図ることができる。
【０１０１】
第６の観点によれば、アクチュエータ装置は、温度変化に応じて変形する作動部材と、作動部材の外側に取り付けられ、作動部材に熱を与える加熱部材と、作動部材の軸方向の一方側の部位を保持する保持部材と、を備える。作動部材は、ポリマ繊維を含んで構成され、保持部材に対して回転不能または軸方向に不動となるように熱カシメによって保持される熱カシメ部が設けられている。
【０１０２】
第７の観点によれば、熱カシメ部は、保持部材に接する部位が軸心を中心に軸方向に非対称な形状になっている。これによると、熱カシメ部が作動部材の軸方向の一方側の部位の回り止めを防止する部材として機能する。これによると、新たに部品を追加することなく、熱カシメ部によって作動部材を適切に保持部材に保持させることができる。
【０１０３】
第８の観点によれば、熱カシメ部は、ポリマ繊維およびポリマ繊維を覆う樹脂材料を含んで構成されている。このように、熱カシメ部をポリマ繊維およびポリマ繊維を覆う樹脂材料を含む構成とすれば、熱カシメ部をポリマ繊維だけで構成する場合に比べて、作動部材の耐久性を確保することが可能となる。
【０１０４】
第９の観点によれば、熱カシメ部は、保持部材と接する面積が大きくなるように、軸方向に直交する断面の大きさが作動部材のうち熱カシメ部以外の部位よりも大きくなっている。これによると、熱カシメ部と保持部材との接する面積を充分に確保することができるので、熱カシメ部によって作動部材を適切に保持部材に保持させることができる。
【０１０５】
第１０の観点によれば、熱カシメ部は、表面粗さが、作動部材のうち熱カシメ部以外の部位よりも大きくなっている。これによると、熱カシメ部によって作動部材を適切に保持部材に保持させることができる。
【０１０６】
第１１の観点によれば、加熱部材は、軸方向の一方側の部位が熱カシメ部に固定されている。これによると、加熱部材を固定するための専用の部品が必要ないので、部品点数を低減しつつ、熱カシメ部によって作動部材および加熱部材それぞれを適切に保持部材に保持させることができる。
【符号の説明】
【０１０７】
１０      アクチュエータ装置
２０      作動部材
３０      加熱部材
３２２    巻付部（加熱当接部）
３２２ａ  一端側部位
３２２ｂ  他端側部位
Ｌａ      全長
Ｌｔｈ    基準長さ
【図１】
2020191721.tif 000003
【図２】
2020191721.tif 000004
【図３】
2020191721.tif 000005
【図４】
2020191721.tif 000006
【図５】
2020191721.tif 000007
【図６】
2020191721.tif 000008
【図７】
2020191721.tif 000009
【図８】
2020191721.tif 000010
【図９】
2020191721.tif 000011
【図１０】
2020191721.tif 000012
【図１１】
2020191721.tif 000013
【図１２】
2020191721.tif 000014
【図１３】
2020191721.tif 000015