特許 6573461 宇宙航行機などの操作対象物の保持及び操向操作を行うための装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6573461

(24)【登録日】2019年8月23日

(45)【発行日】2019年9月11日

(54)【発明の名称】宇宙航行機などの操作対象物の保持及び操向操作を行うための装置

(51)【国際特許分類】

   B64G 1/00 20060101AFI20190902BHJP

   B64G 1/66 20060101ALI20190902BHJP

【ＦＩ】

   B64G1/00 E

   B64G1/66 A

【請求項の数】16

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-40139(P2015-40139)

(22)【出願日】2015年3月2日

(65)【公開番号】特開2015-166240(P2015-166240A)

(43)【公開日】2015年9月24日

【審査請求日】2018年2月19日

(31)【優先権主張番号】10 2014 002 732.5

(32)【優先日】2014年3月3日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】503195311

【氏名又は名称】エアバス・ディフェンス・アンド・スペース・ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】100101856

【弁理士】

【氏名又は名称】赤澤 日出夫

(72)【発明者】

【氏名】マッティ・ヘーベルライン

【審査官】 諸星 圭祐

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−３３７９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５２０７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１０４４７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−０１９９８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２６５９４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１５５３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５２３９３６１（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０２５５８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０３−１２６５８８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／００５５６３０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０４７４２６８０（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／００１４５０１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０４９３０４９４（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６４Ｇ １／００− １／６８

Ｂ２５Ｊ １９／００

Ｆ０３Ｇ ７／０６

Ｇ０５Ｄ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

例えば光学素子や電気推進方式ないし化学推進方式の推進ノズルなどの操作対象物の保持及び操向操作を行うための装置であって、
第１ハウジング部材（１）を備え、該第１ハウジング部材はその第１端部（１８）において、例えば宇宙航行機などの担持体に、該第１ハウジング部材の指向方向が固定された状態で取付けられるように形成されており、
第２ハウジング部材（２）を備え、該第２ハウジング部材はその第２端部（１９）において、前記操作対象物に連結されるように形成されており、
前記第１端部（１８）と前記第２端部（１９）とは、該装置の長手軸（１７）の互いに反対側の端部に位置しており、
傾動機構（３６）を備え、該傾動機構は、前記第１ハウジング部材（１）と前記第２ハウジング部材（２）とを機械的に互いに連結しており、前記第２ハウジング部材（２）の前記第１ハウジング部材（１）に対する相対姿勢を操作する操向操作と、該相対姿勢を保持することとが可能に構成されており、該傾動機構（３６）は、形状記憶合金製の複数本のワイヤ（６、７、１６）をアクチュエータとして備えており、前記複数本のワイヤの各々の抵抗値が計測され、該計測値が制御ループにおいて制御量として処理されることで、それらワイヤの各々の長さが個別に制御され、
前記第１ハウジング部材（１）と前記第２ハウジング部材（２）とは、分離機構（４、５、９）を介して互いに連結されており、該分離機構は、初期状態にあるときには前記第１ハウジング部材（１）と前記第２ハウジング部材（２）との間の相対移動を阻止し、供用状態にあるときには前記第１ハウジング部材（１）と前記第２ハウジング部材（２）との間の相対移動を可能にするものであることを特徴とする装置。

【請求項2】

前記複数本のワイヤ（６、７、１６）は、それぞれ前記第１ハウジング部材（１）と前記第２ハウジング部材（２）とに機械的に固定連結されていることを特徴とする請求項１記載の装置。

【請求項3】

前記複数本のワイヤ（６、７、１６）は、ニッケル−チタン合金（ＮｉＴｉ）から成ることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の装置。

【請求項4】

前記複数本のワイヤ（６、７、１６）は、該装置の前記長手軸（１７）に平行に配設されていることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項記載の装置。

【請求項5】

前記複数本のワイヤ（６、７、１６）は、互いに同一の太さを有することを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項記載の装置。

【請求項6】

前記傾動機構（３６）は、前記第１ハウジング部材（１）及び前記第２ハウジング部材（２）を互いから離れる方向へ押圧するための少なくとも１つのバネ部材（１０）、及び／または、前記第２ハウジング部材（２）の前記第１ハウジング部材（１）に対する相対的な任意の傾動を可能にするボールジョイントを備えていることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項記載の装置。

【請求項7】

前記第１ハウジング部材（１）と前記第２ハウジング部材（２）とは、少なくとも前記供用状態にあるときには、前記傾動機構によって互いから離隔されていることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項記載の装置。

【請求項8】

前記初期状態にあるときには、前記複数本のワイヤ（６、７、１６）に引張力が作用していないことを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか１項記載の装置。

【請求項9】

前記傾動機構（３６）は、前記第１ハウジング部材（１）及び前記第２ハウジング部材（２）を互いから離れる方向へ押圧するための少なくとも１つのバネ部材（１０）を含み、
前記分離機構（４、５、９）による分離が行われた後には、前記少なくとも１つのバネ部材（１０）が前記複数本のワイヤ（６、７、１６）に引張力を作用させることを特徴とする請求項１〜請求項８の何れか１項記載の装置。

【請求項10】

前記傾動機構（３６）は、前記長手軸（１７）の延在領域である装置中央に配設され前記第１ハウジング部材（１）と前記第２ハウジング部材（２）との間に縮装された圧縮バネ（１０）を備えていることを特徴とする請求項１〜請求項９の何れか１項記載の装置。

【請求項11】

前記傾動機構（３６）は、前記長手軸（１７）を中心とする円上に等角度間隔で配設された３本のワイヤ（６、７、１６）を備えていることを特徴とする請求項１０記載の装置。

【請求項12】

前記ボールジョイントは、前記長手軸（１７）の延在領域である装置中央に配設されていることを特徴とする請求項６記載の装置。

【請求項13】

前記傾動機構（３６）は、前記長手軸（１７）を中心とする円上に互いに角度位置を９０°ずらして配設された２本のワイヤを備えており、該２本のワイヤの各々に対応したバネが配設されており、該バネは、前記長手軸を中心とする前記円上の、該バネに対応したワイヤの反対側の位置に配設されていることを特徴とする請求項１２記載の装置。

【請求項14】

互いに対応するワイヤとバネは、同じてこ比となるように互いに反対側に位置しており、該ワイヤの引張力に対抗する力を該バネが該ワイヤに作用させるようにしてあることを特徴とする請求項１３記載の装置。

【請求項15】

前記傾動機構は、前記長手軸を中心とする円上に等角度間隔で配設された４本のワイヤを備えていることを特徴とする請求項１２記載の装置。

【請求項16】

２本ずつのワイヤが対を成しており、中央に配設された前記ボールジョイントを傾動支点とするシーソー構造を構成しているレバーを介して、同じてこ比となるように互いに反対側に配設された対を成す２本のワイヤが、互いに連結され互いに拮抗して機能するようにしてあることを特徴とする請求項１４記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば光学素子や電気推進方式ないし化学推進方式の推進ノズルなどの操作対象物の保持及び操向操作を行うための装置に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の装置が宇宙航行機に用いられるとき、例えば推進ノズルや光学素子などを操作して、いわゆるチップ／チルト角度位置ないしフォーカス位置の定位及び制御を行うという用途に用いられる。それらの定位及び制御のための調節は、例えば複数個のステップモータなどを用いて行われる。各々のステップモータのポジション（回転位置）は、そのステップモータに付属するセンサにより測定され、そのセンサとしては多くの場合、光センサが用いられる。この種の保持及び操向操作のための装置は、ステップモータの必要個数が多くなるほど装置重量が増大し、また、ステップモータが動力伝達機構や支持機構を必要とする場合には、装置重量が更に増大する。そして、装置重量が増大すれば、それに対応して、装置の操向操作性、拡張性、それに様々なシステムに適合させるための適合性を確保することの困難も増大する。更に、この種の装置は、故障の影響を受けやすいため、実地投入に先立って広範にして高コストな試験を必要とする。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明の目的は、構造上及び／または機能上の改良を加えた、例えば宇宙航行機などにおいて用いられる操作対象物の保持及び操向操作を行うための装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0004】

上記目的は請求項１に記載した特徴を備えた装置により達成される。従属請求項は特に有利な実施の形態を記載したものである。

【0005】

ここに提案する装置は、例えば光学素子や電気推進方式ないし化学推進方式の推進ノズルなどの操作対象物の保持及び操向操作を行うための装置であり、第１及び第２ハウジング部材を備え、更に傾動機構を備えている。前記第１ハウジング部材はその第１端部において、例えば宇宙航行機などの担持体に、該第１ハウジング部材の指向方向が固定された状態で取付けられるように形成されている。前記第２ハウジング部材はその第２端部において、前記操作対象物に連結されるように形成されている。前記第１端部と前記第２端部とは、該装置の長手軸の互いに反対側の端部に位置している。前記傾動機構は、前記第１ハウジング部材と前記第２ハウジング部材とを機械的に互いに連結しており、前記第２ハウジング部材の前記第１ハウジング部材に対する相対姿勢を操作する操向操作と、当該相対姿勢を保持することとが可能に構成されている。前記傾動機構は、形状記憶合金製の複数本のワイヤをアクチュエータとして備えており、それらワイヤの各々の抵抗値が計測され、それら計測値が制御ループにおいて制御量として処理されることで、それらワイヤの各々の長さが個別に制御されるようにしてある。

【0006】

従って本発明は、形状記憶合金製の複数本のワイヤの、その電気−熱−機械特性を、モータとして、即ちアクチュエータとして利用することを提案するものである。また更に、形状記憶合金の抵抗特性を、制御ループ内において制御量としてフィードバックすることによって、そのモータ即ちアクチュエータに内在するポジション・センサとして利用するものである。

【0007】

そのために、前記複数本のワイヤがマルテンサイトからオーステナイトへ相変態する際の比抵抗（抵抗率）の変化を利用するようにしており、これは、それらワイヤの抵抗値を傾動機構の制御量とし、その制御量に処理を施すことにより行っている。こうして把握する抵抗値の変化に基づいて、各々のワイヤの伸縮量を（ひいては各々のワイヤの絶対長さを）求めることができ、更にそれに基づいて、それらワイヤの３次元空間内における横方向の位置も求めることができる。

【0008】

この装置は、ステップモータ、動力伝達機構、及びセンサを備えた従来の装置と比べて格段に軽量化されている。また、この装置は、簡単な方式で拡張及び用途適合を施すことができる。そのためこの装置は、広範にして高コストの検証試験などを行わずとも、様々な操作対象物に装備することができる。

【0009】

特に、ポジション・センサを装備する必要がなく、なぜならば、既述のごとく、形状記憶合金に内在する特性を利用して、個々のアクチュエータ（ワイヤ）の３次元空間内における位置を求めることができるからである。

【0010】

以上に加えて更に、本発明は以下の利点を有するものである。
多数の電子部品を備える必要がないため、装置を構成するメカトロニクス・システムの複雑度が低減されること。形状記憶合金を用いているため、装置の占有容積を非常に小さくすることができ、また、機械的エネルギの利用効率を最大限に高め得ること。操作対象物の保持及び操向操作に関する装置のロバスト性及び信頼性が高いこと。

【0011】

前記第１ハウジング部材及び前記第２ハウジング部材は、少なくとも部分的に円筒形に形成したものとするとよい。またその場合に、この装置の前記長手軸が、その回転体形状（円筒形）の回転軸であるようにするとよい。

【0012】

ここでいう操向操作とは、この装置の前記長手軸に直交する平面（ｘｙ平面）を、該長手軸（ｚ軸）に対して（多少なりとも）傾斜した、そして任意の角度で傾斜した平面にすることを意味している。

【0013】

１つの実施形態によれば、前記複数本のワイヤは、その各々が前記第１ハウジング部材と前記第２ハウジング部材とに機械的に固定連結されている。より具体的には、各々のワイヤの第１端部が前記第１ハウジング部材に連結され、第２端部が前記第２ハウジング部材に連結されている。これによって、前記第１ハウジング部材と前記第２ハウジング部材との間における前記複数本のワイヤの延在形態が既知となっており、ひいては、前記第２ハウジング部材の姿勢を高精度で求めることが可能となっている。

【0014】

前記複数本のワイヤは、ニッケル−チタン合金から成るものとするとよい。ニッケル−チタン合金（ＮｉＴｉ）のうちに、ニチノール（ Nitinol（登録商標））と呼ばれている合金がある。ニチノールはニッケルとチタンの金属間化合物であり、チタンのものとも、またニッケルのものとも異なる、立方晶形の結晶構造を有している。ニチノールの成分の大きな部分をニッケルが占めており、更にチタンもその成分の大きな部分を占めている。この合金は、耐蝕性に優れ、高強度であり、疑似弾性変形性を有している。これらの合金特性は変態温度に影響される。

【0015】

更なる１つの実施形態によれば、前記複数本のワイヤは、この装置の前記長手軸に平行に配設されている。更に、前記複数本のワイヤは、互いに同一の太さを有するものとすることが好ましい。前記複数本のワイヤのうちのいずれか１本ないしは複数本の長さが変化すると、前記第１ハウジング部材と前記第２ハウジング部材との間におけるそれらワイヤの配設形態に応じて、前記第２ハウジング部材が前記第１ハウジング部材に対して相対的に傾動し、それによって操向操作が行われる。

【0016】

更に、前記傾動機構が、前記第１ハウジング部材及び前記第２ハウジング部材を互いから離れる方向へ押圧するための少なくとも１つのバネ部材、及び／または、前記第２ハウジング部材の前記第１ハウジング部材に対する相対的な任意の傾動を可能にするボールジョイントを備えているようにすることが好ましい。前記少なくとも１つのバネ部材に関しては、それを圧縮バネとするのがよく、また、前記ボールジョイントに関しては、それを用いることによって、前記第２ハウジング部材を前記第１ハウジング部材に対して相対的に傾斜させる操向操作と、その傾斜を元に戻すリセット操作とを、より高精度で行うことが可能となる。

【0017】

また別の好ましい実施形態によれば、前記第１ハウジング部材と前記第２ハウジング部材とは、分離機構を介して互いに連結されており、該分離機構は、初期状態（打上状態）にあるときには前記第１ハウジング部材と前記第２ハウジング部材との間の相対移動を阻止し、供用状態にあるときには前記第１ハウジング部材と前記第２ハウジング部材との間の相対移動を許容するものである。この相対移動が許容されることにより、前記供用状態において、前記第２ハウジング部材を前記第１ハウジング部材に対して相対的に傾動させる操向操作が可能になる。初期状態（打上状態）にあるときには、前記第１ハウジング部材と前記第２ハウジング部材とが互いに固定した状態で連結されており、例えば宇宙航行機を軌道へ打上げるときなどには、この状態であることが好ましく、それによって、過大な力がこの装置に入力されることが、また特に、前記複数本のワイヤを備えた前記傾動機構に入力されることが防止される。

【0018】

また、更なる１つの実施形態によれば、前記第１ハウジング部材と前記第２ハウジング部材とは、少なくとも前記供用状態にあるときには、前記傾動機構によって互いに離隔されている。このように離隔することで、前記第２ハウジング部材の前記第１ハウジング部材に対する相対移動が可能になる。これに対して、前記初期状態（打上状態）にあるときには、前記第１ハウジング部材と前記第２ハウジング部材とが互いに当接しているようにしてもよい。前記初期状態にあるときの前記第２ハウジング部材の前記第１ハウジング部材に対する相対姿勢は、前記分離機構の構造により決まるものである。宇宙航行機の打上時に、前記第１ハウジング部材と前記第２ハウジング部材とが互いに当接しているようにすれば、それら２つのハウジング部材の間の相対移動を確実に防止することができ、それによって、前記複数のワイヤ並びに前記傾動機構のその他の構成部品が損傷するおそれを払拭することができる。

【0019】

この装置の供用開始前に前記複数本のワイヤが損傷することがないようにするには、前記初期状態にあるときには、前記複数本のワイヤに引張力が作用していないようにするとよい。これに対して、前記分離機構による分離が行われた後には、前記少なくとも１つのバネ部材が前記複数本のワイヤに引張力を作用させるようにするとよい。

【0020】

前記第２ハウジング部材の前記第１ハウジング部材に対する相対的な傾動は、様々な方式で発生させることができる。以下に記載する幾つかの変形例は、各々が夫々に精度並びにシステムのステータス条件に関する利点を有するものであるが、ただし、複数本の形状記憶合金製のワイヤをアクチュエータとして利用すること、及び、それらワイヤの抵抗特性を制御ループにおいて制御量として利用することは、それら構成例の全てに共通する点である。

【0021】

第１の変形例によれば、前記傾動機構は、前記長手軸の延在領域である装置中央に配設され前記第１ハウジング部材と前記第２ハウジング部材との間に縮装された圧縮バネを備えている。この圧縮バネとして形成されたバネによって、前記複数本のワイヤに、回転軸（前記長手軸）に平行な方向の引張力が付与される。更に、前記分離機構による分離が行われた後には、この圧縮バネによって、この装置は前記初期状態から前記供用状態へと移行させられる。

【0022】

この変形例によれば更に、前記傾動機構は、この装置の前記長手軸を中心とする円上に等角度間隔で、即ち１２０°間隔で配設された３本のワイヤを備えている。これによって、前記第２ハウジング部材を前記第１ハウジング部材に対して相対的に、任意に傾動させることが可能となっている。

【0023】

第２及び第３の変形例によれば、前記圧縮バネに替えて、前記ボールジョイントが、前記長手軸の延在領域である装置中央に配設されている。

【0024】

第２の変形例によれば、前記傾動機構は、前記長手軸を中心とする円上に互いに角度位置を９０°ずらして配設された２本のワイヤを備えており、また、それらワイヤの各々に対応した圧縮バネが、前記長手軸を中心とする円上の、対応するワイヤの反対側の位置に配設されている。更には、互いに対応するワイヤとバネは、同じてこ比となるように互いに反対側に配設されており、当該バネは当該ワイヤに対抗するように機能する。この作用原理は、２本の傾動軸のいずれにも適用されており、それら傾動軸は、前記長手軸を中心とする円上に配設された２本のワイヤとそれらに対応した２つの圧縮バネとによって画成されている。即ち、一方の傾動軸は、一方の（第１の）ワイヤと、そのワイヤに対応した圧縮バネと、前記長手軸との交点とを通る直線により画成されている。他方の傾動軸は、他方の（第２の）ワイヤと、そのワイヤに対応した圧縮バネと、前記長手軸との交点とを通るもう１本の直線により画成されている。

【0025】

第３の変形例によれば、前記傾動機構は、装置の長手軸を中心とする円上に等角度間隔で配設された４本のワイヤを備えている。即ち、それら４本のワイヤは、前記長手軸を中心として互いに角度位置を９０°ずらして配設されている。また、中央に配設されたボールジョイントを傾動支点とするシーソー構造を構成しているレバーを介して、同じてこ比となるように互いに反対側に配設された対を成す２本のワイヤが互いに連結されている。それら２本のワイヤは互いに拮抗して機能するようにしてあり、そのため、任意の傾動位置において、それら２本のワイヤに作用している引張力が互いに釣り合うことができる。これによって、殆どエネルギを費消することのない作動が可能となっている。

【0026】

以下に、添付図面に示した実施形態に即して本発明を更に詳細に説明して行く。図面については以下の通りである。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】不図示の操作対象物の保持及び操向操作を行うための本発明に係る装置の実施形態の断面図である。

【図2】図１の装置の斜視図である。

【図3】図１に示した装置の平面図である。

【図4】図３の装置のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

【図5】図５ａ及び図５ｂは夫々、操向操作されていない状態の装置と操向操作された状態の装置とを示した断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下に図面を参照しつつ、操作対象物の保持及び操向操作を行うための装置の実施可能な数多くの実施形態のうちの１つの実施形態について説明する。この装置は、例えば電気推進方式ないし化学推進方式のスラスタ（推力ノズル）や、操向操作すべき光学素子などを担持するものである。また、この装置は、例えば宇宙航行機（より具体的には例えば人工衛星）などに取付けられるものである。その場合には、この装置はいわゆる「スラスタ・ポインタ」として用いられ、電気推進方式ないし化学推進方式のエンジンや光学素子などを操作対象とした、いわゆるチップ／チルト・ポインティング操作を行うための装置となる。

【0029】

この装置は、第１ハウジング部材（下側ハウジング部材）１と第２ハウジング部材（上側ハウジング部材）２とを備えており、また更に、それら第１ハウジング部材１と第２ハウジング部材２とを機械的に互いに連結している傾動機構３６を備えている。この傾動機構３６は、第２ハウジング部材２の第１ハウジング部材１に対する相対姿勢を操作する操向操作と、当該相対姿勢を保持することとが可能に構成されている。第１ハウジング部材（下側ハウジング部材）１はその第１端部１８において、担持体（この担持体は、例えば人工衛星などである）に固定して取付けられるように形成されている。第２ハウジング部材２はその第２端部１９において、操作対象物（この操作対象物は図示していないが、例えば電気推進方式ないし化学推進方式の推進ノズルや指向方向を操向操作すべき光学素子などである）に連結されるように形成されている。尚、第２ハウジング部材２の第２端部１９は、第２ハウジング部材２の両端部のうち、第１ハウジング部材１とは反対側に位置する方の端部である。

【0030】

図１、図２、図４、図５ａ、及び図５ｂから容易に見て取れるように、第１ハウジング部材１の第１端部１８と第２ハウジング部材２の第２端部１９とは、この装置の長手軸１７の互いに反対側の端部に位置している。特に図２及び図３から容易に見て取れるように、第１ハウジング部材１と第２ハウジング部材２とは、平面図（図３参照）で見たときの形状が、円形であるように形成されている。また、この装置は、その全体形状が略々回転体形状であり、前述した長手軸１７は、この装置の回転体形状の回転軸に対応している。

【0031】

図５ａ及び図５ｂから最もよく理解されるように、第１ハウジング部材（下側ハウジング部材）１の第１端部１８は、その端面が、長手軸１７に直交している固定平面３５に沿って延展しており、この固定平面３５は、不図示の担持体がそこに固定されるところの平面である。第２ハウジング部材（上側ハウジング部材）２の第２端部１９は、その端面が、固定平面３３に沿って延展している。この固定平面３３は、第１ハウジング部材１に対する第２ハウジング部材２の相対姿勢が初期姿勢にある間は、長手軸１７に直交している平面である（図５ａ）。この初期姿勢にあるときには、固定平面３３は固定平面３５に対して相対的に傾いていない。以上の説明は「操向操作が行われていない」状態にあるときのものである。これに対して、第２ハウジング部材２が第１ハウジング部材１に対して相対的に傾けられているときには（図５ｂ参照）、固定平面３３は傾斜した軸３２に直交しており、それによって傾斜した平面３４となっている。傾斜した軸３２と長手軸１７とがなす角度３７は、傾動機構３６が第２ハウジング部材２を第１ハウジング部材１に対して相対的に傾ける操向操作を行うべく作動した結果として生じた角度である（その傾きの大きさは、例えば３°程度とされることがある）。また、操向操作されるところの操作対象物は固定平面３３に取付けられている。

【0032】

第１ハウジング部材１及び第２ハウジング部材２は金属材料製とするとよく、その金属材料としては例えばアルミニウムなどが用いられる。第１ハウジング部材１及び第２ハウジング部材２の製作方法としては、例えば旋盤加工及び／またはフライス加工などが用いられる。

【0033】

図示例の傾動機構３６は、長さ寸法及び径寸法が互いに同一の３本の形状記憶合金製のワイヤ６、７、１６を備えており、また更に、中央に配設されて縮装されたバネ（圧縮バネ）１０を備えている。３本のワイヤ６、７、１６は、長手軸１７を中心とする円上に１２０°間隔で、即ち等間隔で配設されている。更に、３本のワイヤ６、７、１６は互いに平行に延在しており、長手軸１７に平行に延在している。３本のうちの２本のワイヤ６、７は、図１の断面図に最もよく示されている。３本のワイヤ６、７、１６の配置形態は図２の斜視図からも見て取れ、また、本発明に係る装置の平面図である図３からも見て取れる。

【0034】

ワイヤ６、７、１６は、第１ハウジング部材１と第２ハウジング部材２との夫々に形成された貫通孔２３（図２及び図３参照）の中に嵌挿されている。あるワイヤが嵌挿される第１ハウジング部材１の貫通孔と第２ハウジング部材２の貫通孔とは、長手軸１７に平行に延在する共通軸に沿って互いに位置を揃えて形成されている。図１の断面図から最もよく見て取れるように、ワイヤ６、７、１６は、その各々が、第１ハウジング部材１と第２ハウジング部材２との夫々において、３個ずつの止めネジ８により、そのワイヤに対応した貫通孔２３内に締着されている。従って１本のワイヤにつき、６個ずつの止めネジ８が装備されている。

【0035】

それら止めネジ８は、図１及び図２から見て取れるように、長手方向に突出した突出部３０、３１に装備されており、それら突出部の断面形状はリング形の一部分、即ち扇形とされている。複数の突出部３０は、複数本のワイヤ６、７、１６の各々に対応して第１ハウジング部材（下側ハウジング部材）１に形成された突出部であり、対応したワイヤが嵌挿されて固定される。一方、複数の突出部３１は、第２ハウジング部材（上側ハウジング部材）２に形成された突出部であり、同じく夫々にワイヤ６、７、１６が嵌挿されて固定される。

【0036】

ワイヤ６、７、１６の各々を、当該ワイヤの先端近傍の固定部位において固定している止めネジ８ａは、最大限の締付けトルクをもって締着されている。各々のワイヤを中間固定部位で固定している止めネジ８ｍは、その半分程度の締付けトルクをもって締着されている。また「内方部位」で固定している止めネジ８ｉは、他方のハウジング部材に関連した止めネジであり、単に手締めされている。

【0037】

ワイヤ６、７、１６は、例えば、ニチノール（ Nitinol（登録商標））と呼ばれるニッケル−チタン合金などで製作される。ワイヤ６、７、１６は、制御ループの中に組込まれることでアクチュエータを構成している。制御ループに組込むためにワイヤ６、７、１６の各々には、その両端の夫々にリード線２０が接続されており、それらリード線２０は電源２１に接続されている。この電源２１を、図１に回路記号で示した。各々のワイヤ６、７、１６の長さの変化量、即ち伸縮量を制御するために、各々のワイヤがマルテンサイトからオーステナイトへ相変態する際の比抵抗（抵抗率）の変化を制御量として利用するようにしている。その抵抗の実測値は、印加電圧値と電流計測値とから求めることができ、それをワイヤの長さの変化量を制御するための制御量として利用するようにしている。また、そのようにして求めた抵抗値の変化に基づいて、各々のワイヤ６、７、１６の伸張量を求めることができ、更にそれに基づいて、それらワイヤの横方向の位置も、即ち長手軸１７に対して接近離隔する方向の位置も高精度で求めることができる。

【0038】

従ってここでは、形状記憶合金製の複数本のワイヤ６、７、１６の、その電気−熱−機械特性を、モータとして利用している。また更に、形状記憶合金製のそれらワイヤの抵抗特性を、制御ループ内において制御量としてフィードバックすることによって、そのモータに内在するポジション・センサとして利用している。

【0039】

操向操作は、第２ハウジング部材２を第１ハウジング部材１に対して相対的に傾動させることによって行われ、それには、図５ａ及び図５ｂに模式的に示したように、少なくとも１本のワイヤ６、７、１６を作動させることに加えて、縮装しておくための圧縮バネ１０を要する。

【0040】

上述のごとく、このバネ１０は、２つのハウジング部材１、２の間の中央に配設されている。第１ハウジング部材１は、その第２ハウジング部材２に対向している方の端部に、浅く窪んだ凹部２４を備えている。この凹部２４の深さは、第１ハウジング部材へ向かって突出した第２ハウジング部材２の突出部２８が略々完全にこの凹部２４の中に収容される深さとしている。従って、突出部２８の高さは、凹部２４を画成している円形の周壁部２５の高さに略々等しい。凹部２４は更に、その底面２６上に、より小さな更なる凹部２７を備えている。バネ１０は、凹部２７の底面に当接して支持されている。凹部２７の直径はバネ１０の外径に略々等しい。突出部２８には、凹部２７に対応した位置に凹部２９が形成されており、バネ１０は、その他端がこの凹部２９に収容されている。バネ１０は、凹部２９の底面に当接して支持されている。

【0041】

第１ハウジング部材１と第２ハウジング部材２とは、分離機構を介して互いに連結されている。分離機構は、装置が初期状態（打上状態）にあるときには第１ハウジング部材１と第２ハウジング部材との間の相対移動を阻止するようにしてあり、この状態では、第２ハウジング部材２を第１ハウジング部材１に対して相対的に傾動させる操向操作を行うことはできない。分離機構による分離が行われて供用状態になることによって初めて、第１ハウジング部材１と第２ハウジング部材との間の相対移動が可能になる。この分離機構は図１及び図４に最もよく示されている。

【0042】

初期状態は図示していないが、初期状態にあるときには、第１ハウジング部材１と第２ハウジング部材２とはそれらの互いに向かい合った表面どうしが当接している。初期状態にあるときには、ワイヤ６、７、１６に引張力は作用していない。

【0043】

分離機構は、初期状態を実現するためにボルト９を備えており、このボルト９は、第１ハウジング部材１及び第２ハウジング部材に形成された互いに同軸的に延在する夫々の孔に嵌挿されている。図１の断面図、図４の断面図、それに、図５ａ及び図５ｂから明らかなように、ボルト９は更にバネ１０の中を通って延在している。ボルト９が無頭ボルトである場合には、そのボルト９の第２ハウジング部材２の側の端部にナット４０を螺合させ、また、ボルト９が有頭ボルトである場合には、そのボルトヘッド４０を第２ハウジング部材２の側に位置させ、そのナット４０またはボルトヘッド４０からワッシャ１５を介して第２ハウジング部材２に力を作用させるようにしている。ボルト９に螺合したナット４０またはボルト９のボルトヘッド４０は、第２ハウジング部材２に形成された凹部３８の中に（略々）完全に収容されている。ボルト９のナットまたはボルトヘッドと反対側の端部の先端は、第１ハウジング部材１の第１端部１８の表面３９から外へ突出している。第１ハウジング部材１のこの表面３９には、分離機構のハウジング４に収容されたアクチュエータ５が取付けられている。

【0044】

ハウジング４は、複数の止めネジ１１とそれらに付随したワッシャ１３とで第１ハウジング部材１に連結されている。アクチュエータ５は、通電して作動させることによって、ボルト９に力を及ぼしてこれを破断するためのものである。ボルト９の破断片のうち第２ハウジング部材２に係合している方の破断片が、この第２ハウジング部材から離脱するのを防止するために、第２端部１９からボルト９にかけて、分離機構の構成部材である止着部材３が装着されている。止着部材３はおおむね円板形の部材であり、例えば３個の止めネジ１２とそれらに付随したワッシャ１４などによって、第２ハウジング部材２に固定しておくようにする。このような分離機構は、フランジボルト機構（破断ボルト機構）と呼ばれている。

【0045】

分離機構による分離が行われたならば、第１ハウジング部材１と第２ハウジング部材２との間に縮装されているバネ１０が活動状態となり、即ち、このバネ１０がワイヤ６、７、１６の引張力に対抗して第１ハウジング部材１と第２ハウジング部材２とを互いに離隔する方向へ押圧するようになり、それによって、参照符号２２で示した間隙が存在するようになる。図示したのはこの状態であり、これが供用状態である。この状態になったならば、各々のワイヤ６、７、１６に対して、前述した電流回路においてそれらワイヤの比抵抗に関する制御が行われ、もってそれらワイヤの長さが制御される。

【0046】

バネ１０がシーソー構造の支点として機能するため、ワイヤ６、７、１６のうちの１本または複数本の長さが変化することによって、第２ハウジング部材２が第１ハウジング部材１に対して相対的に傾動し、それによって固定平面３３の操向操作が行われる。

【0047】

操作対象物の操向操作を行うための従来の装置と比べて、ここに記載している装置は格段に軽量化されている。僅かな個数の電子部品（ワイヤの抵抗値を計測するための電子部品）しか必要としないため、メカトロニクス・システムの複雑度が低下している。また、形状記憶合金製のワイヤを使用しているため、最小限度の容積で高度の機械エネルギ利用効率が得られている。

【0048】

この装置は、ロバスト性及び信頼性にも優れている。

【0049】

操向操作を行うために、第２ハウジング部材２を第１ハウジング部材１に対して相対的に傾動可能にする構造は、以上に説明したものとは異なる構造とすることもできる。その構造は、中央に配設するバネ１０に加えて、或いはそのバネ１０に替えて、ボールジョイントを備えた構造とするとよい。ただし、そのようにした構造は図面には示されていない。

【0050】

第１の代替変形例は、中央に配設されたボールジョイントを備えると共に、前記長手軸１７を中心とする円上に互いに角度位置を９０°ずらして配設された２本のワイヤを備えている。第２ハウジング部材２は、そのボールジョイントにより、中央において前記長手軸１７を中心として傾動するようにしてある。２本の傾動軸は、長手方向軸１７に直交しており、また、操向操作が行われていないときには固定平面３５に沿って延在している。２本のワイヤのうちの１本が収縮することによって、それら２本の傾動軸のうちの１本を中心とした傾動が発生し、その収縮するバネに対しては、当該バネと同じてこ比となるように反対側の位置に配設されたバネが、その収縮に対抗するように作用する。この作用原理は、２本の傾動軸のいずれにも適用されている。即ち、２本のワイヤの各々に対応した夫々のバネ部材が、それらワイヤと反対側の位置に配設されている。

【0051】

第２の代替変形例は、中央に配設されたボールジョイントを備えると共に、前記長手軸１７を中心とする円上に９０°の角度間隔で配設された４本のワイヤを備えている。また、この代替変形例の装置は、ボルト９を備えた分離機構によって初期状態に保持されている。また、初期状態にあるときに、第１ハウジング部材及び第２ハウジング部材はストッパなどに当接してはいない。ボルト９が破断されたならば、そのボルトの軸部はそれを囲繞する鞘体と共に傾動が可能な状態になる。そして、中央に配設されたボールジョイントを傾動支点とするシーソー構造を構成しているレバーを介して、互いに同一のてこ比となるように反対側に配設された対を成す２本のワイヤが互いに連結されている。それら２本のワイヤは互いに拮抗して機能する。そのため、任意の傾動位置において、それら２本のワイヤに作用している引張力が互いに釣り合うことができる。これによって、殆どエネルギを費消することのない作動が可能となっている。

【符号の説明】

【0052】

１ 第１ハウジング部材（下側ハウジング部材）
２ 第２ハウジング部材（上側ハウジング部材）
３ フランジボルト機構（破談ボルト機構）の止着部材
４ 分離機構のハウジング（フランジボルト・ハウジング）
５ 分離機構のアクチュエータ（フランジボルト・アクチュエータ）
６ 形状記憶合金製のワイヤ
７ 形状記憶合金製のワイヤ
８ 止めネジ
９ 分離機構（ボルト）
１０ バネ
１１ 止めネジ
１２ 止めネジ
１３ ワッシャ
１４ ワッシャ
１５ ワッシャ
１６ 形状記憶合金製のワイヤ
１７ 長手軸
１８ 第１端部
１９ 第２端部
２０ リード線
２１ 電源
２２ 間隙
２３ 形状記憶合金製のワイヤが嵌挿される貫通孔
２４ 凹部
２５ 周壁部
２６ 凹部２４の底面
２７ バネ１０を収容／案内するための底面２６に形成された凹部
２８ 突出部
２９ バネ１０を収容／案内するための突出部２８に形成された凹部
３０ ワイヤを挿通して止着するための突出部
３１ ワイヤを挿通して止着するための突出部
３２ 傾斜した軸
３３ 長手軸１７に直交している操作対象物を固定するための固定平面
３４ 傾斜した軸３２に直交している操作対象物を固定するための傾斜した平面
３５ 長手軸１７に直交している担持体に固定するための固定平面
３６ 傾動機構
３７ 角度
３８ 凹部
３９ 表面
４０ ナットまたはボルトヘッド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】