(57)【要約】【課題】本発明は、ＳＭＡ（形状記憶合金）を利用したアクチュエータの動作前後に生じる、ＳＭＡがねじりコイルバネから受ける荷重変化を解消したアクチュエータを提供する。【解決手段】アクチュエータＡは、レバー３、ＳＭＡ４、ねじりコイルバネ９から構成される。レバー３は回動軸Ｌと同心の突部３ｃ，３ｄを有しており、ＳＭＡ４の中間部４ｂがその突部３ｃ，３ｄの周面に掛け回され、両端部４ａ，４ｃがベース１に固定されている。アクチュエータＡは、ＳＭＡ４の収縮によってレバー３が軸穴３ｂを中心にして回転し、回転後はねじりコイルバネ９によって回転前の状態へと戻る。ＳＭＡ４は突部３ｃ，３ｄに掛け回されているため、レバー３の回転前後でねじりコイルバネ９から受ける荷重Ｆの向きを変化させずに動作ができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、前記ベースに対して回動可能に取り付けられるレバーと、熱により収縮する形状記憶合金と、前記レバーを回動するよう付勢する弾性部材を有するアクチュエータにおいて、
前記レバーは、回動軸と同心の突部を有しており、
前記形状記憶合金は、中間部が前記突部の周面に掛け回され、両端部が前記ベースに固定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、前記突部の少なくとも半周に掛け回されることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記突部の周面には、前記形状記憶合金との接触部と非接触部とが交互に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記突部は、前記レバーのレバー本体部から互いに逆向きに突出する第１の突部と第２の突部であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記形状記憶合金は、前記第１及び第２の突部に対して、それぞれ逆向きに掛け回され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アクチュエータ。
【請求項６】
前記レバー本体部は、前記第１及び第２の突部の基部において、前記第１及び第２の突部を仕切るように前記第１及び第２の突部の周面から延出している延出部を有すると共に、該延出部の外縁の一部を切り欠いた切欠部が形成されていることを特徴とする請求項４または５に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記弾性部材は、ねじりコイルバネであり、前記ねじりコイルバネの一端を前記レバーに設けられた穴に挿入することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記形状記憶合金の両端部は、前記ベースに設けられた突起の周面に掛け回されていることを特徴とする１〜７のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記突起は、半円柱状であり、
前記形状記憶合金の両端部は、ねじを用いて矩形のワッシャで固定され、
前記ワッシャは前記半円柱状の突起に当接していることを特徴とする請求項８記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
前記形状記憶合金の両端部は、ねじを用いて矩形のワッシャで固定され、前記ベースには前記ワッシャと当接する突起が設けら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アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状記憶合金（Ｓｈａｐｅ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ａｌｌｏｙ：ＳＭＡと称する）に電流を流しジュール熱を発生させることで加熱し、その熱でＳＭＡが収縮する性質を利用して駆動させるアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＳＭＡを使用したアクチュエータとして特開２００２−２４４０１５号公報がある。この公報に記載されたアクチュエータは、ピボット穴を中心として回転するレバー、ねじりコイルバネ、ワイヤ状のＳＭＡで構成されている。ねじりコイルバネの一端はレバーに固定されており、他端は本体側に固定されている。ＳＭＡの中間部はレバーのキャッチ突出部に掛けられており、その両端が本体側に固定されている。通電によって発生するジュール熱によりＳＭＡを収縮させ、キャッチ突出部を有するレバーを回転させている。レバーに設けられたピンによりレンズバレルと一体のバレルホルダが回転し、さらに、マウント板に形成されたカムによりバレルホルダを光学軸に沿って前後に駆動させている。カム回転後にはＳＭＡを有するレバーに固定してあるねじりコイルバネによって回転前の状態に戻す機構となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２４４０１５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、前述したアクチュエータでは、キャッチ突出部がレバーの回転によって移動するため、キャッチ突出部においてＳＭＡがねじりコイルバネから受ける荷重の方向が、レバーの回転に従い変化していく。そのため、ＳＭＡがねじりコイルバネから受ける荷重が常に一定でなく、ねじりコイルバネが回転するに従い、荷重がキャッチ突出部に掛けられているＳＭＡの一方に偏ってしまうという問題点がある。
【０００５】
特にＳＭＡワイヤを使用したアクチュエータでは、ＳＭＡの材料特性を変化させないためにＳＭＡの結晶構造を壊さないことが重要である。そのためにはアクチュエータ駆動前後でＳＭＡにかかる荷重変化が少ないことが、アクチュエータの安定した動作を得るために必要な最も重要な点の一つである。荷重の偏りによってＳＭＡにクリープ破壊や瞬間的な高荷重がかかり、断線、あるいはＳＭＡワイヤの伸びを発生させ、設計値通りの収縮量を得られない問題が起こる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ベースと、ベースに対して回動可能に取り付けられるレバーと、熱により収縮する形状記憶合金と、レバーを回動するよう付勢する弾性部材を有するアクチュエータにおいて、レバーは、回動軸と同心の突部を有しており、形状記憶合金は、中間部が前記突部の周面に掛け回され、両端部が前記ベースに固定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、アクチュエータ駆動前後での、ねじりコイルバネからかかるＳＭＡへの荷重の偏りを解消することができる。また、ＳＭＡ歪み量を多く確保することで小さいスペースでアクチュエータの可動域を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係るアクチュエータの全体構成を示す正面図である。
【図２】図１に示すアクチュエータの分解斜視図である。
【図３】図１に示すアクチュエータのレバーについて正面側から見た拡大斜視図である。
【図４】図１に示すアクチュエータのレバーについて背面側から見た拡大斜視図である。
【図５】図１に示すアクチュエータについて全体構成を説明する正面図である。
【図６】図１に示すアクチュエータについて動作を説明する正面図である。
【図７】図１に示すアクチュエータについて動作を説明する正面図である。
【図８】従来のアクチュエータと図１に示すアクチュエータとを比較した説明図である。（ａ）（ｂ）は従来技術、（ｃ）（ｄ）は本発明の実施形態を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１〜４に示す通り、アクチュエータＡは、ベース１、フレキシブル回路基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＦＰＣ）２、レバー３、形状記憶合金（ＳＭＡ）４、マグネットホルダ５、マグネット６、ワッシャ７、ねじ８、弾性部材としてのねじりコイルバネ９、から構成されている。尚、同一の部材には同一の符号を付している。
【００１０】
ベース１の中央にはマグネットホルダ５が配置されており、マグネットホルダ５を挟んで両側にはレバー３が設けられている。マグネットホルダ５は、各レバー３の間を移動可能なように図示しない部材でガイドされている。マグネットホルダ５には、ベース１から突出する作動部５ａが設けられており、作動部５ａは図示しない外部の動作対象に連結されている。各レバー３には、それぞれ、ワイヤ状のＳＭＡ４の中間部４ｂが掛けられており、ＳＭＡ４の両端部４ａ，４ｃはベース１の上に固定されたＦＰＣ２に接続されている。そして、各ＳＭＡ４への通電は、ＦＰＣ２を介して外部から行われる。
【００１１】
レバー３は、レバー本体部３ａと軸穴３ｂを有し、ベース１に立設するピン１ａがレバー３の軸穴３ｂに挿入される。これによって、レバー３は、ピン１ａを中心として回動可能に軸支されている。また、レバー３には軸穴３ｂを画定すると共に、レバー本体部３ａから互いに逆方向に突出する筒状の第１の突部３ｃおよび第２の突部３ｄが形成されている。すなわち、レバー３の回動軸Ｌと第１及び第２の突部３ｃ，３ｄの中心軸は同軸となっている。
【００１２】
レバー３の第１の突部と第２の突部３ｃ，３ｄは、レバー本体部３ａを挟むようにして対称に設けられる。レバー本体部３ａは、第１及び第２の突部３ｃ，３ｄの基部において、第１及び第２の突部３ｃ，３ｄを仕切るように第１及び第２の突部３ｃ，３ｄの周面から延出している延出部３ｅを有すると共に、その延出部３ｅの外縁の一部を切り欠いた切欠部３ｆが形成されている。レバー３の第１の突部３ｃの周面には、６０度おきに６つの山部３ｃ１が設けられている。すなわち、ＳＭＡ４に接触する山部３ｃ１とＳＭＡ４に非接触の谷部３ｃ２が交互に設けられている。また、第１の突部３ｃと同様に、レバー３の第２の突部３ｄの周面には、ＳＭＡ４に接触する山部３ｄ１とＳＭＡ４に非接触の谷部３ｄ２が交互に設けられている。
【００１３】
ワイヤ状のＳＭＡ４は、第１及び第２の突部３ｃ，３ｄの周面、並びに切欠部３ｆに掛け回される。ＳＭＡ４の一端部４ａがＦＰＣ２に接続され、この接続部から引き回されたＳＭＡ４の中間部４ｂは、第１の突部３ｃの周面に沿って半周以上掛け回され、レバー３の切欠部３ｆを通る。切欠部３ｆを通ったＳＭＡ４は第２の突部３ｄの周面に沿って第１の突部３ｃとは逆向きに半周以上掛け回され、他端部４ｃがＦＰＣ２に接続される接続部へ引き出される。このようにＳＭＡ４の中間部４ｂを第１及び第２の突部３ｃ，３ｄに掛け回すことで、ＳＭＡ４をより長くすることができ、ＳＭＡ４の歪み量を多く確保することができる。
【００１４】
また、ＳＭＡ４に接触する山部３ｃ１，３ｄ１とＳＭＡ４に非接触の谷部３ｃ２，３ｄ２が交互に設けられているため、ＳＭＡ４とレバー３の第１及び第２の突部３ｃ，３ｄとの接触面積を少なくし、ＳＭＡ４と第１及び第２の突部３ｃ，３ｄとの摺動によるＳＭＡ４の劣化を防止することができる。また、ＳＭＡ４の放熱不良によるアクチュエータの動作不良を防止することができる。
【００１５】
ＳＭＡ４の両端部４ａ，４ｃは、２枚の金属製のワッシャ７によって挟まれ、ワッシャ７を介してＦＰＣ２に電気的に接続される。ワッシャ７は、ねじ８によってＦＰＣ２に押圧されると共に、ベース１に固定される。また、ＳＭＡ４の両端部４ａ，４ｃは、ベース１に設けられた半円柱状の突起１ｂの周面に巻き付けられる。これによって、ＳＭＡ４の両端部４ａ，４ｃをねじ８によって固定するときに、ＳＭＡ４がねじ８のねじ山の間に入り込み断線することを防止できる。
【００１６】
ワッシャ７は、矩形であり、ベース１に設けられた半円柱状の突起１ｂと直方体状の突起１ｃによって位置決めされている。ワッシャ７の一側面が半円柱状の突起１ｂの平面部に当接し、ワッシャ７の一側面に連続する他の側面が、直方体状の突起１ｂの平面部に当接する。これによって、ワッシャ７をねじ８にて固定するとき、ワッシャ７の回転を防止し、ワッシャ７の回転によってＳＭＡ４が移動することを防止できる。
【００１７】
ベース１とレバー３の間には、ねじりコイルバネ９が配置される。レバー本体部３ａにおける第１及び第２の突部３ｃ，３ｄの近傍には、ねじりコイルバネ９を固定する穴３ｇが形成されている。この穴３ｇにはねじりコイルバネ９の一端９ａが挿入され、筒状の第２の突部３ｄにはねじりコイルバネ９の円形部分９ｂを挿入する。ねじりコイルバネ９の他端９ｃは、ベース１に形成された固定部１ｄに固定される。このように設けられたねじりコイルバネ９によって、レバー３はピン１ａを中心として図１における反時計方向に付勢される。レバー３とねじりコイルバネ９との固定は、穴３ｇにねじりコイルバネ９の一端９ａを挿入することで行われるため、固定の小スペース化が可能となる。
【００１８】
マグネットホルダ５には、マグネット６が固定されている。また、図５に示すように、ベース１にはマグネット１０が固定されている。マグネット１０は、レバー３を覆うようにマグネット６の近傍まで延出しており、マグネット６とマグネット１０との間には、吸引力が発生するようにしている。マグネット１０は、レバー３の回動中心からずれた位置に設けられ、このマグネット１０を避けるためにレバー本体部３ａの先端部は、回動中心の周辺と比較し、一段薄い構造となっている。
【００１９】
各レバー３及び各ＳＭＡ４は、それぞれマグネットホルダ５に対して点対称に設けられており、これによって、一方のレバー３及びＳＭＡ４と、他方のレバー３及びＳＭＡ４とを共通部品とすることができる。
【００２０】
次に、アクチュエータＡの動作について説明する。
【００２１】
図１、図６、図７に示すように、レバー３がベース１のピン１ａを中心に回転することで、マグネットホルダ５を各レバー３の間で左右に動かすことができる。図示右側のレバー３はマグネットホルダ５を左へ、図示左側のレバー３はマグネットホルダ５を右へ移動させる。マグネットホルダ５を移動させることで、マグネットホルダ５に連結される被動作対象を動作させる。尚、図１が、左右の各レバー３の初期位置である。
【００２２】
右側のＳＭＡ４に通電することでＳＭＡ４が収縮し、右側のレバー３が時計回りに回転する。そして、レバー３がマグネットホルダ５に当接し、マグネットホルダ５を左へ移動させる（図６参照）。マグネットホルダ５の移動後、ＳＭＡ４への通電を切ることで、ねじりコイルバネ９によってレバー３が回転前の状態（初期位置）へと戻る。マグネットホルダ５は、通電が切れた後もマグネットホルダ５に固定されたマグネット６と、ベース１に固定された左側のマグネット１０との磁気吸引力によって位置保持がなされる。
【００２３】
次に、左側のＳＭＡ４に通電することでＳＭＡ４が収縮し、左側のレバー３が時計回りに回転する。そして、レバー３がマグネットホルダ５に当接し、マグネットホルダ５を右へ移動させる（図７参照）。マグネットホルダ５の移動後、ＳＭＡ４への通電を切ることで、ねじりコイルバネ９によってレバー３が回転前の状態へと戻る。マグネットホルダ５は、通電が切れた後もマグネットホルダ５に固定されたマグネット６と、ベース１に固定された右側のマグネット１０との磁気吸引力によって位置保持がなされる。
【００２４】
背景技術との比較を詳細に説明する。
【００２５】
図８は、背景技術と本発明の実施形態との比較図であり、図８（ａ），図８（ｂ）に背景技術と同様の技術を示し、図８（ｃ），図８（ｄ）に本発明を適用した実施形態を示す。
【００２６】
図８（ａ），図８（ｂ）は、レバー３０の回動軸Ｌとは異なる場所に設けられたキャッチ突出部３１にＳＭＡ４の中間部が掛けられており、ＳＭＡ４の両端部は図示しないベースに固定されている。この場合、レバー３０の回転に従い、ＳＭＡ４が掛けられているキャッチ突出部３１の位置も移動する。ねじりコイルバネ９からＳＭＡ４にかかる荷重の合力Ｆの向きは、レバー３０の回転に伴い図示矢印の方向へと変化していく。そのため、レバー３０の回転前後でＳＭＡ４にかかる荷重の向きが変化し、荷重がキャッチ突出部３１に掛けられているＳＭＡ４の一方へ大きく偏ってしまう。
【００２７】
一方、図８（ｃ），図８（ｄ）は、レバー３の回動軸Ｌの周囲に設けられた第１及び第２の突部３ｃ，３ｄの周面に沿ってＳＭＡ４の中間部４ｂを掛け回し、ＳＭＡ４の両端部４ａ，４ｃは図示しないベース１に固定されている。この場合、レバー３の回転前後でねじりコイルバネ９からＳＭＡ４にかかる荷重Ｆの向きは変化しない。
【００２８】
以上のように、アクチュエータＡは、レバー３の回動軸Ｌの周囲に設けられた第１及び第２の突部３ｃ，３ｄの周面に沿ってＳＭＡ４の中間部４ｂを掛け回すことで、レバー３の動作前後でＳＭＡ４にかかる荷重の変化がなく、安定した動作をすることができる。また、ＳＭＡ４の歪み量を多く確保することができる。
【００２９】
ＳＭＡ４の両端部の固定は、２枚のワッシャ７でＳＭＡ４を挟み込んでねじ止めをすることの他に、金属製部品のカシメでＳＭＡ４を挟み込んでもよい。ＦＰＣ２との通電手段は、カシメた部材をねじ止め固定しＦＰＣ２に接触させるか、ＦＰＣ２に半田付けをすることで行う。
【００３０】
以上、本発明の実施の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の形態に限定されるものではなく、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。
【符号の説明】
【００３１】
１：ベース
３：レバー
３ｃ：第１の突部（突部）
３ｄ：第２の突部（突部）
４：ＳＭＡ（形状記憶合金）
４ａ，４ｃ：両端部
４ｂ：中間部
９：ねじりコイルバネ（弾性部材）
Ａ：アクチュエータ
Ｌ：回動軸
【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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