JPS61190178A - 傾動型アクチユエ−タ - Google Patents

傾動型アクチユエ−タ

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JPS61190178A
JPS61190178A JP3109985A JP3109985A JPS61190178A JP S61190178 A JPS61190178 A JP S61190178A JP 3109985 A JP3109985 A JP 3109985A JP 3109985 A JP3109985 A JP 3109985A JP S61190178 A JPS61190178 A JP S61190178A
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JP
Japan
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shape memory
memory alloy
actuator
alloy spring
tilting
Prior art date
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Pending
Application number
JP3109985A
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English (en)
Inventor
Tomoo Matsuda
智夫 松田
Nobuyuki Futatsuka
二塚 信之
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
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Publication date
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Publication of JPS61190178A publication Critical patent/JPS61190178A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • 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

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は形状記憶合金を利用した傾動型アクチュエータ
に関する。
〔従来の技術〕
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。このアクチュエータは、 (1)変態点A7点以上の温度で塑性変形させた形状記
憶合金は、A2点以下の温度で弾性変形させたのち、再
度Af点以上の温度に上げ2と元の形状に復元する。
(2)  A、点板上の温度では硬化するが、A7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10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
ュエータでは、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1の力よシも強いため、コイルばね
2の形状が優先的に現われ(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の力よシも強くなるため、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シあるいは直
接通電しジュール熱によって加熱し、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ュエー
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P型半導体素子と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
合してなるアクチーエータが提案されている(特開昭5
7−168891号公報)。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、このアクチュエータは、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合部にかかる等、アクチュエータ
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傾動型アクチ
ー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および作用〕この発明に
よれば、少なくとも一方が形状記憶合金ばねからなる互
いに対向する一対のばねを、当該一対のばねの平衡状態
の変化を傾動運動に変換する機構に配設し、前記形状記
憶合金ばねを加熱冷却する半導体加熱冷却素子を、前記
形状記憶合金ばねに対して別体に、かつ熱的に結合すべ
く配設することにより傾斜型アクチュエータの小型軽量
化、制御性能の向上を図るとともに、機械的にも頑強な
構造にしている。
〔実施例〕
以下、本発明を添付図面を参照して詳細に説明する。
第1図は本発明に係る傾動型アクチーエータの傾動機構
部の一実施例を示す斜視図である。同図において、10
は片持梁状の構造材10mを有する固定板であシ、11
は構造材10mに回動自在に配設された傾動板である。
上記固定板10と傾動板11との間には、構造材10a
を挾んで互いに対向する一対の形状記憶合金ばね12と
桔、杭用ばね13とが配設されている。
上記形状記憶合金ばね12は、変態温度(A、点温度)
以上では図示のようにそのばね長が構造材10mの長さ
よりも短かい形状を記憶したものであり、また拮抗用ば
ね13もその自然のばね長が構造材10aの長さよりも
短かいものが用いられている。
前記形状記憶合金ばね12の加熱冷却源としては、第2
図に示すような半導体加熱冷却素子20を用いる。この
半導体加熱冷却素子20は、N型半導体素子N(例えば
8l−Te−8e)とP型半導体素子か(例えばIN 
−Te −Sb)ト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
21.22によって直列接続し、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々、り板(例え
ばht2o、。
Boo)からなる熱交換基板23および24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20#−i:、その一
方の熱交換基板が前記形状記憶合金ばね12に対面する
ように固定板10に配設される。第3図(a)および6
)は第1図の固定板10に半導体加熱冷却素子20を配
設した傾動型アクチュエータの正面図を示している。な
お、半導体加熱冷却素子20の他方の熱交換基板には放
熱フィン25が設けられている。
さて、上記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の一方の熱交換基板は加熱(
または冷却)され、逆に他方の熱交換基板は冷却(!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、また、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、形状記憶合金ばね12に対面する熱交換基板が加
熱され、形状記憶合金ばね12がA7点以上となる場合
について考える。この場合、形状記憶合金ばね12は、
拮抗用ばね13によって傾斜板11を時計回多方向に回
動させる力に抗して予め記憶した形状に復帰し、傾斜板
11を反時計回多方向に傾動させる(第3図(a))。
逆に、半導体加熱冷却素子20への電流の流れの方向を
変え形状記憶合金ばね12を冷却すると、形状記憶合金
ばね12は軟化し、傾動板11は拮抗用ばね13によっ
て時計回り方向に傾動する(第3図し))。
なお、拮抗用ばね130代わりに、第4図に示すように
形状記憶合金ばね12および半導体加熱冷却素子20と
同等の形状記憶合金ばね32および半導体加熱冷却素子
30を設けるようにし、半導体加熱冷却素子20および
30によって形状配憶合金ばね12を加熱(または冷却
)シ、形状記憶合金ばね32を冷却(または加熱)する
ことにより傾動板11の傾動角を調節するようにしても
よい。また、この場合には、2つの半導体加熱冷却素子
20および30の代わりに、1つの半導体加熱冷却素子
を、その一方の熱交換基板が形状記憶合金ばね12に対
面し、他方の熱交換基板が形状記憶合金ばね32に対面
するように構造板10aの中央部に孔を穿設し、そこに
配設するようにしてもよい。
また、上記形状配憶合金ばねとしては、その記憶形状が
例えば第5図(a)〜(d)のものを用いることができ
る。特に、第5図(b)〜(d)の形状記憶合金ばねは
、2次元平面状のものであるため、半導体加熱冷却素子
との熱的な結合度合を高くすることができる。
第6図は、第3図または第4図の傾動型アクチェエータ
の周囲を放熱板40および蛇腹41で囲繞した傾動型ア
クチュエータの斜視図である。この傾動型アクチュエー
タは上記放熱板40および蛇腹41等によシ気密が保た
れ、形状記憶合金ばねと半導体加熱冷却素子の間に充填
されるシリコングリース等の熱媒体がアクチュエータか
ら流出しないようになっている。
第7図は、第6図に示した傾動型アクチーエータと同等
の4個の傾動型アクチュエータA−Dと爪部50,51
とから構成されたマニビーレータの把持部を示す斜視図
である。この把持部は、傾動型アクチュエータA−Dに
内蔵した半導体加熱冷却素子に通電する電流を調整する
ことによシ開閉することができる。なお、形状記憶合金
の歪力はその温度によって調節できることは公知である
ので、合金の温度をフィードバックして半導体加熱冷却
素子に通電する電流を調節すれば、把持部の開閉力を調
節することができることはもち論である。また、傾動板
の傾動角を検出するセンサを取付けて傾動量をフィード
バックして通電量を調節すれば把持部の開閉度合も制御
できる。
第8図はアクチュエータの両端面を傾動板60゜61と
したものである。第7図に示したようなマニビーレータ
の把持部を開閉して物をつかむだけの用途においては、
第7図の傾動型アクチーエータAとB、CとDlまたは
BとCを第8図に示す両端面を傾動板とした1つのアク
チュエータで代用することができる。
また、第9図は継手部70を自在継手にした機構を示す
もので、傾動用の一対のばねを2組設けるようにすれば
、傾動板71を全方向に傾動させることができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、形状記憶合金ばね
を用いた傾動型アクチーエータの傾動角を制御するに際
し、前記形状記憶合金ばね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、モータやンレノイドを用いたアクチュエータと異
なシ磁石や鉄芯を用いない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図は本発明に係る傾動型アクチュエータの傾動機構
部の一実施例を示す斜視図、第2図は第1図の傾動型ア
クチーエータに適用する半導体加熱冷却素子の斜視図、
第3図(a)および(b)はそれぞれ本発明に係る傾動
型アクチュエータの正面図であって、それぞれアクチー
エータの異なる動作状態を示す図、第4図は本発明に係
る傾動型アクチェエータの他の実施例を示す正面図、第
5図(、)〜(d)は七′″iぞれ本発明に係る傾動型
アクチーエータに適用する形状記憶合金ばねを示す図、
第6図は第3図または第4図の傾動型アクチーエータの
周囲を放熱板および蛇腹で囲繞した傾動型アクチュエー
タの斜視図、第7図は第6図の傾動型アクチュエータを
組み合わせて構成したマニピュレータの把持部を示す斜
視図、第8図および第9図はそれぞれ本発明に係る傾動
型アクチュエータの傾動機構部の他の実施例を示す概略
図、第10図は従来の形状記憶合金を用いたアクチーエ
ータの一例を示す概略図である。 10・・・固定板、10m・・・構造材、11,60゜
61.71・・・傾動板、12.32・・・形状記憶合
金ばね、13・・・拮抗用ばね、20.30・・・半導
体加熱冷却素子、40・・・放熱板、41・・・蛇腹。 本吉士n用(は才つ 半導イホ加勲、ン+ムp承子 第5図 (。)(b) (C)       (d) 第6図 第7図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 少なくとも一方が形状記憶合金ばねからなる互いに対向
    する一対のばねと、前記形状記憶合金ばねに対して別体
    に配設され、かつ該形状記憶合金ばねを加熱冷却する半
    導体加熱冷却素子と、前記一対のばねの平衡状態の変化
    を傾動運動に変換する機構とを具えた傾動型アクチュエ
    ータ。
JP3109985A 1985-02-19 1985-02-19 傾動型アクチユエ−タ Pending JPS61190178A (ja)

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