(57)【要約】【課題】回転制御が確実かつ容易な回転式アクチュエータを提供すること。【解決手段】同心的に配置され独立して回転可能な回転ドラム２０及び歯車ブロック３０を設け、第２の形状記憶合金５０への通電に伴う収縮により回転ドラム２０の固定爪２５と歯車ブロック３０の可動爪３５（３５Ａ，３５Ｃ）を噛合させ（Ａ→Ｂ）、噛合させた状態で第１の形状記憶合金４０への通電に伴う収縮によって回転ブロック２０を初期位置から所定角度だけ強制的に一方向に回転させる工程を実行し（Ｂ→Ｃ）、次に、第１の形状記憶合金４０及び第２の形状記憶合金５０の非通電に伴う伸長により第１の付勢手段２６の付勢力により回転ブロック２０を初期位置に復帰させる工程を実行し（Ｃ→Ｄ）、これらの工程をこの順で繰り返し実行する。これにより、歯車ブロック３０を間欠的且つ連続的に回転可能で、回転式アクチュエータの回転制御が確実かつ容易に行えることになる。【選択図】図６
2012235550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の軸を中心に回転可能に構成され、周面に固定爪及び可動爪のうちの一方が形成された回転ブロックと、
前記回転ブロックと同心的に配置され、当該回転ブロックとは独立して前記所定の軸を中心に回転可能に構成され、周面に前記固定爪及び可動爪のうちの他方が形成された出力ブロックと、
前記回転ブロックを初期位置に向けて付勢する第１の付勢手段と、
前記可動爪を前記固定爪に噛合しない方向に付勢する第２の付勢手段と、
通電制御手段と、
前記回転ブロックにおける前記所定の軸から離れた部分と当該回転ブロック及び前記歯車ブロック以外の固定部とに係合され、前記通電制御手段による通電によって前記第１の付勢手段の付勢力に抗して前記回転ブロックを前記所定の軸を中心に初期位置から所定角度だけ強制的に一方向に回転させる第１の形状記憶合金と、
前記通電制御手段による通電によって前記第２の付勢手段の付勢力に抗して前記可動爪を前記固定爪に噛合する方向に移動させる第２の形状記憶合金とを備え、
前記第２の形状記憶合金への通電に伴う収縮によって前記固定爪と前記可動爪とを噛合させ、その噛合させた状態で前記第１の形状記憶合金への通電に伴う収縮によって前記回転ブロックを初期位置から所定角度だけ強制的に一方向に回転させる工程を実行し、次に、前記第１の形状記憶合金及び前記第２の形状記憶合金の非通電に伴う伸長によって前記第１の付勢手段の付勢力により前記回転ブロックを初期位置に復帰させる工程を実行し、これらの工程をこの順に繰り返し実行することを特徴とする回転式アクチュエータ。
【請求項２】
前記回転ブロックに固定爪が形成され、前記出力ブロックに可動爪が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転式アクチュエータ。
【請求項３】
前記出力ブロックは歯車ブロックであることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転式アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転式アクチュエータに関するもので、詳しくは、形状記憶合金を使用した回転式アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
形状記憶合金を使用して歯車等を回転させるアクチュエータとしては、特許文献１に開示されたものがある。このアクチュエータは、フライホイールの偏心位置にハンドルを立設し、そのハンドルとフライホイールを囲繞して設置した筐体の等角度３箇所との間に形状記憶合金コイルをそれぞれ介装させ、それらのコイルに断続的に電圧を印加して形状記憶合金コイルを伸縮させることによって、フライホイールを回転させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２０７４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このアクチュエータによれば、第１のコイルを収縮させ、第２，第３のコイルを伸長させた初期状態から、第１のコイルを伸長させ、第２のコイルを収縮させることによってフライホイールを１２０度回転させ、次に、第２のコイルを伸長させ、第３のコイルを収縮させることによってフライホイールをさらに１２０度回転させ、次に、第１のコイルを収縮させ、第３のコイルを伸長させることによってさらに１２０度回転させてフライホイールを１回転させている。
しかしながら、上記アクチュエータでは、少なくとも３つの形状記憶合金コイルへの電圧の印加タイミングを制御する必要があることから、制御が煩雑になるばかりでなく、個々のコイルの弾性特性が異なると、滑らかな回転を得ることが難しい。
【０００５】
本発明は、回転制御が確実かつ容易である回転式アクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、
所定の軸を中心に回転可能に構成され、周面に固定爪及び可動爪のうちの一方が形成された回転ブロックと、
前記回転ブロックと同心的に配置され、当該回転ブロックとは独立して前記所定の軸を中心に回転可能に構成され、周面に前記固定爪及び可動爪のうちの他方が形成された出力ブロックと、
前記回転ブロックを初期位置に向けて付勢する第１の付勢手段と、
前記可動爪を前記固定爪に噛合しない方向に付勢する第２の付勢手段と、
通電制御手段と、
前記回転ブロックにおける前記所定の軸から離れた部分と当該回転ブロック及び前記歯車ブロック以外の固定部とに係合され、前記通電制御手段による通電によって前記第１の付勢手段の付勢力に抗して前記回転ブロックを前記所定の軸を中心に初期位置から所定角度だけ強制的に一方向に回転させる第１の形状記憶合金と、
前記通電制御手段による通電によって前記第２の付勢手段の付勢力に抗して前記可動爪を前記固定爪に噛合する方向に移動させる第２の形状記憶合金とを備え、
前記第２の形状記憶合金への通電に伴う収縮によって前記固定爪と前記可動爪とを噛合させ、その噛合させた状態で前記第１の形状記憶合金への通電に伴う収縮によって前記回転ブロックを初期位置から所定角度だけ強制的に一方向に回転させる工程を実行し、次に、前記第１の形状記憶合金及び前記第２の形状記憶合金の非通電に伴う伸長によって前記第１の付勢手段の付勢力により前記回転ブロックを初期位置に復帰させる工程を実行し、これらの工程をこの順に繰り返し実行することを特徴とする回転式アクチュエータである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、出力ブロックを回転させるにあたり、第1の形状記憶合金と第２の形状記憶合金とを通電制御すれば足りるので、出力ブロックの回転制御が確実かつ容易に行えることになる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る回転式アクチュエータの一実施形態の斜視図である。
【図２】図１の回転式アクチュエータの断面図である。
【図３】図１の回転式アクチュエータの分解斜視図である。
【図４】図１の回転式アクチュエータの配線図である。
【図５】図１の回転式アクチュエータにおける形状記憶合金への電圧印加タイミングを示したタイミングチャートである。
【図６】（Ａ）〜（Ｄ）は、図１の回転式アクチュエータの作動状態を示した動作図である。
【図７】図１の回転式アクチュエータにおける歯車ブロック（出力ブロック）の可動爪の動作と、その可動爪と回転ドラム（回転ブロック）の固定爪との係合関係を示した模式図で、（Ａ）は爪の噛合状態を示し、（Ｂ）は爪の非噛合状態を示している。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る回転式アクチュエータの一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
この回転式アクチュエータ１は、図１および図２に示すように、固定ブロック１０と、この固定ブロック１０の中心位置に回転自在に支持される円盤状の回転ドラム２０と、この回転ドラム２０の外周を囲繞するように配設された環状の歯車ブロック３０と、上記回転ドラム２０を回転させるための第１の形状記憶合金４０と、上記回転ドラム２０に歯車ブロック３０を連動させて回転させるための第２の形状記憶合金５０とを備えている。
【００１１】
上記固定ブロック１０は底板１０ａ及び天井板１０ｂを備えている。
このうち底板１０ａの長手方向両端には、円柱部１２，１２が所定の間隔を保って立設されている。この円柱部１２，１２は、底板１０ａと天井板１０ｂとの間に所定の空間を形成するためのものであり、この空間には、回転ドラム２０、歯車ブロック３０、第１の形状記憶合金４０及び第２の形状記憶合金５０が設置されている。
また、各円柱部１２の上面には、当該円柱部１２よりも小径の円柱状の形状記憶合金受け部１２ａが立設されている。各形状記憶合金受け部１２ａは、第１の形状記憶合金４０の端部を受けるためのものである。
また、底板１０ａの長手方向中央には、回転ドラム２０の軸２３の下端部を支持するための軸受け穴１３が形成されている。
一方、天井板１０ｂの長手方向両端には、形状記憶合金受け部１２ａ，１２ａが１つずつ嵌合される嵌合穴１４，１４が形成されている。
また、天井板１０ｂの長手方向中央には、回転ドラム２０の軸２３の上端部を支持するための軸受け穴１５が形成されている。
【００１２】
上記回転ドラム２０は回転ブロックを構成している。この回転ドラム２０は、上部に位置する円柱部２１と、下部に位置し円柱部２１から張り出すフランジ２２とを備えている。このフランジ２２は円柱部２１に例えばボルト等によって取り付けられている。この回転ドラム２０の中央には軸２３が固定して設けられている。
また、円柱部２１の上面には、軸２３を挟む対称位置２箇所に、大径部及び小径部を有する柱状の形状記憶合金受け部２４が１つずつ立設されている。
さらに、円柱部２１の外周面には１８０度の間隔をもって２箇所に固定爪２５が形成されている。この固定爪２５の形成位置は、形状記憶合金受け部２４の直ぐ外方位置である。
なお、回転ドラム２０と上記固定ブロック１０との間には、例えば、軸２３に巻装されたトーションバネ２６が設けられている。このトーションバネ２６は、回転ドラム２０を初期位置に復帰させる働きをする。このトーションバネ２６は第１の付勢手段を構成するが、第１の付勢手段はトーションバネ２６に限定されるものではなく、コイルバネ等であってもよい。
【００１３】
上記歯車ブロック３０は出力ブロックを構成している。この歯車ブロック３０は、上部に位置する円筒部３１と、下部に位置し円筒部３１の張り出す歯車部３３とを備えている。
このうち円筒部３１の内部には、９０度間隔で４箇所に可動爪３５が設けられている。図７に示すように、この可動爪３５の基端部３５ａは、円筒部３１に形成された孔３２に挿入されている。そして、可動爪３５は、円筒部３１の半径方向に往復移動可能となっている。加えて、可動爪３５と円筒部３１の内面との間には、板バネ３６が設けられている。そして、可動爪３５は、板バネ３６によって、円筒部３１の半径方向外方に向けて付勢されている。なお、この板バネ３６は第２の付勢手段を構成するが、第２の付勢手段は板バネ３６に限定されるものではなく、ゴムやコイルバネ等であってもよい。
また、円筒部３１の深さ方向途中には環状の内向フランジ３１ａが形成され、この内向フランジ３１ａによって、回転ドラム２０の円柱部２１が挿入される挿入穴３１ｂが形成されている。そして、図２に示すように、挿入穴３１ｂに回転ドラム２０の円柱部２１を挿入した状態では、内向フランジ３１ａの下面に回転ドラム２０のフランジ２２の上面が当接し、可動爪３５は、回転ドラム２０の固定爪２５と同じ高さ位置となる。
一方、歯車部３３は平歯車を構成している。
なお、ここでは、出力ブロックを歯車ブロック３０として構成しているが、出力ブロックをプーリやスプロケット等が形成されたブロックとして構成してもよい。必要なことは、出力ブロックから動力が取り出せることである。
また、ここでは、歯車ブロック３０は回転ブロック２０の外側に設けられているが、内側に設けてもよい。さらに、歯車ブロック３０に可動爪３５を設けているが、歯車ブロック３０に固定爪を設けて、回転ブロック２０に可動爪を設けてもよい。
【００１４】
上記第１の形状記憶合金４０は、２つのコイル状部４１ａをライン状部４１ｂの途中に介在させたものである。この第１の形状記憶合金４０の一端は1つの形状記憶合金受け部１２ａに結合され、他端は他の１つの形状記憶合金受け部１２ａに結合されている。そして、この第１の形状記憶合金４０の途中部分は、２つの形状記憶合金受け部２４，２４に巻き掛けられると共に、その中間位置で軸２３内に挿通されている。
この第１の形状記憶合金４０の両端部は、図４に示すように、固定ブロック１０内に配されたリード線４４ａ，４４ｂによって、通電制御部４３に接続されている。
そして、この第１の形状記憶合金４０は、通電制御部４３の通電制御によって、収縮状態と伸長状態とを取り得るようになっている。この第１の形状記憶合金４０は、非通電時には上記トーションバネ２６の付勢力との共働によって、回転ドラム２０に初期位置を取らせる。一方、この第１の形状記憶合金４０は、通電時には上記トーションバネ２６の付勢力に抗して、回転ドラム２０に初期位置からπ／２だけ時計方向に回転した位置を取らせる。
【００１５】
上記第２の形状記憶合金５０は、歯車ブロック３０の円筒部３１の外側に配置されている。
この第２の形状記憶合金５０は帯状に編まれ、メッシュ形状を呈している。この第２の形状記憶合金５０は、平面視で有端リング状に形成されていて、上記歯車ブロック３０の円筒部３１を取り囲んでいる。この第２の形状記憶合金５０は、歯車ブロック３０と連動して回転しないように固定ブロック１０に位置固定されている。
この第２の形状記憶合金５０の両端部は、図４に示すように、リード線４５ａ，４５ｂによって、通電制御部４３に接続されている。
そして、この第２の形状記憶合金５０は、通電制御部４３の制御によって、収縮状態と伸長状態とを取り得るようになっている。この第２の形状記憶合金５０は、非通電時には上記板バネ３６の付勢力との共働によって、可動爪３５に歯車ブロック３０の半径方向外方位置を取らせる（図７（Ａ））。一方、この第１の形状記憶合金４０は、通電時には上記板バネ３６の付勢力に抗して、可動爪３５に歯車ブロック３０の半径方向内方位置を取らせる（図７（Ｂ））。
【００１６】
上記通電制御部４３は、図５のタイミングチャートに従って、第１の形状記憶合金４０及び第２の形状記憶合金５０の通電を制御する。
【００１７】
次に、上述のように構成された回転式アクチュエータ１の動作を図５のタイミングチャート、図６の動作図及び図７の模式図に基づいて説明する。なお、この図６及びその説明においては、４つの可動爪３５を区別するために４つの可動爪の符号として３５の代わりに、３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄを使用する。
【００１８】
回転ドラム２０が初期位置にあり、且つ、第１の形状記憶合金４０及び第２の形状記憶合金５０が共に非通電状態にあるときには、図６（Ａ）に示すように、回転ブロック２０の固定爪２５，２５は歯車ブロック３０の可動爪３５Ａ，３５Ｃの近傍にあるが、可動爪３５Ａ，３５Ｃは歯車ブロック３０の半径方向外方位置にあり、固定爪２５，２５とは噛み合っていない（図７（Ｂ）参照）。
【００１９】
この状態から、通電制御部４３の通電制御によって第２の形状記憶合金５０を通電状態にして、その第２の形状記憶合金５０を収縮させる。すると、この第２の形状記憶合金５０の収縮によって突起３５が押され、可動爪３５Ａ〜３５Ｄが歯車ブロック３０の半径方向内方に移動する。そして、図６（Ｂ）及び図７（Ａ）に示すように、回転ブロック２０の固定爪２５，２５と、歯車ブロック３０の可動爪３５Ａ，３５Ｃとが噛み合う。
【００２０】
次に、可動爪３５を歯車ブロック３０の半径方向内方に移動させるのに必要な時間Ｔ１の経過後に、通電制御部４３の通電制御によって第１の形状記憶合金４０を通電状態にする。すると、第１の形状記憶合金４０が収縮する。これによって、図６（Ｃ）に示すように、トーションバネ２６の付勢力に抗して、回転ブロック２０が初期位置から時計方向にπ／２だけ回転する。その際、回転ブロック２０の固定爪２５，２５と、歯車ブロック３０の可動爪３５Ａ，３５Ｃとが噛み合っているので、歯車ブロック３０も連動して時計方向にπ／２だけ回転する。
【００２１】
次に、回転ドラム２０及び歯車ブロック３０がπ／２だけ回転するのに必要な時間Ｔ２の経過後に、通電制御部４３の通電制御によって第１の形状記憶合金４０を非通電状態にする。すると、第１の形状記憶合金４０が伸長し、トーションバネ２６の付勢力によって、回転ブロック２０が反時計方向に回転し始める。その後、この回転ブロック２０の反時計方向の回転と可動爪３５の動作を同期させるための時間Ｔ３の経過後に、通電制御部４３の通電制御によって第２の形状記憶合金５０を非通電状態にする。この時間Ｔ３は必須のものではない。必要なのは、歯車ブロック３０がπ／２の回転位置で停止し、回転ドラム２０が反時計方向に回転することを可動爪３５が阻害しないことである。
【００２２】
その後、回転ドラム２０が反時計方向に回転して初期位置まで戻るまで可動爪３５が阻害しない時間Ｔ４の経過後に、通電制御部４３の通電制御によって第２の形状記憶合金５０を通電状態にして次のサイクルに移行する。この状態が図６（Ｄ）に示されている。
【００２３】
以上のようにしてサイクルを繰り返せば、歯車ブロック３０を間欠的且つ連続的に回転させることができる。
【００２４】
このように構成された回転式アクチュエータ１によれば、２つの形状記憶合金４０，５０を制御することによって回転動力を得ることができるので、制御が容易になる。
【００２５】
なお、上記実施形態では、可動爪３５を板バネ３６の付勢力で固定爪２５に噛み合わない退避状態に維持させ、第２の形状記憶合金５０によって可動爪３５を強制的に突出させて固定爪２５に噛み合う位置に移行させているが、退避状態でも僅かばかり可動爪３５を噛み合うようにしておき、反時計方向に回転ドラム２０を回転させた際に、固定爪２５の摺接によって可動爪３５を板バネ３６の付勢力に抗して半径方向外方にさらに移動させるようにしてもよい。このようにすれば、いわゆる機械的なラチェット機構が構成される。この場合には、回転ドラム２０が初期位置に戻る際に、固定爪２５が可動爪３５に突き当たると、可動爪３５が板バネ３６の付勢力に抗して退避方向に押し戻され、可動爪３５が固定爪２５の箇所を簡単に通過することが可能となる。
【００２６】
本発明の実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
【００２７】
〔付記〕
＜請求項１＞
所定の軸を中心に回転可能に構成され、周面に固定爪及び可動爪のうちの一方が形成された回転ブロックと、
前記回転ブロックと同心的に配置され、当該回転ブロックとは独立して前記所定の軸を中心に回転可能に構成され、周面に前記固定爪及び可動爪のうちの他方が形成された出力ブロックと、
前記回転ブロックを初期位置に向けて付勢する第１の付勢手段と、
前記可動爪を前記固定爪に噛合しない方向に付勢する第２の付勢手段と、
通電制御手段と、
前記回転ブロックにおける前記所定の軸から離れた部分と当該回転ブロック及び前記歯車ブロック以外の固定部とに係合され、前記通電制御手段による通電によって前記第１の付勢手段の付勢力に抗して前記回転ブロックを前記所定の軸を中心に初期位置から所定角度だけ強制的に一方向に回転させる第１の形状記憶合金と、
前記通電制御手段による通電によって前記第２の付勢手段の付勢力に抗して前記可動爪を前記固定爪に噛合する方向に移動させる第２の形状記憶合金とを備え、
前記第２の形状記憶合金への通電に伴う収縮によって前記固定爪と前記可動爪とを噛合させ、その噛合させた状態で前記第１の形状記憶合金への通電に伴う収縮によって前記回転ブロックを初期位置から所定角度だけ強制的に一方向に回転させる工程を実行し、次に、前記第１の形状記憶合金及び前記第２の形状記憶合金の非通電に伴う伸長によって前記第１の付勢手段の付勢力により前記回転ブロックを初期位置に復帰させる工程を実行し、これらの工程をこの順に繰り返し実行することを特徴とする回転式アクチュエータ。
＜請求項２＞
前記回転ブロックに固定爪が形成され、前記出力ブロックに可動爪が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転式アクチュエータ。
＜請求項３＞
前記出力ブロックは歯車ブロックであることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転式アクチュエータ。
【符号の説明】
【００２８】
１    回転式アクチュエータ
１０    固定ブロック
２０    回転ドラム
２３    軸
２５    固定爪
２６    トーションバネ（第１の付勢手段）
３０    出力ブロック
３３    歯車部
３５    可動爪
３６    板バネ（第２の付勢手段）
４３    通電制御装置
【図１】
2012235550.tif 000003
【図２】
2012235550.tif 000004
【図３】
2012235550.tif 000005
【図４】
2012235550.tif 000006
【図５】
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【図６】
2012235550.tif 000008
【図７】
2012235550.tif 000009