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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-02-21
(54)【発明の名称】非対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 20060101AFI20240214BHJP
F03G 3/06 20060101ALI20240214BHJP
【ＦＩ】
F03G7/06 D
F03G3/06
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023550091
(86)(22)【出願日】2022-02-24
(85)【翻訳文提出日】2023-10-11
(86)【国際出願番号】 EP2022054601
(87)【国際公開番号】W WO2022184533
(87)【国際公開日】2022-09-09
(31)【優先権主張番号】102021000004859
(32)【優先日】2021-03-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【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】サルヴァトーレ・ココ
(72)【発明者】
【氏名】ステファノ・アラックア
(57)【要約】
環境温度変化によって引き起こされる偶発的な作動を防止することができるが、温度に関連する安全機能を保持することができる非対称双安定形状記憶合金慣性アクチュエータ及びデバイスにおけるその使用を提供する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
非対称双安定形状記憶合金慣性アクチュエータ（１００；３００；４００；５００；６００；７００；８００）であって、－ 静止支持体（１１；３１；４１；５１；６１；７１；８１）と、
－ 前記静止支持体（１１；３１；４１；５１；６１；７１；８１）に可動に取り付けられたスライダ（１２；３２；４２；５２；６２；７２；８２）と、
－ 前記静止支持体（１１；３１；４１；５１；６１；７１；８１）に取り付けられ、前記可動スライダ（１２；３２；４２；５２；６２；７２；８２）に接続されたクランク・ロッド機構（１７；３７；５７）であって、その死点に関して反対側に位置する第１の安定位置及び第２の安定位置を有するクランク・ロッド機構（１７；３７；５７）と、
－ 前記クランク・ロッド機構（１７、３７、５７）に連結された、またはその一部を形成する、総質量Ｍの１つまたは複数の慣性要素（１９、３９、６９、７９、８９）と、
－ 前記クランク・ロッド機構（１７；３７；５７）に直接または間接的に作用して、前記第１の安定位置から前記第２の安定位置へ、及びその逆に切り替える、ＳＭＡワイヤ（１５；４５；５５；６５）と、
－ 前記スライダ（１２；３２；４２；５２；６２；７２；８２）を前記第１の安定位置に向かって付勢する付勢手段と、
を備え、
前記クランク・ロッド機構（１７；３７；５７）のクランク（１７’；３７’；５７’）とロッド（１７”；３７”；５７”）とを接続する可動ピボットは、第１の安定位置におけるクランク・ロッド機構（１７；３７；５７）の死点からの距離ｄ１が第２の安定位置における類似の距離ｄ２よりも大きく、前記アクチュエータは、前記クランク・ロッド機構（１７；３７；５７）に作用する１本のＳＭＡワイヤ（１５；４５；５５；６５）のみを含むことを特徴とする、非対称双安定形状記憶合金慣性アクチュエータ。
【請求項2】
ｄ２とｄ１との比が０．０５～０．７０、好ましくは０．１０～０．３０である、請求項１に記載の非対称双安定形状記憶合金慣性アクチュエータ（１００；３００；４００；５００；６００；７００；８００）。
【請求項3】
前記クランク・ロッド機構（１７；３７；５７）は、第１のピボット（１８；３８；５８’）を介して前記静止支持体（１１；３１；５１）に接続されたクランク（１７’；３７’；５７’）と、第２のピボット（１８；３８；５８”）を介して前記可動スライダ（１２；３２；４２；５２；７２）に接続されたロッド（１７”；３７”；５７”）とを含む、請求項１または２に記載の非対称双安定形状記憶合金慣性アクチュエータ（１００；３００；４００；５００；７００）。
【請求項4】
前記付勢手段は、前記可動スライダ（１２；３２；４２；５２；７２）に接続された第１の端部（１６’）と、前記静止支持体（１１；３１；４１；５１；７１）に接続された第２の端部（１６”）とを有するスプリング（１６）からなる、請求項１～３のいずれか一項に記載の非対称双安定形状記憶合金慣性アクチュエータ（１００；３００；４００；５００；７００）。
【請求項5】
前記ＳＭＡワイヤ（１５；４５）は、ピボット（１４’）を介して前記静止支持体（１１；３１；４１；７１）に接続された第１の端部と、第１の端部（１２；３２’）または内部ピン（４２０）で前記可動スライダ（１２；３２；４２；７２）に接触している第２の端部と、を有する回転レバー（１４；４４；）を介して前記クランク・ロッド機構（１７；３７）に間接的に作用しており、前記回転レバー（１４；４４）に接続されたＳＭＡワイヤ（１５；４５）の作動時に、好ましくはそのピボット（１４’）に近い位置で、前記クランク・ロッド機構（１７；３７）を２つの安定位置の間で切り替える、請求項１～４のいずれか一項に記載の非対称双安定形状記憶合金慣性アクチュエータ（１００；３００；４００；７００）。
【請求項6】
前記ＳＭＡワイヤ（５５）は、前記クランク・ロッド機構（５７）の前記クランク（５７’）に接続されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の非対称慣性双安定形状記憶合金アクチュエータ（５００）。
【請求項7】
前記スライダ（６２）は、前記クランク・ロッド機構の前記クランク（６７’）と前記ロッド（６７”）とを接続する前記可動ピボットに接続され、前記可動ピボットの移動方向に沿って延在し、前記アクチュエータは更に、前記クランク・ロッド機構の第１のピボット（６８’）及び第２のピボット（６８”）に近位端でそれぞれ接続され、且つ、前記静止支持体（６１）に固定されたストッパ（６４０、６４０’）にそれぞれ反対側の遠位部で接続された２つのレバー（６４、６４’）を含み、前記ＳＭＡワイヤ（６５）は、その作動が前記近位端からの開口をもたらすように、前記ストッパ（６４０、６４０’）に関してより遠位の位置で前記レバー（６４、６４’）間に接続されている、請求項１または２に記載の非対称慣性双安定形状記憶合金アクチュエータ（６００；８００）。
【請求項8】
前記付勢手段は、前記ストッパ（６４０、６４０’）と前記スライダ（６２）との間の位置で前記レバー（６４、６４’）の間に接続された引張りスプリング（６６）からなり、その作用が前記近位端の閉鎖をもたらす、請求項７に記載の非対称慣性双安定形状記憶合金アクチュエータ（６００；８００）。
【請求項9】
前記第１の安定位置と前記クランク・ロッド機構の死点との間の位置で、前記クランク・ロッド機構から距離ｄ１の１／１０から９／１０の間に含まれる距離で、前記静止支持体（７１；８１）に固定された少なくとも１つの磁石（７９’；８９’，８９”）を更に含む、請求項１～８のいずれか一項に記載の非対称慣性双安定形状記憶合金アクチュエータ（７００；８００）。
【請求項10】
前記重量力の向きは、前記第２の安定位置から前記第１の安定位置に向かう方向であり、その方向は、前記クランク・ロッド機構の移動平面と、４５°以下、好ましくは２０°未満である角度を形成している、請求項１～９のいずれか一項に記載の非対称慣性双安定形状記憶合金アクチュエータ（１００；３００；４００；５００；６００；７００；８００）。
【請求項11】
前記慣性要素（１９；３９；６９；７９；８９）が前記クランク・ロッド機構（１７；３７；５７）の一部であり、好ましくはその前記可動ピボットの一部である、請求項１～１０のいずれか一項に記載の非対称慣性双安定形状記憶合金アクチュエータ（１００；３００；４００；５００；６００；７００；８００）。
【請求項12】
デバイスのロック機構に解放可能に係合するための、請求項１～１１のいずれか一項に記載の非対称慣性双安定形状記憶合金アクチュエータ（１００；３００；４００；５００；６００；７００；８００）の使用であって、前記デバイスが好ましくは、蓋、シャッター、ラッチ、ロッカー、ピン抜きから選択される、使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、非対称双安定慣性アクチュエータ（asymmetric bistable 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、例えば形状Ａから形状Ｂに転移するのに対し、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）。これらの転移は、次の４つの温度によって特徴付けられる。すなわちマルテンサイト完了温度（Ｍｆ：Martensite final）、マルテンサイト開始温度（Ｍｓ：Martensite start）、オーステナイト開始温度（Ａｓ：Austenite start）、オーステナイト完了温度（Ａｆ：Austenite final）である。
【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】
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１～特許文献４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】
双安定ＳＭＡアクチュエータの別の例は、特許文献５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。特許文献６は、安定ロッカー（stability locker）としてのスプリングを有する回転要素に作用するＳＭＡワイヤを使用し、又は特許文献７は、その中間部分に配置された固定された旋回要素を有するロッカーの傾斜を切り替えるために、拮抗的な構成の２つのＳＭＡワイヤを示している。
【0008】
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８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。
【0009】
双安定慣性アクチュエータのための別のＳＭＡベースの解決策は、本願の出願人による国際公開第２０２１／１９７９８０号に記載されており、２つの安定状態の間でアクチュエータを切り替えるためにＳＭＡワイヤによって慣性要素に加えられる力が本質的に等しい対称型のアクチュエータを記載している。本発明によるアクチュエータは、全ての双安定ベースの解決策に通常存在する、いわゆる「オーバーラン」の必要性を大幅に低減するという利点を、前記出願に記載されたものと共有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】米国特許第４５４４９８８号明細書
【特許文献2】米国特許第５９７７８５８号明細書
【特許文献3】米国特許第６９４３６５３号明細書
【特許文献4】欧州特許第２７３５０１３号明細書
【特許文献5】米国特許第４９６５５４５号明細書
【特許文献6】欧州特許第１５９３８４４号明細書
【特許文献7】英国特許第２５５８６１８号明細書
【特許文献8】米国特許第８６５６７１３号明細書
【特許文献9】米国特許出願公開第２０１６／０１８６７３０号明細書
【特許文献10】米国特許第９０６８５６１号明細書
【特許文献11】米国特許第６８３５０８３号明細書
【特許文献12】国際公開第２０１９／００３１９８号
【非特許文献】
【0011】
【非特許文献1】“The Mechanical Response of Shape Memory Alloys Under a Rapid Heating Pulse” by Vollach et al published in 2010 on Experimental Mechanics
【非特許文献2】“High-speed and high-efficiency shape memory alloy actuation” by Motzki et al. published in 2018 on Smart Materials and Structures
【非特許文献3】”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】
開始位置への戻り転移が異なるように駆動される一方で、慣性挙動（inertial behavior）によって駆動される転移を１つだけ有することが有利な特徴である特定の用途がいくつかある。例えば、アクチュエータは、第１の位置から第２の位置までアクチュエータを移動させるためにジュール効果を利用し、次いで、第１の位置へのスイッチバックのための適切な機構として、電流制御を介して、または環境温度の上昇（Ｔ＞Ａｆ）を介して、ＳＭＡ作動を使用している。この概念の例示的な有利な用途は、温度が高すぎて危険な状況（火災）を表す場合にアクチュエータの自動解放がある電気リレーである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明の目的は、従来技術のアクチュエータの欠点を克服することであり、特に、環境温度の変動に関連する偶発的な作動を防止するが、温度に関連する安全機能を保持する能力に関し、その第１の態様は、請求項１に記載の要素を含む非対称慣性双安定形状記憶合金アクチュエータにある。
【0014】
好ましくは、非対称慣性双安定形状記憶合金アクチュエータは、ｄ２／ｄ１比が０．０５～０．７０、好ましくは０．１０～０．３０を含むように構成され、ｄ１は、第１の安定位置におけるクランクピンとクランク・ロッド機構（crank-and-rod mechanism）の死点（dead center）との間の距離として定義され、ｄ２は、第２の安定位置における同様の距離（analogous distance）として定義される。
【0015】
２つのアクチュエータの安定位置における異なる距離は、本発明の重要な概念であり、アクチュエータの非対称挙動を保証している。特に、（第１の安定位置から第２の安定位置への）一の転移において、クランク・ロッド機構に存在する質量Ｍが、死点を通過するのに十分な運動量（momentum）を得るために、死点から十分な距離を有することが重要であり、一方、（第２の安定位置から第１の安定位置への）復帰挙動（return run）において、転移は、ＳＭＡワイヤの作動によってのみ提供されない追加の力によって駆動されている。かかる力は、以下によって与えることができる：
－ 質量Ｍの重量力（weight force）、または
－ 質量Ｍ及び／またはクランク・ロッド機構が磁性または強磁性材料で作られ、アクチュエータが少なくとも１つの適切な固定磁石（stationary magnet）を含む場合の磁力。
－ 質量Ｍの重量力（weight force）、または
－ 質量Ｍ及び／またはクランク・ロッド機構が磁性または強磁性材料で作られ、アクチュエータが少なくとも１つの適切な固定磁石（stationary magnet）を含む場合の磁力。
【0016】
上記の定義によると、第１の安定位置から第２の安定位置への転移は、ＳＭＡワイヤの高速作動時にのみ起こることができ、本質的には慣性駆動のみであるのに対して、第２の安定位置から第１の安定位置への復帰またはスイッチバックは、ＳＭＡワイヤ作用に対する少なくとも第２の力の寄与を必要とし、このような追加的な力は、重量または少なくとも１つの磁石、または重量と磁気作用の合計によって提供されている。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1A】本発明の第１の好ましい実施形態による、２つの安定位置における非対称慣性双安定形状記憶合金アクチュエータの概略図である。
【図1B】発明の第１の好ましい実施形態による、２つの安定位置における非対称慣性双安定形状記憶合金アクチュエータの概略図である。
【図1C】死点に対応する中間不安定位置にある上記アクチュエータの概略図である。
【図2A】アクチュエータ内に存在するＳＭＡワイヤのためのいくつかの好ましい接続構成の概略図である。
【図2B】アクチュエータ内に存在するＳＭＡワイヤのためのいくつかの好ましい接続構成の概略図である。
【図2C】アクチュエータ内に存在するＳＭＡワイヤのためのいくつかの好ましい接続構成の概略図である。
【図2D】アクチュエータ内に存在するＳＭＡワイヤのためのいくつかの好ましい接続構成の概略図である。
【図3A】本発明の第２の実施形態による、２つの安定位置における非対称慣性双安定形状記憶合金アクチュエータの概略図である。
【図3B】本発明の第２の実施形態による、２つの安定位置における非対称慣性双安定形状記憶合金アクチュエータの概略図である。
【図4A】本発明の第３の実施形態による、２つの安定位置における非対称慣性双安定形状記憶合金アクチュエータの概略図である。
【図4B】本発明の第３の実施形態による、２つの安定位置における非対称慣性双安定形状記憶合金アクチュエータの概略図である。
【図5A】本発明の第４の実施形態による、２つの安定位置における非対称慣性双安定形状記憶合金アクチュエータの概略図である。
【図5B】本発明の第４の実施形態による、２つの安定位置における非対称慣性双安定形状記憶合金アクチュエータの概略図である。
【図6A】本発明の第５の実施形態による、２つの安定位置における非対称慣性双安定形状記憶合金アクチュエータの概略図である。
【図6B】本発明の第５の実施形態による、２つの安定位置における非対称慣性双安定形状記憶合金アクチュエータの概略図である。
【図7】本発明の第６の実施形態による、非対称慣性双安定形状記憶合金の概略図である。
【図8】本発明の第７の実施形態による、非対称慣性双安定形状記憶合金の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
本発明は、以下の例示的な実施形態を通じて、添付の図面を用いて更に説明される。
【0019】
図面を理解し易くするために、要素の寸法及び寸法比は、場合によっては、慣性質量の大きさ及びＳＭＡワイヤの短縮に関して特定的且つ非排他的に変更されている。更に、ＳＭＡワイヤの電流源のような、本発明の理解にもその特徴付けにも必要でないいくつかの要素は、示されていない。
【0020】
本発明による非対称双安定形状記憶合金アクチュエータ１００の第１の実施形態の概略図を、図１Ａ（第１の安定位置）及び図１Ｂ（第２の安定位置）に示す。アクチュエータ１００は、静止支持体（stationary support）１１と、第１の端部１２’及び第２の端部１２”を有する可動スライダ１２と、静止支持体１１に固定されたスライダガイド１３と、一方の非拘束端部（unrestrained extremity）が端部ストッパ（end-stop）１１１を介して静止支持体１１に接触し、他方の非拘束端部がピボット１４’を介して静止支持体１１に固定された回転可能なレバー１４とを含む。また、回転可能なレバー１４の非拘束端部は、可動スライダ１２の第１の端部１２’に接触し、Ｕ字形状を有するＳＭＡワイヤ１５の作動時に、それを第１の方向（図示の例では右）に移動させ、その端部は、端子１５’を介して静止支持体１１に固定され、その中央部分は、回転可能なレバー１４に接続されている。
【0021】
スライダ１２は、スライダ１２に接続された第１の端部１６’と静止支持体１１に接続された第２の端部１６”とを有するスプリング１６によって第１の安定位置に向かって付勢され、付勢スプリング１６はスライダ１２の適当なキャビティ内に収容されている。磁気手段または重力手段（例えば、プーリの上を通るケーブルによって第１の端部１２’に接続された質量）等の他の代替手段を使用して、前記付勢動作を実行することができる。
【0022】
アクチュエータ１００は、クランクピンに、すなわち、クランクとロッドとの間の垂直方向に移動可能な枢動接続部（pivoting connection）に配置された質量Ｍの慣性要素（inertial element）１９の移動を制御するためのクランク・ロッド機構１７を含む。より詳細には、クランク・ロッド機構１７の第１の可動アーム１７’は、クランクとして作用し、要素１９と支持体１１に固定された第１のピボット１８’との間に接続され、クランク・ロッド機構１７の第２の可動アーム１７”は、接続ロッドとして作用し、要素１９と適切なカプラ１７０を介してスライダ１２に固定された第２のピボット１８”との間に接続されている。
【0023】
このようにして、クランク・ロッド機構１７及びスライダ１２は、反転した（inverted）スライダ・クランクリンク機構を形成し、図１Ａの第１の安定位置から開始する第１の方向へのガイド１３に沿ったスライダ１２の摺動運動は、ピボット１８’の周りのクランク１７’の反時計回りの回転をもたらす。
【0024】
ＳＭＡワイヤ１５の作動は、第１のクランク・ロッド可動アーム１７’が第２のクランク・ロッド可動アーム１７”と整列した状態で、クランク・ロッド機構１７がその死点（図１Ｃ）に至るようになっている。そこから、アクチュエータ１００は、ＳＭＡワイヤ１５が急速に作動され、質量Ｍの慣性要素１９が加速されて第１の安定位置から第２の安定位置に移動する場合にのみ、第１の安定位置（図１Ａ）から第２の安定位置（図１Ｂ）に移動することができる。
【0025】
第２の安定位置から第１の安定位置へのスイッチバックは、スプリング１６の抵抗に抗してＳＭＡワイヤ１５を作動させることによって再び達成され、クランク１７’がピボット１８’を中心に時計回りに回転することによってクランク・ロッド機構１７をその死点に至らせる。この場合、質量Ｍの慣性要素１９に作用する重量力が、クランク・ロッド機構１７を死点から出し、その結果、スライダ１２を図１Ａの第１の安定位置にしている。
【0026】
上記の説明は、本発明による慣性アクチュエータの非対称性の概念を説明している。すなわち、第１の安定位置と第２の安定位置との間の切り替えは、ＳＭＡの作動によって加えられる力にのみ関連しており、クランク・ロッド機構１７をその死点に幾何学的に至らせ、死点から第２の安定位置への要素１９の移動は、常に慣性力（ＳＭＡワイヤ１５の高速作動）によってのみ与えられる。
【0027】
一方、第２の安定位置から第１の安定位置へのスイッチバックは、クランク・ロッド機構１７をその死点にもたらすＳＭＡワイヤの作動によるものであり、一方、死点から第１の安定位置への要素１９の移動は、追加的な力の寄与、より具体的には、図１Ａ及び図１Ｂの実施形態における重力を必要とする。これは、クランク・ロッド機構１７が略垂直平面内に配置され、第２の安定位置が第１の安定位置よりも高く、死点に近い位置であることを意味している。
【0028】
基本的に、第２の安定位置から第１の安定位置への転移は、モード（ジュール熱または周囲環境からの加熱）またはその作動速度に拘わらず、ＳＭＡワイヤの作動を必要とするだけである。
【0029】
【0030】
【0031】
図２Ｂでは、Ｕ字形状のＳＭＡワイヤ１５が、ロッド１４１によって回転可能なレバー１４に接続されたアイレット（eyelet）１４１’に巻き付けられている。
【0032】
図２Ｃでは、ＳＭＡワイヤ１５が、いわゆる「Ｖ字形状」で回転可能なレバー１４に直接的に固定されている。
【0033】
図２Ｄは、直線構成のＳＭＡワイヤ１５を有する最も単純な代替例を示す。
【0034】
ＳＭＡワイヤの接続及び数に関して、原則として、２つ以上のＳＭＡワイヤが回転可能なレバー１４に同時に作用して慣性質量１９を加速することができるが、実際には、そのようなＳＭＡワイヤの同時の作動及び制御は実用的でもなく、達成するのも容易でもないことを強調しておく。
【0035】
本発明による非対称慣性双安定形状記憶合金アクチュエータは、他の実施形態で実現されても良い。例えば、図３Ａ及び図３Ｂは、２つの安定位置にある非対称慣性双安定形状記憶合金アクチュエータ３００の第２の実施形態の概略図を示す。この場合、スライダ３２の第２の端部３２”は、ピボット３２０を介して支持体３１に取り付けられたレバー３２１を駆動し、そのストロークを増幅するアクチュエータの「リーチ（reach）」を延長している。図３Ａ及び図３Ｂに示されている別の相違点は、クランク・ロッド機構３７の第１のピボット３８’がスライダ３２の第１の端部３２’に対する端部ストッパとして作用し、第２のピボット３８”がスライダ３２に直接的に接続され、両方のアーム３７’、３７”及び慣性要素３９が図３Ｂの第２の安定位置でスライダ３２内に配置されるという事実である。
【0036】
図４Ａ及び図４Ｂは、慣性双安定アクチュエータ４００が静止支持体４１より長いスライダ４２を含む、本発明の第３の実施形態の概略図を示す。より具体的には、図４Ａの第１の安定位置では、スライダ４２の第１の端部４２’が支持体４１の左側から突出し、一方、図４Ｂの第２の安定位置では、第２の端部４２”が支持体４１の右側から突出する。この場合、回転可能なレバー４４は、第１の端部４２’ではなく、スライダ４２の適当な内部ピン４２０に衝突することによってスライダ４２に作用する。
【0037】
双安定非対称慣性アクチュエータ４００はまた、回転可能なレバー４４に作用するリターンスプリング４４０を提供し、ＳＭＡワイヤ４５が作動停止される（deactivated）と、端部ストッパ４１１に抗してそれを開始位置に戻す。このようにして、ＳＭＡワイヤ４５は、アクチュエータが第２の安定位置にあるときに、第１の２つの実施形態のように、緩んだワイヤが接触する可能性のある隣接する要素に問題を引き起こす可能性がある場合に、緩んだままにならない。
【0038】
図５Ａ及び図５Ｂは、慣性双安定アクチュエータ５００が静止支持体５１よりもはるかに短いスライダ５２を含む、本発明の第４の実施形態の概略図を示す。より具体的には、クランク・ロッド機構５７はスライダ５２の側部に配置され、すなわち、第１のピボット５８’は第１の端部５２’の左側にあり、第２のピボット５８”はそれに直接的に接続され、ＳＭＡワイヤ５５はクランク・ロッド機構５７のクランク５７’に直接的に接続され、従って、先の実施形態で使用された回転可能なレバーを不要にしている。
【0039】
図６Ａ及び図６Ｂは、慣性双安定アクチュエータ６００が、クランク・ロッド機構の第１及び第２のアーム６７’、６７”を連結する慣性要素６９に直接的に接続されたスライダ６２を含む、本発明の第５の実施形態の概略図を示す。スライダ６２は、一端が接続された慣性要素６９の移動方向に沿って延在し、他端はガイド要素６３の間に配置されている。２つのレバー６４、６４’の基端部は、クランク・ロッド機構の第１及び第２のピボット６８’、６８”にそれぞれ接続され、その反対側の先端部は、静止支持体６１に固定されたストッパ６４０、６４０’にそれぞれ接続されている。
【0040】
前記ストッパ６４０、６４０’に対してより遠位の位置でレバー６４、６４’間に接続されたＳＭＡワイヤ６５の作動及びその結果としての短縮は、ストッパ６４０、６４０’とスライダ６２との間の位置でレバー６４、６４’を内部的に接続する引張りスプリング６６の抵抗を克服するレバー６４、６４’の上端の開口をもたらす。その結果、クランク６７’及び接続ロッド６７”は、それぞれ反時計回り及び時計回りの回転を伴って上方に回転し、非対称慣性双安定形状記憶合金アクチュエータ６００は、図６Ａの第１の安定位置から図６Ｂの第２の安定位置に移動する。
【0041】
全ての実施形態において、ＳＭＡワイヤの作動は、数ミリ秒のオーダーで非常に速く短いので、死点を通過するのに十分なクランク・ロッド機構を加速するための初期インパルスを提供するだけであり、従って、第２の安定位置に向かうアクチュエータの移動に抗しないことに留意されたい。例えば、第４の実施形態では、ＳＭＡワイヤ５５がクランク５７’と位置合わせされるように到達したとき、ＳＭＡワイヤ５５は既に作動されておらず、第２の安定位置に向かうクランク５７’の反時計回りの回転に抗しない。同じことが他の実施形態にも適用され、すなわち、クランク・ロッド機構が死点に到達したとき、ＳＭＡワイヤは既に作動停止されている。
【0042】
言うまでもなく、上述の様々な実施形態は、本発明の範囲及び効果から逸脱することなく、図面に示されていない更なる実施形態を得るために、異なる方法で組み合わせることができる。例えば、第２の実施形態のピボットレバー３２１は、第１、第３及び第４の実施形態においても使用することができ、またはＳＭＡワイヤがクランクに直接的に接続された第４の実施形態のレバーレス構成は、第１の３つの実施形態においても使用することができる。
【0043】
別の直接の変形例は、全ての実施形態に示されているように、慣性質量Ｍがクランクピンの一部または構成要素ではなく、クランク・ロッド機構に単に接続されていることによって与えられる。更に、慣性質量Ｍは、アクチュエータ内に存在する一連の質量からの等価質量、すなわち、アクチュエータ内の好ましくは対称位置に配置された２つ以上の質量の寄与の合計であっても良い。最も一般的な変形例では、慣性質量Ｍは、クランク・ロッド上のクランクピンに対して対称に配置され、クランクピンに接続された２つの質量によって与えられる。
【0044】
上記の実施形態の全てにおいて、第１の安定位置から第２の安定位置への移動は、ＳＭＡワイヤの高速作動によって引き起こされ、第２の安定位置から第１の安定位置への復帰は、ＳＭＡワイヤの作動速度に拘わらず、慣性質量Ｍに関連する重量力によって可能になる。言うまでもなく、重量力の方向は第２の安定位置から第１の安定位置に向けられなければならず、それはクランク・ロッド機構、従って慣性質量Ｍが第１の安定位置と第２の安定位置との間を移動する平面に対して本質的に平行である（慣性質量の中心を平面の基準点とする）ので、アクチュエータの取り付け方法に制約を課す。この文脈において、「実質的に平行」という用語は、上記の要素が平行であるか、または４５°以下、好ましくは２０°未満の角度を形成する状況を示す。
【0045】
本発明の変形による非対称双安定形状記憶合金アクチュエータは、磁気的であるか、または磁界に応答することができる、すなわち、磁気要素自体であるか、または磁石に引き付けられることができる、慣性要素及び／またはクランク・ロッド機構を使用することによって、より高い取り付け自由度を可能にすることができる。
【0046】
図７は、第２の安定位置にある図１Ｂのアクチュエータのレプリカである慣性非対称双安定形状記憶アクチュエータ７００を示し、静止支持体７１に固定された磁石７９’を追加して、アクチュエータが上述の４５°の限界を超えて取り付けられた場合にも、慣性要素７９、従ってスライダ７２の第２の安定位置から第１の安定位置への非慣性復帰を可能にしている。この場合、慣性要素７９は、反対の極性の磁気要素、または磁石７９’に引き付けられることができる強磁性材料で構成されるか、またはそれを含む。
【0047】
同様に、図８は、第２の安定位置にある図６Ｂのアクチュエータのレプリカである慣性非対称双安定形状記憶アクチュエータ８００を示し、静止支持体８１上に固定され、慣性要素８９に対して対称に位置決めされた一対の磁石８９’、８９”を追加して、第２の安定位置から第１の安定位置への慣性要素８９、従ってスライダ８２の非慣性復帰を可能にしている。また、この場合、慣性要素８９は、反対の極性の磁気要素、または磁石８９’、８９”に引き付けられることが可能な強磁性要素で構成されるか、またはこれらを含む。
【0048】
図７及び図８は、第１及び第５の実施形態にそれぞれ１つまたは２つの磁石を追加することを示しているが、同じ追加を他の実施形態にも行うことができ、磁石の正確な数及び配置をアクチュエータの特定の性能要件に適合させることができることは明らかである。一般に、本発明の「磁気」変形例では、磁石は、クランクピンの第１の安定位置と死点との間に、先に定義した距離ｄ１の１／１０から９／１０の間に含まれる距離で配置されることが好ましく、それらはクランクピンに対して対称位置に配置されることが好ましい。
【0049】
磁石の助けを借りて、アクチュエータは、クランク・ロッド機構が水平面内を移動し、重量力が第１の安定位置へのスイッチバックに寄与しない場合であっても、任意の方向で動作することができる。永久磁石を使用する場合、磁石の配置及び強度は、スイッチバックの完了を妨げる「制動（braking）」磁気作用（第１の安定位置から第２の安定位置への移動が非常に速く、慣性力が非常に高いため、磁気作用によって著しい制動が生じない）を最小限に抑えながら、死点を通過するために必要なクランク・ロッド機構の引っ張りを提供するように設計すべきであることが明らかである。そうでなければ、アクチュエータのコストと複雑さをわずかに増加させて、ＳＭＡワイヤの短時間の作動と同様に、必要なときにのみ磁気牽引を提供するように作動及び停止される電磁石を使用することも可能である。
【0050】
当業者は、ＳＭＡワイヤの高速作動を、典型的には５～２５ｍｓの間で達成する方法を知っており、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。
【0051】
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。ＳＭＡワイヤのためのいくつかの例示的な高速作動回路は、特許文献９又は未公開のイタリア特許出願第１０２０２１００００２４８７５号に記載されている。ＳＭＡワイヤの高速作動のための手段は、アクチュエータ自体に取り付けることができるか、またはアクチュエータは、適切なケーブル配線を介してそのような手段に接続されている。
【0052】
「静止（stationary）」という用語は、可動システムまたはデバイスに取り付けることができるアクチュエータに関連して解釈されるべきであり、それによって、静止要素（支持体、磁石等）は、ＳＭＡワイヤの作動時に移動／変位しないものであることを強調しておく。
【0053】
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挙動（superelastic 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。
【0054】
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
ｈｔｔｐ：／／ｍｅｍｒｙ．ｃｏｍ／ｎｉｔｉｎｏｌ－ｉｑ／ｎｉｔｉｎｏｌ－ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ／ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ
【0055】
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、出願人による特許文献１２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。
【0056】
本発明による非対称慣性双安定形状記憶合金アクチュエータの使用は、蓋、シャッター、ラッチ、ロッカー、ピン抜きにおいて特に有利であるが、特定の用途に限定されない。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【国際調査報告】