(57)【要約】【課題】被駆動部材の充分な変位量を確保しつつ、小型化を図ることが可能な駆動装置を提供する。【解決手段】駆動信号により収縮または伸縮するアクチュエータを駆動源として備えた駆動装置において、駆動装置の土台となる固定部材と、アクチュエータの収縮または伸縮により回転駆動される被駆動部材と、固定部材に被駆動部材を、その軸回りに回動自在に連結する支軸部材と、を有し、アクチュエータは、支軸部材を軸回りに周回し、その両端が、それぞれ固定部材、被駆動部材、支軸部材のうち異なるいずれかの部材に固定されて架設されている。【選択図】図１
2010052048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動信号により収縮または伸縮するアクチュエータを駆動源として備えた駆動装置において、
前記駆動装置の土台となる固定部材と、
前記アクチュエータの収縮または伸縮により回転駆動される被駆動部材と、
前記固定部材に前記被駆動部材を、その軸回りに回動自在に連結する支軸部材と、を有し、
前記アクチュエータは、前記支軸部材を軸回りに周回し、その両端が、それぞれ前記固定部材、前記被駆動部材、前記支軸部材のうち異なるいずれかの部材に固定されて架設されていることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記支軸部材は、前記被駆動部材に固定され、
前記固定部材は、前記支軸部材をその軸回りに回動自在に支持し、
前記アクチュエータの一端は、前記固定部材に固定され、他端は、前記支軸部材に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記支軸部材は、前記固定部材に固定され、
前記支軸部材は、前記被駆動部材をその軸回りに回動自在に支持し、
前記アクチュエータの一端は、前記被駆動部材に固定され、他端は、前記支軸部材に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記アクチュエータの一端は、前記固定部材に固定され、他端は、前記被駆動部材に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記アクチュエータは、第１のアクチュエータと第２のアクチュエータからなり、
前記第１のアクチュエータは、前記支軸部材を軸回りに周回し、その両端が、それぞれ前記固定部材、前記被駆動部材、前記支軸部材のうち異なるいずれかの部材に固定されて架設され、
前記第２のアクチュエータは、前記支軸部材を軸回りに前記第１のアクチュエータと逆方向に周回し、その両端が、それぞれ前記第１のアクチュエータの場合と同じ部材に固定されて架設されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記アクチュエータに張力を発生させる弾性部材を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項７】
前記アクチュエータは、形状記憶合金からなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項８】
前記アクチュエータは、導電性ポリマーからなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項９】
前記アクチュエータは、電極が分割された長さの異なる複数の領域からなり、
前記複数の領域は、それぞれ選択的に駆動されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動装置に関し、特に直動式のアクチュエータを備えた駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な駆動装置の駆動源として形状記憶合金（以下、ＳＭＡとも記する）を用いることが試みられている。ＳＭＡは、チタンとニッケルの合金等に代表され、変態温度以下で変形しても、変態温度以上に加熱されると、マルテンサイト変態によって記憶された元の形状に回復する性質を持った合金である。通常、ＳＭＡはワイヤ状の形態に形成され、通電加熱制御により長さ方向に伸縮させることで、直動式のアクチュエータとしての動作をさせることができる。
【０００３】
このようなＳＭＡは、その線径が数十μｍと細いことから、駆動装置の小型化を図ることができ、種々の駆動装置の駆動源としての利用が検討され、その用途は拡大しつつある。特に、近年では、人間の手と類似した動きを示すロボットハンドを、多関節機構で構成した複数の指によって実現したものが開発され、その多関節機構の駆動装置の駆動源としてＳＭＡを用いることが検討されている。
【０００４】
例えば、関節に相当する支軸回りに指に相当するフレームを回転自在に支持する回転部を備え、各一端が連結された一対のＳＭＡを回転部に張架し、ＳＭＡを伸縮させることにより回転部を回転させ、フレームを正逆方向に折り曲げ可能に構成した多関節駆動装置が知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２７１１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、現在知られているＳＭＡの収縮率は充分なものでなく、大きな変位量を得るに為には相応の長さが必要となる。例えば、特許文献１に開示されているような構成の駆動装置において、充分な回転量を確保する為には、ＳＭＡの全長は、回転部の回転半径の２０〜３０倍といった長さが必要とされる。その結果、駆動装置の全長が長くなり、小型を阻害するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、被駆動部材の充分な変位量を確保しつつ、小型化を図ることが可能な駆動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】
【０００７】
上記目的は、下記の１乃至９のいずれか１項に記載の発明によって達成される。
【０００８】
１．駆動信号により収縮または伸縮するアクチュエータを駆動源として備えた駆動装置において、
前記駆動装置の土台となる固定部材と、
前記アクチュエータの収縮または伸縮により回転駆動される被駆動部材と、
前記固定部材に前記被駆動部材を、その軸回りに回動自在に連結する支軸部材と、を有し、
前記アクチュエータは、前記支軸部材を軸回りに周回し、その両端が、それぞれ前記固定部材、前記被駆動部材、前記支軸部材のうち異なるいずれかの部材に固定されて架設されていることを特徴とする駆動装置。
【０００９】
２．前記支軸部材は、前記被駆動部材に固定され、
前記固定部材は、前記支軸部材をその軸回りに回動自在に支持し、
前記アクチュエータの一端は、前記固定部材に固定され、他端は、前記支軸部材に固定されていることを特徴とする前記１に記載の駆動装置。
【００１０】
３．前記支軸部材は、前記固定部材に固定され、
前記支軸部材は、前記被駆動部材をその軸回りに回動自在に支持し、
前記アクチュエータの一端は、前記被駆動部材に固定され、他端は、前記支軸部材に固定されていることを特徴とする前記１に記載の駆動装置。
【００１１】
４．前記アクチュエータの一端は、前記固定部材に固定され、他端は、前記被駆動部材に固定されていることを特徴とする前記１に記載の駆動装置。
【００１２】
５．前記アクチュエータは、第１のアクチュエータと第２のアクチュエータからなり、
前記第１のアクチュエータは、前記支軸部材を軸回りに周回し、その両端が、それぞれ前記固定部材、前記被駆動部材、前記支軸部材のうち異なるいずれかの部材に固定されて架設され、
前記第２のアクチュエータは、前記支軸部材を軸回りに前記第１のアクチュエータと逆方向に周回し、その両端が、それぞれ前記第１のアクチュエータの場合と同じ部材に固定されて架設されていることを特徴とする前記１乃至４のいずれか１項に記載の駆動装置。
【００１３】
６．前記アクチュエータに張力を発生させる弾性部材を有することを特徴とする前記１乃至４のいずれか１項に記載の駆動装置。
【００１４】
７．前記アクチュエータは、形状記憶合金からなることを特徴とする前記１乃至６のいずれか１項に記載の駆動装置。
【００１５】
８．前記アクチュエータは、導電性ポリマーからなることを特徴とする前記１乃至６のいずれか１項に記載の駆動装置。
【００１６】
９．前記アクチュエータは、電極が分割された長さの異なる複数の領域からなり、
前記複数の領域は、それぞれ選択的に駆動されることを特徴とする前記１乃至８のいずれか１項に記載の駆動装置。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、アクチュエータを、固定部材に被駆動部材をその軸回りに回動自在に連結する支軸部材の軸回りに周回させて架設する構成とした。これにより、被駆動部材の充分な変位量（回転量）を確保する為に、アクチュエータの長さを相応の長さにしても、その架設スペースが円形、且つ支軸部材の周縁となることから、駆動装置の全長を短くすることができる。その結果、被駆動部材の充分な変位量を確保しつつ、小型化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下図面に基づいて、本発明に係る駆動装置の実施の形態を説明する。尚、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。
【００１９】
〔実施形態１〕
図１に実施形態１による駆動装置の構成を示す。図１（ａ）は、実施形態１による駆動装置１の外観を示す正面図、図１（ｂ）は、右側面図、図１（ｃ）は、背面図である。
【００２０】
駆動装置１の要部は、図１に示すように、固定部材１１、１２、支軸部材２、被駆動部材３、及びＳＭＡ５１、５２等から構成される。
【００２１】
支軸部材２は、被駆動部材３に固定され、固定部材１１、１２は、支軸部材２をその軸回りに回動自在に支持する。
【００２２】
ＳＭＡ５１は、本発明における第１のアクチュエータに該当し、図１（ａ）に示すように、固定部材１１に設けられたガイド部材８１に沿って支軸部材２を軸回りに渦巻き状に周回し、その一端は、固定部材１１に設けられた固定端子６１Ａに固定され、他端は、支軸部材２に設けられた固定端子６１Ｂに固定されて架設されている。
【００２３】
同様に、図１（ｃ）に示すように、ＳＭＡ５２は、本発明における第２のアクチュエータに該当し、固定部材１２に設けられたガイド部材８２に沿って支軸部材２を軸回りにＳＭＡ５１と逆方向に渦巻き状に周回し、その一端は、固定部材１２に設けられた固定端子６２Ａに固定され、他端は、支軸部材２に設けられた固定端子６２Ｂに固定されて架設されている。
【００２４】
このような構成の駆動装置１において、被駆動部材３は、２つのＳＭＡ５１、５２が通電により交互に収縮することにより、支軸部材２の軸回りに正逆に回転駆動される。
【００２５】
ここで、駆動シーケンスの一例を図２を用いて説明する。図２（ａ）乃至図２（ｄ）は、駆動シーケンスの流れを示す模式図であり、紙面左図は、駆動装置１の正面図、右図は、背面図を示す。尚、以下の説明において、正面図に対して右回りを「時計回り」、左回りを「反時計回り」と記する。
【００２６】
最初に、被駆動部材３が中立状態で停止するように、２つのＳＭＡ５１、５２は、無通電でそれぞれの張力がバランスするように架設されている（図２（ａ１）、図２（ａ２））。
【００２７】
次に、ＳＭＡ５１に通電を開始すると、ＳＭＡ５１が複数のガイド部材８１に沿って収縮することにより、支軸部材２に設けられた固定端子６１Ｂが引っ張れ、支軸部材２は時計回りに回転する（図２（ｂ１））。一方、ＳＭＡ５２は、支軸部材２が時計回りに回転することにより、支軸部材２に設けられた固定端子６２Ｂにより引っ張れて伸張する（図２（ｂ２））。
【００２８】
次に、ＳＭＡ５１の通電を停止し、ＳＭＡ５２の通電を開始すると、ＳＭＡ５２が複数のガイド部材８２に沿って収縮することにより、支軸部材２に設けられた固定端子６２Ｂが引っ張れ、支軸部材２は反時計回りに回転し、被駆動部材３は中立状態に復帰する（図２（ｃ２））。一方、ＳＭＡ５１は、支軸部材２が反時計回りに回転することにより、支軸部材２に設けられた固定端子６１Ｂにより引っ張れて伸張する（図２（ｃ１））。
【００２９】
次に、ＳＭＡ５２の通電を継続すると、支軸部材２は、さらに反時計回りに回転する（図２（ｄ２））。一方、ＳＭＡ５１は、支軸部材２がさらに反時計回りに回転することによりさらに伸張する（図２（ｄ１））。
【００３０】
このように、２つのＳＭＡ５１、５２への通電を交互に繰り返すことにより、被駆動部材３を支軸部材２の軸回りに正逆に回転させることができる。
【００３１】
尚、図１、図２においては、図面を明瞭にする為に、ＳＭＡ５１、５２は、支軸部材２を軸回りに渦巻き状に１〜１．５周回した図としているが、実際には、ＳＭＡの伸縮率を、例えば１０％とすると、１０周程度周回させるものとする（以下の図面においても同様）。
【００３２】
このように本発明の実施形態に係わる駆動装置１においては、ＳＭＡ５１、５２を、固定部材１１、１２に被駆動部材３をその軸回りに回動自在に連結する支軸部材２の軸回りに渦巻き状に周回させて架設する構成とした。これにより、被駆動部材３の充分な変位量（回転量）を確保する為に、ＳＭＡ５１、５２の長さを相応の長さにしても、その架設スペースが円形、且つ支軸部材２の周縁となることから、駆動装置１の全長を短くすることができる。その結果、被駆動部材３の充分な変位量を確保しつつ、小型化を図ることが可能となる。
【００３３】
尚、本実施形態においては、直動式のアクチュエータとしてＳＭＡを用いたが、導電性ポリマーを含む誘電性高分子アクチュエータを用いてもよい。誘電性高分子アクチュエータは、誘電率の高いポリマーを軟らかい電極で挟み、電極間に印加する電圧により、ポリマーを長手方向に伸縮させ、その長さを可逆に制御することができるものである。この場合は、周囲の温度による影響を受けることなくアクチュエータの収縮制御をより円滑に行うことが可能となる。
【００３４】
また、本実施形態においては、アクチュエータとして２つのＳＭＡ５１、５２を用いたが、いずれか一方を、例えばバネ等の弾性部材に置き換える構成としてもよい。この場合は、より簡易な構成で前述の実施形態１の場合と同様の効果を得ることができる。
【００３５】
〔実施形態２〕
図３に実施形態２による駆動装置の構成を示す。図３（ａ）は、実施形態２による駆動装置１の外観を示す右側面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）において、Ａ−Ａ′方向から見た図である。
【００３６】
駆動装置１の要部は、実施形態１の場合と同様に、図３に示すように、固定部材１１、１２、支軸部材２、被駆動部材３、及びＳＭＡ５１、５２等から構成される。
【００３７】
支軸部材２は、固定部材１１、１２に固定され、支軸部材２は、被駆動部材３をその軸回りに回動自在に支持する。
【００３８】
ＳＭＡ５１は、図３に示すように、被駆動部材３に設けられたガイド部材８１に沿って支軸部材２を軸回りに渦巻き状に周回し、その一端は、被駆動部材３に設けられた固定端子６１Ａに固定され、他端は、支軸部材２に設けられた、図示しない固定端子６１Ｂに固定されて架設されている。
【００３９】
同様に、ＳＭＡ５２は、被駆動部材３に設けられたガイド部材８２に沿って支軸部材２を軸回りにＳＭＡ５１と逆方向に渦巻き状に周回し、その一端は、被駆動部材３に設けられた固定端子６２Ａに固定され、他端は、支軸部材２に設けられた固定端子６２Ｂに固定されて架設されている。
【００４０】
このような構成の駆動装置１においても、被駆動部材３は、２つのＳＭＡ５１、５２が通電により交互に収縮することにより、支軸部材２の軸回りに正逆に回転駆動され、実施形態１の場合と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
〔実施形態３〕
図４に実施形態３による駆動装置の構成を示す。図４（ａ）は、実施形態３による駆動装置１の外観を示す右側面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）において、Ａ−Ａ′方向から見た図である。
【００４２】
駆動装置１の要部は、実施形態１の場合と同様に、図４に示すように、固定部材１１、１２、支軸部材２、被駆動部材３、及びＳＭＡ５１、５２等から構成される。
【００４３】
支軸部材２は、固定部材１１、１２に被駆動部材３をその軸回りに回動自在に連結する。
【００４４】
ＳＭＡ５１は、図４に示すように、被駆動部材３に設けられたガイド部材８１に沿って支軸部材２を軸回りに渦巻き状に周回し、その一端は、被駆動部材３に設けられた固定端子６１Ｂに固定され、他端は、固定部材１１に設けられた固定端子６１Ａに固定されて架設されている。
【００４５】
同様に、ＳＭＡ５２は、被駆動部材３に設けられたガイド部材８２に沿って支軸部材２を軸回りにＳＭＡ５１と逆方向に渦巻き状に周回し、その一端は、被駆動部材３に設けられた固定端子６２Ｂに固定され、他端は、固定部材１１に設けられた固定端子６２Ａに固定されて架設されている。
【００４６】
このような構成の駆動装置１においても、被駆動部材３は、２つのＳＭＡ５１、５２が通電により交互に収縮することにより、支軸部材２の軸回りに正逆に回転駆動され、実施形態１の場合と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
〔実施形態４〕
図５に実施形態４による駆動装置の構成を示す。図５（ａ）は、実施形態４による駆動装置１の外観を示す正面図、図５（ｂ）は、右側面図、図５（ｃ）は、図５（ｂ）において、Ｂ−Ｂ′方向から見た図である。
【００４８】
駆動装置１の要部は、図５に示すように、固定部材１１、支軸部材２、被駆動部材３、及びＳＭＡ５１、５２等から構成される。
【００４９】
支軸部材２は、被駆動部材３に固定され、固定部材１１は、支軸部材２をその軸回りに回動自在に支持する。
【００５０】
実施形態４による駆動装置１は、実施形態１の場合の変形例であり、固定部材を１つとし、該固定部材１１の正面、及び背面に、実施形態１の場合と同様にして、それぞれＳＭＡ５、５２を架設する構成とするものである。
【００５１】
このような構成の駆動装置１においても、被駆動部材３は、２つのＳＭＡ５１、５２が通電により交互に収縮することにより、支軸部材２の軸回りに正逆に回転駆動され、実施形態１の場合と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
尚、本実施形態と同等の基本構成として、実施形態２において、固定部材１２を廃止し、固定部材１１のみとする構成としてもよい。
【００５３】
〔実施形態５〕
図６に実施形態５による駆動装置の構成を示す。図６（ａ）、図６（ｂ）は、実施形態５による駆動装置１の外観を示す正面図である。実施形態５による駆動装置１は、ＳＭＡの電極を分割したものであり、その他の要部構成は、実施形態１乃至４と同様である。
【００５４】
尚、以下の説明においては、ＳＭＡ５１の構造のみについて説明し、ＳＭＡ５２は、ＳＭＡ５１の場合と同様であるのでその説明は省略する。
【００５５】
ＳＭＡ５１は、電極分割され、異なる長さの２つのＳＭＡ５１Ａ、５１Ｂから構成され、２つの固定端子６１Ａ、６１Ｂの間に電極となる可動端子６１Ｃが設けられている。ＳＭＡ５１Ａは、固定端子６１Ａと可動端子６１Ｃ間で通電され、ＳＭＡ５１Ｂは、固定端子６１Ｂと可動端子６１Ｃ間で通電され駆動される。可動端子６１Ｃは、その動きが阻害されないように、充分な長さのリード線等で接続される。
【００５６】
このようにＳＭＡ５１の電極を分割し、選択的に駆動することにより、より分解能の高い回転制御が可能となる。例えば、図６（ａ）の状態から、ＳＭＡ５１Ａにのみ通電した状態を図６（ｂ）に示す。被駆動部材３を全傾位置と中立位置の間で停止させることができる。尚、本実施形態においては、ＳＭＡ５１を、２つに分割する構成としてが、それ以上に分割してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施形態１による駆動装置の構成を示す外観図である。
【図２】駆動シーケンスの一例を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態２による駆動装置の構成を示す外観図である。
【図４】本発明の実施形態３による駆動装置の構成を示す外観図である。
【図５】本発明の実施形態４による駆動装置の構成を示す外観図である。
【図６】本発明の実施形態５による駆動装置の構成を示す外観図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  駆動装置
１１、１２  固定部材
２  支軸部材
３  被駆動部材
５１、５２  ＳＭＡ
６１Ａ、６１Ｂ、６２Ａ、６２Ｂ  固定端子
６１Ｃ  可動端子
８１、８２  ガイド部材
【図１】
2010052048.tif 000003
【図２】
2010052048.tif 000004
【図３】
2010052048.tif 000005
【図４】
2010052048.tif 000006
【図５】
2010052048.tif 000007
【図６】
2010052048.tif 000008