JPS6185079A - Actuator - Google Patents
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- JPS6185079A JPS6185079A JP20488484A JP20488484A JPS6185079A JP S6185079 A JPS6185079 A JP S6185079A JP 20488484 A JP20488484 A JP 20488484A JP 20488484 A JP20488484 A JP 20488484A JP S6185079 A JPS6185079 A JP S6185079A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H61/00—Electrothermal relays
- H01H61/01—Details
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(発明の技術分野)
この発明は、形状記憶素子の形状記憶効果を利用して動
作態を得るアクチュエータに係り、特に、形状記憶素子
が形状記憶合金で形成され、この形状記憶素子の形状回
復制御を形状記憶素子自身に供給される電流によって発
生するジュール熱で行なわせるタイプのアクチュエータ
に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Technical Field of the Invention) The present invention relates to an actuator that obtains an operating state by utilizing the shape memory effect of a shape memory element, and particularly relates to an actuator in which the shape memory element is formed of a shape memory alloy, and The present invention relates to a type of actuator that controls shape recovery of a shape memory element using Joule heat generated by a current supplied to the shape memory element itself.
周知のように、組成比が適宜に設定されたNi−7i系
合金およびCu系合金は、形状記憶機能を有している。As is well known, Ni-7i alloys and Cu alloys whose composition ratios are appropriately set have a shape memory function.
このような形状記憶合金は、所定温度に加熱されると記
憶している形状に回復するという特異な性質を有してい
る。この特異の性質は、機械的変位動作を必要とするも
の、たとえば各種のアクチュエータやスイッチ類に有効
に利用できる。Such shape memory alloys have the unique property of recovering their memorized shape when heated to a predetermined temperature. This unique property can be effectively utilized in things that require mechanical displacement, such as various actuators and switches.
ところで、形状記憶合金で形成された形状記憶素子に形
状回復動作を行なわせるには、なんらかの手段で形状記
憶素子に熱を加え、記憶している形状に戻るのに必要な
逆変態点温度以上、つまりマルテンサイトを消滅させ得
る温度に昇温させる必要がある。このように昇温させる
手段として&よ種々考えられているが、この種の形状記
憶素子を組込んで構成されたアクチュエータで(ま、一
般的に、形状記憶素子自身に電流を流し、このときのジ
ュール熱で昇温させる方式が採用されて0る。By the way, in order to cause a shape memory element formed of a shape memory alloy to perform a shape recovery operation, heat is applied to the shape memory element by some means, and the temperature is raised to a temperature higher than the reverse transformation point required to return to the memorized shape. In other words, it is necessary to raise the temperature to a temperature that can eliminate martensite. There are various ways to raise the temperature in this way, but an actuator that incorporates this type of shape memory element (well, in general, when current is passed through the shape memory element itself, A method of raising the temperature using Joule heat is adopted.
この、いわゆる通電加熱方式&よ、1<)レス的な通電
によって形状回復制御が行なえるので他の方式に較べて
制御系の単純化に寄与して0る。This so-called energization heating method allows shape recovery control to be performed by energization without 1<), which contributes to the simplification of the control system compared to other methods.
形状記憶合金で形成された形状記憶素子を装備する従来
のアクチュエータにあっては、通常、形状記憶素子の両
端に電極を設けている。そして、形状回復制御時に、こ
れら電極を通して形状記憶素子全体に電流を流し、ジュ
ール加熱するようにしている。このとき形状記憶素子に
流れる電流は、形状記憶素子全体にほぼ均一に流れる。In conventional actuators equipped with a shape memory element made of a shape memory alloy, electrodes are usually provided at both ends of the shape memory element. Then, during shape recovery control, a current is passed through these electrodes to the entire shape memory element to perform Joule heating. At this time, the current flowing through the shape memory element flows almost uniformly throughout the shape memory element.
したがって、ジュール熱も形状記憶素子全体に1って均
一に生じ、この熱によって起こる形状回復も形状記憶素
子全体に亙って均一に起こる。このように、従来のこの
種のアクチュエータにあっては、形状記憶素子全体を逆
変態点温度を越える温度まで昇温させて形状記憶素子全
体を瞬時に記憶形状まで変位させたときのステップ的な
変位を利用する方式を採用している。Therefore, Joule heat is also generated uniformly over the entire shape memory element, and shape recovery caused by this heat also occurs uniformly over the entire shape memory element. In this way, in conventional actuators of this type, the temperature of the entire shape memory element is raised to a temperature exceeding the reverse transformation point temperature, and the entire shape memory element is instantly displaced to the memorized shape. A method that uses displacement is adopted.
しかしながら、上述のように形状記憶素子全体のステッ
プ的な変位だけを利用した従来のアクチュエータにあっ
ては、1つの単純な動作だけしか行なうことができず、
使用できる範囲が大幅に狭いという欠点がある。たとえ
ば、1つのアクチュエータで人間の指に類似した掴み′
動作を行なわせたり、あるいはまた複雑な複数種類の動
作を行なわせることはできない。このため使用範囲が必
然的に特定される問題があった。However, as mentioned above, conventional actuators that utilize only stepwise displacement of the entire shape memory element can only perform one simple operation.
The disadvantage is that the usable range is significantly narrower. For example, a human finger-like grip with one actuator
It cannot be made to perform any action or to perform multiple types of complex actions. For this reason, there was a problem in that the range of use was inevitably specified.
また、この種のアクチュエータでは、その用途の拡大と
ともに可搬重量の増大化が望まれており、そのために出
力の大きいものの出現が望まれている。出力を増大させ
るには、アクチュエータに用いる形状記憶合金部材の断
面積を増大させたり、形状記憶合金部材を複数にして総
断面積を増大させたりすることによって実現できる。し
かし、形状記憶合金材を複数にした場合には、各形状記
憶合金部材の形状回復に差が生じたり、各形状記憶合金
部材の形状回復制御が複雑になるなどの問題がある。し
たがって、アクチュエータの出力を増大させるには、少
数の形状記憶合金部材、望ましくは1本の形状記憶合金
部材の断面積を増大させることが有利である。しかしな
がら、形状記憶合金部材の断面積を増大させると、形状
記憶合金部材の全抵抗値が減少するため、ジュール熱で
必要な温度まで上昇させるには電流を大幅に増加させる
必要がある。このため、高電圧で大電流、つまり大容量
の通電加熱用電源を必要とし、全体のコンパクト化が困
難となる。In addition, in this type of actuator, it is desired to increase the payload as the use of the actuator expands, and for this reason, there is a desire for an actuator with a large output. The output can be increased by increasing the cross-sectional area of the shape memory alloy member used in the actuator, or by increasing the total cross-sectional area by using a plurality of shape memory alloy members. However, when a plurality of shape memory alloy materials are used, there are problems such as differences in shape recovery of each shape memory alloy member and complicated shape recovery control of each shape memory alloy member. Therefore, to increase the output power of the actuator, it is advantageous to increase the cross-sectional area of a small number of shape memory alloy members, preferably one shape memory alloy member. However, increasing the cross-sectional area of the shape memory alloy member reduces the total resistance of the shape memory alloy member, thus requiring a significant increase in current to raise the temperature to the required Joule heating. For this reason, a high-voltage, large-current, or large-capacity electrical heating power source is required, making it difficult to make the entire device compact.
この発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、通電加熱用電源の大容量化を
抑えた状態で出力の増大化を図るこ′とができ、しかも
所望とする複雑な動作を行なわせることができ、使用範
囲を大幅に拡大化できるアクチュエータを提供すること
にある。This invention was made in view of these circumstances,
The purpose of this is to increase the output while suppressing the increase in the capacity of the power source for energizing heating, and also to enable the desired complex operation, greatly expanding the range of use. The objective is to provide an actuator that can be expanded to
この発明は、所定温度に加熱されると記憶している形状
に回復する形状記憶合金部材で形成された形状記憶素子
を備え、この素子の形状回復制御を上記素子自身に供給
される電流によって発生するジュール熱で行なわせるよ
うにしたアクチュエータを対象にしている。This invention includes a shape memory element formed of a shape memory alloy member that recovers its memorized shape when heated to a predetermined temperature, and shape recovery control of this element is generated by electric current supplied to the element itself. The target is actuators that operate using Joule heat.
このようなアクチュエータにおいて、この発明では、形
状記憶素子の表面の複数箇所に亙っで上記形状記憶素子
を複数の区間に区画する導電層を設けるとともにこれら
導電層を電極として上記各区間に独立的に1i流を供給
する電流供給装置を設けたものとなっている。In such an actuator, in the present invention, a conductive layer is provided over a plurality of locations on the surface of the shape memory element to partition the shape memory element into a plurality of sections, and these conductive layers are used as electrodes to independently divide the shape memory element into each section. A current supply device is provided to supply 1i current to the current.
この発明のアクチュエータによると、1つのアクチュエ
ータに所望とする複雑な動作を行なわせることができる
。According to the actuator of the present invention, one actuator can perform a desired complex operation.
すなわち、前述した導電層を電極として形状記憶素子の
所望区間だけ、あるいは各区間に順次電流を流し、各区
間毎に独立的に形状回復動作を行なわせることができる
。したがって、従来のものに較べて1つの形状記憶素子
に複数種類の複雑な動作を行なわせることができる。こ
のため、たとえばロボットの指のように尚−M”amな
動きの要求されるものへの適用を可能化できるなど使用
範囲を大幅に拡大化できる。That is, by using the above-mentioned conductive layer as an electrode and passing current through only a desired section of the shape memory element or sequentially to each section, shape recovery operation can be performed independently for each section. Therefore, one shape memory element can perform a plurality of types of complicated operations compared to the conventional one. Therefore, the range of use can be greatly expanded, such as being able to be applied to objects that require -M"am movements, such as the fingers of robots.
また、この発明のアクチュエータによると、通電加熱用
電源の大容量化を招くことなく大出力化を図ることがで
きる。Further, according to the actuator of the present invention, it is possible to increase the output without increasing the capacity of the power supply for energization heating.
すなわち、前記関係に導電層を設けているので、1つの
通電加熱用電源を用いて、たとえば指定された2つの区
間に時系列に交互に電流を供給し、これら2つの区間を
形状回復させることもできる。In other words, since a conductive layer is provided in the above relationship, a single electrical heating power source can be used to alternately supply current to, for example, two specified sections in time series, thereby restoring the shape of these two sections. You can also do it.
この場合、通電加熱用電源は、1つ区間に所要の電流を
流し得る客層だけ備えていればよいことになる。したが
って、アクチュエータの出力を増大させるために形状記
憶素子を構成している形状記憶合金部材の断面積を増加
させた場合であっても、それに対応させて通電加熱用電
源の容量を増加させる必要はない。このため、大出力化
を図った状態で、なおかつ全体のコンパクト化を図るこ
とができる。In this case, the electrical heating power supply only needs to be provided for the customer group that can flow the required current in one section. Therefore, even if the cross-sectional area of the shape memory alloy member constituting the shape memory element is increased in order to increase the output of the actuator, there is no need to correspondingly increase the capacity of the power source for energization. do not have. For this reason, it is possible to achieve a large output while at the same time making the entire device more compact.
第1図には、この発明の一実施例に係るアクチュエータ
10でバルブ2の開き度を制御している例が開示されて
いる。FIG. 1 shows an example in which the opening degree of a valve 2 is controlled by an actuator 10 according to an embodiment of the present invention.
アクチュエータ10は、支持機構11と、この支持機構
11に片持ち支持に固定された形状記憶素子12と、こ
の形状記憶素子12の遊端側の機械的変位をバルブ2の
開き変調節部に伝達する伝達機構13と、形状記憶素子
12に、この形状記憶素子12をジュール加熱するのに
必要な電流を選択的に供給する電流供給装[14とで構
成されている。The actuator 10 includes a support mechanism 11 , a shape memory element 12 fixed to the support mechanism 11 in a cantilevered manner, and a mechanical displacement of the free end side of the shape memory element 12 that is transmitted to the opening adjustment section of the valve 2 . and a current supply device [14] that selectively supplies current necessary for Joule heating of the shape memory element 12 to the shape memory element 12.
支持機構11は、図示しない部材に適宜な手段で固定さ
れる支持材21にL字状に形成された金具22の一端側
を固定し、この金具22の他端側に比較的厚肉の絶縁板
で形成されたベース23を固定したものとなっている。The support mechanism 11 has one end side of a metal fitting 22 formed in an L-shape fixed to a support member 21 which is fixed to a member (not shown) by an appropriate means, and a relatively thick insulating metal fitting 22 on the other end side of the metal fitting 22. A base 23 formed of a plate is fixed.
前記形状記憶素子12は、たとえば厚さ0.5履、幅3
M、長さ60#のNi (50at%)−Ti (5
0at%)合金板で形成され、図中x1で示すように直
線状に形状記憶処理された後に曲率半径40mの弧状に
変形加工されてなる帯状の合金板24と、この合金板2
4の一方の表面の長手方向3箇所に亙って被着された導
電層25.26.27と、合金板24の両端両面にそれ
ぞれ被着された導電層28.29とで構成されている。The shape memory element 12 has a thickness of 0.5 mm and a width of 3 mm, for example.
M, length 60# Ni (50at%)-Ti (5
A band-shaped alloy plate 24 formed of an alloy plate (0at%), which is formed by shape memory treatment in a straight line as shown by x1 in the figure, and then deformed into an arc shape with a radius of curvature of 40 m, and this alloy plate 2.
It is composed of conductive layers 25, 26, and 27 deposited over three locations in the longitudinal direction on one surface of the alloy plate 24, and conductive layers 28 and 29 deposited on both ends of the alloy plate 24, respectively. .
導電層25.26.27.28.29は、それぞれ厚さ
20[μTrL]の銅の電気メツキ層で構成されている
。そして、導電層25.26.27の合金板24の長手
方向に沿った幅は2111II+に設定されている。上
記のように構成された形状記憶素子12は、導電層29
が設けられている側を遊端とし、導電層28が設けられ
ている側を基端とし、ベース23の図中右側面側に、上
記右側面に対して基端より遊端が距離的に離れる関係に
対向配置され、この状態で基端側がボルト30でベース
23に対して締付は固定されている。すなわち、合金板
24の導電層28で覆われた部分の中央部には、導電層
−28を一体に貫通するように孔31が設けてあり、こ
の孔31と同軸的に孔開き導電板32、孔開きスペーサ
33を上記類に導電層28のベース23側に位置する面
に当てがい、上記孔31および孔開き導電板32、孔開
きスペーサ33の8孔にボルト30を一体に差し込み、
このボルト30の先端部をベース23に設けられた孔3
4に差し込んで締付は固定されている。そして、導電板
32および導電層25.26.27.29には、 ゛
それぞれフレキシブルなリード線35.36.37.3
8.39の一端側が半田付けされており、これらリード
線35〜39の他端側は支持材21に固定された端子4
0.41.42.43.44に電気的に接続されている
。The conductive layers 25, 26, 27, 28, and 29 are each composed of an electroplated copper layer having a thickness of 20 [μTrL]. The width of the conductive layer 25, 26, 27 along the longitudinal direction of the alloy plate 24 is set to 2111II+. The shape memory element 12 configured as described above has a conductive layer 29
The side where the conductive layer 28 is provided is the free end, and the side where the conductive layer 28 is provided is the base end, and the free end is located on the right side of the base 23 in the figure, and the free end is located at a distance from the base end with respect to the right side. They are arranged facing each other in a spaced apart relationship, and in this state, the proximal end side is fastened to the base 23 with a bolt 30. That is, a hole 31 is provided in the center of the portion of the alloy plate 24 covered with the conductive layer 28 so as to integrally penetrate the conductive layer 28, and a perforated conductive plate 32 is provided coaxially with the hole 31. , Apply the perforated spacer 33 to the surface of the conductive layer 28 located on the base 23 side of the above type, and insert the bolts 30 integrally into the hole 31, the perforated conductive plate 32, and the eight holes of the perforated spacer 33,
The tip of this bolt 30 is inserted into the hole 3 provided in the base 23.
4 and the tightening is fixed. The conductive plate 32 and the conductive layer 25, 26, 27, 29 are provided with flexible lead wires 35, 36, 37, 3, respectively.
8. One end side of 39 is soldered, and the other end side of these lead wires 35 to 39 is connected to the terminal 4 fixed to the support member 21.
0.41.42.43.44.
ベース23の前記合金板24における遊端に対向する位
置には、貫通孔45が設けてあり、この貫通孔45にガ
イド筒46が挿入固定されている。A through hole 45 is provided at a position of the base 23 facing the free end of the alloy plate 24, and a guide tube 46 is inserted and fixed into this through hole 45.
そして、上記ガイド筒46によって伝達機構13が支持
されている。伝達機構13は、ガイド筒46内に、この
ガイド簡46を摺動自在に貫通するように差し込まれ、
一端側が前記合金板24の遊端に接触するとともに他端
側かバルブ2の開き度調整部に連結された絶縁材製のロ
ッド47と、このロッド47の前記ベース23とバルブ
2との間に位置する部分外周に突設された鍔48と、こ
の鍔48とバルブZとの間に介挿されてロッド47に対
し常に図中右方向に向かう力を付与するバイアス用のコ
イルスプリング49とで構成されている。The transmission mechanism 13 is supported by the guide cylinder 46. The transmission mechanism 13 is inserted into the guide tube 46 so as to slidably pass through the guide tube 46,
A rod 47 made of an insulating material whose one end is in contact with the free end of the alloy plate 24 and whose other end is connected to the opening adjustment part of the valve 2 is connected between the base 23 of the rod 47 and the valve 2. A flange 48 protrudes from the outer periphery of the position, and a bias coil spring 49 that is inserted between the flange 48 and the valve Z and always applies a force to the rod 47 in the right direction in the figure. It is configured.
一方、端子40.41,42.43.44には、それぞ
れ別のリード線50.51.52.53.54の一端側
が接続されており、これらリード線の他端側は電流供給
装置14に接続されている。On the other hand, one end side of another lead wire 50.51.52.53.54 is connected to the terminals 40.41, 42.43.44, and the other end side of these lead wires is connected to the current supply device 14. It is connected.
電流供給装置14は、具体的には、第2図に示すように
構成されている。すなわち、この電流供給装置14は、
直流N源60を備え、この直流電源60の正極はトラン
ジスタ、サイリスタ等で構成された半導体スイッチ61
〜65の一端にそれぞれ共通に接続されている。そして
、これら半導体スイッチ61〜65の他端は前記リード
線50〜54にそれぞれ接続されている。これらリード
線50〜54には、それぞれ別のリード線71〜75の
一端が接続されており、これらリード$171〜75の
他端は同じくトランジスタ、サイリスタ等で構成された
半導体スイッチ81〜85の一端にそれぞれ接続されて
いる。そして、半導体スイッチ81〜85の他端は共通
に直流電源60の負極に接続されている。半導体スイッ
チ61〜65および81〜85はスイッチ制御器90に
よってON、0FFIIJ@される。このス・インチ制
御器90は、図示しない制御系から制御信号81〜S4
が与えられると、この制御信号によって指定された合金
板24の区間に電流が流れるように各半導体スイッチを
ON、0FFilJIIIする。具体的には次のように
ON、OFF制御するように構成されている。すなわち
、今、合金板24の導電層29と導電層26との間に位
置する区間A1Bを指定する制御信号が与えられたとす
ると、まず半導体スイッチ61.82を短期間TだけO
N状態に制御して導電層29と導電層27との間に位置
する区iiAに電流を流す。続いて上記期間が終了した
時点で半導体スイッチ61,82をOFF#JIIIす
るととも半導体スイッチ62.83を期間TだけON状
態に制御して導電層2.7と導電層26との間に位置す
る区間Bに電流を流す。続いて、再び半導体スイッチ6
1.82を期間TだけON制御して導電層29と導電層
27との間に位置する区11flAに電流を流す。以下
、上述した通電制御を繰り返す。すなわち、いかなる場
合でも導電層で区画された1区間だけに電流が流れるよ
うに各半導体スイッチをON制御し、これによって合金
板24の指定された区間を形状回復させるようにしてい
る。第3図は全区間A、81C,Dが指定されたときに
各区間に流れる電流の時間関係を示している。The current supply device 14 is specifically configured as shown in FIG. That is, this current supply device 14 is
A DC N source 60 is provided, and the positive terminal of this DC power source 60 is connected to a semiconductor switch 61 composed of a transistor, a thyristor, etc.
~65 are connected in common to one end of each of them. The other ends of these semiconductor switches 61-65 are connected to the lead wires 50-54, respectively. These lead wires 50 to 54 are connected to one end of separate lead wires 71 to 75, respectively, and the other ends of these leads 171 to 75 are connected to semiconductor switches 81 to 85, which are also made of transistors, thyristors, etc. Each is connected to one end. The other ends of the semiconductor switches 81 to 85 are commonly connected to the negative electrode of the DC power supply 60. The semiconductor switches 61 to 65 and 81 to 85 are turned ON and 0FFIIJ@ by the switch controller 90. This inch controller 90 receives control signals 81 to S4 from a control system (not shown).
When this control signal is given, each semiconductor switch is turned ON so that a current flows through the section of the alloy plate 24 designated by this control signal. Specifically, it is configured to perform ON/OFF control as follows. That is, if a control signal designating the section A1B located between the conductive layer 29 and the conductive layer 26 of the alloy plate 24 is given, first the semiconductor switches 61 and 82 are turned off for a short period T.
A current is caused to flow through section iiA located between the conductive layer 29 and the conductive layer 27 by controlling the current to be in the N state. Subsequently, at the end of the above period, the semiconductor switches 61 and 82 are turned OFF #JIII, and the semiconductor switch 62.83 is controlled to be ON for a period T to be located between the conductive layer 2.7 and the conductive layer 26. A current is applied to section B. Next, the semiconductor switch 6 is turned on again.
1.82 is controlled to be ON for a period T to flow a current through the section 11flA located between the conductive layer 29 and the conductive layer 27. Thereafter, the above-described energization control is repeated. That is, in any case, each semiconductor switch is controlled to be ON so that current flows only in one section defined by the conductive layer, thereby restoring the shape of the designated section of the alloy plate 24. FIG. 3 shows the time relationship of the current flowing in each section when all sections A, 81C, and D are specified.
このような構成であると、形状記憶素子12を長手方向
に複数の区間に区画するよに導電層25〜29を設けた
ことによって、形状記憶素子12を部分的に形状回復さ
せることができるので、動作量を細かに、複数種類に屋
っでステップ状に制御することができる。また、上述し
た関係に導電層25〜29を設けているので、実施例の
ように常に導電層で区画ざ°れた最少単位の1区間だけ
に電流を流す方式を採用でる。したがって、出力を増加
させるために合金板24の断面積を増加させた場合であ
っても、直流電源60としては1区間だけに電流を供給
できる程度のものでよく、それ程大容量のものを必要と
しないばかりか線径の細いリード線の使用を可能化でき
、結局、前述した本発明の効果を発揮できることになる
。With such a configuration, the shape memory element 12 can be partially restored in shape by providing the conductive layers 25 to 29 so as to partition the shape memory element 12 into a plurality of sections in the longitudinal direction. , the amount of operation can be controlled finely and in multiple types in a stepwise manner. Further, since the conductive layers 25 to 29 are provided in the above-mentioned relationship, it is possible to adopt a method in which current is always passed only in one section, which is the minimum unit divided by the conductive layers, as in the embodiment. Therefore, even if the cross-sectional area of the alloy plate 24 is increased in order to increase the output, the DC power supply 60 only needs to be capable of supplying current to one section, and a large-capacity one is required. This not only makes it possible to use a lead wire with a small diameter, but also enables the use of lead wires with a small diameter, and as a result, the effects of the present invention described above can be achieved.
この実施例の動作から分るように合金板24の表面に設
けられる導電層25〜29は電極として用いられている
。したがって、導電層を形成する物質としては電気伝導
率の高いものがよく、銅のほかに金、銀、アルミニウム
、ニッケルあるいはこれらの合金が望ましい。また、導
電層を介して積極的に放熱させることにより、導電層を
境にして両側に位置する区間相互での熱移動を抑制して
精度の高い変位制御を行なわせることができる。As can be seen from the operation of this embodiment, the conductive layers 25 to 29 provided on the surface of the alloy plate 24 are used as electrodes. Therefore, the material forming the conductive layer should preferably have high electrical conductivity, and in addition to copper, gold, silver, aluminum, nickel, or alloys thereof are preferable. In addition, by actively dissipating heat through the conductive layer, it is possible to suppress heat transfer between sections located on both sides of the conductive layer, and to perform highly accurate displacement control.
したがって、導電層の構成物質としては形状記憶合金よ
り熱伝導率の高いものがより好ましい。また、導電層の
厚みあるいは幅を選択することによって、この導電層が
設けられている部分の形状回復を抑制することができる
。したがって、繰返し応力によってリード線の接続部が
離脱するのを防止することもできる。Therefore, as a constituent material of the conductive layer, a material having a higher thermal conductivity than a shape memory alloy is more preferable. Furthermore, by selecting the thickness or width of the conductive layer, it is possible to suppress recovery of the shape of the portion where the conductive layer is provided. Therefore, it is also possible to prevent the connection portion of the lead wire from coming off due to repeated stress.
ここで、この実施例に関係する基本的実験例を開示する
。Here, a basic experimental example related to this example will be disclosed.
実験例1
直線の記憶された直径0.2#1IIIのN1(at5
0%)−Ti (at50%)合金線に、直径0゜2M
wmの第1、第2、第3の銅線を1.7α間隔に上記類
に巻き付は機械的に接合し、続いて、上記銅線の巻き付
けられている部分間を曲率半径3ttmとなるように均
一に変形加工した形状記憶素子を得た。このように構成
された形状記憶素子に第1、第2の銅線を経由させてこ
れら銅線が接続されている区間に0.3■の電圧を印加
して0.38Aの電流を流し、また第2、第3の銅線を
経由させてこれら銅線が接続されている区間に0.5v
の電圧を印加して0.5Aの電流を流した。その結果、
0.38A流した区間は約3.5秒で完全に形状回復し
、0.5A流した区間では約1.5秒で完全に形状回復
した。Experimental example 1 N1 (at5
0%)-Ti (at50%) alloy wire with a diameter of 0°2M
Wm's first, second, and third copper wires are wound around the above type at intervals of 1.7α and mechanically joined, and then the radius of curvature between the wound portions of the above copper wires is 3ttm. A shape memory element that was uniformly deformed was obtained. A voltage of 0.3■ is applied to the section where these copper wires are connected through the first and second copper wires to the shape memory element configured in this way, and a current of 0.38A is caused to flow. Also, 0.5V is applied to the section where these copper wires are connected via the second and third copper wires.
A voltage of 0.5 A was applied and a current of 0.5 A was caused to flow. the result,
The section where 0.38A flowed completely recovered its shape in about 3.5 seconds, and the section where 0.5A flowed completely recovered its shape in about 1.5 seconds.
実験例2
実験例1における銅線の巻き付は部の抵抗を減少させる
ために第1、第2、第3の銅線が接続される部分の合金
線表面に幅約2麿、厚さ約30[μm]の銅のメッキ層
をそれぞれ設け、これらメッキ層に第1、第2、第3の
銅線を半田付けした。そして、実験例1と同様に、第1
、第2の銅線間に0.3■の電圧を印加し、第2、第3
の銅線間に0.5Vの電圧を印加したところ−、0.3
V印加した区間は約2.5秒で形状回復し、0.5V印
加した区間は約1秒で形状回復した。Experimental Example 2 In Experimental Example 1, the copper wire was wound with a width of approximately 2 mm and a thickness of approximately 2 mm on the surface of the alloy wire where the first, second, and third copper wires were connected in order to reduce the resistance. Copper plating layers of 30 [μm] in thickness were provided, and first, second, and third copper wires were soldered to these plating layers. Then, as in Experimental Example 1, the first
, a voltage of 0.3■ is applied between the second copper wire, and the second and third copper wires are
When a voltage of 0.5V was applied between the copper wires of -, 0.3
The section where V was applied recovered its shape in about 2.5 seconds, and the section where 0.5 V was applied recovered its shape in about 1 second.
実験例3
実験例1で用いた形状記憶素子を使用し、第1、第2の
銅線が接続されている区間のみに1.3vの電圧を印加
を印加して電流を流し、第2、第3の銅線が接続されて
いる区間への熱の伝達を調べたところ、通電開始から約
5秒後に形状回復を開始し、約90秒後に完全に形状回
復した。印加電圧を0.5Vにしたところ、第2、第3
の銅線が接続されている区間は180秒経過しても形状
回復しなかった。Experimental Example 3 Using the shape memory element used in Experimental Example 1, a voltage of 1.3 V was applied only to the section where the first and second copper wires were connected, and a current was caused to flow. When examining the transfer of heat to the section to which the third copper wire was connected, it was found that the shape began to recover approximately 5 seconds after the start of energization, and the shape was completely recovered approximately 90 seconds later. When the applied voltage was set to 0.5V, the second and third
The section where the copper wire was connected did not recover its shape even after 180 seconds.
実験例4
実験例2で用いた形状記憶素子を使用し、第1、第2の
銅線が接続されている区間のみに1.3■の電圧を印加
して電流を流し、第2、第3の銅線が接続されている区
間への熱の伝達の調べたところ、第2、第3の銅線が接
続されている区間は通電開始から180秒経過しても完
全には形状回復しなかった。また、印加電圧を0.5V
ににしたところ第2、第3の銅線が接続されている区間
は、通電開始から180秒経過しても全く形状回復しな
かった。Experimental Example 4 Using the shape memory element used in Experimental Example 2, a voltage of 1.3cm was applied only to the section where the first and second copper wires were connected, and a current was applied to the second and second copper wires. When we investigated the transfer of heat to the section where the No. 3 copper wire is connected, we found that the section where the No. 2 and No. 3 copper wires are connected did not completely recover its shape even after 180 seconds had passed from the start of energization. There wasn't. Also, the applied voltage is 0.5V
As a result, the section where the second and third copper wires were connected did not recover its shape at all even after 180 seconds had passed since the start of energization.
次に、第4図を参照してこの発明の第2の実施例に係る
アクチュエータ10aを説明する。このアクチュエータ
10aは、物体を掴む装置として用いられる。Next, an actuator 10a according to a second embodiment of the invention will be described with reference to FIG. This actuator 10a is used as a device for grasping an object.
このアクチュエータ10aは、基本的には第1図に示し
たアクチュエータと同様に構成されている。This actuator 10a is basically constructed in the same way as the actuator shown in FIG.
すなわち、このアクチュエータ10aに組込まれた形状
記憶素子12aは、第1図に示したものと同様に、Ni
(at50%)−Ti (at50%)゛合金で帯状
に形成され合金板100と、この合金板100の一方の
面に長手方向に沿って等間隔に被着された銅のメッキ層
のような導電層101.102.103.104と、合
金板100の一端側端部両面に被着された同様の導電層
105とで構成されている。合金板100は、図中2点
鎖線×2で示すように導電層105が設けられている側
とは反対側の部分が円弧状をなすように形状記憶処理さ
れた後、直線状に変形加工されている。各導電層101
〜104の合金板100の長手方向に添った方向の幅は
、たとえば2Mに設定されている。そして、上記のよう
に構成された形状記憶素子12aは、導電層105の設
けられている部分が導電板106を介在させた状態でボ
ルト107によってベース108に片持ち支持に固定さ
れている。なお、ベース108は、図示しない駆動機構
によって、図中上下方向および紙面と直交する方向に選
択的に移動制御される。前記導電板106および導電層
101〜104には、それぞれリードI1111.11
2.113.114.115の一端が電気的に接続され
ており、これらリード線の他端は図示しない接続用の端
子をそれぞれ介して第2図に示したように構成された図
示しない電流供給装置に接続されている。That is, the shape memory element 12a incorporated in this actuator 10a is made of Ni, similar to that shown in FIG.
(at50%)-Ti (at50%)'' alloy plate 100 formed into a band shape, and a copper plating layer deposited on one surface of the alloy plate 100 at equal intervals along the longitudinal direction. It is composed of conductive layers 101, 102, 103, and 104, and a similar conductive layer 105 deposited on both sides of one end of the alloy plate 100. The alloy plate 100 is subjected to shape memory treatment so that the portion opposite to the side on which the conductive layer 105 is provided has an arc shape, as shown by the two dotted chain lines in the figure, and then deformed into a straight line. has been done. Each conductive layer 101
The width in the longitudinal direction of the alloy plates 100 104 to 104 is set to, for example, 2M. The shape memory element 12a configured as described above is fixed in a cantilever manner to the base 108 with a bolt 107 with the portion where the conductive layer 105 is provided with the conductive plate 106 interposed therebetween. Note that the base 108 is selectively controlled to move in the vertical direction in the figure and in the direction orthogonal to the plane of the paper by a drive mechanism (not shown). The conductive plate 106 and the conductive layers 101 to 104 each have a lead I1111.11.
One end of 2.113, 114, and 115 is electrically connected, and the other end of these lead wires is connected to a current supply (not shown) configured as shown in FIG. 2 via connection terminals (not shown), respectively. connected to the device.
次に、上記のように構成されたアクチュエータ10aを
用いて円柱状の物体を掴み、この物体を所望の場所に搬
送する場合の動作を説明する。Next, a description will be given of the operation when the actuator 10a configured as described above is used to grasp a cylindrical object and convey this object to a desired location.
まず、ベース108を移動させて、形状記憶素子12a
の導電層が設けられていない側の面が物体Wの外周面に
接触するように位置設定する。続いて、導電層101と
導電層102との間に位置する区間に電流を流し、この
区間を形状回復させる。このように形状回復させると、
第5図(a)に示すように形状回復した区間が物体Wの
外周面の一部に密接する。続いて、導電層101と10
2との間の区間に電流を流している状態で、さらに導電
層102と導電層103との間の区間に電流を流し、こ
の部分を形状回復させる。このように形状回復させると
第5図(b)に示すように形状記憶素子12aは物体W
の外周の1/2以上に密接する。続いて、導電層103
と導電層104との間に位置する区間にも電流を流し、
この区間を形状回復させる。この区間を形状回復させる
と、第5図(C)に示すように形状記憶素子10aは物
体Wの外周の2/3以上に密接し、物体Wを締付ける。First, the base 108 is moved and the shape memory element 12a is
The position is set so that the surface on the side where the conductive layer is not provided is in contact with the outer peripheral surface of the object W. Subsequently, a current is passed through the section located between the conductive layer 101 and the conductive layer 102 to restore the shape of this section. When the shape is restored in this way,
As shown in FIG. 5(a), the section whose shape has been restored comes into close contact with a part of the outer peripheral surface of the object W. Subsequently, conductive layers 101 and 10
While current is flowing in the section between conductive layer 102 and conductive layer 103, current is further passed through the section between conductive layer 102 and conductive layer 103 to restore the shape of this part. When the shape is restored in this way, the shape memory element 12a becomes the object W as shown in FIG. 5(b).
It is in close contact with more than 1/2 of the outer circumference. Subsequently, the conductive layer 103
A current is also passed through the section located between and the conductive layer 104,
The shape of this section is restored. When this section is restored to its shape, the shape memory element 10a comes into close contact with more than two-thirds of the outer circumference of the object W, as shown in FIG. 5(C), and tightens the object W.
したがって、この状態でベース108を移動させれば物
体を所望の場所に搬送することができる。Therefore, by moving the base 108 in this state, the object can be transported to a desired location.
このように、この実施例に係るアクチュエータ10aは
、あたかも人間の指のような動作を行なって、物体を掴
むことができる。したがって、マニュプレータにも応用
することができる。In this way, the actuator 10a according to this embodiment can grip an object by performing a motion similar to a human finger. Therefore, it can also be applied to manipulators.
上述した2つの実施例では、それぞれ第1図に示した電
流供給装置を用いているが、第6図に示すように形状記
憶素子12Gを長手方向に複数に区画するように設けら
れた導電層121〜124によって設定された各区間に
1対1に対応する通電加熱用の電源125〜127を有
した電流供給装置131を用いるようにしてもよい。な
お、図中、128〜130はスイッチを示している。ま
た、上述した各実施例では、板状に形成された形状記憶
素子を用いているが、これら実施例の説明から分るよう
に、用途に応じて形状記憶素子を線状、膜状、棒状、コ
イル状に形成してもよい。また、Cu系の形状記憶合金
を使用することもできる。さらに、導電層を設ける手段
としては、圧接、溶接、ろう付け、圧着などの機械的な
接合、メッキ、溶射、蒸着、CVD、スパッタなどの表
面処理法、イオンスパッタによる形状記憶合金内部まで
の導電化などの方法が採用できる。そして、導電層を形
成した後、450〜800℃で熱処理を施せば拡散接合
層が得られるので導電層の剥離を防止することができる
。In the two embodiments described above, the current supply device shown in FIG. 1 is used, but as shown in FIG. You may make it use the electric current supply apparatus 131 which has the power supplies 125-127 for energization heating corresponding one-to-one to each area set by 121-124. In addition, in the figure, 128 to 130 indicate switches. Furthermore, in each of the above embodiments, a shape memory element formed in a plate shape is used, but as can be seen from the description of these embodiments, the shape memory element may be shaped into a line, film, or rod depending on the application. , it may be formed into a coil shape. Further, a Cu-based shape memory alloy can also be used. Furthermore, methods for providing a conductive layer include mechanical joining such as pressure welding, welding, brazing, and pressure bonding, surface treatment methods such as plating, thermal spraying, vapor deposition, CVD, and sputtering, and ion sputtering to form conductive layers inside the shape memory alloy. Methods such as conversion can be adopted. Then, after forming the conductive layer, if heat treatment is performed at 450 to 800° C., a diffusion bonding layer is obtained, so that peeling of the conductive layer can be prevented.
第1図は本発明の一実施例に係るアクチュエータの構成
図、第2図は同アクチュエータにおける電流供給装置の
構成図、第3図は形状記憶素子に供給される電流の一供
給形態を説明するための図、第4図は本発明の別の実施
例に係るアクチュエータの要部構成図、第5図は同アク
チュエータの動作を説明するための図、第6図は本発明
のさらに別の実施例に係るアクチュエータの模式的構成
図である。
10.10a、10 C−・・アクチュエータ、12.
12a、12b−・・形状記憶素子、14.131 ・
・・電流供給装置、24.100・・・合金板、25.
26.27.28.29.101.102.103.1
04・・・導電層。FIG. 1 is a configuration diagram of an actuator according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a configuration diagram of a current supply device in the same actuator, and FIG. 3 explains one supply form of current supplied to a shape memory element. FIG. 4 is a diagram for explaining the main parts of an actuator according to another embodiment of the present invention, FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the same actuator, and FIG. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an actuator according to an example. 10.10a, 10C-...actuator, 12.
12a, 12b--Shape memory element, 14.131 ・
...Current supply device, 24.100...Alloy plate, 25.
26.27.28.29.101.102.103.1
04... Conductive layer.
Claims (2)
する形状記憶合金部材で形成された形状記憶素子の変位
で動作量を得るように構成され、上記形状記憶素子の形
状回復制御を上記形状記憶素子自身に供給される電流に
よって発生するジュール熱で行なうようにしたアクチュ
エータにおいて、前記形状記憶素子の表面の複数箇所に
亙って設けられ上記形状記憶素子を複数の区間に区画す
る導電層と、これら導電層を電極として前記各区間に独
立的に電流を供給する電流供給装置とを具備してなるこ
とを特徴とするアクチュエータ。(1) It is configured to obtain the operating amount by the displacement of a shape memory element formed of a shape memory alloy member that recovers its memorized shape when heated to a predetermined temperature, and controls the shape recovery of the shape memory element. In the actuator, the actuator is actuated by Joule heat generated by a current supplied to the shape memory element itself, wherein a conductive conductor is provided over a plurality of locations on the surface of the shape memory element and divides the shape memory element into a plurality of sections. An actuator comprising: a conductive layer; and a current supply device that independently supplies current to each section using the conductive layers as electrodes.
れた前記区間について常に1区間だけに電流が流れる状
態に短期間ずつ上記指定区間に順次電流を供給するもの
であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のア
クチュエータ。(2) The current supply device is characterized in that it is equipped with one power source and sequentially supplies current to the specified sections for short periods of time so that current always flows in only one section of the specified sections. An actuator according to claim 1.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20488484A JPS6185079A (en) | 1984-09-29 | 1984-09-29 | Actuator |
| US06/681,126 US4551975A (en) | 1984-02-23 | 1984-12-13 | Actuator |
| DE8484308794T DE3472733D1 (en) | 1984-02-23 | 1984-12-17 | Actuator |
| EP84308794A EP0153535B1 (en) | 1984-02-23 | 1984-12-17 | Actuator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20488484A JPS6185079A (en) | 1984-09-29 | 1984-09-29 | Actuator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6185079A true JPS6185079A (en) | 1986-04-30 |
| JPH0552139B2 JPH0552139B2 (en) | 1993-08-04 |
Family
ID=16497989
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20488484A Granted JPS6185079A (en) | 1984-02-23 | 1984-09-29 | Actuator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6185079A (en) |
Cited By (1)
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| WO2004099611A1 (en) * | 2003-05-12 | 2004-11-18 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Drive device |
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| JPS5993282A (en) * | 1982-11-17 | 1984-05-29 | 古河電気工業株式会社 | Actuator element |
| JPS59123674U (en) * | 1983-02-09 | 1984-08-20 | 小島プレス工業株式会社 | actuator |
-
1984
- 1984-09-29 JP JP20488484A patent/JPS6185079A/en active Granted
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| WO2004099611A1 (en) * | 2003-05-12 | 2004-11-18 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Drive device |
| US7451595B2 (en) | 2003-05-12 | 2008-11-18 | Mitsubishi Electric Corporation | Drive device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0552139B2 (en) | 1993-08-04 |
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