ワックスモーター

ワックスモーターは、ワックスの相変化挙動を利用して熱エネルギーを機械エネルギーに変換するリニアアクチュエータデバイスです。^[1]溶融中、ワックスは通常5～20％の体積膨張します（Freund et al. 1982）。

ワックス モーターには、高度に精製された炭化水素から植物から抽出されたワックスまで、さまざまなワックスを使用できます。具体的な例としては、直鎖 n-アルカン シリーズのパラフィン ワックスがあります。これらは、明確に定義された狭い温度範囲で溶融および凝固します。

ワックスモーターの主なコンポーネントは次のとおりです。

• 封入されたワックスの塊
• ワックスからの熱油圧力を有用な機械的出力に変換するプランジャーまたはストロークロッド
• 次のような熱源:
  • 電流、通常はワックスを加熱するPTCサーミスタ
  • 太陽放射、例：温室の通気口
  • 燃焼熱、例えば内燃機関からの余剰熱
  • 周囲の熱
• 次のような熱エネルギーを排出する シンク:
  • 対流により周囲の空気が冷たくなる
  • 熱エネルギーを伝達するために配置したペルチェ効果デバイス

熱源に通電すると、ワックス ブロックが加熱されて膨張し、容積変位によってプランジャーを外側に押し出します。熱源が取り除かれると、ワックス ブロックは冷却されて収縮し、ワックスが固まります。プランジャーを引き戻すには、通常、液体ワックスを含むシールの機械的抵抗を克服するためのバイアス力が必要です。バイアス力は通常、操作力の 20% ～ 30% で、ワックス モーターの外部に機械バネまたは重力で供給されるデッドウェイトによって提供されます (Duerig 1990、p. 214)。

特定の用途に応じて、ワックス モーターは磁気ソノイドよりも次のような利点を持つ可能性があります。

• ワックスの膨張により、約 4000 N (標準重力で約 400 kg または 900 lb に相当) の大きな水力が発生します (Tibbitts 1988、p. 13)。
• ワックスモーターの塗布と放出は瞬時に行われるのではなく、スムーズかつ穏やかに行われます。
• ワックス モーターは誘導負荷ではなく抵抗負荷であるため、TRIACによって制御されるワックス モーターにはスナバ回路は必要ありません。
• ワックス モーターは、周囲のエネルギー源を利用して完全に受動的に動作させることができます。モーター内部で使用されるワックスにはさまざまな融点があるため、特定のアプリケーションにおける周囲の動作温度範囲に合わせてワックスを選択できます。このようにして、ワックスは熱エネルギーの伝達によってこの範囲内で溶融および凝固されます。ワックス モーターを熱源と同じ場所に配置すると、追加の外部電源を必要とせずに動作させることができます。

ワックスモーターは航空宇宙産業で多用されており、現代の飛行機の安全飛行に不可欠な燃料、油圧、その他のオイルを制御するために利用されています。^[2]

ワックス モーターは「自己作動型」サーモスタット混合バルブ内に収納されており、ワックス モーターは熱変化を感知し、それに応じて反応して、希望する混合流体温度を生成します。

一部のフロントロード洗濯機は、ワックス モーターを使用してドア ロック アセンブリを作動させます。サイクルが開始されると、ワックス モーターが作動してピンを外側に押し出し、ドアをロックします。この設計には、コスト、信頼性、安全性の利点があります。湿気の多い状況では、ワックス モーターは電磁ソレノイドやモーター ラッチよりも信頼性が同等でコストが低くなります。予測可能なパッシブ リリース遅延があります。電源が失われると、ドアは短時間ロックされたままになります。これは高速回転サイクルの惰力停止時間よりも長くなるように設計されており、ワックスが冷えると確実にロックが解除されます。

ワックス モーターは、ハイドロニック(温水) 暖房システム のゾーン バルブを駆動するためにもよく使用されます。

これらは、多くの食器洗い機で洗剤ディスペンサーのドア ラッチを解除するために使用されています。ワックス モーターは、食器洗い機のタイマーまたはコントロールによって起動されるとソレノイドのように動作し、ピストンがメカニズムを操作して、ディスペンサー ドアのキャッチを解除します。これらは、乾燥サイクルの排気口を制御するためにも使用されます。

ワックスモーターは、温室の温度調節通気口を操作するために広く使用されています。

このアプリケーションでは、温室内の周囲温度が上昇するとワックスが溶け、プランジャーが作動して通気口が開きます。温室内の温度が十分に下がると、ワックスが冷えて固まり、通気口が再び閉じます。

パラフィンマイクロアクチュエータはワックスモーターの一種で、マイクロエレクトロメカニカルシステム（MEMS）技術や精密機械技術によって製造されることが多い。^[3]

• ワックスサーモスタットエレメント

• Freund, M.; Csikos, R; Keszthelyi, S; Mozes, Gy (1982).パラフィン製品：特性、技術および用途。ブダペスト、ハンガリー：ハンガリー科学アカデミー。ISBN 963-05-2680-8。
• Duerig, TW (1990).形状記憶合金の工学的側面. オックスフォード: Butterworth-Heinemann . ISBN 0-7506-1009-3。
• ティビッツ、スコット (1988)。「高出力パラフィンアクチュエータ：航空宇宙機構における利用」。NASA技術レポートサーバー。メリーランド州ハノーバー：NASA 航空宇宙情報センター (CASI) 。2019年5 月 31 日閲覧。

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