JPH0375758B2 - - Google Patents
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- JPH0375758B2 JPH0375758B2 JP58085021A JP8502183A JPH0375758B2 JP H0375758 B2 JPH0375758 B2 JP H0375758B2 JP 58085021 A JP58085021 A JP 58085021A JP 8502183 A JP8502183 A JP 8502183A JP H0375758 B2 JPH0375758 B2 JP H0375758B2
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- JP
- Japan
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- memory alloy
- shape memory
- shape
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- structural member
- Prior art date
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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
-
- 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
- F03G7/0633—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 performing a rotary movement
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Springs (AREA)
- Transmission Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
本発明は、形状記憶合金を用いて熱エネルギを
力学的エネルギに変換する熱−力学的エネルギ変
換装置に関する。
力学的エネルギに変換する熱−力学的エネルギ変
換装置に関する。
この種の装置は、形状記憶合金が変形状態から
記憶形状に回復する過程において発生する回復力
（以下、形状回復力と言う）を利用するものであ
るが、前記形状回復力は、形状記憶合金に曲げ変
形やねじり変形を与えた場合より、伸び変形を与
えた場合の方が、著しく大きくなることは、よく
知られている。
記憶形状に回復する過程において発生する回復力
（以下、形状回復力と言う）を利用するものであ
るが、前記形状回復力は、形状記憶合金に曲げ変
形やねじり変形を与えた場合より、伸び変形を与
えた場合の方が、著しく大きくなることは、よく
知られている。
また、これに関連することであるが、形状記憶
合金が変形状態から記憶形状に回復する速度も、
曲げ変形やねじり変形を与えた場合より、伸び変
形を与えた場合の方が、速くなることも、よく知
られている。
合金が変形状態から記憶形状に回復する速度も、
曲げ変形やねじり変形を与えた場合より、伸び変
形を与えた場合の方が、速くなることも、よく知
られている。
したがつて、この種の装置においては、形状記
憶合金に伸び変形を与え、その伸び変形からの形
状回復力を利用することが望ましい。
憶合金に伸び変形を与え、その伸び変形からの形
状回復力を利用することが望ましい。
しかし、従来においては、上述のように形状記
憶合金に伸び変形を与え、その伸び変形からの形
状回復力を利用しようとすると、装置の可動部の
ストロークを大きくすることが困難であつたの
で、もつぱら、形状記憶合金に曲げ変形（および
ねじり変形）を与え、その曲げ変形（およびねじ
り変形）からの形状回復力を利用していた。した
がつて、比較的に小さな力しか発生させることが
できないとともに、動作速度も比較的に遅いとい
う欠点があつた。
憶合金に伸び変形を与え、その伸び変形からの形
状回復力を利用しようとすると、装置の可動部の
ストロークを大きくすることが困難であつたの
で、もつぱら、形状記憶合金に曲げ変形（および
ねじり変形）を与え、その曲げ変形（およびねじ
り変形）からの形状回復力を利用していた。した
がつて、比較的に小さな力しか発生させることが
できないとともに、動作速度も比較的に遅いとい
う欠点があつた。
そこで、本出願人は、先に、特願昭57−118457
号において、形状記憶合金の伸び変形からの形状
回復力を利用し、なおかつ可動部のストロークを
大きくすることができ、マニピユレータのアーム
等に用いるに好適な熱−力学的エネルギ変換装置
を提案した。
号において、形状記憶合金の伸び変形からの形状
回復力を利用し、なおかつ可動部のストロークを
大きくすることができ、マニピユレータのアーム
等に用いるに好適な熱−力学的エネルギ変換装置
を提案した。
この装置は、互いに相対的に回動自在に結合さ
れた２つの部材のうちの一つに、線状の形状記憶
合金の一端側を取り付ける一方、前記２つの部材
のうちの他方に前記形状記憶合金の他端側を取り
付け、かつ前記形状記憶合金の中間部を形状記憶
合金巻掛部に巻き掛けるものであるが、前記本出
願人の出願において開示された実施例は、いずれ
も形状記憶合金の形状回復力が、前記２つの部材
間の角度を増大する方向に作用するものであつ
た。
れた２つの部材のうちの一つに、線状の形状記憶
合金の一端側を取り付ける一方、前記２つの部材
のうちの他方に前記形状記憶合金の他端側を取り
付け、かつ前記形状記憶合金の中間部を形状記憶
合金巻掛部に巻き掛けるものであるが、前記本出
願人の出願において開示された実施例は、いずれ
も形状記憶合金の形状回復力が、前記２つの部材
間の角度を増大する方向に作用するものであつ
た。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたも
ので、形状記憶合金の伸び変形からの形状回復を
利用し、なおかつ可動部のストロークを大きくす
ることができ、しかも前記形状回復力が２つの部
材間の角度を減少させる方向に作用する熱−力学
的エネルギ変換装置を提供することを目的とす
る。
ので、形状記憶合金の伸び変形からの形状回復を
利用し、なおかつ可動部のストロークを大きくす
ることができ、しかも前記形状回復力が２つの部
材間の角度を減少させる方向に作用する熱−力学
的エネルギ変換装置を提供することを目的とす
る。
本発明による熱−力学的エネルギ変換装置は、
互いに相対的に回動自在に結合された２つの部材
と、形状記憶合金巻掛部と、一端側を前記２つの
部材のうちの一方に、他端側を前記２つの部材の
うちの他方にそれぞれ取り付けられるとともに、
中間部を前記形状記憶合金巻掛部に巻き掛けられ
た線状の形状記憶合金と、この形状記憶合金に引
つ張り力を作用させる手段とを有してなり、前記
形状記憶合金は、前記２つの部材間の角度が増大
すると、該形状記憶合金の伸び変形が増大するこ
ととなる関係で前記形状記憶合金巻掛部に巻き掛
けられていることにより、上述の目的を達成する
ものである。
互いに相対的に回動自在に結合された２つの部材
と、形状記憶合金巻掛部と、一端側を前記２つの
部材のうちの一方に、他端側を前記２つの部材の
うちの他方にそれぞれ取り付けられるとともに、
中間部を前記形状記憶合金巻掛部に巻き掛けられ
た線状の形状記憶合金と、この形状記憶合金に引
つ張り力を作用させる手段とを有してなり、前記
形状記憶合金は、前記２つの部材間の角度が増大
すると、該形状記憶合金の伸び変形が増大するこ
ととなる関係で前記形状記憶合金巻掛部に巻き掛
けられていることにより、上述の目的を達成する
ものである。
以下、本発明を図面に示す実施例に基づいてさ
らに詳細に説明する。
らに詳細に説明する。
第１図および第２図において、構造部材１およ
び構造部材２の一端部同士は、軸３により、相対
的に回動自在に結合されている。前記構造部材１
には、本実施例において形状記憶合金巻掛部を構
成するプーリー状の形状記憶合金巻掛材４が、そ
の中心を軸３に一致させた状態で固定されてい
る。
び構造部材２の一端部同士は、軸３により、相対
的に回動自在に結合されている。前記構造部材１
には、本実施例において形状記憶合金巻掛部を構
成するプーリー状の形状記憶合金巻掛材４が、そ
の中心を軸３に一致させた状態で固定されてい
る。
５は線状の、Ti−Ni合金等の形状記憶合金で
あり、この形状記憶合金５は、その一端部を構造
部材１に取り付けられる一方、他端部を構造部材
２に取り付けられ、かつ中間部を形状記憶合金巻
掛材４に巻き掛けられている。ここで、前記形状
記憶合金５は、所定の形状記憶処理を施されるこ
とにより、第３図に示されるような真直な形状を
記憶しており、この記憶形状時における該合金５
の全長はＬとなつている。
あり、この形状記憶合金５は、その一端部を構造
部材１に取り付けられる一方、他端部を構造部材
２に取り付けられ、かつ中間部を形状記憶合金巻
掛材４に巻き掛けられている。ここで、前記形状
記憶合金５は、所定の形状記憶処理を施されるこ
とにより、第３図に示されるような真直な形状を
記憶しており、この記憶形状時における該合金５
の全長はＬとなつている。
また、前記形状記憶合金５は、形状記憶合金巻
掛材４にクロス状態で巻き掛けられており、これ
により該合金５は、構造部材１，２間の角度θが
増大すると、その伸び変形ΔLが大きくなるよう
にされている。
掛材４にクロス状態で巻き掛けられており、これ
により該合金５は、構造部材１，２間の角度θが
増大すると、その伸び変形ΔLが大きくなるよう
にされている。
前記構造部材１，２間には、ばね６が介装され
ており（第２図参照）、このばね６は、構造部材
１，２を前記角度θが大きくなる方向に付勢して
いる。
ており（第２図参照）、このばね６は、構造部材
１，２を前記角度θが大きくなる方向に付勢して
いる。
また、前記形状記憶合金５は、その両端を通電
装置７に接続されている。
装置７に接続されている。
次に、本実施例の作動を説明する。
通電装置７から形状記憶合金５に電流が流され
ておらず、該合金５が冷却している場合には、ば
ね６の力により、構造部材１，２間の角度θおよ
び形状記憶合金５の伸びΔLは最大となつている。
ておらず、該合金５が冷却している場合には、ば
ね６の力により、構造部材１，２間の角度θおよ
び形状記憶合金５の伸びΔLは最大となつている。
次に、通電装置７から形状記憶合金５に適当な
大きさの電流を流すと、該合金５はジユール熱に
より加熱され、一定温度以上となり、相変態を開
始し、形状記憶効果により、第３図の記憶形状
（真直な状態）に戻ろうとする。
大きさの電流を流すと、該合金５はジユール熱に
より加熱され、一定温度以上となり、相変態を開
始し、形状記憶効果により、第３図の記憶形状
（真直な状態）に戻ろうとする。
このため、伸縮方向に関してみると、形状記憶
合金５は、その全長がＬとなるように（言い換え
れば、ΔLが０となるように）縮もうとする。
合金５は、その全長がＬとなるように（言い換え
れば、ΔLが０となるように）縮もうとする。
したがつて、いま、構造部材２が固定されてい
るとすると、構造部材１は第１図の一点鎖線で示
されるように、ばね６に抗して図上時計方向に回
動され、構造部材１，２間の角度θは小さくな
る。
るとすると、構造部材１は第１図の一点鎖線で示
されるように、ばね６に抗して図上時計方向に回
動され、構造部材１，２間の角度θは小さくな
る。
なお、形状記憶合金５は線状であるため、曲げ
変形からの形状回復力は小さいので、曲げ変形に
関しては、形状記憶合金５は僅かしか形状回復を
示さない。
変形からの形状回復力は小さいので、曲げ変形に
関しては、形状記憶合金５は僅かしか形状回復を
示さない。
この熱−力学的エネルギ変換装置では、上述の
ように形状記憶合金５の伸び変形からの形状回復
力を利用するので、構造部材１を非常に大きな力
で高速に駆動することができる。
ように形状記憶合金５の伸び変形からの形状回復
力を利用するので、構造部材１を非常に大きな力
で高速に駆動することができる。
また、形状記憶合金５の伸びΔLをあまり大き
くすると、塑性変形を生じてしまい、完全な形状
回復が行われなくなるので、前記ΔLは、一定以
上大きくすることはできないが、この熱−力学的
エネルギ変換装置では、前記ΔLの微小な変形が
大きく拡大されて構造部材１の変位となるので、
構造部材１のストロークを大きくすることができ
る。
くすると、塑性変形を生じてしまい、完全な形状
回復が行われなくなるので、前記ΔLは、一定以
上大きくすることはできないが、この熱−力学的
エネルギ変換装置では、前記ΔLの微小な変形が
大きく拡大されて構造部材１の変位となるので、
構造部材１のストロークを大きくすることができ
る。
なお、通電装置７による通電が停止され、形状
記憶合金５が冷却すると、ばね６の力により、構
造部材１は図上反時計方向に回動され、前記角度
θは再び大きくなる。
記憶合金５が冷却すると、ばね６の力により、構
造部材１は図上反時計方向に回動され、前記角度
θは再び大きくなる。
また、加熱時の形状記憶合金５の伸びΔL、ひ
いては構造部材１，２間の角度θは、形状記憶合
金５の相変態の進行状態、ひいては形状記憶合金
５に入力される熱エネルギの大きさに対応する。
いては構造部材１，２間の角度θは、形状記憶合
金５の相変態の進行状態、ひいては形状記憶合金
５に入力される熱エネルギの大きさに対応する。
したがつて、通電装置７から形状記憶合金５に流
される電流の大きさを制御することにより、構造
部材１，２間の角度θを制御することができる。
される電流の大きさを制御することにより、構造
部材１，２間の角度θを制御することができる。
なお、前記実施例では、形状記憶合金巻掛材４
のうちの、形状記憶合金５を巻き掛けられる部分
を円形とし、かつその中心を軸３と一致させてい
るが、形状記憶合金巻掛材４の前記部分は、必ず
しも円形とする必要はないし、その中心を軸３と
一致させる必要もない。
のうちの、形状記憶合金５を巻き掛けられる部分
を円形とし、かつその中心を軸３と一致させてい
るが、形状記憶合金巻掛材４の前記部分は、必ず
しも円形とする必要はないし、その中心を軸３と
一致させる必要もない。
そして、形状記憶合金巻掛材４の前記部分の形
状および該部分と軸３との位置関係によつて、前
記角度θと伸びΔLとの関係、ひいては形状記憶
合金５に通電した際の、前記角度θと装置の発生
トルクとの関係を示す特性曲線を変化することが
できる。
状および該部分と軸３との位置関係によつて、前
記角度θと伸びΔLとの関係、ひいては形状記憶
合金５に通電した際の、前記角度θと装置の発生
トルクとの関係を示す特性曲線を変化することが
できる。
また、前記実施例では、形状記憶合金巻掛材４
を構造部材１と別の部材としているが、形状記憶
合金巻掛材４を構造部材１に一体的に設けてもよ
い。
を構造部材１と別の部材としているが、形状記憶
合金巻掛材４を構造部材１に一体的に設けてもよ
い。
また、形状記憶合金巻掛材４を構造部材１と別
の部材とし、かつこの形状記憶合金巻掛材４を構
造部材１に固定しないで、該巻掛材４を構造部材
１，２の何れに対しても回動自在としてもよい。
の部材とし、かつこの形状記憶合金巻掛材４を構
造部材１に固定しないで、該巻掛材４を構造部材
１，２の何れに対しても回動自在としてもよい。
また、前記実施例では、通電加熱により、形状
記憶合金を加熱しているが、本発明においては、
レーザー光線や通常光線を照射する等の他の方法
より、形状記憶合金を加熱してもよい。
記憶合金を加熱しているが、本発明においては、
レーザー光線や通常光線を照射する等の他の方法
より、形状記憶合金を加熱してもよい。
さらに、前記実施例では、形状記憶合金を伸び
変形させるために、ばねを用いているが、重力そ
の他の、ばね力以外の力により、形状記憶合金に
伸び変形を与える構成としても良いことは言うま
でもない。
変形させるために、ばねを用いているが、重力そ
の他の、ばね力以外の力により、形状記憶合金に
伸び変形を与える構成としても良いことは言うま
でもない。
以上のように本発明による熱−力学的エネルギ
変換装置は、形状記憶合金の伸び変形からの形状
回復を利用し、なおかつ可動部のストロークを大
きくすることができ、しかも前記形状回復力が２
つの部材間の角度を減少させる方向に作用すると
いう優れた効果を得られるものである。
変換装置は、形状記憶合金の伸び変形からの形状
回復を利用し、なおかつ可動部のストロークを大
きくすることができ、しかも前記形状回復力が２
つの部材間の角度を減少させる方向に作用すると
いう優れた効果を得られるものである。
第１図は本発明による熱−力学的エネルギ変換
装置の一実施例を示す正面図、第２図は同実施例
を示す平面図、第３図は同実施例における形状記
憶合金の記憶形状を示す正面図である。 １，２……構造部材、３……軸、４……形状記
憶合金巻掛材、５……形状記憶合金、６……ば
ね。
装置の一実施例を示す正面図、第２図は同実施例
を示す平面図、第３図は同実施例における形状記
憶合金の記憶形状を示す正面図である。 １，２……構造部材、３……軸、４……形状記
憶合金巻掛材、５……形状記憶合金、６……ば
ね。
Claims (1)
- １ 互いに相対的に回動自在に結合された２つの
部材と、形状記憶合金巻掛部と、一端側を前記２
つの部材うちの一方に、他端側を前記２つの部材
のうちの他方にそれぞれ取り付けられるととも
に、中間部を前記形状記憶合金巻掛部に巻き掛け
られた線状の形状記憶合金と、この形状記憶合金
に引つ張り力を作用させる手段とを有してなり、
前記形状記憶合金は、前記２つの部材間の角度が
増大すると、該形状記憶合金の伸び変形が増大す
ることとなる関係で前記形状記憶合金巻掛部に巻
き掛けられていることを特徴とする熱−力学的エ
ネルギ変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58085021A JPS59211773A (ja) | 1983-05-17 | 1983-05-17 | 熱−力学的エネルギ変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58085021A JPS59211773A (ja) | 1983-05-17 | 1983-05-17 | 熱−力学的エネルギ変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59211773A JPS59211773A (ja) | 1984-11-30 |
| JPH0375758B2 true JPH0375758B2 (ja) | 1991-12-03 |
Family
ID=13847072
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58085021A Granted JPS59211773A (ja) | 1983-05-17 | 1983-05-17 | 熱−力学的エネルギ変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59211773A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2554360A (en) * | 2016-09-21 | 2018-04-04 | The Science And Tech Facilities Council | A moveable joint |
-
1983
- 1983-05-17 JP JP58085021A patent/JPS59211773A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59211773A (ja) | 1984-11-30 |
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