JPH09109320A - 形状回復装置 - Google Patents
形状回復装置Info
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- JPH09109320A JPH09109320A JP29749495A JP29749495A JPH09109320A JP H09109320 A JPH09109320 A JP H09109320A JP 29749495 A JP29749495 A JP 29749495A JP 29749495 A JP29749495 A JP 29749495A JP H09109320 A JPH09109320 A JP H09109320A
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- shape memory
- recovery
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 二方向の形状回復動作をもち、かつ、温度へ
の応答性に優れた形状回復装置を提供すること。 【解決手段】 （１）ある形状回復動作を記憶した形状
記憶合金と、形状記憶合金の回復動作と異なる方向の形
状回復動作を記憶した形状記憶ポリマーとからなり、
形状記憶合金の形状回復温度（マルテンサイト逆変態温
度、Ａｆ）が形状記憶ポリマーの形状回復温度（ガラス
転移温度、Ｔｇ）より高く、形状記憶合金の（回復応
力×断面積）または発生力が形状記憶ポリマーの（回復
応力×断面積）と同じになる温度を、Ａｆと形状記憶合
金のマルテンサイト変態温度（Ｍｆ）の間にくるように
設定し、該温度以上では形状記憶合金の記憶した形状へ
の回復動作によって形状記憶合金が記憶した形状を保
ち、該温度以下であってかつ形状記憶ポリマーのＴｇ以
上の温度では形状記憶ポリマーの記憶した形状への回復
動作によって形状記憶ポリマーが記憶した形状を保つ形
状記憶複合体、（２）ペルチェ素子、（３）放熱体の順
に積層されてなることを特徴とする形状回復装置。
の応答性に優れた形状回復装置を提供すること。 【解決手段】 （１）ある形状回復動作を記憶した形状
記憶合金と、形状記憶合金の回復動作と異なる方向の形
状回復動作を記憶した形状記憶ポリマーとからなり、
形状記憶合金の形状回復温度（マルテンサイト逆変態温
度、Ａｆ）が形状記憶ポリマーの形状回復温度（ガラス
転移温度、Ｔｇ）より高く、形状記憶合金の（回復応
力×断面積）または発生力が形状記憶ポリマーの（回復
応力×断面積）と同じになる温度を、Ａｆと形状記憶合
金のマルテンサイト変態温度（Ｍｆ）の間にくるように
設定し、該温度以上では形状記憶合金の記憶した形状へ
の回復動作によって形状記憶合金が記憶した形状を保
ち、該温度以下であってかつ形状記憶ポリマーのＴｇ以
上の温度では形状記憶ポリマーの記憶した形状への回復
動作によって形状記憶ポリマーが記憶した形状を保つ形
状記憶複合体、（２）ペルチェ素子、（３）放熱体の順
に積層されてなることを特徴とする形状回復装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、二方向の形状回復
動作をもち、かつ、温度への応答性に優れた形状記憶複
合体に関するものである。
動作をもち、かつ、温度への応答性に優れた形状記憶複
合体に関するものである。
【０００２】
【従来技術および発明が解決しようとする課題】近年、
形状記憶合金（以下ＳＭＡという）や形状記憶ポリマー
（以下ＳＭＰという）の形状記憶材料を用いた駆動装置
が、各種の機械および装置のアクチュエータ等として利
用されている。これら形状記憶材料は、自然放冷にて冷
却される場合が多いが、その場合、冷却時の温度応答性
が悪いために形状回復動作に時間がかかり、また、形状
回復動作の制御が困難であるためにアクチュエータとし
ての機能は非常に制限されたものになるという問題があ
った。上記問題を解決するため、ＳＭＡの加熱及び冷却
にペルチェ素子を利用する駆動装置も提案されている
（特開昭６１−１４７７０）。しかし、上記ペルチェ素
子を利用した駆動装置のＳＭＡ、およびＳＭＰの形状の
回復動作は一方向にのみ起こる一方向性（不可逆性）で
ある。ＳＭＡについては、特殊な熱処理あるいは加工条
件を施すことにより、二方向性（可逆性）を付与するこ
とも可能であるが、加熱時と冷却時とでは形状回復力が
大きく異なり、一度変形を起こしたものをもとどおりの
形状に戻すことは困難であった。つまり、それ自身で回
復前の形状に戻すことができないので、繰り返し駆動装
置として動作させるためには回復前の形状に戻す作用を
する部品を必要とし、装置の小型化及び軽量化の点で問
題があった。
形状記憶合金（以下ＳＭＡという）や形状記憶ポリマー
（以下ＳＭＰという）の形状記憶材料を用いた駆動装置
が、各種の機械および装置のアクチュエータ等として利
用されている。これら形状記憶材料は、自然放冷にて冷
却される場合が多いが、その場合、冷却時の温度応答性
が悪いために形状回復動作に時間がかかり、また、形状
回復動作の制御が困難であるためにアクチュエータとし
ての機能は非常に制限されたものになるという問題があ
った。上記問題を解決するため、ＳＭＡの加熱及び冷却
にペルチェ素子を利用する駆動装置も提案されている
（特開昭６１−１４７７０）。しかし、上記ペルチェ素
子を利用した駆動装置のＳＭＡ、およびＳＭＰの形状の
回復動作は一方向にのみ起こる一方向性（不可逆性）で
ある。ＳＭＡについては、特殊な熱処理あるいは加工条
件を施すことにより、二方向性（可逆性）を付与するこ
とも可能であるが、加熱時と冷却時とでは形状回復力が
大きく異なり、一度変形を起こしたものをもとどおりの
形状に戻すことは困難であった。つまり、それ自身で回
復前の形状に戻すことができないので、繰り返し駆動装
置として動作させるためには回復前の形状に戻す作用を
する部品を必要とし、装置の小型化及び軽量化の点で問
題があった。
【０００３】本発明は、上記の問題を解決し、二方向の
形状回復動作をもち、かつ、温度への応答性に優れた形
状回復装置を提供することを目的としたものである。
形状回復動作をもち、かつ、温度への応答性に優れた形
状回復装置を提供することを目的としたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、（１）ある形
状回復動作を記憶した形状記憶合金と、形状記憶合金の
回復動作と異なる方向の形状回復動作を記憶した形状記
憶ポリマーとからなり、形状記憶合金の形状回復温度
（マルテンサイト逆変態温度、Ａｆ）が形状記憶ポリマ
ーの形状回復温度（ガラス転移温度、Ｔｇ）より高く、
形状記憶合金の（回復応力×断面積）または発生力が
形状記憶ポリマーの（回復応力×断面積）と同じになる
温度を、Ａｆと形状記憶合金のマルテンサイト変態温度
（Ｍｆ）の間にくるように設定し、該温度以上では形状
記憶合金の記憶した形状への回復動作によって形状記憶
合金が記憶した形状を保ち、該温度以下であってかつ形
状記憶ポリマーのＴｇ以上の温度では形状記憶ポリマー
の記憶した形状への回復動作によって形状記憶ポリマー
が記憶した形状を保つ形状記憶複合体、 （２）ペルチェ素子、 （３）放熱体の順に積層されてなることを特徴とする形
状回復装置によって上記目的を達成するものである。
状回復動作を記憶した形状記憶合金と、形状記憶合金の
回復動作と異なる方向の形状回復動作を記憶した形状記
憶ポリマーとからなり、形状記憶合金の形状回復温度
（マルテンサイト逆変態温度、Ａｆ）が形状記憶ポリマ
ーの形状回復温度（ガラス転移温度、Ｔｇ）より高く、
形状記憶合金の（回復応力×断面積）または発生力が
形状記憶ポリマーの（回復応力×断面積）と同じになる
温度を、Ａｆと形状記憶合金のマルテンサイト変態温度
（Ｍｆ）の間にくるように設定し、該温度以上では形状
記憶合金の記憶した形状への回復動作によって形状記憶
合金が記憶した形状を保ち、該温度以下であってかつ形
状記憶ポリマーのＴｇ以上の温度では形状記憶ポリマー
の記憶した形状への回復動作によって形状記憶ポリマー
が記憶した形状を保つ形状記憶複合体、 （２）ペルチェ素子、 （３）放熱体の順に積層されてなることを特徴とする形
状回復装置によって上記目的を達成するものである。
【０００５】本発明で用いるＳＭＰとしては、ＳＭＰと
して通常使用されるものであれば特に制限はなく、ポリ
ウレタン、ポリノルボルネン、ポリイソプレン、スチレ
ン−ブタジエン共重合体などが挙げられるが、形状回復
温度であるガラス転移温度（以下Ｔｇという。）を任意
に設定できるという点から特にポリウレタンが好適であ
る。ＳＭＰとして通常使用されるポリウレタンは、ポリ
オール、ジイソシアネート、及び、短鎖グリコールやア
ミン類などの鎖延長剤からなるブロック共重合体であっ
て、これら構成成分のモル比を変えることによって、形
状回復温度であるＴｇを−３０℃から６０℃まで自由に
設定できる。なお、本発明において、ＴｇはＪＩＳ Ｋ
７１２１に準拠して測定した値である。
して通常使用されるものであれば特に制限はなく、ポリ
ウレタン、ポリノルボルネン、ポリイソプレン、スチレ
ン−ブタジエン共重合体などが挙げられるが、形状回復
温度であるガラス転移温度（以下Ｔｇという。）を任意
に設定できるという点から特にポリウレタンが好適であ
る。ＳＭＰとして通常使用されるポリウレタンは、ポリ
オール、ジイソシアネート、及び、短鎖グリコールやア
ミン類などの鎖延長剤からなるブロック共重合体であっ
て、これら構成成分のモル比を変えることによって、形
状回復温度であるＴｇを−３０℃から６０℃まで自由に
設定できる。なお、本発明において、ＴｇはＪＩＳ Ｋ
７１２１に準拠して測定した値である。
【０００６】本発明で用いるＳＭＡとしては、ＳＭＡの
形状回復温度であるマルテンサイト逆変態温度（以下Ａ
ｆという。）がＳＭＰの成形温度（１２０〜２００℃程
度）以下であるものが好ましく、中でも特に、ＡｆがＳ
ＭＰの成形温度よりかなり低いＴｉ−Ｎｉ系ＳＭＡおよ
び銅系ＳＭＡが好適に使用される。Ｔｉ−Ｎｉ系ＳＭＡ
としては、Ｔｉ−Ｎｉ二元合金、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ合
金、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｎｂ合金、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｆｅ合金等が
挙げられ、これらＴｉ−Ｎｉ系ＳＭＡのＡｆは−１０℃
〜１００℃である。また、銅系ＳＭＡとしてはＣｕ−Ｚ
ｎ−Ａｌ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ合金等が挙げられ、こ
れら銅系ＳＭＡのＡｆは−１００℃〜１００℃である。
形状回復温度であるマルテンサイト逆変態温度（以下Ａ
ｆという。）がＳＭＰの成形温度（１２０〜２００℃程
度）以下であるものが好ましく、中でも特に、ＡｆがＳ
ＭＰの成形温度よりかなり低いＴｉ−Ｎｉ系ＳＭＡおよ
び銅系ＳＭＡが好適に使用される。Ｔｉ−Ｎｉ系ＳＭＡ
としては、Ｔｉ−Ｎｉ二元合金、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ合
金、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｎｂ合金、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｆｅ合金等が
挙げられ、これらＴｉ−Ｎｉ系ＳＭＡのＡｆは−１０℃
〜１００℃である。また、銅系ＳＭＡとしてはＣｕ−Ｚ
ｎ−Ａｌ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ合金等が挙げられ、こ
れら銅系ＳＭＡのＡｆは−１００℃〜１００℃である。
【０００７】ＳＭＡは、低温ではマルテンサイト相（以
下、Ｍ相という）の構造であり、ある温度以上で母相の
構造に相変態する材料である。形状回復効果はこの相変
態を利用している。Ｍ相のＳＭＡを加熱していくと、徐
々に母相への変態（マルテンサイト逆変態）が発生し、
やがて完全な母相になる。一般に、この母相変態の終了
する温度をＡｆ点と呼び、このＡｆ点が形状記憶合金の
形状回復温度とされる。また、逆に、母相となっている
温度域から冷却していくと、徐々にマルテンサイト変態
が発生し、やがて完全なＭ相になる。マルテンサイト変
態の終了温度をＭｆ点と呼ぶ。
下、Ｍ相という）の構造であり、ある温度以上で母相の
構造に相変態する材料である。形状回復効果はこの相変
態を利用している。Ｍ相のＳＭＡを加熱していくと、徐
々に母相への変態（マルテンサイト逆変態）が発生し、
やがて完全な母相になる。一般に、この母相変態の終了
する温度をＡｆ点と呼び、このＡｆ点が形状記憶合金の
形状回復温度とされる。また、逆に、母相となっている
温度域から冷却していくと、徐々にマルテンサイト変態
が発生し、やがて完全なＭ相になる。マルテンサイト変
態の終了温度をＭｆ点と呼ぶ。
【０００８】本発明においては、上記のＳＭＡ、ＳＭＰ
から任意に選んで組み合わせることができる。ただし、
ＳＭＡの形状回復時にはすでにＳＭＰが軟化している必
要があることから、ＳＭＡのＡｆ点がＳＭＰのＴｇより
上であることが必要である。さらに、Ａｆ点より温度を
低下させたときに、ＳＭＰが硬化するまでの間にＳＭＡ
の形状回復力よりＳＭＰの形状回復力が大きくなること
が必要であることから、ＳＭＰのＴｇはＳＭＡのＭｆ点
より低くなければならない。ＳＭＡとＳＭＰの形状回復
温度の差は特に制限はないが、実用性を考慮すると、好
ましくはＴｇがＭｆ点より１０℃以上低い、より好まし
くはＴｇがＭｆ点より２０〜４０℃以上低いものが良
い。好ましいＳＭＡとＳＭＰの組み合わせは、Ｔｇが２
０〜４０℃の形状記憶ポリウレタンと、Ａｆ点が５０〜
８０℃、Ｍｆ点が３０〜６０℃のＴｉ−Ｎｉ系ＳＭＡ、
特にＴｉ−Ｎｉ二元合金、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ系ＳＭＡが
挙げられる。
から任意に選んで組み合わせることができる。ただし、
ＳＭＡの形状回復時にはすでにＳＭＰが軟化している必
要があることから、ＳＭＡのＡｆ点がＳＭＰのＴｇより
上であることが必要である。さらに、Ａｆ点より温度を
低下させたときに、ＳＭＰが硬化するまでの間にＳＭＡ
の形状回復力よりＳＭＰの形状回復力が大きくなること
が必要であることから、ＳＭＰのＴｇはＳＭＡのＭｆ点
より低くなければならない。ＳＭＡとＳＭＰの形状回復
温度の差は特に制限はないが、実用性を考慮すると、好
ましくはＴｇがＭｆ点より１０℃以上低い、より好まし
くはＴｇがＭｆ点より２０〜４０℃以上低いものが良
い。好ましいＳＭＡとＳＭＰの組み合わせは、Ｔｇが２
０〜４０℃の形状記憶ポリウレタンと、Ａｆ点が５０〜
８０℃、Ｍｆ点が３０〜６０℃のＴｉ−Ｎｉ系ＳＭＡ、
特にＴｉ−Ｎｉ二元合金、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ系ＳＭＡが
挙げられる。
【０００９】上記したように、本発明に用いられる形状
記憶複合体は、高温（ＳＭＡのＡｆ点以上）ではＳＭＡ
が記憶した形状を保っているが、低温（ＳＭＡのＭｆ点
以下であってＳＭＰのＴｇ以上）では、ＳＭＰが、柔ら
かくなったＳＭＡの形状保持力に打ち勝って自身の形状
にＳＭＡを従わせる必要がある。このようにＳＭＡとＳ
ＭＰの形状回復力のバランスは、ＳＭＡの形状回復力、
すなわち（回復応力×断面積）あるいは発生力とＳＭＰ
の（回復応力×断面積）が等しくなる温度をＳＭＡのＡ
ｆ点とＭｆ点の間に設定することによってとることがで
きる。上記温度がＡｆ点より高いと、加熱時にＳＭＡが
十分に形状回復した状態にならない場合があり、また上
記温度がＭｆ点より低いと、冷却時にＳＭＰが十分に形
状回復した状態にならない場合があり、形状記憶複合体
の変位量が低減あるいは二方向性が失われるので好まし
くない。
記憶複合体は、高温（ＳＭＡのＡｆ点以上）ではＳＭＡ
が記憶した形状を保っているが、低温（ＳＭＡのＭｆ点
以下であってＳＭＰのＴｇ以上）では、ＳＭＰが、柔ら
かくなったＳＭＡの形状保持力に打ち勝って自身の形状
にＳＭＡを従わせる必要がある。このようにＳＭＡとＳ
ＭＰの形状回復力のバランスは、ＳＭＡの形状回復力、
すなわち（回復応力×断面積）あるいは発生力とＳＭＰ
の（回復応力×断面積）が等しくなる温度をＳＭＡのＡ
ｆ点とＭｆ点の間に設定することによってとることがで
きる。上記温度がＡｆ点より高いと、加熱時にＳＭＡが
十分に形状回復した状態にならない場合があり、また上
記温度がＭｆ点より低いと、冷却時にＳＭＰが十分に形
状回復した状態にならない場合があり、形状記憶複合体
の変位量が低減あるいは二方向性が失われるので好まし
くない。
【００１０】なお、本発明において、ＳＭＡをコイル状
に加工した場合、その形状回復力は（回復応力×断面
積）ではなくなるので、その場合には形状回復力を発生
力ということにする。例えば、Ｔｉ−Ｎｉ系ＳＭＡコイ
ル（素線の直径：０．２ｍｍ、コイル外径：０．８ｍ
ｍ）の発生力は、コイルの変位量５０〜７０％、Ａｆ点
で０．２〜０．３ｋｇｆである。これに対して、ポリウ
レタン系ＳＭＰの回復応力は、ＳＭＡと同じ変位量に対
してＴｇで約０．２〜０．３ｋｇｆ／ｍｍ2 である。従
って、このＳＭＡコイルをＳＭＰシートで覆う場合のＳ
ＭＰの断面積は１ｍｍ2 程度でよい。このように、ＳＭ
Ａコイル等の素子にＳＭＰを被覆する場合、ＳＭＡの発
生力を計算や測定により求めておき、ＳＭＰの（回復応
力×断面積）がその発生力と同等になる温度がＳＭＡの
Ａｆ点とＭｆ点の間になるように、ＳＭＰの種類、シー
トの厚さを決定すればよい。
に加工した場合、その形状回復力は（回復応力×断面
積）ではなくなるので、その場合には形状回復力を発生
力ということにする。例えば、Ｔｉ−Ｎｉ系ＳＭＡコイ
ル（素線の直径：０．２ｍｍ、コイル外径：０．８ｍ
ｍ）の発生力は、コイルの変位量５０〜７０％、Ａｆ点
で０．２〜０．３ｋｇｆである。これに対して、ポリウ
レタン系ＳＭＰの回復応力は、ＳＭＡと同じ変位量に対
してＴｇで約０．２〜０．３ｋｇｆ／ｍｍ2 である。従
って、このＳＭＡコイルをＳＭＰシートで覆う場合のＳ
ＭＰの断面積は１ｍｍ2 程度でよい。このように、ＳＭ
Ａコイル等の素子にＳＭＰを被覆する場合、ＳＭＡの発
生力を計算や測定により求めておき、ＳＭＰの（回復応
力×断面積）がその発生力と同等になる温度がＳＭＡの
Ａｆ点とＭｆ点の間になるように、ＳＭＰの種類、シー
トの厚さを決定すればよい。
【００１１】本発明で用いられる形状記憶複合体は以下
の種々の方法で製造される。まず、ＳＭＡを板状、線
材、コイル状等に加工し、その後、ＳＭＰを被覆する。
ＳＭＡの形状にとくに制限はないが、形状回復力の点か
ら特に、コイル状に加工することが好ましい。また、Ｓ
ＭＰの被覆方法としては、ＳＭＡの表面に加熱溶融した
ＳＭＰを被覆する方法あるいは溶剤に溶解したＳＭＰを
塗布して乾燥する方法、ＳＭＡの上にＳＭＰを押出しコ
ートする方法あるいはホットプレスする方法等が挙げら
れ、さらに、ＳＭＡ全体をＳＭＰのシートで覆い、ホッ
トプレスする方法もある。なお、いずれの方法を採用す
る場合でも、ＳＭＰはＳＭＡと異なった形状を記憶させ
ておく必要があるので、ＳＭＰの被覆前にＳＭＡは自身
が記憶している形状とは異なる、即ち、ＳＭＰに記憶さ
せるべき形状に変形させておくことが必要である。ま
た、ＳＭＰを所望の形状に成型するために熱をかける場
合、４００℃以上の熱をかけるとＳＭＡの再記憶が起こ
る恐れがあるので、好ましくは３００℃以下、さらに好
ましくは２００℃以下の熱をかける。
の種々の方法で製造される。まず、ＳＭＡを板状、線
材、コイル状等に加工し、その後、ＳＭＰを被覆する。
ＳＭＡの形状にとくに制限はないが、形状回復力の点か
ら特に、コイル状に加工することが好ましい。また、Ｓ
ＭＰの被覆方法としては、ＳＭＡの表面に加熱溶融した
ＳＭＰを被覆する方法あるいは溶剤に溶解したＳＭＰを
塗布して乾燥する方法、ＳＭＡの上にＳＭＰを押出しコ
ートする方法あるいはホットプレスする方法等が挙げら
れ、さらに、ＳＭＡ全体をＳＭＰのシートで覆い、ホッ
トプレスする方法もある。なお、いずれの方法を採用す
る場合でも、ＳＭＰはＳＭＡと異なった形状を記憶させ
ておく必要があるので、ＳＭＰの被覆前にＳＭＡは自身
が記憶している形状とは異なる、即ち、ＳＭＰに記憶さ
せるべき形状に変形させておくことが必要である。ま
た、ＳＭＰを所望の形状に成型するために熱をかける場
合、４００℃以上の熱をかけるとＳＭＡの再記憶が起こ
る恐れがあるので、好ましくは３００℃以下、さらに好
ましくは２００℃以下の熱をかける。
【００１２】本発明の形状回復装置は、形状記憶複合
体、ペルチェ素子、放熱体の順に積層させてなり、ペル
チェ素子の吸熱面によって形状記憶複合体を冷却し、一
方、ペルチェ素子の発熱面は、放熱体によって放熱を促
進する。ペルチェ素子は、２種類の金属または半導体の
接合面を通じて電流を流すとき、その接合部には発熱ま
たは吸熱が生ずる現象を利用したものであり、電流を流
す方向によって吸熱面と発熱面が逆転するものである。
本発明で用いるペルチェ素子としては、通常使用される
ものであれば特に制限はないが、形状記憶複合体を冷却
する際に、該形状記憶複合体にペルチェ素子の吸熱面を
接触させるような電流方向にすることが必要である。ま
た、その時、ペルチェ素子の発熱面は放熱体に接してお
り、放熱体によってペルチェ素子の放熱を促進させる。
本発明で用いる放熱体としては、熱伝導率のよい材質で
あれば特に制限はなく、銅、銀、アルミニウム等を板
状、フィン状、ブレード状等の形状にして使用すればよ
い。
体、ペルチェ素子、放熱体の順に積層させてなり、ペル
チェ素子の吸熱面によって形状記憶複合体を冷却し、一
方、ペルチェ素子の発熱面は、放熱体によって放熱を促
進する。ペルチェ素子は、２種類の金属または半導体の
接合面を通じて電流を流すとき、その接合部には発熱ま
たは吸熱が生ずる現象を利用したものであり、電流を流
す方向によって吸熱面と発熱面が逆転するものである。
本発明で用いるペルチェ素子としては、通常使用される
ものであれば特に制限はないが、形状記憶複合体を冷却
する際に、該形状記憶複合体にペルチェ素子の吸熱面を
接触させるような電流方向にすることが必要である。ま
た、その時、ペルチェ素子の発熱面は放熱体に接してお
り、放熱体によってペルチェ素子の放熱を促進させる。
本発明で用いる放熱体としては、熱伝導率のよい材質で
あれば特に制限はなく、銅、銀、アルミニウム等を板
状、フィン状、ブレード状等の形状にして使用すればよ
い。
【００１３】本発明においては、形状記憶複合体の変位
量を有効に生かすため、形状記憶複合体の一端をペルチ
ェ素子に対し固定させることが好ましい。固定方法は特
に制限はなく、例えば接着剤、針金等が挙げられる。ま
た、本発明においては、ペルチェ素子と放熱体とも固定
させることが好ましい。固定方法は特に制限はなく、例
えば、接着剤、針金、はんだ付け等が挙げられる。
量を有効に生かすため、形状記憶複合体の一端をペルチ
ェ素子に対し固定させることが好ましい。固定方法は特
に制限はなく、例えば接着剤、針金等が挙げられる。ま
た、本発明においては、ペルチェ素子と放熱体とも固定
させることが好ましい。固定方法は特に制限はなく、例
えば、接着剤、針金、はんだ付け等が挙げられる。
【００１４】形状記憶複合体は加熱、冷却によって変位
させるものであり、本発明においてはペルチェ素子によ
って冷却を行うが、形状記憶複合体の加熱方法は特に制
限はなく、従来の方法が使用でき、例えば、温水による
加熱、通電加熱、レーザー等の熱線照射による加熱など
が挙げられる。また、冷却に用いるペルチェ素子を電流
を流す方向を変えることによって、加熱に用いることも
可能である。
させるものであり、本発明においてはペルチェ素子によ
って冷却を行うが、形状記憶複合体の加熱方法は特に制
限はなく、従来の方法が使用でき、例えば、温水による
加熱、通電加熱、レーザー等の熱線照射による加熱など
が挙げられる。また、冷却に用いるペルチェ素子を電流
を流す方向を変えることによって、加熱に用いることも
可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の形状回復装置は、エアコ
ンの吹き出し口風向偏向フラップ駆動機構、胃カメラや
工業用エンドスコープ等の内視鏡の屈曲機構の駆動用ア
クチュエータ、電磁調理器の温度表示用アクチュエー
タ、自動車燃料蒸発ガス排出防止装置のバルブ切換用ア
クチュエータ、サイフォン式コーヒーメーカの調圧アク
チュエータ、オートデシケータのドライユニットのシャ
ッター開閉用アクチュエータ、防火ダンパーのダンパー
切換用アクチュエータ等に適用される。
ンの吹き出し口風向偏向フラップ駆動機構、胃カメラや
工業用エンドスコープ等の内視鏡の屈曲機構の駆動用ア
クチュエータ、電磁調理器の温度表示用アクチュエー
タ、自動車燃料蒸発ガス排出防止装置のバルブ切換用ア
クチュエータ、サイフォン式コーヒーメーカの調圧アク
チュエータ、オートデシケータのドライユニットのシャ
ッター開閉用アクチュエータ、防火ダンパーのダンパー
切換用アクチュエータ等に適用される。
【００１６】図１に本発明の形状回復装置の一実施態様
を示す。断面積１．０ｍｍ2 のＴｉ−Ｎｉ二元合金のＳ
ＭＡ線材（Ａｆ点：８０℃、Ｍｆ点：５０℃）を熱処理
して図１のような折り曲げた形状を記憶させた。このＳ
ＭＡ線材を伸長して直線状態にし、その上にポリウレタ
ン系ＳＭＰ（Ｔｇ：３０℃）を厚さ４．５ｍｍになるよ
うに被覆した。成型温度は２００℃である。その後、形
状記憶複合体、ペルチェ素子、放熱体の順に積層させ、
形状記憶複合体の一端をペルチェ素子に固定し、ペルチ
ェ素子と放熱体とも固定した。この直線状態の形状記憶
複合体を加熱したところ、７０℃付近から徐々に変形し
始め、８０℃以上でほぼＳＭＡの記憶している折れ曲が
った形状となった。これをペルチェ素子に電流を流し
て、形状記憶複合体に接している面に吸熱させ、形状記
憶複合体を冷却すると、６０℃付近から徐々に伸び始
め、５０℃以下でほぼ直線形状、すなわちＳＭＰが記憶
した形状になった。この動作を１００回繰り返したが、
変位量の低下はほとんど見られなかった。
を示す。断面積１．０ｍｍ2 のＴｉ−Ｎｉ二元合金のＳ
ＭＡ線材（Ａｆ点：８０℃、Ｍｆ点：５０℃）を熱処理
して図１のような折り曲げた形状を記憶させた。このＳ
ＭＡ線材を伸長して直線状態にし、その上にポリウレタ
ン系ＳＭＰ（Ｔｇ：３０℃）を厚さ４．５ｍｍになるよ
うに被覆した。成型温度は２００℃である。その後、形
状記憶複合体、ペルチェ素子、放熱体の順に積層させ、
形状記憶複合体の一端をペルチェ素子に固定し、ペルチ
ェ素子と放熱体とも固定した。この直線状態の形状記憶
複合体を加熱したところ、７０℃付近から徐々に変形し
始め、８０℃以上でほぼＳＭＡの記憶している折れ曲が
った形状となった。これをペルチェ素子に電流を流し
て、形状記憶複合体に接している面に吸熱させ、形状記
憶複合体を冷却すると、６０℃付近から徐々に伸び始
め、５０℃以下でほぼ直線形状、すなわちＳＭＰが記憶
した形状になった。この動作を１００回繰り返したが、
変位量の低下はほとんど見られなかった。
【００１７】図２に本発明の形状回復装置の別の一実施
態様を示す。断面積０．３ｍｍ2 のＴｉ−Ｎｉ−Ｃｕ合
金のＳＭＡ線材（Ａｆ点：７０℃、Ｍｆ点：５８℃）
を、外径１．２ｍｍの粗巻き状コイルにした状態で、形
状記憶熱処理を行った。このコイルを圧縮（密巻き）
し、その状態でその周りにポリウレタン系ＳＭＰ（Ｔ
ｇ：４０℃）のシート（厚さ：０．２ｍｍ）を図２のよ
うに円筒状になるように巻き付け、加熱してこの形状で
被覆した。成型温度は２００℃である。その後、形状記
憶複合体、ペルチェ素子、放熱体の順に積層させ、形状
記憶複合体の一端をペルチェ素子に固定し、ペルチェ素
子と放熱体とも固定した。この状態の形状記憶複合体を
加熱したところ、７０℃まで加熱するとＳＭＡコイルの
形状回復により形状記憶複合体が伸長した。これをペル
チェ素子に電流を流して、形状記憶複合体に接している
面に吸熱させ、形状記憶複合体を冷却すると、形状記憶
複合体の温度が徐々に低下してくると共に収縮しはじ
め、５０℃付近でＳＭＰが記憶した形状になり、その後
温度を下げ続けてもこの形状を保った。この動作を１０
０回繰り返したが、変位量の低下はほとんど見られなか
った。
態様を示す。断面積０．３ｍｍ2 のＴｉ−Ｎｉ−Ｃｕ合
金のＳＭＡ線材（Ａｆ点：７０℃、Ｍｆ点：５８℃）
を、外径１．２ｍｍの粗巻き状コイルにした状態で、形
状記憶熱処理を行った。このコイルを圧縮（密巻き）
し、その状態でその周りにポリウレタン系ＳＭＰ（Ｔ
ｇ：４０℃）のシート（厚さ：０．２ｍｍ）を図２のよ
うに円筒状になるように巻き付け、加熱してこの形状で
被覆した。成型温度は２００℃である。その後、形状記
憶複合体、ペルチェ素子、放熱体の順に積層させ、形状
記憶複合体の一端をペルチェ素子に固定し、ペルチェ素
子と放熱体とも固定した。この状態の形状記憶複合体を
加熱したところ、７０℃まで加熱するとＳＭＡコイルの
形状回復により形状記憶複合体が伸長した。これをペル
チェ素子に電流を流して、形状記憶複合体に接している
面に吸熱させ、形状記憶複合体を冷却すると、形状記憶
複合体の温度が徐々に低下してくると共に収縮しはじ
め、５０℃付近でＳＭＰが記憶した形状になり、その後
温度を下げ続けてもこの形状を保った。この動作を１０
０回繰り返したが、変位量の低下はほとんど見られなか
った。
【００１８】
【効果】本発明の形状回復装置は、（１）ある形状回復
動作を記憶した形状記憶合金と、形状記憶合金の回復動
作と異なる方向の形状回復動作を記憶した形状記憶ポリ
マーとからなり、形状記憶合金の形状回復温度（マル
テンサイト逆変態温度、Ａｆ）が形状記憶ポリマーの形
状回復温度（ガラス転移温度、Ｔｇ）より高く、形状
記憶合金の（回復応力×断面積）または発生力が形状記
憶ポリマーの（回復応力×断面積）と同じになる温度
を、Ａｆと形状記憶合金のマルテンサイト変態温度（Ｍ
ｆ）の間にくるように設定し、該温度以上では形状記憶
合金の記憶した形状への回復動作によって形状記憶合金
が記憶した形状を保ち、該温度以下であってかつ形状記
憶ポリマーのＴｇ以上の温度では形状記憶ポリマーの記
憶した形状への回復動作によって形状記憶ポリマーが記
憶した形状を保つ形状記憶複合体、 （２）ペルチェ素子、 （３）放熱体の順に積層されてなることによって、２方
向性であり、かつ、温度応答性に優れる。よって、元の
形状に戻す部材を必要としないため、素子の小型化、軽
量化が図ることができ、かつ、冷却時の形状回復動作が
早くなるため、形状記憶複合体の記憶ぼけを防止でき、
繰り返しの使用に耐え得る。また、冷却時の形状回復動
作の制御も容易になるため、アクチュエータとしての機
能が向上する。また、ＳＭＰをポリウレタン、ポリノル
ボルネン、ポリイソプレンおよびスチレン−ブタジエン
共重合体から選ばれるポリマーとすることによって、形
状回復温度の設定が容易となる。また、ＳＭＡをＴｉ−
Ｎｉ系ＳＭＡまたは銅系ＳＭＡとすることによって、Ａ
ｆ点がＳＭＰの成形温度よりかなり低いため、形状記憶
複合体の製造が容易になる。さらに、ＳＭＡをＳＭＰで
被覆することにより、耐食性、絶縁性にも優れるため、
医療用など用途の幅が広がる。また、ＳＭＡのコイルの
外周をＳＭＰで囲うことにより、より形状回復力に優れ
た形状回復装置を得ることができる。
動作を記憶した形状記憶合金と、形状記憶合金の回復動
作と異なる方向の形状回復動作を記憶した形状記憶ポリ
マーとからなり、形状記憶合金の形状回復温度（マル
テンサイト逆変態温度、Ａｆ）が形状記憶ポリマーの形
状回復温度（ガラス転移温度、Ｔｇ）より高く、形状
記憶合金の（回復応力×断面積）または発生力が形状記
憶ポリマーの（回復応力×断面積）と同じになる温度
を、Ａｆと形状記憶合金のマルテンサイト変態温度（Ｍ
ｆ）の間にくるように設定し、該温度以上では形状記憶
合金の記憶した形状への回復動作によって形状記憶合金
が記憶した形状を保ち、該温度以下であってかつ形状記
憶ポリマーのＴｇ以上の温度では形状記憶ポリマーの記
憶した形状への回復動作によって形状記憶ポリマーが記
憶した形状を保つ形状記憶複合体、 （２）ペルチェ素子、 （３）放熱体の順に積層されてなることによって、２方
向性であり、かつ、温度応答性に優れる。よって、元の
形状に戻す部材を必要としないため、素子の小型化、軽
量化が図ることができ、かつ、冷却時の形状回復動作が
早くなるため、形状記憶複合体の記憶ぼけを防止でき、
繰り返しの使用に耐え得る。また、冷却時の形状回復動
作の制御も容易になるため、アクチュエータとしての機
能が向上する。また、ＳＭＰをポリウレタン、ポリノル
ボルネン、ポリイソプレンおよびスチレン−ブタジエン
共重合体から選ばれるポリマーとすることによって、形
状回復温度の設定が容易となる。また、ＳＭＡをＴｉ−
Ｎｉ系ＳＭＡまたは銅系ＳＭＡとすることによって、Ａ
ｆ点がＳＭＰの成形温度よりかなり低いため、形状記憶
複合体の製造が容易になる。さらに、ＳＭＡをＳＭＰで
被覆することにより、耐食性、絶縁性にも優れるため、
医療用など用途の幅が広がる。また、ＳＭＡのコイルの
外周をＳＭＰで囲うことにより、より形状回復力に優れ
た形状回復装置を得ることができる。
【図１】本発明の形状回復装置の一実施態様を示した図
である。
である。
【図２】本発明の形状回復装置の別の一実施態様を示し
た図である。
た図である。
１：形状記憶合金 ２：形状記憶ポリマー ３：形状記憶複合体 ４：ペルチェ素子 ５：放熱体
Claims (5)
- 【請求項１】 （１）ある形状回復動作を記憶した形状
記憶合金と、形状記憶合金の回復動作と異なる方向の形
状回復動作を記憶した形状記憶ポリマーとからなり、
形状記憶合金の形状回復温度（マルテンサイト逆変態温
度、Ａｆ）が形状記憶ポリマーの形状回復温度（ガラス
転移温度、Ｔｇ）より高く、形状記憶合金の（回復応
力×断面積）または発生力が形状記憶ポリマーの（回復
応力×断面積）と同じになる温度を、Ａｆと形状記憶合
金のマルテンサイト変態温度（Ｍｆ）の間にくるように
設定し、該温度以上では形状記憶合金の記憶した形状へ
の回復動作によって形状記憶合金が記憶した形状を保
ち、該温度以下であってかつ形状記憶ポリマーのＴｇ以
上の温度では形状記憶ポリマーの記憶した形状への回復
動作によって形状記憶ポリマーが記憶した形状を保つ形
状記憶複合体、 （２）ペルチェ素子、 （３）放熱体の順に積層されてなることを特徴とする形
状回復装置。 - 【請求項２】 形状記憶ポリマーが、ポリウレタン、ポ
リノルボルネン、ポリイソプレンおよびスチレン−ブタ
ジエン共重合体から選ばれるポリマーである請求項１記
載の形状回復装置。 - 【請求項３】 形状記憶合金が、Ｔｉ−Ｎｉ系形状記憶
合金または銅系形状記憶合金である請求項１または請求
項２記載の形状回復装置。 - 【請求項４】 形状記憶複合体が、形状記憶合金に形状
記憶ポリマーを被覆してなる請求項１〜３いずれかに記
載の形状回復装置。 - 【請求項５】 形状記憶複合体が、形状記憶合金のコイ
ルの外周を形状記憶ポリマーで囲ってなる請求項１〜４
いずれかに記載の形状回復装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29749495A JPH09109320A (ja) | 1995-10-20 | 1995-10-20 | 形状回復装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29749495A JPH09109320A (ja) | 1995-10-20 | 1995-10-20 | 形状回復装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09109320A true JPH09109320A (ja) | 1997-04-28 |
Family
ID=17847241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29749495A Pending JPH09109320A (ja) | 1995-10-20 | 1995-10-20 | 形状回復装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09109320A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6872433B2 (en) | 2001-03-27 | 2005-03-29 | The Regents Of The University Of California | Shape memory alloy/shape memory polymer tools |
| EP1460284A3 (en) * | 2003-01-28 | 2006-07-05 | C.R.F. Società Consortile per Azioni | An actuator device with shape-memory flexible cable |
| WO2020262802A1 (ko) * | 2019-06-24 | 2020-12-30 | 한국기계연구원 | 냉각장치를 포함하는 유연구동기, 이를 포함하는 웨어러블 로봇, 이를 포함하는 마사지 장치, 및 이의 제어방법 |
| KR20210000142A (ko) * | 2019-06-24 | 2021-01-04 | 한국기계연구원 | 냉각장치를 포함하는 유연구동기, 이를 포함하는 웨어러블 로봇 및 이의 제어방법 |
-
1995
- 1995-10-20 JP JP29749495A patent/JPH09109320A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6872433B2 (en) | 2001-03-27 | 2005-03-29 | The Regents Of The University Of California | Shape memory alloy/shape memory polymer tools |
| EP1460284A3 (en) * | 2003-01-28 | 2006-07-05 | C.R.F. Società Consortile per Azioni | An actuator device with shape-memory flexible cable |
| WO2020262802A1 (ko) * | 2019-06-24 | 2020-12-30 | 한국기계연구원 | 냉각장치를 포함하는 유연구동기, 이를 포함하는 웨어러블 로봇, 이를 포함하는 마사지 장치, 및 이의 제어방법 |
| KR20210000142A (ko) * | 2019-06-24 | 2021-01-04 | 한국기계연구원 | 냉각장치를 포함하는 유연구동기, 이를 포함하는 웨어러블 로봇 및 이의 제어방법 |
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