專利名稱：疊置型變形執(zhí)行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及執(zhí)行器。更具體地，本發(fā)明涉及具有用于放大線性或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的彎曲 能力的彎曲執(zhí)行器。
背景技術(shù)：
最近幾年利用智能材料的執(zhí)行器已經(jīng)得到普及。這種執(zhí)行器有非常廣泛的應(yīng)用范 圍，該范圍從存在于計(jì)算機(jī)部件和電子裝置中的執(zhí)行器到存在于航空器和汽車上的緊固件 和安全附件。雖然在執(zhí)行器中使用智能材料似乎是無限制的，但是仍有一些缺陷。智能材 料往往具有有限的使用年限，可能容易損壞，并且始終只能收縮大約3%。因此，要求改善材 料的壽命并放大通過收縮實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明提供了這樣的解決方案，其中，疊置型彎曲執(zhí)行器放大了線性的和旋轉(zhuǎn)的 運(yùn)動(dòng)以及三維運(yùn)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
相應(yīng)地，本發(fā)明涉及疊置型彎曲執(zhí)行器，包括具有彎曲或變形能力的至少兩個(gè)片狀件，連接于所述片狀件適于被激活時(shí)收縮的材料；以及電子控制器其中，所述片狀件和所述適于被激活時(shí)收縮的材料按希望的排列疊置。在大多數(shù)實(shí)施例中，這種疊置型彎曲執(zhí)行器包括超過兩個(gè)的片狀件以及線狀或 片狀的適于被激活時(shí)收縮的材料。這種適于被激活時(shí)收縮的材料優(yōu)選形狀記憶合金(SMA) 線或條。形狀記憶合金是已知的并且常常大部分地或全部地用鈦和鎳制成。形狀記憶合金 還可以包括其他材料，例如鋁、鋅和銅。形狀記憶合金能夠在預(yù)先確定的轉(zhuǎn)變溫度下呈現(xiàn)一 種形狀，而一旦其溫度超過轉(zhuǎn)變溫度就變?yōu)榈诙N形狀。相反地，當(dāng)形狀記憶合金在轉(zhuǎn)變溫 度之下冷卻時(shí)，形狀記憶合金可以再次呈第一形狀。與本發(fā)明的各個(gè)方面相關(guān)，當(dāng)在原地加 熱時(shí)，形狀記憶合金收縮。目前能夠獲得的形狀記憶合金線，例如售出的有商標(biāo)的鎳鈦合 金，在通過加熱被激活時(shí)能收縮大約3%。利用連接于裝置的導(dǎo)線，適于被激活時(shí)收縮的材料的激活優(yōu)選通過電阻加熱獲 得。利用例如安全系統(tǒng)的布線系統(tǒng)，可以從中部位置開始激活形狀記憶合金線。通過遙控 設(shè)備(例如通過使用包括微波，電磁，聲波，紅外，射頻等的任何適當(dāng)形式的能量操作的手 持工具)開始的激活也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明的范圍在各個(gè)方面都不必然限于使用形狀記憶合金。也可以使用其他材 料。而且，雖然可通過加熱進(jìn)行激活，但其他的激活方式也是適合的并且也在本發(fā)明的范圍 內(nèi)。本發(fā)明的片狀件是疊置的，并能圍繞支持件在中部被連接，支持件可以連接于電 路板。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到支持件可以沿著片狀件設(shè)置在任何位置。然后SMA條疊置于片狀件之間。在許多實(shí)施例中，優(yōu)選片狀件包圍SMA條。這可以通過一個(gè)片狀件圍 繞頂部和底部包圍并在頂部和底部夾緊實(shí)現(xiàn)，或者通過片狀件處于SMA條兩側(cè)上以及在頂 部和底部相連接而實(shí)現(xiàn)。片狀件可以包括多種材料，但是為了描述本發(fā)明，將討論金屬片狀 件。
電子控制器給彎曲執(zhí)行器提供能量。一旦電流流過，產(chǎn)生的熱激活SMA材料。這 種激活導(dǎo)致SMA材料收縮，將片狀件彎成橢圓形或長橢圓形。因?yàn)闊嵬ㄟ^彎曲執(zhí)行器傳導(dǎo)， 片狀件系統(tǒng)地彎曲，產(chǎn)生執(zhí)行器的放大運(yùn)動(dòng)。這為本發(fā)明帶來了通過用小的激活提供大的 無聲的運(yùn)動(dòng)的乘數(shù)效應(yīng)。例如，在一種設(shè)置中，這種彎曲執(zhí)行器能夠通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)獲得星形。SMA條可以疊 置于片狀件之間并圍繞在一端的支持件在中部被連接。一旦SMA條被激活，片狀件將以旋 轉(zhuǎn)的方式圍繞支持件彎曲，形成星形。只要SMA條被激活并收縮，這個(gè)形狀就會(huì)保持。一旦冷卻，SMA條就不處于收縮的狀態(tài)，并且放松。這個(gè)動(dòng)作導(dǎo)致片狀件連同SMA 條變長并且恢復(fù)到最初的疊置位置。SMA條的收縮和放松可以發(fā)生許多次。在某些情況下，例如上面討論的星形，希望可以將LED連接于相連接的片狀件和 SMA條的頂部。當(dāng)彎曲執(zhí)行器被激活時(shí)LED就會(huì)發(fā)光。這增加了星形的美學(xué)效果，用于在圣 誕樹，門，辦公桌，餐桌等上的裝飾。一旦本領(lǐng)域的技術(shù)人員意識(shí)到在許多情況下SMA材料和片狀件可以如上所述進(jìn) 行疊置，而不是圍繞支持件在中部被連接，那么每個(gè)片狀件可以在不同的位置連接于支持 件。這就產(chǎn)生不同的結(jié)構(gòu)，例如，其中，當(dāng)SMA激活時(shí)片狀件彎曲成線性狀態(tài)而不是在星形 中討論的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。這種情況可能適于例如燈籠或箱。為了獲得更大的運(yùn)動(dòng)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到較小的片狀件和SMA條可以疊置 于較大的片狀件和SMA條之間，迫使彎曲執(zhí)行器產(chǎn)生更大的、更加放大的運(yùn)動(dòng)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到，由此存在相對(duì)于連續(xù)的SMA材料條或線的優(yōu)選的設(shè) 置。SMA材料條或線可以穿過片狀件被系牢，使每個(gè)片狀件彎曲成“S”形。然后每個(gè)片狀件 可以與其他的片狀件連接，以便形成橢圓形或長橢圓形，因而獲得放大的線性運(yùn)動(dòng)。本領(lǐng)域 的技術(shù)人員意識(shí)到可能形成除橢圓形結(jié)構(gòu)之外的其他形狀。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到上面的討論將這種彎曲執(zhí)行器描述為以平面方式運(yùn)動(dòng)。但是，其也可 能實(shí)現(xiàn)三維運(yùn)動(dòng)。雖然上面將片狀件和SMA條描述為疊置的平面，但是也可能使用已經(jīng)彎曲的形式 的片狀件。使用彎曲的片狀件可以幫助實(shí)現(xiàn)與放大運(yùn)動(dòng)的力比相同的位移。在平面片狀件 的情況下，隨著位移增加，力減少。用非常低的重量無聲地啟動(dòng)并適于許多設(shè)置。由SMA條收縮產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)或線性運(yùn) 動(dòng)致使本發(fā)明用途非常廣泛。閱讀下面的本發(fā)明的


和具體實(shí)施方式
的詳細(xì)說明，本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和 方用非常低的重量無聲地啟動(dòng)并適于許多設(shè)置。由SMA條收縮產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)或線性運(yùn)動(dòng)致使 本發(fā)明用途非常廣泛。閱讀下面的本發(fā)明的

和具體實(shí)施方式
的詳細(xì)說明，本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和 方面將變得明顯。

圖1示出處于其未激活狀態(tài)的具有兩個(gè)片狀件的疊置型彎曲執(zhí)行器。圖2示出處于激活狀態(tài)的疊置型彎曲制動(dòng)裝置。圖3示出處于其未激活的狀態(tài)的具有多個(gè)片狀件的疊置型彎曲執(zhí)行器。圖4示出處于其激活狀態(tài)的具有多個(gè)片狀件的疊置型彎曲執(zhí)行器，其獲得放大的 線性運(yùn)動(dòng)。圖5示出通過在一個(gè)端部的支持件相連接的，處于未激活狀態(tài)的，具有多個(gè)片狀 件的疊置型彎曲執(zhí)行器。圖6示出通過在一個(gè)端部的支持件相連接而形成星形的，處于激活狀態(tài)的，具有 多個(gè)片狀件的疊置型彎曲執(zhí)行器。圖7示出處于未激活的十字形狀態(tài)的疊置型彎曲執(zhí)行器。圖8示出處于激活的十字形狀態(tài)的疊置型彎曲執(zhí)行器。圖9示出處于未激活的十字形狀態(tài)的具有多個(gè)疊置的片狀件的疊置型彎曲執(zhí)行
ο圖10示出處于激活的十字形狀態(tài)的具有多個(gè)疊置的片狀件的疊置型彎曲執(zhí)行
ο圖11示出處于其未激活的線性形式的疊置型彎曲執(zhí)行器。圖12示出處于其激活的線性形式的疊置型彎曲執(zhí)行器。圖13示出穿過片狀件系牢的連續(xù)的SMA元件，其中，執(zhí)行器處于其未激活狀態(tài)。圖14示出穿過片狀件系牢的連續(xù)的SMA元件，其中，執(zhí)行器處于其激活狀態(tài)。圖15示出穿過片狀件系牢的連續(xù)的SMA元件，其中，執(zhí)行器處于其激活狀態(tài)，具有 不對(duì)稱的線性形式。
具體實(shí)施例方式在優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明涉及疊置型彎曲執(zhí)行器2，其包括具有彎曲或變形能力 的至少兩個(gè)片狀件8 ；連接于片狀件8適于被激活時(shí)收縮的材料6 ；以及電子控制器10。適 于被激活時(shí)收縮的材料6優(yōu)選條裝或線狀形式的記憶合金(SMA)材料。片狀件8如圖1所示疊置。SMA條或線6放置在片狀件8之間。片狀件8在兩端 以將片狀件8鉸接的方式被連接。當(dāng)電流(未示出)流過SMA線6時(shí)，SMA線6被激活并 開始收縮。因?yàn)镾MA線6收縮，片狀件8彎曲并變形成橢圓形或長橢圓形。參見圖2。很可 能多個(gè)片狀件8和多條SMA線6疊置在一起，如圖3所示。因?yàn)镾MA條6被激活，可注意到 以線性方式的運(yùn)動(dòng)，如圖4所示。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到SMA線6能夠被同時(shí)激活并且 能夠根據(jù)情況逐漸地激活。本發(fā)明可以有另外的優(yōu)選實(shí)施例，由此疊置型彎曲執(zhí)行器2實(shí)現(xiàn)放大的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在本實(shí)施例中，具有疊置在片狀件8之間的SMA線6的片狀件8在片狀件8的一端連 接于支持件18。因?yàn)殡娏髁鬟^并激活SMA線6，片狀件8圍繞支持件18彎曲成橢圓形，如 圖6所示。圖7至圖10示出十字形狀的疊置型彎曲執(zhí)行器。該結(jié)構(gòu)是用于獲得放大的線性 運(yùn)動(dòng)的另外的實(shí)施例。
圖11至圖12示出箱的情況，由此，疊置型彎曲執(zhí)行器2圍繞支持件18在中部被 連接，并容納在箱內(nèi)用于控制放大線性運(yùn)動(dòng)。圖13至圖15示出方案，由此，SMA材料的連續(xù)的線或條6a穿過片狀件8系牢。這 種情況導(dǎo)致每個(gè)片狀件實(shí)現(xiàn)放大的“S”形的運(yùn)動(dòng)?？梢愿鶕?jù)權(quán)利要求方面描述本發(fā)明，權(quán)利要求能夠幫助本領(lǐng)域的技術(shù)人員了解本 發(fā)明的各個(gè)方面和改進(jìn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以對(duì)在此描述的實(shí)施例作出許多 修改和改變，而不背離本發(fā)明的精神和范圍。
工業(yè)實(shí)用性如各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的，在此披露的本發(fā)明不限于上面列出的實(shí)例，并 且在許多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。本發(fā)明描述了在彎曲執(zhí)行器領(lǐng)域的重大改進(jìn)。
權(quán)利要求
一種疊置型彎曲執(zhí)行器，其包括具有彎曲或變形能力的至少兩個(gè)片狀件，適于被激活時(shí)收縮的材料，其連接于所述片狀件，以及電子控制器其中，所述片狀件和所述適于被激活時(shí)收縮的材料按希望的排列疊置。
2.如權(quán)利要求1所述的疊置型彎曲執(zhí)行器，還包括電路板。
3.如權(quán)利要求1所述的疊置型彎曲執(zhí)行器，其中，所述適于被激活時(shí)收縮的材料是SMA 條或線，并且在所述片狀件的頂部和底部與所述片狀件連接或連續(xù)地穿過片狀件被系牢。
4.如權(quán)利要求3所述的彎曲執(zhí)行器，其中，所述適于被激活時(shí)收縮的材料被激活導(dǎo)致 所述片狀件以線性運(yùn)動(dòng)彎曲或以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)彎曲。
5.如權(quán)利要求4所述的彎曲執(zhí)行器，還包括LED、裝飾性遮蓋物或其他希望的裝飾部
全文摘要
本發(fā)明涉及疊置型彎曲執(zhí)行器2，包括具有彎曲或變形能力的至少兩個(gè)片狀件8；連接于所述片狀件8，適于被激活時(shí)收縮的材料6；和電子控制器10；其中，所述片狀件8和所述適于被激活時(shí)收縮的材料6按希望的排列疊置。這種排列使執(zhí)行器具有用于放大線性或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的彎曲能力。
文檔編號(hào)H01L41/00GK101836305SQ200880025557
公開日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2008年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月15日
發(fā)明者D·格林, D·魯達(dá)克 申請(qǐng)人:遠(yuǎn)程接合技術(shù)公司