JPS59162375A - 熱感応アクチユエ−タ - Google Patents
熱感応アクチユエ−タInfo
- Publication number
- JPS59162375A JPS59162375A JP3605283A JP3605283A JPS59162375A JP S59162375 A JPS59162375 A JP S59162375A JP 3605283 A JP3605283 A JP 3605283A JP 3605283 A JP3605283 A JP 3605283A JP S59162375 A JPS59162375 A JP S59162375A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- memory alloy
- weight
- actuator
- coil spring
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
- F03G7/06—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like
- F03G7/065—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like using a shape memory element
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Details Of Measuring And Other Instruments (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、形状記憶合金を利用した熱感応アクチュエー
タに関するものである。
タに関するものである。
（従来例の構成とその問題点）
近年、形状記憶合金Ｃ以下ＳＭＥ合金と呼ぶ）の工業的
応用研究が盛んになり、ＳＭＥ合金を精度よい熱感応ア
クチュエータとしていかに使いこなすかが工業的応用範
囲を拡大する大きな鍵となっている。そして加熱と冷却
によＪ ＳＭＥ合金が可逆的に変形する二方向性動作が
望まれている。ＣｕＺｎＡＡ合金系を主とするＣｕ合金
系のＳＭＦｉ合金はそれ自身が二方向性変化の性質を持
つが、そのくり返し寿命がＮｊ Ｔｉ合金より劣るとさ
れている。このためＮｉ Ｔｉ合金を二方向性動作をす
るように工夫がなされており、例えば、第１図に示すよ
うに、高温で縮んだ形状に記憶処理したＮｉＴｉ合金線
のコイルばね１をっくシ、これに重錘２を吊シ下げる構
成゛が知られている。変態温度以下ではＮｉＴｉ合金の
性質として変形が低荷重で起こシばね係数は低いため、
重錘によりコイルばねが伸びるが、これを加熱すると変
態温度で形状復元が起こり、コイルばね１は縮み、その
力は形状記憶の復元力のため非常に大きいので重錘２が
持ち上げられる。このだめ変態温度以下ではコイルが伸
び、変態温度以上ではコイルが縮み、変位δの二方向性
動作となる。−１：た重錘の代りに第２図に示すように
、本体３の支点４を中心に回転動作する可動棒５におい
て、可動棒５の先端６と本体上の係止点７，８との間に
一方にはＳＭＥ合金コイルばね９、他方には通常のばね
材料よりなるコイルばね１０を取りつけだ構成圧すると
、先端６は変態温度以下では実線の位置、変態温度以上
では点線の位置へ変位δの二方向の動作をする。このよ
うなＳＭＥ合金に重錘やコイルばねなどの対抗バイアス
荷重を組合せり構成の二方向動作のアクチュエータにお
いて、温度と、重錘まだは可動棒先端の変位δとの関係
は第３図のようになり、加熱のときの動作温度と冷却の
ときの動作温度がずれる、いわゆる温度ヒステリシス現
象が生ずる。従来のアクチュエータにおいて、このよう
なヒステリシスの温度幅ΔＴ（加熱時と冷却時の動作温
度のずれ）は５℃以上で、１０〜２０℃が一般的であっ
た。このようなヒステリシス幅では精度よく温度制御し
だシ、または温度により精度よく物体を動かすアクチュ
エータとしての使用に適せず、ＳＭＥ合金の工業的応用
に対して大きな妨げとなっていた。
応用研究が盛んになり、ＳＭＥ合金を精度よい熱感応ア
クチュエータとしていかに使いこなすかが工業的応用範
囲を拡大する大きな鍵となっている。そして加熱と冷却
によＪ ＳＭＥ合金が可逆的に変形する二方向性動作が
望まれている。ＣｕＺｎＡＡ合金系を主とするＣｕ合金
系のＳＭＦｉ合金はそれ自身が二方向性変化の性質を持
つが、そのくり返し寿命がＮｊ Ｔｉ合金より劣るとさ
れている。このためＮｉ Ｔｉ合金を二方向性動作をす
るように工夫がなされており、例えば、第１図に示すよ
うに、高温で縮んだ形状に記憶処理したＮｉＴｉ合金線
のコイルばね１をっくシ、これに重錘２を吊シ下げる構
成゛が知られている。変態温度以下ではＮｉＴｉ合金の
性質として変形が低荷重で起こシばね係数は低いため、
重錘によりコイルばねが伸びるが、これを加熱すると変
態温度で形状復元が起こり、コイルばね１は縮み、その
力は形状記憶の復元力のため非常に大きいので重錘２が
持ち上げられる。このだめ変態温度以下ではコイルが伸
び、変態温度以上ではコイルが縮み、変位δの二方向性
動作となる。−１：た重錘の代りに第２図に示すように
、本体３の支点４を中心に回転動作する可動棒５におい
て、可動棒５の先端６と本体上の係止点７，８との間に
一方にはＳＭＥ合金コイルばね９、他方には通常のばね
材料よりなるコイルばね１０を取りつけだ構成圧すると
、先端６は変態温度以下では実線の位置、変態温度以上
では点線の位置へ変位δの二方向の動作をする。このよ
うなＳＭＥ合金に重錘やコイルばねなどの対抗バイアス
荷重を組合せり構成の二方向動作のアクチュエータにお
いて、温度と、重錘まだは可動棒先端の変位δとの関係
は第３図のようになり、加熱のときの動作温度と冷却の
ときの動作温度がずれる、いわゆる温度ヒステリシス現
象が生ずる。従来のアクチュエータにおいて、このよう
なヒステリシスの温度幅ΔＴ（加熱時と冷却時の動作温
度のずれ）は５℃以上で、１０〜２０℃が一般的であっ
た。このようなヒステリシス幅では精度よく温度制御し
だシ、または温度により精度よく物体を動かすアクチュ
エータとしての使用に適せず、ＳＭＥ合金の工業的応用
に対して大きな妨げとなっていた。
（発明の目的）
本発明は、このような問題点を解決するものでヒステリ
シス幅の小さい熱感度アクチュエータを得ることを目的
とするものである。
シス幅の小さい熱感度アクチュエータを得ることを目的
とするものである。
（発明の構成）
本発明の熱感応アクチュエータは、ｓＭＥ合金に対抗バ
イアス荷重を組合せた二方向動作をする構成とし、アク
チュエータの動作範囲が８ＭＥ合金の変形量としてせん
断歪で１５％以内にしたものである。
イアス荷重を組合せた二方向動作をする構成とし、アク
チュエータの動作範囲が８ＭＥ合金の変形量としてせん
断歪で１５％以内にしたものである。
この限定により、本発明になる熱感応アクチュエータの
温度ヒステリシス幅ΔＴは従来に比べ極めて小さくなシ
、３℃以下とすることができる。
温度ヒステリシス幅ΔＴは従来に比べ極めて小さくなシ
、３℃以下とすることができる。
（実施例の説明）
本発明の一実施例を第４図および第５図に基ついて説明
する。
する。
ＳＭＥ合金は変態温度３０〜５０℃のＮｉ Ｔｉ合金を
使用し、コイルばね形状とし、形状記憶熱処理で密着コ
イルばねとした。線直径０．３１１ｎ 、 Ｑ、５
ｒｓａおよび０７５鴎、コイル平均直径３．５ ｍ 、
５ ｍおよび１０．５ＴｎｒＡ。
使用し、コイルばね形状とし、形状記憶熱処理で密着コ
イルばねとした。線直径０．３１１ｎ 、 Ｑ、５
ｒｓａおよび０７５鴎、コイル平均直径３．５ ｍ 、
５ ｍおよび１０．５ＴｎｒＡ。
有効巻数５．］Ｏ＄７．．よび１５ターンの各種コイル
ばねを作製した。
ばねを作製した。
Ｍ４図において、第１図と同様にコイルばね１に重錘（
重さｗ、、ｗ２）２を吊り下げ、さらに重錘２は任意の
距離で停止できるようストッパ１１をとシつけ、常温な
いし８０’Ｃで加熱、冷却し、温度と重錘の変位を第３
図のように測定し、温度ヒステリシス幅ΔＴを求めた。
重さｗ、、ｗ２）２を吊り下げ、さらに重錘２は任意の
距離で停止できるようストッパ１１をとシつけ、常温な
いし８０’Ｃで加熱、冷却し、温度と重錘の変位を第３
図のように測定し、温度ヒステリシス幅ΔＴを求めた。
重錘が軽い場合は常温で重錘はストッパに達せず、常温
と８０℃では第４図（ａ）のδ、の変位を示す。重錘が
重い場合には常温で重錘はストッパに達し、常温と８０
’Ｃでは第４図（ｂ）のδ２の変位を示す。すなわち、
δ１あるいｄδ２がアクチュエータの動作範囲である。
と８０℃では第４図（ａ）のδ、の変位を示す。重錘が
重い場合には常温で重錘はストッパに達し、常温と８０
’Ｃでは第４図（ｂ）のδ２の変位を示す。すなわち、
δ１あるいｄδ２がアクチュエータの動作範囲である。
各種コイルについて重錘の重さくＷ、、Ｗ２）を変えて
実験を行ない、変位δ１あるいはδ２とヒステリシス幅
ΔＴの関係を測定した。そして変位δ（δ１あるいはδ
２）を次式によりＳＭＥＩ合金コイルばねのせん断歪量
γに変換し、γとΔＴの関係でデータを整理すると、 ｄ × δ ７′＝に一；マ丁７「 となる。
実験を行ない、変位δ１あるいはδ２とヒステリシス幅
ΔＴの関係を測定した。そして変位δ（δ１あるいはδ
２）を次式によりＳＭＥＩ合金コイルばねのせん断歪量
γに変換し、γとΔＴの関係でデータを整理すると、 ｄ × δ ７′＝に一；マ丁７「 となる。
ここで、ｄは線直径、Ｄはコイル平均直径、ｎはフィル
平均巻数、 Ｋ＝ （Ｔ−１）−、−ｆ７−４ ）＋１区である。各
種コイルについて第５図に示す関係が得られた。すなわ
ち、ヒステリシス幅ΔＴは動作範囲の変位量をせん断歪
に変換した値γの函数となり、γが増すほどΔＴが太き
くなり、特にγが１５％をこえるとΔＴは急激に増大す
ることが明らかである。すなわち、本発明の特徴とする
せん断′歪１．５係以内の構成であると、ΔＴは３℃以
下となり極めて小さい値となる。
平均巻数、 Ｋ＝ （Ｔ−１）−、−ｆ７−４ ）＋１区である。各
種コイルについて第５図に示す関係が得られた。すなわ
ち、ヒステリシス幅ΔＴは動作範囲の変位量をせん断歪
に変換した値γの函数となり、γが増すほどΔＴが太き
くなり、特にγが１５％をこえるとΔＴは急激に増大す
ることが明らかである。すなわち、本発明の特徴とする
せん断′歪１．５係以内の構成であると、ΔＴは３℃以
下となり極めて小さい値となる。
上記実施例についてはコイルばねと重錘の関係で説明し
たが、ＳＭＥ合金コイルばねと通常のばね劇料のフィル
ばねを組合せだ構成であっても、せん断歪とヒステリシ
ス幅の関係は同じである。
たが、ＳＭＥ合金コイルばねと通常のばね劇料のフィル
ばねを組合せだ構成であっても、せん断歪とヒステリシ
ス幅の関係は同じである。
従来のアクチュエータにおいては、ＳＭＥ合金の特徴と
する大きな形状復元量（大きな変形歪でも形状が戻る）
や大きな形状復元力に着目していたため、せん断歪は２
ないし８％で使用し、その結果従来のアクチュエータは
ヒステリシス幅が１０℃以上の大きい値と々っていた。
する大きな形状復元量（大きな変形歪でも形状が戻る）
や大きな形状復元力に着目していたため、せん断歪は２
ないし８％で使用し、その結果従来のアクチュエータは
ヒステリシス幅が１０℃以上の大きい値と々っていた。
（発明の効果）
本発明の熱感応アクチーエータは、動作範囲の変位量を
調整し、ＳＭＥ合金のせん断歪量さして１５％以内とし
ているため、温度ヒステリシス幅は極めて小さく、歪量
が０５％以下ではヒステリシス幅が１ないし２℃となる
。このため、従来はＳＭＥ合金では精度上制御が困難で
あった各種制御器、例えば、恒温槽の温度設定器、流体
経路の感熱弁、空調機の風向変更板動作機構などへの応
用が可能となり、熱感応アクチュエータとして優れた効
果がある。
調整し、ＳＭＥ合金のせん断歪量さして１５％以内とし
ているため、温度ヒステリシス幅は極めて小さく、歪量
が０５％以下ではヒステリシス幅が１ないし２℃となる
。このため、従来はＳＭＥ合金では精度上制御が困難で
あった各種制御器、例えば、恒温槽の温度設定器、流体
経路の感熱弁、空調機の風向変更板動作機構などへの応
用が可能となり、熱感応アクチュエータとして優れた効
果がある。
第１図は形状記憶合金と対抗バイアス荷重として重錘を
組合せた二方向動作の熱感応アクチュエータの説明図、
第２図は同対抗バイアス荷重としてコイルばねを用いた
場合の説明図、第３図は二方向動作熱感応アクチュエー
タの動作を説明する温度と変位の関係図、第４図は本発
明の詳細な説明する図、第５図は本発明の詳細な説明す
るせん断歪とヒステリシス幅の関係図である。 １．９ ・・・・・・・ＮｉＴｉ合金線のコイルばね、
２・・・・・・・重錘、 ３・・・・・・・・・本体
、 ４・・・・・ 支点、５ ・・・・・・・可動棒、
６・・・・・・・・・可動棒の先端、７．８ ・・
・・・・係止点、 １０・・・・・・・・通常のばね材
料よシなるコイルばね、１１・・・・・・・ストッパ。 特許出願人 松下電器産業株式会社 第１図 第３図 歳ＬＴ 第４図 （０） ＩＩ−ｇ２２２ □ （ｂ） 第５図 ぜん哨％ ｙ−（’／、１
組合せた二方向動作の熱感応アクチュエータの説明図、
第２図は同対抗バイアス荷重としてコイルばねを用いた
場合の説明図、第３図は二方向動作熱感応アクチュエー
タの動作を説明する温度と変位の関係図、第４図は本発
明の詳細な説明する図、第５図は本発明の詳細な説明す
るせん断歪とヒステリシス幅の関係図である。 １．９ ・・・・・・・ＮｉＴｉ合金線のコイルばね、
２・・・・・・・重錘、 ３・・・・・・・・・本体
、 ４・・・・・ 支点、５ ・・・・・・・可動棒、
６・・・・・・・・・可動棒の先端、７．８ ・・
・・・・係止点、 １０・・・・・・・・通常のばね材
料よシなるコイルばね、１１・・・・・・・ストッパ。 特許出願人 松下電器産業株式会社 第１図 第３図 歳ＬＴ 第４図 （０） ＩＩ−ｇ２２２ □ （ｂ） 第５図 ぜん哨％ ｙ−（’／、１
Claims (2)
- （１）形状記憶合金を使用した熱感応アクチュエータに
おいて、形状記憶合金に対抗バイアス荷重を組合せて二
方向動作の構成とし、アクチュエータの動作範囲を形状
記憶合金の変形量として、せん断歪で１５係以内とした
ことを特徴とする熱感応アクチュエータ。 - （２） 形状記憶合金はＮｉＴｉ合金でコイルばねと
し、対抗バイアス荷重を重錘捷たは通常のばね材料から
なるばねとして二方向動作の構成さし、さらにストッパ
ーを設けてアクチュエータの動作範囲を囲第（１）項記
載の熱感応アクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3605283A JPS59162375A (ja) | 1983-03-07 | 1983-03-07 | 熱感応アクチユエ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3605283A JPS59162375A (ja) | 1983-03-07 | 1983-03-07 | 熱感応アクチユエ−タ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59162375A true JPS59162375A (ja) | 1984-09-13 |
Family
ID=12458940
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3605283A Pending JPS59162375A (ja) | 1983-03-07 | 1983-03-07 | 熱感応アクチユエ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59162375A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59168282A (ja) * | 1983-03-11 | 1984-09-21 | Nhk Spring Co Ltd | 形状記憶ばねを用いた熱応動装置 |
-
1983
- 1983-03-07 JP JP3605283A patent/JPS59162375A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59168282A (ja) * | 1983-03-11 | 1984-09-21 | Nhk Spring Co Ltd | 形状記憶ばねを用いた熱応動装置 |
| JPH0343471B2 (ja) * | 1983-03-11 | 1991-07-02 | Nhk Spring Co Ltd |
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