JPH01143301A - アクチュエータ - Google Patents
アクチュエータInfo
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- JPH01143301A JPH01143301A JP30193087A JP30193087A JPH01143301A JP H01143301 A JPH01143301 A JP H01143301A JP 30193087 A JP30193087 A JP 30193087A JP 30193087 A JP30193087 A JP 30193087A JP H01143301 A JPH01143301 A JP H01143301A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ptc
- actuator
- temperature
- ptc element
- driver
- Prior art date
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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】
〔産業上の利用分野〕
この発明は電熱駆動型アクチュエータに関し、より詳細
には、温度上昇に伴って比較的狭い温度域で電気抵抗が
急増する性質［ＰＴＣ特性（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｔｅｍ
ｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｆ’ｆｉｃｉｅｎｔ） ］を
有するＰＴＣヒータ、即ち、ＰＴＣ素子を備えたアクチ
ュエータに関する。
には、温度上昇に伴って比較的狭い温度域で電気抵抗が
急増する性質［ＰＴＣ特性（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｔｅｍ
ｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｆ’ｆｉｃｉｅｎｔ） ］を
有するＰＴＣヒータ、即ち、ＰＴＣ素子を備えたアクチ
ュエータに関する。
形状記憶合金は、塑性変形させた合金をある変態温度以
上にすると変形以前の形状に戻る性質をもつ合金である
。この形状記憶合金から作られた駆動体を備えたアクチ
ュエータ（駆動装置）は、温度変化による合金の相転位
を利用するために、特に能動的に駆動させる場合、この
駆動体の変形部分を加熱するヒータを設ける必要がある
。
上にすると変形以前の形状に戻る性質をもつ合金である
。この形状記憶合金から作られた駆動体を備えたアクチ
ュエータ（駆動装置）は、温度変化による合金の相転位
を利用するために、特に能動的に駆動させる場合、この
駆動体の変形部分を加熱するヒータを設ける必要がある
。
しかしながら、能動的に駆動させるために、駆動体の変
形部分を加熱する電熱ヒータを設けると、このヒータに
より過剰に昇温させる恐れがあり、この問題を回避する
ために、ヒータに高価な温度センサーや制御回路を設け
なくてはならない。また、過度の温度上昇を避けるため
に、緩慢な加熱しかできず、アクチュエータの応答速度
が制限された。
形部分を加熱する電熱ヒータを設けると、このヒータに
より過剰に昇温させる恐れがあり、この問題を回避する
ために、ヒータに高価な温度センサーや制御回路を設け
なくてはならない。また、過度の温度上昇を避けるため
に、緩慢な加熱しかできず、アクチュエータの応答速度
が制限された。
この発明は、上記の背景に基づきなされたものであり、
その目的とするところは、追加の温度センサーや制御回
路を必要とせず、応答速度が速くかつ過熱がないアクチ
ュエータを提供することである。
その目的とするところは、追加の温度センサーや制御回
路を必要とせず、応答速度が速くかつ過熱がないアクチ
ュエータを提供することである。
本発明者らは上記問題点を解決すべく種々の検討した結
果、アクチュエータのヒータとして、ＰＴＣ特性を有す
るヒータを用いれば、この発明の目的達成に有効である
ことを見出し、この発明を完成するに至った。
果、アクチュエータのヒータとして、ＰＴＣ特性を有す
るヒータを用いれば、この発明の目的達成に有効である
ことを見出し、この発明を完成するに至った。
すなわち、この発明のアクチュエータは、変態温度を境
にして所定の形状に変形する形状記憶合金の駆動体と、
この駆動体と熱的に接続するＰＴＣ素子（本明細書では
、ＰＴＣヒータともいう）とからなり、 このＰＴＣ素子は、温度上昇に伴って比較的狭い温度域
で電気抵抗が急増する性質を有するＰＴＣ組成物と、駆
動時にＰＴＣ組成物に電圧を印加する電極とを備え、 印加電圧によるＰＴＣ素子からの発熱とＰＴＣ素子から
の放熱との平衡温度（平衡が保たれている時の駆動体の
温度）が、形状記憶合金の変態温度より高い様に設定さ
れていることを特徴とするものである。
にして所定の形状に変形する形状記憶合金の駆動体と、
この駆動体と熱的に接続するＰＴＣ素子（本明細書では
、ＰＴＣヒータともいう）とからなり、 このＰＴＣ素子は、温度上昇に伴って比較的狭い温度域
で電気抵抗が急増する性質を有するＰＴＣ組成物と、駆
動時にＰＴＣ組成物に電圧を印加する電極とを備え、 印加電圧によるＰＴＣ素子からの発熱とＰＴＣ素子から
の放熱との平衡温度（平衡が保たれている時の駆動体の
温度）が、形状記憶合金の変態温度より高い様に設定さ
れていることを特徴とするものである。
この発明の好ましい態様において、ＰＴＣ素子を、熱媒
体を介して駆動体の変形部と熱的接続させることかでき
る。
体を介して駆動体の変形部と熱的接続させることかでき
る。
この発明の好ましい別の態様において、ＰＴＣ素子を、
駆動体の変形部と直接に熱的接続させることができる。
駆動体の変形部と直接に熱的接続させることができる。
以下、この発明を、より詳細に説明する。
ＰＴＣ素子
この発明のアクチュエータは、形状記憶合金の駆動体と
ＰＴＣ素子とからなる。
ＰＴＣ素子とからなる。
ここで、ＰＴＣ素子は、例えば、第３図に示す様に、温
度Ｔが上昇するに伴い電気抵抗値Ｒが比較的狭い温度域
で急増する性質を持つ。したがって、ＰＴＣ素子を含む
回路において、このＰＴＣ素子に室温で電圧を印加する
と、室温抵抗Ｒ１でのジュール熱が発熱し、放熱量と平
衡に達しないとき、ＰＴＣ素子の温度は更に上昇する。
度Ｔが上昇するに伴い電気抵抗値Ｒが比較的狭い温度域
で急増する性質を持つ。したがって、ＰＴＣ素子を含む
回路において、このＰＴＣ素子に室温で電圧を印加する
と、室温抵抗Ｒ１でのジュール熱が発熱し、放熱量と平
衡に達しないとき、ＰＴＣ素子の温度は更に上昇する。
成る温度域でＰＴＣ素子の電気抵抗は急激に増大し、Ｐ
ＴＣ素子を流れる電流を所定の電流以下に制限す・る。
ＴＣ素子を流れる電流を所定の電流以下に制限す・る。
ＰＴＣ素子からの放熱による電力損失量は、ＰＴＣ素子
と駆動体との熱的接続、ＰＴＣ素子の形状、材質、寸法
などにより決められる。したがって、所定のＰＴＣ素子
では、一定の電圧をＰＴＣ素子に印加すると、ある温度
で発熱と放熱との平衡に達する。
と駆動体との熱的接続、ＰＴＣ素子の形状、材質、寸法
などにより決められる。したがって、所定のＰＴＣ素子
では、一定の電圧をＰＴＣ素子に印加すると、ある温度
で発熱と放熱との平衡に達する。
この発明において用いられるＰＴＣ素子は、通常、２以
上の電極と、その電極と電気的に接合されたＰＴＣ組成
物とからなり、必要に応じて、電極にリード線が接続さ
れる。
上の電極と、その電極と電気的に接合されたＰＴＣ組成
物とからなり、必要に応じて、電極にリード線が接続さ
れる。
このＰＴＣ組成物は、例えば、Ｂ ａ Ｔ ｉＯ３に１
価または３価の金属酸化物を添加したもの、重合体と導
電性粒子との混合物などがある。
価または３価の金属酸化物を添加したもの、重合体と導
電性粒子との混合物などがある。
この発明に於いて用いることのできる重合体として、ポ
リエチレン、ポリエチレンオキシド、を−４−ポリブタ
ジェン、ポリエチレンアクリレート、エチレン−エチル
アクリレート共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体
、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリカプ
ロラクタム、フッ素化エチレン−プロピレン共重合体、
塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化エチレン、エチ
レン−酢酸ビニル共重合体、ポリプロピレン、ポリスチ
レン、スチレン−アクリロニトリル共重合体、ポリ塩化
ビニル、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリアル
キレンオキシド、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホ
ン、フッ素樹脂、およびこれ等のうちから選ばれた少な
くとも２種のブレンドポリマー等がある。この発明のお
いて、重合体の種類、組成比などは、所望の性能、用途
などに応じて適宜選択することができる。
リエチレン、ポリエチレンオキシド、を−４−ポリブタ
ジェン、ポリエチレンアクリレート、エチレン−エチル
アクリレート共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体
、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリカプ
ロラクタム、フッ素化エチレン−プロピレン共重合体、
塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化エチレン、エチ
レン−酢酸ビニル共重合体、ポリプロピレン、ポリスチ
レン、スチレン−アクリロニトリル共重合体、ポリ塩化
ビニル、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリアル
キレンオキシド、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホ
ン、フッ素樹脂、およびこれ等のうちから選ばれた少な
くとも２種のブレンドポリマー等がある。この発明のお
いて、重合体の種類、組成比などは、所望の性能、用途
などに応じて適宜選択することができる。
また、重合体に分散される導電性粒子としては、カーボ
ンブラック、グラファイト、炭素粉、スズ、銀、金、銅
などの導電性物質の粒子、銀や銅メツキされたセラミッ
ク粒子などを用いることができる。ＰＴＣ組成物の調製
に際して、上記の重合体、導電性粒子以外に、必要に応
じて種々の添加剤を混合することができる。そのような
添加剤として、例えば、アンチモン化合物、リン化合物
、塩素化化合物、臭素化化合物などの難燃剤、酸化防止
剤、安定剤、熱伝導性粒子などがある。
ンブラック、グラファイト、炭素粉、スズ、銀、金、銅
などの導電性物質の粒子、銀や銅メツキされたセラミッ
ク粒子などを用いることができる。ＰＴＣ組成物の調製
に際して、上記の重合体、導電性粒子以外に、必要に応
じて種々の添加剤を混合することができる。そのような
添加剤として、例えば、アンチモン化合物、リン化合物
、塩素化化合物、臭素化化合物などの難燃剤、酸化防止
剤、安定剤、熱伝導性粒子などがある。
この発明においてＰＴＣ組成物は、その原材料、重合体
、導電性粒子、その他添加剤を所定の割合いで配合・混
練して調製される。
、導電性粒子、その他添加剤を所定の割合いで配合・混
練して調製される。
ここで用いることのできる電極材料の種類としては、通
常の電極として用いることのできる金属であり、その様
なものとして、例えば、ニッケル、コバルト、アルミニ
ウム、クロム、スズ、銅、銀、鉄（ステンレス鋼などの
鉄合金を含む）、亜鉛、金、鉛、白金などがある。電極
の形状、寸法などはＰＴＣ素子の用途などに応じて適宜
選択することが望ましい。
常の電極として用いることのできる金属であり、その様
なものとして、例えば、ニッケル、コバルト、アルミニ
ウム、クロム、スズ、銅、銀、鉄（ステンレス鋼などの
鉄合金を含む）、亜鉛、金、鉛、白金などがある。電極
の形状、寸法などはＰＴＣ素子の用途などに応じて適宜
選択することが望ましい。
次いで、この発明において、ＰＴＣ組成物と電極とを接
合する種々の態様を説明する。得られたＰＴＣ組成物を
、例えば、フィルム状に成形し金属電極をフィルムの上
下に熱圧着して積層体を形成する態様、また、導電性接
着剤を用いて電極板とＰＴＣ組成物とを接合して積層体
を形成する態様などがある。次いで、この積層体を所定
の寸法に切断し、電極表面にリード線をスポット溶接、
半田付けなどで接続してＰＴＣ素子を製造することがで
きる。
合する種々の態様を説明する。得られたＰＴＣ組成物を
、例えば、フィルム状に成形し金属電極をフィルムの上
下に熱圧着して積層体を形成する態様、また、導電性接
着剤を用いて電極板とＰＴＣ組成物とを接合して積層体
を形成する態様などがある。次いで、この積層体を所定
の寸法に切断し、電極表面にリード線をスポット溶接、
半田付けなどで接続してＰＴＣ素子を製造することがで
きる。
アクチュエータ
この発明のアクチュエータの駆動体は、駆動さ−７＝
せるべき部材に力をかけるものであり、少なくとも変形
部分が形状記憶合金からなる。この形状記憶合金は、変
態温度を境にして可逆的に所定の形状に変形するもので
あり、その様なものとして、例えば、Ｔｉ−Ｎ１（＝チ
ノール）系合金、Ｃｕ−Ｚｎ系合金、Ｉｎ−Ｔｌ系合金
、Ｃｕ−ＡΩ−Ｎｌ系合金、Ｃｕ−８ｎ系合金などがあ
る。記憶させるべき合金の形状は、そのアクチュエータ
の種類、駆動体の運動軌跡などに応じて適宜選択される
。
部分が形状記憶合金からなる。この形状記憶合金は、変
態温度を境にして可逆的に所定の形状に変形するもので
あり、その様なものとして、例えば、Ｔｉ−Ｎ１（＝チ
ノール）系合金、Ｃｕ−Ｚｎ系合金、Ｉｎ−Ｔｌ系合金
、Ｃｕ−ＡΩ−Ｎｌ系合金、Ｃｕ−８ｎ系合金などがあ
る。記憶させるべき合金の形状は、そのアクチュエータ
の種類、駆動体の運動軌跡などに応じて適宜選択される
。
このアクチュエータでは、駆動体はＰＴＣ素子と熱的に
接続している。この熱的接続の態様としては、種々のも
のがあり、例えば、空気、絶縁油などの熱媒体を介した
間接的な接続、およびＰＴＣ素子面と駆動体面とを接触
させた直接的な接続などがある。
接続している。この熱的接続の態様としては、種々のも
のがあり、例えば、空気、絶縁油などの熱媒体を介した
間接的な接続、およびＰＴＣ素子面と駆動体面とを接触
させた直接的な接続などがある。
上記に述べた技術的構成を有するこの発明では、ＰＴＣ
素子に室温で電圧を印加すると、室温抵抗Ｒでのジュー
ル熱が発熱し、放熱最と平衡に達しないとき、ＰＴＣ素
子の温度は更に上昇する。
素子に室温で電圧を印加すると、室温抵抗Ｒでのジュー
ル熱が発熱し、放熱最と平衡に達しないとき、ＰＴＣ素
子の温度は更に上昇する。
成る温度域でＰＴＣ素子の電気抵抗は急激に増大し、Ｐ
ＴＣ素子を流れる電流を所定の電流以下に制限され、Ｐ
ＴＣ素子からの発熱量も飽和する。
ＴＣ素子を流れる電流を所定の電流以下に制限され、Ｐ
ＴＣ素子からの発熱量も飽和する。
ＰＴＣ素子からの放熱による電力損失量は、ＰＴＣ素子
と駆動体との熱的接続、ＰＴＣ素子の形状、材質、寸法
などにより決められる。したがって、所定のＰＴＣ素子
では、一定の電圧をＰＴＣ素子に印加すると、ある温度
で発熱と放熱との平衡に達する。
と駆動体との熱的接続、ＰＴＣ素子の形状、材質、寸法
などにより決められる。したがって、所定のＰＴＣ素子
では、一定の電圧をＰＴＣ素子に印加すると、ある温度
で発熱と放熱との平衡に達する。
他方、形状記憶合金は、塑性変形させた合金をある変態
温度以上にすると変形以前の形状に戻る性質をもつ合金
である。
温度以上にすると変形以前の形状に戻る性質をもつ合金
である。
したがって、ＰＴＣ素子の平衡時の温度が、形状記憶合
金の変態温度と一致するが、または、それよりも高い様
に設定されているとき、ＰＴＣ素子に電圧を印加すると
、ＰＴＣ素子が形状記憶合金を変態温度以上に加熱して
、駆動体を運動させることができる。
金の変態温度と一致するが、または、それよりも高い様
に設定されているとき、ＰＴＣ素子に電圧を印加すると
、ＰＴＣ素子が形状記憶合金を変態温度以上に加熱して
、駆動体を運動させることができる。
この発明を例を示して具体的に説明する。
この発明によるアクチュエータの一態様を第１図および
第２図に示す。第１図は、゛このアクチュエータ例の縦
断面図であり、第２図は、このアクチュエータ例の横断
面図である。
第２図に示す。第１図は、゛このアクチュエータ例の縦
断面図であり、第２図は、このアクチュエータ例の横断
面図である。
この態様のアクチュエータ１は、筒状のＰＴＣ素子２と
、その筒状ＰＴＣ素子２に包囲された形状記憶合金の駆
動体３とからなり、ＰＴＣ素子２と駆動体３との間には
熱媒体４か充填されている。
、その筒状ＰＴＣ素子２に包囲された形状記憶合金の駆
動体３とからなり、ＰＴＣ素子２と駆動体３との間には
熱媒体４か充填されている。
このアクチュエータの端部には、熱媒体４か洩れないよ
うにカバー８が装着されている。
うにカバー８が装着されている。
筒状ＰＴＣ素子２は、ＰＴＣ組成物５を挾んだ２枚の電
極６ａおよび６ｂとからなる。
極６ａおよび６ｂとからなる。
駆動体３は、少なくともＰＴＣ素子２に包囲された螺旋
状変形部３ａが形状記憶合金からなり、この変形部３ａ
に連動して、駆動すべき部材に力をかける連結部３ｂを
有する。
状変形部３ａが形状記憶合金からなり、この変形部３ａ
に連動して、駆動すべき部材に力をかける連結部３ｂを
有する。
さらに、電極６ａおよび６ｂの各々から、ＰＴＣ組成物
に一定の電圧を印加するための電源回路７が設けられて
いる。
に一定の電圧を印加するための電源回路７が設けられて
いる。
この発明のアクチュエータによって、次の効果を得るこ
とができる。
とができる。
（ａ） 駆動時、ＰＴＣ素子に電圧を印加することに
よりＰＴＣ素子が発熱して、形状記憶合金を加熱して駆
動させると共に、ＰＴＣ素子は自己発熱制御して過熱を
防止する。従って、温度センサーや制御回路を必要とせ
ず、廉価なアクチュエータを製造することができる。
よりＰＴＣ素子が発熱して、形状記憶合金を加熱して駆
動させると共に、ＰＴＣ素子は自己発熱制御して過熱を
防止する。従って、温度センサーや制御回路を必要とせ
ず、廉価なアクチュエータを製造することができる。
（ｂ） ＰＴＣ素子は自己発熱制御作用を示すので、
大きな電圧を駆動時にかけることができて応答速度を速
くすることができる。
大きな電圧を駆動時にかけることができて応答速度を速
くすることができる。
（ｃ） ＰＴＣ素子は狭い温度範囲で抵抗値が急増す
る性質を持っており、外的環境が変化しても安定に一定
の温度を維持するなどの利点かある。
る性質を持っており、外的環境が変化しても安定に一定
の温度を維持するなどの利点かある。
第１図はこの発明によるアクチュエータの部分的縦断面
図、第２図は第１図のＡ−Ａ’線に沿つて示すアクチュ
エータの横断面図、第３図はＰＴＣ特性を示す温度−抵
抗関係図である。 １・・・アクチュエータ、２・・・ＰＴＣ素子、３ａ・
・・駆動体の変形部、３ｂ・・・駆動体の連結部、４・
・・熱媒体子、５・・・ＰＴＣ組成物、６ ａ ％ ６
ｂ・・・電極、７・・・電源回路、８・・・カバー。 出願人代理人 佐 藤 −雄
図、第２図は第１図のＡ−Ａ’線に沿つて示すアクチュ
エータの横断面図、第３図はＰＴＣ特性を示す温度−抵
抗関係図である。 １・・・アクチュエータ、２・・・ＰＴＣ素子、３ａ・
・・駆動体の変形部、３ｂ・・・駆動体の連結部、４・
・・熱媒体子、５・・・ＰＴＣ組成物、６ ａ ％ ６
ｂ・・・電極、７・・・電源回路、８・・・カバー。 出願人代理人 佐 藤 −雄
Claims (4)
- １．変態温度を境にして所定の形状に変形する形状記憶
合金の駆動体と、該駆動体と熱的に接続するＰＴＣ素子
とからなり、 該ＰＴＣ素子は、温度上昇に伴って比較的狭い温度域で
電気抵抗が急増する性質を有するＰＴＣ組成物と、駆動
時に該ＰＴＣ組成物に電圧を印加する電極とを備え、 印加電圧によるＰＴＣ素子からの発熱とＰＴＣ素子から
の放熱との平衡が保たれている時、該駆動体の温度が、
形状記憶合金の変態温度より高い様に設定されているこ
とを特徴とするアクチュエータ。 - ２．ＰＴＣ素子が、駆動体の変形部と熱媒体を介して熱
的接続する特許請求の範囲第１項記載のアクチュエータ
。 - ３．ＰＴＣ素子が、駆動体の変形部と直接に熱的接続す
る特許請求の範囲第１項記載のアクチュエータ。 - ４．ＰＴＣ組成物および電極間に印加する電圧が一定に
維持される特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか
１項に記載のアクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30193087A JPH01143301A (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30193087A JPH01143301A (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | アクチュエータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01143301A true JPH01143301A (ja) | 1989-06-05 |
Family
ID=17902817
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30193087A Pending JPH01143301A (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01143301A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6146477A (ja) * | 1984-08-10 | 1986-03-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | アクチユエ−タ |
-
1987
- 1987-11-30 JP JP30193087A patent/JPH01143301A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6146477A (ja) * | 1984-08-10 | 1986-03-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | アクチユエ−タ |
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