JP2620775B2 - 形状記憶合金装置およびポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、形状記憶合金が形状回復時に発生する機械
的エネルギを一旦、エネルギ蓄積用バネに蓄積して行
き、形状記憶合金の形状回復が所定の段階に達した時点
で前記エネルギ蓄積用バネに蓄積されたエネルギを一気
に放出する形状記憶合金装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、形状記憶合金を駆動源とする形状記憶合金装置
においては、形状記憶合金が形状回復時に発生する機械
的エネルギをそのまま直接外部に放出していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

したがって、大きなエネルギをいちどきに放出するこ
とはできないという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、
形状記憶合金を駆動源として、なおかつ大きなエネルギ
をいちどきに放出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。

〔課題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、形状記憶合金と、
この形状記憶合金が形状回復すると変形を受けるように
該形状記憶合金に連係された、変形を受けることにより
エネルギを蓄積するエネルギ蓄積用バネと、可動な出力
端体と、前記形状記憶合金が所定の段階まで形状回復し
たとき前記エネルギ蓄積用バネに蓄積されたエネルギを
解放し、該エネルギにより前記出力端部材を駆動させる
エネルギ解放手段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範囲まで
加熱され、形状記憶効果により形状回復して行くと、エ
ネルギ蓄積用バネが変形を受け、該エネルギ蓄積用バネ
にエネルギが蓄積されて行く。そして、前記形状記憶合
金が所定の段階まで形状回復したとき、前記エネルギ蓄
積用バネに蓄積された大きなエネルギがエネルギ解放手
段により解放され、この大きなエネルギにより前記出力
端体が駆動される。

〔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１〜６図は本発明の第一実施例を示す。これらの図
において、アーム状の形状記憶合金側回動体１は右端部
を固定体２に回動可能に支持されている。前記形状記憶
合金側回動体１の左端部付近には短いアーム状の係合回
動体３が回動可能に支持されている。ただし、この係合
回動体３は、反時計方向には、形状記憶合金側回動体１
と平行になる角度までしか回動できないようになってい
る。前記形状記憶合金側回動体１の中央付近部には上下
方向に延びるTi−Ni合金等からなる線材状の形状記憶合
金４の下端部が取り付けられており、この形状記憶合金
４の上端部は固定体２に取り付けられている。ここで、
この形状記憶合金４は、十分短い長さを記憶しており、
その記憶長さに形状回復すると、形状記憶合金側回動体
１が十分大きく時計方向（第一の回動向き）に回動する
ようになっている。前記形状記憶合金側回動体１と固定
体２との間にはバイアス用押しバネ５が介装されてお
り、このバネ５は形状記憶合金側回動体１を反時計方向
（第二の回動向き）に付勢している。

アーム状の出力端体６は、形状記憶合金側回動体１に
ほぼ向き合う位置において左端部を固定体２に回動可能
に支持されており、この出力端体６はストッパ７により
一定以上の時計方向の回動を阻止されるようになってい
る。そして、この出力端体６の右端部付近には作用部6a
が設けられている。この出力端体６と固定体２との間に
はエネルギ蓄積用押しバネ８が介装されており、このバ
ネ８は出力端体６を時計方向（第一の回動向き）に付勢
している。

次に、本実施例の作動を説明する。

第１図は、本装置の初期状態を示し、この初期状態に
おいては、形状記憶合金４には通電されておらず、形状
記憶合金側回動体１はバネ５により最も反時計方向に回
動された位置にあり、係合回動体３は出力端体６の下方
にある。また、出力端体６はバネ８の力によりストッパ
７に当接している。

次に、上述の初期状態において、形状記憶合金４を通
電加熱等により所定の温度範囲まで加熱すると、形状記
憶効果により、記憶している長さに戻ろうとして収縮
し、バネ５に抗して形状記憶合金側回動体１を時計方向
に回動させて行く。このようにして形状記憶合金側回動
体１が第一の所定角度まで回動すると、第２図のように
係合回動体３が出力端体６の右端部に当接し、第３図に
示されるように出力端体６をバネ８に抗して反時計方向
に回動させて行く。これにより、バネ８にエネルギが蓄
積されて行く。

しかし、形状記憶合金側回動体１が時計方向に第二の
所定角度まで回動すると、第４図のように係合回動体３
と出力端体６との係合が外れ、バネ８に蓄積されていた
エネルギが一気に解放され、この大きなエネルギにより
出力端６がストッパ７に当接されるまで時計方向に回動
される。なお、本実施例では、前記エネルギにより作用
部6aを通じて外部負荷に対して仕事をできるようになっ
ている。

次に、形状記憶合金４の加熱を停止すると、形状記憶
合金４は形状回復力を失うので、バネ５の力により形状
記憶合金側回動体１は反時計方向に回動されて行く。こ
の過程で、第５図のように係合回動体３が出力端体６の
右端部に当接し、係合回動体３が時計方向に回動され
る。そして、係合回動体３が所定角度時計方向に回動さ
れた時点で第６図のように係合回動体３と出力端体６と
の係合が外れ、係合回動体３が出力端体６の下方に戻
り、装置は第１図の初期状態に戻る。

第７〜13図は本発明の第二実施例を示す。

これらの図において、導体からなる出力端体11は、係
合体収容部11aと、軸部11bと、作用部11cとを一体的に
有している。

前記係合体収容部11aは大略円筒状をなしていて、第1
3図の平面図によく示されるように軸線方向と平行方向
に切り割り12を設けられている。そして、前記係合体収
容部11aの上端部には、縦断面鈎状をなして内方側に突
出する環状の係合突起13が形成されており、この係合突
起13の内周面は、下方に行くほど小径となるテーパー穴
14を形成している。

前記作用部11cは半楕円体状をなしており、軸部11bは
作用部11cと係合体収容部11aとを繋いでいる。

前記出力端体11の軸部11bは絶縁体からなるケース15
に設けられたガイド穴16に上下方向にスライド可能に嵌
合されている。前記作用部11cとケース15の外底面との
間にはエネルギ蓄積用押しバネ17が介装されており、こ
のバネ17は出力端体11を下方（第一の向き）に付勢して
いる。

前記ケース15の中央部には大略短い円柱状をなす絶縁
体からなる係合解除体18が固定されている。19は係合体
であり、導体からなる軸部19aと、この軸部19aの下端部
に固定された絶縁体からなる頭部19bとを有している。
前記軸部19aは係合解除体18に設けられたガイド穴20に
上下方向に移動可能に嵌合されており、この軸部19aの
上端部に設けられた抜け止め部21は、軸部19aをガイド
穴20から抜け落ちないようにしている。また、前記軸部
19aの下端部には段付円板状の接点部22が設けられてお
り、この接点部22の下段上面から上方の部分は頭部19b
から露出されている。前記頭部19bの外周面は、上端部
付近の部分を除いて、下方に行くほど小径となるテーパ
ー面23とされている。

前記軸部19aの上端部にはTi−Ni合金等からなる線材
状の形状記憶合金24の下端部が取り付けられており、こ
の形状記憶合金24の上端部はケース15の上端部に取り付
けられている。ここで、この形状記憶合金24は係合解除
体18とケース15の上端部との間の距離より短い距離を記
憶している。前記ケース15の上端部と係合体19の抜け止
め部21との間にはバイアス用押しバネ25が介装されてお
り、このバネ25は係合体19を下方に付勢している。

前記形状記憶合金24の上端部はスイッチ26を介して電
源27の一方の極に接続されており、この電源27の他方の
極は出力端体11に接続されている。

次に、本実施例の作動を説明する。

第７図はこの装置の初期状態を示しており、この初期
状態においては、出力端体11はバネ17の力により、係合
体19はバネ25の力により、それぞれ最下方に偏倚されて
おり、係合体19の頭部19bは完全に出力端体11の係合体
収容部11a内に収容されている。そして、係合体19の接
点部22と出力端体11の係合突起13とが接触している。

次に、この初期状態においてスイッチ26を閉じると、
電源27−出力端体11−接点部22−軸部19a−形状記憶合
金24−スイッチ26−電源27の経路で電流が流れ、形状記
憶合金24がジュール熱により所定温度範囲まで加熱さ
れ、形状記憶効果により、記憶している長さに戻ろうと
して収縮し、バネ25を圧縮しながら係合体19を上方（第
二の向き）に移動させる。すると、出力端体11もバネ17
を圧縮しながら持ち上げられ、第８図のように出力端体
11のテーパー穴14が係合解除体18の下端外周部に当接し
て、第９図のように出力端体11の係合体収容部11aの周
壁の上端側が外側に広げられて行く。そして、接点部22
と係合突起13とが離間し、形状記憶合金24への通電が停
止される。

この通電停止後もなおしばらくは形状記憶合金24は収
縮を続けるので、形状記憶合金収容部11aの周壁の上端
側はさらに外側に広げられ、係合突起13と係合体19の頭
部19bとの係合が外れ、バネ17に蓄積されていた大きな
エネルギが一気に解放され、この大きなエネルギにより
出力端体11は第10図をように係合体収容部11aの下端部
がケース15の底部に当接するまで押し下げられる。

次に、形状記憶合金24が冷却すると、バネ25の力によ
り係合体19は下降されて行き、第11図のように頭部19b
のテーパー面23が出力端体11のテーパー穴14に当接し、
出力端体11の係合体収容部11aの周壁の上端側を広げて
係合体収容部11a内に侵入し、第７図の初期状態に戻
る。

そして以下同様にして、前述の動作が繰り返される。

第14〜17図は前記第二実施例を利用して構成されたポ
ンプを示す。

30は前記第二実施例の形状記憶合金装置である。ただ
し、軸部11bは延長されて、作用部11cの代りにピストン
31をその先端部に取り付けられている。前記ピストン31
はシリンダ32に嵌合されている。このシリンダ32の底部
には吸込口33が設けられており、この吸込口33は吸い上
げ管34を介して流体タンク35に連通されている。そし
て、前記吸込口33には吸込弁36が設けられており、この
吸込弁36はシリンダ32内の圧力が一定以上低下すると吸
込口33を開くようになっている。前記シリンダ32の底部
付近周壁部には吐出口37が設けられており、この吐出口
37はノズル38に接続されている。そして、前記吐出口37
には吐出弁39が設けられており、この吐出弁39はシリン
ダ32内の圧力が一定以上高まると、吐出口37を開くよう
になっている。

次に、このポンプの作動を説明する。

第14図はこのポンプの初期状態を示し、この状態にお
いては、軸部11bひいてはピストン31は下死点にあり、
吸込弁36および吐出弁39は閉じている。

この初期状態において形状記憶合金装置30のスイッチ
26が閉じられると、形状記憶合金24の形状回復力により
第15図のように軸部11bおよびはピストン31が上昇され
て行くので、シリンダ32内の圧力が低下し、吸込弁36が
開かれ、流体タンク35から流体40が吸い上げ管34を経て
流体シリンダ32内に吸い込まれていく。第16図は係合体
19と出力端体11との係合が外れる直前まで軸部11bおよ
びピストン31が上昇した状態を示す。

次に、係合体19と出力端体11との係合が外れ、バネ17
に蓄積されていた大きなエネルギが一気に解放される
と、この大きなエネルギにより第17図のように軸部11b
およびピストン31が下降され、シリンダ32内の圧力が高
まり、吸込弁36が閉じられるとともに吐出弁39が開か
れ、シリンダ32内の流体40が吐出口37を経てノズル38か
ら外部に噴出される。

以下、同じ操作が繰り返し行われ、これによりノズル
38から流体40が間欠的に噴出される。このポンプでは、
バネ17に蓄積された大きなエネルギを一気に解放するこ
とによりピストン31を下降させるので、流体40の吐出圧
を十分高めることができる。

第18図〜23図は本発明の第三実施例を示す。ケース51
には棒状の出力端体52が直線方向（図上水平方向）にス
ライド可能に嵌合されている。この出力端体52にはスト
ッパ53,54が間隔を置いて固定されており、ケース51の
底部中央部に設けられた凸部55の両端にこれらのストッ
パ53,54がそれぞれ当接すると、出力端体52はそれ以上
それまでの進行方向には移動できなくなるようになって
いる。

前記ケース51には出力端体52のスライド方向と平行方
向にスライド軸56が設けられており、このスライド軸56
には、該スライド軸56に沿ってスライド可能にバネ支持
体57が嵌合されている。前記バネ支持体57の右端部には
Ti−Ni合金等からなる線状の形状記憶合金58の左端部が
取り付けられており、この合金58の右端部はケース51の
右端部に取り付けられている。ここで、前記形状記憶合
金58は、ケース51の左右両端部間の距離の半分より若干
短い長さを記憶している。

前記バネ支持体57とケース51の左端部との間にはバイ
アス用引張りバネ59が介装されており、このバネ59はバ
ネ支持体57を左方（第一の向き）に付勢している。前記
バネ支持体57と出力端体52との間にはエネルギ蓄積用弓
バネ60が介装されており、この弓バネ60は、バネ支持体
57が出力端体52に関し所定の境界位置より左方にあると
きは、バネ支持体57を左方に付勢するとともに出力端体
52を右方（第二の向き）に付勢し、逆にバネ支持体57が
出力端体52に関し所定の境界位置より右方にあるとき
は、バネ支持体57を右方に付勢するとともに出力端体52
を左方に付勢するようになっている。

次に、本実施例の作動を説明する。

第18図はこの装置の初期状態を示しており、この初期
状態においては、形状記憶合金58は冷却しており、バネ
支持体57はバネ59の力により左方に移動しており、弓バ
ネ60は出力端体52を右方に付勢して最右方に移動させ、
ストッパ53を凸部55に当接させている。

次に、通電加熱等により形状記憶合金58を所定の温度
範囲にまで加熱すると、該形状記憶合金58が形状記憶効
果により、バネ59を伸ばしながら記憶している長さに復
帰しようとして収縮するので、第19図のようにバネ支持
体57が右方に移動されて行き、弓バネ60にエネルギが蓄
積されて行く。弓バネ60は、最初はこのバネ支持体57の
右方への移動に抗するが、バネ支持体57が出力端体52に
関し前記境界位置より右方に来ると、逆に形状記憶合金
58とともにバネ支持体57を右方に付勢するようになると
ともに、出力端体52を左方に付勢するようになる。これ
により弓バネ60に蓄積されていたエネルギが一気に解放
され、この大きなエネルギにより出力端体52は第20図の
ように左方に移動され、第21図のようにストッパ54が凹
部に当接すると、そこで停止する。

次に、形状記憶合金58の加熱を停止すると、該形状記
憶合金58が形状回復力を失い、第22図のようにバネ59の
力によりバネ支持体57が左方に移動されて行く。弓バネ
60は、最初はこのバネ支持体57の左方への移動に抗する
が、バネ支持体57が出力端体52に関し前記境界位置より
左方に来ると、逆にバネ59とともにバネ支持体57を左方
に付勢するようになるとともに、出力端体52を付勢する
ようになる。これにより、出力端体52は第23図のように
右方に移動され、第18図のようにストッパ53が凹部に当
接すると、そこで停止し、初期状態に戻る。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、形状記憶合金を駆動源とし
て、なおかつ大きなエネルギをいちどきに放出すること
ができるという優れた効果を得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１〜６図は本発明による形状記憶合金装置の第一実施
例を種々の動作状態において示す正面図、第７〜12図は
本発明による形状記憶合金装置の第二実施例を種々の動
作状態において示す正面図、第13図は前記第二実施例に
おける出力端体を示す拡大平面図、第14〜17図は前記第
二実施例を利用して構成されたポンプを種々の動作状態
において示す断面図、第18〜23図は本発明による形状記
憶合金装置の第三実施例を種々の動作状態において示す
正面図である。 １……形状記憶合金側回動体、３……係合回動体、４…
…形状記憶合金、５……バイアス用バネ、６……出力端
体、８……エネルギ蓄積用バネ、11……出力端体、13…
…係合突起、17……エネルギ蓄積用バネ、18……係合解
除体、19……係合体、24……形状記憶合金、25……バイ
アス用バネ、30……形状記憶合金装置、31……ピスト
ン、32……シリンダ、33……吸込口、36……吸込弁、37
……吐出口、39……吐出弁、52……出力端体、57……バ
ネ支持体、58……形状記憶合金、59……バイアス用バ
ネ、60……弓バネ（エネルギ蓄積用バネ）。

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】形状記憶合金と、この形状記憶合金が形状
   回復すると変形を受けるように該形状記憶合金に連係さ
   れた、変形を受けることによりエネルギを蓄積するエネ
   ルギ蓄積用バネと、可動な出力端体と、前記形状記憶合
   金が所定の段階まで形状回復したとき前記エネルギ蓄積
   用バネに蓄積されたエネルギを解放し、該エネルギによ
   り前記出力端部材を駆動させるエネルギ解放手段とを有
   してなる形状記憶合金装置。
2. 【請求項２】一定範囲内において回動可能な出力端体
   と、この出力端体を第一の回動向きに付勢するエネルギ
   蓄積用バネと、回動可能な形状記憶合金側回動体と、こ
   の形状記憶合金側回動体を前記第一の回動向きと反対向
   きの第二の回動向きに付勢するバイアス用バネと、形状
   回復時に形状回復力を前記形状記憶合金側回動体に、該
   形状記憶合金側回動体を前記第一の回動向きに回動させ
   るように作用する形状記憶合金と、前記形状記憶合金側
   回動体に一定範囲内において回動可能に支持されてお
   り、前記形状記憶合金側回動体が前記第一の回動向きに
   第一の所定角度まで回動すると前記出力端体に係合し、
   前記出力端体を前記第二の回動向きに回動させるように
   なり、前記形状記憶合金側回動体がさらに前記第一の向
   きに第二の所定角度まで回動すると前記出力端体との係
   合を解除される係合回動体とを有してなる請求項１記載
   の形状記憶合金装置。
3. 【請求項３】一定範囲内において直線方向に移動可能な
   出力端体と、この出力端体を前記直線方向の第一の向き
   に付勢する前記エネルギ蓄積用バネと、前記直線方向に
   移動可能で、前記出力端体に対し第一の向きに移動して
   行くと該出力端体に係合する係合体と、この係合体を前
   記第一の向きに付勢するバイアス用バネと、形状回復時
   に形状回復力を前記係合体に、該係合体を前記第一の向
   きと反対の第二の向きに移動させるように作用する形状
   記憶合金と、前記出力端体が前記係合体に係合された状
   態で所定位置まで前記第二の向きに移動されて来ると、
   前記出力端体に当接して前記係合体との係合部を変形
   し、該係合を解除する係合解除体とを有してなる請求項
   １記載の形状記憶合金装置。
4. 【請求項４】一定範囲内において直線方向に移動可能な
   出力端体と、前記直線方向に対し平行な方向に移動可能
   なバネ支持体と、このバネ支持体を前記直線方向の第一
   の向きに付勢するバイアス用バネと、形状回復時に形状
   回復力を前記バネ支持体に、該バネ支持体を前記第一の
   向きと反対向きの第二の向きに移動させるように作用す
   る形状記憶合金と、前記出力端体と前記バネ支持体との
   間に介装され、前記バネ支持体が前記出力端体に関し所
   定の境界位置より前記第一の向き側にあるときは前記バ
   ネ支持体を前記第一の向きに付勢するとともに前記出力
   端体を前記第二の向きに付勢する一方、前記バネ支持体
   が前記出力端体に関し前記所定の境界位置より前記第二
   の向き側にあるときは前記バネ支持体を前記第二の向き
   に付勢するとともに前記出力端体を前記第一の向きに付
   勢するエネルギ蓄積用バネとを有してなる請求項１記載
   の形状記憶合金装置。
5. 【請求項５】シリンダと、このシリンダに嵌合されると
   ともに請求項１記載の形状記憶合金装置の出力端体に連
   係されたピストンと、前記シリンダに設けられた吸込口
   および吐出口と、前記吸込口に設けられ、前記シリンダ
   内の圧力が一定以上低下すると前記吸込口を開く吸込弁
   と、前記吐出口に設けられ、前記シリンダ内の圧力が一
   定以上高まると前記吐出口を開く吐出弁とを有してなる
   ポンプ。