(57)【要約】【課題】実質的に連続的な動作を可能とし、精密な位置制御が可能な駆動機構、駆動方法、機器及び製造装置を提供する。【解決手段】それぞれが独立して駆動可能なｍ（ｍは２以上の整数）個の要素駆動機構を備え、第ｎ（ｎは１以上、ｍ以下の整数）の前記要素駆動機構は、第ｎの変位体を含み、第ｎの変位量の変位を示し、前記第ｎの変位量は、他の少なくともいずれかの前記変位体の変位量とは異なることを特徴とする駆動機構が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが独立して駆動可能なｍ（ｍは２以上の整数）個の要素駆動機構を備え、
第ｎ（ｎは１以上、ｍ以下の整数）の前記要素駆動機構は、第ｎの変位体を含み、第ｎの変位量の変位を示し、
前記第ｎの変位量は、他の少なくともいずれかの前記変位体の変位量とは異なることを特徴とする駆動機構。
【請求項２】
前記要素駆動機構は、形状記憶合金、静電アクチュエータ、ソレノイド、エアシリンダ、油圧シリンダよりなる群から選ばれた少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１記載の駆動機構。
【請求項３】
前記要素駆動機構は、形状記憶合金を含み、前記第ｎの変位体の温度を変化させることにより第ｎの変位量の変位を示すことを特徴とする請求項１または２に記載の駆動機構。
【請求項４】
前記第ｎの変位量は、２ｎ−１Ｌ０（Ｌ０は定数）であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の駆動機構。
【請求項５】
前記ｍ個の要素駆動機構の駆動の合計の変位の変位方向と逆方向の力を前記ｍ個の要素駆動機構に印加する逆方向力学体をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の駆動機構。
【請求項６】
前記ｍ個の要素駆動機構を連結する変位可能な力学媒体をさらに備え、
前記第ｎの変位体の変位量に対応する前記力学媒体の第ｎの力学媒体変位量は、他の前記変位体の変位量に対する前記力学媒体の前記力学媒体変位量とは異なることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の駆動機構。
【請求項７】
第１の変位体と、前記第１の変位体と連結され前記第１の変位体の変位量とは異なる変位量を有する第２の変位体と、を有する駆動機構における前記第１の変位体と前記第２の変位体とを独立して変位させることを特徴とする駆動機構の駆動方法。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の駆動機構と、
前記駆動機構に結合され、前記駆動機構によって駆動される被駆動部と、
を備えたことを特徴とする機器。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の駆動機構と、
前記駆動機構に結合され、前記駆動機構によって駆動され、被製造品に作用する作用部と、
を備えたことを特徴とする製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状記憶合金を用いた駆動機構、駆動方法、機器及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の製造装置やロボット等に応用されるアクチュエータ（駆動機構）は、電磁駆動、圧力駆動、静電駆動、圧電駆動等の各種の駆動方式があるが、形状記憶合金に通電し発生するジュール熱を利用した形状記憶合金駆動のアクチュエータは、小型化に向いていることから、例えば、内視鏡等の医療機器等への応用が特に注目されている（特許文献１）。
【０００３】
しかしながら、形状記憶合金の形状や変位の温度依存性は、ヒステリシス特性を持つことから、形状記憶合金駆動のアクチュエータは２値の動作には適しているが、連続的な、または、多値の動作はし難く、精密な位置制御が難しいという問題があった。  
また、形状記憶合金以外の、電磁駆動、圧力駆動、静電駆動、圧電駆動などの各種の駆動方式の駆動機構においても、精密な位置制御が十分でないという問題がある。
【特許文献１】特開平９−１２６１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、実質的に連続的な動作を可能とし、精密な位置制御が可能な駆動機構、駆動方法、機器及び製造装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、それぞれが独立して駆動可能なｍ（ｍは２以上の整数）個の要素駆動機構を備え、第ｎ（ｎは１以上、ｍ以下の整数）の前記要素駆動機構は、第ｎの変位体を含み、第ｎの変位量の変位を示し、前記第ｎの変位量は、他の少なくともいずれかの前記変位体の変位量とは異なることを特徴とする駆動機構が提供される。
【０００６】
本発明の他の一態様によれば、第１の変位体と、前記第１の変位体と連結され前記第１の変位体の変位量とは異なる変位量を有する第２の変位体と、を有する駆動機構における前記第１の変位体と前記第２の変位体とを独立して変位させることを特徴とする駆動機構の駆動方法が提供される。
【０００７】
本発明の他の一態様によれば、上記の駆動機構と、前記駆動機構に結合され、前記駆動機構によって駆動される被駆動部と、を備えたことを特徴とする機器が提供される。
【０００８】
本発明の他の一態様によれば、上記の駆動機構と、前記駆動機構に結合され、前記駆動機構によって駆動され、被製造品に作用する作用部と、を備えたことを特徴とする製造装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、実質的に連続的な動作を可能とし、精密な位置制御が可能な駆動機構、駆動方法、機器及び製造装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。  
なお、本願明細書及び以下の各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。  
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る駆動機構の構成を例示する模式図である。  
図１に表したように、本発明の第１の実施形態に係る駆動機構１０は、それぞれが独立して駆動可能なｍ（ｍは２以上の整数）個の要素駆動機構を備え、第ｎ（ｎは１以上、ｍ以下の整数）の前記要素駆動機構は、第ｎの変位体を含み、第ｎの変位量の変位を示し、前記第ｎの変位量は、他の少なくともいずれかの前記変位体の変位量とは異なる。
【００１１】
上記において、要素駆動機構は、形状記憶合金、静電アクチュエータ、ソレノイド、エアシリンダ、油圧シリンダのうちの少なくともいずれかを含むことができる。  
例えば、要素駆動機構には、形状記憶合金が用いることができ、この場合、第ｎの変位体の温度を変化させることにより、要素駆動機構は第ｎの変位量の変位を示す。  
以下に説明する具体例では、要素駆動機構は形状記憶合金を含む場合として説明する。  図１（ａ）〜（ｂ）は、本実施形態に係る駆動機構の異なる動作状態を例示しており、また、同図において、左側の図は低温時、右側の図は高温時の状態を例示している。
【００１２】
なお、要素駆動機構が形状記憶合金でない場合には、同図の左側の図と右側の図とは、それぞれ、異なる状態を例示している。すなわち、静電アクチュエータ、ソレノイド、エアシリンダ、油圧シリンダにおいて発現される異なる状態のそれぞれを例示する。
【００１３】
図１に表したように、本実施形態に係る駆動機構１０は、第１の要素駆動機構１１０−１と第２の要素駆動機構１１０−２とを備えている。  
そして、第１の要素駆動機構１１０−１は、形状記憶合金からなる第１の変位体１２０−１を含む。これにより、第１の要素駆動機構１１０−１は、低温時から高温時への温度変化で、第１の変位量の変位を示す。  
そして、第２の要素駆動機構１１０−２は、形状記憶合金からなる第２の変位体１２０−２を含む。これにより、第２の要素駆動機構１１０−２は、低温時から高温時への温度変化で、第２の変位量の変位を示す。  
ここで、低温時と高温時との温度の変化は、例えば、形状記憶合金からなる第１の変位体１２０−１及び第２の変位体１２０−２に電流を流すことによって発生するジュール熱によって実現される。
【００１４】
第１の変位体１２０−１及び第２の変位体１２０−２には、例えば、チタン及びニッケルを含む形状記憶合金を用いることができる。また、チタン及びニッケルに、銅等の金属を混合してものも使用できる。さらには、鉄−マンガン−珪素合金や鉄−ニッケル−コバルト合金等などの鉄を成分とする形状記憶合金を用いることもできる。すなわち、本発明に係る駆動機構において、形状記憶合金が用いられる場合は、所定の温度において、弾性を発揮し、元の形状に戻ろうとする性質を有する全ての形状記憶合金を用いることができる。
【００１５】
そして、図１（ａ）に表したように、本実施形態に係る駆動機構１０においては、第１の変位体１２０−１に電流を流し、第１の変位体１２０−１を昇温すると、低温時（図１（ａ）の左図参照）に対して高温時（図１（ａ）の右図参照）には、第１の変位体１２０−１は、Ａだけ変位する。これにより、第１の要素駆動機構１１０−１は、第１の変位量ΔＬ１、すなわち、Ａだけ変位し、その結果、駆動機構１０の長さは低温時のＳからＳ＋Ａに変化する。
【００１６】
また、図１（ｂ）に表したように、第２の変位体１２０−２に電流を流し、第２の変位体１２０−２を昇温すると、低温時（図１（ｂ）の左図参照）に対して高温時（図１（ｂ）の右図参照）には、第２の変位体１２０−２は、Ｂだけ変位する。これにより、第２の要素駆動機構１１０−２は、第２の変位量ΔＬ２、すなわちＢだけ変位し、その結果、駆動機構１０の長さは低温時のＳからＳ＋Ｂに変化する。  
そして、図１（ｃ）に表したように、第１の変位体１２０−１と第２の変位体１２０−２の両方に電流を流すと、駆動機構１０の長さは低温時のＳからＳ＋Ａ＋Ｂに変化する。
【００１７】
そして、本実施形態に係る駆動機構１０においては、第２の変位量ΔＬ１（Ａ）と、第１の変位量ΔＬ２（Ｂ）とが、異なっている。
【００１８】
これにより、第１の変位体１２０−１と第２の変位体１２０−２の温度をそれぞれ独立して制御することにより、本実施形態に係る駆動機構１０は、Ｓ、Ｓ＋Ａ、Ｓ＋Ｂ、Ｓ＋Ｂの４種に長さ、すなわち、４種の変位状態を実現できる。そして、このＡとＢを適切に設定することにより、本実施形態に係る駆動機構は、実質的に連続的な動作を可能とし、精密な位置制御が可能な駆動機構を提供できる。  
あるいは、例えば、所望の４種の変位状態に合わせて、変位量Ａと変位量Ｂを予め設定することによって、所望の４種の変位状態を安定して得ることもできる。
【００１９】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る駆動機構に用いられる形状記憶合金の特性を例示するグラフ図である。  
図２は、形状記憶合金の１つである、Ｎ−Ｔｉ−Ｃｕ合金の温度特性を例示しており、横軸は温度（絶対温度）、縦軸は、図２（ａ）では歪みを表し、図２（ｂ）ではせん断応力を表している。  
図２に表したように、形状記憶合金は、歪み、せん断応力とも、温度の変化に対してヒステリシス特性を有している。そして、低温時（図２の例では、例えば、約３００Ｋ以下、すなわち、２４℃以下）、と高温時（図２の例では、例えば約３５０Ｋ以上、すなわち約７４℃以上）の２つの状態を有している。  
本実施形態に係る駆動機構１０は、複数の要素駆動機構１１０−１、１１０−２を有しており、それぞれの要素駆動機構１１０−１、１１０−２においては、このように低温時と高温時の双方の状態を２値として使用することができる。このため、制御性の高い安定した駆動が可能となる。そして、複数の要素駆動機構のそれぞれの変位量を変えることで、駆動機構１０は再現性が良く、制御性の高い変位量を実現できる。
【００２０】
なお、駆動機構が１つの要素駆動機構しか有さない場合、あるいは複数の要素駆動機構を有していても、それぞれの要素駆動機構の変位量が同じ場合は、駆動機構は、２値の変位量として駆動されるか、あるいは、変位量の種類が少ない。一方、１つ要素駆動機構を有する駆動機構において、例えば、形状記憶合金に供給する熱をパルス幅変調駆動法等によって階調的に制御したとしても、図２に例示するヒステリシス特性のために、変位量の再現性や制御性は低い。
【００２１】
これに対し、本実施形態に係る駆動機構１０では、それぞれの要素駆動機構（及びその形状記憶合金）は、低温時と高温時の２値の状態で使用し、変位量の変調は、各要素駆動機構の変位量の差によって実現することが可能であり、安定した制御性の高い駆動が可能となる。
【００２２】
このように、本実施形態に係る駆動機構１０によれば、実質的に連続的な動作を可能とし、精密な位置制御が可能な駆動機構を提供できる。
【００２３】
本実施形態において、低温時とは、形状記憶合金の変態温度より低い温度であり、高温時とは、形状記憶合金の変態温度より高い温度である。この時、図２に例示したように、形状記憶合金における歪みやせん断応力の温度特性はヒステリシス特性を持つので、実用性を考慮し、本願明細書においては、「変態温度」Ｔｃとは、図２に例示したヒステリシス特性を実質的に有する温度領域の温度であり、「低温時」とは、その変態温度Ｔｃより低い温度、すなわち、ヒステリシス特性を示す温度範囲の低い側の温度より低い温度（この例では３００Ｋ未満の温度）であり、また、「高温時」とは、その変態温度Ｔｃより高い温度、すなわち、ヒステリシス特性を示す温度範囲の高い側の温度より高い温度（この例では３００Ｋより高い温度）とすることができる。
【００２４】
なお、図１に例示した駆動機構１０では、第１の変位体１２０−１は、低温時に対して高温時に伸張するとしている。すなわち、第１の変位体１２０−１の第１の方向は、伸張する方向である。また、第２の変位体１２０−２も、低温時に対して高温時に伸張している。すなわち、第２の変位体１２０−２の第２の方向も、伸張する方向である。ただし、本発明はこれに限らず、第１の方向と第２の方向は共に収縮する方向であっても良い。さらに、第１の方向と第２の方向とが逆方向であっても良く、例えば、第１の方向が伸張し、第２の方向が収縮し、または、逆でも良い。
【００２５】
なお、第１の変位体１２０−１の変位の方向と、第２の変位体１２０−２の変位の方向とは、必ずしも平行、または、反平行でなくても良い。すなわち、第１の変位体１２０−１の変位の方向である第１の方向と、第２の変位体１２０−２の変位の方向である第２の方向とが、互いに平行または反平行な成分を持ち、それぞれの方向における第１の変位量ΔＬ１と第２の変位量ΔＬ２とが異なっていれば良い。ただし、第１の変位体１２０−１の変位の方向（第１の方向）と、第２の変位体１２０−２の変位の方向（第２の方向）とが、平行、または、反平行である場合、効率が高くなるので望ましい。
【００２６】
さらに、第１の方向と第２の方向は、必ずしも直線の方向でなくても良く、例えば、円周状の円弧に沿った方向でも良い。この場合も、第１の方向と第２の方向とは、その円周状の各接線において、互いに平行または反平行である場合に効率が高くなるので望ましい。
【００２７】
本実施形態に係る駆動機構１０においては、第１の要素駆動機構１１０−１の変位量ΔＬ１と、第２の要素駆動機構１１０−２の変位量ΔＬ２とが異なっているが、これは、例えば、第１の変位体１２０−１の変位量と第２の変位体１２０−２の変位量とを異ならせることによって実現でき、具体的には、それぞれの変位体の形状（長さ、太さ、形状、構造等）や、用いる材料、処理条件等を変えることによって実現できる。
【００２８】
なお、図１に例示した駆動機構１０において、第１の変位体１２０−１と第２の変位体１２０−２とは、図示しない絶縁部によって電気的に絶縁されており、第１の変位体１２０−１と第２の変位体１２０−２のそれぞれには、図示しない配線が接続され、それぞれ独立して通電でき、独立して加熱し、独立して変位させることができる。なお、それぞれの変位体が高温時になった後、周囲の空気等により放熱されたり、周囲を被覆する各種構成部材への熱伝導によって放熱されたりすることにより、各変位体は、冷却され低温時に戻ることができる。
【００２９】
また、第１の変位体１２０−１と第２の変位体とは、独立して温度が変えられるように、実質的に温度に関して断熱されることが望ましい。すなわち、例えば、第１の要素駆動機構１１０−１と第２の要素駆動機構１１０−２とは、独立して温度が変えられるように、実質的に温度に関して断熱されることが望ましい。  
また、図１に例示した駆動機構１０は、第１の変位体１２０−１を有する第１の要素駆動機構１１０−１と、第２の変位体１２０−２を有する第２の要素駆動機構１１０−２との２つの要素駆動機構を備えた例であるが、本発明はこれに限らず、３つ以上の要素駆動機構を備えても良い。
【００３０】
すなわち、駆動機構１０は、ｍ個（ｍは２以上の整数）個の要素駆動機構を備えても良く、第ｎ（ｎは１以上、ｍ以下の整数）の要素駆動機構１１０−ｎは、形状記憶合金からなる第ｎの変位体１２０−ｎを含み、第ｎの変位体１２０−ｎの温度変化により、第ｎの変位量の変位を示し、第ｎの変位量は、他の前記変位量とは異なるように設定される。
【００３１】
このように、要素駆動機構を３個以上備えた駆動機構でも、実質的に連続的な動作を可能とし、精密な位置制御が可能な駆動機構を提供できる。
【００３２】
なお、以下では、説明を簡単にするために、全ての変位体（すなわち、全ての要素駆動機構）は、低温時から高温時への温度変化で、伸張する方向に変位するものとして説明する。また、特に断らない限り、駆動機構を構成する要素駆動機構は、直線上に配置され、各要素駆動機構の変位の和が、駆動機構の変位となるものとして説明する。ただし、既に述べたように、本発明は、上記に限らず、各要素駆動機構の変位の方向が、それぞれの要素駆動機構によって異なっていても良い。
【００３３】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る駆動機構の構成を例示する模式図である。  
図３に表したように、本実施形態に係る駆動機構２０は、図１に例示した駆動機構１０と同様に、第１の要素駆動機構１１０−１と第２の要素駆動機構１１０−２とを備えている。ただし、第１の要素駆動機構１１０−１の第１の変位量（ΔＬ１）がＬ０であり、第２の要素駆動機構１１０−２の第２の変位量（ΔＬ２）は２Ｌ０となっている。すなわち、第２の変位量は、第１の変位量の２倍となっている。
【００３４】
これにより、図２に例示したように、駆動機構２０の長さ（変位）は、Ｓ、Ｓ＋Ｌ０、Ｓ＋２Ｌ０、Ｓ＋３Ｌ０の、等間隔の４種類の変位を取ることができる。
【００３５】
このように、本実施形態に係る駆動機構２０によれば、実質的に連続的な動作を可能とし、精密な位置制御が可能な駆動機構を提供できる。
【００３６】
本実施形態に係る駆動機構２０においても、要素駆動機構は、形状記憶合金、静電アクチュエータ、ソレノイド、エアシリンダ、油圧シリンダの少なくともいずれかを含むことができる。そして、これらにおいて発現される異なる２つの状態において、第２の変位量が第１の変位量の２倍とすれば良い。
【００３７】
上記のように、本実施形態に係る駆動機構２０では、２つの要素駆動機構を備えており、２ビットに対応した、等間隔の４種の変位状態を実現できる。ただし、本発明はこれに限らず、３つ以上の要素駆動機構を備えても良い。
【００３８】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る別の駆動機構の構成を例示する模式図である。  図４に表したように、本実施形態に係る別の駆動機構２１は、図３に例示した駆動機構２０に加えて、第３の要素駆動機構１１０−３をさらに備えている。そして、第３の要素駆動機構１１０−３は、第３の変位体を含み、第３の変位量を示す。そして、第３の変位量は、４Ｌ０に設定されている。これにより、本実施形態に係る駆動機構２１は、Ｓ、Ｓ＋Ｌ０〜Ｓ＋７Ｌ０の、等間隔の８種（すなわち３ビットに対応した）変位状態を実現できる。なお、第３の要素駆動機構１１０−３は、形状記憶合金からなる第３の変位体を含むことができ、第３の要素駆動機構１１０−３は、第３の変位体の温度変化によって、第３の変位量を示すことができる。
【００３９】
このように３つの要素駆動機構を備えた本実施形態に係る駆動機構２１も、実質的に連続的な動作を可能とし、精密な位置制御が可能な駆動機構を提供できる。
【００４０】
さらに、本実施形態に係る駆動機構は、ｍ個（ｍは２以上の整数）個の要素駆動機構を備えても良く、第ｎ（ｎは１以上、ｍ以下の整数）の要素駆動機構は、第ｎの変位体を含み、第ｎの変位量の変位を示す。そして、第ｎの変位量は、２ｎ−１Ｌ０（Ｌ０は定数）とすることができる。なお、第ｎの要素駆動機構は、形状記憶合金からなる第ｎの変位体を含むことができ、第ｎの変位体の温度変化によって、第ｎの変位量の変位を示すことができる。
【００４１】
これにより、本実施形態に係る駆動機構は、ｎビットに対応した２ｎ個の変位状態を実現でき、実質的に連続的な動作を可能とし、精密な位置制御が可能な駆動機構を提供できる。
【００４２】
（第３の実施の形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係る駆動機構の構成を例示する模式図である。  
図５に表したように、本発明の第３の実施形態に係る駆動機構３０は、図４に例示した駆動機構２１に対して、各要素駆動機構の合計の変位の変位方向と逆方向の力を発現する逆方向力学体２００をさらに備えている。なお、図４では、駆動機構２１の各要素駆動機構を連結する連結部１４０が省略されていたが、図５では連結部１４０が描かれている。
【００４３】
既に説明した駆動機構２１において、各要素駆動機構のそれぞれは、低温時から高温時への温度変化で伸張するので、各要素駆動機構の合計の変位方向も伸張する方向である。そして、伸張する方向と逆方向である、収縮する方向の力を、逆方向力学体２００は発揮する。図５に例示した駆動機構３０の場合は、この逆方向力学体２００として、形状記憶合金からなり、低温時から高温時への温度変化で収縮する逆方向変位体２１０が用いられている。
【００４４】
すなわち、図４に例示した駆動機構２１では、第１の要素駆動機構１１０−１、第２の要素駆動機構１１０−２及び第３の要素駆動機構１１０−３の３つの要素駆動機構は、第１の変位体１２０−１、第２の変位体１２０−２及び第３の変位体１２０−３を有しているのみであり、それぞれの変位体の変位方向と逆方向に変位する逆方向力学体２００を有していなかった。このため、駆動機構２１では、それぞれの変位体を伸張することで、実質的に連続的な動作を可能とし、精密な位置制御が可能であるが、戻る方向（収縮する方向）には別の手段（別の駆動機構や手動）によって変位させることが必要であるため、応用分野に制限があった。
【００４５】
これに対し、本実施形態に係る駆動機構３０は、駆動機構２１の変位方向、すなわち、各要素駆動機構の総和の変位方向と逆方向の力を発現する逆方向変位体２１０（逆方向力学体２００）をさらに備えているので、各要素駆動機構の各変位体である形状記憶合金が高温時の伸張状態から冷却されて低温時となり、この時に、逆方向変位体２１０に通電し、高温時とすることで、収縮させる。これにより、伸張及び収縮の双方向の駆動が可能となる。
【００４６】
これにより、本実施形態に係る駆動機構３０によって、実質的に連続的な動作を可能とし、精密な位置制御が可能で、より便利な、応用分野に制限のない駆動機構を提供できる。
【００４７】
図６は、本発明の第３の実施形態に係る別の駆動機構の構成を例示する模式図である。  図６に表したように、本発明の第３の実施形態に係る別の駆動機構３１は、図５に例示した駆動機構３０に対して、逆方向力学体２００として、逆方向変位体２１０に代えて逆方向弾性体２２０が用いられていることが異なっている。  
すなわち、駆動機構３１において、各要素駆動機構の合計の変位方向は伸張する方向であり、逆方向弾性体２２０（逆方向力学体２００）は、この伸張する方向と逆方向の収縮する方向の力を発現する。
【００４８】
この構造を有する駆動機構３１においては、各要素駆動機構の各変位体である形状記憶合金が高温時の伸張状態から冷却されて低温時となり、この時、逆方向弾性体２２０の弾性力によって、収縮される。これにより、駆動機構３１は、伸張及び収縮の双方向の駆動が可能となる。
【００４９】
これにより、本実施形態に係る駆動機構３１によって、実質的に連続的な動作を可能とし、精密な位置制御が可能で、より便利な、応用分野に制限のない駆動機構を提供できる。
【００５０】
なお、本実施形態に係る駆動機構３１に用いられる逆方向弾性体２２０としては、コイルばね、板ばね、トーションバー、皿ばね、空気ばね、ゴム、樹脂等の各種の弾性体が使用でき、圧縮ばね、引っ張りばね、捻りばね等、各種の動作の弾性体が使用できる。
【００５１】
なお、逆方向力学体２００としては、例えば、図５に例示した逆方向変位体２１０及び、図６に例示した逆方向弾性体２２０を同時に用いることもできる。
【００５２】
（第４の実施の形態）
図７は、本発明の第４の実施形態に係る駆動機構の構成を例示する模式図である。  
図７に表したように、本発明の第４の実施形態に係る駆動機構４０は、第１の要素駆動機構１１０−１、第２の要素駆動機構１１０−２、第３の要素駆動機構１１０−３の３つの要素駆動機構を備えている。  
第１の要素駆動機構１１０−１は、第１の変位体１２０−１を有している。そして、第１の変位体１２０−１は、低温時から高温時への温度変化で、第１の方向（同図の例では伸張する方向）に変位する。そして、第１の要素駆動機構１１０−１は、第１の方向と逆の方向（同図の例では収縮する方向）の力を発現する第１の逆方向要素力学体１３０−１をさらに有している。そして同図の例では、第１の逆方向要素力学体１３０−１として、低温時から高温時への温度変化で収縮する、形状記憶合金からなる第１の逆方向要素変位体１３１−１が用いられている。
【００５３】
同様に、第２の要素駆動機構１１０−２は、第２の変位体１２０−２の第２の方向とは逆方向の力を発揮する第２の逆方向要素力学体１３０−２をさらに有している。そして、同様に、第２の逆方向要素力学体１３０−２として、低温時から高温時への温度変化で収縮する、形状記憶合金からなる第２の逆方向要素変位体１３１−２が用いられている。
【００５４】
さらに、同様に、第３の要素駆動機構１１０−３は、第３の変位体１２０−３の第３の方向と逆方向の力を発現する第３の逆方向要素力学体１３０−３をさらに有している。そして、同様に、第３の逆方向要素力学体１３０−３として、低温時から高温時への温度変化で収縮する、形状記憶合金からなる第３の逆方向要素変位体１３１−３が用いられている。
【００５５】
すなわち、本実施形態に係る駆動機構４０においては、第ｎの変位体１２０−ｎは、低温時から高温時への温度変化で、第ｎの方向に変位し、第ｎの要素駆動機構１１０−ｎは、第ｎの方向と逆方向の力を発現する第ｎの逆方向要素力学体１３０−ｎをさらに有する。そして、この例では、第ｎの逆方向要素力学体１３０−ｎには、形状記憶合金からなり、低温時から高温時への温度変化で逆方向に変位する、第ｎの逆方向要素変位体１３１−ｎが用いられている。
【００５６】
これにより、第ｎの変位体１２０−ｎの変位（この場合は伸張）と、第ｎの逆方向要素変位体１３１−ｎ（この場合は収縮）を利用して、それぞれを制御することにより、各要素駆動機構のそれぞれは伸張と収縮の双方の変位が可能となる。
【００５７】
これにより、本実施形態に係る駆動機構４０によって、実質的に連続的な動作を可能とし、より精密な位置制御が可能で、より便利な、応用分野に制限のない駆動機構を提供できる。
【００５８】
なお、図７に例示した駆動機構４０では、第ｎの変位体１２０−ｎは伸張する方向に変位し、第ｎの逆方向要素変位体１３１−ｎが収縮する方向の弾性力を持っている例であるが、それぞれの方向を逆にしても良い。
【００５９】
図８は、本発明の第４の実施形態に係る別の駆動機構の構成を例示する模式図である。  図８に表したように、本発明の第４の実施形態に係る別の駆動機構４１では、図７に例示した駆動機構４０に対し、第１〜３の逆方向要素力学体１３０−１〜３として、第１〜第３の逆方向要素弾性体１３２−１〜３が用いられている。そして、第１〜第３の逆方向弾性体は、第１〜第３の変位体１２０−１〜３の変位方向（第１〜第３の方向）と、逆方向の力を発現する。
【００６０】
このように、第ｎの逆方向要素力学体として、第ｎの弾性体を用いた場合も、第ｎの変位体１２０−ｎの変位（この場合は伸張）と、第ｎの逆方向要素弾性体１３２−ｎ（この場合は収縮）を利用して、それぞれを制御することにより、各要素駆動機構のそれぞれは伸張と収縮の双方の変位が可能となる。
【００６１】
これにより、本実施形態に係る駆動機構４１によって、実質的に連続的な動作を可能とし、より精密な位置制御が可能で、より便利な、応用分野に制限のない駆動機構を提供できる。
【００６２】
なお、図８に例示した駆動機構４１では、第ｎの変位体１２０−ｎは伸張する方向に変位し、第ｎの逆方向要素弾性体１３２−ｎが収縮する方向の弾性力を持っている例であるが、それぞれの方向を逆にしても良い。
【００６３】
本実施形態に係る駆動機構４１に用いることのできる弾性体としては、コイルばね、板ばね、トーションバー、皿ばね、空気ばね、ゴム、樹脂等の各種の弾性体が使用でき、圧縮ばね、引っ張りばね、捻りばね等、各種の動作の弾性体が使用できる。
【００６４】
また、本実施形態に係る駆動機構４１において、第ｎの逆方向要素弾性体１３２−ｎのばね定数を、２ｎ−１Ｋ０（Ｋ０は定数）に設定することができる。これにより、第ｎの要素駆動機構１１０−１の第ｎの変位量ΔＬｎを、実質的に２ｎ−１Ｌ０（Ｌ０は定数）にすることができる。  
すなわち、第ｎの変位体１２０−ｎと第ｎの逆方向要素弾性体１３２−ｎとは互いに拮抗する方向に力を作用させるが、このとき、変位量が弾性体のばね定数に比例する領域に設計することにより、変位量をばね常数に比例させることができる。この場合、形状記憶合金からなる各変位体の温度変化に対する変位量の制御に関する設計制約が緩和され、各要素駆動機構の変位量を各弾性体のばね常数によって制御することができるので設計的に有利であり、また、さらに応用分野が拡大できる。
【００６５】
なお、各弾性体のばね常数は、例えば、圧縮ばねの場合は、圧縮ばねの材料の横弾性係数Ｇ、ばねの線径ｄ、有効巻き数Ｒ、平均コイル径Ｄにより、Ｇｄ４／（８ＲＤ３）で表される。これに基づき、上記の横弾性係数Ｇ、線径ｄ、有効巻き数Ｒ、平均コイル径Ｄの各係数を変えることで、各弾性体のばね常数を簡単に変えることができ、所望のばね常数が容易に得られるので、所望の変位量の駆動機構が容易に得られる。
【００６６】
なお、上記の駆動機構４０、４１において、逆方向要素力学体のそれぞれは、逆方向要素変位体（例えば形状記憶合金）及び逆方向要素弾性体の内少なくともいずれかを用いれば良く、逆方向要素変位体（例えば形状記憶合金）と逆方向要素弾性体とを同時に同じ要素駆動機構で用いても良く、また、各要素駆動機構において、逆方向要素変位体（例えば形状記憶合金）と逆方向要素弾性体と変えて、混合して用いても良い。
【００６７】
（第５の実施の形態）
図９は、本発明の第５の実施形態に係る別の駆動機構の構成を例示する模式図である。  図９に表したように、本発明の第５の実施形態に係る駆動機構５０では、図７に例示した直動駆動の駆動機構４０が２つ、すなわち、駆動機構４０ａと駆動機構４０ｂが用いられている。駆動機構４０ａの一端１１１ａと駆動機構４０ｂの一端１１１ｂとは、角度可変で連結され、駆動機構４０ａの他端１１２ａと駆動機構４０ｂの他端１１２ｂが、それぞれ支持バー１５０に角度可変で連結されている。なお、それぞれの駆動機構４０ａ、４０ｂは、それぞれの一端と他端と（すなわち、１１１ａ−１１２ａ、１１１ｂ−１１２ｂ）を結ぶ方向に、伸張または収縮する。なお、既に説明したように、駆動機構４０は、３つの要素駆動機構を有しており、３ビットすなわち、８段階の変位を行う。すなわち、駆動機構５０は、２つの直動駆動の駆動機構４０ａ、４０ｂを有する２次元のパラレルリンクの駆動機構である。
【００６８】
このように、実施形態に係る駆動機構４０ａ、４０ｂを２つ連結した、本実施形態に係る駆動機構５０は、２つの駆動機構４０ａ、４０ｂが連結された平面内を２次元的に変位することができ、２次元の変位を行う各種の機器に応用することができる。
【００６９】
このように、本実施形態に係る駆動機構５０は、実質的に連続的な動作を可能とし、精密な位置制御が可能で、より便利な、応用分野に制限のない、２次元変位が可能な駆動機構を提供できる。
【００７０】
なお、図９に例示した駆動機構５０では、図７に例示した３つの要素駆動機構を有する直動駆動の駆動機構４０ａ、４０ｂを用いているが、これに限らず、用いる直動駆動の駆動機構を構成するそれぞれの要素駆動機構の数は任意である。また、直動駆動の駆動機構としては、既に説明した本発明の実施形態に係る各種の駆動機構を任意に用いることができる。
【００７１】
（第６の実施の形態）
図１０は、本発明の第６の実施形態に係る駆動機構の構成を例示する模式図である。  
図１０に表したように、本発明の第６の実施形態に係る駆動機構６０は、図７に例示した直動駆動の駆動機構４０を６つ（駆動機構４０ａ〜ｆ）用いている。そして、２つの直動駆動の駆動機構がペアとなり一端で角度可変で連結され、他端がベース１６２にそれぞれ角度可変で連結されている。そして、一端が連結された３つのペアの端は、３次元変位部１６１の３箇所に角度可変で連結されている。すなわち、駆動機構６０は、６つの直動駆動の駆動機構４０ａ〜ｆを有する６自由度の３次元のパラレルリンクの駆動機構である。
【００７２】
このような構造を有する駆動機構６０においては、６つ直動駆動の駆動機構４０ａ〜ｆのそれぞれを独立して駆動することにより、３次元変位部１６１は、ベース１６２に対して、任意の３次元の状態で駆動される。
【００７３】
これにより、本実施形態に係る駆動機構６０は、実質的に連続的な動作を可能とし、精密な位置制御が可能で、より便利な。応用分野に制限のない、３次元変位が可能な駆動機構を提供できる。  
なお、本実施形態の場合も、用いる直動駆動の駆動機構を構成するそれぞれの要素駆動機構の数は任意であり、また、既に説明した各種の駆動機構を任意に用いることができる。
【００７４】
（第７の実施の形態）
図１１は、本発明の第７の実施形態に係る駆動機構の構成を例示する模式図である。  
図１１に表したように、本発明の第７の実施形態に係る駆動機構７０は、図７に例示した要素駆動機構１１０−１〜３が、円周上に配置され、それぞれの要素駆動機構の各変位が、実質的に同じ円周に沿って変位する例である。  
このように、各要素駆動機構は、必ずしも直線上に配置される必要はなく、例えば、図１１に例示したように、同一の円周上に配置され、その円周に沿って、有する要素駆動機構の数に応じたビット数の変位を行うことができる。ただし、本発明はこれに限らず、各種の円、楕円、放物線、双曲線、数次曲線等の各種の曲線にそって、変位することができる。
【００７５】
（第８の実施の形態）
図１２は、本発明の第８の実施形態に係る駆動機構の構成を例示する模式図である。  
図１２に表したように、本発明の第８の実施形態に係る駆動機構８０は、第１〜第３の要素駆動機構１１０−１〜３を有し、第１〜第３の要素駆動機構１１０−１〜３には、それぞれ第１〜第３の変位体１２０−１〜３が設けられている。この第１〜第３の変位体１２０−１〜３は、例えば形状記憶合金からなり、例えば低温時から高温時への温度変化に対して変位することができる。図１２に例示した駆動機構８０の場合、第１〜第３の変位体１２０−１〜３の変位量は、実質的に同等とする。そして、第１〜第３の変位体１２０−１〜３は、それぞれ、第１〜第３の変位板１２１−１〜３に連結されている。
【００７６】
そして、第１〜第３の変位板１２１−１〜３には、それぞれ４つ、２つ、１つの回転可能なプーリー（滑車）１２５が設けられている。  
また、第１〜第３の変位板１２１−１〜３に離間して、共通変位板２６０が設けられ、この共通変位板２６０にも回転可能なプーリー１２６が設けられている。
【００７７】
そして、第１〜第３の変位板１２１−１〜３のプーリー１２５と、共通変位板２６０のプーリー１２６とを縫うように、ワイヤー（力学媒体）２５０が張設されている。そして、ワイヤー２５０の一端はスプリング２７０を介してベース２９０に接続され、他端はそのままベース２９０に接続されている。そして、共通変位板２６０に接続された作用点Ｐ１、及び、ベース２９０に接続された作用点Ｐ２が、本実施形態に係る駆動機構８０の作用点となり、駆動機構８０において、作用点Ｐ１と作用点Ｐ２との距離が変位する。
【００７８】
本実施形態に係る駆動機構８０において、第１〜第３の要素駆動機構１１０−１〜３は、それぞれ、第１〜第３の変位体１２０−１〜３、第１〜第３の変位板１２１−１〜３、及び、第１〜第３の変位板１２１−１〜３にそれぞれ対応する共通変位板２６０のプーリー１２６と、を含む。
【００７９】
このような構造の駆動機構８０では、第１〜第３の変位体１２０−１〜３のそれぞれの変位量が同じ（例えばＸ）であっても、第１〜第３の要素駆動機構に対応するワイヤー２５０の移動量（力学媒体変位量）は、それぞれ、（２Ｘ）、２×（２Ｘ）、４×（２Ｘ）となる。これにより、第１〜第３の要素駆動機構１１０−１〜３の変位量もそれぞれ、他の変位量とは異なる。  
具体的には、本実施形態に係る駆動機構８０では、第ｎの変位体１２０−ｎの変位量に対応する第ｎの力学媒体変位量（第ｎのワイヤー移動量）が、２ｎ−１Ｗ０（Ｗ０は定数）であり、これにより、３つの要素駆動機構１１０−１〜３で、変位量が２のべき乗で変化し、結果として、駆動機構８０の作用点Ａと作用点Ｂとの間の距離は３ビットに対応する８種の変位状態を有する。
【００８０】
このように、形状記憶合金からなる変位体自身の変位量が同じであっても、それを、ワイヤー２５０等の力学媒体と組み合わせ、変位体の変位量に対する力学媒体の力学媒体変位量を、例えば、２のべき乗で変化させることで、駆動機構の作用点の距離（変位）を２のべき乗で変化させることができる。
【００８１】
このような構成を有する駆動機構８０も、実質的に連続的な動作を可能とし、精密な位置制御が可能な駆動機構を提供できる。  
なお、上記において、第１〜第３の変位体の変位量を実質的に同じとして説明したが、本発明はこれに限らず、第１〜第３の変位体の変位量が異なっていても良く、第１〜第３の要素駆動機構１１０−１〜３の変位量が異なっていれば良い。
【００８２】
なお、図１２に例示した駆動機構８０は、３つの要素駆動機構を有する３ビットの駆動機構の例であるが、ｍ個の要素駆動機構を有するｍビットの駆動機構としても良い。この場合も、第ｎの要素駆動機構１１０−ｎにおける、第ｎの変位体の変位量に対応する力学媒体の変位量を２ｎで変化させることで、実質的に等間隔のｍビットの変位量を得ることができる。
【００８３】
（第９の実施の形態）
図１３は、本発明の第９の実施形態に係る駆動方法を例示するフローチャート図である。  
図１３に表したように、本発明の第９の実施形態に係る駆動方法においては、まず、第１の変位体を第１の変位体変位量（例えばＡ）で変位させる（ステップＳ１１０）。  
そして、第１の変位体と連結された第２の変位体を、第２の変位量（例えばＢ）で、変位させる（ステップＳ１２０）。この時、第２の変位量は、第１の変位体変位量とは異なる変位量である。  
そして、これら第１の変位と第２の変位は独立して行われる。
【００８４】
なお、上記において、第１及び第２の変位体は、形状記憶合金、静電アクチュエータ、ソレノイド、エアシリンダ、油圧シリンダよりなる群から選ばれた少なくともいずれかを含むことができる。さらに、第１の変位体及び第２の変位体は、形状記憶合金を含み、第１の変位体と第２の変位体とにおける独立した変位は、第１の変位体の温度と第２の変位体の温度とを独立して変化させることを含むことができる。
【００８５】
これにより、第１の変位量と第２の変位量とによる各種の変位量、すなわち、変位０の場合（初期状態）、変位Ａの場合、変位Ｂの場合、及び、変位（Ａ＋Ｂ）の４種の変位の状態が実現でき、それぞれの形状記憶合金からなる変位体の変位が２値の変位であっても、複数の変位が安定して得られる。
【００８６】
本実施形態に係る駆動機構方法によれば、実質的に連続的な動作を可能とし、精密な位置制御が可能な駆動方法を提供できる。  
なお、上記において、第１の変位と第２の変位だけではなく、さらに多くの変位（ｍ個の変位）を組み合わせ、また、これらｍ個の変位において、第ｎの変位の第ｎの変位量を２ｎ−１Ｌ０（Ｌ０は定数）とすることで、実質的に等間隔のｍビットの変位量が得られる。
【００８７】
上記の本発明の実施形態に係る駆動機構及び駆動方法は、各種の機器及び製造装置に応用できる。  
図１４は、本発明の実施形態に係る駆動機構が応用される機器及び製造装置の構成を例示する模式図である。  
図１４（ａ）に表したように、本発明の実施形態に係る駆動機構は、例えば、内視鏡５１０等の医療用の機器５００に応用できる。同図に例示した内視鏡５１０においては、先端部にファイバスコープ５２０（被駆動部５５０）が設けられ、ファイバスコープ５２０に結合されて本発明の実施形態に係る駆動機構４０が組み込まれ、駆動機構４０によりファイバスコープ５２０（被駆動部５５０）は精密に制御（駆動）される。これにより、実質的に連続的な動作を可能とし、精密な位置制御が可能な駆動が実現され、より高性能の機器が提供できる。
【００８８】
また、図１４（ｂ）に表したように、本発明の実施形態に係る駆動機構は、例えば、ロボットアーム６１０等の製造装置６００に応用できる。同図に例示したロボットアーム６１０においては、先端にロボットハンド部６２０（作用部６５０）が設けられている。そして、ロボットハンド部６２０は、被生産品に対して処理や組み立てなどの作用を施す。このロボットハンド部６２０に結合されて本発明の実施形態に係る駆動機構４０が組み込まれ、駆動機構４０によりロボットハンド部６２０（作用部６５０）は精密に制御（駆動）される。これにより、実質的に連続的な動作を可能とし、精密な位置制御が可能な駆動が実現され、より高性能の製造装置が提供できる。
【００８９】
なお、図１４では、用いられる駆動機構として、図７に例示した駆動機構４０が例示されているが、本発明はこれに限らず、上記の各実施形態の駆動機構のいずれか、または、それらを組み合わせて用いることができる。
【００９０】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、駆動機構、駆動方法、それらを用いた機器及び製造装置を構成する各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。  
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。  
その他、本発明の実施の形態として上述した駆動機構、駆動方法、それらを用いた機器及び製造装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての駆動機構、駆動方法、それらを用いた機器及び製造装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。  
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る駆動機構の構成を例示する模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る駆動機構に用いられる形状記憶合金の特性を例示するグラフ図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る駆動機構の構成を例示する模式図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る別の駆動機構の構成を例示する模式図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る駆動機構の構成を例示する模式図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る別の駆動機構の構成を例示する模式図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る駆動機構の構成を例示する模式図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る別の駆動機構の構成を例示する模式図である。
【図９】本発明の第５の実施形態に係る別の駆動機構の構成を例示する模式図である。
【図１０】本発明の第６の実施形態に係る駆動機構の構成を例示する模式図である。
【図１１】本発明の第７の実施形態に係る駆動機構の構成を例示する模式図である。
【図１２】本発明の第８の実施形態に係る駆動機構の構成を例示する模式図である。
【図１３】本発明の第９の実施形態に係る駆動方法を例示するフローチャート図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る駆動機構が応用される機器及び製造装置の構成を例示する模式図である。
【符号の説明】
【００９２】
１０、２０、２１、３０、３１、４０、４０ａ〜ｆ、４１、５０、６０、７０、８０  駆動機構
１１０−ｎ  要素駆動機構
１１１ａ、１１１ｂ  一端
１１２ａ、１１２ｂ  他端
１２０−ｎ  変位体
１２１−ｎ  変位板
１２５、１２６  プーリー
１３０−ｎ  逆方向要素力学体
１３１−ｎ  逆方向要素変位体
１３２−ｎ  逆方向要素弾性体
１４０  連結部
１５０  支持バー
１６１  ３次元変位部
１６２、２９０  ベース
２００  逆方向力学体
２１０  逆方向変位体
２２０  逆方向弾性体
２５０  ワイヤー（力学媒体）
２６０  共通変位板
２７０  スプリング
５００  機器
５１０  内視鏡
５２０  ファイバスコープ
５５０  被駆動部
６５０  作用部
６００  製造装置
６１０  ロボットアーム
６２０  ロボットハンド部
Ｐ１、Ｐ２  作用点
【図１】
2009293450.tif 000003
【図２】
2009293450.tif 000004
【図３】
2009293450.tif 000005
【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】
2009293450.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2009293450.tif 000012
【図１１】
2009293450.tif 000013
【図１２】
2009293450.tif 000014
【図１３】
2009293450.tif 000015
【図１４】
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