JPH03168367A - 直線運動型アクチュエータ - 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、形状記憶合金を駆動源として直線運動を行う
直線運動型アクチュエータに関する。

〔従来の技術〕

従来、直線運動型のアクチュエータの中で、電気によっ
て簡単に駆動でき、比較的に小型軽量化が可能で、安価
なものとしては、ソレノイドがよく用いられていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、前記ソレノイドには、 （イ）コイルおよび鉄心を用いる構造上、現状以上の軽
量化は困難である。

（ロ）比較的に構造が複雑であるので、現状以上の製造
コスト低減は困難である。

（ハ）低電圧で駆動することが国難である（低電圧で駆
動しようとすると、コイルが大型化し、ひいては装置全
体か大型化し、かつ重量が重くなってしまう）。

（二）ストロークを大きく取れない。

（ホ）プランジャ型ソレノイドでは、可動鉄芯が動いて
固定鉄芯にぶつかるときに衝突音が発生する。また、固
定鉄芯のない無音響型ソレノイドも開発されているが、
この無音響型ソレノイドは、プランジャ型ソレノイドに
比べると、鉄の量が少なくなっているので力が小さくな
ってしまう。

（へ）一般に、アクチュエータには動作開始時に大きな
負荷が掛ることが多いのに、その動作開始時の力が弱い
。

等の欠点があった。

本発明は、前記従来の問題点を解決するためになされた
もので、形状記憶合金を用いて、構造が簡単で、著しい
軽量化が可能であり、製造コストを非常に安くすること
ができ、低電圧で駆動でき、ストロークも大きくとれ、
実質的に無音で動作し、動作開始時の力が大きい直線運
動型アクチュエータを提供することを目的とする。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明による直線運動型アクチュエータは、所定の支点
を中心に回動可能な同動部材と、所定の直線経路上を移
動可能に支持されているとともに、前記回動部材が回動
すると前記直線経路上を移動する関係で前記回動部材に
結合されている直線移動部材と、前記回動部材を所定の
待機位置に向って付勢する付勢手段と、前記直線移動部
材と前記回動部材との結合部の近傍部分で前記回動部材
に連係され、前記結合部と前記支点とを結ぶ直線の側方
を前記近傍部分から前記支点側へ延びる線状の形状記憶
合金とを有してなり、 前記形状記憶合金は、前記回動部材が前記待機位置にあ
るときは、記憶している長さから伸び変形を受けた状態
となっている一方、該合金が加熱されて形状記憶効果に
より前記記憶して〜１る長さに戻ろうとすると、前記回
動部材が前記待機位置から前記付勢手段に抗して回動さ
れるようになっていることを特徴とするものである。

〔作用〕

本発明においては、形状記憶合金が加熱されていない状
態では、付勢手段の付勢力により回動部材が待機位置に
回動されていて、形状記憶合金は記憶している長さから
伸び変形を受けた状態となっており、直線移動部材はそ
れに対応する位置に位置されている。

しかしながら、通電等によちて形状記憶合金を加熱する
と、形状記憶効果により、該合金が記憶している長さに
戻ろうとして収縮するので、回動部材が付勢手段に抗し
て回動され、直線移動部材も対応する方向に直線移動す
る。

次に、形状記憶合金の加熱が停止され、形状記憶合金が
冷却して来ると、再び付勢手段の付勢力により回動部材
が待機位置側に回動され、形状記憶合金は伸び変形を受
け、直線移動部材も前記回動部材の待機位置に対応する
位置に戻される。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

第１図から５図までは本発明の一実施例を示しており、
そのうち第１図から３図まではその機械的構戊を示して
いる。

この実施例において、基板１にはプラスチックからなる
ガイド部材２が固定されており、このガイド部材２と基
板１との間には直線移動部材３が直線方向に移動可能に
支持されている。この直線移動部材３には、該直線移動
部材３と一体的に、ビン４が基板１に対し垂直方向に立
設されている。

５はプラスチックからなる回動部材であり、その基端部
を支軸６を介して基板１に回動可能に支持されている。

この回動部材５の先端部には該回動部材５の長さ方向に
沿って長孔７が設けられており、この長孔７はビン４に
嵌合されている。ここにおいて、直線移動部材３に対す
る支軸６の位置等の直線移動部材３と回動部材５との配
置関係は、回動部材５が回動すると直線移動部材３が直
線移動を行うこととなるように設定されている。

また、第１図および２図において回動部材５が反時計方
向く以下、反時計方向、時計方向、左方、および右方と
言うとき、それは第１図、２図および４図上において言
うものとする）に回動されて行くと、回動部材５が第１
図の位置でガイド部材２の一部に当接されて、それ以上
反時計方向に回動できなくなる一方、逆に回動部材５が
時計方向に回動されて行くと、回動部材５が第２図の位
置でガイド部材２の一部に当接されて、それ以上時計方
向に回動できなくなるようになっている。そして、第１
儲の回動部材５の位置が本実施例における回動部材５の
待機位置である。

前記回動部材５の一部は他の部分から分岐して付勢部５
ａを形成しており、この付勢部５ａはその先端部の内側
面をガイド部材２に一体的に設けられた付勢部当接部２
ａに当接され、該付勢部５ａ自体の弥性により回動部材
５を反時計方向に付勢している。

前記回動部材５の先端部付近には、該回動部材５の長さ
方向に対し大略垂直方向に突出するアーム部５ｂが該回
動部材５と一体的に設けられており、このアーム部５ｂ
の先端部にはプーリー８が取り付けられている。このプ
ーリー８はアーム部５ｂに対し固定されていてもよいし
、回転可能となっていてもよい。

前記基板１には、支軸６の近傍部分においてマイクロス
イッチ９が取り付けられている。このマイクロスイッチ
９は、第４図によく示されるように、従来公知の次のよ
うな構或を有している。

電気絶縁性のプラスチックからなるケース１０には、常
閉端子１１および常開端子１２が直線移動部材３の移動
方向と平行方向に固定されている。

また、前記ケース１０にはバネ性を有する共通端子１３
の基端部が取り付けられており、この共通端子１３は常
閉端子１１と常開端子１２との間を延びている。前記常
閉端子１１には常閉固定接点１４、また常開端子１２に
は常開固定接点１５がそれぞれ固定されており、共通端
子１３の両面には常閉固定接点１４および常開固定接点
１５にそれぞれ接離する共通接点１６がそれぞれ固定さ
れている。前記ケース１０には大略Ｌ字状をなすレバー
１０ａが該ケース１０と一体的に設けられており、この
レバー１０ａの先端部には大略円弧状をなす板バネ１７
の一端部が取り付けられている。

前記阪バネ１７の他端部は共通端子１３の先端部に、相
対的に回動可能に結合されている。

ここにおいて、板バネ１７は、レバー１０ａを左方、す
なわち直線移動部材３から遠ざかる方向に付勢している
。また、板バネ１７は、レバー１０ａに外力が作用して
いないときは、第４図のように共通端子１３を右方（常
閉端子１１側）に付勢して共通接点１６を常閉固定接点
１４に接触させているが、レバー１０ａに右方に向う外
力が作用されて、該レバー１０ａが右方に回動されると
、第２図のように共通端子１３を左方（常開端子側１２
）に付勢して共通接点１６を常閉固定接点１４から離間
させ、常開固定接点１５に接触させるようになってい．
る。

前記払仮１には、導電性かつバネ性を有する大略Ｌ字型
の端子１８の一辺１８ａが、直線移動部材３の移動方向
と垂直方向に向けて固定されている。この端子１８の他
辺１８ｂは基板１によって拘束されておらず、かつその
先端部をレバー１ｏａに当接されている。

前記端子１８の辺１８ｂの中間部には、Ｔｉ−Ｎｉ合金
からなるワイヤ状の形状記憶合金１９の一端部が取り付
けられている。この形状記憶合金１９は、その中央部を
ブーリー８に巻き掛けられるとともに、他端部を、端子
１８の近傍において基板１に取り付けられている端子２
ｏに取り付けられている。ここで、前記形状記憶合金１
つは、ピン４と支軸６とを結ぶ直線Ａの側方を、該直線
Ａと大路平行方向に延びている。また、前記形状記憶合
金１９は、付勢部５ａの弾性により回動部材５が第１図
の位置まで反時計方向に回動されているときは、記憶し
ている長さから伸び変形を受けた状態となっている。

第５図はこの実施例における電気的接続関係を示してい
る。前記形状記憶合金１９の一端部は端子１８を介して
電源２１の一方の極に接続される。

なお、図では電源２１は直流電源として示されているが
、この電源２１は交流電源であっても、パルス電源であ
ってもよい。形状記憶合金１９の他端部は端子２０を介
してマイクロスイッチ９の常閉端子１１に接続されてい
る。マイクロスイッチ９の共通端子１３はスイッチ手段
２２を介して゛ｒｄ［２１の他方の極に接続されている
。

次に、本実施例の動作を説明する。

形状記憶合金１９が周囲温度（常温）の状態では、付勢
部５ａの弾性により回動部材５が第１図の位置まで回動
さ・れており、形状記憶合金１９は記憶している長さよ
り伸び変形を受けた状態となっており、直線移動部材３
も第１図の位置に移動されている。

しかしながら、スイッチ手段２２をオンすると、電源２
１−スイッチ手段２２一共通端子１３一共通接点１６一
常閉固定接点１４一常閉端子１１一端子２０一形状記憶
合金１９一端子１８一電源２１の経路で電流が流れ、ジ
ュール熱により形状記憶合金１９が加熱され、形状記憶
効果により、該合金１９が記憶している長さに戻ろうと
して収縮するので、回動部材５が付勢部５ａの弾性に抗
して第２図の位置に向って時計方向に回動され、これに
伴い直線移動部材３も第２図の位置に向って直線移動す
る。

また、このようにして回動部材５が第２図の位置まで移
動してガイド部材２に当接し、それ以上時計方向に回動
できなくなると、形状記憶合金１９に係る負荷が大きく
なるため、端子１８の辺１８ｂが右方に変形し、マイク
ロスイッチ９のレバー１０ａを右方に押すので、板バネ
１７が共通端子１３を左方に付勢して共通接点１６を常
閉固定接点１４から離間させ、常開固定接点１５に接触
させる。したがって、一旦形状記憶合金１９に対する通
電が停止され、形状記憶合金１つの温度が低下して該合
金１９の形状回復力が低下し、該合金１９に係る負荷が
減少する。またこれに伴い、形状記憶合金１９が伸び変
形し、端子１８の変形がなくなって行く。また、このよ
うにして、レバ−１０８が元の位置に戻ると、再び阪／
＜ネ１７は、共通端子１３を右方に付勢して共通接点１
６を常閉固定接点１１に接触させるので、再び形状記憶
合金１９に電流が流れ、該合金１つは再び収縮して回動
部材５をガイド部材２に時計方向に押圧する。

以下、同様の動作が繰り返されることにより、形状記憶
合金１９に過負荷が掛るのが防止されるとともに、形状
記憶合金１９の過熱も防止され、該合金１９が永久変形
したり、切断したりするのが防止される。そして、この
間、回動部ヰ４５はほぼ第２図の位置に維持される。

また、回動部材５が第２図の位置に至る途中で大きな力
を作用されてその回動を阻止された場合にも、同様の動
作が行われ、形状記憶合金１９に過負荷が掛ったり、形
状記憶合金１９が過熱されるのが防止される。

次に、スイッチ手段２２がオフされ、形状記憶合金１９
への通電、ひいては加熱が継続的に停止され、形状記憶
合金１９が冷却すると、付勢部５ａの弾性により回動部
材５が第１図の位置まで反時計方向に回動されて行き、
形状記憶合金１９は伸び変形を受け、直線移動部材３も
第１図の位置に戻される。

次に、本装置における形状記憶合金１９の回復ひずみと
直線移動部材３の変位との関係を説明する。第６図およ
び７図は、本装置における回動部材５および形状記憶合
金１９を簡略化して示したもので、ここでは簡単のため
に、回動部材５は単純なＬ字型をなしており、かつ回動
部材５と形状記憶合金１９とは平行に延びているものと
し、回動部材５の長さをＬ１回動部材５のアーム部５ｂ
の長さをｒとする。

第６図は形状記憶合金１９が周囲温度（常温）にある状
態を示す一方、第７図は形状記憶合金１９が加熱されて
収縮した状態を示しており、第７図のように形状記憶合
金１つの回復ひずみがεのときの回動部材５の回動角度
をθとすると、そのときの回動部材５の屈曲部の横方向
の変位、すなわち直線移動部材３の変泣ｄは、 Δｄｘε　（Ｌ／ｒ）ｃｏｓθ となり、ｒとＬとの比を十分大きくとることにより、形
状記憶合金１９の回復ひずみεに対し変位ｄを大きく拡
大することができ、ひいては回復ひずみεに対し直線移
動部材３の変位ｄを大きく拡大することができる。この
ため、本装置では、直線移動部材３のストロークを大き
くすることができる。

また、このアクチュエータにおいては、コイルおよび鉄
心等の重量が大きくなる部品は用いないので、著しく軽
量化することができる。

また、このアクチュエータは構造が簡単であり、高価な
部品を用いることもないので、製造コストを安くするこ
とができる。

また、形状記憶合金１９は低電圧で駆動できるので、こ
のアクチュエータは低電圧で駆動することができる。

また、このアクチュエータにおいては、形状記憶合金１
９が発生する形状回復カと付勢部５ａの付勢力との差が
形状記憶合金１９加熱時に外部に取り出せる力となるが
、前記形状回復力は回動部材５の回動角度θが小さいと
きほどが大きくなる特性を有する（これは、θが小さい
ときほど、形状記憶合金１９の伸び変形が大きくなり、
伸び変形が大きくなるほど形状回復力が大きくなるから
である）一方、付勢部５ａの付勢力は逆にθが小さいと
きほど小さくなる特性を有するので、動作開始時の力を
強くすることができる。

また、このアクチュエータでは、ソレノイドのように可
動鉄芯が固定鉄芯にぶつかることがなく、実質的に無音
で動作させることができる。

第８図および９図は、形状記憶合金１９に対する過負荷
および過熱防止手段の他の実施例を簡略化して示してい
る。

この実施例において、形状記憶合金１９は回動部材５と
導電性を有する仮バネ２３との間に介装されており、こ
の板バネ２３には接点２４が固定されている。前記回動
部材５と反対側において、板バネ２３に対向して、導電
性を有する板バネ２５が設けられており、この板バネ２
５には接点２４に接離する接点２６が固定されている。

前記板バネ２５と形状記憶合金１９の回動部材５側端部
との間にはスイッチ手段２２および電源２１が直列に設
けられている。

この実施例では、形状記憶合金１９が周囲温度（常温）
にあるときは、第８図のように接点２４，２６は互いに
接触している。したがって、スイッチ手段２２をオンす
ると、形状記憶合金１９に電流が流れ、合金１９が加熱
され、該合金１９が収縮して同動部材５が回動される。

また、このようにして回動部材５が回動されて回動部材
５が第９図のようにガイド部材２に当接すると、形状記
憶合金１９に掛る負荷が大きくなるので、板バネ２３が
変形して接点２４．２６が離れ、形状記憶合金１９に対
する通電が一時中止される。

第１０図は、形状記憶合金１９に対する過負荷および過
熱防止のための手段のさらに他の丈施例を簡略化して示
している。

この丈施例においては、トランジスタ２７のコレクタが
板バネ２３に接続され、ベースが仮バネ２５に接続され
、エミッタと形状記憶合金１９の回動部材５側端部との
間に電源２１およびスイッチ手段２２が直列に設けられ
ている。他の構成は第８図および９図の実施例と同様で
ある。

本実施例においても、形状記憶合金１つが周四温度（常
温）にあるときは、第１０図のように接点２４．２６は
互いに接触している。したがって、スイッチ手段２２を
オンすると、トランジスタ２７がオン状態となり、形状
記憶合金１９に電流が流れ、該合金１９が加熱され、該
合金１９が収縮して回動部材５が回動される。

しかし、形状記憶合金１９に一定以上大きな負荷が掛り
、接点が離間すると、トランジスタ２７はオフ状態とな
り、形状記憶合金１９に対する通電が停止される。

前記第８図および９図の実施例では、接点１４１６間に
比較的に大きな電流が流れるので、接点１４．１６が離
れるときに接点１４．１６間に火花が飛び易く、接点１
４．１６が損傷する虞があるが、本実施例では、接点２
４．２６間を流れる電流が小さくなるので、接点２４．
２６が離れるときに火花が発生しないようにすることが
できる。

第１１図は、形状記憶合金１９に対する過負荷および過
熱防止手段の別の実施例を簡略化して示している。

この実施例においては、形状記憶合金１９は回動部材５
と導電性を有する板バネ２８との間に介装されており、
板バネ２８には接点２つが固定されている。前記回動部
材５側において、板バネ２８に対向して、導電性を有す
る板バネ３０が設けられており、こめ板バネ３０には接
点３ｌが固定されている。前記仮バネ３０と形状記憶合
金１９の同動部材５側端部との間には抵抗器３２が介装
されており、前記仮バネ２８と形状記憶合金１つの回動
部材５側端部との間には抵抗器３３、スイッチ手段２２
および電源２１が直列に挿入されている。

本実施例においては、形状記憶合金１９が周囲温度（常
温）にあるときは、第１１図のように接点２９．３１は
互いに離間している。したがって、スイッチ手段２２を
オンすると、抵抗器３２には電流が流れず、抵抗器３３
のみを介して形状記憶合金１９に電流が流れ、該合金１
９が加熱され、該合金１９が収縮して回動部材５が回動
される。

しかし、形状記憶合金１９に一定以上大きな負荷が掛る
と、接点２９．３１が接触し、抵抗器３２にも電流が分
流するようになるので、形状記憶合金１９に流れる電流
が減少し、形状記憶合金１９に対する過負荷および過熱
が防止される。

そして、本実施例においても、接点２９．　　３１間を
流れる電流は小さいので、接点２９．３１が接触すると
きに火花が発生しないようにすることができる。

第１２図は、形状記憶合金１９に対する過負ｄｌｒおよ
び過熱防止のための手段のさらに別の実施例を簡略化し
て示している。

この実施例においては、板バネ３０はＰＮＰ型トランジ
スタ３４のベースに接続されており、このベースは抵抗
器３５を介して接地され゜ている。

前記トランジスタ３４のエミツタは形状記憶合金１９の
回動部材５側端部に接続されている。前記トランジスタ
３４のコレクタはＮＰＮ型トランジスタ３６のベースに
接続されている。このトランジスタ３６のコレクタは板
バネ２８に接続されている。トランジスタ３６のエミッ
タは接地されており、このエミッタと形状記憶合金１９
の回動部材５側端部との間にはスイッチ手段２２および
電源２１が直列に設けられている。他の構或は第１１図
の実施例と同様である。

本丈施例においても、形状記憶合金１９が周囲温度（常
温）にあるときは、第１２図のように接点２９．３１は
互いに離間している。したがって、スイッチ手段２２を
オンすると、トランジスタ３４および３６もオン状態と
なって、形状記憶合金１９に電流が流れ、該合金１９が
加熱され、該合金１９が収縮して回動部材５が回動され
る。

しかし、形状記憶合金１９に一定以上大きな負荷が掛る
と、接点が接触し、トランジスタ３４および３６がオフ
するので、形状記憶合金１９にχ・Ｊする通電が停止さ
れる。

そして、本実施例においても、接点２９．３１間を流れ
る電流は小さいので、接点２９　３１が接触するときに
火花が発生しないようにすることができる。

なお、本実施例では、形状記憶合金１９をブーリー８に
巻き掛けることにより折り返して用いているが、本発明
においては、形状記憶合金１９を折り返さないで用いて
もよい（例えば、本実施例で言えば、形状記憶合金１９
の一端部を端子１８に、他端部を回動部材５のアーム部
５ｂにそれぞれ接続してもよい）。

〔発明の効果〕

以上のように本発明による直線運動型アクチュエータは
、構造が簡単で、著しい軽量化が可能であり、製造コス
トを非常に安くすることができ、低電圧で駆動でき、ス
トロークも大きくとれ、実質的に無音で動作し、動作開
始時のカが大きいという優れた効果を得られるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による直線運動型アクチュエータの一実
施例を示す正面図、第２図は形状記憶合金が収縮してい
る状態における前記実施例を示す正面図、第３図は第１
図の底面図、第４図は前記実施例におけるマイクロスイ
ッチを示す拡大正面図、第５図は前記丈施例における電
気的接続関係を示す回路構成図、第６図および７図は本
発明における形状記憶合金の回復ひずみと直線移動部材
の変位との関係を示す説明図、第８図は本発明における
形状記憶合金に対する過負荷および過メ．Δ防止手段の
他の実施例を簡略化して示す概略構成図、第９図は該実
施例の動作状態を示す概略構成図、第１０図は本発明に
おける形状記憶合金に対する過負荷および過熱防止手段
のさらに他の実施例を簡略化して示す概略構成図、第１
１図は本発明における形状記憶合金に対する過負荷およ
び過熱防止手段の別の実施例を簡略化して示す概略構成
図、第１２図は本発明における形状記憶合金に対する過
負荷および過熱防止手段のさらに別の実施例を簡略化し
て示す概略構成図である。 ３・・・直線移動部材、４・・・ビン、５・・・回動部
材、５　ａ−．．付勢部、６・・・支軸、９・・・マイ
クロスイッチ、１８・・・接点、１９・・・形状記憶合
金、２１・・・電源、２２・・・スイッチ手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、所定の支点を中心に回動可能な回動部材と、所定の
   直線経路上を移動可能に支持されているとともに、前記
   回動部材が回動すると前記直線経路上を移動する関係で
   前記回動部材に結合されている直線移動部材と、前記回
   動部材を所定の待機位置に向って付勢する付勢手段と、
   前記直線移動部材と前記回動部材との結合部の近傍部分
   で前記回動部材に連係され、前記結合部と前記支点とを
   結ぶ直線の側方を前記近傍部分から前記支点側へ延びる
   線状の形状記憶合金とを有してなり、 前記形状記憶合金は、前記回動部材が前記待機位置にあ
   るときは、記憶している長さから伸び変形を受けた状態
   となっている一方、該合金が加熱されて形状記憶効果に
   より前記記憶している長さに戻ろうとすると、前記回動
   部材が前記待機位置から前記付勢手段に抗して回動され
   るようになっていることを特徴とする直線運動型アクチ
   ュエータ。 ２、前記形状記憶合金へ通電する手段と、前記形状記憶
   合金に一定以上の力が作用したときに、前記形状記憶合
   金への通電を停止するかまたは前記形状記憶合金へ流す
   電流を減少する手段とを有する請求項１記載の直線運動
   型アクチュエータ。