JPH01144105A - Linear actuator - Google Patents

Linear actuator

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Publication number
JPH01144105A
JPH01144105A JP30280887A JP30280887A JPH01144105A JP H01144105 A JPH01144105 A JP H01144105A JP 30280887 A JP30280887 A JP 30280887A JP 30280887 A JP30280887 A JP 30280887A JP H01144105 A JPH01144105 A JP H01144105A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plunger
shape memory
memory element
linear actuator
force
Prior art date
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Pending
Application number
JP30280887A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuo Kumakiri
熊切 康雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP30280887A priority Critical patent/JPH01144105A/en
Publication of JPH01144105A publication Critical patent/JPH01144105A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To attain a compact and lightweight structure and also the large driving force with a big stroke for a linear actuator by using a shape memory element as an energy source. CONSTITUTION:When a shape memory element 16 is energized and heated, the element 16 extends against the force of a coil spring 15 and a plunger 4 extrudes over a supporter 1. While the element 16 is turned into its original form when the energization is cut to the element 16 and the liquid nitrogen or the nitrogen gas is supplied to the element 16 via a nozzle 14 to cool the element 16. This restoring force of the element 16 moves the plunger 4 backward. Thus the spring 15 has just one function to give the restoring force to an inner case 2 owing to a fact that the plunger 4 has reciprocating motions only with deformation of the element 16. In such a constitution, a compact and lightweight structure and the large driving force with a big stroke are attained at one time for a linear actuator.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は形状記憶素子を利用しなりエアアクチュエータ
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to an air actuator using a shape memory element.

従来の技術とその問題点 リニア型アクチエエータの代表的なものとしてソレノイ
ドが知られている。このソレノイドは他に有効な代替手
段がないなめに多方面で利用されているが、一般に次の
ような短所をもつものとされている。
Conventional technology and its problems A solenoid is known as a typical linear actuator. This solenoid is used in many fields because there are no other effective alternatives, but it is generally considered to have the following disadvantages.

(1)  プランジャのほかコイルおよびリターンスプ
リングを必須の安住とし、コイルの小型化に限界がある
ことから、ユニット全体の小型軽量化が国難である。
(1) In addition to the plunger, the coil and return spring are essential components, and since there are limits to the miniaturization of the coil, it is a national challenge to reduce the size and weight of the entire unit.

(2)  リターンスプリングがあるなめにアクチュエ
ータのもつエネルギの一部が相殺されてしまい、正味有
効出力が小さくなる。
(2) Due to the presence of the return spring, a portion of the actuator's energy is canceled out, reducing the net effective output.

(3)  通電電圧および電流値が高く、アクチュエー
タの作動状態保持中は常に電力を供給する必要があり、
省エネルギ化が図れない。
(3) The energizing voltage and current values are high, and it is necessary to constantly supply power while the actuator is in operation.
Energy saving cannot be achieved.

(4)  コイルの通電に伴う昇温によシデューティサ
イクルが決められ、長時間の利用が制限される。
(4) The duty cycle is determined by the temperature rise associated with the energization of the coil, which limits long-term use.

(5)  ロングストロークを確保しようとすると、プ
ランジャがコイルから遠ざかるようになるなめに指数的
に推力が低下し、大ストローク大推力を同時に実現でき
ない。
(5) If you try to ensure a long stroke, the thrust will decrease exponentially as the plunger moves away from the coil, making it impossible to achieve a large stroke and large thrust at the same time.

(6)  ソレノイドの軸方向長さはプランジャのスト
ロークに依存する企めに、ソレノイド全体の軸方向長さ
の縮小化に限界がある。
(6) Since the axial length of the solenoid depends on the stroke of the plunger, there is a limit to the reduction in the axial length of the entire solenoid.

本発明は、エネルギ源に形状記憶素子を用いること罠よ
って上記の種々の問題点を克服し、従来のソレノイドに
代替し得るリニアアクチュエータを提供するものである
The present invention overcomes the various problems described above by using a shape memory element as an energy source, and provides a linear actuator that can replace conventional solenoids.

問題点を解決するための手段 本発明のリニアアクチュエータは、実施例にも示すよう
に、支持体と、この支持体く直線往復動可能に支持され
念プランジャと、支持体とプランジャとの間に介装され
て、1方向性i&は2方向性の動作特性を有するコイル
状の形状記憶素子とから構成される。
Means for Solving the Problems As shown in the embodiments, the linear actuator of the present invention includes a support body, a plunger supported so that the support body can reciprocate in a straight line, and a plunger between the support body and the plunger. Interposed therein, the unidirectional i& is composed of a coiled shape memory element with bidirectional operating characteristics.

プランジャに必要とされる動きは往動と復動の2方向性
であるから、1方向性の形状記憶素子を用いな場合には
、例えば機械式のコイルばねと組合せ念り、あるいは特
性の異なる2つの1方向性形状記憶素子を用いる。
Since the movement required for the plunger is bidirectional, forward movement and backward movement, if a unidirectional shape memory element is not used, it may be necessary to combine it with a mechanical coil spring, for example, or use a device with different characteristics. Two unidirectional shape memory elements are used.

作用 1方向性の形状記憶素子と機械式のコイルばねを組合わ
せな場合、例えばプランジャの往動は加熱による形状記
憶素子の変形によって行ない、プランジャの復動はコイ
ルばねの力(パイアスカ)によって行なうと同時に、こ
のコイルばねの力によって形状記憶素子を加熱変形前の
かなちに変形させる。
When a unidirectional shape memory element and a mechanical coil spring are combined, for example, the forward movement of the plunger is performed by deforming the shape memory element due to heating, and the backward movement of the plunger is performed by the force of the coil spring (piascus). At the same time, the force of this coil spring deforms the shape memory element immediately before it is heated and deformed.

また、1方向性の形状記憶素子を2つ組み合わせた場合
には、ばね特性の異なる形状記憶素子を相互に括抗させ
、2つの形状記憶素子のうちいずれか一方を選択的に加
熱変形させることでプランジャの往復動が可能となる。
In addition, when two unidirectional shape memory elements are combined, the shape memory elements with different spring characteristics are held against each other, and one of the two shape memory elements is selectively deformed by heating. This allows the plunger to move back and forth.

まな2方向性の形状記憶素子を用いる場合には。When using a bidirectional shape memory element.

素子自体が2方向性の動作特性をもつなめに、これのみ
によってプランジャの往復動が可能となる。
Since the element itself has bidirectional operating characteristics, this alone allows the plunger to reciprocate.

実施例 第1図(4)、@は本発明のよシ具体的な一実施例を示
す図で、同図(4)はプランジャが伸長しな状態を、同
図■はプランジャの伸長前の状態をそれぞれ示している
Embodiment Figure 1 (4), @ is a diagram showing a more specific embodiment of the present invention. Figure 1 (4) shows the state in which the plunger is not extended, and ■ in the same figure shows the state before the plunger is extended. Each state is shown.

第1図において、1はコ字状の支持体で、この支持体1
にはインナーケース2をスライド可能に内挿したアウタ
ーケース3が取付けられている。
In FIG. 1, 1 is a U-shaped support, and this support 1
An outer case 3 into which an inner case 2 is slidably inserted is attached.

さらにインナーケース2内には支持体1を貫通するプラ
ンジャ4がスライド可能に内挿されている。
Furthermore, a plunger 4 that penetrates the support body 1 is slidably inserted into the inner case 2.

そして、ケース2.3内において、プランジャ4のヘッ
ド部5と支持体1との間にはコイル状の形状記憶素子6
が介装されている。この形状記憶素子6は同図から明ら
かなようにその一端部側と他端部側とで直径が異なるよ
うに1つまり2段状になるように同一素線によって形成
され゛ている。ま念、支持体1とインナーケース2との
間には形状記憶素子6と括抗するように別のコイル状の
形状記憶素子7がスペーサ8を介して介装されている。
In the case 2.3, a coil-shaped shape memory element 6 is disposed between the head portion 5 of the plunger 4 and the support body 1.
is interposed. As is clear from the figure, the shape memory element 6 is formed of the same wire in one or two steps so that its one end and the other end have different diameters. Note that another coil-shaped shape memory element 7 is interposed between the support body 1 and the inner case 2 via a spacer 8 so as to oppose the shape memory element 6.

そして、形状記憶素子6および7の両端はスイッチ9.
10および可変抵抗11.12を介してDC電源13に
接続され、スイッチ9.10の切換操作により形状記憶
素子6.7のいずれか一方を選択的に通電加熱できるよ
うになっている。
Both ends of the shape memory elements 6 and 7 are connected to a switch 9.
10 and variable resistors 11.12 to a DC power source 13, and by switching a switch 9.10, either one of the shape memory elements 6.7 can be selectively heated with electricity.

14は通電加熱後の形状記憶素子6の冷却を促進するな
めに冷却媒体例えば窒素ガスや液体窒素を導入するため
に支持体IK影形成れなノズルである。
Reference numeral 14 denotes a support IK shadow forming nozzle for introducing a cooling medium such as nitrogen gas or liquid nitrogen in order to accelerate cooling of the shape memory element 6 after being electrically heated.

したがって上記の実施例構造によれば、第1図囚に示す
ように形状記憶素子6に通電して加熱することによりこ
の形状記憶素子6が元の状態つまシは伸長状態となるこ
とから、それに伴ってインナーケース2がアウターケー
ス3から伸出し、プランジャ4は形状記憶素子7を圧縮
変形させつつ支持体1から突出する。
Therefore, according to the structure of the above embodiment, as shown in FIG. Accordingly, the inner case 2 extends from the outer case 3, and the plunger 4 projects from the support body 1 while compressing and deforming the shape memory element 7.

一方、第1図(4)の状態からスイッチ9に代えてスイ
ッチ10をONにすると形状記憶素子7が通電加熱され
る。これによシ形状記憶素子7が元の状態つまりは伸長
状態となることから、第1図(8)に示すようにインナ
ーケース2が押戻され、それに伴って形状記憶素子6を
圧縮しつつプランジャ4が後退する。この場合、形状記
憶素子6の温度低下を促進する企めにノズル14から例
えば液体窒素もしくは窒素ガスを供給するのが望ましい
On the other hand, when the switch 10 is turned on instead of the switch 9 from the state shown in FIG. 1(4), the shape memory element 7 is heated by electricity. As a result, the shape memory element 7 returns to its original state, that is, the expanded state, and the inner case 2 is pushed back as shown in FIG. 1 (8), thereby compressing the shape memory element 6. Plunger 4 retreats. In this case, it is desirable to supply, for example, liquid nitrogen or nitrogen gas from the nozzle 14 in order to accelerate the temperature reduction of the shape memory element 6.

ま念、第1図(4)および(9)の形状記憶素子6.7
のうちいずれか一方を機械式のコイルスプリングに代え
ることもできる。例えば形状記憶素子7をコイルスプリ
ングに置き代えな場合には、形状記憶素子6を通電加熱
することによシブランジャ4が伸出し、形状記憶素子6
への通電を断つことによってコイルスプリングの復元力
によってプランジャ4が後退する。
Please note that the shape memory elements 6.7 in Figure 1 (4) and (9)
Either one of them can be replaced with a mechanical coil spring. For example, if the shape memory element 7 is not replaced with a coil spring, the shiblunger 4 is extended by heating the shape memory element 6 with electricity, and the shape memory element 6 is
By cutting off the current supply to the plunger 4, the plunger 4 retreats due to the restoring force of the coil spring.

第2図は本発明の他の実施例を示すもので1本実施例に
おいては2方向性の形状記憶素子16と機械式のコイル
スプリング15とを組合わせ念もので、形状記憶素子1
6の一端は支持体IK、他端はプランジャ4のヘッド部
5にそれぞれ機械的に連結されている。そして、2方向
性の形状記憶素子16は形状合金自体を強加工し念シ、
あるいは拘束状態で熱処理することで潜られ、高温側お
よび低温側での形状をそれぞれ記憶して、高温時には高
温側での形状に1低温時には低温側での形状に繰り返し
変形することができる。
FIG. 2 shows another embodiment of the present invention. In this embodiment, a bidirectional shape memory element 16 and a mechanical coil spring 15 are combined.
One end of the plunger 6 is mechanically connected to the support IK, and the other end is mechanically connected to the head portion 5 of the plunger 4. The bidirectional shape memory element 16 is made by strongly processing the shape alloy itself.
Alternatively, it can be submerged by heat treatment in a restrained state, memorize the shape on the high temperature side and the low temperature side, and repeatedly deform into the shape on the high temperature side when the temperature is high and the shape on the low temperature side when the temperature is low.

し念がって、第2図の場合には形状記憶素子16を通電
加熱することKよシ形状記憶素子16がコイルスプリン
グ15の力に抗して伸び、プランジャ4が支持体lから
突出する。一方、形状記憶素子16への通電を断ち、ノ
ズル14から例えば液体音素や窒素ガスを供給して形状
記憶素子16を冷やせば第2図の形状に#!シ、その復
元力によってプランジ   ゛ヤ4が後退する。つまり
、本実施例によれば、形状記憶素子16の変形のみKよ
ってプランジャ4が往復動するととKなシ、コイルスプ
リング15はインナーケース2に復元力を与える機能の
みをもつことKなる。この実施例の場合には、プランジ
ャ4のストロークLを第1図■のストロークtよりも大
きく一確保できる利点がある。
To be careful, in the case of FIG. 2, the shape memory element 16 is heated by electricity, so that the shape memory element 16 extends against the force of the coil spring 15, and the plunger 4 protrudes from the support l. . On the other hand, if the power to the shape memory element 16 is cut off and, for example, liquid phoneme or nitrogen gas is supplied from the nozzle 14 to cool the shape memory element 16, the shape shown in FIG. 2 is obtained. The plunger 4 retreats due to its restoring force. In other words, according to this embodiment, if the plunger 4 reciprocates only due to the deformation of the shape memory element 16, the coil spring 15 only has the function of imparting restoring force to the inner case 2. In the case of this embodiment, there is an advantage that the stroke L of the plunger 4 can be ensured to be larger than the stroke t shown in FIG.

発明の効果 以上のように本発明のリニアアクチュエータにおいては
、エネルギ源として形状記憶素子を用い念ものであるか
ら、従来から汎用されているソレノイドと比べて小型軽
量化が可能となるとともに。
Effects of the Invention As described above, since the linear actuator of the present invention uses a shape memory element as an energy source, it can be made smaller and lighter than conventional solenoids.

大ストローク大推力が同時に実現できる。A large stroke and large thrust can be achieved at the same time.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(4)は本発明の一実施例を示す図でプランジャ
が突出しな状態の断面図、第1図■は同図(4)のプラ
ンジャが後退し念状態の断面図、第2図は本発明の他の
実施例を示す断面説明図である。 1・・・支持体、2・・・インナーケース、3・・・・
・−アウターケース、4・・・プランジャ、6,7・・
・形状記憶素子、 15・■コイルスプリング、16・
・・形状記憶素子。 外2名
Fig. 1 (4) is a cross-sectional view showing an embodiment of the present invention, with the plunger in a non-protruding state, Fig. 1 (4) is a cross-sectional view of the plunger in Fig. 1 (4) in a retracted state, and Fig. 2 FIG. 3 is an explanatory cross-sectional view showing another embodiment of the present invention. 1... Support body, 2... Inner case, 3...
・-Outer case, 4... Plunger, 6, 7...
・Shape memory element, 15・■Coil spring, 16・
...Shape memory element. 2 people outside

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)支持体と、この支持体に直線往復動可能に支持さ
れたプランジヤと、支持体とプランジヤとの間に介装さ
れて、1方向性または2方向性の動作特性を有するコイ
ル状の形状記憶素子とから構成されていることを特徴と
するリニアアクチユエータ。
(1) A support body, a plunger supported by the support body so as to be capable of linear reciprocating movement, and a coil-shaped plunger interposed between the support body and the plunger that has unidirectional or bidirectional operating characteristics. A linear actuator comprising a shape memory element.
JP30280887A 1987-11-30 1987-11-30 Linear actuator Pending JPH01144105A (en)

Priority Applications (1)

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JP30280887A JPH01144105A (en) 1987-11-30 1987-11-30 Linear actuator

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ID=17913355

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JP30280887A Pending JPH01144105A (en) 1987-11-30 1987-11-30 Linear actuator

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JP (1) JPH01144105A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5312152A (en) * 1991-10-23 1994-05-17 Martin Marietta Corporation Shape memory metal actuated separation device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5312152A (en) * 1991-10-23 1994-05-17 Martin Marietta Corporation Shape memory metal actuated separation device

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