JP4947153B2

JP4947153B2 - Actuator array and driving method of actuator array

Info

Publication number: JP4947153B2
Application number: JP2009547943A
Authority: JP
Inventors: 昭三大寺; 芳明河野
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2008-10-14
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2028-10-14
Also published as: WO2009084305A1; JPWO2009084305A1

Description

この発明は、複数のアクチュエータを配列したアクチュエータアレイに関し、特に人工筋肉に好適なアクチュエータアレイに関する。 The present invention relates to an actuator array in which a plurality of actuators are arranged, and more particularly to an actuator array suitable for artificial muscles.

従来、用途に応じて様々な種類のアクチュエータ（駆動装置）が開発されている。アクチュエータは単独で用いられることもあるが、回転方向や、アクチュエータの伸び方向、あるいは、伸び量を変えるなどの目的で、複数のアクチュエータを接続して用いることも一般的である。 Conventionally, various types of actuators (drive devices) have been developed according to applications. The actuator may be used alone, but it is also common to connect and use a plurality of actuators for the purpose of changing the rotation direction, the extension direction of the actuator, or the amount of extension.

例えば、特許文献１（特開２００５−８３４４７号公報）には、加圧による変異量が互いに異なる２つの中空弾性体を直列に連結した膨張収縮構造体が開示されている。一方の中空弾性体は、応答性が悪く、また低精度だが、変位が大きく、また、外力に対する柔軟性が高いという特性を持つ。これに対し、他方の中空弾性体は、変位が小さく、柔軟性が低いものの、応答性がよく、かつ、高精度であるという特性を持つ。したがって、開示された膨張収縮構造体は、大変位で、柔軟性が高く、応答性もよく、かつ、高精度であるという特性を有する。 For example, Patent Literature 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-83447) discloses an expansion / contraction structure in which two hollow elastic bodies having different amounts of variation due to pressurization are connected in series. One hollow elastic body has characteristics such as poor responsiveness and low accuracy but large displacement and high flexibility against external force. On the other hand, the other hollow elastic body has the characteristics that the displacement is small and the flexibility is low but the response is good and the accuracy is high. Therefore, the disclosed expansion / contraction structure has characteristics of large displacement, high flexibility, good responsiveness, and high accuracy.

また、近年、生物がもつ筋肉の機構に着目した人工的なアクチュエータ、いわゆる人工筋肉と呼ばれるアクチュエータが注目されている。このような人工筋肉においては、生物の筋肉と同様に、小さな変位をもつアクチュエータを多数組み合わせることで、巨大変位を発生させるものが多い。特許文献２（特開２００１−１７０８８４号公報）には、アクチュエータを、その軸方向に沿って、複数直列接続した繊維状のアクチュエータや、繊維状のアクチュエータを複数本束ねた筋肉状のアクチュエータアレイが開示されている。
特開２００５−８３４７７号公報特開２００１−１７０８８４号公報 In recent years, an artificial actuator that focuses on the mechanism of muscles of living organisms, that is, an actuator called a so-called artificial muscle, has attracted attention. Many of these artificial muscles generate huge displacements by combining a large number of actuators having small displacements as in the case of biological muscles. Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-170884) discloses a fibrous actuator in which a plurality of actuators are connected in series along the axial direction, and a muscular actuator array in which a plurality of fibrous actuators are bundled. It is disclosed.
JP 2005-83477 A JP 2001-170884 A

従来のアクチュエータを複数配列したアクチュエータアレイの制御は、アクチュエータアレイに含まれるアクチュエータの数が増えるにつれ困難になる。特に、多数のアクチュエータを用いる人工筋肉などの制御は困難である。 Control of an actuator array having a plurality of conventional actuators becomes difficult as the number of actuators included in the actuator array increases. In particular, it is difficult to control artificial muscles using a large number of actuators.

まず、従来のアクチュエータの伸長量あるいは収縮量は、駆動信号によって定まるものであるため、すべてのアクチュエータの動作を制御しなければ、アクチュエータ同士の間隔が保てない。したがって、アクチュエータの数の増加にともない、制御に必要な信号の数が増加する。 First, since the expansion amount or contraction amount of the conventional actuator is determined by the drive signal, the interval between the actuators cannot be maintained unless the operation of all the actuators is controlled. Therefore, as the number of actuators increases, the number of signals required for control increases.

また、従来のアクチュエータを用いたアクチュエータアレイにおいては、各アクチュエータの発生力を協調的に制御するため、駆動信号のタイミングも重要である。しかしながら、多数の駆動信号のタイミングを厳密に制御することは容易ではない。 In the actuator array using the conventional actuator, the timing of the drive signal is also important in order to cooperatively control the generated force of each actuator. However, it is not easy to strictly control the timing of a large number of drive signals.

さらに、各アクチュエータへの指令値は、アクチュエータアレイにどのような動作をさせるかの目標値を分解して求めることとなるが、この分解の仕方が一意に決まらないと、制御が不安定になってしまうという問題もある。 Furthermore, the command value for each actuator is obtained by decomposing the target value of what kind of operation the actuator array should perform. However, if this method of disassembly is not uniquely determined, the control becomes unstable. There is also a problem that it ends up.

これらの問題に加え、１つのアクチュエータが故障してしまうと、アクチュエータ全体の制御ができなくなってしまうという問題もある。 In addition to these problems, there is also a problem that if one actuator fails, the entire actuator cannot be controlled.

本願発明は、上述の問題を解決するためになされたものであって、人工筋肉に適したアクチュエータアレイを提供することを課題とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object thereof is to provide an actuator array suitable for artificial muscles.

この発明のある局面に従えば、固定子および可動子を含むアクチュエータを複数備えるアクチュエータアレイを提供する。隣接するアクチュエータは、互いに接続されている。固定子および可動子は、非駆動時において、所定の移動軸に沿って相対移動が可能である。固定子は、駆動時において、少なくとも径方向に変位を生じる変位部を有する。可動子は、固定子の変位部による変位を受けて、移動軸の一方向に作用力を及ぼす受圧部を有する。駆動時に受圧部が発生する作用力は、非駆動時に固定子および可動子が相対移動するのに要する力に比較して大きい。 According to an aspect of the present invention, an actuator array including a plurality of actuators including a stator and a mover is provided. Adjacent actuators are connected to each other. The stator and the mover can be relatively moved along a predetermined movement axis when not driven. The stator has a displacement portion that causes displacement at least in the radial direction during driving. The mover has a pressure receiving portion that receives a displacement by the displacement portion of the stator and exerts an acting force in one direction of the moving shaft. The acting force generated by the pressure receiving portion during driving is larger than the force required for the stator and the mover to move relative to each other when not driven.

好ましくは、複数のアクチュエータは直列接続されている。
好ましくは、複数のアクチュエータは、並列接続されている。Preferably, the plurality of actuators are connected in series.
Preferably, the plurality of actuators are connected in parallel.

さらに好ましくは、アクチュエータアレイは、互いに直列接続された、複数の並列接続された複数のアクチュエータを含む。 More preferably, the actuator array includes a plurality of parallel-connected actuators connected in series with each other.

さらに好ましくは、複数のアクチュエータは、可動子同士が弾性的に接続されることで、並列接続されている。 More preferably, the plurality of actuators are connected in parallel by elastically connecting the movers.

好ましくは、複数のアクチュエータは、共通の駆動信号に対して互いに異なる応答特性を有する複数のアクチュエータ群を含む。 Preferably, the plurality of actuators include a plurality of actuator groups having different response characteristics with respect to a common drive signal.

さらに好ましくは、複数のアクチュエータ群は、共通の駆動信号に対して互いに異なるタイミングで動作する。 More preferably, the plurality of actuator groups operate at different timings with respect to a common drive signal.

さらに好ましくは、各アクチュエータ群は、アクチュエータアレイの端から順に、動作タイミングの順番に配置されている。 More preferably, each actuator group is arranged in order of operation timing in order from the end of the actuator array.

さらに好ましくは、複数のアクチュエータは、共通の駆動信号に対して互いに異なる出力エネルギーを発生する。 More preferably, the plurality of actuators generate different output energies with respect to a common drive signal.

好ましくは、複数のアクチュエータのうち、駆動するアクチュエータの個数を変更できる。 Preferably, the number of actuators to be driven among the plurality of actuators can be changed.

この発明の別の局面に従えば、上記のアクチュエータアレイを共通の駆動信号によって駆動する駆動方法を提供する。駆動方法は、複数のアクチュエータを複数のアクチュエータ群に分け、各アクチュエータ群の駆動信号に対する応答特性が、互いに異なるものになるように設定するステップと、反応特性を設定された各アクチュエータに駆動信号を与えるステップとを含む。 According to another aspect of the present invention, there is provided a driving method for driving the above actuator array by a common driving signal. The driving method includes dividing a plurality of actuators into a plurality of actuator groups, setting the response characteristics of each actuator group to be different from each other, and applying a drive signal to each actuator having the response characteristics set. Providing a step.

この発明のさらに別の局面に従えば、上記のアクチュエータアレイを共通の駆動信号によって駆動する駆動方法を提供する。各アクチュエータには、コンデンサを含む電源供給系が、駆動信号が与えられたときに電圧を供給する。駆動方法は、複数のアクチュエータを複数のアクチュエータ群に分け、各アクチュエータ群に含まれるコンデンサの容量を、互いに異なるものになるように設定するステップと、各アクチュエータに駆動信号を与えるステップとを含む。 According to still another aspect of the present invention, there is provided a driving method for driving the above actuator array by a common driving signal. A power supply system including a capacitor supplies a voltage to each actuator when a drive signal is given. The driving method includes a step of dividing a plurality of actuators into a plurality of actuator groups, setting the capacities of capacitors included in each actuator group to be different from each other, and a step of giving a driving signal to each actuator.

この発明のさらに他の局面に従えば、上記のアクチュエータアレイを駆動信号によって駆動する駆動方法を提供する。駆動方法は、駆動信号によって駆動されるアクチュエータの個数を設定するステップと、各アクチュエータに駆動信号を与えるステップとを含む。 According to still another aspect of the present invention, there is provided a driving method for driving the actuator array by a driving signal. The driving method includes a step of setting the number of actuators driven by the driving signal and a step of supplying a driving signal to each actuator.

本発明に係るアクチュエータアレイは、駆動時には軸上の１方向に収縮し、非駆動時には自在に移動するアクチュエータを備える。したがって、アクチュエータアレイの動作の制御にあたっては、アクチュエータアレイに含まれるすべてのアクチュエータの動作を制御する必要がない。よって、本発明によれば、人工筋肉に適したアクチュエータアレイを提供することができる。 The actuator array according to the present invention includes actuators that contract in one direction on the shaft when driven and move freely when not driven. Therefore, in controlling the operation of the actuator array, it is not necessary to control the operations of all the actuators included in the actuator array. Therefore, according to the present invention, an actuator array suitable for artificial muscles can be provided.

この発明に係るアクチュエータを適用した機構の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the mechanism to which the actuator which concerns on this invention is applied. この発明に係るアクチュエータの要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the actuator which concerns on this invention. 図２に示したアクチュエータの動作原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle of operation of the actuator shown in FIG. 固定子２００の構造を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a structure of a stator 200. 変形例に従う固定子２５０の構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the stator 250 according to a modification. 回転体で偏心力を発生させることで変位を発生するアクチュエータの構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the actuator which generate | occur | produces a displacement by generating eccentric force with a rotary body. 実施の形態１に従うアクチュエータの構造を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a structure of an actuator according to the first embodiment. 実施の形態１に従うアクチュエータの要部を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principal part of the actuator according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態１に係るアクチュエータアレイの構造を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing a structure of an actuator array according to the first embodiment. 実施の形態２に係るアクチュエータアレイの構造を示した図である。FIG. 5 is a diagram showing a structure of an actuator array according to a second embodiment. 実施の形態３に係るアクチュエータアレイの構造を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing a structure of an actuator array according to a third embodiment. 実施の形態４に係るアクチュエータアレイの構造を示した図である。FIG. 10 is a diagram showing a structure of an actuator array according to a fourth embodiment. 同一の信号に対する応答開始時刻が互いに異なる２つのアクチュエータについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating two actuators from which the response start time with respect to the same signal differs mutually. 電子ボリュームを用いて各エレメントの閾値を設定する回路の図である。It is a figure of the circuit which sets the threshold value of each element using an electronic volume. 実施の形態６に係る電源供給系の図である。FIG. 10 is a diagram of a power supply system according to a sixth embodiment. エレメントの励起数と歪−応力特性の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the excitation number of an element, and a distortion-stress characteristic. 図７のアクチュエータの変形例に従うアクチュエータの要部を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principal part of the actuator according to the modification of the actuator of FIG. 相転移による体積変化を利用して変位を発生するアクチュエータの構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the actuator which generate | occur | produces a displacement using the volume change by a phase transition. クリアランスを設けたアクチュエータの可動子と固定子との接触構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the contact structure of the needle | mover and stator of an actuator which provided clearance. 支持部材を設けたアクチュエータの可動子と固定子との接触構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the contact structure of the needle | mover and stator of an actuator which provided the supporting member. その固定子が可とう性を有するアクチュエータを直列接続した構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure which connected the actuator which the stator has flexibility in series. 固定子と可動子との間の相対移動を所定範囲に規制するための構成を有するアクチュエータの要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the actuator which has the structure for controlling the relative movement between a stator and a needle | mover to a predetermined range. 固定子内に可動子が収容されるアクチュエータの要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the actuator by which a needle | mover is accommodated in a stator.

符号の説明Explanation of symbols

１機構、１０，２０部材、１０２，４０４受圧部、１００，１１０，１２０，１３０，１４０，３００可動子、１１２クリアランス、１２２突起部、１３２スリット、２００，２１０，２２０，２４０，２５０，２９０，４０２固定子、２０２シム材、２０４ａ圧電部材、２０６ａ表面電極、２０８交流電圧源、２１２回転体、２１４回転軸、２１６偏心体、２１８配線、２２２変位部、２２４形状記憶合金ファイバ、２２６リング部材、２２８電流源、２３０バネ部材、２３４変位部、２４２膨張収縮部、２４４ヒータ部、２４６電源部、２４８媒質、２５２コア部、２５４ａ，２５４ｂ，２５８ａ，２５８ｂ，２５８ｃ，２５８ｄ電極、２５６クラッド部、２５９直流電圧源、２９２，２９４ストッパ部、３０２回転体、３０４偏心体、５１０接続子、５２０接続点、６００平板、７００弾性体、８１０マイコン、８２０マルチプレクサ、８３１，８４１，８５１電子ボリューム、８３２，８４２，８５２抵抗、８３３，８４３，８５３電源、８３４，８４４，８５４コンパレータ、８３５，８４５，８５５正電源、８３６，８４６，８５６負電源、８３７，８４７，８５７トリガ、９１０信号発生器、９２０ダイオード、９３０電源、９４０コンデンサ、９５０スイッチ、９６０出力端子。 1 mechanism 10, 20 member, 102, 404 pressure receiving portion, 100, 110, 120, 130, 140, 300 mover, 112 clearance, 122 protrusion, 132 slit, 200, 210, 220, 240, 250, 290, 402 Stator, 202 Shim material, 204a Piezoelectric member, 206a Surface electrode, 208 AC voltage source, 212 Rotating body, 214 Rotating shaft, 216 Eccentric body, 218 Wiring, 222 Displacement part, 224 Shape memory alloy fiber, 226 Ring member, 228 Current source, 230 Spring member, 234 Displacement part, 242 Expansion / contraction part, 244 Heater part, 246 Power supply part, 248 Medium, 252 Core part, 254a, 254b, 258a, 258b, 258c, 258d Electrode, 256 Cladding part, 259 DC voltage source, 292, 294 Stopper, 302 Rotating body, 304 Eccentric body, 510 Connector, 520 Connection point, 600 Flat plate, 700 Elastic body, 810 Microcomputer, 820 Multiplexer, 831, 841, 851 Electronic volume, 832, 842, 852 Resistance, 833, 843 , 853 power supply, 834, 844, 854 comparator, 835, 845, 855 positive power supply, 836, 845, 856 negative power supply, 837, 847, 857 trigger, 910 signal generator, 920 diode, 930 power supply, 940 capacitor, 950 switch 960 Output terminal.

この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

［概要］
本発明は、生物のもつ筋肉の動作に近似した挙動を実現可能なアクチュエータアレイを提供するものである。[Overview]
The present invention provides an actuator array capable of realizing a behavior approximating the movement of a muscle of a living thing.

生物のもつ筋肉は、アクチンと、アクチン同士を連結するミオシンとを基本構造としている。筋肉の緊張時には、ミオシンがアクチン内に滑り込む（スライドする）ことで、アクチン間の距離が縮まって収縮動作が実現される。一方、筋肉の弛緩時には、アクチンとミオシンとの間は非常に緩い結合状態となり、小さい外力でミオシンはアクチンとの相対関係を自在に変化させる。すなわち、生物のもつ筋肉は、緊張状態にあれば一方向に収縮するとともに、弛緩状態にあれば外部からの力を受けて自由に伸張または収縮することになる。 The muscles of living organisms have a basic structure of actin and myosin that connects actin. During muscle tension, myosin slides into the actin (slides), thereby reducing the distance between the actin and realizing the contraction motion. On the other hand, at the time of muscle relaxation, actin and myosin are in a very loose binding state, and myosin freely changes the relative relationship with actin with a small external force. In other words, the muscles of a living body contract in one direction when in a tension state, and freely stretch or contract in response to an external force when in a relaxed state.

図１は、この発明に係るアクチュエータを適用した機構の一例を示す図である。
図１（Ａ）を参照して、機構１は、代表的に、２つの部材１０および２０をリンク結合したものであり、２つの部材１０および２０は、リンク部を中心にして相対的な回転移動が可能である。そして、部材１０と部材２０との間は、紙面上側および紙面下側において、複数の本発明に係るアクチュエータが直列に連結されている。本発明に係るアクチュエータは、基本構造として、可動子（ロータ）１００と、固定子（ステータ）２００とを含む。複数の可動子１００と固定子２００とが交互に連結され、全体的な収縮／弛緩運動を実現する。FIG. 1 is a view showing an example of a mechanism to which an actuator according to the present invention is applied.
Referring to FIG. 1 (A), mechanism 1 typically has two members 10 and 20 linked to each other, and two members 10 and 20 rotate relative to each other about a link portion. It is possible to move. A plurality of actuators according to the present invention are connected in series between the member 10 and the member 20 on the upper side and the lower side of the page. The actuator according to the present invention includes a mover (rotor) 100 and a stator (stator) 200 as a basic structure. A plurality of movers 100 and stators 200 are alternately connected to realize an overall contraction / relaxation motion.

図１（Ｂ）に示すように、部材２０が部材１０に対して、紙面上側に回転移動する場合には、紙面上側に配置されたアクチュエータが「収縮」動作を行なう一方で、紙面下側に配置されたアクチュエータが「滑り」動作を行なう。 As shown in FIG. 1B, when the member 20 rotates relative to the member 10 to the upper side of the drawing, the actuator disposed on the upper side of the drawing performs a “shrinkage” operation, while on the lower side of the drawing. The arranged actuator performs a “sliding” operation.

図１（Ｃ）に示すように、部材２０が部材１０に対して、紙面下側に回転移動する場合には、紙面下側に配置されたアクチュエータが「収縮」動作を行なう一方で、紙面上側に配置されたアクチュエータが「滑り」動作を行なう。 As shown in FIG. 1 (C), when the member 20 rotates relative to the member 10 to the lower side of the drawing, the actuator disposed on the lower side of the drawing performs a “shrink” operation, while the upper side of the drawing. The actuator arranged in the “sliding” operation.

「収縮」動作は、後述するように固定子２００が変位を生じることで可動子１００に対して応力を与え、この応力によって可動子１００と固定子２００とが所定の一方方向に相対移動するものである。また、「滑り」動作は、後述するように可動子１００と固定子２００との間の摩擦力が比較的小さな値に維持された状態で、両者が外部からの力に従って相対移動するものである。すなわち、「滑り」動作を行なうアクチュエータでは、その収縮または伸張に要する仕事量は非常に少なくて済む。その結果、図１（Ｂ）の場合では、紙面上側に配置されたアクチュエータが発生する仕事量は、ほぼすべて部材１０と部材２０との間の相対移動に用いられることになり、高い仕事効率を実現できる。また、図１（Ｃ）においても同様である。 In the “shrinkage” operation, as will be described later, a stress is applied to the mover 100 when the stator 200 is displaced, and the mover 100 and the stator 200 are relatively moved in one predetermined direction by this stress. It is. In addition, the “sliding” operation is such that both move relative to each other in accordance with the external force in a state where the frictional force between the mover 100 and the stator 200 is maintained at a relatively small value as will be described later. . That is, an actuator that performs a “sliding” operation requires very little work to contract or expand. As a result, in the case of FIG. 1B, almost all of the work generated by the actuator arranged on the upper side of the paper is used for the relative movement between the member 10 and the member 20, and high work efficiency is achieved. realizable. The same applies to FIG. 1C.

さらに、紙面上側および紙面下側に配置された２つのアクチュエータがいずれも「収縮」動作を行なうことで、機構１における剛性を高めることもできる。すなわち、２つのアクチュエータがいずれも「収縮」動作を行なうことで、部材１０と部材２０との間の相対位置を固定することも可能となる。 Furthermore, the rigidity of the mechanism 1 can be increased by performing the “shrinkage” operation of the two actuators arranged on the upper side and the lower side of the page. That is, the relative position between the member 10 and the member 20 can be fixed by performing the “shrinkage” operation of both the two actuators.

以上のように、実際の生物がもつ関節と同様に、能動筋に相当するアクチュエータと、拮抗筋に相当するアクチュエータとを一対で用いることで、高い自由度をもつ機構やデバイスを実現することができる。 As described above, a mechanism or device having a high degree of freedom can be realized by using a pair of an actuator corresponding to an active muscle and an actuator corresponding to an antagonistic muscle, like a joint of an actual organism. it can.

［アクチュエータについて］
本発明に係るアクチュエータアレイは、上述の可動子１００と固定子２００を基本構造とするアクチュエータを複数配列したものである。ここで、アクチュエータアレイの基本構造となるアクチュエータについて説明しておく。なお、アクチュエータは、本発明に係るアクチュエータアレイの基本構造となるため、以下では、「エレメント」と呼ぶこともある。[About the actuator]
The actuator array according to the present invention is an array in which a plurality of actuators having the above-described mover 100 and stator 200 as basic structures are arranged. Here, the actuator that is the basic structure of the actuator array will be described. In addition, since an actuator becomes the basic structure of the actuator array which concerns on this invention, it may also be called an "element" below.

＜全体構成＞
本発明に係るアクチュエータの構成の一例について、図２を参照して説明する。図２は、本発明に係るアクチュエータの要部を示す断面図である。図２（Ａ）は、伸張状態を示し、図２（Ｂ）は、収縮状態を示す。<Overall configuration>
An example of the configuration of the actuator according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a main part of the actuator according to the present invention. FIG. 2A shows an expanded state, and FIG. 2B shows a contracted state.

図２を参照して、本発明に係るアクチュエータは、中空の可動子（ロータ）１００と、ロッド状の固定子（ステータ）２００とを含む。可動子１００および固定子２００は、共通の軸に沿って配置され、所定の移動軸に沿って相対移動可能に構成される。すなわち、ロッド状の固定子２００がその両端に位置する可動子１００内に収容されることで、隣接する可動子１００の間の距離が縮まって収縮動作が実現される。なお、可動子１００および固定子２００は、その断面が円形である円柱形状であってもよいし、その断面が多角形である多角柱形状であってもよい。以下の説明では、説明の便宜上、可動子１００および固定子２００が円柱形状である場合について例示する。 Referring to FIG. 2, the actuator according to the present invention includes a hollow mover (rotor) 100 and a rod-shaped stator (stator) 200. The mover 100 and the stator 200 are arranged along a common axis, and are configured to be relatively movable along a predetermined movement axis. That is, when the rod-shaped stator 200 is accommodated in the mover 100 located at both ends thereof, the distance between the adjacent movers 100 is reduced, and the contraction operation is realized. The mover 100 and the stator 200 may have a cylindrical shape with a circular cross section, or may have a polygonal column shape with a polygonal cross section. In the following description, for convenience of explanation, the case where the mover 100 and the stator 200 are cylindrical is illustrated.

本明細書において、「可動子」または「ロータ」との名称は、外見上、隣接するもの同士の距離が変化することに着目して付したものであり、「固定子」または「ステータ」との名称は、外見上、自身が移動することはないことに着目して付したものである。しかしながら、これらの名称は便宜的のものに過ぎず、これらの意義はその名称に拘泥されるものではない。 In the present specification, the names “mover” or “rotor” are given with a focus on the fact that the distance between adjacent ones changes in appearance, and is referred to as “stator” or “stator”. The name is given by paying attention to the fact that it does not move in appearance. However, these names are for convenience only and their significance is not bound by the names.

図２（Ａ）に示すように、可動子１００の両端の略中心軸には、それぞれ固定子２００が貫通するための穴部が形成されており、固定子２００が自在に滑り（スライド）可能に構成される。以下の説明では、可動子１００および固定子２００の中心軸に沿った方向を「軸方向」とも称し、この軸方向に対して垂直な方向を「径方向」とも称す。 As shown in FIG. 2 (A), holes for allowing the stator 200 to pass therethrough are formed in the substantially central axes at both ends of the mover 100, and the stator 200 can freely slide (slide). Configured. In the following description, a direction along the central axis of the mover 100 and the stator 200 is also referred to as “axial direction”, and a direction perpendicular to the axial direction is also referred to as “radial direction”.

可動子１００の穴部には、軸方向に沿った径方向の大きさ（半径）が不均一な受圧部１０２が形成されている。図２（Ｂ）に示すように、アクチュエータの駆動時において、固定子２００は少なくとも径方向の変位（変形）を生じる。受圧部１０２は、この固定子２００による径方向の変位を受けて、可動子１００および固定子２００を軸方向に沿って所定の向き（可動子１００同士が近接する向き）に相対移動させるための作用力を及ぼす。 A pressure receiving portion 102 having a nonuniform radial size (radius) along the axial direction is formed in the hole portion of the mover 100. As shown in FIG. 2B, when the actuator is driven, the stator 200 is at least displaced (deformed) in the radial direction. The pressure receiving unit 102 receives the displacement in the radial direction by the stator 200 and relatively moves the mover 100 and the stator 200 in a predetermined direction (direction in which the movers 100 are close to each other) along the axial direction. Exert acting force.

すなわち、駆動時には、固定子２００が径方向に押し広げるような力を連続的に発生することで、固定子２００がその両端に位置する可動子１００内に収容され、この結果、隣接する可動子１００の間の距離が縮まって収縮動作が実現される。一方、非駆動時には、可動子１００と固定子２００との間には、相対的に低い摩擦力のみが生じるので、外部からの僅かな力を受けて両者は自在に相対移動できる。 That is, at the time of driving, the stator 200 is continuously generated in the radial direction such that the stator 200 pushes in the radial direction, so that the stator 200 is accommodated in the mover 100 located at both ends thereof. The distance between 100 is reduced and the contraction operation is realized. On the other hand, when not driven, only a relatively low frictional force is generated between the mover 100 and the stator 200, so that they can be relatively moved by receiving a slight external force.

＜動作原理＞
図３は、図２に示したアクチュエータの動作原理を説明するための図である。図３（Ａ）は、駆動時の収縮動作を示し、図３（Ｂ）は、非駆動時の滑り動作を示す。<Operating principle>
FIG. 3 is a view for explaining the operation principle of the actuator shown in FIG. FIG. 3 (A) shows a contracting operation during driving, and FIG. 3 (B) shows a sliding operation during non-driving.

図３（Ａ）を参照して、本実施の形態に従うアクチュエータでは、駆動時には固定子２００が少なくとも径方向に変位（変形）を生じ、この変位によって可動子１００の受圧部１０２は応力Ｆを受ける。 With reference to FIG. 3A, in the actuator according to the present embodiment, stator 200 is displaced (deformed) at least in the radial direction when driven, and pressure receiving portion 102 of mover 100 receives stress F due to this displacement. .

可動子１００には、軸方向に沿った径方向の大きさ（半径）が不均一に形成された受圧部１０２が形成されている。代表的に、受圧部１０２は、軸方向を中心としたテーパー形状を有し、固定子２００から受けた応力から軸方向に非対称な分力（作用力）を発生する。すなわち、本実施の形態に従う受圧部１０２は、その面に応力Ｆを受けると、軸方向に沿って紙面右向きの作用力Ｆａを及ぼす。この作用力Ｆａによって、可動子１００が紙面右向きに移動する力、および固定子２００が紙面左向きに移動する力が生じる。 The movable element 100 is formed with a pressure receiving portion 102 in which the size (radius) in the radial direction along the axial direction is uneven. Typically, the pressure receiving portion 102 has a taper shape centered in the axial direction, and generates a component force (acting force) that is asymmetric in the axial direction from the stress received from the stator 200. That is, when pressure receiving portion 102 according to the present embodiment receives stress F on its surface, it exerts an acting force Fa that is directed to the right in the drawing along the axial direction. This acting force Fa generates a force that moves the mover 100 to the right in the drawing and a force that moves the stator 200 to the left in the drawing.

なお、受圧部１０２の形状としては、テーパー形状に限定されることなく、固定子２００から受けた応力から軸方向に非対称な分力（作用力）を発生できる形状であればいずれの形状であってもよい。 The shape of the pressure receiving portion 102 is not limited to a tapered shape, and any shape is possible as long as it can generate an asymmetrical component force (acting force) in the axial direction from the stress received from the stator 200. May be.

図３（Ｂ）を参照して、本実施の形態に従うアクチュエータでは、非駆動時には固定子２００が軸方向に延伸する形状を維持するので、可動子１００と固定子２００とは、受圧部１０２の一部と接触し得るものの、その摩擦力は相対的に小さい。したがって、非駆動時には、可動子１００と固定子２００との間は、その相対関係を自在に変化させることができる。 With reference to FIG. 3 (B), in the actuator according to the present embodiment, the stator 200 maintains the shape in which the stator 200 extends in the axial direction when not driven. Although it can contact a part, its frictional force is relatively small. Therefore, when not driven, the relative relationship between the movable element 100 and the stator 200 can be freely changed.

そのため、本実施の形態に従うアクチュエータは、非駆動時において、わずかな仕事量で位置関係を変化させる「滑り」動作を実現できる。 Therefore, the actuator according to the present embodiment can realize a “sliding” operation in which the positional relationship is changed with a small amount of work when not driven.

＜固定子の構造＞
以下、図４を参照して、図２に示した固定子２００の構造について説明する。図４は、固定子２００の構造を示す模式図である。可動子１００の受圧部に対して応力を与えることが可能な固定子２００の一例として、電圧を印加されることで圧電効果、電歪効果、磁歪効果、マクスウェル力などによってひずみを生じるひずみ部材を用いて構成することができる。すなわち、変位部の主構成部材として、逆圧電作用によって変形する圧電材料を含む固定子２００を用いることができる。<Structure of stator>
Hereinafter, the structure of the stator 200 shown in FIG. 2 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing the structure of the stator 200. As an example of the stator 200 capable of applying a stress to the pressure receiving portion of the mover 100, a strain member that generates a strain due to a piezoelectric effect, an electrostrictive effect, a magnetostrictive effect, Maxwell force, or the like when a voltage is applied. Can be configured. That is, the stator 200 including a piezoelectric material that is deformed by a reverse piezoelectric action can be used as a main component of the displacement portion.

図４を参照して、本実施の形態に従う固定子２００は、いわゆるバイモルフ構造であり、その表面に銅などの導電性材料が形成されたシム材２０２と、シム材２０２の両サイドにそれぞれ接着された圧電部材２０４ａおよび２０４ｂと、圧電部材２０４ａおよび２０４ｂの外周側の表面に形成された表面電極２０６ａおよび２０６ｂとからなる。なお、シム材２０２は、非駆動時に固定子２００全体を軸方向に向けるための弾性補強部材である。 Referring to FIG. 4, stator 200 according to the present embodiment has a so-called bimorph structure, and has a shim material 202 having a conductive material such as copper formed on the surface thereof, and is bonded to both sides of shim material 202. Piezoelectric members 204a and 204b, and surface electrodes 206a and 206b formed on the outer peripheral surfaces of the piezoelectric members 204a and 204b. The shim member 202 is an elastic reinforcing member for directing the entire stator 200 in the axial direction when not driven.

アクチュエータの駆動時において、シム材２０２と、表面電極２０６ａおよび２０６ｂとの間には、交流電圧源２０８によって所定の交流電圧が印加される。圧電部材２０４ａおよび２０４ｂには、シム材２０２を中心として対称の電界が印加されるので、圧電部材２０４ａおよび２０４ｂに生じる内部電界の方向は、互いに反対になる。ここで、圧電部材２０４ａおよび２０４ｂは、印加される電界の方向によって伸縮方向を異ならせる異方性を有している。そのため、圧電部材２０４ａおよび２０４ｂに上述のような交流電圧が印加されると、圧電部材２０４ａおよび２０４ｂのうち一方は伸張し、他方は収縮することになる。したがって、交流電圧源２０８が交流電圧を印加、すなわち圧電部材２０４ａおよび２０４ｂでの電界方向を所定時間毎に切り換えることで、固定子２００全体として、径方向（図４では、紙面上下方向）に周期的に変形することになる。 When the actuator is driven, a predetermined AC voltage is applied between the shim member 202 and the surface electrodes 206a and 206b by the AC voltage source 208. Since a symmetrical electric field is applied to the piezoelectric members 204a and 204b around the shim material 202, the directions of the internal electric fields generated in the piezoelectric members 204a and 204b are opposite to each other. Here, the piezoelectric members 204a and 204b have anisotropy that varies the expansion / contraction direction depending on the direction of the applied electric field. Therefore, when the above AC voltage is applied to the piezoelectric members 204a and 204b, one of the piezoelectric members 204a and 204b expands and the other contracts. Therefore, the AC voltage source 208 applies an AC voltage, that is, the electric field direction in the piezoelectric members 204a and 204b is switched at predetermined time intervals, whereby the stator 200 as a whole has a period in the radial direction (vertical direction in FIG. 4). Will be transformed.

駆動時には、このような固定子２００の周期的な変形によって、上述した受圧部１０２によって軸方向の作用力が発生し、可動子１００同士の収縮動作が実現される。一方、非駆動時には、固定子２００が軸方向に延伸した形状を維持するので、滑り動作を実現することもできる。 At the time of driving, due to the periodic deformation of the stator 200, an axial acting force is generated by the pressure receiving portion 102 described above, and a contraction operation between the movers 100 is realized. On the other hand, since the stator 200 maintains the shape extended in the axial direction when not driven, a sliding operation can also be realized.

また、上述のようなバイモルフ構造に代えて、１層の圧電部材を用いたユニモルフ構造を採用することもできる。なお、この場合の断面形状は、多角形となるので、可動子１００の両端には、楕円または多角形の穴部を形成することが好ましい。 Moreover, it can replace with the above bimorph structures and can also employ | adopt the unimorph structure using the piezoelectric member of one layer. In addition, since the cross-sectional shape in this case becomes a polygon, it is preferable to form an elliptical or polygonal hole at both ends of the mover 100.

さらに、このようなバイモルフ構造を用いた別形態として、２本の圧電ファイバを対にして用いる構成も可能である。この圧電ファイバは、所定の金属材料からなるコア部を配置し、このコア部の周辺に圧電部材でクラッド部を形成するとともに、クラッド部の外表面にスパッタリングなどを用いて電極を形成することで製造される。さらに、このように製造された２つの圧電ファイバをペアにし、長手方向に沿って互いに接着することで、バイモルフ構造とすることができる。 Furthermore, as another embodiment using such a bimorph structure, a configuration using two piezoelectric fibers in pairs is also possible. In this piezoelectric fiber, a core part made of a predetermined metal material is arranged, a clad part is formed with a piezoelectric member around the core part, and an electrode is formed on the outer surface of the clad part using sputtering or the like. Manufactured. Furthermore, it can be set as a bimorph structure by making two piezoelectric fibers manufactured in this way into a pair, and mutually adhere | attaching along a longitudinal direction.

このような一対の圧電ファイバからなるバイモルフ構造では、コア部と外表面の電極との間に、互いに逆位相の交流電圧をそれぞれの圧電ファイバに印加することで、径方向に周期的に変形させることができる。なお、この場合の断面形状は、楕円または多角形となるので、可動子１００の両端には、楕円または多角形の穴部を形成することが好ましい。 In such a bimorph structure composed of a pair of piezoelectric fibers, an alternating voltage having an opposite phase is applied to each piezoelectric fiber between the core portion and the electrode on the outer surface to periodically deform in the radial direction. be able to. In addition, since the cross-sectional shape in this case becomes an ellipse or a polygon, it is preferable to form an ellipse or a polygonal hole at both ends of the mover 100.

さらに、電圧を印加されることで生じる圧電効果、電歪効果、マクスウェル力などによってひずみを別の形で変位として取り出すこともできる。 Further, the strain can be taken out as a displacement in another form by a piezoelectric effect, an electrostrictive effect, a Maxwell force, etc. generated by applying a voltage.

図５は、変形例に従う固定子２５０の構造を示す模式図である。
図５を参照して、変形例に従う固定子２５０は、導電性のコア部２５２と、コア部２５２の周辺に同心円状態に形成されたクラッド部２５６とを備える。クラッド部２５６は、圧電部材、電歪部材、誘電部材などを含み、電圧の印加によって生じる内部電界を受けて変位を生じる。なお、コア部２５２は、金属または導電性のフィラーを混入したポリマーなどからなる。また、クラッド部２５６を形成する圧電部材、電歪部材、誘電部材は、セラミックスまたはポリマー、あるいはそれらのコンポジット（混合）などからなる。FIG. 5 is a schematic diagram showing the structure of a stator 250 according to a modification.
Referring to FIG. 5, a stator 250 according to the modification includes a conductive core portion 252 and a clad portion 256 formed in a concentric state around the core portion 252. The clad portion 256 includes a piezoelectric member, an electrostrictive member, a dielectric member, and the like, and generates a displacement in response to an internal electric field generated by applying a voltage. The core portion 252 is made of a polymer mixed with a metal or a conductive filler. In addition, the piezoelectric member, the electrostrictive member, and the dielectric member that form the clad portion 256 are made of ceramics, polymer, or composite (mixed) thereof.

クラッド部２５６の軸方向の各端面には、コア部２５２と電気的に接続された電極２５４ａ，２５４ｂが形成され、電極２５４ａ，２５４ｂはクラッド部２５６の軸方向への延びを規制する機能も果たす。また、クラッド部２５６の周囲には、電極２５８ａ，２５８ｂ，２５８ｃ，２５８ｄが形成されている。 Electrodes 254a and 254b that are electrically connected to the core portion 252 are formed on the end surfaces in the axial direction of the cladding portion 256, and the electrodes 254a and 254b also serve to regulate the extension of the cladding portion 256 in the axial direction. . In addition, electrodes 258a, 258b, 258c, and 258d are formed around the cladding portion 256.

アクチュエータの駆動時において、電極２５４ａ，２５４ｂおよびコア部２５２と、電極２５８ａ，２５８ｂ，２５８ｃ，２５８ｄとの間には、直流電圧源２５９によって所定の直流電圧が印加される。この結果、クラッド部２５６には分極作用によって変位が生じ、軸方向への変形は電極２５４ａ，２５４ｂによって規制されるため、この生じた変位は径方向への変形として現れる。 When the actuator is driven, a predetermined DC voltage is applied by the DC voltage source 259 between the electrodes 254a and 254b and the core portion 252 and the electrodes 258a, 258b, 258c and 258d. As a result, the cladding portion 256 is displaced due to the polarization action, and the deformation in the axial direction is restricted by the electrodes 254a and 254b. Therefore, the generated displacement appears as a deformation in the radial direction.

駆動時には、このような固定子２５０の径方向への変形によって、上述した受圧部１０２によって軸方向の作用力が発生し、可動子１００同士の収縮動作が実現される。一方、非駆動時には、固定子２５０は元の（変形がない）形状を維持するので、滑り動作を実現することもできる。 At the time of driving, due to the deformation of the stator 250 in the radial direction, an acting force in the axial direction is generated by the pressure receiving portion 102 described above, and the contraction operation between the movers 100 is realized. On the other hand, when not driven, the stator 250 maintains the original shape (no deformation), and thus a sliding operation can be realized.

なお、上述した固定子２００，２５０で生じる変位は、軸を中心として生じるようにしてもよいし、尾ひれ運動のように、軸からずれた位置を中心として生じるような変位であってもよい。 The displacement generated in the stators 200 and 250 described above may be generated with the axis as the center, or may be generated with the position shifted from the axis as the center, such as a tail fin motion.

これらのアクチュエータによれば、駆動時には、固定子が少なくとも径方向の変位を発生させることで、固定子が対応の可動子の中に収容されることで、可動子間の収縮動作を行なうとともに、非駆動時には、可動子と固定子とは、外部からの僅かな力を受けて自在に相対移動できる。そのため、生物のもつ筋肉の動作に近似した挙動を実現できる。 According to these actuators, at the time of driving, the stator generates displacement at least in the radial direction, so that the stator is accommodated in the corresponding mover, and the contraction operation between the movers is performed. When not driven, the mover and the stator can freely move relative to each other by receiving a slight force from the outside. Therefore, it is possible to realize a behavior that approximates the movement of the muscles of living things.

また、これらのアクチュエータによれば、可動子と固定子との間の静止摩擦力が小さいので、駆動時における磨耗を低減することができる。そのため、アクチュエータの寿命を延ばすことができる。 Moreover, according to these actuators, since the static frictional force between the mover and the stator is small, it is possible to reduce wear during driving. Therefore, the life of the actuator can be extended.

これまでは、圧電効果、電歪効果、磁歪効果、マクスウェル力などによって生じるひずみを利用して変位を発生する構成について例示したが、回転体で偏心力を発生させることで変位を発生する構成を用いることもできる。 So far, the configuration that generates displacement by using the strain generated by the piezoelectric effect, electrostrictive effect, magnetostrictive effect, Maxwell force, etc. has been illustrated, but the configuration that generates the displacement by generating the eccentric force by the rotating body. It can also be used.

図６は、回転体で偏心力を発生させることで変位を発生するアクチュエータの構造を示す模式図である。 FIG. 6 is a schematic diagram showing the structure of an actuator that generates displacement by generating an eccentric force with a rotating body.

図６に示したアクチュエータは、図２で説明したものと同様の可動子１００と、固定子２１０とを含む。本アクチュエータにおける可動子１００については、図２で説明したものと同様であるので、詳細な説明は繰返さない。 The actuator shown in FIG. 6 includes a mover 100 and a stator 210 similar to those described in FIG. Movable element 100 in this actuator is the same as that described with reference to FIG. 2, and therefore detailed description will not be repeated.

固定子２１０は、その両サイドに配置された回転体２１２と、回転体２１２の回転軸２１４から偏心して連結された偏心体２１６とを含む。回転体２１２は、代表的にモータなどの電動機からなり、アクチュエータの駆動時において、図示しない電源装置から配線２１８を介して電力が供給される。この固定子２１０と一体化された回転体２１２の回転に伴って偏心体２１６も回転し、この偏心体２１６の回転に伴って径方向に偏心力が生じる。そして、この径方向への偏心力によって、固定子２１０の両端部が径方向に変形を生じる。 The stator 210 includes a rotating body 212 disposed on both sides thereof, and an eccentric body 216 that is eccentrically connected to the rotating shaft 214 of the rotating body 212. The rotator 212 is typically made of an electric motor such as a motor, and is supplied with power from a power supply device (not shown) via a wiring 218 when the actuator is driven. The eccentric body 216 also rotates with the rotation of the rotating body 212 integrated with the stator 210, and an eccentric force is generated in the radial direction with the rotation of the eccentric body 216. Then, due to the eccentric force in the radial direction, both end portions of the stator 210 are deformed in the radial direction.

なお、上述したような、その回転軸を固定子２１０の中心軸と一致させて電動機を配置するとともに、この電動機の回転軸に偏心体を付加する構成に代えて、断面形状の不均一にし、電動機自体から偏心力が発生するようにしてもよい。 In addition, as described above, the electric motor is arranged with its rotation axis coinciding with the central axis of the stator 210, and instead of the configuration in which an eccentric body is added to the rotation axis of this electric motor, the cross-sectional shape is made non-uniform, An eccentric force may be generated from the electric motor itself.

その他の構成については、すでに説明したものと同様であるので、詳細な説明は繰返さない。 Since other configurations are similar to those already described, detailed description will not be repeated.

このアクチュエータによれば、図２に示したアクチュエータと同様の効果を発揮できるとともに、適切なモータを選択することで、任意の駆動力を実現することができる。 According to this actuator, the same effect as the actuator shown in FIG. 2 can be exhibited, and an arbitrary driving force can be realized by selecting an appropriate motor.

［実施の形態１］
本発明に係るアクチュエータアレイは、上述のような、駆動時に収縮し、非駆動時にはその固定子と可動子が相対的に自在に移動するアクチュエータを複数組み合わせたものである。[Embodiment 1]
The actuator array according to the present invention is a combination of a plurality of actuators that contract when driven as described above and whose stator and mover move relatively freely when not driven.

本実施の形態に係るアクチュエータアレイは、図７に示すようなアクチュエータを基本構造とするものとする。 The actuator array according to the present embodiment has an actuator as shown in FIG. 7 as a basic structure.

図７は、この発明の実施の形態１に従うアクチュエータの構造を示す模式図である。
図７を参照して、本実施の形態に従うアクチュエータは、上述の実施の形態１と同様の可動子１００と、固定子２２０とを含む。本実施の形態に従うアクチュエータにおける可動子１００については、図２と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。固定子２２０は、代表的にマルテンサイト変態によって形状を変化させる変位部２２２を有しており、この変位部２２２による変位を受けて、アクチュエータの収縮動作が実現される。なお、本実施の形態における変位部２２２の変位速度は、図２に示したアクチュエータの変位速度に比較して、緩やかである。FIG. 7 is a schematic diagram showing the structure of the actuator according to the first embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 7, the actuator according to the present embodiment includes a mover 100 and a stator 220 similar to those in the first embodiment. Movable element 100 in the actuator according to the present embodiment is the same as that in FIG. 2, and therefore detailed description will not be repeated. The stator 220 typically has a displacement portion 222 that changes its shape by martensitic transformation, and the contraction operation of the actuator is realized by receiving the displacement by the displacement portion 222. Note that the displacement speed of the displacement portion 222 in the present embodiment is moderate as compared with the displacement speed of the actuator shown in FIG.

図８は、この発明の実施の形態１に従うアクチュエータの要部を説明するための図である。 FIG. 8 is a diagram for illustrating a main part of the actuator according to the first embodiment of the present invention.

図８（Ａ）および図８（Ｂ）を参照して、本実施の形態に従う可動子は、Ｔｉ−Ｎｉ系材料からなる形状記憶合金ファイバ２２４を用いて構成される。より具体的には、形状記憶合金ファイバ２２４には、高温時の記憶形状として、ほぼ直線状の形状を与えておく。そして、この形状記憶合金ファイバ２２４を室温下においてコイル状に巻き、このコイル形状にした形状記憶合金ファイバ２２４を、たとえばゴムなどの弾性材料からなるリング部材２２６により結束する。 8A and 8B, the mover according to the present embodiment is configured using shape memory alloy fiber 224 made of a Ti—Ni-based material. More specifically, the shape memory alloy fiber 224 is given a substantially linear shape as a memory shape at a high temperature. Then, the shape memory alloy fiber 224 is wound in a coil shape at room temperature, and the shape memory alloy fiber 224 having the coil shape is bound by a ring member 226 made of an elastic material such as rubber.

このように構成された変位部２２２を加熱すると、形状記憶合金ファイバ２２４は記憶形状である直線形状に戻ろうとするため、変位部２２２の剛性が高まる。その結果、形状記憶合金ファイバ２２４は、リング部材２２６による締め付け力を超えて、径方向に押し広がっていく。 When the displacement part 222 configured as described above is heated, the shape memory alloy fiber 224 attempts to return to the linear shape which is a memory shape, and thus the rigidity of the displacement part 222 is increased. As a result, the shape memory alloy fiber 224 pushes and spreads in the radial direction beyond the tightening force by the ring member 226.

本実施の形態に従う変位部２２２は、このような形状記憶合金ファイバ２２４が発生する径方向へ押し広がる力を用いて、径方向の変位（変形）を生じる。 Displacement portion 222 according to the present embodiment generates a displacement (deformation) in the radial direction by using the force that spreads in the radial direction generated by shape memory alloy fiber 224.

図８（Ｃ）を参照して、本実施の形態では、電流源２２８から形状記憶合金ファイバ２２４に電流を通電し、この電流によって生じるジュール熱を用いて、形状記憶合金ファイバ２２４を加熱する。なお、形状記憶合金ファイバ２２４は、変態点を超えなければ変形を生じないので、電流源２２８の電流供給能力は、形状記憶合金ファイバ２２４の変態点に応じて適切に設計される。すなわち、電流源２２８は、形状記憶合金ファイバ２２４に対して変態点をまたぐ温度変化を与えることができるように、その供給電流値が設計される。 Referring to FIG. 8C, in the present embodiment, a current is supplied from current source 228 to shape memory alloy fiber 224, and shape memory alloy fiber 224 is heated using Joule heat generated by this current. Since the shape memory alloy fiber 224 does not deform unless the transformation point is exceeded, the current supply capability of the current source 228 is appropriately designed according to the transformation point of the shape memory alloy fiber 224. That is, the supply current value of the current source 228 is designed so that the temperature change across the transformation point can be applied to the shape memory alloy fiber 224.

このように、本実施の形態に従うアクチュエータにおいては、駆動時には、形状記憶合金ファイバ２２４が加熱されて径方向に押し広げるような力を連続的に発生させることで、固定子２２０が可動子１００内に収容され、この結果、隣接する可動子１００の間の距離が縮まって収縮動作が実現される。一方、非駆動時には、冷却されることで形状記憶合金ファイバ２２４の剛性が低下し、リング部材２２６による締め付け力によって形状記憶合金ファイバ２２４は押し潰される。その結果、可動子１００と固定子２２０とは、外部からの僅かな力を受けて両者は自在に相対移動できるようになる。 As described above, in the actuator according to the present embodiment, during driving, the shape memory alloy fiber 224 is heated to continuously generate a force that expands in the radial direction, so that the stator 220 is moved into the mover 100. As a result, the distance between the adjacent movable elements 100 is reduced, and the contraction operation is realized. On the other hand, when not driven, the rigidity of the shape memory alloy fiber 224 is reduced by cooling, and the shape memory alloy fiber 224 is crushed by the tightening force of the ring member 226. As a result, the mover 100 and the stator 220 can be relatively moved by receiving a slight external force.

なお、形状記憶合金ファイバ２２４を加熱する方法としては、上述したように、電流源２２８から形状記憶合金ファイバ２２４に通電する構成に代えて、可動子１００の内側または外側に配置された熱源を用いて、形状記憶合金ファイバ２２４を直接的または間接的に加熱してもよい。 In addition, as a method of heating the shape memory alloy fiber 224, as described above, a heat source disposed inside or outside the mover 100 is used instead of the configuration in which the shape memory alloy fiber 224 is energized from the current source 228. The shape memory alloy fiber 224 may be heated directly or indirectly.

このアクチュエータは、図２に示したものと同様の効果を発揮できるとともに、変位の発生に要する時間が長いので、よりゆっくりと変位を生じさせる必要のあるアプリケーションに適する。 This actuator can exhibit the same effect as that shown in FIG. 2 and has a long time required for the occurrence of displacement, and therefore is suitable for an application that needs to cause displacement more slowly.

なお、本実施の形態においては、図７に示したアクチュエータを基本構造とするアクチュエータアレイを説明するが、他の構造のアクチュエータを用いてもよい。例えば、図２に示したアクチュエータを用いてもよいし、後述する他の構成のアクチュエータを用いてもよい。 In this embodiment, an actuator array having the basic structure of the actuator shown in FIG. 7 will be described. However, an actuator having another structure may be used. For example, the actuator shown in FIG. 2 may be used, or an actuator having another configuration described later may be used.

図９を参照して、実施の形態１に係るアクチュエータアレイの構造について説明する。図９は、実施の形態１に係るアクチュエータアレイの構造を示した図である。 The structure of the actuator array according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a diagram showing the structure of the actuator array according to the first embodiment.

図９に示すように、実施の形態１に係るアクチュエータアレイは、複数のアクチュエータが直列接続された構造を含む。ここで複数のアクチュエータが「直列接続」されているとは、アクチュエータの固定子同士が接続されていることを指す。なお、ここでの固定子同士の接続には、２つのアクチュエータに含まれる固定子が一体的に形成されている場合も含む。図に示したのは、このような場合である。 As shown in FIG. 9, the actuator array according to the first embodiment includes a structure in which a plurality of actuators are connected in series. Here, a plurality of actuators being “in series connection” means that the stators of the actuators are connected to each other. Here, the connection between the stators includes the case where the stators included in the two actuators are integrally formed. This is the case shown in the figure.

また、実施の形態１に係るアクチュエータアレイは、複数のアクチュエータの末端が、接続子５１０により１つの接続点５２０で接続されている構造を含む。接続点５１０を動かそうとする対象物に接続することで、接続点５１０が作用点となって、対象物に力を及ぼすことができる。なお、ここでは複数のアクチュエータを１つの接続点に接続する構成を示したが、１枚の平板に接続し、その平板を作用面とすることで、対象物に力を及ぼすという構成もとれる。 In addition, the actuator array according to Embodiment 1 includes a structure in which the ends of a plurality of actuators are connected at one connection point 520 by a connector 510. By connecting the connection point 510 to an object to be moved, the connection point 510 becomes an action point, and a force can be exerted on the object. In addition, although the structure which connected several actuators to one connection point was shown here, the structure which exerts force on a target object by connecting to one flat plate and making the flat plate into an action surface is also taken.

直列に接続された複数のアクチュエータを変位させることにより、単独のアクチュエータに比べ、大きな変位を得ることができる。 By displacing a plurality of actuators connected in series, a large displacement can be obtained compared to a single actuator.

また、１つの接続点あるいは平板に接続された複数のアクチュエータを同時に駆動することで、単独のアクチュエータに比べ、大きな力を発生することができる。 Further, by simultaneously driving a plurality of actuators connected to one connection point or a flat plate, a larger force can be generated compared to a single actuator.

本発明の特徴的な点は、１つの固定子２１０が変形すると、それに対応する可動子１００が動かされ、それに伴って、その可動子１００に並列に接続された別の可動子１００が動かされることにある。各アクチュエータは、非駆動時には、自在に移動するため、他のアクチュエータの駆動の妨げとならない。また、複数のアクチュエータが駆動されている場合も、駆動されている各アクチュエータは収縮動作を行なうため、全体として必ず収縮するように動作する。駆動信号のタイミングによって、発生する力が打ち消しあうといったことは起こらない。また、仮に、故障しているアクチュエータがあったとしても、他のアクチュエータによって、収縮動作を実現できる。よって、このアクチュエータアレイは、含まれる少なくとも１つのアクチュエータの動作を制御することによって、その動作を制御できるという特性を持つ。 A characteristic point of the present invention is that when one stator 210 is deformed, the corresponding mover 100 is moved, and accordingly, another mover 100 connected in parallel to the mover 100 is moved. There is. Since each actuator moves freely when not driven, it does not hinder the driving of other actuators. Further, even when a plurality of actuators are driven, each driven actuator performs a contraction operation, so that the entire actuator always operates to contract. Depending on the timing of the drive signal, the generated forces will not cancel each other. Moreover, even if there is a malfunctioning actuator, the contraction operation can be realized by another actuator. Therefore, this actuator array has a characteristic that its operation can be controlled by controlling the operation of at least one of the included actuators.

［実施の形態２］
図１０を参照して、実施の形態２に係るアクチュエータアレイの構造について説明する。図１０は、実施の形態２に係るアクチュエータアレイの構造を示した図である。なお、本実施の形態においては、図７に示したアクチュエータを基本構造とするアクチュエータアレイを説明するが、実施の形態１でも説明したとおり、他の構造のアクチュエータを用いてもよい。[Embodiment 2]
The structure of the actuator array according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10 shows the structure of the actuator array according to the second embodiment. In the present embodiment, an actuator array having the basic structure of the actuator shown in FIG. 7 will be described. However, as described in the first embodiment, an actuator having another structure may be used.

図１０に示すように、本実施の形態に係るアクチュエータアレイは、平板６００の一方の面に３つのアクチュエータが接続され、平板６００のもう一方の面に３つのアクチュエータが接続されている。このように平板を介して複数のアクチュエータ同士を直列接続することで、変位および発生力の大きいアクチュエータアレイを実現できる。 As shown in FIG. 10, in the actuator array according to the present embodiment, three actuators are connected to one surface of flat plate 600, and three actuators are connected to the other surface of flat plate 600. Thus, by connecting a plurality of actuators in series via a flat plate, an actuator array having a large displacement and generating force can be realized.

［実施の形態３］
図１１を参照して、実施の形態３に係るアクチュエータアレイの構造について説明する。図１１は、実施の形態３に係るアクチュエータアレイの構造を示した図である。なお、本実施の形態においては、図７に示したアクチュエータを基本構造とするアクチュエータアレイを説明するが、これまで説明した各実施の形態と同様に、他の構造のアクチュエータを用いてもよい。[Embodiment 3]
The structure of the actuator array according to the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a diagram illustrating a structure of an actuator array according to the third embodiment. In this embodiment, an actuator array having the basic structure of the actuator shown in FIG. 7 will be described. However, similarly to the embodiments described so far, actuators of other structures may be used.

本実施の形態に係るアクチュエータアレイは、隣接するアクチュエータの固定子１００同士が、弾性体７００により並列接続されている構造をもつ。ここで、「並列接続」とは、アクチュエータの可動子同士が接続されていることを指す。並列接続されたいくつかのアクチュエータがまとまって動くので、個々のアクチュエータに働く力が分散される。 The actuator array according to the present embodiment has a structure in which stators 100 of adjacent actuators are connected in parallel by an elastic body 700. Here, “parallel connection” indicates that the movers of the actuator are connected to each other. Since several actuators connected in parallel move together, the forces acting on the individual actuators are distributed.

なお、接続には弾性体以外のものを用いることもできる。例えば、可動子同士を接着してもよいし、可動子を一体形成してもよい。ただし、各アクチュエータの動作量の差異を吸収するためには、弾性体を用いるのが好ましい。 In addition, things other than an elastic body can also be used for a connection. For example, the movers may be bonded together, or the movers may be integrally formed. However, in order to absorb the difference in the operation amount of each actuator, it is preferable to use an elastic body.

［実施の形態４］
図１２を参照して、実施の形態４に係るアクチュエータアレイの構造について説明する。図１２は、実施の形態４に係るアクチュエータアレイの構造を示した図である。[Embodiment 4]
The structure of the actuator array according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a diagram showing the structure of the actuator array according to the fourth embodiment.

本実施の形態に係るアクチュエータアレイは、アクチュエータを３次元的に配列したものであり、図１２（Ａ）は、実施の形態４に係るアクチュエータアレイの１層の構造を示す図である。図１２（Ｂ）は、実施の形態４に係るアクチュエータアレイを軸方向から見た断面図である。すなわち、アクチュエータアレイは、図１２（Ａ）に示したような層が複数積み重なってできたものである。 The actuator array according to the present embodiment is a three-dimensional array of actuators, and FIG. 12A is a diagram showing a one-layer structure of the actuator array according to the fourth embodiment. FIG. 12B is a cross-sectional view of the actuator array according to the fourth embodiment viewed from the axial direction. That is, the actuator array is formed by stacking a plurality of layers as shown in FIG.

なお、本実施の形態においては、図７に示したアクチュエータを基本構造とするアクチュエータアレイを説明するが、これまで説明した各実施の形態と同様に、他の構造のアクチュエータを用いてもよい。 In this embodiment, an actuator array having the basic structure of the actuator shown in FIG. 7 will be described. However, similarly to the embodiments described so far, actuators of other structures may be used.

図１２（Ａ）に示すように、本実施の形態に係るアクチュエータアレイの各層は、複数のアクチュエータが弾性体７００によって並列接続され、さらに、並列接続された各アクチュエータは、他のアクチュエータと直列接続されている構造をもつものとする。ただし、各層は、これまで説明してきた各実施の形態で説明したような構造であってもよい。 As shown in FIG. 12A, in each layer of the actuator array according to the present embodiment, a plurality of actuators are connected in parallel by an elastic body 700, and each actuator connected in parallel is connected in series to other actuators. It shall have the structure However, each layer may have a structure as described in each of the embodiments described so far.

また、図１２（Ｂ）に示すように、異なる層に含まれるアクチュエータ同士も弾性体７００によって、並列接続されているものとする。このように各層が接続されることにより、本実施の形態に係るアクチュエータアレイは、２次元面上にアクチュエータが配置されたアクチュエータアレイに比べ、さらに大きな力を発生することができる。 In addition, as illustrated in FIG. 12B, the actuators included in different layers are also connected in parallel by the elastic body 700. By connecting the layers in this manner, the actuator array according to the present embodiment can generate a larger force than the actuator array in which the actuator is arranged on a two-dimensional plane.

［実施の形態５］
以上の実施の形態で説明したアクチュエータアレイに含まれるアクチュエータを複数のアクチュエータ群に分け、信号に対する応答性を、アクチュエータ群ごとに変えることで、アクチュエータアレイに、複雑な動作を、容易に行わせることができる。[Embodiment 5]
By dividing the actuators included in the actuator array described in the above embodiments into a plurality of actuator groups and changing the response to signals for each actuator group, the actuator array can easily perform complicated operations. Can do.

本実施の形態では、同一の信号に対する応答開始時刻が互いに異なる複数のアクチュエータを組み合わせたアクチュエータアレイについて説明する。 In the present embodiment, an actuator array in which a plurality of actuators having different response start times for the same signal are combined will be described.

同一の信号に対する応答開始時刻が互いに異なる複数のアクチュエータは、入力レベルに対する反応の閾値が互いに異なる複数のアクチュエータと、ランプ状に上昇していく入力レベルとを組み合わせることで実現できる。 A plurality of actuators having different response start times for the same signal can be realized by combining a plurality of actuators having different reaction thresholds for the input level and an input level that rises in a ramp shape.

このことを図１３を用いて説明する。図１３は、同一の信号に対する応答開始時刻が互いに異なる２つのアクチュエータ（それぞれ、Ａエレメント、Ｂエレメントとよぶ）について説明するための図である。図１３（Ａ）は、ＡエレメントおよびＢエレメントに与える信号の入力レベルの時間的変化を表わす図である。入力レベルは、所定の時刻ｔ０までは一定であるが、時刻ｔ０を超えると、所定の時刻を超えた時間に比例して、増加していく。また、図１３には、Ａエレメントの閾値およびＢエレメントの閾値を合わせて示している。 This will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a diagram for describing two actuators (referred to as A element and B element, respectively) having different response start times for the same signal. FIG. 13A is a diagram showing temporal changes in the input level of signals applied to the A element and the B element. The input level is constant until a predetermined time t0, but increases beyond the time t0 in proportion to the time exceeding the predetermined time. FIG. 13 also shows the A element threshold and the B element threshold together.

図１３（Ａ）に示す信号が入力された場合、Ａエレメントは、図１３（Ｂ）に示すような応答を示す。すなわち、入力レベルがＡエレメント閾値に達する時刻ｔＡまでは信号への応答を示さないが、時刻ｔＡ以降は信号への応答を示す。 When the signal shown in FIG. 13A is input, the A element shows a response as shown in FIG. That is, the response to the signal is not shown until time tA when the input level reaches the A element threshold, but the response to the signal is shown after time tA.

一方、Ｂエレメントは、図１３（Ａ）に示す信号が入力された場合、図１３（Ｃ）に示すような応答を示す。すなわち、入力レベルがＢエレメント閾値に達する時刻ｔＢまでは信号への応答を示さないが、時刻ｔＢ以降は信号への応答を示す。 On the other hand, the B element shows a response as shown in FIG. 13C when the signal shown in FIG. That is, no response to the signal is shown until time tB when the input level reaches the B element threshold value, but a response to the signal is shown after time tB.

上記の説明から分かるように、入力レベルに対する応答の閾値が異なるＡエレメントとＢエレメントは、同じ信号を与えられた際に、異なる応答開始時刻を示す。なお、ここでは、所定の時刻を超えた時間に比例して増加する信号を示したが、信号の種類はこれに限られるものではない。時間に応じて、そのレベルが増加あるいは減少する信号であればよい。 As can be seen from the above description, the A element and the B element having different response thresholds with respect to the input level indicate different response start times when given the same signal. In addition, although the signal which increases in proportion to the time exceeding the predetermined time is shown here, the type of the signal is not limited to this. Any signal whose level increases or decreases with time may be used.

さて、具体的な例として、電圧を各エレメントへのトリガとする場合を考える。この場合、電圧で設定したエレメントの閾値と入力電圧とを比較器（コンパレータ）によって比較する。ここで、エレメントの閾値をエレメントごとに変えれば、共通の信号を入力したときの、各エレメントの応答開始時刻を変えることができる。 As a specific example, consider the case where voltage is used as a trigger to each element. In this case, the threshold value of the element set by the voltage and the input voltage are compared by a comparator (comparator). Here, if the threshold value of an element is changed for each element, the response start time of each element when a common signal is input can be changed.

エレメントの閾値を変えるには、例えば、電子ボリューム、すなわち、外部からのデジタルデータにより、抵抗値を設定できる可変抵抗デバイスを用いることができる。電子ボリュームを用いて各エレメントの閾値を設定する回路について図１４を参照して説明する。図１４は、電子ボリュームを用いて各エレメントの閾値を設定する回路の図である。 In order to change the threshold value of the element, for example, an electronic volume, that is, a variable resistance device capable of setting a resistance value by external digital data can be used. A circuit for setting a threshold value of each element using an electronic volume will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a diagram of a circuit for setting a threshold value of each element using an electronic volume.

閾値の設定にあたっては、まず、マイコン８１０がマルチプレクサ８２０に抵抗値の設定データおよびセレクタ信号を送信する。ここで、設定データは、予め与えられたものであってもよいし、利用者が設定するものであってもよい。マルチプレクサ８２０は、抵抗値の設定データおよびセレクタ信号に基づいて、それぞれエレメントｉ、エレメントｊ、エレメントｋに対応する電子ボリューム８３１、電子ボリューム８４１、電子ボリューム８５１に抵抗値を指定する信号を送信する。 In setting the threshold, first, the microcomputer 810 transmits resistance value setting data and a selector signal to the multiplexer 820. Here, the setting data may be given in advance or may be set by the user. The multiplexer 820 transmits signals specifying resistance values to the electronic volume 831, the electronic volume 841, and the electronic volume 851 corresponding to the element i, element j, and element k, respectively, based on the resistance value setting data and the selector signal.

各電子ボリュームに信号が送信されることにより、各エレメントの閾値が設定される。例えば、エレメントｉの閾値は、正電源８３５、負電源８３６から、それぞれ、電圧Ｖｅｅ、電圧Ｖｃｃが供給されているコンパレータ８３４の非反転入力（＋端子）に入力される電圧ＶＲである。この電圧ＶＲは、電源８３３の電位をＶｃｃ１、抵抗８３２の抵抗値をＲ５＝１ｋΩ、電子ボリュームの抵抗値をＲとすると、ＶＲ＝Ｖｃｃ１×Ｒ／（Ｒ５＋Ｒ）となる。よって、Ｒを変更することにより、ＶＲを変更できる。すなわち、マルチプレクサ８２０への抵抗との設定データを変更することにより、エレメントｉの閾値を変更できる。反転入力（−端子）に入力される信号電圧を、例えば図１０（Ａ）のように時間変化させていき、信号電圧が、閾値である電圧ＶＲを超えると、トリガ８３７への出力が変化する。エレメントｊ、エレメントｋの閾値についても、マルチプレクサ８２０の抵抗の設定データを変更することにより変更できる。 The threshold value of each element is set by transmitting a signal to each electronic volume. For example, the threshold value of the element i is the voltage VR input to the non-inverting input (+ terminal) of the comparator 834 to which the voltage Vee and the voltage Vcc are supplied from the positive power supply 835 and the negative power supply 836, respectively. This voltage VR is VR = Vcc1 × R / (R5 + R) where the potential of the power source 833 is Vcc1, the resistance value of the resistor 832 is R5 = 1 kΩ, and the resistance value of the electronic volume is R. Therefore, VR can be changed by changing R. That is, the threshold value of the element i can be changed by changing the setting data for the resistance to the multiplexer 820. The signal voltage input to the inverting input (− terminal) is changed over time as shown in FIG. 10A, for example. When the signal voltage exceeds the threshold voltage VR, the output to the trigger 837 changes. . The threshold values of element j and element k can also be changed by changing the resistance setting data of multiplexer 820.

なお、以上では、外部信号により閾値を変更する構成を示したが、閾値を決める素子（例えば、コンパレータ）に、異なる特性を持つものを用いることで、異なるエレメント特性を実現してもよい。 In the above, the configuration in which the threshold value is changed by an external signal has been described. However, different element characteristics may be realized by using elements having different characteristics as elements (for example, comparators) that determine the threshold value.

アクチュエータアレイを動作させる際には、含まれるすべてのアクチュエータを同時に動作させるよりも、各アクチュエータをややずらして動作させるほうが、内部に応力歪がたまりにくく、また、各アクチュエータへの負荷が小さい。このようなずらした動作のためには、従来のアクチュエータからなるアクチュエータアレイでは、複数種類の信号を複雑に組み合わせる必要があった。これに対し、本実施の形態に係るアクチュエータアレイでは、上述のように各アクチュエータに対して異なる閾値を設定しておくことで、すべてのアクチュエータに対して共通の信号を用いながら、各アクチュエータの動作タイミングをずらすことができる。 When operating the actuator array, it is less likely to accumulate stress strain inside and the load on each actuator is smaller than when all the included actuators are operated simultaneously. In order to perform such a shifted operation, it is necessary to combine a plurality of types of signals in a complicated manner in an actuator array made of a conventional actuator. In contrast, in the actuator array according to the present embodiment, by setting different threshold values for each actuator as described above, the operation of each actuator can be performed while using a common signal for all actuators. Timing can be shifted.

特に、アクチュエータアレイに含まれるアクチュエータをアクチュエータアレイの端から順次動作させると、内部に応力歪がたまるのを防ぐことができる。しわを伸ばしたりする場合に、端から伸ばしていく方が全体のしわが伸びるのと同じ原理である。このような動作は、アクチュエータアレイの端から、動作タイミングの順番にアクチュエータ群を配置することで実現できる。 In particular, when the actuators included in the actuator array are sequentially operated from the end of the actuator array, it is possible to prevent stress strain from accumulating inside. When wrinkles are stretched, extending from the edges is the same principle as extending the entire wrinkles. Such an operation can be realized by arranging the actuator groups in the order of the operation timing from the end of the actuator array.

他にも、例えば、図９に示したアクチュエータアレイにおいて、直列接続されたアクチュエータ群のうち上２列の閾値を大きくし、下２列の閾値を小さくすれば、駆動当初は曲がりを示し、あとから曲がりがなくなる、という複雑な動作を実現できる。 In addition, for example, in the actuator array shown in FIG. 9, if the threshold value of the upper two rows in the actuator group connected in series is increased and the threshold value of the lower two rows is decreased, the initial driving will bend. It is possible to realize a complicated operation that no longer turns.

このように各アクチュエータ群に対し、互いに異なる応答特性を設定し、各アクチュエータに共通の駆動信号を与えることで、アクチュエータアレイに様々な動作を行わせることができる。行わせる動作の種類は、複数のアクチュエータをどのようなアクチュエータ群に分割するか、あるいは、各アクチュエータ群にどのような応答特性を設定するかによって決めることができる。 In this way, by setting different response characteristics for each actuator group and giving a common drive signal to each actuator, it is possible to cause the actuator array to perform various operations. The type of operation to be performed can be determined depending on what kind of actuator group a plurality of actuators are divided into or what kind of response characteristic is set for each actuator group.

［実施の形態６］
実施の形態５では、アクチュエータアレイに含まれる各アクチュエータの同一の信号に対する応答開始時刻を変更する構成について説明した。本実施の形態では、各アクチュエータの出力エネルギーを変更する構成について説明する。[Embodiment 6]
In the fifth embodiment, the configuration for changing the response start time for the same signal of each actuator included in the actuator array has been described. In the present embodiment, a configuration for changing the output energy of each actuator will be described.

本実施の形態では、電源供給系を、信号トリガ系とは別々に設計する。本実施の形態に係る電源供給系を図１５に示す。図１５は、実施の形態６に係る電源供給系の図である。 In the present embodiment, the power supply system is designed separately from the signal trigger system. FIG. 15 shows a power supply system according to this embodiment. FIG. 15 is a diagram of a power supply system according to the sixth embodiment.

図１５に示すように、本実施の形態に係る電源供給系は、交流電圧を発生する信号発生器９１０と、整流器として用いられるダイオード９２０と、電源９３０と、コンデンサ９４０と、スイッチ９５０と、出力端子９６０とを備える。ここでは、交流電圧の周波数は１ｋＨｚ、電源９３０の発生する電圧Ｖ２は１０Ｖ、コンデンサ９４０の容量Ｃ１は１μＦとする。ただし、これらの値は他の値であっても構わない。また、信号発生器は、交流電圧ではなくパルス電圧を発生するものであってもよい。 As shown in FIG. 15, the power supply system according to the present embodiment includes a signal generator 910 that generates an alternating voltage, a diode 920 that is used as a rectifier, a power source 930, a capacitor 940, a switch 950, an output A terminal 960. Here, the frequency of the AC voltage is 1 kHz, the voltage V2 generated by the power source 930 is 10 V, and the capacitance C1 of the capacitor 940 is 1 μF. However, these values may be other values. The signal generator may generate a pulse voltage instead of an AC voltage.

スイッチ９５０が、電源９３０側に接続されている間は、１０Ｖの電圧が出力端子９６０に一律に供給される。 While the switch 950 is connected to the power source 930 side, a voltage of 10V is uniformly supplied to the output terminal 960.

スイッチ９５０がコンデンサ９４０側に接続されている状態では、信号発生器９１０が発生した交流電圧は、ダイオード９２０で整流され、コンデンサ９４０に電荷が蓄えられる。コンデンサ９４０の容量に応じた出力エネルギーが出力端子９６０に供給される。 In a state where the switch 950 is connected to the capacitor 940 side, the AC voltage generated by the signal generator 910 is rectified by the diode 920 and electric charge is stored in the capacitor 940. Output energy corresponding to the capacity of the capacitor 940 is supplied to the output terminal 960.

したがって、各アクチュエータへの電源供給系に含まれるコンデンサの容量を変化させることで、出力エネルギーを変化させることができる。応答特性と出力エネルギーを変えることで、アクチュエータアレイの出力特性を変えてやることができる。 Therefore, the output energy can be changed by changing the capacitance of the capacitor included in the power supply system to each actuator. By changing the response characteristics and output energy, the output characteristics of the actuator array can be changed.

複数のアクチュエータをどのようなアクチュエータ群に分割するか、あるいは、各アクチュエータ群に含まれるコンデンサの容量の設定値によって、動作の種類を決定できる点は、実施の形態６と同様である。 Similar to the sixth embodiment, the type of operation can be determined according to what kind of actuator group the plurality of actuators are divided into, or the set value of the capacitance of the capacitor included in each actuator group.

［実施の形態７］
以上の各実施の形態で説明したアクチュエータアレイの歪−応力特性、すなわち、アクチュエータアレイの長さと応力との関係は、活性化するアクチュエータの数により、変えることができる。[Embodiment 7]
The strain-stress characteristics of the actuator array described in the above embodiments, that is, the relationship between the length of the actuator array and the stress can be changed depending on the number of actuators to be activated.

一例として、１０個のエレメントを並列接続したアクチュエータアレイにおける、エレメントの励起数と歪−応力特性の関係を図１６に示す。なお、ここでは、滑り特性のため、エレメントの長さは、駆動するエレメントの長さに倣うため、横軸を並列接続したエレメント長さにとっている。 As an example, FIG. 16 shows the relationship between the number of excited elements and strain-stress characteristics in an actuator array in which 10 elements are connected in parallel. Here, because of the slip characteristic, the length of the element is set to the length of the element in which the horizontal axes are connected in parallel to follow the length of the driven element.

本実施の形態に係るエレメントは、収縮量が大きくなると、変位に対するストッパ機構が自動的に働くため、外部に対して発生する力は低下する。また、伸びたときは、固定子側の変形量が小さくなるため、外部に対して発生する力は低下する。よって、駆動時の歪−応力特性を表わす曲線は、図１６に示すように上に凸の曲線となる。励起数を大きくすると、エレメントの収縮量に対して発生する力は大きくなる。よって、励起させるエレメントの数を調節することで、適切な歪−応力特性をもつアクチュエータアレイを実現することができる。 In the element according to the present embodiment, when the amount of contraction increases, the stopper mechanism against displacement automatically works, so that the force generated to the outside decreases. Moreover, since the amount of deformation on the stator side becomes small when stretched, the force generated against the outside decreases. Therefore, the curve representing the strain-stress characteristic at the time of driving becomes a convex curve as shown in FIG. When the number of excitations is increased, the force generated with respect to the contraction amount of the element increases. Therefore, by adjusting the number of elements to be excited, an actuator array having appropriate strain-stress characteristics can be realized.

なお、滑り時、つまり、エレメントを駆動していない時の、歪−応力特性も、図１６に示した。エレメントが伸びきる限界長までは、ほとんど摩擦力が働かないため、応力は小さいままだが、限界長に達すると、それ以上エレメントが伸びないため、応力が急激に増加する。 FIG. 16 also shows the strain-stress characteristics at the time of sliding, that is, when the element is not driven. Since the frictional force hardly acts until the element reaches the limit length, the stress remains small. However, when the limit length is reached, the element does not extend any more, and the stress increases rapidly.

駆動信号によって駆動されるアクチュエータの個数を設定し、各アクチュエータに駆動信号を与えるだけで、同じアクチュエータアレイに、様々な歪−応力特性（弾性率）を示させることができる。 By setting the number of actuators driven by the drive signal and giving the drive signal to each actuator, the same actuator array can exhibit various strain-stress characteristics (elastic modulus).

［変形例］
上述の各実施の形態に係るアクチュエータアレイに含まれるアクチュエータは、すでに述べたように、これまで説明したものに限られない。ここでは、アクチュエータの変形例を説明する。[Modification]
As described above, the actuators included in the actuator arrays according to the above-described embodiments are not limited to those described so far. Here, a modified example of the actuator will be described.

まず、図７に示したアクチュエータの固定子の変形例について説明する。図８に示すように、変位部２２２が全体的に膨張する場合であっても可動子１００の収縮は実現できるが、可動子１００の受圧部１０２に接している部分が大きく膨張する構成がより好ましい。そこで、図１７に示すような形状の変位部を用いることで、可動子１００の収縮速度および収縮量をより大きくすることができる。 First, a modification of the actuator stator shown in FIG. 7 will be described. As shown in FIG. 8, even when the displacement portion 222 expands as a whole, the contraction of the mover 100 can be realized, but a configuration in which the portion in contact with the pressure receiving portion 102 of the mover 100 is greatly expanded is more preferable. preferable. Therefore, by using a displacement portion having a shape as shown in FIG. 17, the contraction speed and contraction amount of the mover 100 can be further increased.

図１７は、図７のアクチュエータの変形例に従うアクチュエータの要部を説明するための図である。 FIG. 17 is a view for explaining a main part of an actuator according to a modification of the actuator of FIG.

図１７（Ａ）および図１７（Ｂ）を参照して、本実施の形態の変形例に従う可動子は、形状記憶合金からなる変位部２３４を含んで構成される。より具体的には、変位部２３４は、形状記憶合金をらせん状に巻いてバネとして形成したものである。この変位部２３４には、図１７（Ｂ）に示すような中心部が膨らんだ形状を記憶させておく。さらに、変位部２３４は、隣接する変位部２３４（図示しない）とバネ部材２３０を介して相互に連結される。このバネ部材２３０からの張力によって、室温下の変位部２３４は、中心部の膨らみが低減し、略円柱状の形状となる。 Referring to FIGS. 17A and 17B, the mover according to the modification of the present embodiment includes a displacement portion 234 made of a shape memory alloy. More specifically, the displacement part 234 is formed as a spring by spirally winding a shape memory alloy. The displacement portion 234 stores a shape in which the central portion is expanded as shown in FIG. Further, the displacement part 234 is connected to the adjacent displacement part 234 (not shown) via the spring member 230. Due to the tension from the spring member 230, the displacement portion 234 at room temperature has a substantially cylindrical shape with reduced swelling at the center.

このような変位部２３４を図示しない電流源を用いて加熱することで、変位部２３４からは、図１７（Ｂ）に示すような形状に戻ろうとする復元力が発生する。図１７（Ｃ）に示すように、変位部２３４を可動子１００の受圧部１０２に接しておくことで、このような復元力が受圧部１０２に与えられる。その結果、軸方向の作用力が発生し、固定子が可動子１００内に収容される。 By heating such a displacement portion 234 using a current source (not shown), a restoring force is generated from the displacement portion 234 to return to the shape as shown in FIG. As shown in FIG. 17C, such a restoring force is applied to the pressure receiving portion 102 by bringing the displacement portion 234 into contact with the pressure receiving portion 102 of the mover 100. As a result, an axial acting force is generated, and the stator is accommodated in the mover 100.

このように、本実施の形態に従うアクチュエータにおいては、駆動時には、変位部２３４が加熱されて径方向に押し広げるような力を連続的に発生させることで、固定子が可動子１００内に収容され、この結果、隣接する可動子１００の間の距離が縮まって収縮動作が実現される。一方、非駆動時には、冷却されることで変位部２３４の剛性が低下し、バネ部材２３０の張力によって変位部２３４は押し潰される。その結果、可動子１００と固定子とは、外部からの僅かな力を受けて両者は自在に相対移動できるようになる。 As described above, in the actuator according to the present embodiment, during driving, the stator is accommodated in the mover 100 by continuously generating a force that heats and displaces the displacement portion 234 in the radial direction. As a result, the distance between the adjacent movable elements 100 is reduced, and the contraction operation is realized. On the other hand, when not driven, the rigidity of the displacement portion 234 is reduced by cooling, and the displacement portion 234 is crushed by the tension of the spring member 230. As a result, the mover 100 and the stator can be relatively moved by receiving a slight external force.

その他の構成については、図７と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
この変形例によれば、図２のアクチュエータと同様の効果を発揮できるとともに、変位の発生に要する時間が長いので、よりゆっくりと変位を生じさせる必要のあるアプリケーションに適する。Since other configurations are the same as those in FIG. 7, detailed description will not be repeated.
According to this modification, the same effect as that of the actuator of FIG. 2 can be exhibited, and the time required for the occurrence of the displacement is long, which is suitable for an application that needs to cause the displacement more slowly.

また、他の変形例として、相転移による体積変化を利用して変位を発生する構成について説明する。 As another modified example, a configuration that generates displacement using a volume change due to a phase transition will be described.

図１８は、相転移による体積変化を利用して変位を発生するアクチュエータの構造を示す模式図である。 FIG. 18 is a schematic diagram showing the structure of an actuator that generates displacement using a volume change caused by a phase transition.

図１８を参照して、本実施の形態に従うアクチュエータは、すでに説明したものと同様の可動子１００と、固定子２４０とを含む。本実施の形態に従うアクチュエータにおける可動子１００については、すでに説明したものと同様であるので、詳細な説明は繰返さない。 Referring to FIG. 18, the actuator according to the present embodiment includes a mover 100 and a stator 240 similar to those already described. Since mover 100 in the actuator according to the present embodiment is similar to that already described, detailed description thereof will not be repeated.

固定子２４０は、内圧を受けて少なくとも径方向に外形を変化し得る膨張収縮部２４２と、膨張収縮部２４２に封入され、相転移により体積が変化する媒質２４８とを含む。膨張収縮部２４２は、代表的にゴムなどの弾性体からなる袋状の部材である。また、媒質２４８としては、代表的に水などの常温で液体を維持する物質が好ましい。 The stator 240 includes an expansion / contraction portion 242 that can change the outer shape in at least the radial direction under internal pressure, and a medium 248 that is enclosed in the expansion / contraction portion 242 and whose volume changes due to phase transition. The expansion / contraction part 242 is a bag-shaped member typically made of an elastic body such as rubber. As the medium 248, a substance that maintains a liquid at room temperature such as water is typically preferable.

さらに、固定子２４０には、媒質２４８を加熱するために膨張収縮部２４２内に設けられたヒータ部２４４と、ヒータ部２４４に電流を供給するための電源部２４６とを含む。 Further, the stator 240 includes a heater unit 244 provided in the expansion / contraction unit 242 for heating the medium 248 and a power source unit 246 for supplying a current to the heater unit 244.

このように構成された固定子２４０内のヒータ部２４４に、電源部２４６から電流を供給し、媒質２４８をその沸点まで加熱すると、媒質２４８は液相から気相へ相転移する。この結果、膨張収縮部２４２の内圧が上昇し、膨張収縮部２４２はその外形を膨張させる。その結果、膨張収縮部２４２は、径方向に押し広がっていく。 When current is supplied from the power supply unit 246 to the heater unit 244 in the stator 240 configured as described above and the medium 248 is heated to its boiling point, the medium 248 undergoes a phase transition from the liquid phase to the gas phase. As a result, the internal pressure of the expansion / contraction part 242 increases, and the expansion / contraction part 242 expands its outer shape. As a result, the expansion / contraction part 242 pushes and expands in the radial direction.

本実施の形態に従う固定子２４０は、このような膨張収縮部２４２が発生する径方向へ押し広がる力を用いて、径方向の変位（変形）を生じる。なお、媒質２４８は、転移温度（この場合には、沸点）を超えなければ相転移を生じないので、電源部２４６の電力供給能力は、媒質２４８の転移温度に応じて適切に設計される。すなわち、電源部２４６は、媒質２４８の転移温度をまたぐ温度変化を与えることができるように、その供給能力が設計される。 Stator 240 according to the present embodiment generates a displacement (deformation) in the radial direction using the force that spreads in the radial direction generated by such expansion and contraction portion 242. Since medium 248 does not cause a phase transition unless it exceeds a transition temperature (in this case, boiling point), the power supply capability of power supply unit 246 is appropriately designed according to the transition temperature of medium 248. That is, the power supply unit 246 is designed to have a supply capability so that a temperature change across the transition temperature of the medium 248 can be given.

このように、本実施の形態に従うアクチュエータにおいては、駆動時には、媒質２４８が加熱されて相転移を生じることで、膨張収縮部２４２から径方向に押し広げる力が発生する。この径方向に押し広げる力によって、固定子２４０が可動子１００内に収容され、この結果、隣接する可動子１００の間の距離が縮まって収縮動作が実現される。一方、非駆動時には、膨張収縮部２４２を介して放熱されることで、媒質２４８が冷却されて液体に戻り、膨張収縮部２４２は収縮する。その結果、可動子１００と固定子２４０とは、外部からの僅かな力を受けて両者は自在に相対移動できるようになる。 Thus, in the actuator according to the present embodiment, when driven, medium 248 is heated to cause a phase transition, thereby generating a force that expands radially from expansion / contraction portion 242. The force that spreads in the radial direction causes the stator 240 to be accommodated in the mover 100, and as a result, the distance between the adjacent movers 100 is reduced and the contraction operation is realized. On the other hand, when not driven, heat is radiated through the expansion / contraction part 242, so that the medium 248 is cooled and returned to the liquid, and the expansion / contraction part 242 contracts. As a result, the mover 100 and the stator 240 can be relatively moved by receiving a slight external force.

この変形例によれば、図２のアクチュエータと同様の効果を発揮できるとともに、変位の発生に要する時間が長いので、よりゆっくりと変位を生じさせる必要のあるアプリケーションに適する。 According to this modification, the same effect as that of the actuator of FIG. 2 can be exhibited, and the time required for the occurrence of the displacement is long, which is suitable for an application that needs to cause the displacement more slowly.

また、非駆動時において、可動子と固定子とが外部からの僅かな力で自在に相対移動できる構成に工夫を加えることもできる。 In addition, it is possible to devise a configuration in which the movable element and the stator can be relatively moved relative to each other with a slight external force when not driven.

例えば、アクチュエータの可動子と固定子との間にクリアランスを設けることができる。クリアランスを設けたアクチュエータの可動子と固定子との接触構造を示す模式図を図１９に示す。 For example, a clearance can be provided between the mover and the stator of the actuator. FIG. 19 is a schematic diagram showing a contact structure between the mover and the stator of the actuator provided with a clearance.

図１９に示したアクチュエータにおいては、可動子１１０には、固定子２００の断面形状に比較してより大きな断面形状をもつ穴部が形成されている。すなわち、可動子１１０には、固定子２００に対して所定のクリアランス１１２が設けてあり、固定子２００が径方向に変位を生じない非駆動時には、可動子１１０と固定子２００との相対移動に際して、両者の間に生じる摩擦力（応力）は相対的に小さくなる。 In the actuator shown in FIG. 19, a hole having a larger cross-sectional shape than the cross-sectional shape of the stator 200 is formed in the mover 110. That is, the movable element 110 is provided with a predetermined clearance 112 with respect to the stator 200. When the stator 200 is not driven in the radial direction, the movable element 110 and the stator 200 are moved relative to each other. The frictional force (stress) generated between the two becomes relatively small.

一例として、図６に示すアクチュエータにおいて、固定子２００を外形６ｍｍのシリコンチューブで構成し、可動子１１０を外形１０ｍｍで内径６ｍｍのプラスチック（代表的に、ジュラコン）で構成した場合には、駆動時に両者の間に働く駆動力は０．２Ｎ程度となる。 As an example, in the actuator shown in FIG. 6, when the stator 200 is made of a silicon tube having an outer diameter of 6 mm and the mover 110 is made of a plastic (typically Duracon) having an outer diameter of 10 mm and an inner diameter of 6 mm, The driving force acting between them is about 0.2N.

そこで、固定子２００と可動子１１０との間のクリアランス１１２は、非駆動時の両者の摩擦力が、駆動時の駆動力０．２Ｎより小さくなるように設計することが好ましい。 Therefore, the clearance 112 between the stator 200 and the mover 110 is preferably designed so that the frictional force between the stator 200 and the movable element 110 when not driven is smaller than the driving force 0.2N when driven.

代替的に、固定子と可動子との間をクリアランスではなく、点接触または線接触などの相対的に摩擦力を低減できるような支持部材を用いてもよい。 Alternatively, a support member capable of relatively reducing frictional force such as point contact or line contact instead of clearance between the stator and the mover may be used.

図２０は、支持部材を設けたアクチュエータの可動子と固定子との接触構造を示す模式図である。 FIG. 20 is a schematic diagram showing a contact structure between a movable element and a stator of an actuator provided with a support member.

図２０に示したアクチュエータにおいては、可動子１２０と固定子２００との間には、両者を点接触または線接触で支持するための突起部１２２が設けられている。この突起部１２２は、樹脂または金属からなる線状部材からなる。 In the actuator shown in FIG. 20, a protrusion 122 is provided between the mover 120 and the stator 200 for supporting them by point contact or line contact. The protrusion 122 is made of a linear member made of resin or metal.

このような突起部１２２は、外部からの応力に応じて弾性変形するため、固定子２００の移動に応じて、僅かな力で形状を変化させるため、非駆動時における可動子１２０と固定子２００との相対移動に要する摩擦力を低減できる。 Since the protrusion 122 is elastically deformed in response to external stress, the shape is changed with a slight force according to the movement of the stator 200. Therefore, the movable element 120 and the stator 200 are not driven. The frictional force required for relative movement can be reduced.

また、図２０に示すような線状部材に代えて、膜状の部材からなる突起部を用いてもよい。 Further, instead of the linear member as shown in FIG. 20, a protruding portion made of a film-like member may be used.

さらに、他の変形例として、加とう性を有する固定子を設けた構造でもよい。図１に示すような機構に本発明に係るアクチュエータを適用する場合には、必要な移動量（変位量）を実現するために、固定子が移動量に応じた長さだけ可動子内に収容される必要がある。すなわち、可動子は、固定子の全長のうち、必要な長さ分だけ収容できるように構成される必要がある。また、本発明に係るアクチュエータを適用する機構に要求される特性によっては、可動子の変位が直線的であるとは限らない。よって、必要に応じて、可とう性を有するように固定子を構成することが好ましい。 Furthermore, as another modification, a structure provided with a flexible stator may be used. When the actuator according to the present invention is applied to the mechanism shown in FIG. 1, the stator is accommodated in the movable element by a length corresponding to the movement amount in order to realize a necessary movement amount (displacement amount). Need to be done. That is, the mover needs to be configured so as to be accommodated by a necessary length out of the total length of the stator. Further, depending on the characteristics required for the mechanism to which the actuator according to the present invention is applied, the displacement of the mover is not always linear. Therefore, it is preferable to configure the stator so as to have flexibility as required.

図２１は、その固定子が可とう性を有するアクチュエータを直列接続した構成の一例を示す図である。図２１を参照して、本実施の形態では、図６に示す実施の形態のアクチュエータと同様の固定子２１０を含むアクチュエータを用いる場合について例示する。 FIG. 21 is a diagram illustrating an example of a configuration in which actuators whose stators have flexibility are connected in series. Referring to FIG. 21, in this embodiment, a case where an actuator including stator 210 similar to the actuator of the embodiment shown in FIG. 6 is used is illustrated.

図２１（Ａ）を参照して、各可動子１３０の両端には、それぞれ固定子２１０が相対移動するための穴部が設けてある。駆動時には、それぞれの固定子２１０が変位を発生させることで、各固定子２１０は、それぞれの端が各可動子１３０の中に収容されることになる。 Referring to FIG. 21A, holes are provided at both ends of each mover 130 for allowing stator 210 to move relative to each other. At the time of driving, each stator 210 generates a displacement, so that each end of each stator 210 is accommodated in each mover 130.

このとき、各可動子１３０から見ると、両端に位置する固定子２１０がそれぞれその中に進入してくることになり、その結果、隣接する可動子１３０の間の距離が縮まる。このとき、可動子１３０が直線形状であれば、両端に位置する可動子１３０は、略同一の軸上を可動子１３０の中心に向けてそれぞれ移動することになる。しかしながら、適用される機構によっては、外力を受けることによって、両端の可動子１３０が同一の軸上を移動しない場合もある。このような場合には、当該外力に適応できるように、可動子１３０を樹脂などで構成することで、可動子１３０に可とう性（弾性）を持たせることが好ましい。 At this time, when viewed from each movable element 130, the stators 210 located at both ends enter the respective movable elements 130, and as a result, the distance between the adjacent movable elements 130 is reduced. At this time, if the movable element 130 has a linear shape, the movable elements 130 located at both ends move respectively on substantially the same axis toward the center of the movable element 130. However, depending on the applied mechanism, the movable element 130 at both ends may not move on the same axis due to an external force. In such a case, it is preferable to make the movable element 130 flexible (elastic) by configuring the movable element 130 with a resin or the like so as to adapt to the external force.

一方で、非駆動時における滑り動作時には、固定子２１０と可動子１２０との間の伸張動作を妨げないことが必要である。すなわち、可動子１３０は、曲げ方向には柔軟であるが、伸び方向には所定の剛性を持つ必要がある。 On the other hand, it is necessary not to prevent the extension operation between the stator 210 and the mover 120 during the sliding operation when not driven. That is, the mover 130 is flexible in the bending direction but needs to have a predetermined rigidity in the extending direction.

そこで、図２１（Ｂ）に示すように、外装にスリット１３２を形成して、曲げ方向の剛性を低減することで、曲げ方向に柔軟であり、かつ伸び方向に剛性をもつ可動子１３０を構成することができる。 Therefore, as shown in FIG. 21 (B), a slit 132 is formed in the exterior to reduce the rigidity in the bending direction, thereby configuring the mover 130 that is flexible in the bending direction and has rigidity in the extension direction. can do.

あるいは、所定の方向に強化繊維を配合することにより、可動子１３０に配向方向の異方性を持たせるようにしてもよい。 Or you may make it give the anisotropy of the orientation direction to the needle | mover 130 by mix | blending a reinforced fiber in a predetermined direction.

このような形態によれば、アクチュエータの適用される機構（アプリケーション）に応じて、適切な方向に駆動力を発揮できる。 According to such a form, a driving force can be exhibited in an appropriate direction according to a mechanism (application) to which the actuator is applied.

さらに他の変形例として、固定子と可動子との間の相対移動を所定範囲に規制するための構成を有するアクチュエータについて説明する。上述の図１に示すような機構に本発明に係るアクチュエータを適用する場合には、各アクチュエータにどのような外力が加わった場合であっても、アクチュエータを保護する必要があり、このような保護機能の一例として、固定子と可動子との間の相対移動を所定範囲に規制する。 As still another modification, an actuator having a configuration for restricting relative movement between the stator and the mover to a predetermined range will be described. When the actuator according to the present invention is applied to the mechanism as shown in FIG. 1 described above, it is necessary to protect the actuator no matter what external force is applied to each actuator. As an example of the function, the relative movement between the stator and the mover is restricted to a predetermined range.

図２２は、固定子と可動子との間の相対移動を所定範囲に規制するための構成を有するアクチュエータの要部を示す断面図である。 FIG. 22 is a cross-sectional view showing a main part of an actuator having a configuration for restricting relative movement between the stator and the mover to a predetermined range.

図２２を参照して、このアクチュエータは、固定子２９０に可動子１４０との間の相対移動を規制するためのストッパ部２９２，２９４が形成されている。 Referring to FIG. 22, in this actuator, stopper portions 292 and 294 for restricting relative movement between the stator 290 and the mover 140 are formed.

より具体的には、各固定子２９０の中心部（隣接する可動子１４０の中間）に形成されたストッパ部２９２は、過挿入防止ストッパであり、可動子１４０内における固定子２９０同士の干渉を防止する。すなわち、駆動時の収縮動作では、各可動子１４０にはその両側から固定子２９０が収容されるため、何らの規制を行なわないと、可動子１４０内で隣接する固定子２９０同士が干渉し得る。そこで、そこで、可動子１４０の穴部の断面形状より大きな断面形状をもつストッパ部２９２を形成することで、固定子２９０の干渉防止を行なう。 More specifically, the stopper portion 292 formed at the center of each stator 290 (in the middle of the adjacent mover 140) is an over-insertion prevention stopper, and the interference between the stators 290 in the mover 140 is prevented. To prevent. That is, in the contraction operation at the time of driving, the stators 290 are accommodated from both sides of each movable element 140. Therefore, without any restriction, the adjacent stators 290 can interfere with each other in the movable element 140. . Therefore, interference of the stator 290 is prevented by forming a stopper portion 292 having a larger cross-sectional shape than the cross-sectional shape of the hole portion of the mover 140.

また、各固定子２９０の両端に形成されたストッパ部２９４は、抜け防止ストッパであり、固定子２９０が可動子１４０から抜け出ることを防止する。すなわち、非駆動時の滑り動作では、可動子１４０と固定子２９０との間の摩擦力は非常に小さいので、僅かな外力を受けて固定子２９０は可動子１４０から抜け出ようとする。そこで、可動子１４０の受圧部の断面形状より大きな断面形状をもつストッパ部２９４を形成することで、固定子２９０の抜け防止を行なう。 Moreover, the stopper portions 294 formed at both ends of each stator 290 are stoppers for preventing the stator 290 from coming out of the mover 140. That is, in the sliding operation when not driven, the frictional force between the mover 140 and the stator 290 is very small, so that the stator 290 tries to come out of the mover 140 by receiving a slight external force. Therefore, the stopper 294 having a larger cross-sectional shape than that of the pressure receiving portion of the mover 140 is formed to prevent the stator 290 from coming off.

なお、可動子１４０にリング状の受圧部を挿入することでアクチュエータを形成する場合には、受圧部自身が抜け出るおそれがあるので、可動子１４０の両端には、受圧部の抜け防止に突起部を設けることが好ましい。 When an actuator is formed by inserting a ring-shaped pressure receiving portion into the mover 140, there is a risk that the pressure receiving portion itself may come out, so there are protrusions at both ends of the mover 140 to prevent the pressure receiving portion from coming off. Is preferably provided.

この形態によれば、適用先の機構（アプリケーション）において要求される伸縮特性に関わらず、各アクチュエータを保護することができるのので、アクチュエータの堅牢性を高めることができる。 According to this aspect, since each actuator can be protected regardless of the expansion / contraction characteristics required in the application mechanism (application), the robustness of the actuator can be enhanced.

また、以上においては、可動子内に固定子が収容される構成について例示してきたが、固定子内に可動子が収容されるようにしてもよい。このような変形例について図２３を用いて説明する。図２３は、固定子内に可動子が収容されるアクチュエータの要部を示す断面図である。 Moreover, in the above, although illustrated about the structure in which a stator is accommodated in a needle | mover, you may make it accommodate a needle | mover in a stator. Such a modification will be described with reference to FIG. FIG. 23 is a cross-sectional view showing the main part of the actuator in which the mover is accommodated in the stator.

図２３に示すアクチュエータは、図６に示すアクチュエータにおける固定子と可動子との機能を入れ替えたものに相当する。具体的には、本実施の形態に従うアクチュエータは、可動子３００と、固定子４０２とを含む。 The actuator shown in FIG. 23 corresponds to an actuator in which the functions of the stator and the mover in the actuator shown in FIG. 6 are exchanged. Specifically, the actuator according to the present embodiment includes a mover 300 and a stator 402.

可動子３００は、その両サイドに配置された回転体３０２と、回転体３０２の回転軸から偏心して連結された偏心体３０４とを含む。回転体３０２は、代表的にモータなどの電動機からなり、アクチュエータの駆動時において、図示しない電源装置から供給される電力によって回転運動を生じる。この可動子３００と一体化された回転体３０２の回転に伴って偏心体３０４も回転し、この偏心体３０４の回転に伴って径方向に偏心力が生じる。そして、この径方向への偏心力によって、可動子３００の両端部が径方向に変形を生じる。 The mover 300 includes a rotating body 302 disposed on both sides thereof, and an eccentric body 304 that is eccentrically connected to the rotating shaft of the rotating body 302. The rotator 302 is typically composed of an electric motor such as a motor, and generates rotational motion by electric power supplied from a power supply device (not shown) when the actuator is driven. The eccentric body 304 also rotates with the rotation of the rotating body 302 integrated with the mover 300, and an eccentric force is generated in the radial direction with the rotation of the eccentric body 304. Then, due to the eccentric force in the radial direction, both end portions of the mover 300 are deformed in the radial direction.

一方、固定子４０２は、中空構造の回転体３０２を貫通して回転自在に構成されており、その両端には、軸方向に沿った径方向の大きさ（半径）が不均一な受圧部４０４が形成されている。そして、アクチュエータの可動時に可動子３００が発生する少なくとも径方向の変位を受けて、受圧部４０４は、可動子３００および固定子４０２を軸方向に沿って所定の向き（可動子３００同士が近接する向き）に相対移動させるための作用力を及ぼす。 On the other hand, the stator 402 is configured so as to be rotatable through the rotating body 302 having a hollow structure, and at both ends thereof, a pressure receiving portion 404 having a nonuniform radial size (radius) along the axial direction. Is formed. Then, in response to at least the radial displacement generated by the mover 300 when the actuator is moved, the pressure receiving unit 404 moves the mover 300 and the stator 402 in a predetermined direction along the axial direction (the movers 300 come close to each other). Acting force for relative movement in the direction).

その他の構成は、図６に示したアクチュエータとほぼ同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。 Since other configurations are substantially the same as those of the actuator shown in FIG. 6, detailed description will not be repeated.

なお、本実施の形態では、説明の便宜上、図６に示すアクチュエータにおける固定子と可動子との機能を入れ替えた構成について例示したが、その他の実施の形態についても、同様に固定子と可動子との位置関係を入れ替えることができる。 In the present embodiment, for the sake of convenience of explanation, the configuration in which the functions of the stator and the mover in the actuator shown in FIG. 6 are interchanged has been illustrated, but the stator and the mover are similarly applied to the other embodiments. The positional relationship with can be switched.

この実施の形態によれば、固定子の構造を簡素化できるので、伸縮量が長いアクチュエータなどを容易に実現することができる。 According to this embodiment, since the structure of the stator can be simplified, an actuator having a long expansion / contraction amount can be easily realized.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

Claims

アクチュエータアレイであって、
複数のアクチュエータを備え、
隣接する前記アクチュエータは、互いに接続されており、
前記複数のアクチュエータの各々は、固定子および可動子を含み、
前記固定子および前記可動子は、非駆動時において、所定の移動軸に沿って相対移動が可能であり、
前記固定子は、駆動時において、少なくとも径方向に変位を生じる変位部を有し、
前記可動子は、両端に穴部が形成されていて中空であり、駆動時に前記固定子が内部に収容され、前記固定子の前記変位部による変位を受けて、前記移動軸の一方向に作用力を及ぼす受圧部を有し、
駆動時に前記受圧部が発生する作用力は、非駆動時に前記固定子および前記可動子が相対移動するのに要する力に比較して大きい、アクチュエータアレイ。An actuator array comprising:
Comprising a plurality of actuators,
Adjacent actuators are connected to each other;
Each of the plurality of actuators includes a stator contact and the movable element,
The stator and the mover are capable of relative movement along a predetermined movement axis when not driven.
The stator has a displacement portion that causes displacement at least in a radial direction during driving,
The mover is hollow with holes formed at both ends, and the stator is housed inside when driven, and receives displacement by the displacement portion of the stator and acts in one direction of the moving shaft. Having a pressure receiving part that exerts force,
An actuator array in which an acting force generated by the pressure receiving portion during driving is larger than a force required for relative movement of the stator and the mover during non-driving.

前記受圧部は、径方向の大きさが不均一であり、前記穴部に形成されている、請求項１に記載のアクチュエータアレイ。2. The actuator array according to claim 1, wherein the pressure receiving portion has a non-uniform radial size and is formed in the hole portion.

複数の前記アクチュエータは直列接続されている、請求項１または２に記載のアクチュエータアレイ。The plurality of the actuators are connected in series, the actuator array according to請Motomeko 1 or 2.

複数の前記アクチュエータは並列接続されている、請求項１または２に記載のアクチュエータアレイ。The plurality of the actuators are connected in parallel, an actuator array according to請Motomeko 1 or 2.

互いに直列接続された、複数の前記並列接続された複数の前記アクチュエータを含む、請求項４に記載のアクチュエータアレイ。Connected in series, comprising a plurality of said actuators plurality of the parallel connection, the actuator array according to請Motomeko 4.

前記可動子同士が弾性的に接続されることで、複数の前記アクチュエータが並列接続されている、請求項４または５に記載のアクチュエータアレイ。Said that the movable element to each other is elastically connected, a plurality of the actuators are connected in parallel, an actuator array according to請Motomeko 4 or 5.

複数の前記アクチュエータは、共通の駆動信号に対して互いに異なる応答特性を有する複数のアクチュエータ群を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載のアクチュエータアレイ。A plurality of said actuators, a plurality of actuators including a group actuator array according to any one of請Motomeko 1-6 having different response characteristics with respect to the common drive signal.

前記複数のアクチュエータ群は、前記共通の駆動信号に対して互いに異なるタイミングで動作する、請求項７に記載のアクチュエータアレイ。Wherein the plurality of actuators operate at different timings with respect to said common drive signals, the actuator array according to請Motomeko 7.

各前記アクチュエータ群は、前記アクチュエータアレイの端から順に、動作タイミングの順番に配置されている、請求項８に記載のアクチュエータアレイ。Each said actuator group comprises, in order from an end of the actuator array, it is arranged in order of operation timing, the actuator array according to請Motomeko 8.

前記複数の前記アクチュエータは、前記共通の駆動信号に対して互いに異なる出力エネルギーを発生する、請求項７に記載のアクチュエータアレイ。Wherein the plurality of the actuators, which generate different output energy from each other with respect to said common drive signals, the actuator array according to請Motomeko 7.

複数の前記アクチュエータのうち、駆動する前記アクチュエータの個数を変更できる、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のアクチュエータアレイ。Among the plurality of actuators, can change the number of the actuators to be driven, the actuator array according to any one of請Motomeko 1-10.

請求項１に記載のアクチュエータアレイを共通の駆動信号によって駆動する駆動方法であって、
複数の前記アクチュエータを複数のアクチュエータ群に分け、各前記アクチュエータ群の前記駆動信号に対する応答特性が、互いに異なるものになるように設定するステップと、
前記応答特性を設定された各前記アクチュエータに前記駆動信号を与えるステップとを含む、アクチュエータアレイの駆動方法。A driving method for driving an actuator array according by a common drive signal to請Motomeko 1,
Dividing the plurality of actuators into a plurality of actuator groups, and setting the response characteristics of the actuator groups to the drive signals to be different from each other;
Providing the drive signal to each of the actuators having the response characteristics set.

請求項１に記載のアクチュエータアレイを共通の駆動信号によって駆動する駆動方法であって、
各前記アクチュエータには、コンデンサを含む電源供給系が、前記駆動信号が与えられたときに電圧を供給し、
複数の前記アクチュエータを複数のアクチュエータ群に分け、各前記アクチュエータ群に含まれる前記コンデンサの容量を、互いに異なるものになるように設定するステップと、
各前記アクチュエータに前記駆動信号を与えるステップとを含む、アクチュエータアレイの駆動方法。A driving method for driving an actuator array according by a common drive signal to請Motomeko 1,
A power supply system including a capacitor supplies a voltage to each actuator when the drive signal is given,
Dividing the plurality of actuators into a plurality of actuator groups, and setting the capacities of the capacitors included in each actuator group to be different from each other;
Providing the drive signal to each of the actuators.

請求項１に記載のアクチュエータアレイを駆動信号によって駆動する駆動方法であって、
前記駆動信号によって駆動される前記アクチュエータの個数を設定するステップと、
各前記アクチュエータに前記駆動信号を与えるステップとを含む、アクチュエータアレイの駆動方法。The actuator array according to請Motomeko 1 A method of driving by a drive signal,
Setting the number of actuators driven by the drive signal;
Providing the drive signal to each of the actuators.