JPH03185275A - 形状記憶合金アクチュエータユニット - 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】 【発明の目的】

（産業上の利用分野） 本発明は１例えば、産業用ロボットの腕あるいは指の関
節、目動弁、小型ポンプなどの駆動源として利用される
形状記ｔａ合金７クチユエータユニツトに関するもので
ある。 （従来の技術） 形状記憶合金は、その形状記憶特性や超弾性特性によっ
て、各種感熱素子や８弾性ばねなどに応用されている。 その応用例のひとつである形状記憶合金アクチュエータ
としては、従来、形状記憶合金が装置本体と一体に組込
まれた構造のものがあった。 （発明が解決しようとする！２題） しかしながら、上記のような従来の形状記憶合金アクチ
ュエータにおいては、形状記憶合金が装置本体と一体化
された構造となっているため、性能の変更や特性の劣化
による形状記憶合金の交換などのメンテナンスが困難で
あるという課題を有していた。 （発明の目的） 本発明は、従来の形状記憶合金アクチュエータの上記課
題を解決するためになされたものであって、その目的と
するところは、搭載した装置からの取外しが容易であっ
て、性能の変更や形状記憶合金の交換などのメンテナン
スが容易な形状記憶合金アクチュエータユニットを提供
することにある。

【発明の構成】

（課題を解決するための手段） 本発明の第１請求項に係わる形状記憶合金アクチュエー
タユニットは、一端側を固定して並列させた２本の形状
記憶合金線材を収容した良熱伝導体製ヒートシンクと、
前記画形状記憶合金線材を個々に通電加熱するための給
電端子と、前記画形状記憶合金線材の他端側同士を回転
体を介して連結し、交互通電加熱による裏該形状記憶合
金線材の変位を外部に出力する変位伝達部材を備えてな
る構成としたものであり、また、本発明の第２請求唄に
係わる形状記憶合金アクチューエータユニットは、一端
側を固定した形状記憶合金線材を収容した良熱伝導体製
ヒートシンクと、導電性を右し前記形状記憶合金線材を
引張付勢する／ヘイアス用弾性体と、前記バイアス用弾
性体を介して前記形状記憶合金線材に通電し、当該形状
記憶合金線材を加熱するための給電端子と、前記形状記
憶合金線材の他端側に接続されて、加熱および冷却によ
る当該形状記憶合金線材の変位を外部に出力する変位伝
達部材を備えてなる構成としたものであって、形状記憶
合金アクチュエータユニットの上記構成を前述した従来
の課題を解決するための手段としたことを特徴としてい
る。 なお、本発明において用いる形状記憶合金としては、Ｎ
ｉ−Ｔｉ系のものが一般的であるが、その種類について
特に限定されず、この他にＣｕ−Ａｌ−Ｎｉ系やＦ　ｅ
　−Ｍ　ｎ系のものを使用することができる。またヒー
トシンクに用いる良熱伝導性体についても特に限定され
ることはなく、銅。 アルミニウムなどの金属を用いることができるが軽量化
の観点からはアルミニウムまたはアルミニウム合金が望
ましい。 （作用） 本発明の第１請求項に係わる形状記憶合金アクチュエー
タユニットは、一端側を固定して並列させた２木の形状
記憶合金線材がヒートシンク内を通っており、前記２木
の形状記憶合金線材には当該形状記憶合金線材を個々に
通電加熱するための給′７ｒＬ端子が設けであると共に
、前記線材の他端側同士は、例えばプーリなどの回転体
を介して変位伝達部材によって連結された構造となって
いる。 したがって、前記２本の形状記憶合金線材の一刀を通電
加熱し、他方の線材への通電を遮断すると、通電側線材
は変慝温度まで急速に昇温し、その形状記憶効果によっ
て収縮し、ヒートシンクで冷却された他方の線材を引張
り、伸び変形させる。これにより前記線材に回転体を介
して連結されている変位伝達部材が変位し、前記回転体
が回転駆動される。 次に、通電加熱されていた前記一方の形状記憶合金線材
への通電を遮断し、ヒートシンクによって冷却されてい
た前記他方の形状記憶合金線材への通電を開始すると、
今度は前記他方の線材が形状記憶効果によってもとの長
さに収縮し、通電が遮断されヒートシンクによって変態
点以下の温度に冷却された前記一方の線材を伸び変形さ
せる。 これによって前記変位伝達部材が前述とは逆方向に変位
し、回転体を逆方向に回転駆動させるようになっている
。 このとき、前記画形状記憶合金線材はヒートシンクによ
って冷却されており、線材への通電が遮断されると同時
に速やかに冷却され、変態点以下の温度となるため、ア
クチュエータとしての迅速な可逆的応答が得られるよう
になっている。 また、このような構成を有する当該形状記憶合金アクチ
ュエータユニットは、単体部品として各種装置への取付
け、あるいは装置からの取外しが容易であり、仕様変更
や形状記憶合金の交換などのメンテナンスが容易なもの
となっている。 一方、本発明の第２請求項に係わる形状記憶合金アクチ
ュエータユニットは、一端側を固定した１本の形状記憶
合金線材がヒートシンク内を通っており、前記形状記憶
合金線材はバイアス用導電性弾性体によって引張力が付
ケされていると共に、前記導電性弾性体を通じて前記形
状記憶合金線材に給電されるようになっている。 したがって、前記形状記憶合金線材への通電がなされず
、前記線材が変態点以下の温度となっているときには、
当該形状記憶合金線材は前記バイアス用導電性弾性体の
引張力によって伸び変形されており、当該線材の他端側
に接続されている変位伝達部材は突出位置にある。この
状態で前記線材に通電し、線材が変態点以上に加熱され
ると、その形状記憶効果によって形状記憶合金線材が前
記バイアス用導電性弾性体の引張力に抗して収縮し、前
記変位伝達部材を引込み位置に変位させる。 次に、前記形状記憶合金線材への通電を遮断すると、線
材はヒートシンクによって変態点以下の温度に速やかに
冷却され、バイアス用導電性弾性体の引張力によって伸
び変形し、前記変位伝達部材は再び突出位置に戻るよう
になっている。 このような構成を有する形状記憶合金アクチュエータユ
ニツ）は、本発明の第１請求項に係わる前記形状記憶合
金アクチュエータユニットと同様に、速やかな可逆的応
答性を備え、単体部品として各種装置への取付け、取外
し、さらにはメンテナンスが容易であると共に、バイア
ス用導電性弾性体を通じて形状記憶合金線材に給電する
ようにしたことにより、給電構造の簡単なブツシュ−プ
ル型の７クチユエータユニツトとなっている。 （実施例） 以下、この発明を実施例に基づいて具体的に説明する。 ５Ｓ１図および第２図は、この発明に係わる形状記憶合
金アクチュエータユニットの第１の実施例を説明するも
のであり、図に示す形状記憶合金アクチュエータユニッ
ト１は、略平行に並んだ２本の形状記憶合金線材２およ
び３をヒートシンク４内に収容しており、前記両形状記
憶合金線材２゜３の一端側は、アルミニウム製の形状記
憶合金保持棒５．６の先端部５ａ、６ａにかしめによっ
てそれぞれ画定され、前記形状記憶合金保持棒５および
６は、六角穴付ポルト７によって前記ヒートシンク４の
図中左端部に取付けられた合或捌脂製のホルタ８に、ナ
ツト５ｂおよび６ｂによって若干の範囲で位置調整可能
に取付けられている。 前記形状記憶合金線材２．３の他端側は、同じくアルミ
ニウム製の形状記憶合金保持棒９，１０の先端部９ａ、
１０ａにかしめてあり、前記保持棒９および１０は、六
角穴付ポルト７によって前記ヒートシンク４の右端部に
取付けられた合戒捌脂製のホルタ１１内を摺動する変位
伝達部材１２および１３に螺着されている。なお、前記
変位伝達部材１２．１３は、ホルダ１１との間の摺動抵
抗を減じるために、ＰＴＦＥ　（ポリテトラフルオロエ
チレン）製のシリンダｌｌａ、ｆｌｂを介して前記ホル
ダ１１内に収容されている。 前記４本の形状記憶合金保持棒５，６，９゜１０には、
前記両形状記憶合金線材２および３をそれぞれ通電加熱
するための給電端子１４゜１５．１６．１７が２個のナ
ツトによってそれぞれ固定されており、当該給電端子１
４，１５゜１６．１７は、ホルタ８に設置したターミナ
ルポルト１４ａおよび１５ａ、ホルダ１１に設置したタ
ーミナルポル）１６ａおよび１７ａに被ａｍ１４ｂ、１
５ｂ、１６ｂ、１７ｂによってそれぞれ接続されている
。 また、前記ヒートシンク４は、放熱フィン４ｂを備えた
１対のアルミニウム製吸熱体４ａ　、　４ａの相対向す
る面に２木の半円状溝を設け、この溝内に形状記憶合金
線材２および３を収容するようにしたものであって、こ
の実施例においては、前記半円状溝内にセラミックス層
を形成させ、吸熱体４ａと形状記憶合金線材２．３との
間の絶縁性を確保すると共に、形状記憶合金線材２，３
と前記セラミックス層との間の摺動抵抗を減じ、熱伝導
性を向上させるために前記溝内にシリコーングリースが
充填しである。 さらに、第２図（ａ）および（ｂ）に示すように、形状
記憶合金保持＄９および１０を介して前記形状記憶合金
線材２および３の他端に接続している変位伝達部材１２
および１３は、連結金具１８および１９を介して、プー
リ（回転体）２０に掛は回したタイミングベルト２１に
よって互いに連結されている。 このような構造を有する形状記憶合金アクチュエータユ
ニット１は、まず形状記憶合金保持棒５．６のナツト５
ｂ、６ｂおよび連結金具１８゜１９のナラ）１８ａ、１
９ａを調整することにより、形状記憶合金線材２および
３に若干の伸び変形をグーえた状態にセットされる。 この状態で、例えば、ターミナルポル）１５ａおよび１
７゛ａに電源を接続し、給電端子１５および１７から第
２図（ａ）中の下側の形状記憶合金線材３に通電すると
前記線材３は急速に加熱され、その温度が変態点以」二
に達すると、前記線材３はその形状記憶効果によって収
縮し、プーリ２０に掛は回したタイミングベルト２１を
介してもう一方の形状記憶合金線材２を引張り、さらに
伸び変形させる。これにより前記形状記憶合金線材２の
側の変位伝達部材１２が第２図（ａ）中の右方向に、形
状記憶合金線材３の側の変位伝達部材１３が図中左方向
にそれぞれ変位し、これによって前記タイミングベルト
２１を掛は回したプーリ２０の軸２０ａが図中時計方向
に回転駆動される。 次に、前記形状記憶合金線材３への通電を遮断すると同
時にターミナルポル）１４ａおよび１６ａに電源を接続
し、給電端子１４および１６から図中上側の形状記憶合
金線材２に通電を開始すると、当該形状記憶合金線材２
は変態点以上の温度に急速に加熱され、その形状記憶効
果によって収縮し、通電を遮断され、ヒートシンク４に
よって変態点以下の温度に冷却されている図中下側の形
状記憶合金線材３を引張り、伸び変形させる。これによ
って、第２図（ｂ）に示すように前記形状記憶合金線材
２の側の変位伝達部材１２が図中左方向へ、形状記憶合
金線材３の側の変位伝達部材１３が図中右方向へそれぞ
れ変位し、タイミングベルト２１を掛は回したプーリ２
０の軸２０ａを図中反時計方向に回転駆動させるように
なっている。 このように、当該形状記憶合金アクチュエータユニット
１は、給電端子１４および１６への給電を中止して給電
端子１５および１７への給電を行うことによってプーリ
２０の軸２０ａを第２図中の時計方向に回転駆動し、給
電端子１５および１６への給電を中止して！１０電端子
１４および１６への給電を行うことによってプーリ２０
の前記軸２０ａを反時計回り方向に回転駆動するように
なっており、前記プーリ２０の軸２０ａに、例えば産業
用ロボットの腕や指の関節を接続すれば、前運のような
給電のスイッチング操作によって腕の屈伸や指の開閉を
行わせることができる。 当該形状記憶合金アクチュエータユニット１は、形状記
憶合金線材２および３をヒートシンク４によって強制冷
却するようにしているため、形状記憶合金線材２および
３は通電が遮断されると同特に急速に冷却され、アクチ
ュエータとしての迅速な可逆応答が可能になっている。 また、当該アクチュエータユニット１は、単体部品とし
て各種装置への取付け、装置からの取外しが容易であり
、仕様変更や形状記憶合金線材２．３の交換などのメン
テナンスが容易なものとなっている。 第３図および第４図は、この発明に係わる形状記憶合金
アクチュエータユニットの第２の実施例を説明するもの
であり、図に示す形状記憶合金アクチュエータユニット
３１は、１本の形状記憶合金線材３２をアルミニウム製
ヒートシンク３３内に収容しており、前記形状記憶合金
線材３２の一端側はアルミニウム酸の形状記憶合金保持
棒３４にかしめて固定されている。 前記形状記憶合金保持棒３４は、六角穴付ポルト３５に
よって、金属製の給電板３６および合成樹脂製の絶縁板
３７を挟んで前記ヒートシンク３３の図中左端部に取付
けられた合成樹脂型のホルダ３８内に摺動可能に収容さ
れている金属製の位置調整具３９に螺着されている。こ
の位置調整具３９は、金属製の位置調整用コイルばね４
０によって図中の左方向にイ・１勢されており、そのお
ねじ部３９ａに螺合されたナラ）３９ｂを廻すことによ
って前記形状記憶合金線材３２の取付位置を調整するよ
うになっている。 前記形状記憶合金線材３２の他端側は、同じくアルミニ
ウム製の形状記憶合金保持棒４１にかしめてあり、前記
形状記憶合金保持棒４１は、六角穴付ポルト３５によっ
て、金属製の給電板４２および合成招脂製の絶縁板４３
を挟んで前記ヒートシンク３３の図中右端部に取付けら
れた合成樹脂型のホルタ４４内を摺動する金１ぶ製の変
位伝達部材４５に螺着されている。そして、この変位伝
達部材４５は、金属製のバイアス用コイルばね４６によ
って図中右方向に付勢されており、形状記憶合金線材３
２に引張力を付与している。また前記変位伝達部材４５
は、ホルダ４４との間の摺動抵抗を減じるためＰＴＦＥ
製のシリンダ４４　ａ　ヲ介して前記ホルダ４４内に収
容されている。 前記給電板３６および４２の上端部には給電端子３６ａ
および４２ａが設けてあり、この給電端子３６ａ、およ
び４２ａから供給された電流は。 給電板３６−位置調整用コイルばね４〇−位置調整Ａ３
９−形状記憶合金保持棒３４、および給電板４２−バイ
アス用コイルばね４６−変位伝達部材４５−形状記憶合
金保持棒４１の経路を経て形状記憶合金線材３２を流れ
、当該形状記憶合金を加熱するようになっている。 また、ヒートシンク３３は、収容する形状記憶合金線材
が１木であることと、放熱フィンがないこととを除いて
、前記第１実施例で用いたヒートシンク４と１ｌＩＩ３
同様の構造のもので、セラミックス層およびシリコーン
グリースによって形状記憶合金３２との間の絶縁性、摺
動性および熱伝導性を確保したものである。 このような構造を有する形状記憶合金アクチュエータユ
ニット３１は、形状記憶合金線材３２に通電されていな
い間は、前記形状記憶合金線材３２がヒートシンク３３
によって変態点以下の温度に冷却されているため前記線
材３２がバイアス用コイルばね４６によって伸び変形さ
れており、第４図（ａ）に示すように、前記線材３２の
他端側に接続された変位伝達部材４５が図中右方向に突
出した状態にある。 この状態から、給電端子３６ａおよび４２ａにＴＬ源を
接続し、位置調整用コイルばね４０およびバイアス用コ
イルばね４６を介して形状記憶合金線材３２に通電する
と、当該線材３２は変態点以上の温度に急速に加熱され
、その形状記憶効果によって前記線材がバイアス用コイ
ルばね４６の弓張力に抗して収縮し、前記変位伝達部材
４５を第４図（ｂ）に示す引込み位置に変位させる。 次に、前記形状記憶合金線材３２への通電を遮断すると
、線材３２はヒートシンク３３によって思違に冷却され
、速かに変態点以下の温度に低−ドするため、バイアス
用コイルばね４６によって形状記憶合金線材３２が再び
伸び変形し、前記変位伝達部材４５は、第４図（Ｌ）に
示す突出位置に迅速に戻るようになっている。 このように、この実施例に係わる形状記憶合金アクチュ
エータ３１は、給電端子３６ａおよび４２ａへの給電を
ｌｆｉ統することによって前記変位伝達部材４５を出没
させるブツシュ−プル型のアクチュエータユニットとな
っており、前記第１実施例に係わる形状記憶合金アクチ
ュエータユニット１と同様の迅速な可逆的応答性とメン
テナンスの簡便性を備えると共に、バイアス用コイルば
ね４６を介して形状記憶合金線材３２に給電するように
したことによって給電構造の簡略化を遠戚したものとな
っている。

【発明の効果】

以−Ｌ説明したように、本発明の第１請求項に係わる形
状記憶合金アクチュエータユニットは、端側を固定して
並列させた２本の形状記憶合金線材を収容した良熱伝導
体製ヒートシンクと、前記両形状記憶合金線材を個々に
通電加熱するための給電端−ｆと、前記周形状記憶合金
ｖｉ、劇の他端側同七を回転体を介して連結し、交互通
電加熱による当該形状記憶合金線材の変位を外部に出力
する変位伝達部材を備えてなる構成としたものであり、
本発明の第２請求項に係わる形状記憶合金アクチュエー
タユニットは、一端側を固定した形状記憶合金線材を収
容した良熱伝導体製ヒートシンクと、導電性を有し前記
形状記憶合金線材を引張付勢するバイアス用弾性体と、
前記バイアス用弾性体を介して前記形状記憶合金線材に
通電し、当該形状記憶合金線材を加熱するための給電端
子と、前記形状記憶合金線材の他端側に接続されて、加
熱および冷却による当該形状記憶合金線材の変位を外部
に出力する変位伝達部材を備えてなる構成としたもので
あるから、アクチュエータとしての速やかな可逆的応答
性を備えると共に、搭載した装置からの取外しが容易で
あって、性能の変更や形状記憶合金線材の交換などのメ
ンテナンスが容易であるという優れた効果を有するもの
である。

【図面の簡単な説明】

２０・・・プーリ（回転体）。 第１図（ａ）および（ｂ）はこの発明の第１の実施例に
係わる形状記憶合金アクチュエータユニットの外観を示
すそれぞれ平面図および正面図、第２図（ａ）および（
ｂ）は第１図（ａ）（ｂ）に示した形状記憶合金アクチ
ュエータユニットの構造および作動状況を説明するそれ
ぞれ断面図、第３図（ａ）および（ｂ）はこの発明の第
２の実施例に係わる形状記憶合金アクチュエータユニッ
トの外観を示すそれぞれ平面図および正面図、ｉ４図（
ａ）および（ｂ）は第３図（ａ）（ｂ）に示した形状記
憶合金アクチュエータユニットの構造および作動状況を
説明するそれぞれ断面図である。 １．３１・・・形状記憶合金アクチュエータユニット。 ２．３．３２・・・形状記憶合金線材、４．３３・・・
ヒートシンク、 １２．１３．４５・・・変位伝達部材、１４．１５，１
６，１７，３６ａ、４２ａ・・・給電端子、 特許出頼人 京浜発條株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一端側を固定して並列させた２本の形状記憶合金
   線材を収容した良熱伝導体製ヒートシンクと、前記両形
   状記憶合金線材を個々に通電加熱するための給電端子と
   、前記両形状記憶合金線材の他端側同士を回転体を介し
   て連結 し、交互通電加熱による当該形状記憶合金線材の変位を
   外部に出力する変位伝達部材を 備えてなることを特徴とする形状記憶合金アクチュエー
   タユニット。
2. （２）一端側を固定した形状記憶合金線材を収容した良
   熱伝導体製ヒートシンクと、導電性を有し前記形状記憶
   合金線材を引張付勢するバイアス用弾性体と、前記バイ
   アス用弾性体を介して前記形状記憶合金線材に通電し、
   当該形状記憶合金線材を加熱するための給電端子と、前
   記形状記憶合金線材の他端側に接続されて、加熱および
   冷却による当該形状記憶合金線材の変位を外部に出力す
   る変位伝達部材を備えてなることを特徴とする形状記憶
   合金アクチュエータユニット。