(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電加熱で収縮するワイヤー状形状記憶合金（１１，２１，３１）と、
少なくとも一部に略円周形状を有し、当該略円周形状による円周面に接触するように前記ワイヤー状形状記憶合金（１１，２１，３１）は配置され、収縮した前記ワイヤー状形状記憶合金（１１，２１，３１）によって一方向に押圧されると共に前記ワイヤー状形状記憶合金（１１，２１，３１）で生じた熱を逃がす絶縁性熱伝導体（１２，２２，２２Ａ，２２Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ）と、
前記ワイヤー状形状記憶合金（１１，２１，３１）に対して瞬間的に通電し前記ワイヤー状形状記憶合金（１１，２１，３１）を収縮させる駆動回路部（１６，１７，４１）とから構成され、
前記ワイヤー状形状記憶合金（１１，２１，３１）は、通電で収縮する時、前記絶縁性熱伝導体（１２，２２，２２Ａ，２２Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ）を元の位置から所定距離だけ平行変位させ、前記ワイヤー状形状記憶合金と前記絶縁性熱伝導体との間の押付け作用によって前記ワイヤー状形状記憶合金（１１，２１，３１）は前記通電により蓄えられた熱を瞬時に放熱（１８）することで伸長し、前記絶縁性熱伝導体（１２，２２，２２Ａ，２２Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ）を平行変位させて前記元の位置に戻すことを特徴とする衝撃駆動型アクチュエータ。
【請求項２】
前記絶縁性熱伝導体（１２）の前記円周面には溝（１２ａ）が形成され、前記ワイヤー状形状記憶合金（１１）は前記溝（１２ａ）の中に配置されることを特徴とする請求項１記載の衝撃駆動型アクチュエータ。
【請求項３】
前記絶縁性熱伝導体は、略平行に対向しかつ前記円周面を備えた複数の凹凸突起部（２２Ａ，２２Ｂ）を有する２つの構成部材（１０１，１０２）で構成され、前記２つの構成部材（１０１，１０２）の間に、前記ワイヤー状形状記憶合金（２１）が前記凹凸突起部（２２Ａ，２２Ｂ）の前記円周面に接するように配置され、前記ワイヤー状形状記憶合金（２１）は、通電で収縮する時、前記２つの構成部材（１０１，１０２）の間隔を大きくするように変位させることを特徴とする請求項１記載の衝撃駆動型アクチュエータ。
【請求項４】
前記絶縁性熱伝導体は、略平行に対向しかつ略棒状またはパイプ形状を有する２本の構成部材（３２Ａ，３２Ｂ）で構成され、前記２本の構成部材（３２Ａ，３２Ｂ）の周囲に接するように前記ワイヤー状形状記憶合金（３１）が螺旋形に巻回され、前記ワイヤー状形状記憶合金（３１）は、通電で収縮する時、前記２本の構成部材（３２Ａ，３２Ｂ）の間隔を小さくするように変位させることを特徴とする請求項１記載の衝撃駆動型アクチュエータ。
【請求項５】
通電加熱で収縮するワイヤー状形状記憶合金（３１）と、
前記ワイヤー状形状記憶合金（３１）に接触し、収縮した前記ワイヤー状形状記憶合金（３１）によって一方向に押圧されると共に前記ワイヤー状形状記憶合金（３１）で生じた熱を逃がす絶縁性熱伝導体（３２Ａ，３２Ｂ）と、
前記ワイヤー状形状記憶合金（３１）に対して瞬間的に通電し前記ワイヤー状形状記憶合金（３１）を収縮させる駆動回路部とから構成され、
前記絶縁性熱伝導体は、略平行に対向しかつ略棒状またはパイプ形状を有する２本の構成部材（３２Ａ，３２Ｂ）で構成され、前記２本の構成部材（３２Ａ，３２Ｂ）の周囲に接するように前記ワイヤー状形状記憶合金（３１）が螺旋形に巻回され、前記ワイヤー状形状記憶合金（３１）は、通電で収縮する時、前記２本の構成部材（３２Ａ，３２Ｂ）の間隔を小さくするように変位させ、前記ワイヤー状形状記憶合金と前記絶縁性熱伝導体との間の押付け作用によって前記ワイヤー状形状記憶合金（３１）は前記通電により蓄えられた熱を瞬時に放熱（１８）することで伸長し、前記絶縁性熱伝導体（３２Ａ，３２Ｂ）を平行変位させて前記元の位置に戻すことを特徴とする衝撃駆動型アクチュエータ。
【請求項６】
前記ワイヤー状形状記憶合金（３１）は輪状または８の字状に巻回されることを特徴とする請求項４または５記載の衝撃駆動型アクチュエータ。
【請求項７】
前記２本の構成部材（３２Ａ，３２Ｂ）からなる前記絶縁性熱伝導体の各々は、少なくとも前記ワイヤー状形状記憶合金（３１）と接触する外表面はその断面が略半円を含む曲線となるよう構成されていることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の衝撃駆動型アクチュエータ。
【請求項８】
通電加熱で収縮するワイヤー状形状記憶合金（５１）と、
前記ワイヤー状形状記憶合金（５１）に接触し前記ワイヤー状形状記憶合金で生じた熱を逃がす絶縁性熱伝導体（５２）と、
前記ワイヤー状形状記憶合金（５１）に対して瞬間的に通電し前記ワイヤー状形状記憶合金（５１）を収縮させる駆動回路部（１６，１７，４１）と、を備え、
前記絶縁性熱伝導体（５２）は、回転自在に設けられた回転体として形成され、
前記ワイヤー状形状記憶合金（５１）は、前記絶縁性熱伝導体（５２）の円周面に接触しかつ巻回して設けられると共に、両端を固定され、
前記ワイヤー状形状記憶合金（５１）は、通電で収縮する時、前記絶縁性熱伝導体（５２）を締め付けその回転動作を制動すると同時に前記絶縁性熱伝導体（５２）に密着して、前記通電で蓄えられた熱を瞬時に放熱することで伸長し、前記締め付けによる制動を解除し、これら一連の動作を繰り返すことで前記回転体にクリック感を付与することを特徴とする衝撃駆動型アクチュエータ。
【請求項９】
通電加熱で収縮する第１のワイヤー状形状記憶合金（６１）および第２のワイヤー状形状記憶合金（７１）と、
前記第１のワイヤー状形状記憶合金（６１）および前記第２のワイヤー状形状記憶合金（７１）に接触し前記第１および第２のワイヤー状形状記憶合金で生じた熱を逃がす絶縁性熱伝導体（６２）と、
前記第１および第２のワイヤー状形状記憶合金（６１，７１）に対して瞬間的に通電し前記第１および第２のワイヤー状形状記憶合金（６１，７１）を収縮させる駆動回路部と、を備え、
前記絶縁性熱伝導体（６２）は、回転自在に設けられた回転体として形成され、かつその円周面に螺旋状の溝（６２Ｂ−１）が形成され、
前記第１のワイヤー状形状記憶合金（６１）は、前記絶縁性熱伝導体（６２）の円周面の前記溝（６２Ｂ−１）内に接触しかつ巻回して設けられると共に、一端は固定されかつ他端は引張されるように第１の弾性機構部（６５）で支持され、
前記第２のワイヤー状形状記憶合金（７１）は、前記絶縁性熱伝導体（６２）の円周面の前記溝（６２Ｂ−１）内に接触しかつ前記第１のワイヤー状形状記憶合金（６１）の巻き方向とは反対の方向に巻回して設けられると共に、一端は固定されかつ他端は引張されるように第２の弾性機構部（７３）で支持され、
前記第１のワイヤー状形状記憶合金（６１）は、通電で収縮する時、前記絶縁性熱伝導体（６２）を一方向に回転変位させ、かつ前記第２のワイヤー状形状記憶合金（７１）は、通電で収縮する時、前記絶縁性熱伝導体（６２）を反対方向に回転変位させることで、前記絶縁性形状記憶合金を右回転あるいは左回転させることを特徴とする衝撃駆動型アクチュエータ。
【請求項１０】
前記絶縁性熱伝導体（６２）の円周面に形成された前記溝（６２Ｂ−１）は螺旋状のネジ溝（６２Ｂ）であり、このネジ溝の構造によって前記第１および第２のワイヤー状形状記憶合金（６１，７１）は自らと接触することがないことを特徴とする請求項９記載の衝撃駆動型アクチュエータ。
【請求項１１】
通電加熱で収縮するワイヤー状形状記憶合金（８１）と、
平行に配置されかつ重ねられた板状の２枚の絶縁性熱伝導体（８２Ａ，８２Ｂ）であって、それらの間のスペースに配置された前記ワイヤー状形状記憶合金（８１）に接触し前記ワイヤー状形状記憶合金で生じた熱を逃がす２枚の前記絶縁性熱伝導体（８２Ａ，８２Ｂ）と、
前記ワイヤー状形状記憶合金（８１）に対して瞬間的に通電し前記ワイヤー状形状記憶合金（８１）を収縮させる駆動回路部（１６，１７，４１）と、を備え、
一方の前記板状絶縁性熱伝導体（８２Ａ）は固定され、かつ他方の前記板状絶縁性熱伝導体（８２Ｂ）は板面の方向に移動自在に配置されると共に弾性機構部（８４）で一方向に引かれるように設けられ、
２枚の前記板状絶縁性熱伝導体（８２Ａ，８２Ｂ）の間に前記ワイヤー状形状記憶合金（８１）を配置して前記ワイヤー状形状記憶合金（８１）で２枚の前記板状絶縁性熱伝導体（８２Ａ，８２Ｂ）を連結し、
前記ワイヤー状形状記憶合金（８１）は、通電で収縮する時、板面の方向に移動自在の前記板状絶縁性熱伝導体（８２Ｂ）を前記弾性機構部（８４）に抗して前記ワイヤー状形状記憶合金（８１）の長手方向に所定距離だけ変位させることを特徴とする衝撃駆動型アクチュエータ。
【請求項１２】
移動自在の前記板状絶縁性熱伝導体（８２Ａ）の上に摩擦接触状態で移動体（８６）を配置し、移動自在な前記板状絶縁性熱伝導体（８２Ａ）に繰り返して前記変位を生じさせることにより前記移動体（８６）を一方向に移動させるようにしたことを特徴とする請求項１１記載の衝撃駆動型アクチュエータ。
【請求項１３】
前記駆動回路部（４１）は、入力電圧を高電圧へ変換する昇圧回路（４２）と、その電圧で充電されるコンデンサ（４５）と、前記コンデンサ（４５）から前記ワイヤー状形状記憶合金とスイッチング素子（４７）が直列に接続され、瞬間的に前記ワイヤー状形状記憶合金へ電流を流すことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の衝撃駆動型アクチュエータ。
【請求項１４】
前記絶縁性熱伝導体は、少なくとも前記ワイヤー状形状記憶合金と接触する表面部分が酸化アルミニウム（アルミナ）または窒化アルミニウムで構成されたことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の衝撃駆動型アクチュエータ。
【請求項１５】
前記２つの構成部材（１０１，１０２）は、それぞれ、平行な複数の突起部材（２２Ａ，２２Ｂ）を備えることにより、前記複数の凹凸突起部を形成し、
前記２つの構成部材（１０１，１０２）の各々で、前記複数の突起部材（２２Ａ，２２Ｂ）は分離されており、かつ前記複数の突起部材は導電部材で構成され、
前記２つの構成部材の間に、前記ワイヤー状形状記憶合金（２１）が前記突起部材の前記導電部材で構成された前記円周面の部分に接するように配置され、前記ワイヤー状形状記憶合金（２１）は、通電で収縮する時、前記２つの構成部材の間隔を変化させることを特徴とする請求項３記載の衝撃駆動型アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝撃駆動型アクチュエータに関し、特に、ワイヤー状形態を有する形状記憶合金の長さ方向の伸縮変化を利用して水平方向（または平面方向）または上下方向（前後方向または厚み方向）の衝撃的な動き（衝撃動作）、および当該衝撃動作の繰り返しに基づく回転動作または直進動作を可能にする衝撃駆動型アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
形状記憶合金を利用したアクチュエータとして、従来、特許文献１〜３に記載されたアクチュエータがある。【０００３】
特許文献１は、二方向性形状記憶効果を有する形状記憶合金アクチュエータにおいて、非常に多数回の繰り返し動作に耐えかつ動作寿命を飛躍的に長くすることができ、操作範囲を広くし、さらに形状を安定化させた形状記憶合金アクチュエータの設計手法を提案している。「二方向性形状記憶効果」とは、一定形状を記憶させた形状記憶合金を低温で変形し、その後、加熱すると元の記憶した形状に戻り、さらにこれを低温にすると、当該低温で変形した形状に戻る現象のことである。二方向性形状記憶効果では、加熱と冷却だけで、外部からバイアス力を作用させることなく、形状記憶合金が自発的に形状変化を繰り返す。二方向性形状記憶効果を有する形状記憶合金アクチュエータでは、低温時に変形した形状（マルティンサイト状態の形状）と高温時に形状回復した形状（母相状態の形状）との２つの形状を記憶するような挙動を示す。【０００４】
特許文献２に記載される形状記憶合金アクチュエータでは、いずれも平板状の支持基材と可動子との間に、複数本の形状記憶合金線を配置している。これらの形状記憶合金線は、支持基材と可動子の各々の対向面に形成された凹凸部に接触するように、さらに弛んだ状態で架け渡すように、配線されている。可動子は、外側に外力が与えられており、支持基材に押し付けられている。形状記憶合金線は常温では弛んだ状態にあり、通電で加熱すると収縮緊張して直線状に張り、可動子が移動するように構成されている。【０００５】
特許文献３に開示される駆動装置では、形状記憶合金を有するアクチュエータにおいて応答の高速化を図っている。このアクチュエータでは、形状記憶合金に駆動電流を通電し加熱を生じさせて復元動作を行わせるようにし、さらに、可動部の変位目標値に基づき形状記憶合金の変位量を決めるように形状記憶合金の駆動電流量を生成する制御を行っている。特許文献３に開示された発明は、形状記憶合金を有するアクチュエータで構成される駆動装置において、アクチュエータの応答の高速化を効率よく図るものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−００３９４８号公報
【特許文献２】特開２００５−２２６４５８号公報
【特許文献３】特開２００６−１６６５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
形状記憶合金を利用したアクチュエータは、形状記憶合金における低温時（常温時）に変形した形状と高温時（通電発熱時）に形状回復した形状との変化を記憶する挙動を利用して駆動動作を行う。形状記憶合金の挙動の応答性は、高温時から低温時への熱状態の変化に依存する。従来の形状記憶合金を利用したアクチュエータは、高温時から低温時への熱状態の変化について十分に考慮されておらず、そのため動作応答性が低く、実用性が低いという欠点を有していた。【０００８】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、形状記憶合金の熱特性を考慮して高い放熱作用を生じる熱伝導構造を実現することにより、ワイヤー状形態を有する形状記憶合金の伸縮変形を利用しかつその変形動作特性の迅速性および即応性を良好にし、実用性を高めた衝撃駆動型アクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る衝撃駆動型アクチュエータは、上記の目的を達成するため、次のように構成される。【００１０】
本発明に係る衝撃駆動型アクチュエータは、通電加熱で収縮するワイヤー状形状記憶合金と、ワイヤー状形状記憶合金に接触し当該ワイヤー形状記憶合金で生じた熱を逃がす絶縁性熱伝導体と、ワイヤー状形状記憶合金に対して瞬間的に通電しワイヤー状形状記憶合金を収縮させる駆動回路部とを備えることで特徴づけられる。【００１１】
上記の衝撃駆動型アクチュエータでは、所定の配線状態で配置されるワイヤー状の形状記憶合金に対して、当該ワイヤー状形状記憶合金に接触させることにより当該形状記憶合金で生じた熱を迅速に放散させて逃がす絶縁性熱伝導体を設けるようにしたため、瞬間的な通電による発熱で生じた熱を迅速に逃がすことができ、ワイヤー状形状記憶合金の低温化を迅速に達成することができる。【００１２】
上記の構成において、好ましくは、絶縁性熱伝導体は少なくとも一部に略円周形状を有し、絶縁性熱伝導体の円周面に接触するようにワイヤー状形状記憶合金を配置し、ワイヤー状形状記憶合金は、通電で収縮する時、絶縁性熱伝導体の位置を変位させることを特徴とする。
ワイヤー状形状記憶合金で発生する通電時の熱を、絶縁性熱伝導体の円周面のほぼ半円部の全域を利用して放散するようにしたため、熱の逃げ道を大きくとることができ、ワイヤー状形状記憶合金の迅速な低温下を可能にする。また半円形の形状で利用され、かつワイヤー状形状記憶合金の全体が絶縁性熱伝導体の円周面の半円部に当たるように構成することにより、ワイヤー状形状記憶合金の収縮動作によって縁性熱伝導体の半径方向の動きに変換することができ、絶縁性熱伝導体の径方向の衝撃を可能にする駆動部として用いることができる。【００１３】
上記の構成において、好ましくは、絶縁性熱伝導体の円周面は溝が形成され、ワイヤー状形状記憶合金は溝の中に配置されることを特徴とする。
溝は、例えば断面形状がＶ字型であり、ワイヤー状形状記憶合金はＶ字溝の２つの壁面の各々に接触するように配置されるため、熱の放散機能を高めることができる。【００１４】
上記の構成において、好ましくは、絶縁性熱伝導体は、略平行に対向しかつ複数の凹凸突起部を有する２つの構成部材で構成され、２つの構成部材の間に、ワイヤー状形状記憶合金が凹凸突起部に接するように配置され、ワイヤー状形状記憶合金は、通電で収縮する時、２つの構成部材の間隔を変化させることを特徴とする。
この構成によれば、ワイヤー状形状記憶合金の収縮動作を板材の面に直交する方向の板材の動き（変位）に変換することができ、２つの構成部材の間隔を変化させることができる。【００１５】
上記の構成において、好ましくは、絶縁性熱伝導体は、略平行に対向しかつ略棒状またはパイプ形状を有する２本の構成部材で構成され、２本の構成部材の周囲に接するようにワイヤー状形状記憶合金が螺旋形に巻回され、ワイヤー状形状記憶合金は、通電で収縮する時、２本の構成部材の間隔を小さくするように変位させることを特徴とする。
２本の構成部材の絶縁性熱伝導体に関して、間をあけて配置し、当該間をあけるように１本の構成部材が弾性支持されており、かつ一方を固定しかつ弾性支持された他方を移動自在とし、この状態でワイヤー状形状記憶合金を収縮させて、他方の構成部材を、固定された一方の構成部材に接近するように変位させる。【００１６】
上記の構成において、好ましくは、ワイヤー状形状記憶合金は輪状または８の字状に巻回されることを特徴とする。
８の字状に巻回する構成では、ワイヤー状形状記憶合金と棒状絶縁性熱伝導体の表面との接触面積を大きくすることができ、これにより通電で生じた熱の放散能力を高めることができる。【００１７】
上記の構成において、好ましくは、２本の構成部材からなる絶縁性熱伝導体の各々は、少なくともワイヤー状形状記憶合金と接触する外表面はその断面が略半円を含む曲線となるよう構成されていることを特徴とする。【００１８】
上記の構成において、好ましくは、絶縁性熱伝導体は、回転自在に設けられた回転体として形成され、ワイヤー状形状記憶合金は、絶縁性熱伝導体の円周面に接触しかつ巻回して設けられると共に、両端を固定され、ワイヤー状形状記憶合金は、通電で収縮する時、絶縁性熱伝導体を締め付けその回転動作を制動することを特徴とする。
上記の構成では、ワイヤー状形状記憶合金の収縮による作用を、回転体の回転動作にブレーキ（制動）をかけるための手段として利用することが可能となる。【００１９】
上記の構成において、好ましくは、絶縁性熱伝導体は回転自在に設けられた回転体として形成され、かつその円周面に螺旋状の溝が形成され、ワイヤー状形状記憶合金は、絶縁性熱伝導体の円周面の溝内に接触しかつ巻回して設けられると共に、一端は固定されかつ他端は引張されるように弾性機構部で支持され、ワイヤー状形状記憶合金は、通電で収縮する時、絶縁性熱伝導体を回転させることを特徴とする。
上記の構成では、ワイヤー状形状記憶合金を短時間の収縮を繰り返し、かつ回転体絶縁性熱伝導体の円周面に形成された螺旋状の溝との係合関係を利用して、当該回転体絶縁性熱伝導体を任意の一方向に回転させるための衝撃駆動型アクチュエータとして用いることができる。【００２０】
上記の構成において、好ましくは、ワイヤー状形状記憶合金とは別に、第２のワイヤー状形状記憶合金が設けられ、第２のワイヤー状形状記憶合金は、絶縁性熱伝導体の円周面の溝内に接触しかつワイヤー状形状記憶合金の巻き方向とは反対の方向に巻回して設けられると共に、一端は固定されかつ他端は引張されるように第２の弾性機構部で支持され、ワイヤー状形状記憶合金は、通電で収縮する時、絶縁性熱伝導体を一方向に回転させ、かつ第２のワイヤー状形状記憶合金は、通電で収縮する時、絶縁性熱伝導体を反対方向に回転させることを特徴とする。
上記の構成では、２本のワイヤー状形状記憶合金を利用することにより、時計回り方向と反時計回り方向の２方向の回転を可能にする。【００２１】
上記の構成において、好ましくは、絶縁性熱伝導体の円周面に形成された溝は螺旋状のネジ溝であり、このネジ溝の構造によってワイヤー状形状記憶合金は自らと接触することがないことを特徴とする。【００２２】
上記の構成において、好ましくは、絶縁性熱伝導体は板状の形態を有し、２枚の板状絶縁性熱伝導体を対面して配置し、一方の板状絶縁性熱伝導体は固定され、かつ他方の板状絶縁性熱伝導体は移動自在に配置されると共に弾性機構部で一方向に引かれるように設けられ、２枚の板状絶縁性熱伝導体の間にワイヤー状形状記憶合金を配置してワイヤー状形状記憶合金で２枚の板状絶縁性熱伝導体を連結し、ワイヤー状形状記憶合金は、通電で収縮する時、移動自在の板状絶縁性熱伝導体を弾性機構部に抗して所定距離だけ変位させることを特徴とする。【００２３】
上記の構成において、好ましくは、移動自在の板状絶縁性熱伝導体の上に摩擦接触状態で移動体を配置し、移動自在な板状絶縁性熱伝導体に繰り返して変位を生じさせることにより移動体を一方向に移動させるようにしたことを特徴とする。【００２４】
上記の構成において、好ましくは、入力電圧を高電圧へ変換する昇圧回路と、その電圧から充電されるコンデンサと、コンデンサからワイヤー状形状記憶合金とスイッチング素子が直列に接続され、瞬間的にワイヤー状形状記憶合金へ電流を流すことを特徴とする。【００２５】
上記の構成において、好ましくは、絶縁性熱伝導体は、少なくともワイヤー状形状記憶合金と接触する表面部分が酸化アルミニウム（アルミナ）または窒化アルミニウムで構成されたことを特徴とする。
さらに上記の構成において、好ましくは、絶縁性熱伝導体は、それぞれ略平行に対向しかつ複数の突起部材を備える２つの構成部材で構成され、これらの２つの構成部材の各々で、複数の突起部材は分離されており、かつ複数の突起部材は導電部材で構成され、２つの構成部材の間に、ワイヤー状形状記憶合金が突起部材の導電部材で構成された部分に接するように配置され、ワイヤー状形状記憶合金は、通電で収縮する時、２つの構成部材の間隔を変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る衝撃駆動型アクチュエータによれば、所定の配線状態で配置されるワイヤー状形状記憶合金に対して各種形状の絶縁性熱伝導体を可能な限り有効に接触させるように設け、この絶縁性熱伝導体によってワイヤー状形状記憶合金でパルス的通電時に生じた熱を迅速に放散させて逃がすようにしたため、ワイヤー状形状記憶合金の低温化を迅速に行うことができ、比較的に短い時間で繰り返すことが可能な瞬間的動作を実現することができ、実用性の高い衝撃駆動型アクチュエータを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る衝撃駆動型アクチュエータの要部の外観を示す斜視図である。
【図２】第１の実施形態に係る衝撃駆動型アクチュエータでワイヤー状形状記憶合金が低温であるときの状態（Ａ）と、通電加熱（高温）であるときの状態（Ｂ）を示す平面図である。
【図３】第１の実施形態に係る衝撃駆動型アクチュエータでワイヤー状形状記憶合金と円盤状絶縁性熱伝導体との接触状態を示す部分断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る衝撃駆動型アクチュエータでワイヤー状形状記憶合金と円盤状絶縁性熱伝導体との接触を通して放熱する状態を示す部分断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る衝撃駆動型アクチュエータの要部の外観を分解して示す斜視図である。
【図６】第２の実施形態に係る衝撃駆動型アクチュエータでワイヤー状形状記憶合金が低温であるときの状態（Ａ）と、通電加熱（高温）であるときの状態（Ｂ）とを示す端面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る衝撃駆動型アクチュエータの要部の外観を示す斜視図である。
【図８】第３の実施形態に係る衝撃駆動型アクチュエータでワイヤー状形状記憶合金が低温であるときの状態（Ａ）と、通電加熱（高温）であるときの状態（Ｂ）とを示す縦断面図である。
【図９】第３の実施形態の第１の変形例に係る衝撃駆動型アクチュエータで、図８の（Ａ）と同様な図である。
【図１０】第３の実施形態の第２の変形例に係る衝撃駆動型アクチュエータで、ワイヤー状形状記憶合金の巻き方を示す要部の部分斜視図である。
【図１１】第３の実施形態の第２の変形例に係る衝撃駆動型アクチュエータでワイヤー状形状記憶合金が低温であるときの状態（Ａ）と、通電加熱（高温）であるときの状態（Ｂ）とを示す縦断面図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る衝撃駆動型アクチュエータの要部の外観を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態に係る衝撃駆動型アクチュエータの要部の外観を示す斜視図である。
【図１４】第５の実施形態に係る衝撃駆動型アクチュエータに供給される駆動電流を示す波形図である。
【図１５】本発明の第６の実施形態に係る衝撃駆動型アクチュエータの要部の外観を示す斜視図である。
【図１６】第６の実施形態に係る衝撃駆動型アクチュエータの動作特性で、反時計回りの方向の回転動作の駆動状態（Ａ）と時計回りの方向の回転動作の駆動状態（Ｂ）とを説明するための図である。
【図１７】第６の実施形態に係る衝撃駆動型アクチュエータにおいて、ワイヤー状形状記憶合金と回転体絶縁性熱伝導体の外周面のネジ部との係合関係を示す部分断面図である。
【図１８】本発明の第７の実施形態に係る衝撃駆動型アクチュエータの要部の外観を示す斜視図である。
【図１９】第７の実施形態に係る衝撃駆動型アクチュエータで２枚の板状絶縁性熱伝導体とワイヤー状形状記憶合金との関係を示す分解斜視図である。
【図２０】本発明の第８の実施形態に係る衝撃駆動型アクチュエータの要部の外観を示す斜視図である。
【図２１】第８の実施形態に係る衝撃駆動型アクチュエータで直進的な駆動動作を説明する図である。
【図２２】本発明に係る衝撃駆動型アクチュエータで使用される駆動回路の電気回路図である。
【図２３】駆動回路の各部の動作特性を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を図面に基づいて説明する。
【００２９】
［第１の実施形態］
図１〜図４を参照して、本発明に係る衝撃駆動型アクチュエータの第１の実施形態を説明する。各図において、１０は衝撃駆動型アクチュエータであり、１１はワイヤー状形状記憶合金であり、１２は円盤形状の絶縁性熱伝導体（以下「円盤状絶縁性熱伝導体１２」と記す）である。ワイヤー状形状記憶合金１１は、衝撃駆動型アクチュエータ１０を構成する上で必要とされる所定の長さを有している。実際上、ワイヤー状形状記憶合金１１のワイヤー径およびワイヤー長は任意であり、作製しようとする衝撃駆動型アクチュエータ１０の全体のサイズに応じて適宜に決められる。また円盤状絶縁性熱伝導体１２は代表的に酸化アルミニウム（アルミナ）で形成され、好ましくは、高い電気的絶縁性と熱伝導性を有している。なお円盤状絶縁性熱伝導体１２は、なくともワイヤー状形状記憶合金１１と接触する表面部分のみが酸化アルミニウムであっても良い。この場合には、例えば、円盤状絶縁性熱伝導体１２の全体をアルミニウムで作り、所要の表面部分のみを酸化アルミニウムに変化させる。酸化アルミニウムの表面は電気メッキと類似の工程である陽極酸化処理によって形成されるが、元のアルミニウムに比べて格段に硬くなり、表面硬度が増して、摩擦耐性も向上するという好ましい特性を持つ。また円盤状絶縁性熱伝導体１２の材料としては窒化アルミニムやダイヤモンドを用いることもできる。窒化アルミニムやダイヤモンドの熱伝導度は酸化アルミニウムより優れており、コストを度外視すればより適した材料である。
さらに上記の「絶縁性熱伝導体」については、一般的に導電性の材質で作り、絶縁性を持たせるため、導電性材質を複数に分断化して全体的に見て絶縁性を確保する処理または加工を行うようにすることもできる。
【００３０】
円盤状絶縁性熱伝導体１２は、例えば基台１３の上に設けられ、かつ図１等に示されるようにワイヤー状形状記憶合金１１の収縮作用により矢印ＡＬ１の方向（一面内の任意な直線方向）に移動可能な取付け構造で取り付けられている。円盤状絶縁性熱伝導体１２は、弾性機構部１４によって矢印ＡＬ１の反対の方向に押圧するように支持されている。弾性機構部１４は、基台１３に固定される端部１４ａと、円盤状絶縁性熱伝導体１２の円周面の一箇所に接触して移動可能であって当該箇所を押圧する端部１４ｂと、２つの端部１４ａ，１４ｂの間に配置されかつ所要の収縮状態で設けられたコイルスプリング部材１４ｃとによって構成されている。コイルスプリング部材１４ｃの伸長作用に基づき移動端部１４ｂは円盤状絶縁性熱伝導体１２の円周面を押圧する。
【００３１】
所定の長さのワイヤー状形状記憶合金１１は、円盤状絶縁性熱伝導体１２の円周面のほぼ半分領域（半円形湾曲面）に接触するように配置されている。ワイヤー状形状記憶合金１１の両端１１ａ，１１ｂは基台１３にネジ１５等の電気端子で固定されている。ワイヤー状形状記憶合金１１は、図３に示すように、円盤状絶縁性熱伝導体１２の円周面の円周方向に例えばＶ字形状の断面で形成された溝１２ａ内に配置され、かつワイヤー状形状記憶合金１１のほぼ全部が溝１２ａ内に存在して溝面に接触するようにしている。ワイヤー状形状記憶合金１１の通常の伸長状態において円盤状絶縁性熱伝導体１２が弾性機構部１４によって矢印ＡＬ１の反対方向に押圧されているので、ワイヤー状形状記憶合金１１のほぼ全領域が溝１２ａの溝面にしっかりと接触した状態にある。
【００３２】
図２の（Ａ），（Ｂ）に示すように、ワイヤー状形状記憶合金１１の両端１１ａ，１１ｂには、スイッチ１６を介して電源１７が接続される。スイッチ１６と電源１７でワイヤー状形状記憶合金１１を収縮させる電気駆動回路部が形成される。スイッチ１６は、一般的には半導体スイッチであり、パルス信号でオン・オフ制御される。図２の（Ｂ）に示すように、スイッチ１６が所要の短時間オンすると、ワイヤー状形状記憶合金１１には瞬時に通電され、この通電によって瞬時に発熱し、その結果、ワイヤー状形状記憶合金１１は瞬時に収縮するように駆動される。そのため、図１および図２（Ａ）に示すように、円盤状絶縁性熱伝導体１２は、弾性機構部１４の押圧に抗してそのコイルスプリング部材１４ｃを縮めるように、瞬時に矢印ＡＬ１の方向にその位置を距離ｄだけ変位する。ワイヤー状形状記憶合金１１への上記通電が間欠的に行われると、その通電による発熱によってワイヤー状形状記憶合金１１は間欠的に収縮する。ワイヤー状形状記憶合金１１は、元の長さに対してほぼ４％程度収縮する。ワイヤー状形状記憶合金１１への通電がなくなると、図４に示すように円盤状絶縁性熱伝導体１２による熱伝導作用１８によってワイヤー状形状記憶合金１１で生じた熱が急速に放熱される。その結果、ワイヤー状形状記憶合金１１は直ぐに元の長さ状態（伸長状態）に戻る。こうして、ワイヤー状形状記憶合金１１において、相対的に短い時間間隔での瞬間的な収縮を行うことが可能となる。
【００３３】
上記構成を有する第１の実施形態に係る衝撃駆動型アクチュエータ１０によれば、ワイヤー状形状記憶合金１１に間欠的に通電が行われるたびに発熱して収縮し、弾性機構部１４に抗して円盤状絶縁性熱伝導体１２の位置を距離ｄだけ変位させる。通電終了後には、発生した熱は円盤状絶縁性熱伝導体１２の熱伝導作用で放熱するので、ワイヤー状形状記憶合金１１は迅速に伸長して弾性機構部１４の押圧作用で円盤状絶縁性熱伝導体１２は元の位置に戻る。このようにして衝撃駆動型アクチュエータ１０は衝撃駆動動作を行う。
【００３４】
円盤状絶縁性熱伝導体１２においてワイヤー状形状記憶合金１１と接する面の平面形状が、円盤状になっているのには次の理由がある。ワイヤー状記憶合金１１に電流が流れて収縮し、その結果円盤状熱伝導体が移動するが、その移動した後の状態においても、ワイヤー状記憶合金１１が円盤状絶縁性熱伝導体と大部分においてしっかりと接する形状がおおかたにおいて曲線を持った円形となる。図２において（Ａ）はワイヤー状記憶合金１１が縮む前の状態、（Ｂ）は縮んだ後の状態を表わしている。そのどちらにおいても、ワイヤー状記憶合金１１と円盤状絶縁性熱伝導体１２とが接している部分がほとんど変わらない。これが例えば、仮に円盤状絶縁性熱伝導体１２が直線で形成される四角形だとすると、円盤状絶縁性熱伝導体１２の移動に伴ってワイヤー状形状記憶合金１１が、全面的に離れて、放熱特性が著しく悪化するために、この用途には適さないことになってくる。
以上では、絶縁性熱伝導体１２が好ましくは円盤の形状であると説明したが、図示しないが、一部のみに略円周形状を有する絶縁性熱伝導体であっても良い。要は、ワイヤー状形状記憶合金１１が接する部分の形状が略円周形状であれば、アクチュエータとしての本質的な動作は全く同じとなる。
【００３５】
［第２の実施形態］
図５と図６を参照して、本発明に係る衝撃駆動型アクチュエータの第２の実施形態を説明する。各図において、２０は衝撃駆動型アクチュエータであり、２１はワイヤー状形状記憶合金であり、２２は例えば丸棒形状（円柱形状または円管形状、その他の断面形状を有する部材）の絶縁性熱伝導体（以下では代表的に「丸棒状絶縁性熱伝導体２２」と記す）であり、２３Ａ，２３Ｂは板材である。２枚の板材２３Ａ，２３Ｂについて、図５中下側の板材２３Ａは固定側板材であり、図中上側の板材２３Ｂは移動側板材である。２枚の板材２３Ａ，２３Ｂは、平行にかつ対向するように配置されている。板材２３Ａの位置は変化しないが、板材２３Ｂは矢印ＡＬ２の方向（上下方向、厚み方向、または板材２３Ａ，２３Ｂに直角な方向）に移動可能に設けられている。
【００３６】
２枚の板材２３Ａ，２３Ｂの間には、平行な配置関係で複数本の丸棒状絶縁性熱伝導体２２が配置される。複数本の丸棒状絶縁性熱伝導体２２は、固定側の丸棒状絶縁性熱伝導体２２Ａと移動側の丸棒状絶縁性熱伝導体２２Ｂとに分けられる。
【００３７】
固定側の板材２３Ａの上には固定側の複数本の丸棒状絶縁性熱伝導体２２Ａが平行にかつ所定の距離をあけて分離して配置され、かつ固定されている。移動側の板材２３Ｂには移動側の複数本の丸棒状絶縁性熱伝導体２２Ｂが平行に所定の距離をあけて分離して配置され、かつ固定されている。固定側および移動側の丸棒状絶縁性熱伝導体２２Ａ，２２Ｂは、図６に示すように、交互に配置されることになる。固定側および移動側の丸棒状絶縁性熱伝導体２２Ａ，２２Ｂの各々の本数はほぼ等しい。固定側の丸棒状絶縁性熱伝導体２２Ａと移動側の丸棒状絶縁性熱伝導体２２Ｂとの間には、丸棒状絶縁性熱伝導体の長手方向に交差（好ましくは直交）するように、少なくとも１本のワイヤー状形状記憶合金２１が配置される。換言すれば、固定側の丸棒状絶縁性熱伝導体２２Ａと移動側の丸棒状絶縁性熱伝導体２２Ｂとにより形成された、２つの板材２３Ａ，２３Ｂの間の複数の凹凸突起部に接するように、ワイヤー状形状記憶合金２１が配置されている。ワイヤー状形状記憶合金２１の両端は固定側の板材２３Ａに固定されている。ワイヤー状形状記憶合金２１に対して、固定側の丸棒状絶縁性熱伝導体２２Ａは固定側の板材２３Ａの側に配置され、移動側の丸棒状絶縁性熱伝導体２２Ｂは移動側の板材２３Ｂの側に配置される。板材２３Ａと複数本の丸棒状絶縁性熱伝導体２２Ａとによって固定側の第１の構成部材１０１が形成され、板材２３Ｂと複数本の丸棒状絶縁性熱伝導体２２Ｂとによって移動側の第２の構成部材１０２が形成される。
図５に示された図示例では、第１の構成部材１０１および第２の構成部材１０２は、それぞれ個別の要素である、板材２３Ａまたは２３Ｂ、複数本の丸棒状絶縁性熱伝導体２２Ａまたは２２Ｂによって構成されるが、これらの要素をアルミニウムなどの金属材料の切削による一体成型で作り、その表面をアルマイト処理したものでも良い。さらに一体成型で作った上記の第１および第２の構成部材を、上記の丸棒状絶縁性熱伝導体２２Ａ，２２Ｂに相当する突起状の部材として分離するように加工し、その後において第１および第２の構成部材として構成することもできる。この構成の場合、絶縁性のための表面処理であるアルマイト処理を省略することもできる。このような分離加工を行うことにより隣接する突起状部材の間の絶縁性を確保、構成部材１０１および構成部材１０２を全体として絶縁性熱伝導体とすることができる。
【００３８】
ワイヤー状形状記憶合金２１には、スイッチ１６と電源１７とによって間欠的に通電が行われる。
【００３９】
ワイヤー状形状記憶合金２１に通電がなされない状態では、図６の（Ａ）に示すように、２枚の板材２３Ａ，２３Ｂの間隔はｈ１の状態にある。２枚の板材２３Ａ，２３Ｂの間には両者を引張するコイルスプリング部材（図示せず）が設けられ、間隔ｈ１を保つ。ワイヤー状形状記憶合金２１に通電が行われた場合には、図６の（Ｂ）に示すように、ワイヤー状形状記憶合金２１が収縮し、引張状態にあるコイルスプリング部材に抗して丸棒状絶縁性熱伝導体２２Ｂを上方に変位させ、２枚の板材２３Ａ，２３Ｂの間隔を大きくして間隔ｈ２となる。
【００４０】
上記構成を有する第２の実施形態に係る衝撃駆動型アクチュエータ２０によれば、ワイヤー状形状記憶合金２１に間欠的に通電が行われるたびに発熱して収縮し、移動側の丸棒状絶縁性熱伝導体２２Ｂと板材２３Ａの位置を変位させ、２枚の板材２３Ａ，２３Ｂの間隔を大きくする。通電終了後には、発生した熱は複数本の丸棒状絶縁性熱伝導体２２（２２Ａ，２２Ｂ）の熱伝導作用で放熱するので、ワイヤー状形状記憶合金２１は迅速に伸長して弾性機構部の押圧作用で丸棒状絶縁性熱伝導体２２Ｂと板材２３Ａは元の位置に戻る。このようにして衝撃駆動型アクチュエータ２０は上下方向の衝撃駆動動作を行う。
以上は、ワイヤー状形状記憶合金２１に通電すると、第１の構成部材１０１と第２の構成部材１０２の間隔が大きくなることを説明したが、図６において次のように変更を行うことで、ワイヤー状形状記憶合金２１への通電によって、上記の間隔を小さく縮ませることができる。
すなわち、図示しないが、図６のワイヤー状形状記憶合金２１のワイヤーの張り方が左から凸凹となって丸棒状絶縁性熱伝導体２２Ａおよび２２Ｂに接しているのを、同じく左から凹凸と丸棒状絶縁性熱伝導体２２Ａおよび２２Ｂに接するように変更する。ただし、この場合には、ワイヤー状形状記憶合金２１が通るような通り穴を板材２３Ａおよび２３Ｂに設けておく必要がある。この場合には、上記とは反対に、２枚の板材２３Ａ，２３Ｂの間には両者の間を拡張するコイルスプリング部材（図示せず）が設けられ、ワイヤー状形状記憶合金に通電される前には、より広い間隔が保たれる。
また以上の説明では、ワイヤー状形状記憶合金２１が２本用いられるように説明したが、ワイヤー状形状記憶合金２１の本数は１本でも２本以上でも良い。さらに丸棒状絶縁性熱伝導体２２（２２Ａ，２２Ｂ）は、その長さの最低はワイヤー状形状記憶合金２１が接すれば良いので、衝撃駆動型アクチュエータ２０の全体の幅を小さくすることもできる。
また上記の説明では、符号２２で示した部材を丸棒形状の絶縁性熱伝導体として説明した。しかし、部材２２には、その表面では電気が流れる特性を有するが、隣接するもの同士が電気的に絶縁されている熱伝導体（突起状部材で形成される構成部材。「絶縁性熱伝導体」に相当する。）であってもよい。この場合、絶縁性熱伝導体の断面形状は、丸、円管等の形状には限定されず、突起部を形成する任意の形状であってもよい。さらにこのときには、その表面材質には銅やアルミニウム等の金属（導電部材）を用いることができる。この場合には、ワイヤー状形状記憶合金２１は、部材２２に接している部分（表面金属部分）は電気的に短絡され、通電に起因する発熱は生じない。ワイヤー状形状記憶合金２１において、通電によって発熱する部分は、隣接する２つの絶縁性熱伝導体の各々に接触する箇所の間の区間の部分である。部材２２についてこのような構造を採用することにより、等価的な電気抵抗を下げることができ、熱伝導効率を向上させることができ、さらに本発明に係る衝撃駆動型アクチュエータを低電圧で駆動することができる。
【００４１】
［第３の実施形態］
図７〜図１１を参照して、本発明に係る衝撃駆動型アクチュエータの第３の実施形態を説明する。図７において、３０は衝撃駆動型アクチュエータであり、３１はワイヤー状形状記憶合金であり、３２Ａ，３２Ｂは棒形状（円柱、角柱、その他にパイプ形状等）の絶縁性熱伝導体（以下「棒状絶縁性熱伝導体３２Ａ，３２Ｂ」と記す）である。本実施形態の衝撃駆動型アクチュエータ３０では、２本の棒状絶縁性熱伝導体３２Ａ，３２Ｂを有し、一方の棒状絶縁性熱伝導体３２Ａはその両端部を基台３３に固定されており、他方の棒状絶縁性熱伝導体３２Ｂは移動自在に配置されている。移動自在な棒状絶縁性熱伝導体３２Ｂは、その両端部は支持板３４に固定されている。さらに両端の２枚の当該支持板３４の各々は、引張状態にあるコイルスプリング部材３５を介して基台３３上の固定端部３６に結合されている。２本の棒状絶縁性熱伝導体３４Ａ，３４Ｂは所定の隙間をあけて平行に配置され、かつ２本の棒状絶縁性熱伝導体３４Ａ，３４Ｂの外側の周囲に接するようにワイヤー状形状記憶合金３１が複数の巻き数で螺旋形に輪状に巻回されている。ワイヤー状形状記憶合金３１の両端は、基台３３に設けられた電気端子３７に接続されている。さらに、ワイヤー状形状記憶合金３１の両端の間には上記のスイッチ１６と電源１７が接続されている。
上記の２本の棒状絶縁性熱伝導体３２Ａ，３２Ｂは、それぞれ、本実施形態に係る衝撃駆動型アクチュエータ３０を構成するための基本的な構成部材となる。
【００４２】
固定された棒状絶縁性熱伝導体３２Ａに対して、移動自在な棒状絶縁性熱伝導体３２Ｂは、コイルスプリング部材３５で引張された状態にあるが、ワイヤー状形状記憶合金３１が螺旋状に巻回されているので、ワイヤー状形状記憶合金３１に通電がなされない状態では図８の（Ａ）に示すように所定の間隔を開けて配置されている。スイッチ１６がオンされてワイヤー状形状記憶合金３１に通電が行われた場合には、ワイヤー状形状記憶合金３１が収縮し、棒状絶縁性熱伝導体３２Ｂが引き寄せられて、矢印ＡＬ３の方向に変位し、図８の（Ｂ）に示すように、２本の棒状絶縁性熱伝導体３２Ａ，３２Ｂの間隔が距離ｄだけ小さくなる。
【００４３】
図７および図８で示した実施形態の構成では、棒状絶縁性熱伝導体３２Ａ，３２Ｂは断面が円形の円柱形状を有している。巻回されたワイヤー状形状記憶合金３１は、各棒状絶縁性熱伝導体３２Ａ，３２Ｂの円形状に湾曲した外表面に接触するように配線されている。また２本の棒状絶縁性熱伝導体３２Ａ，３２Ｂは、図９に示すように、対抗する面部分を平面にし、断面をほぼ半円形状にすることで、全体を小さくしたままでワイヤー状形状記憶合金３１との接触面積を大きくすることもできる。
【００４４】
また２本の棒状絶縁性熱伝導体３２Ａ，３２Ｂに対するワイヤー状形状記憶合金３１の巻き方については、図１０および図１１に示すように、８の字状にすることもできる。この場合にはさらにワイヤー状形状記憶合金３１と棒状絶縁性熱伝導体３２Ａ，３２Ｂとの接触面積を大きくすることができ、さらにワイヤー状形状記憶合金３１の長さも大きくすることができ、発生する変位も大きくすることができる。
図示しないが、２本の棒状絶縁性熱伝導体３２Ａ，３２Ｂは、電流を流す度にワイヤー状記憶合金３１が収縮して、２本の棒３２Ａ，３２Ｂの間隔を狭めるので、単純に間隔可変のアクチュエータとしても機能できる。
【００４５】
［第４の実施形態］
図１２を参照して、本発明に係る衝撃駆動型アクチュエータの第４の実施形態を説明する。図１２において、５０は衝撃駆動型アクチュエータであり、この衝撃駆動型アクチュエータ５０は高速応答の回転ブレーキ装置として機能するもので、一つの応用例として人が操作するボリュームや回転スイッチなどの回転時に、衝撃駆動の回転ブレーキ作用によりクリック感を生じさせるものがある。５１はワイヤー状形状記憶合金であり、５２は中心軸部にシャフト５３を有する回転体状の絶縁性熱伝導体（以下「回転体絶縁性熱伝導体５２」と記す）である。シャフト５３の上端部はさらに延長されて回転駆動部と連結されているが、図１２の図示例ではシャフト５３の上端の延長部分は省略されている。本実施形態の衝撃駆動型アクチュエータ５０では、回転体絶縁性熱伝導体５２の外周面の周りにワイヤー状形状記憶合金５１をほぼ１周分巻いている。ワイヤー状形状記憶合金５１の両端は基台５４上に固定端子５４Ａ，５４Ｂに固定されている。またワイヤー状形状記憶合金５１の両端の間にはスイッチ１６と電源１７が直列接続の関係で接続されている。
【００４６】
上記の回転体絶縁性熱伝導体５２は、外部からの動力に基づきシャフト５３によって矢印ＡＬ４に示すごとく回転駆動される構造となっている。従って、ワイヤー状形状記憶合金５１が通電されない通常状態であるときには、ワイヤー状形状記憶合金５１は回転体絶縁性熱伝導体５２の外周面に触れているが強く接触していない。従って回転体絶縁性熱伝導体５２は、ブレーキ作用（制動作用）を受けず、拘束されることなく自由に回転する状態にある。ワイヤー状形状記憶合金５２に通電を行うと、ワイヤー状形状記憶合金５２が瞬時に収縮し、回転体絶縁性熱伝導体５２の外周面に強く接触し、回転体絶縁性熱伝導体５２を締め付ける。その結果、回転状態にある回転体絶縁性熱伝導体５２に強いブレーキ力が加わる。通電が終了すると、ワイヤー状形状記憶合金５１で生じた熱は、回転体絶縁性熱伝導体５２を通して放熱され、その結果、ワイヤー状形状記憶合金５１の長さが元の長さに戻り、締め付けがなくなり、ブレーキ作用が解除される。
【００４７】
上記構成を有する第４の実施形態に係る衝撃駆動型アクチュエータ５０によれば、シャフト５３を通して外部から与えられる回転駆動力で回転する回転体絶縁性熱伝導体５２を、その外周面に巻いたワイヤー状形状記憶合金５１の通電による収縮で締め付け、ブレーキ作用を生じさせることができる。ワイヤー状形状記憶合金５１に基づく回転体絶縁性熱伝導体５２に対する間欠的な瞬時のブレーキ作用は、シャフト５３に対して衝撃を与え、シャフト５３を回転する操作者に対してクリック感を生じさせることができる。
【００４８】
［第５の実施形態］
図１３と図１４を参照して、本発明に係る衝撃駆動型アクチュエータの第５の実施形態を説明する。図１３において、６０は衝撃駆動型アクチュエータであり、この衝撃駆動型アクチュエータ６０によって例えば矢印ＡＬ５に示すような方向に回転するモータが実現される。衝撃駆動型アクチュエータ６０は、ワイヤー状形状記憶合金６１と、例えば中空の円筒形状の回転体をなす絶縁性熱伝導体６２（以下「回転体絶縁性熱伝導体６２」と記す）とから構成される。回転体絶縁性熱伝導体６２は、基台６３の上に回転支持機構６２Ａによって回転自在になるように設けられている。回転体絶縁性熱伝導体６２はその軸方向に所定の長さを有し、かつ外周面の表面には螺旋状のネジ部６２Ｂが形成されている。ワイヤー状形状記憶合金６１は、回転体絶縁性熱伝導体６２の外周面のネジ溝に沿って溝内に接触して例えば１周分巻回して配置されている。ワイヤー状形状記憶合金６１の一端部は基台６３の固定端子６４Ａに固定され、他端部は引長されたコイルスプリング部材６５を介して固定端子６４Ｂに固定される。またワイヤー状形状記憶合金６１の両端部の間には電気的にパルス駆動装置６６が接続されており、ワイヤー状形状記憶合金６１に周期的にパルス電流が通電される。図１４に、パルス駆動装置６６が出力する周期的なパルス駆動電流の例を示す。
【００４９】
上記の衝撃駆動型アクチュエータ６０では、パルス駆動装置６６からパルス電流を与えられると、伸長状態にあるワイヤー状形状記憶合金６１は、パルス電流の通電で発熱を生じかつその後放熱され、これにより周期的に収縮を繰り返す。ワイヤー状形状記憶合金６１が収縮すると、回転体絶縁性熱伝導体６２の外周面を締め付け、コイルスプリング部材６５が引き伸ばされ、そのため回転体絶縁性熱伝導体６２が矢印ＡＬ５の方向に所定角度だけ回転する。非通電時には、回転体絶縁性熱伝導体６２を通じてワイヤー状形状記憶合金６１の熱が放熱され、その長さが伸長する。このとき、回転体絶縁性熱伝導体６２とワイヤー状形状記憶合金６１の摩擦が少なくなり、コイルスプリング部材６５が、ワイヤー状形状記憶合金６１を元の位置へ引き戻す。回転体絶縁性熱伝導体６２の所定角度の回転動作は、パルス電流が与えられるたびに行われ、その結果、回転体絶縁性熱伝導体６２は矢印ＡＬ５の方向に回転することになる。なおワイヤー状形状記憶合金６１が伸長状態にあるときには、緩い状態で回転体絶縁性熱伝導体６２の外表面に接触している。
【００５０】
上記の衝撃駆動型アクチュエータ６０において、回転支持機構６２Ａに、回転体絶縁性熱伝導体６２の回転に伴って回転体絶縁性熱伝導体６２がその軸方向に移動する。このような機構を有する衝撃駆動型アクチュエータ６０によれば、例えば、回転体絶縁性熱伝導体６２の中空内部にカメラレンズを取り付けることにより、カメラレンズの焦点調整機構部として構成することができる。
このカメラレンズの焦点調整機構としての応用では、螺旋状のネジ部６２Ｂによって、転体絶縁性熱伝導体６２の回転によって、他に何の保持機構などがなくても転体絶縁性熱伝導体６２が進退することできる直動機能を合わせ持つ。この構成では、カメラレンズ方向の光軸の長さを簡単に短くすることができる。
【００５１】
［第６の実施形態］
図１５と図１６を参照して、本発明に係る衝撃駆動型アクチュエータの第６の実施形態を説明する。この第６の実施形態は、上記の第５の実施形態の変形例である。すなわち、第５実施形態に係る衝撃駆動型アクチュエータ６０の構成では一方向に回転するモータであったが、本実施形態に係る衝撃駆動型アクチュエータ６０−１の構成では、反対方向にも回転できるモータを実現することができる。すなわち、図１５に示すように、回転体絶縁性熱伝導体６１の回転動作に関して、矢印ＡＬ５に示す回転方向（時計回りの方向）とは反対である矢印ＡＬ６に示す回転方向（反時計回りの方向）の回転を行わせるように構成される。
【００５２】
構成の上では、図１３で説明した構成に加えて、もう１つのワイヤー状形状記憶合金７１が回転体絶縁性熱伝導体６２の外周面のネジ溝に巻回される。ワイヤー状形状記憶合金７１の巻き方向は、前述のワイヤー状形状記憶合金６１とは反対の巻き方向になっている。またワイヤー状形状記憶合金７１が巻かれるネジ溝は、ワイヤー状形状記憶合金６１が巻かれたネジ溝とは別であり、両者は共通にならないように設定されている。換言すれば、２本のワイヤー状形状記憶合金６１，７１は互いに接触しないようなネジ溝に配置される。
【００５３】
ワイヤー状形状記憶合金７１の一端部は基台６３の固定端子７２Ａに固定され、他端部は引長されたコイルスプリング部材７３を介して固定端子７２Ｂに固定される。またワイヤー状形状記憶合金７１の両端部の間には電気的に他のパルス駆動装置（図示せず）が接続されており、ワイヤー状形状記憶合金７１に周期的にパルス電流が通電される。当該他のパルス駆動装置は、前述したパルス駆動装置６６と同様な装置である。当該他のパルス駆動装置がパルス信号を出力することにより、ワイヤー状形状記憶合金７１を周期的に収縮され、矢印ＡＬ６の方向に回転体絶縁性熱伝導体６２を回転させる。
【００５４】
図１６には、回転体絶縁性熱伝導体６２の回転動作に関して、矢印ＡＬ６の方向（反時計回りの方向）の回転動作（Ａ）と、矢印ＡＬ５の方向（時計回りの方向）の回転動作（Ｂ）とを示す。２つの回転動作（Ａ），（Ｂ）の各々では、スイッチ１６と電源１７からなるパルス駆動装置６６，７４によってパルス電流が供給される。スイッチ１６がオンするときにパルス電流が通電される。これによってワイヤー状形状記憶合金６１，７１の各々では、その状態が伸長状態（１）、収縮状態（２）、再び伸長状態（３）と推移して、その結果、回転駆動が行われる。ワイヤー状形状記憶合金６１，７１が伸長状態にあるとき、ワイヤー状形状記憶合金６１，７１は、回転体絶縁性熱伝導体６２の外周面に緩く接触している。伸長状態にあるワイヤー状形状記憶合金６１，７１が通電され収縮状態になるとき、ワイヤー状形状記憶合金６１，７１は回転体絶縁性熱伝導体６２の外周面を締め付け、コイルスプリング部材６５，７３が伸び、それぞれの設定された方向に所定角度の回転を生じる。パルス電流の供給を繰り返すことにより、伸長状態（１）、収縮状態（２）、伸長状態（３）が繰り返され、回転が行われる。ワイヤー状形状記憶合金６１による収縮動作、ワイヤー状形状記憶合金７１による収縮動作は、いずれか一方が選択的に行われる。
【００５５】
図１７に、回転モータとしての機能を有する衝撃駆動型アクチュエータ６０，６０−１における回転体絶縁性熱伝導体６２とワイヤー状形状記憶合金６１（または７１）の係合関係を示す。ワイヤー状形状記憶合金６１（または７１）は、回転体絶縁性熱伝導体６２の外周面に形成された螺旋状のネジ部６２Ｂのネジ溝６２Ｂ−１内に配置されている。回転体絶縁性熱伝導体６２は絶縁性の材質で形成されており、かつ例えば図１７に示すようにワイヤー状形状記憶合金６１（または７１）は異なるネジ溝６２Ｂ−１内にあって両者の間にはネジ山６２Ｂ−２が存在するので、ワイヤー状形状記憶合金６１（または７１）の各々は分離されて短絡状態が生じることはない。ワイヤー状形状記憶合金６１（または７１）はネジ溝６２Ｂ−１内でしっかりと回転体絶縁性熱伝導体６２に接触するので、効率の良い放熱を行うことができる。
右回り（ＡＬ５）の作用を行うワイヤー状形状記憶合金６１と左回り（ＡＬ６）の作用を行うワイヤー状形状記憶合金７１は、回転体絶縁性熱伝導体６２の螺旋ネジ部６２Ｂが多数のネジ山が切られているので、ワイヤー同士がぶつからないように、数山離れたところに巻くようにする。
【００５６】
［第７の実施形態］
図１８と図１９を参照して、本発明に係る衝撃駆動型アクチュエータの第７の実施形態を説明する。図１８において、８０は衝撃駆動型アクチュエータであり、この衝撃駆動型アクチュエータ８０は例えば矢印ＡＬ７に示すような方向に可動部が移動するリニア移動型（直進型）のアクチュエータである。衝撃駆動型アクチュエータ８０は、ワイヤー状形状記憶合金８１と、平行に配置されかつ重ねられた矩形板状の２枚の絶縁性熱伝導体８２Ａ，８２Ｂ（以下「板状絶縁性熱伝導体８２Ａ，８２Ｂ」と記す）とから構成される。下側の板状絶縁性熱伝導体８２Ａは、固定されており、固定子として用いられる。上側の板状絶縁性熱伝導体８２Ｂは、その一端８２Ｂ−１が、引張されたコイルスプリング部材８４を介して固定端部８３に結合され、その他端８２Ｂ−２が自由端となっている。板状絶縁性熱伝導体８２Ｂは、固定された板状絶縁性熱伝導体８２Ａにほぼ重なった状態で板状絶縁性熱伝導体８２Ａの長手方向（矢印ＡＬ７の方向）に移動することができるように配置されている。ワイヤー状形状記憶合金８１は、図１９に示すように、重ね合わされた２枚の板状絶縁性熱伝導体８２Ａ，８２Ｂの間のスペースに配置され、かつ板状絶縁性熱伝導体８２Ａの一端部８２Ａ−１と板状絶縁性熱伝導体８２Ｂの一端部８２Ｂ−１とに結合されている。通電が行われない通常の状態では、ワイヤー状形状記憶合金８１は伸長状態にある。従って、板状絶縁性熱伝導体８２Ａの一端部８２Ａ−１と板状絶縁性熱伝導体８２Ｂの一端部８２Ｂ−１とに連結されたワイヤー状形状記憶合金８１は、端部８２Ｂ−１をコイルスプリング部材８４で引張されているので、伸長状態にある。ワイヤー状形状記憶合金１１に間欠的に通電が行われると、ワイヤー状形状記憶合金１１が収縮し、コイルスプリング部材８４に抗して上側の板状絶縁性熱伝導体８２Ｂが矢印ＡＬ７の方向に瞬時に移動する。ワイヤー状形状記憶合金１１の両端部の間には、電気的に駆動回路が接続されている。８５は通電用の電気配線である。上側の板状絶縁性熱伝導体８２Ｂは移動子として機能する。
【００５７】
上記の衝撃駆動型アクチュエータ８０は、下記に説明されるように、移動子である板状絶縁性熱伝導体８２Ｂの上に移動体を載置することにより、当該移動体を移動させるリニア移動型アクチュエータとして利用される。
【００５８】
［第８の実施形態］
図２０と図２１を参照して、本発明に係る衝撃駆動型アクチュエータの第８の実施形態を説明する。この実施形態は、図１８で説明した移動子のリニア移動を可能にする衝撃駆動型アクチュエータに基づいて構成されており、移動子である板状絶縁性熱伝導体８２Ｂの上に移動体８６を載置することにより、当該移動体８６を直進的に移動させるように構成される。その他の部分の構成については、図１８で説明した構成と同じであり、図２０に示した構成において、図１８で示した要素と同一の要素には同一の符号を付している。
【００５９】
移動子である板状絶縁性熱伝導体８２Ｂの上に載置された直方体状の移動体８６は、板状絶縁性熱伝導体８２Ｂの長手方向に沿ってのみ直進的に移動可能になるように移動方向を拘束して置かれている。板状絶縁性熱伝導体８２Ｂの上面と移動体８６の下面との間には摩擦部８７が生じるようになっている。
【００６０】
次に、図２１を参照して本実施形態に係る衝撃駆動型アクチュエータ８０に基づく移動体８６の直進型の移動について説明する。
図２１の（Ａ）の状態は、駆動回路をなすスイッチ１６と電源１７で、スイッチ１６はオフの状態にある。従って、上側の板状絶縁性熱伝導体８２Ｂはコイルスプリング部材８４で引張され、ワイヤー状形状記憶合金８１は伸長した状態にある。
図２１の（Ｂ）の状態では、スイッチ１６が急激にオンされ、ワイヤー状形状記憶合金８１にパルス的に通電がなされ、ワイヤー状形状記憶合金１１が瞬間的に収縮する。その結果、コイルスプリング部材８４に抗して板状絶縁性熱伝導体８２Ｂが矢印ＡＬ７の方向にＰだけ瞬間的に変位する。板状絶縁性熱伝導体８２Ｂに変位が生じても、板状絶縁性熱伝導体８２Ｂ上の移動体８６は、慣性のため摩擦部８７ですべり状態が生じ、移動体８６は変位せず、移動体８６のそのままの位置に留まる。
その後、図２１の（Ｃ）の状態では、スイッチ１６がオフになり、通電がなくなると、ワイヤー状形状記憶合金８１は放熱され、ゆっくりと元の長さ（伸長状態）に戻り、板状絶縁性熱伝導体８２Ｂの位置も摩擦のためにコイルスプリング部材８４で引かれて元の位置に戻る。その結果、移動体８６の位置も板状絶縁性熱伝導体８２Ｂの移動と共に変化する。そのとき、移動体８６は、結果的に距離ｄだけ図中左方向に移動することになる。
ワイヤー状形状記憶合金に周期的に通電を行って上記の状態の変化を繰り返すと、移動体８６を図中左方向に直進的に移動させることができる、
【００６１】
本実施形態に係るリニア移動用の衝撃駆動型アクチュエータ８０によれば、圧電素子によるリニア型アクチュエータに比較して、１回あたりの移動量を大きくすることができ、駆動周波数を大幅に下げることができ、低コストで簡単な駆動回路構成でリニア移動型のアクチュエータを実現することができる。
【００６２】
次に、前述したワイヤー状形状記憶合金１１，２１，３１，５１，６１，７１，８１（以下「ワイヤー状形状記憶合金１１等」と記す。）を収縮・伸長するための駆動回路を図２２と図２３を参照して説明する。ワイヤー状形状記憶合金１１等は、駆動回路４１から与えられるパルス的な通電に基づいて間欠的に収縮する。駆動回路４１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２と電池４３と充電抵抗４４と放電用コンデンサ４５から構成される。駆動回路４１は、電池４３で印加される直流電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ４２で変換して、例えば昇圧された所定の直流電圧を生成する。当該駆動回路４１は上記の電源１７の具体的回路構成である。４６は駆動回路４１の出力端であり、当該出力端４６に負荷としてワイヤー状形状記憶合金１１等の一端が接続される。ワイヤー状形状記憶合金１１等の他端には、アースとの間にスイッチングトランジスタ４７が接続される。スイッチトランジスタ４７は前述のスイッチ１６に相当する。スイッチングトランジスタ４７はベースに接続された制御端子４７ａにパルス信号が供給される。スイッチングトランジスタ４７に制御信号が供給されると、スイッチングトランジスタ４７は瞬時にオンになって電流Ｉｍが流れ、これによってワイヤー状形状記憶合金１１等に瞬時に通電が行われる。スイッチングトランジスタ４７のベースにパルス信号が供給されることにより、そのたびにワイヤー状形状記憶合金１１等には間欠的に電流が給電される。
【００６３】
図２３では、駆動回路４１における放電用コンデンサ４５の電圧変化特性（Ａ）、負荷電流Ｉｍの変化特性（Ｂ）、およびワイヤー状形状記憶合金１１の長さの変化特性（Ｃ）が示されている。ワイヤー状形状記憶合金１１等の長さの変化特性（Ｃ）において、範囲４８が加熱時の範囲となり、範囲４９が冷却時の範囲となる。ワイヤー状形状記憶合金１１での冷却時間を長く保つためにワイヤー状形状記憶合金１１等での通電時間を短くし、オフ時間を長くとるようにしている。また可能な限り通電時間を短くするために、駆動回路４１は高電圧（例えば２０Ｖ）、大電流（例えばピーク電流２Ａ）の出力でワイヤー状形状記憶合金１１を駆動する。なお、衝撃駆動型アクチュエータの設計上において求められる条件に応じて、駆動回路４１は電池４３の電流供給能力がある場合には、電池の入力電圧からパルス的な通電によりワイヤー状形状記憶合金１１等を直接に駆動するように構成することができる。この場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２、充電抵抗４４、放電用コンデンサ４５が不要になり、駆動回路４１の簡素化を図ることができる。
【００６４】
ワイヤー状形状記憶合金１１等を応答速度を向上させて間欠的に収縮または伸張させるには、好ましくは、できるだけ冷却時間を大きくする必要がある。そのためには限られた時間の中で、通電時間を短くするために、パルスデューティ（通電時間／周期）を短くし、その波高値を大きくする必要がある。そのために電池４３の電圧以上の電圧が必要となり、電圧を昇圧させるＤＣ／ＤＣコンバータ４１を用いる。そして、放電用コンデンサ４５に高電圧で充電させてスイッチングトランジスタ４７をＯＮにすることで、放電用コンデンサ４５に貯まった電荷を一度に電流の形で放出させる。この時間が放電時間Ｔｒで、ワイヤー状形状記憶合金１１等の抵抗値が低いために、瞬時で電流Ｉｍが流れる。
【００６５】
ワイヤー状形状記憶合金１１等に瞬時に電流Ｉｍが流れて、ワイヤー状形状記憶合金自体が加熱されてワイヤー状形状記憶合金１１等が収縮して、絶縁性熱伝導体に強く接することになる。電流は瞬時であるために、ワイヤー状形状記憶合金１１等が絶縁性熱伝導体に当たったときには、流れる電流はほぼゼロになっている。このため、仮に絶縁性熱伝導体の絶縁性が劣化したとしても、ショート状態になって大電流が流れ続けることがなく、安全な回路となる。
【００６６】
以上は、ワイヤー状形状記憶合金を説明したが、その断面は丸でなくてよく、四角形の断面形状をしたものであっても良い。
以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）等については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明に係る衝撃駆動型アクチュエータは、ワイヤー状形状記憶合金の伸縮作用を利用して構成されており、通電発熱後に円盤状絶縁性熱伝導体等の熱放散作用を利用して低温化するため応答性を高めることができ、実用性の高い衝撃駆動型アクチュエータとして利用され、さらに回転モータあるいはリニアモータの駆動機構として利用される。
【符号の説明】
【００６８】
１０          衝撃駆動型アクチュエータ
１１          ワイヤー状形状記憶合金
１２          円盤状絶縁性熱伝導体
１３          基台
１４          弾性機構部
１４ｃ        コイルスプリング部材
１５          ネジ
１６          スイッチ
１７          電源
２０          衝撃駆動型アクチュエータ
２１          ワイヤー状形状記憶合金
２２          丸棒状絶縁性熱伝導体
２２Ａ        固定側の丸棒状絶縁性熱伝導体
２２Ｂ        移動側の丸棒状絶縁性熱伝導体
２３Ａ        板材
２３Ｂ        板材
３０          衝撃駆動型アクチュエータ
３１          ワイヤー状形状記憶合金
３２Ａ        棒状絶縁性熱伝導体
３２Ｂ        棒状絶縁性熱伝導体
３３          基台
３４          支持板
３５          コイルスプリング部材
３６          固定端部
３７          電気端子
４１          駆動回路
４２          ＤＣ／ＤＣコンバータ
４４          充電抵抗
４５          放電コンデンサ
４７          スイッチングトランジスタ
５０          衝撃駆動型アクチュエータ
５１          ワイヤー状形状記憶合金
５２          回転体絶縁性熱伝導体
５３          シャフト
５４          基台
６０          衝撃駆動型アクチュエータ
６０−１      衝撃駆動型アクチュエータ
６１          ワイヤー状形状記憶合金
６２          回転体絶縁性熱伝導体
６３          基台
６５          コイルスプリング部材
６６          パルス駆動装置
７１          ワイヤー状形状記憶合金
７３          コイルスプリング部材
８０          衝撃駆動型アクチュエータ
８１          ワイヤー状形状記憶合金
８２Ａ        板状絶縁性熱伝導体
８２Ｂ        板状絶縁性熱伝導体
８４          コイルスプリング部材
８６          移動体
１０１        第１の構成部材
１０２        第２の構成部材
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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