JPH1038708A - 形状記憶合金アクチュエーター - Google Patents
形状記憶合金アクチュエーターInfo
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- JPH1038708A JPH1038708A JP19893696A JP19893696A JPH1038708A JP H1038708 A JPH1038708 A JP H1038708A JP 19893696 A JP19893696 A JP 19893696A JP 19893696 A JP19893696 A JP 19893696A JP H1038708 A JPH1038708 A JP H1038708A
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- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 abstract description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
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Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 使用温度範囲の広い形状記憶合金アクチュエ
ーターの提供。 【解決手段】 温度変化によって可逆的動作を行う形状
記憶アクチュエーターであって、駆動源の一方を形状記
憶合金ばねで構成し、駆動源の他方を超弾性合金ばねと
弾性金属ばねの並列の組合せからなるバイアスばねで構
成している。超弾性合金ばね材のばね力を調整すること
によって利用温度範囲を設定すると最も効果的である。
ーターの提供。 【解決手段】 温度変化によって可逆的動作を行う形状
記憶アクチュエーターであって、駆動源の一方を形状記
憶合金ばねで構成し、駆動源の他方を超弾性合金ばねと
弾性金属ばねの並列の組合せからなるバイアスばねで構
成している。超弾性合金ばね材のばね力を調整すること
によって利用温度範囲を設定すると最も効果的である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は形状記憶合金アクチ
ュエーターに関する。
ュエーターに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年形状記憶合金素子を用いたアクチュ
エーターが大変注目されており、熱エンジンやロボット
ハンドのアイデアから家屋用換気装置等の実用品にいた
るまで種々の提案がなされている。
エーターが大変注目されており、熱エンジンやロボット
ハンドのアイデアから家屋用換気装置等の実用品にいた
るまで種々の提案がなされている。
【０００３】形状記憶合金アクチュエーターの作動原理
は次の通りである。形状記憶合金は或る設定温度になる
とマルテンサイト変態の逆変態を起こし、予め記憶処理
された形状に回復する。つまり、形状記憶合金自体ある
いは形状記憶合金の環境温度が設定温度を超えた場合、
形状回復に伴い荷重差が生じて作動するというものであ
る。また、アクチュエーターを反復使用する場合には、
作動後の回復にバイアス回路が必要になる。
は次の通りである。形状記憶合金は或る設定温度になる
とマルテンサイト変態の逆変態を起こし、予め記憶処理
された形状に回復する。つまり、形状記憶合金自体ある
いは形状記憶合金の環境温度が設定温度を超えた場合、
形状回復に伴い荷重差が生じて作動するというものであ
る。また、アクチュエーターを反復使用する場合には、
作動後の回復にバイアス回路が必要になる。
【０００４】この形状記憶合金アクチュエーターの特徴
は、形状記憶合金素子そのものに温度センサー機能とア
クチュエーター機能の２つの機能を兼ね備えていること
により部品点数を減らすことが可能なので、アクチュエ
ーターを小型化できることにある。
は、形状記憶合金素子そのものに温度センサー機能とア
クチュエーター機能の２つの機能を兼ね備えていること
により部品点数を減らすことが可能なので、アクチュエ
ーターを小型化できることにある。
【０００５】しかしながらこの様な特徴を有しているの
にも拘らず実際に実用化されているものは少ないのが実
状である。
にも拘らず実際に実用化されているものは少ないのが実
状である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記のように実用化が
遅れているのには大きく分けて２つの理由がある。第１
の理由は、形状記憶合金は環境温度の変化によりわずか
にに応力値が変動し、それに伴って形状記憶合金素子の
長さが変動するのに対し、バイアスばねについてはこの
ような温度特性がないことにある。
遅れているのには大きく分けて２つの理由がある。第１
の理由は、形状記憶合金は環境温度の変化によりわずか
にに応力値が変動し、それに伴って形状記憶合金素子の
長さが変動するのに対し、バイアスばねについてはこの
ような温度特性がないことにある。
【０００７】すなわち、形状記憶合金の温度変化による
変位がそのまま作動点の変位になるために、アクチュエ
ーターとしては誤作動の原因となる。
変位がそのまま作動点の変位になるために、アクチュエ
ーターとしては誤作動の原因となる。
【０００８】第２の理由は、これまでに実用化された形
状記憶合金としてはＴｉＮｉ系およびＣｕ基合金が代表
的であるが、これらの合金の変態温度はＴｉＮｉ系でマ
イナス１００℃〜８０℃であり、Ｃｕ基合金で１０〜１
６０℃の温度範囲に限られる上に、バイアス回路を設け
た場合には、バイアスを変化させる為に形状記憶合金の
発生力（荷重差）が費やされるため、実際に形状記憶合
金アクチュエーターが作動する温度範囲は狭まってくる
ことである。
状記憶合金としてはＴｉＮｉ系およびＣｕ基合金が代表
的であるが、これらの合金の変態温度はＴｉＮｉ系でマ
イナス１００℃〜８０℃であり、Ｃｕ基合金で１０〜１
６０℃の温度範囲に限られる上に、バイアス回路を設け
た場合には、バイアスを変化させる為に形状記憶合金の
発生力（荷重差）が費やされるため、実際に形状記憶合
金アクチュエーターが作動する温度範囲は狭まってくる
ことである。
【０００９】つまり、形状記憶合金をアクチュエーター
として使用するには或る限られた温度域に限定されてし
まう。
として使用するには或る限られた温度域に限定されてし
まう。
【００１０】以上の２つの理由が、形状記憶合金を利用
したアクチュエーターの実用化を阻んでいる原因であ
る。本発明は、温度変化による作動点の変位がなく、使
用温度範囲の広い形状記憶合金アクチュエーターを提供
しようとするものである。
したアクチュエーターの実用化を阻んでいる原因であ
る。本発明は、温度変化による作動点の変位がなく、使
用温度範囲の広い形状記憶合金アクチュエーターを提供
しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、温度変
化によって可逆的動作を行う形状記憶合金アクチュエー
ターであって、駆動源の一方を形状記憶効果を持つ形状
記憶合金ばねで構成し、駆動源の他方を、超弾性効果を
もつ超弾性合金ばね材と使用温度範囲に応じて選択され
たばね力を持つ弾性金属ばね材の並列の組合せからなる
バイアスばねで構成することを特長とする形状記憶合金
アクチュエーターが得られる。
化によって可逆的動作を行う形状記憶合金アクチュエー
ターであって、駆動源の一方を形状記憶効果を持つ形状
記憶合金ばねで構成し、駆動源の他方を、超弾性効果を
もつ超弾性合金ばね材と使用温度範囲に応じて選択され
たばね力を持つ弾性金属ばね材の並列の組合せからなる
バイアスばねで構成することを特長とする形状記憶合金
アクチュエーターが得られる。
【００１２】また本発明によれば、前記超弾性合金ばね
材がばね力の調整可能な超弾性合金ばね材であることを
特徴とする形状記憶合金アクチュエーターが得られる。
材がばね力の調整可能な超弾性合金ばね材であることを
特徴とする形状記憶合金アクチュエーターが得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１に本発明の一実施の形態であ
る形状記憶合金アクチュエーターの構成を示す。図にお
いて１１は形状記憶合金ばね、１２は従来から使われて
いる弾性合金ばね、１３はこの発明で特に用いた超弾性
合金ばねである。弾性合金ばね１２と超弾性合金ばね１
３を並列に結合したものがバイアスばね１４である。
る形状記憶合金アクチュエーターの構成を示す。図にお
いて１１は形状記憶合金ばね、１２は従来から使われて
いる弾性合金ばね、１３はこの発明で特に用いた超弾性
合金ばねである。弾性合金ばね１２と超弾性合金ばね１
３を並列に結合したものがバイアスばね１４である。
【００１４】形状記憶合金ばね１１はＴｉ５０Ｎｉ５０
の合金で、通常の熱間加工、冷間加工により直径７５μ
m 長さ５０mmの線を作製した。この線を、所定の温度で
３０分直線状に記憶処理し、サンプルを作製した。
の合金で、通常の熱間加工、冷間加工により直径７５μ
m 長さ５０mmの線を作製した。この線を、所定の温度で
３０分直線状に記憶処理し、サンプルを作製した。
【００１５】このサンプルの一端を固定し、他端をバイ
アスばね１４の一端と接合してバイアスばね１４を引っ
張ることにより、形状記憶合金ばね１１に１％の歪を与
えた状態でバイアスばね１４の他端を固定する。超弾性
合金ばね１３はＴｉ４９Ｎｉ５１（φ４０μm ，４０m
m）で、これは形状記憶合金ばね１１を１％歪ませるた
めに必要な応力値が、超弾性合金ばね１３の歪量が約２
％から５％の範囲にて超弾性効果を示す応力値と一致さ
せたものである。
アスばね１４の一端と接合してバイアスばね１４を引っ
張ることにより、形状記憶合金ばね１１に１％の歪を与
えた状態でバイアスばね１４の他端を固定する。超弾性
合金ばね１３はＴｉ４９Ｎｉ５１（φ４０μm ，４０m
m）で、これは形状記憶合金ばね１１を１％歪ませるた
めに必要な応力値が、超弾性合金ばね１３の歪量が約２
％から５％の範囲にて超弾性効果を示す応力値と一致さ
せたものである。
【００１６】図２は上記の各ばねの発生荷重を示してい
る。超弾性合金ばね１３の発生荷重Ａは温度の上昇に対
してほぼ直線的に上昇する。弾性合金ばね１２が例えば
ステンレス製のばね材の場合、ばねの発生荷重Ｂは温度
に対して変化しない。この２つのばねの発生荷重を加え
たものがバイアスばね１４の発生荷重Ｃを示すことにな
る。Ｄは形状記憶合金ばね１１の発生荷重を示す。なお
形状記憶合金ばね１１の変態温度は、マルテンサイト変
態開始温度Ｍｓ＝３３℃、終了温度Ｍｆ＝１４℃、逆変
態開始温度Ａｓ＝５０℃、終了温度Ａｆ＝７０℃であ
る。
る。超弾性合金ばね１３の発生荷重Ａは温度の上昇に対
してほぼ直線的に上昇する。弾性合金ばね１２が例えば
ステンレス製のばね材の場合、ばねの発生荷重Ｂは温度
に対して変化しない。この２つのばねの発生荷重を加え
たものがバイアスばね１４の発生荷重Ｃを示すことにな
る。Ｄは形状記憶合金ばね１１の発生荷重を示す。なお
形状記憶合金ばね１１の変態温度は、マルテンサイト変
態開始温度Ｍｓ＝３３℃、終了温度Ｍｆ＝１４℃、逆変
態開始温度Ａｓ＝５０℃、終了温度Ａｆ＝７０℃であ
る。
【００１７】そしてこのようにバイアスに従来のばね材
１２と超弾性合金ばね１３を複合させて用いることによ
り、バイアスばねとして従来のばね材を単独に用いたと
きの作動温度Ｔ１に対して、Ｔ２にまで移動することに
なる。すなわち製作条件や線径を変えてばねの力を変え
ることにより使用温度範囲を容易に広げることが出来
る。
１２と超弾性合金ばね１３を複合させて用いることによ
り、バイアスばねとして従来のばね材を単独に用いたと
きの作動温度Ｔ１に対して、Ｔ２にまで移動することに
なる。すなわち製作条件や線径を変えてばねの力を変え
ることにより使用温度範囲を容易に広げることが出来
る。
【００１８】なお形状記憶合金ばね１１の発生荷重を変
えても作動温度を変えることが出来るもので、また従来
から実際に行われてきたものであるが、図１で形状記憶
合金ばね１１の発生荷重を変えることにより線Ｄの角度
を変えても、Ｔ１から僅かしか変化しないので使用温度
範囲を広くとることが出来ず、従って温度範囲のことな
る多種の素子を作る必要が生じる。しかしこの多種化は
工業的には決して好ましいことではない。
えても作動温度を変えることが出来るもので、また従来
から実際に行われてきたものであるが、図１で形状記憶
合金ばね１１の発生荷重を変えることにより線Ｄの角度
を変えても、Ｔ１から僅かしか変化しないので使用温度
範囲を広くとることが出来ず、従って温度範囲のことな
る多種の素子を作る必要が生じる。しかしこの多種化は
工業的には決して好ましいことではない。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によるアクチ
ュエーターにおいては、形状記憶合金素子の作動後にお
いて回復させるためのバイアスとして、超弾性合金素子
を従来のばね材と組合わせて使用することにより、作動
温度を広い範囲で任意に設定することの可能となった。
ュエーターにおいては、形状記憶合金素子の作動後にお
いて回復させるためのバイアスとして、超弾性合金素子
を従来のばね材と組合わせて使用することにより、作動
温度を広い範囲で任意に設定することの可能となった。
【図１】本発明の一実施例の構成を示す図。
【図２】図１の構成例における作動温度と発生荷重の関
係を各ばね材について示す図。
係を各ばね材について示す図。
１１ 形状記憶合金ばね １２ 従来のばね １３ 超弾性合金ばね １４ バイアスばね Ａ 超弾性合金ばね Ｂ 従来のばね Ｃ 従来のばね＋超弾性合金ばね Ｄ 形状記憶合金ばね
Claims (2)
- 【請求項１】 温度変化によって可逆的動作を行う形状
記憶合金アクチュエーターであって、駆動源の一方を形
状記憶合金ばねで構成し、駆動源の他方を超弾性合金ば
ね材と弾性金属ばね材の並列の組合せからなるバイアス
ばねで構成していることを特徴とする形状記憶合金アク
チュエーター。 - 【請求項２】 前記超弾性合金ばね材がばね力の調整可
能な超弾性合金ばね材であることを特徴とする形状記憶
合金アクチュエーター。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19893696A JPH1038708A (ja) | 1996-07-29 | 1996-07-29 | 形状記憶合金アクチュエーター |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19893696A JPH1038708A (ja) | 1996-07-29 | 1996-07-29 | 形状記憶合金アクチュエーター |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1038708A true JPH1038708A (ja) | 1998-02-13 |
Family
ID=16399440
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19893696A Withdrawn JPH1038708A (ja) | 1996-07-29 | 1996-07-29 | 形状記憶合金アクチュエーター |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1038708A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010531407A (ja) * | 2007-06-27 | 2010-09-24 | サエス ゲッターズ ソチエタ ペル アツィオニ | 広範な作動温度範囲の形状記憶合金製の要素を備えるアクチュエータ |
| CN102037241A (zh) * | 2008-05-21 | 2011-04-27 | 柯尼卡美能达精密光学株式会社 | 位置控制装置、位置控制方法、驱动装置及摄像装置 |
| JP5521553B2 (ja) * | 2008-01-29 | 2014-06-18 | コニカミノルタ株式会社 | アクチュエータ機構 |
| CN105804960A (zh) * | 2014-12-29 | 2016-07-27 | 北京有色金属研究总院 | 一种形状记忆复合材料驱动机构的制备方法 |
| CN111749118A (zh) * | 2020-06-28 | 2020-10-09 | 东南大学 | 预应力sma增强薄壁uhpc工字梁及制备方法 |
-
1996
- 1996-07-29 JP JP19893696A patent/JPH1038708A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010531407A (ja) * | 2007-06-27 | 2010-09-24 | サエス ゲッターズ ソチエタ ペル アツィオニ | 広範な作動温度範囲の形状記憶合金製の要素を備えるアクチュエータ |
| US8443600B2 (en) | 2007-06-27 | 2013-05-21 | Saes Getters S.P.A. | Actuator comprising elements made of shape memory alloy with broadened range of working temperatures |
| JP5521553B2 (ja) * | 2008-01-29 | 2014-06-18 | コニカミノルタ株式会社 | アクチュエータ機構 |
| CN102037241A (zh) * | 2008-05-21 | 2011-04-27 | 柯尼卡美能达精密光学株式会社 | 位置控制装置、位置控制方法、驱动装置及摄像装置 |
| US8789765B2 (en) | 2008-05-21 | 2014-07-29 | Konica Minolta Opto, Inc. | Position control device, position control method, drive device and imaging device |
| CN105804960A (zh) * | 2014-12-29 | 2016-07-27 | 北京有色金属研究总院 | 一种形状记忆复合材料驱动机构的制备方法 |
| CN111749118A (zh) * | 2020-06-28 | 2020-10-09 | 东南大学 | 预应力sma增强薄壁uhpc工字梁及制备方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20031007 |