(57)【要約】【課題】ユーザーがアクチュエータ部を交換しても、特別な設定等を必要とせずに、アクチュエータ部を適切に動作させることができるアクチュエータ装置を提供すること。【解決手段】形状記憶材料１０と弾性部材１１とからなるアクチュエータ部７と、形状記憶材料１０を通電加熱させる印加部２と、形状記憶材料１０の形状変化に伴う物性値または形状記憶材料１０と弾性部材１１との組合せにより異なる物性値の変化速度を検出する検出部３と、演算処理を行う演算部８と、記憶部５と、制御部６と、を有し、一つ以上の形状記憶材料１０と、一つ以上の弾性部材１１との組合せからなる複数のアクチュエータ部７が交換可能に構成され、さらに、検出部３で取得した形状記憶材料１０の物性値または物性値の変化速度に基づきアクチュエータ部７を判別する判別部８を有することを特徴とする。【選択図】図１
2011163190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状記憶材料と弾性部材とからなるアクチュエータ部と、
前記形状記憶材料を通電加熱させる印加部と、
前記形状記憶材料の形状変化に伴う物性値または前記形状記憶材料と前記弾性部材との組合せにより異なる物性値の変化速度を検出する検出部と、
前記検出部において取得した物性値または物性値の変化速度に基づき演算処理を行う演算部と、
少なくとも前記演算部より得た演算値を記憶する記憶部と、
前記印加部、前記検出部、前記演算部、及び前記記憶部を制御する制御部と、を有し、
一つ以上の前記形状記憶材料と、一つ以上の前記弾性部材との組合せからなる複数の前記アクチュエータ部が交換可能に構成され、
さらに、
前記検出部で取得した前記形状記憶材料の物性値または物性値の変化速度に基づき前記アクチュエータ部を判別する判別部を有することを特徴とするアクチュエータ装置。
【請求項２】
前記判別部は、複数の前記アクチュエータ部のうちのいずれの前記アクチュエータ部であるかの種類を判別することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項３】
前記検出部は、物性値として抵抗値を検出する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装置。
【請求項４】
前記記憶部は、各アクチュエータ部に最適化された制御パラメータが格納されている格納部を備えることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項５】
前記記憶部は、各アクチュエータ部に最適化された制御則が格納されている格納部を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
【請求項６】
前記記憶部は、各アクチュエータ部に最適化された通電条件が格納されている格納部を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
【請求項７】
前記印加部と前記アクチュエータ部とが着脱可能であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
【請求項８】
前記検出部と前記アクチュエータ部とが着脱可能であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
【請求項９】
前記制御部と前記アクチュエータ部とが着脱可能であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１０】
アクチュエータ動作を操作することのできる操作部を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１１】
前記印加部及び／または前記検出部と、前記アクチュエータ部とを分離した場合に、前記操作部が前記印加部または前記検出部側に備えられることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１２】
前記印加部及び／または前記検出部と、前記アクチュエータ部とを分離した場合に、前記操作部が前記アクチュエータ部側に備えられることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１３】
前記アクチュエータ部が装置に装着されたことを検出するセンサを備えることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１４】
前記判別部による判別は、アクチュエータ部が装着された際に行われることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１５】
前記判別部による判別は、アクチュエータ装置の電源投入の際に行われることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
【請求項１６】
前記判別部による判別は、前記操作部の操作により行われることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
形状記憶材料を利用したアクチュエータ装置は、従来から良く知られている。例えば、特公昭６３−４３７６５号に記載のアクチュエータ装置は、形状記憶材料の物性値をフィードバック制御することによって、アクチュエータの動作を制御することが図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公昭６３−４３７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
形状記憶材料を用いたアクチュエータ装置には、形状記憶材料を有するアクチュエータ動作をする部分（以下「アクチュエータ部」と称する。）を着脱可能とすることで、アクチュエータ部の交換が可能なものが考えられる。交換可能とすることにより、ひとつのアクチュエータ装置で、異なる性能を有する複数のアクチュエータ部を利用することができる。
【０００５】
異なる性能を有する複数のアクチュエータ部があった場合、各々のアクチュエータ部に備えられている形状記憶材料の形状が異なることがある。例えば、発生力量の異なるアクチュエータ部を比較した場合、それぞれの形状記憶材料の線径が異なっていることが多い。また、弾性部材を用いている場合には、弾性部材の条件が異なっていることが多い。このように、複数のアクチュエータ部を交換して使用する場合には、それぞれのアクチュエータ部の性能を生かすために、それぞれの条件に応じた最適な制御を行う必要がある。
【０００６】
しかしながら、先行技術においては、このような考慮がなされていない。あるひとつのアクチュエータ部の制御に最適化されている状態で、性能の異なる複数のアクチュエータ部が使用されている。アクチュエータ部を交換した場合に、当該アクチュエータ部の制御が最適化されていないために、当該アクチュエータ部の性能を発揮しきれないことがある。
【０００７】
本発明は、これらの点に鑑みて成されたもので、アクチュエータ部を交換しても、アクチュエータ部に備えられた形状記憶材料の情報を取得することにより、どのタイプのアクチュエータ部なのかを自動的に判別し、それぞれのアクチュエータ部に最適な制御条件、通電条件を選択的に採用する構成とする。そのため、それぞれのアクチュエータ部の性能を十分に発揮させることができる。すなわち、ユーザーがアクチュエータ部を交換しても、特別な設定等を必要とせずに、アクチュエータ部を適切に動作させることができるアクチュエータ装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、形状記憶材料と弾性部材とからなるアクチュエータ部と、形状記憶材料を通電加熱させる印加部と、形状記憶材料の形状変化に伴う物性値または前記形状記憶材料と前記弾性部材との組合せにより異なる物性値の変化速度を検出する検出部と、検出部において取得した物性値または物性値の変化速度に基づき演算処理を行う演算部と、少なくとも演算部より得た演算値を記憶する記憶部と、印加部、検出部、演算部、及び記憶部を制御する制御部と、を有し、一つ以上の形状記憶材料と、一つ以上の弾性部材との組合せからなる複数のアクチュエータ部が交換可能に構成され、さらに、検出部で取得した形状記憶材料の物性値または物性値の変化速度に基づきアクチュエータ部を判別する判別部を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の好ましい態様によれば、判別部は、複数のアクチュエータ部のうちのいずれのアクチュエータ部であるかの種類を判別することが望ましい。
【００１０】
本発明の好ましい態様によれば、検出部は、物性値として抵抗値を検出することが望ましい。
【００１１】
本発明の好ましい態様によれば、記憶部は、各アクチュエータ部に最適化された制御パラメータが格納されている格納部を備えることが望ましい。
【００１２】
本発明の好ましい態様によれば、記憶部は、各アクチュエータ部に最適化された制御則が格納されている格納部を備えることが望ましい。
【００１３】
本発明の好ましい態様によれば、記憶部は、各アクチュエータ部に最適化された通電条件が格納されている格納部を備えることが望ましい。
【００１４】
本発明の好ましい態様によれば、印加部とアクチュエータ部とが着脱可能であることが望ましい。
【００１５】
本発明の好ましい態様によれば、検出部とアクチュエータ部とが着脱可能であることが望ましい。
【００１６】
本発明の好ましい態様によれば、制御部とアクチュエータ部とが着脱可能であることが望ましい。
【００１７】
本発明の好ましい態様によれば、アクチュエータ動作を操作することのできる操作部を備えることが望ましい。
【００１８】
本発明の好ましい態様によれば、印加部及び／または検出部と、アクチュエータ部とを分離した場合に、操作部が印加部または検出部側に備えられることが望ましい。
【００１９】
本発明の好ましい態様によれば、印加部及び／または検出部と、アクチュエータ部とを分離した場合に、操作部がアクチュエータ部側に備えられることが望ましい。
【００２０】
本発明の好ましい態様によれば、アクチュエータ部が装置に装着されたことを検出するセンサを備えることが望ましい。
【００２１】
本発明の好ましい態様によれば、判別部による判別は、アクチュエータ部が装着された際に行われることが望ましい。
【００２２】
本発明の好ましい態様によれば、判別部による判別は、アクチュエータ装置の電源投入の際に行われることが望ましい。
【００２３】
本発明の好ましい態様によれば、判別部による判別は、操作部の操作により行われることが望ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明にかかるアクチュエータ装置は、ユーザーがアクチュエータ部を交換しても、特別な設定等を必要とせずに、アクチュエータ部を適切に動作させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施例の構成を示す図である。
【図２】アクチュエータ装置の構成を示す図である。
【図３】第１実施例の動作の流れを説明する図である。
【図４】印加パターンを説明する図である。
【図５】物性値変化速度の取得を説明する図である。
【図６】第２実施例の構成を示す図である。
【図７】第３実施例の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明にかかるアクチュエータ装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２７】
図１は、本発明にかかるアクチュエータ装置の第１の実施例の構成を示す図である。
図１は、請求項１に記載のアクチュエータ装置の実施例である。アクチュエータ装置１は、アクチュエータ部７と処理装置１２とで構成される。処理装置１２は、印加部２、検出部３、演算部４、記憶部５、制御部６を備える。
【００２８】
判別部８は、演算部４に備えられているのが望ましいが、別個に設けていてもよい。格納部９は、記憶部５に備えられているのが望ましいが、別個に設けていてもよい。アクチュエータ部７は、形状記憶材料１０を備えており、バネなどの弾性部材１１を備えていてもよい。
【００２９】
図２は、アクチュエータ装置１の外観を示している。処理装置１２は、印加部２、検出部３、演算部４、記憶部５、制御部６を備えている。アクチュエータ部７は複数種類あり、各々性能が異なる。ユーザーの使用用途に応じて、アクチュエータ部７を取り替えることができるように、アクチュエータ部７と処理装置１２とは着脱可能となっている。
【００３０】
図３は、実施例の動作の流れを説明する図である。図３に基づいて、装着されたアクチュエータ部７を判別する本実施例の判別方法について説明する。
まず、ステップＳ１０１において、動作を開始する。形状記憶材料１０の物性値の初期値を設定する。
ステップＳ１０２において、形状記憶材料１０を加熱するとともに、変化する形状記憶材料１０の物性値を取得する。形状記憶材料１０を加熱するには、印加部２が形状記憶材料１０に電圧を印加すれば良い。印加する印加電圧パターン１３を図４に示す。図４において、電圧の立ち下がっている期間に検出部３において形状記憶材料１０の物性値を取得すれば良い。例えば、加熱により収縮した後の形状記憶材料１０の長さ情報を抵抗値として得る。
【００３１】
ステップＳ１０３において、取得した物性値を用いて、形状記憶材料１０が所望の長さになったか否かを判定する。
具体的には、ひとつ前に取得した形状記憶材料１０の物性値と、今回取得した形状記憶材料１０の物性値との差分値ｄ１を得る。差分値ｄ１をもとに演算部４にて判定を行う。
判定条件は、差分値ｄ１が閾値ＴＨ１以下となった連続回数が所定の回数Ｘ１を超えるか否かとする。ステップＳ１０３の判定に用いる関係を式で表すと次のようになる。
【００３２】
差分値ｄ１＝（ひとつ前の形状記憶材料１０の物性値）−（今回の形状記憶材料１０の物性値）      …（１）
差分値ｄ１≦閾値ＴＨ１      …（２）
式（２）の成立した連続した回数Ｎ１≧閾値Ｘ１…（３）
【００３３】
たとえば、抵抗値の変化を示す差分値ｄ１を式（１）で求め、変化が有るか否か、式（２）に示す判定を行う。閾値ＴＨ１は、変化の有無の判定になるため、ゼロに近い値を設定する。
【００３４】
式(２)を満たすとき、回数Ｎ１のカウントを１つ増やす。その後、差分値ｄ１が閾値ＴＨ１以下となった連続回数Ｎ１が、所定回数Ｘ１以上か否か、式（３）を判定する。
【００３５】
ステップＳ１０３の判定結果が偽（Ｎｏ）のとき、ステップＳ１０２へ移行し、物性値を取得する流れを繰り返す。
ステップＳ１０３の判定結果が真（Ｙｅｓ）のとき、ステップＳ１０４へ移行する。すなわち、ある回数Ｘ１だけ連続して差分値ｄ１が閾値ＴＨ１以下となると、長さが変化しなくなったと判断し、次処理へ移行する。
【００３６】
ステップＳ１０４において、ステップＳ１０２で行っていた形状記憶材料１０への通電を停止する。これに応じて、時間情報と、それに対応する形状記憶材料１０の物性値の取得を開始する。通電を停止することにより、形状記憶材料１０の温度降下が始まる。温度降下により形状記憶材料１０の長さは伸長し、これに応じて抵抗値も増加する。物性値として、たとえばこの抵抗値を取得する。取得した物性値と時間情報とを格納部９に格納する。
【００３７】
ステップＳ１０５において、取得した物性値を用いて、形状記憶材料１０が所望の長さになったか否かを判定する。
具体的には、今回取得した形状記憶材料１０の物性値と、ひとつ前に取得した形状記憶材料１０の物性値との差分値ｄ２をもとに演算部４にて判定を行う。
判定条件は、差分値ｄ２が閾値ＴＨ３以下となった連続回数が所定回数ＴＨ２を超えるか否かとする。式で表すと以下のようになる。
【００３８】
差分値ｄ２＝（今回の形状記憶材料の物性値）−（ひとつ前の形状記憶材料の物性値）
…（４）
差分値ｄ２≦閾値ＴＨ３      …（５）
式（５）の成立した連続した回数Ｎ２≧閾値ＴＨ２    …（６）
【００３９】
たとえば、抵抗値の変化を示す差分値ｄ２を式（４）で求め、変化が有るか否か、式（５）に示す判定を行う。閾値ＴＨ３は、変化の有無の判定になるため、ゼロに近い値を設定する。
【００４０】
式(５)を満たすとき、回数Ｎ２のカウントを１つ増やす。差分値ｄ２が閾値ＴＨ３以下となった連続回数Ｎ２が、所定回数（閾値）ＴＨ２以上か否か、式（６）を判定する。
ステップＳ１０５の判定結果が偽（Ｎｏ）のとき、ステップＳ１０４へ移行し、物性値を取得する流れを繰り返す。
ステップＳ１０５の判定結果が真（Ｙｅｓ）のとき、ステップＳ１０６へ移行する。
すなわち、ある回数ＴＨ２だけ連続して差分値ｄ２が閾値ＴＨ３以下となると、長さが変化しなくなったと判断し、次処理へ移行する。
【００４１】
ステップＳ１０６において、形状記憶材料１０の物性値取得と、時間情報の取得とを停止する。続いて、格納部９に格納している取得した形状記憶材料１０の物性値と、時間情報とをもとに、形状記憶材料１０の物性値の物性値変化速度１４を算出する。
【００４２】
本実施例においては、物性値を形状記憶材料１０の抵抗値としている。物性値変化速度１４を図示すると、図５のようになる。時間変化に応じて、抵抗値が増加し、所定の抵抗値近傍で安定し、差分値ｄ２は閾値ＴＨ３以下になる。抵抗値が増加する曲線部より、物性値変化速度１４が得られる。物性値変化速度１４を算出し、ステップＳ１０７へ移行する。
【００４３】
ステップＳ１０７において、取得した物性値変化速度１４に基づき、装着されているアクチュエータ部７のタイプを判別部８で判別する。
アクチュエータ部７の備える形状記憶材料１０の条件（線径や長さ等）、弾性部材１１の条件、その他機械部品の条件が等しければ、物性値変化速度１４はほぼ等しくなる。そこであらかじめ判別用に記憶部５もしくは格納部９に複数のアクチュエータ部７の物性値変化速度１４を格納しておくことにより、装着されたアクチュエータ部７の判別が可能となる。
【００４４】
なお、ステップＳ１０７の判別において、物性値変化速度１４の認識の際には、アクチュエータ部７内あるいは、処理装置１２内の温度センサの値を参照するものとする。物性値変化速度１４は、環境温度の影響を受ける。したがって、判別に用いる物性値変化速度１４は、温度センサの値を参照することで、環境温度による影響を考慮できる。
判別結果に基づいて、アクチュエータ部７の制御に用いる制御則、制御パラメータ、通電条件を選択し、処理を終了する。
【００４５】
あらかじめ、複数のアクチュエータ部７のそれぞれに最適な制御則、制御パラメータ、通電条件を格納部９に格納しておいて、その中から選択するようにしておけばよい。もちろん、格納しておいた情報にたよるのではなく、判別結果をもとに最適化するようなものとしてもよい。アクチュエータ部７の備える形状記憶材料１０の条件（線径や長さ等）、弾性部材１１の条件、その他機械部品の条件によって、アクチュエータ部７の制御に用いる最適な制御則、最適な制御パラメータ、最適な通電条件は異なるが、このようにすることにより、装着されたアクチュエータ部７に最適な制御を行うことができるようになる。
【００４６】
以上より、アクチュエータ部７の動作期間においては、アクチュエータ部７に最適な制御則、最適な制御パラメータ、最適な通電条件を用いて、アクチュエータ部７を適切に動作制御することができる。
【００４７】
上述した判別処理は、例えばアクチュエータ装置の動作の初めに行われ、装着されたアクチュエータ部７に最適な制御方法を選択した後に、本来のアクチュエータ動作を行うので、性能を十分に利用することができる。
【００４８】
なお、このような判別には、アクチュエータ部７にメモリを設け、メモリの中に複数のアクチュエータ部７の情報を格納しておき、アクチュエータ部７と処理装置１２とが、通信を行い判別する方法も考えられる。
【００４９】
しかし、メモリを設ける方法では部品点数の増加によるアクチュエータ部７の大型化だけでなく、処理装置１２とアクチュエータ部７との通信を行うための配線があらたに必要となるため、アクチュエータ部７の細経化・小型化を考えた場合には、不利となってしまう。
【００５０】
本願における判別方法のように、形状記憶材料１０の抵抗値の情報を利用することは、形状記憶材料１０を備えたアクチュエータ装置特有の判別方法であり、アクチュエータ部７の小型化・細経化に有利である。
【００５１】
このように、本実施例によれば、ユーザーがアクチュエータ部７を交換しても、ユーザーが特別な設定等を必要とせずに、アクチュエータ部７を適切に動作させることができる。
なお、第１の実施例では、印加部２、検出部３を処理装置１２内に備えた場合を示しているが、処理装置１２の外部に設けてもよい。
【実施例２】
【００５２】
図６は、本発明にかかるアクチュエータ装置の第２の実施例の構成を示す図である。実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
第２の実施例では、印加部２、検出部３側に操作部１５を設ける場合の実施例を図６に示す。操作部１５、印加部２、検出部３を処理装置１２内に備えた場合を示している。操作部１５は、処理装置１２の外部に設けてもよい。操作部１５の出力信号に基づいて、アクチュエータ部７の動作を制御することができる。
【実施例３】
【００５３】
図７は、本発明にかかるアクチュエータ装置の第３の実施例の構成を示す図である。実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
第３の実施例では、第２の実施例で処理装置１２内に設けた操作部１５をアクチュエータ部７側に設ける場合を示す。操作部１５をアクチュエータ部７側に設けたほうが好ましい製品もあり、このような場合は操作部１５をアクチュエータ部７側に設ける。この場合には、図７のようにアクチュエータ部７に操作部１５を備えさせてもよい。
【００５４】
なお、実本施例のほかに、アクチュエータ部７が装置に装着されたことを検出するセンサを備える構成としても良い。
また、判別部８によるアクチュエータ部７の判別処理は、アクチュエータ部７が装着された際に行うようにしてもよいし、アクチュエータ装置７の電源投入の際に行われてもよい。また、判別部８による判別は、操作部１５の操作により制御される構成としても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上のように、本発明にかかるアクチュエータ装置は、アクチュエータ部が交換可能なアクチュエータ装置に有用であり、特に、アクチュエータ部に形状記憶材料を用いたアクチュエータ装置に適している。
【符号の説明】
【００５６】
１  アクチュエータ装置
２  印加部
３  検出部
４  演算部
５  記憶部
６  制御部
７  アクチュエータ部
８  判別部
９  格納部
１０  形状記憶材料
１１  弾性体
１２  処理装置
１３  印加電圧パターン
１４  物性値変化速度
【図１】
2011163190.tif 000003
【図２】
2011163190.tif 000004
【図３】
2011163190.tif 000005
【図４】
2011163190.tif 000006
【図５】
2011163190.tif 000007
【図６】
2011163190.tif 000008
【図７】
2011163190.tif 000009