JPS62297657A - 機器類の作動装置 - 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】 ３、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の熱変形特性を利用した機器類の
作動装置に関する。

［従来の技術］ サーボモー多や各種のアクチ１■−夕の如き回転電気機
器や流体圧の働きによらずに機器類の作動を制御する方
法として、例えば空気調和装置の吹出口に取り付けた風
向自動偏向用グリルを回動させるのに、高温下でピッチ
の広い二］イル形状を記憶させた形状記憶合金と、加熱
により記憶形状に戻されたこの合金をピッチの狭い］イ
ル形状としての原形に復帰させるための塑竹変形用縮み
スプリングとを、連結部材を介して直線的に接続した構
造を有する一種のアクブユ１−タを用いる方法が「特開
ｏｒ１５８−２１４７３月に記載されている。

このアクチュエータは、形状記憶合金に間欠的に通電す
ることによってコイル状合金が伸ｌＩｒ１！ｌＪを起し
、この伸縮前後動が連結部材を介して風向偏向用グリル
の回動用リンク機構に伝達されるように構成されている
。

［発明が解決しようとする問題点］ 形状記憶合金の熱変形特性を利用した上記の如きアクチ
ュエータは、被作動機器の駆動部材としての形状記憶合
金製コイルど塑性変形用スプリングとの組み合わせ構造
の他に、２つの形状記憶合金製コイルを連結用部材を介
して接続させる構成も可能である。この場合には］イル
に直接通電するなどして両コイルを交Ｈに加熱すると連
結用部材は往復動させられるので、この動きを被作動機
器に伝えれば、第１の作動状態と第２の作動状態に交互
に切害えることができる。

しかし、一方のコイルに通電して熱変形を起させ、第１
の作動状態を実現した後通電を断つと、冷却に伴って熱
変形応力が失われるので、この応力を受けて圧迫され変
形されていた他方のコイルは蓄えられていた変形応力に
より原形への復帰動を開始する。

従って一方のコイルの働きによって一旦第２（第１）の
作動状態から第１（第２）の作動状態に切替えられたＩ
ｌ！器は、一方のコイルの加熱を停止すると、意に反し
て他方のコイルの働きにより再び第２（第１）の作動状
態に戻されようとする現象が生ずる。

本発明は形状記憶合金製の２つの駆動部材を交互に加熱
することによって、機器を第１の作動状態と第２の作動
状態とに交互に切替えられる構成を備えたアクチュエー
タにおいて、一方の駆動部材を加熱して第１の作動状態
を実現した後、加熱を停止させた揚台にも、意に反して
第２の作動状態に復帰しようとする現象を生じない機器
類の作動装置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］ 上記の目的を達成するために本発明による機器類の作動
装置は、連結用部材を介して各一端部を互いに連結させ
、各他端部をそれぞれ固定させた、形状記憶合金製の第
１駆動部材および第２駆動部材と、該第１または第２駆
動部材に熱変形を生じさせ、前記連結用部材を第１また
は第２の作動位置にもたらすための加熱手段と、前記連
結用部材の動きを機器類の作動個所に伝えるための作動
力伝達手段と、前記加熱手段を働かせて前記第１、第２
のいずれか一方の駆動部材が熱変形した後、加熱を停止
させるための加熱停止手段と、該加熱停止手段を働かせ
た時、前記連結用部材が第１、第２のいずれか一方の作
動位置から、第２、第１のいずれか一方の作動位置に復
帰しようとする動きを阻止するための、復帰阻止手段と
からなる構成を採用した。

［作用および発明の効果］ 上記の構成を備えた本発明の機器類の作動装置は、第１
（第２）の駆動部材をその加熱手段により熱変形させる
ことによって、連結■部材は第２（第１）の作動位置か
ら第１（第２）の作動位置に変位し、この動きが作動力
伝達手段を介して被作動機器に伝えられて機器は第２（
第１）の作動状態に切替えられる。

上記の作動状態切替が終った後、第１（第２）の駆動部
材の加熱を停止させると、第１（第２）の駆動部材の熱
変形応力が失われるので、この部材の熱変形の動きを受
けて塑性変形させられていた第２（第１）の駆動部材は
原形に復帰しようとする。そのため連結用部材はこの動
きを受けて意に反して第１（第２）の作動位置に変位さ
れようとするが、この時復帰阻止手段が働いて、連結用
部材のこの動きを阻止する。

従って第１と第２の２つの駆動部材の一方を加熱するこ
とによって第１（第２）作動状態に切替えた後、加熱を
停止させても、他方の駆動部材の原形復元力によって再
び第２（第１）の作動状態に戻ろうとする不都合の発生
が避けられる。そして復帰動阻止手段を有しない装置で
あれば、上２の加熱停止後にも加熱によって切替えられ
た作動状態を維持し続けようとすれば、作１ｊｌ紺持用
のアクチュエータを別個に用意しなければならないが、
本発明装置ではそのような不合即は解消する。

［実施例］ 以下に付図に示す実施例に基づいて本発明の具体的な構
成を説明する。

第１図〜第４図は、自動車用空気調和装置の吸入口に組
み付けて車内および車外空気を選択的に導入するための
機器である内外気切替ダンパを、本発明による一実施例
装置を用いて作動させる事例を示している。

機器類の作動装置ｆＡは、コイル状に賦形させた形状記
憶合金製の同一形状・同一寸法を備えた第１駆動部材１
と第２駆動部材２とを、導電性を有するブロック状の連
結用部材３を介して一直線状に連結させ、各部材１と２
の各他端部を、絶縁材料からなる上向きのコの字形をし
たフレーム５の両脚間にはさみ込むようにして固定し、
本体部分を構成させている。

連結用部材３には、その頂面に作動力伝達手段の一部分
としてのピン４が植設されており、第１および第２駆動
部材１と２を交りに熱することに伴う連結用部材３の左
右動は、リンク機構２０〜２５を介して自動車用空気調
和装置の送風機Ｂに組み付けられている内外気切替ダン
パ４０に伝えられる。

第１駆動部材１および２を構成する形状記憶合金として
は、現在様々な組成のものが開発されているが、本発明
に使用する場合には、極めて頓繁に熱による変形作用力
と、外力による原形１ｕ帰作用力とを交互に受けること
になるので、耐久性と作動信頼性の両面からして現状で
はヂタン〜ニッケル合金系のものが最も適している。こ
の合金のマルテン勺イト相への変態開始温度（Ｍｓ　）
は配合の如何によって一５０℃〜１００℃の範囲で任意
に選ぶことかできる。銅〜アルミニウム〜亜鉛合金はよ
り安価であるが、耐久性その他の性能面で前者に劣る。

駆動部材１は、形状記憶合金の逆変態温度以上に加熱す
ることによって変形歪が解消し、その記憶された形状で
あるより広いピッチをもったコイル形状が復元される。

コイル状駆動部材１と２は、それぞれ両端部１ａ。

１ｂおよび２ａ、　２ｂが外向きに直線状に引き伸ばさ
れていて、この個所をフレーム５の両脚部５ａおよび５
ｂと連結用部材３に設けたくり抜き孔に挿通または挿し
込むことによってフレーム５の両脚部間に組付けられて
いる。

ブロック状をなす連結用部材３は、その水平方向の中心
部を貫いてピストン棒６が挿し通してあり、この棒６の
左右両端はフレーム５の両脚部に穿ったくり抜き孔に透
液させると共に、中央部が固定用プレート７によって連
結用部材３に固着されている。また部材３の底面に可動
電気接点をなす円味のある突起８を設けている。

フレーム５の底部５Ｃの頂面中央部には］イルスプリン
グ１１および１２によって常に押し」−げ力を受けてい
るプレート状の固定接点９が組み付けられており、可動
および固定の両接点８と９は連結用部材３の移動範囲内
において常時接触が保たれている。１０は固定接点９に
設けた配線用端子であり、９ａはプレート状接点の十昇
動規利用ストッパ、１４はスプリング１１および１２の
取付は板である。

３０は、それぞれ第１および第２の駆動部材１と２を個
別的に加熱するための加熱手段としての車載バッテリ電
源である。３１と３２は、第１または第２駆動部材１ま
たは２の加熱を中止させるための、第１または第２の加
熱停止手段としてのそれぞれ第１および第２電源スイツ
チである。

導電体としての第１の駆動部材１の一端部１ａは、スイ
ッチ３１を介して電１ｉ３Ｇのプラス端子に連らなり、
他端部１ｂは連結用部材３、部材３の可動接点８、固定
接点９、固定接点の端子１０を経てアース線３５に接続
されている。第２駆動部材２も、第１の部材と同様にし
てその一方の端部２ａはスイッチ３２を介して電源３０
のプラス端子に連らなり、他方の端部２ｂはアース線３
５に接続されている。

第１および第２駆動部材１と２の動きを連結用部材３を
介して内外気切替ダンパ４０の回転軸４１に伝えるため
のリンク装置は、中間支軸２５０周りに回動する第１リ
ンク２０と、内外気切替ダンパ４０の回転軸４１の延長
端としての支軸２４の周りに回動する第２リンク２２の
連結によって構成されている。

第１リンク２０は、その一端に設けた細長い軸穴２０ａ
に連結用部材３の植設ピン４を遊嵌さゼ、他端に植設し
た連結ピン２１は、第２リンク２２の一端に設けられて
復帰阻止手段をなす扇状の空隙部ａを有する長穴２３に
遊嵌させている。第２リンク２２の他端には上記の支軸
２４が固着されている。

送ＪｉＩ機Ｂは、ファンモータ４７によって駆動されい
る多翼ファン４６を納めたスクロール型ファンケーシン
グ４５の吸入口４５ａに内外気切酋箱４４を組み付けて
構成されている。内外気切ｉ＋箱４４には外気吸入口４
２と内気吸入口４３が開口しており、回転軸４１の周り
に回動する内外気切酋ダンパ４０によって両眼入口は選
択的に開閉される。この開閉操作は図示が省かれている
空調装置の操作用パネルに設けた切替レバーによって行
われる。４５ｂは送黒機の吐出口である。

次に上記実施例装置の作動を、第１および第２の両駆動
部材１と２への通電の有無に応じて連結用部材３が如何
に変位するかを模式的に描いた第５図（イ）〜（ハ）を
参照しながら説明する。

装置へを組立て終った段階では、両部材１と２は同一の
部材である所から、連結用部材３は第５図の（イ）に示
したように、°ル−ム５の中央部に位置している。

今内外気切替ダンパ４０が第１図中に２）５鎖線で示し
た外気遮断・内気吸入位置を占めていたとして、これを
内気遮断・外気吸入モードに切ａえたいとする。そこで
上記の切替レバーを外気吸入側に切替えると、第１のス
イッチとしてのマイクロスイッチ、または図示されてい
ない連動機構を介してオン−オフされるスイッチ３１が
オン作＃ＪＩ　Ｌ、　。

第１の駆動部材１のみに通電が行われるので、部材１に
はジュール熱が発生する。部材１がその逆変態温度以上
に熱せられると、より広いピッチ中をもったスプリング
としての記憶形状をよみがえらせるべく、部材１は第５
図−（ロ）に示された如く伸張する。図中の符号ｍは部
材１の加熱変形に伴う連結用部材３の最大移動距離を示
している。

部材３の右方移動に伴って第１リンク２０は中間支軸２
５の周りに右旋回し、第２リンク２２は左旋回し、従っ
て内外気切替ダンパ４０の回転軸４１も左旋回してダン
パ４０は図の右方に向けて最大限にまで振れ動き、内気
吸入口４３を実線で示された如く封鎖し外気吸入モード
に切替えられる。

次にしばらくたって再び外気を遮断する内気吸入モード
に戻すべく前記の切替用レバーを操作すると、前述と同
様にして今度は第２スイツチ３２がオン作動すると同時
にレバーの動きに伴って第１スイツチ３１がオフされる
。

−１と　− 第１駆動部材１が冷却するに従って、この部材の熱変形
応力は失われていくので、いままで部材１が早する応力
をうけて（ロ）図のように圧迫されピッチ中を縮める側
に塑性変形させられていた第２駆動部材２は圧迫力を解
かれてよりピッチ中の広い原形に復帰しようとする。し
かし形状記憶合金製の駆動部材１および２は外形はコイ
ルスプリング状をなしているものの完全な弾性材料では
ないので、第５図（ハ）に示したように、（イ）図の中
間位置まで戻る手前で復帰動は停止でしまう。復帰動に
伴う部材２の従って連結用部材３の戻り距離ｎは、前述
の部材３の最大移動距離１ｔｍに較べれば相対的に短い
ものである。

そこで、リンク装＠２０〜２５を構成する要素の一部分
、この場合にはピン２１の遊嵌用穴２３に、復帰阻止手
段としての扇形をしたピン２１の遊動用空隙ａを用意し
て置くことによって、連結用部材３が第５図の（［１）
位置から（ハ）位置まで上記の如き現象に基づいて戻り
運動を起こした時に、この戻り動がリンク装置２０〜２
５を介して内外気切替ダンパ４０の回転軸４１に伝達さ
れることが阻１１され、本発明の所期の目的が達成され
る。

リンク装置の拡大図としての第１０図において、第１リ
ンク２００回転角αは、連結用部＋４３の４−述の如き
戻り動作に伴って第１リンク２０が回動させられる範囲
を示している。第１リンク２０の一端の植設ピン２１が
扇状空隙ａ内を戻り移設」Ｊる間に、このピン２１が空
隙ａの因縁部に当って第１リンク２０を回動させること
のないように空隙ａの形状を設定する必要がある。もち
ろん図示の形状に限定されるものではない。

また第４図は、内外気切替ダンパ４０を外気導入→内気
導入に切替えた後のダンパ４０の戻り動作阻止の仕組み
を説明しているが、内気導入→外気導入の切替を行った
後のダンパ４０の戻り動作を阻止するためには、扇状の
遊動空隙ａは第２リンク２２の長手方向中心ＩＩ（ニ）
−（ニ）に対して左右対象に設けることが当然必要にな
る。

第１または第２駆動部材１または２を通電加熱して機器
が第２〈第１）の作動状態から第１（第２）の作動状態
に切替られた後は速かに通電を停止させることが望まし
い。というのは形状配憶合金は一般に電気抵抗値が比較
的低く加熱のために多くの電力を澗賀するので、このよ
うな電力を常時流し続Ｇプることは甚だ不軽済なばかり
か、過熱の危険を１０＜ことになるからである。

第６図〜第８図に、駆動部材１または２が加熱によって
変形した後に、部材への通電を自動的に停止させるため
の３つの回路例を示した。

第６図の回路では、電源スィッチ３１まｔ：は３２が投
入された後設定時間が経過するとタイマ５０が駆動部材
１または２への通電回路を開かせる。この設定時間は実
験に基づいて任意に決定すればよい。

電源スィッチ３１と３２の交互断続を機械的に行えるこ
とは既述の如くである。

第７図の回路では、電源スイッチ３１また【Ｊ３２と直
列にリミットスイッチ５１を連結しておき、本発明装置
Ａまたは被作動機器の可動個所が、その作動に伴って変
位する際に呈する力ｆを受けてリミットスイッチ５１が
オフ作動するように構成されている。可動個所としては
、例えばピストン棒６、第１および第２リンク２０と２
２、あるいはダンパ４０などがあり、これらの作動終了
位置にリミットスイッチ５１を取り付けて置けばよい。

第８図の回路は、駆動部材への通電用の可動接点８とプ
レート状固定接点０をそれぞれ２分割し、第１および第
２駆動部材１と２への給電回路を独立させると共に、固
定接点９ａと９１）をその底面図とてしての（０）に示
したように駆動部材の変形方向に沿って位置をずらして
設けている。５４は連結用部材３を電気的に分割するた
めの絶縁材であり、８ａと８ｂは分割された部材３にそ
れぞれ設けた可動接点である。各固定接点９ａと９ｂは
、駆動部材１または２が熱変形して連結用部材３がその
変位動を終えるよりは少し手前の個所で、可動接点８ａ
または８ｂとの接触が断たれるようにその設置位置が決
められている。部材１または２への通電が停止されても
、その熱容量のために部材は完全に変形させられる。

第９図は第２実施例装置を示している。第１実施例装置
と異なる点は、復帰阻止手段にあり、前例ではリンク機
構２０−２５のピンＭＩＭ用穴２３ｉ、ｘピン遊動用空
隙ａが設けられているのに対して、空隙ａに代わる役目
を宋すものとして、ピン２１どピン２４のあいだにバネ
作用体、この実施例では」イルバネ６０が掛は渡されて
いる。］イルバネ６００両端部は各々のピンに巻き付け
である。

コイルバネ６０は両脚間の開度を広げる方向にイク１勢
されていることによってピン２１にこのイ・１勢力が及
ぼされて、一方の駆動部材への通電を悴１１ｊノだ後に
、使方の駆動部材が連結用部材３を逆戻り方向に移動さ
せる力を押しとどめることができる。

この方法は第１実施例と異なって、連結用部＋４３の逆
戻り作用力に対向してこれを押しもどす力を強制的に部
材３に加えるように構成されているので、より信頼性の
高い復帰Ｍ止ｆ段といえる。

復帰阻止手段としてのコイルバネ６０は、被作動機器を
第１または第２作動状態に切替えるべく装＠Ａを操作し
た際の作動応答時間を早めるのにも役立っているので、
その理由および効果について第１０図〜第１２図を参照
しながら次に説明する。

第１図に示したコイルバネ６０の取付けられていない装
置Ａでは、ダンパ４０が駆動部材１または２が熱変形す
る際に発生する力Ｆによって回転角θ０の範囲内で回動
させられる時、ダンパ４０に及ぼされる回転トルクＴ１
は第１１図に示された如き経時変化をたどる。連結１１
部材３の動きに着目してこの変化を調べると、移動開始
と共にＴ１は急激に上昇して最大値に達した後、移動の
中間位置を過ぎる頃から急速に減少している。このこと
はダンパ４０がその回動範囲の中間位置に達するまでは
急速に回動するが、それ以後は回動速度がめだって低下
して外気吸入口と内気吸入１コの開閉状態切替に要する
いわゆる作動応答時間がかなり長引いてしまうことを意
味する。

一方復ｔｓｍ止手段としての］イルバネ６０を、第９図
の装置模式図に示したように紺付けた第２実施例装置の
場合には、コイルバネ６０が発生させる回転トルクＴ２
が第１１図に示されたように、駆動部材１または２の回
転トルクＴ２に刊加されるので、両者の合成トルクＴ１
＋Ｔ２はダンパ４０の回転範囲θ０のうち作動応答時間
に影響するところの大きい回転の後半領域において高い
１ノベルに保たれ、ダンパ４０が回転角θ０を回転し終
えるまでの所用時間はめだって短縮する効果が１ｑられ
る。

第１２図は駆動部材１または２に任意の大きさの力Ｆを
及ぼした時の作動応答時間↑が、］コイルバネ０の有無
によって如何に変化するかを実験に基づいて確めた結果
を模式的にグラフ化して示している。グラフＤは］イル
バネを設けない場合を、グラフＥは設けた場合を示して
おり、後者は前者に較べてｔ２−ｔ１時間だけ作動応答
時間を短縮することができる。

形状記憶合金の熱変形特性を利用した従来のアクチュエ
ータでは、機器の作動状態の切替に要する時間（作動応
答時間）を早めようとすれば、駆動部材や塑性変形用バ
ネ作用体の形状を大形化しなけれならず装置の外形寸法
が大きくなる不利を招いたが、第２実施例では、このよ
うな問題点も同時に解決することができる。

上記実施例では駆動部材１および２の加熱手段として電
ｍ電流を直接部材１または２に流しているが、例えば電
気ヒータを用いて間接加熱したり、加熱流体を用いるな
どしてもよい。

本発明装置の別の特長は従来のサーボモータや流体圧を
利用した様々なアクチュエータど異なって、使用場所に
よってはかなり耳ざわりに感じられる作動騒音を全く生
ぜずまた流体配管を必要としないなどの点にあるので、
自動車用空調装置以外にもこれらの特長を生かして活用
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明による機器類の作動装置を、自
動車用空調装置の送Ｊ！Ｉ機の吸入口に組付けた内外気
切替導入用ダンパの切替作動のために使用する場合を例
にとって示した一実施例図であって、第１図は装置の平
面図と送風機の側断面との合成図である。 第２図と第３図は装置要部の平面図と部分破断側面図で
ある。 第４図は装置のリンク機構部分の拡大平面図である。 第５図は連結用部材の復帰動を説明した図である。 第６図〜第８図はそれぞれ加熱停止手段の実施例を示し
た回路図である。 第９図は第２実施例装置を示した第１図と同様な合成図
である。 第１０図〜第１２図は復帰阻止手段としてのコイルバネ
の働きとその効果の説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）連結用部材を介して各一端部を互いに連結させ、各
   他端部をそれぞれ固定させた、形状記憶合金製の第１駆
   動部材および第２駆動部材と、該第１または第２駆動部
   材に熱変形を生じさせ、前記連結用部材を第１または第
   ２の作動位置にもたらすための加熱手段と、 前記連結用部材の動きを機器類の作動個所に伝えるため
   の作動力伝達手段と、 前記加熱手段を働かせて前記第１、第２のいずれか一方
   の駆動部材が熱変形した後、加熱を停止させるための加
   熱停止手段と、 該加熱停止手段を働かせた時、前記連結用部材が第１、
   第２のいずれか一方の作動位置から、第２、第１のいず
   れか一方の作動位置に復帰しようとする動きを阻止する
   ための、復帰阻止手段とからなる機器類の作動装置。 ２）前記加熱停止手段は、前記第１、第２駆動部材にジ
   ユール熱を生じさせるための、該部材への通電断続用回
   路であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   機器類の作動装置。 ３）前記作動力伝達手段は、リンク装置であり、前記復
   帰動阻止手段は、該リンク装置の一部を構成するピン遊
   嵌用穴に設けた、該ピンの遊動用空隙であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の機器類
   の作動装置。 ４）前記作動力伝達手段はリンク装置であり、前記復帰
   動阻止手段は、該リンク装置を構成するリンクに回動抑
   制力を及ぼすための付勢手段であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項または第２項記載の機器類の作動装
   置。