JPH05248342A - Shape memory alloy actuator - Google Patents

Shape memory alloy actuator

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JPH05248342A
JPH05248342A JP4700492A JP4700492A JPH05248342A JP H05248342 A JPH05248342 A JP H05248342A JP 4700492 A JP4700492 A JP 4700492A JP 4700492 A JP4700492 A JP 4700492A JP H05248342 A JPH05248342 A JP H05248342A
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JP
Japan
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shaft
shape memory
fulcrum
memory alloy
sma
Prior art date
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Application number
JP4700492A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Teruyuki Matsui
照幸 松井
Setsuya Mitsuishi
節也 三石
Hiroshi Okamoto
弘 岡本
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.)
Meitec Group Holdings Inc
Original Assignee
Meitec Corp
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Filing date
Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a shape memory alloy actuator which can be directly put in turning motion, such as rotation, through the action of a shape memory alloy to restore its shape from a deformed state, without requiring a structure particularly for converting the rectilinear motion or oscillating motion of a crank or the like into rotary motion. CONSTITUTION:A shaft 3 is turnably held against a frame l at a fulcrum 5. Four shape memory springs SMA made of shape memory alloy are disposed radially at intervals of about 90 deg. with one end fixed at a position of a predetermined distance from the fulcrum 5 on the shaft 3 and the other end fixed to the frame 1, while the springs are expanded at room temperature from a fixed free length memorized when they are heated. Electricity is transmitted to the shape memory springs SMA in sequence around the shaft 3 to heat the shape memory springs SMA, so that tensile forces, with which the heated shape memory springs SMA return to the memorized free length, cause tilting of the shaft 3 in a corresponding direction, resulting in the spirally turning motion of the shaft 3 about the fulcrum 5.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、形状記憶合金を用いた
アクチュエータに関し、特に、シャフトを錐状に周回運
動させてシャフト先端に回転運動等をさせることのでき
る形状記憶合金アクチュエータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an actuator using a shape memory alloy, and more particularly, it relates to a shape memory alloy actuator capable of rotating a shaft in a conical shape and rotating the shaft tip.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、形状記憶合金:SMA(Shap
e Memory Alloy)を用いたアクチュエータが知られてお
り、図10にその力学的原理モデルを示す。図10
(A)に示すものは、形状記憶合金に所定の形状を記憶
させた後、低温のマルテンサイト相で外力によって変形
を与え、加熱による形状回復で一方向的に最初の形状に
回復させる方法で、いわゆる一方向型のアクチュエータ
である。
2. Description of the Related Art Conventionally, a shape memory alloy: SMA (Shap
An actuator using e Memory Alloy) is known, and its mechanical principle model is shown in FIG. Figure 10
The one shown in (A) is a method in which after a predetermined shape is memorized in a shape memory alloy, deformation is applied by an external force in a low temperature martensite phase, and the shape is unidirectionally recovered by heating to recover the shape. , A so-called one-way type actuator.

【0003】図10(B)に示すものは、変形のための
バイアス力を加えるいわゆるバイアス型で、例えば特開
平2−308979号にも開示されているように比較的
多用されるアクチュエータである。形状記憶合金は低温
状態では変形しやすい状態にあるため、スプリング等に
よるバイアス力によって変形を受け、高温時には形状記
憶合金の回復力がそのバイアス力を上回るため、形状回
復が生じる機構になっている。従って、この機構に加熱
−冷却の周期的な熱サイクルを与えれば、変形−形状回
復による連続運動を行わせることができると言うもので
ある。
The one shown in FIG. 10B is a so-called bias type which applies a biasing force for deformation, and is an actuator which is relatively frequently used as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-308979. Since the shape memory alloy is easily deformed at low temperature, it is deformed by the biasing force of the spring, etc., and the restoring force of the shape memory alloy exceeds the biasing force at high temperature. .. Therefore, if a periodic heat cycle of heating-cooling is given to this mechanism, it is possible to perform continuous motion by deformation-shape recovery.

【0004】図10(C)に示すものは、対になった形
状合金同士を組み合せ、加熱時の回復力が低温時の変形
に要する力より大きいことを利用して、一方を加熱、他
方を冷却することによって差動的に運動を取り出すいわ
ゆる差動型のアクチュエータである。
In the structure shown in FIG. 10C, one pair of shaped alloys is combined with each other, and one of them is heated and the other is combined by utilizing the fact that the recovery force during heating is larger than the force required for deformation at low temperature. This is a so-called differential type actuator that differentially extracts motion by cooling.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た各モデルのアクチュエータは、通気弁等の開閉を行な
うために、被駆動部材をおもに直線的に移動させるもの
であったり、また、ロボットのアームを引っ張り、関節
を中心として回動させることも可能であるが、所定角度
しか回動範囲が得られない。従って、回転運動のように
幾度も周回するような動きを得るためには、ギアやクラ
ンク等の直線運動や所定角度の揺動運動を回転運動に変
換するための特別な構造が必要となってくる。
However, the actuators of the above-described models are designed to move a driven member mainly in a straight line in order to open and close a ventilation valve or the like. It is possible to pull and rotate about a joint, but only a predetermined angle can provide a rotation range. Therefore, in order to obtain a revolving motion such as a rotating motion, a special structure for converting a linear motion of a gear or a crank or an oscillating motion of a predetermined angle into a rotary motion is required. come.

【0006】形状記憶合金アクチュエータは、形状記憶
合金自体がアクチュエータの機能を有するため、ソレノ
イドやモータ、あるいは油圧アクチュエータ等と比べて
機構的に簡単で小型化が達成しやすいという特徴を持っ
ている。そのため、マイクロアクチュエータとしての利
用が有効であると考えられるが、上述したように、直線
運動や所定角度の揺動運動を回転運動に変換するため特
別な構造が必要となり小型化を阻害する上、ギアやクラ
ンク等の部材はマイクロ化が難しいため回転運動を行な
うマイクロアクチュエータは実現し難いのである。
Since the shape memory alloy actuator itself has the function of an actuator, the shape memory alloy actuator is characterized in that it is mechanically simpler and more easily miniaturized than solenoids, motors, hydraulic actuators and the like. Therefore, it is considered effective to use as a microactuator, but as described above, a special structure is required to convert linear motion or swing motion of a predetermined angle into rotary motion, which hinders miniaturization. Since members such as gears and cranks are difficult to micronize, it is difficult to realize a microactuator that performs rotary motion.

【0007】そこで本発明は上記の課題を解決すること
を目的とし、ギアやクランク等の直線運動や揺動運動を
回転運動に変換するための特別な構造を必要とせず、形
状記憶合金の変形−形状回復動作によって直接的に、回
転運動等の周回運動を行わせることのできる形状記憶合
金アクチュエータを提供することにある。
Therefore, the present invention has an object to solve the above-mentioned problems, and does not require a special structure for converting linear motion or oscillating motion of gears, cranks or the like into rotary motion, and deformation of the shape memory alloy. -To provide a shape memory alloy actuator capable of directly performing a circular motion such as a rotary motion by a shape recovery operation.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段及び作用】かかる目的を達
成すべく、本発明は課題を解決するための手段として次
の構成を取った。即ち、固定側となるフレームに、長手
方向の所定位置を支点とし該支点において転動可能に保
持されたシャフトを備え、形状記憶合金で形成された少
なくとも3つの駆動体を、加熱時に記憶された一定の自
由長より常温時の圧縮あるいは伸張された状態で、その
一端は上記シャフト上の上記支点から所定距離の位置に
固定し、他端は上記フレームに固定して放射状に配置
し、上記少なくとも3つの駆動体に対して、上記シャフ
ト周りに順番に通電して加熱することにより、加熱され
た駆動体の記憶された自由長に戻ろうとする張力あるい
は付勢力で上記シャフトがその加熱された駆動体に対応
する方向へ傾けられ、結果として、上記シャフトに上記
支点を中心とする錐状の周回運動を行わせるようにした
ことを特徴とする形状記憶合金アクチュエータの構成が
それである。
In order to achieve the above object, the present invention has the following constitution as means for solving the problems. That is, a frame serving as a fixed side is provided with a shaft rotatably held at a predetermined position in the longitudinal direction as a fulcrum, and at least three driving bodies made of a shape memory alloy are stored during heating. In a state of being compressed or expanded at room temperature from a certain free length, one end thereof is fixed at a position of a predetermined distance from the fulcrum on the shaft, and the other end is fixed to the frame and radially arranged. By driving the three driving bodies by sequentially energizing them around the shafts to heat the shafts, the shafts are driven by the heating force by the tension or biasing force to return to the stored free length of the heated driving bodies. The shape memory alloy actuator is characterized in that it is tilted in a direction corresponding to the body, and as a result, the shaft is caused to perform a conical orbital movement around the fulcrum. The configuration of the mediator is it.

【0009】上記駆動体は、例えばコイルバネ状に形成
したり、波状に形成したりする等して、全体の長さが変
化可能に形成されていればよい。前記構成を有する本発
明の形状記憶合金アクチュエータによれば、形状記憶合
金で形成された少なくとも3つの駆動体に対して、シャ
フト周りに順番に通電して加熱すると、加熱された駆動
体には、記憶された自由長に戻ろうとして、伸張された
状態で配置された場合には張力、圧縮された状態で配置
された場合には付勢力が生じ、シャフトがその加熱され
た駆動体に対応する方向、すなわち張力の場合には駆動
体側へ、一方付勢力の場合には反対側へ傾けられる。そ
れらの駆動体は、一端がシャフト上の支点から所定距離
の位置、他端がフレームに固定されて放射状に配置され
ているため、上述したように順番に加熱して変形−形状
回復を繰り返すことによって、シャフトは、支点を中心
として錐状の周回運動を行う。
The driving body may be formed in a coil spring shape, a wave shape, or the like so that the entire length can be changed. According to the shape memory alloy actuator of the present invention having the above structure, when at least three driving bodies formed of a shape memory alloy are sequentially energized and heated around the shaft, the heated driving bodies are Attempts to return to the memorized free length produce tension when placed in the stretched state and bias when placed in the compressed state, with the shaft corresponding to its heated driver. In the case of tension, that is, in the case of tension, it is tilted toward the driver, while in the case of biasing force, it is tilted toward the opposite side. Since one end of each of these driving members is located at a predetermined distance from the fulcrum on the shaft and the other end is fixed to the frame and arranged radially, it is possible to repeat the deformation-shape recovery by heating in order as described above. Causes the shaft to perform a conical orbital movement around the fulcrum.

【0010】従って、各駆動体の変位の合成により三角
錐状に周回運動させれば、シャフト先端は三角形状に周
回し、同様に、四角錐状に周回運動させれば、シャフト
先端は四角形状に周回する。さらに、駆動体の数を多く
して円周状に配置したり、あるいは駆動体を例えば90
度おきに4本配置した場合にでも通電タイミングを制御
することによって、シャフトを円錐状に周回運動させ、
先端を円運動させることも可能であるし、任意の方向の
直線往復運動も可能である。
Therefore, if the shaft is rotated in a triangular pyramid shape by combining the displacements of the respective driving bodies, the tip of the shaft turns in a triangular shape. Orbit to. Further, the number of driving bodies may be increased and the driving bodies may be arranged in a circumferential shape, or the driving bodies may be, for example, 90
By controlling the energization timing even when four pieces are arranged at intervals, the shaft is made to move in a conical shape,
The tip can be circularly moved, or can be linearly reciprocated in any direction.

【0011】そして、このようなアクチュエータによっ
て、いわゆる蟻モデルの脚の役割を果たさせ、歩行アク
チュエータとして利用することもできる。あるいは、シ
ャフトの先端をブレードの役割を果たす形状にして周回
運動させれば、例えば細管の内壁に付着した不要物を除
去することも可能となる。これは、円筒状の管に限ら
ず、断面が三角形や四角形のものでもできる。本アクチ
ュエータは、形状記憶合金の変形−形状回復動作によっ
て、直接的に回転運動等の周回運動を行うことができる
ので、マイクロアクチュエータとしての利用が有効であ
る。
With such an actuator, it is possible to play a role of a so-called ant model leg and use it as a walking actuator. Alternatively, if the tip of the shaft is shaped to act as a blade and is rotated, it is possible to remove unnecessary substances attached to the inner wall of the capillary, for example. This is not limited to a cylindrical tube, but can be a tube having a triangular or quadrangular cross section. Since the present actuator can directly perform a circular motion such as a rotary motion by the deformation-shape recovery operation of the shape memory alloy, it is effectively used as a microactuator.

【0012】また、シャフトの、支点から所定距離の位
置に鍔部を設け、駆動体がシャフトと略平行に配置され
るよう、駆動体の一端を鍔部に固定し、他端をフレーム
に固定しても同様に実施可能である。この場合、駆動体
の長さが相対的に短いものでよい。
Further, a flange is provided at a position of a predetermined distance from the fulcrum of the shaft, and one end of the driver is fixed to the flange and the other end is fixed to the frame so that the driver is arranged substantially parallel to the shaft. Even if it does, it can be implemented similarly. In this case, the length of the driving body may be relatively short.

【0013】さらにまた、シャフトをその長手方向に摺
動可能に保持すると共に、支点を挟み、シャフトの長手
方向の両側にそれぞれ駆動体を配置し、同じ側に配置さ
れた駆動体への通電により生じる張力あるいは付勢力
で、シャフトを長手方向に平行移動させることもでき
る。従って、支点からシャフトの先端までの距離を変化
させることができ、シャフト先端の周回運動の大きさ、
円運動であればその径を小さくできる。例えば上述の蟻
モデルの場合、脚の長さを短くすれば、幅の狭い場所を
通過するのに都合が良くなり、また一歩のストロークも
小さくできる。
Furthermore, the shaft is held slidably in the longitudinal direction thereof, the fulcrums are sandwiched, and the driving bodies are arranged on both sides of the shaft in the longitudinal direction, respectively, and the driving bodies arranged on the same side are energized. The resulting tension or biasing force can also translate the shaft in the longitudinal direction. Therefore, it is possible to change the distance from the fulcrum to the tip of the shaft.
If it is a circular motion, its diameter can be reduced. For example, in the case of the above-mentioned ant model, if the length of the leg is shortened, it is convenient to pass through a narrow place, and the stroke of one step can be shortened.

【0014】[0014]

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。図1は本発明の第1実施例である形状記憶合
金アクチュエータの概略斜視図である。固定側となるフ
レーム1にはシャフト3が保持されている。シャフト3
の長手方向の所定位置を支点5とし、その支点5に球面
軸受7が固定されており、球面軸受7はフレーム1に転
動可能に保持されている。従って、シャフト3は支点5
においてフレーム1に対して転動可能に保持される。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic perspective view of a shape memory alloy actuator which is a first embodiment of the present invention. A shaft 3 is held on the frame 1 on the fixed side. Shaft 3
A predetermined position in the longitudinal direction of is a fulcrum 5, a spherical bearing 7 is fixed to the fulcrum 5, and the spherical bearing 7 is rotatably held by the frame 1. Therefore, shaft 3 has fulcrum 5
Is held rotatably with respect to the frame 1.

【0015】また、形状記憶合金でコイルバネ状に形成
された、駆動体としての4つの形状記憶バネSMA1〜
SMA4(末尾の数字で区別する。)が、その一端はシ
ャフト3の支点5から先端に向かって所定距離の位置に
固定され、他端はフレーム1に固定され、約90度おき
に放射状に配置されている。なお、形状記憶バネSMA
1〜SMA4は、図4に示すように、フレーム1より突
設した支柱部1aに固定してもよい。各形状記憶バネS
MA1〜SMA4は加熱時に記憶された一定の自由長よ
り常温時の伸張された状態で配置されている。
Further, four shape memory springs SMA1 to SMA1 as a driving body formed of a shape memory alloy in a coil spring shape.
The SMA 4 (distinguished by the number at the end) is fixed at one end at a predetermined distance from the fulcrum 5 of the shaft 3 toward the tip, and the other end is fixed to the frame 1 and arranged radially at intervals of about 90 degrees. Has been done. The shape memory spring SMA
As shown in FIG. 4, the 1 to SMA 4 may be fixed to the column portion 1 a protruding from the frame 1. Each shape memory spring S
MA1 to SMA4 are arranged in a stretched state at room temperature from a certain free length stored during heating.

【0016】各形状記憶バネSMA1〜SMA4のフレ
ーム1への固定部分には通電端子9が設けられており、
駆動回路13及び制御回路15が接続されている。本実
施例では、1−2相励磁ステップモータ駆動方式を利用
しており、制御回路15から励磁信号が出され、ユニポ
ーラ駆動の駆動回路13より各形状記憶バネSMA1〜
SMA4へ電圧印加が個別にオン・オフ制御されて電流
が供給されるように構成されている。
An energizing terminal 9 is provided on a portion of each shape memory spring SMA1 to SMA4 fixed to the frame 1.
The drive circuit 13 and the control circuit 15 are connected. In the present embodiment, the 1-2 phase excitation step motor drive method is used, an excitation signal is output from the control circuit 15, and the shape memory springs SMA1 to SMA1 are output from the unipolar drive circuit 13.
The voltage application to the SMA 4 is individually controlled to be turned on / off to supply a current.

【0017】次に、本実施例の作動について説明する。
図2は各形状記憶バネSMA1〜SMA4への通電状態
を示すタイムチャートである。このタイムチャートに示
す通電制御は、非通電時間T2の間隔を空けて通電時間
T1の通電が周期的に繰り返される通電パルスにより、
4つの形状記憶バネSMA1〜SMA4を順番に所定位
相ずらして通電を行うものである。
Next, the operation of this embodiment will be described.
FIG. 2 is a time chart showing the energization states of the shape memory springs SMA1 to SMA4. The energization control shown in this time chart uses an energization pulse in which energization for the energization time T1 is periodically repeated at intervals of the non-energization time T2.
The four shape memory springs SMA1 to SMA4 are sequentially energized by shifting a predetermined phase.

【0018】通電されて加熱された形状記憶バネSMA
1〜SMA4は記憶された自由長に戻ろうとし、本実施
例では縮もうとして張力を生じる。そのため、シャフト
3がその加熱された形状記憶バネSMA1〜SMA4バ
ネの方向へ傾けられる。そして、通電が終了して放熱
し、その状態で停止する。なお、復帰用バネ等を取り付
けることにより、形状記憶バネSMA1〜SMA4が元
の形状に戻りシャフト3も元の位置に復帰するように構
成可能であることは当然である。
Shape memory spring SMA heated by being energized
1 to SMA4 try to return to the stored free length, and in this embodiment, they try to contract and generate tension. Therefore, the shaft 3 is tilted toward the heated shape memory springs SMA1 to SMA4 springs. Then, when the energization is finished and the heat is dissipated, it stops in that state. It should be understood that by attaching a return spring or the like, the shape memory springs SMA1 to SMA4 can be configured to return to their original shapes and the shaft 3 to return to its original position.

【0019】本実施例では、シャフト3周りに形状記憶
バネSMA1〜SMA4を順番に加熱し、1相だけ励磁
している場合にはその形状記憶バネSMA1〜SMA4
の方向へ、隣合う2相を励磁している場合にはそれらの
中間方向への張力が生じる。このように、順番に加熱し
て各形状記憶バネSMA1〜SMA4の変形−形状回復
を繰り返すことにより、結果として、シャフト3は支点
5を中心とする錐状の周回運動を行う。
In this embodiment, the shape memory springs SMA1 to SMA4 are sequentially heated around the shaft 3, and when only one phase is excited, the shape memory springs SMA1 to SMA4 are heated.
When two adjacent phases are excited in the direction of, a tension is generated in the intermediate direction between them. In this way, by sequentially heating and sequentially repeating the deformation and shape recovery of the shape memory springs SMA1 to SMA4, the shaft 3 makes a conical orbital movement about the fulcrum 5.

【0020】なお、上述した通電による発熱及び放熱の
周期は、形状記憶バネSMA1〜SMA4の変態温度及
びコイルバネを形成する線径等により異なる。従って、
予めフィーリングテスト等によって調べておき、通電タ
イミングを調整することにより、シャフト3に円錐に近
い周回運動を行わせ、先端を円運動させることも可能で
ある。あるいは、四角錐に近い周回運動を行わせたりす
ることも可能である。また、周回速度自体も変更可能で
ある。
The cycle of heat generation and heat dissipation due to the energization described above varies depending on the transformation temperature of the shape memory springs SMA1 to SMA4, the wire diameter forming the coil spring, and the like. Therefore,
It is also possible to make the shaft 3 perform a circular motion close to a cone and to make the tip end circularly by adjusting the energization timing in advance by a feeling test or the like. Alternatively, it is also possible to perform an orbital motion close to a quadrangular pyramid. Also, the orbital speed itself can be changed.

【0021】さらに、周回運動だけでなく、例えば隣合
う2つの形状記憶バネSMA1,SMA2のみの通電
と、それら以外の2つの形状記憶バネSMA3,SMA
4のみへの通電、又は、対向する形状記憶バネSMA
1,SMA3あるいはSMA2,SMA4への通電を交
互に行えば、シャフト3に対して往復揺動運動を行わせ
ることができる。また、4つの形状記憶バネSMA1〜
SMA4の内3つだけを順番に通電し、シャフト3を略
三角錐状に周回運動させれば、シャフト3先端を略三角
形状に周回運動させることも可能である。
Further, in addition to the orbital motion, for example, energization of only two adjacent shape memory springs SMA1 and SMA2 and two other shape memory springs SMA3 and SMA.
Energizing only 4 or facing shape memory spring SMA
By alternately energizing 1, SMA3 or SMA2, SMA4, the shaft 3 can be reciprocally rocked. In addition, four shape memory springs SMA1 to
If only three of the SMAs 4 are sequentially energized and the shaft 3 is rotated in a substantially triangular pyramid shape, the tip of the shaft 3 can be rotated in a substantially triangular shape.

【0022】このようなアクチュエータは、図3に示す
ような、いわゆる蟻モデルの脚の役割を果たし、歩行ア
クチュエータとして利用することができる。図3に示す
ものは、フレーム1を共有する2つのアクチュエータを
用意し、シャフト3の両端を同方向に曲げて4本脚とし
てある。そして、図1に示した、形状記憶バネSMA1
〜SMA4をフレーム1の両側に対称的に設け、支点5
に対して点対称の位置にある形状記憶バネSMA1〜S
MA4を同時に励磁するようにされている。従って、シ
ャフト3には支点5を中心として点対称に張力が働き、
シャフト3の両端は、対称的な周回運動を行なう。さら
に、前脚に該当するアクチュエータと後脚に該当するア
クチュエータとは励磁のタイミングを180度ずらすこ
とにより、4本脚の動物の歩行運動に近い動きを行わせ
ることが可能である。
Such an actuator plays the role of a so-called ant model leg as shown in FIG. 3 and can be used as a walking actuator. As shown in FIG. 3, two actuators sharing the frame 1 are prepared, and both ends of the shaft 3 are bent in the same direction to form four legs. Then, the shape memory spring SMA1 shown in FIG.
~ SMA4 is provided symmetrically on both sides of the frame 1 and supports 5
Shape memory springs SMA1 to S located at points symmetrical with respect to
The MA4 is excited at the same time. Therefore, tension acts on the shaft 3 in a point symmetrical manner about the fulcrum 5,
Both ends of the shaft 3 perform symmetrical orbital movement. Furthermore, the actuators corresponding to the front legs and the actuators corresponding to the rear legs can be caused to move in a manner similar to the walking motion of a four-legged animal by shifting the excitation timing by 180 degrees.

【0023】また、図5に示すように、例えば、図4の
アクチュエータを6個取り付けてそれぞれを脚とし、6
本脚歩行を行わせることもできる。そして、本アクチュ
エータは、形状記憶合金の変形−形状回復動作によっ
て、直接的に回転運動等の周回運動を行うことができる
ので、歩行アクチュエータとして用いる際も、マイクロ
化が容易であり、マイクロアクチュエータとしての利用
が期待される。
Further, as shown in FIG. 5, for example, six actuators shown in FIG. 4 are attached to form legs, respectively.
It is also possible to perform main leg walking. Since the present actuator can directly perform the circular motion such as the rotary motion by the deformation-shape recovery operation of the shape memory alloy, it can be easily micro-sized even when used as a walking actuator, and as a microactuator. Is expected to be used.

【0024】次に他の実施例を図6〜図9に示す。第1
実施例と同様の部材には同じ番号を付して詳しい説明を
省略する。但し、形状記憶バネはまとめて単にSMAと
表す(第3実施例以降も同様。)。まず、第2実施例を
図6を参照して説明する。シャフト3は摺動軸受21に
よって長手方向に摺動自在に保持されている。そして、
摺動軸受21は、一端がフレーム1に固定された弾性バ
ネ体23により四方から支持されており、上述したシャ
フト3の錐状運動を許容するように構成されている。
Next, another embodiment is shown in FIGS. First
The same members as those in the embodiment are designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted. However, the shape memory springs are collectively referred to simply as SMA (same for the third and subsequent embodiments). First, a second embodiment will be described with reference to FIG. The shaft 3 is held by a sliding bearing 21 so as to be slidable in the longitudinal direction. And
The sliding bearing 21 is supported from four sides by elastic spring bodies 23 whose one end is fixed to the frame 1, and is configured to allow the above-mentioned conical movement of the shaft 3.

【0025】また、支点5を挟み、シャフト3の長手方
向の両側にそれぞれ形状記憶バネSMAを配置してあ
る。従って、同じ側(例えば図6(A)においてフレー
ム1の左側)に配置された形状記憶バネSMAへの通電
により生じる張力で、シャフト3を長手方向に平行移動
させることもできる。従って、図6(A)に二点鎖線で
示すように、支点5からシャフト3の先端までの距離を
変化させることができ、シャフト3先端の周回運動の大
きさ、円運動であればその径を大きくしたり小さくした
りできる。そのため、上述の蟻モデルの場合、脚の長さ
を短くすれば、幅の狭い場所を通過するのに都合が良
い。また、一歩のストロークも変化させることができ
る。
Shape memory springs SMA are arranged on both sides of the shaft 3 in the longitudinal direction with the fulcrum 5 interposed therebetween. Therefore, the shaft 3 can be translated in the longitudinal direction by the tension generated by energizing the shape memory springs SMA arranged on the same side (for example, the left side of the frame 1 in FIG. 6A). Therefore, as shown by the chain double-dashed line in FIG. 6A, the distance from the fulcrum 5 to the tip of the shaft 3 can be changed. Can be increased or decreased. Therefore, in the case of the above-mentioned ant model, if the length of the leg is shortened, it is convenient to pass through a narrow place. Also, the stroke of one step can be changed.

【0026】次に第3実施例について説明する。図7に
示すように、フレーム1が有底の円筒状に形成されてお
り、形状記憶バネSMAはシャフト3とほぼ直交して配
置され、フレーム1の側壁31に固定されている。ま
た、シャフト3は弾性バネ体33を介してフレーム1に
固定されており、上述したシャフト3の錐状運動を許容
するように構成されている。この場合は弾性バネ体33
が支点5となる。この場合、形状記憶バネSMAの長さ
は第1実施例と比べて相対的に短いものでよい。
Next, a third embodiment will be described. As shown in FIG. 7, the frame 1 is formed in a bottomed cylindrical shape, and the shape memory spring SMA is arranged substantially orthogonal to the shaft 3 and fixed to the side wall 31 of the frame 1. The shaft 3 is fixed to the frame 1 via an elastic spring body 33, and is configured to allow the above-mentioned conical movement of the shaft 3. In this case, the elastic spring body 33
Is the fulcrum 5. In this case, the length of the shape memory spring SMA may be relatively shorter than that of the first embodiment.

【0027】次に第4実施例について説明する。図8に
示すように、シャフト3は弾性バネ体43を介してフレ
ーム1に固定されており、弾性バネ体43が支点5とな
る。そして、シャフト3の、支点5から所定距離の位置
に鍔部41を設け、形状記憶バネSMAがシャフト3と
略平行に配置されるよう、形状記憶バネSMAの一端を
鍔部41に固定し、他端をフレーム1に固定してある。
Next, a fourth embodiment will be described. As shown in FIG. 8, the shaft 3 is fixed to the frame 1 via the elastic spring body 43, and the elastic spring body 43 serves as the fulcrum 5. A flange 41 is provided on the shaft 3 at a predetermined distance from the fulcrum 5, and one end of the shape memory spring SMA is fixed to the flange 41 so that the shape memory spring SMA is arranged substantially parallel to the shaft 3. The other end is fixed to the frame 1.

【0028】この場合、形状記憶バネSMAが順番に縮
むことにより、図中に二点鎖線で示すように、鍔部41
を介してシャフト3が支点5を中心として錐状の周回運
動を行なう。この場合も、形状記憶バネSMAの長さは
第1実施例のものと比べて相対的に短いものでよい。
In this case, the shape memory spring SMA is contracted in order, so that the collar portion 41 as shown by the two-dot chain line in the figure.
The shaft 3 makes a conical orbital movement around the fulcrum 5 via the. In this case as well, the length of the shape memory spring SMA may be relatively shorter than that of the first embodiment.

【0029】次に第5実施例を図9を参照して説明す
る。図に示すように、本実施例は、上述の第2実施例と
第4実施例とを組み合わせたものである。シャフト3は
摺動軸受51によって長手方向に摺動自在に保持され、
摺動軸受51は、フレーム1に固定された弾性バネ体5
3により四方から支持されており、シャフト3の錐状運
動を許容する。そして、支点5を挟み、シャフト3の長
手方向の両側の支点5から所定距離の位置に鍔部55を
それぞれ設け、形状記憶バネSMAがシャフト3と略平
行に配置されるよう、形状記憶バネSMAの一端を鍔部
55に固定し、他端をフレーム1に固定したものであ
る。
Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIG. As shown in the figure, this embodiment is a combination of the above-mentioned second and fourth embodiments. The shaft 3 is held slidably in the longitudinal direction by a sliding bearing 51,
The sliding bearing 51 is an elastic spring body 5 fixed to the frame 1.
It is supported from all sides by 3 and allows the conical movement of the shaft 3. Then, with the fulcrum 5 sandwiched between the fulcrums 5 on both sides in the longitudinal direction of the shaft 3, the collar portions 55 are respectively provided, and the shape memory spring SMA is arranged so as to be arranged substantially parallel to the shaft 3. One end is fixed to the collar 55 and the other end is fixed to the frame 1.

【0030】この場合、形状記憶バネSMAの長さは上
述の第2実施例のものと比べて相対的に短いものでよ
い。また本第5実施例では、鍔部55が両側にあり、全
体としては相対的に大きくなるが、鍔部55の慣性モー
メントが増し、フライホイールの役割を果たすことによ
り、周回運動時に、速度変動が少なくなって運動が滑ら
かになるという利点もある。
In this case, the length of the shape memory spring SMA may be relatively shorter than that of the second embodiment. In addition, in the fifth embodiment, the collar portions 55 are provided on both sides and relatively large as a whole, but the moment of inertia of the collar portion 55 increases and the role of the flywheel causes the velocity fluctuation during the orbital movement. There is also an advantage that the movement is reduced and the movement becomes smooth.

【0031】上述した、何れの実施例においても、ギア
やクランク等の直線運動や揺動運動を回転運動に変換す
るための特別な構造を必要とせず、形状記憶合金の変形
−形状回復動作によって、直接的に回転運動等の周回運
動を行わせることができる。以上本発明はこの様な実施
例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱
しない範囲において種々なる態様で実施し得る。例え
ば、上述の実施例では4本の形状記憶バネSMA1〜S
MA4を用いた場合を説明したが、3本以上であれば、
シャフト3に支点5を中心とする錐状の周回運動を行わ
せることができる。また、形状記憶バネSMAの数を多
めにして円周状に配置して、より滑らかな円錐運動を行
わせることもできる。
In any of the above-mentioned embodiments, a special structure for converting linear motions or swing motions of gears and cranks into rotary motions is not required, and the deformation-shape recovery operation of the shape memory alloy is performed. It is possible to directly perform a circular motion such as a rotary motion. The present invention is not limited to the embodiments as described above, and can be implemented in various modes without departing from the gist of the present invention. For example, in the above embodiment, four shape memory springs SMA1 to SMA are used.
The case of using MA4 has been described, but if three or more,
The shaft 3 can be caused to perform a conical orbital movement around the fulcrum 5. Further, a larger number of shape memory springs SMA may be arranged circumferentially to perform a smoother conical movement.

【0032】また、上述の実施例では、形状記憶バネS
MAを、加熱時に記憶された一定の自由長より常温時の
伸張された状態で配置し、加熱して張力を生じるように
したが、逆に、加熱時に記憶された一定の自由長より常
温時の圧縮された状態で配置し、加熱して付勢力を生じ
るようにしてもよい。この場合シャフト3は、加熱され
た形状記憶バネSMAの反対方向に付勢されるだけであ
り、結果的には、上記の実施例と同様の錐状の周回運動
を行なう。
Further, in the above embodiment, the shape memory spring S is used.
The MA is arranged in a stretched state at room temperature from a certain free length stored during heating, so that tension is generated by heating, but conversely, at a room temperature below a certain free length stored during heating. It may be arranged in a compressed state and heated to generate a biasing force. In this case, the shaft 3 is merely biased in the opposite direction of the heated shape memory spring SMA, resulting in a conical orbital movement similar to that of the above-described embodiment.

【0033】さらにまた、形状記憶バネSMAはコイル
状に形成する以外にも、波状に形成する等、形状回復動
作によって全体形状の長さが変化するように形成されて
いれば同様に実施できる。
Further, the shape memory spring SMA may be formed in the same manner as long as it is formed in a wavy shape in addition to the coil shape so long as the length of the entire shape is changed by the shape recovery operation.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上詳述したように本発明の形状記憶合
金アクチュエータによれば形状記憶合金で形成された駆
動体に対して、シャフト周りに順番に通電して加熱して
変形−形状回復を繰り返すことによって、シャフトは、
支点を中心として錐状の周回運動を行う。従って、シャ
フトの先端では円運動等の周回運動を得る事ができ、ギ
アやクランク等の直線運動や揺動運動を回転運動に変換
するための特別な構造を必要とせず、形状記憶合金の変
形−形状回復動作によって、直接的に回転運動等の周回
運動を行わせることができ、マイクロアクチュエータと
しての利用に非常に有効であるという効果を奏する。
As described above in detail, according to the shape memory alloy actuator of the present invention, the driving body formed of the shape memory alloy is sequentially energized and heated around the shaft to deform and recover the shape. By repeating, the shaft
Performs a conical orbital movement around a fulcrum. Therefore, it is possible to obtain a circular motion such as a circular motion at the tip of the shaft, and a special structure for converting linear motion or swing motion such as gear or crank into rotary motion is not required, and deformation of the shape memory alloy -By the shape recovery operation, it is possible to directly perform a circular motion such as a rotary motion, and it is very effective for use as a microactuator.

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

【図1】本発明の第1実施例である形状記憶合金アクチ
ュエータの概略斜視図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view of a shape memory alloy actuator that is a first embodiment of the present invention.

【図2】形状記憶バネへの通電状態を示すタイムチャー
トである。
FIG. 2 is a time chart showing an energized state of a shape memory spring.

【図3】蟻モデルの脚の役割を果たす歩行アクチュエー
タとして利用した場合の概略斜視図である。
FIG. 3 is a schematic perspective view when used as a walking actuator that functions as a leg of an ant model.

【図4】形状記憶合金アクチュエータの変形例を示す概
略斜視図である。
FIG. 4 is a schematic perspective view showing a modified example of the shape memory alloy actuator.

【図5】6本脚の歩行アクチュエータとして利用した場
合の概略斜視図である。
FIG. 5 is a schematic perspective view when used as a six-legged walking actuator.

【図6】(A)は第2実施例の部分破断側面図、(B)
は同じく正面図である。
FIG. 6A is a partially cutaway side view of the second embodiment, and FIG.
Is also a front view.

【図7】第3実施例を示す部分破断斜視図である。FIG. 7 is a partially cutaway perspective view showing a third embodiment.

【図8】第4実施例を示す概略斜視図である。FIG. 8 is a schematic perspective view showing a fourth embodiment.

【図9】第5実施例を示す概略斜視図である。FIG. 9 is a schematic perspective view showing a fifth embodiment.

【図10】従来の形状記憶合金を用いたアクチュエータ
の力学的原理モデルを示す図で、(A)は一方向型、
(B)はバイアス型、(C)は差動型のそれぞれ説明図
である。
FIG. 10 is a diagram showing a mechanical principle model of an actuator using a conventional shape memory alloy, in which (A) is a unidirectional type,
(B) is a bias type and (C) is a differential type.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…フレーム、 3…シャフト、 5…支点、
7…球面軸受 13…駆動回路、 15…制御回路、 21,5
1…摺動軸受、41,55…鍔部、 SMA,S
MA1〜SMA4…形状記憶バネ
1 ... frame, 3 ... shaft, 5 ... fulcrum,
7 ... Spherical bearing 13 ... Drive circuit, 15 ... Control circuit, 21, 5
1 ... Sliding bearing, 41, 55 ... Collar part, SMA, S
MA1 to SMA4 ... Shape memory spring

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 固定側となるフレームに、長手方向の所
定位置を支点とし該支点において転動可能に保持された
シャフトを備え、 形状記憶合金で形成された少なくとも3つの駆動体を、
加熱時に記憶された一定の自由長より常温時の圧縮ある
いは伸張された状態で、その一端は上記シャフト上の上
記支点から所定距離の位置に固定し、他端は上記フレー
ムに固定して放射状に配置し、 上記少なくとも3つの駆動体に対して、上記シャフト周
りに順番に通電して加熱することにより、加熱された駆
動体の記憶された自由長に戻ろうとする張力あるいは付
勢力で上記シャフトがその加熱された駆動体に対応する
方向へ傾けられ、結果として、上記シャフトに上記支点
を中心とする錐状の周回運動を行わせるようにしたこと
を特徴とする形状記憶合金アクチュエータ。
1. A frame, which is a fixed side, is provided with a shaft rotatably held at a predetermined position in the longitudinal direction as a fulcrum, and at least three driving bodies made of a shape memory alloy are provided,
In a state of being compressed or expanded at room temperature from a certain free length stored during heating, one end of the shaft is fixed at a predetermined distance from the fulcrum on the shaft, and the other end is fixed to the frame to be radial. By arranging and heating the at least three driving bodies by sequentially energizing them around the shafts, the shafts are driven by tension or biasing force to return to the stored free length of the heated driving bodies. A shape memory alloy actuator characterized in that it is tilted in a direction corresponding to the heated driving body, and as a result, causes the shaft to perform a conical orbital movement about the fulcrum.
【請求項2】 上記シャフトの、上記支点から所定距離
の位置に鍔部を設け、上記駆動体が上記シャフトと略平
行に配置されるよう、上記駆動体の一端を該鍔部に固定
し、他端を上記フレームに固定したことを特徴とする請
求項1記載の形状記憶合金アクチュエータ。
2. A flange is provided on the shaft at a position a predetermined distance from the fulcrum, and one end of the driver is fixed to the flange so that the driver is arranged substantially parallel to the shaft. The shape memory alloy actuator according to claim 1, wherein the other end is fixed to the frame.
【請求項3】 上記シャフトをその長手方向に摺動可能
に保持すると共に、上記支点を挟み、上記シャフトの長
手方向の両側にそれぞれ上記駆動体を配置し、同じ側に
配置された駆動体への通電により生じる張力あるいは付
勢力で、上記シャフトを長手方向に平行移動させるよう
にしたことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の形
状記憶合金アクチュエータ。
3. The shaft is held slidably in the longitudinal direction thereof, and the driving bodies are arranged on both sides in the longitudinal direction of the shaft with the fulcrum interposed therebetween, and the driving bodies arranged on the same side. The shape memory alloy actuator according to claim 1 or 2, wherein the shaft is translated in the longitudinal direction by a tension or a biasing force generated by the energization.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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