JPS62242208A - 機器類の作動制御装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は従来のサーボモータや各種のアクチュエータの
如き四転電気機器や流体圧の働ぎによらずに、形状記憶
合金の熱変性特性を利用した機器類の作動制御装置に関
する。

［従来の技術］ 送風機の吹出口に取り付けるための風向臼！！１ｌｖｉ
Ａ向用グリルの回転用動力源として、コイル状に賦形さ
れた形状記憶合金の一端側を固定し、他端側には熱変形
した形状記憶合金を原形に復帰させるための力の源とし
て、コイルスプリングを連結させ一種のアクチュエータ
を用いる方法が［特開昭５８−２１４７３７Ｊに開丞さ
れている。このアクチュエータは、形状記憶合金に間欠
的に通電することによって、任意の時間間隔をへだてて
周期的な伸縮変形運動が生じて、グリルを自動偏向させ
るように構成されている。

［発明が解決しようとする問題点コ 自動巾用空気調和装置には、送風路の切替や送風量の調
節のためのいくつかのダンパが組み込まれている。そし
てこれらのダンパはリーボモータや負圧と大気圧の切替
供給によって作動するダイヤフラムなどによって駆動さ
れている。

昨今の自動車ことに乗用自動中は、走行用メカニズムに
関しては充分に高い技術水準に到達しているものの、車
室内の居住性については多分に改善の余地が残されてい
る。空調関連機器の作動の静粛性向上および外形の」ン
パクト化などは当面する１要課題をなしている。また一
方では省燃費などを目的とした重重軽減の要望も強い。

本発明は形状記憶合金の変形特性を利用することによっ
てほとんど作勅騒合を生ぜず、また軽量化や」ンパクト
化が可能な点に特長があり、機器類殊に自動車用空調装
置に組み込むに適した作動制御装置を提供することを目
的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために本発明による機器類の作動
制御装置は、加熱により変形する形状記憶合金製の熱変
形竹部材と、該熱変形性部材の加熱手段と、前記熱変形
性部材の変形度合いを段階的ないし連続的に変化させる
ための加熱制御手段と、加熱によって変形した前記熱変
形性部材の形状を原形に復帰ざＵるためのばね作用体と
、該ばね作用体と前記熱変形性部材との連結手段と、前
記熱変形竹部材の変形の動ぎを被作動制御機器の作動個
所に伝えるための変位伝達手段とからなる構成を採用し
た。

［作用］ 上記の構成を備えた機器類の作動制御装置は、所定の形
状を記憶させたうえ変形させられている形状記憶合金製
の熱変形性部材に、加熱制御手段を介して加熱手段から
任意の愼の部材変形用熱エネルギーを与え、部材の逆変
態温度以上に加熱することによって、この部材はばね作
用体による原形復帰作用力に抗して、あらかじめ記憶さ
せられていた形状に回復する。この変形動は連結手段を
経て変位伝達手段に伝達されるので、被制御機器の作動
個所には、熱変形性部材の加熱度合いに応じた制御作用
力が及ぼされる。

熱変形性部材への熱エネルギーの供給を止めると、部材
の温度は低下してマルテンリイト変態開始温度以下に冷
却されると、ばね作用体による変形復元作用力が熱変形
性部材に及７本ようになって、部材は通電開始面の原形
に復帰する。

［実施例］ 以下に付図に示す実施例に基づいて本発明の構成を具体
的に説明する。

第１図および第２図は本発明装置を自動車用空気調和装
置に内蔵されているエアミックスダンパの回転軸を回動
させる目的で使用する場合を示した、それぞれ装置の模
式的側断面図並びに水平断面図である１゜ 装置本体Ａは耐熱性合成樹脂や磁器などで作られた細長
い筒状ケース４内に組み込まれており、ケース４の内空
部の一半側には、直線ないしゆるやかに波打ったコイル
形状を高温下で記憶させた、形状記憶合金製の熱変形性
部材１が、また他生側にはコイルスプリングとしてのば
ね作用体２が納められている。

コイル状の熱変形性部材１の一端部は、ケース４の一方
の筒端面にビス締め、接着その他の適宜の手段によって
固定され、その自由端には連結手段としての耐熱合成樹
脂や磁器などで作られている連結用部材３が固着されて
いる。またコイル状のばね作用体２も、その一端部をケ
ース４の他方の筒端面に固定させると共に、自由端側を
連結用部材３に固着させであるので、熱変形性部材１と
ばね作用体２とは連結用部材３を介して一直線状をなし
て連結された状態にあり、且つこれら王者はケース４内
にあって両ばねの伸縮方向に自由に前後動することがで
きる。

熱変形性部材１を構成する形状記憶合金としては、現在
様々な組成のものが開発されているが、本発明目的に使
用する場合には、極めて頻繁に熱による変形作用力と、
外力による原形復帰信用力とを交互に受けることになる
ので、耐久性と作動信頼性の両面からして現状ではチタ
ン−ニッケル合金系のものが最も適している。この合金
のマイテンリイト相への変態開始温度（ＭＳ）は、配合
の如何によって一５０℃〜＋１００℃の範囲で任意に選
ぶことができる。

熱変形性部材１は、形状記憶合金の逆変態温度以上に加
熱することによって変形歪が解消し、その記憶された形
状である直線形ないしはより広いピッチをもったコイル
形状が復元される。

小ブロツク体としての連結用部材３の側腹面にはガイド
ピン３ａが押通させてあり、このガイドビン３ａの両突
端がケース４の相対向する一対の側壁面に設けたピンガ
イド用スリット４ａと４ｂにそれぞれ１ｆＩｉ＆されて
いる。

ガイドビン３ａがケース４の側壁面から突出した部分に
は、変位量伝達手段の一部をなす回転バー２０の一端側
に設けたピン遊嵌用溝２２がはめ込まれている。この回
転バー２０の回転軸２１には、自動車用空気調和装置（
図示略）に組み込まれているエアミックスダンパＣの本
体３０の回転軸３１が直結または適宜の動力伝達用リン
ク機構を介して連結されている。３２と３３はダンパ本
体３０の両面に貼着させた、空気のシールと緩衝用を兼
ねるシード状クッション体である。

コイル状をなす熱変形性部材１の加熱手段としては、こ
の実施例では車載バッテリ１０を使用しており、適宜の
電気回路を介して部材１に給電を行う。また熱変形性部
材１の変形度合いを制御するための加熱制御手段として
、熱変形性部材１の両端間の任意の領域だけに通電を行
わせるための複数組の電気接点５ａ−６ａ、　５ｂ−６
ｂ、　５ｃｍ６Ｃ・・・が、ケース４の底面と熱変形性
部材１とにそれぞれ任意の間隔をへだでて取り付けられ
ている。朗動電気接点６ａ１６ｂ、　６ｃ・・・は燐青
銅などの小帯板片を曲げ加工するなどして形作られてお
り、熱変形性部材１がケース４の底部内壁面と接する複
数個所に、ビス締め、溶接などの適宜の方法によって取
り付けられている。もっとも熱変形性部材１の形状を工
夫すれば、これらの可動接点６ａ、　６ｂ、　６ｃ・・
・は省くこともできる。他方の固定接点５ａ、　５ｂ、
　５ｃ・・・は単なる金属製の短冊状板片であって、第
２図に嘩かれているように対向する１ｉｌｌ）接点６ａ
、６ｂ、　６ｃ。

・・・と接触しうる個所においてつ°−ス４の底壁面に
貼着または埋設されている。後述するように熱変形性部
材１は熱変形による長手り向の移動の度合いが部位によ
って異なるので、固定接点５ａ、　５ｂ。

５Ｃ・・・・・・の長ざもそれに対応して相異させであ
る。

Ｂは熱変形性部材１への通電領域を選択するためのロー
タリースイッヂであって、複数個の固定電気接点７８〜
１ｅはそれぞれケース４の固定接点５８〜５ｅに配線に
より接続されている。また熱変形性部材１の固定側端１
ａはバッテリ電源１０のプラス端子に接続されている。

８と９は回転接点とその回転輪であって、回転軸９には
遠隔回動操作用、のケーブルなどが取り何けられている
。

次に上記実施例装置の作動を説明する。今ロータリース
イッチＢの回転接点８がＯＦＦ位置にあるとすれば、コ
イル形状に塑性変形された状態下にある熱変形性部材１
へは通電されず、伸び方向に付勢されているばね作用体
２の押圧力とのバランスによって連結用部材３は第１図
に示された基準位置を占め、この状態のもとではダンパ
Ｃの回転角は零で、ダンパＣは全開（または全ｒＭ）さ
れる。

次に〇−タリースイッチＢを操作してその回転接点８を
固定接点７ａに導通させると、接点７ａはケース４の底
部内壁面に取り付けである固定接点５ａおよびこの接点
５ａに接触していて熱変形性部材１に接合されている可
動接点６ａと導通されるので、熱変形性部材１には、バ
ッテリ電源１０のプラス極が接続されている固定側端１
　ａから可動接点６ａの位置に到るまでの領域に通電さ
れて、この領域だけがジュール熱によって発熱する。そ
して発熱に伴う温度上昇は、熱変形性部材１の逆変態温
度より幾分高くなるようにあらかじめ通電回路が設其１
されている。

従って熱変形性部材１の固定側端１ａから可動接点６ａ
までの間は、あらかじめ記憶させである形状としてのよ
り広いピッチをもったコイル形状ないしは直線形状に戻
ろうとしてその長手方向に伸長力を生じ、熱変形性部材
１の自由端側に固着されている連結用部材３を図中の右
方に押しやる。連結用部材３にはばね作用体２によって
図中の左側方向に押しやる逆の力も加えられているが、
このばね作用力は熱変形性部材１の熱変形力よりは小さ
く設定されているので連結用部材３はこれら２つの力が
バランスする状態を実現すべくある一定の距離だけ右方
に移動した後静止する。

連結用部材３の右方移動に伴って回転バー２０はガイド
ビン３ａに押されて右方に旋回移動させられる。従って
回転バー２０の回転軸２１に直結されているダンパＣの
回転軸３１もある一定角度だけ回動し、ダンパＣの回動
目的が果される。本発明装置のこのような一連の動作に
際しては、ダンパをサーボモータや気体圧力を利用した
アクチュエータによって回動させる場合と異なって、耳
されすな騒音を発することは全くない。

ダンパＣの回動角を更に増大させたい時には、ロータリ
ースイッチＢの可動接点８を右方に回転して行くと、次
には熱変形性部材１の固定側端１ａと可動設点６ｂの取
り付は個所との間に通電が行われるので、この領域が逆
変態温度以上に加熱されて、その伸び変形量は更に増大
し、連結用部材３の移動量の増加分だけダンパＣの回転
角は人ぎくなる。

ロータリースイッチＢを最右端にまで回動し切った時、
熱変形性部材１はその固定側端１ａと可動設点６ｅの取
付は個所との間が通電域となって、ダンパＣは全開くま
たは全ｒ１１）状態にもたらされる。

ダンパＣを閉方向に回動させたい時には、ロータリース
イッチＢを上記とは逆方向に操作すればよい。それに伴
い熱変形性部１１１の今まで通電されていた領域の一部
ないしは全部への通電が断たれることになってこの領域
は冷却され始め、マルテンサイト変ｉ温度以下にまで冷
えると、形状記憶合金製のこの部材は、外力を受けた時
双晶変形を行いうる状態に変化し、見掛けの弾性率が低
下するために、今までばね作用体２の押圧力に対抗して
いた伸張力が失われてしまう。このためにばね作用体２
のばね作用力によりいわば塑性変形加工を受けることと
なって、通電を行う前のピッチの狭いコイル形状として
の原形に復帰する。

熱変形性部材１の加熱手段としての給電回路にパルス波
形を任意に変化さゼられるパルス発振器を組み込むと共
に、このパルス発振器の作動を温度センサその他の各種
センサからの情報に基づいて制御するように構成すれば
、デユー・ｊイ比制御方式によって本発明装置の作動を
、よりきめ細かくそして正確にコントロールすることが
できる。

第３図は第２実施例を示した部分図であって、第１実施
例と異なる点は、熱変形性部材が単一のコイル状態では
なくて、幾個かに分割して作られた熱変形性部材１Ａ、
１Ｂ・・・１Ｆを導電性材料からなる複数個の接続片１
１を介してビス締め、溶接その他の適宜の方法によって
連結合体させている点にある。このような構成によれば
、個々の熱変形性部材１Ａ〜１Ｆのそれぞれの材質や寸
法を相異さけることによって、ロータリースイッチＢの
回転操作に伴う連結用部材３の移動始端から移動終端に
至るまでの移動の間に、この部材に所望の任意の不等速
運動を行わせることもできる。また分割構造をとったこ
とによって、必ずしも加工の容易でない形状記憶合金を
所望の形状に形作らせ易くなる。

第４図は第３実施例装置の模式的説明図であって、第１
実施例と異なる点は加熱制御手段の構成にある。コイル
状の熱変形性部材１には、その両端間の任意のｔｉｔ隔
をへだてた複数の個所１２ａ〜１２Ｃに、それぞれ可撓
性に富んだ通電用コード１３ａ・〜１３ｅの各一端部が
ビス締め、溶接など適宜の方法によって取り付けられて
おり、各他端部はロータリースイッチＢの各固定接点７
ａ〜７０に接続されている。従ってこの実施例の場合に
は、熱変形性部材１そのものに電気接点を取り付けるの
に伴う複雑な組み付は構造を省くことができるし、作動
信頼性の点でも有利となる。

第５図は第４実施例図であって、熱変形性部材２１は細
い林状または帯状体をなしており、真直に伸ばされた形
状を記憶させたうえ、図示のように弓なり形状に塑性変
形されている。熱変形性部材２１の一端２１ａは固定さ
れ、他端にばばね作用体２２の自由端２２ａが連結用部
材２３を介して接続されている。そしてこの連結用部材
２３は熱変形性部材１の長さにほぼ等しい曲率半径を有
するガイドレール２４のカイト溝に遊嵌されている。２
５ａ−２５ｅはこのガイドレール２４の円弧に対して開
広円状をなして任意の間隔をへだでて配ｌさゼた、それ
ぞれ円弧形状を有する固定接点である。各固定接点２５
ａ〜２５ｅの一端は、配線によって〇−タリースイッチ
Ｂの各固定接点７ａ〜７Ｃに導通さゼると共に、熱変形
性部材２１の固定端２１ａはロータリースイッヂＢの回
転接点８に電源１０を介して接続されている。そして熱
変形性部材２１と各固定接点２５ａ−２５０とは常に圧
接される状態に置かれている。

従ってロータリースイツヂＢを回動操作することによっ
て、第１実施例と同様に熱変形性部材２１にはその両端
間の任意の領域に通電が行われ、通電に伴う加熱度合い
に応じて熱変形性部材２１は直線形状に復帰すべく屈曲
度合いを減じて、連結用部材２３はそのガイドレール２
４に沿って図の左側方向に変位させられる１、熱変形性
部材２１への通電を断つと、その冷部に伴って見掛けの
弾性率は低下し、ばね作用体２２が及ぼす引張り力によ
って元の形状に復帰させられる。

第６図は第５実施例図であって、ワイヤー状あるいは細
い帯板状をなす熱変形竹部材３１は、−直線形状または
ゆるやかな波打ち形状を記憶させたうえ、図に示された
ような起伏の大ぎな波打ち形状に塑性変形させられてい
る。熱変形性材料３１の一端側３１８は固定され、他端
側は自由端をなしている。部材３１の個々の波形部分に
はその両端の谷部の間に掛は渡すようにしてばね作用体
としての縮みばね３２が接合されている。また各谷部の
底面３６ａ　、　３６ｂ　、　３Ｇｃに可動接点として
の機能を果たさせるべく、これら各接点にそれぞれ対置
させた帯板状の固定接点３５ａ　、　３５ｂ　、　３５
ｃに圧接されている。この圧接力は熱変形性部材３１の
固定端３１ａの固定方向を選択することによって容易に
得られる。

熱変形性部材３１の自由端またはその近辺には、部材３
１の熱変形動を被制御Ｉａ器の作動制御力としてこの機
器に伝えるための変位伝達手段を構成する小ブロツク体
あるいはフック状部ＪｊＡ３３が取り付けられている。

３７は部材３３の移動ガイド用レールである。各固定接
点３５ａ　、　３５ｂ　、　３５ｃはそれぞれ配線によ
って〇−タリースイッチＢの各固定接点７ａ、７ｂ、７
Ｃに、また熱変形性部材３１の固定端３１ａは回転接点
８にそれぞれ接続されている。この装置の作動は既述の
実施例と本質的に異なる所はない。

第７図〜第９図は第６実施例を示している。第１実施例
に較べてケースへの固定接点の取り付は方法が異なり、
それに伴って可動設点の取り付は構造も相異させである
。円筒状をなす装置のケース４４にはその周壁面に図に
見られるような階段状の配置をもって細長いスリット４
４８〜４４ｄが設けられており、各々のスリットを封鎖
するようにして帯板状の固定接点４５８〜４５ｄがケー
ス４４の外側から貼着されている。またコイル状をなす
熱変形性部材４１には、各スリット４４８〜４４ｄ内に
遊嵌させられるような位置関係をもって、可動接点４６
ａ−，４（ｉｄが熱変形性部材４１を局部公的に屈曲変
形させるかまたは別個に用意された接点部材を溶接、ビ
ス締め、溶接など適宜のＩＪ法によって形成されている
。

第１０図〜１５図はいずれもばね作用体の材質形状また
はその取り付は構造の他の実施例を示している。

第１０図はＬ字形ばね５１の使用例を、第１１図は板ば
ね５２の使用例をそれぞれ描いている。

第１２図は金Ｉｉｌ製ばね材に代えてエアシリンダ５３
を組み込んでいる。シリンダ内の空気圧力を増減させる
ことによってアクチュエータとしての作動モードを容易
に且つ巾広く変化させることが可能である。シリンダ内
の空気圧を変えるにはシリンダに内容積の可変機構を設
けるなどすればよい。

第１３図はばね作用体としてゴム弾性材料からなる帯板
状材ないしは紐状材を使用している。

第１４図はゴム弾性材Ｆ１５５によって熱変形性部材１
を包埋させた構成を漏えており、装置の外形寸法を縮小
させる効果が得られる。もつとも熱変形性部材１の加熱
を止めた後の放冷が急速に行われ難いので応答性のよい
制御作動を求める場合は適しない。

第１５図はコイル状熱変形性部材１の内空部に縮みスプ
リング５６を同軸的に納めた構成が取られており、装置
外形のコンパクト化効果を得ている。

上記実施例では熱変形竹部材は主にらせん状に塑性変形
させた線材を使用しているが、その他にも渦巻き状に塑
性変形さけた線材ないし帯板材を用いるなど様々の形状
に賦形させて使用することが可能である。

また加熱制御手段の操作に伴う被制御機器の作動応答性
を充分に高めるためには、−１ａ加熱された熱変形性部
材を冷７Ｊ］させる際の冷却を１准させる必要があるの
で、例えばペルブエ素子を利用したり、空気調和装置に
よって作り出された冷風を所定１１４明に所定個所に吹
きイ１けるなどの方法を講するとにい。また上記の実施
例は、いずれも熱変形竹部材への加熱領域（従って加熱
度合）を段階的に変化させているが、電気接点の構造を
変えることによって連続的に変化させることもできる。

本発明装置は、実施例に示された空調装置に内蔵されて
いるダンパの回動制御の目的に限られることなく、他の
様々な機器の作動制御のためにその特長を活かすことが
できる。

［発明の効果］ 上記の如き構成を備えた本発明による機器類の作動側ｍ
装置は、例えば爪用自動車の車室内などのように、絶対
値からすれば比較的低いレベルであっても、発生個所が
近接しているなどのために乗Ｑにとって特に耳されりに
感じられる空気調和装置から生ずる騒音源の１つをなす
、従来使われて来た流体圧を利用したアクチュエータや
サーボモータなどの代替品として使用すれば、騒音レベ
ルをほとんど零に近づけることができる。

また装置全体の構造を著しく単純化できるうえに、流体
圧アクチュエータと異なって流体配管を必要としないの
で、制御システム全体としてのコストの低減とコンパク
ト化が達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図はぞれぞれ第１実施例装置の側断面図と
水平断面図である。。 第３図と第４図はそれぞれ第２実施例と第３実施例装置
の部分断面図である。 第５図と第６図はそれぞれ第４実施例と第５実施例装置
の模式的な構成説明図である。 第７図〜第９図は第６実施例を示した、それぞれ部分側
面図とイーイ断面図並びにその部分拡大図である。 第１０図〜第１５図はそれぞればね作用体の形状・材質
の他の例を示した、装置の模式的側面図または側断面図
である。 図中　１・・・熱変形竹部材　２・・・ばね作用体　３
・・・連結手段　４・・・ケース　５〜９・・・加熱制
御手段１０・・・加熱手段　２０〜２２・・・変位伝達
手段　Ａ・・・本発明装置　Ｂ・・・ロータリースイッ
ヂ　Ｃ・・・被制御機器（空気調和装置のダンパ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）加熱により変形する形状記憶合金製の熱変形性部材
   と、 該熱変形性部材の加熱手段と、 前記熱変形性部材の変形度合いを段階的ないし連続的に
   変化させるための加熱制御手段と、加熱によつて変形し
   た前記熱変形性部材の形状を原形に復帰させるためのば
   ね作用体と、 該ばね作用体と前記熱変形性部材との連結手段と、 前記熱変形性部材の変形の動きを被作動制御機器の作動
   個所に伝えるための変位伝達手段とからなる機器類の作
   動制御装置。 ２）前記加熱手段は、前記熱変形性部材に通電させるた
   めの電気回路であり、前記加熱制御手段は、線状体ない
   し帯状体をなす前記熱変形性部材の両端面間の任意の領
   域に選択的に通電させるための電気接点群、および該接
   点群相互間の選択的導通手段とからなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の機器類の作動制御装置。 ３）前記電気回路には、前記被作動制御機器のデューテ
   ィ比制御用の、任意のパルス波形の電流を送出する発振
   回路が組み込まれていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項または第２項記載の機器類の作動制御装置。