热敏致动器设备制造技术

一种热敏致动器使用形状记忆材料层，其响应于温度的上升而被热刺激以改变形状，从在第一温度下的第一形状改变为在第二温度下的第二形状。层堆叠与形状记忆材料层相关联，并且它可以在第一温度下采用第一形状。以此方式，层堆叠被用来在冷却之后使形状记忆材料返回到其原始形状。

Thermal actuator device

A thermal actuator uses a shape memory material layer that is excited by spurs in response to an increase in temperature to change the shape from a first shape at a first temperature to a second shape at a second temperature. The layer stack is associated with the shape memory material layer, and it can adopt the first shape at the first temperature. In this manner, the layer stack is used to return the shape memory material back to its original shape after cooling.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热敏致动器设备
本专利技术涉及一种致动器设备，用于提供取决于温度的致动器响应。本专利技术进一步涉及该致动器设备的制造和使用。
技术介绍
存在许多可以受益于减小尺寸的致动器但可以引起显著的冲程并且施加显著的力的应用。马达最常用作用于生成大冲程和力的致动器。对于许多小型化应用，即使小马达也是太大、太重、太嘈杂和太昂贵的。成形记忆材料（SMM），特别是形状记忆合金（SMA），在被加热至超出其特定相变温度时能够提供显著的力和冲程。即使材料的尺度是小的，所递送的力和冲程在很长的时间段上且在许多切换操作之后相对于这些尺度是非常高的且精确的。因而已经研究了SMM取决于温度而提供致动信号的用途。例如，US6764166公开了一种SMA形成用于喷墨印刷设备的喷嘴的部分的用途。在温度上升和由于相变而形变之后，在致动可以重新开始之前必须使材料回到原始形状。在US6764166中，喷嘴被预加应力而成卷曲状态，并且喷嘴的加热致使喷嘴板变直。在冷却之后，预应力使该板返回到卷曲状态。对预加应力的需要是一个缺点，该缺点由下述事实产生：当存在温度降低时，相变回到原始相，但是形状没有。因而，在致动器可以再次使用之前，在温度降低之后，必须发起外部致动以逆转SMM的形变。
技术实现思路
本专利技术寻求提供一种改进的致动器设备，其中致动取决于致动设备的热敏性或温度敏感性并且其中形状激活是可逆的。本专利技术由独立权利要求限定。从属权利要求提供有利实施例。根据本专利技术，提供了一种致动器设备、该设备的使用和部分地由该设备控制的装置以及一种致动方法。本专利技术将具有热膨胀系数不同的至少两个（彼此附接以用于在加热时像双金属条一样操作的）层的层堆叠与具有形状记忆材料的层组合，其中具有形状记忆材料的层可以是层堆叠的层之一或者是单独层。致动器设备的热敏性一部分来自致动器的（多种）形状记忆材料的形变响应。对于另一部分，热敏性来自起双金属条配置作用的层结构。在本专利技术的上下文内，层堆叠是能够将温度变化转换成机械位移的结构。双金属条是这样的结构的一个示例。双金属条由不同金属的两个条构成，这两个条在它们被加热时以不同的速率膨胀。尽管在实践中这样的条通常包括诸如钢和铜（或在某些情况下，钢和黄铜）之类的金属或由其构成，但是本专利技术的层堆叠不限于这些材料，而是可以还包括诸如聚合物之类的有机材料。如果形状记忆材料是有机材料（聚合物），那么层堆叠材料优选地也是有机材料（聚合物）。如果形状记忆材料是金属和/或金属合金，那么层堆叠材料优选地也是金属/或金属合金。这些层优选地通过铆接、铜焊、焊接或胶合贯穿它们的长度或在沿着它们的长度的局部点处结合在一起。然而，这样的结合也可以在更长的距离上延伸，使得所述条在它们之间具有其他层或机械连接。以此方式，层堆叠遵循形状记忆材料的形状并且形变可以以最佳效果返回到原始情形。这样的在中间的层可以是隔热层以便能够例如通过电气感应的焦耳（Joule）加热而仅加热堆叠中的特定层。如果被加热，不同的膨胀迫使平整的条单向弯曲，并且如果冷却至低于其初始温度的话，在相反方向上弯曲。具有更高热膨胀系统的金属在所述条被加热时处在曲线的外侧上，并且在被冷却时处在内侧上。优选地，层堆叠的层和形状记忆材料层贯穿它们的长度和宽度完全结合在一起，以给出用于致动器设备的紧凑且鲁棒的致动器构件。于是，层堆叠的形状遵循特性是最佳可达到的。由形状记忆材料层在经历高于到第二形状的转变温度的转变时施加的力超过由层堆叠施加的任何抵抗力。然而，当冷却回到低于转变温度的温度时，层堆叠能够施加足以使形状记忆材料层返回到第一形状的力。此配置提供集成的传感器和致动器，其部分地或完全避免了对用于逆转形变的外部致动器的需要。这为形变材料作为具有递送功的能力的小致动器的使用打开了众多应用。本专利技术的此布置还避免了层堆叠中的大应力，因为该结构当处于第一形状时具有低内部应力。形状记忆材料层可以具有一种或多种形状记忆材料，但是优选地具有一种形状记忆材料。该层可以具有嵌入其他材料或与其他材料并存的这样的材料。优选地，该层由一种或多种形状记忆材料构成。在后者的情况下，形状可以完全由形状记忆材料确定。优选地，形状记忆材料是金属或金属合金。优选地，层堆叠材料是金属或金属合金。在本专利技术的详细描述中将描述其他或更特定的材料。第一温度优选地低于形状记忆材料的相变温度，并且第二温度高于形状记忆材料的相变温度。这样，可以从形状记忆材料的相变获得充足的优点。层堆叠可以包括作为其两层之一的形状记忆材料层。因而，形状记忆材料层的热膨胀系数不同于层堆叠的第一层的热膨胀系数。于是，总体的致动器可以具有少至两层。在优选布置中，致动器设备可以包括夹在分别具有第一和第二热膨胀系数的第一和第二层之间的形状记忆材料层。因而，在此情况下，致动器具有至少三层。在一个实施例中，形状记忆层的热膨胀系数与第一层和第二层的各自热膨胀系数相等或在它们之间。这提供在两侧上具有金属层的形状记忆材料，其形成在具有明显不同的热膨胀系数（CTE）的材料之间的夹层结构。在一侧处，存在具有相对高的CTE的材料，并且在另一侧处存在具有相对低的CTE的材料（“相对”意指相对于彼此）。于是，当要形成相同的力时，在与双层堆叠致动器设备比较时，这些层可以保持相对薄。这对设备中致动器构件的疲劳减少以及因而对其寿命（致动循环的数量）是有利的。在上面的示例中，具有高和低CTE的材料的材料类型和尺度连同合适的形状记忆材料的正确组合能够通过使用双金属条配置提供形状返回以在冷却至低于相变温度之后逆转形状记忆材料的形状。材料的热系数可以方便地取自文献数据库并且与设计约束结合地用来提供切实可行的实施例。在可替换方案中，形状记忆材料层是不同于第一层和第二层的层并且仅直接附接到第二层而不直接附接到第一层。在此实施例中，实际上在形状记忆材料层的一侧上存在双金属条层堆叠。存在可以使用的各种可能的形变。一种有用类型的形变是基于在形状记忆材料层中引入或减少弯曲的形变。因而，在这样的可替换方案中，第一形状和/或第二形状在层堆叠的堆叠方向上是弯曲的形状，并且要么第一形状是与第二形状相比不那么弯曲的形状，第一层在第二形状的外侧并且第一层具有比第二层更高的热膨胀系数，要么第一形状是比第二形状更弯曲的形状，第一层在第一形状记忆材料层的内侧并且第一层具有比第二层更高的热膨胀系数。换言之，双金属条配置在冷却时使形状变直并且形状记忆材料在加热时引入弯曲，且相反的布置（在冷却时采用弯曲形状）也是可能的。在两种情况下，材料已经基于它们的热膨胀系数而定位，使得双金属条作用力添加到由在从第一温度转变到第二温度时引起形变的形状记忆材料创建的力，并且还对返回温度变化提供最大帮助。在另一个示例中，第一和第二形状包括具有不同的弹簧膨胀程度的弹簧形状。致动器设备可以包括用于加热至少形状记忆材料层的加热器设备和/或用于冷却至少形状记忆材料层的冷却设备。这可能是在使用环境不提供温度的改变时提供加热控制所需要的。再者，加热和冷却可以被辅助以提供更快的致动器状态改变。加热可以是焦耳加热元件或设备。冷却可以通过液体流动或其他常见的冷却设备或原理完成。致动器可以用在各种应用中并且可以是各种装置的部分，特别是当该设备被用来部分地控制装置或应用时。因而，一种装置可以包括包含致动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有致动器构件的致动器设备，该致动器构件被配置成至少限定致动器设备的第一致动状态和致动设备的第二状态，第二状态不同于第一状态，该致动器构件包括：层堆叠，其包括彼此附接以用于在加热和冷却时像双金属条那样操作的第一层和第二层，第一和第二层具有不同的热膨胀系数，以及‑ 形状记忆材料层，其包括所述层堆叠的层之一或单独层，并且包括一种或多种形状记忆材料或由一种或多种形状记忆材料构成，该形状记忆材料层被配置成将形状从在第一温度下的第一形状改变为在比第一温度更高的第二温度下的第二形状，第一形状与第一致动状态相关联并且第二形状与第二致动状态相关联，‑ 其中所述层堆叠被配置成通过排除任何形状记忆材料层的层堆叠的层的热收缩而在温度从第二温度向第一温度改变时至少部分地使形状记忆材料层从第二形状返回到第一形状。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.15 EP 14184747.51.一种具有致动器构件的致动器设备，该致动器构件被配置成至少限定致动器设备的第一致动状态和致动设备的第二状态，第二状态不同于第一状态，该致动器构件包括：层堆叠，其包括彼此附接以用于在加热和冷却时像双金属条那样操作的第一层和第二层，第一和第二层具有不同的热膨胀系数，以及-形状记忆材料层，其包括所述层堆叠的层之一或单独层，并且包括一种或多种形状记忆材料或由一种或多种形状记忆材料构成，该形状记忆材料层被配置成将形状从在第一温度下的第一形状改变为在比第一温度更高的第二温度下的第二形状，第一形状与第一致动状态相关联并且第二形状与第二致动状态相关联，-其中所述层堆叠被配置成通过排除任何形状记忆材料层的层堆叠的层的热收缩而在温度从第二温度向第一温度改变时至少部分地使形状记忆材料层从第二形状返回到第一形状。2.如权利要求1所述的致动器设备，其中第一温度低于所述至少一种形状记忆材料中至少一种的相变温度，并且第二温度高于所述至少一种形状记忆材料中至少一种的相变温度。3.如权利要求1或2所述的致动器设备，其中第二层包括形状记忆材料层或由形状记忆材料层构成。4.如权利要求1或2所述的致动器设备，其中形状记忆材料层是不同于第一层和第二层的层。5.如权利要求4所述的致动器设备，其中形状记忆材料层仅直接附接到第二层，而未直接附接到第一层。6.如权利要求4所述的致动器设备，其中形状记忆材料层夹在第一层与第二层之间。7.如权利要求4至6中任一项所述的致动器，其中第一形状和/或第二形状在所述层堆叠的堆叠方向上是弯曲的形状，并且-第一形状与第二形状相比是不那么弯曲的形状，第一层在第二形状的外侧并且第一层（34）具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：KJA范登亚克，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL