JPH0775355A - Shape memory actuator - Google Patents
Shape memory actuatorInfo
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- JPH0775355A JPH0775355A JP21978093A JP21978093A JPH0775355A JP H0775355 A JPH0775355 A JP H0775355A JP 21978093 A JP21978093 A JP 21978093A JP 21978093 A JP21978093 A JP 21978093A JP H0775355 A JPH0775355 A JP H0775355A
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- shape memory
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- piezoelectric element
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は形状記憶合金の形状回
復動作を利用して、負荷を駆動する形状記憶アクチュエ
ータに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shape memory actuator that drives a load by utilizing the shape recovery operation of a shape memory alloy.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、形状記憶合金を用いたアクチュエ
ータの応答性を高めるために、加熱時に比べ応答性の低
い冷却操作に対して様々な工夫がなされてきた。例えば
特開昭６１−２２７８０号公報にも開示されているよう
に、ペルチェ素子を用いて形状記憶合金を冷却すること
が一般的に行われている。2. Description of the Related Art In recent years, in order to improve the responsiveness of an actuator using a shape memory alloy, various measures have been taken for a cooling operation which is less responsive than when it is heated. For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-22780, cooling of a shape memory alloy is generally performed using a Peltier element.
【０００３】図１４を参照して、ペルチェ素子の説明を
行う。ペルチェ素子は、一般に自由電子の濃度や平均エ
ネルギーが異なる異種の金属を接触して構成されてい
る。例えば、ｎ型半導体１と、導電性電極２及び３で構
成され、外部電源４が図中の極性で接続されているペル
チェ素子に於いて、電極３とｎ型半導体１との接触部で
は電子の移動が起こり電位差が生じる。この電位差に逆
らって電流を流すと、電子は低電位から高電位に移動す
るためエネルギーの不足が生じるが、このエネルギー不
足を図示矢印Ａ1 で示されるように、周囲から熱の形で
奪うため、該接触部の温度が下がる。The Peltier device will be described with reference to FIG. The Peltier element is generally formed by contacting different metals having different free electron concentrations and different average energies. For example, in a Peltier element composed of an n-type semiconductor 1 and conductive electrodes 2 and 3 and an external power source 4 connected with the polarity shown in the figure, an electron is present at a contact portion between the electrode 3 and the n-type semiconductor 1. And the potential difference occurs. When a current is passed against this potential difference, electrons move from a low potential to a high potential, causing a shortage of energy. However, as shown by an arrow A 1 in the figure, this shortage of energy is taken away from the surroundings in the form of heat. , The temperature of the contact portion decreases.
【０００４】また、電極２とｎ型半導体１との接触部で
も電子の移動が起こり電位差が生じるが、この電位差に
逆らって電流を流すと、電子は高電位から低電位に移動
するため過剰なエネルギーが生じ、このエネルギーを図
示矢印Ａ2 で示されるように周囲へ熱の形で放出するた
め、該接触部の温度が上がる。ペルチェ素子は可逆素子
であるため、流す電流の向きを逆にすることによって発
熱と吸熱が逆になるので、加冷却を一つの素子で行える
という利点を有している。Electrons also move at the contact portion between the electrode 2 and the n-type semiconductor 1 to generate a potential difference. However, when a current is passed against this potential difference, the electrons move from a high potential to a low potential, which causes an excess. Energy is generated and released in the form of heat to the surroundings as indicated by the arrow A 2 in the figure, so that the temperature of the contact portion rises. Since the Peltier element is a reversible element, the heat generation and the heat absorption are reversed by reversing the direction of the flowing current, so that there is an advantage that heating and cooling can be performed by one element.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ペルチ
ェ素子を冷却する空間と加熱する空間とが断熱材で遮断
されるように構成した冷蔵室等に用いる場合と異なっ
て、解放された空間内で形状記憶アクチュエータ等を駆
動するのに用いる場合には、放熱（図示矢印Ａ2 ）が伝
熱により、電極３とｎ型半導体１との接触部側に伝わっ
て冷却効率を低下させる。この影響は、発熱側と吸熱側
の距離が狭まるに従って増大するので、ペルチェ素子を
使用した形状記憶アクチュエータの微細化は困難であ
る。また、冷却効率はよくても、厚いペルチェ素子を形
状記憶合金に張付けると、形状記憶合金の駆動を阻害
し、十分な発生力を取り出せないという課題も有してい
る。However, unlike the case where the space for cooling the Peltier element and the space for heating the Peltier element are isolated from each other by a heat insulating material, the shape in the open space is different. When used to drive a memory actuator or the like, heat dissipation (arrow A 2 in the figure) is transferred to the contact side between the electrode 3 and the n-type semiconductor 1 to reduce the cooling efficiency. This effect increases as the distance between the heat generating side and the heat absorbing side decreases, so it is difficult to miniaturize the shape memory actuator using the Peltier element. Further, even if the cooling efficiency is good, if a thick Peltier element is attached to the shape memory alloy, the driving of the shape memory alloy is hindered, and a sufficient generation force cannot be taken out.
【０００６】したがってこの発明は、これらの問題点を
克服し、熱交換を効果的に行うと共に、形状記憶合金の
駆動を阻害せずに微細化が可能な形状記憶アクチュエー
タを提供することを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to provide a shape memory actuator which overcomes these problems, enables effective heat exchange, and enables miniaturization without obstructing the drive of the shape memory alloy. To do.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】すなわちこの発明は、所
定方向に屈曲形状が記憶された形状記憶合金と、この形
状記憶合金の温度を変化させるもので、少なくとも上記
形状記憶合金に熱量を供給する場合にこの形状記憶合金
と接触する温度変化手段と、この温度変化手段による温
度の変化を制御して上記温度変化手段と上記形状記憶合
金との相対的な位置を変化させる制御手段とを具備する
ことを特徴とする。That is, according to the present invention, a shape memory alloy in which a bent shape is memorized in a predetermined direction and a temperature of the shape memory alloy are changed. At least a heat quantity is supplied to the shape memory alloy. In this case, there are provided temperature changing means that comes into contact with the shape memory alloy, and control means that controls the temperature change by the temperature changing means to change the relative positions of the temperature changing means and the shape memory alloy. It is characterized by
【０００８】[0008]
【作用】この発明の形状記憶アクチュエータにあって
は、形状記憶合金とこの形状記憶合金を温度変化させる
温度変化手段との相対変位は、変位手段をパルス的に駆
動することにより生じる。そして、形状記憶合金と温度
変化手段との接触時間、及び該温度変化手段への通電パ
ターンによって、単位時間当たりに形状記憶合金に与え
られる熱量が決定される。この熱により、形状記憶合金
全体が記憶された形状に変形し、外部負荷を駆動する。In the shape memory actuator of the present invention, the relative displacement between the shape memory alloy and the temperature changing means for changing the temperature of the shape memory alloy is generated by driving the displacement means in a pulsed manner. Then, the amount of heat given to the shape memory alloy per unit time is determined by the contact time between the shape memory alloy and the temperature changing means and the energization pattern to the temperature changing means. Due to this heat, the entire shape memory alloy is deformed into a memorized shape and an external load is driven.
【０００９】[0009]
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例を説
明する。図１はこの発明に係る形状記憶アクチュエータ
の第１の実施例の構成を示すもので、（ａ）は外観斜視
図、（ｂ）は同図（ａ）の図示矢印Ｂ方向から見ると共
にその制御系を表した図である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1A and 1B show the configuration of a first embodiment of a shape memory actuator according to the present invention. FIG. 1A is an external perspective view, FIG. 1B is a view from the direction of the arrow B in FIG. It is a figure showing the system.
【００１０】図１（ａ）及び（ｂ）に於いて、ベース部
材１１には、圧電素子１２ａ及び１２ｂが片持ち梁状に
固定されている。上記ベース部材１１上には、圧電素子
１２ａ及び１２ｂにより駆動される抵抗体ヒータ１３が
載置されている。そして、この抵抗体ヒータ１３の図示
矢印Ｃで示される変位方向に対して、図示矢印Ｄ方向に
屈曲形状が記憶された形状記憶合金１４が、ベース部材
１１により１１ａ及び１１ｂの部分で拘束されている。
ここで、１１ｂでの拘束は、図示矢印Ｅ1 方向の変位が
可能で、形状記憶合金の熱膨張及び形状記憶変化による
変形の逃げとなっている。1A and 1B, piezoelectric elements 12a and 12b are fixed to a base member 11 in a cantilever shape. A resistor heater 13 driven by the piezoelectric elements 12a and 12b is placed on the base member 11. Then, with respect to the displacement direction of the resistor heater 13 indicated by the arrow C, the shape memory alloy 14 in which the bent shape is stored in the direction of the arrow D is constrained by the base member 11 at the portions 11a and 11b. There is.
Here, the restraint at 11b allows displacement in the direction of the arrow E 1 in the drawing, which is a relief of deformation due to thermal expansion and shape memory change of the shape memory alloy.
【００１１】一方、制御装置１５は、上記圧電素子１２
ａ及び１２ｂの駆動用制御入力信号発生装置１６と、圧
電素子１２ａ及び１２ｂの駆動用電圧増幅器１７と、抵
抗体ヒータ１３の通電用制御入力信号発生装置１８と、
抵抗体ヒータ１３の通電用電流増幅器１９を有して構成
される。そして、圧電素子１２ａ及び１２ｂは、圧電素
子駆動用電圧増幅器１７を介して圧電素子駆動用制御入
力信号発生装置１６に、抵抗体ヒータ１３は、抵抗体ヒ
ータ通電用電流増幅器１９を介して抵抗体ヒータ通電用
制御入力信号発生装置１８に、それぞれ接続されてい
る。On the other hand, the controller 15 controls the piezoelectric element 12 described above.
a and 12b driving control input signal generator 16, a piezoelectric element 12a and 12b driving voltage amplifier 17, a resistor heater 13 energization control input signal generator 18,
The resistor heater 13 is provided with an energizing current amplifier 19. The piezoelectric elements 12 a and 12 b are connected to the piezoelectric element drive control input signal generator 16 via the piezoelectric element drive voltage amplifier 17, and the resistor heater 13 is connected to the resistor body via the resistor heater energizing current amplifier 19. Each is connected to a heater energization control input signal generator 18.
【００１２】上記圧電素子１２ａ及び１２ｂはバイモル
フ型の構成で、電圧増幅器１７からの２０Ｖ程度の印加
電圧で１００μｍ程度変位可能である。そして、圧電素
子１２ａと抵抗体ヒータ１３とは耐熱性を有するポリミ
ド系の接着剤で接着されているが、圧電素子１２ｂと抵
抗体ヒータ１３とは接しているだけで摺動可能である。
抵抗体ヒータ１３と形状記憶合金１４とは９０μｍ程度
の空間を、そして圧電素子１２ａ、１２ｂとベース部材
１１とは５０μｍ程度の空間を有して配置されている。The piezoelectric elements 12a and 12b have a bimorph type structure and can be displaced by about 100 μm by an applied voltage of about 20 V from the voltage amplifier 17. The piezoelectric element 12a and the resistor heater 13 are adhered to each other with a heat-resistant polyimide adhesive, but the piezoelectric element 12b and the resistor heater 13 can be slid only by being in contact with each other.
The resistor heater 13 and the shape memory alloy 14 are arranged with a space of about 90 μm, and the piezoelectric elements 12a and 12b and the base member 11 are arranged with a space of about 50 μm.
【００１３】次に、この第１の実施例の動作について説
明する。図２（ａ）に示されるように、制御入力信号発
生装置１８から一定の電圧が発生され、電流増幅器１９
により電流増幅が行われた結果、抵抗体ヒータ１３は、
常に一定温度に保たれている。電流増幅器１９による電
流増幅率は、抵抗体ヒータ１３による形状記憶合金１４
の加熱に、単位時間当たりに必要な熱量Ｑと、抵抗体ヒ
ータ１３の抵抗値Ｒから、Ｑ＝Ｉ2 Ｒを満たす電流値Ｉ
を発生し得るように決定する。Next, the operation of the first embodiment will be described. As shown in FIG. 2A, a constant voltage is generated from the control input signal generator 18, and the current amplifier 19
As a result of current amplification by the resistor heater 13,
It is always kept at a constant temperature. The current amplification factor of the current amplifier 19 is equal to that of the shape memory alloy 14 of the resistor heater 13.
From the amount of heat Q required per unit time for heating of and the resistance value R of the resistor heater 13, a current value I satisfying Q = I 2 R is obtained.
Is determined to occur.
【００１４】圧電素子１２ａ、１２ｂには、図２（ｂ）
に示されるように、制御入力信号発生装置１６から発生
されたパルス状の電圧に電圧増幅器１７によって増幅さ
れた電圧が加えられる。これにより、圧電効果による変
形で電圧がハイ状態で形状記憶合金１４に抵抗体ヒータ
１３が押付けられ、逆に電圧がローの状態で抵抗体ヒー
タ１３が形状記憶合金１４から離される。電圧増幅は、
上述した通り、圧電素子１２ａ、１２ｂへの入力が２０
Ｖ程度になるように、入力信号から決定される。The piezoelectric elements 12a and 12b are shown in FIG.
As shown in, the voltage amplified by the voltage amplifier 17 is added to the pulsed voltage generated from the control input signal generator 16. As a result, the resistor heater 13 is pressed against the shape memory alloy 14 when the voltage is high due to the deformation due to the piezoelectric effect, and conversely, the resistor heater 13 is separated from the shape memory alloy 14 when the voltage is low. Voltage amplification
As described above, the input to the piezoelectric elements 12a and 12b is 20
It is determined from the input signal so as to be approximately V.
【００１５】形状記憶合金１４の加熱量は、一定時間当
たりの抵抗体ヒータ１３の接触時間と非接触時間の比で
決定されるもので、加熱量を増加させたければ接触時間
の割合を増加させればよい。このようにして接触領域か
ら加えられた熱は、形状記憶合金１４の伝熱で、図示矢
印Ｅ2 方向へ伝わり、予め記憶させられた形状に形状記
憶合金１４を変形させる。The heating amount of the shape memory alloy 14 is determined by the ratio of the contact time and the non-contact time of the resistor heater 13 per fixed time, and if the heating amount is to be increased, the proportion of the contact time should be increased. Just do it. In this way, the heat applied from the contact region is the heat transfer of the shape memory alloy 14 and is transferred in the direction of the arrow E 2 in the drawing, and the shape memory alloy 14 is deformed into the shape stored in advance.
【００１６】したがって、この第１の実施例によれば、
次のような効果がある。上記構成の場合、形状記憶合金
１４と抵抗体ヒータ１３との接触で形状記憶合金１４を
加熱し、冷却は抵抗体ヒータ１３を形状記憶合金１４か
ら離すことによって、形状記憶合金１４と周囲の冷媒と
の接触面積を増やし、自然放熱により冷却する。また、
抵抗体ヒータ１３と形状記憶合金１４との接触が、これ
らを直接形状記憶合金に張付けた場合と異なって形状の
変形を妨げないので、効果的に発生力を外部への仕事と
して取出すことができる。Therefore, according to this first embodiment,
It has the following effects. In the case of the above configuration, the shape memory alloy 14 and the resistor heater 13 are brought into contact with each other to heat the shape memory alloy 14, and the cooling is performed by separating the resistor heater 13 from the shape memory alloy 14, whereby the shape memory alloy 14 and the surrounding refrigerant. Increase the contact area with and cool by natural heat dissipation. Also,
The contact between the resistor heater 13 and the shape memory alloy 14 does not hinder the deformation of the shape, unlike the case where the resistor heater 13 and the shape memory alloy 14 are directly attached to the shape memory alloy, so that the generated force can be effectively taken out as work to the outside. .
【００１７】尚、上述した第１の実施例の各構成は、当
然、各種の変形、変更が可能である。例えば、図３は、
第１の実施例の制御装置１５を変形した第２の実施例の
構成を示したものである。図１と同じ参照番号を付した
ものは、第１の実施例と同様のものを表しているので説
明は省略する。Incidentally, each structure of the above-described first embodiment can naturally be modified or changed in various ways. For example, in FIG.
It shows a configuration of a second embodiment in which the control device 15 of the first embodiment is modified. The same reference numerals as those in FIG. 1 represent the same parts as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
【００１８】制御装置１５ａに於いて、制御入力信号発
生装置２０から発生されたパルス状入力は、圧電素子駆
動用電圧増幅器１７、抵抗体ヒータ通電用電流増幅器１
９を介して、圧電素子１２ａ、１２ｂ及び抵抗体ヒータ
１３へ、それぞれ入力されるようになっている。そのた
め、圧電素子１２ａ、１２ｂ及び抵抗体ヒータ１３への
入力電圧は、それぞれ図４（ａ）及び（ｂ）に示される
ようになる。すなわち、信号が同期しており、抵抗体ヒ
ータ１３が形状記憶合金１４から離れる時には、抵抗体
ヒータ１３の加熱をやめているため、無駄な熱を発生し
ていない。In the control unit 15a, the pulse-shaped input generated from the control input signal generation unit 20 is a piezoelectric element driving voltage amplifier 17 and a resistor heater energizing current amplifier 1.
It is adapted to be inputted to the piezoelectric elements 12a and 12b and the resistor heater 13 via 9, respectively. Therefore, the input voltages to the piezoelectric elements 12a and 12b and the resistor heater 13 are as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), respectively. That is, when the signals are synchronized and the resistor heater 13 separates from the shape memory alloy 14, heating of the resistor heater 13 is stopped, so that unnecessary heat is not generated.
【００１９】次に、図５（ａ）及び（ｂ）を参照して、
この発明の第３の実施例を説明する。図５（ａ）は第３
の実施例による形状記憶アクチュエータの正面図、図５
（ｂ）は同図（ａ）を上部から見た図であり、形状記憶
合金１４及びベース部材１１は説明の簡単化のため取り
除いてある。尚、上述した第１の実施例と同じ番号、記
号を付したものは、第１の実施例と同様のものを表して
いるので、ここでは説明を省略する。Next, referring to FIGS. 5A and 5B,
A third embodiment of the present invention will be described. FIG. 5A shows the third
5 is a front view of the shape memory actuator according to the embodiment of FIG.
(B) is a view of the same figure (a) as seen from above, and the shape memory alloy 14 and the base member 11 have been removed for the sake of simplicity. The same reference numerals and symbols as those used in the first embodiment described above represent the same components as those used in the first embodiment, and the description thereof is omitted here.
【００２０】この第３の実施例による形状記憶アクチュ
エータは、次のように構成されている。図５（ａ）及び
（ｂ）に於いて、セラミックス等から成る支持台２１で
ベース部材１１に固定された板状の圧電素子２２は、こ
れに固定されたセラミックス等から成るスペーサ２３ａ
及び２３ｂを介して、抵抗体ヒータ１３に接続されてい
る。スペーサ２３ａと抵抗体ヒータ１３は、耐熱性を有
するポリミド系の接着剤で接着されているが、スペーサ
２３ｂと抵抗体ヒータ１３とは接しているだけで摺動可
能となっている。The shape memory actuator according to the third embodiment is constructed as follows. In FIGS. 5A and 5B, the plate-shaped piezoelectric element 22 fixed to the base member 11 by the support base 21 made of ceramics or the like is a spacer 23a made of ceramics or the like fixed to this.
And 23b, and is connected to the resistor heater 13. The spacer 23a and the resistor heater 13 are adhered with a heat-resistant polyimide adhesive, but the spacer 23b and the resistor heater 13 are slidable only by being in contact with each other.
【００２１】また、ベース部材１１には通気孔２４ａ及
び２４ｂが設けられている。圧電素子２２は３つの板か
ら構成され、圧電素子２２のそれぞれの接地側信号線が
導電性電極２５に取付けられている。圧電素子２２の３
つの板のうち、両端の板の入力信号線は導線２６によっ
て結線されており、電圧増幅器１７からの入力を信号端
子２７から受ける。圧電素子２２の３つの板のうち、中
央の板には耐熱樹脂からなる扇２８及び２８ｂが取付け
られており、信号端子２９と接続されている。Further, the base member 11 is provided with ventilation holes 24a and 24b. The piezoelectric element 22 is composed of three plates, and the ground-side signal lines of the piezoelectric element 22 are attached to the conductive electrodes 25. Piezoelectric element 22-3
The input signal lines of the two plates of the two plates are connected by a conductor wire 26, and receive an input from the voltage amplifier 17 from a signal terminal 27. Among the three plates of the piezoelectric element 22, fans 28 and 28b made of heat-resistant resin are attached to the central plate, and are connected to the signal terminals 29.
【００２２】次に、第３の実施例の動作を説明する。抵
抗体ヒータ１３は、上述した第２の実施例と同様に、一
定電圧で一定温度に加熱されている。また、圧電素子２
２にも第１の実施例と同様のパルス状の入力が信号端子
２７から与えられ、圧電素子２２が支持台２１を基準に
弓状に変形する。これによって、抵抗体ヒータ１３は図
示矢印Ｃ方向に変位する。そして、入力電圧がハイ状態
で形状記憶合金１４に抵抗体ヒータ１３が押付けられ、
逆に電圧がローの状態で抵抗体ヒータ１３は形状記憶合
金１４から離される。この際、信号端子２９には、圧電
素子２２への入力電圧増幅器と同等の制御系により発生
された、図６に示される１００Ｈｚ程度の正弦波状の電
圧が与えられる。これにより、圧電ファンが形成され
る。Next, the operation of the third embodiment will be described. The resistor heater 13 is heated to a constant temperature with a constant voltage, as in the second embodiment described above. In addition, the piezoelectric element 2
A pulse-like input similar to that of the first embodiment is also applied to 2 from the signal terminal 27, and the piezoelectric element 22 is deformed into an arc shape with the support base 21 as a reference. As a result, the resistor heater 13 is displaced in the direction of arrow C in the figure. Then, when the input voltage is high, the resistor heater 13 is pressed against the shape memory alloy 14,
Conversely, the resistor heater 13 is separated from the shape memory alloy 14 when the voltage is low. At this time, the signal terminal 29 is supplied with a sinusoidal voltage of about 100 Hz shown in FIG. 6, which is generated by a control system equivalent to the input voltage amplifier to the piezoelectric element 22. As a result, a piezoelectric fan is formed.
【００２３】この結果、図示矢印Ｆ1 、Ｆ2 に示される
ような空気の流れが生じ、高い放熱性が得られる。図７
は、この発明の第４の実施例を示す構成図である。同図
に於いて、図１に示された構成要素と同じ参照番号、記
号を付したものは、上述した第１の実施例と同様のもの
を表しており、ここでの説明は省略する。As a result, air flows as shown by the arrows F 1 and F 2 in the figure, and high heat dissipation is obtained. Figure 7
FIG. 8 is a configuration diagram showing a fourth embodiment of the present invention. In the figure, components having the same reference numerals and symbols as those of the components shown in FIG. 1 represent the same components as those in the above-described first embodiment, and the description thereof will be omitted.
【００２４】図７に於いて、ベース部材１１には圧電素
子３０が固定されている。この圧電素子３０は、形状記
憶合金１４に対して摺動可能で接しており、抵抗体ヒー
タ１３は形状記憶合金１４に対して９０μｍ程度の間隔
を設けてベース部材１１に固定されている。In FIG. 7, the piezoelectric element 30 is fixed to the base member 11. The piezoelectric element 30 is slidably in contact with the shape memory alloy 14, and the resistor heater 13 is fixed to the base member 11 with a space of about 90 μm from the shape memory alloy 14.
【００２５】次に、この第４の実施例の動作を説明す
る。第４の実施例は、圧電素子３０及び抵抗体ヒータ１
３への通電方法は、上述した第１の実施例または第２の
実施例と同様である。すなわち、圧電素子３０の圧電効
果により、図示矢印Ｃ方向に変形させた抵抗体ヒータ１
３に形状記憶合金１４を接触させるようにしたものであ
る。第１の実施例では、形状記憶合金１４の鋼性が低い
と、抵抗体ヒータ１３を押付けようとしても、変位して
形状記憶合金１４が逃げてしまい、効果的に形状記憶合
金１４を加熱することができない場合も考えられる。し
かしながら、この第４の実施例の構成によれば、形状記
憶合金１４の鋼性が低い場合でも、確実に抵抗体ヒータ
１３に形状記憶合金１３を接触させられるという利点を
有している。Next, the operation of the fourth embodiment will be described. In the fourth embodiment, the piezoelectric element 30 and the resistor heater 1 are used.
The method of energizing 3 is the same as in the first or second embodiment described above. That is, the piezoelectric heater of the piezoelectric element 30 deforms the resistor heater 1 in the direction of arrow C in the figure.
The shape memory alloy 14 is brought into contact with No. 3. In the first embodiment, if the shape memory alloy 14 has a low steel property, even if the resistor heater 13 is pressed, the shape memory alloy 14 is displaced and escapes, so that the shape memory alloy 14 is effectively heated. In some cases, it may not be possible. However, the configuration of the fourth embodiment has an advantage that the shape memory alloy 13 can be surely brought into contact with the resistor heater 13 even when the shape memory alloy 14 has a low steel property.
【００２６】次に、この発明の第５の実施例について説
明する。図８は、この発明の第５の実施例の構成を示す
もので、図８（ａ）は外観斜視図、図８（ｂ）は同図
（ａ）の図示矢印Ｂ方向から見ると共にその制御系を表
した図である。尚、同図に於いて、図１に示された構成
要素と同じ参照番号、記号を付したものは、上述した第
１の実施例と同様のものを表しており、ここでの説明は
省略する。Next explained is the fifth embodiment of the invention. FIG. 8 shows the configuration of the fifth embodiment of the present invention. FIG. 8 (a) is an external perspective view, and FIG. 8 (b) is viewed from the direction of arrow B in FIG. It is a figure showing the system. In the figure, components having the same reference numerals and symbols as those of the components shown in FIG. 1 represent the same components as those of the first embodiment described above, and the description thereof is omitted here. To do.
【００２７】ベース部材１１に固定された抵抗体ヒータ
１３は、形状記憶合金１４に対して摺動可能に接してい
る。また、放熱板３１は、形状記憶合金１４との間に９
０μｍ程度の間隔を有して、圧電素子３２によってベー
ス部材１１に取付けられている。制御装置１５ｂでは、
圧電素子駆動用電圧増幅器１９への入力は、圧電素子駆
動用制御入力信号発生装置１６と抵抗体ヒータ通電用制
御入力信号発生装置１８の差で構成されている。The resistor heater 13 fixed to the base member 11 is slidably in contact with the shape memory alloy 14. In addition, the heat dissipation plate 31 and the shape memory alloy 14 are separated from each other by 9
The piezoelectric elements 32 are attached to the base member 11 at intervals of about 0 μm. In the controller 15b,
The input to the piezoelectric element driving voltage amplifier 19 is constituted by the difference between the piezoelectric element driving control input signal generator 16 and the resistor heater energizing control input signal generator 18.
【００２８】次に、図９（ａ）〜（ｄ）を参照して、こ
の第５の実施例の動作を説明する。最大値が同じであ
る、図９（ａ）で示されるステップ状の信号と、同図
（ｂ）で示されるパルス状の信号とが、それぞれ制御入
力信号発生装置１８と制御入力信号発生装置１６から出
力される。すると、抵抗体ヒータ１３への入力電圧と、
圧電素子３２への入力は、それぞれ図９（ｃ）、（ｄ）
に示されるようになる。圧電素子３２は、圧電効果によ
る図示矢印Ｃ方向への変形で、電圧がハイ状態で形状記
憶合金１４に放熱板３１を押付け、逆に電圧がローの状
態で放熱板３１を形状記憶合金１４から離す。抵抗体ヒ
ータ１３は放熱板３１が形状記憶合金１４に非接触状態
で通電され、逆に放熱板３１が形状記憶合金１４に接触
状態で非通電となる。Next, the operation of the fifth embodiment will be described with reference to FIGS. The step-like signal shown in FIG. 9A and the pulse-like signal shown in FIG. 9B, which have the same maximum value, are respectively the control input signal generator 18 and the control input signal generator 16. Is output from. Then, the input voltage to the resistor heater 13
Inputs to the piezoelectric element 32 are shown in FIGS. 9C and 9D, respectively.
As shown in. The piezoelectric element 32 is deformed in the direction of the arrow C in the figure by the piezoelectric effect, and presses the heat sink 31 against the shape memory alloy 14 when the voltage is high, and conversely moves the heat sink 31 from the shape memory alloy 14 when the voltage is low. Let go. In the resistor heater 13, the heat dissipation plate 31 is energized in a non-contact state with the shape memory alloy 14, and conversely, the heat dissipation plate 31 is deenergized in a contact state with the shape memory alloy 14.
【００２９】形状記憶合金１４の加熱量は、制御入力信
号発生装置１６からのパルス状の信号のデューティー比
で決定されるもので、加熱量を増加させたければパルス
状の信号の単位時間当たりのハイ状態の割合を増加させ
ればよい。このようにして接触領域から加えられた熱
は、形状記憶合金１４の伝熱で図示矢印Ｅ2 方向へ伝わ
り、予め記憶させられた形状に形状記憶合金を変形させ
る。The heating amount of the shape memory alloy 14 is determined by the duty ratio of the pulsed signal from the control input signal generator 16, and if it is desired to increase the heating amount, the pulsed signal per unit time is increased. The ratio of high state should be increased. In this way, the heat applied from the contact area is transferred in the direction of the arrow E 2 in the figure by the heat transfer of the shape memory alloy 14, and the shape memory alloy is deformed into the shape stored in advance.
【００３０】したがって、第５の実施例によれば、次の
ような効果がある。図８に示される構成の場合、冷却効
率の高い放熱板３１を接触させることによって形状記憶
合金１４の冷却を加速させるので、応答性の高い形状記
憶アクチュエータを構成することができる。また、この
ような構成では、ペルチェ素子とは異なり、加熱部材は
加熱部材のみで設計され、加熱部材と冷却部材との構成
ではそれぞれが独立に設計できるので冷却効率の高い設
計を行うことができることになる。Therefore, according to the fifth embodiment, there are the following effects. In the case of the configuration shown in FIG. 8, since the cooling of the shape memory alloy 14 is accelerated by bringing the heat dissipation plate 31 having high cooling efficiency into contact with it, a shape memory actuator having high responsiveness can be configured. Further, in such a configuration, unlike the Peltier element, the heating member is designed only by the heating member, and in the configuration of the heating member and the cooling member, each can be designed independently, so that a design with high cooling efficiency can be performed. become.
【００３１】尚、この第５の実施例の各構成も、各種の
変形、変更が可能なのは勿論である。そして、第６の実
施例として、例えば上述した第１の実施例の制御装置１
５のように、抵抗体ヒータ１３への通電と圧電素子３２
への通電は同期していなくても構わない。つまり、制御
装置１５と同じ構成で、図１０（ａ）に示されるよう
に、抵抗体ヒータ１３への通電、非通電の割合を一定に
保ち、放熱板３１を加熱量の調整として使用しても構わ
ない。尚、図１０（ａ）及び（ｂ）は、第６の実施例に
於ける抵抗体ヒータ１０への入力電圧、及び圧電素子３
２への入力電圧のタイムチャートである。It is needless to say that each structure of the fifth embodiment can be modified and changed in various ways. Then, as a sixth embodiment, for example, the control device 1 of the above-described first embodiment
5, the energization of the resistor heater 13 and the piezoelectric element 32
It does not matter if the energization to the terminals is not synchronized. That is, with the same configuration as the control device 15, as shown in FIG. 10A, the ratio of energization and de-energization to the resistor heater 13 is kept constant, and the heat dissipation plate 31 is used for adjusting the heating amount. I don't mind. 10A and 10B, the input voltage to the resistor heater 10 and the piezoelectric element 3 in the sixth embodiment are shown.
3 is a time chart of the input voltage to 2.
【００３２】次に、図１１を参照して、この発明の第７
の実施例を説明する。図８と同じ参照番号、記号を付し
たものは、第３の実施例と同様のものを表すので、説明
は省略する。Next, referring to FIG. 11, the seventh aspect of the present invention will be described.
An example will be described. The same reference numerals and symbols as those in FIG. 8 represent the same components as those in the third embodiment, and thus the description thereof will be omitted.
【００３３】図１１は、図８（ａ）の縦断面図と等価で
あり、連結部材３３によって放熱板３１と抵抗体ヒータ
１３とを結び付けている。圧電素子（図示せず）により
放熱板３１が駆動されると、これに連動して抵抗体ヒー
タ１３も図示矢印Ｇ方向に駆動される。FIG. 11 is equivalent to the vertical cross-sectional view of FIG. 8A, in which the radiator plate 31 and the resistor heater 13 are connected by the connecting member 33. When the heat dissipation plate 31 is driven by the piezoelectric element (not shown), the resistor heater 13 is also driven in the direction of arrow G in the drawing in conjunction with this.
【００３４】したがって、抵抗体ヒータ１３には、常時
通電したままで、制御装置による信号同期処理により通
電切り替えを行わなくても、放熱板３１が形状記憶合金
１４に接触して冷却を加速しているときには、抵抗体ヒ
ータ１３は形状記憶合金１４から離れている。逆に、抵
抗体ヒータ１３が形状記憶合金１４に接触して加熱を行
っているときには、放熱板３１は形状記憶合金１４から
離れていることになる。故に、効果的に加冷却を行うこ
とができる。Therefore, even if the resistor heater 13 is always energized and the energization is not switched by the signal synchronizing process by the controller, the heat dissipation plate 31 contacts the shape memory alloy 14 to accelerate the cooling. When on, the resistor heater 13 is away from the shape memory alloy 14. On the contrary, when the resistor heater 13 is in contact with the shape memory alloy 14 for heating, the heat dissipation plate 31 is separated from the shape memory alloy 14. Therefore, heating and cooling can be effectively performed.
【００３５】次に、この発明の第８の実施例を、図１２
を参照して説明する。この第８の実施例は、上述した第
１の実施例により構成された形状記憶アクチュエータの
適用例である。図中、図１（ａ）、（ｂ）と同じ参照番
号、記号を付したものについては、第１の実施例と同様
のものを表すので、説明は省略する。Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Will be described with reference to. The eighth embodiment is an application example of the shape memory actuator constructed according to the first embodiment described above. In the figure, the same reference numerals and symbols as those in FIGS. 1A and 1B denote the same parts as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
【００３６】図１２に於いて、３４ａ、３４ｂは図１の
ように構成された形状記憶アクチュエータを表わしてい
る。これらの形状記憶アクチュエータ３４ａ、３４ｂを
対向させ、リンクジョイント３５で相対的に図示矢印Ｄ
1 、Ｄ2 方向に回動可能なように連結されたリンク３７
ａ及び３７ｂに、それぞれのベース部材の底部が固定さ
れた構成となっている。In FIG. 12, 34a and 34b represent shape memory actuators constructed as shown in FIG. These shape memory actuators 34a and 34b are opposed to each other, and a link joint 35 is used to relatively show an arrow D.
Link 37 connected so as to be rotatable in 1 and D 2 directions
The bottom of each base member is fixed to a and 37b.
【００３７】そして、この第８の実施例に用いられる形
状記憶合金１４′は、直線状態に対して前後に屈曲形状
を記憶した全方向性の形状記憶合金である。これによっ
て、２自由度を有する高速に駆動可能なリンクマニピュ
レータを構成することができる。The shape memory alloy 14 'used in the eighth embodiment is an omnidirectional shape memory alloy in which the bent shape is remembered in the front-back direction with respect to the straight state. This makes it possible to construct a link manipulator having two degrees of freedom and capable of driving at high speed.
【００３８】次に、この発明の第９の実施例を、図１３
を参照して説明する。この第９の実施例は、上述した第
８の実施例の変形例であり、図１（ａ）及び（ｂ）、図
１２と同じ参照番号、記号を付したものは、上述した第
１及び第８の実施例と同様のものを表しているので、説
明は省略する。Next, a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Will be described with reference to. The ninth embodiment is a modification of the above-described eighth embodiment, and those denoted by the same reference numerals and symbols as in FIGS. 1A and 1B and FIG. Since the same components as those in the eighth embodiment are shown, the description thereof will be omitted.
【００３９】図１３に於いて、３４は図１のように構成
された形状記憶アクチュエータを表わしている。そし
て、この形状記憶アクチュエータ３４は、リンクジョイ
ント３５で相対的に図示矢印Ｄ1 、Ｄ2 方向に回動可能
なように連結されたリンク３６ａ′、３６ｂ′、及び全
方向性の形状記憶合金１４″により、その端部３７では
接着、端部３８では摺動可能に固定されている。したが
って、２自由度を有する高速に駆動可能なリンクマニピ
ュレータを構成することができる。In FIG. 13, reference numeral 34 represents a shape memory actuator constructed as shown in FIG. Then, the shape memory actuator 34 is relatively an arrow D 1, D 2 direction rotatable such as linked linked 36a in the link joint 35 ', 36b', and omnidirectional shape memory alloy 14 ″, The end portion 37 is bonded and the end portion 38 is slidably fixed. Therefore, a link manipulator having two degrees of freedom and capable of driving at high speed can be configured.
【００４０】[0040]
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、熱交換
を効果的に行うと共に、形状記憶アクチュエータの駆動
を阻害することなく、形状記憶合金を効果的に加冷却
し、高応答で外部負荷を駆動することのできる形状記憶
アクチュエータを提供することができる。As described above, according to the present invention, the heat exchange is effectively performed, and the shape memory alloy is effectively heated and cooled without obstructing the drive of the shape memory actuator, and the external response is high. A shape memory actuator capable of driving a load can be provided.
【図１】この発明に係る形状記憶アクチュエータの第１
の実施例の構成を示すもので、（ａ）は外観斜視図、
（ｂ）は同図（ａ）の図示矢印Ｂ方向から見ると共にそ
の制御系を表した図である。FIG. 1 shows a first shape memory actuator according to the present invention.
The configuration of the embodiment of (a) is an external perspective view,
(B) is a view showing the control system of the same as seen from the direction of the arrow B in FIG.
【図２】（ａ）は第１の実施例に於いて抵抗体ヒータ１
３を駆動する際のタイムチャート、（ｂ）は同様に圧電
素子１２ａ、１２ｂを駆動する際のタイムチャートであ
る。FIG. 2A is a resistor heater 1 in the first embodiment.
3 is a time chart when driving No. 3, and (b) is a time chart when driving the piezoelectric elements 12a and 12b similarly.
【図３】この発明の第２の実施例の構成を示した図であ
る。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a second exemplary embodiment of the present invention.
【図４】（ａ）は第２の実施例に於いて圧電素子１２
ａ、１２ｂを駆動する際のタイムチャート、（ｂ）は同
様に抵抗体ヒータ１３を駆動する際のタイムチャートで
ある。FIG. 4A is a piezoelectric element 12 in the second embodiment.
Time charts for driving a and 12b, and (b) are time charts for driving the resistor heater 13 similarly.
【図５】（ａ）は第３の実施例による形状記憶アクチュ
エータの正面図、（ｂ）は同図（ａ）図を部分的に上部
から見た図である。5A is a front view of a shape memory actuator according to a third embodiment, and FIG. 5B is a partial view of the same FIG.
【図６】圧電ファンに対する入力信号を示すタイムチャ
ートである。FIG. 6 is a time chart showing an input signal to the piezoelectric fan.
【図７】この発明の第４の実施例を示す構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
【図８】この発明の第５の実施例の構成を示すもので、
（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は同図（ａ）の図示矢印Ｂ
方向から見ると共にその制御系を表した図である。FIG. 8 shows a configuration of a fifth embodiment of the present invention,
(A) is an external perspective view, (b) is an arrow B shown in FIG.
It is the figure which looked at from a direction and showed the control system.
【図９】（ａ）は制御入力信号発生装置１８からの出力
信号を示すタイムチャート、（ｂ）は制御入力信号発生
装置１６からの出力信号を示すタイムチャート、（ｃ）
及び（ｄ）はこの際の抵抗体ヒータ１３と圧電素子３２
への入力電圧のタイムチャートである。9A is a time chart showing an output signal from the control input signal generator 18, FIG. 9B is a time chart showing an output signal from the control input signal generator 16, FIG.
And (d) are the resistor heater 13 and the piezoelectric element 32 at this time.
3 is a time chart of the input voltage to the.
【図１０】（ａ）及び（ｂ）はこの発明の第６の実施例
に於ける抵抗体ヒータ１３への入力電圧及び圧電素子３
２への入力電圧のタイムチャートである。10 (a) and 10 (b) are an input voltage to a resistor heater 13 and a piezoelectric element 3 in a sixth embodiment of the present invention.
3 is a time chart of the input voltage to 2.
【図１１】この発明の第７の実施例の構成を示す縦断面
図である。FIG. 11 is a vertical sectional view showing the configuration of a seventh embodiment of the present invention.
【図１２】この発明の第８の実施例の構成を示した図で
ある。FIG. 12 is a diagram showing a configuration of an eighth exemplary embodiment of the present invention.
【図１３】この発明の第９の実施例の構成を示した図で
ある。FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a ninth exemplary embodiment of the present invention.
【図１４】ペルチェ素子の原理を示す説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram showing the principle of a Peltier device.
１１…ベース部材、１２ａ、１２ｂ…圧電素子、１３…
抵抗体ヒータ、１４…形状記憶合金、１５…制御装置、
１６…圧電素子駆動用制御入力信号発生装置、１７…圧
電素子駆動用電圧増幅器、１８…抵抗体ヒータ通電用制
御入力信号発生装置、１９…抵抗体ヒータ通電用電流増
幅器。11 ... Base member, 12a, 12b ... Piezoelectric element, 13 ...
Resistor heater, 14 ... Shape memory alloy, 15 ... Control device,
16 ... Piezoelectric element driving control input signal generator, 17 ... Piezoelectric element driving voltage amplifier, 18 ... Resistor heater energizing control input signal generator, 19 ... Resistor heater energizing current amplifier.
Claims (1)
憶合金と、 この形状記憶合金の温度を変化させるもので、少なくと
も上記形状記憶合金に熱量を供給する場合にこの形状記
憶合金と接触する温度変化手段と、 この温度変化手段による温度の変化を制御して上記温度
変化手段と上記形状記憶合金との相対的な位置を変化さ
せる制御手段とを具備することを特徴とする形状記憶ア
クチュエータ。1. A shape memory alloy in which a bent shape is memorized in a predetermined direction, and a temperature of the shape memory alloy is changed, and the shape memory alloy comes into contact with at least the amount of heat supplied to the shape memory alloy. A shape memory actuator comprising: a temperature changing means; and a control means for controlling a change in temperature by the temperature changing means to change a relative position between the temperature changing means and the shape memory alloy.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21978093A JPH0775355A (en) | 1993-09-03 | 1993-09-03 | Shape memory actuator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21978093A JPH0775355A (en) | 1993-09-03 | 1993-09-03 | Shape memory actuator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0775355A true JPH0775355A (en) | 1995-03-17 |
Family
ID=16740892
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21978093A Withdrawn JPH0775355A (en) | 1993-09-03 | 1993-09-03 | Shape memory actuator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0775355A (en) |
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-
1993
- 1993-09-03 JP JP21978093A patent/JPH0775355A/en not_active Withdrawn
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