JPH0552141B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、アクチユエータの基本構成を成す
アクチユエータエレメントに関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 近来生産ラインの自動化が急速に進められてお
り、それに伴なつて生産ラインにロボツトが導入
されることが多くなつている。 ロボツトの駆動源は空気圧や油圧またはモータ
等を用いておりそのためロボツトの動きに対する
制約も多く、より人間に近い多自由度のロボツト
は実現不可能であつた。また、たとえ実現された
としてもそれは生産ラインに設置するには不合理
である程の大きなものであつた。 また、近年駆動源に形状記憶合金を用いたもの
が研究・開発されているが、形状記憶合金は温度
変化による層変化を駆動力に利用するため、形状
記憶合金を加熱する必要があり、例えば直接電流
を流し形状記憶合金のもつ抵抗分による抵抗加熱
が行なわれている。 第１図に形状記憶合金で構成したアクチユエー
タを示す。 第１図ａは、形状記憶合金１が変形する前を示
す図である。 第１図ｂは、形状記憶合金１が記憶している形
状に変形した後を示す図である。形状記憶合金１
は固定端２に固定されている。スイツチ５を閉じ
ると電源４から形状記憶合金１に電流が流れ、形
状記憶合金１のもつ抵抗損により加熱される。す
ると形状記憶合金１の記憶していた形態に変形す
る。（第１図ｂの状態）次にスイツチ５を開くと、
形状記憶合金１に流れていた電流はなくなり、自
然冷却効果によつて形状記憶合金１は冷却されバ
イアスバネ３の力によつて、第１図ａに示す位置
に復帰する。 以上説明したように、形状記憶合金を用いたア
クチユエータは加熱するために形状記憶合金の両
端から電流を流すための配線を必要とし一方は固
定端側であるが他方は、移動する先端からの配線
となる。また、形状記憶合金は加熱することによ
つて記憶している形状に変形するが、冷却しても
加熱前の形状にはもどらないのでバイアスバネ等
の外部から加えられる力で復帰させる必要があつ
た。 〔発明の目的〕 この発明は、自己復帰力を有するアクチユエー
タの基本構成を成すアクチユエータエレメントを
提供することを目的とする。 〔発明の概要〕 光異性化反応を示すメカノケミカル物質と構造
材としての機能を兼ね備えた薄膜金属とでバイモ
ルフを構成し、メカノケミカル物質への光照射の
制御によつて、メカノケミカル物質の収縮・伸長
を制御し、単純な構造で大きな駆動力を有するア
クチユエータの基本構成を成すアクチユエータエ
レメントを実現した。 具体的には、光源と、前記光源からの光の照射
により光の方向に収縮を起こす物質からなるアク
チユエータと、このアクチユエータの収縮側とは
反対の側に設けられ前記アクチユエータに復元力
を与える支持部材と、前記光源からの照射光を制
御する制御部とを有するアクチユエータエレメン
トである。 〔発明の効果〕 光異性化反応を示すメカノケミカル物質と構造
材としての機能を兼ね備えた薄膜金属とでバイモ
ルフを構成し、メカノケミカル物質への光の照射
位置、照射量の制御によつて、メカノケミカル物
質の収縮・伸張を局所的に行ない、単純な構造で
多種な形状に変形するアクチユエータエレメント
を得ることができる。 〔発明の実施例〕 第２図にメカノケミカル物質を用いたアクチユ
エータエレメントの一例を示す。 メカノケミカル物質６と薄膜金属７でバイモル
フを構成している。メカノケミカル物質６は例え
ばスピロベンゾピラン含有の高分子材で、光を照
射すると収縮する光を遮断するとまた元の長さに
回復するアクチユエータである。 薄膜金属７はアクチユエータエレメントの構造
材を兼ねている。 薄膜金属７はバイモルフを構成する一方の材料
であり、他方の材料メカノケミカル物質６を支持
する構造材としての機能を兼ねそえた材料である
ことが必要とされる。 メカノケミカル物質６で発生したエネルギーを
外部に効率良く取り出すためにはバイモルフでの
内部損失すなわち薄膜金属７による損失を少なく
することが効果的であり、薄膜状で弾性にとんだ
材料として例えばアモルフアス金属を用いること
が有利となる。 光源８から発した光はシヤツタ９により照射／
遮断の制御がされ光偏向器１０に入射する。光偏
向器１０は制御部１１からの信号に従つて入射し
た光を偏向しメカノケミカル物質６の微小部位に
光を照射する。 メカノケミカル物質６と薄膜金属７で構成され
たバイモルフを、光照射位置に応じて多種な形状
に変形を制御できる。 以上のような構成の本実施例によれば、バイモ
ルフという単純な構造でありながらも、光源から
の照射光を制御することによつてアクチユエータ
を自在な形状に変形させることができる。 また、薄膜金属がメカノケミカル物質の光照射
側とは反対の側に設けられているため、薄膜金属
自体の熱変形によつてメカノケミカル物質が変位
してしまうこともほとんどない。 〔発明の他の実施例〕 第３図にメカノケミカル物質を用いたアクチユ
エータエレメントの変形例を示す。構造材として
の機能を兼ね備えた薄膜金属７の両側に光異性化
反応を示すメカノケミカル物質６を設け、それぞ
れメカノケミカル物質６への光照射部位を制御し
２次元に多種な形状に変形を制御可能に構成した
ものである。 それぞれのメカノケミカル物質６に対して、光
源８とシヤツタ９と光偏光器１０を設け、別個に
メカノケミカル物質６への光の照射／遮断および
光の照射位置が制御部１１からの信号に従つて制
御される。 アクチユエータエレメントの形状変化の一例を
第４図に示す。矢印で示した部位に光が照射され
ている。光照射された部位のメカノケミカル物質
６は収縮し図示されたように２次元的変形を生じ
る。 第３図において光源８とシヤツタ９と光偏向器
１０をそれぞれ別個に設けたがそれらの一部もし
くは全部を共有化し、それぞれのメカノケミカル
物質への光の照射の制御を時間系列で行なつても
同様な効果が得られる。また、第２図，第３図に
おいて、メカノケミカル物質への光の照射／遮断
および光の照射位置の制御をシヤツタ９と光偏向
器１０を用いて行なつたが、メカノケミカル物質
６に多数の点光源を配置し、その点光源の点灯を
制御しても同様な効果が得られる。 第５図にメカノケミカル物質を用いたアクチユ
エータエレメントの他の制御法の実施例を示す。
アクチユエータエレメントは第２図に示したもの
と同様にメカノケミカル物質６と薄膜金属７でバ
イモルフを構成している。光源８から出た光はラ
イトガイド１２によつてアクチユエータエレメン
ト固定端に導かれる。光源８をON／OFF制御し
アクチユエータエレメントの変形を制御する。同
様に第３図に示したアクチユエータエレメントに
おいても、それぞれのメカノケミカル物質への光
照射を別個に制御することによつて変形を制御で
きる。 第５図に示す制御法では照射した光のメカノケ
ミカル物質への寄与率が低い。そこでメカノケミ
カル物質が薄膜金属と接していない側に光を反射
する薄膜を設けて、薄膜金属と光を反射する薄膜
で光ガイドを構成し、照射した光をとじこめメカ
ノケミカル物質へ効率良く光を照射出来るように
構成しても良い。 又、第５図に示されるようなエレメントを多数
直列に接続し、これらのエレメントの個々に独立
して光を供給するように構成すると、多関節のア
クチユエータが実現できる。例えば、第６図に示
されるように、アクチユエータエレメント20毎
に、光源２２から光フアイバー２４によつて光を
供給する構成がひとつの実施例である。このよう
なアクチユエータエレメントを同図中、点線で示
されるように直列に接続する。光フアイバー２４
は、エレメント２０毎に設ける。 この光フアイバー２４に対して、光源２２から
選択的に所定の波長の光が供給される。 光フアイバー２４を介して選択的に光を供給さ
れたエレメント２０は、前述のごとく変形する。
但し、光フアイバー２４が、エレメント２０に接
続される位置において、光フアイバー２４から出
射される光が効率良くエレメント２０に伝達され
ることが望ましくこの実施例では、光結合素子２
６を介してエレメント２０と光フアイバー２４と
を接続することによつて光フアイバー２４からの
光がメカノケミカル物質全体に行き渡るようにし
た。これによつて、エレメント２０全体が変形す
るようになる。このようなことは、エレメント２
０は、アクチユエータの微小構成要素であること
を考慮すると、より好ましいと言える。 第７図に他の実施例を示す。アクチユエータエ
レメント２０ａ，２０ｂ，２０ｃ…に対応して微
小光源３３ａ，３３ｂ，３３ｃ…をそれぞれ配置
し微小光源３３ａ，３３ｂ，３３ｃ…の光量を制
御することによつて多関節のアクチユエータが実
現できる。微小光源３３ａ，３３ｂ，３３ｃ…の
光量制御は電源３０によつて選択的に電流を制御
することで実現される。たとえば微小光源３３ａ
を点灯するには、電源３０において電流供給用リ
ード線３２ａが選択され微小光源３３ａに電流が
流れ薄膜金属７を通つてリード線３１で電源に帰
着する。微小光源３３ａが光を発するとアクチユ
エータエレメント２０ａが収縮し前述のごとく変
形する。 このように微小光源３３ａ，３３ｂ…を多数配
置するとその制御のためのリード線が多くなりア
クチユエータの動きを疎害する場合が発生する
が、薄膜金属７を共通のリード線として用いるこ
とが可能であり可動部へのリード線は個々に供給
する時の1/2とすることができるためアクチユエ
ータの動きへの影響は軽減される。 以上この発明の実施例について説明したが、こ
の発明はこれらの実施例に限定されるものではな
くこの発明の趣旨を逸脱しない範囲でいかなる変
形をもこの発明に含まれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、形状記憶合金を用いた従来のアクチ
ユエータエレメントの構成図、第２図は、本発明
の一実施例であつてメカノケミカル物質を用いた
アクチユエータエレメントの構成図、第３図はメ
カノケミカル物質を用いてアクチユエータエレメ
ントの他の実施例の構成図、第４図乃至第７図は
他の実施例を示す図である。 ６……メカノケミカル物質、７……薄膜金属、
８……光源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光源と、 前記光源からの光の照射により光の方向に収縮
   を起こす物質からなるアクチユエータと、 このアクチユエータの収縮側とは反対の側に設
   けられ前記アクチユエータに復元力を与える支持
   部材と、 前記光源からの照射光を制御する制御部と、を
   有することを特徴とするアクチユエータエレメン
   ト。 ２ 前記支持部材は、薄膜金属であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のアクチユエー
   タエレメント。 ３ 前記アクチユエータに光を反射する部材を設
   けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   のアクチユエータエレメント。 ４ 前記薄膜金属は、アモルフアス金属であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のアク
   チユエータエレメント。 ５ 前記制御部は、前記アクチユエータの各部に
   対し選択的に光を照射することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のアクチユエータエレメン
   ト。 ６ 前記制御部は、前記アクチユエータへの照射
   光量を制御することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のアクチユエータエレメント。 ７ 前記制御部は、前記アクチユエータへの光の
   照射位置を制御することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載のアクチユエータエレメント。 ８ 前記支持部材を挟んで複数のアクチユエータ
   を固定したことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のアクチユエータエレメント。