(57)【要約】【課題】バイアスばねが安定して性能を発揮し、形状記憶合金ワイヤの線材とバイアスばねが電気的に絶縁された形状記憶合金アクチュエータを提供する。【解決手段】通電加熱により収縮し、冷却により延伸することによって、その長さが変化する形状記憶合金ワイヤと、形状記憶合金ワイヤが挿入された第１の中空部材と、形状記憶合金ワイヤの一端が機械的に接続され、長さが変化する方向に第１の中空部材に対して相対的に移動可能な移動体と、移動体と前記第１の中空部材の間に配置され、形状記憶合金ワイヤが延伸する方向に移動体に外力が負荷される弾性部材とを有し、更に、移動体には、絶縁部材が連結され、絶縁部材の一部が第１の中空部材に移動可能に挿入され、挿入されたその一端に形状記憶合金ワイヤが接続されることによって、形状記憶合金ワイヤが弾性部材に電気的に接触しない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電加熱により収縮し、冷却により延伸することによって、その長さが変化する形状記憶合金ワイヤと、
前記形状記憶合金ワイヤが挿入された第１の中空部材と、
前記形状記憶合金ワイヤの一端が機械的に接続され、前記長さが変化する方向に前記第１の中空部材に対して相対的に移動可能な移動体と、
前記移動体と前記第１の中空部材の間に配置され、前記形状記憶合金ワイヤが延伸する方向に前記移動体に外力が負荷される弾性部材とを有し、
更に、前記移動体には、絶縁部材が連結され、
前記絶縁部材の一部が前記第１の中空部材に移動可能に挿入され、挿入されたその一端に前記形状記憶合金ワイヤが接続されることによって、前記形状記憶合金ワイヤが前記弾性部材に電気的に接触しないことを特徴とする形状記憶合金アクチュエータ。
【請求項２】
前記形状記憶合金ワイヤは、前記絶縁部材の端部に固着されていることを特徴とする請求項１に記載の形状記憶合金アクチュエータ。
【請求項３】
前記絶縁部材は中空形状であり、
前記絶縁部材の内部に前記形状記憶合金ワイヤの線材が挿入されていることを特徴とする請求項１に記載の形状記憶合金アクチュエータ。
【請求項４】
前記第１の中空部材の内部に第２の中空部材が固定され、
第２の中空部材の内部に前記形状記憶合金ワイヤの線材が挿入され、
第２の中空部材の前記第１の中空部材と固定されていない側の端部と前記形状記憶合金ワイヤの線材の端部とが固定されてい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形状記憶合金アクチュエータ。
【請求項５】
前記第２の中空部材が湾曲可能であることを特徴とする請求項４に記載の形状記憶合金アクチュエータ。
【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】
形状記憶合金は温度変化により変態し形状変化する。形状記憶合金の形状変化を利用したアクチュエータは、アクチュエータの小型化、軽量性などにおいて優れた特性を持っている。
例えば、特開２００８−２３２７５号公報では、形状記憶合金ワイヤの線材（以下、適宜「ＳＭＡ（Shape Memory Alloy）ワイヤ」という。）の一端を固定端とし、他の一端を可動端とする構成である。そして、バイアスばねによる応力と、形状記憶合金ワイヤの線材への通電加熱による温度変化で形状記憶合金の線材の長さが変化したときに発生する収縮力とによって、可動端が駆動される技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２３２７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記先行技術のようなバイアスばねとＳＭＡワイヤを用いたアクチュエータにおいて、更なる小型化、とりわけ小径化を考えた場合、バイアスばねは小径である必要がある。バイアスばねは、小径であればあるほど、ばねの性能を発揮するためには金属であることが有効である。ここで、アクチュエータの駆動源である形状記憶合金ワイヤの線材への加熱を通電で行っている。このため、バイアスばねが金属で形成されているときは、安定してばねを伸縮することができるうえで、更に形状記憶合金ワイヤの線材とバイアスばねを電気的に絶縁した構成をとることが望ましい。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、バイアスばねが安定して性能を発揮し、形状記憶合金ワイヤの線材とバイアスばねが電気的に絶縁された形状記憶合金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】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、通電加熱により収縮し、冷却により延伸することによって、その長さが変化する形状記憶合金ワイヤと、形状記憶合金ワイヤが挿入された第１の中空部材と、形状記憶合金ワイヤの一端が機械的に接続され、長さが変化する方向に第１の中空部材に対して相対的に移動可能な移動体と、移動体と第１の中空部材の間に配置され、形状記憶合金ワイヤが延伸する方向に移動体に外力が負荷される弾性部材とを有し、更に、移動体には、絶縁部材が連結され、絶縁部材の一部が第１の中空部材に移動可能に挿入され、挿入されたその一端に形状記憶合金ワイヤが接続されることによって、形状記憶合金ワイヤが弾性部材に電気的に接触しないことを特徴とする形状記憶合金アクチュエータを提供できる。
【０００７】
また、本発明の好ましい態様によれば、形状記憶合金ワイヤは、絶縁部材の端部に固着されていることが望ましい。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様によれば、絶縁部材は中空形状であり、絶縁部材の内部に形状記憶合金ワイヤの線材が挿入されていることが望ましい。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様によれば、第１の中空部材の内部に第２の中空部材が固定され、第２の中空部材の内部に形状記憶合金ワイヤの線材が挿入され、第２の中空部材の第１の中空部材と固定されていない側の端部と形状記憶合金ワイヤの線材の端部とが固定されていることが望ましい。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様によれば、第２の中空部材が湾曲可能であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、バイアスばねが安定して性能を発揮し、形状記憶合金ワイヤの線材とバイアスばねが電気的に絶縁された形状記憶合金アクチュエータを提供できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかる形状記憶合金アクチュエータの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１３】
本発明の実施例１にかかる形状記憶合金アクチュエータについて説明する。
図１（ａ）、図１（ｂ）は、それぞれ実施例１のＳＭＡワイヤの断面構成を示している。ＳＭＡワイヤ５は、通電して加熱することにより収縮する。また、冷却すると延伸する。なお、図１において、通電装置は省略する。
【００１４】
図１（ａ）は、ＳＭＡワイヤ５が冷却されて、延伸している状態の断面構成を示している。ＳＭＡワイヤ５は、一端が圧着端子である固定部材６０に固定されている。固定部材６０は、第１の中空部材である絶縁筒３０に固定されている。ＳＭＡワイヤ５の他端は、円柱状の絶縁部材４０に接続している。さらに、絶縁部材４０は、移動体１０に連結されている。
【００１５】
絶縁部材４０は、絶縁筒３０の内部に挿入されている。そして、絶縁部材４０は、絶縁筒３０の内部で紙面横方向に移動可能に構成されている。絶縁部材４０の移動に伴って移動体１０も移動する。バイアスばね２は、圧縮コイルばねである。移動体１０に対して紙面左方向に応力が働く。
【００１６】
図１（ａ）では、ＳＭＡワイヤ５が延伸している。このため、バイアスばね２の紙面左方向に働く応力により移動体１０は紙面左方向に応力がかかっている状態である。移動体１０は、ＳＭＡワイヤ５の長さ、絶縁部材４０の長さで決定される位置に制止した状態となっている。当然、移動体１０を機械的に制止するようにストッパーを設けてもよい。
【００１７】
図１（ｂ）は、ＳＭＡワイヤ５を通電加熱し、収縮させた状態を示している。ＳＭＡワイヤ５は収縮し、ＳＭＡワイヤ５の収縮力がバイアスばね２の応力より大きい。このため、移動体は、図１（ａ）で示す位置よりも紙面右方向に移動している。
【００１８】
このように、バイアスばね２とＳＭＡワイヤ５の電気的な接続を防止した構成にしている。これにより、通電加熱時に、ＳＭＡワイヤ５への電流がバイアスばね２に流れて損失することを防ぐことができる。
【００１９】
また、バイアスばね２において、絶縁部材４０を軸としてバイアスばね２が支持されている。このため、バイアスばね２自身が、ばね形状を保持できない縦横比である場合でも、繰り返し安定した伸縮動作を行うことが出来る。
【００２０】
さらに、ＳＭＡワイヤ５の抵抗値に基づいてＳＭＡワイヤ５の長さをフィードバック制御することで、移動体１０の位置を制御する場合、ＳＭＡワイヤ５とバイアスばね２の電気的な接触がないため安定したＳＭＡワイヤ５の抵抗値をモニタリングすることが可能となる。なお、絶縁部材４０が絶縁筒３０の内部を移動するときの安定性を高めるために、絶縁筒３０は硬性を有することが望ましい。
【実施例２】
【００２１】
次に、本発明の実施例２について説明する。
図２は、実施例２にかかるＳＭＡアクチュエータの断面構成を示している。また、実施例１と同一の部分には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２２】
本実施例では、中空形状の絶縁部材４１の内部にＳＭＡワイヤ５を挿入している。中空形状の絶縁部材４１は、移動体１１に接続されている。移動体１１は、ＳＭＡワイヤ５が内部を通過できるような経路が形成されている。
【００２３】
ＳＭＡワイヤ５の一部は、圧着端子である固定部材６１に固定されている。固定部材６１は、移動体１１の内部で移動体１１に固定されている。このように、中空形状の絶縁部材４１、移動体１１の内部をＳＭＡワイヤ５が通過する構成にしている。これにより、ＳＭＡワイヤ５とバイアスばね２との接触がない構成でＳＭＡワイヤ５を移動体１１から出すことが可能になる。この結果、ＳＭＡワイヤ５と不図示の通電加熱装置との電気的接続を簡便化することが可能となる。また、固定部材６１と導線を接続し、ＳＭＡワイヤ５の替わりに導線を移動体１１から取り出すことによっても電気的接続を簡便化する効果を得ることができる。
【実施例３】
【００２４】
次に、本発明の実施例３について説明する。
図３は、実施例３にかかるＳＭＡアクチュエータの断面構成を示している。また、実施例１と同一の部分には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２５】
絶縁筒３０の端部に第２の中空部材である絶縁チューブ３１が固定されている。絶縁チューブ３１には、ＳＭＡワイヤ５が挿入されている。そして、絶縁チューブ３１の端部で固定端６０によりＳＭＡワイヤ５を固定している。
【００２６】
ＳＭＡワイヤ５の伸縮量は長さに比例する。このため、絶縁チューブ３１を軸方向へ長く設置することにより、ＳＭＡワイヤ５を長く設置することが可能となる。これにより、移動体１０の駆動可能量を増やすことができる。更には、図３に示すように絶縁チューブ３１が湾曲可能であれば、絶縁チューブを湾曲させて省スペース化でき、湾曲機構を有する装置への組込みも可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
以上のように、本発明にかかる形状記憶合金アクチュエータは、バイアスばねを備えるアクチュエータに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例１にかかる形状記憶合金アクチュエータの断面構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例２にかかる形状記憶合金アクチュエータの断面構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例３にかかる形状記憶合金アクチュエータの断面構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
２  バイアスばね
５  ＳＭＡワイヤ
１０  移動体
３０  絶縁筒
３１  絶縁チューブ
４０  絶縁部材
６０  固定部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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