JPS6122780A - 電気信号−機械量変換素子およびその制御方法 - Google Patents
電気信号−機械量変換素子およびその制御方法Info
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- JPS6122780A JPS6122780A JP14001184A JP14001184A JPS6122780A JP S6122780 A JPS6122780 A JP S6122780A JP 14001184 A JP14001184 A JP 14001184A JP 14001184 A JP14001184 A JP 14001184A JP S6122780 A JPS6122780 A JP S6122780A
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- shape memory
- memory alloy
- alloy
- peltier element
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- Pending
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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
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
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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】
本発明は電気信号−機械量変換素子およびその制御方法
に係り、特にロボット、ＸＹテーブル、回転角制御、フ
リクションモータ等電気信号で制御されるアクチュエー
タ全般に適用し得る電気信号−機械量変換素子に関する
ものである。
に係り、特にロボット、ＸＹテーブル、回転角制御、フ
リクションモータ等電気信号で制御されるアクチュエー
タ全般に適用し得る電気信号−機械量変換素子に関する
ものである。
゛例゛えば一方向性形状記憶合金を利用した従来１図お
よび第２図とも共通であり、０１は一方向性形状記憶合
金、０２，０３はそれぞれリード線、０４Ｆ！、電源、
０５はスイッチ、０６は保持枠、０７は保持枠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θノの自由端に回動自在に取付けられた作
動枠、０９は作動枠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に引付けるバイア
スバネである。
よび第２図とも共通であり、０１は一方向性形状記憶合
金、０２，０３はそれぞれリード線、０４Ｆ！、電源、
０５はスイッチ、０６は保持枠、０７は保持枠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θノの自由端に回動自在に取付けられた作
動枠、０９は作動枠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に引付けるバイア
スバネである。
この場合、形状記憶合金０１は第２図に示す形状の記憶
処理が行なわれているので、その変態点以下の温度では
外力により容易に変形するが、その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。従って、
変態点以下の温度では第１図に示すようにバイアスバネ
０１０に引かれて形状記憶合金０１は変形し作動枠０８
は引込んだ状態になる。
処理が行なわれているので、その変態点以下の温度では
外力により容易に変形するが、その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。従って、
変態点以下の温度では第１図に示すようにバイアスバネ
０１０に引かれて形状記憶合金０１は変形し作動枠０８
は引込んだ状態になる。
次に第２図について説明すると、スイッチ０６を閉じる
と電源０４から、リード線ｏ２、形状記憶合金０１、リ
ード線０３、スイッチ０５、電源’ｏ４の回路が形成さ
れ、形状記憶合金０１に電流が流れる。このため抵抗２
発熱で加熱され変態点を起えると形状記憶合金０１は記
憶している形状にもどるため、第２図図示の如く作動枠
０８を押し出す。また、再びスイッチ０５を開くと電流
が遮断され形状記憶合金０１は放冷により温度が下り、
変態点以下になると第１図に示す状態になる〇 このようにスイッチ０５の開閉に応じて作動枠０８が作
動するので、電気信号−機械歪変換素子の働きをするこ
とになる。
と電源０４から、リード線ｏ２、形状記憶合金０１、リ
ード線０３、スイッチ０５、電源’ｏ４の回路が形成さ
れ、形状記憶合金０１に電流が流れる。このため抵抗２
発熱で加熱され変態点を起えると形状記憶合金０１は記
憶している形状にもどるため、第２図図示の如く作動枠
０８を押し出す。また、再びスイッチ０５を開くと電流
が遮断され形状記憶合金０１は放冷により温度が下り、
変態点以下になると第１図に示す状態になる〇 このようにスイッチ０５の開閉に応じて作動枠０８が作
動するので、電気信号−機械歪変換素子の働きをするこ
とになる。
しかしながらこのように従来の形状記憶合金を利用した
電気信号−機械歪変換素子は、抵抗発熱を利用して第１
図から第２図への作動を行なわせていたので、その電流
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
、例えば第２図の状態から第１図の状態への作動は自然
放冷に頼らざるを得ないため、その応答速度がきわめて
遅く、且つそのタイミングのコントロールも困難である
ので、アクチュエータとしての機能は非常に制限された
ものとなる欠点があった。
電気信号−機械歪変換素子は、抵抗発熱を利用して第１
図から第２図への作動を行なわせていたので、その電流
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
、例えば第２図の状態から第１図の状態への作動は自然
放冷に頼らざるを得ないため、その応答速度がきわめて
遅く、且つそのタイミングのコントロールも困難である
ので、アクチュエータとしての機能は非常に制限された
ものとなる欠点があった。
本発明は上記の事情に鑑みて提案されたもので、その目
的とするところは、形状記憶合金を用いた電気信号−機
械歪変換素子の応答性を改善できる電気信号−機械歪変
換素子およびその制御方法を提供することにある〇 本発明による電気信号−機械歪変換素子は、形状記憶合
金とペルチェ素子とを接合してなることを特徴とし、 また、本発明による電気信号−機械歪変換素子の制御方
法は、形状記憶合金とペルチェ素子とを接合してなる電
気信号−機械量変換素子において、上記ペルチェ素子へ
の電流極性を切換えることを特徴とし、従来の形状記憶
合金を用いた電気信号−機械歪変換素子においては、変
態点以上に加熱するために形状記憶合金と通電加水によ
り加熱し、また変態点以下に冷却するには自然放冷に依
っていだが、本発明では形状記憶合金とペルチェ素子と
を接合し、形状記憶合金の加熱および冷却にペルチェ素
子による加熱および冷却を用いることにより、その応答
性を改善し、前記従来の欠点を解消し得るようにしたも
のである。
的とするところは、形状記憶合金を用いた電気信号−機
械歪変換素子の応答性を改善できる電気信号−機械歪変
換素子およびその制御方法を提供することにある〇 本発明による電気信号−機械歪変換素子は、形状記憶合
金とペルチェ素子とを接合してなることを特徴とし、 また、本発明による電気信号−機械歪変換素子の制御方
法は、形状記憶合金とペルチェ素子とを接合してなる電
気信号−機械量変換素子において、上記ペルチェ素子へ
の電流極性を切換えることを特徴とし、従来の形状記憶
合金を用いた電気信号−機械歪変換素子においては、変
態点以上に加熱するために形状記憶合金と通電加水によ
り加熱し、また変態点以下に冷却するには自然放冷に依
っていだが、本発明では形状記憶合金とペルチェ素子と
を接合し、形状記憶合金の加熱および冷却にペルチェ素
子による加熱および冷却を用いることにより、その応答
性を改善し、前記従来の欠点を解消し得るようにしたも
のである。
本発明の一実施例を添付図面を参照して詳細に説明する
。
。
第３図および第４図はそれぞれ本発明の一実施例におけ
るペルチェ素子を説明するための図、第５図および第６
図はそれぞれ本発明の一実施例の構成および作動を説明
するための図である。
るペルチェ素子を説明するための図、第５図および第６
図はそれぞれ本発明の一実施例の構成および作動を説明
するための図である。
本発明の一実施例におけるペルチェ素子について説明す
る。一般に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。
る。一般に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る〇この効果がペルチェ効果である
。
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る〇この効果がペルチェ効果である
。
さて実際のペルチェ素子について第３図および第４図に
よりさらに詳しく説明する。第３図および第４図はそれ
ぞれ電流の流れが逆な場合を示したものであり、同一部
分に同一符号を付して説明すると、１１は電気絶縁体、
１２は電気電導体電極、１３．１４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あるが、Ｉ３
はＮ型半導体、１４はＰ型半導体、１５はリード線、１
６は直流電源、１２は熱の流れを示す矢印である。第３
図についてペルチェ素子の作用を説明すると、直流電源
１６からの電流は、リード線１５、電気電導体電極１２
、Ｎ型半導体１３、電気電導体電極１２、Ｐ型半導体１
４、電気電導体電極１２、Ｎ型半導体Ｉ３、電気電導体
電極１２、Ｐ型半導体１４、を気電導体電極１２、リー
ド線１５の順に流れる。このため電流がＮｕ半導体１３
からＰ型半導体１４に流れる電極、つまり、第３図の上
面側では吸熱が起こり、また、Ｐ型半導体１４からＮ−
型半導体１３に流れる下面側では発熱が起こる。
゛ ところが、同じペルチェ素子に対し、直流電源１６の極
性を変えると第４図に示すように、Ｐｆｉ半導体１４か
らＮ型中導体１３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。
よりさらに詳しく説明する。第３図および第４図はそれ
ぞれ電流の流れが逆な場合を示したものであり、同一部
分に同一符号を付して説明すると、１１は電気絶縁体、
１２は電気電導体電極、１３．１４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あるが、Ｉ３
はＮ型半導体、１４はＰ型半導体、１５はリード線、１
６は直流電源、１２は熱の流れを示す矢印である。第３
図についてペルチェ素子の作用を説明すると、直流電源
１６からの電流は、リード線１５、電気電導体電極１２
、Ｎ型半導体１３、電気電導体電極１２、Ｐ型半導体１
４、電気電導体電極１２、Ｎ型半導体Ｉ３、電気電導体
電極１２、Ｐ型半導体１４、を気電導体電極１２、リー
ド線１５の順に流れる。このため電流がＮｕ半導体１３
からＰ型半導体１４に流れる電極、つまり、第３図の上
面側では吸熱が起こり、また、Ｐ型半導体１４からＮ−
型半導体１３に流れる下面側では発熱が起こる。
゛ ところが、同じペルチェ素子に対し、直流電源１６の極
性を変えると第４図に示すように、Ｐｆｉ半導体１４か
らＮ型中導体１３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。
以上の様にペルチェ素子は、直流電流を流すことにより
吸熱および発熱をするが、電流の流れを逆転させると、
吸熱面および発熱面も逆転する特性を持っている。
吸熱および発熱をするが、電流の流れを逆転させると、
吸熱面および発熱面も逆転する特性を持っている。
本発明は上記のペルチェ素子の特性を利用してなされた
もので、形状記憶合金とペルチェ素子とを例えばカシメ
、ボルト締め、溶接、接着。
もので、形状記憶合金とペルチェ素子とを例えばカシメ
、ボルト締め、溶接、接着。
蒸着などの手段で接合して電気信号−機械量変換素子を
構成し、この電気信号−機械量変換素子のペルチェ素子
に流れる電流の強弱３時間。
構成し、この電気信号−機械量変換素子のペルチェ素子
に流れる電流の強弱３時間。
極性を制御することによって発熱および吸熱を行なわせ
、この熱伝導によって形状記憶合金の温度を制御するよ
うにしたものである。
、この熱伝導によって形状記憶合金の温度を制御するよ
うにしたものである。
次に本発明の一実施例を第５図および第６図について説
明する。
明する。
第５図および第６図において、同一部分には同一符号を
付して説明すると、１０１は第６図に示す形状を記憶し
ている形状記憶合金、１０６は保持枠、１０７は保持枠
１０６に形状記憶合金１０ノを固定するための継手、１
０８は形状記憶合金１０１の自由端に回動自在に取付け
られた作動環、１０９は作動環１０８を保持する保持台
、１１０は形状記憶合金１０１の自由端を保持枠１０６
に引付けるバイアスバネ、１１５はリード線、１ノロは
直流電源、１１８は形状記憶合金１０ノに接合されたペ
ルチェ素子で、第５図に示す結線で、接合面側が吸熱に
なるように接合されている０１２０は切換スイッチであ
る。
付して説明すると、１０１は第６図に示す形状を記憶し
ている形状記憶合金、１０６は保持枠、１０７は保持枠
１０６に形状記憶合金１０ノを固定するための継手、１
０８は形状記憶合金１０１の自由端に回動自在に取付け
られた作動環、１０９は作動環１０８を保持する保持台
、１１０は形状記憶合金１０１の自由端を保持枠１０６
に引付けるバイアスバネ、１１５はリード線、１ノロは
直流電源、１１８は形状記憶合金１０ノに接合されたペ
ルチェ素子で、第５図に示す結線で、接合面側が吸熱に
なるように接合されている０１２０は切換スイッチであ
る。
上記本発明の一実施例の作用について説明する。
第５図において、ペルチェ素子１１８には直流電源１１
６からの電流がリード線１１５、切換スイッチ７２０に
よって流れ形状記憶合金ノθノとの接合面で吸熱が起こ
る。このため、形状記憶合金１０１は変態点以下に冷却
されるため形状記憶効果が喪失し、バイアスバネ１１０
に引かれて作動環１０Ｂを第５図図示の如く引き込む。
６からの電流がリード線１１５、切換スイッチ７２０に
よって流れ形状記憶合金ノθノとの接合面で吸熱が起こ
る。このため、形状記憶合金１０１は変態点以下に冷却
されるため形状記憶効果が喪失し、バイアスバネ１１０
に引かれて作動環１０Ｂを第５図図示の如く引き込む。
次に、第６図に示すように、切換スイッチ１２０を切換
えると、ペルチェ素子１１８を流れる電流の極性が変り
、形状記憶合金１０１の接合面で発熱が起こる。このた
め、形状記憶合金１０１は変態点以上に加熱され、形状
記憶効果により第６図図示の如くバイアスバネ１１０の
力に逆からって作動環１０Ｂを押しだす。
えると、ペルチェ素子１１８を流れる電流の極性が変り
、形状記憶合金１０１の接合面で発熱が起こる。このた
め、形状記憶合金１０１は変態点以上に加熱され、形状
記憶効果により第６図図示の如くバイアスバネ１１０の
力に逆からって作動環１０Ｂを押しだす。
以上の如く、本発明によれば、切換えスイッチ１２０を
操作することによって作動環１０Ｂの動きを制御するこ
とができ、また、直流電源１１６の大きさを選ぶことに
よって形状記憶合金１０１の加熱、冷却速度が制御でき
るので、この電気信号−機械量変換素子の応答速度の制
御も容易である等の優れた効果が奏せられるものである
。
操作することによって作動環１０Ｂの動きを制御するこ
とができ、また、直流電源１１６の大きさを選ぶことに
よって形状記憶合金１０１の加熱、冷却速度が制御でき
るので、この電気信号−機械量変換素子の応答速度の制
御も容易である等の優れた効果が奏せられるものである
。
なお、上記本発明の一実施例では曲がり変形の形状記憶
合金を用いるものについて述べているが、本発明はこれ
に限定することなく、例えば伸び変形、ねじり変形を利
用する電気信号−機械量変換素子にも適用可能であるこ
と言うまでもない。
合金を用いるものについて述べているが、本発明はこれ
に限定することなく、例えば伸び変形、ねじり変形を利
用する電気信号−機械量変換素子にも適用可能であるこ
と言うまでもない。
第１図および第２図はそれぞれ従来例の構成および作動
を説明するための図、第３図および第４図はそれぞれ本
発明の一実施例におけるペルチェ素子を説明するための
図、第５図および第６図はそれぞれ本発明の一実施例の
構成および作動を説明するための図である。 １０１・・・形状記憶合金、１０６・・・保持枠、１０
８・・・作動環、１０９・・・保持台、１１０・・・バ
イアスバネ、１１５・・・リード線、１１６・・・直流
電源、１１８・・・ペルチェ素子、１２０・・・切換ス
イッチ。 ○１０ 第１図 第３図
を説明するための図、第３図および第４図はそれぞれ本
発明の一実施例におけるペルチェ素子を説明するための
図、第５図および第６図はそれぞれ本発明の一実施例の
構成および作動を説明するための図である。 １０１・・・形状記憶合金、１０６・・・保持枠、１０
８・・・作動環、１０９・・・保持台、１１０・・・バ
イアスバネ、１１５・・・リード線、１１６・・・直流
電源、１１８・・・ペルチェ素子、１２０・・・切換ス
イッチ。 ○１０ 第１図 第３図
Claims (2)
- （１）形状記憶合金とペルチェ素子とを接合してなるこ
とを特徴とする電気信号−機械量変換素子。 - （２）形状記憶合金とペルチェ素子とを接合してなる電
気信号−機械量変換素子において、上記ペルチェ素子へ
の電流極性を切換えることを特徴とする電気信号−機械
量変換素子の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14001184A JPS6122780A (ja) | 1984-07-06 | 1984-07-06 | 電気信号−機械量変換素子およびその制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14001184A JPS6122780A (ja) | 1984-07-06 | 1984-07-06 | 電気信号−機械量変換素子およびその制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6122780A true JPS6122780A (ja) | 1986-01-31 |
Family
ID=15258855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14001184A Pending JPS6122780A (ja) | 1984-07-06 | 1984-07-06 | 電気信号−機械量変換素子およびその制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6122780A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6468230A (en) * | 1987-09-08 | 1989-03-14 | Olympus Optical Co | Endoscope |
| US5095595A (en) * | 1990-05-16 | 1992-03-17 | Contraves Italiana | Actuator for restraint/release (r/r) devices, particularly for space applications |
| FR2855222A1 (fr) * | 2003-05-22 | 2004-11-26 | Bosch Gmbh Robert | Dispositif actionneur propre a developper un effort en reponse a un signal de commande |
-
1984
- 1984-07-06 JP JP14001184A patent/JPS6122780A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6468230A (en) * | 1987-09-08 | 1989-03-14 | Olympus Optical Co | Endoscope |
| JP2887165B2 (ja) * | 1987-09-08 | 1999-04-26 | オリンパス光学工業株式会社 | 内視鏡 |
| US5095595A (en) * | 1990-05-16 | 1992-03-17 | Contraves Italiana | Actuator for restraint/release (r/r) devices, particularly for space applications |
| FR2855222A1 (fr) * | 2003-05-22 | 2004-11-26 | Bosch Gmbh Robert | Dispositif actionneur propre a developper un effort en reponse a un signal de commande |
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