特開 2020-121403 リニアアクチュエータ及びリニアアクチュエータを用いたロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-121403(P2020-121403A)

(43)【公開日】2020年8月13日

(54)【発明の名称】リニアアクチュエータ及びリニアアクチュエータを用いたロボット

(51)【国際特許分類】

   B25J 19/00 20060101AFI20200717BHJP

【ＦＩ】

   B25J19/00 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2020-12382(P2020-12382)

(22)【出願日】2020年1月29日

(31)【優先権主張番号】特願2019-13414(P2019-13414)

(32)【優先日】2019年1月29日

(33)【優先権主張国】JP

(71)【出願人】

【識別番号】504168156

【氏名又は名称】学校法人谷岡学園

(74)【代理人】

【識別番号】100091443

【弁理士】

【氏名又は名称】西浦 ▲嗣▼晴

(74)【代理人】

【識別番号】100130720

【弁理士】

【氏名又は名称】▲高▼見 良貴

(74)【代理人】

【識別番号】100130432

【弁理士】

【氏名又は名称】出山 匡

(72)【発明者】

【氏名】中安 翌

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707BS19

3C707CX01

3C707HS06

3C707WA18

(57)【要約】      （修正有）

【課題】様々な用途に使用可能なリニアアクチュエータを提供する。
【解決手段】リニアアクチュエータ１は、可撓性を有する長尺状本体３と、姿勢変更指令に応じて長尺状本体３の姿勢を任意の姿勢に変更させる姿勢変更機構とを有している。長尺状本体３の両端に第１及び第２の配線回路基板９及び１１が配置されている。長尺状本体３及び第１及び第２の配線回路基板９及び１１の材質並びに長尺状本体３の両端と１及び第２の配線回路基板９及び１１との間の関係は、姿勢変更機構が駆動状態にあるときに、長尺状本体３が制御可能な変形をするように定められている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

可撓性を有する長尺状本体と、
姿勢変更指令に応じて前記長尺状本体の姿勢を任意の姿勢に変更させる姿勢変更機構を有し、
前記長尺状本体には、長手方向の一端から他端に延びる複数の貫通孔が形成されており、
前記姿勢変更機構が、
前記長尺状本体の前記複数の貫通孔を通って、前記長尺状本体の前記長手方向に延び且つ前記長尺状本体の周方向に間隔を開けて配置された複数本の形状記憶合金線状体と、
前記長尺状本体の前記一端と対向するように配置されて前記複数本の形状記憶合金線状体に個別に電流を流す配線パターンを有する第１の配線回路基板と、
前記長尺状本体の前記他端と対向するように配置されて前記複数本の形状記憶合金線状体に個別に電流を流す配線パターンを有する第２の配線回路基板を備え、
前記長尺状本体及び前記第１及び第２の配線回路基板の材質並びに前記長尺状本体の前記一端及び前記他端と前記１及び第２の配線回路基板との間の関係は、前記姿勢変更機構が駆動状態にあるときに、前記長尺状本体が制御可能な変形をするように定められていることを特徴とするリニアアクチュエータ。

【請求項2】

前記第１及び第２の配線回路基板が変形しない基板材料を用いて形成されており、
前記長尺状本体の前記一端を固定して前記長尺状本体を水平状態にしたときに前記長尺状本体の前記他端が変位しない前記可撓性を前記長尺状本体が有しており、
前記長尺状本体の前記一端及び前記他端と前記第１及び第２の配線回路基板との間は、非接合状態にあることを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ。

【請求項3】

前記第１及び第２の配線回路基板が変形しない基板材料を用いて形成されており、
前記長尺状本体の前記一端を固定して前記長尺状本体を水平状態にしたときに前記長尺状本体の前記他端が変位しない前記可撓性を前記長尺状本体が有しており、
前記長尺状本体の前記一端と前記第１の配線回路基板とは接合状態にあり、前記長尺状本体の前記他端と前記第２の配線回路基板とは非接合状態にあることを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ。

【請求項4】

前記第１及び第２の配線回路基板が変形しない基板材料を用いて形成されており、
前記長尺状本体の前記一端を固定して前記長尺状本体を水平状態にしたときに前記長尺状本体の前記他端が変位しない前記可撓性を前記長尺状本体が有しており、
前記長尺状本体の前記一端と前記第１の配線回路基板とは接合状態にあり、前記長尺状本体の前記他端と前記第２の配線回路基板とは接合状態にあることを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ。

【請求項5】

前記第１及び第２の配線回路基板が変形する基板材料を用いて形成されており、
前記長尺状本体の前記一端を固定して前記長尺状本体を水平状態にしたときに前記長尺状本体の前記他端が変位する硬さを前記長尺状本体が有しており、
前記長尺状本体の前記一端と前記第１の配線回路基板とは接合状態にあり、前記長尺状本体の前記他端と前記第２の配線回路基板とは非接合状態にあることを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ。

【請求項6】

前記第１及び第２の配線回路基板が変形する基板材料を用いて形成されており、
前記長尺状本体の前記一端を固定して前記長尺状本体を水平状態にしたときに前記長尺状本体の前記他端が変位する硬さを前記長尺状本体が有しており、
前記長尺状本体の前記一端と前記第１の配線回路基板とは接合状態にあり、前記長尺状本体の前記他端と前記第２の配線回路基板とは接合状態にあることを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ。

【請求項7】

前記第１の配線回路基板の外側には、前記姿勢変更指令に従って前記複数本の形状記憶合金線状体に前記配線パターンを介して電流を供給する電流供給回路を実装した実装基板が配置されており、
前記電流供給回路に前記変更指令信号及び電力を供給する複数本の電線が前記長尺状本体と前記第１の配線回路基板を貫通して配置されている請求項１乃至６のいずれか１項に記載のリニアアクチュエータ。

【請求項8】

前記第１の配線回路基板及び前記実装基板と前記第２の配線回路基板には、同じ構造の別のリニアアクチュエータが直列接続できるように構成された接続構造をそれぞれ備えている請求項７に記載のリニアアクチュエータ。

【請求項9】

前記接続構造は、前記第１の配線回路基板及び前記実装基板と前記第２の配線回路基板には、複数の接続導体が貫通する複数の導体貫通凹部または複数の導体貫通孔が周方向に間隔をあけて形成され、
前記複数の接続導体が前記複数の導体貫通凹部または複数の導体貫通孔と前記別のリニアアクチュエータの前記複数の導体貫通凹部または複数の導体貫通孔に跨って配置されて隣り合う２つの前記リニアアクチュエータが電気的及び機械的に接続されるように構成されている請求項８に記載のリニアアクチュエータ。

【請求項10】

前記複数の形状記憶合金線状体の両端が、それぞれ前記第１の配線回路基板及び前記第２の配線回路基板に半田付けされた複数個のハトメ端子に、カシメによってそれぞれ接続されている請求項１乃至６のいずれか１項に記載のリニアアクチュエータ。

【請求項11】

請求項１乃至６のリニアアクチュエータが複数直列に接続されて、進行方向に蠕動運動または蛇行運動をするように構成されているリニアアクチュエータを用いたロボット。

【請求項12】

複数のアクチュエータモジュールが直列に接続されており、直列に接続された前記複数のアクチュエータモジュールが進行方向に蠕動運動または蛇行運動をするように構成されているリニアアクチュエータを用いたロボットであって、
前記アクチュエータモジュールは、前記進行方向に並ぶ一対のエンドプレートの一方のエンドプレートに一端が固定され前記一対のエンドプレートの他方のエンドプレートに他端が固定され且つ周方向に所定の間隔を開けて配置されたｎ本（ｎは２以上の整数）のリニアアクチュエータユニットからなり、
前記リニアアクチュエータユニットは、前記一方のエンドプレートに一端が固定され且つ周方向に所定の間隔を開けて配置されたｎ本（ｎは２以上の整数）の第１リニアアクチュエータからなる第１のリニアアクチュエータ群と、前記他方のエンドプレートに一端が固定され且つ周方向に前記所定の間隔を開けて配置されたｎ本の第２リニアアクチュエータからなる第２のリニアアクチュエータ群とを備え、前記第１のリニアアクチュエータ群の前記ｎ本の第１リニアアクチュエータの他端と前記第２のリニアアクチュエータ群の前記ｎ本の第２リニアアクチュエータの他端とがそれぞれ屈曲可能な連結機構を介して連結されており、
前記第１リニアアクチュエータ及び前記第２リニアアクチュエータが、それぞれ請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のリニアアクチュエータによって構成されていることを特徴とするリニアアクチュエータを用いたロボット。

【請求項13】

前記連結機構は、前記第１リニアアクチュエータの前記他端と前記第２リニアアクチュエータの前記他端との間に配置されて、前記第１リニアアクチュエータと前記第２リニアアクチュエータとを電気的に接続する可撓性を有する電線と、前記第１リニアアクチュエータの前記他端と前記第２リニアアクチュエータの前記他端に両端がそれぞれ嵌合されて前記電線を収納する可撓性を有するチューブ部材とからなる請求項１２に記載のリニアアクチュエータを用いたロボット。

【請求項14】

複数のアクチュエータモジュールが直列に接続されており、直列に接続された前記複数のアクチュエータモジュールが進行方向に蠕動運動または蛇行運動をするように構成されているリニアアクチュエータを用いたロボットであって、
前記アクチュエータモジュールは、前記進行方向に並ぶ一対のエンドプレートの一方のエンドプレートに一端が固定され前記一対のエンドプレートの他方のエンドプレートに他端が固定され且つ周方向に所定の間隔を開けて配置されたｎ本（ｎは２以上の整数）のリニアアクチュエータユニットからなり、
前記リニアアクチュエータユニットは、前記一方のエンドプレートに一端が固定され且つ前記他方のエンドプレートに他端が固定されて、周方向に所定の間隔を開けて配置されたｎ本（ｎは２以上の整数）のリニアアクチュエータからなり、
前記ｎ本のリニアアクチュエータが、それぞれ請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のリニアアクチュエータによって構成されていることを特徴とするリニアアクチュエータを用いたロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、リニアアクチュエータ及びリニアアクチュエータを用いたロボットに関するものである。

【背景技術】

【0002】

特開２０１１−１８７０５０号公報には、やわらかい動きや生物的な動きを表現することができる三次元モーション・ディスプレイ装置に用いることができるリニアアクチュエータの従来例が示されている。このリニアアクチュエータは、回路基板からなるベースの表面に一端が固定され且つ他端が自由端となる可撓性を有する長尺状本体と、姿勢変更指令に応じて長尺状本体の姿勢を任意の方向に変更させる姿勢変更機構とを有している。姿勢変更機構は、長尺状本体の内部に配置されて、通電により形状を変形する複数本の形状記憶合金線状体を用いて長尺状本体の姿勢を変更するように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１−１８７０５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来のリニアアクチュエータは、単体で使用するには適したものである。しかしながらこの種のリニアアクチュエータを直列に接続して使用することはできない。そのためリニアアクチュエータの用途が制限されている問題がある。

【0005】

本発明の目的は、様々な用途に使用可能なリニアアクチュエータ及びリニアアクチュエータを用いたロボットを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のリニアアクチュエータは、可撓性を有する長尺状本体と、姿勢変更指令に応じて長尺状本体の姿勢を任意の姿勢に変更させる姿勢変更機構とを有している。長尺状本体には、長手方向の一端から他端に延びる複数の貫通孔が形成されている。姿勢変更機構は、長尺状本体の複数の貫通孔を通って、長尺状本体の前記長手方向に延び且つ長尺状本体の周方向に間隔を開けて配置された複数本の形状記憶合金線状体と、長尺状本体の一端と対向するように配置されて複数本の形状記憶合金線状体に個別に電流を流す配線パターンを有する第１の配線回路基板と、長尺状本体の他端と対向するように配置されて複数本の形状記憶合金線状体に個別に電流を流す配線パターンを有する第１の配線回路基板を備えている。そして長尺状本体及び第１及び第２の配線回路基板の材質並びに長尺状本体の一端及び他端と１及び第２の配線回路基板との間の関係は、姿勢変更機構が駆動状態にあるときに、長尺状本体が制御可能な変形をするように定められている。

【0007】

本発明のリニアアクチュエータによれば、長尺状本体を制御可能に変形させることができるので、リニアアクチュエータをユニットとして様々な用途に使用できる。

【0008】

第１及び第２の配線回路基板が変形しない基板材料を用いて形成されており、長尺状本体の一端を固定して長尺状本体を水平状態にしたときに長尺状本体の他端が変位しない可撓性を長尺状本体が有している場合には、長尺状本体の一端及び他端と第１及び第２の配線回路基板との間の関係は、次のようにすることができる。すなわち長尺状本体の一端及び他端と第１及び第２の配線回路基板との間は、非接合状態にあってもよい。また長尺状本体の一端と前記第１の配線回路基板とは接合状態にあり、長尺状本体の他端と第２の配線回路基板とは非接合状態にあってもよい。さらに長尺状本体の一端と第１の配線回路基板とが接合状態にあり、長尺状本体の他端と第２の配線回路基板とが接合状態にあってもよい。

【0009】

また第１及び第２の配線回路基板が変形する基板材料を用いて形成されており、且つ長尺状本体の一端を固定して長尺状本体を水平状態にしたときに長尺状本体の他端が変位する硬さを長尺状本体が有していてもよい。この場合には、長尺状本体の一端と第１の配線回路基板とは接合状態にあり長尺状本体の他端と第２の配線回路基板とは非接合状態にあればよい。または長尺状本体の一端と第１の配線回路基板とは接合状態にあり、長尺状本体の他端と第２の配線回路基板とは接合状態にあってもよい。

【0010】

第１の配線回路基板の外側には、姿勢変更指令に従って複数本の形状記憶合金線状体に配線パターンを介して電流を供給する電流供給回路を実装した実装基板が配置されていてもよい。この場合、電流供給回路に変更指令信号及び電力を供給する複数本の電線が長尺状本体と第１の配線回路基板を貫通して配置されているのが好ましい。電流供給回路を実装した実装基板を別に設けると、第１及び第２の配線回路基板の配線パターンをある程度自由に形成することができる。そのため、長尺状本体の本数を増やした場合でも、簡単に対応することができる。

【0011】

第１の配線回路基板及び前記実装基板と第２の配線回路基板には、同じ構造の別のリニアアクチュエータが直列接続できるように構成された接続構造をそれぞれ備えているのが好ましい。このような接続構造を予め備えていれば、直列接続を簡単に実現することができる。

【0012】

接続構造は、第１の配線回路基板及び実装基板と第２の配線回路基板には、複数の接続導体が貫通する複数の導体貫通凹部または複数の導体貫通孔が周方向に間隔をあけて形成されており、複数の接続導体が複数の導体貫通凹部または複数の導体貫通孔と別のリニアアクチュエータの複数の導体貫通凹部または複数の導体貫通孔に跨って配置されて隣り合う２つの前記リニアアクチュエータが電気的及び機械的に接続されるように構成されているのが好ましい。

【0013】

複数の形状記憶合金線状体の両端が、それぞれ第１の配線回路基板及び第２の配線回路基板に半田付けされた複数個のハトメ端子に、カシメによってそれぞれ接続されているのが好ましい。ハトメ端子を用いると、形状記憶合金線状体を確実に配線回路基板に対して機械的に接続することができる。

【0014】

本発明のリニアアクチュエータを複数直列に接続すれば、進行方向に蠕動運動または蛇行運動をするリニアアクチュエータを用いたロボットを提供することができる。

【0015】

リニアアクチュエータの用途は、単なる直列接続する用途だけでなく、複数のアクチュエータモジュールが直列に接続されており、直列に接続された複数個のアクチュエータモジュールが進行方向に蠕動運動または蛇行運動をするように構成されているリニアアクチュエータを用いたロボットにも適用できる。このロボットでは、アクチュエータモジュールは、進行方向に並ぶ一対のエンドプレートの一方のエンドプレートに一端が固定され一対のエンドプレートの他方のエンドプレートに他端が固定され且つ周方向に所定の間隔を開けて配置されたｎ本（ｎは２以上の整数）のリニアアクチュエータユニットからなる。リニアアクチュエータユニットは、一方のエンドプレートに一端が固定され且つ周方向に所定の間隔を開けて配置されたｎ本（ｎは２以上の整数）の第１リニアアクチュエータからなる第１のリニアアクチュエータ群と、他方のエンドプレートに一端が固定され且つ周方向に所定の間隔を開けて配置されたｎ本の第２リニアアクチュエータからなる第２のリニアアクチュエータ群とを備えている。そして第１のリニアアクチュエータ群のｎ本の第１リニアアクチュエータの他端と第２のリニアアクチュエータ群のｎ本の第２リニアアクチュエータの他端とがそれぞれ屈曲可能な連結機構を介して連結されている。そして第１リニアアクチュエータ及び第２リニアアクチュエータが、それぞれ本発明のリニアアクチュエータによって構成されている。

【0016】

このロボットでは、複数本のリニアアクチュエータユニットが一対のエンドプレート間に並設されることになるため、長さを任意に決めることができて、しかもパワーのある蠕動運動または蛇行運動をするロボットを提供することができる。

【0017】

特に、ｎ本のリニアアクチュエータユニットを、それぞれ長手方向に直線状に延びた状態から長手方向の中央部を長手方向と直交する方向に変位させるように変形し且つ長手方向の中央部を長手方向と直交する方向に変位させた状態から長手方向に直線状に延びた状態に変形するように構成すれば、蠕動運動を確実に実現できる。またｎ本のリニアアクチュエータユニットを適宜に曲げることにより、アクチュエータモジュールを、直線状態、ひねり状態、傾斜状態または収縮状態のいずれかの状態にすることができる。そのためこれらの状態を適宜に組み合わせることにより、複雑な蠕動運動または蛇行運動をするロボットを提供することができる。

【0018】

連結機構は、第１リニアアクチュエータの他端と第２リニアアクチュエータの他端との間に配置されて、第１リニアアクチュエータと第２リニアアクチュエータとを電気的に接続する可撓性を有する電線と、第１リニアアクチュエータの他端と第２リニアアクチュエータの他端に両端がそれぞれ嵌合されて電線を収納する可撓性を有するチューブ部材とからなる構成にしてもよい。このような連結構造は、可撓性が高いため、アクチュエータモジュールの変形を滑らかに実現することができる。

【0019】

またリニアアクチュエータユニットを、一方のエンドプレートに一端が固定され且つ前記他方のエンドプレートに他端が固定されて、周方向に所定の間隔を開けて配置されたｎ本（ｎは２以上の整数）のリニアアクチュエータから構成してもよい。この場合、ｎ本のリニアアクチュエータを、それぞれ本発明のリニアアクチュエータによって構成しても、蠕動運動または蛇行運動をするロボットを簡単に構成することができる。

【0020】

なお長尺状本体は、弾力性また可撓性を有する材料により形成されており、姿勢変更機構が非駆動状態にあるときに、長尺状本体はその弾力性または可撓性により予め定めた姿勢に復帰する。なお記弾力性または可撓性を有する材料としては、ゴム系材料が好ましい。特に、長尺状本体は、シリコーンゴム材料によって一体成形されたものであるのが好ましい。

【0021】

具体的には、回路基板の表面に形成された配線パターンには、複数個のハトメ端子が半田接続される複数の半田付け電極が形成されているのが好ましいい。そしてハトメ端子は、筒部の一端にフランジ部を有する形状を有しているものを用いるのが好ましい。この場合に、ハトメ端子のフランジ部が、半田付け電極に半田付け接続されており、筒部に形状記憶合金線状体の一端が挿入された状態で筒部がカシメられた状態にあるのが好ましい。このような構造であれば、複数の形状記憶合金線状体を簡単且つ確実に回路パターンに対して機械的且つ電気的に接続することができる。なお長尺状本体に形成された複数の貫通孔の回路基板側に位置する一端に複数のハトメ端子の筒部が嵌合されているのが好ましい。この篏合によって、長尺状本体の一端の回路パターンに対する位置決めを確実なものとすることができる。

【0022】

なお複数本の形状記憶合金線状体の他端と導電線の他端とが共通接続用のハトメ端子の筒部内に挿入された状態で、筒部がカシメられた状態にするのが好ましい。このようなハトメ端子を用いると、複数本の形状記憶合金線状体を簡単且つ確実に接続することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本実施の形態のリニアアクチュエータと複数の接続導体を示した斜視図である。

【図2】リニアアクチュエータの分解斜視図と、各部の部分拡大図を示す図である。

【図3】（Ａ）は第１の配線回路基板の正面図であり、（Ｂ）は第２の配線回路基板の正面図であり、（Ｃ）は実装基板の正面図である。

【図4】（Ａ）及び（Ｂ）は、配線回路基板と長尺状本体の関係を説明するために用いるである。

【図5】本実施例のリニアアクチュエータを直接に接続する場合の接続状態を説明するために用いるである。

【図6】本実施例のリニアアクチュエータを複数本直接に接続した蛇行運動をするロボットの概略図である。

【図7】（Ａ）及び（Ｂ）はアクチュエータモジュールの非変形状態と変形状態を示す図であり、（Ｃ）はリニアアクチュエータユニットの構成を説明するために用いる図である。

【図8】６個のアクチュエータモジュールを直列に接続したロボットを示している。

【図9】蠕動運動をするロボットの例である。

【図10】蛇行運動をするロボットの例である。

【図11】（Ａ）乃至（Ｄ）は、図７に示したアクチュエータモジュールの動作の典型例を示す図である。

【図12】（Ａ）乃至（Ｃ）は、図７の４本のリニアアクチュエータユニットをそれぞれリニアアクチュエータにより構成したアクチュエータモジュールの動作の典型例を示す図である。

【図13】（Ａ）乃至（Ｃ）は、３本のリニアアクチュエータを用いたアクチュエータモジュールの動作の典型例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下図面を参照して本発明のリニアアクチュエータの実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は、本実施の形態のリニアアクチュエータ１と複数の接続導体ＣＣを示した斜視図であり、図２はリニアアクチュエータ１の分解斜視図と、各部の部分拡大図を示す図である。図３（Ａ）は後述する第１の配線回路基板９の正面図であり、図３（Ｂ）は後述する第２の配線回路基板１１の正面図であり、（Ｃ）は後述する実装基板１５の正面図である。

【0025】

これらの図に示すように、本実施の形態のリニアアクチュエータ１は、可撓性を有する長尺状本体３と、姿勢変更指令に応じて長尺状本体の姿勢を任意の姿勢に変更させる姿勢変更機構（７〜１１）とを有している。長尺状本体３には、長手方向の一端から他端に延びる複数の貫通孔５が形成されている。長尺状本体３は、長尺状本体３の一端を固定して長尺状本体３を水平状態にしたときに長尺状本体３の他端が変位しない可撓性を有していても、または長尺状本体３の一端を固定して長尺状本体３を水平状態にしたときに長尺状本体３の他端が変位する可撓性を有していてもよい。これを実現するために、長尺状本体３の材質はゴム材料または樹脂材料（本実施の形態では、シリコーンゴム材料）等の適宜の材質から選定されている。

【0026】

姿勢変更機構（７〜１１）は、長尺状本体３の複数の貫通孔５を通って、長尺状本体３の長手方向に延び且つ長尺状本体３の周方向に間隔を開けて配置された複数本の形状記憶合金線状体７と、長尺状本体３の両端に配置されて複数本の形状記憶合金線状体７に個別に電流を流す配線パターンＷＰ１を有する第１の配線回路基板９及び配線パターンＷＰ２を有する第２の配線回路基板１１を備えている。第１の配線回路基板９及び第２の配線回路基板１１は、変形しない基板材料または変形する基板材料のいずれで形成されていてもよい。

【0027】

本実施の形態では、長尺状本体３及び第１及び第２の配線回路基板９及びｂ１１の材質並びに長尺状本体３の一端及び他端と１及び第２の配線回路基板９及び１１との間の関係は、姿勢変更機構（７〜１１）が駆動状態にあるときに、長尺状本体３が制御可能な変形をするように定められている。具体的には、本実施の形態では、第１及び第２の配線回路基板９及び１１が変形しない基板材料を用いて形成されており、長尺状本体３の一端を固定して長尺状本体３を水平状態にしたときに長尺状本体３の他端が変位しない可撓性を長尺状本体が有している。図４（Ａ）に示すように、長尺状本体３の一端及び他端と第１及び第２の配線回路基板９及び１１との間は、積極的に間隙ｇを形成して、非接合状態にしている。なお図４（Ａ）では、第２の配線回路基板１１と長尺状本体３との間に間隙を示していないが、実際には両者は非接触状態にある。図４（Ｂ）に示すように、積極的に長尺状本体３の一端及び他端と第１及び第２の配線回路基板９及び１１との間に間隙を形成しなくてもよいのは勿論である。

【0028】

そしてこの場合、長尺状本体３の一端と第１及び第２の配線回路基板９及び１１の一方とを接合状態にし、長尺状本体３の他端と第１及び第２の配線回路基板９及び１１の他方とを非接合状態にしもよい。また長尺状本体３の一端と第１及び第２の配線回路基板９及び１１の一方とを接合状態にし、且つ長尺状本体３の他端と第１及び第２の配線回路基板９及び１１の他方を接合状態にしてもよい。

【0029】

また第１及び第２の配線回路基板９及び１１がフレキシブル基板のように変形する基板材料を用いて形成されており、且つ長尺状本体３の一端を固定して長尺状本体３を水平状態にしたときに長尺状本体３の他端が変位する硬さを長尺状本体が有している場合には、次のようすればよい。すなわち長尺状本体３の一端と第１及び第２の配線回路基板９及び１１の一方を接合状態にし、長尺状本体３の他端と第１及び第２の配線回路基板９及び１１の他方とを非接合状態にするか、または長尺状本体３の一端と第１及び第２の配線回路基板の一方を接合状態にし、長尺状本体３の他端と第１及び第２の配線回路基板９及び１１の他方も接合状態にしてもよい。このようにすれば、長尺状本体３を制御可能に変形させることができる。

【0030】

図３（Ａ）に示すように、第１の配線回路基板９は、表裏どちらの面も使用できるように、表裏両面に同じ配線パターンＷＰ１が形成されており、配線パターンＷＰ中には周方向に等間隔をあけて形成された６個の貫通孔ＴＨ１の周囲に半田付け電極ＳＥが形成されている。第１の配線回路基板９の外周部には径方向外側に向かって開口する６個数の凹部Ｒが周方向に等間隔をあけて形成され、この凹部Ｒ１の周囲に端部電極ＥＥ１が形成されている。

【0031】

また図３（Ｂ）に示すように、第２の配線回路基板１１の表面には、配線パターンＷＰ２が形成されており、配線パターンＷＰ２中には周方向に等間隔をあけて形成された６個の貫通孔ＴＨ２の周囲に６個の半田付け電極ＳＥ２が形成されている。６個の半田付け電極ＳＥ２は、＋５Ｖが印加される共通接続ラインＣＬに接続されている。第２の配線回路基板１１の外周部には径方向外側に向かって開口する６個数の凹部Ｒ２が周方向に等間隔をあけて形成され、この凹部Ｒ２の周囲に端部電極ＥＥ２が形成されている。また第２の配線回路基板１１の中央部近傍に周方向に等間隔をあけて４個の貫通孔ＴＨ３が形成され、この貫通孔ＴＨ３にはスルーホール導電部が形成されている。

【0032】

図３（Ｃ）に示すように、実装基板１５の表面には電流供給回路ＣＳＣが実装されており、実装基板１５の外周部には径方向外側に向かって開口する１２個数の凹部Ｒ３が周方向に等間隔をあけて形成され、この凹部Ｒ３の周囲に端部電極ＥＥ３が形成されている。また実装基板１５の中央部近傍に周方向に等間隔をあけて４個の貫通孔ＴＨ４が形成され、この貫通孔ＴＨ４にはスルーホール導電部が形成されている。

【0033】

第１の配線回路基板９の外側に、姿勢変更指令に従って６本の形状記憶合金線状体７に配線パターンを介して電流を供給する電流供給回路ＣＳＣを実装した実装基板１５を配置し、電流供給回路ＣＳＣに変更指令信号及び電力を供給する電線１７が長尺状本体３と第１の配線回路基板９を貫通して配置すると、第１及び第２の配線回路基板９及び１１の配線パターンをある程度自由に形成することができる。そのため、長尺状本体６の本数を増やした場合でも、簡単に対応することができる。

【0034】

図２に示すように、本実施の形態では、第１の配線回路基板９の外側には、絶縁シート１３を介して、姿勢変更指令に従って複数本の形状記憶合金線状体７に配線パターンＷＰ１及びＷＰ２を介して電流を供給する電流供給回路ＣＳＣを実装した実装基板１５が配置されている。

【0035】

図２に示す２つの拡大図に示すように、形状記憶合金線状体７の一端７Ａ及び他端７Ｂは、第１の配線回路基板９及び第２の配線回路基板１１の配線パターンＷＰの半田付け電極ＳＥに半田付けされるハトメ端子ＥＴにカシメによってそれぞれ接続されている。ハトメ端子ＥＴは、筒部ＥＴ１の一端にフランジ部ＥＴ２を有する形状を有していて、筒部ＥＴ１の内部に形状記憶合金線状体７の端部が挿入された状態で、筒部ＥＴ１がカシメられることにより、形状記憶合金線状体７の接続が完了する。本実施の形態では、図２に示した拡大図２Ａ及び２Ｂに示すように、ハトメ端子ＥＴのフランジ部ＥＴ２が、第１の配線回路基板９の半田付け電極ＥＥ１及び第２の配線回路基板１１の半田付け電極ＥＥ２に半田層Ｓによって半田付け接続されている。本実施の形態では、半田付け前に筒部ＥＴ１に形状記憶合金線状体７の一端７Ａ及び他端７Ｂが挿入された状態で筒部ＥＴ１がカシメられている。このような構造であれば、形状記憶合金線状体７を簡単且つ確実に配線パターンに対して機械的且つ電気的に接続することができる。本実施の形態によれば、半田付け性の悪い複数本の形状記憶合金線状体７を、ハトメ端子ＥＴを用いて配線パターンの電極ＳＥ１，ＳＥ２に対して簡単に接続することが可能になる。なお本実施の形態では、ハトメ端子の電極上への半田付け前に、ハトメ端子への形状記憶合金線状体のカシメ作業を行っているが、ハトメ端子を用いずに他の接続手段を用いて形状記憶合金線状体を半田付け電極に接続してもよいのは勿論である。

【0036】

本実施の形態では、第１の配線回路基板９には、６つの半田付け電極ＥＥ１によって囲まれる中央位置に基板を厚み方向に貫通する貫通孔ＴＨ５が形成されている。そして長尺状本体７には、６つの貫通孔５によって囲まれる中央位置に、長手方向に延びる中心貫通孔６が形成されている。また絶縁シート１３の中央部に貫通孔ＴＨ６が形成されている。またそして第２の配線回路基板１１の中央部に設けられた４つの貫通孔ＴＨ３、長尺状本体７の中心貫通孔６、第１の配線回路基板の貫通孔ＴＨ５、絶縁シート１３の貫通孔６、そして実装基板１５の４つの貫通孔ＴＨ４を通って、電力供給と信号供給のための４本の被覆導電線１７が配置されている。なお理解を容易にするために図２においては、導電線１７の長さは、長く延ばした状態で描いてある。４本の導電線１７の心線の一端は、実装基板１５の４つの貫通孔ＴＨ４の周囲に設けられた電極に半田付け接続されている。また４本の導電線１７の心線の他端は、第２の配線回路基板１１の４つの貫通孔ＴＨ３の周囲に設けられた電極に半田付け接続されている。

【0037】

実装基板１５の外周部に設けられた１２個の凹部Ｒ３の周囲に設けられた端部電極ＥＥ３のうち、１つ置きの６個の端部電極ＥＥ３が、第１の配線回路基板９の６個の端部電極ＥＥ１と整合するように実装基板１５が絶縁シート１３を介して第１の配線回路基板９の外側に配置され、６本のピン状の接続導体ＣＣによって、６個の端部電極ＥＥ１と６個の端部電極ＥＥ３が電気的に且つ機械的に接続される。

【0038】

図３に示すように、実装基板１５の外周部に設けられた１２個の凹部Ｒ３の周囲に設けられた端部電極ＥＥ３のうち残りの１つ置きの６個の端部電極ＥＥ３は、直列接続される他のリニアアクチュエータ１の第２の配線回路基板１１の６個の端部電極ＥＥ２と６本のピン状の接続導体ＣＣによって電気的に且つ機械的に接続される。符号１７は絶縁シートである。なお各ピン状の接続導体ＣＣは、半田によって各電極と接続される。本実施例では、第１の配線回路基板９及び実装基板１５と第２の配線回路基板１１に設けた導体貫通凹部を構成する凹部Ｒ１〜Ｒ３の内部及び開口部に設けた端部電極ＥＥ１〜ＥＥ３と接続導体ＣＣによって、同じ構造の別のリニアアクチュエータ１を直列接続する接続構造が構成されている。このような接続構造を予め備えていれば、直列接続を簡単に実現することができる。なお凹部Ｒ１〜Ｒ３に変えて接続導体ＣＣを貫通する導体貫通孔を設けても良い。この場合には、第１の配線回路基板９及び実装基板１５と第２の配線回路基板１１の径寸法を長尺状本体３の直径よりも大きくしておけばよい。

【0039】

本実施の形態では、６本の形状記憶合金線状体７から選択した少なくとも１本の形状記憶合金線状体と設置電極ＧＮＤとの間に電流を供給すれば、長尺状本体３は変形する。すなわち長尺状本体３は、形状記憶合金線状体７に電流を流すことにより、長尺状本体７を任意の方向に曲げることができる。例えば長尺状本体３を周方向に６０°間隔で外側に曲げる場合には、１本の形状記憶合金線状体７のみに通電すると、形状記憶合金線状体７が緊張収縮して、例えば第２の配線回路基板１１に対して第１の配線回路基板９を移動させて（または第１の配線回路基板９に対して第２の配線回路基板１１を移動させて）、長尺状本体３をその１本の形状記憶合金線状体７が位置する方向に曲げる。逆方向に曲げるためには、前記１本の形状記憶合金線状体７と１８０°反対側に位置する形状記憶合金線状体７に電流を流すと、長尺状本体３は逆方向に曲がる。隣り合う２本の形状記憶合金線状体７に電流を流すとこの２本の記憶合金線状体７の丁度中間に向かう方向に長尺状本体３が曲がることになる。各形状記憶合金線状体７に流す電流の量やタイミングを適切に設定することにより、長尺状本体３は単に一方向に向かって曲がるだけでなく、旋回や振動やその組み合わせのような複雑な運動を実行することができる。

【0040】

（長尺状ロボット）
本実施の形態のリニアアクチュエータ１を複数直列に接続すれば、図６に示すように進行方向に蛇行運動をするリニアアクチュエータを用いたロボットを提供することができる。また図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように２つのリニアアクチュエータ１Ａ及び１Ｂを直列に接続して構成したアクチュエータモジュール２１を複数個並列に接続して構成した複数個のアクチュエータモジュール２１を進行方向に蠕動運動または蛇行運動をするように組み合わせれば、リニアアクチュエータを用いたロボット３０を構成することができる。図８は、この蠕動運動または蛇行運動をするように構成されたリニアアクチュエータを用いたロボット３０の構成を示している。

【0041】

このロボット３０で用いるアクチュエータモジュール２１は、進行方向に並ぶ一対のエンドプレート２３及び２５の一方のエンドプレート２３に一端が固定され他方のエンドプレート２５に他端が固定され且つ周方向に所定の間隔を開けて配置された４本のリニアアクチュエータユニット２７を備えた構造を有している。４ｎ本のリニアアクチュエータユニット２７は、それぞれ長手方向に直線状に延びた状態から長手方向の中央部を長手方向と直交する方向に変位させるように変形し且つ長手方向の中央部を長手方向と直交する方向に変位させた状態から長手方向に直線状に延びた状態に変形するように構成されている。

【0042】

図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、リニアアクチュエータユニット２７は、一方のエンドプレート２３に一端が固定され且つ周方向に所定の間隔を開けて配置された４本の第１リニアアクチュエータ１Ａからなる第１のリニアアクチュエータ群と、他方のエンドプレート２５に一端が固定され且つ周方向に所定の間隔を開けて配置された４本の第２リニアアクチュエータ１Ｂからなる第２のリニアアクチュエータ群とを備えている。そして第１のリニアアクチュエータ群の４本の第１リニアアクチュエータ１Ａの他端と第２のリニアアクチュエータ群の４本の第２リニアアクチュエータ１Ｂの他端とがそれぞれ屈曲可能な連結機構２９を介して連結されている。本実施の形態では、第１リニアアクチュエータ１Ａ及び第２リニアアクチュエータ１Ｂが、それぞれ上記リニアアクチュエータ１によって構成されている。

【0043】

このアクチュエータモジュール２１を用いたロボット３０では、４本のリニアアクチュエータユニット２７が一対のエンドプレート２３及び２５間に並設されることになるため、長さを任意に決めることができて、しかもパワーのある蠕動運動または蛇行運動をするロボットを提供することができる。

【0044】

図７（Ｃ）に示すように、連結機構２９は、第１リニアアクチュエータ１Ａの他端と第２リニアアクチュエータ１Ｂの他端との間に配置されて、第１リニアアクチュエータ１Ａと第２リニアアクチュエータ１Ｂとを電気的に接続する可撓性を有する電線ＥＷと、第１リニアアクチュエータ１Ａの他端と第２リニアアクチュエータ１Ｂの他端に両端がそれぞれ嵌合されて電線ＥＷを収納する可撓性を有するチューブ部材ＣＭとから構成される。本実施の形態では、チューブ部材ＣＭをシリコンチューブによって構成している。このような連結構造２９は、可撓性が高いため、アクチュエータモジュール２１の変形を滑らかに実現することができる。一対のエンドプレート２３及び２５の両面部分には、嵌合固定用の凹部２０が周方向に一定間隔をあけて形成されている。凹部２０の内部には、実装基板１９の端部電極ＥＥ３または第２の配線回路基板１１の端部電極ＥＥ２と嵌合されて電気的に接続可能なピン状の図示しない４本の端子電極部が周方向に一定間隔を開けて固定されている。また一対のエンドプレート２３及び２５の内部には、隣接するアクチュエータモジュール２１に電力及び制御指令を伝送するための制御回路または伝送回路が実装されている。アクチュエータモジュール２１に供給する電力は、電力ケーブルを介して給電してもよいし、エンドプレート２３及び２５内に電池を配置して、この電池から給電してもよい。

【0045】

図７（Ａ）に示すリニアアクチュエータモジュール２１では、４本の４本のリニアアクチュエータユニット２７が直線状になっており、図６（Ｂ）では４本のリニアアクチュエータユニット２７の連結構造２９が径方向外側に向かって突出するように、第１リニアアクチュエータ１Ａの他端と第２リニアアクチュエータ１Ｂの他端が外側に移動するように、第１リニアアクチュエータ１Ａと第２リニアアクチュエータ１Ｂとが湾曲している。

【0046】

図８は、６個のアクチュエータモジュール２１Ａ乃至２１Ｆを直列に接続したロボットを示している。図７では、アクチュエータモジュール２１Ｂ，２１Ｄ及び２１Ｅが変形状態にあり、他のアクチュエータモジュール２１Ａ，２１Ｃ及び２１Ｆが非変形状態になっている。変形状態になるアクチュエータモジュールを適宜に変えることにより、このロボットはいわゆるミミズの動きと同様の蠕動運動をにする。

【0047】

図９は、蠕動運動をするロボットの例であり、アクチュエータモジュール２１Ａ乃至２１Ｍのうち、アクチュエータモジュール２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｅ，２１Ｆ，２１Ｊ及び２１Ｋが径方向外側に完全に膨らむ形状になっており、アクチュエータモジュール２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｇ及び２１Ｌが径方向外側に半分程度膨らむ形状になっており、アクチュエータモジュール２１Ｈ，２１Ｉ及び２１Ｍが直線状になっている。このようなアクチュエータモジュールの変形を長手方向に順番に移動するように繰り返すことにより、このロボットは矢印方向に蠕動運動をする。

【0048】

また図１０は、蛇行運動をするロボットの例であり、アクチュエータモジュール２１Ａ乃至２１Ｎのうち、アクチュエータモジュール２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｇが直線状になっており、アクチュエータモジュール２１Ｃ乃至２１Ｆ及び２１Ｈが、矢印で示す進行方向の左側に位置する２本のリニアアクチュエータユニットが外側に変形し、アクチュエータモジュール２１Ｉ乃至２１Ｌが進行方向の右側に位置する２本のリニアアクチュエータユニットが外側に変形し、アクチュエータモジュール２１Ｍ及び２１Ｎが進行方向の左側に位置する２本のリニアアクチュエータユニットが外側に変形するこにより、蛇行形状を作り、この蛇行形状の変形が移動するように、アクチュエータモジュールの変形を長手方向に順番に移動するように繰り返すことにより、このロボットは蛇行運動をする。

【0049】

図１１（Ａ）乃至（Ｄ）は、１つのアクチュエータモジュール２１の動作の典型例を示す図である。図１１（Ａ）は、４本のリニアアクチュエータユニット２７を無通電状態にして各アクチュエータモジュール２１を真っ直ぐな状態にしたときのアクチュエータモジュール２１の状態を示している。図１１（Ｂ）は、４本のリニアアクチュエータユニット２７のそれぞれを、周方向の同一方向に曲げたときのアクチュエータモジュール２１の状態を示している。この状態では、アクチュエータモジュール２１はひねられた状態にある。図１１（Ｃ）は、４本のリニアアクチュエータユニット２７のそれぞれを、径方向外側に曲がりの程度を変えて、アクチュエータモジュール２１を任意の方向に傾けた状態を示している。図１１（Ｄ）は、４本のリニアアクチュエータユニット２７のそれぞれを、径方向外側に同じ曲げて、アクチュエータモジュール２１を収縮した示している。図６乃至図１０に示した上記の実施の形態では、図１１に示すアクチュエータモジュール２１の姿勢態様を組み合わせて、ロボットに蠕動運動と蛇行運動をすることを実現している。

【0050】

上記実施の形態では、アクチュエータモジュール２１を４本のアクチュエータユニット２７によって構成しているが、図１２（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように、図１１の４本のアクチュエータユニット２７をそれぞれリニアアクチュエータ１により構成して、アクチュエータモジュール２１を構成してもよい。図１２（Ａ）は、４本のリニアアクチュエータ１を無通電状態にして各アクチュエータユニット１を真っ直ぐな状態にしたときのアクチュエータモジュール２１の状態を示している。図１２（Ｂ）は、４本のリニアアクチュエータ１のそれぞれを、周方向の同一方向に曲げたときのアクチュエータモジュール２１の状態を示している。この状態では、アクチュエータモジュール２１は、ひねられた状態にある。図１２（Ｃ）は、４本のリニアアクチュエータ１の湾曲の程度をそれぞれ変えて、アクチュエータモジュール２１を任意の方向に傾けた状態を示している。なお図１３（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように、３本のリニアアクチュエータユニット２７をそれぞれリニアアクチュエータ１により構成して、アクチュエータモジュール２１を構成してもよい。３本以上のリニアアクチュエータユニット２７をそれぞれリニアアクチュエータ１により構成したアクチュエータモジュール２１を複数連結したロボットでも、各アクチュエータモジュール２１中のリニアアクチュエータ１の状態を変えることにより、蠕動運動と蛇行運動をするロボットの実現が可能である。例えば、図１２（Ｂ）または図１３（Ｂ）の動作のようにひねり動作をしたときと、しないときとでは、一対のエンドプレート２３及び２５間の間隔寸法が小さくなったり大きくなったりする。そこで複数のアクチュエータモジュール２１を直線状に連結して、図９に示すように、奇数番目のアクチュエータモジュールと偶数番目のアクチュエータモジュールにひねり動作とひねらない動作を交互に行わせると、あたかも蠕動運動をしているような動きを実現できる。また図１２及び図１３の複数のアクチュエータモジュール２１を直線状に連結して、各アクチュエータモジュール２１の動きを任意に組み合わせることにより、蛇行運動をしているような動きを実現できる。

【0051】

なお図８乃至図１０のロボットには、外装を施してもよいのは勿論である。

【産業上の利用可能性】

【0052】

本発明のリニアアクチュエータによれば、長尺状本体を制御可能に変形させることができるので、リニアアクチュエータをユニットとして様々な用途に使用できる。

【符号の説明】

【0053】

１ リニアアクチュエータ
３ 長尺状本体
５ 貫通孔
７ 形状記憶合金線状体
９ 第１の配線回路基板
１１ 第２の配線回路基板
１３ 絶縁シート
１５ 実装基板
１７ 電線
２１ アクチュエータモジュール
２３，２５ エンドプレート
２７ リニアアクチュエータユニット
２９ 連結構造
３０ ロボット
ｇ 隙間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】