(57)【要約】【課題】環境温度の変化に起因するＳＭＡアクチュエータの出力加速度の変化を抑えられる技術を提供する。【解決手段】温度変化により伸縮可能な形状記憶合金製の伸縮部材２４を用いた形状記憶合金アクチュエータ２０の制御装置１６であって、伸縮部材２４の周囲の環境温度を示す温度情報を取得する温度情報取得部３０と、温度情報取得部３０が取得した温度情報に基づき伸縮部材２４に印加される印加電圧を設定し、その設定された印加電圧により伸縮部材２４に通電する通電制御部３２と、を備え、通電制御部３２は、環境温度が高いときほど印加電圧を低く設定する。【選択図】図４
2019031962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度変化により伸縮可能な形状記憶合金製の伸縮部材を用いた形状記憶合金アクチュエータの制御装置であって、
前記伸縮部材の周囲の環境温度を示す温度情報を取得する温度情報取得部と、
前記温度情報取得部が取得した前記温度情報に基づき前記伸縮部材に印加される印加電圧を設定し、その設定された印加電圧により前記伸縮部材に通電する通電制御部と、を備え、
前記通電制御部は、前記環境温度が高いときほど前記印加電圧を低く設定する制御装置。
【請求項２】
前記伸縮部材は、逆変態開始温度未満の温度域において特定の抵抗−温度特性を持ち、
前記温度情報取得部は、前記逆変態開始温度未満の温度域において、前記伸縮部材の抵抗値に基づき前記温度情報を取得する請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記通電制御部は、前記伸縮部材に対する通電を開始してから所定の通電時間が経過したときに通電を停止する請求項１または２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記所定の通電時間は、前記環境温度によらず一定の一定値が設定される請求項３に記載の制御装置。
【請求項５】
前記伸縮部材の抵抗値を取得する抵抗値取得部を備え、
前記通電制御部は、予め定められた通電停止条件の成否を前記抵抗値取得部が取得した抵抗値に基づき判定し、通電停止条件が成立したときに通電を停止し、
前記通電停止条件は、予め定められた基準抵抗値以上の抵抗値を取得してから、前記基準抵抗値以下の抵抗値を取得することである請求項１から４のいずれかに記載の制御装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の制御装置と、
ユーザによる被操作部に対するタッチ操作を検出可能なタッチ検出部と、
形状記憶合金製の伸縮部材の縮み変形により前記被操作部を駆動可能な形状記憶合金アクチュエータと、を備え、
前記通電制御部は、前記タッチ検出部によりタッチ操作が検出された場合に、前記印加電圧を設定し、その設定された印加電圧により前記伸縮部材に通電する触感付与装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状記憶合金アクチュエータの制御装置と、これらを用いた触感付与装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、小型化を図れるアクチュエータとして、形状記憶合金（ＳＭＡ：Shape memory Alloy）を用いた形状記憶合金アクチュエータ（以下、単にＳＭＡアクチュエータともいう）が知られる。ＳＭＡアクチュエータは、形状記憶合金製の伸縮部材を備え、その伸縮部材の温度変化による伸縮を利用して、他の被駆動要素を駆動可能である。
【０００３】
特許文献１には、伸縮部材に対する通電を制御することで伸縮部材を駆動する通電制御装置が記載されている。この通電制御装置は、定電圧を伸縮部材に印加することで伸縮部材を駆動している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１８３５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者は、特許文献１の開示技術を検討したところ、次の知見を得た。伸縮部材の周囲の環境温度によらず伸縮部材に定電圧を印加する場合、その環境温度の変化に起因して、ＳＭＡアクチュエータの出力により駆動される被駆動要素の加速度である出力加速度が大幅に変化してしまう。環境温度によりＳＭＡアクチュエータの大幅な出力特性の変化を招く事態は好ましくないため、その改善が望まれる。
【０００６】
本発明のある態様は、このような課題に鑑みてなされ、その目的の１つは、環境温度の変化に起因するＳＭＡアクチュエータの出力加速度の変化を抑えられる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１態様は制御装置である。第１態様の制御装置は、温度変化により伸縮可能な形状記憶合金製の伸縮部材を用いた形状記憶合金アクチュエータの制御装置であって、前記伸縮部材の周囲の環境温度を示す温度情報を取得する温度情報取得部と、前記温度情報取得部が取得した前記温度情報に基づき前記伸縮部材に印加される印加電圧を設定し、その設定された印加電圧により前記伸縮部材に通電する通電制御部と、を備え、前記通電制御部は、前記環境温度が高いときほど前記印加電圧を低く設定する。
【０００８】
この態様によれば、環境温度によらず定電圧を印加する場合と比べ、環境温度の変化に起因するＳＭＡアクチュエータの出力加速度の大きな変化を抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ＳＭＡアクチュエータの出力加速度と環境温度の関係を示すグラフである。
【図２】伸縮部材に対する通電時間とＳＭＡアクチュエータの出力変位量との関係を示すグラフである。
【図３】伸縮部材に対する通電時間とＳＭＡアクチュエータの出力変位量との関係を示す他のグラフである。
【図４】第１実施形態の触感付与装置を示す構成図である。
【図５】第１実施形態の電気機器の一部を示す模式図である。
【図６】第１実施形態のＳＭＡアクチュエータの一例を示す側面図である。
【図７】第１実施形態の伸縮部材の抵抗−温度特性を示す図である。
【図８】（ａ）は、第１実施形態の環境温度と印加電圧の対応関係を示す図であり、（ｂ）は、他の対応関係を示す図である。
【図９】第２実施形態の触感付与装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
まず、本発明を想到するに至った背景から説明する。図１は、ＳＭＡアクチュエータの出力加速度Ａと環境温度Ｔｅの関係を示すグラフである。ここでは、環境温度Ｔｅを様々に変えた条件で、かつ、次の条件のもとで伸縮部材に通電した。本例では、逆変態開始温度ＴＡｓが８５℃程度でＮｉ−Ｔｉ系の形状記憶合金を用いて伸縮部材を構成している。
・伸縮部材の加熱開始温度は環境温度Ｔｅと同じ
・印加電圧及び通電時間は環境温度Ｔｅによらず一定
【００１１】
本明細書でのＳＭＡアクチュエータの出力加速度Ａは、通電加熱による縮み変形と放熱冷却による伸び変形とを経て元の形状に復元するまでを測定期間としたとき、その測定期間内に得られる被駆動要素の加速度の最大値と最小値の差分値（ピークピーク値）で定義される。
【００１２】
ＳＭＡアクチュエータの出力加速度Ａは、定電圧を印加した場合、逆変態開始温度ＴＡｓ未満の温度域（以下、通常温度域という）において、環境温度Ｔｅが低温の場合に小さくなり、環境温度Ｔｅが高温の場合に大きくなる傾向がある。つまり、環境温度Ｔｅに応じてＳＭＡアクチュエータの大幅な動作特性の変化を招いてしまう。ＳＭＡアクチュエータを触感付与装置に組み込む場合、ＳＭＡアクチュエータの出力加速度Ａの変化により、触感付与装置によりユーザに付与される触感が大きく変化してしまい、その使用感への悪影響が懸念される。
【００１３】
環境温度Ｔｅに応じて出力加速度Ａが大きく変化してしまうのは、環境温度Ｔｅに応じて、伸縮部材からの単位時間当たりの放熱量（以下、放熱速度という）が変化してしまうことが原因と考えられる。つまり、環境温度Ｔｅが低温の場合、逆変態開始温度ＴＡｓ以上逆変態終了温度ＴＡｆ以下の温度域（以下、変態温度域という）まで伸縮部材が通電加熱されると、伸縮部材の部材温度Ｔｍと環境温度Ｔｅの温度差が大きくなる。これに起因して、伸縮部材の放熱速度が速くなることで、変態温度域での伸縮部材の温度上昇速度が過度に遅くなり、逆変態に伴う形状回復速度が遅くなることで、出力加速度Ａが小さくなると考えられる。また、環境温度Ｔｅが高温の場合、変態温度域まで伸縮部材が通電加熱されると、伸縮部材の部材温度Ｔｍと環境温度Ｔｅの温度差が小さくなる。これに起因して、伸縮部材の放熱速度が遅くなることで、変態温度域での伸縮部材の温度上昇速度が過度に速くなり、逆変態に伴う形状回復速度が速くなることで、出力加速度Ａが大きくなると考えられる。
【００１４】
本発明者は、この対策を検討したところ、環境温度Ｔｅの変化に応じて印加電圧を変化させることで、単位時間当たりの投入熱量を調整するのが有効であるとの知見を得た。詳しくは、環境温度Ｔｅが低温の場合、相対的に高い印加電圧を伸縮部材に通電し、単位時間当たりの投入熱量を大きくすることで、放熱速度の増大に伴う温度上昇速度の過度の減少を抑える。また、環境温度Ｔｅが高温の場合、相対的に低い印加電圧を伸縮部材に通電し、単位時間当たりの投入熱量を小さくすることで、放熱速度の減少に伴う温度上昇速度の過度の増大を抑える。
【００１５】
これにより、環境温度Ｔｅによらず定電圧を印加する場合と比べ、環境温度Ｔｅの変化による変態温度域での温度上昇速度の変化を抑制でき、その変化に起因する出力加速度Ａの大きな変化を抑えられる。ここでの「出力加速度の大きな変化を抑えられる」とは、伸縮部材が環境温度Ｔｅに応じて取り得る出力加速度の最大値と最小値の差分値を小さくできることを意味する。
【００１６】
図２は、伸縮部材に対する通電時間とＳＭＡアクチュエータの出力変位量との関係を示すグラフである。本図では、図１で説明した条件と異なり、通電時間を様々に変えた条件のもとで伸縮部材に通電している。ここでの出力変位量とは、ＳＭＡアクチュエータの出力により駆動される被駆動要素の変位量であって、前述の測定期間内に得られる最大の変位量をいう。ＳＭＡアクチュエータの出力変位量は、線分Ｌ０〜Ｌ２に示すように、通電開始してからしばらくの通電時間の間は、通電時間との間で比例関係を持っている。この線分Ｌ０〜Ｌ２の傾き、つまり、通電時間の変化量に対する出力変位量の変化量の割合は、出力変位量の単位時間当たりの変化量である出力速度を表している。この線分Ｌ０〜Ｌ２の傾きが大きくなるほど、出力速度が大きくなり、それに伴い測定期間内に得られる出力加速度が大きくなるといえる。このことから、この線分Ｌ０〜Ｌ２の傾きは、出力加速度を表しているといえる。
【００１７】
たとえば、環境温度Ｔｅ＝２０℃かつ印加電圧Ｖａ＝１５Ｖの場合に所定の目標範囲の出力加速度が得られるとする。本実施形態では、たとえば、環境温度Ｔｅが２０℃より高温のＴｅ＝６０℃のとき、線分Ｌ１の傾きから線分Ｌ０の傾きに近づけるように（方向Ｐｘ参照）、印加電圧Ｖａを１５Ｖより低い１０Ｖに設定する。また、たとえば、環境温度Ｔｅが２０℃より低温のＴｅ＝−４０℃のとき、線分Ｌ２から線分Ｌ０の傾きに近づけるように（方向Ｐｙ参照）、印加電圧Ｖａを１５Ｖより高い２０Ｖに設定する。このような考えのもとで印加電圧を設定することで、環境温度Ｔｅによらず出力加速度が目標範囲に収まるように制御できる。
【００１８】
ＳＭＡアクチュエータを触感付与装置に組み込む場合、触感付与装置からユーザに付与される触感には、出力加速度の他にも出力変位量が影響している。ユーザに付与される触感の変化を抑えたり、伸縮部材の歪み率が過多となる事態を抑えるうえでは、所定の目標範囲（たとえば、図２の範囲Ｒｂ）の出力変位量に収まるように伸縮部材に対する通電を制御することになる。
【００１９】
ここで、伸縮部材に通電するうえで、制御対象としては印加電圧の他に通電時間がある。環境温度Ｔｅが６０℃の場合、環境温度Ｔｅが２０℃の場合より通電時間を短くすれば、目標範囲Ｒｂに出力変位量を収めることはできるものの、線分Ｌ０、Ｌ１の傾きである出力加速度は変化しない。つまり、伸縮部材に対する通電時間を変化させたとしても、所望の出力加速度を得られない。環境温度Ｔｅに応じて所望の出力加速度を得るうえでは、通電時間ではなく印加電圧の制御が有効ということである。
【００２０】
また、図２の例では、環境温度Ｔｅが−４０℃のような過度に低温域にあると、ある通電時間（２．５ミリ秒）を超えた以降は出力変位量が変化しなくなり、いくら通電時間を長くしたとしても出力変位量を目標範囲Ｒｂに収められなくなる。これは、前述の通り、変態温度域において伸縮部材の部材温度Ｔｍと環境温度Ｔｅの温度差が大きくなり、伸縮部材の放熱速度が過度に速くなり、伸縮部材が温度上昇しなくなるためと考えられる。この点、本実施形態の制御装置は、環境温度Ｔｅが過度に低温域にある場合でも、その環境温度Ｔｅに応じた適切な印加電圧を設定することで、伸縮部材への投入熱量を高めて変態温度域での伸縮部材の温度上昇を図り、目標範囲Ｒｂの出力変位量を得られる。
【００２１】
また、本実施形態の制御装置は、前述のように、ＳＭＡアクチュエータの出力加速度が所定範囲に収まるように、環境温度Ｔｅに応じた印加電圧を設定する。本発明者は、このように印加電圧を設定するうえで、次の問題があるとの知見を得た。
【００２２】
図３は、伸縮部材に対する通電時間とＳＭＡアクチュエータの出力変位量との関係を示す他のグラフである。出力加速度が所定範囲となるように印加電圧を制御するということは、たとえば、本図の中で二本の直線Ｌａ、Ｌｂで挟まれた範囲に収まるように印加電圧を制御することを意味する。ここで、たとえば、通電時間が１．５ミリ秒の場合に目標範囲Ｒｂの出力変位量を得られるとする。このとき、伸縮部材に対する通電時間を減少させた場合（たとえば、１．５ミリ秒から０．７５ミリ秒に減少させた場合）、その変化に伴い出力変位量の範囲Ｒｘ１が目標範囲Ｒｂから減少してしまう。同様に、伸縮部材に対する通電時間を増加させた場合（たとえば、１．５ミリ秒から３．０ミリ秒に増加させた場合）、その変化に伴い出力変位量の範囲Ｒｘ２が目標範囲Ｒｂから増加してしまう。
【００２３】
このように、出力加速度が所定の目標範囲Ｒｂとなるように印加電圧を制御するうえで、伸縮部材に対する通電時間を変化させてしまうと、ＳＭＡアクチュエータの出力変位量が変化してしまい、目標範囲Ｓｂの出力変位量を得られなくなり得る。よって、ＳＭＡアクチュエータの出力加速度が目標範囲Ｒｂとなるように制御したとしても、出力変位量の変化によりユーザに付与される触感が変化してしまい、その使用感への悪影響が懸念される。
【００２４】
本発明者は、この対策を検討したところ、環境温度Ｔｅの変化によらず一定値の通電時間（たとえば、１．５ミリ秒）が経過したところで通電を停止することが有効であるとの知見を得た。これにより、出力加速度が目標範囲となるように制御するうえで、ＳＭＡアクチュエータの出力変位量の変化を抑えられる。この結果、環境温度Ｔｅの変化によらず、ＳＭＡアクチュエータの出力加速度と出力変位量の両方が所定の範囲に収まるように制御し易くなる。以下、このような背景のもとでなされた技術を説明する。
【００２５】
以下、実施形態、変形例では、同一の構成要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図面では、説明の便宜のため、構成要素の一部を適宜省略したり、構成要素の寸法を適宜拡大、縮小して示す。
【００２６】
図４は、第１実施形態の触感付与装置１２を示す構成図である。図５は、触感付与装置１２が用いられる電気機器１４の一部を示す模式図である。触感付与装置１２は、電気機器１４の被操作部１４ａに対するユーザＵのタッチ操作に連動して、ユーザＵに触感を付与可能である。本実施形態の電気機器１４はタッチパネル装置であり、ユーザによりタッチ操作される被操作部１４ａはタッチパネルである。触感付与装置１２は、電気機器１４の一部として電気機器１４に組み込まれる。触感付与装置１２は、主に、制御装置１６と、タッチ検出部１８と、ＳＭＡアクチュエータ２０と、付勢部２２とを備える。制御装置１６は後述する。
【００２７】
タッチ検出部１８は、電気機器１４の被操作部１４ａに対するタッチ操作を検出可能である。タッチ検出部１８は、たとえば、タッチパネルに組み込まれる静電容量式タッチセンサ等である。
【００２８】
ＳＭＡアクチュエータ２０は、伸縮部材２４の縮み変形により、電気機器１４の被操作部１４ａを特定の駆動方向Ｐａに駆動可能である。駆動方向Ｐａは、たとえば、タッチパネルの面内方向又は面外方向である。
【００２９】
付勢部２２は、電気機器１４の被操作部１４ａを駆動方向Ｐａとは反対側の反駆動方向Ｐｂに付勢する。付勢部２２は、コイルスプリング等の弾性体である。
【００３０】
図６は、ＳＭＡアクチュエータ２０の一例を示す側面図である。本実施形態のＳＭＡアクチュエータ２０は、伸縮部材２４の他に、固定子２６と、可動子２８とを有する。
【００３１】
固定子２６は、電気機器１４のケーシング（不図示）に取り付けられ、電気機器１４の被操作部１４ａに対する位置が固定される。可動子２８は、固定子２６と対向するとともに、固定子２６と対向する方向を可動方向として移動可能である。可動子２８は、可動方向の一方側を駆動方向Ｐａとして、その駆動方向Ｐａの動きを被駆動要素となる電気機器１４の被操作部１４ａに伝達可能である。
【００３２】
伸縮部材２４は、線状のワイヤーを例示するが、帯状のベルト等でもよい。伸縮部材２４は制御装置１６の通電制御部３２（後述する）に電気的に接続される。伸縮部材２４は、温度変化により伸縮可能な形状記憶合金製である。形状記憶合金製の伸縮部材２４は、加熱による逆変態（オーステナイト変態）により縮み変形可能であるとともに、冷却によるマルテンサイト変態により伸び変形可能である。伸縮部材２４は縮み変形により可動子２８を駆動方向Ｐａに駆動可能である。
【００３３】
図７は、本実施形態の伸縮部材２４の抵抗−温度特性を示す図である。伸縮部材２４を構成する形状記憶合金は、少なくとも一部の温度域において、伸縮部材２４の温度である部材温度Ｔｍに応じて抵抗値が変化する特定の抵抗−温度特性を持つ。本実施形態の形状記憶合金は、Ｎｉ−Ｔｉ系合金である。この組成の形状記憶合金は、逆変態開始温度ＴＡｓ（Ａｓ点）以上、逆変態終了温度ＴＡｆ（Ａｆ点）以下の温度域Ｔｒａ（以下、変態温度域という）において、負の抵抗−温度特性を持つ。また、逆変態開始温度ＴＡｓ未満の通常温度域Ｔｒｂにおいて、正の抵抗−温度特性を持つ。負の抵抗−温度特性とは、部材温度Ｔｍが増大するほど抵抗値が減少する特性をいい、正の抵抗−温度特性とは、部材温度Ｔｍが増大するほど抵抗値が増大する特性をいう。
【００３４】
図４に戻る。制御装置１６は、温度情報取得部３０と、通電制御部３２とを備える。制御装置１６の各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵをはじめとする種々の電子部品や機械部品等により実現され、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等により実現される。ここでは、それらの連携により実現される機能ブロックを描く。これらの機能ブロックは、ハードウェア要素とソフトウェア要素の組み合わせ、または、ハードウェア要素のみにより実現される。
【００３５】
温度情報取得部３０は、次のような考えに基づき、環境温度Ｔｅを示す温度情報を取得する。ＳＭＡアクチュエータ２０の伸縮部材２４は体積が非常に小さいうえ、固定子２６や可動子２８との間での熱伝導により放熱し易い。よって、伸縮部材２４の部材温度Ｔｍは環境温度Ｔｅまで非常に早期に冷却され易く、伸縮部材２４の通電加熱後の非常に短い期間を除いて環境温度Ｔｅと同じ温度となる。そこで、本実施形態では、環境温度Ｔｅが部材温度Ｔｍと同じであるとみなしている。
【００３６】
また、前述の通り、伸縮部材２４は、逆変態開始温度ＴＡｓより低い通常温度域Ｔｒｂで正の抵抗−温度特性を持つ。よって、通常温度域Ｔｒｂでは、伸縮部材２４の抵抗値から部材温度Ｔｍを特定でき、ひいては環境温度Ｔｅを特定できる。本実施形態では、このような通常温度域Ｔｒｂの環境温度Ｔｅで伸縮部材２４を用いることを想定している。そこで、本実施形態では、環境温度Ｔｅ（部材温度Ｔｍ）を示す温度情報として通電開始前の伸縮部材２４の抵抗値を用いている。詳しくは、本実施形態の温度情報取得部３０は、伸縮部材２４の通電開始前の抵抗値を検出し、その検出した抵抗値を環境温度Ｔｅを示す温度情報として取得する。温度情報取得部３０は、通常温度域Ｔｒｂにおいて、伸縮部材２４の抵抗値に基づき温度情報を取得することになる。抵抗値の検出方法は特に限定されず、たとえば、公知の種々の方法が用いられてもよい。なお、形状記憶合金の逆変態開始温度ＴＡｓは、たとえば、８５℃程度である。
【００３７】
通電制御部３２は、温度情報取得部３０が取得した温度情報に基づき伸縮部材２４に印加される印加電圧を設定し、その設定された印加電圧により伸縮部材２４に通電する。本実施形態の通電制御部３２は、伸縮部材２４に対する通電を開始した後、予め定められた通電停止条件が成立したときに伸縮部材２４に対する通電を停止する。本実施形態の通電停止条件は、伸縮部材２４に対する通電を開始してから所定の通電時間が経過したことである。本実施形態の通電時間は、環境温度Ｔｅによらず一定の一定値が設定される。
【００３８】
通電制御部３２は、温度情報の示す環境温度Ｔｅが高いときほど印加電圧を低く設定する。図８は、環境温度Ｔｅと印加電圧の対応関係を示す図である。図８（ａ）に示すように、本実施形態の通電制御部３２は、環境温度Ｔｅが高くなるほど印加電圧が連続的に低くなるように印加電圧を設定する。この他にも、図８（ｂ）に示すように、環境温度Ｔｅが高くなるほど印加電圧が段階的に低くなるように印加電圧を設定してもよい。この印加電圧は、通常温度域Ｔｒｂの上限温度となる変態開始温度ＴＡｓで最小値となり、通常温度域Ｔｒｂの想定される下限温度（たとえば、−４０℃）で最大値となるように設定される。
【００３９】
印加電圧は、通電停止条件が成立するまで通電した場合に、少なくとも逆変態開始温度ＴＡｓ以上の変態温度域Ｔｒａまで伸縮部材２４を加熱可能な大きさに設定される。また、印加電圧は、通電停止条件が成立するまで通電した場合に、通常温度域Ｔｒｂでの環境温度Ｔｅによらず、図１に示すような目標範囲Ｒａの出力加速度Ａが得られる大きさに設定される。この出力加速度Ａの目標範囲Ｒａは、たとえば、通常温度域Ｔｒｂの環境温度Ｔｅで取り得る出力加速度Ａの最大値と最小値の差分値が５Ｇｐｐ以下となるように設定される。
【００４０】
通電制御部３２は、このような条件を満たす印加電圧を設定するうえで、環境温度Ｔｅを示す温度情報と印加電圧の対応関係を規定するテーブル又は式を記憶部に保持しておき、そのテーブル又は式を用いて温度情報に基づき印加電圧を設定してよい。この温度情報と印加電圧の対応関係は、実験、解析等により求めればよい。
【００４１】
通電時間は、目標範囲Ｒａの出力加速度が得られるように印加電圧を設定した場合に、所定の目標範囲Ｒｂの出力変位量が得られるような一定値が予め設定される。この目標範囲Ｒｂの上限値は、伸縮部材２４に通電を開始してから通電停止条件が成立するまでの間での伸縮部材２４の歪み率が、予め定められた許容歪み率を超えない大きさとなるように設定される。この伸縮部材２４の歪み率εは、次の式（１）で表すように、伸縮部材２４が変態開始温度ＴＡｓにあるときの伸縮部材２４の長さＬに対する、変態温度域Ｔｒａでの伸縮部材２４の長さの変化量λの割合を示す。
ε＝λ／Ｌ  ・・・  （１）
【００４２】
この伸縮部材２４の歪み率は、変態温度域Ｔｒａにおいて、伸縮部材２４の部材温度Ｔｍが高温になるほど大きくなり、逆変態終了温度ＴＡｆの近傍の温度で最大歪み率となる。伸縮部材２４の歪み率は大きくなるほど疲労破壊を促進する恐れがある。これをふまえて、許容歪み率は、たとえば、最大歪み率の半分以下の大きさとなるように設定される。
【００４３】
以上の制御装置１６を用いた触感付与装置１２の動作を説明する。
電気機器１４の被操作部１４ａに対するタッチ操作がタッチ検出部１８により検出されると、その時の環境温度Ｔｅを示す温度情報を温度情報取得部３０が取得する。本実施形態の温度情報取得部３０は、タッチ操作が検出されたタイミングで温度情報を検出することで、タッチ操作が検出された時の温度情報を取得する。この他にも、温度情報取得部３０は、常時に温度情報を監視することで、タッチ操作が検出された時の温度情報を取得してもよい。通電制御部３２は、温度情報取得部３０が取得した温度情報に基づき、伸縮部材２４に印加される印加電圧を設定し、その印加電圧で伸縮部材２４に通電する。本実施形態の通電制御部３２は、通電を開始してから通電停止条件を満たすまで、設定された印加電圧を変更せずに伸縮部材２４に通電する。
【００４４】
通電制御部３２が伸縮部材２４に通電すると伸縮部材２４が縮み変形する。伸縮部材２４が縮み変形すると、可動子２８が駆動方向Ｐａに駆動され、その可動子２８の動きが電気機器１４の被操作部１４ａに伝達されることで、被操作部１４ａも駆動方向Ｐａに駆動される。このとき、電気機器１４の被操作部１４ａは付勢部２２の付勢力に抗して駆動方向Ｐａに駆動される。
【００４５】
通電制御部３２による伸縮部材２４に対する通電が停止すると、伸縮部材２４が放熱冷却により元の形状に復元するように伸び変形する。これに伴い、伸縮部材２４から被操作部１４ａへの力の伝達が解除され、被操作部１４ａが付勢部２２の付勢力により反駆動方向Ｐｂに押し戻される。触感付与装置１２は、この駆動方向Ｐａと反駆動方向Ｐｂの動きを瞬間的に行わせることで被操作部１４ａを振動させる。これにより、被操作部１４ａに触れているユーザに被操作部１４ａの振動が伝達され、ユーザに触感が付与される。
【００４６】
以上の制御装置１６によれば、通常温度域Ｔｒｂにおいて、環境温度Ｔｅが低いときほど印加電圧を高く設定し、環境温度Ｔｅが高いときほど印加電圧を低く設定している。よって、前述の通り、環境温度Ｔｅによらず定電圧を印加する場合と比べ、環境温度Ｔｅの変化に起因する出力加速度Ａの大きな変化を抑えられる。
【００４７】
また、温度情報取得部３０は、伸縮部材２４の抵抗値に基づき温度情報を取得する。よって、環境温度を示す温度情報を取得するうえで専用の測温素子が不要となり、制御装置１６の構成の簡素化を図れる。
【００４８】
また、通電制御部３２は、伸縮部材２４に対する通電を開始してから所定の通電時間が経過したことを通電停止条件として通電を停止する。よって、伸縮部材２４の抵抗値等に基づき通電停止条件の成否を判定する場合と比べ、その成否を簡易に判定できる。
【００４９】
また、所定の通電時間は、環境温度Ｔｅによらず一定の一定値が設定される。よって、前述の通り、環境温度Ｔｅの変化によらず、ＳＭＡアクチュエータ２０の出力加速度と出力変位量の両方が所定の範囲に収まるように制御し易くなる。
【００５０】
（第２の実施の形態）
図９は、第２実施形態の触感付与装置１２を示す構成図である。本実施形態の制御装置１６は、第１実施形態の制御装置１６と比べ、抵抗値取得部３４の有無、通電制御部３２の動作の点で相違する。
【００５１】
抵抗値取得部３４は、伸縮部材２４の抵抗値を取得する。本実施形態では、伸縮部材２４の抵抗値を温度情報取得部３０も取得しており、温度情報取得部３０が抵抗値取得部３４を兼ねている。本実施形態の抵抗値取得部３４は、伸縮部材２４の抵抗値を検出することで、伸縮部材２４の抵抗値を取得する。抵抗値の検出方法は特に限定されず、たとえば、公知の種々の方法が用いられてもよい。
【００５２】
本実施形態の通電制御部３２は、伸縮部材２４に対する通電を開始した後、抵抗値取得部３４が取得した抵抗値に基づき通電停止条件の成否を判定する。通電制御部３２は、通電を開始した後、通電停止条件が成立するまでの間は通電を継続する。本実施形態の通電停止条件は、次の考えに基づき設定される。
【００５３】
前述の通り、伸縮部材２４の歪み率は、変態温度域Ｔｒａにおいて、伸縮部材２４の部材温度Ｔｍが高温になるほど大きくなり、これが大きくなるほど疲労破壊を促進する恐れがある。よって、第１実施形態と同様、許容歪み率を超えないように、変態温度域Ｔｒａでの部材温度Ｔｍの過度の増大を避ける必要がある。
【００５４】
ここで、図７に示すように、伸縮部材２４は、変態温度域Ｔｒａにおいて、負の抵抗−温度特性を持つ。よって、伸縮部材２４の抵抗値から変態温度域Ｔｒでの伸縮部材２４の部材温度Ｔｍを特定できる。
【００５５】
これを踏まえて、本実施形態の通電停止条件は、予め定められた基準抵抗値Ｒｒ以上の伸縮部材２４の抵抗値を抵抗値取得部３４が取得し、その後に基準抵抗値Ｒｒ以下の抵抗値を抵抗値取得部３４を取得した場合に成立すると設定している。この基準抵抗値Ｒｒは、基準抵抗値Ｒｒに対応する変態温度域Ｔｒａでの部材温度Ｔｍまで加熱されたときの出力変位量が目標範囲Ｒｂに収まるように設定される。この目標範囲Ｒｂの上限値は、前述の通り、伸縮部材２４の歪み率が許容歪み率を超えない大きさとなるように設定される。これにより、伸縮部材２４が変態温度域Ｔｒａで過剰に加熱されることにより歪み率が過多となる事態を避けられ、伸縮部材２４の疲労特性の低下を避けられる。基準抵抗値Ｒｒ以上の抵抗値を抵抗値取得部３４が取得することを一つの条件とするのは、次の理由による。
【００５６】
本実施形態の伸縮部材２４を構成する形状記憶合金は、図７に示すように、通常温度域Ｔｒｂにて正の抵抗−温度特性を持っている。よって、伸縮部材２４が通常温度域Ｔｒｂと変態温度域Ｔｒａの何れにあるときも、伸縮部材２４の抵抗値が基準抵抗値Ｒｒを下回る事態が生じ得る。このため、基準抵抗値Ｒｒ以下の抵抗値を取得したことのみを通電停止条件に設定した場合、伸縮部材２４の部材温度Ｔｍが通常温度域Ｔｒｂにあるときにも、伸縮部材２４への通電が停止する事態が生じ得る。このような事態が生じると、伸縮部材２４を変態温度域Ｔｒａまで通電加熱できず、その縮み変形に伴い生じる力を用いて被駆動要素（被操作部１４ａ）を駆動不能になってしまう。
【００５７】
ここで、いったん伸縮部材２４の抵抗値が基準抵抗値Ｒｒ以上になった以降は、伸縮部材２４に継続的に通電加熱する限り、通常温度域Ｔｒｂでなく変態温度域Ｔｒａで基準抵抗値Ｒｒを下回る事態が生じる。そこで、伸縮部材２４が通常温度域Ｔｒｂではなく変態温度域Ｔｒａにあるときに通電を停止できるように、基準抵抗値Ｒｒ以上の抵抗値を取得することを条件の一つとしている。これにより、通常温度域Ｔｒｂにおいて正の温度−温度特性を持つ形状記憶合金製の伸縮部材２４を用いた場合でも、伸縮部材２４を変態温度域Ｔｒａまで通電加熱しつつ、伸縮部材２４の歪み率が過多となる事態を避けられる。
【００５８】
なお、同様の目的を果たす観点からは、次の通電停止条件を設定してもよい。伸縮部材２４が通常温度域Ｔｒｂから変態温度域Ｔｒａまで加熱されると、伸縮部材２４の抵抗値の単位時間当たりの変化量が正の値から負の値に切り替わる。このことを利用して、伸縮部材２４の抵抗値の変化量を監視し、その変化量が負の値になることと、基準抵抗値Ｒｒ以下の抵抗値を取得することとを通電停止条件に設定してもよい。
【００５９】
以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明した。前述した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施形態の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。前述の実施形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「実施形態の」「実施形態では」等との表記を付して強調しているが、そのような表記のない内容でも設計変更が許容される。また、図面の断面に付したハッチングは、ハッチングを付した対象の材質を限定するものではない。
【００６０】
電気機器１４の被操作部１４ａはタッチパネルである例を説明したが、これに限定されない。たとえば、オンオフスイッチ等のスイッチでもよい。また、電気機器１４の被操作部１４ａとタッチ検出部１８は、タッチパネルの一部として一体に設けられる例を説明したが、これらは別体に設けられていてもよい。
【００６１】
ＳＭＡアクチュエータ２０は、伸縮部材２４の縮み変形により可動子２８を駆動方向Ｐａに駆動可能であれば、その具体的な構造は特に限定されない。伸縮部材２４を構成する形状記憶合金の組成は特に限定されず、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｃｕ系合金が用いられてもよい。
【００６２】
Ｎｉ−Ｔｉ−Ｃｕ系合金を形状記憶合金に用いた場合、通常温度域Ｔｒｂでの部材温度Ｔｍと抵抗値の間での相関関係がなくなる。このように相関関係がなくなると、実施形態で説明したように、通常温度域Ｔｒｂにおける環境温度Ｔｅを示す温度情報を伸縮部材２４の抵抗値から取得できなくなる。この代案として、温度情報取得部３０は、サーミスタ等の測温素子を用いて環境温度Ｔｅを示す温度情報を取得してもよい。なお、温度情報取得部３０は、形状記憶合金の組成によらず、測温素子を用いて温度情報を取得してもよいし、他の手法を用いて温度情報を取得してもよい。
【００６３】
通電制御部３２は、印加電圧を設定してから伸縮部材２４に対する通電を停止するまで、設定された印加電圧を変更しない例を説明したが、これに限定されない。たとえば、通電制御部３２は、伸縮部材２４に対する通電を開始してからも伸縮部材２４の抵抗値を取得し、その通電途中に抵抗値の変化に追従して印加電圧を変更してもよい。
【００６４】
所定の通電時間は一定値である例を説明したが、温度情報取得部３０が取得した温度情報に基づき設定される可変値でもよい。たとえば、高温の環境温度Ｔｅの場合、低温の環境温度Ｔｅの場合より伸縮部材２４の放熱速度が遅くなるため、伸縮部材２４の通電時間が長いと伸縮部材２４が過多に加熱され易くなり、伸縮部材２４の歪み率が過多になる恐れがある。これを避けるため、環境温度Ｔｅが高温になるほど通電時間が短くなるように設定してもよい。通電制御部３２は、このような条件を満たす通電時間と環境温度Ｔｅの対応関係を規定するテーブル又は式を保持しておき、そのテーブル又は式を用いて環境温度Ｔｅから通電時間を特定してもよい。
【００６５】
通電制御部３２による印加電圧の制御方法は特に限定されない。通電制御部３２は、たとえば、パルス幅変調回路を用いて、電源電圧をもとに所望の印加電圧を生成することで、伸縮部材２４に印加する印加電圧を制御してもよい。この他にも、たとえば、ドロッパ回路により電源電圧を所望の印加電圧まで降圧させることで実現してもよい。
【００６６】
また、この他にも、静電容量の異なる複数のコンデンサを用いて印加電圧を制御してもよい。詳しくは、コンデンサは、静電容量が大きくなるほど、放電による電圧の降下速度が遅くなり、放電電流の電圧が高くなる特性がある。よって、コンデンサの放電電流を伸縮部材２４に供給するうえで、コンデンサの静電容量が大きいと伸縮部材２４に対する印加電圧が大きくなり、静電容量が小さいと伸縮部材２４に対する印加電圧が小さくなる。
【００６７】
これを利用して、通電制御部３２は、複数のコンデンサの何れかの放電電流を伸縮部材２４に供給可能な構成とし、温度情報の示す環境温度Ｔｅが高いときほど静電容量の小さいコンデンサの放電電流を伸縮部材２４に供給するようにしてもよい。これにより、温度情報の示す環境温度Ｔｅが高いときほど印加電圧が低くなるように、温度情報に基づき印加電圧が設定されることになる。このコンデンサは、たとえば、電解コンデンサ等である。
【００６８】
以上の実施形態、変形例により具体化される発明を一般化すると、以下の項目に記載の発明が含まれているともいえる。
（項目）
温度変化により伸縮可能な形状記憶合金製の伸縮部材を用いて形状記憶合金アクチュエータの制御装置であって、
前記伸縮部材の抵抗値を取得する抵抗値取得部と、
前記伸縮部材に通電する通電制御部と、を備え、
前記通電制御部は、予め定められた通電停止条件の成否を前記抵抗値取得部が取得した抵抗値に基づき判定し、通電停止条件が成立したときに通電を停止し、
前記通電停止条件は、予め定められた基準抵抗値以上の抵抗値を取得してから、前記基準抵抗値以下の抵抗値を取得することである制御装置。
【００６９】
この項目に記載の発明に関する課題は下記の通りである。
【００７０】
本発明者は、特許文献１の開示技術を検討したところ、次の知見を得た。形状記憶合金製の伸縮部材を用いて被駆動要素を駆動するうえでは、伸縮部材の縮み変形に伴い生じる力を駆動力として用いるため、逆変態開始温度以上逆変態終了温度以下の変態温度域まで伸縮部材を通電加熱するような通電制御を要する。また、特許文献１の開示技術では、伸縮部材の歪み率が過多となる事態を避けるため、変態温度域で負の抵抗−温度特性を持つ形状記憶合金を用いたうえで、伸縮部材の抵抗値が基準抵抗値を下回らないような通電制御をしている。
【００７１】
ここで、特許文献１の開示技術では、逆変態開始温度未満の通常温度域では抵抗値と部材温度の間に相関関係がない形状記憶合金を用いて前述の通電制御をしている。形状記憶合金に用いられる素材の自由度を高める観点からは、通常温度域で正の抵抗−温度特性を持つ形状記憶合金を伸縮部材に用いた場合でも、同様の通電制御をできることが望まれる。
【００７２】
この項目に記載の発明は、このような課題に鑑みてなされ、その目的の１つは、通常温度域において正の抵抗−温度特性を持つ形状記憶合金を伸縮部材に用いた場合でも、伸縮部材を用いて被駆動要素を駆動しつつ、伸縮部材の歪み率が過多となる事態を避けられる技術を提供する。
【符号の説明】
【００７３】
１２…触感付与装置、１４ａ…被操作部、１６…制御装置、１８…タッチ検出部、２０…形状記憶合金アクチュエータ（ＳＭＡアクチュエータ）、２４…伸縮部材、３０…温度情報取得部、３２…通電制御部。
【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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