JPH051396B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は形状記憶合金よりなる駆動体の加熱方
法に関するものである。形状記憶合金は熱弾性型
マルテンサイト変態で生じた低温相が変形を受け
た後、加熱によつて高温相に逆変態する際に生起
する現象を利用するもので、変態点を境にしてこ
れより高温側でオーステナイト構造に変化し、低
温側でマルテンサイト構造に変化する。この形状
記憶合金を高温側より冷却するとオーステナイト
構造からマルテンサイト構造への変態が起こり、
超弾性を有し、逆に低温側から加熱していくとマ
ルテンサイト構造からオーステナイト構造に変態
して成形工程で記憶された形状に戻るものであ
る。そしてかかる形状記憶効果を奏する合金はニ
ツケル−チタン、銅−アルミニウム−ニツケル、
銅−アルミニウム等が知られており、これらの形
状記憶合金は特開昭56−105174号公報、特開昭56
−150680号公報等の例えばバルブの弁開閉用の駆
動体（コイル状形状記憶合金）として使用され
る。

然しながらこれらの駆動体を動作させる為に必
要な加熱及び冷却手段はバルブを流下する制御流
体によるものであり、かかる方法によると制御流
体の温度変化が必要不可決となるものでありそれ
ら温度変化を得ることのできないものにおいては
不適であり巾広い用途に適さないという欠点があ
つた。

また特開昭57−18875号公報、特開昭57−25572
号公報によると形状記憶合金よりなる伸縮部材、
弁駆動素子をヒーターで加熱する方法が示されて
いるが、かかる方法によると、ヒーターのそれら
部材、素子との絶縁を得る為に絶縁被膜を配置す
る必要がありこれによると効率的な加熱が困難と
なるものであつた。

本発明の形状記憶合金よるなる駆動体の加熱方
法は、前記不具合点に鑑み成されたもので、駆動
体を制御流体等の環境温度によつて加熱、冷却す
ることなく駆動体を形状記憶合金で形成して直接
的に加熱したものであり、特に駆動体の動作を多
段階に渡つて制御し、あらゆる製品の駆動体とし
て省電力型で巾広く使用することができるととも
に加熱特性の秀れた加熱方法を得ることを目的と
したものである。

以下、本発明になる形状記憶合金よりなる駆動
体の加熱方法の一実施例を第１図により説明す
る。第１図は、駆動体への非通電状態を示す。

１は特定の個所に固定される例えば合成樹脂材
料にて形成された固定部であり、この固定部１に
対向して間隙Ｌを持つて例えば合成樹脂材料にて
形成された可動部２が配置される。可動部２は固
定部１の中央より上方に向かつて突起した案内杆
３によつて第１図において上下方向に摺動自在に
案内される。

固定部１と可動部２とが対向する間の間隙Ｌに
は、形状記憶合金よりなるコイルスプリング状の
第１駆動体４、第２駆動体５、第３駆動体６、と
が配置される。

本例における各駆動体のスプリングの内径は、
第１駆動体４の内径＞第２駆動体の５の内径＞第
３駆動体６の内径とした。

より具体的に説明すると、固定部１の可動部２
への対向面１Ａには導電材料よりなる第１端子７
と第２端子８が配置される。第１端子７は環状を
なし、固定部１の対向面１Ａ上の外側方にあつて
第１駆動体４の下端部４Ａに対応し、該下端部４
Ａを圧入嵌合する環状の第１係止溝７Ａが穿設さ
れるとともに第２駆動体５の下端部５Ａに対応
し、該下端部５Ｂを圧入嵌合する環状の第２係止
溝７Ｂが穿設される。第１係止溝７Ａと第２係止
溝７Ｂとは直接的に接続されることがなくそれぞ
れ環状の間隙を形成する。

又、第１端子７の内側方の固定部１の対向面１
Ａ上には、第２端子８が配置され、この第２端子
８には第３駆動体６の下端部６Ａに対応し、該下
端部６Ａを圧入嵌合する環状の第３係止溝８Ａが
穿設される。この第１端子７と第２端子８とは、
端子どおしが直接的に電気接続されない。

これは固定部１を絶縁材料で形成すればよい。

又、可動部２の固定部１への対向面２Ａ上には
導電性材質よりなる第３端子９と、第４端子１０
とが配置される。第３端子９は可動部２の対向面
２Ａ上の外側方にあつて、第１駆動体４の上端部
４Ｂに対応し、該上端部４Ｂを圧入嵌合する環状
の第４係止溝９Ａが穿設される。

又、第３端子９の内側方の可動部２の対向面２
Ａ上には第４端子１０が配置され、この第４端子
１０の外側方には、第２駆動体５の上端部５Ｂに
対応し、該上端部５Ｂを圧入嵌合する環状の第５
係止溝１０Ａが穿設されるとともに第３駆動体６
の上端部６Ｂに対応し、該上端部６Ｂを圧入嵌合
する環状の第６係止溝１０Ｂが穿設される。第５
係止溝１０Ａと第６係止溝１０Ｂとはそれぞれ環
状の間隙を形成する。第３端子９と第４端子１０
とは端子どおしが直接的に電気接続されない。こ
れは可動部２を絶縁材料で形成すればよい。従つ
て、各駆動体の端部を、端部に対応する端子の係
止溝内へ圧入嵌合することによつて、各駆動体は
固定部１及び可動部２と一体的に固着できる。

例えば、第１駆動体４をみると、下端部４Ａは
第１端子７の第１係止溝７Ａ内に圧入嵌合されて
固定部１と一体的に固着され、上端部４Ｂは第３
端子９の第４係止溝９Ａ内に圧入嵌合されて可動
部２と一体的に固着される。

次に各駆動体４，５，６の特性（逆変態温度−
駆動体のストローク関係）について第２図により
説明する。

第１駆動体４は逆変態温度Ａ度において、常温
時における設定基準ストローク０より１ストロー
クだけ伸張し、第１図の常温設定状態時におい
て、そのスプリング高さは間隙Ｌに略等しい。
（第１図の状態において、第１駆動体４は比較的
バネ性を有しない自由状態に保持される。） 第２駆動体５は逆変態温度Ｂ度において、常温
時における設定基準ストローク０より２ストロー
クだけ伸張し、第１図の常温設定状態時におい
て、そのスプリング高さは間隙Ｌに略等しい。
（第１図の状態において、第２駆動体５は比較的
バネ性を有しない自由状態に保持される。） 第３駆動体６は逆変態温度Ｃ度において、常温
時における設定基準ストローク０より３ストロー
クだけ伸張し、第１図の常温設定状態時におい
て、そのスプリング高さは間隙Ｌに略等しい。
（第１図の状態において、第３駆動体６は比較的
バネ性を有しない自由状態に保持される。） そして、固定部１の第２端子８に接続されたリ
ード線と可動部２の第３端子９に接続されたリー
ド線とは電源Ｄに接続される。

而して、各駆動体は電源Ｄに対して直列に接続
される。すなわち、第３端子９の第４係止溝９Ａ
−第１駆動体４の上端部４Ｂ−第１駆動体４の下
端部４Ａ−第１端子７の第１係止溝７Ａ−第１端
子７の第２係止溝７Ｂ−第２駆動体５の下端部５
Ａ−第２駆動体５の上端部５Ｂ−第４端子１０の
第５係止溝５Ｂ−第４端子１０の第６係止溝１０
Ｂ−第３駆動体６の上端部６Ｂ−第３駆動体６の
下端部６Ａ−第２端子８の第３係止溝８Ａの如く
接続される。これは第３図に示される。

次にその動作について説明する。

第３端子９と第２端子８との電気回路が接続さ
れていない状態において、各駆動体４，５，６は
非通電状態に有り、各駆動体４，５，６には何等
のジユール熱が発生することなく、各駆動体４，
５，６は第１図の如き設定状態（非作動状態）に
維持される。これは第１状態である。

次いで、第３端子９と第２端子８と電源Ｄとを
接続すると、各駆動体４，５，６に電流が流れ、
駆動体自身がジユール熱を発生し自己発熱する。

そして、第１駆動体４において逆変態温度Ａ度
迄温度上昇すると、第１駆動体４は常温設定基準
ストローク０よりストローク１の位置迄形状記憶
効果によつて変位するもので、これによると可動
部２はこのストローク変化分上方へ移動する。こ
の第２状態は第４図に示される。

かかる第２状態において、第２駆動体５、第３
駆動体６は未だ逆変態温度迄上昇していないので
駆動体自身の形状記憶効果による伸張はないが、
前述の如く、第２駆動体５の下端部５Ａが第２係
止溝７Ｂに固定され、上端部５Ｂが第５係止溝１
０Ａに固定されるとともに第３駆動体６の下端部
６Ａが第３係止溝８Ａに固定され、上端部５Ｂが
第５係止溝１０Ａに固定されているので、第２状
態への変化分（ストローク１分）第２駆動体５、
第３駆動体６は機械的に伸張される。この機械的
な伸張はコイルスプリング状としたことによつて
可能となつたものでありかかる機械的な伸張時に
おいて、第２駆動体５、第３駆動体６は弾性変形
応力内に設定する。

次いで更に通電を継続すると、第２駆動体５に
おいて逆変態温度Ｂ度迄温度上昇する。これによ
ると第２駆動体５は常温設定基準ストローク０よ
りストローク２の位置迄形状記憶効果によつて変
位するもので、これによると可動部２はストロー
ク２の位置迄上方へ移動する。この第３状態は第
５図に示される。

かかる第３状態において、第３駆動体６は未だ
逆変態温度迄上昇していないので駆動体自身の形
状記憶効果による伸張はないが前記と同様に第３
駆動体６は第２状態から第３状態への変化分機械
的に伸張される。

一方、第１駆動体４にあつても第２状態から第
３状態への変化分機械的に伸張される。かかる機
械的伸張時において、第１駆動体４、第３駆動体
６は弾性変形応力内に設定する。

次いで更に通電を継続すると、第３駆動体６に
おいて、逆変態温度Ｃ度迄温度上昇する。これに
よると、第３駆動体６は常温基準設定ストローク
０よりストローク３の位置迄形状記憶効果によつ
て変位するもので、これによると可動部２はスト
ローク３の位置迄上方へ移動する。この第４状態
は第６図に示される。

一方、第１駆動体４、第２駆動体５にあつても
第３状態から第４状態への変化分可動部２によつ
て機械的に伸張されるが、かかる機械的伸張時に
おいて第１駆動体４、第２駆動体５は弾性変形応
力内に設定される。

そして、このように各駆動体の温度の逆変態開
始点（A₃点）を相違させることによつて各駆動
体の伸張の開始に変化をもたらすことができ、更
に逆変態終了点（Af点）を相違させることによ
つて伸張の完了を変えることができる。而して可
動部２の動を例えば本例の如く３段階に渡つて各
段階に制御できる。

又、多段階に渡つて可動部２の移動を制御でき
ることは駆動体をコイルスプリング状にしたこと
及びコイルスプリングをその弾性変形応力内にお
いてストローク方向に変位をもたらすことができ
たことによるものである。

以上の如く本発明の形状記憶合金よりなる駆動
体の加熱方法によると、固定部と、固定部に対向
して移動する可動部との間に形状記憶合金よりな
る複数のコイルスプリング状に形成された駆動体
を配置するとともに駆動体のそれぞれの一端を固
定部に一体的に固着し、他端を可動部に一体的に
固着し、該駆動体を電気的に直列に接続するとと
もに前記各駆動体の逆変態温度を違えたので、駆
動体への通電時において、各駆動体は時間経過に
伴なう温度上昇に応じてステツプ状に動作するも
のであり、これによると、駆動体にて動作される
可動部の動作をステツプ状に制御できるもので多
段制御に極めて有効なものである。

更に、各駆動体を電気的に直列に接続したこと
によると、駆動体を複数接続配置したとしても複
数の駆動体の電気回路内には単一の駆動体に流す
べき電流のみを流せばよいもので省電力を達成で
きる。

又、仮に各駆動体間における内部抵抗がバラツ
キの範囲内において差異が生じた際にあつても、
そのバラツキ範囲内のもつとも大きな抵抗を有す
る駆動体によつて各駆動体を流れる電流値が決定
されるもので、温度上昇が均一で安定した変位が
得られる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明になる形状記憶合金よりなる駆動体
の加熱方法の一実施例を示すものである。第１図
は駆動体への非通電状態にあつて第１状態を示す
縦断面図である。第２図は各駆動体のストローク
と逆変態温度との関係を示す線図である。第３図
は駆動体の電気回路図である。第４図は第１駆動
体が逆変態温度Ａ度に達した第２状態を示す。第
５図は第２駆動体が逆変態温度Ｂ度に達した第３
状態を示す。第６図は第３駆動体が逆変態温度Ｃ
度に達した第４状態を示す。 １…固定部、２…可動部、４…第１駆動体、５
…第２駆動体、６…第３駆動体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 固定部１と、固定部１に対向して移動する可
   動部２との間に形状記憶合金よりなる複数のコイ
   ルスプリング状に形成された駆動体４，５，６…
   を配置するとともに駆動体４，５，６…のそれぞ
   れの一端を固定部１に一体的に固着し、他端を可
   動部２に一体的に固着し、該駆動体を電気的に直
   列に接続するとともに前記各駆動体の逆変態温度
   を違えてなる形状記憶合金よりなる駆動体の加熱
   方法。