JPS60128977A - 形状記憶合金アクチユエ−タ - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕　、 本発明は形状記憶合金アクチュエータに関し、特に動作
速度の向上に好適な形状記憶合金アクチュエータの加熱
駆動方式に関するものである。

〔発明の背景］　。

形状記憶効果とは常温で外カシ加え変形させた後、これ
を相変態率（マルテンサイト逆変態点）以上に加熱する
ことし；より元の形状に回復する現象をいう、この性質
をアクチュエータとして利用する場合に重要夕因子は回
復率である。この回復率を決定する要甲とし工は、初期
変位−の大きさ、加熱温度、及び加熱速度がある。した
がって、動作速度の速いアクチュエータを構成する場合
上記要因を考慮して通電加熱をする一要がある。しかし
、大きな電流で急速加熱するり温度が上がりすぎ母相の
組織変化が生じ、初期記憶形状に回復変形しない、即ち
性能劣化が生じてしまう、そのため、従来の形状記憶合
金アクチュエータでは例えば、特開昭５１−１２８６１
２号公報に開示されているように通電加熱により相変態
点近傍で外気温度と平衡するような電流値をめておき、
このような一定の直流電流を用いて加熱していた。その
ため。

相変態点に達するのに多くの時間を要し、十分な変形速
度が得られないという欠点があった。

（発明の目的〕 本発明の目的は、形状記憶合金の回復性能が劣化するこ
となく、かつ、大きな変形速度が得られる駆動方式の形
状記憶合金アクチュエータを提供することにある。

〔発明の概要〕

形状記憶効果に基づくアクチュエータの動作応答性は、
その加熱、冷却速度に依存している。そのため、形状記
憶合金としては熱容量が小さくかつ空冷速度の大きい細
線が有効である。しかし、このような細線は外界に対す
る熱伝達率が大きく、直流電流でジュール加熱したので
は外界と平衡する温度に達するのに多くの時間を要する
と共に、エネルギ効率も悪くなる。そこで形状記憶合金
を相変態点まで加熱するのに必要なエネルギを微小時間
に供給すれば、外界への熱流出量を考えることなしに、
即ち断熱的に形状記憶合金を相変態点まで瞬時に加熱す
ることができる。その後、上記温度を保持するのに必要
な一定電流を流すことにより、速い回復変形速度を実現
すると共に、相変態点以上に加熱しすぎるこしもないの
で回復性能が低下しない。またこのように相変態点まで
の加熱速度を向上させることにより回復率が向上し。

疲労強度が上昇することも実験的に確かめられている。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の形状記憶合金アクチュエータの一実施例
を図面を用いて説明する。まず初めに、形状記憶合金試
料として用いたＮｉＴｉ合金の回復変形特性について、
第１図〜第４図に示す実験結果をもとに説明する。この
試料の相変態点（正確にはマルテンサイト逆変態終了温
度で、以下Ａｆ点と記す）が８０℃で、これを４００℃
で３０分間焼鈍後徐冷した材料で、線径は０．２０　ｍ
である。第１図はこのＮｉＴｉ線を室温２０℃中で引張
変形を行った後、除荷し、残留歪を生じさせたものが、
加熱速度７０に／ｓの加熱により残留歪が回復する過程
を示した図であり、横軸が歪、縦軸が応力である。図中
特性（ａ）、（ｂ）−（ｃ）で示されるように、引張変
形させた後除荷したＮｉＴｉ線を１００℃まで加熱した
ときの回復歪を示している。特性（ａ）、（ｂ）では加
熱（１００℃）による回復変形はＡ、Ｂで示すように完
全に零点まで回復しているが、歪量が大きくなると特性
（ｃ）のように残留歪が生じＣで示すように完全には回
復しかいことを示している。第２図はこの回復率に影響
を及ぼす歪量と加熱温度の依存性を藺べた結果であり、
横軸が歪、縦軸が加熱温度である。これは、第１図中の
試験結果（ａ）（ｂ）（ｅ）を含め、特性ｄは回復率が
１００％を示す限界線、特性ｅは回復率が８０％を示す
・限界線、特性ｆは図より加熱温度がＡｆ点より約５０
％以上加熱すると急に回復率が低下する性質がある。し
たがって、回復歪を大きくとるには加熱しすぎないよう
にしなければならない。′なお１以上の結果は加熱速度
が８０に／ｓの場合であり、この加熱速度の増加により
回復率１００％の領域は拡大する傾向があることを付記
しておく。第３図は回復歪速度と加熱速度との関係を示
しており、横軸は加熱速度、縦軸は回復歪速度である。

即ち、相変態速度は伝熱的温度変化に比べて極めて速い
ため、回復変形速度は加熱速度によって決定され１両者
は比例関係にあることが示される。以上の実験結果より
、動作速度の速い形状記憶合金アクチュエータを駆動さ
せるには、Ａｆ点以下では非常に大きな電流で加熱し、
Ａｆ点到達後は温度が上りすぎないようにＡｆ点温度を
維持する程度の電流に切換えられる電流源を用いること
が有効であることが理解される。第４図は加熱電流に伴
う形状記憶合金線の温度変化に示した図であり、横軸は
時間、＃―は迫麿ア１Ｌ曲越ｒ２士加飢哲連ン１７丁０
４Ａ流した場合を、曲線りは０．８Ａ流した場合を、そ
して曲線ｉは初期電流として０．８ＡそしてＡｆ点到達
後はＯ，４Ａに切換えて流した場合を示している。

第５図は本発明の形状記憶合金アクチュエータの具体的
実施例として、磁気ディスク装置における浮動型ヘッド
のローディング駆動部を示した側面図である。これは、
指定された期間だけヘッドをディスク面から引離す動作
を形状記憶合金による回復変形を利用して実現するもの
である。磁気ディスク１上には、データを読み書きする
磁気ヘッド２がスライダ３の後方に設けである。このス
ライダ３は、ロードアーム４の曲げ弾性により常時定圧
でディスク面上に加圧される構造になっている。また、
このロードアーム４の取付部５はシャフト６を中心に回
転するようになっており、常時引張バネ７により右回転
力が付加され図中に示される回転停止位置で静止してい
る。一方、この取付部５には、第１図〜第４ｒｓで説明
した特性を持つ形状記憶合金線８がガイドアーム９の上
側に設置され、上記引張バネ７とは反対回転方向の形状
回復力が作用するように設けである。また、この形状記
憶合金線８の両端には通電加熱するための通電線１０が
ある。動作原理を説明すると、まず初期的に引張バネ７
は常時１２．３　Ｎの引張力が働くように取付けておく
。この大きさは、径０．２−の形状記憶合金線８にとっ
ては約４００　Ｍ　Ｐ　ａの応力に相当するので、第６
図で示した本実施例の変位特性からもわかるように約５
．５％伸ばされているが１通電加熱することにより２の
歪が回復する。したがって、取付部は左回転し、ヘッド
２はディスク面１より上方に持上げられる。第６図にお
いて、横軸は時間、縦軸は電流及びディスクからのヘッ
ド高さ位置である。第７図には用いた電源回路図を示す
、この電流による電流特性は第６図に示す。初期電流値
は８Ａで時定数１／３Ｏ秒で減少するような電流、即ち Ｉ（ｔ）＝８．０Ｘｓｘｐ（−３０ｔ）で、０．１秒後
には０．４八になるように設定しである。その後、０．
４Ａの一定電流が流れる。この電流値は以下のようにし
て決定した。初めの０．１秒間に流す電気エネルギの総
量は、形状記憶合金線を室温（２０℃）から１００℃ま
で加熱エネルギに等しく、また一定電流は形状記憶合金
線が１００℃の時の放熱エネルギと等しくなるようにＯ
，４Ａとした。第６図において曲線ｉ、には本実施例の
電流及びディスク面からのヘッド高さの時間変化を示し
ているのに対し、従来の一定電流方式による場合を曲線
Ｑ、ｍに示す。この結果から理解されるように１本実施
例によれば、極めて動作速度の速いアクチュエータを構
成で、きる効果がある。

さらに本発明の別の具体的実施例を第８図を用いて説明
する。第８図は第５図に示した実施例と同様に磁気ディ
スク用浮動ヘッドのローディング駆動部を示す斜視図で
ある０本実施例で用いた形状記憶台金は、それ自体の温
度に対応した曲げ変位を持つ二方向性のものである。磁
気ディスク１上には、データを読み書きする磁気ヘッド
２がスライダ３の後方に設けである。このスライダ３は
、ロードアーム４の曲げ弾性により常時定圧でディスク
面上に加圧される構造になっている。ロードアーム４は
ガイドアーム９上に固定されていると共に、中央部には
穴がおいている。一方、形状記憶合金板１３は根本を部
材１２で固定され、先端部には鈎を持つピン１１が取付
けられている。また、この形状記憶合金板１３上には、
これを加熱通電するための２つの電極１５と、温度検出
するためのサーミスタ１４が設けである。次にこの実施
例のローディング動作について説明する０本使用の形状
記憶合金の相変態点は８０℃で、母相に回復すると上向
きにそり返る形状記憶処理を予じめ施しておく、また本
実施寸法形状の場合両電極間に１．２Ａ通電すると形状
記憶合金は１００℃に加熱されることを確かめた。そこ
でへラド２をディスク面１より引離す時には、両電極間
に８ＡのＷ１流通電により急速加熱し、その温度をサー
ミスタ１．４で検出し８０℃に達すると瞬時に電流を１
．２Ａに低下させる駆動方式にしである。形状記憶合金
板１１は加熱に伴い上方に反り返り、ピン１１を介して
ロードアーム４をＬ方に持ち上げる。

本実施例では、初期的な大電流加熱により極めて速い動
作速度を実現すると共に、直接温度検出を行って低電流
切換えをすることにより過熱を防止する方式を採用して
いるので、信頼性の高いアクチュエータを提供できる効
果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、形状記憶合金を非常に速く相変態点以
上に加熱しその後はその温度を保持する方式なのでアク
チュエータの変形速度を著しく速くできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明における形状記憶合金としてＮ
　ｉ　Ｔ　ｉ合金の回復変形特性を説明する図で、第１
図は回復特性を示す図、第２図は形状回復率に影響を及
ぼす歪量と加熱温度の依存性の関係図、第３図は加熱速
度と回復歪速度との関係図、第４図は加熱時の温度変化
を示す図、第５図は本発明の具体的実施例の側面図、第
６図は駆動電流とヘッド変位の時間変化を示す図、第７
図は第５図に示す具体的実施例における駆動回路図、第
８図は本発明の他の具体的実施例の斜視図である。 １・・・磁気ディスク、２・・・ヘッド、３・・・スラ
イダ、４・・・ロードアーム、８・・・形状記憶合金線
、１３・・・才２図 佑（／−） 第３閃 オ牛目 ；４−５Ｉ５１ 才　４Ｉ２］ 易 １）−２０，４−０，１ａＪ　ｔｓ＞ 蒔間 ；ｔ　７０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■、熱弾性型マルテンサイ、ト相変態に基づく形状記憶
   効果を示す金属と、該金属に駆動！電流源を用いて通電
   加熱する手段とすらなるアクチュエータにおいて、前記
   金属に通電開始時には、相変態温度ｒ保持するのに必要
   な電流を越える電流を通電し、相変態温度！ｌＩ竺−は
   前記の保持電流に切換えて通電できや駆動電源を用いた
   ことを特徴とする形状記憶合一アクチュエータ。 ２、駆動用電流源は、初め一通電する電流より予じめ設
   定した時定数で−少し二定電流になるように構成したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の形状記憶！
   全３クチユエータ。 ３、形状記憶合金が相変態竺了温度に達するのを検知で
   きる温度検出量を設けたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１１３（また呻第２項に記載の形状記憶合金アクチ
   ュエータ０．１ ４、形状記憶合金が相変態し回復変形するのを検知でき
   る変位検出器を設けたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項または第一項に記載の形状記憶合金でクチュエー
   タ。