JPS61178565A - 形状記憶合金アクチユエ−タ - Google Patents
形状記憶合金アクチユエ−タInfo
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- JPS61178565A JPS61178565A JP1874185A JP1874185A JPS61178565A JP S61178565 A JPS61178565 A JP S61178565A JP 1874185 A JP1874185 A JP 1874185A JP 1874185 A JP1874185 A JP 1874185A JP S61178565 A JPS61178565 A JP S61178565A
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- 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
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】
技術分野
本発明は、形状記憶合金を駆動源とする形状記憶合金ア
クチュエータに係り、特に回転力を発生させる形状記憶
合金アクチュエータに関する。
クチュエータに係り、特に回転力を発生させる形状記憶
合金アクチュエータに関する。
従来の技術
第１１図は、従来の形状記憶合金アクチュエータの一例
を示す。このアクチュエータはＴ ｉ −Ｎｉ（５０−
５０ａｔ％）合金からなるコイル状に巻かれた線状の形
状記憶合金１と、引っ張りコイルバネからなるバイアス
・バネ２とを有してなり、前記形状記憶合金１は、収縮
した形状を記憶している。前記形状記憶合金１およびバ
イアス・バネ２の一端は互いに結合されており（符号３
はその結合点を示す）、またこれらの形状記憶合金１お
よびバイアス・バネ２の他端はそれぞれ固定部材４に固
定されている。
を示す。このアクチュエータはＴ ｉ −Ｎｉ（５０−
５０ａｔ％）合金からなるコイル状に巻かれた線状の形
状記憶合金１と、引っ張りコイルバネからなるバイアス
・バネ２とを有してなり、前記形状記憶合金１は、収縮
した形状を記憶している。前記形状記憶合金１およびバ
イアス・バネ２の一端は互いに結合されており（符号３
はその結合点を示す）、またこれらの形状記憶合金１お
よびバイアス・バネ２の他端はそれぞれ固定部材４に固
定されている。
この従来の形状記憶合金アクチュエータにおいては、形
状記憶合金１が低温の状態では、バイアス・バネ２の収
縮力によって該合金１は伸長した状態に変形される。し
たがって、形状記憶合金１とバネ２との結合点３は、図
上右方に移動されている。しかし、形状記憶合金１があ
る温度以上に加熱されると、該合金１は形状記憶効果に
より記憶形状に戻ろうとして、バネ２に抗して収縮する
ので、結合点３は図上左方に移動する。
状記憶合金１が低温の状態では、バイアス・バネ２の収
縮力によって該合金１は伸長した状態に変形される。し
たがって、形状記憶合金１とバネ２との結合点３は、図
上右方に移動されている。しかし、形状記憶合金１があ
る温度以上に加熱されると、該合金１は形状記憶効果に
より記憶形状に戻ろうとして、バネ２に抗して収縮する
ので、結合点３は図上左方に移動する。
発明が解決しようとする問題点
次に、前記従来の形状記憶合金アクチュエータの動作を
さらに詳しくみてみる。第１２図は、前記形状記憶合金
１の回復および変形時の負荷−変位線図の一例を示した
ものである。この図において、実線は形状記憶合金１の
形状回復時の負荷と変位との関係、破線は形状記憶合金
１の変形時の負荷と変位との関係をそれぞれ示している
。この図から分るように、変形の全範囲において回復力
の方が変形に要する力を上回っている。
さらに詳しくみてみる。第１２図は、前記形状記憶合金
１の回復および変形時の負荷−変位線図の一例を示した
ものである。この図において、実線は形状記憶合金１の
形状回復時の負荷と変位との関係、破線は形状記憶合金
１の変形時の負荷と変位との関係をそれぞれ示している
。この図から分るように、変形の全範囲において回復力
の方が変形に要する力を上回っている。
そして、前記バイアス・バネ２の負荷−変位線図は、第
１２図中において一点鎖線で示される。
１２図中において一点鎖線で示される。
すなわち、バネ２の変位零の点をＯｓ、バネ２のバネ定
数をｋとすると、バネ２の負荷−変位線は点Ｑｓを通る
傾きｋの直線となる。
数をｋとすると、バネ２の負荷−変位線は点Ｑｓを通る
傾きｋの直線となる。
形状記憶合金１は低温のマルテンサイト相のとき、バネ
２の力ＦＳによって原点Ｏ（形状記憶合金１の変位が７
の点）から点Ｃ１まで変形を受ける。この点Ｃ１はバネ
２の力Ｆｓと形状記憶合金１を変形させるに要する力Ｆ
ｄとが釣り合う点であり、第１２図中では、これより左
側はバネ２の力１”ｓの方が形状記憶合金１を変形させ
るに要する力Ｆｄを上回る領域である。
２の力ＦＳによって原点Ｏ（形状記憶合金１の変位が７
の点）から点Ｃ１まで変形を受ける。この点Ｃ１はバネ
２の力Ｆｓと形状記憶合金１を変形させるに要する力Ｆ
ｄとが釣り合う点であり、第１２図中では、これより左
側はバネ２の力１”ｓの方が形状記憶合金１を変形させ
るに要する力Ｆｄを上回る領域である。
また、このような状態から形状記憶合金１が加熱され、
高温の母相状態になると、理想的には、変形に要しだ力
Ｆｄをはるかに越えて点Ｃ２に至る形状回復力Ｆｒが発
生し、形状記憶合金１はバネ２に抗してその変位Ｘを減
少して行く。そして、形状回復力Ｆｒとバネ２のパイア
スカＦｓとが平衡する点Ｃ３まで形状が回復する（なお
、形状回復力Ｆｒは形状記憶合金１の変位Ｘが減少する
につれ小さくなって行く）。このような加熱回復状態で
外部に取り出せる力Ｆｏｈは、 Ｆｏｈ＝Ｆｒ −Ｆｓ ・・（１）と
なる。このＦｏｈの変化は第１３図の実線の曲線で示さ
れる。
高温の母相状態になると、理想的には、変形に要しだ力
Ｆｄをはるかに越えて点Ｃ２に至る形状回復力Ｆｒが発
生し、形状記憶合金１はバネ２に抗してその変位Ｘを減
少して行く。そして、形状回復力Ｆｒとバネ２のパイア
スカＦｓとが平衡する点Ｃ３まで形状が回復する（なお
、形状回復力Ｆｒは形状記憶合金１の変位Ｘが減少する
につれ小さくなって行く）。このような加熱回復状態で
外部に取り出せる力Ｆｏｈは、 Ｆｏｈ＝Ｆｒ −Ｆｓ ・・（１）と
なる。このＦｏｈの変化は第１３図の実線の曲線で示さ
れる。
この曲線から明らかなように、Ｆｏｈの大きさは変位Ｘ
に依存し、点Ｃ１の変位×１において最大値、 Ｆｏｈ（ｍａｘ ）＝Ｆｒ （Ｘｉ ）−Ｆｓ
（Ｘｌ ）・・・ （２） をとり、点Ｃ３の変位×３において最小値Ｆｏｈ（ｍｉ
ｎ）＝Ｏとなる。
に依存し、点Ｃ１の変位×１において最大値、 Ｆｏｈ（ｍａｘ ）＝Ｆｒ （Ｘｉ ）−Ｆｓ
（Ｘｌ ）・・・ （２） をとり、点Ｃ３の変位×３において最小値Ｆｏｈ（ｍｉ
ｎ）＝Ｏとなる。
次に、形状記憶合金１が冷却されると、形状回復力を失
うため、該合金１はバネ２のパイアスカＦｓによって再
び点Ｃ１まで変形される。したがって、この冷却時に外
部に取り出せる力Ｆｏｃは、ＦＯＣ＝ＦＳ −Ｆｄ
・・・（３）となる。このＦｏｃの変化
は第１３図の破線の曲線で示される。この曲線から明ら
かなように、点Ｃ３における変位×３でこの力Ｆｏｃは
最大値、Ｆｏｃ（ｎａｘ ） ＝Ｆｒ （Ｘ３ ）
−Ｆｄ （Ｘ３ ）・・・（４） をとり、点Ｃ１における変位×１において最小値Ｆｏｃ
（ｍｉｎ ） ＝Ｑとなる。
うため、該合金１はバネ２のパイアスカＦｓによって再
び点Ｃ１まで変形される。したがって、この冷却時に外
部に取り出せる力Ｆｏｃは、ＦＯＣ＝ＦＳ −Ｆｄ
・・・（３）となる。このＦｏｃの変化
は第１３図の破線の曲線で示される。この曲線から明ら
かなように、点Ｃ３における変位×３でこの力Ｆｏｃは
最大値、Ｆｏｃ（ｎａｘ ） ＝Ｆｒ （Ｘ３ ）
−Ｆｄ （Ｘ３ ）・・・（４） をとり、点Ｃ１における変位×１において最小値Ｆｏｃ
（ｍｉｎ ） ＝Ｑとなる。
前記ｆ’、ｏｈ（ｍａｘ ）およびＦｏｃ（ＩＩＩａｘ
）は、バネ２のバネ定数ｋが大きいほど大きくなる。
）は、バネ２のバネ定数ｋが大きいほど大きくなる。
また、上述のような加熱−冷却を繰り返すと、第１１図
のアクチュエータは、理想的には、第１２図の点ＣＩ
−０２−０３−０４−ＣＩを通る運動のサイクルを繰り
返すことになる。そして、これらの点ＣＩ −０２−０
３−０４−ＣＩによって囲まれる面積が１回の運動ナイ
クルで取り出されるエネルギＱＯとなる。また、外部に
取り出せる最大変位Ｘ ｎ＋ａｘは、 Ｘｍａｘ −Ｘｉ −Ｘ３ ＝−（５）
となり、原点Ｏにおけるバネ２の力Ｆｓ （０）を一
定とした場合、このＸｌｌ１ａｘはバネ２のバネ定数ｋ
が小さいほど大きくなる。
のアクチュエータは、理想的には、第１２図の点ＣＩ
−０２−０３−０４−ＣＩを通る運動のサイクルを繰り
返すことになる。そして、これらの点ＣＩ −０２−０
３−０４−ＣＩによって囲まれる面積が１回の運動ナイ
クルで取り出されるエネルギＱＯとなる。また、外部に
取り出せる最大変位Ｘ ｎ＋ａｘは、 Ｘｍａｘ −Ｘｉ −Ｘ３ ＝−（５）
となり、原点Ｏにおけるバネ２の力Ｆｓ （０）を一
定とした場合、このＸｌｌ１ａｘはバネ２のバネ定数ｋ
が小さいほど大きくなる。
以上のことから分かるように、使用する形状記憶合金１
の無負荷状態で完全に回復可能な最大変位がＸＲ，その
ときの回復力がＦＲであったとしても、実際に外部に取
り出せる最大変位ｘＩＩｌａ×および加熱時に実際に外
部に取り出せる最大力Ｆｏｈ（ＩＩｌａＸ）はこれらに
比べかなり小さな値となる。
の無負荷状態で完全に回復可能な最大変位がＸＲ，その
ときの回復力がＦＲであったとしても、実際に外部に取
り出せる最大変位ｘＩＩｌａ×および加熱時に実際に外
部に取り出せる最大力Ｆｏｈ（ＩＩｌａＸ）はこれらに
比べかなり小さな値となる。
また、前述のようにｘｍａｘ 、 Ｆｏｈ（ｍａｘ ）
およびＦｏｅ（ｍａＸ）は、バネ２のバネ定数にやバネ
２のＱｓ点の設置位置に大きく依存し、バネ定数にやＯ
３点の設置位置を変化させ、Ｘ ｍａｘが大きくなるよ
うにすると、Ｆｏｈ（ＩＩｌａｘ ＞ 、Ｆｏｅ（ｆｆ
ｌａｘ ）が大幅に小さくなり、逆にＦｏｈ（ｍａｘ
） 、Ｆｏｃ（ｍａｘ）を大きくするようにすると、Ｘ
ｍａｘが大幅に小さくなり、かつ外部に取り出せる力
（出力）Ｆｏｈ、ｌ”ｏｃの変動が大きくなる。
およびＦｏｅ（ｍａＸ）は、バネ２のバネ定数にやバネ
２のＱｓ点の設置位置に大きく依存し、バネ定数にやＯ
３点の設置位置を変化させ、Ｘ ｍａｘが大きくなるよ
うにすると、Ｆｏｈ（ＩＩｌａｘ ＞ 、Ｆｏｅ（ｆｆ
ｌａｘ ）が大幅に小さくなり、逆にＦｏｈ（ｍａｘ
） 、Ｆｏｃ（ｍａｘ）を大きくするようにすると、Ｘ
ｍａｘが大幅に小さくなり、かつ外部に取り出せる力
（出力）Ｆｏｈ、ｌ”ｏｃの変動が大きくなる。
しかるに、ロボット用のアクチュエータ等においては、
形状記憶合金の加熱回復時および冷却変形時にある程度
以上の大きさの力を外部に取り出すことができ、かつ変
位の範囲を広範囲とすることができ、しかもこの広範囲
の変位範囲において取り出せる力の大きざの変動が少な
いことが望まれる。
形状記憶合金の加熱回復時および冷却変形時にある程度
以上の大きさの力を外部に取り出すことができ、かつ変
位の範囲を広範囲とすることができ、しかもこの広範囲
の変位範囲において取り出せる力の大きざの変動が少な
いことが望まれる。
発明の目的
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、形
状記憶合金の加熱回復時および冷却変形時にある程度以
上の大きざのトルクを外部に取り出すことができ、かつ
変位の範囲を広範囲とすることができ、しかもこの広範
囲の変位範囲において取り出せるトルクの大きさの変動
が少ない形状記憶合金アクチュエータを提供することを
目的とする。
状記憶合金の加熱回復時および冷却変形時にある程度以
上の大きざのトルクを外部に取り出すことができ、かつ
変位の範囲を広範囲とすることができ、しかもこの広範
囲の変位範囲において取り出せるトルクの大きさの変動
が少ない形状記憶合金アクチュエータを提供することを
目的とする。
問題点を解決するための手段
本発明による形状記憶合金アクチュエータは、回転可能
な巻き掛け部材と、少なくとも一部に形状記憶合金から
なる部分を有し、前記巻き掛け部材に巻き掛けられると
ともに、一部を前記巻き掛け部材に対して固定された線
状材と、前記形状記憶合金に伸び変形を与えるように前
記線状材に引張り力を作用するバイアス手段とを具備し
てなる。
な巻き掛け部材と、少なくとも一部に形状記憶合金から
なる部分を有し、前記巻き掛け部材に巻き掛けられると
ともに、一部を前記巻き掛け部材に対して固定された線
状材と、前記形状記憶合金に伸び変形を与えるように前
記線状材に引張り力を作用するバイアス手段とを具備し
てなる。
そして、前記バイアス手段は、例えば第１図の曲線Ｔｓ
で示されるように、少なくとも所定範囲内において、従
来のアクチュエータの場合とは逆に、前記形状記憶合金
の伸び変形が小さくなるほど（すなわち、形状回復が進
むほど）、前記線状材に作用する引張り力を小さくする
特性を有する（なお、第１図において曲線Ｔｒは形状記
憶合金の形状回復時の負荷トルクと変位との関係、曲線
Ｔｄは形状記憶合金１の変形時の負荷トルクと変位との
関係をそれぞれ示す）。
で示されるように、少なくとも所定範囲内において、従
来のアクチュエータの場合とは逆に、前記形状記憶合金
の伸び変形が小さくなるほど（すなわち、形状回復が進
むほど）、前記線状材に作用する引張り力を小さくする
特性を有する（なお、第１図において曲線Ｔｒは形状記
憶合金の形状回復時の負荷トルクと変位との関係、曲線
Ｔｄは形状記憶合金１の変形時の負荷トルクと変位との
関係をそれぞれ示す）。
作用
本発明においては、前記バイアス手段が上述のような特
性を有するため、例えば第２図の曲線ＴｏｈおよびＴＯ
Ｃで示されるように、形状記憶合金の加熱回復時および
冷却変形時にある程度以上の大きさのトルクを外部に取
り出すことができ、かつ変位の範囲を広範囲とすること
ができ、しかもこの広範囲の変位範囲において取り出せ
るトルクの大きさの変動が少なく、例えばロボットの肩
の関節のアクチュエータ等として使用するに好適であ−
る。
性を有するため、例えば第２図の曲線ＴｏｈおよびＴＯ
Ｃで示されるように、形状記憶合金の加熱回復時および
冷却変形時にある程度以上の大きさのトルクを外部に取
り出すことができ、かつ変位の範囲を広範囲とすること
ができ、しかもこの広範囲の変位範囲において取り出せ
るトルクの大きさの変動が少なく、例えばロボットの肩
の関節のアクチュエータ等として使用するに好適であ−
る。
実施例
以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。
第３図から７図までは、本発明の一実施例を示す。この
実施例において、箱状の本体５には、回転軸６が回転可
能に支持されており、この回転軸６の先端部は本体５の
外部に突出されている。前記回転軸６には、第４図およ
び５図に示されるように本体５の内部において、巻き掛
け部材７が固定されている。前記巻き掛け部材７は、扇
形部７ａと、この扇形部７ａから互いに平行に突出する
一対の腕部７ｂとを有してなる。
実施例において、箱状の本体５には、回転軸６が回転可
能に支持されており、この回転軸６の先端部は本体５の
外部に突出されている。前記回転軸６には、第４図およ
び５図に示されるように本体５の内部において、巻き掛
け部材７が固定されている。前記巻き掛け部材７は、扇
形部７ａと、この扇形部７ａから互いに平行に突出する
一対の腕部７ｂとを有してなる。
前記巻き掛け部材７の扇形部７ａの円弧部７Ｃには、Ｔ
ｉ−Ｎｉ合金からなる線状の形状記憶合金８が巻き掛け
られている。なお、前記巻き掛け部材７の円弧部７Ｃは
回転軸６を中心とする円弧をなしている。そして、この
円弧部７Ｃには、第７図に示されるように、形状記憶合
金８が巻き掛け部材７から外れないようにするための溝
部７ｄが形成されている。また、前記形状記憶合金８は
、真直ぐで長さしの形状を記憶している（ただし、本発
明では、もっばら形状記憶合金８の伸び変形からの形状
回復を利用して動作するので、形状記憶合金８は曲った
形状を記憶していてもよい）。
ｉ−Ｎｉ合金からなる線状の形状記憶合金８が巻き掛け
られている。なお、前記巻き掛け部材７の円弧部７Ｃは
回転軸６を中心とする円弧をなしている。そして、この
円弧部７Ｃには、第７図に示されるように、形状記憶合
金８が巻き掛け部材７から外れないようにするための溝
部７ｄが形成されている。また、前記形状記憶合金８は
、真直ぐで長さしの形状を記憶している（ただし、本発
明では、もっばら形状記憶合金８の伸び変形からの形状
回復を利用して動作するので、形状記憶合金８は曲った
形状を記憶していてもよい）。
前記形状記憶合金８の一端は、巻き掛け部材７に固定さ
れており、他端は本体５に固定されてい」＼ネコ０と機
械的な干渉を避けるために分離されているだけで、実質
的には１本の腕として機能するものであり、これらの腕
部７ｂの先端部間には、バネ支持棒９が取り付けられて
いる。前記バネ支持棒９には、引張りコイルバネからな
るバイアス・バネ１０の一端が取り付けられており、こ
のバネ１０の他端部は点Ｑにおいて本体５に取り付けら
れている。そして、前記バネ１０は、巻き掛け部材７を
介して形状記憶合金８に引張り力を作用している。
れており、他端は本体５に固定されてい」＼ネコ０と機
械的な干渉を避けるために分離されているだけで、実質
的には１本の腕として機能するものであり、これらの腕
部７ｂの先端部間には、バネ支持棒９が取り付けられて
いる。前記バネ支持棒９には、引張りコイルバネからな
るバイアス・バネ１０の一端が取り付けられており、こ
のバネ１０の他端部は点Ｑにおいて本体５に取り付けら
れている。そして、前記バネ１０は、巻き掛け部材７を
介して形状記憶合金８に引張り力を作用している。
次に、本実施例の作動を説明する。
形状記憶合金８は、バイアス・バネ１０の収縮力によっ
て引張られているので、該合金８が低温の状態では伸び
変形を受ける。したがって、巻き１卦は部材７は第５図
のように図上時計方向に回転されている。しかし、形状
記憶合金８がある温度以上に加熱されるとくこのような
加熱は、例えば該合金８の両端間に通電を行うことによ
り実現できる）、該合金８は形状記憶効果により記憶形
状の長さしに戻ろうとして、バネ１０に抗して収縮する
ので、巻き掛け部材７および回転軸６は反時計方向に回
転する。
て引張られているので、該合金８が低温の状態では伸び
変形を受ける。したがって、巻き１卦は部材７は第５図
のように図上時計方向に回転されている。しかし、形状
記憶合金８がある温度以上に加熱されるとくこのような
加熱は、例えば該合金８の両端間に通電を行うことによ
り実現できる）、該合金８は形状記憶効果により記憶形
状の長さしに戻ろうとして、バネ１０に抗して収縮する
ので、巻き掛け部材７および回転軸６は反時計方向に回
転する。
また、前記加熱が停止されると、形状記憶合金８は形状
回復力を失うので、再びバネ１０の力により形状記憶合
金８は伸び変形を受け、巻き掛け部材７および回転軸６
は時計方向に回転する。
回復力を失うので、再びバネ１０の力により形状記憶合
金８は伸び変形を受け、巻き掛け部材７および回転軸６
は時計方向に回転する。
次に、本実施例の動作をさらに詳しく説明みてみる。巻
き掛け部材７の円弧部７Ｃの半径をＲとすると、回転軸
６がθ回転したとき、形状記憶合金８の全長の伸びＸは
、はぼ Ｘ−Ｒ・θ ・・・（６）とな
る（ただし、ここで、形状記憶合金８が記憶形状の長さ
Ｌとなっている場合をθ＝Ｏとし、かつ形状記憶合金８
が伸び変形を受ける回転の向き、すなわち図上時計方向
の回転を正方向とする）。
き掛け部材７の円弧部７Ｃの半径をＲとすると、回転軸
６がθ回転したとき、形状記憶合金８の全長の伸びＸは
、はぼ Ｘ−Ｒ・θ ・・・（６）とな
る（ただし、ここで、形状記憶合金８が記憶形状の長さ
Ｌとなっている場合をθ＝Ｏとし、かつ形状記憶合金８
が伸び変形を受ける回転の向き、すなわち図上時計方向
の回転を正方向とする）。
そして、これにより、前記伸びＸと形状記憶合金１の形
状回復力に基づくトルクＴｒおよび形状記憶合金１を変
形させるに要する力Ｔｄは、第８体５に対する固定点Ｑ
と回転軸６との間の距離を△、バネ支持棒９と回転軸６
との距離をＢ、回転軸６と点Ｑとを結ぶ直線と、回転軸
６とバネ支持棒９とを結ぶ直線とがなす角度をαとし、
またバネ１０の無負荷時の長さをＹ、バネ１０の全長の
伸びをｙとすると、 （Ｙ＋’ｌ／＞ ２＝Ａ’ ＋８２＋２ＡＢＣＯ３α・
・・（７） となる。
状回復力に基づくトルクＴｒおよび形状記憶合金１を変
形させるに要する力Ｔｄは、第８体５に対する固定点Ｑ
と回転軸６との間の距離を△、バネ支持棒９と回転軸６
との距離をＢ、回転軸６と点Ｑとを結ぶ直線と、回転軸
６とバネ支持棒９とを結ぶ直線とがなす角度をαとし、
またバネ１０の無負荷時の長さをＹ、バネ１０の全長の
伸びをｙとすると、 （Ｙ＋’ｌ／＞ ２＝Ａ’ ＋８２＋２ＡＢＣＯ３α・
・・（７） となる。
したがって、バネ１０の伸びｙは、
ｙ＝ ２＋ ”＋ Ａ ｃｏｓα−Ｙ・・・
（８） これ故、バネ１０のバネ定数をｋとすると、バネ１０の
パイアスカＦＳは、 Ｆｓ＝に−ｙ ＝ｋ （２＋８’ ＋２ＡＢｃｏｓα−Ｙ）・・・（９
） また、バネ１０の力の作用線と回転軸６との間の距離（
モーメントの腕の長さ）をＣとすると、Ｃ−ＡＢｓｉｎ
（Ｚ／Ｌ −（１０）したがって、バ
ネ１０によるトルクＴｓは、Ｔｓ−Ｆｓ−Ｃ −ｋ （２＋ ’ ＋２ＡＢＯＯ３α−Ｙ）・ＡＢｓ
ｉｎ ａ／Ｌ −（１１）となる。
（８） これ故、バネ１０のバネ定数をｋとすると、バネ１０の
パイアスカＦＳは、 Ｆｓ＝に−ｙ ＝ｋ （２＋８’ ＋２ＡＢｃｏｓα−Ｙ）・・・（９
） また、バネ１０の力の作用線と回転軸６との間の距離（
モーメントの腕の長さ）をＣとすると、Ｃ−ＡＢｓｉｎ
（Ｚ／Ｌ −（１０）したがって、バ
ネ１０によるトルクＴｓは、Ｔｓ−Ｆｓ−Ｃ −ｋ （２＋ ’ ＋２ＡＢＯＯ３α−Ｙ）・ＡＢｓ
ｉｎ ａ／Ｌ −（１１）となる。
そして、θ−〇のとき、α−βであるとすると、α＝β
−θとなるので、（１１）式は −Ｙ） ・ＡＢｓｉｎ （β−θ）／Ｌ・・・（１２
） と書き換えることができる。
−θとなるので、（１１）式は −Ｙ） ・ＡＢｓｉｎ （β−θ）／Ｌ・・・（１２
） と書き換えることができる。
このＴｓとθとの関係は第８図に示されるようになる。
同図から明らかなように、このアクチュエータの場合、
バネ１０の力の作用線と回転軸６との間の距離Ｃは、θ
が小さくなるにつれて減少するので、バネ１０によるト
ルクＴｓもθが小さくなるにつれて減少する。
バネ１０の力の作用線と回転軸６との間の距離Ｃは、θ
が小さくなるにつれて減少するので、バネ１０によるト
ルクＴｓもθが小さくなるにつれて減少する。
このため、バネ１０の無負荷時の長さＹおよびバネ定数
ｋを適当に選択すれば、第８図のようにバネ１０等から
なるバイアス機構の特性を、前記第１図に示したバイア
ス手段の理想的な特性の例とほぼ同じ特性とすることが
でき、したがって。
ｋを適当に選択すれば、第８図のようにバネ１０等から
なるバイアス機構の特性を、前記第１図に示したバイア
ス手段の理想的な特性の例とほぼ同じ特性とすることが
でき、したがって。
形状記憶合金８の加熱回復時および冷却変形時にそれぞ
れ比較的大きなトルクＴｏｈ、ＴＯＣを外部に取り出す
ことができ、かつ変位の範囲を広範囲とすることができ
、しかもこの広範囲の変位範囲において前記取り出せる
トルクＴｏｈ、Ｔｏｃの大きさの変動を少なくすること
ができる。
れ比較的大きなトルクＴｏｈ、ＴＯＣを外部に取り出す
ことができ、かつ変位の範囲を広範囲とすることができ
、しかもこの広範囲の変位範囲において前記取り出せる
トルクＴｏｈ、Ｔｏｃの大きさの変動を少なくすること
ができる。
第９図および１０図は、本発明の他の実施例を示し、こ
の実施例は形状記憶合金をバイアス手段として使用した
例である。
の実施例は形状記憶合金をバイアス手段として使用した
例である。
箱状の本体１１には、回転軸１２が回転可能に支持され
ており、この回転軸１２の先端部は本体１１の外部に突
出されている。前記回転軸１２には、本体１１の内部に
おいて、扇形の巻き掛け部材１３が固定されている。
ており、この回転軸１２の先端部は本体１１の外部に突
出されている。前記回転軸１２には、本体１１の内部に
おいて、扇形の巻き掛け部材１３が固定されている。
７ｉ−Ｊｌｉ合金からなる線状の形状記憶合金１４！３
よび１５は、それぞれその一端を巻き掛け部材１３の円
弧部１３ａの中央部に固定されており（符号１６はその
固定点を示す）、かつ固定点１６付近の部分を円弧部１
３ａに巻き掛けられている。なお、前記巻き掛け部材１
３の円弧部１３ａは、前記実施例と同様に回転軸１２を
中心とする円弧をなしており、かつ該円弧部１３ａから
形状記憶合金１４および１５が外れないようにするため
の溝部を形成されている。
よび１５は、それぞれその一端を巻き掛け部材１３の円
弧部１３ａの中央部に固定されており（符号１６はその
固定点を示す）、かつ固定点１６付近の部分を円弧部１
３ａに巻き掛けられている。なお、前記巻き掛け部材１
３の円弧部１３ａは、前記実施例と同様に回転軸１２を
中心とする円弧をなしており、かつ該円弧部１３ａから
形状記憶合金１４および１５が外れないようにするため
の溝部を形成されている。
前記形状記憶合金１４および１５の他端は、本体１１に
固定されている。ここで、前記形状記憶合金１４および
１５は、いずれも真直ぐで長さしの形状を記憶している
（ただし、前にも述べたように、本発明では、もっばら
形状記憶合金１４および１５の伸び変形からの形状回復
力を利用するので、形状記憶合金１５および１５は曲っ
た形状を記憶していてもよい）。そして、形状記憶合金
１４および１５の両方が低温の状態にあるときは、この
アクチュエータは第５図の状態にあり、この次に、本実
施例の作動を説明する。
固定されている。ここで、前記形状記憶合金１４および
１５は、いずれも真直ぐで長さしの形状を記憶している
（ただし、前にも述べたように、本発明では、もっばら
形状記憶合金１４および１５の伸び変形からの形状回復
力を利用するので、形状記憶合金１５および１５は曲っ
た形状を記憶していてもよい）。そして、形状記憶合金
１４および１５の両方が低温の状態にあるときは、この
アクチュエータは第５図の状態にあり、この次に、本実
施例の作動を説明する。
一方の形状記憶合金１５を低温状態としたまま、他方の
形状記憶合金１４をある温度以上に加熱するとくこのよ
うな加熱は、例えば該合金１４の両端間で通電を行うこ
とにより実現できる）、該合金１４は形状記憶効果によ
り元の記憶形状の長さＬに戻ろうとして、形状記憶合金
１５に抗して収縮する。また、このとき形状記憶合金１
５の方はより大きく伸び変形を受ける。したがって、巻
き掛け部材１３および回転軸１２は図上反時計方向に回
転される。
形状記憶合金１４をある温度以上に加熱するとくこのよ
うな加熱は、例えば該合金１４の両端間で通電を行うこ
とにより実現できる）、該合金１４は形状記憶効果によ
り元の記憶形状の長さＬに戻ろうとして、形状記憶合金
１５に抗して収縮する。また、このとき形状記憶合金１
５の方はより大きく伸び変形を受ける。したがって、巻
き掛け部材１３および回転軸１２は図上反時計方向に回
転される。
また、上の場合とは逆に、形状記憶合金１４の方を低温
状態としたまま、形状記憶合金１５の方をある温度以上
に加熱すると、該合金１５は形状記憶効果により記憶形
状の長さしに戻ろうとして、形状記憶合金１４に抗して
収縮する。また、このとき、形状記憶合金１４の方はよ
り大きく伸び変する方の低温状態の形状記憶合金１４ま
たは１５が変形に抗する力の作用線と回転軸１２との距
離（モーメントの腕の長さ）Ｄは、加熱されてい゛る方
の形状記憶合金の伸び変形が小さくなるほどくすなわち
、形状回復が進むほど）小さくなる。
状態としたまま、形状記憶合金１５の方をある温度以上
に加熱すると、該合金１５は形状記憶効果により記憶形
状の長さしに戻ろうとして、形状記憶合金１４に抗して
収縮する。また、このとき、形状記憶合金１４の方はよ
り大きく伸び変する方の低温状態の形状記憶合金１４ま
たは１５が変形に抗する力の作用線と回転軸１２との距
離（モーメントの腕の長さ）Ｄは、加熱されてい゛る方
の形状記憶合金の伸び変形が小さくなるほどくすなわち
、形状回復が進むほど）小さくなる。
したがって、低温の方の形状記憶合金（バイアス手段）
が加熱されている方の形状記憶合金に作用する引張り力
は、後者の形状記憶合金の伸び変形が小さくなるほど小
さくなるので、前記実施例の場合と同様の効果を得るこ
とができる。
が加熱されている方の形状記憶合金に作用する引張り力
は、後者の形状記憶合金の伸び変形が小さくなるほど小
さくなるので、前記実施例の場合と同様の効果を得るこ
とができる。
なお、前記各実施例では、形状記憶合金自体が直接巻き
掛け部材に巻き掛けられているが、形状記憶合金に線状
の非形状記憶合金を接続し、この非形状記憶合金の方を
巻き掛け部材に巻き掛けてもよい。
掛け部材に巻き掛けられているが、形状記憶合金に線状
の非形状記憶合金を接続し、この非形状記憶合金の方を
巻き掛け部材に巻き掛けてもよい。
発明の効果
以上のように本発明による形状記憶合金アクチとするこ
とができ、しかもこの広範囲の変位範囲において取り出
せるトルクの大きさの変動が少なく、例えばロボットの
肩の関節のアクチュエータ等として使用するに好適であ
るという優れた効果を得られるものである。
とができ、しかもこの広範囲の変位範囲において取り出
せるトルクの大きさの変動が少なく、例えばロボットの
肩の関節のアクチュエータ等として使用するに好適であ
るという優れた効果を得られるものである。
第１図は本発明におけるバイアス手段の変位とパイアス
カとの関係を示す特性図、第２図は本発明による形状記
憶合金アクチュエータの理想出力トルク特性の一例を示
す特性図、第３図は本発明による形状記憶合金アクチュ
エータの一実施例を示す斜視図、第４図および５図は前
記実施例をそれぞれ異なる動作状態おいて示す断面図、
第６図は第５図のＰ方向矢視図、第７図は前記実施例に
おける巻き掛け部材の円弧部の断面図、第８図は前記実
施例における形状記憶合金およびバネの負荷−変位線図
、第９図および１０図は本発明の他の実施例をそれぞれ
異なる動作状態おいて示す断面図、第１１図は従来の形
状記憶合金アクチュエータを示す正面図、第１２図は前
記従来例における形状記憶合金およびバネの負荷−変位
線図、第１３図は前記従来例における出力特性を示す特
性図である。 ７・・・巻き掛け部材、８・・・形状記憶合金、１０・
・・バイアス・バネ、１３・・・巻き掛け部材、１４．
１５・・・形状記憶合金。 特許出願人 時 枝 直 満 代理人 弁理士 大 森 泉 第１図 形状記憶合金の変位 第２図 ０ 形状記憶合金の変位Ｘ 第５図 Ｑ 第６図 第７図 第８図 回転軸６の角度θ 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 第１３図 形状記憶合金の変位Ｘ
カとの関係を示す特性図、第２図は本発明による形状記
憶合金アクチュエータの理想出力トルク特性の一例を示
す特性図、第３図は本発明による形状記憶合金アクチュ
エータの一実施例を示す斜視図、第４図および５図は前
記実施例をそれぞれ異なる動作状態おいて示す断面図、
第６図は第５図のＰ方向矢視図、第７図は前記実施例に
おける巻き掛け部材の円弧部の断面図、第８図は前記実
施例における形状記憶合金およびバネの負荷−変位線図
、第９図および１０図は本発明の他の実施例をそれぞれ
異なる動作状態おいて示す断面図、第１１図は従来の形
状記憶合金アクチュエータを示す正面図、第１２図は前
記従来例における形状記憶合金およびバネの負荷−変位
線図、第１３図は前記従来例における出力特性を示す特
性図である。 ７・・・巻き掛け部材、８・・・形状記憶合金、１０・
・・バイアス・バネ、１３・・・巻き掛け部材、１４．
１５・・・形状記憶合金。 特許出願人 時 枝 直 満 代理人 弁理士 大 森 泉 第１図 形状記憶合金の変位 第２図 ０ 形状記憶合金の変位Ｘ 第５図 Ｑ 第６図 第７図 第８図 回転軸６の角度θ 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 第１３図 形状記憶合金の変位Ｘ
Claims (1)
- 回転可能な巻き掛け部材と、少なくとも一部に形状記憶
合金からなる部分を有し、前記巻き掛け部材に巻き掛け
られるとともに、一部を前記巻き掛け部材に対して固定
された線状材と、前記形状記憶合金に伸び変形を与える
ように前記線状材に引張り力を作用するバイアス手段と
を具備してなる形状記憶合金アクチュエータにおいて、
前記バイアス手段は、少なくとも所定範囲内において、
前記形状記憶合金の伸び変形が小さくなるほど前記線状
材に作用する引張り力を小さくする特性を有することを
特徴とする形状記憶合金アクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1874185A JPS61178565A (ja) | 1985-02-04 | 1985-02-04 | 形状記憶合金アクチユエ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1874185A JPS61178565A (ja) | 1985-02-04 | 1985-02-04 | 形状記憶合金アクチユエ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61178565A true JPS61178565A (ja) | 1986-08-11 |
| JPH0580590B2 JPH0580590B2 (ja) | 1993-11-09 |
Family
ID=11980082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1874185A Granted JPS61178565A (ja) | 1985-02-04 | 1985-02-04 | 形状記憶合金アクチユエ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61178565A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1130257A2 (en) * | 2000-03-03 | 2001-09-05 | United Technologies Corporation | Shape memory alloy bundles and actuators |
| WO2002086316A1 (de) * | 2001-04-19 | 2002-10-31 | Bayerische Motorenwerke Ag | Stellantrieb mit formgedächtnismaterial |
| CN104047820A (zh) * | 2014-07-05 | 2014-09-17 | 中国科学技术大学 | 一种混合驱动式形状记忆合金直线驱动装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS497683A (ja) * | 1972-03-31 | 1974-01-23 | ||
| JPS57204475U (ja) * | 1981-06-23 | 1982-12-25 | ||
| JPS59206681A (ja) * | 1983-05-07 | 1984-11-22 | Shinichi Nishimura | 動特性機構 |
-
1985
- 1985-02-04 JP JP1874185A patent/JPS61178565A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS497683A (ja) * | 1972-03-31 | 1974-01-23 | ||
| JPS57204475U (ja) * | 1981-06-23 | 1982-12-25 | ||
| JPS59206681A (ja) * | 1983-05-07 | 1984-11-22 | Shinichi Nishimura | 動特性機構 |
Cited By (7)
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|---|---|---|---|---|
| EP1130257A2 (en) * | 2000-03-03 | 2001-09-05 | United Technologies Corporation | Shape memory alloy bundles and actuators |
| EP1130257A3 (en) * | 2000-03-03 | 2002-09-11 | United Technologies Corporation | Shape memory alloy bundles and actuators |
| EP1520985A2 (en) * | 2000-03-03 | 2005-04-06 | United Technologies Corporation | A self contained mechanism containing a shaped memory alloy actuator |
| EP1520985A3 (en) * | 2000-03-03 | 2008-09-17 | United Technologies Corporation | A self contained mechanism containing a shaped memory alloy actuator |
| WO2002086316A1 (de) * | 2001-04-19 | 2002-10-31 | Bayerische Motorenwerke Ag | Stellantrieb mit formgedächtnismaterial |
| CN104047820A (zh) * | 2014-07-05 | 2014-09-17 | 中国科学技术大学 | 一种混合驱动式形状记忆合金直线驱动装置 |
| CN104047820B (zh) * | 2014-07-05 | 2016-07-06 | 中国科学技术大学 | 一种混合驱动式形状记忆合金直线驱动装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0580590B2 (ja) | 1993-11-09 |
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