JP4448046B2 - 感熱アクチュエータ、ダクト用防火ダンパ、及び、差込接続器 - Google Patents

Description

本発明は、周囲温度の上昇を感知し、所定の温度以上となったときに作動するアクチュエータに関する。

火災など、通常ではない高温で作動する機器として、特開平１１−１０４２６０号公報（特許文献１）に、Ｎｅｗｔｏｎ合金、或いは、錫１５．５重量％、鉛３２．０重量％及びビスマス５２．５重量％からなる三元共晶金属による易溶融金属をいわゆる温度ヒューズ的に用いてなる消火ユニットが記載されている。

しかしながら、これら温度ヒューズは所定の温度以上となると溶融してしまうため、再利用ができず、万一の誤動作などの場合には、交換と云う作業が必要であり、手間、コストもさることながら、交換部品として温度ヒューズを取り寄せている間に火災等が発生してしまう場合も想定され問題となっていた。
特開平１１−１０４２６０号公報

本発明は、上記した従来の問題点を改善する、すなわち、確実に作動するとともに、繰り返し利用でき、また、万が一の誤動作の場合でも、部品交換が必要なく、容易に再セットできるアクチュエータと、このようなアクチュエータを用いた機器を提供することを目的とする。

本発明の感熱アクチュエータは上記課題を解決するため、請求項１に記載の通り、環形状であって該環形状よりも大きい環形状が記憶された形状記憶合金からなる係止部、前記係止部の環形状の内径よりも大径でかつ前記記憶された環形状の内径より小径の頭部を有する皿ネジ、前記皿ネジにおける頭部より大きい内径を有するスライド部、前記スライド部を付勢する弾性部材、および、前記弾性部材の一方の端を固定する固定部が備えられ、かつ、前記スライド部が、前記弾性部材によって、前記係止部を介して前記皿ネジにおけるネジ部側から前記皿ネジにおける頭部へ向かって付勢されていることを特徴とする感熱アクチュエータである。

本発明のダクト用防火ダンは、請求項２に記載の通り、請求項１に記載の感熱アクチュエータが備えられるとともに、ダクト内にダンパ扉部が回動可能に備えられ、かつ、火災時、または、火災に結びつく可能性がある温度以上となったときに該前記感熱アクチュエータにより前記ダンパ扉部が回動されて前記ダクトが閉じられることを特徴とするダクト用防火ダンパである。

本発明の差し込み接続器は、請求項３に記載の通り、請求項１に記載の感熱アクチュエータが備えられるとともに、火災や事故が生じるおそれのある温度以上となったときに前記感熱アクチュエータにより差し込まれた差し込みプラグが抜かれて電気接続が解除されることを特徴とする差込接続器である。

本発明のダクト用防火ダンパは、請求項４に記載の通り、環形状であって該環形状よりも大きい環形状が記憶された形状記憶合金からなる係止部、該係止部の環の内径よりも大径でかつ前記記憶された環形状の内径より小径の頭部を有する皿ネジ、ダクト内に設置され前記皿ネジにおける頭部より大きい内径の孔を備えたダンパ扉部、前記ダンパ扉部を付勢する弾性部材、および、該弾性部材の一方の端を固定する固定部が備えられ、前記ダンパ扉部が、回動可能に固定され、該前記弾性部材によって前記係止部を介して前記皿ネジのネジ部側から前記頭部へ向かって付勢され、かつ、火災時、または、火災に結びつく可能性がある温度以上となったときに前記ダンパ扉部が回動されて前記ダクトが閉じられることを特徴とするダクト用防火ダンパである。

本発明のアクチュエータによれば、所定以上の温度となったときにアクチュエータとして確実に作動し、かつ、万一、誤動作が生じたときなど、繰り返し使用が必要なときに、部品交換なしに再セットできるので、予備部品を用いることなく、直ちに再利用できるため、部品取り寄せなどの期間等の、使用不可な期間が発生しない。

また、アクチュエータの製造、及び、再セットするときの作業が弾性部材（ばねなど）を直接保持しながらとなるために多少の困難があり、その際、失敗すると弾性部材や係止部部材が飛んで失われるなどの欠点があるが、上記アクチュエータがスライド部を有し、前記の係止部が前記弾性部材を圧縮させた状態で該弾性部材の他方の端を該スライド部を介して間接的に固定係止し、かつ、該スライド部が該弾性部材を圧縮する方向および該方向と逆方向であって該弾性部材を圧縮解除する方向とにスライド可能であると、これら困難性が解消され、製造及び再セットの作業が容易となる。

以下に本発明のアクチュエータの具体例についてモデル図を用いて説明する。図１は本発明に係るアクチュエータＡを示す部分断面モデル図である。

図１（ａ）にはアクチュエータＡの作動前の状態を、図１（ｂ）にはアクチュエータＡの作動後の状態を示す。

このアクチュエータＡは、ばね（弾性部材）１、このばね１の一方の端１ａを固定する固定部２、及び、このばね１を圧縮させた状態でばね１の他方の端１ｂを固定鍔部２ａにより固定部２に対してスライド部３を介して間接的に固定係止する係止部を備え、この係止部が形状記憶材からなる、環状の係止材４を有し、所定の温度以上となったときに係止材４が前記ばね１の他方の端１ｂの動きを固定係止する係止状態を解除するアクチュエータである。なお、上記では弾性部材として、ばねを用いたが、本発明ではばねの他、ゴムなどのエラストマー等、弾性を有する部材を用いることができる（以下同じ）。

ここで、前記の係止部が前記弾性部材を圧縮させた状態でばね１の他方の端１ｂをスライド部３を介して間接的に固定係止し、かつ、スライド部３がばね１を圧縮する方向および該方向と逆方向であってばね１を圧縮解除する方向とにスライド可能であるので、問題となりやすい、ばねの保持性の悪さによるアクチュエータの製造、及び、再セット時の作業でやりにくさが解消され、あるいは、これら作業の失敗によるばねや係止部部材の紛失等の問題が予め解消される。

ここで、係止部は固定部２に内蔵された調節用ナット２ｂ内のねじによって調整可能に螺止された皿ねじ２ｃの頭部２ｃ１と形状記憶材からなる係止材４によって構成されている。またスライド部３は係止状態が解除されたときに固定部２に対して図１（ａ）中右方向にスライド可能となっている。図１（ｂ）にはこのアクチュエータＡが作動し、係止状態が解除されてスライド部３が固定部２に対してスライドした状態をモデル的に示す。

また、図２に示すように、環状の係止材４は形状記憶材からなり、形状記憶材からなる線材が環状に湾曲され、連結された状態に成形されている。係止材４の一方の腕部１２には係止凸部１２ａが形成され、他方の腕部１３には係止凸部１２ａに係合する被係止凹部１３ａが形成されている。係止凸部１２ａは内周側に形成され、被係止凹部１３ａは外周側に形成されている。このようにすると、係止凸部１２ａと被係止凹部１３ａとが内外周で噛み合うから、一対の腕部１２及び１３が皿ねじ２ｃの半径方向に開き易くなる。

係止凸部１２ａ及び被係止凹部１３ａは、共に槍状を成し、互いを係止する係止面１２ｂ及び１３ｂをそれぞれ有している。係止面１２ｂ及び１３ｂは、係止材４の円周方向及び半径方向に対して交差する方向に形成された傾斜面であり、傾斜角度θで傾斜している。

腕部１２及び１３に、それぞれ係止凸部１２ａと被係止凹部１３ａを形成することで、両方の腕部１２及び１３が連結され、皿ねじ２ｃを所定のトルクで締め付けても、及び、ばね１による付勢力があっても、一対の腕部１２及び１３が皿ねじ２ｃの半径方向に開かないようになっている。

また、係止凸部１２ａ及び被係止凹部１３ａのそれぞれの係止面１２ｂ及び１３ｂを、傾斜角度θで傾斜する傾斜面とすることで、一対の腕部１２及び１３が過度に強く係止されることが防止されて、係止材４が加熱された際に生ずる円周方向の復元力（引張力）により係止が解除されやすくなり（図３には係止解除された状態が示されている）、係止材４が皿ねじ２ｃから抜けて、アクチュエータとしてより確実に機能させることができる。

ここで、一旦、稼働したアクチュエータＡを稼働状態に戻すためには、係止材４を係止面１２ｂ及び１３ｂを係止させて図２に示した係止状態に戻し、アクチュエータＡのねじ２ｃを回しながら外し、係止材４の孔にそのねじ２ｃのねじ部を挿入した状態としたまま、スライド部３を固定鍔部２ａ側に押しつけながら、再度ねじ２ｃを固定部２の調節用ナット２ｂにねじ込めば良く、再度、アクチュエータとして用いることができるので、部品交換の必要がない。

係止材４の一対の腕部１２及び１３は、円形断面に形成されているから、矩形断面に比べて断面性能（断面係数）が低下し、ばね定数が小さくなり、小さい力で一対の腕部１２及び１３を大きく変形させることができる。このため、係止材４を環状に湾曲形成する際の成形性が向上し、係止材４の製作が容易になる。

なお、係止材として、図４に示されるような、一対の腕部１２及び１３を矩形断面に形成した係止材４αを用いた場合は、断面性能が向上し、ばね定数が大きくなり、係止材の強度が向上して破断などが防止される。また、座面がねじ部に対して直交するなべねじやボルトを使用した場合に有効であり、係止材の着座性を向上することができる。

また、係止材として図５に示されるような皿ねじ２ｃの軸方向に波状に形成した係止材４βを用いることもできる。

また、係止材として図６（ａ）に示されるような、係止凸部や被係止凹部を有しない、ばね座金型係止材を用いても良い。なお、図６（ｂ）及び（ｃ）には図６（ａ）のばね座金型係止材の異なる例の側面図を示した。図６（ｂ）では断面が座金の上下の座金面が楕円の長弧から形成された、楕円形状のばね座金型係止材を、図６（ｂ）では断面が座金の上下の座金面が長弧部分が直線から形成される変形楕円の長弧から形成された、変形楕円形状のばね座金型係止材を、それぞれ示した。このような座金を用いた本発明に係るアクチュエータでは、樹脂材料からなる固定部２を用いた場合に問題となる皿ねじ２ｃをきつく締めたときの係止材の固定部への食い込みが防止され、この食い込みによる本発明に係るアクチュエータの作動不良が予め防止されているので、信頼性が高い。

また、上記アクチュエータＡにおいて調節用ナット２ｂは固定部２に内蔵されているが、調節用ナット２ｂなしに、固定部に直接タッピング等により皿ねじ２ｃに対応する雌ねじ部が設けられていても良い。

なお、本発明のアクチュエータを火災時や火災予防用途に用いる場合、火災時、または、火災に結びつく可能性がある温度として８０℃あるいは９０℃程度以上の高温が想定される。そのためこれら係止材としては、このような温度で機能する形状記憶材を用いる必要がある。このような形状記憶材としては具体的にはチタン−ニッケル系（ＴｉＮｉ）、銅−アルミニウム−マンガン系（ＣｕＡｌＭｎ）、あるいは、鉄−マンガン−シリコン系（ＦｅＭｎＳｉ）のなどの合金が挙げられる。

ここで、本発明に係るアクチュエータＡを火災等の防災用途に応用した場合の例について図面を用いて説明する。

図７には空調ダクトなどの防火ダンパに応用した例を示す。火災時には空調ダクト内に溜まったほこりが延焼の原因となる場合がある。ここで、ダンパ内温度が所定の温度以上となった場合に、自動的に閉じる、防火ダンパをダクトに設けることにより、延焼を防止することができる。

図７（ａ）には、不燃性の材料からなる円盤状のダンパ扉部２０本体の正面図を示す。ダンパ扉部２０には回動可能とするための回動軸２１が設けられている。さらに、回転軸２１で回動する端部に上記アクチュエータＡのスライド部３が固定されている（図７（ｂ）にはアクチュエータＡ付近の断面図を示す）。

このようなダンパ扉部２０は図７（ｃ）にモデル的に示すようにダクト２２内にその回動軸２１によって回動可能に軸止されている。図７（ｄ）は図７（ｅ）のダクト２２軸方向から見たモデル図である。これら図７（ｅ）及び図７（ｄ）で示される状態はアクチュエータＡが作動していない状態である。なお、ダンパ扉部２０は回動軸２１に接続されたぜんまいばねによる付勢手段２３により図７（ｃ）中矢印方向に付勢されているが、ダクト２２内に固定されたアクチュエータＡにより、固定されている。

ここでダクト２２内の温度が上昇し、アクチュエータＡが作動すると、そのスライド部３がアクチュエータＡからはずれ、付勢手段２３により付勢されていたダンパ扉部２０はダクト２２の軸に対して垂直となり、ダクト２２内上下に設けられた閉鎖補助部２４とともにダクト２２を封鎖する。

上記ではアクチュエータＡを用いる防火ダンパを用いた例について説明したが、図８にはその他の本発明に係る防火ダンパについて説明する。

図８（ａ）には、ばねとして回動軸２１に接続されたぜんまいばね（図示しない）を用い、その一方の端をダクト２２に対して固定し、そのぜんまいばねを撓めた状態で該ばねの他方の端に固定されたダンパ扉部２０を固定部２（ダクト２２に固定された）に対して、ダンパ扉部２０を介して間接的に固定係止する係止部を備え、係止部が形状記憶材からなる係止材４を有し、所定の温度以上となったときに係止材４が前記ぜんまいばねの他方の端の動きを固定係止する係止状態を解除するアクチュエータを備えた防火ダンパを示す。

このような本発明に係る防火ダンパでは、ダンパ扉部２０はぜんまいばねによって図中矢印方向に付勢されているので、このような防火ダンパにおいて係止材４の温度が上がれば係止材４による固定係止が解除されて、軸２１を回動軸としてダンパ扉部２０が回動し図７（ｅ）及び図７（ｆ）に示されている状態同様にダクト２２は封鎖される。

図８（ａ）に示される本発明に係る防火ダンパでは、このように、ばね、該ばねの一方の端を固定する固定部、及び、該ばねを撓めた状態で該ばねの他方の端を固定部に対して間接的に固定係止する係止部を備え、該係止部が形状記憶材からなる係止材を有し、所定の温度以上となったときに該係止材が前記ばねの他方の端の動きを固定係止する係止状態を解除するアクチュエータを備えている。

図８（ｂ）には、ばね１”の一方の端がダクト２２に固定され、このばね１”の他方の端がばね１”が延伸された状態でダンパ扉部２０に固定されている防火ダンパの例が示されている。

このような本発明に係る防火ダンパでは、ダンパ扉部２０はばね１”によって図中矢印方向に付勢されているので、このような防火ダンパにおいて係止材４の温度が上がれば係止材４による固定係止が解除されて軸２１を回動軸としてダンパ扉部２０が回動し、図７（ｅ）及び図７（ｆ）に示されている状態同様にダクト２２は封鎖される。

図８（ｂ）に示される本発明に係る防火ダンパでは、このように、ばね、該ばねの一方の端を固定する固定部、及び、該ばねを延伸させた状態で該ばねの他方の端を固定部に対して間接的に固定係止する係止部を備え、該係止部が形状記憶材からなる係止材を有し、所定の温度以上となったときに該係止材が前記ばねの他方の端の動きを固定係止する係止状態を解除するアクチュエータをそなえていることになる。

一方、図９には本発明に係るアクチュエータＡをトラッキングによる火災予防機能付き差込接続器であるコンセントに応用した例を示す。

トラッキング現象とは、差込プラグの刃の間にたまったほこりに湿気が加わると微弱な電流が流れ、差込接続器（コンセントやプラグ）のプラスチック樹脂面が炭化して導電路が形成される現象であり、発火による火災発生の危険が指摘されている。

コンセントの２つの歯受け３１の間にアクチュエータＡを配した例を図９（ａ）に、また、このようなコンセント３０に差込プラグ３２を差しこんで接続した状態のアクチュエータＡ付近の断面を図９（ｂ）にそれぞれモデル的に示す。

このようなアクチュエータＡを有するコンセント３０と、プラグ３２とにおいて、トラッキング現象によってコンセント３０あるいは／及びプラグ３２の樹脂が炭化し、発熱した場合、火災や事故が生じるおそれのある温度となったときにその熱によりアクチュエータＡが作動して、差込プラグ３２の歯３３がコンセント３０の歯受け３１より抜けるので、電気的接続が絶たれ、その結果、火災や事故を未然に防止することができる。

また、本発明に係る差込接続器では、トラッキング現象によるものだけではなく、コンセントや差込プラグの定格電流を越えた過電流が流れコンセント付近が加熱した場合においてもアクチュエータＡが作動して電流を遮断するので、同様に火災や事故を未然に防ぐことができる。

なお、上記においてはコンセントに本発明に係るアクチュエータを配した例について説明したが、プラグ内部に本発明に係るアクチュエータを配しても良く、その場合も本発明に含まれる。

本発明に係るアクチュエータは、所定の温度以上となったときに作動するので、防災用途などに好適に用い得ることができる。

本発明のアクチュエータの一例Ａを示すモデル断面図である。（ａ）作動前の状態を示す図である。（ｂ）作動後の状態を示す図である。 本発明に係るアクチュエータＡで用いる係止部４（作動前）を示した図である。（ａ）正面図である。（ｂ）図２（ａ）のＢＢにおける断面図である。 本発明に係るアクチュエータＡで用いる係止部４（作動後）を示した正面図である。 本発明に係るアクチュエータＡで用い得る他の係止部４α（作動前）を示した図である。（ａ）正面図である。（ｂ）図４（ａ）のＣＣにおける断面図である。 本発明に係るアクチュエータＡで用い得る他の係止部４β（作動前）を示した図である。（ａ）正面図である。（ｂ）側面図である。 本発明に係るアクチュエータＡで用い得る他の係止部４γ及び４δを示した図である。（ａ）係止部４γの正面図である。（ｂ）係止部４γの側面図である。（ｃ）係止部４δの側面図である。 本発明に係るアクチュエータＡを備えたダクト用防火ダンパの一例を示す図である。（ａ）円盤状のダンパ扉部２０を示す図である。（ｂ）円盤状のダンパ扉部２０がアクチュエータＡに固定された状態を示すモデル断面図である。（ｃ）ダクト用防火ダンパの作動前の状態を示す断面図である。（ｄ）図７（ｃ）の右側面から見た状態を示す図である。（ｅ）ダクト用防火ダンパの作動後の状態を示す断面図である。（ｄ）図７（ｅ）の右側面から見た状態を示す図である。 （ａ）本発明に係る他のアクチュエータを備えたダクト用防火ダンパの例を示す図である。（ｂ）本発明に係る他のアクチュエータを備えたダクト用防火ダンパの例を示す図である。 本発明に係るアクチュエータＡをトラッキングによる火災予防機能付き差込接続器であるコンセントに応用した例を示す図である。（ａ）コンセントの斜視図である。（ｂ）アクチュエータＡの作動前の状態を示すモデル断面図である。（ｃ）アクチュエータＡの作動後の状態を示すモデル断面図である。

符号の説明

Ａ 本発明に係るアクチュエータ
１ ばね
１ａ ばね１の一方の端
１ｂ ばね１の他方の端
２ 固定部
２ａ 固定鍔部
３ スライド部
４、４α、４β 係止材
２ｃ 皿ねじ
２ｃ１ 頭部
１２、１３ 係止材４の腕部
１２ａ 係止凸部
１３ａ 被係止凹部
２０ ダンパ扉部
２１ 回動軸
２２ ダクト
２３ 付勢手段
２４ 閉鎖補助部
３０ トラッキングによる火災予防機能付きコンセント
３１ 歯受け
３２ プラグ
３３ 歯

Claims (4)

1. 環形状であって該環形状よりも大きい環形状が記憶された形状記憶合金からなる係止部、前記係止部の環形状の内径よりも大径でかつ前記記憶された環形状の内径より小径の頭部を有する皿ネジ、前記皿ネジにおける頭部より大きい内径を有するスライド部、前記スライド部を付勢する弾性部材、および、前記弾性部材の一方の端を固定する固定部が備えられ、かつ、
   前記スライド部が、前記弾性部材によって、前記係止部を介して前記皿ネジにおけるネジ部側から前記皿ネジにおける頭部へ向かって付勢されていることを特徴とする感熱アクチュエータ。
2. 請求項１に記載の感熱アクチュエータが備えられるとともに、ダクト内にダンパ扉部が回動可能に備えられ、かつ、
   火災時、または、火災に結びつく可能性がある温度以上となったときに該前記感熱アクチュエータにより前記ダンパ扉部が回動されて前記ダクトが閉じられることを特徴とするダクト用防火ダンパ。
3. 請求項１に記載の感熱アクチュエータが備えられるとともに、火災や事故が生じるおそれのある温度以上となったときに前記感熱アクチュエータにより差し込まれた差し込みプラグが抜かれて電気接続が解除されることを特徴とする差込接続器。
4. 環形状であって該環形状よりも大きい環形状が記憶された形状記憶合金からなる係止部、該係止部の環の内径よりも大径でかつ前記記憶された環形状の内径より小径の頭部を有する皿ネジ、ダクト内に設置され前記皿ネジにおける頭部より大きい内径の孔を備えたダンパ扉部、前記ダンパ扉部を付勢する弾性部材、および、該弾性部材の一方の端を固定する固定部が備えられ、
   前記ダンパ扉部が、回動可能に固定され、該前記弾性部材によって前記係止部を介して前記皿ネジのネジ部側から前記頭部へ向かって付勢され、かつ、
   火災時、または、火災に結びつく可能性がある温度以上となったときに前記ダンパ扉部が回動されて前記ダクトが閉じられることを特徴とするダクト用防火ダンパ。

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