JPS63309780A - 形状記憶合金アクチュエ−タ - 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Ｊ 本発明は、形状記憶合金を利用したアクチュエータに関
する。

［従来の技術］ 特開昭５８−２１４７３７号公報においては、形状配憶
含金の熱変形特性を利用したアクチュエータとして、コ
イル状の形状記憶合金と塑性変形用スプリングとの組み
合わせ構造が記載されている。このアクチュエータには
、この構造の他に、２つのコイル状の形状記憶合金をピ
ストン棒に巻回した構成も可能である。この場合には、
形状記憶合金に直接通電して画形状記憶合金を交互に加
熱することによりピストン棒が往復移動することができ
る。

しかし、第１の形状記憶合金に通電して熱変形を起させ
、ピストン棒が第１の変位状態を実現した後通電を停止
すると、冷却に伴って熱変形応力が失われるので、この
応力を受けて圧迫され変形されていた第２の形状記憶合
金は蓄えられていた変形応力により原形への復帰を開始
覆る。したがって第１の形状記憶合金の働きによって一
ロピストン棒が第１の変位状態から第２の変位状態に切
替えられた機器は、一方の形状記憶合金の加熱を停止す
ると、意に反して他方の形状記憶合金の働きにより再び
ピストン棒が第１の変位状態に戻されようとする現象が
生ずる。

［発明が解決しようとする問題点］ このため本出願人は、特願昭６１−１４１１５０号にお
いて、第４図に示すごとく、第１の形状記憶合金１１０
の伸長に伴ってピストン棒を兼ねた鉄心１３０が通電回
路１４０内のリミットスイッチ１４１に接触することに
より、第１の形状記憶合金１１０への通電が停止された
後、鉄心１３０の第１の変位状態を保持するために、ロ
ックスプリング１５０を用いたアクチュエータ１００を
提案した。

しかるに、上記のアクチュエータ１００は、ロックスプ
リング１５０を設けているので、逆方向（図示右方向）
に鉄心１３０を変位させるには、ロックスプリング１５
０の付勢力に打ち勝つ力を余分に第１の形状記憶合金１
１０または第２の形状記憶合金１２０に発１さゼる必要
があった。

また、第１の形状記憶合金１１０および第２の形状記憶
合金１２０の電気抵抗値は、非常に小さいが、これを利
用したものはなかった。

本発明は、コイル状の形状記憶合金の発生する力が小さ
くても容易に鉄心が往復移動可能な形状記憶合金アクチ
ュエータの提供を目的とげる。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の形状記憶合金アクチユエータは、コイル状の第
１の形状記憶合金と、該第１の形状記憶合金と直列的に
配されたコイル状の第２の形状記憶合金と、前記第１の
形状記憶合金と第２の形状記憶合金とを間欠的、且つ選
択的に通電する通電手段と、前記第１の形状記憶合金お
よび第２の形状記憶合金内に変位自在に配された鉄心と
、該鉄心の一端から所定の間隙を隔てて配された一方の
磁石と、前記鉄心の他端から所定の間隙を隔てて配され
た他方の磁石とを備え、前記第１の形状記憶合金または
第２の形状記憶合金への通電により、前記鉄心を磁化さ
せると共に、前記第１の形状記憶合金または第２の形状
記憶合金の変態により前記鉄心を変位させると共に、前
記鉄心の一端または他端を前記一方の磁石または他方の
磁石に吸着される極性にさせた構成を採用した。

［作用］ 本発明の形状記憶合金アクチユエータは、上記構成によ
りつぎの作用を有する。

コイル状の第１の形状記憶合金への通電により、電気抵
抗値の小さい形状記憶合金に大電流が流れることにより
鉄心が磁化する。この鉄心の磁化される極性が他方の磁
石（または一方の磁石）の極性に反発する極性になるよ
うに第１の形状記憶合金が巻装されている。したがって
、鉄心は、他方の磁石（または−・方の磁石）から容易
に離れる。

そして第１の形状記憶合金が加熱され、予め記憶された
形状に変態（例えば伸長、収縮）することにより、鉄心
を第１の方向に変位させて一方の磁石（または他方の磁
石）に吸着させる。第１の形状記憶合金への通電を停止
しても、鉄心は、一方の磁石（または他方の磁石）の磁
力により、磁石に吸着された状態を保持する。

つぎに、コイル状の第２の形状記憶合金への通電により
、電気抵抗値の小さい形状記憶合金に大電流が流れるこ
とにより鉄心が磁化する。そして第２の形状記憶合金が
加熱され、予め記憶された形状に変態（例えば伸長、収
縮）することにより、鉄心を第２の方向（第１の方向と
は逆方向）に変位させて他方の磁石（または一方の磁石
）に吸着させる。第２の形状記憶合金への通電を停止し
ても、鉄心は、他方の磁石（または一方の磁石）の磁力
により、磁石に吸着された状態を保持する。

［発明の効果］ 本発明の形状記憶合金アクチユエータは上記構成および
作用によりつぎの効果を奏する。

したがって、第１の形状記憶合金または第２の形状記憶
合金を通電することにより、例え形状記憶合金の発生す
る力が小さくても鉄心を容易に変位させることができる
。

［実施例］ 本発明の形状記憶合金アクチュエータの実施例を第１図
ないし第３図に基づき説明する。

第１図は本発明の第１実施例を適用した形状記憶合金ア
クチュエータを示す。

形状記憶合金アクチュエータ１は、固定部材１１に固着
されたケーシング２と、該ケーシング２の両端より所定
の間隙を隔てて配された永久磁石１２．１３と、ケーシ
ング２に支持された棒状鉄心３とを備える。また形状記
憶合金アクヂュ■−夕１は、棒状鉄心３に巻回されるコ
イル状の第１の形状記憶合金４およびコイル状の第２の
形状記憶合金５と、第１の形状記憶合金４と第２の形状
記憶合金５とを間欠的、且つ選択的に通電ザる通電手段
である電気回路６とを備える。

永久磁石１２．１３は、両者が対向した内側（棒状鉄心
３側）端部がＳ極、外側端部がＮ極となるように固定部
材１１の棒状鉄心３の往復移動距離（ストローク）範囲
内に固定されている。

ケーシング２は、固定部材１１に固定された底壁２１、
棒状鉄心３の一方の支持手段である一方の支持壁２２、
および棒状鉄心３の他方の支持手段である他方の支持壁
２３が一体的に成形されている。一方の支持壁２２は、
底壁２１の一端部より底壁２１に直交する方向に突設さ
れ、棒状鉄心３が貫通する貫通穴２４が形成されている
。他方の支持壁２３は、一方の支持壁２２と所定の間隙
を隔てて対向して配されるように底壁２１の他端部より
底壁２１に直交する方向に突設され、棒状鉄心３が貫通
する貫通穴２５が形成されている。

棒状鉄心３は、強磁性体で、どちらかの形状記憶合金４
．５が通電されると磁化される。棒状鉄心３は、第１の
形状記憶合金４が通電されると一端３１が永久磁石１２
に反発され、他＠３２が永久磁石１３に吸着される第１
の変位状態に位置する。また、棒状鉄心３は、第２の形
状記憶合金５が通電されると一端３１が永久磁石１２に
吸着され、他端３２が永久磁石１３に反発される第２の
変位状態に位置する。

さらに、棒状鉄心３の一方の貫通部３３は、ケーシング
２の一方の支持壁２２の貫通穴２４に常時貫通して摺動
自在に支持されている。棒状鉄心３の他方の貫通部３４
は、ケーシング２の他方の支持壁２３の貫通穴２５に常
時貫通して摺動自在に支持されＣいる。さらに棒状鉄心
３の中央部３５の外周には、鉄心３と第１の形状記憶合
金４、第２の形状記憶合金５とを電気的に絶縁する絶縁
部材である筒状部材３６が固着されている。

第１の形状記憶合金４および第２の形状記憶合金５は、
反復耐久性や耐食性に優れた−「１−Ｎｉ合金（マルテ
ンザイト変態開始温度ニー５０℃〜１００℃）、Ｃｕ−
Ａ１−Ｚｎ合金（マルテンリーイ１〜変態開始温度ニー
１８０℃〜１００℃）製で、前記マルテンザイト変態開
始温度近辺にある逆変態開始温度に加熱されると伸長す
るように形状記憶されている。また、第１の形状記憶合
金４および第２の形状記憶合金５は、電気抵抗値が小さ
く、大電流が流れるので、巻回数が例え少なくとも棒状
鉄心３を容易に磁化させることができる。

第１の形状記憶合金４は、一端４１がケーシング２の一
方の支持壁２２に固着され、他端４２が筒状部材３６に
固着されている。また第１の形状記憶合金４は、その通
電時に電流が他＃ａ４２より一端４１へ流れ、棒状鉄心
３の一端３１がＳ極、他端３２がＮ極となるように巻回
されている。

第２の形状記憶合金５は、第１の形状記憶合金４と同一
軸心上で、直列的に配され、一端５１が筒状部材３６に
固着され、他端５２がケーシング２の他方の支持壁２３
に固着されている。また第２の形状記憶合金５は、その
通電時に電流が一端５１より他端５２へ流れ、棒状鉄心
３の一端３１がＮ極、他端３２がＳ極となるように巻回
されている。よって、第１の形状記憶合金４および第２
の形状記憶合金５の巻回方向は、同一方向となっている
。

電気回路６は、バッテリ６１、選択スイッチ６２、リミ
ットスイッチ６３．６４、第１の形状記憶合金４の電源
側端子６５、第２の形状記憶合金５の電源側端子６６、
第１の形状記憶合金４のスイッチ側端子６７、第２の形
状記憶合金５のスイッチ側端子６８、およびこれらを接
続する電気配線６９からｄる。

選択スイッチ６２は、第１の形状記憶合金４に電気を供
給するＡ接点、および第２の形状記憶合金５に電気を供
給するＢ接点を有する。リミットスイッチ６３は、棒状
鉄心３が磁化されて永久磁石１３に吸引された時、棒状
鉄心３が接触することにより自動的に第１の形状記憶合
金４への通電を停止する。リミットスイッチ６４は、棒
状鉄心３が磁化されて永久磁石１２に吸引された時、棒
状鉄心３が接触することにより自動的に第２の形状記憶
合金５への通電を停止する。第１の形状記憶合金４の電
源側端子６５および第２の形状記憶合金５の電源側端子
６６は、筒状部材３６内に棒状鉄心３と第１の形状記憶
合金４および第２の形状記憶合金５とが短絡しないよう
に埋設されている。

本実施例のアクチュエータ１の作用を図に基づき説明す
る。

電気回路６の選択スイッチ６２がＡ接点に接続されるこ
とにより電源側端子６５を介して第１の形状記憶合金４
がバラＴす６１に接続される。この時に第１の形状記憶
合金４は、通電加熱されることにより、棒状鉄心３の一
端３１が８８ｉとされ他端３２がＮ極とされて棒状鉄心
３が磁化される。そして前記逆変態開始温度に加熱され
ると、第１の形状記憶合金４は、ケーシング２の一方の
支持壁２２と筒状部材３６との間を開く方向へ伸長する
。この第１の形状記憶合金４の伸長に伴って、磁化され
た棒状鉄心３が図示矢印方向に移動する。

さらにＮ極とされた棒状鉄心３の他端３２が、Ｓ極とさ
れた永久磁石１３の内側部の吸引力により永久磁石１３
に容易に吸着され、棒状鉄心３が第１の変位状態にイ装
置する。そして棒状鉄心３が永久磁石１３に吸引された
時、電気回路６のリミットスイッチ６３が棒状鉄心３の
接触により自動的に第１の形状記憶合金４への通電を停
止する。このため、棒状鉄心３の磁極はなくなるが、永
久磁石１３の吸引力により棒状鉄心３は永久磁石１３に
吸着された状態を保持する。

この状態の詩に、電気回路６の選択スイッチ６２を８接
点に接続すると、電源側端子６６を介して第２の形状記
憶合金５がバッテリ６１に接続される。

この時に第２の形状記憶合金５は、通電加熱されること
により、棒状鉄心３の一端３１がＮ極とされ他端３２が
Ｓ極とされて棒状鉄心３が磁化される。

このため、棒状鉄心３は、永久磁石１３の反発力により
永久磁石１３から容易に離れる。

そして第２の形状記憶合金５は、前記逆変態開始温度に
加熱されると、ケーシング２の他方の支持壁２３と筒状
部材３６との間を開く方向へ伸長する。

この第２の形状記憶合金５の伸長に伴って、磁化された
棒状鉄心３が図示破線矢印方向に移動−する。

さらにＮ極とされた棒状鉄心３の一端３１が、Ｓ極とさ
れた永久磁石１２の内側部の吸引力により永久磁石１２
に容易に吸着され、棒状鉄心３が第２の変位状態に位置
する。そして棒状鉄心３が永久磁石１２に吸引された時
、電気回路６のリミットスイッチ６４が棒状鉄心３の接
触により自動的に第２の形状記憶合金５への通電を停止
する。このため、棒状鉄心３の磁極はなくなるが、永久
磁石１３の吸引力により棒状鉄心３は永久磁石１２１Ｃ
吸着された状態を保持する。

このように選択スイッチ６２を選択的に切換えることに
より、棒状鉄心３が往復移動する。

したがって、磁化された棒状鉄心３が永久磁石１２．１
３に容易に吸着または反発されるので、例え第１の形状
記憶合金４および第２の形状記憶合金５の発生覆る力が
小さくても棒状鉄心３の往復移動が容易に行え、また棒
状鉄心３が永久磁石１２．１３に吸着後、第１の形状記
憶合金４および第２の形状記憶合金５への通電を停止し
ているので、第１の形状記憶合金４．５の温度異常上昇
を防止できるなど機能部品に往復運動を作用させる装置
として最適なアクチュエータ１となる。

第２図は本発明の第１実施例を適用したダンパ駆動用ア
クチュエータ１を示す。

７は内気導入ロア１および外気導入ロア２を形成した空
気調和装置の内外気切替箱を示し、７３は内外気切替箱
７に一端が枢着された内外気切替ダンパを示す。また７
４は送風用ファン７５を駆動する駆動用モータを示す。

８は内外気切替ダンパの一端に固着された連結具８１と
共に、棒状鉄心３の往復運動を内外気切替ダンパ１３の
開閉運動に変換する伝達部材を示す。この場合、選択ス
イッチ６２は、空気調和装置の操作パネル内に設りられ
、接点△が内気導入とされ接点Ｂが外気導入とされた内
外気切替スイッチとなる。

第３図は本発明の第２実施例を適用したアクチュエータ
１を示す。

（第１実施例と同−機能物は同番号を付す）本実施例の
コイル状の第１の形状記憶合金９とコイル状の第２の形
状記憶合金１０とは、前記逆変態開始温度に加熱される
と一方の支持壁２２または他方の支持壁２３に近づく方
向に収縮するように形状を記憶している。

本実施例のアクチュエータ１の作用を説明する。

（第１実施例と同一の作用の説明は省略する）電気回路
６の選択スイッチ６２がＡ接点に接続されることにより
電源側端子６５を介して第１の形状記憶合金９がバッテ
リ６１に接続される。この時に第１の形状記憶合金９は
、通電加熱されることにより、棒状鉄心３の一端３１が
Ｎ極とされ（ｌ！！端３２がＳ極とされて棒状鉄心３が
磁化される。そして前記逆変態開始温度に加熱されると
、第１の形状記憶合金９は、ケーシング２の他方の支持
壁２３と筒状部材３６との間を短くする方向へ収縮する
。この第１の形状記憶合金９の収縮に伴って、磁化され
た棒状鉄心３が図示矢印方向に移動して、永久磁石１３
に吸着され、棒状鉄心３が第１の変位状態に位置する。

この状態の時に、電気回路６の選択スイッチ６２をＢ接
点に接続すると、電源側端子６６を介して第２の形状記
憶合金１０がバッテリ６１に接続される。

この時に第２の形状記憶合金１０は、通電加熱されるこ
とにより、棒状鉄心３の一端３１がＳ極とされ他端３２
がＮ８ｉとされて棒状鉄心３が磁化される。

このため、棒状鉄心３は、永久磁石１３の反発力により
永久磁石１３から容易に離れる。そして第２の形状記憶
合金１０は、前記逆変態開始温度に加熱されると、ケー
シング２の一方の支持壁２２と筒状部材３６との間を短
くする方向へ収縮する。この形状記憶合金１０の収縮に
伴って、磁化された棒状鉄心３が図示破線矢印方向に移
動して、永久磁石１２に吸着され、棒状鉄心３が第２の
変位状態に位置づ−る。

本実施例では、第１の形状記憶合金と第２の形状記憶合
金とを別途設けたが、中心が絶縁部材に固着されていれ
ば第１の形状記憶合金と第２の形状記憶合金とを一体的
に設置）でも良い。

本実施例では、磁石に永久磁石を採用したが、磁石に電
磁石を採用しても良く、まｌ、：その仙の磁石を採用し
ても良い。

本実施例では、鉄心の外周に絶縁性の筒状部材を固着し
ているが、鉄心の外周に絶縁性の−」イルボビンを設け
ても良い。

本実施例では、鉄心の一方の支持手段である−・方の支
持壁と他方の支持手段である他方の支持壁どが一体的に
成形されたケーシングを採用したが、一方の支持壁と他
方の支持壁とが別途成形されたものでも良い。

本実施例では、本発明の形状記憶合金アクチユエータを
内外気切替ダンパを駆動するアクチュエータに採用した
が、その他の装置のダンパ、弁体を駆動するアクチュエ
ータに採用しても良く、扉、窓の開閉を行うアクチュエ
ータに採用しても良く、種々の装置の機能部品の往復運
動を作用するアクチュエータに採用しても良く、連動部
材を介して往復運動以外の運動を機能部品に作用させて
も良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を適用した形状記憶合金ア
クチュエータの構成図、第２図は本発明の第１実施例を
適用した形状記憶合金アクチュエータを装着した内外気
切替箱の概略図、第３図は本発明の第２実施例を適用し
た形状記憶合金アクチュ■−夕の構成図、第４図は従来
の形状記憶合金アクチュエータの構成図である。 図中 １・・・形状記憶合金アクチュエータ　３・・・棒状鉄
心　４．９・・・第１の形状記憶合金　５．１０・・・
第２の形状記憶合金　６・・・電気回路（通電手段）１
２．１３・・・永久磁石　２２・・・一方の支持壁（一
方の支持手段）２３・・・他方の支持壁（他方の支持手
段）３６・・・筒状部材（絶縁部材）６３．６４・・・
リミットスイッチ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）コイル状の第１の形状記憶合金と、 該第１の形状記憶合金と直列的に配されたコイル状の第
   ２の形状記憶合金と、 前記第１の形状記憶合金と第２の形状記憶合金とを間欠
   的、且つ選択的に通電する通電手段と、前記第１の形状
   記憶合金および第２の形状記憶合金内に変位自在に配さ
   れた鉄心と、 該鉄心の一端から所定の間隙を隔てて配された一方の磁
   石と、 前記鉄心の他端から所定の間隙を隔てて配された他方の
   磁石とを備え、 前記第１の形状記憶合金または第２の形状記憶合金への
   通電により、前記鉄心を磁化させると共に、前記第１の
   形状記憶合金または第２の形状記憶合金の変態により前
   記鉄心を変位させると共に、前記鉄心の一端または他端
   を前記一方の磁石または他方の磁石に吸着される極性に
   させた形状記憶合金アクチユエータ。 ２）前記磁石は、永久磁石であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の形状記憶合金アクチユエータ
   。 ３）前記鉄心は、一方の部分が一方の支持手段に摺動自
   在に支持され、他方の部分が他方の支持手段に摺動自在
   に支持され、中央部の外周に前記形状記憶合金とを電気
   的に絶縁する絶縁部材が配されたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項または第２項のうちいずれかに記載の
   形状記憶合金アクチユエータ。 ４）前記第１の形状記憶合金は、一端が前記一方の支持
   手段に固着され他端が前記絶縁手段に固着され、前記第
   ２の形状記憶合金は、一端が前記絶縁部材に固着され他
   端が前記他方の支持手段に固着されたことを特徴とする
   特許請求の範囲第３項に記載の形状記憶合金アクチュエ
   ータ。 ５）前記通電手段には、前記鉄心が磁化されて前記磁石
   に吸引された時、自動的に前記形状記憶合金への通電を
   停止するスイツチが設けられていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項ないし第４項のうちいずれかに記載
   の形状記憶合金アクチュエータ。