(57)【要約】【課題】アクチュエータ素子から大きい変位量が得られる可動装置を提供する。【解決手段】可動装置１は、アクチュエータ素子４３を備える。アクチュエータ素子４３は、周方向に延びるように配置され、エネルギ状態の変化によって周方向に伸縮する樹脂製の高分子部材４４を有する。可動装置１は、固定部と可動部とを備える。固定部は、アクチュエータ素子４３の固定端４３ａに連結され、アクチュエータ素子４３を固定する。可動部は、周方向に沿って固定端４３ａから離れているアクチュエータ素子４３の可動端４３ｂに連結されている。高分子部材４４は、周方向に延びるように配置されているから、高分子部材４４は周方向に沿って充分な長さを提供することができる。この結果、アクチュエータ素子４３の可動端４３ｂは、固定端４３ａに対して大きい変位量を提供することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向（ＣＤ）に延びるように配置され、エネルギ状態の変化によって前記周方向に伸縮する樹脂製の高分子部材（４４、２４４、４４４、５４４）を有するアクチュエータ素子（４３）と、
前記アクチュエータ素子の固定端に連結され、前記アクチュエータ素子を固定する固定部（２１、４５）と、
前記周方向に沿って前記固定端から離れている前記アクチュエータ素子の可動端に連結された可動部（４６）とを備える可動装置。
【請求項２】
前記アクチュエータ素子のエネルギ状態を調節するエネルギ調節器（７１）を備える請求項１に記載の可動装置。
【請求項３】
前記アクチュエータ素子は、少なくとも第１層と第２層とを有する複層部材であり、
前記第１層は、前記高分子部材であり、
前記第２層は、前記高分子部材より低い伸縮率を有する低伸縮部材（５６２）であり、
前記アクチュエータ素子は、前記第１層の伸縮により曲率が変化する請求項１または請求項２に記載の可動装置。
【請求項４】
前記アクチュエータ素子は、前記周方向に沿って一周を上回る周回数を有する請求項１から請求項３のいずれかに記載の可動装置。
【請求項５】
前記アクチュエータ素子は、渦巻状に配置されている請求項４に記載の可動装置。
【請求項６】
前記アクチュエータ素子は、螺旋状に配置されている請求項５に記載の可動装置。
【請求項７】
さらに、前記可動部に連結されており、回動軸（ＡＸＲ）の周りに回動する可動機構（３）を備え、
前記アクチュエータ素子は、前記回動軸の延長上に沿って延びるアクチュエータ軸（ＡＸ４３）を有する請求項１から請求項６のいずれかに記載の可動装置。
【請求項８】
前記高分子部材は、フィルム（４４、２４４、４４４、５４４）である請求項１から請求項７のいずれかに記載の可動装置。
【請求項９】
前記高分子部材における高分子の配向方向は、前記周方向に一致しているか、または、前記周方向に対して鋭角をなしている請求項８に記載の可動装置。
【請求項１０】
前記高分子部材は、
第１温度において、所定の第１形状であり、
前記第１温度より高温の第２温度において、前記第１形状よりも前記周方向に変形した第２形状である請求項１から請求項９のいずれかに記載の可動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この明細書における開示は、可動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、可動装置を開示する。この技術では、部材の変形を直接または間接に利用することにより、被駆動体を機械的に移動させている。アクチュエータ素子のひとつの例は、細長い合成繊維である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−４２７８３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の構成では、アクチュエータ素子の変位量が不十分な場合がある。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、可動装置にはさらなる改良が求められている。
【０００５】
開示されるひとつの目的は、アクチュエータ素子から大きい変位量が得られる可動装置を提供することである。
【０００６】
開示される他のひとつの目的は、アクチュエータ素子の変位によって大きい回動運動が得られる可動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここに開示された可動装置は、周方向に延びるように配置され、エネルギ状態の変化によって周方向に伸縮する樹脂製の高分子部材（４４、２４４、４４４、５４４）を有するアクチュエータ素子（４３）と、アクチュエータ素子の固定端に連結され、アクチュエータ素子を固定する固定部（２１、４５）と、周方向に沿って固定端から離れているアクチュエータ素子の可動端に連結された可動部（４６）とを備える。
【０００８】
開示される可動装置は、高分子部材を有するアクチュエータ素子を備える。アクチュエータ素子の可動端は、高分子部材の伸縮によって変位する。高分子部材は、周方向に延びるように配置されているから、高分子部材は周方向に沿って充分な長さを提供することができる。この結果、アクチュエータ素子の可動端は、固定端に対して大きい変位量を提供することができる。
【０００９】
この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る可動装置の斜視図である。
【図２】可動装置の断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。
【図４】高分子の配向を示す平面図である。
【図５】第２実施形態の高分子の配向を示す平面図である。
【図６】第３実施形態のアクチュエータ素子の断面図である。
【図７】第４実施形態のアクチュエータ素子の斜視図である。
【図８】第５実施形態のアクチュエータ素子の部分断面図である。
【図９】第５実施形態のアクチュエータ素子の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。
【００１２】
第１実施形態
＜可動装置＞
図１において、可動装置１は、基台２と、可動機構３とを有する。基台２は、用途に応じて適切な基礎部分に固定されている。基台２は、例えば、車両のボディに固定することができる。可動機構３は、基台２に対して機械的に動くことができる。可動機構３は、高さ方向ＨＤに沿って延びる回動軸ＡＸＲの周りを回動移動することができる。可動機構３は、回動軸ＡＸＲの周りの所定の角度範囲を往復移動する。可動機構３は、被駆動体３１を有する。可動機構３の動きは、揺動とも呼ばれる。なお、可動機構３の移動方向は、回動に限られない。可動機構３の移動方向は、例えば、高さ方向ＨＤに沿う平行移動、幅方向ＷＤに沿う平行移動、奥行き方向ＤＤの周りにおける回転移動など多様な動きに適合可能である。
【００１３】
可動装置１は、センサ装置でもある。可動装置１は、被駆動体３１に搭載されたセンサ素子３２を有する。センサ素子３２は、検出範囲を示す検出軸ＶＲ３２を有する。センサ素子３２は、検出軸ＶＲ３２の方向における物理量を検出する。センサ素子３２は、例えば、画像センサ、赤外線センサ、超音波センサ、レーダアンテナ、電磁波センサ、放射線センサなど多様な素子によって提供される。この実施形態では、センサ素子３２は、室内に設置される赤外線センサである。センサ素子３２の検出信号は、有線または無線によって赤外線情報を利用する機器に供給される。赤外線情報は、例えば、空調装置に供給され、利用される。可動装置１は、住居、事務所、車両、船舶、航空機などの室内に設置され、室内の人に関連する情報を収集するために利用される。
【００１４】
可動装置１は、検出軸ＶＲ３２を振るように移動させる。可動装置１は、検出軸ＶＲ３２を移動させるセンサ装置を提供する。検出軸ＶＲ３２の移動は、指向方向可変型、追尾型、あるいは走査型といった多様なセンサ装置の提供を可能とする。この実施形態では、被駆動体３１は、周期的に揺動するから、走査型のセンサ装置が提供されている。検出軸ＶＲ３２は、回動軸ＡＸＲを中心に回動する。検出軸ＶＲ３２は、幅方向ＷＤと奥行き方向ＤＤとに広がる平面に沿って、所定の回動角ＶＲＳの範囲内を移動可能である。この実施形態では、回動角ＶＲＳが走査範囲である。
【００１５】
＜アクチュエータ機構＞
可動装置１は、アクチュエータ機構４を備える。アクチュエータ機構４は、可動機構３を回動させるための回転力を提供する。アクチュエータ機構４は、動力源でもある。アクチュエータ機構４は、可動機構３を往復的に変位させるように回動力を提供する。アクチュエータ機構４は、第１駆動機構４１と、第２駆動機構４２とを有する。第１駆動機構４１は、可動機構３を能動的に回動させる。第２駆動機構４２は、可動機構３を受動的に回動させる。第２駆動機構４２は、可動機構３の変位を戻す力を付与するリターン機構とも呼ばれる。
【００１６】
第１駆動機構４１は、可動機構３を変位量ＭＤ４１の方向へ回動させる。第２駆動機構４２は、可動機構３を変位量ＭＤ４２の方向へ回動させる。第２駆動機構４２は、可動機構３を変位量ＭＤ４１とは逆方向へ戻す。第２駆動機構４２は、第１駆動機構４１が活性化されている間は、変位量ＭＤ４１を許容する。第２駆動機構４２は、第１駆動機構４１が非活性化されている間は、変位量ＭＤ４１を戻すように機能する。第１駆動機構４１は、非活性化されている間に、高エネルギ状態から、低エネルギ状態へと移行する。この結果、可動機構３は、回動角ＶＲＳにわたって変位する。第１駆動機構４１は、活性化状態と、非活性化状態とに交互に制御される。これにより、可動機構３は、回動角ＶＲＳにわたって繰り返して変位させられる。
【００１７】
第１駆動機構４１は、アクチュエータ素子４３を有する。アクチュエータ素子４３は、固定端４３ａと、可動端４３ｂとを有する。アクチュエータ素子４３は、樹脂製の高分子部材４４を有する。高分子部材４４は、合成樹脂または天然由来の材料によって提供することができる。高分子部材４４は、薄いフィルムによって提供されている。この実施形態において、アクチュエータ素子４３は、その全体が高分子部材４４だけで提供されている。
【００１８】
アクチュエータ素子４３は、それ自身のエネルギー状態に応答して、可逆的に変形する部材である。アクチュエータ素子４３は、例えば、それ自身の温度に応答して、固定端４３ａに対する可動端４３ｂの位置が可逆的に変位する部材である。この可逆的の語は、少なくとも活性化状態において基底位置から一方の方向へ所定の変位量だけ能動的に変位し、かつ、非活性化状態において基底位置へ復元可能であることを意味する。この非活性化状態における復元は、アクチュエータ素子４３の能動的な機能によって実現されてもよいし、外力により受動的に実現されてもよい。
【００１９】
この実施形態では、アクチュエータ素子４３は、低エネルギ状態である第１温度状態において、所定の基底形状である。アクチュエータ素子４３は、第２温度状態において、周方向に沿って基底形状より収縮した収縮形状である。第２温度状態は、第１温度状態より高温の高エネルギ状態である。アクチュエータ素子４３は、非活性化状態から、活性化状態に切り替えられると、基底形状から周方向へ所定の変位量だけ能動的に収縮的に変位する。アクチュエータ素子４３は、活性化状態から、活性化状態に切り替えられると、収縮形状から基底位置へ外力によって復元可能である。
【００２０】
アクチュエータ素子４３は、回動軸ＡＸＲの延長線上に配置されている。アクチュエータ素子４３は、被駆動体３１の横に配置されている。被駆動体３１と、アクチュエータ素子４３とは、直列的に配置されている。図中では、可動装置１の全体が回動軸ＡＸＲの方向に沿って、やや長く強調されて図示されている。
【００２１】
アクチュエータ素子４３は、固定端４３ａにおいて、固定ロッド４５に連結されている。アクチュエータ素子４３は、可動端４３ｂにおいて、可動ロッド４６に連結されている。アクチュエータ素子４３は、固定ロッド４５と可動ロッド４６との間に配置されている。固定ロッド４５は、アンカ２１によって基台２に固定されている。可動ロッド４６は、被駆動体３１に連結されている。固定ロッド４５およびアンカ２１は、アクチュエータ素子４３を支持する支持部材を提供する。固定ロッド４５およびアンカ２１は、アクチュエータ素子４３の固定端４３ａに連結され、アクチュエータ素子４３を固定する固定部を提供する。可動ロッド４６は、アクチュエータ素子４３の変形に伴って変位する。可動ロッド４６は、周方向に沿って固定端４３ａから離れているアクチュエータ素子４３の可動端４３ｂに連結された可動部を提供する。
【００２２】
アクチュエータ素子４３は、周方向に延びるように配置された高分子部材４４を有する。高分子部材４４は、合成樹脂製である。高分子部材４４は、エネルギ状態の変化によって周方向に伸縮する。高分子部材４４の周方向における一端が、固定端４３ａである。高分子部材４４の周方向における他端が、可動端４３ｂである。固定端４３ａと可動端４３ｂとは、周方向に沿って所定の距離離れている。高分子部材４４は、フィルムとして提供されている。高分子部材４４は、リボン状のフィルムが渦巻状に配置されたロール体である。高分子部材４４は、径方向に沿って多層を形成するように巻かれている。高分子部材４４は、固定ロッド４５の周りに巻き付いている。高分子部材４４は、固定ロッド４５が規定するアクチュエータ軸ＡＸ４３に沿って延びる円柱状の部材である。アクチュエータ軸ＡＸ４３は、アクチュエータ素子４３の軸でもある。アクチュエータ軸ＡＸ４３は、回動軸ＡＸＲの延長上に位置している。アクチュエータ軸ＡＸ４３と回動軸ＡＸＲとは同軸である。
【００２３】
利用可能な高分子部材４４と、利用可能なエネルギ調節器７１とは、特開２０１６−４２７８３号公報に記載のものを含む。特開２０１６−４２７８３号公報の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。高分子部材４４は、人工筋肉と呼ばれる多様な材料によって提供することができる。
【００２４】
高分子部材４４のひとつの例は、樹脂製のフィルムのロール体である。樹脂の典型的なひとつの例は、モノフィラメント樹脂である。モノフィラメント樹脂は、ポリアミド系樹脂、およびポリエチレン系樹脂を含む。例えば、ナイロン、またはポリチレンと呼ばれるポリマ繊維は、温度変化に対するねじり変形量を有する場合があり、アクチュエータ素子４３として利用可能である。高分子は、アクチュエータ軸ＡＸ４３の周りの周方向に沿って延在するように配向されている。高分子の配向は、フィルムを伸長させる製造方法によって実現される。
【００２５】
第２駆動機構４２は、リターン素子４７を有する。リターン素子４７は、スプリング、空気バネ、ゴムなど多様な弾性部材によって提供することができる。この実施形態において、リターン素子は、金属製または樹脂製の引っ張りスプリングである。リターン素子４７は、固定ロッド４８と、可動ロッド４９との間に連結されている。固定ロッド４８は、アンカ２２によって基台２に固定されている。可動ロッド４９は、被駆動体３１に連結されている。リターン素子４７は、被駆動体３１が変位量ＭＤ４１の方向へ変位すると、伸ばされ、復元力を発生する。この結果、第２駆動機構４２は、被駆動体３１に対してリターン力を与える。
【００２６】
＜案内機構＞
可動装置１は、可動機構３の動きを案内するための案内機構５を有する。案内機構５は、基台２に設けられたアンカ２３と、被駆動体３１との間に設けられている。アンカ２３は、基台２に固定されている。案内機構５は、高さ方向ＨＤの周りにおける被駆動体３１の回転運動を許容する。案内機構５は、奥行き方向ＤＤの周りにおける回転運動、および幅方向ＷＤの周りにおける回転運動を抑制する。案内機構５は、被駆動体３１の移動のうち、奥行き方向ＤＤへの上下運動、および幅方向ＷＤへの左右運動を抑制する。案内機構５は、高さ方向ＨＤへの前後運動を抑制してもよい。案内機構５は、高さ方向ＨＤへの前後運動を許容する場合がある。
【００２７】
高さ方向ＨＤをロール軸、幅方向ＷＤをピッチング軸、および奥行き方向ＤＤをヨー軸と定義することができる。この場合、案内機構５は、被駆動体３１のロール運動を許容する。案内機構５は、利用可能な範囲を超えるような過剰なロール運動を抑制してもよい。例えば、被駆動体３１とアンカ２３との直接的な衝突、または弾性部材を介した間接的な衝突は、ロール運動範囲を制限する。案内機構５は、被駆動体３１のヨーイング運動、およびピッチング運動を抑制する。また、案内機構５は、被駆動体３１の上下運動、および左右運動を抑制する。案内機構５は、被駆動体３１の前後運動を抑制してもよい。案内機構５は、被駆動体３１の前後運動を許容する場合がある。
【００２８】
＜制御システム＞
可動装置１は、制御システム７を備える。制御システム７は、エネルギ調節器７１と、ドライバ回路７２（ＤＶＣ）と、制御装置７３（ＣＮＴ）とを有する。エネルギ調節器７１は、アクチュエータ素子４３から機械的な運動を取り出すために、アクチュエータ素子４３のエネルギ状態を調節する。エネルギ調節器７１は、アクチュエータ素子４３のエネルギ状態を少なくとも高低の２段階に変化させる。ドライバ回路７２は、エネルギ調節器７１に供給する電力を制御装置７３からの指示に応じて調節する。
【００２９】
エネルギ調節器７１は、アクチュエータ素子４３のエネルギ状態を高エネルギ状態と低エネルギ状態との間で双方向に変化させる。エネルギ調節器７１は、電気的に、光学的に、磁気的に、電磁波的に、あるいは放射線的にエネルギを付与し、除去することができる。電気的なエネルギの付与と除去とは、電気的な熱の増減、電流の増減、電界の増減、あるいは電荷の増減などを含む。例えば、アクチュエータ素子４３のエネルギ状態が温度で示される場合、光の付与によって温度を増加させ、光の遮断によって温度を低下させることができる。
【００３０】
エネルギの付与と、除去とは、直接的に、または間接的に行うことができる。例えば、アクチュエータ素子４３に直接的に接触するエネルギ伝達部品によってエネルギを付与してもよいし、またはアクチュエータ素子４３から離れて設置されたエネルギ伝達部品によって間接的にエネルギを付与してもよい。エネルギ伝達部品は、例えば、電気的な発熱部材によって提供できる。
【００３１】
例えば、アクチュエータ素子４３を能動的に変位させるために、エネルギ調節器７１は、アクチュエータ素子４３の熱エネルギを増加させる。熱エネルギの増加は、例えば、エネルギ調節器７１が備える発熱部材への電流供給を行うことによって実現される。アクチュエータ素子４３を復元するために、例えば、エネルギ調節器７１は、アクチュエータ素子４３の熱エネルギを減少させる。熱エネルギの減少は、例えば、エネルギ調節器７１が備える発熱部材への電流供給を遮断し、アクチュエータ素子４３から放熱させることによって実現される。
【００３２】
エネルギ調節器７１は、アクチュエータ素子４３を収容する空洞を提供する円筒状である。言い換えると、アクチュエータ素子４３は、エネルギ調節器７１内に収容されている。エネルギ調節器７１は、電気的に発熱量を調節可能なヒータによって提供されている。よって、エネルギ調節器７１は、アクチュエータ素子４３の温度を調節する。
【００３３】
制御装置７３は、少なくともひとつの演算処理装置（ＣＰＵ）と、プログラムとデータとを記憶する記憶媒体としての少なくともひとつのメモリ装置とを有する。制御装置７３は、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムを非一時的に格納する非遷移的実体的記憶媒体である。記憶媒体は、半導体メモリまたは磁気ディスクなどによって提供されうる。制御装置７３は、ひとつのコンピュータ、またはデータ通信装置によってリンクされた一組のコンピュータ資源によって提供されうる。プログラムは、制御装置７３によって実行されることによって、制御装置をこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される方法を実行するように制御装置７３を機能させる。
【００３４】
制御システム７は、制御装置７３に入力される情報を示す信号を供給する複数の信号源を入力装置として有する。制御システム７は、制御装置７３が情報をメモリ装置に格納することにより、情報を取得する。制御システム７は、制御装置７３によって挙動が制御される複数の制御対象物を出力装置として有する。制御システム７は、メモリ装置に格納された情報を信号に変換して制御対象物に供給することにより制御対象物の挙動を制御する。例えば、制御装置７３は、外部から作動信号と、停止信号とを取得し、エネルギ調節器７１を間欠的に活性化することにより、可動装置１を揺動的に運動させる。
【００３５】
制御システム７に含まれる制御装置７３と信号源と制御対象物とは、多様な要素を提供する。それらの要素の少なくとも一部は、機能を実行するためのブロックと呼ぶことができる。別の観点では、それらの要素の少なくとも一部は、構成として解釈されるモジュール、またはセクションと呼ぶことができる。さらに、制御システム７に含まれる要素は、意図的な場合にのみ、その機能を実現する手段ともよぶことができる。
【００３６】
制御システム７が提供する手段および／または機能は、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェアおよびそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、制御装置７３がハードウェアである電子回路によって提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路によって提供することができる。
【００３７】
図２において、アンカ２１、２２、２３は、基台２に固定されている。アンカ２１は、固定ロッド４５を受け入れる内穴を有する。アンカ２１は、セットスクリュ２１ａを有する。セットスクリュ２１ａは、内穴に向けて径方向に設けられている。セットスクリュ２１ａは、固定ロッド４５を径方向に締め付けることにより、アンカ２１と固定ロッド４５とを、軸方向および周方向に関して連結している。セットスクリュ２１ａは、軸方向および周方向における固定ロッド４５の初期位置を設定するために利用される。
【００３８】
被駆動体３１は、案内機構５によって回動可能に支持されている。案内機構５は、シャフト５１とガイドボア５２とを有する。シャフト５１は、回動軸ＡＸＲと同軸の円筒状部材によって提供されている。シャフト５１は、被駆動体３１に固定されている。シャフト５１の両端が、被駆動体３１に固定されている。被駆動体３１は、シャフト５１を有する。ガイドボア５２は、アンカ２３に設けられている。アンカ２３は、ガイドボア５２を有する。アンカ２３は、被駆動体３１を支持するための部材である。ガイドボア５２は、アンカ２３を貫通する貫通穴によって提供されている。ガイドボア５２は、シャフト５１を受け入れている。ガイドボア５２は、シャフト５１の回転を許容する。この結果、アンカ２３は、被駆動体３１を回転可能に支持している。
【００３９】
シャフト５１の外面と、ガイドボア５２の内面とは、部分的に接触している。シャフト５１の外面と、ガイドボア５２の内面とは、被駆動体３１が回動すると、互いに摺動する。被駆動体３１は、シャフト５１の周りにおいて案内されている。シャフト５１およびガイドボア５２を提供する部材は、低摩擦材料製である。シャフト５１、またはガイドボア５２を提供する部材を、低摩擦材料製としてもよい。シャフト５１とガイドボア５２との間の摩擦が抑制される。
【００４０】
アンカ２３は、その両端面において、被駆動体３１と対向している。アンカ２３は、その両端面において、部分的に被駆動体３１と接触している。アンカ２３と被駆動体３１とは、被駆動体３１が回動すると、互いに摺動する。
【００４１】
図３において、アクチュエータ素子４３、すなわち高分子部材４４は、周方向ＣＤに延びるように配置されている。周方向ＣＤは、アクチュエータ軸ＡＸ４３周りの方向である。周方向ＣＤは、アクチュエータ軸ＡＸ４３に直角な方向でもある。高分子部材４４は、複数の周回数にわたって渦巻状に配置されている。アクチュエータ素子４３は、周方向に沿って一周を上回る周回数を有する。固定端４３ａは、渦巻きの最も内側に位置する。可動端４３ｂは、渦巻きの最も外側に位置する。可動ロッド４６は、被駆動体３１に連結されているから、案内機構５によって図示される円軌道を描くように移動可能である。
【００４２】
高分子部材４４は、第１温度において、実線で図示される所定の第１形状である。第１形状は、基底形状または初期形状とも呼ばれる。高分子部材４４は、第１形状において、可動ロッド４６を実線で図示される第１位置Ｐ１に位置付ける。高分子部材４４は、第２温度において、第２形状である。第２形状は、収縮形状または変形された形状とも呼ばれる。第２温度は、第１温度と異なる温度である。第２形状は、第１形状よりも周方向に変形した形状である。高分子部材４４は、第２形状において、可動ロッド４６を破線で図示される第２位置Ｐ２に位置付ける。
【００４３】
ひとつの例としてのこの実施形態では、第２温度は、第１温度より高温である。第２形状は、周方向に沿って第１形状より収縮した形状である。高分子部材４４は、第１形状から第２形状へ向けて能動的に変形可能である。高分子部材４４は、第２形状から第１形状へ向けて能動的または受動的に復元可能である。第２形状は、周方向に沿って第１形状より伸長した形状であってもよい。
【００４４】
図４は、高分子部材４４における高分子の配向を示す平面図である。合成樹脂製の母材ＢＭＴは、高分子が配向方向ＯＲＰに配向されるように製造されている。母材ＢＭＴの製造方法は、配向方向ＯＲＰに沿って高分子を配向するための延伸工程を含む。高分子部材４４は、母材ＢＭＴから切り出されている。配向方向ＯＲＰは、配向軸方向とも呼ばれる。
【００４５】
高分子部材４４は、その長手方向ＬＤ４４、すなわち周方向ＣＤが配向方向ＯＲＰに対して所定の傾斜角ＡＣをなすように切り出されている。配向方向ＯＲＰと長手方向ＬＤ４４との間の傾斜角ＡＣは、第１形状から第２形状への高分子部材４４変形を促進する場合がある。傾斜角ＡＣは、鋭角（４５度未満）である。傾斜角ＡＣは、１０度以下の角度であることが望ましい。さらに、直線状に延びる一連の配向方向ＯＲＰが、高分子部材２４４の両端、すなわち固定端４３ａと可動端４３ｂとの両方に達するように、傾斜角ＡＣは設定されることが望ましい。さらに、傾斜角ＡＣは、複数の配向方向ＯＲＰが、両端の間にわたって延びるように設定されることが望ましい。長手方向ＬＤ４４は、高分子部材４４の長手軸方向とも呼ばれる。
【００４６】
以上に述べた実施形態によると、高分子部材４４は、周方向に延びるように配置されている。よって、高分子部材４４は周方向に沿って充分な長さを提供することができる。この結果、アクチュエータ素子４３は、高分子部材４４の伸縮によって可動端４３ｂにおいて大きい変位を提供することができる。しかも、高分子部材４４は、渦巻状に配置されている。このため、アクチュエータ軸ＡＸ４３に沿う長さを過剰に大型化することなく、可動装置１を提供することができる。この結果、小型および／または高出力の可動装置１が提供される。
【００４７】
第２実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、配向方向ＯＲＰと長手方向ＬＤ４４とは、傾斜角ＡＣを規定している。これに代えて、配向方向ＯＲＰと長手方向ＬＤ２４４とは、平行に伸びていてもよい。
【００４８】
図５において、高分子部材２４４は、その長手方向ＬＤ２４４、すなわち周方向ＣＤが配向方向ＯＲＰに一致している。よって、配向方向ＯＲＰと長手方向ＬＤ２４４とは、平行である。ただし、配向方向ＯＲＰと長手方向ＬＤ２４４とは、微小な傾斜角を有していてもよい。また、配向方向ＯＲＰと長手方向ＬＤ２４４とは高分子部材２４４の内部において微視的に傾斜していてもよい。なお、母材ＢＭＴの幅と高分子部材２４４の幅とが一致する場合、母材ＢＭＴを高分子部材２４４の長さに切断するだけで、高分子部材２４４が提供されてもよい。
【００４９】
第３実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、高分子部材４４は、層間に空隙を有している。これに代えて、高分子部材４４は、層間に配置された弾性部材３６１を有していてもよい。
【００５０】
図６に図示されるように、アクチュエータ素子４３は、渦巻き状の高分子部材４４と、高分子部材４４の径方向内側を満たす弾性部材３６１とを有している。弾性部材３６１は、高分子部材４４に接着されている。弾性部材３６１は、自らの弾性により、高分子部材２４４の変形を許容する。弾性部材３６１は、ゴムまたはエラストマ等の弾性を有する部材によって提供することができる。この実施形態によると、アクチュエータ素子４３の形状を安定化することができる。
【００５１】
第４実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、高分子部材４４は、渦巻状のロール体である。これに代えて、高分子部材４４は、螺旋状のロール体によって提供されてもよい。
【００５２】
図７において、第１駆動機構４１は、アクチュエータ素子４３を有する。アクチュエータ素子４３は、高分子部材４４４を有する。高分子部材４４４は、螺旋状に巻かれたロール体である。螺旋状の高分子部材４４４は、周方向だけでなく、軸方向にも変位している。高分子部材４４４の固定端４３ａは、固定ロッド４４５の外周面に固定されている。固定ロッド４４５は、高分子部材４４４の径方向内側に配置されている。固定ロッド４４５は、高分子部材４４４の巻き芯でもある。固定ロッド４４５は、高分子部材４４４を支持する支持部材でもある。さらに、固定ロッド４４５は、その外周面に沿って可動ロッド４６を案内する案内部材でもある。
【００５３】
高分子部材４４４の可動端４３ｂは、可動ロッド４６に連結されている。第１駆動機構４１は、エネルギ調節器４７２を有する。エネルギ調節器４７２は、高分子部材４４４の径方向外側に配置されている。さらに、第１駆動機構４１は、エネルギ調節器４７４を有する。エネルギ調節器４７４は、高分子部材４４４の径方向内側に配置されている。エネルギ調節器４７４は、固定ロッド４４５によって支持することができる。第１駆動機構４１は、エネルギ調節器４７２およびエネルギ調節器４７４のいずれか一方だけを備えていてもよい。
【００５４】
この実施形態でも、アクチュエータ素子４３を軸方向に小型化することができる。また、固定ロッド４４５は、高分子部材４４４の径方向内側に近接して位置しているから、高分子部材４４４の変形が安定化される。
【００５５】
第５実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、アクチュエータ素子４３は、高分子部材４４、２４４、４４４によって提供されている。これに代えて、アクチュエータ素子４３は、少なくとも第１層と第２層とを有する複層部材によって提供することができる。
【００５６】
図８は、この実施形態のアクチュエータ素子４３の部分的な断面を示している。アクチュエータ素子４３は、全体が周方向に沿って湾曲するように配置されている。アクチュエータ素子４３は、第１層と第２層とを有する複層部材である。この実施形態では、第１層は、第２層の径方向内側面に配置されている。第１層は、第２層の径方向外側面に配置されていてもよい。
【００５７】
第１層は、高分子部材５４４である。高分子部材５４４は、図示されるようにアクチュエータ素子４３の周方向に沿って延びる配向方向ＯＲＰを有している。第２層は、低伸縮部材５６２である。低伸縮部材５６２は、高分子部材５４４より低い伸縮率を有する。低伸縮部材５６２は、例えば、金属、樹脂または生物材料によって提供することができる。低伸縮部材５６２は、例えば、ゼンマイを提供するようなバネ材料によって提供することができる。高分子部材５４４と低伸縮部材５６２とは、互いに接着されている。
【００５８】
アクチュエータ素子４３は、高分子部材５４４の伸縮により全体の曲率が変化する。高分子部材５４４が収縮する場合、低伸縮部材５６２は、曲率をさらに大きくするように巻き込む。アクチュエータ素子４３の挙動は、エネルギ状態の変化によってゼンマイが自動的に巻き込むような挙動である。複層部材であるアクチュエータ素子４３は、ユニモルフとも呼ぶことができる。
【００５９】
図９において、高分子部材５４４は、エネルギ調節器７１によって挙動を制御される。エネルギ調節器７１が活性化すると、高分子部材５４４は高エネルギ状態に活性化される。高分子部材５４４は、第１温度から第２温度になると収縮する。高分子部材５４４の収縮は、アクチュエータ素子４３を径方向内側へ巻き込ませる。アクチュエータ素子４３は、ゼンマイバネが自動的に巻き込まれるように変形する。この結果、可動ロッド４６は、実線で図示される第１位置から、破線で図示される第２位置へ移動する。エネルギ調節器７１が非活性化すると、高分子部材５４４は低エネルギ状態に非活性化される。高分子部材５４４は、第２温度から徐々に放熱する。放熱の過程において、低伸縮部材５６２は、ゼンマイバネのように機能して、周方向への巻き込みを緩めてゆく。同時に、低伸縮部材５６２は、高分子部材５４４を伸長させる。この結果、可動ロッド４６は、破線で図示される第２位置から、実線で図示される第１位置へ移動する。
【００６０】
他の実施形態
この明細書における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
【００６１】
上記実施形態では、可動装置１は、センサ装置の検出軸を変位させるための動力源を提供する。これに代えて、可動装置１は、多様な機器のための動力源を提供することができる。可動装置１は、例えば、光源機器の光軸を変位させるための動力源、投影機器の投影軸を変位させるための動力源、または、空気流を吹き出す空調機器の吹出方向を変位させるための動力源として利用することができる。
【００６２】
上記実施形態では、第１駆動機構４１にアクチュエータ素子４３を設け、第２駆動機構４２をリターン機構とした。これに代えて、第２駆動機構４２にもアクチュエータ素子を設けてもよい。第２駆動機構４２に設けられるアクチュエータ素子は、変位量ＭＤ４２を出力する。この場合、アクチュエータ素子４３、第２駆動機構のアクチュエータ素子とは、交互に駆動される。言い換えると、２つのアクチュエータ素子は、相補的に活性化状態および非活性化状態に制御される。
【００６３】
上記実施形態では、エネルギ調節器７１は、円筒状である。これに代えて、エネルギ調節器７１は、多様な形状によって提供することができる。例えば、エネルギ調節器７１は、アクチュエータ素子４３の高分子部材４４に沿って配置されたヒータによって提供されてもよい。また、エネルギ調節器７１は、高分子部材４４の２つの層の間に配置されていてもよい。エネルギ調節器７１は、例えば、アクチュエータ軸ＡＸ４３と平行に配置された複数のヒータ素子によって提供されてもよい。
【００６４】
上記実施形態では、複層部材は、高分子部材５４４と、低伸縮部材５６２とを有する。これに代えて、複層部材は、二層の高分子部材を備えていてもよい。二層の高分子部材は、例えば、温度の変化に応答して、互いに逆の変位を生じる部材によって提供することができる。第１層の高分子部材は、例えば、第１温度から第２温度への変化によって収縮する部材である。第２層の高分子部材は、例えば、第２温度から第１温度への変化によって伸長する部材である。このような逆の伸縮特性を有する高分子部材により、双方向へ能動的に変形するアクチュエータ素子４３を提供することができる。
【００６５】
上記実施形態では、高分子部材は、渦巻状、または螺旋状に配置されている。これに代えて、高分子部材は、渦巻状、かつ螺旋状に配置されてもよい。高分子部材は、例えば、螺旋状の第１層と、螺旋状の第２層とを有し、第１層の螺旋と、第２層の螺旋とが連結されていてもよい。また、高分子部材は、円錐状かつ渦巻状に配置されてもよい。このような配置は、複数の層が径方向に露出するため、エネルギ調節器７１によって各層の高分子部材のエネルギ状態を調節可能となる。
【００６６】
上記実施形態では、高分子部材４４、２４４、４４４、５４４は、延伸によって高分子配向が調節されたフィルムによって提供されている。これに代えて、高分子部材は、線状、または棒状と呼ばれる形状の部材によって提供されてもよい。さらに、高分子部材は、周方向に沿って連結された複数の部分を有していてもよい。
【００６７】
上記実施形態では、可動装置１は、エネルギ調節器７１を有している。これに代えて、エネルギ調節器７１を備えない装置も提供可能である。アクチュエータ素子４３は、可動装置１が設置された環境の条件、例えば、温度または湿度に応答して変位してもよい。アクチュエータ素子４３は、可動装置１が設置された環境の日射に応答して変位してもよい。
【００６８】
上記実施形態では、アクチュエータ素子４３は、渦巻の内側端を固定端４３ａとし、渦巻の外側端を可動端４３ｂとしている。これに代えて、アクチュエータ素子４３は、渦巻の外側端を固定端４３ａとし、渦巻の内側端を可動端４３ｂとしてもよい。渦巻の内側端を可動端４３ｂとする場合、可動端４３ｂに連結された部材自身が回転してもよい。また、渦巻の内側端を可動端４３ｂとする場合、可動端４３ｂに連結された部材自身が変位してもよい。
【００６９】
上記実施形態では、アクチュエータ素子４３は、フィルムのロール体として提供されている。フィルムは、複数の層に巻き重ねられたロール体によって提供することができる。アクチュエータ素子４３は、複数の層を提供するフィルムの間に隙間を備えることができる。アクチュエータ素子４３は、複数の層を提供するフィルムの間に、フィルムの変位を許容する弾性部材を備えることができる。アクチュエータ素子４３は、ロール体としての形状を保つために、形状保持処理されたフィルムによって提供されるか、または、フィルムの形状を保持するための形状保持部材を備えることができる。例えば、フィルムは、ロール体として巻かれた後に熱処理された熱処理後材料によって形成されていてもよい。フィルムから可逆的な変位量を引き出すことができる熱処理の温度、時間などの条件が設定されている。
【符号の説明】
【００７０】
１  可動装置、  ２  基台、  ２１、２２、２３  アンカ、
３  可動部、  ３１  被駆動体、  ３２  センサ素子、
４  アクチュエータ機構、  ４１  第１駆動機構、
４２  第２駆動機構、  ４３  アクチュエータ素子、
４３ａ  固定端、  ４３ｂ  可動端、  ４４  高分子部材、
４５  固定ロッド、４６  可動ロッド、４７  リターン素子、
４８  固定ロッド、４９  可動ロッド、
５  案内機構、  ７  制御システム、７１  エネルギ調節器、
７２  ドライバ回路、  ７３  制御装置、
２４４  高分子部材、  ３６１  弾性部材、
４４４  高分子部材、  ４４５  固定ロッド、
４７４  エネルギ調節器、
５４４  高分子部材、  ５６２  低伸縮部材、
ＨＤ  高さ方向、  ＤＤ  奥行き方向、  ＷＤ  幅方向、
ＯＲＰ  配向方向、  ＬＤ４４、ＬＤ２４４  長手方向、
ＡＸ４３  アクチュエータ軸、  ＡＸＲ  回動軸。
【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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