JPH0281960A - 形状記憶合金装置およびポンプ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、形状記憶合金が形状回復時に発生する機械的
エネルギを一旦、エネルギ蓄積手段に蓄積して行き、形
状記憶合金の形状回復が所定の段階に達した時点で前記
蓄積したエネルギを一気に放出する形状記憶合金装置に
関する。

〔従来の技術〕

従来、形状記憶合金を駆動源とする形状記憶合金装置に
おいては、形状記憶合金が形状回復時に発生する機械的
エネルギをそのまま直接外部に放出していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

したがって、大きなエネルギをいちどきに放出すること
はできないという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、形
状記憶合金を駆動源として、なおかつ大きなエネルギを
いちどきに放出することができる形状記憶合金装置を提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による形状記憶合金装置は、形状記憶合金と、こ
の形状記憶合金が形状回復すると変位を受けるように該
形状記憶合金に連係された、変位を受けることによりエ
ネルギを蓄積するエネルギ蓄積手段と、可動な出力端体
と、前記形状記憶合金が所定の段階まで形状回復したと
き前記エネルギ蓄積手段に蓄積されたエネルギを解放し
、該エネルギにより前記出力端体を駆動させるエネルギ
解放手段とを有してなるものである。

〔作用〕

本発明においては、形状記憶合金が所定温度範囲まで加
熱され、形状記憶効果により形状回復して行くと、エネ
ルギ蓄積手段が変位を受け、該エネルギ蓄積手段にエネ
ルギが蓄積されて行（。そして、前記形状記憶合金が所
定の段階まで形状回復したとき、前記エネルギ蓄積手段
に蓄積された大きなエネルギがエネルギ解放手段により
解放され、この大きなエネルギにより前記出力端体が駆
動される。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

第１〜６図は本発明の第一実施例を示す。これらの図に
おいて、アーム状の形状記憶合金側回動体１は右端部を
固定体２に回動可能に支持されている。前記形状記憶合
金側回動体１の左端部付近には短いアーム状の係合同動
体３が回動可能に支持されている。ただし、この係合回
動体３は、反時計方向には、形状記憶合金側回動体１と
平行になる角度までしか回動できないようになっている
。

前記形状記憶合金側回動体１の中央付近部には上下方向
に延びるＴ　ｉ　−Ｎ　ｉ合金等からなる線材状の形状
記憶合金４の下端部が取り付けられており、この形状記
憶合金４の上端部は固定体２に取り付けられている。こ
こで、この形状記憶合金４は、十分短い長さを記憶して
おり、その記憶長さに形状回復すると、形状記憶合金側
回動体１が十分大きく時計方向（第一の回動向き）に回
動するようになっている。前記形状記憶合金側回動体１
と固定体２との間にはバイアス用押しバネ５が介装され
ており、このバネ５は形状記憶合金側回動体１を反時計
方向（第二の回動向き）に付勢している。

アーム状の出力端体６は、形状記憶合金側回動体１にほ
ぼ向き合う位置において左端部を固定体２に回動可能に
支持されており、この出力端体６はストッパ７により一
定以上の時計方向の回動を阻止されるようになっている
。そして、この出力端体６の右端部付近には作用部６ａ
が設けられている。この出力端体６と固定体２との間に
はエネルギ蓄積用押しバネ８が介装されており、このバ
ネ８は出力端体６を時計方向（第一の回動向き）に付勢
している。

次に、本実施例の作動を説明する。

第１図は、本装置の初期状態を示し、この初期状態にお
いては、形状記憶合金４には通電されておらず、形状記
憶合金側回動体１はバネ５により最も反時計方向に回動
された位置にあり、係合口動体３は出力端体６の下方に
ある。また、出力端体６はバネ８の力によりストッパ７
に当接している。

次に、上述の初期状態において、形状記憶合金４を通電
加熱等により所定の温度範囲まで加熱すると、形状記憶
効果により、記憶している長さに戻ろうとして収縮し、
バネ５に抗して形状記憶合金側回動体１を時計方向に回
動させて行く。このようにして形状記憶合金側回動体１
が第一の所定角度まで回動すると、第２図のように係合
回動体３が出力端体６の右端部に当接し、第３図に示さ
れるように出力端体６をバネ８に抗して反時計方向に回
動させて行く。これにより、バネ８にエネルギが蓄積さ
れて行く。

しかし、形状記憶合金側回動体１が時計方向に第二の所
定角度まで回動すると、第４図のように係合同動体３と
出力端体６との係合が外れ、バネ８に蓄積されていたエ
ネルギが一気に解放され、この大きなエネルギにより出
力端体６がストッパ７に当接されるまで時計方向に回動
される。なお、本実施例では、前記エネルギにより作用
部６ａを通じて外部負荷に対して仕事をできるようにな
っている。

次に、形状記憶合金４の加熱を停止すると、形状記憶合
金４は形状回復力を失うので、バネ５の力により形状記
憶合金側回動体】は反時計方向に回動されて行く。この
過程で、第５図のように係合回動体３が出力端体６の右
端部に当接し、係合回動体３が時計方向に回動される。

そして、係合回動体３が所定角度時計方向に回動された
時点で第６図のように係合回動体３と出力端体６との係
合が外れ、係合同動体３が出力端体６の下方に戻り、装
置は第１図の初期状態に戻る。

第７〜１３図は本発明の第二実施例を示す。

これらの図において、導体からなる出力端体１１は、係
合体収容部１１ａと、軸部１１ｂと、作用部１１ｃとを
一体的に有している。

前記係合体収容部１１ａは大略円筒状をなしていて、第
１３図の平面図によく示されるように軸線方向と平行方
向に切り割り１２を設けられている。そして、前記係合
体収容部１１ａの上端部には、縦断面鉤状をなして内方
側に突出する環状の係合突起１３が形成されており、こ
の係合突起１３の内周面は、下方に行くほど小径となる
テーパー穴１４を形成している。

前記作用部１１ｃは半楕円体状をなしており、軸部１１
ｂは作用部１１ｃと係合体収容部１１ａとを繋いでいる
。

前記出力端体１１の軸部１１ｂは絶縁体からなるケース
１５に設けられたガイド穴１６に上下方向にスライド可
能に嵌合されている。前記作用部１１ｃとケース１５の
外底面との間にはエネルギ蓄積用押しバネ１７が介装さ
れており、このバネ１７は出力端体１１を下方（第一の
向き）に付勢している。

前記ケース１５の中央部には大略短い円柱状をなす絶縁
体からなる係合解除体１８が固定されている。１９は係
合体であり、導体からなる軸部１９ａと、この軸部１９
ａの下端部に固定された絶縁体からなる頭部１９ｂとを
有している。前記軸部１９ａは係合解除体１８に設けら
れたガイド穴２０に上下方向に移動可能に嵌合されてお
り、この軸部１９ａの上端部に設けられた抜は止め部２
１は、軸部１９ａをガイド穴２０から抜は落ちないよう
にしている。また、前記軸部１９ａの下端部には段付円
板状の接点部２２が設けられており、この接点部２２の
下段上面から上方の部分は頭部１９ｂから露出されてい
る。前記頭部１９ｂの外周面は、上端部付近の部分を除
いて、下方に行くほど小径となるテーパー面２３とされ
ている。

前記軸部１９ａの上端部にはＴｉ−Ｎｉ合金等からなる
線材状の形状記憶合金２４の下端部が取り付けられてお
り、この形状記憶合金２４の上端部はケース１５の上端
部に取り付けられている。

ここで、この形状記憶合金２４は係合解除体１８とケー
ス１５の上端部との間の距離より短い距離を記憶してい
る。前記ケース１５の上端部と係合体１９の抜は止め部
２１との間にはバイアス用押しバネ２５が介装されてお
り、このバネ２５は係合体１９を下方に付勢している。

前記形状記憶合金２４の上端部はスイッチ２６を介して
電源２７の一方の極に接続されており、この電源２７の
他方の極は出力端体１１に接続されている。

次に、本実施例の作動を説明する。

第７図はこの装置の初期状態を示しており、この初期状
態においては、出力端体１１はバネ１７の力により、係
合体１９はバネ２５の力により、それぞれ最下方に偏倚
されており、係合体１９の頭部１９ｂは完全に出力端体
１１の係合体収容部ｔｌａ内に収容されている。そして
、係合体１９の接点部２２と出力端体１１の係合突起１
３とが接触している。

次に、この初期状態においてスイッチ２６を閉じると、
電源２７−出力端体１１−接点部２２−軸部１９ａ−形
状記憶合金２４−スイッチ２６−電源２７の経路で電流
が流れ、形状記憶合金２４がジュール熱により所定温度
範囲まで加熱され、形状記憶効果により、記憶している
長さに戻ろうとして収縮し、バネ２５を圧縮しながら係
合体１９を上方（第二の向き）に移動させる。すると、
出力端体１１もバネ１７を圧縮しながら持ち上げられ、
第８図のように出力端体１１のテーパー穴１４が係合解
除体１８の下端外周部に当接して、第９図のように出力
端体１１の係合体収容部１１ａの周壁の上端側が外側に
広げられて行く。そして、接点部２２と係合突起１３と
が離間し、形状記憶合金２４への通電が停止される。

この通電停止後もなおしばらくは形状記憶合金２４は収
縮を続けるので、係合体収容部１１ａの周壁の上端側は
さらに外側に広げられ、係合突起１３と係合体１９の頭
部１９ｂとの係合が外れ、バネ１７に蓄積されていた大
きなエネルギが一気に解放され、この大きなエネルギに
より出力端体１１は第１０図のように係合体収容部１１
ａの下端部がケース１５の底部に当接するまで押し下げ
られる。

次に、形状記憶合金２４が冷却すると、バネ２５の力に
より係合体１９は下降されて行き、第１１図のように頭
部１９ｂのテーパー面２３が出力端体１１のテーパー穴
１４に当接し、出力端体１１の係合体収容部１１ａの周
壁の上端側を広げて係合体収容部１１ａ内に侵入し、第
７図の初期状態に戻る。

そして以下同様にして、前述の動作が繰り返される。

第１４〜１７図は前記第二実施例を利用して構成された
ポンプを示す。

３０は前記第二実施例の形状記憶合金装置である。ただ
し、軸部１１ｂは延長されて、作用部１１ｏの代りにピ
ストン３１をその先端部に取り付けられている。前記ピ
ストン３１はシリンダ３２に嵌合されている。このシリ
ンダ３２の底部には吸込口３３が設けられており、この
吸込口３３は吸い上げ管３４を介して流体タンク３５に
連通されている。そして、前記吸込口３３には吸込弁３
６が設けられており、この吸込弁３６はシリンダ３２内
の圧力が一定以上低下すると吸込口３３を開くようにな
っている。前記シリンダ３２の底部付近周壁部には吐出
口３７が設けられており、この吐出口３７はノズル３８
に接続されている。そして、前記吐出口３７には吐出弁
３９が設けられており、この吐出弁３９はシリンダ３２
内の圧力が一定以上高まると、吐出口３７を開くように
なっている。

次に、このポンプの作動を説明する。

第１４図はこのポンプの初期状態を示し、この状態にお
いては、軸部ｆｌｂひいてはピストン３１は下死点にあ
り、吸込弁３６および吐出弁３９は閉じている。

この初期状態において形状記憶合金装置３ｏのスイッチ
２６が閉じられると、形状記憶合金２４の形状回復力に
より第１５図のように軸部１１ｂおよびはピストン３１
が上昇されて行くので、シリンダ３２内の圧力が低下し
、吸込弁３６が開かれ、流体タンク３５から流体４０が
吸い上げ管３４を経て流体シリンダ３２内に吸い込まれ
て行く。

第１６図は係合体１９と出力端体１１との係合が外れる
直前まで軸部１１ｂおよびピストン３１が上昇した状態
を示す。

次に、係合体１９と出力端体１１との係合が外れ、バネ
１７に蓄積されていた大きなエネルギが一気に解放され
ると、この大きなエネルギにより第１７図のように軸部
１１ｂおよびピストン３１が下降され、シリンダ３２内
の圧力が高まり、吸込弁３６が閉じられるとともに吐出
弁３９が開かれ、シリンダ３２内の流体４０が吐出口３
７を経てノズル３８から外部に噴出される。

以下、同じ動作が繰り返し行われ、これによりノズル３
８から流体４０が間欠的に噴出される。

このポンプでは、バネ１７に蓄積された大きなエネルギ
を一気に解放することによりピストン３１を下降させる
ので、流体４０の吐出圧を十分高めることができる。

第１８〜２３図は本発明の第三実施例を示す。

ケース５１には棒状の出力端体５２が直線方向（図上水
平方向）にスライド可能に嵌合されている。この出力端
体５２にはストッパ５３．５４が間隔を置いて固定され
ており、ケース５１の底部中央部に設けられた凸部５５
の両端にこれらのストッパ５３．５４がそれぞれ当接す
ると、出力端体５２はそれ以−ヒそれまでの進行方向に
は移動できなくなるようになっている。

前記ケース５１には出力端体５２のスライド方向と平行
方向にスライド軸５６が設けられており、このスライド
軸５６には、該スライド軸５６に沿ってスライド可能に
バネ支持体５７が嵌合されている。前記バネ支持体５７
の右端部にはＴｉ−Ｎｉ合金等からなる線状の形状記憶
合金５８の左端部が取り付けられており、この合金５８
の右端部はケース５１の右端部に取り付けられている。

ここで、前記形状記憶合金５８は、ケース５１の左右両
端部間の距離の半分より若干短い長さを記憶している。

前記バネ支持体５７とケース５１の左端部との間にはバ
イアス用引張りバネ５９が介装されており、このバネ５
９はバネ支持体５７を左方（第一の向き）に付勢してい
る。前記バネ支持体５７と出力端体５２との間にはエネ
ルギ蓄積用弓バネ６０が介装されており、この弓バネ６
０は、バネ支持体５７が出力端体５２に関し所定の境界
位置より左方にあるときは、バネ支持体５７を左方に付
勢するとともに出力端体５２を右方（第二の向き）に付
勢し、逆にバネ支持体５７が出力端体５２に関し所定の
境界位置より右方にあるときは、バネ支持体５７を右方
に付勢するとともに出力端体５２を左方に付勢するよう
になっている。

次に、本実施例の作動を説明する。

第１８図はこの装置の初期状態を示しており、この初期
状態においては、形状記憶合金５８は冷却しており、バ
ネ支持体５７はバネ５９の力により左方に移動しており
、弓バネ６０は出力端体５２を右方に付勢して最右方に
移動させ、ストッパ５３を凸部５５に当接させている。

次に、通電加熱等により形状記憶合金５８を所定の温度
範囲にまで加熱すると、該形状記憶合金５８が形状記憶
効果により、バネ５９を伸ばしながら記憶して（・る長
さに復帰しようとして収縮するので、第１９図のように
バネ支持体５７が右方に移動されて行き、弓バネ６０に
エネルギが蓄積されて行く。弓バネ６０は、最初はこの
バネ支持体５７の右方への移動に抗するが、バネ支持体
５７が出力端体５２に関し前記境界位置より右方に来る
と、逆に形状記憶合金５８とともにバネ支持体５７を右
方に付勢するようになるとともに、出力端体５２を左方
に付勢するようになる。これにより、弓バネ６０に蓄積
されていたエネルギが一気に解放され、この大きなエネ
ルギにより出力端体５２は第２０図のように左方に移動
され、第２１図のようにストッパ５４が凹部に当接する
と、そこで停止する。

次に、形状記憶合金５８の加熱を停止すると、該形状記
憶合金５８が形状回復力を失い、第２２図のようにバネ
５つの力によりバネ支持体５７が左方に移動されて行く
。弓バネ６０は、最初はこのバネ支持体５７の左方への
移動に抗するが、バネ支持体５７が出力端体５２に関し
前記境界位置より左方に来ると、逆にバネ５９とともに
バネ支持体５７を左方に付勢するようになるとともに、
出力端体５２を右方に付勢するようになる。これにより
、出力端体５２は第２３図のように右方に移動され、第
１８図のようにストッパ５３が四部に当接すると、そこ
で停止し、初期状態に戻る。

なお、前記各実施例では、エネルギ蓄積手段としてバネ
を用いているが、変位を受けることによりエネルギを蓄
積する機能があれば、空気圧によりエネルギを蓄積する
装置等の他の種のエネルギ蓄積手段用いてもよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、形状記憶合金を駆動源として、
なおかつ大きなエネルギをいちどきに放出することがで
きるという優れた効果を得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１〜６図は本発明による形状記憶合金装置の第一実施
例を種々の動作状態において示す正面図、第７〜１２図
は本発明による形状記憶合金装置の第二実施例を種々の
動作状態において示す正面図、第１３図は前記第二実施
例における出力端体を示す拡大平面図、第１４〜１７図
は前記第二実施例を利用して構成されたポンプを種々の
動作状態において示す断面図、第１８〜２３図は本発明
による形状記憶合金装置の第三実施例を種々の動作状態
において示す正面図である。 １・・・形状記憶合金側回動体、３・・・係合回動体、
４・・・形状記憶合金、５・・・バイアス用バネ、６・
・・出力端体、８・・・エネルギ蓄積用バネ、１１・・
・出力端体、】３・・・係合突起、１７・・・エネルギ
蓄積用バネ、１８・・・係合解除体、１９・・・係合体
、２４・・・形状記憶合金、２５・・・バイアス用バネ
、３０・・・形状記憶合金装置、３１・・・ピストン、
３２・・・シリンダ、３３・・・吸込口、３６・・・吸
込弁、３７・・・吐出口、３９・・・吐出弁、５２・・
・出力端体、５７１、・バネ支持体、５８・・・形状記
憶合金、５９・・・バイアス用バネ、６０・・弓バネ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、形状記憶合金と、この形状記憶合金が形状回復する
   と変位を受けるように該形状記憶合金に連係された、変
   位を受けることによりエネルギを蓄積するエネルギ蓄積
   手段と、可動な出力端体と、前記形状記憶合金が所定の
   段階まで形状回復したとき前記エネルギ蓄積手段に蓄積
   されたエネルギを解放し、該エネルギにより前記出力端
   部材を駆動させるエネルギ解放手段とを有してなる形状
   記憶合金装置。 ２、一定範囲内において回動可能な出力端体と、この出
   力端体を第一の回動向きに付勢するエネルギ蓄積用バネ
   からなる前記エネルギ蓄積手段と、回動可能な形状記憶
   合金側回動体と、この形状記憶合金側回動体を前記第一
   の回動向きと反対向きの第二の回動向きに付勢するバイ
   アス用バネと、形状回復時に形状回復力を前記形状記憶
   合金側回動体に、該形状記憶合金側回動体を前記第一の
   回動向きに回動させるように作用する前記形状記憶合金
   と、前記形状記憶合金側回動体に一定範囲内において回
   動可能に支持されており、前記形状記憶合金側回動体が
   前記第一の向きに第一の所定角度まで回動すると前記出
   力端体に係合し、前記出力端体を前記第二の向きに回動
   させるようになり、前記形状記憶合金側回動体がさらに
   前記第一の向きに第二の所定角度まで回動すると前記出
   力端体との係合を解除される係合回動体とを有してなる
   請求項１記載の形状記憶合金装置。 ３、一定範囲内において直線方向に移動可能な前記出力
   端体と、この出力端体を前記直線方向の第一の向きに付
   勢するエネルギ蓄積用バネからなる前記エネルギ蓄積手
   段と、前記直線方向に移動可能で、前記出力端体に対し
   前記第一の向きに移動して行くと該出力端体に係合する
   係合体と、この係合体を前記第一の向きに付勢するバイ
   アス用バネと、形状回復時に形状回復力を前記係合体に
   、該係合体を前記第一の向きと反対の第二の向きに移動
   させるように作用する前記形状記憶合金と、前記出力端
   体が前記係合体に係合された状態で所定位置まで前記第
   二の向きに移動されて来ると、前記出力端体に当接して
   前記係合体との係合部を変形し、該係合を解除する係合
   解除体とを有してなる請求項１記載の形状記憶合金装置
   。 ４、一定範囲内において直線方向に移動可能な前記出力
   端体と、前記直線方向に対し平行な方向に移動可能なバ
   ネ支持体と、このバネ支持体を前記直線方向の第一の向
   きに付勢するバイアス用バネと、形状回復時に形状回復
   力を前記バネ支持体に、該バネ支持体を前記第一の向き
   と反対向きの第二の向きに移動させるように作用する前
   記形状記憶合金と、前記出力端体と前記バネ支持体との
   間に介装され、前記バネ支持体が前記出力端体に関し所
   定の境界位置より前記第一の向き側にあるときは前記バ
   ネ支持体を前記第一の向きに付勢するとともに前記出力
   端体を前記第二の向きに付勢する一方、前記バネ支持体
   が前記出力端体に関し前記所定の境界位置より前記第二
   の向き側にあるときは前記バネ支持体を前記第二の向き
   に付勢するとともに前記出力端体を前記第一の向きに付
   勢するエネルギ蓄積用バネからなる前記エネルギ蓄積手
   段とを有してなる請求項１記載の形状記憶合金装置。 ５、シリンダと、このシリンダに嵌合されるとともに請
   求項１記載の形状記憶合金装置の出力端体に連係された
   ピストンと、前記シリンダに設けられた吸込口および吐
   出口と、前記吸込口に設けられ、前記シリンダ内の圧力
   が一定以上低下すると前記吸込口を開く吸込弁と、前記
   吐出口に設けられ、前記シリンダ内の圧力が一定以上高
   まると前記吐出口を開く吐出弁とを有してなるポンプ。