(57)【要約】【課題】形状記憶合金を用いたモータ装置において、内部を中空構造として装置の本体の小型化を図ることが可能なモータ装置を提供すること。【解決手段】外筒２に対して所定の間隙を有するようにスペーサ１２を介して内筒４を配置する。外筒２と内筒４との間隙内に複数の吸着体６ａ、６ｂ、６ｃを配置する。吸着体６ａ及び６ｂを形状記憶合金線１０によって連結し、吸着体６ａ及び６ｃを引張りバネ１１によって連結する。吸着体６ａ、６ｂ、６ｃに巻かれたコイル８ａ、８ｂ、８ｃへの通電状態を切り替えることにより、吸着体６ａ、６ｂ、６を外筒２に吸着させるか又は内筒４に吸着させるかを切り替えつつ、形状記憶合金線１０の収縮を利用して内筒４を外筒２に対して相対的に回転させる。【選択図】図１
2014007867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外筒と、
前記外筒に対して相対的に回転自在に構成され、前記外筒との間に所定の間隙を有するように前記外筒の内部に配置された内筒と、
前記外筒と前記内筒との間の前記間隙に設けられ、前記外筒と前記内筒の何れかに吸着するように構成された複数の吸着体と、
前記外筒と前記内筒との間の前記間隙に設けられ、前記複数の吸着体の何れか２つを連結する形状記憶合金線と、
前記外筒と前記内筒との間の前記間隙に設けられ、前記複数の吸着体の別の２つを連結する弾性体と、
前記複数の吸着体のそれぞれを前記外筒に吸着させるか又は前記内筒に吸着させるかを切り替える制御部と、
を具備することを特徴とするモータ装置。
【請求項２】
前記吸着体は、電磁吸着によって前記外筒又は前記内筒に吸着することを特徴とする請求項１に記載のモータ装置。
【請求項３】
前記外筒と前記内筒とは、各々の内径側と外形側とで分極された磁石によって構成されていることを特徴とする請求項２に記載のモータ装置。
【請求項４】
前記外筒と前記内筒とが互いに反発するように分極されていることを特徴とする請求項３に記載のモータ装置。
【請求項５】
前記吸着体は、電磁石であることを特徴とする２乃至４の何れか１項に記載のモータ装置。
【請求項６】
前記吸着体は、静電吸着によって前記外筒又は前記内筒に吸着することを特徴とする請求項１に記載のモータ装置。
【請求項７】
前記外筒の内径側と前記内筒の外径側とに電極が形成されていることを特徴とする請求項６に記載のモータ装置。
【請求項８】
前記外筒に形成された電極の極性と前記内筒に形成された電極の極性とが同極性であることを特徴とする請求項７に記載のモータ装置。
【請求項９】
前記吸着体の前記外筒の内径側と対向する面と前記吸着体の前記内筒の外径側と対向する面にそれぞれ電極が形成されていることを特徴とする６乃至８の何れか１項に記載のモータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータ装置の構造の一つとして、形状記憶合金を用いた回転型モータ装置に関する提案がなされている。例えば、特許文献１は、中空円筒状のフレームと、フレームの中央部に回転自在に支持された回転軸と、形状記憶合金コイルを設けたアクチュエータ装置（モータ装置）において、回転軸から偏心した位置に設けたハンドルとフレームとの間に少なくとも３個の形状記憶合金コイルを固定し、形状記憶合金コイルへの通電状態を順次切り替えることにより、回転軸を中心としてハンドルを回転させるアクチュエータ装置を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２０７４０９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では、少なくとも３個の形状記憶合金コイルが中空円筒状のフレーム内に平面に配置され、かつこれらの形状記憶合金コイルは、伸縮しつつ、平面内を網羅的に移動する。このため、モータ装置の構造を中空構造とすることが困難である。したがって、特許文献１の構造の場合、フレーム内にはハンドルと形状記憶合金コイル以外の他の構造物を配置できず、結果的にモータ装置の本体の大型化に繋がる可能性がある。
【０００５】
本発明は、前記の事情に鑑みてなされたもので、形状記憶合金を用いたモータ装置において、内部を中空構造として装置の本体の小型化を図ることが可能なモ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】
【０００６】
前記の目的を達成するために、本発明の一態様のモータ装置は、外筒と、前記外筒に対して相対的に回転自在に構成され、前記外筒との間に所定の間隙を有するように前記外筒の内部に配置された内筒と、前記外筒と前記内筒との間の前記間隙に設けられ、前記外筒と前記内筒の何れかに吸着するように構成された複数の吸着体と、前記外筒と前記内筒との間の前記間隙に設けられ、前記複数の吸着体の何れか２つを連結する形状記憶合金線と、前記外筒と前記内筒との間の前記間隙に設けられ、前記複数の吸着体の別の２つを連結する弾性体と、前記複数の吸着体のそれぞれを前記外筒に吸着させるか又は前記内筒に吸着させるかを切り替える制御部と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、形状記憶合金を用いたモータ装置において、内部を中空構造として装置の本体の小型化を図ることが可能なモータ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１（ａ）は本発明の第１の実施形態に係るモータ装置の構成を示す正面断面図であり、図１（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係るモータ装置の構成を示す側面断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるモータ装置の動作状態の遷移図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るモータ装置の構成を示す正面断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態におけるモータ装置の動作状態の遷移図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。  
［第１の実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るモータ装置の構成を示す図である。ここで、図１（ａ）は、正面断面図を示し、図１（ｂ）は、側面断面図を示している。図１（ａ）及び図１（ｂ）には、モータ装置の回転状態を示すための点Ｐを付している。しかしながら、モータ装置の具体的な動作については図２を参照して詳しく説明する。
【００１０】
モータ装置は、円筒状の外筒２及び内筒４を有している。外筒２は、後述の吸着体６ａ、６ｂ、６ｃの移動に伴って回転しないように図示しない固定部に固定されている。一方、内筒４は、外筒２の内径側にスペーサ１２を介して所定の間隙を有するように配置されている。この内筒４は、回転軸Ｏを中心として、外筒２に対して相対的に回転自在に構成されている。
【００１１】
ここで、外筒２と内筒４とはともに磁石で成形されている。そして、外筒２の内径側と内筒４の外径側とが同極性となるように分極されている。図１（ａ）及び図１（ｂ）の例では、外筒２の内径側と内筒４の外径側とがともにＮ極となるように分極されている。逆に、外筒２の内径側と内筒４の外径側とがともにＳ極となるように分極されても良い。
【００１２】
吸着体６ａ、６ｂ、６ｃは、例えば磁性材料で構成され、スペーサ１２によって形成される外筒２と内筒４との間の間隙内に配置されている。ここで、吸着体６ａ、６ｂ、６ｃは、吸着体６ａを基準としてみると、吸着体６ａ、６ｂ、６ｃの順で時計方向に所定の間隔を有するように配置されている。図１（ａ）及び図１（ｂ）の例では、吸着体６ａ、６ｂ、６ｃを９０度間隔で配置している。しかしながら、必ずしも９０度間隔で配置しなくとも良い。
【００１３】
Ｕ相コイル８ａは、吸着体６ａに巻かれ、制御部としてのＵ相電源に接続されている。また、Ｗ相コイル８ｂは、吸着体６ｂに巻かれ、制御部としてのＷ相電源に接続されている。さらに、Ｖ相コイル８ｃは、吸着体６ｃに巻かれ、制御部としてのＶ相電源に接続されている。
これらの吸着体６ａとＵ相コイル８ａ、吸着体６ｂとＷ相コイル８ｂ、吸着体６ｃとＶ相コイル８ｃのそれぞれが電磁石を構成している。
【００１４】
吸着体６ａと吸着体６ｂとは、熱によって伸縮する形状記憶合金線１０によって連結されている。また、吸着体６ａと吸着体６ｃとは、引張りバネ１１によって連結されている。
【００１５】
以下、図１（ａ）及び図１（ｂ）で示したモータ装置の動作について説明する。図２は、第１の実施形態におけるモータ装置の動作状態の遷移図である。
【００１６】
まず、吸着体６ａ、６ｂ、６ｃが外筒２の内径側に電磁吸着するような磁界を発生すべく、Ｕ相コイル８ａ、Ｗ相コイル８ｂ、Ｖ相コイル８ｃに電流を通電する。このとき、図２（ａ）に示すように、吸着体６ａ、６ｂ、６ｃが外筒２の内径側に電磁吸着する。
【００１７】
続いて、吸着体６ａが内筒４の外径側に電磁吸着するような磁界を発生すべく、Ｕ相コイル８ａに通電する電流の極性を反転させる。Ｗ相コイル８ｂ及びＶ相コイル８ｃの電流の極性はそのままである。このとき、図２（ｂ）に示すように、吸着体６ａが内筒４の外径側に電磁吸着する。
【００１８】
また、このとき図示しない形状記憶合金線１０の電源により、形状記憶合金線１０への通電が行われる。そして、この通電によって発生する熱により、形状記憶合金線１０が収縮する。このとき、吸着体６ｃは外筒２に電磁吸着されており、吸着体６ａは内筒４に電磁吸着されている。したがって、形状記憶合金線１０の収縮により、吸着体６ａが時計方向に引っ張られ、これに伴って、図２（ｃ）に示すように、内筒４が時計方向に４５度だけ回転する。
【００１９】
続いて、吸着体６ａが外筒２の内径側に電磁吸着するような磁界を発生すべく、Ｕ相コイル８ａに通電する電流の極性を再度反転させる。また、吸着体６ｂ及び６ｃが内筒４の外径側に電磁吸着するような磁界を発生すべく、Ｗ相コイル８ｂ及びＶ相コイル８ｃに通電する電流の極性も反転させる。このとき、図２（ｄ）に示すように、吸着体６ａが外筒２の内径側に電磁吸着し、吸着体６ｂ及び６ｃが内筒４の外径側に電磁吸着する。
【００２０】
ここで、吸着体６ａは外筒２に電磁吸着されており、吸着体６ｃは内筒４に電磁吸着されている。さらに、形状記憶合金線１０は、図示しない電源からの通電を停止させておくと、所定時間の経過後に自然冷却によって元の形状まで伸びるように変形する。したがって、引張りバネ１１によって吸着体６ｃが時計方向に引っ張られ、これに伴って、図２（ｅ）で示すように、内筒４が時計方向にさらに４５度回転する。
【００２１】
続いて、吸着体６ａが内筒４の外径側に電磁吸着するような磁界を発生すべく、Ｕ相コイル８ａに通電する電流の極性を再度反転させる。また、吸着体６ｂ及び６ｃが外筒２の内径側に電磁吸着するような磁界を発生すべく、Ｗ相コイル８ｂ及びＶ相コイル８ｃに通電する電流の極性も再度反転させる。このとき、図２（ｆ）に示すように、吸着体６ａが内筒４の外径側に電磁吸着し、吸着体６ｂ及び６ｃが外筒２の内径側に電磁吸着する。
【００２２】
以上、図２（ａ）〜図２（ｆ）で示した動作を繰り返すことにより、内筒４が外筒２に対して時計方向に回転する。なお、反時計方向への回転は、上記動作を逆順で、即ち図２（ｆ）〜図２（ａ）の順で行えば良い。
【００２３】
以上説明したように、第１の実施形態によれば、形状記憶合金を用いたモータ装置であって、外筒２と内筒４とに挟まれた空間内に駆動要素の全てを収めることができ、またモータ装置としての駆動時もこの空間内から駆動要素がはみ出すことがない。即ち、モータ装置の駆動要素が外筒２及び内筒４の平面を網羅的に駆動しないので、内筒４を中空構造とし、内筒４の内部に他の構造体を設けることができる。このため、他構造体の設計の自由度を高めつつ、小型のモータ装置を提供することができる。
【００２４】
また、本実施形態では１本の形状記憶合金線で連続回転運動が可能なモータ装置を構成することができる。また、１本の形状記憶合金線の冷却時間を待つだけで連続回転運動が可能であり、回転速度を高めることが可能である。
【００２５】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態は、磁力によって吸着体を外筒又は内筒に吸着する例を示している。これに対し、第２の実施形態は、クーロン力によって吸着体を外筒又は内筒に吸着する例である。
【００２６】
図３は、本発明の第２の実施形態に係るモータ装置の構成を示す正面断面図である。第２の実施形態におけるモータ装置も、第１の実施形態と同様、円筒状の外筒１０２及び内筒１０４を有している。外筒１０２は、吸着体１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃの移動に伴って回転しないように図示しない固定部に固定されている。一方、内筒１０４は、外筒１０２の内径側にスペーサを介して所定の間隙を有するように配置されている。この内筒１０４は、回転軸Ｏを中心として、外筒１０２に対して相対的に回転自在に構成されている。
【００２７】
第１の実施形態と異なり、第２の実施形態においては、外筒１０２の内径側と内筒１０４は外径側とにそれぞれ電極が配置されている。このような構成において、第２の実施形態においても、外筒１０２の内径側と内筒１０４の外径側とを同極性とするように電圧の印加をしておく。図３の例では、外筒１０２の内径側と内筒１０４の外径側とがともに＋極である。逆に、外筒１０２の内径側と内筒１０４の外径側とがともに−極であっても良い。
【００２８】
ここで、外筒１０２と内筒１０４に電極を形成せず、誘電分極を利用して分極させるようにしても良い。
【００２９】
吸着体１０６ａは、外筒１０２の内径側と対向する面に電極１０８ａが形成され、内筒１０４の外径側と対向する面には電極１０９ａが形成されている。そして、これらの電極１０８ａ及び１０９ａはＵ相電圧源に接続されている。また、吸着体１０６ｂは、外筒１０２の内径側と対向する面に電極１０８ｂが形成され、内筒１０４の外径側と対向する面には電極１０９ｂが形成されている。そして、これらの電極１０８ｂ及び１０９ｂはＷ相電圧源に接続されている。さらに、また、吸着体１０６ｃは、外筒１０２の内径側と対向する面に電極１０８ｃが形成され、内筒１０４の外径側と対向する面には電極１０９ｃが形成されている。そして、これらの電極１０８ｃ及び１０９ｃはＶ相電圧源に接続されている。
【００３０】
また、吸着体１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃは、吸着体１０６ａを基準としてみると、吸着体１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃの順で時計方向に所定の間隔を有するように配置されている。図３の例では、吸着体１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃを９０度間隔で配置している。しかしながら、必ずしも９０度間隔で配置しなくとも良い。
【００３１】
吸着体１０６ａと吸着体１０６ｂとは、熱によって伸縮する形状記憶合金線１１０によって連結されている。また、吸着体１０６ａと吸着体１０６ｃとは、引張りバネ１１１によって連結されている。
【００３２】
以下、図３で示したモータ装置の動作について説明する。図４は、第２の実施形態におけるモータ装置の動作状態の遷移図である。
【００３３】
まず、吸着体１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃが外筒１０２の内径側に静電吸着するような電界を発生すべく、吸着体１０６ａ、１０６ｂ、１０６の各電極に電圧を印加する。このとき、図４（ａ）に示すように、吸着体１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃが外筒１０２の内径側に静電吸着する。
【００３４】
続いて、吸着体１０６ａが内筒１０４の外径側に静電吸着するような電界を発生すべく、吸着体１０６ａの各電極に通電する電圧の極性を反転させる。吸着体１０６ｂ及び１０６ｃの各電極に通電する電圧の極性はそのままである。このとき、図４（ｂ）に示すように、吸着体１０６ａが内筒１０４の外径側に静電吸着する。
【００３５】
また、このとき図示しない形状記憶合金線１０の電源から、形状記憶合金線１０への通電が行われる。そして、この通電による熱により、形状記憶合金線１１０が収縮する。このとき、吸着体１０６ｃは外筒１０２に静電吸着されており、吸着体１０６ａは内筒１０４に静電吸着されている。したがって、形状記憶合金線１１０の収縮により、吸着体１０６ａが時計方向に引っ張られ、これに伴って、図４（ｃ）に示すように、内筒１０４が時計方向に４５度だけ回転する。
【００３６】
続いて、吸着体１０６ａが外筒１０２の内径側に静電吸着するような電界を発生すべく、吸着体１０６ａの各電極に通電する電圧の極性を再度反転させる。また、吸着体１０６ｂ及び１０６ｃが内筒１０４の外径側に静電吸着するような電界を発生すべく、吸着体１０６ｂ及び吸着体１０６ｃの各電極に通電する電圧の極性も反転させる。このとき、図４（ｄ）に示すように、吸着体１０６ａが外筒１０２の内径側に静電吸着し、吸着体１０６ｂ及び１０６ｃが内筒１０４の外径側に静電吸着する。
【００３７】
ここで、吸着体１０６ａは外筒１０２に静電吸着されており、吸着体１０６ｃは内筒１０４に静電吸着されている。さらに、形状記憶合金線１１０は、図示しない電源からの通電を停止させておくと、所定時間の経過後に自然冷却によって元の形状まで伸びるように変形する。したがって、引張りバネ１１１によって吸着体１０６ｃが時計方向に引っ張られ、これに伴って、図４（ｅ）で示すように、内筒１０４が時計方向にさらに４５度回転する。
【００３８】
続いて、吸着体１０６ａが内筒１０４の外径側に静電吸着するような電界を発生すべく、吸着体１０６ａの各電極に通電する電圧の極性を再度反転させる。また、吸着体１０６ｂ及び１０６ｃが外筒１０２の内径側に静電吸着するような電界を発生すべく、吸着体１０６ｂ及び吸着体１０６ｃの各電極に通電する電圧の極性も再度反転させる。このとき、図４（ｆ）に示すように、吸着体１０６ａが内筒１０４の外径側に静電吸着し、吸着体１０６ｂ及び１０６ｃが外筒１０２の内径側に静電吸着する。
【００３９】
以上、図４（ａ）〜図４（ｆ）で示した動作を繰り返すことにより、内筒１０４が外筒１０２に対して時計方向に回転する。なお、反時計方向への回転は、上記動作を逆順で、即ち図４（ｆ）〜図４（ａ）の順で行えば良い。
【００４０】
以上説明したように、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果に加え、吸着体にコイルを巻く必要がないので、吸着体を薄いフイルム状のもので構成することもできる。これにより、第１の実施形態に比べてさらなる小型化が期待できる。
【００４１】
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。  
例えば、上述した第１の実施形態及び第２の実施形態においては吸着体の数を３つにしているが、吸着体の数は必ずしも３つでなくとも良く、２つでも、４つ以上でも良い。
【００４２】
また、引張りバネの代わりにゴム等の各種の弾性体を用いても良い。
【００４３】
さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、上述したような課題を解決でき、上述したような効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
【符号の説明】
【００４４】
２，１０２…外筒、４，１０４…内筒、６ａ，６ｂ，６ｃ，１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ…吸着体、８ａ…Ｕ相コイル、８ｂ…Ｗ相コイル、８ｃ…Ｖ相コイル、１０，１１０…形状記憶合金線、１１，１１１…引張りバネ、１２…スペーサ、１０８ａ，１０８，１０８ｃ，１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ…電極
【図１】
2014007867.tif 000003
【図２】
2014007867.tif 000004
【図３】
2014007867.tif 000005
【図４】
2014007867.tif 000006