JPS6114771A - 電気信号−機械量変換装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、各種機械装置のアクチーエータ等に使用され
る電気信号−機械量変換装置に関する。

〔従来の技術〕

一方向性形状記憶合金を利用した従来の電気信号機械量
変換素子の１例を第７図及び第８図に示す。

図において、０１は一方向性形状記憶合金。

０２．０３はリード線、０４は電源、０５はスイッチ、
０６は保持枠、０７は該保持枠０６に一方向性形状記憶
合金０１を固定するための継手、０８は形状記憶合金０
１の自由端に回動自在に取付けられたアクチュエータの
作動桿、０９は作動桿０８を保持する保持台。

０１０は形状記憶合金０１の自由端を保持枠０６に引き
つけるだめのバイアスバネである。

上記形状記憶合金０１は、第８図に示すような形状の記
憶処理が行なわれているので。

変態点以下の温度では外力により容易に変形するが、変
態点以上に加熱されるともとの形状にもどる性質をもっ
ている。

故に変態点以下の温度では、形状記憶合金０１は、第７
図に示すように、バイアスバネ０１０　に引きつけられ
て変形し、アクチュエータの作動桿０８は図の右方に移
動した状態になる。

次に、第８図に示すように、スイッチ０５を閉じると、
電源０４からリード線０２．形状記憶合金０１．リード
線０３．スイッチ０５電源０４の回路が形成され、形状
記憶合金０１に電流が流れる。

このため、形状記憶合金０１は抵抗発熱で加熱されその
変態点を超えると記憶している形状に戻るため１作動桿
０８は図の左方に移動する。更に、再びスイッチ０５を
開くと電流がしゃ断され、形状記憶合金０１は放冷によ
り温度が下り、その変態点以下になると第７図に示すよ
うな状態になる。

このようにスイッチ０５の開閉に応じて作動桿０８が作
動するので、電気信号機械量変換累子の働きをすること
になる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のように、従来の形状記憶合金合金を利用した電気
信号機械量変挨素子は、抵抗発熱を利用して第７図の状
態から第８図の状態・＼の作動を行なわせていたので、
電流量を増すことにより応答速度を速くすることができ
るが。

形状記憶合金の２つの状態間（第７図〜第８図の間）の
作動は自然放冷に頼らざるを得ないため、応答速度が極
めて遅くタイミングのコントロールも困難でアクチュエ
ータとしての機能は非常に制限されたものであった。さ
らに、一方向性形状記憶合金は自己復帰能力が無いので
、バイアスバネ等の復元手段を必要とし２機構的に複雑
になるという欠点もあった。

本発明は上記に鑑み々されたもので、一方向性形状記憶
合金を用いた電気信号−機械音変換装置の応答特性を向
上せしめると共に。

バイアスバネ等を省略して装置の構造を簡略化すること
を目的とする。

〔問題点を解決するだめの手段及び作用〕従来の形状記
憶合金を用いた電気信号−機械音変換装置は、これを変
態点以上に加熱には通電加熱を用い、変態点以下に冷却
するには自然放冷に依っている。

本発明は、形状記憶合金の加熱冷却にベルチェ素子を用
いることを特徴としている。

ここでベルチェ素子の概要について説明すると、自由電
子の濃度や平均エネルギーが異なる２種の金属を接触さ
せると電子の移動が起こり、接触部に電位差が生じる。

この電位差に逆らって電流を流すと、電子は低電位から
高電位に移るため、不足のエネルギーを熱の形で周囲か
ら奪い接触部の温度が下がる。

この効果がペルチェ効果である。次に、実際のベルチェ
素子について第４図ないし第６図によりさらに詳しく説
明する。

第４図と第５図とは、電流の流れが逆な場合を示しだも
のである。図において、１は電気絶縁体、２は電気伝導
体電極、３，４はいずれもビスマステルル化合物などを
主成分とした半導体で、３はＮ型半導体、４はＰ型半導
体である。また、５はリード線、６は直流電源、７は熱
の流れを示す矢印である。

第４図についてベルチェ素子の作用を説明すると、直流
電源６からの電流はリード線５゜電気伝導体電極ａＮ型
半導体３．電気伝導体電極２．Ｐ型半導体４．電気伝導
体電極２．Ｎ。

型半導体３．電気伝導体電極２．Ｐ型半導体４、電気伝
導体電極２．リード線５の順に流れる。このため、電流
がＮ型半導体３からＰ型半導体４に流れる電極つまり第
４図の上面側では吸熱が起こり、Ｐ型半導体４からＮ型
半導体３に流れる下面側では発熱が起こる。

ところが同じベルチェ素子に対し直流電源６の極性を変
えると第５図に示すように、Ｐ型半導体４からＮ型半導
体３に電流が流れる上面側の電極で発熱し、下面側の電
極で吸熱が起こる。

上記の様にベルチェ素子は直流電流を流すことにより吸
熱発熱をするが、電流の流れを逆転させると、吸熱面及
び発熱面もを逆転する特性を持っている。

本発明は異なった種類の形状（Ａ、Ｂ）を記憶した複数
枚の形状記憶合金とベルチェ素子（Ｐ）とを、　　Ｐ、
　Ａ、　Ｐ、　Ｂ、　Ｐ、　Ａ、・曲回　の順に積層し
、カンメ、ギルト締め、溶接、接着、蒸着などの手段で
接合した複合素子に対しベルチェ素子の配列と電気回路
を選ぶことによって電流の極性により、第６図のように
切り換えることができる。

故に１例えばＡの形状を記憶する合金は全て加熱、Ｂの
形状を記憶する合金は全て冷却の状態、あるいはその逆
の状態にすることが可能となる。本発明によれば形状記
憶合金は。

その両面から加熱又は冷却されるので電気信号−機械量
変換素子の応答速度を飛躍的に向上させることができる
。

また、形状記憶合金は電流の極性により。

Ａ、Ｂいずれかの形状をとるのでバイアスバネ等の襟元
手段が不要となり、コンパクトな変換素子を提供するこ
とができる。

〔実施例〕

以下第１図ないし第３図を参照して本発明の１実施例に
つき説明する。図において、８は２種類の異なった形状
を記憶した複数枚の形状記憶合金と複数枚のベルチェ素
子を層状に接合して成る複合素子、９は基板、１０は固
定金具、１１は複合素子８の自由端に回動自在に取付け
られた作動枠、１２は保持台。

１３はリード線、１４は直流電源、１５は切換スイッチ
である。

第３図は上記複合素子の詳細を示したもので、８ａは第
１図に示すような複合素子８の形状（作動枠１１を右方
へ引き出すような形状）を記憶した形状記憶合金、８Ｆ
）は第２図に示すような複合素子８の形状を記憶した形
状記憶合金、１８ａ、１８ｂ　　は共にベルチェ素子で
、第１図に示す結線状態で、形状記憶合金８ａとの接合
面で発熱、形状合金８ｂとの接合面で吸熱が起こるよう
に配列されている。

上記構成の場合の作用につき説明する。

第１図の状態では、ペルチェ素子１８ａ、１８ｂにより
形状記憶合金８ａが加熱されると共に形状記憶合金８ｂ
が冷却されるため合金８ａを変態点以上に１合金８ｂを
変態点以下にすることが可能となる。このため形状記憶
合金８ａが記憶している形状が現出し作動枠１１は第１
図右方へ引き込まれる。

次に、第２図に示すように切換スイッチ１５を切換える
とペルチェ素子１８ａ、１８ｂ　　を流れる電流の極性
が変るため発熱面と吸熱面が逆転する。つまり、該ベル
チェ素子１８ａ、１８ｂと形状記憶合金８ａとの接合面
で吸熱が起こると共に形状記憶合金８ｂとの接合面で発
熱が起こる。このため、形状記憶合金８ａが変態点以下
になり合金８ｂが変態点以上になるため合金８ｂが記憶
している形状が現出し作動枠１１を図の左方へ押し出す
。

以上の様に切換スイッチ１５を操作することにより方向
変化する電気信号が作動枠】１を動かす機械量変化をも
たらすことになり。

電気信号を機械量に変換する装置を得ることができる。

この変換装置は、一方向性形状記憶合金を用いるにも拘
らず、従来のもののようなバイアスバネを必要とせずし
かも、加熱吸熱ともベルチェ素子により、形状記憶合金
の両面から行うためその電流を制御することにより応答
速度を広範囲に選ぶことも可能となる。

尚、上記実施例は１曲がり変形を利用する場合を示した
が２本発明はこれに限定されることなく、伸び変形、ね
じり変形およびこれらの組み合せ変形を利用した電気信
号機械量変換装置にも適用可能である。

〔発明の効果〕

本発明は以上のように構成されており２本発明によれば
２ペルチエ素子と形状記憶合金とを交互に複数枚重ね合
わせて複合素子を形成し、吸熱、加熱をベルチェ素子に
より形状記憶合金の両側から行うようになっているので
、ベルチェ素子への電流を制御することにより、応答速
度を広範囲に調整することができ、装置の応答性が向上
する。また従来のもののような、バイアスバネ等の復元
機構を必要としないので、装置が簡略化される。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の１実施例を示し、第１図
及び第２図は外形概略図、第３図は複合素子の拡大図、
第４図ないし第６図はベルチェ素子の説明図である。第
７図及び第８図は従来の電気信号−機械量変換装置の１
例を示す外形概略図である。 ８・・・複合素子、　　８ａ、８ｂ・・・形状記憶合金
、　　１８ａ。 １８ｂ・・・ペルチェ素子、１３・・・リード線、　　
１４．１５・・・スイッチ。 第３図 第４図 第５０ イ？〒　　７ ゛・′−“・・−””　　２ ２　　　　゛ ５　　　「≧　　　５

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 異なる形状を記憶した複数個の形状記憶合金の両側をペ
   ルチェ素子で挾み該形状記憶合金とペルチェ素子とを交
   互に積層接合してなる複合素子と、該複合素子に接続さ
   れてこれに電気信号を送る電気回路とを具えたことを特
   徴とする電気信号機械量変換装置。