JPH0343472B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0343472B2 JPH0343472B2 JP58045190A JP4519083A JPH0343472B2 JP H0343472 B2 JPH0343472 B2 JP H0343472B2 JP 58045190 A JP58045190 A JP 58045190A JP 4519083 A JP4519083 A JP 4519083A JP H0343472 B2 JPH0343472 B2 JP H0343472B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- spring
- shape memory
- output load
- temperature
- memory spring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
- F03G7/06—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like
- F03G7/061—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like characterised by the actuating element
- F03G7/0614—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like characterised by the actuating element using shape memory elements
- F03G7/06145—Springs
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
- F03G7/06—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like
- F03G7/063—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like characterised by the mechanic interaction
- F03G7/0636—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like characterised by the mechanic interaction with several elements connected in parallel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F2224/00—Materials; Material properties
- F16F2224/02—Materials; Material properties solids
- F16F2224/0258—Shape-memory metals, e.g. Ni-Ti alloys
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Springs (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は形状記憶ばねを用いた熱応動装置に関
する。
する。
この種の熱応動装置は、形状記憶ばねの出力荷
重が低温時と高温時とで異なることを利用して、
弁体その他の被駆動体を温度に応じて動かすよう
にしている。しかしながら形状記憶合金は通常の
ばね鋼に比べて弾性率が母相温度（高温時）でも
１／３ないし1/4と小さいため、大きな出力荷重を得
るにはばね鋼の場合に比較して大形の形状記憶ば
ねを必要とする。
重が低温時と高温時とで異なることを利用して、
弁体その他の被駆動体を温度に応じて動かすよう
にしている。しかしながら形状記憶合金は通常の
ばね鋼に比べて弾性率が母相温度（高温時）でも
１／３ないし1/4と小さいため、大きな出力荷重を得
るにはばね鋼の場合に比較して大形の形状記憶ば
ねを必要とする。
たとえば第１図は形状記憶ばねの一例として、
線径ｄ＝３mm、コイル平均径Ｄ＝17.5mm、有効巻
数ｎ＝4.5、自由高さＨ＝42mm、ばね重量が16.4
ｇのTi−Ni合金製ばねに、たわみ10.8mmを与え
たときの荷重−温度曲線を示している。なおこの
合金の相変態温度は、As＝42℃、Af＝59℃、Ms
＝40℃、Mf＝31℃であつて、たわみ10.8mm時の
母相の出力荷重は約９Kgｆ、またマルテンサイト
相の出力荷重は約３Kgｆである。
線径ｄ＝３mm、コイル平均径Ｄ＝17.5mm、有効巻
数ｎ＝4.5、自由高さＨ＝42mm、ばね重量が16.4
ｇのTi−Ni合金製ばねに、たわみ10.8mmを与え
たときの荷重−温度曲線を示している。なおこの
合金の相変態温度は、As＝42℃、Af＝59℃、Ms
＝40℃、Mf＝31℃であつて、たわみ10.8mm時の
母相の出力荷重は約９Kgｆ、またマルテンサイト
相の出力荷重は約３Kgｆである。
上記説明から明らかなように、形状記憶ばねは
ばね重量当りの出力荷重が比較的小さく、従つて
必要とされる出力荷重を得るには線径を太くした
り板厚を厚くするなど材料使用量の多いばねが必
要となる。このため形状記憶ばねの材料内部への
熱伝導に時間がかかるため、温度変化に対する応
答性が悪くなり、温度ヒステリシスも大になると
いう欠点があつた。しかも形状記憶合金は非常に
高価であるから、使用材料の多いばねは非常に高
価なものとなる。また、当然ばね重量も重くな
り、しかもばね取付スペースも大きくなるという
欠点があつた。
ばね重量当りの出力荷重が比較的小さく、従つて
必要とされる出力荷重を得るには線径を太くした
り板厚を厚くするなど材料使用量の多いばねが必
要となる。このため形状記憶ばねの材料内部への
熱伝導に時間がかかるため、温度変化に対する応
答性が悪くなり、温度ヒステリシスも大になると
いう欠点があつた。しかも形状記憶合金は非常に
高価であるから、使用材料の多いばねは非常に高
価なものとなる。また、当然ばね重量も重くな
り、しかもばね取付スペースも大きくなるという
欠点があつた。
本発明は上記事情にもとづきなされたものでそ
の目的とするところは、形状記憶ばねと一般のば
ねを組合わせることによつて、材料使用量の少な
い形状記憶ばねであつても必要な出力荷重を得る
ことができ、しかも熱応答性に優れた熱応動装置
を提供することにある。
の目的とするところは、形状記憶ばねと一般のば
ねを組合わせることによつて、材料使用量の少な
い形状記憶ばねであつても必要な出力荷重を得る
ことができ、しかも熱応答性に優れた熱応動装置
を提供することにある。
すなわち本発明は、コイル状あるいは板ばね状
など所望の形状に形成した形状記憶ばねと、形状
記憶合金以外の金属たとえばばね鋼やステンレス
鋼、あるいはFRPなどの非金属からなりかつ上
記形状記憶ばねの低温時から高温時にわたる作動
温度範囲において上記形状記憶ばねと同一方向の
出力荷重を発生するように上記形状記憶ばねと並
列に設けられた一般ばねとを具備したことを特徴
とする熱応動装置である。
など所望の形状に形成した形状記憶ばねと、形状
記憶合金以外の金属たとえばばね鋼やステンレス
鋼、あるいはFRPなどの非金属からなりかつ上
記形状記憶ばねの低温時から高温時にわたる作動
温度範囲において上記形状記憶ばねと同一方向の
出力荷重を発生するように上記形状記憶ばねと並
列に設けられた一般ばねとを具備したことを特徴
とする熱応動装置である。
以下に本発明の一実施例を第２図および第３図
を参照して説明する。第２図において図中１は
Ti−Ni合金などの形状記憶合金からなるコイル
状の形状記憶ばねである。この形状記憶ばね１
は、一例として線径ｄ＝1.4mm、コイル平均径Ｄ
＝6.3mm、有効巻数ｎ＝８、自由高さＨ＝42mm、
ばね重量が2.0ｇである。また、相変態温度は、
As＝42℃、Af＝59℃、Ms＝40℃、Mf＝31℃で
ある。
を参照して説明する。第２図において図中１は
Ti−Ni合金などの形状記憶合金からなるコイル
状の形状記憶ばねである。この形状記憶ばね１
は、一例として線径ｄ＝1.4mm、コイル平均径Ｄ
＝6.3mm、有効巻数ｎ＝８、自由高さＨ＝42mm、
ばね重量が2.0ｇである。また、相変態温度は、
As＝42℃、Af＝59℃、Ms＝40℃、Mf＝31℃で
ある。
上記形状記憶ばね１にたわみ10.8mmを与えたと
きの荷重−温度曲線は第３図に曲線ｍで示したよ
うになり、母相での出力荷重は約6.5Kgｆである。
従つてこの形状記憶ばね１のみでは第１図に示す
ような出力荷重を得ることはできない。
きの荷重−温度曲線は第３図に曲線ｍで示したよ
うになり、母相での出力荷重は約6.5Kgｆである。
従つてこの形状記憶ばね１のみでは第１図に示す
ような出力荷重を得ることはできない。
一方、図中２は形状記憶合金以外の金属たとえ
ばばね鋼からなる一般ばねであつて、この一般ば
ね２は上記形状記憶ばね１の外側に同心状に並列
に設けられるようになつている。上記一般ばね２
は、たわみ10.8mmで荷重2.5Kgｆが得られるよう
なコイルばねであつて、一例として線径ｄ＝1.2
mm、コイル平均径Ｄ＝11.43mm、有効巻数ｎ＝６、
自由高さＨ＝42mm、ばね重量が2.6ｇである。
ばばね鋼からなる一般ばねであつて、この一般ば
ね２は上記形状記憶ばね１の外側に同心状に並列
に設けられるようになつている。上記一般ばね２
は、たわみ10.8mmで荷重2.5Kgｆが得られるよう
なコイルばねであつて、一例として線径ｄ＝1.2
mm、コイル平均径Ｄ＝11.43mm、有効巻数ｎ＝６、
自由高さＨ＝42mm、ばね重量が2.6ｇである。
上記一般ばね２は、通常の使用温度範囲（−50
〜200℃前後）では弾性率は変化しないから、第
３図に直線ｎで示したようにたわみ10.8mmでは一
定の出力荷重2.5Kgｆが得られる。
〜200℃前後）では弾性率は変化しないから、第
３図に直線ｎで示したようにたわみ10.8mmでは一
定の出力荷重2.5Kgｆが得られる。
従つて、この一般ばね２と上記形状記憶ばね１
を互いに同じ方向に出力荷重を生じるように並列
に設けた場合の荷重−温度曲線は第３図に破線ｐ
で示されるように曲線ｍと直線ｎを加えたものと
する。すなわち、第１図に示したような大型の形
状記憶ばねを用いた場合の荷重−温度曲線とほぼ
同等の曲線ｐが得られ、母相で約９Kgｆ、またマ
ルテンサイト相で約３Kgｆの出力荷重を得ること
ができる。
を互いに同じ方向に出力荷重を生じるように並列
に設けた場合の荷重−温度曲線は第３図に破線ｐ
で示されるように曲線ｍと直線ｎを加えたものと
する。すなわち、第１図に示したような大型の形
状記憶ばねを用いた場合の荷重−温度曲線とほぼ
同等の曲線ｐが得られ、母相で約９Kgｆ、またマ
ルテンサイト相で約３Kgｆの出力荷重を得ること
ができる。
以上のごとく構成された本実施例装置は、形状
記憶ばねのみを用いた従来の熱応動装置と同様
に、低温度域と高温度域とで出力荷重が変化する
から、温度に応じて弁体その他の被駆動体を動か
すことができる。
記憶ばねのみを用いた従来の熱応動装置と同様
に、低温度域と高温度域とで出力荷重が変化する
から、温度に応じて弁体その他の被駆動体を動か
すことができる。
そして本実施例によれば、形状記憶ばね１自体
はコイル平均径が6.3mmで重さが2.0ｇであり、従
来の形状記憶ばねがコイル平均径17.5mm、重さ
16.4ｇであつたのに比較すると、きわめて小形・
軽量である。そして高価な形状記憶合金の材料使
用量が従来の1/8程度で済むから、コストダウン
を図る上で非常に有効である。
はコイル平均径が6.3mmで重さが2.0ｇであり、従
来の形状記憶ばねがコイル平均径17.5mm、重さ
16.4ｇであつたのに比較すると、きわめて小形・
軽量である。そして高価な形状記憶合金の材料使
用量が従来の1/8程度で済むから、コストダウン
を図る上で非常に有効である。
また、本実施例の熱応動装置にによれば、一般
ばね２の内側に形状記憶ばね１を収容することが
でき、ばね全体の外径寸法が12.63mm（コイル平
均径は11.43mm）で済むため、従来の形状記憶ば
ねの外径寸法が20.5mm（コイル平均径は17.5mm）
であつたのに比較すると装置全体も小形化するこ
とができるものである。
ばね２の内側に形状記憶ばね１を収容することが
でき、ばね全体の外径寸法が12.63mm（コイル平
均径は11.43mm）で済むため、従来の形状記憶ば
ねの外径寸法が20.5mm（コイル平均径は17.5mm）
であつたのに比較すると装置全体も小形化するこ
とができるものである。
また形状記憶ばね１の線径が細くなるため、ば
ねの材料内部まで熱が短時間で伝わり、温度変化
に対する応答性も大幅に向上させることができ
た。
ねの材料内部まで熱が短時間で伝わり、温度変化
に対する応答性も大幅に向上させることができ
た。
なお第４図は本発明の他の実施例を示すもので
あつて、この場合板ばね状の形状記憶ばね１と一
般ばね２を並列に設けている。従つて第２図のも
のと同様に材料使用量の少ない（薄い）形状記憶
ばねを用いても大きな出力荷重を得ることがで
き、前記したと同様の効果を得ることができる。
あつて、この場合板ばね状の形状記憶ばね１と一
般ばね２を並列に設けている。従つて第２図のも
のと同様に材料使用量の少ない（薄い）形状記憶
ばねを用いても大きな出力荷重を得ることがで
き、前記したと同様の効果を得ることができる。
その他本発明の実施に当つては、任意のばね形
状、たとえばねじりばね、あるいは皿ばねその他
の形状を採用してもよいのは勿論である。また、
一般ばねの材質としては金属に限ることなく、例
えばFRPなどの非金属を用いたばねであつても
よい。
状、たとえばねじりばね、あるいは皿ばねその他
の形状を採用してもよいのは勿論である。また、
一般ばねの材質としては金属に限ることなく、例
えばFRPなどの非金属を用いたばねであつても
よい。
本発明は前記したように形状記憶ばねと一般ば
ねを、形状記憶ばねの低温時から高温時にわたつ
て互いに同一方向の出力荷重を発生するように並
列に設けることにより、形状記憶ばねと一般ばね
を合わせた荷重−温度特性を発揮させるようにし
ている。従つて、材料使用量の少ない形状記憶ば
ねを用いても、大形の形状記憶ばねを用いたもの
に匹敵する出力荷重を得ることができる。従つて
形状記憶合金の使用量を大幅に減らすことがで
き、低コスト化に大きな効果があるとともに、熱
伝導が良いことから熱応答性が良くなる。また、
ばね重量当りの出力荷重を大きくすることができ
るから、装置の小形化と軽量化、取付スペースの
縮小が図れるなど、大きな効果がある。
ねを、形状記憶ばねの低温時から高温時にわたつ
て互いに同一方向の出力荷重を発生するように並
列に設けることにより、形状記憶ばねと一般ばね
を合わせた荷重−温度特性を発揮させるようにし
ている。従つて、材料使用量の少ない形状記憶ば
ねを用いても、大形の形状記憶ばねを用いたもの
に匹敵する出力荷重を得ることができる。従つて
形状記憶合金の使用量を大幅に減らすことがで
き、低コスト化に大きな効果があるとともに、熱
伝導が良いことから熱応答性が良くなる。また、
ばね重量当りの出力荷重を大きくすることができ
るから、装置の小形化と軽量化、取付スペースの
縮小が図れるなど、大きな効果がある。
第１図は従来の形状記憶ばねを用いた場合の荷
重−温度線図、第２図は本発明の一実施例を示す
熱応動装置の概略断面図、第３図は同熱応動装置
における形状記憶ばねと一般ばねの荷重−温度線
図、第４図は本発明の他の実施例を示す概略断面
図である。 １…形状記憶ばね、２…一般ばね。
重−温度線図、第２図は本発明の一実施例を示す
熱応動装置の概略断面図、第３図は同熱応動装置
における形状記憶ばねと一般ばねの荷重−温度線
図、第４図は本発明の他の実施例を示す概略断面
図である。 １…形状記憶ばね、２…一般ばね。
Claims (1)
- １ 高温時に出力荷重が大となるような形状記憶
効果を有する形状記憶合金からなる形状記憶ばね
と、形状記憶合金以外の金属あるいは非金属から
なりかつ上記形状記憶ばねの低温時から高温時に
わたる作動温度範囲において上記形状記憶ばねと
同一方向の出力荷重を発生するように上記形状記
憶ばねと並列に設けられた一般ばねとを具備した
ことを特徴とする熱応動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58045190A JPS59170478A (ja) | 1983-03-17 | 1983-03-17 | 熱応動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58045190A JPS59170478A (ja) | 1983-03-17 | 1983-03-17 | 熱応動装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59170478A JPS59170478A (ja) | 1984-09-26 |
| JPH0343472B2 true JPH0343472B2 (ja) | 1991-07-02 |
Family
ID=12712342
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58045190A Granted JPS59170478A (ja) | 1983-03-17 | 1983-03-17 | 熱応動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59170478A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63130808U (ja) * | 1987-02-20 | 1988-08-26 | ||
| US6491291B1 (en) * | 2000-05-08 | 2002-12-10 | Meritor Light Vehicle Systems, Inc. | Suspension characteristic control using shape memory alloy materials |
| CA2484536C (en) * | 2003-02-19 | 2013-08-13 | Dreamwell, Ltd. | Stranded mattress spring |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5892476U (ja) * | 1981-12-17 | 1983-06-22 | シャープ株式会社 | 往復運動機構 |
| JPS59115876U (ja) * | 1983-01-27 | 1984-08-04 | 三菱マテリアル株式会社 | 伸縮作動調整装置 |
| JPS59123674U (ja) * | 1983-02-09 | 1984-08-20 | 小島プレス工業株式会社 | アクチユエ−タ |
| US4490975A (en) * | 1983-03-14 | 1985-01-01 | Raychem Corporation | Self-protecting and conditioning memory metal actuator |
-
1983
- 1983-03-17 JP JP58045190A patent/JPS59170478A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59170478A (ja) | 1984-09-26 |
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