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JP2001165036A - Shape memory alloy coil actuator and its use - Google Patents

Shape memory alloy coil actuator and its use

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Publication number
JP2001165036A
JP2001165036A JP34985599A JP34985599A JP2001165036A JP 2001165036 A JP2001165036 A JP 2001165036A JP 34985599 A JP34985599 A JP 34985599A JP 34985599 A JP34985599 A JP 34985599A JP 2001165036 A JP2001165036 A JP 2001165036A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
coil spring
actuator
shape memory
memory alloy
bias
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP34985599A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Manabu Murayama
学 村山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Cable Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Cable Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority to JP34985599A priority Critical patent/JP2001165036A/en
Publication of JP2001165036A publication Critical patent/JP2001165036A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an SMA coil actuator given a coil spring for a bias capable of responding to even diametrically thinning though having a displacement amount and generating force exceeding a general coil spring and an oscillating structural body capable of effectively displaying a characteristic of this actuator. SOLUTION: An actuator of competitive type structure is constituted by connecting an SMA coil spring 1 and a coil spring 2 for a bias so as to compete with each other, the SMA coil spring of super elasticity, formed so as to indicate reset force by super elasticity at a peripheral temperature at use time of this actuator, is used as the coil spring 2 for a bias. An oscillating structural body is formed by providing this actuator in a long-scaled object having a part which must be flexed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、形状記憶合金(以
下「SMA」ともいう)コイルバネを用いたアクチュエ
ータの技術分野に属するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention belongs to the technical field of an actuator using a shape memory alloy (hereinafter also referred to as "SMA") coil spring.

【0002】[0002]

【従来の技術】SMAコイルアクチュエータは、SMA
コイルバネが記憶形状へ変形(回復)する動作を駆動源
として利用したものである。以下、SMAコイルバネに
記憶された「記憶形状」に対して、SMAコイルバネを
アクチュエータとして動作可能な状態まで変形させた形
状を「初期形状」と呼んで説明する。
2. Description of the Related Art An SMA coil actuator is an SMA coil actuator.
The operation in which the coil spring is deformed (recovered) into a memory shape is used as a driving source. Hereinafter, a shape obtained by deforming the “memory shape” stored in the SMA coil spring to a state in which the SMA coil spring can operate as an actuator will be referred to as an “initial shape”.

【0003】SMAコイルアクチュエータの構造は、前
記駆動原となるSMAコイルバネと、それに対抗するた
めのバイアス用コイルバネとが、拮抗筋の如く互いに拮
抗するように組み合わせた拮抗型構造が主である。拮抗
型構造とする理由は、SMAコイルバネが、それ自体だ
けでは記憶形状から再び初期形状へ戻ることが一般的に
はできないからである。記憶形状に回復したSMAコイ
ルバネを非加熱時に初期形状へ戻すように、バイアス用
コイルバネを拮抗させることによって、アクチュエータ
としての繰り返しの往復動作が可能になる。
[0003] The structure of the SMA coil actuator is mainly an antagonistic structure in which an SMA coil spring as a driving source and a bias coil spring for opposing the SMA coil spring are combined so as to antagonize each other like an antagonistic muscle. The reason for adopting the antagonistic structure is that the SMA coil spring generally cannot return from the memorized shape to the initial shape again by itself. By reversing the bias coil spring so that the SMA coil spring that has recovered to the memorized shape returns to the initial shape when not heated, repetitive reciprocating operation as an actuator becomes possible.

【0004】従来の拮抗型構造におけるバイアス用コイ
ルバネには、SUSや一般的なバネ鋼などからなるコイ
ルバネ(以下、「一般コイルバネ」)を用いる態様の
他、通常のSMAコイルバネ(駆動側と同じもの)を用
いる態様が挙げられる。
As a bias coil spring in the conventional antagonistic structure, a coil spring made of SUS or general spring steel (hereinafter, "general coil spring") is used, and a normal SMA coil spring (the same as the driving side) is used. )).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、バイア
ス用コイルバネのコイル仕様(素線径、コイル外径な
ど)は、スペース面での制限から、駆動側のSMAコイ
ルバネと同程度のサイズになる場合が多い。このような
条件下では、一般コイルバネをバイアス用に用いる場
合、一般コイルバネは弾性域が狭いため、動作する変位
量が小さいという問題がある。
However, the coil specifications (element wire diameter, coil outer diameter, etc.) of the bias coil spring may be almost the same size as the SMA coil spring on the drive side due to space limitations. Many. Under such conditions, when a general coil spring is used for bias, there is a problem that the general coil spring has a small elastic range, and thus the amount of operation displacement is small.

【0006】また、SMAコイルバネをバイアス用に用
いる後者の場合、変位量、発生力の点では、前者の態様
に比べて有利である。しかし、SMAコイルバネを動作
させるためには通電などの手段を用いてコイルを加熱し
なければならないので、駆動用のみならずバイアス用に
も、通電用リード線との接続部、配線用のスペースなど
が必要となる。一般的にSMAと他種金属との接合は困
難であり、接続部が増えることは製造面では好ましくな
い。また、配線用のスペースが増えることは、内視鏡先
端部の首振り構造など、細径化を求められる用途におい
ては不利である。
In the latter case, in which the SMA coil spring is used for biasing, the displacement and the generated force are more advantageous than the former. However, in order to operate the SMA coil spring, it is necessary to heat the coil using a means such as energization. Therefore, not only for driving but also for bias, a connection portion with an energizing lead wire, a space for wiring, etc. Is required. Generally, it is difficult to join the SMA to another metal, and it is not preferable in terms of manufacturing to increase the number of connection parts. Further, an increase in the space for wiring is disadvantageous in applications requiring a small diameter, such as a swing structure of the endoscope distal end portion.

【0007】本発明の課題は、上記問題を解決し、一般
コイルバネを上回る変位量・発生力を有しながら細径化
にも応じることができるバイアス用コイルバネが付与さ
れた、形状記憶合金コイルアクチュエータを提供するこ
とであり、また、該形状記憶合金コイルアクチュエータ
の特徴を有効に発揮させ得る用途である首振り構造体を
提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a shape memory alloy coil actuator provided with a bias coil spring capable of responding to a reduction in diameter while having a displacement and a generation force larger than those of a general coil spring. It is another object of the present invention to provide a swing structure that is an application that can effectively exhibit the features of the shape memory alloy coil actuator.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、次の特徴を有
するものである。 (1)形状記憶合金コイルバネとバイアス用コイルバネ
とが互いに拮抗するよう接続され、形状記憶合金コイル
バネへの加熱/非加熱に応じて往復動作を出力し得るよ
う構成された拮抗型構造のアクチュエータであって、前
記バイアス用コイルバネが、当該アクチュエータの使用
時の周囲温度において超弾性によって復帰力を示すよう
形成された超弾性形状記憶合金コイルバネであることを
特徴とする、形状記憶合金コイルアクチュエータ。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has the following features. (1) An actuator having an antagonistic structure in which a shape memory alloy coil spring and a bias coil spring are connected so as to oppose each other, and are configured to output a reciprocating operation in accordance with heating / non-heating of the shape memory alloy coil spring. Wherein the bias coil spring is a superelastic shape memory alloy coil spring formed so as to exhibit a restoring force due to superelasticity at an ambient temperature during use of the actuator.

【0009】(2)屈曲させるべき部分を有する長尺物
に、上記(1)記載の形状記憶合金コイルアクチュエー
タが設けられ、前記形状記憶合金コイルアクチュエータ
は、直接または牽引ワイヤーを介して、前記屈曲させる
べき部分の両端間を連結するように長尺物に取り付けら
れ、該アクチュエータの往復動作に従って屈曲させるべ
き部分が首振り動作を行う構成とされていることを特徴
とする首振り構造体。
(2) The shape memory alloy coil actuator according to the above (1) is provided on a long object having a portion to be bent, and the shape memory alloy coil actuator is configured to directly or via a traction wire to bend the shape memory alloy coil actuator. A swing structure which is attached to a long object so as to connect both ends of a portion to be bent, and wherein a portion to be bent according to a reciprocating operation of the actuator performs a swing operation.

【0010】(3)上記形状記憶合金コイルアクチュエ
ータが、屈曲させるべき部分を異なる向きへ首振り動作
させるように、複数並列状に設けられている上記(2)
記載の首振り構造体。
(3) A plurality of the shape memory alloy coil actuators are provided in parallel so that a part to be bent is swung in different directions.
A swing structure as described.

【0011】(4)上記形状記憶合金コイルアクチュエ
ータが、形状記憶合金コイルバネとバイアス用コイルバ
ネとを直列状に接続した構成を有するものであって、形
状記憶合金コイルバネが収縮するとき、それに引っ張ら
れてバイアス用コイルバネが伸長するものである上記
(2)記載の首振り構造体。
(4) The shape memory alloy coil actuator has a configuration in which a shape memory alloy coil spring and a bias coil spring are connected in series, and when the shape memory alloy coil spring contracts, it is pulled by it. The swing structure according to the above (2), wherein the bias coil spring extends.

【0012】(5)上記形状記憶合金コイルアクチュエ
ータのバイアス用コイルバネが、長尺物の長手軸を中心
として、該アクチュエータの形状記憶合金コイルバネと
は反対側に位置するように該長尺物に取り付けられ、形
状記憶合金コイルバネとバイアス用コイルバネとが長尺
物を介して並列状に接続されており、形状記憶合金コイ
ルバネが収縮するとき、屈曲する長尺物に引っ張られて
バイアス用コイルバネが伸長する構成である上記(2)
記載の首振り構造体。
(5) The bias coil spring of the shape memory alloy coil actuator is attached to the elongated object such that the bias coil spring is located on the side opposite to the shape memory alloy coil spring of the actuator with respect to the longitudinal axis of the elongated object. The shape memory alloy coil spring and the bias coil spring are connected in parallel via a long object, and when the shape memory alloy coil spring contracts, the bias coil spring is extended by being pulled by the bent long object. The above configuration (2)
A swing structure as described.

【0013】(6)上記形状記憶合金コイルアクチュエ
ータの形状記憶合金コイルバネが、加熱されて収縮する
ものであり、かつ屈曲させるべき部分の一端の側に該コ
イルバネの一端が接続され、屈曲させるべき部分の他端
と該コイルバネの他端とが牽引ワイヤーを介して接続さ
れ、該アクチュエータのバイアス用コイルバネが、圧縮
バネであり、かつ屈曲させるべき部分の屈曲によって圧
縮されるよう該部分に沿って長尺物に取り付けられてい
る、上記(2)記載の首振り構造体。
(6) The shape memory alloy coil spring of the shape memory alloy coil actuator is heated and contracted, and one end of the coil spring is connected to one end of the portion to be bent, and the portion to be bent. And the other end of the coil spring are connected via a pulling wire, and the biasing coil spring of the actuator is a compression spring and is elongated along the portion to be compressed by bending of the portion to be bent. The swing structure according to the above (2), which is attached to a shaku.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】本発明によるSMAコイルアクチ
ュエータ(以下、単に「アクチュエータ」ともいう)
は、図1にモデルを示すように、SMAコイルバネ1と
バイアス用コイルバネ2とが互いに拮抗するよう接続さ
れ、支持体aに取付けられたものである。SMAコイル
バネ1は駆動源であって、加熱によって記憶形状に回復
する。バイアス用コイルバネ2は、超弾性SMAコイル
バネであって、使用時の周囲温度において超弾性によっ
てバイアス力を発揮するように形成されたものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION An SMA coil actuator according to the present invention (hereinafter, also simply referred to as "actuator").
As shown in FIG. 1, a SMA coil spring 1 and a bias coil spring 2 are connected so as to oppose each other and are attached to a support a. The SMA coil spring 1 is a driving source, and recovers to a memory shape by heating. The biasing coil spring 2 is a superelastic SMA coil spring, and is formed so as to exert a biasing force by superelasticity at an ambient temperature during use.

【0015】上記構成によって、バイアス用コイルバネ
は、加熱されなくても負荷が除去されると超弾性によっ
て記憶形状に回復する。従って、バイアス用コイルバネ
2が、SMAコイルバネ1によって変位させられたとき
に示す復帰力は、超弾性による力が主となり、通常のS
MAコイルバネをバイアス用に用いた場合と同等の大き
な変位と発生力が得られる。しかも、一般コイルバネを
バイアス用に用いた場合と同様に、加熱のための付帯部
品や接続部分の必要の無いコンパクトな設計が可能とな
る。
With the above configuration, the bias coil spring is restored to the memory shape by superelasticity when the load is removed without heating. Therefore, the return force shown when the bias coil spring 2 is displaced by the SMA coil spring 1 is mainly a force due to superelasticity, and the normal S
Large displacement and generated force equivalent to the case where the MA coil spring is used for bias can be obtained. In addition, as in the case where a general coil spring is used for bias, a compact design that does not require any additional components or connection parts for heating becomes possible.

【0016】拮抗型構造やアクチュエータとしての動作
自体は公知のものを参照してもよい。以下に、いくつか
の拮抗型構造の例を示しながら、各部の説明を行う。
The operation itself as an antagonistic structure or an actuator may refer to a known one. Hereinafter, each part will be described with reference to some examples of the antagonistic structure.

【0017】図1(a)の例は、SMAコイルバネ1と
バイアス用コイルバネ2とが、互いに直列的に引っ張り
合う拮抗型構造である。同図の例では、SMAコイルバ
ネ1の記憶形状への回復は収縮である。先ず、両者が釣
り合っている初期形状の状態から、SMAコイルバネ1
を加熱し収縮させると、バイアス用コイルバネ2は伸長
させられて復帰力を蓄える。次に、SMAコイルバネ1
の温度を降下させると、該コイルバネ1は、バイアス用
コイルバネによって初期形状へと再び変形させられ、1
サイクルを完了する。このとき、矢印の方向へ往復する
力を、例えば接続部分mから取り出すことができる。記
憶形状への回復が伸長である型のSMAコイルバネ1を
用い、コイルバネ1と2とが互いに直列的に押し合う拮
抗型構造としてもよい。
FIG. 1A shows an example of an antagonistic structure in which an SMA coil spring 1 and a bias coil spring 2 are pulled in series with each other. In the example shown in the figure, the recovery of the SMA coil spring 1 to the stored shape is contraction. First, from the state of the initial shape where both are balanced, the SMA coil spring 1
Is heated and contracted, the bias coil spring 2 is expanded and stores a restoring force. Next, SMA coil spring 1
When the temperature of the coil spring 1 is lowered, the coil spring 1 is again deformed to the initial shape by the coil spring for bias, and
Complete the cycle. At this time, the force reciprocating in the direction of the arrow can be taken out, for example, from the connection portion m. An SMA coil spring 1 of a type whose recovery to the memory shape is elongated may be used, and an antagonistic structure in which the coil springs 1 and 2 press in series with each other may be used.

【0018】図1(b)の例では、SMAコイルバネ1
とバイアス用コイルバネ2とが、接続部分mを介して並
列的に接続されており、SMAコイルバネ1の収縮がバ
イアス用コイルバネ2を収縮させる並列的な拮抗型構造
となっている。図1(a)の場合と同様、SMAコイル
バネ1は、記憶形状に回復する動作が伸長であるタイプ
のものでもよい。
In the example of FIG. 1B, the SMA coil spring 1
And the biasing coil spring 2 are connected in parallel via a connection portion m, and the SMA coil spring 1 has a parallel antagonistic structure in which the biasing coil spring 2 contracts. As in the case of FIG. 1A, the SMA coil spring 1 may be of a type in which the operation of recovering the memory shape is extension.

【0019】図3(a)の例では、SMAコイルバネ1
とバイアス用コイルバネ2とが、屈曲可能な支持体Aに
対して、その長手軸を中心として、互いに反対側(表
裏)に位置するように取り付けられている。この例で
は、支持体Aが両コイルバネの接続部分を兼ねている。
両コイルバネ1、2は支持体Aの表裏で並列的に拮抗し
ており、SMAコイルバネ1が収縮すると支持体Aが矢
印の側に屈曲し、その屈曲に引っ張られてバイアス用コ
イルバネ2が伸びて復帰力を蓄える。この例は、SMA
コイルアクチュエータでありながら、それ自体で1つの
首振り構造体となっている。
In the example of FIG. 3A, the SMA coil spring 1
And the biasing coil spring 2 are attached to the bendable support member A so as to be located on opposite sides (front and back) with respect to the longitudinal axis. In this example, the support A also serves as a connection portion between the two coil springs.
The two coil springs 1 and 2 oppose each other in parallel on the front and back sides of the support A. When the SMA coil spring 1 contracts, the support A bends in the direction of the arrow, and the bias coil spring 2 is extended by being pulled by the bending. Stores resilience. This example uses SMA
Although it is a coil actuator, it is itself a single swing structure.

【0020】アクチュエータの使用時の周囲温度は、用
途の面では、気温、室温、体温などの一般的な温度であ
ればよく、限定されない。例えば、一般的なマニピュレ
ータとして用いるならば、気温、室温が重要であって、
概ね0℃〜50℃程度が目安であり、通常の管理された
室温での使用や生体に適用するならば、25℃〜38℃
程度である。また、逆に、アクチュエータの使用時の周
囲温度を、駆動側のSMAコイルバネの形状記憶効果が
発現する温度(変態温度)や、超弾性材料のAf 点(加
熱した際にマルテンサイト逆変態が完了する温度)によ
って限定してもよい。使用時の周囲温度は、駆動側のS
MAコイルバネの変態温度未満であれば、当該アクチュ
エータは理論上動作する。また使用時の周囲温度は、バ
イアス用コイルバネのAf 点以上であればよい。アクチ
ュエータに応力が加わっていないならば、使用時の周囲
温度はAf 点より少しでも高ければよい。しかし、通常
アクチュエータには、いくらかの応力が加わっており、
該応力が大きい程、周囲温度とAf 点からの温度差を必
要とする。これらの点から、適当な周囲温度は、概ね
(Af 点+10℃)〜(Af 点+50℃)程度の範囲と
なる。
The ambient temperature at the time of use of the actuator is not limited as long as it is a general temperature such as air temperature, room temperature, body temperature and the like in terms of application. For example, if used as a general manipulator, temperature and room temperature are important,
The standard is about 0 ° C to 50 ° C, and 25 ° C to 38 ° C for normal controlled use at room temperature or application to living organisms.
It is about. Conversely, the ambient temperature when the actuator is used is changed to the temperature (transformation temperature) at which the shape memory effect of the SMA coil spring on the drive side is manifested, or to the A f point of the superelastic material (the martensite reverse transformation occurs when heated). (Temperature to complete). The ambient temperature during use is S
If it is lower than the transformation temperature of the MA coil spring, the actuator operates theoretically. The ambient temperature during use may be any temperature as long as it is equal to or higher than the Af point of the bias coil spring. If no stress is applied to the actuator, the ambient temperature during use may be slightly higher than the point Af . However, some stress is usually applied to the actuator,
The greater the stress, the greater the difference between the ambient temperature and the point from the A f point. From these points, an appropriate ambient temperature is generally in the range of (A f point + 10 ° C.) to (A f point + 50 ° C.).

【0021】本発明において用いられるバイアス用コイ
ルバネは、上記のとおり超弾性を示すSMAによって形
成された超弾性SMAコイルバネであって、超弾性を示
すSMA(後述のNi−Ti合金など)を用い、使用時
の温度において加えられた圧縮・引張りによる変形から
超弾性によって元の形状に回復するよう形成されたコイ
ルバネである。超弾性(擬弾性)は、SMAが示す現象
の1つであって、Af 点より高い温度で該SMAを変形
させると、数%、場合によっては20%の歪を生じさせ
ても外力を除くと見かけ上弾性変形のように元の形状に
回復する現象である。本発明では、SMAの超弾性を、
SMAコイルアクチュエータのバイアス用コイルバネの
復帰力に応用する。
The bias coil spring used in the present invention is a superelastic SMA coil spring formed of SMA exhibiting superelasticity as described above, and uses SMA exhibiting superelasticity (such as a Ni-Ti alloy described later). This is a coil spring formed to recover to its original shape by superelasticity from deformation due to compression and tension applied at the temperature during use. Superelasticity (pseudoelasticity) is one of the phenomena exhibited by SMA. When the SMA is deformed at a temperature higher than the point A f , an external force is applied even when a strain of several percent, and in some cases, 20% is generated. When removed, it is a phenomenon in which it apparently recovers to its original shape like elastic deformation. In the present invention, the super elasticity of SMA is
This is applied to the return force of the bias coil spring of the SMA coil actuator.

【0022】バイアス用コイルバネを超弾性SMAコイ
ルバネとするための材料は、少なくとも使用時の周囲温
度で超弾性を示す超弾性SMA材料であればよい。なか
でもNi−Ti合金は、本発明のアクチュエータの使用
温度において特に顕著な超弾性を示す好ましい材料であ
る。その他Cu−Al−Ni合金などの銅系の合金など
も挙げられる。
The material for making the bias coil spring a superelastic SMA coil spring may be any superelastic SMA material that exhibits superelasticity at least at the ambient temperature during use. Among them, Ni-Ti alloy is a preferable material which exhibits particularly remarkable superelasticity at the operating temperature of the actuator of the present invention. Other examples include copper-based alloys such as Cu-Al-Ni alloys.

【0023】Ni−Ti合金の超弾性には、マルテンサ
イト変態による超弾性と、加工硬化による超弾性とがあ
るが、前者の超弾性を利用する態様が好ましい。Ni−
Ti合金の場合、合金の組成、加工および熱処理を適当
に選ぶことによって、貯え得るエネルギー密度や、エネ
ルギー貯蔵効率を変化させ得る。例えば、Ti−50.
6at%Ni合金は、1273Kからの溶体化処理材で
は超弾性特性は好ましくないが、これを673Kで1時
間時効すると良好な超弾性特性が得られる。また、時効
硬化の無いNi濃度50.5at%以下の合金では、冷
間加工後溶体化処理することなく673Kで焼鈍すれば
好ましい超弾性が得られる等である。
The superelasticity of the Ni-Ti alloy includes superelasticity due to martensitic transformation and superelasticity due to work hardening, and the former mode of utilizing superelasticity is preferred. Ni-
In the case of a Ti alloy, the energy density that can be stored and the energy storage efficiency can be changed by appropriately selecting the composition, processing, and heat treatment of the alloy. For example, Ti-50.
The 6 at% Ni alloy is not preferable in terms of superelasticity when it is a solution-treated material from 1273 K, but when it is aged at 673 K for 1 hour, good superelasticity can be obtained. For an alloy having a Ni concentration of 50.5 at% or less without age hardening, preferable superelasticity can be obtained by annealing at 673 K without solution treatment after cold working.

【0024】Ni−Ti合金のAf 点は、組成比や熱処
理(溶体化処理、時効、焼鈍など)によって変動する
が、約−50℃〜約70℃程度の範囲にある。そして、
超弾性と見なし得る挙動は、Af 点〜(Af 点+100
℃)程度までの範囲にあり、なかでも好ましい超弾性の
挙動は、当該アクチュエータに加わっている応力にもよ
るが、概ね(Af 点+10℃)〜(Af 点+50℃)程
度の範囲にある。例えば、Ti−49.2at%Ni合
金では、Af 点が5℃のものが存在するので、好ましい
超弾性の挙動を、約25℃前後の範囲で出現させること
が可能となり、上記使用時の周囲温度に適合する。
The A f point of the Ni—Ti alloy varies depending on the composition ratio and heat treatment (solution treatment, aging, annealing, etc.), but is in the range of about −50 ° C. to about 70 ° C. And
The behavior that can be regarded as superelasticity is from Af point to ( Af point + 100
° C), and a particularly preferable superelastic behavior is about ( Af point + 10 ° C) to ( Af point + 50 ° C), depending on the stress applied to the actuator. is there. For example, some Ti-49.2 at% Ni alloys have an A f point of 5 ° C., so that a preferable superelastic behavior can appear in a range of about 25 ° C. Compatible with ambient temperature.

【0025】上記超弾性SMA材料を用いて超弾性SM
Aコイルバネを製造する方法は、概略的には、使用時の
周囲温度に適合した超弾性SMA材料を線材として加工
し、該線材を素線としてコイルバネを形成し、必要な熱
処理を施して、使用時の周囲温度において超弾性主体の
復帰力が発生し得るコイルバネとする。一例を挙げる
と、超弾性SMA材料であるTi−49.2at%Ni
合金からなる線材(素線径0.2mm)をコイル状に巻
き(コイル仕様は任意である)、これを500℃で1時
間熱処理することによって、Af 点が5℃程度であり、
超弾性主体の好ましい復帰力を発生するバイアス用コイ
ルバネが得られる。
Using the above superelastic SMA material, superelastic SM
The method of manufacturing the A coil spring is roughly as follows: a superelastic SMA material suitable for the ambient temperature at the time of use is processed as a wire, the wire is used as a wire to form a coil spring, and a necessary heat treatment is performed. A coil spring capable of generating a returning force mainly composed of superelasticity at ambient temperature. As an example, a superelastic SMA material Ti-49.2 at% Ni
By winding a wire (alloy diameter 0.2 mm) made of an alloy into a coil shape (coil specification is arbitrary), and heat-treating this at 500 ° C. for 1 hour, the A f point is about 5 ° C.
A bias coil spring that generates a preferable return force mainly composed of a superelastic material is obtained.

【0026】アクチュエータを構成するSMAコイルバ
ネやバイアス用コイルバネの各々のコイル仕様は自由に
決定してよい。例えば、コイル形状は、各々単純な円筒
型の他、円錐状などでもよく、また、ピッチは一定でも
変化するものでもよい。コイル両端の処理・加工は、端
面を平坦にする処理、カギ状の引掛け部を形成する加工
など、従来の拮抗型のSMAコイルアクチュエータに用
いられるコイルバネの端部の態様であってよい。
The coil specifications of the SMA coil spring and the bias coil spring constituting the actuator may be freely determined. For example, the coil shape may be a simple cylindrical shape, a conical shape, or the like, and the pitch may be constant or variable. The processing and processing of both ends of the coil may be in the form of the end of a coil spring used in a conventional antagonistic SMA coil actuator, such as processing for flattening the end face and processing for forming a hook-shaped hook.

【0027】アクチュエータの用途や規模に限定はない
が、大きな発生力を有し、細径化も可能なバイアス用コ
イルバネを用いたという特徴が最も顕著になるのは、体
内挿入用医療器具、マイクロマニピュレータなど、外径
について微細化が求められるような長尺状のマイクロマ
シンに用いる場合である。特に、内視鏡などの先端部の
首振り機構(往復の屈曲動作が繰り返し可能な機構)
や、カテーテルの能動屈曲機構(屈曲した血管などへの
スムーズな挿入が可能となるよう挿入対象の内部形状に
合わせて屈曲させることができるする機構であって、首
振り機構と同一である)などを形成するためのアクチュ
エータが好ましい用途である。
Although there is no limitation on the use or scale of the actuator, the feature of using a biasing coil spring having a large generating force and capable of reducing the diameter is most remarkable in medical instruments for insertion into the body and micro-power. This is a case where the present invention is used for a long micromachine such as a manipulator, which requires a finer outer diameter. In particular, the tip end swing mechanism of an endoscope or the like (mechanism capable of repeating reciprocating bending operations)
And an active bending mechanism of a catheter (a mechanism that can be bent according to the internal shape of the insertion object so that it can be smoothly inserted into a bent blood vessel, etc., and is the same as a swing mechanism) Actuators for forming are preferred applications.

【0028】SMAコイルバネ、バイアス用コイルバネ
の各々のコイル外径は、上記のような長尺状のマイクロ
マシンに用いられる場合には、それらに使用可能な極細
の値であればよい。具体的には1mm以下が好ましい値
であり、これが、マイクロマシンの分野においてコイル
外径に求められる独特の範囲である。例えば、カテーテ
ルへの応用では、SMAコイルバネ、バイアス用コイル
バネの具体的なコイル外径は0.15mm〜0.6mm
程度である。また、コイル外径の下限は限定されず、単
糸状素線の加工技術、束状線の加工技術、コイル巻きの
加工技術などの向上に従って、際限無く小さくすればよ
いが、現段階では0.075mm程度である。
The outer diameter of each coil of the SMA coil spring and the bias coil spring may be an ultra-fine value that can be used for such a long micromachine as described above. Specifically, a preferable value is 1 mm or less, which is a unique range required for the coil outer diameter in the field of micromachines. For example, in the application to a catheter, the specific coil outer diameter of the SMA coil spring and the bias coil spring is 0.15 mm to 0.6 mm.
It is about. Further, the lower limit of the coil outer diameter is not limited, and may be reduced without limit in accordance with the improvement of the processing technique of the single filamentary wire, the processing technique of the bundled wire, the processing technique of the coil winding, etc. It is about 075 mm.

【0029】駆動側のSMAコイルバネに用いられる形
状記憶合金は、公知のものを用いてよい。例えば、Ti
−Ni系合金、Ti−Ni−Cu系合金、Ti−Ni−
Fe系合金、Ni−Al系合金、Ag−Cd系合金、A
u−Cd系合金、Cu−Al−Ni系合金、Cu−Au
−Zn系合金、Cu−Sn系合金、Cu−Zn系合金、
Cu−Zn−Al系合金、In−Ti系合金、In−C
d系合金などが挙げられる。
A known shape memory alloy may be used for the SMA coil spring on the drive side. For example, Ti
-Ni-based alloy, Ti-Ni-Cu-based alloy, Ti-Ni-
Fe-based alloy, Ni-Al-based alloy, Ag-Cd-based alloy, A
u-Cd alloy, Cu-Al-Ni alloy, Cu-Au
-Zn alloy, Cu-Sn alloy, Cu-Zn alloy,
Cu-Zn-Al alloy, In-Ti alloy, In-C
d-based alloys and the like.

【0030】アクチュエータを遠隔操作によって動作さ
せるには、種々の加熱方法によって駆動側のSMAコイ
ルバネに形状記憶合効果を発現させればよい。加熱方法
としては、例えば、光ファイバを介してレーザ光を照射
する方法や、SMAコイルバネに通電する方法などが挙
げられる。
In order to operate the actuator by remote control, the SMA coil spring on the driving side may exhibit a shape-memory effect by various heating methods. Examples of the heating method include a method of irradiating a laser beam through an optical fiber and a method of energizing an SMA coil spring.

【0031】次に、本発明の首振り構造体を説明する。
首振り構造体は、当該アクチュエータを長尺物に取付
け、当該アクチュエータのSMAコイルバネへの外部か
らの加熱操作によって、該長尺物を自在に首振り動作さ
せるように構成した首振り機構(能動屈曲機構)の部分
である。
Next, the swing structure of the present invention will be described.
The swing structure includes a swing mechanism (active bending) configured to attach the actuator to a long object and freely swing the long object by an external heating operation on the SMA coil spring of the actuator. Mechanism).

【0032】首振り動作とは、屈曲や捩じれの変位を
し、少なくとも元に戻る動作である。首振りが、ある状
態から1つの向きに変位し元に戻るだけの動作でよいな
らば、変位させるための1つのアクチュエータと、元に
戻すためのバイアス力が必要である。バイアス力は、長
尺物など屈曲対象物自体の弾性によるバイアス力でもよ
いし、バネを用いてもよい。しかし、以下の例では、長
尺物が直線状になっている状態を中心として、少なくと
も互いに反対の向きに屈曲させ得るように(即ち、安定
する位置が、中心位置を含めて3箇所以上あるよう
に)、アクチュエータを複数設ける態様を挙げて説明す
る。
The swing operation is an operation of displacing or twisting and returning at least to the original position. If the head swing is only required to be displaced in one direction and returned to the original state from a certain state, one actuator for displacing and a bias force for returning to the original state are required. The bias force may be a bias force due to the elasticity of the bending object itself such as a long object, or a spring may be used. However, in the following example, the long object can be bent at least in the opposite directions with respect to the state where the long object is linear (that is, there are three or more stable positions including the center position). As described above, an embodiment in which a plurality of actuators are provided will be described.

【0033】長尺物は、屈曲させるべき部分を有するも
のであればよい。屈曲させるべき部分は、屈曲可能であ
ればよく、その区間全体が可撓性、弾性を有する態様で
も、自在継ぎ手のように剛体中の1箇所が屈曲するもの
でもよい。長尺物は、アクチュエータによって自在に屈
曲させる対象物でありながら、上記アクチュエータの説
明で挙げた支持体でもある。長尺物は、アクチュエータ
の用途として上述したように、カテーテル、内視鏡など
の生体内挿入用医療器具、マイクロマニピュレータなど
の中心本体部分、またはそれらが挿通されるチューブが
挙げられる。
The long object may have any part to be bent. The portion to be bent only has to be bendable, and the entire section may be flexible or elastic, or may be one where a rigid body bends like a universal joint. The long object is an object that can be freely bent by the actuator, and is also a support body described in the description of the actuator. Examples of the long object include a catheter, a medical device for insertion into a living body such as an endoscope, a central body portion such as a micromanipulator, and a tube through which these are inserted, as described above as applications of the actuator.

【0034】以下の例では、長尺物を、内視鏡等に用い
られる細径のフレキシブルなチューブとして説明する。
チューブにおける屈曲させるべき部分(以下、「首振り
部」という)は、アクチュエータから引張り力や伸長力
を受けて屈曲する部分であるが、力が加わる区間のなか
でも、チューブの剛性などを変えることによって、屈曲
する部分は自由に設定できる。
In the following example, a long object will be described as a small-diameter flexible tube used for an endoscope or the like.
The portion of the tube that should be bent (hereinafter referred to as the “swinging portion”) is a portion that bends by receiving a pulling force or an extension force from the actuator. Thus, the bent portion can be freely set.

【0035】図2(a)の例では、2つのアクチュエー
タが、フレキシブルチューブに対して表裏に取り付けら
れており、矢印方向への首振り動作が可能となってい
る。アクチュエータの数は、後述のように3つが好まし
いが、説明のために2つとしている(以下、他の例も同
様)。同図の例では、首振り部の一端側に、アクチュエ
ータ(100、101)が取り付けられ、首振り部の他
端側を牽引ワイヤー(3、13)で引っ張る構成であ
る。同図の例では、A1〜A2間がアクチュエータ部、
A2〜A3間が首振り部となっている。各アクチュエー
タ内の拮抗型構造(SMAコイルバネ1とバイアス用コ
イルバネ2との拮抗、同じく11と12との拮抗)は、
図1(a)の例と同様である。各アクチュエータをコン
トロールし牽引ワイヤーを引っ張ることによって、中心
位置から両側へ屈曲する首振り動作が可能となる。
In the example shown in FIG. 2A, two actuators are mounted on the front and back of the flexible tube, and can swing in the direction of the arrow. The number of actuators is preferably three as described later, but is two for the sake of explanation (the same applies to other examples below). In the example shown in the figure, an actuator (100, 101) is attached to one end of the swinging part, and the other end of the swinging part is pulled by the pulling wires (3, 13). In the example of the figure, the actuator section is between A1 and A2,
The part between A2 and A3 is the swing part. The antagonistic structure (antagonism between the SMA coil spring 1 and the biasing coil spring 2 and also between 11 and 12) in each actuator is as follows.
This is the same as the example of FIG. By controlling each actuator and pulling the pulling wire, it is possible to perform a swing motion in which the actuator is bent from the center position to both sides.

【0036】図2(a)の例では牽引ワイヤーを用いて
いるが、その他の態様として、首振り部の他端側をバイ
アス用コイルバネ2、12によって直接的に引っ張る構
成としてもよい。即ち、首振り部の一端の側A1にSM
Aコイルバネの一端を接続し、該SMAコイルバネの他
端にバイアス用コイルバネの一端を接続し、該バイアス
用コイルバネの他端を首振り部の他端A3に接続する態
様である。
Although the pulling wire is used in the example shown in FIG. 2A, the other end of the swinging portion may be directly pulled by the biasing coil springs 2 and 12 as another mode. That is, SM is attached to the side A1 at one end of the swing part.
One end of the A coil spring is connected, one end of the bias coil spring is connected to the other end of the SMA coil spring, and the other end of the bias coil spring is connected to the other end A3 of the swing part.

【0037】図2(a)の例におけるアクチュエータの
数は2つであるが、フレキシブルチューブを任意の方向
に自在に屈曲させ得る首振り構造体とするには、3つ以
上、特に、図2(b)に断面を示すように、フレキシブ
ルチューブの胴体周囲に等間隔に3つ並列状に設ける態
様(即ち、120°毎に配置する態様)が、最小限の数
で目的を達成できるので好ましい。各アクチュエータ
(100、101、102)が発生する力の合成によっ
て、任意の方向への屈曲が可能となる。以下、他の態様
においても同様である。
Although the number of actuators in the example shown in FIG. 2A is two, three or more actuators are required to make the flexible tube freely bendable in any direction. As shown in the cross section in (b), a mode in which three are provided in parallel at equal intervals around the body of the flexible tube (that is, a mode in which the flexible tubes are arranged every 120 °) is preferable because the objective can be achieved with a minimum number. . The combination of the forces generated by the actuators (100, 101, 102) enables bending in an arbitrary direction. Hereinafter, the same applies to other embodiments.

【0038】図3(a)の例では、アクチュエータの説
明で述べたとおり、SMAコイルバネ1とバイアス用コ
イルバネ2とがフレキシブルチューブAを挟んで表裏に
セットされて首振り構造体となっている。この構成は、
長尺物の長手方向においてアクチュエータ部と首振り部
とを直列的に別個に設ける態様に比べてコンパクトであ
り、さらにはアクチュエータ自体の拮抗型構造も、SM
Aコイルバネとバイアス用コイルバネとが並列的に配置
されコンパクトである。従って、首振り部にアクチュエ
ータ部が完全に重なり合った構成となり、首振り部に要
する区間だけで自在に湾曲動作することが可能になる。
In the example of FIG. 3A, as described in the description of the actuator, the SMA coil spring 1 and the bias coil spring 2 are set on the front and back with the flexible tube A interposed therebetween to form a swinging structure. This configuration,
In comparison with a mode in which the actuator section and the swinging section are separately provided in series in the longitudinal direction of the long object, the actuator section and the oscillating section are compact.
The A coil spring and the bias coil spring are arranged in parallel to be compact. Accordingly, the actuator portion is completely overlapped with the swing portion, and the bending operation can be freely performed only in the section required for the swing portion.

【0039】この例においても、任意の方向への自在の
屈曲を可能とするには、図3(b)に示すように、3セ
ットのアクチュエータをフレキシブルチューブの胴体周
囲に等間隔に設ける態様が好ましい。各アクチュエータ
のSMAコイルバネとバイアス用コイルバネとの組は、
1と2、11と12、21と22である。3つのSMA
コイルバネ1、11、21に着目すると、図2(b)と
同様、フレキシブルチューブの胴体周囲に120°毎に
配置されている。
Also in this example, in order to enable free bending in any direction, three sets of actuators are provided at equal intervals around the body of the flexible tube as shown in FIG. 3B. preferable. The set of SMA coil spring and bias coil spring of each actuator is:
1 and 2, 11 and 12, 21 and 22. Three SMAs
Paying attention to the coil springs 1, 11, and 21, they are arranged at every 120 ° around the body of the flexible tube, as in FIG. 2B.

【0040】図4の例では、首振り部はA2〜A3の区
間である。図2、図3の例と同様、アクチュエータは2
つ設けられているが、片方のアクチュエータを代表とし
て説明する。同図の態様におけるアクチュエータ100
のSMAコイルバネ1は、加熱されて収縮する方向に回
復するタイプのものであり、その一端が、首振り部の一
端の側の所定部分A1に接続されている。同図の例で
は、A1は、首振り部の一端A2からSMAコイルバネ
の長さだけ離れた位置である。そして、該コイルバネ1
の他端と、屈曲させるべき部分の他端A3とは、各々、
牽引ワイヤー4を介して接続されている。
In the example of FIG. 4, the swing portion is a section between A2 and A3. As in the examples of FIGS.
Although one is provided, one of the actuators will be described as a representative. Actuator 100 in the embodiment shown in FIG.
The SMA coil spring 1 is of a type that recovers in the direction of being heated and contracted, and one end thereof is connected to a predetermined portion A1 on one end side of the swing part. In the example shown in the figure, A1 is a position separated from one end A2 of the swing part by the length of the SMA coil spring. And the coil spring 1
And the other end A3 of the part to be bent,
It is connected via a traction wire 4.

【0041】一方、バイアス用コイルバネ2には圧縮バ
ネが用いられている。両バイアス用コイルバネ2は、首
振り部が屈曲するときに圧縮されるように、首振り部に
沿って長尺物に取り付けられている。例えば、図4の態
様では、首振り部の両端A2、A3に、各々、圧縮バネ
セット用の支持部A20、A30が張り出して設けら
れ、これらの間にバイアス用コイルバネがセットされて
いる。前記牽引ワイヤー4は、支持部A20の孔を通過
し、バイアス用コイルバネの内部を通過して支持部A3
0に接続されている。この構成において、アクチュエー
タのSMAコイルバネ1を収縮させると、牽引ワイヤー
を介した引っ張りによって、首振り部はアクチュエータ
100の側に屈曲するが、そのときバイアス用コイルバ
ネ2は支持部A20、A30によって圧縮され復帰力を
蓄えることができる。
On the other hand, a compression spring is used as the bias coil spring 2. Both biasing coil springs 2 are attached to a long object along the oscillating portion so as to be compressed when the oscillating portion is bent. For example, in the embodiment shown in FIG. 4, compression spring setting support portions A20 and A30 are provided to protrude at both ends A2 and A3 of the swinging portion, respectively, and a bias coil spring is set therebetween. The pulling wire 4 passes through the hole of the support portion A20, passes through the inside of the bias coil spring, and passes through the support portion A3.
Connected to 0. In this configuration, when the SMA coil spring 1 of the actuator is contracted, the swinging portion bends toward the actuator 100 by pulling through the pulling wire. At this time, the biasing coil spring 2 is compressed by the support portions A20 and A30. It can store the restoring force.

【0042】以上のように、本発明のアクチュエータを
用いて首振り構造体を形成した場合、バイアス用コイル
バネに用いた超弾性SMAコイルが、動作する際に変態
が完了しているので、変態していない場合と比較して硬
いバネ状態にある。従って、図4のように、バイアス用
コイルバネを首振り部に沿わせる態様では、SMコイル
バネと拮抗させても座屈しない強度を首振り部に付与す
ることができる。
As described above, when the swing structure is formed by using the actuator of the present invention, since the superelastic SMA coil used for the bias coil spring has already completed the transformation when operating, the transformation is completed. It is in a stiffer spring state than when it is not. Therefore, as shown in FIG. 4, in a mode in which the bias coil spring is arranged along the oscillating portion, it is possible to impart to the oscillating portion a strength that does not cause buckling even when it is opposed to the SM coil spring.

【0043】また、超弾性SMAコイルは、一般コイル
バネと比べて歪みを大きくとることができるので、同じ
サイズにおいてはストロークを大きくする事が可能であ
る。換言すると、同じストロークを取る場合には、一般
コイルバネと比べてセット長は短くてすみ、その分、首
振り部の長さ、首振り構造体の長さを短くできる。
Further, since the superelastic SMA coil can take a larger distortion than a general coil spring, it is possible to increase the stroke at the same size. In other words, when the same stroke is taken, the set length can be shorter than that of a general coil spring, and the length of the swing part and the length of the swing structure can be shortened accordingly.

【0044】また、アクチュエータの説明でも述べたと
おり、超弾性SMAコイルをバイアス用コイルバネに用
いることによって、一般コイルバネと同様に、加熱のた
めの付帯部品や接続部分の必要の無いコンパクトな設計
が可能となる。
Also, as described in the description of the actuator, by using the superelastic SMA coil as the bias coil spring, a compact design that does not require any additional parts for heating or connection parts can be made, similarly to a general coil spring. Becomes

【0045】図2〜図4で例示した態様では、長尺物と
アクチュエータとの取付け関係だけを示しているが、実
際の首振り構造体においては、長尺物とアクチュエータ
との各部の接続のために、図5に示すように、長尺物か
ら張り出した接続用のリング状部分(長尺物と一体物で
も、別部品でもよい)A10、A20、A30を設ける
など、種々の構造が付与されてよい。
In the embodiments illustrated in FIGS. 2 to 4, only the mounting relationship between the long object and the actuator is shown. However, in an actual swing structure, the connection of each part between the long object and the actuator is shown. For this purpose, as shown in FIG. 5, various structures are provided, such as providing connection ring-shaped portions (which may be integral with the long object or may be separate parts) A10, A20, and A30 that protrude from the long object. May be.

【0046】また、長尺物の胴体周囲に複数のアクチュ
エータを取り付ける場合、図5に示すように、各コイル
バネの胴体周囲方向の位置関係を維持し得る節輪R1、
R2、R3を用い、各コイルバネが長尺物の胴体周囲の
方向に位置ずれを起こさないような態様としてもよい。
節輪は、長尺物の長手方向の一定区間毎に設けられる部
材であり、長尺物と一体物でも、別部品でもよい。節輪
は、その中心部に長尺物を挿通する孔を有し、その周囲
にはコイルバネを挿通するための孔を有するものであ
る。図5の例では、バイアス用コイルバネは節輪の周囲
の孔に挿通され、長尺物の胴体周囲の方向に位置ずれを
起こさないように固定されている。その他、当該首振り
構造体には、機構部分全体を覆う外被チューブを設けて
もよい。
When a plurality of actuators are mounted around the body of a long object, as shown in FIG. 5, the node rings R1 and R1 can maintain the positional relationship of each coil spring in the direction around the body.
R2 and R3 may be used so that the coil springs do not shift in the direction around the body of the long object.
The node ring is a member provided for each fixed section in the longitudinal direction of the long object, and may be an integral part of the long object or a separate part. The node ring has a hole for inserting a long object at the center thereof and a hole for inserting a coil spring around the hole. In the example of FIG. 5, the bias coil spring is inserted into a hole around the node ring, and is fixed so as not to be displaced in the direction around the body of the long object. In addition, the swing structure may be provided with a jacket tube that covers the entire mechanism.

【0047】[0047]

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を具体的に示
す。本実施例では、図4で説明した態様の首振り構造体
を実際に製作した。コイルバネや節輪の具体的な外観は
図5に例示するとおりであるが、長尺物の外径は屈曲部
が細くなるような変化はない。アクチュエータの数は3
であり、図2(b)に示す位置関係にて長尺物に取り付
けられている。各部の仕様は次のとおりである。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples. In the present embodiment, the swing structure of the mode described in FIG. 4 was actually manufactured. The specific appearances of the coil spring and the node ring are as illustrated in FIG. 5, but the outer diameter of the long object does not change such that the bent portion becomes thin. 3 actuators
And is attached to a long object in the positional relationship shown in FIG. The specifications of each part are as follows.

【0048】長尺物:内視鏡となるファイバスコープの
中心本体部分であって、SMAコイルバネ10をセット
する部分A1〜A2の外径は2.8mm、首振り部A2
〜A3の外径は2.8mmである。 SMAコイルバネ:材料Ni−Ti合金、素線径0.1
mm、コイル外径0.3mmのものを、4本束ねて1組
のアクチュエータ駆動用コイルとし、これを長尺物の周
囲に3組取り付けた。初期形状時の長さ(セット長さ)
46mm、記憶形状時の長さ39mm。 バイアス用コイルバネ:材料Ni−Ti合金、素線径
0.2mm、コイル外径0.75mm、自然長32m
m、セット長さ29.5mm。 バイアス用コイルバネを取り付けた部分の外径(外接円
直径)は、2.8mmであり、ファイバスコープの長手
方向のうち、首振り構造体となった部分の全長A1〜A
3は、78mmであった。
Elongate object: The outer diameter of the central body of the fiberscope as an endoscope, where the SMA coil spring 10 is set, is 2.8 mm, and the swinging part A2
The outer diameter of A3 is 2.8 mm. SMA coil spring: material Ni-Ti alloy, strand diameter 0.1
mm and a coil outer diameter of 0.3 mm were bundled to form a set of actuator driving coils, and three sets of these were mounted around a long object. Initial shape length (set length)
46mm, length 39mm in memory shape. Coil spring for bias: Material Ni-Ti alloy, wire diameter 0.2 mm, coil outer diameter 0.75 mm, natural length 32 m
m, set length 29.5 mm. The outer diameter (circumscribed circle diameter) of the portion to which the bias coil spring is attached is 2.8 mm, and the entire length A1 to A of the portion that has become the oscillating structure in the longitudinal direction of the fiberscope.
3 was 78 mm.

【0049】各SMAコイルバネに、個別にまた任意に
組み合わせて通電し、各コイルバネに形状記憶効果を発
現させて収縮させたたところ、全方向に素早く応答し自
在に屈曲できる好ましい首振り構造体であることがわか
った。
Each SMA coil spring is individually and arbitrarily combined and energized, and each coil spring is contracted by exhibiting a shape memory effect. I found it.

【0050】比較例 本比較例では、バイアス用コイルバネに一般コイルバネ
を用いて、上記実施例と同等の屈曲性能を有する首振り
構造体を製作し、外径、全長などの形状を比較した。バ
イアス用コイルバネに一般コイルバネを用いたこと、お
よびそのために必要となった寸法上の変更を行ったこと
以外は、上記実施例1と同様に首振り構造体を製作し
た。一般コイルバネを用いたバイアス用コイルバネの仕
様は、素線径0.2mm、コイル外径0.9mm、自然
長60mm、セット長さ57.5mmである。また、バ
イアス用コイルバネを取り付けた部分の外径(外接円直
径)は、3.1mm、首振り構造体となった部分の全長
は、106mmであった。
Comparative Example In this comparative example, a swing structure having bending performance equivalent to that of the above-described embodiment was manufactured using a general coil spring as a bias coil spring, and the shapes such as the outer diameter and the overall length were compared. A swing structure was manufactured in the same manner as in Example 1 except that a general coil spring was used as the bias coil spring, and the dimensions required for the coil spring were changed. The specifications of a bias coil spring using a general coil spring are as follows: a wire diameter of 0.2 mm, a coil outer diameter of 0.9 mm, a natural length of 60 mm, and a set length of 57.5 mm. The outer diameter (circumscribed circle diameter) of the portion to which the bias coil spring was attached was 3.1 mm, and the total length of the portion that became the swing structure was 106 mm.

【0051】この実施例と比較例との比較によって、同
じ性能の首振り構造体を形成する場合には、本発明によ
るアクチュエータが、一般コイルバネをバイアス用に用
いたものに比べて、より細く短くできることが明らかに
なった。
By comparison between this embodiment and the comparative example, when a swing structure having the same performance is formed, the actuator according to the present invention is thinner and shorter than one using a general coil spring for bias. It became clear what we could do.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上のように、本発明のアクチュエータ
およびそれを用いた首振り構造体では、超弾性SMAコ
イルバネをバイアス用コイルバネとして用いており、同
サイズの一般コイルバネを用いた場合より大きな変位量
・発生力を有する。しかも、SMAコイルバネをバイア
ス用コイルバネとして用いる場合に比べて、加熱用の構
造が無い分だけ細径化が可能である。
As described above, in the actuator of the present invention and the swing structure using the same, the super-elastic SMA coil spring is used as the bias coil spring, and the displacement is larger than that in the case of using the same size general coil spring. Has quantity and power. Moreover, as compared with the case where the SMA coil spring is used as the bias coil spring, the diameter can be reduced by the absence of the heating structure.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のアクチュエータの構成例を示す模式図
である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of an actuator of the present invention.

【図2】本発明の首振り構造体の構成例を示す模式図で
ある。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration example of a swing structure of the present invention.

【図3】本発明の首振り構造体の他の構成例を示す模式
図である。
FIG. 3 is a schematic view showing another configuration example of the swing structure of the present invention.

【図4】本発明の首振り構造体の他の構成例を示す模式
図である。
FIG. 4 is a schematic view showing another configuration example of the swinging structure of the present invention.

【図5】図4に示す首振り構造体の各部の構成を、より
具体的に示す図である。
5 is a diagram more specifically showing the configuration of each part of the swinging structure shown in FIG. 4;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A 長尺物 a 支持体 1 SMAコイルバネ 2 バイアス用コイルバネ 3 牽引ワイヤー A long object a support 1 SMA coil spring 2 bias coil spring 3 traction wire

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 形状記憶合金コイルバネとバイアス用コ
イルバネとが互いに拮抗するよう接続され、形状記憶合
金コイルバネへの加熱/非加熱に応じて往復動作を出力
し得るよう構成された拮抗型構造のアクチュエータであ
って、 前記バイアス用コイルバネが、当該アクチュエータの使
用時の周囲温度において超弾性によって復帰力を示すよ
う形成された超弾性形状記憶合金コイルバネであること
を特徴とする、形状記憶合金コイルアクチュエータ。
An actuator having an antagonistic structure in which a shape memory alloy coil spring and a bias coil spring are connected so as to oppose each other, and are configured to output a reciprocating operation in accordance with heating / non-heating of the shape memory alloy coil spring. Wherein the bias coil spring is a superelastic shape memory alloy coil spring formed so as to exhibit a restoring force due to superelasticity at an ambient temperature when the actuator is used.
【請求項2】 屈曲させるべき部分を有する長尺物に、
請求項1記載の形状記憶合金コイルアクチュエータが設
けられ、 前記形状記憶合金コイルアクチュエータは、直接または
牽引ワイヤーを介して、前記屈曲させるべき部分の両端
間を連結するように長尺物に取り付けられ、該アクチュ
エータの往復動作に従って屈曲させるべき部分が首振り
動作を行う構成とされていることを特徴とする首振り構
造体。
2. A long object having a portion to be bent,
A shape memory alloy coil actuator according to claim 1 is provided, wherein the shape memory alloy coil actuator is attached to a long object so as to connect both ends of the portion to be bent directly or via a pulling wire, A swing structure, wherein a portion to be bent in accordance with a reciprocating operation of the actuator performs a swing operation.
【請求項3】 上記形状記憶合金コイルアクチュエータ
が、屈曲させるべき部分を異なる向きへ首振り動作させ
るように、複数並列状に設けられている請求項2記載の
首振り構造体。
3. The swing structure according to claim 2, wherein a plurality of the shape memory alloy coil actuators are provided in parallel so as to swing a portion to be bent in different directions.
【請求項4】 上記形状記憶合金コイルアクチュエータ
が、形状記憶合金コイルバネとバイアス用コイルバネと
を直列状に接続した構成を有するものであって、形状記
憶合金コイルバネが収縮するとき、それに引っ張られて
バイアス用コイルバネが伸長するものである請求項2記
載の首振り構造体。
4. The shape memory alloy coil actuator has a configuration in which a shape memory alloy coil spring and a bias coil spring are connected in series, and when the shape memory alloy coil spring contracts, the bias is pulled by the bias. 3. The swing structure according to claim 2, wherein the coil spring is extended.
【請求項5】 上記形状記憶合金コイルアクチュエータ
のバイアス用コイルバネが、長尺物の長手軸を中心とし
て、該アクチュエータの形状記憶合金コイルバネとは反
対側に位置するように該長尺物に取り付けられ、形状記
憶合金コイルバネとバイアス用コイルバネとが長尺物を
介して並列状に接続されており、形状記憶合金コイルバ
ネが収縮するとき、屈曲する長尺物に引っ張られてバイ
アス用コイルバネが伸長する構成である請求項2記載の
首振り構造体。
5. A bias coil spring of the shape memory alloy coil actuator is attached to the elongated object so as to be located on a side opposite to the shape memory alloy coil spring of the actuator with respect to a longitudinal axis of the elongated object. A configuration in which the shape memory alloy coil spring and the bias coil spring are connected in parallel via a long object, and when the shape memory alloy coil spring contracts, the bias coil spring is extended by being pulled by the bent long object. 3. The swing structure according to claim 2, wherein
【請求項6】 上記形状記憶合金コイルアクチュエータ
の形状記憶合金コイルバネが、加熱されて収縮するもの
であり、かつ屈曲させるべき部分の一端の側に該コイル
バネの一端が接続され、屈曲させるべき部分の他端と該
コイルバネの他端とが牽引ワイヤーを介して接続され、 該アクチュエータのバイアス用コイルバネが、圧縮バネ
であり、かつ屈曲させるべき部分の屈曲によって圧縮さ
れるよう該部分に沿って長尺物に取り付けられている、
請求項2記載の首振り構造体。
6. The shape memory alloy coil spring of the shape memory alloy coil actuator is heated and contracted, and one end of the coil spring is connected to one end of the portion to be bent, and The other end is connected to the other end of the coil spring via a pull wire, and the bias coil spring of the actuator is a compression spring, and is elongated along the portion to be compressed by bending of the portion to be bent. Attached to an object,
The swing structure according to claim 2.
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