JPH10148174A

JPH10148174A - アクチュエータ

Info

Publication number: JPH10148174A
Application number: JP32350696A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yoshida; 弘幸吉田
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1996-11-18
Filing date: 1996-11-18
Publication date: 1998-06-02

Abstract

(57)【要約】【課題】熱応答性の良い、小型で、動作力の大きく、
かつ製造し易いアクチュエータを得ること。【解決手段】形状記憶合金線材１の長手方向の復元力
を用い、前記線材の伸縮方向を滑車２により転換するこ
とにより、小スペースに前記線材を収容できるようにす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、産業用ロボット、
製造機械装置、精密機械装置等に使用されるアクチュエ
ータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】形状記憶合金（ＴｉＮｉ合金、ＣｕＺｎ
Ａｌ合金等）は、マルテンサイト変態の逆変態に付随し
て顕著な形状記憶効果を示すことがよく知られている。
すなわち、形状記憶合金は、変形させても逆変態温度以
上にすると、変形以前の形状に戻る。変形以前の形状に
戻った後、形状記憶合金をもとの温度に戻しても以前の
変形した形状には戻らない。これが一方位の形状記憶合
金であり、形状記憶合金の基本性質である。近年では、
前述の基本性質に改良が加えられ、形状が温度で可逆的
に変化する二方位、全方位の形状記憶合金が開発され、
火災報知器、換気窓等に実用化されている。

【０００３】形状記憶合金を使用したアクチュエータ
は、温度センサとアクチュエータの両機能を兼ね備えた
ものであり、従来の形状記憶合金を使用したアクチュエ
ータには、線材をスパイラル形状に巻いたコイルばねや
薄板を短冊状に加工した板ばね等がある。

【０００４】図２に、従来の前記コイルばねを用いたア
クチュエータの構成を示す。図２に示すように、支点５
に回転自在に取り付けられたレバー６の一端にバイアス
ばね３の一端が固定され、バイアスばね３の他端はベー
ス７に固定されている。一方、形状記憶合金からなるコ
イルばね４は、前記レバー６の他端とベース７に固定さ
れている。

【０００５】形状記憶合金からなるコイルばね４には、
高温での形状を記憶させてあり、該コイルばね４は、常
温ではバイアスばね３の力で引っ張り力が加えられてい
て、延びた状態に変形している。周囲温度が上昇し、一
定温度に達すると、コイルばね４に予め記憶させた形状
に戻ろうとする復元力が発生し、この場合では、縮力が
発生し、レバー６は、矢印８の方向に回転する力を受
け、アクチュエータとしての動作を行う。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の形状記
憶合金を使用したアクチュエータは、温度センサとして
は、他の方式のバイメタル等と比較して、熱容量が大き
く、熱応答性が悪く、従って、動作感度の面で問題があ
る。また、アクチュエータを動作させる力、即ち動作力
を大きくするためには、形状記憶合金の部材を大きくし
なければならず、そのため、装置が大きくなり、また、
応答性も悪いという欠点がある。

【０００７】又、形状記憶合金は、加工し難い材料であ
り、コイルばね形状に成形するのも、通常のコイルばね
成形法の適用はできず、手間のかかる成形法を採ってい
る。

【０００８】そこで、本発明の課題は、従来の形状記憶
合金を使用したアクチュエータの問題点を解決し、熱応
答性が良く、しかも小型で、製造し易く、かつ動作力の
大きいアクチュエータを提供することにある。

【０００９】

【課題するための手段】形状記憶合金の場合、形状記憶
合金線材をコイルばね形状に成形して使用すると、形状
記憶合金線材に加えられる変形、即ち歪は形状記憶合金
線材の径方向の歪となり、そのため、線径の割には大き
な動作力が取れないが、線そのものとして使用し、線材
の長手方向に歪を加え、その復元力を使う場合には、大
きな動作力が取り出せる。

【００１０】そこで、本発明では、アクチュエータに形
状記憶合金の線材を線として使用することにより、形状
記憶合金のコイルばね部材よりも線径を細くする。それ
により、アクチュエータは、コイルばね形状に成形した
場合に比較して装置の小型化が可能となり、かつ熱容量
も小さくなるので、熱応答性が良くなり、動作感度は向
上する。さらに、アクチュエータが同サイズの時、前記
コイルばね形状の部材より大きな復元力、即ち、大きな
伸縮力を得ることができ、動作力が大きくなる。また、
形状記憶合金線材を滑車を介してレバーとベースに固定
し、すなわち、前記線材の中間に滑車を介することによ
り、線材の伸縮方向を転換させ、線材を折りたたんだ形
にすることができ、小スペースに線材を収容することが
でき、小型化ができる。また、形状記憶合金をコイルば
ね形状に成形しないので、製造もし易い。

【００１１】上記のようにすれば、線材の全長を長く
し、アクチュエータ動作時に形状記憶合金線材にかかる
歪率を小さくしたままアクチュエータの動作量を大きく
することも可能である。形状記憶効果の持続性は、形状
記憶合金に加えられる歪率に依存するので、アクチュエ
ータの動作量が大きくなった場合の形状記憶効果の劣化
も少なくすることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て、図を用いて詳細に説明する。

【００１３】図１は、本発明の形状記憶合金線材を使用
したアクチュエータの動作を示す説明図である。支点５
に回転自在に取り付けられたレバー６の一端にバイアス
ばね３、他端に形状記憶合金線材１の一端を固定してい
る。バイアスばね３の他端は、ベース７に固定してあ
る。前記形状記憶合金線材１の他端は、線材の伸縮方向
を１８０゜転換させるための滑車２を介してベース７に
固定してある。

【００１４】形状記憶合金線材１は、線径０.２ｍｍ、
長さ１００ｍｍで、直線状に形状記憶されており、逆変
態温度は６０℃としてある。図１（ａ）は、加熱前の初
期状態、即ち形状記憶合金線材１は長手方向に変形した
状態であり、バイアスばね３の力によって、形状記憶合
金線材１は２ｍｍ（歪率２％）伸びた状態である。雰囲
気温度が６０℃以上になると、図１（ｂ）に示すよう
に、形状記憶合金線材１は元の形状に戻り、縮む。この
時の形状記憶合金線材１の６０℃での復元力、この場
合、縮力は１.６Ｋｇであった。即ち、動作力は、１.６
Ｋｇであった。

【００１５】比較例として、形状記憶合金線材の替わり
に、従来の形状記憶合金からなるコイルばねを使用した
アクチュエータのデータを以下に示す。形状記憶合金よ
りなるコイルばねの線径は１.５ｍｍ、コイル径は８ｍ
ｍ、巻き数４ターンで、動作量は２０ｍｍ（歪率３.７
％）、逆変態温度は６０℃としてある。本比較例のコイ
ルばねを用いた場合には、雰囲気温度６０℃の時、コイ
ルばねの復元力、即ち動作力は１２４ｇであった。

【００１６】なお、本実施の形態に用いた線径０.２ｍ
ｍ、長さ１００ｍｍの形状記憶合金線をコイルばね形状
に成形した場合の復元力は、最大でも数ｇであった。
又、図１では、複数の滑車を横並びにして説明したが、
実際には、形状記憶合金の伸縮方向を転換する方向が同
じ滑車は、同一の軸に独立に回転できるように取り付け
てある。

【００１７】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、小型で熱応答性が良く、動作力が大きく、かつ製造
し易い形状記憶合金からなるアクチュエータの提供がで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるアクチュエータの説明図。図１
（ａ）は、常温の状態を示す説明図。図１（ｂ）は、周
囲温度の変化により動作した状態を示す説明図。

【図２】従来のコイルばねを使用したアクチュエータの
説明図。

【符号の説明】

１形状記憶合金線材２滑車３バイアスばね４（形状記憶合金からなる）コイルばね５支点６レバー７ベース８矢印

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支点に回転自在に取り付けられたレバー
と、該レバーの一端とベースに固定されたバイアスばね
と形状記憶合金からなり、前記形状記憶合金が線材で、
かつ前記線材が滑車を介して前記レバーの他端とベース
の間に固定されていることを特徴とするアクチュエー
タ。