JPH08312705A - ２方向性形状記憶合金コイルバネ素子 - Google Patents
２方向性形状記憶合金コイルバネ素子Info
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- JPH08312705A JPH08312705A JP11880795A JP11880795A JPH08312705A JP H08312705 A JPH08312705 A JP H08312705A JP 11880795 A JP11880795 A JP 11880795A JP 11880795 A JP11880795 A JP 11880795A JP H08312705 A JPH08312705 A JP H08312705A
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- shape memory
- sma
- bias
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F2224/00—Materials; Material properties
- F16F2224/02—Materials; Material properties solids
- F16F2224/0258—Shape-memory metals, e.g. Ni-Ti alloys
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ２方向性コイルバネ素子を小形化する。
【構成】 形状記憶特性を有するＳＭＡコイルバネ
（１）と、形状記憶特性を有していないバイアスコイル
バネ（２）とを、互いに同心に配置してあるとともに、
一方のコイルバネ（１）（２）のピッチ間隙に他方のコ
イルバネ（２）（１）を位置させるべく配置してあり、
ＳＭＡコイルバネ（１）が記憶しているピッチと、バイ
アスコイルバネ（２）の無負荷時のピッチとを互いに異
ならせてあるとともに、両コイルバネ（１）（２）の対
応する端部を一体的に連結してある。
（１）と、形状記憶特性を有していないバイアスコイル
バネ（２）とを、互いに同心に配置してあるとともに、
一方のコイルバネ（１）（２）のピッチ間隙に他方のコ
イルバネ（２）（１）を位置させるべく配置してあり、
ＳＭＡコイルバネ（１）が記憶しているピッチと、バイ
アスコイルバネ（２）の無負荷時のピッチとを互いに異
ならせてあるとともに、両コイルバネ（１）（２）の対
応する端部を一体的に連結してある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は２方向性コイルバネ素
子に関し、さらに詳細にいえば、形状記憶特性を有する
形状記憶合金コイルバネ（以下、ＳＭＡコイルバネと略
称する）と形状記憶特性を有していないバイアスコイル
バネとからなる２方向性コイルバネ素子に関する。
子に関し、さらに詳細にいえば、形状記憶特性を有する
形状記憶合金コイルバネ（以下、ＳＭＡコイルバネと略
称する）と形状記憶特性を有していないバイアスコイル
バネとからなる２方向性コイルバネ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、形状記憶特性を有するＳＭＡ
コイルバネと形状記憶特性を有していないバイアスコイ
ルバネとからなる２方向性コイルバネ素子として、図６
に示すように、１対の固定部位の間にＳＭＡコイルバネ
６１とバイアスコイルバネ６２とを直列接続し、両コイ
ルバネ６１，６２の接続部に被駆動体６３を介在させる
構成のものが提案されている。
コイルバネと形状記憶特性を有していないバイアスコイ
ルバネとからなる２方向性コイルバネ素子として、図６
に示すように、１対の固定部位の間にＳＭＡコイルバネ
６１とバイアスコイルバネ６２とを直列接続し、両コイ
ルバネ６１，６２の接続部に被駆動体６３を介在させる
構成のものが提案されている。
【０００３】この構成の２方向性コイルバネ機構を採用
した場合には、両コイルバネ６１，６２を共に引っ張り
コイルバネとして機能させ、または共に圧縮コイルバネ
として機能させ、しかも、少なくともＳＭＡコイルバネ
６１の温度を変化させることにより、両コイルバネ６
１，６２のつり合い状態を変化させることができ、被駆
動体６３の位置を変化させることができる。
した場合には、両コイルバネ６１，６２を共に引っ張り
コイルバネとして機能させ、または共に圧縮コイルバネ
として機能させ、しかも、少なくともＳＭＡコイルバネ
６１の温度を変化させることにより、両コイルバネ６
１，６２のつり合い状態を変化させることができ、被駆
動体６３の位置を変化させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図６に示す構
成の２方向性コイルバネ機構を採用した場合には、両コ
イルを互いに直列接続する関係上、全体として著しく大
型化してしまうという不都合がある。また、被駆動体６
３の何れの移動方向側にもコイルおよび固定部位が存在
することになるので、被駆動体６３の移動に起因する力
を取り出すための構成が複雑化してしまうという不都合
もある。さらに、上記の不都合に起因して、２方向性コ
イルバネ素子をマイクロシリンジ装置のような超小型装
置に組み込むことが殆ど不可能になってしまう。
成の２方向性コイルバネ機構を採用した場合には、両コ
イルを互いに直列接続する関係上、全体として著しく大
型化してしまうという不都合がある。また、被駆動体６
３の何れの移動方向側にもコイルおよび固定部位が存在
することになるので、被駆動体６３の移動に起因する力
を取り出すための構成が複雑化してしまうという不都合
もある。さらに、上記の不都合に起因して、２方向性コ
イルバネ素子をマイクロシリンジ装置のような超小型装
置に組み込むことが殆ど不可能になってしまう。
【０００５】
【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、全体構成を小形化することができるとと
もに、力を取り出すための構成を簡単化することがで
き、ひいては超小型装置に簡単に組み込むことができる
２方向性コイルバネ素子を提供することを目的としてい
る。
たものであり、全体構成を小形化することができるとと
もに、力を取り出すための構成を簡単化することがで
き、ひいては超小型装置に簡単に組み込むことができる
２方向性コイルバネ素子を提供することを目的としてい
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１の２方向性コイ
ルバネ素子は、形状記憶特性を有するＳＭＡコイルバネ
と、形状記憶特性を有していないバイアスコイルバネと
を、互いに同心に配置してあるとともに、一方のコイル
バネのピッチ間隙に他方のコイルバネを位置させるべく
配置してあり、ＳＭＡコイルバネが記憶しているピッチ
と、バイアスコイルバネの無負荷時のピッチとを互いに
異ならせてあるとともに、両コイルバネの対応する端部
を一体的に連結してある。
ルバネ素子は、形状記憶特性を有するＳＭＡコイルバネ
と、形状記憶特性を有していないバイアスコイルバネと
を、互いに同心に配置してあるとともに、一方のコイル
バネのピッチ間隙に他方のコイルバネを位置させるべく
配置してあり、ＳＭＡコイルバネが記憶しているピッチ
と、バイアスコイルバネの無負荷時のピッチとを互いに
異ならせてあるとともに、両コイルバネの対応する端部
を一体的に連結してある。
【０００７】
【作用】請求項１の２方向性コイルバネ素子であれば、
形状記憶特性を有するＳＭＡコイルバネと、形状記憶特
性を有していないバイアスコイルバネとを、互いに同心
に配置してあるとともに、一方のコイルバネのピッチ間
隙に他方のコイルバネを位置させるべく配置してあり、
ＳＭＡコイルバネが記憶しているピッチと、バイアスコ
イルバネの無負荷時のピッチとを互いに異ならせてある
とともに、両コイルバネの対応する端部を一体的に連結
してあるので、両コイルバネを互に直列接続する場合と
比較してほぼ１／２に小形化することができる。また、
互いに並列接続された両コイルバネの一方の端部に被駆
動体が接続されるのであるから、被駆動体の移動に起因
する力を取り出すための構成を簡単化することができ
る。さらに、コイルバネ素子全体としての小形化および
力を取り出すための構成の簡単化により、マイクロシリ
ンジ装置などの超小型装置への組み込みを簡単に達成す
ることができる。
形状記憶特性を有するＳＭＡコイルバネと、形状記憶特
性を有していないバイアスコイルバネとを、互いに同心
に配置してあるとともに、一方のコイルバネのピッチ間
隙に他方のコイルバネを位置させるべく配置してあり、
ＳＭＡコイルバネが記憶しているピッチと、バイアスコ
イルバネの無負荷時のピッチとを互いに異ならせてある
とともに、両コイルバネの対応する端部を一体的に連結
してあるので、両コイルバネを互に直列接続する場合と
比較してほぼ１／２に小形化することができる。また、
互いに並列接続された両コイルバネの一方の端部に被駆
動体が接続されるのであるから、被駆動体の移動に起因
する力を取り出すための構成を簡単化することができ
る。さらに、コイルバネ素子全体としての小形化および
力を取り出すための構成の簡単化により、マイクロシリ
ンジ装置などの超小型装置への組み込みを簡単に達成す
ることができる。
【０００８】
【実施例】以下、実施例を示す添付図面によってこの発
明の実施例を詳細に説明する。図１はこの発明の２方向
性コイルバネ素子の構成を示す概略図である。なお、図
１には、２方向性コイルバネ素子の一部のみを示してお
り、この２方向性コイルバネ素子の端部は図示を省略し
てある。
明の実施例を詳細に説明する。図１はこの発明の２方向
性コイルバネ素子の構成を示す概略図である。なお、図
１には、２方向性コイルバネ素子の一部のみを示してお
り、この２方向性コイルバネ素子の端部は図示を省略し
てある。
【０００９】この２方向性コイルバネ素子は、形状記憶
特性を有するＳＭＡコイルバネ１と、形状記憶特性を有
していないバイアスコイルバネ２とを、互いに同心に配
置してあるとともに、一方のコイルバネのピッチ間隙に
他方のコイルバネを位置させるべく配置することにより
二重螺旋構造を達成し、しかも、ＳＭＡコイルバネが記
憶しているピッチと、バイアスコイルバネの無負荷時の
ピッチとを互いに異ならせてあるとともに、両コイルバ
ネの対応する端部を一体的に連結してある。
特性を有するＳＭＡコイルバネ１と、形状記憶特性を有
していないバイアスコイルバネ２とを、互いに同心に配
置してあるとともに、一方のコイルバネのピッチ間隙に
他方のコイルバネを位置させるべく配置することにより
二重螺旋構造を達成し、しかも、ＳＭＡコイルバネが記
憶しているピッチと、バイアスコイルバネの無負荷時の
ピッチとを互いに異ならせてあるとともに、両コイルバ
ネの対応する端部を一体的に連結してある。
【００１０】図２は２方向性コイルバネ素子の製造方法
の一例を示す図である。先ず、芯線３にＳＭＡコイルバ
ネ素線およびバイアスコイルバネ素線を、一方の素線の
ピッチ間隙に他方の素線が位置するように、巻き付けて
コイルバネを作製する。次いで、従来公知の熱処理を施
すことによりＳＭＡコイルバネに形状記憶特性を持たせ
る。この処理を行うことにより、ＳＭＡコイルバネは、
この時点におけるピッチを記憶することになる。その
後、二重コイルバネに圧縮力または引っ張り力を作用さ
せることにより塑性変形させる。ただし、この塑性変形
処理は、ＳＭＡコイルバネ１の記憶が消えない範囲内に
おいて行う。二重コイルバネは、この処理によってＳＭ
Ａコイルバネの記憶ピッチと、バイアスコイルバネの無
負荷時のピッチとが互いに異なる状態になり、温度条件
の変化に対応して力の作用方向が変化する２方向性コイ
ルバネ素子となる。なお、ＳＭＡコイルバネとバイアス
コイルバネとの対応する端部どうしは、塑性変形処理を
行う前に溶接などの従来公知の方法により一体化してお
く。ここで、ＳＭＡコイルバネの素材としては、Ｎｉ−
Ｔｉ合金、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ系合金などが例示でき、Ｎ
ｉ−Ｔｉ合金を採用する場合は、ＴｉとＮｉの重量％を
それぞれ４９〜５１、５〜４９に設定すればよい。ま
た、バイアスコイルバネのバネ定数はＳＭＡコイルバネ
（高温時）の１／２〜２倍、ＳＭＡコイルバネ（低温
時）の１／２〜２倍であればよい。すなわち、ＳＭＡコ
イルバネ（高温時）の２倍からＳＭＡコイルバネ（低温
時）の１／２倍程度であることが好ましい。
の一例を示す図である。先ず、芯線３にＳＭＡコイルバ
ネ素線およびバイアスコイルバネ素線を、一方の素線の
ピッチ間隙に他方の素線が位置するように、巻き付けて
コイルバネを作製する。次いで、従来公知の熱処理を施
すことによりＳＭＡコイルバネに形状記憶特性を持たせ
る。この処理を行うことにより、ＳＭＡコイルバネは、
この時点におけるピッチを記憶することになる。その
後、二重コイルバネに圧縮力または引っ張り力を作用さ
せることにより塑性変形させる。ただし、この塑性変形
処理は、ＳＭＡコイルバネ１の記憶が消えない範囲内に
おいて行う。二重コイルバネは、この処理によってＳＭ
Ａコイルバネの記憶ピッチと、バイアスコイルバネの無
負荷時のピッチとが互いに異なる状態になり、温度条件
の変化に対応して力の作用方向が変化する２方向性コイ
ルバネ素子となる。なお、ＳＭＡコイルバネとバイアス
コイルバネとの対応する端部どうしは、塑性変形処理を
行う前に溶接などの従来公知の方法により一体化してお
く。ここで、ＳＭＡコイルバネの素材としては、Ｎｉ−
Ｔｉ合金、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ系合金などが例示でき、Ｎ
ｉ−Ｔｉ合金を採用する場合は、ＴｉとＮｉの重量％を
それぞれ４９〜５１、５〜４９に設定すればよい。ま
た、バイアスコイルバネのバネ定数はＳＭＡコイルバネ
（高温時）の１／２〜２倍、ＳＭＡコイルバネ（低温
時）の１／２〜２倍であればよい。すなわち、ＳＭＡコ
イルバネ（高温時）の２倍からＳＭＡコイルバネ（低温
時）の１／２倍程度であることが好ましい。
【００１１】上記の構成の２方向性コイルバネ素子にお
いては、例えば、バイアスコイルバネ２のコイルバネ発
生力−変位特性が温度に拘らず図３中に直線Ａで示す特
性になるのに対して、ＳＭＡコイルバネ１のコイルバネ
発生力−変位特性が高温時には図３中に直線Ｂで示す特
性、低温時には図３中に直線Ｃで示す特性になるのであ
るから、直線Ａ，Ｂの交点Ｄが高温時におけるつり合い
状態、直線Ａ，Ｃの交点Ｅが低温時におけるつり合い状
態になる。したがって、温度が高温と低温との間で変化
した場合における２方向性コイルバネ素子のストローク
は、交点Ｄ，Ｅにそれぞれ対応する変位の差になる。な
お、各直線Ａ，Ｂ，Ｃの傾きは、コイルバネ素材の弾性
係数およびコイルバネの形状（コイルバネの線径、巻
数、コイルバネの平均径）により定まる。
いては、例えば、バイアスコイルバネ２のコイルバネ発
生力−変位特性が温度に拘らず図３中に直線Ａで示す特
性になるのに対して、ＳＭＡコイルバネ１のコイルバネ
発生力−変位特性が高温時には図３中に直線Ｂで示す特
性、低温時には図３中に直線Ｃで示す特性になるのであ
るから、直線Ａ，Ｂの交点Ｄが高温時におけるつり合い
状態、直線Ａ，Ｃの交点Ｅが低温時におけるつり合い状
態になる。したがって、温度が高温と低温との間で変化
した場合における２方向性コイルバネ素子のストローク
は、交点Ｄ，Ｅにそれぞれ対応する変位の差になる。な
お、各直線Ａ，Ｂ，Ｃの傾きは、コイルバネ素材の弾性
係数およびコイルバネの形状（コイルバネの線径、巻
数、コイルバネの平均径）により定まる。
【００１２】図４はＳＭＡコイルバネ１とバイアスコイ
ルバネ２との関係を模式的に示す図であり、ＳＭＡコイ
ルバネ１が圧縮コイルバネとして機能し、バイアスコイ
ルバネ２が引っ張りコイルバネとして機能する場合を示
している。また、（Ａ）が両コイルバネの自由状態を示
し、（Ｂ）が低温時のつり合い状態を示し、（Ｃ）が高
温時のつり合い状態をそれぞれ示している。また、図４
は両コイルバネを直列接続した場合に対応するものであ
るが、この実施例の構成の場合にも同様であると考えら
れる。
ルバネ２との関係を模式的に示す図であり、ＳＭＡコイ
ルバネ１が圧縮コイルバネとして機能し、バイアスコイ
ルバネ２が引っ張りコイルバネとして機能する場合を示
している。また、（Ａ）が両コイルバネの自由状態を示
し、（Ｂ）が低温時のつり合い状態を示し、（Ｃ）が高
温時のつり合い状態をそれぞれ示している。また、図４
は両コイルバネを直列接続した場合に対応するものであ
るが、この実施例の構成の場合にも同様であると考えら
れる。
【００１３】図４中（Ａ）に示す自由状態から、図４中
（Ｂ）に示すように、両コイルバネの端部をクランクを
介して互いに一体的に接続して低温状態にした場合に
は、両コイルバネの力がつり合う状態においてＳＭＡコ
イルバネ１が長さΔＬＢＬだけ圧縮され、バイアスコイ
ルバネ２が長さΔＬＳＬだけ引っ張られた状態になる。
また、両コイルバネの端部をクランクを介して互いに一
体的に接続して高温状態にした場合には、両コイルバネ
の力がつり合う状態においてＳＭＡコイルバネ１が長さ
ΔＬＢＨだけ圧縮され、バイアスコイルバネ２が長さΔ
ＬＳＨだけ引っ張られた状態になる。したがって、温度
を高温と低温との間で変化させれば、図４中（Ｂ）
（Ｃ）で示すつり合い状態の間でクランクが動作するこ
とになる。なお、図４中（Ｂ）（Ｃ）は理解を容易にす
るために、両コイルバネの端部をクランクを介して一体
的に接続した場合を示しているが、クランクを介在させ
ることなく、端部を直接接続した場合にも、同様に各コ
イルバネの変位量を変化させることができることは容易
に理解できる。なお、以上には、ＳＭＡコイルバネ１が
圧縮コイルバネとして機能し、バイアスコイルバネ２が
引っ張りコイルバネとして機能する場合を説明したが、
ＳＭＡコイルバネ１が引っ張りコイルバネとして機能
し、バイアスコイルバネ２が圧縮コイルバネとして機能
する場合にも、各コイルバネによる力の作用方向が逆に
なるだけであるから、同様の作用を達成することができ
る。
（Ｂ）に示すように、両コイルバネの端部をクランクを
介して互いに一体的に接続して低温状態にした場合に
は、両コイルバネの力がつり合う状態においてＳＭＡコ
イルバネ１が長さΔＬＢＬだけ圧縮され、バイアスコイ
ルバネ２が長さΔＬＳＬだけ引っ張られた状態になる。
また、両コイルバネの端部をクランクを介して互いに一
体的に接続して高温状態にした場合には、両コイルバネ
の力がつり合う状態においてＳＭＡコイルバネ１が長さ
ΔＬＢＨだけ圧縮され、バイアスコイルバネ２が長さΔ
ＬＳＨだけ引っ張られた状態になる。したがって、温度
を高温と低温との間で変化させれば、図４中（Ｂ）
（Ｃ）で示すつり合い状態の間でクランクが動作するこ
とになる。なお、図４中（Ｂ）（Ｃ）は理解を容易にす
るために、両コイルバネの端部をクランクを介して一体
的に接続した場合を示しているが、クランクを介在させ
ることなく、端部を直接接続した場合にも、同様に各コ
イルバネの変位量を変化させることができることは容易
に理解できる。なお、以上には、ＳＭＡコイルバネ１が
圧縮コイルバネとして機能し、バイアスコイルバネ２が
引っ張りコイルバネとして機能する場合を説明したが、
ＳＭＡコイルバネ１が引っ張りコイルバネとして機能
し、バイアスコイルバネ２が圧縮コイルバネとして機能
する場合にも、各コイルバネによる力の作用方向が逆に
なるだけであるから、同様の作用を達成することができ
る。
【００１４】ここで、コイルバネの発生力Ｐと、変位δ
との関係は、フックの法則から、Ｐ＝（Ｇ・ｄ4／８Ｎ
ａ・Ｄ3）・δになる。ただし、Ｇはコイルバネ素材の
横弾性係数、ｄはコイルバネの線径、Ｎａは巻数、Ｄは
コイルバネの平均径である。また、（Ｇ・ｄ4／８Ｎａ
・Ｄ3）がバネ定数である。そして、ＳＭＡコイルバネ
１とバイアスコイルバネ２とのつり合いを示す図３を考
慮すれば、ある程度のストロークを得るためには、両コ
イルバネのバネ定数が余りかけ離れていないようにする
必要がある。ただし、巻数Ｎａ、コイルバネの平均径Ｄ
は互いに等しいのであるから、コイルバネ素材の横弾性
係数Ｇ、コイルバネの線径ｄを適宜選択することによ
り、所望のバネ定数の相対値を設定することになる。
との関係は、フックの法則から、Ｐ＝（Ｇ・ｄ4／８Ｎ
ａ・Ｄ3）・δになる。ただし、Ｇはコイルバネ素材の
横弾性係数、ｄはコイルバネの線径、Ｎａは巻数、Ｄは
コイルバネの平均径である。また、（Ｇ・ｄ4／８Ｎａ
・Ｄ3）がバネ定数である。そして、ＳＭＡコイルバネ
１とバイアスコイルバネ２とのつり合いを示す図３を考
慮すれば、ある程度のストロークを得るためには、両コ
イルバネのバネ定数が余りかけ離れていないようにする
必要がある。ただし、巻数Ｎａ、コイルバネの平均径Ｄ
は互いに等しいのであるから、コイルバネ素材の横弾性
係数Ｇ、コイルバネの線径ｄを適宜選択することによ
り、所望のバネ定数の相対値を設定することになる。
【００１５】具体的には、ＳＭＡコイルバネの素材とし
てＮｉ−Ｔｉ合金を採用した場合には、Ｇの値が低温時
に８００ｋｇ／ｍｍ2、高温時に２２００ｋｇ／ｍｍ2で
あるのに対して、一般的にバネ素材として使用される材
料のＧは、バネ鋼、硬鋼線、ピアノ線、オイルテンパー
線では８×１０3ｋｇ／ｍｍ2、ステンレス鋼線では７．
５×１０3ｋｇ／ｍｍ2、黄銅線、洋白線では４×１０3
ｋｇ／ｍｍ2、リン青銅線では４．５×１０3ｋｇ／ｍｍ
2、ベリリウム銅線では５×１０3ｋｇ／ｍｍ2であり、
Ｎｉ−Ｔｉ合金と比較してかなり大きいのであるから、
これらのバネ素材を用いてバイアスコイルバネを作製す
る場合には、コイルバネの線径ｄをＳＭＡコイルバネ１
の線径よりも小さくすればよい。ただし、バイアスコイ
ルバネ２として、変態温度が低い（目的とする温度領域
で常に高温相である）Ｎｉ−Ｔｉ合金を採用することが
できる。ここで、Ｎｉ−Ｔｉ合金は、合金塑性を１％変
化させることにより変態温度が約１００℃変化するので
あるから、このようなＮｉ−Ｔｉ合金を得ることは容易
である。この場合には、ＳＭＡコイルバネ１のＧとバイ
アスコイルバネ２のＧとが互いに近い値になるので、コ
イルバネの線径ｄを互いにほぼ等しくすることができ
る。ただし、Ｎｉ−Ｔｉ合金のＧは塑性、加工履歴によ
ってかなり幅がある（低温時に５００〜１４００ｋｇ／
ｍｍ2、高温時に１４００〜２７００ｋｇ／ｍｍ2）であ
るが、上述の一般的にバネ素材として使用される材料の
Ｇと比較すれば、Ｇの差はかなり小さい。
てＮｉ−Ｔｉ合金を採用した場合には、Ｇの値が低温時
に８００ｋｇ／ｍｍ2、高温時に２２００ｋｇ／ｍｍ2で
あるのに対して、一般的にバネ素材として使用される材
料のＧは、バネ鋼、硬鋼線、ピアノ線、オイルテンパー
線では８×１０3ｋｇ／ｍｍ2、ステンレス鋼線では７．
５×１０3ｋｇ／ｍｍ2、黄銅線、洋白線では４×１０3
ｋｇ／ｍｍ2、リン青銅線では４．５×１０3ｋｇ／ｍｍ
2、ベリリウム銅線では５×１０3ｋｇ／ｍｍ2であり、
Ｎｉ−Ｔｉ合金と比較してかなり大きいのであるから、
これらのバネ素材を用いてバイアスコイルバネを作製す
る場合には、コイルバネの線径ｄをＳＭＡコイルバネ１
の線径よりも小さくすればよい。ただし、バイアスコイ
ルバネ２として、変態温度が低い（目的とする温度領域
で常に高温相である）Ｎｉ−Ｔｉ合金を採用することが
できる。ここで、Ｎｉ−Ｔｉ合金は、合金塑性を１％変
化させることにより変態温度が約１００℃変化するので
あるから、このようなＮｉ−Ｔｉ合金を得ることは容易
である。この場合には、ＳＭＡコイルバネ１のＧとバイ
アスコイルバネ２のＧとが互いに近い値になるので、コ
イルバネの線径ｄを互いにほぼ等しくすることができ
る。ただし、Ｎｉ−Ｔｉ合金のＧは塑性、加工履歴によ
ってかなり幅がある（低温時に５００〜１４００ｋｇ／
ｍｍ2、高温時に１４００〜２７００ｋｇ／ｍｍ2）であ
るが、上述の一般的にバネ素材として使用される材料の
Ｇと比較すれば、Ｇの差はかなり小さい。
【００１６】また、例えば、バイアスコイルバネ２を被
覆線で構成すれば、バイアスコイルバネ２をリード線と
して使用することが可能になる。さらに、被覆線で構成
したバイアスコイルバネ２のバネ定数を小さくすれば、
リード線の省スペース化を達成できる。したがって、こ
の実施例によれば、２方向性コイルバネ素子全体として
著しい小形化を達成することができるとともに、温度変
化に起因するストロークによる力を取り出すための構成
を簡単化できる。もちろん、マイクロシリンジ装置のよ
うな超小型装置への組み込みを簡単に達成することがで
きる。
覆線で構成すれば、バイアスコイルバネ２をリード線と
して使用することが可能になる。さらに、被覆線で構成
したバイアスコイルバネ２のバネ定数を小さくすれば、
リード線の省スペース化を達成できる。したがって、こ
の実施例によれば、２方向性コイルバネ素子全体として
著しい小形化を達成することができるとともに、温度変
化に起因するストロークによる力を取り出すための構成
を簡単化できる。もちろん、マイクロシリンジ装置のよ
うな超小型装置への組み込みを簡単に達成することがで
きる。
【００１７】図５はこの発明の２方向性コイルバネ素子
の製造方法の他の例を示す概略図である。先ず、図５中
（Ａ）に示すように、ＳＭＡコイルバネ１を作製し、形
状記憶のための熱処理を施す。次いで、図５中（Ｂ）に
示すように、ＳＭＡコイルバネ１を塑性変形させること
によりピッチを変える。また、図５中（Ｃ）に示すよう
に、図５中（Ｂ）に示すＳＭＡコイルバネ１とピッチ、
平均径、巻き方向が同じバイアスコイルバネ２を作製す
る。そして、図５中（Ｂ）に示すＳＭＡコイルバネ１と
図５中（Ｃ）に示すバイアスコイルバネ２とを二重螺旋
構造になるように組み合せ、両コイルバネの対応する端
部を一体的に接続することにより、図５中（Ｄ）に示す
ように２方向性コイルバネ素子を得る。
の製造方法の他の例を示す概略図である。先ず、図５中
（Ａ）に示すように、ＳＭＡコイルバネ１を作製し、形
状記憶のための熱処理を施す。次いで、図５中（Ｂ）に
示すように、ＳＭＡコイルバネ１を塑性変形させること
によりピッチを変える。また、図５中（Ｃ）に示すよう
に、図５中（Ｂ）に示すＳＭＡコイルバネ１とピッチ、
平均径、巻き方向が同じバイアスコイルバネ２を作製す
る。そして、図５中（Ｂ）に示すＳＭＡコイルバネ１と
図５中（Ｃ）に示すバイアスコイルバネ２とを二重螺旋
構造になるように組み合せ、両コイルバネの対応する端
部を一体的に接続することにより、図５中（Ｄ）に示す
ように２方向性コイルバネ素子を得る。
【００１８】この製造方法採用すれば、前記の製造方法
の場合と同様に２方向性コイルバネ素子を製造すること
ができる。ただし、この方法を採用する場合には、各コ
イルバネを別個に作製するのであるから、各コイルバネ
の特性の制御が容易になる。また、上記の実施例におい
ては、ＳＭＡコイルバネ１の内径とバイアスコイルバネ
２の内径とを互いに等しく設定しているのであるから、
両コイルバネ１，２の内部空間を最大限に有効活用する
ことができる。ただし、一方のコイルバネの内径を他方
のコイルバネの内径よりも小さく設定することも可能で
ある。
の場合と同様に２方向性コイルバネ素子を製造すること
ができる。ただし、この方法を採用する場合には、各コ
イルバネを別個に作製するのであるから、各コイルバネ
の特性の制御が容易になる。また、上記の実施例におい
ては、ＳＭＡコイルバネ１の内径とバイアスコイルバネ
２の内径とを互いに等しく設定しているのであるから、
両コイルバネ１，２の内部空間を最大限に有効活用する
ことができる。ただし、一方のコイルバネの内径を他方
のコイルバネの内径よりも小さく設定することも可能で
ある。
【００１９】
【発明の効果】請求項１の発明は、両コイルバネを互に
直列接続する場合と比較してほぼ１／２に小形化するこ
とができ、また、互いに並列接続された両コイルバネの
一方の端部に被駆動体が接続されるのであるから、被駆
動体の移動に起因する力を取り出すための構成を簡単化
することができ、ひいては、コイルバネ素子全体として
の小形化および力を取り出すための構成の簡単化によ
り、マイクロシリンジ装置などの超小型装置への組み込
みを簡単に達成することができるという特有の効果を奏
する。
直列接続する場合と比較してほぼ１／２に小形化するこ
とができ、また、互いに並列接続された両コイルバネの
一方の端部に被駆動体が接続されるのであるから、被駆
動体の移動に起因する力を取り出すための構成を簡単化
することができ、ひいては、コイルバネ素子全体として
の小形化および力を取り出すための構成の簡単化によ
り、マイクロシリンジ装置などの超小型装置への組み込
みを簡単に達成することができるという特有の効果を奏
する。
【図１】この発明の２方向性コイルバネ素子の構成を示
す概略図である。
す概略図である。
【図２】２方向性コイルバネ素子の製造方法の一例を示
す図である。
す図である。
【図３】ＳＭＡコイルバネおよびバイアスコイルバネの
コイルバネ発生力−変位特性を示す図である。
コイルバネ発生力−変位特性を示す図である。
【図４】ＳＭＡコイルバネとバイアスコイルバネとの関
係を模式的に示す図である。
係を模式的に示す図である。
【図５】この発明の２方向性コイルバネ素子の製造方法
の他の例を示す概略図である。
の他の例を示す概略図である。
【図６】従来の２方向性コイルバネ機構を概略的に示す
図である。
図である。
１ ＳＭＡコイルバネ ２ バイアスコイルバネ
Claims (1)
- 【請求項１】 形状記憶特性を有する形状記憶合金コイ
ルバネ（１）と、形状記憶特性を有していないバイアス
コイルバネ（２）とを、互いに同心に配置してあるとと
もに、一方のコイルバネ（１）（２）のピッチ間隙に他
方のコイルバネ（２）（１）を位置させるべく配置して
あり、形状記憶合金コイルバネ（１）が記憶しているピ
ッチと、バイアスコイルバネ（２）の無負荷時のピッチ
とを互いに異ならせてあるとともに、両コイルバネ
（１）（２）の対応する端部を一体的に連結してあるこ
とを特徴とする２方向性コイルバネ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11880795A JPH08312705A (ja) | 1995-05-17 | 1995-05-17 | ２方向性形状記憶合金コイルバネ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11880795A JPH08312705A (ja) | 1995-05-17 | 1995-05-17 | ２方向性形状記憶合金コイルバネ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08312705A true JPH08312705A (ja) | 1996-11-26 |
Family
ID=14745619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11880795A Pending JPH08312705A (ja) | 1995-05-17 | 1995-05-17 | ２方向性形状記憶合金コイルバネ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08312705A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003081078A1 (de) * | 2002-03-26 | 2003-10-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Einrichtung mit aktionsraum und druckausgleich |
| KR102017560B1 (ko) * | 2018-06-27 | 2019-09-03 | 이재현 | 선형 응답 특성이 개선된 형상기억합금 엑추에이터 |
| CN110725886A (zh) * | 2019-10-23 | 2020-01-24 | 哈尔滨工业大学 | 主动控制sma金属橡胶减振器及隔振性能调节方法 |
| CN115539543A (zh) * | 2022-08-31 | 2022-12-30 | 电子科技大学 | 一种基于NiTi形状记忆合金的减振缓冲器 |
-
1995
- 1995-05-17 JP JP11880795A patent/JPH08312705A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003081078A1 (de) * | 2002-03-26 | 2003-10-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Einrichtung mit aktionsraum und druckausgleich |
| KR102017560B1 (ko) * | 2018-06-27 | 2019-09-03 | 이재현 | 선형 응답 특성이 개선된 형상기억합금 엑추에이터 |
| CN110725886A (zh) * | 2019-10-23 | 2020-01-24 | 哈尔滨工业大学 | 主动控制sma金属橡胶减振器及隔振性能调节方法 |
| CN115539543A (zh) * | 2022-08-31 | 2022-12-30 | 电子科技大学 | 一种基于NiTi形状记忆合金的减振缓冲器 |
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