CN108135437A - 硬度可变致动器 - Google Patents
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Abstract
硬度可变致动器(10)安装在挠性部件上，能够对挠性部件提供不同的硬度，硬度可变致动器(10)具有能够在第一相与第二相之间进行相的转变的形状记忆部件(20)。形状记忆部件(20)在处于第一相时，取能够容易地按照外力而变形的软质状态，因此对挠性部件提供比较低的硬度。此外，形状记忆部件(20)在处于第二相时，取硬质状态，因此对挠性部件提供比较高的硬度，该硬质状态示出克服外力而取预先记忆的记忆形状的倾向。硬度可变致动器(10)还具有：感应部件(30)，其使形状记忆部件(20)产生第一相与第二相之间的相的转变；以及与感应部件(30)电连接的导电部件(70)。导电部件(70)配置在感应部件(30)的外侧周围配置，在物理上保护感应部件(30)。
Description
技术领域
本发明涉及用于变更挠性部件的硬度的硬度可变致动器。
背景技术
日本专利第3122673号公开了能够变更***部的软性部的硬度的内窥镜。在该内窥镜中，挠性部件(例如螺旋管)的两端部被固定在内窥镜的规定位置，在该挠性部件上经由分离体而固定有挠性调整部件(例如在螺旋管中贯穿***的挠性调整线)。挠性部件和挠性调整部件沿着软性部而延伸至操作部，并且，在软性部几乎整体范围内延伸。通过拉引挠性调整部件，挠性部件被压缩而***，由此改***性部的硬度。
由于挠性部件和挠性调整部件在软性部的几乎整体范围内延伸，因此，为了驱动这样的机构，需要非常大的力。在实现了该机构的电动化的情况下，需要大型的动力源，其结构规模较大。
日本专利第3142928号公开了使用形状记忆合金的可挠管用硬度可变装置。该硬度可变装置具有：配设在可挠管内的线圈；配设在该线圈的内侧的电绝缘管；在该电绝缘管内在其轴向上延伸而配置的形状记忆合金制线；以及对该形状记忆合金制线进行通电的通电加热单元。
形状记忆合金制线具有如下性质：在低温时其长度伸长，在高温时收缩。形状记忆合金制线在设于线圈的两端的固定部中通过而延伸出来，在其两端固定有铆接部件。形状记忆合金制线被配置成，在低温时松弛，在高温时，铆接部件与固定部卡合而张紧。
形状记忆合金制线在通过通电加热单元被加热后的高温时进行收缩而使线圈***。另一方面，在未通电的低温时，形状记忆合金制线伸长而使线圈***。
由于是简单的结构，因此该硬度可变装置能够构成为小型，但是，在形状记忆合金制线收缩时，形状记忆合金制线的两端被约束，形状记忆合金制线被施加负荷，因此难以维持其耐久性。
发明内容
本发明的目的在于提供简单结构且具有耐久性的硬度可变致动器，该硬度可变致动器安装在挠性部件上，可以向挠性部件提供不同的硬度。
为了实现该目的，硬度可变致动器具有能够在第一相与第二相之间进行相的转变的形状记忆部件。形状记忆部件在处于第一相时，取能够容易地按照外力而变形的软质状态，因此对挠性部件提供比较低的硬度。此外，形状记忆部件在处于第二相时，取硬质状态，因此对挠性部件提供比较高的硬度，其中，该硬质状态示出克服外力而取预先记忆的记忆形状的倾向。硬度可变致动器还具有：感应部件，其使形状记忆部件产生第一相与第二相之间的相的转变；以及与感应部件电连接的导电部件。导电部件配置在感应部件的外侧周围，在物理上保护感应部件。
附图说明
图1示出第一实施方式的硬度可变致动器。
图2示出第二实施方式的硬度可变致动器。
图3示出第三实施方式的硬度可变致动器。
图4示出第四实施方式的硬度可变致动器。
图5示出第五实施方式的硬度可变致动器。
具体实施方式
[第一实施方式]
图1示出第一实施方式的硬度可变致动器。如图1所示，硬度可变致动器10具有：形状记忆部件20，其具有如下功能，即通过可取不同的硬度状态而对挠性部件提供不同的硬度，该形状记忆部件20能够在第一相与第二相之间进行相的转变；感应部件30，其使形状记忆部件20产生第一相与第二相之间的相的转变；以及导电部件70，其与感应部件30电连接。形状记忆部件20具有至少一个自由端而配置于挠性部件。
形状记忆部件20在处于第一相时，取能够按照外力而容易变形的软质状态，即示出较低的弹性系数，因此，对挠性部件提供比较低的硬度。此外，形状记忆部件20在处于第二相时，取硬质状态，即示出较高的弹性系数，其中，该硬质状态示出克服外力而取预先记忆的记忆形状的倾向，因此，对挠性部件提供比较高的硬度。记忆形状例如可以是直线状，但不限于此。
这里，外力意味着可使形状记忆部件20变形的力，认为重力也是外力的一部分。
感应部件30具有发热的性能。形状记忆部件20具有如下性质：针对感应部件30的加热，相从第一相转变到第二相。
形状记忆部件20例如可以由形状记忆合金构成。形状记忆合金例如可以是包含NiTi的合金，但不限于此。此外，形状记忆部件20可以由形状记忆聚合物、形状记忆凝胶、形状记忆陶瓷等其他材料构成，但是不限于此。
构成形状记忆部件20的形状记忆合金例如是可以在马氏体相和奥氏体相之间进行相的转变的形状记忆合金。该形状记忆合金在马氏体相时，针对外力比较容易进行塑性变形。即，该形状记忆合金在马氏体相时示出较低的弹性系数。另一方面，该形状记忆合金在奥氏体相时，克服外力而不容易变形。即使由于施加更大的外力而变形，如果该较大的外力消失，则表现出超弹性而返回记忆的形状。即，该形状记忆合金在奥氏体相时示出较高的弹性系数。
感应部件30由导电性材料构成，具有针对电流的供给而发热的性质。感应部件30例如可以由电热线、即电阻较大的导电性部件构成。
形状记忆部件20具有细长的外观形状。感应部件30由线状的部件构成，配置在形状记忆部件20的外侧周围。感应部件30与形状记忆部件20隔开适当的间隙，沿着形状记忆部件20的长度轴而呈螺旋状在形状记忆部件20的周围延伸。通过具有这样的结构，由感应部件30发出的热高效地传递到形状记忆部件20。
相比于感应部件30，导电部件70可以由电阻较小的导电性部件构成。导电部件70由线状的部件构成，配置在感应部件30的外侧周围。导电部件70与感应部件30之间隔开适当的间隙，沿着形状记忆部件20的长度轴呈螺旋状在感应部件30的周围延伸。通过这样的排布，导电部件70在物理上良好地保护感应部件30。
形状记忆部件20可以由导电性材料构成。例如，在形状记忆部件20的周围设有绝缘膜42。绝缘膜42用于防止形状记忆部件20与感应部件30之间的短路。绝缘膜42被设置成至少覆盖与感应部件30面对的部分。图1中描绘了设置成局部地覆盖形状记忆部件20的外周面的形态，但不限于此，也可以设置成覆盖形状记忆部件20的整个外周面，此外，还可以设置成覆盖形状记忆部件20整体。
在感应部件30的周围设有绝缘膜44。绝缘膜44用于防止形状记忆部件20与感应部件30之间的短路、以及感应部件30的相邻的部分间的短路。
形状记忆部件20具有第一端22和第二端24，感应部件30具有第一端32和第二端34，该第一端32位于形状记忆部件20的第一端22侧，该第二端34位于形状记忆部件20的第二端24侧。导电部件70具有第一端72和第二端74，该第一端72位于形状记忆部件20的第一端22侧，该第二端74位于形状记忆部件20的第二端24侧。
感应部件30的第一端32和导电部件70的第一端72经由连接部76而彼此电连接。连接部76例如可由布线构成，但是不限于此，只要是能够进行电连接的构造体即可，例如，可以通过铆接、焊接、硬钎焊、软钎焊、导电性粘接剂等构成。
感应部件30的第二端34经由布线64而与控制部50电连接。导电部件70的第二端74经由布线62而与控制部50电连接。
控制部50包含一个电源52和一个开关54。开关54的一端与布线64连接，开关54的另一端与电源52连接。此外，电源52上连接有布线62。控制部50根据开关54的接通即闭合动作而对感应部件30提供电流，此外，根据开关54的断开即打开动作而停止对感应部件30的电流的供给。感应部件30根据电流的供给而发热。
上述的硬度可变致动器10以形状记忆部件20的两端不受任何约束的方式安装在挠性部件上。例如，硬度可变致动器10以形状记忆部件20的一端或两端是自由端的方式，具有较小的间隙地配置在挠性部件的有限空间内。
这里，有限空间意味着正好可以收容硬度可变致动器10的空间。因此，即使硬度可变致动器10和挠性部件中的一方的变形较小，也会接触到另一方而对其施加外力。
例如，挠性部件可以是具有比硬度可变致动器10的外径稍大的内径的管，在该管的内部配置有硬度可变致动器10。不限于此，挠性部件只要具有比硬度可变致动器10稍大的空间即可。
当形状记忆部件20处于第一相时，硬度可变致动器10对挠性部件提供比较低的硬度，容易按照作用于挠性部件的外力即可以使形状记忆部件20变形的力而变形。
此外，当形状记忆部件20处于第二相时，硬度可变致动器10对挠性部件提供比较高的硬度，示出克服作用于挠性部件的外力即可以使形状记忆部件20变形的力而恢复成记忆形状的倾向。
例如通过控制部50使形状记忆部件20在第一相和第二相之间进行相的切换，由此，对挠性部件的硬度进行切换。
除了硬度的切换以外，在外力作用于挠性部件的状况下，硬度可变致动器10还作为对挠性部件的形状进行切换的双向致动器而发挥功能。此外，在外力不作用于挠性部件、且形状记忆部件20切换到第二相之前处于第一相时挠性部件发生变形的状况下，还作为使挠性部件的形状恢复原样的单一方向致动器而发挥功能。
[第二实施方式]
图2示出第二实施方式的硬度可变致动器。在图2中，标注与图1所示的部件相同的参照标号的部件是同样的部件，省略其详细说明。以下，以不同部分为重点进行说明。即，在以下的说明中未提及的部分与第一实施方式同样。
如图2所示，硬度可变致动器10A具有细长的形状记忆部件20和多个感应部件30。图2所示的硬度可变致动器10A具有二个感应部件30，但不限于此，也可以具有更多的感应部件30。多个感应部件30沿着形状记忆部件20的长度轴隔开间隔地配置。各感应部件30与形状记忆部件20之间隔开适当的间隙，沿着形状记忆部件20的长度轴呈螺旋状在形状记忆部件20的周围延伸。通过该结构，由感应部件30发出的热高效地传递到形状记忆部件20。
多个感应部件30可以是同一构造体。但是不限于此，多个感应部件30也可以包含多个不同的构造体。不同的构造体例如可以具有不同的长度、不同的粗度、不同的间隔，此外，也可以由不同的材料制作。即，多个感应部件30可以全部或部分具有相同的特性，也可以全部或部分具有不同的特性。
硬度可变致动器10A还具有在多个感应部件30的外侧周围配置的外侧布线80。外侧布线80形成为带状，具有多个导电部件82以及支持导电部件82的细长的绝缘层84。导电部件82的个数例如可以与感应部件30的个数相同，但不限于此，也可以比感应部件30的个数多。导电部件82在绝缘层84的长度方向上延伸。导电部件82例如被埋入绝缘层84的内部。外侧布线80呈螺旋状在多个感应部件30的外侧周围延伸。通过这样的排布，外侧布线80在物理上良好地保护感应部件30。
各感应部件30具有第一端32和第二端34，该第一端32位于形状记忆部件20的第一端22侧，该第二端34位于形状记忆部件20的第二端24侧。
形状记忆部件20也具有导电性。多个感应部件30的第一端32一起经由连接部66而与形状记忆部件20电连接。连接部66例如可以由布线构成，但是不限于此，只要是能够进行电连接的构造体即可，例如，可以通过铆接、焊接、硬钎焊、软钎焊、导电性粘接剂等构成。形状记忆部件20在第二端24侧经由布线62而与控制部50电连接。
多个感应部件30的第二端34分别经由连接部86而与外侧布线80的多个导电部件82电连接。多个导电部件82分别经由多个布线64而与控制部50电连接。
控制部50包含一个电源52和多个开关54。多个开关54的一端分别与布线64连接，它们的另一端共通地与电源52连接。此外，电源52上连接有布线62。控制部50根据各个开关54的接通即闭合动作而对对应的感应部件30独立地提供电流，此外，根据各个开关54的断开即打开动作而独立地停止对对应的感应部件30的电流的供给。感应部件30根据电流的供给而发热。
本实施方式的硬度可变致动器10A的安装方法与第一实施方式的硬度可变致动器10同样。此外，在本实施方式的硬度可变致动器10A中，多个感应部件30通过各个开关54的接通断开而独立地动作。基于各感应部件30实现的致动器动作与第一实施方式同样。
[第三实施方式]
图3示出第三实施方式的硬度可变致动器。在图3中，标注与图1所示的部件相同的参照标号的部件是同样的部件，省略其详细说明。以下，以不同部分为重点进行说明。即，在以下的说明中未提及的部分与第一实施方式同样。
如图3所示，硬度可变致动器10B具有细长的形状记忆部件20、在形状记忆部件20的外侧周围呈螺旋状延伸的感应部件30、以及在感应部件30的外侧周围配置的外侧布线90。
外侧布线90形成为带状或片状，具有一个导电部件92和支承导电部件92的细长的绝缘层94。导电部件92与形状记忆部件20的轴平行地延伸。导电部件92被埋入例如绝缘层94的内部。外侧布线90被配置成包围感应部件30的外侧周围。在图3中，外侧布线90的彼此对置的一对的缘被描绘为分离，但也可以彼此接合。通过这样的排布，外侧布线90在物理上良好地保护感应部件30。
感应部件30具有第一端32和第二端34，该第一端32位于形状记忆部件20的第一端22侧，该第二端34位于形状记忆部件20的第二端24侧。
感应部件30的第一端32经由连接部96而与外侧布线90的导电部件92电连接。连接部96例如可以由布线构成，但是不限于此，只要是能够进行电连接的构造体即可，例如，可以通过铆接、焊接、硬钎焊、软钎焊、导电性粘接剂等构成。
感应部件30的第二端34经由布线62而与控制部50电连接。
导电部件92在形状记忆部件20的第二端24侧经由布线64而与控制部50电连接。
控制部50包含一个电源52和一个开关54。电源52和开关54串联连接。开关54与布线64连接，电源52与布线62连接。
本实施方式的硬度可变致动器10B的安装方法和动作与第一实施方式相同。
[第四实施方式]
图4示出第四实施方式的硬度可变致动器。在图4中，标注与图1所示的部件相同的参照标号的部件是同样的部件，省略其详细说明。以下，以不同部分为重点进行说明。即，在以下的说明中未提及的部分与第一实施方式同样。
本实施方式的硬度可变致动器10C与第一实施方式的硬度可变致动器10相比，不同之处在于，在导电部件70的周围设有绝缘膜46。
即，如图4所示，本实施方式的硬度可变致动器10C具有细长的形状记忆部件20、在形状记忆部件20的外侧周围配置的感应部件30、在感应部件30的外侧周围配置的导电部件70。感应部件30与导电部件70经由连接部76而电连接。感应部件30沿着形状记忆部件20的长度轴，在形状记忆部件20的周围呈螺旋状延伸。导电部件70沿着形状记忆部件20的长度轴，在感应部件30的周围呈螺旋状延伸。
在导电部件70的周围设有绝缘膜46。绝缘膜46用于防止感应部件30与导电部件70之间的短路、以及导电部件70的相邻的部分间的短路。
导电部件70和绝缘膜46构成形成为线状的外侧布线。该外侧布线配置在感应部件30的外侧周围。导电部件70与感应部件30之间隔开适当的间隙，沿着形状记忆部件20的长度轴在感应部件30的周围呈螺旋状延伸。通过这样的排布，外侧布线在物理上良好地保护感应部件30。
[第五实施方式]
图5示出第五实施方式的硬度可变致动器。在图5中，标注与图2所示的部件相同的参照标号的部件是同样的部件，省略其详细说明。以下，以不同部分为重点进行说明。即，在以下的说明中未提及的部分与第二实施方式同样。
如图5所示，本实施方式的硬度可变致动器10D与第二实施方式的硬度可变致动器10A相比，外侧布线80在形状记忆部件20的第二端24侧被延长，被延长的外侧布线80上连接有冷却装置100。
冷却装置100具有对外侧布线80的导电部件82进行冷却的功能。冷却装置100例如可以由珀耳帖元件、散热片、风扇、送水管等构成。
外侧布线80的导电部件82并不用于形状记忆部件20的加热，因此相比于感应部件30，可以由电阻较小的导电性部件构成。一般来讲，电阻较小的导电性部件具有较高的导热性。因此，导电部件82在冷却装置100的散热作用和冷却作用下良好地冷却。然后，通过冷却装置100而被冷却的导电部件82对感应部件30和形状记忆部件20进行冷却。即，外侧布线80由于导电部件82的导热性而有助于感应部件30和形状记忆部件20的冷却。这有助于缩短到形状记忆部件20恢复软质状态为止所需要的时间。
Claims (9)
1.一种硬度可变致动器，其安装在挠性部件上，能够对所述挠性部件提供不同的硬度，
该硬度可变致动器具有能够在第一相与第二相之间进行相的转变的形状记忆部件，所述形状记忆部件在处于所述第一相时，取能够容易地按照外力而变形的软质状态，因此对所述挠性部件提供比较低的硬度，在处于所述第二相时，取硬质状态，因此对所述挠性部件提供比较高的硬度，其中，该硬质状态示出克服外力而取预先记忆的记忆形状的倾向，
该硬度可变致动器还具有：
导电性的感应部件，其使所述形状记忆部件产生所述第一相与所述第二相之间的相的转变；以及
与所述感应部件电连接的导电部件，
所述导电部件配置在所述感应部件的外侧周围，在物理上保护所述感应部件。
2.根据权利要求1所述的硬度可变致动器，其中，
该硬度可变致动器具有外侧布线，该外侧布线由所述导电部件和在所述导电部件的周围设置的绝缘层构成。
3.根据权利要求2所述的硬度可变致动器，其中，
所述外侧布线形成为带状。
4.根据权利要求3所述的硬度可变致动器，其中，
所述外侧布线被配置成包围所述感应部件的外侧周围。
5.根据权利要求3所述的硬度可变致动器，其中，
所述外侧布线呈螺旋状延伸。
6.根据权利要求2所述的硬度可变致动器，其中，
所述外侧布线由于所述导电部件的导热性而有助于所述形状记忆部件和所述感应部件的冷却。
7.根据权利要求2所述的硬度可变致动器，其中，
所述外侧布线形成为线状。
8.根据权利要求1所述的硬度可变致动器，其中，
该硬度可变致动器具有包括所述感应部件在内的多个感应部件。
9.根据权利要求2所述的硬度可变致动器，其中，
所述外侧布线具有包括所述导电部件在内的多个导电部件。
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