特許 7063581 アクチュエータ

(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】

(24)【登録日】2022-04-25

(45)【発行日】2022-05-09

(54)【発明の名称】アクチュエータ

(51)【国際特許分類】

   F03G 7/06 20060101AFI20220426BHJP

【ＦＩ】

F03G7/06 E

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2017218702

(22)【出願日】2017-11-14

(65)【公開番号】P2019090354

(43)【公開日】2019-06-13

【審査請求日】2020-09-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000112565

【氏名又は名称】フォスター電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100187322

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 直輝

(72)【発明者】

【氏名】相川 武憲

【審査官】津田 真吾

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－８８８１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－６３０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２２６４５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０３Ｇ ７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

固定子と、この固定子の上部に、固定子に対し近接、離反自在に設けられた移動子と、この移動子と前記固定子間に挟持された形状記憶合金からなり収縮可能であって移動子を移動可能とするワイヤと、これら組立体の両端部にそれぞれ設けられた固定子移動子一体化用バネとを備え、この固定子移動子一体化用バネを前記組立体に装着し、前記固定子背面および前記移動子上面を押圧し、前記固定子および前記移動子の両側面に当接することを特徴とするアクチュエータ。

【請求項2】

請求項１記載のアクチュエータにおいて、前記移動子の上面両端部にそれぞれ移動子の幅方向に移動子側係合部が形成され、前記固定子背面両端部にも固定子側係合部が形成され、これら係合部に前記固定子移動子一体化用バネの第１、第２の係合部が係合されることを特徴としたアクチュエータ。

【請求項3】

請求項１または２記載のアクチュエータにおいて、前記固定子移動子一体化用バネは、前記移動子の上面に位置し全体としてほぼコ字状をなし、移動子側の係合部と係合する第１の係合部と、前記固定子の背面に位置しほぼコ字状をなし、固定子側の係合部と係合する第２の係合部と、これら第1、第２の係合部を連結し、前記移動子および固定子の各側面に当接する第１、第２の連結部とからなることを特徴とするアクチュエータ。

【請求項4】

請求項１記載のアクチュエータにおいて、前記固定子の両端部にそれぞれワイヤ端子が設けられ、このワイヤ端子にワイヤカシメ部が形成され、前記ワイヤをカシメて固定することを特徴とするアクチュエータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、形状記憶合金の熱による収縮性を利用して振動を発生させるアクチュエータに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、スマートフォン（商品名）のような携帯端末や、いわゆるＶＲ（仮想現実）のゲーム機器等において使用者に振動を伝達するアクチュエータ（振動装置）が搭載されているものがある。皮膚の触感を利用したユーザーインターフェースとしてのこの種のアクチュエータは小型軽量であって、加速度が大きいとユーザに対し強い触感を与えることができるので、大きな加速度が得られることが望ましい。

【0003】

この種のアクチュエータとしては形状記憶合金を用い、移動部材を固定側から離反、近接させるものが存在する。

【0004】

図８は既に知られているアクチュエータの一例の基本構成を示す。図中２０は固定子、２１は固定子２０の上部に設けられる形状記憶合金からなる波状のワイヤ、２２はワイヤ２１の両端にそれぞれ設けられ、ワイヤ２１を支持する支持部材で、スリーブ２２ａ、ワッシャ２２ｂ、ネジ２２ｃからなる。２３はワイヤ２１の上部に設けられ、ワイヤ２１の収縮に伴い上下動する移動子、２４はほぼＳ字状をなすＳ字バネで、移動子２３はこのＳ字バネ２４によって移動自在となっている。

【0005】

図９（ａ）はＳ字バネ２４を装着した側面図、（ｂ）は平面図を示す。Ｓ字バネ２４は、（ａ）図に示すように、固定子２０の背面の一端部にＳ字バネ２４の一端部２４ａを係止し、他端部２４ｂは移動子２３の上を回して固定子２０の他端部２４ｂに係止して取付けるようにしている。

【0006】

そして、ワイヤ２１に接続された電源のオン、オフによりワイヤ２１が加熱（オン時）、冷却（オフ時）され、それに伴いワイヤ２１が収縮したり、元の長さに戻ったりする。これにより移動子２３が固定子２０に対し上下動するように構成されている。

【0007】

その他、このように形状記憶合金を用いたアクチュエータとしては、図１０に示すような特許文献１のものが存在する。図において、３０は固定子、３１は移動子、３２は形状記憶合金からなるワイヤ、３３は移動子３１と固定子３０とを一体化する際に用いられる圧縮コイルスプリング、３４は段付きネジである。

【0008】

また、図１１に示す構成の特許文献２のものもある。図中、４０は固定子、４１は形状記憶合金からなるワイヤ、４２はバネ本体、４３は移動子、４４はブラケットである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】特許第６０４６９８１号

【文献】特許第５９９９３８１号

【発明の概要】

【0010】

図８、図９に示した既に知られている非特許文献のアクチュエータでは、ワイヤ２１の両端部はそれぞれスリーブ２２ａ、ワッシャ２２ｂ、ネジ２２ｃ部分に取付けられるが、組立時にワイヤ２１がズレて外れ易い。また、Ｓ字状のバネ２４によって移動子２３と固定子２０とを押さえるようにしているが、機器への組み込み中に、移動子２３にＳ字バネ２４の開いた側の方向に力が加わることにより、移動子２３がズレることで容易にＳ字バネ２４が外れることがあり、組立性が悪いという課題がある。

【0011】

図１０に示した特許文献１では、移動子３１側から段付きネジ３４を固定子３０側に向って挿通するが、この場合、段付きねじ３４を圧縮コイルバネ３３に挿通し、かつ段付きネジ３４の先端部を固定子３０側に螺着し圧縮コイルバネ３３を所定の圧力で圧縮しつつ固定子３０に対し移動子３１を取付けている。ワイヤ３２は両端の圧縮コイルバネ３３の弾性力により、移動子３１によって固定子３０に近接するように押圧される。

【0012】

この従来例では上記のように組立工数が多く、組立が煩雑であり、かつ部品点数が多いことから、その分、コスト高となるという課題がある。

【0013】

また、図１１に示した特許文献２は、固定子４０の両端部に端子金具４５が設けられ、固定子４０の上面にワイヤ４１の両端を固定し、バネ体４２のピン状に折曲された基部４２ａは移動可能に収容するガイド穴４６に設けられ、バネ体４２は移動子４３が固定子４０に対し離脱する方向に付勢されるように摺動可能にガイド穴４６に取付けている。

【0014】

そして移動子４３の上面を筐体（図示せず）に押し当てバネ体４２の付勢力に抗して、バネ体４２を弾性変形させつつ移動子４３を固定子４０側に押し下げた状態で、アクチュエータを筐体内に設けるようにしている。

【0015】

このように、特許文献２のものも、部品点数が多く、しかも各部材の形状が複雑で、全体構成もかなり複雑であり、組立が煩雑であり、コスト高をも招来するという課題があった。

【0016】

この発明は上記のことに鑑み提案されたもので、その目的とするところは、部品点数を削減し、組立を容易とし、経年使用においても固定子に対し移動子がズレることはなく、長期にわたり性能を維持でき安定的に使用し得るアクチュエータを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0017】

上記目的を達成すべく請求項１に係る本発明は、固定子と、この固定子の上部に、固定子に対し近接、離反自在に設けられた移動子と、この移動子と前記固定子間に挟持された形状記憶合金からなり収縮可能であって移動子を移動可能とするワイヤと、これら組立体の両端部にそれぞれ設けられた固定子移動子一体化用バネとを備え、この固定子移動子一体化用バネを前記組立体に装着し、前記固定子背面および前記移動子上面を押圧し、前記固定子および前記移動子の両側面に当接することを特徴とする。
請求項２に係る発明は、請求項１記載のアクチュエータにおいて、前記移動子の上面両端部にそれぞれ移動子の幅方向に移動子側係合部が形成され、前記固定子背面両端部にも固定子側係合部が形成され、これら係合部に前記固定子移動子一体化用バネの第１、第２の係合部が係合されることを特徴とする。
請求項３に係る本発明は、請求項１または２記載のアクチュエータにおいて、前記固定子移動子一体化用バネは、前記移動子の上面に位置し全体としてほぼコ字状をなし、移動子側の係合部と係合する第１の係合部と、前記固定子の背面に位置しほぼコ字状をなし、固定子側の係合部と係合する第２の係合部と、これら第１、第２の係合部を連結し、前記移動子および固定子の各側面に当接する第１、第２の連結部とからなることを特徴とする。
請求項４に係る本発明は、請求項１記載のアクチュエータにおいて、前記固定子の両端部にそれぞれワイヤ端子が設けられ、このワイヤ端子にワイヤカシメ部が形成され、前記ワイヤをカシメて固定することを特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、固定子１の上部にワイヤ２を挟み込んで移動子７を載せ、固定子１と移動子７を一体化する場合、その組立体の両端部にそれぞれ固定子移動子一体化用バネ８を装着するだけで、固定子１と移動子７とを容易に一体化できるため、組立性が良好であり、量産に適し、コストダウンを達成し得る。
また、固定子１と移動子７の組立体の上下面および両側面は固定子移動子一体化用バネ８で押さえるようにしており、バネが外れにくく、また駆動によって移動子７が固定子１に対し離反、近接動作を繰り返しても移動子７の位置がズレることがなく、異常音が発生したり動作不良を起こすことはなく、また、長期にわたって性能を損なうことなく安定して使用できる。
また、ワイヤ２は一定の張力をもたせてワイヤカシメ部３ｂでカシメるだけなので、この点においても組立性が良い。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施例の分解斜視図を示す。

【図2】（ａ）は本発明に用いられる固定子移動子一体化用バネの平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は取付時状態を示す。

【図3】本発明の一実施例の組立状態の斜視図。

【図4】電源オフ時の本発明の動作状態を示す。

【図5】電源オン時の本発明の動作状態を示す。

【図6】電源オフ時の本発明の動作状態を示す。

【図7】本発明の移動子の動作状態が安定していることを示す説明図である。

【図8】一従来例の分解斜視図。

【図9】（ａ）は同上の組立状態の側面図、（ｂ）は平面図を示す。

【図10】他の従来例の側断面図。

【図11】更に他の従来例の分解斜視図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面に沿って本発明の一実施例について説明する。

【0021】

図１は本発明の一実施例に係るアクチュエータの分解斜視図である。

【0022】

このアクチュエータＡは、固定子１と、この固定子１上に設けられる形状記憶合金からなる導電性のワイヤ２と、このワイヤ２の両端部がそれぞれ取付けられる一対のワイヤ端子３と、この導電性のワイヤ端子３と固定子１の端部に形成された取付部１ａとを一体化する、ネジ４やワッシャ５などからなる連結具６と、固定子１の上部に、ワイヤ２を挟んで設けられる移動自在な移動子７と、固定子１に対し移動子７を移動自在に固定子１に一体化する一対の固定子移動子一体化用バネ８とを備えて構成されている。

【0023】

固定子１は絶縁性熱伝導体からなる。例えばアルミのような放熱性の良い材料に絶縁被膜されるなどして絶縁処理を施した絶縁性熱伝導体を用いる。この固定子１は図示の状態において、横方向に細長い直方体の形状をなし、かつ底部であって長さ方向には波状をなす複数個の固定子側突起部１ｂが間隔をあけて突設されている。

【0024】

固定子側突起部１ｂの形状は、頂部は丸味をなし弧状に形成されている。また、中央部は凹んでおり、溝１ｃが形成されている。この溝１ｃの頂部もまた弧状に形成されている。

【0025】

固定子側突起部１ｂの外側底部には固定子側窪み部１ｄが形成されている。窪み部１ｄの底面は下方に向って凹んで弧状に形成されている。また、固定子１の両端部の取付部１ａの固定子側には、本アクチュエータＡを機器に取付ける際に使用する螺着用のネジ孔１ｇが形成され、その外側にネジ挿通、螺着用の孔１ｆが形成されている。

【0026】

移動子７もまた絶縁性熱伝導体からなる。移動子７は、例えばアルミのような放熱性の良い材料に絶縁被膜されるなどして絶縁処理を施した絶縁性熱伝導体を用いる。この移動子７もまた図示の状態において、横方向に細長い直方体の形状をなし、かつ底部であって長さ方向には波状をなす複数個の移動子側突起部７ａが間隔をあけて突設されている。

【0027】

移動子側突起部７ａの形状は、頂部は丸味をなし弧状に形成されている。また、中央部は凹んでおり、溝７ｄが形成されている。この溝７ｄの頂部もまた弧状に形成されている。
移動子側突起部７ａの外側上部には移動子側窪み部７ｂが形成されている。窪み部７ｂの底面は上方に向って凹んで弧状に形成されている。

【0028】

前記孔１ｆは連結具６を介しワイヤ端子３を取付部１ａに取付けるためのもので取付部１ａの背面にはワッシャ５が配され、ネジ４が挿通され、ネジ４はワイヤ端子３のネジ孔３ａにも挿通され螺着され、ワイヤ端子３が取付部１ａ上に取付けられる。

【0029】

取付部１ａ上にネジ４を介し固定されるワイヤ端子３の内側には上方に向ってＬ字状に折曲されたワイヤカシメ部３ｂが形成されている。このワイヤカシメ部３ｂにはカシメ用スリット３ｃが形成されている。

【0030】

ワイヤ端子３の外端部には電線接続部３ｄが形成されている。この電線接続部３ｄは例えばネジ孔からなり、ネジに電線を巻き付け、そのネジをネジ孔に螺設するようになっている。

【0031】

ワイヤ２はニッケル－チタン合金のような形状記憶合金効果のある合金からなり、固定子１の固定子側突起部１ｂおよび固定子側窪み部１ｄの形状に対応して波状に形成されている。このワイヤ２はワイヤ端子３を介し電源に接続され、通電による発熱によって収縮し形状が変化し、これによって固定子１から移動子７を、図示の状態において、上方に押し上げ移動させるように構成されている。

【0032】

また、電源オフで放熱性の良好な固定子１と移動子７の冷却作用により冷されると元の形状に戻り、それに伴って移動子７が固定子１に近接する。

【0033】

なお、前述のように、固定子１と移動子７の固定子側突起部１ｂと移動子側突起部７ａは互い違いの位置にそれぞれ突設され、各突起部１ｂ、７ａはそれぞれの窪み部１ｄ、７ｂに配置されるようになっている。

【0034】

また、移動子７の上面の両端部には移動子７の幅方向に延びる溝状の移動子側バネ係合部７ｃがそれぞれ形成されている。

【0035】

固定子１の背面両側の外端部には切欠き状の固定子側バネ係合部１ｅがそれぞれ形成されている。固定子側バネ係合部１ｅは移動子側バネ係合部７ｃの位置より外側に位置している。

【0036】

この固定子側バネ係合部１ｅには固定子１に対し移動子７を移動自在に一体化する固定子移動子一体化用バネ８の一部が係合される。

【0037】

この固定子移動子一体化用バネ８は、固定子１の上部に設けられた移動子７とからなる組立体の両側にそれぞれ装着され、両者を一体化する。

【0038】

図２（ａ）は固定子移動子一体化用バネ８の平面図、（ｂ）は自由時状態の側面図、（ｃ）は取付時状態の側面図である。

【0039】

固定子移動子一体化用バネ８は断面略円形をなす一本のバネ鋼を折曲加工して形成される。

【0040】

固定子移動子一体化用バネ８の上部は、平面から見ると全体形状はほぼコ字状をなし、移動子側係合部７ｃに係合される移動子側第１の係合部８ａと、下部は同じくほぼコ字状をなし、固定子側係合部１ｅに係合される固定子側第２の係合部８ｂと、これら第１、第２の係合部８ａ、８ｂを連結すべく折曲された第１、第２の連結部８ｃ、８ｄとを備える。第１、第２の連結部８ｃ、８ｄはほぼＶの字状をなし、先端部は丸味を帯びた折曲部８ｅを有している。第１、第２の連結部８ｃ、８ｄは固定子１および移動子７の左右の各側面にそれぞれの折曲部８ｅが対向した状態で当接される。

【0041】

すなわち、移動子７の上面に位置する移動子側第１の係合部７ｃに第１、第２の連結部８ｃ、８ｄの一端部側の第１の係合部８ａが係合され、第１、第２の連結部８ｃ、８ｄの他端部の第２の係合部８ｂは固定子１の背面の外端部に位置する固定子側係合部１ｅに係合される。

【0042】

組み立てにあたっては、まずワイヤ２を一定の張力でワイヤ端子３のワイヤカシメ３ｂのスリット３ｃに挿入しカシメて固定する。

【0043】

なお、ワイヤ端子３は固定子１の取付部１ａ上に置かれ、取付部１ａの孔１ｆの背面にワッシャ５を当て、かつネジ４を孔１ｆ、ワイヤ端子３のネジ孔３ａに下側から挿通、螺設し、ワイヤ端子３を固定子１の取付部１ａ上に固定する。

【0044】

図示の状態において、波状のワイヤ２の突部側は固定子側突部１ｂの溝１ｃを介し固定子側突部１ｂに位置され、ワイヤ２の凹部側は固定子側窪み部１ｄ部分に位置される。

【0045】

ついで、ワイヤ２が設けられた固定子１の上に移動子７を近接させて載置し組立体を構成する。

【0046】

この場合、移動子側突起部７ａにも固定子側突起部１ｂに形成された溝１ｃと同様の溝７ｄが形成され、そこにワイヤ２の突部側が収納される。移動子側突起部７ａは固定子側窪み部１ｄに、また、固定子側突起部１ｂは移動子側窪み部７ｂに位置され、その間にワイヤ２が挟持された状態となる。

【0047】

この組立体の長さ方向の両側に、各固定子移動子一体化用バネ８を装着する。

【0048】

すなわち、図２（ｃ）に示すように、図示の状態において下側に位置する第２の係合部８ｂに対し、移動子側係合部７ｃに係合される第１の係合部８ａを押し広げ、組立体の両側から各固定子移動子一体化用バネ８の折曲部８ｅ側を組立体の内側に向って押し込んでいき、第１の係合部８ａを移動子側係合部７ｃに、第２の係合部８ｂを固定子側係合部１ｅに係合させ組立体の両側にそれぞれ固定子移動子一体化用バネ８を装着する。

【0049】

図３はその状態を示す。

【0050】

この固定子移動子一体化用バネ８によって固定子１と移動子７とが押圧される。また、固定子１および移動子７の両側面も固定子移動子一体化用バネ８の第１、第２の連結部８ｃ、８ｄによって押圧され、動作時に移動子７が固定子１から離反、近接を繰り返しても移動子７は位置ズレをすることはない。

【0051】

なお、ワイヤ端子３の外端部に形成された電源取付部３ｄに電線が取付けられ、この電線はワイヤ２と電気的に接続される。

【0052】

図４～図６は本発明に係るアクチュエータＡの動作説明を示す。

【0053】

図４において、９は電源取付部３ｄに接続された電線、１０は電源、１１はオン、オフ用の電源スイッチであり、オンにすればワイヤ２は通電状態になる。図４では電源スイッチ１１はオフになっており固定子移動子一体化用バネ８の押圧力により移動子７は固定子１に近接している。

【0054】

図５に示すように、電源スイッチ１１をオンにすると形状記憶合金からなるワイヤ２に電源が流れてワイヤ２が発熱することでワイヤ２は縮み、移動子７を固定子１から離反させる方向の押上力が発生し、固定子移動子一体化用バネ８のバネ力に抗して移動子７が矢印で示すように移動する。この移動子７の加速度は固定子移動子一体化用バネ２のバネ定数を調整することにより任意に設定することができる。

【0055】

図６は電源スイッチ１１をオフにした場合である。電源スイッチ１１をオフにすると形状記憶合金からなるワイヤ２の熱が放熱性の良好な材質からなる固定子１と移動子７に吸収され、ワイヤ２は冷却されるため、ワイヤ２が伸び、固定子移動子一体化用バネ８のバネ力により移動子７は固定子１に近接する位置に戻る。

【0056】

このように電源スイッチ１１のオン、オフにより移動子７が移動、振動し、このアクチュエータＡを例えばタッチパネルの内側に設けておけばタッチパネルに触れているユーザに対し触感を与えることができる。

【0057】

本発明のアクチュエータＡでは、固定子１の背面と移動子７の上面に形成された溝状の係合部１ｅ、７ｃに固定子移動子一体化用バネ８の各係合部８ｂ、８ａがそれぞれ係合されているため、固定子１と移動子７は固定子移動子一体化用バネ８によって互いに近接する方向に押圧され、また、固定子１と移動子７の両側面は固定子移動子一体化用バネ８の第１、第２の連結部８ｃ、８ｄによって押圧されている。

【0058】

したがって、図７に示すように移動子７はＸ方向、Ｙ方向にほとんど移動しない。またＺ方向に反力（ばね力）が発生しており、この反力を任意に設定できる。さらに、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸に対し回転しないメリットがある。したがって、移動子７のズレを防止することができる。

【0059】

本発明は、図示の実施例に限定されるものではなく、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々の設定変更は可能である。

【符号の説明】

【0060】

Ａ アクチュエータ
１ 固定子
１ａ 取付部
１ｂ 固定子側突起
１ｃ 溝
１ｄ 固定子側窪み部
１ｅ 固定子側バネ係合部
１ｆ 孔
１ｇ ネジ孔
２ ワイヤ
３ ワイヤ端子
３ａ ネジ孔
３ｂ ワイヤカシメ
３ｃ スリット
３ｄ 電線接続部
４ ネジ
５ ワッシャ
６ 連結具
７ 移動子
７ａ 移動子側突起部
７ｂ 移動子側窪み部
７ｃ 移動子側バネ係合部
７ｄ 溝
８ 固定子移動子一体化用バネ
８ａ 移動子側第の係合部
８ｂ 固定子側の係合部
８ｃ 第１の連結部
８ｄ 第２の連結部
８ｅ 折曲部
９ 電線
１０ 電源
１１ 電源スイッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】