JP2013252297A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 アクチュエータにおける可動部の移動量を大きく確保する。
【解決手段】 長尺状に形成された本体部１０と、温度条件に応じて長さを変化させる線状伸縮部材２０であって、本体部１０の長手方向の一方へ延設され折り返し部により曲げられて逆方向にも延設された線状伸縮部材２０と、本体部１０に固定されて線状伸縮部材２０の折り返し部を長さ方向へ移動可能に支持する折り返し支持部３１，３２と、本体部１０に相対して移動するように設けられた可動部４０とを備え、線状伸縮部材２０の一端側に可動部４０を止着するとともに、同線状伸縮部材２０における折り返し部よりも他端側を本体部１０に止着し、線状伸縮部材２０の伸縮力によって線状伸縮部材２０を駆動するようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば、内視鏡のレンズズーム機能や切除用カッター等に用いられ、可動部を駆動するようにしたアクチュエータに関するものである。

近年、特に内視鏡用のアクチュエータとしては、体内挿入時における患者負担の軽減等の観点から、より細身の機構が求められている。

この種の従来技術としては、例えば、モータ及びボールねじ機構を用いて被写界深度変更用移動レンズを前後へ移動させるようにした構成（特許文献１参照）や、複数の磁石及びヨーク間に発生する磁力により出力軸を駆動するようにした構成（特許文献２参照）等が知られているが、構造が複雑なため、製造工数がかかる上、部品数も多く、コスト高になってしまう場合がある。

特開２００３−９８５７０号公報 特開２００４−１５９９７号公報

本発明は、上記従来事情に対処することを目的としてなされたものであり、その課題とする処は、細身でコンパクトな構造を得ること、可動部の移動量を大きく確保すること、簡素構造で生産性が良好な構造を得ること、低コストな構造を得ること等にある。

上記課題を解決するための一手段は、長尺状に形成された本体部と、温度条件に応じて長さを変化させる線状伸縮部材であって、前記本体部の長手方向の一方へ延設され折り返し部により曲げられて逆方向にも延設された線状伸縮部材と、前記本体部に固定されて前記線状伸縮部材の前記折り返し部を長さ方向へ移動可能に支持する折り返し支持部と、前記本体部に相対して移動するように設けられた可動部とを備え、前記線状伸縮部材の一端側に前記可動部を止着するとともに、同線状伸縮部材における前記折り返し部よりも他端側を前記本体部に止着し、前記線状伸縮部材の伸縮力によって前記可動部を駆動するようにしたことを特徴とする。

本発明は、以上説明したように構成されているので、細身でコンパクトな構造を得ること、可動部の移動量を大きく確保すること、簡素構造で生産性が良好な構造を得ること、低コストな構造を得ること等、本発明の目的を達成することができる。

本発明に係るアクチュエータの一例を示す外観斜視図である。 同アクチュエータ内の構造を示す縦断面図である。 同アクチュエータ内の構造を示す斜視図である。 同アクチュエータ内の構造を示す斜視図である。 同アクチュエータ内の構造を示す斜視図である。 同アクチュエータの後端側部分の要部を示す斜視図である。

本実施の形態の第一の特徴は、長尺状に形成された本体部と、温度条件に応じて長さを変化させる線状伸縮部材であって前記本体部の長手方向の一方へ延設され折り返し部により曲げられて逆方向にも延設された線状伸縮部材と、前記本体部に固定されて前記線状伸縮部材の前記折り返し部を長さ方向へ移動可能に支持する折り返し支持部と、前記本体部に相対して移動するように設けられた可動部とを備え、前記線状伸縮部材の一端側に前記可動部を止着するとともに、同線状伸縮部材における前記折り返し部よりも他端側を前記本体部に止着し、前記線状伸縮部材の伸縮力によって前記可動部を駆動するようにした。
この構成によれば、温度条件に応じて線状伸縮部材の長さが変化すると、線状伸縮部材に止着された可動部が移動する。この際、線状伸縮部材が折り返し部の前後にわたって長さを変化させるため、可動部の移動量を比較的大きく確保することができる。

第二の特徴は、前記線状伸縮部材が、通電されることによって自己発熱して収縮する形状記憶合金である。
この構成によれば、線状伸縮部材への通電によリ可動部を動作させることができる。

第三の特徴は、前記線状伸縮部材の収縮力に対抗して前記可動部を付勢するように、付勢部材を設けた。
この構成によれば、収縮後の線状伸縮部材を付勢部材によって速やかに復元することができる。

第四の特徴は、前記可動部及び前記付勢部材を導電性材料から形成し、前記線状伸縮部材の一端側と前記可動部とを電気的に接続するとともに、同可動部と前記付勢部材とを電気的に接続し、前記線状伸縮部材の前記一端側に対する他端側と、前記付勢部材との各々に、電源供給端子を接続した。
この構成によれば、可動部及び付勢部材を利用して、線状伸縮部材への電気の供給経路を確保することができる。

第五の特徴は、前記本体部を略長尺筒状に形成し、この本体部の内部に、前記線状伸縮部材を設けた。
この構成によれば、より細身かつコンパクトで生産性の良好なアクチュエータを提供することができる。

第六の特徴は、前記可動部を、前記線状伸縮部材の伸縮方向へ直線運動するように、前記本体部の一端側に配置した。
この構成によれば、線状伸縮部材の伸縮力を効率的に伝達して、可動部を動作させることができる。

第七の特徴は、前記線状伸縮部材を偶数回折り返すことで前記折り返し部を偶数箇所に形成し、これら偶数の折り返し部をそれぞれ支持するように、前記折り返し支持部を設けた。
この構成によれば、折り返し部及び折り返し支持部の数を偶数にしているため、線状伸縮部材の一端と他端が逆方向へ向く。このため、線状伸縮部材の両端側の止着箇所を本体部の同端側に位置しないように配置できるので、細身な構造を得やすい。

次に、上記形態の特に好ましい実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。
尚、図１は本実施例に係わるアクチュエータ１の外観斜視図であって、図１（ａ）は長尺筒状の本体部１０の一端に配置されている可動部４０側を手前に見た状態を示しており、図１（ｂ）は、該本体部１０の他端に配置されている電源供給端子５１側から見た状態を示している。
また図２〜図５は、アクチュエータ１の内部構造を示している。
図２はアクチュエータ１の内部構造を縦断面により示している。
図３はアクチュエータ１の内部構造を本体部１０を透視した状態の斜視図で示している。
図４はアクチュエータ１の内部構造を本体部１０、折り返し支持部３１，３２、スペーサ３３を省略した状態の斜視図で示している。
図５はアクチュエータ１の内部構造を図４の状態から更にガイド筒５２、５３、５４を省略した状態の斜視図で示している。
図６はアクチュエータ１の電源供給端子５１、５５ａ側の要部外観を斜視図で示しているものである。

このアクチュエータ１は、図２〜図５に示すように、長尺筒状に形成された本体部１０と、温度条件に応じて長さを変化させる線状伸縮部材２０であって本体部１０の長手方向の一方へ延設されて複数（図示例によれば二つ）の折り返し部２１，２２により曲げられて逆方向にも延設された可撓性の線状伸縮部材２０と、本体部１０に固定されて線状伸縮部材２０をその長さ方向へ移動可能に支持する複数（図示例によれば二つ）の折り返し支持部３１，３２と、本体部１０に相対して直線的に移動するように設けられた可動部４０と、該可動部４０を前方へ付勢する付勢部材６０とを備え、線状伸縮部材２０の一端側に可動部４０を止着するとともに、同線状伸縮部材２０における前記折り返し部２１，２２よりも他端側を本体部１０に止着し、線状伸縮部材２０の伸縮力によって可動部４０を直線的に駆動する。

本体部１０は、前後方向へ貫通した長尺円筒状に形成される。この本体部１０の材質は、非導電性であって、少なくとも線状伸縮部材２０及び可動部４０の伸縮によって変形しない程度の剛性を有する材料であればよく、本実施例では、合成樹脂材料（例えば、ポリイミド）を用いている。この本体部１０の材質の他例としては、非導電性の金属材料、セラミック等とすることも可能である。
この固定枠１０は、本実施例によれば、外径２ｍｍの円筒状に形成されるが、他例としては、外径２ｍｍ未満とすることも可能である。

線状伸縮部材２０は、通電されることによって自己発熱して収縮する形状記憶合金からなり、撓み可能な長尺線状に形成されている。
前記線状伸縮部材２０の一端部には、電源供給端子５１が電気的に接続されている。
電源供給端子５１は、導電性金属材料から略筒状に形成され、線状伸縮部材２０の前記一端部に環状に装着されて止着されるとともに、後述する折り返し支持部３１を介して本体部１０の後端に不動に固定されている。
この電源供給端子５１は、線状伸縮部材２０の伸縮により外れてしまうことのないように、カシメられることで線状伸縮部材２０に接続され、さらに、その接続箇所の電気的な接点不良等を防ぐために、ハンダ付け処理される。

線状伸縮部材２０は、本体部１０内において、電源供給端子５１から前方へ延設され、ガイド筒５２（図４参照）内に挿通され、該ガイド筒５２を抜け出たところで第一の折り返し部２１により略Ｕ字状（あるいは略コ字状）に曲げられ、逆方向に延設されるとともにガイド筒５３（図４参照）内に挿通され、該ガイド筒５３を抜け出たところで第二の折り返し部２２によって再度曲げられ、前方へ延設されるとともにガイド筒５４（図２参照）内に挿通され、該ガイド筒５４と共に付勢部材６０内に挿通されて、その前端側が可動部４０に止着される。

ガイド筒５２，５３，５４の各々は、線状伸縮部材２０を前後方向へ移動可能なように遊挿する筒状の部材であり、本実施例によれば、アルミニウム合金からなり、線状伸縮部材２０外径よりも若干大きい内径の長尺円筒状に形成される。
また、図示例によれば、二つのガイド筒５２，５３（図４参照）は、その一方の端部を、後側の折り返し支持部３１の後端面と略面一にし、他方の端部を前側の折り返し支持部３２の前端面と略面一にしている。そして、もう一つのガイド筒５４（図２参照）は、その一方の端部を、後側の折り返し支持部３１と後端面と略面一にし、他方の端部を前側の折り返し支持部３２の前端面よりも前方へ突出させ、可動部４０の後端側の内部に遊挿している。

折り返し支持部３１，３２は、合成樹脂材料により略円柱状に成形された部材であり、本体部１０内の後端側と前端側とに不動に固定されて、線状伸縮部材２０の二つの折り返し部２１，２２を、それぞれ、その内側から、線状伸縮部材２０がその長さ方向（換言すれば、延設方向）の両方へ摺動するように支持している。
また、後端側の折り返し支持部３１は、電源供給端子５１、ガイド筒５２，５３，５４、後述する電源供給部５５を、それぞれ挿通させて不動に固定している（図６参照）。
また、前端側の折り返し支持部３２は、ガイド筒５２，５３，５４や、電源供給部５５を、それぞれ挿通させて不動に固定している（図３、４参照）。

前後の折り返し支持部３１，３２の間には、本体部１０内で長尺方向へ並ぶように、複数のスペーサ３３が連設されている。各スペーサ３３は、折り返し支持部３１，３２と略同様に、合成樹脂材料から略円柱状に成形され、ガイド筒５２，５３，５４や、電源供給部５５を、それぞれ挿通し不動に固定している（図２〜図４参照）。

また、可動部４０は、本体部１０の前端から突出した状態で、該本体部１０に相対し前後へ進退動作するように、本体部１０内周面に嵌め合せられている。
この可動部４０は、前側の大径部４１と、該大径部４１の後側に接続された小径部４２とからなる。

大径部４１は、本体部１０の内周面に摺接して進退可能なように、本体部１０内径よりも若干小さい外径の円筒状に形成される。
小径部４２は、付勢部材６０内に遊挿可能なように付勢部材６０内径よりも若干小さい外径の円筒状に形成される。
これら大径部４１及び小径部４２内の中心部には、線状伸縮部材２０及びガイド筒５４を挿通する貫通孔４０ａと、該貫通孔４０ａよりも前側で線状伸縮部材２０の前端部を止着するための止着孔４０ｂが設けられる。

貫通孔４０ａは、ガイド筒５４の前端側の部分に対し環状に装着されて、該ガイド筒５４に対し前後方向へ移動するように、ガイド筒５４の外径よりも若干大きい内径に形成される。
止着孔４０ｂは、貫通孔４０ａの前端側に連通するとともに、貫通孔４０ａよりも大きい内径の孔であり、前方側を外部へ開放している。

上記構成の可動部４０は、小径部４２を付勢部材６０内に挿入するとともに、貫通孔４０ａ内にその後方から線状伸縮部材２０及びガイド筒５４を遊挿させ、線状伸縮部材２０の先端側を大径部４１内にて止着具４３によって止着した状態で、大径部４１を本体部１０内周面に摺動可能に嵌め合せている。

止着具４３は、導電性金属材料から貫通孔４０ａよりも外径の大きい略筒状に形成され、線状伸縮部材２０の前端側に環状に装着されて止着される。
この止着具４３は、線状伸縮部材２０の伸縮により外れてしまうことのないように、カシメられることで線状伸縮部材２０に接続され、さらに、その接続箇所の電気的な接点不良等を防ぐために、ハンダ付け処理される。

付勢部材６０は、圧縮スプリングであり、可動部４０における大径部４１の後端と、前側の折り返し支持部３２前端との間に介在されるとともに、可動部４０の小径部４２及び線状伸縮部材２０の周囲に環状に配置される。
この付勢部材６０は、その前端座面により可動部４０の大径部４１を受けて、可動部４０を前方へ付勢するとともに、後端座面に、電源供給部５５を電気的に接続している。

電源供給部５５は、導電性金属材料によって長尺状に形成され、前側の折り返し支持部３２、複数のスペーサ３３及び後側の折り返し支持部３１に挿通され、その最後端部に、外部へ露出した電源供給端子５５ａを有する。
この電源供給部５５は、本体部１０内に挿入された長尺棒状の導電体や電線等であってもよいし、折り返し支持部３１，３２及びスペーサ３３の外面、又は本体部１０内面にパターン形成された導電膜等としてもよい。

上記構成によれば、線状伸縮部材２０の一端側と可動部４０とが電気的に接続されるとともに、同可動部４０と付勢部材６０とが電気的に接続され、線状伸縮部材２０の前記一端側に対する他端側に電源供給端子５１が接続され、付勢部材６０には、電源供給部５５を介して電源供給端子５５ａが接続される。
この電源供給端子５５ａは、電源供給部５５の一端を本体部１０の外側に露出させて、露出部位を直接に電源供給端子５５ａとすることもできる。

次に、上記構成のアクチュエータ１について、その特徴的な作用効果を詳細に説明する。
本体部１０後端側の両電源供給端子５１，５５ａに電力を供給すると、線状伸縮部材２０が自己発熱して収縮する。この際、線状伸縮部材２０は、前後の折り返し支持部３１，３２及びガイド筒５２，５３，５４に対し、長さ方向へ摺動して収縮する。このため、線状伸縮部材２０は、略全長にわたる範囲を収縮させることになる。
そして、この線状伸縮部材２０の収縮によって、該線状伸縮部材２０の前端側に止着された可動部４０が、後方へスライドする。
この際のスライド量は、仮に線状伸縮部材２０が折り返し部２１，２２を有さずに単一線状に構成された場合と比較し、著しく大きくなる。

また、電源供給端子５１，５５ａへの電力供給を遮断した際には、付勢部材６０の付勢力によって、速やかに可動部４０を元の位置まで前進させることができる。
なお、付勢部材６０を省いた構成であっても、線状伸縮部材２０の復元力によって可動部４０を前進させることが可能であるが、このようにした場合には、電力供給の遮断時点から可動部４０が元の位置まで前進するまでに、本実施例よりも著しく長い時間を要する。

よって、上記アクチュエータ１によれば、細身でコンパクト且つ生産性の良好な簡素構造により、可動部４０の移動量を比較的大きく確保することができる上、可動部４０の作動性も良好である。

なお、上記実施例によれば、線状伸縮部材２０の摺動性を良好にするために、ガイド筒５２，５３，５４を用いたが、他例として、折り返し支持部３１，３２及びスペーサ３３の貫通孔によって線状伸縮部材２０の摺動性を確保すれば、ガイド筒５２，５３，５４の一部又は全部を、省くことも可能である

また、各折り返し支持部３１，３２は、線状伸縮部材２０折り返し部２１，２２を長さ方向へ移動可能に支持するものであればよく、他例としては、各折り返し部２１，２２を内側から支持する滑車状部材や、ローラ、棒状部材等とすることも可能である。

また、上記実施例では、線状伸縮部材２０を折り返す回数を２回としたが、他例としては、線状伸縮部材２０を折り返す回数を１回あるいは３回以上とすることも可能である。

また、上記実施例によれば、可動部４０を直線的に往復運動する態様としたが、他例としては、線状伸縮部材２０の伸縮によって可動部４０を揺動や回動させる態様とすることも可能である。

また、上記実施例によれば、本体部１０を直管状に形成したが、他例としては、この本体部１０を、湾曲した管状等、直管状以外の形状にすることも可能である。

また、上記実施例によれば、本体部１０を剛性を有する合成樹脂材料から形成したが、他例としては、この本体部１０を可撓性を有する材料から構成することも可能である。

また、上記実施例によれば、スペーサ３３を、その個数によって長さ調整が可能なように複数設けたが、他例としては、スペーサ３３を単数の長尺円柱状とした構成や、スペーサ３３を省いた構成等とすることも可能である。

また、上記実施例によれば、本体部１０を長尺筒状に形成し、その内部に線状伸縮部材２０を配置するようにしたが、他例としては、本体部１０を長尺棒状や長尺板状に形成し、この本体部１０に沿って線状伸縮部材２０が露出する構成とすることも可能である。

１：アクチュエータ
１０：本体部
２０：線状伸縮部材
２１：第一の折り返し部
２２：第二の折り返し部
３１，３２：折り返し支持部
３３：スペーサ
４０：可動部
５１，５５ａ：電源供給端子
６０：付勢部材

Claims (7)

1. 長尺状に形成された本体部と、温度条件に応じて長さを変化させる線状伸縮部材であって、前記本体部の長手方向の一方へ延設され折り返し部により曲げられて逆方向にも延設された線状伸縮部材と、前記本体部に固定されて前記線状伸縮部材の前記折り返し部を長さ方向へ移動可能に支持する折り返し支持部と、前記本体部に相対して移動するように設けられた可動部とを備え、
   前記線状伸縮部材の一端側に前記可動部を止着するとともに、同線状伸縮部材における前記折り返し部よりも他端側を前記本体部に止着し、前記線状伸縮部材の伸縮力によって前記可動部を駆動するようにしたことを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記線状伸縮部材が、通電されることによって自己発熱して収縮する形状記憶合金であることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
3. 前記線状伸縮部材の収縮力に対抗して前記可動部を付勢するように、付勢部材を設けたことを特徴とする請求項２記載のアクチュエータ。
4. 前記可動部及び前記付勢部材を導電性材料から形成し、
   前記線状伸縮部材の一端側と前記可動部とを電気的に接続するとともに、同可動部と前記付勢部材とを電気的に接続し、前記線状伸縮部材の前記一端側に対する他端側と、前記付勢部材との各々に、電源供給端子を接続したことを特徴とする請求項３記載のアクチュエータ。
5. 前記本体部を略長尺筒状に形成し、この本体部の内部に、前記線状伸縮部材を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のアクチュエータ。
6. 前記可動部を、前記線状伸縮部材の伸縮方向へ直線運動するように、前記本体部の一端側に配置したことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載のアクチュエータ。
7. 前記線状伸縮部材を偶数回折り返すことで前記折り返し部を偶数箇所に形成し、これら偶数の折り返し部をそれぞれ支持するように、前記折り返し支持部を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載のアクチュエータ。

Images