JP2018021467A - Actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、形状記憶合金の伸縮力を利用したアクチュエータ、に関する。 The present invention relates to an actuator using the expansion and contraction force of a shape memory alloy.
形状記憶合金は加熱されると、常温時のマルテンサイト相からオースティナイト相に相転移する。オースティナイト相では、形状記憶合金は所定の形状にて硬化する。温度が低下すれば、オースティナイト相から再びマルテンサイト相に相転移する。マルテンサイト相においては、形状記憶合金は軟化するため、外力により変形容易となる。
このような形状記憶合金の形状回復力を利用したアクチュエータは、装置の小型化、軽量性、静音性などの諸点において優れた特徴を持っている。
When a shape memory alloy is heated, it changes from a martensite phase at room temperature to an austenite phase. In the austenite phase, the shape memory alloy is cured in a predetermined shape. When the temperature decreases, the austenite phase transitions again to the martensite phase. In the martensite phase, the shape memory alloy is softened, so that it is easily deformed by an external force.
An actuator using the shape recovery force of such a shape memory alloy has excellent features in various aspects such as downsizing, light weight, and quietness of the device.
特許文献1〜3では、形状記憶合金にてワイヤ(線材)を形成し、ワイヤを通電制御することで、ワイヤを伸縮させている。ワイヤの収縮を動力として利用することにより、電気で駆動可能なアクチュエータが構成される。以下、このような形状記憶合金により形成されるワイヤのことを「SMA(Shape Memory Alloy)ワイヤ」とよぶ。 In Patent Documents 1 to 3, a wire (wire material) is formed of a shape memory alloy, and the wire is expanded and contracted by energization control of the wire. By using the contraction of the wire as power, an actuator that can be driven electrically is constructed. Hereinafter, the wire formed of such a shape memory alloy is referred to as “SMA (Shape Memory Alloy) wire”.
SMAワイヤの両端は、一般的には、ネジによって電源供給端子に固定される。電源供給端子は、アクチュエータの台座である固定子に固定される。SMAワイヤには電圧が印加されるため、SMAワイヤと接触する固定子には耐熱性、熱伝導性(放熱性)および絶縁性が必要である。このような事情から、固定子をアルミニウムで形成し、その表面にアルマイト加工を施すことが多い。 Both ends of the SMA wire are generally fixed to a power supply terminal by screws. The power supply terminal is fixed to a stator that is a base of the actuator. Since a voltage is applied to the SMA wire, the stator that comes into contact with the SMA wire needs to have heat resistance, thermal conductivity (heat dissipation), and insulation. For these reasons, the stator is often made of aluminum and anodized on the surface.
固定子に対して電源供給端子を圧入固定すると、表層のアルマイトが削り取られてしまい絶縁破壊を生ずるおそれがある。このため、現状では、電源供給端子と固定子を接着剤で固定している。しかし、接着剤の充填量をコントロールするのは難しく、製品品質を安定させにくい。また、接着剤を乾燥させるための時間を確保する必要がある。 If the power supply terminal is press-fitted and fixed to the stator, the alumite on the surface layer is scraped off, which may cause dielectric breakdown. For this reason, at present, the power supply terminal and the stator are fixed with an adhesive. However, it is difficult to control the filling amount of the adhesive, and it is difficult to stabilize the product quality. Moreover, it is necessary to ensure the time for drying an adhesive agent.
また、ネジ止めは、経年使用により緩むことがある。電源供給端子が小さいときには、ネジ止めは作業性がよくない。ネジの大きさによってアクチュエータの大きさが制限されてしまうという問題もある。 Also, screwing may be loosened over time. When the power supply terminal is small, screwing does not work well. There is also a problem that the size of the actuator is limited by the size of the screw.
本発明は、本発明者による上記課題認識にもとづいて完成された発明であり、その主たる目的は、SMAワイヤを効率的かつ安定的に固定するための技術、を提案することにある。 The present invention has been completed based on the above-mentioned problem recognition by the present inventor, and its main object is to propose a technique for efficiently and stably fixing an SMA wire.
本発明のある態様におけるアクチュエータは、形状記憶合金で形成される線材と、線材が差し渡される固定子と、線材を挟んで固定子と対向し、線材の伸縮により移動する移動子と、固定子よりも電気伝導率の低い物質により形成され、固定子を覆う外殻体と、外殻体に取り付けられる端子部材と、を備える。
線材の端部は、端子部材に固定される。
An actuator according to an aspect of the present invention includes a wire formed of a shape memory alloy, a stator through which the wire is passed, a mover that faces the stator across the wire, and moves by expansion and contraction of the wire, and a stator And an outer shell body that is formed of a material having a lower electrical conductivity and covers the stator, and a terminal member attached to the outer shell body.
The end of the wire is fixed to the terminal member.
本発明によれば、SMAワイヤを効率的かつ安定的に固定しやすくなる。 According to the present invention, it becomes easy to fix the SMA wire efficiently and stably.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては便宜上、図示の状態を基準に各構造の位置関係を表現することがある。また、以下の実施形態およびその変形例について、ほぼ同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜省略することがある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, for the sake of convenience, the positional relationship between the structures may be expressed based on the illustrated state. In the following embodiments and modifications thereof, substantially the same components are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may be omitted as appropriate.
図1は、アクチュエータ100の外観斜視図である。図2は、アクチュエータ100の側面図である。
以下、アクチュエータ100の長軸方向をx軸、短軸方向をy軸、アクチュエータ100の高さ方向をz軸とする。アクチュエータ100の利用場面はさまざまであるが、本実施形態におけるアクチュエータ100は、ラップトップPCやタブレットPCのタッチパネルの背面側に内蔵され、触覚を作るためのデバイスである。アクチュエータ100は、x方向に約30mm、y方向に約3mm、z方向に約9mmの大きさを有する小さな部品である。
FIG. 1 is an external perspective view of the
Hereinafter, the major axis direction of the
アクチュエータ100は、固定子102と移動子104を含む。固定子102は筐体に固定され、移動子104は固定子102に対してz軸方向に移動する(詳細後述)。
固定子102と移動子104はアルミニウムにより形成される。固定子102は第1外殻体120により被殻され、移動子104は第2外殻体110により被殻される。第1外殻体120および第2外殻体110はどちらも樹脂により形成される。
The
The
固定子102は、外部部材122にネジ124で固定される。外部部材122は、タブレットの筐体や基板などに固定される部品である。固定子102および固定子102を保護する第1外殻体120には、突起112とくぼみ114が交互に形成される。同様に、移動子104および移動子104を保護する第2外殻体110にも、突起116とくぼみ118が交互に形成される。固定子102の突起112が移動子104のくぼみ118に嵌めこまれ、移動子104の突起116が固定子102のくぼみ114に嵌めこまれた状態で、移動子104は固定子102に載置される。固定子102の突起112と移動子104のくぼみ118,移動子104の突起116と固定子102のくぼみ114の噛みあわせにより、移動子104のx方向へのずれが規制される。
The
移動子104はz軸方向に50〜100μm程度移動可能である。移動子104の移動方向をタッチパネル面と水平な方向としてもよいし、タッチパネルの面に対して垂直方向としてもよい。タッチパネルの裏側に設置されるアクチュエータ100は、ユーザがタッチパネルをタッチしたとき、移動子104がz軸方向にわずかに移動し、その動きがタッチパネルに伝わる。このような方法により、ユーザにタッチにともなう触感を与える。
移動子104はタッチパネルをその裏側から押し上げてもよいし、移動子104の面方向への動きがタッチパネルにわずかな振動を与えてもよい。タッチパネルの裏面に配置されるアクチュエータ100の数や位置、方向により、さまざまな触感が実現される。
The
The
アクチュエータ100は、固定子102と移動子104、第1外殻体120、第2外殻体110のほか、SMAワイヤ106および2つの端子部材108a、108bを含む。
SMAワイヤ106は、固定子102と移動子104の間に差し渡される(詳細後述)。SMAワイヤ106の両端は、2つの端子部材108a、108b(以下、まとめていうときや特に区別しないときには単に「端子部材108」とよぶ)に固定される。端子部材108aは電流の入力端子、端子部材108bは電流の出力端子として機能する。したがって、端子部材108は導電性の部材でなければならない。本実施形態における端子部材108は真鍮または銅により形成される。
The
The
端子部材108には溝130(スリット)が形成される(図1参照)。また、第1外殻体120にも溝136(スリット)が形成される(図1参照)。溝130および溝136は一直線上に並ぶように形成される。SMAワイヤ106は、第1外殻体120の溝136および端子部材108の溝130を通る。溝130および溝136は一直線上に並ぶため、SMAワイヤ106を2つの溝130,136に差し渡しやすくなっている。端子部材108の溝130を潰すことにより、SMAワイヤ106の端部は端子部材108にカシメ固定される。端子部材108からSMAワイヤ106に電流を流すと、SMAワイヤ106は通電により高温となり、オースティナイト相に相転移して硬化・伸長する。SMAワイヤ106の硬化・伸長により、移動子104はz軸正方向に変位する。SMAワイヤ106の伸縮を移動子104のz方向移動に変換する機構の詳細は後述する。
A groove 130 (slit) is formed in the terminal member 108 (see FIG. 1). Further, a groove 136 (slit) is also formed in the first outer shell body 120 (see FIG. 1). The
第1外殻体120の側面には凹部140が形成され、端子部材108は凸部138を有する。凹部140と凸部138が嵌合することで、端子部材108は第1外殻体120に固定される。端子部材108を第1外殻体120に固定する上で、接着剤やネジは不要である。なお、第1外殻体120に凸部138を形成し、端子部材108に凹部140を形成してもよい。凸部138と凹部140のペアは2以上であってもよい。
A
端子部材108a、108bは、弾性を有するばね端子142a、142bと接触する。2つの端子部材ばね端子142a、142b(以下、まとめていうときや特に区別しないときには単に「ばね端子142」とよぶ)は、外部部材122と同様、タブレットの筐体や基板などに固定される導電性の部品である。
The
ばね端子142aに電流を流すと、端子部材108aを介してSMAワイヤ106に電流が流れ、SMAワイヤ106は発熱する。SMAワイヤ106の大部分と接触する固定子102および移動子104は耐熱性と熱伝導性に優れた素材により形成されることが望ましい。また、SMAワイヤ106を流れる電流の漏洩を防ぐため、固定子102と移動子104は絶縁部材であることが望ましい。本実施形態においては、固定子102および移動子104は、耐熱性と熱伝導性に優れるアルミニウムにより形成される。アルミニウムは導電体であるため、固定子102の移動子104の表面にアルマイト加工を施すことで絶縁性を確保する。
アルマイト加工とは、アルミニウムの表面に薄い酸化アルミニウム被膜(絶縁膜)を形成する処理である。酸化アルミニウム被膜の膜厚は20〜40μm程度である。
When a current is passed through the
Anodizing is a process of forming a thin aluminum oxide film (insulating film) on the surface of aluminum. The film thickness of the aluminum oxide film is about 20 to 40 μm.
図3は、アクチュエータ100の分解斜視図である。
アクチュエータ100の構成は、固定部品144と、移動部品146、SMAワイヤ106に大別される。
固定部品144は、第1外殻体120,固定子102および端子部材108を含むパーツである。まず、固定子102および2つの端子部材108を形成し、これらを型枠の一部として使用する樹脂のインサートにより、第1外殻体120が形成される。このような製法により、固定子102と端子部材108が第1外殻体120により連結される。同様にして、移動子104を型枠の一部として、樹脂をインサートすることにより、第2外殻体110が形成される。
FIG. 3 is an exploded perspective view of the
The configuration of the
The fixed
固定部品144に常温のSMAワイヤ106を載せた状態で、固定部品144に移動部品146を嵌合させる。そのあと、SMAワイヤ106の両端を端子部材108a、端子部材108bにてカシメ固定する。より具体的には、端子部材108の溝130にSMAワイヤ106を通した状態で、溝130を両側から押しつぶすことで、SMAワイヤ106は端子部材108にカシメ固定される。
The moving
インサート成形であるため、第1外殻体120は固定子102よりも複雑な形状にて形成しやすい。いいかえれば、固定子102や端子部材108の形状をシンプルにしやすい。上述したように、SMAワイヤ106と接触する固定子102は、放熱性と絶縁性が求められるため、固定子102の表面には薄い酸化アルミニウム被膜が形成される。固定子102に直接端子部材108を取り付ける場合、取り付け工程において端子部材108が酸化アルミニウム被膜を傷つけてしまうリスクがある。本実施形態においては、固定子102を絶縁性の第1外殻体120で保護し、第1外殻体120に端子部材108を取り付けている。製造工程において固定子102の酸化アルミニウム被膜にストレスがかからないというメリットがある。
これは、移動子104と第2外殻体110についても同様である。
Since it is insert molding, the 1st
The same applies to the
端子部材108は、第1外殻体120により固定子102から離隔され、移動子104からも離隔される。このため、端子部材108から固定子102や移動子104に電流が漏洩しない構成となっている。たとえ、固定子102の酸化アルミニウム被膜の一部が傷ついても、そこに端子部材108が接触する可能性はない。
第1外殻体120や第2外殻体110は、絶縁性を有する部材であることが望ましいが、少なくとも固定子102や移動子104よりも電気伝導率の低い物質により形成されることが望ましい。
The
The first
第2外殻体110は、両端部に突起部148を有する。第1外殻体120は、両端部に収容部150を有する。固定部品144の上から移動部品146を押し付けることにより、突起部148は収容部150に嵌合される。嵌合時には収容部150の溝136が少し横(y方向)に広がるため、突起部148を収容部150に押し込みやすい。第1外殻体120の溝136には、SMAワイヤ106の位置合わせだけでなく嵌合作業を容易にする効果もある。
The second
突起部148と収容部150の嵌合により、固定部品144(第1外殻体120)と移動部品146(第2外殻体110)は互いに固定される。ただし、突起部148と収容部150の嵌合にはマージン(遊び)があるので、嵌合時においても、移動部品146は固定部品144に対してz軸方向に移動可能である。突起部148と収容部150の嵌合構造の詳細は後述する。
By fitting the protruding
第1外殻体120においては、固定子102の突起112に対応する部分に放熱孔152が形成される。この放熱孔152に対応して固定子102には放熱突起154が形成される。放熱孔152から放熱突起154は露出する(図1,図2参照)。SMAワイヤ106から固定子102に伝わる熱の一部は外部部材122に伝わり、一部は放熱孔152から大気中に放熱される。
In the first
同様にして、第2外殻体110においても、移動子104の突起116に対応する部分に放熱孔156が形成される。この放熱孔156に対応して移動子104には放熱突起158が形成される。放熱孔156から放熱突起158は露出する。また、第2外殻体110の上部は開放されており、移動子104の上面は露出する。SMAワイヤ106から移動子104に伝わる熱は、移動子104の上面および放熱突起158から放熱される。
Similarly, in the second
このように、SMAワイヤ106の熱を熱伝導率の高い固定子102および移動子104から外部に逃げやすくすることで、通電停止時にSMAワイヤ106が速やかに常温に戻るのを助けている。放熱突起158を設けることで、アルミニウムの固定子102の体積を拡大できる。固定子102の体積が大きいほど、SMAワイヤ106の熱を吸収しやすい。また、熱源であるSMAワイヤ106の近くに放熱孔156および放熱突起158を設けることは、SMAワイヤ106の熱を速やかに外気に逃がす上でも有効である。
As described above, the heat of the
図4は、固定部品144の外観斜視図である。図5は、移動部品146の外観斜視図である。
常温時、SMAワイヤ106は、突起112およびくぼみ114に沿って、固定子102の上に差し渡される。固定子102の突起112には、第1外殻体120により壁部128が形成される。壁部128の間の溝126において、固定子102は露出する。同様に、移動子104の突起116においても、第2外殻体110により壁部134が形成される(図5参照)。壁部134により形成される溝132において、移動子104は露出する。すなわち、SMAワイヤ106は溝126において固定子102と当接し、溝132において移動子104と当接する。
FIG. 4 is an external perspective view of the fixed
At normal temperature, the
固定子102の突起112(移動子104のくぼみ118)においては、SMAワイヤ106は固定子102の溝126の上を通り、固定子102のくぼみ114(移動子104の突起116)にいては、SMAワイヤ106は移動子104の溝132の下を通る。固定子102の壁部128および移動子104の壁部134がSMAワイヤ106の左右方向へのずれを規制することにより、SMAワイヤ106がアクチュエータ100から外れるのを防ぐ。
In the
図6は、図1のA−A線における断面図である。図7は、図1のB−B線における断面図である。
ばね端子142から端子部材108に電力が供給されると、SMAワイヤ106に電流が流れる。SMAワイヤ106に電流が流れると、SMAワイヤ106はオースティナイト相に相転移して硬化し、直線状に伸びようとする。SMAワイヤ106が伸長すると、移動子104は上方向(z軸正方向)に押し上げられる。
6 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
When power is supplied from the spring terminal 142 to the
突起部148は、収容部150に遊嵌(freely fit)される。具体的には、突起部148がz軸方向(嵌合方向)に移動可能となるように、嵌合部分にはマージン160が設けられる(図7参照)。z軸方向において50〜100μm程度のマージン160が形成されることが望ましい。マージン160のz軸方向における大きさが、移動子104の最大移動量を規定する。
The
電力供給が停止されると、SMAワイヤ106は低温となり、マルテンサイト相に相転移して軟化するため、移動子104は下方向(z軸負方向)に戻る。電力供給を停止したときには、SMAワイヤ106の熱は固定子102や移動子104に逃がされ、SMAワイヤ106は速やかに常温に戻る。
When the power supply is stopped, the
より具体的には、タッチパネルへのタッチがセンサによって検出されると、図示しない制御回路は端子部材108に電力を短時間供給する。このとき、SMAワイヤ106はオースティナイト相にいったん相転移したあとマルテンサイト相に相転移するため、タッチパネルを触る指は、一時的な物理的反発力を感じる。このような制御方法により、タッチパネルであっても、キーボードと同様のタッチ感を実現できる。
More specifically, when a touch on the touch panel is detected by the sensor, a control circuit (not shown) supplies power to the
端子部材108を固定子102または移動子104にネジで固定する場合、端子部材108が小さいときには作業性が悪くなる。また、ネジの大きさによって端子部材108のサイズが制約されてしまう。接着剤で固定する場合にも作業性が悪く、製造品質が安定しない。端子部材108を固定子102や移動子104に圧入固定する場合には、圧入時のストレスによって酸化アルミニウム被膜が部分的に破れてしまうリスクがある。アルミニウムは導電性であるため、酸化アルミニウム被膜が破れると、端子部材108を流れる電流が固定子102に漏洩してしまう。
When the
本実施形態においては、固定子102や端子部材108を型枠として利用することで、インサート成形により第1外殻体120を形成している。同様に、移動子104を型枠とすることで、インサート成形により第2外殻体110を形成している。端子部材108は、固定子102や移動子104ではなく、絶縁性の第1外殻体120に固定される。このような製造方法のメリットとしては、(1)固定子102の酸化アルミニウム被膜を傷つけにくい(2)第1外殻体120をインサート成形するため、固定子102や第1外殻体120の形状をシンプルにできる(3)第1外殻体120と端子部材108を確実かつ容易に固定できる(4)端子部材108が固定子102および移動子104から絶縁性の第1外殻体120により離隔されるため、端子部材108の電流漏洩が生じにくい、などを挙げることができる。
In the present embodiment, the first
(第1実施形態)
図8は、第1実施形態における端子部材108の外観斜視図である。
端子部材108は、上面と下面に溝130a,130bを有する。上面の溝130aにはSMAワイヤ106が挿入され、SMAワイヤ106は溝130aによりカシメ固定される。図8においては、溝130は端子部材108の上面に形成されているが、溝130は端子部材108の側面に形成されてもよい。
(First embodiment)
FIG. 8 is an external perspective view of the
The
下面の溝130bには、台座部品162(外部部材)が挿入される。台座部品162は、タブレットの筐体や基板に固定される部品である。台座部品162は電源端子であってもよいし、溝130bの挿入部分(凸部)はばね構造等により弾性を有してもよい。
A base component 162 (external member) is inserted into the
端子部材108の側面には凸部138が形成され、凸部138には貫通孔164が形成される。図1に示すように、凸部138は第1外殻体120の凹部140と嵌合する。第1外殻体120のインサート成形するとき、樹脂が貫通孔164に入り込むため、端子部材108と第1外殻体120は強く結合する。
A
図8に示すように、端子部材108は、上下対称形に形成されてもよい。端子部材108が上下対称形であれば、端子部材108の上下を気にしなくても済むためアクチュエータ100の製造がいっそう容易となる。
As shown in FIG. 8, the
(第2実施形態)
図9は、第2実施形態における端子部材108の外観斜視図である。
第2実施形態における端子部材108は、凸部138だけでなく、本体部分にも貫通孔166が形成される。この貫通孔166にも樹脂がインサートされてもよいし、ネジなどの部品が挿入されてもよい。また、ピン形状の電極が貫通孔166に挿入されてもよい。第2実施形態においても、溝130および貫通孔166が上下対称形となるように形成されてもよい。たとえば、凸部138よりも上部に溝130と貫通孔166を形成し、凸部138よりも下部にも溝130と貫通孔166を形成してもよい。
(Second Embodiment)
FIG. 9 is an external perspective view of the
In the
(第3実施形態)
図10は、第3実施形態における端子部材108の外観斜視図である。
第3実施形態の端子部材108には、端子部材108をz軸方向に貫く貫通孔170が形成される。端子部材108の上面にはネジ168が挿入される。第3実施形態においては、溝130によってSMAワイヤ106をカシメ固定するのではなく、ネジ168と端子部材108でSMAワイヤ106を挟むことでSMAワイヤ106を端子部材108に固定する。
(Third embodiment)
FIG. 10 is an external perspective view of the
The
SMAワイヤ106をネジ168に巻きつけた状態でネジ168を端子部材108に挿入してもよい。ネジ168の代わりにピン形状の部材を貫通孔170に圧入してもよい。SMAワイヤ106をネジ168に巻きつけることは必須ではないが、1回以上巻きつけることでSMAワイヤ106をより確実に端子部材108に固定しやすくなる。
貫通孔170の下部からは樹脂がインサートされてもよいし、ネジなどの部品が挿入されてもよい。また、ピン形状の電極が挿入されてもよい。
The
Resin may be inserted from the lower part of the through-
(第4実施形態)
図11は、第4実施形態における端子部材108の外観斜視図である。
端子部材108の上部に溝130を形成し、端子部材108の下部に収容孔172を形成してもよい。収容孔172にも樹脂がインサートされてもよいし、ネジなどの部品が挿入されてもよい。また、ピン形状の電極が挿入されてもよい。
(Fourth embodiment)
FIG. 11 is an external perspective view of the
The
(第5実施形態)
図12は、第5実施形態における端子部材108の外観斜視図である。
第5実施形態においては、端子部材108の側面に溝130が形成される。溝130が側面に形成される場合、端子部材108の上面を圧迫することでSMAワイヤ106はカシメ固定される。端子部材108の本体に形成される貫通孔166には、接続部材174が固定される。接続部材174は、外部部品と端子部材108を連結するための部品である。接続部材174を介して端子部材108に電力が供給されてもよい。
(Fifth embodiment)
FIG. 12 is an external perspective view of the
In the fifth embodiment, the
(第6実施形態)
図13は、第6実施形態におけるアクチュエータ100の外観斜視図である。
第6実施形態においては、第1外殻体120に突起部176が形成され、第2外殻体110に収容部178が形成される。収容部178の鈎部182が突起部176の鈎部180と噛み合うことで、移動子104(第2外殻体110)は固定子102(第1外殻体120)に固定される。第2外殻体110と第1外殻体120の嵌合時においては、鈎部180と鈎部182の間に図7と同様のマージンが設けられる。このため、SMAワイヤ106が伸長するとき、移動子104はz軸方向に移動する。突起部176の中央には溝136が形成され、SMAワイヤ106はこの溝136に挿入される。
(Sixth embodiment)
FIG. 13 is an external perspective view of the
In the sixth embodiment, a
第2外殻体110を第1外殻体120に嵌め込むとき、第1外殻体120の溝136の内側方向に突起部176が押し込まれる。このため、突起部176と鈎部182をスムーズに嵌合できる。また、嵌合後は、第1外殻体120の突起部176は弾性力により外側に戻るため、突起部176と鈎部182の嵌合を安定させることができる。
When the second
(第7実施形態)
図14は、第7実施形態におけるアクチュエータ100の外観斜視図である。
第7実施形態においては、第2外殻体110の側方に突起部184が形成され、第1外殻体120に規制部186(収容部)が形成される。突起部184と規制部186の間にはマージン188が形成される。比較的弾性率の高い規制部186に対して突起部184を押し込むことで、第1外殻体120と第2外殻体110は嵌合(遊嵌)する。第7実施形態においても、規制部186の中央には溝130が形成される。
(Seventh embodiment)
FIG. 14 is an external perspective view of the
In the seventh embodiment, a
(第8実施形態)
図15は、第8実施形態におけるアクチュエータ100の外観斜視図である。図16は、第8実施形態におけるアクチュエータ100から第1外殻体120を取り除いたときの外観斜視図である。
第8実施形態においては、アクチュエータ100は外部の部材194に固定される。固定方法はネジ固定や接着剤など任意の方法でよい。端子部材108(頭部)の底面には、端子部材108の底面積よりも格段に小さい、望ましくは、端子部材108のxy平面における最大断面積の10%以下の断面積を有する第1ピン192が接続される(図16参照)。第1ピン192は、第1ピン192よりも拡径した第2ピン190とつながり、第2ピン190は部材194を貫通する。第2ピン190は溶接領域196において部材194にはんだ付けされる。
(Eighth embodiment)
FIG. 15 is an external perspective view of the
In the eighth embodiment, the
第8実施形態においては、まず、端子部材108および固定子102を型枠の一部として第1外殻体120がインサート成形される。次に、移動子104の上に第2外殻体110がインサート成形される。SMAワイヤ106を挿入したあと第1実施形態と同様の嵌合方法により、第2外殻体110と第1外殻体120が嵌合される。SMAワイヤ106は、端子部材108にカシメ固定される。こうして形成されたアクチュエータ100を、部材194に固定する。このとき、溶接領域196をはんだ付けすることにより、第2ピン190を部材194に固定する。
In the eighth embodiment, first, the first
溶接時のはんだの温度は、200度以上になるため、はんだの熱がSMAワイヤ106に伝わるとSMAワイヤ106を強く伸長させる力が発生する。第8実施形態においては径の小さな第2ピン190、第1ピン192を介して端子部材108と溶接領域196を接続しているため、はんだの熱が端子部材108に伝わりにくくなっている。第1ピン192を熱が伝導しにくいため、はんだの熱の大部分は部材194に逃げる。このような構成によれば、はんだをつかってアクチュエータ100を固定するときの作業性を高めることができる。
Since the temperature of the solder at the time of welding is 200 ° C. or more, when the heat of the solder is transmitted to the
以上、実施形態に基づいて106により駆動されるアクチュエータ100について説明した。
加工性のよい樹脂により第1外殻体120および第2外殻体110を形成するため、固定子102,移動子104および端子部材108を比較的単純な構造とすることができる。第1外殻体120および第2外殻体110により、端子部材108は固定子102および移動子104から離隔されるため、端子部材108から固定子102等への漏電を防止できる。また、第1外殻体120および第2外殻体110により、固定子102等の酸化アルミニウム被膜が保護される。
The
Since the first
端子部材108は、インサート成形時に第1外殻体120に固定されるため、端子部材108および固定子102を第1外殻体120に効率的かつ安定的に連結できる。第2外殻体110についても同様である。樹脂は加工性がよく、適度の弾性を有するため、突起部148および収容部150をワンタッチで嵌合できる。固定子102等にネジ溝を切るなどの加工が不要であり、接着剤も必須ではないため作業性に優れる。特に、数mm程度の小さなアクチュエータ100においては有効な固定方法である。
Since the
SMAワイヤ106の場合、固定子102は耐熱性、熱伝導性、絶縁性を備えることが望ましい。アルミニウムは耐熱性を有し、熱伝導性に優れるが導電性を有する。そこで、SMAワイヤ106の表面をアルマイト加工することで絶縁性を実現している。アルマイト加工により形成される酸化アルミニウム被膜は薄いため、固定子102の表面を削りかねない製造方法は望ましくない。本実施形態においては、第1外殻体120により固定子102を保護した上で、端子部材108を第1外殻体120に固定する方式であるため、酸化アルミニウム被膜に負担がかからない。
In the case of the
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。例えば、上記実施形態および変形例において一部の構成要素を組み合わせてもよいし、各実施形態および変形例から一部の構成要素を削除してもよい。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention. Nor. For example, some components may be combined in the above-described embodiment and modification, or some components may be deleted from each embodiment and modification.
本実施形態においては、固定子102におけるSMAワイヤ106の当接部分(溝126)の両側面に壁部128が形成されるとして説明した。移動子104についても同様である。固定子102における壁部128や移動子104における壁部134は片側だけに形成されてもよい。固定子102の壁部128のみが形成されてもよいし、移動子104の壁部134のみが形成されてもよい。
In the present embodiment, it has been described that the
固定子102および移動子104に対して、第1外殻体120および第2外殻体110が形成されることが望ましいが、第1外殻体120および第2外殻体110の片方のみが形成されてもよい。たとえば、移動子104自体に突起部148を形成し、第1外殻体120に収容部150を形成してもよい。あるいは、第2外殻体110に突起部148を形成し、固定子102自体に収容部150が形成されてもよい。
Although it is desirable that the first
SMAワイヤ106は、通電停止時にすみやかに冷却される必要があるため、固定子102や移動子104は熱伝導率の大きな物質により形成されることが望ましい。本実施形態においては、固定子102や移動子104はアルミニウムであるとして説明したが、熱伝導率が所定値以上の物質、たとえば、金属やカーボンナノチューブなどにより形成されてもよい。このような物質の表面に絶縁性を確保するためのメッキ加工を施す場合においては、本発明は特に有効である。
Since the
以上の各実施形態から、以下の発明を認識可能である。
B1.形状記憶合金で形成される線材と、
前記線材が差し渡される固定子と、
前記線材を挟んで前記固定子と対向し、前記線材の伸縮により移動する移動子と、
樹脂により形成され、前記固定子を覆う第1の外殻体と、を備えることを特徴とするアクチュエータ。
The following inventions can be recognized from the above embodiments.
B1. A wire formed of a shape memory alloy;
A stator through which the wire is passed,
A mover that faces the stator across the wire and moves by expansion and contraction of the wire,
An actuator comprising: a first outer shell formed of resin and covering the stator.
B2.前記線材は、前記第1の外殻体に固定される端子部材から電力を供給されることを特徴とするB1に記載のアクチュエータ。 B2. The actuator according to B1, wherein the wire is supplied with electric power from a terminal member fixed to the first outer shell.
B3.前記第1の外殻体は、前記線材の前記固定子との当接部分において前記固定子を露出させ、前記当接部分の両側または片側に壁部を形成することを特徴とするB1またはB2に記載のアクチュエータ。 B3. The first outer shell body exposes the stator at a contact portion of the wire with the stator, and forms wall portions on both sides or one side of the contact portion. Actuator.
B4.前記第1の外殻体は、樹脂をインサート成形することにより形成されることを特徴とするB1からB3のいずれかに記載のアクチュエータ。 B4. The actuator according to any one of B1 to B3, wherein the first outer shell body is formed by insert molding a resin.
B5.前記固定子および前記移動子の双方には突起とくぼみが交互に形成されており、
前記移動子のくぼみを前記固定子の突起に対向させ、前記移動子の突起を前記固定子のくぼみに対向させた状態にて、前記移動子は前記固定子に載置され、
前記第1の外殻体は、前記線材の前記固定子との当接部分において前記固定子を露出させ、かつ、前記突起の側部においても前記固定子を露出させることを特徴とするB1からB4のいずれかに記載のアクチュエータ。
B5. Protrusions and depressions are alternately formed on both the stator and the mover,
The movable element is placed on the stator in a state where the depression of the movable element is opposed to the protrusion of the stator, and the protrusion of the movable element is opposed to the depression of the stator.
From B1, the first outer shell body exposes the stator at a contact portion of the wire with the stator, and also exposes the stator at a side portion of the protrusion. The actuator according to any one of B4.
B6.樹脂により形成され、前記移動子を覆う第2の外殻体、を更に備えることを特徴とするB1に記載のアクチュエータ。 B6. The actuator according to B1, further comprising: a second outer shell body that is made of resin and covers the moving element.
B7.前記固定子および前記移動子の双方には突起とくぼみが交互に形成されており、
前記移動子のくぼみを前記固定子の突起に対向させ、前記移動子の突起を前記固定子のくぼみに対向させた状態にて、前記移動子は前記固定子に載置され、
前記第1の外殻体は、前記線材の前記固定子との当接部分において前記固定子を露出させ、前記当接部分の両側または片側に壁部を形成し、
前記第2の外殻体は、前記線材の前記移動子との当接部分において前記移動子を露出させ、前記当接部分の両側または片側に壁部を形成することを特徴とするB6に記載のアクチュエータ。
B7. Protrusions and depressions are alternately formed on both the stator and the mover,
The movable element is placed on the stator in a state where the depression of the movable element is opposed to the protrusion of the stator, and the protrusion of the movable element is opposed to the depression of the stator.
The first outer shell body exposes the stator at a contact portion of the wire with the stator, and forms wall portions on both sides or one side of the contact portion;
The second outer shell body exposes the mover at a contact portion of the wire with the mover, and forms wall portions on both sides or one side of the contact portion. Actuator.
更に、以下の発明を認識可能である。
C1.形状記憶合金で形成される線材と、
前記線材が差し渡される固定子と、
前記線材を挟んで前記固定子と対向し、前記線材の伸縮により移動する移動子と、
前記固定子を覆う第1の外殻体と、
前記移動子を覆う第2の外殻体と、を備え、
前記第1および第2の外殻体を嵌合させることにより、前記移動子が移動可能な状態にて前記第1および第2の外殻体を相互に連結することを特徴とするアクチュエータ。
Furthermore, the following invention can be recognized.
C1. A wire formed of a shape memory alloy;
A stator through which the wire is passed,
A mover that faces the stator across the wire and moves by expansion and contraction of the wire,
A first outer shell covering the stator;
A second outer shell covering the moving element,
An actuator characterized in that the first and second outer shells are connected to each other in a state where the movable element is movable by fitting the first and second outer shells.
C2.前記第1の外殻体が嵌合方向に移動可能なマージンを設けた状態にて、前記第1および第2の外殻体の一方に形成される突起部を他方に形成される収容部に嵌合させることを特徴とするC1に記載のアクチュエータ。 C2. In a state where the first outer shell body is provided with a margin capable of moving in the fitting direction, a protrusion formed on one of the first and second outer shell bodies is used as a housing portion formed on the other. The actuator according to C1, wherein the actuator is fitted.
C3.前記突起部および前記収容部の双方または一方にスリットが形成されることを特徴とするC2に記載のアクチュエータ。 C3. The actuator according to C2, wherein a slit is formed in both or one of the protruding portion and the accommodating portion.
C4.前記第1の外殻体に取り付けられ、前記線材の端部を固定する端子部材、を更に備え、
前記第1の外殻体および前記端子部材の双方にスリットが形成され、かつ、前記第1の外殻のスリットと前記端子部材のスリットは一直線上に並ぶように形成されることを特徴とするC1に記載のアクチュエータ。
C4. A terminal member attached to the first outer shell body and fixing an end of the wire;
A slit is formed in both the first outer shell body and the terminal member, and the slit of the first outer shell and the slit of the terminal member are formed to be aligned. The actuator according to C1.
100 アクチュエータ、102 固定子、104 移動子、106 SMAワイヤ、108 端子部材、110 第2外殻体、112 突起、114 くぼみ、116 突起、118 くぼみ、120 第1外殻体、122 外部部材、124 ネジ、126 溝、128 壁部、130 溝、132 溝、134 壁部、136 溝、138 凸部、140 凹部、142 ばね端子、144 固定部品、146 移動部品、148 突起部、150 収容部、152 放熱孔、154 放熱突起、156 放熱孔、158 放熱突起、160 マージン、162 台座部品、164 貫通孔、166 貫通孔、168 ネジ、170 貫通孔、172 収容孔、174 接続部材、176 突起部、178 収容部、180 鈎部、182 鈎部、184 突起部、186 規制部、188 マージン、190 第2ピン、192 第1ピン、194 部材、196 溶接領域。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記線材が差し渡される固定子と、
前記線材を挟んで前記固定子と対向し、前記線材の伸縮により移動する移動子と、
前記固定子よりも電気伝導率の低い物質により形成され、前記固定子を覆う外殻体と、
前記外殻体に取り付けられる端子部材と、を備え、
前記線材の端部は、前記端子部材に固定されることを特徴とするアクチュエータ。 A wire formed of a shape memory alloy;
A stator through which the wire is passed,
A mover that faces the stator across the wire and moves by expansion and contraction of the wire,
An outer shell formed of a material having a lower electrical conductivity than the stator, and covering the stator;
A terminal member attached to the outer shell body,
The actuator is characterized in that an end portion of the wire rod is fixed to the terminal member.
前記線材は、前記外殻体および前記固定子双方の溝に挿入され、
前記端子部材の溝の圧迫により、前記線材は前記端子部材においてカシメ固定されることを特徴とする請求項2に記載のアクチュエータ。 A groove is formed in the outer shell and the terminal member,
The wire is inserted into the grooves of both the outer shell and the stator,
The actuator according to claim 2, wherein the wire is crimped and fixed on the terminal member by pressing the groove of the terminal member.
前記端子部材の上部の溝には、前記線材が挿入され、
前記端子部材の下部の溝は、外部部材の凸部が挿入されることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のアクチュエータ。 The terminal member has grooves formed on both the upper and lower parts,
The wire is inserted into the groove at the top of the terminal member,
The actuator according to any one of claims 1 to 3, wherein a convex portion of an external member is inserted into the groove below the terminal member.
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