JP2004156550A - シーソー式作動機構 - Google Patents

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Fumio Kaneda
文郎 金田
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Abstract

【課題】小型で軽量、安価なシーソー式作動装置を実現する。
【解決手段】形状記憶合金線の両端に電流を流し自身の発熱で収縮する性質を利用し、シーソーレバーの左右に形状記憶合金線を配置し、これに一方向にロックされるストップ機構を設けた。このため形状記憶合金線の収縮効果を有効に取り出せるようにした。左右の形状記憶合金線に、電流を一定時間交互に流す電気回路で動作させる簡単な機構で小型化、軽量化、低価格化を実現し、さらに形状記憶合金線をプーリーにより折り返した構造にしより小型化を計った。
【選択図】 なし

Description

【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は小型の機械を作動させる機構に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来は作動装置として、電磁式やモーターを使用したものが一般的である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
電磁式やモーター式はある程度の力を必要とする場合、大きくなり、高価である。本発明は作動装置を小型化、軽量化、安価にするためのものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明では、課題を解決するため、作動発生源に形状記憶合金線を使用することにより実現する。形状記憶合金線は熱を加えると線が縮む材料を使用し、2本の線を交互に熱することにより、シーソーの動作を行わせる。この時熱した方の線の変位を有効に利用するためと、熱しない方の線が元の長さに戻る時のたるみを防ぐためにバネとストッパーを設けた機構を用いる。
【0005】
【発明実施の形態】
形状記憶合金線を熱する手段として、線に電流を流しで自身の発熱で行うのが簡単な方法である。次にその実施例を説明する。
【0006】
【実施例1】
最も簡単な実施例の動作を図1から図4で説明する。この実施例では、動作をさせる対象物として通常、照明の入り切りなどに使われるシーソー式電源スイッチを想定している。図で右側、左側にそれぞれ形状記憶合金線1A、1Bを2本使用し、各図で上端に左右可動ストッパー8B、8Aを取り付け更に左右同じ長さの左右引っ張りバネ2B,2Aを取り付ける。左右引っ張りバネ2B,2Aの他端は左右バネ留め部6B,6Aで固定する。左右形状記憶合金線1B、1Aの各図下方の端はそれぞれシーソーレバー4の両端に左右形状記憶合金線取り付け部3B、3Aに取り付ける。シーソーレバー4はシーソーレバー回転軸5の周りに回転可能とする。シーソーレバー4の下方は作動対象物のシーソースイッチキー11に接触している。そして装置全体はスイッチボックスなどに固定されている。
図1では、シーソースイッチキー11が初期の状態で、左側が上がった状態になっている。左右形状記憶合金線1A、1Bは常温で同じ長さになっている。シーソーレバー4の右が下がった状態では左右の長さのバランスを取るため、右引っ張りバネ2Aが左引っ張りバネ2Bより伸びるが、右バネ引っ張り方向12Aに力は働くのはもちろん、左形状記憶合金線1Bを弛ませないように、左バネ引っ張り方向12Bもやや引っ張ている状態にする。この時右可動ストッパー8Aと接触する位置に右固定ストッパー7Aを固定する。同様の位置に固定左ストッパー7Bも固定する。この時左可動ストッパー8Bは左形状記憶合金線取り付け部3Bが上がっているので、その分左引っ張りバネ2Bに引っ張られ、上に上がっていて固定左ストッパー7Bと離れている。両端に電流を流すため、右電流供給線ストッパー側9A、右電流供給線レバー側10A、左電流供給線ストッパー側9B、、左電流供給線レバー側10Bを配線する。シーソースイッチキー11を切り換えるため、右形状記憶合金線1Aに、右電流供給線ストッパー側9A、右電流供給線レバー側10Aの間に電流を流すと右形状記憶合金線1Aは発熱により収縮を始める。図2は、収縮を始めた途中を説明する図である。右形状記憶合金線1Aは形状記憶合金線収縮方向14のように収縮するが、上端は右可動ストッパー8Aと右固定ストッパー7Aとが接触していて動けない状態なので、右形状記憶合金線取り付け部3Aが引っ張られシーソーレバー4がシーソーレバー回転軸5を中心にレバー回転方向15のように回る。このとき左形状記憶合金線1Bは常温なので長さは変わらず、また左可動ストッパー8Bは固定左ストッパー7Bとは接触していないので、左引っ張りバネ2Bは伸び、これに伴ってシーソーレバー4の左端は下がりシーソースイッチキー11の左側レバー押し方向16の方向に押すことなる。図3でシーソースイッチキー11の左側が最下端まできた瞬間の状態を示す。図3では右形状記憶合金線1Aはまだ収縮状態にあるので、右可動ストッパー8Aと右固定ストッパー7Aは接触状態にある。右形状記憶合金線1Aに流している電流を切断すると再び右形状記憶合金線1Aは冷えて常温時の長さに戻り伸びる。通常の電源スイッチはある程度押されると自身でその状態を維持するのでシーソーレバー4は戻されることはない。右形状記憶合金線1Aは右引っ張りバネ2Aに引っ張られ上部には移動可能なので右形状記憶合金線1Aが延びると右可動ストッパー8Aは上部に移動する。このように図4は電流切断後の定常状態になった状態を示している。シーソースイッチキー11を初期状態にもどすには、同様にして左形状記憶合金線1Bに電流を流せばよい。したがって本実施例では左右同じ構造であり、初期状態に戻す説明も省く。図5はストッパーの機構を詳細に示した図である。固定ストッパー7は動作装置に固定して取り付けられている。固定ストッパー7の中心にはストッパー穴18が開いている。この穴の大きさは可動ストッパー8が通過出来ず、形状記憶合金線1は通る大きさにする。このため形状記憶合金線1が収縮したり下方に移動すると、引っ張りバネ2は伸びるが可動ストッパー8が固定ストッパー7に接触するとそれ以上移動できない。このストッパー機構の目的は、形状記憶合金線1が収縮時に片側を固定し、収縮効果をすべて他方側の引っ張り力に集中させるためであり、形状記憶合金線1が常温状態に戻り伸びたときには、バネ方向に引っ張られて線のたるみを防ぐ働きをする。線が弛むと繰り返し動作で形状記憶合金線の寿命を縮める。また縮めたままにするため電流を流し続けると余分な電力を消費し、やはり形状記憶合金線の寿命もを縮める。通常の電源スイッチは、押す力が200gf位で、押す変位も4mm位である。通常の形状記憶合金線は太さ0.25mm位で電流500mA程度流せばよく、その収縮率は4%程度である。したがって本実施例では、左右形状記憶合金線1A、1Bの長さはそれぞれ常温で100mm程度で充分であり、かける電圧も5V程度である。また収縮する速度も数秒程度なので、電源スイッチの入り切りには実用的である。
【0007】
【実施例2】
実施例1では、形状記憶合金線が100mm程度なので、装置の長さもこれ以上長くなる。装置の大きさを小さくするために、プーリーを使用して形状記憶合金線を往復させ装置の長さを短くした例を図6に示す。シーソーレバー4のシーソーレバー回転軸5と同軸上に下部プーリー保持軸20Bを配置し、右側第2プーリー19B、左側第2プーリー19Eを取り付ける。さらに上部に上部プーリー保持軸20Aを設け、右側第1プーリー19A、右側第3プーリー19C、左側第1プーリー19D、左側第3プーリー19Fを取り付ける。図6では下部プーリー保持軸20Bに左右1つづつ計2個、上部プーリー保持軸20Aに左右2つづつ計4個のプーリーが取り付けられていることになる。形状記憶合金線1Aは形状記憶合金線取り付け部3Aから上の右側第1プーリー19Aで折り返し、さらに下の右側第2プーリー19Bで折り返してさらに上の右側第3プーリー19Cで折り返して、ストッパー機構に接続される。図6では、ストッパー機構の上下は、実施例1とは逆になっているが、構造、機能は同じである。また左側も同じ機構である。このようにして、実施例2では形状記憶合金線1Aは約3.5回折り返しているので、形状記憶合金線1Aの全長が100mm必要な場合、装置の高さを約30mm程度に小さく出来る。さらに小型にしたい場合はプーリーの数を多くしても良い。実施例2のように、プーリーの保持軸をシーソーレバー4の軸と共用したり、左右のプーリーの保持軸も共有する事により構造を簡単化し、より装置を小型にできる。
【0008】
以上の実施例は、電源スイッチの入り切りの応用の例であるが、シーソーレバーの保持機構を本装置自身で持つか、対象装置に持たせれば小型換気扇の蓋の開閉などの例も考えられる。
【0009】
【発明の効果】
この発明により、電源スイッチのようなシーソー式キーを自動で作動させる装置を小型で安価に製作できる。このため検出器やその他の遠隔信号で、通常の電源スイッチを電源回路の改造することなく、後付けで電源の入り切りの自動化、遠隔操作が行える。このためすでに設備されている建築物などの自動的電源入り切りなどに有効であり、人の有無を判断する検出器と組合わせてエネルギーの節約等に寄与する。また、わずかの電流を短時間だけ流して作動でき、装置も軽量なので、電源スイッチだけでなく、自動車などの小型の換気システムのふたの自動開閉などにも応用される。
【図面の簡単な説明】
【図1】最も簡単な実施例で、初期の電流を流さないときの状態を説明した図である。
【図2】最も簡単な実施例で、電流を流した作動途中の中間の状態を説明した図である。
【図3】最も簡単な実施例で、電流を切る寸前の作動最終の状態を説明した図である。
【図4】最も簡単な実施例で、電流を切って常温に戻ったときの状態を説明した図である
【図5】ストッパー機構の詳細な図である。
【図6】小型化するためにプーリーを使用した実施例を説明した図である。
【符号の説明】
1 形状記憶合金線
1A 右形状記憶合金線
1B 左形状記憶合金線
2 引っ張りバネ
2A 右引っ張りバネ
2B 左引っ張りバネ
3A 右形状記憶合金線シーソーレバー側取り付け部
3B 左形状記憶合金線シーソーレバー側取り付け部
4 シーソーレバー
5 シーソーレバー回転軸
6 バネ留め部
6A 右バネ留め部
6B 左バネ留め部
7 固定ストッパー
7A 右固定ストッパー
7B 固定左ストッパー
8 可動ストッパー
8A 右可動ストッパー
8B 左可動ストッパー
9A 右電流供給線ストッパー側
9B 左電流供給線ストッパー側
10A 右電流供給線レバー側
10B 左電流供給線レバー側
11 シーソースイッチキー
12 バネ引っ張り方向
12A 右バネ引っ張り方向
12B 左バネ引っ張り方向
13 バネ伸び移動方向
14 形状記憶合金線収縮方向
15 レバー回転方向
16 レバー押し方向
17 形状記憶合金線戻り方向
18 ストッパー穴
19A 右側第1プーリー
19B 右側第2プーリー
19C 右側第3プーリー
19D 左側第1プーリー
19E 左側第2プーリー
19F 左側第3プーリー
20A 上部プーリー保持軸
20B 下部プーリー保持軸

Claims (3)

  1. 形状記憶合金線を使用した、シーソー式作動機構
  2. 形状記憶合金線を使用した、シーソー式作動機構で可動側にバネの伸びを防ぐためにストッパーを用いた方式
  3. 形状記憶合金線を使用した、シーソー式作動機構で装置を小型化するために形状記憶合金線をプーリーで往復させる機構
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