KR100221988B1 - 유압 형상 기억 재료 동력 변환기 - Google Patents

유압 형상 기억 재료 동력 변환기 Download PDF

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Abstract

유압 형상기억 재료 동력 변환기는 형상기억 재료를 포함한다. 이 동력 변환기는 유압 유닛 및 유압 유체를 사용한다. 유압 유닛은 형상기억 재료의 한단부가 유압 유닛의 한단부에 연결되고 다른쪽 단부가 유압 유닛의 고정점 또는 제2 단부에 연결될 때 제1 위치로부터 제2 위치로 변화하며 가열에 의해 마르텐사이트 상태로부터 오스테나이트 상태로 변화한다. 유압 유체는 유압 유닛으로부터 유압 유체의 이동에 기인하여 일을 수행하는 수납 장치로 이동시킴으로써 유압 유닛의 이동에 응답한다. 형상기억 재료를 오스테나이트 상태에서 마르텐사이트 상태로 변화시키도록 냉각시켜면 유압 유닛을 휴지 위치로 복귀시키도록 마련된 편향 수단에 의해 유입 유닛이 원래의 위치로 복귀한다.

Description

[발명의 명칭]
유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기
[발명의 배경]
본 발명은 유압 동력 변환과 관련하여 형상 기억 재료(shape memory material)를 이용하는 것에 관한 것이다.
예컨데, 형상 기억 합금(금속), 형상 기억 중합체 및 형상 기억 단백질(protein)을 포함한 수많은 형태의 형상 기억 재료가 존재한다. 형상 기억 합금은 알려진 지가 여러해 되었지만 형상 기억 중합체와 형상 기억 단백질은 보다 최근에 개발된 것이다. 새로운 또는 개선된 형상 기억 재료 분야에 대한 연구 및 개발은 수많은 실험실에서 현재 진행중인 프로젝트이다. 서로 다른 형상 기억 재료들은 서로 다른 정도의 거동을 갖고 있고 서로 다른 환경 조건하에서 작동됨에도 불구하고, 모든 형상기억 합금 재료들은 기계적 기억을 갖고 특이한 성질을 갖고 있다. 형상기억 재료는 형상기억 재료를 본래의 형상으로 되돌아가게 하는 예컨데, 고온, 전류 또는 다른 pH 환경과 같은 미리 예정된 환경 조건에 놓이게 될 때 까지 변형된 형태를 유지하게 된다.
본래의 형상으로 되돌아가는 동안, 형상 기억 재료는 일(work)을 수행할 수 있다. 일반적으로, 환경(열, 전기, pH등)의 변화가 본래의 예비변형 형상으로의 고응력 회복(high-stress recovery)을 야기시키는데 필요한 전부이다. 많은 경우에, 형상 기억 재료가 본래의 예비변형 형상으로 되돌아가는 동안 형상 기억 재료로부터 상당한 기계적 응력의 출력이 있게 된다. 어떤 형상 기억 합금의 경우 7700kg/cm2(110,000psi)를 초과하는 회복 응력값을 갖는 것으로 보고되었다. 여러 가지 다른 형상 기억 재료들의 각각이 기계적 형상의 회복이 가능함에도 불구하고, 현재 형상 기억 합금이 고응력 회복용으로 가장 광범위하게 사용된다.
형상 기억 합금은 수년전에 알려져 이용되어 왔고, 다양한 형태의 장치의 작동 소자로서 제공되어 왔다. 온도에 대한 극적인 강도 및 반응으로 인해, 형상 기억 합금으로 모터, 솔레노이드, 팽창가능한 왁스 작동기 및 바이메탈 온도 감지 작동기의 대체물로서 제공되어 왔다. 만병 통치약이 아님에도 불구하고, 전기기계식 작동에 대한 형상 기억 합금 접근 방법은 통상의 접근 방법이 어렵거나 불가능한 경우에도 이점을 제공할 수 있다. 예컨데, 형상 기억 합금으로부터 이용가능한 다량의 회복가능한 변형은 통상의 접근 방법보다 수배의 일 밀도(work density)를 제공한다. 또한, 형상기억 합금의 높은 전기 저항은 별도의 부품이 필요없이 이용가능한 에너지의 효율적인 이용으로 직접적인 전기 작동을 가능하게 한다.
일반적으로, 형상 기억 합금은, 많은 유사한 분야에서 동계합금(copper-based alloy)이 사용되어 왔음에도 불구하고, 소위 니티놀(Nitinol) 또는 티넬(Tinel)이라 불리는 니켈-티타늄 합금(nickel-titanium alloy)이다. 니티놀에 관한 초기의 연구는 미합중국 해군 병기 연구소(U.S. Naval Ordnance Laboratory)에 의해 1958년에 시작되었는데, 이 때는 연성 금속간 화합물(ductile intermetallic compound)인 TiNi에 기초한 새로운 종류의 신규한 니켈-티타늄 합금을 포함하고 있지 않았다. 이들 합금은 후에 니티놀이란 이름으로 불리게 되고, 이는 발명의 명칭이 "니켈계 합금(Nickel-based Alloys)"인 1965년 3월 23일 미합중국 특허 제3,174,851호, 발명의 명칭이 "고 강도 니켈계 합금(Hing Strength Nickel-Based Alloys)"인 1967년 11월 7일 미합중국 특허 제3,351,463호, 및 발명의 명칭이 "열 에너지의 기계적 에너지로의 변환(Conversion of Heat Energy to Mechanical Energy)"인 1968년 9월 24일 미합중국 특허 제3,403,238호에 개시되어 있다. 상기 특허들은 모두 미합중국 해군 장관을 대표자로 하여 미합중국에 양도되었다.
최근의 화학양론적 TiNi 조성물 합금에 대한 커다란 관심은 그들의 특유한 기계적 기억 효과에서 연유한 것이다. 이러한 열적-기계적 형상 기억 또는 형상 기억 효과는 형상 기억 합금과 같은 니티놀이 기계적인 뒤틀림(distortion)후에 미리설정된 형상으로 되돌아가게 한다. 형상기억 합금에 제1 형상 또는 형태가 제공되어 적절한 처리를 한 후 그 형상 또는 형태를 변형시키면, 미리 예정된 고온을 가할 때까지 형상기억 합금은 변형된 형상 또는 형태를 유지하게 된다. 미리 예정된 고온을 가하게 되면, 형상 기억 합금은 본래의 형상 또는 형태로 되돌아가는 경향이 있다. 미리 예정된 고온으로 가열하는 것이 본래의 예비성형 형상으로의 고응력 회복을 야기시키는데 필요한 유일한 에너지 입력이다. 통상, 미리 예정된 고온은 전이(transition) 또는 변태(transformation) 온도를 말한다. 전이 또는 변태 온도는 온도 범위일 수 있고, 통상적으로, 전이 온도 범위(transition temperature range, TTR)로서 알려져 있다.
잘 알려진 바와 같이, 형상기억 합금은 온도에 의해서만 구분되는 두 개의 상태를 갖는다. 냉각시에, 형상기억 합금은 비교적 부드럽고 쉽게 변형되는 마르텐사이트 상태(martensitic state)에 있다. TTR 이상으로 가열되었을 때, 형상 기억 합금은 마르텐사이트 상태에 있을 때보다 더 강하고 견고한 오스테나이트 상태(austenitic state)로 변태된다. 마르텐사이트 상태에 있을 때, 형상 기억 합금은 비교적 낮은 하중하에 있으면서 미리 설정된 형태로부터 형태가 변형되거나 변화될 수 있다. 합금이 TTR을 통해 가열될 때, 합금은 그 본래의 미리 설정된 형상을 기억하여 그 형상으로 되돌아가는 경향이 있다. 이러한 과정에서, 마르텐사이트 상태에서 발생한 변형에 대항하는 동력이 쌓이게 되어 형상 기억 합금은 그 본래의 형상으로 되돌아가는 동안 일을 수행할 수 있다.
형상 기억 합금은 흔히, 연신된 와이어형 길이의 합금을 인장된 상태(직선 단면의 와이어) 또는 뒤틀림, 인장 및 압축 상태(나선형 코일의 와이어)로 사용하는 작동기형 장치(actuator-type device)용으로 이미 사용되어 왔다. 형상 기억 합금 와이어는 냉각중에 변형된다. 작동이 요구되는 경우에, 와이어는 통상적으로, 그곳을 통해 전류를 통과시킴으로써 TTR 이상의 온도로 가열된다. 형상 기억 합금의 (니크롬과 비슷한) 높은 전기 저항은 그러한 전류가 와이어의 길이부를 따라 열 에너지를 고르게 제공할 수 있게 한다.
형상 기억 합금내의 에너지 교환의 정확한 메카니즘은 아직도 논의되고 있지만, 니티놀 합금이 "형상 기억 효과(shape memory)"를 가질 수 있는 야금학적 현상은 제시되었다. 니티놀의 고온상(phase)은 통상, 오스테나이트라 부르는 체심 입방 결정 구조를 갖고 있다. 니티놀의 저온 상은 교대로 된 줄의 원자들을 고온 오스테나이트 상의 수직 기입(perpendicular registry)으로부터 멀리 약간 이동시킴으로써 나타나는 쌍정 마르텐사이트(twinned martensite)이다. 쌍정 마르텐사이트 상태의 니티놀이 전이 온도 범위(TTR)를 통해 가열되는 경우에, 니티놀은 오스테나이트 상태로 되돌아가야 한다. 상태 변화는 무확산 변화이기 때문에, 마르텐사이트로부터 오스테나이트 구조로의 니티놀의 변태는 좁은 온도 범위에 걸쳐서 아주 급속하게 일어난다. 니티놀 시편이 냉각될 때, 니티놀 시편은 오스테나이트 상태로부터 쌍정 마르텐사이트 상태로 변태된다. 이러한 상태에 있는 동안, 시편은 마르텐사이트 쌍정을 제거하는 응력을 가함으로써 쉽게 변형될 수 있다. 새로운 평행 위치로 원자들을 슬립(slip)시키게 되는 쌍정 마르텐사이트 시편의 변형은 가열시에 회복되는 변형이다. 다른 모든 열 교환 시스템과는 달리, 니티놀은 냉각시에 니티놀을 벤딩하는데 필요한 동력이 복귀시에 니티놀을 이완시키는 동력보다 훨씬 작다는 점에서 불평형 방식으로 열변화에 반응한다.
형상 기억 합금이 그 형상을 회복하는 좁은 전이 온도 범위는 주로, 통상적으로 약 53% 내지 57%의 니켈 및 잔부는 Ti인 합금 조성의 함수이다. 코발트와 같은 제3의 틈새형 원소(interstitial element)로 TTR 온도를 제어하기 위해 합금에 부가될 수 있다. 통상적으로, 니켈 대신에 코발트를 직접 원자대 원자 치환하는 것은 TTR보다 낮은 온도에서 점진적으로 이루어진다. "형상 기억 효과(shape memory effect, SME)"가 발생하는 TTR은 대략 -200℃(액체질소)로부터 150℃에서 상당히 정확하게(±1℃) 설정될 수 있다. 예컨데, TTR은 다음과 같이 오히려 정확하게 변화될 수 있다. 즉, Ni/Ti 비율의 1.0% 변화는 TTR의 150℃ 변화 또는 1℃당 70ppm NiTi를 야기시킨다. 또한, 회복가능한 스트레인은 형상 기억 합금의 TTR 이하에서 이루어져야 한다.
형상 기억 효과는 세가지 원리의 소성 변형 모드를 포함한다. 즉, (1) 단일 축방향 인자, (2) 비틀림 또는 뒤틀검, (3) 벤딩(인장 및 압축의 조합)이 그것이다. 압축은 아주 유용한 모드이지만 응력 및 변형과 관련한 어려움 및 복잡성 때문에 본 발명에서는 고려하지 않았다. 그러나, 형상 기억 효과를 가장 용량적으로(volumetrically) 이용하는 모드는 단일축방향 인장 모드인데, 그 이유는 단일 축방향 모드는 시편의 전체 횡단면이 형상 기억 효과를 위해 사용되기 때문이다. 실제로, 현재 생산되는 최고 회복력은 0.508mm(20mil) 직경의 와이어로 단일축방향 인장하에서 유도된다.
니티놀 합금의 다른 특이한 중요한 성질은 실제로 회복가능한 변형 또는 스트레인 양이다. 만일, 운동 또는 동력이 합금의 수명중에 단지 한번만 필요하다면, 8% 내지 20%와 같은 큰 변형 또는 스트레인이 이용될 수 있다. 만일 바람직한 운동 또는 동력이 합금의 수명중에 반복 사이클을 필요로 한다면, 스트레인이 회복가능한 소성 스트레인을 보장하기 위해 통상 6% 내지 8%인 임계 레벨 또는 임계 스트레인 레벨(critical strain level)(CSL)을 초과하지 않는 것이 중요하다. 형상 회복에는 큰 동력 또는 회복 응력을 확실하게 가할 수 있는(열을 기계적 에너지로의)큰 에너지 변환이 수반된다. 0.508mm 와이어의 경우 6% 내지 8%의 단일 축방향 소성 스트레인 중에 7700kg/cm2(110,000psi)를 초과하는 회복 응력값이 수반되는 것으로 보고되었다. 이러한 회복 응력은 초기 스트레인에 비례하고, 최대 회복 응력을 얻기 위해서는 TTR보다 높은 온도가 필요하다. 초기 스트레인이 높을수록, TTR과 최대 회복 응력 온도사이의 온도차는 더 크게 된다. 또한, 회복 응력의 경우와 마찬가지로, 최대 일 출력(work output)을 얻기 위한 최적 스트레인이 존재한다. 0.508mm 와이어의 경우 6% 내지 8%의 단일축방향 소성 스트레인중에 183cm·kg/cm3(2600in-Ibf/in3)을 초과하는 최대 일 출력값을 얻는 것으로 보고 되었다. 전체적으로, 형상 회복은 고응력 및 일 출력을 야기시킨다.
또한, 니티놀은 니크롬과 유사한 높은 전기 저항(대략 76microohm-cm)를 가지므로, 저항 가열을 통한 직접적인 전기적 형상 기억 작동이 가능하다. 그러한 가열은 에너지 입력의 효율적인 사용뿐만 아니라 효율적인 일 출력을 야기시킨다. 또한, 저항은 온도가 상승 또는 하강(가열 또는 냉각) 하는지에 따라 온도와 더불어 약간 변화하게 된다. 이러한 변화는 시편 온도 및 시편 기억 상태에 종속된다. 따라서, 합금은 저항성 피이드백 모니터링(resistive feedback monitoring)에 도움을 주기도 한다.
니티놀의 다른 어떤 흥미있는 성질 및 특성도 알아야 한다. 첫째, 니티놀의 사이클 수명을 현재까지 수행된 시험의 범위에 의해서만 제한되는, 회복가능한 스트레인 한계(6% 내지 8%) 이하에서 스트레인될 때 무한대(2.5 x 107사이클)에 접근하는 것으로 보고되었다. 둘째, 니티놀은 제2형상 기억을 가질 수 있다. "2방향(2-way)" 형상 기억은 응력 및/또는 열 사이클을 적당히 반복함으로써 니티놀 시편에 프로그램될 수 있다. 일단 이러한 조건 설정이 행해지면, 시편은 가열시에 초기 기억 상태로 되돌아갈 뿐만 아니라 냉각시에 일정 형상으로 자발적으로 복귀하게 된다. 마지막으로, 니티놀은 본질적으로 비자성이고, 실제로 그 원소 구조(elemental makeup)로 인하여, 심한 부식 환경하에서 불활성이다. 이 때문에, 니티놀은 광범위한 산업 및 부식 환경하에서 사용될 수 있다.
니티놀에 대한 이전의 연구 및 개발은 작동기형 장치용으로서의 잠재력을 분명히 지적해 왔다. 지속적으로 신뢰할 수 있는 스트레인-열-회복(strain-heat-recovery), 정확한 조성 관련 회복 범위, 높은 동력 및 일 출력, 회복의 전기적 제어능력, 극히 높은 피로 수명, 부식 저항, 및 비자성 성질과 같은 판단 기준들은 작동 장치의 원동기(prime mover)에 대한 바람직한 판단 기준들이다.
반복능력은 작동기 분야에서는 기본적으로 요구된다. 이점에서, 니티놀 부품은, 연속 사이클로 다시 그 기억 형상으로 복귀할 수 있도록, (변형된 형상을 기억 형상으로 변환시키는 가열 이후에) 냉각시에 변형된 상태로 되돌아가는 것이 바람직하다. 니티놀의 항복 강도는 TTR이하의 온도에서 낮기 때문에, 가열성은 통상의 스프링으로 니티놀 부품을 편향시킴으로써 이루어질 수 있다. 니티놀이 가열될 때 스프링을 완전히 극복하고 바람직한 형상 기억 일을 수행하기에 충분한 동력 이상으로 동력이 가해진다. 한편, 니티놀 부품이 TTR을 통해 냉각되자 마자, 스프링은 이제 니티놀 부품은 다음 가열 사이클에서 작동할 준비가 되어 있게 된다.
이미 기술한 것처럼, 가역성은, 편향 스프링 또는 유사한 장치의 사용이 항상 필요하지 않도록, 형상 기억 재료 및 합금에 "설정(built into)"될 수 있다. 일단 이러한 가역성이 합금내에 적절히 조건 설정되면, 시편은 외부의 편향 수단없이 냉각시에 일정 형상으로 자발적으로 복귀하게 된다.
보다 최근의 아직 덜 알려진 형상 기억 재료는 다니엘 더블류 어리에 의해 개발된 소위, 중합체 또는 탄성중합체 형상 기억 재료이다. 형상 기억 중합체의 사용은 1988년 4월 27일 미합중국 특허 출원 제184,873호, 1988년 4월 21일 미합중국 특허 출원 제184,407호와 같은 여러 특허 및 특허 출원에서 개시되었다. 이들 두 특허 출원은 의료 분야에서의 형상 기억 중합체의 사용을 개시하고 있고, 이들은 형상 기억 중합체 및 탄성 중합체에 관한 논의를 위해 본 명세서에 반영되고 있다. 이러한 형상 기억 중합체 및 탄성 중합체는 동력 변환기 또는 작동기용 원동기로서 구성, 최적화 또는 사용되지 않았지만, 본 명세서에 개시된 내용에 따라 사용될 때 본 발명에 적절한 형상 기억 재료가 될 수 있다.
또한, 미합중국 특허출원 제184,873호는 세포의 성장을 자극하기 위해 신장(stretch)/이완(relaxation) 사이클을 수행하는 형상 기억 탄성중합체의 사용도 개시하고 있다. 신장/이완 사이클에서의 형상 기억 탄성중합체의 이용은 적절히 구성된다면 크루드 펌프(crude pump)에 비교될 수 있다. 본 명세서에서 기술한 것처럼, 이러한 형상 기억 탄성중합체와 같은 형상 기억 재료의 시이트 또는 스트랜드는 동력 변환 장치에서 블레이더 압축을 달성하도록 구성될 수 있다.
일반적으로, 어느 하나로부터 다른 것으로의 에너지 변환은 이용가능한 일 출력의 최적화를 고려할 때 중요한 개념이다. 효율적인 에너지 변환용 기계는 한가지 형태의 고에너지 포텐셜을 입력시킨 다음, 이용가능한 출력 형태로 변환시킨다. 예컨데, 수명중에 매일 사용되는 에너지 변환은(수력 발전기에 사용되는) 수력 에너지를 전기 에너지로; (전기 모터에 사용되는)전기 에너지를 기계 에너지로; (화석 연료 및 원자력 발전소에서 사용되는) 열 에너지를 기계적 에너지로; (브레이크, 클러치 및 작동기에 사용되는) 유압 에너지를 기계 에너지로 변환시키는 것들을 포함한다. 수력 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것은 고압 입력 포텐셜을 이용하고, 이용가능한 기계적인 동력 이동에 완전히 종속적이다. 본 명세서에 기술한 동력 변환기는 형상 기억 재료의 높은 응력 및 작은 이동 포텐셜을 기계적 또는 유체 형태의 이용가능한 동력 및 이동 출력으로 변환한다.
상술한 것처럼, 예컨데 하나의 동력 또는 에너지 형태로부터 다른 형태의 동력 또는 에너지로의 일반적인 동력 변환은 입 출력을 최적화하는데 중요한 개념이다. 예컨데, 수력 에너지로부터 전기 에너지로, 전기 에너지로부터 기계적 에너지로 그리고 원자력 에너지로부터 전기 에너지로의 변환들은 수명중에 매일 사용되는 중요한 변환들이다.
브레이크, 완충기, 댐퍼 등과 같은 기계적인 것으로부터 유압적인 것으로의 변환 및 그 역 변환은 다방면에 적용되는 또 다른 변환이다. 큰 동력과 작은 운동에서 작은 동력과 큰 운동으로의 또 다른 변환도 다방면에 이용되어 왔다.
유압식 동력 변환기의 공지된 실예는 대표적으로 자동차 브레이크이다. 브레이크 장치는 발로 밟는 기계적 동력을 큰 유압 포텐셜로 변환시키고 그 다음, 제동용의 이용가능한 기계적 동력으로 역 변환시킨다. 브레이크 장치는 유압 변환을 통하여 작은 동력과 큰 운동을 큰 동력과 작은 운동으로 변환시킨다.
브레이크는 유압 유체가 일을 하거나 출력을 발생시키도록 하기 위하여 유압 유체에 작용하는 동력을 이용하는 일예이다. 어떤 종류의 동력 변환에는 형상 기억 재료가 이용되어 왔지만, 본 발명자의 1989년 12월 11일자 미합중국 특허출원 제07/448,250호에 개시된 것을 제외하고는 형상 기억 재료가 유압 동력 변환과 관련하여 이용된 적은 없다. 그렇지만 어떤 종류의 비 유압식 작동기는 형성 기억 합금이 이용되었다.
본 발명의 최상의 태양은 형상 기억 재료인 니티놀을 이용한다. 현재로서는 이것이 가장 바람직한 가공 및 변형성을 가지고 있기 때문에 최상의 태양으로 선택되지만 다른 형상기억 재료도 이용될 수 있다.
형상 기억 합금의 종래의 이용에는, 조스트(Jost)의 발명(미합중국 특허 제3,968,380호), 히클링(Hickling)의 발명(미합중국 특허 제3,849,756호)에 따르는 자동 릴레이(relay)의 작동기와, 멜톤(Melton)의 발명(미합중국 특허 제4,205,293호) 및 듀로처(DuRocher)의 발명(미합중국 특허 제3,707,694호)에 의하여 개시된 온도 감지 작동기와, 블록(Block)의 발명(미합중국 특허 제4,761,955호)과 같은 회전형 작동기와, 스즈끼(Suzuki)의 발명(미합중국 특허 제4,736,587호)과 같은 전기·기계식 작동기와, 윌슨(Wilson)의 발명(미합중국 특허 제3,613,732호)과 같은 밸브 작동기와 기타의 것이 포함된다. 많은 수의 이러한 형상 기억 합금 작동기는 작동기 장치의 원동기로서 비효율적인 니티놀 스프링과 절곡 니티놀 와이어를 이용했지만 보다 효율적인 단일축 니티놀 와이어는 이용하지 않았다. 형상 기억 합금 작동기에 니티놀 스프링을 이용하면 작동기 장치의 작동/체적 또는 작동/중량의 최대비가 허용되지 않는다. 따라서 보다 효율적인 단일축의 형상 기억 합금 와이어를 여기에 개시된 동력 변환 장치를 기초로 한 작동기 요소로 이용하는 작동기가 필요하다.
그러나 보다 효율적인 단일축의 형상 기억 합금 와이어를 이용하는 경우 문제점이 발생하는데, 상기 와이어의 단일축 장력은 최적의 형상 회복을 위해서는 6% 내지 8%의 변형 연신율인 최대 임계변형 한계(CSL)에 제한된다는 문제점이 있다. 단일축의 형상 기억 합금 와이어의 성취 가능한 CSL 연신율은 형상 기억 합금 작동기 설계에 심한 제한을 가하게 된다. 이에 따라, 보다 큰 운동과 보다 낮은 동력을 요하는 작동기의 어떠한 이용이라도 단일축의 형상 기억 합금의 이용에 있어서 심하게 제한을 받는다. 따라서 여기에 개신된 동력 변환 장치에 의거하여 단일축의 형상 기억 합금 와이어인 작동기 요소의 높은 응력 출력과 작은 운동을 보다 낮은 동력과 보다 큰 운동의 작동기 출력으로 변환시키는 것이 가능한 동력 변환 장치를 이용하는 형상 기억 합금 작동기가 필요하다.
여러 종류의 동력 변환 장치가 공지되었지만 바람직한 형상 기억 합금 작동기는 단순하고 경량이고 소형이며 제작이 용이한 동력 변환 장치를 채택하는 것이 필요하다. 이에 부가하여, 많은 작동기가 반복형 기능에 이용되기 때문에 상기 동력 변환 장치는 신속 응답성 및 신속 순환성이 있어야 한다. 따라서 여기에 개시한 동력 변환 장치에 의거하여 단순하고 경량이고 소형이고 제작이 용이하며 신속 응답성 및 신속 순환성이 있는 동력 변환 장치를 이용하는 형상 기억 합금 작동기가 필요하다.
형상 기억 합금 작동기는 보편적으로 산업상 이용되므로 상기 작동기는 열악한 환경을 이겨낼 수 있어야 하며 보수 유지가 비교적 용이해야 한다. 이에 따라 여기에 개시된 동력 변환 장치에 의거하여 내구성이 있으며 일을 수행하는 중에 보수 유지를 덜 필요로 하는 형상 기억 합금 작동기가 필요하다.
여러 가지 이용에 있어서, 형상 기억 합금 작동기의 출력 동력을 제어하는 것이 바람직하다. 여러 가지 이용에 적용 가능한 출력 동력을 정확하게 제어 가능한 작동기가 바람직하다. 이에 따라 여기에 개시된 압력 변환 장치에 의거하여 출력 작동 동력이 제어 가능한 형상 기억 합금 작동기가 또한 필요하다.
더욱이 형상 기억 합금 작동기는 작동 에너지를 제공하고 전기·기계 장치를 제어하는데 전류 퍼텐셜이 용이하게 이용 가능한 환경에서 수회 사용된다. 작동을 위해서 전류 제어의 이용이 가능한 형상 기억 합금 작동기는 상기와 같은 일반적으로 알려진 환경에서 사용하는데 바람직하다. 따라서 여기에 개시된 동력 변환 장치에 의거하여 전류에 의하여 작동 및 제어 가능한 형상 기억 합금 작동기가 또한 필요하다.
또한 여기에 개시된 동력 변환 장치에 의거한 형상 기억 합금 작동기는 태양 에너지, 폐기 에너지와 같은 저렴하고 그리고/또는 풍부한 에너지원, 및/또는 일예로 잠열 유체, 폐열 산업 유체 또는 태양열 가열 유체와 같은 기타의 열 에너지를 이용하기 위하여 제작될 수 있다.
낮은 포텐셜로부터 유효일을 제공하는 일 발생 장치를 구비하는 것도 또한 바람직하다. 여기에 개시된 것에 의거한 동력 변환 장치는 이 장치에 필요한 것들을 충족시킨다.
본 발명은 유압 동력 변환과 관련하여 이용된 형상 기억 재료를 포함하는 동력 변환 장치를 제공하려는 것이다. 본 발명의 동력 변환기는, 유압 동력 변환 유닛에 작용해서 이 유압 동력 변환 유닛에 내장된 유압 유체에 작용하여 이 유압 유체가 일을 수행하도록 하는 형상 기억 재료를 이용한다. 기본 실시예에서 본 발명의 유압 동력 변환기는 길이 형상 기억 중합체 또는 단백질과 같은 단일축의 형상 기억 재료 스트랜드(strand), 또는 니티놀 와이어와 같은 형상 기억 합금 스트랜드를 이용하며 유압 피스톤이 내장된 유압 실린더를 이용한다. 본 발명의 최상의 태양은 형상 기억 재료인 니티놀을 이용하는 것이다. 현재로서는 이것이 가장 바람직한 가공 및 변형성을 가지고 있기 때문에 최상의 태양으로 선택되었지만 다른 형상 기억 재료도 이용될 수 있다. 피스톤은 형상 기억 재료의 작동에 의해 제1 위치에서 제2 위치로 이동되는데, 이 형상 기억 재료는 이것에 가해진 일예로 열 또는 전류와 같은 에너지 퍼텐셜에 의하여 작동되어서 유압 실린더로부터 나온 유압 유체를 가압하다. 유압 유체의 운동은 일을 실행시킬 수 있으며, 유압 유닛는, 일예로 밸브, 브레이크 작동기, 포핏 밸브(poppet)와 같은 많은 장치 중 임의의 장치에, 또는 유압력 또는 이에 상당하는 것에 의하여 작동 가능한 기타의 많은 장치 중 임의의 장치에 연결시킬 수 있다.
[발명의 요약]
본 발명 기본적인 유압식 형상 기억 재료 동력 변환기는 유압 유체가 내장된 유압 유닛과, 유압 유닛의 한 단부와 다른 단부에서 유압 유닛의 고정 지점 또는 제2 단부에 연결된 형상 기억 재료(즉, 니티놀)을 포함한다. 상기 형상 기억 재료가 활성화될 때 이것은 자신의 비활성 형상으로부터 활성 형상으로 변형되어서 상기 유압 유닛를 제1 위치에서 제2 위치로 변경시킨다. 유압 유닛 내에 내장된 유압 유체는 유압 유닛로부터 수용 장치로 이동함으로써 유압 유닛이 제1 위치에서 제2 위치로 이동하는 것에 응답하는데, 상기 수용장치는 유압 유체의 운동에 의하여 일을 수행한다. 형상 기억 재료가 냉각될 때 이 형상 기억 재료는 활성 상태에서 비활성 상태로 복귀 변형되고 이에 따라 유압 유닛은 최초의 위치로 되돌아 가고 유압 유체는 유압 유닛으로 되돌아 간다. 선택적으로 형상 기억 재료에 있어서, 일예로 모터 회로의 경우와 같이 일방 밸브 또는 포핏 밸브를 통하여 유압 유닛 내에 흡인되는 부가적인 또는 새로운 유체의 변경은 허용된다.
본 발명의 유압식 형상 기억 재료 동력 변환기의 제1 실시예에서 유압 유닛은 유압 실린더, 유압 피스톤, 유압 실린더 내에 분포된 유압 유체 및 작동기 요소로서 길이 기억 재료를 포함한다. 유압 피스톤은, 에너지 퍼텐셜(즉, 전기 포텐셜 또는 pH 포텐셜과 열유체 포텐셜)이 가해지면 작동하는 형상 기억 재료의 작동에 의하여 유압 실린더 내의 제1 위치로부터 이동한다. 상기 제1 위치에서 제2 위치로 이동할 때 유압 피스톤은 유압 실린더 내에 분포된 유압 유체를 방출시킨다.
유압 유체는 유압 실린더로부터 도관을 통해서 수납 장치로 변위되며, 이로써 유압 유체가 일을 수행하게 된다. 형상 기억 재료로부터 작동 에너지 포텐셜(즉, 열)을 제거함으로써 피스톤을 제1 위치로 복귀시키는 것이 가능하며 따라서 유압 유체를 유체 실린더로 복귀시키는 것이 가능하거나 추가의 또는 새로운 유체를 유압 유닛으로 배출하는 것이 가능해진다. 필요하다면, 피스톤을 자체의 제1 위치로 복귀시키는 것을 돕도록 편향 장치를 피스톤에 부착할 수도 있다. 이 실시예에서, 유압 형상 기억 재료는 유압 피스톤의 외측에 위치한다.
본 발명의 유압 형상 기억 재료 동력 변환기의 또다른 실시예에서, 형상 기억 재료의 길이는 유압 실린더 내에서 유지되며 유압 유체내에 침지된다. 동력 변환기의 작동은 상기 실시예에서와 유사하지만, 유압 유체는 형상 기억 재료가 작동되지 않을 때 이로부터 열을 제거하는 흡열부로써 작용하며, 이로써 형상 기억 재료를 냉각시킬 수 있게 된다.
본 발명의 유압 형상 기억 재료 동력 변환기의 또 다른 실시예에서, 연성 유압 유닛은 유압 실린더 및 유압 피스톤 조합체로 대체된다. 이 실시예에서, 유압 유체는 예를들어 팽창성 금속 벨로우즈 또는 탄성중합체 블레이더인 연성 유압 유닛내에 분산되며, 형상 기억 재료는 연성 유압 유닛에 유닛으로부터의 유압 유체를 가하도록 작용한다.
본 발명의 유압 형상 기억 재료 동력 변환기의 또 다른 실시예는 형상 기억 재료의 스트랜드의 시트, 층 또는 네트워크 내에 내장된 탄성중합체 블레이더와 같은 연성 유압 유체 내장 유닛을 포함하는 블레이더 압축 유닛이다. 상기 실시예에 특히 유용한 재료는 형상 기억 중합체 또는 탄성중합체이다. 형상 기억 재료가 수축됨으로써, 내장 유닛으로부터 출구 포트를 통해 유압 유체를 가하는 연성 유압 유체 내장 유닛을 수축시킨다. 이 유체의 이동은 일을 수행하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 유압 동력 변환기 장치는 간단하고 가볍고 소형이며, 빠른 반응 및 사이클이 가능한 유닛을 용이하게 제조할 수 있게 한다. 동력 변환기 장치는 제어가능한 동력 출력을 갖는 형상을 취할수도 있다. 이러한 제어 가능한 동력 출력은 예를들어 사용된 실린더의 유압비와 (형상 기억 재료의) 원동기의 형태, 크기 및 수를 선택하고 유압 및 냉각 유체를 선택함으로써 얻을 수 있다. 형상 기억 재료가 가열 및 냉각 중에 저항성 피드백을 제공할 수 있기 때문에 피드백 의존 회로의 길이를 정확하게 가열 및 냉각하는 것이 용이해진다.
한가지 예로써 본 발명의 한가지 실시예에서는 유압 동력 변환기와 관련해서 사용되는 형상기억 합금 작동 부재를 내장한 유압 형상기억 합금 작동기를 제공하는 형상을 취한다. 이 실시예의 작동기는 작동 부재로써 니티놀 와이어와 같은 단일축 형상기억 합금 와이어를 사용한다. 유압 형상기억 합금 작동기는 유압 피스톤을 각각 내장한 한쌍의 유압 실린더를 갖는다. 제1 피스톤은 형상기억 합금 작동부재의 작동에 의해 제1 위치로부터 이동되며, 상기 작동부재는 이를 가열시키는 전류를 통과시킴으로써 작동된다. 제2 유압 피스톤은 양 실린더와 연통하는 유압 유체를 통해서 제1 유압 피스톤의 이동으로 반응하여 일을 수행하게 하며, 이로써 형상기억 합금 작동 와이어의 높은 동력 출력 및 작은 변위를 낮은 동력 및 큰 이동으로 작동기 출력을 변환시킬 수 있다. 작동기 부재를 냉각시킴으로써 제1 피스톤이 이의 제1 위치로 복귀되게 하고 제2 피스톤을 이의 휴지 위치로 복귀되게 편향시킬 수 있다.
본 발명의 유압 형상기억 합금 실시예의 제1 보조 실시예에서는 2개의 실린더가 동심으로 설치되고, 제2 보조 실시예에서는 제2 실린더가 제1 실린더의 외부에 위치하지만 제1 실린더와는 유체 연통된다.
본 발명의 보조 실시예의 작동기에 사용된 유압 변환 장치는 간단하고 가볍고 소형이며 제조가 용이하다. 이 변환 장치는 또한 빠른 반응 및 사이클이 가능하다. 형상 기억 합금 작동기 부재와 유사한 상기 장치는 견고하며, 적은 작동 유지 비용을 필요로 한다. 본 발명의 작동기는 자체의 동력 출력이 작동기에 내장된 형상기억 합금 작동기 부재의 수에 기초하여 또는 부재를 통과하여 가열하는 전류의 양에 기초하여 제어가능하도록 하는 형상을 취할 수 있으며, 상기 방법은 부재를 선택적으로 가열하는데 사용된다. 또한, 형상기억 합금 작동기 부재는 가열 및 냉각중에 저항성 피드백을 제공할 수 있어서 피드백 의존 온도제어 회로에서의 부재를 정확하게 가열 및 냉각시킬 수 있게 한다.
본 발명의 목적은 유압 동력 변환 유닛과 관련하여 형상기억 재료를 사용하는 동력 변환기를 마련하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 형상기억 재료의 높은 동력 출력을 유압 유체로 변환시킬 수 있는 동력 변환기를 마련하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 간단하고 가볍고 소형이며 용이하게 제조할 수 있고 빠른 반응 및 사이클이 가능하고 내구성이 있고 경제적으로 그리고 용이하게 사용할 수 있는 동력 변환기를 마련하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 제어가능한 출력을 갖는 동력 변환기를 마련하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 어떠한 형상을 취할수도 있으며 특히 효율적인 단일축 형상을 취하는 형상기억 재료의 작동을 이용할 수 있는 동력 변환기를 마련하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 현재 사용되고 있는 동력 변환기에 대체할 수 있는 동력 변환기를 마련하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 작동부재와 같은 더욱 효과적인 단일축 형상기억 합금을 이용하는 작동기를 마련하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 단일축 형상기억 합금 와이어 작동부재의 높은 동력 출력 및 적은 이동을 낮은 동력 및 큰 이동으로 작동기 동력을 변환시키는 것이 가능한 작동기를 마련하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 간단하고 가볍고 소형이며 용이하게 제조할 수 있고 빠른 반응 및 사이클이 가능한 동력 변환 장치를 사용하는 작동기를 마련하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 견고해서 적은 작동 유지 비용을 필요로 하는 작동기를 마련하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 자체의 작동 동력 출력이 제어가능한 작동기를 마련하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전류에 의해 작동 및 제어할 수 있는 작동기를 마련하는 것이다.
상기한 목적 및 기타의 목적등은 형상기억 합금을 사용하는 유압 동력 변환기에 대해서 하기에 기재된 본 발명에 의해서 성취할 수 있다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명의 작동기의 작동되기 전의 제1 보조 실시예를 도시한 단면도.
제2도는 작동기가 작동 상태에 있을 때의 제1도 작동기의 제1 보조 실시예를 도시한 단면도.
제3도는 제2 보조 실시예에 따른 실시예의 작동기를 도시한 단면도.
제4도는 작동 상태로 도시된 실린더 및 피스톤을 사용하는 본 발명의 동력 변환기를 도시한 단면도.
제5도는 비작동 상태로 도시된 내부 형상기억 재료 스트랜드를 사용하는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 단면도.
제6도는 부분적으로 작동 상태로 도시된 팽창성 벨로우즈 또는 블레이더를 사용하는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 단면도이다.
[양호한 실시예에 대한 상세한 설명]
도면에서는 유사한 부분에는 유사한 부호를 사용하였으며, 제1도 내지 제3도는 본 발명의 작동기 실시예의 다양한 보조 실시예를 도시하고, 제4도 내지 제6도는 본 발명의 동력 변환기의 다양한 보조 실시예를 도시한다.
본 발명의 동력 변환기의 상세 실시예들인 제4도, 제5도 및 제6도에서, 제4도는 작동 상태의 본 발명의 유압 동력 변환기(120)의 한 실시예를 도시하고, 제5도는 작동 상태의 본 발명의 유압 동력 변환기(310)의 다른 실시예를 도시한다. 제6도는 더 가요성인 유압 유체 유닛을 사용하는 본 발명의 유압 동력 변환기(410)의 또 다른 실시예를 도시한다.
제4도에는 기존의 유압 실린더(212) 및 피스톤(216)을 사용하는 유압 동력 변환기가 도시되어 있다. 피스톤(216)은 유압 실린더(212) 내에서 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동할 수 있다. 유압 유체(222)는 피스톤 유체 접촉 표면(256)과 실린더 상부 섹션(244) 사이에서 분산된다. 실린더(212)내에서의 피스톤(216)의 이동은 피스톤 유체 접촉 표면(256)과 실린더 상부 섹션(244)사이의 공간으로부터 유압 유체(222)가 일을 수행하게 되는 (도시되지 않은) 수납 장치로 유압 유체(222)를 밀어낸다. 즉, 실린더(212) 내에서의 피스톤(216)의 이동은 도관(266)을 통해 밀려나는 유압 유체(222)에 의해 원격 장치에 연통된다. 도관(266)은 실린더(212)와 (도시되지 않은) 수납 장치를 연결하기 위해 유압 유체(222)가 통과하게 되는 유압 호스 또는 이와 유사한 수단을 포함하기도 한다.
제4도에 도시된 형상에서는 단지 하나의 형상기억 재료 스트랜드(220)이 도시되었지만 복수개의 스트랜드를 사용할 수도 있다. 물론, 여기에서 사용한 "스트랜드"는 예를들어 단일축 스트랜드, 꼰 스트랜드, 다심 토우, 코일 또는 헬릭스 및 이와 유사한 것을 포함하며 2개 지점 사이에서 연결될 수 있는 어떠한 형상의 형상기억 재료도 의미하는 것이다.
유압 실린더(212)는 피스톤(216)의 수직 연장부(270)이 통과하게 되는 개구를 그안에 갖춘 상부 섹션(244)를 갖는다. 연장부(270)은 제1 피스톤 유체 접촉 표면(256)의 중심으로부터 상방으로 돌출하며, 스트랜드(220)의 기계적 부착 지점을 마련하도록 그 안에 위치한 나사형성 패스너(250)을 갖는다. 패스너(250)은 또한, 전기라인(228)에 연결될 때 스트랜드(220)을 위한 전기 접속부를 마련한다. 나사형성 패스너(250)은 사용 용도에 따라 전기 전도성 또는 부전도성 재료로 될수 있다. 일반적으로, 피스톤(216)은 전기 전도성 재료로 제조되며, 패스너(250)이 부전도성 재료로 되는 것이 바람직하며, 이로써 라인(228)이 패스너(250)상의 스트랜드(220)에 접촉되게 하지만 스트랜드(220)은 아직 연장부(270)으로부터 전기 절연된다.
유압 실린더(212)는 피스톤(216)의 상방 및 하방 이동을 각각 제한 하기 위해서 자체의 내측 구멍을 따라 피스톤 정지부(240,242)를 갖는다. 피스톤 정지부(240)은 유압 실린더(212)와 실린더 상부 섹션(244)의 접합점에서 내측각을 갖고 위치한다. 피스톤 정지부(240,242)는 홈들을 수용하도록 유압 실린더(212)의 내측 구멍에 있는 대응 원형홈을 갖는 원형 형태를 취하는 것이 바람직하다. 피스톤 정지부(240, 242)는 피스톤(216)의 이동을 정확하게 제한하도록 강철과 같은 강성 재료로 제조된다.
긴 원형 지지부(272)가 실린더 상부 섹션(244)로부터 연장되는데, 이 실시예에서 상기 지지부는 유압 실린더(212) 외측의 스트랜드(220) 위치에 부분적으로 사용되며 유압 실린더(212)내에 내장된 유압 유체(222)와의 접촉이 해제된다. 나사형성 패스너(250)과 유사한 나사형성 패스너(252)는 지지부 상부(274)를 통해서 연장되며 스트랜드(220)의 상부 기계적 부착 지점을 제공하기 위해서 패스너(250)에 반대로 위치한다. 패스너(252)는 스트랜드(220)의 부착을 위한 고정 지점을 마련한다. 유압 실린더(212)에 대한 위치에 고정된 다른 지점들도 사용될 수 있다.
스트랜드(220)은 실린더(212)에 외부적으로 고정될 수도 있고 실린더 구멍 또는 피스톤 구멍에 내부적으로 고정될 수도 있으며 피스톤(216)의 양 표면에 [즉, 유압 유체(222)에 접촉하는 표면 또는 반대쪽 표면에]고정될 수도 있는데, 상기 모든 경우에 동일한 결과를 얻게 된다. 스트랜드(220)이 유압 유체(222)의 변위를 일으키는 피스톤(216)에 의해 작동되는한 변환기는 본 발명의 범위내에 있다. 또한, 스트랜드(220)은 2중 작용 실린더를 형성하는 피스톤(216)의 양측면에 고정되기도 한다. 한쌍의 스트랜드가 작동되면 피스톤은 한 방향으로 당겨지게 되고, 다른 쌍의 스트랜드가 작동되면 피스톤은 반대 방향으로 당겨지게 된다. 이러한 모드에서, 보완 방법으로 대향 스트랜드들의 작용이 피스톤(216)의 복귀 이동을 일으키기 때문에 복귀 스프링과 같은 편향 수단은 필요치 않으며 유압 유체(222)가 유압 실린더(212)로부터 배출되며 유압 실린더 안으로 복귀하는 것을 허용한다. 이와달리, 형상기억 재료 펌프는 상기한 방법의 형상을 취할수 있다.
패스너(250)과 유사한 패스너(252)는 또한, 전기 라인(226)에 연결될 때 스트랜드(220)의 전기 접속부를 제공한다. 나사형성 패스너(250)은 동력 변환기(210)의 사용 용도에 따라 전기 전도성 또는 비전도성 재료로 제조될 수 있다. 상술한 패스너(250)에서는 지지부(272)가 전기 전도성 재료일 때 비전도성 재료로 되는 것이 바람직하며, 이로써 라인(226)이 스트랜드(220)의 상부에 접촉하는 것을 허용하지만 스트랜드(220)이 지지부(272)로 부터는 전기 절연되게 한다. 지지부(272)의 측벽은 그를 통해 연장되는 전기 절연체(276)을 갖기도 하며, 절연체(276)을 통과하는 라인(228)이 지지부(272)로부터 전기절연되게 한다. 지지부(272)가 전기 비전도성 재료이면, 패스너(252)가 전기 전도성 재료로 될수도 있다. 스트랜드(220)은 스트랜드(220)을 약화시키거나 스트랜드에 나쁜 영향을 미치지 않는 땜질 또는 용접 방법에 의해서 또는 압축 피팅에 의해서 나사형성 패스너(250,252)에 대개 부착되지만, 어떤 적합한 방법으로도 부착될 수 있다.
제4도에 도시된 실시예에서, 유압 실린더(212)는 유압 실린더(222)를 내장할 수 있는 강철, 주철 또는 세라믹 재료와 같은 무공성 강성 재료로 제조된다. 무공성의 강성 경량 재료, 즉 알루미늄 또는 플라스틱 중합체와 같은 재료도 경량의 동력 변환기(210)을 만드는데 사용할 수 있다. 실린더가 사용되면, 실린더(212)는 이 기술 분야에 공지되어 있는 가공 밥법을 사용하여 가공되며 특별한 마무리 가공을 필요로 하지 않는다. 실린더(212)는 또한 단일편 주조 유닛으로부터 형성될 수 있다. 이와달리, 하기에 상세하게 설명하는 것처럼 유압 유닛은 비강성으로 구성될수도 있다. 예를 들어, 금속 벨로우즈, 탄성중합체 격막 또는 팽창성 블레이더 등이 유압 실리더(212), 지지부(272) 또는 피스톤(216) 대신에 유압 유체를 저장하는데 사용될수도 있다. 따라서, 본 발명의 가장 양호한 실시예에 대해서 설명하였으나, 유압 유닛, 유압 유체 및 형상기억 재료의 조합체에서 형상기억 재료의 작용에 의해 유압 유닛이 유압 유체를 변위시켜 유압 유체가 일을 수행할 수 있게 하는 것이 본 발명의 개념이다.
이러한 관점에서, 각각의 유압 실린더(212) 및 유압 피스톤(216)은 연성으로 구성될 수 있다. 예를들어, 비강성 실린더 또는 피스톤은 금속 벨로우즈 및 탄성중합체 격막 또는 팽창성 블레이더를 포함할 수 있다. 따라서, 여기에서 사용된 "실린더" 및 "피스톤"은 강성 또는 연성 실린더 또는 피스톤을 의미하는 것을 알 수 있다. 연성 재료가 사용되면, 피스톤 정지부(240,242)는 스트랜드를 과도하게 인장시키지 않도록 실린더(212) 또는 피스톤(216)의 이동이 제한되어야 할 필요성을 갖지 않는다.
연성 실린더(212) 또는 피스톤(216)의 이동은 실린더(212) 또는 피스톤(216)의 구조적 특성에 기인하여 자체적으로 제한되거나, 또는 추가의 부재를 요하기도 한다. 실린더(212) 또는 피스톤(216)의 과도한 이동에 기인하여 스트랜드(220)이 과도하게 인장되는 것을 방지하기 위해 사용된 부재는 (도시되지 않은) 금속 브레이스, 브래킷 또는 스페이서와 같은 공지된 기계적 정지부를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 본 발명과 관련하여 사용된 연성 재료에 대해서는 제6도를 참조하여 더욱 상세하게 설명된다. 이와 달리, 동력 변환기(210)은 (도시되지 않은) 유체 축압기를 사용함으로써 유압 실린더(212)에서의 과도한 유체 압력을 방지하는 수단을 포함하기도 한다. 대표적인 유체 축압기는 과도한 압력에 대해서 편향되는 스프링 작용식 벨로우즈 장치를 포함한다.
제4도에 도시된 실린더(212) 및 피스톤(216)은 강성 실린더 및 강성 피스톤이다. 피스톤(216)은 유체 접촉 표면(256)과 실린더 상부 섹션(244) 사이에 분산된 유압 유체(222)와 접촉하는 상부 유체 접촉 표면(256)을 갖는다. 도시된 피스톤(216)은 동력 변환기(210)에서 생성된 동력에 대해서 견딜 수 있는 강성 재료로 제조된다. 강성 피스톤 재료로써 통상적으로 사용되는 재료는 금속 및 중합체를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 강성 재료가 사용되면, 이 기술 분야에 공지되어 있는 "0링" 또는 피스톤 링을 사용하여 피스톤(216)과 실린더(212) 사이의 내부벽으로부터 또는 피스톤 연장부(270)과 실린더 상부 섹션(244) 사이로부터 유압 유체(222)가 방출되는 것을 방지하게 된다.
지지부는(272)는 동력 변환기(210)의 작동중에 스트랜드(220)의 적절한 위치를 유지하게 하는 금속 또는 플라스틱과 같은 어떠한 강성 재료로도 제조될 수 있다. 지지부(272)의 상부(274)는 지지부(272) 및 실린더 상부 섹션(244)에 의해 형성된 챔버 내측에 연행된 불필요한 공기 또는 유체의 방출을 허용하며 스트랜드(220)에 의해 가열된 더운 공기 또는 유체를 배출하는 통로를 마련하는 복수개의 채널(278)을 갖는다. 대개, 공기는 지지부(272)와 실린더 상부 섹션(244)에 의해 형성된 챔버 내에서 순환되어 스트랜드(220)을 냉각시킨다. 이와달리, 스트랜드(220)의 냉각은 채널(278)을 통해서 스트랜드(220) 주위에 냉각 유체와 같은 열교환 매체를 이동시킴으로써 대류 전달을 통해서 이루어진다.
형상기억 재료 스트랜드(220)은 형상기억 재료의 전이 온도 범위 이상으로 스트랜드(220)을 가열함으로써 대개 작동된다. 제4도에 도시한 실시예는 스트랜드(220)을 자체의 전이온도 범위 이상으로 전체 길이를 따라 가열하도록 스트랜드(220)을 통해서 전류를 흐르게 하기 위한 전기 장치를 포함한다. 제4도에 도시된 전기 장치는 전기 전류 공급원 및 연결 라인(226, 228 및 228과 동일하지만 다심 와이어의 경우에 사용되는 230)을 포함한다. 전기 전류 공급원에 의해 생성된 전기 전류를 조절하는 것은 스위치(224)에 의해 이루어진다. 이와달리, 전기 장치는 복수개의 스트랜드가 사용되는 경우에 많은 수의 스트랜드(220)을 가열하는 것을 개별적으로 제어하는데 사용되는 추가의 스위치 및 연결 라인을 포함할 수도 있다. 이러한 형태의 형상은 각각의 스트랜드(220)이 분리된 동력을 동력 변환기(210)의 전체 출력 동력을 형성하는데 사용함으로써 동력 변환기(210)이 제어가능한 동력 출력을 갖게 한다. 또한, 가변 전기 전류 공급원이 마련될 수도 있다. 가변 전기 전류 공급원은 온도를 상승시켜 스트랜드(220)의 동력 출력을 변화시킬 수 있다. 물론, 다른 형태의 전기 장치 형상도 사용가능하다.
스트랜드(220)을 통해서 전기 전류를 흐르게 하는 전기 장치를 도시하였으나, 대류 가열, 전도 가열 및 복사 가열 방법으로도 스트랜드(220)을 가열할 수 있다. 예를들어, 스트랜드(220)은 지지부(272) 및 실린더 상부 섹션(244)에 의해 형성된 챔버내에 있는 공기 또는 열교환 유체의 온도 상승에 따라 전이온도 범위 이상으로 가열될 수도 있다. 또한, 유압 유체(222)는 액체 또는 가스와 같은 유압 상태에서 사용 가능한 어떤 유체로도 될수 있다. 대개, 표준 상용 유압 유체와 같은 액체가 사용되지만, 다른 액체도 사용가능하다. 이 유체는 주변의 실린더 및 피스톤에 나쁜 영향을 미치지 않으며, 유체가 스트랜드(220)에 접촉하여 스트랜드(220)의 기능에 나쁜 영향을 미치지 않는다. 바람직한 것은 비압축성 유체를 사용하는 것이다.
동력 변환기(210)은 스트랜드(220)을 이의 전이 온도 범위 이상으로 가열함으로써 작동한다. 스트랜드(220)을 이의 전이온도 범위 이상으로 가열함으로써 형상기억 재료가 자체의 원래 형상으로 복귀하게 되며 이 경우에는 길이가 더 짧아진다. 스트랜드(220)을 가열하기 전에 피스톤(216)은 피스톤 정지부(242) 위에 위치하며 스트랜드(220)은 이의 신장된 형상을 취한다. 스트랜드(220)을 이의 전이온도 범위 이상으로 가열하게 되면, 스트랜드(220)이 자체의 원래 형상으로 되돌아 와서 길이가 짧아지고 그 결과 피스톤(216)이 피스톤 정지부(240)에 대해서 제4도에 도시된 작동 위치로 상승하게 된다. 피스톤(216)이 피스톤 정지부(240)쪽으로 이동함으로써, 유압 유체(222)가 도관(266)을 통해 (도시되지 않은) 수납 장치로 변위되며, 이로써 유압 유체(222)가 일을 수행하게 된다. 스트랜드(220)을 이의 전이온도 범위 이하로 냉각시키면 피스톤(216)이 피스톤 정지부(242)에 대해 비작동 위치로 복귀하게 된다.
제4도에 도시된 동력 변환기(210)의 작동은 스위치(224)를 연결함으로써 개시되며, 이로써 전기 전류 공급원이 라인(226,228)에 접속된다. 이는 스트랜드(220)을 통해서 전기 전류를 흐르게하는 전기 회로를 구성하게 된다. 스트랜드(220)이 높은 전기 저항을 갖기 때문에, 이를 통해 흐르는 전기 전류가 스트랜드를 전이 온도 범위 이상으로 가열하게 된다. 스트랜드(220)이 이의 전이온도 범위 이상으로 가열되면, 길이 방향 치수가 감소하여 피스톤(216)을 지지부(272)의 상부(274)에서 나사형성 패스너(252) 쪽으로 당기게 된다. 이러한 방법에서, 피스톤(216)은 제4도에 도시된 것처럼 피스톤 정지부(242)에 대한 제1 또는 비가열 위치로부터 피스톤 정지부(240)에 대한 제2 또는 가열 위치로 이동한다. 피스톤(216)이 제1 위치로부터 피스톤 정지부(240)에 있는 제2 위치로 이동함으로써 유압 유체(222)가 도관(266)을 통해서 수납 장치로 변위된다.
스위치(224)가 비접속 위치로 복귀하면, 전기 전류 공급원이 연결 라인(226,228)에서 분리되어 스트랜드(220)의 가열을 중단시켜 스트랜드가 냉각되기 시작하며, 이러한 냉각률은 지지부(272)와 실린더 상부 섹션(244)에 의해 생성된 챔버내에 포함된 공기 또는 열교환 유체에 의해 소모된 열의 양으로 결정된다.
스트랜드(220)이 그것의 전이 온도 범위이하로 냉각될 때, 형상 기억 재료는 (이하에 상세히 기술되는) 편향 수단이 피스톤을 유압 실린더(212)의 비작동 위치로 이동시키는데 충분한 동력을 갖는 비작동 상태로 돌아간다. 피스톤(216)의 작동 위치에서 휴지 위치로의 이동은 유압 유체(222)를 유체 접촉면(256)과 실린더 상부(244) 사이의 공간내로 이동 시킨다. 피스톤(216)의 이동은 전술된 바와 같이, 피스톤 정지부(200, 242)에 의해 제한된다.
제5도에 의하면, 동력 변환기의 선택적인 실시예가 (310)으로 도시되었다. 작동을 하는 동력 변환기를 도시하는 동력 변환기의 이실시예는 일체식 유압 실린더, 다수의 형상기억 재료 스트랜드, 열발산 또는 냉각 핀(338) 및 유압 유체 도관(348)에 장착된 정상부를 구비한다. 유압 실린더(312)는 제1 위치 및 제2 위치 사이에서 이동 가능한 피스톤(318)을 갖는다.
한쌍의 형상기억 재료 스트랜드(320)이 유압 실린더(312)내에 위치되고 각 스트랜드(320)은 서로 각각에 대하여 반대 방향으로 대향 관계에 있고, 제1 단부에서는 피스톤(316)에 부착되고, 제2 단부에서는 유압 실린더(312)의 정상부(344)에 부착된다. 이 방법에서, 각 스트랜드(320)의 제2 단부는 실린더(312)내에 배열된 고정점에 부착된다. 각 스트랜드(320)의 제2 단부는 또한 실린더(312)에 대한 위치에서 고정되는 다른점에 부착될 수 있다. 두 개 이상의 스트랜드(320)이 서로 각각에 대하여 균일하게 이격된 스트랜드(320)을 갖는 경우에 사용될 수 있다.
유압 유체(322)는 유압 실린더(312)의 내부에 분산된다. 이곳에 사용된 "유압(hydraulic)"이란 용어는 액체 또는 가스와 같은 유압 작용을 할 수 있고 모든 유체의 이동과 동력을 의미한다. 스트랜드(320)을 전기적으로 가열하기 위하여 연결라인(326, 328, 330)을 통하여 전류를 공급하는 스위치(324)에 의하여 제어되는 전원이 이 실시예에 마련된다.
제5도의 도시와 같이, 유압 실린더(312)는 상부 실린더부(326)을 하부 실린더(334)에 연결시키는 환형 플랜지(332)를 구비한다. 상부 실린더부(336)은 하부 실린더(334) 보다 작은 구멍 직경을 갖는다. 이 구조는 전반적으로 간결한 동력 변환기 구조와 균일한 실린더 벽 두께를 유지하면서도 열 발산 또는 냉각 핀(338)의 합체를 가능하게 한다. 즉, 제5도에 도시된 간결한 동력 변환기(310)의 형상을 하단 실린더부(334)의 외부를 지나 돌출하지 않는 상단 실린더부(325) 외측에 (도시된 바와 같이 방사상으로 위치되거나 수직으로 위치된) 냉각 핀(338)을 부착시킬수 있다. 또한, 유압 실린더(312)는 전 길이를 통하여 일정한 구멍 직경을 갖고 냉각 핀(338)을 구비하지 않거나 냉각 핀(338)이 유압 실린더(312)의 전체 높이 또는 높이의 일부로부터 방사상으로 연장된다.
냉각 핀(338)은 스트랜드(320)으로부터 열의 발산을 촉진하기 위하여 상단 실린더부(336)의 외측 또는 (도시되지 않은) 유압 실린더(312)의 내부 표면에 위치된다. 냉각 핀(338)은 스트랜드(320)을 냉각 시키기 위한 수단을 구비하고 스트랜드(320)을 작동 상태에서 비작동 상태로 변화시키는 시간을 감소시킨다. (도시되지 않은) 유압 실린더(312)의 외측에 부착된 열전기 열 교환 유닛과 같은 다른 냉각 수단도 가능하다. 또한 냉각은 냉각 유체와 같은 열교환 매체를 동력 변환기(310) 또는 스트랜드(320) 주위로 이동시키는 대류 전달에 의해서도 수행된다.
본 실시예의 유압 실린더(312)는 피스톤(316)의 상하 이동을 각각 제한하기 위한 내부 구멍을 따라 격리된 피스톤 정지부(340, 342)를 내장한다. 피스톤 지지부(340)은 플랜지(332) 내부에 인접하여 위치된다. 제1 실시예에서와 같이, 피스톤 정지부(340, 342)는 써클립(circlip)을 수용하기 위한 유압 실린더(312)의 내부 구멍에 제공된 대응 써클립 홈을 갖는 써클립 형태이다. 피스톤 정지부(340, 342)는 실린더(312)내로 피스톤의 이동을 정확하게 제한 시키기 위하여 강철과 같은 강성 재료로 제조 되어야 한다. 유압 실린더(312)는 유압 유체(322)가 도관내로 통과하도록 하는 중앙 개구(346)을 갖는 정지부(740)를 구비한다. 피스톤 정지부(342)에 휴지해 있는 제1 또는 휴지 위치로부터 피스톤 정지부(340)을 도관(348) 밖의 유압 실린더(312)의 내부로부터 일을 수행하는 (도시되지 않은) 수납 장치로 변환 시킨다.
각 스트랜드(320)의 단부를 부착하기 위한 견고한 기계적인 연결을 이루는 한 쌍의 나사 결합된 패스너(352)가 유압 실린더 정지부(344)내에 피스톤(316)에 대향 관계로 설치된다. 이실시예에서, 나사 결합된 패스너(352)는 유압 실린더(312) 벽과 스트랜드(320) 사이에서 전기 접속을 이루기 위하여 전기 재료로 제조되어야 한다. 나사 결합된 패스너(352)가 스트랜드(320)과 유압 실린더(312) 사이에서 양호한 전기 접속을 유지하므로, 접속 라인(326)이 전류 통로를 이루도록 유압 실린더(312)의 외측벽에 직접 부착된다. 피스톤(316)에 장전된 나사 결합된 패스너(350)은 라인(328, 330)에 각각 연결되고 이 실시예에서, 전기 전도성 금속으로 제조되고 전기 부도체 피스톤(316)에 의하여 서로 각각으로부터 절연된다. 또한 나사 결합된 패스너(350)은 피스톤(316)이 전기 전도재료로부터 제조될 때 주위 피스톤 재료로부터 스트랜드(320)을 절연할수 있다. 이것은 각 스트랜드(320)이 필요한 작용에 따라 서로 각각 독립적으로 작용하게 한다.
실린더 정지부(344)에 내장된 나사 결합된 패스너(352)는 부착된 스트랜드(320)이 주위 실린더 벽으로부터 전기적으로 절연되는 형태의 패스너를 포함한다. 예를 들면, 부도체인 세라믹으로 제조된 나사 결합된 패스너가 사용될 수 있다. 그 경우에, 접속 라인(326)은 실린더 정상부(344)의 나사 결합된 패스너(352)에 직접 부착된다.
스트랜드(320)은 일반적으로, 스트랜드(320)을 열악하게 하지 않는 땜질, 용접 또는 압축 고정 방법에 의해 나사 결합된 패스너(350, 352)에 부착되나 다른 어떤 수단에 의해서도 부착될 수 있다.
제1 실시예에서와 같이, 제5도에 도시된 유압 실린더(312)는 유압 유체를 포함하는, 강, 주철 또는 세라믹과 같은 무공성 강성 재료로 제조된다. 알루미늄, 소성 중합체와 같은 무공성 경량 강성 재료가 경량 동력 변환기(312) 구성에 사용될 수 있다. 실린더(312)는 당업계에 공지된 가공방법을 사용하여 가공되고 어떤 특별한 마무리 작업을 필요로 하지 않는다. 실린더(312)는 또한 일체의 주조 유닛으로부터 성형될 수 있다. 유사하게, 제5도에 도시된 피스톤(316)은, 유압 실린더(312)내에 분산된 유압 유체(322)와 접속하는 상단 유체 접촉면(356)을 갖는 강성 피스톤이다. 제5도에 도시된 피스톤(316)은 동력 변환기(210)에서 발생하는 동력에 저항할 수 있는 강성 재료로 제조된다. 강성 피스톤 재료로 사용되는 일반적인 재료는 금속 및 중합체를 포함하나 그것에 국한되지는 않는다. 강성 피스톤이 "0링" 또는 다른 링을 사용할 때 당업계에 공지된 바와 같이, 피스톤(316)과 유압 실린더(312)의 하단부(334) 내부벽 사이에서 방출되는 유압 유체(322)를 마련하는 것이 사용될 수 있다.
한편, 아래에 기술하는 바와 같이, 실린더(312)와 피스톤(316)이 그 구성에서 비강성 일수 있다. 실린더(312)와 피스톤(316)의 비강성 재료로 구성되었을 때, 실린더(312) 또는 피스톤(316)의 이동이 스트랜드(320)의 과도한 신장을 방지하도록 제한 된다면 피스톤(340, 342)는 필요 없게 된다. 연성 실린더(312) 또는 피스톤(316)의 이동은 실린더(312) 또는 피스톤(316) 그 자체의 구성 때문에 자체 제한 되거나, 과도한 실린더(312) 또는 피스톤(316) 이동으로 인한 과도한 신장을 방지하기 위하여 금속 브레이크, 레이스 또는 스페이서와 같은 당업계에 공지된 추가적인 부품을 필요로 한다. 또한, 동력 변환기(310)은 (도시되지 않은 유체 축압기)의 사용에 의해 유압 실린더(312)에 유체 압력이 과부하 되는 것을 방지하기 위한 수단을 내장한다. 일반적인 유체 축압기는 과부하 압력에 대하여 편향되는 스프링 작용식 벨로우즈 장치를 포함 할 수 있다.
동력 변환기(310)은 전술된 동력 변환기(210)과 유사한 방법으로 작동한다. 스트랜드(320)을 그들의 전이온도 범위 이상으로 가열하면, 피스톤(316)이 그것의 작동 위치로 상승하고 실린더(312)의 유압 유체(322)는 도관(348)을 나와 유체(322)가 일을 수행하는 수용 장치내로 가압된다. 스트랜드(320)을 그들의 전이 온도 범위이하로 냉각시키면, 동력 변환기(310)의 관련 부품의 이동이 역전된다.
제6도에 의하면, 본 발명의 다른 선택적인 실시예가 (410)으로 도시 되었다. 이 실시예는, 연성 유압 유닛(472), 형상 기억 재료(420) 내장 유닛(412)에 내장된 플랜지(415)를 구비한 기판(416)을 포함하는 이동 제한 수단 및 플랜지 정지부(440, 442)를 포함한다. 이 실시예에서, 플랜지 내장 유닛(412) 및 유닛 정상부(474)는 (도시되지 않은) 강성 지지 유닛에 접속시킴으로써 또는 서로 각각에 대하여 견고하게 연결 시킴으로써 서로 각각에 대하여 고정되고 따라서 유압 유닛(472)가 플랜지 내장 유닛(412) 및 유닛 정상부(474)에 대하여 작동을 하는 동안 팽창하거나 수축 되도록 한다. 이 작동 상태에서, 플랜지(415)는 플랜지 정지부(440)에 대하여 그것의 작동 위치로 당겨진다.
유압 유닛(472)는 팽창되는 금속 벨로우즈, 가요성 중합체, 탄성체 또는 동력 변환기가 사용되는 상태에 적절한 모든 연성 재료가 사용될 수 있다. 기판(416)은 플랜지 내장 정지부(440, 442) 사이에서 플랜지(415)의 이동을 제한하는 플랜지 내장 유닛(412) 내에 내장되어 스트랜드(420)의 과도한 신장을 방지한다. 유압 유닛(472)가 플랜지 내장 유닛(412) 또는 플랜지 정지부(440)과의 접촉을 방지하거나 마모 및 파열을 방지할 목적으로 연장 벽(418)의 사용이 제안 되었다. 유압 유닛(472)는 유닛 정상부(474) 및 기판(416)에 일체로 부착된다. 유닛 정상부(474)는 나사 결합된 패스너(452), 도관 출구 포트(464) 및 도관(466)을 포함한다.
형상기억 재료 스트랜드(420)의 길이는 나사 결합된 패스너(452)와 기판(416)에 위치된 제2 나사 결합된 패스너(450) 사이에 위치한다. 스트랜드(420)은 유압 유닛(472) 내부에 위치되고 일반적으로 축방향으로 놓이게 된다. 나사 결합된 패스너(450, 452)는 스트랜드(420) 단부의 부착을 위한 견고한 기계적 접속을 제공한다. 전술된 실시예에서와 같이, 나사 결합된 패스너(450, 452)는 스트랜드(420)과 연결 라인(426, 428) 사이에서 각각 또는 기판(416)과 유닛 정상부(474) 사이에서 각각 전기 접속을 이루도록 전기 전도 재료로 구성된다. 그러나, 전류 또는 열을 스트랜드(420)에 공급하기 위한 선택적인 수단이 구비된다면 나사 결합된 패스너(450, 452)는 전기 전도성일 필요는 없다. 스트랜드(420)은 일반적으로 스트랜드(420)을 열악하게 하지 않는 땜질 또는 용접 방법에 의하여 또는 압축 피팅에 의하여 나사 결합된 패스너(450, 452)에 부착되나 다른 적절한 수단에 의하여 부착 될 수도 있다. 다수의 스트랜드(420) 및 패스너(450, 452)가 사용될 수 있다.
스트랜드(420)은 유압 유닛(472)내에 위치되고 제1 단부에서 나사 결합된 패스너(452)를 경유하여 유닛 정상부(474)에 그리고 제2 단부에서 나사 결합된 패스너(450)을 경유하여 기판(416)에 부착된다. 따라서, 스트랜드(420)은 유압 유닛(472) 내부에 분산된 유압 유체(422)에 의하여 침지되고 감싸진다. 전술된 바와 같이 이곳에 사용된 "유압"이란 용어는 액체 또는 가스와 같은 유압 장치에서 사용하기에 적절한 모든 유체의 이동 및 동력에 관한 것이다.
플랜지 내장 유닛(412), 기판(416) 및 유닛 정상부(474)는 일반적으로 강철, 주철 또는 세라믹 재료와 같은 무공성의 강성 재료로 제조된다. 알루미늄 또는 소성 중합체와 같은 무공성 경량 강성 재료가 경량 동력 변환기(410)의 구성을 위해 사용될 수 있다. 제6도에 도시된 유체 유닛(472)는 그 구성에서 강성이 아니고 예를 들면, 금속 벨로우즈, 탄성 격막 또는 팽창성 블레이더를 포함할 수 있다. 유압 유닛(472)의 연성으로 인하여 유압 유닛 이동에 대하여 많은 제한이 필요하다면, 당업계에 공지된 금속 브래킷, 브레이스 또는 스페이서와 같은 기계적인 정지부가 동력 변환기(410) 내로 합체될 수 있다. 그러한 추가적인 부품은 유압 유닛(472)의 불필요한 이동을 방지하고 유압 유닛(472) 이동으로 인한 스트랜드(420)의 과잉변형을 방지한다.
동력 변환기(410)은 전술된 동력 변환기(210, 310)과 유사한 방법으로 작동한다. 스트랜드(420)을 그것의 전이 온도 범위 이상으로 가열하면, 스트랜드(420)은 길이가 짧아지고 기판(416)을 유닛 정상부(434) 쪽으로 당겨서 유압 유닛(422)가 출구 포트(464)를 통하여 유압 유닛(472) 내부로부터 도관(466)내로 가압되는 비작동 형상으로 변화한다. 유압 유체(422)는 일을 수행하는 (도시되지 않은) 수납장치 내로 가압된다. 스트랜드(420)을 그것의 전이온도 범위이하로 냉각하면, 동력 변환기(410)의 관련 부품의 이동이 거꾸로 된다. 제6도의 실시예는 또한 스트랜드(420)을 가열하기 위한 전원을 사용한다. 스트랜드(420)을 전기적으로 가열하기 위한 연결 라인(426, 428)을 통하여 전류를 공급하는 전원은 스위치(424)에 의하여 제어된다.
동력 변환기(210,310,410)의 전술한 세 실시예 모두에서, (도시되지 않은) 편형 수단이 피스톤(216, 316) 또는 베이스(416)을 비작동 위치로 복귀시키는데 사용될 수 있다. 편향 수단은 예를 들어 통상적인 금속 스프링, 부가적 부하, 피스톤(216,316) 또는 베이스(416) 전체의 중량, 탄성 중합체 재료, 형상기억 재료의 부가적인 길이 또는 배압 유압 유체일 수 있다. 그러한 편향 수단은 또한, 스트랜드(220,320,420)이 가열되지 않을 때 (전류 공급원은 스트랜드(220,320,420)으로부터 스위치(224,324,424)에 의해 단선된다), 그리고 그럼으로써 스트랜드(220,320,420)이 비작동 상태일 때 피스톤(216,316) 또는 베이스(416)을 정지 위치에 유지하는데 조력한다. 편향 수단은 가열될 때의 (전류원이 스트랜드(229,320,420)에 스위치(224,324,424)를 통하여 연결된다) 스트랜드(220,320,420)의 활성 상태로의 변경에 반응하는, 스트랜드(220,320,420)의 이동에 의하여 주목 가능한 동력을 가지도록 선택된다.
그러므로 본 발명의 동력 변환기(210,310,410)은 비작동 상태에서 활성화 단계로의 변경에서의 스트랜드(220,320,420)의 높은 동력 및 작은 이동 출력을 유압 유체(222,322,422)를 통해 유압동력으로 변환될 수 있도록 한다. 효율적인 동력 변환기(210,310,410)의 작동은 유압 동력 변환에 관련한 형상 기억 재료의 사용에 의해 실현된다.
[작동기 실시예]
본 발명의 다른 유용한 실시예는 유압 형상 기억 재료 작동기이다. 일반적으로 작동기는, 액체, 기체 또는 다른 적절한 유체 형태의 유압 유체를 통하여 서로 연통하고 각각 유압 피스톤을 갖는 2개의 유압 실린더를 구비한다. 형상 기억 재료는 제1 유압 피스톤에 작용하고 제1 유압 피스톤은 유압 유체를 제1 유압 실린더에서 제2 유압 실린더로 이동시키며 제2 유압 실린더에서는 유압 유체가 제2 유압 피스톤을 이동시키고 이로써 에너지를 제1 유압 피스톤에서 제2 유압 피스톤으로 전달한다. 유압 피스톤 중 하나가 작은 표면적 및 긴 행정을 갖고 다른 하나의 유압 피스톤이 큰 표면적과 짧은 행정을 가질 때 동력 변환이 일어난다.
본 발명의 작동기 실시예의 2개의 보조 실시예가 아래에 설명된다. 각 설명에서 이해되어야 하는 점은 형상 기억 합금이 언급되지만, 임의의 형상 기억 재료가 사용될 수 있으며 유압 실린더 및 피스톤이 언급되지만 예를 들어 팽창성 벨로우즈 및 탄성 블레이더와 같은 임의의 유압 유닛이 사용 가능하다.
[제1 보조 실시예]
제1도 및 제2도를 보면 본 발명의 작동기 실시예의 제1 보조 실시예의 유압 형상 기억 재료 작동기가 (10)으로 도시되고 제1도는 작동 전의 작동기(10)을 도시하고 반면에 제2도는 작동 상태의 작동기(10)을 도시한다. 작동기(10)은 그 안의 제2 유압 실린더(14)와 동축상으로 장착된 제1 유압 실린더(12)를 구비한다. 제1 유압 실린더(12)는 그 안에서 제1 및 제2 위치 사이에서 이동 가능한 제1 피스톤(16)을 갖고 반면에 제2 유압 실린더(14)는 정지 및 작동 위치 사이에서 이동 가능한 제2 피스톤(18)을 갖는다. 한쌍의 소정 길이의 형상 기억 합금 와이어(20)이 제1 유압 실린더(12)내에 위치되고 각 와이어(20)은 제2 실린더(14)에 대하여 서로 직경 방향 대향 관계이며 제1 단부에서 제1 피스톤(16)에 부착되고 제2 단부에서 제1 유압 실린더(12)의 상부(44)에 부착된다. 이러한 방식으로 각 와이어(20)의 제2 단부는 제1 실린더(12)내에 배치된 고정점에 연결된다. 각 와이어(20)의 제2 단부는 제1 실린더(12)에 대한 위치 고정된 다른 점에 대신 부착될 수 있다. 유체(22)가 제1 피스톤(16) 및 제2 피스톤(18) 사이에 분산되고 제1 유압 실린더(12) 및 제2 유압 실린더(14)의 내부에서 발견 가능하다. 여기 시용된 용어 "유압"은 액체 또는 기체인 유체의 이동 및 동력에 관련된다. 스위치(24)에 의해 제어되는 전류 공급원이 제공되어 와이어(20)을 전기로 가열하도록 연결 라인(26,28,30)을 통해 전류를 제공한다.
제1도 및 제2도에 도시된 바와 같이 제1 유압 실린더(12)는 실린더 상부 구역(36)과 실린더 하부 구역(34)를 연결하는 환형 플랜지(32)를 갖는다. 실린더 상부 구역(36)은 하부 구역(34)보다 감소된 직경을 갖는다. 본 발명의 2구역 실린더 설계는 전체적으로 소형인 작동기 설계를 유지하고 균일한 실린더 벽 두께를 허용한다. 예를 들어 제1도 및 제2도에 도시된 작동기(10)의 소형 구조는 (도시된 바와 같이 방사상으로 배치되거나 또는 수직으로 위치하는) 이격된 냉각 핀(38)을 실린더 상부 구역(36)의 외측에 실린더 하부 구역(34)의 외부를 넘어 돌출하지 않게 부착가능하게 한다. 또는 제1 유압 실린더(12)는 그 길이에 걸쳐 일정한 직경일 수도 있다.
냉각 핀(38)은 실린더 상부 구역(36)의 외측 또는 제1 유압 실린더(12)의 내부 표면에 와이어(20)으로 부터의 열의 발산을 촉진하기 위해 위치될 수 있다. 냉각 핀(38)은 와이어(20)을 냉각하는 수단을 제공하고 와이어(20)이 오스테나이트 상태에서 마르텐사이트 상태로 복귀하는데 필요한 시간을 단축시킨다. 제1 유압 실린더(12)의 외측에 부착된 열전기 열교환 유닛과 같은 다른 냉각 수단이 가능하다. 또는 냉각은, 작동기(10) 또는 와이어(20) 주위에 냉각 유체와 같은 열교환 매체를 이동시킴으로서 대류 전달을 통해 실행될 수도 있다.
제1 유압 실린더(12)는 그 내측 구멍에 따라 제1 피스톤(16)의 상하향 이동을 각각 제한하는 피스톤 정지부(40,42)를 내장한다. 피스톤 정지부(40)은 플랜지(32)에 인접하여 위치한다. 피스톤 정지부(40,42)는 바람직하게는 서클립 형태이며 제1 유압 실린더의 내측 구멍에 그것을 수용하기 위한 대응 서클립 홈을 갖는다. 피스톤 정지부(40,42)는 제1 피스톤(16)의 이동을 정확히 제한하도록 강철과 같은 견고한 재료로 제조되어야 한다.
제1 유압 실린더(12)는 피스톤(18)을 원형 부재(62)와 상호 연결하는 피스톤 로드(48)이 통과하는 중앙 개구(46)이 있는 상부(44)를 갖는다. 개구(46)은 로드(48)이 개구(46)내에서 이동할 때 로드 주위의 공기의 통과를 가능하게 하는 치수이다. 필요하면 부가적인 채널이 아래의 제2 유압 실린더(14)내의 불필요한 공기의 방출을 가능하게 하도록 실린더 상부(44)를 통하여 위치된다.
각 와이어(20)의 단부 부착용의 견고한 기계적 연결점을 제공하는 한쌍의 나사 패스너(52)가 피스톤(16)에 대하여 대향 관계로 제1 유압 실린더 상부(44)에 침지된다. 나사 패스너(52)는 제1 유압 실린더(12)의 벽과 와이어(20) 사이의 전기적 접속을 제공하기 위해 통상적으로 전기 전도성 금속으로 제조된다. 나사 패스너(52)가 스트랜드(20) 및 제1 유압 실린더(12) 사이에 양호한 전기 접속을 유지하므로 연결 라인(26)은 전류 통로를 제공하도록 제1 유압 실린더(12)의 외벽에 직접 부착된다. 피스톤(16)에 침지된 나사 패스너(50)은 라인(28,30)에 각각 연결된다. 피스톤(16)의 나사 패스너(50)은 전기 전도성 금속으로 제조되고 전기 부전도성 제1 피스톤(16)에 의해 전기적으로 서로 절연된다. 또는 제1 피스톤(16)이 전기 전도성 재료로 제조되었을 때 주위의 피스톤 재료로부터 와이어(20)을 절연할 수 있는 나사 패스너(50)이 사용될 수 있다. 실린더 상부(44)내에 침지된 나사 패스너(52)는 부착된 와이어(20)이 주위의 실린더 벽으로부터 전기적으로 절연되는 유형의 패스너를 선택적으로 구비할 수 있다. 예를 들면 부전도성 세라믹 나사 패스너의 사용이 가능하다. 그 경우에 연결 라인(26)은 실린더 상부 구역(44)의 나사 패스너(52)에 직접 부착된다. 와이어(20)은 통상적으로 그것을 약화시키거나 손상의 영향을 미치지 않는 땜질, 용접 또는 압축 피팅에 의해 나사 패스너(50,52)에 부착되나 임의의 적절한 방법으로 또한 부착될 수 있다.
제1 유압 실린더(12) 및 제2 유압 실린더(14)는 강철, 주철 또는 세라믹 재료와 같은, 유체(22)를 내장할 수 있는 무공성이고 견고한 재료로 만들어진다. 알루미늄이나 소성 중합체와 같은 무공성의 견고하고 경량된 재료가 경량의 작동기의 제조에 사용가능하다. 실린더(12,14)는 공지된 가공 방법으로 기계 가공되며 특별한 마무리를 필요로 하지 않는다. 실린더(12,14)는 또한 단일 주조 유닛으로부터 성형될 수도 있다. 제2 실린더(14)의 길이는 유체(22)가 실린더(14)에 유입되도록 상부 구역(36)과 하부 구역(34)의 연결부에서 그 바닥면(58)이 끝나는 길이이다.
제1도 및 제2도에 도시된 바와 같이, 피스톤(16,18)은 강성 피스톤이다. 제1 피스톤(16)은 제1 피스톤(16)과 제2 피스톤(18) 사이에 분산된 유체(22)와 접촉하는 상부 유체 접촉 표면(56)을 갖는다. 마찬가지로 제2 피스톤(18)은 그 하부측에 유체(22)와 접촉하는 유체 접촉면(54)를 갖는다. 도시된 제1 피스톤(16) 및 제2 피스톤(18)은 작동기(10)에 발생된 동력을 견딜 수 있는 단단한 재료로 제조된다. 단단한 피스톤 재료로 통상적으로 사용되는 재료는 금속과 중합체를 포함하나 그에 제한되지는 않는다. 도시된 바와 같이 제1 피스톤(16)은 바람직하게는 플라스틱 중합체로 제조된 단단한 전기 부전도성 피스톤이다. 단단한 피스톤이 사용될 때는 당해 기술 분야에 공지된 바와 같이 0링이나 다른 피스톤 링이 사용될 수 있다.
또한 제1 및 제2 피스톤(16,18)은 연성 구조일 수도 있다. 예를 들면 피스톤은 금속 벨로우즈, 탄성 중합체 격막 또는 팽창성 블레이더를 구비할 수 있다. 그러므로 여기 사용된 "피스톤"이라는 용어는 강성 또는 연성 피스톤을 의미하는 것으로 이해되어야 하다. 제1 피스톤(16)이 탄성 중합체 격막 형태의 피스톤과 같은 피스톤일 경우 피스톤 정지부(40,42)는 제1 피스톤(16)의 이동이 와이어(20)이 과잉 변형되지 않도록 제한된다면 필요하지 않을 수도 있다. 연성 제1 피스톤(16)의 이동은 피스톤(16) 전체의 구조적 성질 때문에 자기 제한적일 수도 있고 부가적인 부재를 필요로 할 수도 있다. 과도한 제1 피스톤(16)의 이동에 의한 와이어(20)의 과잉 변형 방지에 사용되는 부재는 금속 브래킷이나 스페이서와 같은 공지된 기계적 정지부를 포함하나 그에 제한되지는 않는다.
제1 피스톤(16)은 (도시되지 않은) 유체 축압기의 제1 피스톤(16) 상의 사용에 의하여 제1 유압 실린더(12)내의 유체 압력 과부하 방지 수단을 내장한다. 통상적인 유체 축압기는 과부하 압력에 편향된 스프링 부하 벨로우즈 장치를 구비할 수 있다.
와이어(20)은 공지된 유형의 형상 기억 재료로 성형된다. 이들 재료는 중합체, 단백질, 니켈-티타늄 합금, 동합금, 니켈-티타늄-동합금 및 열적-기계적 형상기억을 나타나는 다른 합금들을 포함한다. 형상기억 효과 과정이 여러 가지 주요 소성 변형 모드에서 일어나지만 형상기억 효과를 가장 잘 이용한 모드는 합금의 전 단면이 형상기억 효과에 사용되는 단일축 인장 모드이다. 사실 현재 얻어지는 가장 높은 회복력 0.508mm 직경 와이어의 단축 인장하에서 일어난다. 이러한 이유로 본 발명의 와이어(20)은 0.508mm 직경의 형상기억 합금 와이어로 선택되었다. 상기 이유 때문에, 다른 형상기억 재료 구조 및 유사한 성질을 갖는 재료가 사용될 수도 있었겠지만, 니켈-티타늄 합금의 하나인 니티놀이 본 발명의 와이어(20)의 형상기억 합금으로 선택되었다. 또한 니티놀의 선형 구역이 와이어(20)에 바람직하게 사용되지만 코일 형상 와이어나 편조와 같은 다른 니티놀 와이어 구조로 사용 가능하다.
본 발명의 작동기 실시예(10)은 형상기억 합금이 니티놀일 때 와이어(20)의 최대 변형을 허용하도록 구성되었다. 니티놀 와이어(20)의 약 6 내지 8%(CSL 임계 변형 한계)의 변형이 완전히 회복 가능한 변형을 유지하면서 최대 회복력을 산출하는 것이 발견되었다. 와이어(20)의 1회 사용의 경우와 같이 변형후 완전한 형상 회복이 중요하지 않으면 8 내지 20%와 같은 큰 변형이 사용 가능하다. 그러나 형상기억 합금의 변형 및 완전 복원이 필요하면 변형이 CSL을 초과하지 않는 것이 중요하다. 이 CSL을 넘는 변형은 형상기억 합금의 불완전한 형상 회복을 일으킨다.
와이어(20)의 최대 변형은 제1 피스톤(16)의 제1 유압 실린더의 구멍 내측에 따른 이동의 선형 통로를 전술한 피스톤 정지부(40,42)의 사용에 의해 제한함으로서 얻어진다. 피스톤 정지부(40,42)는 제1 피스톤(16)의 최대 이동량을 한정하고 그럼으로서 와이어(20)이 작동기(10)의 작동중 얻는 최대 길이를 한정한다. 제1도에 도시된 바와 같이 제1 피스톤(16)의 이동은 길이 L의 CSL, 오스테나이트 상태의 와이어(20)의 길이 보다 크지 않게 정해지는 선형 통로 길이 LA 로 한정된다. 와이어(20)의 길이의 상태 변화에 기인한 제1 피스톤(16)의 이동 길이(LA)는 제2 피스톤(18)의 이동 길이보다 항상 짧고 그러므로 작동기(10)의 출력 행정의 선형 통로 길이(LB)보다 짧다. 또한 와이어(20)의 길이의 상태 변화에 기인한 제1 피스톤(16)의 이동에 의해 전달되는 동력은 제2 피스톤(18) 또는 원형 부재(62)에서 발견되는 작동 출력보다 항상 크다.
본 발명의 작동기 실시예는 와이어(20)을 그 길이에 따라 항상 기억 합금 전이 온도 범위(TTR)를 넘어 선택적으로 가열하도록 각 합금 와이어(20)을 통하여 전류가 흐르게 하는 전기 장치를 내장한다. 제1도 및 제2도에 도시된 전기 장치는 전류 공급원 및 연결 라인(26, 28, 30)을 내장한다. 전류공급원에 의해 발생된 전류의 제어는 스위치(24)에 의해 이루어진다. 다른 형상에서, 전기 장치는 다수의 합금 와이어(20)의 열을 개별적으로 제어하는데 사용할 수 있는 특별한 스위치 및 연결 라인을 포함할 수 있다. 이러한 형태의 형상은, 각 와이어(20)이 작동기(10)의 분리된 동력을 전체 출력으로 제공하기 때문에 작동기(10)이 제어 가능한 작동 출력을 갖게 한다. 또한, (도시하지 않은) 다양한 전류공급원이 마련될 수 있다. 다양한 전류공급원은 온도 및 다양한 와이어(20)의 출력을 허용한다. 와이어(20)을 통하여 전류를 통과시키기 위한 전기 장치가 도시되지 않았지만, 와이어(20)의 선택적인 가열 수단은 대류, 전도 및 복사열과 같은 것으로 이용될 수 있다. 예를 들면, 와이어(20)은 작동기(10) 내에 포함된 유체(22)의 온도 상승에 의해 전이온도 범위 이상으로 가열될 수 있다.
제1 유압 실린더(12)에서 유체(22)는 액체 또는 가스로 될 수 있다. 대표적으로, 일반 시판용 유압 유체와 같은 액체가 사용되지만 다른 액체도 사용가능하다. 액체는 주위의 실린더 및 피스톤에 해롭지 않아야 하며 와이어(20)의 기능을 약화시키지 않아야 한다. 양호하게는, 비압축성 유체가 사용된다.
편향 수단은 본 발명의 작동기(10)에 사용되며 제2 유압 실린더(14)내에 배치된다. 제1도 및 제2도에서, 편향 수단은 피스톤 로드(48)에 대하여 보통 금속 스프링(60)으로 도시했다. 제1도에 도시된 바와 같이, 스프링(60)은 와이어(20)이 가열되지 않을 때 (전류공급원인 스위치(24)에 의해 와이러(20)으로부터 분리될때) 정지 위치에서 제2 피스톤(18)을 지지하며, 와이어(20)은 마르텐사이트 상태에 있다. 스프링은(60)은 가열될 때(전류공급원이 스위치(24)를 거쳐 와이어(20)에 연결될 때) 오스테나이트 상태로 와이어(20)의 변화에 반응하는 제2 피스톤(18)의 이동에 의해 극복할 수 있는 동력을 가지도록 선택된다. 다른 편향 수단은 다른 재료 또는 다른 형상을 가지게 할 수 있다. 예컨데, 편향 수단을 마련하기에 충분한 제2 피스톤(18) 상에 동력을 가할 수 있는 순환 부재(64)의 하중 베어링 표면(64)상에 하중이 위치될 때 스프링(60)은 작동기(10)으로부터 제거될 수 있다.
제1도 및 제2도에서 볼 수 있는 작동기(10)의 작동은 스위치(24)가 연결됨으로써 시작되며, 이에 의해 라인(28, 30)에 전류공급원을 연결한다. 이러한 것은 와이어(20)을 통하여 전류를 통과시키기 위한 전기 회로를 구성한다. 와이어(20)은 높은 전기 저항력을 가지기 때문에, 와이어를 통해서 전류가 흐름으로써 전이온도 범위 이상으로 가열이 일어난다. 와이어(20)은 TTR 위에서 가열되기 때문에, 횡 치수는 감소하며, 이에 의해 제1 유압 실린더(12)의 상부(44)에서 나사 패스너(52) 쪽으로 제1 피스톤(16)을 당긴다. 이러한 방식에서, 제1 피스톤(16)은 제1도에 도시된 제1 또는 가열되지 않은 위치로부터 제2도에 도시된 제2 또는 가열된 위치로 이동된다.
제1 위치로부터 피스톤 상부(44)에 제2 위치까지의 제1 피스톤(16)이 이동함으로써 제1도에 도시된 정지 위치로부터 제2도에 도시된 제2 유압 실린더(14)내에 작동 위치까지 유체(22)로 하여금 제2 피스톤(18)을 이동하게 한다. 순환 부재(62) 및 로드(48)은 제2 피스톤(18)이 전부 작동 위치로 이동할 때 작동된 위치에서 연장된다. 전류에 의해 와이어(20)의 가열로 발생된 열은 유체(22)로 그리고 둘레의 제1 유압 실린더(12)로 발산된다. 냉각 핀(38)은 주위에서 이러한 열이 발산되도록 돕는다.
다음에, 스위치(24)가 개방 위치로 될 때, 전류공급원은 연결 라인(28, 30)에서 분리되며, 이에 의해 냉각하기 시작하는 와이어(20)의 열을 차단하며, 냉각률은 유체(22)와 제1 유압 실린더(12)에 의해 열발산 정도로 결정된다. 와이어(2)이 전이온도 범위이하로 냉각될 때, 형상 기억 합금은 마르텐사이트 상태로 되돌아 오며 이때에 스프링(60)은 제2 유압 실린더(14)내에서 제2 피스톤(18)을 이동시키기에 충분한 동력을 갖는다. 스프링(60)은 정지 위치로 제2 피스톤(18)을 복귀시킨다. 작동 위치로부터 정지 위치까지 제2 피스톤(18)의 이동은 제1 유압 실린더(12)안으로 유체(22)를 이동시키고, 이에 의해 제1 위치로 제1 피스톤(16)을 이동시킨다. 제1 피스톤(16)의 이동은 상기에 기재된 바와 같이 피스톤 정지부(40,42)에 의해 제한된다.
따라서, 본 발명의 작동기(10)은 제2 피스톤(18)의 적은 동력과 더 큰 이동 출력으로 전환될 마르텐사이트 상태로부터 오스텐나이트 상태까지의 변화에서 와이어(20)의 높은 동력과 작은 이동 출력을 허용한다. 효과적인 작동기(10) 작동은 유체 압력 변환과 관련한 형상기억 합금의 사용으로 실현된다.
다수의 설계 요인들은 본 발명의 작동기(10)의 실시예의 고안시에 고려된다. 제1 피스톤(16)의 이동에 반응하도록 유압식으로 연결된 제2 유압 실린더(14) 및 제2 피스톤(18)은 실린더(12) 및 피스톤(16)의 직경보다 작다. 제1 실린더(12)는 높은 동력대 행정 비율을 갖는 유압 실린더인 반면에, 반응 실린더에 있는 제2 실린더(14)는 더 작은 동력대 스트로크 비율을 갖는 더 작은 유압 실린더이다.
유압 실린더의 구멍 크기는 다수의 조합중에 하나를 갖지만, 작동기 크기의 밀집도가 원하는 목표중 하나이기 때문에 그 밀집도는 와이어(20) 및 관련된 수축 길이로 유압 실린더 직경을 연관시키도록 결정된다. 압력(P)가 균일한 시스템 유압 압력이고, 유체(22)가 비압축성 유압 유체이고, 최대 형상 기억 합급 신장도가 CSL 이라고 하면, 아래와 같은 방정식을 유도해낼 수 있다. 제1 피스톤(16)이 니티놀 상태로 변화할 때 제2 피스톤(18)상에 가해진 힘(FB)는 다음과 같다.
여기에서,
=제2 피스톤 유체 접촉 표면(54)의 표면적.
니티놀의 상태가 변하기 때문에 제1 피스톤(16) 상에 가해진 힘는 다음과 같다.
여기에서,
제1 피스톤 유체 접촉 표면(56)의 표면적.
방정식 (1)과 (2)를 조합하면,
제1 유압 실린더(12)의 유체 체적가 제2 유체 실린더(14)의 유체 체적와 같다고 하면,
여기에서,
L = 오스텐나이트 상태에서 와이어(20)의 길이,
Lo = 마르텐사이트 상태에서 와이어(20)의 길이.
와이어(20)의 최대 신장도가 8%라고 하면,
작동기(10)을 가능한한 소형으로 유지하기 위해, 제2 피스톤(18) (또는 부착된 순환 부재(62))의 출력 스트로크의 높이는 와이어(20)의 것과 유사하게 된다.
따라서,
방정식(4),(5) 및 (6)을 조합하면,
또는,
방정식 (7)과 (3)을 조합하면,
따라서, 동력대 스트로크 비율은 아래와 같이 계산된다.
표면적()는 아래와 같이 나타낼 수 있다.
여기에서,
제1 유압 실린더(12) 보어의 직경.
제2 유압 실린더(14) 보어의 직경.
실린더 보어 비는 아래와 같다.
계산된 실린더 유체 접촉 표면적 비(AA/AB= 12.5)와 실린더 보어 비(DA/DB=3.54)는 본 발명의 작동기(10)을 구성하는데 이용되었다. 많은 다른 조합이 가능할지라도, 이러한 비율은 작동기(10)의 적당한 출력으로 최대 밀집도로 설계하기 위해 선택된 것이다.
[제2 보조 실시예]
제3도는 폐쇄된 스위치(124)로 작동된 상태에서 본 발명의 작동기 실시예(10)의 제2 보조 실시예를 도시한 것이다. 이러한 형상에서, 제2 유압 실린더(114) 및 제2 피스톤(118)은 제1 유압 실린더(112) 및 제1 피스톤(116)으로부터 실제로 분리되어 있다. 이러한 다른 형상은 제2 유압 실린더(114)를 위해 이격된 위치에 있을 때 사용된다. 실린더(112, 114)내에 있는 피스톤(116, 118)의 이동은 유체(122)를 포함한 도관(166)의 수단에 의해 연통된다. 유체(122)는 제1 피스톤 유체 접촉 표면(156)과 제2 피스톤 유체 접촉 표면(154) 사이에 위치된다. 도관(166)은 두 개의 실린더(112, 114) 사이에서 유체를 연통시키기 위해 유압 호스 또는 유사한 수단을 포함할 수 있다. 이러한 형상에서, 단지 하나의 형상기억 합금 와이어(120)만이 도시되었으나 다수의 와이어가 사용될 수도 있다. 제3도는 제2 피스톤(118)에 충분한 편향 수단을 마련하도록 순환 부재(162)의 로드 베어링 표면(164)에 위치되고 중량을 가진 하중(168)을 도시한 것이다. 하중(168)은 와이어(120)이 오스테나이트 상태에서 마르텐사이트 상태로 변할 때 작동 위치로부터 정지 위치로 제2 피스톤(118)을 변환시키도록 선택된다. 제2 피스톤을 정지 위치로 변화시키는 것은 금속 스프링과 같은 다른 편향 수단이 가능하다. 순환 부재(162)는 피스톤 로드(148)의 수단에 의해 제2 피스톤(118)에 연결된다.
제3도에 도시된 바와 같이, 제2 실시예의 제2 유압 실린더(112)는 개구를 갖는 정부 영역(144)를 가지며, 피스톤(116)의 수직 연장부(170)은 개구를 통하여 통과한다. 연장부(170)은 제1 피스톤 유체 접촉 표면(156)의 중심에서 상방으로 돌출해 있고, 와이어(120)에 기계적인 부착점을 마련하기 위해 연장부내에 위치된 나사 패스너(150)을 갖는다. 또한, 패스너(150)은 전기 라인(128)에 연결될 때 와이어(120)에 전기 접속부를 마련한다. 제1도 및 제2도에 도시된 나사 패스너(50, 52)의 경우에서와 같이, 나사 패스너(150)은 사용시에 좌우되는 전기 전도성 또는 비전도성 재료로 될 수 있다. 제3도에서, 제1 피스톤(116)이 전기 전도성 재료로 제조될 때 나사(150)은 비전도성 재료로 도시된 것이며, 이에 의해 라인(128)이 와이어(120)을 접속하게 하지만 와이어(120)이 연장부(170)에 전기적으로 절연되도록 한다.
제1 유압 실린더(112)는 제1 유압 실린더(112)의 구멍에서 제1 피스톤(116)의 이동을 제한하도록 제1도 및 제2도에 도시된 피스톤 정지부(40, 42)와 같은 기능을 하는 피스톤 정지부(140, 142)를 갖는다. 제1 실린더 정지부(144)의 연장부는 제1 유압 실린더(112) 외측에서 그리고 제1 유압 실린더(112)내에 포함된 유체(122)와 접촉없이 와이어(120)을 위치시키는데 이용된 연신된 순환 부재(172)이다. 나사 패스너(152)는 지지 정부(174)를 통하여 연장되고 와이어(120)에 상부 기계적 접촉점을 마련하도록 패스너(150)에 대하여 대향 관계에 있다. 패스너(152)에는 외이어(120)의 부착을 위해 고정된 부착점이 마련된다. 제1 실린더(112)에 관련된 위치에 고정된 다른 부착점이 이용될 수도 있다.
또한, 나사 패스너(152)에는 전기 라인(12)에 연결될 때 와이어(120)에 전기 접속을 마련한다. 제1도 및 제2도의 양호한 실시예에서와 같이, 나사 패스너(152)는 사용 용도에 따라 전도성 또는 비전도성 재료로 될 수 있다. 제3도에서, 지지부(172)가 전기 전도성 재료로 제조될 때 패스너(152)는 비전도성 재료로 도시된 것이며, 이에 의해 라인(126)이 와이어(120)의 정부와 접촉하게 하지만 와이어(120)은 지지부 (172)로 부터는 전기적으로 절연되도록 한다. 지지부(172)의 측면벽은 전기 절연체(176)을 갖고 라인(128)은 절연체(176)을 통하여 통과한다. 지지부(172)가 전기 비전도성 재료일 때, 패스너(152)는 전기 전도성 재료로 될 수 있다.
지지부(172)는 작동기(110)의 작동시에 와이어(120)의 적당한 위치를 유지할 수 있는 금속 또는 플라스틱과 같은 강성 재료로 제조된다. 지지부(172)의 정부(174)는, 지지부(172) 및 제1 실린더 정부 영역(144)에 의해 형성된 챔버 내측에 연행된 불필요한 공기의 배출을 허용하고 그리고 와이어(120)에 의해 가열된 더운 공기를 배출하는 통로를 마련한 다수의 공기 채널(178)을 갖는다.
선택적으로, 와이어(120)을 냉각하는 것은 채널(178)을 통하여 그리고 와이어(120) 주위에서 냉각 유체와 같이 열교환 매체를 대류 이동으로 이동시킴으로서 성취될 수 있다.
제2 유압 실린더(114)는 정부(180)과 바닥부(18)을 갖는데 정부는 피스톤 로드(148)이 통과하는 개구를 가진다. 개구의 면적은 로드가 개구를 통하여 이동할 때 공기는 로드(148) 둘레에서 통과할 수 있도록 되어 있다. 선택적으로, 공기 채널은 제2 유압 실린더(114) 내측으로부터 불필요한 공기의 배출을 허용하도록 정부(180)에 위치된다. 도관(166)은 실린더 바닥부(182)를 통하여 제2 실린더(114)의 내부와 피스톤(116)위에 제1 실린더(112)의 내부가 상호 접속하게 한다. 로드(168)은 순환 부재(162)의 로드 베어링 표면(164)상에 정지로 도시되어 있다. 또한, 로드(168)은 상기에 기재한 바와 같이 제2 피스톤(118)용 편향 수단으로 작동한다. 전이온도 범위 이상으로 와이어(120)의 가열시 그리고 제3도에 도시한 작동 위치로 제1 피스톤(116)의 상승시에, 실린더(112)의 유체(122)는 도관(166)을 통하여 실린더(114)안으로 가해지며, 이때 유체(122)는 상방으로 피스톤(118)에 힘을 가하도록 피스톤(154)에 작동하고 로드(168)이 상승한다. 전이온도 범위 이하의 와이어(120)의 냉각은 작동기(110)의 관련 부재의 이동을 역회전시킨다.
상기에 설명된 동력 변환기는 상기에 설명한 목적 및 장점을 성취할 수 있음을 알 수 있다. 본 분야에 숙련된 사람들은 본 발명의 정신 또는 첨부된 특허 청구 범위의 영역을 벗어남이 없이 장치를 변형시킬 수 있다.

Claims (71)

  1. 위치 변위 유압 하우징과, 유압 하우징안의 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동가능한 상기 유압 하우징안에 포함된 표면과, 상기 표면과 접촉하는 유압 하우징 안에 내장된 유체와, 제1 및 제2 단부를 구비한 하나 또는 그 이상의 길이의 형상 기억 재료와, 상기 형상 기억 재료를 선택적으로 가열시키는 수단을 포함하고, 상기 형상 기억 재료의 제1 단부에 유압 하우징안의 제1 지점에 연결되고, 상기 제2 위치가 제1 위치보다 제1 지점에 물리적으로 보다 가까이 위치하고, 형상 기억 재료의 제2 단부가 상기 표면상의 제2 지점에 연결되고, 상기 형상 기억 재료가 전이 온도 이상으로 가열될 때 상기 표면을 유압 하우징의 제1 위치로부터 유압 하우징의 제2 위치로 이동시키도록 비작동 상태로부터 작동상태로 변화될 수 있고, 상기 형상 기억 재료가 상기 전이 온도 이하로 냉각될 때 상기 표면을 제2 위치로부터 제1 위치로 이동시키도록 상기 작동 상태로부터 비작동 상태로 다시 변화될 수 있고, 상기 형상 기억 재료가 상기 작동상태에서 적어도 부분적인 인장력을 받도록 비작동상태보다 작동상태에서 보다 짧은 종방향 길이를 갖도록 구성되고, 상기 형상 기억 재료의 비작동 상태로부터 작동상태로의 변화가 상기 표면을 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시켜서 상기 형상 기억 재료로부터 응력 위치 에너지를 고압 위치 에너지로써 상기 유체로 변환시키는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기.
  2. 제1항에 있어서, 적어도 2개의 상기 길이의 형상 기억 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기
  3. 제1항에 있어서, 상기 길이의 형상 기억 재료를 선택적으로 가열하는 수단이, 상기 재료를 통해 전류를 통과시키는 전기 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유압 유닛이 유압 실린더와 유압 피스톤을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 피스톤이 실린더 안의 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동 가능하고 유체 접촉 표면을 가지며, 상기 길이의 형상 기억 재료의 제1 단부가 상기 피스톤에 연결되고, 상기 길이의 형상 기억 재료의 제2 단부가 피스톤에 대하여 고정 지점에 연결되고, 유체가 실린더 안에 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 피스톤의 실린더 안의 제1 위치와 제2 위치 사이의 이동이 유체에 에너지를 가하여 유체가 일을 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기.
  7. 제5항에 있어서, 상기 고정 지점이 피스톤에 반대쪽의 실린더에 부착된 지지 수단안에 위치하는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기.
  8. 제5항에 있어서, 상기 고정 지점이 제1 실린더 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기.
  9. 제5항에 있어서, 상기 고정 지점이 제1 실린더의 외부에 위치하는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기.
  10. 제1항에 있어서, 상기 재료가 작동 상태로부터 비작동 상태로 변화되는데 필요한 시간을 감소시키도록 재료를 냉각시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 냉각 수단이 실린더에 부착된 냉각 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기.
  12. 제10항에 있어서, 상기 냉각 수단이 실린더 상의 열전기 열교환 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기.
  13. 제10항에 있어서, 상기 냉각 수단이 냉각 유체를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기.
  14. 제1항에 있어서, 실린더 안에 과유압을 방지하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기.
  15. 제14항에 있어서, 상기 방지 수단이 유압 축압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기.
  16. 제1항에 있어서, 피스톤이 강성 피스톤인 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기.
  17. 제1항에 있어서, 피스톤이 탄성 중합체 격막인 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기.
  18. 제1항에 있어서, 피스톤이 금속 벨로우즈인 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기.
  19. 제1항에 있어서, 피스톤이 팽창가능한 블레이더인 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기.
  20. 제1항에 있어서, 상기 형상 기억 재료가 형상 기억 합금인 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기.
  21. 제20항에 있어서, 상기 형상 기억 합금이 니켈 티타늄 합금인 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기.
  22. 제1항에 있어서, 상기 형상 기억 재료가 형상 기억 중합체인 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기.
  23. 제1항에 있어서, 상기 형상 기억 재료가 형상 기억 단백질인 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기.
  24. 제1항에 있어서, 상기 형상 기억 재료가 선형 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기.
  25. 제1항에 있어서, 상기 형상 기억 재료가 코일 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기.
  26. 제1항에 있어서, 상기 형상 기억 재료가 편조 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기.
  27. 제1항에 있어서, 상기 유체가 액체인 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기.
  28. 제1항에 있어서, 상기 유체가 가스인 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기.
  29. 제1항에 있어서, 상기 유압 유닛이 팽창 가능한 블레이더를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기.
  30. 제1항에 있어서, 상기 유압 유닛이 금속 벨로우즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기.
  31. 제1항에 있어서, 상기 유압 유닛이 탄성 중합체 격막을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기.
  32. 제1항에 있어서, 작동기로써 사용되는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기.
  33. (a) 유체를 내장한 제1 실린더와,
    (b) 상기 제1 실린더 안의 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동이 가능하고 유체 접촉 표면을 갖는 제1 피스톤과,
    (c) 제1 피스톤에 연결된 제1 단부와 고정 지점에 연결된 제2 단부를 구비하고, 전이 온도 범위 이상으로 가열될 때 제1 피스톤을 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키도록 마르텐사이트 상태로부터 오스테나이트 상태로 변화될 수 있고, 상기 전이 온도 범위 이하로 냉각될 때 제1 피스톤을 제2 위치로부터 제1 위치로 이동시키도록 오스테나이트 상태로부터 마르텐사이트 상태로 다시 변화될 수 있고, 그 길이가 마르텐사이트 상태보다 오스테나이트 상태에서 짧은 종방향 길이를 갖도록 구성된 일정 길이의 형상 기억 재료와,
    (d) 제1 실린더와 서로 유체 연통된 제2 실린더와,
    (e) 상기 제2 실린더 안의 휴지 위치와 작동 위치 사이에서 이동 가능하고, 유체 접촉 표면을 가지며, 제1 피스톤과의 사이에 분산된 유체를 내장하고, 상기 유체가 제1 피스톤의 유체 접촉 표면과 제2 피스톤의 유체 접촉 표면과 접촉하고, 제1 피스톤이 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동될 때 상기 유체가 제1 피스톤의 이동을 제2 피스톤으로 전달시키고, 상기 재료가 오스테나이트 상태로부터 마르텐사이트 상태로 변화될 때 상기 유체가 제2 피스톤의 이동을 제1 피스톤으로 전달시키도록 구성된 제2 피스톤과,
    (f) 상기 재료가 오스테나이트 상태로부터 마르텐사이트 상태로 변화될 때 제2 피스톤을 상기 작동 위치로부터 휴지 위치로 이동시킬 수 있는 편향 수단과,
    (g) 상기 길이의 형상 기억 재료를 상기 전이 온도 범위 이상으로 선택적으로 가열시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  34. 제33항에 있어서, 상기 제2 실린더가 제1 실린더안에 동축으로 장착되고, 제1 피스톤의 유체 접촉 표면이 제2 피스톤의 유체 접촉 표면에 대향하여 위치하는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  35. 제34항에 있어서, 적어도 2개의 상기 길이의 형상 기억 재료를 포함하고, 상기 길이의 형상 기억 재료 각각의 고정 지점이 제1 실린더 안에 위치하고, 상기 길이의 형상 기억 재료가 실린더들의 종축을 따라 제1 실린더 둘레에 직경 방향으로 대향하여 위치하는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  36. 제33항에 있어서, 상기 길이의 형상 기억 재료를 선택적으로 가열시키는 수단이 상기 재료를 통해 전류를 통화시키는 전기 장치인 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  37. 제33항에 있어서, 피스톤 로드와 부재를 포함하고, 상기 피스톤 로드가 제1 단부에서는 제2 피스톤에 그리고 제2 단부에서는 상기 부재에 부착되고, 상기 부재가 그 위의 부하를 지지할 수 있는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  38. 제33항에 있어서, 상기 편향 수단이 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  39. 제37항에 있어서, 상기 편향 수단이 상기 부재상의 부하를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  40. 제33항에 있어서, 상기 편향 수단이 가압 유체 편향력을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  41. 제33항에 있어서, 상기 제2 실린더가 제1 실린더 외측에 위치하고, 유체가 피스톤들의 이동을 다른 피스톤에 유체 도관을 통해 전달하도록 제1 실린더와 제2 실린더의 내부들을 상호 연통시키는 유체 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  42. 제33항에 있어서, 상기 고정 지점이 제1 피스톤 반대쪽의 제1 실린더안에 위치하는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  43. 제33항에 있어서, 상기 고정 지점이 제1 실린더 외부에 위치하는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  44. 제33항에 있어서, 상기 제2 피스톤의 이동이 제1 피스톤의 이동에 의해 한정되는 선형 통로의 길이보다 긴 선형 통로 길이를 한정하는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  45. 제33항에 있어서, 상기 제1 피스톤 유체 접촉 표면의 표면적이 제2 피스톤 유체 접촉 표면의 표면적보다 큰 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  46. 제33항에 있어서, 상기 제1 피스톤 유체 접촉 표면의 표면적이 제2 피스톤 유체 접촉 표면의 표면적보다 작은 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  47. 제33항에 있어서, 상기 합금이 오스테나이트 상태로부터 마르텐사이트 상태로 변화되는 데 필요한 시간을 감소시키도록 재료를 냉각시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  48. 제47항에 있어서, 상기 냉각 수단이 제1 실린더에 부착된 냉각 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  49. 제47항에 있어서, 상기 냉각 수단이 제1 실린더 상의 열전기 열교환 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  50. 제47항에 있어서, 상기 냉각 수단이 냉각 유체를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  51. 제33항에 있어서, 상기 제1 실린더 안에 과유압을 방지하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  52. 제51항에 있어서, 상기 방지 수단이 유압 축압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  53. 제33항에 있어서, 제1 피스톤이 강성 피스톤인 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  54. 제33항에 있어서, 제2 피스톤이 강성 피스톤인 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  55. 제33항에 있어서, 제1 피스톤이 탄성 중합체 격막인 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  56. 제33항에 있어서, 제1 피스톤이 금속 벨로우즈인 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  57. 제33항에 있어서, 제2 피스톤이 팽창가능한 블레이더인 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  58. 제33항에 있어서, 상기 형상 기억 재료가 합금인 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  59. 제33항에 있어서, 상기 형상 기억 재료가 선형 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  60. 제33항에 있어서, 상기 형상 기억 재료가 코일 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  61. 제33항에 있어서, 상기 형상 기억 재료가 편조 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  62. 제33항에 있어서, 상기 유체가 액체인 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  63. 제33항에 있어서, 상기 유체가 가스인 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  64. 제33항에 있어서, 상기 형상 기억 재료가 중합체인 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  65. 제33항에 있어서, 상기 형상 기억 재료가 단백질인 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  66. 제58항에 있어서, 상기 합금이 니켈 티타늄 합금인 것을 특징으로 하는 유압 형상 기억 재료 작동기.
  67. 공지의 충격 흡수 장치와, 제1항의 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 조정 가능한 충격 흡수기.
  68. 공지의 댐퍼 기구와, 제1항의 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 조정 가능한 댐퍼.
  69. 제1항의 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 증강 장치.
  70. 제1항의 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 부트스트랩(bootstrap).
  71. 제1항의 형상 기억 재료 응력 대 유압 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 부스터(booster).
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DE (1) DE69026509T2 (ko)
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NO (1) NO921329L (ko)
WO (1) WO1992002729A1 (ko)

Families Citing this family (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5079920A (en) * 1989-12-11 1992-01-14 Whitehead Charles A Hydraulic shape memory material stress to hydraulic pressure transducer
US4945727A (en) * 1989-12-11 1990-08-07 Whitehead Charles A Hydraulic shape memory alloy actuator
US5129753A (en) * 1990-11-13 1992-07-14 Trw Inc. Shape memory wire latch mechanism
US5215145A (en) * 1992-02-14 1993-06-01 Baker Hughes Incorporated Wedge-set sealing flap for use in subterranean wellbores
US5273116A (en) * 1992-02-14 1993-12-28 Baker Hughes Incorporated Firing mechanism for actuating wellbore tools
US5199497A (en) * 1992-02-14 1993-04-06 Baker Hughes Incorporated Shape-memory actuator for use in subterranean wells
US5160233A (en) * 1992-05-13 1992-11-03 The United State Of America As Representd By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Fastening apparatus having shape memory alloy actuator
US5626581A (en) * 1995-11-27 1997-05-06 Volunteers For Medical Engineering Implantable bone lengthening apparatus
US5701825A (en) * 1996-03-28 1997-12-30 Zeftek, Inc. Gap closing device for closing side wall gaps in auto rack cars
JP3137594B2 (ja) * 1997-03-31 2001-02-26 ババカル ンゴム 動力発生機構
US6022220A (en) * 1997-11-17 2000-02-08 Haugen; Peter C. Memory wire braille tactile system
US6247678B1 (en) 1999-11-01 2001-06-19 Swagelok Company Shape memory alloy actuated fluid control valve
KR20020022479A (ko) * 2000-09-20 2002-03-27 윤종용 세탁기의 배수 제어 장치
JP2002130114A (ja) * 2000-10-20 2002-05-09 Toshiba Corp アクチュエータ装置
US6374608B1 (en) 2001-03-06 2002-04-23 Charles James Corris Shape memory alloy wire actuator
US6779963B2 (en) * 2002-11-21 2004-08-24 General Electric Company Apparatus and method to control force exerted on steam turbines by inlet pipes
US8072302B2 (en) 2003-02-27 2011-12-06 University Of Washington Through Its Center For Commercialization Inchworm actuator based on shape memory alloy composite diaphragm
US7688168B2 (en) * 2003-02-27 2010-03-30 University Of Washington Actuators based on ferromagnetic shape memory alloy composites
US7280016B2 (en) * 2003-02-27 2007-10-09 University Of Washington Design of membrane actuator based on ferromagnetic shape memory alloy composite for synthetic jet actuator
US7104056B2 (en) * 2003-02-27 2006-09-12 University Of Washington Design of ferromagnetic shape memory alloy composites and actuators incorporating such materials
DE102004033240B3 (de) * 2004-07-08 2005-11-24 Benteler Automobiltechnik Gmbh Lenksäule
WO2006029174A2 (en) * 2004-09-08 2006-03-16 University Of Washington Energy absorbent material
EP2145120A1 (en) * 2007-05-16 2010-01-20 Thyssenkrupp Elevator Capital Corporation Actively damped tension member
WO2009059332A1 (en) * 2007-11-02 2009-05-07 University Of Washington Design of shape memory - shape memory polymer composites for reversible shape changes
TW200923458A (en) * 2007-11-20 2009-06-01 Chicony Electronics Co Ltd Activation device with shape memory alloy
CN101666299B (zh) * 2008-09-01 2011-06-22 北京有色金属研究总院 形状记忆合金位移叠加驱动机构
US8764286B2 (en) * 2008-12-10 2014-07-01 Raytheon Company Shape memory thermal sensors
US8789366B2 (en) * 2008-12-10 2014-07-29 Raytheon Company Shape memory stored energy assemblies and methods for using the same
US20110234362A1 (en) 2008-12-10 2011-09-29 Raytheon Company Shape memory circuit breakers
US8418455B2 (en) * 2008-12-10 2013-04-16 Raytheon Company Shape memory alloy separating apparatuses
US9127696B2 (en) * 2009-12-04 2015-09-08 Cameron International Corporation Shape memory alloy powered hydraulic accumulator
DE102010021183A1 (de) * 2010-05-21 2011-11-24 Günther Zimmer Anstoßvorrichtung mit hoher Betriebssicherheit
CN103269626A (zh) * 2010-06-01 2013-08-28 奥迪德·勒波 一种咖啡机
US8701406B2 (en) 2010-07-22 2014-04-22 University Of Houston Shape memory alloy powered hydraulic accumulator having wire guides
US9787131B2 (en) 2010-07-22 2017-10-10 University Of Houston Actuation of shape memory alloy materials using ultracapacitors
US9145903B2 (en) 2010-07-22 2015-09-29 Cameron International Corporation Shape memory alloy powered hydraulic accumulator having actuation plates
US8695334B2 (en) 2010-07-22 2014-04-15 University Of Houston Shape memory alloy powered hydraulic accumulator having wire clamps
US9206789B2 (en) 2011-10-26 2015-12-08 Autosplice, Inc. Memory alloy-actuated apparatus and methods for making and using the same
US9334675B2 (en) 2012-08-15 2016-05-10 Raytheon Company Passive safety mechanism utilizing self-fracturing shape memory material
US9470213B2 (en) 2012-10-16 2016-10-18 Raytheon Company Heat-actuated release mechanism
US10254097B2 (en) 2015-04-15 2019-04-09 Raytheon Company Shape memory alloy disc vent cover release
US9913650B2 (en) 2015-12-09 2018-03-13 Dean Pick Anchor for shape memory alloy wire and actuator
CA3017145C (en) * 2016-03-10 2020-01-28 Kellogg's Research Labs Modular power generator
GB201611171D0 (en) * 2016-06-28 2016-08-10 Exergyn Ltd SMA bundle piston cushioning system for use in an energy recovery device
US10709845B2 (en) 2016-07-21 2020-07-14 Amgen Inc. Drug delivery device with a rotatable drive mechanism
US20180372076A1 (en) * 2017-06-26 2018-12-27 Shinano Kenshi Kabushiki Kaisha Syringe actuation system
US20200355170A1 (en) * 2019-05-09 2020-11-12 Alfred R. Austen Performance Amplification of Super-Elastic and Shape Memory Actuator Devices Using Response Modification With Hydraulic and Pseudo Hydraulic Means
US11986875B1 (en) 2020-10-13 2024-05-21 National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc Passive conduit or cable modification device
US11473689B1 (en) * 2020-10-13 2022-10-18 National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc Passive tube closure valve
WO2023034215A1 (en) * 2021-08-30 2023-03-09 Johnson Controls Tyco IP Holdings LLP Actuator for a valve

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3403238A (en) * 1966-04-05 1968-09-24 Navy Usa Conversion of heat energy to mechanical energy
JPS5343153A (en) * 1976-09-30 1978-04-19 Masayasu Negishi Heat engine
AU7337981A (en) * 1980-07-25 1982-01-28 Innovative Technology International Inc. Memory alloy thermal motor
EP0045250A1 (en) * 1980-07-25 1982-02-03 Innovative Technology International, Inc. Memory alloy thermal motor
US4434618A (en) * 1982-07-19 1984-03-06 Dillon Corbett L Engine construction
JPS6081476A (ja) * 1983-10-12 1985-05-09 Hitachi Ltd アクチユエ−タ
JPS60232448A (ja) * 1984-05-02 1985-11-19 Nissan Motor Co Ltd 空気調和装置
US4945727A (en) * 1989-12-11 1990-08-07 Whitehead Charles A Hydraulic shape memory alloy actuator

Also Published As

Publication number Publication date
EP0494997A1 (en) 1992-07-22
DE69026509D1 (de) 1996-05-15
JPH07500889A (ja) 1995-01-26
NO921329L (no) 1992-06-04
DE69026509T2 (de) 1996-12-12
US4945727A (en) 1990-08-07
FI921476A0 (fi) 1992-04-03
CA2067252A1 (en) 1992-02-07
BR9007723A (pt) 1992-09-01
AU657900B2 (en) 1995-03-30
EP0494997B1 (en) 1996-04-10
FI921476A (fi) 1992-04-03
KR920704011A (ko) 1992-12-19
WO1992002729A1 (en) 1992-02-20
CA2067252C (en) 2001-01-23
AU6715390A (en) 1992-03-02
NO921329D0 (no) 1992-04-03

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