JPH0660628B2 - 熱―力学的エネルギ変換装置 - Google Patents
熱―力学的エネルギ変換装置Info
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- JPH0660628B2 JPH0660628B2 JP59045962A JP4596284A JPH0660628B2 JP H0660628 B2 JPH0660628 B2 JP H0660628B2 JP 59045962 A JP59045962 A JP 59045962A JP 4596284 A JP4596284 A JP 4596284A JP H0660628 B2 JPH0660628 B2 JP H0660628B2
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- Japan
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- pulley
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- wrapping material
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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
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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。
ネルギに変換する熱−力学的エネルギ変換装置に関す
る。
一般に、形状記憶合金に変形と形状回復とを繰り返し行
わせた場合、この繰り返し動作が相当程度多数回行われ
るまでは、形状記憶合金の記憶形状は安定せず、変化す
る。例えば、形状記憶合金の一種であるＴｉ−Ｎｉ合金
の細線においては、該細線を形状回復が可能な応力範囲
（３００ＭＰａ）で引張り応力を加えて伸び変形させた
後、該細線を加熱して形状回復させる（すなわち、記憶
形状の長さに収縮させる）という変形−形状回復動作を
繰り返させた場合、この繰り返し動作が１０５回行われ
ると、前記Ｔｉ−Ｎｉ合金の細線の記憶形状は２０％近
く伸びてしまう。
わせた場合、この繰り返し動作が相当程度多数回行われ
るまでは、形状記憶合金の記憶形状は安定せず、変化す
る。例えば、形状記憶合金の一種であるＴｉ−Ｎｉ合金
の細線においては、該細線を形状回復が可能な応力範囲
（３００ＭＰａ）で引張り応力を加えて伸び変形させた
後、該細線を加熱して形状回復させる（すなわち、記憶
形状の長さに収縮させる）という変形−形状回復動作を
繰り返させた場合、この繰り返し動作が１０５回行われ
ると、前記Ｔｉ−Ｎｉ合金の細線の記憶形状は２０％近
く伸びてしまう。
このため、従来の、形状記憶合金を利用した熱−力学的
エネルギ変換装置においては、形状記憶合金に変形−形
状回復動作を繰り返し行わせるうちに、形状記憶合金の
動作範囲が大きく変動し、装置が正常に機能しなくなる
という不都合が生じることとなっていた。そして、この
ような不都合を防止するには、形状記憶合金を正常な動
作範囲において動作させるための調整作業を頻繁に行わ
なければならなかった。
エネルギ変換装置においては、形状記憶合金に変形−形
状回復動作を繰り返し行わせるうちに、形状記憶合金の
動作範囲が大きく変動し、装置が正常に機能しなくなる
という不都合が生じることとなっていた。そして、この
ような不都合を防止するには、形状記憶合金を正常な動
作範囲において動作させるための調整作業を頻繁に行わ
なければならなかった。
本発明は、前記従来の欠点を解消するためになされたも
ので、変形−形状回復の動作の繰り返しによって形状記
憶合金の動作範囲が変動しても、該形状記憶合金によっ
て駆動される被駆動体の動作範囲は常に所定範囲となる
ようにして、装置を常に正常に機能させることができる
とともに、構造が簡単で、かつ被駆動体を大きな力で高
速に駆動することができる熱−力学的エネルギ変換装置
を提供することを目的する。
ので、変形−形状回復の動作の繰り返しによって形状記
憶合金の動作範囲が変動しても、該形状記憶合金によっ
て駆動される被駆動体の動作範囲は常に所定範囲となる
ようにして、装置を常に正常に機能させることができる
とともに、構造が簡単で、かつ被駆動体を大きな力で高
速に駆動することができる熱−力学的エネルギ変換装置
を提供することを目的する。
本発明による熱−力学的エネルギ変換装置は、回転可能
なプーリーと、このプーリーに機械的に連係されている
ことにより該プーリーに連動して動く被駆動体と、この
被駆動体の運動可能な範囲を一定範囲に規制する規制手
段と、線状の形状記憶合金単独からなるか、または線状
の形状記憶合金に線状の非形状記憶合金材料を直列に接
続してなり、前記プーリーに巻き掛けられた巻き掛け材
と、前記巻き掛け材の一端側に接続され、前記形状記憶
合金に引張り力を作用するばね手段とを有してなり、 前記巻き掛け材から前記プーリーに伝達されるトルクが
所定の大きさに達すると、前記巻き掛け材が前記プーリ
ーに対してスリップすることを特徴とするものである。
なプーリーと、このプーリーに機械的に連係されている
ことにより該プーリーに連動して動く被駆動体と、この
被駆動体の運動可能な範囲を一定範囲に規制する規制手
段と、線状の形状記憶合金単独からなるか、または線状
の形状記憶合金に線状の非形状記憶合金材料を直列に接
続してなり、前記プーリーに巻き掛けられた巻き掛け材
と、前記巻き掛け材の一端側に接続され、前記形状記憶
合金に引張り力を作用するばね手段とを有してなり、 前記巻き掛け材から前記プーリーに伝達されるトルクが
所定の大きさに達すると、前記巻き掛け材が前記プーリ
ーに対してスリップすることを特徴とするものである。
本発明においては、形状記憶合金が加熱されていないと
きは、ばね手段に引張り力を作用されることにより、形
状記憶合金は記憶している長さに比し伸び変形を受けて
いる。他方、形状記憶合金が所定温度区間まで加熱され
ると、形状記憶合金が記憶している長さに戻ろうとして
収縮し、プーリーを介して被駆動体を駆動する。これに
より、被駆動体が一方の運動限界位置に達し、動けなく
なると、形状記憶合金から前記プーリーに伝達されるト
ルクが所定の大きさに達し、前記プーリーに対し巻き掛
け材がスリップする。
きは、ばね手段に引張り力を作用されることにより、形
状記憶合金は記憶している長さに比し伸び変形を受けて
いる。他方、形状記憶合金が所定温度区間まで加熱され
ると、形状記憶合金が記憶している長さに戻ろうとして
収縮し、プーリーを介して被駆動体を駆動する。これに
より、被駆動体が一方の運動限界位置に達し、動けなく
なると、形状記憶合金から前記プーリーに伝達されるト
ルクが所定の大きさに達し、前記プーリーに対し巻き掛
け材がスリップする。
また、形状記憶合金に対する加熱が停止されると、ばね
手段の引張り力により、形状記憶合金が再び伸び変形を
受け、プーリーを介して被駆動体を加熱時とは反対方向
に駆動する。これにより、被駆動体が他方の運動限界位
置に達し、動けなくなると、巻き掛け材からプーリーに
伝達されるトルクが所定の大きさに達し、プーリーに対
し巻き掛け材がスリップする。
手段の引張り力により、形状記憶合金が再び伸び変形を
受け、プーリーを介して被駆動体を加熱時とは反対方向
に駆動する。これにより、被駆動体が他方の運動限界位
置に達し、動けなくなると、巻き掛け材からプーリーに
伝達されるトルクが所定の大きさに達し、プーリーに対
し巻き掛け材がスリップする。
以上の結果、変形−形状回復の動作の繰り返しによって
形状記憶合金の動作範囲が変動しても、該形状記憶合金
によって駆動される被駆動体の動作範囲は常に所定範囲
となるようにして、装置を常に正常に機能させることが
できる。
形状記憶合金の動作範囲が変動しても、該形状記憶合金
によって駆動される被駆動体の動作範囲は常に所定範囲
となるようにして、装置を常に正常に機能させることが
できる。
また、形状記憶合金の形状回復力は、曲げ変形やねじり
変形からの形状回復の場合より、伸び変形からの形状回
復の場合の方が著しく大きい。そして、これに伴ない、
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からの形状回復の場合より、
伸び変形からの形状回復の場合の方が著しく速くなる。
変形からの形状回復の場合より、伸び変形からの形状回
復の場合の方が著しく大きい。そして、これに伴ない、
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からの形状回復の場合より、
伸び変形からの形状回復の場合の方が著しく速くなる。
これは、次の理由による。形状記憶合金の形状回復力
は、一定の範囲内において形状記憶合金の変形量が大き
い場合ほど大きくなる。しかるに、形状記憶合金の横断
面をとってみてみると、曲げ変形やねじり変形の場合
は、横断面全体が一様に変形するのではなく、中心に近
付くほど変形量は小さくなり、中心では変形量は零とな
るという変形量の分布で変形するので、横断面全体とし
ての変形量が小さく、ひいては全体として形状回復力が
小さくなってしまう。しかるに、線状や棒状の形状記憶
合金の引張り変形の場合は、理想的には横断面全体に渡
って一様に変形するので、全体として形状回復力が大き
くなる（言い換えれば、曲げ変形やねじり変形の場合
は、形状記憶合金の中心付近は形状回復力の発生に寄与
しないので、形状回復力発生の効率が悪いが、線状や棒
状の形状記憶合金の伸び変形の場合は、形状記憶合金の
中心付近も形状回復力の発生に寄与するので、形状回復
力発生の効率がよい）。
は、一定の範囲内において形状記憶合金の変形量が大き
い場合ほど大きくなる。しかるに、形状記憶合金の横断
面をとってみてみると、曲げ変形やねじり変形の場合
は、横断面全体が一様に変形するのではなく、中心に近
付くほど変形量は小さくなり、中心では変形量は零とな
るという変形量の分布で変形するので、横断面全体とし
ての変形量が小さく、ひいては全体として形状回復力が
小さくなってしまう。しかるに、線状や棒状の形状記憶
合金の引張り変形の場合は、理想的には横断面全体に渡
って一様に変形するので、全体として形状回復力が大き
くなる（言い換えれば、曲げ変形やねじり変形の場合
は、形状記憶合金の中心付近は形状回復力の発生に寄与
しないので、形状回復力発生の効率が悪いが、線状や棒
状の形状記憶合金の伸び変形の場合は、形状記憶合金の
中心付近も形状回復力の発生に寄与するので、形状回復
力発生の効率がよい）。
したがって、線状や棒状の形状記憶合金において同一断
面積とした場合、前述のように形状記憶合金の形状回復
力は、曲げ変形やねじり変形からの形状回復の場合よ
り、伸び変形からの形状回復の場合の方が著しく大きく
なり、形状回復の速度も速くなるのである。
面積とした場合、前述のように形状記憶合金の形状回復
力は、曲げ変形やねじり変形からの形状回復の場合よ
り、伸び変形からの形状回復の場合の方が著しく大きく
なり、形状回復の速度も速くなるのである。
ここにおいて、本発明においては、線状の形状記憶合金
の伸び変形からの形状回復力によりプーリーを介して被
駆動体を駆動するので、被駆動体を大きな力で高速に駆
動することができる。
の伸び変形からの形状回復力によりプーリーを介して被
駆動体を駆動するので、被駆動体を大きな力で高速に駆
動することができる。
以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。
第１図は本発明の一実施例を示し、この実施例におい
て、基台１には、プーリー２が軸３を中心として回転可
能に支持されており、このプーリー２には、アーム状の
被駆動体４の一端部が固定されている。そして、この被
駆動体４は、ストッパ５，６により、その動作範囲を一
定角度範囲θ内に規制されている。
て、基台１には、プーリー２が軸３を中心として回転可
能に支持されており、このプーリー２には、アーム状の
被駆動体４の一端部が固定されている。そして、この被
駆動体４は、ストッパ５，６により、その動作範囲を一
定角度範囲θ内に規制されている。
前記プーリー２には、Ｔｉ−Ｎｉ合金等の線状の形状記
憶合金のみからなる巻き掛け材７が巻き掛けられてお
り、この巻き掛け材７の一端部は固定部材８に取り付け
られている。ここで、前記固定部材８は、基台１に対し
その位置関係を固定されている。また、プーリー２の構
成材料として適当な材料を選択することにより、プーリ
ー２と巻き掛け材７との間の摩擦係数は適当な大きさと
されており、巻き掛け材７からプーリー２に伝達される
トルクが所定の大きさになると、巻き掛け材７がプーリ
ー２に対してスリップし、それ以上のトルクが巻き掛け
材７からプーリー２に伝達されないようになっている。
憶合金のみからなる巻き掛け材７が巻き掛けられてお
り、この巻き掛け材７の一端部は固定部材８に取り付け
られている。ここで、前記固定部材８は、基台１に対し
その位置関係を固定されている。また、プーリー２の構
成材料として適当な材料を選択することにより、プーリ
ー２と巻き掛け材７との間の摩擦係数は適当な大きさと
されており、巻き掛け材７からプーリー２に伝達される
トルクが所定の大きさになると、巻き掛け材７がプーリ
ー２に対してスリップし、それ以上のトルクが巻き掛け
材７からプーリー２に伝達されないようになっている。
前記巻き掛け材７の他端部は引張りコイルばね９の一端
部に連結されており、該ばね９の他端部は固定部材８に
取り付けられている。また、前記巻き掛け材７の両端に
は、図示しない通電装置が接続されている。
部に連結されており、該ばね９の他端部は固定部材８に
取り付けられている。また、前記巻き掛け材７の両端に
は、図示しない通電装置が接続されている。
なお、この場合は、巻き掛け材７を構成する線状の形状
記憶合金は真直ぐな形状を記憶しているが、後で明らか
になるように本実施例は、もっぱら前記形状記憶合金の
長さ方向の変形および形状回復（すなわち、形状記憶合
金の伸縮）を利用して動作するものであるので、前記形
状記憶合金が湾曲した形状を記憶していても差し支えな
い。
記憶合金は真直ぐな形状を記憶しているが、後で明らか
になるように本実施例は、もっぱら前記形状記憶合金の
長さ方向の変形および形状回復（すなわち、形状記憶合
金の伸縮）を利用して動作するものであるので、前記形
状記憶合金が湾曲した形状を記憶していても差し支えな
い。
次に、本実施例の作動を説明する。
前記通電装置から巻き掛け材７に通電がなされておら
ず、該巻き掛け材７が冷却している状態では、該巻き掛
け材７はばね９の力によって記憶形状からある大きさΔ
Ｌだけ伸び変形を受けている。このため、プーリー２
は、図上最も時計方向に回転した状態にある（この状態
において、プーリー２上の点Ａは、第１図の位置にあ
る）。
ず、該巻き掛け材７が冷却している状態では、該巻き掛
け材７はばね９の力によって記憶形状からある大きさΔ
Ｌだけ伸び変形を受けている。このため、プーリー２
は、図上最も時計方向に回転した状態にある（この状態
において、プーリー２上の点Ａは、第１図の位置にあ
る）。
次に、前記通電装置から巻き掛け材７に適当な大きさの
電流が流されると、該巻き掛け材７はジュール熱により
加熱され、所定温度以上となって相変態を開始し、形状
記憶効果により記憶形状に戻ろうとする。このため、巻
き掛け材７は記憶形状の長さに向って収縮して行く（な
お、巻き掛け材７は線状であるため、曲げ変形からの回
復応力は小さいので、曲げ変形に関しては極僅かな形状
回復しか示さない）。
電流が流されると、該巻き掛け材７はジュール熱により
加熱され、所定温度以上となって相変態を開始し、形状
記憶効果により記憶形状に戻ろうとする。このため、巻
き掛け材７は記憶形状の長さに向って収縮して行く（な
お、巻き掛け材７は線状であるため、曲げ変形からの回
復応力は小さいので、曲げ変形に関しては極僅かな形状
回復しか示さない）。
そして、上述の巻き掛け材７の収縮に伴なってプーリー
２は、被駆動体４とともに、ばね９に抗して図上反時計
方向に回転して行く。また、被駆動体４はやがてストッ
パ５に当接し、それ以上回転できなくなるが、巻き掛け
材７は、プーリー２に対しスリップしながら、それ以後
も収縮を続け、記憶形状の長さに復帰する。
２は、被駆動体４とともに、ばね９に抗して図上反時計
方向に回転して行く。また、被駆動体４はやがてストッ
パ５に当接し、それ以上回転できなくなるが、巻き掛け
材７は、プーリー２に対しスリップしながら、それ以後
も収縮を続け、記憶形状の長さに復帰する。
次に、前記通電装置による巻き掛け材７への通電が停止
されると、巻き掛け材７は冷却し、再びばね９の力によ
り、伸び変形を受ける。このため、プーリー２は被駆動
体４とともに図上時計方向に回転して行く。すると、被
駆動体４はやがてストッパ６に当接し、それ以上回転で
きなくなるが、巻き掛け材７は、それ以後も、ばね９の
力に釣り合う長さまで、プーリー２に対しスリップしな
がら伸び変形を続ける。
されると、巻き掛け材７は冷却し、再びばね９の力によ
り、伸び変形を受ける。このため、プーリー２は被駆動
体４とともに図上時計方向に回転して行く。すると、被
駆動体４はやがてストッパ６に当接し、それ以上回転で
きなくなるが、巻き掛け材７は、それ以後も、ばね９の
力に釣り合う長さまで、プーリー２に対しスリップしな
がら伸び変形を続ける。
そして、以後、巻き掛け材７に対する通電および通電停
止が繰り返される毎に、上述の動作が繰り返される。
止が繰り返される毎に、上述の動作が繰り返される。
さて、上述の巻き掛け材７の伸び変形−形状回復の動作
の繰り返し回数が少ない間は、該動作が繰り返される毎
に、巻き掛け材７の記憶形状の長さは伸びて行くので、
プーリー２の回転範囲αはそれに従って変動して行く。
の繰り返し回数が少ない間は、該動作が繰り返される毎
に、巻き掛け材７の記憶形状の長さは伸びて行くので、
プーリー２の回転範囲αはそれに従って変動して行く。
しかるに、この装置においては、被駆動体４の動作可能
範囲がストッパ５，６によって一定範囲θに規制されて
いるため、前記プーリー２の回転範囲αの中に前記範囲
θが含まれている限り、被駆動体４の動作範囲は常に一
定範囲θとなる。
範囲がストッパ５，６によって一定範囲θに規制されて
いるため、前記プーリー２の回転範囲αの中に前記範囲
θが含まれている限り、被駆動体４の動作範囲は常に一
定範囲θとなる。
また、前記繰り返し動作によって生じる巻き掛け材７の
伸びを十分吸収できるだけのストロークをばね９に持た
せておけば、加熱−冷却による巻き掛け材７の伸縮のス
トロークはほとんど変化しない。
伸びを十分吸収できるだけのストロークをばね９に持た
せておけば、加熱−冷却による巻き掛け材７の伸縮のス
トロークはほとんど変化しない。
また、この装置においては、線状の形状記憶合金の伸び
変形からの形状回復力によりプーリー２を介して被駆動
体４を駆動するので、被駆動体４を大きな力で高速に駆
動することができる。
変形からの形状回復力によりプーリー２を介して被駆動
体４を駆動するので、被駆動体４を大きな力で高速に駆
動することができる。
なお、前記実施例では、巻き掛け材７が形状記憶合金の
みからなっており、該形状記憶合金がプーリー２に巻き
掛けられているが、巻き掛け材７を線状の形状記憶合金
に線状の非形状記憶合金材料を直列に接続することによ
り構成し、前記非形状記憶合金材料の方をプーリー２に
巻き掛けるようにしてもよい。
みからなっており、該形状記憶合金がプーリー２に巻き
掛けられているが、巻き掛け材７を線状の形状記憶合金
に線状の非形状記憶合金材料を直列に接続することによ
り構成し、前記非形状記憶合金材料の方をプーリー２に
巻き掛けるようにしてもよい。
また、前記実施例では、直接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、他の方法によ
って形状記憶合金を加熱してもよい。
金を加熱しているが、本発明においては、他の方法によ
って形状記憶合金を加熱してもよい。
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、変形−形状回復の動作の繰り返しによって形状記憶
合金の動作範囲が変動しても、該形状記憶合金によって
駆動される被駆動体の動作範囲は常に所定範囲となるの
で、装置を常に正常に機能させることができるととも
に、構造が簡単で、かつ被駆動体を大きな力で高速に駆
動することができるという優れた効果を得られるもので
ある。
は、変形−形状回復の動作の繰り返しによって形状記憶
合金の動作範囲が変動しても、該形状記憶合金によって
駆動される被駆動体の動作範囲は常に所定範囲となるの
で、装置を常に正常に機能させることができるととも
に、構造が簡単で、かつ被駆動体を大きな力で高速に駆
動することができ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−力学的エネルギ交換装置の一
実施例を示す正面図である。 ２……プーリー、４……被駆動体、５，６……ストッ
パ、７……巻き掛け材、９……引張りコイルばね。
実施例を示す正面図である。 ２……プーリー、４……被駆動体、５，６……ストッ
パ、７……巻き掛け材、９……引張りコイルばね。
Claims (1)
- 【請求項１】回転可能なプーリーと、このプーリーに機
械的に連係されていることにより該プーリーに連動して
動く被駆動体と、この被駆動体の運動可能な範囲を一定
範囲に規制する規制手段と、線状の形状記憶合金単独か
らなるか、または線状の形状記憶合金に線状の非形状記
憶合金材料を直列に接続してなり、前記プーリーに巻き
掛けられた巻き掛け材と、前記巻き掛け材の一端側に接
続され、前記形状記憶合金に引張り力を作用するばね手
段とを有してなり、 前記巻き掛け材から前記プーリーに伝達されるトルクが
所定の大きさに達すると、前記巻き掛け材が前記プーリ
ーに対してスリップす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 |
|---|---|---|---|
| JP59045962A JPH0660628B2 (ja) | 1984-03-11 | 1984-03-11 | 熱―力学的エネルギ変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59045962A JPH0660628B2 (ja) | 1984-03-11 | 1984-03-11 | 熱―力学的エネルギ変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60190684A JPS60190684A (ja) | 1985-09-28 |
| JPH0660628B2 true JPH0660628B2 (ja) | 1994-08-10 |
Family
ID=12733870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59045962A Expired - Fee Related JPH0660628B2 (ja) | 1984-03-11 | 1984-03-11 | 熱―力学的エネルギ変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0660628B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2764741B2 (ja) * | 1989-05-24 | 1998-06-11 | トキコーポレーション株式会社 | アクチュエータ |
| CN116673558A (zh) * | 2023-07-13 | 2023-09-01 | 托伦斯半导体设备启东有限公司 | 一种半导体加热器钎焊控温结构 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57121777U (ja) * | 1981-01-26 | 1982-07-29 | ||
| JPS57204475U (ja) * | 1981-06-23 | 1982-12-25 |
-
1984
- 1984-03-11 JP JP59045962A patent/JPH0660628B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60190684A (ja) | 1985-09-28 |
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