特許 7561859 双安定形状記憶合金慣性アクチュエータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-26

(45)【発行日】2024-10-04

(54)【発明の名称】双安定形状記憶合金慣性アクチュエータ

(51)【国際特許分類】

   F03G 7/06 20060101AFI20240927BHJP

【ＦＩ】

F03G7/06 C

F03G7/06 E

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2022546098

(86)(22)【出願日】2021-03-24

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-05-16

(86)【国際出願番号】 EP2021057648

(87)【国際公開番号】W WO2021197980

(87)【国際公開日】2021-10-07

【審査請求日】2024-03-06

(31)【優先権主張番号】102020000006634

(32)【優先日】2020-03-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】511020829

【氏名又は名称】サエス・ゲッターズ・エッセ・ピ・ア

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】マルコ・チトロ

(72)【発明者】

【氏名】ステファノ・アラックア

(72)【発明者】

【氏名】サルヴァトーレ・ココ

(72)【発明者】

【氏名】ジョルジョ・ヴェルガニ

【審査官】櫻田 正紀

(56)【参考文献】

【文献】特表２００４－５１０２８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３２０９６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１００５３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５０１３３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１１９６１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０３Ｇ ７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子回路で生成された電流パルスによって作動可能な１または複数のＳＭＡワイヤ（１２；３２，３２’，３２”；６２）に接続されたアクチュエータ本体（１１；３１；６１）を含む双安定ＳＭＡ慣性アクチュエータ（１０；３０；６０）であって、
前記１または複数のＳＭＡワイヤ（１２；３２，３２’，３２”；６２）は、第１の安定位置と第２の安定位置との間及びその逆を移動する慣性要素（１３；３３；６３）と動作可能に接触されており、
前記アクチュエータは、ｇ／ｍｍ（０．００９８Ｎ／ｍｍ）で表される弾性定数Ｋで係止力を受けており、
前記慣性要素（１３；３３；６３）は、０．０２５ｍｍ～０．５ｍｍの直径を有する前記１または複数のＳＭＡワイヤ（１２；３２，３２’，３２”；６２）の同時作動の下で、前記第１の安定位置と前記第２の安定位置との間及びその逆を移動可能であり、
前記アクチュエータは、前記弾性定数の逆数に、グラムで表される前記慣性要素（１３；３３；６３）の質量Ｍと、前記慣性要素（１３；３３；６３）と動作可能に接触している前記１または複数のＳＭＡワイヤ（１２；３２，３２’，３２”；６２）のｍｍ^２で表される総断面積Ａとの間の比を乗じたものとして定義され、Ｐ＝（１／Ｋ）＊（Ｍ／Ａ）である特性パラメータＰを有しており、
該特性パラメータＰが、２３．３１ｍｍ ^－１～６５３ｍｍ^－１の間であり、
前記電子回路は、０．１ミリ秒～５０ミリ秒の間の作動期間の電流パルスを生成するように構成されていることを特徴とする双安定ＳＭＡ慣性アクチュエータ。

【請求項2】

前記特性パラメータＰが、２５ｍｍ^－１～５００ｍｍ^－１の間である、請求項１に記載の双安定ＳＭＡ慣性アクチュエータ。

【請求項3】

前記電子回路は、１ミリ秒～２５ミリ秒の間の作動期間の電流パルスを生成するように構成されている、請求項１または２に記載の双安定ＳＭＡ慣性アクチュエータ。

【請求項4】

前記電流パルスを生成する前記電子回路の少なくとも１つの要素は前記アクチュエータ本体（１１；３１；６１）に取り付けられている、請求項１～３のいずれか一項に記載の双安定ＳＭＡ慣性アクチュエータ。

【請求項5】

前記電子回路の前記少なくとも１つの要素はコンデンサである、請求項４に記載の双安定ＳＭＡ慣性アクチュエータ。

【請求項6】

並列または直列に接続された複数のＳＭＡワイヤ（１２；３２，３２’，３２”；６２）を含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の双安定ＳＭＡ慣性アクチュエータ。

【請求項7】

弾性定数Ｋを有する前記係止力が、前記アクチュエータ本体（１１；６１）に接続された弾性要素（１４；６４）によって提供されるか、または前記アクチュエータ本体（３１）自身によって提供される、請求項１～６のいずれか一項に記載の双安定ＳＭＡ慣性アクチュエータ。

【請求項8】

前記アクチュエータ本体（１１；３１）が、完全な円の２／３から５／６である円形セグメントのジオメトリを有する主要部分を有している、請求項１～７のいずれか一項に記載の双安定ＳＭＡ慣性アクチュエータ。

【請求項9】

円形セグメントのジオメトリを有する前記アクチュエータ本体（１１；３１）上に複数のヒンジ（１５，１６，１６’；３６，３６’）が配されている、請求項８に記載の双安定ＳＭＡ慣性アクチュエータ。

【請求項10】

装置の作動を制御するための、請求項１～９のいずれか一項に記載の双安定ＳＭＡ慣性アクチュエータの使用。

【請求項11】

前記装置が、エアバッグ（４０）、ダンパー（５０）、フローダイバータバルブ（６００）、電気回路スイッチ、パドロックまたはロックである、請求項１０に記載の双安定ＳＭＡ慣性アクチュエータの使用。

【請求項12】

前記１または複数のＳＭＡワイヤ（１２；３２，３２’，３２”；６２）を作動させるための前記電流パルスの作動期間が、０．１ミリ秒～５０ミリ秒である、請求項１～９のいずれか一項に記載の双安定ＳＭＡ慣性アクチュエータの作動方法。

【請求項13】

前記１または複数のＳＭＡワイヤ（１２；３２，３２’，３２”；６２）を作動させるための前記電流パルスの作動期間が、１ミリ秒～２５ミリ秒である、請求項１２に記載の双安定ＳＭＡ慣性アクチュエータの作動方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、双安定電流制御慣性アクチュエータ（bistable current-controlled inertial actuator）、その動作方法、及びデバイスでのその使用、特に、被駆動要素が形状記憶合金（shape memory alloy、以下「ＳＭＡ」）で作られた１または複数のワイヤによって動かされるアクチュエータに関する。

【背景技術】

【0002】

形状記憶現象は、この現象を示す合金で作製された機械要素（mechanical piece）が、温度変化時に、製造時に事前設定された２つの形状間を、非常に短い時間且つ中間的な平衡位置（intermediate equilibrium positions）無しで転移（transitioning）できるという事実にあることが知られている。現象が発生し得る最初のモードは「一方向（one-way）」と呼ばれ、当該機械要素は温度変化時に一方向に形状を変化させる、すなわち形状Ａから形状Ｂに変態するのに対し、形状Ｂから形状Ａへの反対方向への転移には、機械的な力を加える必要がある。

【0003】

これとは異なり、いわゆる「双方向（two-way）」モードでは、両方の転移は温度変化によって生じさせることが可能であり、本発明ではこれを適用することを意図している。これは、マルテンサイト系（martensitic）と呼ばれる低温で安定な状態（type）からオーステナイト系（austenitic）と呼ばれる高温で安定な状態に、またはその逆に転移する要素の微結晶構造の変態（transformation）により発生する（Ｍ／Ａ転移及びＡ／Ｍ転移）。

【0004】

ＳＭＡワイヤは、形状記憶要素の機能を発揮できるように調製される（trained）必要がある。ＳＭＡワイヤの調製プロセスでは、通常、良好な再現性で、ワイヤが加熱されるとマルテンサイト／オーステナイト（Ｍ／Ａ）相転移を生じさせ、ワイヤが冷却されるとオーステナイト／マルテンサイト（Ａ／Ｍ）相転移を生じさせることができる。Ｍ／Ａ転移では、３％～５％のワイヤの短縮が起きるが、ワイヤが冷却されると、Ａ／Ｍ転移によってこの短縮から回復し、ワイヤは元の長さに戻る。

【0005】

加熱すると収縮し、冷却すると再伸長するＳＭＡワイヤのこの特性は、非常にシンプルでコンパクト、信頼性が高く、安価なアクチュエータを得るために長い間利用されている。特に、この種のアクチュエータは、一部の双安定電気スイッチで、駆動要素を第１の安定位置から第２の安定位置に、またはその逆に移動させるのに使用されている。「駆動要素」という用語は、その動きが２つの安定した操作位置の間でのスイッチの切り替わりを決定する要素である限り、特定の製造ニーズに応じて無数の形状をとることができるため、ここでは非常に一般的な意味を持つことを意図している。

【0006】

ＳＭＡワイヤの別の用途は特許文献１に記載されており、同文献では、双安定動作を達成することなく、ＳＭＡ及び付勢ばねからなるアクチュエータによってプランジャが第１のリミットから第２のリミットに移動される流体送達デバイスを開示している。
双安定ＳＭＡワイヤアクチュエータのいくつかの例は、本願の出願人による特許文献２～特許文献５に記載されており、これらは全て２本のＳＭＡワイヤを使用した解決策に言及している。

【0007】

これら全ての解決策に共通する主な欠点の１つは、ＳＭＡワイヤの作動が温度に基づいているため、周囲の環境の変化に関連する意図しない作動を防ぐことができないことにある。この問題は、ＳＭＡベースのアクチュエータの温度が動作中に上昇するデバイス内にある場合に、非常に深刻になる可能性がある。

【0008】

双安定ＳＭＡアクチュエータの別の例は、特許文献６に記載されており、双安定動作は、拮抗的な構成（antagonistic configuration）でＳＭＡワイヤを使用することによって実現されている。

【0009】

異なる原理を利用するＳＭＡベースの解決策は、慣性質量がアクチュエータ本体から分離され、衝撃作動（impulse activation）によってより長い距離にわたって駆動される慣性アクチュエータを開示する特許文献７に記載されている。同文献に記載の発明においては、例えば、後に説明するフローダイバータ（flow diverters）のような特定の用途では、リターンメカニズムを適切に設計するための高度なカスタマイズと、システムを開始位置に戻す必要がある場合の不可避の遅延、及び２つの安定した構成間の「対称性」の欠如を伴うこととなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】国際公開第２００４／０３２９９４号

【文献】米国特許第４５４４９８８号明細書

【文献】米国特許第５９７７８５８号明細書

【文献】米国特許第６９４３６５３号明細書

【文献】欧州特許第２７３５０１３号明細書

【文献】米国特許第４９６５５４５号明細書

【文献】米国特許第８６５６７１３号明細書

【文献】特開２００３－２７８０５１号公報

【文献】米国特許第９０６８５６１号明細書

【文献】米国特許第６８３５０８３号明細書

【非特許文献】

【0011】

【文献】“The Mechanical Response of Shape Memory Alloys Under a Rapid Heating Pulse” by Vollach et al published in 2010 on Experimental Mechanics

【文献】“High-speed and high-efficiency shape memory alloy actuation” by Motzki et al. published in 2018 on Smart Materials and Structures

【文献】”A Study of the Properties of a High Temperature Binary Nitinol Alloy Above and Below its Martensite to Austenite Transformation Temperature” by Dennis W. Norwich presented at the SMST 2010 conference

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

本発明の目的は、迅速なスイッチング及び偶発的な作動を防止することができる解決策で従来技術の欠点を克服することであり、その第１の態様は、短い電流パルスによって作動可能な１または複数のＳＭＡワイヤに接続された本体を含む双安定ＳＭＡ慣性アクチュエータ（inertial actuator）である。前記１または複数のＳＭＡワイヤは、０．０２５ｍｍ～０．５ｍｍの直径を有すると共に、前記１または複数のＳＭＡワイヤの同時作動の下で、第１の安定位置と第２の安定位置との間及びその逆を移動する質量Ｍを有する慣性要素（inertial element）と動作可能に接触されている。前記慣性アクチュエータは、ｇ／ｍｍで表される弾性定数Ｋを有する弾性的な係止力（elastic locking force）を受ける。これは、最も好ましい実施形態では、本体に取り付けられたばねによって提供される。

【課題を解決するための手段】

【0013】

アクチュエータは、前記弾性定数の逆数、すなわち、ｍｍ／ｇで表される１／Ｋに、グラムで表される慣性要素の質量Ｍと、質量Ｍの慣性要素と動作可能に接触しているＳＭＡワイヤのｍｍ^２で表される総断面積Ａとの間の比を乗じたものとして定義される特性パラメータＰを有しており、すなわちＰ＝（１／Ｋ）＊（Ｍ／Ａ）である。本発明者らは、驚くべきことに、システムが、上記で定義された特性パラメータＰが特定の範囲内、すなわち、１５ｍｍ^－１～７５０ｍｍ^－１、好ましくは２５ｍｍ^－１～５００ｍｍ^－１の間に含まれる限り、双安定挙動を確立することができるという点で、ワイヤの直径、弾性定数Ｋ、及び慣性要素質量Ｍに関して本質的に不変であることを発見した。

【0014】

電流パルスの発生源については本発明の対象ではなく、（本体に取り付けられている）双安定慣性アクチュエータの一部または単に外部にあって良いことは当該技術分野で広く知られており、適切な配線（cabling）によって１または複数のＳＭＡワイヤに接続されている。例えば、形状記憶要素に短い作動パルスを提供する最も簡単な方法の１つは、前述の特許文献７に記載されているように、コンデンサ放電を介することである。このようなコンデンサは、アクチュエータ本体に簡単に一体化して取り付けることも、アクチュエータ本体の外部に取り付けることもできる。

【0015】

本発明において、複数のＳＭＡワイヤが質量Ｍの慣性要素と動作可能に接触している場合、ＳＭＡワイヤは同一または非常に類似した直径（±１０％）を有しており、そうでなければ、システムはＳＭＡワイヤの電流制御と調整に関して複雑になってしまう。更に作業の多くは最大直径のワイヤによって実行され、追加の作業は、操作上の貢献が限られ、対処するのが面倒な追加の複雑さをもたらす。

【0016】

全てのＳＭＡワイヤが同時に本体の質量変位（mass displacement）に寄与するため、現在の構成はＳＭＡワイヤの引っ張りを最大化し、さまざまな利点（より高い質量変位能力、小型化、簡素化された制御電子機器）を実現できることを明確化（underline）することが重要である。ＳＭＡワイヤが拮抗的な構成になっているため、前述の特許文献６に示されている構造ではこれら全てを実現することはできない。

【0017】

実際のＳＭＡワイヤでは、円形断面から逸脱する可能性があり、従って、直径という用語は、最小の囲み円の直径として意図されることを明確化しておくことも重要である。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】慣性要素がそれぞれその２つの安定した位置にある、本発明によるアクチュエータの第１の実施形態の上方からの概略図である。

【図2】慣性要素がそれぞれその２つの安定した位置にある、本発明によるアクチュエータの第１の実施形態の上方からの概略図である。

【図3A】図１～図２のアクチュエータの変形例の上方からの概略図である。

【図3B】図１～図２のアクチュエータの変形例の概略斜視図である。

【図4】本発明による双安定ＳＭＡ慣性アクチュエータを組み込んだエアバッグの概略断面図である。

【図5】本発明による双安定ＳＭＡ慣性アクチュエータを組み込んだダンパーの概略シースルー図である。

【図6】第２の実施形態による双安定ＳＭＡ慣性アクチュエータを組み込んだフローダイバータバルブの概略断面図である。

【図7】第２の実施形態による双安定ＳＭＡ慣性アクチュエータを組み込んだフローダイバータバルブの概略断面図である。

【図8】第１の実施形態による双安定ＳＭＡ慣性アクチュエータを組み込んだパドロックの概略斜視図である。

【図9】第１の実施形態による双安定ＳＭＡ慣性アクチュエータを組み込んだパドロックの概略斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明は、以下の図を参照しつつ更に説明される。

【0020】

図では、理解を容易にするために、場合によっては示されているさまざまな要素のサイズと寸法比が変更されており、特に、限定はしないが双安定アクチュエータの他の要素に対するＳＭＡワイヤの直径が該当する。また、電流供給源、ワイヤ圧着／固定要素等、本発明の理解に必要の無いいくつかの補助要素は、当該技術分野で知られている通常の手段であるため示されていない。

【0021】

図１及び図２は、２つの安定した位置にある本発明の第１の実施形態による双安定ＳＭＡ慣性アクチュエータ１０の上方からの概略図を示している。円形セグメント形状を有する主要箇所の大部分（main/major portion）を有するアクチュエータ本体１１上で、ＳＭＡワイヤ１２は、本体１１の終端部分に近い点１１１、１１１’に固定されている。本体１１の円形セグメント部分には３つのヒンジ１５、１６、１６’があり、そのうちの最初のヒンジ１５はアクチュエータ本体１１の下部中央部分に位置し、本体円形セグメント部分の直径の一時的な拡大を可能且つ容易にする。他の２つのヒンジ１６、１６’は、本体の円形セグメント部分の終端部分に対応して対称的に配置されている。等しい長さの２つのアーム１７、１７’は、ヒンジ１６、１６’を質量Ｍの慣性要素１３と枢動可能に（pivotably）接続している。係止弾性要素（locking elastic element）として作用する弾性定数Ｋを有するばね１４は、本体の円形セグメント部分（割線（secant））の反対側を接続している。図１及び図２の第１の実施形態では、ばね１４は直径に等しい長さを有するが、アクチュエータ本体の円形部分の上部または下部に配置された場合、ばね１４の長さは短くなる場合がある。

【0022】

ＳＭＡワイヤ１２を急速に作動させて短縮すると、本体の円形要素部分が拡大し、図１に示す内部位置から図２に示す外部位置に移動する質量Ｍに加速度が伝達される。次に、質量Ｍの慣性要素１３は、２つのヒンジ１６、１６’を互いに向かって引っ張るばね１４の作用によって、その外部位置に安定してしっかりと保持される。ワイヤ１２が再び急速に作動させると、アクチュエータ本体１１の同じ変形メカニズムによって慣性要素１３が加速され、図１に示される内部位置に戻る。

【0023】

この種のアクチュエータ構成では、円形セグメントのジオメトリの長さを有する主要部分は、好ましくは、完全な円の約２／３から５／６である。

【0024】

円の直径は、好ましくは、１ｍｍ～２ｍｍから２０ｃｍまたはそれ以上で構成され、円の直径の変形は、本発明による双安定慣性アクチュエータの使用から利益を得ることができる異なる用途、小さい物としての用途にはモバイルカメラオートフォーカスアクチュエータ、大きい物としての用途にはピストン等の油圧機器可動部品の摩擦調整、を考慮に入れて適宜行われる。

【0025】

本発明は、図１及び図２に示されるような要素及び構成に厳密に限定されないことを強調されるべきであり、例えば、第１の変形例（図示せず）としては、中央のばね１４を、アクチュエータ本体１１の輪郭に沿ったフレクシャ（flexure）のような平らな弾性要素と置き換えることができる。

【0026】

別な類似の変形例が図３Ａ及び図３Ｂに示され、それぞれ上方からの概略図及び双安定ＳＭＡ慣性アクチュエータ３０の概略斜視図を示しており、変形に対するその抵抗、すなわち直径の拡大によるフレクシャではなく、アクチュエータ本体３１自体によって、慣性質量３３に弾性的な付勢力／係止力を提供している。更に、この解決策は、本体３１の下部に配置されたヒンジ（すなわち、図１及び図２の要素１５）を必要とせず、等しい長さのアーム３７、３７’を通る慣性要素３３の移動のために単にヒンジ３６、３６’を必要とする。

【0027】

この変形例には、並列に接続された３つのＳＭＡワイヤ３２、３２’、３２’’も含まれる。

【0028】

上記の実施形態は、本発明の進歩性のある概念に含まれる多くの変形例及び可能な要素の組み合わせが存在することを示している。例えば、別の直接の変形例では、ＳＭＡワイヤを直列に使用しており、すなわち図１及び図２では、２本のＳＭＡワイヤをそれぞれヒンジ１５とポイント１１１、１１１’との間に接続するか、例えば、特許文献８に記載されているような生地（cloth）等の適切な保持要素に埋め込まれた（embedded）所与のパターンで複数のワイヤを使用しても構わない。

【0029】

更に、好ましくは、ヒンジ１６、１６’を２つのアーム１７、１７’に沿って慣性要素１３を介して接続する経路、及びヒンジ３６、３６’を２つのアーム３７、３７’に沿って慣性要素３３を介して接続する経路の長さは、前記ヒンジを接続する直線の長さの１．１倍～３倍の間である。

【0030】

既に述べたように、本発明に従って作製されたアクチュエータは、環境温度変動等の外部要因に関連する意図しない作動を防止することができる。この側面は、偶発的な作動がデバイスの動作に有害であるだけでなく、安全上の問題を引き起こす可能性がある幅広い用途で最も重要であり、エアバッグは、この問題に適切に対処する必要がある用途の１つと言える。

【0031】

これに関して、図４は、図１及び図２に示される実施形態による、双安定ＳＭＡ慣性アクチュエータ１０を組み込んだエアバッグの加圧部分４０を示している。そのようなアクチュエータ１０は、破壊可能なシール４４が設けられ、密封且つ加圧された気体容器４３と（図示しない）膨張されるエアバッグとを連通させるチャネル４２を有するフレーム４１に取り付けられている。双安定ＳＭＡ慣性アクチュエータ１０は、負荷がかけられたばね（loaded spring）４５とパンチ４６との間に挿入され、負荷がかけられたばねが解放され、ＳＭＡワイヤ１２の（高速）作動時にパンチ４６に作用してシール４４を破壊する。既に述べたように、この用途は、意図しない作動を防止するので、本発明による双安定ＳＭＡ慣性アクチュエータの使用から大いに利益を得る。

【0032】

異なるタイプの装置における本発明による双安定ＳＭＡ慣性アクチュエータ１０の用途が図５に示されている。この場合、ダンパー５０は、固定フレーム５１を有し、固定端５２及び可動端５３が、適切な開口を通ってフレーム５１内を摺動するシャフト５４に取り付けられている。摩擦、及び垂直移動／振動（vertical movement/oscillation）において摺動するシャフト５４が遭遇する減衰挙動は、双安定ＳＭＡ慣性アクチュエータ１０によって調節され、アクチュエータ１０は、２つの安定した位置のうちの１つで可動シャフトに一層高い圧縮を付与し、加えられる摩擦力を増大させ、これにより剛性を向上させる。

【0033】

図６及び図７は、慣性質量６３に動作可能に接続されたＳＭＡワイヤ６２を含む双安定ＳＭＡ慣性アクチュエータ６０によって入口６０１と選択的に連通される入口６０１並びに２つの出口６０２及び６０２’を有する流れ迂回弁（flow diverting valve）６００を示しており、２つの出口のそれぞれに対して交互にシャッターとして作用している。第１のアーム６６は慣性質量６３をピボット６５に連結し、アクチュエータ本体６１内を摺動し、その周りにはＳＭＡワイヤ６２が巻かれている。第２のアーム６７は、慣性質量６３を固定ピボット６８に連結しており、前記アーム６６、６７は枢動接合要素（pivoting joining element）６９を介して慣性質量６３に取り付けられている。第２のアーム６７はまた、固定ピボット６８の周りでアーム６７の回転を可能にするために、要素６９が摺動することができるスロット６７ａを備え、弾性的な係止力は、ＳＭＡワイヤ６２の作用に反対する方向に、摺動しているピボット６５に作用している付勢ばね６４によって提供される。ＳＭＡワイヤ６２が高速で作動すると、慣性質量６３が垂直に摺動し、従って、出口６０２及び出口６０２’の一方を開き、他方の出口のシャッターとして機能する。これは、作動が調整された流れの温度には依存しないため、慣性質量移動を始動させるために高速作動を可能とでき、大いに恩恵を受ける別の用途である。

【0034】

バルブ内の流体的な連通について図６及び図７に詳述されているのと同じ原理を、他の分野、例えば低電圧／高電圧スイッチ用の電子回路、またはキーを挿入するために、キーロック開口部への物理的アクセスを可能にする機械式ロックにも適用することができ、これによりセキュリティレベルを向上させることができる。

【0035】

本発明の双安定アクチュエータが有利に適用される別の用途は、パドロック（padlocks）等のスマートロックである。ＳＭＡ慣性双安定パドロック（SMA inertial bistable padlock）は、高速作動の利点を活用して１または複数の双安定メカニズムを動かし、パドロックの鋼製シャックル（steel shackle）をロック／ロック解除することにより、標準のＳＭＡパドロックの限界を克服できる装置である。

【0036】

実際、ＳＭＡ慣性メカニズムは、パドロックのケースに直接接触する火炎または別の外部熱源によって与えられる加熱速度は、双安定メカニズムの状態を切り替えるのに十分な速さではないため、熱自己作動の影響を受けることはない。更に、機械的衝撃による開口が起きることを回避するために、異なる作業方向（例えば、ｘ、ｙ、またはｚ）及び／または適用方向（南北、南北）でメカニズムを二重化（duplicate）または三重化（triplicate）することが可能である。ＳＭＡ慣性パドロックは電気的に作動するため、電気入力を例えば指紋、顔認識、キーによって直接的に、または例えばＷｉ－Ｆｉ、ブルートゥース（登録商標）、ＲＦＩＤ、ＧＳＭによって間接的に制御することができる。

【0037】

パドロックにおける第１の実施形態による双安定ＳＭＡアクチュエータの使用例は、図７及び図８の斜視図に示されている。パドロック７００は、図７に示すように、摺動式シャックル７０２を保持する中実本体（solid body）７０１と、シャックルのくぼみ７０２’に係合する係止ピン１０’を備えた双安定慣性ＳＭＡアクチュエータ１０を備えている。図８は、シャックル７０２がパドロック本体７０１から自由に滑り出ること（slide out）ができるように、係止ピン１０’が窪み７０２’から外れた状態で第２の安定位置にある双安定慣性ＳＭＡアクチュエータ１０を示している。

【0038】

図８及び図９のパドロック７００は、パドロック本体７０１から完全に取り出すことができる摺動式シャックル７０２を有するが、直接の変形例（図示せず）では、異なる長さの脚部を備えた摺動式シャックルを想定しており、シャックルの部分的な摺動によって短い方の脚部が自由に動けるようになり、パドロックを開くと同時に、長い方の脚部の上で適切なストッパーによってシャックルを保持する。

【0039】

当業者であれば、ＳＭＡワイヤの迅速な作動を達成する方法を理解していることは強調されるべきであり、例えば非特許文献１または非特許文献２を参照されたい。

【0040】

作動時間（actuation time）とは、ＳＭＡワイヤをオーステナイト相にある温度、いわゆるＡｆ温度にするのに必要な時間を意図したものである。このような効果を達成するために、直径が１００μｍ未満のワイヤ等の細いワイヤの場合でも、一部の電子回路はコンデンサ等のＳＭＡワイヤ電流供給に関連付けられている場合があり、電池でもそのような短い作動時間を達成することができる。

【0041】

作動時間を駆動及び決定する実際のパラメータは、パルスの作動期間（actuation pulse duration）、すなわち、ＳＭＡワイヤに電流が供給される時間である。そのようなパルスの作動期間は、結果として、上で定義されたような作動時間よりもはるかに短い。

【0042】

その第２の態様では、本発明は、双安定ＳＭＡ慣性アクチュエータを動作させる方法、より具体的には、作動パルスが短い、すなわち、ＳＭＡワイヤに印加される電流の期間が０．１ミリ秒～５０ミリ秒、好ましくは１ミリ秒～２５ミリ秒である方法に関する。

【0043】

本発明は、特定のＳＭＡ材料に限定されないが、その処理によれば代替的に超弾性ワイヤ挙動（superelastic wire behavior）またはＳＭＡ挙動を示し得るニチノール等のＮｉ－Ｔｉベースの合金が好ましい。ニチノールの特性及びそれらを達成することを可能にする方法は、当業者に広く知られており、例えば非特許文献３を参照されたい。

【0044】

ニチノールをそのまま使用することも、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｐｔ、Ｃｕ等の元素を添加することで転移温度（transition temperature）の特性を調整することもできる。材料合金の適切な選択及びその特性は、当業者に一般に知られており、例えば、以下を参照されたい：
http://memry.com/nitinol-iq/nitinol-fundamentals/transformation-temperatures

【0045】

また、ＳＭＡワイヤは、「それ自体」またはコーティング／シースと共に使用して、それらの熱管理（thermal management）、すなわち、作動後のそれらの冷却を改善することができる。コーティングシースは、熱伝導体である電気絶縁コーティングを用いることによって残留熱を管理する方法を教示する特許文献９に記載されているように均一であり得るが、特許文献１０は、ＳＭＡワイヤが、全ての作動サイクル後に冷却を改善することができる囲繞シース（enclosing sheath）を備えていることを開示している。また、出願人による国際公開第２０１９／００３１９８号に記載されているような、相変化材料の適切な分散を伴うコーティングを有利に使用することができる。

【0046】

一連の実験は、図１に示すように、単一のＳＭＡワイヤ１２を備え、直径１５５．０３ｍｍのプラスチック本体１１と長さ４５ｍｍのアーム１７、１７’で作製された、本発明による双安定アクチュエータの試作品で行われた。

【0047】

異なる直径のＳＭＡワイヤは、Ａｓ＝９５°Ｃの同じ標準ニチノール材料で、異なる慣性質量を有すると共に、さまざまな弾性定数を持つ付勢ばねがテストされた。結果を下表に示すが、本発明に従って作成された実施例には接頭辞Ｓを使用し、本発明の範囲外の比較例には接頭辞Ｃが付されている。

【0048】

【表1】

【0049】

上記のさまざまな例から観察できるように、特性パラメータＰの適切な値との組み合わせのみが満足のいく双安定動作を達成できたが、特定の範囲を上回るかまたは下回る値では不満足な動作となった。

【0050】

上記の表に報告されている全ての結果は、１３ミリ秒のパルス作動期間で行われた。

【0051】

異なるパルス作動期間でのＳＭＡワイヤの影響の評価は、本発明によるサンプルのサブセット、すなわちサンプルＳ１、Ｓ４、Ｓ７について実施された。より具体的には、システムの挙動は、慣性質量が跳ね返りを伴う極めて速い作動（パルス作動期間＜０．１ｍｓ）で評価されたが、極めて遅い作動（パルス作動期間＞５０ｍｓ）では、慣性質量は第２の安定位置に到達することができなかった。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】