アクチュエータ装置
【課題】駆動力が用途に応じて適正な張力で制御できる形状記憶合金アクチュエータを提供する。
【解決手段】拮抗する一対の形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、ｂと、形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、ｂの少なくとも一方の張力を計測する張力測定部と、張力測定部で測定された結果に基づいて、各々の形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、ｂに供給する熱量を独立に制御する制御部と、各々の形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、ｂに供給される熱量の制御によって変位する可動部位に連結された可動端と、各々の形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、ｂが所定の固定部位に固定された固定端と、を有し、制御部により、可動部位を所定の変位に移行もしくは所定の変位を維持するために各々の形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、ｂに与えられる熱量は、張力測定部により計測された張力を所定範囲内に維持した状態で制御されることを特徴とする。
【解決手段】拮抗する一対の形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、ｂと、形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、ｂの少なくとも一方の張力を計測する張力測定部と、張力測定部で測定された結果に基づいて、各々の形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、ｂに供給する熱量を独立に制御する制御部と、各々の形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、ｂに供給される熱量の制御によって変位する可動部位に連結された可動端と、各々の形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、ｂが所定の固定部位に固定された固定端と、を有し、制御部により、可動部位を所定の変位に移行もしくは所定の変位を維持するために各々の形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、ｂに与えられる熱量は、張力測定部により計測された張力を所定範囲内に維持した状態で制御されることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
形状記憶合金は、単位断面積当たりの力量が大きいことから、内視鏡やカテーテルの湾曲機構の駆動源として多くの提案がなされている。このような形状記憶合金を用いた湾曲機構の例として、特許文献１に開示されている３次元マイクロマニピュレータについて図５を用いて説明する。
【０００３】
複数の碁石状部材１２、１４、１６、１８、２０にはそれぞれ３組、６個の穴が設けられている。最上部の碁石状部材１２の例では、図５（ｂ）に示すような穴４２ａ、４２ｂ、４４ａ、４４ｂ、４６ａ、４６ｂである。これらの各組の穴４２ａ、４２ｂ、穴４４ａ、４４ｂ、穴４６ａ、４６ｂには、それぞれ形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６が通されている。形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６それぞれは、最上部の碁石状部材１２での上面で折り返されている。
【０００４】
このようにして、碁石状部材１２、１４、１６、１８、２０は形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６によって繋ぎ止められている。この構成で、形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６のいずれか１つ、あるいは複数に電流を流すことで収縮させると、繋ぎ止められた碁石状部材１２、１４、１６、１８、２０を任意の方向に湾曲させることができる。
【０００５】
本マニピュレータは、駆動源として形状記憶合金ワイヤを用いているので、ワイヤ牽引用モータなどが不要であり、小型化に適している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３３０３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したような複数の形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６を拮抗させて用いる構成のマニピュレータにおいては、通常の制御方法では形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６の張力、即ちアクチュエータの駆動力が不定となる問題が存在する。
【０００８】
マニピュレータの位置制御は、形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６の変位をモニタして取得するか、外部から得られた映像によってマニピュレータの変位を取得して、各々の形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６の変位量をフィードバック制御することで行われている。なお、形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６の変位量は、電気抵抗値を計測することで得られることは知られている。
【０００９】
ここで、実際の形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６は温度によって変位する。マニピュレータが所定の湾曲状態となるための３本の形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６の温度の組み合わせは複数有り、その組み合わせによって、形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６の張力は全く異なっている。
【００１０】
単純な例を挙げると、マニピュレータを直線状に維持するには、３本の形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６の温度が同一であれば良い。例えば、３本とも７０℃であっても７５℃であっても８０℃であっても構わない。このとき、これら拮抗する形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６の張力は、その温度によって大きく異なっている。このように温度と張力の間には密接な関係がありながら、マニピュレータの変位は制御できても、張力が不明である。
【００１１】
すなわち、所望の変位を得るために、どの形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６の温度を上昇させるべきか、あるいは他の形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６の温度を下降させるべきかを判別する張力情報が存在しない。このため、マニピュレータの駆動力が不定となり、被操作対象に加える応力を適正に制御できないなど、マニピュレータの適用範囲が著しく制限されるという問題がある。
【００１２】
例えば、所望の変位を得るために温度上昇を選択した場合には、形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６に過度の張力がかかるおそれがある。張力が強すぎる場合には、形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６が切れてしまうおそれがある。また、所望の変位を得るために温度降下を選択した場合には、張力が低くなるおそれがある。また、張力が弱すぎる場合には、所望の駆動力が得られないという問題が生じる。
【００１３】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、駆動力が用途に応じて適正な張力で制御できるアクチュエータ装置を提供するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、拮抗する一対の第１の形状記憶合金ワイヤ及び第２の形状記憶合金ワイヤと、第１の形状記憶合金ワイヤ及び第２の形状記憶合金ワイヤの少なくとも一方の張力を計測する張力測定部と、張力測定部で測定された結果に基づいて、各々の形状記憶合金ワイヤに供給する熱量を独立に制御する制御部と、各々の形状記憶合金ワイヤに供給される熱量の制御によって変位する可動部位に連結された可動端と、各々の形状記憶合金ワイヤが所定の固定部位に固定された固定端と、を有し、制御部により、可動部位を所定の変位に移行もしくは所定の変位を維持するために各々の形状記憶合金ワイヤに与えられる熱量は、張力測定部により計測された張力を所定範囲内に維持した状態で制御されることを特徴とする。
【００１５】
本発明の好ましい態様にあっては、第１の形状記憶合金ワイヤ及び第２の形状記憶合金ワイヤに供給される熱量は、第１の形状記憶合金ワイヤ及び第２の形状記憶合金ワイヤに電流を流すことで発生するジュール熱によって得られることが望ましい。
【００１６】
本発明の好ましい態様にあっては、アクチュエータ装置の変位は、形状記憶合金ワイヤの抵抗値を計測することで検知されることが望ましい。
【００１７】
本発明の好ましい態様にあっては、アクチュエータ装置を、第１の形状記憶合金ワイヤへ供給する熱量を増大させることで所定の方向に変位させるに際して、制御部は、張力測定部によって計測された張力が所定範囲となるように第２の形状記憶合金ワイヤへ供給する熱量を減少させることが望ましい。
【００１８】
本発明の好ましい態様にあっては、張力測定部は、第１の形状記憶合金ワイヤ及び第２の形状記憶合金ワイヤの固定端が固定された固定部位の少なくとも一方の歪みを計測することで、第１の形状記憶合金ワイヤまたは第２の形状記憶合金ワイヤの張力を検知することが望ましい。
【００１９】
本発明の好ましい態様にあっては、チューブ状構造体に第１の形状記憶合金ワイヤ及び第２の形状記憶合金ワイヤが内挿され、固定端がチューブ状構造体に設けられた連結部において機械的に結合され、アクチュエータ装置は、可動端における形状記憶合金ワイヤとチューブ状構造体の相対位置の変化によって動作し、張力測定部は、形状記憶合金ワイヤの張力によって生じる連結部の歪みを計測することが望ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明にかかるアクチュエータ装置は、駆動力が用途に応じて適正な張力で制御できるので、アクチュエータ装置を用いたマニピュレータの駆動力が安定するとともに、マニピュレータの適用範囲が制限されないという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１の実施例の概略模式図である。
【図２】第１の実施例の外観図である。
【図３】第１の実施例の動作を説明する図である。
【図４】第２の実施例の構成を説明する図である。
【図５】従来の構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明にかかるアクチュエータ装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。以下の実施例は、アクチュエータ装置を用いるマニピュレータである。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【００２３】
（第１実施例）
本発明の第１の実施例について図１〜図３を用いて説明する。図１は、実施例の概略模式図を示している。本実施例のマニピュレータ１０１は、湾曲する湾曲部１０２と硬性部１０３からなっている。図１（ａ）は直線状態を、図１（ｂ）は湾曲状態をそれぞれ示している。
【００２４】
湾曲部１０２は、中空の湾曲駒１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄ、１０４ｅ、１０４ｆ、１０４ｇ、１０４ｈ、１０４ｉが、それぞれ連結ピン１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ、１０５ｅ、１０５ｆ、１０５ｇ、１０５ｈによって連結された構成となっている。
【００２５】
各々の湾曲駒１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄ、１０４ｅ、１０４ｆ、１０４ｇ、１０４ｈ、１０４ｉは、連結ピン１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ、１０５ｅ、１０５ｆ、１０５ｇ、１０５ｈを中心に回動することが可能である。
【００２６】
湾曲部１０２及び硬性部１０３の内部には、対向して形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂが張られている。ここで、形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂは、湾曲駒１０４内に形成されたガイド（図示せず）に通されて、その先端側の端部は先端の湾曲駒１０４ａの端部１０７ａ、１０７ｂにおいて固定されている。
【００２７】
一方、硬性部１０３内においては、形状記憶合金ワイヤ１０６は、樹脂チューブ１０８ａ、１０８ｂに内挿されており、樹脂チューブ１０８の先端側の端部は後端の湾曲駒１０４ｉ内壁に対して固定されている。
【００２８】
また、形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂの後端側の端部は、樹脂チューブ１０８の後端側の端部に対して固定された連結部１０９ａ、１０９ｂにおいて固定されている。
【００２９】
また、特に図示しないが、各々の形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂの両端にはリード線が接続され、マニピュレータの中空部分を通って外部コントローラに接続されている。
【００３０】
各々の形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂに独立して制御された電流を流すことによって、各々の形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂに対して加える熱量を独立に制御できる。更に加えて、外部コントローラは所定電流値に対して電位差を計測することによって各々の形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂの電気抵抗値を独立に計測する機能を有するものとする。
【００３１】
ここで本実施例のマニピュレータの動作について説明する。図１（ａ）は形状記憶合金ワイヤ１０６ａと１０６ｂの張力が等しい状態に相当する。形状記憶合金ワイヤ１０６ｂに加える熱量を形状記憶合金ワイヤ１０６ａに加える熱量よりも十分に大きくすると、形状記憶合金ワイヤ１０６ｂが収縮して図１（ｂ）に示すように湾曲する。
【００３２】
このとき、形状記憶合金ワイヤ１０６ａは形状記憶合金ワイヤ１０６ｂの張力によって伸張することになる。このように、マニピュレータ１０１の湾曲の度合いは、形状記憶合金ワイヤ１０６ａおよび１０６ｂの張力の釣り合いによって決定する。
【００３３】
次に、連結部１０９の構造について図２を用いて説明する。連結部１０９は、薄肉で切り欠きを有する弾性部材１１０と、形状記憶合金ワイヤ１０６を固定する係止部材１１１とで構成されている。
【００３４】
弾性部材１１０は、図示したように樹脂チューブ１０８の後端部に連結される。樹脂チューブ１０８の後端部は、弾性部材１１０の径に合わせて太径化している。また、形状記憶合金ワイヤ１０６の後端部は、カシメ部材１１２によってリード線１１３と接続される。
【００３５】
カシメ部材１１２は、係止部材１１１に対して接着によって固定されている。ここで、リード線１１３は、外部コントローラに接続されて、形状記憶合金ワイヤ１０６に電流を流すために用いられる。弾性部材１１０の外壁面には歪みゲージ１１４が貼り付けられており、これに接続されたリード線１１５が外部コントローラに接続されている。
【００３６】
これによって、外部コントローラは、歪みゲージ１１４が貼り付けられた部位の弾性部材１１０の歪み量を検知することができる。このとき、歪みゲージ１１４で検出される歪み量は形状記憶合金ワイヤ１０６の張力に比例するので、所定の変換係数を介して形状記憶合金ワイヤ１０６の張力を外部コントローラにおいて取得することが可能になる。
【００３７】
このように本実施形態のマニピュレータにおいては、各々の形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂの張力を独立して取得することが可能である。なお、本実施例におけるマニピュレータの制御は、後述するように一方の形状記憶合金ワイヤ１０６ａの張力のみを用いる。
【００３８】
次に本実施例のマニピュレータの制御方法について、所定の張力値Ｆｔｔを維持して動作させるフィードバックのフローチャートを図３に示す。以下、これに基づいて動作を説明する。なお、フローチャートにおいて、形状記憶合金ワイヤを、単に「形状記憶合金」と略して示す。
【００３９】
なお、変位量は、形状記憶合金ワイヤ１０６ａが収縮するときに動作する方向を正として記述する。また、マニピュレータの変位ｘは形状記憶合金ワイヤ１０６ａの抵抗値によって検出するものとし、この形状記憶合金ワイヤ１０６ａの抵抗値をＲ１としたときに、関数ｆを用いて、ｘ＝ｆ（Ｒ１）の関係があるものとする。また、歪みゲージ１１４で検出される歪み量をｅとし、形状記憶合金ワイヤ１０６ａの張力をＦｔとしたとき、張力Ｆｔと歪み量ｅとの関係は、関数ｇを用いて、Ｆｔ＝ｇ（ｅ）の関係があるものとする。また、形状記憶合金ワイヤ１０６ａと１０６ｂの両方は、ある投入電力量（以下、通電量と称する）で加熱されて拮抗状態にある。
【００４０】
まず、ステップＳ３０１において、検出された変位量ｘ＝ｆ（Ｒ１）は、目標変位量ｘｔに対して大きいかが判定される。
たとえば、目標変位量ｘｔに対して、検出された変位量ｘ＝ｆ（Ｒ１）が小さい場合（ｘｔ＞ｘのとき）は、形状記憶合金ワイヤ１０６ａを収縮させて形状記憶合金ワイヤ１０６ｂを伸張させる必要がある。このためには、形状記憶合金ワイヤ１０６ａの通電量を増やすか、形状記憶合金ワイヤ１０６ｂの通電量を減らす必要がある。また、これらを同時に行っても良い。
【００４１】
前者の方法を採ると形状記憶合金ワイヤ１０６ａおよび１０６ｂの張力が増大し、後者の方法を採ると形状記憶合金ワイヤ１０６ａおよび１０６ｂの張力が減少する。このように、同じ方向に変位量ｘを増やす方法でも、その張力に違いが生じる。
【００４２】
ステップＳ３０１の判断結果が真（Ｙｅｓ）のとき、ステップＳ３０２へ進む。ステップＳ３０２において、歪みゲージ１１４によって検出された張力Ｆｔ＝ｇ（ｅ）と維持すべき目標張力値Ｆｔｔとを比較する。
【００４３】
検出された張力Ｆｔ＝ｇ（ｅ）が目標張力値よりも小さい場合（Ｆｔｔ＞Ｆｔのとき）、ステップＳ３０４において形状記憶合金ワイヤ１１６ａに対する通電量を増大させる。これにより、変位量ｘを目標変位ｘｔに近づけるように制御する。
【００４４】
逆に、検出された張力が目標張力値よりも大きい場合（Ｆｔｔ＜Ｆｔのとき）、ステップＳ３０３において、形状記憶合金ワイヤ１１６ｂに対する通電量を減少させる。これにより、変位量ｘを目標変位ｘｔに近づけるように制御する。
【００４５】
このようなフィードバックループを繰り返すことによって、検出された張力Ｆｔを目標張力値Ｆｔｔに近い値に保った状態で変位ｘを目標変位ｘｔに近づけることが可能となる。
【００４６】
さらに、ステップＳ３０１の判断結果が偽（Ｎｏ）のとき、ステップＳ３０５へ進む。ステップＳ３０５において、歪みゲージ１１４によって検出された張力Ｆｔ＝ｇ（ｅ）と維持すべき目標張力値Ｆｔｔとを比較する。
【００４７】
検出された張力Ｆｔ＝ｇ（ｅ）が目標張力値よりも小さい場合（Ｆｔｔ＞Ｆｔのとき）、ステップＳ３０７において形状記憶合金ワイヤ１１６ｂに対する通電量を増大させる。これにより、変位量ｘを目標変位ｘｔに近づけるように制御する。
【００４８】
逆に、ステップＳ３０５において検出された張力が目標張力値よりも大きい場合（Ｆｔｔ＜Ｆｔ）、ステップＳ３０６へ進む。ステップＳ３０６において、形状記憶合金ワイヤ１１６ａに対する通電量を減少させる。これにより、変位量ｘを目標変位ｘｔに近づけるように制御する。
この結果、検出された張力Ｆｔを目標張力値Ｆｔｔに近い値に保った状態で変位ｘを目標変位ｘｔに近づけることが可能となる。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態の方法によれば、形状記憶合金ワイヤ１０６ａおよび１０６ｂの張力を所定の目標値Ｆｔｔに近い値に維持したままで目標変位ｘｔに対してフィードバック制御を行うことができる。
【００５０】
従来であれば、形状記憶合金ワイヤ１０６の張力情報はなかったが、本発明実施例では、歪みゲージ１１４により張力情報が得られるので、それを基に最適な制御方法を選ぶことができる。本実施例によれば、所望の変位を得るために、過張力にして形状記憶合金ワイヤ１０６の切断という事態を回避でき、応答性に優れた形状記憶合金アクチュエータを提供することができる。また、所望の張力を維持するように変位の制御を行うので、所望の駆動力が得られないということがなくなり、形状維持力が高い形状記憶合金アクチュエータを提供することができる。
なお、実施例では、形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂへの処理を別々に行ったが、同時に行っても良い。
【００５１】
ところで、目標張力値Ｆｔｔはフィードバック制御を行う外部コントローラによって任意に設定できる。例えば、外部負荷が大きい、もしくは変動するような用途では安定した動作が可能なように信頼性を損なわない範囲で、比較的高めの目標張力値Ｆｔｔを設定することができる。
【００５２】
また、比較的強度の低い対象に対してマニピュレータを作用させる場合には、対象の損傷を防止するために目標張力値Ｆｔｔを低い値に設定することができる。また、一般的に張力が低い状態で駆動するほうが形状記憶合金ワイヤの温度を低く抑えられる。このため、マニピュレータの発熱を避ける用途や低消費電力での駆動を要求される場合には目標張力値Ｆｔｔを低い値に設定し、使用することができる。このように本実施形態における制御方法にあっては、用途に応じて適正な目標張力値Ｆｔｔを設定して動作させることが可能となる。
【００５３】
また、一般的に形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂは、過度に強い張力が継続して加えられた状態で動作させると変位量が低下するなど、動作特性が変動する現象が生じる。本実施例においては、張力が常にモニタされて適正な範囲にコントロールされることから、マニピュレータが過張力状態になって動作特性が変動する現象を抑止することができる。
【００５４】
なお、本実施例における制御方法ではマニピュレータの動作制御を形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂに対する通電量を制御することで行っている。しかしながら、これに限られず、形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂの温度制御を別体のヒータによって行うこともできる。この場合は、形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂの通電量に代えてヒータの発熱量を制御することで同様のフィードバック制御を行うことができる。
【００５５】
また、本実施例ではマニピュレータの変位を形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂの抵抗値を検知することで計測しているが、別体に設けた変位センサを用いたり、マニピュレータを外部から撮像して画像処理によって計測したりしても良い。
【００５６】
また、本実施例では、一方の形状記憶合金ワイヤ１０６ａの張力を歪みゲージ１１４によって検出して、その値を用いてフィードバック制御しているが、両方の形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂの張力を個別に計測して、両者の平均値や、両者のより大きいほうの張力値を制御パラメータとして用いることもできる。このような方法はマニピュレータ先端部に外力が作用して両方の形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂの張力に差が生じる場合に有効である。
【００５７】
なお、本実施例においては、説明を簡略化するために２本の形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂを用いたマニピュレータについて説明した。この形態では１平面状での湾曲のみが行える。これについてはマニピュレータの円周方向に９０度づつずらした位置に４本の形状記憶合金ワイヤを配置し、湾曲駒を連結ピンの方向が互いに直交する形状を組み合わせることで、全周方向の湾曲を行うことができる。この場合にも同様の考え方のフィードバック制御を行うことで形状記憶合金の張力を所定範囲にコントロールすることが可能であることは言うまでもない。
【００５８】
（第２実施例）
図４は、第２の実施例の構成を説明する図である。第１の実施例と同じ構成部分には同じ番号を付し、重複する説明は省略する。第１の実施例では、形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂが湾曲部１０２と硬性部１０３とに挿入される構成である。
【００５９】
これに対して、第２の実施例では硬性部１０３内に挿入される部分だけを形状記憶合金ワイヤ２０６ａ、２０６ｂとし、形状記憶合金ワイヤ２０６ａ、２０６ｂに接続されるワイヤ２０５ａ、２０５ｂが、湾曲部１０２内に挿入される構成である。本構成でも、第１の実施例と同様にして所望の張力を維持しながらフィードバック制御を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上のように、本発明にかかる形状記憶合金アクチュエータは、複数の被操作対象に対して用いられるマニュピレータの形状記憶合金アクチュエータに有用であり、特に、被操作対象に加える応力を適正に制御することが求められる形状記憶合金アクチュエータに適している。
【符号の説明】
【００６１】
１２、１４、１６、１８、２０ 碁石状部材
２２、２４、２６ 形状記憶合金ワイヤ
４２、４４、４６ 穴
１０１ マニピュレータ
１０２ 湾曲部
１０３ 硬性部
１０４ａ〜１０４ｉ 湾曲駒
１０５ａ〜１０５ｈ 連結ピン
１０６ａ、１０６ｂ 形状記憶合金ワイヤ
１０７ 端部
１０８ａ、１０８ｂ 樹脂チューブ
１０９ａ、１０９ｂ 連結部
１１０ 弾性部材
１１１ 係止部材
１１２ カシメ部材
１１３、１１５ リード線
１１４ 歪みゲージ
２０５ａ、２０５ｂ ワイヤ
２０６ａ、２０６ｂ 形状記憶合金ワイヤ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
形状記憶合金は、単位断面積当たりの力量が大きいことから、内視鏡やカテーテルの湾曲機構の駆動源として多くの提案がなされている。このような形状記憶合金を用いた湾曲機構の例として、特許文献１に開示されている３次元マイクロマニピュレータについて図５を用いて説明する。
【０００３】
複数の碁石状部材１２、１４、１６、１８、２０にはそれぞれ３組、６個の穴が設けられている。最上部の碁石状部材１２の例では、図５（ｂ）に示すような穴４２ａ、４２ｂ、４４ａ、４４ｂ、４６ａ、４６ｂである。これらの各組の穴４２ａ、４２ｂ、穴４４ａ、４４ｂ、穴４６ａ、４６ｂには、それぞれ形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６が通されている。形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６それぞれは、最上部の碁石状部材１２での上面で折り返されている。
【０００４】
このようにして、碁石状部材１２、１４、１６、１８、２０は形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６によって繋ぎ止められている。この構成で、形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６のいずれか１つ、あるいは複数に電流を流すことで収縮させると、繋ぎ止められた碁石状部材１２、１４、１６、１８、２０を任意の方向に湾曲させることができる。
【０００５】
本マニピュレータは、駆動源として形状記憶合金ワイヤを用いているので、ワイヤ牽引用モータなどが不要であり、小型化に適している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３３０３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したような複数の形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６を拮抗させて用いる構成のマニピュレータにおいては、通常の制御方法では形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６の張力、即ちアクチュエータの駆動力が不定となる問題が存在する。
【０００８】
マニピュレータの位置制御は、形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６の変位をモニタして取得するか、外部から得られた映像によってマニピュレータの変位を取得して、各々の形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６の変位量をフィードバック制御することで行われている。なお、形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６の変位量は、電気抵抗値を計測することで得られることは知られている。
【０００９】
ここで、実際の形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６は温度によって変位する。マニピュレータが所定の湾曲状態となるための３本の形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６の温度の組み合わせは複数有り、その組み合わせによって、形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６の張力は全く異なっている。
【００１０】
単純な例を挙げると、マニピュレータを直線状に維持するには、３本の形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６の温度が同一であれば良い。例えば、３本とも７０℃であっても７５℃であっても８０℃であっても構わない。このとき、これら拮抗する形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６の張力は、その温度によって大きく異なっている。このように温度と張力の間には密接な関係がありながら、マニピュレータの変位は制御できても、張力が不明である。
【００１１】
すなわち、所望の変位を得るために、どの形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６の温度を上昇させるべきか、あるいは他の形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６の温度を下降させるべきかを判別する張力情報が存在しない。このため、マニピュレータの駆動力が不定となり、被操作対象に加える応力を適正に制御できないなど、マニピュレータの適用範囲が著しく制限されるという問題がある。
【００１２】
例えば、所望の変位を得るために温度上昇を選択した場合には、形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６に過度の張力がかかるおそれがある。張力が強すぎる場合には、形状記憶合金ワイヤ２２、２４、２６が切れてしまうおそれがある。また、所望の変位を得るために温度降下を選択した場合には、張力が低くなるおそれがある。また、張力が弱すぎる場合には、所望の駆動力が得られないという問題が生じる。
【００１３】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、駆動力が用途に応じて適正な張力で制御できるアクチュエータ装置を提供するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、拮抗する一対の第１の形状記憶合金ワイヤ及び第２の形状記憶合金ワイヤと、第１の形状記憶合金ワイヤ及び第２の形状記憶合金ワイヤの少なくとも一方の張力を計測する張力測定部と、張力測定部で測定された結果に基づいて、各々の形状記憶合金ワイヤに供給する熱量を独立に制御する制御部と、各々の形状記憶合金ワイヤに供給される熱量の制御によって変位する可動部位に連結された可動端と、各々の形状記憶合金ワイヤが所定の固定部位に固定された固定端と、を有し、制御部により、可動部位を所定の変位に移行もしくは所定の変位を維持するために各々の形状記憶合金ワイヤに与えられる熱量は、張力測定部により計測された張力を所定範囲内に維持した状態で制御されることを特徴とする。
【００１５】
本発明の好ましい態様にあっては、第１の形状記憶合金ワイヤ及び第２の形状記憶合金ワイヤに供給される熱量は、第１の形状記憶合金ワイヤ及び第２の形状記憶合金ワイヤに電流を流すことで発生するジュール熱によって得られることが望ましい。
【００１６】
本発明の好ましい態様にあっては、アクチュエータ装置の変位は、形状記憶合金ワイヤの抵抗値を計測することで検知されることが望ましい。
【００１７】
本発明の好ましい態様にあっては、アクチュエータ装置を、第１の形状記憶合金ワイヤへ供給する熱量を増大させることで所定の方向に変位させるに際して、制御部は、張力測定部によって計測された張力が所定範囲となるように第２の形状記憶合金ワイヤへ供給する熱量を減少させることが望ましい。
【００１８】
本発明の好ましい態様にあっては、張力測定部は、第１の形状記憶合金ワイヤ及び第２の形状記憶合金ワイヤの固定端が固定された固定部位の少なくとも一方の歪みを計測することで、第１の形状記憶合金ワイヤまたは第２の形状記憶合金ワイヤの張力を検知することが望ましい。
【００１９】
本発明の好ましい態様にあっては、チューブ状構造体に第１の形状記憶合金ワイヤ及び第２の形状記憶合金ワイヤが内挿され、固定端がチューブ状構造体に設けられた連結部において機械的に結合され、アクチュエータ装置は、可動端における形状記憶合金ワイヤとチューブ状構造体の相対位置の変化によって動作し、張力測定部は、形状記憶合金ワイヤの張力によって生じる連結部の歪みを計測することが望ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明にかかるアクチュエータ装置は、駆動力が用途に応じて適正な張力で制御できるので、アクチュエータ装置を用いたマニピュレータの駆動力が安定するとともに、マニピュレータの適用範囲が制限されないという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１の実施例の概略模式図である。
【図２】第１の実施例の外観図である。
【図３】第１の実施例の動作を説明する図である。
【図４】第２の実施例の構成を説明する図である。
【図５】従来の構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明にかかるアクチュエータ装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。以下の実施例は、アクチュエータ装置を用いるマニピュレータである。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【００２３】
（第１実施例）
本発明の第１の実施例について図１〜図３を用いて説明する。図１は、実施例の概略模式図を示している。本実施例のマニピュレータ１０１は、湾曲する湾曲部１０２と硬性部１０３からなっている。図１（ａ）は直線状態を、図１（ｂ）は湾曲状態をそれぞれ示している。
【００２４】
湾曲部１０２は、中空の湾曲駒１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄ、１０４ｅ、１０４ｆ、１０４ｇ、１０４ｈ、１０４ｉが、それぞれ連結ピン１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ、１０５ｅ、１０５ｆ、１０５ｇ、１０５ｈによって連結された構成となっている。
【００２５】
各々の湾曲駒１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄ、１０４ｅ、１０４ｆ、１０４ｇ、１０４ｈ、１０４ｉは、連結ピン１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ、１０５ｅ、１０５ｆ、１０５ｇ、１０５ｈを中心に回動することが可能である。
【００２６】
湾曲部１０２及び硬性部１０３の内部には、対向して形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂが張られている。ここで、形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂは、湾曲駒１０４内に形成されたガイド（図示せず）に通されて、その先端側の端部は先端の湾曲駒１０４ａの端部１０７ａ、１０７ｂにおいて固定されている。
【００２７】
一方、硬性部１０３内においては、形状記憶合金ワイヤ１０６は、樹脂チューブ１０８ａ、１０８ｂに内挿されており、樹脂チューブ１０８の先端側の端部は後端の湾曲駒１０４ｉ内壁に対して固定されている。
【００２８】
また、形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂの後端側の端部は、樹脂チューブ１０８の後端側の端部に対して固定された連結部１０９ａ、１０９ｂにおいて固定されている。
【００２９】
また、特に図示しないが、各々の形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂの両端にはリード線が接続され、マニピュレータの中空部分を通って外部コントローラに接続されている。
【００３０】
各々の形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂに独立して制御された電流を流すことによって、各々の形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂに対して加える熱量を独立に制御できる。更に加えて、外部コントローラは所定電流値に対して電位差を計測することによって各々の形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂの電気抵抗値を独立に計測する機能を有するものとする。
【００３１】
ここで本実施例のマニピュレータの動作について説明する。図１（ａ）は形状記憶合金ワイヤ１０６ａと１０６ｂの張力が等しい状態に相当する。形状記憶合金ワイヤ１０６ｂに加える熱量を形状記憶合金ワイヤ１０６ａに加える熱量よりも十分に大きくすると、形状記憶合金ワイヤ１０６ｂが収縮して図１（ｂ）に示すように湾曲する。
【００３２】
このとき、形状記憶合金ワイヤ１０６ａは形状記憶合金ワイヤ１０６ｂの張力によって伸張することになる。このように、マニピュレータ１０１の湾曲の度合いは、形状記憶合金ワイヤ１０６ａおよび１０６ｂの張力の釣り合いによって決定する。
【００３３】
次に、連結部１０９の構造について図２を用いて説明する。連結部１０９は、薄肉で切り欠きを有する弾性部材１１０と、形状記憶合金ワイヤ１０６を固定する係止部材１１１とで構成されている。
【００３４】
弾性部材１１０は、図示したように樹脂チューブ１０８の後端部に連結される。樹脂チューブ１０８の後端部は、弾性部材１１０の径に合わせて太径化している。また、形状記憶合金ワイヤ１０６の後端部は、カシメ部材１１２によってリード線１１３と接続される。
【００３５】
カシメ部材１１２は、係止部材１１１に対して接着によって固定されている。ここで、リード線１１３は、外部コントローラに接続されて、形状記憶合金ワイヤ１０６に電流を流すために用いられる。弾性部材１１０の外壁面には歪みゲージ１１４が貼り付けられており、これに接続されたリード線１１５が外部コントローラに接続されている。
【００３６】
これによって、外部コントローラは、歪みゲージ１１４が貼り付けられた部位の弾性部材１１０の歪み量を検知することができる。このとき、歪みゲージ１１４で検出される歪み量は形状記憶合金ワイヤ１０６の張力に比例するので、所定の変換係数を介して形状記憶合金ワイヤ１０６の張力を外部コントローラにおいて取得することが可能になる。
【００３７】
このように本実施形態のマニピュレータにおいては、各々の形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂの張力を独立して取得することが可能である。なお、本実施例におけるマニピュレータの制御は、後述するように一方の形状記憶合金ワイヤ１０６ａの張力のみを用いる。
【００３８】
次に本実施例のマニピュレータの制御方法について、所定の張力値Ｆｔｔを維持して動作させるフィードバックのフローチャートを図３に示す。以下、これに基づいて動作を説明する。なお、フローチャートにおいて、形状記憶合金ワイヤを、単に「形状記憶合金」と略して示す。
【００３９】
なお、変位量は、形状記憶合金ワイヤ１０６ａが収縮するときに動作する方向を正として記述する。また、マニピュレータの変位ｘは形状記憶合金ワイヤ１０６ａの抵抗値によって検出するものとし、この形状記憶合金ワイヤ１０６ａの抵抗値をＲ１としたときに、関数ｆを用いて、ｘ＝ｆ（Ｒ１）の関係があるものとする。また、歪みゲージ１１４で検出される歪み量をｅとし、形状記憶合金ワイヤ１０６ａの張力をＦｔとしたとき、張力Ｆｔと歪み量ｅとの関係は、関数ｇを用いて、Ｆｔ＝ｇ（ｅ）の関係があるものとする。また、形状記憶合金ワイヤ１０６ａと１０６ｂの両方は、ある投入電力量（以下、通電量と称する）で加熱されて拮抗状態にある。
【００４０】
まず、ステップＳ３０１において、検出された変位量ｘ＝ｆ（Ｒ１）は、目標変位量ｘｔに対して大きいかが判定される。
たとえば、目標変位量ｘｔに対して、検出された変位量ｘ＝ｆ（Ｒ１）が小さい場合（ｘｔ＞ｘのとき）は、形状記憶合金ワイヤ１０６ａを収縮させて形状記憶合金ワイヤ１０６ｂを伸張させる必要がある。このためには、形状記憶合金ワイヤ１０６ａの通電量を増やすか、形状記憶合金ワイヤ１０６ｂの通電量を減らす必要がある。また、これらを同時に行っても良い。
【００４１】
前者の方法を採ると形状記憶合金ワイヤ１０６ａおよび１０６ｂの張力が増大し、後者の方法を採ると形状記憶合金ワイヤ１０６ａおよび１０６ｂの張力が減少する。このように、同じ方向に変位量ｘを増やす方法でも、その張力に違いが生じる。
【００４２】
ステップＳ３０１の判断結果が真（Ｙｅｓ）のとき、ステップＳ３０２へ進む。ステップＳ３０２において、歪みゲージ１１４によって検出された張力Ｆｔ＝ｇ（ｅ）と維持すべき目標張力値Ｆｔｔとを比較する。
【００４３】
検出された張力Ｆｔ＝ｇ（ｅ）が目標張力値よりも小さい場合（Ｆｔｔ＞Ｆｔのとき）、ステップＳ３０４において形状記憶合金ワイヤ１１６ａに対する通電量を増大させる。これにより、変位量ｘを目標変位ｘｔに近づけるように制御する。
【００４４】
逆に、検出された張力が目標張力値よりも大きい場合（Ｆｔｔ＜Ｆｔのとき）、ステップＳ３０３において、形状記憶合金ワイヤ１１６ｂに対する通電量を減少させる。これにより、変位量ｘを目標変位ｘｔに近づけるように制御する。
【００４５】
このようなフィードバックループを繰り返すことによって、検出された張力Ｆｔを目標張力値Ｆｔｔに近い値に保った状態で変位ｘを目標変位ｘｔに近づけることが可能となる。
【００４６】
さらに、ステップＳ３０１の判断結果が偽（Ｎｏ）のとき、ステップＳ３０５へ進む。ステップＳ３０５において、歪みゲージ１１４によって検出された張力Ｆｔ＝ｇ（ｅ）と維持すべき目標張力値Ｆｔｔとを比較する。
【００４７】
検出された張力Ｆｔ＝ｇ（ｅ）が目標張力値よりも小さい場合（Ｆｔｔ＞Ｆｔのとき）、ステップＳ３０７において形状記憶合金ワイヤ１１６ｂに対する通電量を増大させる。これにより、変位量ｘを目標変位ｘｔに近づけるように制御する。
【００４８】
逆に、ステップＳ３０５において検出された張力が目標張力値よりも大きい場合（Ｆｔｔ＜Ｆｔ）、ステップＳ３０６へ進む。ステップＳ３０６において、形状記憶合金ワイヤ１１６ａに対する通電量を減少させる。これにより、変位量ｘを目標変位ｘｔに近づけるように制御する。
この結果、検出された張力Ｆｔを目標張力値Ｆｔｔに近い値に保った状態で変位ｘを目標変位ｘｔに近づけることが可能となる。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態の方法によれば、形状記憶合金ワイヤ１０６ａおよび１０６ｂの張力を所定の目標値Ｆｔｔに近い値に維持したままで目標変位ｘｔに対してフィードバック制御を行うことができる。
【００５０】
従来であれば、形状記憶合金ワイヤ１０６の張力情報はなかったが、本発明実施例では、歪みゲージ１１４により張力情報が得られるので、それを基に最適な制御方法を選ぶことができる。本実施例によれば、所望の変位を得るために、過張力にして形状記憶合金ワイヤ１０６の切断という事態を回避でき、応答性に優れた形状記憶合金アクチュエータを提供することができる。また、所望の張力を維持するように変位の制御を行うので、所望の駆動力が得られないということがなくなり、形状維持力が高い形状記憶合金アクチュエータを提供することができる。
なお、実施例では、形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂへの処理を別々に行ったが、同時に行っても良い。
【００５１】
ところで、目標張力値Ｆｔｔはフィードバック制御を行う外部コントローラによって任意に設定できる。例えば、外部負荷が大きい、もしくは変動するような用途では安定した動作が可能なように信頼性を損なわない範囲で、比較的高めの目標張力値Ｆｔｔを設定することができる。
【００５２】
また、比較的強度の低い対象に対してマニピュレータを作用させる場合には、対象の損傷を防止するために目標張力値Ｆｔｔを低い値に設定することができる。また、一般的に張力が低い状態で駆動するほうが形状記憶合金ワイヤの温度を低く抑えられる。このため、マニピュレータの発熱を避ける用途や低消費電力での駆動を要求される場合には目標張力値Ｆｔｔを低い値に設定し、使用することができる。このように本実施形態における制御方法にあっては、用途に応じて適正な目標張力値Ｆｔｔを設定して動作させることが可能となる。
【００５３】
また、一般的に形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂは、過度に強い張力が継続して加えられた状態で動作させると変位量が低下するなど、動作特性が変動する現象が生じる。本実施例においては、張力が常にモニタされて適正な範囲にコントロールされることから、マニピュレータが過張力状態になって動作特性が変動する現象を抑止することができる。
【００５４】
なお、本実施例における制御方法ではマニピュレータの動作制御を形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂに対する通電量を制御することで行っている。しかしながら、これに限られず、形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂの温度制御を別体のヒータによって行うこともできる。この場合は、形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂの通電量に代えてヒータの発熱量を制御することで同様のフィードバック制御を行うことができる。
【００５５】
また、本実施例ではマニピュレータの変位を形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂの抵抗値を検知することで計測しているが、別体に設けた変位センサを用いたり、マニピュレータを外部から撮像して画像処理によって計測したりしても良い。
【００５６】
また、本実施例では、一方の形状記憶合金ワイヤ１０６ａの張力を歪みゲージ１１４によって検出して、その値を用いてフィードバック制御しているが、両方の形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂの張力を個別に計測して、両者の平均値や、両者のより大きいほうの張力値を制御パラメータとして用いることもできる。このような方法はマニピュレータ先端部に外力が作用して両方の形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂの張力に差が生じる場合に有効である。
【００５７】
なお、本実施例においては、説明を簡略化するために２本の形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂを用いたマニピュレータについて説明した。この形態では１平面状での湾曲のみが行える。これについてはマニピュレータの円周方向に９０度づつずらした位置に４本の形状記憶合金ワイヤを配置し、湾曲駒を連結ピンの方向が互いに直交する形状を組み合わせることで、全周方向の湾曲を行うことができる。この場合にも同様の考え方のフィードバック制御を行うことで形状記憶合金の張力を所定範囲にコントロールすることが可能であることは言うまでもない。
【００５８】
（第２実施例）
図４は、第２の実施例の構成を説明する図である。第１の実施例と同じ構成部分には同じ番号を付し、重複する説明は省略する。第１の実施例では、形状記憶合金ワイヤ１０６ａ、１０６ｂが湾曲部１０２と硬性部１０３とに挿入される構成である。
【００５９】
これに対して、第２の実施例では硬性部１０３内に挿入される部分だけを形状記憶合金ワイヤ２０６ａ、２０６ｂとし、形状記憶合金ワイヤ２０６ａ、２０６ｂに接続されるワイヤ２０５ａ、２０５ｂが、湾曲部１０２内に挿入される構成である。本構成でも、第１の実施例と同様にして所望の張力を維持しながらフィードバック制御を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上のように、本発明にかかる形状記憶合金アクチュエータは、複数の被操作対象に対して用いられるマニュピレータの形状記憶合金アクチュエータに有用であり、特に、被操作対象に加える応力を適正に制御することが求められる形状記憶合金アクチュエータに適している。
【符号の説明】
【００６１】
１２、１４、１６、１８、２０ 碁石状部材
２２、２４、２６ 形状記憶合金ワイヤ
４２、４４、４６ 穴
１０１ マニピュレータ
１０２ 湾曲部
１０３ 硬性部
１０４ａ〜１０４ｉ 湾曲駒
１０５ａ〜１０５ｈ 連結ピン
１０６ａ、１０６ｂ 形状記憶合金ワイヤ
１０７ 端部
１０８ａ、１０８ｂ 樹脂チューブ
１０９ａ、１０９ｂ 連結部
１１０ 弾性部材
１１１ 係止部材
１１２ カシメ部材
１１３、１１５ リード線
１１４ 歪みゲージ
２０５ａ、２０５ｂ ワイヤ
２０６ａ、２０６ｂ 形状記憶合金ワイヤ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拮抗する一対の第１の形状記憶合金ワイヤ及び第２の形状記憶合金ワイヤと、
前記第１の形状記憶合金ワイヤ及び前記第２の形状記憶合金ワイヤの少なくとも一方の張力を計測する張力測定部と、
前記張力測定部で測定された結果に基づいて、各々の形状記憶合金ワイヤに供給する熱量を独立に制御する制御部と、
各々の形状記憶合金ワイヤに供給される熱量の制御によって変位する可動部位に連結された可動端と、
各々の形状記憶合金ワイヤが所定の固定部位に固定された固定端と、を有し、
前記制御部により、前記可動部位を所定の変位に移行もしくは所定の変位を維持するために各々の形状記憶合金ワイヤに与えられる熱量は、前記張力測定部により計測された張力を所定範囲内に維持した状態で制御されることを特徴とするアクチュエータ装置。
【請求項２】
前記第１の形状記憶合金ワイヤ及び前記第２の形状記憶合金ワイヤに供給される熱量は、前記第１の形状記憶合金ワイヤ及び前記第２の形状記憶合金ワイヤに電流を流すことで発生するジュール熱によって得られることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ装置。
【請求項３】
前記アクチュエータ装置の変位は、前記形状記憶合金ワイヤの抵抗値を計測することで検知され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装置。
【請求項４】
前記アクチュエータ装置を、前記第１の形状記憶合金ワイヤへ供給する熱量を増大させることで所定の方向に変位させるに際して、
前記制御部は、前記張力測定部によって計測された張力が所定範囲となるように前記第２の形状記憶合金ワイヤへ供給する熱量を減少させることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ装置。
【請求項５】
前記張力測定部は、前記第１の形状記憶合金ワイヤ及び第２の形状記憶合金ワイヤの固定端が固定された前記固定部位の少なくとも一方の歪みを計測することで、前記第１の形状記憶合金ワイヤまたは前記第２の形状記憶合金ワイヤの張力を検知することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項６】
チューブ状構造体に前記第１の形状記憶合金ワイヤ及び前記第２の形状記憶合金ワイヤが内挿され、
前記固定端が前記チューブ状構造体に設けられた連結部において機械的に結合され、
前記アクチュエータ装置は、前記可動端における前記形状記憶合金ワイヤと前記チューブ状構造体の相対位置の変化によって動作し、
前記張力測定部は、記形状記憶合金ワイヤの張力によって生じる連結部の歪みを計測することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ装置
【請求項１】
拮抗する一対の第１の形状記憶合金ワイヤ及び第２の形状記憶合金ワイヤと、
前記第１の形状記憶合金ワイヤ及び前記第２の形状記憶合金ワイヤの少なくとも一方の張力を計測する張力測定部と、
前記張力測定部で測定された結果に基づいて、各々の形状記憶合金ワイヤに供給する熱量を独立に制御する制御部と、
各々の形状記憶合金ワイヤに供給される熱量の制御によって変位する可動部位に連結された可動端と、
各々の形状記憶合金ワイヤが所定の固定部位に固定された固定端と、を有し、
前記制御部により、前記可動部位を所定の変位に移行もしくは所定の変位を維持するために各々の形状記憶合金ワイヤに与えられる熱量は、前記張力測定部により計測された張力を所定範囲内に維持した状態で制御されることを特徴とするアクチュエータ装置。
【請求項２】
前記第１の形状記憶合金ワイヤ及び前記第２の形状記憶合金ワイヤに供給される熱量は、前記第１の形状記憶合金ワイヤ及び前記第２の形状記憶合金ワイヤに電流を流すことで発生するジュール熱によって得られることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ装置。
【請求項３】
前記アクチュエータ装置の変位は、前記形状記憶合金ワイヤの抵抗値を計測することで検知され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装置。
【請求項４】
前記アクチュエータ装置を、前記第１の形状記憶合金ワイヤへ供給する熱量を増大させることで所定の方向に変位させるに際して、
前記制御部は、前記張力測定部によって計測された張力が所定範囲となるように前記第２の形状記憶合金ワイヤへ供給する熱量を減少させることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ装置。
【請求項５】
前記張力測定部は、前記第１の形状記憶合金ワイヤ及び第２の形状記憶合金ワイヤの固定端が固定された前記固定部位の少なくとも一方の歪みを計測することで、前記第１の形状記憶合金ワイヤまたは前記第２の形状記憶合金ワイヤの張力を検知することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項６】
チューブ状構造体に前記第１の形状記憶合金ワイヤ及び前記第２の形状記憶合金ワイヤが内挿され、
前記固定端が前記チューブ状構造体に設けられた連結部において機械的に結合され、
前記アクチュエータ装置は、前記可動端における前記形状記憶合金ワイヤと前記チューブ状構造体の相対位置の変化によって動作し、
前記張力測定部は、記形状記憶合金ワイヤの張力によって生じる連結部の歪みを計測することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ装置
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−３１３５４（Ｐ２０１１−３１３５４Ａ）
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８１２２９（Ｐ２００９−１８１２２９）
【出願日】平成２１年８月４日（２００９．８．４）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月４日（２００９．８．４）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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