JPH0377389B2 - - Google Patents

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JPH0377389B2
JPH0377389B2 JP4213287A JP4213287A JPH0377389B2 JP H0377389 B2 JPH0377389 B2 JP H0377389B2 JP 4213287 A JP4213287 A JP 4213287A JP 4213287 A JP4213287 A JP 4213287A JP H0377389 B2 JPH0377389 B2 JP H0377389B2
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JP
Japan
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shape memory
shape
memory alloy
memorized
shaft
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JP4213287A
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Japanese (ja)
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JPS63208678A (en
Inventor
Minoru Yabuki
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.)
Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Furukawa Electric Co Ltd filed Critical Furukawa Electric Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03GSPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/06Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like
    • F03G7/065Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like using a shape memory element
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H61/00Electrothermal relays
    • H01H61/01Details
    • H01H61/0107Details making use of shape memory materials
    • H01H2061/0122Two SMA actuators, e.g. one for closing or resetting contacts and one for opening them

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)
  • Air-Flow Control Members (AREA)

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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to improvements in actuators using shape memory alloys.

〔従来の技術とその問題点〕[Conventional technology and its problems]

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。
Various actuators using shape memory effects such as Ni-Ti alloys are known. In many of these, shape memory alloys having unidirectional properties are used because if the shape memory alloy itself has two-way properties, it is not possible to accurately set the shapes on the high and low temperature sides. Methods for obtaining bidirectional characteristics using a unidirectional shape memory alloy include a bias method and a differential bidirectional element. These methods utilize the properties of being soft at low temperatures and hard at high temperatures, such as the bias method shown in FIG. 4.

すなわち形状記憶合金コイル11とコイルばね
12をストツパー13を介して中心軸14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。
That is, a shape memory alloy coil 11 and a coil spring 12 are arranged in parallel to a central axis 14 via a stopper 13, and when the temperature is low, the shape memory coil has a contracted shape due to the bias force of the coil spring. When the shape memory coil is heated to a high temperature, it overcomes the bias force of the coil spring and stretches, pushing the stopper to the right in the drawing.
The central axis moves to the right. When the heating is stopped and the temperature becomes low, the bias force of the coil spring becomes stronger, pushing back the shape memory coil and moving the stopper and central axis to the left. By repeating such operations, driving forces in two directions are applied to the central shaft.

また差動式は第4図のコイルばね12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。
Also, in the differential type, a shape memory coil is used instead of the coil spring 12 shown in Fig. 4, and the two left and right shape memory coils are alternately heated to obtain driving force in two directions in the same way as above. . However, both the bias type and the differential type use the property of returning to the memorized shape when heated, so they return to the original position when the temperature becomes low. When maintaining the moved position, it is necessary to maintain that temperature for the period necessary to maintain the memorized shape.
That is, in the bias type shown in FIG. 4, if the stopper is moved to the right and the temperature is to be maintained for a certain period of time, it is necessary to keep the shape memory coil at a certain temperature for a certain period of time. Normally, methods for heating shape memory coils include heating the coil by directly applying electricity to the coil, heating with hot air, etc. However, current control devices, adjustment devices such as timers, and hot air heating devices are required. However, the cost is high, and there are also restrictions on the installation location, which pose major obstacles to the use of this type of drive device.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

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位置を選択できかつ作動が確実
なアクチユエーターを開発したものである。
As a result of considering the above problem, the inventor has found that
The shape memory alloy is heated to return to the desired shape and driven in one direction, and this state is maintained even when the heating is stopped and cooled. Then, when the other shape memory alloy is heated, it is driven in the other direction. This state is maintained even if the heating is stopped and the device is cooled. In other words, we have developed an actuator that can select any two positions and operates reliably even at low temperatures.

〔問題点を解決するための手段および作用〕[Means and actions for solving problems]

本発明は複数の形状記憶合金板を弓状もしくは
円錐形状に記憶させ、この内の単数または複数の
形状記憶合金板を記憶形状と略対称形に反転さ
せ、該形状記憶合金板の中央部をシヤフトで結合
して隔壁により仕切られた加熱独立室内に設置
し、該独立室内の形状記憶合金板を交互に加熱し
て記憶された形状に復帰させ、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。
The present invention memorizes a plurality of shape memory alloy plates in an arcuate or conical shape, inverts one or more shape memory alloy plates to be approximately symmetrical to the memorized shape, and forms a central portion of the shape memory alloy plate. It is characterized by being installed in an independent heated chamber connected by a shaft and partitioned by a partition wall, and the shape memory alloy plates in the independent chamber are alternately heated to return to the memorized shape, thereby driving the shaft in two directions. It is an actuator that

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と並列してスヘーサー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、記憶合
金板1,2は隔壁により仕切られた加熱する独立
室内に配置されており、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板1および2が低温
で安定であるとき加熱ガスなどの熱流体により形
状記憶合金板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板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を加熱すると第1図
dのように形状記憶合金板2は記憶された元の形
状に戻り、形状記憶合金板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
は形状記憶合金板の少なくとも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。
That is, as shown in FIG.
A rectangular plate of shape memory alloy made of alloy etc.
The shape is memorized into an arched shape as shown in FIG. 1a. This is inserted into the shaft 4 through the spacer 3 in parallel with 1 inverted symmetrical shape to the memorized shape as shown in 1 in Fig. 1b and 2 in parallel with the arched shape memorized. be. The upper and lower ends of the memory alloy plates 1 and 2 are fixed by fixtures 5 and 5', and the memory alloy plates 1 and 2 are placed in an independent heating chamber separated by a partition wall, and each shape memory alloy plate is electrically heated. The actuator is physically and thermally insulated. To explain this operation, see Figure 1b.
When the shape memory alloy plates 1 and 2 are stable at low temperatures in the state shown in FIG. Returns to the original memorized shape. At this time, the shape memory alloy 2 jumps from the memorized shape of b to the shape of c, buckles, and reverses, and even if the shaft 4 is driven to the right, stops heating, and is cooled, it remains stable in this state. Next, when the shape memory alloy plate 2 is heated in this state, the shape memory alloy plate 2 returns to the memorized original shape as shown in FIG. The shaft 4 is driven to the left and remains stable in this state. By repeating the above operations, it becomes possible to provide intermittent or continuous drive in two directions to the shaft. However, in the present invention, at least one of the shape memory alloy plates is inverted from its memorized shape and combined, so that it jumps, inverts, and becomes buckled during operation, so that a stable stationary state can be maintained during cooling.

本発明において使用する形状記憶合金板の数は
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板を加熱する熱流体とし
ては加熱ガス流体、温水など通常使用されている
ものが用いられる。
The number of shape memory alloy plates used in the present invention can be two or more, and it is preferable in terms of force balance during operation that half of these plates are reversed from the memory shape and combined. Further, instead of the rectangular shape, a disc shaped like a cone may be used.
In addition to Ni-Ti alloys, shape memory alloys include
Ni-Ti alloys with added tertiary elements such as Fe and Co,
In addition to Cu-based alloys such as Cu-Al-Ni and Cu-Au-Zn, commonly used shape memory alloys can be used. Further, as the thermal fluid for heating the shape memory alloy plate, commonly used fluids such as heating gas fluid and hot water are used.

〔実施例〕〔Example〕

以下に本発明の一実施例について説明する。 An embodiment of the present invention will be described below.

第2図に示すように形状記憶合金板1および2
の中央部をシヤフト4が貫通しておりシヤフトの
中央にスペーサー3が固着され、かつスペーサー
の両端で形状記憶合金板1および2の間隔を規制
している。また形状記憶合金板1および2の上下
端部は一体射出成型等により合成樹脂製の基体6
内に埋込まれている。そして基体6には中央隔壁
7が設けられ基体6の内部空間を空間部8,8′
に2分している。その空間部8には形状記憶合金
板1が、空間部8′には形状記憶合金板2が設け
られており、この形状記憶合金を加熱するための
加熱ガスの入口ポート9,9′、出口ポート10,
10′、が設けられている。
As shown in Figure 2, shape memory alloy plates 1 and 2
A shaft 4 passes through the center of the shaft, a spacer 3 is fixed to the center of the shaft, and both ends of the spacer regulate the distance between the shape memory alloy plates 1 and 2. In addition, the upper and lower ends of the shape memory alloy plates 1 and 2 are made of synthetic resin base 6 by integral injection molding or the like.
embedded within. The base body 6 is provided with a central partition wall 7, and the internal space of the base body 6 is divided into spaces 8, 8'.
It is divided into 2 minutes. A shape memory alloy plate 1 is provided in the space 8, and a shape memory alloy plate 2 is provided in the space 8'. port 10,
10' is provided.

上記の第2図に示す形状記憶合金板1の記憶形
状は第1図aに示す形状に記憶したものを第1図
b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板
2は、この形状に記憶したものを組込むものであ
る。
The memorized shape of the shape memory alloy plate 1 shown in FIG. 2 is obtained by inverting the memorized shape shown in FIG. 1 a into a symmetrical shape at room temperature as shown in FIG. 1 b. One of the shape memory alloy plates 2 incorporates the shape memorized.

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が加熱ガス入
口ポート9より加熱ガスを空間部8に導入してこ
の中の形状記憶合金板1を変態点以上の温度に加
熱すると形状記憶合金板1は記憶形状に復帰し反
転して第3図1の形状となる。この時シヤフト4
に固着されているスペーサー3を右方へ押し形状
記憶合金板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。そしてこの状態は
加熱ガス出口ポート10から加熱ガスを抜いて空
間部8が冷却された状態においても形状記憶合金
板が座屈状態となつているため元に戻ることはな
い。すなわち加熱を中断しても一方向の駆動位置
をそのまま維持することが可能である。
Although this actuator is stably stationary at room temperature in the state shown in Fig. 2, heated gas is introduced into the space 8 from the heated gas inlet port 9 to heat the shape memory alloy plate 1 therein above the transformation point. When heated to a temperature of , the shape memory alloy plate 1 returns to its memorized shape and is reversed to take the shape shown in FIG. 3. At this time, shaft 4
The spacer 3 fixed to the shape memory alloy plate 2 is pushed to the right, the shape memory alloy plate 2 is flipped and reversed, and buckled in the opposite direction to the memorized shape, and the shaft moves to the right and remains stable in this state. This state does not return to its original state even when the heated gas is removed from the heated gas outlet port 10 and the space 8 is cooled, because the shape memory alloy plate is in a buckled state. That is, even if heating is interrupted, it is possible to maintain the drive position in one direction.

次に第3図の加熱ガス入口ポート9′より加熱
ガスを空間部8′に導入してこの中の形状記憶合
金板2を変態点以上の温度に加熱すると、この形
状記憶合金板は記憶した形状に復帰して第2図の
2のように反転し、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板1および2
を交互に加熱することによりシヤフトを断続また
は連続して駆動することができる。
Next, heated gas is introduced into the space 8' from the heated gas inlet port 9' in FIG. 3 and the shape memory alloy plate 2 therein is heated to a temperature higher than the transformation point. The shaft returns to its original shape and reverses as shown at 2 in Figure 2, and the shaft moves to the left and comes to a stable standstill. In this way, shape memory alloy plates 1 and 2
By alternately heating the shaft, the shaft can be driven intermittently or continuously.

上記においては形状記憶合金板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、反転させて組込む合金板は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
り別の合金板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。
In the above, an example was explained in which the shape memory alloy plate 1 is inverted from the memorized shape and combined, but either 1 or 2 alloy plates may be inverted and assembled, and the initial heating should be applied to the inverted alloy. For example, since the alloy returns to its original shape, the force causes another alloy plate to flip over and become buckled, and then by alternately heating it, drive in two directions can be obtained.

〔効果〕〔effect〕

以上に説明したように本発明によれば複数の形
状記憶合金板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。
As explained above, according to the present invention, by alternately heating a plurality of shape memory alloy plates, the shape can be reversed and the shaft can be moved to provide reciprocating motion in two directions, and the heating can be stopped to reduce the temperature to a low temperature. It can maintain its position even if Furthermore, it is possible to select and maintain two necessary positions, which has extremely remarkable effects.

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

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板、2…
…形状記憶合金板、3,3′……スペーサー、4
……シヤフト、5……固定具、6……基体、7…
…隔壁、8,8′……空間部、9,9′……ガス入
口ポート、10,10′……ガス出口ポート。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the operating state of the actuator of the present invention, FIGS. 2 and 3 are side sectional views showing one embodiment of the present invention, and FIG. 4 is the operating state of the conventional actuator. FIG. 1... Shape memory alloy plate that is inverted and combined, 2...
...Shape memory alloy plate, 3,3'...Spacer, 4
...Shaft, 5...Fixing tool, 6...Base, 7...
...Partition wall, 8, 8'... Space, 9, 9'... Gas inlet port, 10, 10'... Gas outlet port.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 複数の形状記憶合金板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
憶合金板を記憶形状と略対称形に反転させ、該形
状記憶合金板の中央部のシヤフトで結合して隔壁
により仕切られた加熱独立室内に配置し、該独立
室内の形状記憶合金板を交互に加熱して記憶され
た形状に復帰させ、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。
1 A plurality of shape memory alloy plates are memorized in an arcuate or conical shape, one or more of these shape memory alloy plates is inverted to be approximately symmetrical to the memorized shape, and a shaft in the center of the shape memory alloy plate is An actuator characterized in that the actuator is arranged in an independent heated chamber that is connected to the inner chamber and partitioned by a partition wall, and that the shape memory alloy plates in the independent chamber are heated alternately to return to the memorized shape and drive the shaft in two directions. Yueter.
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