JPH02116786A - 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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- JPH02116786A JPH02116786A JP27159788A JP27159788A JPH02116786A JP H02116786 A JPH02116786 A JP H02116786A JP 27159788 A JP27159788 A JP 27159788A JP 27159788 A JP27159788 A JP 27159788A JP H02116786 A JPH02116786 A JP H02116786A
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- 229910001285 shape-memory alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
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- 238000010008 shearing Methods 0.000 abstract 1
- 229910004353 Ti-Cu Inorganic materials 0.000 description 6
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Classifications
-
- 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
-
- 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
Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
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- Cookers (AREA)
- Thermally Actuated Switches (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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アクチュ
エーターに関するものである。
いバイアスばねなどと組合せた温度センサー兼アクチュ
エーターに関するものである。
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Ｎ ｉ −Ｔ ｉ合金およびＮｉ、、ＴｉをＦ
ｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｃｒなどで置換したＮ ｉ −Ｔ ｉ
系合金、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａ１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（合釦コイル（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
ジツナ−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ゆ 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（Ａりの調整により行なうがこのＡＪ点
は合金成分の組成により大きく変化する０例えばＮｉ−
Ｔｉ合金の場合、Ｎｉ量が１％変化するとＡ１点は１０
０ ”Ｃ変ってくる。
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Ｎ ｉ −Ｔ ｉ合金およびＮｉ、、ＴｉをＦ
ｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｃｒなどで置換したＮ ｉ −Ｔ ｉ
系合金、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａ１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（合釦コイル（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
ジツナ−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ゆ 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（Ａりの調整により行なうがこのＡＪ点
は合金成分の組成により大きく変化する０例えばＮｉ−
Ｔｉ合金の場合、Ｎｉ量が１％変化するとＡ１点は１０
０ ”Ｃ変ってくる。
例えばＡ、ｆ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。
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−Ｔｌ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゛Ｃ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。
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゛Ｃ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横１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。
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。
〔課題を解決するための手段および作用〕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組合せた温度センサ
ー兼アクチュエーターにおいて、形状記憶合金ばねにＴ
ｉ ４８．０〜５１．０ａｔ％、Ｃｕ５．０〜１１．
Ｏａｔ％残部Ｎｉからなる合金を用いバイアスばねの強
さ、或いは重り荷重を調整することにより動作温度６０
〜９０゛Ｃの温度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Ｔｉ４Ｂ。０〜５１．０ａｔ％、
Ｃｕ５．０〜１１．Ｏａｔ％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もしくは板ばねな
どまたは一定の負荷を与えるような重りを用いて温度セ
ンサー兼アクチュエーターとするものである。そしてバ
イアスばねもしくは重り荷重を負荷せん断応力にして２
〜２０ｋｇ／−の応力にＩ！１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ものである。
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組合せた温度センサ
ー兼アクチュエーターにおいて、形状記憶合金ばねにＴ
ｉ ４８．０〜５１．０ａｔ％、Ｃｕ５．０〜１１．
Ｏａｔ％残部Ｎｉからなる合金を用いバイアスばねの強
さ、或いは重り荷重を調整することにより動作温度６０
〜９０゛Ｃの温度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Ｔｉ４Ｂ。０〜５１．０ａｔ％、
Ｃｕ５．０〜１１．Ｏａｔ％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もしくは板ばねな
どまたは一定の負荷を与えるような重りを用いて温度セ
ンサー兼アクチュエーターとするものである。そしてバ
イアスばねもしくは重り荷重を負荷せん断応力にして２
〜２０ｋｇ／−の応力にＩ！１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ものである。
しかして本発明において形状記憶台金ばねの合金組成を
Ｔ ｉ ４ Ｂ、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。
Ｔ ｉ ４ Ｂ、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。
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。
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。
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ＮｉＴｉ−Ｃ
ｕ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。
ｕ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。
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。
またＮｉ−Ｔｉ合金より高温側の発生力が大きく、寿命
が長いので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。
が長いので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。
〔実施例）
以下に本発明の一実施例について説明する。
Ｎｉ４２．Ｏａｔ％、Ｔｉ−５０，０ａｔ％、Ｃｕ ８
． Ｏａｔ％のＮｉ−Ｔｉ−Ｃｕ合金の線径１ｍφ、ば
ね外径９ＩＩＩＩＩφ、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０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Ａｓ温度
とした。このようにして加重をせん断応力で４〜２０ｋ
ｇ／−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）が略直腺的
に高くなって行くことが判る。
． Ｏａｔ％のＮｉ−Ｔｉ−Ｃｕ合金の線径１ｍφ、ば
ね外径９ＩＩＩＩＩφ、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０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Ａｓ温度
とした。このようにして加重をせん断応力で４〜２０ｋ
ｇ／−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）が略直腺的
に高くなって行くことが判る。
一方Ｎｉ５０．Ｏａｔ％、Ｔｉ５０．ａｔ％のＮｉ−Ｔ
ｉ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゛Ｃ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。
ｉ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゛Ｃ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、ＣＩＪを３．５ａｔ％、
５．５ａｔ％、８．Ｏａｔ％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４
０℃における発生力を測定した。その結果を第１表に示
した。
５．５ａｔ％、８．Ｏａｔ％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４
０℃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
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Ｎ１−ＴＩ−Ｃｕ合金も比較的に大きい
。これに対して５．５ａｔ％、Ｃｕ８、Ｑａｔ％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”Ｃの発生力は、Ｎ ｉ
−Ｔ ｉ合金よりもＮｉＴｉ−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ｕ２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Ｎ１−ＴＩ−Ｃｕ合金も比較的に大きい
。これに対して５．５ａｔ％、Ｃｕ８、Ｑａｔ％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”Ｃの発生力は、Ｎ ｉ
−Ｔ ｉ合金よりもＮｉＴｉ−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ｕ２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。
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
ュエーターの側面し１である。 ｌ・・・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
ュエーターの側面し１である。 ｌ・・・形状記憶（合金〉コイル、 ２・・・バイア
スばね。
Claims (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調整することにより動作温
度を６０〜９０℃の温度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。
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 true JPH02116786A (ja) | 1990-05-01 |
| JP3033583B2 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 (4)
| 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 |
| US8416573B2 (en) | 2010-08-10 | 2013-04-09 | Empire Technology Development Llc. | Fluid cooling |
| CN105304408A (zh) * | 2015-12-09 | 2016-02-03 | 重庆理工大学 | 一种形状记忆合金温控电流开关 |
| CN106601547A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-04-26 | 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 |
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| JPS58164745A (ja) * | 1982-03-05 | 1983-09-29 | レイケム・コーポレイション | ニッケル／チタン／銅形状記憶合金の製造方法 |
| 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
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