(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
前記基部に固定された支点と、
前記支点に支持され、前記支点から離間した位置に作用点を有する作動部と、
前記作動部の力点となる連結点に連結され、前記作動部を変位させるための荷重を付与することで前記作用点に駆動力を発生させる負荷機構と、
前記負荷機構による荷重に抗して前記作動部を所定位置に保持する方向の付勢力を付与するバイアス機構と、を備え、
前記作動部は、前記負荷機構により付与される荷重が大きくなるにしたがって弾性変形することにより、前記支点から前記連結点に作用する力のベクトルにおろした垂線の長さであるモーメントアームを、前記駆動力が大きくなる方向へ自律的に変化させる可変弾性機構を備え、
前記支点が、前記基部に固定された回転軸として設けられ、
前記作動部が、前記回転軸に回転可能に支持され、
前記負荷機構が、前記作動部を前記回転軸周りに回転させる荷重を付与可能であり、
前記可変弾性機構は、前記負荷機構により付与される荷重の大きさに応じて弾性変形することにより、前記回転軸から前記連結点に作用する力のベクトルにおろした垂線の長さである前記モーメントアームを自律的に変化させ、
前記作動部は、
前記回転軸に回転可能に支持された本体と、
前記本体の前記回転軸から離間した位置に設けられた回動支点と、
前記回動支点から前記回転軸の近傍に延出したアーム部と、
前記本体と前記アーム部との位置関係を保持する方向の付勢力を発生させる弾性部と、
を含み、
前記負荷機構との連結点が前記アーム部に設けられ、
前記可変弾性機構が、前記負荷機構により付与される荷重の大きさに応じて前記モーメントアームを変化させるよう、前記弾性部の弾性力に抗して前記アーム部を前記回動支点周りに変位させることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記作動部は、前記本体、前記回動支点、前記アーム部および前記弾性部が一体成形されたものであることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記負荷機構は、
前記作動部に連結された線材と、
通電により前記線材を変位させて前記作動部への引っ張り荷重を付与する駆動部と、
を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記線材は、加熱状態に応じて長手方向に伸縮する形状記憶合金からなり、
前記駆動部は、前記線材と電気的に接続された通電加熱装置からなることを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記線材は、その中間部が前記作動部の前記連結点に支持され、両端が前記基部にそれぞれ固定されていることを特徴とする請求項４に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記作動部の回転作動過程で前記線材に与える反力が、前記線材の引っ張り強度よりも小さな予め定める設定範囲に収まるように、前記モーメントアームの可変範囲が設定されるよう、前記可変弾性機構が構成されていることを特徴とする請求項４または５に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記支点として前記基部に固定された第１の回転軸と、
前記作動部として前記第１の回転軸に回転可能に支持された第１の作動部と、
前記基部の前記第１の回転軸と離間した位置に固定された第２の回転軸と、
前記第２の回転軸に回転可能に支持され、前記第１の作動部の回動力を受けて前記第２の回転軸の周りに回動する第２の作動部と、
を備え、前記第１の作動部と前記第２の作動部との変位により、前記線材の変位量を重畳的に増幅させることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項８】
基部と、
前記基部に固定された支点と、
前記支点に支持され、前記支点から離間した位置に作用点を有する作動部と、
前記作動部の力点となる連結点に連結され、前記作動部を変位させるための荷重を付与することで前記作用点に駆動力を発生させる負荷機構と、
前記負荷機構による荷重に抗して前記作動部を所定位置に保持する方向の付勢力を付与するバイアス機構と、を備え、
前記作動部は、前記負荷機構により付与される荷重が大きくなるにしたがって弾性変形することにより、前記支点から前記連結点に作用する力のベクトルにおろした垂線の長さであるモーメントアームを、前記駆動力が大きくなる方向へ自律的に変化させる可変弾性機構を備え、
前記負荷機構は、
前記作動部に連結された線材と、
通電により前記線材を変位させて前記作動部への引っ張り荷重を付与する駆動部と、
を含み、
前記線材は、加熱状態に応じて長手方向に伸縮する形状記憶合金からなり、
前記駆動部は、前記線材と電気的に接続された通電加熱装置からなり、
前記支点として前記基部に固定された第１の回転軸と、
前記作動部として前記第１の回転軸に回転可能に支持された第１の作動部と、
前記基部の前記第１の回転軸と離間した位置に固定された第２の回転軸と、
前記第２の回転軸に回転可能に支持され、前記第１の作動部の回動力を受けて前記第２の回転軸の周りに回動する第２の作動部と、
を備え、前記第１の作動部と前記第２の作動部との変位により、前記線材の変位量を重畳的に増幅させ、
前記基部における前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との間の位置に設けられて一方向に延びるガイド部を備え、
前記第１の作動部は、前記第１の回転軸に回転可能に支持された本体と、その本体の前記第１の回転軸から離間した位置に設けられた回動支点と、その回動支点から前記第１の回転軸の側に延出するとともに前記負荷機構との連結点が設けられたアーム部と、前記回動支点に対して前記第１の回転軸とは反対側に延びるとともにその先端部に係合部を有する中間アーム部を含み、
前記第２の作動部は、前記第２の回転軸から前記ガイド部の方向へ延びる本体と、その本体の中間部に前記係合部を相対変位可能に係合させる被係合部と、その本体の先端部に前記ガイド部に係合してガイドされつつ所定の駆動対象を支持する支持部とを含み、
前記第１の作動部と前記第２の作動部の回動により、前記駆動対象が前記ガイド部の延在方向に変位するように構成されることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項９】
基部と、
前記基部に固定された支点と、
前記支点に支持され、前記支点から離間した位置に作用点を有する作動部と、
前記作動部の力点となる連結点に連結され、前記作動部を変位させるための荷重を付与することで前記作用点に駆動力を発生させる負荷機構と、
前記負荷機構による荷重に抗して前記作動部を所定位置に保持する方向の付勢力を付与するバイアス機構と、を備え、
前記作動部は、前記負荷機構により付与される荷重が大きくなるにしたがって弾性変形することにより、前記支点から前記連結点に作用する力のベクトルにおろした垂線の長さであるモーメントアームを、前記駆動力が大きくなる方向へ自律的に変化させる可変弾性機構を備え、
前記作動部は、可撓性を有する長尺状の可撓性部材として設けられ、
前記負荷機構は、前記可撓性部材の長手方向に挿通された第１の線材と、通電により前記第１の線材を変位させて前記作動部への引っ張り荷重を付与する駆動部とを含み、
前記バイアス機構は、前記第１の線材に並設されるよう前記可撓性部材の長手方向に挿通された弾性材からなる第２の線材として設けられるとともに前記支点を構成し、
前記可撓性部材の前記第１の線材と第２の線材との間に、両線材に沿って延びる孔部が設けられ、前記第１の線材が変位したときに前記孔部の幅が変化することにより前記モーメントアームが自律的に変化するように構成されていることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項１０】
前記可撓性部材における前記第１の線材の第２の線材とは反対側に、前記第１の線材に沿って延びる第２の孔部が設けられ、前記第１の線材が変位したときに前記第２の孔部の幅が変化することにより前記モーメントアームがさらに変化可能に構成されていることを特徴とする請求項９に記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアクチュエータに関し、特に形状記憶合金の伸縮力を利用したアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、形状記憶合金の伸縮力を利用して対象物を駆動するアクチュエータが知られている。例えば、解錠機構の留め具の脱着のために、形状記憶合金からなる線材（以下、「形状記憶合金線」ともいう）を利用したアクチュエータが用いられることがある（例えば、特許文献１参照）。このような形状記憶合金線は、常温時において長手方向に引っ張られると伸び変形し、加熱されると形状回復力によって元の長さに収縮する。このような性質を利用し、非通電時にスプリングの付勢力によって形状記憶合金線を伸長させつつ留め具をロック位置に付勢して施錠状態とし、解錠時には形状記憶合金線に通電して加熱することによりスプリングの付勢力に抗して留め具を退避させて解錠状態とする。このような形状記憶合金の形状回復力を利用したアクチュエータは、装置の小型化、軽量性、静音性などの優れた特徴を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３５２２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このようなアクチュエータに作用する力は、その動作中において常に大きな値をとるわけではない。例えば、上述の解錠機構において最大力を必要とするのは留め具にかかる摩擦力が静摩擦から動摩擦へ移行するとき、つまり留め具が動き出す瞬間であり、滑り出し以降はさほど大きな力を要しない。言い換えれば、必要なときに最大力を発揮できれば、全動作過程においてアクチュエータとしての機能を果たすことができる。したがって、その最大力を確保しつつアクチュエータをコンパクトに構成できれば機器構成上都合がよい。
【０００５】
一方、このような形状記憶合金線の中には比較的伸縮量の大きいものも存在するが、現状では引っ張り歪み換算で５％以下となっており、同様の往復動作をするシリンダ機構など他のアクチュエータに比べてその変位量は小さい。このため、このような形状記憶合金線を利用したアクチュエータを用いて駆動対象の実用的な動作量を確保するためには、テコやプーリーなど何らかの歪み増幅機構が必要となることが多い。しかしながら、その機構が複雑になるほど、形状記憶合金線に想定されない負荷が作用することも想定される。例えば、形状記憶合金線の形状回復中に何らかの要因で外力が作用し、増幅機構の動作が拘束されることも想定される。そのような場合にそのまま形状記憶合金線の形状回復が継続されると、増幅機構からの反力が過大な引っ張り応力となり形状記憶合金線を損傷または劣化させてしまう可能性がある。これに対処すべく形状記憶合金線の引っ張り応力を検出して設定値を超えると通電を遮断するといった制御も考えられるが、アクチュエータの作動そのものを停止させてしまうことになるため根本的な解決にはならない。また、想定外の負荷がアクチュエータに作用するのを回避するだけでは、想定した負荷に対してしか機能しないという汎用性の狭いアクチュエータになってしまう。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、アクチュエータにより所定の動作量を実現する際に想定外の負荷がかかった場合に、そのアクチュエータへの負荷を抑制しつつ、一時的にその負荷に対応した大きな駆動力を発生し、その負荷を乗り越えて所定の動作量を実現するような技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様のアクチュエータは、基部と、基部に固定された支点と、支点に支持され、支点から離間した位置に作用点を有する作動部と、作動部の力点となる連結点に連結され、作動部を変位させるための荷重を付与することで作用点に駆動力を発生させる負荷機構と、負荷機構による荷重に抗して作動部を所定位置に保持する方向の付勢力を付与するバイアス機構と、を備える。作動部は、負荷機構により付与される荷重が大きくなるにしたがって弾性変形することにより、支点から連結点に作用する力のベクトルにおろした垂線の長さであるモーメントアームを、駆動力が大きくなる方向へ自律的に変化させる可変弾性機構を備える。
【０００８】
この態様によると、作動部は、負荷機構から受けるモーメントとバイアス機構から受けるモーメントとがバランスした位置に保持されるが、負荷機構から受ける荷重の大きさに応じてモーメントアームを自律的に変化させる。すなわち、負荷機構による荷重が大きくなろうとすると、モーメントアームを大きくするよう作動部が弾性変形する。このため、作動部が駆動対象に対して大きな力を作用させるために大きなモーメントが必要となる場合であっても、負荷機構から供給すべき荷重は小さくて済むことになる。つまり、モーメントアームが変化しない場合と比較して、負荷機構による荷重を抑えつつ、作動部により大きな力を作用させることが可能となる。言い換えれば、同じモーメントを発生させるにしても、モーメントアームが変化しない場合よりも作動部から負荷機構に与える反力を小さく抑えることができる。このため、例えばアクチュエータの作動中に作動部に想定外の大きな負荷がかかったとしても、モーメントアームが大きくなることでこれを吸収し、負荷機構に与える反力を小さく抑えてこれを保護することができる。つまり、アクチュエータにより所定の動作量を実現する際に想定外の大負荷がかかった場合に、そのアクチュエータへの負荷を抑制しつつ、一時的にその負荷に対応した大きな駆動力を発生し、その負荷を乗り越えて所定の動作量を実現することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、アクチュエータにより所定の動作量を実現する際に想定外の負荷がかかった場合に、そのアクチュエータへの負荷を抑制しつつ、一時的にその負荷に対応した大きな駆動力を発生し、その負荷を乗り越えて所定の動作量を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係るアクチュエータの構成および動作原理を表す概略図である。
【図２】第１実施例に係るアクチュエータの構成を表す概略図である。
【図３】アクチュエータの動作を表す説明図である。
【図４】第１実施例の変形例を示す図である。
【図５】第１実施例の他の変形例を示す図である。
【図６】第２実施例に係るアクチュエータの構成を表す図である。
【図７】アクチュエータの動作を表す説明図である。
【図８】第２実施例の比較例に係るアクチュエータの構成を表す図である。
【図９】第３実施例に係るアクチュエータが適用された錠装置の概略構成を表す図である。
【図１０】第４実施例に係るアクチュエータの構成を表す図である。
【図１１】アクチュエータの駆動制御装置の電気的構成を表す概略図である。
【図１２】アクチュエータの動作を表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、実施形態に係るアクチュエータの構成および動作原理を表す概略図である。同図（Ａ）および（Ｂ）は、アクチュエータの動作過程を示している。  
図１（Ａ）に示すように、ある実施形態のアクチュエータ１００は、基部１０１と、基部１０１に固定された支点１０２と、支点１０２に支持された作動部１０３と、作動部１０３に荷重を負荷する負荷機構１０４と、作動部１０３を所定位置に保持するよう付勢するバイアス機構１０５とを備える。作動部１０３は、支点１０２から離間した位置に作用点１０６を有する。負荷機構１０４は、作動部１０３の力点となる連結点１０７に連結され、作動部１０３を変位させるための力Ｆ１を付与することで作用点１０６に駆動力Ｆ２を発生させる。バイアス機構１０５は、負荷機構１０４による荷重に抗して作動部１０３を所定位置に保持する方向の付勢力を付与する。作動部１０３は、負荷機構１０４により付与される荷重が大きくなるにしたがって弾性変形することにより、支点１０２から連結点１０７に作用する力Ｆ１のベクトルにおろした垂線の長さであるモーメントアームｌ１を、駆動力Ｆ２が大きくなる方向へ自律的に変化させる可変弾性機構を備える。
【００１２】
具体的には、支点１０２が基部１０１に固定された回転軸として設けられ、作動部１０３がその回転軸に回転可能に支持される。負荷機構１０４は、作動部１０３を回転軸周りに回転させる荷重を付与する。可変弾性機構は、負荷機構１０４により付与される荷重の大きさに応じて弾性変形することにより、回転軸から連結点に作用する力のベクトルにおろした垂線の長さであるモーメントアームを負荷機構１０４の連結点１０７と回転軸との距離を自律的に変化させる。
【００１３】
図示の例では、作動部１０３は、支点１０２から一方向に延びるアーム１５０と、支点１０２からアーム１５０と反対方向に延びるガイドロッド１５２を備える。ガイドロッド１５２には、筒状の連結部１５４が摺動可能に外挿されている。ガイドロッド１５２の支点１０２と反対側の端部にはストッパ１５６が設けられ、連結部１５４とストッパ１５６との間に介装されるように弾性部材１５８が設けられている。負荷機構１０４は、連結部１５４に設けられた連結点１０７に接続されている。本実施形態において、負荷機構１０４は通電状態に応じて伸縮する形状記憶合金からなり、バイアス機構１０５および弾性部材１５８はコイルスプリングからなる。連結部１５４と弾性部材１５８が、負荷機構１０４から付与される荷重の大きさに応じてモーメントアームｌ１を変化させる可変弾性機構として機能する。
【００１４】
アクチュエータ１００は、負荷機構１０４から付与される荷重が所定値に達するまでは、負荷機構１０４の収縮によって連結部１５４が引っ張られることにより、支点１０２を中心とした図の時計回りに動作する。このとき、同図（Ａ）に示すように、その力Ｆ１に対して支点１０２と連結点１０７との間のモーメントアームｌ１が概ね保持される。一方、支点１０２と作用点１０６との間のモーメントアームｌ２はモーメントアームｌ１よりも大きく、このとき作用点１０６には駆動力Ｆ２が発生する。
【００１５】
このような状態で、例えばアクチュエータ１００の作動中に作動部１０３に想定外の大きな負荷がかかった場合、支点１０２と連結点１０７との間のモーメントアームが大きくなることでこれを吸収する。例えば、同図（Ｂ）に示すように作用点１０６が拘束され、アーム１５０の回動が阻止されるような場合、負荷機構１０４の荷重を増大させようとする動作によって作用点１０６に発生する駆動力が想定外にに増大したとしても、その増大に合わせるように支点１０２と連結点１０７との間のモーメントアームが大きくなる。同図には、駆動力がＦ２からＦ２’に増大したために、支点１０２と連結点１０７との間のモーメントアームがｌ１’に大きくなった例が示されている。このとき、駆動力Ｆ２’とモーメントアームｌ２によるモーメントに対し、力Ｆ１とモーメントアームｌ１’によるモーメントがバランスするように支点１０２と連結点１０７との間のモーメントアームが変化する。すなわち、想定外の負荷が加わっても負荷機構１０４から付与される力Ｆ１の増大を抑制できるようになる。言い換えれば、アクチュエータ１００によれば、負荷機構１０４により作動部１０３に付与する荷重の増大を抑制しつつ、大きな駆動力を取り出せるようになる。
【００１６】
すなわち、以上のような構成により、アクチュエータにより所定の動作量を実現する際に想定外の大負荷がかかった場合に、そのアクチュエータへの負荷を抑制しつつ、一時的にその負荷を乗り越えるようなその負荷に対応した大きな駆動力を発生することができる。すなわち、負荷機構の発生力が小さければアクチュエータのサイズも小さく、小型化、軽量化、省エネルギー化に貢献できるというメリットがある。これに対するデメリットとして、想定外の負荷が加わったときに、小さな負荷機構に過大な負荷がかかって壊れたり、正常に機能しなくなるおそれがあり、これを回避する必要がある。しかし、大きな負荷がかかるのを回避するだけでは、想定した負荷に対してしか機能しないという汎用性の狭いアクチュエータになってしまう。しかし、本実施形態によれば、アクチュエータにより発生しうる力の範囲内において、想定していなかった負荷が加わった場合に一時的により大きな発生力を取り出せるようにし、想定外の負荷を取り除き、アクチュエータによる所定の動作量を実現することができる。
【００１７】
より具体的には、作動部が、回転軸に回転可能に支持された本体と、本体の回転軸から離間した位置に設けられた回動支点と、回動支点から回転軸の近傍に延出したアーム部と、本体とアーム部との位置関係を保持する方向の付勢力を発生させる弾性部と、を含んでもよい。そして、負荷機構との連結点がアーム部に設けられ、可変弾性機構が、負荷機構により付与される荷重の大きさに応じてモーメントアームを変化させるよう、弾性部の弾性力に抗してアーム部を回動支点周りに変位させてもよい。
【００１８】
ここでいう「回動」は、アーム部が回動支点周りに回転するものであってもよいし、アーム部が本体に対して回動支点周りに変形するものであってもよい。つまり、ここでいう「回動」は、変形による回動を含みうる。このような構成により、負荷機構による荷重が大きくなろうとすると、モーメントアームを大きくするようアーム部が変位するようになる。アーム部の変位によりモーメントアームを比較的大きく変化させることができ、負荷機構への負荷緩和に寄与することができる。
【００１９】
その場合、作動部は、本体、回動支点、アーム部および弾性部が一体成形されたものであってもよい。作動部は、これらの要素の機能が確保される限り、樹脂等によって一体成形されたものでもよいし、金属材料によって一体成形されたものでもよい。これにより、作動部の部品点数を少なくすることができ、製造コストを低減させることも可能になる。
【００２０】
負荷機構は、作動部に連結された線材と、通電により線材を変位させて作動部への引っ張り荷重を付与する駆動部と、を含んでもよい。ここでいう「駆動部」は、スイッチ等の操作により線材への駆動力をオン・オフする単純な装置であってもよい。あるいは、所定の状態を判定する制御部を内部に有し、予め設定された条件に基づいて線材の駆動量を制御するものであってもよい。線材を採用することでアクチュエータ全体をコンパクトに構成することが可能になる。
【００２１】
さらに、線材は、加熱状態に応じて長手方向に伸縮する形状記憶合金からなり、駆動部は、線材と電気的に接続された通電加熱装置からなってもよい。「形状記憶合金」は、常温から加熱されるとマルテンサイト相からオースティナイト相に相転移し、所定の形状にて硬化するものでもよい。そして、温度が低下するとオースティナイト相から再びマルテンサイト相に相転移して軟化し、外力により変形容易となるものでもよい。加熱するとその形状回復力により常温時よりも縮むものでもよく、その場合、加熱すると収縮硬化し、冷却されると弛緩伸長するものでもよい。また、「形状記憶合金」は、二方向性形状記憶効果を有する形状記憶合金からなるものでもよい。すなわち、加熱時のオーステナイト相の形状だけを記憶するのではなく、常温時のマルテンサイト相の形状をも記憶するものでもよい。この態様によれば、通電・非通電による加熱状態により線材が可逆的に伸縮するため、その変形動作の繰り返しにおける応答性がより高められる。また、変形動作の繰り返しに対して線材の寸法変化が安定するため、その高寿命化を実現することができる。
【００２２】
このように形状記憶合金線を採用することで、例えば線材の巻き取り装置などの複雑な機構を設けることなく線材を変位させることができ、また、モータ等の駆動装置を設ける場合のような音の発生をなくすことができる。線材は、例えばその中間部が作動部の連結点に支持され、両端が基部にそれぞれ固定されていてもよい。このように線材を二重にして使用することにより、作動部からの反力を分散することができ、負荷機構としての耐久性が向上する。
【００２３】
また、作動部の回転作動過程で線材に与える反力が、線材の引っ張り強度よりも小さな予め定める設定範囲に収まるように、モーメントアームの可変範囲が設定されるよう、可変弾性機構が構成されていてもよい。このように、形状記憶合金の強度を考慮して線材への反力がその引っ張り強度を超えないようにモーメントアームを設定することで、作動部の構造を最適化することが可能となる。例えば、線材の強度を考慮しつつモーメントアームを小さく設定することで、作動部に負荷すべき最大力を確保しつつアクチュエータをコンパクトに構成することも可能になる。
【００２４】
また、さらなる実施形態にかかるアクチュエータは、回転軸としての第１の回転軸と、作動部としての第１の作動部と、基部の第１の回転軸と離間した位置に固定された第２の回転軸と、第２の回転軸に回転可能に支持され、第１の作動部の回動力を受けて第２の回転軸の周りに回動する第２の作動部と、を備え、第１の作動部と第２の作動部との変位により、線材の変位量を重畳的に増幅させる。
【００２５】
すなわち、形状記憶合金線の変形量には限界があるところ、第１の作動部と第２の作動部との協働によってその変位量を増幅させることができる。それにより、第２の作動部に駆動対象を接続することで、その駆動対象を大きく変位させることができるようになる。
【００２６】
具体的には、基部における第１の回転軸と第２の回転軸との間の位置に設けられて一方向に延びるガイド部を備えてもよい。第１の作動部は、回動支点に対して第１の回転軸とは反対側に延びるとともにその先端部に係合部を有する中間アーム部を含んでもよい。第２の作動部は、第２の回転軸からガイド部の方向へ延びる本体と、その本体の中間部に係合部を相対変位可能に係合させる被係合部と、その本体の先端部にガイド部に係合してガイドされつつ所定の駆動対象を支持する支持部とを含んでもよい。第１の作動部と第２の作動部の回動により、駆動対象がガイド部の延在方向に変位するように構成される。
【００２７】
この構成によれば、第１の作動部がその中間アーム部の先端部にて第２の作動部の中間部に接続され、第２の作動部の先端部を第１の回転軸からより離れた位置に変位させることができる。つまり、支持部に支持される駆動対象を大きく変位させることができる。その際、第２の作動部はガイド部に沿って駆動対象を目的の方向に移動させることができる。このように第１の作動部と第２の作動部とが協働して動作するが、その動作に際して第２の作動部の被係合部が第１の作動部の係合部を相対変位可能に係合させるため、両者の動きを円滑に保つことができる。
【００２８】
また、さらなる実施形態にかかるアクチュエータは、作動部が可撓性を有する長尺状の可撓性部材として設けられる。負荷機構は、可撓性部材の長手方向に挿通された第１の線材と、通電により第１の線材を変位させて作動部への引っ張り荷重を付与する駆動部とを含む。バイアス機構は、第１の線材に並設されるよう可撓性部材の長手方向に挿通された弾性材からなる第２の線材として設けられるとともに、支点を構成する。そして、可撓性部材の第１の線材と第２の線材との間に両線材に沿って延びる孔部が設けられ、第１の線材が変位したときに孔部の幅が変化することによりモーメントアームが自律的に変化するように構成されている。
【００２９】
ここでいう「可撓性部材」は、少なくとも可撓性を有するものであればよいが、さらに変形されたときにもとの形状に回復させるための弾性を有するものであってもよい。また、特に弾性を有しないものであってもよい。第２の線材が弾性を有するため、後者の場合であっても可撓性部材には形状に回復させるための付勢力は作用する。「第２の線材」は、超弾性を有する超弾性合金からなるものでもよい。ここでいう「超弾性」とは、負荷をかけて変形させても、その負荷を除けば元の形状に戻る特性を意味し、応力をかけることにより大きな歪みで変形しても、その応力を除くことにより速やかに元の形状に戻るものであってよい。「超弾性金属」は、外力を加えるとオーステナイト相が応力誘起マルテンサイトに変わり、その外力を取り除くと元のオーステナイト相に戻る金属であってもよい。このように第１の線材を超弾性合金にて構成することにより、第２の線材への通電を停止したときに可撓性部材を速やかに元の形状に戻すことができ、アクチュエータとしての動作の応答性を高めることができる。「孔部」は空間を構成するものでよい。あるいは、孔部に可撓性部材よりも柔らかい材料が充填されていてもよい。
【００３０】
このような構成によれば、第１の線材への通電がなされていないときには、可撓性部材は第２の線材のもとの形状にそった形に保持される。一方、通電によって第１の線材が縮むと、可撓性部材が第２の線材とともに第１の線材の側に引っ張られるように変形するため、可撓性部材を湾曲または屈曲させるアクチュエータを構成することができる。このような動作が行われる際、第１の線材による荷重が大きくなろうとすると、孔部の幅が大きくなり、第１の線材と第２の線材との間隔が大きくなるように変化する。すなわち、モーメントアームを大きくするよう作動部が弾性変形する。その結果、作動部の動作量を確保するために所定の曲げモーメントが必要となる場合であっても、作動部がモーメントアームを自律的に変化させることにより第１の線材から受ける荷重を小さく抑えることができる。言い換えれば、第１の線材への負荷を小さくしつつ作動部の大きな動作量を確保できるようになる。
【００３１】
さらに、可撓性部材における第１の線材の第２の線材とは反対側に、第１の線材に沿って延びる第２の孔部が設けられ、第１の線材が変位したときに第２の孔部の幅が変化することによりモーメントアームがさらに変化可能に構成されていてもよい。
【００３２】
このような構成によれば、第１の線材による荷重が大きくなろうとすると、第２の孔部を押しつぶすようにして第１の線材と第２の線材との間隔がより大きくなるように変化する。すなわち、モーメントアームをより大きくできるようになり、第１の線材への負荷をより小さくすることができるようになる。
【００３３】
以下、図面を参照しつつ本発明を具体化した実施例について詳細に説明する。まず、実施例にかかるアクチュエータの構成および作動原理について説明し、その後、具体的な用途への適用例について説明する。
【００３４】
［第１実施例］
図２は、第１実施例に係るアクチュエータの構成を表す概略図である。  
本実施例のアクチュエータ１は、アクチュエータ本体２と、これを駆動する通電装置３（「通電加熱装置」に該当する）を備える。アクチュエータ本体２は、基部１０と、基部１０に組み付けられた作動部１２と、作動部１２に回転力を負荷する形状記憶合金線１４を含む。形状記憶合金線１４と通電装置３とにより負荷機構が構成される。
【００３５】
作動部１２は、その本体を構成する回動部材１６と、回動部材１６と形状記憶合金線１４とを連結するアーム１８を備える。回動部材１６は、基部１０に設けられた回転軸１５に回転可能に支持されている。アーム１８は、回動部材１６の一端に回動可能に支持されている。すなわち、回動部材１６は、一方向に延在する作用部２０と、その作用部２０と９０度をなす方向に延在する伝達部２２とを有するＬ字状をなし、その中央部にて回転軸１５に取り付けられている。作用部２０の先端部は、図示しない駆動対象に連結されて駆動力を作用させる作用点２４となっている。伝達部２２の先端部には、アーム１８の一端部を回動可能に支持する回動軸２６（「回動支点」として機能する）が設けられている。本実施例では、伝達部２２とアーム１８の長さがほぼ等しく構成されている。
【００３６】
アーム１８の他端部に突設された連結部２８には、形状記憶合金線１４が巻き付けられるようにして取り付けられている。すなわち、本実施例では、１本の形状記憶合金線１４の中間部が連結部２８に支持され、両端が基部１０にそれぞれ固定されている。作用部２０の長手方向中間部と基部１０との間にはスプリング３０が介装されている。このスプリング３０は、形状記憶合金線１４による引っ張り荷重に抗して回動部材１６を図示の基準位置に保持するバイアス機構として機能する。
【００３７】
さらに、作用部２０の長手方向中間部とアーム１８の長手方向中間部との間にはスプリング３２が介装されている。一方、伝達部２２の長手方向中間部には、アーム１８を係止してその伝達部２２側への回動を規制するストッパ３３が突設されている。スプリング３２は、形状記憶合金線１４による引っ張り荷重に抗して回動部材１６とアーム１８との位置関係を図示の基準位置に保持する弾性部として機能する。すなわち、形状記憶合金線１４の非通電時には、図示のように、スプリング３２の付勢力によって回転軸１５と連結部２８とが隣接配置される。本実施例において、アーム１８とスプリング３２が、形状記憶合金線１４により作動部１２に付与される荷重の大きさに応じて回転軸１５と連結部２８との距離を変化させる可変弾性機構として機能する。
【００３８】
形状記憶合金線１４は、いわゆる二方向性形状記憶効果を有するＮｉ−Ｔｉ−Ｃｕ系の形状記憶合金からなり、加熱されると収縮硬化し、徐熱されると弛緩伸長するワイヤ状の線材として形成されている。通電装置３は、その形状記憶合金線１４を加熱するための通電回路を備え、形状記憶合金線１４の両端から引き出されたリード線が接続されている。この通電回路のスイッチ３４オンされると、電源３６から電流が供給され、それに直列に接続された形状記憶合金線１４に通電がなされる。その通電電流は、その形状記憶合金線１４を通って帰還する。
【００３９】
次に、アクチュエータの動作について説明する。図３は、アクチュエータの動作を表す説明図である。（Ａ）は非通電時の動作を示し、（Ｂ）は通電時の通常動作を示し、（Ｃ）および（Ｄ）は通電時に作動部に拘束力が作用した場合の動作を示している。  
すなわち、非通電時には形状記憶合金線１４が弛緩伸長した状態となるため、同図（Ａ）に示すように、作動部１２が、形状記憶合金線１４による張力とスプリング３０による付勢力とがバランスした基準位置に保持される。このとき、回転軸１５と連結部２８との間のモーメントアームはｌ１、回転軸１５と作用点２４との間のモーメントアームはｌ２となっている。
【００４０】
この状態から通電がなされると、加熱された形状記憶合金線１４が緊張収縮するため、形状記憶合金線１４の張力が大きくなる。その結果、連結部２８に負荷される荷重による一方向の回転モーメントが大きくなり、同図（Ｂ）に示すように、作動部１２が全体として回転軸１５を中心に一方向（時計回り）に回転する。それによって作用部２０がスプリング３０の付勢力に抗して図示のように傾動し、作用点２４に接続された駆動対象が一方向に駆動されるようになる。一方、この状態から通電が遮断されると、形状記憶合金線１４が再び弛緩伸長するため、作動部１２がスプリング３０の付勢力によって反対方向（反時計回り）に回転し、同図（Ａ）に示す基準位置に戻される。このとき、回転軸１５と連結部２８との間のモーメントアームはｌ１、および回転軸１５と作用点２４との間のモーメントアームがｌ２であり変化していない。また、作動部１２は、図示しない駆動対象に対して駆動力Ｆ２を発生させることができる。
【００４１】
ここで、仮に通電中に形状記憶合金線１４に過剰な反力を与えるような外力が発生した場合を想定する。例えば、同図（Ｃ）に示すように作動部１２の作用点２４が拘束され、回動部材１６の回動が阻止されるような場合、そのまま通電が継続されると、形状記憶合金線１４の収縮力は引き続き増加しようとし、それにバランスするように駆動力がＦ２からＦ２’に増大するように変化する。しかし、その形状記憶合金線１４の収縮力がスプリング３２による付勢力を上回ると、同図（Ｄ）に示すようにアーム１８が回動軸２６を中心に回動する。その結果、回転軸１５（支点）から連結部２８（連結点）に作用する力のベクトルにおろした垂線の長さ（モーメントアーム）が大きくなるよう変化する。つまり、回転モーメントが増加してもモーメントアームがｌ１からｌ１’に大きくなるため、形状記憶合金線１４に作用する作動部１２からの反力の増加を抑えることができる。すなわち、このような想定外の外力によって形状記憶合金線１４への負荷が増加しても、作動部１２がアーム１８の部分で弾性変形することによりモーメントアームを長くし、結果的にその負荷の増大を抑制することができる。これにより、形状記憶合金線１４の破断や材質の劣化を防止できるようになる。
【００４２】
また、このような拘束力が負荷されない通常の通電時においても同様の作用効果が得られるようになる。すなわち、同図（Ｂ）に示す通電時において駆動対象の変位量をより大きく取り出すために、作動部１２により大きな回転モーメントが必要となる場合が想定される。このような場合であっても、その回転モーメントの増加に応じて形状記憶合金線１４の収縮力がスプリング３２による付勢力を上回ると、作用部２０が回転しつつ、アーム１８も回動するようになる。つまり、回転モーメントが増加してもモーメントアームが大きくなることにより形状記憶合金線１４への反力が増大することが抑制される。その結果、形状記憶合金線１４に実質的なダメージを与えることなく、より大きな作動部１２の変位量、ひいては駆動対象の動作量を確保することができるようになる。
【００４３】
［変形例］
図４は、第１実施例の変形例を示す図である。図４（Ａ）は第１変形例を示し、図４（Ｂ）は第２変形例を示している。  
上記第１実施例においては、形状記憶合金線１４の中間部を連結部２８に巻き付け、両端を基部１０に固定することにより、線材を二重にして使用する例を示したが、これと異なる形状記憶合金線の構成および配置を採用してもよい。
【００４４】
すなわち、モーメントアームの変化範囲の設定により形状記憶合金線の強度がそれほど要求されない場合には、第１変形例のように、基部１０と連結部２８とを１本の形状記憶合金線１１４にて接続する簡易な構成としてもよい。逆に、形状記憶合金線としてより強度の大きなものを要する場合には、第２変形例のように、ワイヤ状の形状記憶合金線ではなく、コイル状の形状記憶合金線１２４を用いるようにしてもよい。
【００４５】
図５は、第１実施例の他の変形例を示す図である。図５（Ａ）は第３変形例を示し、図５（Ｂ）は第４変形例を示している。  
上記第１実施例においては、回動部材１６に回転可能なアーム１８とこれを基準位置に付勢するスプリング３２を設け、形状記憶合金線１４からの負荷に応じて作動部１２が弾性変形する例を示したが、これと異なる構成および配置を採用してもよい。
【００４６】
例えば、第３変形例のように、作動部１１２の回動部１１６とアーム部１１８とを樹脂の射出成形などにより一体成形し、弾性を持たせてもよい。図示の例では、回動部１１６が作用部１２０と伝達部１２２にて構成され、さらに伝達部１２２の先端を折り返すようにアーム部１１８が延設されている。そして、その折り返し位置に仮想的な回動支点１２６が形成されている。形状記憶合金線１４の負荷が大きくなると、回動部１１６は、伝達部１２２とアーム部１１８との間隔が大きくなるように弾性変形する。すなわち、伝達部１２２とアーム部１１８との連設部が第１実施例のスプリング３２のように機能する。このとき、回転軸１５から連結部２８（連結点）に作用する力のベクトルにおろした垂線の長さであるモーメントアームｌが大きくなり、第１実施例と同様の効果が得られる。
【００４７】
あるいは、第４変形例のように、作動部１１５の回動部１３６において、作用部１３０を回動支点１２６に対して回転軸１５とは反対側に延びるように構成し、その先端部に作用点２４を設けてもよい。なお、バイアス機構としてのスプリング３０は、伝達部１２２と９０度をなす方向に延在する支持部１３２の先端部に接続される。このように構成することで作用点２４と回転軸１５との距離が大きくなり、作用点２４の変位ひいては駆動対象の動作量を大きくすることができる。
【００４８】
［第２実施例］
図６は、第２実施例に係るアクチュエータの構成を表す図である。なお、便宜上、同図には、アクチュエータの機構を底面側からみた様子が示されている。  
本実施例のアクチュエータ２０１は、図５（Ｂ）に示したアクチュエータを一部に用いて所定の駆動対象を一方向に駆動するスライド機構を実現するものである。このアクチュエータ２０１は、作動部の変位量を大きく増幅するための二重テコ構造を有する。
【００４９】
すなわち、アクチュエータ２０１は、第１作動部２０２、第２作動部２０４および載置台２０６を備え、第１作動部２０２と第２作動部２０４との協働により載置台２０６（「支持部」に該当する）を一方向に往復駆動するものである。基部としてのハウジング２１０には、一方向に延びるガイドスリット２０８が設けられている。そのガイドスリット２０８の一方の側には第１作動部２０２の回転軸１５が設けられ、他方の側には第２作動部２０４の回転軸２１５が設けられている。載置台２０６は、所定の駆動対象を載置するものであり、ガイドスリット２０８に沿って一方向にガイドされる。すなわち、載置台２０６の下面には長方形状のガイド部２１１が突設されており、そのガイド部２１１がガイドスリット２０８に沿って摺動可能に組み付けられている。ガイド部２１１の下面中央部には係合部２１２が突設されている。
【００５０】
第１作動部２０２としては、図５（Ｂ）に示した作動部１１５が適用される。第１作動部２０２は、回動支点１２６に対して回転軸１５とは反対側に延びる作用部１３０（「中間アーム部」として機能する）を有する。作用部１３０の先端部に位置する作用点には係合部２２４が突設されている。第２作動部２０４は、ガイドスリット２０８の側へ延びる本体２１６を有する。本体２１６の長手方向中間部には、第１作動部２０２が連結される連結部２１７が設けられている。連結部２１７には本体２１６の長手方向に沿った所定長さのガイドスリット２１８が設けられ、第１作動部２０２の係合部２２４が相対変位可能に係合されている。また、本体２１６の先端部には、載置台２０６に連結される連結部２２０が設けられている。連結部２２０には本体２１６の長手方向に沿った所定長さのガイドスリット２２２が設けられ、載置台２０６の係合部２１２が相対変位可能に係合されている。
【００５１】
次に、アクチュエータの動作について説明する。図７は、アクチュエータの動作を表す説明図である。（Ａ）は非通電時の動作を示し、（Ｂ）は通電時の通常動作を示している。  
非通電時には形状記憶合金線１４が弛緩伸長した状態となるため、同図（Ａ）に示すように、第１作動部２０２および第２作動部２０４が、形状記憶合金線１４による張力とスプリング３０による付勢力とがバランスした基準位置に保持される。このとき、図示のように、第１作動部２０２と第２作動部２０４とが、回転軸１５と回転軸２１５とを結ぶ直線上に配置されるような態様となる。
【００５２】
この状態から通電がなされると、加熱された形状記憶合金線１４が緊張収縮し、連結部２８に負荷される荷重による一方向の回転モーメントが大きくなる。その結果、同図（Ｂ）に示すように、第１作動部２０２が全体として回転軸１５を中心に図の時計回りに回転する。それによって作用部１３０が図示のように回動し、係合部２２４をガイドスリット２１８に沿ってスライドさせつつ、第２作動部２０４にモーメント力を付与する。その結果、第２作動部２０４が回転軸２１５を中心に図の反時計回りに回転する。それによって第２作動部２０４が係合部２１２をガイドスリット２２２に沿ってスライドさせつつ、載置台２０６を一方向に駆動する。それにより、載置台２０６に載置された駆動対象が一方向に駆動されるようになる。一方、この状態から通電が遮断されると、形状記憶合金線１４が再び弛緩伸長するため、第１作動部２０２および第２作動部２０４が上記とは反対方向に回転し、載置台２０６が同図（Ａ）に示す基準位置に戻される。
【００５３】
ここで、仮に通電中に形状記憶合金線１４に過剰な反力を与えるような力が発生した場合には、アーム部１１８が回動支点１２６を中心に回動するように撓み、回転軸１５から連結部２８（連結点）に作用する力のベクトルにおろした垂線の長さ（つまりモーメントアームｌ）が長くなるように弾性変形する。このため、形状記憶合金線１４に作用する反力の増加を抑えることができる。これにより、形状記憶合金線１４の破断や材質の劣化を防止できるようになる。本実施例においては二重テコ構造が採用されるため、形状記憶合金線１４の僅かな変位ｘに対し、載置台２０６の大きな変位Ｘを発生させることができ、駆動対象の動作量を十分に確保できるようになる。
【００５４】
図８は、第２実施例の比較例に係るアクチュエータの構成を表す図である。  
この比較例のアクチュエータ２５１においては、第２実施例のように回転軸１５と連結部２８との距離を変化させる構造が設けられていない。すなわち、第１作動部２５２の回動部２３６にモーメントアームｌ０を変化させるような弾性機構が設けられていないため、第１作動部２５２の回転モーメントが大きくなるにつれて形状記憶合金線１４の負荷が過大になり、破断を生じさせる可能性がある。この点、第２実施例ではモーメントアームを変化させることができるため、上述のようなメリットがあるといえる。
【００５５】
［第３実施例］
図９は、第３実施例に係るアクチュエータが適用された錠装置の概略構成を表す図である。（Ａ）は錠装置の施錠状態から解錠動作開始時の様子を示し、（Ｂ）はその解錠状態を示している。  
本実施例のアクチュエータ３０１は、主に錠装置３００の解錠機構として用いられる。錠装置３００は、ドアに取り付けられる錠本体３０４の内部に施錠／解錠機構を備えるものである。錠装置３００は、錠本体３０４のハウジング３１０の内部に施錠・解錠動作を行うためのロック機構３０６を備えている。ロック機構３０６は、ロック部材３１２および固定片３１４を備える。
【００５６】
ロック部材３１２は柱状の本体を有し、その中央部の側壁に凹状の嵌合部３１３が設けられている。ロック部材３１２は、その一端側が錠本体３０４に設けられた嵌合孔３０８に挿通されている。ロック部材３１２の他端部とハウジング３１０との間には、ロック部材３１２を解錠方向に付勢するスプリング３１８が介装されている。ロック部材３１２の中間部にはレバー３１６が取り付けられており、このレバー３１６をハウジング３１０に設けられた回転軸３２０の周りに一方向（図の時計回り）に回転させることにより、ロック部材３１２を施錠方向に動作させることができる。ドアが閉められたときには図示のように、壁に固定された受け部材３０２の嵌合部３０９に嵌合孔３０８が対向配置される。この状態で、同図（Ａ）に示すようにロック部材３１２が嵌合部３０９に嵌合すると施錠状態となる。一方、同図（Ｂ）に示すようにロック部材３１２が嵌合部３０９から退避されると解錠状態となる。
【００５７】
固定片３１４は長尺状をなし、その一端部がハウジング３１０に支持されつつ、嵌合部３１３に対向配置されている。固定片３１４の他端側には、アクチュエータ３０１が接続されている。固定片３１４がロック部材３１２側に進出して嵌合部３１３に嵌合すると、ロック部材３１２の動作は固定される。すなわち、同図（Ａ）に示すように、施錠状態にて固定片３１４を嵌合部３１３に嵌合させると、その施錠状態をロックすることができる。一方、同図（Ｂ）に示すように、固定片３１４を嵌合部３１３から退避させると、そのロック状態を解除でき、ロック部材３１２を退避させて解錠させることができる。すなわち、固定片３１４およびアクチュエータ３０１は、錠装置３００の解錠機構を構成する。
【００５８】
アクチュエータ３０１は、図５（Ｂ）のアクチュエータに近似した構造を有する。作動部３３０の作用部１３０は、回転軸１５に対して伝達部１２２と反対側に延出し、その先端部にて固定片３１４に回動可能に接続されている。伝達部１２２とアーム部１１８との連結部には、仮想的な回動支点１２６が形成される。このような構成において、錠装置３００の施錠状態を解錠するときに形状記憶合金線１４への通電がなされる。それにより、加熱された形状記憶合金線１４が緊張収縮し、作動部３３０に回転軸１５周りの回転モーメントを発生させる。同図に示すように、作動部３３０が一方向（時計回り）に回動し、その結果、固定片３１４が嵌合部３１３から退避される。それにより、ロック部材３１２がスプリング３１８の付勢力によって解錠方向に移動し、解錠状態が実現される。
【００５９】
このような解錠動作においては、その動作開始時に固定片３１４とロック部材３１２との摩擦状態が静摩擦となるため、固定片３１４が変位を開始するまでに大きな力を要する。つまり、動作開始時に回転モーメントが最大となるため、形状記憶合金線１４には最大の負荷（反力）が作用する。この点、本実施例においても同図（Ａ）に示すように、作動部３３０が回転軸１５から連結部２８（連結点）に作用する力のベクトルにおろした垂線の長さ（モーメントアーム）が一時的に大きくなるよう変形し、その負荷を抑制する。このため、形状記憶合金線１４の寿命を長く保つことができるようになる。
【００６０】
［第４実施例］
図１０は、第４実施例に係るアクチュエータの構成を表す図である。（Ａ）はその全体構成を示し、（Ｂ）はその拡大図を示し、（Ｃ）はその拡大断面図を示している。  
同図（Ａ）に示すように、本実施例のアクチュエータ４０１は、アクチュエータ本体４０２と、これを駆動制御する通電制御装置４０３を備える。アクチュエータ本体４０２は、可撓性を有する長尺状の軟質チューブ４１０に芯材となる１本の超弾性合金線４１２と１本の形状記憶合金線４１４を挿通して構成されている。なお、本実施例においては、軟質チューブ４１０が作動部を構成する。
【００６１】
同図（Ｂ）および（Ｃ）にも示すように、軟質チューブ４１０は、シリコーン樹脂等の可撓性樹脂材からなり、その長手方向に沿って各線材を挿通する複数の挿通孔を有する。また、モーメントアームを変化させるための空間を形成する複数の孔が、その挿通孔と平行に延びるよう形成されている。すなわち、軟質チューブ４１０の軸を中心とする一方の側に超弾性合金線４１２が挿通され、他方の側に形状記憶合金線４１４が挿通されている。形状記憶合金線４１４は、軟質チューブ４１０の先端部にて折り返されるように挿通されており、その両端にはリード線が接続される。軟質チューブ４１０の両端は、軟質チューブ４１０よりも硬い樹脂材からなる端部部材４２０，４２２により封止されている。これら端部部材４２０，４２２は、各線材の端部を外方から覆うようにして保護する。なお、本実施例においては、端部部材４２０が基部を構成する。
【００６２】
軟質チューブ４１０の超弾性合金線４１２と形状記憶合金線４１４との間には、両線材に沿って延びる孔部４１６が設けられ、この孔部４１６により第１の空間が形成される。さらに、形状記憶合金線４１４の孔部４１６とは反対側にも形状記憶合金線４１４に沿って延びる孔部４１８が設けられ、この孔部４１８により第２の空間が形成される。なお、本実施例ではこれらの孔部を空間としたが、変形例においては、それらの孔部の少なくとも一方に軟質チューブ４１０よりも柔らかい樹脂等の材料を満たしてもよい。
【００６３】
超弾性合金線４１２が超弾性金属からなるため、軟質チューブ４１０が外力によって撓められても、その外力が解除されると、超弾性合金線４１２の弾性復帰力によって元の直線形状に速やかに戻ろうとする。
【００６４】
図１１は、アクチュエータの駆動制御装置の電気的構成を表す概略図である。  
図示のように、形状記憶合金線４１４は、アクチュエータ４０１の制御回路の一部を構成している。形状記憶合金線４１４には、線材スイッチとしてのトランジスタＴｒおよび抵抗Ｒが直列に接続され、トランジスタＴｒには電源５０が直列に接続されている。トランジスタＴｒは、形状記憶合金線４１４への通電を制御するためのスイッチの役割を果たす。この通電は制御部５２により制御される。なお、本実施例では線材スイッチとしてトランジスタを用いる例を示すが、手動操作可能なオン・オフスイッチにて構成してもよい。
【００６５】
制御部５２は、マイクロコンピュータからなり、各種演算処理を実行するＣＰＵ、制御演算プログラムやデータを格納したＲＯＭ、演算過程の数値やフラグが所定領域に格納されるＲＡＭ、各種信号が入出力される入出力インタフェース等を備えている。制御部５２は、いわゆるＰＷＭ制御により各トランジスタをオン・オフするための電流パルス信号のデューティ比を調整し、電源５０から形状記憶合金線４１４へ流れる通電量を制御する。トランジスタＴｒがオンされると、それに直列に接続された形状記憶合金線４１４に通電がなされる。その通電電流は、形状記憶合金線４１４を通って帰還する。通電により加熱された形状記憶合金線４１４が緊張収縮するため、それによりアクチュエータ本体４０２が所定の方向に湾曲する。制御部５２は、外部入力に基づいて形状記憶合金線４１４の通電制御を実行する。
【００６６】
次に、アクチュエータの動作について説明する。図１２は、アクチュエータの動作を表す説明図である。（Ａ）は通常の通電時の動作を示し、（Ｂ）は通電時に拘束力が作用したときの動作を示している。  
非通電時については同図に図示しないが、形状記憶合金線１４が弛緩伸長した状態となるため、図１０（Ａ）に示すように、超弾性合金線４１２の弾性力によってアクチュエータ本体４０２が真っ直ぐに伸びた状態に保持される。
【００６７】
この状態から通電がなされると、加熱された形状記憶合金線４１４が緊張収縮するため、形状記憶合金線４１４の張力が大きくなる。その結果、図１２（Ａ）に示すように、軟質チューブ４１０が超弾性合金線４１２とともに形状記憶合金線４１４側に引っ張られるように変形する。すなわち、超弾性合金線４１２の基端部を中心とする曲げモーメントが発生し、アクチュエータ本体４０２が湾曲した状態となる。この湾曲角度等については、形状記憶合金線４１４への通電量を調整することで変化させることができる。一方、この状態から通電が遮断されると、形状記憶合金線４１４が再び弛緩伸長する。このため、超弾性合金線４１２の弾性力によりアクチュエータ本体４０２が再び真っ直ぐに伸びた状態に戻される。
【００６８】
ここで、例えば同図（Ｂ）に示すように、アクチュエータ本体４０２の先端部が拘束され、その曲げ変形が阻止されるような場合、そのまま通電が継続されると、形状記憶合金線４１４の収縮力は引き続き増加する。しかし、その収縮力が所定値を上回ると、図示のように孔部４１６の幅が大きくなり、孔部４１８が押しつぶされるようにして、形状記憶合金線４１４が軟質チューブ４１０に対して変位する。すなわち、超弾性合金線４１２と形状記憶合金線４１４の間隔が大きくなるように変化する。これは、超弾性合金線４１２を支点とみた場合、その支点から形状記憶合金線４１４と軟質チューブ４１０との連結点に作用する力のベクトルにおろした垂線の長さ（モーメントアームｌ）が大きくなることを意味する。
【００６９】
すなわち、形状記憶合金線４１４と軟質チューブ４１０との連結点は、形状記憶合金線４１４の長手方向に沿って連続的に設けられており、各連結点にはその長手方向、つまり形状記憶合金線４１４の接線方向に荷重が作用する。連結点には、その長手方向の両側から力が作用するため、その合力は、図示のように形状記憶合金線４１４が形成する扇形状の中心と連結点とを結ぶ作用線上に作用するようになる。一方、超弾性合金線４１２の長手方向に沿って支点が連続的に設けられており、各支点と各連結点との距離がモーメントアームｌとなる。同図には、そのモーメントアームｌの一つを示している。つまり、形状記憶合金線４１４への負荷が増大するときにモーメントアームｌが大きくなるため、その負荷が抑制される。このため、このような想定されない負荷により形状記憶合金線４１４が破断したり劣化したりすることを防止することができる。
【００７０】
また、このような拘束力が負荷されない通常の通電時においても同様の作用効果が得られるようになる。すなわち、同図（Ａ）に示す通電時において駆動対象の変位量をより大きく取り出すために、アクチュエータ本体４０２に大きな曲げモーメントが作用する場合が想定される。このような場合であっても、その曲げモーメントの増加に応じてモーメントアームｌが変化し、形状記憶合金線４１４への反力が増大することが抑制される。その結果、形状記憶合金線４１４に実質的なダメージを与えることなく、より大きな変位量を確保することができるようになる。
【００７１】
本発明は上述の各実施例に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を各実施例に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施例も本発明の範囲に含まれうる。
【００７２】
なお、上記実施例は、自動車や飛行機、船舶、鉄道などにおけるドアやハッチ、バイクや自転車に取り付ける荷物ケースの蓋、住宅、施設などのキーボックスの蓋などの開錠機構のアクチュエータとして構成することができる。また、動く照明、ロボットの関節、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）の機構部のアクチュエータとしても構成することができる。このようなアクチュエータとして構成しても、ソレノイドと異なり動き出しに力を出せる点、外から無理に動かそうとしても壊れないので安全性、耐久性に優れている点などがメリットとして得られる。なお、アクチュエータには上述した形状記憶合金線を含むものを採用してよいが、モータとなど他の駆動素子を用いることもできる。
【符号の説明】
【００７３】
１  アクチュエータ、  ２  アクチュエータ本体、  ３  通電装置、  １０  基部、  １２  作動部、  １４  形状記憶合金線、  １５  回転軸、  １６  回動部材、  １８  アーム、  ２０  作用部、  ２２  伝達部、  ２４  作用点、  ２６  回動軸、  ２８  連結部、  ３０，３２  スプリング、  ３３  ストッパ、  ３４  スイッチ、  ３６，５０  電源、  ５２  制御部、  １００  アクチュエータ、  １０１  基部、  １０２  支点、  １０３  作動部、  １０４  負荷機構、  １０５  バイアス機構、  １０６  作用点、１０７  連結点、  １１２  作動部、  １１４  形状記憶合金線、  １１５  作動部、  １１６  回動部、  １１８  アーム部、  １２０  作用部、  １２２  伝達部、  １２４  形状記憶合金線、  １２６  回動支点、  １３０  作用部、  １３２  支持部、  １３６  回動部、  １５０  アーム、  １５２  ガイドロッド、  １５４  連結部、  １５６  ストッパ、  １５８  弾性部材、２０１  アクチュエータ、  ２０２  第１作動部、  ２０４  第２作動部、  ２０６  載置台、  ２０８  ガイドスリット、  ２１０  ハウジング、  ２１１  ガイド部、  ２１２  係合部、  ２１５  回転軸、  ２１６  本体、  ２１７  連結部、  ２１８  ガイドスリット、  ２２０  連結部、  ２２２  ガイドスリット、  ２２４  係合部、  ２３６  回動部、  ２５１  アクチュエータ、  ２５２  第１作動部、  ３００  錠装置、  ３０１  アクチュエータ、  ３０２  部材、  ３０４  錠本体、  ３０６  ロック機構、  ３０８  嵌合孔、  ３０９  嵌合部、  ３１０  ハウジング、  ３１２  ロック部材、  ３１３  嵌合部、  ３１４  固定片、  ３１６  レバー、  ３１８  スプリング、  ３２０  回転軸、  ３３０  作動部、  ４０１  アクチュエータ、  ４０２  アクチュエータ本体、  ４０３  通電制御装置、  ４１０  軟質チューブ、  ４１２  超弾性合金線、  ４１４  形状記憶合金線、  ４１６，４１８  孔部、  ４２０  端部部材。
【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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