(57)【要約】【課題】本発明は、水素吸蔵合金の加熱冷却により水素圧アクチュエータを作動させて得た空圧を蓄圧タンクに蓄圧し、大きい圧力で被駆動体を駆動することを目的とする。【解決手段】本発明による空気圧変換機構を備えた水素吸蔵合金アクチュエータ及びその駆動方法は、加熱冷却手段(2)により水素吸蔵合金モジュール(1)の加熱及び冷却を行うことにより蓄圧タンク(6)内により大量の圧縮空気を蓄え、この圧縮空気によって被駆動体を駆動する構成である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素吸蔵合金(A)を有し加熱冷却手段(2)が設けられた水素吸蔵合金モジュール(1)と、前記水素吸蔵合金モジュール(1)に接続された水素圧アクチュエータ(4)と、前記水素圧アクチュエータ(4)に第１逆止弁(V1)を介して接続された蓄圧タンク(6)とを備え、前記加熱冷却手段(2)により前記水素吸蔵合金モジュール(1)の加熱及び冷却を行うことにより前記蓄圧タンク(6)内に圧縮空気を蓄え、前記圧縮空気により前記蓄圧タンク(6)に接続された被駆動体(5)を駆動するように構成したことを特徴とする空気圧変換機構を備えた水素吸蔵合金アクチュエータ。
【請求項２】
前記水素圧アクチュエータ(4)は、外殻(3A)と、前記外殻(3A)内に設けられ水素圧によって伸縮する外圧型金属ベローズ(3)とよりなり、前記水素圧アクチュエータ(4)には外気吸入用の第２逆止弁(V2)が設けられていることを特徴とする請求項１記載の空気圧変換機構を備えた水素吸蔵合金アクチュエータ。
【請求項３】
水素吸蔵合金(A)の加熱及び冷却を繰り返すことにより水素圧アクチュエータ(4)を介して得られる大気を蓄圧タンク(6)内に圧縮して貯蔵し、前記水素圧アクチュエータ(4)から得られる圧力空気よりも大量の圧力空気を前記蓄圧タンク(4)から得ることを特徴とする空気圧変換機構を備えた水素吸蔵合金アクチュエータの駆動方法。
【請求項４】
前記水素圧アクチュエータ(4)は、外殻(3A)と、前記外殻(3A)内に設けられ水素圧によって伸縮する外圧型金属ベローズ(3)とよりなることを特徴とする請求項３記載の空気圧変換機構を備えた水素吸蔵合金アクチュエータの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気圧変換機構を備えた水素吸蔵合金アクチュエータ及びその駆動方法に関し、特に、水素圧を空気圧に変換した後に蓄圧タンクに蓄圧してアクチュエータを無騒音及び無振動で駆動するための新規な改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、用いられていたこの種の水素吸蔵合金が水素を吸放出する機能を利用したアクチュエータとして、例えば、特許文献１及び２などで提案されているように水素吸蔵合金が吸放出する水素ガスの体積変化を利用してベローズを伸縮させることによりアクチュエータを駆動させる方法や、特許文献３で提案されているように水素ガスを直接ピストンシリンダーに導入し、また動作媒体として液体をシリンダー内に注入してピストンを伸縮させることによりアクチュエータを駆動させる方法が用いられてきた。
また、場合によっては特許文献４に示されるように、複数個の水素吸蔵合金容器を備え、水素圧力を一旦液体の圧力に変換し、その液体の圧力を用いてアクチュエータを駆動させる方法が採用されていた。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−２７０５０５号公報
【特許文献２】特開平７−１１９７１４号公報
【特許文献３】特開平３−２７７８０３号公報
【特許文献４】特開平８−１００８０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の水素吸蔵合金が水素を吸放出する機能を利用したアクチュエータは、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、従来技術のうち、ベローズを用いる方法では水素吸蔵合金から放出される水素の体積とベローズの伸縮により生じる体積差には１：１の関係にあり、アクチュエータのストロークを大きく取るためには水素吸蔵合金量を増大させて吸放出される水素量を増加させる必要があった。さらに、ベローズ材料に水素を透過しない金属を用いた場合には、ストロークはベローズ長の±１０％程度であり、大きなストロークを得るためにはベローズ長さを大きくする必要があった。
一方、特開平０３−２７７８０３に示されるように複胴型のピストンシリンダーを用い、一方に導入される水素ガスを液体の圧力として伝達し、もう一方のシリンダーに導入することにより、水素吸蔵合金から吸放出される水素体積の２倍の体積変化で駆動するアクチュエータも提案されている。しかしこの場合も水素吸蔵合金が吸放出する水素体積の２倍が限度であり、より大きなストロークが必要な場合には、水素吸蔵合金量の増大が必要であった。また、水素吸蔵合金から放出される水素ガスの圧力を、一旦、液体に伝達し、その液体の圧力を用いてアクチュエータを構成させる方法も特開平０８−１００８０８に記載されているが、この場合も水素吸蔵合金から放出される水素体積とアクチュエータの駆動に必要な液体体積とは１：１の関係にあり、少量の水素吸蔵合金で大きなストロークを得ることはできなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による空気圧変換機構を備えた水素吸蔵合金アクチュエータは、水素吸蔵合金を有し加熱冷却手段が設けられた水素吸蔵合金モジュールと、前記水素吸蔵合金モジュールに接続された水素圧アクチュエータと、前記水素圧アクチュエータに第１逆止弁を介して接続された蓄圧タンクとを備え、前記加熱冷却手段により前記水素吸蔵合金モジュールの加熱及び冷却を行うことにより前記蓄圧タンク内に圧縮空気を蓄え、前記圧縮空気により前記蓄圧タンクに接続された被駆動体を駆動するようにした構成であり、また、前記水素圧アクチュエータは、外殻と、前記外殻内に設けられ水素圧によって伸縮する外圧型金属ベローズとよりなり、前記水素圧アクチュエータには外気吸入用の第２逆止弁が設けられている構成であり、また、本発明による空気圧変換機構を備えた水素吸蔵合金アクチュエータ及びその駆動方法は、水素吸蔵合金の加熱及び冷却を繰り返すことにより水素圧アクチュエータを介して得られる大気を蓄圧タンク内に圧縮して貯蔵し、前記水素圧アクチュエータから得られる圧力空気よりも大量の圧力空気を前記蓄圧タンクから得る方法であり、また、前記水素圧アクチュエータは、外殻と、前記外殻内に設けられ水素圧によって伸縮する外圧型金属ベローズとよりなる方法である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明による空気圧変換機構を備えた水素吸蔵合金アクチュエータ及びその駆動方法は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、水素吸蔵合金を加熱冷却して得られる水素の放出吸蔵によって水素圧アクチュエータを作動させ、この水素圧アクチュエータの作動により得られる空圧を蓄圧タンクに蓄圧し、この蓄圧タンクから放出される前記水素圧アクチュエータからの圧力空気よりも大量の圧力空気を用いて被駆動体（アクチュエータ）を駆動するため、無騒音及び無振動で駆動できる。
【０００７】
また、アクチュエータの出力が必要な時に水素吸蔵合金を加熱・冷却する従来方法とは異なり、蓄圧タンク内の圧力が低下している場合には水素吸蔵合金の加熱・冷却を繰返し行うことにより蓄圧タンクの内圧を一定の値以上に保つ動作が行われる。このため、少量の水素吸蔵合金による大きなストロークの発生が可能であり、その適用はアクチュエータの稼動頻度が低く、一回の稼動から次回の稼動までの間に蓄圧タンクに空気圧力を蓄積可能なアクチュエータに最適であり、例えば立ち上がり動作を支援する座面昇降式の車椅子など、新たな福祉機器への応用が展開できる。
類似のアクチュエータとしては、電動式のコンプレッサと蓄圧タンクを備えた空気圧アクチュエータがあるが、本発明による方式によれば、小型の水素吸蔵合金アクチュエータと逆止弁との組み合わせにより、電動式コンプレッサの騒音や振動が無く、福祉機器や介護機器に最適なアクチュエータを構築できる。また家庭の給湯設備や自動車のエンジン冷却水などの熱源を利用することも可能で、電力消費を伴わない福祉機器や介護機器のアクチュエータを構築することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、水素吸蔵合金を加熱冷却して得られる水素の放出と吸蔵に連動して発生する空圧を蓄圧タンクに蓄圧し、大きいストロークでアクチュエータを駆動することを目的とする。
【実施例】
【０００９】
以下、図面と共に本発明による空気圧変換機構を備えた水素吸蔵合金アクチュエータの駆動方法の好適な実施の形態について説明する。
図１において符号１で示されるものは水素吸蔵合金Ａを内蔵した水素吸蔵合金モジュールであり、この水素吸蔵合金モジュール１には、周知のペルチェ素子、車用、家庭用等の冷暖房設備等から得られる冷熱源を用いた加熱冷却手段２が接続、又は、一体状に設けられている。
【００１０】
前記水素吸蔵合金モジュール１は、伸縮自在な外圧型金属ベローズ３を作動自在に内蔵した外殻３Ａを有する水素圧アクチュエータ４に接続されており、この水素圧アクチュエータ４は第１逆止弁Ｖ１を介して蓄圧タンク６に接続されている。
【００１１】
前記蓄圧タンク６は各種アクチュエータからなる被駆動体５に接続され、この水素圧アクチュエータ４の出側と第１逆止弁Ｖ１との間には外気を取り入れるための第２逆止弁Ｖ２が接続されている。
前記水素圧アクチュエータ４及び蓄圧タンク６により水素圧−空気圧変換機構１０を構成している。
【００１２】
次に、動作について説明する。
まず、加熱冷却手段２により、水素吸蔵合金Ａを加熱すると、水素吸蔵合金Ａより放出された水素は外圧型金属ベローズ３を短縮させる。この際外圧型金属ベローズ３の内部の空気は圧縮され、第１逆止弁Ｖ１を通過して、蓄圧タンク６に送られる。所定の長さまで外圧型金属ベローズ３が短縮した後、水素吸蔵合金Ａを冷却すると、外圧型金属ベローズ３の外殻３Ａの内部にある水素を水素吸蔵合金Ａが吸収し、外圧型金属ベローズ３は自らのばね弾性力で自然長まで伸長する。この際、外圧型金属ベローズ３の内部が大気圧に対して陰圧になると第２逆止弁Ｖ２を通して、新たな空気が外圧型金属ベローズ３の内部に送り込まれる。この一連の動作を反復することで、蓄圧タンク６の内部に空気が蓄えられ、水素圧−空気圧変換機構１０として作用する。この蓄圧タンク６内の圧縮空気は必要に応じてアクチュエータ５に送られ、直動出力を得ることができる。このアクチュエータ５の作動に用いられた空気は一般には外部に排出されるため、アクチュエータ５が作動する度に減少する蓄圧タンク６の圧縮空気は、前記水素圧−空気圧変換機構１０を再度作動させることで補われる。従って、従来のように水素吸蔵合金アクチュエータ単体の場合の場合に比べて、大量の圧力空気による大きいストロークをより短時間で実現することが可能となる。
【００１３】
また、福祉機器や介護機器に本アクチュエータを適用することを考えると、できるだけアクチュエータを小型軽量にする必要があるが、本発明は少量の水素吸蔵合金を用いて大きなストロークが得られるアクチュエータを構築することができ、簡便な機構で水素圧力を空気圧力に変換し、これを蓄圧することで水素吸蔵合金アクチュエータの特徴である
無騒音・無振動や柔らかい動作特性を維持したままで大きなストロークを発生させることができる。
尚、前記水素圧アクチュエータ４の構成については、外圧型金属ベローズ３を用いた場合について述べたが、ベローズを用いることなく、ピストン等の他の構成を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
本発明は、医療用分野及び介護分野のみではなく、マイクロエレクトロニクス用の振動をきらう分野のアクチュエータとしても適用可である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による空気圧変換機構を備えた水素吸蔵合金アクチュエータを示す構成図である。
【符号の説明】
【００１６】
１    水素吸蔵合金モジュール
Ａ    水素吸蔵合金
２    加熱冷却手段（ペルチェ素子等）
３    外圧型金属ベローズ
４    水素圧アクチュエータ
６    蓄圧タンク
３Ａ    外殻
Ｖ１    第１逆止弁
Ｖ２    第２逆止弁
５    被駆動体（アクチュエータ）
１０    水素圧−空気圧変換機構
【図１】
2005291289.tif 000003