JPH0249971A - 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］ 本発明は形状記憶合金の復原性を利用して作動させるア
クチュエータに係り、特に宇宙機器の作動用に用いるア
クチュエータ関する。

［従来の技術］ 一般に、アクチュエータは外部から供給されるエネルギ
により駆動力を発生させ、この駆動力によりプランジャ
プラグに力と変位を与える作動機器として、例えば流体
の開閉弁等の広い分野で使用されている。このアクチュ
エータは流体圧、電気およびこれらの組合わせによる駆
動エネルギによって作動される。このうち、電気エネル
ギを用いるものとしては、例えば電磁ソレノイドの力を
利用して１ランジヤなどを作動させる電磁アクチュエー
タが知られている。

第６図は従来の電磁アクチュエータの１例を示したもの
で、図示するようにこの電磁アクチュエータはソレノイ
ド部４２と１ランジヤ部４３とからなっている。このソ
レノイド部４２は巻線４４と、これの中心部に形成され
る中空部４５に嵌合された鉄心４６とからなっている。

また、グランジャ部４３は例えば棒状のけい素鋼板によ
って形成され、上記巻線４４の中空部４５に嵌合されて
いる鉄心部４６の反対端方向に出没自在に挿通されてい
る。この１ランジヤ部４３の外方先端部にはブランジャ
ズラグ４７が設けられ、これに被作動機器が連結される
。そして、このプランジャ部４３の外端部とソレノイド
部４２の外端部との間に、プランジャ部４３が挿通さな
コイル状のプランジャばね４８が設けられる。

したがって、ソレノイド部４２の巻線４４に通電される
ことによって、中空部４５にソレノイド波が励磁され、
プランジャ部４３がプランジャばね４８のばね力に抗し
て鉄心４６に引寄せられ、上記プランジャプラグ４８が
図中矢印Ｆ方向に移動されることによって、被作動機器
を作動させる。

また、上記巻線４４への通電が遮断されると励磁がとま
り、プランジャ部４３はプランジャはね４８のばね力に
よって、プランジャプラグ４７が図中矢印Ｇ方向に移動
され被作動機器を作動させるようにして、アクチュエー
タとして使用されていた。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、最近、宇宙機器の研究開発が進められている
が、これら宇宙機器の部材を作動させるアクチュエータ
の研究もまた進められている。しかしながら、宇宙とい
う環境上、適切なアクチュエータがまだ開発されていな
いのが現状であった。

特に宇宙機器に使用されるアクチュエータは、その環境
上流体を使用することができず、例えば太陽電池による
電流を使用する場合であっても、従来の電磁ソレノイド
を利用したアクチュエータは巻線や鉄心を使用している
ため重量が重たく、しかも大電流を通電させねばならず
宇宙機器には適さないという課題があった。

一方、形状記憶合金を用いて、常温時の形状とこれに通
電、加熱させて復原させた形状との変位量によりプラン
ジャを作動させるという技術上の構想はあるが、実機へ
適用する開発は進んでいないという課題があった。

本発明はこれら課題を解決すべくなされたものであって
、その目的とするところは、形状記憶合金に通電、発熱
させて元の形状に復原させ、この変位量をプランジャの
作動量とすることができ、重量か軽く、小型であって、
かつわずかな電力で作動して実機へ適用することのでき
るアクチュエータを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本発明は、先端部が閉塞され
たシリンダと、このシリンダ内に摺動自在に挿入された
シリダロッドと、上記シリンダ内に設けられ上記シリン
ダロッドが挿通されたコイル状の形状記憶合金と、この
形状記憶合金に通電するための通電手段とを備えて構成
され、また、上記シリンダに放熱用の開口部を形成して
構成される。

［作用］ シリンダ内にシリンダロッドが挿通されるように設けら
れたコイル状の形状記憶合金に通電させて加熱させ、こ
の合金の復原性により上記シリンダロッドを作動させ、
また、上記形状記憶合金への通電を断って冷却させ、プ
ランジャバネ等により変形させて、上記シリンダロッド
をもとの位置に戻るよう作動させる。したがって、アク
チュエータとしてわずかな電気量で作用させるものであ
る。これとともに、上記形状記憶合金への通電を停止し
て冷却させる際に、シリンダに設けられた開口部によっ
て、冷却を速めシリンダロッドの作動を促進させるよう
作用する。

［実施例コ 本発明の好適な一実施例を図面に従って説明する。

本実施例に示すアクチュエータは真空度の高い宇宙にお
いて宇宙機器作動用として使用されるものである。

第１図ないし第３図に示すように、先端部５か閉塞され
た円筒状のシリンダ１と、このシリンダ１内に摺動自在
に挿入されたシリンダロッド２と、上記シリンダ１内に
設けられシリンダロッド２が挿通されたコイル状の形状
記憶合金３と、この形状記憶合金３に通電するための通
電手段４が設けられ、また、上記シリンダ１には形状記
憶合金の放熱のための放熱開口部９が設けられて構成さ
れる。

図示するように、シリンダ１の一端部である先端部５は
閉塞され、この先端部５には、アクチュエータとしての
作動接続部Ａが設けられる。このシリンダ１の先端部５
側内部には、このシリンダ１の内径と略同じ外径をもっ
たロッドガイド１０がシリンダ１の軸心方向に摺動自在
に設けられる。

このシリンダ１の他端部にはシリンダ開口部６が形成さ
れる。このシリンダ開口部６には、益体１２が通電のた
めの通電フランジ１４と絶縁ブツシュ２０とを介して４
本のねじ部材１１によって着脱自在に取付けられる。こ
の蓋体１２の中央部には、シリンダロッド２が摺動自在
に出没する貫通口１３が設けられる。

上記シリンダ１にはシリンダロッド２が挿通される。こ
のシリンダロッド２の一端はシリンダ１内に摺動自在に
設けられたロッドガイド１０に取付けられ、他端はＭ体
１２の貫通口１３に摺動自在に貫通される。この挿通さ
れたシリンダロッド２の内方端部にはロッド通電部１９
が形成されており、このロッド通電部１９は内方通電部
材１５によって′上記ロッドガイド１０にねじ止めされ
る。

このロッドガイド１０は電気絶縁体で形成されており、
電源（図示しない）から電線１６および内方通電部材１
５によってシリンダロッド２のロッド通電部１９へ通電
手段４として通電されるよう構成される。

なお、電線１６を内方通電部材１５につなげず、後述す
る作動接続部Ｂにつないでもよい。

一方、シリンダロッド２の端部にはアクチュエータとし
ての作動接続部Ｂが設けられる。これとともに、この他
＠側は上記シリンダ１のシリンダ開口部６に取付けられ
た蓋体１２の貫通口１３に摺動自在に挿入される。

上記シリンダ１のシリンダ開口部６と蓋体１２との間に
介設されたフランジ１４の内方には、図示するようにス
グール状のフランジ通電部２１が形成され、このフラン
ジ通電部２１へ通電するため、”ｔ　’ａ　１６を介し
て電源（図示しない）と通じる通電ボルト２２が蓋体１
２に通電手段４として取付けられる。

上記シリンダロッド２の内方端部に連接されたロッド通
電部１９とシリンダ１のシリンダ開口部６に設けられた
フランジ１４のフランジ通電部２１との開には、コイル
状に形成された形状記憶合金３か取付けられ、これにシ
リンダロッド２が挿通されるように形成される。また、
このシリンダロッド２には、コイル状の形状記憶合金３
からの熱と電気を絶縁すると共に座屈を防止するための
コイルガイド部材２７が、ロッド２を囲繞するように設
けられる。

本実施例において使用される形状記憶合金３は公知の合
金で、例えばＴ１Ｎｉ合金、Ｃｕ　３　Ａ　Ｊ合金など
である。この合金は常温では変形し易く、どのようにで
も変形できるものが、わずかに加熱するだけで瞬時に元
の形状に復原するという特性を有しており、本実施例で
はこの特性をアクチュエータの作動源に利用するもので
ある。すなわち、アクチュエータを作動させる際には、
このコイル状の形状記憶合金３に通電させて加熱して復
原させ、この常温と加熱温度とのコイルの形状の変位量
がシリンダロッド２が作動量となるよう設定される。

シリンダロッド２の先端部に取付けられているロッドガ
イド１０とシリンダ１の開口部６１Ｆ！Ｉに設けられて
いる絶縁ブツシュ部２０との間には、上記形状記憶合金
３の伸縮によるロッドガイド１０の移動を反作用的に補
助するため、コイル状のバイアスばね２８が設けられる
。このバイアスばね２８内には上記コイル状の形状記憶
合金３が挿通されている。

また、上記形状記・億合金３は通電されることにより、
加熱復原されてシリンダロッド２が作動され、この作動
終了ののち通電が断たれる。この際に加熱されている合
金３の熱放射冷却を促進するため、放熱開口部９がシリ
ンダ１の外周に適宜大きさで適宜数設けられる０本実施
例にあっては、シリンダ１の外周部に上記記憶合金３の
大きさと略等しい大きさの放熱開口部９が設けられてい
る。

次に本実施例の作用について説明する。

このアクチュエータは宇宙機器の固定部と被作動部との
間に、例えばシリンダ１の作動接続部Ａは機器の固定部
材側に、シリンダロッド２の作動接続部Ｂは機器の被作
動部材側にそれぞれ取付けられる。

この後、アクチュエータしとての作用が行われる。まず
、シリンダロッド２を作動させるなめに形状記憶合金３
に通電が行われる。これは電源（図示せず）から通電手
段である電線１６、内方通電部材１５、ロッド通電部１
９を通って形状記憶合金３に通電され、この合金３から
７ランジ通電部２１、通電ボルト２２を通って電線１６
によって電源にいたるよう通電される。この通電される
ことによって、コイル状の形状記憶合金３は発熱し、そ
の自己熱により元の形状に復原されることにより、この
合金３の全長が図中矢印Ｃで示す軸心方向に縮小するよ
うに復原変形する。この縮小によって、この状態の形状
記憶合金３は弾性率が高く変形し龍いためロッドガイド
１０はバイアスばね２８のばね力に抗して、シリンダ１
内を摺動しながらシリンダ開口部６へ向って移動させる
よう摺動させる。

この作動にともなって、ロッドガイド１０に取付けられ
ているシリンダロッド２の外方端部は、蓋体１２の貫通
口１３を摺動しながら、シリンダ１から延出され、その
作動接続部ＢはストロークＳだけ移動して、被作動部材
を作動させて、アクチュエータとしての伸長作動は終了
される。

なお、形状記憶合金３の変形、移動が座屈することなく
シリンダ１の軸心方向に行われるように、シリンダロッ
ド２に囲繞されて設けられているコイルガイド部材２７
によってガイドされる。

アクチュエータとして被作動部材をもとの位置にらどず
縮長作動は次のようにして行われる。

この作動のため、まず電源からの通電が断たれる。これ
により、形状記憶合金３の加熱が止まり冷却しはじめる
。このアクチュエータは宇宙の真空中で作動されるため
空気などの冷却流体の流通がなく、したがってこの合金
３は熱放射によって冷却される。この熱放射はシリンダ
１の外周に適宜数設けられた放熱開口部９によって行わ
れる。

形状記憶合金３は、その特質上、冷却とともに弾性率が
減少して変形し易くなるので、上記バイアスばね２８の
ばね力により変形し、この合金３の長さは図中矢印り方
向に伸長するよう作用する。

これによって、シリンダ１内のロッドガイド１０はシリ
ンダ１の先端部５方向に摺動しながら移動される。

上記ロッドガイド１０の移動にともなって、このロッド
ガイド１０に取付けられているシリンダロッド２は蓋体
１２の貫通口１３を摺動しながら、シリンダ１内に引込
まれるよう移動し、このシリンダロッド２に取付けられ
ている作動接続部ＢがストロークＳだけ移動し、放熱が
終了した状態で、形状記憶合金３の通電、加熱前の状態
にもどるよう縮長作動が行われる。

本実施例の場合、形状記憶合金３の通電加熱温度（’Ｃ
）とストローク（關）この関係は第４図に示すとおりで
、５０〜７０°Ｃの間で０〜１１ｍｍの範囲のストロー
クを作動させることができる。

また、室温２５℃時において、形状記憶合金３に通電さ
れる電流値（Ａ）とこの合金３の温度（”Ｃ）との関係
は第５図に示すとおりであって、この合金３の耐熱温度
を考慮して、電流値は５．８〜７，０Ａの間で、通電さ
れ、作動されるよう計算される。

したがって、本実施例によれば、小さい電流で大きなシ
リンダロッド２のストロークが得られ、例えば太陽電池
を電源とするような宇宙機器には最適である。

［発明の効果］ 本発明は上述のとおりなので、次のような優れた効果を
奏する。

（１）シリンダ内に、コイル状の形状記憶合金を設けて
通電発熱による復原性をシリンダロッドの作動力とした
ので、この合金を発熱させる少ない電流でアクチュエー
タとして作動させることができる。

（２）電流により作動させるにかかわらず、形状や重量
が大きい電磁コイルなどに比して、小形かつ軽量のアク
チュエータとすることができる。

（３）発熱昇温した形状記憶合金は放熱開口部により、
熱放射冷却が行われ、アクチュエータの縮長作動が促進
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる実施例の断面図、第２図は第１
図の外観図、第３図は第１図の側面図、第４図は本実施
例に用いられる形状記憶合金の加熱温度とシリンダウッ
ドのストロークとの関係示す図、第５図は同じく加熱温
度と電流値との関係を示す図、第６図は従来の電磁バル
ブの断面図である。 図中、１はシリンダ、２はシリンダウッド、３は形状記
憶合金、４は通電手段、５はシリンダの先＠部、９は放
熱開口部である。 特許出願人　石川島播＠重工業株式会社代理人　弁理士
　絹　　谷　　信　　雄テｒ陀岬ブ；°言乙）見ノ○ｈ
〈衾’、；Ｘｆｉ（’ごン第４図 形状京乙斗ンイ）４トシＩ（’ご） 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、先端部が閉塞されたシリンダと、該シリンダ内に摺
   動自在に挿入されたシリダロッドと、上記シリンダ内に
   設けられ上記シリンダロッドが挿通されたコイル状の形
   状記憶合金と、該形状記憶合金に通電するための通電手
   段とを備えたことを特徴とするアクチュエータ。 ２、上記シリンダに放熱用の開口部を形成した請求項１
   記載のアクチュエータ。