JP6769603B2 - アクチュエータ - Google Patents
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Description
このような形状記憶合金の形状回復力を利用したアクチュエータは、装置の小型化、軽量性、静音性などの諸点において優れた特徴を持っている。
以下、アクチュエータ100の長軸方向をx軸、短軸方向をy軸、アクチュエータ100の高さ方向をz軸とする。アクチュエータ100の利用場面はさまざまであるが、本実施形態におけるアクチュエータ100は、ラップトップPCやタブレットPCのタッチパネルの背面側に内蔵され、触覚を作るためのデバイスである。アクチュエータ100は、x方向に約30mm、y方向に約3mm、z方向に約9mmの大きさを有する小さな部品である。
固定子102と移動子104はアルミニウムにより形成される。固定子102は第1外殻体120により被殻され、移動子104は第2外殻体110により被殻される。第1外殻体120および第2外殻体110はどちらも樹脂により形成される。
移動子104はタッチパネルをその裏側から押し上げてもよいし、移動子104の面方向への動きがタッチパネルにわずかな振動を与えてもよい。タッチパネルの裏面に配置されるアクチュエータ100の数や位置、方向により、さまざまな触感が実現される。
SMAワイヤ106は、固定子102と移動子104の間に差し渡される(詳細後述)。SMAワイヤ106の両端は、2つの端子部材108a、108b(以下、まとめていうときや特に区別しないときには単に「端子部材108」とよぶ)に固定される。端子部材108aは電流の入力端子、端子部材108bは電流の出力端子として機能する。したがって、端子部材108は導電性の部材でなければならない。本実施形態における端子部材108は真鍮または銅により形成される。
アルマイト加工とは、アルミニウムの表面に薄い酸化アルミニウム被膜(絶縁膜)を形成する処理である。酸化アルミニウム被膜の膜厚は20〜40μm程度である。
アクチュエータ100の構成は、固定部品144と、移動部品146、SMAワイヤ106に大別される。
固定部品144は、第1外殻体120,固定子102および端子部材108を含むパーツである。まず、固定子102および2つの端子部材108を形成し、これらを型枠の一部として使用する樹脂のインサートにより、第1外殻体120が形成される。このような製法により、固定子102と端子部材108が第1外殻体120により連結される。同様にして、移動子104を型枠の一部として、樹脂をインサートすることにより、第2外殻体110が形成される。
これは、移動子104と第2外殻体110についても同様である。
第1外殻体120や第2外殻体110は、絶縁性を有する部材であることが望ましいが、少なくとも固定子102や移動子104よりも電気伝導率の低い物質により形成されることが望ましい。
常温時、SMAワイヤ106は、突起112およびくぼみ114に沿って、固定子102の上に差し渡される。固定子102の突起112には、第1外殻体120により壁部128が形成される。壁部128の間の溝126において、固定子102は露出する。同様に、移動子104の突起116においても、第2外殻体110により壁部134が形成される(図5参照)。壁部134により形成される溝132において、移動子104は露出する。すなわち、SMAワイヤ106は溝126において固定子102と当接し、溝132において移動子104と当接する。
ばね端子142から端子部材108に電力が供給されると、SMAワイヤ106に電流が流れる。SMAワイヤ106に電流が流れると、SMAワイヤ106はオースティナイト相に相転移して硬化し、直線状に伸びようとする。SMAワイヤ106が伸長すると、移動子104は上方向(z軸正方向)に押し上げられる。
図8は、第1実施形態における端子部材108の外観斜視図である。
端子部材108は、上面と下面に溝130a,130bを有する。上面の溝130aにはSMAワイヤ106が挿入され、SMAワイヤ106は溝130aによりカシメ固定される。図8においては、溝130は端子部材108の上面に形成されているが、溝130は端子部材108の側面に形成されてもよい。
図9は、第2実施形態における端子部材108の外観斜視図である。
第2実施形態における端子部材108は、凸部138だけでなく、本体部分にも貫通孔166が形成される。この貫通孔166にも樹脂がインサートされてもよいし、ネジなどの部品が挿入されてもよい。また、ピン形状の電極が貫通孔166に挿入されてもよい。第2実施形態においても、溝130および貫通孔166が上下対称形となるように形成されてもよい。たとえば、凸部138よりも上部に溝130と貫通孔166を形成し、凸部138よりも下部にも溝130と貫通孔166を形成してもよい。
図10は、第3実施形態における端子部材108の外観斜視図である。
第3実施形態の端子部材108には、端子部材108をz軸方向に貫く貫通孔170が形成される。端子部材108の上面にはネジ168が挿入される。第3実施形態においては、溝130によってSMAワイヤ106をカシメ固定するのではなく、ネジ168と端子部材108でSMAワイヤ106を挟むことでSMAワイヤ106を端子部材108に固定する。
貫通孔170の下部からは樹脂がインサートされてもよいし、ネジなどの部品が挿入されてもよい。また、ピン形状の電極が挿入されてもよい。
図11は、第4実施形態における端子部材108の外観斜視図である。
端子部材108の上部に溝130を形成し、端子部材108の下部に収容孔172を形成してもよい。収容孔172にも樹脂がインサートされてもよいし、ネジなどの部品が挿入されてもよい。また、ピン形状の電極が挿入されてもよい。
図12は、第5実施形態における端子部材108の外観斜視図である。
第5実施形態においては、端子部材108の側面に溝130が形成される。溝130が側面に形成される場合、端子部材108の上面を圧迫することでSMAワイヤ106はカシメ固定される。端子部材108の本体に形成される貫通孔166には、接続部材174が固定される。接続部材174は、外部部品と端子部材108を連結するための部品である。接続部材174を介して端子部材108に電力が供給されてもよい。
図13は、第6実施形態におけるアクチュエータ100の外観斜視図である。
第6実施形態においては、第1外殻体120に突起部176が形成され、第2外殻体110に収容部178が形成される。収容部178の鈎部182が突起部176の鈎部180と噛み合うことで、移動子104(第2外殻体110)は固定子102(第1外殻体120)に固定される。第2外殻体110と第1外殻体120の嵌合時においては、鈎部180と鈎部182の間に図7と同様のマージンが設けられる。このため、SMAワイヤ106が伸長するとき、移動子104はz軸方向に移動する。突起部176の中央には溝136が形成され、SMAワイヤ106はこの溝136に挿入される。
図14は、第7実施形態におけるアクチュエータ100の外観斜視図である。
第7実施形態においては、第2外殻体110の側方に突起部184が形成され、第1外殻体120に規制部186(収容部)が形成される。突起部184と規制部186の間にはマージン188が形成される。比較的弾性率の高い規制部186に対して突起部184を押し込むことで、第1外殻体120と第2外殻体110は嵌合(遊嵌)する。第7実施形態においても、規制部186の中央には溝130が形成される。
図15は、第8実施形態におけるアクチュエータ100の外観斜視図である。図16は、第8実施形態におけるアクチュエータ100から第1外殻体120を取り除いたときの外観斜視図である。
第8実施形態においては、アクチュエータ100は外部の部材194に固定される。固定方法はネジ固定や接着剤など任意の方法でよい。端子部材108(頭部)の底面には、端子部材108の底面積よりも格段に小さい、望ましくは、端子部材108のxy平面における最大断面積の10%以下の断面積を有する第1ピン192が接続される(図16参照)。第1ピン192は、第1ピン192よりも拡径した第2ピン190とつながり、第2ピン190は部材194を貫通する。第2ピン190は溶接領域196において部材194にはんだ付けされる。
加工性のよい樹脂により第1外殻体120および第2外殻体110を形成するため、固定子102,移動子104および端子部材108を比較的単純な構造とすることができる。第1外殻体120および第2外殻体110により、端子部材108は固定子102および移動子104から離隔されるため、端子部材108から固定子102等への漏電を防止できる。また、第1外殻体120および第2外殻体110により、固定子102等の酸化アルミニウム被膜が保護される。
A1.形状記憶合金で形成される線材と、
前記線材が差し渡される固定子と、
前記線材を挟んで前記固定子と対向し、前記線材の伸縮により移動する移動子と、
前記固定子よりも電気伝導率の低い物質により形成され、前記固定子を覆う外殻体と、
前記外殻体に取り付けられる端子部材と、を備え、
前記線材の端部は、前記端子部材に固定されることを特徴とするアクチュエータ。
前記線材は、前記外殻体および前記固定子双方の溝に挿入され、
前記端子部材の溝の圧迫により、前記線材は前記端子部材においてカシメ固定されることを特徴とするA2に記載のアクチュエータ。
前記端子部材の上部の溝には、前記線材が挿入され、
前記端子部材の下部の溝は、外部部材の凸部が挿入されることを特徴とするA1からA3のいずれかに記載のアクチュエータ。
C1.形状記憶合金で形成される線材と、
前記線材が差し渡される固定子と、
前記線材を挟んで前記固定子と対向し、前記線材の伸縮により移動する移動子と、
前記固定子を覆う第1の外殻体と、
前記移動子を覆う第2の外殻体と、を備え、
前記第1および第2の外殻体を嵌合させることにより、前記移動子が移動可能な状態にて前記第1および第2の外殻体を相互に連結することを特徴とするアクチュエータ。
前記第1の外殻体および前記端子部材の双方にスリットが形成され、かつ、前記第1の外殻のスリットと前記端子部材のスリットは一直線上に並ぶように形成されることを特徴とするC1に記載のアクチュエータ。
Claims (6)
- 形状記憶合金で形成される線材と、
前記線材が差し渡される固定子と、
前記線材を挟んで前記固定子と対向し、前記線材の伸縮により移動する移動子と、
樹脂により形成され、前記固定子を覆う第1の外殻体と、を備え、
前記固定子および前記移動子の双方には突起とくぼみが交互に形成されており、
前記移動子のくぼみを前記固定子の突起に対向させ、前記移動子の突起を前記固定子のくぼみに対向させた状態にて、前記移動子は前記固定子に載置され、
前記第1の外殻体は、前記線材の前記固定子との当接部分において前記固定子を露出させ、かつ、前記突起の側部においても前記固定子を露出させることを特徴とするアクチュエータ。 - 前記線材は、前記第1の外殻体に固定される端子部材から電力を供給されることを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ。
- 前記第1の外殻体は、前記線材の前記固定子との当接部分の両側または片側に壁部を形成することを特徴とする請求項1または2に記載のアクチュエータ。
- 前記第1の外殻体は、樹脂をインサート成形することにより形成されることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のアクチュエータ。
- 樹脂により形成され、前記移動子を覆う第2の外殻体、を更に備えることを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ。
- 前記第1の外殻体は、前記線材の前記固定子との当接部分の両側または片側に壁部を形成し、
前記第2の外殻体は、前記線材の前記移動子との当接部分において前記移動子を露出させ、前記当接部分の両側または片側に壁部を形成することを特徴とする請求項5に記載のアクチュエータ。
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