JPS59107894A - Actuator element made of shape memory alloy - Google Patents

Actuator element made of shape memory alloy

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Publication number
JPS59107894A
JPS59107894A JP21454082A JP21454082A JPS59107894A JP S59107894 A JPS59107894 A JP S59107894A JP 21454082 A JP21454082 A JP 21454082A JP 21454082 A JP21454082 A JP 21454082A JP S59107894 A JPS59107894 A JP S59107894A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
coil
shape
memory alloy
shape memory
shape recovery
Prior art date
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Pending
Application number
JP21454082A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
誠 田子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Furukawa Electric Co Ltd filed Critical Furukawa Electric Co Ltd
Priority to JP21454082A priority Critical patent/JPS59107894A/en
Publication of JPS59107894A publication Critical patent/JPS59107894A/en
Pending legal-status Critical Current

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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は形状記憶合金製コイルを用いたアクチュエータ
素子に関するもので、特に外付はセンサーを用いること
なく形状回復に基づくコイル変形をインダクタンスの変
化として検知し得るようにしたものである。
[Detailed Description of the Invention] The present invention relates to an actuator element using a coil made of a shape memory alloy, and in particular, the coil deformation based on shape recovery can be detected as a change in inductance without using an external sensor. It is something.

形状記憶合金としては、種々の合金が知られており、(
’1れもオーステナイト相で所定の形状に成形し、これ
をマルテンサイト相で変形した後加熱すると、マルテン
サイト変態においてオーステナイト相で成形した所定の
形状に回復する特性を有している。形状記憶合金はこの
ような特性を利用して種々のアクチュエータ素子に用い
られており、竹にNi約51atチ、残部Ti又はこれ
に微量の添加元素を加えた合金が多用されている。この
合金の加熱には一般に通電加熱が用いられ、形状回復は
加熱によるマルテンサイト変態開始と共に始まり、変態
冗了と共に所定の形状に回復し、その逆方向には形状回
復を起さない。従って形状回復を往復動作させるために
は、形状記憶合金がマルテンサイト相で軟質のところか
d逆動作はね(バイアスばね)1r:設け、温度降下に
よリオーステナイト相からマルテンサイト相に変態した
形状記憶合金を逆作動ばねにより再び変形させている。
Various alloys are known as shape memory alloys, including (
All of them have the characteristic that when they are formed into a predetermined shape using an austenite phase, transformed into a martensite phase, and then heated, they recover to the predetermined shape formed using an austenite phase through martensitic transformation. Shape memory alloys are used in various actuator elements by taking advantage of these characteristics, and alloys made of bamboo with approximately 51 atm of Ni and the remainder of Ti, or a trace amount of additive elements are often used. Electrical heating is generally used to heat this alloy, and shape recovery begins when martensitic transformation begins due to heating, and the shape is recovered to a predetermined shape as the transformation ends, and shape recovery does not occur in the opposite direction. Therefore, in order to perform the reciprocating shape recovery operation, a reverse action spring (bias spring) is provided where the shape memory alloy is soft in the martensitic phase, and the reaustenite phase transforms into the martensitic phase due to temperature drop. The shape memory alloy is deformed again by a counteracting spring.

形状記憶合金、特にNi−Ti系合金では形状回復温度
(マルテンサイト変態温度) k N i含有量又はN
i含有量と微量の添加元素の相方で調整したものが種々
のアクチュエータ素子に用いられており、コイル状のも
のが大きな変形量金得ることができることからアクチュ
エータ素子の主流をなしている。このようなアクチュエ
ータ素子を用いて正確な形状回復を行なわせるためには
、形状回復量を検知する必要があり、従来は外付はセン
サーを用いて形状回復Wをコントロールしている。しか
しながらアクチュエーター素子に外付はセンサーを付加
することはアクチュエータ素子の形状回復を妨けるばか
りか、アクチュエータの小型化、微細な変化の追従等を
困難にしている。
For shape memory alloys, especially Ni-Ti alloys, the shape recovery temperature (martensitic transformation temperature) k Ni content or N
Those adjusted by adjusting the i content and a trace amount of additive elements are used in various actuator elements, and coiled ones are the mainstream of actuator elements because they can obtain a large deformation amount. In order to perform accurate shape recovery using such an actuator element, it is necessary to detect the amount of shape recovery, and conventionally, external sensors have been used to control the shape recovery W. However, adding an external sensor to the actuator element not only prevents the actuator element from recovering its shape, but also makes it difficult to miniaturize the actuator and follow minute changes.

本発明はこれに鑑み種々検討の結果、外付はセンサーに
より形状回復量を測定することなく、形状記憶合金の形
状回復量を検知し、かつ容易に回復#をコントロールす
ることができる形状記憶合金製アクチュエータ素子を開
発したもので、加熱によるマルテンサイト変態により、
形状回復を起す形状記憶合金製コイルの内側に高透磁率
部材を設け、形状回復に基づくコイル変形をインダクタ
ンスの変化として検知することを特徴とするものである
In view of this, as a result of various studies, the present invention is a shape memory alloy that can detect the amount of shape recovery of the shape memory alloy without measuring the amount of shape recovery using an external sensor, and can easily control the recovery #. This is a newly developed actuator element made of aluminum, which transforms into martensitic material by heating.
A high magnetic permeability member is provided inside a shape memory alloy coil that undergoes shape recovery, and coil deformation due to shape recovery is detected as a change in inductance.

これを図面を用いて詳細に説明する。This will be explained in detail using the drawings.

第1図(イ)は本発明素子の基本構造の一例を示すもの
で、図に示すように形状記憶合金線材、例えばNi51
 at %、残部Tiからなる線材をオーステナイト相
で密巻状コイルに成形し、これをマルテンサイト相で引
き延ばしたコイル(1)内に、高透磁率部材例えばフェ
ライトからなるコア(2)を挿入したものである。
FIG. 1(a) shows an example of the basic structure of the device of the present invention.
A core (2) made of a high magnetic permeability material such as ferrite was inserted into the coil (1), which was formed by forming a wire rod consisting of at % and the remainder Ti into a tightly wound coil with an austenite phase and elongating it with a martensite phase. It is something.

このコイル(1)のインダクタンスはコイル(1)が引
き延ばされた状態にあるため低い値となっている。この
コイル(1)全通電加熱するとコイル(1)はマンテン
サイド変態により第1図(ロ)に示すようにオーステナ
イト相で成形した密巻状コイル(1)に形状回復を起し
、コイル(1′)はコア(2)上に集中することになる
。その結果コイル(1′)のインダクタンスは高い値と
なる。従ってインダクタンスの値と形状回復量の関係を
予じめ調べておけば、インダクタンスの変化をブリッジ
回路等により測定することにより、コイル(1)の形状
回復量を検知することが可能となり、またインダクタン
ス値に基づいて通電量を制御すれは形状回復量−例を示
すもので、第1図の場合と同様オーステナイト相で密巻
状コイルの成形し、マルテンサイト相で引き延ばしたN
i−Ti系形状記憶合金線材からな動部(M)ffi設
け、該可動部(M)の左右にコイル(1a)(1b)内
に位置させてフェライトコア(2a)(2b) f設け
たものである。このアクチュエータは一方のコイル(l
a)を通電すると、マルテンサイト変態によりコイル(
1a)は第2図(ロ)に示すようにオーステナイト相で
成形した密巻状コイルけal )に形状回復し、可動部
(M)は右方に移動し、コア(2a)上に集中する。そ
の結果コイル(1a)のインダクタンスは高い値になり
、このインダクタンスケ測定し、これに基づいて通電量
全制御することによりコイル(1a)の形状回復量は正
確にコントロールされる。
The inductance of this coil (1) is a low value because the coil (1) is in an elongated state. When this coil (1) is fully energized and heated, the coil (1) undergoes mantenside transformation and recovers its shape into a tightly wound coil (1) formed from the austenite phase as shown in Figure 1 (b). ') will be concentrated on the core (2). As a result, the inductance of the coil (1') becomes a high value. Therefore, if the relationship between the inductance value and the amount of shape recovery is investigated in advance, it will be possible to detect the amount of shape recovery of the coil (1) by measuring the change in inductance using a bridge circuit, etc. The figure below shows an example of the amount of shape recovery, in which a tightly wound coil is formed in the austenite phase and N is stretched in the martensite phase.
A moving part (M) ffi made of i-Ti-based shape memory alloy wire was provided, and ferrite cores (2a) (2b) f were provided on the left and right sides of the moving part (M), located within coils (1a) (1b). It is something. This actuator has one coil (l
a) When electricity is applied, the coil (
As shown in Figure 2 (b), 1a) recovers its shape into a tightly wound coil core (al) formed from the austenite phase, and the movable part (M) moves to the right and concentrates on the core (2a). . As a result, the inductance of the coil (1a) becomes a high value, and the amount of shape recovery of the coil (1a) can be accurately controlled by measuring this inductance and controlling the amount of current on the basis of this measurement.

次に他方のコイル(lb’)’fil−通電加熱すると
コイル(lb’)はマルテンサイト変態により形状回<
Mt起して可動部(M)f:左方に移動させ、コイル(
la’)k引き延ばして再び第2図(()に示す状態に
戻る。これを順次繰返すと可動部(M)は正確に左右の
往復移動を繰返すことになる。
Next, when the other coil (lb')'fil- is heated with electricity, the coil (lb') changes shape due to martensitic transformation.
Raise Mt, move the movable part (M) f: to the left, and remove the coil (
la')k is stretched and returns to the state shown in FIG.

第3図(イ)は本発明素子を用いたアクチュエータの他
の一例を示すもので、第1図の場合と同様オーステナイ
ト相で密巻状コイルに成形し、マルテンサイト相で几き
延ばしたNi−Ti系形状記憶合金線材からなるコイル
(1)を垂下状に配置し、該コイルU)内の上部にフェ
ライトコア(2)ヲ設け、コイル(1)下端に可動部(
M)e取付けたものである。このアクチュエーを形状回
復したコイル(1′)をマルテンサイト相で再び引き延
ばすことができる重さにしておけば、通電を止めて温度
が下がるとコイル(1′)は再び引き延はされて第3図
(イ)に示す状態に戻る。このようなアクチュエータに
おいて、コイルのインダクタンスにより通電量を制御す
れば可動部の上下動を正確にコントロールすることがで
きる。
Figure 3 (A) shows another example of an actuator using the element of the present invention, in which Ni is formed into a tightly wound coil in the austenite phase and elongated in the martensitic phase as in the case in Figure 1. - A coil (1) made of a Ti-based shape memory alloy wire is arranged in a hanging manner, a ferrite core (2) is provided in the upper part of the coil (U), and a movable part (2) is provided at the lower end of the coil (1).
M) e installed. If this actuator is made to have a weight that allows the coil (1') whose shape has been recovered to be stretched again in the martensite phase, when the current is turned off and the temperature drops, the coil (1') will be stretched again and the third The state returns to the state shown in Figure (a). In such an actuator, if the amount of current is controlled by the inductance of the coil, the vertical movement of the movable part can be accurately controlled.

第4図(イ)は本発明素子を用いアクチュエータの更に
他の一例を示すもので、軸(3)により回動自在の1対
の作動片(4a)(4b)の先端にそれぞれ可動部(M
a)(Mb)k設け、内作動片(4a)(4b)間に第
1図の場合と同様オーステナイト相で密巻状コイルに成
形し、マルテンサイト相で引き延ばしたNi−4’i系
形状形状記憶線材からなるコイル(1)全取付け、コイ
ル(1)内の内作動片(4a)(4b)側にフェライト
コア(2a ) (2b )を設け、かつ内作動片(4
a)(4b)間に内作動片(4a)(4b)’kV字状
に開く逆作動ばね(5)全取付けたものである。
FIG. 4(a) shows still another example of an actuator using the element of the present invention, in which movable parts ( M
a) (Mb) k is provided between the inner actuating pieces (4a) (4b), and the Ni-4'i type shape is formed into a close-wound coil with an austenite phase and stretched with a martensitic phase as in the case of Fig. 1. The coil (1) made of shape memory wire is completely installed, the ferrite cores (2a) (2b) are provided on the inner working pieces (4a) and (4b) sides in the coil (1), and the inner working pieces (4
The reverse action spring (5) that opens in a V-shape is fully installed between the inner action pieces (4a) and (4b)'k between a) and (4b).

イル(1′)は再び引き延ばされ、可動部(Ma)(M
b)Fi。
The file (1') is stretched again and the movable part (Ma) (M
b) Fi.

開くことになる。これを繰返すことにより可動部(Ma
 ) (Mb )は開閉を繰返すことになり、この繰返
し動作においてコイル(1)のインダクタンスにより通
電を制御すれば、可動部の開閉を正確にコントロールす
ることができる。
It will open. By repeating this, the movable part (Ma
) (Mb) will be repeatedly opened and closed, and if the energization is controlled by the inductance of the coil (1) during this repeated operation, the opening and closing of the movable part can be accurately controlled.

尚何れも形状記憶合金からなるコイル内に高透磁率部材
を配置した例について説明したが、これに限るものでは
なく、コイル外周にも高透磁率部材を配置べし、コイル
を形状回復させたときに内外の高透磁率部材により磁気
的閉回路を形成するようにすれば磁束の漏れが少なくな
り、更に明確なインダクタンスの増加としてコイルの形
状回復を検知することができる。また本発明素子はコイ
ルの形状回復のための通電によるジュール加熱とインダ
クタンス検出用の高周波通電を行なうものであるが、ア
クチュエータの摘要分野に応じて通電加熱をパルスとし
、通電加熱体止時間にインダクタンスを測定するか、又
は通電電流に高周波を重畳して加熱と同時にインダクタ
ンスを測定すればよいっ このように本発明素子によれば、形状記憶合金自身をセ
ンサーとして、その形状回復量をコントロールするこ・
とが可能となり、アクチュエータの小型化、微細な変化
の追従が容易になる等工業上顕著な効果を奏するもので
ある。
In both cases, we have explained an example in which a high magnetic permeability member is placed inside a coil made of a shape memory alloy, but the invention is not limited to this. A high magnetic permeability member should also be placed on the outer periphery of the coil, and when the coil is restored to its shape. If a magnetic closed circuit is formed using high magnetic permeability members inside and outside, leakage of magnetic flux will be reduced, and shape recovery of the coil can be detected as a clear increase in inductance. In addition, the device of the present invention performs Joule heating by energization to restore the shape of the coil and high-frequency energization for inductance detection. In this way, according to the device of the present invention, it is possible to control the amount of shape recovery by using the shape memory alloy itself as a sensor.・
This makes it possible to achieve significant industrial effects such as making the actuator smaller and making it easier to follow minute changes.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図(イ)(ロ)は本発明素子の基本構造の一例を示
すもので、(イ)は形状回復前の素子の説明図、(ロ)
は形状回復後の説明図、第2図(イ)(ロ)、第3図(
イ)(ロ)及び第4図(イ)(tllI)はそれぞれ本
発明素子を用いたアクチュエータを示すもので、それぞ
れ0)は形状回復前の説明図、(ロ)は形状回復後の説
明図である。 1、la、lb・・・・・・ 形状回復前のコイル1′
、18′、1b′・・・形状回復後のコイル2.2a、
2b・・・・・・高透磁率性コア3・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・軸4 ・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・作動片5 ・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・逆作動ばねM、Ma、Mb・
・・・・・ 可動部
Figures 1 (a) and 1 (b) show an example of the basic structure of the element of the present invention, (a) is an explanatory diagram of the element before shape recovery, and (b)
are explanatory diagrams after shape recovery, Figures 2 (a), (b), and 3 (
A) (B) and Figure 4 (A) (tllI) respectively show actuators using the element of the present invention, where 0) is an explanatory diagram before shape recovery, and (B) is an explanatory diagram after shape recovery. It is. 1, la, lb... Coil 1' before shape recovery
, 18', 1b'...Coil 2.2a after shape recovery,
2b... High permeability core 3...
・・・・・・・・・・・・Axis 4 ・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・ Actuation piece 5 ・・・・・・・・・
・・・・・・・・・Reverse action spring M, Ma, Mb・
····· movable part

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 加熱によるマルテンサイト変態により、形状回復を起す
形状記憶合金製コイルの内側に高透磁率部材を設け、形
状回復に基づくコイル変形をインダクタンスの変化とし
て検知することを特徴とする形状記憶合金製アクチュエ
ータ素子。
A shape memory alloy actuator element characterized by providing a high magnetic permeability member inside a shape memory alloy coil that undergoes shape recovery due to martensitic transformation due to heating, and detecting coil deformation due to shape recovery as a change in inductance. .
JP21454082A 1982-12-07 1982-12-07 Actuator element made of shape memory alloy Pending JPS59107894A (en)

Priority Applications (1)

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JP21454082A JPS59107894A (en) 1982-12-07 1982-12-07 Actuator element made of shape memory alloy

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JP21454082A JPS59107894A (en) 1982-12-07 1982-12-07 Actuator element made of shape memory alloy

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6128925U (en) * 1984-07-23 1986-02-21 加藤発条株式会社 Wire fixed shape memory alloy spring
JPS6130114U (en) * 1984-07-27 1986-02-22 オンキヨー株式会社 Rocking piece drive device
JPH0832397B2 (en) * 1988-04-29 1996-03-29 フラウンホッファー‐ゲゼルシャフト ツァ フェルダールング デァ アンゲヴァンテン フォアシュンク エー.ファオ. Micromanipulator that moves the target

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