(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非可動部と、その非可動部に支持された可動部とを有する可撓性シートと、
前記可動部に、縫い目幅が可動部の上面側よりも下面側の方が大とされて縫い付けられた第１の形状記憶合金ワイヤと、
第２の形状記憶合金ワイヤとよりなり、
前記可動部は前記第１の形状記憶合金ワイヤの抵抗加熱による収縮に伴って変形し、かつ前記第１の形状記憶合金ワイヤへの通電量を調整することで元の状態に復帰する構成とされ、
前記第２の形状記憶合金ワイヤは前記可動部に、縫い目幅が可動部の下面側よりも上面側の方が大とされて縫い付けられていることを特徴とする形状記憶合金アクチュエータ。
【請求項２】
非可動部と、その非可動部に支持された可動部とを有する可撓性シートと、
前記可動部に縫い付けられた第１の形状記憶合金ワイヤと、
第２の形状記憶合金ワイヤとよりなり、
前記可動部は前記第１の形状記憶合金ワイヤの抵抗加熱による収縮に伴って変形し、かつ前記第１の形状記憶合金ワイヤへの通電量を調整することで元の状態に復帰する構成とされ、
前記第２の形状記憶合金ワイヤは前記可動部と前記非可動部とに跨るように縫い付けられていることを特徴とする形状記憶合金アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１又は２記載の形状記憶合金アクチュエータにおいて、
前記可撓性シートにＣ字状をなすスリットが形成され、
そのスリットで囲まれた領域が前記可動部とされていることを特徴とする形状記憶合金アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は形状記憶合金ワイヤの抵抗加熱による収縮を利用したアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱により形状回復する形状記憶合金（ＳＭＡ）は単位面積当りの発生力、発生歪が大きい材料であり、例えば小型携帯機器等に搭載するアクチュエータの構成要素として、その応用が期待されている。
図４は形状記憶合金を利用したアクチュエータの従来構成例として、特許文献１に記載されているシャッタ機構の構成を示したものである。
シャッタ羽根１，２は地板１０に植設された回動軸１ａ，２ａにそれぞれ回動自在に取り付けられており、これらシャッタ羽根１，２の一端にロープ状の第１の形状記憶合金３の両端が係止されている。第１の形状記憶合金３は連結板７に掛け渡されている。一対のシャッタ羽根１，２はスプリング４ａ，４ｂにより、地板１０に設けられている開口部１０ａを閉じる方向に付勢されている。
【０００３】
連結板７にはロープ状の第２の形状記憶合金５の一端が取り付けられ、第２の形状記憶合金５の他端は地板１０に固定されている。連結板７は上下方向（矢印ａ方向）に摺動可能とされており、この連結板７にスプリング６の一端が係止されている。スプリング６の他端は地板１０に固定されており、連結板７はスプリング６によって下方向に付勢されている。
ＳＭＡ駆動回路８より所定の電流を第１の形状記憶合金３に流すと、第１の形状記憶合金３は抵抗加熱により収縮し、これによりスプリング４ａ，４ｂの付勢力に抗してシャッタ羽根１，２が回動し、開口部１０ａが開く。
【０００４】
一方、環境温度が上昇し、例えば第１の形状記憶合金３の変態温度を上回った場合、この環境温度の上昇によって第１の形状記憶合金３は収縮するが、この際、第２の形状記憶合金５も収縮するため、連結板７は上方向に移動する。この連結板７の上方向への移動により、連結板７に掛け渡されている第１の形状記憶合金３の長さは短かくてもよい状態となり、これにより第１の形状記憶合金３の収縮による力がシャッタ羽根１，２に作用しない状態となるため、シャッタ羽根１，２の環境温度の上昇による誤動作が防止されるものとなっている。
【特許文献１】特開２００５−１３４４３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、図４に示した形状記憶合金アクチュエータを用いるシャッタ機構は駆動用の第１の形状記憶合金３に加え、温度補償用の第２の形状記憶合金５を備えることにより、環境温度の上昇による誤動作を防止するものとなっている。
しかしながら、この図４に示した構成では環境温度の上昇による誤動作を防止するための機構として、地板１０上で摺動する連結板７やその連結板７を付勢するスプリング６を用いるものとなっているため、構造が複雑で部品点数も多く、また薄型化も図りづらいものとなっていた。
【０００６】
この発明の目的はこのような状況に鑑み、簡易な構成で環境温度の上昇による誤動作を防止することができ、かつ極めて薄型に構成することができる形状記憶合金アクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明によれば、形状記憶合金アクチュエータは非可動部とその非可動部に支持された可動部とを有する可撓性シートと、可動部に縫い目幅が可動部の上面側よりも下面側の方が大とされて縫い付けられた第１の形状記憶合金ワイヤと、第２の形状記憶合金ワイヤとよりなり、可動部は第１の形状記憶合金ワイヤの抵抗加熱による収縮に伴って変形し、かつ第１の形状記憶合金ワイヤへの通電量を調整することで元の状態に復帰する構成とされ、第２の形状記憶合金ワイヤは可動部に縫い目幅が可動部の下面側よりも上面側の方が大とされて縫い付けられているものとされる。
【０００８】
請求項２の発明によれば、形状記憶合金アクチュエータは非可動部とその非可動部に支持された可動部とを有する可撓性シートと、可動部に縫い付けられた第１の形状記憶合金ワイヤと、第２の形状記憶合金ワイヤとよりなり、可動部は第１の形状記憶合金ワイヤの抵抗加熱による収縮に伴って変形し、かつ第１の形状記憶合金ワイヤへの通電量を調整することで元の状態に復帰する構成とされ、第２の形状記憶合金ワイヤは可動部と非可動部とに跨るように縫い付けられているものとされる。
請求項３の発明では請求項１又は２の発明において、可撓性シートにＣ字状をなすスリットが形成され、そのスリットで囲まれた領域が可動部とされる。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、環境温度が変態温度以上に上昇した場合に、駆動用の第１の形状記憶合金ワイヤが収縮することによって可動部に作用する力を、温度補償用の第２の形状記憶合金ワイヤが収縮することによって可動部に作用する力によって相殺することができ、よって環境温度の上昇によって誤動作が発生しない形状記憶合金アクチュエータを実現することができ、かつそのような形状記憶合金アクチュエータを極めて簡易かつ薄型に構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。
図１Ａはこの発明による形状記憶合金アクチュエータの第１の実施例の構成を示したものであり、この例では形状記憶合金アクチュエータは可撓性シート２１と第１の形状記憶合金ワイヤ２２と第２の形状記憶合金ワイヤ２３とからなる。
方形状をなす可撓性シート２１にはＣ字状をなすスリット２４が形成されており、このスリット２４で囲まれた領域が可動部２１ａとされる。円形形状をなす可動部２１ａはその一端側が可撓性シート２１の非可動部（周辺部）２１ｂに連結支持されている。非可動部２１ｂの一端縁には一対の電極２５，２６が形成されている。
【００１１】
第１の形状記憶合金ワイヤ２２は可撓性シート２１に縫い付けられて、つまり繰り返し上下に通されて取り付けられている。第１の形状記憶合金ワイヤ２２は可動部２１ａにおいてはこの例では円形形状をなす可動部２１ａの円形の中心を中心とする二重の円環状をなすように縫い付けられており、この可動部２１ａから電極２５，２６が形成されている部分に図１Ａに示したように縫い付けられて導出されている。
可動部２１ａにおける第１の形状記憶合金ワイヤ２２は、その縫い目幅（ステッチ幅）が可動部２１ａの上面側よりも下面側の方が大きくなるように縫い付けられている。なお、第１の形状記憶合金ワイヤ２２は例えば一方の電極２５部分を縫い始めとして、他方の電極２６部分が縫い終わりとなるように縫い付けられ、可動部２１ａにおける二重の円環状をなす部分には外周側から内周側に移り、また内周側から外周側に移る部分が図１Ａに示したように存在している。
【００１２】
一方、第２の形状記憶合金ワイヤ２３も第１の形状記憶合金ワイヤ２２と同様、可撓性シート２１に縫い付けられて取り付けられている。第２の形状記憶合金ワイヤ２３はこの例では４本存在し、可動部２１ａにおける第１の形状記憶合金ワイヤ２２がなす二重の円環の間に、第１の形状記憶合金ワイヤ２２に沿うように、ほぼ等角間隔に配列されて直線状に縫い付けられている。なお、これら第２の形状記憶合金ワイヤ２３は、その縫い目幅が第１の形状記憶合金ワイヤとは逆に、可動部２１ａの下面側よりも上面側の方が大きくなるように縫い付けられている。
【００１３】
可撓性シート２１に対する第１及び第２の形状記憶合金ワイヤ２２，２３の縫い付けは常温で、つまり形状記憶合金ワイヤ２２，２３がマルテンサイト相にある状態で行われ、形状記憶合金ワイヤ２２，２３は引っ張り力を加えられ、ひずみが与えられた状態で縫い付けられる。形状記憶合金ワイヤ２２，２３の縫い付けは例えばミシンを使用して行うことができ、また手縫いとしてもよい。
第１の形状記憶合金ワイヤ２２と電極２５，２６とは例えば熱圧着等によって接続固定される。また、４本の第２の形状記憶合金ワイヤ２３の各両端はそれぞれ可撓性シート２１に対して固定されており、つまり抜け止め処理（固定処理）が施されている。抜け止め処理は例えば第２の形状記憶合金ワイヤ２３自身で結び目や縒り目をつくることによって行われる。なお、抜け止め処理として例えば接着剤等を用いて第２の形状記憶合金ワイヤ２３の端部に玉をつくるようにしてもよい。
【００１４】
図１Ｂは可撓性シート２１のＸＸ断面形状を示したものであり、図１Ｃ及び図１Ｄは電極２５，２６間に通電し、第１の形状記憶合金ワイヤ２２が抵抗加熱により収縮した状態における可撓性シート２１のＸＸ断面形状及びＹＹ断面形状をそれぞれ示したものである。なお、図１Ｂ〜Ｄにおいては第１及び第２の形状記憶合金ワイヤ２２，２３の図示は省略している。
この例ではこれら図１Ｃ，Ｄに示したように、第１の形状記憶合金ワイヤ２２が抵抗加熱により収縮することにより、可動部２１ａは可撓性シート２１の弾性変形の範囲内で、上に凸に、ドーム状に変形し、つまり平面からドーム状の曲面に変化する可動部２１ａが得られるものとなっている。一方、第１の形状記憶合金ワイヤ２２への通電量を調整することで、マルテンサイト変態温度以下の状態になった時、第１の形状記憶合金ワイヤ２２の収縮は弛緩し、これにより可動部２１ａを変形させる力がなくなるため、可動部２１ａはその復元力でもって図１Ｂに示した元の状態に復帰する。なお、通電量を調整するとは、第１の形状記憶合金ワイヤ２２の温度がマルテンサイト変態温度以下となるように通電量を減少させることを意味し、通電量を０にすることも含むものとする。
【００１５】
一方、環境温度が上昇し、第１の形状記憶合金ワイヤ２２の変態温度以上に環境温度が上昇した場合、第１の形状記憶合金ワイヤ２２は収縮し、これにより可動部２１ａには上に凸に変形させようとする力が作用するが、第２の形状記憶合金ワイヤ２３も同時に収縮し、この第２の形状記憶合金ワイヤ２３は可動部２１ａの上下面の縫い目幅の大小関係が第１の形状記憶合金ワイヤ２２とは逆の関係とされているため、第２の形状記憶合金ワイヤ２３の収縮は可動部２１ａを下に凸に変形させるように作用する。従って、第１及び第２の形状記憶合金ワイヤ２２，２３によって可動部２１ａに作用する２つの力は相殺され、環境温度が上昇しても可動部２１ａは変形せず、つまり誤動作しないものとなる。
【００１６】
以上説明したように、この例によれば、形状記憶合金アクチュエータは可撓性シート２１に駆動用の第１の形状記憶合金ワイヤ２２及び温度補償用の第２の形状記憶合金ワイヤ２３を縫い付けることによって構成され、よって極めて薄型に構成することができ、またこのような簡易な構成で環境温度の上昇に起因する誤動作を防止することができるものとなっている。
上記のような構成において、可撓性シート２１には例えばポリイミドフィルムやＰＥＮ（ポリエーテルニトリル）フィルムが用いられ、その厚さは７５〜１２５μｍ程度とされる。また、第１及び第２の形状記憶合金ワイヤ２２，２３はＮｉ−Ｔｉ合金やＮｉ−Ｔｉ−Ｃｕ合金製とされ、その直径は５０〜１５０μｍ程度とされる。なお、可撓性シート２１は薄くすると強度が低下し、また所要の弾性復元力を得にくいものとなり、一方、厚くすると応答性が悪くなり、駆動するための大きな力（消費電力）を要することになるため、上記のような範囲に厚さを設定するのが好ましい。
【００１７】
次に、図２に示したこの発明による形状記憶合金アクチュエータの第２の実施例について説明する。
この例では温度補償用の第２の形状記憶合金ワイヤの配置（縫い付け方）が図１に示した第１の実施例と異なるものとなっており、第２の形状記憶合金ワイヤ２３’は可撓性シート２１の可動部２１ａと非可動部２１ｂとに跨るように、つまりスリット２４を横切るように縫い付けられている。第２の形状記憶合金ワイヤ２３’はこの例では３本存在し、可動部２１ａのまわりに９０°間隔で３箇所に縫い付けられている。なお、第２の形状記憶合金ワイヤ２３’はこの例では単にスリット２４を横切るように配置されて、その一端が可動部２１ａに固定され、他端が非可動部２１ｂに固定されている。
【００１８】
この例においても第１の形状記憶合金ワイヤ２２に通電し、第１の形状記憶合金ワイヤ２２が抵抗加熱により収縮すると、可動部２１ａは第１の実施例と同様、上に凸に、ドーム状に変形する。この際、第２の形状記憶合金ワイヤ２３’は変態温度以下であるから、可動部２１ａの変形を阻害しない。
一方、環境温度が上昇し、第１の形状記憶合金ワイヤ２２の変態温度以上になった場合、第１の形状記憶合金ワイヤ２２は収縮して可動部２１ａを上に凸に変形させようとするが、この際、３本の第２の形状記憶合金ワイヤ２３’が同時に収縮することによって円形形状の可動部２１ａをその径方向に引っ張るため、可動部２１ａの変形は阻止される。従って、この例においても環境温度の上昇に起因する誤動作は発生しない。
【００１９】
なお、第２の形状記憶合金ワイヤ２３’をこの例では３本縫い付けているが、第２の形状記憶合金ワイヤ２３’の本数はこれに限らず、例えば２本としてもよく、また４本以上縫い付けてもよい。
図３は環境温度の上昇時に可動部２１ａの変形を阻止すべく、可動部２１ａを径方向に、つまり可撓性シート２１のシート面方向に引っ張る第２の形状記憶合金ワイヤを上述した例と異なり、１本で構成した例を示したものであり、この例では第２の形状記憶合金ワイヤ２３’’は可動部２１ａと非可動部２１ｂとに跨り、スリット２４に沿ってジグザグ状に縫い付けられている。第２の形状記憶合金ワイヤ２３’’をこのように縫い付けることによっても、その収縮によって可動部２１ａは径方向に引っ張られ、環境温度の上昇に起因する可動部２１ａの誤動作を防止することができる。
【００２０】
以上、この発明の実施例について説明したが、第１の形状記憶合金ワイヤ２２の縫い付け方（配線パターン）は実施例に限定されず、可動部２１ａの所望の変形形状を得るべく決定される。
また、第１の形状記憶合金ワイヤ２２と第２の形状記憶合金ワイヤ２３（２３’，２３’’）の変態温度は同一としているが、必ずしも厳密に同一とする必要はない。この場合、第１の形状記憶合金ワイヤ２２の変態温度に対して第２の形状記憶合金ワイヤ２３（２３’，２３’’）の変態温度を低くするのが好ましい。
【００２１】
なお、例えば可動部２１ａには必要に応じてカバーフィルムが被せられる。カバーフィルムは柔軟なものが好ましく、例えばゴム材が使用される。また、カバーフィルムに替えて樹脂コーティングを施すようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】Ａはこの発明の第１の実施例を示す平面図、Ｂはその可撓性シートのＸＸ断面図、Ｃ及びＤは変形後の可撓性シートのＸＸ及びＹＹ断面図。
【図２】この発明の第２の実施例を示す平面図。
【図３】この発明の第３の実施例を示す平面図。
【図４】形状記憶合金アクチュエータの従来構成例を説明するための図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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