JPS61245217A - アクチエ−タ - 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】 〔概　要〕 アクチェータの構造であって、伸縮部を形状記憶合金を
使用して作成し、伸縮部にサーモエレメントを接するよ
うに設け、伸縮部に通電して伸縮させると同時に、サー
モエレメントに通電して伸縮部の伸縮を促進するように
したものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明はアクチェータの構造に関する。

ロボットやマニピュレータの７クチエータは現在モータ
が主役であるが、モータはエネルギー変換効率や制御性
等は優れるが、単位重量当りの出力は一般に５０　Ｗ　
／　ｋｇ程度と小さい弱点が有る。

そしてロボットはハンドリング機構部に柔軟性を要求さ
れるが、アクチェータ自体がこの性質を備えると好都合
である。

形状記憶合金はこれらに最適なもので、将来はモータに
代わるものと期待される。

形状記憶合金は、最初に高温で成形すると、成る温度以
下で変形されても、加熱することで最初の形状に戻る性
質が有るもので、形状記憶効果の有る合金としては、ニ
ッケル、チタン、アルミ、銅、亜鉛等約２０種類の合金
が知られているが、実用化のトップに立っているのはニ
ッケル・チタン合金である。

又、異種金属の接触面を通じて電流を流すことで熱を発
生したり吸収する所謂ペルチェ効果（ＰｅＩｔｉｅｒ　
ｅｆｆｅｃｔ）を利用したサーモエレメントに依る電子
冷却法も用いられるようになって来た。

本発明に於いては、上記の技術を使用して形状記憶合金
の応答速度を上げ、実用化に対応出来るようにしたもの
である。

〔従来の技術〕

第９図は形状記憶合金を使用したアクチェータの動作原
理図である。

第９図に示す如く、伸縮部としてのニッケル・チタン′
！ｆＡ１は形状記憶効果を有し、高温で矢印Ｌｌの長さ
を記憶しているが、室温（常温）では引張りばね２の牽
引に依ってプーリ３を介して矢印Ｌ２の如く矢印Ｌ３だ
け長さが伸びている。

ここで、ニッケル・チタン線１に電Ｂ４を接続して電流
を流すと、ジュール熱に依って加熱され長さ矢印Ｌ１に
収縮し復元する。

次に、電流を切るとニッケル・チタン線１は空冷されて
温度が下がって伸長し、長さは矢印Ｌ２になる。

この長さの変化に依って、プーリ３に固定した回転軸５
は角θ公正逆回動しアクチェータの動力源となる。

尚、動力源としては、前記回転軸５の回動力に依らず、
ニッケル・チタン線１自体の伸縮力（矢印Ｌ３）を直接
利用する方法もある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上説明したアクチェータは、ニッケル・チタン線の冷
却が空冷に依る為に冷却力が弱くて伸長速度が遅く、往
復運動の応答性が悪いと言う問題点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は本発明のアクチェータの原理図である。

第１図に示すように、本発明に於いてはニッケル・チタ
ン線１に接して熱印加用のサーモエレメント６を設け、
ニッケル・チタン線１に通電して収縮させる電源７と、
サーモエレメント６に通電してニッケル・チタン線１を
冷却する電源８とを設けたものである。

〔作用〕

サーモエレメント６をニッケル・チタン線１に接して設
けたことに依り、ニッケル・チタン線１の冷却を短時間
で行うことが出来るようになり、アクチェータの往復運
動の応答性を向上させることが出来る。

〔実施例〕

第２図乃至第８図は本発明の一実施例であって、第２図
はアクチェータの斜視図、第３図は第２図のＡ−Ｂ断面
図、第４図はニッケル・チタン線の温度とストロークの
関係を示す図表、第５図はニッケル・チタン線のストロ
ークと出力の関係を示す図表、第６図はニッケル・チタ
ン線加熱電流と動作の関係を示す図表、第７図はアクチ
ェータの回路ブロック図、第８図はアクチェータの通用
例を示す側面図である。

図に於いて、１ａは突出部、６はサーモエレメント、７
はニッケル・チタン線用電源、８はサーモエレメント用
電源、９は基板、１０は係止部品、１１は断熱材、１２
はリード線、１３は端子、１４は電圧制御部、１５はロ
ボット、１６はキーボード、１７．１８はアーム、１９
．２０は回転軸、２１．２２はアクチェータである。全
図を通じて同一部分には同一符号を付して示した。

本発明は直線往復運動を出力するアクチェータを提供す
るもので、動作速度は可変で最大５サイクル／秒、スト
ロークも可変で最大１０龍、出力最大５　ｋｇ程度のも
のである。

これらは何れも電気的制御で行うもので、小形化が可能
である。

第２図に示す如く、本発明のアクチェータは、伸縮部と
してニッケル・チタン線ｌの例えば直径が０．５＋＋ｍ
φ、長さが１５０龍程度のものを使用し、基板９上に設
けられた係止部品１０に一端を固定する。

そして、回転自在なる複数個のプーリ３を介して基板９
上にＵの字状に屈曲して配し、他端部は基板９から突出
させ、突出部１ａは引張りばね２で牽引して矢印したけ
伸長し、２点鎖線で表示したｌａ’の状態にする。

又、基板９上には第２図及び第３図に示す如く、ニッケ
ル・チタン線１に接してサーモエレメント６が設けられ
、ニッケル・チタン線１を冷却して吸収した熱を基板９
に伝導で放熱するようになっていて、全体は外気温度の
影響を避ける為に断熱材１１で被覆されている。

一方、ニッケル・チタン線１に電流を供給するリード線
１２は、第２図に示す如く係止部品１０と突出端１ａの
近傍に設けられた端子１３に接続されていて、他端部は
第７図に示す如く電圧制御部１４を介してニッケル・チ
タン線用電源７に接続している。

電圧制御部１４は、ニッケル・チタン線１に対する印加
電圧を変えるもので、電圧を変化させることに依りニッ
ケル・チタン線１に流れる電流を増減し、ジュール熱を
変化せしめてニッケル・チタン線１の収縮量を調整する
ものである。

尚、サーモエレメント６は、第７図に示す如くサーモエ
レメント用電源８に接続されて給電されており、ニッケ
ル・チタン線１を常に冷却している。

以下にその動作を述べると、ニッケル・チタン線ｌの温
度は、電流の大きさとサーモエレメント６の冷却力の関
係で決り、サーモエレメント６に依って冷却されている
ニッケル・チタン線１は、引張りばね２の付勢に依って
伸長するが、ニッケル・チタン線用電源７からの給電で
発熱して収縮する。

従って、ニッケル・チタン線用電源７をＯＮ、ＯＦＦす
ることで、ニッケル・チタン線１の温度が変化し伸縮を
繰り返す。

この伸縮のストロークと温度の関係を第４図に示す。

図示の例では、ニッケル・チタンｖＡ１は、室温（約２
５℃）で約８重重伸長しており、加熱に依り４０℃を超
えると急激に収縮を始め、６５℃付近で限界に達し伸長
は０となる。

即ち、原形を回復した訳で、ニッケル・チタン線１は規
定値（室温−６５℃−室温）内の温度サイクルで使用さ
れる。

又、ニッケル・チタン線１のストロークと出力の関係を
第５図に示す。

ここで、引張りばね２の牽引力は、ニッケル・チタン線
１の低温（室温）時の引張変形抵抗力以上で、高温（６
５℃）時の形状回復力以下に設定する。

ここでＰｌを突出力、Ｐ２を引込力とすると、突出力Ｐ
１は点線で表示した引張りばね２の牽引力からニッケル
・チタン線１の低温時に於ける引張変形に対する抵抗力
を差し引いた値であり、引込力Ｐ２はニッケル・チタン
線１の加熱に依る回復（収′ｆ６）力から引張りばね２
の牽引力を差し引いた値である。

尚、ストロークの量は前記した如く電圧制御部１４で印
加電圧を制御して設定する。

次に、往復運動の際のニッケル・チタン線加熱電流と動
作の関係を第６図に示す。

ニッケル・チタン線１にはサーモエレメント６の冷却力
に打ち勝って常に低温（室温）を保持する低温保持電流
１２を流して置く。

斯かる状態に於いてニッケル・チタン線１は、突出して
おり、引込む場合には高温保持電流１１を流す。

この際、温度上昇を促進する為に一時的に電流１１より
も大なる急速加熱用電流ｉ３を流す。

そして、所定の温度になったら、ニッケル・チタン線１
を再び突出させる為に電流を１２に切替える。

斯かる際、温度降下を促進する為に一時的に電流を切断
する。

上記の如く、加熱電流を制御することに依り、ストロー
ク及び動作サイクルを自在にコントロールすることが出
来る。

以上の如き構成のアクチェータの適用例を第８図に示す
。

図に於いては、ロボット１５を使用したキーホード１６
の自動打鍵装置を示す。

ロボット１５のアーム１７及び１８は、回転軸１９及び
２０で回動自在に支持されており、各アーム１７．１８
は、図示の如く回転軸１９及び２０に設けられたアクチ
ェータ２１及び２２に依って回動するようになっている
。

斯かる構成のロボソ目５はアクチェータ２１及び２２の
伸縮動作に依ってキーボード１６上の所要のキー１６ａ
を押下することが出来る。

〔発明の効果〕

本発明を適用することで、単位重量当りの出力が大で、
往復運動の応答性の良いアクチェータを得ることが出来
、産業上及び経済上に及ぼす効果は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のアクチェータの原理図、第２図はアク
チェータの斜視図、 第３図は第２図のＡ−Ｂ断面図、 第４図はニッケル・チタン線の温度とストロークの関係
を示す図表、 第５図はニッケル・チタン線のストロークと出力の関係
を示す図表、 第６図はニッケル・チタン線加熱電流と動作の関係を示
す図表、 第７図はアクチェータの回路ブロック図、第８図はアク
チェータの適用例を示す側面図、第９図は形状記憶合金
を使用したアクチェータの動作原理図である。 図に於いて、 １はニッケル・チタン線、 １ａは突出部、　　　　　２は引張りばね、３はプーリ
、　　　　　　４は電源、 ５は回転軸、　　　　　　６はサーモエレメント、７は
ニッケル・チタン線用電源、 ８はサーモエレメント用電源、 ９は基板、　　　　　　ｌＯは係止部品、１１は断熱材
、　　　　　　１２はリード線、１３は端子、　　　　
　　１４は電圧制御部、１５はロボット、　　　　　１
６ばキーボード、１７．１８はアーム、 ２１．２２はアクチェータである。 本も明のアクチェータＩＩ）非理囚 寥　１　聞 ｌ アク＋エ一りの刺信見叫 キ　２　目 第ε　厘

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 形状記憶合金の伸縮部（１）を備えたアクチエータであ
   って、 前記伸縮部（１）に接して設けられ伸縮部（１）に熱を
   印加するサーモエレメント（６）と、 前記伸縮部（１）と前記サーモエレメント（６）とに給
   電する電源（７、８）とから構成することを特徴とする
   アクチエータ。