JPS59107894A - 形状記憶合金製アクチユエ−タ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は形状記憶合金製コイルを用いたアクチュエータ
素子に関するもので、特に外付はセンサーを用いること
なく形状回復に基づくコイル変形をインダクタンスの変
化として検知し得るようにしたものである。

形状記憶合金としては、種々の合金が知られており、（
’１れもオーステナイト相で所定の形状に成形し、これ
をマルテンサイト相で変形した後加熱すると、マルテン
サイト変態においてオーステナイト相で成形した所定の
形状に回復する特性を有している。形状記憶合金はこの
ような特性を利用して種々のアクチュエータ素子に用い
られており、竹にＮｉ約５１ａｔチ、残部Ｔｉ又はこれ
に微量の添加元素を加えた合金が多用されている。この
合金の加熱には一般に通電加熱が用いられ、形状回復は
加熱によるマルテンサイト変態開始と共に始まり、変態
冗了と共に所定の形状に回復し、その逆方向には形状回
復を起さない。従って形状回復を往復動作させるために
は、形状記憶合金がマルテンサイト相で軟質のところか
ｄ逆動作はね（バイアスばね）１ｒ：設け、温度降下に
よリオーステナイト相からマルテンサイト相に変態した
形状記憶合金を逆作動ばねにより再び変形させている。

形状記憶合金、特にＮｉ−Ｔｉ系合金では形状回復温度
（マルテンサイト変態温度）　ｋ　Ｎ　ｉ含有量又はＮ
ｉ含有量と微量の添加元素の相方で調整したものが種々
のアクチュエータ素子に用いられており、コイル状のも
のが大きな変形量金得ることができることからアクチュ
エータ素子の主流をなしている。このようなアクチュエ
ータ素子を用いて正確な形状回復を行なわせるためには
、形状回復量を検知する必要があり、従来は外付はセン
サーを用いて形状回復Ｗをコントロールしている。しか
しながらアクチュエーター素子に外付はセンサーを付加
することはアクチュエータ素子の形状回復を妨けるばか
りか、アクチュエータの小型化、微細な変化の追従等を
困難にしている。

本発明はこれに鑑み種々検討の結果、外付はセンサーに
より形状回復量を測定することなく、形状記憶合金の形
状回復量を検知し、かつ容易に回復＃をコントロールす
ることができる形状記憶合金製アクチュエータ素子を開
発したもので、加熱によるマルテンサイト変態により、
形状回復を起す形状記憶合金製コイルの内側に高透磁率
部材を設け、形状回復に基づくコイル変形をインダクタ
ンスの変化として検知することを特徴とするものである
。

これを図面を用いて詳細に説明する。

第１図（イ）は本発明素子の基本構造の一例を示すもの
で、図に示すように形状記憶合金線材、例えばＮｉ５１
　ａｔ　％、残部Ｔｉからなる線材をオーステナイト相
で密巻状コイルに成形し、これをマルテンサイト相で引
き延ばしたコイル（１）内に、高透磁率部材例えばフェ
ライトからなるコア（２）を挿入したものである。

このコイル（１）のインダクタンスはコイル（１）が引
き延ばされた状態にあるため低い値となっている。この
コイル（１）全通電加熱するとコイル（１）はマンテン
サイド変態により第１図（ロ）に示すようにオーステナ
イト相で成形した密巻状コイル（１）に形状回復を起し
、コイル（１′）はコア（２）上に集中することになる
。その結果コイル（１′）のインダクタンスは高い値と
なる。従ってインダクタンスの値と形状回復量の関係を
予じめ調べておけば、インダクタンスの変化をブリッジ
回路等により測定することにより、コイル（１）の形状
回復量を検知することが可能となり、またインダクタン
ス値に基づいて通電量を制御すれは形状回復量−例を示
すもので、第１図の場合と同様オーステナイト相で密巻
状コイルの成形し、マルテンサイト相で引き延ばしたＮ
ｉ−Ｔｉ系形状記憶合金線材からな動部（Ｍ）ｆｆｉ設
け、該可動部（Ｍ）の左右にコイル（１ａ）（１ｂ）内
に位置させてフェライトコア（２ａ）（２ｂ）　ｆ設け
たものである。このアクチュエータは一方のコイル（ｌ
ａ）を通電すると、マルテンサイト変態によりコイル（
１ａ）は第２図（ロ）に示すようにオーステナイト相で
成形した密巻状コイルけａｌ　）に形状回復し、可動部
（Ｍ）は右方に移動し、コア（２ａ）上に集中する。そ
の結果コイル（１ａ）のインダクタンスは高い値になり
、このインダクタンスケ測定し、これに基づいて通電量
全制御することによりコイル（１ａ）の形状回復量は正
確にコントロールされる。

次に他方のコイル（ｌｂ’）’ｆｉｌ−通電加熱すると
コイル（ｌｂ’）はマルテンサイト変態により形状回＜
Ｍｔ起して可動部（Ｍ）ｆ：左方に移動させ、コイル（
ｌａ’）ｋ引き延ばして再び第２図（（）に示す状態に
戻る。これを順次繰返すと可動部（Ｍ）は正確に左右の
往復移動を繰返すことになる。

第３図（イ）は本発明素子を用いたアクチュエータの他
の一例を示すもので、第１図の場合と同様オーステナイ
ト相で密巻状コイルに成形し、マルテンサイト相で几き
延ばしたＮｉ−Ｔｉ系形状記憶合金線材からなるコイル
（１）を垂下状に配置し、該コイルＵ）内の上部にフェ
ライトコア（２）ヲ設け、コイル（１）下端に可動部（
Ｍ）ｅ取付けたものである。このアクチュエーを形状回
復したコイル（１′）をマルテンサイト相で再び引き延
ばすことができる重さにしておけば、通電を止めて温度
が下がるとコイル（１′）は再び引き延はされて第３図
（イ）に示す状態に戻る。このようなアクチュエータに
おいて、コイルのインダクタンスにより通電量を制御す
れば可動部の上下動を正確にコントロールすることがで
きる。

第４図（イ）は本発明素子を用いアクチュエータの更に
他の一例を示すもので、軸（３）により回動自在の１対
の作動片（４ａ）（４ｂ）の先端にそれぞれ可動部（Ｍ
ａ）（Ｍｂ）ｋ設け、内作動片（４ａ）（４ｂ）間に第
１図の場合と同様オーステナイト相で密巻状コイルに成
形し、マルテンサイト相で引き延ばしたＮｉ−４’ｉ系
形状形状記憶線材からなるコイル（１）全取付け、コイ
ル（１）内の内作動片（４ａ）（４ｂ）側にフェライト
コア（２ａ　）　（２ｂ　）を設け、かつ内作動片（４
ａ）（４ｂ）間に内作動片（４ａ）（４ｂ）’ｋＶ字状
に開く逆作動ばね（５）全取付けたものである。

イル（１′）は再び引き延ばされ、可動部（Ｍａ）（Ｍ
ｂ）Ｆｉ。

開くことになる。これを繰返すことにより可動部（Ｍａ
　）　（Ｍｂ　）は開閉を繰返すことになり、この繰返
し動作においてコイル（１）のインダクタンスにより通
電を制御すれば、可動部の開閉を正確にコントロールす
ることができる。

尚何れも形状記憶合金からなるコイル内に高透磁率部材
を配置した例について説明したが、これに限るものでは
なく、コイル外周にも高透磁率部材を配置べし、コイル
を形状回復させたときに内外の高透磁率部材により磁気
的閉回路を形成するようにすれば磁束の漏れが少なくな
り、更に明確なインダクタンスの増加としてコイルの形
状回復を検知することができる。また本発明素子はコイ
ルの形状回復のための通電によるジュール加熱とインダ
クタンス検出用の高周波通電を行なうものであるが、ア
クチュエータの摘要分野に応じて通電加熱をパルスとし
、通電加熱体止時間にインダクタンスを測定するか、又
は通電電流に高周波を重畳して加熱と同時にインダクタ
ンスを測定すればよいっ このように本発明素子によれば、形状記憶合金自身をセ
ンサーとして、その形状回復量をコントロールするこ・
とが可能となり、アクチュエータの小型化、微細な変化
の追従が容易になる等工業上顕著な効果を奏するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）（ロ）は本発明素子の基本構造の一例を示
すもので、（イ）は形状回復前の素子の説明図、（ロ）
は形状回復後の説明図、第２図（イ）（ロ）、第３図（
イ）（ロ）及び第４図（イ）（ｔｌｌＩ）はそれぞれ本
発明素子を用いたアクチュエータを示すもので、それぞ
れ０）は形状回復前の説明図、（ロ）は形状回復後の説
明図である。 １、ｌａ、ｌｂ・・・・・・　形状回復前のコイル１′
、１８′、１ｂ′・・・形状回復後のコイル２．２ａ、
２ｂ・・・・・・高透磁率性コア３・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・軸４　・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・作動片５　・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・逆作動ばねＭ、Ｍａ、Ｍｂ・
・・・・・　可動部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 加熱によるマルテンサイト変態により、形状回復を起す
   形状記憶合金製コイルの内側に高透磁率部材を設け、形
   状回復に基づくコイル変形をインダクタンスの変化とし
   て検知することを特徴とする形状記憶合金製アクチュエ
   ータ素子。