JPH06257557A - Thermally expanding actuator - Google Patents

Thermally expanding actuator

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Publication number
JPH06257557A
JPH06257557A JP4366493A JP4366493A JPH06257557A JP H06257557 A JPH06257557 A JP H06257557A JP 4366493 A JP4366493 A JP 4366493A JP 4366493 A JP4366493 A JP 4366493A JP H06257557 A JPH06257557 A JP H06257557A
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JP
Japan
Prior art keywords
thermal expansion
actuator
basic structure
elastic
type actuator
Prior art date
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Pending
Application number
JP4366493A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kozo Shibata
宏三 柴田
Michio Hisanaga
道夫 久永
Kiyoshi Saeki
清 佐伯
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Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by NipponDenso Co Ltd filed Critical NipponDenso Co Ltd
Priority to JP4366493A priority Critical patent/JPH06257557A/en
Publication of JPH06257557A publication Critical patent/JPH06257557A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a thermally expanding actuator which is so designed to be usable as a power source particularly for small mechine parts, etc. CONSTITUTION:A thermally expanding actuator comprises thermally expanding substances 131, 132,..., e.g., fluorocarbons dispersed within an elastic substance 12, e.g., silicone gel, and a heat wire is set within a fundamental structural body 11 comprising the elastic substance 12 and the thermally expanding substances 131, 132, and is intermittently supplied with a heating current to set the fundamental structural body 11 alternately in an expanded, displaced state and in an unexpanded state over and over again, and this repeated deformation causes a force to be outputted, together with displacement.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、小型の機械部品等の
動力として用いられるようにした、加熱によって制御さ
れる熱膨脹型アクチュエータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal expansion type actuator controlled by heating, which is adapted to be used as power for small mechanical parts and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】熱膨脹を利用した駆動源としては、例え
ば自動車用部品であるラジエータ内で使用されているサ
ーモスタッド用のワックスが知られているもので、この
ワックスとしてはシリコン系の樹脂やパラフィン系の物
質等が知られている。
2. Description of the Related Art As a drive source utilizing thermal expansion, for example, a wax for a thermostat used in a radiator, which is an automobile part, is known. As this wax, a silicone resin or a paraffin wax is used. Are known.

【0003】また、小型化された駆動源として、日本機
械学会(No.620−2)で発表されたものとして、シ
リコンダイヤフラムの内部に光熱交換物質および低沸点
作動流体を封入し、これを1つのセルとして構成するも
ので、このセルの内部に光を導入することによって駆動
力が発生させるようにしたものが知られている。すなわ
ち導入された光は、光熱交換物質によって熱に変換さ
れ、この熱が低沸点作動流体を相変化させて、ダイヤフ
ラム内部の圧力を上昇させるもので、この圧力によって
ダイヤフラムを変位させるようにしている。
As a miniaturized drive source, which was announced at the Japan Society of Mechanical Engineers (No. 620-2), a photoheat exchange material and a low boiling point working fluid were enclosed in a silicon diaphragm, It is known that one cell is configured to generate driving force by introducing light into the cell. That is, the introduced light is converted into heat by the photo-heat exchange substance, and this heat causes the phase change of the low boiling point working fluid to raise the pressure inside the diaphragm, and this pressure displaces the diaphragm. .

【0004】しかし、小型の機械部品等の動力源として
このようなアクチュエータを使用する際に、熱膨脹ワッ
クスを小型化して使用するに際してワックス自身のサイ
ズに関しては問題ないが、サイズを小さくした場合には
必然的にその膨脹量が小さくなり、大きな変位と力を求
めることが困難であり、動力源としての有用性が低くな
る。
However, when such an actuator is used as a power source for a small mechanical part or the like, there is no problem with the size of the wax itself when the thermal expansion wax is miniaturized and used, but when the size is reduced, The expansion amount inevitably becomes small, it is difficult to obtain a large displacement and force, and the usefulness as a power source becomes low.

【0005】例えば発電所の熱交換用の細管やジエット
機のエンジン内、さらに人体の血管内のような狭い場所
や細管内では、人間が直接何等かの作業をすることがで
きない。このため、内視鏡等を使用しているのが現状で
ある。しかし、内視鏡のサイズにも限界があり、また操
作性およびコントローラからの距離といった点で使用態
様が制限される。
For example, in a narrow tube for heat exchange of a power plant, an engine of a jet machine, a narrow space such as a blood vessel of a human body, or a thin tube, a person cannot directly perform some work. For this reason, the current situation is to use an endoscope or the like. However, there is a limit to the size of the endoscope, and its usage is limited in terms of operability and distance from the controller.

【0006】この様な問題点を解決するものとして、狭
い場所や細管内に進入して点検や修理を行うマイクロマ
シンの研究が進められているもので、その研修の一貫と
して静電アクチュエータが挙げられる。この静電アクチ
ュエータは、対向設定される櫛歯電極に電圧を印加する
ことにより静電引力を発生させ、この静電引力によって
ドライブアームを動かす構造が採用されている。しか
し、この様な方法では発生される力が小さいものである
ため、例えば管内を移動するロボットのアクチュエータ
として使用することが困難である。
[0006] As a means for solving such a problem, research is being conducted on a micromachine that inspects and repairs by entering a narrow space or a narrow tube, and an electrostatic actuator is mentioned as part of the training. . This electrostatic actuator has a structure in which a voltage is applied to the comb-teeth electrodes that are set to face each other to generate an electrostatic attractive force, and the drive arm is moved by the electrostatic attractive force. However, since the force generated by such a method is small, it is difficult to use it as an actuator of a robot moving in a pipe, for example.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な点に鑑みなされたもので、簡単な加熱制御等によって
力が発生され、大きな変位と共に充分な駆動力が確保で
きるようにして、例えば狭い場所や細管内の移動ロボッ
トをも容易に構成できるようにした熱膨脹型アクチュエ
ータを提供しようとするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and a force is generated by a simple heating control or the like, so that a sufficient driving force can be secured together with a large displacement. It is an object of the present invention to provide a thermal expansion type actuator capable of easily configuring a mobile robot in a narrow space or in a narrow tube.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】この発明に係る熱膨脹型
アクチュエータは、弾性物質を母材として構成された基
本構造体の内部に前記弾性物質がその特性を維持できる
温度以下の加熱温度で容積を膨脹させる膨脹物質を内包
させるようにすると共に、前記基本構造体に組み合わせ
て加熱手段を設定するもので、この加熱手段によって前
記弾性物質内の前記膨脹物質が加熱され、前記基本構造
体の体積が膨脹されるようにしたものである。ここで、
前記基本構造体を構成する弾性物質は、例えばシリコン
ゲルによって構成されるものであり、また前記熱膨脹物
質は前記弾性物質がその特性を維持できる温度以下で、
前記弾性物質の前記内包された部分の容積を増大させる
物質例えばフロンや、前記加熱で水素を放出する水素吸
蔵合金によって構成されるものである。
In a thermal expansion type actuator according to the present invention, a volume is set at a heating temperature below a temperature at which the elastic substance can maintain its characteristics inside a basic structure made of an elastic substance as a base material. The expansion material to be expanded is included, and the heating means is set in combination with the basic structure. The heating means heats the expansion material in the elastic material, so that the volume of the basic structure is increased. It is designed to be inflated. here,
The elastic material forming the basic structure is composed of, for example, silicon gel, and the thermal expansion material is at a temperature below the temperature at which the elastic material can maintain its characteristics.
The elastic substance is made of a substance that increases the volume of the enclosed portion, such as CFC, or a hydrogen storage alloy that releases hydrogen when heated.

【0009】[0009]

【作用】この様に構成される熱膨脹型アクチュエータに
あっては、基本構造体を構成する弾性物質は、熱を加え
られることによって内部に例えば散在される熱膨脹物質
が相変化を起こして体積膨脹する。このため、基本構造
体は弾性の許容限界まで体積膨脹されるものであり、こ
の体積膨脹によって大きな変位と力が得られる。この様
な状態で熱の供給を中止すると、熱膨脹物質は熱により
相変化する以前の状態に戻り、基本構造体の体積が元の
状態に戻るものであり、したがって熱の供給を断続的に
行うことによって、大きな変位と力を持った伸縮運動が
繰り返されるようになる。ここで、基本構造体を構成す
る弾性物質内に熱膨脹物質を点在させることによって、
弾性物質を任意の形状に切り出すことが可能とされるも
のであり、また任意の形状に成形することも可能となる
ので、これを小型の機械部品等の動力源として使用する
際に、弾性物質を必要な大きさに切り出すと共に、これ
に対して熱伝達板等による加熱手段を近接または内包さ
せることによって、その目的に最適なアクチュエータが
構成される。したがって、汎用性に富み且つ適用範囲が
充分に拡大される小型アクチュエータが構成されるよう
になる。
In the thermal expansion type actuator constructed as described above, when the elastic material forming the basic structure is heated, for example, the thermal expansion material dispersed therein undergoes a phase change to expand in volume. . Therefore, the basic structure is expanded in volume up to the elastic limit, and a large displacement and force can be obtained by this expansion in volume. When the heat supply is stopped in such a state, the thermal expansion material returns to the state before the phase change due to heat, and the volume of the basic structure returns to the original state, so that the heat supply is intermittently performed. As a result, the expansion and contraction movement with large displacement and force is repeated. Here, by interspersing the thermal expansion material in the elastic material forming the basic structure,
It is possible to cut out an elastic material into any shape, and it is also possible to mold it into any shape.Therefore, when using this as a power source for small mechanical parts, etc. Is cut into a required size, and a heating means such as a heat transfer plate is brought close to or included therein, thereby forming an actuator most suitable for the purpose. Therefore, it becomes possible to configure a small-sized actuator which is versatile and whose application range is sufficiently expanded.

【0010】[0010]

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。図1はアクチュエータを構成する基本構造体
11を示すもので、この基本構造体11は弾性物質12を母材
として構成される。この弾性物質12は、それ自身の弾性
が大きく、且つ漏れ性が微小もしくは全く漏れ性を持た
ない物質によって構成されるもので、例えばシリコンゲ
ルで構成される。そして、この様な弾性物質12の内部
に、熱によって相変化を起こして大きく体積変化する物
質131 、132 、…、例えばフロンを多数点在させる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Figure 1 shows the basic structure that constitutes the actuator.
11, the basic structure 11 is composed of an elastic material 12 as a base material. The elastic substance 12 is made of a substance that has a large elasticity and has a small leak property or no leak property, and is made of, for example, silicon gel. A large number of substances 131, 132, ..., For example, CFCs, which undergo a phase change due to heat and undergo a large volume change, are scattered inside the elastic substance 12.

【0011】ここで、弾性物質12を構成するシリコンゲ
ルは多少の漏れ性を有するもので、長時間にわたりフロ
ンを内包しておくことは困難であるが、多少の時間であ
ればフロンを内包しておくことができ、またこのシリコ
ンゲルとフロンとの間において反応を起こさないもので
あるため、この実施例において採用した。
Here, the silicone gel constituting the elastic material 12 has some leakage properties, and it is difficult to include CFCs for a long time, but CFCs are included for some time. Since it can be stored and does not cause a reaction between the silicon gel and the flon, it was adopted in this example.

【0012】すなわち、基本構造体11はシリコンゲルの
内部に低沸点の液状のフロンが点在して構成されるもの
で、この液状のフロンの1つ1つの粒の大きさは、母材
とされる弾性物質12の体積に比較して充分に小さい。し
たがって、一部を切り出した状態で示した図1の(B)
で示す構成は、基本的に(A)図と同じであり、この
(A)および(B)で示した構成によって共に熱膨脹型
アクチュエータが構成できる。そして、この図では直方
体の形状が描かれているが、この形状において制限され
ることがなく、任意の形状に成形できる。
That is, the basic structure 11 is formed by interspersing liquid fluorocarbons having a low boiling point inside a silicon gel, and the size of each particle of the liquid fluorocarbon is different from that of the base material. It is sufficiently smaller than the volume of the elastic substance 12 to be formed. Therefore, (B) of FIG. 1 shown with a part cut out
The structure shown in (1) is basically the same as that in FIG. (A), and the thermal expansion type actuator can be formed by the structures shown in (A) and (B). And although the shape of a rectangular parallelepiped is drawn in this figure, there is no limitation in this shape and it can be molded into any shape.

【0013】ここで、弾性物質12を構成するシリコンゲ
ルは、最初は液状であるが空気中に一定の時間放置する
ことで、ある程度硬化される。したがって、シリコンゲ
ルがまだ液状であるうちにフロンを混入させて撹拌する
ことで、シリコンゲルである弾性物質12内部に、粒状に
した多数の熱膨脹物質131 、132 、…が散在されるよう
になる。また、熱膨脹物質としてはフロンの他に、加熱
で水素を放出する水素吸蔵合金や、ラジエータのサーモ
スタットで用いられているワックス等が考えられるもの
で、弾性に富んだ母材(弾性物質12)に影響を与えるこ
となく、熱または電気によって大きく体積膨脹を起こす
物質であれば適宜採用できる。
Here, the silicon gel forming the elastic material 12 is initially liquid, but is cured to some extent by leaving it in the air for a certain period of time. Therefore, by mixing and stirring CFCs while the silicon gel is still liquid, a large number of granular thermal expansion materials 131, 132, ... Are scattered inside the elastic material 12 which is the silicon gel. . In addition to CFCs, hydrogen expansion alloys that release hydrogen when heated and waxes used in radiator thermostats are conceivable as thermal expansion substances, and can be used as a base material with high elasticity (elastic substance 12). Any substance can be appropriately used as long as it is a substance that causes a large volume expansion by heat or electricity without affecting.

【0014】図2は図1で示したような基本構造体11を
用いる駆動機構の例を説明するもので、弾性物質12の内
部に熱膨脹物質131 、132 、…を散在させて構成した基
本構造体11が容器15の内部に設定され、この容器15内に
設定された基本構造体11の内部を貫通するようにしてニ
クロム線等による電熱線16が設定されている。この電熱
線16に対しては、スイッチ17を介して電源18が接続され
るもので、スイッチ17の操作によって基本構造体11が選
択的に加熱されるようにしている。
FIG. 2 illustrates an example of a driving mechanism using the basic structure 11 as shown in FIG. 1, in which the elastic material 12 has thermal expansion materials 131, 132, ... The body 11 is set inside the container 15, and the heating wire 16 such as a nichrome wire is set so as to penetrate the inside of the basic structure 11 set inside the container 15. A power source 18 is connected to the heating wire 16 via a switch 17, and the basic structure 11 is selectively heated by operating the switch 17.

【0015】すなわち、(A)図のようにスイッチ17が
開路されて電熱線16に電源18が接続されない状態では、
基本構造体11の熱膨脹物質131 、132 、…が相変化され
ず膨脹されていないため、小さな構造体となっている。
これに対して(B)図のようにスイッチ17が投入される
と、電熱線16に加熱電流が供給されて、基本構造体11の
熱膨脹物質131 、132 、…が加熱されて体積膨脹するよ
うになり、この体積膨脹によって他の図示しない要素に
変位が与えられるようになる。すなわち、この(A)図
および(B)図の状態を繰り返すことによって、変位と
力を得ることができる。
That is, in the state where the switch 17 is opened and the heating wire 16 is not connected to the power source 18 as shown in FIG.
The thermal expansion substances 131 1, 132, ... Of the basic structure 11 have not undergone phase change and have not been expanded, and thus have a small structure.
On the other hand, when the switch 17 is turned on as shown in FIG. 6B, a heating current is supplied to the heating wire 16 so that the thermal expansion substances 131, 132, ... Of the basic structure 11 are heated to cause volume expansion. Then, the volume expansion causes displacement to be applied to other elements (not shown). That is, the displacement and the force can be obtained by repeating the states shown in FIGS.

【0016】この様な作動を用いたアクチュエータの応
用例を以下に説明する。図3の例に示すアクチュエータ
20では、まず(A)図で示すように中空の管体21の外周
に発熱体22が巻き付けられるようにして設定される。こ
こでこの発熱体22は、例えば電流を流すことによって発
熱する金属板を波型に成形し、これを管体21の外周に巻
き付けるようにして設定されるもので、図では省略して
いるが、図2で示したような電源およびスイッチがこの
発熱体22に接続されている。
An application example of the actuator using such an operation will be described below. The actuator shown in the example of FIG.
In 20, the heating element 22 is set so as to be wound around the outer circumference of the hollow tube body 21 as shown in FIG. Here, the heating element 22 is set, for example, by forming a corrugated metal plate that generates heat by passing an electric current, and winding it around the outer periphery of the tube body 21. A power source and a switch as shown in FIG. 2 are connected to the heating element 22.

【0017】この様に構成される発熱体22の外周に、弾
性物質12の内部に熱膨張物質131 、132 、…を散在して
構成した基本構造体11が巻き付け設定される。ここで、
弾性物質12を構成するシリコンゲルは、多少硬くともそ
の形状を保つことがある程度可能である。また、この実
施例で示された例においては、基本構造体11の外形が特
に元の形状を正確に保つ必要は特になく、実質的にある
程度の形状の変化は許容できる。
On the outer circumference of the heating element 22 thus constructed, the basic structure 11 constituted by interspersing the thermal expansion materials 131, 132, ... Inside the elastic material 12 is wound and set. here,
The silicon gel forming the elastic material 12 can maintain its shape to some extent even if it is somewhat hard. Further, in the example shown in this embodiment, it is not particularly necessary that the outer shape of the basic structure 11 maintains its original shape accurately, and a change in shape can be allowed to some extent.

【0018】この様に構成される機構において、発熱体
22に対して電流を流して発熱させると、弾性物質12内の
熱膨脹物質131 、132 、…が膨脹され、(B)図で示す
ように基本構造体12の外径が大きくなる。したがって、
例えば(A)図で示した状態で、その基本構造体12の外
径より大きな内径の管内にこのアクチュエータを挿入
し、この挿入された状態で発熱体22に発熱電流を流して
(B)図のように基本構造体11の外径を大きくすれば、
この基本構造体11の外周が挿入された管の内壁に圧接さ
れ、このアクチュエータ20が管内にクランプされるよう
になる。
In the mechanism thus constructed, the heating element
When an electric current is applied to 22 to generate heat, the thermal expansion materials 131, 132, ... Inside the elastic material 12 expand, and the outer diameter of the basic structure 12 increases as shown in FIG. Therefore,
For example, in the state shown in (A), the actuator is inserted into a pipe having an inner diameter larger than the outer diameter of the basic structure 12, and a heating current is passed through the heating element 22 in the inserted state, and (B) is shown. If the outer diameter of the basic structure 11 is increased as
The outer circumference of the basic structure 11 is pressed against the inner wall of the inserted tube, and the actuator 20 is clamped in the tube.

【0019】図4は応用例の他の例を示すもので、この
アクチュエータ25は(A)図で示すように有底の第1の
管体26、およびこの第1の管体26の内径よりもやや小さ
い外径を有する同じく有底の第2の管体27によって構成
されるもので、第1の管体26の内部に第2管体27が嵌め
込まれるようにして構成される。そして、詳細は図で省
略されているが、この第1の管体26および第2の管体27
によって構成された内部空間が、弾性物質に熱膨脹物質
を散在させた基本構造体によって充填されるようにす
る。
FIG. 4 shows another example of the application example. This actuator 25 is composed of a bottomed first pipe body 26 and an inner diameter of the first pipe body 26 as shown in FIG. The second tubular body 27 has a slightly smaller outer diameter and also has a bottom, and the second tubular body 27 is fitted inside the first tubular body 26. Although details are omitted in the drawing, the first pipe body 26 and the second pipe body 27 are not shown.
The inner space defined by is filled with the basic structure in which the thermal expansion material is dispersed in the elastic material.

【0020】ここで、第1の管体26の底部と第2の管体
27の底部との間を結ぶようにして、コイルスプリング状
にした電熱線28が設定されるもので、この電熱線28に対
してスイッチ29を介して電源30が接続される。
Here, the bottom of the first tubular body 26 and the second tubular body
A heating wire 28 in the shape of a coil spring is set so as to be connected to the bottom of 27, and a power supply 30 is connected to this heating wire 28 via a switch 29.

【0021】すなわち、(A)図のようにスイッチ29を
開路しておけば、基本構造体が加熱されないものである
ため、このときの基本構造体の容積は小さな状態に設定
されて、第1および第2の管体26および27を組み合わせ
たアクチュエータ25の長さが短い状態に設定される。
That is, if the switch 29 is opened as shown in FIG. 9A, the basic structure is not heated. Therefore, the volume of the basic structure at this time is set to a small state, and And the length of the actuator 25, which is a combination of the second pipe bodies 26 and 27, is set to a short state.

【0022】この状態でスイッチ29を投入して電熱線28
に電流を流せば、内部の基本構造体に散在された熱膨脹
物質の体積が膨脹され、この基本構造体の体積も膨脹さ
れるため、(B)図で示すように第1の管体26から第2
の管体27が押し出されるようになり、結果としてこのア
クチュエータ25の長さが、電熱線28のスプリングによる
張力に抗して長くなる。この様な状態でスイッチ29を開
路すれば、内部の基本構造体が体積が縮小されると共
に、電熱線28によるスプリングの張力によって、このア
クチュエータ25が(A)図のように短くなる。
In this state, the switch 29 is turned on to turn on the heating wire 28.
When an electric current is applied to the inside, the volume of the thermal expansion material scattered in the internal basic structure is expanded, and the volume of this basic structure is also expanded. Therefore, as shown in FIG. Second
The tubular body 27 is pushed out, and as a result, the length of the actuator 25 becomes longer against the tension of the heating wire 28 due to the spring. When the switch 29 is opened in such a state, the volume of the internal basic structure is reduced, and the tension of the spring due to the heating wire 28 shortens the actuator 25 as shown in FIG.

【0023】この様に図3で示したアクチュエータ20と
図4で示したアクチュエータ25とを組み合わせることに
よって、例えば図5で示すような管体31の内部を移動す
るロボット機構が構成される。
By thus combining the actuator 20 shown in FIG. 3 and the actuator 25 shown in FIG. 4, a robot mechanism for moving inside the pipe body 31 as shown in FIG. 5, for example, is constructed.

【0024】すなわち、管体31の内部に図3で示したと
同様の構成の第1および第2のアクチュエータ201 およ
び202 が挿入設定されるもので、この第1および第2の
アクチュエータ201 と202 とが、図4で示したアクチュ
エータ25によって連結されるようになっている。そし
て、まず(A)図の状態においては、第1のアクチュエ
ータ201 に対して加熱電流を供給して、この第1のアク
チュエータ201 が管体31の内壁にクランプされるように
する。この状態においては、アクチュエータ25に対して
は加熱電流を供給せずに短く設定されるようにすると共
に、第2のアクチュエータ202 にも加熱電流が供給され
ず、このアクチュエータ202 の外周と管体31の内壁との
間に間隔が設定されるようにする。
That is, the first and second actuators 201 and 202 having the same construction as shown in FIG. 3 are inserted and set inside the tubular body 31, and the first and second actuators 201 and 202 are Are connected by the actuator 25 shown in FIG. First, in the state shown in FIG. 3A, a heating current is supplied to the first actuator 201 so that the first actuator 201 is clamped on the inner wall of the tubular body 31. In this state, the heating current is not supplied to the actuator 25 so that the actuator 25 is set to be short, and the heating current is not supplied to the second actuator 202 either. Make sure there is a gap between the inner wall of the and.

【0025】この様な状態で、第1および第2のアクチ
ュエータ201 および202 をつなぐアクチュエータ25に対
して加熱電流を供給すると、(B)図で示すようにこの
アクチュエータ25が伸長され、管体31の内壁にクランプ
された第1のアクチュエータ201 の位置を基準にして、
第2のアクチュエータ202 がアクチュエータ25の伸長量
だけ移動される。
When a heating current is supplied to the actuator 25 connecting the first and second actuators 201 and 202 in this state, the actuator 25 is extended as shown in FIG. Based on the position of the first actuator 201 clamped on the inner wall of the
The second actuator 202 is moved by the extension amount of the actuator 25.

【0026】この様に第2のアクチュエータ202 が移動
された後、(C)図で示すように第2のアクチュエータ
202 に加熱電流を供給してその外径を膨脹させれば、こ
の第2のアクチュエータ202 が管体31の内壁にクランプ
される。この様な状態で第1のアクチュエータ201 に対
する加熱電流を遮断すれば、この第1のアクチュエータ
201 の外径が縮小して、管体31に対して自由に動けるよ
うになる。
After the second actuator 202 is moved in this manner, the second actuator 202 is moved as shown in FIG.
When a heating current is supplied to 202 to expand its outer diameter, this second actuator 202 is clamped to the inner wall of the tube 31. If the heating current to the first actuator 201 is cut off in such a state, the first actuator 201
The outer diameter of 201 is reduced so that it can freely move with respect to the tube body 31.

【0027】この様に第2のアクチュエータ202 がクラ
ンプされると共に第1のアクチュエータ201 が移動自由
とされた状態で、これらアクチュエータ201 と202 とを
結ぶアクチュエータ25に対する加熱電流を断てば、
(D)図に示すようにこのアクチュエータ25の長さが縮
められ、第1のアクチュエータ201 が第2のアクチュエ
ータ202 の方向に近付けるように移動される。したがっ
て、この様な第1および第2のアクチュエータ201 、20
2 、さらにこれらをつなぐアクチュエータ25に対する加
熱電流の制御を繰り返すようにすれば、管体31の内部を
前進運動するロボットが構成されるようになる。
As described above, when the second actuator 202 is clamped and the first actuator 201 is free to move, if the heating current to the actuator 25 connecting the actuators 201 and 202 is cut off,
As shown in (D), the length of the actuator 25 is shortened, and the first actuator 201 is moved so as to approach the direction of the second actuator 202. Therefore, such first and second actuators 201, 20
2. Further, if the control of the heating current for the actuator 25 connecting them is repeated, a robot that moves forward in the tube body 31 is configured.

【0028】図1で示したような基本構造体11によって
任意の形状の熱膨脹型アクチュエータが構成できるもの
で、種々の形状のアクチュエータは図6で示すような工
程にしたがって製造することができる。
The basic structure 11 shown in FIG. 1 can constitute a thermal expansion type actuator of any shape, and actuators of various shapes can be manufactured according to the process shown in FIG.

【0029】すなわち、まず(A)図で示すように上部
に凹面形状を有する基板35の上に、その凹面形状の面を
含むようにして弾性を有する薄膜36を設定し、基板35面
を被覆する。その後、この薄膜36の上に凹面形状に対応
して形成される窪み部分に、低沸点の例えばフロンのよ
うな揮発性液体37を充填し、その後この揮発性液体37を
弾性を有する薄膜38によって覆う。そして、揮発性液体
37が収納される部分の外周部に設定される2枚の薄膜36
および38の接合部分を、超音波発振子39からの超音波に
よって加熱し溶着する。
That is, first, as shown in FIG. 3A, a thin film 36 having elasticity is set on a substrate 35 having a concave shape on the upper portion thereof, and the surface of the substrate 35 is covered. After that, a volatile liquid 37 such as CFC having a low boiling point is filled in the recessed portion formed on the thin film 36 corresponding to the concave shape, and then the volatile liquid 37 is filled with an elastic thin film 38. cover. And a volatile liquid
Two thin films 36 set on the outer circumference of the part where 37 is stored
The joint portions of and 38 are heated and welded by the ultrasonic waves from the ultrasonic oscillator 39.

【0030】したがってこの様な工程によって、(B)
図で示すように弾性を有する薄膜36および38が、溶着部
40によって外周部を封じられた容器を構成し、この容器
の内部に揮発性液体37が密封された構造体が構成される
ようになる。そして、さらに(C)図で示すようにこの
密封体の任意の一部を治具41の突部と超音波発振子42に
よって任意形状に圧接し、この部分を溶着/切断する。
この様にして(D)図で示すような弾性薄膜によって構
成された容器内に揮発性液体37を密封した熱膨脹型アク
チュエータ43が製造される。
Therefore, by such a process, (B)
As shown in the figure, the elastic thin films 36 and 38 are welded parts.
A container whose outer peripheral portion is sealed by 40 is formed, and a structure in which the volatile liquid 37 is sealed is formed inside the container. Then, as shown in FIG. 6C, an arbitrary part of the sealed body is pressed into an arbitrary shape by the projection of the jig 41 and the ultrasonic oscillator 42, and this part is welded / cut.
In this way, the thermal expansion type actuator 43 in which the volatile liquid 37 is sealed in the container constituted by the elastic thin film as shown in FIG.

【0031】この様なアクチュエータ43は、超音波発振
子および突部を有する所定の形状の治具によって製造で
きる。この場合、治具に対して所定の形状の複数のパタ
ーンが加工形成されるようにするもので、この様な治具
を用いれば1度に大量の熱膨脹型アクチュエータが製造
可能である。
Such an actuator 43 can be manufactured by a jig having a predetermined shape having an ultrasonic oscillator and a protrusion. In this case, a plurality of patterns having a predetermined shape are processed and formed on the jig, and a large amount of thermal expansion type actuators can be manufactured at once by using such a jig.

【0032】この様にして製造された熱膨脹型アクチュ
エータ43の内部に、(E)図で示すように電熱線44を適
宜封入するようにして、この電熱線44に対してスイッチ
45を介して電源46が接続されるようにすれば、スイッチ
45の投入によって揮発性液体37を加熱することができ
る。そして、スイッチ45を介して電熱線44に加熱電流を
供給することによって、(F)図で示すようにこのアク
チュエータ43が膨脹変形され、変位と力が発生されるよ
うになる。
A heating wire 44 is appropriately enclosed in the thermal expansion type actuator 43 manufactured as described above as shown in FIG.
If the power supply 46 is connected via 45, the switch
By adding 45, the volatile liquid 37 can be heated. Then, by supplying a heating current to the heating wire 44 through the switch 45, the actuator 43 is expanded and deformed as shown in FIG.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上のようにこの発明に係る熱膨脹型ア
クチュエータによれば、基本構造体を構成する弾性物質
内に、熱によって変位を起こす例えばフロンが散在され
るものであるため、この基本構造体をいかなる形状に成
形しても、熱の供給を断続的に制御することによって、
繰り返し変位動作を行うようになる。したがって、この
様な熱膨脹型アクチュエータを使用することによって、
細管内等の狭い空間において動作するロボット機構等が
容易に構成できるようになり、また各種機械部品の動力
源としても効果的に応用できるようになる。
As described above, according to the thermal expansion type actuator of the present invention, for example, CFCs, which are displaced by heat, are dispersed in the elastic material forming the basic structure, and therefore, the basic structure is improved. Regardless of the shape of the body, by intermittently controlling the heat supply,
The displacement operation is repeated. Therefore, by using such a thermal expansion type actuator,
This makes it possible to easily configure a robot mechanism or the like that operates in a narrow space such as a narrow tube, and also to effectively apply it as a power source for various mechanical parts.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(A)はこの発明の一実施例に係る熱膨脹型ア
クチュエータの基本構造体を示す図、(B)はこれを一
部切り出した状態を示す図。
FIG. 1A is a diagram showing a basic structure of a thermal expansion type actuator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a diagram showing a state in which a part thereof is cut out.

【図2】(A)および(B)は上記基本構造体の基本形
状および膨脹変形の状態をそれぞれ説明する図。
2 (A) and 2 (B) are views for explaining a basic shape and a state of expansion deformation of the basic structure, respectively.

【図3】上記基本構造体を用いて構成したアクチュエー
タの第1の例を示すもので、(A)は定常状態を(B)
は膨脹状態をそれぞれ示す図。
FIG. 3 shows a first example of an actuator constructed by using the above basic structure, in which (A) shows a steady state (B).
The figure which shows each expansion state.

【図4】同じく上記基本構造体を用いて構成したアクチ
ュエータの第2の例を示すもので、(A)は定常状態を
(B)は膨脹状態をそれぞれ示す図。
FIG. 4 is a view showing a second example of an actuator similarly constructed by using the above basic structure, in which (A) shows a steady state and (B) shows an expanded state.

【図5】図3および図4でそれぞれ示した第1および第
2のアクチュエータを用いて構成される管内の移動装置
の例を説明するもので、(A)〜(D)はそれぞれその
動作順位の状態を示している。
FIG. 5 is a view for explaining an example of a moving device in a pipe configured by using the first and second actuators shown in FIGS. 3 and 4, respectively, and (A) to (D) respectively show the operation order thereof. Shows the state of.

【図6】(A)〜(F)は熱膨脹型アクチュエータの他
の例を製造順位に対応して説明する図。
6A to 6F are views for explaining another example of the thermal expansion actuator corresponding to the manufacturing order.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…基本構造体、12弾性物質(例えばシリコンゲル)、
131 、132 、…熱膨脹物質(例えばフロン)、16…電熱
線、17…スイッチ、18…電源。
11 ... Basic structure, 12 elastic material (eg silicon gel),
131, 132, ... Thermal expansion material (for example, Freon), 16 ... Heating wire, 17 ... Switch, 18 ... Power supply.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 弾性物質を母材として構成された基本構
造体と、 前記弾性物質に内包され、前記弾性物質がその特性を維
持できる温度以下の加熱温度で前記弾性物質の前記内包
された部分の容積を増大させる物質で構成される膨脹物
質と、 前記基本構造体に組み合わせ設定された加熱手段とを具
備し、 この加熱手段によって前記弾性物質内の前記膨脹物質が
加熱され、前記基本構造体の体積が膨脹して駆動力が発
生されるようにしたことを特徴とする熱膨脹型アクチュ
エータ。
1. A basic structure composed of an elastic substance as a base material, and a portion of the elastic substance encapsulated in the elastic substance at a heating temperature below a temperature at which the elastic substance can maintain its characteristics. An expansion material composed of a material that increases the volume of the basic structure, and heating means combined with and set to the basic structure. The heating means heats the expansion material in the elastic material, and the basic structure. A thermal expansion type actuator characterized in that the driving force is generated by expanding the volume of the.
【請求項2】 前記基本構造体を構成する弾性物質は、
シリコンゲルによって構成されるようにした請求項1記
載の熱膨脹型アクチュエータ。
2. The elastic material constituting the basic structure is
The thermal expansion type actuator according to claim 1, wherein the thermal expansion type actuator is made of silicon gel.
【請求項3】 前記熱膨脹物質は多数の粒状に構成さ
れ、前記弾性物質の内部に散在するように設定されるよ
うにした請求項1記載の熱膨脹型アクチュエータ。
3. The thermal expansion actuator according to claim 1, wherein the thermal expansion material is formed into a plurality of particles and is set so as to be scattered inside the elastic material.
【請求項4】 前記膨脹物質は、前記加熱温度で気化、
昇華または膨脹を起こす物質によって構成されるように
した請求項1の熱膨脹型アクチュエータ。
4. The expanding material is vaporized at the heating temperature,
The thermal expansion type actuator according to claim 1, wherein the thermal expansion type actuator is constituted by a substance that causes sublimation or expansion.
【請求項5】 前記熱膨脹物質はフロンでなる請求項4
記載の熱膨脹型アクチュエータ。
5. The thermal expansion material is CFCs.
The thermal expansion type actuator described.
【請求項6】 前記熱膨脹物質は前記加熱温度で水素ガ
スを放出する水素吸蔵合金でなる請求項1記載の熱膨脹
型アクチュエータ。
6. The thermal expansion actuator according to claim 1, wherein the thermal expansion material is a hydrogen storage alloy that releases hydrogen gas at the heating temperature.
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WO2014129515A1 (en) * 2013-02-25 2014-08-28 国立大学法人東京農工大学 Ultrasonic actuator, actuator drive system, stent, and stent drive system

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