JPS634802Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は電熱流体移動アクチユエータおよび特
に正の温度係数を有する抵抗加熱素子を有するア
クチユエータの有孔挿入隔壁を有する熱流体移動
アクチユエータに関するものである。

1975年出願の米国特許出願番号第623669号（米
国特許第3991572号）において電熱直線移動アク
チユエータについて記載されており、この出願に
おいて流体を収容する可変容積室に抵抗型加熱素
子を配置し、この流体は加熱する際液状からガス
状に変化する。この状態変化を使用して弾性ダイ
ヤフラムにより一部を形成した可変容積室の圧力
を増加させ、この増加した圧力により膨張行程を
経てダイヤフラムとこのダイヤフラムに連結した
ピストン組立体を駆動する。この抵抗加熱素子の
滅勢の際流体は冷却し、可変容積室の圧力を減少
させ、ばねによりピストン組立体とダイヤフラム
とを収縮状態に復帰させる。上述の電熱直線移動
アクチユエータの作用は十分満足のいくものであ
つた。しかし長い間の使用により弾性ダイヤフラ
ムは老旧化し、高温流体にさらされているために
生ずる特性変化を受け、この結果弾性材料に流体
が浸透する。更に浸漬抵抗型素子をアクチユエー
タサイクル中連続的に付勢した場合温度は上昇し
続け、加熱素子またはアクチユエータ組立体のど
ちらかに損傷を与える結果になる。

更に米国特許第3132472号において弁装置等の
ための熱アクチユエータについて記載されてい
る。このアクチユエータはほぼ完全に充填した圧
力槽を設け、この圧力槽内に有孔底部ベル状部材
を配置してボイラー室を形成し、このボイラー室
を圧力槽の開孔を経て圧力槽に直接連通させる。

長い期間のアクチユエータの使用または加熱素
子の不注意による連続付勢によつて生ずる恐れの
ある問題を克服するため本考案は定容積ボイラー
室の正の温度係数を有する抵抗加熱素子（以下
「PTC加熱素子」と略称する）を設ける。この
PTC加熱素子は所定温度レベル（順次維持され
る）に達し、この温度レベルはアクチユエータに
損傷を与えことなしに所要のアクチユエータ応答
が得られるよう選択する。PTC加熱素子は米国
特許第3686857号および第3782121号に示すワツク
ス型作動室の外側に配置するか、または米国特許
第3834165号に示す液体−蒸気可変容積室の液中
に配置するが、本明細書に記載した流体を収容す
る定容積ボイラー室のPTC加熱素子の移動によ
り必要な制御を行うことができるとともにPTC
加熱素子と流体との間の熱変換関係を改善するこ
とができる。更にボイラー室のため耐熱および断
熱性プラスチツクライナーまたはスリーブを使用
して外部への熱損失を減少し、少なくとも動力に
より速いアクチユエータの応答が得られる。この
ライナーを隔壁の一体部分として形成し、PTC
電極および金属アクチユエータハウジングとの絶
縁部材として作用させることもできる。

更にボイラー室とアクチユエータ室との間の有
孔隔壁を使用することにより加熱素子の付勢即ち
通電中ボイラー室の上昇圧力により隔壁を経て移
動する流体は幾分低温になる。これは加熱素子か
ら位置的に離間する隔壁を経て通電するためであ
る。この低温移動流体は可変容積室に充満するこ
とによつて弾性ダイヤフラムを収縮および膨張さ
せ、膨張行程、即ち突出行程によりこのダイヤフ
ラムを駆動する。この減少した流体温度により弾
性ダイヤフラムの浸透度は低くなる。即ち流体温
度が減少するにつれ弾性材料の浸透度が減少する
ためである。このように浸透度が減少することに
よつてアクチユエータの有効寿命は伸びる。即ち
作業流体をよく保持し、更に作業サイクルを増や
すことができるためである。更に弾性ダイヤフラ
ムにおける幾分の低温のためによるダイヤフラム
の老化および特性変化を減少し、これによりダイ
ヤフラムの有効寿命を伸ばすことができる。

本考案の主な目的は良好な作動流体の保持およ
びダイヤフラム寿命の増加による生ずる長寿命の
熱流体移動アクチユエータを得るにある。

更に本考案の目的は加熱素子とダイヤフラムと
の間のアクチユエータハウジングに有孔隔壁を設
けた熱流体移動アクチユエータを得るにある。こ
の有孔隔壁により定容積ボイラー室を可変容積作
動室から分離し、可変容積作動室の移動流体の温
度を低くすることができる熱流体移動アクチユエ
ータを得るにある。

本考案の更に他の目的は定容積ボイラー室に
PTC加熱素子を設け、このPTC加熱素子の少な
くとも一部を流体に浸漬させた熱流体移動アクチ
ユエータを得るにある。この構成により流体と加
熱素子間の直接的な接触表面が大きくなり流体の
温度上昇を速め、またボイラー室の最大温度を所
定レベルに制御し、相対的に低い流体とPTC加
熱素子との間の表面接触の増大により加熱素子の
冷却を速めることができる。

更に本考案の更に他の目的はPTC加熱素子を
温度的および電気的に絶縁したボイラー室に配置
した熱流体移動アクチユエータを得るにある。こ
の絶縁により外部への熱損失を減少し、一層迅速
なアクチユエータ応答を得ることができ、連続的
に伸張行程を維持するにも少ない作動力ですむ。

図面につき本考案を説明する。

電熱流体移動アクチユエータ１にハウジングを
設け、このハウジングをほぼ円筒形ケーシング３
により構成し、このケーシングをほぼ円筒形の案
内キヤツプ４に相互連結する（第１および２図参
照）。この円筒形ケーシング３に端部壁６、環状
側壁７、および半径方向外方に突出し、内方に指
向する環状経路８を設ける。この経路８をキヤツ
プ４のやはり半径方向外方に突出し、かつ内方に
指向する経路９に収容させて連結させ、これによ
りアクチユエータハウジングを形成する。

加熱素子１０、好適には正の温度係数を有する
サーミスタ（以下「PTC加熱素子」と略称する）
を円筒ケーシング３の空洞部に配置する。この
PTC加熱素子１０をACまたはDC回路の一部と
し、この回路の電源１２はスイツチ１３を閉じる
ことによつて通電させるが（第２図）またはスイ
ツチ１３を開放することによつて非通電にする
（第１図）。連続的な電気的エネルギの付与即ち付
勢による発熱作用の期間中PTC加熱素子は自己
調節を行い、よく知られているように設定温度に
維持する。このように温度レベルを設定レベルに
維持することにより巻抵抗型加熱素子に生ずる恐
れのある素子やアクチユエータの損傷を招く危険
なしに制御システムの応答を行うことができる。

円筒ケーシング３に熱膨張収縮自在圧力伝達流
体１５をほぼ充満させ、この流体は加熱の際液状
からガス状に変換することができる。このような
流体にはフツ化炭化水素（フレオン）、炭化フツ
素、アルコール、または他の同様の特性の非導電
性のものを利用する。この流体１５を円筒形の隔
壁即ちバリヤ１６によりケーシング３内に保持
し、このバリヤ１６を円筒ケーシング３の環状側
壁７の内径に圧嵌させ緊密に掛合させる。このよ
うな隔壁は耐熱および断熱性プラスチツク、例え
ばゼネラルエレクトリツク（General Electric）
社により商品名「レキサン（LEXAN）」および
「バロツクス（VALOX）」として売られているプ
ラスチツクで形成するとよく、またこの隔壁に１
個またはそれ以上の小孔１７を貫通させる（この
孔の機能については後に詳細に説明する）。更に
隔壁１６に複数個の半径方向外方突出突起１８を
設け、この突起１８をケーシング３の内径に掛合
させ、圧嵌中この突起により隔壁を選択された位
置に摩擦的に保持する。

第３図に示すように隔壁１６に円筒形の突出部
を端部壁６の内面に向けて突出させ、これに衝合
させ、この突出部によりボイラー室のライナまた
はスリーブ１９を形成する。代案として第１およ
び２図に示すようにスリーブ１９を別個の耐熱お
よび断熱性プラスチツク部材により形成すること
もできる。どちらの場合でもこのスリーブ１９の
作用はボイラー室２３の熱を封鎖し、外部への熱
損失を減少することであり、これにより低作動力
で一層迅速なアクチユエータ応答を行うことがで
きる。更にこのスリーブ１９はPTC電極と金属
ケージング３の間の電気的絶縁部材としても作用
する。

図示のようにこの定容積ボイラー室２３は隔壁
１６、ライナ１９および端部壁６により形成さ
れ、加熱素子１０を包囲する流体１５を収容す
る。このように加熱素子を包囲することにより流
体１５とPTC加熱素子１０間の総面接触は最大
となり、既知のように最初に制御温度に達する
PTC加熱素子１０の中心面２４はその全周縁の
流体に接触する。この増加した、あるいは最大化
した表面接触により加熱中のダイヤフラムの作動
速度を速め、PTC加熱素子に対する電気的エネ
ルギ付与の消滅即ち滅勢後加熱素子の冷却を速
め、ダイヤフラムを一層速く復帰させる。この弾
性ダイヤフラム２５はＢ，F.グツドリツチハイド
リン（HYDRIN）100またはハイデイン
（HYDIN）200の合成物または混合物で硬化した
ポスト状に形成するとよく、繊維の裏張り等によ
り補強することもでき、このダイヤフラムにほぼ
半径方向に指向した、環状トウリング２６を設
け、ケーシング３の経路に緊密に収容する。この
トウリング２６を相互に組合わせた経路８，９に
よりこの位置に取付け、これら経路８，９は組合
せ部分として作用するようかしめて確実に掛合さ
せる。ダイヤフラム２５の半径方向指向トウリン
グ２６は滑らかにほぼ円筒形の軸線方向に指向す
る脚部２７に変形し、この脚部は部分２８におい
て半径方向内方に折れ曲り、円筒キヤツプ部２９
を形成し、このキヤツプ部は平坦な円形壁部３０
に連続する。弾性ダイヤフラム２５の円筒キヤツ
プ部２９にピストン３２を緊密に収容し、包囲す
る。

このピストン３２はピストン組立体３３の一部
であり、外方突出ピストンロツド３４を設け、こ
のピストン３２に底壁３６を有する環状窪み３５
を設け、この窪みに復帰ばね３７の一端を収容
し、この復帰ばねを底壁３６に圧着させる。こね
ばね３７によりピストンロツド３４をほぼ包囲
し、案内キヤツプ４の端部壁４０にばねの他端を
圧着させる。この端部壁４０に中空ボス４２を設
けこの中空ボスにピストンロツド３４を貫通さ
せ、この中空ボスの直径をピストンロツドより僅
かに大きくし、直線運動中ピストンロツドを案内
する補助を行うことができるようにする。ピスト
ン組立体３３は第１および２図でみて右方向にば
ね３７により平素偏倚し、ピストンロツド３４の
半径方向外方突出肩部４３がボス４２の左表面に
掛合する。この肩部の掛合によりピストン組立体
およびダイヤフラムの収縮行程を制限し、第１図
に示す収縮行程位置においてダイヤフラムは隔壁
１６から軸線方向に僅かに離間した状態になる。

ダイヤフラム２５、隔壁１６、およびケーシン
グ３の左端により可変容積室４５を形成する。
PTC加熱素子１０の付勢中加熱素子１０を少な
くとも部分的に包囲する熱膨張流体１５は気化し
始め、ボイラー室２３の圧力を増加させ、この気
化はPTC加熱素子に流体が直接面接触している
ため速められる。第３図に示すように、この気化
は３個のPTC加熱素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ
を並列にして使用することによる接触面積の増加
により更に一層加速することができる。流体の一
部の気化により生じた増加圧力によつて残りの流
体１５Ａの若干部分を隔壁の孔１７を経て押し出
し、ダイヤフラム２５に衝合させる。移動した流
体１５Ａのこのダイヤフラムとの衝合によりダイ
ヤフラム２５とピストン組立体３３とを第１図の
左方に移動し、従つてこの移動した流体１５Ａに
よつて満たされる可変容積室４５の容積を増加す
る。

このピストンとダイヤフラムの左方への移動は
相当厳密に制御され、ピストンロツド３４の直線
運動の出力を良好に案内することができる。この
点に関してダイヤフラムの膨張中ダイヤフラム２
５の円筒脚部２７と案内キヤツプ４の内径との好
ましい面接触により中空ボス４２を補助してこの
案内作用を行う。更にピストン３２に外方フレア
付末端スカート部４７を案内キヤツプ４の近傍に
配置し、更に案内の補助をする。この案内される
膨張には折曲部２８におけるダイヤフラムの反転
動作を伴い、円筒脚部２７を伸ばすことができる
とともに、円転キヤツプ２９はこれに従い短くな
ること勿論である。

ダイヤフラム２５とピストン組立体３３の最大
伸長行程は第２図に示す通りであり、この場合末
端スカート４７の端部表面４８は案内キヤツプ４
の端部壁４０に掛合する。可変容積室４５に流入
する流動流体１５Ａの容積によりアクチユエータ
から得られる行程の大きさを決定し、PTC加熱
素子の設定温度により出力の大きさを制御する。
更に可変容積室４５の移動流体の温度はボイラー
室２３の流体温度より低く、これは流体が隔壁を
通過することと、加熱素子から位置的に離間する
ためである。流体の弾性材料に対する浸透度は流
体温度の増加に伴い上昇するため移動流体の温度
が低いことは有益である。このように温度を減少
することにより浸透度は減少し、作動流体の閉塞
を長持ちさせることによりアクチユエータの作動
寿命を伸ばすことができる。更に可変容積室４５
の作動流体の温度減少により弾性材料の特性の変
化を防止するか、または相当減少し、これにより
ダイヤフラムの寿命を伸ばすことができる。

アクチユエータを水平に指向させて図示したが
垂直方向を含めていかなる向きに指向させてもよ
い。例えば垂直方向に指向させた場合ボイラー室
は底部にきて加熱素子の付勢により気化を行い、
これにより圧力上昇によつて液状の流体が隔壁１
６の孔１７を通過し、または気体状の流体を隔壁
１６に通過させ、この流体は冷たい可変容積室に
おいて液体に凝縮する。閉システムであるため隔
壁を通過する液体の量に対して隔壁を通過する蒸
気を液体として凝縮する量をどの位にするかを決
定するのはいずれの方向においても不可能である
が、どちらか一方または双方の場合でも移動する
流体により可変容積室が膨張することは同じであ
る。本明細書で使用する用語「移動流体」とは可
変容積室に流入する初期状態が液状か、またはガ
ス状即ち蒸気状かにかかわらずこの可変容積室内
の流体を意味し、また用語流体とは液体、ガス、
それらの混合体でも同様に使用する。

手動により、あるいはフイードバツク装置（図
示せず）が伸長行程の終了時を感知して自動的に
スイツチ１３を開くことによつて装置を滅勢する
とき、加熱素子１０（または加熱素子１０Ａ〜
Ｃ）を滅勢し、これにより加熱素子と流体１５は
冷却する。この冷却はアクチユエータを金属ブラ
ケツト（図示せず）により包囲構体に取付け、こ
のブラケツトを好適には互いに重なり合つた経路
８，９に隣接する位置においてケーシング３の外
径部に取付けることにより加速され、このブラケ
ツトによりアクチユエータから熱を伝導するよう
作用する。流体が所定量冷却され、または再凝縮
またはその双方を受けるときばね３７はボイラー
室の減少した圧力に打勝つて、ピストン組立体を
右方向の第１図に示す収縮位置に復帰し始め、ピ
ストンロツド３４の肩部４３が復帰運動の止部材
として作用しアクチユエータサイクルを終了す
る。ピストン組立体の復帰により移動流体１５Ａ
は隔壁１６の孔１７を経てボイラー室２３に再び
戻る。しかし移動流体の僅かな部分はダイヤフラ
ム２５の巻込部およびダイヤフラム２５と隔壁１
６との間の制限された空間に留まる。

上述したところは本考案の実施例を示したに過
ぎず、請求の範囲において種々の変更を加えるこ
とができること勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は加熱素子が滅勢した状態の熱流体移動
アクチユエータの縦断面図、第２図は加熱素子を
付勢した状態の第１図と同様の縦断面図、第３図
は第１図の熱流体移動アクチユエータの変更例の
一部縦断面図である。 １……アクチユエータハウジング、３……ケー
シング、４……案内キヤツプ、６……端部壁、７
……環状側壁、８，９……環状経路、１０……加
熱素子、１２……電源、１３……スイツチ、１５
……圧力伝達流体、１６……隔壁、１７……小
孔、１８……突起、１９……ライナ、２３……ボ
イラー室、２５……弾性ダイヤフラム、２６……
環状トウリング、２７……脚部、２９……円筒キ
ヤツプ部、３０……円筒端部、３２……ピスト
ン、３３……ピストン組立体、３４……外方突出
ピストン、３５……環状窪み、３６……底壁、３
７……復帰ばね、４０……案内キヤツプ端部壁、
４２……中空ボス、４３……ピストンロツド肩
部、４５……可変容積室、４７……フレア付末端
スカート部、４８……末端スカート端部表面。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 本体と、一部分をダイヤフラムとして形成
   し、加熱により少なくとも一部がガス相に変化
   する平素液相を呈する動力伝達膨縮流体を収容
   した前記本体内の可変容積流体室と、前記ダイ
   ヤフラムの一方の側においてこのダイヤフラム
   とともに運動し、この運動による力を伝達する
   ピストン組立体と、前記流体の少なくとも一部
   に熱を与えて液相をガス相に変化させて前記可
   変容積流体室内の圧力を増加させる加熱手段と
   を具えた熱流体移動アクチユエータにおいて、
   前記可変容積流体室を、通口手段を有する遮蔽
   手段により、前記加熱手段および平素液相を呈
   する前記膨縮流体が存在する定容積ボイラー領
   域と、加熱の有無による前記膨縮流体の相変化
   に基づく圧力増減により前記通口を経て流体が
   流出入して膨縮する可変容積領域とに分離し、
   また前記加熱手段を正の温度係数を有する抵抗
   加熱素子により構成し、この加熱手段の加熱に
   よる膨張行程として前記ダイヤフラムとピスト
   ン組立体とを駆動する構成としたことを特徴と
   する熱流体移動アクチユエータ。 ２ 前記遮蔽手段は、前記本体に緊密に収容して
   前記ボイラー領域と前記可変容積領域との共通
   壁を形成するプラスチツク隔壁により構成した
   ことを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１
   項記載の熱流体移動アクチユエータ。 ３ 前記隔壁を前記ボイラー領域のライナーと一
   体に形成し、これにより前記ボイラー領域を温
   度的にも電気的にも絶縁したことを特徴とする
   実用新案登録請求の範囲第２項記載の熱流体移
   動アクチユエータ。 ４ 前記ピストン組立体とダイヤフラムとを前記
   隔壁から僅かに軸線方向に離間した収縮位置に
   平素偏倚するばね手段を設け、これにより前記
   収縮行程を前記加熱手段の不作動の際前記ばね
   により確実に行うことを特徴とする実用新案登
   録請求の範囲第３項記載の熱流体移動アクチユ
   エータ。 ５ 前記ボイラー領域を電気的および温度的に絶
   縁するプラスチツクライナーを更に設けたこと
   を特徴とする実用新案登録請求の範囲第２項記
   載の熱流体移動アクチユエータ。 ６ 前記加熱手段を少なくとも１個の正の温度係
   数を有する抵抗加熱素子により構成し、この加
   熱素子を前記ボイラー領域に配置し、このボイ
   ラー領域中の前記液相の流体に少なくとも一部
   を浸したことを特徴とする実用新案登録請求の
   範囲第１項記載の熱流体移動アクチユエータ。 ７ 前記加熱素子を複数個のPTC抵抗加熱素子
   により構成し、この加熱素子を前記ボイラー領
   域に配置し、このボイラー領域中の前記液相の
   流体に少なくとも一部を浸し、これによつて液
   相の流体に接触する加熱表面領域が大きくなり
   前記加熱素子の発熱作動中液体加熱を速め、ま
   た不作動後冷却を速めることができるよう構成
   したことを特徴とする実用新案登録請求の範囲
   第１項記載の熱流体移動アクチユエータ。 ８ 前記ダイヤフラムを弾性材料で形成し、この
   ダイヤフラムが可変容積流体領域の膨張および
   収縮中反転動作する形状に取付けたことを特徴
   とする実用新案登録請求の範囲第１項記載の熱
   流体移動アクチユエータ。