JP5273918B2 - 感温式アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は感温式アクチュエータに係り、とくに感温物質を充填した感温ケース内に押出しチューブを挿入し、該押出しチューブ内に基端部が挿入された第１のロッドを前記感温ケースの外側の温度変化に伴う感温物質の膨張、収縮に応じて押出すようにした感温式アクチュエータに関する。

例えば特開２００３−１７２２４８号公報には、可動の仕切部材で区画されたハウジング内の第一室に熱膨張率の大きい原動液体を、第二室に潤滑性ある作動液体を充填し、第二室をシリンダの作動室に連通させ、温度上昇に伴う原動液体の膨張力で仕切部材を圧縮し、第二室の作動液体を作動室に移動してピストンを押し、その温度変化に応じた直線動で目的機器類を作動させるようにし、仕切部材とピストンの有効面積比でピストンに与えるストローク、力を任意に設定するようにしたアクチュエータが開示されている。

また特開平８−２４７０２０号公報には、形状記憶合金のバネを用いた感温式のアクチュエータが提案されている。また特開平９−３１３６３６号公報には、感温フェライトを用いた感温アクチュエータが開示されている。また特開平８−１３６３６０号公報には、感温部材を回転子の外周面とエアギャップをもって対向するように固定子側に感温磁性材を設け、回転方向のストロークを得るようにした感温アクチュエータが開示されている。

この種のアクチュエータは、外部の温度あるいは雰囲気温度の変化に応じて、出力を取出すようにしている。とくに特開２００３−１７２２４８号公報に開示されているような直線的なストロークを得るようにした感温式アクチュエータの場合には、設定値よりも更に外部温度が上昇した場合には、オーバストロークを生ずることになる。すなわち本来は必要でない余剰のストロークをアクチュエータが発生し、これによって使用する機器に対して過大な負荷を与えたり、あるいはまた被押圧部を強く押して故障を生じたりすることになる。そこで従来は、外部の温度あるいは雰囲気温度によってオーバストロークを生ずるような場合には、このようなオーバストロークを予め予想し、このアクチュエータが利用する機器側にリミッタ機構等を設けるようにしていた。
特開２００３−１７２２４８号公報 特開平８−２４７０２０号公報 特開平９−３１３６３６号公報 特開平８−１３６３６０号公報

本願発明は、所定の設定ストローク以上のオーバストロークを生じないようにした感温式アクチュエータを提供することである。

本願発明の別の課題は、このアクチュエータが適用される機器側に、オーバストロークを吸収するためのリミッタ機構を設ける必要がないようにした感温式アクチュエータを提供することである。

本願発明の更に別の課題は、アクチュエータ側に予想外の温度が印加されても、余剰のストロークを生じないようにした感温式アクチュエータを提供することである。

本願発明の更に別の課題は、設定温度以上の温度が印加された場合に、その出力ストロークが設定ストロークに維持されるようにした感温式アクチュエータを提供することである。

本願発明の上記の課題および別の課題は、以下に述べる本願発明の技術的思想、およびその実施の形態によって明らかにされる。

本願の主要な発明は、感温物質を充填した感温ケース内に押出しチューブを挿入し、該押出しチューブ内に基端部が挿入された第１のロッドを前記感温ケースの外側の温度変化に伴う前記感温物質の膨張、収縮に応じて押出すようにした感温式アクチュエータにおいて、
前記第１のロッドの押出し動作に連動して出力ストロークを生ずる第２のロッドを有するとともに、前記第２のロッドが前記第１のロッドのストローク方向先端側に前記第１のロッドと同軸状に配され、しかも前記第１のロッドと前記第２のロッドとの間にリリーフ機構を設け、前記リリーフ機構が前記第２のロッドの基端側に設けられたカップ状のばね受けの内部に収納された圧縮コイルばねであって、前記カップ状のばね受けの外周側に前記圧縮コイルばねと前記カップ状のばね受けとを囲むように戻しばねが配され、該戻しばねが前記カップ状のばね受けを介して前記第２のロッドを出力ストローク方向と逆方向に付勢し、
前記圧縮コイルばねの弾性復元力が前記第２のロッドが設定ストローク移動したときの前記第２のロッドの戻しばねの弾性復元力よりも大きく設定され、前記第２のロッドが設定ストロークまで移動する間は前記圧縮コイルばねが剛体として機能し、前記第２のロッドが設定ストローク移動した後にさらに前記第１のロッドが押出されたときに該第１のロッドのストロークを前記リリーフ機構によって吸収するようにしたことを特徴とする感温式アクチュエータに関するものである。

ここで、前記カップ状のばね受けの基端側外周部に形成された突出部が前記戻しばねを受け、該戻しばねによって前記カップ状のばね受けを介して前記第２のロッドを出力ストローク方向と逆方向に付勢するようにしてよい。また前記第１のロッドの前記感温ケースから突出した部分にストッパリングが取付けられ、該ストッパリングと前記カップ状ばね受けの前記ストローク方向側の底部との間に前記圧縮コイルばねが配されるようにしてよい。また前記感温物質が感温性のワックスであってよい。また前記押出しチューブが先端部が閉塞された柔軟な筒状のバッグであって、前記チューブの閉塞された先端部が感温ケース内に挿入されるとともに、開放された基端側から第１のロッドが前記チューブ内に挿入されるようにしてよい。
本願の別の主要な発明は、感温物質を充填した感温ケース内に押出しチューブを挿入し、該押出しチューブ内に基端部が挿入された第１のロッドを前記感温ケースの外側の温度変化に伴う前記感温物質の膨張、収縮に応じて押出すようにした感温式アクチュエータにおいて、
前記第１のロッドの押出し動作に連動して出力ストロークを生ずる第２のロッドを有するとともに、前記第１のロッドと前記第２のロッドとの間にリリーフ機構を設け、
前記リリーフ機構が前記第１のロッドと前記第２のロッドとの間に介在される圧縮コイルばねであって、該圧縮コイルばねのばね定数が前記第２のロッドの戻しばねのばね定数よりも大きく設定され、しかも前記リリーフ機構を構成する圧縮コイルばねのセット荷重よりも前記戻しばねのセット荷重が大きく設定され、前記第１のロッドが押出されるとまず前記リリーフ機構を構成する圧縮コイルばねが圧縮され、前記圧縮コイルばねの弾性復元力が前記戻しばねの弾性復元力を越えると前記第１のロッドのストロークが前記圧縮コイルばねを介して前記第２のロッドに伝達され、
前記第２のロッドが設定ストローク移動した後に更に前記第１のロッドが押出されたときに該第１のロッドのストロークを前記リリーフ機構によって吸収するようにしたことを特徴とする感温式アクチュエータに関するものである。
ここで、前記第２のロッドが筒状の外筐内に移動可能に配され、しかも前記第２のロッドの基端側のばね受けと前記第１のロッドの先端側のばね受けとの間に前記リリーフ機構を構成する圧縮コイルばねが介在され、前記第１のロッドの出力ストロークが前記圧縮コイルばねを介して前記第２のロッドに伝達されるようにしてよい。

本願の主要な発明は、感温物質を充填した感温ケース内に押出しチューブを挿入し、該押出しチューブ内に基端部が挿入された第１のロッドを前記感温ケースの外側の温度変化に伴う前記感温物質の膨張、収縮に応じて押出すようにした感温式アクチュエータにおいて、
前記第１のロッドの押出し動作に連動して出力ストロークを生ずる第２のロッドを有するとともに、前記第２のロッドが前記第１のロッドのストローク方向先端側に前記第１のロッドと同軸状に配され、しかも前記第１のロッドと前記第２のロッドとの間にリリーフ機構を設け、前記リリーフ機構が前記第２のロッドの基端側に設けられたカップ状のばね受けの内部に収納された圧縮コイルばねであって、前記カップ状のばね受けの外周側に前記圧縮コイルばねと前記カップ状のばね受けとを囲むように戻しばねが配され、該戻しばねが前記カップ状のばね受けを介して前記第２のロッドを出力ストローク方向と逆方向に付勢し、
前記圧縮コイルばねの弾性復元力が前記第２のロッドが設定ストローク移動したときの前記第２のロッドの戻しばねの弾性復元力よりも大きく設定され、前記第２のロッドが設定ストロークまで移動する間は前記圧縮コイルばねが剛体として機能し、前記第２のロッドが設定ストローク移動した後にさらに前記第１のロッドが押出されたときに該第１のロッドのストロークを前記リリーフ機構によって吸収するようにしたものである。

従ってこのような感温式アクチュエータによると、第２のロッドが設定ストローク移動した後に更に第１のロッドが押出されても、この第１のロッドのストロークがリリーフ機構によって吸収されるために、第２のロッドは設定ストローク以上にその出力を変化させることがない。

以下本願発明を図示の実施の形態によって説明する。図１および図２は本実施の形態の感温式アクチュエータの全体の構成を示すものであって、この感温式アクチュエータは、とくに図２に示すように、円筒状をなす感温ケース１０を備えている。感温ケース１０内には感温ワックス１１が充填されるようになっている。そしてこの感温ケース１０の上部開口から押出し用チューブを構成するスプール１２が挿入される。スプール１２はゴム製のチューブであって、先端側が閉塞されるとともに、基端側が開放されたチューブである。このようなチューブは、感温ケース１０の入口側の開口に装着されるガイド１３によって感温ケース１０に固定されるようになっている。

上記スプール１２の内部に上方から挿入されるように、第１のロッド１５が配される。第１のロッド１５は、上記ガイド１３の中心部を軸線方向に貫通する挿通孔１４に挿通されるとともに、挿通孔１４と第１のロッド１５との間には、Ｏリング１６、１７、１８が装着され、これによって第１のロッド１５とガイド１３との間の隙間をシールするようにしている。

上記感温ケース１０の上部には外筐２４が取付けられるようになっている。外筐２４は上記感温ケース１０と同軸状に配されるようになっており、この外筐２４よりも一回り大きな連結筒２５を介して感温ケース１０の上端側と連結される。そして上記外筐２４の下端を受けるように、連結筒２５内には、リング状をなすスペーサ２６が配される。そしてこのスペーサ２６の下側であって連結筒２５と感温ケース１０の上端との間にＯリング２７が嵌着され、これによってシールが行なわれるようになっている。

上記外筐２４内に第２のロッド２８が配される。第２のロッド２８が出力ロッドを構成し、上記外筐２４の上部の円形孔２９から突出するようになっている。なお円形孔２９にはテーパ状をなすガイドを兼ねたシール部材３０が取付けられ、このシール部材３０によって上記第２のロッド２８の上端が案内されるとともに、第２のロッド２８を介して異物が外筐２４内に侵入するのが防止されるようになっている。シール部材３０は外筐２４の上端に結合されたばね受け３１によって固定されている。そして第２のロッド２８の下端側には一体にばね受け３３が連設される。ばね受け３３の下端には外周方向に突出する突出部３４が連設され、この突出部２４が外筐２４の内周面に摺接し、これによって第２のロッド２８の下端側の部分が安定に支持されるようになっている。

上記外筐２４内には、この第２のロッド２８を下方に押戻すための戻しばね３２が収納されている。すなわち戻しばね３２は、上端が外筐２４の上部に取付けられたばね受け３１によって受けられ、下端が上記第２のロッド２８の下端のばね受け３３の突出部３４によって受けられ、これによって第２のロッド２８が下方に押圧されている。

次に上記第１のロッド１５のオーバストロークを吸収するリリーフ機構について説明すると、第２のロッド２８のばね受け３３内には、例えばウェーブスプリングから成る圧縮コイルばね４０が収納されており、この圧縮コイルばね４０の下端がばね受け４１によって受けられる。なおばね受け４１は、上記第１のロッド１５の外周部の溝によって係止されたストッパリング４２によって受けられるようになっている。従って第１のロッド１５は、上記ばね受け４１およびストッパリング４２を介して圧縮コイルばね４０によって下方へ押圧されることになる。なお圧縮コイルばね４０としてウェーブスプリングを用いると、小さな変形で大きな弾性復元力を取出すことが可能になる。

次に以上のような構成になる感温式アクチュエータの動作を説明する。第２のロッド２８のばね受け３３内に収納されている圧縮コイルばね４０は固いばねから構成され、そのばねの弾性復元力は、第２のロッド２８を戻す戻しばね３２が図３Ａに示す最大ストロークまで圧縮されたときの弾性復元力よりも大きな値になっている。従って圧縮コイルばね４０は、第２のロッド２８が最大ストローク移動するまでは、剛体として機能する。

感温ケース１０内の感温ワックス１１は、この感温ケース１０の外側の温度に応じて膨張および収縮を行なう。そして温度が上昇するに従って、感温ケース１０内の感温ワックス１１が膨張するために、押出しチューブから成るスプール１２が絞られるようになり、このスプール１２は感温ワックス１１の温度上昇に伴う膨張によって第１のロッド１５を図３Ａに示すように押出す。なおこのときに、圧縮コイルばね４０の弾性復元力が第２の戻しばね３２の弾性復元力よりも大きく、剛体として機能するために、上記第１のロッド１５の出力ストロークが、圧縮コイルばね４０を介して第２のロッド２８のばね受け３３に伝達され、これによって第２のロッド２８が第１のロッド１５と同じストロークだけ上方に移動する。従ってこの状態においては、第１のロッド１５と第２のロッド２８との間の相対運動は存在しない。

図３Ａに示すように、第１のロッド１５によって第２のロッド２８が設定ストロークまで押圧されると、第２のロッド２８のばね受け３３の上端が外筐２４の上端に取付けられたばね受け３１に当接する。従ってそれ以上第２のロッド２８は上方に移動できなくなる。このときの値が設定ストロークに当たる。

このように第２のロッド２８が最大ストロークである設定ストロークまで移動した状態で、更に感温ケース１０の外側の温度が上昇し、感温ワックス１１がスプール１２を絞って第１のロッド１５を押出すと、今度は図３Ｂに示すように、リリーフ機構が作動する。このリリーフ機構の作動は、第１のロッド１５の移動に伴う圧縮コイルばね４０の変形によって行なわれ、この圧縮コイルばね４０の変形に伴う第１のロッド１５の第２のロッド２８に対する相対的な移動によって達成される。

設定ストロークよりも高い温度に感温ケース１０の雰囲気温度が上昇した場合には、感温ワックス１１の膨張によってスプール１２が更に第１のロッド１５を絞出す。すると第１のロッド１５は、第２のロッド２８のばね受け３３内の圧縮コイルばね４０を圧縮しながら更に上昇を行なうようになる。すなわち第１のロッド１５がストッパリング４２およびばね受け４１を介して圧縮コイルばね４０を収縮させながら上昇する。このときに第２のロッド２８は上述の如く、ばね受け３３の上端がばね受け３１の下端に当接しているために、それ以上ストロークを生ずることがなく、設定ストロークのままに維持される。従って設定ストロークと対応する温度以上に雰囲気温度が上昇しても、このような温度上昇に伴う第１のロッド１５のオーバストロークが、第２のロッド２８のばね受け３３内に収納されている圧縮コイルばね４０から成るリリーフ機構によって吸収され、それ以上外部に出力ストロークを生ずることがなくなる。

図４はこのような出力ストロークの変化を示しており、感温ケース１０の外部の温度が設定温度までは、出力ストロークが上昇するものの、設定温度を超えた場合には、このアクチュエータのストロークが設定ストロークのままで一定に維持される。従ってこのようなアクチュエータが組込まれる機器に対して、オーバストロークによって不測の負荷を与えることがない。あるいはまたアクチュエータによるオーバストロークを吸収するためのリミッタ機構をこのアクチュエータが取付けられる機器に設ける必要もなくなる。そして外部の温度に応じて第２のロッド２８によって、所望のストロークを適正に発現することができ、これによって感温式アクチュエータとして用いることが可能になる。

図６に示す特性は、変形例によるストローク特性を示すものである。ここでは、図５に示すリリーフ機構を構成する圧縮コイルばね４０のばね定数が戻しばね３２のばね定数よりも大きく設定されており、リリーフ機構を構成する圧縮コイルばね４０の方が硬く、戻しばね３２の方が軟らかいばねになっている。そして戻しばね３２については、予め所定のセット圧が加えられた状態でばね受け３１とばね受け３３の突出部３４との間に装着される。これに対してばね受け３３内の圧縮コイルばね４０はセット荷重が０の状態で組込まれる。

従って感温ケース１０の外側の温度が上昇して第１のロッド１５が押出された場合には、その初期のストロークにおいては、図５に示すように圧縮コイルばね４０が圧縮され、第１のロッド１５のストロークが第２のロッド２８には伝達されない。そして圧縮コイルばね４０の弾性復元力が戻しばね３２の弾性復元力を越えた段階で、第１のロッド１５のストロークが圧縮コイルばね４０を介して第２のロッド２８に伝達されるようになる。そして第２のロッド２８に連設されているばね受け３３が上側のばね受け３１に当接すると、それ以上第２のロッド２８が上方へ移動できなくなるために、この後は第１のロッド１５の移動に伴って圧縮コイルばね４０が圧縮され、この圧縮コイルばね４０の変形によって第１のロッド１５の出力が吸収されるようになり、オーバストロークが吸収される。

このような設定のアクチュエータの特徴は、設定ストロークを越えた段階におけるオーバストロークの吸収については、上記の図４に示す特性と同様である。これに対して初期の特性は、圧縮コイルばね４０から成るリリーフ機構による第１のロッド１５の初期の変位の吸収によって、第２のロッド２８のロッドの出力が遅れることになり、これによって図６に示すように、初期の段階における温度に対するストロークの変化が急峻になり、応答性が向上する特性を示すようになる。従ってとくに設定温度以下の温度における感度を高めるために好適なアクチュエータが提供されることになる。

以上本願発明を図示の実施の形態によって説明したが、本願発明は上記実施の形態によって限定されることなく、本願発明の技術的思想の範囲内において各種の変更が可能である。例えば上記実施の形態における設定温度や設定ストロークについては、使用される機器の要求に応じて、各種の値に設計変更することが可能である。

本願発明は、雰囲気温度あるいは外部温度に応じて適正なストロークを発生する感温式アクチュエータとして利用することができる。

感温式アクチュエータの平面図である。 図１におけるＡ〜Ａ線縦断面図である。 フルストロークの状態（Ａ）およびオーバストローク（Ｂ）の状態を示す縦断面図である。 温度に対する出力ストロークの変化を示すグラフである。 変形例のアクチュエータの縦断面図である。 変形例のアクチュエータの温度に対する出力ストロークの変化を示すグラフである。

符号の説明

１０ 感温ケース
１１ 感温ワックス
１２ スプール（押出しチューブ）
１３ ガイド
１４ 挿通孔
１５ 第１のロッド
１６〜１８ Ｏリング
２４ 外筐
２５ 連結筒
２６ スペーサ
２７ Ｏリング
２８ 第２のロッド
２９ 円形孔
３０ シール部材
３１ ばね受け
３２ 戻しばね
３３ ばね受け
３４ 突出部
４０ 圧縮コイルばね
４１ ばね受け
４２ ストッパリング

Claims (7)

1. 感温物質を充填した感温ケース内に押出しチューブを挿入し、該押出しチューブ内に基端部が挿入された第１のロッドを前記感温ケースの外側の温度変化に伴う前記感温物質の膨張、収縮に応じて押出すようにした感温式アクチュエータにおいて、
   前記第１のロッドの押出し動作に連動して出力ストロークを生ずる第２のロッドを有するとともに、前記第２のロッドが前記第１のロッドのストローク方向先端側に前記第１のロッドと同軸状に配され、しかも前記第１のロッドと前記第２のロッドとの間にリリーフ機構を設け、前記リリーフ機構が前記第２のロッドの基端側に設けられたカップ状のばね受けの内部に収納された圧縮コイルばねであって、前記カップ状のばね受けの外周側に前記圧縮コイルばねと前記カップ状のばね受けとを囲むように戻しばねが配され、該戻しばねが前記カップ状のばね受けを介して前記第２のロッドを出力ストローク方向と逆方向に付勢し、
   前記圧縮コイルばねの弾性復元力が前記第２のロッドが設定ストローク移動したときの前記第２のロッドの戻しばねの弾性復元力よりも大きく設定され、前記第２のロッドが設定ストロークまで移動する間は前記圧縮コイルばねが剛体として機能し、前記第２のロッドが設定ストローク移動した後にさらに前記第１のロッドが押出されたときに該第１のロッドのストロークを前記リリーフ機構によって吸収するようにしたことを特徴とする感温式アクチュエータ。
2. 前記カップ状のばね受けの基端側外周部に形成された突出部が前記戻しばねを受け、該戻しばねによって前記カップ状のばね受けを介して前記第２のロッドを出力ストローク方向と逆方向に付勢することを特徴とする請求項１に記載の感温式アクチュエータ。
3. 前記第１のロッドの前記感温ケースから突出した部分にストッパリングが取付けられ、該ストッパリングと前記カップ状ばね受けの前記ストローク方向側の底部との間に前記圧縮コイルばねが配されることを特徴とする請求項１に記載の感温式アクチュエータ。
4. 前記感温物質が感温性のワックスであることを特徴とする請求項１に記載の感温式アクチュエータ。
5. 前記押出しチューブが先端部が閉塞された柔軟な筒状のバッグであって、前記チューブの閉塞された先端部が感温ケース内に挿入されるとともに、開放された基端側から第１のロッドが前記チューブ内に挿入されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の感温式アクチュエータ。
6. 感温物質を充填した感温ケース内に押出しチューブを挿入し、該押出しチューブ内に基端部が挿入された第１のロッドを前記感温ケースの外側の温度変化に伴う前記感温物質の膨張、収縮に応じて押出すようにした感温式アクチュエータにおいて、
   前記第１のロッドの押出し動作に連動して出力ストロークを生ずる第２のロッドを有するとともに、前記第１のロッドと前記第２のロッドとの間にリリーフ機構を設け、
   前記リリーフ機構が前記第１のロッドと前記第２のロッドとの間に介在される圧縮コイルばねであって、該圧縮コイルばねのばね定数が前記第２のロッドの戻しばねのばね定数よりも大きく設定され、しかも前記リリーフ機構を構成する圧縮コイルばねのセット荷重よりも前記戻しばねのセット荷重が大きく設定され、前記第１のロッドが押出されるとまず前記リリーフ機構を構成する圧縮コイルばねが圧縮され、前記圧縮コイルばねの弾性復元力が前記戻しばねの弾性復元力を越えると前記第１のロッドのストロークが前記圧縮コイルばねを介して前記第２のロッドに伝達され、
   前記第２のロッドが設定ストローク移動した後に更に前記第１のロッドが押出されたときに該第１のロッドのストロークを前記リリーフ機構によって吸収するようにしたことを特徴とする感温式アクチュエータ。
7. 前記第２のロッドが筒状の外筐内に移動可能に配され、しかも前記第２のロッドの基端側のばね受けと前記第１のロッドの先端側のばね受けとの間に前記リリーフ機構を構成する圧縮コイルばねが介在され、前記第１のロッドの出力ストロークが前記圧縮コイルばねを介して前記第２のロッドに伝達されることを特徴とする請求項６に記載の感温式アクチュエータ。

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