JPH1150946A - 形状記憶材料を使用した回転式アクチュエータ - Google Patents
形状記憶材料を使用した回転式アクチュエータInfo
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- JPH1150946A JPH1150946A JP10069099A JP6909998A JPH1150946A JP H1150946 A JPH1150946 A JP H1150946A JP 10069099 A JP10069099 A JP 10069099A JP 6909998 A JP6909998 A JP 6909998A JP H1150946 A JPH1150946 A JP H1150946A
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- Japan
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- bar
- temperature
- actuator
- shape memory
- panel
- Prior art date
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- Pending
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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
- F03G7/06—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like
- F03G7/061—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like characterised by the actuating element
- F03G7/0614—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like characterised by the actuating element using shape memory elements
- F03G7/06146—Torque tubes or torsion bars
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
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- Photovoltaic Devices (AREA)
- Vehicle Body Suspensions (AREA)
- Fluid-Damping Devices (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 従来より、回転軸を規定する機能、トルクを
発生させる機能、および、回転動作を制限する機能は、
通常、個別の素子によってもたらされているが、これら
すべての機能を同一素子でもって達成し得る様なアクチ
ュエータを提供する。 【解決手段】 回転式アクチュエータは、形状記憶材料
製とされたバー１０と、バー１０の各端部に連結された
内側チューブ１２および外側チューブ１４と、材料がマ
ルテンサイトであるような温度から材料がオーステナイ
トであるような温度にまでバー１０を加熱可能な電気加
熱手段２４と、を具備して構成されている。
発生させる機能、および、回転動作を制限する機能は、
通常、個別の素子によってもたらされているが、これら
すべての機能を同一素子でもって達成し得る様なアクチ
ュエータを提供する。 【解決手段】 回転式アクチュエータは、形状記憶材料
製とされたバー１０と、バー１０の各端部に連結された
内側チューブ１２および外側チューブ１４と、材料がマ
ルテンサイトであるような温度から材料がオーステナイ
トであるような温度にまでバー１０を加熱可能な電気加
熱手段２４と、を具備して構成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転式アクチュエ
ータに関するものである。この回転式アクチュエータ
は、制限された角度範囲を超えての回転トルクを形成す
るために、小体積の駆動および単純構造の駆動が要望さ
れているような場合に、応用することができる。限定す
るものではないが、特に重要な応用は、宇宙用車両上の
太陽電池を変位させるためのシステムにおいて使用する
ことである。
ータに関するものである。この回転式アクチュエータ
は、制限された角度範囲を超えての回転トルクを形成す
るために、小体積の駆動および単純構造の駆動が要望さ
れているような場合に、応用することができる。限定す
るものではないが、特に重要な応用は、宇宙用車両上の
太陽電池を変位させるためのシステムにおいて使用する
ことである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】現在
のところ、回転軸を規定する機能、トルクを発生させる
機能、および、回転動作を制限する機能は、通常、個別
の素子によってもたらされている。
のところ、回転軸を規定する機能、トルクを発生させる
機能、および、回転動作を制限する機能は、通常、個別
の素子によってもたらされている。
【０００３】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、すべて
の機能を同一素子でもって達成し得るようなアクチュエ
ータを提供することである。この目的のために、本発明
においては、形状記憶合金の性質を利用している。形状
記憶合金は、２つの異なる固相、すなわち、低温におけ
るマルテンサイト相と、高温におけるオーステナイト相
と、を有している。形状記憶合金は、加熱することによ
って、１つの相から他の相へと円滑に移行する。
の機能を同一素子でもって達成し得るようなアクチュエ
ータを提供することである。この目的のために、本発明
においては、形状記憶合金の性質を利用している。形状
記憶合金は、２つの異なる固相、すなわち、低温におけ
るマルテンサイト相と、高温におけるオーステナイト相
と、を有している。形状記憶合金は、加熱することによ
って、１つの相から他の相へと円滑に移行する。
【０００４】したがって、本発明は、両端部を有する形
状記憶材料製バーを具備した回転式アクチュエータであ
って、バーに、互いに相対回転されるべき複数の部材に
対するインターフェースをなす断熱性インターフェース
手段が設けられるとともに、バーが、オーステナイト相
をなす温度にまでバーを加熱可能な電気加熱手段によっ
て取り囲まれているような回転式アクチュエータを提供
する。
状記憶材料製バーを具備した回転式アクチュエータであ
って、バーに、互いに相対回転されるべき複数の部材に
対するインターフェースをなす断熱性インターフェース
手段が設けられるとともに、バーが、オーステナイト相
をなす温度にまでバーを加熱可能な電気加熱手段によっ
て取り囲まれているような回転式アクチュエータを提供
する。
【０００５】このようなアクチュエータは、多数の好ま
しい特徴を示す。すなわち、構成要素数が少ないことに
より、またストロークの開始時および終了時において発
生トルクが円滑に変化することにより、非常に信頼性が
高いこと；製造コストが低いこと；モジュール構造であ
ることにより、周辺部材に対する適用が容易であるこ
と；である。
しい特徴を示す。すなわち、構成要素数が少ないことに
より、またストロークの開始時および終了時において発
生トルクが円滑に変化することにより、非常に信頼性が
高いこと；製造コストが低いこと；モジュール構造であ
ることにより、周辺部材に対する適用が容易であるこ
と；である。
【０００６】このようなアクチュエータの角度範囲は、
大きなものとすることができ、つまり、１８０゜を超え
ることができ、駆動トルクは、数Ｎｍ（ニュートン・メ
ートル）とすることができ、これは、多数の応用に際し
て十分なものである。とりわけ、軽量化を要求される場
合に、好適である。
大きなものとすることができ、つまり、１８０゜を超え
ることができ、駆動トルクは、数Ｎｍ（ニュートン・メ
ートル）とすることができ、これは、多数の応用に際し
て十分なものである。とりわけ、軽量化を要求される場
合に、好適である。
【０００７】アクチュエータは、一方向のみで動作する
ことができる。例えば、衛星がステーションに到着した
後に、衛星の太陽電池や反射材を延出するような場合に
は、一方向のみで動作することができる。アクチュエー
タは、また、小さなトルクを発生させるような弾性復帰
手段を設けることによって可逆的とすることもできる。
これら従来手段は、特に、バーの両端部間に導入された
スプリングによって構成することができる。このような
状況においては、加熱によって、バーをオーステナイト
相に転移させてその温度に維持することにより、駆動を
行うことができる。復帰は、応力を印加した状況で冷却
することにより、行うことができる。
ことができる。例えば、衛星がステーションに到着した
後に、衛星の太陽電池や反射材を延出するような場合に
は、一方向のみで動作することができる。アクチュエー
タは、また、小さなトルクを発生させるような弾性復帰
手段を設けることによって可逆的とすることもできる。
これら従来手段は、特に、バーの両端部間に導入された
スプリングによって構成することができる。このような
状況においては、加熱によって、バーをオーステナイト
相に転移させてその温度に維持することにより、駆動を
行うことができる。復帰は、応力を印加した状況で冷却
することにより、行うことができる。
【０００８】駆動と復帰との間の移行は、通常、駆動部
材を移動させ、その後、駆動部材を元の位置に戻すため
に使用される。それでも、ラチェット機構が併用された
場合には、この移行は、振動サイクルの周波数が駆動さ
れるべき部材の熱的慣性に適合するのに十分なだけ小さ
い必要がある唯一の条件でもって、また、含有されてい
る物理現象に対して本来的に遅い状態で、任意角度だけ
の回転を得るために使用することもできる。１８０゜を
超える回転は、困難さを伴うことなく、数分で得られ、
また、非常に小さな加熱パワーで得られる。
材を移動させ、その後、駆動部材を元の位置に戻すため
に使用される。それでも、ラチェット機構が併用された
場合には、この移行は、振動サイクルの周波数が駆動さ
れるべき部材の熱的慣性に適合するのに十分なだけ小さ
い必要がある唯一の条件でもって、また、含有されてい
る物理現象に対して本来的に遅い状態で、任意角度だけ
の回転を得るために使用することもできる。１８０゜を
超える回転は、困難さを伴うことなく、数分で得られ、
また、非常に小さな加熱パワーで得られる。
【０００９】加熱手段は、様々な範囲の構造のものとす
ることができる。加熱手段に対する本質的な要求は、通
常は円柱形状とされたバーの捩り変形を受容し得ること
である。加熱手段は、特に、バー回りに巻回されている
とともにコイルスプリングによってバーに押圧された状
態で保持されているフレキシブル材料製抵抗ストリップ
によって構成することができる。加熱手段は、また、バ
ーに押圧された状態で保持されている弾性かつ抵抗性ス
リーブによって構成することもできる。加熱手段は、ま
た、正の温度係数（ＰＴＣ）を有するジュール効果ヒー
タ部材を備えることができる。この場合には、ヒータ部
材がしきい値以上の温度において急激な抵抗増加を起こ
すことにより、温度規制を行うことができる。
ることができる。加熱手段に対する本質的な要求は、通
常は円柱形状とされたバーの捩り変形を受容し得ること
である。加熱手段は、特に、バー回りに巻回されている
とともにコイルスプリングによってバーに押圧された状
態で保持されているフレキシブル材料製抵抗ストリップ
によって構成することができる。加熱手段は、また、バ
ーに押圧された状態で保持されている弾性かつ抵抗性ス
リーブによって構成することもできる。加熱手段は、ま
た、正の温度係数（ＰＴＣ）を有するジュール効果ヒー
タ部材を備えることができる。この場合には、ヒータ部
材がしきい値以上の温度において急激な抵抗増加を起こ
すことにより、温度規制を行うことができる。
【００１０】ＴｉＮｉをベースとする形状記憶合金のた
めに選択される特定成分は、目的とする応用に依存する
こととなり、特に、移行所望温度に依存することとな
る。一般に、ＴｉＮｉ合金は、少量のＣｕ成分を含有し
て使用される。例えば、合金は、４５．３％のＴｉと、
４８．５％のＮｉと、６％のＣｕと、を備えている。合
金の冶金学的性質は、相転移は別として、チタンの性質
に近いものである。
めに選択される特定成分は、目的とする応用に依存する
こととなり、特に、移行所望温度に依存することとな
る。一般に、ＴｉＮｉ合金は、少量のＣｕ成分を含有し
て使用される。例えば、合金は、４５．３％のＴｉと、
４８．５％のＮｉと、６％のＣｕと、を備えている。合
金の冶金学的性質は、相転移は別として、チタンの性質
に近いものである。
【００１１】インターフェース部材は、特に、チタンの
ように小さな熱伝導度を有している金属製であるととも
にバーの端部を取り囲んでいるような、長さチューブに
よって構成することができる。複数の長さチューブを、
同心状に配置することができ、熱伝導を低減するために
連続的に機械的に連結することができる。このような配
置のみが可能であるわけではない。選択された形状は、
インターフェースのところにおける温度に依存し、ま
た、所望の熱絶縁に依存することとなる。例えば、イン
ターフェース部材は、内周縁および外周縁が交互に相互
連結された複数のリングによって構成することができ
る。
ように小さな熱伝導度を有している金属製であるととも
にバーの端部を取り囲んでいるような、長さチューブに
よって構成することができる。複数の長さチューブを、
同心状に配置することができ、熱伝導を低減するために
連続的に機械的に連結することができる。このような配
置のみが可能であるわけではない。選択された形状は、
インターフェースのところにおける温度に依存し、ま
た、所望の熱絶縁に依存することとなる。例えば、イン
ターフェース部材は、内周縁および外周縁が交互に相互
連結された複数のリングによって構成することができ
る。
【００１２】アクチュエータは、多数の応用に使用する
ことができ、特に、宇宙における応用に使用することが
できる。なかでも、宇宙用車両の反射材、アンテナ、太
陽電池パネル、バランスアーム、設備の一部、パネル、
あるいは、構造を、延出したり操縦したりするための機
構に、応用可能であると言うことができる。
ことができ、特に、宇宙における応用に使用することが
できる。なかでも、宇宙用車両の反射材、アンテナ、太
陽電池パネル、バランスアーム、設備の一部、パネル、
あるいは、構造を、延出したり操縦したりするための機
構に、応用可能であると言うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明は、非制限的な例示として
の本発明の特別の実施形態に関しての、添付図面を参照
した以下の説明により、より明瞭に理解されるであろ
う。
の本発明の特別の実施形態に関しての、添付図面を参照
した以下の説明により、より明瞭に理解されるであろ
う。
【００１４】図１は、本発明の特別の実施形態をなすア
クチュエータの主要要素を示す長さ方向断面図である。
図２は、回転移動されるべき部材を固定するための手段
を示す側面図である。図３は、図１に示すアクチュエー
タの側面図であって、２つの極端な状況が示されてい
る。図４および図５は、図１に示すアクチュエータが付
設された太陽電池の側面図であって、それぞれ、延出状
態および折畳状態が示されている。図６は、本発明の具
現に好適な合金の温度に対する変形特性を示す図であ
る。すなわち、ヒステリシスサイクルを示す図である。
クチュエータの主要要素を示す長さ方向断面図である。
図２は、回転移動されるべき部材を固定するための手段
を示す側面図である。図３は、図１に示すアクチュエー
タの側面図であって、２つの極端な状況が示されてい
る。図４および図５は、図１に示すアクチュエータが付
設された太陽電池の側面図であって、それぞれ、延出状
態および折畳状態が示されている。図６は、本発明の具
現に好適な合金の温度に対する変形特性を示す図であ
る。すなわち、ヒステリシスサイクルを示す図である。
【００１５】基本構造が図１に示されているアクチュエ
ータは、形状記憶合金製の円柱バー１０を具備してい
る。この場合の形状記憶合金は、通常、少量の銅成分を
含有したＴｉＮｉ合金であって、低温Ｔ2 から高温Ｔ1
へと加熱したときには、多数の結晶学的状態を経由し
て、オーステナイト相からマルテンサイト相へと次第に
移行する。このようなバーは、少なくともＴ1 の温度に
おいて、ねじり応力を受け、その後、Ｔ2 にまで冷却さ
れたときには、先にもたらされたねじれ変形を保持す
る。そして再度加熱されたときには、元々の形状に復帰
しようとし、トルクを発生することができる。角度変形
は、長さが直径の約２０倍であるようなバーにおいて
は、１８０゜とまですることができ、実際、１８０゜を
超えることができる。
ータは、形状記憶合金製の円柱バー１０を具備してい
る。この場合の形状記憶合金は、通常、少量の銅成分を
含有したＴｉＮｉ合金であって、低温Ｔ2 から高温Ｔ1
へと加熱したときには、多数の結晶学的状態を経由し
て、オーステナイト相からマルテンサイト相へと次第に
移行する。このようなバーは、少なくともＴ1 の温度に
おいて、ねじり応力を受け、その後、Ｔ2 にまで冷却さ
れたときには、先にもたらされたねじれ変形を保持す
る。そして再度加熱されたときには、元々の形状に復帰
しようとし、トルクを発生することができる。角度変形
は、長さが直径の約２０倍であるようなバーにおいて
は、１８０゜とまですることができ、実際、１８０゜を
超えることができる。
【００１６】様々な機能をもたらすために、インターフ
ェース部材を、バーの両端部に固定することができる。
インターフェース部材は、互いに相対回転されるべき部
材どうしを機械的に連結するために使用することがで
き、力を伝達することができる。インターフェース部材
は、バーと周囲環境との間の熱交換を制限する。図１に
示す実施形態においては、各インターフェース部材は、
チタンのような低熱伝導度を有する材料から形成され
た、２つの同心状長さチューブから構成されている。内
側の長さチューブ１２は、一端がバー１０に連結されて
おり、バーの端部を囲んでいる。外側の長さチューブ１
４は、内側長さチューブ１２を囲んでいるとともに、内
側チューブのうちのバー中央寄りの端部を、回転移動さ
れるべき外部部材に対して、連結している。
ェース部材を、バーの両端部に固定することができる。
インターフェース部材は、互いに相対回転されるべき部
材どうしを機械的に連結するために使用することがで
き、力を伝達することができる。インターフェース部材
は、バーと周囲環境との間の熱交換を制限する。図１に
示す実施形態においては、各インターフェース部材は、
チタンのような低熱伝導度を有する材料から形成され
た、２つの同心状長さチューブから構成されている。内
側の長さチューブ１２は、一端がバー１０に連結されて
おり、バーの端部を囲んでいる。外側の長さチューブ１
４は、内側長さチューブ１２を囲んでいるとともに、内
側チューブのうちのバー中央寄りの端部を、回転移動さ
れるべき外部部材に対して、連結している。
【００１７】図１の例においては、各外部部材との連結
は、外側チューブ１４が例えば溶接によって永久式に固
定されているそれぞれのリング１６によってなされる。
リングには、固定ネジを受容するための長孔１８が開け
られている。これにより、駆動されるべき外部部材に対
しての角度位置調整が行えるようになっている。あるい
は、場合によっては、支持体として機能する部材に対し
ての角度位置調整が行えるようになっている。
は、外側チューブ１４が例えば溶接によって永久式に固
定されているそれぞれのリング１６によってなされる。
リングには、固定ネジを受容するための長孔１８が開け
られている。これにより、駆動されるべき外部部材に対
しての角度位置調整が行えるようになっている。あるい
は、場合によっては、支持体として機能する部材に対し
ての角度位置調整が行えるようになっている。
【００１８】内側長さチューブは、対応するバー端部に
対して、様々な方法で連結することができる。図１の例
においては、内側長さチューブは、バーの延長部分を受
容するための中央孔が開けられているディスク２０の周
縁部に対して、永久的に固定されている。ディスク２０
の径方向ネジ山付貫通孔は、延長部分に対して圧接する
とともにディスクをバーの端部に固定するための、押圧
ネジ２２を受容する。このモジュール構造は、アクチュ
エータ本体に対しての着脱を単純に行うことができる。
対して、様々な方法で連結することができる。図１の例
においては、内側長さチューブは、バーの延長部分を受
容するための中央孔が開けられているディスク２０の周
縁部に対して、永久的に固定されている。ディスク２０
の径方向ネジ山付貫通孔は、延長部分に対して圧接する
とともにディスクをバーの端部に固定するための、押圧
ネジ２２を受容する。このモジュール構造は、アクチュ
エータ本体に対しての着脱を単純に行うことができる。
【００１９】必要に応じては、この構成は、また、アク
チュエータを外部的に復帰させることもできる。部材１
２、１４、１６、２０は、電気腐食（electroerosion）
や溶接によって、単一ピースとして実現することができ
る。
チュエータを外部的に復帰させることもできる。部材１
２、１４、１６、２０は、電気腐食（electroerosion）
や溶接によって、単一ピースとして実現することができ
る。
【００２０】バーを加熱するための加熱手段２４が、実
質的のバーの長さ全体をカバーしている。このような加
熱手段は、様々な構造のものとすることができる。加熱
手段は、フレキシブル材料からなる抵抗性ストリップに
よって構成することができ、電気を受容するための接続
が施されている。加熱手段は、ストリップを覆うととも
にストリップに対して押圧力をもたらすような、螺旋状
に巻回されたコイルスプリング（図示せず）によって、
バーを押圧した状態に保持することができる。加熱手段
は、また、熱抵抗を備えた弾性材料からなるスリーブか
ら構成することもでき、また、他の部材から構成するこ
ともできる。正の温度係数を有する材料を使用する場合
には、形状記憶合金がオーステナイト相へと完全に転移
する温度よりもわずかに大きな温度で急激に抵抗が増大
するような増大する材料を使用することが望ましい。
質的のバーの長さ全体をカバーしている。このような加
熱手段は、様々な構造のものとすることができる。加熱
手段は、フレキシブル材料からなる抵抗性ストリップに
よって構成することができ、電気を受容するための接続
が施されている。加熱手段は、ストリップを覆うととも
にストリップに対して押圧力をもたらすような、螺旋状
に巻回されたコイルスプリング（図示せず）によって、
バーを押圧した状態に保持することができる。加熱手段
は、また、熱抵抗を備えた弾性材料からなるスリーブか
ら構成することもでき、また、他の部材から構成するこ
ともできる。正の温度係数を有する材料を使用する場合
には、形状記憶合金がオーステナイト相へと完全に転移
する温度よりもわずかに大きな温度で急激に抵抗が増大
するような増大する材料を使用することが望ましい。
【００２１】上記のようなアクチュエータの好ましい特
性としては、次のようなものが挙げられる。すなわち、
サイズおよび質量が小さいこと、動作が円滑であるとと
もに振動が発生しないこと、ストロークの最終時点にお
いて衝撃が発生しないこと、および、応力がなくても最
終状態で安定なこと。
性としては、次のようなものが挙げられる。すなわち、
サイズおよび質量が小さいこと、動作が円滑であるとと
もに振動が発生しないこと、ストロークの最終時点にお
いて衝撃が発生しないこと、および、応力がなくても最
終状態で安定なこと。
【００２２】アクチュエータによって互いに相対移動を
受けることとなる複数の外部部材は、様々な手段でもっ
て、連結することができる。図１の例においては、リン
グ１６は、それぞれの端部部材２６、２８に固定される
ように構成されている。長孔１８を挿通するネジによっ
て、リングを、それぞれのブッシュ３０に対して連結す
ることができる。この場合、各ブッシュ３０は、ボール
ベアリングまたはリング３２を備えている。各端部部材
は、バーの一端においては、一方のブッシュ３０に固定
されており、バーの他端においては、リングまたはベア
リング３２に当接している。
受けることとなる複数の外部部材は、様々な手段でもっ
て、連結することができる。図１の例においては、リン
グ１６は、それぞれの端部部材２６、２８に固定される
ように構成されている。長孔１８を挿通するネジによっ
て、リングを、それぞれのブッシュ３０に対して連結す
ることができる。この場合、各ブッシュ３０は、ボール
ベアリングまたはリング３２を備えている。各端部部材
は、バーの一端においては、一方のブッシュ３０に固定
されており、バーの他端においては、リングまたはベア
リング３２に当接している。
【００２３】アクチュエータが１回きりの使用のための
ものとして構成されている場合には、加熱された位置に
アクチュエータを保持するためのロック手段を設けるこ
とができる。図３の例においては、爪３４が、端部部材
に付設されたピン３６上に設けられている。スプリング
（図示せず）が、爪を、移動の最終時点において爪と係
合するような段部３８を有している他の端部部材２８に
対して押圧するよう付勢している。通常は調整可能とさ
れたストローク完了時当接部材４０を、端部部材２６に
設けることができる。これにより、端部部材２８に対す
る制限位置を規定することができるとともに、相対移動
や振動を防止することができる。その後、加熱を中止す
ることができる。
ものとして構成されている場合には、加熱された位置に
アクチュエータを保持するためのロック手段を設けるこ
とができる。図３の例においては、爪３４が、端部部材
に付設されたピン３６上に設けられている。スプリング
（図示せず）が、爪を、移動の最終時点において爪と係
合するような段部３８を有している他の端部部材２８に
対して押圧するよう付勢している。通常は調整可能とさ
れたストローク完了時当接部材４０を、端部部材２６に
設けることができる。これにより、端部部材２８に対す
る制限位置を規定することができるとともに、相対移動
や振動を防止することができる。その後、加熱を中止す
ることができる。
【００２４】アクチュエータを可逆的とすることが要望
された場合には、弾性復帰手段が設けられる。弾性復帰
手段は、バーを初期位置にまで戻すために必要なトルク
よりも大きなトルクをもたらすことができる。復帰トル
クは、記憶合金製のバーが加熱時に発生し得る駆動トル
ク（加熱エネルギーは、機械的エネルギーへと変換され
る）よりも小さなものである。復帰手段は、例えば、バ
ーの両端部を相互連結するスプリングによって、あるい
は、２つの端部部材を相互連結するスプリングによっ
て、構成することができる。このような状況において
は、バーによってもたらされるトルクは、摩擦力と弾性
復帰手段による対抗力との双方に打ち勝ち得るのに十分
なものとする必要がある。
された場合には、弾性復帰手段が設けられる。弾性復帰
手段は、バーを初期位置にまで戻すために必要なトルク
よりも大きなトルクをもたらすことができる。復帰トル
クは、記憶合金製のバーが加熱時に発生し得る駆動トル
ク（加熱エネルギーは、機械的エネルギーへと変換され
る）よりも小さなものである。復帰手段は、例えば、バ
ーの両端部を相互連結するスプリングによって、あるい
は、２つの端部部材を相互連結するスプリングによっ
て、構成することができる。このような状況において
は、バーによってもたらされるトルクは、摩擦力と弾性
復帰手段による対抗力との双方に打ち勝ち得るのに十分
なものとする必要がある。
【００２５】本発明のアクチュエータの特徴点は、（人
工）衛星上の太陽電池パネルを延出させるのに好適であ
る。このような状況においては、いかなる衝撃をも避け
ること、および、延出を非常に円滑に行うこと、が望ま
しい。図４および図５は、図３に示す種類の４つのアク
チュエータ４２に取り付けられた太陽電池パネルを示し
ている。アクチュエータ４２のうちの１つは、衛星の本
体４４に対して、パネルを全体的に連結している。他の
アクチュエータは、個々のパネル部分４６を相互連結し
ている。太陽電池パネルを太陽に向けるよう、機構全体
にわたって必要な電気接続の数を低く抑えるために、衛
星プラットフォームに対する直接接続を、複数の接触ス
タッド４８によって得ることができる。接触スタッド４
８は、打上時において、衛星がステーションに到達する
までの時点において、パネル部分どうしが互いに折り畳
まれているときに、相互接触可能であるような配置で、
端部部材上に配置されている。ステーションに到着した
後においては、接触スタッド４８を介して、アクチュエ
ータに供給することにより、パネルを順次延出すること
ができる。
工）衛星上の太陽電池パネルを延出させるのに好適であ
る。このような状況においては、いかなる衝撃をも避け
ること、および、延出を非常に円滑に行うこと、が望ま
しい。図４および図５は、図３に示す種類の４つのアク
チュエータ４２に取り付けられた太陽電池パネルを示し
ている。アクチュエータ４２のうちの１つは、衛星の本
体４４に対して、パネルを全体的に連結している。他の
アクチュエータは、個々のパネル部分４６を相互連結し
ている。太陽電池パネルを太陽に向けるよう、機構全体
にわたって必要な電気接続の数を低く抑えるために、衛
星プラットフォームに対する直接接続を、複数の接触ス
タッド４８によって得ることができる。接触スタッド４
８は、打上時において、衛星がステーションに到達する
までの時点において、パネル部分どうしが互いに折り畳
まれているときに、相互接触可能であるような配置で、
端部部材上に配置されている。ステーションに到着した
後においては、接触スタッド４８を介して、アクチュエ
ータに供給することにより、パネルを順次延出すること
ができる。
【００２６】図３に示すアクチュエータと概略的には同
じ種類ではあるものの最終状態にロックするための爪３
４を備えていない点だけが相違するアクチュエータの他
の可能な応用としては、各回転時に地球の陰を通るよう
な低い軌道内の衛星上における太陽電池パネルの向き調
整を行うことである。このような状況においては、バー
１０の温度は、アクチュエータによって引き起こされた
回転が、太陽の動きを追跡するように、制御される。加
熱は、太陽が隠れたときには中断され、そのときには、
復帰スプリングが復元化を行う。図６に示すような転移
の円滑さが、そのような制御を可能としている。衛星本
体と太陽電池パネルとの間の接続上にロータリーコーダ
を設けて、閉ループとすることができる。
じ種類ではあるものの最終状態にロックするための爪３
４を備えていない点だけが相違するアクチュエータの他
の可能な応用としては、各回転時に地球の陰を通るよう
な低い軌道内の衛星上における太陽電池パネルの向き調
整を行うことである。このような状況においては、バー
１０の温度は、アクチュエータによって引き起こされた
回転が、太陽の動きを追跡するように、制御される。加
熱は、太陽が隠れたときには中断され、そのときには、
復帰スプリングが復元化を行う。図６に示すような転移
の円滑さが、そのような制御を可能としている。衛星本
体と太陽電池パネルとの間の接続上にロータリーコーダ
を設けて、閉ループとすることができる。
【００２７】また、任意の強度で角度変位を駆動するよ
うに、アクチュエータを構成することもできる。この目
的のためには、バー内に、バーを固定部分から取外し得
るとともに、各駆動ストロークの終了時には復帰スプリ
ングでもって復原させて、再度連結し得るような、機構
が組み込まれる。固定部分（および／または移動部分）
に対してのバーの再連結は、また、形状記憶合金製の部
材によっても得ることができる。このような形状記憶合
金製部材の例としては、加熱手段付きの形状記憶材料製
弾性スリーブや、形状記憶合金製のスプリングまたはブ
レードによって駆動されるラチェット機構、がある。反
対向きに動作する２つの機構は、双方向制御をもたらす
ために使用することができる。
うに、アクチュエータを構成することもできる。この目
的のためには、バー内に、バーを固定部分から取外し得
るとともに、各駆動ストロークの終了時には復帰スプリ
ングでもって復原させて、再度連結し得るような、機構
が組み込まれる。固定部分（および／または移動部分）
に対してのバーの再連結は、また、形状記憶合金製の部
材によっても得ることができる。このような形状記憶合
金製部材の例としては、加熱手段付きの形状記憶材料製
弾性スリーブや、形状記憶合金製のスプリングまたはブ
レードによって駆動されるラチェット機構、がある。反
対向きに動作する２つの機構は、双方向制御をもたらす
ために使用することができる。
【図１】 本発明の特別の実施形態をなすアクチュエー
タの主要要素を示す長さ方向断面図である。
タの主要要素を示す長さ方向断面図である。
【図２】 回転移動されるべき部材を固定するための手
段を示す側面図である。
段を示す側面図である。
【図３】 図１に示すアクチュエータの側面図であっ
て、２つの極端な状況が示されている。
て、２つの極端な状況が示されている。
【図４】 図１に示すアクチュエータが付設された太陽
電池の側面図であって、延出状態が示されている。
電池の側面図であって、延出状態が示されている。
【図５】 図１に示すアクチュエータが付設された太陽
電池の側面図であって、折畳状態が示されている。
電池の側面図であって、折畳状態が示されている。
【図６】 本発明の具現に好適な合金の温度に対する変
形特性を示す図である。
形特性を示す図である。
１０ バー １２ 内側チューブ １４ 外側チューブ １６ リング ２４ 加熱手段 ２６ 端部部材 ２８ 端部部材 ４２ アクチュエータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジル・シュニュ フランス・31077・トゥールーズ・セデッ クス・リュ・デ・コスモノート・31 マト ラ・マルコニ・スペース・フランス内 (72)発明者 アンリク・ジャブ フランス・31077・トゥールーズ・セデッ クス・リュ・デ・コスモノート・31 マト ラ・マルコニ・スペース・フランス内
Claims (5)
- 【請求項１】 軸回りに相対回転可能な両端部を有する
とともに、形状記憶材料製とされたバーと、 該バーによって互いに相対回転されるべき複数の部材に
対するインターフェースをなすよう前記両端部に連結さ
れた断熱性インターフェース手段と、 前記バーを取り囲むとともに、前記材料がマルテンサイ
トであるような温度から前記材料がオーステナイトであ
るような温度にまで前記バーを加熱可能な、電気加熱手
段と、を具備することを特徴とする回転式アクチュエー
タ。 - 【請求項２】 さらに、 前記バーの両端部間に、加熱によってオーステナイトに
なったときに前記バーがもたらすトルクの方向とは反対
向きに、捩りトルクをもたらすための、復帰スプリング
手段を具備することを特徴とする請求項１記載のアクチ
ュエータ。 - 【請求項３】 前記電気加熱手段は、前記バー回りに巻
回されているとともにコイルスプリング手段によって前
記バーに押圧された状態で保持されているフレキシブル
材料製抵抗を備えていることを特徴とする請求項１記載
のアクチュエータ。 - 【請求項４】 前記インターフェース手段の各々は、小
さな熱伝導度を有しているとともに前記バーの各端部を
取り囲んでいるような、金属製長さチューブを備えてい
ることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。 - 【請求項５】 衛星本体に対して、低地球軌道衛星の太
陽電池パネルを角度操縦するための機構であって、 両端部を有するとともに、形状記憶材料製とされたバー
と、 前記両端部のうちの一方を前記本体に対して連結してい
る第１断熱性インターフェース手段と、 前記両端部のうちの他方を前記太陽電池パネルに対して
連結している第２断熱性インターフェース手段と、 前記バーを取り囲むとともに、前記材料がマルテンサイ
トであるような温度から前記材料がオーステナイトであ
るような温度にまで前記バーを加熱可能な、電気加熱手
段と、 を具備してなり、 前記バーが、前記パネルを支持しているとともに、前記
パネルのための回転軸を画成し前記パネルのためのトル
クをもたらすことを特徴とする機構。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9703268 | 1997-03-18 | ||
| FR9703268A FR2761116B1 (fr) | 1997-03-18 | 1997-03-18 | Actionneur rotatif a barreau en alliage a memoire de forme |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1150946A true JPH1150946A (ja) | 1999-02-23 |
Family
ID=9504904
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10069099A Pending JPH1150946A (ja) | 1997-03-18 | 1998-03-18 | 形状記憶材料を使用した回転式アクチュエータ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5975468A (ja) |
| JP (1) | JPH1150946A (ja) |
| DE (1) | DE29804490U1 (ja) |
| FR (1) | FR2761116B1 (ja) |
| IT (1) | IT1299386B1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6065934A (en) * | 1997-02-28 | 2000-05-23 | The Boeing Company | Shape memory rotary actuator |
| FR2776984B1 (fr) * | 1998-04-06 | 2000-06-16 | Aerospatiale | Dispositif de commande d'une rotation relative entre deux elements articules et structure mecanique deployable, notamment pour vehicule spatial, utilisant au moins un dispositif de ce type |
| DE10142047A1 (de) * | 2001-08-28 | 2003-03-20 | Arvinmeritor Gmbh | Windabweiser mit Betätigungselement für ein Schiebedachsystem |
| US6775046B2 (en) * | 2002-11-06 | 2004-08-10 | Northrop Grumman Corporation | Thin film shape memory alloy reflector |
| JP2006526131A (ja) * | 2003-04-28 | 2006-11-16 | ナノマッスル・インコーポレイテッド | 形状記憶合金アクチュエータを備える流量制御アセンブリ |
| US7748405B2 (en) | 2003-09-05 | 2010-07-06 | Alfmeler Prazision AG Baugruppen und Systemlosungen | System, method and apparatus for reducing frictional forces and for compensating shape memory alloy-actuated valves and valve systems at high temperatures |
| US20050198777A1 (en) * | 2004-03-09 | 2005-09-15 | Mabe James H. | Hinge apparatus with two-way controllable shape memory alloy (SMA) hinge pin actuator and methods of making two-way SMA parts |
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| US8511082B2 (en) * | 2009-12-16 | 2013-08-20 | GM Global Technology Operations LLC | Heat transport system and method |
| IT1400242B1 (it) * | 2010-05-14 | 2013-05-24 | Consiglio Nazionale Ricerche | Attuatore rotazionale perfezionato |
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| KR101615158B1 (ko) * | 2014-11-14 | 2016-04-25 | 경상대학교산학협력단 | Ti, Ni 및 Si로 구성된 형상기억합금 |
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| US10428805B2 (en) * | 2016-09-14 | 2019-10-01 | The Boeing Company | Shape memory alloy actuators with heat transfer structures, actuated assemblies including the shape memory alloy actuators, and methods of manufacturing the same |
| DE102017209343B4 (de) * | 2017-06-01 | 2019-02-07 | Airbus Defence and Space GmbH | Rotationsantrieb für Satellitenkomponente mit wärmegesteuertem Antriebsverhalten |
| US10612867B2 (en) | 2018-02-21 | 2020-04-07 | The Boeing Company | Thermal management systems incorporating shape memory alloy actuators and related methods |
| US11174850B1 (en) * | 2019-01-28 | 2021-11-16 | United States Of America As Represented By The Administrator Of National Aeronautics And Space Administration | Shape memory alloy nested rotary actuator |
| US11168584B2 (en) | 2019-06-28 | 2021-11-09 | The Boeing Company | Thermal management system using shape memory alloy actuator |
| US11525438B2 (en) | 2019-06-28 | 2022-12-13 | The Boeing Company | Shape memory alloy actuators and thermal management systems including the same |
| US11143170B2 (en) | 2019-06-28 | 2021-10-12 | The Boeing Company | Shape memory alloy lifting tubes and shape memory alloy actuators including the same |
| CN110793793B (zh) * | 2019-09-26 | 2022-04-19 | 上海宇航系统工程研究所 | 一种大型载荷平台的地面展开试验系统 |
| US11398681B2 (en) * | 2020-07-07 | 2022-07-26 | Igor Abramov | Shape memory deployable antenna system |
| CN112550776B (zh) * | 2020-12-10 | 2022-06-07 | 中国科学院空间应用工程与技术中心 | 一种可折叠展开的空间平台 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6146476A (ja) * | 1984-08-10 | 1986-03-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | アクチユエ−タ素子 |
| US4700541A (en) * | 1986-10-16 | 1987-10-20 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Shape memory alloy actuator |
| US4841730A (en) * | 1987-07-02 | 1989-06-27 | Pda Engineering | Thermal actuator |
| US4798051A (en) * | 1988-06-20 | 1989-01-17 | The Boeing Company | Rotary actuator with tailored torque output |
| US5127228A (en) * | 1991-02-07 | 1992-07-07 | Swenson Steven R | Shape memory bi-directional rotary actuator |
| FR2684638B1 (fr) * | 1991-12-10 | 1997-01-10 | Alcatel Espace | Procede et dispositif pour le deploiement d'une structure mecanique. |
| FR2710314B1 (fr) * | 1993-09-23 | 1995-12-15 | Aerospatiale | Satellite stabilisé 3-axes à pointage géocentrique en orbite basse à générateur solaire orientable 1-axe. |
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| US5620529A (en) * | 1995-11-03 | 1997-04-15 | Hughes Electronics | Low disturbance solar array |
-
1997
- 1997-03-18 FR FR9703268A patent/FR2761116B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-03-13 DE DE29804490U patent/DE29804490U1/de not_active Expired - Lifetime
- 1998-03-17 US US09/042,532 patent/US5975468A/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-03-18 JP JP10069099A patent/JPH1150946A/ja active Pending
- 1998-03-18 IT IT98RM000171A patent/IT1299386B1/it active IP Right Grant
Also Published As
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