JP4942078B2 - Ring capable of reversible shape change, protective clothing using it, and access mechanism - Google Patents
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本発明は、形状記憶合金を有するとともに、形状記憶合金をその相変態点温度まで加熱、冷却させるペルチェ素子などの熱電変換素子、及び形状記憶合金の温度変化に応じて変形したその変形形状を元の形状に逆変形させる弾性体を有し、特に形状記憶合金への冷却の際、熱電変換素子の発熱量を補足するためのヒートマスとしての機能を該弾性体に持たせ、形状記憶合金の加熱による形状変形を迅速に逆変形させるようにした構成の可逆的形状変化が可能なリング、該リングを用いた放射線汚染防護用の防護服及び放射線汚染区域に位置する防護服内に非汚染区域から作業者が放射線汚染を生じることなく出入するための該リングを用いた出入機構に関するものである。 The present invention has a shape memory alloy, a thermoelectric conversion element such as a Peltier element that heats and cools the shape memory alloy to its phase transformation point temperature, and a deformed shape deformed in accordance with the temperature change of the shape memory alloy. An elastic body that reversely deforms into a shape of the shape, and in particular, when cooling to the shape memory alloy, the elastic body has a function as a heat mass to supplement the calorific value of the thermoelectric conversion element to heat the shape memory alloy. A ring capable of reversible shape change in a configuration that rapidly reverses the shape deformation due to, a protective clothing for protecting against radiation contamination using the ring, and a protective clothing located in the radiation-contaminated region from a non-contaminated region The present invention relates to an entrance / exit mechanism using the ring for allowing an operator to enter / exit without causing radiation contamination.
原子力施設などにおいて、放射線汚染を受けた区域で作業する場合には、防護服を着用する。防護服を着用して作業する場合には、その防護服の外側は放射線汚染を受けていることから、非汚染区域へ移動する際には、その汚染を除去することが必要である。しかしながら、この汚染の除去には多くの手間を要する。特許文献1には、防護服を着用した状態で汚染区域と非汚染区域との間を安全に出入することが可能とした出入機構が提案されている。 Wear protective clothing when working in a radiation-contaminated area at a nuclear facility. When working with protective clothing, the outside of the protective clothing is radioactively contaminated, so it is necessary to remove the contamination when moving to a non-contaminated area. However, removal of this contamination requires a lot of work. Patent Document 1 proposes an entrance / exit mechanism that enables safe entry / exit between a contaminated area and a non-contaminated area while wearing protective clothing.
この出入機構においては、その汚染区域と非汚染区域との間を隔離する隔壁の出入り口開口部に対して蓋体を着脱するのにねじを使用することから、その蓋体の着脱操作が面倒で、操作に熟練が必要であるという問題点があった。 In this entrance / exit mechanism, since the screw is used to attach / detach the lid to / from the entrance / exit opening of the partition wall that separates the contaminated area from the non-contaminated area, the attaching / detaching operation of the lid is troublesome. There was a problem that skill was necessary for operation.
これを解決するものとして、本願出願人らは特許文献2を提案した。特許文献2に開示されているものは、前記汚染区域と非汚染区域との間を隔離する隔壁の出入り口開口部に対して蓋体を着脱するのにねじを使用することから、その蓋体の着脱操作が面倒で、操作に熟練が必要であるという問題を解決している。
As a solution to this problem, the applicants of the present application proposed
特許文献2に開示されているように、リングは一部切欠部を有するリングであって、該リングの周方向に沿って弾性体と形状記憶合金とを有し、該形状記憶合金は加熱によりその曲率半径が大きくなるか又は小さくなることにより、該リングの曲率半径が大きくなるか又は小さくなるという特性を有するものである。
As disclosed in
ちなみに、該リングはバイアス効果により可逆変形するもので、バイアス機能には弾性体(樹脂、FRP、超弾性SMAなど)を用い、変形の発現はアクチュエータとして用いる形状記憶合金(SMA)にニクロム線を用いて加熱変形させている。逆変形はアクチュエータの自然温度降下による相変態にて行われるようになっており、自然冷却手法が採られている。 By the way, the ring is reversibly deformed by the bias effect, and an elastic body (resin, FRP, superelastic SMA, etc.) is used for the bias function, and nichrome wire is used for the shape memory alloy (SMA) used as the actuator for the development of the deformation. It is heated and deformed. The reverse deformation is performed by a phase transformation caused by a natural temperature drop of the actuator, and a natural cooling method is adopted.
ところで、従来から発熱、冷却の両者を1つの素子で行えるものとして熱電変換素子が知られており、流す電流の方向を切換えることにより、発熱、冷却の切換えが容易にできることから、従来、ペルチェ素子が電気製品をはじめ多くの分野の器具、装置などによく利用されている。ペルチェ素子を用いて形状記憶合金を加熱、冷却するものとして、例えば特許文献3、特許文献4などがある。
By the way, a thermoelectric conversion element has been conventionally known as one that can perform both heat generation and cooling with one element, and switching between heat generation and cooling can be facilitated by switching the direction of current flow. Is widely used in appliances and devices in many fields including electrical appliances. Examples of heating and cooling the shape memory alloy using a Peltier element include
特許文献3には、径の極めて小さい医療器具としてのカテーテルの先端部に筒状運動素子を設け、この筒状運動素子を構成する第1のアクチュエータ部及び第2のアクチュエータ部の各内部にそれぞれ4個の形状記憶合金からなる作動部を配置するとともに、4個の個別に加熱或いは冷却が制御可能な(P型、N型)ペルチェ素子列を配置して、4個のペルチェ素子列を適宜に選定して該形状記憶合金を側面から加熱或いは冷却することにより、第1のアクチュエータ部で屈曲運動を、そして第2のアクチュエータ部で回転運動をそれぞれ自在に可能ならしめる、という技術が開示されている。
In
また、特許文献4には、心機能を補助する医療器具としての細長い補助人工心筋の運動素子が開示されており、断面が矩形形状又は円筒形状をなす運動素子の内部に、形状記憶合金とこの形状記憶合金の長手方向に複数個配置され形状記憶合金を加熱或いは冷却が可能なように交互に配置されたP型ペルチェ素子とN型ペルチェ素子とが設けら、これらのP型ペルチェ素子とN型ペルチェ素子とに対する電流の供給方向を適宜に制御することにより、該運動素子を素早く曲げたり戻したりすることで、心臓をマッサージするに足る駆動を運動素子にさせる、という技術が開示されている。
従来の特許文献2に開示の技術では、蓋体の着脱動作・作用自体に長時間を要するという問題点があった。
The technique disclosed in the
つまり、この蓋体の着脱動作・作用自体に長時間を要する問題点を鑑みたとき、蓋体の着脱操作をするに当たって重要部品をなすリングの動作速度の点に問題点が存在する。すなわち一部切欠部を有するリングはバイアス効果により可逆変形するもので、バイアス機能には弾性体(樹脂、FRP、超弾性SMAなど)を用い、変形の発現はアクチュエータとして用いる形状記憶合金(SMA)にニクロム線を用いて加熱変形させている。その逆変形はアクチュエータの自然温度降下による相変態にて行われるようになっており、自然冷却手法が採られているため、リングを元の形状に復帰させるのに時間がかかる。 That is, in view of the problem that it takes a long time for the attaching / detaching operation / action itself of the lid, there is a problem in the operating speed of the ring that is an important part in the attaching / detaching operation of the lid. In other words, a ring having a partially cut portion is reversibly deformed by a bias effect, and an elastic body (resin, FRP, superelastic SMA, etc.) is used for the bias function, and the shape of the deformation is a shape memory alloy (SMA) used as an actuator. Nichrome wire is used for heat deformation. The reverse deformation is performed by phase transformation due to a natural temperature drop of the actuator, and since a natural cooling method is adopted, it takes time to return the ring to its original shape.
それ故、前記汚染区域と非汚染区域との間を隔離する隔壁の出入り口開口部に対して該リングを使用した蓋体の着脱に、時間がかかり、作業者の防護服を介しての汚染区域と非汚染区域との空間移動の際の時間的利便性を向上させることが求められている。 Therefore, it takes time to attach and detach the lid using the ring with respect to the entrance / exit opening of the partition wall separating the contaminated area and the non-contaminated area, and the contaminated area through the protective clothing of the operator. There is a need to improve the time convenience when moving between the uncontaminated area and the uncontaminated area.
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、リングの動作速度の改善、特に加熱により形状変形したリングを冷却により逆変形させる際のその動作速度を向上させるべく、そして作業者の防護服を介しての汚染区域と非汚染区域との空間移動の際の時間的短縮性を向上させるべく、逆変形させる弾性体を熱電変換素子のヒートマスとした構造にして、動作速度が早く、温度変化に応じて可逆的形状変化が可能なリングとそれを用いた防護服及び出入機構を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above points, and is intended to improve the operating speed of the ring, in particular to improve the operating speed when the ring deformed by heating is reversely deformed by cooling. In order to improve the time shortening at the time of space movement between the contaminated area and the non-contaminated area through the protective clothing, the elastic body to be reversely deformed is a heat mass of the thermoelectric conversion element, the operation speed is fast, It is an object of the present invention to provide a ring capable of reversible shape change according to temperature change, a protective suit using the ring, and an entrance / exit mechanism.
そして、本発明の可逆的形状変化が可能なリングは
(1) 一部切欠部を有し、加熱、冷却による温度変化に応じその形状を変化させる可逆的形状変化が可能なリングにおいて、
リングの周方向に沿って形状記憶合金を有すること、
リングの周方向に沿って配設された弾性体を有すること、
リングの大きさに応じ予めシミュレーションで求められた間隔でリングの周方向に沿って配設されるとともに、形状記憶合金と弾性体との間に加熱と冷却とが切換え自在の複数の熱電変換素子を有すること、
熱電変換素子が配設されるその位置で、形状記憶合金と弾性体とを熱電変換素子に夫々直接接触させ、かつ形状記憶合金、弾性体及び熱電変換素子の各位置を不変なる形態で固定する断熱材の固定部材を有するとともに、弾性体がヒートマスを構成してなること、
形状記憶合金は加熱によりその曲率半径が大きくなるか又は小さくなるものであること、
形状記憶合金は予めその曲率半径が所定値aとなるように記憶されているものであること、
弾性体は予めその曲率半径が所定値bとなるように加工されたものであること、
形状記憶合金と該弾性体と熱電変換素子との複合体の曲率半径は、高温時ではa’であり、低温時ではb’であること、
a、a’、b及びb’は、a>a’>b’>bの関係にあるか又はb>b’>a’>aの関係にあること
を有し、冷却の際の熱電変換素子の発熱量を、ヒートマスを構成する弾性体に蓄積された熱量で補強することにより、リングの逆変形速度を向上せしめたことを特徴としている。
And the ring capable of reversible shape change according to the present invention is (1) a ring that has a partly cutout part and that can reversibly change shape depending on temperature change caused by heating and cooling.
Having a shape memory alloy along the circumferential direction of the ring,
Having an elastic body disposed along the circumferential direction of the ring;
A plurality of thermoelectric conversion elements that are arranged along the circumferential direction of the ring at intervals determined in advance by simulation according to the size of the ring and that can be switched between heating and cooling between the shape memory alloy and the elastic body to have,
At the position where the thermoelectric conversion element is disposed, the shape memory alloy and the elastic body are brought into direct contact with the thermoelectric conversion element, and the positions of the shape memory alloy, the elastic body, and the thermoelectric conversion element are fixed in an invariable form. In addition to having a heat insulating fixing member, the elastic body constitutes a heat mass,
The shape memory alloy is one or smaller radius of curvature is increased by heating,
The shape memory alloy is preliminarily stored so that the radius of curvature thereof is a predetermined value a;
The elastic body is processed in advance so that the radius of curvature is a predetermined value b,
The radius of curvature of the composite of the shape memory alloy, the elastic body, and the thermoelectric conversion element is a ′ at a high temperature and b ′ at a low temperature.
a, a ′, b, and b ′ have a relationship of a> a ′> b ′> b or a relationship of b> b ′> a ′> a, and thermoelectric conversion during cooling It is characterized in that the reverse deformation speed of the ring is improved by reinforcing the heat generation amount of the element with the heat amount accumulated in the elastic body constituting the heat mass.
そして、
(2) 該リングは、その外周端面に沿って嵌合用凹部を有して成形材料で成形されてなり、熱電変換素子に基づく形状記憶合金への加熱により、その曲率半径を拡大するように形状変化を生じるとともに、熱電変換素子に基づく形状記憶合金への冷却により、リングの逆変形速度を向上せしめたことを特徴としている。
And
(2) The ring has a recess for fitting along its outer peripheral end surface and is formed of a molding material, and is shaped so as to expand its radius of curvature by heating to a shape memory alloy based on a thermoelectric conversion element. It is characterized in that the reverse deformation speed of the ring is improved by causing a change and cooling to the shape memory alloy based on the thermoelectric conversion element.
また、
(3) 該リングは、その外周端面に沿って嵌合用凹部を有して成形材料で成形されてなり、熱電変換素子に基づく形状記憶合金への加熱により、その曲率半径を縮小するように形状変化を生じるとともに、熱電変換素子に基づく形状記憶合金への冷却により、リングの逆変形速度を向上せしめたことを特徴としている。
Also,
(3) The ring has a recess for fitting along its outer peripheral end surface and is formed of a molding material, and is shaped so as to reduce its radius of curvature by heating to a shape memory alloy based on a thermoelectric conversion element. It is characterized in that the reverse deformation speed of the ring is improved by causing a change and cooling to the shape memory alloy based on the thermoelectric conversion element.
また、
(4) 該リングは、その内周端面に沿って嵌合用凹部を有して成形材料で成形されてなり、熱電変換素子に基づく形状記憶合金への加熱により、その曲率半径を拡大するように形状変化を生じるとともに、熱電変換素子に基づく形状記憶合金への冷却により、リングの逆変形速度を向上せしめたことを特徴としている。
Also,
(4) The ring has a recess for fitting along its inner peripheral end surface and is formed of a molding material so that its radius of curvature is expanded by heating the shape memory alloy based on the thermoelectric conversion element. In addition to causing a shape change, cooling to the shape memory alloy based on the thermoelectric conversion element improves the reverse deformation speed of the ring.
また、
(5) 該リングは、その内周端面に沿って嵌合用凹部を有して成形材料で成形されてなり、熱電変換素子に基づく形状記憶合金への加熱により、その曲率半径を縮小するように形状変化を生じるとともに、熱電変換素子に基づく形状記憶合金への冷却により、リングの逆変形速度を向上せしめたことを特徴としている。
Also,
(5) The ring has a fitting recess along its inner peripheral end surface and is formed of a molding material so that the radius of curvature is reduced by heating the shape memory alloy based on the thermoelectric conversion element. In addition to causing a shape change, cooling to the shape memory alloy based on the thermoelectric conversion element improves the reverse deformation speed of the ring.
そして本発明の可逆的形状変化が可能なリングを用いた防護服は
(6) 作業者が出入りする開口部を有する放射性汚染防護用の防護服において、
開口部に接続する防護服枠を有し、該防護服枠には防護服側蓋が着脱自在に装着され、
防護服枠と防護服側蓋との接合手段として(1)ないし(5)に記載のいずれかの可逆的形状変化が可能なリングが用いられていることを特徴としている。
And the protective clothing using the ring capable of reversible shape change of the present invention is (6) a protective clothing for protecting radioactive contamination having an opening through which an operator enters and exits.
A protective clothing frame connected to the opening, and a protective clothing side lid is detachably attached to the protective clothing frame;
A ring capable of reversible shape change according to any one of (1) to (5) is used as a joining means between the protective clothing frame and the protective clothing side lid.
また本発明の可逆的形状変化が可能なリングを用いた出入機構は
(7) 汚染区域内で着用する放射性汚染防護用の防護服内に作業者が非汚染区域から出入りする出入機構において、
汚染区域と非汚染区域とを仕切る隔壁に形成された円形状出入口の周辺に沿って配設された環状の隔壁枠と、
該出入口開口より大きな直径を有し、汚染区域内に位置するとともに、放射性汚染防護用の防護服の作業者が出入する開口部に接続される防護服枠と、
該出入口開口より大きな直径を有し、非汚染区域内に位置する非汚染側蓋と、
該出入口開口より小さい直径を有する防護服側蓋
を備え、
防護服枠には、その非汚染区域に向かう側に、該防護服枠に連接されている環の中心方向に向かって突出する第1の環状凸部と、第1の環状凸部より小さい直径を有し、該防護服枠に連設されている環の外側方向に向かって突出する第2の環状凸部と、これら2つの第1の環状凸部と第2の環状凸部との間に、非汚染区域に向かう側に向かって突出する第1の環状隔離板が配設され、かつ、該第1の環状隔離板の外周面と該防護服枠の第1の環状凸部との間に、外周端面に沿って第1の嵌合用凹部を有する第1のリングが配設されるとともに、該第1の環状隔離板の内周面と第2の環状凸部との間に、内周端面に沿って第2の嵌合用凹部を有する第2のリングが配設され、さらに前記第1の環状凸部、第2の環状凸部が各対応の第1のリングの第1の嵌合用凹部、第2のリングの第2の嵌合用凹部にそれぞれ嵌合可能な形状を備えてなり、
非汚染側蓋には、その汚染区域に対向する側に、該非汚染側蓋に連設されている環の中心方向に向かって突出する第3の環状凸部と、第3の環状凸部より小さい直径を有し、該非汚染側蓋に連設されている環の外側方向に向かって突出する第4の環状凸部と、これら2つの第3の環状凸部と第4の環状凸部との間に、汚染区域に向かう側に向かって突出する第2の環状隔離板が配設され、かつ、該第2の環状隔離板の外周面と第3の環状凸部との間に、外周端面に沿って第3の嵌合用凹部を有する第3のリングが配設されるとともに、該第2の環状隔離板の内周面と第4の環状凸部との間に、内周端面に沿って第4の嵌合用凹部を有する第4のリングが配設され、さらに前記第3の環状凸部、第4の環状凸部が各対応の第3のリングの第3の嵌合用凹部、第4のリングの第4の嵌合用凹部にそれぞれ嵌合可能な形状を備えてなり、
防護服側蓋には、その汚染区域に対向する側に、該防護服側蓋に連設されている環の外側方向に突出し、第2のリングの第2の嵌合用凹部に嵌合可能な形状を備えた第5の環状凸部と、その非汚染区域に対向する側に、該防護服側蓋に連設されている環の外側方向に突出し、第4のリングの第4の嵌合用凹部に嵌合可能な形状を備えた第6の環状凸部が配設されてなり、
隔壁枠には、その汚染区域に対向する側に、該隔壁枠に連設されている環の中心方向に向かって突出し、第1のリングの第1の嵌合用凹部に嵌合可能な形状を備えた第7の環状凸部と、その非汚染区域に対向する側に、該隔壁枠に連設されている環の中心方向に向かって突出し、第3のリングの第3の嵌合用凹部に嵌合可能な形状を備えた第8の環状凸部を有してなり、
防護服枠に配置されている第1のリングは、(2)に記載の可逆的形状変化が可能なリングであるとともに、第2のリングは、(4)に記載の可逆的形状変化が可能なリングであり、一方、非汚染側蓋に配置されている第3のリングは、(3)に記載の可逆的形状変化が可能なリングであるとともに、第4のリングは、(5)に記載の可逆的形状変化が可能なリングであること
を特徴としている。
Further, the access mechanism using a ring capable of reversible shape change according to the present invention is (7) an access mechanism in which an operator enters and exits a non-contaminated area in a protective clothing for protection against radioactive contamination worn in a contaminated area.
An annular partition frame disposed along the periphery of a circular doorway formed in a partition wall that partitions the contaminated area and the non-contaminated area;
A protective clothing frame having a diameter larger than the entrance opening, located in the contaminated area and connected to an opening through which an operator of protective clothing for radioactive contamination protection enters and exits ;
A non-contaminated side lid having a diameter larger than the entrance opening and located in a non -contaminated area;
A protective garment side lid having a smaller diameter than the entrance opening;
The protective clothing frame has a first annular projection projecting toward the center of the ring connected to the protective clothing frame , and a diameter smaller than the first annular projection on the side toward the non-contaminated area. A second annular projection protruding toward the outer side of the ring connected to the protective clothing frame , and between the two first annular projections and the second annular projection , the first projecting toward the side facing the non-contaminated zone annular separator is disposed, and, between the first annular projection of the outer peripheral surface of the first annular separator and the protective clothing frame during, the first ring having a first fitting recess along an outer peripheral end surface is disposed, between said inner peripheral surface and the second annular projection of the first annular separator, a second ring having a second fitting recess is disposed along the inner peripheral edge surface, further wherein the first annular projection, the second annular protrusion is a first ring of the corresponding First fitting recess, respectively it will comprise fittable shape to the second fitting recess of the second ring,
Non dirty side cover, on the side facing the contaminated area, the third annular protrusion protruding toward the center of the ring that is continuously provided to the non-contaminated side cover, the third annular projection have a smaller diameter, the non-a fourth annular projection which contaminated side are continuously provided in the lid to project toward the outer side direction of that ring, the two third annular projections and the fourth annular projection between the parts, a second annular separator is disposed projecting toward the side facing the contaminated area and, between the outer peripheral surface and the third annular projection of the second annular isolation plate , together with the third ring is arranged with a third fitting concave portion along the outer circumferential end face, between the inner peripheral surface and the fourth annular projection of the second annular isolation plate, the inner periphery fourth ring having a fourth fitting recess is disposed along the end face, further wherein the third annular projection, the annular protrusion of the fourth of the third third ring of the corresponding If recesses, each made includes a fittable shape to a fourth fitting concave portion of the fourth ring,
The protective clothing side cover, on the side facing the contaminated area, projecting outwardly of the ring that is continuously provided on the protective clothing side lid, can be fitted to the second fitting recess of the second ring a fifth annular projection having a shape, on the side facing the non-contaminated zone, projecting outwardly of the ring that is continuously provided on the protective clothing side cover, a fourth of the fourth ring A sixth annular convex portion having a shape capable of being fitted into the concave portion for fitting is disposed;
The partition frame has a shape that protrudes toward the center of the ring connected to the partition frame on the side facing the contaminated area, and can be fitted into the first fitting recess of the first ring. The seventh annular convex part provided on the side facing the non-contaminated area projects toward the center of the ring continuously provided on the partition wall frame, and is formed in the third fitting concave part of the third ring. It has an 8th annular convex part with a shape which can be fitted,
The first ring arranged in the protective clothing frame is a ring capable of reversible shape change described in (2), and the second ring is capable of reversible shape change described in (4). On the other hand, the third ring disposed on the non-contaminated side lid is a ring capable of reversible shape change described in (3), and the fourth ring is in (5). It is a ring capable of reversible shape change as described.
弾性体を発熱量の小さい熱電変換素子のヒートマスとしているので、発熱容量の小さい熱電変換素子でも、大きなリングのその形状変化を迅速に行うことができ、流す電流の極性を反転切換えするだけで、従来の自然冷却時に比べ迅速に拡径、縮径が可能なリングとなる。 Since the elastic body is a heat mass of a thermoelectric conversion element with a small calorific value, even a thermoelectric conversion element with a small heat generation capacity can quickly change its shape of a large ring, just by switching the polarity of the current to flow, Compared to the conventional natural cooling, the ring can be rapidly expanded and contracted.
このリングを利用することにより、蓋を隔壁に形成された出入り口開口部に装着したり或いはその蓋を離脱させるときに、その接合及び離脱が迅速に行える。 By using this ring, when the lid is attached to the entrance / exit opening formed in the partition wall or when the lid is detached, the joining and detaching can be performed quickly.
熱電変換素子としてペルチェ素子を用い、その流す電流の方向を変えることにより加熱或いは冷却がそれぞれ反転されて、形状が可逆的に変形可能な本発明のリングは、その内部に形状記憶合金、弾性体、熱電変換素子としてペルチェ素子を有するとともに、そのリングの一部が切欠されている。そのリングの一実施例を図1に示す。 The ring according to the present invention, which uses a Peltier element as a thermoelectric conversion element and is reversibly deformed by reversing the heating or cooling by changing the direction of the flowing current, has a shape memory alloy and elastic body inside. In addition to having a Peltier element as the thermoelectric conversion element, a part of the ring is notched. One embodiment of the ring is shown in FIG.
図1において、Rはリングを示し、その一部は切欠されている。つまりリングRは切欠部Lを有している。この切欠部Lの大きさは、使用する形状記憶合金などにより変わるが、該リングRをペルチェ素子で加熱或いは冷却したときに生じるその曲率半径の拡大や縮小に応じて適宜に定められる。該ペルチェ素子が設けられた所には弾性体が配設され、該弾性体は、形状記憶合金により変形されたリングRを逆変形させ、元の形状に復帰させるとともに該ペルチェ素子のヒートマスとしての役割をも有している。 In FIG. 1, R indicates a ring, and a part thereof is cut away. That is, the ring R has a notch L. The size of the notch L varies depending on the shape memory alloy to be used, but is appropriately determined according to the increase or decrease in the radius of curvature that occurs when the ring R is heated or cooled by a Peltier element. An elastic body is disposed where the Peltier element is provided, and the elastic body reversely deforms the ring R deformed by the shape memory alloy to return to the original shape and as a heat mass of the Peltier element. It also has a role.
ペルチェ素子はリングR全体に配設する必要性はなく、例えば汎用有限要素法によるペルチェ素子の熱流速解析や汎用有限要素法によるペルチェ素子の熱伝導解析で、リングRの大きさに応じてその計算から熱流速、その熱伝導の様子が分かるので、どの程度の大きさのペルチェ素子をリングRのどの位置に何個配置するかシミュレートすることができ、それによってそれぞれ決定される。そして該リングRの断面は種々の構造を有することができる。 There is no need to arrange the Peltier element in the entire ring R. For example, in the heat flow analysis of the Peltier element by the general-purpose finite element method or the heat conduction analysis of the Peltier element by the general-purpose finite element method, Since the heat flow rate and the state of heat conduction can be known from the calculation, it is possible to simulate how many Peltier elements are arranged at which position of the ring R, and each is determined accordingly. The cross section of the ring R can have various structures.
なお、Kはペルチェ素子が配置されている複数個の位置の中の1つを破断して表し、Eはペルチェ素子に電流を供給するリード線を表している。 Note that K represents one of a plurality of positions where the Peltier elements are disposed by breaking, and E represents a lead wire for supplying a current to the Peltier elements.
図2はリングにペルチェ素子が配置される所での基本的配置図を示している。
図2において、1は形状記憶合金、2は超弾性形状記憶合金、3はペルチェ素子、4は固定用ブリッジを表している。
FIG. 2 shows a basic layout where the Peltier elements are arranged on the ring.
In FIG. 2, 1 is a shape memory alloy, 2 is a superelastic shape memory alloy, 3 is a Peltier element, and 4 is a fixing bridge.
固定用ブリッジ4は、断熱材料、例えばセラミックが用いられており、固定用ブリッジ4に形状記憶合金1と超弾性形状記憶合金2とがペルチェ素子3にそれぞれ直接接する形態で配設されている。つまり超弾性形状記憶合金2は、本来の弾性作用に加えて、発熱量の小さいペルチェ素子3のヒートマスとしての機能を兼ね備えるように配置されている。言うまでもなくペルチェ素子3は、該ペルチェ素子3に流れる電流のその極性の切換えに応じ、その加熱と冷却とをそれぞれ反転させる。
The fixing
なお、ペルチェ素子3を中にした形状記憶合金1と超弾性形状記憶合金2との3者構成で1組をなすようになっており、図2では2組のものが図示されている。以降便宜上2組のもので説明するが、1組の場合や3組の場合など適宜の組数とすることができる。
Note that one set is formed by a three-member configuration of the shape memory alloy 1 and the superelastic
図3はリングにペルチェ素子が配設されている部分のその一実施例断面構造図を示している。
図3において、線状の形状記憶合金1とヒートマスを兼ねた線状の超弾性形状記憶合金2とが、ペルチェ素子3にそれぞれ直接接する形態でセラミックの固定用ブリッジ4に固定されている。7、8は断熱材であり、これらの部材は、例えば軟質塩化ビニールなどの高分子成形材料6でモールドされている。この断熱材7、8は、例えば形状記憶合金1側の熱が超弾性形状記憶合金2側へ熱伝導するのを遮断する。リングRにはその内周端面に沿ってテーパを有する凹部5が形成されている。
FIG. 3 shows a sectional structural view of one embodiment of a portion where a Peltier element is arranged on the ring.
In FIG. 3, a linear shape memory alloy 1 and a linear superelastic
形状記憶合金1と超弾性形状記憶合金2とのそれぞれの位置を替えてもよく、また凹部5はリングRの外周端面に沿って設けることも可能である。
The positions of the shape memory alloy 1 and the superelastic
図3ではリングRの断面が長方形として示されているが、リングRの断面形状は他の形状、例えば円形状や他の多角形状など種々の形状をとることができる。ここではリングRが後に説明する放射線汚染防護用の防護服、出入機構などに用いられることに関連して、断面が長方形で、リングRの内周端面に沿ってテーパを有する凹部5が設けられたものを図示している。
In FIG. 3, the cross section of the ring R is shown as a rectangle, but the cross section of the ring R may take other shapes such as a circular shape and other polygonal shapes. Here, in connection with the use of the ring R in protective clothing for radiation contamination protection, an entrance / exit mechanism, which will be described later, a
図4はリングにペルチェ素子が配設されている部分の他の実施例断面構造図を示している。
図4において、線状の形状記憶合金1とヒートマスを兼ねた線状の超弾性形状記憶合金2とが、ペルチェ素子3にそれぞれ直接接する形態でセラミックの固定用ブリッジ4に固定されている。8は断熱材であり、これらの部材は高分子成形材料6でモールドされている。この断熱材8は熱伝導阻止として用いられている。この高分子成形材料6でのモールドは、超弾性形状記憶合金2が高分子成形材料6から露出される形状にされ、空中放熱が行われるようになっている。
FIG. 4 is a cross-sectional structural view of another embodiment where a Peltier element is disposed on a ring.
In FIG. 4, a linear shape memory alloy 1 and a linear superelastic
図5はリングにペルチェ素子が配設されている部分の他の実施例断面構造図を示している。
図5において、線状の形状記憶合金1とヒートマスを兼ねた線状の超弾性形状記憶合金2とが、ペルチェ素子3にそれぞれ直接接する形態でセラミックの固定用ブリッジ4に固定されている。ここでのペルチェ素子3は、図5図示の如く高分子成形材料6の上辺(外周端面)、下辺(内周端面)にまでそれぞれ延ばされており、ペルチェ素子3の発熱量の増加を図るとともに、例えば形状記憶合金1側と超弾性形状記憶合金2側との熱伝導を遮断する構造となっている。
FIG. 5 shows a sectional structural view of another embodiment of the part where the Peltier element is arranged on the ring.
In FIG. 5, a linear shape memory alloy 1 and a linear superelastic
図6はリングにペルチェ素子が配設されている部分の他の実施例断面構造図を示している。
図6において、図3に示されたものから更に2つの断熱材7,7の間の高分子成形材料6を削除し、形状記憶合金1と超弾性形状記憶合金2とを入れ換えた形態でモールドされている。この場合は、超弾性形状記憶合金2を内側に、形状記憶合金1を外側にして固定用ブリッジ4に固定されており、超弾性形状記憶合金2の放熱効果向上のための配置である。断熱材7がない構造であってもよい。
FIG. 6 is a cross-sectional structural view of another embodiment where a Peltier element is disposed on a ring.
In FIG. 6, the
図7はリングにペルチェ素子が配設されている部分の他の実施例断面構造図を示している。
図7において、1個の帯状のペルチェ素子9を共通にして2個の形状記憶合金1と2個の超弾性形状記憶合金2とで構成のものを、それぞれの固定用ブリッジ10を用いて固定している。断熱材7で形状記憶合金1側と超弾性形状記憶合金2側との熱伝導を遮断するようにしている。断熱材7に替え、帯状のペルチェ素子9が延長されていてもよい。
FIG. 7 shows a sectional structural view of another embodiment of the part where the Peltier element is arranged on the ring.
In FIG. 7, one band-shaped
図8はリングにペルチェ素子が配設されている部分の他の実施例断面構造図を示している。
図8のものは、図7の2個の線状の超弾性形状記憶合金2を1個の帯状の超弾性形状記憶合金11に替えたものであり、この場合もペルチェ素子9のその内径側に帯状の超弾性形状記憶合金11、その外径側に形状記憶合金1をそれぞれ直接接する形態とすることも可能である。
FIG. 8 is a sectional structural view of another embodiment of the part where the Peltier element is arranged on the ring.
8 is obtained by replacing the two linear superelastic
以上の説明から分かるように、図7において、2個の形状記憶合金1を1個の帯状の形状記憶合金に替えることもでき、また2個の超弾性形状記憶合金2を1個の帯状の超弾性形状記憶合金に替えるとともに2個の形状記憶合金1を1個の帯状の形状記憶合金に替えることもできる。
As can be seen from the above description, in FIG. 7, two shape memory alloys 1 can be replaced with one band-shaped shape memory alloy, and two superelastic
図7、図8の場合にはさらに、形状記憶合金1と超弾性形状記憶合金2との位置を換え、環状外側に超弾性形状記憶合金2、環状内側に形状記憶合金1を配設する構造を採ることも可能である。
In the case of FIGS. 7 and 8, the shape memory alloy 1 and the super elastic
以上の説明では、リングRの断面形状は、長方形として示されているが、他の形状、例えば円形状や他の多角形状などであることも可能である。それぞれの応用製品の形態に適合した断面形状とすることができることは言うまでもない。 In the above description, the cross-sectional shape of the ring R is shown as a rectangle, but other shapes such as a circular shape and other polygonal shapes are also possible. It goes without saying that the cross-sectional shape can be adapted to the form of each application product.
図1、図3ないし図8で説明したリングRは、或る曲率半径aに形状記憶させた形状記憶合金1と、別な曲率半径bに加工した超弾性形状記憶合金(超弾性形状記憶合金のほかに、ばね、鋼、プラスチック、FRPなどの弾性体であってもよい)2、11とを熱電変換素子であるペルチェ素子3にそれぞれ直接接触させた組合わせの上で固定用ブリッジ4、10で固定し、成形材料の高分子成形材料(樹脂、低融点合金など)6で一体化、すなわち複合化させたものである。この場合、高分子成形材料6は必ずしも必要とされず、固定用ブリッジ4、10によるペルチェ素子3、9を中にした形状記憶合金1と超弾性形状記憶合金2などの弾性体との一体化させる構造とすることも可能である。
The ring R described in FIG. 1 and FIGS. 3 to 8 includes a shape memory alloy 1 that has a shape memory with a certain curvature radius a and a superelastic shape memory alloy (superelastic shape memory alloy) that has been processed with another curvature radius b. (It may be an elastic body such as a spring, steel, plastic, FRP, etc.) 2 and 11 and the fixing
このリングRは、その形状記憶合金1について予めその曲率半径が所定値aとなるように記憶されており、その超弾性形状記憶合金2について予めその曲率半径が所定値bとなるように加工されていて、その上で、加熱時(高温時)には曲率半径a’を有し、低温時(ペルチェ素子3による冷却時のみならず未加熱時を含む冷却時)には曲率半径b’を有するように設計されている。
The ring R is preliminarily stored so that the radius of curvature of the shape memory alloy 1 becomes a predetermined value a, and is processed in advance so that the radius of curvature of the superelastic
形状記憶合金1としては、通常Ti−Ni合金が用いられているが、形状記憶を有するもので、かつ低温時と高温時との弾性率に差があるもの(タイリング)であればよい。 As the shape memory alloy 1, a Ti—Ni alloy is usually used, but any shape memory may be used as long as it has a shape memory and has a difference in elastic modulus between a low temperature and a high temperature (tiling).
前記曲率半径a、a’、b、b’において、a>a’>b>b’の関係になるように設計すれば、そのリングRは、高温時に半径が大きくなり、高温時に曲率半径a’、低温時に曲率半径b’を有するリング(タイリング)となる。 If the radius of curvature a, a ′, b, b ′ is designed so that a> a ′> b> b ′, the radius of the ring R increases at high temperatures and the radius of curvature a at high temperatures. A ring having a radius of curvature b at low temperatures (tiling) is obtained.
一方、曲率半径a、a’、b、b’において、b>b’>a’>aの関係になるように設計すれば、そのリングRは、低温時に曲率半径b’を有し、高温時に曲率半径a’を有するリング(タイリング)となる。 On the other hand, if the radius of curvature a, a ′, b, b ′ is designed so that b> b ′> a ′> a, the ring R has a radius of curvature b ′ at low temperatures and high temperatures. Sometimes it becomes a ring with a radius of curvature a ′ (tiling).
リングRを加熱、冷却するためには、図1に示されたリード線Eからペルチェ素子3に適宜の方向の電流を流せばよい。 In order to heat and cool the ring R, a current in an appropriate direction may be supplied from the lead wire E shown in FIG.
高温時にその半径が大きくなるように設計されたリングRは、そのペルチェ素子3に通電して、そのリングR内の形状記憶合金1をその相変態点温度以上に加熱すると、その半径は大きくなり、そのリングRの外周端面に物を接触させていると、その物を外方向に強く押圧する。
A ring R designed to have a large radius at a high temperature increases its radius when the
相変態点温度以上に加熱され、リングRの外周端面でその物が外方向に強く押圧されている状態で、そのペルチェ素子3に逆極性の通電をしてそのリングR内の形状記憶合金1をその相変態点温度以下に冷却すると、リングRのヤング率が低減するとともにその剛性が低下し、超弾性形状記憶合金2の弾性力により該形状記憶合金1が元の状態に復帰する。すなわち、その物を外方向に強く押圧していた押圧力が形状記憶合金1の形状変化により消滅する。
The shape memory alloy 1 in the ring R is heated by applying a reverse polarity current to the
一方、低温時にその半径が小さくなるように設計されたリングRは、そのペルチェ素子3に通電をして、そのリングR内の形状記憶合金1をその相変態点温度以上に加熱すると、その半径は小さくなり、そのリングRの内周端面に物を接触させていると、その物を強く締付ける。
On the other hand, when the ring R designed to have a small radius at low temperatures is energized to the
相変態点温度以上に加熱され、リングRの外周端面でその物が強く締付けられている状態で、そのペルチェ素子3に逆極性の通電をしてそのリングR内の形状記憶合金1をその相変態点温度以下に冷却すると、リングRのヤング率が低減するとともにその剛性が低下し、超弾性形状記憶合金2の弾性力により該形状記憶合金1が元の状態に復帰する。すなわち、その物を強く締付けていた力が形状記憶合金1の形状変化により消滅する。
In a state in which the object is strongly tightened at the outer peripheral end face of the ring R and heated to a temperature higher than the phase transformation point temperature, the
今、ペルチェ素子3によって形状記憶合金1側が加熱されていると、超弾性形状記憶合金2は冷却されており、該超弾性形状記憶合金2に冷気が蓄積される。つまり超弾性形状記憶合金2はヒートマスとして作用している。形状記憶合金1が変態点温度に到達すると、形状記憶合金1はアクチェータとして機能し、超弾性形状記憶合金2の弾性力に抗してリングRを予め記憶されている形状に変形させる。
If the shape memory alloy 1 side is heated by the
ペルチェ素子3へ供給されている電流の極性を反転させると、形状記憶合金1側が冷却されるとともに超弾性形状記憶合金2側が加熱される。このとき超弾性形状記憶合金2はそれまでヒートマスとして冷気を蓄積していたので、超弾性形状記憶合金2の温度上昇速度は遅く、これによりペルチェ素子3の超弾性形状記憶合金2側への発熱が高まり、ペルチェ素子3の効率が向上する。
When the polarity of the current supplied to the
そしてこの時の形状記憶合金1側の温度は超弾性形状記憶合金2側の温度より高いので、形状記憶合金1側から超弾性形状記憶合金2へ該ペルチェ素子3を介して熱伝導などの熱移動が起こり、形状記憶合金1の温度はペルチェ素子3の冷却ともあいまって急速に降下する。そして形状記憶合金1が変態点温度に降下すると、それまでの形状記憶合金1の剛性が消滅し、超弾性形状記憶合金2の弾性力に抗することができなくなり、超弾性形状記憶合金2の弾性力により、リングRは元の形状に変形させられる。
Since the temperature on the shape memory alloy 1 side at this time is higher than the temperature on the super elastic
ところで、特許文献3では、ペルチェ素子列を適宜に選定して該形状記憶合金を側面から加熱或いは冷却することにより、第1のアクチュエータ部で屈曲運動を、そして第2のアクチュエータ部で回転運動をそれぞれ自在に可能ならしめている。ペルチェ素子列の各ペルチェ素子が発生させる熱量は小さく、径の極めて小さい医療器具としてのカテーテルを可逆的に形状変形を可能ならしめることはできるが、後に説明する防護服を介して汚染区域と非汚染区域とを空間移動する作業者が出入する程の大きさのリングに対して熱容量不足である。
By the way, in
またカテーテルは、断面が円環をなしその軸方向に長いという筒状であり、当該筒の径の中心軸方向の拡大縮小は物理的に不可能である(本発明のリングRは切欠部Lを有している)。 The catheter has a cylindrical shape with a circular cross section and is long in the axial direction, and it is physically impossible to enlarge or reduce the diameter of the cylinder in the central axis direction (the ring R of the present invention has a notch L). have).
特許文献4では、断面が矩形形状又は円筒形状をなす運動素子の内部に、形状記憶合金とこの形状記憶合金の長手方向に複数個配置された形状記憶合金を加熱或いは冷却が可能なように交互に配置されたP型ペルチェ素子とN型ペルチェ素子とが設けられ、これらのP型ペルチェ素子とN型ペルチェ素子とに対する電流の供給方向を適宜に制御して、該運動素子を素早く曲げたり戻したりすることを可能ならしめている。これらの各ペルチェ素子が発生させる熱量は小さく、断面が矩形形状又は円筒形状の極めて小さい医療器具としての運動素子を可逆的に形状変形を可能ならしめることはできるが、特許文献3の場合と同様に、防護服を介して汚染区域と非汚染区域とを空間移動する作業者が出入する程の大きさのリングに対して、これらの技術を適用しても熱容量不足は明白である。
In
また運動素子は、断面が矩形形状又は円筒形状をなしその軸方向に長いという棒状であり、当該矩形形状又は円筒形状中心軸方向の拡大縮小は物理的に不可能である。 The motion element has a rod shape whose cross section is rectangular or cylindrical and is long in the axial direction, and enlargement / reduction in the central axis direction of the rectangular or cylindrical shape is physically impossible.
なお、特許文献4の段落〔0040〕、〔0041〕には、「また、円筒形状の形状記憶合金31の内部に超弾性のパイプあるいは線材を挿入し、パイプあるいは線材の復元力を利用して変形前の形状に復帰させるようにしてもよい。」、「さらに超弾性のパイプあるいは高分子材料で形成されたパイプを円筒形状の形状記憶合金31の外側に配置してペルチェ素子を覆い、このパイプの復元力を利用して変形前の形状に復帰させるようにしてもよい。」との記述がなされているが、これらの配列構造において、結果的に超弾性のパイプがペルチェ素子からの発熱の熱量を蓄積はするが、段落〔0041〕の場合はペルチェ素子からの熱量を超弾性のパイプを介して形状記憶合金31に伝導する構造となっており、ペルチェ素子が直接形状記憶合金31に熱量を付与する形態になっておらず、熱効率が悪く、また段落〔0040〕の場合はペルチェ素子からの熱量を直接形状記憶合金31に付与する形態であり、超弾性のパイプはヒートマスとしての役割をなしていないものである。つまり、超弾性のパイプをヒートマスとして積極的に利用する技術は開示されていない。
In addition, in paragraphs [0040] and [0041] of
本発明による汚染区域内で着用する防護服内に非汚染区域から作業者が出入する機構は、前記加熱、冷却により可逆的に形状変形を生じる該リングRを利用するもので、ねじやボルトなどの締付具を実質上使用しないものであるとともに、通電極性の反転で加熱、冷却の急速な反転が可能となり、該リングRの可逆変形速度を向上させることにより、汚染区域内と非汚染区域との間の作業者の迅速な出入移動を可能ならしめている。 The mechanism in which an operator enters and exits the protective clothing worn in the contaminated area according to the present invention from the non-contaminated area utilizes the ring R that reversibly deforms by heating and cooling, such as screws and bolts. The fasteners of the ring R are substantially not used, and heating and cooling can be rapidly reversed by reversing the energization polarity. By improving the reversible deformation speed of the ring R, the inside of the contaminated area and non-contaminated can be obtained. It enables rapid movement of workers to and from the area.
図9は作業者が汚染区域と非汚染区域との間を出入する機構の説明図、図10は作業者が汚染区域と非汚染区域との間を出入する際の出入機構の構成図を示している。 FIG. 9 is an explanatory diagram of a mechanism for an operator to enter / exit between a contaminated area and a non-contaminated area, and FIG. 10 is a configuration diagram of an entrance / exit mechanism for an operator to enter / exit between a contaminated area and an uncontaminated area. ing.
図9、図10において、21は隔壁であり、汚染区域と非汚染区域とを分離するもの、22は防護服、23は隔壁枠であり、作業者が出入可能な穴を有する隔壁21に取り付けられているもの、24は防護服枠であり、防護服22の開口部周囲に装着されているもの、25は防護服側蓋、26は非汚染側蓋をそれぞれ表している。
9 and 10,
図11及び図12は図10の構成図の部分Yの拡大図、図13は図10の機構の斜視図をそれぞれ示している。 11 and 12 are enlarged views of a portion Y of the configuration diagram of FIG. 10, and FIG. 13 is a perspective view of the mechanism of FIG.
図11、図12及び図13において、24は図9、図10で説明された防護服枠を表し、31及び32はそれに連接されたテーパ付の環状凸部をそれぞれ表わしている。31は第1環状凸部(第1の環状凸部)であり、32は第2環状凸部(第2の環状凸部)である。第1環状凸部31は該防護服枠24に連接されている環の内側(環の中心方向)に向けて突き出ており、第2環状凸部32は、第1環状凸部31より小さい直径を有し、該防護服枠24に連設されている環の外側方向(環の中心方向と反対の方向)に向けて突き出している。
11, 12, and 13, 24 represents the protective clothing frame described with reference to FIGS. 9 and 10, and 31 and 32 represent tapered annular convex portions connected to the protective clothing frame, respectively.
35は環状隔離板(第1の環状隔離板)であり、環状隔離板35はこれら2つの第1環状凸部31と第2環状凸部32との間に、非汚染区域に向かう側に向かって突出する形態で該防護服枠24に連接されて設けられている。環状隔離板35の先端部は三角形をなすテーパ状に形成されている。
該環状隔離板35の外周面と該防護服枠24の第1環状凸部31との間に、第1リング(第1のリング)R1(a)が配設されるとともに、該環状隔離板35の内周面と第2環状凸部32との間に、第1リング(第2のリング)R1(b)が配設されている。
A first ring (first ring) R1 (a) is disposed between the outer peripheral surface of the
第1リングR1(a)の外周端面に沿ってテーパを有する嵌合用の環状凹部、すなわち第1環状凹部(第1の嵌合用凹部)33が設けられており、また第1リングR1(b)の内周端面に沿ってテーパを有する嵌合用の環状凹部、すなわち第2環状凹部(第2の嵌合用凹部)34が設けられている。 A fitting annular recess having a taper along the outer peripheral end face of the first ring R1 (a), that is, a first annular recess ( first fitting recess) 33 is provided, and the first ring R1 (b) is provided. An annular recess for fitting having a taper along the inner peripheral end face, that is, a second annular recess ( second fitting recess) 34 is provided.
そして第1環状凹部33は第1環状凸部31と嵌合し、第2環状凹部34は第2環状凸部32と嵌合する。
The first
26は図9、図10で説明された非汚染側蓋を表し、36及び37はそれに連設されたテーパ付の環状凸部をそれぞれ表わしている。36は第1環状凸部(第3の環状凸部)であり、37は第2環状凸部(第4の環状凸部)である。第1環状凸部36は該非汚染側蓋26に連設されている環の内側(環の中心方向)に向けて突き出ており、第2環状凸部37は、第1環状凸部36より小さい直径を有し、該非汚染側蓋26に連設されている環の外側方向(環の中心方向と反対の方向)に向けて突き出している。
40は環状隔離板(第2の環状隔離板)であり、環状隔離板40はこれら2つの第1環状凸部36と第2環状凸部37との間に、汚染区域に向かう側に向かって突出する形態で該非汚染側蓋26に連設されて設けられている。環状隔離板40の先端部はテーパ状に形成されている。
該環状隔離板40の外周面と該環状隔離板40の第1環状凸部36との間に、第2リング(第3のリング)R2(b)が配設されるとともに、該環状隔離板40の内周面と第2環状凸部37との間に、第2リング(第4のリング)R2(a)が配設されている。
A second ring (third ring) R2 (b) is disposed between the outer peripheral surface of the
第2リングR2(b)の外周端面に沿って三角形をなすテーパを有する嵌合用の環状凹部、すなわち第1環状凹部(第3の嵌合用凹部)38が設けられており、また第2リングR2(a)の内周端面に沿ってテーパを有する嵌合用の環状凹部、すなわち第2環状凹部(第4の嵌合用凹部)39が設けられている。 An annular recess for fitting having a triangular taper along the outer peripheral end surface of the second ring R2 (b), that is, a first annular recess ( third engagement recess) 38 is provided, and the second ring R2 is provided. An annular recess for fitting having a taper along the inner peripheral end surface of (a), that is, a second annular recess ( fourth recess for fitting) 39 is provided.
そして第1環状凹部38は第1環状凸部36と嵌合し、第2環状凹部39は第2環状凸部37と嵌合する。
The first
25は図9、図10で説明された防護服側蓋を表し、41及び42はそれに連設されたテーパを有す環状凸部をそれぞれ表わしている。41は第1環状凸部(第5の環状凸部)であり、42は第2環状凸部(第6の環状凸部)である。第1環状凸部41はその汚染区域に対向する側に、該防護服側蓋25に連設されている環の外側方向(環の中心方向と反対の方向)に突出しており、第2環状凸部42はその非汚染区域に対向する側に、該防護服側蓋25に連設されている環の外側方向(環の中心方向と反対の方向)に突出している。防護服側蓋25の外端ヘッド43は三角形をなすテーパ状に形成されている。
なお、第1環状凸部41は第1リングR1(b)の第2環状凹部34に嵌合し、また第2環状凸部42は第2リングR2(a)の第2環状凹部39に嵌合する。
25 represents the protective clothing side cover described in FIGS. 9 and 10, and 41 and 42 represent annular convex portions having a taper connected thereto.
The first annular
23は図9、図10で説明された隔壁枠を表し、45及び46はそれに連設されたテーパを有する環状凸部をそれぞれ表わしている。45は第1環状凸部(第7の環状凸部)であり、46は第2環状凸部(第8の環状凸部)である。第1環状凸部45は該隔壁枠23に連接されている環の内側(環の中心方向)に向けて突出しており、第2環状凸部46は、該隔壁枠23に連設されている環の内側方向(環の中心方向)に向けて突出している。隔壁枠23の内端ヘッド47は三角形をなすテーパ状に形成されている。
なお、第1環状凸部45は第1リングR1(a)の第1環状凹部33に嵌合し、また第2環状凸部46は第2リングR2(b)の第1環状凹部38に嵌合する。
The first annular
なお、上記説明の第1リングR1(a)及び第1リングR1(b)は、いずれも加熱によりその半径が拡大するリングを表し、第2リングR2(a)及び第2リングR2(b)は、いずれも加熱によりその半径が縮小するリングである。 Note that the first ring R1 (a) and the first ring R1 (b) described above each represent a ring whose radius is enlarged by heating, and the second ring R2 (a) and the second ring R2 (b). Are rings whose radius is reduced by heating.
これらの第1リングR1(a)、第1リングR1(b)、第2リングR2(a)及び第2リングR2(b)は、図1図示の形状、構造を有しており、図1で示されるリングR内に配設されたペルチェ素子3への電流供給は、そのリード線Eから行われ、極性反転の電流供給により、加熱と冷却とがそれぞれ反転する。
These first ring R1 (a), first ring R1 (b) , second ring R2 (a) and second ring R2 (b) have the shape and structure shown in FIG. The current supply to the
ここで、図11は低温(常温を含む)時の状態を示しており、この場合、第1リングR1(a)は未変形でその半径が小さく、第1環状凸部31と第1環状凹部33とは未嵌合である。また第1リングR1(b)も未変形であり、その半径は小さく、そして第2環状凸部32と第2環状凹部34とは嵌合している。
Here, FIG. 11 shows a state at a low temperature (including room temperature). In this case, the first ring R1 (a) is undeformed and has a small radius, and the first annular
また、第2リングR2(a)は未変形でその半径が大きく、第2環状凸部37と第2環状凹部39とは未嵌合である。また第2リングR2(b)も未変形でその半径は大きく、そして第1環状凸部36と第1環状凹部38とは嵌合している。
The second ring R2 (a) is undeformed and has a large radius, and the second annular
また、第1環状凸部41は、防護服枠24の第1リングR1(b)の第2環状凹部34に、防護服枠24の第2環状凸部32とともに嵌合し、防護服枠24と防護服側蓋25とは気密的に接合している。
The first annular
また第1環状凸部45は未嵌合状態で、第2環状凸部46は非汚染側蓋26の第2リングR2(b)の第1環状凹部38に非汚染側蓋26の第1環状凸部36とともに嵌合し、隔壁枠23と非汚染側蓋26とが気密的に接合している。
The first annular
図12は高温時(加熱時)の状態を示している。この場合、第1リングR1(a)は変形を生じ、その半径は拡大され、第1環状凸部31と第1環状凹部33とは嵌合している。また第1リングR1(b)も変形を生じ、その半径は拡大され、そして第2環状凸部32と第2環状凹部34とは未嵌合となる。
FIG. 12 shows a state at high temperature (during heating). In this case, the first ring R1 (a) is deformed, the radius thereof is enlarged, and the first annular
また、第2リングR2(a)は変形を生じ、その半径は縮小され、第2環状凸部37と第2環状凹部39とは嵌合している。また第2リングR2(b)も変形を生じ、その半径は縮小され、そして第1環状凸部36と第1環状凹部38とは未嵌合となる。
Further, the second ring R2 (a) is deformed, the radius thereof is reduced, and the second annular
また、第1環状凸部41は防護服枠24の第2環状凹部34から離脱し、一方、第2環状凸部42は、非汚染側蓋26の第2リングR2(a)の第2環状凹部39に非汚染側蓋26の第2環状凸部37とともに嵌合し、非汚染側蓋26と防護服側蓋25とが気密的に接合している。
Further, the first annular
また、隔壁枠23の第1環状凸部45は防護服枠24の第1リングR1(a)の第1環状凹部33に、防護服枠24の第1環状凸部31とともに嵌合し、隔壁枠23と防護服枠24とが気密的に接合している。
Further, the first annular
前記のように、汚染区域に位置する防護服枠24を、防護服側蓋25と気密的に接合させるとともに、隔壁枠23に非汚染側蓋26を気密的に接合させておけば(図11)、防護服枠24を隔壁枠23から離脱させても、汚染区域を非汚染区域から完全に遮断することができる。この場合には、防護服枠24に接合した防護服側蓋25により防護服22の開口部は汚染区域に対し気密的に密閉されている。防護服22内は汚染を受けないことから、この状態で作業者は汚染区域内で汚染されることなく作業することができる。
As described above, the
また、汚染区域に位置する防護服枠24を、隔壁21に連設された隔壁枠23に対して気密的に接合させるとともに、防護服側蓋25と非汚染側蓋26とを気密的に接合させておけば(図12)、この気密的に接合された状態にある非汚染側蓋26と防護服側蓋25とを、気密的に接合された隔壁枠23及び防護服枠24から離脱させても、汚染区域内に位置する防護服22内と汚染区域とが遮断された状態を保持するとともに、汚染区域と非汚染区域とが完全に遮断される。
In addition, the
そしてこの場合には、防護服枠24の開口部H(図13)が非汚染区域に露出しているので、作業者は、その開口部Hを介して防護服内に出入りすることができる。作業者がその開口部Hを介して防護服22内に入った後には、図11に示すように、防護服側蓋25をその防護服22に付設された防護服枠24に接合させるとともに、隔壁枠23に非汚染側蓋26を接合させる。
In this case, since the opening H (FIG. 13) of the
この場合には、防護服側蓋25は、隔壁枠23及び非汚染側蓋26から離脱された状態であることから、作業者は、その防護服側蓋25で密封された防護服22を着用することとなり、自由に作業を行うことができる。
In this case, since the protective
発熱量の小さいペルチェ素子であっても、径の大きなリングの拡径、縮径が可能となるとともに、流す電流の極性を反転切換えするだけで、従来の自然冷却時に比べ迅速な拡径、縮径が可能なリングとなる。 Even with a Peltier element with a small calorific value, it is possible to expand and reduce the diameter of a ring with a large diameter. It becomes a ring capable of diameter.
このリングの利用により、放射線汚染されるおそれがある作業者の非汚染区域から汚染区域に位置する防護服への移動、この汚染区域に位置する防護服から非汚染区域への移動という出入りが、ねじの使用を必要とせず、かつリングRに流す電流の極性を切換えるという簡単な操作で、作業者は迅速にかつ安全に出入りすることができる。 By using this ring, workers who are likely to be contaminated by radiation will move in and out of the non-contaminated area from the non-contaminated area to the protective clothing located in the contaminated area. The operator can enter and exit quickly and safely with a simple operation that does not require the use of screws and switches the polarity of the current flowing through the ring R.
1 形状記憶合金
2,15 弾性体(超弾性形状記憶合金)
3 ペルチェ素子(熱電変換素子)
4 固定用ブリッジ
21 隔壁
22 防護服
23 隔壁枠
24 防護服枠
25 防護服側蓋
26 非汚染側蓋
R1(a) 第1リング(第1のリング)
R1(b) 第1リング(第2のリング)
R2(b) 第2リング(第3のリング)
R2(a) 第2リング(第4のリング)
1
3 Peltier elements (thermoelectric conversion elements)
4 Fixing
R1 (a) 1st ring (1st ring)
R1 (b) First ring (second ring)
R2 (b) Second ring (third ring)
R2 (a) Second ring (fourth ring)
Claims (7)
リングの周方向に沿って形状記憶合金を有すること、
リングの周方向に沿って配設された弾性体を有すること、
リングの大きさに応じ予めシミュレーションで求められた間隔でリングの周方向に沿って配設されるとともに、形状記憶合金と弾性体との間に加熱と冷却とが切換え自在の複数の熱電変換素子を有すること、
熱電変換素子が配設されるその位置で、形状記憶合金と弾性体とを熱電変換素子に夫々直接接触させ、かつ形状記憶合金、弾性体及び熱電変換素子の各位置を不変なる形態で固定する断熱材の固定部材を有するとともに、弾性体がヒートマスを構成してなること、
形状記憶合金は加熱によりその曲率半径が大きくなるか又は小さくなるものであること、
形状記憶合金は予めその曲率半径が所定値aとなるように記憶されているものであること、
弾性体は予めその曲率半径が所定値bとなるように加工されたものであること、
形状記憶合金と該弾性体と熱電変換素子との複合体の曲率半径は、高温時ではa’であり、低温時ではb’であること、
a、a’、b及びb’は、a>a’>b’>bの関係にあるか又はb>b’>a’>aの関係にあること
を有し、冷却の際の熱電変換素子の発熱量を、ヒートマスを構成する弾性体に蓄積された熱量で補強することにより、リングの逆変形速度を向上せしめたことを特徴とする可逆的形状変化が可能なリング。 In a ring that has a part of the notch and is capable of reversible shape change that changes its shape according to temperature changes due to heating and cooling,
Having a shape memory alloy along the circumferential direction of the ring,
Having an elastic body disposed along the circumferential direction of the ring;
A plurality of thermoelectric conversion elements that are arranged along the circumferential direction of the ring at intervals determined in advance by simulation according to the size of the ring and that can be switched between heating and cooling between the shape memory alloy and the elastic body Having
At the position where the thermoelectric conversion element is disposed, the shape memory alloy and the elastic body are brought into direct contact with the thermoelectric conversion element, and the positions of the shape memory alloy, the elastic body, and the thermoelectric conversion element are fixed in an invariable form. In addition to having a heat insulating fixing member, the elastic body constitutes a heat mass,
The shape memory alloy has a radius of curvature that is increased or decreased by heating,
The shape memory alloy is preliminarily stored so that the radius of curvature thereof is a predetermined value a;
The elastic body is processed in advance so that the radius of curvature is a predetermined value b,
The radius of curvature of the composite of the shape memory alloy, the elastic body, and the thermoelectric conversion element is a ′ at a high temperature and b ′ at a low temperature.
a, a ′, b, and b ′ have a relationship of a> a ′> b ′> b or a relationship of b> b ′> a ′> a, and thermoelectric conversion during cooling A ring capable of reversible shape change characterized in that the reverse deformation speed of the ring is improved by reinforcing the amount of heat generated by the element with the amount of heat accumulated in an elastic body constituting the heat mass.
開口部に接続する防護服枠を有し、該防護服枠には防護服側蓋が着脱自在に装着され、
防護服枠と防護服側蓋との接合手段として請求項1ないし請求項5に記載のいずれかの可逆的形状変化が可能なリングが用いられていることを特徴とする放射性汚染防護用の防護服。 In protective clothing for protection against radioactive contamination with an opening through which workers enter and exit,
A protective clothing frame connected to the opening, and a protective clothing side lid is detachably attached to the protective clothing frame;
The protection for radioactive contamination protection, wherein the ring capable of reversible shape change according to any one of claims 1 to 5 is used as a joining means between the protective clothing frame and the protective clothing side lid. clothes.
汚染区域と非汚染区域とを仕切る隔壁に形成された円形状出入口の周辺に沿って配設された環状の隔壁枠と、
該出入口開口より大きな直径を有し、汚染区域内に位置するとともに、放射性汚染防護用の防護服の作業者が出入する開口部に接続される防護服枠と、
該出入口開口より大きな直径を有し、非汚染区域内に位置する非汚染側蓋と、
該出入口開口より小さい直径を有する防護服側蓋
を備え、
防護服枠には、その非汚染区域に向かう側に、該防護服枠に連接されている環の中心方向に向かって突出する第1の環状凸部と、第1の環状凸部より小さい直径を有し、該防護服枠に連設されている環の外側方向に向かって突出する第2の環状凸部と、これら2つの第1の環状凸部と第2の環状凸部との間に、非汚染区域に向かう側に向かって突出する第1の環状隔離板が配設され、かつ、該第1の環状隔離板の外周面と該防護服枠の第1の環状凸部との間に、外周端面に沿って第1の嵌合用凹部を有する第1のリングが配設されるとともに、該第1の環状隔離板の内周面と第2の環状凸部との間に、内周端面に沿って第2の嵌合用凹部を有する第2のリングが配設され、さらに前記第1の環状凸部、第2の環状凸部が各対応の第1のリングの第1の嵌合用凹部、第2のリングの第2の嵌合用凹部にそれぞれ嵌合可能な形状を備えてなり、
非汚染側蓋には、その汚染区域に対向する側に、該非汚染側蓋に連設されている環の中心方向に向かって突出する第3の環状凸部と、第3の環状凸部より小さい直径を有し、該非汚染側蓋に連設されている環の外側方向に向かって突出する第4の環状凸部と、これら2つの第3の環状凸部と第4の環状凸部との間に、汚染区域に向かう側に向かって突出する第2の環状隔離板が配設され、かつ、該第2の環状隔離板の外周面と第3の環状凸部との間に、外周端面に沿って第3の嵌合用凹部を有する第3のリングが配設されるとともに、該第2の環状隔離板の内周面と第4の環状凸部との間に、内周端面に沿って第4の嵌合用凹部を有する第4のリングが配設され、さらに前記第3の環状凸部、第4の環状凸部が各対応の第3のリングの第3の嵌合用凹部、第4のリングの第4の嵌合用凹部にそれぞれ嵌合可能な形状を備えてなり、
防護服側蓋には、その汚染区域に対向する側に、該防護服側蓋に連設されている環の外側方向に突出し、第2のリングの第2の嵌合用凹部に嵌合可能な形状を備えた第5の環状凸部と、その非汚染区域に対向する側に、該防護服側蓋に連設されている環の外側方向に突出し、第4のリングの第4の嵌合用凹部に嵌合可能な形状を備えた第6の環状凸部が配設されてなり、
隔壁枠には、その汚染区域に対向する側に、該隔壁枠に連設されている環の中心方向に向かって突出し、第1のリングの第1の嵌合用凹部に嵌合可能な形状を備えた第7の環状凸部と、その非汚染区域に対向する側に、該隔壁枠に連設されている環の中心方向に向かって突出し、第3のリングの第3の嵌合用凹部に嵌合可能な形状を備えた第8の環状凸部を有してなり、
防護服枠に配置されている第1のリングは、請求項2に記載の可逆的形状変化が可能なリングであるとともに、第2のリングは、請求項4に記載の可逆的形状変化が可能なリングであり、一方、非汚染側蓋に配置されている第3のリングは、請求項3に記載の可逆的形状変化が可能なリングであるとともに、第4のリングは、請求項5に記載の可逆的形状変化が可能なリングであること
を特徴とする出入機構。 In an entrance / exit mechanism in which an operator enters and exits a non-contaminated area in protective clothing for protecting against radioactive contamination worn in a contaminated area,
An annular partition frame disposed along the periphery of a circular doorway formed in a partition wall that partitions the contaminated area and the non-contaminated area;
A protective clothing frame having a diameter larger than the entrance opening, located in the contaminated area and connected to an opening through which an operator of protective clothing for radioactive contamination protection enters and exits ;
A non-contaminated side lid having a diameter larger than the entrance opening and located in a non -contaminated area;
A protective garment side lid having a smaller diameter than the entrance opening;
The protective clothing frame has a first annular projection projecting toward the center of the ring connected to the protective clothing frame , and a diameter smaller than the first annular projection on the side toward the non-contaminated area. A second annular projection protruding toward the outer side of the ring connected to the protective clothing frame , and between the two first annular projections and the second annular projection , the first projecting toward the side facing the non-contaminated zone annular separator is disposed, and, between the first annular projection of the outer peripheral surface of the first annular separator and the protective clothing frame during, the first ring having a first fitting recess along an outer peripheral end surface is disposed, between said inner peripheral surface and the second annular projection of the first annular separator, a second ring having a second fitting recess is disposed along the inner peripheral edge surface, further wherein the first annular projection, the second annular protrusion is a first ring of the corresponding First fitting recess, respectively it will comprise fittable shape to the second fitting recess of the second ring,
Non dirty side cover, on the side facing the contaminated area, the third annular protrusion protruding toward the center of the ring that is continuously provided to the non-contaminated side cover, the third annular projection have a smaller diameter, the non-a fourth annular projection which contaminated side are continuously provided in the lid to project toward the outer side direction of that ring, the two third annular projections and the fourth annular projection between the parts, a second annular separator is disposed projecting toward the side facing the contaminated area and, between the outer peripheral surface and the third annular projection of the second annular isolation plate , together with the third ring is arranged with a third fitting concave portion along the outer circumferential end face, between the inner peripheral surface and the fourth annular projection of the second annular isolation plate, the inner periphery fourth ring having a fourth fitting recess is disposed along the end face, further wherein the third annular projection, the annular protrusion of the fourth of the third third ring of the corresponding If recesses, each made includes a fittable shape to a fourth fitting concave portion of the fourth ring,
The protective clothing side cover, on the side facing the contaminated area, projecting outwardly of the ring that is continuously provided on the protective clothing side lid, can be fitted to the second fitting recess of the second ring a fifth annular projection having a shape, on the side facing the non-contaminated zone, projecting outwardly of the ring that is continuously provided on the protective clothing side cover, a fourth of the fourth ring A sixth annular convex portion having a shape capable of being fitted into the concave portion for fitting is disposed;
The partition frame has a shape that protrudes toward the center of the ring connected to the partition frame on the side facing the contaminated area, and can be fitted into the first fitting recess of the first ring. The seventh annular convex part provided on the side facing the non-contaminated area projects toward the center of the ring continuously provided on the partition wall frame, and is formed in the third fitting concave part of the third ring. It has an 8th annular convex part with a shape which can be fitted,
The first ring arranged in the protective clothing frame is a ring capable of reversible shape change according to claim 2 , and the second ring is capable of reversible shape change according to claim 4. The third ring disposed on the non-contaminated side lid is a ring capable of reversible shape change according to claim 3, and the fourth ring is defined in claim 5. An entry / exit mechanism characterized by being a ring capable of reversible shape change as described.
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