(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の方向およびこの第一の方向と反対の第二の方向に動くことができる操作端部材と、形状回復力を発生したとき、前記操作端部材を前記第一の方向に動かすように前記操作端部材に連係された第一の形状記憶合金と、形状回復力を発生したとき、前記操作端部材を前記第二の方向に動かすように前記操作端部材に連係された第二の形状記憶合金と、前記操作端部材に連係されたばねとを有してなり、
前記操作端部材と前記ばねとは、前記第一の形状記憶合金が形状回復力を発生していることにより前記操作端部材が所定の中立位置より前記第一の方向に動かされている際に、前記第二の形状記憶合金も形状回復力を発生したときは、前記ばねが変形されることにより前記操作端部材が前記第二の方向に動き、その結果、前記第一および第二の形状記憶合金が形状回復力を互いにそのまま作用し合わないこととなり、前記第二の形状記憶合金が形状回復力を発生していることにより前記操作端部材が所定の中立位置より前記第二の方向に動かされている際に、前記第一の形状記憶合金も形状回復力を発生したときは、前記ばねが変形されることにより前記操作端部材が前記第一の方向に動き、その結果、前記第一および第二の形状記憶合金が形状回復力を互いにそのまま作用し合わないこととなるように連係されている形状記憶合金アクチュエータ。
【請求項２】
第一の方向およびこの第一の方向と反対の第二の方向に動くことができる操作端部材と、形状回復力を発生したとき、前記操作端部材を前記第一の方向に動かすように前記操作端部材に連係された第一の形状記憶合金と、形状回復力を発生したとき、前記操作端部材を前記第二の方向に動かすように前記操作端部材に連係された第二の形状記憶合金と、前記操作端部材に連係された第一および第二のばねとを有してなり、
前記操作端部材と前記第一のばねとは、前記第二の形状記憶合金が形状回復力を発生していることにより前記操作端部材が所定の中立位置より前記第二の方向に動かされている際に、前記第一の形状記憶合金も形状回復力を発生したときは、前記第一のばねが変形されることにより前記操作端部材が前記第一の方向に動き、その結果、前記第一および第二の形状記憶合金が形状回復力を互いにそのまま作用し合わないこととなるように連係されており、前記操作端部材と前記第二のばねとは、前記第一の形状記憶合金が形状回復力を発生していることにより前記操作端部材が所定の中立位置より前記第一の方向に動かされている際に、前記第二の形状記憶合金も形状回復力を発生したときは、前記第二のばねが変形されることにより前記操作端部材が前記第二の方向に動き、その結果、前記第一および第二の形状記憶合金が形状回復力を互いにそのまま作用し合わないこととなるように連係されている形状記憶合金アクチュエータ。
【請求項３】
第一の方向およびこの第一の方向と反対の第二の方向に動くことができる中間部材と、この中間部材を前記第二の方向に付勢する第一のばねと、前記中間部材が前記第二の方向に動かされると、この中間部材の動きに対応して変形されるように前記中間部材に連係された第一の形状記憶合金と、前記第一の方向および前記第二の方向に動くことができる操作端部材と、前記中間部材と前記操作端部材との間に介装され、前記操作端部材を前記第一の方向に付勢する第二のばねと、前記中間部材と前記操作端部材との間に介装され、前記操作端部材が前記第一の方向に動かされると、この操作端部材の動きに対応して変形されるように前記操作端部材に連係された第二の形状記憶合金とを有してなり、
前記第二の形状記憶合金が形状回復力を発生していることにより前記操作端部材が所定の中立位置より前記第二の方向に動かされている際に、前記第一の形状記憶合金も形状回復力を発生したときは、前記第一のばねが変形されることにより前記操作端部材が前記第一の方向に動き、その結果、前記第一および第二の形状記憶合金が形状回復力を互いにそのまま作用し合わないこととなり、前記第一の形状記憶合金が形状回復力を発生していることにより前記操作端部材が所定の中立位置より前記第一の方向に動かされている際に、前記第二の形状記憶合金も形状回復力を発生したときは、前記第二のばねが変形されることにより前記操作端部材が前記第二の方向に動き、その結果、前記第一および第二の形状記憶合金が形状回復力を互いにそのまま作用し合わないこととなるようにされている形状記憶合金アクチュエータ。
【請求項４】
第一および第二の方向は回転方向である請求項１，２または３記載の形状記憶合金アクチュエータ。
【請求項５】
第一および第二の方向は直線方向である請求項１，２または３記載の形状記憶合金アクチュエータ。
【請求項６】
第一の方向およびこの第一の方向と反対の第二の方向に回転可能な操作端部材と、直線方向に移動可能なスライド部材と、前記操作端部材に一端部を取り付けられるとともに該一端部付近を前記操作端部材に巻き掛けられ、他端部を前記スライド部材に取り付けられた線材状または帯状の第一の形状記憶合金と、前記操作端部材に一端部を取り付けられるとともに該一端部付近を前記操作端部材に巻き掛けられ、他端部を前記スライド部材に取り付けられた線材状または帯状の第二の形状記憶合金と、前記スライド部材を前記操作端部材から遠ざからせ、前記第一および第二の形状記憶合金を伸び変形させることとなる方向に付勢するばねとを有してなり、
前記第二の形状記憶合金が冷却しているとき、前記第一の形状記憶合金が加熱されて記憶している長さに戻ろうとすると、前記第二の形状記憶合金が伸び変形して前記操作端部材が前記第一の方向に回転される一方、前記第一の形状記憶合金が冷却しているとき、前記第二の形状記憶合金が記憶している長さに戻ろうとすると、前記第一の形状記憶合金が伸び変形して前記操作端部材が前記第二の方向に回転される関係になっている請求項１記載の形状記憶合金アクチュエータ。
【請求項７】
前記スライド部材が所定以上前記操作端部材に近づいたとき、前記第一および第二の形状記憶合金に対する加熱を強制的に停止させる手段を設けた請求項６記載の形状記憶合金アクチュエータ。
【請求項８】
前記スライド部材が所定以上前記操作端部材に近づいたとき、前記第一および第二の形状記憶合金に対する加熱を強制的に停止させる手段は、前記第一および第二の形状記憶合金に対する通電を停止させるリミットスイッチである請求項７記載の形状記憶合金アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、形状記憶合金を駆動源とする形状記憶合金アクチュエータに係り、特に操作端を互いに反対方向に動かす一対の形状記憶合金を備えた差動型形状記憶合金アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１および２は、従来の差動型形状記憶合金アクチュエータを示す。本体１には支持材２，３が固定されており、これらの支持材２，３にはそれぞれピン４，５が取り付けられている。前記本体１には、大略Ｔ字状の操作端部材６の中心部に設けられた回転軸７が回転可能に支持されている。前記操作端部材６の一端部に設けられたピン８とピン４との間にはコイル状に巻かれた第一の形状記憶合金９が介装される一方、操作端部材６の他端部に設けられたピン１０とピン５との間にはコイル状に巻かれた第二の形状記憶合金１１が介装されている。前記第二の形状記憶合金１１は図１に示される短い形状を記憶している。前記第一の形状記憶合金９は第二の形状記憶合金１１と同様の短い形状を記憶している。
【０００３】
この従来の差動型形状記憶合金アクチュエータにおいては、第一の形状記憶合金９が冷却しているとき、第二の形状記憶合金１１が加熱されると、図１のように、第二の形状記憶合金１１は記憶している短い形状に戻り、操作端部材６を図上時計方向に回転させるとともに第一の形状記憶合金９をマクロ的に見て伸び変形させる（参考までに述べると、この場合、真の意味では、第一の形状記憶合金９の各部は曲げおよびねじり変形している）。また、逆に、第二の形状記憶合金１１が冷却しているとき、第一の形状記憶合金９が加熱されると、第一の形状記憶合金９は記憶している短い形状に戻り、操作端部材６を図上反時計方向に回転させるとともに第二の形状記憶合金１１をマクロ的に見て伸び変形させる。これにより、図上左右対称の運動を行わせることができる。
【０００４】
図４および５は、従来の単安定型形状記憶合金アクチュエータを示す。本体１には支持材２，３が固定されており、これらの支持材２，３にはそれぞれピン４，５が取り付けられている。前記本体１には、大略Ｔ字状の操作端部材６の中心部に設けられた回転軸７が回転可能に支持されている。前記操作端部材６の一端部に設けられたピン８とピン４との間には、非形状記憶合金材料により構成された引っ張りコイルばね１２が介装されており、このばね１２は操作端部材６を図上反時計方向に付勢している。前記操作端部材６の他端部に設けられたピン１０とピン５との間にはコイル状に巻かれた形状記憶合金１３が介装されており、この形状記憶合金１３は図５に示されるような短い形状を記憶している。
【０００５】
この従来の単安定型形状記憶合金アクチュエータにおいては、形状記憶合金１３が冷却しているときは、図４のように、ばねの力により操作端部材６が図上反時計方向に回転されているとともに、形状記憶合金１３がマクロ的に見て伸び変形されている。他方、形状記憶合金１３が加熱されると、図５のように、該形状記憶合金１３はばね１２に抗して記憶している短い形状に戻り、操作端部材６を図上時計方向に回転させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記図１および２の従来の差動型形状記憶合金アクチュエータにおいては、動作方向を切り替える際、それまで加熱されていた形状記憶合金９または１１が十分冷却しない（形状回復力を失っていない）うちに、他方の形状記憶合金１１または９を加熱すると、両方の形状記憶合金９，１１が互いに形状回復力を反対方向に作用させ合って動かなくなってしまう。形状記憶合金９，１１の形状回復力は、低温状態のひずみの与え方によっては降伏限界より大きくなるので、このように両方の形状記憶合金９，１１が形状回復力を作用させ合う状態になると、最悪の場合は、アクチュエータを動かせないばかりでなく、形状記憶合金９，１１が破断したり、塑性変形し、アクチュエータが壊れてしまっていた。
【０００７】
このような事態を招かないようにするには、加熱温度を必要最小限にし、動作方向を切り替える際は、それまで加熱されていた側の形状記憶合金９または１１が十分に冷却するのを待ってから、他方の形状記憶合金１１または９を加熱するようにしなければならなかった。図３は、このような事情を示す従来の差動型形状記憶合金アクチュエータの動作のタイムチャートである。第一の形状記憶合金９の冷却時間および第二の形状記憶合金１１の冷却時間の間は、アクチュエータを動かせない無駄な時間となる。そして、形状記憶合金の冷却速度はその熱容量に依存するので、加熱速度より相当遅くなるのが普通であるため、前記無駄な時間は相当長くなるから、アクチュエータの応答性が非常に悪くなる。したがって、図１および２の従来の差動型形状記憶合金アクチュエータは、実際上は、実用性は全くないと言わざるを得なかった。
【０００８】
他方、前記図４および５の従来の単安定型形状記憶合金アクチュエータにおいては、操作端部材６を外部から拘束しない限り、加熱によって形状記憶合金１３に無理な力が加わることがないため、耐久性の高いアクチュエータを得ることができる。しかし動作の安定点は、常に非形状記憶合金材料のばね１２に引かれている側であり、左右対称の運動を得ることはできなかった。
【０００９】
本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたもので、本発明の１つの目的は、差動型形状記憶合金アクチュエータにおいて、両方の形状記憶合金が同時に形状回復力を発生している状態になっても、両方の形状記憶合金が形状回復力を互いにそのまま作用させ合うことがなく、動作方向の切替時に形状記憶合金の冷却時間を特に設ける必要がなく、動作方向切替時の応答性を向上させることができる形状記憶合金アクチュエータを提供することを目的とする。
【００１０】
本発明の他の目的は、以下の説明から明らかになろう。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による形状記憶合金アクチュエータは、第一の方向およびこの第一の方向と反対の第二の方向に動くことができる操作端部材と、形状回復力を発生したとき、前記操作端部材を前記第一の方向に動かすように前記操作端部材に連係された第一の形状記憶合金と、形状回復力を発生したとき、前記操作端部材を前記第二の方向に動かすように前記操作端部材に連係された第二の形状記憶合金と、前記操作端部材に連係されたばねとを有してなり、
前記操作端部材と前記ばねとは、前記第一の形状記憶合金が形状回復力を発生していることにより前記操作端部材が所定の中立位置より前記第一の方向に動かされている際に、前記第二の形状記憶合金も形状回復力を発生したときは、前記ばねが変形されることにより前記操作端部材が前記第二の方向に動き、その結果、前記第一および第二の形状記憶合金が形状回復力を互いにそのまま作用し合わないこととなり、前記第二の形状記憶合金が形状回復力を発生していることにより前記操作端部材が所定の中立位置より前記第二の方向に動かされている際に、前記第一の形状記憶合金も形状回復力を発生したときは、前記ばねが変形されることにより前記操作端部材が前記第一の方向に動き、その結果、前記第一および第二の形状記憶合金が形状回復力を互いにそのまま作用し合わないこととなるように連係されているものである。
【００１２】
本発明の形状記憶合金アクチュエータにおいては、第一および第二の形状記憶合金が同時に形状回復力を発生している状態になっても、ばねが変形されることにより操作端部材が第一または第二の方向に動くので、第一および第二の形状記憶合金が形状回復力を互いにそのまま作用させ合うことはない。したがって、動作方向の切替時にそれまで加熱されていた形状記憶合金の冷却時間を特に設ける必要がなく、動作方向切替時の応答性を向上させることができるとともに、制御も容易になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【００１４】
【実施例】
図６〜９は本発明による形状記憶合金アクチュエータの第一実施例を示しており、この実施例は、単安定型形状記憶合金アクチュエータを２段積み重ねたような構成となっている。本体１には支持材１４，１５が互いに間隔を置いて固定されており、これらの支持材１４，１５にはそれぞれピン１６，１７が取り付けられている。前記本体１には、支持材１４，１５の上方において、直線状の中間部材１８の中央部に設けられた回転軸１９が回転可能に支持されている（なお、この実施例の説明において、上下左右、時計方向および反時計方向とは図６〜９上において言うものとする）。前記中間部材１８の両端部には、それぞれピン２０，２１が取り付けられている。前記本体１には、中間部材１８のさらに上方において、大略Ｔ字状の操作端部材６の中心部に設けられた回転軸２２が回転可能に支持されている。前記操作端部材６の左右両端部には、ピン２３，２４がそれぞれ取り付けられている。
【００１５】
前記ピン１６とピン２０との間にはコイル状に巻かれた第一の形状記憶合金９が、ピン１７とピン２１との間には非形状記憶合金材料により構成された引っ張りコイルばねからなる第一のばね２５が、ピン２１とピン２４との間にはコイル状に巻かれた第二の形状記憶合金１１が、ピン２０とピン２３との間には非形状記憶合金材料により構成された引っ張りコイルばねからなる第二のばね２６がそれぞれ介装されている。ここにおいて、第一のばね２５は中間部材１８を時計方向（本実施例における第二の方向）、第二のばね２６は操作端部材６を反時計方向（本実施例における第一の方向）に付勢している。また、前記第一および第二の形状記憶合金９，１１はそれぞれ図８に示される短い形状を記憶している。また、第二のばね２６および第二の形状記憶合金１１が中間部材１８と操作端部材６との間に介装されていることにより、第二の形状記憶合金１１の状態が変化しない限り、中間部材１８が時計方向または反時計方向に回転すると、操作端部材６は同方向に回転するようになっている。
【００１６】
前記ピン１６は操作スイッチ２７の第一の固定接点２７ａに電気的に接続されている。前記ピン２０および２１は電源２８の一方の極に共通に電気的に接続されている。前記ピン２４は操作スイッチ２７の第二の固定接点２７ｂに電気的に接続されている。前記操作スイッチ２７の可動接点２７ｃは電源２８の他方の極に電気的に接続されている。
【００１７】
次に、本実施例の作動を説明する。図６は、操作スイッチ２７の可動接点２７ｃが第一および第二の固定接点２７ｂ，２７ｃのいずれにも接触されておらず、第一および第二の形状記憶合金９，１１がいずれも冷却している状態を示している。この場合、第一および第二のばね２５，２６の力により第一および第二の形状記憶合金９，１１はそれぞれマクロ的に見て伸び変形しており、中間部材１８および操作端部材６はそれぞれ中立位置（水平状態）にある。
【００１８】
次に、図７のように、操作スイッチ２７の可動接点２７ｃを第一の固定接点２７ａ側に切り替え、電源２８からピン１６および２０を介して第一の形状記憶合金９に通電すると、ジュール熱により第一の形状記憶合金９が所定温度範囲まで加熱され、該形状記憶合金９が記憶している形状に戻って短くなるので、中間部材１８が反時計方向に回転されて左傾状態となり、それにつれて操作端部材６も反時計方向に回転されて左傾状態となる。
【００１９】
次に、図７の状態から、操作スイッチ２７の可動接点２７ｃを直ちに第二の固定接点２７ｂ側に切り替えることにより、図１０のタイムチャートに示すように、第一の形状記憶合金９が冷却しないうちに、第二の形状記憶合金１１を加熱すると、まだ第一の形状記憶合金９が収縮している状態のうちに、図８のように第二の形状記憶合金１１も第二のばね２６を引き伸ばしながら記憶している形状に戻って短くなるので、中間部材１８は左傾状態に維持されたまま、操作端部材６は中立位置へと時計方向に回転されて行く（なお、図１０の破線は、比較のために前記図３の従来の差動型アクチュエータのタイムチャートを併記したものである）。
【００２０】
また、その後、第一の形状記憶合金９が形状回復力を失うにつれ、第一のばね２５の力により第一の形状記憶合金９はマクロ的に見て伸び変形するので、図９のように中間部材１８が中立位置へと時計方向に回転され、それにつれて操作端部材６もさらに時計方向に回転されて右傾状態となる。
【００２１】
逆に、このアクチュエータが図９の状態にあるときから、第二の形状記憶合金１１が冷却しないうちに第一の形状記憶合金９を加熱した場合は、このアクチュエータは図８の状態を経て図７の状態となり、操作端部材６は左傾状態となる。
【００２２】
このように、このアクチュエータにおいては、第一および第二の形状記憶合金９，１１が同時に形状回復力を発生している状態になっても、第一のばね２５または第二のばね２６が変形されることにより操作端部材６が時計方向または反時計方向に回転されるようになっているので、第一および第二の形状記憶合金９，１１が形状回復力を互いにそのまま作用させ合うことはない。すなわち、本実施例では、両方の形状記憶合金９，１１は、いずれも第一のばね２５または第二のばね２６ばねの力以上の力を作用されることはない。したがって、第一および第二の形状記憶合金９，１１のうちの一方が冷却しないうちに他方を加熱することができるので、動作方向の切替時に無駄な時間がなく、動作方向切替時の応答性を向上させることができる。また、両方の形状記憶合金９，１１がともに加熱状態になっているときに無理な外力が作用するという最悪の条件になっても、第一および第二のばね２５，２６が力を逃すので、アクチュエータの破壊が防止される。
【００２３】
なお、このアクチュエータが図７のように操作端部材６が左傾状態にあるとき、第一の形状記憶合金９に対する加熱を停止し、該形状記憶合金９を十分冷却させてから第二の形状記憶合金１１を加熱した場合には、アクチュエータは図６の状態を経て図９の状態になる。また、逆に、このアクチュエータが図９の状態にあるとき、第二の形状記憶合金１１に対する加熱を停止し、該形状記憶合金１１を十分冷却させてから第一の形状記憶合金９を加熱した場合には、アクチュエータは図６の状態を経て図７の状態になる。
【００２４】
図１１〜１６は本発明のアクチュエータの第二実施例を示しており、この実施例は、本質的には前記図６〜９の第一実施例と同じ構成であるが、装置を小型化するために、二つの単安定型アクチュエータを互いに表裏をなすように重ね合わせた構成としたものである。本体１には支持材２９が固定されており、この支持材２９には直線状の中間部材１８の中央部に設けられた回転軸１９が回転可能に支持されている。この中間部材１８の両端部には、それぞれ該中間部材１８の表裏を貫通するようにしてピン２０，２１が取り付けられている。前記本体１には、支持材２９の上方において支持材３０，３１，３２が固定されており、支持材３０，３２間に配置された支持材３１には大略Ｔ字状の操作端部材６の中心部に設けられた回転軸２２が回転可能に支持されている（なお、この実施例の説明において、上下左右、時計方向および反時計方向とは図１１，１４〜１６上において言うものとする）。前記操作端部材６の左右両端部には、ピン２３，２４がそれぞれ取り付けられている。
【００２５】
前記支持材３２に取り付けられたピン３３（図１３参照）とピン２１との間にはコイル状に巻かれた第一の形状記憶合金９が、前記支持材３０に取り付けられたピン３４とピン２０との間には非形状記憶合金材料により構成された引っ張りコイルばねからなる第一のばね２５が、ピン２１とピン２４との間にはコイル状に巻かれた第二の形状記憶合金１１が、ピン２０とピン２３との間には非形状記憶合金材料により構成された引っ張りコイルばねからなる第二のばね２６がそれぞれ介装されている。ここにおいて、前記第一実施例の場合同様に、第一のばね２５は中間部材１８を時計方向（本実施例における第二の方向）、第二のばね２６は操作端部材６を反時計方向（本実施例における第一の方向）に付勢している。また、前記第一および第二の形状記憶合金９，１１はそれぞれ短い形状を記憶している。また、第二のばね２６および第二の形状記憶合金１１が中間部材１８と操作端部材６との間に介装されていることにより、中間部材１８が時計方向または反時計方向に回転すると、第二の形状記憶合金１１の状態が変化しない限り、操作端部材６は同方向に回転するようになっている。
【００２６】
次に、本実施例の作動を説明する。図１６は、第一および第二の形状記憶合金９，１１がいずれも冷却している状態を示している。この場合、第一のばね２５の力により第一の形状記憶合金９がマクロ的に見て伸び変形を受けて、中間部材１８は中立位置（図上、水平状態）にあるとともに、第二のばね２６の力により第二の形状記憶合金１１がマクロ的に見て伸び変形を受けて、操作端部材６も中立位置（図上、水平状態）となっている。
【００２７】
次に、第一の形状記憶合金９を加熱すると、図１１〜１３のように、該形状記憶合金９が記憶している形状に戻って短くなるので、図１１に示されるように、第一のばね２５を引き伸ばしながら中間部材１８が図上反時計方向に回転され、それにつれて操作端部材６も図上反時計方向に回転される。これにより、中間部材１８および操作端部材６はそれぞれ左傾状態となる。
【００２８】
次に、図１１の状態から、第一の形状記憶合金９が冷却しないうちに第二の形状記憶合金１１を加熱すると、まだ第一の形状記憶合金９が収縮している状態のうちに、図１４のように、第二の形状記憶合金１１も第二のばね２６を引き伸ばしながら記憶している形状に戻って短くなるので、中間部材１８は左傾状態に維持されたまま、操作端部材６は中立位置へと時計方向に回転されて行く。
【００２９】
また、その後、第一の形状記憶合金９が形状回復力を失うにつれ、該形状記憶合金９は第一のばね２５の力によりマクロ的に見て伸び変形を受けるので、図１５のように、中間部材１８が中立位置へと時計方向に回転され、それにつれて操作端部材６もさらに時計方向に回転して右傾状態となる。
【００３０】
逆に、このアクチュエータが図１５の状態にあるときから、第二の形状記憶合金１１が冷却しないうちに、第一の形状記憶合金９を加熱した場合は、このアクチュエータは図１４の状態を経て図１１〜１３の状態となり、操作端部材６は左傾状態となる。
【００３１】
本実施例においても、第一および第二の形状記憶合金９，１１が同時に形状回復力を発生している状態になっても、第一のばね２５または第二のばね２６が変形されることにより操作端部材６が時計方向または反時計方向に回転されるようになっているので、第一および第二の形状記憶合金９，１１が形状回復力を互いにそのまま作用させ合うことはなく、両方の形状記憶合金９，１１はいずれも第一のばね２５または第二のばね２６ばねの力以上の力を作用されることはない。
【００３２】
なお、このアクチュエータが図１１のように操作端部材６が左傾状態にあるとき、第一の形状記憶合金９に対する加熱を停止し、該形状記憶合金９を十分冷却させてから第二の形状記憶合金１１を加熱した場合には、アクチュエータは図１６の状態を経て図１５のように操作端部材６が右傾状態となる状態になる。逆に、このアクチュエータが図１５の状態にあるとき、第二の形状記憶合金１１に対する加熱を停止し、該形状記憶合金１１を十分冷却させてから第一の形状記憶合金９を加熱した場合には、アクチュエータは図１６の状態を経て図１１の状態になる。
【００３３】
図１７は本発明の第三実施例を示す。この実施例において、本体１には支持材３５が固定されており、この支持材３５にはピン３６が取り付けられている。中間部材１８はプーリー状をなしており、その中心部に回転軸１９を設けられている。前記回転軸１９は、支持材３５の上方において本体１に回転可能に支持されている（この実施例の説明において、上下左右、時計方向および反時計方向とは図１７上において言うものとする）。操作端部材６はプーリー部６ａと、このプーリー部６ａに対してそれぞれ固定されたアーム部６ｂおよび回転軸２２とを有してなる。前記アーム部６ｂはプーリー部６ａの中心部から径方向に延びており、前記回転軸２２はプーリー部６ａの中心部に設けられている。
【００３４】
前記本体１には線状または帯状の第一の形状記憶合金９の下端部が取り付けられており、この形状記憶合金９の上端部は中間部材１８に取り付けられている。前記形状記憶合金の上端部付近は中間部材１８の外周に巻き掛けられている。前記第一の形状記憶合金９は、直線状で図１７の状態により短い形状を記憶している。前記ピン３６と中間部材１８の外周付近に設けられたピン３７との間には、非形状記憶合金材料により構成された引っ張りばねからなる第一のばね２５が介装されており、このばね２５は中間部材１８を時計方向（本実施例における第二の方向）に付勢することにより、第一の形状記憶合金９を伸び変形を与えるように付勢している。
【００３５】
前記中間部材１８には、第一の形状記憶合金９の取付位置と１８０度をなす位置において、線状または帯状の第二の形状記憶合金１１の下端部が取り付けられており、この形状記憶合金１１の上端部は操作端部材６のプーリー部６ａに取り付けられている。前記第二の形状記憶合金１１の下端部付近は中間部材１８の外周に、上端部付近は操作端部材６のプーリー部６ａの外周にそれぞれ巻き掛けられている。前記第二の形状記憶合金１１は、直線状で比較的短い形状を記憶している。ピン３７と１８０度をなす位置において前記中間部材１８の外周付近に取り付けられたピン３８と操作端部材６のプーリー部６ａの外周付近に取り付けられたピン３９との間には、非形状記憶合金材料により構成された引っ張りばねからなる第二のばね２６が介装されており、このばね２６は操作端部材６を反時計方向（本実施例における第一の方向）に付勢することにより、第二の形状記憶合金１１を伸び変形を与えるように付勢している。
【００３６】
本実施例においては、第一および第二の形状記憶合金９，１１が冷却しているときは、アクチュエータは図１７の状態にあり、第一および第二のばね２５，２６の力により第一および第二の形状記憶合金９，１１は共に伸び変形している。そして、第一の形状記憶合金９を加熱すると、該形状記憶合金９が記憶している形状の長さに戻って短くなるので、中間部材１８が反時計方向に回転されるとともに第一のばね２５が引き伸ばされる。他方、第二の形状記憶合金１１を加熱すると、該形状記憶合金１１が記憶している形状の長さに戻って短くなるので、操作端部材６が反時計方向に回転され、第二のばね２６が引き伸ばされる。
【００３７】
ここにおいて明らかなように、本実施例における第一および第二の形状記憶合金９，１１、第一および第二のばね２５，２６、中間部材１８に並びに操作端部材６の機能は、前記図５〜９の第一実施例におけるそれらと全く同じであるので、本実施例は前記第一実施例と全く同様に作動する。
【００３８】
なお、本実施例のように形状記憶合金９，１１を線材状または帯状とし、中間部材１８および操作端部材６に巻き掛けて使用する場合、形状記憶合金９，１１の曲げ変形に対する形状回復力は小さいので、中間部材１８および操作端部材６に巻き掛けられている部分は、加熱時も曲げ変形したままとなり、形状回復はもっぱら長さに関してのみ行われる。したがって、形状記憶合金９，１１は必ずしも本実施例の場合のように真直ぐな形状を記憶していなくてもよく、例えば湾曲した形状を記憶していてもよい。
【００３９】
図１８〜２１は本発明の第四実施例を示す。前記各実施例は、回転動作を行うアクチュエータの例であるが、本実施例は直線的動作を行うリニア型アクチュエータの例である。この実施例において、本体１には中間部材１８が左右方向に移動可能に支持されている（この実施例の説明において、左、右とは図１８〜２１上において言うものとする）。前記本体１の左端部と中間部材１８の中央部との間にはコイル状に巻かれた第一の形状記憶合金９が介装されている。前記本体１の右端部と中間部材１８の中央下部との間には、非形状記憶合金材料により構成された圧縮コイルばねからなる第一のばね２５が介装されており、このばね２５は中間部材１８を左方（本実施例における第二の方向）に付勢している。前記中間部材１８には操作端部材６が左右方向に移動可能に支持されている。前記中間部材１８の左端部と操作端部材６との間には、コイル状に巻かれた第二の形状記憶合金１１が介装されている。前記中間部材１８の右端部と操作端部材６との間には非形状記憶合金材料により構成された圧縮コイルばねからなる第二のばね２６が介装されており、このばね２６は中間部材１８を右方（本実施例における第一の方向）に付勢している。前記第一および第二の形状記憶合金９，１１はそれぞれ図２０に示されるような長い形状を記憶している。また、第二のばね２６および第二の形状記憶合金１１が中間部材１８と操作端部材６との間に介装されていることにより、中間部材１８が左方または右方に移動すると、第二の形状記憶合金１１の状態が変化しない限り、操作端部材６は同方向に移動するようになっている。
【００４０】
次に、本実施例の作動を説明する。図１８は、第一および第二の形状記憶合金９，１１がいずれも冷却している状態を示している。この場合、第一のばね２５の力により第一の形状記憶合金９がマクロ的に見て圧縮変形を受けていて（真の意味では、曲げおよびねじり変形を受けている）、中間部材１８が本体１に対し一点鎖線で示している中立位置に位置しているとともに、第二のばね２６の力により第二の形状記憶合金１１もマクロ的に見て圧縮変形を受けていて、操作端部材６も本体１に対し中立位置に位置している。
【００４１】
次に、第一の形状記憶合金９を加熱すると、図１９のように、該形状記憶合金９が記憶している形状に戻ろうとして長くなって行くので、中間部材１８が第一のばね２５を圧縮しながら右方に移動され、それにつれて操作端部材６も右に移動される。これにより、中間部材１８および操作端部材６はそれぞれ中立位置より右方に位置した状態となる。
【００４２】
次に、図１９の状態から、第一の形状記憶合金９が冷却しないうちに、第二の形状記憶合金１１を加熱すると、図２０のように、まだ第一の形状記憶合金９が形状回復力を発生して長くなっている状態のうちに、第二の形状記憶合金１１も記憶している形状に戻ろうとして長くなって行くので、中間部材１８は中立位置より右方に位置した状態に維持されたまま、操作端部材６が第二のばね２６を圧縮しながら中立位置へと左方に移動されて行く。
【００４３】
また、その後、第一の形状記憶合金９が形状回復力を失うにつれ、該形状記憶合金９は第一のばね２５の力によりマクロ的に見て圧縮変形されるので、図２１のように、中間部材１８が中立位置にまで左方に移動されて行くので、それにつれて操作端部材６も中立位置よりさらに左方まで移動して行く。
【００４４】
逆に、このアクチュエータが図２１の状態にあるときから、第二の形状記憶合金１１が冷却しないうちに、第一の形状記憶合金９を加熱した場合は、このアクチュエータは図２０の状態を経て図１９の状態となり、操作端部材６は中立位置より右方に移動した状態となる。
【００４５】
本実施例においても、第一および第二の形状記憶合金９，１１が同時に形状回復力を発生している状態になっても、操作端部材６が第一のばね２５または第二のばね２６を変形させながら動くようになっているので、第一および第二の形状記憶合金９，１１が形状回復力を互いにそのまま作用させ合うことはなく、両方の形状記憶合金９，１１はいずれも第一のばね２５または第二のばね２６ばねの力以上の力を作用されることはない。
【００４６】
なお、このアクチュエータが図１９のように操作端部材６が中立位置より右方に位置している状態から、第一の形状記憶合金９に対する加熱を停止し、該形状記憶合金を十分冷却させてから第二の形状記憶合金１１を加熱した場合には、アクチュエータは図１８の状態を経て図２１の操作端部材６が中立位置より右方に位置している状態になる。逆に、図２１の状態から、第二の形状記憶合金１１に対する加熱を停止し、該形状記憶合金を十分冷却させてから第二の形状記憶合金１１を加熱した場合には、アクチュエータは図１８の状態を経て図１９の状態になる。
【００４７】
また、本実施例では第一および第二の形状記憶合金９，１１が長い形状記憶しており、第一および第二のばね２５，２６が圧縮ばねとされているが、第一および第二の形状記憶合金９，１１が短い形状を記憶しており、第一および第二のばね２５，２６が引っ張りばねとされる構成としても、同様の作用効果を得ることができる（ただし、各形状記憶合金９，１１を加熱したときの、操作端部材６の運動方向が反対になる）。
【００４８】
図２２〜２６は、本発明の第五実施例を示す。この実施例において、操作端部材６はプーリー部６ａと、このプーリー部６ａに対してそれぞれ固定されたアーム部６ｂおよび回転軸２２とを有してなる。前記アーム部６ｂはプーリー部６ａの中心部から径方向に延びており、前記回転軸２２はプーリー部６ａの中心部に設けられている。前記回転軸２２は本体１に回転可能に支持されている。前記本体１には、スライド部材５０が操作端部材６の右方において、回転軸２２を通る水平線上を左右方向に移動可能に支持されている（この実施例の説明において、水平、上下左右、時計方向および反時計方向とは図２２〜２６上において言うものとする）。
【００４９】
前記操作端部材６のプーリー部６ａの外周部には線状または帯状の第一の形状記憶合金９の左端部が取り付けられており、この形状記憶合金９の右端部はスライド部材５０の下端部に取り付けられている。前記第一の形状記憶合金９の左端部付近は操作端部材６のプーリー部６ａに巻き掛けられている。前記操作端部材６のプーリー部６ａの外周部には、第一の形状記憶合金９の取付位置と同一箇所において、線状または帯状の第二の形状記憶合金１１の左端部が取り付けられており、この形状記憶合金１１の右端部はスライド部材５０の上端部に取り付けられている。前記第二の形状記憶合金１１の左端部付近は第二の形状記憶合金１１より上方において操作端部材６のプーリー部６ａに巻き掛けられている。各形状記憶合金９，１１は、直線状で図２２の状態より短い形状を記憶している。前記スライド部材５０の左端部と本体１に固定されたばね受け４０との間には非形状記憶合金材料からなる圧縮コイルばね４１が介装されており、このばね４１はスライド部材５０を右方、すなわちスライド部材５０を操作端部材６から遠ざける方向に付勢している。
【００５０】
前記本体１にはリミットスイッチ４２を構成する板ばね材４３，４４の下端部が取り付けられている。これらの板ばね材４３，４４の上端部にはそれぞれ接点４５，４６が取り付けられている。前記板ばね材４３，４４は、自由な状態では、図２６のように左方に湾曲した形状をなしていて、接点４５，４６は互いに離間するようになっているが、スライド部材５０が所定以上操作端部材６に近づくまでは、図２２〜２５のようにスライド部材５０に右方に押されており、それにより接点４５，４６は互いに接触されている。前記接点４５は板ばね材４３を介して第一の形状記憶合金９および第二の形状記憶合金１１の左端に電気的に接続されている。第一の形状記憶合金９の右端は操作スイッチ２７の第一の固定接点２７ａに電気的に接続されている。第二の形状記憶合金１１の右端は操作スイッチ２７の第二の固定接点２７ｂに電気的に接続されている。前記操作スイッチ２７の可動接点２７ｃは電源２８の一方の極に電気的に接続されている。前記電源２８の他方の極はばね材４４を介して接点４６に電気的に接続されている。
【００５１】
次に、本実施例の作動を説明する。図２２は、操作スイッチ２７の可動接点２７ｃが第一および第二の固定接点２７ａ，２７ｂのいずれにも接触されておらず、第一および第二の形状記憶合金９，１１がいずれも冷却している状態を示しており、この場合、スライド部材５０がばね４１の力により最右方位置である初期位置（図２２の位置）に偏倚されていて、第一および第二の形状記憶合金９，１１はともに伸び変形している。また、操作端部材６は中立位置にある。
【００５２】
次に、図２３のように、操作スイッチ２７の可動接点２７ｃを第一の固定接点２７ａ側に切り替え、電源２８からリミットスイッチ４２の接点４５，４６を介して第一の形状記憶合金９に通電すると、第一の形状記憶合金９が所定温度範囲まで加熱され、該形状記憶合金９が記憶している形状の長さに戻ろうとして短くなる一方、第二の形状記憶合金１１はより大きく伸び変形するので、操作端部材６は反時計方向（本実施例における第一の方向）に回転され、中立位置より反時計方向に回転した状態となる。なお、このとき、スライド部材５０は初期位置に止まっている。
【００５３】
次に、図２３の状態から、操作スイッチ２７の可動接点２７ｃを第二の固定接点２７ｂ側に直ちに切り替え、電源２８からリミットスイッチ４２の接点４５，４６を介して第二の形状記憶合金１１に通電することにより、第一の形状記憶合金９が冷却しないうちに、第二の形状記憶合金１１を加熱すると、図２４のように、第一の形状記憶合金９が形状回復力を発生して短くなっている状態のまま、第二の形状記憶合金１１も記憶している形状の長さに戻ろうとして短くなるので、スライド部材５０がばね４１を圧縮しながら左方に移動され、操作端部材６は時計方向（本実施例における第二の方向）に回転されて行く。
【００５４】
また、その後、第一の形状記憶合金９が形状回復力を失うにつれ、図２５のように該形状記憶合金９は伸び変形するので、ばね４１の力によりスライド部材５０は初期位置に復帰し、操作端部材６はさらに時計方向に回転され、中立位置より時計方向に回転した状態となる。
【００５５】
逆に、このアクチュエータが図２５の状態にあるときから、第二の形状記憶合金１１が冷却しないうちに、第一の形状記憶合金９を加熱した場合は、このアクチュエータは図２４の状態を経て図２３の状態となり、操作端部材６は中立位置より反時計方向に回転した状態となる。
【００５６】
このように、本実施例においても、第一および第二の形状記憶合金９，１１の両方が形状回復力を発生している状態になった場合は、ばね４１が変形されることにより操作端部材６が時計方向または反時計方向に回転され、両方の形状記憶合金９，１１が形状回復力を互いにそのまま作用しないようにするので、第一および第二の形状記憶合金９，１１のうちの一方が冷却しないうちに他方を加熱することができるため、動作方向の切替時に無駄な時間がなく、動作方向切替時の応答性を向上させることができる。
【００５７】
また、本実施例では、第一および第二の形状記憶合金９，１１の両方が形状回復力を発生していて、それらの力が過大になり、スライド部材５０が所定以上操作端部材６に近づいたときは、図２６のように、板ばね材４３，４４が左方に湾曲して接点４５，４６が互いに離間し、操作スイッチ２７により選択されていた形状記憶合金９または１１に対する通電が強制的に停止される。このため、過負荷荷重や過熱状態が防止される。
【００５８】
また、このアクチュエータが図２３のように操作端部材６が中立位置より反時計方向に位置しているとき、第一の形状記憶合金９に対する加熱を停止し、該形状記憶合金９を十分冷却させてから第二の形状記憶合金１１を加熱した場合には、アクチュエータは図２２の状態を経て図２５のように操作端部材６が中立位置より時計方向に位置している状態になる。逆に、このアクチュエータが図２５の状態にあるとき、第二の形状記憶合金１１に対する加熱を停止し、該形状記憶合金１１を十分冷却させてから第一の形状記憶合金９を加熱した場合には、アクチュエータは図２２の状態を経て図２３の状態になる。
【００５９】
なお、前記第一実施例および第五実施例においては、第一および第二の形状記憶合金９，１１を通電により加熱するものとしているが、本発明においては、伝導加熱、対流や環境温度による加熱、赤外線やレーザーによる加熱等の他の種の加熱方式によって第一および第二の形状記憶合金を加熱してもよい。
【００６０】
また、本発明においては、第一および第二の形状記憶合金の基本的形態並びに変形および形状回復の態様は、前記各実施例のようなものに限られることはない。
【００６１】
さらに、前記各実施例では、第一および第二のばね２５，２６並びにばね４０はコイルばねとされているが、本発明におけるばねは、コイルばね以外の形式のばね、ゴム等のエラストマーからなるゴム弾性を利用したばね、気体を利用したばね等の他の種のばねであってもよい。
【００６２】
【発明の効果】
以上のように本発明によるアクチュエータは、両方の形状記憶合金が同時に形状回復力を発生している状態になっても、両方の形状記憶合金が形状回復力を互いにそのまま作用させ合うことがないので、動作方向の切替時にそれまで加熱されていた形状記憶合金の冷却時間を特に設ける必要がなく、動作方向切替時の応答性を向上させることができるとともに、制御も容易になる等の優れた効果を得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の差動型形状記憶合金アクチュエータの一例において一方の形状記憶合金のみが加熱されている状態を示す正面図である。
【図２】前記従来の差動型形状記憶合金アクチュエータにおいて両方の形状記憶合金が冷却している状態を示す正面図である。
【図３】前記従来の差動型形状記憶合金アクチュエータの動作を示すタイムチャートである。
【図４】従来の単安定形状記憶合金アクチュエータの一例において形状記憶合金が冷却している状態を示す正面図である。
【図５】前記従来の単安定形状記憶合金アクチュエータにおいて形状記憶合金が加熱されている状態を示す正面図である。
【図６】本発明による形状記憶合金アクチュエータの第一実施例において両方の形状記憶合金が冷却している状態を示す正面図である。
【図７】前記第一実施例において第一の形状記憶合金のみが形状回復している状態を示す正面図である。
【図８】前記第一実施例において両方の形状記憶合金が形状回復している状態を示す正面図である。
【図９】前記第一実施例において第二の形状記憶合金のみが形状回復している状態を示す正面図である。
【図１０】前記第一実施例の動作を示すタイムチャートである。
【図１１】本発明による形状記憶合金アクチュエータの第二実施例において第一の形状記憶合金のみが形状回復している状態を示す正面図である。
【図１２】図１１に対応する左側面図である。
【図１３】図１１に対応する右側面図である。
【図１４】前記第二実施例において両方の形状記憶合金が形状回復している状態を示す正面図である。
【図１５】前記第二実施例において第二の形状記憶合金のみが形状回復している状態を示す正面図である。
【図１６】前記第二実施例において両方の形状記憶合金が冷却している状態を示す正面図である。
【図１７】本発明による形状記憶合金アクチュエータの第三実施例を示す正面図である。
【図１８】本発明による形状記憶合金アクチュエータの第四実施例において両方の形状記憶合金が冷却している状態を示す正面図である。
【図１９】前記第四実施例において第一の形状記憶合金のみが形状回復している状態を示す正面図である。
【図２０】前記第四実施例において両方の形状記憶合金が形状回復している状態を示す正面図である。
【図２１】前記第四実施例において第二の形状記憶合金のみが形状回復している状態を示す正面図である。
【図２２】本発明による形状記憶合金アクチュエータの第五実施例において両方の形状記憶合金が冷却している状態を示す正面図である。
【図２３】前記第五実施例において第一の形状記憶合金のみが形状回復している状態を示す正面図である。
【図２４】前記第五実施例において両方の形状記憶合金が形状回復している状態を示す正面図である。
【図２５】前記第五実施例において第二の形状記憶合金のみが形状回復している状態を示す正面図である。
【図２６】前記第五実施例において第一および第二の形状記憶合金の両方が形状回復力を発生していて、それらの力が過大になったときのリミットスイッチ付近の状態を示す正面図である。
【符号の説明】
６    操作端部材
９    第一の形状記憶合金
１１    第二の形状記憶合金
１８    中間部材
２５    第一のばね
２６    第二のばね
４１    ばね
４２    リミットスイッチ
５０    スライド部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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