JPH02241989A - 形状記憶合金アクチュエータ - 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】 産業上の利用分野 本発明は小型のマニピュレータなどに利用される形状記
憶合金（以下ＳＭＡと記す）を利用したアクチュエータ
に関するものである。

従来の技術 一般にＳＭＡアクチュエータは、ＳＭＡの持つ熱弾性型
マルテンサイト変態に起因する形状記憶効果を利用して
、ＳＭＡとバイアスバネ、或は拮抗する一対のＳＭＡと
いう構成においてＳＭＡを加熱（冷却）シ、その温度差
による変形量を取り出してアクチュエータとして使用す
る。これは、予め形状記憶処理を施され、熱弾性型マル
テンサイトから母相への逆変態開始温度以下で変形され
たＳＭＡが、逆変態終了温度以上に加熱されることによ
って完全に元の形状に戻ろうとする形状回復力を利用す
るのである。従って、他のアクチュエータに比べ非常に
小型で軽量であり、且つ極めて構成が簡単になるという
利点を持っており、小型のマニピュレータなどへの応用
展開が期待されている。ただし温度制御であるため、加
熱・冷却のサイクルを短時間内におさめることが困難で
あり、特に冷却時に関しては、自然に温度が下がるのを
待っていたのでは応答速度が遅くなり実用的なサイクル
が得られず、対象物を掴んですぐに放すといったマニピ
ュレータの基本動作を始め、各種の作業に必要とされる
機能を満足することが出来ない。

これに対し、例えば特開昭６２−７７８８２号公報に示
されているＳＭＡアクチュエータのように、ＳＭＡコイ
ルの内部にわざわざ冷却用の部材を設けて応答速度を速
（しようとするものも提案されている。

発明が解決しようとする課題 しかしながら前記のような構成では、冷却用の部材だけ
ならまだしも、この部材を冷却するための装置がさらに
必要になり（引用例ではフレオンガスをコンプレッサで
循環させている）、ＳＭＡアクチュエータの持つ小型軽
量で且つ簡単な構成という最大の特長が損なわれてしま
うという問題点を有していた。

本発明はかかる点に鑑み、非常に小型で軽量であり、且
つ極めて構成が簡単になるというＳＭＡアクチュエータ
の利点を損なうことなく、応答速度を速くして、対象物
を掴んですぐに放すといったマニピュレータの基本動作
を始め、各種の作業に必要とされる機能を満足すること
ができるＳＭＡアクチュエータを提供することを目的と
する。

課題を解決するための手段 請求項１記載の発明は、カム形状により移動軌跡を定め
られた移動部材と、この移動部材の移動方向に沿って設
けられ、加熱及び冷却されることによって変形して前記
移動部材を動作させるように構成されたＳＭＡと１．こ
のＳＭＡにバイアス力を与える弾性部材と、ＳＭＡを加
熱する加熱制御手段とを備え、この加熱制御手段は、移
動部材の移動軌跡の途中において、ＳＭＡの弾性力と弾
性部材の付勢力とを平衡させて移動部材を停止させるよ
うに構成して、停止前の第１のストロークと、停止後の
第２のストロークという１方向で２つのストロークを得
るようにしたことを特徴とする請求項２記載の発明は、
カム形状により移動軌跡を定められた移動部材と、この
移動部材の移動方向に沿って直列に設けられ、加熱及び
冷却されることによって変形して移動部材を動作させる
ように構成された複数のＳＭＡと、この複数のＳＭＡに
バイアス力を与える弾性部材と、複数のＳＭＡをそれぞ
れ加熱する複数の加熱制御手段とを備え、この複数の加
熱制御手段の内の一部が、対応する複数のＳＭＡの内の
一部を加熱することにより、移動部材の移動軌跡の途中
において、複数のＳＭＡの一部による弾性力と弾性部材
の付勢力とを平衡させて移動部材を停止させるように構
成して第１のストロークを得、その後複数の加熱制御手
段が、対応する複数のＳＭＡをすべて加熱することによ
り第２のストロークを得るように構成し、１方向で２つ
のストロークを得るようにしたことを特徴とする。

作　　　用 本発明は第１の特徴により、カム形状により移動軌跡を
定められた移動部材をその移動軌跡の途中において、Ｓ
ＭＡの弾性力と弾性部材の付勢力とを平衡させて停止さ
せることが可能であるため、その動作を応答速度の速い
１方向で２つのストロークに分けることができ、カム形
状を適当なものにすることで、−非常に小型で軽量であ
り、且つ極めて構成が簡単になるというＳＭＡアクチュ
エータの利点を損なうことなく、対象物を掴んですぐに
放すといったマニピュレータの基本動作を始め、各種の
作業に必要とされる機能を満足することができるＳＭＡ
アクチュエータを提供することかでき、 第２の特徴により、カム形状により移動軌跡を定められ
た移動部材をその移動軌跡の途中において、複数のＳＭ
Ａの内の一部だけを加熱して、簡単な温度制御だけでそ
れらの弾性力と弾性部材の付勢力とを平衡させて停止さ
せることが可能であるため、その動作を応答速度の速い
１方向で２つのストロークに分けることができ、カム形
状を適当なものにすることで、非常に小型で軽量であり
、且つ極めて構成が簡単になるというＳＭＡアクチュエ
ータの利点を損なうことなく、対象物を掴んですぐに放
すといったマニピュレータの基本動作を始め、各種の作
業に必要とされる機能を満足することができるＳＭＡア
クチュエータを提供することができる。

実施例 第１図は本発明の第１の実施例におけるＳＭＡアクチュ
エータ（請求項１記載の発明に対応）の構成図を示すも
のである。第１図において、１は一端がベース（図示せ
ず）に固定され他端がプレート２に係止されたＳＭＡコ
イル、３．４はベースに固定された軸、５は一端がベー
スに固定され他端がプレート２に係止されたバイアスバ
ネ、６はベースに固定されたストッパ、８．９はベース
に固定されたスイッチ、１０は加熱用回路である。

また１１はベースに固定されたブロックであり、プレー
ト２の先端部２Ｃとの間で対象物１２を挟み込んで固定
するためのものである。プレート２は溝部２ａが軸３に
係合しており、またバイアスバネ５の付勢方向から側面
部２ｂが軸４と当接している。プレート２が前記バイア
スバネ５の付勢力に抗して移動した際は、プレート２の
前記側面部２ｂにつながる斜面部２ｄが前記軸４と当接
する。このためプレート２は溝部２ａ及び側面部２ｂや
斜面部２ｄとそれぞれの軸３．４との接触を保ちながら
移動することができる。同図に示す状態においてはスイ
ッチ８．９はともにオフになっており、対象物１２もブ
ロック１１に固定されてはいない。

以上のように構成された本実施例のＳＭＡアクチュエー
タにおいて、以下その動作を説明する。

この状態で加熱用回路１０によってＳＭＡコイル１に、
例えばパルス幅変調（ＰＷＨ）方式を用いて通電加熱す
る。ＳＭＡコイル１は予め伸びた状態に形状記憶処理さ
れており、この加熱によって逆変態開始温度を過ぎると
徐々に伸びようとする。この形状回復力は逆変態終了温
度時においては低温時の変形応力に比べて数倍大きく、
また温度の上昇とともに次第に大きくなるため、やがて
バイアスバネ５の付勢力に抗してプレート２を移動させ
、プレート２の先端部２ｃをブロック１１に接近させる
。そして先端部２ｃが対象物１２をブロック１１との間
に挟み込んで固定した時点でプレート２の斜面部２ｄに
よってスイッチ８がオンになる。この状態を第２図に実
線にて示す。

スイッチ８がオンになると、その信号によって加熱用回
路１０はＳＭＡコイル１への通電を制御し温度をそのま
まに保つ。この結果、例えばプレート２の先端部２ｃと
ブロック１１との間で把持動作が可能となり、ベースご
と移動させれば対象物１２を運ぶことができる。

一方、この状態からさらに加熱用回路１０によってＳＭ
Ａコイル１に通電加熱すると、ＳＭＡコイル１はさらに
伸びようとする。ところがプレート２の側面部２ｂは斜
面部２ｄにつながっているためプレート２はこのカム形
状に沿って徐々に時計方向に回転しながら移動し、結果
的に先端部２Ｃはブロック１１から離間することになる
。従って対象物１２の把持動作が解除され、ベースの移
動場所に対象物１２を置くことができる。ここでプレー
ト２の先端部２ｃによってスイッチ９がオンになり、そ
の信号によって加熱用回路１０はＳＭＡコイル１への通
電を終了し、またプレート２もストッパ６に当接して移
動しなくなる。この状態を第２図に一点鎖線にて示す。

通電を終了されたＳＭＡコイル１はやがて冷却され、バ
イアスバネ５の付勢力によってプレート２が初期の状態
（第１図参照）に戻る。

以上のように本実施例によれば、側面部２ｂ及び斜面部
２ｄからなるカム形状により移動軌跡を定められたプレ
ート２をＳＭＡコイル１への加熱を制御して移動軌跡の
途中において停止させることにより、応答速度の速い１
方向でプレート２の移動を２つのストロークに分けて、
対象物１２を掴んですぐに放すといったことができる。

なお、本実施例においてバイアスバネ５は普通のバネで
構成したが、これも弾性部材の一種であるＳＭＡで構成
し新た番と加熱用回路を設けて、途中停止位置の制御を
２つのＳＭＡを拮抗させて行なうようにしてもよい。ま
た、ベースに固定されたブロック１１に対してプレート
２などからなる１組の移動機構によって構成したが、本
実施例の移動機構をもう１組設けても良いことは言うま
でもない。また、途中停止位置をスイッチ８で構成した
が、圧力センサなどを利用しても構成できる。

第３図は本発明の第２の実施例におけるＳＭＡアクチュ
エータ（請求項２記載の発明に対応）の構成図を示すも
のである。第３図において、２１ａ１２　ｌ　ｂは直列
に接続され、一端がベース（図示せず）に固定され他端
がプレート２２に係止されたＳＭＡコイル、２３．２４
はベースに固定された軸、２５は一端がベースに固定さ
れ他端がプレート２２に係止されたバイアスバネ、２６
はベースに固定されたストッパ、２９はベースに固定さ
れたスイッチ、３０ａ１３０ｂはそれぞれＳＭＡコイル
２１ａ１２１ｂに対応する加熱用回路である。また３１
はベースに固定されたブロックであり、プレート２２の
先端部２２ｃとの間で対象物３２を挟み込んで固定する
ためのものである。

プレート２２は溝部２２ａが軸２３に係合しており、ま
たバイアスバネ２５の付勢方向から側面部２２ｂが軸２
４と当接している。プレート２２が前記バイアスバネ２
５の付勢力に抗して移動した際は、プレート２２の前記
側面部２２につながる斜面部２２ｄが前記軸２４と当接
する。このためプレート２２は溝部２２ａ及び側面部２
２ｂや斜面部２２ｄとそれぞれの軸２３．２４との接触
を保ちながら移動することができる。同図に示す状態に
おいては、スイッチ２９はオフになっており、対象物３
２もブロック３１に固定されてはいない。

加熱用回路３０ａ１３０ｂはそれぞれＳＭＡコイル２１
ａ、２１ｂを個別に加熱することが出来る。

以上のように構成された本実施例のＳＭＡアクチュエー
タにおいて、以下その動作を説明する。

この状態で加熱用回路３０ａによってＳＭＡコイル２１
ａに、例えばパルス幅変調（ＰＷＨ）方式を用いて通電
加熱する。ＳＭＡコイル２１ａは予め伸びた状態に形状
記憶処理されており、この加熱によって逆変態開始温度
を過ぎると徐々に伸びようとする。この形状回復力は逆
変態終了温度時においては低温時の変形応力に比べて数
倍大きく、また温度の上昇とともに次第に大きくなるた
め、やがてバイアスバネ２５の付勢力に抗してプレート
２２を移動させ、プレート２２の先端部２２ｃをブロッ
ク３１に接近させる。そして逆変態終了温度以上になっ
た時点でバイアスバネ２５の付勢力と平衡する状態で安
定し、先端部２２ｃが対象物３２をブロック３１との間
に挟み込んで固定する。この状態を第４図の実線にて示
す。

加熱用回路３０ａは白ＭＡコイル２１ａへの通電を制御
し温度を逆変態終了温度以上に保つ。この結果、例えば
プレート２２の先端部２２ｃとブロック３１との間で把
持動作が可能となり、べ−スごと移動させれば対象物３
２を運ぶことができる。

一方、この状態から今度は加熱用回路３０ｂによってＳ
ＭＡコイル２１ｂに通電加熱すると、ＳＭＡコイル２１
ｂが伸びようとする。ところがプレート２２の側面部２
２ｂは斜面部２２ｄにつながっているためプレート２２
は、カム形状に沿って徐々に時計方向に回転しながら移
動し、結果的に先端部２２ｃはブロック３１から離間す
ることになる。従って対象物３２の把持動作が解除され
、ベースの移動場所に対象物３２を置くことができる。

ここでプレート２２の先端部２２ｃによってスイッチ２
９がオンになり、その信号によって加熱用回路３０ａ、
３０ｂはＳＭＡ：Ｉイル２１ａ１２１ｂへの通電を終了
し、またプレート２２もストッパ２６に当接して移動し
なくなる。この状態を第４図に一点鎖線にて示す。通電
を終了されたＳＭＡコイル２１ａ、２１ｂはやがて冷却
され、バイアスバネ２５の付勢力によってプレート２２
が初期の状態（第３図参照）に戻る。

以上のように本実施例によれば、側面部２２ｂ及び斜面
部２２ｄからなるカム形状により移動軌跡を定められた
プレート２２をＳＭＡコイル２１ａだけを加熱して移動
軌跡の途中において停止させることにより、簡単な温度
制御で応答速度の速い１方向でプレート２２の移動を２
つのストロークに分けて、対象物を３２を掴んですぐに
放すといったことができる。

なお、本実施例においてバイアスバネ２５は普通のバ′
ネで構成したが、これも弾性部材の一種であるＳＭＡで
構成し新たに加熱用回路を設けて、途中停止位置の制御
をＳＭＡ同志を拮抗させて行なうようにしてもよい。ま
た、ブロック３１をベースに固定された物で構成したが
、本実施例の移動機構をもう１組設けても良いことは言
うまでもない。

さらに第１の実施例にて説明した場合と同様に、途中停
止位置をスイッチや圧力センナなどを利用して検出して
もよい。

発明の詳細 な説明したように、請求項１記載の発明によれば、カム
形状により移動軌跡を定められた移動部材をその移動軌
跡の途中において、ＳＭＡの弾性力と弾性部材の付勢力
とを平衡させて停止させることが可能であるため、その
動作を応答速度の速い１方向で２つのストロークに分け
ることができ、カム形状を適当なものにすることで、非
常に小型で軽量であり、且つ極めて構成が簡単になると
いうＳＭＡアクチュエータの利点を損なうことなく、対
象物を掴んですぐに放すといったマニピュレータの基本
動作を始め、各種の作業に必要とされる機能を満足する
ことができるＳＭＡアクチュエータを提供することがで
き、 請求項２記載の発明によれば、カム形状により移動軌跡
を定められた移動部材をその移動軌跡の途中において、
複数のＳＭＡの内の一部だけを加熱して、簡単な温度制
御だけでそれらの弾性力と弾性部材の付勢力とを平衡さ
せて停止させることが可能であるため、その動作を応答
速度の速い１方向で２つのストロークに分けることがで
き、カム形状を適当なものにすることで、非常に小型で
軽量であり、且つ極めて構成が簡単になるというＳＭＡ
アクチュエータの利点を損なうことなく、対象物を掴ん
ですぐに放すといったマニピュレータの基本動作を始め
、各種の作業に必要とされる機能を満足することができ
るＳＭＡアクチュエータを提供することができ、その実
用的効果は太きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における形状記憶合金ア
クチュエータの構成図、第２図は同形状記憶合金アクチ
ュエータの動作説明図、第３図は本発明の第２の実施例
における形状記憶合金アクチュエータの構成図、第４図
は同形状記憶合金アクチュエータの動作説明図である。 １・・・形状記憶合金コイル、２・・・プレート、２ａ
８１．溝部、２　ｂ　、、、側面部、２ｄ、、、斜面部
、３．４・・・軸、５・・・バイアスバネ、８・・・ス
イッチ、１０・・・加熱用回路、２１　ａ１２１　ｂ・
・・形状記憶合金コイル、　２２−・・プレート、　２
２ａ、、、溝部、　２２ｂ、、。 側面部、 ２２　ｄ　、、、斜面部、 ２３． ２４・・・軸、 …バイアスバネ、 ０ａ１ ３０ｂ・・・加熱用回路。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）カム形状により移動軌跡を定められた移動部材と
   、この移動部材の移動方向に沿って設けられ、加熱及び
   冷却されることによって変形して前記移動部材を動作さ
   せるように構成された形状記憶合金と、この形状記憶合
   金にバイアス力を与える弾性部材と、前記形状記憶合金
   を加熱する加熱制御手段とを備え、この加熱制御手段は
   、前記移動部材の移動軌跡の途中において、前記形状記
   憶合金の弾性力と前記弾性部材の付勢力とを平衡させて
   前記移動部材を停止させるように構成して、停止前の第
   １のストロークと、停止後の第２のストロークという１
   方向で２つのストロークを得るようにしたことを特徴と
   する形状記憶合金アクチュエータ。
2. （２）カム形状により移動軌跡を定められた移動部材と
   、この移動部材の移動方向に沿って直列に設けられ、加
   熱及び冷却されることによって変形して前記移動部材を
   動作させるように構成された複数の形状記憶合金と、こ
   の複数の形状記憶合金にバイアス力を与える弾性部材と
   、前記複数の形状記憶合金をそれぞれ加熱する複数の加
   熱制御手段とを備え、この複数の加熱制御手段の内の一
   部が、対応する前記複数の形状記憶合金の内の一部を加
   熱することにより、前記移動部材の移動軌跡の途中にお
   いて、前記複数の形状記憶合金の一部による弾性力と前
   記弾性部材の付勢力とを平衡させて前記移動部材を停止
   させるように構成して第１のストロークを得、その後前
   記複数の加熱制御手段が、対応する前記複数の形状記憶
   合金をすべて加熱することにより第２のストロークを得
   るように構成し、１方向で２つのストロークを得るよう
   にしたことを特徴とする形状記憶合金アクチュエータ。
3. （３）カム形状を、ある点に対して第１のストロークで
   移動部材が接近し、第２のストロークで離間するように
   構成したことを特徴とする請求項１または２記載の形状
   記憶合金アクチュエータ。
4. （４）加熱制御手段は、移動部材の停止すべき位置を検
   知する検知部材を有し、この検知部材からの信号によっ
   て加熱制御を行なうように構成したことを特徴とする請
   求項１または２記載の形状記憶合金アクチュエータ。