JPH0452072B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明はロボツトのアーム駆動用、その他小
型で軽量であることが要求される用途に適する回
転アクチユエータに関するものである。

「従来技術」 ロボツトアームその他駆動用アクチユエータと
しては、従来は電動モータ、油圧モータ、油また
は空気圧シリンダが一般に使用されている。しか
し、これらのアクチユエータは形状、重量が比較
的大きいからロボツトアーム先端に設けることは
適当ではなく、たとえば、ロボツトアームの先端
部を駆動するときは前記アーム先端から遠く離れ
たロボツト本体内に設けたモータなどと前記アー
ム先端とを、ベルト、チエーン、ロツドその他の
動力伝達手段で連結している。

「発明が解決しようとする問題点」 従来のモータやシリンダなどの駆動用アクチユ
エータは、上記のように、その重量、形状が大き
いから、たとえば、ロボツトアームの先端に設け
た手首部等を駆動するときは、慣性が大きいため
手首部にアクチユエータを設けることができず、
この手首部等から遠く離れたアームの根本部にア
クチユエータを配置することが必要で、手首部と
アクチユエータ間に動力伝達手段を配置するスペ
ースが必要であり、長い動力伝達手段による動力
の損失が大きく、且つ動力伝達手段におけるガタ
や遊びが累積され、高い位置決め精度が得られな
いという欠点がある。

「発明の目的」 この発明は上記の問題を解決するためになされ
たもので、小型、軽量かつ自己回転制御性を有す
る回転アクチユエータを得ることを目的とする。

「問題点を解決するための手段」 上記目的を達成するためにこの発明が採用する
主たる手段は、その要旨とするところが、筐体に
回転自在に支持された出力軸を有する回転アクチ
ユエータにおいて、上記出力軸に対して所定の角
度で傾斜した斜面を有し、該出力軸に固定された
斜板部材と、上記出力軸のまわりに上記斜板部材
に離接可能に配設された複数の作動部材と、温度
の変化に応じて記憶された長さに復帰するよう形
状記憶処理され、上記作動部材と上記筐体との間
にその形状変化方向を上記出力軸方向と一致させ
て配設された形状記憶合金と、上記形状記憶合金
の加熱を行うために該形状記憶合金に近設された
加熱手段と、上記出力軸の回転に同期して上記加
熱手段を作動させて上記形状記憶合金を形状変化
させることにより、上記作動部材を順次上記斜板
部材に押し当てて該斜板部材を上記出力軸と共に
連続回転させる制御手段とを有してなる点であ
る。上記構成要素中斜板部材の斜面は、１つの面
でも、又複数の面の組み合わせでもよいが出力軸
に対して一定の角度で傾斜しているものであり、
斜板部材の表面側に形成しても、裏面側に形成し
てもよい。また作動部材の端部は斜板部材の斜面
に対して直接的に当接しても、また他のリンク等
を介して間接的に当接してもよいが、この当接は
形状記憶合金による作動部材の作動時であつて、
通常断続的な当接となる。更に制御手段は有接点
式のリミツトスイツチ等を用いてもよいが、通常
は光学式のセンサ等により構成されるか、又は出
力軸に連結したロータリエンコーダ等が採用され
る。また同時に加熱する形状記憶合金の数は１個
以上複数であつてもよい。複数にすることにより
出力を増大できる。

「作用」 この発明の回転アクチユエータは出力軸の回転
位相に同期して加熱手段によつて対応する形状記
憶合金が加熱され、収縮又は拡張して作動部材を
移動させる。これにより作動部材が直接的又は間
接的に斜板部材を駆動する。加熱される形状記憶
合金は制御手段により出力軸の回転に応じてずれ
て行くため、斜板部材及びこれを取り付けた出力
軸の回転が継続される。

「実施例」 以下、この発明を具体化した一実施例を添付図
面を参照して説明する。

ここに、第１図はこの発明の一実施例に係る回
転アクチユエータの一部を断面で示した正面図、
第２図は保持板を除いた斜視図、第３図は第１図
Ａ−Ａ線断面図、第４図は同実施例を用いること
のできる加熱手段及び制御手段の配線図、第５図
は支持バーの部分の他の例の正面図、第６図は制
御手段の他の例の斜視図、第７図は制御手段のさ
らに他の例を示すブロツク図、第８図はパルス発
生器の斜視図である。尚以下の実施例はこの発明
の具体的一例にすぎず、この発明の技術的範囲を
限定する性格のものではない。

第１図において、１は筐体で、これは間隔をお
いて平行に配置され中心部にそれぞれ軸孔２_a，
２_bを設けた一対の軸受板３_a，３_bと、これら軸
受板３_a，３_bの外周部に架設状に両端を固着した
連結板４、および軸受板３_aの軸受板３_bと相対す
る面の軸孔２_aの周囲に、その軸線に平行で、か
つ軸孔２_aの周方向に間隔をおいて立設された、
ほぼ同じ長さの複数本体の支持バー５で構成され
ている。

６は各支持バー５の先端部に、その軸線に沿つ
て揺動可能に取り付けられたレバー、７は各レバ
ー６の一端と軸受板３_aとに両端が架設状に取り
付けられた線状の形状記憶合金で、一定温度（形
状記憶処理温度）まで加熱されるとコイル状また
はジグザグ状の形状記憶長さに復帰するように構
成されている。８は軸孔２_a，２_bに挿通された軸
受板３_a，３_bに架設状に、かつ軸線方向には移動
不能に取り付けられた出力軸、９は軸受板３_a，
３_b間において、中心部に出力軸８を貫通固着し
た斜板部材の一例である回転板で、そのレバー６
と相対した面が出力軸８に対して傾斜した傾斜面
１０になつている。形状記憶合金７としては、
Ti−Ni合金またはCu−Al−Zn合金などの任意の
ものが使用できる。

１１は回転板９とレバー６との間に、これらに
接しないようにして連結板４に固着された保持板
で、その各レバー６の形状記憶合金７が取り付け
られていない端部に対応する位置に、出力軸８に
沿つて貫通孔１２が設けられ、かつこの各貫通孔
１２に作動部材の一例であるスライドバー１３が
挿通されている（第２図参照）。従つてこの例は
形状記憶合金がレバー６を介して間接的にスライ
ドバー１３に取り付けられている例である。そし
て、こりスライドバー１３は、形状記憶合金７が
加熱されて収縮し、レバー６がスイングしたとき
に、レバー６に押されて回転板９の傾斜面１０を
押しうるようになつており、その傾斜面１０と当
接する端部は球面状にすることが適する。

１４は出力軸８に固着されて、その外周に突出
したスイツチの操作体、１５は出力軸８の周方向
に配置されたリミツトスイツチで、これはレバー
６と同じ個数がほぼ同じ間隔をおいて前記操作体
１４で操作可能に軸受板３_aに取り付けられてい
る（第３図参照）。１６は各形状記憶合金７の近
くに、それを加熱可能にして支持バー５に取り付
けられた加熱手段の一例であるヒータで、前記リ
ミツトスイツチ１５にそれぞれ接続されて、リミ
ツトスイツチ１５が“ON”になると電圧が印加
されて発熱をするようになつている。従つて操作
体１４、リミツトスイツチ１５が制御手段を構成
し、その回路図がヒータ１６と共に第４図に示さ
れている。この制御手段によつてレバー６に近い
傾斜面１０の部分に位置したスライドバー１３を
順次レバー６が押すように、操作体１４が順次操
作されるようになつている。

第４図は上述の如くリミツトスイツチ１５とヒ
ータ１６の回路図で、リミツトスイツチ１５ａと
ヒータ１６_aは切換スイツチ１７_aの一方の接点を
介して直列に、同じくリミツトスイツチ１５_bと
ヒータ１６_bは切換スイツチ１７_bを介して直列に
と、順次切換スイツチ１７を介して直列に接続さ
れる。そして、各リミツトスイツチ１５_a，１５_b
……１５_oが互いに並列に接続されるとともに、
各ヒータ１６_a，１６_b……１６_oも互いに並列に
接続され、それらが電源１８を介して直列に接続
されて“ON”になつたリミツトスイツチ１５に
接続されたヒータ１６のみに電流が流れるように
なつている。切換スイツチ１７の他方の接点は、
１つ飛ばして隣のヒータ１６に接続されている。
１９は電源スイツチである。

上記のように構成された回転アクチユエータに
おいて、第４図の電源スイツチ１９をONにする
と、第１図でたとえば、リミツトスイツチ１５_a
が操作体１４によつて“ON”にされているか
ら、ヒータ１６_aが発熱し、それに対応した形状
記憶合金７が加熱されて収縮し、その力で、その
形状記憶合金７が取り付けられたレバー６をスイ
ングさせて、スライドバー１３を回転板９に押し
付けるが、この回転板９の面は出力軸８に対して
傾斜した傾斜面１０になつているから、スライド
レバー１３の力の一部が、傾斜方向に沿つて回転
板９を回転させる力として作用し、回転板９と共
に出力軸８を回転させる。回転板９と共に出力軸
８が回転すると、操作体１４がリミツトスイツチ
１５_aを“OFF”にするが、次のリミツトスイツ
チ１５_bを“ON”にするから、今度はヒータ１
６_bが形状記憶合金７を加熱収縮させて、そのレ
バー６がスイングしスライドバー１３をスライド
させて回転板９の傾斜面１０を押す。この動作を
反復して、回転板９と共に出力軸８を連続的に回
転させる。即ち、出力軸８の回転と同期してヒー
タ１６を作動させることにより、この回転アクチ
ユエータは所謂自己回転制御性を有するものとな
る。

加熱されて収縮した形状記憶合金７において加
熱が中心されたものは冷却に従つて元の長さに復
帰するか、収縮する力がなくなり、斜板９の突出
部で逆にスライドバー１３、レバー６を作動させ
て復帰し、レバー６とスライドバー１３とを解放
する。そして、加熱が中止された形状記憶合金７
の冷却は自然冷却でもよいが、空気を吹き付ける
などして強制冷却することが回転体９の回転速度
を上げることに対して適する。強制冷却をする場
合、その手段としては上記空冷以外の手段も採用
できる。

この回転アクチユエータは上記のように、形状
記憶合金の加熱と冷却のサイクルで回転力をうる
が、構造がきわめて簡単であり、かつ形状記憶合
金７の形状変化方向が出力軸８方向と一致するた
めに出力軸８に対する直角方向の大きさを抑えて
小型、軽量化することが可能であると共に、自己
回転制御性を有するから、たとえば、ロボツトの
アーム先端の手首等の駆動用として使用すれば、
アームの先端に装着して、前記手首部をダイレク
トに駆動できる。したがつて、起動トルクが大き
くなり、また、重量当りの出力が従来のモータな
どに比して数倍も大きくなるから、前記手首部な
どを的確に作動させることが可能である。

スライドバー１３は、第５図のようにレバー６
の端部に回動自在に取り付けることもできる。

第６図は第１図のリミツトスイツチ１５に代え
てフオトアンサを使用して、ヒータ１６に順次に
通電する例で、出力軸８の周囲にレバー６と同数
の発光素子２０と受光素子２１が、出力軸８の軸
線方向で相対して共に固定して配置されかつ発光
素子２０と受光素子２１とを遮閉する遮閉板２２
が出力軸８に固着され、遮閉板２２の一部に発光
素子２０の光線が通過する切除部２３が形成され
ている。

この例は、回転板９と共に出力軸８が回転する
と、遮閉板２２も回転して切除部２３の位置が移
動するのに伴なつて光線が入射される受光素子２
１が順次に変わる。したがつて、通電されるヒー
タ１６も順次に変わるもので、無接点でヒータ１
６による加熱の制御ができ、より信頼性を向上さ
せることができる。

この例のように、フオトセンサを使用する場
合、遮閉材２２を出力軸８の周方向の一部に設
け、これで光線が遮断された受光素子２１に対応
したヒータ１６を発熱させるようにすることも可
能である。

第７図はヒータ１６による加熱制御のさらに他
の実施例を示すもので、２４は出力軸８に設けた
パルス発生器で、これが出力したパルス信号がバ
イナリカウンタ２５に入力される。２６はデコー
ダドライバでバイナリカウンタ２５から入力され
た二進信号をON／OFF信号に変換してこれを出
力し、図示せぬ制御回路を介してヒータ１６を順
次に加熱するものである。パルス発生器２４とし
ては任意の構成のものが使用できるが、たとえば
第８図に示したものは、出力軸８に固着した円板
２７に設けたレバー６の数に対応したスリツト２
８が、円板２７の外周部に設けたフオトセンサ２
９を通過する都度信号を出力するものである。フ
オトセンサ２９に代わつて、リードスイツチや近
接スイツチなども使用可能である。また出力軸８
にロータリエンコーダを連結して出力軸８の回転
位置を検出してもよい。

ヒータ１６は、同時に複数個を発熱させること
も可能で、このようにすれば、より大きな回転力
をうることができる。

「発明の効果」 この発明によれば、筐体に回転自在に支持され
た出力軸を有する回転アクチユエータにおいて、
上記出力軸に対して所定の角度で傾斜した斜面を
有し、該出力軸に固定された斜板部材と、上記出
力軸のまわりに上記斜板部材に接離可能に配設さ
れた複数の作動部材と、温度の変化に応じて記憶
された長さに復帰するよう形状記憶処理され、上
記作動部材と上記筐体との間にその形状変化方向
を上記出力軸方向と一致させて配設された形状記
憶合金と、上記形状記憶合金の加熱を行うために
該形状記憶合金に近設された加熱手段と、上記出
力軸の回転に同期して上記加熱手段を作動させて
上記形状記憶合金を形状変化させることにより、
上記作動部材を順次上記斜板部材に押し当てて該
斜板部材を上記出力軸と共に連続回転させる制御
手段とを有してなる回転アクチユエータが提供さ
れ、これにより構造がきわめて簡単となり、かつ
形状記憶合金の形状変化方向が手力軸方向と一致
するため、該出力軸と直角方向の大きさを抑えて
小型、軽量にすることができると共に、自己回転
制御性を有するものとなる。したがつて、ロボツ
トのアームの先端部その他ほぼ任意の場所に設置
して使用でき、動力伝達手段を用いることなくダ
イレクトドライブで負荷を駆動することができる
から、起動トルクを大きくすることが可能である
とともに、動力の損失も小さくすることができ
る。さらに、重量比に対する出力が従来のアクチ
ユエータに比して数倍も大きくできる効果があ
る。また形状記憶合金が筐体側に設けられている
から通電が簡単であると共に、強制冷却すること
も容易で、回転速度を上げることも容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る回転アクチ
ユエータの一部を断面で示した正面図、第２図は
保持板を除いた斜視図、第３図は第１図Ａ−Ａ線
断面図、第４図は同実施例に用いることのできる
加熱手段及び制御手段の配線図、第５図は支持バ
ーの部分の他の例の正面図、第６図は制御手段の
他の例の斜視図、第７図は制御手段のさらに他の
例を示すブロツク図、第８図はパルス発生器の斜
視図である。 符号の説明、１……筐体、５……支持バー、６
……レバー、７……形状記憶合金、８……出力
軸、９……回転体（斜板部材に相当）、１０……
傾斜面、１１……保持板、１３……スライドバー
（作動部材に相当）、１４……操作体（制御手段の
一部に相当）、１５……リミツトスイツチ（制御
手段の一部に相当）、１６……ヒータ（加熱手段
に相当）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 筐体１に回転自在に支持された出力軸８を有
   する回転アクチユエータにおいて、 上記出力軸８に対して所定の角度で傾斜した斜
   面１０を有し、該出力軸８に固定された斜板部材
   ９と、 上記出力軸８のまわりに上記斜板部材９に離接
   可能に配設された複数の作動部材１３と、 温度の変化に応じて記憶された長さに復帰する
   よう形状記憶処理され、上記作動部材１３と上記
   筐体１との間にその形状変化方向を上記出力軸８
   方向と一致させて配設された形状記憶合金７と、 上記形状記憶合金７の加熱を行うために該形状
   記憶合金７に近設された加熱手段１６と、 上記出力軸８の回転に同期して上記加熱手段１
   ６を作動させて上記形状記憶合金７を形状変化さ
   せることにより、上記作動部材１３を順次上記斜
   板部材９に押し当てて該斜板部材９を上記出力軸
   ８と共に連続回転させる制御手段１４，１５とを
   有してなることを特徴とする回転アクチユエー
   タ。