JP2005318749A - ソーラ式アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光が得られないときでも太陽光エネルギを利用してバルブのスプール等を駆動することができるソーラ式アクチュエータを提供する。
【解決手段】太陽光を電気エネルギに変換するソーラパネル（２）と、回転電動機（３）と、コンプレッサ（２５）と、蓄圧タンク（２６）と、切換バルブ等の切替えレバーに作用する作動子（１０）とから構成する。回転電動機（３）は、ソーラパネル（２）により得られる電力によりコンプレッサ（２５）を駆動して蓄圧タンク（２６）に所定圧力の空気を蓄積する。作動子（１０）を蓄圧タンク（２６）に蓄積されている空気圧により駆動する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、太陽光のエネルギを利用してたアクチュエータに関し、限定するものではないが、例えば切換バルブ等のスプールを遠隔的に駆動するのに適したソーラ式アクチュエータに関するものである。

太陽光を利用したバルブシステムが、特許文献１により提案されている。このバルブシステムは複数個のバルブからなり、それぞれのバルブは太陽電池を備え、制御装置からの信号により、それぞれが制御されるようになっている。また、特許文献２には、自動給水装置と土壌水分センサとを備えたガーデニングコントロール装置が示されている。そして、これらの給水装置と水分センサは、太陽電池により発電される電気エネルギで駆動されるように構成されている。

一方、特許文献３により水道水を駆動源とする可動防御装置が、また特許文献４により防水装置がそれぞれ提案されている。この可動防御装置は、家屋、施設等の敷地の出入口の近傍に設けられ、暴徒、暴走車、雨水等の不法物がこれらの敷地の内部へ侵入するのを防止する防御壁と、この防御壁を地下の機械室からガイド装置に沿って上方の所定位置まで駆動すピストンシリンダユニットとから構成されている。このピストンシリンダユニットには水道水が供給されるようになっている。また、特許文献４により提案されている発明は、通常は地下に配置され、防潮時に地上へ駆動される防水板と、この防水板に対応して地上に設けられている枠状支柱体と、防水板を地下から地上へ駆動する駆動装置とから構成されている。駆動装置は、水道水で作動する水圧ピストン・シリンダユニットから構成され、防水板は、所定位置までは非接触的に駆動され、所定位置に達すると、その縁部分が枠状支柱体に当接し、シールするようになっている。

特開平５−１７２２６６号公報 特開２００３−４７３５２ 特開２００２−２０１８５３ 特開２００３−１２９７６２

特許文献１に記載の発明は、制御装置が制御信号を発すると、それが光源で変調されて、複数個のバルブのそれぞれの太陽電池を経てアドレスされたバルブだけがスイッチオンするようになっている。したがって、制御装置とバルブとの間にはケーブルを必要としないという利点は認められる。しかしながら、引用文献１の発明の太陽電池の出力は、０．０５ワットと極めて小さいので、制御信号にだけ利用され、バルブの駆動には別の動力が必要と思われる。また、特許文献２に記載のガーデニングコントロール装置は、その駆動装置に関しては希望的条件が述べられているがけで、その構造は不明瞭であるが、ウオームとウオームホイールとを備えているので、駆動抵抗は大きくなり、また高価になることが予想される。

一方、特許文献３に記載の発明によると、比較的重量のある防御壁を駆動する動力も、また設置スペースも格別に必要とせず、暴徒、暴走車等の侵入は勿論のこと雨水等の侵入もある程度阻止することができるという、優れた効果が得られる。また、特許文献４に記載の発明によると、海岸の風景を格別に損なわず、また停電時にも作動し、しかも遠隔的にも駆動することができる効果が得られる。以上のように、これらの発明は有効に実施することができ、装置自体に格別問題はない。しかしながら、駆動装置であるピストンシリンダユニットに水道水を給排する切換バルブ等の操作装置の開発が望まれている。
本発明は、上記したような事情に鑑みてなされてもので、太陽光のエネルギを利用してバルブのスプール等の被駆動体を、単純で安価に得られる構造の駆動装置により駆動できるソーラ式アクチュエータを提供することを目的としている。また、他の発明は、太陽光が得られないときでも被駆動体を駆動することができるソーラ式アクチュエータを提供することを目的としている。特に限定するものではないが、特許文献３、４等に記載されているような防水あるいは防御装置の切換バルブ等の操作装置として好適なソーラ式アクチュエータを提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために、ソーラパネルと、回転電動機と、切換バルブ等の被駆動体に作用する作動子とから構成される。また、蓄電池、コンプレッサあるいはポンプ、蓄圧タンク等も適用される。そして、ソーラパネルにより得られる例えば１２ボルトの電力は、直接回転電動機の回転に利用される。この回転が作動子の直線運動に変換され、バルブのスプール等の被駆動部材が駆動される。または、蓄電池に蓄えられ、必要時に回転駆動に利用される。他の発明は、ソーラパネルにより得られる電力は小さいので、あるいは夜間等においては太陽光が利用できないので、蓄圧タンクあるいは蓄電池を備えるように構成される。すなわち、太陽光が得られるときに蓄圧タンクに圧縮空気を蓄え、あるいは蓄電池に電力を蓄えておき、太陽光が得られないとき、必要に応じて圧縮空気により作動子を駆動するように構成される。または、蓄電池に蓄えられている電力によりコンプレッサを駆動して作動流体を加圧し、この作動流体により作動子を駆動するように構成される。水は圧縮できない。したがって、蓄圧タンクには駆動体として水を使用し、そして圧縮空気により水を加圧するように実施することもできる。コンプレッサすなわちポンプにより作動流体である水を加圧し、この加圧水により作動子を駆動することもできる。

かくして、請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、太陽光を電気エネルギに変換するソーラパネルと、回転電動機と、切換バルブ等の被駆動体に作用する作動子とからなり、前記回転電動機は、前記ソーラパネルにより得られる電力により回転すると共に、前記作動子は前記回転電動機により回転駆動されるネジ機構と該ネジ機構に螺合するナット機構とを介して、直線的に駆動されるように構成される。
請求項２に記載の発明は、太陽光を電気エネルギに変換するソーラパネルと、該ソーラパネルにより得られる電力が蓄えられる蓄電池と、回転電動機と、切換バルブ等の被駆動体に作用する作動子とからなり、前記回転電動機は、前記蓄電池から供給される電力または前記蓄電池から供給される電力と前記ソーラパネルにより直接得られる電力とにより回転すると共に、前記作動子は前記回転電動機により回転駆動されるネジ機構と該ネジ機構に螺合するナット機構とを介して、直線的に駆動されるように構成され、請求項３に記載の発明は、太陽光を電気エネルギに変換するソーラパネルと、回転電動機と、コンプレッサと、蓄圧タンクと、切換バルブ等の被駆動体に作用する作動子とからなり、前記回転電動機は、前記ソーラパネルにより得られる電力により回転して前記コンプレッサを駆動して前記蓄圧タンクに所定圧力の流体を蓄積し、前記作動子は、前記蓄圧タンクに一旦蓄積されている流体圧により駆動されるように、請求項４に記載の発明は、太陽光を電気エネルギに変換するソーラパネルと、該ソーラパネルにより得られる電力が蓄えられる蓄電池と、回転電動機と、コンプレッサと、切換バルブ等の被駆動体に作用する作動子とからなり、前記回転電動機は、前記蓄電池から供給される電力または前記蓄電池から供給される電力と前記ソーラパネルにより直接得られる電力とにより回転して前記コンプレッサを駆動し、前記作動子は、前記コンプレッサにより直接的に得られる流体圧により駆動されるように、そして請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかの項に記載のアクチュエータにおいて、作動子は送受信機を備えたコントローラにより遠隔的に操作されるように構成される。

以上のように、本発明によると、太陽光を電気エネルギに変換するソーラパネルと、回転電動機と、切換バルブ等の被駆動体に作用する作動子とからなり、前記回転電動機は、前記ソーラパネルにより得られる電力により回転すると共に、前記作動子は前記回転電動機により回転駆動されるネジ機構と該ネジ機構に螺合するナット機構とを介して直線的に駆動されるように構成されているので、電気エネルギが得られない場所でも、被駆動体を駆動できる。このとき、作動子は直線的に駆動されるので、切換バルブのスプール等はスムーズに切り換えられる。さらには、作動子はネジ機構と該ネジ機構に螺合するナット機構という極めて単純な機構を介して駆動されるので、駆動抵抗は小さく、また安価にソーラ式アクチュエータを得ることもできる。
また、他の発明によると、太陽光のエネルギが一旦蓄電池に溜められるので、太陽光が得られない夜間のようなときでも作動子を駆動することができる。このときは、蓄えられている電力を一度に利用することもできる利点も得られる。他の発明によると、太陽光エネルギ利用してコンプレッサにより蓄圧タンクに所定圧力の流体を蓄圧するので、夜間のようなときでも作動子を駆動することができると共に、加圧されている流体を一度に利用することにより、作動子の運動速度を大きくすることもできし、大きな被駆動体を駆動することもできる。さらには、回転電動機の回転運動を摩擦抵抗の大きい機械的機構を経ることなく、例えばピストンシリンダユニットにより直線運動に換えることができる効果も得られる。また、他の発明によると、作動子は送受信機を備えたコントローラにより遠隔的に操作されるので、前述したような特許文献３、４等に記載されているような防水あるいは防御装置に適用すると一層の効果が得られる。

以下、図１により、本発明の実施の形態を説明する。図１の（イ）に示されている第１の実施の形態によるソーラ式アクチュエータ１は、太陽光を電気エネルギに変換するソーラパネル２、このソーラパネル２により得られる電力により直接的に駆動される回転電動機３、図に示されていない切換バルブ等の被駆動体に作用する作動子１０、送受信器を備えたコントローラ６等から構成されている。そして、これらはユニット化されている。ユニット化されているので、取り扱いは便利で、簡単に設置することもできる。このようにユニット化されているソーラパネル２とコントローラ６は電力ラインＡで接続され、コントローラ６と回転電動機３は電力ラインＢと信号ラインｂとでそれぞれ接続されている。
回転電動機３は、ケーシング７の側壁８に取り付けられ、その出力軸はケーシング７内に延びボールネジ９となっている。作動子１０は、図示の実施の形態では、ケーシング７内に位置する駆動部１１と、ケーシングから外へ出ている棒状の作用部１２とからなり、駆動部１１のボールナット１３がボールネジ９に螺合している。したがって、ボールネジ９が回転駆動されると、これに螺合しているボールナット１３したがって作動子１０が軸方向に直線的に駆動されることになる。

第１の実施の形態は、次のように作動する。ソーラパネル２により発電されているので、コントローラ６に向けて作動子１０を所定方向に駆動する信号を送信する。そうすると、回転電動機３に電力ラインＡ，Ｂを介して発電中の電力が供給され、回転電動機３は所定方向に回転する。これにより、作動子１０は所定方向に駆動され、切換バルブのスプールのような被駆動体が所定方向に駆動される。

図１の（ロ）に本発明の第２の実施の形態が示されている。前述した第１の実施の形態の構成要素と同じ要素には同じ参照数字を付けて重複説明はしないが、第２の形態によると、蓄電池２０をさらに備えている。第２の実施の形態によると、蓄電池２０を備えているので、太陽光が得られるときに蓄電池２０に蓄電しておき、夜間等の太陽光が得られないとき、蓄電池２０により回転電動機３を駆動することができる。また、太陽光が得られるときには、ソーラパネル２により直接得られる電力と、蓄電池２０に蓄えられている電力とによる、大きな電力により駆動することもできる利点もある。

第３の実施の形態が図１の（ハ）に示されている。第３の実施の形態に係わるソーラ式アクチュエータ１は、ソーラパネル２、送受信器を備えたコントローラ６、回転電動機３、コンプレッサ２５、蓄圧タンク２６、ピストンシリンダユニット３０等から構成されている。そして、これらの部材は第１、２の実施の形態と同様にユニット化されている。ソーラパネル２とコントローラ６は電力ラインＡにより、そしてコントローラ６と回転電動機３は電力ラインＢにより、コントローラ６と蓄圧タンク２６に設けられている圧力センサ２１は、信号ラインｄにより、開閉バルブ２２とは信号ラインｅによりそれぞれ接続されている。また、回転電動機３の出力軸とコンプレッサ２５の入力軸は図示されないカップリングで接続され、コンプレッサ２５の吐出口と蓄圧タンク２６は、例えば逆止弁を介して接続されている。したがって、コンプレッサ２６により加圧される圧縮空気は、一方向的に蓄圧タンク２６に圧送され、蓄えられることになる。

ピストンシリンダユニット３０は、シリンダ３１と、このシリンダ３１内に往復動自在に設けられているピストン３２とかならなり、ピストン３２から延びているピストンロッド３３が作動子１０となっている。ピストンヘッド室３４には、蓄圧タンク２６の出口ポートが例えば電磁開閉弁２２を介して連通している。また、ピストンロッド室３５には戻しスプリング３６が設けられている。

第３の実施の形態は、次のように作用する。すなわち、太陽光が得られるときに回転電動機３によりコンプレッサ２６が駆動され、蓄圧タンク２６に圧縮空気が蓄積される。所定量蓄積されると、圧力センサ２１からの信号を受けたコントローラ６から回転電動機３の停止信号が印加され、蓄積を終わる。作動子１０を駆動するときは、コントローラ６に向けて信号を送信する。そうすると、電磁開閉弁２２が開き、ピストンヘッド室３４に圧力空気が供給され、ピストン３２したがって作動子１０が図１の（ハ）において左方向に駆動される。これにより、バルブのスプールのような被駆動体が駆動される。このようにして作動子１０を駆動しているときに、蓄圧タンク２６中の圧力が低下すると、ソーラパネル２により得られる電力により回転電動機３が起動して、前述したようにして蓄圧タンク２６に圧縮空気が所定圧力になるまで蓄圧される。

第３の実施の形態によると、太陽光が得られるときに蓄圧するので、太陽光に関係なく、必要なときには何時でも作動子１０を駆動することができる。また、作動子１０は蓄圧タンク２６に蓄圧されている圧縮空気により駆動されるので、圧縮空気をシリンダヘッド室３４に一気に供給することにより、急速に作動子１０を駆動することもできる。また、ピストンシリンダユニット３０に給排される流体が空気であるので、空気の供給および排出により環境が汚染されるようなこともない。

図１の（ニ）に、本発明の第４の実施の形態に係わるソーラ式アクチュエータ１が示されている。前述した第３の実施の形態の構成要素と同じような要素には同じ参照数字を付けて重複説明はしないが、第４の実施の形態によると、前述した第３の実施の形態の蓄圧タンク２６に代えて蓄電池２０が設けられている。したがって、太陽光が得られるときに蓄電池２０に蓄電しておき、作動子１０を駆動するときは、コントローラ６に向けて信号を送信する。そうすると、回転電動機３が起動する。そうすると、コンプレッサ２５によりピストンヘッド室３４に圧力空気が供給され、ピストン３２したがって作動子１０が図１の（ニ）において左方向に駆動される。これにより、バルブのスプールのような被駆動体が駆動される。

第４の実施の形態によっても、第３の実施の形態と同様に太陽光がないときも駆動できるという効果が得られる。また、太陽光があるときは、ソーラパネル２で直接得られる電力と蓄電池２０から供給される電力とでコンプレッサ２５を駆動することもできる。

本発明は、上記実施の形態に限定されることなく色々な形で実施できる。例えば、作動流体として水を使用することもできる。空気は圧縮性があるので、前述したように、作動流体として空気を使用するときは直接圧縮して蓄圧タンクに蓄積することができるが、水を使用するときは、所定量の水を蓄圧タンクに入れ、コンプレッサ２５により供給される高圧空気により水を加圧状態に保つこともできる。また、水を圧縮空気により加圧状態に保つ代わりに、蓄圧タンク２６をシリンダとスプリングによりバネ付勢されたピストンとから構成し、スプリングを圧縮して加圧状態に保つように実施することもできる。スプリングの復元力により、作動流体がピストンシリンダユニット３０に供給されることは明らかである。

本発明の実施の形態を模式的に示す図で、その（イ）〜（ニ）は本発明の第１〜４の実施の形態をそれぞれ示す断面図である。

符号の説明

１ ソーラ式アクチュエータ ２ ソーラパネル
３ 回転電動機 ６ コントローラ
１０ 作動子 ２０ 蓄電池
２５ コンプレッサ ２６ 蓄圧タンク

Claims (5)

1. 太陽光を電気エネルギに変換するソーラパネルと、回転電動機と、切換バルブ等の被駆動体に作用する作動子とからなり、
   前記回転電動機は、前記ソーラパネルにより得られる電力により回転すると共に、前記作動子は前記回転電動機により回転駆動されるネジ機構と該ネジ機構に螺合するナット機構とを介して、直線的に駆動されることを特徴とするソーラ式アクチュエータ。
2. 太陽光を電気エネルギに変換するソーラパネルと、該ソーラパネルにより得られる電力が蓄えられる蓄電池と、回転電動機と、切換バルブ等の被駆動体に作用する作動子とからなり、
   前記回転電動機は、前記蓄電池から供給される電力または前記蓄電池から供給される電力と前記ソーラパネルにより直接得られる電力とにより回転すると共に、前記作動子は前記回転電動機により回転駆動されるネジ機構と該ネジ機構に螺合するナット機構とを介して、直線的に駆動されることを特徴とするソーラ式アクチュエータ。
3. 太陽光を電気エネルギに変換するソーラパネルと、回転電動機と、コンプレッサと、蓄圧タンクと、切換バルブ等の被駆動体に作用する作動子とからなり、
   前記回転電動機は、前記ソーラパネルにより得られる電力により回転して前記コンプレッサを駆動して前記蓄圧タンクに所定圧力の流体を蓄積し、
   前記作動子は、前記蓄圧タンクに一旦蓄積されている流体圧により駆動されることを特徴とするソーラ式アクチュエータ。
4. 太陽光を電気エネルギに変換するソーラパネルと、該ソーラパネルにより得られる電力が蓄えられる蓄電池と、回転電動機と、コンプレッサと、切換バルブ等の被駆動体に作用する作動子とからなり、
   前記回転電動機は、前記蓄電池から供給される電力または前記蓄電池から供給される電力と前記ソーラパネルにより直接得られる電力とにより回転して前記コンプレッサを駆動し、
   前記作動子は、前記コンプレッサにより直接的に得られる流体圧により駆動されることを特徴とするソーラ式アクチュエータ。
5. 請求項１〜４のいずれかの項に記載のアクチュエータにおいて、作動子は送受信機を備えたコントローラにより遠隔的に操作されるソーラ式アクチュエータ。

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