JP2001343004A - 小型アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】大電流、高電圧に伴う電磁誘導雑音による影響
を受けることがなく、適格な作動を可能にする。 【解決手段】内部に作動媒体が封入された室１２と、こ
の室１２を２室に仕切り、かつ室１２内を移動可能なピ
ストン１３と、このピストン１３に接続された作動部材
１４と、ピストン１３にて仕切られた各室１２ａ，１２
ｂに光源１５からの光をそれぞれ導く２本の導光手段１
６，１７とを備え、これら導光手段１６，１７のいずれ
かで２室１２ａ，１２ｂのうちの一方に光を導き、この
光で前記作動媒体の状態を変化させてピストン１３を介
して作動部材１４を移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大電流、高電圧に
伴う電磁誘導雑音の影響を受けないようにした小型アク
チュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、工業プラント内に設置された電磁
弁などのアクチュエータにおいては、そのプラント内に
設置された電力機器、動力機器の大電流、高電圧に伴う
電磁誘導雑音によりノイズが発生し、このノイズの影響
を受けることがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】したがって、上述した
電磁弁などのアクチュエータにおいては、大電流、高電
圧に伴う電磁誘導雑音によってノイズが発生し、このノ
イズの影響により電磁弁において弁が閉じなくなった
り、作動時間が長くなるなどの誤動作を生じ、信頼性が
低いという課題があった。

【０００４】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、大電流、高電圧に伴う電磁誘導雑音による影
響を受けることがなく、適格な作動が可能な小型アクチ
ュエータを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、請求項１記載の発明では、内部に作動媒体が封入
された室と、この室を２室に仕切るとともに、前記室内
を移動可能なピストンと、このピストンに接続された作
動部材と、前記ピストンにて仕切られた各室に光源から
発せられた光をそれぞれ導く２本の導光手段とを備え、
これら導光手段のいずれかで２室のうちの一方に光を導
き、この光で前記作動媒体の状態を変化させて前記ピス
トンを介して前記作動部材を移動させることを特徴とす
る。

【０００６】請求項２記載の発明では、内部に作動媒体
が封入された室と、この室を２室に仕切るとともに、前
記室内を移動可能なピストンと、このピストンに接続さ
れた作動部材と、前記ピストンにて仕切られた各室に電
源からの電流をそれぞれ導く２本の電線と、これらの電
線にそれぞれ接続されるとともに、前記電源からの電流
にて発熱する発熱部材とを備え、これら発熱部材のいず
れかの発熱で２室のうちの一方の前記作動媒体の状態を
変化させて前記ピストンを介して前記作動部材を移動さ
せることを特徴とする。

【０００７】上記のような構成を有する請求項１または
請求項２に記載の発明では、光または発熱部材の通電加
熱により、小型アクチュエータの２室のうちの一方の作
動媒体の状態を変化させてピストンを介して作動部材を
移動させるようにしている。したがって、請求項１記載
の発明では、光を使用しているため電磁誘導雑音による
ノイズが入ることがない。また、請求項２記載の発明で
は、発熱部材を通電加熱するのみなので、電磁誘導雑音
によるノイズが入っても作動媒体を加熱することに影響
がない。

【０００８】請求項３に記載の発明では、請求項１また
は２記載の作動媒体は、ヘリウム、ネオンおよびアルゴ
ンから選択される少なくとも一種の不活性ガスであるこ
とを特徴とする。

【０００９】請求項４記載の発明では、請求項１または
２記載の作動媒体は、空気であることを特徴とする。

【００１０】請求項５記載の発明では、請求項１または
２記載の作動媒体は、窒素であることを特徴とする。

【００１１】請求項６記載の発明では、請求項１または
２記載の作動媒体は、水素であることを特徴とする。

【００１２】上記のような構成を有する請求項３ないし
請求項６記載の発明によれば、作動媒体にこれらのガス
媒体を用いることにより、上記請求項１または請求項２
に記載した発明と同様の作用および効果を得ることがで
きる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る小型アクチュ
エータの各実施形態を図面に基づいて具体的に説明す
る。

【００１４】［第１実施形態］図１は本発明に係る小型
アクチュエータの第１実施形態を弁装置に適用した例を
示す断面図、図２は第１実施形態の小型アクチュエータ
を内部に組み込んだ弁座および弁体を示す拡大断面図で
ある。

【００１５】図１に示すように、本実施形態の小型アク
チュエータを適用した弁装置１は、弁箱２を有し、この
弁箱２は蓋３により閉止されている。そして、弁箱２内
において、流体の入口側を上流側（高圧側）４とする一
方、その出口側を下流側（低圧側）５としている。

【００１６】また、弁箱２内には弁座６が設けられ、こ
の弁座６の開口部６ａは、弁体７の接離により開閉さ
れ、この弁体７には弁棒８の一端が連結され、この弁棒
８の他端にはばね（引張りばね）９が接続されている。
したがって、上流側４と下流側５との圧力差がない場合
は、ばね９の付勢力により弁体７が弁棒８を介して弁座
６の開口部６ａから離反するようになっている。

【００１７】さらに、弁座６には、図２に示すように上
流側４と下流側５とを連通する２つの小孔１０が開口部
６ａを介して互いに対向して穿設されている。

【００１８】本実施形態の小型アクチュエータ１１は、
図２に示すように弁座６に穿設された２つの小孔１０の
近傍に設置されており、弁座６の小孔１０の近傍に形成
され内部に作動媒体としての空気が封入された室１２
と、この室１２を前室１２ａと後室１２ｂの２つの小室
に仕切るとともに、室１２内を移動可能なピストン１３
と、このピストン１３に接続され小孔１０を開閉する作
動部材としての開閉板１４と、光源１５からの光を仕切
られた前室１２ａと後室１２ｂにそれぞれ導く導光手段
としての光ファイバ１６および光ファイバ１７とから構
成されている。

【００１９】したがって、本実施形態の小型アクチュエ
ータ１１は、光源１５から発せられた光を、光ファイバ
１６または光ファイバ１７を通して前室１２ａまたは後
室１２ｂに導き、この光で前室１２ａまたは後室１２ｂ
内の作動媒体としての空気の状態を変化させ、つまり空
気を加熱膨張させてピストン１３を介して開閉板１４を
移動させることで、小孔１０を開閉する。

【００２０】次に、本実施形態の作用を説明する。

【００２１】図１に示すように、弁体７は、上流側（高
圧側）４から下流側（低圧側）５に圧力がかかり閉じた
状態にある。ここで、弁体７を開けるには、図２に示す
上流側４と下流側５とを連通する２つの小孔１０を開け
れば、下流側５の圧力が上昇し、上流側４と下流側５と
の圧力差がなくなり、弁棒８に接続されたばね９の付勢
力により、弁棒８が引き上げられて弁体７が弁座６の開
口部６ａから離反して開けられる。

【００２２】また、小孔１０を開けるには、光源１５か
らの光を光ファイバ１６を通して小型アクチュエータ１
１の前室１２ａに導き、この前室１２ａの温度を上昇さ
せて前室１２ａの空気を加熱膨張させ、ピストン１３を
後室１２ｂ側に押す。そして、ピストン１３が後室１２
ｂ側に押されると、ピストン１３に接続された開閉板１
４が小孔１０から退避するように移動して小孔１０を開
放する。なお、弁体７を円滑に開けるためには、本実施
形態のように小型アクチュエータ１１を対向配置する必
要がある。

【００２３】一方、弁体７の開いた状態から弁体７を閉
じるには、光源１５からの光を光ファイバ１７を通して
小型アクチュエータ１１の後室１２ｂに導き、この後室
１２ｂの温度を上昇させて後室１２ｂの空気を加熱膨張
させ、ピストン１３を前室１２ａ側に押す。そして、ピ
ストン１３が前室１２ａ側に押されると、ピストン１３
に接続された開閉板１４が小孔１０の方向に移動して小
孔１０を閉じる。

【００２４】さらに、小孔１０が閉じられると、下流側
５の圧力が上流側４の圧力より低下し、その相対的な圧
力差が弁体７の上面にかかり、この圧力差が弁棒８に接
続されたばね９の付勢力に打ち勝ち、弁体７が閉じられ
る。

【００２５】ここで、小型アクチュエータ１の前室１２
ａ、後室１２ｂの寸法を、直径２ｍｍ、長さ１０ｍｍの
円柱形状とし、光量１Ｗの光を１０ｍｓ間照射すれば、
前室１２ａ、後室１２ｂの大気圧、３００Ｋの空気が、
２気圧弱、５７０Ｋ程度となり、弁体７の高速開閉が可
能となる。

【００２６】このように本実施形態では、光により小型
アクチュエータ１１の前室１２ａまたは後室１２ｂの温
度を上昇させ、作動媒体である空気を加熱膨張させピス
トン１３を駆動するようにしたものである。これによ
り、光を使用しているため電磁誘導雑音によるノイズが
入ることを防止することができる。

【００２７】なお、本実施形態の光源１５としては、半
導体レーザ、ガスレーザ、固体レーザなどから選択され
る少なくとも一種のレーザ光源が使用される。

【００２８】また、本実施形態では、導光手段として光
ファイバ１６および光ファイバ１７を用いたが、これに
限らずその他の光学系を組み合わせたものを使用しても
よい。

【００２９】［第２実施形態］図３は本発明の第２実施
形態の小型アクチュエータを内部に組み込んだ弁座およ
び弁体を示す拡大断面図である。なお、前記第１実施形
態と同一の部分には、同一の符号を付して説明する。

【００３０】本実施形態は、前記第１実施形態の光によ
る加熱方式を発熱部材であるニクロム線による加熱方式
に代えたものである。

【００３１】図３に示すように、小型アクチュエータ１
１ａは、前記第１実施形態と同様に弁座６に穿設された
２つの小孔１０の近傍に設置されている。また、小型ア
クチュエータ１１ａは、弁座６の小孔１０の近傍に形成
され内部に作動媒体としての空気が封入された室１２
と、この室１２を前室１２ａと後室１２ｂの２つの小室
に仕切るとともに、室１２内を移動可能なピストン１３
と、このピストン１３に接続され小孔１０を開閉する作
動部材としての開閉板１４と、電源１８からの電流を仕
切られた前室１２ａと後室１２ｂにそれぞれ導く電線１
９および電線２０と、これらの電線１９，２０にそれぞ
れ接続されるとともに、電源１８からの電流にて発熱す
る発熱部材としてのニクロム線２１とから構成されてい
る。

【００３２】したがって、本実施形態の小型アクチュエ
ータ１１ａは、電源１８からの電流を電線１９または電
線２０を通して前室１２ａまたは後室１２ｂ内のニクロ
ム線２１に導いて発熱させ、この熱で前室１２ａまたは
後室１２ｂ内の作動媒体としての空気の状態を変化さ
せ、つまり空気を加熱膨張させてピストン１３を介して
開閉板１４を移動させることで、小孔１０を開閉する。

【００３３】次に、本実施形態の作用を説明する。

【００３４】図１に示すように、弁体７は、上流側（高
圧側）４から下流側（低圧側）５に圧力がかかり閉じた
状態にある。ここで、弁体７を開けるには、図３に示す
上流側４と下流側５とを連通する２つの小孔１０を開け
れば、下流側５の圧力が上昇し、上流側４と下流側５と
の圧力差がなくなり、弁棒８に接続されたばね９の付勢
力により、弁棒８が引き上げられて弁体７が弁座６の開
口部６ａから離反して開けられる。

【００３５】また、小孔１０を開けるには、電源１８か
らの電流を電線１９に流すことにより、小型アクチュエ
ータ１ａの前室１２ａのニクロム線２１に電流が流れ、
前室１２ａの温度を上昇させて前室１２ａの空気を加熱
膨張させ、ピストン１３を後室１２ｂ側に押す。そし
て、ピストン１３が後室１２ｂ側に押されると、ピスト
ン１３に接続された開閉板１４が小孔１０から退避する
ように移動して小孔１０を開放する。なお、弁体７を円
滑に開けるためには、本実施形態のように小型アクチュ
エータ１１を対向配置する必要がある。

【００３６】一方、弁体７の開いた状態から弁体７を閉
じるには、電源１８からの電流を電線１６に流すことに
より、小型アクチュエータ１ａの後室１２ｂのニクロム
線２１に電流が流れ、後室１２ｂの温度を上昇させて後
室１２ｂの空気を加熱膨張させ、ピストン１３を前室１
２ａ側に押す。そして、ピストン１３が前室１２ａ側に
押されると、ピストン１３に接続された開閉板１４が小
孔１０の方向に移動して小孔１０を閉じる。

【００３７】さらに、小孔１０が閉じられると、下流側
５の圧力が上流側４の圧力より低下し、その相対的な圧
力差が弁体７の上面にかかり、この圧力差が弁棒８に接
続されたばね９の付勢力に打ち勝ち、弁体７が閉じられ
る。

【００３８】ここで、小型アクチュエータ１ａの前室１
２ａ、後室１２ｂの寸法を、直径２ｍｍ、長さ１０ｍｍ
の円柱形状とし、エネルギ１Ｗの電流を１０ｍｓ間流せ
ば、前室１２ａ、後室１２ｂの大気圧、３００Ｋの空気
が、２気圧弱、５７０Ｋ程度となり、弁体７の高速開閉
が可能となる。

【００３９】このように本実施形態では、ニクロム線２
１の通電加熱により小型アクチュエータ１１ａの前室１
２ａまたは後室１２ｂの温度を上昇させ、作動媒体であ
る空気を加熱膨張させピストン１３を駆動するようにし
たものである。これにより、ニクロム線２１を通電加熱
するのみであるから、電磁誘導雑音によるノイズが入っ
ても作動媒体を加熱することに影響がない。

【００４０】なお、本実施形態では、発熱部材としてニ
クロム線２１を用いたが、これ以外にタングステン線な
ども使用することができる。

【００４１】［変形例］本発明は上記各実施形態に限定
されることなく種々の変更が可能である。例えば、前記
第１、第２実施形態の作動媒体は空気としたが、これ以
外にヘリウム、ネオンおよびアルゴンから選択される少
なくとも一種の不活性ガスに代えたり、また窒素、水素
に代えても同様の効果が得られる。

【００４２】したがって、前記第１、第２実施形態のよ
うに光量１Ｗの光を１０ｍｓ間照射するか、またはエネ
ルギ１Ｗの電流を１０ｍｓ間流せば、前室１２ａ、後室
１２ｂの大気圧、３００Ｋの不活性ガスのヘリウム、ネ
オン、アルゴンが、２気圧強、６８０Ｋ程度となる。ま
た、窒素、水素の場合は、空気と同じ状態量となる。よ
って、弁装置１を使用する流体に対応して、小型アクチ
ュエータの上記の作動媒体の１つを選択すればよい。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、光
または発熱部材の通電加熱により、小型アクチュエータ
の２室のうちの一方の作動媒体の状態を変化させてピス
トンを介して作動部材を移動させるようにしたものであ
り、請求項１記載の発明では光を使用しているため電磁
誘導雑音によるノイズが入ることがなく、適格な作動が
可能となる。また、請求項２記載の発明では発熱部材を
通電加熱するのみなので、電磁誘導雑音によるノイズが
入っても作動媒体を加熱することに影響がなく、適格な
作動が可能となる。したがって、本発明によれば、信頼
性の高い小型アクチュエータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る小型アクチュエータの第１実施形
態を弁装置に適用した例を示す断面図。

【図２】第１実施形態の小型アクチュエータを内部に組
み込んだ弁座および弁体を示す拡大断面図。

【図３】本発明の第２実施形態の小型アクチュエータを
内部に組み込んだ弁座および弁体を示す拡大断面図。

【符号の説明】

１ 弁装置 ２ 弁箱 ３ 蓋 ４ 上流側 ５ 下流側 ６ 弁座 ６ａ 開口部 ７ 弁体 ８ 弁棒 ９ ばね １０ 小孔 １１，１１ａ 小型アクチュエータ １２ 室 １２ａ 前室 １２ｂ 後室 １３ ピストン １４ 開閉板（作動部材） １５ 光源 １６ 光ファイバ（導光手段） １７ 光ファイバ（導光手段） １８ 電源 １９ 電線 ２０ 電線 ２１ ニクロム線（発熱部材）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H056 AA01 BB50 CA03 CB02 CD03 3H081 AA03 BB03 BB05 CC01 CC29 HH05 3H082 AA18 AA30 CC03 CC05 EE20

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に作動媒体が封入された室と、この
   室を２室に仕切るとともに、前記室内を移動可能なピス
   トンと、このピストンに接続された作動部材と、前記ピ
   ストンにて仕切られた各室に光源から発せられた光をそ
   れぞれ導く２本の導光手段とを備え、これら導光手段の
   いずれかで２室のうちの一方に光を導き、この光で前記
   作動媒体の状態を変化させて前記ピストンを介して前記
   作動部材を移動させることを特徴とする小型アクチュエ
   ータ。
2. 【請求項２】 内部に作動媒体が封入された室と、この
   室を２室に仕切るとともに、前記室内を移動可能なピス
   トンと、このピストンに接続された作動部材と、前記ピ
   ストンにて仕切られた各室に電源からの電流をそれぞれ
   導く２本の電線と、これらの電線にそれぞれ接続される
   とともに、前記電源からの電流にて発熱する発熱部材と
   を備え、これら発熱部材のいずれかの発熱で２室のうち
   の一方の前記作動媒体の状態を変化させて前記ピストン
   を介して前記作動部材を移動させることを特徴とする小
   型アクチュエータ。
3. 【請求項３】 作動媒体は、ヘリウム、ネオンおよびア
   ルゴンから選択される少なくとも一種の不活性ガスであ
   ることを特徴とする請求項１または２記載の小型アクチ
   ュエータ。
4. 【請求項４】 作動媒体は、空気であることを特徴とす
   る請求項１または２記載の小型アクチュエータ。
5. 【請求項５】 作動媒体は、窒素であることを特徴とす
   る請求項１または２記載の小型アクチュエータ。
6. 【請求項６】 作動媒体は、水素であることを特徴とす
   る請求項１または２記載の小型アクチュエータ。