(57)【要約】【課題】形状記憶合金ワイヤの少ない変位を活用して大きな湾曲角度を得ることのできる変位機構を提供する。【解決手段】固定部を有する第１の管と、固定部を有し、第１の管に連結部を介して連結された第２の管と、第１の管の固定部及び第２の管の固定部に固着された形状記憶部材と、を備え、連結部を中心に第１の管及び第２の管が回動する変位機構であって、第１の管及び第２の管のそれぞれについて、連結部と固定部の中心との間の径方向の距離Ｄ１と、固定部の中心から、管の外周面のうち固定部から最も遠い位置までの距離Ｄ０と、が次式（１）を満足することを特徴としている。    Ｄ０−Ｄ１＞Ｄ１      （１）【選択図】図１
2013070877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部を有する第１の管と、
固定部を有し、前記第１の管に連結部を介して連結された第２の管と、
前記第１の管の固定部及び前記第２の管の固定部に固着された形状記憶部材と、
を備え、
前記連結部を中心に前記第１の管及び前記第２の管が回動する変位機構であって、
前記第１の管及び前記第２の管のそれぞれについて、前記連結部と前記固定部の中心との間の径方向の距離Ｄ１と、前記固定部の中心から、管の外周面のうち前記固定部から最も遠い位置までの距離Ｄ０と、が次式（１）を満足することを特徴とする変位機構。
Ｄ０−Ｄ１＞Ｄ１      （１）
【請求項２】
前記第１の管と前記第２の管が複数連結されていることを特徴とする請求項１に記載の変位機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変位機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の変位機構として、特許文献１及び特許文献２には、複数の管状体を回動自在に連結し、形状記憶合金に通電加熱することにより、連結された管状体を湾曲させる湾曲装置が開示されている。
また、特許文献３には、複数の関節駒からなる管状体において、関節駒を互いに回動自在に連結する回動軸が管状体の中心軸上から径方向に交互にずらして配置されている湾曲構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公昭６３−６２２１３号公報
【特許文献２】特公平６−７５５６５号公報
【特許文献３】特開平５−１８４５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１、２記載の湾曲装置では、形状記憶合金の収縮変位量が少なく湾曲角度が十分にとれないという問題点がある。
また、特許文献３記載の湾曲構造では、連結部としての回動軸を径方向にずらしてはいるものの、形状記憶合金ワイヤとの位置関係が具体的に記載されておらず、関節駒の湾曲角度が十分にとれないおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、形状記憶合金ワイヤの少ない変位を活用して大きな湾曲角度を得ることのできる変位機構を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る変位機構は、固定部を有する第１の管と、固定部を有し、第１の管に連結部を介して連結された第２の管と、第１の管の固定部及び第２の管の固定部に固着された形状記憶部材と、を備え、連結部を中心に第１の管及び第２の管が回動する変位機構であって、第１の管及び第２の管のそれぞれについて、連結部と固定部の中心との間の径方向の距離Ｄ１と、固定部の中心から、管の外周面のうち固定部から最も遠い位置までの距離Ｄ０と、が次式（１）を満足することを特徴としている。
Ｄ０−Ｄ１＞Ｄ１      （１）
【０００７】
本発明に係る変位機構は、第１の管と第２の管が複数連結された形態も可能である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る変位機構は、形状記憶合金ワイヤの少ない変位を活用して大きな湾曲角度を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態の基本構成における変位機構の構成を示す側面図である。
【図２】図１の変位機構において、連結部を中心にして第１の管と第２の管がそれぞれ回動した状態を示す側面図である。
【図３】第１実施形態に係る変位機構の構成を示す斜視図である。
【図４】第１実施形態に係る変位機構の構成を示す分解斜視図である。
【図５】第１実施形態に係る変位機構の構成を示す側面図である。
【図６】第１実施形態に係る変位機構の構成を示す正面図である。
【図７】第１実施形態に係る変位機構の構成を示す背面図である。
【図８】第１実施形態に係る変位機構において、連結部を中心にして第１の管と第２の管がそれぞれ回動した状態を示す側面図である。
【図９】第１実施形態に係る変位機構において、連結部を中心にして第１の管と第２の管がそれぞれ回動した状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明に係る変位機構の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
本実施形態に係る変位機構は、連結部を中心に回動することによって、第１の管と第２の管がそれぞれ変位する。別言すると、本実施形態の変位機構における変位は、少なくとも第１の管と第２の管が連結部の周りを回動する動きを含む。
【００１１】
（基本構成）
まず、図１及び図２を参照しつつ、本実施形態の基本構成について説明する。図１は、本発明の実施形態の基本構成における変位機構の構成を示す側面図である。図２は、図１の変位機構において、連結部を中心にして第１の管と第２の管がそれぞれ回動した状態を示す側面図である。図１は、常温における変位機構の状態を示し、図２は、ＳＭＡワイヤ１３を所定温度以上に加熱した状態を示す。図２では、第１の管１１と第２の管１２を１つずつ連結しているが、複数連結してもよい。
【００１２】
図１及び図２に示す変位機構は、固定部１５を有する円筒状の第１の管１１と、固定部１８を有する円筒状の第２の管１２と、両端が２つの固定部１５、１８にそれぞれ固着されたＳＭＡワイヤ１３（形状記憶部材）と、第１の管と第２の管を連結する連結ピン１４（連結部）と、を備える。ここで、第１の管１１と第２の管１２は、ある直線に沿って延びる中空形状であれば、円筒以外の形状であってもよい。
【００１３】
第１の管１１は第２の管１２側へ延びる腕部１１ａを備え、第２の管１２は第１の管１１側へ延びる腕部１２ａを備える。第１の管１１と第２の管１２は、腕部１１ａ及び腕部１２ａに連結ピン１４を貫通させることにより、連結ピン１４を介して互いに連結される。これにより、第１の管１１と第２の管１２は連結ピン１４を中心にしてそれぞれ回動可能となる。ここで、第１の管１１と第２の管１２は、所望の角度、例えば９０度、まで互いに接触しないで回動可能な間隔で連結される。この間隔は、第１の管１１の腕部１１ａと第２の管１２の腕部１２ａの長さ、及び、腕部１１ａ、１２ａにおいて連結ピン１４を貫通させる連結孔の位置によって任意に定めることができる。
【００１４】
ＳＭＡワイヤ１３として、所定温度以上に加熱することにより収縮する形状記憶合金を用いた場合、ＳＭＡワイヤ１３を所定温度以上に加熱するとＳＭＡワイヤ１３が収縮し、これに伴って第１の管１１と第２の管１２が連結ピン１４を中心として回動するため、変位機構は全体として湾曲する。
【００１５】
図１及び図２に示す変位機構においては、第１の管１１については、その径方向Ｒにおける、連結ピン１４と固定部１５の中心との間の距離Ｄ１と、固定部１５の中心から、第１の管１１の外周面のうち固定部１５から最も遠い位置までの距離Ｄ０と、が次式（１）を満足している。第２の管１２についても、その径方向Ｒにおける、連結ピン１４と固定部１８の中心との間の距離Ｄ１と、固定部１８の中心から、第２の管１２の外周面のうち固定部１８から最も遠い位置までの距離Ｄ０と、が次式（１）を満足している。
Ｄ０−Ｄ１＞Ｄ１      （１）
この式（１）を満足することにより、ＳＭＡワイヤ１３のわずかな収縮によって第１の管１１及び第２の管１２を連結ピン１４の周りに大きく湾曲させることが可能となる。
なお、図１において、Ｄ２は、Ｄ０からＤ１を減じた距離であり、連結ピン１４から、第１の管１１又は第２の管１２の外周面のうち固定部１５又は固定部１８から最も遠い位置までの距離である。
【００１６】
（第１実施形態）
次に、図３〜図９を参照しつつ、第１実施形態に係る変位機構の具体的な構成について説明する。ここで、図３〜図７は、第１実施形態に係る変位機構１００の構成を示す図であって、図３は斜視図、図４は分解斜視図、図５は側面図、図６は正面図、図７は背面図である。図８は、変位機構１００において、連結部としての連結ピン１４０を中心にして第１の管１１０と第２の管１２０がそれぞれ回動した状態を示す側面図である。図９は、変位機構１００において、連結ピン１４０を中心にして第１の管１１０と第２の管１２０がそれぞれ回動した状態を示す断面図である。図９は、図６のＩＸ−ＩＸ線における断面に対応する。
なお、図８及び図９においては、バネ１９１の図示を省略している。
【００１７】
変位機構１００は、第１の管１１０と、第２の管１２０と、形状記憶部材としてのＳＭＡワイヤ１３０と、連結部としての連結ピン１４０と、を備える。
【００１８】
第１の管１１０は、略円筒形状を有し、その中心軸ＡＸの方向の一方の端面から外側へ突出するように設けられた第１腕部１１１と、他方の端面から対をなして外側へ突出するように設けられた第２腕部１１２及び第３腕部１１３と、を備える。さらに、第１の管１１０は、その外周面１１０ａのうち、第１の管１１０の上部であって、第２腕部１１２及び第３腕部１１３の近傍に着脱可能な固定部１５１を備える。この固定部１５１は、固定部１５１を貫通したネジ１５２、１５３を第１の管１１０の周壁１１０ｂに設けた孔１１６、１１７にそれぞれ螺合することによって固定される。
【００１９】
第２の管１２０は、略円筒形状を有し、その中心軸ＡＸの方向の一方の端面から外側へ突出するように設けられた第１腕部１２１と、他方の端面から対をなして外側へ突出するように設けられた第２腕部１２２及び第３腕部１２３と、を備える。さらに、第２の管１２０は、その外周面１２０ａのうち、第２の管１２０の上部であって、第１腕部１２１の近傍に着脱可能な固定部１８１を備える。この固定部１８１は、固定部１８１を貫通したネジ１８２、１８３を第２の管１２０の周壁１２０ｂに設けた孔１２８、１２９にそれぞれ螺合することによって固定される。
なお、第１の管１１０及び第２の管１２０は、中心軸ＡＸに沿って延びる中空形状であれば、円筒以外の形状であってもよい。
【００２０】
第１の管１１０と第２の管１２０は、連結ピン１４０を介して連結されている。連結ピン１４０は、第２腕部１２２、第１腕部１１１、第３腕部１２３にそれぞれ設けた連結孔１２２ａ、１１１ａ、１２３ａに対して順に挿入される。ここで、これらの連結孔１２２ａ、１１１ａ、１２３ａは、第２の管１２０の第２腕部１２２と第３腕部１２３の間に第１の管１１０の第１腕部１１１を挿入したときに、中心軸ＡＸに垂直な方向において略連通するように形成された貫通孔である。連結孔１２２ａ、１１１ａ、１２３ａに対して連結ピン１４０を挿入することにより、第１の管１１０及び第２の管１２０は、連結ピン１４０を中心にそれぞれ回動可能となる。
【００２１】
ここで、第１の管１１０と第２の管１２０は、所望の角度、例えば９０度、まで互いに接触しないで回動可能な間隔で連結される。この間隔は、第１の管１１０の第１腕部１１１と第２の管１２０の第２腕部１２２及び第３腕部１２３の長さ、並びに、第１腕部１１１、第２腕部１２２、第３腕部１２３において連結ピン１４０を貫通させる連結孔１１１ａ、１２２ａ、１２３ａの位置によって任意に定めることができる。
【００２２】
ＳＭＡワイヤ１３０は、中心軸ＡＸに沿うように配置され、一方の端部が固定部１５１と第１の管１１０の上部の平面１１０ｃの間に挟持され、他方の端部が固定部１８１と第２の管１２０の上部の平面１２０ｃの間に挟持されるように、固定部１５１及び固定部１８１に固着される（図４）。
【００２３】
第１の管１１０及び第２の管１２０の下部において、周壁１１０ｂ、１２０ｂには貫通孔１１４、１２４がそれぞれ設けられている。これらの貫通孔１１４、１２４に対して、バネ１９１の両端に挿通された固定ネジ１９２、１９３を螺合することにより、第１の管１１０と第２の管１２０をバネ１９１で連結している。
【００２４】
ＳＭＡワイヤ１３０に通電するとＳＭＡワイヤ１３０は加熱されて収縮する。これにより、第１の管１１０と第２の管１２０は、連結ピン１４０を中心として回動するため、全体として湾曲する。
これに対して、ＳＭＡワイヤ１３０への通電を止めると、ＳＭＡワイヤ１３０は元の長さに戻ろうとする。さらに、バネ１９１の弾性力によって第１の管１１０と第２の管１２０が引っ張られるため、より速く元の状態に戻ろうとする。
【００２５】
変位機構１００においては、図１、図２に示す変位機構と同様に、第１の管１１０については、その径方向Ｒにおける、連結ピン１４０と固定部１５１の中心１５１ａとの間の距離Ｄ１と、固定部１５１の中心１５１ａから、第１の管１１０の外周面１１０ａのうち固定部１５１から最も遠い位置までの距離Ｄ０と、が次式（１）を満足している（図５）。第２の管１２０についても、その径方向Ｒにおける、連結ピン１４０と固定部１８１の中心１８１ａとの間の距離Ｄ１と、固定部１８１の中心１８１ａから、第２の管１２０の外周面１２０ａのうち固定部１８１から最も遠い位置までの距離Ｄ０と、が次式（１）を満足している。
Ｄ０−Ｄ１＞Ｄ１      （１）
この式（１）を満足すると、連結ピン１４０が中心軸ＡＸから径方向にずれて配置されることになるため、ＳＭＡワイヤ１３０のわずかな収縮によって第１の管１１０及び第２の管１２０を連結ピン１４０の周りに大きく湾曲させることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
以上のように、本発明に係る変位機構は、小型の管状体を複数連結した構造の湾曲に有用である。
【符号の説明】
【００２７】
１１      第１の管
１１ａ    腕部
１２      第２の管
１２ａ    腕部
１３      ＳＭＡワイヤ
１４      連結ピン
１５、１８  固定部
１００    変位機構
１１０    第１の管
１１０ａ  外周面
１１０ｂ  周壁
１１１    第１腕部
１１１ａ  連結孔
１１２    第２腕部
１１３    第３腕部
１２０    第２の管
１２０ａ  外周面
１２０ｂ  周壁
１２１    第１腕部
１２２    第２腕部
１２２ａ  連結孔
１２３    第３腕部
１２３ａ  連結孔
１３０    ＳＭＡワイヤ
１４０    連結ピン
１５１    固定部
１５１ａ  中心
１８１    固定部
１８１ａ  中心
１９１    バネ
【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】
2013070877.tif 000009
【図８】
2013070877.tif 000010
【図９】
2013070877.tif 000011