JP2572597B2 - 断続装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ブレーキやクラッチのように可動体と固定
体との間、あるいは可動体同士の間を機械的に断続する
断続装置に関する。

〔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、種々の形式のブレーキおよびクラッチが開
発されているが、それらはいずれも装置が大型になると
ともに製造コストが高いという問題点があった。

〔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、非常に単純な構造で、装置を小形化すること
ができ、しかも可動体と固定体との間、あるいは可動体
同士の間を大きな力で接続でき、動作速度を高速にで
き、かつ製造コストを安価にできる、ブレーキおよびク
ラッチ等の断続装置を提供することを目的する。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による断続装置は、 相対的に運動する第一の物体および第二の物体と、前
記第一の物体の側に一部を保持されるとともに前記第二
の物体に巻き掛けられた線材状の形状記憶合金とを有し
てなり、 前記形状記憶合金は、記憶している長さよりある程度
以上伸び変形しているときは、前記第二の物体にきつく
接触していないが、所定温度区間まで加熱されて前記記
憶している長さに復帰して行くと、前記第二の物体にき
つく接触することとなるように配設されているものであ
る。

〔作用〕

形状記憶合金が加熱されていないときは、該合金は伸
び変形を受けた状態となっており、第二の物体にきつく
は接触せず、第一の物体に対する第二の物体の相対運動
を自由に許す。

しかしながら、通電等により所定温度区間まで加熱さ
れると、形状記憶合金は形状回復力を発生し、記憶して
いる短い長さに戻ろうとして、第二の物体にきつく接触
し、第一の物体に対する第二の物体の相対運動を許さな
いか、または該相対運動に対し抵抗力を発生させるよう
になる。

したがって、第一および第二の物体の一方が固定され
ている場合はブレーキの機能が果される一方、第一およ
び第二の物体の両方が運動する物体であるときはクラッ
チの機能が果される。

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、伸び変形の場合は、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や
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
作速度を高速にすることができる。このため、加熱時に
形状記憶合金が第二の物体に接触する力を非常に大きく
することができるとともに、加熱時に非常に迅速に形状
記憶合金を第二の物体にきつく接触させることができ、
動作速度を高速にすることができる。

〔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図および２図は、本発明の第一実施例を示し、本
発明をブレーキに適用した例である。

この実施例において、支持体１（第一の物体）には、
図示しない駆動装置により駆動される回転軸２が回転可
能に支持されており、この回転軸２には、回転体３（第
二の物体）が固定されている。前記支持体１には、固定
金具４および接点支持体５が固定されており、前記接点
支持体５には、接点6,7が取り付けられている。前記接
点６は、ばね性に富む導体からなる板状部6aと、この板
状部6aの先端部に設けられた凸面をなす導体からなる凸
面状部6bとを有してなる。前記接点７はばね性に富む導
体からなる板状部のみからなる。前記接点６の凸面状部
6bと接点７の先端部とは、外力が作用していない状態で
は、板状部6aおよび接点７の弾性により互いに押圧され
て接触している。

前記回転体３の外周の一部には、線材状（ワイヤ状）
のTi−Ni合金からなる形状記憶合金８が巻き掛けられて
おり、この形状記憶合金８の一端は前記固定金具４に固
定されており、他端は接点６の板状部6aの先端部に固定
されている。ここで、前記形状記憶合金８は相対的に短
い長さを記憶しており、記憶している長さに戻ろうとす
ると、回転体３にきつく接触するようになっているが、
ある程度伸び変形を受けた状態では、回転体３に軽く接
触するようになっている。

第１図において９は電源であり、この電源９の一方の
極は接点７に、他方の極はスイッチ10を介して固定金具
４に接続されている。なお、図では、電源９は直流電源
として示されているが、この電源９は交流電源であって
もよいし、パルス電源であってもよい（後述する他の実
施例においても、この事情は同じである）。

次に、本実施例の作動を説明する。

スイッチ10が開かれているときは、形状記憶合金８に
は通電がなされず、該合金８は周囲温度（常温とする）
になっている。このため、該合金８は伸び変形を受けた
状態で回転体３の外周部に軽く接触しており、回転体３
の回転に対して制動力を作用させない。

しかしながら、スイッチ10を閉じると、電源９−スイ
ッチ10−固定金具４−形状記憶合金８−接点６−接点７
−電源９の経路で電流が流れ、ジュール熱により形状記
憶合金８が加熱される。これにより、形状記憶合金８
は、所定温度区間まで加熱され、形状回復力を発生し、
記憶している短い長さに戻ろうとして、回転体３にきつ
く接触するようになる。したがって回転体３が回転され
ているとき、スイッチ10が閉じられれば、上述のように
して形状記憶合金８が回転体３にきつく接触することに
より、回転体３にブレーキがかけられることになる。

また、上述のようにして、形状記憶合金８が回転体３
にきつく接触し、両者間に摩擦熱が生じると、この摩擦
熱により形状記憶合金８がさらに加熱されるので、より
一層大きな制動力が生じる。

また、本実施例では、スイッチ10が閉じられて制動が
開始されるとき、形状記憶合金８に引張られて接点６が
第１図において左斜め上方へやや撓み、形状記憶合金８
の形状回復力の一部が接点６の弾性に吸収されるので、
形状記憶合金８による回転体３に対する制動力が急激に
上昇しないようにし、制動開始時の衝撃を緩和すること
ができる（なお、接点６がやや撓んでも、接点７がこれ
に追従し、接点6,7間の接触が保たれ続けるので、形状
記憶合金８に対する通電は続行される）。

また、本実施例では、制動中に形状記憶合金８に過大
な力が作用した場合には、接点６の板状部6aの弾性によ
り接点６が大きく撓んで接点７から離れ、形状記憶合金
８に電流が流れなくなるので、形状記憶合金８は形状回
復力を失い、伸び変形する。この結果、制動時に形状記
憶合金８が過大な力により切断してしまうのを防止でき
る。

第３図および第４図は本発明をブレーキに適用した第
２実施例を示す。この実施例において、回転軸21には、
回転体（第二の物体）22が固定されている。23は前記実
施例と同様の線材状の形状記憶合金であり、この形状記
憶合金23は摩擦力に富む比較的柔軟な材料からなる帯状
の摩擦材24の一端部付近に設けられた穴24aを該摩擦材2
4の内面側から外面側に貫通し、さらに該摩擦材24の他
端部付近に設けられた穴24bを外面側から内面側に貫通
するとともに、かつ摩擦材24を介して回転体22に巻き掛
けられている。そして、この形状記憶合金23の両端部
は、図示しない固定体（第１の物体）に固定されてい
る。

本実施例おいても、前記形状記憶合金23は相対的に短
い長さを記憶しており、記憶している長さに戻ろうとす
ると、摩擦材24を介して回転体22にきつく接触するよう
になっているが、ある程度伸び変形を受けた状態では、
摩擦材24を介して回転体22に軽く接触するようになって
いる。

25は電源であり、この電源25の一方の極は形状記憶合
金23の一端に、他方の極はスイッチ26を介して形状記憶
合金23の他端に電気的に接続されている。

本実施例においても、スイッチ26が開かれているとき
は、形状記憶合金23には通電がなされず、該合金23は周
囲温度（常温とする）になっている。このため、該合金
23は伸び変形を受けた状態で摩擦材24を介して回転体22
の外周部に軽く接触しており、回転体22の回転に対して
制動力を作用させない。

しかしながら、スイッチ26を閉じると、電源25−スイ
ッチ26−形状記憶合金23−電源25の経路で電流が流れ、
ジュール熱により形状記憶合金23が加熱される。これに
より、形状記憶合金23は、所定温度区間まで加熱され、
形状回復力を発生し、記憶している短い長さに戻ろうと
して、摩擦材24を介して回転体22にきつく接触するよう
になる。したがって回転体22が回転されているとき、ス
イッチ26が閉じられれば、回転体22にブレーキがかけら
れることになる。

本実施例では、形状記憶合金23を直接回転体22に接触
させるのではなく、摩擦力に富む材料からなる摩擦材24
を介して回転体22に接触させることにより、制動力を増
大させることができる。

第５図は本発明をブレーキに適用した第３実施例を示
す。

この実施例において、回転軸31には、回転体32（第二
の物体）が固定されている。この回転体32の外周には、
前記各実施例と同様の線材状の形状記憶合金33が、回転
軸31と平行方向（第５図の紙面と垂直方向）に見て、該
合金33同士が交差するようにして巻き掛けられている。
本実施例おいても、前記形状記憶合金33は相対的に短い
長さを記憶しており、記憶している長さに戻ろうとする
と、回転体32にきつく接触するようになっているが、あ
る程度伸び変形を受けた状態では、回転体32に軽く接触
するようになっている。

34は電源であり、この電源34の一方の極は形状記憶合
金33の一端に、他方の極はスイッチ35を介して形状記憶
合金33の他短に電気的に接続されている。

本実施例においても、前記各実施例の場合と同様に制
動効果を得ることができる。

第６図は本発明をブレーキに適用した第４実施例を示
す。42は回転体（第二の物体）であり、この回転体42に
は、前記各実施例と同様の線材状の形状記憶合金43が螺
旋状に巻き掛けられている。本実施例おいても、前記形
状記憶合金43は相対的に短い長さを記憶しており、記憶
している長さに戻ろうとすると、回転体42にきつく接触
するようになっているが、ある程度伸び変形を受けた状
態では、回転体42に軽く接触するようになっている。

44は電源であり、この電源44の一方の極は形状記憶合
金43の一端に、他方の極はスイッチ45を介して形状記憶
合金43の他端に電気的に接続されている。

本実施例においても、前記各実施例の場合と同様にし
て制動効果を得ることができる。

第７図および８図は、本発明の第５実施例を示し、こ
の実施例は本発明をクラッチに適用した例である。

この実施例において、第一の回転軸51には、有底円筒
状の第一の回転体52が一体的に設けられている。この第
一の回転体（第一の物体）52内には、短い円柱状の第二
の回転体（第二の物体）53が収容されており、この第二
の回転体53は第二の回転軸54の一端部に一体的に設けら
れている。そして、前記第二の回転体53および第二の回
転軸54は、第一の回転体52および第一の回転軸51と同軸
とされている。

前記第二の回転体53には、前記各実施例の場合と同様
の線材状の形状記憶合金55が、該合金55同士が交差する
ようにして巻き掛けられており、該合金55の両端は第一
の回転体52に固定されている。本実施例おいても、前記
形状記憶合金55は相対的に短い長さを記憶しており、記
憶している長さに戻ろうとすると、第二の回転体53にき
つく接触するようになっているが、ある程度伸び変形を
受けた状態では、第二の回転体53に軽く接触するように
なっている。

前記第一の回転体52の外周面には、スリップリング5
6,57が固定されており、これらのスリップリング56,57
には、図示しない固定体に取り付けられたブラシ58,59
が接触している。

第８図において60は電源であり、この電源60の一方の
極はブラシ59に電気的に接続されており、他方の極はス
イッチ61を介してブラシ58に電気的に接続されている。

本実施例においては、スイッチ61が開かれているとき
は、形状記憶合金55は加熱されておらず、形状回復力は
発生しないので、第二の回転体53に軽く接触しているの
みで、第二の回転体53は第一の回転体52に対し自由に回
転できる状態となっている。

しかしながら、スイッチ61を閉じると、電源60−ブラ
シ59−スリップリング57−形状記憶合金55−スリップリ
ング56−ブラシ58−スイッチ61−電源60の経路で電流が
流れ、形状記憶合金55は所定温度区間まで加熱されるの
で、該合金55は形状回復力を発生し、記憶している短い
形状に戻ろうして、第二の回転体53の外周面にきつく接
触するようになる。これにより以後、第一の回転体52と
第二の回転体53とは一体的に回転するようになる。

また、スイッチ61を再び開くと、形状記憶合金55は冷
却するので、形状回復力を失い、伸び変形を受けるの
で、第二の回転体53と第一の回転体52とは再び相対回転
自由な状態となる。

したがって、本実施例では、スイッチ61の開閉によ
り、第一の回転軸51側と第二の回転軸54側とを断続し、
クラッチの機能を果させることができる。

第９図は本発明の第６実施例を示し、この実施例も本
発明をクラッチに適用した例である。

この実施例において、円筒状の第一の回転体（第一の
物体）71内には、丸棒状の第二の回転体（第二の物体）
72が同軸に貫通している。前記第二の回転体72には、前
記各実施例の場合と同様の線材状の形状記憶合金73が螺
旋状に巻き掛けられており、この合金73の両端は第一の
回転体71に固定されている。本実施例おいても、前記形
状記憶合金73は相対的に短い長さを記憶しており、記憶
している長さに戻ろうとすると、第二の回転体72にきつ
く接触するようになっているが、ある程度伸び変形を受
けた状態では、第二の回転体72に軽く接触するようにな
っている。

74は電源であり、この電源74の一方の極は図示しない
ブラシおよびスリップリング等を介して形状記憶合金73
の一端に電気的に接続されており、他方の極はスイッチ
75および図示しないブラシおよびスリップリング等を介
して形状記憶合金73の他端に電気的に接続されている。

本実施例においても前記実施例の場合と同様にして、
スイッチ75の開閉により形状記憶合金73に対する通電お
よび通電停止を行い、形状記憶合金73に収縮（長さ方向
に関する形状回復）および伸び変形を行わせることによ
り、第一の回転体71と第二の回転体72とを断続すること
ができる。

なお、前記実施例では、回転運動に関するブレーキお
よびクラッチについて本発明を適用した例を示したが、
本発明は、直線運動等の回転運動以外の運動に対するク
ラッチおよびブレーキ等の断続装置にも適用可能であ
る。

〔発明の効果〕

以上のように本発明による断続装置は、 （イ）非常に単純な構造で、装置を小形化することがで
きる、 （ロ）第一の物体と第二の物体との間を大きな力で接続
でき、かつ動作速度を高速にできる、 （ハ）製造コストを安価にできる、 という優れた効果を得られるブレーキおよびクラッチ等
の断続装置を得ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す正面図、第２図は該
第１実施例を示す平面図、第３図は本発明の第２実施例
を示す正面図、第４図は該第２実施例を示す平面図、第
５図は本発明の第３実施例を示す正面図、第６図は本発
明の第４実施例を示す斜視図、第７図は本発明の第５実
施例を示す正面図、第８図は第７図のVIII−VIII線にお
ける断面図、第９図は本発明の第６実施例を示す斜視図
である。 １……支持体（第一の物体）、3,22,32,42……回転体
（第二の物体）,52,71……第一の回転体（第一の物
体）、53,72……第二の回転体（第二の物体）、8,23,3
3,43,55,73……形状記憶合金。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】相対的に運動する第一の物体および第二の
   物体と、前記第一の物体の側に一部を保持されるととも
   に前記第二の物体に巻き掛けられた線材状の形状記憶合
   金とを有してなり、 前記形状記憶合金は、記憶している長さよりある程度以
   上伸び変形しているときは、前記第二の物体にきつく接
   触していないが、所定温度区間まで加熱されて前記記憶
   している長さに復帰して行くと、前記第二の物体にきつ
   く接触することとなるように配設されていることを特徴
   とする断続装置。