JPH06335268A - バイメタル式アクチュエータ及び移動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】より一層の小形化が可能となり、構造も簡単化
できるバイメタル式アクチュエータ及び移動装置を提供
する。 【構成】所定形状の絶縁基板３上に少なくとも３個のバ
イメタル４を、一定の角度間隔で且つ上下方向に変位可
能に配設して単位アクチュエータ２が形成される。バイ
メタル式アクチュエータ１は、複数の単位アクチュエー
タ２が各バイメタル４の位置を合せるように積層・連結
されて構成される。各単位アクチュエータ２の各縦列の
バイメタル４が直列に接続され、直列接続された各縦列
のバイメタル４に各々通電を行う電源回路が接続され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バイメタルを使用して
作動するバイメタル式アクチュエータ、及び、そのバイ
メタル式アクチュエータを動力として細い管内や溝内を
移動する移動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、細い管の内部を移動しながら内部
を検査し或は各種の処理をする小形の作動装置或は管内
移動装置の開発が、配管設備のメインテナンス分野、或
は医療機器等の分野で行われている。この種の作動装置
或は移動装置は、非常に小形化が要求されるため、その
動力として、流体圧シリンダや電磁ソレノイドは、構造
が複雑化して小形化が難しい問題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このため、従来、形状
記憶合金製のコイルばねを動力として使用し、形状記憶
合金ばねを、その変態温度を越えて加熱・冷却すること
により変位させ、各種の作動や移動機構に使用すること
が試みられているが、加熱及び冷却用媒体を通すための
チューブを接続する必要があり、また、一方向性の形状
記憶合金を使用する場合、合金の形状復帰のために、復
帰用ばねを別に設ける必要があるなど、小形化が制限さ
れる問題があった。

【０００４】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
で、より一層の小形化が可能となり、構造も簡単化でき
るバイメタル式アクチュエータ及び移動装置を提供する
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のバイメタル式アクチュエータは、所定形状
の絶縁基板上に少なくとも３個のバイメタルを、一定の
角度間隔で且つ上下方向に変位可能に配設して単位アク
チュエータが形成され、複数の単位アクチュエータが各
バイメタルの位置を合せるように積層・連結され、各単
位アクチュエータの各縦列のバイメタルが直列に接続さ
れ、直列接続された各縦列のバイメタルに各々通電を行
う電源回路が接続されて構成される。

【０００６】また、移動装置は、前本体と後本体とを有
し、前記バイメタル式アクチュエータが前本体と後本体
との間にその積層方向を前後方向にして取付けられ、前
本体と後本体の外周部に、各々少なくとも３個の該バイ
メタル式アクチュエータが一定の角度間隔で外側に向け
て取付けられて構成される。

【０００７】

【作用】このように構成されたバイメタル式アクチュエ
ータは、積層された単位アクチュエータの各縦列のバイ
メタルに、電源回路から通電し、通電によりバイメタル
を加熱し、それらを変位させて作動する。即ち、例え
ば、バイメタルが加熱によりその元部と先端部との距離
（間隔）を広げるように曲げる（又は伸張する）構造で
ある場合、各縦列のバイメタルに同じ電流を流して同様
に加熱・変位させたとき、各縦列のバイメタルが各単位
アクチュエータの間隔を広げるように作動し、アクチュ
エータの長さが伸びる。そして、電流を遮断してバイメ
タルを冷却させれば、アクチェエータの長さは元の長さ
まで収縮する。

【０００８】一方、一部の縦列のバイメタルに流す電流
を遮断或は少なくした場合、その縦列のバイメタルの間
隔拡大率が他に比べて零或は低下し、アクチュエータは
その縦列のバイメタル側に曲るように作動する。

【０００９】また、上記のように構成された移動装置で
は、前本体と後本体の間に取付けられたバイメタル式ア
クチュエータがドライブユニットとなり、前本体の外周
部に取付けられた複数のバイメタル式アクチュエータ
が、前本体を通路の壁に対しホールドする前ホールドユ
ニットとなり、後本体の外周部に取付けられた複数のバ
イメタル式アクチュエータが、後本体を通路の壁に対し
ホールドする後ホールドユニットとなる。

【００１０】移動する場合、先ず、後ホールドユニット
の各アクチュエータを伸張させて通路の壁に各先端を押
付け、後本体を壁にホールドさせ、次に、ドライブユニ
ットのアクチュエータを伸張させ、前本体を前に押し出
す。そして、次に、前ホールドユニットの各アクチュエ
ータを伸張させて通路の壁に各アクチェエータの先端を
押付け、前本体を壁にホールドさせると共に、後本体の
各アクチュエータを収縮させ、後ホールドユニットのホ
ールドを解除する。そして、この状態で、ドライブユニ
ットのアクチュエータを収縮させ、後本体を前に引き寄
せる。

【００１１】このように、移動装置は、各アクチュエー
タを伸縮作動させながら、尺取り虫式に管内等を移動す
る。管等が曲折している場合は、ドライブユニットのア
クチュエータの一部の縦列のバイメタルに流す電流を遮
断或は少なくし、その縦列のバイメタルの間隔拡大率を
他に比べて零或は低下させ、アクチュエータをその方向
に曲げて移動させる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１３】図１はバイメタル式アクチュエータの平面
図を、図２はそのII−II断面図を示している。このバイ
メタル式アクチュエータ１は、基本的には複数の単位ア
クチュエータ２を積層・連結して構成される。

【００１４】単位アクチュエータ２は、円板形の絶縁基
板３上に３個のバイメタル４を、１２０°の間隔で、電
極層５を介して固定して形成される。３個のバイメタル
４は、略Ｕ字形に曲折された導電性バイメタルを横向き
にして絶縁基板３の電極層５上に固着される。

【００１５】絶縁基板３は耐熱性の合成樹脂により形成
され、その上に、ニッケル、銅、アルミニウム等の導電
性金属が、電極層５として所定の３箇所に無電解メッ
キ、蒸着等により形成・固着される。

【００１６】そして、図２のように、複数の単位アクチ
ュエータ２が各バイメタル４の位置を合せるように積層
され、各単位アクチュエータ２の絶縁基板３上のバイメ
タル４は、その上に位置する単位アクチュエータ２の絶
縁基板３の下側に、電極層５を介して固着される。

【００１７】これらの略Ｕ字形のバイメタル４は、通電
時に自己発熱し、その曲折部の曲率を増大させるように
変形し、この変形により積層された各単位アクチュエー
タ２の相互の間隔が増大する。

【００１８】上下方向に積層された各単位アクチュエー
タの各縦列のバイメタル４は、絶縁基板３の縁部に設け
た導電層６により直列に電気的接続される。そして、各
縦列のバイメタル４は、各々の直流電源７にスイッチ８
を介して接続される。

【００１９】次に、このように構成されたバイメタル式
アクチュエータ１の動作を説明する。

【００２０】バイメタル式アクチュエータ１を駆動する
場合、各電源回路のスイッチ８をオンし、各直流電源７
から各縦列のバイメタル４に通電し、通電によりバイメ
タル４を昇温させ、これにより、略Ｕ字形バイメタルの
曲折部の曲率を変え、その両端部を変位させる。

【００２１】即ち、バイメタル４に電流が流れると、ジ
ュール熱によりバイメタル４が自己発熱して昇温し、そ
れにより、略Ｕ字形バイメタルの曲折部の曲率が増大す
るように変形し、その結果、バイメタル４の両端固着部
の距離（間隔）が広がる。このため、各縦列の全バイメ
タル４に通電され、それらが同様に変位した場合、図３
のように、バイメタル式アクチュエータ１はその全長が
伸びるように動作する。そして、その伸びる長さは、バ
イメタル４の変位範囲内で、そこに生じるジュール熱量
つまり電流値と通電時間に略比例し、アクチュエータの
長さはアナログ的に徐々に変位する。

【００２２】一方、スイッチ８をオフして電流を遮断
し、バイメタル４を冷却させれば、バイメタル式アクチ
ェエータ１の長さは元の長さまで収縮する。

【００２３】ところで、アクチュエータ１を曲げる場合
には、曲げる側に位置する縦列のバイメタル４への通電
を停止する。即ち、バイメタル４に通電する際、図４右
側の縦列のバイメタル４の電源回路のスイッチ８をオフ
にし、その電流を遮断した場合、その縦列のバイメタル
４における曲折部の曲率増大率つまり間隔拡大率は、零
となり、図４に示すように、アクチュエータ１はその縦
列のバイメタル（右）側に曲るように作動する。

【００２４】なお、上記実施例では、単位アクチュエー
タ２のバイメタル４の数を３個としたが、４個以上のバ
イメタルを各単位アクチュエータに設けることもでき
る。また、バイメタルに電流を供給する電源回路に電流
制御回路を設けて各縦列の電流を制御し、アクチュエー
タ１の伸びる長さの制御や、曲げ方向の制御を行うこと
もできる。

【００２５】図５、図６は他の実施例を示し、ここで
は、Ｕ字形のバイメタルに代えて略平板状のバイメタル
１４が使用され、上記と同様に、絶縁基板３上に電極層
５を介して固着される。このバイメタル１４は、昇温
時、図６のようにその一端部を持ち上げるように曲がる
性質を有し、このため、上記実施例と同様に、バイメタ
ルへの通電を制御することにより、単位アクチュエータ
２の上下の距離（間隔）を増大又は減少させ、バイメタ
ル式アクチュエータを伸縮動作、又は曲げ動作させるこ
とができる。

【００２６】図７は、上記構成のバイメタル式アクチュ
エータ１を使用した移動装置の斜視図を示している。

【００２７】この移動装置は、管内や溝内等に挿入可能
な円筒形の前本体１０と後本体１１とを有し、バイメタ
ル式アクチュエータ１が前本体１０と後本体１１との間
にその積層方向を前後方向にして取付けられる。さら
に、バイメタル式アクチュエータ１が、前本体１０と後
本体１１の外周部に各々３個づつ、円周方向に略１２０
°の間隔で外側に向けて取付けられる。各バイメタル式
アクチュエータ１の各バイメタルには、電流を供給する
ための図示しない電源回路が、上記実施例と同様に接続
される。

【００２８】そして、この移動装置では、前本体と後本
体の間に取付けられたバイメタル式アクチュエータがド
ライブユニットＤとなり、前本体１０の外周部に取付け
られた３個のバイメタル式アクチュエータが、前本体１
０を通路の壁に対しホールドする前ホールドユニットＦ
Ｈとなり、後本体の外周部に取付けられた３個のバイメ
タル式アクチュエータが、後本体１１を通路の壁に対し
ホールドする後ホールドユニットＲＨとなる。

【００２９】移動装置は、管内或は溝内を移動する場
合、図８に示すように、先ず、後ホールドユニットＲＨ
の各アクチュエータ１を伸張させて通路の壁に各先端を
押付け、後本体１１を壁にホールドさせ、次に、ドライ
ブユニットＤのアクチュエータ１を伸張させ、前本体１
０を前に押し出す。

【００３０】そして、次に、前ホールドユニットＦＨの
各アクチュエータ１を伸張させて通路の壁に各先端を押
付け、前本体１０を壁にホールドさせると共に、後本体
１１の各アクチュエータ１を収縮させ、後ホールドユニ
ットＲＨのホールドを解除する。そして、この状態で、
ドライブユニットＤのアクチュエータ１を収縮させ、後
本体１１を前に引き寄せる。

【００３１】このように、移動装置は、各バイメタル式
アクチュエータ１を伸縮作動させながら、尺取り虫式に
管内等を移動する。管等が曲折している場合は、ドライ
ブユニットＤのアクチュエータ１における曲がる側の縦
列のバイメタルに流す電流を遮断或は少なくし、その縦
列のバイメタルの間隔拡大率を他に比べて零或は低下さ
せ、アクチュエータ１をその方向に曲げて移動させる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のバイメタ
ル式アクチュエータ、及びそのアクチュエータを使用し
た移動装置によれば、形状記憶合金製ばねを用いたもの
に比べ、加熱・冷却媒体用のチューブや復帰用コイルば
ねを必要とせず、構造が簡単となり、より一層の小形化
が可能となる。また、構造が簡単なために、誤動作や故
障が少なく、マイクロロボットへの適用も容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すバイメタル式アクチュ
エータの平面図である。

【図２】図１のII−II断面図である。

【図３】伸張作動時の断面図である。

【図４】曲げ作動時の断面図である。

【図５】他の実施例のアクチュエータの断面図である。

【図６】他の実施例のアクチュエータの作動時の断面図
である。

【図７】移動装置の斜視図である。

【図８】移動装置の移動行程を示す説明図である。

【符号の説明】

１−バイメタル式アクチュエータ、２−単位アクチュエ
ータ、３−絶縁基板、４−バイメタル、７−直流電源、
１０−前本体、１１−後本体。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定形状の絶縁基板上に少なくとも３個
   のバイメタルを、一定の角度間隔で且つ上下方向に変位
   可能に配設して単位アクチュエータが形成され、複数の
   該単位アクチュエータが該各バイメタルの位置を合せる
   ように積層・連結され、該各単位アクチュエータの各縦
   列のバイメタルが直列に接続され、該直列接続された各
   縦列のバイメタルに各々通電を行う電源回路が接続され
   たことを特徴とするバイメタル式アクチュエータ。
2. 【請求項２】 前本体と後本体とを有し、前記請求項１
   のバイメタル式アクチュエータが該前本体と該後本体と
   の間にその積層方向を前後方向にして取付けられ、該前
   本体と後本体の外周部に、各々少なくとも３個の該バイ
   メタル式アクチュエータが一定の角度間隔で外側に向け
   て取付けられたことを特徴とする移動装置。