JP2020532672A - 形状記憶ベースのアクチュエータ - Google Patents
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Abstract
Description
パラメータtがt=0からt=2πになると、パラメータ表示は完全な螺旋巻きに沿って進むことが理解されるであろう。更に、1つの完全な螺旋巻きの高さ(すなわち、螺旋の「ピッチ」)は、2πbに等しく、同じ完全な巻きの「弧長」は、
平衡勾配の数式の導出は、付属書にて与えられる。更に、上記で定義された平衡勾配は、δ<ε+1である場合にのみ、換言すると、体積変化率が対応する軸方向の収縮又は伸長率よりも小さい場合にのみ存在する点に留意されたい。
数式の導出
1つの完全な螺旋巻きの高さ(すなわち、螺旋の「ピッチ」)は、2πbに等しく、同じ完全な巻きの「弧長」は、
発明者らは、SMMストランド変形後の螺旋の弧長が変形前の螺旋弧長に等しいよう横方向歪み及び軸方向歪みが相殺されるように、螺旋の均一な斜角又は同等に螺旋の均一な勾配を見出す試みにアイデアを得た。
εがSMMストランドの伸長歪みである場合、以下のように書くことができ、
式中、LはSMMストランドの長さであり、
VがSMMストランドの容積である場合、以下のように書くことができ、
これは、以下を意味する。
Claims (17)
- 形状記憶材料(SMM)で作られた少なくとも1つのストランド(10a、10b、10c、10d、10e、10f)であって、前記ストランドが、前記SMMのストランドの収縮状態に対応する第1の長さと前記SMMのストランドの伸長状態に対応する第2の長さとの間で可変の長さを有し、前記収縮状態と前記伸長状態の一方が非変形状態であり、前記収縮状態と前記伸長状態の他方が、前記非変形状態からの前記SMMのストランドの所定の長手方向の変形を伴い、前記SMMのストランドは、所定の温度に加熱されたときに所定の長手方向の変形を伴う前記状態から前記非変形状態に戻るように構成され、前記SMMのストランドは、支持構造体の固定機械的接続部に装着された固定端部と、第1及び第2の位置の間で移動可能な可動機械的接続部(14)に装着されて前記SMMのストランドの前記可変の長さが前記第1の長さ及び前記第2の長さの一方から他方に変わるときに前記可動機械的接続部が前記第1及び第2の位置の一方から他方に移動することができるようにする移動端部と、を含む、少なくとも1つのストランドと、
前記ストランドの周りにコイル状にされた少なくとも1つの加熱線(16a、16b、16c、16d)を含む、前記ストランド(10a、10b、10c、10d、10e、10f)を加熱する電気手段(16a、16b、16c、16d、24a、24b、26)と、
を備えたアクチュエータ(100)において、
前記コイル状にされた加熱線(16a、16b、16c、16d)が円形螺旋を形成し、前記円形螺旋のピッチは、前記ストランドの長さが前記第1の長さから前記第2の長さに変わるときに前記ストランドの長さと共に増加するように構成され、前記ストランドの長さが前記第2の長さから前記第1の長さに変わるときに前記ストランドの長さと共に減少するように構成され、前記円形螺旋の均一な勾配は、前記SMMのストランド(10a、10b、10c、10d、10e、10f)が前記第1の長さから前記第2の長さに伸長するか、又は前記第2の長さから前記第1の長さに収縮することによって引き起こされる前記円形螺旋の弧長の任意の実質的な変化を回避するように選択される、
ことを特徴とする、アクチュエータ(100)。 - 前記円形螺旋の均一な勾配は、前記SMMのストランド(10a、10b、10c、10d、10e、10f)が前記第1の長さから前記第2の長さに伸長するか、又は前記第2の長さから前記第1の長さに収縮することによって引き起こされる前記円形螺旋の弧長の任意の実質的な変化が0.2%を超えないほどになるように選択される、請求項1に記載のアクチュエータ。
- 前記円形螺旋の均一な勾配は、前記SMMのストランド(10a、10b、10c、10d、10e、10f)の長さが前記第1の長さであるときに0.62〜0.76(好ましくは0.625〜0.73)である、請求項1又は2に記載のアクチュエータ。
- 前記ストランド(10a、10b、10c、10d、10e、10f)が、導電性形状記憶合金(SMA)で作られ、前記加熱線(16a、16b、16c、16d)の第1の端部(24b)は、前記移動端部近傍で前記ストランドに電気的に接続され、前記ストランドの前記固定端部は、電力供給装置の極の一方に接続され、前記加熱線の前記第2の端部(24a)は、前記電力供給装置の他方の極に接続される、請求項1から6の何れか一項に記載のアクチュエータ。
- 前記電気加熱手段(16a、16b、16c、16d、24a、24b、26)は、並列に接続されて同じ軸線を有する合同の円形螺旋のセットを形成する複数の加熱線(16a、16b、16c、16d)を含む、請求項1から7の何れか一項に記載のアクチュエータ。
- 前記アクチュエータが、並列に配置された複数のSMMのストランド(10a、10b、10c、10d、10e、10f)を備え、前記各ストランドが、前記固定機械的接続部(12)に装着された固定端部と、前記可動機械的接続部(14)に装着された移動端部とを含む、請求項1から8の何れか一項に記載のアクチュエータ。
- 前記アクチュエータが、前記第1及び第2の位置間の前記可動機械的接続部(14)の前後の移動を2つの異なる安定位置間の機械出力接続部(140)の一方向又は他方向の変位に変換するように配置された双安定機構を備える、請求項1から9の何れか一項に記載のアクチュエータ。
- 前記ストランド(10a、10b、10c、10d、10e、10f)を加熱する前記電気手段(16a、16b、16c、16d、24a、24b、26)は、前記SMMのストランドが所定の長手方向の変形を伴う状態から前記非変形状態に戻ると、前記電気手段をオフにするように配置されたスイッチ(142)を含む、請求項1から10の何れか一項に記載のアクチュエータ。
- 前記アクチュエータは、前記SMMのストランドが前記非変形状態からその所定の長手方向の変形に到達したときに前記可動機械的接続部(14)のバンパー要素が当接するように配置された機械的ストッパ(152)を備える、請求項1から11の何れか一項に記載のアクチュエータ。
- 断熱材の第1の部片(28a)が、前記SMMのストランド(10)の前記固定端部と前記固定機械的接続部(12)との間に差し込まれ、断熱材の第2の部片(28b)が、前記移動端部と前記可動機械的接続部(14)との間に差し込まれる、請求項1から12の何れか一項に記載のアクチュエータ。
- 前記SMMは、Cu−Al−Niである、請求項1から13の何れか一項に記載のアクチュエータ。
- 前記SMAストランドは、Cu−Al−Niの単結晶で作られる、請求項14に記載のアクチュエータ。
- 前記SMMは、Ni−Tiである、請求項1から13の何れか一項に記載のアクチュエータ。
- 前記加熱線は、Ni−Crで作られる、請求項1から16の何れか一項に記載のアクチュエータ。
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