JPS5875486A

JPS5875486A - 電気−力学的エネルギ変換装置

Info

Publication number: JPS5875486A
Application number: JP17288881A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Miwa; 三輪　敬之; Nobuhiro Iguchi; 井口　信洋; Masaru Honma; 大本間
Original assignee: WASEDA DAIGAKU
Current assignee: WASEDA DAIGAKU
Priority date: 1981-10-30
Filing date: 1981-10-30
Publication date: 1983-05-07
Also published as: JPS6056072B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、電気エネルギを力学的エネルギに変換する電
気−力学的エネルギ変換装置に係り、特に形状記憶材料
を利用した電気−力学的エネルギ変換装置に関する。

従来の一般的な電気−力学的エネルギ変換装置は、構造
が複雑であり、超小型化を図ることは不可能であるとい
う欠点があった。

また、従来、超小型化可能な電気−力学的エネルギ変換
装置として、形状記憶材料を利用したものが少数ながら
提案されている。しかしながら、これらの従来の形状記
憶材料を利用した電気−力学的Ｊネルギ変換装置におい
ては、（イ）一般に、形状記憶材料を、同材料が記憶させられ
ている形状（以下、記憶形状と白う）から坤の形状に変
形させるためのコイル状等のバイアスばねを備えている
ので、超小型化を十分に達成することができない。また
、装置に複雑な動作をさＶようとする場合には、前記バ
イアスばねを多数必要とするので、一層超小型化が困難
になる。

（ロ）形状記憶材料および前記バイアスばねが外部に露
出しているので、液体内や生体内において動作させると
、種々の不都合を生じる（ハ）形状記憶材料の形状変化
の速度を適当な速度に選択することが困難である。

等の欠点があった。

本発明午、前記従来の種々の欠点を解消することのでき
る形状記憶材料を利用した電気−力学的エネルギ変換装
置を提供することを目的とする。

本発明による電気−力学的エネルギ変換装置は、ある形
状を記憶させられている導電性の形状記憶材料と、この
形状記憶材料にｉｌ！された電気絶縁性で、前記形状記
憶材料より熱伝導率が小さく、弾性に富み、かつ該弾性
により、前記形状記憶材料を前記記憶させられている形
状と異なる所定の形状に偏椅させようとする形状記憶材
料と、前記形状記憶材料に通電する通電手段とを有して
なるものである。

以下本発明を図面に示す実施例に基づいてさらに詳しく
説明する。

第１ないし６図は本発明をマニピュレータに適用した実
施例を示す。１はＴｉ−Ｎｉ合金等からなる線状の形状
記憶材料である。この形状記憶材料１は、所定の記憶処
理を行なわれることにより、第３図に示すような形状を
記憶させられている。

なお、第１および２図は、形状記憶材料が後述する被覆
材２の弾性により、前記記憶形状から変形されている状
態を示している。

前記第１ないし３図のいずれの状態においても、前記形
状記憶材料１は、腕部３と把持部４とを構成している。

そして、前記腕部３は、コイル状に巻かれたコイル状部
５と、このコイル状部５の両端に連続する直線状部６．
７とからなっている。

また、前記把持部４は、直線状部６のコイル状部５とは
反対側の端部に連続しており、全体として二股状となる
ように湾曲されている。

ただし、前記記憶形状（第３図の状態）においては、コ
イル状部５は収縮した状態、把持部４は閉じた状態にあ
る。

前記形状記憶材料１には、シリコンゴム等の柔軟で、弾
性に富み、電気絶縁性で、かつ形状記憶材料２より熱伝
導率の小さい材料からなる被覆材２が被覆されている。

前記被覆材２は、外力により変形されても、その弾性に
より、第１図の状態に復帰しようとする性質を付与され
ている。

このような性質は、例えば、前記形状記憶処理後、形状
記憶材料１を第１図の状態に変形し、その状態で液体状
の被覆材２に浸漬することにより同材料１に被覆材２を
被覆するという方法によって、簡甲に付与することがで
きる。

なお、前記第１図の状態においては、形状記憶、材料１
のコイル状部５は伸長状態、把持部４は開いた状態とな
っている。

また、第４図ないし６図によく示されるように、前記直
線状部６，７および把持部４は、被覆材２の断面の図心
に位置されているが、コイル状部４は前記図心より大き
く外れた位置に位置されている。

前記形状記憶材料１の把持部４側の端部８は導線９およ
びスイッチＳ１を介して電源１０の一方の出力端子に、
腕部３側の端部１１は導線１２およびスイッチＳ２を介
して電源１・０の前記出力端子にそれぞれ接続されてい
る。また、形状記憶材料１の把持部４と腕部３との境界
点１３は導線１４を介して接地されている。また、前記
電源１０の他方の出力端子も接地されている。

なお、第１ないし６図では、図面が煩雑とならないよう
にするために、各導線９，１２．１４が形状記憶材料１
との接続点のすぐ近傍において被覆材２から引き出され
ているかのように描いであるが、実際には、各導線９．
１２．１４は、はぼ形状記憶材料１に沿って被覆材２に
埋め込まれており、被覆材２の腕部３側の端部において
同被覆材２から引き出されている（ただし、各導線９゜
１２．１４は、前記各接続点以外においては形状配憶材
料１に接触しないようにされ１ている）。

次に、本実施例の動作を説明する。

スイッチＳ１を閉じれば、電源１０から導線９゜１４を
通じて、形状記憶材料１のうちの端部８と境界点１３と
の間、すなわち把持部４に電流が流れるので、同把持部
４がジュール熱により発熱する。そして、これにより、
把持部４の温度が一定以上になると、同把持部４は第２
図のように被覆材２の弾性に抗して記憶形状に復帰する
。すなわち、把持部４は閉じられる。

このようにして把持部４を閉じさせることにより、同把
持部４に所望の対象物を把持させることができる。

次に、スイッチＳ２を閉じれば、電源１０から導線１２
．１４を通じて、形状記憶材料１のうらの端部１１と１
３との間、すなわち腕部３に電流が流れるので、コイル
状部５もジュール熱により発熱する。そして、これによ
り、同コイル状部５の温度が一定以上になると、同コイ
ル状部５は記憶形状、すなわち収縮状態に復帰する。す
ると、コイル状部５が被覆材２の断面の図心から外れた
位置に存在しているため、被覆材２の弾性に抗して腕部
３は第３図のように屈曲する。次に、スイッチ８１．８
２をそれぞれ開けば、把持部４およびコイル状部５への
通電が停止され、これらの部分が冷却するので、被覆材
？の弾性による復元力により、把持部４は開いた状態、
コイル状部５は伸長状態、すなわち第１図の状態にふた
たび変形される。

なお、スイッチＳ２のみを閉じた状態とすれば、把持部
４が開き、かつコイル状部５が屈曲した状態となること
は言うまでもない。

本実施例では、従来、コイル状等のバイアスばねに果た
させていた機能を被ＩＵ２に果たさせるので、前記バイ
アスばねが不要となるため、装置を超小型化することが
できる。従って、例えば生体内等の非常に狭隘な場所に
も挿入することが可能になる。　また、被覆材２は、電
気絶縁性とされているので、液体内や生体内において形
状記憶材料１に通電しても、液体や生体に電流が流れる
という支障を生じることがない。

また、被覆材２は、形状記憶材料１より熱伝導率が低い
ので、例えば生体等内において形状記憶材料１が通電加
熱されても、被覆材２の断熱効果により、生体等が熱的
に破壊されるのを防止することができる。

また、形状記憶材料１が被覆材２により被覆されている
ので、生体内等に挿入された場合に、形状記憶材Ｆ１１
により生体等が機械的に損傷されるのを防止することが
できる。

また、被覆材２・の熱伝導率を適当に選択することによ
り、形状記憶材料１の加熱時および冷却時の温度上昇お
よび下降の速度、ひいては形状記憶材料の形状変化の速
度を適当に調整することができる。

なお、本実施例では、コイル状部５の収縮・伸長により
腕部３が屈伸されるようになっているが、腕部３にコイ
ル状部５を設けないで、単純な線状の腕部３に屈曲した
形状を記憶させても、同様の動作を行なわせることが可
能である。

しかし、このようにした場合には、腕部３が屈曲しよう
とする際の力、すなわち記憶形状に復帰しようとする力
を大きくするためには、形状記憶材料１の線径を太くし
なければならない。ところが、形状記憶材料１の線径を
ある程度以上太くすると、同材料１を変形させようとす
るときの抵抗力が大きくなるので、被覆材２の弾性をあ
まり大きくできない場合には、形状記憶材料１が冷却し
たときに、前記のように被覆材２の弾性によって腕部３
を記憶形状から第１または２図の真直な形状に戻すこと
が困難となる。

しかるに、本実施例のように被覆材２の断面の図心から
離れた位置にコイル状部５を設け、このコイル状部５の
収縮により、腕部３を屈曲させるようにすれば、形状記
憶材料１の線径を比較的細くしても、大きな力で把持部
４を屈曲させることができる。したがっ石、形状記憶材
料１０線径を細くできるので、冷却時に把持部４を被覆
材２の弾性による復元力によって十分に、第１または２
図の形状に戻すことができる。

なお、コイル状部５に伸長した状態を記憶させ、同コイ
ル状部５が伸長したときに腕部３が屈曲するようにして
も同様の効果を得ることができる。

また、本発明による形状記憶口利としては、前記Ｔｉ−
Ｊｌｉ合金の外に、ＣＩＪ　−７ｎ　、　Ｃｕ　−Ｚｎ
　−ＡＩ　、　Ｃｕ　−Ｚｎ　−Ｇａ　、　Ｃｕ　−Ｚ
ｎ　−３ｎ　、　Ｃｕ　−Ｚｎ　−８ｉ　、　Ｃｕ　−
ＡＩ　−Ｎｉ　。

Ｃｕ　−Ａｕ　−７−ｎ　、　Ｃｕ　−８ｎ　、　Ａｌ
ｌ　−ｃｄ　。

ＡＱ　−Ｃｄ　、　Ｎｉ　−Ｔｉ　−Ｘ　（Ｘは第三元
素）。

Ｎｉ　−ＡＩ　、Ｆｅ−Ｐｔ等の合金、その他あらゆる
形状記憶材料が使用可能なことも言うまでもない。

また、本発明においては、形状記憶材料および被覆材の
形状は前記実施例のような形状に限られないことは言う
までもない。

また、前記実施例は、本発明をマニピュレータに適用し
た例であるが、本発明は、他の用途の電気−力学的エネ
ルギ変換装置にも適用できるものである。

以上のように本発明による電気−力学的エネルギ変換装
置は、導電性の形状記憶材料を、電気絶縁性で、前記形
状記憶材料より熱伝導率が小さく、かつ弾性に富む被覆
材によって被覆し、開被ｆｌ材がその弾性によって前記
形状記憶Ｕ　ＩＩを、記憶形状と異なる所定の形状に偏
椅させようとするようにしたことにより、（イ）バイアスばねを必要としないので、従来のこの種
の装置より一層超小型化を図ることができる。

（ロ）電気絶縁性の被覆材により形状記憶材料が被覆さ
れているので、液体内や生体内等において、形状記憶材
料に通電しても液体や生体等に電流が流れることがない
。

さい被覆材によって被覆されているので、形状記憶材料
が通電加熱された場合に、装置に接触する物質、例えば
生体等が熱的に破壊されるのを防止することができる。

（ニ）形状記憶材料が被覆材によって被覆されているの
で、装置に接触する物質、例えば生体等が機械的に損傷
されるのを防止することができる。

（ホ）被覆材の熱伝導率を適当に選択することにより、
形状記憶材料の形状変化の速（資）を調整することがで
きる。

等の優れた効果を得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１ないし３図は本発明による電気−力学的エネルギ変
換装置の一実施例をそれぞれ異なった状態において示す
縦断面図、第４図は第１図のＩＶ　−ＩＶ線における断
面図、第５図は第１図のｖ−ｖ線における断面図、第”
６図は第１図のＶｌ　−Ｖｌ線における断面図である。１・・・形状記憶材料、２・・・被覆材、１０・・・電
源、３１．３２・・・スイッチ、特許出願人　　１．＝
学校法人　　　早稲田大学代理人　　　　　弁理士　　
　　大森　　泉第１図第２図第３図第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

ある形状を記憶させられている導電性の形状記憶材料と
、この形状記憶材料に被覆された電気絶縁性で、前記形
状記憶材料より熱伝導率が小さく、弾性に富み、かつ該
弾性により、前記形状記憶材料を前記記憶させられてい
る形状と異なる所定の形状に偏椅させようとする形状記
憶材料と、前記形状記憶材料に通電する通電手段とを有
してなる電気−力学的エネルギ変換装置。