(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定体と、可動体と、一端側が固定体に他端側が可動体に取り付けられ可動体の位置を変化させる駆動部材を備えてなる可動機構において、前記駆動部材が前記可動体の移動軌道に沿った形に形状記憶された超弾性材料からなり、屈曲の固定が解除された前記駆動部材の有する超弾性と形状回復性により、前記可動体を前記移動軌道に沿って直線移動させることを特徴とする可動機構。
【請求項２】
前記駆動部材が超弾性体であり、かつ前記駆動部材が無負荷の状態で持つ中立軸の曲率半径Ｒ０、前記駆動部材の両端が最も接近した際に形成される中立軸の曲率半径Ｒ、前記駆動部材の厚さ若しくは径ｔから算出される歪ｅ［＝（ｔ／２Ｒ）−（ｔ／２Ｒ０）］が４％以下であることを特徴とする請求項１に記載の可動機構。
【請求項３】
前記駆動部材は、前記固定体に対して前記可動体が相対的な運動をする際に駆動部材がたわむ方向に予め湾曲させる形状記憶処理をされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の可動機構。
【請求項４】
前記駆動部材が直線状に形状記憶処理されており、かつ、前記固定体と前記可動体に固定された駆動部材の両端が最も離れた際、前記駆動部材が真っ直ぐ伸びないようにする機構を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の可動機構。
【請求項５】
駆動部材が超弾性体のＮｉ−Ｔｉ合金からなり、その組成がＮｉ ５０．２〜５１．５ａｔ％、残部がＴｉ及び不可避不純物からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の可動機構。
【請求項６】
前記駆動部材が超弾性体のＮｉ−Ｔｉ合金からなり、その組成がＮｉ４９．８〜５１．５ａｔ％、更に、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｍｏの中から１種又は２種以上を０．１〜２．０ａｔ％含有し、残部がＴｉ及び不可避不純物からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の可動機構。
【請求項７】
前記駆動部材が超弾性体のＮｉ−Ｔｉ合金からなり、その組成がＮｉ４９．０〜５１．０ａｔ％、Ｃｕ５〜１２ａｔ％、更に、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｏの中から１種又は２種以上を０．１〜２．０ａｔ％含有し、残部がＴｉ及び不可避不純物からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の可動機構。
【請求項８】
一つの可動機構の中に、駆動部材が２本以上使用されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の可動機構。
【請求項９】
可動体が移動する際に、可動体の移動を案内し、その速度を制御する可動体案内部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の可動機構。
【請求項１０】
可動体が移動する際に、駆動部材の変形を案内し、その変形限界位置を設定する駆動部材案内部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の可動機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラのストロボ、ビデオカメラのビデオテープ装入部、携帯電話機などのポップアップとして使用される装置で用いられる可動機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、部品をポップアップするための可動機構は、モーター駆動によるもの（例えば特開平９−２１１５７２号公報）、コイルばね駆動によるもの（例えば特開２００２−３０４２４１号公報）や線ばね駆動によるもの（例えば特開昭６３−２７６７４９号公報）など、多くの可動機構が提供されている。
前記特許文献１では、駆動源としてモーターを使用し、中間に設けたギアと立体カムを介して、フラッシュ装置のポップアップを行っている。特許文献２では、コイルばねを駆動源に用いポップアップの方向ガイドを兼ねる補助ピンと組み合わせることで大きなストロークを得ている。特許文献３では、装置端部に備えられた線ばねの反発力を駆動源とし、ロック解除部材と組み合わせてポップアップを行っている。
近年、可動機構を用いる機器の軽量化が進む中、可動機構自体にも軽量化および機構の簡素化が要求されている。
【０００３】
しかしながら、モーターを駆動源とする特許文献１では、モーターの駆動力をギアと立体カムを介することでストロボをポップアップするため、必然的にその占有領域が大きくなり、機構としても複雑になる。また、コイルばねや線ばねを駆動源として利用する特許文献２や特許文献３で示される可動機構では、機構の軽量化および簡素化が図られているものの、駆動力をコイルばねとすると大きなストロークを得ることはたやすいが、十分な動作力を得ることはできない。線ばねを用いると逆に充分な大きさの動作力を得られるが、ストロークを得ることが難しい。この様に、大きな動作力およびストロークを示し、軽量、且つ簡素な機構を有している可動機構が望まれている。
本発明の上記及び他の特徴及び利点は、添付の図面とともに考慮することにより、下記の記載からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１（Ａ）は、本発明の実施例１に係る可動機構を示す正面図であり、同図（Ｂ）は実施例に用いられる駆動部材の動作の説明図であり、同図（Ｃ）は同図（Ｂ）の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の中立軸の曲率半径を示す拡大図である。
図２は、本発明の実施例１に係る可動機構を示す正面図である。
図３（Ａ）は、本発明の実施例２に係る可動機構を示す正面図であり、同図（Ｂ）はこの実施例に用いられる駆動部材の動作の説明図である。
図４（Ａ）は、本発明の参考例に係る可動機構を示す正面図であり、同図（Ｂ）はこの参考例に用いられる駆動部材の動作の説明図である。
図５は、本発明の実施例３に係る可動機構を示す正面図である。
【発明の開示】
【０００５】
本発明の可動機構の好ましい実施態様は下記のとおりである。
（１）  固定体と、可動体と、一端側が固定体に他端側が可動体に取り付けられ可動体の位置を変化させる駆動部材を備えてなる可動機構において、前記駆動部材が前記可動体の移動軌道に沿った形に形状記憶された超弾性材料からなり、屈曲の固定が解除された前記駆動部材の有する超弾性と形状回復性により、前記可動体を前記移動軌道に沿って直線移動させることを特徴とする可動機構である。可動体には解除可能な固定具を設けておくことができる。
（２）前記駆動部材が超弾性体であり、かつ前記駆動部材が無負荷の状態で持つ中立軸の曲率半径Ｒ０、前記駆動部材の両端が最も接近した際に形成される中立軸の曲率半径Ｒ、前記駆動部材の厚さ若しくは径ｔから算出される歪ｅ［＝（ｔ／２Ｒ）−（ｔ／２Ｒ０）］が４％以下である（１）に記載の可動機構である。
（３）前記駆動部材は、前記固定体に対して前記可動体が相対的な運動をする際に駆動部材がたわむ方向に予め湾曲させる形状記憶処理をされていることを特徴とする（１）又は（２）に記載の可動機構である。
（４）前記駆動部材が直線状に形状記憶処理されており、かつ、前記固定体と前記可動体に固定された駆動部材の両端が最も離れた際、前記駆動部材が真っ直ぐ伸びないようにする機構を備えている（１）又は（２）に記載の可動機構である。
（５）可動部材が超弾性体のＮｉ−Ｔｉ合金からなり、その組成がＮｉ ５０．２〜５１．５ａｔ％、残部がＴｉ及び不可避不純物からなる（１）〜（４）のいずれかに記載の可動機構である。
（６）前記可動部材が超弾性体のＮｉ−Ｔｉ合金からなり、その組成がＮｉ４９．８〜５１．５ａｔ％、更に、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｍｏの中から１種又は２種以上を０．１〜２．０ａｔ％含有し、残部がＴｉ及び不可避不純物からなる（１）〜（４）のいずれかに記載の可動機構である。
（７）前記可動部材が超弾性体のＮｉ−Ｔｉ合金からなり、その組成がＮｉ４９．０〜５１．０ａｔ％、Ｃｕ５〜１２ａｔ％、更に、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｏの中から１種又は２種以上を０．１〜２．０ａｔ％含有し、残部がＴｉ及び不可避不純物からなる（１）〜（４）のいずれかに記載の可動機構である。
（８）一つの可動機構の中に、駆動部材が２本以上使用されている（１）〜（７）のいずれかに記載の可動機構である。
（９）可動体が移動する際に、可動体の移動を案内し、その速度を制御する可動体案内部材が設けられていることを（１）〜（８）のいずれかに記載の可動機構である。
（１０）可動体が移動する際に、駆動部材の変形を案内し、その変形限界位置を設定する駆動部材案内部材が設けられている（１）〜（９）のいずれかに記載の可動機構である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下に本発明をさらに説明する。
本発明に係る可動機構は、固定体と、可動体と、一端が固定端に他端が可動体に取り付けられ可動体の位置を変化させる駆動部材を備えてなる可動機構において、前記駆動部材は形状回復性を有する材料からなり、可動体の固定を解除することで前記可動体を移動させることを特徴とする可動機構である。
【０００７】
本発明においては、駆動部材として形状回復性を有する材料を用いる。ここでは、形状回復性とは、外力を除去した時に形状が元に戻る特性をいい、弾性等がこれに該当する。このような構成により、小さな駆動部材で大きな動作力およびストローク（可動範囲）を得ることができる。中でも、超弾性を有する材料を用いると、通常のコイルばねや線ばね等を用いた場合に比べて、より小さな駆動部材でより大きな動作力およびストロークを得ることができるので望ましい。また、超弾性を有する材料を用いると、可動動作中に可動体に作用する力がほぼ一定に保たれるので、可動体の機械的強度の設計が容易になるという利点もある。
【０００８】
超弾性材料としては、Ｎｉ−Ｔｉ合金を用いると、疲労強度及び耐食性の点で優れているため好ましい。超弾性特性を支配するマルテンサイト変態温度及び逆変態温度（以下、特に断りのない限り、両者をまとめて変態温度と称する）は、合金組成・熱処理条件により大きく変わる。合金組成は、Ｎｉ５０．２〜５１．５ａｔ％、残部をＴｉ及び不可避不純物とすることにより、およそ−１００〜３０℃の範囲で幅広い変態温度をカバーできる。上記のＮｉ組成範囲においては、Ｎｉ組成比を０．１％増加させるごとに変態温度が約１０℃低下することが知られている。
【０００９】
また、合金組成をＮｉ４９．８〜５１．５ａｔ％、更に、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｍｏの中から１種又は２種以上を０．１〜２．０ａｔ％含有し、残部をＴｉ及び不可避不純物とすれば、これらＣｒ等の微量添加元素の種類及び量を選択することによって、変態温度を制御することができる。具体的には、これらの微量元素を添加することにより、変態温度が下がるため、より低い温度においても超弾性を得ることが可能になる。したがって、可動機構を使用する環境温度に応じて、これらの微量添加元素の種類及び添加量を選択する。
【００１０】
また、合金組成をＮｉ４９．０〜５１．０ａｔ％、Ｃｕ５〜１２ａｔ％、更に、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｖ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｏの中から１種又は２種以上を０．１〜２．０ａｔ％含有し、残部がＴｉ及び不可避不純物とすれば、Ｃｕを含むことによって、回復歪等の超弾性特性を向上させることができ、また、前記Ｃｒ等の微量添加元素の種類及び量を選択することによって、変態温度を制御することができる。Ｃｕの組成比を上のようにする理由は、５％未満では良い超弾性が得られず，１２％以上では工業的に加工ができないためである。
上記のＣｒ等の微量添加元素の種類や添加量と変態温度との関係としては、通常知られている関係を用いることができる。また、熱処理方法・条件は、通常用いられる方法・条件の中から適宜選択するものとする。上記関係や熱処理を利用して、駆動部材材料の変態温度を所望の値とすることで、可動機構の使用環境や用途に応じた設計をすることができる。
以下に本発明の好ましい実施例を図面に従って説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例】
【００１１】
（実施例１）
図１（Ａ）は、本発明の１実施例を示す可動機構（動作開始前の状態）の正面図である。駆動部材２は図１（Ｂ）の（ｃ）に示すように直線形状（中立軸ｘの曲率半径がＲ０＝∞；径ｔ）を記憶した超弾性を示すＴｉ−Ｎｉ合金線材からなり、同図（Ｂ）の（ａ）の形状（略Ｕ字形、中立軸ｘの曲率半径がＲ）に湾曲させて一端側を連結固定具３ａにより固定体１と連結し、他端側は可動体４に設けられた連結固定具３ｂにより可動体４と連結する（図１（Ａ））。図１（Ｃ）に、同図（Ｂ）の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応して中立軸ｘの曲率半径を拡大図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）で示す。
駆動部材２は、動作開始前（可動体４が固定体１に対して収納されている状態を指す）には、固定体１及び可動体４に設けられた駆動部材案内部材５ａ、５ｂによりＵ字形状（図１（Ｂ）（ａ））に保たれ、可動動作中には記憶した直線形状（同図（Ｂ）（ｃ））に向かって変化する。この間駆動部材２は駆動部材案内部材５ａ、５ｂにより形状変化を抑止され、中立軸の曲率半径がＲｐ（図１（Ｂ）（ｂ））の状態で停止する。この駆動部材の案内部材５ａ、５ｂは、固定体と可動体に固定された駆動部材の両端が最も離れた際（可動動作後）、駆動部材２を、真っ直ぐまで伸びないようにし、また逆湾曲しないように案内する機溝である。
【００１２】
この機構が必要な理由は、可動機構がもっとも伸びきった状態で駆動部材が直線状になってしまうと、駆動部材を圧縮する際にたわみが発生する方向が不安定になるばかりか、軸方向の圧縮力が発生するため、たわみが発生するまでの初期の圧縮力が極端に大きくなるおそれがあるからである。なお、２個の駆動部材の案内部材５ａ、５ｂは、２個なくても、案内部材５ａ単独又は案内部材５ｂ単独でも、駆動部材の案内及び可動停止の効果を発揮することができる。この案内部材自体は例えば特願２００３−１３５４１７号として本発明者らが別に提案している。
【００１３】
６は可動体４を可動動作前の位置に固定する固定部材を示し、７は可動体の移動を案内し、その速度を制御する可動体案内部材である。
なお、連結固定具３ａ及び３ｂは、可動体４の動きに合わせて回転する機構を有してもよい。
【００１４】
可動機構の長期信頼性を確保するためには、駆動部材２が無負荷の状態（図１（Ｂ）の（ｃ））で有する中立軸曲率半径Ｒ０と可動動作後（図１（Ｂ）の（ａ））の中立軸曲率半径Ｒを、次の式（１）の関係を満たすように駆動部材２の記憶形状を決めることが望ましい。
（ｔ／２Ｒ）−（ｔ／２Ｒ０）≦４％  式（１）
その理由は、式（１）の右辺は駆動部材が可動動作前に有する歪を表しており、この歪が４％を超えるような負荷が駆動部材に加えられる場合は、繰り返し可動動作させる場合に永久歪が徐々に蓄積され、所定の動作をしなくなるからである。尚、想定される製品寿命に対して可動機構の使用頻度が極端に多い場合には、式（１）の右辺を２％とすることが望ましい。
【００１５】
なお、中立軸とは、曲げた場合に伸び縮みしない軸を言い、多くの場合、板では板厚方向における中心の面、円柱状の棒では円の中心の軸がこれに相当する。また、中立軸曲率半径が駆動部材の部位の中で一様でない場合は、記憶形状と可動動作後の形状の間で最も曲率半径変化の大きい部位で定義するものとする。
【００１６】
図２では、駆動部材２の形状が復元して可動体４がポップアップされている状態を示している。これを図１、２を参照して説明する。まず、固定部材６により可動体４が固定体１に固定されている状態にある。次に、この固定部材による固定を解除すると、駆動部材２が記憶形状に向かって回復して可動体４を上方に動かす。そのときに、可動体４は固定体１に設けられた可動体案内部材７と摺動することにより移動経路を確立し、可動体案内部材７との押圧を制御することで可動体４の移動速度が制御される。そのために、可動体案内部材７は、板ばねや軸受けを用いると円滑な案内と速度制御を行うことができてよい。なお固定部材は可動体４の上昇を適宜解除可能に止めうるものであればどのようなものでもよく、どの位置に設けてもよい。
【００１７】
駆動部材２は直線状に形状記憶させているが、駆動部材案内部材５ａ、５ｂにより完全な直線に戻ることはできず、曲線状となり（図１（Ｂ）の（ｂ））、この形状が、可動体２を可動動作前の状態に戻す際の駆動部材２の変形方向を案内する。
可動動作前の状態に戻す場合は、可動体４を固定位置まで押し込んで、固定部材６で固定する。駆動部材２は、曲線形状に従い駆動部材案内部材５ａに即して変形する。
【００１８】
（実施例２）
図３（Ａ）は、可動機構の動作開始前の状態を示す正面図である。図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように駆動部材２はＵ字形状（中立軸の曲率半径がＲ０）を記憶した超弾性を示すＴｉ−Ｎｉ合金線材からなっている。駆動部材２は、２本用いられており（図３（Ａ））、可動体に対してほぼ左右対称に取り付けられている。駆動部材２を２本用いるのは、単数で使用した場合に起こりやすい、可動体が固定体から出る際の片効きを防ぐ効果があるためである。駆動部材を奇数個もしくは装置に対して極端に非対称に設置した場合には片効きを発生させることが懸念されるため、駆動部材２は偶数本で且つ可動体に対して極力対称位置に取り付けられることが望ましい。
図３において駆動部材２は、図３（Ｂ）において可動動作前の中立軸の曲率半径は（ａ）はＲ、可動動作後の（ｂ）ではＲ０であり、Ｒ（Ｒ＜Ｒ０）はＵ字形状であり、記憶形状と同じ方向に湾曲している（図３（Ｂ）の（ｂ））。
この実施例では、駆動部材がたわむ方向にあらかじめ湾曲形状が設定されていることにより、実施例１のような駆動部材が真っ直ぐ伸びないようにする機構（駆動部材案内部材）は不要になるため、機構の簡素化に一層貢献できる。
なお、本実施例における駆動部材の形状設計については、実施例１で説明した式（１）の関係を用いることが望ましい。
【００１９】
（参考例）
図４（Ａ）で示す可動機構は、可動体４を回転することによりポップアップする可動機構の例である。回転軸部８で回転するように連結されている固定体１と可動体４に、線状又は薄板状の駆動部材２がそれぞれ連結固定具３ａ、３ｂで固定されている。
図４（Ａ）の可動機構の可動動作は、図面では示されていない固定部材により固定されている可動体４が、固定部材を解除すると駆動部材２の形状回復性により記憶した直線形状へと変化し、可動体４をポップアップする。図４（Ａ）では、実施例１又は２で記載したと同様な部材を有していてもよく、例えば可動体案内部材７及び駆動部材案内部材５ａ、５ｂは記載していないが、適宜設けることができる。
駆動部材２としては図４（Ｂ）に示される、図中（ａ）が可動前、（ｂ）が可動後及び記憶形状を示す。
記憶形状は、直線形状でなくＵ字形状としてもよい。この場合は、ポップアップされた可動機構の形は直線状でなく角度を持つことになる。
なお、本参考例における駆動部材の形状設計についても、実施例１で説明した式（１）の関係を用いることが望ましい。
【００２０】
（実施例３）
図５（Ａ）、（Ｂ）は実施例１の変形例である。駆動部材２は、断面直線形状（中立軸の曲率半径がＲ０）を記憶した超弾性を示すＴｉ−Ｎｉ合金薄板材からなっている。図５（Ａ）では、固定体１及び可動体４の底部に駆動部材２を連結する連結固定具３ａ、３ｂを設け、駆動部材案内部材５ａを固定体１と可動体４の間に配置し、可動動作時に駆動部材２の位置の案内及び変形限界位置を定めている。固定部材６が固定体１に設けられ、可動体４を可動動作前の状態に固定している。可動体４には、可動体案内部材７，７が設けられ、可動体４を滑らかに、かつその可動動作速度を制御している。
なお、本実施例における駆動部材２は、図５（Ｂ）に示される。（ａ）は可動動作前、（ｂ）は可動動作後、（ｃ）は記憶形状をそれぞれ示す。なお、駆動部材の形状設計についても、実施例１で説明した式（１）の関係を用いることが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明によって得られるポップアップ機構は、線材の太さおよびガイドの厚みしか必要とせず、モータ駆動式や巻きバネを使用したものよりも小さな領域で（占有領域が小さく）、かつ簡素な機構でポップアップを実現できる。また、大きな動作力及び可動範囲を得ることができる。
本発明をその実施態様とともに説明したが、我々は特に指定しない限り我々の発明を説明のどの細部においても限定しようとするものではなく、添付の請求の範囲に示した発明の精神と範囲に反することなく幅広く解釈されるべきであると考える。
【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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