JPH09123330A - 形状回復装置 - Google Patents
形状回復装置Info
- Publication number
- JPH09123330A JPH09123330A JP7303677A JP30367795A JPH09123330A JP H09123330 A JPH09123330 A JP H09123330A JP 7303677 A JP7303677 A JP 7303677A JP 30367795 A JP30367795 A JP 30367795A JP H09123330 A JPH09123330 A JP H09123330A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- shape memory
- shape
- recovery
- composite
- memory alloy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、形状回復力に優れた形状回復装置
及びマイクロアクチュエータを提供するものである。 【解決手段】 形状記憶合金と形状記憶ポリマーとから
なる形状記憶複合体を、形状記憶複合体、ペルチェ素
子、形状記憶複合体の順に積層させてなることを特徴と
する形状回復装置。
及びマイクロアクチュエータを提供するものである。 【解決手段】 形状記憶合金と形状記憶ポリマーとから
なる形状記憶複合体を、形状記憶複合体、ペルチェ素
子、形状記憶複合体の順に積層させてなることを特徴と
する形状回復装置。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、形状回復力に優れ
た形状回復装置に関するものであり、また、形状回復力
に優れたマイクロアクチュエータに関するものである。
た形状回復装置に関するものであり、また、形状回復力
に優れたマイクロアクチュエータに関するものである。
【0002】
【従来技術および発明が解決しようとする課題】近年、
形状記憶合金(以下SMAという)や形状記憶ポリマー
(以下SMPという)の形状記憶材料を用いた駆動装置
が、各種の機械および装置のアクチュエータ等として利
用されている。これらの形状記憶材料は、加熱により所
望の一定形状となり、また、冷却により元の形状に戻
る。この場合、加熱の方法についてはヒータ、光からの
熱変換等の方法があるが、冷却法については装置の小型
化の点から自然放冷にて冷却される場合が多い。しか
し、その場合、冷却速度が遅いために、回復動作を短時
間に繰り返す装置では応答性の点で問題があり、また、
温度コントロールが正確ではないので、形状回復動作の
スピードの制御が困難となり、アクチュエータとしての
機能は非常に制限されたものになるという問題があっ
た。
形状記憶合金(以下SMAという)や形状記憶ポリマー
(以下SMPという)の形状記憶材料を用いた駆動装置
が、各種の機械および装置のアクチュエータ等として利
用されている。これらの形状記憶材料は、加熱により所
望の一定形状となり、また、冷却により元の形状に戻
る。この場合、加熱の方法についてはヒータ、光からの
熱変換等の方法があるが、冷却法については装置の小型
化の点から自然放冷にて冷却される場合が多い。しか
し、その場合、冷却速度が遅いために、回復動作を短時
間に繰り返す装置では応答性の点で問題があり、また、
温度コントロールが正確ではないので、形状回復動作の
スピードの制御が困難となり、アクチュエータとしての
機能は非常に制限されたものになるという問題があっ
た。
【0003】また、SMAおよびSMP単独では形状回
復動作は一方向にのみ起こる一方向性(不可逆性)であ
る。SMAについては熱処理あるいは加工条件を施すこ
とにより、二方向性(可逆性)を付与することも可能で
あるが、加熱時と冷却時とでは形状回復力が大きく異な
り、一度変形を起こしたものを元通りの形状に戻すこと
は困難であった。つまり、それ自身で回復前の形状に戻
すことができないので、駆動装置として繰り返し操作さ
せるためには回復前の形状に戻す作用をする部品を必要
とし、装置の小型化及び軽量化の点で問題があった。
復動作は一方向にのみ起こる一方向性(不可逆性)であ
る。SMAについては熱処理あるいは加工条件を施すこ
とにより、二方向性(可逆性)を付与することも可能で
あるが、加熱時と冷却時とでは形状回復力が大きく異な
り、一度変形を起こしたものを元通りの形状に戻すこと
は困難であった。つまり、それ自身で回復前の形状に戻
すことができないので、駆動装置として繰り返し操作さ
せるためには回復前の形状に戻す作用をする部品を必要
とし、装置の小型化及び軽量化の点で問題があった。
【0004】上記問題を解決するため、SMA、ペルチ
ェ素子、SMAの順に積層させた駆動装置、すなわち、
ペルチェ素子の両面にSMAを設置し、該ペルチェ素子
の加熱面及び冷却面を利用し、かつ、回復前の形状に戻
す作用をする部品としてSMAを用いた駆動装置が提案
されている(特開昭61−14770号)。しかし、上
記ペルチェ素子を利用した駆動装置のSMAの回復動作
は一方向にのみ起こる一方向性(不可逆性)である。ま
た、駆動装置としてSMAを用いた場合、SMAの形状
回復力が小さいため、さらなる駆動力を必要とする装置
においては使用できないという問題があった。
ェ素子、SMAの順に積層させた駆動装置、すなわち、
ペルチェ素子の両面にSMAを設置し、該ペルチェ素子
の加熱面及び冷却面を利用し、かつ、回復前の形状に戻
す作用をする部品としてSMAを用いた駆動装置が提案
されている(特開昭61−14770号)。しかし、上
記ペルチェ素子を利用した駆動装置のSMAの回復動作
は一方向にのみ起こる一方向性(不可逆性)である。ま
た、駆動装置としてSMAを用いた場合、SMAの形状
回復力が小さいため、さらなる駆動力を必要とする装置
においては使用できないという問題があった。
【0005】本発明は、形状回復力に優れた形状回復装
置を提供することを目的としたものである。
置を提供することを目的としたものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、形状記憶複合
体、ペルチェ素子、形状記憶複合体の順に積層させたこ
とによって、形状回復力に優れる形状回復装置を提供す
るものである。さらに、上記の形状記憶複合体を、ある
形状回復動作を記憶した形状記憶合金と、形状記憶合金
の回復動作と異なる方向の形状回復動作を記憶した形状
記憶ポリマーとからなり、形状記憶合金の形状回復温
度(マルテンサイト逆変態温度、Af)が形状記憶ポリ
マーの形状回復温度(ガラス転移温度、Tg)より高
く、形状記憶合金の(回復応力×断面積)または発生
力が形状記憶ポリマーの(回復応力×断面積)と同じに
なる温度を、Afと形状記憶合金のマルテンサイト変態
温度(Mf)の間にくるように設定することによって、
二方向性の形状回復動作をなす形状回復装置を提供する
ものである。また、本発明は、形状記憶合金と形状記憶
ポリマーとからなる形状記憶複合体を、形状記憶複合
体、ペルチェ素子、形状記憶複合体の順に積層させてな
り、上記二つの形状記憶複合体は加熱時に同方向の形状
回復動作をなし、かつ、上記二つの形状記憶複合体の一
端にはそれぞれ連結棒(1)が接続され、該連結棒
(1)はピン(2)を介して回転可能に取り付けられた
回転棒(3)に接続させることによって、形状回復力に
優れるマイクロアクチュエータを提供するものである。
また、本発明は、形状記憶合金と形状記憶ポリマーとか
らなる形状記憶複合体を、形状記憶複合体、ペルチェ素
子、形状記憶複合体の順に積層させてなり、上記二つの
形状記憶複合体は加熱時に異なる方向の形状回復動作を
なし、かつ、上記二つの形状記憶複合体の一端にはそれ
ぞれ連結棒(1)が接続され、該連結棒(1)は作動体
(4)に接続させることによって、形状回復力に優れる
マイクロアクチュエータを提供するものである。
体、ペルチェ素子、形状記憶複合体の順に積層させたこ
とによって、形状回復力に優れる形状回復装置を提供す
るものである。さらに、上記の形状記憶複合体を、ある
形状回復動作を記憶した形状記憶合金と、形状記憶合金
の回復動作と異なる方向の形状回復動作を記憶した形状
記憶ポリマーとからなり、形状記憶合金の形状回復温
度(マルテンサイト逆変態温度、Af)が形状記憶ポリ
マーの形状回復温度(ガラス転移温度、Tg)より高
く、形状記憶合金の(回復応力×断面積)または発生
力が形状記憶ポリマーの(回復応力×断面積)と同じに
なる温度を、Afと形状記憶合金のマルテンサイト変態
温度(Mf)の間にくるように設定することによって、
二方向性の形状回復動作をなす形状回復装置を提供する
ものである。また、本発明は、形状記憶合金と形状記憶
ポリマーとからなる形状記憶複合体を、形状記憶複合
体、ペルチェ素子、形状記憶複合体の順に積層させてな
り、上記二つの形状記憶複合体は加熱時に同方向の形状
回復動作をなし、かつ、上記二つの形状記憶複合体の一
端にはそれぞれ連結棒(1)が接続され、該連結棒
(1)はピン(2)を介して回転可能に取り付けられた
回転棒(3)に接続させることによって、形状回復力に
優れるマイクロアクチュエータを提供するものである。
また、本発明は、形状記憶合金と形状記憶ポリマーとか
らなる形状記憶複合体を、形状記憶複合体、ペルチェ素
子、形状記憶複合体の順に積層させてなり、上記二つの
形状記憶複合体は加熱時に異なる方向の形状回復動作を
なし、かつ、上記二つの形状記憶複合体の一端にはそれ
ぞれ連結棒(1)が接続され、該連結棒(1)は作動体
(4)に接続させることによって、形状回復力に優れる
マイクロアクチュエータを提供するものである。
【0007】以下に本発明に用いられる材料について詳
細に説明する。本発明で用いるSMPとしては、SMP
として通常使用されるものであれば特に制限はなく、ポ
リウレタン、ポリノルボルネン、ポリイソプレン、スチ
レン−ブタジエン共重合体などが挙げられるが、形状回
復温度であるガラス転移温度(以下Tgという。)を任
意に設定できるという点から特にポリウレタンが好適で
ある。SMPとして通常使用されるポリウレタンは、ポ
リオール、ジイソシアネート、及び、短鎖グリコールや
アミン類などの鎖延長剤からなるブロック共重合体であ
って、これら構成成分のモル比を変えることによって、
形状回復温度であるTgを−30℃から60℃まで自由
に設定できる。なお、本発明において、TgはJIS
K7121に準拠して測定した値である。
細に説明する。本発明で用いるSMPとしては、SMP
として通常使用されるものであれば特に制限はなく、ポ
リウレタン、ポリノルボルネン、ポリイソプレン、スチ
レン−ブタジエン共重合体などが挙げられるが、形状回
復温度であるガラス転移温度(以下Tgという。)を任
意に設定できるという点から特にポリウレタンが好適で
ある。SMPとして通常使用されるポリウレタンは、ポ
リオール、ジイソシアネート、及び、短鎖グリコールや
アミン類などの鎖延長剤からなるブロック共重合体であ
って、これら構成成分のモル比を変えることによって、
形状回復温度であるTgを−30℃から60℃まで自由
に設定できる。なお、本発明において、TgはJIS
K7121に準拠して測定した値である。
【0008】本発明で用いるSMAとしては、SMAと
して通常使用されるものであれば特に制限はないが、S
MAの形状回復温度であるマルテンサイト逆変態温度
(以下Afという。)がSMPの成形温度(120〜2
00℃)以下のものが好ましく、中でも特に、AfがS
MPの成形温度よりかなり低いTi−Ni系SMAおよ
び銅系SMAが好適に使用される。Ti−Ni系SMA
としては、Ti−Ni二元合金、Ti−Ni−Cu合
金、Ti−Ni−Nb合金、Ti−Ni−Fe合金等が
挙げられ、これらTi−Ni系SMAのAfは−10℃
〜100℃である。また、銅系SMAとしてはCu−Z
n−Al合金、Cu−Al−Ni合金等が挙げられ、こ
れら銅系SMAのAfは−100℃〜100℃である。
して通常使用されるものであれば特に制限はないが、S
MAの形状回復温度であるマルテンサイト逆変態温度
(以下Afという。)がSMPの成形温度(120〜2
00℃)以下のものが好ましく、中でも特に、AfがS
MPの成形温度よりかなり低いTi−Ni系SMAおよ
び銅系SMAが好適に使用される。Ti−Ni系SMA
としては、Ti−Ni二元合金、Ti−Ni−Cu合
金、Ti−Ni−Nb合金、Ti−Ni−Fe合金等が
挙げられ、これらTi−Ni系SMAのAfは−10℃
〜100℃である。また、銅系SMAとしてはCu−Z
n−Al合金、Cu−Al−Ni合金等が挙げられ、こ
れら銅系SMAのAfは−100℃〜100℃である。
【0009】SMAは、低温ではマルテンサイト相(以
下、M相という)の構造であり、ある温度以上で母相の
構造に相変態する材料である。形状回復効果はこの相変
態を利用している。M相のSMAを加熱していくと、徐
々に母相への変態(マルテンサイト逆変態)が発生し、
やがて完全な母相になる。一般に、この母相変態の終了
する温度をAf点と呼び、このAf点がSMAの形状回
復温度とされる。また、逆に、母相となっている温度域
から冷却していくと、徐々にマルテンサイト変態が発生
し、やがて完全なM相になる。マルテンサイト変態の終
了温度をMf点と呼ぶ。
下、M相という)の構造であり、ある温度以上で母相の
構造に相変態する材料である。形状回復効果はこの相変
態を利用している。M相のSMAを加熱していくと、徐
々に母相への変態(マルテンサイト逆変態)が発生し、
やがて完全な母相になる。一般に、この母相変態の終了
する温度をAf点と呼び、このAf点がSMAの形状回
復温度とされる。また、逆に、母相となっている温度域
から冷却していくと、徐々にマルテンサイト変態が発生
し、やがて完全なM相になる。マルテンサイト変態の終
了温度をMf点と呼ぶ。
【0010】本発明においては、上記のSMA、SMP
から任意に選んで組み合わせることができる。ただし、
二方向性の点から、SMAの形状回復時にはすでにSM
Pが軟化している必要があることから、SMAのAf点
がSMPのTgより上であることが好ましい。さらに、
二方向性の点から、Af点より温度を低下させたとき
に、SMPが硬化するまでの間にSMAの形状回復力よ
りSMPの形状回復力が大きくなることが必要であるこ
とから、SMPのTgはSMAのMf点より下であるこ
とが好ましい。SMAとSMPの形状回復温度の差は特
に制限はないが、実用性を考慮すると、好ましくはTg
がMf点より10℃以上低い、より好ましくはTgがM
f点より20〜40℃以上低いものが好適である。好ま
しいSMAとSMPの組み合わせは、例えば、Tgが2
0〜40℃の形状記憶ポリウレタンと、Af点が50〜
80℃、Mf点が30〜60℃のTi−Ni系SMA、
特にTi−Ni二元合金、Ti−Ni−Cu系SMAと
の組み合わせが挙げられる。
から任意に選んで組み合わせることができる。ただし、
二方向性の点から、SMAの形状回復時にはすでにSM
Pが軟化している必要があることから、SMAのAf点
がSMPのTgより上であることが好ましい。さらに、
二方向性の点から、Af点より温度を低下させたとき
に、SMPが硬化するまでの間にSMAの形状回復力よ
りSMPの形状回復力が大きくなることが必要であるこ
とから、SMPのTgはSMAのMf点より下であるこ
とが好ましい。SMAとSMPの形状回復温度の差は特
に制限はないが、実用性を考慮すると、好ましくはTg
がMf点より10℃以上低い、より好ましくはTgがM
f点より20〜40℃以上低いものが好適である。好ま
しいSMAとSMPの組み合わせは、例えば、Tgが2
0〜40℃の形状記憶ポリウレタンと、Af点が50〜
80℃、Mf点が30〜60℃のTi−Ni系SMA、
特にTi−Ni二元合金、Ti−Ni−Cu系SMAと
の組み合わせが挙げられる。
【0011】本発明に用いられるSMAとSMPとから
なる形状記憶複合体は、SMAにある形状回復動作を記
憶させ、SMPにSMAの形状回復動作と同方向の形状
回復動作を記憶させた場合、SMA単独の場合よりも形
状回復力に優れる。また、本発明に用いられるSMAと
SMPとからなる形状記憶複合体において、SMAにあ
る形状回復動作を記憶させ、SMPにSMAの形状回復
動作と異なる方向の形状回復動作を記憶させた場合、す
なわち、二方向性の形状回復動作をさせる場合には、高
温(SMAのAf点以上)ではSMAが記憶した形状を
保っているが、低温(SMAのMf点以下であってSM
PのTg以上)では、SMPが、柔らかくなったSMA
の形状保持力に打ち勝って自身の形状にSMAを従わせ
るのが好ましい。この場合、SMAとSMPの形状回復
力のバランスは、SMAの形状回復力、すなわち(回復
応力×断面積)あるいは発生力とSMPの(回復応力×
断面積)が等しくなる温度をSMAのAf点とMf点の
間に設定することによってとることができる。上記温度
がAf点より高いと、加熱時にSMAが十分に形状回復
した状態にならない場合があり、また上記温度がMf点
より低いと、冷却時にSMPが十分に形状回復した状態
にならない場合があり、形状記憶複合体の変位量が低
減、あるいは二方向性が失われる傾向にある。
なる形状記憶複合体は、SMAにある形状回復動作を記
憶させ、SMPにSMAの形状回復動作と同方向の形状
回復動作を記憶させた場合、SMA単独の場合よりも形
状回復力に優れる。また、本発明に用いられるSMAと
SMPとからなる形状記憶複合体において、SMAにあ
る形状回復動作を記憶させ、SMPにSMAの形状回復
動作と異なる方向の形状回復動作を記憶させた場合、す
なわち、二方向性の形状回復動作をさせる場合には、高
温(SMAのAf点以上)ではSMAが記憶した形状を
保っているが、低温(SMAのMf点以下であってSM
PのTg以上)では、SMPが、柔らかくなったSMA
の形状保持力に打ち勝って自身の形状にSMAを従わせ
るのが好ましい。この場合、SMAとSMPの形状回復
力のバランスは、SMAの形状回復力、すなわち(回復
応力×断面積)あるいは発生力とSMPの(回復応力×
断面積)が等しくなる温度をSMAのAf点とMf点の
間に設定することによってとることができる。上記温度
がAf点より高いと、加熱時にSMAが十分に形状回復
した状態にならない場合があり、また上記温度がMf点
より低いと、冷却時にSMPが十分に形状回復した状態
にならない場合があり、形状記憶複合体の変位量が低
減、あるいは二方向性が失われる傾向にある。
【0012】なお、本発明において、SMAをコイル状
に加工した場合、その形状回復力は(回復応力×断面
積)ではなくなるので、その場合には形状回復力を発生
力ということにする。本発明に用いられる形状記憶複合
体において、コイル状に加工したSMAにSMPを被覆
して二方向性の形状回復動作をさせる場合には、SMA
の発生力を計算や測定により求めておき、SMPの(回
復応力×断面積)がその発生力と同等になる温度がSM
AのAf点とMs点の間になるように、SMPの種類、
シートの厚さを決定するのが好ましい。
に加工した場合、その形状回復力は(回復応力×断面
積)ではなくなるので、その場合には形状回復力を発生
力ということにする。本発明に用いられる形状記憶複合
体において、コイル状に加工したSMAにSMPを被覆
して二方向性の形状回復動作をさせる場合には、SMA
の発生力を計算や測定により求めておき、SMPの(回
復応力×断面積)がその発生力と同等になる温度がSM
AのAf点とMs点の間になるように、SMPの種類、
シートの厚さを決定するのが好ましい。
【0013】本発明に用いられる形状記憶複合体は種々
の方法で製造される。まず、SMAを板状、線材、コイ
ル状等に加工し、その後、SMPを被覆するのが好まし
い。SMAの形状に特に制限はないが、形状回復の変位
量を大きくとれる点から特に、コイル状に加工すること
が好ましい。また、SMPの被覆方法としては、SMA
の表面に加熱溶融したSMPを被覆する方法あるいは溶
剤に溶解したSMPを塗布して乾燥する方法、SMAの
上にSMPを押出しコートする方法あるいはホットプレ
スする方法等が挙げられ、さらに、SMA全体をSMP
のシートで覆い、ホットプレスする方法もある。なお、
本発明に用いられる形状記憶複合体において二方向性の
形状回復動作をさせる場合には、SMPはSMAと異な
った形状を記憶させるのが好ましく、その場合には、S
MPの被覆前にSMAは自身が記憶している形状とは異
なる、即ち、SMPに記憶させるべき形状に変形させて
おくことが好ましい。また、SMPを所望の形状に成型
するために熱をかける場合、400℃以上の熱をかける
とSMAの再記憶が起こる恐れがあるので、好ましくは
300℃以下、さらに好ましくは200℃以下の熱をか
ける。
の方法で製造される。まず、SMAを板状、線材、コイ
ル状等に加工し、その後、SMPを被覆するのが好まし
い。SMAの形状に特に制限はないが、形状回復の変位
量を大きくとれる点から特に、コイル状に加工すること
が好ましい。また、SMPの被覆方法としては、SMA
の表面に加熱溶融したSMPを被覆する方法あるいは溶
剤に溶解したSMPを塗布して乾燥する方法、SMAの
上にSMPを押出しコートする方法あるいはホットプレ
スする方法等が挙げられ、さらに、SMA全体をSMP
のシートで覆い、ホットプレスする方法もある。なお、
本発明に用いられる形状記憶複合体において二方向性の
形状回復動作をさせる場合には、SMPはSMAと異な
った形状を記憶させるのが好ましく、その場合には、S
MPの被覆前にSMAは自身が記憶している形状とは異
なる、即ち、SMPに記憶させるべき形状に変形させて
おくことが好ましい。また、SMPを所望の形状に成型
するために熱をかける場合、400℃以上の熱をかける
とSMAの再記憶が起こる恐れがあるので、好ましくは
300℃以下、さらに好ましくは200℃以下の熱をか
ける。
【0014】本発明においては、ペルチェ素子の両面に
形状記憶複合体を配し、ペルチェ素子の吸熱面に配され
た形状記憶複合体を冷却すると同時に、ペルチェ素子の
発熱面に配された形状記憶複合体を加熱する。ペルチェ
素子は、2種類の金属または半導体の接合面を通じて電
流を流すとき、その接合部には発熱または吸熱が生ずる
現象を利用したものであり、電流を流す方向によって吸
熱面と発熱面が逆転するものである。本発明で用いるペ
ルチェ素子としては、通常使用されるものであれば特に
制限はない。
形状記憶複合体を配し、ペルチェ素子の吸熱面に配され
た形状記憶複合体を冷却すると同時に、ペルチェ素子の
発熱面に配された形状記憶複合体を加熱する。ペルチェ
素子は、2種類の金属または半導体の接合面を通じて電
流を流すとき、その接合部には発熱または吸熱が生ずる
現象を利用したものであり、電流を流す方向によって吸
熱面と発熱面が逆転するものである。本発明で用いるペ
ルチェ素子としては、通常使用されるものであれば特に
制限はない。
【0015】本発明においては、形状記憶複合体の変位
量を有効に生かすため、形状記憶複合体の一端をペルチ
ェ素子に対して固定させることが好ましい。固定方法は
特に制限はなく、接着剤、針金等の治具で固定する方法
などが挙げられる。
量を有効に生かすため、形状記憶複合体の一端をペルチ
ェ素子に対して固定させることが好ましい。固定方法は
特に制限はなく、接着剤、針金等の治具で固定する方法
などが挙げられる。
【0016】図1に本発明のマイクロアクチュエータの
一実施態様を示す。本発明のマイクロアクチュエータ
は、形状記憶合金と形状記憶ポリマーとからなる形状記
憶複合体(5)を、形状記憶複合体、ペルチェ素子
(6)、形状記憶複合体の順に積層させてなり、上記二
つの形状記憶複合体は加熱時に同方向の形状回復動作を
なし、かつ、上記二つの形状記憶複合体の一端にはそれ
ぞれ連結棒(1)が接続され、該連結棒(1)はピン
(2)を介して回転可能に取り付けられた回転棒(3)
に接続されているものである。つまり、上記のマイクロ
アクチュエータは、上記二つの形状記憶複合体に同時に
異なる方向の形状回復動作をさせることによって、回転
棒に回転動作を行わせるものである。この回転動作は、
一つの形状記憶複合体の形状回復動作による場合より、
2倍の形状回復力にて動作させることができる。また、
一つの形状記憶複合体の形状回復動作による場合より、
大きな対象物を回転させることもできる。
一実施態様を示す。本発明のマイクロアクチュエータ
は、形状記憶合金と形状記憶ポリマーとからなる形状記
憶複合体(5)を、形状記憶複合体、ペルチェ素子
(6)、形状記憶複合体の順に積層させてなり、上記二
つの形状記憶複合体は加熱時に同方向の形状回復動作を
なし、かつ、上記二つの形状記憶複合体の一端にはそれ
ぞれ連結棒(1)が接続され、該連結棒(1)はピン
(2)を介して回転可能に取り付けられた回転棒(3)
に接続されているものである。つまり、上記のマイクロ
アクチュエータは、上記二つの形状記憶複合体に同時に
異なる方向の形状回復動作をさせることによって、回転
棒に回転動作を行わせるものである。この回転動作は、
一つの形状記憶複合体の形状回復動作による場合より、
2倍の形状回復力にて動作させることができる。また、
一つの形状記憶複合体の形状回復動作による場合より、
大きな対象物を回転させることもできる。
【0017】図2に本発明の別のマイクロアクチュエー
タの一実施態様を示す。本発明の別のマイクロアクチュ
エータは、形状記憶合金と形状記憶ポリマーとからなる
形状記憶複合体(5)を、形状記憶複合体、ペルチェ素
子(6)、形状記憶複合体の順に積層させてなり、上記
二つの形状記憶複合体は加熱時に異なる方向の形状回復
動作をなし、かつ、上記二つの形状記憶複合体の一端に
はそれぞれ連結棒(1)が接続され、該連結棒(1)は
作動体(4)に接続されているものである。つまり、上
記のマイクロアクチュエータは、上記二つの形状記憶複
合体に同時に同方向の形状回復動作をさせることによっ
て、作動体に前後方向の往復動作を行わせるものであ
る。この往復動作は、一つの形状記憶複合体の形状回復
動作による場合より、2倍の形状回復力にて動作させる
ことができる。
タの一実施態様を示す。本発明の別のマイクロアクチュ
エータは、形状記憶合金と形状記憶ポリマーとからなる
形状記憶複合体(5)を、形状記憶複合体、ペルチェ素
子(6)、形状記憶複合体の順に積層させてなり、上記
二つの形状記憶複合体は加熱時に異なる方向の形状回復
動作をなし、かつ、上記二つの形状記憶複合体の一端に
はそれぞれ連結棒(1)が接続され、該連結棒(1)は
作動体(4)に接続されているものである。つまり、上
記のマイクロアクチュエータは、上記二つの形状記憶複
合体に同時に同方向の形状回復動作をさせることによっ
て、作動体に前後方向の往復動作を行わせるものであ
る。この往復動作は、一つの形状記憶複合体の形状回復
動作による場合より、2倍の形状回復力にて動作させる
ことができる。
【0018】
【発明の実施の形態】本発明の形状回復装置およびマイ
クロアクチュエータは、エアコンの吹き出し口風向偏向
フラップ駆動機構、胃カメラや工業用エンドスコープ等
の内視鏡の屈曲機構の駆動用アクチュエータ、電磁調理
器の温度表示用アクチュエータ、自動車燃料蒸発ガス排
出防止装置のバルブ切換用アクチュエータ、サイフォン
式コーヒーメーカの調圧アクチュエータ、オートデシケ
ータのドライユニットのシャッター開閉用アクチュエー
タ、防火ダンパーのダンパー切換用アクチュエータ等に
適用される。
クロアクチュエータは、エアコンの吹き出し口風向偏向
フラップ駆動機構、胃カメラや工業用エンドスコープ等
の内視鏡の屈曲機構の駆動用アクチュエータ、電磁調理
器の温度表示用アクチュエータ、自動車燃料蒸発ガス排
出防止装置のバルブ切換用アクチュエータ、サイフォン
式コーヒーメーカの調圧アクチュエータ、オートデシケ
ータのドライユニットのシャッター開閉用アクチュエー
タ、防火ダンパーのダンパー切換用アクチュエータ等に
適用される。
【0019】(実施例1)図3に本発明の形状回復装置
の一実施態様を示す。断面積1.0mm2 のTi−Ni
二元合金のSMA線材(Af点:80℃、Mf点:50
℃)を熱処理して図1のような折り曲げた形状を記憶さ
せた。このSMA線材を伸長して直線状態にし、その上
にポリウレタン系SMP(Tg:30℃)を厚さ4.5
mmになるように被覆した。成型温度は200℃であ
る。この形状記憶複合体(5)をペルチェ素子(6)の
両面にそれぞれ配置し、一端を固定した。ペルチェ素子
にある方向に電流を流すと、発熱面側の形状記憶複合体
は折れ曲がり、吸熱面側の形状記憶複合体は伸長したま
まであった。次に、電流を逆方向に流すと、発熱面と吸
熱面とが逆転するので、折れ曲がっていた形状記憶複合
体は伸長し始め、伸長したままであった形状記憶複合体
は折れ曲がってきた。
の一実施態様を示す。断面積1.0mm2 のTi−Ni
二元合金のSMA線材(Af点:80℃、Mf点:50
℃)を熱処理して図1のような折り曲げた形状を記憶さ
せた。このSMA線材を伸長して直線状態にし、その上
にポリウレタン系SMP(Tg:30℃)を厚さ4.5
mmになるように被覆した。成型温度は200℃であ
る。この形状記憶複合体(5)をペルチェ素子(6)の
両面にそれぞれ配置し、一端を固定した。ペルチェ素子
にある方向に電流を流すと、発熱面側の形状記憶複合体
は折れ曲がり、吸熱面側の形状記憶複合体は伸長したま
まであった。次に、電流を逆方向に流すと、発熱面と吸
熱面とが逆転するので、折れ曲がっていた形状記憶複合
体は伸長し始め、伸長したままであった形状記憶複合体
は折れ曲がってきた。
【0020】(実施例2)図1に本発明のマイクロアク
チュエータの一実施態様を示す。断面積0.3mm2 の
Ti−Ni−Cu合金のSMA線材(Af点:70℃、
Mf点:58℃)を、外径1.2mmの粗巻き状コイル
にした状態で、形状記憶熱処理を行った。このコイルを
圧縮(密巻き)し、その状態で周りにポリウレタン系S
MP(Tg:40℃)のシート(厚さ0.2mm)を図
2のように円筒状になるように巻き付け、加熱してこの
形状で固着させた(成型温度は200℃)。この形状記
憶複合体(5)二つをペルチェ素子(6)の両面にそれ
ぞれ配置し、形状記憶複合体の一端に連結棒(1)を接
続し、該連結棒(1)をピン(2)を介して回転可能に
取り付けられた回転棒(3)に接続させる。まず、ペル
チェ素子にある方向に電流を流すと、発熱面側の形状記
憶複合体は伸長し、吸熱面側の形状記憶複合体は収縮し
たままであった。次に、電流を逆方向に流すと、発熱面
と吸熱面とが逆転するので、伸長していた形状記憶複合
体は収縮し始め、収縮したままであった形状記憶複合体
は伸長してきた。つまり、このマイクロアクチュエータ
は、上記二つの形状記憶複合体が同時に異なる方向の形
状回復動作を行わせることによって、回転棒に回転動作
を行わせるものである。
チュエータの一実施態様を示す。断面積0.3mm2 の
Ti−Ni−Cu合金のSMA線材(Af点:70℃、
Mf点:58℃)を、外径1.2mmの粗巻き状コイル
にした状態で、形状記憶熱処理を行った。このコイルを
圧縮(密巻き)し、その状態で周りにポリウレタン系S
MP(Tg:40℃)のシート(厚さ0.2mm)を図
2のように円筒状になるように巻き付け、加熱してこの
形状で固着させた(成型温度は200℃)。この形状記
憶複合体(5)二つをペルチェ素子(6)の両面にそれ
ぞれ配置し、形状記憶複合体の一端に連結棒(1)を接
続し、該連結棒(1)をピン(2)を介して回転可能に
取り付けられた回転棒(3)に接続させる。まず、ペル
チェ素子にある方向に電流を流すと、発熱面側の形状記
憶複合体は伸長し、吸熱面側の形状記憶複合体は収縮し
たままであった。次に、電流を逆方向に流すと、発熱面
と吸熱面とが逆転するので、伸長していた形状記憶複合
体は収縮し始め、収縮したままであった形状記憶複合体
は伸長してきた。つまり、このマイクロアクチュエータ
は、上記二つの形状記憶複合体が同時に異なる方向の形
状回復動作を行わせることによって、回転棒に回転動作
を行わせるものである。
【0021】
【発明の効果】本発明の形状回復装置は、形状記憶合金
と形状記憶ポリマーとからなる形状記憶複合体を、形状
記憶複合体、ペルチェ素子、形状記憶複合体の順に積層
させたことによって、形状回復力に優れるため、従来よ
り大きな駆動力を必要とする装置にも使用することがで
きる。さらに、形状記憶複合体が、ある形状回復動作を
記憶した形状記憶合金と、形状記憶合金の回復動作と異
なる方向の形状回復動作を記憶した形状記憶ポリマーと
からなり、形状記憶合金の形状回復温度(マルテンサ
イト逆変態温度、Af)が形状記憶ポリマーの形状回復
温度(ガラス転移温度、Tg)より高く、形状記憶合
金の(回復応力×断面積)または発生力が形状記憶ポリ
マーの(回復応力×断面積)と同じになる温度を、Af
と形状記憶合金のマルテンサイト変態温度(Mf)の間
にくるように設定してなることによって、形状記憶複合
体が二方向性の形状回復動作を行うため、元の形状に戻
すための部材を必要とせず、素子の小型化、軽量化を図
ることができる。また、SMAをSMPで被覆すること
によって、耐食性および絶縁性にも優れるため、医療用
など用途の幅が広がる。また、SMAのコイルの外周を
SMPで被覆することによって、より形状回復力に優れ
た形状回復装置を得ることができる。また、SMPを、
ポリウレタン、ポリノルボルネン、ポリイソプレンおよ
びスチレン−ブタジエン共重合体から選ばれるポリマー
の1種または2種以上とすることによって、形状回復温
度の設定が容易になる。また、SMAを、Ti−Ni系
形状記憶合金または銅系形状記憶合金とすることによっ
て、Af点がSMPの成形温度よりかなり低いため、形
状記憶複合体の製造が容易になる。また、本発明のマイ
クロアクチュエータは、形状記憶合金と形状記憶ポリマ
ーとからなる形状記憶複合体を、形状記憶複合体、ペル
チェ素子、形状記憶複合体の順に積層させてなり、上記
二つの形状記憶複合体は加熱時に同方向の形状回復動作
をなし、かつ、上記二つの形状記憶複合体の一端にはそ
れぞれ連結棒(1)が接続され、該連結棒(1)はピン
(2)を介して回転可能に取り付けられた回転棒(3)
に接続されていることによって、形状回復力に優れるた
め、従来より大きな駆動力を必要とする装置にも使用す
ることができる。また、本発明の別のマイクロアクチュ
エータは、形状記憶合金と形状記憶ポリマーとからなる
形状記憶複合体を、形状記憶複合体、ペルチェ素子、形
状記憶複合体の順に積層させてなり、上記二つの形状記
憶複合体は加熱時に異なる方向の形状回復動作をなし、
かつ、上記二つの形状記憶複合体の一端にはそれぞれ連
結棒(1)が接続され、該連結棒(1)は作動体(4)
に接続されていることによって、形状回復力に優れるた
め、従来より大きな駆動力を必要とする装置にも使用す
ることができる。
と形状記憶ポリマーとからなる形状記憶複合体を、形状
記憶複合体、ペルチェ素子、形状記憶複合体の順に積層
させたことによって、形状回復力に優れるため、従来よ
り大きな駆動力を必要とする装置にも使用することがで
きる。さらに、形状記憶複合体が、ある形状回復動作を
記憶した形状記憶合金と、形状記憶合金の回復動作と異
なる方向の形状回復動作を記憶した形状記憶ポリマーと
からなり、形状記憶合金の形状回復温度(マルテンサ
イト逆変態温度、Af)が形状記憶ポリマーの形状回復
温度(ガラス転移温度、Tg)より高く、形状記憶合
金の(回復応力×断面積)または発生力が形状記憶ポリ
マーの(回復応力×断面積)と同じになる温度を、Af
と形状記憶合金のマルテンサイト変態温度(Mf)の間
にくるように設定してなることによって、形状記憶複合
体が二方向性の形状回復動作を行うため、元の形状に戻
すための部材を必要とせず、素子の小型化、軽量化を図
ることができる。また、SMAをSMPで被覆すること
によって、耐食性および絶縁性にも優れるため、医療用
など用途の幅が広がる。また、SMAのコイルの外周を
SMPで被覆することによって、より形状回復力に優れ
た形状回復装置を得ることができる。また、SMPを、
ポリウレタン、ポリノルボルネン、ポリイソプレンおよ
びスチレン−ブタジエン共重合体から選ばれるポリマー
の1種または2種以上とすることによって、形状回復温
度の設定が容易になる。また、SMAを、Ti−Ni系
形状記憶合金または銅系形状記憶合金とすることによっ
て、Af点がSMPの成形温度よりかなり低いため、形
状記憶複合体の製造が容易になる。また、本発明のマイ
クロアクチュエータは、形状記憶合金と形状記憶ポリマ
ーとからなる形状記憶複合体を、形状記憶複合体、ペル
チェ素子、形状記憶複合体の順に積層させてなり、上記
二つの形状記憶複合体は加熱時に同方向の形状回復動作
をなし、かつ、上記二つの形状記憶複合体の一端にはそ
れぞれ連結棒(1)が接続され、該連結棒(1)はピン
(2)を介して回転可能に取り付けられた回転棒(3)
に接続されていることによって、形状回復力に優れるた
め、従来より大きな駆動力を必要とする装置にも使用す
ることができる。また、本発明の別のマイクロアクチュ
エータは、形状記憶合金と形状記憶ポリマーとからなる
形状記憶複合体を、形状記憶複合体、ペルチェ素子、形
状記憶複合体の順に積層させてなり、上記二つの形状記
憶複合体は加熱時に異なる方向の形状回復動作をなし、
かつ、上記二つの形状記憶複合体の一端にはそれぞれ連
結棒(1)が接続され、該連結棒(1)は作動体(4)
に接続されていることによって、形状回復力に優れるた
め、従来より大きな駆動力を必要とする装置にも使用す
ることができる。
【図1】本発明のマイクロアクチュエータの一実施態様
を示したものである。
を示したものである。
【図2】本発明の別のマイクロアクチュエータの一実施
態様を示したものである。
態様を示したものである。
【図3】本発明の形状回復装置の一実施態様を示したも
のである。
のである。
(1)連結棒 (2)ピン (3)回転棒 (4)作動体 (5)形状記憶複合体 (6)ペルチェ素子
Claims (13)
- 【請求項1】 形状記憶合金と形状記憶ポリマーとから
なる形状記憶複合体を、形状記憶複合体、ペルチェ素
子、形状記憶複合体の順に積層させてなることを特徴と
する形状回復装置。 - 【請求項2】 形状記憶複合体が、ある形状回復動作を
記憶した形状記憶合金と、形状記憶合金の回復動作と異
なる方向の形状回復動作を記憶した形状記憶ポリマーと
からなり、形状記憶合金の形状回復温度(マルテンサ
イト逆変態温度、Af)が形状記憶ポリマーの形状回復
温度(ガラス転移温度、Tg)より高く、形状記憶合
金の(回復応力×断面積)または発生力が形状記憶ポリ
マーの(回復応力×断面積)と同じになる温度を、Af
と形状記憶合金のマルテンサイト変態温度(Mf)の間
にくるように設定してなる請求項1記載の形状回復装
置。 - 【請求項3】 形状記憶複合体が、形状記憶合金に形状
記憶ポリマーを被覆してなる請求項1または請求項2に
記載の形状回復装置。 - 【請求項4】 形状記憶複合体が、形状記憶合金のコイ
ルの外周を形状記憶ポリマーで被覆してなる請求項1〜
3いずれかに記載の形状回復装置。 - 【請求項5】 形状記憶ポリマーが、ポリウレタン、ポ
リノルボルネン、ポリイソプレンおよびスチレン−ブタ
ジエン共重合体から選ばれるポリマーの1種または2種
以上である請求項1〜4いずれかに記載の形状回復装
置。 - 【請求項6】 形状記憶合金が、Ti−Ni系形状記憶
合金または銅系形状記憶合金である請求項1〜5いずれ
かに記載の形状回復装置。 - 【請求項7】 形状記憶合金と形状記憶ポリマーとから
なる形状記憶複合体を、形状記憶複合体、ペルチェ素
子、形状記憶複合体の順に積層させてなり、上記二つの
形状記憶複合体は加熱時に同方向の形状回復動作をな
し、かつ、上記二つの形状記憶複合体の一端にはそれぞ
れ連結棒(1)が接続され、該連結棒(1)はピン
(2)を介して回転可能に取り付けられた回転棒(3)
に接続されていることを特徴とするマイクロアクチュエ
ータ。 - 【請求項8】 形状記憶合金と形状記憶ポリマーとから
なる形状記憶複合体を、形状記憶複合体、ペルチェ素
子、形状記憶複合体の順に積層させてなり、上記二つの
形状記憶複合体は加熱時に異なる方向の形状回復動作を
なし、かつ、上記二つの形状記憶複合体の一端にはそれ
ぞれ連結棒(1)が接続され、該連結棒は作動体(4)
に接続されていることを特徴とするマイクロアクチュエ
ータ。 - 【請求項9】 形状記憶複合体が、ある形状回復動作を
記憶した形状記憶合金と、形状記憶合金の回復動作と異
なる方向の形状回復動作を記憶した形状記憶ポリマーと
からなり、形状記憶合金の形状回復温度(マルテンサ
イト逆変態温度、Af)が形状記憶ポリマーの形状回復
温度(ガラス転移温度、Tg)より高く、形状記憶合
金の(回復応力×断面積)または発生力が形状記憶ポリ
マーの(回復応力×断面積)と同じになる温度を、Af
と形状記憶合金のマルテンサイト変態温度(Mf)の間
にくるように設定してなる請求項7または請求項8に記
載のマイクロアクチュエータ。 - 【請求項10】 形状記憶複合体が、形状記憶合金に形
状記憶ポリマーを被覆してなる請求項7〜9いずれかに
記載のマイクロアクチュエータ。 - 【請求項11】 形状記憶複合体が、形状記憶合金のコ
イルの外周を形状記憶ポリマーで囲ってなる請求項7〜
10いずれかに記載のマイクロアクチュエータ。 - 【請求項12】 形状記憶ポリマーが、ポリウレタン、
ポリノルボルネン、ポリイソプレンおよびスチレン−ブ
タジエン共重合体から選ばれるポリマーである請求項7
〜11いずれかに記載のマイクロアクチュエータ。 - 【請求項13】 形状記憶合金が、Ti−Ni系形状記
憶合金または銅系形状記憶合金である請求項7〜12い
ずれかに記載のマイクロアクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7303677A JPH09123330A (ja) | 1995-10-26 | 1995-10-26 | 形状回復装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7303677A JPH09123330A (ja) | 1995-10-26 | 1995-10-26 | 形状回復装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09123330A true JPH09123330A (ja) | 1997-05-13 |
Family
ID=17923913
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7303677A Pending JPH09123330A (ja) | 1995-10-26 | 1995-10-26 | 形状回復装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09123330A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6872433B2 (en) | 2001-03-27 | 2005-03-29 | The Regents Of The University Of California | Shape memory alloy/shape memory polymer tools |
| JP2007247693A (ja) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 可逆的形状変化が可能なリングとそれを用いた防護服及び出入機構 |
| US8227681B2 (en) * | 2007-07-20 | 2012-07-24 | GM Global Technology Operations LLC | Active material apparatus with activating thermoelectric device thereon and method of fabrication |
| JP2017522925A (ja) * | 2014-06-25 | 2017-08-17 | ネステク ソシエテ アノニム | 食品又は飲料調製マシン |
| CN114864452A (zh) * | 2022-05-31 | 2022-08-05 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 半导体热处理设备的冷却装置及半导体热处理设备 |
-
1995
- 1995-10-26 JP JP7303677A patent/JPH09123330A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6872433B2 (en) | 2001-03-27 | 2005-03-29 | The Regents Of The University Of California | Shape memory alloy/shape memory polymer tools |
| JP2007247693A (ja) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 可逆的形状変化が可能なリングとそれを用いた防護服及び出入機構 |
| US8227681B2 (en) * | 2007-07-20 | 2012-07-24 | GM Global Technology Operations LLC | Active material apparatus with activating thermoelectric device thereon and method of fabrication |
| JP2017522925A (ja) * | 2014-06-25 | 2017-08-17 | ネステク ソシエテ アノニム | 食品又は飲料調製マシン |
| CN114864452A (zh) * | 2022-05-31 | 2022-08-05 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 半导体热处理设备的冷却装置及半导体热处理设备 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Park et al. | Shape memory alloy-based spring bundle actuator controlled by water temperature | |
| Sofla et al. | Two-way antagonistic shape actuation based on the one-way shape memory effect | |
| Paik et al. | A novel low-profile shape memory alloy torsional actuator | |
| Koh et al. | Self-folding origami using torsion shape memory alloy wire actuators | |
| JP2017534790A (ja) | 感熱アクチュエータデバイス | |
| Ghosh et al. | Design of multi-state and smart-bias components using shape memory alloy and shape memory polymer composites | |
| US5396769A (en) | Rotary actuator | |
| US8586176B2 (en) | Shape memory alloy fibers and shape memory polymer fibers and films and their composites for reversible shape changes | |
| WO2004092581A1 (en) | Prestrained thin-film shape memory actuator using polymeric substrates | |
| CN103423115A (zh) | 可重设装置 | |
| Yang et al. | A novel robot hand with embedded shape memory alloy actuators | |
| JP2019089306A (ja) | 形状記憶複合体 | |
| EP3191710B1 (en) | Heat sensitive actuator device | |
| JPH09123330A (ja) | 形状回復装置 | |
| WO2000009859A1 (en) | Translational actuator | |
| JPH08199080A (ja) | 形状記憶複合体 | |
| Bacciotti et al. | On the use of shape memory alloys for deployable passive heat radiators in space satellites | |
| JP7119136B2 (ja) | スイングタイプsmaアクチュエータ | |
| JPH09109320A (ja) | 形状回復装置 | |
| KR102485764B1 (ko) | 열구동기 기반의 구동 시스템 및 상기 열구동기 기반의 구동 시스템을 이용한 로봇관절 및 로봇손 | |
| Carnier et al. | Deployment of a CubeSat radiative surface through an autonomous torsional SMA actuator | |
| Bupe et al. | Electronically reconfigurable virtual joints by shape memory Alloy-Induced buckling of curved sheets | |
| Minori et al. | Reversible actuation of origami inspired composites using liquid crystal elastomers | |
| CN108748127A (zh) | 仿虎甲幼虫的多驱动器软体机器人 | |
| Degeratu et al. | An overview of the properties and industrial applications of shape memory alloys |