JP2022541565A - 磁気素子を具備する形状記憶合金アクチュエータ部分組立体、及び当該形状記憶合金アクチュエータ部分組立体を備える流体弁 - Google Patents
磁気素子を具備する形状記憶合金アクチュエータ部分組立体、及び当該形状記憶合金アクチュエータ部分組立体を備える流体弁 Download PDFInfo
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Abstract
本発明は、第１の実施態様において、形状記憶合金ワイヤ（１５）と、付勢バネ（１６）と、第１の可動要素（１３）の運動と端子（１８）を具備する第２の可動要素（１４）の運動とを結合するための磁気応答素子（１７、１７′）と、を備えているアクチュエータ部分組立体に関し、第２の実施態様において、流体弁であって、流体弁が、流体弁の開閉を制御する末端部を具備するプランジャを備えており、プランジャの動作が、形状記憶合金ワイヤ、付勢要素、及び磁気応答素子の作用によって制御される、流体弁に関する。
Description
本発明は、第１の実施態様として、形状記憶合金（ＳＭＡ）ワイヤと、末端部を具備する要素を移動させるために磁気的に結合された可動要素と、を備えているアクチュエータ部分組立体に関する。
形状記憶合金ワイヤを利用するアクチュエータアセンブリ及びアクチュエータシステムは、当該技術分野において知られており、近年の開発によって、例えば稠密性や統合の容易性のような本質的な利点を十分に活用可能とするために信頼性及び堅牢性が改善されていることに起因して、益々普及している。例えば、特許文献１は、緊急用アクチュエータを有しているロック装置に関し、特許文献２は、多飲料水の自動販売機に設置されている弁の動作システムを開示しており、特許文献３は、動作温度の範囲を拡大させたアクチュエータを開示しており、特許文献４は、家庭用電化製品の動作要素を開示している。
これら装置すべてにおいて、形状記憶合金（ＳＭＡ）の特徴が、より具体的には、２つの相、すなわち比較的低温で安定しているいわゆるマルテンサイト相と比較的高温で安定しているオーステナイト相との間における構造転移によって特徴づけられているＳＭＡの材料特性が利用されている。形状記憶合金は、４つの温度Ｍｆ，Ｍｓ，Ａｓ，Ａｆによって特徴づけられている。ここで、温度Ｍｆは、形状記憶合金が完全にマルテンサイト相に遷移する温度、すなわち形状記憶合金がマルテンサイト構造を有する温度である。温度Ａｆは、形状記憶合金が完全にオーステナイト相に遷移する温度、すなわち形状記憶合金がオーステナイト構造を有する温度である。温度Ｍｓ及び温度Ａｓは、２つの方向において転移が開示される温度である。
形状記憶合金から作られているワイヤ、いわゆるＳＭＡワイヤは、温度が温度Ｍｆ以下から温度Ａｆ以上に変化した場合に、又はその逆に変化した場合に、当該ワイヤの形状を変化させるように記憶されている。ＳＭＡワイヤの加工及び記憶は、非特許文献１に例示されるように、当該技術分野では広く知られた手段である。
また、ＳＭＡワイヤは、オーステナイト開始温度Ａｓ以上の温度において短縮開始し、オーステナイト最終温度Ａｆ以上の温度で加熱された場合において加熱すると最終長さに到達することが知られている。形状記憶合金ワイヤの短縮は、一般に、電流通過による加熱（ジュール効果）によって制御されるが、アクチュエータの内部において１つ以上の要素を変位させるために利用される。
また、幾つかのアクチュエータは、磁気素子を具備するＳＭＡワイヤの利用と密接に関連している。特に特許文献５は、ＳＭＡワイヤが作用させる力を低減させることによって動作機能又はロック機能を実現するために、ＳＭＡワイヤを基礎とするアクチュエータのための付勢手段として、磁石の利用を開示している。また、特許文献６は、ＳＭＡワイヤの付勢手段として、一方の磁石が固定された２つの磁石の利用を開示している。
特許文献７は、第２の永久磁石を貼り付けたブロック部材をロック解除するために、永久磁石を貼り付けたＳＭＡワイヤを概略的に説明しているギア機構に関する。
特許文献８は、弁の流体部分を制御する弁制御モジュールであって、当該流体部分から隔離されている当該弁制御モジュールを開示しており、弁開放手段として磁気カップリングも示唆されている。
本発明の目的は、結合された磁気応答素子が、アクチュエータの状態に応じて、可動アクチュエータ素子を駆動させるための手段と、静止位置へのアクチュエータの復帰を早めるための手段とを提供するように、要素を往復運動させるためにＳＭＡワイヤと１組以上の永久磁石とを利用するアクチュエータを提供することである。第１の実施態様は、
－ 第１の固定面及び第２の固定面と、
－ 第１の可動要素及び第２の可動要素と、
－ 第１の固定面に固定されていると共に、第１の可動要素を静止位置から動作位置に移動させるために第１の可動要素に接続されている形状記憶合金ワイヤと、
－ 形状記憶合金ワイヤが及ぼす駆動力に抗して作用するように、第１の固定面及び第２の固定面のうち一の固定面と第１の可動要素及び第２の可動要素のうち一の可動要素とに接続されている付勢手段と、
を備えているアクチュエータ部分組立体において、
第１の可動要素と第２の可動要素とが、第１の可動要素及び第２の可動要素のうち一方の可動要素に配置された永久磁石を具備する磁気応答素子と他方の可動要素に配置された１つ以上の対応する磁気応答素子（すなわち、異極性を有する磁石及び／又は強磁性材料）とを介した磁気結合によって接続され、これにより、形状記憶合金ワイヤの動作時に第１の可動要素が変位し、その結果として、第２の可動要素が静止位置から動作位置に変位し、磁気結合が、形状記憶合金ワイヤの動作停止時に、付勢手段によって第１の可動要素及び第２の可動要素が静止位置に復帰することを提供し、
第２の固定面が、第１の可動要素と第２の可動要素とを好ましくは液密に隔てるように、第１の可動要素と第２の可動要素との間に挿置されている、アクチュエータ部分組立体を構成している。
－ 第１の固定面及び第２の固定面と、
－ 第１の可動要素及び第２の可動要素と、
－ 第１の固定面に固定されていると共に、第１の可動要素を静止位置から動作位置に移動させるために第１の可動要素に接続されている形状記憶合金ワイヤと、
－ 形状記憶合金ワイヤが及ぼす駆動力に抗して作用するように、第１の固定面及び第２の固定面のうち一の固定面と第１の可動要素及び第２の可動要素のうち一の可動要素とに接続されている付勢手段と、
を備えているアクチュエータ部分組立体において、
第１の可動要素と第２の可動要素とが、第１の可動要素及び第２の可動要素のうち一方の可動要素に配置された永久磁石を具備する磁気応答素子と他方の可動要素に配置された１つ以上の対応する磁気応答素子（すなわち、異極性を有する磁石及び／又は強磁性材料）とを介した磁気結合によって接続され、これにより、形状記憶合金ワイヤの動作時に第１の可動要素が変位し、その結果として、第２の可動要素が静止位置から動作位置に変位し、磁気結合が、形状記憶合金ワイヤの動作停止時に、付勢手段によって第１の可動要素及び第２の可動要素が静止位置に復帰することを提供し、
第２の固定面が、第１の可動要素と第２の可動要素とを好ましくは液密に隔てるように、第１の可動要素と第２の可動要素との間に挿置されている、アクチュエータ部分組立体を構成している。
また、本発明は、より良好にバランスされたアクチュエータ部分組立体の構造を提供する。すなわち、第２の可動要素（アクチュエータを動作させる要素）は、第１の可動要素の場合のように非対称な力を受けない。第２の可動要素に取り付けられた形状記憶合金ワイヤが特定の平面に配置されているので、アクチュエータ部分組立体を一層円滑に機能させることができるからである。
さらに、本発明におけるアクチュエータ部分組立体の好ましい実施例では、ＳＭＡワイヤと付勢手段とが、ＳＭＡワイヤと付勢手段とが対向する側に配置されている第１の可動要素によって物理的に隔てられている。このような物理的な隔離は、特に幾つかのアクチュエータ部分組立体がマイクロシステムに採用され得ることを考慮すると、ＳＭＡワイヤが直線構成のみならず、ＳＭＡワイヤの強度及び／又は移動量を大きくすることができる、いわゆるＵ字状構成又はＶ字状構成であっても好適に利用可能である点において、アクチュエータ部分組立体の設計の柔軟性及び組立の容易性を向上させることができる。特許文献９は、直線構成に限定されたアクチュエータを例示しているが、直線的なＳＭＡワイヤと付勢手段との両方が、第１の固定面と第１の可動要素との間において同心状に接続されており、すなわち、第１の可動要素の同一側に配置されているので、実質的にＳＭＡワイヤの他の構成を利用することができない。
本発明の構成では、高レベルの小型化が可能であることを強調することが肝心である。この場合には、特許文献８に記載のように、置換制御モジュールが弁の流体部分に接続されているのではなく、ＳＭＡアクチュエータが、弁の流体モジュールに完全に統合されているからである。特許文献８と本発明との間において最も関連する相違点は、形状記憶合金ワイヤと付勢手段とが隔てられていないことと、磁気応答素子が可動要素に直接取り付けられていないので、中間要素が必要となり、余計な重量物（encumbrance）を構造体に追加しなくてはならないことである。
本発明の構成の他の利点は、代替的に、特に流体弁の用途に関連する。この場合のように、形状記憶合金ワイヤは、流体の特定の性質（液体、気体、混合体）とは無関係に常時空気に露呈しているので、形状記憶合金ワイヤの熱管理及び制御並びに形状記憶合金ワイヤの動作を良好に維持することができる。これにより、特許文献８に記載のように、弁が限られた数の動作位置に制限されるのではなく、完全な比例性を実現することができる。このような制限は、例えばバネや屈曲等のような比例した付勢を利用することを想定している本発明の好ましい実施例とは異なり、双安定／三安定の付勢手段の利用に関連付けられる。
第１の固定面と第２の固定面とは、アクチュエータ部分組立体に関連付けて解釈されるべきであることに留意すべきである。より詳細には、本発明におけるアクチュエータ部分組立体は、可動装置（例えば、自動車両）に取り付けられており、そのような場合には、相対的な意味合いでそれらは固定面とされる。
本発明について、以下の図面を参考にしつつ、さらに説明する。
理解し易くするために、図示の様々な部品の寸法及び寸法比は、特に形状記憶合金ワイヤの直径を除いて変更されている場合がある。さらに、例えば形状記憶合金ワイヤの圧着部や電気接点のような、本発明を理解するために必要ではない幾つかの要素は、概略図に表されていない。
図１Ａ及び図１Ｂはそれぞれ、（ＳＭＡワイヤが非動作状態とされる）静止位置及び（ＳＭＡワイヤが動作状態とされる）動作位置における、本発明におけるアクチュエータ部分組立体１０の第１の実施例の概略的な断面図である。
アクチュエータ部分組立体１０が、第１の上側固定面１１と、第２の下側固定面１２と、第２の下側固定面１２の外側に位置する第１の可動要素１３と、第２の下側固定面１２の内側に位置する第２の可動要素１４とを備えており、第１の可動要素１３と第２の可動要素１４とは、好ましくは互いに同軸に配置されている。第１の可動要素１３は、いわゆるＶ字状構成の形状記憶合金ワイヤ１５によって変位され、形状記憶合金ワイヤ１５の端部は、第１の固定面１１に固定され、形状記憶合金ワイヤ１５の中央部は、第１の可動要素１３に固定／接続されている。
形状記憶合金ワイヤ１５が動作すると、第１の可動要素１３が上昇し、さらに、第１の可動要素１３に取り付けられた第１の磁石１７と、第２の可動要素１４に取り付けられた第２の磁石１７′との吸引力によって、第２の可動要素１４を上方に引き上げる。
ＳＭＡワイヤ１５が動作停止すると、第２の可動要素１４が、付勢要素によって、この場合には、第２の固定面１２と第２の可動要素１４との間に接続されているバネ１６によって、磁石１７，１７′の磁気吸引力を介して第１の可動要素１３を静止位置に向かって引き下げる。
図１Ａ及び図１Ｂは、第２の可動要素１４の自由な先端部に固定されている端子要素１８を表わす。端子要素１８の機能は、第２の固定面１２のサポート１９，１９′との関係によって特徴づけられている。より具体的には、本発明は、端子１８の特定の形状、材料、又は目的に限定される訳ではない。端子１８は、例えば、接触要素１９，１９′のための電気端子であっても、流体回路の開口部（この場合には、参照符号１９，１９′は開口部の壁に相当する）を閉じるためのプランジャであっても、ドアロックや磁気クラッチであっても良い。
図１Ａ及び図１Ｂの概略的な断面図は、異極性を有する２つの磁石１７，１７′を利用している部分組立体を表わす。当該磁石は、第１の可動要素１３及び第２の可動要素１４それぞれに取り付けられている環状の形態とされる。
図２Ａ及び図２Ｂはそれぞれ、（ＳＭＡワイヤが非動作状態とされる）静止位置及び（ＳＭＡワイヤが動作状態とされる）動作位置における、本発明におけるアクチュエータ部分組立体２０の第２の実施例を示す概略的な断面図である。
図１Ａ及び図１Ｂに表わす第１の実施例に関して最も重要な構造上の相違点は、現在は第１の可動要素２３と第２の固定面２２との間に接続されており、ひいてはバネ１６のように押出作用ではなく引張作用を発揮している付勢要素／戻りバネ２６の位置決めにある。
図１Ａ及び図１Ｂの戻り要素１６と図２Ａ及び図２Ｂの戻り要素２６との間における異なる位置決めが、本発明におけるアクチュエータ部分組立体の２つの主要な構成を浮き彫りにする。
アクチュエータ部分組立体２０に見られる他の違いは、単なる変形例であるので、アクチュエータ部分組立体１０の構成にも適用可能である。他の違いとしては、
－ 形状記憶合金ワイヤ２５が直線／線形に構成されており、一方の端部が第１の固定面２１に固定されていると共に、他方の端部が第１の可動要素２３に固定されていること、及び
－ 第２の可動要素２４が、第１の可動要素２３に取り付けられた磁気素子２７と磁気的に結合するために、磁気素子２７′で作られていること、
が挙げられる。
－ 形状記憶合金ワイヤ２５が直線／線形に構成されており、一方の端部が第１の固定面２１に固定されていると共に、他方の端部が第１の可動要素２３に固定されていること、及び
－ 第２の可動要素２４が、第１の可動要素２３に取り付けられた磁気素子２７と磁気的に結合するために、磁気素子２７′で作られていること、
が挙げられる。
図１Ａと同様に、第２の可動要素２４の先端に位置する端子要素２８は、第２の固定面２２のサポートとして機能する部分組立体要素２９，２９′との関係を通じて、アクチュエータ部分組立体の範囲及び機能を決定する。
図３Ａ及び図３Ｂはそれぞれ、静止位置及び動作位置における、アクチュエータ部分組立体３０の第３の実施例の概略的な断面図である。図１Ａ及び図１Ｂに表わす第１の実施例と同様に、この場合も、付勢バネ３６が、第２の可動要素３４と第２の固定面３２との間に接続されている。この場合には、端子３８は、第２の可動要素３４に固着された要素ではなく、むしろ第２の可動要素３４の一部分、特に流体弁ポートの密閉に最も適している先端部分であるので、第２の固定面３２のサポート３９，３９′は、弁壁の一部、すなわち、より一般には弁絶縁要素を呈している。
アクチュエータ部分組立体３０では、Ｖ字状構成のＳＭＡワイヤ３５が、第１の固定面３１と、磁気素子３７、好ましくは著しく長手方向に延在しているシリンダを具備する第１の可動要素３３とを接続している一方、複数の比較的小型の環状磁気素子３７′が、第２の可動要素３４に沿って離隔して取り付けられている。ＳＭＡワイヤ３５を動作させると、第１の可動要素３３が上昇し、磁気要素３７と複数の磁気要素３７′との磁気的結合を介して第２の可動要素３４を上方に持ち上げる。ＳＭＡワイヤ３５を冷却すると、第２の可動要素３４が、第２の固定面３２と第２の可動要素３４との間に接続された付勢バネ３６の押し付けによって、当該磁気的結合を介して第１の可動要素３３を引き下げる。
図４Ａ及び図４Ｂはそれぞれ、静止位置及び動作位置における、アクチュエータ部分組立体４０の第４の実施例の概略的な断面図である。構造は、図１Ａ及び図１Ｂに表わす第１の実施例と略同一であり、第１の上側固定面４１と、第２の下側固定面４２と、第１の可動要素４３と、第２の可動要素４４と、Ｖ字状構成のＳＭＡワイヤ４５と、第２の可動要素４４と第２の固定面４２との間に接続されている付勢バネ４６と、第１の可動要素及び第２の可動要素４３，４４それぞれに取り付けられている磁気素子４７，４７′と、第２の固定面４２のサポート４９，４９′と接触するための、第２の可動要素４４の先端に位置する端子４８とを備えている。
唯一の相違点は、第２の可動要素４４に取り付けられた磁気素子４７′も第２の固定面４２と接触していることである。従って、磁気素子４７′は、第１の可動要素４３に固定されたＳＭＡワイヤ４５が動作する際に磁気素子４７が上向きの引張を発生させる場合に、及び、ＳＭＡワイヤ４５が動作停止すると付勢バネ４６が下向きの押出を発生させる場合に、摩擦を最小にする円状の断面を有している。この目的のために、磁気素子４７′は、第２の固定面４２と第２の可動要素４４とが相対運動している際に回転可能なように取り付けられている。例えば、磁気素子４７′は、第２の可動要素４４と一体化されている上側のレッジ４７″と下側のレッジ４７″との間に配置されており、回転する磁気素子４７′の脱落を防止しつつ、第２の固定面４２との接触を回避する大きさになっている。
図１～図４に表わすすべての実施例において、アクチュエータ部分組立体は、可動要素の直線運動を示しているが、優位には、同一の概念が、非動作状態及び動作状態それぞれにおける、本発明におけるアクチュエータ部分組立体５０の第５の実施例の概略的な断面図を表わす図５Ａ及び図５Ｂに例示される回転式アクチュエータに適用可能とされる。
より具体的には、アクチュエータ部分組立体５０は、磁気応答素子５７，５７′それぞれを具備する第１の円状の同心可動要素５３及び第２の円状の同心可動要素５４を備えている。形状記憶合金ワイヤ５５が、第１の固定面５１と第１の可動要素５３の実質的に外周上の接点との間に接続されている一方、ＳＭＡワイヤ５５の引張作用に対抗する弾性要素５６が、略反対位置で、第１の固定面５１と第１の可動要素５３の外周上の他の接点との間に接続されている。
円状の第２の固定面５２は，第１の可動要素５３と第２の可動要素５４との間に同心配置されていると共に、径方向に延在しているサポート５９によって支持されており、接触要素（端子）５８は、第２の可動要素５４の外周と同一平面上に取り付けられている。ＳＭＡワイヤ５５が動作すると、第１の可動要素５３が（図５Ａ及び図５Ｂに表わす実施例では反時計回りに）回転されるので、結合された磁気応答素子５７，５７′を介して第２の可動要素５４が回転され、これにより端子５８はサポート５９に沿って移動されると共に、サポート５９と位置合わせ／接触される。
すべての上述の実施例は、本発明の優位性を示している。すなわち、結合された磁気応答素子は、以下の２つの機能を果たす：
－ ＳＭＡワイヤを動作させる（電流供給により加熱される）ことによってアクチュエータ要素を駆動させること；及び
－ ＳＭＡワイヤを動作停止させる（電流供給が停止される）ことによって静止位置へのアクチュエータの復帰を促進させること。
－ ＳＭＡワイヤを動作させる（電流供給により加熱される）ことによってアクチュエータ要素を駆動させること；及び
－ ＳＭＡワイヤを動作停止させる（電流供給が停止される）ことによって静止位置へのアクチュエータの復帰を促進させること。
上記の説明のように、本発明におけるアクチュエータ部分組立体には２つの主要な構成があり、第１の構成では、付勢バネが第１の可動要素に作用し、第２の構成では、付勢バネが第２の可動要素に作用する。
これら２つの主要な実施例は、多様な形態で実施可能であり、特に以下の幾つかの形態は、説明した図面を参照して既に表わされている：
－ ＳＭＡワイヤの構成：最も有用な構成のうち一の構成として、単一のＳＭＡワイヤが利用される。ＳＭＡワイヤは、好ましくは、一方の端部が第１の固定面に固定されると共に他方の端部が第１の可動要素に固定された直線状の構成であるか、又は代替的には、両端部が第１の固定面に固定されると共に中央部が第１の可動要素に固定／接続された、いわゆるＶ／Ｕ字状の構成とされる。
－ 磁気応答要素：永久磁石の少なくとも１つの組が、第１の可動要素又は第２の可動要素に配設されている。他方の可動要素の磁気応答要素は、異極性の磁石の１つ以上の組であるか、又は強磁性材料から成るか若しくは強磁性材料を備えている１つ以上の要素とされる。
－ 磁気応答素子は、第１の可動要素及び第２の可動要素に固定／接続されているが、代替的には、第１の可動要素及び／又は第２の可動要素が、磁気応答素子／材料を備えているか、若しくは磁気応答素子／材料で作られている。
－ 磁気応答素子の高さは、同一であるか、又は一方の磁気応答素子が、他方の可動要素の対応する磁気素子の組を囲む高さを有している。
－ 磁気応答素子の大きさ及び形状は同一でなくて良く、この点において、磁気応答素子が第２の固定面と接触している場合には円状の断面が望ましい。
－ 第１の固定面及び第２の固定面は、別個のアクチュエータ要素に対応しているか、又は単一要素、例えば好適な形状のアクチュエータフレームの一部分とされる。
－ アクチュエータ部分組立体は、直線移動又は回転移動する。
－ ＳＭＡワイヤの構成：最も有用な構成のうち一の構成として、単一のＳＭＡワイヤが利用される。ＳＭＡワイヤは、好ましくは、一方の端部が第１の固定面に固定されると共に他方の端部が第１の可動要素に固定された直線状の構成であるか、又は代替的には、両端部が第１の固定面に固定されると共に中央部が第１の可動要素に固定／接続された、いわゆるＶ／Ｕ字状の構成とされる。
－ 磁気応答要素：永久磁石の少なくとも１つの組が、第１の可動要素又は第２の可動要素に配設されている。他方の可動要素の磁気応答要素は、異極性の磁石の１つ以上の組であるか、又は強磁性材料から成るか若しくは強磁性材料を備えている１つ以上の要素とされる。
－ 磁気応答素子は、第１の可動要素及び第２の可動要素に固定／接続されているが、代替的には、第１の可動要素及び／又は第２の可動要素が、磁気応答素子／材料を備えているか、若しくは磁気応答素子／材料で作られている。
－ 磁気応答素子の高さは、同一であるか、又は一方の磁気応答素子が、他方の可動要素の対応する磁気素子の組を囲む高さを有している。
－ 磁気応答素子の大きさ及び形状は同一でなくて良く、この点において、磁気応答素子が第２の固定面と接触している場合には円状の断面が望ましい。
－ 第１の固定面及び第２の固定面は、別個のアクチュエータ要素に対応しているか、又は単一要素、例えば好適な形状のアクチュエータフレームの一部分とされる。
－ アクチュエータ部分組立体は、直線移動又は回転移動する。
上記のすべてのバリエーションは、本発明の限定的な側面ではなく、２つの主要な実施例のアクチュエータ部分組立体に組み合わせて利用できる可能性のある好ましい解決策に過ぎません。
好ましくは、磁気応答要素は、第１の可動要素（図示の実施例における外側要素）の変位と第２の可動要素の変位との間における動作遅延を回避するために、付勢バネを圧縮することができる磁気抗力を提供する一連の永久磁石を備えている。磁気抗力は、磁気吸引力に対して垂直な力であり、形状記憶合金ワイヤが第１の可動要素を引っ張ることに直接起因する。磁気抗力は、付勢バネ力の１倍～１０倍、好ましくは付勢バネ力の１．５倍～５倍の間である必要があり、当業者であれば永久磁石のデータシートから容易に得ることができる。
本発明におけるアクチュエータ部分組立体に利用される適切な形状記憶合金としては、例えばニチノール（登録商標）のようなＮｉ－Ｔｉ基合金が挙げられ、Ｈｆ，Ｎｂ，Ｐｔ，Ｃｕのような付加元素を含んでいても含まなくても良い。ＳＭＡワイヤアクチュエータ要素の適切な直径は、２５μｍ～５００μｍである。
本発明は、第２の実施態様では、上述のアクチュエータ部分組立体を具備する流体弁である。
特定の実施例では、第２の固定面は、形状記憶合金ワイヤが流体と接触しないように液密になっているので、例えば水、油、冷媒液（例としては、いわゆるＲ４１０ａ）のような、その性質及び特性によって形状記憶合金ワイヤを損傷させる可能性がある流体を利用することができる。既に説明したように、これら流体との接触は、一般にジュール効果を通じて加熱されることによって実現されるＳＭＡワイヤの動作に影響を与える。
図６は、本発明におけるアクチュエータ部分組立体を具備する流体弁６００の概略的な断面図である。流体弁６００は、第２の可動要素６４に対応するプランジャによって連通状態と隔離状態とを選択可能とされる、流体入口６０１及び流体出口６０２を有しており、第２の可動要素６４は、場合によっては、出口６０２の寸法と末端部６８の寸法とが“完全”に一致する場合には任意であるリングガスケット６８′によって、液密状態の接続を実現するための適切な末端部６８を有している。さもなければ、流体弁６００は、例えば調節式オリフィスのような、流量制御機能を実行する要素とされる。第２の可動要素６４と第１の可動要素６３とは、弁本体６０３によって支持されていると共に弁本体６０３に接続されている第２の固定面６２によって、液密状態で互いから隔てられている。付勢バネ６６は、第２の可動要素６４を第２の固定面６２と接続させている。
図６は、いわゆるノーマルクローズ構成の流体弁６００、すなわち、ＳＭＡワイヤ６５が動作停止状態にある場合に、流体入口６０１と流体出口６０２とが互いから隔離されている流体弁６００を表わす。第１の固定面６１と第１の可動要素６３との間に接続されているＶ字状のＳＭＡワイヤ６５が動作すると、第１の可動要素６３が上昇し、（第１の可動要素６３に配設されている）磁気応答素子６７と（第２の可動要素６４に配設されている）磁気応答素子６７′との作用によって、第２の可動要素／プランジャ６４が上方に引き込まれ、これにより流体入口６０１と流体出口６０２とが流通するようになる。
形状記憶合金ワイヤ６５が動作停止した場合には、付勢バネ６６が、流体弁６００を閉じるように第２の可動要素／プランジャ６４を押し下げると共に、磁気応答素子６７，６７′の磁気結合を介して第１の可動要素６３を静止位置に向かって引き込む。
１０ アクチュエータ部分組立体
１１ 第１の上側固定面
１２ 第２の下側固定面
１３ 第１の可動要素
１４ 第２の可動要素
１５ 形状記憶合金ワイヤ
１６ バネ
１７ 磁石
１７′ 磁石
１８ 端子要素
１９ サポート
１９′ サポート
２０ アクチュエータ部分組立体
２１ 第１の上側固定面
２２ 第２の下側固定面
２３ 第１の可動要素
２４ 第２の可動要素
２５ 形状記憶合金ワイヤ
２６ 付勢要素／戻りバネ
２７ 磁気素子
２７′ 磁気素子
２８ 端子要素
２９ サポート
２９′ サポート
３０ アクチュエータ部分組立体
３１ 第１の上側固定面
３２ 第２の下側固定面
３３ 第１の可動要素
３４ 第２の可動要素
３５ 形状記憶合金ワイヤ
３６ 付勢バネ
３７ 磁気素子
３７′ 磁気素子
３８ 端子要素
３９ サポート
３９′ サポート
４０ アクチュエータ部分組立体
４１ 第１の上側固定面
４２ 第２の下側固定面
４３ 第１の可動要素
４４ 第２の可動要素
４５ 形状記憶合金ワイヤ
４６ 付勢バネ
４７ 磁気素子
４７′ 磁気素子
４７″ レッジ
４８ 端子
４９ サポート
４９′ サポート
５０ アクチュエータ部分組立体
５１ 第１の上側固定面
５２ 第２の下側固定面
５３ 第１の可動要素
５４ 第２の可動要素
５５ 形状記憶合金ワイヤ
５６ 弾性要素
５７ 磁気応答素子
５７′ 磁気応答素子
５８ 接触要素（端子）
５９ サポート
５９′ サポート
６０ アクチュエータ部分組立体
６１ 第１の上側固定面
６２ 第２の下側固定面
６３ 第１の可動要素
６４ 第２の可動要素
６５ 形状記憶合金ワイヤ
６６ 付勢バネ
６７ 磁気応答素子
６７′ 磁気応答素子
６８ 末端部
６８′ リングガスケット
６００ 流体弁
６０１ 流体入口
６０２ 流体出口
６０３ 弁本体
１１ 第１の上側固定面
１２ 第２の下側固定面
１３ 第１の可動要素
１４ 第２の可動要素
１５ 形状記憶合金ワイヤ
１６ バネ
１７ 磁石
１７′ 磁石
１８ 端子要素
１９ サポート
１９′ サポート
２０ アクチュエータ部分組立体
２１ 第１の上側固定面
２２ 第２の下側固定面
２３ 第１の可動要素
２４ 第２の可動要素
２５ 形状記憶合金ワイヤ
２６ 付勢要素／戻りバネ
２７ 磁気素子
２７′ 磁気素子
２８ 端子要素
２９ サポート
２９′ サポート
３０ アクチュエータ部分組立体
３１ 第１の上側固定面
３２ 第２の下側固定面
３３ 第１の可動要素
３４ 第２の可動要素
３５ 形状記憶合金ワイヤ
３６ 付勢バネ
３７ 磁気素子
３７′ 磁気素子
３８ 端子要素
３９ サポート
３９′ サポート
４０ アクチュエータ部分組立体
４１ 第１の上側固定面
４２ 第２の下側固定面
４３ 第１の可動要素
４４ 第２の可動要素
４５ 形状記憶合金ワイヤ
４６ 付勢バネ
４７ 磁気素子
４７′ 磁気素子
４７″ レッジ
４８ 端子
４９ サポート
４９′ サポート
５０ アクチュエータ部分組立体
５１ 第１の上側固定面
５２ 第２の下側固定面
５３ 第１の可動要素
５４ 第２の可動要素
５５ 形状記憶合金ワイヤ
５６ 弾性要素
５７ 磁気応答素子
５７′ 磁気応答素子
５８ 接触要素（端子）
５９ サポート
５９′ サポート
６０ アクチュエータ部分組立体
６１ 第１の上側固定面
６２ 第２の下側固定面
６３ 第１の可動要素
６４ 第２の可動要素
６５ 形状記憶合金ワイヤ
６６ 付勢バネ
６７ 磁気応答素子
６７′ 磁気応答素子
６８ 末端部
６８′ リングガスケット
６００ 流体弁
６０１ 流体入口
６０２ 流体出口
６０３ 弁本体
Claims (18)
- アクチュエータ部分組立体（１０；２０；３０；４０；５０）であって、
第１の固定面（１１；２１；３１；４１；５１；６１）及び第２の固定面（１２；２２；３２；４２；５２；６２）と、
第１の可動要素（１３；２３；３３；４３；５３；６３）及び第２の可動要素（１４；２４；３４；４４；５４；６４）と、
前記第１の固定面（１１；２１；３１；４１；５１；６１）に固定されていると共に、前記第１の可動要素（１３；２３；３３；４３；５３；６３）を静止位置から動作位置に移動させるために前記第１の可動要素（１３；２３；３３；４３；５３；６３）に接続されている形状記憶合金ワイヤ（１５；２５；３５；４５；５５；６５）と、
前記形状記憶合金ワイヤ（１５；２５；３５；４５；５５；６５）が及ぼす駆動力に抗して作用するように、前記第１の固定面及び前記第２の固定面のうち一の固定面と前記第１の可動要素及び前記第２の可動要素のうち一の可動要素とに接続されている付勢手段（１６；２６；３６；４６；５６；６６）と、
を備えている前記アクチュエータ部分組立体（１０；２０；３０；４０；５０）において、
前記第１の可動要素（１３；２３；３３；４３；５３；６３）と前記第２の可動要素（１４；２４；３４；４４；５４；６４）とが、前記第１の可動要素及び前記第２の可動要素のうち一方の可動要素に配置された永久磁石を具備する磁気応答素子（１７；１７′，２７；２７′，３７；３７′，４７；４７′，５７；５７′，６７，６７′）と他方の可動要素に配置された１つ以上の対応する磁気応答素子とを介した磁気結合によって接続され、これにより、前記形状記憶合金ワイヤ（１５；２５；３５；４５；５５；６５）の動作時に前記第１の可動要素（１３；２３；３３；４３；５３；６３）が変位し、その結果として、第２の可動要素（１４；２４；３４；４４；５４；６４）が静止位置から動作位置に変位し、前記磁気結合が、前記形状記憶合金ワイヤ（１５；２５；３５；４５；５５；６５）の動作停止時に、前記付勢手段（１６；２６；３６；４６；５６；６６）によって前記第１の可動要素及び前記第２の可動要素が静止位置に復帰することを提供し、
前記第２の固定面（１２；２２；３２；４２；５２；６２）が、前記第１の可動要素（１３；２３；３３；４３；５３；６３）と前記第２の可動要素（１４；２４；３４；４４；５４；６４）とを好ましくは液密に隔てるように、前記第１の可動要素と前記第２の可動要素との間に挿置されていることを特徴とするアクチュエータ部分組立体（１０；２０；３０；４０；５０）。 - 前記永久磁石の１つ以上の組が、前記付勢手段（１６；２６；３６；４６；５６；６６）の力の１倍～１０倍、好ましくは前記付勢手段の１．５倍～５倍の抗力を有していることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ部分組立体（１０；２０；３０；４０；５０）。
- 前記形状記憶合金ワイヤ（１５；３５；４５）の端部それぞれが、前記第１の固定面（１１；３１；４１）に固定されており、前記形状記憶合金ワイヤ（１５；３５；４５）の中央部が、Ｖ字状構成又はＵ字状構成で前記第１の可動要素（１３；３３；４３）に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエータ部分組立体（１０；３０；４０）。
- 前記形状記憶合金ワイヤ（２５；５５）の端部が、前記第１の固定面（２１；５１）及び前記第１の可動要素（２３；５３）に固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエータ部分組立体（２０；５０）。
- 磁気応答素子（１７，１７′；２７，２７′；３７，３７′；４７，４７′；５７，５７′；６７，６７′）がそれぞれ、１つ以上の永久磁石及び１つ以上の強磁性素子であることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のアクチュエータ部分組立体（１０；２０；３０；４０；５０）。
- 前記磁気応答素子（１７，１７′；２７，２７′；３７，３７′；４７，４７′；５７，５７′；６７，６７′）がそれぞれ、第１の極性を有する１つ以上の永久磁石と異極性を有する１つ以上の永久磁石であることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のアクチュエータ部分組立体（１０；２０；３０；４０；５０）。
- 前記磁気応答素子（１７，１７′；２７，２７′；３７，３７′；４７，４７′；５７，５７′；６７，６７′）が、前記第１の可動要素（１３；２３；３３；４３；５３；６３）及び第２の可動要素（１４；２４；３４；４４；５４；６４）の少なくとも一部分に固定されているか、又は前記第１の可動要素及び第２の可動要素の少なくとも一部分を構成していることを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載のアクチュエータ部分組立体（１０；２０；３０；４０；５０）。
- 前記第２の可動要素（２４）が、磁性材料から作られていることを特徴とする請求項７に記載のアクチュエータ部分組立体（２０）。
- 磁石及び磁気応答素子（１７，１７′；２７，２７′；４７，４７′）から成る１組以上が、略同一の高さを有していることを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載のアクチュエータ部分組立体（１０；２０；４０）。
- 一方の可動要素上の磁気応答素子（３７）の高さが、他方の可動要素上の１組以上の磁石又は１つ以上の磁気応答素子（３７′）を包含することを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載のアクチュエータ部分組立体（３０）。
- 前記第１の可動要素（１３；２３；３３；４３；５３；６３）と前記第２の可動要素（１４；２４；３４；４４；５４；６４）とが、互いに同軸又は同心で配置されていることを特徴とする請求項１～１０のいずれか一項に記載のアクチュエータ部分組立体（１０；２０；３０；４０；５０）。
- 前記第２の固定面（４２）が、前記第２の可動要素（４４）に取り付けられた磁気応答素子（４７′）によって物理的に接触されることを特徴とする請求項１～１１のいずれか一項に記載のアクチュエータ部分組立体（４０）。
- 前記磁気応答素子（４７′）が、円状の断面を有しており、前記第２の固定面（４２）と前記第２の可動要素（４４）とが相対運動する際に前記磁気応答素子（４７′）が回転可能とされるように取り付けられていることを特徴とする請求項１２に記載のアクチュエータ部分組立体（４０）。
- 前記付勢手段（１６；２６；３６；４６；５６；６６）が、比例した復帰力を前記形状記憶合金ワイヤ（１５；２５；３５；４５；５５；６５）に付与することを特徴とする請求項１～１３のいずれか一項に記載のアクチュエータ部分組立体（１０；２０；３０；４０；５０）。
- 前記形状記憶合金ワイヤ（１５；２５；３５；４５；５５；６５）及び前記付勢手段（１６；２６；３６；４６；５６；６６）が、前記第１の可動要素（１３；２３；３３；４３；５３；６３）によって物理的に隔てられていることを特徴とする請求項１～１４のいずれか一項に記載のアクチュエータ部分組立体（１０；２０；３０；４０；５０）。
- 請求項１～１５のいずれか一項に記載のアクチュエータ部分組立体（１０；２０；３０；４０；５０）を具備することを特徴とする流体弁（６００）。
- 前記第２の固定面（６２）によって、前記第２の可動要素（６４）と前記第１の可動要素（６３）とが液密に接続されることを特徴とする請求項１６に記載の流体弁（６００）。
- 前記付勢手段（６６）が、比例した復帰力を前記形状記憶合金ワイヤ（６５）に付与することを特徴とする請求項１６又は１７に記載の流体弁（６００）。
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