(57)【要約】【課題】特定域の温度で膨張するワックスを組み込んだカートリッジ式の熱感知部にテコ式と圧力式の動力調整機構を組み込んだ小型高出力で信頼性の高いサーモアクチュエータを実現する。【解決手段】本サーモアクチュエータは、熱感知部５で発生した動力を一次シャフト４で取出し、テコ式は一次シャフト４の動力を二次シャフト３で受け取りアーム６によりテコの原理を用い必要な動力と可動域を調整し出力する。また圧力式は一次シャフト４の動力をピストン９で受け取りシリンダー１０内部の圧力でパスカルの原理を用い必要な動力と可動域に調整し二次シャフト３により出力する。また可動方向は、アーム６やシリンダー１０の形状、取り付け方により調整する。熱感知部５を回復させるスプリング２を変更することで、動作と回復に関するヒステリシスを調整する。さらに、カートリッジ式の熱感知部５で必要な動力と可動域、感知温度の変更を行う。【選択図】図１
2005259670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力源と熱感知として感知する温度帯域で膨張するワックスを収納した熱感知部を用い、周囲温度が用途にあった温度域に達することでワックスを膨張しこのときの圧力と膨張する体積を動力として一次シャフトに伝え、この一次シャフトの動力をテコの原理を用いたテコ式とパスカルの原理を用いた圧力式の機構により、必要な動力と可動域が調整できることと、テコ式のアームと圧力式のシリンダーの形状と取り付け方で可動方向を調整できることを特徴とするサーモアクチュエータ。
【請求項２】
前記熱感知部は、感知する温度帯域にあわせたワックスの材質、膨張させるワックスの量、一次シャフトの大きさを調整することで、感知温度、動力、可動域が容易に変えられることと、熱感知部を回復させるにあたり一次シャフトを押し戻す方向に力を加えるためのスプリングを変更することで動作開始と回復のヒステリシスを調整することができ、用途に合わせたサーモアクチュエータの出力特性を設定することが容易なことを特徴とする請求項１記載のサーモアクチュエータ。
【請求項３】
前記熱感知部に必要最小限度の熱を供給するヒーター回路を組み込むことでサーモアクチュエータを常時動力の出力状態にでき、機構部分の破損による出力停止、またヒーター回路の故障または外因により熱感知部の温度が低下し熱感知部が回復して出力停止にできるフェールセーフな駆動方式と、ヒーター回路の電源を外部で行う遠隔駆動方式を提供することを特徴とした請求項１又は請求項２の何れかに記載されたサーモアクチュエータ。
【請求項４】
前記テコ式と圧力式の可動部分で電気的にスイッチとできる部分にスイッチ基板を組み込むことで動作状態を電気的に取出し遠隔監視が容易なアクチュエータを提供することを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載のサーモアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は電動モータやエンジンといった動力源と温度センサを用いず、周囲温度が設定した温度帯域に達したときに高出力を出すサーモアクチュエータに関し、詳しくは、熱感知部内のワックスが設定温度に達し膨張した体積を一次シャフトで動力として取り出し、この動力をテコ式または圧力式の原理により必要な動力と可動域に調整し外部へ伝達する可動機構、またヒーター回路を組み込むことでフェールセーフに機能すること、さらに、スイッチ基板を組み込み可動機構の一部を電気的なスイッチ回路に組み込むことで故障検知や状態監視ができるサーモアクチュエータに関する。
【技術背景】
【０００２】  従来のサーモアクチュエータには、エアコンに採用した低出力の形状記憶合金を用いたものと、エンジンなどの調整弁にワックスを用いたものがあった。
形状記憶合金を用いたものでは、常時は圧縮コイルバネ構造として動力を発生し、一定の温度以下になることで動力を失い錘による自重でフィンを駆動する動力源の一部に用いられるものが挙げられる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】  また、ワックスを用いたものではワックスが温度により膨張し、これに組み込まれたピストン軸が直接外部に作用し調整弁を駆動する動力源となったものが挙げられる（例えば、特許文献２や特許文献３参照。）。
【特許文献１】    特許公開平０８−０９４１６５  公報
【特許文献２】    特許公開平０６−０２５９０８  公報
【特許文献３】    特許公開平０９−０７６７３２  公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  上記の従来の技術では、形状記憶合金のようにアクチュエータとして動力が小さいものと、装置と一体化し動力の一部として機能するものであり、用途が限定されていることから汎用的なアクチュエータとして使用できるものではなかった。【０００５】  さらに、動作状態の検出を行ったり、フェールセーフ構造のものはなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  このような課題を解決するために発明された第１乃至第４の解決手段について、その構造および作用効果を以下に説明する。【０００７】  ［第１の解決手段］第１の解決手段のサーモアクチュエータは、出願当初の請求項１に記載の如く、以下のような熱感知部にテコ式と圧力式で動力と可動域、可動方向を調整する機構を備えたものである。
すなわち、前記熱感知部は、設定した温度帯域で膨張するワックスを収めたものである。また、このワックスの膨張を動力源として取り出すため一次シャフトを組み合わせる。
前記テコ式は、一次シャフトの動力を二次シャフトで受け取り、テコの原理のアームにより必要な動力と可動域を調整して外部に伝達する機構である。
前記圧力式は、一次シャフトの動力をシリンダー内のピストンで受け取り、シリンダー内の圧力をパスカルの原理により必要な動力と可動域を調整し二次シャフトより外部に伝達する機構である。【０００８】  ［第２の解決手段］第２の解決手段のサーモアクチュエータは、出願当初の請求項２に記載の如く、上記の第１の解決手段のサーモアクチュエータであって、前記熱感知部を用途別のカートリッジ式にすることで必要な動力と可動域を容易に変更できることと、常時一次シャフトを回復方向に押し戻すスプリングを交換することで動作開始と回復とのヒステリシスを調整することができる構造である。【０００９】  ［第３の解決手段］第３の解決手段のサーモアクチュエータは、出願当初の請求項３に記載の如く、上記の第１の解決手段のサーモアクチュエータであって、熱感知部にヒーター回路を組み込むことで、常時は最大動力を出力した状態とし、可動部やヒーター回路の故障時に安全側へ動作するフェールセーフ構造にできることと、ヒーター回路の電源を外部で行うことで遠隔操作ができる、と言うものである。【００１０】  ［第４の解決手段］第４の解決手段のサーモアクチュエータは、出願当初の請求項４に記載の如く、上記の第１の解決手段乃至第３の解決手段のサーモアクチュエータであって、可動部の一部にスイッチ基板を組み込み、二次シャフトまたはピストンをスイッチ回路に組み込むことで動作状態を電気的に取出せる、というものである。【００１１】  また、スイッチ回路の出力を外部装置で常時遠隔監視ができる、と言うものである。
【発明の効果】
【００１２】  以上の説明から明らかなように、本発明の第１の解決手段のサーモアクチュエータにあっては、アームの形状やシリンダーの形状により動力や可動域、可動方向を設定することが容易にでき、小型で自律したアクチュエータとして汎用性があるという有利な効果が有る。【００１３】  本発明の第２の解決手段のサーモアクチュエータにあっては、スプリングやカートリッジ式の熱感知部が容易に交換できるため、本体を取付けたあとから感知温度や動力、可動域を変更することができるという有利な効果がある。【００１４】  本発明の第３の解決手段のサーモアクチュエータにあっては、ヒーター回路の故障や全体が水没するなどの障害が発生した場合でも熱感知部は確実に回復方向に機能するため、信頼性を要求される装置のアクチュエータとして組み込むことができるという有利な効果がある。【００１５】  また、ヒーター回路の電源の入り切りを外部装置で行うことで、小型高出力の遠隔操作が可能なアクチュエータにできるという有利な効果がある。【００１６】  本発明の第４の解決手段のサーモアクチュエータにあっては、外部に動力を伝達する機構の一部を電気的なスイッチ回路に組み込むため、低コストで信頼性の高い動作状態監視ができるという有利な効果がある。【００１７】  更に、このサーモアクチュエータは、ロケットや医療機器、防災機器、航空機および鉄道分野におけるフェールセーフを必要とするところで、駆動装置やスイッチ、センサなどに広く応用することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】  本発明のサーモアクチュエータの一実施例について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。【００１９】  図１は本発明のサーモアクチュエータの部分断面図であり、（ａ）のテコ式は、ケーシング１、スプリング２、二次シャフト３、一次シャフト４、熱感知部５、アーム６、固定ピン７、８で構成し、（ｂ）の圧力式は、ケーシング１、スプリング２、二次シャフト３、一次シャフト４、熱感知部５、ピストン９で構成する。テコ式は、熱感知部５から一次シャフト４で取り出した動力をケーシング１とアーム６を固定ピン７により支点とし二次シャフト３とアーム６を固定ピン８により力点とするテコの原理により、必要な動力と可動域に調整し外部へ伝達する。圧力式は、熱感知部５から一次シャフト４で取り出した動力を一度ピストン９で受け取りシリンダー１０の内部へ圧力として伝え、パスカルの原理により必要な動力と可動域に調整して二次シャフト３から外部へ伝達する。【００２０】  図２の（ａ）（ｂ）は、サーモアクチュエータのテコ式、圧力式の分解図を示す。【００２１】  図３の（ａ）（ｂ）は、サーモアクチュエータのテコ式、圧力式の熱感知部５にヒーター１１を取付けた構造を示し、常時電源１２を入れておくことでサーモアクチュエータの動力を最大に維持する。このときのヒーター１１は熱感知部５の中のワックスが感知する温度より少し高くなるような温度に設定し、ヒーター１１、電源１２が故障するかサーモアクチュエータが破損、または災害等により周囲温度が著しく低下することにより、外部に動力を伝えないフェールセーフの機能とする。【００２２】  また、電源１２の入り切りを外部装置で制御することで、遠隔操作のアクチュエータとする。【００２３】  図４の（ａ）（ｂ）はサーモアクチュエータのテコ式、圧力式にスイッチ基板１３を組み込んだ一実施例ものを示し、（ｃ）はスイッチ基板１３と電源１５のスイッチ回路を示し、（ｄ）はスイッチ基板１３の電極１４ａ、１４ｂと可動部の一部であるピストン９により電気的なスイッチ回路を示す。この実施例においては、熱感知部５が反応していないときにスイッチが通電している状態となり、熱感知部５が動作し一次シャフト４がピストン９または二次シャフト３を動かすことでスイッチ回路が遮断されることとなる。ここで、スイッチ回路はスイッチ基板１３と可動部分で構成することが特徴であり、電気的なスイッチとして可動する部分であればどこに組み込んでもよく、どのような状態を監視するかにより、スイッチ基板１３の形状や取付ける位置を変更することが好ましい。【００２４】  ヒーター１１とスイッチ基板１３を組み合わせて組み込むことで、遠隔で状態を監視しながら遠隔操作を行うことが可能となり、さらにフェールセーフ状態で運用することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】  本発明の一実施例であるサーモアクチュエータの部分断面図を示し、（ａ）がテコ式で、（ｂ）が圧力式である。
【図２】  図１の部品の分解図を示し、（ａ）がテコ式で、（ｂ）が圧力式である。
【図３】  本発明のサーモアクチュエータにヒーター回路を組み込んだ実施形態を示し、（ａ）が図１のテコ式サーモアクチュエータにヒーター回路を組み込んだ部分断面図、（ｂ）が図２の圧力式サーモアクチュエータにヒーター回路を組み込んだ部分断面図である。
【図４】  本発明のサーモアクチュエータにスイッチ基板を組み込んだ実施形態を示し、（ａ）が図１のテコ式サーモアクチュエータにスイッチ基板を組み込んだ部分断面図、（ｂ）が図２の圧力式サーモアクチュエータにスイッチ基板を組み込んだ部分断面図、（ｃ）がスイッチ基板の構成図、（ｄ）がスイッチ基板とピストンによるスイッチの構成図である。
【符号の説明】
【００２６】        １  ケーシング
２  スプリング
３  二次シャフト
４  一次シャフト
５  熱感知部
６  アーム
７  固定ピン
８  固定ピン
９  ピストン
１０  シリンダー
１１  ヒーター
１２  電源
１３  スイッチ基板
１４ａ  電極
１４ｂ  電極
１５  電源
【図１】
2005259670.tif 000003
【図２】
2005259670.tif 000004
【図３】
2005259670.tif 000005
【図４】
2005259670.tif 000006