JPS6032980A - 駆動装置 - Google Patents

駆動装置

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JPS6032980A
JPS6032980A JP58141034A JP14103483A JPS6032980A JP S6032980 A JPS6032980 A JP S6032980A JP 58141034 A JP58141034 A JP 58141034A JP 14103483 A JP14103483 A JP 14103483A JP S6032980 A JPS6032980 A JP S6032980A
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祐司 細田
Masakatsu Fujie
正克 藤江
Kazuo Honma
本間　和男
Taro Iwamoto
太郎 岩本
Koji Kameshima
亀島　鉱二
Yoshio Kojima
小島　吉夫
Yoshiyuki Nakano
善之 中野
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は駆動装置に係り、特にアクチュエータとなる形
状記憶合金体の力制御に好適な駆動装置に関するもので
ある。
〔発明の背景〕
負荷を駆動する駆動系は、一般的に負荷とこの負荷を駆
動部に連結する伝達系と駆動部とで構成されている。こ
の種の駆動系においては駆動部に作用するオーバーロー
ドに対する保護等の目的で、駆動部に作用する力を検出
する手段を備えている。
この検出はロードセル等の力センサにより行われてｂる
。この場合、力センサを伝達系の一部に組込む必要があ
る。そのため、伝達系の構造が複雑になシ、駆動装置の
小形、軽量化力稀止しかった。
特に形状記憶合金体を用いた駆動装置においてはさらに
その小形、軽量化が難しいものである。
また、力は、カセ／すに直接）ＪＩ］わる眼力、歪応力
等で、蔵出している。このため、大きな力を検出する場
合には、カセ／す自体の構造強度を十分高くする必要が
めシ、力センサが大形化する傾向くあった。また、力セ
ンサの構造強度が高くなると、力検出感度が低下すると
いう問題が生じていた。
〔発明の目的〕
不発明の目的は、形状記憶合金体によるアクチュエータ
の力制御を可能とした小形、軽量な駆動装置を提供する
ことにある。
〔発明の概要〕
本発明は、形状記憶合金体が発生する力が、形状記憶合
金体の温度もしくは抵抗と変位とにより変化する点に着
目し、アクチュエータを構成する形状記憶合金体の一度
もしくは抵抗とアクチュエータの変位との情報より、ア
クチュエータの出力に関する力情報を検出することを特
徴とするものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図は本発明の装置の一実施例の構成を示すもので、
この図において９は負荷を示す。この負荷９は伝達系８
を介してＮｉ　Ｔｉ等の形状記憶台金体６刀・らなるア
クチュエータ７に連結している。
１５は形状記憶合金体６に接続する加熱冷却手段である
。
この形状記憶合金体６は加熱冷却手段１５が発生する電
流Ｉによシ通電加熱され収縮し、伝達糸８を介して負荷
９を駆動する。
アクチュエータフの変位Ｘｆｌ、伝達系８に接続された
ポテンショメータ等からなる変位検出部１０によシ変位
信号Ｖｘとして検出される。また、形状記憶合金体６の
温度Ｔは温度検出部１３により温度信号Ｖ、として検出
される。
ｍ［検出部１３は形状記憶合金体１６に接触して設けら
れた熱電対、サーミスタ等の温度センサ１１と、温度セ
ンサ１１の出力を温度信号ｖｔに変換する処理回路１２
から構成されている。力算出部１４は、変位信号Ｖ工及
び温度信号Ｖｔによりアクチュエータ７に加わる力Ｆ、
を算出し、力Ｆ、に比例した力信号Ｖｔを出力する。
つぎに、上述した本発明の駆動装置の一実施例の動作を
説明する。
第２図は、形状記憶台金体６の変位−力特性を示したも
のである。この図において、横軸は形状記憶合金体６の
変位Ｘ、縦棚は形状記憶合金体６が発生する力Ｆ　ｓｍ
である。形状記憶合金体６は、結晶がマルテンサイト相
となる低温状態では、図中の破＋ＷＴｔで示すように剛
性が低く、結晶がオーステナイト相になる冒温状悪では
、図中の果線Ｔｈで示すように剛性が筒い。し７＋、か
って、図中の負荷曲線Ｔに示すような外力が、負荷９よ
り形状記憶合金体６に加わると、低ｆＭＴｈではその変
位ＸはＸｔとなシ、高温Ｔｈへと温度が上昇するに伴い
、形状記憶合金体６の変位Ｘは変位Ｘｈへと収縮する。
すなわち、第１１図に示すアクチュエータ７、負荷９、
変位検出部１０において、実線で示すのは高温状態、破
線で示すのは低温状態である。
以上のことから、第２図の特性より、力Ｆよは（１）式
で示すように変ａＸと温度Ｔの関数として記述でさる。
Ｆ、、＝Ｆ　（ｘ、　Ｔ　）　−・・（１）さらに、第
１図に示す構成においては、伝達系８における力のロス
が無視できるとすれば、外力Ｆ・は、（２）式で記述で
きる。
Ｆ、＝Ｆ、。　・旧・・　（２） したがって、（１）式及び（２）式より（３）式が得ら
れる。
Ｆ、二〇（ｘ、几）　・・・・・・　（３）この（３）
式より、力Ｆ、は変位Ｘ及び温１ｉＴにょシ算出するこ
とができる。
力算出部１２は、（３）式に基づく（４）式の演算を実
行する。
Ｖｆ　＝Ｇ　（Ｌ　、　Ｖｔ　）　・川−・（４）つき
゛に、第１図で示す実施例の力算出部１４の構成例で詳
述する。
第３図は力算出部１４の一構成例を示すもので、アドレ
ス変換部１６により変位信号ｖｘ及びｄ度信号Ｖ【によ
りアドレス人を決定し、テーブル回路１７によシアドレ
スＡに基つきデータＤを選択して、出力部１８によシデ
ータＤに晶づくカ信号Ｖｔｋ出力するように構成されて
いる。テーブル回路１７は、たとえばＲＯＭ等にょ多構
成され、アドレスＡのデータＤとして、アドレスＡに対
応する変位信号ｖ８及び温度信号Ｖｔの値より（４）式
を用いて計算して得たＶｒの値を記憶している。
第４図は力算出部１４の他の構成例を示すもので、この
構成例は（４）式の演算を、（５）式ら近似した場合の
ものである。
Ｖｒ＝Ｐ＋　（Ｖｓ　Ｐｏ）”・Ｖ−”　−（５Ｊこの
例は演算器１９．２０および乗算器２１で構成されて２
ジ、演算器１９は温度信号Ｖ、と定数ＰＯの差のｎ乗の
値ｆ、算出する。演算器２ｏは変位信号Ｖ工のｎ乗の値
を算出する。
さらに、演算器１９と演算器２ｏの出力の積は乗算器２
１で演算され力出力Ｖｔを得る。
なお、ｎ＝１　、　ＩＴｌ＝ｌの場合は、演算器１９は
減算器で構成され、演算器２ｏは必要とせず、ｉ位信号
Ｖ□は直接乗算器２１の入力ｂに入力される。
上述した実施例によれば、形状記憶合金体の温度により
アクチュエータ７０出カを検出することが町°能であり
、アクチュエータ目体にカセンザ機能を付加した駆動装
置ｋｌ成することができる。
なお、この実施例で妹、位置検出部１０を伝達系８に接
続しているが、アクチュエータ７に接続してもよいこと
は明白である。また、位置検出部１０は、非接触にアク
チュエータの変位を計測できるものでもよいことは明白
である。
また、この実施例では温度検出部１３の温度センサ１１
は、形状記憶合金体６に接触して設けるとしているが、
赤外線センサ等の非接触の温度センサを用いてもよいこ
とは明白である。′また、変位検出部１０．温度検出部
１３及び力算出部１４の出力は、アナログ信号でもディ
ジタル信号でもよいことは明白である。
また、変位検出部１０、温度検出部１３及び力゛検出部
１４がアナログ回路、ディジタル回路、アナログとディ
ジタルの混成回路もしくは、マイクロコンピュータによ
るソフトウェアで構成されてもよいことは明白でめる。
−また、アクチュエータ７ｔ−構成する形状記憶合金体
６は、巌状、つる巻ばね状、板状等のように形状がどの
よりなものでもよいことは明白である。
また、加熱冷却手段１５による形状記憶合金体６の加熱
は、通電過熱だけでなく、誘導加熱、レーザ照射等の電
磁波による加熱、化学反応による加熱等でもよいことは
明白である。
つぎに、本発明を構成するアクチュエータとその温度検
出部との他の実施例を説明する。
第５図はアクチュエータと温度検出部との他の例を示す
もので、アクチュエータ２２は、形状記憶合金体２３と
−その両端部Ａ、Ｂにて接台され、かつ形状記憶合金体
２３とは異なる導電材２４及び２５とよ多構成されてい
る。接合点Ｂには接合点Ｂの温度を一定温度Ｔｏに保つ
ペルチェ素子等からなる恒温部２６が設けられている。
導電材２４及び２５のそれぞれには同一材質のリード線
２４ａ及び２５ａ７ｂ！接続されている。リード線２４
　ａ＋　２５　ａ間には、結合点Ａの温度Ｔによる熱起
電圧Ｅｓと結合点Ｂの温度Ｔｏにょる熱起電圧−Ｅｔｉ
ｌが加算された電位差Ｅ＋ｍが生じる。温度検出部２７
は電位差Ｅ＋ｍを入力し、温度Ｔに比例した値の温度信
号ｖ量を遅出し出力する。
この実施例によれば、形状記憶合金体２３の熱起電力効
果により温度を検出できるので、特にアクチュエータに
温度センサを設ける必要がない。
第６図は、アクチュエータと温度検出部とのさらに他の
例を示すもので、アクチュエータ２８は、形状記憶合金
体２９によシ構成されている。形状記憶合金体２９には
同一の材質からなるリード線３０及び形状記憶合金体２
９とは異質の導電材からなるリードｉ３１が接合されて
いる。温度検出部３２はリード線３０とリード線３１と
同一の桐料刀・らなるリード線３３との結合点Ｂ′に設
けられ結合点１３’の温ｉを一定温ＩＮ、　Ｔ　ｏに保
つ恒温部３４と、リード線３１とリード線３３の間に発
生する結合点Ａ′及び結合点Ｂ′の熱起電圧の合計であ
る電位差Ｅ＋ｎを入力し、温度Ｔに比例した温度出力Ｖ
ｔを其出し出力する処理回路３５とから構成される。
この実施例によれば、第５図に示す例と同様に、アクチ
ュエータに温度センサの機能を付加することが可能であ
り、さらに、アクチュエータに恒温部を設ける必要がな
く、アクチュエータの小形化、構造の簡素化が容易にな
る＠ 第７図は、第６図に示す実施例の変形例を示すもので、
この図において第６図と同じ番号を記した部分は同様の
ものを表わす。温度検出部３６は結合点Ｂ′の温度Ｔｏ
を検出するために、結合点Ｂ′に接合された温度センサ
３７と、温度セ／？３７の出力に基づきリード線３１と
リード線３３との間の電位差Ｅ＋ａを桶正し、第５図で
示す結合点Ａ′の温度Ｔに比例した温度出力ｖｌを算出
し出力する処理回路３８より構成されている。
この菱形例によれば、温度検出部に、恒温部ケ設ける必
要がなく、温度検出部の小形化、＠素化が容易になる。
第８図は第６図に示す実施例のさらに他の変形例を示す
もので、この図において第６図と同じ甫号を記した部分
は同様のものを表わす。
アクチュエータ３９は、形状記憶合金体２９からなシ、
形状記憶合金体２９には第６図で示すリード線３０と同
質のリード線３０１〜３０ｎと第６図で示すリード線３
１と同質のリード５３１１〜３１ｎが交互に接合されて
いる。Ｖｓ接するリード線３０１〜３０１１とリード線
３１１〜３１ｎの対は、それぞれ第６図で示す一度検出
部３２と同じ構成の温度検出部３２１〜３２　ｎに接続
されている。結合点Ａ、〜Ａ１のｍＫＴ　Ｉ−Ｔ、に比
例した処理３２１〜３２ｎからの温度出力Ｖｔ＋〜ｖｔ
＋＋は、演算器４０に人力される。演算器４０は温度出
力Ｖ＜ｔ〜’Ｖ　ｔ　ｎの平均１直に比例しｆｃｉＭＫ
出力Ｖｌを出力する。
この変形例によれば、形状記憶合金体の平均温度を検出
することが可能で、温度検出部に後続する処理の信頼性
、精度を向上させることができる。
次に１本発明の装置の他の実施例を第９図及び第１０図
を用いて説明する。
第９図は本発明の装置の他の実施例の構成図を示すもの
で、この因において第１図と同じ蕾号を記した部分は同
様のものを弄わす。アクチュエータ４１は、形状記憶合
金体６とバネ等の弾性材４２とを結合部４４を介して結
合して構成されている。アクチュエータ４１は、結合部
４４に接続された伝達系４３を介して負荷を駆動する。
変位検出部１０は結合部４４に接続されている。力算出
部４５は、変位信号ｖｘ及び温度信号Ｖｔによシアクテ
ユエータ４１に加わる刀Ｆ、を算出し、力Ｆ、に比例し
た力信号Ｖｆを出力する。
つぎに、上述した本発明の装置の他の実施例の動作を説
明する。
第１０図は、第２図と同様に形状記憶合金体６の変位−
力特性を示したものである。図中一点鎖線で示したのが
、形状記憶合金体６に加わる力を表わす負荷曲線Ｔムで
ある。弾性材４２は、あらかじめ初期変位ＸＱの歪を与
えられて形状記憶合金体６と結合しているため、弾性力
Ｆｍｐにて形状記憶合金体６を引張っている。さらに、
伝達系４３を介して力Ｆ、を加えた場合、形状ｉ己憶合
金体６は、弾性力Ｆ　ｓ　ｐと力Ｆ、の合力で引張られ
る。
このことから、力２．９弾性力Ｆ、ｐ及び力Ｆ。
との間には（６）式が成立する。
Ｆ、、＝Ｆ’、、十Ｆ、　・・・・・・　（６）すなわ
ち、第１０図を参照すれば分かるように、低ＩＭＴｔで
はアクチュエータの変位ＸはＸ、４におちつき、高１Ｔ
　ｈへと温度が上昇するに伴い、Ｆ、工が大きくなシ変
位はＸｈへと移行する。
弾性体４２の弾性力Ｆｍｐは、たとえば、（７）式に示
すように、変位Ｘの関数とじて記述できる。
Ｆ　ａｐ　＝ｋ（ＸＯｘ　）　・・・・・・　（力ここ
で、ｋはばね定数を表わす。
また、力Ｆ□は（１）式で示すように変位Ｘと温度Ｔの
関数として記述できる。したがって、（６）式より力Ｆ
、は（８）式に示すような変位Ｘと温度Ｔの関数として
記述できる。
Ｆ、＝Ｈ（ｘ、Ｔｌ　・・団・　（８）力算出部４５は
、（８）式に基づく（９）式の演算を実行し、力出力Ｖ
ｔを算出するよう構成されている。
Ｖｔ　＝１（’　（ｖ−、Ｖｔ　ｌ　”””　（９）こ
の実施例は、形状記憶材料６のカＦ　ａｍと弾性材４２
の弾性力Ｆ、ｐとのつシ合いにより変位ｘｋ決定するよ
うに構成しているため、負荷にょる力Ｆ、の減少に伴い
変位Ｘを増加させることが可能であシ、アクチュエータ
４１の変位を減少、増加の双方向に変化できる。
この実施例において、変位検出部１０は結合部４４のみ
ならず、形状記憶合金体６及び伝達系４３のいずれに接
続してもよいことは明白である。
また、形状記憶合金体６は直接弾性材４２に接続しても
よいことは明白でおる。また、弾性材４２は、伝達系４
３に接続してもよいことは明白である。また、弾性材４
２はつる巻はね、板ばね、空気はね等の変位に対して弾
性力を発生するものであればどのような材質、形式のも
のでもよいことは明白である。また、この実施例の構成
においては、形状記憶合金体６と弾性材４２の張力を拮
抗させているが、相互の押圧力、曲げモーメント及びね
亡シモーメント等を拮抗させる構成にしてもよいことは
明白である。
次に、本発明の駆動装置のさらに他の実施例を第１１図
及び第１２図を用いて説明する。
第１１図は本発明の駆動装置のさらに他の実施例の構成
を示すもので、この図において第９図と同じ番号をｈ己
した部分は同様のものを衣わす。アクチュエータ４９は
、形状記憶合金体６と形状記憶合金体４７とを結合部４
６を介して結合して構成されている。アクチュエータ４
９は、結合部４６に接続された伝達糸４８を介して負荷
ｔ−駆動する。変位検出部ｌＯは、積付ｍ１（４６に接
続されている。
加熱冷却手段１５及び５０は、それぞれ形状記憶合金体
６及び形状記憶合金体４７に電流■１及びＴ２を流し通
電加熱する。
ここで、加熱冷却手段１５及び５０は、也光工１を増加
する場合、゛域流工２を減少し、−流１１　を減少する
場合、電流工２を増加するよう制御される。
温度検出部１３は、形状記憶合金体６の！［Ｔ１に比例
した抵抗信号Ｖ目を出力する。温度検出部１１と同様の
構成を持つ温度検出部５１は、形状記憶合金体４７の温
肛Ｔ２に比例した＠度信号Ｖ　ｔ　ｚを出力する。力算
出部５２は、夏位信号Ｖ工及び温度信号Ｖｔｓにより形
状記憶合金体６が発生する力Ｆ−＋に算出し、力Ｆ、工
１に比例した力出力ＶＢを出力する。力算出部５３は、
変位信号Ｖ工及び温度信号ｖ、２によシ形状記憶合金体
４７が発生する力Ｆ　ａｍ２を計算し、力Ｆ、１２に比
例した力出力ＶＨを出力する。減算器５４は、力出力Ｖ
ｔ＋と力出力Ｖｔ２との差に比例した力出力Ｖ！を出力
する。
つぎに、第１２図によシ、上述した本発明の装置の他の
実施例の動作を説明する。
第１２図は第２図と同様に形状記憶合金体６の変位−力
特性を示したものである。この図中、一点鎖線及び二点
鎖線で示したのが、形状記１．は付金体６に加わる力を
表わす負荷曲線ＴＩＩＴ２である。形状記憶合金体４７
は、めらかじめ初期変位ｘ（１の歪を与えられて形状記
憶合金体６と結合している。そのため、形状記憶合金体
６及び形状記憶合金体４７は、それぞれの昌就に応じた
剛性により引張り合う。さらに、伝達系４８を介して力
Ｆ、を加えた場合、形状記憶合金体６は、形状記憶合金
体４７０力Ｆ＠１１２と力Ｆ、の合力で引張られる。
このことから、力Ｆ・・１・力Ｆ・・２及び力Ｆ・との
間には、αＯ）式が成豆する。
Ｆ　ｍｍｌ　”　Ｆ　ｓ、、ｇ　十Ｆ　ａ　・・・・・
・　αりすなわち、第１１図を参照丁れば分かるように
、形状記憶合金体６が低温Ｔｔ＋で形状記憶合金体４７
が高（ｍ　Ｔ　ｈ　２の場合、変位ＸはＸＬにおちつき
、形状記憶合金体６の一度が高（ｍ　Ｔ　ｈ　Ｈへまた
同時に形状記憶合金体４７の温就が低ｍＴｔｚへと移行
するに伴い、変位はＸｈへ移行する。
力Ｆ、ゆ２は（１）式を適用して、（１）式として記述
できる。
Ｆ、１□＝Ｆ（Ｘｏ−Ｘ、Ｔ）−Ｆ′（ｘ、Ｔ）・・・
圓力Ｆ、祠については、（１）式をそのまま適用できる
。
Ｆｓｍ＋　”’　Ｆ　（Ｘ　＋　Ｔ　）　”””　（１
７Ｊ以上から、ｕＱ１式、１１式及び時代より力Ｆ、は
、Ｆａ＝Ｆａｍ＋−Ｆｓａ＋２＝Ｆ（Ｘ、Ｔ）−Ｆ”（
ｘ＋Ｔ）　・・・Ｑ３と記述することができる。
力算出部５２はα４式に基づくα４式の演算を実行し、
また力算出部５３はＵυ式に基づくα９式の演算を実行
し、力出力Ｖｔを算出するように構成されている。
Ｖ　ｔ　ｒ　＝　Ｆ“（Ｖ’−＋　、　Ｖ　ｕ　ｌ　−
−Ｑ４１Ｖ　ｔｚ　＝ＰｎＴ（Ｖ−ｚ　、　Ｖｔｚ　）
　・・・−（Ｉｓさらに、ＣＨ２式に基づき、力出力Ｖ
ＨとＶｔ２との差を減算器５４により演算し、力Ｆ、に
比例する力出力Ｖｔを出力する。
この実施例は、形状記憶合金体６の力Ｆ、１１と形状記
憶合金体４７の力Ｆ、２とのつシ合いによシ変位Ｘを決
定するように構成しているため、アクチュエータ４９の
変位を減少、増加の双方間に変化できる。
また、形状記憶合金体６と形状記憶合金体４７の変位−
力特性を等価にするように構成すれば、アクチュエータ
の変位の双方向に対して等質の出力特性が得られる。
この実施例において、変位検出部１０は、結合部４６の
みならず、形状記憶台金体６及び伝達系４８のいずれに
接続してもよいことは明白である。
また、形状記憶合金体６と形状記憶合金体４７は直接接
続してもよいことは明白である。また、形状記憶合金体
４７は伝達系４８に接続してもよいことは明白である。
また、形状記憶合金体６と形状記憶合金体４７の形状及
び材質は互いに異なるものでもよいことは明白である。
また、この実施例の構成においては、形状記憶合金体６
と形状記憶合金体４７の引張り力を拮抗させているが、
相互の押圧力、曲げモーメント及びねじりモーメント等
を抵抗させる構成にしてもよいことは明白でΦる。また
以上述べた一実施例及び他の実施例において、温就検出
部は、形状記憶合金体の温〆によシ変化する物理量、例
えば電気抵抗、帯磁率等に基つき形状記憶合金体の臨席
を検出するよう構成してもよいことは明白でるる。
以上述べた実施例は形状記憶合金体の一度とその変位と
によシ、その情報を検出するようにしたものでるるか、
形状記憶合金体の抵抗値とその変位とにより、その力消
＠を検出する場合を以下に説明する。
第１３図は本発明の装置の一実施例を示すもので、第１
図と同符号のものは同一部分である。この実施例におい
て、第１図に示す実施例と異なる点は、形状記憶合金体
６の抵抗Ｒを抵抗信号ｖｒとして検出する抵抗検出部５
５および変位１百号ｖ８及び抵抗信号ｖｒよシアクテユ
エータ７に加わる力Ｆ、を算出し、力Ｆ、に比例した力
信号Ｖｔを出力する力算出部５６を備えたものである。
つぎに、上述した本発明の装置の一実施例の動作を説明
する。
第１４図は、形状記憶合金体６の変位−力特性を示すも
ので、第２図と同様であるので、その詳細な説明は省略
する。
第１５図は、第１４図の変位−力特性に対応する形状記
憶合金体６の変位−抵抗特性を示したものである。この
図における横軸は形状記憶合金体６の変位Ｘ、縦軸は形
状記憶合金体６の抵抗Ｒである。この図中、実線及び破
線で示す特性は、第１４図の高！Ｔｈ、低ｉＭＴｚに対
応する特性である。この図よシ、抵抗几は変位Ｘに対し
て単調増加特性を示す。また、変位−抵抗特性の勾配は
幌度Ｔが高いほど大きくなる。すなわち、抵抗比は温度
Ｔに対しても単調増加特性を示す。
以上のことから、第１４図の特性によυ、力Ｆ、、、は
、００式で示すように変位Ｘと幌度Ｔの関数として記述
できる。
Ｆ、、＝Ｆ　（ｘ、　Ｔ）　−ｕ［９ また、第１５図の特性によシ、抵抗Ｒも、、　ｕ７］式
で示すように変位Ｘと温度Ｔの関数として記述できる。
ｆＬ＝Ｇ（Ｘ、Ｔ）　・・・・・・　（Ｌ７）ここで、
００式及び（１７）式中の温度Ｔを共通パラメータとし
て消去し整理ターれば、００式が得られる。
Ｆ、・＝Ｕ（Ｘ、ａ）　・・・・・・　α樽すなわち、
力Ｆ、は、変位Ｘと抵抗Ｒとの関数として記述できる。
さらに、第１３図の構成においては、伝達系８における
力のロスが無視できるとすれは、外力Ｆ、は、９１式で
６ピ述できる。
Ｆ　＊　”’　Ｆ　ａｒｍ　・・、団・　（２）したが
って、０〜式及びα洋式よ９次の四式が得らＦ、＝Ｈ（
Ｘ、几）　・・印・　シＱ この（イ）式より、力Ｆ、は変位Ｘ及び抵抗Ｒによシ算
出できる。
力算出部５６は、（４）式に基つくφυ式の演算を実行
する。
Ｖｔ　＝Ｈ’（Ｖ、、Ｖ−）　・−・・　Ｇ！Ｉ）つぎ
に、ｇｌ　３図で示す実施例の構成要素について詳述す
る。
第１６図、第１７図及び第１８図は、抵抗検出部５６の
構成例を示したものである。
第１６図はその一構成例を示すもので、この例は電源５
７により電力を供給される定電流回路５８によシ、形状
記憶合金体６にボ亀流Ｉ、を流し、形状記憶合金体６の
抵抗比による電圧降下Ｅ、τ、増幅器５９にて増幅し、
抵抗１Ｈ号ｖＦを出力する。電圧降下Ｅ、は、に）式よ
シ抵抗几に比例している。
Ｅ、＝Ｉ、・Ｒ・・・・・・　＠ このため、増幅器５９の特性が線形であれば、増幅器５
９は抵抗Ｒに比例した抵抗信号Ｖｒを得ることかできる
。
第１７図はその他の構成例を示すもので、この例は定゛
酸圧源６０によシ形状記憶合金体６に電流Ｉｄを流し、
形状記憶合金体６の抵抗Ｒによる電圧降下ＥＴを一定に
保ち、さらに抵抗Ｒａに電流Ｉａを流し、その電圧降下
Ｅ４を演算器６１に入力し、抵抗出力Ｖ、を得る。電流
Ｉｄは＠式によシ得られ、また電圧降下ｇａは（ハ）式
を用い（ハ）式よシ得られる。
Ｅｄ−几ｄ・Ｉ　ａ　＝　Ｒａ−Ｅ　Ｔ・−・・・・・
・　■演算器６１は、電圧降下Ｅａの逆数を抵抗出力Ｖ
アとして出力するよう構成されておシ、（ハ）式よ請求
まる次の＠式に示すように、抵抗比に比例した抵抗出力
ｖｒを得ることができる。
第１８図はさらに他の構成例を示すもので、容ｆｃと、
形状記憶合金体６の抵抗Ｒによシ構成される直列接合回
路に定電圧源６２により定電圧を印加し、容量Ｃの電圧
降下Ｅ、の経時的変化を時定数回路６３によシ検出し抵
抗１Ｍ号Ｖｔを出力する。たとえば、時定数回路６３を
モノマルチバイブレータで構成すれば、抵抗信号Ｖｔは
、存置Ｃ及び抵抗Ｒによる時定数で決まるパルス幅とし
て得られる。
つぎに、第１９図、第２０図及び第２１図を用いて、力
算出部５６の構成例を説明する。
第１９図はその一構成例を示すもので、アドレス変換部
６４によシ、変位信号Ｖ８及び抵抗信号ｖｒよシアドレ
スＡを決定し、テーブル回路６５によシアドレスＡＫ基
づきデータＤｆ、選択して、出力部６６によシデータＤ
に基づく力信号Ｖ、を出力する。テーブル回路６５は、
たとえばＲＯＭ等によシ構成され、アドレスＡのデータ
Ｄとして、アドレスＡに対応する変位１ｇ号Ｖｘ及び抵
抗信号ｖｒの値よシ前述の９９式を用いて計算して得た
力信号Ｖｔの値を記憶させておく。
第２０図はその他の構成例を示すもので、（ハ）式の演
算を、次の（至）式に近似した場合のものである。
Ｖｔ　＝Ｐ２　（Ｖ−Ｐ＋　ｌ　Ｖ−−−＠すなわち、
抵抗信号ｖ１と係数器５７により得られた定数値−Ｐｌ
は、加算器６８により加算され、加算器６８の出力Ｖ−
Ｐ＋　と変位信号ｖ８は、乗算器６９によシ乗算され力
出力Ｖｔとなる。
第２１図はそのさらに他の構成例を示すもので、この例
はｅυ式の演算を次のり７１式に近似した場合のもので
ある。
Ｖｔ、　＝Ｐ３Ｖ−十Ｐ４　Ｖ−Ｐｓ　−−９４）すな
わり、係数器７０によシＰ３を乗じた抵抗信号Ｎ’　ｒ
　１係奴器７１によシＰ４を米じた変位信号ｖ８及び係
数器７２により得られた定数値−ＰＳは、加算器７３に
より加算され力信号Ｖｔとなる。
上述の実施例は、以上のような構成としたので、形状記
憶合金体６の抵抗値よりアクチュエータの出力を検出す
ることが可能である。その結果、アクチュエータ自体に
力センサ機能を付加した駆動装置を構成することができ
る。
なお、上述の実施例では、位置検出部１０を伝達系８に
接続しているが、アクチュエータ７に接続してもよいこ
とは明白である。また、位置検出部１０は、非接触にア
クチュエータの変位を計測できるものでもよいことは明
白である。また、変位検出部１０、抵抗検出部５５及び
力算出部５６の出力は、アナログ信号でもディジタル信
号でもよいことは明白である。また、装置検出部１０、
抵抗検出部５５及び力検出部５６がアナログ回路、ディ
ジタル回路、アナログとディジタルの混成回路もしくは
、マイクロコンピュータによるソフトウェアで構成され
てもよいことは明白である。また、アクチュエータ７を
構成する形状記憶合金体６は、線状、つる巻ばね状、板
状等の形状がどのようなものでもよいことは明白である
。また、加熱冷却手段１５による形状記憶合金体６の加
熱は、通′醒過熱だけです＜、誘導加熱、レーザ照射等
の′電磁波による刃口熱、化学反応による加熱等でもよ
１ハことは明白である。
つぎに、本発明の装置の他の実施例を第２２図及び第２
３図を用いて説明する。
第２２図は本発明の装置の他の実施例の構成を示すもの
で、この図において第９図と同じ番号を記した部分は、
同様のものを戎わす。
この実施例は第９図に示す実施例との比較において、第
１３図に示す抵抗検出部５５と同様な抵抗検出部７４お
よび第１３図に示す力算出部５６と同体な力算出部７５
を備えたものである。力算出都７５は、変位信号Ｖ工及
び抵抗信号ｖｒよりアクチュエータ４１に加わる力Ｆ、
を算出し、力Ｆ、に比例した力信号Ｖｔを出力する。
つぎに、第２３図により、上述した本発明の装置の他の
実施例の動作を説明する。
第２３図は、第１０図と同様に形状記憶合金体６の変位
−力特性を示したものである。この図中、一点鎖線で示
したのが、形状記憶合金体６に加わる力を表わす負荷面
ｉＴ人である。
弾性体４２は、あらかじめ初期変位ｘ（１の歪會与えら
れて形状記憶合金体６と結合しているため、弾性力Ｆ、
、にて形状記憶合金体６を引張っている。
さらに、伝達系４３を介して力Ｆ、をアクチュエータ４
１に加えた場合、形状記憶合金体６は弾性体４２の力Ｆ
１と力１．ＩＩ。との合力で引張られる。
このことから、力Ｆａｍ１弾性力Ｆ　ａ　ｐ及び力Ｆ。
との間にはａ４式が成立する。
Ｆ、、＝Ｆ、、＋Ｐ、　、、−０，−（至）すなわち、
第２３図を参照して述べると、低温ＴＬでは形状記憶合
金体６の変位ＸはＸｔにおちつき、高（ＭＴｈへと温度
が上列するに伴い、Ｆ＃１１１が犬きくなシ変位はＸｈ
へと移行する。
弾性体４２の弾性力Ｆ　ｍ　ｐは、たとえば、に）式に
示すように１、変位Ｘの関数として記述できる。
Ｆす”ｋ（ＸｏＸ）　・・・・・・　臼ここで、ｋはば
ね定数を表わす。
咳た、力Ｆｓｍは、０〜式で示すように変位Ｘと抵抗凡
の・関数として記述できる。
したがって、■式より力Ｆ０は次のに）式に示すような
変位Ｘと抵抗凡の関数として記述できる。
Ｆ　＊　＝Ｋ　（ｘ　ｒ几）　・・・・・・　（至）こ
れによシ、力算出部７５は、（７）式に基づく次の（３
１）式の演算を実行し、力出力ｖ１を算出する。
’ｖ’ｔ　＝に’　（Ｖ−、Ｖｒ）　−−（３１１こめ
実施例は、形状記憶合金体６の力Ｆ、ヨと弾性体４１の
弾性力Ｆ　ｓ　ｐとのつり合いにより変位Ｘを決定する
ように構成しているため、負荷による力Ｆ、の減少に伴
い変位Ｘを増加させることが可能であり、アクチュエー
タ４１の変位を減少、増加の双方向に変化できる。
この実施例において、変位検出部１０は、結合部４４の
みならず、形状記憶合金体６及び伝達系４３のいずれに
接続してもよいことは明白である。
また、形状記憶合金体６は直接弾性体４２に接続しても
よいことは明白であるａｔた、弾性体４２は、伝達系４
３に接続してもよいことは明白である。また、弾性体４
２は、つる巻はね、板ばね。
空気ばね等の変位に対して弾性力を発生するものであれ
ばどのような材質、形式のものでもよいことは明白であ
る。また、この実施例の構成においては、形状記憶合金
体６と弾性体４２の張力を拮抗させているが、相互の押
圧力９曲げモーメント及びねじりモーメント等を拮抗さ
せる構成にしてもよいことは明白である。
つぎに本発明の装置のさらに他の実施例を第２４図及び
第２５図を用いて説明する。
第２４図は本発明の装置のさらに他の実施例の構成を示
すもので、この図において第２２図と同じ番号を記した
部分は、同様のものを表わす。
この実施例においてはアクチュエータ４１は、形状記憶
合金体６と形状記憶合金体７６とを結合部７６を介して
結合して構成されている。アクチュエータ４１は、結合
部７７に接続された伝達系７８を介して負荷を駆動する
。変位検出部１ｏは、結合部７７に接続されている。加
熱冷却手段１５及び７９は、それぞれ形状記憶合金体６
及び形状記憶合金体７６に電流工１及び工２を流し連成
加熱するように形状記憶合金体１５．７９にそれぞれ接
続している。
ここで、加熱冷却手段１５．７９は電流■１を増加する
場合、電流■２を減少し、また電流■１を減少する場合
、電流■２を増加するよう制御される。形状記憶合金体
６に接続した抵抗検出部８０は、形状記憶合金体６の抵
抗Ｒ１に比例した抵抗１３号Ｖ　ｒ　Ｉを出力する。倣
抗検出部８０と同様の４，４成を持ち、かつ形状記ｔは
台金体７６に接続した抵抗検出部８１は、形状記憶合金
体７６の抵抗比２に比例した抵抗信号ｖ１□を出力する
。力算出部８２は、変位信号ｖｘ及び抵抗信号Ｖｒｌよ
り形状記憶合金体６が発生する力Ｆ、。１を算出し、力
Ｆ、□に比例した力出力Ｖ　ｔ　Ｈを出力する。また力
算出部８３は、変位信号Ｖ工及び抵抗信号Ｖ　ｒ　２よ
り形状記憶合金体７６が発生する力Ｆ、、２を計算し、
力Ｆ　ｓｍ２に比例した力出力Ｖｔｚを出力する。
減算器８４は、力出力ＶＢと力出力ｖｔ２との差に比例
した力出力Ｖｔｆ出力する。
つぎに、第２５図によシ、上述した本発明の装置のさら
に他の実施例の動作を説明する。
第２５図は、前述した第１２図と同様に形状記憶合金体
６の変位−力特性を示したものである。
この図中、一点鎖勝及び二点鎖線で示したのが、形状記
憶合金体６に加わる力を表わす負荷曲線Ｔ＋　＋　Ｔ！
である。形状記憶合金体７６は、あらかじめ初期変位ｘ
（１の歪を与えられて形状ａピ憶合金体６と結合してい
る。そのため、形状記憶合金体６及び形状記憶合金体７
６は、それぞれの温度に応じた岡１ｊ性によシ引張シ合
う。
さらに、伝達系７８を介して力Ｆ、を加えた場合、形状
ｄピ憶合金体６は、形状記憶合金体７６の力Ｆ・、２と
力Ｆ、との合力で引張られる。
このことから、力Ｆｇｍｌ＋力Ｆ　１ｍ２及び力Ｆ。
との間には、（３２１式が成立する。
Ｆ　−−ｒ　”　Ｆ　−、ｎ２　＋Ｆ　−−−（３２）
すなわち、第２５図を参照すれば、形状記憶合金体６が
低温Ｔｔ＋で形状記憶合金体７６が、ｆＩ（Ｍ＝Ｔｂ２
の場合、アクチュエータ４１の変位ＸはＸｔにおちつき
、形状記憶合金体６の温度が高温ＴｈＩへ、また同時に
形状記憶合金体７６の温度が低ｍＴｔ２へと移行するに
伴い、変位ＸはＸｌ、へ移行する。
力Ｐ’８１１２は、（１６１式を適用して、（３３）式
として記述できる。
１；’ｊｍ２−＝Ｆ（ＸＯ−ＸＩＴ）＝Ｆ’（ＸＩＴ）
　・（３３１同様にして、抵抗Ｒ２は、１０式全適用し
て（３４）式として記述できる。
１％２−几（ＸＯ−ＸＩＴ）＝Ｒ’（ＸＩＴ、）　、−
（３４７したがって、（３３）式及び（３４）式よりカ
Ｆ、ｆｆｉ□、は、次の（３５）式に示すように変位Ｘ
と抵抗几の関数として記述できる。
Ｐ、−ｚ−’Ｌ（ｘ、１％ｌ　−−−（３５１力Ｆ、ヨ
］については、０〜式をその一！ｉ適用できる。
Ｆ　ｍ　ＩＩＩＪ　””　Ｈ（Ｘ　ｒ　Ｒ）　・・・川
　（３６）以上から、（３２）式、（３５）式及び（３
６）式よシカＦ０は、 Ｆ−＝Ｆ−＝＋　Ｆ−−＋＝Ｈ（χ、Ｒ）−Ｌ（ｘ、　
Ｒ）−（３７）と記述することができる。
力算出部８２は（３６）式に基づく次の（３８）式によ
り、また力算出部８３は（３５）式に基づく次の（３９
）式の演算を実行し、力出力Ｖｔを算出する。
Ｖｕ−Ｈ’（Ｖｚ＋＋Ｖｒ＋）　川＜ａｓｌＶｔｚ＝Ｌ
’（Ｖ−ｚ、Ｖ−ｒ　）　−（３９）さらに、（３７）
式に基づき、減算器８４は力出力Ｖｔ１とｖｔ２との差
を演算し、力Ｆ、に比例する力出力ｖｔｔｌ−出力する
。
この実施例は、形状記憶合金体６の力Ｆ、ゆ１と形状記
憶合金体７６の力Ｆ　ｓａｇとのつυ合いによシアクチ
ュエータ４１の変位Ｘを決定するように構成しているた
め、アクチュエータ４１の変位を減少、増加の双方向に
変化できる。
また、形状記憶合金体６と形状記憶合金体７６の変位−
力特性を等価にするように構成すれば、アクチュエータ
４１の変位の双方向に対して等質の出力特性が得られる
。
この実施例において、変位検出部１０は、結合部７７の
みならず、形状記憶合金体６及び伝達系７８のいずれに
接続してもよいことは明白である。
また、形状記憶合金体６と形状記憶合金体７６とは直接
接続してもよいことは明白である。また、形状記憶合金
体７６は伝達系７８に接続してもよいことは明白である
。また、形状記憶合金体６と形状記憶合金体７６の形状
及び材質は互いに異なるものでもよいことは明白である
。また、この実施例の構成においては、形状記憶合金体
６と形状記憶合金体７６との引張り力を拮抗させている
が、相互の押圧力、曲げモーメント及びねじシモーメン
ト等を拮抗させる構成にしてもよいことは明白である。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明によれば、アクチュエータに
力センサの機ａＣを付加することができるため、動力伝
達系に独立に力センサを組込むことなしに、負荷による
外力の検出が可能な駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の装置の一実施例の構成を示す図、第２
図は第１図に示す実施例に用いられる形状記憶合金体の
変位−力付性図、第３図および第４図は第１図に示す本
発明の装置を構成する力算出部の各構成例を示す図、第
５図〜第８図は第１図に示す不発明の装置會構成するア
クチュエータと温度検出部との他の例を示す図、第９図
は本命間の装置の他の実施例の構成を示す図、第１０図
は第９図に示す実施例に用いられる形状記憶台金体の変
位−力特性図、第１１図は本発明の装置のさらに他の実
施例の構成を示す図、第１２図は第１１図に示す実施例
に用いられる形状記憶合金体の変位−力特性図、第１３
図に本発明の装置の一実施例の構成を示す図、第１４図
は第１３図に示す実施例に用いられる形状記憶合金体の
夏位−力特性図、画工５図はこれに関連する変位−抵抗
特性図、第１６図〜第１８図は第１３図に示す実施例に
用いられるアクチュエータと抵抗恢出部との他の例を示
す図、第１９図〜第２１図は第１３図に示す実施例に用
いられる力算出部の各前成例紮示す図、第２２図は不発
明の装置の他の実施例の構成を示す図、第２３図は第２
２の実施例における形状記憶合金体の変位−力特性図、
第２４図は本発明の装置のさらに他の実施例の構成を示
す図、第２５図は第２４図の実施１／ｕにおける形状記
憶合金体の変位−力特性図である。 ６・・・形状記憶合金体、７・・・アクチュエータ、８
・・・連結系、９・・・負荷、１０・・・変位検出器、
１３・・・温度検出部、１４・・・力算出部、４２・・
・弾性体、４３・・・伝達系、４５・・・力算出部、４
７・・・形状ａ己憶合蛍体、５１・・・態度検出部、５
５・・・抵−ｆＪＴ、検出部、５６・・・力算出部、７
４川抵抗検出部、７５・・・カ與出部、７６・・・形状
ｄピ憶合金体、８（１，８１・・・抵抗検出部。 第　１　目 「−′−コ 羞　２　図 第　３　口 ／６　／　’／　／ざ 第　４　図 １−−−一一一−−一−−−一−−Ｊ 笥　５　図 ２ｔ ×　６　１≧コ 第　７２ ｖ′ｔ ｆＩ　８　図 第　９　図 遁／ρ　ス 第　１２　図 第　１３　図 「」−１ ）＄Ｉ４　図 Ｍ　／乙　図 万 第１７　区 萌　１３　図 第２ρ　図 第２１　図 第　２Ｚ　図 第２３　図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、形状記憶合金体からなるアクチュエータとこれを加
    熱冷却する加熱冷却手段とを備え、形状記憶合金体に連
    結し、この変位に負荷を動作させる駆動装置において、
    前記形状記憶合金体の温度あるいは温度相当の信号を検
    出する温度検出部と、前記形状ｌピ憶合金体の変位を検
    出する変位検出部と、前記温度検出部と＠記変位検出部
    との出力信号によシ前記アクチュエータが発生する力の
    大きさを算出する力算出部とを具備したことを％砿とす
    る駆動装置。 ２、アクチュエータは形状記憶合金体と変形歪を加えた
    弾性材を結合して構成したことを特徴とする特許請求の
    範囲第１項記載の駆動装置。 ３、アクチュエータを第Ｉの形状記憶合金体と変形歪を
    加えた第２の形状記憶合金体とを結合して構成し、前記
    第２の形状記憶合金体の温度を検出する第２の＠度検出
    部と、前記変位検出部と前記温度検出部との出力信号か
    ら前記形状記憶合金体が発生する力の大きさを算出する
    第１の力算出部と、前記変位検出部と前記第２の温度検
    出部との出力信号から前記第２の形状記憶合金体が発生
    する力の大きさを算出する第２の力算出部と、前記第１
    の力算出部と＊＋ＩＳ己第２の力算出部との出力信号の
    差によシ前記アクチュエータが発生する力の大きさを算
    出する減算器とを具備したことを特徴とする特許請求の
    範囲第１項記載の駆動装置。 ４、力算出部は温度検出部と変位検出部の出力とにより
    アドレスを発生するアドレス変換部と、前記アドレスに
    対応する計算結果全記憶したテーブル回路と、前記テー
    ブル回路に記憶されている計算結果を出力する出力部と
    で構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
    の駆動装置。 ５、力界出部は温度検出部の出力のべき乗値と変位検出
    部の出力のべき乗値との積を計算する演算器で構成した
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の駆動装置
    。 ６．−就検出部は前記形状記憶合金体に、前記形状記憶
    合金体とは異なる材質の導電材を結合し、前記形状記憶
    合金体と前記導電材との嵌合部に生じる熱起電力より前
    記接合部の温匿に比例した出力信号を演算することを特
    徴とする特許請求の範囲第１項〜第５項のいずれかに記
    載の１駆動装置。 ７、温度検出部は、前記形状記憶合金体の電気抵抗に基
    づき、前記形状記憶材料の温度に比例した出力信号を演
    算することを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第５項
    のいずれかに記載の駆動装置。 ８、温度検出部は、前記形状記憶合金体の帯磁率に基づ
    き、前記形状記憶合金体の温度に比例した出力信号を演
    算することを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第５項
    のいずれかに記載の駆動装置。 ９、形状記憶合金体からなるアクチュエータとこれを加
    熱冷却する刃口熱冷却手段とを備え、形状記憶合金体に
    連結し、この変位に基づいて負荷を動作させる駆動装置
    において、前記形状記憶合金体の抵抗を検出する抵抗検
    出部と、前記形状記憶合金体の変位を検出する変位検出
    部と、前記抵抗検出部と前記変位検出部との出力信号に
    より前記アクチュエータが発生する力の大きさを算出す
    る力算出部とを具備したことを特徴とする駆動装置。 １０、アクチュエータは形状記憶合金体と変形歪を加え
    た弾性材とを結合して構成したことを特徴とした特許請
    求の範囲第１項記載の駆動装置。 １１、アクチュエータを第１の形状記憶合金体と変形歪
    を加えた第２の形状記憶合金体を結合してアクチュエー
    タを構成し、前記第２の形状記憶合金体の抵抗を検出す
    る第２の抵抗検出部と、前記変位検出部と前記抵抗検出
    部の出力信号から前記形状記憶合金体が発生する力の大
    きさ算出する第１の力算出部と、前記変位検出部と前記
    第２の抵抗検出部との出力信号から前記第２の形状記憶
    材料が発生する力の大きさを算出する第２の力算出部と
    、前記第１の力算出部と前記第２力算出部との出力信号
    の差よシ前記アクチュエータが発生する力の大きさを算
    出する減算器とを具備したことを特徴とする特許請求の
    範囲第１項記載の駆動装置。 １２、抵抗検出部は形状記憶合金体に定電流を供給する
    定電流源と、前記形状記憶付金体の電圧降下を検出する
    増幅器とから構成したことを特徴とする特許請求の範囲
    第９項〜第１１項のいずれかに記載の駆動装置。 １３、抵抗検出部は形状記憶合金体に定電圧を印加する
    定電圧源と、前記形状記憶合金体に流れる′電流値よシ
    前６己形状記憶合金体の抵抗値を算出する演算器とよ多
    構成したことを特徴とする請求 記載の駆動装置。 １４、抵抗検出部は形状記憶合金体の抵抗と前記形状記
    憶合金体に直列結合しｆｌ−容量によシ決定される時定
    数によシ前記形状記憶合金体の抵抗を検出する時定数回
    路から構成したことを特徴とする特許請求の範囲第９項
    〜ｇ１１項のいずれかに記載の駆動装置。 １５、力算出部は前記抵抗検出部と前記変位検出部との
    出力によシアドレスを発生するアドレス変換部と、前ｉ
    ピアドレスに対応する計算結果を記憶したテーブル回路
    と、前記テーブル回路に記憶されている前記計算結果を
    出力する出力部とから構成したことを特徴とずる特許請
    求の範囲第９項〜第１４項のいずれかに記載の駆動装置
    。 １６、力算出部は前記抵抗検出部と前記変位検出部との
    出力の積を計算する乗算器で構成したことを特徴とする
    特許請求の範囲第９項〜第１４項のいずれかに記載の駆
    動装置。 １７、力算出都は前記抵抗検出部と前記変位検出部との
    出力を加算する加算器で構成したことを特徴とする特許
    請求の範囲第９項〜第１４項のいずｎかに記載の駆動装
    置。
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