JP2003206909A - 相変化型アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 密閉室に内蔵した物質を温度変化させて相変
化し、同相変化に伴う体積変化を作動力に利用した相変
化型アクチュエータにおいて、内蔵物質を加熱するため
の熱源に併せてこれを冷却するための手段を組み入れ、
双方向の作動力を得る様にしたものを提供することを課
題とする。 【解決手段】 シリンダ及びピストンを有してアクチュ
エータを構成し、相変化により体積変化する物質を内蔵
したシリンダの外部に加熱熱源と能動冷却素子を配し、
同加熱熱源により前記内蔵物質を加熱して体積を膨張さ
せ、また、能動冷却素子により冷却して収縮させ、この
体積変化を前記ピストンの移動に利用して作動力を得る
様にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、密閉室に内蔵した
物質を温度変化させて相変化し、同相変化に伴う体積変
化を作動力に利用した相変化型アクチュエータに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば宇宙空間において、ロケッ
ト、宇宙ステーション等におけるバルブ等の開閉に用い
られるアクチュエータとして、物質の相変化による体積
膨張を利用した相変化型アクチュエータが提案されてい
る。

【０００３】この相変化型アクチュエータは、アクチュ
エータを構成するシリンダに内蔵された固体状のパラフ
ィンを液相になるまで加熱し、この相変化の際の体積膨
張をアクチュエータを構成するピストンの作動力として
利用している。

【０００４】この様な構成のアクチュエータによれば、
比較的低電力、小型にもかかわらず、駆動力を十分に確
保し、ストロークも大きなアクチュエータを得ることが
出来るので、小型化、省エネルギー化が求められる宇宙
空間での使用機器として歓迎されるものとなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記の様な相変化型ア
クチュエータは、前記の作動から復帰する場合の様に、
逆作動が必要なときには、前記体積膨張した内蔵物質が
冷え、駆動力がなくなるのを待って別途併設したスプリ
ング等の外力で戻る構造とするか、もう１本逆作動用の
アクチュエータを設けることで、対応することになる。

【０００６】しかしながら、前記したパラフィン等の内
蔵物質を体積膨張させるための加熱を断ち、同内蔵物質
が温度低下して逆位相変化が生じるのを待つ場合には、
相当の時間が必要であるため、所定のタイミングで正・
負方向に迅速な切換え作動を要する双方向アクチュエー
タとしての使用には不向きであり、また、逆向きにもう
１本のアクチュエータを設ける形式のものでは、コスト
高になることは否めず、更なる工夫が求められるところ
であった。

【０００７】本発明は、この様な状況に鑑みてなされた
もので、内蔵物質を加熱するための熱源のみではなく、
これに併せて同内蔵物質を冷却するための手段を組み入
れ、コンパクトな構成の下で迅速的確に双方向の作動力
を得る様にした相変化型アクチュエータを提供すること
を課題とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は前記した課題を
解決すべくなされたもので、その第１の手段として、ア
クチュエータのシリンダ内部に充填された内蔵物質の相
変化による体積変化を、同アクチュエータのピストンの
移動に利用する相変化型アクチュエータにおいて、前記
シリンダの外部に、前記内蔵物質を加熱して膨張させる
ための熱源と、冷却して収縮させるための能動冷却素子
を配設した相変化型アクチュエータを提供するものであ
る。

【０００９】すなわち、同第１の手段によれば、シリン
ダ及びピストンを有して構成されるアクチュエータは、
相変化により体積変化する物質を内部に充填し内蔵した
シリンダに対し、その外部に加熱熱源と能動冷却素子を
配し、同加熱熱源により前記内蔵物質を加熱して体積を
膨張させ、また、能動冷却素子により冷却して収縮さ
せ、この体積変化を前記ピストンの移動に利用すること
により、簡便な構成の下でピストンの移動を迅速、確実
に実行し、同ピストンに付随する例えばバルブ等の駆動
部の作動に反映させる様にしたものである。

【００１０】また、本発明は第２の手段として、前記第
１の手段において、前記内蔵物質の体積膨張による前記
ピストンの作動方向に対抗する方向に同ピストンを復帰
をする付勢手段を設けた相変化型アクチュエータを提供
するものである。

【００１１】すなわち、同第２の手段によれば、前記ア
クチュエータのピストンは、前記内蔵物質の体積膨張で
作動する方向と対抗する方向に復帰する様に付勢手段を
設けているので、前記内蔵物質の体積収縮による前記ピ
ストンの移動と相俟って同ピストンの復帰移動が容易、
適切になされる様にしたものである。

【００１２】更にまた、本発明は第３の手段として、前
記第１又は第２の手段において、前記内蔵物質を加熱し
て膨張させるための熱源として、電熱ヒータを採用した
相変化型アクチュエータを提供するものである。

【００１３】すなわち、同第３の手段によれば、前記ア
クチュエータのシリンダ外部に配置されて同シリンダに
充填された前記内蔵物質を膨張させるべく加熱するため
の熱源は、電熱ヒータを採用しているので、必要に応じ
て迅速かつ容易に前記内蔵物質を加熱して同内蔵物質の
体積膨張を行う様にしたものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について図
１に基づいて説明する。図１は本実施の形態に係る相変
化型アクチュエータの全貌を概略的に示す説明図であ
る。

【００１５】すなわち、本実施の形態において、１はア
クチュエータで、シリンダ２と同シリンダ２に摺動可能
に嵌合したピストン３により構成され、同シリンダ２に
充填されたパラフィン等の内蔵物質が、固相から液相に
相変化した時にその体積変化により前記ピストン３を移
動させる様にして、いわゆる相変化型アクチュエータを
構成している。

【００１６】４は電熱ヒータで、シリンダ２の外表面に
巻き付けられており、同電熱ヒータ４に通電されたとき
に発熱し、シリンダ２の内部に充填されたパラフィン等
の内蔵物質を加熱する。

【００１７】５はペルチェ素子、フリッジスター素子等
で代表される能動冷却素子で、一方の表面を前記シリン
ダ２の外表面に当接し、他方の表面をヒートマス６（ロ
ケット又は宇宙ステーション等の機体をこのヒートマス
としてよい）に当接して配置されており、その作動時に
シリンダ２の内部に充填されたパラフィン等の内蔵物質
を冷却する。

【００１８】７はスプリングで、前記アクチュエータ１
のピストン３と、前記ロケット又は宇宙ステーション等
の機体の一部に当たる固定部８の間に配置され、同スプ
リング７は、ピストン３の正方向（本明細書においては
前記内蔵物質の体積膨張により、ピストン３が図で右側
に移動する方向を正と定める）移動に対して対抗する方
向に付勢されて、いわゆる付勢手段を構成している。

【００１９】なお、図では能動冷却素子５はシリンダ２
と線接触しているかの様に表示されているが、図の表現
は模式的なものであり、シリンダ２及びヒートマス６の
形状に合わせて当接面積を大きくし、伝熱面積を十分に
確保した構成であることは言うまでもない。

【００２０】前記の様に構成された本実施の形態におい
て、所定の制御指令により電熱ヒータ４に通電されて同
電熱ヒータ４が発熱すると、ピストン３内に充填された
固体状のパラフィンが加熱され、同パラフィンは固相か
ら液相に相変化する。

【００２１】この相変化によりパラフィンは体積が膨張
し、スプリング７の付勢力に抗してピストン３を正方向
（図で右方向）に押動する。従って図示省略している
が、このピストン３に、例えばロケット又は宇宙ステー
ション等における各種バルブの開閉作動部を連結してお
けば、同バルブは必要な開閉作動が行われることにな
る。

【００２２】他方、前記ピストン３を正方向と反対方向
となる負方向（従って図で左方向、なお、前記正方向が
作動方向とすれば、これに対して復帰方向となる）に移
動する場合は、前記電熱ヒータ４の通電を断ち、能動冷
却素子５を作動させてシリンダ２を積極的に冷却する。

【００２３】能動冷却素子５は機体に相当するヒートマ
ス６に接続しているので、放熱面積は十分に確保されて
シリンダ２の迅速な冷却が行われ、同シリンダ２に内蔵
されたパラフィンは液相から固相に戻り、体積が収縮し
てピストン３は復位することになる。

【００２４】なお、この時、ピストン３には付勢手段と
してスプリング７が固定部８との間に配置され、前記ピ
ストン３を復帰させる方向に付勢されているので、この
付勢力が相俟ってピストン３は迅速に復位する。

【００２５】従ってこのピストン３に連結された図示省
略のバルブ等の作動部材は、前記ピストン３の正方向の
動きとして説明した場合と逆方向となる負方向の作動が
なされることになる。

【００２６】この様に本実施の形態によれば、ピストン
３の正方向の作動は、電熱ヒータ４の加熱によりシリン
ダ２に内蔵したパラフィンを固相から液相に相変化させ
ることにより行い、他方、逆方向の作動は、ペルチェ素
子等の能動冷却素子５により、シリンダ２を介して熱を
機体等のヒートマス６に排熱して、同シリンダ２に内蔵
するパラフィンを能動的に冷却してピストン３の駆動力
を下げ、更にピストン３に付設されたスプリング７の付
勢力と相俟って、同逆方向の作動を迅速に行うことがで
きる。

【００２７】すなわち、一般に相変化型アクチュエータ
は、低電力、小型でありながら駆動力、ストローク共に
大きいという利点を持っているにもかかわらず、前記し
た様に従来のこの種アクチュエータは逆方向の作動に迅
速性がなく、適応力に欠けていたが、本実施の形態にお
いては、前記能動冷却素子５を組合わせることにより、
従来装置における問題点を解消し、低コストで簡単な双
方向アクチュエータを構築することができ、この種アク
チュエータの適用範囲を拡張し、有益性を高めることが
出来たものである。

【００２８】以上、本発明を図示の実施の形態について
説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、
本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えて
よいことはいうまでもない。

【００２９】

【発明の効果】以上、本出願の請求項１に記載の発明に
よれば、アクチュエータのシリンダ内部に充填された内
蔵物質の相変化による体積変化を、同アクチュエータの
ピストンの移動に利用する相変化型アクチュエータにお
いて、前記シリンダの外部に、前記内蔵物質を加熱して
膨張させるための熱源と、冷却して収縮させるための能
動冷却素子を配設して相変化型アクチュエータを構成し
ているので、加熱熱源により前記内蔵物質を加熱して体
積を膨張させ、また、能動冷却素子により冷却して収縮
させ、この体積変化を前記ピストンの移動に利用するこ
とにより、簡便な構成の下でピストンの移動を迅速、確
実に実行する双方向アクチュエータを構築することがで
き、この種アクチュエータの適用範囲を拡張し、有益性
を高めた好適な相変化型アクチュエータを得ることが出
来たものである。

【００３０】また、請求項２に記載の発明によれば、前
記請求項１に記載の発明において、前記内蔵物質の体積
膨張による前記ピストンの作動方向に対抗する方向に同
ピストンを復帰をする付勢手段を設けて相変化型アクチ
ュエータを構成しているので、前記内蔵物質の体積膨張
で作動する方向と対抗する方向に復帰する様に設けた付
勢手段と相俟って、前記内蔵物質の体積収縮によるピス
トンの復帰移動が容易、適切になされ、この種アクチュ
エータの適用範囲を拡張し、有益性を高めた好適な相変
化型アクチュエータを得ることが出来たものである。

【００３１】更にまた、請求項３に記載の発明によれ
ば、前記請求項１又は２に記載の発明において、前記内
蔵物質を加熱して膨張させるための熱源として、電熱ヒ
ータを採用して相変化型アクチュエータを構成している
ので、前記アクチュエータのシリンダ外部に配置されて
同シリンダに充填された前記内蔵物質を膨張させるべく
加熱するための熱源として電熱ヒータを採用したことに
より、必要に応じて迅速かつ容易に前記内蔵物質を加熱
して同内蔵物質の体積膨張を図り、この種アクチュエー
タの適用範囲を拡張し、有益性を高めた好適な相変化型
アクチュエータを得ることが出来たものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係る相変化型アクチュ
エータの全貌を概略的に示す説明図である。

【符号の説明】

１ アクチュエータ ２ シリンダ ３ ピストン ４ 電熱ヒータ ５ 能動冷却素子 ６ ヒートマス ７ スプリング ８ 固定部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アクチュエータのシリンダ内部に充填さ
   れた内蔵物質の相変化による体積変化を、同アクチュエ
   ータのピストンの移動に利用する相変化型アクチュエー
   タにおいて、前記シリンダの外部に、前記内蔵物質を加
   熱して膨張させるための熱源と、冷却して収縮させるた
   めの能動冷却素子を配設したことを特徴とする相変化型
   アクチュエータ。
2. 【請求項２】 前記内蔵物質の体積膨張による前記ピス
   トンの作動方向に対抗する方向に同ピストンを復帰をす
   る付勢手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の
   相変化型アクチュエータ。
3. 【請求項３】 前記内蔵物質を加熱して膨張させるため
   の熱源として、電熱ヒータを採用したことを特徴とする
   請求項１又は２に記載の相変化型アクチュエータ。