JPH0477557B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は圧力型アクチユエータに関し、一層
詳細には電子現像を利用した加熱冷却装置を用い
て密閉筺体内に封じ込まれた媒体を膨脹若しくは
収縮させ、この媒体の膨脹・収縮作用により変位
部材を変位させて変位部材に係着されているロツ
ド等から所定の駆動力を得るように構成した圧力
型アクチユエータに関する。

空気圧、油圧等を用いるアクチユエータ、例え
ば、シリンダ型のものではピストンの変位はシリ
ンダのポートに所定圧力の流体を導入することに
より達成される。すなわち、アクチユエータ自体
の駆動力は既に所定圧力まで高められた流体によ
り得られるのが一般的である。このようにして流
体から圧力を得るため空気圧流体系では空気の圧
縮はコンプレツサーを用いて機械的に行つてい
る。然しながら、コンプレツサーを採用すると機
械的ロスが大きくまた装置自体も大型化してしま
う欠点が指摘されていた。

一方、オイルを用いた油圧系の圧力型アクチエ
ータでは、圧油は空気圧流体系と異なりその圧縮
圧力が極めて高いために装置が全体として堅牢と
なり、さらにまた重量も大きく且つ装置全体とし
ても大型化せざるを得ないという難点が存在して
いた。

そこで、本発明者等は鋭意考究並びに工夫を重
ねた結果、一部に熱伝導体からなる壁部を構成し
た室の内部に熱の変動によつて膨脹若しくは収縮
する流体（媒体）を封入し、前記室の一部に変位
部材を配設すると共にこの変位部材の一部にロツ
ドを係着しておけば前記熱伝導体部分に熱を加え
または冷却することにより室内部の流体は膨脹あ
るいは収縮し、従つて、このために変位部材が前
記膨脹あるいは収縮する流体によつて変位するた
めにロツド自体を変位させる。すなわち、このよ
うに変位するロツドを用いればアクチユエータと
して極めて簡単な構造でしかも動作が確実な圧力
型アクチユエータが得られ前記の問題点が全て解
消することが判つた。

従つて、本発明の目的は簡単な構造で小型化に
適し、しかも動作が確実になると共にその圧力の
制御が簡易に行われることが可能な圧力型アクチ
ユエータを提供するにある。なお、この圧力型ア
クチユエータにおいて、熱伝導体からなる壁部に
は異なる種類の半導体を銅等の金属片で接合した
電子現像を利用する加熱冷却装置を付設しておけ
ば電気的な制御で簡単に流体の膨脹若しくは収縮
が図られ一層効果的な圧力型アクチユエータが得
られる。

前記の目的を達成するために、本発明は、一部
が変位部材と、熱伝導体とで形成され、且つ、密
閉されたケーシングと、 ケーシング内に貯留され、膨張または収縮する
媒体と、 変位部材に係着され、媒体の膨張または収縮に
対応して変位する変位体と、 熱伝導体を介して熱移動を行うことによつて媒
体に加熱、吸熱作用を及ぼす電子加熱冷却装置と
を備えることを特徴とする。

次に、本発明に係る圧力型アクチユエータにつ
いて好適な実施例を挙げ、添付の図面を参照しな
がら以下詳細に説明する。

第１図において、参照符号１０は筺体（ケーシ
ング）を示し、この筺体１０の一側部壁部を開口
して当該開口部に熱伝導体からなる板体１２を嵌
合固着する。前記板体１２の外側にはＮ型とＰ型
の半導体を銅等の金属片で接合した電子加熱冷却
装置１４を固着する。この電子加熱冷却装置１４
は直流電源１５に接続しておく。一方、筺体１０
の一側部は全面的に開口し、その開口部分には可
撓性部材（変位部材）１６を固着し、さらに前記
可撓性部材１６の外側には保持部材１８を介して
ロツド２０を配置する。なお、板体１２、可撓性
部材１６並びに筺体１０によつて画成される室２
２には熱に対して鋭敏に膨脹若しくは収縮する気
体（媒体）２４を封入しておく。

そこで以上のように構成される圧力型アクチユ
エータについて、その作用並びに効果を説明す
る。

先ず、電子加熱冷却装置１４の基本動作原理に
ついて説明する。Ｎ型とＰ型の半導体を銅等の金
属片で予め接合しておき、これに直流電流をＮ型
からＰ型半導体に流すと金属片は冷却して周囲か
ら熱を奪う。一方、熱エネルギを奪つた電子はＮ
型半導体の内を流れ、他方の金属片を通つてＰ型
半導体に入り込むとき熱を放出する。これがペル
チエ効果による電子加熱・冷却の原理である。そ
こで、直流電源１５から電子加熱冷却装置１４へ
と所定の極性で電圧を印加すれば、これによつて
生じた熱は熱伝導体からなる板体（熱伝導体）１
２を通り、室２２内の気体（媒体）２４を加温す
る。この加温によつて膨脹した気体は可撓性部材
１６を矢印Ａ方向に押し下げ、従つて、ロツド
（変位体）２０は前記矢印Ａに沿う方向で変位を
する。前記と逆の極性で直流電源１５から熱変換
装置１４へと直流電流を流せば室２２内の気体は
収縮するためにロツド２０は矢印Ｂ方向へと変位
する。このようにして電流の流れる方向に応じて
ロツド２０をＡ方向からＢ方向若しくはＢ方向か
らＡ方向へと変位させることができる。従つて、
ロツド２０の先端部に機械的動作を所望する他の
装置を接続しておけば、その装置はロツド２０の
往復動作に応じて所定の駆動力を得ることができ
る。

このようにして電流の極性に応じてしかも電流
の導入時間を制御することによつてロツド２０の
変位量を制御することが可能となる。

次に、本発明に係る圧力型アクチユエータの別
の実施例を第２図に示す。なお、前記実施例と同
一の参照符号は同一の構成要素を示すものとす
る。

そこで、図から容易に諒解できるように筺体１
０からは導管２６を延在させ、この導管２６の先
端部にコイルスプリング２８の弾発力下に一方向
に付勢されるピストン３０並びにピストンロツド
３２を内装したシリンダ３４を連結している。し
かもこの実施例によれば室２４を画成する筺体１
０の二つの側壁部分に熱伝導率に富む板体１２を
屈曲させて配置し、この屈曲部分に電子加熱冷却
装置１４を配設している。

従つて、電子加熱冷却装置１４は筺体１０によ
つて密閉された気体２４に対し可及的に大きな接
触面積を有して触れることができる。このため、
それだけ熱効率も良く前記気体２４は加温され
る。加温された気体２４はその一部が導管２６を
介してシリンダ３４内に導入され、シリンダ３４
内ではコイルスプリング２８の弾発力に抗してピ
ストン３０が矢印Ｃ方向に変位し、ピストンロツ
ド３２の先端部の図示しない装置を往復動作させ
ることができる。

次に、第３図に第２図と関連する本発明のさら
に別の実施例を示す。この実施例においても前記
実施例と同一の参照符号は同一の構成要素を示す
ものとする。

そこで、筺体１０の一端部から導管２６を延在
させ、この導管２６の先端部に極めて広径の室３
６を連結する。前記室３６の内部にはコイルスプ
リング２８によつて弾発力を付与されるピストン
３０が摺動自在に配設されると共に前記ピストン
３０はピストンロツド３２と連結している。

従つて、この場合においても電子加熱冷却装置
１４に所定の極性で電流を流すと熱伝導体からな
る板体１２はこの熱を室１０内に通し気体２４を
膨脹させる。この膨脹した気体２４は導管２６を
通り室３６内のピストン３０を押圧し、この結果
このピストン３０は変位する。この実施例では室
３６が前記の通り広径に形成されているために大
きな力を得ることができる利点がある。

第４図に本発明に係る圧力型アクチユエータの
さらに別の実施例を示す。この実施例においても
前記夫々の図と同一の参照符号は同一の構成要素
を示すものとする。

そこで、この実施例では電子加熱冷却装置１４
は直接筺体１０の内部に液密に装着される。前記
電子加熱装置１４の室２４の内側一側部には熱伝
導性に富むフイン３８が多数個植設され、さらに
このフイン３８は室２２内の熱伝導性に富む液体
４０に包被されている。

このような構成において、直流電源１５から所
定の極性で前記熱電子冷却装置１４に電流を流す
と、この電流によつて前記電子加熱冷却装置１４
は発熱しフイン３８を加温する。この結果、フイ
ン３８は液体４０を加温してこの液体４０加温作
用下にその一部は気体２４となつて室２２に充満
する。気体の圧力が膨脹すると可撓性部材１６が
上方に変位してロツド２０を矢印Ｄ方向に変位さ
せる。勿論、第５図に示すように前記フイン３８
に代えて板体１２を筺体１０内に固着し、この板
体１２の外部に電子加熱冷却装置１４を配設して
もよい。この場合、例えば、筺体１０から導管４
２を延在させこの導管４２の先端部に筺体４４を
連結する。筺体４４の一側部は第１図、第４図に
示すように可撓性部材１６によつて閉塞し、その
一部ロツド２０を配設する。

このような構成において、直流電源１５から電
子加熱冷却装置１４へ所定の極性で電流を流し板
体１２を介して液体４０を加熱する。この結果、
筺体１０内の液体４０が気化した気体２４は膨脹
し続け、それは導管４２を介して筺体４４に入
る。そして、この筺体４４から可撓性部材１６を
押圧し、ロツド２０の変位を確保することができ
る。

また、第６図に示すようにシリンダ３４を上向
きに配置し、このシリンダ３４の底部に熱伝導率
に富む液体４０を貯留しておき、電子加熱冷却装
置１４の加熱によつて板体１２からこの液体４０
を加温して気化し、さらにこの気体２４を膨脹さ
せ、これによつて前記ピストン３０を変位させる
ことも可能である。

さらにまた、本発明の別の実施例を第７図に示
す。この実施例では、気体２４を伸縮する可撓性
部材４６で封止し、その一部に電子加熱冷却装置
１４を配設すると共に電子加熱冷却装置１４の内
部にフイン４７を装着したヒートパイプ４８を臨
ませている。

この実施例では特に可撓性部材内部の気体を電
子加熱冷却装置１４により冷却する時、その一方
で生ずる係る熱をフイン４７にて外部に効果的に
放出する役割を果たす。

そこで、以上のような基本的構成と動作原理を
応用して実質的に弁の開閉を行う別異の実施例に
ついて第８図乃至第１２図を参照して以下に説明
する。

第８図において、参照符号５０は気密に閉塞さ
れた筺体を示し、この筺体５０の一部を切欠き熱
伝導率に富む板体５２が配設される。前記板体５
２には電子加熱冷却装置５４が配設されると共に
この電子加熱装置５４は直流電源５６に接続す
る。筺体５０の上端部から延在する導管５８は別
異の筺体６０に連結し前記筺体６０の底部にはさ
らに導管６２が連結する。筺体６０の内部にはダ
イヤフラム６４が配設され、この筺体６０を気体
６６を収納する室６８と液体７０を貯留する室７
２とに分離する。前記ダイヤフラム６４の一部か
ら延在するロツド７４は管体７６の略中央部まで
延在してその先端部に円錐状の弁体７８を固着す
る。管体７６は管内で屈曲する壁部８０によつて
二つに分割され且つこの壁部８０には通路８２が
画成される。

そこで、以上のような構成において、電源５６
から電子加熱冷却装置５４に所定の極性で電流を
流すとこの電子加熱冷却装置５４から発する熱は
板体５２を通過し筺体５０内の気体を加熱する。
この加熱によつて膨脹した気体は導管５８を通り
室６８に導入される。このため室６８の圧力が増
加してダイヤフラム６４はロツド７４を押圧し前
記ロツド７４の先端部に固着された弁体７８は通
路８２を開成するために管体７６内の流体の流通
が確保される。一方、電子加熱冷却装置５６に反
対の極性で所定の電流を流すと、この電子加熱冷
却装置５６は逆に冷却効果を及ぼすために筺体５
０内の空気は収縮しダイヤフラム６４は図におい
て上方に変位する。この結果、ロツド７４の先端
部の弁体７８は通路８２を閉塞し、従つて、管体
７６内の流体の流通は阻止される。

以上のことから明らかなように電子加熱冷却装
置５４に対する電流の極性を変換することによつ
て弁体７８は通路８２を開閉動作するために管体
７６内の流体の流入制御が図られることになる。
前記第７図の実施例は実質的に筺体５０と筺体６
０とが離間して設置されなければならない場合に
ついて役に立つ。

一方、第９図に前記実施例のように筺体５０と
筺体６０とが分離される必要のない場合について
開示する。しかも、この実施例によれば流体の流
通を制御するためではなく却つて気体の流通を制
御するために用いられる。すなわち、筺体９０の
内部に気体９２とを貯留し、この液体９４の底部
にダイヤフラム９６を配設し、さらにその下方に
別異の気体９８を貯留している。ダイヤフラム９
６から延在するロツド１００は弁装置１０２内ま
で延在してその先端部に前記と同様に円錐状の弁
体１０４を固着する。弁装置１０２には壁部１０
６が配設され、さらにこの壁部１０６には開口部
１０８が画成される。

そこで、筺体９０に配設された電子加熱冷却装
置１１０に所定の電流を導入するとこの電子加熱
冷却装置１１０によつてもたらされる熱は板体１
１２内を通り気体９２を加温する。この結果、前
記気体９２が膨脹して流体９４を圧迫し、従つ
て、ダイヤフラム９６は下方に向けて変位する。
このため、ロツド１００はその先端部の弁体１０
４を下方に押下げ開口部１０８を開成する。そこ
で、気体９８は導管１１４を介して室１１６に至
り開口部１０８を介して室１１８に流入すること
ができる。なお、ロツド１００にコイルスプリン
グを介装しておけば前記ロツド１００の復帰動作
に役立つ。

次に、第１０図に示す応用例についてさらに説
明する。

筺体１２０には熱伝導率に富む板体１２２を介
して電子加熱冷却装置１２４が固着される。一
方、筺体１２０内にはダイヤフラム１２６が配設
され、前記ダイヤフラム１２６の略中央部からロ
ツド１２８が管体１３０の内部に延在している。
なお、前記筺体１２０の壁部とダイヤフラム１２
６との間にはコイルスプリング１３２が介装され
る。管体１３０は壁部１３４によつて二つに分割
され且つこの壁部１３４には開口部１３６が画成
される。管体１３０の内部に臨むロツド１２８の
先端部には円錐状からなる弁体１３８が固着され
通常状態において前記開口部１３６を閉塞する。

そこで、以上のような構成において、電子加熱
冷却装置１２４に所定の極性で電流を流すと、板
体１２２を介して前記電子加熱冷却装置は筺体１
２０内の気体１４０を加熱し、この結果、気体１
４０が膨張してロツド１２８がダイヤフラム１２
６の作用下に下方へと変位する。このため開口部
１３６が弁体１３８により開口されて管体１３０
内の気体若しくは液体の流通が確保される。一
方、電子加熱冷却装置１２４に対する電流の極性
を変更すれば筺体１２０内の気体１４０は収縮
し、コイルスプリング１３２の原位置復帰作用下
に弁体１３８は情報へと移動し開口部１３６を閉
塞する。これによつて管体１３０内の気体若しく
は液体が流通が阻止されることになる。

第１１図に示す応用例では、実質的には第７図
に示した基本構造を用いている。すなわち、電子
加熱冷却装置１４はヒートパイプ４８（若しくは
サーモサイフオン）の一端部に係着され、前記ヒ
ートパイプ４８の他端部に前記のような熱媒体を
封止した伸縮自在な円筒体１４２を配設してい
る。なお、図中、参照符号１４４は弁体であり、
また、参照符号１４６は弁座を示す。

以上のような構成において、前記電子加熱冷却
装置１４に所定の極性で電圧を印加するとヒート
パイプ４８の一端部が冷却され、その他端部は加
熱される。この結果、円筒体１４２内の熱媒体が
膨張して前記円筒体を伸長し、その先端部に係着
された弁体１４４を弁座１４６に着座させて弁の
開閉を行う。

第１２図に示すように、この場合、円筒体１４
２に直接、電子加熱冷却装置を付設してもよいこ
とは勿論である。

本発明によれば以上のように、熱ポンプを構成
する電子加熱冷却装置１４を利用して直接、媒体
２４の熱移動を行うことによつて該媒体２４の膨
張収縮を惹起し、これにより変位体２０を変位さ
せて機械的エネルギを得ることができる。このこ
とは、単にジユール熱による電気エネルギの加熱
のもとに変位体を変位させる場合と比較して、前
記ジユール熱以上の数倍の熱量を移動することが
できるとともに、前記大量の熱移動のもとに変位
体の変位量を大きくすることができるという利点
がある。従つて、電源１５による電気エネルギを
介して電子加熱冷却装置１４により媒体に加熱、
吸熱作用からなる熱移動を行うことにより、変位
体２０の変位量を制御することができるととも
に、大きな変位量を得ることができる。また、そ
の構造も極めて簡単であり、しかも取り扱いの容
易な且つ動作が確実な圧力型アクチユエータを得
ることができる。さらに、電流の向きを適宜変更
すれば微細な制御も可能となるためにスイツチン
グ動作を行う場合の制御や微量な媒体２４を流通
制御を行うことも可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る圧力型アクチユエータの
基本構造を示す概略説明図、第２図は本発明に係
る圧力型アクチユエータをシリンダと連結した状
態の概略説明図、第３図は本発明装置を広径なア
クチユエータに接続した状態の概略説明図、第４
図は本発明装置の熱板体に代えてフインを利用し
た状態の概略説明図、第５図は本発明装置を導管
を介して分離構成した状態の概略説明図、第６図
は本発明装置を上下方向に変位するシリンダに組
み込み且つ流体を電子加熱装置によつて加熱制御
するよう構成した状態の説明図、第７図は本発明
装置にフインを装着したヒートパイプを組み込ん
だ状態の説明図、第８図は本発明装置を流体の弁
制御に応用した状態の説明図、第９図並びに第１
０図は本発明装置を気体の流通制御に用いた説明
図、第１１図は、ヒートパイプと電子加熱冷却装
置を組合せて流体の制御を行う弁装置の説明図、
第１２図は、電子加熱冷却装置を円筒体に直接装
着してこの円筒体の伸縮により弁体の位置制御を
行う構造の説明図である。 １０……筺体（ケーシング）、１２……板体
（熱伝導体）、１４……電子加熱冷却装置、１５…
…直流電源、１６……可撓性部材（変位部材）、
１８……保持部材、２０……ロツド、２２……
室、２４……気体（媒体）、２６……導管、２８
……コイルスプリング、３０……ピストン、３２
……ピストンロツド、３４……シリンダ、３６…
…導管、３８……フイン、４０……液体、４２…
…導管、４４……筺体、４６……可撓性部材、４
７……フイン、４８……ヒートパイプ、５０……
筺体、５２……液体、５４……電子加熱冷却装
置、５６……直流電源、５８……導管、６０……
筺体、６２……導管、６４……ダイヤフラム、６
６……気体、６８……室、７０……気体、７２…
…室、７４……ロツド、７６……管体、７８……
弁体、８０……壁部、８２……通路、９０……筺
体、９２……気体、９４……液体、９６……ダイ
ヤフラム、９８……気体、１００……ロツド、１
０２……弁装置、１０４……弁体、１０６……壁
部、１０８……開口部、１１０……電子加熱冷却
装置、１１２……板体、１１４……導管、１１
６，１１８……室、１２０……筺体、１２２……
板体、１２４……電子加熱冷却装置、１２６……
ダイヤフラム、１２８……ロツド、１３０……管
体、１３２……コイルスプリング、１３４……壁
部、１３６……開口部、１３８……弁体、１４０
……気体、１４２……円筒体、１４４……弁体、
１４６……弁座。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一部が変位部材１６と、熱伝導体１２とで形
   成され、且つ、密閉されたケーシング１０と、 ケーシング１０内に貯留され、膨張または収縮
   する媒体２４と、 変位部材１６に係着され、媒体２４の膨張また
   は収縮に対応して変位する変位体２０と、 熱伝導体１２を介して熱移動を行うことによつ
   て媒体２４に加熱、吸熱作用を及ぼす電子加熱冷
   却装置１４とを備える圧力型アクチユエータ。 ２ 媒体２４は、液体からなり、気化させてその
   気体により変位体２０を変位させる請求項１記載
   の圧力型アクチユエータ。 ３ 変位体２０は、ロツドからなる請求項１記載
   の圧力型アクチユエータ。 ４ ケーシング１０は、導管４２を介して連結さ
   れる二つの室を有する請求項１記載の圧力型アク
   チユエータ。 ５ 電子加熱冷却装置１４は、フイン４７が植設
   されたヒートパイプ４８に接合される請求項１記
   載の圧力型アクチユエータ。 ６ ケーシング６０は、室内に変位体２０が係着
   された変位部材（ダイヤフラム）６４を配設した
   請求項１記載の圧力型アクチユエータ。