JPH065670Y2 - 形状記憶合金を用いた通電アクチュエータ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本考案は、形状記憶合金を用いた通電アクチュエータに
関する。

「従来の技術」 従来、通電によるアクチュエータとしては、バイメタル
を用いたものや、第８図及び第９図に示すような形状記
憶合金ばねと、バイアスばねとを組合せたものが知られ
ている。

バイメタルは、熱膨張率の異なる二種の金属もしくは合
金を接合し、これを温度変化又は通電加熱により、両金
属の熱膨張率の相違を利用して湾曲させるものである。
一般的には低膨張側にアンバーを用い、高膨張側に銅合
金を使用する。

また、形状記憶合金ばねとバイアスばねとを組合せたも
のとしては、実開昭61-57890号の温度感知装置に示され
るようなジグザグばねを利用したアクチュエータが知ら
れている。

この一例として、第８図に示すアクチュエータは、ジグ
ザグ状に成形された形状記憶合金からなるばね１１と、
弾性を有する金属板から加工されたバイアスばね１２と
からなり、両ばね１１、１２の両端部にはフックが各々
設けられ、形状記憶合金ばね１１の長さはバイアスばね
１２の長さよりも所定寸法だけ小さく或いは大きく設定
されており、これら両ばね１１、１２が重ねられて両端
のフックに、一対の支持軸１３、１４が挿通されて複合
化されている。なお、形状記憶合金ばね１１がバイアス
ばね１２に接触して短絡しないように絶縁が図られてい
る。

前記形状記憶合金ばね１１は、電源回路１５に接続さ
れ、通電により回路に電流が流れると形状記憶合金ばね
１１は発熱し、変態温度に達すると形状復帰する。この
結果、形状記憶合金ばね１１は、バイアスばね１２の弾
性力に抗して伸長又は収縮し、支持軸１３、１４間の距
離を変化させて所望の動作を行なわせる。また、通電が
解除されると形状記憶合金ばね１１が変態温度以下に冷
却されて剛性が弱まり、バイアスばね１２の弾性力によ
って元の形状に戻り、支持軸１３、１４間の距離も元に
戻る。

また、第９図においては、形状記憶合金ばねとバイアス
ばねとを利用したエアコン等の風向板の角度を動かすた
めのアクチュエータの一例が示されている。

第９図はエアコン等の空調器の空気吹出し部の概略図で
あり、風向板２１は支軸２２に回動自在に固定されてい
る。風向板２１の空気吹出し側の下部には形状記憶合金
ばね２３の一端が取付けられ、このばね２３の他端はエ
アコン本体の吹出し口２５の下部に固定されている。風
向板２１の空気吹出し側の上部にはバイアスばね２６の
一端が取付けられ、このばね２６の他端はエアコン吹出
し口２５の上部に固定されている。

第９図（ａ）に示すように、暖房時には暖められた空気
により形状記憶合金ばね２３が加熱され、変態温度以上
になると形状記憶合金の形状復帰力により、このばね２
３が収縮し、同時にバイアスばね２６が下方に引っ張ら
れて風向板２１が下方に動く。これにより、暖められた
空気は下方へ吹出されることになる。

次に第９図（ｂ）に示すように、冷房時には冷された空
気により形状記憶合金ばね２３は冷却され、収縮する力
は弱まり、伸長状態にあったバイアスばね２６の弾性力
が優ってくると形状記憶合金ばね２３が今度は上方に引
っ張られて、風向板２１が上方に動く。これにより、冷
された空気は上方へ吹出されることになる。

「考案が解決しようとする課題」 しかしながら、これらの従来のアクチュエータには種々
の問題点がある。

即ち、前記バイメタルを用いたアクチュエータについて
は、バイメタル自身の作動ストロークが小さく、アクチ
ュエータの用途としてはかなり制約がある。

その上、バイメタルに用いられる素材は、一般に電気抵
抗値が小さく、バイメタルの板を発熱させて作動させる
には大電流が必要である。

また、形状記憶合金ばねと、バイアスばねとを用いた通
電アクチュエータ及び温度感知装置においては、作動ス
トロークが大きい反面、その運動方向がばねの伸縮方向
にしかとれず、その点でアクチュエータとしての用途に
制約がある。

更に、第９図に示したような温度感知装置においては、
形状記憶合金ばねとバイアスばねとをそれぞれ別個に取
付ける必要があるため、必然的に部品点数が増え、構造
が複雑化して生産コストが嵩むとともに生産の合理化が
図れないという問題がある。

従って、本考案の目的は、バイメタルのような両方向の
変形動作をし、比較的小電流でも作動する形状記憶合金
を用いた通電アクチュエータを提供することにある。

「課題を解決するための手段」 上記目的を達成するため、本考案による通電アクチュエ
ータは、所定の長さで折り返す連続した線状のパターン
に成形された形状記憶合金板と、弾性的に湾曲可能な基
板とを、前記形状記憶合金板の線状のパターンが短絡し
ないように接合し、前記基板の外力のない状態における
面形状と、前記形状記憶合金板の記憶された面形状とが
異なるようにし、かつ、少なくとも一方の面形状が前記
線状のパターンの並列する線方向と交差した屈曲線を描
いて湾曲した形状とし、前記形状記憶合金板の線状のパ
ターンに通電したとき形状記憶合金の形状復帰力によっ
て前記基板の弾性力に抗して面変形し、前記通電を解除
したとき前記基板の弾性力によって元の形状に復帰する
ようにしたことを特徴とする。

「作用」 本考案は、形状記憶合金を利用することによって、面方
向の変形作動をするアクチュエータが得られること、形
状記憶合金のパターンをできるだけ長くすることによ
り、通電抵抗を高めて小電流でも作動させることができ
ること、などに着眼してなされたものである。

本考案では、基板の外力のない状態における面形状と、
形状記憶合金板の記憶された面形状とが異なるようにし
たので、形状記憶合金板に通電し発熱させて変態させる
と、形状記憶合金板の形状復帰力により基板の弾性力に
抗して面変形する。例えば基板が平面ならばいずれかの
方向に湾曲した形状に変形し、基板が湾曲していれば平
面又は反対方向に湾曲した形状などに変形させることが
できる。また、通電を解除すれば、基板の弾性力によっ
て元の形状に復帰させることができる。

この場合、本考案では、少なくとも一方の面形状が線状
のパターンの並列する線方向と交差した屈曲線を描いて
湾曲した形状としたので、通電及び通電解除による面変
形は、線状のパターンの並列する線方向と交差した屈曲
線を描いて湾曲動作するようになされてる。したがっ
て、線状のパターンの複数の線状部分の変形力を協動し
て作用させることができ、変形力を高めることができ
る。

このように、形状記憶合金を用いた面変形をするアクチ
ュエータは、これまでに知られておらず、例えば空調器
の風向板の切り換え機構、ファンやプロペラの羽の角度
調整機構など、様々な分野に応用してそれらの機構をよ
り簡略化することが期待される。

また、形状記憶合金板は、所定の長さで折り返す連続し
た線状のパターンに成形されているので、このパターン
の両端部に電源回路を接続して通電することにより、電
流の経路を長くとって通電抵抗を高めることができ、そ
れによって比較的小電流でも変態に必要な温度まで昇温
させることが可能となる。結果として、高電圧−低電流
の回路構成を採用することができ、回路に用いる部品や
装置の低コスト化を図ることができる。

また、形状記憶合金板の形状は、いわゆるジグザグばね
のような形状や、矩形の板の対向する辺から互い違いに
スリットを入れた形状など、各種の形状を採用すること
ができる。

「実施例」 第１図、第２図および第３図には、本考案による形状記
憶合金ばねを用いた通電アクチュエータの一実施例が示
されている。

第１図に示すように、この通電アクチュエータ３１は、
ジグザグ状に成形加工された形状記憶合金板３２と、弾
性的に湾曲可能な基板３３とからなっている。

形状記憶合金板３２は、所定の長さでコ字状に折り返し
たジグザグのパターンをなしているが、第８図に示した
ジグザグばねのように折り返し部が丸みをもっていても
よい。

基板３３としては、金属板、合成樹脂板などが採用でき
るが、金属板の場合には、形状記憶合金板を接合させた
とき、形状記憶合金板のパターンが短絡しないように電
気的に絶縁させて接合する必要がある。

また、基板３３の形状は、矩形、円形、楕円形など、各
種の形状が採用できるが、特に長方形、正方形などの矩
形が好ましく採用される。この場合、形状記憶合金板３
２の折り返し部の外周が、基板３３の外周と整合するよ
うな寸法形状であることがより好ましい。

形状記憶合金板３２は、記憶形状を例えば湾曲形状また
は平坦な面形状というように任意に選択することができ
る。形状記憶合金板３２の記憶形状を湾曲状態とした場
合には、基板３３を平坦な面形状又は反対側に湾曲した
形状などとして接合させる。また、形状記憶合金板３２
の記憶形状を平坦な板形状とした場合は、基板３３を湾
曲した形状として接合させる。

ただし、本発明では、形状記憶合金板３２の記憶形状及
び基板３３の外力のない状態における形状の少なくとも
一方の面形状が、形状記憶合金板３２のパターンの並列
した部分における線方向と交差する屈曲線を描いて湾曲
した形状とすることが必要である。この実施例では、形
状記憶合金板３２の記憶形状が、パターンの並列した線
方向と直角な方向、すなわち基板３３の長手方向が屈曲
線となるように湾曲した形状に記憶処理されている。ま
た、基板３３は外力のない状態で平面となるようにされ
ている。

この実施例では、第２図及び第３図に示すように、形状
記憶合金板３２を基板３３の上に重ね合わせ、それらの
間に接着剤を介在させて接着した構造を採用している。

しかし、形状記憶合金板３２と、基板３３との接合方法
は、接着、嵌合、ネジ止め、埋設などの各種の方法を採
用できる。例えば第４図に示すように、形状記憶合金板
３２を基板３３の上に重ね合わせ、それぞれの長手方向
に沿った対向する縁部を断面コ字状の枠体３４で保持し
て接合した構造を採用することもできる。また、基板３
３が合成樹脂板からなる場合、２枚の合成樹脂板で形状
記憶合金板３２を挟み込んで固着した構造なども採用で
きる。

この通電アクチュエータ３１は、第１図に示すように、
形状記憶合金板３２の線状パターンの両端部に電源回路
３５が接続され、電源回路３５によって形状記憶合金板
３２に通電し、又は通電を解除して作動を行なうように
している。

第５図（ａ）、（ｂ）は、この通電アクチュエータ３１
の作動状態を示している。この実施例では、前述したよ
うに、基板３３が外力のない状態で平面状をなし、形状
記憶合金板３２がパターンの並列した線方向と直交する
屈曲線を描いて湾曲した形状に記憶処理されている構造
を採用している。

同図（ａ）に示すように、形状記憶合金板３２に通電し
ない状態において、基板３３の剛性によって全体として
平面状に維持されている。

また、同図（ｂ）に示すように、形状記憶合金板３２に
通電したときには、通電抵抗により発熱して形状記憶合
金板３２が記憶された形状に復帰し、基板３３の弾性力
に抗して湾曲する。

そして、再び通電を解除すれば、形状記憶合金板３２の
剛性が低下するため、基板３３の弾性力により、同図
（ａ）に示した平面形状に戻る。

このような動作によって、例えばこれと協動関係にある
他の部材を作動させたり、流体の流れを変えたりするこ
とができる。

第６図には、本考案の通電アクチュエータの他の実施例
が示されている。

この実施例においては、形状記憶合金板３２の全体とし
ての形状を、前述の実施例と同様に、基板３３に適合す
る長方形状としている。そして、形状記憶合金板３２
は、対向する辺から互い違いにスリット３６を入れら
れ、それによってジグザグに折り返した線状パターンを
なしている。このスリット３６には、回路に電流が流れ
ている状態において、対向する直線部相互間での短絡が
起らないように所定の幅をもたせる。基板３３の寸法形
状及び形状記憶合金板３２との接合構造、電源回路３５
との接続構造等に関しては、前述の実施例と同様であ
る。

第７図には、本考案による通電アクチュエータを、エア
コン等の風向板として用いた例が示されている。

この例においては、前述したような通電アクチュエータ
３１を、吹出し口２５の流路を横切るように、かつ、平
面を流れと平行にして配置し、両端部を一対の支軸３７
により固定している。また、基板３３は、外力が加えら
れない状態で吹出し口２５の上方に向かって湾曲した形
状をなし、形状記憶合金板３２は、通電加熱して変態温
度に達すると、吹出し口２５の下方に向かって湾曲する
ように形状記憶されている。

第７図（ａ）に示すように、冷房時には、形状記憶合金
板３２に通電せず、基板３３の剛性によって吹出し側の
端部を上方に向けて湾曲させ、冷気を上方に吹出させ
る。

また、第７図（ｂ）に示すように、暖房時には、形状記
憶合金板３２に通電し、形状復帰させて基板３３の弾性
力に抗して吹出し口２５の下方に向けて湾曲させ、暖気
を下方に吹出させる。

「考案の効果」 以上説明したように、本考案による通電アクチュエータ
によれば、形状記憶合金を利用して面方向に変形動作す
るアクチュエータを提供することができ、そのようなア
クチュエータは、空調器の風向板の切り換え機構、ファ
ンやプロペラの羽の角度調節機構など、様々な分野に応
用することができる。また、形状記憶合金と基板とを接
合した一枚板からなるので、各種の装置への取付け構造
が簡略化され、取付けスペースも小さくすることができ
る。更に、形状記憶合金の形状を所定の長さで折り返す
線状のパターンにしたことにより、通電抵抗を増大させ
て小電流で作動するアクチュエータを得ることができ、
電源回路などの設計も容易となる。加えて、面変形は、
形状記憶合金板のパターンの並列した線方向と交差する
屈曲線を描いて湾曲するようになされるので、パターン
の線状部分のそれぞれが協動して形状復帰力を付与する
ことになり、強い出力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による通電アクチュエータの一実施例を
示す平面図、第２図は同アクチュエータの正面図、第３
図は同アクチュエータの側面図、第４図は形状記憶合金
板と基板の接合構造の他の例を示す側面図、第５図
（ａ）、（ｂ）は同アクチュエータの作動状態を示す側
面図、第６図は本考案による通電アクチュエータの他の
実施例を示す平面図、第７図（ａ）、（ｂ）は本考案に
よる通電アクチュエータをエアコン等の風向板に応用し
た例を示す概略説明図、第８図は従来の通電アクチュエ
ータの一例を示す概略説明図、第９図は従来の形状記憶
合金を利用したアクチュエータをエアコン等の風向板に
応用した例を示す概略説明図である。 図中、３１は通電アクチュエータ、３２は形状記憶合金
板、３３は基板、３４は枠体、３５は電源回路、３６は
スリットである。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の長さで折り返す連続した線状のパタ
   ーンに成形された形状記憶合金板と、弾性的に湾曲可能
   な基板とを、前記形状記憶合金板の線状のパターンが短
   絡しないように接合し、前記基板の外力のない状態にお
   ける面形状と、前記形状記憶合金板の記憶された面形状
   とが異なるようにし、かつ、少なくとも一方の面形状が
   前記線状のパターンの並列する線方向と交差した屈曲線
   を描いて湾曲した形状とし、前記形状記憶合金板の線状
   のパターンに通電したとき形状記憶合金の形状復帰力に
   よって前記基板の弾性力に抗して面変形し、前記通電を
   解除したとき前記基板の弾性力によって元の形状に復帰
   するようにしたことを特徴とする形状記憶合金を用いた
   通電アクチュエータ。