JPH06101626A

JPH06101626A - 熱制御機構を有するアクチュエータ

Info

Publication number: JPH06101626A
Application number: JP4247822A
Authority: JP
Inventors: Noriyoshi Yamauchi; 則義山内; Takamasa Isobe; 隆昌磯部
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 1992-09-17
Filing date: 1992-09-17
Publication date: 1994-04-12

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】形状記憶材料を利用したコンパクト且つ安全
で、しかも消費電力の少ないアクチュエータの提供。【構成】形状記憶材料にて形成された部分を含む作動
部材３０と、この作動部材に接するかまたは近接して配
置され、形状記憶材料にて形成された部分の温度を、そ
の変態温度を通過するようにして上昇または下降させる
ための熱電素子２０と、この熱電素子への通電を行なう
電源供給手段と、前記の温度を検知してその温度信号を
発生する温度センサ５０と、この温度センサからの温度
信号に応答して電源供給手段から熱電素子への通電を制
御するための電源供給制御手段とを備える。【効果】形状記憶材料の形状変化を起こさせる熱源と
して熱電素子を使用するので、加熱及び冷却のコンパク
ト化が達成されると同時に、温度センサと制御部とを付
与したので、加熱及び冷却がそれぞれ過度にならないよ
うにすることができ、供給電力を必要最小に近い範囲で
のコントロールが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、開閉装置、移動装置、
その他の駆動装置の駆動源として使用されるようなアク
チュエータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ある種の金属合金や有機高分子材料で
は、その材料によって定まる変態温度以下で、外力によ
って一旦変形された形状が、変態温度以上に加熱される
と元の形状に回復するという現象が知られている。更に
は、変態温度付近の温度を境にして、それよりも高温側
と低温側に対してその形状が可逆的に変化する、いわゆ
る二方向性の材料もある。これらの材料は、形状記憶合
金、あるいは形状記憶樹脂として知られており、近年そ
の利用法の開発が活発になってきた材料である。

【０００３】一般的には、その形状記憶材料の組成およ
び製造法によって、あらかじめ設定された変態温度以下
で、バイアス力等の外力によって変形されている材料
が、外部の温度変化によって変態温度以上に加熱された
時に、高温で形状記憶されていた元の形状に復元しよう
とする現象を利用するものである。

【０００４】応用例として、油送用等のパイプ継手に利
用する場合には、通常使用される温度以下の変態温度を
有する形状記憶合金を、その変態温度以下でパイプの継
手部分で容易に位置合わせできるように変形させてお
き、位置合わせ組み付け後に、外部温度がその変態温度
以上である通常の使用温度に達した時に、元の形状がパ
イプ径よりも僅かに小さい径である場合に、その形状復
元力が働き、強固にパイプを締め付けて継ぎのばして行
く方法がある。

【０００５】また、一種のアクチュエータとして利用す
る場合には、形状記憶材料の形状回復への復元力を利用
して、設定温度以上になった時に開く窓、あるいは、出
火時の高温で自動的に開く消火用スプリンクラーの弁等
に利用される。さらには、金属合金による形状記憶材料
では、直接通電加熱によって変態温度以上に温度を上昇
させて、その形状復元力を利用するロボット装置なども
開発されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】現在利用され、また応
用法として開発されている場合の多くは、変態温度近傍
の温度を境として、高温側および低温側への温度変換
は、外部環境温度を利用する方法であり、且つ積極的な
温度制御を行なう場合には、合金材料では直接通電によ
る加熱を行なうか、もしくは高温水に接触させるか等の
方法によって、その形状記憶材料を、その変態温度より
も高温状態にし、一方、変態温度よりも低温状態を与え
る場合には、自然の外部温度がその温度になるまで待つ
か、あるいは冷水に接触させる等の方法がとられる。

【０００７】しかしながら、積極的に温度制御を行なう
場合、温水あるいは冷水が用意されていなければならな
かったり、多くの場合、機構的にみてコンパクトな構成
とすることが困難である。加熱する場合には、直接通電
とかコンパクトな外部ヒーターの利用によってコンパク
トな構成を得ることは困難である。また、直接通電によ
る加熱の場合は、加温という点でみれば簡単かつ確実な
方法ではあるが、形状記憶材料と他の部分との全体にわ
たる電気絶縁を確保しなければならないという機構上の
問題が生じやすい。

【０００８】その上、直接通電とか外部ヒータを利用す
る場合でも、できるだけ、そのための消費電力を少なく
することが、近年の電力事情からみても、また、それら
通電素子や外部ヒータ等の耐久性の上からも、要望され
るのに対して、従来、この種のアクチュエータでは、そ
の点の考慮もなされていなかった。

【０００９】本発明の目的は、前述したような従来技術
の問題点を克服し、形状記憶材料を利用したコンパクト
且つ安全で、しかも消費電力の少なくてすむようなアク
チュエータを提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によるアクチュエ
ータは、少なくとも形状記憶材料にて形成された部分を
含む作動部材と、該作動部材に接するかまたは近接して
配置され、前記少なくとも形状記憶材料にて形成された
部分の温度を、その変態温度を通過するようにして上昇
または下降させるための熱電素子と、該熱電素子への通
電を行なう電源供給手段と、前記少なくとも形状記憶材
料にて形成された部分の温度を検知してその温度を表わ
す温度信号を発生する温度センサと、該温度センサから
の温度信号に応答して前記電源供給手段から前記熱電素
子への通電を制御するための電源供給制御手段とを備え
ることを特徴とする。

【００１１】

【実施例】次に、添付図面に基づいて、本発明の実施例
について本発明をより詳細に説明する。

【００１２】本発明によれば、形状記憶材料を利用して
アクチュエータを構成するのに、その形状記憶材料の特
性を有効に利用するために温度を与える手段として、熱
電変換素子を使用し、しかも、その形状記憶材料を必要
以上に加熱したり冷却したりしないように形状記憶材料
の温度を検知して、その検知温度に従って熱電変換素子
への通電を制御する。すなわち、本発明の基本的原理
は、アクチュエータの作動部材の少なくとも一部を構成
する形状記憶材料の温度付与必要部分に接し、または近
接して熱電素子を設置し、その熱電素子に直流電流を通
じることによって生じる熱電素子の温度変化が、その形
状記憶材料への熱供給源となり、その形状記憶材料の温
度付与必要部分の温度も変化せしめる結果として、その
形状記憶材料の特性を発揮させ、しかも、形状記憶材料
の温度を検知する温度センサを設けて、形状記憶材料の
特性を発揮させるに充分な温度以上にその形状記憶材料
を加熱したり冷却したりしないように、熱電素子への通
電を制御しようとするところにある。

【００１３】ここで、本発明に必要な熱電素子は、すで
に種々の分野に応用されており、例えば、ｐ型およびｎ
型半導体の組み合わせによるペルチェ効果を利用した、
いわゆる電子冷却用素子として、高出力電子部品の昇温
抑制用、レーザーダイオードの定温維持用等に用いら
れ、あるいはその熱電能を利用した熱電発電素子として
は、放射性元素を熱源としたもので、惑星間探査衛星の
電源としても用いられ、又、化石燃料を熱源としたもの
では、砂漠等の遠隔地に設置する無人の無線中継器用電
源等にも用いられているものでよい。

【００１４】本発明において使用する熱電素子について
簡単に述べれば、その典型的な構造は、通常、添付図面
の図１に略示するごとくである。この熱電素子の一単位
１０は、図１に示すように、ｎ型半導体１１およびｐ型
半導体１２を一対としたものであるが、実用的には、こ
れら単位熱電素子１０を複数個組み合わせて一つの熱電
素子として使用している。単位熱電素子１０の端面に
は、それぞれ電極１３および１４が形成されており、さ
らに、伝熱体１７および１８が施されている。導電端子
１５および１６には、直流電源１９が接続されるように
なっている。ここですでに公知のごとく、導体端子１５
と導体端子１６との間に、直流電源１９にて直流電圧を
印加して電流ｉを流すと、その電流の方向によって、熱
電素子１０の、例えば、伝熱体１８の面１８Ａが加熱さ
れたり、冷却されたりする。このとき、反対側の伝熱体
１７の面１７Ａは、熱的に面１８Ａとは逆の現象を呈す
る。本発明は、このような熱電素子に直流電流を通じる
ことによって生じる熱電素子の発熱および冷却効果を、
形状記憶材料の熱付与源として、形状記憶材料の形状回
復力を制御し、あるいは形状変化を制御するものであ
る。

【００１５】先ず、本発明のアクチュエータの基本構造
となる具体的構造例について、図２および図３を参照し
て説明する。図２に示すように、この構造例のアクチュ
エータは、例えば、Ｎｉ−Ｔｉ系形状記憶合金のような
形状記憶材料で形成されたバー状の作動部材３０と、こ
の作動部材３０の固定端部３１の両側に接するように配
置された１対の熱電素子１０および２０と、作動部材３
０の自由端３２に一端を接続したバイアスバネ４０と、
熱電素子１０への通電制御手段を構成する直流電源１９
と、熱電素子２０への通電制御手段を構成する直流電源
２９とを備えている。

【００１６】熱電素子１０および２０は、図１に関して
説明したような従来構成のものでよく、例えば、Ｂｉ₂
Ｔｅ₃−Ｓｂ₂Ｔｅ₃系熱電素子で構成される。熱電素
子１０の伝熱体１８の面１８Ａが作動部材３０の固定端
部３１の一方の側面に接しており、熱電素子２０の伝熱
体２８の面２８Ａが作動部材３０の固定端部３１の他方
の側面に接している。形状記憶材料にて形成された作動
部材３０の固定端部３１は、熱電素子１０および２０の
伝熱体の面１８Ａおよび２８Ａが接している部分まで
は、それら熱電素子１０および２０と共に固定されてい
る。ここで、熱電素子１０および２０は、極性が等しい
面１８Ａおよび２８Ａが、形状変化部分Ｐに近接してい
るものとする。

【００１７】作動部材３０を構成する形状記憶材料の形
状記憶材料の形状回復温度をＡｆとすれば、Ａｆ＜Ｔ１
なる温度Ｔ１での形状が図２の如く直線状に伸びている
ものとする。また、一方、変態温度をＭｓとすれば、Ｔ
２＜Ｍｓなる温度Ｔ２での形状が図３の如く、バイアス
バネ４０の偏移力Ｆによって変形されているものとす
る。但し、このとき、Ｍｓ＜Ａｆ、変態時の強度＜バネ
の力Ｆ＜形状回復力、である。

【００１８】すなわち、温度Ｔ１については、Ａｆ＜Ｔ
１の状態が図２に示す状態であり、温度Ｔ２について
は、Ｔ２＜Ｍｓの状態が図３に示す状態である。ところ
で、熱電素子１０および２０は、前述の如く、形状変化
部分Ｐに近接して配置されており、直流電流による発
熱、あるいは冷却効果を示す面は、それら熱電素子１０
および２０ともに、作動部材３０に接する面１８Ａおよ
び２８Ａがその極性を等しくするようになっている。

【００１９】次に、図２および図３に示すように、基本
的に形状記憶材料と熱電素子とで構成されたものの、本
発明に関わる基本的作用について例示する。

【００２０】（作用例１）

【００２１】図２における外界温度Ｔ１がＡｆ＜Ｔ１で
あり、熱電素子１０および２０には電圧がかかていない
時、形状記憶材料の作動部材３０は、図２のように直線
状に伸びた状態にある。ここで、各熱電素子１０および
２０に直流電圧を印加し、電圧印加方向は、各熱電素子
１０および２０が作動部材３０に接する面１８Ａおよび
２８Ａを冷却するような方向（例えば、図２で電流ｉの
方向）であり、かつ、その結果、面１８Ａおよび２８Ａ
が充分冷却され、そこからの吸熱によって作動部材３０
の形状変化部Ｐも、その温度Ｔ２がＴ２＜Ｍｓ（変態温
度）になれば、図２の状態から変形して、バイアスバネ
４０の力によって図３に示すような形状になる。

【００２２】（作用例２）

【００２３】外界温度Ｔ２がＴ２＜Ｍｓであり、熱電素
子１０および２０には電圧がかかっていない時、作動部
材３０は、その形状変化部Ｐがバイアスバネ４０によっ
て図３のように変形した状態にある。ここで、各熱電素
子１０および２０に直流電圧を印加し、電圧印加方向
は、各熱電素子１０および２０が作動部材３０に接する
面１８Ａおよび２８Ａを加熱するような方向、すなわ
ち、前述の「作用例１」とは反対方向であり、かつ、そ
の結果、面１８Ａおよび２８Ａが充分加熱され、そこか
らの熱伝導によって作動部材３０の形状変化部Ｐも、そ
の温度Ｔ１がＡｆ（形状回復温度）＜Ｔ１になれば、図
３の状態から、バイアスバネ４０の力に抗して形状回復
がおこり、いわば本来の形状である図２に示すような直
線状に伸びた形状になる。

【００２４】（作用例３）

【００２５】さらに、本発明における基本的作用例とし
て、作動部材３０を形成する形状記憶材料が、加熱と冷
却に対して自発的な形状変化を示すような、いわゆる二
方向性形状記憶材料である場合について述べる。ここ
で、図２と、図３におけるバイアスバネ４０は、無いも
のとする。この場合に、作動部材３０は、例えば、Ａｆ
＜Ｔ１なる温度Ｔ１の時、図２に示すような直線状に伸
びた形状をとるものとし、かつ、Ｔ２＜Ｍｓなる温度Ｔ
２の時、図３に示すように、形状変化部Ｐにて曲がった
形状をとるものとする。

【００２６】前述したように、熱電素子１０および２０
の面１８Ａおよび２８Ａを加熱、あるいは冷却するよう
に、その方向を変えて直流電圧を印加し、その作動部材
３０の形状変化部Ｐの温度がそれぞれＴ１あるいはＴ２
となるようにすれば、作動部材３０の形状は、バイアス
バネが無い場合でも、電流の向きを変えるだけで、可逆
的にそれぞれ図２、あるいは図３に示す形状をとること
ができるようになる。

【００２７】（作用例４）

【００２８】前述の「作用例３」と同様に、作動部材３
０を形成する形状記憶材料が二方向性形状記憶材料であ
る場合で、前述の「作用例３」とは反対に、Ａｆ＜Ｔ１
なる温度Ｔ１の時、図３のように形状変化部Ｐにて曲が
った形状をとり、かつ、Ｔ２＜Ｍｓなる温度Ｔ２の時、
図２のように形状変化部Ｐは、直線状の形状をとるよう
に、あらかじめ加工が施されている場合、熱電素子１０
および２０の面１８Ａおよび２８Ａを加熱、あるいは冷
却するようにその方向を変えて直流電圧を印加し、作動
部材３０の形状変化部Ｐの温度がそれぞれＴ１、あるい
はＴ２となるようにすれば、その作動部材３０の形状
は、バイアスバネ４０が無い場合も、電流の向きを変え
るだけで、可逆的に変化させることができるが、この場
合は、前述の「作用例３」とは逆に、高温時（Ｔ１）に
図３のように形状変化部Ｐにて曲がった状態をとり、低
温時（Ｔ２）に図２のように形状変化部Ｐが直線状の状
態をとるものである。

【００２９】前述したように、本発明のアクチュエータ
の基本構造では、アクチュエータとして動作する形状記
憶材料の形状変化部に接して、または近接して配置され
た熱電素子に直流電流を通じ、その電流方向によってそ
の熱電素子が形状記憶材料に接し、又は近接する側の面
を、発熱又は吸熱させることによりその形状記憶材料の
形状変化を制御するというものである。ここで、熱電素
子の一方の面を必要以上に発熱又は吸熱させることは、
使用電力をも必要以上に消費することになり、省エネル
ギー的にも耐久性の上からも望ましくないと考えられ
る。従って、必要最小限の電力にて必要温度範囲を維持
させることが望ましい。

【００３０】本発明は、前述した如く、必要温度範囲を
維持するために、図２および図３に示し前述したような
基本構造のものに対して、温度制御の必要な部分に温度
センサを配置し、その温度信号を受けて、熱電素子に対
して必要最小限の電力を与えるための制御回路を設ける
ものである。

【００３１】図４は、本発明の一実施例としてのアクチ
ュエータの構成を示す概略図である。図４の実施例のア
クチュエータは、図２と比較すると明らかなように、図
２の基本構造のものに、温度センサ５０を配置し、この
温度センサ５０からの温度信号により通電手段を制御す
るようにした以外、図２および図３に関して説明したも
のと同じ構造で同じように作動するものであるので、そ
れら同じ部分については繰り返し詳述しない。

【００３２】次に、図４のアクチュエータの構成および
作動について、特に、温度センサ５０による通電制御の
部分について詳述する。図４に示されるように、温度セ
ンサ５０は、作動部材３０を形成する形状記憶材料の形
状変化部Ｐに接するようにして配置されている。ここ
で、作動部材３０を形成する形状記憶材料の温度が形状
回復温度Ａｆ以上であるとき、図４のように、作動部材
３０は、バイアスバネ４０の偏移力Ｆに抗して直線的に
伸びているものとし、温度を変態終了温度Ｍｓ以下まで
下げていったとき、その作動部材３０は、バイアスバネ
４０の偏移力Ｆによって、形状変化部Ｐにおいて、図３
のように曲げられるものとする。このとき、前述したよ
うに、形状記憶材料とバイアスバネとの関係は、変態時
の強度＜バイアスバネの力＜形状回復力、である。

【００３３】次に、本発明における温度センサ５０の作
用について詳述する。熱電素子１０および２０に通電す
る電流の向きが形状記憶材料の形状変化部を冷却する方
向へ、すなわち、熱電素子が形状記憶材料の形状変化部
に対して近接側である面を冷却する方向へ、熱電素子に
電流を通じ、その結果、形状変化部Ｐの温度が変態終了
温度Ｍｓ以下になった場合には、バイアスバネ４０によ
ってその形状変化部Ｐは曲げられるが、その必要温度条
件Ｍｓになった後は、本発明によれば、その温度よりも
高温にはならない程度に熱電素子１０および２０に電力
を供給するのみとし、それにより、必要以上に過度の低
温（≪Ｍｓ）にはならないようにする。すなわち、形状
記憶材料の形状変化部Ｐに接して配置した温度センサ５
０からの温度信号により、熱電素子１０および２０に供
給する電力を必要最小限に制御するのである。

【００３４】前述した場合は、変態終了温度以下に冷却
してその形状記憶材料をバイアスバネの力で変形させた
ものであるが、逆に、このアクチュエータの周囲温度が
低くて、熱電素子への電力供給がなくても形状変化部が
前述の温度Ｍｓ以下であって、その形状変化部も当然バ
イアスバネによって曲げられている時に、アクチュエー
タとしての必要上、その形状変化部の曲がりを直線状に
伸ばし、かつ維持しようとする場合には、熱電素子１０
および２０には、前述した場合とは反対向きに電流を通
じ、その形状変化部に対しての近接側である面を加熱し
て、形状回復温度Ａｆ以上にしなければならない。この
ような場合には、温度設定をして温度センサ５０からの
温度信号が温度Ａｆ以上を示すまで上昇した後、必要以
上には高温（Ａｆ≪）にならないように、温度センサ５
０からの信号によって、熱電素子１０および２０への電
力供給を必要最小限に制御することになる。

【００３５】すなわち、本発明においては、温度設定を
可能とすると同時に、設定温度に対してその温度を最低
温度とする場合と、最高温度とする場合との、両方の場
合での制御が可能な制御回路を設け、かつ、温度検知の
ための温度センサ５０を必要部分に配置することによっ
て、少ない消費エネルギーの下でアクチュエータを動作
させるようにしている。

【００３６】図５は、図４に示したアクチュエータの温
度センサ５０による熱電素子１０および２０への電力供
給の制御回路の詳細を示している。図５に示すように、
熱電素子１０および２０によって加熱または冷却される
作動部材３０の形状変化部に接して配置された温度セン
サ５０からのその形状変化部の温度を表わす温度信号
は、リード線５１を通して、増幅器５２に加えられる。
制御部６０は、必要に応じて最高温度、または最低温度
としての温度を設定する。温度センサ５０からの温度信
号は、増幅器５２を通して制御部６０に入力される。そ
して、温度センサ５０からの温度信号は、制御部６０に
おける設定温度と比較され、形状記憶材料の形状変化部
を冷却、または加熱するための熱電素子１０および２０
への電力供給を制御するための制御信号が、その制御部
６０から出力される。

【００３７】さらに、具体的に例示すれば、次のように
作動する。すなわち、アクチュエータの周囲温度が高く
て形状記憶材料の形状回復温度Ａｆ以上であり、形状記
憶材料３０は、バイアスバネ４０に抗して、図４の如
く、直線的に伸びている時、必要により形状記憶材料３
０をバイアスバネ４０によって曲げなければならない場
合には、その形状記憶材料の形状変化部Ｐを、その変態
終了温度Ｍｓ以下まで冷却する必要がある。このとき、
制御部６０に入力する設定温度は、Ｍｓ−αであり、制
御条件は、Ｔ≦（Ｍｓ−α）となる。ここで、 α；アクチュエータの使用環境及びシステムの時定数に
より設定するＴ；温度センサ５０により検知される温度である。

【００３８】この設定条件の下で、Ｔが（Ｍｓ−α）よ
り高温になれば、制御部６０からの信号は、直流電源１
９および２９を含む電源供給部７０のスイッチ７１を、
熱電素子１０および２０が形状記憶材料３０の形状変化
部Ｐを冷却できるような通電の向きとなるような位置へ
投入させることにより、熱電素子１０および２０への電
力供給を開始させる。その結果として、Ｔ≦（Ｍｓ−
α）となるまで冷却されれば、制御部６０からの信号
は、スイッチ７１を開くことにより、熱電素子１０およ
び２０への電力供給を終了させる。このように、熱電素
子１０および２０に供給される電力の断続が繰り返され
ながら、形状記憶材料３０の形状変化部Ｐは、目的どお
りバイアスバネ４０によって曲がったままの状態を維持
することができるものである。そして、このような供給
電力のコントロールによって、必要最小限の電力消費と
することができるのである。

【００３９】また、温度制御条件をＴ≦（Ｍｓ−α）の
かわりに（Ｍｓ−β）≦Ｔ≦（Ｍｓ−α）としてもよ
い。ただし、α＜βである。このとき、温度Ｔは、ほぼ
（Ｍｓ−β）と（Ｍｓ−α）の間で維持される。さら
に、制御部６０における制御法としては、ＰＩＤ制御法
により熱電素子に対する供給電力量を連続的に増減させ
ることもできる。

【００４０】以上の例は、冷却時の場合であるが、逆
に、加熱時の場合は、すなわち、形状記憶材料の形状回
復時の形状にせしめ、かつ維持するためには、その温度
制御条件を（Ａｆ＋α）≦Ｔ、あるいは、（Ａｆ＋α）
≦Ｔ≦（Ａｆ＋β）とする。ただし、α＜βである。

【００４１】なお、温度センサ５０としては、金属熱電
対やＮＴＣサーミスタなど、目的、コストに応じて具体
的設計時に選択できる。また、形状記憶材料の形状変化
部を冷却する場合と加熱する場合とは、当然ながら、熱
電素子に供給する電力、すなわち、印加する直流電圧の
方向を逆向きにしなければならない。

【００４２】本発明によって温度センサを設けた構成例
について前述した例は、作動部材３０を形成する形状記
憶材料が、形状の記憶状態としては、温度の高低に関し
て一方向性を有する場合であった。すなわち、前述した
「作用例１」や「作用例２」の場合のように、あらかじ
め記憶処理された形状は、その材料によって決まるある
温度Ａｆより低い温度で、かつその材料によって決まる
ある温度Ａｆ以上にてその形状が回復され、またはその
形状への回復力が働き、一方、温度Ａｆより低い温度
で、かつその材料によって決まるある温度Ｍｓ以下にて
結晶変態が終了する結果として、形状回復時よりも極端
にその強度が低い状態となるものであり、このため、前
述の温度Ｍｓ以下では外部からのバイアス力によって容
易に変形されるものである。

【００４３】しかし、前述した「作用例３」や「作用例
４」におけるように、形状記憶材料には温度の高低に関
して、いわゆる二方向性を有するものも知られている。
すなわち、前述の温度Ａｆ以上で形状を回復するととも
に、前述の温度Ｍｓ以下にてもあらかじめ条件付けられ
た形状、しかも温度Ａｆ以上の温度時に示す形状とは別
の形状を示す材料、及びその形状へ向かう力が生じる材
料もある。このような材料は、通常、一方向性材料に、
前述の温度Ｍｓ以下の温度にて強加工処理を施して得ら
れる。そして、当然ながら、本発明は、このような二方
向性を有する形状記憶材料を作動部材として用いる場合
にも適応するものである。

【００４４】以上、本発明の基本的作用について述べた
が、本発明の本質は、形状記憶材料が有する形状回復
力、形状変化特性を発揮させ、かつ利用するために与え
る温度付与の方法として、熱電変換素子の直流電圧印加
による発熱及び冷却効果を用いるというものである。従
って、本発明の本質の範囲内で様々な具体的利用方法が
選択され、形状記憶材料としては、前述の説明にて例示
したような形状記憶合金のほかに、形状記憶樹脂として
の有機高分子材料などが利用でき、熱電変換素子として
は、同じく前述の説明にて例示したＢｉ₂Ｔｅ₃−Ｓｂ
₂Ｔｅ₃系熱電素子のほかに、さまざまな熱電変換素子
を利用することが可能である。また、利用する目的に応
じて形状記憶材料の形状回復温度と変態温度を選択し、
かつ、その形状記憶材料の温度特性にあわせて、それと
組み合わせる熱電素子の発熱量、あるいは冷却能力を選
択することができる。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、形状記憶材料の形状回
復力、あるいは形状変化特性を利用する様々な駆動シス
テムや各種応用分野において、その熱源として熱電素子
を使用することによって、加熱及び冷却のコンパクト化
が達成されると同時に、温度センサと制御部とを付与し
たので、加熱および冷却がそれぞれの場合に過度になら
ないようにすることができ、供給電力を必要最小に近い
範囲でのコントロールが可能となり、省エネルギー効果
を達成することができ、また、各素子の耐久性も増すこ
とができる。

【００４６】また、本発明のアクチュエータは、コンパ
クトにまとめることができるので、従来スペース的に設
置が困難であった場所にも駆動部として設置することが
でき、さらにまた、雑音源にもなりやすい回転モーター
に代えて、コンパクト化を兼ねて雑音源とはならない駆
動部としも使用できるなど、様々かつ有益な応用が可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアクチュエータにおいて使用する熱電
変換素子の例を説明するための概略図である。

【図２】本発明のアクチュエータの基本構造となる具体
的構造例のある状態における構成および作用を説明する
ための概略図である。

【図３】本発明のアクチュエータの基本構造となる具体
的構造例の別の状態における構成および作用を説明する
ための概略図である。

【図４】本発明の一実施例としてのアクチュエータの構
成を示す概略図である。

【図５】図４に示したアクチュエータの温度センサによ
る熱電素子への電力供給の制御回路の詳細を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０熱電素子１１ｎ型半導体１２ｐ型半導体１３電極１４電極１５導電端子１６導電端子１７伝熱体１７Ａ面１８伝熱体１８Ａ面１９直流電源２０熱電素子２８伝熱体２８Ａ面２９直流電源３０作動部材３１固定端部３２自由端Ｐ形状変化部４０バイアスバネ５０温度センサ５１リード線５２増幅器６０制御部７０電源供給部７１スイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも形状記憶材料にて形成された
部分を含む作動部材と、該作動部材に接するかまたは近
接して配置され、前記少なくとも形状記憶材料にて形成
された部分の温度を、その変態温度を通過するようにし
て上昇または下降させるための熱電素子と、該熱電素子
への通電を行なう電源供給手段と、前記少なくとも形状
記憶材料にて形成された部分の温度を検知してその温度
を表わす温度信号を発生する温度センサと、該温度セン
サからの温度信号に応答して前記電源供給手段から前記
熱電素子への通電を制御するための電源供給制御手段と
を備えることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】前記形状記憶材料は、金属合金系または
有機高分子系である請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項３】前記温度センサは、前記少なくとも形状
記憶材料にて形成された部分の形状変化部に直接接し、
又は該形状変化部の温度を実質的に検知できる位置に配
置される請求項１または２記載のアクチュエータ。