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