JPH0743573Y2 - 通電アクチュエータ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本考案は、形状記憶合金ばねとバイアスばねとを組み合
わせて、形状記憶合金ばねに通電加熱することにより作
動させる通電アクチュエータに関する。

「従来の技術」 近年、形状記憶合金ばねとバイアスばねとを組み合わせ
た各種のアクチュエータが提案されている。これらは、
形状記憶合金の変態点以下の温度のときにはバイアスば
ねの付勢力が勝り、形状記憶合金の変態点以上の温度に
なると形状記憶合金ばねの形状復帰力がバイアスばねの
付勢力に勝るようにして、形状記憶合金ばねの温度変化
により作動部材を作動させるようにしたものである。こ
の場合、形状記憶合金ばねの温度変化を外部の温度変化
によって行なわせるセンサ的なものと、形状記憶合金ば
ねに通電して積極的に温度変化を行なわせる通電式のも
のとが知られている。

第３図には、形状記憶合金ばねとバイアスばねとを組み
合わせた通電アクチュエータの一例が示されている。

この通電アクチュエータ11は、筒状ケーシング12と、そ
の内部に摺接して配置されたピストン13を備えている。
筒状ケーシング12の一方の端面には、環体14、15、16を
重ねてなる端板17が装着されている。このうち環体14、
16は合成樹脂などの絶縁部材で形成されている。これら
の環体14、15、16からなる端板17の中心孔を貫通して作
動軸18の一端が挿入され、上記ピストン13にボルト19に
よって固着されている。筒状ケーシング12の他方の端面
は、ケーシング壁によって閉塞されているが、ボルト19
に固着された電線20を取り出す挿通孔21が設けられてい
る。

ピストン13と環体15との間には、コイル状の形状記憶合
金ばね22が作動軸18を囲むように装着されている。形状
記憶合金ばね22の一端は、作動軸18及びピストン13に保
持されて導通し、形状記憶合金ばね22の他端は、環体15
に保持されて導通している。

前述したように、ピストン13はボルト19によって固定さ
れた電線20に接続されている。また、環体15には筒状ケ
ーシング12の外側から電線23が接続されている。電線20
及び電線23は、電源24及びスイッチ25を介して接続され
ている。したがって、電源24→電線23→環体15→形状記
憶合金ばね22→ピストン13→電線20→スイッチ25→電源
24に至る通電回路が構成されている。

ピストン13と環体15との間には、コイル状の形状記憶合
金ばね22の外側を更に囲むようにバイアスばね26が装着
されている。バイアスばね26の一端は、ピストン13に保
持され、バイアスばね26の他端は、環体14に保持されて
いる。環体14は前述したように絶縁材料からなるので、
バイアスばね26が前記通電回路を短絡させることが防止
されている。

バイアスばね26は，ピストン13を端板17から離す方向、
すなわち図中上方に向けて付勢している。また、形状記
憶合金ばね22は、変態点以下の温度では、バイアスばね
26の付勢力に打ち勝つことができず、ピストン13はバイ
アスばね22の付勢力によって上方に位置する。通電加熱
によって変態点以上の温度になると、形状記憶合金ばね
22は、バイアスばね26の付勢力に打ち勝って形状復帰
し、ピストン13を端板17に近付ける方向、すなわち図中
下方に向けて移動させる。したがって、通電回路のスイ
ッチ25のオン、オフによりピストン13は上下動し、それ
にともなって作動軸18が往復動作する。

作動軸18の突出した他端は、流体の配管27内に挿入さ
れ、テーパ状の弁頭29を構成している。上記作動軸18の
往復動により、この弁頭29が流路30を開閉し、配管27内
を流れる流体の制御を行なうようになっている。

「考案が解決しようとする課題」 しかしながら、上記従来の通電アクチュエータ11では、
一本のコイル状形状記憶合金ばね22に通電する方式であ
るため、形状記憶合金ばね22の通電抵抗を高くとれない
という問題があった。すなわち、形状記憶合金ばね22を
十分に発熱させるためには大電流を流す必要があり、低
電圧・大電流の回路構成となって許容電流の大きい回路
部品を用いる必要が生じ、コスト高とならざるを得なか
った。

しかも、形状記憶合金ばね22の形状復帰力を強くして出
力を高めようとすると、形状記憶合金ばね22をより太く
しなければならず、それによって通電抵抗が更に低くな
る。したがって、上記従来の通電アクチュエータでは、
出力を高めることが困難であった。

更に、上記従来の通電アクチュエータでは、電極の一方
をピストン13から電線20を通して取り出し、電極の他方
を端板17の環体15から電線23を通して取り出しているの
で、ピストン13に接続された一方の電極が可動し、信頼
性並びに安全性に欠けるという問題があった。

したがって、本考案の目的は、作動電流を低くすること
ができ、出力を高めることができ、安全性を高めること
ができるようにした通電アクチュエータを提供すること
にある。

「課題を解決するための手段」 上記目的を達成するため、本考案による通電アクチュエ
ータは、筒型ケーシングと、この筒型ケーシング内に摺
接して配置されたピストンと、前記筒型ケーシングの一
端に固着され、中央に軸孔が設けられた端板と、この端
板の軸孔を通して前記筒型ケーシング内に挿入され、一
端を前記ピストンに固着されるとともに、他端を外部に
突出された作動軸と、前記ピストン及び前記端板との間
に装着され、前記ピストンをいずれかの方向に付勢する
バイアスばねと、前記ピストン及び前記端板との間に装
着され、通電加熱によって逆変態し、前記ピストンを前
記バイアスばねの付勢力に抗して移動させる形状記憶合
金ばねと、この形状記憶合金ばねに通電加熱する通電手
段とを備え、前記形状記憶合金ばねは、前記作動軸を囲
む同一円周上に沿って所定間隔で偶数個配置されたコイ
ル状のばねからなり、前記通電手段は、前記形状記憶合
金ばねを直列に接続し、前記端板側から両方の電極を取
り出したものからなることを特徴としている。

「作用」 本考案では、作動軸を囲む同一円周上に沿って所定間隔
でコイル状の形状記憶合金ばねを偶数個配置し、これら
の形状記憶合金ばねを直列に接続して通電回路を構成し
たので、形状記憶合金ばね全体の抵抗を高めることがで
きる。このため、比較的低電流であっても十分に発熱さ
せることが可能となり、通常の回路部品を用いることが
できる高電圧・低電流の回路構成を採用して製造コスト
を低減することができる。

また、形状記憶合金ばねを複数個（偶数個）用いること
によって、その出力もまた、複数個の形状記憶合金ばね
を、作動軸を囲む同一円周上に沿って所定間隔で配置す
ることによって、各形状記憶合金ばねを同じ線径及びコ
イル径のもので構成することができるので、製造作業性
やコストの上で有利である。更に、形状記憶合金ばねの
コイル径を小さくすることができるので、ばね力を高め
ることができる。

更に、形状記憶合金ばねを偶数個用いることによって、
筒状ケーシングに固着された端板側から両方の電極を取
り出すことが可能となり、電極が可動しない構造を採用
することができるので、信頼性並びに安全性を高めるこ
とができる。

「実施例」 第１図及び第２図には、本考案による通電アクチュエー
タの一実施例が示されている。図中、既に説明した第３
図の従来装置と実質的に同一部分には同符号を付すこと
にする。

この通電アクチュエータ31は、筒状ケーシング12内に摺
接して配置されたピストン13を有し、筒状ケーシング12
の一方の端面に固着された端板17を貫通して作動軸18が
挿入され、作動軸18の一端は筒状ケーシング12内でピス
トン13に固着されている。筒状ケーシング12の端板17と
反対側の端面はケーシング壁によって閉塞されている。
作動軸18の他方の端部は、端板17より突出し、配管27内
に挿入され、流路30を開閉する弁頭29をなしている。こ
れらの構成は、第３図に示した従来装置とほとんど同じ
である。

ピストン13と端板17との間には、作動軸18の回りを囲む
ように一本のコイル状のバイアスばね26が装着されてお
り、このバイアスばね26はピストン13を端板17から離れ
る方向、すなわち図中上方に向けて付勢している。

また、ピストン13と端板17との間には、作動軸18の回り
であって上記バイアスばね26の更に外側に、偶数個、こ
の実施例では12個の形状記憶合金ばね32が装着されてい
る。これらの形状記憶合金ばね32は、いずれもコイル状
をなし、筒状ケーシング12の内周に沿ってほぼ等間隔で
配置されている。なお、形状記憶合金ばね32の数は、２
個以上の偶数個であればよく、目的とする出力や収納ス
ペースによって適宜設定することができる。形状記憶合
金ばね32は、通電されない状態で変態点以下の温度をな
し、その状態ではバイアスばね26の付勢力に打ち勝つこ
とができず、通電加熱によって変態点以上の温度になる
と、バイアスばね26の付勢力に打ち勝って形状復帰し、
ピストン13を端板17に近付ける方向、すなわち図中下方
に押し下げるようになっている。

これらの形状記憶合金ばね32は、端板17側で一つ置きに
２個ずつ接続され、また、ピストン13側で上記接続され
ていないもの同志が同じく２個ずつ接続されており、全
体として直列に接続されている。そして、第２図に示す
ように、端板17側に両方の電極33、34が設けられ、これ
らの電極33、34に電線20、23が接続されて外部に取り出
されている。電線20、23は電源24、スイッチ25を介して
接続され、通電回路を構成している。すなわち、この通
電回路は、電源24→電線23→一方の電極34→直列に接続
された各形状記憶合金ばね32→他方の電極33→電線20→
スイッチ25→電源24という回路である。両方の電極33、
34は、筒状ケーシング12に固着された端板17に設けられ
ているので、電極33、34が可動することがなく、信頼性
並びに安全性が向上する。なお、形状記憶合金ばね32の
ピストン13側の保持部、及び端板17側の保持部は、各形
状記憶合金ばね32が電気的に短絡しないように、適宜な
絶縁構造が採用されている。

この通電アクチュエータ31においては、通電をしない状
態において、形状記憶合金ばね32が変態点以下の温度を
なし、バイアスばね26の付勢力が勝るため、ピストン13
は上方に押し上げられ、作動軸18が上方に移動して、弁
頭29が流路30を開いた状態となる。スイッチ25を閉じて
回路に電流を流すと、直列に接続された各形状記憶合金
ばね32が発熱し、変態点以上の温度となって形状復帰
し、ピストン13をバイアスばね26に抗して下方に押し下
げる。この結果、作動軸18が下方に移動して弁頭29が流
路30を閉じる。

試験例１ 上記本考案の通電アクチュエータ31において、形状記憶
合金ばね32の線径を0.7mm、コイル径を4.2mm、有効巻数
ｎ＝30とし、直列に接続した形状記憶合金ばね32の全体
の抵抗値Ｒ＝11.9Ω、電源24の作動電圧Ｖ＝11.9V、電
流値Ｉ＝1.0A、消費電力Ｗ＝11.9Wとしたとき、押し側
（弁頭29を閉じる方向）の出力は4kgfであり、引き側
（弁頭29を開く方向）の出力は3.5kgfであった。

試験例２ 前述した第３図に示す通電アクチュエータ11において、
形状記憶合金ばね32の線径を1.5mm、コイル径を13.0m
m、有効巻数ｎ＝６とし、形状記憶合金ばね22の抵抗値
Ｒ＝0.15Ω、電源24の作動電圧Ｖ＝1.05V、電流値Ｉ＝
7.0A、消費電力Ｗ＝7.35Wとしたとき、押し側（弁頭29
を閉じる方向）の出力は1.4kgfであり、引き側（弁頭29
を開く方向）の出力は0.6kgfであった。

試験例１、２を比較すると、本考案の試験例１は、従来
の試験例２に対して消費電力Ｗが1.62倍とされている
が、押し側の出力は2.74倍となり、引き側の出力は5.83
倍となる。したがって、本考案の通電アクチュエータ31
では、出力が大幅に高められることがわかる。また、本
考案の試験例１では電流値Ｉ＝1.0Aであるのに対し、従
来の試験例２では電流値Ｉ＝7.0Aであり、本考案の通電
アクチュエータ31では、極めて低電流で作動できること
がわかる。

「考案の効果」 以上説明したように、本考案によれば、複数の形状記憶
合金ばねを直列に接続して通電回路を構成したので、形
状記憶合金ばねの電気抵抗が高められ、低電流であって
も十分に発熱させることが可能となり、通常の回路部品
を用いることができる高電圧・低電流の回路構成を採用
して製造コストを低減することができる。また、複数の
コイル状の形状記憶合金ばねを、作動軸を囲む同一円周
上に沿って所定間隔で配置することにより、出力を大幅
に高めることができる。更に、形状記憶合金ばねを偶数
個用いて両方の電極を筒状ケーシングの端板側から取り
出すようにしたので、電極が可動せず、信頼性並びに安
全性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による通電アクチュエータの一実施例を
示す縦断面図、第２図は第１図におけるII−II線に沿っ
た断面図、第３図は従来の通電アクチュエータの一例を
示す縦断面図である。 図中、12は筒状ケーシング、13はピストン、17は端板、
18は作動軸、20、23は電線、24は電源、25はスイッチ、
26はバイアスばね、31は通電アクチュエータ、32は形状
記憶合金ばね、33、34は電極である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】筒型ケーシングと、この筒型ケーシング内
   に摺接して配置されたピストンと、前記筒型ケーシング
   の一端に固着され、中央に軸孔が設けられた端板と、こ
   の端板の軸孔を通して前記筒型ケーシング内に挿入さ
   れ、一端を前記ピストンに固着されるとともに、他端を
   外部に突出された作動軸と、前記ピストン及び前記端板
   との間に装着され、前記ピストンをいずれかの方向に付
   勢するバイアスばねと、前記ピストン及び前記端板との
   間に装着され、通電加熱によって逆変態し、前記ピスト
   ンを前記バイアスばねの付勢力に抗して移動させる形状
   記憶合金ばねと、この形状記憶合金ばねに通電加熱する
   通電手段とを備え、前記形状記憶合金ばねは、前記作動
   軸を囲む同一円周上に沿って所定間隔で偶数個配置され
   たコイル状のばねからなり、前記通電手段は、前記形状
   記憶合金ばねを直列に接続し、前記端板側から両方の電
   極を取り出したものからなることを特徴とする通電アク
   チュエータ。