JPH05248341A - 形状記憶合金アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電流オン・オフ用の制御回路が不要で、容易
な構成でありながら、駆動体に供給される電流のオン・
オフを自己的に行い、自己駆動を可能にする。 【構成】 第１ボタン電池Ｂ１、形状記憶合金でコイル
バネ状に形成された駆動体としての形状記憶バネＳＭ
Ａ、スイッチング手段としてのトランジスタＴｒが、直
列につながれている。本実施例の形状記憶バネＳＭＡは
加熱時に記憶された一定の自由長より常温時の伸張され
た状態で配置されている。一方、ＳＣＲ１１、抵抗１
３、温度検出手段としてのサーミスタ１５が直列につな
がれており、抵抗１３とサーミスタ１５との間とトラン
ジスタＴｒのベースとが接続されている。形状記憶バネ
ＳＭＡの温度変化に基づくサーミスタ１５の温度変化に
より、ベース電圧が変化し、デース電流の供給がオン・
オフされるすることによって、形状記憶バネＳＭＡへの
供給電流がオン・オフされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、形状記憶合金アクチュ
エータに関し、特に、駆動体の温度変化やその温度変化
に基づく抵抗値変化によって、駆動体に供給される電流
のオン・オフを自己的に行い、自己駆動を可能にした形
状記憶合金アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、形状記憶合金：ＳＭＡ（Shap
e Memory Alloy）を用いたアクチュエータが知られてい
る。これは、形状記憶合金で形成された駆動体を、加熱
時に記憶された一定の自由長より常温時では圧縮あるい
は伸張された状態で配置し、駆動体に通電して加熱する
ことにより、記憶された自由長に戻ろうとする張力ある
いは付勢力を生じさせようとするものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、繰り返
し往復運動等を行い、例えば歩行アクチュエータとし
て、動物の脚のような役割を果たさせるためには、繰り
返し電流のオン・オフを行なう必要がある。そのため、
従来はその制御のための制御回路を備える必要があっ
た。

【０００４】一方、形状記憶合金アクチュエータは、形
状記憶合金自体がアクチュエータの機能を有するため、
ソレノイドやモータ、あるいは油圧アクチュエータ等と
比べて機構的に簡単で小型化が達成しやすいという特徴
を持っている。そのため、マイクロアクチュエータとし
ての利用が有効であると考えられるが、上述したよう
に、電流をオン・オフするための制御回路が必要となり
小型化を阻害する上、構造が複雑になってしまう。

【０００５】そこで本発明は上記の課題を解決すること
を目的とし、電流をオン・オフするための制御回路が不
要で、容易な構成でありながら、駆動体に供給される電
流のオン・オフを自己的に行い、自己駆動を可能にした
形状記憶合金アクチュエータを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】上記課題を解決
するためになされた本発明の請求項１に記載した形状記
憶合金アクチュエータは、形状記憶合金で形成された駆
動体を、加熱時に記憶された一定の自由長より常温時で
は圧縮あるいは伸張された状態で配置し、該駆動体に通
電して加熱することにより、記憶された自由長に戻ろう
とする張力あるいは付勢力を生じさせる形状記憶合金ア
クチュエータにおいて、電源と、スイッチング手段と、
上記駆動体の近傍に配置されて上記駆動体の温度変化を
検知可能な温度検出手段とを備え、上記駆動体の温度変
化に基づく上記温度検出手段の温度変化に基づき、上記
スイッチング手段によって、上記電源から上記駆動体へ
供給される電流がオン・オフされるように接続したこと
を特徴とする。

【０００７】上記温度検出手段は、駆動体の温度変化を
検知可能なように駆動体近傍に配置されていればよく、
接触していても離れていても構わない。前記構成を有す
る請求項１記載の形状記憶合金アクチュエータによれ
ば、形状記憶合金で形成された駆動体に通電して加熱す
ると、加熱された駆動体には、記憶された自由長に戻ろ
うとして、伸張された状態で配置された場合には張力、
圧縮された状態で配置された場合には付勢力が生じる。
そして、駆動体の温度が上がると温度検出手段の検出温
度も上がり、例えば温度検出手段の抵抗値変化が起き
る。

【０００８】温度検出手段の抵抗値変化に伴って、スイ
ッチング手段に加わる電圧が変化し、所定電圧を境にし
て電源から駆動体へ供給される電流がオフされる。電流
が供給されなくなった駆動体は、自己放熱して状態変化
が停止する。駆動体の温度が下がることによって温度検
出手段の検出温度も下がり、スイッチング手段に加わる
電圧が元に戻り始め、所定電圧を境にして今度は電源か
ら駆動体への供給電流がオンする。

【０００９】このように、駆動体の温度変化により供給
電流のオン・オフを行い、逆に、供給電流のオン・オフ
によって駆動体の温度変化を生じさせているので、制御
回路等を用いてオン・オフ制御を行なう必要はなく、自
己駆動することができる。また、請求項２記載の形状記
憶合金アクチュエータは、形状記憶合金で形成された駆
動体を、加熱時に記憶された一定の自由長より常温時で
は圧縮あるいは伸張された状態で配置し、該駆動体に通
電して加熱することにより、記憶された自由長に戻ろう
とする張力あるいは付勢力を生じさせる形状記憶合金ア
クチュエータにおいて、電源と、スイッチング手段とを
備え、上記駆動体の温度変化に基づく抵抗値変化で、上
記スイッチング手段により上記電源から上記駆動体へ供
給される電流がオン・オフされるように接続したことを
特徴とする。

【００１０】駆動体の形状は限られないが、例えばコイ
ルバネ状に形成すれば、コンパクトになり、マイクロ化
する際に都合がよい。前記構成を有する請求項２記載の
形状記憶合金アクチュエータによれば、形状記憶合金で
形成された駆動体に通電して加熱すると、加熱された駆
動体には、記憶された自由長に戻ろうとして、伸張され
た状態で配置された場合には張力、圧縮された状態で配
置された場合には付勢力が生じる。そして、駆動体の温
度変化に基づく抵抗値変化によりスイッチング手段に加
わる電圧が変化し、電源から駆動体へ供給される電流が
オン・オフされる。

【００１１】このように、駆動体自身の温度変化に基づ
く抵抗値変化により供給電流のオン・オフを行い、逆
に、供給電流のオン・オフによって駆動体の温度変化及
び形状変化を生じさせているので、制御回路等を用いて
オン・オフ制御を行なう必要なく、駆動体の形状変化を
繰り返し得ることができ、自己駆動することができる。

【００１２】

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。図１は本発明の第１実施例である形状記憶合
金アクチュエータの回路図、図２は歩行アクチュエータ
として用いた場合の概略説明図である。

【００１３】図１に示すように、第１ボタン電池Ｂ１、
形状記憶合金でコイルバネ状に形成された駆動体として
の形状記憶バネＳＭＡ、スイッチング素子としてのエミ
ッタ接地方式トランジスタＴｒが、直列につながれてい
る。本実施例では、形状記憶バネＳＭＡは加熱時に記憶
された一定の自由長より常温時では伸張された状態で、
図２に示すように、２本の脚３の間に配置されている。

【００１４】一方、第２ボタン電池Ｂ２、サイリスタの
一種であるＳＣＲ１１、抵抗１３、サーミスタ１５が直
列につながれており、抵抗１３とサーミスタ１５との間
とトランジスタＴｒのベースとが接続されている。サー
ミスタ１５は、形状記憶バネＳＭＡの温度変化を検知可
能なように形状記憶バネＳＭＡ近傍に配置されていれば
よく、接触していても離れていても構わない。さらに、
ＳＣＲ１１に対して並列に、赤外線受光ユニット１７が
接続されている。この赤外線受光ユニット１７は、外部
の赤外線送信ユニット１９からの制御信号を取り込んで
ＳＣＲ１１をトリガするものである。

【００１５】次に、本第１実施例の形状記憶合金アクチ
ュエータの作動について説明する。赤外線送信ユニット
１９からオン信号を送信すると、赤外線受光ユニット１
７がその信号を取り込んで、ＳＣＲ１１をトリガする。
すると、トランジスタＴｒへのベース電流が供給され、
形状記憶バネＳＭＡは通電される。通電されて加熱され
た形状記憶バネＳＭＡは記憶された自由長に戻ろうと
し、本実施例では収縮しようとして張力を生じる。その
ため、２本の脚３は、互いの距離を短くする方向に移動
し、例えば、片方の脚３を基準として他方の脚３が近づ
く。

【００１６】一方、形状記憶バネＳＭＡの温度が上がる
と、それに伴ってサーミスタ１５の温度も上がり、サー
ミスタ１５の抵抗値が下がる。サーミスタ１５の抵抗値
が下がることにより、トランジスタＴｒに加わるベース
電圧が下がり、ベース電流が流れなくなると、第１ボタ
ン電池Ｂ１から形状記憶バネＳＭＡへ供給される電流が
オフされる。電流が供給されなくなった形状記憶バネＳ
ＭＡは自己放熱して温度が下がり、縮んでいた状態から
フレーム４１のバネ弾性により伸張する。従って、２本
の脚３は、縮んでいた状態から互いの距離を遠ざける方
向に移動し、例えば、前回近づいてきた脚３を基準とし
て他方の脚３が遠ざかる。

【００１７】一方、形状記憶バネＳＭＡの温度が下がる
ことによってサーミスタ１５の温度も下がり、トランジ
スタＴｒに加わるベース電圧が元に戻り、ベース電流が
流れる。すると、第１ボタン電池Ｂ１から形状記憶バネ
ＳＭＡへ電流供給がオンする。そして、上述の形状記憶
バネＳＭＡの温度上昇、サーミスタ１５の温度上昇が再
開する。

【００１８】このように、周期的に形状記憶バネＳＭＡ
の収縮及び弛緩が繰り返されることにより、２本の脚３
が、しゃくとり虫のような動きをし、歩行アクチュエー
タとして用いることができる。そして、赤外線送信ユニ
ット１９からオフ信号を送信すると、赤外線受光ユニッ
ト１７がその信号を取り込んでＳＣＲ１１をオフし、ト
ランジスタＴｒへのベース電流供給が停止され、形状記
憶バネＳＭＡへの通電も停止し、動作は停止する。

【００１９】上述したように、形状記憶バネＳＭＡの温
度変化により供給電流のオン・オフを行い、逆に、供給
電流のオン・オフによって形状記憶バネＳＭＡの温度変
化を生じさせているので、制御回路等を用いてオン・オ
フ制御を行なう必要はなく、自己駆動させることができ
る。即ち、本実施例においては、赤外線送信ユニット１
９から一度オン信号を送信すれば、オフ信号を送信する
まで、自己駆動する。

【００２０】なお、復帰用バネ等を取り付けることによ
り、形状記憶バネＳＭＡを元の形状に強制的に戻し、脚
３を同じストロークで駆動させるように構成することも
可能であることは当然である。また、上述した通電によ
る発熱及び放熱の周期は、形状記憶バネＳＭＡの変態温
度及びコイルバネを形成する線径、あるいはサーミスタ
１５の性質等により異なる。従って、予めフィーリング
テスト等によって調べておけば往復運動の周期を設定す
ることができる。

【００２１】なお、本実施例では形状記憶バネＳＭＡを
コイルバネ状に形成しているので、全体がコンパクトで
も駆動時に十分なストロークが得られる。また、アクチ
ュエータ自身も小型化できる。そして、全体の構成が非
常に簡易なものであるので、マイクロアクチュエータと
しての利用が有効である。

【００２２】次に第２実施例を図３を参照して説明す
る。第１実施例と同様の部材には同じ番号を付して詳し
い説明を省略する。本第２実施例も、第１ボタン電池Ｂ
１、加熱時に記憶された一定の自由長より常温時の伸張
された状態で配置された形状記憶バネＳＭＡ、トランジ
スタＴｒが、直列につながれている。そして、ＳＣＲ１
１及びオン・オフ切替設定用抵抗３１が直列につながれ
たものが、形状記憶バネＳＭＡとトランジスタＴｒとの
間より、並列に接続されている。ＳＣＲ１１と設定用抵
抗３１との間とトランジスタＴｒのベースとが接続され
ている。

【００２３】そして、第２ボタン電池Ｂ２に接続された
赤外線受光ユニット１７は、第１実施例と同様に、外部
の赤外線送信ユニット１９からの制御信号を取り込んで
ＳＣＲ１１をトリガするように構成されている。次に、
本第２実施例の形状記憶合金アクチュエータの作動につ
いて説明する。赤外線送信ユニット１９からオン信号を
送信すると、赤外線受光ユニット１７がその信号を取り
込んで、ＳＣＲ１１をトリガする。形状記憶バネＳＭＡ
の常温時の抵抗値と設定用抵抗３１の抵抗値Ｒ１とに応
じて、トランジスタＴｒのベースにかかる電圧は、ベー
ス・エミッタ間の基準電圧ＶBEより大きいので、ベース
電流が供給され、形状記憶バネＳＭＡへの電流供給がオ
ンされる。通電により加熱された形状記憶バネＳＭＡに
は、記憶された自由長に戻ろうとし、本実施例では収縮
しようとして張力を生じる。

【００２４】そして、加熱された形状記憶バネＳＭＡの
抵抗値は、形状記憶バネＳＭＡ自身の温度上昇、それに
伴う線長の伸び等によって、加熱前の常温時よりも大き
くなる。そのため、形状記憶バネＳＭＡの抵抗値が上が
るにつれて、トランジスタＴｒのベースにかかる電圧は
下がり、ついにはベース・エミッタ間の基準電圧ＶBEよ
り小さくなる。従って、ベース電流が供給されなくな
り、形状記憶バネＳＭＡへの電流供給がオフされる。

【００２５】電流が供給されなくなった形状記憶バネＳ
ＭＡは、自己放熱フレーム４１のバネ弾性により伸張す
る。形状記憶バネＳＭＡの温度が下がることによって抵
抗値も下がり、トランジスタＴｒに加わるベース電圧が
元に戻り始め、基準電圧ＶBEを超えるとベース電流が流
れ始める。すると、再度形状記憶バネＳＭＡへの電流供
給がオンする。

【００２６】なお、第１実施例と同様、赤外線送信ユニ
ット１９から赤外線受光ユニット１７にオフ信号を送信
することにより、ＳＣＲ１１をオフしてトランジスタＴ
ｒへのベース電流供給を停止し、形状記憶バネＳＭＡへ
の通電を停止することができる。

【００２７】このように、形状記憶バネＳＭＡ自身の温
度変化に基づく抵抗値変化により供給電流のオン・オフ
を行い、逆に、供給電流のオン・オフによって形状記憶
バネＳＭＡの温度変化及び形状変化を生じさせているの
で、制御回路等を用いてオン・オフ制御を行なう必要は
なく、自己駆動することができる。

【００２８】以上本発明はこの様な実施例に何等限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲にお
いて種々なる態様で実施し得る。例えば、上述の実施例
では、形状記憶バネＳＭＡを、加熱時に記憶された一定
の自由長より常温時の伸張された状態で配置し、加熱時
に収縮して張力を生じるようにしたが、逆に、加熱時に
記憶された一定の自由長より常温時の圧縮された状態で
配置し、加熱して付勢力を生じるようにしてもよい。ま
た、形状記憶バネＳＭＡはコイル状に形成する以外に
も、波状に形成する等、形状回復動作によって全体形状
の長さが変化するように形成されていればアクチュエー
タとして同様に実施できる。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の形
状記憶合金アクチュエータによれば、駆動体の温度変化
により、温度検出手段の抵抗値変化が起き、その抵抗値
変化に伴って、スイッチング手段により、駆動体への供
給電流のオン・オフを行い、逆に、供給電流のオン・オ
フによって駆動体の温度変化及び形状変化を生じさせて
いる。従って、電流をオン・オフするための特別な制御
回路が不要であり、容易な構成でありながら、駆動体に
供給される電流のオン・オフを自己的に行って形状変化
を繰り返し得ることができ、自己駆動が可能であるとい
う効果を奏する。

【００３０】また、請求項２記載の形状記憶合金アクチ
ュエータによれば、駆動体自身の温度変化に基づく抵抗
値変化で、スイッチング手段により駆動体への供給電流
のオン・オフを行い、逆に、供給電流のオン・オフによ
って駆動体の温度変化及び形状変化を生じさせている。
従って、電流をオン・オフするための特別な制御回路が
不要であり、容易な構成でありながら、駆動体に供給さ
れる電流のオン・オフを自己的に行って形状変化を繰り
返し得ることができ、自己駆動が可能であるという効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例である形状記憶合金アクチ
ュエータの回路図である。

【図２】歩行アクチュエータとして用いた場合の概略説
明図である。

【図３】本発明の第２実施例である形状記憶合金アクチ
ュエータの回路図である。

【符号の説明】 ＳＭＡ…形状記憶バネ、 Ｂ１…第１ボタン電池、
Ｂ２…第２ボタン電池、Ｔｒ…トランジスタ、 ３…
脚、 １３…抵抗、 １５…サーミスタ、１７…赤外
線受光ユニット、 １９…赤外線送信ユニット、３１…
設定用抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内田 昌義 愛知県名古屋市中区栄２丁目３番１号 株 式会社メイテック内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 形状記憶合金で形成された駆動体を、加
   熱時に記憶された一定の自由長より常温時では圧縮ある
   いは伸張された状態で配置し、該駆動体に通電して加熱
   することにより、記憶された自由長に戻ろうとする張力
   あるいは付勢力を生じさせる形状記憶合金アクチュエー
   タにおいて、 電源と、スイッチング手段と、上記駆動体の近傍に配置
   されて上記駆動体の温度変化を検知可能な温度検出手段
   とを備え、 上記駆動体の温度変化に基づく上記温度検出手段の温度
   変化に基づき、上記スイッチング手段によって、上記電
   源から上記駆動体へ供給される電流がオン・オフされる
   ように接続したことを特徴とする形状記憶合金アクチュ
   エータ。
2. 【請求項２】 形状記憶合金で形成された駆動体を、加
   熱時に記憶された一定の自由長より常温時では圧縮ある
   いは伸張された状態で配置し、該駆動体に通電して加熱
   することにより、記憶された自由長に戻ろうとする張力
   あるいは付勢力を生じさせる形状記憶合金アクチュエー
   タにおいて、 電源と、スイッチング手段とを備え、 上記駆動体の温度変化に基づく抵抗値変化で、上記スイ
   ッチング手段により上記電源から上記駆動体へ供給され
   る電流がオン・オフされるように接続したことを特徴と
   する形状記憶合金アクチュエータ。