JPS60216076A - 小型軽量アクチユエ−タ - Google Patents

小型軽量アクチユエ−タ

Info

Publication number
JPS60216076A
JPS60216076A JP7054184A JP7054184A JPS60216076A JP S60216076 A JPS60216076 A JP S60216076A JP 7054184 A JP7054184 A JP 7054184A JP 7054184 A JP7054184 A JP 7054184A JP S60216076 A JPS60216076 A JP S60216076A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
shape memory
memory alloy
casing
actuator
cooling element
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
Application number
JP7054184A
Other languages
English (en)
Inventor
Tomoo Matsuda
智夫 松田
Masatake Hirooka
広岡 正剛
Yokichi Nishi
西 洋吉
Toru Suzuki
徹 鈴木
Mitsuo Hosoi
細井 光夫
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.)
Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Komatsu Ltd filed Critical Komatsu Ltd
Priority to JP7054184A priority Critical patent/JPS60216076A/ja
Publication of JPS60216076A publication Critical patent/JPS60216076A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03GSPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/06Mechanical-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
    • F03G7/065Mechanical-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)
  • Manipulator (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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は形状記憶合金を利用した小型軽量アクチェエー
タに関する。
近年、形状記憶合金を駆動子として用いるアクチュエー
タが提案されている。このアクチェニー記憶合金は、A
(点以下の温度で弾性変形させたのち、再度A1点以上
の温度に上げると元の形状に復元する。
(2JAf点以上の温度では硬化するが、A(点以下の
温度では軟化し、変形しやすくなる。
という形状記憶合金の特性を利用したものである。
例えば、第1図に示すように形状記憶合金コイル1と、
鋼製のコイルばね2とを組み合わせた直動形のアクチェ
エータでは、低温においてはコイルばね2の力の方が形
状記憶合金コイルlの力よりも強いため、コイルばね2
の形状が優先的iこ現われ(図示状態)、また逆に高温
においては形状記憶合金コイル1の力の方がコイルばね
2の力よりも強くなるため、形状記憶合金コイル1が高
温で記憶した形状が優先的に現われる。この形状記憶合
金を加熱するには、合金にヒータを巻いたりあるいは直
接通電しジュール熱によりて加熱し、また、冷却するに
は、自然放熱もしくは強制空冷などの手段が用いられて
いる。
かかるアクチュエータは、加熱と冷却の速度が大幅に異
なるため、例えば直線運動の場合、アクチュエータの伸
びと縮みの速度比が数倍にのぼる場合もあり、従来のモ
ータ、ソレノイド、シリンダなどを用いたアクチェエー
タに比べ、小型軽量化を図ることができる一方、制御性
能が著しく悪いという欠点がある。
これに対し、加熱冷却源としてPg半導体素子とN型半
導体素子とを用い、これらを形状記憶合金素子の表面に
、該形状記憶合金素子の形状変化を阻止しないように接
合してなるアクチェエータが提案されている(特開昭5
7−168891号公報)。
しかしながら、このアクチェエータは、形状記憶合金素
子と半導体素子とが直接機械的に接合しているため、負
荷の反力が直接この接倉部にかかる等、アクチェエータ
が機械的に脆弱であるという欠点がある。
本発明は上記欠点を解決することができる小型軽量アク
チュエータを提供することを目的とする。
この発明によれば、形状記憶合金を用いたアクチェエー
タの加熱冷却源として半導体加熱冷却素子を用い、この
半導体加熱冷却素子を前記形状記憶合金に非接触で熱的
に配設することJこよりアクチェエータの小型軽量化、
制御性能の向上を図るとともに、機械的にもろくなるこ
とを防止するようlこしている。
以下、本発明を添付図面を参照して詳細に説明する。
第2図および第3図はそれぞれ本発8Alこ係る小型軽
量アクチェエータの一実施例を示す縦断面図および横断
面図であり、回転形のアクチェエータに関して示してい
る。
このアクチュエータは、回転軸10、該回転軸10を軸
受11,12を介して回転自在に支持するケーシング1
3、一端が回転軸10に、他端がケーシング13に固定
された上下一対の渦巻き状の形状記憶合金14.15お
よび形状記憶合金14と15との間に配設されるドーナ
ツ状の半導体加熱冷却素子20から構成されている。
第3図(a)は第2図のA−A断面図である。第2図お
よび第3図(a)からも明らかなように、形状記憶合金
14.15は、その板厚は薄く、平面の面積が大きい渦
巻き状のもので、例えば薄い円板状の形状記憶合金をレ
ーザ加工することによって製造することができる。
形状記憶合金14および15は、それぞれ変態温度(A
f点温度)以上では、第3図(b)に示すように密に巻
いた形状を記憶している。また、形状記憶合金14と1
5は、互いζζ巻き方向が逆になるように(形状記憶合
金14は右巻きに、形状記憶合金15は左巻きになるよ
うlこ)回転軸10、ケーシング13間に配設されてい
る。
半導体加熱冷却素子20は、第4図詔よび第5図に示す
ように、N型牛導体素子N(例えばBi−Te−Be)
とP型半導体素子P(例えばB1−Te−8b)とを交
互に、かつこれらが渦巻き形になるように直列配列し、
隣り合う2つの半導体素子の上面または下面同志をそれ
ぞれ金属片21゜22ξζよりて接続し、更に、金属片
21および22をそれぞれ電気絶縁と熱交換の目的を持
った熱伝導性陽極酸化被膜アルミ板若しくはセラミック
板(例えばA/、0.、BeO)からなる熱交換基板2
3および24(第5図)によって固定してドーナツ状に
構成される。
かかる構成の半導体加熱冷却素子20は、第2図に示す
ように形状記憶合金14と15の開−こ設けられる。仁
のとき、半導体加熱冷却素子20は、断熱性を有する部
材25によってケーシング13の内周面に固定され、各
形状記憶合金14および15とは非接触となっている。
また、ケーシング13内には、形状記憶合金14.15
と半導体加熱冷却素子20との熱的結合を良くするため
に、シリコングリースが注入されている。
さて、半導体加熱冷却素子20に直流電流を流すと、半
導体加熱冷却素子20の熱交換基板23は加熱(才たは
冷却)され、逆lこ熱交換基板24は冷却(または加熱
)される。この加熱、冷却の度合いは、流す電流量によ
って制御され、才だ、いずれの基板が加熱側になるかは
流す電流の方向によって決まる。
いま、熱交換基板23が加熱され形状記憶合金14がA
f点以上となり熱交換基板24が冷却され形状記憶合金
15がA(点以下となっている場合を考える。この場合
、形状記憶合金14は回転軸10に左回りのトルクを発
生して記憶した形状(第3図(b))に復帰し、一方、
形状記憶合金15は軟化し、回転軸10の左回りのトル
クを妨げることがない。
逆に、半導体加熱冷却素子20への電流の流れの方向を
変えると、形状記憶合金14は冷却され軟化し、形状記
憶合金15は加熱され記憶した形状に復帰するため、回
転軸10は右回りに回転する。
勿論、形状記憶合金14および15のうち、いずれか一
方を鋼製の渦巻きばねζこ置き換えてバイアスを与えて
使用することも可能である。また、回転軸10の発生ト
ルクを大きくするために、前述したような形状記憶合金
を任意の数だけ積層することもできる。この場合、各形
状記憶合金間に配設される隣り合う半導体加熱冷却素子
への電流の方向は、互いに逆向きにする。
第6図(a)〜(C)は本発明に係る小型軽量アクチェ
エータの他の実施例を示すもので、直線運動形のアクチ
ュエータに関して示している。なお、第6図(a)はこ
のアクチェエータのロッド30の縮退時、第6図のンは
ロッド30の伸長時を示す断面図であり、第6図(C)
は第6図Φンの側面図である。
このアクチェエータは、ロッド30、該ロッド30が摺
動するシリンダ状のケーシング31、一端がロッド30
の基端部30aに、他端がケーシング31の底部31a
に固定された左右一対の棒状の形状記憶合金32.33
および形状記憶合金32.33との間に配設される半導
体加熱冷却素子40から構成されている。
形状記憶合金32は、A(点温度以上では湾曲した状態
(第6図(a)参照)を記憶し、形状記憶合金33は、
Af点温度以上では伸長した状態(第6図(a)および
(b)参照)を記憶している。
半導体加熱冷却素子40は、第7図に示すようにN型半
導体素子NとP型半導体素子Pとを交互に行列配列し、
隣り合う2つの半導体素子の上面または下面同志をそれ
ぞれ金属片41.42によって直列接続し、更に、金属
片41および42をそれぞれ熱交換基板43および44
によって固定して構成されている。かかる構成の半導体
加熱冷却素子40は、第6図(C)に示すように左右一
対の形状記憶合金32と33との間に配設される。
したがって、半導体加熱冷却素子40に直流電流を流し
、形状記憶合金32を加熱するとともに形状記憶合金3
3を冷却すると、形状記憶合金32は記憶した湾曲状態
ζこ復帰し、形状記憶合金33は軟化するため、ロッド
30は縮退しく第6図(a))、一方、上記の場合と逆
方向に電流を流し、形状記憶合金33を加熱するととも
に形状記憶合金32を冷却すると、形状記憶合金33は
記憶した伸長状態に復帰し、形状記憶合金32は軟化す
るため、ロッド30は伸長する。
なお、本実施例では、Af点以上で記憶した形状に復帰
する一方向性の形状記憶合金を用いた場合lこついて説
明したが、A1点以上で高温側の形状に、Af点以下で
低温側の形状にそれぞれ復帰する二方向性形状記憶合金
を本発明に適用するようにしてもよい。また、本発明は
上記実施例のアクチュエータに限らず、要は半導体加熱
冷却素子によりアクチェエータの駆動子である形状記憶
合金を非接触で加熱冷却するようにしたものであれば、
如何なるものでもよい。
また、半導体加熱冷却素子に流す電流をパルス幅制御す
れば、回転形および直線運動形のアクチュエータの回転
角および伸縮長を任意の角度および長さに制御すること
ができる。更に、アクチェエータのケーシング内は、外
気温度および内部のジュール熱によって変動するこきが
考えられるため、ケーシングの一部に別の半導体加熱冷
却素子を設け、ケーシング内の温度平均が一定になるよ
うに制御するようにすれば、さらに精密な制御を行うこ
とが可能である。
以上説明したように本発明によれば、形状記憶合金を用
いた回転形および直線運動形のアクチュエータの回転角
ないし伸縮長を制御するに際し、前記形状記憶合金に熱
的に密着して設けた半導体加熱冷却素子に流す電流を制
御することによって、アクチュエータの動作を正逆方向
に任意の速度で制御することができる。また、モータや
ソレノイドを用いたアクチュエータと異なり磁石や鉄芯
を用いたため軽量化を図ることができ、油圧ないし空圧
シリンダと比べ外部には電源と制御装置だけが必要で、
その他の動力源を必要としないため装置全体の小型軽量
化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は形状記憶合金を用いたアクチュエータの一例を
示す概略図、第2図は本発明に係る小型軽量アクチェエ
ータの一実施例を示す縦断面図、第3図(a)および(
b)はそれぞれ第2図のA−A断面図であって、アクチ
ュエータの異なる動作状態を示す図、第4図および第5
図は第2図に示すアクチュエータに適用する半導体加熱
冷却素子の一例を説明するために用いた図、第6図(a
)および(b)はそれぞれ本発明に係る小屋軽量アクチ
ュエータの他の実施例を示す断面図であって、それぞれ
アクチェエータの異なる動作状態を示す図、第6図CC
)は第6図のフの側面図である。 1・・・形状記憶合金コイル、2・・・コイルばね、1
0・・・回転軸、11.12・・・軸受、13,31・
・・ケーシング、14,15,32.33・・・形状記
憶合金、20.40・・・半導体加熱冷却素子。 第1図 第7図 t+9 第2図 第3 図 (0) (b) 第4図 つ! tど 第5図 手続補正書 昭和59年7月6日 特許庁長官 殿 1、事件の表示 昭和59年特許願第70541号 2、発明の名称 小型軽量アクチュエータ 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 (123)株式会社 小松製作所 4、代理人 (〒104)東京都中央区銀座2丁目11番2号明II
l山の特許請求の範囲の欄および発明の詳IIlな説明
の欄6、補正の内容 (1) 明細書の特許請求の範囲を別紙の通り訂正する
。 <2) 同性、第4ページ第14行目の「合金に非接触
で熱的に配設する」を[合金に対して別体に、かつ熱的
に結合すべく配設する」に訂正する。 c3) 同書、第7ページ第4行目の「注入されている
。」の後に下記の文章を加入する。 「なお、この実施例では半導体加熱冷却素子加は各形状
記憶合金14および15と非接触となる態様で配設され
ているが、両者がそれぞれ別体に配設されていれば、両
者間が接触していてもよい。ただし、両者間が接触して
いる場合には、両者間が互いに摩擦し合いながら運動を
するので、寿命が短くなり、また無駄なエネルギが消費
されるという問題がある。」 (4)同書、第10ページ第17行目の「非接触で」を
特徴する 特許請求の範囲 0)形状記憶合金を用いたアクチュエータにおいて、前
記形状記憶合金を加熱冷却する半導体加熱冷却素子を該
形状記憶合金に対して別体に配設したことを特徴とする
小型軽量アクチュエータ。 (:2)前記アクチュエータは、回転軸と、該回転軸の
一部を支持するとともに囲繞するケーシングと一端が前
記回転軸に、他端が前記ケーシングに固定され、かつ軸
方向に複数積層されたコイル又は渦巻き状の板ばねとか
らなり、これらのコイル又は渦巻き状の板ばねのうち少
なくとも1層が形状記憶合金である特許請求の範囲第(
1)項記載の小型軽量アクチュエータ。 6) 前記アクチュエータは、シリンダ状のケーシング
およびロンドと、前記ケーシングおよびロッド間に配設
される一対のばねとからなり、前記一対のばねのうち少
なくとも一方が形状記憶合金である特許請求の範囲第(
1)項記載の小型軽量アクチュエータ。 手続ネ13正書く方式) 昭和59年8月71日 1、事件の表示 昭和59年特許願第70541号 2、発明の名称 小型軽量アクチュエータ 3、M正をする者 事件との関係 特許出願人 (123)株式会社 小松製作所 4、代理人 (〒104)東京都中央区銀座2丁目11番2号5、補
正命令の日付 7、補正の内容 明細書のff!12ページ第13行第13側目図である
。」を「側面図、第7図は第6図<a >〜(C)に示
すアクチュエータに適用する半導体加熱冷却素子の斜視
図である。」に訂正する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 0)形状記憶合金を用いたアクチュエータにおいて、前
    記形状記憶合金を加熱冷却する半導体加熱冷却素子を該
    形状記憶合金に非接触で配設した仁とを特徴とする小型
    軽量アクチュエータ。 C) 前記アクチェエータは、回転軸と、該回転軸の一
    部を支持するとともに囲繞するケーシングと一端が前記
    回転軸に、他端が前記ケーシングζこ固定され、かつ軸
    方向に複数積層されたコイル又は渦巻き状の板ばねとか
    らなり、これらのコイル又は渦巻き状の板ばねのうち少
    なくとも1層が形状記憶合金である特許請求の範囲第(
    9項記載の小型軽量アクチェエータ。 (3〕 前記アクチーエータは、シリンダ状のケーシン
    グおよびロッドと、前記ケーシングおよびロッド間に配
    設される一対のばねとからなり、前記一対のばねのうち
    少なくとも一方が形状記憶合金である特許請求の範囲第
    (1)項記載の小型軽量アクチェエータ。
JP7054184A 1984-04-09 1984-04-09 小型軽量アクチユエ−タ Pending JPS60216076A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7054184A JPS60216076A (ja) 1984-04-09 1984-04-09 小型軽量アクチユエ−タ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7054184A JPS60216076A (ja) 1984-04-09 1984-04-09 小型軽量アクチユエ−タ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS60216076A true JPS60216076A (ja) 1985-10-29

Family

ID=13434480

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7054184A Pending JPS60216076A (ja) 1984-04-09 1984-04-09 小型軽量アクチユエ−タ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS60216076A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01148365A (ja) * 1987-12-02 1989-06-09 Sanyo Kokusaku Pulp Co Ltd 塗液等計量弁操作用ジヤツキ
JPH02118171U (ja) * 1989-03-08 1990-09-21
FR2663085A1 (fr) * 1990-06-06 1991-12-13 Debruille Marc Dispositif de type moteur ou pompe comportant des elements a memoire de forme.
JP2007143307A (ja) * 2005-11-18 2007-06-07 Sony Corp アクチュエータ、並びにブレーキ装置、流体制御装置、レンズ位置調整装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01148365A (ja) * 1987-12-02 1989-06-09 Sanyo Kokusaku Pulp Co Ltd 塗液等計量弁操作用ジヤツキ
JPH02118171U (ja) * 1989-03-08 1990-09-21
FR2663085A1 (fr) * 1990-06-06 1991-12-13 Debruille Marc Dispositif de type moteur ou pompe comportant des elements a memoire de forme.
JP2007143307A (ja) * 2005-11-18 2007-06-07 Sony Corp アクチュエータ、並びにブレーキ装置、流体制御装置、レンズ位置調整装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ma et al. Highly efficient electrocaloric cooling with electrostatic actuation
EP2957843B1 (en) Electrocaloric system with active regeneration
Torelló et al. Electrocaloric coolers: a review
US5309717A (en) Rapid shape memory effect micro-actuators
Gorbet et al. A novel differential shape memory alloy actuator for position control
US10365049B2 (en) Passive thermal diode
Takahashi et al. Bifunctional thermoelectric tube made of tilted multilayer material as an alternative to standard heat exchangers
US3508974A (en) Thermoelectric device with fluid thermoelectric element
JPS6241976A (ja) 形状記憶合金アクチュエ−タ
US6161382A (en) Thermoelectric actuator
US6272857B1 (en) Shape memory alloy actuator
Bradeško et al. Coupling of the electrocaloric and electromechanical effects for solid-state refrigeration
US5385022A (en) Apparatus and method for deep thermoelectric refrigeration
WO2020067043A1 (ja) 磁気冷凍システム
JPS60216076A (ja) 小型軽量アクチユエ−タ
WO2008050354A2 (en) A nanopositioner and method to nano position an object thereof
Yang et al. A flexible and smart shape memory alloy composite sheet based on efficient and bidirectional thermal management
JP2924369B2 (ja) ヒートポンプデバイス
US5921083A (en) Tri-clad thermoelectric actuator
JP4528576B2 (ja) 熱流制御システム
JPS61190178A (ja) 傾動型アクチユエ−タ
WO2023044410A1 (en) Phase change material (pcm)-based conductive thermal actuator switch
JPS5910789A (ja) 形状記憶合金を用いたアクチユエ−タ
CN110573703B (zh) 屈曲环旋转马达
US3519490A (en) High temperature thermal control foil shutter