JPH06339887A - アクチュエータ、並びにそれを用いた多関節手、温度スイッチ、過電流スイッチ、回路切替スイッチ - Google Patents
アクチュエータ、並びにそれを用いた多関節手、温度スイッチ、過電流スイッチ、回路切替スイッチInfo
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- JPH06339887A JPH06339887A JP15415993A JP15415993A JPH06339887A JP H06339887 A JPH06339887 A JP H06339887A JP 15415993 A JP15415993 A JP 15415993A JP 15415993 A JP15415993 A JP 15415993A JP H06339887 A JPH06339887 A JP H06339887A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 長尺肉薄でかつ丸線と同一重量比で比較した
時の作動力が大きい形状記憶合金管を用いて、構造が簡
単で変位の大きいアクチュエータ並びに多関節手や各種
スイッチを形成する。 【構成】 互いに分離した側面がＴ字形の形状で、上面
が長方形をし直列に並んだ把持部材３と、把持部材３の
Ｔ字の上部を通常ばねの形状復帰ばね２で連結し、把持
部材３のＴ字の下部を貫通し把持部材３を連結する形状
記憶合金管１とからなり、形状記憶合金管１の内部に温
液を流した時は内側にわん曲し、冷液を流した時には伸
長するよう形状記憶した形状記憶合金管を用いて多関節
動作を行うアクチュエータとする。
時の作動力が大きい形状記憶合金管を用いて、構造が簡
単で変位の大きいアクチュエータ並びに多関節手や各種
スイッチを形成する。 【構成】 互いに分離した側面がＴ字形の形状で、上面
が長方形をし直列に並んだ把持部材３と、把持部材３の
Ｔ字の上部を通常ばねの形状復帰ばね２で連結し、把持
部材３のＴ字の下部を貫通し把持部材３を連結する形状
記憶合金管１とからなり、形状記憶合金管１の内部に温
液を流した時は内側にわん曲し、冷液を流した時には伸
長するよう形状記憶した形状記憶合金管を用いて多関節
動作を行うアクチュエータとする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は形状記憶合金の細管を用
い、細管内に通す液体の液温を変えるか、又は細管の外
周に接して取りつけた加熱部材により、形状記憶合金細
管の加熱と冷却とにより、形状記憶合金の細管が予め記
憶していた形状に変形させて作動するよう構成したアク
チュエータ、並びにそれを用いた多関節手、温度スイッ
チ、過電流スイッチ、回路切替スイッチに関する。
い、細管内に通す液体の液温を変えるか、又は細管の外
周に接して取りつけた加熱部材により、形状記憶合金細
管の加熱と冷却とにより、形状記憶合金の細管が予め記
憶していた形状に変形させて作動するよう構成したアク
チュエータ、並びにそれを用いた多関節手、温度スイッ
チ、過電流スイッチ、回路切替スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、物体を変位させて作動するアクチ
ュエータは、電流が作る磁界と永久磁石が作る磁界によ
る作用と反作用、或は２つのコイルに流れる電流が作る
磁界による作用と反作用により物体を連動させてアクチ
ュエータを形成するか、圧縮空気をシリンダに送り、シ
リンダの往復運動をてこや歯車により物体の位置を変位
させてアクチュエータを形成している。例えば温度変化
に応動し作動するアクチュエータでは温度の検知装置と
これらのアクチュエータを組合せ構成していた。しかし
従来のアクチュエータにおいて、圧縮空気を利用するも
のでは空気を圧縮するポンプが必要であり、物体を変位
する機構として歯車や、カム、レバー等を必要とし形状
が大きくなること、一方電磁力を利用するものでは小形
で大きな出力と変位が得られるが、変位する部分毎にモ
ータ等を必要とし構造が複雑になり高価になると云う問
題と、電磁力を利用した機構を駆動する際には大きな電
流と電圧を必要とし、これらのアクチュエータの他に温
度や圧力等を検知するためのセンサ装置を別途に必要と
し、装置は大きなものとなりかつ高価になると云う問題
があった。
ュエータは、電流が作る磁界と永久磁石が作る磁界によ
る作用と反作用、或は２つのコイルに流れる電流が作る
磁界による作用と反作用により物体を連動させてアクチ
ュエータを形成するか、圧縮空気をシリンダに送り、シ
リンダの往復運動をてこや歯車により物体の位置を変位
させてアクチュエータを形成している。例えば温度変化
に応動し作動するアクチュエータでは温度の検知装置と
これらのアクチュエータを組合せ構成していた。しかし
従来のアクチュエータにおいて、圧縮空気を利用するも
のでは空気を圧縮するポンプが必要であり、物体を変位
する機構として歯車や、カム、レバー等を必要とし形状
が大きくなること、一方電磁力を利用するものでは小形
で大きな出力と変位が得られるが、変位する部分毎にモ
ータ等を必要とし構造が複雑になり高価になると云う問
題と、電磁力を利用した機構を駆動する際には大きな電
流と電圧を必要とし、これらのアクチュエータの他に温
度や圧力等を検知するためのセンサ装置を別途に必要と
し、装置は大きなものとなりかつ高価になると云う問題
があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は形状記憶合金
の細管を用い、形状記憶合金が持つ形状記憶特性を示す
マルテンサイトの逆変態に伴う形状回復および形状回復
力を利用して、マルテンサイト状態に於ける形状回復を
行うための形状復帰ばねを組合せ、形状記憶合金管内を
温液による加熱と冷液による冷却との組合せにより形状
記憶合金管を変位させアクチュエータを形成するか、筒
状に形成した形状記憶合金管の外周に形状記憶合金管を
形状変形させる外部から供給する熱源を組合せ、センサ
部分と駆動部分とが一体で形成されたアクチュエータと
それを用いた装置を構成するもので、構造が簡単で信頼
性の高い新規なアクチュエータと、並びに該アクチュエ
ータを用いた多関節手、温度スイッチ、過電流スイッ
チ、回路切替スイッチを提供するにある。
の細管を用い、形状記憶合金が持つ形状記憶特性を示す
マルテンサイトの逆変態に伴う形状回復および形状回復
力を利用して、マルテンサイト状態に於ける形状回復を
行うための形状復帰ばねを組合せ、形状記憶合金管内を
温液による加熱と冷液による冷却との組合せにより形状
記憶合金管を変位させアクチュエータを形成するか、筒
状に形成した形状記憶合金管の外周に形状記憶合金管を
形状変形させる外部から供給する熱源を組合せ、センサ
部分と駆動部分とが一体で形成されたアクチュエータと
それを用いた装置を構成するもので、構造が簡単で信頼
性の高い新規なアクチュエータと、並びに該アクチュエ
ータを用いた多関節手、温度スイッチ、過電流スイッ
チ、回路切替スイッチを提供するにある。
【０００４】
【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、形状記憶合金管を用いるもので、形状記憶合金
管を逆変態以上の温度になった時にはアクチュエータと
して作動する形状に予め形状記憶処理を施しておき管の
内径内を通す液温を変えてアクチュエータを作動するよ
う構成するか、形状記憶合金管の外周に密接した加熱部
材により加熱して予め形状記憶処理を施して記憶した形
状に復帰させ、アクチュエータとして作動させるもので
ある。本発明による形状記憶合金管は本発明と同一出願
人による平成４年特許願第１３３３８２号にもとづき作
られたもので、継ぎ目が無く長さ方向に連続して作られ
た形状記憶合金管を用いたものであるので、管の内部を
通して液体等を流せること、又内部が中空であるので同
じ外径寸法の時は重量比で比較すると従来の線を用いた
場合に比べて２倍以上の力が得られる特徴を有するこ
と、従って本発明による形状記憶合金管を用いたアクチ
ュエータとすることにより、従来の形状記憶合金の線を
用いたこの種のアクチュエータに比べて軽量化出来、又
肉厚が薄いので熱に対する応答性が速くなる等の特徴を
有する。
ータは、形状記憶合金管を用いるもので、形状記憶合金
管を逆変態以上の温度になった時にはアクチュエータと
して作動する形状に予め形状記憶処理を施しておき管の
内径内を通す液温を変えてアクチュエータを作動するよ
う構成するか、形状記憶合金管の外周に密接した加熱部
材により加熱して予め形状記憶処理を施して記憶した形
状に復帰させ、アクチュエータとして作動させるもので
ある。本発明による形状記憶合金管は本発明と同一出願
人による平成４年特許願第１３３３８２号にもとづき作
られたもので、継ぎ目が無く長さ方向に連続して作られ
た形状記憶合金管を用いたものであるので、管の内部を
通して液体等を流せること、又内部が中空であるので同
じ外径寸法の時は重量比で比較すると従来の線を用いた
場合に比べて２倍以上の力が得られる特徴を有するこ
と、従って本発明による形状記憶合金管を用いたアクチ
ュエータとすることにより、従来の形状記憶合金の線を
用いたこの種のアクチュエータに比べて軽量化出来、又
肉厚が薄いので熱に対する応答性が速くなる等の特徴を
有する。
【０００５】本発明の実施例によるアクチュエータは室
温において作動使用するものであるので、主成分として
ニッケル（Ｎｉ）が４９．０原子％ないし５１原子％、
残チタン（Ｔｉ）からなる形状記憶合金管を用い、逆変
態点が６０℃程であるＮｉが５０．０原子％残ＴｉのＮ
ｉ−Ｔｉ系形状記憶合金を用いる。又オーステナイト相
において形状が記憶された形状に変形し、マルテンサイ
ト・オーステナイト変態点以下のマルテンサイト相にす
る時の形状復帰は、ピアノ線等の通常のばね材からなる
形状復帰ばねを組合せ用いる。
温において作動使用するものであるので、主成分として
ニッケル（Ｎｉ）が４９．０原子％ないし５１原子％、
残チタン（Ｔｉ）からなる形状記憶合金管を用い、逆変
態点が６０℃程であるＮｉが５０．０原子％残ＴｉのＮ
ｉ−Ｔｉ系形状記憶合金を用いる。又オーステナイト相
において形状が記憶された形状に変形し、マルテンサイ
ト・オーステナイト変態点以下のマルテンサイト相にす
る時の形状復帰は、ピアノ線等の通常のばね材からなる
形状復帰ばねを組合せ用いる。
【０００６】即ち本発明は、 １．予め形状記憶処理を施した形状記憶合金管と通常ば
ね材を用いた形状復帰ばねとを機械的に一体に組合せ、
前記形状記憶合金管内に加温又は冷却した液体を流通す
るか、表面に加熱部材を密接するか、又は形状記憶合金
管内に設けた発熱体の発熱等の加熱と冷却の手段とを用
いることにより、形状の変形と復帰を行うよう構成した
ことを特徴とするアクチュエータである。
ね材を用いた形状復帰ばねとを機械的に一体に組合せ、
前記形状記憶合金管内に加温又は冷却した液体を流通す
るか、表面に加熱部材を密接するか、又は形状記憶合金
管内に設けた発熱体の発熱等の加熱と冷却の手段とを用
いることにより、形状の変形と復帰を行うよう構成した
ことを特徴とするアクチュエータである。
【０００７】２．前述したクチュエータにおいて、形状
記憶合金管は先端をＵ字形管で連結した平行往復する形
状記憶合金管からなることを特徴とするアクチュエータ
である。
記憶合金管は先端をＵ字形管で連結した平行往復する形
状記憶合金管からなることを特徴とするアクチュエータ
である。
【０００８】３．前述したアクチュエータにおいて、形
状記憶合金管は１本の形状記憶合金管の内径内に液体を
送る細管を設けてなることを特徴とするアクチュエータ
である。
状記憶合金管は１本の形状記憶合金管の内径内に液体を
送る細管を設けてなることを特徴とするアクチュエータ
である。
【０００９】４．直列に並べ互いに分離した複数個の側
面がＴ字形で上面が長方形をした把持部材と、前記把持
部材のＴ字形の上部で複数の把持部材を連接する通常ば
ねと、把持部材のＴ字の下部を貫通し連結する内径内を
往復する液体を流通する予め形状記憶処理を施した形状
記憶合金管とからなり、形状記憶合金管内に流れる液温
により把持部材を間にして関節が折れ曲がるように作動
し、又伸長する多関節動作を行うよう構成したことを特
徴とするアクチュエータである。
面がＴ字形で上面が長方形をした把持部材と、前記把持
部材のＴ字形の上部で複数の把持部材を連接する通常ば
ねと、把持部材のＴ字の下部を貫通し連結する内径内を
往復する液体を流通する予め形状記憶処理を施した形状
記憶合金管とからなり、形状記憶合金管内に流れる液温
により把持部材を間にして関節が折れ曲がるように作動
し、又伸長する多関節動作を行うよう構成したことを特
徴とするアクチュエータである。
【００１０】５．複数個の多関節動作を行うアクチュエ
ータと、該アクチュエータ毎に配置された温液と冷液の
供給を制御する３方弁と、該３方弁の動作順序を制御す
るプログラムコントローラと、３方弁に温液と冷液を供
給するポンプに供給する温液槽と冷液槽とにより構成さ
れ制御してなることを特徴とする多関節手である。
ータと、該アクチュエータ毎に配置された温液と冷液の
供給を制御する３方弁と、該３方弁の動作順序を制御す
るプログラムコントローラと、３方弁に温液と冷液を供
給するポンプに供給する温液槽と冷液槽とにより構成さ
れ制御してなることを特徴とする多関節手である。
【００１１】６．形状記憶処理を施した形状記憶合金管
と該形状記憶合金管内の内径内に電気絶縁フィルムを介
挿して形状復帰ばねを一体に成形した導体を挿入し、前
記導体先端の面に設けた接点と、該接点に対向する接点
を設けた導体により周囲温度を昇温又は降下させ、前記
対向する接点を開閉するように形成してなる温度スイッ
チ及び過電流スイッチである。
と該形状記憶合金管内の内径内に電気絶縁フィルムを介
挿して形状復帰ばねを一体に成形した導体を挿入し、前
記導体先端の面に設けた接点と、該接点に対向する接点
を設けた導体により周囲温度を昇温又は降下させ、前記
対向する接点を開閉するように形成してなる温度スイッ
チ及び過電流スイッチである。
【００１２】７．形状記憶処理を施した形状記憶合金管
の内径内に同心円状に配置した形状復帰ばねと該形状復
帰ばねの内径の中心に光ファイバを挿通して、空隙を間
に対向する２つの光ファイバを配置して周囲温度の昇温
と降下により、前記対向する光ファイバ間の光の伝達を
オン・オフするよう形成してなることを特徴とする温度
スイッチである。
の内径内に同心円状に配置した形状復帰ばねと該形状復
帰ばねの内径の中心に光ファイバを挿通して、空隙を間
に対向する２つの光ファイバを配置して周囲温度の昇温
と降下により、前記対向する光ファイバ間の光の伝達を
オン・オフするよう形成してなることを特徴とする温度
スイッチである。
【００１３】８．表面上に加熱部材を密接した形状記憶
処理を施した形状記憶合金管の内径内に、電気絶縁フィ
ルムを介挿して形状復帰ばねと一体に成形した導体を挿
入し、前記導体面の先端対向両面に接点を取りつけ、該
接点に対向して離れた２つの位置に、前記接点に対向し
て接点を取りつけた２つの導体とにより加熱部材を加
熱、冷却するよう構成してなることを特徴とする回路切
替スイッチである。
処理を施した形状記憶合金管の内径内に、電気絶縁フィ
ルムを介挿して形状復帰ばねと一体に成形した導体を挿
入し、前記導体面の先端対向両面に接点を取りつけ、該
接点に対向して離れた２つの位置に、前記接点に対向し
て接点を取りつけた２つの導体とにより加熱部材を加
熱、冷却するよう構成してなることを特徴とする回路切
替スイッチである。
【００１４】
【作用】本発明によるアクチュエータは形状記憶合金管
を用いたアクチュエータであるので管の内部にアクチュ
エータとして作動させる液体を流通することが出来構造
が簡単になること、又管であるため肉厚が薄く、形状記
憶合金に加わる熱の伝導が速く従ってアクチュエータと
しての動作が速くなる。一方肉厚は薄いが、板状の溝板
ではなく管状であるので、重量が軽くてもマルテンサイ
ト相からオーステナイト相に変形する記憶された形状に
復帰する時の力も、マルテンサイト相の時の３倍ないし
５倍も大きいと云う特徴を有し、変位作動する時のアク
チュエータとしての作動力も大きなものになる。
を用いたアクチュエータであるので管の内部にアクチュ
エータとして作動させる液体を流通することが出来構造
が簡単になること、又管であるため肉厚が薄く、形状記
憶合金に加わる熱の伝導が速く従ってアクチュエータと
しての動作が速くなる。一方肉厚は薄いが、板状の溝板
ではなく管状であるので、重量が軽くてもマルテンサイ
ト相からオーステナイト相に変形する記憶された形状に
復帰する時の力も、マルテンサイト相の時の３倍ないし
５倍も大きいと云う特徴を有し、変位作動する時のアク
チュエータとしての作動力も大きなものになる。
【００１５】
【実施例】本発明の実施例について図面を用い説明す
る。
る。
【００１６】（実施例１）図１は形状記憶合金管１と形
状復帰ばね２にピアノ線を用い、間に樹脂製の把持部材
３を用い構成したアクチュエータで、図１の（ａ）は側
面図、図１の（ｂ）は平面図、図１の（ｃ）はアクチュ
エータを作動した時の側面図であり、本実施例では形状
記憶合金管１はアクチュエータの先端でＵ字形の管によ
り接続された２本の形状記憶合金管の細管を使用してお
り、アクチュエータの複数個の把持部材３を形状記憶合
金の細管が貫通しており、形状記憶合金管の内部に温
水、冷水を通し、６０℃以上の温水が流れた時にはオー
ステナイト相となり図１の（ｃ）に示す予め記憶された
形状に変形してアクチュエータとして作動する。
状復帰ばね２にピアノ線を用い、間に樹脂製の把持部材
３を用い構成したアクチュエータで、図１の（ａ）は側
面図、図１の（ｂ）は平面図、図１の（ｃ）はアクチュ
エータを作動した時の側面図であり、本実施例では形状
記憶合金管１はアクチュエータの先端でＵ字形の管によ
り接続された２本の形状記憶合金管の細管を使用してお
り、アクチュエータの複数個の把持部材３を形状記憶合
金の細管が貫通しており、形状記憶合金管の内部に温
水、冷水を通し、６０℃以上の温水が流れた時にはオー
ステナイト相となり図１の（ｃ）に示す予め記憶された
形状に変形してアクチュエータとして作動する。
【００１７】一方、形状記憶合金管が６０℃以下のマル
テンサイト相になるとピアノ線を用いた形状復帰ばね２
により、図１の（ａ）の形状に復帰する。形状復帰ばね
２は図１の（ａ）では複数個の把持部材１３の間に取付
けた構造であるが、把持部材３を貫通した連続した線で
あってもよい。形状記憶合金管と形状復帰ばねは把持部
材と互いに固着されている。
テンサイト相になるとピアノ線を用いた形状復帰ばね２
により、図１の（ａ）の形状に復帰する。形状復帰ばね
２は図１の（ａ）では複数個の把持部材１３の間に取付
けた構造であるが、把持部材３を貫通した連続した線で
あってもよい。形状記憶合金管と形状復帰ばねは把持部
材と互いに固着されている。
【００１８】本発明の実施例ではニッケル（Ｎｉ）の値
が５０．０原子％の逆変態点がほぼ６０℃付近のＮｉ−
Ｔｉ系形状記憶合金の細管を用いており、アクチユエー
タは室温では図１の（ａ）に示す直線状をしているが、
６０℃以上の温度で温度差の大きい温液を通す時、例え
ば９０℃以上の温度の液体を形状記憶合金管に通す時、
アクチュエータは図１の（ｃ）の形状に直ちに変形す
る。
が５０．０原子％の逆変態点がほぼ６０℃付近のＮｉ−
Ｔｉ系形状記憶合金の細管を用いており、アクチユエー
タは室温では図１の（ａ）に示す直線状をしているが、
６０℃以上の温度で温度差の大きい温液を通す時、例え
ば９０℃以上の温度の液体を形状記憶合金管に通す時、
アクチュエータは図１の（ｃ）の形状に直ちに変形す
る。
【００１９】図１に於て、形状記憶合金管１内に液体を
通す例としては、図２の（ａ）に示す形状記憶合金管１
内にシリコンチューブ４を通し加温した液体を方向Ａか
ら方向Ｂに通すか、図２の（ｂ）に示す２本の形状記憶
合金管を把持部材を貫通して通し、方向Ａから方向Ｂへ
加温した液体を通しアクチュエータを構成してもよい。
通す例としては、図２の（ａ）に示す形状記憶合金管１
内にシリコンチューブ４を通し加温した液体を方向Ａか
ら方向Ｂに通すか、図２の（ｂ）に示す２本の形状記憶
合金管を把持部材を貫通して通し、方向Ａから方向Ｂへ
加温した液体を通しアクチュエータを構成してもよい。
【００２０】図３は、図１に示すアクチュエータを組合
せて、手と同じ動作を行わせる制御系を示し、夫々の指
のアクチュエータ５を図１に示すアクチュエータで構成
し、夫々の指のアクチュエータ５への温液の供給と停止
はプログラムコントローラ７、分岐盤８を通り制御され
る３方弁６により夫々個別に制御される。温液槽９から
の温液はポンプ１３により、又冷液槽１１からの冷液は
ポンプ１３により送られ、プログラムコントローラ７で
３方弁６を開閉し、夫々の指のアクチュエータ５を別個
に作動させ、図４に示す手の形状をした多関節手１０を
形成する。
せて、手と同じ動作を行わせる制御系を示し、夫々の指
のアクチュエータ５を図１に示すアクチュエータで構成
し、夫々の指のアクチュエータ５への温液の供給と停止
はプログラムコントローラ７、分岐盤８を通り制御され
る３方弁６により夫々個別に制御される。温液槽９から
の温液はポンプ１３により、又冷液槽１１からの冷液は
ポンプ１３により送られ、プログラムコントローラ７で
３方弁６を開閉し、夫々の指のアクチュエータ５を別個
に作動させ、図４に示す手の形状をした多関節手１０を
形成する。
【００２１】なお本発明の実施例１に於て、図１に示す
指の形状をしたアクチュエータの形状記憶合金管１を、
図１の（ａ）に示す把持部材間の形状記憶合金管１ａ、
１ｂ、１ｃを夫々分離し、夫々別個に駆動するよう構成
することにより、把持部材３を間に夫々独立に作動させ
て手の動作が行える多関節手を構成することも出来る。
指の形状をしたアクチュエータの形状記憶合金管１を、
図１の（ａ）に示す把持部材間の形状記憶合金管１ａ、
１ｂ、１ｃを夫々分離し、夫々別個に駆動するよう構成
することにより、把持部材３を間に夫々独立に作動させ
て手の動作が行える多関節手を構成することも出来る。
【００２２】（実施例２）図５は本発明の形状記憶合金
管を用いた周囲温度の検出用温度スイッチ、又は過電流
検出用のスイッチで、アクチュエータは形状記憶合金管
２１の内部に電気絶縁のための電気絶縁フィルム２５に
より絶縁して内部に銅からなる電気の良伝導材の導体２
６と、電気の良伝導材の導体２６の内部に一体に、形状
復帰のためのばね材からなる形状復帰ばね２３により基
本構成が形成されている。
管を用いた周囲温度の検出用温度スイッチ、又は過電流
検出用のスイッチで、アクチュエータは形状記憶合金管
２１の内部に電気絶縁のための電気絶縁フィルム２５に
より絶縁して内部に銅からなる電気の良伝導材の導体２
６と、電気の良伝導材の導体２６の内部に一体に、形状
復帰のためのばね材からなる形状復帰ばね２３により基
本構成が形成されている。
【００２３】形状記憶合金管２１はマルテンサイト相の
時と、昇温してオーステナイト相になった時の降伏応力
は２倍ないし５倍と大きな降伏応力の差を有するため、
通常のばね材からなる形状復帰ばね２３のばねの力とオ
ーステナイト相の時の形状記憶合金管２１の変形力とに
より形状記憶合金管がオーステナイト相では変形して導
体２２の接点２４Ｂに対向する接点２４Ａの間を開放
し、図５の（ｂ）の形状となり、温度特性が低いマルテ
ンサイト相では形状復帰ばね２３の力がより大となり、
図５の（ａ）に示す直線状の形状に復帰し、接点２４
Ａ、２４Ｂを閉状態にする。図５の（ｃ）に形状記憶合
金管２１、形状復帰ばね２３、導体２６、電気絶縁フィ
ルム２５とが一体に形成された作動部分の縦断面を示
す。
時と、昇温してオーステナイト相になった時の降伏応力
は２倍ないし５倍と大きな降伏応力の差を有するため、
通常のばね材からなる形状復帰ばね２３のばねの力とオ
ーステナイト相の時の形状記憶合金管２１の変形力とに
より形状記憶合金管がオーステナイト相では変形して導
体２２の接点２４Ｂに対向する接点２４Ａの間を開放
し、図５の（ｂ）の形状となり、温度特性が低いマルテ
ンサイト相では形状復帰ばね２３の力がより大となり、
図５の（ａ）に示す直線状の形状に復帰し、接点２４
Ａ、２４Ｂを閉状態にする。図５の（ｃ）に形状記憶合
金管２１、形状復帰ばね２３、導体２６、電気絶縁フィ
ルム２５とが一体に形成された作動部分の縦断面を示
す。
【００２４】図５に示す形状記憶合金管によるアクチュ
エータによって構成された周囲温度の変化によって作動
する温度スイッチ、及び導体に流れた過電流によって導
体の温度上昇を検出して作動する過電流スイッチとして
の作動温度は、形状記憶合金管を形成するＮｉ−Ｔｉの
組成により決まり、Ｎｉが４９原子％ないし５１原子％
残Ｔｉの合金において、Ｎｉの組成比が高い時はマルテ
ンサイト・オーステナイト変態点は低温側へ移動し、逆
変態点が＋６０℃の組成はＮｉがほぼ５０．０原子％残
Ｔｉの組成の材料となる。
エータによって構成された周囲温度の変化によって作動
する温度スイッチ、及び導体に流れた過電流によって導
体の温度上昇を検出して作動する過電流スイッチとして
の作動温度は、形状記憶合金管を形成するＮｉ−Ｔｉの
組成により決まり、Ｎｉが４９原子％ないし５１原子％
残Ｔｉの合金において、Ｎｉの組成比が高い時はマルテ
ンサイト・オーステナイト変態点は低温側へ移動し、逆
変態点が＋６０℃の組成はＮｉがほぼ５０．０原子％残
Ｔｉの組成の材料となる。
【００２５】（実施例３）図６は形状記憶合金管を用い
たアクチュエータによる回路切替スイッチで、電流が流
れる対向する接点２４Ａが取り付けられた導体２６を間
に対向する２つの導体２２と、２つの導体２２の間に両
面に接点２４Ｂ、２４Ｃを有する導体２６と、導体２６
と一体に形成された形状復帰ばね２３と、導体２６と形
状復帰ばね２３の外周は電気絶縁フィルム２６を介挿し
て形状記憶合金管２１で包まれ、形状記憶合金管２１の
外周面には形状記憶合金管２１の形状を変形作動させる
ための加熱部材２７が形状記憶管の周囲に巻回されてい
る。形状記憶合金管２１の作動温度は室温より高い温度
であればよく＋６０℃程でもよいので、加熱部材に加え
られる、例えばヒーターの電力は大きな電力を必要とせ
ず作動出来る。
たアクチュエータによる回路切替スイッチで、電流が流
れる対向する接点２４Ａが取り付けられた導体２６を間
に対向する２つの導体２２と、２つの導体２２の間に両
面に接点２４Ｂ、２４Ｃを有する導体２６と、導体２６
と一体に形成された形状復帰ばね２３と、導体２６と形
状復帰ばね２３の外周は電気絶縁フィルム２６を介挿し
て形状記憶合金管２１で包まれ、形状記憶合金管２１の
外周面には形状記憶合金管２１の形状を変形作動させる
ための加熱部材２７が形状記憶管の周囲に巻回されてい
る。形状記憶合金管２１の作動温度は室温より高い温度
であればよく＋６０℃程でもよいので、加熱部材に加え
られる、例えばヒーターの電力は大きな電力を必要とせ
ず作動出来る。
【００２６】図６において、実線で示す位置の時は室温
で形状復帰ばね２３の力が形状記憶合金管のマルテンサ
イト相の状態にある時の降伏応力よりも大きく、一方２
点鎖線で示す形状記憶合金管がオーステナイト相の状態
にある時には形状復帰ばね２３の力より形状記憶合金管
２１の形状変形力が大となるように構成されており、閉
路の接点２４Ａと接点２４Ｃは開となり、一方導体２６
の接点２４Ｂと対向する導体２２の接点２４Ａは閉とな
り、回路切替スイッチが構成される。
で形状復帰ばね２３の力が形状記憶合金管のマルテンサ
イト相の状態にある時の降伏応力よりも大きく、一方２
点鎖線で示す形状記憶合金管がオーステナイト相の状態
にある時には形状復帰ばね２３の力より形状記憶合金管
２１の形状変形力が大となるように構成されており、閉
路の接点２４Ａと接点２４Ｃは開となり、一方導体２６
の接点２４Ｂと対向する導体２２の接点２４Ａは閉とな
り、回路切替スイッチが構成される。
【００２７】（実施例４）図７は形状記憶合金管と光セ
ンサを組合せた無接点の温度スイッチを示し、プラスチ
ック、又はガラス等の送り側の光ファイバ３０と受光側
の光ファイバ５０を配置し、送り側光ファイバ３０の外
周には形状記憶合金管２１が、光ファイバ３０と形状記
憶合金管の間には光ファイバの周囲に通常のばね材の形
状復帰ばね２３が配設されている。作動温度は形状記憶
合金管を形成するＮｉとＴｉの合金組成で決まり、実施
例３に記した通りＮｉ原子が５１．０原子％から４９．
０原子％残Ｔｉ合金において、Ｎｉが５０．０原子％に
おいて逆変態点はほぼ６０℃であり、Ｎｉの組成比が高
くなると、低温側に移動する故、ＮｉとＴｉとの組成比
を適宜選択することにより所望する温度スイッチを構成
し得る。
ンサを組合せた無接点の温度スイッチを示し、プラスチ
ック、又はガラス等の送り側の光ファイバ３０と受光側
の光ファイバ５０を配置し、送り側光ファイバ３０の外
周には形状記憶合金管２１が、光ファイバ３０と形状記
憶合金管の間には光ファイバの周囲に通常のばね材の形
状復帰ばね２３が配設されている。作動温度は形状記憶
合金管を形成するＮｉとＴｉの合金組成で決まり、実施
例３に記した通りＮｉ原子が５１．０原子％から４９．
０原子％残Ｔｉ合金において、Ｎｉが５０．０原子％に
おいて逆変態点はほぼ６０℃であり、Ｎｉの組成比が高
くなると、低温側に移動する故、ＮｉとＴｉとの組成比
を適宜選択することにより所望する温度スイッチを構成
し得る。
【００２８】本発明による温度スイッチは受光側光ファ
イバ５０に送り側の光フアイバ３０の光４０が受光され
るかどうかで温度変化を検出するもので、本実施例の温
度スイッチでは送り側の光ファイバの最外周に温度を検
知する形状記憶合金管２１を配置した構造であり、形状
記憶合金管の肉厚が薄いので外温に感応し易く、又光が
受光されたかどうかを検知するのに電気を必要とせず、
接点の消耗や、放電等のおそれもない、安全性、信頼性
の高い温度スイッチとすることが出来る。なお図７に示
す構造の光ファイバを用いた温度スイッチは、外周を形
成する形状記憶合金管２１の外周に図６に示す加熱部材
を取りつけることにより、光４０を切替える時、加熱部
材に例えば通電することにより無接点スイッチを形成出
来る。
イバ５０に送り側の光フアイバ３０の光４０が受光され
るかどうかで温度変化を検出するもので、本実施例の温
度スイッチでは送り側の光ファイバの最外周に温度を検
知する形状記憶合金管２１を配置した構造であり、形状
記憶合金管の肉厚が薄いので外温に感応し易く、又光が
受光されたかどうかを検知するのに電気を必要とせず、
接点の消耗や、放電等のおそれもない、安全性、信頼性
の高い温度スイッチとすることが出来る。なお図７に示
す構造の光ファイバを用いた温度スイッチは、外周を形
成する形状記憶合金管２１の外周に図６に示す加熱部材
を取りつけることにより、光４０を切替える時、加熱部
材に例えば通電することにより無接点スイッチを形成出
来る。
【００２９】なお、本発明の実施例はＮｉ−Ｔｉ系形状
記憶合金管（形状記憶合金の細管）を用いた例で示した
が、Ｎｉ−Ｔｉ系形状記憶合金管に限定されるものでな
く、他の形状記憶合金であるＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ系合金、
Ｃｕ−Ｎｉ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系合金、Ｆ
ｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系合金等の他の形状記憶合金管を用い本
発明を実施し得ることは当然である。
記憶合金管（形状記憶合金の細管）を用いた例で示した
が、Ｎｉ−Ｔｉ系形状記憶合金管に限定されるものでな
く、他の形状記憶合金であるＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ系合金、
Ｃｕ−Ｎｉ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系合金、Ｆ
ｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系合金等の他の形状記憶合金管を用い本
発明を実施し得ることは当然である。
【００３０】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を有する。長
尺の形状記憶合金管を用いたアクチュエータであるの
で、管の内径内に温液と冷液とを切替えて流すか、形状
記憶合金管の外周に電熱帯等の加熱部材を取りつけるの
みで、構造が簡単なアクチュエータを構成できる。形状
記憶合金管の肉厚が薄いのでアクチュエータを形成する
形状記憶合金を作動させるときの、温度変化に対応した
応答速度が速くなり、アクチュエータの作動速度が速い
温度スイッチや回路切替スイッチとすることが出来る。
形状記憶合金管は肉厚は薄いが、変形に伴う有効な外径
表面の降伏応力が大きいので、中空で軽量であるにかか
わらずアクチュエータとして大きな駆動力が得られる。
ているので、以下に記載されるような効果を有する。長
尺の形状記憶合金管を用いたアクチュエータであるの
で、管の内径内に温液と冷液とを切替えて流すか、形状
記憶合金管の外周に電熱帯等の加熱部材を取りつけるの
みで、構造が簡単なアクチュエータを構成できる。形状
記憶合金管の肉厚が薄いのでアクチュエータを形成する
形状記憶合金を作動させるときの、温度変化に対応した
応答速度が速くなり、アクチュエータの作動速度が速い
温度スイッチや回路切替スイッチとすることが出来る。
形状記憶合金管は肉厚は薄いが、変形に伴う有効な外径
表面の降伏応力が大きいので、中空で軽量であるにかか
わらずアクチュエータとして大きな駆動力が得られる。
【図１】本発明による形状記憶合金管を用いたアクチュ
エータを示す図で、図１の（ａ）は側面図、図１の
（ｂ）は平面図、図１の（ｃ）は記憶された形状に復帰
しアクチュエータとして作動している時の側面図。
エータを示す図で、図１の（ａ）は側面図、図１の
（ｂ）は平面図、図１の（ｃ）は記憶された形状に復帰
しアクチュエータとして作動している時の側面図。
【図２】アクチュエータとして作動する形状記憶合金管
の内部に液体を供給する構成を示す図で、図２（ａ）は
１本の形状記憶合金管の内部に樹脂チューブを挿入し液
体を供給する構造を示す断面図。図２の（ｂ）は形状記
憶合金管を２本並列に並べ、先端をＵ字管で接続した構
造を示す平面図。
の内部に液体を供給する構成を示す図で、図２（ａ）は
１本の形状記憶合金管の内部に樹脂チューブを挿入し液
体を供給する構造を示す断面図。図２の（ｂ）は形状記
憶合金管を２本並列に並べ、先端をＵ字管で接続した構
造を示す平面図。
【図３】図１に示すアクチュエータを複数個並べた多関
節手を駆動する装置の配置図。
節手を駆動する装置の配置図。
【図４】図１に示すアクチュエータで、手の形状を形成
した多関節手の外観斜視図。
した多関節手の外観斜視図。
【図５】形状記憶合金管と形状復帰ばねとを組合せた温
度スイッチ及び過電流スイッチを示す図で、図５の
（ａ）は室温の通常状態における外観斜視図、図５の
（ｂ）は作動時の外観斜視図、図５の（ｃ）はアクチュ
エータ部分の縦断面図。
度スイッチ及び過電流スイッチを示す図で、図５の
（ａ）は室温の通常状態における外観斜視図、図５の
（ｂ）は作動時の外観斜視図、図５の（ｃ）はアクチュ
エータ部分の縦断面図。
【図６】形状記憶合金管と形状復帰ばねを組合せた回路
切替スイッチの外観斜視図。
切替スイッチの外観斜視図。
【図７】形状記憶合金管と形状復帰ばねを組込んだ送光
光ファイバと、受光光ファイバとからなる温度スイッチ
の外観斜視図。
光ファイバと、受光光ファイバとからなる温度スイッチ
の外観斜視図。
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，２１ 形状記憶合金管 ２，２３ 形状復帰ばね ３ 把持部材 ４ シリコンチューブ ５ 指のアクチュエータ ６ ３方弁 ７ プログラムコントローラ ８ 分岐盤 ９ 温液槽 １０ 多関節手 １１ 冷液槽 １２ 排水 １３ ポンプ ２２，２６ 導体 ２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ 接点 ２５ 電気絶縁フィルム ２７ 加熱部材 ３０ 光ファイバ（送光側） ４０ 光 ５０ 光ファイバ（受光側）
フロントページの続き (72)発明者 間宮 洋一 宮城県仙台市太白区郡山６丁目７番１号 株式会社トーキン内 (72)発明者 幸野 憲雄 宮城県仙台市太白区郡山６丁目７番１号 株式会社トーキン内
Claims (8)
- 【請求項１】 予め形状記憶処理を施した形状記憶合金
管と通常ばね材を用いた形状復帰ばねとを機械的に一体
に組合せ、前記形状記憶合金管内に加温又は冷却した液
体を流通するか、表面に加熱部材を密接するか、又は形
状記憶合金管内に設けた発熱体の発熱等の加熱と冷却の
手段とにより、形状の変形と復帰を行うよう構成したこ
とを特徴とするアクチュエータ。 - 【請求項２】 請求項１記載のアクチュエータにおい
て、形状記憶合金管は先端をＵ字形管で連結した平行往
復する形状記憶合金管からなることを特徴とするアクチ
ュエータ。 - 【請求項３】 請求項１記載のアクチュエータにおい
て、形状記憶合金管は１本の形状記憶合金管の内径内に
液体を送る細管を設けてなることを特徴とするアクチュ
エータ。 - 【請求項４】 直列に並べ互いに分離した複数個の側面
がＴ字形で上面が長方形をした把持部材と、前記把持部
材のＴ字形の上部で複数の把持部材を連接する通常ばね
と、把持部材のＴ字の下部を貫通し連結する内径内を往
復する液体を流通する予め形状記憶処理を施した形状記
憶合金管とからなり、形状記憶合金管内に流れる液温に
より把持部材を間にして関節が折れ曲がるように作動
し、又伸長する多関節動作を行うよう構成したことを特
徴とするアクチュエータ。 - 【請求項５】 複数個の多関節動作を行うアクチュエー
タと、該アクチュエータ毎に配置された温液と冷液の供
給を制御する３方弁と、該３方弁の動作順序を制御する
プログラムコントローラと、３方弁に温液と冷液を供給
するポンプに供給する温液槽と冷液槽とにより構成され
制御してなることを特徴とする多関節手。 - 【請求項６】 形状記憶処理を施した形状記憶合金管と
該形状記憶合金管内の内径内に電気絶縁フィルムを介挿
して形状復帰ばねを一体に成形した導体を挿入し、前記
導体先端の面に設けた接点と、該接点に対向する接点を
設けた導体により周囲温度を昇温又は降下させ、前記対
向する接点を開閉するように形成してなる温度スイッチ
及び過電流スイッチ。 - 【請求項７】 形状記憶処理を施した形状記憶合金管の
内径内に同心円状に配置した形状復帰ばねと該形状復帰
ばねの内径の中心に光ファイバを挿通して、空隙を間に
対向する２つの光ファイバを配置して周囲温度の昇温と
降下により、前記対向する光ファイバ間の光の伝達をオ
ン・オフするよう形成してなることを特徴とする温度ス
イッチ。 - 【請求項８】 表面上に加熱部材を密接した形状記憶
処理を施した形状記憶合金管の内径内に、電気絶縁フィ
ルムを介挿して形状復帰ばねと一体に成形した導体を挿
入し、前記導体面の先端対向両面に接点を取りつけ、該
接点に対向して離れた２つの位置に、前記接点に対向し
て接点を取りつけた２つの導体とにより加熱部材を加
熱、冷却するよう構成してなることを特徴とする回路切
替スイッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15415993A JPH06339887A (ja) | 1993-05-31 | 1993-05-31 | アクチュエータ、並びにそれを用いた多関節手、温度スイッチ、過電流スイッチ、回路切替スイッチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15415993A JPH06339887A (ja) | 1993-05-31 | 1993-05-31 | アクチュエータ、並びにそれを用いた多関節手、温度スイッチ、過電流スイッチ、回路切替スイッチ |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001365989A Division JP2002178289A (ja) | 2001-11-30 | 2001-11-30 | スイッチ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06339887A true JPH06339887A (ja) | 1994-12-13 |
Family
ID=15578131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15415993A Pending JPH06339887A (ja) | 1993-05-31 | 1993-05-31 | アクチュエータ、並びにそれを用いた多関節手、温度スイッチ、過電流スイッチ、回路切替スイッチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06339887A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002098618A1 (fr) * | 2001-06-01 | 2002-12-12 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Mecanisme moteur utilisant un alliage a memoire de forme |
| KR100421933B1 (ko) * | 2001-04-07 | 2004-03-10 | 김필수 | 엔터테인먼트 로봇용 손가락 구조 |
| CN102873690A (zh) * | 2012-09-27 | 2013-01-16 | 浙江大学 | 一种形状记忆合金驱动的灵巧手 |
| US8616782B2 (en) | 2008-06-30 | 2013-12-31 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | Fixture for shape-sensing optical fiber in a kinematic chain |
| CN106272526A (zh) * | 2016-09-19 | 2017-01-04 | 上海未来伙伴机器人有限公司 | 一种灵巧手 |
| WO2017163837A1 (ja) * | 2016-03-23 | 2017-09-28 | 株式会社吉見製作所 | 冷却装置 |
| CN108858136A (zh) * | 2018-05-16 | 2018-11-23 | 大连交通大学 | 一种分布式驱动的变刚度关节助力机构 |
| CN109340068A (zh) * | 2018-09-07 | 2019-02-15 | 大连理工大学 | 一种一体式大变形形状记忆合金驱动器及应用 |
-
1993
- 1993-05-31 JP JP15415993A patent/JPH06339887A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100421933B1 (ko) * | 2001-04-07 | 2004-03-10 | 김필수 | 엔터테인먼트 로봇용 손가락 구조 |
| WO2002098618A1 (fr) * | 2001-06-01 | 2002-12-12 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Mecanisme moteur utilisant un alliage a memoire de forme |
| US8616782B2 (en) | 2008-06-30 | 2013-12-31 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | Fixture for shape-sensing optical fiber in a kinematic chain |
| US9011021B2 (en) | 2008-06-30 | 2015-04-21 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | Fixture for shape-sensing optical fiber in a kinematic chain |
| US9523821B2 (en) | 2008-06-30 | 2016-12-20 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | Fixture for shape-sensing optical fiber in a kinematic chain |
| CN102873690A (zh) * | 2012-09-27 | 2013-01-16 | 浙江大学 | 一种形状记忆合金驱动的灵巧手 |
| EP3434198A4 (en) * | 2016-03-23 | 2019-11-20 | Yoshimi Inc. | COOLING DEVICE |
| WO2017163837A1 (ja) * | 2016-03-23 | 2017-09-28 | 株式会社吉見製作所 | 冷却装置 |
| CN106272526A (zh) * | 2016-09-19 | 2017-01-04 | 上海未来伙伴机器人有限公司 | 一种灵巧手 |
| CN106272526B (zh) * | 2016-09-19 | 2019-02-26 | 上海未来伙伴机器人有限公司 | 一种灵巧手 |
| CN108858136A (zh) * | 2018-05-16 | 2018-11-23 | 大连交通大学 | 一种分布式驱动的变刚度关节助力机构 |
| CN108858136B (zh) * | 2018-05-16 | 2021-11-05 | 大连交通大学 | 一种分布式驱动的变刚度关节助力机构 |
| CN109340068A (zh) * | 2018-09-07 | 2019-02-15 | 大连理工大学 | 一种一体式大变形形状记忆合金驱动器及应用 |
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