JP2564119B2 - 形状記憶合金装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、種々の用途のために、形状記憶合金を利用
して熱エネルギを力学的エネルギに変換する形状記憶合
金装置に関する。

〔従来の技術および発明が解決しようとする問題点〕

従来よりこのような形状記憶装置は種々提案されてい
るが、その多くは比較的に構造が複雑で、製造コストが
比較的に高くなるとともに、装置全体をシート状とする
ことは困難であった。

〔発明の目的〕

本発明は、前記従来の問題点を解決するためになされ
たもので、装置全体がシート状をなし、加熱冷却するこ
とにより湾曲させたり、平らな状態としたりすることが
でき、かつ形状記憶合金から大きな力を取り出すことが
できるとともに動作速度を速くすることができ、しかも
構造が簡単で、製造コストを安価にすることができる形
状記憶合金装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による形状記憶合金装置は、弾性を有するシー
ト状材料と、このシート状材料に、該シート状材料に沿
うようにして、かつ前記弾性により該シート状材料が外
力を受けない自由状態時の形状へ復帰して行くと、記憶
している長さに比し引張り変形を受けることとなるよう
にして、取り付けられたワイヤ状の形状記憶合金とを有
してなるものである。

〔作用〕

本発明においては、形状記憶合金が所定温度領域より
低温になっている状態では、シート状材料はその弾性に
より、外力を受けない自由状態時の形状とほぼ同じかま
たはそれに近い形状となっており、これにより形状記憶
合金は伸び変形を受けている。

しかし、直接電流を流す等の適当な方法により、形状
記憶合金を所定温度領域にまで加熱すると、形状記憶合
金は変態を開始し、記憶している元の全長に戻ろうとす
る形状回復力を発生し、シート状材料の弾性に抗して収
縮するので、シート状材料は湾曲の度合を変化する。

また次に形状記憶合金の加熱を停止すると、形状記憶
合金は冷却し、形状回復力を失うので、シート状材料は
その弾性により再び自由状態時の形状とほぼ同じかまた
はそれに近い形状に戻り、形状記憶合金は引張力を作用
されて伸び変形を受ける。

ところで、一般に、形状記憶合金の形状回復力は、曲
げ変形やねじり変形からの形状回復の場合より、伸び変
形からの形状回復の場合の方が著しく大きい。そして、
これに伴ない、形状記憶合金が変形状態から記憶形状に
回復する速度も、曲げ変形やねじり変形からの形状回復
の場合より、伸び変形からの形状回復の場合の方が著し
く速くなる。

これは、次の理由による。形状記憶合金の形状回復力
は、一定の範囲内において形状記憶合金の変形量が大き
い場合ほど大きくなる。しかるに、形状記憶合金の横断
面をとってみてみると、曲げ変形やねじり変形の場合、
横断面全体が一様に変形するのではなく、中心に近付く
ほど変形量は小さくなり、中心では変形量は零となると
いう変形量の分布で変形するので、横断面全体としての
変形量が小さく、ひいては全体として形状回復力が小さ
くなってしまう。ところが、引張り変形の場合は、形状
記憶合金が理想的には横断面全体に渡って一様に変形す
るので、全体として形状回復力が大きくなる（言い換え
れば、曲げ変形やねじり変形の場合は、形状記憶合金の
中心付近は形状回復力の発生に寄与しないので、形状回
復力発生の効率が悪いが、伸び変形の場合は、形状記憶
合金の中心付近も形状回復力の発生に寄与するので、形
状回復力発生の効率がよい）。

したがって、同一断面積とした場合、前述のように形
状記憶合金の形状回復力は、曲げ変形やねじり変形から
の形状回復の場合より、伸び変形からの形状回復の場合
の方が著しく大きくなり、形状回復の速度も速くなるの
である。

ここにおいて、本発明においては、前述のように形状
記憶合金の伸び変形からの形状回復力を利用するので、
形状記憶合金から大きな力を取り出すことができるとと
もに動作速度を速くすることができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明す
る。

第１図から４図までは本発明の一実施例を示す。この
実施例において、１は弾性を有する電気絶縁性の材料か
らなる、幅の狭い長方形をなす薄いシート状材料であ
り、このシート状材料１の一方の面には粘着剤が塗布さ
れている。前記シート状材料１は、外力を作用されない
状態では、その弾性により平らな状態となるようになっ
ている。

なお、このシート状材料１を構成する材料としては、
例えば、ポリアリレート樹脂、ポリカーボネート、ポリ
エステル樹脂、エポキシ樹脂、ABS樹脂等の種々の合成
樹脂、あるいはその他の適当な弾性を有する材料を用い
ることができる。また、本発明においては、シート状材
料の形状は本実施例のような形状に限られることはな
く、必要に応じて任意の形状とすることができる。

前記シート状材料１の一端部付近には端子２および３
が取り付けられており、他端部付近にはハトメ４が取り
付けられている。前記シート状材料１の前記粘着剤を塗
布されている側の面には、Ti−Ni合金からなるワイヤ状
の形状記憶合金５が前記粘着剤により粘着されている。
ここにおいて、前記形状記憶合金５はその一端部を端子
２に接続されており、この端子２からシート状材料１の
長さ方向に沿ってハトメ４に向って延び、さらにハトメ
４に巻き掛けられて折り返され、シート状材料１の長さ
方向に沿って端子３に向って延び、他端部を端子３に接
続されている。

前記形状記憶合金５の折り返し部分はハトメ４とシー
ト状材料１との間に挟持されている。前記ハトメ４は、
形状記憶合金５を特に前記折り返し部分において他の部
分より強固にシート材料１に固定するために設けられて
いるものである。なお、本発明においては、ハトメ以外
の固定手段により形状記憶合金の端部を特に強固にシー
ト状材料に固定してもよいし、その必要がない場合はハ
トメ等の固定手段を全く設けなくてもよい。

前記形状記憶合金５は、その全長がある寸法Ｌとなる
形状を記憶しているが、この元の全長Ｌより伸び変形を
受けた状態で上述のようにシート材料１に取り付けられ
ている。言い換えれば、形状記憶合金５はシート状材料
１により引張り力を作用されることとなる状態でシート
状材料１に取り付けられている。なお、本発明において
は、ワイヤ状の形状記憶合金５の伸び変形からの形状回
復力をもっぱら利用するため、形状記憶合金５の曲げ変
形およびねじり変形からの形状回復力は無視できるの
で、形状記憶合金５は前記所定の全長Ｌとなる形状を記
憶していさえすれば、真直ぐな形状を記憶していてもよ
いし、湾曲した形状を記憶していてもよい。

前記シート状材料１の前記粘着剤を塗布されている側
の面には、電気絶縁性でシート状材料１よりさらに薄い
シート状の被覆材６が貼り合わされており、これにより
形状記憶合金５はシート状材料１と被覆材６との間に挟
まれた状態となっている。なお、前記被覆材６のシート
状材料１に接する面にも粘着剤が塗布されている。前記
被覆材６は、例えはポリアミドイミド樹脂等の種々の合
成樹脂で構成することができる。前記端子2,3には、そ
れぞれ導線7,8が接続されている。

次に、本実施例の作動を説明する。

常温の状態では、シート状材料１はその弾性により第
２図のように平らな状態となっており、形状記憶合金５
は伸び変形を受けている。

しかし、導線7,8および端子2,3を通じて形状記憶合金
５に電流を流す等の方法により、形状記憶合金５を適当
な温度にまで加熱すると、形状記憶合金５は変態を開始
し、元の全長Ｌに戻ろうとする形状記憶回復力を発生
し、シート状材料１の弾性に抗して収縮する。これによ
り、シート状材料１は第３図のように形状記憶合金５が
取り付けられている面側に湾曲する。

また次に形状記憶合金５の加熱を停止すると、形状記
憶合金５は冷却し、形状回復力を失うので、シート状材
料１はその弾性により再び第２図のように平らな状態に
戻り、形状記憶合金５は伸び変形を受ける。

このように本装置では、形状記憶合金５を加熱冷却す
ることにより、シート状材料１を湾曲させたり、平らな
状態に戻したりすることができる。そして、このような
形状記憶合金５の加熱冷却に伴うシート状材料１の動作
は種々の用途に利用することができる。

そして、本装置においては、前述のように形状記憶合
金５の伸び変形からの形状回復力を利用するので、形状
記憶合金５から大きな力を取り出すことができるととも
に動作速度を速くすることができる。

第５図は本発明の他の実施例を示す。この実施例にお
いては、シート状材料１の両面に、前記実施例と同様に
してそれぞれ形状記憶合金５が取り付けられている。ま
た、被覆材６もシート状材料１の両面に設けられてい
る。

前記実施例では、形状記憶合金５が設けられている一
方の両側にのみシート状材料１を湾曲できたが、本実施
例においては、２本の形状記憶合金５のうちのいずれを
加熱するかを選択することにより、シート状材料１をそ
の両面のいずれの側にも湾曲することができる。

第６図および７図は本発明のさらに他の実施例を示
す。前記各実施例においては、形状記憶合金５をＵター
ンさせて該合金５の両端がともにシート状材料１の一方
の端部側に来るようにしているが、本実施例では、二本
の形状記憶合金５をそれぞれＵターンさせないでシート
状材料１に取り付け、各形状記憶合金５の両端がシート
状材料１の両端部に来るようにしている。本実施例にお
いても、前記第１図ないし４図の最初の実施例と同様の
効果を得ることができる。

ただし、最初の実施例においてはシート状材料１の一
端部側において形状記憶合金５を電源に接続できるが、
この実施例においては、シート状材料１の両端部におい
て形状記憶合金５を電源を接続しなければならない。

第８図および９図は本発明のさらに別の実施例を示
す。この実施例において、11は前記各実施例のシート状
材料１と同様のシート状材料であるが、広い幅を有して
いる。このシート状材料11には、該材料11に沿って、Ti
−Ni合金からなる２本のワイヤ状の形状記憶合金15a,15
bが取り付けられている。そして、一方の形状記憶合金1
5aは、図のＸ方向に延びる部分が等間隔で生ずるように
複数箇所で折り返されており、他方の形状記憶合金15b
は前記Ｘ方向と垂直なＹ方向に延びる部分が等間隔で生
ずるように複数箇所で折り返されている。また、前記各
形状記憶合金15a,15bはシート状材料１に貼り合わされ
た被覆材16により覆われている。

本実施例においては、形状記憶合金15aに通電すれ
ば、シート状材料11がＸ方向に対して湾曲する一方、形
状記憶合金15bに通電すれば、シート状材料11がＹ方向
に対して湾曲する。

なお、前記各実施例においては、シート状材料は外力
を作用されていない自由な状態では平らな状態となるよ
うになっているが、外力を作用されていない自由な状態
においてシート状材料が湾曲した形状となるように構成
してもよい（この場合、形状記憶合金が加熱されていな
いときは、シート状材料は自由状態時の形状とほぼ同じ
かそれに近い形状で湾曲しているが、形状記憶合金が加
熱されて形状回復力を発生すると、湾曲形状を変化させ
るかまたは平らな状態となる）。

また、前記各実施例においては、形状記憶合金を被覆
材により被覆しているが、本発明においては、必らずし
も形状記憶合金を被覆材で被覆する必要はない。また、
形状記憶合金を弾性を有する２枚のシート状材料の間に
挟んでもよいし、形状記憶合金をシート状材料中に埋め
込むような構成としてもよい。

また、前記各実施例では、形状記憶合金としてTi−Ni
合金を使用しているが、本発明においては、他の種の形
状合金を使用することも可能である。

〔発明の効果〕

以上のように本発明による合金装置は、 （イ）装置全体がシート状をなし、加熱冷却することに
より湾曲させたり、平らな状態にしたりすることができ
る、 （ロ）形状記憶合金から大きな力を取り出すことができ
るとともに動作速度を速くすることができる、 （ハ）構造が簡単で、製造コストを安価にすることがで
きる、 等の優れた効果を得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による形状記憶合金装置の一実施例を示
す正面図、第２図はシート状材料が平らな状態における
該実施例を示す側面図、第３図はシート状材料が湾曲し
た状態における該実施例を示す側面図、第４図は第１図
のIV−IV線における拡大断面図、第５図は本発明の他の
実施例を示す拡大断面図、第６図は本発明のさらに他の
実施例を示す正面図、第７図は第６図のVII−VII線にお
ける拡大断面図、第８図は本発明のさらに別の実施例を
示す正面図、第９図は第８図のIX−IX線における拡大断
面図である。 １……シート材材料、５……形状記憶合金、11……シー
ト状材料、15a,15b……形状記憶合金。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弾性を有するシート状材料と、このシート
   状材料に、該シート状材料に沿うようにして、かつ前記
   弾性により該シート状材料が外力を受けない自由状態時
   の形状へ復帰して行くと、記憶している長さに比し引張
   り変形を受けることとなるようにして、取り付けられた
   ワイヤ状の形状記憶合金とを有してなる形状記憶合金装
   置。