JPS63109285A - 形状記憶合金アクチュエータ - Google Patents

形状記憶合金アクチュエータ

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JPS63109285A
JPS63109285A JP62259830A JP25983087A JPS63109285A JP S63109285 A JPS63109285 A JP S63109285A JP 62259830 A JP62259830 A JP 62259830A JP 25983087 A JP25983087 A JP 25983087A JP S63109285 A JPS63109285 A JP S63109285A
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actuator
control
control member
actuator according
axis
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JP62259830A
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カイガム　ジャコブ　ガブリエル
ウィリアム　スチュアート　ニューベリー　トリマー
ジェームス　アルバート　ウォーカー
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American Telephone and Telegraph Co Inc
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    • B25J9/10—Program-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/1085—Program-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements positioning by means of shape-memory materials
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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】 本発明はアクチュエータに関し、特に電気制御形状記憶
合金線で形成された小型マイクロアクチュエータに関す
る。
形状記憶合金（ＳＭＡ）は、興味深い性質を与える一群
の金属を形成する。即ち、これ等の合金は、マルテンサ
イト・フィニツシユ温度以下で変形され１次にオーステ
ナイト温度以上に加熱されると、変形前の形状に復帰す
る。従来、ＳＭＡ法で形成され、広範囲に用いられるア
クチュエータがよく知られている。通常のアクチュエー
タには、成る方法で変形されるＳＭＡ部材と、成る方法
でＳＭＡ装置に機械的に結合された戻し偏向ばねとが使
用される。このようなＳＭＡ装置が熱的手段などで加熱
されると、アクチュエータはその機能を果たすために移
動する。偏向ばねは冷却後、アクチュエータをその元の
位置に復帰させるように作用する。ハシモト等は、ジャ
ーナル・オブ・ロボティック・システムズ（Ｊｏｕｒｎ
ａｌ　ｏｆ　Ｒｏｂｏｔｉｃ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）、　Ｖ
ｏｌ、２（１）、１９８５年３月の［形状記憶合金のロ
ボットアクチュエータへの応用」の第４ａ図にこの種の
アクチュエータの一例を示している。
また、差動式と呼ばれる第２の形のアクチュエータが知
られており、これは機械的に直列に接続された２つのＳ
ＭＡ装置により構成されている。１番目の装置を加熱す
ると、装置は１方向に収縮し、２番目の装置を加熱する
と装置は他の方向に収縮する。これ等のバイアス形およ
び差動形アクチュエータはロボットの接手の運動を制御
するなどのマクロな用途に用いられている。
ホムナ（Ｈｏｍｎａ）らは細い（直径０　、２　ｍ　ｍ
　）ＳＭＡ線を用い、この線にパルス電流を流して加熱
することにより、ＳＭＡ手法のマイクロアクチュエータ
技術への応用を試みている。
その結果は、２つの報告、「形状合金効果のディジタル
アクチュエータへの応用」、トランザクションズ・オブ
・ザ・ジャパン・ソサイエティ・オブ・メカニカル・エ
ンジニアズ（Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ
　Ｊａｐａｎ　５ｏｃｉｅｔｙ　ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃ
ａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）、　Ｖｏｌ、４９　、　　
ＰＰ。
２１６３−２１６９．　１９８４年、およびｒ　ＳＭＥ
アクチュエータによる触覚検出Ｊ。
ブレタン・オブ・ザ・ジャパン・ソサイエティ・オブ・
プレシジョン・エンジニアリング（Ｂｕｌｌｅｔｉｎ　
ｏｆ　ｔｈｅ　Ｊａｐａｎ　５ｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ｐ
ｒｅｃｉ−ｓｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）、　Ｖ
ｏｌ、　１８　、１９８４年９月、ｐｐ、２７４〜２７
６に示されている。
これ等の手法においては、マイクロアクチュエータはバ
イアスばねを用いてアクチュエータのＳＭＡ部分をその
冷却後の変形状態に復帰させるごとく構成されている。
しかしながら、マイクロ技術にこのようなバイアスばね
を用いることは、特にバイアス装置の物理的な寸法上の
要件のために、また冷却に必要な時定数が遅いために望
ましくなかった。
本発明では、形状記憶合金（ＳＭＡ）からなる線で形成
されたアクチュエータを特徴としている。この線はその
長手軸線周りに捩り合わされ、線の端部は動かないよう
に制限される。この線の所定部位に制御部材が装着され
る。線に対する複数の電気結線がこの線の異なる長手部
分を規定し、これ等の部分に電圧が印加されて、選択的
にこれ等の部分を加熱する。これにより、ＳＭＡ線の上
記部分が、それ等のそれぞれの部分の加熱および冷却に
応じて互いに反対に動作される。その結果、この線およ
び制御要素の回転が制御自在になる。
本発明のアクチュエータは、更に制御部材の位置を識別
する装置を備える。一実施例においては、光反射装置が
制御部材上に装着されて、コヒーレント光のビームを光
検出器に反射する。
以下に説明する実施例においては、ＳＭＡ線に対する第
１、第２、および第３電気結線がこのＳＭＡ線をほぼ等
しい長さの２つの部分に分割している。第３電気結線は
、第１および第２結線の中間に配置され、制御部材がほ
ぼ第３結線の位置で線に装着される。個々の制御自在電
圧源が２つの部分に接続され、第３結線が電圧源に共通
に接続され、これにより制御部材の回転を制御する。個
々の線部分を選択的に加熱し、これによりアクチュエー
タの動作と、アクチュエータのその静止位置への復帰が
共に行なわれる。このため、応答時間は、冷却により（
時定数はより大きい）静止位置に復帰するバイアスばね
ＳＭＡ装置より速くなる。
本発明のアクチュエータの成る応用においては、制御部
材は中空の気流方向付はチューブとして与えられる。制
御部材の中空内部に気流が入射できるようにエアジェツ
トが配置される。空気駆動タービンが設けられ、その動
作が、制御要素の回転につれてこの制御要素から噴射さ
れた気流により制御されるように配置される。この場合
は、タービンの角速度を検出し、且つこの角速度に従っ
て制御部材の位置を制御する装置が用いられる。例えば
、この速度検出装置は、タービンの回転に同期して回転
光ビームを発生する光学手段をタービン上に設け、また
回転光ビームを１つの電気信号或いは複数の電気信号に
変換するトランスデユーサを備える。制御部材の位置を
制御する手段は、上記トランスデユーサからの電気信号
に応じてアクチュエータ位置制御信号を発生するコンピ
ュータ或いは他の制御装置を備える。
以上のように構成された本発明のアクチュエータはマイ
クロ技術に特に適しているが、また大規模の用途にも使
用することができる。
第１図は、本発明の実施例のアクチュエータ１００の詳
細を示す図である。形状記憶合金、好ましくは、ニチノ
ール（ｎ１ｔｉｎｏｌ、錫とニッケルの合金）製の細い
線１０１がその長手軸線周りに捩り合わされ、その状態
で支承構造体１０２に接合される。熱絶縁体１０４は、
動作上は必ずしも必要ではないが、本実施例においては
線の端部と支承構造体の間で接合される。このように構
成すれば、一定の加熱電流に対して熱に対する応答時間
は速くなる。しかし、熱の散逸は遅いので、冷却に対す
る応答時間が遅くなるという不都合はある。線の種々の
部分に複数の可変電圧源が電気的に接続される。第１図
に示した実施例においては、このような電圧源が２つ、
即ち１０６と１０８がそれぞれ線の左半分と右半分に電
気的に接続されている。
本発明のアクチュエータの用途に従って、制御部材１１
０が線の所望部位に接合される。例えば、第１図に示し
たように、制御要素１１０が線１０１のほぼ中央に装着
される。
この例においては、制御要素１１０を線に装着する手段
も電圧源１０６と１０８に対する共通中点としての電気
接点を形成している。
特に、金属接点１１２が制御部材１１０に接合される。
この金属接点１１２は形状記憶合金線１０１に電気的に
装着され、且つ電圧源がこの接点１１２に電気的に結合
される。
制御要素１１０は、線の種々の部位を選択的に加熱する
ことにより線１０１の長手軸線に垂直な平面内で回転す
るように構成される。
これは、線の種々な部位に印加する電圧を変えることに
より実現される。このようにして得られた、線１０１の
諸部分を流れる電流により線の部分が加熱され、また、
線のその部位はその捩り合わせてない状態に復帰される
。
線の固定端部は回転できないので、その代わりに線１０
１と制御要素１１０が回転する。
特に、線１０１は電圧源１０６からの電圧を線の左半分
に加えることにより、第１図で下向きに回転するように
構成される。この電圧を取り去っても、線１０１と制御
要素の位置は回転された位置にそのまま残っている。そ
こで、電圧源１０８からの電圧を線１０１の右半分に加
えると、線はその元の状態に復帰される。制御部材１１
０には必要に応じて反射面１１４が固着或いは付着され
、光ビーム発生装置および検出器と共に用いられて制御
部材の位置を決定している。
線を、その１センチメートル当り約３同点捩ると、直径
が０．００３インチのアクチュエータ線に対し満足な結
果が得られることが見出されている。このような構成に
より、線を流れる駆動電流を約２５０ミリアンペアとし
て１８０度以上の制御要素の回転が得られる。制御要素
１１０を１つの静止位置から他の静止位置に移動させる
のに要する応答時間は、この例においては１００ミリ秒
程度である。
第２図は、第１図の構成のアクチュエータの応用例を示
したもので、そこでは制御要素１１０を回転させて、ジ
ェット２０２からの気流の方向を変えるように構成され
ている。
この方向を変えた気流によりエアタービン２０４の動作
が制御される。タービン２０４のシ゛ヤフト２０６の端
部は、シャフトの断面に対して斜めに装着された光反射
面を備えている。光レーザ２０８からの光ビームがこの
反射面に照射される。タービン２０４の回転につれて、
タービンシャフトの端部からの反＝１２− 射光は、シャフト２０６の端部に対する反射面の傾斜角
により規定される半径の円を描いて回転する。光検出器
により任意の時点におけるタービン２０４の回転速度が
検出される。ここでは、光検出器として第２図に示した
四分円光検出器２１０を用いることにする。
これは、ニュージャーシイ州ブリッジウォータのハママ
ツ社で四分円検出器モジュール５１６７１および８１５
５７として市販されているものである。次に、制御コン
ピュータ２１２が四分円検出器の個々の出力２１４をモ
ニタし、出力導線２１６にアクチュエータ制御信号を発
生する。これ等の制御信号は、本発明の上記原理にした
がってアクチュエータ１００を直接制御するのに十分な
電圧レベルを与えるように増幅器２１８により増幅され
る。コンピュータ制御フィードバックはディジタルなの
で、導線２１６にパルス幅変調信号を与えれば、制御要
素１１０の回転はより都合良く制御できる。
以上に説明した実施例の構成は１本発明の原理の単なる
応用例であり、本発明の精神と範囲を逸脱せずに、他の
構成が当業者にとって可能なことは言うまでもない。例
えば、アクチュエータ１００の制御の分解能はアクチュ
エータの線１０１の２個所以上の部分に制御電圧を加え
ることにより向上させ得ることは明らかである。更に、
選択的に制御される部分は、アクチュエータの用途に応
じて、線１００の完全に異なる部分を占めるようにして
もよく、或いは所望の方法で重なるようにしてもよい。
更に、制御部材１００は、第１図および第２図に示した
気流方向付はチューブである必要はなく、レバーやトン
グ（はさみ具）など用途に応じた差動装置を用いてもよ
い。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明によるアクチュエータの詳細図、 第２図は、アクチュエータを、タービン駆勘気流の方向
制御に用いた場合を示す図である。

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. １．　第２温度以下で元の形状から変形さ れた後、第１温度以上に加熱されたとき元の形状に自か
    ら復元する性質を有した材料で形成され、且つ第２温度
    以下でその軸線のいずれかを中心に捩り合わされた状態
    に固定配置された装置と、 １つの軸線に沿う１部位で前記装置に装着 された制御部材と、 前記装置の１軸線に沿い隔置された複数の 電気結線であって、これ等の結線に制御電圧が選択的に
    印加され、それにより前記装置と制御要素を前記１軸線
    周りに回転させてなる複数の電気結線とから構成された
    アクチュエータ。
  2. ２．　前記制御部材の回転された位置を指 示する手段から更に構成された特許請求の範囲第１項に
    記載のアクチュエータ。
  3. ３．　前記位置指示手段は、 前記制御部材上に配置されて光ビームを反 射する光反射手段から構成された特許請求の範囲第２項
    に記載のアクチュエータ。
  4. ４．　第１電気結線と、 第２電気結線と、 前記第１および第２結線の間に配置された 第３結線とから構成され、 前記３本の結線が前記装置の第１および第 ２の部分を規定し、 前記制御部材が前記軸線に沿うほぼその中 点部位で前記装置に装着されてなる特許請求の範囲第１
    項に記載のアクチュエータ。
  5. ５．　前記１軸線上の前記装置の端部と支 承構造体の間に配置された断熱体から更に構成された特
    許請求の範囲第１項に記載のアクチュエータ。
  6. ６．　前記装置は線からなる特許請求の範 囲第１項に記載のアクチュエータ。
  7. ７．　前記線錫とニッケルの合金からなる 特許請求の範囲第６項に記載のアクチュエータ。
  8. ８．　前記制御部材はレバーである特許請 求の範囲第１項に記載のアクチュエータ。
  9. ９．　前記制御部材は中空の気流方向付け チューブである特許請求の範囲第１項に記載のアクチユ
    エータ。
  10. １０．　前記制御要素の回転位置を指示する電気信号を
    発生する検出手段から更に構成された特許請求の範囲第
    ２項に記載のアクチユエータ。
  11. １１．　前記位置指示手段に応答して制御電圧を発生す
    る制御手段により更に構成された特許請求の範囲第９項
    に記載のアクチユエータ。
  12. １２．　前記検出手段は、光ビームを反射する制御要素
    上に設けた光反射手段から構成された特許請求の範囲第
    １０項に記載のアクチュエータ。
  13. １３．　前記検出手段は、光ビームを検出し且つ変換す
    る手段から更に構成された特許請求の範囲第１１項に記
    載のアクチュエータ。
  14. １４．　前記制御手段は、制御電圧を電気結線に選択的
    に印加するソフトウエア制御コンピュータから構成され
    た特許請求の範囲第１０項に記載のアクチュエータ。
  15. １５．　前記制御手段は更に、 第１対の電気結線に電圧を印加して静止位 置から第１方向に制御要素を回転させる手段と、 第２対の電気結線に電圧を印加してその静 止位置に制御要素を復帰させる手段とから構成された特
    許請求の範囲第１０項に記載のアクチュエータ。
JP62259830A 1986-10-16 1987-10-16 形状記憶合金アクチュエータ Pending JPS63109285A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US919,788 1986-10-16
US06/919,788 US4700541A (en) 1986-10-16 1986-10-16 Shape memory alloy actuator

Publications (1)

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JPS63109285A true JPS63109285A (ja) 1988-05-13

Family

ID=25442653

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62259830A Pending JPS63109285A (ja) 1986-10-16 1987-10-16 形状記憶合金アクチュエータ

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