專利名稱：基于活性材料的接縫隱蔽裝置及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開一般涉及用于覆蓋和/或填充車輛的兩個表面之間的接 縫(seam )的隱蔽裝置(concealment device ),特別是具有活性材料(active material)的接縫隱蔽裝置(seam concealment device )。
背景技術(shù)：
機動車輛和其他運輸工具(例如飛^/L、公共汽車和火車)具有 多個可移動(即可擺動、或可滑動等)的表面。例如，在機動車輛中， 這種可移動表面可以包括車身板(bodypanel)，例如門、車蓋、車尾 行李箱(trunk)、后擋板、遮陽頂篷、手套箱、窗戶等。目前，在該可 移動表面(例如滑動的遮陽頂篷)和不可移動的表面(例如車輛頂蓋) 之間存在接縫(即縫隙或開口 )。該接縫可以部分歸因于面板的有限的 制造公差以及操作所需的間隙。目前，該接縫影響了車輛的空氣動力學(xué)， 以及式樣設(shè)計和美觀性。

發(fā)明內(nèi)容
在此公開了依照示例性實施方案的活性材料基隱蔽組件(也 即，基于活性材料的隱蔽組件)。在一種實施方案中，用于隱蔽第一表 面和第二表面之間的接縫的裝置包括固定式附著到選自該第一表面和 第二表面其中之一或兩者上的接縫覆蓋/隱蔽物體(seam
covering/concealing body),其中該接縫覆蓋/隱蔽物體經(jīng)構(gòu)造以在第一 形狀和第二形狀之間轉(zhuǎn)變，和其中該轉(zhuǎn)變允許選自笫 一表面和第二表面 之一或兩者移動以使該接縫物體(seambody)變形，從而保持其對所述 兩個表面之間的所述接縫/間隙的覆蓋/隱蔽；或者直接充當(dāng)鉸鏈起作用 或者充當(dāng)由此隱蔽的4交鏈的覆蓋物(either acting directly as or serving asa cover for a therefore concealed hinge); 和與所述接縫物體操作連接的 活性材料，其中該活性材料經(jīng)構(gòu)造以一旦4妻收到激活信號就發(fā)生至少一 種性質(zhì)的改變，其中該至少一種性質(zhì)的改變有效地使該接縫物體從第一 形狀轉(zhuǎn)變到第二形狀。在另一實施方案中，用于隱蔽第 一表面和第二表面之間的接 縫的裝置包括固定式附著到第一表面和第二表面所選之一或兩者上的 接縫覆蓋/隱蔽物體，其中該接縫覆蓋/隱蔽物體包括至少活性材料。所 述接縫覆蓋/隱蔽物體的活性材料部分經(jīng)構(gòu)造以在激活或者失活時在第 一剛度和第二剛度之間轉(zhuǎn)變。在第一剛度和第二剛度之間的所述轉(zhuǎn)變允 許第一表面和第二表面所選之一或兩者移動。接縫物體的活性材料部分 變形，從而保持該接縫物體對所述兩個表面之間的接縫/間隙的覆蓋/隱 蔽，其或者直接作為鉸鏈其作用或者充當(dāng)4交鏈的覆蓋物其作用。用于隱蔽第 一表面和第二表面之間的接縫的方法，該方法包 括在第一表面和第二表面之間設(shè)置接縫隱蔽物體，其中所述接縫隱蔽 物體包括活性材料，其中所述活性材料經(jīng)構(gòu)造以一旦接收到激活信號就 在第一剛度和第二剛度之間轉(zhuǎn)變，其中所述轉(zhuǎn)變允許所述第一表面和第 二表面的所選之一或者兩者移動，以使所述接縫隱蔽物體隨著所述表面 的所述移動而變形，從而保持對接縫的隱蔽；用所述激活信號激活所述 活性材料以從第一剛度變到第二剛度；和，將所述第一表面和第二表面 的所選之一或兩者從第 一位置移動到第二^f立置。


現(xiàn)在參照附圖，其是示例性的實施方案，其中相似的要素采 用相似的附圖標(biāo)記圖1是具有(a)第一形狀和(b)第二形狀的活性材料基隱 蔽裝置的透視圖；圖2是具有(a)第一剛度和(b)第二剛度的活性材料基隱 蔽裝置的透視圖；圖3具有(a)第一剛度和(b)第二剛度的活性材料基隱蔽 裝置的另 一 示例性實施方案的透視圖；圖4是活性材料基隱蔽裝置的透視圖，其中該活性材料構(gòu)成 嵌入該可變形物體(morphable body)內(nèi)的部分。
具體實施例方式在此描述了用于覆蓋和/或填充車輛表面之間接縫的隱蔽裝 置及其使用方法。此外，此處公開的接縫隱蔽裝置有利地使用了活性材 料。該接縫隱蔽裝置包括一種或多種活性材沖+,其使得該隱蔽裝置可以 響應(yīng)于 一旦接收到激活信號就會產(chǎn)生的該活性材料的性質(zhì)改變而可逆
地改變輛表面之間的接縫的形狀和/或剛度(stiffness)。此處所用的術(shù) 語"表面"通常是指一起形成需要隱蔽的接縫(即間隙、開口、間距等) 的車輛的任何表面(內(nèi)部或外部)。例如但不限于其中門板、車尾行李 箱蓋、車蓋、窗口或后擋板與車體接觸的位置。在另一實例中，遮陽頂 篷(sunroof)、或玻璃天窗(moonroof)等與車輛頂蓋接觸的位置。在 另一實例中，其中手套箱和儀表板接觸的位置，或者其它形成接縫的這 類內(nèi)室對接表面，比如中央控制臺、儲藏室，比如杯子架、地圖存儲(map storage)或者媒體存儲等。此處所用的術(shù)語"活性材料，，通常是指一旦 施加激活信號就表現(xiàn)出至少一種性質(zhì)(例如尺寸、形狀、相、取向、剛 度等)可逆性改變的材料。適合的活性材料包括但不局限于形狀記憶聚 合物(SMP )、形狀記憶合金(SMA)、鐵i茲性形狀記憶合金(MSMA)、 電活化聚合物(EAP)、磁流變(MR)彈性體等。根據(jù)特定的活性材 料，該激活信號可以采用但不局限于以下形式電流、電場(電壓)、 溫度改變、磁場、機械負載或施加應(yīng)力等。而且，此處所用的術(shù)語"第一，，、"第二"等不表示任何順 序或重要性，而是用于將一個元件和另一個區(qū)分開，術(shù)語"該"、"a"、 "an"并不表示對量的限定，而是表示至少一個指示物的存在。與量結(jié) 合使用的修飾語"約"包括所述數(shù)值并具有上下文所示的含義(例如包 括與特定量的測定相關(guān)的誤差水平)。此外，此處公開的所有范圍都包 括端點，且可以獨立組合。此處所用的"形狀"改變一般是指接縫隱蔽裝置的變形比如 彎曲或者尺寸變化。此處所用的"剛度"變化一般是指(并不限于)接 縫隱蔽裝置的撓性、剛度、緊密度、彈性、穩(wěn)固性、硬度、密度、彈力 (springiness)、拉伸度、延展性等的變^f匕。術(shù)語"移動"、"嘗試的 移動(attempted movement)"或者"轉(zhuǎn)變"包括但不限于是指當(dāng)表面 受壓、受拉、受壓縮、或受扭曲時施加的力所導(dǎo)致的位移或變形。
在一個實施方案中，接縫隱蔽物體設(shè)置在第一表面或第二表 面之間的接縫中或覆蓋該接縫。該物體可以固定式附著到第一表面或第 二表面。在替換性實施方案中，該接縫隱蔽物體可以附著到第一和第二 表面兩者上。接縫隱蔽物體經(jīng)構(gòu)造以在第一形狀和第二形狀之間轉(zhuǎn)變， 使得所述接縫物體變形，從而保持其對這兩個表面之間的接縫/間隙的覆 蓋/隱蔽。接縫隱蔽物體的變形允許所述表面的所選之一或兩者移動。在該實施方案的示例性變體中，活性材料和所述接縫物體操 作連接，其中所述活性材料經(jīng)構(gòu)造以一旦接收到激活信號就發(fā)生至少一 種性質(zhì)的變化，其中所述至少一種性質(zhì)的變化有效地使接縫物體從第一 形狀變到第二形狀。在一個實施方案中，接縫隱蔽物體包括活性材料。 在進一步的示例性實施方案中，活性材料是形狀記憶合金(SMA)線。 當(dāng)一個或兩個表面旋轉(zhuǎn)或移動離開其初始位置時，接縫隱蔽物體變形， 從而拉伸處于在其低模量室溫狀態(tài)的所述SMA線。在一個或兩個表面 返回到其初始位置時，所述線被加熱。SMA線由此伸直到其初始第一較 短的長度，接縫隱蔽物體恢復(fù)到隱蔽該接縫的位置。在另一替換性實施 方案中，接縫隱蔽物體包括嵌入在接縫隱蔽物體中的活性材料帶。所嵌 入的活性材料可以是任何如下材料其能夠^v第一形狀變到第二形狀， 并適于或者一旦施加合適的外場(正常狀態(tài)場關(guān)閉(normal state field off))就使得所述接縫隱蔽裝置變形以允許一個或兩個表面容易移動， 或者一旦所述表面返回其初始位置(正常狀態(tài)一場打開(normal state-field on ))就使接縫隱蔽裝置恢復(fù)其初始形狀。示例性的材料包括 但不限于壓電聚合物(pieozopolymer)、電活性聚合物(EAP)和磁流 變彈性體。在另一實施方案中，接縫隱蔽物體i殳置在第一表面和第二表 面之間的接縫中。該物體能夠固定式附著到第一表面或第二表面。在替 換性實施方案中，接縫隱蔽物體可以附著到第一和第二表面兩者上。接 縫隱蔽物體經(jīng)構(gòu)造以在第一剛度和第二剛度之間轉(zhuǎn)變，使得當(dāng)一個或兩 個表面移動時所述接縫物體變形，從而保持其對這兩個表面之間的接縫 /間隙的覆蓋/隱蔽。接縫隱蔽物體的剛度變化允許所述表面的所選之一 或兩者移動。在該實施方案的一個實例中，接縫隱蔽物體自身是活性材料。 該物體設(shè)置在兩個表面之間的接縫中，并固定式附著到所述表面之一或兩個上。在一個示例性實施方案中，活性材料是形狀記憶聚合物。該鉸 鏈狀形狀記憶聚合物被加熱以軟化，從而允許該接縫處一個或兩個表面 移動(例如，轉(zhuǎn)動)。當(dāng)一個或兩個表面恢復(fù)到其初始位置時，接縫隱 蔽物體能夠冷卻并恢復(fù)其初始剛度。在該實施方案的示例性應(yīng)用中，該 接縫隱蔽物體設(shè)置在車輛的兩個門板之間的4妻縫中。 一旦加熱，該形狀 記憶聚合物接縫隱蔽物體軟化，由此允許所述門板的 一個或兩個移動， 其中隨著所述門板的移動所述接縫隱蔽裝置能夠以剛度降低的狀態(tài)彎 曲/折曲。在門板(一個或兩個)恢復(fù)到其初始位置之后，也即關(guān)上門時， 接縫隱蔽物體冷卻并返回到其初始剛度。用于接縫隱蔽物體的活性材料 可以是加熱和冷卻時剛度會改變的任何材料。在示例性實施方案中，活 性材料是形狀記憶聚合物。在第二示例性實施方案中，其中響應(yīng)于加熱
/冷卻而剛度發(fā)生變化的活性材料是形狀記憶合金。只要SMA的應(yīng)變小 得使其彈性變形，那么當(dāng)加熱/冷卻到其轉(zhuǎn)變溫度之上/之下時僅僅發(fā)生
剛度變化。在另一可能的實施方案中，MR彈性體能夠經(jīng)受響應(yīng)于磁場 而發(fā)生的剛度變化，并因而和其它討論的實施方案一樣對接縫隱蔽物體 產(chǎn)生影響。在該實施方案的另一變體中，設(shè)置在接縫內(nèi)并且固定式附著 到一個或兩個表面的接縫隱蔽物體包括具有低轉(zhuǎn)變溫度的形狀記憶合 金。因而，該實施方案能夠采用SMA的超彈性。在SMA在正常操作溫 度處于其奧氏體形式的情況下，SMA中由于一個或兩個表面的嘗試移動 而出現(xiàn)的應(yīng)力導(dǎo)致該SMA變到其更低模量的馬氏體形式，由此允許表 面相對移動。從表面去除誘發(fā)應(yīng)力的力一一或者通過表面恢復(fù)到其初始 位置，或者通過簡單地去除將表面保持在其新的相對位置的抑制力一一 將導(dǎo)致SMA同時逆轉(zhuǎn)到其更高剛度的奧氏體形式，由此恢復(fù)到其初始 幾何形狀。該實施方案利用了 SMA的超彈性^:應(yīng)。在該實施方案的另一示例性變體中，設(shè)置在接縫中并且固定 式附著到接縫的 一個或兩個表面上的接縫隱蔽物體能夠由磁流變彈性 體形成。在一個實例中，激活信號(在此情況下是磁場)能夠存在在 MR彈性體上，由此導(dǎo)致該材料具有更高的剛度。當(dāng)希望一個表面相對 于另一個表面移動時，可以去除磁場，由此降低MR彈性體的剛度，并 允許它通過表面移動而變形。當(dāng)表面(一個或兩個)返回到其初始開始 位置時，可以重新施加磁場以使MR彈性體恢復(fù)到其初始更高的剛度。在替換性的第二實例中，在正常條件下磁場可以關(guān)閉。當(dāng)所述場被激活
時，MR彈性體能夠彎曲或以其它方式變形，其彎曲或變形方式使得限 定接縫邊界的一個或兩個表面可以相對移動。去除磁場導(dǎo)致MR彈性體 將接縫隱蔽物體返回到其初始接縫隱蔽形狀，由此利用所述材料的彈性 性質(zhì)。在優(yōu)選實施方案中，接縫隱蔽裝置從第 一 剛度到第二剛度的 變化在并不暴露所述接縫的情況下發(fā)生，由此使得所述接縫隱蔽裝置可 以起到不可見鉸鏈的作用。在進一步優(yōu)選的實施方案中，接縫隱蔽裝置 跨越接縫的(seam-spanning),即形成沒有可見接縫的連續(xù)表面，由此 也起到不可見鉸鏈的作用。在本公開的第三實施方案中，設(shè)置在接縫內(nèi)并且固定式附著 到一個或兩個表面上的接縫隱蔽物體包括從外部連接到所述接縫隱蔽 物體上的活性材料。 一旦所述表面之一或兩個發(fā)生移動，該接縫隱蔽物 體就能夠發(fā)生形狀變化(即，變形)。該外部連接的活性材料能夠在接 收到激活信號時使得接縫隱蔽物體返回到其初始形狀(即，起始幾何形 狀)。例如，該外部連接的活性材料能夠是錨定到固體表面上的SMA 線，和形成接縫的表面無關(guān)。 一旦接收到電信號，SMA線能夠在長度尺 寸上收縮，由此將該接縫隱蔽物體拉回到其初始覆蓋接縫的形狀。該接縫隱蔽裝置的活性材料可以與該裝置遠程操作連接，或 者該活性材料可以整合到該裝置中。例如，該活性材料可以設(shè)置在可變 形(morphable)物體的表面上、嵌入到該可變形物體的表面內(nèi)、嵌入到 該可變形物體本身內(nèi)、或者與該接縫隱蔽裝置的表面外部連接。而且， 該隱蔽裝置可以包括一種或多種活性材料作為涂層、層、部分(例如活 性材料條)施加到該可變形物體的至少一個表面上?？商娲?，該接縫 隱蔽裝置的該可變形物體可以完全由活性材料組成(be comprised completedly of the active material)。進一 步i也，可以在該可變形物體的 表面上施加不同的活性材料，其中該不同的活性材料彼此相鄰施加。在 另一實施方案中，該活性材料可以包括不同形狀記憶材料的復(fù)合物。該 活性材料為該隱蔽裝置提供了可以針對特定應(yīng)用主動調(diào)節(jié)的形狀改變 能力，如下面更詳細地描述。所述活性材料可以在室溫下具有基本直的 形狀，而在加熱到高于在車輛操作或裝備/裝置用途過程中通常可能遇到 的溫度范圍時，具有彎曲形狀(即曲線形狀)(以此方式排除了主動控制的活化)。該活性材料基接縫隱蔽裝置可以具有任意各種構(gòu)造，包括但 不局限于撓性翼、剛度板、可變形的管子、成型中空橫截面等，其中該 構(gòu)造適于隱蔽車輛外部或內(nèi)部的兩個車輛表面之間的接縫。該活性材料可以響應(yīng)于激活信號而改變至少 一種性質(zhì)， 一旦 該激活信號停止就會恢復(fù)到該至少一種性質(zhì)的最初狀態(tài)，或者對于一旦 停止激活信號不會自動恢復(fù)的活性材料種類，可以使用可替代的手段使 該活性材料恢復(fù)到最初狀態(tài)。對于其中活性材料通過表面之一的嘗試的 移動來激活的構(gòu)造而言， 一旦所述表面返回其初始物理位置，該活性材 沖+可以返回到所述至少一種性質(zhì)的初始狀態(tài)，也即，打開門時激活該活 性材料，關(guān)閉門時該活性材料失活。下面將更詳細地討論上述適用于該 隱蔽裝置的活性材料?；罨b置與該活性材料基隱蔽裝置偶聯(lián)并操作連通(coupled to and in operative communication ),該活4b裝置能與4空制系統(tǒng)連才妻。該 活化裝置可操作用于選擇性為該活性材料基隱蔽裝置提供激活信號并 通過改變該活性材料的至少一種性質(zhì)來改變該活性材料基隱蔽裝置的 特征。例如，依據(jù)是否按下按鈕來打開車輛的車蓋，該活性材料可以變 得剛度更大或更低。該活化裝置根據(jù)需要為該活性材料基隱蔽裝置的該 活性材料提供激活信號或激勵以造成該裝置的至少一部分的一種或多 種特征的改變。在一種實施方案中，該特征改變通常在施加激活信號期 間將保持。 一旦停止該激活信號，該活性材料通常會恢復(fù)到失活形式， 并基本恢復(fù)到該初始的至少一種性質(zhì)，由此將該活性材料基隱蔽裝置恢 復(fù)到最初的一種和/或多種特征。相反地，如果在失活的同時施加外力和 /或負載，對于某些材料比如SMP而言，那么一旦失活該性質(zhì)就將鎖定 為新的所需形式。這樣，可以有利地出現(xiàn)該活性材料基隱蔽組件的可逆 性和多次復(fù)位?；罨b置提供的激活信號可以包括熱信號、磁信號、電信號、 氣動信號、機械信號、化學(xué)信號等，以及包含前述信號中至少一種的組 合，特定的激活信號取決于該活性材料的材料和/或構(gòu)造。例如，為了改 變由SMA和/或SMP制備的活性材料的性質(zhì)，可以施加熱信號。為了改 變由EAP和壓電陶資和A電聚合物制造的活性材料的性質(zhì)，可以施加電 信號(電壓)。為了改變由磁致伸縮材料，例如MSMA和MR彈性體制備的活性材料的性質(zhì)，可以施加(去除或改變)磁場或通過另一種控 制系統(tǒng)。該活化裝置可以以各種方式操作。例如，在一種實施方案中，
用于鎖上/開啟車門的遠程鑰匙鏈的使用也可以經(jīng)構(gòu)造以啟動該激活信
號，并使該接縫隱蔽裝置的尺寸和/或剛度下降/增加。同樣地，可以使
用與活化裝置傳感器組合的鑰匙鏈中的無線信號發(fā)射器，以在該鑰匙鏈
與該活性材料基隱蔽裝置物理相鄰時自動激活該活性材料，由此不需要
按下鑰匙鏈的按鈕。在另一實施方案中，該激活信號可以手動激活。例
如，將車鑰匙插入門鎖中或使用門內(nèi)把手可以激活該激活信號。類似地，
可以與該接縫相鄰設(shè)置按鈕等，其中壓下該按鈕使該激活信號激活以使
該接縫材料的尺寸和/或剛度改變。在任意上述該活性材料的激活方法
中，可以通過與該活性材料基隱蔽裝置相連的計時器的超時、或通過與
該裝置操作連接的傳感器、或通過某些事件的發(fā)生(例如車門的開啟和
關(guān)閉)，來關(guān)閉該激活信號，以使該激活信號失活，并使該裝置恢復(fù)到 其中其初始位置。在其中表面之一的嘗試的移動導(dǎo)致接縫隱蔽裝置的剛度變化 的實施方案中，剛度改變可以是SMA的超彈性的結(jié)果。從位于室溫奧 氏體形式的SMA開始，施加力到第一表面或第二表面上并連接到包含 SMA材料的接縫隱蔽裝置上，將導(dǎo)致SMA經(jīng)過應(yīng)力誘導(dǎo)轉(zhuǎn)變成其較低 模量的馬氏體形式，所述較低模量SMA隨后允許通過SMA的超彈性變 形來使得相鄰板發(fā)生相對移動。去除施加的力會將SMA材料逆轉(zhuǎn)到其 初始狀態(tài)——幾何形狀和剛度兩者。無論激活方式如何，當(dāng)在被動模式下時(即當(dāng)沒有能量或激 活信號輸入該裝置時)該活性材料基接縫隱蔽裝置保持其初始狀態(tài)是有 利的。當(dāng)并不希望通過和接縫相鄰的表面之一或兩者發(fā)生移動時，并且 沒有激活信號施加到活性材料上時，那么該接縫的連續(xù)掩蔽不需要能 量。換言之，該活性材料基隱蔽裝置所需的能量僅用于其中該裝置必須 改變性質(zhì)以允許在接縫處發(fā)生移動(例如在門板的情況下在接縫處減少 剛度用于開門)的短時間內(nèi)。在另一實施方案中，該活性材料基隱蔽裝置包括與該裝置和/ 或活性材料操作連接的至少一個傳感器，其中該傳感器適于傳送指示至 少一種車輛狀態(tài)的信號。車輛狀態(tài)可以表示車輛在停放或開動時，或者車輛的一部分或附件在狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變時，例如在開啟或關(guān)閉車門時。這 種實施方案可以進一步包括與該傳感器和活化裝置操作連接的控制器， 其中該控制器編有程序，并經(jīng)構(gòu)造以在該傳感器信號指示預(yù)設(shè)車輛狀態(tài) 或兩個表面的所需構(gòu)造時使該活化裝置為該活性材料提供激活信號。該 改變的屬性的量級及其改變率(或變化曲線)可由該控制系統(tǒng)確定。該活性材料可以包括任意各種活性材料，包括但不局限于形 狀記憶材料，例如形狀記憶合金、形狀記憶聚合物和電活性聚合物、聚 合物金屬復(fù)合材料、傳導(dǎo)性聚合物、磁流變(MR)組合物，例如MR 彈性體、壓電陶瓷、壓電聚合物和其他類似的能夠一旦接受到激活信號 就表現(xiàn)出至少 一種性質(zhì)的改變的材料。本發(fā)明并不意于限制到任意特定 的活性材料和/或活性材料的組合。同樣地，本發(fā)明也并不意于限制到任 何特定的激活信號。該特定的激活信號或其組合將取決于該活性材料的 敏感性、和/或優(yōu)選的方法和/或所需屬性的改變速率或水平(或變化曲 線)。例如對于SMA,可以使用焦耳(電阻)加熱熱激活和/或使用流 體加熱對流激活。為了更好地理解其中接縫隱蔽裝置可以使用活性材料以可逆 地隱蔽兩個表面之間接縫的各種方式，需要理解所需活性材料的性質(zhì)和 力學(xué)。如前所述，適用于該活性材料基隱蔽裝置的活性材料包括但不局 限于形狀記憶合金("SMA",例如熱和應(yīng)力活化的形狀記憶合金和 磁性形狀記憶合金(MSMA))、電活性聚合物(EAP),例如介電彈 性體、離子聚合物金屬復(fù)合材料(IPMC)和形狀記憶聚合物(SMP)、 形狀記憶陶資(SMC)、壓力塑料(bar叩lastic)、磁流變(MR)材料 (例如流體和彈性體)、壓電陶資、壓電聚合物、前述活性材料和非活 性材料的復(fù)合材料、包含前述活性材料中至少一種的系統(tǒng)、和包含前述 活性材料中至少一種的組合。為簡便起見并通過實例，此處將參考形狀 記憶合金和形狀記憶聚合物。形狀記憶陶瓷、壓力塑料等也可以以類似 方式應(yīng)用。例如，用壓力塑料材料時，高和低玻璃轉(zhuǎn)化溫度(Tg)組分 的納米相疇的壓力誘導(dǎo)混合實現(xiàn)形狀改變。壓力塑料可以以較低溫度重 復(fù)加工而不會老化。形狀記憶材料一旦應(yīng)用或去除外部激勵就會恢復(fù)其最初形狀 的能力導(dǎo)致其在致動器中使用以施加力導(dǎo)致所需運動。活性材料致動器 與傳統(tǒng)的電機械和液壓致動裝置相比，有潛力降低致動器尺寸、重量、體積、成本、噪聲，并提高堅固性。例如，鐵^f茲性SMA表現(xiàn)出對施加 磁場做出響應(yīng)(并與其強度成比例)而發(fā)生高至百分之幾的快速尺寸改 變。然而，這些改變是單向改變，使用偏置力或場逆轉(zhuǎn)使該鐵磁性SMA 返回其起始構(gòu)造。
組合物。最常使用的這些相:所謂的馬氏體、^奧氏體相。^以下討論中， 馬氏體相通常是指更容易變形的、更低溫度的相，而奧氏體相通常是指 更具剛度的、更高溫度的相。當(dāng)該形狀記憶合金處于馬氏體相且加熱時， 其開始轉(zhuǎn)化為奧氏體相。這種現(xiàn)象開始的溫度通常稱作奧氏體起始溫度 (As)。這種現(xiàn)象結(jié)束的溫度通常稱作奧氏體結(jié)束溫度(Af)。當(dāng)該形 狀記憶合金處于奧氏體相且冷卻時，其開始轉(zhuǎn)化為馬氏體相。這種現(xiàn)象 開始的溫度通常稱作馬氏體起始溫度(Ms)。奧氏體結(jié)束轉(zhuǎn)化為馬氏體 的溫度通常稱作馬氏體結(jié)束溫度(Mf) 。 As和Af之間的范圍通常稱作 馬氏體到奧氏體的轉(zhuǎn)化溫度范圍，而Ms和Mf之間的范圍通常稱作奧 氏體到馬氏體的轉(zhuǎn)化溫度范圍。應(yīng)當(dāng)注意上述轉(zhuǎn)化溫度是SMA樣品經(jīng) 受的應(yīng)力的函數(shù)。通常，隨著應(yīng)力增大，這些溫度也隨之升高。由于前 述的性質(zhì)，該形狀記憶合金的形變優(yōu)選在奧氏體起始溫度或在該溫度之 下(等于或低于As)進行。后續(xù)加熱到上述奧氏體起始溫度之上造成該 變形的形狀記憶材料樣品開始恢復(fù)到其最初(未受應(yīng)力的)永久形狀， 直至在奧氏體完成溫度時結(jié)束。因此，和形狀記憶合金一起使用的適合
性轉(zhuǎn)化的量i的熱激活、信號。\ — 、 '、可以通過略微改變合金組成和通過熱枳4成加工，來調(diào)節(jié)形狀 記憶合金在加熱時記住其高溫形態(tài)(即其最初的未受應(yīng)力的形狀)的溫 度。例如，在鎳-鈦形狀記憶合金中，其可以從高于約100。C到低于約-100 。C變化。該形狀恢復(fù)過程可以發(fā)生在只有數(shù)度的范圍內(nèi)，或者在更寬的 溫度范圍上表現(xiàn)出更漸進性的恢復(fù)。根據(jù)所需的應(yīng)用和合金組成，該轉(zhuǎn) 化的起始或結(jié)束可以控制到幾度之內(nèi)。形狀記憶合金的機械性質(zhì)在跨越 其轉(zhuǎn)化的溫度范圍內(nèi)變化4艮大，通常提供了形狀記憶效應(yīng)和超彈性效 應(yīng)。例如，在馬氏體相中，觀察到比奧氏體相更低的彈性模量。通過用 施加的應(yīng)力對晶體結(jié)構(gòu)排列進行重排，馬氏體相的形狀記憶合金可以經(jīng) 受大的變形。在應(yīng)力去除后該材料將保持這一形狀。換言之，在SMA中的應(yīng)力誘導(dǎo)相變本身是雙向的，當(dāng)SMA處于奧氏體相時施加足夠的 應(yīng)力將使其轉(zhuǎn)變到其較低模量的馬氏體相。施加應(yīng)力的去除將使SMA 返回到其奧氏體相，這樣就恢復(fù)了其初始形狀和更高的模量。示例性的形狀記憶合金材料包括鎳-鈦基合金、銦-鈦基合金、 鎳-鋁基合金、鎳-鎵基合金、銅基合金(例如銅-鋅合金、銅-鋁合金、銅 -金和銅-錫合金)、金-鎘基合金、銀-鎘基合金、銦-鎘基合金、錳-銅基 合金、鐵-鉑基合金、鐵-鈀基合金等。該合金可以是二元、三元或任何 更高元的，只要該合金組合物具有形狀記憶效應(yīng)，例如形狀、取向、屈 服強度、撓曲模量、阻尼容量、超彈性和/或類似性質(zhì)的改變即刻。適合 的形狀記憶合金組合物的選擇部分取決于目標(biāo)應(yīng)用的溫度范圍。在較高溫度下恢復(fù)到奧氏體相伴隨著非常大的應(yīng)力(與使該 材料變形所需的相比)，其可以高至奧氏體相材料的固有屈服強度，有 時高至該變形的馬氏體相的三倍或更多倍。對于需要大量操作循環(huán)的應(yīng) 用，可以得到小于或等于所用線的變形長度的約10%的應(yīng)變。MSMA 是通常由Ni-Mn-Ga組成的合金，其由于磁場誘導(dǎo)的應(yīng)變會改變形狀。 MSMA具有具有不同磁性和結(jié)晶取向的內(nèi)部變體。在磁場中，這些變體 的比例改變，導(dǎo)致該材料總體形狀的改變。MSMA致動器通常需要該 MSMA材料放置在電；茲體的線圈之間。電流通過線圏會誘發(fā)磁場通過 MSMA材料，造成形狀改變。示例性的MSMA能夠是Ni-Mn-Ga泡沫。 MSMA泡沫可以具有竹子狀的晶粒結(jié)構(gòu)，當(dāng)施加磁場時可以伸長(即發(fā) 生應(yīng)變)直到大約10%。當(dāng)去除磁場時該泡沫材料保持其新的應(yīng)變形狀， 但是如果;茲場旋轉(zhuǎn)90度那么該》茲每文感性原子結(jié)構(gòu)可以返回到其初始形 狀。泡沫的多孔本質(zhì)放大了形狀變化效應(yīng)。Ni-Mn-Ga MSMA泡沫可以 通過將該熔融合金倒入鋁酸鈉鹽的塊中來形成。當(dāng)該材料冷卻時，可以 施加酸來浸出所述鹽，留下大空隙并由此形成泡沫狀結(jié)構(gòu)。如前所述，其他示例性的形狀記憶材料是形狀記憶聚合物 (SMP)。"形狀記憶聚合物，，通常是指一旦施加激活信號就會具有性 質(zhì)例如模量、尺寸、熱膨脹系數(shù)、透濕性、光學(xué)性質(zhì)(例如透射率)或 包含前述性質(zhì)中至少 一種的組合的變化和微觀結(jié)構(gòu)和/或形態(tài)的變化相 結(jié)合的聚合物材料。形狀記憶聚合物可以是熱響應(yīng)的(即性質(zhì)的改變是 通過熱提供或去除直接傳送的，或通過適于激發(fā)分子水平上高振幅振動 從而導(dǎo)致產(chǎn)生內(nèi)熱的頻率振動所間接傳送的熱激活信號造成的)、光響應(yīng)的(即性質(zhì)的改變是通過電磁輻射激活信號造成的)、濕度響應(yīng)的(即 性質(zhì)的改變是通過液體激活信號，例如濕度、水蒸氣或水造成的)、化
學(xué)響應(yīng)的(即對環(huán)境中的一種或多種化學(xué)物種的濃度改變響應(yīng)的；例如 H+離子的濃度一環(huán)境的pH值)或包含前述至少一種的組合。通常，SMP是包含至少兩種不同單元的相偏析共聚物
(phase-segregated copolymer),所述單元可以描述為限定SMP內(nèi)的不 同片段，各片段對SMP的總性能貢獻不同。此處所述的術(shù)語"片段" 是指相同或相似單體或低聚單元的嵌段、接枝或序列，其共聚構(gòu)成SMP。 每個片段可以是(半)晶質(zhì)的或無定形的，分別具有相應(yīng)的熔點或玻璃 態(tài)轉(zhuǎn)化溫度(Tg)。此處所用的術(shù)語"熱轉(zhuǎn)化溫度"用于便于一般表示 取決于該片段是無定形片段或晶質(zhì)片段的Tg或熔點。對于包含(n)個 片段的SMP,該SMP據(jù)稱具有一個硬片段和(n-l )個軟片段，其中該 硬片段具有比任何軟片段更高的熱轉(zhuǎn)化溫度。因此，該SMP具有(n) 個熱轉(zhuǎn)化溫度。該硬片段的熱轉(zhuǎn)化溫度稱作"最終轉(zhuǎn)化溫度"，所謂的
"軟片段"的最低熱轉(zhuǎn)化溫度稱作"第一轉(zhuǎn)化溫度"。重要的是注意到， 如果SMP具有多個特征在于相同熱轉(zhuǎn)化溫度(也是最終轉(zhuǎn)化溫度)的 片段，那么SMP稱作具有多個硬片段。當(dāng)SMP加熱到最終轉(zhuǎn)化溫度之上時，該SMP材料可以獲得 永久的形狀?？梢酝ㄟ^后續(xù)將SMP冷卻到該溫度之下來固定(set)或 記憶SMP的永久形狀。此處所用的術(shù)語"初始形狀"、"前面限定的 形狀"、"預(yù)設(shè)形狀"和"永久形狀"是同義詞，用于可互換使用?？?以通過將該材料加熱到高于任何軟片段的熱轉(zhuǎn)化溫度但低于最終轉(zhuǎn)化 溫度的溫度，施加外應(yīng)力或負載以使SMP變形，然后冷卻到軟片段的 形狀。、 又 5 、 ',、 、5、、、' 、可以通過在去除該應(yīng)力或負載的情況下，將該材料加熱到高 于軟片段的特定熱轉(zhuǎn)化溫度但低于最終轉(zhuǎn)化溫度，來恢復(fù)該永久形狀。 因此，應(yīng)當(dāng)清楚通過結(jié)合多個軟片段，是能夠顯示多個臨時形狀的，通 過使用多個硬片段，能夠顯示多個永久形狀。類似地，使用分層或復(fù)合 方法，多種SMP的組合將顯示在多個臨時和永久形狀之間的轉(zhuǎn)化。MR流體是一類智能材料， 一旦施加》茲場其流變性質(zhì)可以快 速改變(例如可以在毫秒內(nèi)實現(xiàn)百分之幾百的性質(zhì)改變)，使其快速適用于通過剪切強度的顯著改變來鎖定(約束)或允許形狀/變形松弛，這 種改變有用地和在此處公開的實施方案中抓握和釋放物體一起使用。示
例性的形狀記憶材料還包括磁流變(MR)和ER聚合物。MR聚合物是 微米尺寸的可;茲極化的顆粒(例如如下所述的鐵;茲性或順磁性顆粒)在 聚合物(例如熱固性彈性聚合物或橡膠)中的懸浮體。示例性的聚合物 基質(zhì)包括聚a-烯烴、天然橡膠、硅酮、聚丁二烯、聚乙烯、聚異戊二烯 以及包含前述至少 一種的組合。通過改變施加磁場的強度而改變剪切和壓縮/拉伸沖莫量來獲 得該聚合物結(jié)構(gòu)的剛度和，潛在的，形狀。該MR聚合物通常在磁場中 暴露短至數(shù)毫秒的時間時就顯現(xiàn)其剛度，其剛度和形狀隨施加場的強度 呈比例變化。MR聚合物停止暴露于磁場使該過程反轉(zhuǎn)，使彈性體恢復(fù) 到其較低模量狀態(tài)。MR流體表現(xiàn)出與施加磁場大小成比例的剪切強度，其中可 在毫秒范圍內(nèi)可以實現(xiàn)百分之幾百的性質(zhì)改變。盡管這些材料也面臨產(chǎn) 生施加場所需的線圏包裝的問題，但其可以用作例如用于彈簧基抓握/ 釋放的鎖閉或釋放機構(gòu)。適合的MR流體材料包括分散在載體中的鐵磁性或順磁性顆 粒，例如基于MR組合物的總體積，含量為約5.0體積百分比(vol% ) ~ 約50vor/。。適合的顆粒包括鐵、鐵氧化物(包括Fe203和Fe304)、氮 化鐵、碳化鐵、羰基鐵、鎳、鈷、二氧化鉻以及包含前述至少一種的組 合；例如鎳合金、鈷合金、鐵合金(例如不銹鋼、硅鋼)以及包含鋁、 硅、鈷、鎳、釩、鉬、鉻、鴒、錳和/或銅的其它。該顆粒尺寸應(yīng)當(dāng)經(jīng)選擇使得該顆粒在經(jīng)受磁場時表現(xiàn)出多磁 疇特征。顆粒直徑(例如沿顆粒的長軸測定)可以小于或等于約1000 微米(pm)(例如約0.1微米~約1000微米)，或者更特別地，約0.5~ 約500微米，更特別地，約1 ~約100微米。該載體的粘度可以小于或等于約100000厘泊(cPs)(例如 約lcPs 約100000cPs),或者更特別地，約250cPs~約10000cPs,或 者甚至更特別地，約500cPs 約1000厘泊?？赡艿妮d體(例如載體流 體)包括有機液體，特別是非極性有機液體。實例包括油(例如硅油、 石戶物油、石蠟油、白油、液壓油、變壓器油、和合成烴油(例如不々包和 和/或飽和的))；卣代有機液體(例如氯代烴、自代石蠟、全氟聚醚和氟代烴)；二酯；聚氧化烯；硅酮(例如氟化硅酮)；氰基烷基硅氧烷； 二醇；和包含前述載體中至少一種的組合。也可以使用含水載體，特別是包含親水性礦物粘土 (例如膨 潤土或鋰蒙脫石)的那些。該含水載體可以包含水或包含極性的水溶性 的有機溶劑(例如曱醇、乙醇、丙醇、二曱亞砜、二甲基甲酰胺、碳酸 亞乙酯、 >碳酸亞丙酯、丙酮、四氬^^喃、二乙基醚、乙二醇、丙二醇等) 的水，以及包含前述載體中至少一種的組合。載體中的極性有機溶劑基 于MR流體總體積的含量可以小于或等于約5.0vol%(例如約0.1vol% ~ 約5.0vol% ),或者更特別地，約1.0vol% ~約3.0vol%。該含水載體的 pH值可以小于或等于約13 (例如約5.0~約13),或者更特別地，約 8.0 ~約9.0。當(dāng)該含水載體包含天然和/或合成膨潤土和/或鋰蒙脫石時， MR流體中粘土 (膨潤土和/或鋰蒙脫石)基于MR流體總重量的含量可 以小于或等于約IO重量百分比(wt% ),或者更特別地，約0.1wt。/。 ~ 約8.0wt。/。，或者更特別地，約1.0wt% ~約6.0wt%,或者甚至更特別 地，約2.0wt。/。 約6.0wt。/。。MR流體中的任選組分包括粘土 (例如有機粘土)、叛酸鹽 皂、分散劑、腐蝕抑制劑、潤滑劑、抗磨損添加劑、抗氧化劑、觸變劑 和/或懸浮劑。羧酸鹽皂包括油酸亞鐵、環(huán)烷酸亞鐵、硬脂酸亞鐵、二和 三硬脂酸鋁、硬脂酸鋰、硬脂酸釣、硬脂酸鋅和/或硬脂酸鈉；表面活性 劑(例如磺酸鹽、磷酸酯、硬脂酸、單油酸甘油酯、山梨聚糖倍半油酸 酯、月桂酸酯、脂肪酸、脂肪醇、氟代脂肪族聚合酯)；和偶聯(lián)劑(例 如鈦酸鹽、鋁酸鹽和鋯酸鹽)；以及包含前述至少一種的組合。也可以 包括聚亞烷基二醇，例如聚乙二醇，和部分酯化的多元醇。電子電活性聚合物(EAP)是具有低彈性模量的介電材料中 間層的一對電極的層壓物。在電極之間施加電勢擠壓中間層，使其在平 面內(nèi)膨脹。它們對施加的場呈比例響應(yīng)，可以在高頻下激勵。EAP變形 層壓片(EAP morphing laminate sheet)已經(jīng)得到證實。其主要缺點在于 其需要施加的電壓是壓電材料所需的約三個數(shù)量級高。電活性聚合物包 括對電或機械場響應(yīng)的壓電、熱電或電致伸縮性質(zhì)的那些聚合物材料。
和/或橡膠，其對靜電力響^i而變形，或C變形導(dǎo)致t場的改變f示例性的適用作預(yù)應(yīng)變聚合物的材料包括硅酮彈性體、丙烯酸彈性體、聚氨
酯、熱塑性彈性體、包含PVDF的共聚物、壓敏粘合劑、含氟彈性體、
包含硅酮和丙烯酸部分的聚合物(例如包含硅酮和丙烯酸部分的共聚 物，包含硅酮彈性體和丙烯酸彈性體的聚合物混合物，等)。用作電活性聚合物的材料可以根據(jù)材料性質(zhì)選擇，所述性質(zhì) 例如高電擊穿強度、低彈性模量(例如用于大的或小的變形)、高介電 常數(shù)等。在一種實施方案中，該聚合物的選擇可以使得其具有小于或等 于約100MPa的彈性模量。在另一實施方案中，該聚合物的選擇可以使 得其具有約0.05兆巾自(MPa) ~約lOMPa(或者更特別地，約0.3MPa 約3MPa)的最大激勵壓力。在另一實施方案中，該聚合物的選擇可以 使得其具有約2~約20 (或者更特別地，約2.5 ~約12)的介電常數(shù)。 本發(fā)明并不旨在限定到這些范圍。理想地，如果材料具有高介電常數(shù)和 高介電強度，那么具有高于上述給出范圍的介電常數(shù)的所述材料會是合 意的。在很多情況中，電活性聚合物可以制造和實施為薄膜形式，例如 具有小于或等于約50微米的厚度。由于電活性聚合物可以在高應(yīng)變下偏轉(zhuǎn)，因此與該聚合物連 接的電極也應(yīng)當(dāng)偏轉(zhuǎn)，而不會損害機械或電性能。通常，適用的電極可 以具有任何形狀和材料，只要其能夠為電活性聚合物提供適合的電壓或 者接收來自其的適合電壓。該電壓可以是恒定的或隨時間改變的。在一 種實施方案中，該電極與該聚合物的表面粘合。與該聚合物粘合的電極 可以是順應(yīng)性的(compliant)并和該聚合物的變化中的形狀共形。該電 極可以僅施加到電活性聚合物的 一部分，并依照其幾何形狀限定活性區(qū) 域。各種類型的電極包括包含金屬跡線和電荷分布層的結(jié)構(gòu)化電極、織 構(gòu)化電極、導(dǎo)電油脂(例如碳油脂和銀油脂)、膠狀懸浮液、高縱橫比 的導(dǎo)電材料(例如碳納米管，和離子傳導(dǎo)性材料的混合物)以及包含前 述至少一種的組合。示例性的電極材料可以包括石墨、碳黑、膠狀懸浮液、金屬 (包括銀和金)、充填凝膠和聚合物(例如銀充填和碳充填的凝膠和聚 合物)、和離子或電傳導(dǎo)性聚合物，以及包含前述至少一種的組合。應(yīng) 當(dāng)理解某些電極材料可能適用于特定的聚合物而可能不適用于其他聚 合物。舉例而言，碳纖維適用于丙烯酸彈性體聚合物，而不適用于硅酮 聚合物。
磁致伸縮材料是當(dāng)受到外加磁場時具有大機械變形的固體。 該磁致伸縮現(xiàn)象歸因于該材料中小磁疇的旋轉(zhuǎn)，當(dāng)該材料未暴露于磁場 時所述磁疇是無規(guī)取向的。該形狀改變在鐵磁體或鐵磁性固體中是最大 的。這些材料具有非?？斓捻憫?yīng)能力，其應(yīng)變與施加磁場的強度成比例， 一旦將場去除，其就恢復(fù)到其最初尺寸。然而，這些材料具有約0.1-約0.2%的最大應(yīng)變。現(xiàn)在參考圖1,示出了活性材料基接縫隱蔽裝置的示例性實 施方案，通常由附圖標(biāo)記12表示。在該實施方案中，該裝置包括接縫 隱蔽物體12,其直接連接到對接表面比如第一表面4和/或第二表面8 上并且部分填充接縫6。在另一實例中，不是部分或完全填充接縫6， 接縫隱蔽物體12可以通過搭接形成接縫6的第一表面和第二表面每個 的邊緣來覆蓋所述接縫。裝置12仍然可以以相同方式起作用；唯一區(qū) 別在于該隱蔽物體的位置。接縫隱蔽物體12包括活性材料。活性材料 可以完全構(gòu)成物體12或僅僅構(gòu)成物體12內(nèi)的間斷條等，經(jīng)構(gòu)造一旦接 收到激活信號就發(fā)生至少 一種性質(zhì)的變化，其中所述性質(zhì)變化有效地使 得接縫隱蔽物體12在第一形狀(a)和第二形狀(b)之間變化。表面8 的移動(如圖1 ( b )所示)使得接縫隱蔽物體從第 一形狀變到第二形狀。 物體12內(nèi)的活性材料的活化可以有效地將該物體從第二形狀返回到第 一形狀。在該實施方案的一個變體中，活性材料可以是形狀記憶合金。 該實施方案的接縫隱蔽物體對于隱秘其中表面美觀性可能占重要地位 的接縫(比如，位于車輛的外部車體面板之間)而言是有利地。接縫隱 蔽物體12可以經(jīng)著色和/或成形以和周圍的第一表面和第二表面類似。 接縫隱蔽物體的形狀變化可以是尺寸、體積、長度或其它物理尺度的減 動5 p _ " 、活化裝置11可用于將激活信號提供給活性材料2。同樣，控 制器13和傳感器14可用于和活化裝置11操作連接，從而每個部件互 相之間以及和該活性材料基接縫隱蔽物體12 —起行使功能，從而引發(fā) 活性材料的至少 一種性質(zhì)發(fā)生變化。參見圖2，示出了接縫隱蔽物體的另一示例性實施方案，通 常用附圖標(biāo)記22表示。在該實施方案中，接縫隱蔽物體22座落在接縫 16內(nèi)并直接連接到對接表面之一上，比如表面15上。該接縫隱蔽物體22包含活性材料24。該活性材料可以完全構(gòu)成物體22或者僅僅構(gòu)成物 體22內(nèi)的間斷條等，經(jīng)構(gòu)造以一旦接收到激活信號就發(fā)生至少一種性 質(zhì)的變化，其中所述性質(zhì)變化有效地使該接縫隱蔽物體22在第一剛度 (a)和第二剛度(b)之間轉(zhuǎn)變，所述轉(zhuǎn)變允許表面18移動。在該實施方案的 一個變體中，接縫隱蔽物體可以進一步包括 第二物體20,其可以由或可以不由活性材料形成。接縫隱蔽物體22可 以是連接性材料，在這種情況下它連接到第二物體20上，以使第二物 體20是隱蔽接縫16的可視材料。第二物體20對于隱蔽其中表面美觀 可能占重要地位的接縫來說是有利的，所述接縫比如位于車輛外部車身 面板之間的接縫。在這種情況下，第二物體20可以由和采用的活性材 料相比能夠更容易著色和/或成形以和周圍的第 一和第二表面類似的材 料形成。在上述實施方案的一個實例中，接縫隱蔽物體22可以包括 SMP。 SMP可以通過施加熱信號而軟化到第二剛度以允許表面18移動。 在表面18返回到其初始位置之后，在熱信號仍然存在的情況下，物體 22返回到其初始形狀，隨后該熱信號可以從SMP上去除，這由此導(dǎo)致 SMP返回第一剛度。在另一實施方案中，接縫隱蔽物體22可以包含MR 彈性體和/或MR流體。MR彈性體/流體可以通過去除磁場來軟化到第二 剛度，所述磁場的去除會降低接縫隱蔽物體的剛度和/或剪切強度，這樣 做使得對接表面可以相對移動。在所述表面之一或多個返回到其初始位 置之后施加磁場可以使得MR彈性體/流體返回到其初始的隱蔽接縫的 剛度。在圖3所示的替換性實施方案中，活性材料基隱蔽裝置通常 用附圖標(biāo)記60表示。在該實施方案中，接縫隱蔽物體62座落在接縫64 中并直接連接到對接表面66和67兩者上?；钚圆牧?8從外部連接到 接縫隱蔽物體62上。在一個實施方案中，活性材料68包括固定式附著 在物體62和固體表面70之間的SMA線。本文中使用的術(shù)語"線"通 常旨在表示適用于附著在物體62和表面70之間的幾何形式。實例包括 但不限于纜線、條、彈簧和其它類似的幾何形狀。SMA線68經(jīng)構(gòu)造以 一旦接收到激活信號就發(fā)生長度變化。 一旦表面66和67之一或兩者發(fā) 生移動，物體62從第一形狀變形到第二形狀，這樣做使得SMA線68 被拉伸或以其它形式變形。 一旦接收到激活信號，SMA線68的活化可以使得接縫隱蔽物體62返回到其初始形狀(即，起始幾何形狀)。SMA 線錨定在固體表面70上， 一旦接收到電信號長度可以收縮，從而將接 縫隱蔽物體拉回到其初始的覆蓋接縫的形狀。對于圖1、 2和3所示的實施方案，接縫隱蔽物體可以經(jīng)設(shè)計 以對一個或兩個表面的嘗試的移動做出響應(yīng)，從而允許它在隨后所述表 面之一或兩者的進一步移動過程中可以發(fā)生變形。在另 一 示例性實施方案中，活性材料物體的至少 一種性質(zhì)的 所述變化可以逆轉(zhuǎn)，從而需要加熱來允許接縫處一個或兩個表面可以移 動以及逆轉(zhuǎn)到低溫將導(dǎo)致接縫處固定不動。在每一情況下，在激活信號 中斷時，所述活性材料物體的至少一種性質(zhì)的所述變化可以得到保持。 進而，通過加熱該活性材料物體到合適溫度，可以將該活性材料基隱蔽 裝置返回并復(fù)原到所需形狀。以此方式，非有意變形了的(比如在碰撞 事件中)的活性材料基隱蔽裝置可以通過施加合適的溫度范圍而恢復(fù)或 者復(fù)原到所需形狀。構(gòu)成活性材料物體的材料的選擇根據(jù)所需應(yīng)用來確 定，是本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員所公知的。在圖4中，示出了接縫隱蔽物體100的替換性實施方案，其 中所述物體包括嵌入在表面上的活性材料的條和/或部分?；钚圆牧蠗l 102嵌入在撓性基質(zhì)104的表面上，優(yōu)選但不必須以規(guī)則的間距。在替 換性實施方案中，活性材料條嵌入在接縫隱蔽物體的彈性基質(zhì)中?；钚?材料的放置并不限于任何特定構(gòu)造或圖案，由該裝置的所需應(yīng)用來確 定。在一個實施方案中，活性材料條102是SMA條，其中所述活性材 料條102具有處于奧氏體相的經(jīng)訓(xùn)練過的彎曲形狀(在圖3中沒有示 出)。再次，活性材料形狀的改變可以通過活化裝置、控制器、傳感器 發(fā)射的激活信號和/或通過至少一個相鄰表面的嘗試過的移動來引發(fā)。由于相發(fā)生了變化，處于奧氏體相的SMA活性材料條102 的剛度大于處于馬氏體相的剛度。嵌入的活性材料條102的數(shù)量和尺寸 可以經(jīng)選擇以使當(dāng)處于奧氏體相時嵌入的活性材料導(dǎo)致活性材料基隱 蔽裝置100的大部分變形。但是，當(dāng)SMA活性材料條102處于馬氏體 相時，活性材料基隱蔽裝置100的撓性基質(zhì)104的剛度足以使該裝置返 回到平直構(gòu)造，并且在這樣做時，將SMA活性材料條102拉直。如前 所述，活性材料基隱蔽裝置IOO如果由于力的作用(比如碰撞或其它導(dǎo) 致塑性變形的事件)而變形，那么通過將SMA活性材料條102加熱到奧氏體相溫度可以使該活性材料基隱蔽裝置100恢復(fù)。該活性材料基隱蔽裝置的應(yīng)用和功能將決定哪種活性材料最
適用于特定的組件?？梢允褂美缌?、位移、啟動時間等因素來確定哪 種活性材料是最適合的。例如，在應(yīng)用需要約1秒或更長的活化時間的
情況下，SMA或SMP會是適合的。在應(yīng)用需要較短的活化時間的情況 下，可以使用EAP或MR彈性體。如上所述，此處公開的隱蔽裝置有利地使用活性材料以可逆 地改變位于兩個相鄰表面之間的接縫材料的尺寸和/或剛度，以允許表面 可以相對移動。該活性材料基隱蔽裝置是輕型的、本質(zhì)堅固的、與現(xiàn)有 的接縫隱蔽裝置(其能具有多個容易發(fā)生故障的機械和/或電部件)相比 具有較低的復(fù)雜性，且?guī)缀醪划a(chǎn)生或不產(chǎn)生噪音。使用活性材料來影響 該裝置的形狀和/或尺寸為其提供了提高的簡單性，同時降低了組件的體 積，且由于其較高的能量密度，降低了激活所需的能量。而且，此處所 述的活性材料基隱蔽裝置還是成本低廉的，且具有容易改編的設(shè)計，其 能夠在有限的變化情況下與現(xiàn)有裝置相結(jié)合。盡管參照示例性實施方案對本發(fā)明進行了描述，但本領(lǐng)域的 技術(shù)人員理解在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以進行各種改變，而且 可以使用等同物替代其要素。此外，可以進行許多改變以將特定的情況 或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)而不脫離其實質(zhì)范圍。因此，旨在本發(fā)明不限 定于作為為實現(xiàn)本發(fā)明預(yù)期的最佳模式公開的特定實施方案，而是本發(fā) 明將包括所有落入后附權(quán)利要求范圍內(nèi)的實施方案。
權(quán)利要求
1. 用于隱蔽第一表面和第二表面之間的接縫的裝置，所述裝置包括固定式附著到選自所述第一表面和所述第二表面其中之一或兩者上的接縫隱蔽物體，其中所述接縫隱蔽物體包括活性材料，其中所述活性材料經(jīng)構(gòu)造以一旦接收到激活信號就在第一剛度和第二剛度之間轉(zhuǎn)變，其中所述轉(zhuǎn)變允許所述第一表面和所述第二表面的所選之一或兩者發(fā)生移動，以使所述接縫隱蔽物體隨著所述表面的所述移動而變形從而保持對所述接縫的隱蔽。
2. 權(quán)利要求l的裝置，其中當(dāng)受到所述第一表面和所述第二表面的 所選之一或者兩者的嘗試移動施加的應(yīng)力時，所述活性材料從所述笫一 剛度變到所述第二剛度。
3. 權(quán)利要求1的裝置，其中所述活性材料包括形狀記憶合金、鐵 ;茲性形狀記憶合金、形狀記憶聚合物、,茲流變彈性體、》茲流變流體、電 活性聚合物、壓電聚合物、壓電陶瓷、或包含前述活性材料中至少一種 的組合。
4. 權(quán)利要求l的裝置，其中所述激活信號包括熱激活信號、電激活 信號、磁激活信號、化學(xué)激活信號、機械負載或包含前述激活信號中至 少一種的組合。
5. 權(quán)利要求1的裝置，進一步包含經(jīng)構(gòu)造以為所述活性材料提供所 述激活信號的活化裝置。
6. 權(quán)利要求1的裝置，其中所述接縫隱蔽物體是由所述活性材料形 成的。
7. 權(quán)利要求1的裝置，其中所述活性材料嵌入在所述接縫隱蔽物體內(nèi)。
8. 權(quán)利要求1的裝置，其中所述活性材料包括設(shè)置在所述接縫隱蔽 物體內(nèi)的部分。
9. 權(quán)利要求1的裝置，其中所述第一表面包括門板、車尾行李箱 蓋、車蓋、窗戶、后擋板、遮陽頂篷、玻璃天窗、中央控制臺、儲藏室、 或手套箱。
10. 權(quán)利要求l的裝置，其中所述第二表面包括車體面板、車輛頂 蓋或儀表板。
11、 用于隱蔽位于第一表面和第二表面之間的接縫的裝置，所述裝置包括接縫隱蔽物體，其經(jīng)構(gòu)造以在第一形狀和第二形狀之間轉(zhuǎn)變，和其 中所述第一形狀和所述第二形狀之間的所述轉(zhuǎn)變允許所述第一表面和 所述第二表面的所選之一或兩者發(fā)生移動，從而使得所述接縫隱蔽物體 形成4交鏈；和和所述接縫隱蔽物體操作連接的活性材料，其中所述活性材料經(jīng)構(gòu) 造以 一旦接收到激活信號就發(fā)生至少 一種性質(zhì)的變化，其中所述至少一 種性質(zhì)變化有效地使所述接縫隱蔽物體從所述笫一形狀變到所述第二 形狀。
12、 權(quán)利要求11的裝置，進一步包括設(shè)置在所述接縫隱蔽物體上 方并且固定式附著到第一表面和第二表面的所選之一或兩者上的外部 物體，以使所述外部物體有效地在視覺上隱蔽所述接縫隱蔽物體。
13、 權(quán)利要求11的裝置，其中所述活性材料包括形狀記憶合金、 鐵磁性形狀記憶合金、形狀記憶聚合物、磁流變彈性體、壓電陶資、或 包含前述活性材料中至少 一種的組合。
14、 權(quán)利要求11的裝置，其中所述至少一種性質(zhì)的所述變化包括 形狀、尺寸、相、形狀取向、剛度或包含至少一種前述性質(zhì)的組合發(fā)生 變化。
15、 權(quán)利要求11的裝置，其中所述活性材料是形狀記憶合金，所 述至少一種性質(zhì)變化是有效地允許所述接縫隱蔽物體從所述第一形狀 到所述第二形狀的轉(zhuǎn)變發(fā)生逆轉(zhuǎn)的應(yīng)力誘導(dǎo)超彈性。
16、 權(quán)利要求11的裝置，其中所述激活信號包括熱激活信號、電 激活信號、磁激活信號、化學(xué)激活信號、機械負載或包含前述激活信號 中至少一種的組合。
17、 權(quán)利要求11的裝置，其中所述第一表面包括門板、車尾行李 箱蓋、車蓋、窗戶、后擋板、遮陽頂篷、玻璃天窗、中央控制臺、儲藏 室或手套箱。
18、 權(quán)利要求11的裝置，其中所述第二表面包括車體面板、車輛 頂蓋或儀表板。
19、 權(quán)利要求11的裝置，其中所述活性材料從外部固定式附著到 所述接縫隱蔽物體和第三表面之間。
20、 權(quán)利要求19的裝置，其中所述活性材料是形狀記憶合金線， 所述至少一種性質(zhì)變化是有效地將所述接縫隱蔽物體從所述第二形狀 轉(zhuǎn)變回到所述第 一 形狀的長度尺寸變化。
21. 用于隱蔽第一表面和第二表面之間的接縫的方法，所述方法包括將接縫隱蔽物體設(shè)置在所述第 一表面和所述第二表面之間，其中所 述接縫隱蔽物體包括活性材料，其中所述活性材料經(jīng)構(gòu)造以一旦接收到 激活信號就在第一剛度和笫二剛度之間轉(zhuǎn)變，其中所述轉(zhuǎn)變允許所述第 一表面和所述第二表面的所選之一或兩者發(fā)生移動，從而使得所述接縫 隱蔽物體隨著所述表面的所述移動而變形，以保持對所述接縫的隱蔽；用所述激活信號激活所述活性材料，以^v所述第一剛度變到所述第二剛度；和使所述第一表面和所述第二表面的所選之一或兩者從第一位置移 到第二位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于活性材料的接縫隱蔽裝置及其使用方法。用于隱蔽第一表面和第二表面之間的接縫的裝置，所述裝置包括固定式附著到選自所述第一表面和所述第二表面其中之一或兩者上的接縫隱蔽物體，其中所述接縫隱蔽物體包括活性材料，其中所述活性材料經(jīng)構(gòu)造以一旦接收到激活信號就在第一剛度和第二剛度之間轉(zhuǎn)變，其中所述轉(zhuǎn)變允許所述第一表面和所述第二表面的所選之一或兩者發(fā)生移動，以使所述接縫隱蔽物體隨著所述表面的所述移動而變形從而保持對所述接縫的隱蔽。
文檔編號B60R13/00GK101544212SQ200810129799
公開日2009年9月30日 申請日期2008年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月31日
發(fā)明者A·L·布勞恩, G·L·瓊斯, J·C·烏利克尼, M·A·克拉馬奇克, N·L·約翰遜, U·I·烏克佩 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司