JP2016515677A - 多段安定型の被駆動部材を有した形状記憶アクチュエータ - Google Patents

Abstract

本発明は、形状記憶アクチュエータに関するものであって、支持ボディ（１）と、支持ボディ（１）上にスライド可能に取り付けられた被駆動部材（３）と、被駆動部材（３）を駆動する駆動部材（５）と、駆動部材（５）の移動を決定するＳＭＡ駆動部材（１１）と、ＳＭＡ駆動部材（１１）に対抗して作用する第１弾性復帰手段（９）と、被駆動部材（３）に対して作用する第２弾性復帰手段（７）と、被駆動部材（３）と支持ボディ（１）との可逆的な係合を達成する係合手段（３ｄ，１９）と、係合手段の係合および係合解除のための制御システム（１３，１５，１７）と、を具備している。

Description

本発明は、形状記憶アクチュエータに関するものである、すなわち、形状記憶合金（以下においては「ＳＭＡ」として表記される）からなる部材（例えば、ワイヤ部材）によって駆動部材が構成されているような、アクチュエータに関するものである。本発明は、とりわけ、被駆動部材が多段安定であるような好ましくは双安定であるようなアクチュエータに関するものである、すなわち、駆動部材が被駆動部材を少なくとも２つの安定状態の間にわたって移行させるようなアクチュエータに関するものである。以下においては、駆動部材としてワイヤを特に参照しているけれども、後述の内容は、他の同様の長尺形状に対しても、すなわち、１つの寸法が極めて大きなものとされかつ他の２つの寸法が全体的に非常に小さなものとされた他の同様の長尺形状に対しても、例えばストリップ等に対しても、同様に適用されることに、注意されたい。

形状記憶現象は、この現象を示す合金で作られた機械部品が、温度変化があると、製造時点に設定された２つの形状の間で、非常に短時間でかつ中間の平衡位置をもたずに転移できることにあることが知られている。この現象が生じ得る第１のモードは、機械部品が、温度変化があると、例えば形状Ａから形状Ｂへの移行で、単一の方向において形状を変化することができ、一方、形状Ｂから形状Ａへの逆の転移は機械的な力を付加する必要があるという点において、「一方向」と称される。

これに対し、いわゆる「二方向」モードにおいては、温度変化によって両方の転移を引き起こすことができ、これが本発明の適用の場合である。これはマルテンサイト型（Ｍ）と称される相対的に低温で安定なタイプから、オーステナイト型（Ａ）と称される相対的に高温で安定なタイプへと、あるいは、その逆の移行（Ｍ／Ａ転移およびＡ／Ｍ転移）する部品の微小結晶構造の変態により生じる。

ＳＭＡワイヤは、形状記憶素子の特徴を示すことができるように調整されなければならず、ＳＭＡワイヤの調整プロセスは、通常は、高度に再現可能な方法で、ワイヤが加熱されたときにマルテンサイト／オーステナイト（Ｍ／Ａ）相転移を誘起し、ワイヤが冷却されたときにオーステナイト／マルテンサイト（Ａ／Ｍ）相転移を誘起することを可能にする。Ｍ／Ａ転移においては、ワイヤは、３〜５％の短縮化を受け、これはワイヤが冷えたときに回復され、Ａ／Ｍ転移によって元々の長さに戻る。

加熱すると収縮し次いで冷やすと再伸張するこのＳＭＡワイヤのこの特性は、信頼性が高くかつ静かなアクチュエータが長期にわたって得られることから、利用されてきた。特に、このタイプのアクチュエータは、バルブの閉塞状態における第１安定状態からバルブの開放状態における第２安定状態への、あるいは、バルブの閉塞状態における第１安定状態からバルブの様々な部分的な開放状態に対応した複数の安定状態への、あるいは逆に、バルブの開放状態における第２安定状態からバルブの閉塞状態における第１安定状態への、あるいは、バルブの様々な部分的な開放状態に対応した複数の安定状態からバルブの閉塞状態における第１安定状態への、シャッターの移動を得るために、いくつかのバルブにおいて使用されている。

ＳＭＡアクチュエータを有したバルブの例は、特許文献１〜５に見ることができる。これら特許文献１〜５は、かなり複雑で、嵩高く、比較的高価な、アクチュエータを開示している。それらアクチュエータは、通常、２つのＳＭＡワイヤ、および／または、例えばダイヤフラムといったような機械的安定化部材、を使用している。これにより、シャッターを、２つの（あるいはそれ以上の）安定位置の間にわたって移行させている。したがって、このようなタイプの公知のＳＭＡアクチュエータは、サイズの小規模化には不適切なものであり、比較的繊細で複雑な動作を行うことのために、過酷な環境下で使用する際には十分な信頼性を確保することができない。

また、ＳＭＡアクチュエータは、上述した二方向動作とはかなり異なる動作を行う様々な他のデバイスにおいても、使用される。

特許文献６は、リセット可能な双安定性の熱制御バルブを開示している。このバルブは、このバルブを通して流れる流体が所定温度に到達したときに、閉塞される。これにより、過熱閉塞バルブとして機能することができる。より詳細には、しきい値温度に到達することにより、ＳＭＡワイヤが収縮し、内部ピストンボディに対して力を印加する。これにより、内部ピストンボディを、内部ピストンスプリングを押圧するピストンキャップ内へと移動させる。最終的には、ピストンキャップの側壁を貫通して設けられた２つの開口を、ピストンボディに形成されたキャビティに対して位置合わせする。これにより、それぞれ対応するボールを、ピストンボディの外表面からキャビティ内へと移動させる。これにより、それまでボールによって阻止されていたシャッター付帯部材を、スプリングの作用によって、バルブボディ内へと退避させることができる。

ＳＭＡワイヤのこの動作は、バルブの不可逆的な閉塞をもたらす。なぜなら、ＳＭＡワイヤの駆動解除後においても、キャビティ内のボールが、内部ピストンスプリングの作用により、シャッター付帯部材によって元々の位置に戻ることが阻止されるからである。したがって、このバルブは、単なる安全装置に過ぎない。この場合、ＳＭＡアクチュエータは、解除機構として使用されるのみであり、そのような安全装置は、スプリングの作用に抗してシャッター付帯部材を引っ張ることによって、手動でリセットされる必要がある。シャッター付帯部材を引っ張った際には、ピストンキャップ内の開口が、開放される。これにより、内部ピストンボディが、押圧された内部ピストンスプリングの作用によって内部ピストンキャップから移動されたときには、ボールを、元々の位置へと復帰させることができる。

また、解除機構としてのＳＭＡアクチュエータの同様の使用は、特許文献７に開示されている。特許文献７においては、ＳＭＡワイヤを使用することにより、スプリングを付帯した蓋のラッチを係合解除することができる。スプリングを付帯した蓋は、その後、手動で再閉塞される。この場合、ＳＭＡワイヤの張力は、キャプスタンおよびプランジャーを介してワイヤに対して係合する２つのスプリング付帯レバーによって、印加される。

解除機構としてのＳＭＡアクチュエータのさらに他の使用は、特許文献８に開示されている。特許文献８においては、ＳＭＡワイヤを使用することにより、ドアまたはトランクのラッチを係合解除することができる。ドアまたはトランクの閉塞にユーザーの力を利用するための機構が設けられる。これにより、雰囲気温度が高くて、駆動解除時にＳＭＡワイヤがマルテンサイト移行温度れにまで冷却されない場合には、応力によって誘起された状態変化により、ＳＭＡワイヤをマルテンサイト状態へと復帰させることができる。

米国特許第６，８４０，２５７号明細書 米国特許第６，８４３，４６５号明細書 米国特許第７，０５５，７９３号明細書 米国特許公開第２００５／０００５９８０号明細書 米国特許公開第２０１２／０１５１９１３号明細書 米国特許公開第２００７／００２８９６４号明細書 米国特許公開第２０１２／０１８７１４３号明細書 米国特許公開第２００８／００２６７４号明細書

したがって、本発明の目的は、上述の欠点を克服した形状記憶アクチュエータを提供することである。

上記の目的は、本発明による形状記憶アクチュエータによって得られ、その場合、ＳＭＡワイヤによって作用される被駆動部材は、ＳＭＡワイヤの駆動解除時には、第１弾性手段によって休止位置へと復帰し、また、被駆動部材は、支持ボディに対しての可逆的な係合のおかげで動作位置に安定的に留まり、その後、制御システムによって、その係合から解放されて、第２弾性手段により、休止位置へと復帰する。他の有利な特徴点は、従属請求項に記載されている。

本発明によるアクチュエータの第１の利点は、被駆動部材が、駆動部材の特別なストロークを必要とすることなく、２つの（あるいは、それ以上の）安定位置の間にわたって駆動されることに起因する。これにより、ＳＭＡワイヤは、被駆動部材の所望ストロークのための正確なサイズとされる。これにより、コストおよび嵩高さを最小化することができる。

本発明によるアクチュエータの第２の意義深い利点は、２つの（あるいは、それ以上の）安定位置の間にわたって被駆動部材を移動させるに際して単一のＳＭＡワイヤを使用し得ることである。これにより、従来技術によるアクチュエータの場合には通常は使用される第２ＳＭＡワイヤを省略することができる。また、このことは、明らかに、アクチュエータのコストおよび嵩高さを最小化することに寄与する。

本発明によるアクチュエータの他の利点は、２つの特定の実施形態においては、制御システムが、ＳＭＡワイヤを駆動する必要なく、被駆動部材を動作位置から解放することに存在する。したがって、ＳＭＡワイヤが駆動サイクルごとに駆動されることにより、動作寿命を長くすることができる。

本発明によるアクチュエータのさらに他の利点は、アクチュエータの構造が単純であり丈夫であることに起因する。これにより、アクチュエータが、信頼性の高いものとされ、安価なものとされ、過酷な環境下における動作に適したものとされる。

本発明による形状記憶アクチュエータの上記の利点や特徴点ならびに他の利点や特徴点は、添付図面を参照しつつ、本発明のいくつかの非制限的な実施形態に関する以下の詳細な説明を読むことにより、当業者には明らかになるであろう。

本発明によるアクチュエータの第１実施形態における主要部材を示す概略的な平面図であって、休止位置として規定される開始位置を示している。 図１のアクチュエータを、中央平面Ａ−Ａに沿って示す鉛直方向断面図である。 図１と同じアクチュエータを示す概略的な平面図であって、第１駆動サイクルの中間時点の様子が示されており、駆動部材と被駆動部材との双方が動作状態とされている。 図３のアクチュエータを、中央平面Ａ−Ａに沿って示す鉛直方向断面図である。 図３と同じアクチュエータを示す概略的な平面図であって、第１駆動サイクルの最終時点の様子が示されており、駆動部材が休止位置に戻されており、被駆動部材が動作状態に係合されたままとされている。 図５のアクチュエータを、中央平面Ａ−Ａに沿って示す鉛直方向断面図である。 図５と同じアクチュエータを示す概略的な平面図であって、第２駆動サイクルの中間時点の様子が示されており、駆動部材と被駆動部材とが動作状態とされ、被駆動部材が係合解除されていることにより、駆動部材と被駆動部材との双方が図１の休止位置へと復帰する待ち受け状態とされている。 図７のアクチュエータを、中央平面Ａ−Ａに沿って示す鉛直方向断面図である。 アクチュエータの第２実施形態を示す図３と同様の概略的な平面図であって、いくつかの部材の図示が省略されており、この第２実施形態は、第１実施形態と比較して、係合手段において相違している。 図１のアクチュエータの、バルブのシャッターへの応用例を概略的に示す斜視図である。

すべての添付図面においては、構成部材としての機械的部材に関する理解を明瞭とし得るよう、アクチュエータの様々な構成部材が簡略化して図示されている。アクチュエータの動作に関しての各機械的部材の幾何形状の変更や修正に関する代替可能な手法は、当業者には自明であろう。

図１および図２に示すように、本発明によるアクチュエータは、支持ボディ１を備えている。支持ボディ１は、適切な着座箇所や連結部材を介して他の構成部材を支持している。適切な着座箇所や連結部材は、アクチュエータの意図された目的に沿った特定の技術的要求に応じて、様々な態様のものとされる。詳細に後述する図示された格別の実施形態においては、支持ボディ１には、長手方向ガイド１ａと、この長手方向ガイド１ａの一端部を閉塞する当接部材１ｂと、が設けられている。長手方向ガイド１ａは、他端部のところにおいて、水平方向のシャッターキャリア３をスライド可能に受領する。シャッターキャリア３は、スライダ５をスライド可能にかつ同軸的に付帯している。シャッターキャリア３は、後方端部のところに、バルブシャッターを取り付け得るネジ山付きシャフト３ａを有している。シャッターキャリア３は、前方端部のところに、コイルスプリング７を受領した軸線方向座３ｂを有している。シャッターキャリア３は、中央部分のところに、長手方向に延在する水平方向スロット３ｃを有している。水平方向スロット３ｃは、スライダ５の横方向スリーブ５ａをスライド可能に受領する。シャッターキャリア３は、座３ｂとスロット３ｃとの間に配置された鉛直方向ディスク３ｄを有している。２つの圧縮コイルスプリング９が、シャッターキャリア３とスライダ５との間において、径方向のそれぞれ反対側の位置に、配置されている。単一のスプリング９を使用し得るけれども、２つのスプリング９が、スライダ５の前面から突出するとともにシャッターキャリア３の背面に形成された対応する座内へと侵入するペグ５ｂ上に、配置されている。

水平方向のＳＭＡワイヤ１１が、横方向スリーブ５ａを挿通しているとともに、支持ボディ１上に設けられた端部固定ポイント（図示せず）へと到達している。端部固定ポイントにおいては、ＳＭＡワイヤ１１は、ロック部材によって固定される。ロック部材は、好ましくは、電力を供給するとともに、ＳＭＡワイヤ１１の駆動および駆動解除を制御する電気制御ユニットに対しての接続を提供する。加えて、最も好ましくは、コイルスプリングは、ＳＭＡワイヤ１１の端部のところにおいて、ＳＭＡワイヤ１１上に同軸的に配置される。これにより、コイルスプリングは、ＳＭＡワイヤ１１の収縮時には、隣接するロック部材上へと圧縮されることができる。このスプリングは、シャッターキャリア３および／またはスライダ５が、何らかの理由によって移動できず、ＳＭＡワイヤ１１の短縮が２つのロック部材の間の経路の短縮となり得ないことのために、ＳＭＡワイヤ１１の収縮がＳＭＡワイヤ１１の破損をもたらす場合には、機械的な安全装置として機能する。明らかなように、スプリングの強度は、通常の動作時には、ＳＭＡワイヤ１１の収縮時に圧縮されないままであるように、そしてこれにより、スライダ５の水平方向スライドを引き起こすように、選択される。

実質的に逆Ｕ字形状のブリッジ１３の態様とされた連結部材が、スライダ５の上面から延出されており、スライダ５を、回転部材１５に対して連結している。回転部材１５は、長手方向ガイド１ａの上面から延出された鉛直方向回転軸体１ｃまわりにおいて、水平方向に回転する。鉛直方向回転軸体１ｃは、好ましくは、アクチュエータの中央平面Ａ−Ａ内に配置されている。より詳細には、ブリッジ１３は、鉛直方向の回転軸線を有してスライダ５上に回転可能に取り付けられた第１端部１３ａと、回転部材１５に形成されたスロット１７内においてスライド可能に係合された第２端部１３ｂと、を有している。スロット１７は、このスロット１７の両端部１７ａ，１７ｂが、水平方向平面内において、回転部材１５の全回転ストロークにわたって回転軸体１ｃの常に両側に位置しているような、形状とされている。スロット１７は、実質的に、正方形ブラケットのような形状とされており、スロット端部１７ａ，１７ｂを通してのブリッジ端部１３ｂの導出入を容易なものとし得るよう、９０°よりもわずかに大きな角度でもって外向きに広がった短辺を有している。

例示としてのこの実施形態においては、特に、回転部材１５は、円弧のような形状とされており、スロット１７は、図示された休止位置においてブリッジの第２端部１３ｂがスロットの第１端部１７ａに対向したコーナーのところに位置した際には、中央平面Ａ−Ａの左側（当接部材１ｂを、アクチュエータの前方とした場合）に延在している。図示からは明瞭ではないけれども、この状態においては、ブリッジの第２端部１３ｂが、好ましくは共に中央平面Ａ−Ａに対して同一平面的とされたブリッジの第１端部１３ａに対してもまた回転軸体１ｃに対しても位置合わせされていないことに、注意されたい。それよりもむしろ、ブリッジの第２端部１３ｂは、ブリッジの第１端部１３ａに対しておよび回転軸体１ｃに対して、わずかに右側に位置している。これにより、ブリッジ１３は、後述する理由のために、数度の分だけ（例えば、３°〜５°の分だけ）回転軸体１ｃの右側に位置している。永久磁石１９が、回転部材１５の湾曲した鉛直方向側面のうちの、スロット第２端部１７ｂの近傍において、固定されている。

上述により、また、図３〜図８を参照することにより、本発明による形状記憶アクチュエータの動作が単純であり効率的であることは、容易に理解されるであろう。図示の実施形態は最も単純な態様を参照しているけれども、すなわち、双安定的な被駆動部材を参照しているけれども、当業者がなし得るいくつかの単純な修正によって、３個またはそれ以上の安定位置をとり得る多段安定的な被駆動部材を得ることができることに、注意されたい。特に、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号によって駆動制御される多段安定的な被駆動部材の可能性について、言及することができる。この目的でのいくつかの提案については、後述する。

図１および図２に示す休止位置は、開始位置と考えられる。この状態においては、ＳＭＡワイヤ１１は、伸張状態とされ、シャッターキャリア３は、スプリング７によって押し戻され、これにより、スロット３ｃの前方端部は、スライダ５の横方向スリーブ５ａに対して当接しており、上述したように回転軸体１ｃのわずかに右側においてブリッジの第２端部１３ｂがスロット１７の最後方コーナー内に位置しているところにおいてブリッジ１３が回転部材１５に対してスライダ５を連結していることのために、スライダ５は、それ以上は後方に移動することができない。

この状態におけるＳＭＡワイヤ１１の収縮は、典型的にはＳＭＡワイヤ１１を通して電流を流すことによるＳＭＡワイヤ１１の収縮は、スライダ５の前方スライドを引き起こす。したがって、シャッターキャリア３およびブリッジ１３の前方スライドを引き起こす。このような前方スライド移動により、スプリング７が、当接部材１ｂに対して圧縮され、ブリッジ１３の初期配向状態のおかげで、スロット第１端部１７ａに対して係合したブリッジ第２端部１３ｂを押し込むことによって、回転部材１５が、回転軸体１ｃまわりにおいて、反時計回りに回転駆動される（図３において平面視で図示されている）。この回転は、永久磁石１９を、図４に示すように、ディスク３ｄに対して当接させる。ディスク３ｄは、強磁性のものとされる、あるいは、適切に配置された強磁性部分（あるいは、逆極性の磁石部分）を有している。これにより、ディスク３ｄは、永久磁石１９によって係合される。このようにして、可逆性の磁性係合が得られる。この磁性係合は、ＳＭＡワイヤ１１が駆動解除されこれにより再伸張を始めた後においてもスプリング７の復元力に抗し得るほどに、十分に強力なものとされている。

ＳＭＡワイヤ１１の駆動解除は、プリセットされた駆動時間に基づいて、決定することができる。しかしながら、ＳＭＡワイヤ１１の駆動解除は、好ましくは、係合手段の係合状態を検出するのに好適なセンサ手段によって、決定される。これにより、到達した動作位置の安定性に関しての正のフィードバックを得ることができる。この点において、磁性係合手段の使用の場合には、磁性センサ手段を使用することができる、例えば、ホール効果センサやスイッチ等を使用することができる。これにより、係合状態を検出することができる。いずれにしても、明らかなように、例えば機械的なセンサ手段（例えばマイクロスイッチ）や光学的なセンサ手段（例えばフォトディテクタ）や電気的なセンサ手段（例えばポテンショメータ）といったような他のタイプのセンサ手段を使用することができる。

ＳＭＡワイヤ１１の駆動解除時には、図３，４に示す状態から、アクチュエータは、図５，６に示す状態へと移行する。それは、ペグ５ｂによって支持されたスプリング９が伸びるからであり、それによって、スライダ５が、シャッターキャリア３に沿って戻りスライドするからである。この時、シャッターキャリア３は、係合手段３ｄ，１９によって回転部材１５に対してアンカー止めされたままである。戻りストロークは、スライダ５を、開始位置へと戻す。しかしながら、戻った状態においては、ブリッジ１３の位置が、中央平面Ａ−Ａに関しての鏡面対称位置となっている。言い換えれば、第２ブリッジ端部１３ｂは、第２スロット端部１７ｂに対向したコーナーにあり、第１ブリッジ端部１３ａに対してもまた回転軸体１ｃに対しても位置合わせされておらず、それよりもむしろ、第１ブリッジ端部１３ａおよび回転軸体１ｃよりもわずかに左側に位置している。これにより、ブリッジ１３は、回転軸体１ｃよりも左側に数度だけ配向している。

図５，６の動作位置から図１，２の休止位置への反転移行には、ＳＭＡワイヤ１１がスライダ５に対して接触してスライダ５を前方移動させるようにＳＭＡワイヤ１１をさらに駆動する必要がある。この移動により、スプリング９がディスク３ｄに対して押圧され、第２スロット端部１７ｂに対して係合しつつ第２ブリッジ端部１３ｂを押し込むことにより、ブリッジ１３の配向性に基づき、回転部材１５が回転軸体１ｃまわりにおいて時計まわりに回転する（図７において平面図によって示されている）。この回転は、磁石１９を、ディスク３ｄに対しての接触状態から離間させ、回転部材１５からシャッターキャリア３を係合解除し、これにより、支持ボディ１からシャッターキャリア３を係合解除する。

図７，８に示す係合解除状態となったらすぐに、センサ手段による検出に基づいて、あるいは、ＳＭＡワイヤ１１の駆動時間の計算に基づいて、ＳＭＡワイヤ１１が駆動解除され、これにより、ＳＭＡワイヤ１１が冷却されて、元々の長さへと再伸張される。これにより、アクチュエータは、スプリング７の伸張によって、図１，２に示す休止位置へと復帰することができる。明らかなように、この安定的な休止位置への到達は、位置センサによって検証することができる。

一般に、上記の構成においては、ＳＭＡワイヤ１１が、駆動部材であり、スライダ５が、被駆動部材であり、シャッターキャリア３が、被駆動部材であり、スプリング９が、第１弾性手段であり、スプリング７が、第２弾性手段であり、支持ボディ１に対しての被駆動部材の可逆的な係合が、ディスク３ｄに係合する磁石１９によって、回転部材１５を介して、間接的に得られる。磁気的な係合を制御する制御システムは、ブリッジ１３と、回転部材１５と、スロット１７と、から構成され、この制御システムは、係合手段３ｄ，１９を係合させその後係合解除させる。

図９は、アクチュエータの第２実施形態を示している。この第２実施形態は、上記のアクチュエータと比較して、ディスク３ｄ上におよび回転部材１５上に配置された係合手段のタイプにおいて相違しているのみである。とりわけ、磁気的手段に代えて、機械的手段が配置されている。より詳細には、実質的にＬ字形状の第１係合部材２１ａが、ディスク３ｄ上に設けられており、実質的にＬ字形状の第２係合部材２１ｂが、回転部材１５上に設けられている。これら２つの係合部材２１ａ，２１ｂは、共に、水平方向平面内に配置されている。そして、それらの内向き側面（すなわち、「凹状」側面）どうしが、互いに対向している。これにより、図９に示すようなフック動作を得ることができる。しかしながら、係合部材２１ａ，２１ｂが、これら係合部材２１ａ，２１ｂの内向き側面どうしが互いに対向する限りにおいて、この例とは異なる配向性（例えば、鉛直方向平面内に位置することさえ可能である）を有し得ることは、明らかである。

上述したアクチュエータの動作は、本発明によるアクチュエータが、短い距離だけで移動する単一のＳＭＡワイヤの駆動により、２つの安定位置の間にわたって被駆動部材を移動させるという上述した利点を達成することを、また、単純でコンパクトな構成を有するという上述した利点を達成することを、明らかに示している。そのようなアクチュエータの可能な応用例が、図１０に示されている。図１０は、シャッターケーシングＳによって連結された２つの流通ダクトＦ１，Ｆ２が設けられたバルブＶ上に取り付けられたアクチュエータＡを示している。この場合、シャッターは、シャッターキャリア３によって、閉位置と開位置との間にわたって移行される。

上述したように、上記の実施形態に対して多くの修正を行うことができる。これにより、１つまたは複数の見地に関して相違するような図示していないさらなる実施形態を得ることができる。例えば、磁気的係合手段を変更することができ、これにより、永久磁石の代替としてあるいは永久磁石と組み合わせて可逆的な磁石を設けることによって、制御システムの構造を単純化することができる。可逆的な磁石が、電気的インパルスの印加によって極性を容易に反転させ得る永久磁石であることにより、可逆的な磁石は、配向可能な磁束を生成する。これにより、可逆的な磁石との組合せにより、従来的な非可逆的永久磁石の磁束を配向させることができる。これにより、例えば、２つの磁石を短絡させて活性を解除することができる、あるいは、２つの磁石を並列に配置してこれら２つの磁石を活性化することができる。

磁気的係合手段が、永久磁石から構成されている場合には、好ましくは被駆動部材上におよび可逆的磁石上に配置された永久磁石から構成されている場合には、好ましくは支持ボディ上に配置された永久磁石から構成されている場合には、磁気的係合は、永久磁石を引きつけるように可逆的な磁石の極性をセットすることによって、得られる。同様に、磁気的係合手段が、強磁性部材（あるいは、永久磁石）から構成されている場合には、好ましくは被駆動部材上におよび強磁性磁石上に配置された強磁性部材から構成されている場合には、好ましくは支持ボディ上に配置された強磁性部材から構成されている場合には、磁気的係合は、電気的永久磁石が活性化されて強磁性部材（あるいは、永久磁石）を引きつけるように可逆的な磁石の極性をセットすることによって、得られる。

双方の場合において、磁気的係合を駆動および解除するための制御システムは、可逆的な磁石の極性を制御するだけの制御ユニットである。なぜなら、係合および係合解除を得るためには、可逆的な磁石の極性を反転させるだけ十分であるからである。このことは、また、上記の第１実施形態に関して上述したように磁気的手段を係合解除状態へと移行させるに際してＳＭＡワイヤを駆動する必要がないことを意味する。その場合、ブリッジ１３および回転部材１５を省略することさえできる。

行い得る他の種類の変更は、例えば複数の開放状態や複数の出口を有したバルブ上においてアクチュエータが使用されている場合に、２つ以上の動作位置を提供することを目的とする。この場合、達成すべき位置に応じて、したがって、ＳＭＡワイヤの収縮の要求度合いに応じて、様々な程度の電流が、ＳＭＡワイヤに対して印加される。したがって、係合手段は、複数の動作位置の各々に関して設けられる。すべての様々な動作位置を達成するのに必要なストロークが、単一のＳＭＡワイヤによっては得られないものである場合には、要求に応じて被駆動部材を移動させるために、さらなるＳＭＡワイヤを設けることができる（例えば、適切なスライダ横断スリーブを貫通させて）。ＳＭＡワイヤは、達成すべき状態に応じて活性化し得るように、選択することができる。

例えば、上記の第１実施形態に関しては、回転部材１５は、中央平面Ａ−Ａから出発して徐々に低減する半径を有したカムの形状をとることができる。カムには、背面に沿って複数の磁石１９が設けられている。これに代えて、可逆的な磁石を有した他の実施形態に関しては、複数の磁気的係合手段を、被駆動部材が通る経路に沿って支持ボディ上に設けることができる。

本発明の他の代替可能な実施形態においては、３つあるいはそれ以上の離散的な安定位置だけに代えて、多段安定アクチュエータは、２つの端部位置どうしの間に位置した連続的に制御される安定位置を有することが意図される。この種の動作は、例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号によって得ることができる。

したがって、本発明による形状記憶アクチュエータの上記のおよび図示された実施形態が、様々な修正が可能な例示に過ぎないことは、明らかである。特に、上記の変形例に加えて、被駆動部材の要求された係合解除を提供する限りにおいては、制御システムを、例えば引き込み可能なペンにおいて使用される制御システムといったような他の任意の公知のタイプのものとし得ることに注意されたい。

さらに、スプリング９の対称配置や、回転軸体１ｃに対しての第１ブリッジ端部１３ａの位置合わせ、等は、必須ではないけれども、アクチュエータの円滑な動作のためには好ましい。この場合、それら構成部材の非対称配置、および／または、それら構成部材の非位置合わせ、および／または、それら構成部材の省略（例えば、ただ１つのスプリング９）を、想定することができる。同様に、多数の構成部材の配置は、動作が等価であれば、反転することができる。例えば、スプリング７，９は、引っ張りスプリングとして構成することができる。

最後に、また、本発明によるアクチュエータの上記の動作においては、例えば鉛直方向／水平方向や左／右や前／後等といったような方向を表す用語が、特定の例示された実施形態に関して参照されており、本発明を限定するものではないことに注意されたい。アクチュエータは、例えば、上下を反転して、あるいは、鉛直方向において、あるいは、与えられた応用が要求する他の任意の特定の配向性において、動作することができる。

同様に、この応用における詳細な説明においては、本発明によるアクチュエータがバルブシャッターに対して適用されることが例示されているけれども、本発明によるアクチュエータを、本発明のアクチュエータの利点を享受し得る他のデバイスに対して適用する可能性を何ら限定するものではない。

１ 支持ボディ
１ｃ 回転軸体
３ 被駆動部材
３ｃ 水平方向スロット
３ｄ 係合手段、強磁性部材
５ 駆動部材
５ａ 横方向スリーブ
７ 第２弾性復帰手段、コイルスプリング
９ 第１弾性復帰手段、コイルスプリング
１１ ＳＭＡ駆動部材
１３ 制御システム、連結手段、ブリッジ
１３ａ 第１端部
１３ｂ 第２端部
１５ 制御システム、回転部材
１７ 制御システム、スロット
１９ 係合手段、永久磁石
２１ａ 係合手段
２１ｂ 係合手段
Ａ アクチュエータ
Ｖ バルブ

Claims (16)

1. 形状記憶アクチュエータであって、
   支持ボディ（１）と、
   この支持ボディ（１）上においてスライド可能に取り付けられていて、安定的な休止位置と少なくとも１つの安定的な動作位置との間にわたって移動を受けるものとされた被駆動部材（３）と、
   前記被駆動部材（３）の前記安定的な休止位置に対応した安定的な休止位置と、前記被駆動部材（３）の前記少なくとも１つの安定的な動作位置にそれぞれ対応した少なくとも１つの安定的な動作位置と、との間にわたって前記被駆動部材（３）を駆動する駆動部材（５）と、
   前記駆動部材（５）の前記安定的な休止位置と前記駆動部材（５）の前記少なくとも１つの安定的な動作位置との間にわたっての前記駆動部材（５）の移動を決定する少なくとも１つのＳＭＡ駆動部材（１１）と、
   前記少なくとも１つのＳＭＡ駆動部材（１１）に対抗して作用することにより、前記少なくとも１つのＳＭＡ駆動部材（１１）の駆動解除時には、前記駆動部材（５）をこの駆動部材（５）の前記休止位置へと復帰させる、第１弾性復帰手段（９）と、
   前記被駆動部材（３）に対して作用し、前記少なくとも１つのＳＭＡ駆動部材（１１）の駆動解除時には、前記被駆動部材（３）をこの被駆動部材（３）の前記休止位置へと復帰させる、第２弾性復帰手段（７）と、
   前記動作位置において前記被駆動部材（３）と前記支持ボディ（１）との間の可逆的な係合を直接的にまたは間接的に達成する係合手段（３ｄ，１９；２１ａ，２１ｂ）であるとともに、その係合が、前記第２弾性復帰手段（７）の作用に対抗し得るものとされた、係合手段（３ｄ，１９；２１ａ，２１ｂ）と、
   前記係合手段（３ｄ，１９；２１ａ，２１ｂ）の係合および係合解除のための制御システム（１３，１５，１７）と、
   を具備してなり、
   前記制御システム（１３，１５，１７）が、前記支持ボディ（１）上において回転可能に取り付けられた回転部材（１５）を備え、
   前記回転部材（１５）が、前記駆動部材（５）に対して連結手段（１３）を介して連結され、これにより、前記回転部材（１５）は、前記少なくとも１つのＳＭＡ駆動部材（１１）の駆動時にのみ前記駆動部材（５）によって回転駆動されるとともに、前記少なくとも１つのＳＭＡ駆動部材（１１）の駆動解除時に前記駆動部材（５）がこの駆動部材（５）の前記休止位置へと復帰したときには回転駆動されることがなく、
   前記回転部材（１５）が、前記少なくとも１つのＳＭＡ駆動部材（１１）の駆動のたびごとに時計まわりの向きと反時計回りの向きとにわたって交互に回転駆動され、
   前記回転部材（１５）の回転軸体（１ｃ）が、前記駆動部材（５）のスライド軸線に対して垂直なものとされ、好ましくは、前記駆動部材（５）のスライド軸線に対して同一平面内に位置するものとされ、
   このような形状記憶アクチュエータにおいて、
   前記回転部材（１５）と前記駆動部材（５）とを連結する前記連結手段（１３）が、逆Ｕ字形状のブリッジ（１３）からなり、
   このブリッジ（１３）が、第１端部（１３ａ）と、第２端部（１３ｂ）と、を有し、
   前記第１端部（１３ａ）が、前記駆動部材（５）上において回転可能に取り付けられるとともに、前記回転部材（１５）の前記回転軸体（１ｃ）に対して平行な回転軸線を有し、好ましくは、前記回転部材（１５）の前記回転軸体（１ｃ）に対して同一平面内に位置する回転軸線を有し、
   前記第２端部（１３ｂ）が、前記回転部材（１５）に形成されたスロット（１７）内においてスライド可能に係合し、
   前記スロットが、前記スロットの両端部（１７ａ，１７ｂ）が前記回転部材（１５）の前記回転軸体（１ｃ）に対して垂直な平面内において前記回転部材（１５）の前記回転軸体（１ｃ）の両サイドに常に位置しているような形状とされている、
   ことを特徴とする形状記憶アクチュエータ。
2. 請求項１記載の形状記憶アクチュエータにおいて、
   前記回転部材（１５）が、円弧形状とされている、
   ことを特徴とする形状記憶アクチュエータ。
3. 請求項１または２記載の形状記憶アクチュエータにおいて、
   前記係合手段（３ｄ，１９；２１ａ，２１ｂ）が、前記被駆動部材（３）上に配置された第１係合部材（３ｄ，２１ａ）と、前記回転部材（１５）上に配置された第２係合部材（１９，２１ｂ）と、を有し、
   第１の向きにおける前記回転部材（１５）の回転が、前記係合手段（３ｄ，１９；２１ａ，２１ｂ）を係合させ、
   その後の逆向きにおける前記回転部材（１５）の回転が、前記係合手段（３ｄ，１９；２１ａ，２１ｂ）の係合解除を引き起こす、
   ことを特徴とする形状記憶アクチュエータ。
4. 請求項３記載の形状記憶アクチュエータにおいて、
   前記係合手段が、互いに対向した内向き側面を有して配置されたＬ字形状部材（２１ａ，２１ｂ）とされている、
   ことを特徴とする形状記憶アクチュエータ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の形状記憶アクチュエータにおいて、
   前記駆動部材（５）が、スライド可能にかつ前記被駆動部材（３）上に同軸的に設けられている、あるいは、前記被駆動部材（３）に対して平行にスライド可能に設けられている、
   ことを特徴とする形状記憶アクチュエータ。
6. 請求項５記載の形状記憶アクチュエータにおいて、
   前記少なくとも１つのＳＭＡ駆動部材（１１）が、前記駆動部材（５）の横方向スリーブ（５ａ）を挿通しており、
   前記横方向スリーブ（５ａ）が、前記被駆動部材（３）に形成された長手方向に延在する水平方向スロット（３ｃ）の中にスライド可能に受領されている、
   ことを特徴とする形状記憶アクチュエータ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の形状記憶アクチュエータにおいて、
   前記第１弾性復帰手段が、前記駆動部材（５）と前記被駆動部材（３）との間に配置された１つまたは複数のコイルスプリング（９）から構成されている、
   ことを特徴とする形状記憶アクチュエータ。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の形状記憶アクチュエータにおいて、
   前記第２弾性復帰手段が、前記支持ボディ（１）と前記被駆動部材（３）との間に配置された１つまたは複数のコイルスプリング（７）から構成されている、
   ことを特徴とする形状記憶アクチュエータ。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の形状記憶アクチュエータにおいて、
   前記係合手段（３ｄ，１９）のうちの少なくとも一方が、磁気的手段とされている、
   ことを特徴とする形状記憶アクチュエータ。
10. 請求項９記載の形状記憶アクチュエータにおいて、
    前記係合手段が、永久磁石（１９）および強磁性部材（３ｄ）とされている、あるいは、逆極性を有した永久磁石とされている、
    ことを特徴とする形状記憶アクチュエータ。
11. 請求項９記載の形状記憶アクチュエータにおいて、
    前記係合手段（３ｄ，１９）が、電気的永久磁石および強磁性部材（３ｄ）とされ、
    前記制御システムが、前記電気的永久磁石の励起および励起解除のための制御ユニットとされている、
    ことを特徴とする形状記憶アクチュエータ。
12. 請求項９記載の形状記憶アクチュエータにおいて、
    前記係合手段（３ｄ，１９）が、可逆的な磁石および永久磁石（１９）とされ、
    前記制御システムが、前記可逆的な磁石の反転のための制御ユニットとされている、
    ことを特徴とする形状記憶アクチュエータ。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の形状記憶アクチュエータにおいて、
    さらに、前記係合手段（３ｄ，１９；２１ａ，２１ｂ）の係合状況あるいは前記被駆動部材（３）の移動状況を検出するためのセンサ手段を具備し、
    前記センサ手段が、前記少なくとも１つのＳＭＡ駆動部材（１１）の駆動および駆動解除のための制御ユニットに対して動作可能に接続されている、
    ことを特徴とする形状記憶アクチュエータ。
14. 請求項９〜１２のいずれか１項に記載の形状記憶アクチュエータにおいて、
    さらに、前記係合手段（３ｄ，１９；２１ａ，２１ｂ）の係合状況あるいは前記被駆動部材（３）の移動状況を検出するためのセンサ手段を具備し、
    前記センサ手段が、前記少なくとも１つのＳＭＡ駆動部材（１１）の駆動および駆動解除のための制御ユニットに対して動作可能に接続され、
    前記センサ手段が、少なくとも１つのホール効果センサを有している、
    ことを特徴とする形状記憶アクチュエータ。
15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載の形状記憶アクチュエータにおいて、
    前記少なくとも１つのＳＭＡ駆動部材（１１）が、弾性手段を介して前記支持ボディ（１）上に取り付けられ、
    前記弾性手段が、前記少なくとも１つのＳＭＡ駆動部材（１１）の収縮を吸収し、
    これにより、前記弾性手段が、前記駆動部材（５）および／または前記被駆動部材（３）が移動できない場合に前記少なくとも１つのＳＭＡ駆動部材（１１）の破損を防止する機械的安全装置として機能する、
    ことを特徴とする形状記憶アクチュエータ。
16. アクチュエータ（Ａ）の作用のもとに安定的な休止位置と少なくとも１つの安定的な動作位置との間において移動可能なシャッターを具備したバルブ（Ｖ）であって、
    前記アクチュエータ（Ａ）が、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の形状記憶アクチュエータとされている、
    ことを特徴とするバルブ。

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