(57)【要約】【課題】細線状の形状記憶合金を利用した、コンパクトで、高価な部品の点数が少なく、単独の標準部品とすることができるアクチュエータを提供する。【解決手段】ケース１と、線状の形状記憶合金１０と、出力軸を持ち、形状記憶合金１０の全長の中央部を円周面に固定したプーリー２と、形状記憶合金１０の両端を固定し、複数のプーリー７を配置し形状記憶合金１０の屈曲を可能にするとともに、直線的に往復動可能な可動部品４と、該往復動のガイド機構５と、可動部品４により通常オンされているマイクロスイッチ１４と、マイクロスイッチ１４のオン・オフにより形状記憶合金１０へ印加する電圧をコントロールするアンプ２２とを具備し、形状記憶合金１０の一方の端部と中央部の間の部分、及び他方の端部と中央部の間の部分が交互に通電されて縮み、プーリー２に結合された端子１７が交互に逆方向に引っ張られてプーリー２が往復回転する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース（１）と、出力軸を持つプーリー（２）と、該プーリー（２）の円周面に全長の中央部を固定された線状の形状記憶合金（１０）と、
該形状記憶合金（１０）の両端を固定するとともに、複数のプーリー（７）を配置して形状記憶合金の屈曲を可能にし、かつ直線的に往復動可能な可動部品（４）と、
該可動部品（４）の往復動をガイドする機構（５）と、
前記可動部品（４）を所定の力で押さえつけるコイルスプリング（１３）と、
前記可動部品（４）により通常オンされているマイクロスイッチ（１４）と、
該マイクロスイッチのオン・オフにより前記形状記憶合金（１０）へ印加する電圧をコントロールするアンプ（２２）と、を備え、
該アンプ（２２）が前記形状記憶合金（１０）の一方の端部と前記中央部との間の部分、及び他方の端部と前記中央部との間の部分のいずれかに電圧を印加することにより、前記形状記憶合金（１０）の前記部分が、伸縮して前記プーリー（２）に回転動作を行わせる
ことを特徴とする形状記憶合金アクチュエータ。
【請求項２】
前記アンプ（２２）による電圧の印加が前記形状記憶合金（１０）の前記２つの部分に交互に行われることで、前記２つの部分が交互に収縮して前記プーリー（２）に往復回転動作を行わせることを特徴とする、請求項１に記載の形状記憶合金アクチュエータ。
【請求項３】
前記アンプ（２２）による電圧の印加時に、前記形状記憶合金（１０）の内、電圧の印加された一方の端部と前記中央部との間の部分の収縮により前記プーリー（２）が回転し、回転ストッパ（１１）に当接して停止した際、前記形状記憶合金（１０）の前記部分のさらなる収縮により、前記コイルスプリング（１３）の付勢力に抗して前記可動部品（４）が前記機構（５）に沿って移動して前記マイクロスイッチ（１４）をオフとし、これにより前記電圧の印加をなくすことで前記形状記憶合金（１０）の前記収縮部分が延伸に転じるとともに、前記形状記憶合金（１０）の内、前記他方の端部と前記中央部との間の部分へ前記アンプ（２２）により電圧が印加され、前記プーリー（２）が前記と逆方向に回転する、請求項２に記載の形状記憶合金アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は形状記憶合金を利用したアクチュエータに関し、特に細線状（直径０．３ｍｍ以下）の形状記憶合金を使用するアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、最も収縮率が大きく耐久性がある細線状（直径０．３ｍｍ以下）の形状記憶合金をアクチュエータとして使用する技術が知られている。このアクチュエータは、例えば自動車の車室用送風機のスイングレジスタ駆動用として用いられる。
特許文献１には、線状形状記憶合金の基本的な使い方である、回転出力を出す基本構成と、通電時の過収縮防止を目的としたスイッチ構造について記載されている（図８参照方）。
また、特許文献２には、スイングレジスタに使用された形状記憶合金アクチュエータの実際の応用構造が記載されている（図９参照方）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２４５１５５号公報
【特許文献２】特開２００７−１５５１４９号公報
【特許文献３】特開平０５−１１８６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の発明では形状記憶合金の力とバネの力で往復運動させているため、往動と復動で動き方が異なるという問題や、バネのばらつきと形状記憶合金のばらつきが重なり、大量生産した時のばらつきが大きくなるという問題がある。
また、実際の細線状の形状記憶合金の耐久性を考慮した収縮率は４％、力は１００ｇ程度なので、例えば１００ｇｆ・ｃｍのトルクを出力するアクチュエータであっても非常に大きなものになってしまう。
【０００５】
また、この発明による形状記憶合金の発生力を有効に利用するため、左回転、右回転別々に２ユニットで回転させる方式とすると、コイルスプリングやスイッチが複数必要となり複雑で高価になる。
さらに、コイルスプリングと接点ばねは連動しているため、接点圧が下がるスイッチの切断時前後に、挙動が不安定になり、形状記憶合金の断線等の不具合が生じるおそれがある。
【０００６】
特許文献２の発明では、過負荷防止スプリングとたるみ防止機構を含んだ構成であるが、コイルスプリングやリンク類が多く機構が複雑で高価であり、また、占有スペースが大きい。
さらに、スイングレジスタ本体と一体化されているため、アクチュエータ単独の標準部品とすることができないという問題がある。
【０００７】
本発明は、コンパクトで、高価な部品の点数が少なく、単独の標準部品とすることができ、しかも往復回転の動作が均等で、断線等の不具合の少ない形状記憶合金アクチュエータを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、ケースと、出力軸を持つプーリーと、該プーリーの円周面に全長の中央部を固定された線状の形状記憶合金と、該形状記憶合金の両端を固定するとともに、複数のプーリーを配置して形状記憶合金の屈曲を可能にし、かつ直線的に往復動可能な可動部品と、該可動部品の往復動をガイドする機構と、前記可動部品を所定の力で押さえつけるコイルスプリングと、前記可動部品により通常オンされているマイクロスイッチと、該マイクロスイッチのオン・オフにより前記形状記憶合金へ印加する電圧をコントロールするアンプと、を備え、該アンプが前記形状記憶合金の一方の端部と前記中央部との間の部分、及び他方の端部と前記中央部との間の部分のいずれかに電圧を印加することにより、前記形状記憶合金の前記部分が、伸縮して前記プーリーに回転動作を行わせることを特徴とする。これにより、コンパクトかつ少ない構成部品で回転動作が行える形状記憶合金アクチュエータが提供される。
請求項２の発明は、さらに、前記アンプによる電圧の印加が前記形状記憶合金の前記２つの部分に交互に行われることで、前記２つの部分が交互に収縮して前記プーリーに往復回転動作を行わせることを特徴とする。これにより、コンパクトかつ少ない構成部品で往復回転が行え、さらに、往復回転の往動、復動の回転トルク、回転速度を同等にすることができる形状記憶合金アクチュエータが提供される。
請求項３の発明は、さらに、前記アンプによる電圧の印加時に、前記形状記憶合金の内、電圧の印加された一方の端部と前記中央部との間の部分の収縮により前記プーリーが回転し、回転ストッパに当接して停止した際、前記形状記憶合金の前記部分のさらなる収縮により、前記コイルスプリングの付勢力に抗して前記可動部品が前記機構に沿って移動して前記マイクロスイッチをオフとし、これにより前記電圧の印加をなくすことで前記形状記憶合金の前記収縮部分が延伸に転じるとともに、前記形状記憶合金の内、前記他方の端部と前記中央部との間の部分へ前記アンプにより電圧が印加され、前記プーリーが前記と逆方向に回転することを特徴とする。これにより、電圧の印加の切り替えが確実に行え、形状記憶合金の過負荷による切断を防止することができる。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明により、コンパクトで部品点数が少なく、単独の標準部品とすることも可能であり、しかも往復回転動作が均等で信頼性の高い形状記憶合金アクチュエータとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明の一実施形態について図を用いて説明する。
図１は本発明の形状記憶合金アクチュエータの一実施形態を示す上面図と両サイドの側面図であり、図２、図３は各々同上の側面図及び下面図である。また、図４は図３のＡ−Ａ断面図、図５は図４のＢ−Ｂ断面図である。図６は本実施形態の回路ブロック図であり、図７は本実施形態の作動原理の説明図である。
【００１１】
まず、図１〜図６で本実施形態の構成について説明する。
図４に示すように、ケース１内には可動部品４が設けられ、可動部品４の移動方向を規定するシャフト５が設けられている。可動部品４にはカバー６が設けられており、カバー６と可動部品４の間には線状の形状記憶合金１０を配索するためのプーリー７が複数設けられている。プーリー７はカバー６に挟み込まれ、ビス３点締めにて固定されている。
【００１２】
可動部品４の一方の端部には、可動部品４に固定されたプリント基板８が形状記憶合金１０と電気的に接続され、また、ワイヤハーネス１９と接合している。さらに、プリント基板８とケース１との間には、シャフト５に沿ってスライドする可動部品４をケース１に当てないために、ストッパ９が設けられている。
【００１３】
形状記憶合金１０は、両端部をメガネ端子１６にて可動部品４に固定され、中央ぶをカシメ部品である端子１７にてプーリー２の円周面に固定されている。図５はカバーの内部を示す図であるが、見易くするために、端子１７と片側のメガネ端子１６までに配索される形状記憶合金１０（全長の半分）のみを示している。
プーリー２には溝１１ａが設けられており、ケース１より突出したピン１２とともにプーリー２の回転を規制する回転ストッパ１１を構成している。
【００１４】
シャフト５には可動部品４をストッパ９に押し付けるコイルスプリング１３が設けられている。図２及び図３に示すように、ケース１には形状記憶合金１０への通電を制御するマイクロスイッチ１４が固定されており、可動部品４にはこのマイクロスイッチ１４のオン・オフを行う突起１５が一体的に設けられている。２０、２１はマイクロスイッチの出力である。
【００１５】
上記形状記憶合金１０の両端を固定するメガネ端子１６は、図５に示すケース１の左上部と左下部（不図示）の２箇所に設けられている。
形状記憶合金１０の全長中央部のカシめられた端子１７は、プーリー２に固定されている。端子１７に電気的に導通するようにワイヤハーネス１８が固定されており、コントロール回路に接続されている。また、形状記憶合金１０の両端に一本ずつハーネス１９が接続されており、ハーネス１９の他端はプリント基板８に接続されている。
【００１６】
図６に示すように、ケース１の外部には形状記憶合金１０への通電をコントロールするアンプ２２が設けられている。アンプ２２にはシステムのオン・オフスイッチ２３が設けられている。
【００１７】
１本の形状記憶合金を用いる本実施形態と異なり、２本の形状記憶合金を用いてその各々の一端をプーリーの上記位置にカシめ、各々の他端をメガネ端子に固定する実施形態でも上記構成と同等の効果が得られるが、その様にするメリットはなく、本実施形態のように１本の形状記憶合金の全長の中央部をプーリーの上記位置にカシめることで、後述するように形状記憶合金の半分ずつに交互に通電することができ、上記効果を発揮させることができる。
【００１８】
プーリー７を用いて長いワイヤを配索する理由は、これにより、通電時に収縮するワイヤの絶対長さ、すなわち、プーリー２の回転角度を十分に確保するためである。通電による収縮長さは、収縮率が決まっているため、ワイヤの長さに比例するからである。
【００１９】
上記構成により、本実施形態では現状の細線状形状記憶合金（収縮率４％、収縮力１５０ｇ）を使用して、回転トルク１００ｇｆ・ｃｍ、回転角度９０°の出力で、実質寸法３５ｍｍ×９０ｍｍ×１６ｍｍのコンパクトな形状記憶合金アクチュエータとすることができる。
【００２０】
次に上記構成のアクチュエータの作用について説明する。
初期状態では形状記憶合金１０は延伸してたるんでおり、プーリーの出力軸は１１、１２の位置決めに規定された範囲でフリーの状態になっている。また、可動部品４はコイルスプリングによりプーリー２とは逆方向にケース１に押し付けられている。
【００２１】
スイッチ２３がオンされるとアンプ２２により形状記憶合金１０にワイヤハーネス１８、１９を通して通電される。すると、形状記憶合金１０が縮み始める。形状記憶合金１０の一方の端はメガネ端子により可動部品４に固定されているため、プーリー２に結合された端子１７によりプーリー２が右回転（図５）する。
【００２２】
プーリー２は回転ストッパ１１で決められた量移動すると停止する。しかし、形状記憶合金１０の収縮は通電中（線の温度が変異点を超えている間）進行するため、今度はメガネ端子が固定された可動部品４がコイルスプリングの押圧力を超えた時点から収縮する。
【００２３】
この場合、可動部品４はプーリー２側に移動し始め、可動部品４に一体に形成されたスイッチ押圧部である突起１５をマイクロスイッチ１４から離す方向に移動する。通常突起１５はマイクロスイッチ１４をオンする状態となっているが、この移動によりマイクロスイッチ１４をオフに切り替えるように設定されている。
【００２４】
形状記憶合金１０になると、その信号がハーネス２０、２１を通じてアンプ２２に伝達される。アンプ２２はこの信号に基づき通電中の電流を切断する。
【００２５】
電流が切断されると、形状記憶合金１０は収縮をやめ延伸し始める。コイルスプリング１３により可動部品４はケース１に再度押し付けられる。それに伴いマイクロスイッチ１４及び突起１５は再度オンの状態に復帰する。
【００２６】
電流切断直後か一定時間経過後、アンプ２２は形状記憶合金１０のメガネ端子１６に対応するもう一方のメガネ端子に電圧をかける。すると、上記と同様の動作がプーリー２の回転方向を逆にして繰り返され、アクチュエータの出力軸回転往復運動が行われる（本図では約９０°の往復回転運動）。
【００２７】
また、別の実施形態として、上記電流切断直後か一定時間経過後に、アンプ２２により直前まで通電を行っていた形状記憶合金１０のメガネ端子１６に再び電圧をかけ、上記と同様に形状記憶合金１０を収縮させ、マイクロスイッチ１４をオフさせ、さらに同一のメガネ端子１６に電圧をかけるという操作を繰り返す制御を行うことで、連続的な往復回転動作と異なる一方向のみの回転動作や、これと上述の往復回転動作とを組み合わせて間歇的な往復回転動作を行わせることもできる。
【００２８】
なお、滑らかな往復回転運動が条件とされず、往復回転の速度等が回転方向で異なることが許容される場合、例えば単なる扉の開閉動作に使用する場合等は、上記構成において、形状記憶合金１０の配索を一方のメガネ端子１６から端子１７までとし、形状記憶合金１０が伸びる回転方向にスプリングで付勢力を与えておく構成を採用することもできる。
【００２９】
以下に、本実施形態の往復回転動作の作動メカニズムについて、図７でさらに詳しく説明する。ここでは、全長の中央部でプーリー２の端子１７に固定された形状記憶合金１０の内、上記で符号１０で示した部分を１０ａ，もう一方の端部から中央部までを符号１０ｂとし、対応する端部のメガネ端子を１６ａ、１６ｂとして説明する。
【００３０】
形状記憶合金は、図７（ａ）のようにプーリー２に固定された中央部で、１０ａ（点線部）、１０ｂ（実線部）の２つの部分に分けられている。そして、形状記憶合金１０ａ、１０ｂに交互に通電することでプーリー２を回動させることができる。なお、図示はしないが、１０ａ、１０ｂは同じプーリー７に配索されているため、２本の形状記憶合金が接触しないように、プーリー７は２段とされている。
【００３１】
上述したように、プーリー２の回動量を確保するため、図７（ａ）のように長い線状の形状記憶合金１０ａ、１０ｂを複数のプーリー７を用いて小さいスペースに配索しているが、以下では簡略化して表わした図７（ｂ）から図７（ｄ）を用いて動作原理を説明する（ただし、図７（ａ）とは１０ａ、１０ｂ各々の収縮時の回転方向は逆になる）。
【００３２】
通電オフ状態では形状記憶合金１０ａ、１０ｂは弛んでおり遊びを持った状態でプーリー２の端子１７に接続固定されている。
【００３３】
一方の形状記憶合金１０ａに通電するとこの１０ａは収縮し、端子１７を介してプーリー２を引っ張り、図中反時計回りにプーリー２を回動させる。この時、他方の形状記憶合金１０ｂは弛みがなくなり図７（ｃ）のような状態となる。
【００３４】
一方の形状記憶合金１０ａの通電を切り、他方の形状記憶合金１０ｂに通電すると図７（ｄ）に示すように上記と逆の動作をする。このようにして、形状記憶合金１０の全長の中央部の端子１７にプラスの電極を、両端のメガネ端子１６ａ、１６ｂにマイナスの電極を接続し、マイナスの電極の側の通電を交互に行うことによって、１０ａまたは１０ｂという形状記憶合金の全長の半分だけに交互に電流を流し、一方の形状記憶合金だけを収縮させることができる。
【００３５】
これとは別の方式として、分離した２本の形状記憶合金の端部をそれぞれプーリー２にカシめる方式も考えられるが、本実施形態のように１本の形状記憶合金の全長の中央部をプーリーにカシめる方が、同一の上記電気的効果を簡単な構成で得ることができる。
【００３６】
本発明ではばらつきの吸収や故障時の破損防止のために安全装置が設けられている。
具体的には、プーリー７やメガネ端子１６ａ、１６ｂが取り付けられた可動部品４が、プーリー２に対して移動できるようにシャフト５によってガイドされ、かつコイルスプリング１３によりプーリー２から離れる方向に付勢されている。また、可動部品４に対する付勢力は、形状記憶合金１０ａ、１０ｂを引張ったときに切れる引張り力よりも小さいものとされている。
【００３７】
これにより、例えば図７（ｃ）の状態からさらに通電が続けられた形状記憶合金１０ａがさらに収縮しようとした時、プーリー２はこれ以上回動できないため、可動部品４が上記付勢力に抗してプーリー２に近づく方向に移動し、形状記憶合金１０ｂの断線を防ぐことができる。また、図７（ｃ）に至る前に形状記憶合金１０ｂの遊びがなくなった場合も同様である。さらには、制御回路等の不具合により２本の形状記憶合金１０ａ，１０ｂに同時に通電された場合も同様である。さらに、収縮途中でプーリー２の軸に外力が加わった場合の逃げとしても機能する。
【００３８】
本発明では、さらに上述のようにマイクロスイッチ１４を設けることで、可動部品４が移動した時に異常であると判断し、形状記憶合金の通電を解除することができるようにされている。
【００３９】
以上のような構成により、部品の点数が少なく安価で小型にできる。
また、例えば特許文献３に記載された装置におけるモータの替わりに本発明をそのまま用いることができ、特許文献２記載された装置のように装置全体の専用設計をする必要がない。さらに、特許文献３ではモータを止めたときに手動でフィンを動かすことができるようにするためにクラッチ機構（板バネ、キャップ等）が設けられているが、本発明を用いればこのクラッチ機構を廃止しジョイントとロッドを固定しても、図７（ｂ）の状態でプーリー２が形状記憶合金１０ａ、１０ｂに影響を与えることなく回動することができるため、構造を簡素化することができる。
【００４０】
また、上記構成のアクチュエータを車両用の室内装置に用いた場合、夏場の炎天下での駐車等で対象車両の室内が高温になると、形状記憶合金１０は端子１７を中心に両端が縮む。その場合においても可動部品４とプーリー２の間隔が縮小し、形状記憶合金１０にある一定以上の応力がかかるのを防ぐ。
【００４１】
なお、形状記憶合金１０のたるみによるプーリーからの外れ防止については、可動部品４とプーリー２との間が最初にコイルスプリング１３の伸びと同時に引っ張られるためプーリー２からは外れにくくなっており、可動部品４の内部はプーリー７を可動部品４とそのカバー６に食い込ませて設置することにより外れ防止ができるため、いずれも省略することができる。
【００４２】
なお、可動部品４の摺動はシャフト５を使わなくてもケース１との摺動にしてもよい。
また、形状記憶合金１０の固定は、メガネ端子などでなくても固定と通電ができればよい。
【００４３】
上記構成において、回転プーリー２と可動部品４の間を延長してその部分に左右に動くスライド部品を作成し、該スライド部品をいずれか一方の形状記憶合金１０（例えば図７の１０ａ）に固定してプーリー２と連動して作動させれば、往復直線運動のアクチュエータにも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の形状記憶合金アクチュエータの一実施形態を示す上面図と両サイドの側面図である。
【図２】同上の実施形態を示す側面図である。
【図３】同上の実施形態を示す下面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】本発明の形状記憶合金アクチュエータの一実施形態を示す回路ブロック図である。
【図７】本発明の形状記憶合金アクチュエータの作動原理の説明図であり、（ａ）は形状記憶合金の配索状態、（ｂ）は通電前の状態、（ｃ）は上部の形状記憶合金に通電した状態、（ｄ）は下部の形状記憶合金に通電した状態をそれぞれ示す。
【図８】形状記憶合金を利用した従来技術のアクチュエータの基本構成図である。
【図９】スイングレジスタに応用された他の従来技術の構成図である。
【符号の説明】
【００４５】
１    ケース
２    プーリー
３    カバー
４    可動部品
５    シャフト
７    プーリー
８    プリント基板
１０    形状記憶合金
１１    回転ストッパ
１１ａ    溝
１２    ピン
１３    コイルスプリング
１４    マイクロスイッチ
１５    突起
１６，１６’    メガネ端子
１７    端子
１８    ワイヤハーネス
１９    ハーネス
２２    アンプ
【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】
2010031721.tif 000009
【図８】
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【図９】
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