JPH0377388B2 - - Google Patents

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を利用したアクチユエー
ターの改良に関するものである。

〔従来の技術とその問題点〕

Ni−Ti合金などの形状記憶効果を利用したア
クチユエーターは種々のものが公知である。これ
らの多くのものは形状記憶合金自体に二方向特性
を持たせると高、低温側それぞれの形状を正確に
設定できないことから、一方向特性を有する形状
記憶合金を利用している。一方向性形状記憶合金
を使つて二方向の特性を得る方法としては、バイ
アス法と差動式二方向素子がある。これらの方法
としては低温で軟かく高温で硬い性質を利用した
もので例えばバイアス法としては第４図に示すも
のがある。

すなわち形状記憶合金コイル１５とコイルばね
１６をストツパー１７を介して中心軸１８に並列
して配置したもので低温のときはコイルばねのバ
イアス力により形状記憶コイルは収縮した形状と
なつているが、形状記憶コイルを加熱して高温に
なるとコイルばねのバイアス力に打勝つて形状記
憶コイルが伸びストツパーを図面上右方に押し、
中心軸が右方に移動する。加熱を止めて低温にな
るとコイルばねのバイアス力が強くなり、形状記
憶コイルを押戻し、ストツパー、中心軸を左方に
移動させる。このような動作を繰り返して中心軸
に二方向の駆動力を付与するものである。

また差動式は第４図のコイルばね１６に代え
て、これも形状記憶コイルとし、左右２個の形状
記憶コイルを交互に加熱して上記と同様に二方向
の駆動力を得るものである。しかしこのようなバ
イアス式、差動式においてはいずれも加熱時に記
憶された形状へ復帰する性質を利用しているため
低温になると元の位置に戻つてしまう。移動させ
た位置に維持する場合は記憶形状を維持するに必
要な期間は常にその温度を保持する必要がある。
すなわち上記の第４図のバイアス式においてスト
ツパーを右方に移動し、そのまま一定時間を維持
したい場合は形状記憶コイルに一定時間継続し
て、一定の温度に保持する必要があつた。通常形
状記憶コイルの加熱方法としてはコイルに直接通
電し加熱する方法、熱風による加熱などが考えら
れているが、電流制御装置、タイマーなどの調整
装置、熱風加熱装置などが必要とされ、したがつ
てコスト高となり、また設置場所などの制約もあ
つてこの種の駆動装置の利用面に大きな障害とな
つていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明者は上記の問題について検討した結果、
形状記憶合金を加熱して必要とする形状に復帰さ
せて一方向に駆動させ、加熱を止め冷却してもこ
の状態を維持しており、次に他方の形状記憶合金
を加熱すると他の一方向に駆動し、加熱を止め冷
却してもこの状態を維持する。すなわち低温時に
おいても任意の２位置を選択できるアクチユエー
ターを開発したものである。

〔問題点を解決するための手段および作用〕

本発明は複数の形状記憶合金を弓状もしくは円
錐形状に記憶させ、この内の単数または複数の形
状記憶合金を記憶形状と対称形に反転させてシヤ
フトに並列して組合せ、加熱により、その組合せ
た形状記憶合金を反転させ、シヤフトを二方向に
駆動させることを特徴とするアクチユエーターで
ある。

すなわち本発明は第１図に示すようにNi−Ti
合金などからなる形状記憶合金の短冊状の板を、
第１図ａに示すように弓状に形状記憶させる。こ
れを第１図ｂの１のように記憶形状と対称形に反
転させたものを１枚と弓状に形状記憶させたもの
２と並列してストツパー３を介してシヤフト４に
挿通したものである。そして記憶合金板１，２の
上下端は固定具５，５′により固定され、リード
線６，６′により形状記憶合金板は１，２に通電
加熱できるようになつており、形状記憶合金板は
夫々電気的、熱的に絶縁してアクチユエーターと
したものである。この作動について説明すると第
１図ｂの状態において形状記憶合金１および２が
低温で安定であるときリード線６，６′に通電し
形状記憶合金１を所定の温度に加熱すると第１図
ｃに示すように形状記憶合金１は記憶された元の
形状に戻る。この際形状記憶合金２はｂの記憶形
状からｃのように飛び移り座屈して反転し、シヤ
フト４は右方に駆動して加熱を止めて冷却されて
も、この状態において安定静止する。次にこの状
態のとき形状記憶合金板２を通電加熱すると第１
図ｄのように形状記憶合金２は記憶された元の形
状に戻り、形状記憶合金１は飛び移り座屈して反
転し、シヤフト４は左方に駆動し、この状態で安
定静止する。上記の作動を繰り返し行うことによ
りシヤフトに二方向の断続、または連続した駆動
を付与することが可能となる。しかして本発明は
形状記憶合金の少なくとも１個を記憶形状から反
転させて組合せてあるため、これが作動時に飛び
移り反転し座屈状態となるため冷却時に安定静止
状態が維持できるものである。

本発明において使用する形状記憶合金の数は２
枚以上の複数枚が使用でき、この内の半数枚を記
憶形状から反転させて組合せたものとした方が作
動時の力のバランス上好ましい。また短冊状でな
く円板を円錐形状にしたものを使用してもよい。
形状記憶合金としてはNi−Ti合金の他これに
Fe、Coなど第３元素を添加したNi−Ti系合金、
およびCu−Al−Ni、Cu−Au−ZnなどのCu系合
金の他通常使用される形状記憶合金が適用でき
る。さらに形状記憶合金の加熱方法としては通電
加熱の他、熱風、ガス炎など通常の加熱方法が利
用できる。

〔実施例〕

以下に本発明の一実施例について説明する。

第２図に示すように弓状もしくは円錐形状の
Ni−Ti合金からなる形状記憶合金１，２間に絶
縁シート７を介在させ、この中央に小孔８を設け
シヤフト４を貫通させ、ストツパー３，３′がカ
シメなどにより取付けられている。さらに形状記
憶合金１，２の両端には端子９，９′および１０，
１０′が絶縁ブロツク１１，１１′および１２，１
２′により圧着されている。絶縁ブロツクはケー
ス１３，１３′に複数のボルト１４により強固に
組込まれている。なお、シヤフト、ストツパーは
絶縁材で製作されているか、もしくは必要な絶縁
処理が施されている。

上記の形状記憶合金の組合せは第２図の１の形
状記憶合金の場合は第１図ａに示す形状に記憶し
たものを第１図ｂの１の如く常温において記憶形
状と対称形に反転させて組込んだものであり、一
方の形状記憶合金２は、この形状に記憶したもの
を組込むものである。

このアクチユエーターは第２図の状態において
常温で安定静止しているものである。しかして、
第２図の形状記憶合金１に端子９，９′により通
電すると形状記憶合金１が加熱されて元の形状に
戻り、第３図に示すように右方に移動する。この
際形状記憶合金２は飛び移り反転し記憶した形状
と逆の方向に座屈すると共にシヤフトは右方に移
動し、この状態で安定静止する。次に第３図の形
状記憶合金２に通電すると、この合金は記憶した
形状に戻り第２図に示すように反転し、この結果
シヤフトは左方へ移動し、安定静止する。このよ
うに形状記憶合金１および２に交互に通電加熱す
ることによりシヤフトを断続または連続させて駆
動することが可能である。

上記において形状記憶合金１を記憶させた形状
から反転させて組合せた例について説明したが、
反転させる合金は１，２いずれでもよく、最初の
加熱は反転させた合金に付与すれば、その合金が
元の形状に戻るため、その力により別の合金が反
転して座屈状態となり、以後交互に加熱すること
により二方向の駆動が得られるものである。

〔効果〕

以上に説明したように本発明によれば複数の形
状記憶合金を交互に加熱することにより形状を反
転させてシヤフトを移動し二方向の往復運動を付
与することができると共に加熱を止めて低温にな
つてもその位置を維持することができる。また必
要な２位置に選択して維持することができるなど
極めて顕著な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のアクチユエーターの作動状態
を示す模式図、第２図および第３図は本発明の一
実施例を示す側断面図、第４図は従来のアクチユ
エーターの作動状態を示す模式図である。 １……反転して組合せた形状記憶合金、２……
形状記憶合金、３，３′……ストツパー、４……
シヤフト、５……固定具、６……リード線、７…
…絶縁体、８……小孔、９，９′，１０，１０′…
…端子、１１，１１′，１２，１２′……絶縁ブロ
ツク、１３，１３……ケース、１４……ボルト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数の形状記憶合金を弓状もしくは円錐形状
   に記憶させ、この内の単数または複数の形状記憶
   合金を記憶形状と対称形に反転させてシヤフトに
   並列して組合せ、加熱によりその組合せた形状記
   憶合金を反転させ、シヤフトを二方向に駆動させ
   ることを特徴とするアクチユエーター。