JPH02211385A - 光エネルギーピストン機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光の断続的な照射によりシリンダ内に圧力変
動を生じさせてピストンを応動させる光エネルギーピス
トン機関（エンジン、アクチュエータ等）に関する。

〔従来の技術〕

光を利用して機械的動力を得るものとして、直接的には
、光の運動エネルギを利用する光子エンジンが知られ、
間接的には、生物などの光合成を利用した化石燃料を含
むバイオマス等の燃焼を熱源とした各種熱機関が知られ
ている。しかし、これらは構造が複雑で高価であり、し
かもエネルギ変換効率が低い欠点を有している。かかる
欠点を大幅に改善するものとして光化学反応を利用した
ものが挙げられる。そして、この種のピストン機関とし
て例えば特公昭５７−１２０３０公報に記載のエンジン
が知られている。このエンジンは、シリンダに連通ずる
圧力変動室に二酸化窒素を充填し、圧力変動室の光学窓
を通して二酸化窒素Ｎ　Ｏ２に光の照射を断続的に行う
ものである。そして、このときの二酸化窒素ＮＯ２がＮ
ｏとＯに分解する可逆的化学反応による圧力変動が、シ
リンダ内のピストンを作動させる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記光エネルギーエンジンは、構造が簡単で低コストで
あり、エネルギ変換効率も高い利点を有しているが、二
酸化窒素が人体に有害であるため、その取扱いに注意を
要する問題がある。

本発明は、低コストや高効率を保持しつつ、人体に無害
な気体分子を用いて安全な光エネルギーピストン機関を
提供することをその目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成すべく、光を透過可能な光学窓
を有するシリンダ内に、光の照射により可逆的にイオン
化を起こすイオン化気体分子を充填すると共に該イオン
化気体分子を捕集可能な電極を設けたことを特徴とする
。

また、光を透過可能な光学窓を有するシリンダ内に、気
体水素分子を充填すると共に水素吸蔵金属を受光可能に
設けたことを特徴とし、この場合、少なくとも前記シリ
ンダの光学窓に対向する内壁の一部を、前記水素吸蔵金
属で構成することが好ましい。

更に、光を透過可能な光学窓を有するシリンダ内に、光
脱離性を有する脱離性気体分子を充填すると共にゲッタ
ーを受光可能に設けたことを特徴とし、この場合、少な
くとも前記シリンダの光学窓に対向する内壁の一部に、
前記ゲッターを構成することが好ましい。

〔作用〕

光学窓を通してシリンダ内のイオン化気体分子に光を照
射し、該気体分子をイオン化させると同時に電極間に印
加して電界を生じさせ、イオン化した気体分子を電極に
捕集する。次いで、光の照射と印加とを止め電極に捕集
されていた気体分子を電極から放出して中性の気体分子
に戻す。これらの可逆的な反応を繰り返させることによ
り、この捕集に伴うシリンダ内の圧力降下と、放出に伴
う圧力上昇とをピストンに繰り返し作用、させることが
でき、その結果、ピストンを往復運動させることができ
る。

また、水素吸蔵金属に光を照射してこれを加熱すること
により水素吸蔵金属から気体水素分子を放出させる放出
作用と、光の照射を止め水素吸蔵金属を冷却することに
より水素吸蔵金属に気体水素分子を吸蔵させる吸蔵作用
とを繰り返させる。

このようにすれば、放出反応に伴うシリンダ内の圧力上
昇と、吸蔵反応に伴う圧力降下とをピストンに繰り返し
作用させることができる。

この場合、シリンダの内壁の一部を水素吸蔵金属で構成
すれば、その分シリンダの材料が省略できると共に、シ
リンダ内部を有効に利用でき、その結果ピストン機関を
低コストでコンパクトに構成することができる。

更に、脱離性気体分子が吸着しているゲッターに光を照
射して該気体分子をゲッターから脱離させる脱離反応と
、光の照射を止め該気体分子をゲッターに吸着させる吸
着反応とを繰り返させる。

このようにすれば、脱離反応に伴うシリンダ内の圧力上
昇と、吸蔵・反応に伴う圧力降下とをピストンに繰り返
し作用させることができる。

この場合、シリンダの内壁の一部にゲッターを構成すれ
ば、シリンダ内部を有効に利用でき、ピストン機関をコ
ンパクトに構成することができる。

〔実施例〕

第１図（Ａ）及び第１図（Ｂ）に基づいて本発明を光エ
ネルギーエンジンに実施した第１の実施例について説明
する。

この光エネルギーエンジンは、筒状に形成したシリンダ
１の内周面にピストン２を備えており、ピストン２は、
シリンダ１に対し往復動自在に緩挿したピストン本体２
ａと、ピストンロッド２ｂとから構成されている。更に
、ピストンロッド２ｂの尾端には、リンク３を介してク
ランク軸４が連結されており、ピストン２は、シリンダ
１内の圧力変動により往復運動すると共に、リンク３を
介してクランク軸４を回転させる。

また、シリンダ１の内面とピストン本体２ａの裏面との
間には、ピストン２の往復動方向に伸縮自在の蛇腹５が
介設されており、蛇腹５は、その両端でそれぞれシリン
ダ１とピストン本体２ａとに気密に接合しいる。これに
より、シリンダ１内部の気密性が保持されてシリンダ１
に充填される気体分子Ａの漏洩が防止される。また、ピ
ストン２の往復動の際に生ずる摩擦損失を極力小さくす
るため、ピストン本体２ａの外径は、シリンダ１の内径
より小径に形成されている。

気体分子Ａは、レーザ光その他の一定の光子密度をもっ
た光Ｂの照射により可逆的にイオン化を起こすイオン化
気体分子Ａ、例えば酸素、水素、窒素あるいは空気等で
構成する。このイオン化気体分子は、シリンダ１の周壁
に形成した光学窓６を通して図示しない光源から断続的
に照射する光Ｂにより、光Ｂが照射された場合にはイオ
ン化され、照射を止めた場合には中性の気体分子Ａに戻
される可逆的反応を繰り返す。

一方、シリンダ１の内部、すなちわ気体分子Ａのふん囲
気中には、互に対面する一対の反射鏡７゜７が設けられ
ており、これにより光学窓６から幾分斜めに入射した光
Ｂが反射を繰り返して気体分子Ａに十分に照射される。

また、シリンダ１の内部には、両反射鏡７，７を挾んだ
状態で互に対面する板状の電極８．８が設けられている
。これによりイオン化した気体分子Ａが、この両電極８
゜８間に印加して発生する電界により両電極８．８に捕
集される。

そして、この先Ｂの照射と印加とを連動させることによ
り、シリンダ１内において、イオン化した気体分子Ａを
電極８に捕集することにより生ずるシリンダ１内の微小
な圧力降下と、電極８，８間への印加を止めて気体分子
Ａを電極８がら放出させることにより生ずるシリンダ１
内の微小な圧力上昇とが行われ、ピストン２を応動させ
る。この結果、ピストン２は、図中の下方へ移動する収
縮作動と、図中上方へ移動する膨張作動とを繰り返し、
リンク３を介してクランク軸４を回転させる。

次に、第２図（Ａ）及び第２図（Ｂ）に基づいて本発明
を実施した光エネルギーエンジンの第２の実施例につい
て説明する。

この実施例は、第１実施例のイオン化気体分子Ａに代え
て気体水素分子Ｃを用いるものであり、また、水素吸蔵
金属９の水素解離圧が温度によって変化する性質、すな
わち、水素吸蔵金属が加熱された場合に水素分子Ｃを放
出し、冷却された場合に水素分子Ｃを吸蔵する作用を利
用するものである。本実施例では、光学窓６に対向する
シリンダ１の内壁の一部が水素吸蔵金属９で構成され、
光学窓６を通して入射する光Ｂが水素吸蔵金属９の表面
に照射される。そして、水素吸蔵金属９は、光Ｂの照射
の有無に対応して、吸熱して放出作用を生ずる場合と、
放熱して吸蔵作用を生ずる場合とを断続的に繰り返す。

したがって、ピストン２には、光Ｂの断続的な照射によ
る水素分子Ｃの放出作用に伴うシリンダ１内の微小な圧
力上昇と、逆の吸蔵作用に伴うシリンダ１内の微小な圧
力降下とを繰り返し作用する。その結果、ピストン２を
シリンダ１内で往復動させることができる。

なお、この場合照射する光Ｂは、水素吸蔵金属９に対し
できるだけ広範囲に光Ｂを照射すべく、マルチビームを
用いたりビーム径を広げるようにすることが好ましい。

また、水素吸蔵金属９としてはＬａＮｉ　　５ＭｍＮｉ
　　、ＴｉＦｅ及びＴｉＭｎなどがある。

次に、第３図（Ａ）及び第３図（Ｂ）に基づいて本発明
を実施した光エネルギーエンジンの第３の実施例につい
て説明する。

この実施例は、第２実施例の気体水素分子Ｃに代えて光
脱離性を有する脱離性気体分子りを用いると共に、上記
実施例の水素吸蔵金属９に代えてゲッター１０を用いる
ものである。本実施例では、ゲッター１０が光学窓６に
対向するシリンダ１の内壁の表面として構成され、光Ｂ
が光学窓６を通してゲッター１０の表面に照射される。

これにより、脱離性気体分子りはゲッター１０から脱離
させられる脱離反応を生じ、一方で光Ｂの照射を止めれ
ばゲッター１０に吸着される吸着反応を生ずる。

したがってピストン２には、光Ｂの断続的な照射による
脱離性気体分子りの離脱反応に伴うシリンダ１内の圧力
上昇と、逆の吸着反応に伴う圧力降下とが繰り返し作用
する。

なお、本実施例においても光Ｂは、上記実施例と同様に
マルチビームを用いたりビーム径を広げたりすることが
好ましい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、光エネルギーピストン機
関を従来のような二酸化窒素等の有害物質を用いること
なく安全に構成でき、しかも簡易な構造で低コスト、か
つ高効率に構成できる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の裁断側面図、第２図は本
発明の第２実施例の裁断側面図、第３図は本発明の第３
実施例の裁断側面図である。 １・・・シリンダ、２・・・ピストン、６・・・光学窓
、８・・・電極、９・・・水素吸蔵金属、１０・・・ゲ
ッターＡ・・・イオン化気体分子、Ｂ・・・光、Ｃ・・
・気体水素分子、Ｄ・・・脱離性気体分子。 特許出願人　　浜松ホトニクス株式会社代理人弁理士　
　　長谷用　　芳　　樹第１実施イ列の収陥工径 第１図（Ａ） 第１賢矧例の胎悪工堀 第１図（ｓ） ／Ｉ−一−Ｎ瓢 第　２　史オ理シイやりの月１多ルエオ酒艷第２図（Ａ
） ７′−−−嶌 り 第３実施例の彫服工程 第３図１’Ａ） ２１１２コミ施イクＵの口又庁帽）二〔じ刊号し第２図
（Ｓ） 第３実施イ列の収縮工程 第３図（８）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光を透過可能な光学窓を有するシリンダ内に、光の
   照射により可逆的にイオン化を起こすイオン化気体分子
   を充填すると共に該イオン化気体分子を捕集可能な電極
   を設けたことを特徴とする光エネルギーピストン機関。 ２、光を透過可能な光学窓を有するシリンダ内に、気体
   水素分子を充填すると共に水素吸蔵金属を受光可能に設
   けたことを特徴とする光エネルギーピストン機関。 ３、少なくとも前記シリンダの光学窓に対向する内壁の
   一部を、前記水素吸蔵金属で構成したことを特徴とする
   請求項２に記載の光エネルギーピストン機関。 ４、光を透過可能な光学窓を有するシリンダ内に、光脱
   離性を有する脱離性気体分子を充填すると共にゲッター
   を受光可能に設けたことを特徴とする光エネルギーピス
   トン機関。 ５、少なくとも前記シリンダの光学窓に対向する内壁の
   一部に、前記ゲッターを構成したことを特徴とする請求
   項４に記載の光エネルギーピストン機関。