(57)【要約】【課題】可動部材が障害物によって拘束された状態で生じる過電流による形状記憶合金部材の過熱破損が生じない形状記憶合金アクチュエータ制御装置を提供する。【解決手段】抵抗値フィードバック制御部２は、抵抗値検出部５が検出した抵抗値及び指令抵抗値出力部７が出力した指令抵抗値に基づいてＳＭＡワイヤｓｍａの抵抗値のフィードバック制御を行う。駆動部３は、フィードバック制御に応じた形状記憶合金アクチュエータの駆動を行うために、ＳＭＡワイヤｓｍａに電圧を印加して加熱することによって、ＳＭＡワイヤｓｍａの抵抗値を予め決定された変位量に対応する抵抗値に設定して予め決定された変位量だけＳＭＡワイヤｓｍａを収縮させる。電流制限部６は、電流検知部４によって検知された電流の電流値が予め決定された電流値を超えたときにＳＭＡワイヤｓｍａに印加される電圧を低減することによって、ＳＭＡワイヤｓｍａに流れる電流を制限する。【選択図】図１
2015232777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状記憶合金部材を介して動かされる可動部材を有する形状記憶合金アクチュエータの位置制御を行う形状記憶合金アクチュエータ制御装置であって、
形状記憶合金部材の抵抗値を検出する抵抗値検出部と、
形状記憶合金部材の抵抗値を形状記憶合金部材の予め決定された変位量に対応する抵抗値に設定するための指令抵抗値を出力する指令抵抗値出力部と、
前記抵抗値検出部が検出した抵抗値及び前記指令抵抗値に基づいて形状記憶合金部材の抵抗値のフィードバック制御を行う抵抗値フィードバック制御部と、
前記フィードバック制御に応じた形状記憶合金アクチュエータの駆動を行うために、形状記憶合金部材に電圧を印加して加熱することによって、形状記憶合金部材の抵抗値を前記予め決定された変位量に対応する抵抗値に設定して前記予め決定された変位量だけ形状記憶合金部材を収縮させる駆動部と、
形状記憶合金部材に流れる電流を検知する電流検知部と、
前記電流検知部によって検知された電流の電流値が予め決定された電流値を超えたときに形状記憶合金部材に印加される電圧を低減することによって、形状記憶合金部材に流れる電流を制限する電流制限部と、
を有することを特徴とする形状記憶合金アクチュエータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状記憶合金部材を介して動かされる可動部材を有する形状記憶合金アクチュエータの位置制御を行う形状記憶合金アクチュエータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
形状記憶合金は、低温で塑性変形させた後に高温にすると変形前の形に戻り、再び低温にすると、塑性変形された形になる。形状記憶合金としては、Ｔｉ−Ｎｉ系合金のものが代表的であり、Ｔｉ−Ｚｒ−Ｎｉ系合金、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ合金、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｚｎ合金、Ｔｉ−Ｎｉ−Ａｌ合金等が用いられる。Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ合金の場合、４５０℃〜７００℃の温度で１００時間以内に熱処理して、発生力向上のためのＴｉＣｕ結晶粒の微小化（１μｍ未満）と、形状記憶効果のための変位量を担うＴｉＮｉ結晶粒（５００ｎｍ以下）の確保を行う。
【０００３】
形状記憶合金アクチュエータは、形状記憶合金の形状及び回復力を利用したアクチュエータである。形状記憶合金アクチュエータは、１０ｍＷ程度の非常に小さい消費電力、センサレス、機械的ノイズレス、電気的ノイズレス、小型、軽量、簡便な操作性等の利点を有するので、形状記憶合金を用いないアクチュエータに比べて多くの優位性を有している。これらの優位性のために、形状記憶合金アクチュエータは、精密機器、医療機器、ロボット等の産業機器、玩具等の分野での実用化が期待でき、特に、医療分野では、任意の位置での位置決め可能な能動内視鏡の実用化が期待できる。
【０００４】
従来、形状記憶合金アクチュエータの位置制御を行うために、形状記憶合金部材の抵抗値を予め決定された一定の抵抗値に維持するための定抵抗制御を行う形状記憶合金アクチュエータ制御装置が用いられている。
【０００５】
このような定抵抗制御を行う形状記憶合金アクチュエータ制御装置として、形状記憶合金部材の抵抗値の単位時間当たりの変化（変化速度）と指示抵抗値とを比較する形状記憶合金アクチュエータ制御装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００６】
また、定抵抗制御を行う形状記憶合金アクチュエータ制御装置の別の例として、検出した形状記憶合金部材の抵抗値と指令値とを比較する形状記憶合金アクチュエータ制御装置が提案されている（例えば、特許文献２）。
【０００７】
また、定抵抗制御を行う形状記憶合金アクチュエータ制御装置の別の例として、形状記憶合金部材の抵抗値が大きく変化する二つの変化点を基準にしこの変化点間を直線化しこの間のみの狭い領域を可動部材の位置制御域とする形状記憶合金アクチュエータ制御装置も提案されている（例えば、特許文献３）。
【０００８】
さらに、定抵抗制御を行う形状記憶合金アクチュエータ制御装置の別の例として、ＰＷＭパルスが供給され、ＰＷＭパルスのオフピリオドの間に形状記憶合金部材の抵抗値を測定する形状記憶合金アクチュエータ制御装置が提案されている（例えば、特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−１５７９２３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２８５５２号公報
【特許文献３】特開２００８−２７６７５０号公報
【特許文献４】特表２００３−５０７６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的の一つは、形状記憶合金部材の抵抗値と変位は非線形のため抵抗値の指令値と変位の関係をリニアライズしてmm単位の位置制御を精度良く可能とする方法を提供する。
【００１１】
一方、定抵抗制御を行う形状記憶合金アクチュエータ制御装置によって形状記憶合金部材を介して可動部材を動かす際に可動部材が障害物によって拘束された場合、形状記憶合金アクチュエータ制御装置は、拘束された状態に逆らって可動部材を動かそうとする。
【００１２】
このように拘束された状態に逆らって可動部材を動かそうとすると、予め決定された変位量よりも大きい変位量の形状記憶合金部材の収縮を行うのに必要な電流、すなわち、過電流がＳＭＡ部材に流れ、ＳＭＡ部材が過熱破損されるおそれがある。
本発明の他の目的は、形状記憶合金でなる可動部材（形状記憶合金部材と言う）が障害物によって拘束された状態で生じる過電流による形状記憶合金部材の過熱破損が生じない形状記憶合金アクチュエータ制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明による形状記憶合金アクチュエータ制御装置は、形状記憶合金部材を介して動かされる可動部材を有する形状記憶合金アクチュエータの位置制御を行う形状記憶合金アクチュエータ制御装置であって、形状記憶合金部材の抵抗値を検出する抵抗値検出部と、形状記憶合金部材の変位量との関係で示す非直線抵抗値曲線を複数分割して近似直線化しこの近似直線の各分割区分毎に形状記憶合金部材のｍｍ単位変位量に対応する抵抗値を設定するための指令抵抗値出力部と、抵抗値検出部が検出した抵抗値及び指令抵抗値に基づいて形状記憶合金部材の抵抗値のフィードバック制御を行う抵抗値フィードバック制御部と、フィードバック制御に応じた形状記憶合金アクチュエータの駆動を行うために、形状記憶合金部材に電圧を印加して加熱することによって、形状記憶合金部材の抵抗値を予め決定された変位量に対応する抵抗値に設定して予め決定された変位量だけ形状記憶合金部材を収縮させる駆動部と、形状記憶合金部材に流れる電流を検知する電流検知部と、電流検知部によって検知された電流の電流値が予め決定された電流値を超えたときに形状記憶合金部材に印加される電圧を低減することによって、形状記憶合金部材に流れる電流を制限する電流制限部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
即ち本発明は、前記構成における前記指令抵抗値出力部により第一の課題を解決し、及び前記電流制限部により第二の課題を解決するものである。
前記指令抵抗値出力部の機能設定理由は次の通りである。
【００１５】
＜指令抵抗値出力部について＞
SMAワイヤを通電加熱すると温度変化による相変態により伸 縮(変位)させることが出来るが単なる通電のON/OFFでは伸縮(変位）の量を任意に変えることは出来ない。温度によりSMAの抵抗値は図２のように変化する。加熱と冷却(自然冷却）ではヒステリ シスが有り温度をフィードバックして位置制御をするとヒステリシスがあるため加熱時と冷却時には位置がずれることになり位置制御精度が悪い。 
【００１６】
一方、SMAの抵抗値と変位の関係ではヒステリシスはない。従ってSMAの抵抗値をフィードバックしてリアルタイムで変位を 制御すれば外部位置センサ不要のSMAアクチュエータとしての精密な位置制御を可能とする。 
【００１７】
そこで、SMAアクチュエータを位置制御する場合、位置指令を単に抵抗値指令ですると抵抗値と位置の関係が曖昧のため目標位置の設定が困難であり位置制御精度が悪い。よって指令抵抗値をSMAアクチュエータのmm単位変位に変換する事により通常のアクチュエータ同様の操作で位置決めが可能となる。しかしながらSMAアクチュエータの抵抗値と変位は非線形のため抵抗値の指令値と変位の関係をリニアライズ する必要がある。     
【００１８】
本発明の指令抵抗値出力部では、形状記憶合金部材の変位量との関係で示す非直線抵抗値曲線を複数分割して近似直線化しこの近似直線の各分割区分毎に形状記憶合金部材のｍｍ単位変位量に対応する抵抗値を設定することにより指令通りの位置制御を可能とする。 この非直線部の分割数は多い方が良いが例えば実験結果より４区間に分割して位置決めした精度は0.05mmであり実用上問題なかった。
【００１９】
＜電流制限部について＞
次に前記電流制限部は、電流検知部によって検知された電流、すなわち、形状記憶合金部材に流れる電流の電流値が予め決定された電流値を超えたときに形状記憶合金部材に印加される電圧を低減することによって、形状記憶合金部材に流れる電流を制限するものである。
このため、前記電流制限部は、前記機能により、可動部材が障害物によって拘束されても形状記憶合金部材に過電流が流れなくなり、可動部材が障害物によって拘束された状態で生じる過電流による形状記憶合金部材の過熱破損を皆無にする作用効果を呈するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による形状記憶合金アクチュエータ制御装置の一実施の形態の回路図である。
【図２】ＳＭＡワイヤの収縮及び伸長を説明するための図である。
【図３】ＳＭＡワイヤの加熱による抵抗の変化及び冷却による抵抗の変化を示すグラフである。
【図４】可動部材としてのワンウェイクラッチをＳＭＡワイヤで軸回転駆動して連続変位の位置決め制御を行う形状記憶合金アクチュエータの動作を説明するための図である。
【図５】リングレバーをＳＭＡワイヤで軸回転駆動して位置（角度）決め制御を行う形状記憶合金アクチュエータの動作を説明するための図である。
【図６】ＳＭＡワイヤの抵抗値と変位量との関係を示すグラフである。
【図７】ＳＭＡワイヤに対する指令抵抗値の設定を説明するための図である。
【図８】図１の指令抵抗値出力部の動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明による形状記憶合金アクチュエータ制御装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明による形状記憶合金アクチュエータ制御装置の一実施の形態の回路図である。図１に示す形状記憶合金アクチュエータ制御装置は、形状記憶合金によって構成される形状記憶合金部材としての形状記憶合金（ＳＭＡ）ワイヤｓｍａを介して動かされる図１に示さない可動部材を有する形状記憶合金アクチュエータの位置制御を行う。このために、図１に示す形状記憶合金アクチュエータ制御装置は、指令抵抗値設定部１と、抵抗値フィードバック制御部２と、駆動部３と、電流検知部４と、抵抗値検出部５と、電流制限部６と、指令抵抗値出力部７と、を有し、駆動部３と電流検知部４との間にＳＭＡワイヤｓｍａが配置される。
【００２２】
指令抵抗値設定部１は、図７に示すように当該形状記憶合金部材の変位量との関係で示す非直線抵抗値曲線を複数分割して近似直線化しこの近似直線の各分割区分毎に形状記憶合金部材の所定の単位変位量に対応する抵抗値を設定し出力する。
本例の指令抵抗値設定部１は、当該形状記憶合金部材で形成したＳＭＡワイヤｓｍａの変位量Ｄを所定の単位（この場合、ｍｍ単位変位量）で規定するために、ＳＭＡワイヤｓｍａの抵抗値Ｒｓｍａを、ＳＭＡワイヤｓｍａの予め決定された変位量Ｄｍに対応する抵抗値Ｒｓに設定するための指令抵抗値として指令抵抗値出力部７からｍｍ指令電圧信号Ｗ１を設定する。
本実施の形態において、指令抵抗値設定部１は、ポテンショメータＰＴ１，ＰＴ２，ＰＴ３と、バッファアンプＢＦ１，ＢＦ２、ＢＦ３と、を有する。
【００２３】
ポテンショメータＰＴ１は、基準電圧＋Ｖｓ（Ｖｓ＞０）と接地点との間に配置され、抵抗値Ｒｓの上限値Ｒ１を規定する。バッファアンプＢＦ１は、上限値Ｒ１を表す電圧信号がポテンショメータＰＴ１から入力され、当該電圧信号の負荷変動の影響を吸収する。
【００２４】
ポテンショメータＰＴ２は、基準電圧＋Ｖｓと接地点との間に配置され、抵抗値Ｒｓの下限値Ｒ５を規定する。バッファアンプＢＦ２は、下限値Ｒ５を表す電圧信号がポテンショメータＰＴ２から入力され、当該電圧信号の負荷変動の影響を吸収する。
【００２５】
ポテンショメータＰＴ３は、バッファアンプＢＦ１の出力部とバッファアンプＢＦ２の出力部との間に配置され、上限値Ｒ１及び下限値Ｒ５の他に上限値Ｒ１と下限値Ｒ５との間にある抵抗値Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を設定する。バッファアンプＢＦ３は、上限値Ｒ１、抵抗値Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４及び下限値Ｒ５のいずれか一つを表す電圧信号がポテンショメータＰＴ３から入力され、当該電圧信号の負荷変動の影響を吸収する。
【００２６】
抵抗値フィードバック制御部２は、抵抗値検出部５が検出した抵抗値Ｒｓｍａを表す電圧信号Ｖ４及び指令抵抗値に相当するｍｍ指令電圧信号Ｗ１に基づいて抵抗値Ｒｓｍａのフィードバック制御を行う。本実施の形態において、抵抗値フィードバック制御部２は、スイッチＳＷ１と、反転増幅器ＩＣ１，ＩＣ２と、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５と、ポテンショメータＰＴ４と、コンデンサＣ１と、を有する。
【００２７】
スイッチＳＷ１は、指令抵抗値設定部１、すなわち、バッファアンプＢＦ３の出力部と指令抵抗値出力部７のいずれか一方を抵抗値フィードバック制御部２に接続するために、図示しないパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等の操作部によって切替制御される。すなわち、指令抵抗値の設定を行う場合には、バッファアンプＢＰ３の出力部が抵抗値フィードバック制御部２に接続され、形状記憶合金アクチュエータの位置制御を行う場合には、指令抵抗値出力部７が抵抗値フィードバック制御部２に接続される。
【００２８】
反転増幅器ＩＣ１は、バッファアンプＢＦ３から出力された電圧信号又はｍｍ指令電圧信号Ｗ１に対応する電圧信号Ｖ１と電圧信号Ｖ４を反転した信号である電圧信号Ｖ５との差分を表す差分信号が入力される反転入力部と、接地された非反転入力部と、反転された差分信号を出力する出力部と、を有する。反転増幅器ＩＣ２は、電圧信号Ｖ４が入力される反転入力部と、接地された非反転入力部と、電圧信号Ｖ５を出力する出力部と、を有する。
【００２９】
抵抗Ｒ１は、抵抗値検出部５と反転増幅器ＩＣ２の反転入力部との間に配置される。抵抗Ｒ２は、反転増幅器ＩＣ２の反転入力部と出力部との間に配置される。抵抗Ｒ３は、スイッチＳＷ１と反転増幅器ＩＣ１の反転入力部との間に配置される。抵抗Ｒ４は、抵抗Ｒ２と反転増幅器ＩＣ２の出力部との間の接続点と、抵抗Ｒ３と反転増幅器ＩＣ１の反転入力部との間の接続点との間に配置される。抵抗Ｒ５は、反転増幅器ＩＣ１の出力部と駆動部３との間に配置される。
【００３０】
ポテンショメータＰＴ４及びコンデンサＣ１はそれぞれ、抵抗値フィードバック制御に用いられる比例ゲイン及び積分ゲインをそれぞれ設定するために、反転増幅器ＩＣ１に並列に接続される。
【００３１】
抵抗値フィードバック制御部２は、図１に示す構成を有することによって、抵抗値Ｒｓｍａを一定の値に維持する定抵抗制御を行うために、電圧信号Ｖ１と電圧信号Ｖ５との差すなわち抵抗値Ｒｓと抵抗Ｒｓｍａとの差がゼロになるようにフィードバック制御を行う。
【００３２】
図２は、ＳＭＡワイヤの収縮及び伸長を説明するための図である。図２において、ＳＭＡワイヤｓｍａの一端は、固定され、他端は、図示しない回転体等の可動部材に接続される。ＳＭＡワイヤｓｍａは、通電加熱することによって、図２の下側に示すように加熱されて収縮し、通電をオフにして冷却することによって、図２の上側に示すように冷却されて伸長する。
【００３３】
ＳＭＡワイヤｓｍａに接続された図示しない可動部材は、ＳＭＡワイヤｓｍａの収縮に応じた動作を行い、弾性部材としてのバイアスばねｓｐｒが接続されている。バイアスばねｓｐｒは、ＳＭＡワイヤｓｍａが伸長する方向に外力を生じるように形成される。
【００３４】
ＳＭＡワイヤｓｍａを通電加熱すると温度変化による相変態により伸縮させることができるが、単なる通電のオンオフでは伸縮量すなわち変位量を任意に変えることはできない。抵抗値Ｒｓｍａは、図３に示すように、温度θに応じて変化する。加熱と冷却（自然冷却）ではヒステリシスがあり、温度θをフィードバックして位置制御を行うと、ヒステリシスがあるために加熱時と冷却時では位置がずれることになる。
【００３５】
抵抗値Ｒｓｍａと変位量Ｄの関係ではヒステリシスがない。したがって、抵抗値Ｒｓｍａをフィードバックしてリアルタイムで変位量Ｄを制御すれば、外部位置センサ不要の形状記憶合金アクチュエータとしての精密な位置制御を可能とする。
【００３６】
駆動部３は、フィードバック制御に応じた形状記憶合金アクチュエータの駆動を行うために、ＳＭＡワイヤｓｍａに電圧を印加して加熱することによって、ＳＭＡワイヤｓｍａの抵抗値Ｒｓｍａを抵抗値Ｒｓに設定して変位量ＤｍだけＳＭＡワイヤｓｍａを収縮させる。本実施の形態において、駆動部３は、抵抗Ｒ６と、スイッチＳＷ２と、フォトトダイオードＰＣ２と、フォトトランジスタＰＣ１’，ＰＣ２’と、トランジスタＱ１と、を有する。
【００３７】
抵抗Ｒ６は、フォトダイオードＰＣ２のアノードと基準電圧＋Ｖｓとの間に配置される。フォトダイオードＰＣ２は、フォトトランジスタＰＣ２’とともにフォトカプラを構成し、図示しない操作部によってスイッチＳＷ２がオンに切り替わって電源が投入されると光を出力する。フォトトランジスタＰＣ２’は、抵抗Ｒ５に接続されたコレクタ及びＮＰＮ型トランジスタＱ１のゲートに接続されたエミッタを有し、フォトダイオードＰＣ２から出力された光を受光するとオン状態になる。
【００３８】
ＮＰＮ型トランジスタＱ１は、フォトトランジスタＰＣ２’のエミッタに接続されたベース、基準電圧＋Ｖｓに接続されたコレクタ及びＳＭＡワイヤｓｍａに接続されたエミッタを有する。したがって、フォトトランジスタＰＣ２’がオン状態になるとＮＰＮ型トランジスタＱ１がオン状態となり、基準電圧＋Ｖｓ及びＮＰＮ型トランジスタＱ１のベース電流に応じて決定される電圧がＳＭＡワイヤｓｍａに印加される。すなわち、ＳＭＡワイヤｓｍａに印加される電圧は、ＮＰＮ型トランジスタＱ１のベース電流が減少するに従って減少する。
【００３９】
フォトトランジスタＰＣ１’は、後に説明するフォトダイオードＰＣ１とともにフォトカプラを構成し、フォトダイオードＰＣ２’のエミッタとＮＰＮ型トランジスタＱ１のゲートとの間の接続点に接続したコレクタ及びＮＰＮ型トランジスタＱ１のエミッタに接続されたエミッタを有し、フォトダイオードＰＣ１から出力された光を受光するとオン状態になる。したがって、フォトトランジスタＰＣ１がオン状態になるとＮＰＮ型トランジスタＱ１のベース電流が減少し、ＳＭＡワイヤｓｍａに印加される電圧が減少する。
【００４０】
本実施の形態では、フォトダイオードＰＣ１及びフォトトランジスタＰＣ１’によって構成されるフォトカプラ及びフォトダイオードＰＣ２及びフォトトランジスタＰＣ２’によって構成されるフォトカプラを用いることによって、図１に示す形状記憶合金アクチュエータ制御装置の電源と他の制御系の電源とを絶縁することができる。
【００４１】
また、本実施の形態では、電源が投入されるとすぐに抵抗値フィードバック制御を行えるようにするために、スイッチＳＷ２がオフ状態であるときにＳＭＡワイヤｓｍａに微小電流を流す。このような微小電流をＳＭＡワイヤｓｍａに流すために、例えば、定電流ダイオードを用いる。
【００４２】
電流検知部４は、ＳＭＡワイヤｓｍａに流れる電流を検知する。本実施の形態において、電流検知部４は、電流検知抵抗ｃｒｔを有する。電流検知抵抗ｃｒｔは、一定の抵抗値Ｒｃｒｔを有し、ＳＭＡワイヤｓｍａと接地点との間に配置される。電流検知部４は、ＳＭＡワイヤｓｍａに流れる電流の電流値に対応する電圧値、すなわち、電流検知抵抗ｃｒｔの両端間の電圧を表す電圧信号Ｖ３を出力する。
【００４３】
抵抗値検出部５は、抵抗値Ｒｓｍａを検出する。本実施の形態において、抵抗値検出部５は、差動増幅器ＩＣ３，ＩＣ４と、割り算演算部ＩＣ５と、抵抗Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１２と、を有する。
【００４４】
差動増幅器ＩＣ３は、電圧信号Ｖ３が入力される反転入力部と、ＳＭＡワイヤｓｍａと電流検知抵抗ｃｒｔとの直列接続部の両端間の電圧を表す電圧信号Ｖ２が入力される非反転入力部と、電圧信号Ｖ３と電圧信号Ｖ２との差分信号Ｖ３−Ｖ２を出力する出力部と、を有する。
【００４５】
差動増幅器ＩＣ４は、接地された反転入力部と、電圧信号Ｖ３が入力される非反転入力部と、電圧信号Ｖ３を出力する出力部と、を有する。
【００４６】
割り算演算部ＩＣ５は、差動増幅器ＩＣ３の出力部に接続された第１の入力部ＩＮ１と、差動増幅器ＩＣ４の出力部に接続された第２の入力部ＩＮ２と、抵抗Ｒ１に接続された出力部Ｏｕｔと、を有する。
【００４７】
ＳＭＡワイヤｓｍａと電流検知抵抗ｃｒｔとの直列接続部の両端間の電圧をＶ２とし、電流検知抵抗ｃｒｔの両端間の電圧をＶ３とした場合、割り算演算部ＩＣ５は、（Ｖ２−Ｖ２）／Ｖ３の割り算を計算し、抵抗値Ｒｓｍａに相当する（Ｖ２−Ｖ３）Ｒｃｒｔ／Ｖ２を表す電圧信号Ｖ４を出力する。
【００４８】
抵抗Ｒ７は、差動増幅器ＩＣ３の反転入力部と出力部との間に配置される。抵抗Ｒ８は、差動増幅器ＩＣ３の反転入力部と抵抗Ｒ７との間の接続部と、差動増幅器ＩＣ４の非反転入力部とＳＭＡワイヤｓｍａの一端との接続部との間に配置される。抵抗Ｒ９は、差動増幅器ＩＣ３の非反転入力部とＳＭＡワイヤｓｍａの他端との間に配置される。抵抗Ｒ１０は、差動増幅器ＩＣ３の非反転入力部と抵抗Ｒ９との間の接続部と、接地点との間に配置される。抵抗Ｒ１１は、差動増幅器ＩＣ４の反転入力部と出力部との間に配置される。抵抗Ｒ１２は、差動増幅器ＩＣ４の反転入力部と抵抗Ｒ１１との間の接続部と、接地点との間に接続される。
【００４９】
電流制限部６は、電流検知部４によって検知された電流の電流値が予め決定された電流値を超えたときにＳＭＡワイヤｓｍａに印加される電圧を低減することによって、ＳＭＡワイヤｓｍａに流れる電流を制限（制御）する。本実施の形態において、電流制限部６は、ポテンショメータＰＴ５と、コンパレータＩＣ６と、フォトダイオードＰＣ１と、抵抗Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ１５，Ｒ１６，Ｒ１７と、を有する。
【００５０】
ポテンショメータＰＴ５は、基準電圧＋Ｖｓと接地点との間に配置され、電流制限設定（トルク制限）のために、予め決定された電流値に対応するしきい値を表す電圧信号Ｖ６を生成する。コンパレータＩＣ６は、電圧信号Ｖ３が入力される反転入力部と、電圧信号Ｖ６が入力される非反転入力部と、電圧信号Ｖ３によって表される電圧値が上記しきい値より大きいとき、すなわち、電流検知部４によって検知された電流の電流値が予め決定された電流値を超えたときにローレベルの信号を出力する出力部と、を有する。
【００５１】
フォトダイオードＰＣ１は、コンパレータＩＣ６がローレベルの信号を出力したときに光を出力する。したがって、電流検知部４によって検知された電流の電流値が予め決定された電流値を超えたときに、ＳＭＡワイヤｓｍａ及び電流検知抵抗ｃｒｔの直列接続部に印加される電圧が低減され、ＳＭＡワイヤｓｍａに流れる電流が制限される。
【００５２】
これによって、形状記憶合金アクチュエータの位置制御において可動部材が目標位置に到達する過程で可動部材が障害物等によって拘束されてもＳＭＡワイヤｓｍａに過電流が流れなくなる。したがって、可動部材が障害物によって拘束された状態で生じる過電流によるＳＭＡワイヤｓｍａの加熱破損が生じなくなる。
【００５３】
また、このように電流を制限することによって、抵抗値Ｒｓｍａが必要以上に低減しない、すなわち、変位量Ｄが必要以上に大きくならないので、形状記憶合金アクチュエータが取り扱う対象物を損傷するおそれがなくなる。例えば、形状記憶合金アクチュエータをクランパーとして使用する場合、クランパーの把握力を適切に制御できるので、クランパーが把握する対象物を損傷するおそれがなくなる。
【００５４】
形状記憶合金アクチュエータの使用としては、ＳＭＡワイヤｓｍａの直線変位をそのまま直動機構での使用と、ＣＣＤカメラの旋回／仰角の位置制御のようなＳＭＡワイヤｓｍａの直線変位を回転機構での使用とがある。図４に示すように、可動部材としての回転体であるワンウェイクラッチ１１をＳＭＡワイヤｓｍａで軸回転駆動して連続変位の位置決め制御を行う場合、回転半径ＲとＳＭＡワイヤｓｍａに加える力Ｆとの積であるトルクＮが力Ｆと逆方向に生じる。本実施の形態によれば、電流制限部６により電流を制限（制御）することによって、力Ｆと逆方向に生じるトルクＮを制限（制御）することができる。
【００５５】
図５の上側に示すように、可動部材としての回転体であるリングレバー１２をＳＭＡワイヤｓｍａで軸回転駆動して位置（角度）決め制御を行う場合、ＳＭＡワイヤｓｍａが収縮すると、図５の下側に示すように、トルクＮがリングレバー１２の回転方向に生じる。本実施の形態によれば、電流制限部６により電流を制限（制御）することによって、リングレバー１２の回転方向に生じるトルクＮを制限（制御）することができる。
【００５６】
また、ＳＭＡワイヤｓｍａの直線変位をそのまま直動機構で使用する場合、電流制限部６により電流を制限（制御）することによって、直動機構で生じる推力を制限（制御）することができる。
【００５７】
指令抵抗値出力部７は、ｍｍ指令電圧信号Ｗ１を出力する。本実施の形態において、指令抵抗値出力部７は、マイクロプロセッサによって構成される。
【００５８】
図６に示すように、ＳＭＡワイヤｓｍａの変位量Ｄと抵抗値Ｒｓｍａとの関係は非線形的である。すなわち、変位量Ｄは、抵抗値Ｒｓｍａの変化に対して直線的に変化しない。したがって、抵抗値Ｒｓｍａに基づいて変位量Ｄを制御する場合、目標位置の制御が曖昧である。すなわち、抵抗値Ｒｓｍａを一定量ごとに変化させても変位量Ｄが一定量ごとに変化しない。
【００５９】
本実施の形態では、図６に示す非線形部分を複数に分割し各分割毎に直線化することによって近似直線化して、所定の単位（この場合、ｍｍ単位）でのアクチュエータの位置決めを可能にする。このために、指令抵抗値出力部７は、図７に示すように、先ず、自由長を有する無通電のＳＭＡワイヤｓｍａの状態に対応するＲｓｍａ＝Ｒ０及びＤｍ＝ｄ０（すなわちゼロ）の点Ｐ０を除く複数の任意の点の抵抗値及び変位量を記憶する。例えば、指令抵抗値出力部７は、複数の任意の点として、図７に示すように、Ｐ１＝（Ｒ１，ｄ１），Ｐ２＝（Ｒ２，ｄ２），Ｐ３＝（Ｒ３，ｄ３），Ｐ４＝（Ｒ４，ｄ４）及びＰ５＝（Ｒ５，ｄ５）の５点を記憶する。したがって、図７に示す例では、近似直線化される区間の数が５個となる、すなわち、非線形部分が５分割される。近似直線化される区間の数すなわち非線形部分の分割数が多くなるに従って位置決め精度が向上するが、４区間以上であれば位置決め精度が±０．０５ｍｍ以下になり、位置決めを良好に行うことができる。
【００６０】
次に、指令抵抗値出力部７は、ｍｍ指令電圧信号Ｗ１すなわち指令抵抗値に対応する変位量Ｄｍがどの区間にあるかを判定し、近似直線化された区間を表す関係式に基づいて変位量Ｄｍを決定し、決定した変位量Ｄｍに対応する抵抗値Ｒｓ（すなわち、指令抵抗値）を表すｍｍ指令電圧信号Ｗ１を作成する。
【００６１】
ｄ１≦Ｄｍ≦ｄ２である場合、Ｒ１≦Ｒｓ≦Ｒ２であり、近似直線化された区間Ｐ１−Ｐ２において、（Ｄｍ−ｄ１）／（Ｒ１−Ｒｓ）＝（ｄ２−ｄ１）／（Ｒ１−Ｒ２）の関係式が成立する。したがって、Ｄｍ＝（Ｒ１−Ｒｓ）・（ｄ２−ｄ１）／（Ｒ１−Ｒ２）＋ｄ１の関係式が成立する。
【００６２】
図７に示すようにｄ２≦Ｄｍ≦ｄ３である場合、Ｒ２≦Ｒｓ≦Ｒ３であり、近似直線化された区間Ｐ２−Ｐ３において、（Ｄｍ−ｄ２）／（Ｒ２−Ｒｓ）＝（ｄ３−ｄ２）／（Ｒ２−Ｒ３）の関係式が成立する。したがって、Ｄｍ＝（Ｒ２−Ｒｓ）・（ｄ３−ｄ２）／（Ｒ２−Ｒ３）＋ｄ２の関係式が成立する。
【００６３】
ｄ３≦Ｄｍ≦ｄ４である場合、Ｒ３≦Ｒｓ≦Ｒ４であり、近似直線化された区間Ｐ３−Ｐ４において、（Ｄｍ−ｄ３）／（Ｒ３−Ｒｓ）＝（ｄ４−ｄ３）／（Ｒ３−Ｒ４）の関係式が成立する。したがって、Ｄｍ＝（Ｒ３−Ｒｓ）・（ｄ４−ｄ３）／（Ｒ３−Ｒ４）＋ｄ３の関係式が成立する。
【００６４】
ｄ４≦Ｄｍ≦ｄ５である場合、Ｒ４≦Ｒｓ≦Ｒ５であり、近似直線化された区間Ｐ４−Ｐ５において、（Ｄｍ−ｄ４）／（Ｒ４−Ｒｓ）＝（ｄ５−ｄ４）／（Ｒ４−Ｒ５）の関係式が成立する。したがって、Ｄｍ＝（Ｒ４−Ｒｓ）・（ｄ５−ｄ４）／（Ｒ４−Ｒ５）＋ｄ４の関係式が成立する。
【００６５】
図８は、図１の指令抵抗値出力部の動作を説明するための図である。図８において、指令抵抗値出力部７は、ＣＰＵ２１と、Ｄ／Ａコンバータ２２と、Ａ／Ｄコンバータ２３と、メモリ２４と、Ｉ／Ｏポート２５と、を有する。また、指令抵抗値出力部７には、デジタルマイクロゲージ３１と、デジタル設定器３２と、ポジション選択スイッチ３３と、メモリボタン３４と、起動ボタン３５と、が接続される。
【００６６】
図１のスイッチＳＷ２がオンに切り替わって電源が投入されると、形状記憶合金アクチュエータ制御装置は、ＳＭＡワイヤｓｍａの抵抗値Ｒｓｍａを、ポテンショメータＰＴ３で設定した抵抗値Ｒｓｍａを上限値Ｒ１から下限値Ｒ５まで変化させる。抵抗値Ｒｓｍａを上限値Ｒ１から下限値Ｒ５まで変化させる間、電圧信号Ｖ５に対応する現在抵抗値電圧Ｗ２が、Ａ／Ｄコンバータ２３に入力されて抵抗値Ｒｓｍａを表すデジタルデータに変換される。ＣＰＵ２１は、変換されたデジタルデータをメモリ２４に記憶させる。
【００６７】
また、デジタルマイクロゲージ３１は、ＳＭＡワイヤｓｍａの伸縮する部分に取り付けられ、変位量Ｄを計測する。計測された変位量Ｄは、デジタル値としてＣＰＵ２１によって読み取られ、ＣＰＵ２１によってＩ／Ｏポート２５を通じてメモリ２４に記憶される。
【００６８】
次に、ＣＰＵ２１は、メモリ２４に記憶されたデジタルデータに基づいて、上述した関係式を決定する。上述した関係式を設定するに際し、図７のグラフの点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５における抵抗値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５及び変位量ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４，ｄ５を決定するために、先ず、ポジション選択スイッチ３３でＰ１を選択し、起動ボタン３５をオンにした状態でポテンショメータＰＴ３を徐々に回す。そして、デジタルマイクロゲージ３１の（変位量Ｄを表す）デジタル表示が所望の値になったところでメモリボタン３４を押し、点Ｐ１における抵抗値Ｒ１及びｄ１をメモリ２４に記憶させる。
【００６９】
点Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４においても同様の操作を行うことによって、点Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５における抵抗値Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５及び変位量ｄ２，ｄ３，ｄ４，ｄ５がメモリ２４に記憶される。そして、ＣＰＵ２１は、メモリ２４に記憶された抵抗値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５及び変位量ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４，ｄ５に基づいて、上記関係式を決定する。
【００７０】
指令抵抗値出力部７がｍｍ指令電圧信号Ｗ１を出力する際には、デジタル設定器３２によって、ＳＭＡワイヤｓｍａの変位量Ｄｍを設定し、起動ボタン３５をオンすることによって、ＣＰＵ２１は、変位量Ｄｍに対応する抵抗Ｒｓを上記関係式の一つに基づいて決定し、Ｒｓを表すデジタルデータを生成する。生成したデジタルデータは、Ｄ／Ａコンバータ２２に入力されてＲｓを表すアナログデータに変換され、Ｒｓを表すｍｍ指令電圧信号Ｗ１が作成される。このように作成されたｍｍ指令電圧信号Ｗ１をフィードバック制御に用いることによって、ＳＭＡワイヤｓｍａは、設定した変位量Ｄｍだけ変位する。
【符号の説明】
【００７１】
１    指令抵抗値設定部
２    抵抗値フィードバック制御部
３    駆動部
４    電流検知部
５    抵抗値検出部
６    電流制限部
７    指令抵抗値出力部
１１    ワンウェイクラッチ
１２    リングレバー
２１    ＣＰＵ
２２    Ｄ／Ａコンバータ
２３    Ａ／Ｄコンバータ
２４    メモリ
２５    Ｉ／Ｏポート
３１    デジタルマイクロゲージ
３２    デジタル設定器
３３    ポジション選択スイッチ
３４    メモリボタン
３５    起動ボタン
【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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