JPH0461596B2 - - 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
ータに関する。該アクチユエータは、たとえば車
両のヒータコントロールモードの切換駆動源に適
用可能である。

〔従来の技術〕

従来一般に用いられていた形状記憶合金の作動
手段は、大きくわけて、外気温感知タイプの作動
手段、ヒータ加熱タイプの作動手段、通電加熱タ
イプの作動手段、に分類される。

このうち、外気温感知タイプの作動手段は、第
１６図に示すように、エンジン冷却系の自動車用
ラジエータサーモスタツトに見られる。図中、１
０１は外気温を感知して変位する形状記憶合金コ
イル、１０２はバイアスばね、１０３は弁であ
り、エンジンが暖かい間だけ冷却水をラジエータ
に通し、低温時は閉回路内を循環させる切換バル
ブとして作動する。

ヒータ加熱タイプの作動手段は、第１７図に示
すように、自動乾燥庫に見られる。そこでは、自
動乾燥庫１０４にヒータ１０５で加熱されて動く
形状記憶素子１０６が利用されている。形状記憶
素子１０６はドア１０７，１０８の開閉に用いら
れ、吸湿剤１０９の吸湿を効果的ならしめてい
る。

通電加熱タイプの作動手段は、従来第１８図に
示すようになつている。図中、１１０はパルス入
力、１１１は比較回路、１１２は保持回路、１１
３は出力増幅器、１１４は形状記憶合金のアクチ
ユエータ、１１５は抵抗検出器、１１６は比較回
路制御器、１１７は駆動・検出選択回路であり、
パルス状の電流が比較回路１１１で設定値と実際
値とが比較され、保持回路１１２で保持され、出
力増巾器１１３で増巾されて、形状記憶アクチユ
エータ１１４にじかに流れて形状記憶合金を加熱
変位させるようになつている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上記作動手段のうち、外気温感知タイ
プとヒータ加熱タイプの作動手段は、形状記憶合
金の迅速な加熱、冷却ができず、作動応答性が遅
いという問題があつた。

また、通電加熱タイプの作動手段は、形状記憶
合金素子自体に通電するので、加熱は非常に迅速
に行なうことができるが、冷却自体は前二者と同
様有効な方法がなく、室温での冷却時の作動が遅
いという問題があつた。また、加熱通電制御に第
１８図に示すような複雑な制御回路が必要とな
り、コストアツプを招いてしまうという問題もあ
つた。

本発明は、上記の従来技術の問題に着目し、加
熱時、冷却時双方の作動を迅速化させると共に、
温度調整制御回路を用いることなく形状記憶合金
の変形量を一定に保つことが可能な、通電タイプ
の形状記憶合金アクチユエータを提供することを
目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を沿う本発明形の状記憶合金アクチユ
エータは、 形状記憶合金からなり、支持棒１２に変位可能
に支持される第１ばね１と、 前記支持棒１２に摺動自在に支持され、前記第
１のばね１によつて付勢される被駆動体３と、 前記第１のばね１と接続され、該第１のばね１
への通電により該第１のばね１を前記支持棒１２
の軸方向に収縮させる通電手段４と、 前記第１のばね１の収縮により前記被駆動体３
が所定量移動したのを検知し、前記通電手段４に
よる第１ばね１への通電を停止する検知手段１１
と、 前記第１のばね１の収縮によつて移動した前記
被駆動体３と係合し、第１のばね１によつて付勢
される該被駆動体３の前記支持棒１２の軸方向へ
の動きをロツクするロツク手段８ａと、 前記被駆動体３とロツク手段８ａとの係合を解
除するロツク解除手段１０と、 を具備したことから成つている。

上記形状記憶合金アクチユエータにおいては、
そのロツク手段は、ロツク位置が単段であつて
も、複数段であつてもよい。

形状記憶合金からなる第１のばねを支持する支
持棒には、ヒートパイプ、または外側で吸熱、内
側で発熱するペルチエ効果を有するパイプを用い
るのが望ましい。

〔作用〕

上記のように構成された形状記憶合金アクチエ
エータにおいては、通電手段によつて第１のばね
への通電が行なわれ、第１のばねは、通電に伴な
う加熱により支持棒の軸方向に収縮変形される。
そのため、第１のばねによつて付勢される被駆動
体も支持棒に沿つて移動することになり、この被
駆動体の動きがアクチユエータの駆動出力とな
る。

この場合、形状記憶合金の第１のばねの加熱は
素子自体への通電であるので、迅速に加熱され、
瞬時に形状記憶合金は縮み、加熱側のレスポンス
は早い。

被駆動体は、第１のばねが縮んだ時点でロツク
手段によつてロツクされると共に、検出手段によ
つて第１のばねへの通電が停止される。この状態
では、第１のばねの通電が停止されても被駆動体
のロツクにより、第１のばねの変位状態がそのま
ま保持される。

このように、ロツク手段を設けたことにより、
第１のばねをある一定位置に保持するよう形状記
憶合金の加熱を制御する、複雑な温調制御回路は
不要となる。

被駆動体を元の位置に戻すときは、ロツク解除
手段により、たとえば再度形状記憶合金の第１の
ばねに通電し、被駆動体の位置を変位させること
によりロツク手段と被駆動体とのロツクを解除す
る。これにより、被駆動体は第１のばねの付勢力
によつて元の位置に戻される。

第１のばねの加熱は大電流瞬時加熱であるの
で、小電流徐加熱に比べて高応力を第１のスプリ
ングに発生させることができ、これによつて断面
が小径の形状記憶合金スプリングを使用すること
ができ、熱容量の軽減によつて、冷却効果を早め
ることができる。従来は通電加熱であつても、ロ
ツク手段がないため常時の比較的小電流による加
熱であり、形状記憶合金のばねに発生する応力が
小で断面径の大のスプリングを用いなければなら
ないため冷却に時間がかかるが、本発明ではその
ようなことがないため、従来の通電加熱に比べ
て、冷却のレスポンスが早い。また、常時加熱の
場合は、形状記憶合金の記憶ぼけを招くが、本発
明ではそのような不具合もない。

ロツク位置が単段のときは上記の作動を行なう
が、複数段のときは、第１のロツク位置でロツク
された後、瞬時加熱によつて第２のロツク位置、
第３のロツク位置へと位置を変え、最終加熱で元
の位置に戻る。この場合も、冷却レスポンスが早
いことは前記と同様である。

なお、冷却性能をより一層早めたいときには、
形状記憶合金の第１のばねを支持する支持棒を、
ヒートパイプ、ペルチエ効果を有するパイプから
構成するとよい。このようにすることによつて、
形状記憶合金の熱は、ヒートパイプまたはペルチ
エ効果を有する支持棒に伝わり、そこで室温冷却
以上に早く冷却される。

〔実施例〕

以下に、本発明の形状記憶合金アクチユエータ
の望ましい実施令を図面を参照して説明する。

第１実施例 第１図ないし第７図は本発明の第１実施例を示
している。図中、１は形状記憶合金（たとえば
Ni−Ti合金）からなるコイル状の第１のばねを
示している。第１のばね１は、このコイル状の第
１のばねを貫通して延びる支持棒１２によつて支
持されている。支持棒１２には、第１のばね１に
対向してコイルスプリングに形成された第２のば
ね２が支持されている。

第１のばね１と第２のばね２の間には、支持棒
１２に摺動自在に支持された被駆動体３が設けら
れている。被駆動体３は、第１のばね１と第２の
ばね２によつて互に反対方向に付勢されている。
本実施例では、第１のばね１の収縮動作をさらに
迅速化させるため、被駆動体３を第のばね１と第
２のばね２との双方によつて付勢しているが、第
１のばね１のみの付勢でも本発明は成立する。第
１のばね１の両端には、通電手段４が接続されて
おり、第１のばね１に電流を流すと共に、該通電
をオンオフできるようになつている。通電時には
第１のばね１が加熱されて、第１のばね１は縮
み、温度が冷えると元の第１図の長さの状態に戻
る。被駆動体３は、被作動手段５と係合可能とな
つており、支持棒１２の軸方向への移動時の被作
動手段５を作動させる。

６は第２図に示すようなハートカム本体であ
り、該ハートカム本体６は支点７を中心にして回
動ばね９により第２図中時計方向に回動付勢され
ている。回動ばね９の一端は、固定部９ａによつ
てハートカム本体６に固定されている。ハートカ
ム本体６には、第２図のようなハート状の溝部８
が形成されており、被駆動体３は該溝部８に摺動
自在に係合している。ハートカムの溝部は、単段
の場合１つのロツク位置を有するロツク手段８ａ
を有している。ロツク手段８ａは、ハート状の溝
の中央の凹状の壁から成る。

ロツク手段８ａより支点７側に近い位置には、
検知手段１１が配設されている。検知手段１１
は、被駆動体３が第１のばね１の収縮によつてロ
ツク位置側に変位してきたときに、被駆動体３に
よつて移動される被作動手段５と接触して被駆動
体３の変位を検知し、通電手段４による第１のば
ね１への通電を停止する機能を有している。

アクチユエータには、ロツク手段８ａと被駆動
体３との係合を解除するロツク解除手段１０が設
けられている。本実施令では、ロツク解除手段１
０は、通電手段４と、ハートカム本体６を支点７
を中心に時計回り方向に付勢させる回動ばね９と
から構成されている。つまり、通電手段４による
第１のばね１への再通電によつて第１のばね１を
収縮させ、ロツク手段８ａから離れた被駆動体３
を回動ばね９の付勢力によつてハートカム本体６
の他の山８ｃ側に変位させることにより、ロツク
手段８と被駆動体３との係合が解除されるように
なつている。

上記のように構成された第１実施例において
は、アクチユエータは次のように作動する。まず
第１図および第２図の状態が元の冷却された状態
になる。第１のばね１に通電手段４を介して電流
が送られると、第１のばねのもつ電気抵抗により
迅速に第１のばね１は加熱され、第１のばね１は
瞬時に縮んで第２のばね２の付勢力と協働して第
３図および第４図の状態に変位する。このとき、
被駆動体３はハート状の肩の山８ｂに移動し、こ
こで検知手段１１を押して、通電が解除される。

通電の解除により第１のばね１は雰囲気によつ
て冷却され第１のばね１は伸長するが、被駆動体
３はハートカム本体６が時計方向に回動付勢され
ているため、ハート状の中央の溝を通つてロツク
位置に至り、第５図および第６図に示すように、
ロツク手段８ａによつてロツクされる。第１のば
ね１が冷却されて元の温度に戻つても、被駆動体
３の位置はロツク手段８ａによつて定められたロ
ツク位置に保持される。

被駆動体３の位置を元の第１図および第２図の
状態に戻す場合は、ロツク解除手段１０を構成す
る通電手段４により第１のばね１への再通電を行
なわれる。第１のばね１への再通電が行なわれる
と、第１のばね１は再び加熱されて縮み、第７図
に示すように、被駆動体３をハート状の肩の他の
山８ｃに変位させ、検知手段１１を押す。これに
よつて、通電が解除され、第１のばね１は冷却さ
れて伸長する。ここで、ハートカム本体６がロツ
ク解除手段１０を構成する回動ばね９により時計
方向に付勢されているので、被駆動体３は、元と
は反対側の溝を通つて第１図および第２図に示す
元の位置に戻る。後は上記の繰り返しとなる。

形状記憶合金の加熱速度と応力特性は、第１５
図に示す通りである。第１５図ロは、TiNi記憶
合金の径0.6mm×30mmの線材を用いた場合におい
て、電流を１秒間に形状記憶合金が100°K温度上
昇する割合の電流100K／Ｓから50K／Ｓ、30K／
Ｓ、10K／Ｓと変化させたときの形状記憶合金の
温度上昇カーブを示している。第１５図イは、そ
のときの形状記憶合金に生じる回復力（応力）を
示している。図に示すように、加熱割合が
100°K／secのとき、すなわち大電流瞬時加熱の
ときの応力σ₂は、加熱割合が10°K／secのとき、
すなわち小電流徐加熱のときの応力σ₁の約２倍と
なる。大電流瞬時加熱のときには、第１のばねに
大きな応力を発生させることができるため、アク
チユエータ出力手段３の変位させる力を発生させ
るのに小断面径の低剛性のスプリングを用いるこ
とができ、加熱されても小断面径のものは熱容量
が小さいため、その時点で通電をきると、早く冷
却を行なうことができる。

本実施例においては、ロツク手段８ａで被駆動
体３をロツク位置にロツクしておき、元の位置に
戻すときに、大電流瞬時加熱によつてロツクを外
すようにしてあるので、小断面径の第１のばね１
への通電を解除すると、従来の小電流徐加熱で大
断面径スプリングに比べて短時間のうちに第１の
ばね１は冷え、元の位置に戻ることができる。

このように、本実施例では、第１のばね１への
直接通電による加熱性および通電停止後の第１の
ばね１冷却性の向上により、第１のばね１の伸縮
動作が迅速化され、従来のアクチユエータに比べ
て作動応答性が高められる。

また、従来の常時加熱では、変位位置をコント
ロールするための温調制御回路が必要であつた
が、本発明では機械的にロツクされるので、第１
のばね１の変位を一定に保つ温度制御回路は不要
となり、大幅なコストダウンがはかれる。

第２実施例 第８図は、本発明の第２実施例を示している。
本実施例においては、第１実施例の支持棒１２が
ヒートパイプ１３から構成されている。その他は
第１実施例に準じる。

このようにすることによつて、第１のばね１の
熱はヒートパイプ１３が奪われ、第１のばね１の
冷却性能が上がり、冷却のレスポンスがさらに早
くなる。

第３実施例 第９図は、本発明の第３実施例を示している。
本実施例においては、第１実施例の支持棒１２が
ペルチエ効果を有するパイプ１４から構成されて
いる。パイプ１４はセラミツク等から構成され、
外側で吸熱し、内側で発熱する。パイプ１４は送
風パイプ１５に接続され、発熱した内側の熱は送
風パイプ１５内を流れてくる風によつて奪われ
る。その他は第１実施例に準じる。

このようにすることによつて、第１のばね１の
熱はペルチエ効果を有するパイプ１４によつて奪
われ、第１のばね１の冷却性能が上がり、冷却レ
スポンスがさらに早くなる。

第４実施例 第１０図は、本発明の第４実施例を示してい
る。本実施例においては、ハートカム本体６の溝
部８が複数の（図では２段の）ロツク手段８ａ，
８ｄを有している。検知手段１１はそれぞれのロ
ツク手段８ａ，８ｄに対応して、ロツク手段８
ａ，８ｄより少し支点７側の位置に設けられる。
その他の構成は第１実施例に準じる このようにすることによつて、被駆動体３は、
複数の位置にロツクされ得る。

第５実施例 第１１図ないし第１３図は、本発明の第５実施
例を示している。本実施例において、第１１図
イ，ロ、ないし第１３図に示すように、第１実施
例の第１のばね１が複数の形状記憶合金ばね１
ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄによつて構成され、第１実
施例における第２のばね２がつるまきばね１６に
よつて構成され、第４実施例における複数のロツ
ク手段８ａ，８ｄがのこ歯状のロツク手段１７
ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄによつて構成されて
いる。被駆動体３には、ロツク手段１７ａ，１７
ｂ，１７ｃと係合可能な上下動片１９が設けられ
ている。被駆動体３には、上下動片１９を上下さ
せるロツク解除手段としての形状記憶合金から成
る第３のばね１８が設けられている。１８′は第
３のばね１８とバランスして被駆動体３の上下動
片１９を常に下方に付勢する通常のばねであり、
被駆動体３の上下動片１９は第３のばね１８とば
ね１８′とのバランスによつて上下位置を定めら
れる。その他の構成は第１実施例に準じる。

第５実施例においては、第１のばね１ａ，１
ｂ，１ｃ，１ｄのいくつかに通電することによつ
て変位位置が決まり、それに対応した位置にある
ロツク手段１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄによ
つて被駆動体３はロツクされる。このとき第１の
ばね１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄへと通電と同時に第
３のばね１８も通電され、Ｔ字状の被駆動体３の
上下動片１９を上方に持ち上げのこ歯状のロツク
手段１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄを乗り越え
ることができる。

第１のばね１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄおよび第３
のばね１８への通電を解除すると、被駆動体３の
上下動片１９がばね１８′の付勢力によつて第１
３図の状態に下げられ、上下動片１９とロツク手
段１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄとの係合によ
つて被駆動体３の動きがロツクされる。

第６実施例 第１４図は、本発明の第６実施例を示してい
る。本実施例においては、第５実施例のロツク手
段１７ａ，１７ｄ，１７ｃ，１７ｄが被駆動体３
の作動方向に直角方向に出没するプツシユボタン
式のロツク手段２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ
から構成されている。各ロツク手段２０ａ，２０
ｂ，２０ｃ，２０ｄは、ロツク解除手段２３と連
動されている。２１は被駆動体３に回動可能に取
付けられた緩衝用のアームであり、スプリング２
２によつて付勢されている。このようにすること
によつて、第５実施例の第３のばね１８は不要に
なる。その他の構成は第５実施例に準じる。

第６実施例においては、第１のばね１への通電
によつて変位した被駆動体３はプツシユボタン式
のロツク手段２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄと
の係合によつてロツクされ、ロツク解除は、ロツ
ク解除手段２３により、ロツク手段２０ａ，２０
ｂ，２０ｃ，２０ｄを被駆動体３の移動方向に対
して直角方向でかつ被駆動体３から離れる方向に
作動させることによつて行なわれる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、つぎのような効果が得られ
る。

(1) 支持棒に変位可能に支持される第１のばねへ
の通電手段による通電により、第１のばねを支
持棒の軸方向に収縮させ、第１のばねの収縮に
よつて移動した被駆動体をロツク手段によつて
ロツクし、ロツク手段によつてロツクされた被
駆動体をロツク解除手段によつて解除するよう
にしたので、第１のばねの加熱性および冷却性
を高めることができる。したがつて、第１のば
ねの伸縮変形動作が迅速化され、アクチユエー
タの作動応答性を高めることができる。

(2) 第１のばねによつて付勢される被駆動体をロ
ツクするロツク手段を設けたことにより、形状
記憶合金からなる第１のばねを一定位置に保持
するための加熱制御回路も不要となり、アクチ
ユエータの構成を簡素化することができる。

(3) 第１のばねの収縮によつて被駆動体が所定量
移動したのを検知手段によつて確認してから、
第１のばねへの通電を停止するようにしたの
で、最小限の消費電力で第１のばねによる被駆
動体の移動が可能となる。したがつて、バツテ
リを電源とする車両への搭載も著しく有利とな
る。

(4) 第１のばねを支持する支持棒を、ヒートパイ
プまたはペルチエ効果を有するパイプから構成
すれば、第１のばねの冷却性能を高めることが
でき、アクチユエータの作動応答性をさらに向
上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る形状記憶合
金アクチユエータの元の状態における側面図、第
２図は第１図のアクチユエータのハートカムの斜
視図、第３図は第１図のアクチユエータにおいて
第１のばねが瞬時加熱で縮んだときの側面図、第
４図は第３図のアクチユエータのハートカムの斜
視図、第５図は第３図のアクチユエータにおいて
は第１のばねへの通電を停止しアクチユエータ出
力手段がロツク手段によりロツクされたときの側
面図、第６図は第５図のアクチユエータのハート
カムの斜視図、第７図は第５図のアクチユエータ
において再び第１のばねに通電したときのハート
カムの斜視図、第８図は本発明の第２実施例に係
るものであつて第１のばねの支持棒に利用される
ヒートパイプの側面図、第９図は本発明の第３実
施例に係るものであつて第１のばねの支持棒に利
用されるペルチエ効果を有するパイプの側面図、
第１０図は本発明の第４実施例に係るものであつ
て複数段のロツク手段を有するハートカムの斜視
図、第１１図イは本発明の第５実施例に係る形状
記憶合金アクチユエータの全体斜視図、第１１図
ロはイにおけるアクチユエータ出力手段の部分斜
視図、第１２図は第１１図のアクチユエータの平
面図、第１３図は第１１図のアクチユエータの側
面図、第１４図は本発明の第６実施例に係る形状
記憶合金アクチユエータの要部側面図、第１５図
イは通電加熱割合と形状記憶合金スプリングの回
復力との関係図、第１５図ロは通電加熱割合と形
状記憶合金の昇温割合との関係図、第１６図は従
来の外気温度作動タイプの自動車用ラジエータサ
ーモスタツトの断面図、第１７図は従来のヒータ
加熱タイプの自動乾燥庫の断面図、第１８図は従
来の通電加熱タイプの作動手段の制御システムの
ブロツク図、である。 １……形状記憶合金からなる第１のばね、１
ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ……形状記憶合金からなる
第１のばね、３……被駆動体、４……通電手段、
６……ハートカム本体、８ａ，８ｂ……ロツク手
段、１０……ロツク解除手段、１１……検知手
段、１２……支持棒、１３……支持棒としてのヒ
ートパイプ、１４……支持棒としてのペルチエ効
果を有するパイプ、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１
７ｄ……ロツク手段、１８……ロツク解除手段、
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ……ロツク手
段、２３……ロツク解除手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 形状記憶合金からなり、支持棒１２に変位可
   能に支持される第１ばね１と、 前記支持棒１２に摺動自在に支持され、前記第
   １のばね１によつて付勢される被駆動体３と、 前記第１のばね１と接続され、該第１のばね１
   への通電により該第１のばね１を前記支持棒１２
   の軸方向に収縮させる通電手段４と、 前記第１のばね１の収縮により前記被駆動体３
   が所定量移動したのを検知し、前記通電手段４に
   よる第１ばね１への通電を停止する検知手段１１
   と、 前記第１のばね１の収縮によつて移動した前記
   被駆動体３と係合し、第１のばね１によつて付勢
   される該被駆動体３の前記支持棒１２の軸方向へ
   の動きをロツクするロツク手段８ａと、 前記被駆動体３とロツク手段８ａとの係合を解
   除するロツク解除手段１０と、 を具備したことを特徴とする形状合金アクチユエ
   ータ。 ２ ロツク手段は単段のロツク位置を有する特許
   請求の範囲第１項記載の形状記憶合金アクチユエ
   ータ。 ３ ロツク手段は複数のロツク位置を有する特許
   請求の範囲第１項記載の形状記憶合金アクチユエ
   ータ。 ４ 支持棒はヒートパイプから構成される特許請
   求の範囲第１項記載の形状記憶合金アクチユエー
   タ。 ５ 支持棒は外側で吸熱、内側で発熱するペルチ
   エ効果を有するパイプから構成されており、該パ
   イプは内側を冷却されている特許請求の範囲第１
   項記載の形状記憶合金アクチユエータ。