JP2002178289A

JP2002178289A - スイッチ

Info

Publication number: JP2002178289A
Application number: JP2001365989A
Authority: JP
Inventors: Sakae Kimura; 栄木村; Tadakuni Sato; 忠邦佐藤; Hideyuki Tanaka; 秀之田中; Yoichi Mamiya; 洋一間宮; Norio Kono; 憲雄幸野
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2002-06-25

Abstract

(57)【要約】【課題】温度変化に対応した応答速度が速い温度スイ
ッチを提供する。【解決手段】本発明の温度スイッチは、形状記憶合金管
２１の内部に電気絶縁のための電気絶縁フィルム２５に
より絶縁して内部に銅からなる電気の良伝導材の導体２
６と、電気の良伝導材の導体２６の内部に一体に、形状
復帰のためのばね材からなる形状復帰ばね２３により形
成される。形状復帰ばね２３のばねの力とオーステナイ
ト相の時の形状記憶合金管２１の変形力とにより形状記
憶合金管２１がオーステナイト相では変形して導体２２
の接点２４Ｂに対向する接点２４Ａの間を開放し、温度
特性が低いマルテンサイト相では形状復帰ばね２３の力
がより大となり、直線状の形状に復帰する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、形状記憶合金の細管を
用い、細管内に通す液体の液温を変えるか、又は細管の
外周に接して取りつけた加熱部材により、形状記憶合金
細管の加熱と冷却とにより、形状記憶合金の細管が予め
記憶していた形状に変形させて作動するよう構成したア
クチュエータ、並びにそれを用いた多関節手、温度スイ
ッチ、過電流スイッチ、回路切替スイッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、物体を変位させて作動するアクチ
ュエータは、電流が作る磁界と永久磁石が作る磁界によ
る作用と反作用、或は２つのコイルに流れる電流が作る
磁界による作用と反作用により物体を連動させてアクチ
ュエータを形成するか、圧縮空気をシリンダに送り、シ
リンダの往復運動をてこや歯車により物体の位置を変位
させてアクチュエータを形成している。例えば温度変化
に応動し作動するアクチュエータでは温度の検知装置と
これらのアクチュエータを組合せ構成していた。しかし
従来のアクチュエータにおいて、圧縮空気を利用するも
のでは空気を圧縮するポンプが必要であり、物体を変位
する機構として歯車や、カム、レバー等を必要とし形状
が大きくなること、一方電磁力を利用するものでは小形
で大きな出力と変位が得られるが、変位する部分毎にモ
ータ等を必要とし構造が複雑になり高価になると云う問
題と、電磁力を利用した機構を駆動する際には大きな電
流と電圧を必要とし、これらのアクチュエータの他に温
度や圧力等を検知するためのセンサ装置を別途に必要と
し、装置は大きなものとなりかつ高価になると云う問題
があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、形状記憶合
金の細管を用い、形状記憶合金が持つ形状記憶特性を示
すマルテンサイトの逆変態に伴う形状回復および形状回
復力を利用して、マルテンサイト状態に於ける形状回復
を行うための形状復帰ばねを組合せ、形状記憶合金管内
を温液による加熱と冷液による冷却との組合せにより形
状記憶合金管を変位させアクチュエータを形成するか、
筒状に形成した形状記憶合金管の外周に形状記憶合金管
を形状変形させる外部から供給する熱源を組合せ、セン
サ部分と駆動部分とが一体で形成されたアクチュエータ
とそれを用いた装置を構成するもので、構造が簡単で信
頼性の高い新規なアクチュエータと、並びに該アクチュ
エータを用いた多関節手、温度スイッチ、過電流スイッ
チ、回路切替スイッチを提供するにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明によるアクチュエ
ータは、形状記憶合金管を用いるもので、形状記憶合金
管を逆変態以上の温度になった時にはアクチュエータと
して作動する形状に予め形状記憶処理を施しておき管の
内径内を通す液温を変えてアクチュエータを作動するよ
う構成するか、形状記憶合金管の外周に密接した加熱部
材により加熱して予め形状記憶処理を施して記憶した形
状に復帰させ、アクチュエータとして作動させるもので
ある。本発明による形状記憶合金管は、本発明と同一出
願人による平成４年特許願第１３３３８２号にもとづき
作られたもので、継ぎ目が無く長さ方向に連続して作ら
れた形状記憶合金管を用いたものであるので、管の内部
を通して液体等を流せること、又内部が中空であるので
同じ外径寸法の時は重量比で比較すると従来の線を用い
た場合に比べて２倍以上の力が得られる特徴を有するこ
と、従って本発明による形状記憶合金管を用いたアクチ
ュエータとすることにより、従来の形状記憶合金の線を
用いたこの種のアクチュエータに比べて軽量化出来、又
肉厚が薄いので熱に対する応答性が速くなる等の特徴を
有する。

【０００５】本発明の実施例によるアクチュエータは、
室温において作動使用するものであるので、主成分とし
てニッケル（Ｎｉ）が４９．０原子％ないし５１原子
％、残チタン（Ｔｉ）からなる形状記憶合金管を用い、
逆変態点が６０℃程であるＮｉが５０．０原子％残Ｔｉ
のＮｉ−Ｔｉ系形状記憶合金を用いる。又オーステナイ
ト相において形状が記憶された形状に変形し、マルテン
サイト・オーステナイト変態点以下のマルテンサイト相
にする時の形状復帰は、ピアノ線等の通常のばね材から
なる形状復帰ばねを組合せ用いる。

【０００６】即ち本発明は、１．予め形状記憶処理を施した形状記憶合金管と通常ば
ね材を用いた形状復帰ばねとを機械的に一体に組合せ、
前記形状記憶合金管内に加温又は冷却した液体を流通す
るか、表面に加熱部材を密接するか、又は形状記憶合金
管内に設けた発熱体の発熱等の加熱と冷却の手段とを用
いることにより、形状の変形と復帰を行うよう構成した
ことを特徴とするアクチュエータである。

【０００７】２．前述したクチュエータにおいて、形状
記憶合金管は先端をＵ字形管で連結した平行往復する形
状記憶合金管からなることを特徴とするアクチュエータ
である。

【０００８】３．前述したアクチュエータにおいて、形
状記憶合金管は１本の形状記憶合金管の内径内に液体を
送る細管を設けてなることを特徴とするアクチュエータ
である。

【０００９】４．直列に並べ互いに分離した複数個の側
面がＴ字形で上面が長方形をした把持部材と、前記把持
部材のＴ字形の上部で複数の把持部材を連接する通常ば
ねと、把持部材のＴ字の下部を貫通し連結する内径内を
往復する液体を流通する予め形状記憶処理を施した形状
記憶合金管とからなり、形状記憶合金管内に流れる液温
により把持部材を間にして関節が折れ曲がるように作動
し、又伸長する多関節動作を行うよう構成したことを特
徴とするアクチュエータである。

【００１０】５．複数個の多関節動作を行うアクチュエ
ータと、該アクチュエータ毎に配置された温液と冷液の
供給を制御する３方弁と、該３方弁の動作順序を制御す
るプログラムコントローラと、３方弁に温液と冷液を供
給するポンプに供給する温液槽と冷液槽とにより構成さ
れ制御してなることを特徴とする多関節手である。

【００１１】６．形状記憶処理を施した形状記憶合金管
と該形状記憶合金管内の内径内に電気絶縁フィルムを介
挿して形状復帰ばねを一体に成形した導体を挿入し、前
記導体先端の面に設けた接点と、該接点に対向する接点
を設けた導体により周囲温度を昇温又は降下させ、前記
対向する接点を開閉するように形成してなる温度スイッ
チ及び過電流スイッチである。

【００１２】７．形状記憶処理を施した形状記憶合金管
の内径内に同心円状に配置した形状復帰ばねと該形状復
帰ばねの内径の中心に光ファイバを挿通して、空隙を間
に対向する２つの光ファイバを配置して周囲温度の昇温
と降下により、前記対向する光ファイバ間の光の伝達を
オン・オフするよう形成してなることを特徴とする温度
スイッチである。

【００１３】８．表面上に加熱部材を密接した形状記憶
処理を施した形状記憶合金管の内径内に、電気絶縁フィ
ルムを介挿して形状復帰ばねと一体に成形した導体を挿
入し、前記導体面の先端対向両面に接点を取りつけ、該
接点に対向して離れた２つの位置に、前記接点に対向し
て接点を取りつけた２つの導体とにより加熱部材を加
熱、冷却するよう構成してなることを特徴とする回路切
替スイッチである。

【００１４】

【作用】本発明によるアクチュエータは、形状記憶合金
管を用いたアクチュエータであるので管の内部にアクチ
ュエータとして作動させる液体を流通することが出来構
造が簡単になること、又管であるため肉厚が薄く、形状
記憶合金に加わる熱の伝導が速く従ってアクチュエータ
としての動作が速くなる。一方、肉厚は薄いが、板状の
溝板ではなく管状であるので、重量が軽くてもマルテン
サイト相からオーステナイト相に変形する記憶された形
状に復帰する時の力も、マルテンサイト相の時の３倍な
いし５倍も大きいと云う特徴を有し、変位作動する時の
アクチュエータとしての作動力も大きなものになる。

【００１５】

【実施例】本発明の実施例について図面を用い説明す
る。

【００１６】（実施例１）図１は、形状記憶合金管１と
形状復帰ばね２にピアノ線を用い、間に樹脂製の把持部
材３を用い構成したアクチュエータで、図１の（ａ）は
側面図、図１の（ｂ）は平面図、図１の（ｃ）はアクチ
ュエータを作動した時の側面図であり、本実施例では形
状記憶合金管１はアクチュエータの先端でＵ字形の管に
より接続された２本の形状記憶合金管の細管を使用して
おり、アクチュエータの複数個の把持部材３を形状記憶
合金の細管が貫通しており、形状記憶合金管の内部に温
水、冷水を通し、６０℃以上の温水が流れた時にはオー
ステナイト相となり図１の（ｃ）に示す予め記憶された
形状に変形してアクチュエータとして作動する。

【００１７】一方、形状記憶合金管が６０℃以下のマル
テンサイト相になると、ピアノ線を用いた形状復帰ばね
２により、図１の（ａ）の形状に復帰する。形状復帰ば
ね２は図１の（ａ）では複数個の把持部材１３の間に取
付けた構造であるが、把持部材３を貫通した連続した線
であってもよい。形状記憶合金管と形状復帰ばねは把持
部材と互いに固着されている。

【００１８】本発明の実施例では、ニッケル（Ｎｉ）の
値が５０．０原子％の逆変態点がほぼ６０℃付近のＮｉ
−Ｔｉ系形状記憶合金の細管を用いており、アクチユエ
ータは室温では図１の（ａ）に示す直線状をしている
が、６０℃以上の温度で温度差の大きい温液を通す時、
例えば９０℃以上の温度の液体を形状記憶合金管に通す
時、アクチュエータは図１の（ｃ）の形状に直ちに変形
する。

【００１９】図１に於て、形状記憶合金管１内に液体を
通す例としては、図２の（ａ）に示す形状記憶合金管１
内にシリコンチューブ４を通し加温した液体を方向Ａか
ら方向Ｂに通すか、図２の（ｂ）に示す２本の形状記憶
合金管を把持部材を貫通して通し、方向Ａから方向Ｂへ
加温した液体を通しアクチュエータを構成してもよい。

【００２０】図３は、図１に示すアクチュエータを組合
せて、手と同じ動作を行わせる制御系を示し、夫々の指
のアクチュエータ５を図１に示すアクチュエータで構成
し、夫々の指のアクチュエータ５への温液の供給と停止
はプログラムコントローラ７、分岐盤８を通り制御され
る３方弁６により夫々個別に制御される。温液槽９から
の温液はポンプ１３により、又冷液槽１１からの冷液は
ポンプ１３により送られ、プログラムコントローラ７で
３方弁６を開閉し、夫々の指のアクチュエータ５を別個
に作動させ、図４に示す手の形状をした多関節手１０を
形成する。

【００２１】なお、本発明の実施例１に於て、図１に示
す指の形状をしたアクチュエータの形状記憶合金管１
を、図１の（ａ）に示す把持部材間の形状記憶合金管１
ａ、１ｂ、１ｃを夫々分離し、夫々別個に駆動するよう
構成することにより、把持部材３を間に夫々独立に作動
させて手の動作が行える多関節手を構成することも出来
る。

【００２２】（実施例２）図５は、本発明の形状記憶合
金管を用いた周囲温度の検出用温度スイッチ、又は過電
流検出用のスイッチで、アクチュエータは形状記憶合金
管２１の内部に電気絶縁のための電気絶縁フィルム２５
により絶縁して内部に銅からなる電気の良伝導材の導体
２６と、電気の良伝導材の導体２６の内部に一体に、形
状復帰のためのばね材からなる形状復帰ばね２３により
基本構成が形成されている。

【００２３】形状記憶合金管２１は、マルテンサイト相
の時と、昇温してオーステナイト相になった時の降伏応
力は２倍ないし５倍と大きな降伏応力の差を有するた
め、通常のばね材からなる形状復帰ばね２３のばねの力
とオーステナイト相の時の形状記憶合金管２１の変形力
とにより形状記憶合金管がオーステナイト相では変形し
て導体２２の接点２４Ｂに対向する接点２４Ａの間を開
放し、図５の（ｂ）の形状となり、温度特性が低いマル
テンサイト相では形状復帰ばね２３の力がより大とな
り、図５の（ａ）に示す直線状の形状に復帰し、接点２
４Ａ、２４Ｂを閉状態にする。図５の（ｃ）に形状記憶
合金管２１、形状復帰ばね２３、導体２６、電気絶縁フ
ィルム２５とが一体に形成された作動部分の縦断面を示
す。

【００２４】図５に示す形状記憶合金管によるアクチュ
エータによって構成された周囲温度の変化によって作動
する温度スイッチ、及び導体に流れた過電流によって導
体の温度上昇を検出して作動する過電流スイッチとして
の作動温度は、形状記憶合金管を形成するＮｉ−Ｔｉの
組成により決まり、Ｎｉが４９原子％ないし５１原子％
残Ｔｉの合金において、Ｎｉの組成比が高い時はマルテ
ンサイト・オーステナイト変態点は低温側へ移動し、逆
変態点が＋６０℃の組成はＮｉがほぼ５０．０原子％残
Ｔｉの組成の材料となる。

【００２５】（実施例３）図６は、形状記憶合金管を用
いたアクチュエータによる回路切替スイッチで、電流が
流れる対向する接点２４Ａが取り付けられた導体２６を
間に対向する２つの導体２２と、２つの導体２２の間に
両面に接点２４Ｂ、２４Ｃを有する導体２６と、導体２
６と一体に形成された形状復帰ばね２３と、導体２６と
形状復帰ばね２３の外周は電気絶縁フィルム２６を介挿
して形状記憶合金管２１で包まれ、形状記憶合金管２１
の外周面には形状記憶合金管２１の形状を変形作動させ
るための加熱部材２７が形状記憶管の周囲に巻回されて
いる。形状記憶合金管２１の作動温度は室温より高い温
度であればよく＋６０℃程でもよいので、加熱部材に加
えられる、例えばヒーターの電力は大きな電力を必要と
せず作動出来る。

【００２６】図６において、実線で示す位置の時は室温
で形状復帰ばね２３の力が形状記憶合金管のマルテンサ
イト相の状態にある時の降伏応力よりも大きく、一方２
点鎖線で示す形状記憶合金管がオーステナイト相の状態
にある時には形状復帰ばね２３の力より形状記憶合金管
２１の形状変形力が大となるように構成されており、閉
路の接点２４Ａと接点２４Ｃは開となり、一方導体２６
の接点２４Ｂと対向する導体２２の接点２４Ａは閉とな
り、回路切替スイッチが構成される。

【００２７】（実施例４）図７は、形状記憶合金管と光
センサを組合せた無接点の温度スイッチを示し、プラス
チック、又はガラス等の送り側の光ファイバ３０と受光
側の光ファイバ５０を配置し、送り側光ファイバ３０の
外周には形状記憶合金管２１が、光ファイバ３０と形状
記憶合金管の間には光ファイバの周囲に通常のばね材の
形状復帰ばね２３が配設されている。作動温度は形状記
憶合金管を形成するＮｉとＴｉの合金組成で決まり、実
施例３に記した通りＮｉ原子が５１．０原子％から４
９．０原子％残Ｔｉ合金において、Ｎｉが５０．０原子
％において逆変態点はほぼ６０℃であり、Ｎｉの組成比
が高くなると、低温側に移動する故、ＮｉとＴｉとの組
成比を適宜選択することにより所望する温度スイッチを
構成し得る。

【００２８】本発明による温度スイッチは、受光側光フ
ァイバ５０に送り側の光フアイバ３０の光４０が受光さ
れるかどうかで温度変化を検出するもので、本実施例の
温度スイッチでは送り側の光ファイバの最外周に温度を
検知する形状記憶合金管２１を配置した構造であり、形
状記憶合金管の肉厚が薄いので外温に感応し易く、又光
が受光されたかどうかを検知するのに電気を必要とせ
ず、接点の消耗や、放電等のおそれもない、安全性、信
頼性の高い温度スイッチとすることが出来る。なお、図
７に示す構造の光ファイバを用いた温度スイッチは、外
周を形成する形状記憶合金管２１の外周に図６に示す加
熱部材を取りつけることにより、光４０を切替える時、
加熱部材に例えば通電することにより無接点スイッチを
形成出来る。

【００２９】なお、本発明の実施例は、Ｎｉ−Ｔｉ系形
状記憶合金管（形状記憶合金の細管）を用いた例で示し
たが、Ｎｉ−Ｔｉ系形状記憶合金管に限定されるもので
なく、他の形状記憶合金であるＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ系合
金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系合
金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系合金等の他の形状記憶合金管を
用い本発明を実施し得ることは当然である。

【００３０】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を有する。長
尺の形状記憶合金管を用いたアクチュエータであるの
で、管の内径内に温液と冷液とを切替えて流すか、形状
記憶合金管の外周に電熱帯等の加熱部材を取りつけるの
みで、構造が簡単なアクチュエータを構成できる。形状
記憶合金管の肉厚が薄いのでアクチュエータを形成する
形状記憶合金を作動させるときの、温度変化に対応した
応答速度が速くなり、アクチュエータの作動速度が速い
温度スイッチや回路切替スイッチとすることが出来る。
形状記憶合金管は肉厚は薄いが、変形に伴う有効な外径
表面の降伏応力が大きいので、中空で軽量であるにかか
わらずアクチュエータとして大きな駆動力が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による形状記憶合金管を用いたアクチュ
エータを示す図で、図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）は
平面図、図１（ｃ）は記憶された形状に復帰しアクチュ
エータとして作動している時の側面図。

【図２】アクチュエータとして作動する形状記憶合金管
の内部に液体を供給する構成を示す図で、図２（ａ）は
１本の形状記憶合金管の内部に樹脂チューブを挿入し液
体を供給する構造を示す断面図。図２（ｂ）は形状記憶
合金管を２本並列に並べ、先端をＵ字管で接続した構造
を示す平面図。

【図３】図１に示すアクチュエータを複数個並べた多関
節手を駆動する装置の配置図。

【図４】図１に示すアクチュエータで、手の形状を形成
した多関節手の外観斜視図。

【図５】形状記憶合金管と形状復帰ばねとを組合せた温
度スイッチ及び過電流スイッチを示す図で、図５（ａ）
は室温の通常状態における外観斜視図、図５（ｂ）は作
動時の外観斜視図、図５（ｃ）はアクチュエータ部分の
縦断面図。

【図６】形状記憶合金管と形状復帰ばねを組合せた回路
切替スイッチの外観斜視図。

【図７】形状記憶合金管と形状復帰ばねを組込んだ送光
光ファイバと、受光光ファイバとからなる温度スイッチ
の外観斜視図。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，２１形状記憶合金管２，２３形状復帰ばね３把持部材４シリコンチューブ５指のアクチュエータ６３方弁７プログラムコントローラ８分岐盤９温液槽１０多関節手１１冷液槽１２排水１３ポンプ２２，２６導体２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ接点２５電気絶縁フィルム２７加熱部材３０光ファイバ（送光側）４０光５０光ファイバ（受光側）

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年１２月２６日（２００１．１２．
２６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】スイッチ

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は形状記憶合金の細管の外
周等に接して取りつけた加熱部材により、周囲温度の変
化等により、形状記憶合金の細管が予め記憶していた形
状に変形させて作動するよう構成した温度スイッチ、過
電流スイッチ、回路切替スイッチのスイッチに関する。

【０００２】

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、形状記憶合
金の細管を用い、形状記憶合金が持つ形状記憶特性を示
すマルテンサイトの逆変態に伴う形状回復および形状回
復力を利用して、マルテンサイト状態に於ける形状回復
を行うための形状復帰ばねを組合せ、形状記憶合金管を
変位させるか、筒状に形成した形状記憶合金管の外周に
形状記憶合金管を形状変形させる外部から供給する熱源
を組合せ、センサ部分と駆動部分とが一体で形成された
装置を構成するもので、構造が簡単で信頼性の高い温度
スイッチ、過電流スイッチ、回路切替スイッチ等のスイ
ッチを提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明によるスイッチ
は、形状記憶合金管を用いるもので、形状記憶合金管の
外周に密接した加熱部材により加熱して予め形状記憶処
理を施して記憶した形状に復帰させ、アクチュエータと
して作動させるものである。本発明による形状記憶合金
管は本発明と同一出願人による平成４年特許願第１３３
３８２号にもとづき作られたもので、継ぎ目が無く長さ
方向に連続して作られた形状記憶合金管を用い、内部が
中空であるので同じ外径寸法の時は重量比で比較すると
従来の線を用いた場合に比べて２倍以上の力が得られる
特徴を有すること、従って本発明による形状記憶合金管
を用いたアクチュエータとすることにより、従来の形状
記憶合金の線を用いたこの種のアクチュエータに比べて
軽量化出来、又肉厚が薄いので熱に対する応答性が速く
なる等の特徴を有する。

【０００５】本発明の実施例によるアクチュエータは室
温において作動使用するものであるので、主成分として
ニッケル（Ｎｉ）が４９．０原子％ないし５１原子％、
残チタン（Ｔｉ）からなる形状記憶合金管を用い、逆変
態点が６０℃程であるＮｉが５０．０原子％残ＴｉのＮ
ｉ−Ｔｉ系形状記憶合金を用いる。又オーステナイト相
において形状が記憶された形状に変形し、マルテンサイ
ト・オーステナイト変態点以下のマルテンサイト相にす
る時の形状復帰は、ピアノ線等の通常のばね材からなる
形状復帰ばねを組合せ用いる。

【０００６】

【０００７】

【０００８】

【０００９】即ち本発明は、１．形状記憶処理を施した
形状記憶合金管と、該形状記憶合金管の内部に配置され
た形状記憶復帰ばねとからなる作動部分と、該作動部分
と対向して設けた非作動部分とで構成され、前記形状記
憶合金管の温度の変化により、前記作動部分と非作動部
分の伝達を開閉するスイッチである。

【００１０】２．上記のスイッチにおいて、形状記憶処
理を施した形状記憶合金管と、該形状記憶合金管の内部
に挿入された、電気絶縁フィルムを介挿して形状復帰ば
ねを一体に成形した導体と、前記導体先端に設けた接点
とからなる作動部分と、該接点に対向する接点を設けた
導体とで構成され、周囲温度の変化により、前記対向す
る接点を開閉するように形成してなる温度スイッチであ
る。

【００１１】３．上記のスイッチにおいて、形状記憶処
理を施した形状記憶合金管と、該形状記憶合金管の内部
に挿入された、電気絶縁フィルムを介挿して形状復帰ば
ねを一体に成形した導体と、前記導体先端の面に設けた
接点とからなる作動部分と、該接点に対向する接点を設
けた導体とで構成され、前記導体の温度の変化により、
前記対向する接点を開閉するように形成してなる過電流
スイッチである。

【００１２】４．上記のスイッチにおいて、形状記憶処
理を施した形状記憶合金管の内部に、形状復帰ばねを同
心円状に配置し、該形状復帰ばねの内部に光ファイバを
挿通して、空隙を設けて対向する２つの光ファイバを配
置して、周囲温度の変化により、前記対向する光ファイ
バ間の光の伝達をオン・オフするよう形成してなること
を特徴とする温度スイッチである。

【００１３】５．上記のスイッチにおいて、表面上に加
熱部材を密接した形状記憶処理を施した形状記憶合金管
の内部に、電気絶縁フィルムを介挿して形状復帰ばねと
一体に成形した導体を挿入し、前記導体面の先端の対向
する両面に接点を取りつけ、該接点に対向して離れた２
つの位置に、前記接点に対向して接点を取りつけた２つ
の導体を配置し、前記加熱部材を加熱、冷却することに
より、前記接点どうしを開閉するよう構成してなること
を特徴とする回路切替スイッチである。

【００１４】

【作用】本発明によるアクチュエータは形状記憶合金管
を用いた管であるため肉厚が薄く、形状記憶合金に加わ
る熱の伝導が速く従ってアクチュエータとしての動作が
速くなる。一方、肉厚は薄いが、板状の溝板ではなく管
状であるので、重量が軽くてもマルテンサイト相からオ
ーステナイト相に変形する記憶された形状に復帰する時
の力も、マルテンサイト相の時の３倍ないし５倍も大き
いと云う特徴を有し、変位作動する時のアクチュエータ
としての作動力も大きなものになる。

【００１５】

【実施例】本発明の実施例について図面を用い説明す
る。

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】（実施例１）図１は、本発明の形状記憶合
金管を用いた周囲温度の検出用温度スイッチ、又は過電
流検出用のスイッチで、アクチュエータは形状記憶合金
管２１の内部に電気絶縁のための電気絶縁フィルム２５
により絶縁して内部に銅からなる電気の良伝導材の導体
２６と、電気の良伝導材の導体２６の内部に一体に、形
状復帰のためのばね材からなる形状復帰ばね２３により
基本構成が形成されている。

【００２３】形状記憶合金管２１はマルテンサイト相の
時と、昇温してオーステナイト相になった時の降伏応力
は２倍ないし５倍と大きな降伏応力の差を有するため、
通常のばね材からなる形状復帰ばね２３のばねの力とオ
ーステナイト相の時の形状記憶合金管２１の変形力とに
より形状記憶合金管がオーステナイト相では変形して導
体２２の接点２４Ｂに対向する接点２４Ａの間を開放
し、図１の（ｂ）の形状となり、温度特性が低いマルテ
ンサイト相では形状復帰ばね２３の力がより大となり、
図１の（ａ）に示す直線状の形状に復帰し、接点２４
Ａ、２４Ｂを閉状態にする。図１の（ｃ）に形状記憶合
金管２１、形状復帰ばね２３、導体２６、電気絶縁フィ
ルム２５とが一体に形成された作動部分の縦断面を示
す。

【００２４】図１に示す形状記憶合金管によるアクチュ
エータによって構成された周囲温度の変化によって作動
する温度スイッチ、及び導体に流れた過電流によって導
体の温度上昇を検出して作動する過電流スイッチとして
の作動温度は、形状記憶合金管を形成するＮｉ−Ｔｉの
組成により決まり、Ｎｉが４９原子％ないし５１原子％
残Ｔｉの合金において、Ｎｉの組成比が高い時はマルテ
ンサイト・オーステナイト変態点は低温側へ移動し、逆
変態点が＋６０℃の組成はＮｉがほぼ５０．０原子％残
Ｔｉの組成の材料となる。

【００２５】（実施例２）図２は、形状記憶合金管を用
いたアクチュエータによる回路切替スイッチで、電流が
流れる対向する接点２４Ａが取り付けられた導体２６を
間に対向する２つの導体２２と、２つの導体２２の間に
両面に接点２４Ｂ、２４Ｃを有する導体２６と、導体２
６と一体に形成された形状復帰ばね２３と、導体２６と
形状復帰ばね２３の外周は電気絶縁フィルム２６を介挿
して形状記憶合金管２１で包まれ、形状記憶合金管２１
の外周面には形状記憶合金管２１の形状を変形作動させ
るための加熱部材２７が形状記憶管の周囲に巻回されて
いる。形状記憶合金管２１の作動温度は室温より高い温
度であればよく＋６０℃程でもよいので、加熱部材に加
えられる、例えばヒーターの電力は大きな電力を必要と
せず作動出来る。

【００２６】図２において、実線で示す位置の時は室温
で形状復帰ばね２３の力が形状記憶合金管のマルテンサ
イト相の状態にある時の降伏応力よりも大きく、一方２
点鎖線で示す形状記憶合金管がオーステナイト相の状態
にある時には形状復帰ばね２３の力より形状記憶合金管
２１の形状変形力が大となるように構成されており、閉
路の接点２４Ａと接点２４Ｃは開となり、一方導体２６
の接点２４Ｂと対向する導体２２の接点２４Ａは閉とな
り、回路切替スイッチが構成される。

【００２７】（実施例３）図３は、形状記憶合金管と光
センサを組合せた無接点の温度スイッチを示し、プラス
チック、又はガラス等の送り側の光ファイバ３０と受光
側の光ファイバ５０を配置し、送り側光ファイバ３０の
外周には形状記憶合金管２１が、光ファイバ３０と形状
記憶合金管の間には光ファイバの周囲に通常のばね材の
形状復帰ばね２３が配設されている。作動温度は形状記
憶合金管を形成するＮｉとＴｉの合金組成で決まり、実
施例３に記した通りＮｉ原子が５１．０原子％から４
９．０原子％残Ｔｉ合金において、Ｎｉが５０．０原子
％において逆変態点はほぼ６０℃であり、Ｎｉの組成比
が高くなると、低温側に移動する故、ＮｉとＴｉとの組
成比を適宜選択することにより所望する温度スイッチを
構成し得る。

【００２８】本発明による温度スイッチは受光側光ファ
イバ５０に送り側の光ファイバ３０の光４０が受光され
るかどうかで温度変化を検出するもので、本実施例の温
度スイッチでは送り側の光ファイバの最外周に温度を検
知する形状記憶合金管２１を配置した構造であり、形状
記憶合金管の肉厚が薄いので外温に感応し易く、又光が
受光されたかどうかを検知するのに電気を必要とせず、
接点の消耗や、放電等のおそれもない、安全性、信頼性
の高い温度スイッチとすることが出来る。なお、図３に
示す構造の光ファイバを用いた温度スイッチは、外周を
形成する形状記憶合金管２１の外周に図２に示す加熱部
材を取りつけることにより、光４０を切替える時、加熱
部材に例えば通電することにより無接点スイッチを形成
出来る。

【００３０】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を有する。長
尺の形状記憶合金管を用いたアクチュエータであるの
で、形状記憶合金管の外周に電熱帯等の加熱部材を取り
つけるのみで、構造が簡単なアクチュエータを構成でき
る。形状記憶合金管の肉厚が薄いのでアクチュエータを
形成する形状記憶合金を作動させるときの、温度変化に
対応した応答速度が速くなり、アクチュエータの作動速
度が速い温度スイッチや回路切替スイッチとすることが
出来る。形状記憶合金管は肉厚は薄いが、変形に伴う有
効な外径表面の降伏応力が大きいので、中空で軽量であ
るにかかわらずアクチュエータとして大きな駆動力が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】形状記憶合金管と形状復帰ばねとを組合せた温
度スイッチ及び過電流スイッチを示す図で、図５の
（ａ）は室温の通常状態における外観斜視図、図５の
（ｂ）は作動時の外観斜視図、図５の（ｃ）はアクチュ
エータ部分の縦断面図。

【図２】形状記憶合金管と形状復帰ばねを組合せた回路
切替スイッチの外観斜視図。

【図３】形状記憶合金管と形状復帰ばねを組込んだ送光
光ファイバと、受光光ファイバとからなる温度スイッチ
の外観斜視図。

【符号の説明】２１形状記憶合金管２３形状復帰ばね２２，２６導体２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ接点２５電気絶縁フィルム２７加熱部材３０光ファイバ（送光側）４０光５０光ファイバ（受光側）

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者間宮洋一宮城県仙台市太白区郡山６丁目７番１号株式会社トーキン内 (72)発明者幸野憲雄宮城県仙台市太白区郡山６丁目７番１号株式会社トーキン内Ｆターム(参考） 3C007 DS02 ES06 ES09 EU11 HS06 HT04 5G041 BB11 CA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】予め形状記憶処理を施した形状記憶合金
管と通常ばね材を用いた形状復帰ばねとを機械的に一体
に組合せ、前記形状記憶合金管内に加温又は冷却した液
体を流通するか、表面に加熱部材を密接するか、又は形
状記憶合金管内に設けた発熱体の発熱等の加熱と冷却の
手段とにより、形状の変形と復帰を行うよう構成したこ
とを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】請求項１記載のアクチュエータにおい
て、形状記憶合金管は先端をＵ字形管で連結した平行往
復する形状記憶合金管からなることを特徴とするアクチ
ュエータ。
【請求項３】請求項１記載のアクチュエータにおい
て、形状記憶合金管は１本の形状記憶合金管の内径内に
液体を送る細管を設けてなることを特徴とするアクチュ
エータ。
【請求項４】直列に並べ互いに分離した複数個の側面
がＴ字形で上面が長方形をした把持部材と、前記把持部
材のＴ字形の上部で複数の把持部材を連接する通常ばね
と、把持部材のＴ字の下部を貫通し連結する内径内を往
復する液体を流通する予め形状記憶処理を施した形状記
憶合金管とからなり、形状記憶合金管内に流れる液温に
より把持部材を間にして関節が折れ曲がるように作動
し、又伸長する多関節動作を行うよう構成したことを特
徴とするアクチュエータ。
【請求項５】複数個の多関節動作を行うアクチュエー
タと、該アクチュエータ毎に配置された温液と冷液の供
給を制御する３方弁と、該３方弁の動作順序を制御する
プログラムコントローラと、３方弁に温液と冷液を供給
するポンプに供給する温液槽と冷液槽とにより構成され
制御してなることを特徴とする多関節手。
【請求項６】形状記憶処理を施した形状記憶合金管と
該形状記憶合金管内の内径内に電気絶縁フィルムを介挿
して形状復帰ばねを一体に成形した導体を挿入し、前記
導体先端の面に設けた接点と、該接点に対向する接点を
設けた導体により周囲温度を昇温又は降下させ、前記対
向する接点を開閉するように形成してなる温度スイッチ
及び過電流スイッチ。
【請求項７】形状記憶処理を施した形状記憶合金管の
内径内に同心円状に配置した形状復帰ばねと該形状復帰
ばねの内径の中心に光ファイバを挿通して、空隙を間に
対向する２つの光ファイバを配置して周囲温度の昇温と
降下により、前記対向する光ファイバ間の光の伝達をオ
ン・オフするよう形成してなることを特徴とする温度ス
イッチ。
【請求項８】表面上に加熱部材を密接した形状記憶処
理を施した形状記憶合金管の内径内に、電気絶縁フィル
ムを介挿して形状復帰ばねと一体に成形した導体を挿入
し、前記導体面の先端対向両面に接点を取りつけ、該接
点に対向して離れた２つの位置に、前記接点に対向して
接点を取りつけた２つの導体とにより加熱部材を加熱、
冷却するよう構成してなることを特徴とする回路切替ス
イッチ。