JPH042796B2 - - Google Patents

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利用したアクチユエー
ターの改良に関するものである。

（従来の技術とその問題点） Ni−Ti合金の形状記憶効果を利用したアクチ
ユエーターは種々のものが公知である。これらの
多くのものは形状記憶合金自体に二方向特性を持
たせると高、低温側それぞれの形状を正確に設定
できないことから、一方向特性を有する形状記憶
合金を利用している。一方向性形状記憶合金を使
つて二方向の特性を得る方法としては、バイアス
法と差動式二方向素子がある。これらの方法とし
ては低温で軟かく高温で硬い性質を利用したもの
で例えばバイアス法としては第４図に示すものが
ある。

すなわち形状記憶合金コイル５とコイルばね６
をストツパー７を介して中心軸８に並列して配置
したもので低温のときはコイルばねのバイアス力
により形状記憶コイルは収縮した形状となつてい
るが、形状記憶コイルを加熱して高温になるとコ
イルばねのバイアス力に打勝つて形状記憶コイル
が伸びストツパーを図面上右方に押し、中心軸が
右方に移動する。加熱を止めて低温になるとコイ
ルばねのバイアス力が強くなり、形状記憶コイル
を押戻し、ストツパー、中心軸を左方に移動させ
る。このような動作を繰り返して中心軸に二方向
の駆動力を付与するものである。また差動式は第
４図のコイルばね６に代えて、これも形状記憶コ
イルとし、左右２個の形状記憶コイルを交互に加
熱して上記と同様に二方向の駆動力を得るもので
ある。

しかしこのようなバイアス式、差動式において
はいずれも加熱時に記憶された形状へ復帰する性
質を利用しているため低温になると元の位置に戻
つてしまう。移動させた位置に維持する場合は形
状記憶を維持するに必要な期間は常にその温度を
保持する必要がある。すなわち上記の第４図のバ
イアス式においてストツパーを右方に移動し、そ
のまま一定時間を維持したい場合は形状記憶コイ
ルに一定時間継続して一定の温度に保持する必要
があつた。通常形状記憶コイルの加熱方法として
はコイルに直接通電し加熱する方法、熱風による
加熱などが考えられているが、電流制御装置、タ
イマーなどの調整装置、熱風加熱装置などが必要
とされ、したがつてコスト高となり、また設置場
所などの制約もあつてこの種の駆動装置の利用面
に大きな障害となつていた。

本発明者は、上記の問題を検討し、この改良を
行い、「アクチユエーター」とし昭和62年１月31
日に特許出願した。この発明は第２図に示すよう
に形状記憶合金の短冊状の板を第２図ａのように
弓状に形状記憶させ、これを同図ｂの１のように
記憶形と対称形に反転させたものを１枚と弓状に
形状記憶させたもの２と並列してストツパー３を
介してシヤフト４に挿通したもので、形状記憶合
金板の上下端は固定され、夫々の形状記憶合金板
は交互に加熱できるようになつている。そしてこ
の状態で低温において安定であるとき形状記憶合
金板１を所定の温度に加熱すると第２図ｃに示す
ように形状記憶合金板１は記憶された元の形状に
戻る。この際形状記憶合金板２もｂの記憶形状か
らｃのように飛び移り座屈して反転し、シヤフト
４は右方に駆動して加熱を止め冷却されても、こ
の状態において安定静止する。次にこの状態のと
き形状記憶合金板２を加熱すると第１図ｂのよう
に形状記憶合金板２は記憶された元の形状に戻
り、形状記憶合金板１も飛び移り座屈して反転
し、シヤフト４は左方に駆動し、この状態で安定
静止する。上記の作動を繰り返し行うことにより
シヤフトに二方向の断続、または連続した駆動を
付与することが可能となる。

すなわち形状記憶合金板の少くとも１個を記憶
形状から反転させて組合せてあるため、これが作
動時に飛び移り反転し座屈状態となるため冷却時
にも安定静止状態が維持できるものである。

（発明が解決しようとする問題点） 上記の発明においては所期の目的は達成した
が、新たに別の問題が生じることが判つた。すな
わち微視的に見ると低温においては第３図の点線
で示すように応力分布に応じて長さｂだけ円弧が
つぶれたようになり、その分だけ変位が減少する
ことになる。このため、アクチユエーター自体に
若干の遊びが生じ、この結果バツクラツシユが起
る。

これを防止するための低温時の応力分布に応じ
た形状に記憶させることは板厚変動、熱処理誤差
などにより非常に困難なことである。上記のバツ
クラツシユを防止するには点線に示す位置より更
に手前でシヤフトにストツパーをかけねばならな
いが、これは合金板に大きな歪を与えることにな
り、合金板に疲労が生じ動作回数の減少、すなわ
ち繰り返し寿命の低下の原因となることが判つ
た。本発明は上記の問題について検討した結果バ
ツクラツシユを防止し長寿命のアクチユエーター
を開発したものである。

（問題点を解決するための手段および作用） 本発明は複数の形状記憶合金板を頂板に平坦部
を有する弓状もしくは円錐形状に記憶させ、この
内の単数または複数の形状記憶合金板を記憶形状
と対称形に反転させてシヤフトに並列して組合
せ、加熱により反転させた形状記憶合金板を記憶
形状に復帰させると共にもう一方の形状記憶合金
板を反転させてシヤフトを二方向に駆動させるこ
とを特徴とするアクチユエーターである。

すなわち本発明は第１図に示すようにNi−Ti
などからなる形状記憶合金の短冊状の板を同図ａ
に示すように頂部に平坦部を有する弓状に記憶さ
せる。この内の１枚を同図ｂの１のように常温に
おいて記憶形状と対称形に反転させたものと、記
憶したままの形状記憶合金板２を並列してストツ
パー３を介してシヤフト４に挿通したものであ
る。形状記憶合金板１，２の上下端は固定され、
また夫々が別個に加熱できるようになつており、
電気的、熱的に絶縁してアクチユエーターとした
ものである。この作動について説明すると第１図
ｂの状態において形状記憶合金板１および２が低
温で安定であるとき形状記憶合金板１を所定の温
度に加熱すると第１図ｃに示すように形状記憶合
金板１は記憶された元の形状に戻る。この際形状
記憶合金板２はｂの記憶形状からｃのように飛び
移り座屈して反転し、シヤフト４は右方に駆動し
て加熱を止めて冷却されても、この状態において
安定静止する。次にこの状態のとき形状記憶合金
板２を通電加熱すると第１図ｂのように形状記憶
合金板２は記憶された元の形状に戻り、形状記憶
合金板１は飛び移り座屈して反転し、シヤフト４
は左方に駆動し、この状態で安定静止する。上記
の作動を繰り返し行うことによりシヤフトに二方
向の断続、または連続した駆動を付与することが
可能となる。

しかして本発明は形状記憶合金板の少くとも１
個を記憶形状から反転させて組合せてあり、これ
が作動時に飛び移り反転し座屈状態となるため冷
却時に安定静止状態が維持できるものである。

また本発明においては形状記憶合金板を頂部に
平坦部を有する弓状もしくは円錐形に記憶させて
あるので第１図ａに示す如く高温時には実線の形
状を保持しているが、低温時では分布応力により
略点線に示す形状となる。即ち長さａだけアクチ
ユエーターの変位が増大することになる。

しかるに、本アクチユエーターにおいてシヤフ
トの移動点が記憶形状の位置までしか移動出来な
い構造として置くと、このシヤフトには歪ａによ
り発生する応力が背圧となつてシヤフトに働いて
来る。

このためバツクラツシユのないアクチユエータ
ーを製作することが可能となる。また反転する際
反転のキツカケの作用をなすものである。

本発明において使用する形状記憶合金板の数は
２枚以上の複数枚が使用でき、この内の半数枚を
記憶形状から反転させて組合せたものとした方が
作動時の力のバランス上好ましい。短冊状でなく
円板を円錐形状にしたものを使用してもよい。

形状記憶合金としてはNi−Ti合金の他これに
Fe、Coなど第３元素を添加したNi−Ti系合金、
およびCu−Al−Ni、Cu−Au−ZuなどのCu系合
金の他通常使用される形状記憶合金が適用でき
る。さらに形状記憶合金の加熱方法としては通電
加熱の他、熱風、ガス炎などの通常の加熱方法が
利用できる。

（実施例） 以下に本発明の一実施例について説明する。

Ni−Ti合金からなる短冊状の板を第１図ａに
示すようにその頂部に平坦部Ｌを有する弓状の形
状とした状態で形状記憶熱処理を施した。

次にこの板を常温において反転させて同図ｂの
１に示すように、記憶形状のままの合金板２と共
にストツパー３と共にシヤフト４を貫通させてア
クチユエーターとした。なお形状記憶合金板１，
２は通電またはガス炎加熱などにより別個に加熱
できるようになつている。上記のアクチユエータ
ーは常温において第１図ｂの状態を保ち安定静止
しているが、形状記憶合金板１を加熱すると、こ
の合金板は記憶した形状に復帰する。この際形状
記憶合金板２もｂの記憶形状からｃのように飛び
移り反転して座屈し、シヤフト４は右方に駆動し
て加熱を止めて冷却されてもこの状態において安
定静止する。次にこの状態のとき形状記憶合金板
２を加熱すると同図ｂのように形状記憶合金板２
は記憶された元の形状に戻り、形状記憶合金板１
も飛び移り反転座屈してシヤフト４は左方に駆動
し、この状態で安定静止する。上記の作動を繰り
返し行うことによりシヤフトを断続または連続さ
せて駆動することが可能である。

上記においては形状記憶合金板１を記憶させた
形状から反転させて組合せた例について説明した
が、反転させる合金板は１，２のいずれでもよ
く、最初の加熱は反転させた合金に付与すれば、
その合金が元の形状に戻るため、その力により別
の合金が反転した座屈状態となり、以後交互に加
熱することにより二方向の駆動が得られるもので
ある。

（効 果） 以上に説明したように本発明によれば複数の形
状記憶合金板を交互に加熱することにより形状を
反転させてシヤフトを移動し二方向の往復運動を
付与することができると共に加熱を止めて低温に
なつてもその位置を維持することができる。また
必要な二位置に選択して維持することができ、か
つバツクラツシユがなく、作動の精度が高く、繰
り返しの寿命が長いなど極めて顕著な効果を奏す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のアクチユエーターの作動状態
を示す模式図、第２図は先行技術のアクチユエー
ターの作動状態を示す模式図、第３図は従来の先
行技術のアクチユエーターの作動状態を示す模式
図、第４図は従来のアクチユエーターの作動状態
を示す模式図である。 １…反転して組合せた形状記憶合金板、２…形
状記憶合金板、３…ストツパー、４…シヤフト、
５…形状記憶コイル、６…コイルばね、７…スト
ツパー、８…中心軸。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数の形状記憶合金板を頂部に平坦部を有す
   る弓状もしくは円錐形状に記憶させ、この内の単
   数または複数の形状記憶合金を記憶形状と対称形
   に反転させてシヤフトに並列して組合せ、加熱に
   より反転させた形状記憶合金板を記憶形状に復帰
   させると共にもう一方の形状記憶合金板を反転さ
   せてシヤフトを二方向に駆動させることを特徴と
   するアクチユエーター。