JP7119136B2 - スイングタイプｓｍａアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、スイングタイプの形状記憶合金（ＳＭＡ）アクチュエータ、およびこのようなアクチュエータを使用するデバイスに関連し、特に、これに限定されないが自動車の蓋に関する。

アクチュエータとしてのＳＭＡワイヤの使用は、その使用に関連する高度な自動化と制御によりますます高く評価されており、たとえば出願人の名前の特許文献１に説明されているように、カメラモジュールなどの幅広い用途で正常に使用されている。

特に関心のある分野は、特許文献２に記載されているような、ロックを制御するための、または追加のロック制御としてのＳＭＡベースのソリューションの使用であり、特に例えば、電気モーターによる自動車の蓋の自動ロック解除を開示する特許文献３および自動車のハウジングに可動式に取り付けられたフラップの自動作動に関連するセンサの使用を開示する特許文献４に開示されているような自動車の燃料蓋または充電蓋（電気自動車の場合）を制御するためのソリューションの使用である。

一般的に言えば、ＳＭＡアクチュエータがマイクロモーターに取って代わることができる任意の用途では、例えばカーエアコンのダクト出口でスイング可能に支持されているルーバーを制御するためのＳＭＡベースのシステムに関して特許文献５に記載されているように、負担、制御、および信頼性の点で利点がある。本発明とは異なり、特許文献５に記載されているソリューションは、ＳＭＡが制御するロックのソリューションで必要とされる、可動要素のブロック/ブロック解除の問題に対処していない。

同じことが、ＳＭＡベースのスイングタイプのアクチュエータを開示する特許文献６にも当てはまり、ＳＭＡワイヤが２つのピボットアームに作用し、スイング可能なパイ形状の部品を反対側から押して水平ロッドを動かし、垂直ロッドは、付勢ばねによって常に押されて、スイング可能な部分に形成された複数の凹部と係合し、ＳＭＡワイヤに電力を供給せずに安定した平衡位置を提供する。

国際公開第２０１６／０７５６０６号パンフレット 国際公開第２０１６／１５６２８３号パンフレット 国際公開第２０１３／１３０６９１号パンフレット 国際公開第２０１３／１３０４９５号パンフレット 米国特許出願公開第２００７／０１２３１５８号明細書 米国特許出願公開第２００７／０１３２５５１号明細書

本発明の目的は、自動車の燃料蓋の自動制御などの用途においてモーターまたはマイクロモーターを置き換えることができる自動ＳＭＡベースのアクチュエータを提供することであり、その第１の態様は、固定フレームおよびスイング可能部分を含むアクチュエータからなり、ここで、スイング可能部分と固定フレームは、以下によって結合されている。
－ スイング可能部分のスイングを可能にするピボット要素、
－ スイング可能部分に存在し、ピボット要素から垂直方向に離れた２つの接続要素に係合する２つの形状記憶合金ワイヤであって、前記接続要素がそれぞれスイング可能部分の左右部分にある２つの形状記憶合金ワイヤ。
ここで、可動要素は、スイング可能部分に存在するロック要素によってスイング可能部分に結合されている。

本発明は、以下の図の助けを借りてさらに説明される。

本発明によるスイング型アクチュエータの上からの概略図である。 本発明によるスイング型アクチュエータの上からの概略図である。 双安定位置制御を有する本発明によるスイング型アクチュエータの詳細を上から見た概略図である。 双安定位置制御を有する本発明によるスイング型アクチュエータの詳細を上から見た概略図である。 本発明によるアクチュエータの上方からの透視図である。

図では、図面を理解しやすくするために、特に、これに限らないがスイングアクチュエータの他の要素に対するＳＭＡワイヤの直径などは、場合によっては示されているさまざまな要素のサイズと寸法比が変更されている。また、電流供給源など、本発明の理解に必要のないいくつかの補助要素は、技術分野で知られている通常の手段であるため、示されていない。

図１には、固定フレーム１１を含むスイングタイプのＳＭＡアクチュエータ１０が示されており、ピボット１３を介してスイング可能部分１２が枢動し、スイング可能部分１２の円弧型の動き（スイング）を可能にする。好ましくは、スイング可能部分１２は、ピボット１３に対応してより狭いセクションを有し、アクチュエータ１０の上部において、Ｔ字形構造に類似したより大きなセクションを有する。

スイング可能部分１２の動きは、ジュール熱を介して交互に作動される２つの拮抗形状記憶合金ワイヤ１４、１４’によって達成される。形状記憶合金ワイヤは曲げられ、Ｕ字型の構成で使用され、ワイヤの長さを長くすることができるため、より大きな力を加えることができる。ワイヤ１４、１４’の先端は、それぞれ、ピボット１３の両側の固定点１４１、１４１’で固定フレーム１１に固定され、ワイヤ１４、１４’の中央部分は、スイング可能要素１２の上に配置される接続要素１５、１５’に巻かれている。

図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、接続要素１５、１５’は、好ましくは、アクチュエータ１０（Ｔの水平アーム）の上部のスイング可能要素１２上に対称的に配置される。

スイング可能要素１２上には、可動要素１６に形成された適切な凹部１８に入ることによって可動要素１６をブロックするロック要素１７が存在する。

要素１６の制御された動きは、作動の目的であり、この場合、形状記憶合金ワイヤ１４’を加熱することによって達成され、短縮により、スイング可能部分１２の時計回りの回転を引き起こし、ロック要素１７を可動要素１６の凹部１８から係合解除する。これにより、プリロードされたばね１９によって駆動される要素１６の動きが生じる。これは、ピボット１３などの他の要素をよりよく理解できるようにするために図１Ａ－図１Ｂには示されていないが、代わりに図２Ａ－図２Ｂに示される。

図２Ａおよび図２Ｂは、図１Ｂの点線の楕円形１００によって示されるスイング型アクチュエータ１０の詳細の上方からの概略図を示し、本発明による双安定スイングアクチュエータに有用に使用される双安定ロック機構１００を示すことを目的としている。双安定機構１００は、フレーム１１の平面から立ち上がって、係合機構１０２と一致する固定フレーム１１上のエンボス部分１０２’と、スイング可能部分１２上に形成された２つの移動エンドストッパー１０３、１０３’とを含む。すでに述べたように、曲げ構成で形状記憶合金ワイヤ１４、１４’を使用すると、より大きな力を加えることができるため、安定性が向上した双安定機構を使用することができる。つまり、２つの安定位置の間で移動するためにより高い力が要求される。

図２Ａおよび図２Ｂには、要素１６に作用するばね１９の末端部分も示され、ばね１９は、ロック要素１７が係合されると圧縮され、解放時に要素１６をアクチュエータ１０の外側に向かって押す。つまり、スイング可能部分１２は、形状記憶合金ワイヤ１４’の作用によって時計回りに引っ張られる／スイングされる。

この回転中、双安定機構１００は、係合機構１０２が形成されている円弧部分を弾性的に変形することによって、すなわち、固定エンボス部分１０２’の下を通過するように円弧部分を押し下げることによって、図２Ａの第１の安定位置から図２Ｂの第２の安定位置に移動する。明らかに、逆方向の動きは、ＳＭＡワイヤ１４が作動し、スイング可能部分１２が反時計回りに回転するときに起こり、各方向への移動の終わりは、それぞれのストッパー１０３、１０３’によって画定される。

スイング可能部分１２の正しい位置および動きの制御は、固定フレーム１１とスイング可能部分１２との間に配置された、変位位置センサ、例えばホール効果センサ、ポテンショメーター等を設けることによって達成される。

図３は、より完全な表現での本発明によるアクチュエータの上方からの透視図である。図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ、図２Ｂを参照して既に説明した主要素および基本要素は、本明細書では同じ数字で示されている。

本発明は、上記の図に示される特定の実施形態に限定されず、他の変形が含まれることを理解されたい。例えば、形状記憶合金ワイヤ１４、１４’は、固定フレーム１１およびスイング可能部分１２にそれぞれ配置された固定点の間に延びる単純な直線ワイヤであり得る。

本発明は、幾何学的観点から、直径が０．０１０ｍｍから５ｍｍの間で構成されるＳＭＡワイヤが有用に使用されているとしても、特定のタイプの形状記憶合金ワイヤに限定されるものではない。この点で、形状記憶合金ワイヤは実物であるため、円形断面から逸脱する可能性があることを強調するが、直径という用語は、最小の囲み円の直径として意図されている。

本発明は、特定の形状記憶合金材料に限定されないが、そのプロセスにより超弾性ワイヤ挙動または形状記憶合金挙動を交互に示すことができるニチノールなどのＮｉ－Ｔｉベースの合金が好ましい。ニチノールの特性およびそれらを達成することを可能にする方法は、当業者に広く知られている。例えば、ＳＭＳＴ２０１０カンファレンスで発表されたDennis W. Norwich による「A Study of the Properties of a High Temperature Binary Nitinol Alloy Above and Below its Martensite to Austenite Transformation Temperature」の記事を参照されたい。

ニチノールをそのまま使用することも、転移温度に関する特性をＨｆ、Ｎｂ、Ｐｔ、Ｃｕなどの元素を添加することで調整することもできる。材料合金の適切な選択およびその特性は、当業者によって一般に知られている。例えば、以下を参照されたい。
http://memry.com/nitinol-iq/nitinol-fundamentals/transformation-temperatures

また、形状記憶合金ワイヤは、それらの熱管理、すなわち作動後の冷却を改善するために、「それ自体」で、またはコーティング／シースと共に使用され得る。コーティングシースは、熱伝導体である電気絶縁コーティングに頼ることによって残留熱を管理する方法を教示する米国特許第９０６８５６１号に記載されているように均一であり得るが、米国特許第６８３５０８３号はすべての作動サイクル後の冷却を改善することができる封入シースを有する形状記憶合金ワイヤを記載している。また、米国特許第８７３９５２５号に記載されているように、相変化材料で作られた、またはそれを含むコーティングを有利に使用することができる。

その第２の態様では、本発明は、例えば、本発明によるスイング型ＳＭＡアクチュエータを組み込んだ燃料蓋または電気自動車／ハイブリッド車の場合の充電供給蓋などの装置からなる。

１０ 形状記憶合金（ＳＭＡ）アクチュエータ
１１ 固定フレーム
１２ スイング可能部分
１３ ピボット要素
１４，１４’ 形状記憶合金ワイヤ
１５，１５’ 接続要素
１６ 可動要素
１７ ロック要素
１８ 凹部
１９ 付勢バネ
１００ 双安定機構
１０２ 係合機構
１０２’ エンボス部分
１０３，１０３’ 移動エンドストッパー
１４１，１４１’ 固定点

Claims (8)

1. 固定フレーム（１１）およびスイング可能部分（１２）を備えるアクチュエータ（１０）であって、前記固定フレーム（１１）および前記スイング可能部分（１２）は、
   前記スイング可能部分のスイングを可能にするピボット（１３）と、
   前記スイング可能部分（１２）に存在し、前記ピボット（１３）から半径方向に離れた２つの接続要素（１５，１５’）に係合される２つの形状記憶合金ワイヤ（１４，１４’）であって、前記接続要素（１５，１５’）は、それぞれ前記スイング可能部分（１２）の左部分および右部分にあり、前記形状記憶合金ワイヤ（１４，１４’）の一方がアクティブになると、前記スイング可能部分（１２）の時計回りまたは反時計回り方向のいずれかのスイングを引き起こす、２つの形状記憶合金ワイヤ（１４，１４’）と、
   によって連結され、
   前記アクチュエータは、前記アクチュエータの外側に向かってスライド可能な可動要素（１６）をさらに備え、
   前記可動要素（１６）は、前記スイング可能部分（１２）に位置し、かつ前記可動要素（１６）の凹部（１８）に係合されているロック要素（１７）が係合解除されると、付勢バネ（１９）の作用によって前記アクチュエータの外側に向かってスライド可能であり、係合解除は、前記スイング可能部分のスイングによって引き起こされることを特徴とする、アクチュエータ（１０）。
2. 前記２つの接続要素（１５，１５’）が前記ピボット（１３）に対して対称的に、前記スイング可能部分（１２）に配置されている、請求項１に記載のアクチュエータ（１０）。
3. 前記スイング可能部分（１２）が略Ｔ字形構造を有する、請求項１または２に記載のアクチュエータ（１０）。
4. 前記形状記憶合金ワイヤ（１４，１４’）の中間部分が前記接続要素（１５，１５’）に巻かれている、請求項１～３のいずれか一項に記載のアクチュエータ（１０）。
5. スイング制御双安定機構（１００）を備える、請求項１～４のいずれか一項に記載のアクチュエータ（１０）。
6. 前記固定フレーム（１１）および前記スイング可能部分（１２）の間に変位位置センサが存在する、請求項１～５のいずれか一項に記載のアクチュエータ（１０）。
7. 前記可動要素（１６）がデバイスのロック／アンロック要素として作動する、請求項１～６のいずれか一項に記載のアクチュエータ（１０）の使用。
8. 前記デバイスが、燃料蓋または充電供給蓋である、請求項７に記載の使用。

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