JP3033583B2 - 温度センサー兼アクチュエーター - Google Patents
温度センサー兼アクチュエーターInfo
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- JP3033583B2 JP3033583B2 JP63271597A JP27159788A JP3033583B2 JP 3033583 B2 JP3033583 B2 JP 3033583B2 JP 63271597 A JP63271597 A JP 63271597A JP 27159788 A JP27159788 A JP 27159788A JP 3033583 B2 JP3033583 B2 JP 3033583B2
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- shape memory
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H61/00—Electrothermal relays
- H01H61/01—Details
- H01H61/0107—Details making use of shape memory materials
- H01H2061/0115—Shape memory alloy [SMA] actuator formed by coil spring
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H37/00—Thermally-actuated switches
- H01H37/02—Details
- H01H37/32—Thermally-sensitive members
- H01H37/323—Thermally-sensitive members making use of shape memory materials
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- Cookers (AREA)
- Thermally Actuated Switches (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はNi−Ti−Cu合金を形状記憶合金として用いバ
イアスばねなどと組合せた温度センサー兼用アクチュエ
ーターに関するものである。
イアスばねなどと組合せた温度センサー兼用アクチュエ
ーターに関するものである。
〔従来の技術とその課題〕 形状記憶合金は熱弾性型マルテンサイト変態を生じ、
これに起因する形状記憶効果が知られている。このよう
な合金にはNi−Ti合金およびNi、TiをFe、CO、Cu、Crな
どで置換したNi−Ti系合金、Cu−Zn−Al合金、Cu−Al−
Ni合金、Au−Cd合金などがあるが、加工性、耐食性、耐
久性などの優れているNi−Ti合金の応用が最も進んでい
る。この応用の一つとして第３図に示すような形状記憶
（合金）コイル（１）とバイアスばね（２）を組合せた
（バイアスばねの代りに一定の負荷を与えるような重り
を用いてもよい）温度センサー兼アクチュエーターがあ
る。これは形状記憶合金素子の低温時と高温時の発生力
の差を動作の駆動源としているもので、エアーコンディ
ショナーの風向板などの調整やコーヒーメーカー、炊飯
器、湯沸器等の調圧装置などに使用されている。
これに起因する形状記憶効果が知られている。このよう
な合金にはNi−Ti合金およびNi、TiをFe、CO、Cu、Crな
どで置換したNi−Ti系合金、Cu−Zn−Al合金、Cu−Al−
Ni合金、Au−Cd合金などがあるが、加工性、耐食性、耐
久性などの優れているNi−Ti合金の応用が最も進んでい
る。この応用の一つとして第３図に示すような形状記憶
（合金）コイル（１）とバイアスばね（２）を組合せた
（バイアスばねの代りに一定の負荷を与えるような重り
を用いてもよい）温度センサー兼アクチュエーターがあ
る。これは形状記憶合金素子の低温時と高温時の発生力
の差を動作の駆動源としているもので、エアーコンディ
ショナーの風向板などの調整やコーヒーメーカー、炊飯
器、湯沸器等の調圧装置などに使用されている。
ところで形状記憶合金の形状回復動作温度は、主とし
て合金の変態温度（Af）の調整により行なうがこのAf点
は合金成分の組成により大きく変化する。例えばNi−Ti
合金の場合、Ni量が１％変化するとAf点は100℃変って
くる。例えばAf点を±５℃以内におさえるためには合金
の組成を±0.05％以内にする必要がある。したがって変
態温度を所望の温度に設定するために相当の努力が必要
になり、コスト高の要因ともなっている。
て合金の変態温度（Af）の調整により行なうがこのAf点
は合金成分の組成により大きく変化する。例えばNi−Ti
合金の場合、Ni量が１％変化するとAf点は100℃変って
くる。例えばAf点を±５℃以内におさえるためには合金
の組成を±0.05％以内にする必要がある。したがって変
態温度を所望の温度に設定するために相当の努力が必要
になり、コスト高の要因ともなっている。
従来Ni−Ti系合金を上記のアクチュエーターに用いる
場合は、その用途に適した回復動作温度を有する形状記
憶合金線を選び出し、それに適合するバイアスばねを設
計して調圧装置に組込むことが行なわれているが、動作
精度を向上するために工程が繁雑となりコスト高になる
難点があった。また例えば炊飯器或いは湯沸器などの加
熱容器の調圧装置においては60℃以上の高温において動
作するため形状記憶合金の回復力の寿命が短く、長期間
高精度の性能を維持するには限界があった。また比較的
に低温側において応力が高いためバイアスばねに強いも
のを用いなければならず小型化が困難であるなどの問題
があった。
場合は、その用途に適した回復動作温度を有する形状記
憶合金線を選び出し、それに適合するバイアスばねを設
計して調圧装置に組込むことが行なわれているが、動作
精度を向上するために工程が繁雑となりコスト高になる
難点があった。また例えば炊飯器或いは湯沸器などの加
熱容器の調圧装置においては60℃以上の高温において動
作するため形状記憶合金の回復力の寿命が短く、長期間
高精度の性能を維持するには限界があった。また比較的
に低温側において応力が高いためバイアスばねに強いも
のを用いなければならず小型化が困難であるなどの問題
があった。
本発明は上記の問題について検討し、形状記憶合金の
中でNi−Ti−Cu系合金の負荷せん断応力と動作温度につ
いて調べたところ、負荷せん断応力を変えることにより
動作温度が安定して変化することを見出したもので、バ
イアスばねの強さ或いは重り荷重を調整することにより
動作温度を60〜90℃の温度範囲に設定できる温度センサ
ー兼アクチュエーターを開発したものである。
中でNi−Ti−Cu系合金の負荷せん断応力と動作温度につ
いて調べたところ、負荷せん断応力を変えることにより
動作温度が安定して変化することを見出したもので、バ
イアスばねの強さ或いは重り荷重を調整することにより
動作温度を60〜90℃の温度範囲に設定できる温度センサ
ー兼アクチュエーターを開発したものである。
本発明は温度によって形状を回復する形状記憶合金ば
ねとバイアスばねまたは一定の負荷を与えるような重り
を組合わせた温度センサー兼アクチュエーターにおい
て、形状記憶合金ばねにTi48.0〜51.0at％、Cu5.0〜11.
0at％残部Niからなる合金を用い、バイアスばねの強さ
或いは重り荷重を負荷剪断応力にして２〜20kg/mm2の応
力に調整することにより形状記憶合金バネの動作温度を
60〜90℃の範囲に設定することを特徴とする温度センサ
ー兼アクチュエーターである。すなわち本発明は、形状
記憶合金ばねにTi48.0〜51.0at％、Cu5.0〜11.0at％残
部Niからなる合金を用い、バイアスばねに通常のコイル
ばねや板ばねなど、或いは一定の負荷を与えるような重
りを用いる。そしてバイアスばね或いは重り荷重を負荷
せん断応力にして２〜20kg/mm2の応力に調整することに
より形状記憶合金ばねの動作温度を60〜90℃の温度範囲
に設定することを可能とした温度センサー兼アクチュエ
ーターである。
ねとバイアスばねまたは一定の負荷を与えるような重り
を組合わせた温度センサー兼アクチュエーターにおい
て、形状記憶合金ばねにTi48.0〜51.0at％、Cu5.0〜11.
0at％残部Niからなる合金を用い、バイアスばねの強さ
或いは重り荷重を負荷剪断応力にして２〜20kg/mm2の応
力に調整することにより形状記憶合金バネの動作温度を
60〜90℃の範囲に設定することを特徴とする温度センサ
ー兼アクチュエーターである。すなわち本発明は、形状
記憶合金ばねにTi48.0〜51.0at％、Cu5.0〜11.0at％残
部Niからなる合金を用い、バイアスばねに通常のコイル
ばねや板ばねなど、或いは一定の負荷を与えるような重
りを用いる。そしてバイアスばね或いは重り荷重を負荷
せん断応力にして２〜20kg/mm2の応力に調整することに
より形状記憶合金ばねの動作温度を60〜90℃の温度範囲
に設定することを可能とした温度センサー兼アクチュエ
ーターである。
しかして本発明において形状記憶合金ばねの合金組成
をTi48.0〜51.0at％としたのは、この範囲を外れると良
好な回復動作を示さないからであり、また加工が困難と
なるからである。またCu5at％未満では回復動作温度を
上げる効果が充分でなく、11.0at％を越えると加工が困
難となるためである。
をTi48.0〜51.0at％としたのは、この範囲を外れると良
好な回復動作を示さないからであり、また加工が困難と
なるからである。またCu5at％未満では回復動作温度を
上げる効果が充分でなく、11.0at％を越えると加工が困
難となるためである。
また動作温度が60℃より低いと応力が小さいためばね
の製造が難しく、90℃より高温になると、繰り返し、寿
命が短くなる。
の製造が難しく、90℃より高温になると、繰り返し、寿
命が短くなる。
そして上記の形状記憶合金を用いたばねはコイルば
ね、板ばねの他、通常のばねの形が適用できる。またこ
の形状記憶合金と組合せるバイアスばねも通常の種々の
形のばねが使用できる。
ね、板ばねの他、通常のばねの形が適用できる。またこ
の形状記憶合金と組合せるバイアスばねも通常の種々の
形のばねが使用できる。
さらに上記のバイアスばねの代わりに、一定の負荷を
与えるような重りを組合せ、重り荷重を調整するように
してもよい。
与えるような重りを組合せ、重り荷重を調整するように
してもよい。
本発明のアクチュエーターは、例えば従来から使用さ
れている第３図に示すような、形状記憶コイルとバイア
スばねを直列に組合せたものでもよく、また二重に重ね
た形でもよく、この組合せ方は従来公知の種々の組合せ
が適用できる。
れている第３図に示すような、形状記憶コイルとバイア
スばねを直列に組合せたものでもよく、また二重に重ね
た形でもよく、この組合せ方は従来公知の種々の組合せ
が適用できる。
本発明は上記のように形状記憶合金ばねにNi−Ti−Cu
合金の負荷せん断応力を調整することにより可動温度を
変えることのできるばねを用いるので、バイアスばねの
強さまたは重り荷重を変えることに一つのアクチュエー
ターでも可動温度を60〜90℃の温度範囲のどの温度にも
設定が可能となる。またバイアスばねの強さにより可動
温度が設定できるので、形状記憶合金ばねとの組合せの
際の選択の自由度が増し、設計が容易となり、コストダ
ウンが可能である。
合金の負荷せん断応力を調整することにより可動温度を
変えることのできるばねを用いるので、バイアスばねの
強さまたは重り荷重を変えることに一つのアクチュエー
ターでも可動温度を60〜90℃の温度範囲のどの温度にも
設定が可能となる。またバイアスばねの強さにより可動
温度が設定できるので、形状記憶合金ばねとの組合せの
際の選択の自由度が増し、設計が容易となり、コストダ
ウンが可能である。
さらに低温側のばね発生力がNi−Ti合金よりも低いの
で、バイアスばねの強さを弱くすることができ、アクチ
ュエーターなどの小型化が可能となる。
で、バイアスばねの強さを弱くすることができ、アクチ
ュエーターなどの小型化が可能となる。
またNi−Ti合金より高温側の発生力が大きく、寿命が
長いのて性能の良いものが得られ、温度センサー、アク
チュエーター、蒸気抜き、調圧装置などの他、従来の形
状記憶合金ばねを用いた各種の用途の適用範囲を拡大で
きるものである。
長いのて性能の良いものが得られ、温度センサー、アク
チュエーター、蒸気抜き、調圧装置などの他、従来の形
状記憶合金ばねを用いた各種の用途の適用範囲を拡大で
きるものである。
以下に本発明の一実施例について説明する。
Ni42.0at％、Ti−50.0at％、Cu8.0at％のNi−Ti−Cu
合金の線径1mmφ、ばね外径9mmφ、巻数８、自由長47mm
の圧縮コイルばねを形状記憶合金ばねとし、このコイル
ばねに一定の荷重を与える重りを乗せ、コイルばねを水
中で３℃／分の速度で加熱し、その課程の変位を測定し
て回復動作温度を測定した。この測定によって得られた
温度曲線を第１図に示す。図のように各ステージの接線
の交点をもって動作開始点をAs温度、動作終了点をAf温
度とした。このようにして荷重をせん断応力で２〜20kg
/mm2の間で調整して、負荷と動作温度を測定した。この
結果を第２図に示す。この図から明らかなようにNi−Ti
−Cu合金コイルばねは、負荷せん断応力が大きくなるに
つれて動作温度（As点、Af点）が略直線的に高くなって
行くことが判る。
合金の線径1mmφ、ばね外径9mmφ、巻数８、自由長47mm
の圧縮コイルばねを形状記憶合金ばねとし、このコイル
ばねに一定の荷重を与える重りを乗せ、コイルばねを水
中で３℃／分の速度で加熱し、その課程の変位を測定し
て回復動作温度を測定した。この測定によって得られた
温度曲線を第１図に示す。図のように各ステージの接線
の交点をもって動作開始点をAs温度、動作終了点をAf温
度とした。このようにして荷重をせん断応力で２〜20kg
/mm2の間で調整して、負荷と動作温度を測定した。この
結果を第２図に示す。この図から明らかなようにNi−Ti
−Cu合金コイルばねは、負荷せん断応力が大きくなるに
つれて動作温度（As点、Af点）が略直線的に高くなって
行くことが判る。
さらに、本発明の場合と異なり、Ni−Ti2元合金で
は、As、Afは上昇するが、AsとAfの間隔が大きくなり、
このため瞬時のアクションに対応できにくくなってお
り、アクチュエーターとしては不的確で実用的でないも
のであることが判る。
は、As、Afは上昇するが、AsとAfの間隔が大きくなり、
このため瞬時のアクションに対応できにくくなってお
り、アクチュエーターとしては不的確で実用的でないも
のであることが判る。
一方Ni50.0at％、Ti50.at％のNi−Ti合金の上記と同
様のコイルばねは、負荷せん断応力を大きくしても動作
温度は略55〜60℃で止まり、それ以上大きくするとAf点
が高くなるが70℃付近止まりである。したがってNi−Ti
−Cu合金ばねのように負荷せん断応力を調整しても動作
温度は直線的に変化しないことが判る。
様のコイルばねは、負荷せん断応力を大きくしても動作
温度は略55〜60℃で止まり、それ以上大きくするとAf点
が高くなるが70℃付近止まりである。したがってNi−Ti
−Cu合金ばねのように負荷せん断応力を調整しても動作
温度は直線的に変化しないことが判る。
また上記のNi−Ti合金と、Cuを3.5at％、5.5at％、8.
0at％と変えたNi−Ti−Cu合金ばねについてせん断歪が
１％の歪を与えたときの40℃における発生力を測定し
た。その結果を第１表に示した。
0at％と変えたNi−Ti−Cu合金ばねについてせん断歪が
１％の歪を与えたときの40℃における発生力を測定し
た。その結果を第１表に示した。
第１表から明らかなように、低温側の40℃における発
生力はNi−Ti合金が大きく、またCu3.5at％とCuの少な
いNi−Ti−Cu合金も比較的大きいが、これに対してCu5.
5at％、Cu8.0at％とCuの多いものは発生力が零となり、
低温側の発生力が小さいことが判る。また高温側90℃の
発生力は、Ni−Ti合金よりもNi−Ti−Cu合金の方が大き
く、Cu量の増加と共に大きくなることが認められる。
生力はNi−Ti合金が大きく、またCu3.5at％とCuの少な
いNi−Ti−Cu合金も比較的大きいが、これに対してCu5.
5at％、Cu8.0at％とCuの多いものは発生力が零となり、
低温側の発生力が小さいことが判る。また高温側90℃の
発生力は、Ni−Ti合金よりもNi−Ti−Cu合金の方が大き
く、Cu量の増加と共に大きくなることが認められる。
以上に説明したように本発明によれば、バイアスばね
の強さまたは、重りの荷重を調整することにより形状記
憶合金ばねの動作を60〜90℃の温度範囲で任意に設定す
ることが可能な温度センサー兼アクチュエーターが得ら
れるもので工業上顕著な効果を奏するものである。
の強さまたは、重りの荷重を調整することにより形状記
憶合金ばねの動作を60〜90℃の温度範囲で任意に設定す
ることが可能な温度センサー兼アクチュエーターが得ら
れるもので工業上顕著な効果を奏するものである。
第１図は本発明の一実施例に係る形状記憶合金コイルの
変位と温度の関係を示す図、第２図は本発明の一実施例
に係る形状記憶合金コイルの負荷せん断応力と可動温度
の関係を示す図、第３図は形状記憶合金を用いたアクチ
ュエーターの側面図である。 １……形状記憶（合金）コイル、２……バイアスばね。
変位と温度の関係を示す図、第２図は本発明の一実施例
に係る形状記憶合金コイルの負荷せん断応力と可動温度
の関係を示す図、第３図は形状記憶合金を用いたアクチ
ュエーターの側面図である。 １……形状記憶（合金）コイル、２……バイアスばね。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−10261（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−171883（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−164745（ＪＰ，Ａ) 特公 昭63−5465（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (1)
- 【請求項１】温度によって形状を回復する形状記憶合金
ばねとバイアスばねまたは一定の負荷を与えるような重
りを組合わせた温度センサー兼アクチュエーターにおい
て、形状記憶合金ばねにTi48.0〜51.0at％、Cu5.0〜11.
0at％残部Niからなる合金を用い、バイアスばねの強さ
或いは重り荷重を２〜20kg/mm2の応力に調整することに
より動作温度を60〜90℃の温度範囲に設定したことを特
徴とする温度センサー兼アクチュエーター。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63271597A JP3033583B2 (ja) | 1988-10-27 | 1988-10-27 | 温度センサー兼アクチュエーター |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63271597A JP3033583B2 (ja) | 1988-10-27 | 1988-10-27 | 温度センサー兼アクチュエーター |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02116786A JPH02116786A (ja) | 1990-05-01 |
| JP3033583B2 true JP3033583B2 (ja) | 2000-04-17 |
Family
ID=17502295
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63271597A Expired - Fee Related JP3033583B2 (ja) | 1988-10-27 | 1988-10-27 | 温度センサー兼アクチュエーター |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3033583B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8416573B2 (en) | 2010-08-10 | 2013-04-09 | Empire Technology Development Llc. | Fluid cooling |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008127028A1 (en) * | 2007-04-12 | 2008-10-23 | Hwan-Kook Jung | Apparatus for blocking overheat by using shape memory alloy |
| CN105304408B (zh) * | 2015-12-09 | 2017-06-06 | 重庆理工大学 | 一种形状记忆合金温控电流开关 |
| CN106601547B (zh) * | 2016-12-30 | 2018-05-18 | 东南大学 | 一种单程形状记忆合金驱动的热开关及控制方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4337090A (en) * | 1980-09-05 | 1982-06-29 | Raychem Corporation | Heat recoverable nickel/titanium alloy with improved stability and machinability |
| EP0088604B1 (en) * | 1982-03-05 | 1987-07-29 | RAYCHEM CORPORATION (a California corporation) | Nickel/titanium/copper shape memory alloys |
| JPS6210261A (ja) * | 1985-07-09 | 1987-01-19 | Tohoku Metal Ind Ltd | 形状記憶合金の製造方法 |
| JPS635465A (ja) * | 1986-06-25 | 1988-01-11 | Ricoh Co Ltd | 文字処理装置 |
-
1988
- 1988-10-27 JP JP63271597A patent/JP3033583B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8416573B2 (en) | 2010-08-10 | 2013-04-09 | Empire Technology Development Llc. | Fluid cooling |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02116786A (ja) | 1990-05-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
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| R250 | Receipt of annual fees |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |