JP5677267B2 - 形状記憶合金アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、形状記憶合金ワイヤ（素材）の編み構造を利用し、加熱時および放熱時の動作応答性を向上させ、コンパクトな冷却構造を得るようにした形状記憶合金のアクチュエータ技術に関する。

形状記憶合金（Ｓｈａｐｅ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｌｌｏｙ：ＳＭＡ）は、高温で記憶された形状を覚えていて、室温で変形を与えても、変態点以上に加熱すると元の記憶形状に形状復帰する性質を持っている。ＳＭＡの形状復帰時に発生する力や変形をアクチュエータとして利用する形状記憶合金アクチュエータが知られている。

しかし、ＳＭＡは形状復帰が可能な弾性域が狭いため、アクチュエータの伸縮量を大きくするために、ワイヤ状のＳＭＡ素材を編んだ編み構造体をアクチュエータとして利用することが知られている（特許文献１）。

このようなＳＭＡを用いたアクチュエータは、ＳＭＡの温度を制御することによって動作させるため、動作応答性を向上させ、良好なものとするために、ＳＭＡの加熱速度および放熱速度を高める必要がある。

ＳＭＡアクチュエータの加熱方法としては、ヒータ等の熱源をアクチュエータに接触させる間接加熱方法や、ＳＭＡアクチュエータ自体に電気を流してジュール熱で直接加熱する方法がある。

一方、ＳＭＡアクチュエータの冷却方法としては、大気中での自然冷却の他、アクチュエータをヒートシンクやヒートパイプと組み合せて冷却性を高めた冷却構造が提案されている（特許文献１）。

さらに、ヒートパイプと組み合わせてもアクチュエータとの加熱速度を損なわないように、ヒートパイプ内部の熱媒（加熱液体）の流動を電磁弁により制御するものがある（特許文献２参照）。

ＳＭＡアクチュエータは、アクチュエータの加熱と放熱によって駆動させるため、アクチュエータの動作応答性を向上させるには、熱の制御速度を向上させる必要がある。一般的には、除熱量は加熱量より大きくすることが難しいため、加熱応答時間より冷却応答時間の方が長くなる。

特開２００２−４８０５３号公報 特開２００４−１５０２８３号公報

従来のＳＭＡアクチュエータは、放熱性を高めるために、ヒートシンク等の冷却構造を組み合せた構成とすると、アクチュエータ加熱時にも並行して放熱されることになるために、加熱時の応答性を低下させてしまう虞があった。

ＳＭＡアクチュエータの冷却構造は、伸縮する編み構造のアクチュエータに密着させて取り付ける必要があるが、この伸縮動作に対応できる具体的な冷却構造を示したり、示唆する技術は見当らない。

また、ＳＭＡワイヤの編み構造を積層させることで、アクチュエータの発生力を増加させることができるが、ヒートシンクを編み構造体表面に密着させる冷却構造では、アクチュエータの厚みが増すため、積層構造体が大型になってしまう課題があった。

本発明は、上述した事情を考慮したもので、加熱時および放熱時の両方におけるアクチュエータの動作応答性を向上させ、コンパクトな冷却構造を得ることができる形状記憶合金アクチュエータを提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、ＳＭＡワイヤ（素材）の編み構造を利用したアクチュエータの加熱時および放熱時の動作応答性を向上させ、アクチュエータ全体のコンパクト化、簡素化を図ることができ、柔軟性およびしなやかさを有する形状記憶合金アクチュエータを提供することにある。

本発明の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータは、上述した課題を解決するために、ＳＭＡワイヤを編んだ編み構造体またはＳＭＡ素材を編み形状もしくは波状形状に加工した加工構造体からなるアクチュエータ本体の形状復帰作用を発生力、発生変位とするアクチュエータであり、前記アクチュエータ本体を加熱する加熱手段と、前記アクチュエータ本体の表面または裏面にヒートパイプを、ヒートパイプの先端側に放熱シートをそれぞれ備え、前記ヒートパイプにはパイプ内流路を開閉する弁を有し、前記弁は、ヒートパイプの流路が開いた形状に形状記憶処理される形状記憶合金部材とヒートパイプの流路を閉じる方向にばね力を作用させるばね部材とを組み合せた弁構造に構成され、高温時に前記形状記憶合金部材が形状復帰することで前記ヒートパイプの流路を開放し、低温時に前記ばね部材のばね力により前記ヒートパイプの流路を閉鎖することを特徴とするものである。

本発明の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータは、上述した課題を解決するために、形状記憶合金ワイヤを編んだ編み構造体または形状記憶合金素材を編み形状もしくは波状形状に加工した加工構造体からなるアクチュエータ本体の形状復帰作用を発生力、発生変位とするアクチュエータであり、前記アクチュエータ本体を加熱する加熱手段と、前記アクチュエータ本体の表面または裏面にヒートパイプを、ヒートパイプの先端側に放熱シートをそれぞれ備え、前記ヒートパイプにはパイプ内流路を開閉する弁を有し、前記放熱シートは、アクチュエータ本体の伸縮方向に山折り、谷折りを繰り返したジャバラ構造に構成され、前記アクチュエータ本体の脇に配置されたことを特徴とするものである。
また、本発明の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータは、上述した課題を解決するために、形状記憶合金ワイヤを編んだ編み構造体または形状記憶合金素材を編み形状もしくは波状形状に加工した加工構造体からなるアクチュエータ本体の形状復帰作用を発生力、発生変位とするアクチュエータであり、前記アクチュエータ本体を加熱する加熱手段と、前記アクチュエータ本体の表面または裏面にヒートパイプを、ヒートパイプの先端側に放熱シートをそれぞれ備え、前記ヒートパイプにはパイプ内流路を開閉する弁を有し、前記ヒートパイプは、柔軟な材質を用いて波状形状あるいはジグザグ形状成形されてアクチュエータ本体に設けられることを特徴とするものである。
さらに、本発明の実施形態に係る形状記憶合金アクチュエータは、上述した課題を解決するために、形状記憶合金ワイヤを編んだ編み構造体または形状記憶合金素材を編み形状もしくは波状形状に加工した加工構造体からなるアクチュエータ本体の形状復帰作用を発生力、発生変位とするアクチュエータであり、前記アクチュエータ本体を加熱する加熱手段と、前記アクチュエータ本体の表面または裏面にヒートパイプを、ヒートパイプの先端側に放熱シートをそれぞれ備え、前記ヒートパイプにはパイプ内流路を開閉する弁を有し、前記編み構造体はヒートパイプの内部に作動流体とともに封入されたことを特徴とするものである。

本発明によれば、加熱時および放熱時の両方におけるアクチュエータの動作応答性を向上させ、コンパクトな冷却構造を提供でき、柔軟性としなやかさを有し、加熱時にアクチュエータの応答性を維持したまま、冷却時に高い放熱性を得ることができ、高速で駆動可能な形状記憶合金（ＳＭＡ）アクチュエータを提供することができる。

本発明に係る形状記憶合金アクチュエータの第１実施形態を示す基本形状状態の全体構成図であり、（Ａ）はアクチュエータの平面図、（Ｂ）は同じくアクチュエータの正面図、（Ｃ）は同じくアクチュエータの側面図。 本発明に係る形状記憶合金アクチュエータの第１実施形態を示す伸長形状状態の全体構成図であり、（Ａ）はアクチュエータの平面図、（Ｂ）は同じくアクチュエータの正面図、（Ｃ）は同じくアクチュエータの側面図。 形状記憶合金アクチュエータに備えられる編み構造体の編み構造例を示す図。 形状記憶合金アクチュエータに備えられる弁構造を示す図で、（Ａ）は弁の開放状態（高温時）を示す図、（Ｂ）は同じく弁の閉止状態（低温時）を示す図。 形状記憶合金アクチュエータに備えられるヒートパイプと放熱シートの連結管を示す横断面図で、（Ａ）は横断面が三角形の連結管の例、（Ｂ）は横断面が四角形の連結管の例をそれぞれ示す図。 連結管内にワイヤや突起物を挿入した横断面構造を示す図。 本発明に係る形状記憶合金アクチュエータの第２実施形態を示すアクチュエータの積層構造図であり、（Ａ）はアクチュエータの正面図、（Ｂ）は同じくアクチュエータの側面図。 本発明に係る形状記憶合金アクチュエータの第３実施形態を示す全体構成図であり、（Ａ）はヒートパイプ内に編み構造体を収容したヒートパイプの平面図、（Ｂ）はヒートパイプに編み構造体を収容したアクチュエータの一部断面状態を示す正面図、（Ｃ）は同じくアクチュエータの側面図。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
図１および図２は、形状記憶合金アクチュエータの第１実施形態を示すものである。形状記憶合金アクチュエータ１０は、形状記憶合金（Ｓｈａｐｅ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｌｌｏｙ：ＳＭＡ）のワイヤ（素材）１１を編んだ編み構造体１２と、この編み構造体１２の表面または裏面に備えられたヒートパイプ１３と、このヒートパイプ１３の先端側に設けられた放熱シート１４と、ヒートパイプ１３内の水やアルコール液等の作動流体の流路を開閉する弁１５とを有する。編み構造体１２はアクチュエータ本体を構成している。

ＳＭＡは、一般的なＮｉ−Ｔｉ合金を用いた例を示すが、材質はＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金やＣｕ−Ａｌ−Ｎｉ合金等を用いたものでもよく、Ｎｉ−Ｔｉ合金に限定されない。例えば、線径０．１５ｍｍ程度のＳＭＡワイヤ１１を金属編み機（図示せず）で編むことで、アクチュエータ本体としての編み構造体１２が作成される。この実施形態では、金属編み機で代表的な編み方であるメリヤス編みを用いてシート状（平面形状）のアクチュエータを構築した例を示す。メリヤス編みは１本のＳＭＡワイヤ（素材）１１で編み構造体１２を作成できる。図３はＳＭＡワイヤ１１をメリヤス編みした網目形状の編み構造体１２の編み構造例を示す。

編み構造体１２を構成するＳＭＡは、低温状態でマルテンサイト相になっており、編み構造体１２は外力によって柔軟かつしなやかに変形する。マルテンサイト相のＳＭＡを高温状態にするとオーステナイト相に変態し、形状記憶した自然長の状態に形状復帰（回復）するとともに、ＳＭＡ素材（ワイヤ）としての剛性も高くなる。

ＳＭＡアクチュエータ１０は、ＳＭＡの温度を制御することによって高温で記憶された形状を覚えていて（形状記憶効果）、変態点以上に加熱すると、記憶形状に復帰動作させることでアクチュエータとして機能する。ＳＭＡ形状復帰可能な歪みは数％であるが、ＳＭＡのワイヤ素材で編み構造体１２を網目形状に形成すると、形状復帰可能な伸縮量や変形量は１０〜３０％程度に増加させることができる。

［編み構造体の加熱構造］
本実施形態のＳＭＡアクチュエータ１０は、図１（Ａ）に示すように、アクチュエータ本体としてのＳＭＡの編み構造体１２の両側に形成した電極１７を電源１８に直接あるいはスイッチ（図示せず）を介して接続し、編み構造体１２の加熱構造を構成する。この加熱構造により、編み構造体１２はジュール熱によって直接加熱される。したがって、ヒータ等の熱源の熱をＳＭＡの編み構造体１２に伝達する間接加熱よりも、効率よく加熱することができる。

［編み構造体の冷却構造］
また、ＳＭＡアクチュエータ１０は、シート状編み構造体１２の表面あるいは裏面にヒートパイプ１３を貼り付け、このヒートパイプ１３の先端側に放熱シート１４を設けて編み構造体１２の冷却構造を構成する。この冷却構造ではヒートパイプ１３は弁１５および連結管２０を介して放熱シート１４に接続され、ヒートパイプ１３と放熱シート１４との間で水やアルコール液等の作動液体（流体：熱媒体）が移動（流動）可能に構成される。放熱シート１４は、編み構造体１２の一方あるいは両方の脇に配置される。作動液体の種類はＳＭＡの制御温度に応じて適宜選択される。

編み構造体１２は、ＳＭＡの温度制御によって伸縮されることから、ヒートパイプ１３と編み構造体１２とはシリコングリス等の熱伝導性グリスを介して摺動可能な構造とするか、あるいはヒートパイプ１３を柔軟材質で構成し、編み構造体１２に固定することで、編み構造体１２の収縮に追従して柔軟かつしなやかに変形できる構造となる。

ヒートパイプ１３は編み構造体１２の伸縮に追従する柔軟変形構造に構成される。ヒートパイプ１３は、柔軟材質で波形形状あるいはジグザグ形状に形成され、編み構造体１２の伸縮変形に追従した変形が可能に構成される。このため、ＳＭＡの編み構造体１２とヒートパイプ１３を組み合せた形状記憶合金アクチュエータ１０は例えば人体関節部の運動補助具として用いることができ、さらに、整形外科用器具に応用することもできる。

ヒートパイプ１３と編み構造体１２の固定は、ワイヤ等によって一定間隔毎に固縛して構成してもよい。ヒートパイプ１３の変形に伴う動作においても、ヒートパイプ１３と編み構造体１２との隙間には、熱伝導性グリスを挿入して熱伝導性を高めるのが望ましい。

本実施形態のＳＭＡアクチュエータ１０において、ヒートパイプ１３は内部の作動液体（流体）がＳＭＡから伝熱される熱により蒸発（潜熱の吸収）し、編み構造体１２を冷却する一方、蒸発した作動液体（ガス）は放熱シート１４で冷却されて凝縮（潜熱の放出）し、循環することでＳＭＡの除熱効果を得ることができ、編み構造体１２は冷却される。

ＳＭＡアクチュエータ１０の一側方あるいは両側方に配置される放熱シート１４は、蒸気状態の作動液体の熱を放熱できるようにしたもので、放熱シート１４には熱伝導性が良好なアルミ材料や銅材料、銀材料等の薄板が用いられる。放熱シート１４は、山折り、谷折りを繰り返したジャバラ（蛇腹）形状とすることで、編み構造体１２の収縮動作に併せて変形できる構成とされる。

［弁の開閉動作］
また、ヒートパイプ１３に設けられた弁１５は加熱駆動時にヒートパイプ１３の流路を閉じて、放熱シート１４から放熱しないように構成される。この弁１５は電磁的に駆動される電磁弁として加熱・放熱のタイミングに合せてヒートパイプ流路の開閉制御を行なうようにしてもよい。

本実施形態では、弁１５は図４に示すようにＳＭＡを用いたクリップ弁構造を採用する。この弁１５は、クリップ形状のＳＭＡ製挟み弁で、ヒートパイプ１３の流路を挟んで閉じる構造とする。クリップ形状の弁１５は、ヒートパイプ１３の流路が開放した状態、すなわちクリップ２１が開いた形状に形状記憶処理される。ＳＭＡ製弁１５はクリップ２１の開放先端側をばね部材２２で閉じる方向にばね付勢（圧縮）して、ヒートパイプ流路を挟んで閉じる方向にばね力を作用させる。ＳＭＡ部材のクリップ２１はヒートパイプ１３の流路が開いた形状で形状記憶処理される。

しかして、ヒートパイプ１３に設けられたＳＭＡ製弁１５は低温時にクリップ（ＳＭＡ部材）２１がばね部材２２のばね力で閉じてヒートパイプ１３の流路を挟むことにより閉止され、作動流体が流れなくなる。逆に、高温時にはクリップ２１はＳＭＡの形状復帰力がばね力を上回って弁１５が開き、作動液体が流れるようになる。このＳＭＡ製弁１５により、高温時のヒートパイプ１３の流路が開いて作動する弁として機能する。加熱時の加熱応答性を良好に維持したまま、冷却時に高い放熱性を得ることができる。したがって、編み構造体１２の冷却性能を良好に保つことができる。また、ＳＭＡアクチュエータ１０の変態温度に合わせてＳＭＡ製弁１５を動力源やコントローラ無しに動作させることができるため、簡便な構成にすることができる。

［編み構造体の加熱応答性］
ヒートパイプ１３は、内部の作動流体（図示せず）の種類や圧力を調整することで、作動液体の沸点を調整することができる。ヒートパイプ１３は、編み構造体１２から伝達される熱により、内部の作動液体が蒸発するが、作動液体の蒸発が開始されるまでは除熱効果が得られない。このため、作動温度を調整することで、低温状態においてＳＭＡの編み構造体１２を加熱する時には、弁１５は閉止されており、ヒートパイプ１３による除熱（冷却）は行なわずに編み構造体１２の加熱応答性を良好に維持できる。

［ヒートパイプと放熱シートを接続する連結管］
ヒートパイプ１３と放熱シート１４を接続する連結管２０は管内部の内壁面の為す角度が鋭角になる断面形状を有する管構造に構成される。例えば、連結管２０の断面形状が、図５（Ａ）および（Ｂ）に示すように、三角形または四角形、さらには図示しない星形を為すように構成される。放熱シート１４で凝縮された作動液体ＯＬは、連結管２０の横断面の内壁面の角度（以下、断面角度という）を鋭角とすることで、毛細管現象によりヒートパイプ１３の加熱部位に移動される。

連結管２０の横断面形状の角度を鋭角とすることで、凝縮された作動液体は毛細管現象によりヒートパイプ１３の加熱部位と放熱シート１４の高低差に依存することなく、ヒートパイプ１３の加熱部位に戻される。

なお、連結管２０の横断面がなす角度（断面角度）を鋭角にできない場合にも、図６に示すように連結管２０の管内にワイヤ２４や凹凸形状部材を挿入することで、同様の毛細管現象を得て、凝縮された作動液をヒートパイプ１３の加熱部位に戻すことができる。この場合、連結管は多角形でも円形でもよく、種々の管形状が採用される。

［形状記憶合金アクチュエータの製造方法］
形状記憶合金（ＳＭＡ）アクチュエータの製造は、初めに、細線状のＳＭＡ素材であるワイヤ素材を用意し、このＳＭＡワイヤ１１を金属編み機（図示省略）を用いて、例えばメリヤス編みし、シート状の編み構造体１２を作成する。

次に、シート状に編まれた編み構造体１２は自然長の状態で数時間、例えば２〜３時間、恒温加熱処理による形状記憶処理を実施することで、アクチュエータとして機能する形状を記憶させる。これにより、編み構造体１２は低温状態でマルテンサイト相のＳＭＡが、外力によって柔軟かつしなやかに変形する。ＳＭＡの編み構造体１２を高温状態にすると、オーステナイト相に変質し、形状記憶した自然長の状態に形状復帰（回復）される。この形状復帰に伴って大きな力を発揮すると共に、ＳＭＡワイヤはワイヤ素材としての剛性が高くなるアクチュエータ機能を有する。

編み構造体１２は、形状記憶処理が施された後に、両側の電極１７を電源１８に接続し、電源１８からの通電によりジュール熱によって加熱される一方、編み構造体１２の表面または裏面にヒートパイプ１３を貼り付け、このヒートパイプ１３の各先端に放熱シート１４を設ける。ヒートパイプ１３の弁１５および連結管２０を介して放熱シート１４に接続される。放熱シート１４は、編み構造体１２の一方または両方の脇に配置される。ヒートパイプ１３は形状記憶処理された編み構造体１２に設けた後に、放熱シート１４や電源１８を接続してもよい。

このようにして、ＳＭＡ製の編み構造体１２を電源１８からの通電により加熱する編み構造体１２の加熱構造を形成する一方、編み構造体１２の一面にヒートパイプ１３を備え、このヒートパイプ１３の両先端を放熱シート１４に弁１５および連結管２０を介して接続し、ヒートパイプ１３内部の作動液体（熱媒）をヒートパイプ１３と放熱シート１４の間で循環させて編み構造体１２の冷却構造を構成し、形状記憶合金アクチュエータ１０が製造される。

この形状記憶合金（ＳＭＡ）アクチュエータ１０は、ＳＭＡの編み構造体１２が電源１８からの通電により、ジュール熱で加熱され、この加熱により、編み構造体１２は変形前の元の形状記憶に形状復帰される。

また、編み構造体１２に備えられたヒートパイプ１３内部の作動流体が編み構造体１２のＳＭＡからの伝熱される熱により蒸発（潜熱の吸収）し、放熱シート１４で冷却されて凝縮（潜熱の放出）して循環することで除熱効果を得ることができ、編み構造体１２は冷却される。

本実施形態によれば、形状記憶合金アクチュエータ１０は、編み構造体１２は電源１８からの通電加熱により、直接ジュール加熱されるので、加熱時の高い動作応答性が得られる。また、加熱時の応答性を維持したまま、冷却時に高い放熱性を得ることができ、高速に駆動可能な形状記憶合金アクチュエータ１０を実施することができる。しかも、ＳＭＡアクチュエータ１０は、アクチュエータ本体の脇に放熱シート１４を設けたので、ＳＭＡの編み構造体１２のアクチュエータ本体は、ヒートパイプ１３と組み合せてシート状に構成されるので、柔軟性やしなやかさを保持することができる。

また、ＳＭＡアクチュエータ１０は、人体関節部の運動補助治具として使用する場合には、アクチュエータ全体の小型化・簡素化が必要である。

本実施形態では、ＳＭＡ製の編み構造体１２のシート状アクチュエータ本体に可撓性のヒートパイプ１３をアクチュエータの駆動方向（伸縮方向）に対して波状あるいはジグザグ状形状に複数回折り返してシート状に固定するので、アクチュエータ全体の厚肉化を防止でき、小型化、コンパクト化、簡素化が図れる。また、放熱シート１４や弁１５はアクチュエータ本体１２の脇に配置される。しかも、ＳＭＡアクチュエータ１０は編み構造体１２とヒートパイプ１３を組み合せて全体的に平らなシート状に構成されるので、薄肉化、コンパクト化が図れる。ＳＭＡアクチュエータ１０は冷却ファンなどの冷却構造を用いることなく、アクチュエータの除熱効果を向上させ、さらに動作応答性の向上が得られるので、人体関節部の運動補助具として適したものになる。

［第２実施形態］
図７は形状記憶合金（ＳＭＡ）アクチュエータの第２実施形態を示す正面図および側面図である。

第２実施形態に示された形状記憶合金（ＳＭＡ）アクチュエータ１０Ａは、図１（Ａ）および図２（Ａ）に示されたＳＭＡアクチュエータ１０と平面形状を同じくするので、同じ構成には同一符号を付して説明を省略あるいは簡素化する一方、ＳＭＡアクチュエータ１０Ａの平面図の図示を省略する。

第２実施形態のＳＭＡアクチュエータ１０Ａは、図７（Ａ）および（Ｂ）に示すように、ＳＭＡワイヤ１１を編んで構成される平面状あるいはシート状の複数の編み構造体１２を積層して設けると共に、積層された各編み構造体１２の表面または裏面にヒートパイプ１３をそれぞれ貼り付けて備える。各ヒートパイプ１３は、編み構造体１２の一面に沿って波形形状あるいはジグザグ状で全体的に平らな平面状に構成される。ヒートパイプ１３の先端両端部は、弁１５および連結管２０を介して放熱シート１４が設けられる。

各放熱シート１４は編み構造体１２の一方あるいは両方の脇に積層構造に配置される。各放熱シート１４は、積層構造の各編み構造体１２およびヒートパイプ１３にそれぞれ対応している。このようにして複数のＳＭＡアクチュエータ１０が積層された積層構造に構成される。弁１５や連結管２０の構成は第１実施形態に示された形状記憶合金アクチュエータ１０と異ならないので、説明を省略する。

第２実施形態の形状記憶合金アクチュエータ１０Ａは、複数の編み構造体１２を有するＳＭＡアクチュエータ１０を積層することで構成され、アクチュエータとしての発生力を増加させることができ、大きな操作力のアクチュエータが得られる。

また、形状記憶合金アクチュエータ１０Ａは、複数の編み構造体１２に対応して積層された各放熱シート１４を編み構造体１２の脇に配置することで、図７（Ａ）および（Ｂ）に示すように、放熱部（放熱シート１４）が熱源である編み構造体１２に挟まれることがないため、良好な放熱特性が得られ、編み構造体１２は優れた冷却性能が得られる。

［第３実施形態］
図８は、形状記憶合金アクチュエータの第３実施形態を示すものである。

第３実施形態に示された形状記憶合金（ＳＭＡ）アクチュエータ１０Ｂは、ヒートパイプ１３Ａの構造とＳＭＡワイヤ１１を編んだ編み構造体１２Ａの取付・固定構造が、第１実施形態の形状記憶合金（ＳＭＡ）アクチュエータ１０と相違する。他の構成および作用は第１実施形態の形状記憶合金（ＳＭＡ）アクチュエータ１０と実質的に異ならないので同じ構成には同一符号を付し、その説明を省略あるいは簡略化する。

図８に示されたＳＭＡアクチュエータ１０Ｂは、ヒートパイプ１３Ａが波形形状あるいはジグザグ状のパイプ構造ではなく、平面視で矩形の扁平形状のジャバラ（蛇腹）構造に構成される。ヒートパイプ１３Ａは扁平状のジャバラ形状とすることで、ヒートパイプ１３Ａ内の扁平空間に編み構造体１２Ａと作動液体を封入する。編み構造体１２Ａは、表面にヒートパイプ１３Ａを貼り付けるのではなく、扁平状ヒートパイプ１３Ａ内に編み構造体１２Ａを収容する。

編み構造体１２Ａの長手方向（伸縮方向）両端をヒートパイプ１３Ａの端部側と固定する。ヒートパイプ１３Ａはジャバラ状の構造とすることで、編み構造体１２Ａの伸縮に合せてヒートパイプ１３Ａも伸縮可能に構成される。

放熱シート１４は扁平状ヒートパイプ１３Ａの一側方あるいは両側方に配置される。放熱シート１４とヒートパイプ１３Ａとを連結する連結管２０や連結管２０への作動液体の流路を開閉する弁１５については、第１実施形態の形状記憶合金（ＳＭＡ）と異ならない。

弁１５は、編み構造体１２Ａと一緒に加熱・放熱できるようにするためにヒートパイプ１３Ａ内に配置されるが、ヒートパイプ１３Ａの外側に配置して編み構造体１２Ａの動作に連動して開閉操作を行なうようにしても良い。

第３実施形態のＳＭＡアクチュエータによれば、ヒートパイプ１３Ａの作動液体に編み構造体１２Ａを浸漬させた状態となるため、編み構造体１２Ａの熱を効率よく作動液体に伝熱させることができ、編み構造体１２Ａを効率よく冷却することができる。

なお、各実施形態のＳＭＡアクチュエータでは、金属編み機でメリヤス編みされた編み構造体をアクチュエータ本体として備えた例を説明したが、この編み構造体に限定されることなく、他の編み方による編み構造体であってもよい。また、ＳＭＡワイヤによる編み構造ではなく、ＳＭＡ板材を網状に切り抜いて加工し、伸縮性を持たせた構造としてもよい。さらに、ＳＭＡの帯状素材または線状素材を波形状あるいはジグザグな凹凸形状に屈曲させ、屈曲されたＳＭＡ素材の山部同士と谷部同士を順次に接合して加工構造体をシート状あるいは平面状に形成し、形成された加工構造体でアクチュエータ本体を構成してもよい。

また、各実施形態では、ＳＭＡアクチュエータの編み構造体を電源からの通電により直接加熱する例を説明したが、通電による直接加熱に限定されない、ヒータと組み合せて編み構造体などのアクチュエータ本体を加熱し、放熱時にヒータを停止させるようにしてもよい。さらに、編み構造体などのアクチュエータ本体に低温部を生成できるペルチェ素子等を組み合せることで、除熱性を一層高め、アクチュエータ本体の冷却性能をより良好なものにすることもできる。

１０，１０Ａ，１０Ｂ 形状記憶合金（ＳＭＡ）アクチュエータ
１１ 形状記憶合金（ＳＭＡ）ワイヤ（ＳＭＡ素材）
１２，１２Ａ 編み構造体（アクチュエータ本体）
１３，１３Ａ ヒートパイプ
１４ 放熱シート
１５ 弁
１７ 電極
１８ 電源
２０ 連結管
２１ クリップ（ＳＭＡ部材）
２２ ばね部材
２４ ワイヤ

Claims (5)

1. 形状記憶合金ワイヤを編んだ編み構造体または形状記憶合金素材を編み形状もしくは波状形状に加工した加工構造体からなるアクチュエータ本体の形状復帰作用を発生力、発生変位とするアクチュエータであり、
   前記アクチュエータ本体を加熱する加熱手段と、前記アクチュエータ本体の表面または裏面にヒートパイプを、ヒートパイプの先端側に放熱シートをそれぞれ備え、
   前記ヒートパイプにはパイプ内流路を開閉する弁を有し、
   前記弁は、ヒートパイプの流路が開いた形状に形状記憶処理される形状記憶合金部材とヒートパイプの流路を閉じる方向にばね力を作用させるばね部材とを組み合せた弁構造に構成され、
   高温時に前記形状記憶合金部材が形状復帰することで前記ヒートパイプの流路を開放し、低温時に前記ばね部材のばね力により前記ヒートパイプの流路を閉鎖することを特徴とする形状記憶合金アクチュエータ。
2. 前記弁は、クリップ形状の形状記憶合金部材で前記ヒートパイプの流路を挟む構造に構成される一方、前記形状記憶合金部材は、クリップが開いた形状に形状記憶処理が行なわれ、
   前記ばね部材は、前記クリップが閉じる方向にばね力が作用されることを特徴とする請求項１に記載の形状記憶合金アクチュエータ。
3. 形状記憶合金ワイヤを編んだ編み構造体または形状記憶合金素材を編み形状もしくは波状形状に加工した加工構造体からなるアクチュエータ本体の形状復帰作用を発生力、発生変位とするアクチュエータであり、
   前記アクチュエータ本体を加熱する加熱手段と、前記アクチュエータ本体の表面または裏面にヒートパイプを、ヒートパイプの先端側に放熱シートをそれぞれ備え、
   前記ヒートパイプにはパイプ内流路を開閉する弁を有し、
   前記放熱シートは、アクチュエータ本体の伸縮方向に山折り、谷折りを繰り返したジャバラ構造に構成され、前記アクチュエータ本体の脇に配置されたことを特徴とする形状記憶合金アクチュエータ。
4. 形状記憶合金ワイヤを編んだ編み構造体または形状記憶合金素材を編み形状もしくは波状形状に加工した加工構造体からなるアクチュエータ本体の形状復帰作用を発生力、発生変位とするアクチュエータであり、
   前記アクチュエータ本体を加熱する加熱手段と、前記アクチュエータ本体の表面または裏面にヒートパイプを、ヒートパイプの先端側に放熱シートをそれぞれ備え、
   前記ヒートパイプにはパイプ内流路を開閉する弁を有し、
   前記ヒートパイプは、柔軟な材質を用いて波状形状あるいはジグザグ形状成形されてアクチュエータ本体に設けられることを特徴とする形状記憶合金アクチュエータ。
5. 形状記憶合金ワイヤを編んだ編み構造体または形状記憶合金素材を編み形状もしくは波状形状に加工した加工構造体からなるアクチュエータ本体の形状復帰作用を発生力、発生変位とするアクチュエータであり、
   前記アクチュエータ本体を加熱する加熱手段と、前記アクチュエータ本体の表面または裏面にヒートパイプを、ヒートパイプの先端側に放熱シートをそれぞれ備え、
   前記ヒートパイプにはパイプ内流路を開閉する弁を有し、
   前記編み構造体はヒートパイプの内部に作動流体とともに封入されたことを特徴とする形状記憶合金アクチュエータ。

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