JPS6050280A - 形状記憶合金の応答作動改善装置 - 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のコイルバネの温度変化に対する
応答作動を機能的に向上させることを目的°とする装置
に関するものである。

即ち１本装置は形状記憶合金のコイルバネと磁石とを組
合せることにより、温度変化による応答作動を、鋭敏に
してかつ堅実なストロークの挙動として確立しようとす
るものである。

形状記憶合金のコイルバネは、温度センサーとアクチェ
ータの両機能を単純な一つの素子によってまかない得る
ものとして１色々な装置に組込もうと種々試みられて来
たが、玩具類はともかく、工業用機能材としての利用・
開発に成功し実用化された例は殆んどない。

それは第４図に示めすように、温度変化に対する形状記
憶合金の応答の変位量は、温度が急激に。

かつ、大幅に変動するときは極めて良好な成績を示すが
、変態の設定温度附近で徐々に変化するときは、特に熱
媒体がガス体であるときや、大ぎなｒ？　−ｈ　４−４
ｎ　Ｌ　Ｊ＋　−１−１−ｎ　Δ１＊白＋＋４−　イ（
ｌ　Ｒ１＋　１　４１人　す−し−必ずしも鋭敏な作動
とはいえず、又、その与えられた負荷等其他の外部条件
にも微妙に左右され。

実用的工業用機能材として要求される確実な作動性等の
機能を適格に満足させることは困難であったためである
。

そこで本発明においては、形状記憶合金のコイルバネを
単独で使用するのでなく、磁石と組合せることにより、
磁石の吸引力１反撥力を利用し、形状記憶合金のコイル
バネの温度変化に対する応答性の立上りの鈍さを吸収し
、鋭敏かつ堅実なストロークの作動として実現化りよう
とするものである。

したがって５本発明の使用目的は、比較的低温の廃熱等
を利用したエンジンの駆動源とか、バルブの開閉作動の
駆動装置とか種々の利用が考えられる。

具体的実施例として、ここでは本形状記憶合金の応答作
動改善装置を温度別分級弁に組込んだ場合についてその
構成を説明する。

第１図は本発明における改善装置を温度別分級弁に適用
したる場合の断面図であり。

第２図及び第３図はａ　−ａ’綿線上びｂ−ｂ’綿線上
の断面図である。

温度別分級弁としての外枠を形成するボデー１はプラス
チック・青銅・アルミ等の非磁性体のものによりつくら
れ、一種の三方弁の様なＴ字型の外観をなしており、送
給されてくる温度的にバラツキのある熱流体Ａを受け入
れる流入口を流入部２とし、熱流体Ａが低温の場合、そ
れを分級して吐出する流出口を流出部３とし、熱流体Ａ
が高温の場合、それを分級して吐出する流出１」を流出
部４とする。

そして、ボデー１の中央の大ぎく脹らんだ空間部分の室
を応答部５とし、その応答部５内に本形状記憶合金の応
答作動改善装置を置く。

応答部５の中央に不動の支柱６を立て、それを貫通して
筒８と筒８より適当に長めのシャフト７をお互いが摺動
可能に設定する。

筒８の両端の部分には案内溝１６が斜［Ｉに刻み込まれ
てあり、シャフト７の両端には非磁ｔ’ｌ：体の例へば
、プラスチック等でつくられている半球形又は凸形等の
グ〜シング１３を固着する。

ゲージング１３の円周部に沿って摺動出来るように円板
形又は正方形板等の磁石９・１０を１８０°又は９０°
。

６０°等の角度をもって、一対又は複数対以」−をおき
。

これらが互に連動する様に、第３図のようにリング２４
をもって連結する。

磁石９・１０より筒８に対してステム１５を突出させ。

ステム１５は筒８面」−に科目に刻みこまれた摺動用の
案内溝１６に直角に保持されながら回転出来るように突
出する。

そして、磁石９・１０に相対するケーシング１３の外側
の位置に、同程度の大きさの磁石１１・１２を第２図の
ようにプラスチック等の支持枠２３によって設定する。

又、磁石９と磁石１１の間、及び、磁石ＩＯと磁石１２
との間には焼なましだ軟鉄等の鉄片１４等をケーシング
１３の外側に密着しておく。

筒８の案内溝１６よりいくらか内側の適当な位置にコイ
ルシート１７・１７′を固着し、支柱６の両側にもコイ
ルシート１８・１８′を付着し、支柱６を中心として両
側のコイルシー１・１８とコイルシート１７間には形状
記憶合金等のコイルバネ１９を、コイルシート１８′と
コイルシー１−１７’間にはコイルバネ２０を設置する
。

摺動可能な筒８が横滑りの前進運動をするとき回転運動
がともなわないよう筒８に溝２１を設け、その内ｔこ支
柱６より突出した針２５等を挿入する等の手段等により
、筒８の回転りようとする動を阻市する措置をとる。

応答部５内における流入部２よりの熱流体Ａの流速を緩
和するためのバッフル兼分散器２２を支柱６の先端に設
ける。

ここにおいて、形状記憶合金のコイルバネの性格の組合
せは （１）　コイルバネ１９・２０共に二方向性の形状記憶
合金を用いる。但し、変態の設定温度において復元の伸
・縮の作動方向が互いに逆向きとなるもの。

（Ｕ）　コイルバネ１９は一方向性の形状記憶合金、コ
イルバネ２０は通常の弾性力を利用したバイアスバネ。

（２）　コイルバネ１９・２０共、一方向性の形状記憶
合金と通常の弾性力を利用したバイアスバネを組合せた
もの。但し、形状記憶合金の変態の設定温度において、
伸・縮の作動が互に逆向きとなっているもの。

等々の組合せが考えられる。

本形状記憶合金の応答作動改善装置は以」二述べたる様
に、温度別分級弁に用いてもよい訳であるがケーシング
１３より心棒２６を突出させ、温度変化による前進・後
進のストローク作動を外部にとり出し、即ち１本改善装
置部分を駆動源とする所のエンジンえの適用も考えられ
る。

この場合は、磁石１１・１２の磁石を強力化することに
より、形状記憶合金のコイルバネの応力よりも大なる出
力をとり出すことも出来る。

又、この様な機構上の特長よりみて、即ち、磁石９・１
０の機械的極の位置の転換法にかえて９例えば支柱６内
に電池又は其他の電源を入れて、ゲージング１３部分が
電磁石になる様に電線をコイル状に巻き、形状記憶合金
のコイルバネの仲・縮の応答性により、十・−の明り替
えを図かれば１．磁石としてのＮ−８の極の転換は、よ
り？１′Ｌ純に確実に行こなうことも出来る。

この様に１本発明は形状記憶合金のコイルバネと磁石と
を組合せることを特長として、形状記憶合金の温度変化
に対する応答作動が改善される形状記憶合金の応答作動
改善装置である。

本形状記憶合金の応答作動改善装置の作動順を。

第１図及び第５〜７図に基づいて説明するならば。

第１図は当初の位置関係図とも言えるものであり。

第５図・第６図は形状記憶合金のコイルバ屑・が温度変
化により応答しつつある中間の各位置関係を示す図であ
り。

第７図はその完了の位置関係の図である。

具体的実施例の作動順を先の様に温度別分級弁に適用し
たる場合Ｏこついて述べる。

第１図に示めされた様に、温度的にバラツキのある熱流
体Ａが流入部２に送給されてくるものとすれば、バッフ
ル兼分ｊｌＱ器２２により応答部５においては、熱流体
Ａのもつ流速は緩和され、静かな均一な温度分布の流体
となる。

所で１本改善装置に用いられているコイルバネ１９・２
０は、互に逆方向に作動する二方向性の形状記憶合金が
使用され、その変態の設定温度は共に５０°Ｃのもので
あるとするならば、即ち、コイルバネ１９は５０℃以下
の時は収縮状態にあり、５０℃以」１では伸びる方向に
応答し伸長状態に復元し、又５０℃以下になれば縮む方
向で応答し、収縮状態に復元する。コイルバネ２０は、
５０°Ｃ以下の時は伸長状態にあり、５０℃以上になる
と縮む方向に応答し収縮状態に復元し、又５０℃以下に
なると伸びる方向で応答し、伸長状態に復元する。

これらが使用されており、今、熱流体Ａが６０°Ｃの温
度で送給されてきたものとすれば、コイルバネ１９は伸
びる方向に応答作動し、コイルバネ２０は縮む方向に応
答作動する。

そして、コイルバネ１９・２０を支えているコイルシー
ト１７・１７′は筒８に固着しており、筒８は不動の支
柱６に対して摺動可能であるから、コイルバネ１９・２
０のその時の作動は、筒８を左側に横滑りに前進させる
結果を生ずる。

その時ケーシング１３の枠内で回転可スｊ旧こ支えられ
ている磁石９・１０は、第１図のような位置にあるもの
とすれば、筒８の案内溝１６内に磁石９・１０からステ
ム１５は突出しており、筒８が横滑り状態で前進してく
れば、案内溝１６は斜１］に筒８の円周に刻み込まれて
いるのであるから、リング２４により連結されている磁
石９′・１０′は磁石１１′・１２′との吸着力を振り
切って９強制的に回転運動をさせられる。

同様の作動をもって、磁石９・ＪＯも同時に回転運動を
おこし、第５図のように、初づ９０°回転した位置えと
移行する。

一方、ケーシング１３′の外側部分には軟鉄等の鉄片１
４′が付着しており、磁石１１′・１２′の吸引力によ
り吸着しているのであるから、筒８の前進運動や、磁石
９′・１０′の回転運動にはケーシング１３′は同調せ
ず動かずにそのまま残る。

したがって、これらの運動が潤滑におこるためには、磁
石の磁力は、磁石１１・１２≧磁石９・１０であった方
がよく、かつ方向性（異方位）の強い磁石であることが
望まＬ＜、形状記憶合金のコイルバネの応力は磁石１１
′・１２′の吸引力に打ち勝って、磁石９′・１０′に
回転を与え得るだけの応力の発生が必要である。

さらに、コイルバネ１９が伸び、コイルバイ・２０の縮
みにより、筒８が第６図の位置まで前進すれば。

磁石９・１０は１８０°回転し、当初とは天地が逆とな
る。第６図のような位置関係までの動きを、形状記憶合
金のコイルバイ・の応答性とケーシングエ３の動きとの
関係より見れば、形状記憶合金の温度変化に対する初期
の立」−りの鈍い動きは、ケーシング１３の動きにはな
んら関与せず、筒８の動きに吸収されてしまって、磁石
９・１０４こ回転を与えるだけにとどまったものといえ
る。

しかし、そのことは相対する磁石の極の関係に重大な変
化をもたらす。即ち、当初は第１図のように、磁石９′
と磁石１１′及び磁石１０′と磁石１２′、との相対す
る極の関係は、Ｎ：Ｓ、であったものが、ここにおいて
、Ｓ：Ｓ、又は、Ｎ：Ｎ、となりそれまでの吸引力は反
撥力に変る。

そしてもう一方の磁石９・１１と磁石１０・１２との関
係は、Ｓ：Ｓ、どＮ　：　Ｎ、であったものがＮ：Ｓと
なり反撥力が吸引“力に変る。

このことは、形状記憶合金のコイルバネ１９・２０ノ磁
石間に対する応力は無負荷状態に開放されることを意味
し、さらには磁力の吸引力及び反撥力が加速する好結果
をもまねくことにもなる。

したがって、コイルバネ１９はさらに容易に伸び。

コイルバネ２０は楽くに縮む方向に復元し、第７図の復
元完了の位置まで急速にケーシング１３を前進させるこ
ととなり、流出部３を塞ぐ結果となる。

反対側の流出部４は開放状態になる。

そして、それは熱流体Ａをコイルバネ１９・２０の形状
記憶合金の変態の設定温度より高温の熱流体として認知
し１分級されたものとして流出部４より高温熱流体Ｃと
して流出することとなる。

これが逆に送給されてくる熱流体Ａが低温の４０℃のも
のであったとしたならば、コイルバネ１９・２０の変態
の設定温度は共に５０℃のものであるから。

逆の応答性を示し、コイルバイ弓９は縮み方向に応りと
石；ｆｆ１ｌ＋ｌコイｌし、く未９ｎ１十イ由Ｂ−ｊ讐
而り一　南りとＩケｎｔｈする。そして今ままで述べた
逆現象が同様の手順を過ておこり、流出部４をケーシン
グ１３′が塞ぎ、熱流体Ａは形状記憶合金の変態の設定
温度以下の低温熱流体Ｂとして分級された結果として、
開放状態となっている流出部３より流出する。

コイルバネ１９・２０の他の性格の組合せの場合も。

これに準じて行こなわれることは明白である。

この様にして、形状記憶合金のコイルバネと磁石とを組
合せることによって、鋭敏にして、かつ堅実なストロー
クの作動が確立され、送給されてくる温度的にバラツキ
のある熱流体Ａの温度別の分級作業が自動的になされる
のである。

以上述べたるがごとく１本発明は形状記憶合金のコイル
バイ・と磁石とを組合せることを特長として温度変化に
対する形状記憶合金のコイルバネの応答作動の機能性を
改善する所の装置である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本形状記憶合金の応答作動改善装置を。 温度別分級弁に適用したる場合の断面図である。又、応
答作動の当初の位置関係図でもある。 第２図は第１図のａ−ａ’線−１−における断面図であ
る。 第３図は第１図のｂ−ｂ′線−１１における断面図であ
る。 第４図は形状記憶合金の温度変化に対する変位量を示す
図である。 第５図及び第６図は温度変化に対する応答作動中の中間
の位置関係を示す断面図である。 第７図は温度変化に対する応答作動の完了の時点の位置
関係を示す断面図である。 特開昭ＧＯ−５０２８０（６）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）　支柱を貫通して、筒と筒より長めのシャフトを
   お互が摺動可能に設定し、筒の両端の部分には案内溝を
   斜口に刻み込み、シャフトの両端には半球形等のケーシ
   ングを設定する。
2. （２）　ケーシング内には磁石をおき、磁石よりステム
   を筒の案内溝に対して滑り回転出来るように突出する。
3. （３）　ケーシング内の磁石に相対する外側の位置にも
   磁石を設定し。その間に鉄片等をケーシングに付着して
   おく。
4. （４）　筒の両側の適当な位置にコイルシートを固着し
   、支柱を中心として両側のコイルシートとの間に形状記
   憶合金等のコイルバネを設定する。
5. （５）形状記憶合金のコイルバネと磁石とを組合せて利
   用することを特長とする形状記憶合金の応答作動改善装
   置。