CN107205617B - 硬度可变致动器 - Google Patents
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Abstract
能够向挠性部件提供不同硬度的硬度可变致动器(10)具备相能够在第一相与第二相之间转变的形状记忆部件(20)、和使形状记忆部件(20)引起第一相与第二相之间的相的转变的感应部件(30)。形状记忆部件(20)具有至少一个自由端而配设于上述挠性部件。形状记忆部件(20)当处于第一相时,成为能够随着外力而容易地变形的软质状态,因而向挠性部件提供比较低的硬度。此外,形状记忆部件(20)当处于第二相时,成为表现出抵抗外力而成为预先记忆的记忆形状的倾向的硬质状态,因而向挠性部件提供比较高的硬度。
Description
技术领域
本发明涉及用来变更挠性部件的硬度的硬度可变致动器。
背景技术
日本专利第3122673号公开了能够变更插入部的软性部的硬度的内窥镜。在该内窥镜中,挠性部件(例如盘管)的两端部被固定在内窥镜的规定位置,在该挠性部件中经由分离体而固定着挠性调整部件(例如插通在盘管中的挠性调整线)。挠性部件和挠性调整部件沿着软性部延伸到操作部,并且遍及软性部的大致整体而延伸。通过将挠性调整部件拉伸,挠性部件被压缩而变硬,由此,软性部的硬度被变更。
由于挠性部件和挠性调整部件遍及软性部的大致整体而延伸,所以为了驱动这样的机构,需要非常大的力。在实现了该机构的电动化的情况下,需要大型的动力源,其结构成为大规模。
日本专利第3142928号公开了使用形状记忆合金的挠性管用硬度可变装置。该硬度可变装置具备配设在挠性管内的线圈、配设在该线圈的内侧的电绝缘性管、在该电绝缘性管内沿其轴向延伸而配置的形状记忆合金制线、和将该形状记忆合金制线通电的通电加热机构。
形状记忆合金制线具有在低温时其长度伸长而在高温时收缩的性质。形状记忆合金制线穿过设在线圈的两端的固定部而伸出,在其两端固定着敛缝部件。形状记忆合金制线配设为,在低温时松弛,在高温时敛缝部件与固定部卡合而支撑。
形状记忆合金制线在被通电加热机构进行了加热的高温时收缩而使线圈变硬。另一方面,在没有通电的低温下,形状记忆合金制线伸长而使线圈变软。
该硬度可变装置由于是简单的结构而能够构成为小型,但在形状记忆合金制线收缩时,形状记忆合金制线的两端受约束,负荷作用于形状记忆合金制线,所以其耐久性有缺点。
发明内容
本发明的目的在于,提供结构简单且有耐久性的硬度可变致动器。
为了该目的,硬度可变致动器具备相能够在第一相与第二相之间转变的形状记忆部件、和使形状记忆部件引起第一相与第二相之间的相的转变的感应部件。形状记忆部件具有至少一个自由端而配设于上述挠性部件。形状记忆部件当处于第一相时,成为能够随着外力而容易地变形的软质状态,因而向挠性部件提供比较低的硬度。此外,形状记忆部件当处于第二相时,成为表现出抵抗外力而成为预先记忆的记忆形状的倾向的硬质状态,因而向挠性部件提供比较高的硬度。
附图说明
图1表示一实施方式的硬度可变致动器。
图2表示另一实施方式的硬度可变致动器。
图3是用来说明硬度可变致动器的动作的图,表示随着驱动电路的开关的切换而形状记忆部件的硬度状态被变更的情形。
图4是用来说明硬度可变致动器的动作的图,表示在形状记忆部件的自由端附近外力在与形状记忆部件的中心轴垂直的方向作用的状况下、随着驱动电路的开关的切换而形状记忆部件的硬度状态被变更的情形。
图5是用来说明硬度可变致动器的动作的图,表示在形状记忆部件的自由端处外力在与形状记忆部件的中心轴平行的方向作用的状况下、随着驱动电路的开关的切换而形状记忆部件的硬度状态被变更的情形。
图6是用来说明硬度可变致动器的动作的图,表示在驱动电路的开关处于断开状态且形状记忆部件处于软质状态的状况下、外力的有无被切换的情形。
图7是用来说明硬度可变致动器的动作的图,表示被弯曲的形状记忆部件的硬度状态随着驱动电路的开关的切换而被从软质状态变更为硬质状态的情形。
图8是用来说明硬度可变致动器的动作的图,表示驱动电路的开关处于接通状态且形状记忆部件处于硬质状态的状况下、外力的有无被切换的情形。
具体实施方式
〔结构例〕
图1表示一实施方式的硬度可变致动器。如图1所示,硬度可变致动器10具有通过能够成为不同的硬度状态而对挠性部件提供不同的硬度的功能,具备相能够在第一相与第二相之间转变的形状记忆部件20、和使形状记忆部件20引起第一相与第二相之间的相的转变的感应部件30。进而,形状记忆部件20具有至少一个自由端而配设于挠性部件。
形状记忆部件20当处于第一相时,成为能够随着外力容易地变形的软质状态,即表现出低弹性系数,因而,向挠性部件提供比较低的硬度。此外,形状记忆部件20当处于第二相时,成为表现出抵抗外力而取预先记忆的记忆形状的倾向的硬质状态,即表现出高弹性系数,因而,向挠性部件提供比较高的硬度。记忆形状并不限于此,例如也可以是直线状。
这里,所谓外力,是指能够使形状记忆部件20变形的力,认为重力也是外力的一部分。
感应部件30具有产生热的性能。形状记忆部件20具有对应于感应部件30的加热而相从第一相转变为第二相的性质。
形状记忆部件20例如可以主要由形状记忆合金构成。形状记忆合金不限于此,例如可以是包含NiTi的合金。此外,形状记忆部件20不限于此,也可以主要由形状记忆聚合物、形状记忆胶体、形状记忆陶瓷等其他材料构成。
这里,所谓某个部件主要由某种材料构成,是指该部件整体由该材料制作,此外还指该部件除了由该材料制作的部件以外还具有由其他材料制作的部件。
主要构成形状记忆部件20的形状记忆合金例如也可以是相在马氏体相与奥氏体相之间转变的合金。该形状记忆合金在马氏体相时对应于外力而比较容易地塑性变形。即,该形状记忆合金在马氏体相时表现出低弹性系数。另一方面,该形状记忆合金在奥氏体相时,抵抗外力而不容易变形。即使因更大的外力而变形,如果该大的外力消失,则表现出超弹性而回到所记忆的形状。即,该形状记忆合金在奥氏体相时表现出高弹性系数。
感应部件30例如可以由加热器构成。即,感应部件30可以具有对应于在其中通过并流动的电流的供给而产生热的性质。此外,感应部件30只要具有产生热的性能就可以,不限于加热器,也可以由摄像元件、光导、其他元件或部件等构成。进而,感应部件30也可以由通过化学反应而产生热的构造体构成。
形状记忆部件20可以主要由导电性材料构成。例如,形状记忆部件20具有由导电性材料例如形状记忆合金制作的主体22、和设在主体22的周围的绝缘膜24。绝缘膜24起到防止形状记忆部件20与感应部件30之间短路的作用。绝缘膜24至少将面向感应部件30的部分覆盖而设置。在图1中,描绘了将主体22的外周面部分性地覆盖而设置的形态,但不限于此,也可以将主体22的外周面的整体覆盖而设置,此外,也可以将主体22整体覆盖而设置。
感应部件30可以主要由导电性材料构成。例如,感应部件30具有导电性材料的主体32、和设在主体32的周围的绝缘膜34。绝缘膜34起到防止形状记忆部件20与感应部件30之间短路、以及感应部件30的主体32的相邻部分间短路的作用。
硬度可变致动器10具备防止形状记忆部件20与感应部件30之间短路的绝缘部件。形状记忆部件20的绝缘膜24和感应部件30的绝缘膜34相当于该绝缘部件。如果感应部件30的绝缘膜34提供可靠的防短路功能,则形状记忆部件20的绝缘膜24也可以省略。
感应部件30的主体32可以是电热线,即电阻大的导电性部件。主体32即电热线的两端连接于包括电源42和开关44的驱动电路40。驱动电路40对应于开关44的接通即闭合动作,将在感应部件30中通过而流动的电流向感应部件30供给,此外,对应于开关44的断开即打开动作,停止对感应部件30的电流供给。感应部件30对应于电流的供给而产生热。
形状记忆部件20可以是线状。感应部件30配设在形状记忆部件20的附近。感应部件30可以是线圈状,形状记忆部件20可以穿过线圈状的感应部件30的内侧而延伸。通过这样的配置,由感应部件30产生的热被效率良好地向形状记忆部件20传递。
〔其他结构例〕
图2表示另一实施方式的硬度可变致动器。如图2所示,硬度可变致动器10A与硬度可变致动器10同样,具备相能够在第一相与第二相之间转变的形状记忆部件20A、和使形状记忆部件20A引起第一相与第二相之间的相的转变的感应部件30A。
形状记忆部件20A的诸特性与形状记忆部件20是同样的。此外,感应部件30A的诸特性与感应部件30是同样的。
形状记忆部件20A是管状。此外,感应部件30A是能够容易地变形的线状,穿过形状记忆部件20A的内侧而延伸。通过这样的配置,由感应部件30产生的热被效率良好地向形状记忆部件20传递。此外,由于形状记忆部件20A的弹性系数依存于径向尺寸,所以管状的形状记忆部件20A与实心构造相比,在相同体积的条件下表现出较高的弹性系数,因而提供较高的硬度。
〔硬度可变致动器单体的动作说明〕
以下,参照图3~图8,对上述的硬度可变致动器的动作进行说明。为了方便,假设形状记忆部件20的一端被固定而进行说明。此外,假设形状记忆部件20的记忆形状是直线形状。在图3~图8中,软质状态的形状记忆部件20用向左上升的阴影表示,硬质状态的形状记忆部件20用向右上升的阴影表示。在图3~图8中,代表性地描绘了图1的硬度可变致动器10,但图2的硬度可变致动器10A的动作也与它是同样的。
图3表示随着驱动电路40的开关44的切换而形状记忆部件20的硬度状态变更的情形。
在图3的左侧,驱动电路40的开关44处于断开状态、即打开,形状记忆部件20处于是弹性系数低的软质状态的第一相。
如图3的右侧所示,如果驱动电路40的开关44被切换为接通状态、即被闭合,则在感应部件30中流过电流,感应部件30产生热。结果,形状记忆部件20转变为是弹性系数高的硬质状态的第二相。
图4表示在形状记忆部件20的自由端附近、外力F1在与形状记忆部件20的中心轴垂直的方向上作用的状况下、随着驱动电路40的开关44的切换而形状记忆部件20的硬度状态被变更的情形。该外力F1小于形状记忆部件20要向记忆形状返回的复原力。
在图4的左侧,驱动电路40的开关44处于断开状态,形状记忆部件20处于是软质状态的第一相。在第一相,形状记忆部件20处于随着外力F1而容易地变形的状态。形状记忆部件20因外力F1而弯曲。
如图4的右侧所示,当驱动电路40的开关44被切换为接通状态,则感应部件30产生热,形状记忆部件20转变为是硬质状态的第二相。在该第二相,形状记忆部件20表现出成为记忆形状的倾向。即,如果形状记忆部件20是与记忆形状不同的形状,则形状记忆部件20要返回记忆形状。由于外力F1比形状记忆部件20的复原力小,所以形状记忆部件20反抗外力F1而返回到记忆形状即直线形状。
图5表示在形状记忆部件20的自由端处、外力F2在与形状记忆部件20的中心轴平行的方向作用的状况下、随着驱动电路40的开关44的切换而形状记忆部件20的硬度状态被变更的情形。该外力F2小于形状记忆部件20要向记忆形状返回的复原力。
在图5的左侧,驱动电路40的开关44处于断开状态,形状记忆部件20处于是软质状态的第一相。在第一相,形状记忆部件20处于随着外力F2而容易地变形的状态。形状记忆部件20被外力F2压缩。即,形状记忆部件20随着弯曲而其长度即沿着中心轴的尺寸减小。
如图5的右侧所示,当驱动电路40的开关44被切换为接通状态,则感应部件30产生热,形状记忆部件20转变为是硬质状态的第二相。在该第二相,形状记忆部件20表现出成为记忆形状的倾向。由于外力F2比形状记忆部件20的复原力小,所以形状记忆部件20反抗外力F2而返回到记忆形状即直线状的原来的长度。
图6表示在驱动电路40的开关44处于断开状态且形状记忆部件20处于是软质状态的第一相的状况下、外力的有无被切换的情形。在第一相,形状记忆部件20处于随着外力而容易地变形的状态。
在图6的左侧,在形状记忆部件20的自由端附近,外力F1在与形状记忆部件20的中心轴垂直的方向上作用。形状记忆部件20因外力F1而弯曲。
在图6的右侧,之前作用在形状记忆部件20上的外力F1被去除。形状记忆部件20在外力F1被去除后也仍保持弯曲。
图7表示被弯曲的形状记忆部件20的硬度状态随着驱动电路40的开关44的切换而被从软质状态变更为硬质状态的情形。
图7的左侧表示与图6的右侧相同的状态、即形状记忆部件20在因外力F1而弯曲后将外力F1去除并保持弯曲的情形。
如图7的右侧所示,当驱动电路40的开关44被切换为接通状态,则感应部件30产生热,形状记忆部件20转变为是硬质状态的第二相。在该第二相,由于形状记忆部件20表现出成为记忆形状的倾向,所以形状记忆部件20返回到记忆形状即直线形状。
图8表示在驱动电路40的开关44处于接通状态且形状记忆部件20处于是硬质状态的第二相的状况下、外力的有无被切换的情形。在该第二相,形状记忆部件20表现出成为记忆形状的倾向。
在图8的左侧,表示在形状记忆部件20的自由端附近、外力F3在与形状记忆部件20的中心轴垂直的方向上作用的情形。该外力F3大于形状记忆部件20要向记忆形状返回的复原力。因此,虽然形状记忆部件20抵抗外力F3而要返回到记忆形状,但由于外力F3超过形状记忆部件20的复原力而较大,所以形状记忆部件20被外力F3弯曲。
在图8的右侧,之前作用在形状记忆部件20上的外力F3被去除。由于比形状记忆部件20的复原力大的外力F3被去除,所以形状记忆部件20回到了记忆形状即直线形状。
〔硬度可变致动器的安装方式和动作的说明〕
上述的硬度可变致动器10、10A,以形状记忆部件20、20A的两端不受任何约束的方式被安装到挠性部件。例如,硬度可变致动器10、10A以使形状记忆部件20、20A的一端或两端为自由端的方式在挠性部件的有限空间内空出少量间隙而配置。
这里,所谓有限空间,是指正好能够收纳硬度可变致动器10、10A的空间。因而,硬度可变致动器10、10A和挠性部件的一方的变形即使很小也可能与另一方接触而带来外力。
例如可以是,挠性部件是具有比硬度可变致动器10、10A的外径稍大的内径的管,在该管的内部配置硬度可变致动器10、10A。不限于此,挠性部件只要具有比硬度可变致动器10、10A稍大的空间就可以。
当形状记忆部件20、20A处于第一相时,硬度可变致动器10、10A向挠性部件提供比较低的硬度,随着作用于挠性部件的外力即能使形状记忆部件20、20A变形的力而容易地变形。
此外,当形状记忆部件20、20A处于第二相时,硬度可变致动器10、10A向挠性部件提供比较高的硬度,表现出抵抗作用于挠性部件的外力即能使形状记忆部件20、20A变形的力而向记忆形状返回的倾向。
例如通过由驱动电路40将形状记忆部件20、20A的相在第一相与第二相之间切换,来切换挠性部件的硬度。
除了硬度的切换以外,在外力作用于挠性部件的状况下,硬度可变致动器10、10A还作为切换挠性部件的形状的双向致动器发挥功能。此外,在外力没有作用于挠性部件、形状记忆部件20、20A的相被切换为第二相之前的第一相中挠性部件变形的状况下,也作为使挠性部件的形状复原的单向致动器发挥功能。
Claims (10)
1.一种硬度可变致动器,能向挠性部件提供不同的硬度,其特征在于,
具备相能在第一相与第二相之间转变的形状记忆部件,上述形状记忆部件当处于上述第一相时,成为能随着外力而容易地变形的软质状态,因而向上述挠性部件提供比较低的硬度,上述形状记忆部件当处于上述第二相时,成为表现出抵抗外力而成为预先记忆的记忆形状的倾向的硬质状态,因而向上述挠性部件提供比较高的硬度;
还具备使上述形状记忆部件引起上述第一相与上述第二相之间的相的转变的感应部件,上述形状记忆部件以两端成为自由端的方式在上述挠性部件的空间内空出少量间隙而配置。
2.如权利要求1所述的硬度可变致动器,其特征在于,
上述感应部件具有发热的性能,上述形状记忆部件具有对应于上述感应部件的加热而相从上述第一相转变为上述第二相的性质。
3.如权利要求1或2所述的硬度可变致动器,其特征在于,
上述形状记忆部件和上述感应部件都主要由导电性材料构成;
上述硬度可变致动器还具备防止上述形状记忆部件与上述感应部件之间的短路的绝缘部件。
4.如权利要求1或2所述的硬度可变致动器,其特征在于,
上述形状记忆部件是线状,上述感应部件配设在上述形状记忆部件的附近。
5.如权利要求4所述的硬度可变致动器,其特征在于,
上述感应部件是线圈状,上述形状记忆部件穿过上述感应部件的内侧而延伸。
6.如权利要求1或2所述的硬度可变致动器,其特征在于,
上述形状记忆部件是管状。
7.如权利要求6所述的硬度可变致动器,其特征在于,
上述感应部件穿过上述形状记忆部件的内侧而延伸。
8.如权利要求1或2所述的硬度可变致动器,其特征在于,
上述形状记忆部件主要由含有NiTi的合金构成。
9.如权利要求1或2所述的硬度可变致动器,其特征在于,
上述感应部件具有对应于穿过它而流动的电流的供给而发热的性质。
10.如权利要求1或2所述的硬度可变致动器,其特征在于,
上述记忆形状是直线状。
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