(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺の固定部材と、長尺の形状記憶合金と、前記固定部材及び前記形状記憶合金を緊締する緊締部材と、を有し、前記固定部材と前記形状記憶合金とが短軸方向に重ね合わされた状態で、該固定部材と該形状記憶合金との両端が固着され、前記固定部材及び前記形状記憶合金が重ね合わされた方向に屈曲するアクチュエータであって、
前記長尺の固定部材は、湾曲可能な剛性を有する非形状記憶合金からなり、
前記緊締部材は、重ね合わされた前記固定部材と前記形状記憶合金の外周側に設けられ、前記固定部材と前記形状記憶合金とを離間させないように、前記固定部材と前記形状記憶合金の外周部を緊締するように構成されていることを特徴とする
アクチュエータ。
【請求項２】
前記形状記憶合金は、断面円形状であることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記緊締部材は、コイル状となっていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記緊締部材は、チューブ状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記緊締部材は、コイル状にまかれた金属線であり、一方の端部が前記長尺の形状記憶合金の一方の端部に電気的に接続されていることを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記形状記憶合金または前記固定部材の外周部に絶縁層が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項７】
請求項１に記載のアクチュエータを製造する製造方法であって、
湾曲可能な剛性を有する非形状記憶合金からなる長尺の固定部材と長尺の形状記憶合金が短軸方向に重ね合わされた状態で、前記固定部材と前記形状記憶合金の両端を一対の回転部材が保持するとともに、前記固定部材又は前記形状記憶合金の長軸を回転軸として回転させる工程と、
前記固定部材と前記形状記憶合金とを離間させないように、前記固定部材と前記形状記憶合金の外周部の一部分又は全部を、緊締部材により前記固定部材と前記形状記憶合金とを緊締する工程と、
前記固定部材と前記形状記憶合金の両端部を固着する工程と、を有することを特徴とする
アクチュエータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ、アクチュエータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、屈曲角度を確保するために、ジグザグばね構造の形状記憶合金（ＳＭＡ：Shape memory alloy）を用いた屈曲構造が知られている。
ジグザグばね構造のＳＭＡは、リソグラフィー工程と電解エッチングによる複雑な作製工程であり、大量生産でなければ安価での供給が難しい。
【０００３】
特許文献１、特許文献２には、ＳＭＡシートやＳＭＡパイプをフォトリソグラフィー工程と、電解エッチング工程により、平板状ジグザグばね型のアクチュエータを一括作製する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２１０５８８号公報
【特許文献２】特開２００３−１５４０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１、特許文献２に記載の方法で作製されるＳＭＡシートやＳＭＡパイプは、ＳＭＡワイヤと比較して単位長さ当たりのコストが高い。また、ＳＭＡの電解エッチングを行うので、ＳＭＡを除去するコストの低減に限界がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のアクチュエータは、以下の構成を少なくとも具備するものである。
長尺の固定部材と、長尺の形状記憶合金と、前記固定部材及び前記形状記憶合金を緊締する緊締部材と、を有し、前記固定部材と前記形状記憶合金とが短軸方向に重ね合わされた状態で、該固定部材と該形状記憶合金との両端が固着され、前記固定部材及び前記形状記憶合金が重ね合わされた方向に屈曲するアクチュエータであって、
前記長尺の固定部材は、湾曲可能な剛性を有する非形状記憶合金からなり、
前記緊締部材は、重ね合わされた前記固定部材と前記形状記憶合金の外周側に設けられ、前記固定部材と前記形状記憶合金とを離間させないように、前記固定部材と前記形状記憶合金の外周部を緊締するように構成されていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明のアクチュエータの製造方法は、以下の構成を少なくとも具備するものである。
上記本発明に係るアクチュエータを製造する製造方法であって、
湾曲可能な剛性を有する非形状記憶合金からなる長尺の固定部材と長尺の形状記憶合金が短軸方向に重ね合わされた状態で、前記固定部材と前記形状記憶合金の両端を一対の回転部材が保持するとともに、前記固定部材又は前記形状記憶合金の長軸を回転軸として回転させる工程と、
前記固定部材と前記形状記憶合金とを離間させないように、前記固定部材と前記形状記憶合金の外周部の一部分又は全部を、緊締部材により前記固定部材と前記形状記憶合金とを緊締する工程と、
前記固定部材と前記形状記憶合金の両端部を固着する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、簡単な構造で、駆動時に大きい屈曲角度となるアクチュエータを提供することができる。また、本発明によれば、安価なアクチュエータを提供することができる。
また、本発明によれば、簡単に、高精度にアクチュエータを製造することができるアクチュエータの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係るアクチュエータの一例を示す斜視図。
【図２】本発明の実施形態に係るアクチュエータと駆動装置の一例を示す図、（ａ）は非通電状態のアクチュエータ、（ｂ）は通電状態のアクチュエータの一例を示す図。
【図３】アクチュエータと駆動装置の電気的な模式図、（ａ）はＳＭＡワイヤと緊締部材としてのコイル状の金属線が接続されていない場合を示す図、（ｂ）はＳＭＡワイヤと緊締部材としてのコイル状の金属線の一方端が電気的に接続されている場合を示す図。
【図４】本発明の実施形態に係るアクチュエータの短軸方向の断面図。
【図５】実施例に係るアクチュエータを説明するための図、（ａ）は角断面線（固定部材）と断面円形状ＳＭＡワイヤ（形状記憶合金ワイヤ）をコイル状の緊締部材（拘束部材）で拘束されたアクチュエータの一例を示す断面図、（ｂ）は断面台形状の角断面線を用いたアクチュエータの断面図、（ｃ）は湾曲側面を有する角断面線を用いたアクチュエータの断面図、（ｄ）は断面略半円形状の長尺の固定部材を用いたアクチュエータの断面図、（ｅ）は断面矩形状の固定部材と形状記憶合金ワイヤを用いたアクチュエータの断面図、（ｆ）は被覆部が形成されたアクチュエータの一例を示す図。
【図６】アクチュエータに用いられる緊締部材（拘束部材）の一例を示す図、（ａ）は円柱形状の拘束部材の一例を示す斜視図、（ｂ）は角断面形状の拘束部材の一例を示す斜視図。
【図７】チューブ状の緊締部材（拘束部材）を備えたアクチュエータの一例を示す斜視図。
【図８】本発明の一実施形態に係るアクチュエータの製造装置の全体概念図、（ａ）は初期状態の製造装置の概念図、（ｂ）は、コイル製造時の製造装置の動作を説明するための図。
【図９】アクチュエータの製造装置のガイドチューブ付き治具の一例を示す斜視図。
【図１０】ガイドチューブ内で回転するＳＭＡワイヤと角断面線の一例を示す断面図、（ａ）は０°回転時、（ｂ）は１２０°回転時、（ｃ）は２４０°回転時の断面図。
【図１１】製造装置により製造されたアクチュエータの写真。
【図１２】アクチュエータの動作を説明するための図、（ａ）は非通電時、（ｂ）は低電流印加時のアクチュエータの動作の一例を説明するための図。
【図１３】アクチュエータの動作を説明するための図、（ａ）は中電流印加時、（ｂ）は高電流印加時のアクチュエータの動作の一例を説明するための図。
【図１４】製造されたアクチュエータの屈曲特性を示す図。
【図１５】アクチュエータの印加電流に対する力の大きさの一例を示す図。
【図１６】被覆部（アウター）を備えたアクチュエータの一例を示す写真。
【図１７】被覆部を備えたアクチュエータの屈曲特性を示す図。
【図１８】角断面線の厚さの違いによるアクチュエータの特性の一例を示す図、（ａ）は角断面線の厚さの違いによるアクチュエータの屈曲角度の一例を示す図、（ｂ）は角断面線の厚さの違いによるアクチュエータの曲率半径の一例を示す図。
【図１９】加熱時及び冷却時の屈曲特性の一例を示す図、（ａ）は角断面線の厚さｔ＝５０μｍの場合、（ｂ）は角断面線の厚さｔ＝１００μｍの場合をそれぞれ示す図。
【図２０】比較例のアクチュエータを示す図、（ａ）は固定部材の剛性が小さすぎる場合、（ｂ）は固定部材の剛性が大きすぎる場合のアクチュエータを説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。本発明の実施形態は図示の内容を含むが、これのみに限定されるものではない。なお、以後の各図の説明で、既に説明した部位と共通する部分は同一符号を付して重複説明を一部省略する。
【００１１】
図１、図２に示したように、本発明の一実施形態に係るアクチュエータ１０は、長尺の固定部材１と、長尺の形状記憶合金２と、固定部材１及び形状記憶合金２を緊締（拘束）する緊締部材３（拘束部材）とを有する。
固定部材１と形状記憶合金２とが短軸方向に重ね合わされた状態で、固定部材１と形状記憶合金２との両端は固着剤などより固着されており、その両端に固着部４が形成されている。本実施形態のアクチュエータの固定部材１と形状記憶合金２は、固着部４以外の部分では、接着材などにより接着されていない。
【００１２】
長尺の固定部材１は、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）などの金属材料や所定の材料により形成されている。この長尺の固定部材１は、湾曲可能な剛性を有する。また、本実施形態では、長尺の固定部材１は、断面矩形状の角断面線である。
【００１３】
本実施形態では、長尺の形状記憶合金２として、湾曲可能な剛性を有するＳＭＡワイヤ（ＳＭＡ：Shape memory alloy）ワイヤを採用する。また、形状記憶合金２として、安価な断面円形状のＳＭＡワイヤを採用することが好ましい。尚、形状記憶合金２としては、上記実施形態に限られるものではなく、任意の形状であってもよい。
また、本実施形態では、形状記憶合金２は、通電加熱時に、形状記憶合金２の長軸方向に収縮し、非通電時に長軸方向に初期の長さまで伸長するように構成されている。
【００１４】
緊締部材３（拘束部材）は、重ね合わされた固定部材１と形状記憶合金２の外周側に設けられ、固定部材１と形状記憶合金２とを離間させないように、固定部材１と形状記憶合金２の外周部を緊締するように構成されている。本実施形態では、図１、図２に示したように、緊締部材３は、銅などの金属材料により形成されており、重ね合わされた固定部材１と形状記憶合金２の外周側に設けられ、固定部材１と形状記憶合金２に対してコイル状に巻かれ、固定部材１と形状記憶合金２の外周部の一部分又は全部を緊締するように構成されている。
【００１５】
図２に示したように、アクチュエータ１０に駆動装置が接続される。本実施形態では、駆動装置は、電流源１５、制御部１６（コンピュータ）などを有する。また、必要に応じてスイッチ１７などを設けてもよい。図２に示した例では、電流源１５は、アクチュエータ１０の形状記憶合金２の一方の端部２ｔａに電気的に接続され、他方の端部２ｔｂにスイッチ１７を介して接続される。
制御部１６は、電流源１５やスイッチ１７を統括的に制御することができ、詳細には、アクチュエータ１０の形状記憶合金２に流れる電流を制御する。
【００１６】
＜非通電状態＞
本実施形態では、図２（ａ）に示した初期状態（非通電状態）では、制御部１６は、電流源１５の電流値を０Ａ、又は、スイッチ１７をオフ状態とする。本実施形態では、アクチュエータ１０の長尺の固定部材１及び形状記憶合金２は、直線状となっている。
【００１７】
＜通電状態＞
図２（ｂ）に示したように、制御部１６は、スイッチ１７をオン状態、且つ、電流源１５の電流値を所定値（例えば、〜数１００ｍＡ程度）に設定する。形状記憶合金２が通電加熱状態となった場合、長軸方向に収縮することで引張応力が生じる。固定部材１と形状記憶合金２との両端が固着部４（固定部）により固定され、且つ、コイル状に巻かれた緊締部材３により固定部材と形状記憶合金２とが離間しないように緊締されているので、図２（ｂ）に示したように、固定部材１及び形状記憶合金２が重ね合わされた方向に、大きい屈曲角度で屈曲する。詳細には、図２（ｂ）の上方に向けて屈曲する。アクチュエータは、形状記憶合金２（ＳＭＡワイヤ）に入力される電流値に応じた屈曲角度となるように屈曲する。
つまり、長尺の形状記憶合金２が通電加熱され長軸方向に短くなることで引張応力が生じるが、長尺の固定部材１が両端の固着部４（固定部）およびコイル状の緊締部材３（拘束部材）により形状記憶合金２へ固定されていることから、形状記憶合金２が固定部材１に貼り付けられているのと同様な応力分布になり、形状記憶合金２と固定部材１は、固定部材１側に凸になるかたちに変形する。なお、長尺の形状記憶合金２が通電加熱され短軸方向に曲がるよう形状記憶されていてもよい。
そして、このように部材を変形させる力を発生力と呼ぶこととする。
【００１８】
形状記憶合金２として、比較的小さい収縮率のＳＭＡワイヤを用いた場合であっても、ＳＭＡワイヤと固定部材１の配置や、ＳＭＡワイヤと湾曲可能な固定部材１との拘束構造を、最適にすることで、大きい屈曲角度を得ることができる。
【００１９】
そして、制御部１６が電流源１５の電流値を０Ａに低下させる、または、スイッチ１７をオフ状態とした場合（非通電状態）、固定部材１と形状記憶合金２との両端が固着され、且つ、緊締部材３により固定部材と形状記憶合金２とが離間しないように緊締され、固定部材の剛性により元の形状（直線状）に戻ろうとする力、形状記憶合金２が初期の長さまで伸長するときの力、およびコイル状に巻かれた緊締部材（拘束部材）の僅かな復元力等により、図２（ａ）に示したように、固定部材１および形状記憶合金２が直線状（非屈曲状態）となる。
【００２０】
図３（ａ）は形状記憶合金２（ＳＭＡワイヤ）と緊締部材３としてのコイル状の金属線が接続されていない場合を示す。尚、図３（ａ）には固定部材１を図示していない。図３（ａ）は図２に示した実施形態と同じである。
【００２１】
緊締部材３として、導電性を有するコイル状の金属線を採用し、コイル状の金属線の一方の端部３ｔｂと、形状記憶合金２（ＳＭＡワイヤ）の一方の端部２ｔｂとを電気的に接続してもよい（図３（ｂ）参照）。また、コイル状の金属線（緊締部材３）の他方の端部３ｔａと、長尺の形状記憶合金２の他方の端部２ｔａとを電気的な端子とする。つまり、コイル状の金属線（緊締部材３）をアクチュエータの配線（導線）として用いることができる。すなわち、小型のアクチュエータを提供することができる。
【００２２】
アクチュエータ１０の短軸方向の断面図の一例を図４に示す。角断面線の固定部材１と、断面円形状の形状記憶合金２とが短軸方向に重ね合わされている。形状記憶合金２が当接部２ｂにて角断面線の固定部材１に当接している。緊締部材３（拘束部材）は、重ね合わされた固定部材１と形状記憶合金２の外周側に設けられ、固定部材１と形状記憶合金２に対してコイル状に巻かれ、固定部材１と形状記憶合金２とを離間させないように、固定部材１と形状記憶合金２の外周部を緊締するように構成されている。
詳細には、図４に示した例では、円形状の形状記憶合金２の外周端部２ａが、緊締部材３によりアクチュエータ１０の中心に向かって押圧された状態となっている。また、図４に示した例では、角断面線の固定部材１の角部１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが、緊締部材３により固定部材１の略中心に向かって押圧された状態となっている。
【００２３】
また、本発明の一実施形態に係るアクチュエータにおいて、形状記憶合金２または固定部材１の外周部には、絶縁層が形成されていていることが好ましい。例えば、駆動時に、形状記憶合金２に電力を供給した場合であっても、絶縁層が設けられているので、形状記憶合金２から固定部材１に漏電することを防止することができる。
絶縁層（絶縁コーティング）の形成方法としては、例えば、固定部材１としての角断面線にマスキング剤の塗布、ポリパラキシリレン（パリレン）成膜、ポリイミドのカチオン型電着塗装などの方法が挙げられる。また、形状記憶合金２に同様に絶縁層を形成してもよい。
【００２４】
尚、アクチュエータ１０は、上記実施形態に限られるものではなく、固定部材１、形状記憶合金２、緊締部材３（拘束部材）の形状や材質などは各種のものを採用することができる。
【００２５】
例えば、図５（ａ）に示したように、角断面線（固定部材１）と断面円形状のＳＭＡワイヤ（形状記憶合金２）をコイル状の拘束部材（緊締部材３）で拘束した場合、角断面線の固定部材１の角部１ａ，１ｂが、緊締部材３に当接して、緊締部材３により固定部材１の略中心に向かって押圧された状態となっていてもよい。
【００２６】
また、アクチュエータは、図５（ｂ）に示したように、断面台形状の角断面線の固定部材１を有してもよい。この場合、固定部材１Ｂ（１）の角部１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが、緊締部材３に当接して、緊締部材３により押圧される。
【００２７】
また、アクチュエータは、図５（ｃ）に示したように、湾曲側面を有する角断面線の固定部材１Ｃ（１）を有していてもよい。コイル状の緊締部材３と固定部材１Ｃとの接触面積が大きく、緊締力が大きい。
【００２８】
また、アクチュエータは、図５（ｄ）に示したように、断面略半円形状の長尺の固定部材１Ｄ（１）を有していてもよい。コイル状の緊締部材３と固定部材１Ｄとの接触面積が大きく、緊締力が大きい。
【００２９】
また、アクチュエータは、図５（ｅ）に示したように、断面矩形状の固定部材１と断面矩形状の形状記憶合金２Ｂ（２）を有していてもよい。形状記憶合金２Ｂ（２）の外周部２ｃ、２ｄが緊締部材３に当接して、緊締部材３によりアクチュエータの中心の方向へ押圧され、緊締力が大きい。
【００３０】
また、アクチュエータは、図５（ｆ）に示したように、角断面線の固定部材１と、断面円形状の形状記憶合金２の外周側、コイル状の緊締部材３の外周側に、樹脂などの被覆部５が形成されていてもよい。被覆部５を設けることで、隙間にゴミや液体などが侵入することを防止するこができる。
【００３１】
アクチュエータに用いられる緊締部材３（拘束部材）は、任意の形状であってよい。例えば、図６（ａ）に示したように、緊締部材３Ａ（３）は円柱形状に形成されていてもよい。また、緊締部材３Ｂ（３）は角断面形状に形成されていてもよい。
【００３２】
また、上述した実施形態では、アクチュエータの緊締部材３は、長尺の固定部材及び形状記憶合金コイル状に巻かれていたが、この形態に限られるものではない。
例えば、図７に示したように、アクチュエータは、チューブ状の緊締部材３Ｂ（３）を有していてもよい。チューブ状の緊締部材３Ｂ（３）は、例えば、樹脂材料などの所定の材料により形成されている。チューブ状の緊締部材３Ｂ（３）は、固定部材１と形状記憶合金２の外周側に設けられ、固定部材１と形状記憶合金２とを離間させないように、固定部材１と形状記憶合金２の外周部を緊締する。
図７に示したように、チューブ状の緊締部材３Ｂ（３）を採用したアクチュエータは、アクチュエータ内部の隙間へゴミや体液などが侵入することを防止することができ、被覆部を設ける必要がないので、細線化することができる。
【００３３】
＜アクチュエータの製造方法＞
次に、アクチュエータの製造方法の一例を説明する。
図８に示したように、本実施形態のアクチュエータの製造装置２００は、制御装置２０１（コンピュータ）、一対の回転部材２０２ａ，２０２ｂ（バイス）、その回転部材２０２ａ，２０２ｂを回転駆動する回転駆動部２０３ａ，２０３ｂ、可動部２１０、可動部２１０の移動方向を規定するレール２０５などを有する。
【００３４】
制御装置２０１は、製造装置２００の各構成要素を統括的に制御することで、本発明に係るアクチュエータを製造する。
【００３５】
一対の回転部材２０２ａ，２０２ｂは、長尺の固定部材１と長尺の形状記憶合金２が短軸方向に重ね合わされた状態で、固定部材１と形状記憶合金２の両端を一対の回転部材（２０２ａ、２０２ｂ）が保持する。本実施形態では、形状記憶合金２の一方の端部が回転部材２０２ａに固定され、他方の端部が回転部材２０２ｂに接着テープなどの接着部材９２により固定されている。一対の回転部材２０２ａ，２０２ｂは、回転駆動部２０３ａ，２０３ｂの駆動により、固定部材１又は形状記憶合金２の長軸を回転軸として回転することができる。
【００３６】
可動部２１０は、移動用モータ２１１、フィラメントなどの長尺の部材（緊締部材３の材料）をロール状に巻回されたロール３Ｒを回転自在に保持する回転モータ２１２、ロール３Ｒから引き出されたフィラメントなどの長尺の部材を移動自在に支持するガイドピン２１３、規制部材としてのガイドチューブ２１５を備えた治具２１４（図９参照）などを有する。
ロール３Ｒから引き出されたフィラメントなどの長尺の部材（緊締部材３の材料）の先端部は、ガイドピン２１３を介して回転部材２０２ａに接着テープなどの接着部材９１により固定されている。
【００３７】
可動部２１０は、制御装置２０１の制御で移動用モータ２１１が駆動することにより、レール２０５に沿って移動可能に構成されている。
【００３８】
図１０に示したように、ガイドチューブ２１５は、内部に、長尺の固定部材１と長尺の形状記憶合金２が短軸方向に重ね合うように拘束した状態で配置されており、長尺の固定部材１と長尺の形状記憶合金２が回転した場合であっても、固定部材１と形状記憶合金２の相対的な位置関係が変わらないように、それぞれを規制する。
【００３９】
制御装置２０１は、テンションセンサ（不図示）からの検出信号などに応じて、回転モータ２１２を駆動することにより、ロール３Ｒから引き出されたフィラメントなどの長尺の部材のテンションを調整することができる。
また、制御装置２０１は、フィラメントのテンション、フィラメントがコイリングされるときのピッチ、角度、コイリングスピード、固定部材１や形状記憶合金２のテンション、などのパラメータを制御しながら、フィラメントをコイリングすることができる。
【００４０】
製造装置２００は、緊締部材３を所望のピッチ、角度などになるようにコイル状に製造することができる。また、製造装置２００は、一定の間隔でのコイリングや，間隔を変えながらのコイリング、密巻きのコイリングも可能である。
また、製造装置２００は、図１に示したようなアクチュエータを、簡単に高精度に、量産することができる。
【００４１】
本願発明者は、実際に製造装置２００を作製し、製造装置２００により、本発明の実施形態に係るアクチュエータを作製した。詳細には、３００μｍ×１００μｍの角断面線（固定部材１）、フィラメントには直径１００μｍの銅線（緊締部材３の材料）を使用し、ガイドチューブ２１５を取り付けた治具２１４を可動部２１０に固定し、ガイドチューブ２１５内にＳＭＡワイヤと角断面線を通すことにより、ＳＭＡワイヤと角断面線はガイドチューブ内で拘束されたまま回転する。このため、ＳＭＡワイヤと角断面線を接着する必要がなく、ＳＭＡワイヤと角断面線を拘束した状態でフィラメントをコイル状に巻きつけることにより、緊締部材３にて、ＳＭＡワイヤと角断面線を緊締することができる。
【００４２】
製造装置は、数十ｃｍのコイリングにより、どの場所でも固定部材１と形状記憶合金２が大きな歪み等なく、コイル状の緊締部材３により拘束することができる。
そして、コイリング終了後、角断面線（固定部材１）、形状記憶合金２、緊締部材３を必要な長さに切り取り、その両端部を固着剤などで固着させることにより、容易に屈曲機構を有するアクチュエータを作製することができる（図１１参照）。
【００４３】
詳細には、直径６０μｍのＣｕ線（緊締部材３の材料）を用いて０．３ｍｍのピッチでコイリングを行い、コイル状の緊締部材３が形成されている。均一なピッチのコイル状の緊締部材３により、ＳＵＳ３０４の角断面線の固定部材１と形状記憶合金２とが緊締されたアクチュエータが作製されていることがわかる（図１１参照）。
【００４４】
次に、本願発明者は、作製されたアクチュエータを駆動装置により駆動して、アクチュエータの屈曲特性などを実際に測定した。
【００４５】
図１２（ａ）、図１２（ｂ）、図１３（ａ）、図１３（ｂ）は、作製されたアクチュエータを駆動装置により駆動した状態を示す写真である。この実施形態では、下方に向けて屈曲するようにアクチュエータが配置されている。
非通電時、図１２（ａ）に示したように、アクチュエータが略直線状となっている。
低電流印加時（図１２（ｂ））、中電流印加時（図１３（ａ））、高電流印加時（図１３（ｂ））に、印加電流に応じた屈曲角度にてアクチュエータが屈曲する。
【００４６】
また、アクチュエータに印加する電流を、高電流、中電流、低電流、０Ａ（非通電
）とした場合、アクチュエータは、図１３（ｂ）、図１３（ａ）、図１２（ｂ）、図１２（ａ）の順に、屈曲状態から直線状態となったに。
【００４７】
図１４は、このアクチュエータの屈曲機構の屈曲特性を示す図である。図１４の横軸に印加電流を示し、左縦軸にアクチュエータの屈曲角度（Bending angle）を示し、右縦軸に曲率半径を示している。このアクチュエータの最大屈曲時の屈曲角度は２６０°、曲率半径は５．１ｍｍであった。
【００４８】
図１５はアクチュエータの印加電流に対する力の大きさの一例を示す図である。横軸に印加電流、縦軸にアクチュエータによる力を示している。力の測定は、直線状態のアクチュエータの先端の側面部に測定装置の圧力センサを当接するように、それぞれを配置してその位置関係を固定した後、アクチュエータに電流を印加して測定を行った。印加電流が大きいほど、アクチュエータによる力が大きくなることがわかった。
【００４９】
次に、本願発明者は、上記屈曲機構を有するアクチュエータの角断面線のコイル（緊締部材３）にエラストマーをディッピングした後、パリレンを成膜したアウターチューブを被せた。図１６は外周部に被膜部（アウター）が形成されたアクチュエータの一例を示す写真である。
【００５０】
図１７は、被膜部（アウター）が形成されたアクチュエータの屈曲特性を示す図である。このアクチュエータの最大屈曲時の屈曲角度は２５１°、曲率半径は５．４ｍｍであった。
【００５１】
次に、本願発明者は、板厚が５０μｍと１００μｍ、幅が３００μｍのＳＵＳ３０４を固定部材１として用いたアクチュエータの屈曲角度を測定した。いずれもアクチュエータの屈曲部の長さは２０ｍｍで、断面円形状のＳＡＭワイヤー（形状記憶合金２）の直径は１５０μｍである。
図１８にその測定結果を示す。固定部材１の板厚が５０μｍのアクチュエータでは、印加電流が１６０ｍＡの場合、屈曲角度が１０５°（曲率半径が１８ｍｍ）となった。板厚１００μｍのアクチュエータでは、印加電流が２６０ｍＡの場合、屈曲角度が６５°（曲率半径が２０ｍｍ）となった．
また、印加電流が１６０ｍＡより大きい場合、板厚５０μｍでは大きく屈曲しているが、板厚１００μｍではほぼ線型に増加している。また、印加電流が２２０ｍＡでは、板厚が５０μｍと１００μｍのアクチュエータで比較すると、屈曲角度が３倍程度違うことがわかった。
【００５２】
図１９は、固定部材の板厚が５０μｍと１００μｍのアクチュエータそれぞれの加熱と冷却時の屈曲角度の特性を示す図である。
加熱と冷却においては、固定部材の板厚が１００μｍのアクチュエータでは、ほとんど電流値において屈曲角度に違いは見られなかったが、固定部材の板厚が５０μｍのアクチュエータではヒステリシスが見られた。これはバイアス力の違いが原因と考えられる。
【００５３】
アクチュエータ駆動時、アクチュエータの屈曲機構による屈曲角度を大きくするために、固定部材１の剛性（スティフネス）、形状記憶合金２の発生力、緊締部材３の緊締力（拘束力）の大きさ、コイル状の緊締部材３を採用した場合にはコイルのピッチＬｐなどを最適にすることが好ましい。
【００５４】
図２０は比較例のアクチュエータを示す図である。
例えば、図２０（ａ）に示したように、固定部材１の剛性が小さくコイル状の緊締部材３のピッチが大きすぎる場合、アクチュエータの駆動時、固定部材１がコイル状の緊締部材３の間から離間しはみ出た状態となり、はみ出た固定部材が戻らない虞がある。また、図２０（ｂ）に示したように、固定部材１の短軸（上下）方向の剛性が形状記憶合金２の発生力と比較して大きすぎる場合、アクチュエータの駆動時、大きい屈曲角度が得られない虞がある。
また、固定部材１の剛性の大きさおよび形状記憶合金２の発生力の大きさに比較して緊締部材３の剛性が小さい場合、アクチュエータの駆動時、固定部材１と形状記憶合金２とが離間するように離れる虞がある。この場合、コイル状の緊締部材３の剛性（スティフネス）を、固定部材１の剛性（スティフネス）よりも大きく設定することで、上記不具合を防止することができる。
また、例えば図７に示したチューブ状の緊締部材３を採用したアクチュエータでも同様な不具合を防止するために、チューブ状の緊締部材の剛性（スティフネス）を、固定部材１の剛性（スティフネス）よりも大きく設定することが好ましい。
【００５５】
以上、説明したように、本発明の実施形態に係るアクチュエータ１０は、長尺の固定部材１と、長尺の形状記憶合金２（ＳＭＡワイヤ）と、固定部材１及び形状記憶合金２を緊締する緊締部材（金属線やチューブなど）と、を有する。
細線の形状記憶合金２、緊締部材３、及び固定部材１を採用することで、駆動時に大きい屈曲角度となる、小型のアクチュエータを提供することができる。
また、アクチュエータは、ＳＭＡワイヤなどの形状記憶合金２に入力される電流値に応じた屈曲角度となるように屈曲する。このため、操作者やコンピュータ自動制御部などは、形状記憶合金２に入力する電流値を変えることで、アクチュエータの屈曲角度を容易に制御することができる。
【００５６】
また、図１、図４等に示した実施形態に係るアクチュエータの長尺の形状記憶合金２は、断面円形状である。詳細には、形状記憶合金２として、断面円形状のＳＭＡワイヤを採用することで、安価にアクチュエータを製造することができる。また、長尺の形状記憶合金２として断面円形状のＳＭＡワイヤを用いたアクチュエータは、能動屈曲構造を有し、細径化が可能である。
【００５７】
また、図１，図２、図１１等に示した実施形態に係るアクチュエータの緊締部材３は、コイル状に形成されている。本実施形態では、駆動時に、長尺の形状記憶合金が大きな屈曲角度に屈曲するように、コイルのピッチ（間隔）が規定されている（最適化）。駆動時には、アクチュエータが大きな屈曲角度で屈曲する。また、コイルのピッチ（間隔）が大きいほど、アクチュエータを軽量化することができる。
【００５８】
また、例えば、形状記憶合金として安価な断面円形状のＳＭＡワイヤを採用し、固定部材１として角断面線などのステンレス線を採用し、コイル状に巻かれた緊締部材３として銅線を採用することで、非常に安価なアクチュエータを提供することができる。
【００５９】
また、図３（ｂ）に示した実施形態に係るアクチュエータにおいて、緊締部材３は、コイル状に巻かれた金属線であり、一方の端部が長尺の形状記憶合金２の一方の端部に電気的に接続されている。つまり、コイル状の金属線をアクチュエータの配線（導線）として用いることができる。すなわち、小型のアクチュエータを提供することができる。
【００６０】
また、図７に示した実施形態に係るアクチュエータにおいて、緊締部材３Ｂ（３）は、チューブ状に形成されている。例えば、緊締部材３Ｂ（３）は、樹脂材料などによりチューブ状に形成されている。例えば、アクチュエータを体内で使用する場合であっても、このアクチュエータはチューブ状の緊締部材３Ｂ（３）を備えているので、チューブ内部の隙間に体液などが入り込むことを防止することができ、衛生的である。また、塵や油などの多い環境でアクチュエータを使用する場合であっても、チューブ内部の隙間に塵や油などが入り込むことを防止することができる。
また、例えば、体内などで使用することを想定して、コイル状の緊締部材を用いたアクチュエータの外周部に被覆（アウター）を形成した場合と比較して、上記チューブ状の緊締部材３Ｂ（３）を採用したアクチュエータは、被覆（アウター）が不要であり、アクチュエータを小型化することができる。
【００６１】
また、上記本発明の実施形態に係るアクチュエータを、手術器具など、体内で使用する装置に適用することができる。
【００６２】
また、上記本発明の実施形態に係るアクチュエータは、細径で大きな屈曲角度の能動屈曲機構を有するので、アクチュエータを、例えば、１ｍｍ以下の消火器用の細径ガイドワイヤ、把持鉗子としてのマイクログリッパー、複数の能動屈曲機構を有するロボットハンドなどの各種装置に適用することができる。
【００６３】
また、本発明の実施形態のアクチュエータの製造方法は、長尺の固定部材１と長尺の形状記憶合金２が短軸方向に重ね合わされた状態で、固定部材１と形状記憶合金２の両端を一対の回転部材（２０２ａ、２０２ｂ）が保持するとともに、固定部材１又は形状記憶合金２の長軸を回転軸として回転させる工程と、固定部材１と形状記憶合金２とを離間させないように、固定部材１と形状記憶合金２の外周部の一部分又は全部を緊締部材３により固定部材１と形状記憶合金２とを緊締する工程（詳細には、例えば、フィラメントなどの緊締部材３の材料で固定部材１と形状記憶合金２とを巻きつける工程）と、固定部材１と形状記憶合金２の両端部を固着する工程と、を有する。
すなわち、固定部材１と形状記憶合金２を回転させながら、固定部材１と形状記憶合金２に対して、長尺のフィラメントなどの緊締部材３の材料をコイル状に巻きつけることで、緊締部材３により、固定部材１と形状記憶合金２とを緊締することができ、簡単に、高精度にアクチュエータを製造するアクチュエータの製造方法を提供することができる。
尚、固定部材１と形状記憶合金２を回転させずに固定した状態で、長尺のフィラメントなどの緊締部材３の材料を巻きつける機構を有する製造装置により、アクチュエータを作製してもよい。
【００６４】
また、アクチュエータの屈曲機構は、図８に示した製造装置としてのコイリングマシンにより、アクチュエータの長軸方向に数ｍ単位で作製することができる。
【００６５】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
また、上述の各図で示した実施形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの記載内容を組み合わせることが可能である。
また、各図の記載内容はそれぞれ独立した実施形態になり得るものであり、本発明の実施形態は各図を組み合わせた一つの実施形態に限定されるものではない。
【００６６】
また、上述した実施形態では、一方向に屈曲したが、この形態に限られるものではない。例えば、アクチュエータの長尺の固定部材とＳＭＡワイヤ（形状記憶合金）の両端を固着する前に、非通電状態時のＳＭＡワイヤよりも固定部材長さを短くして両端を固定し、非通電状態時の形状をアクチュエータ駆動時の屈曲方向と反対方向に湾曲した状態（癖付けさせた状態）としておくことにより、固定部材側と形状記憶合金側の二方向の屈曲方向が得られる。つまり、このアクチュエータは、非通電時には固定部材側へ屈曲した状態であり、通電を十分に行った時には形状記憶合金側へ屈曲することができ、それを選択することが可能となっている。
【符号の説明】
【００６７】
１…固定部材
２…形状記憶合金（ＳＭＡワイヤ）
３…緊締部材（拘束部材）
４…固着部
５…被覆部（アウター）
１０…アクチュエータ
１５…電流源
１６…制御部（コンピュータ）
１７…スイッチ
２００…製造装置（コイリングマシン）
２０１…制御装置（コンピュータ）
２１４…治具
２１５…ガイドチューブ（規制部材）
【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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